DD141391A3 - Verfahren zur kultivierung von mikroorganismen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe. Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute und die Verringerung des Aufwandes für die der Kultivierung nachfolgenden Prozeßstufen, Erfindungenemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Kultivierung eine spezielle oberflächenaktive Substanz eingesetzt wird. Diese besteht aus einem aliphatischen Kohlenwasserstoff der Kettenlange Cg bis C20 und einer bzw, mehreren hydrophilen Gruppen. Als hydrophile Gruppen werden Polyhydroxyverbindungen und geladene Gruppen eingesetzt. Die Polyhydroxyverbindung ist direkt oder über.bestimmte Atomgruppen mit dem-Kohlenwasserstoff verbunden, wobei diese hydrophile Gruppe .. ein- bzw« mehrmals im Molekül vorhanden ist. Die Struktur ist u.a, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyhydroxyverbindung und die geladene Gruppe auch gleichzeitig im Molekül auftreten. Von der erfindungsgemäßen Substanz werden mindestens 0,1 g/l Fermentorflüssigkeit eingesetzt. Die Erfindung kann z.B. zur Gewinnung von Futtereiweiß aus flüssigen Kohlenwasserstoffen angewandt werden.

Description

-Ί-

Titel:

Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Me Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen, wobei als alleinige Kohlenstoffquelle flüssige Kohlenwasserstoffe in Gegenwart einer wäßrigen Währsalzlösung und eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases eingesetzt v/erden«

Die Erfindung ist z.B. anwendbar zur Erzeugung von Biomassen, die als Futtermittel verwendet werden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bei der Kultivierung von Mikroorganismen auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe bilden sich aus den eingesetzten Kohlenwasserstoffen, der Nährlösung, den Mikroorganismen und anhaftenden luftblasen Konglomerate, die man allgemein als Flocken bezeichnet. Diese Flocken haben eine geringere Dichte als die umgebende Währsalzlösung, so daß sie sich, wenn keine Dispergierung erfolgt, im oberen Teil des Fermentors anreichern* Die markanteste Eigenschaft dieser Flocken ist ihre Stabilität. Auch bei hohem Leistungseintrag in den Fermentor wird die Struktur dieser Flocken nur geringfügig beeinflußt.

Da für die Versorgung der Mikroorganismen mit den für das Wachstum erforderlichen Substanzen, wie Hährsalze, Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sowie für die der Kultivierung nachfolgen-

den Prozeßstufen die genannte Flockenstruktur ungünstig ist, versucht man, diese Flockenstruktur zu verändern« So ist ein Verfahren zur Gewinnung von gereinigter Biomasse auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe bekannt, bei dem eine Kombination zweier oberflächenaktiver Substanzen durch die Prozeßstufen Kultivierung und Abtrennung im Kreislauf geführt wird (DL-PS 104 099)♦ Dabei stellt die eine oberflächenaktive Substanz ein Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukt dar, das in der Fermentation zugesetzt wird und dort eine Steigerung der Zellausbeute um 30% bewirkt, während die andere oberflächenaktive Substanz ein Alkylsulfat bzw. -sulfonat darstellt und in der Prozeßstufe Sepa« ration zudosiert wird, um im Zusammenwirken mit Separatoren die · Biomasse von den flüssigen Kohlenwasserstoffen abzutrennen. Beide oberflächenaktiven Substanzen werden in einer Mindestkonzentration von 0,1 g/l nährlösung (Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukt) bzw. 0,1 g/kg zu trennendes Produkt (Alkylsulfat bzw« -sulfonat) eingesetzt» Nach der Zugabe des zweiten Tensides erhält man durch Zentrifugation eine wäßrige Mikroorganismensuspension und eine die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe enthaltende Emulsion.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute für die Erzeugung von Biomasse auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe und die Verringerung des Aufwandes an technischen Hilfsmitteln und Energie für die der Kultivierung nachfolgenden Prozeßstufen,,

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde₅ mittels spezifischer oberflächenaktiver Substanzen bereits in der Prozeßstufe Kultivierung die Bindungskräfte zwischen Mikroorganismenzellen und •Kohlenwasserstofftropfen zu schwächen,

3 ~

Das in der DL-PS 104 099 dargelegte Verfahren hat den Nachteil, daß es mit Hilfe der eingesetzten oberflächenaktiven Substanzen Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukt und Alkylsulfat bzw. -sulfonat nicht gelingt, die Flockenstruktur in der Prozeßstufe Kultivierung wesentlich zu beeinflussen. Die Inhomogenität des Fermentationsmediums, Ursache für eine unzureichende Versorgung der Mikroorganismen mit Mhrsalzen, Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff, bleibt erhaltene

Aufgrund dieses Zustandes, der mit apparativen Mitteln nicht beseitigt werden kann, werden die Mikroorganismenzellen, besonders die: im Innern der Flocken, nicht aisreichend versorgt, was sich in einer Verringerung der Wachstumsgeschwindigkeit der Zellen äußert. Insbesondere bei der Verwendung von Erdölfraktionen, wie z.B. Dieselkraftstoff, die die für das Wachstum der Mikroorganismen benötigten n-Alkane im Gemisch mit anderen, nicht utilisierbaren Kohlenwasserstoffen enthalten, sind dadurch nur relativ geringe Raum-Zeit-Ausbeuten in der Fermentation möglich« Bei einer Erhöhung des Anteils der Kohlenwasserstoffphase auf Konzentrationen über 30 Ma*-% wird zwar das Reservoir an verwertbarem n-Alkan gleichermaßen erhöht, das Fermentationsmedium erhält aber in diesen Fällen ein derartig ungünstiges rheologisches Verhalten, daß der Stoffübergang des Sauerstoffs und des n-Alkans über die wäßrige Phase zu den Mikroorgaiiismen erheblich beeinträchtigt wird. Daraus resultiert eine weitere Begrenzung der erreichbaren Raum-Zeit-Ausbeute,

Da die Fermentation auf der Basis von Kohlenwasserstoffen als aerober Prozeß durch einen relativ hohen Sauerstoffbedarf gekennzeichnet ist, der eine kräftige Begasung des Fermentationsmediums erfordert, kommt es zu einem starken Auftrieb der Flocken im Fermentor, so daß zur gleichmäßigen Verteilung derselben in den Fermentor zusätzliche Energie eingetragen werden muß. Weiterhin ist nachteilig an dem Verfahren gemäß DL-PS 104 099» daß das Fermentationsmedium schlechte Eigenschaften hinsichtlich der Trennung in die Komponenten Mikroorganismen und Kohlenwasserstoff besitzt. So sind nach diesem Verfahren in den nach der Fermentation folgenden Stufen beträchtliche technische Aufwendungen, wie z.B« Separatoren, erforderlich».

2 2

Ebenso von Nachteil ist der Umstand, daß eine Kombination von Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukt mit Alkylsulfaten oder -sulfonaten einen hemmenden Einfluß auf das Wachstum der Mikroorganismen ausübt, ßadurch reduziert sich die Raum-Zeit-Ausbeute des Verfahrens in der Prozeßstufe Kultivierung· Um dies zu verhindern, sind zusätzliche Aufwendungen notwendig, mit deren Hilfe eine bestimmte tolerierbare Konzentration der oberflächenaktiven Substanz Alkylsulfat bzw. -sulfonat eingehalten und nicht überschritten wird«,

Bemerkenswert ist weiterhin der Nachteil, daß es sich bei der oberflächenaktiven Substanz vom Typ Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukt, die in die Prozeßstufe Kultivierung dosiert wird, um eine sehr schwer abbaubare Substanz handelt, woraus ein hoher Kostenaufwand in der Abwasserreinigung und eine erhebliche Umweltbelastung entstehen.

Überraschenderv/eise wurde gefunden, daß es spezifische Substanzen gibt, die in der Prozeßstufe Kultivierung die Flockenstruktur drastisch verändern, indem die Bindungskräfte zwischen den Mikroorganismenzellen und den Kohlenwasserstofftropfen geschwächt werden. Als solche spezifischen Substanzen haben sich spezielle oberflächenaktive Substanzen mit besonderer chemischer Struktur erwiesen,

Sie bestehen aus einem hydrophoben und einem hydrophilen Anteil, wobei der hydrophobe Anteil vorzugsweise ein aliphatischer Kohlenwasserstoff der Kettenlänge CU - C₂₀ ist. Der hydrophile Anteil besteht aus einer bzw. mehreren hydrophilen Gruppen« Die hydrophilen Gruppen sind dadurch charakterisiert, daß sie direkt bzw* über bestimmte Gruppen an den hydrophilen Teil gebunden sind. Als hydrophile Gruppen (B) eignen sich besonders Polyhydroxyverbindungen, wobei vorzugsweise Kohlenhydrate eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße oberflächenaktive Substanz zeichnet sich weiter dadurch aus, daß neben der oben beschriebenen hydrophilen Gruppe noch eine v/eitere hydrophile Gruppe im Molekül vorhanden ist, die sich aber dadurch auszeichnet, daß sie' eine negative Ladung trägt, so z.B* Sulfat- oder Sulfonatgruppen (C)₄, Diese Gruppe ist direkt am hydrophoben Teil der oberflächenaktiven Substanz gebunden«

- 5- · 197822

Weiter ist die oberflächenaktive Substanz dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Gruppe (B) direkt oder über bestimmte Atomgruppen (A) an den hydrophoben Molekülteil gebunden ist. Die allgemeine Formel der erfindungsgemäßen oberflächenaktiven Substanz kann folgendermaßen wiedergegeben werden:

1 3

= R

A AC I I

B "B

R = aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einer Kettenlänge C_g - C₂

A = Atomgruppen der folgenden Zusammensetzungen (einzeln oder in Kombination)

0 0 . Il Il

/C=O; -SO₂-; -SO₃-; -KH-; -0-; -CH₂-CH₂-O-; -C-KH-; -KH-C-KH-;

-C-KH-K=CH-; -(-CH₅-V χ = 1 bis η

1, 2. 3 = Charakterisierung der Stellung der Atomgruppen am Kohlenwasserstoff R

2 und 3 = endständig; 1 £ mittelständig

B = Hydroxylverbindung mit mindestens drei OH-Gruppen, vorzugsweise ein Kohlenhydrat

C β Geladene Gruppe, z.B. -SO₃*"; -SO."*; -HPO₄*"; -COO" Folgende Strukturen charakterisieren die spezifische oberflächenaktive Substanz:

I. Es ist nur eine Gruppierung A, B am Kohlenwasserstoff R, und zwar in Stellung 1 oder 2.

R-A-B

II. Es sind zwei Gruppierungen A, B am Kohlenwasserstoff R, und zwar in Stellung 1, 2 oder 2, 3«

.A-B '

J97 82

III· Ee sind zwei Gruppierungen B und C am Kohlenwasserstoff R, und zwar in Stellung 1,2 oder 2,3·

JEV. Es sind 2 oder 3 Gruppierungen am Kohlenwasserstoff R, und zwar A, B und C, wobei die Stellungen 2, 3 und 1,3 vorliegen·

R bzw. R^A-B

^XA-B A-B

Die Kultivierung der Mikroorganismen - Hefen, Bakterien oder Pilze - wird in an sich bekannter V/eise durchgeführt, wobei der wäßrigen nährlösung eine Konzentration von mindestens 0,1 g/l der erfindungsgemäßen oberflächenaktiven Substanz der Struktur I bis IV bzw. ein Gemisch von oberflächenaktiven Substanzen der Strukturen I bis IV zugesetzt und diese Konzentration in der Prozeßstufe: Kultivierung aufrechterhalten wird. Durch die stark veränderte Flockenstruktur erhält man ein Fermentationsmedium mit neuartigen Eigenschaften.

Zunächst wird ein sprungartiger Rückgang der Viskosität beobachtet, Das Fermentationsmedium hat hervorragende rheologische Eigenschaften, so daß ein geringer Leistungseintrag für'die Durchmischung des Fermentationsmediums ausreicht,

Überraschend ist besonders die beträchtliche Zunahme der Raum-Zeit-Ausbeute; sie beträgt mindestens 100%. Aufgrund der veränderten Flockenstruktur können die Mikroorganismen wesentlich besser mit den erforderlichen Substanzen, wie EFährsalzen, Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff versorgt werden Die neuen Eigenschaften des Fermentationsmediums zeigen sich auch darin, daß das Medium nach der Kultivierung ohne weitere Maßnahmen, allein durch natürliche Schwerkrafttrennung, in seine Komponenten zerfällt. Man erhält nach einer Standzeit von 20 Minuten drei Schichten:

-τ- 197822

Obere Schicht: Enthält die Kohlenwasserstoffe Mittlere Schicht: Enthält die wäßrige Nährlösung Untere Schicht: Enthält die Mikroorganismen

Die mittlere Schicht, die einen Teil der erfindungsgemäßen Substanz enthält, kann zur Wiederverwendung in die Prozeßstufe Kultivierung zurückgeführt v/erden* Dieser Anteil liegt bei etwa 20 bis 30%.

Die Anteile der erfindungsgemäßen Substanz, die in das Abwasser gelangen, werden abgebaut und führen somit nicht zur Umweltbelastung/ .

Im folgenden soll die Erfindung anhand von einigen Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1:

In einem 800 1 Rührfermentor werden kontinuierlich Hefen der Art Candida guilliermondii auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe gezüchtet. Im Fermentationsbehälter befinden sich 400 Ig Fermentationsmedium, der stündliche Zu- und Ablauf beträgt 100 kg/h, was einer mittleren Verv/eilzeit von 4 Stunden entspricht. Der Fermentorzulauf setzt sich zusammen aus 30 Ma.-% Dieselkraftstoff, der die zum .Wachstum der Mikroorganismen erforderlichen n«Alkane der Kettenlänge C₁Q bis Cp₀ in einer Konzentration von 20 Ma,-% enthält, sowie zu 70 Ma.-$£ aus einer wäßrigen Kährsalzlosung der folgenden Zusammensetzung:

000	mg	P/l	als	H3PO4
200	mg	K/l	als	KCl
400	mg	N/r	als	M4CL
150	mg	Mg/1	als	MgSO4
50	mg	Na/1	als	HaCl
3	mg	Cu/1	als	CuSO4
12	mg	Zn/1	als	ZnSO4
10	mg	Mn/1	als	MnSO4
4	mg	Fe/1	als	FeSO,

• :' ·/ - 8 -

Außerdem elithält die wäßrige Nährlösung eine oberflächenaktive Substanz in einer Konzentration von 1,2 g/l* Diese oberflächenaktive Substanz besteht aus den Komponenten

R und ' R —A-B als Gemisch,

^ A+B A-B

wobei die Symbole folgende Bedeutung haben:

R= Aliphatischer Kohlenwasserstoff C₁₀ bis C₂₀

A = -SO₀-NH-C- ^ά Il 0

B = Saccharose

C = -SO₃" _%

A, B in 1, 2- und 1, 3-Stellung als Gemisch« Die Fermentationstemperatur beträgt 33 ⁰C, der pH-Wert wird mittels Regelung durch wäßrigen Ammoniak auf pH = 4,2 gehalten. Durch einen am Fermentorboden angebrachten gelochten Ring wird mit Hilfe eines Kompressors eine Luftmenge von 80 nr/h zugeführt. Mit einem Blattrührer bekannter Bauart wird eine Leistung von 3 KW in das Fermentationsmedium eingetragen.

Der Fermentorablauf enthält neben der verbrauchten wäßrigen Nährlösung den entparaffinierten Dieselkraftstoff in einem Anteil von 25,5 Ma»-% und die gezüchteten Hefezellen in einer Konzentration von 3»6 Ma.-%, was einer Produktivität (Raum-Zeit-Ausbeute) von 9 g Hefetrockensubstanz (HTS)Ag«h entspricht. Dieser Fermentorablauf gelangt in ein Beruhigungsgefäß, in dem nach Zusatz einer Menge von 1 g/kg der oben beschriebenen oberflächenaktiven Substanz und einer Standzeit von 30 Minuten ohne weitere Maßnahmen eine freiwillige Trennung in drei Schichten eintritt:

Obere Schicht: Dieselkraftstoff, wäßrige Nährlösung Mittlere Schicht: Wäßrige Nährlösung Untere Schicht: Hefezellen, wäßrige Nährlösung Die obere Schicht fällt in einer Menge von 26 bis 28 kg/h an und besteht zu einem Teil aus klarem Dieselkraftstoff, zum anderen Teil aus Dieselkrai^tstoff-Wasser-Emulsion, deren Demulgierung nach bekannten Verfahren, z.B. durch Erwärmung auf 80 ⁰C erfolgt* Der Ausnutzungsgrad der n-Alkane des Dieselkraftstoffes beträgt 75 Ma.~%,

Die mittlere Schicht entsteht in einer Menge von ca· 34 kg/h und wird nach Ergänzung der verbrauchten Nährsalzbestandteile in den Permentor zurückgeführt, d.h. der Rückführungsgrad der wäßrigen Phase beträgt ca. 50%. Die zurückgeführte wäßrige Phase enthält noch ungefähr 35% der gesamten eingesetzten Menge an oberflächenaktiver Substanz, die Differenz zur Einsatzmenge wird durch kontinuierliche Dosierung in den Permentor ergänzt. Die untere Schicht stellt eine wäßrige Zellsuspension mit einer Konzentration von 8 Ma*-% Hefetrockensubstanz dar. Die erhaltene Suspension wird anschließend nach herkömmlicher Art durch Zentrifugation auf einen Gehalt von 23 Ma.-% Hefetrockensubstanz aufkonzentriert und im Sprühtrockner bis auf einen Wassergehalt von 10 Ma.-% getrocknet» Das Trockenprodukt enthält noch einen Restkohlenwasserstoffgehalt von 0,5 Ma_e-%, der durch Lösungsmittelextraktion bis auf einen Wert von 0,1 Ma.-% gesenkt wird.

Demgegenüber erhält man bei Anwendung von Äthylenoxid-Propylenoxid-Addukten der Formel AO₁₁-PO₁₇-AO₁. bei einer Konzentration von 0,6 g je Liter wäßrige Nährsalzlösung und Beibehaltung aller übrigen Parameter nur eine Biomassekonzentration von 16 g HTS/kg, entsprechend einer Produktivität von nur 4 g HTS/ko*h* Bei Zugabe von Alkylsulfonat zum Fermentorauslauf tritt keine freiwillige Trennung des Fermentorauslaufes in die Komponenten ein« Zur Trennung in die Komponenten ist Zentrifugieren erforderlich.

Beispiel 2:

In einem 200 1 Rührfermentor werden kontinuierlich Hefen der Art Candida lipolytica gezüchtet.'Der Fermentationsbehälter ist ein stehender Zylinder mit einem inneren Durchmesser von 36 cm und einer Höhe von 200 cm, in dessen Mittelachse auf einer gemeinsamen Rührwelle 3 Rührer von je 20 cm Durchmesser angebracht sind»

Im Fermentationsbehälter befinden sich 100 kg Fermentationsmedium; der stündliche Zu- und Ablauf betragt 30 kg/h, so daß eine mittlere Verweilzeit von 3,3 Stunden eingehalten wird.

Der Fermentorzulauf besteht zu 20 ¥ia,~% aus einem Gemisch reiner, geradkettiger Paraffine des Kettenlängenbereiches C^₀ bis C₂₀ und zu 80 Ma.-% aus einer wäßrigen Nährlösung, die die zum Wachstum der Mikroorganismen erforderlichen Elemente in folgender Konzentration enthält:

1500 mg P/l als H₃PO₄

1700 mg K/l . als KCl

400 mg N/l als NH₄Cl

180 mg Mg/1 als MgSO₄

50 mg Na/1 als NaCl

4 mg Cu/1 als CuSO₄

15 mg Zn/1 als ZnSO₄

12 mg Mn/1 als MnSO₄

4 mg Fe/1 als FeSO₄

Außerdem enthält die wäßrige Nährlösung eine oberflächenaktive Substanz in einer Konzentration von 1,5 g/l· - . Diese oberflächenaktive Substanz besteht aus den Komponenten

R _ und R —- A-B als Gemisch,

A-B A-B

v/obei die Symbole folgende Bedeutung haben: 20R= Aliphatischer Kohlenwasserstoff C₁₀ bis A = -SO₀-NH-C-NH-

² H 0

B = Saccharose . .

C = -SO₃"

A, B in 1, 2~SterUmg Die Permentationstemperatiir beträgt 34 ⁰C, der pH-¥/ert wird durch Regelung mittels wäßriger Ammoniaklösung konstant auf pH = 4,2 gehalten* Die Begasung des Mediums erfolgt vom Fennentorbodenaus mit einem Gemisch aus 5 nr/h Luft und 5 m^/li tech nischem Sauerstoff» Der gesamte Leistungseintrag durch die •Rührer beträgt 1 kw. ·

- 11 -

Um eine besonders feine Dispergierung der Kohlenwasserstofftropfen im Fermentationsmedium zu erzeugen, besitzt der Fermentor eine in einem · Außenkreislauf angebrachte zusätzliche rotierende Emulgiervorrichtung von bekannter Bauart* Der Fermehtorablauf enthält neben der verbrauchten wäßrigen Nährlösung das nicht umgesetzte n-Alkan-Gemisch in einer Menge von 13 Ma«~% sowie die gezüchteten Hefezellen in einer Konzentration von 6 Ma.-%, bezogenauf Hefetrockensubstanz, Die Produktivität (Raum-Zeit-Ausbeute) beträgt mithin 18.g HTS/kg* h.

Das aus dem Feraientationsbehälter kontinuierlich ablaufende Fermentationsmedium gelangt in ein Beruhigungsgefäß, in dem es sich ohne v/eitere Maßnahmen' nach einer Standzeit von 20 Minuten durch natürliche Schwerkrafttrennung in drei Schichten trennt: Obere Schicht: Kohlenwasserstoff, wäßrige Nährlösung Mittlere Schicht: Wäßrige Nährlösung Untere Schicht: Hefezellen, wäßrige Nährlösung Die obere Schicht stellt eine stabile Kohlenwasserstoff-Wasser-Emulsion dar, während die mittlere Schicht aus verbrauchter wäßriger Nährlösung besteht,. Beide Schichten werden gemeinsam ohne irgendwelche Nachbehandlung in den Permentationsbehalter zurückgeführt« Auf diese Weise beträgt der Rückführungsgrad des n-Alkan-Gemisches in die Fermentation 65 Ma«-%; der durch die Hefezellen in der Fermentationsstufe verbrauchte Anteil von 35 Ma.-% (entsprechend einer Menge von 2,1 kg n-Alkan-Gemisch/h) wird durch laufende Dosierung in die Fermentation ergänzt* Die in die Fermentation rückgeführte Menge der oberflächenaktiven Substanz entspricht 30 Ma·.-^ der Einsatzmenge; die restlichen 70 ¥ia_t-% werden gleichermaßen durch kontinuierliche Dosierung in den Permentor ergänzt«

Die untere Schicht stellt eine wäßrige Zellsuspension dar und besteht zu 9 Ma,-% aus Hefetrockensubstanz« Diese wird in berkannter Weise durch Zentrifugation bis auf 25 Ma.-% HTS aufkon- · zentriert , einem Sprühtrockner zugeführt und bis auf einen Wassergehalt von 10 Ma.-% getrocknet.

Die Hefebiomasse hat nach dieser Behandlung noch einen Restkohlenwasserstoff gehalt von 0,1 Ma»-%e .

-43-

Beispiel 3: '

In einem 800 1 Rührfermentor werden kontinuierlich Hefen der Art Candida tropicalis auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe gezüchtet. Im Fermentationsbehälter befinden sich 400 kg Fermentationsmedium; bei einem stündlichen Zu- und Ablauf von 100 lg/h beträgt die mittlere Verweilzeit 4 Stunden. Der Fermentorzulauf setzt sich zusammen aus 50 Ma.-% Dieselkraftstoff, der die zum Wachstum der Hefezellen erforderlichen n-Alkane des Kettenlängenbereiches C₁₀ bis Cp₀ in einer Konzentration von 15 Ma.-% enthält sowie zu 50 Ma.-% aus einer wäßrigen Nährsalzlösung der folgenden Zusammensetzung:

500	mg	P/l	als	H3K)4
700	mg	K/l	als	KCl
400	mg	N/l	als	NH4Cl
180	mg	Mg/1	als	MgSO4
50	mg	Na/1	als	NaCl
4	mg	Cu/1	als	CuSO4
15	mg	Zn/1	als	ZnSO.
12	mg	Mn/1	als	MnSO4
4	mg	Fe/1	als	FeSO4

Außerdem enthält die wäßrige Nährlösung eine oberflächenaktive. Substanz in einer Konzentration von 1,5 g/l· Die oberflächenaktive Substanz hat folgende allgemeine Formel:

\ A-B

wobei die Symbole folgende Bedeutung haben:

R = Aliphatischer Kohlenwasserstoff C₁₀ bis C₂₀

A = -SO₀-NH-C-² H 0

B = Raffinose C = -SO₃""

A, B in 2-Stellung ." « 13 „

- 13-197

Die Fermentationstemperatur beträgt 33 C, der pH-Wert wird mittels Regelung durch wäßrige Ammoniaklösung auf einen Wert von pH = 4,2 konstant gehalten« Durch einen am Permentorboden angebrachten gelochten Ring wird mit Hilfe eines Kompressors Luft in einer Menge von 70 m/h zugeführt« Mit einem kräftigen Rührwerk bekannter Bauart wird eine Rührleistung von 3 kW in das Fermentationsmedium eingetragen.

Der Fermentorablauf enthält neben der verbrauchten wäßrigen Nährlösung den teilweise entparaffinieren Dieselkraftstoff .

in einem Anteil von 46 Ma.-% und die gezüchteten Hefezeilen in einer Konzentration von 3,2 Ma.-%, bezogen auf Hefetrockensubstanz, was einer Produktivität von 8 g HTS/kg«h entspricht« Dieser Fermentorablauf gelangt in ein Beruhigungsgefäß, in dem nach Zusatz einer Menge von 0,8 g/kg der oben beschriebenen oberflächenaktiven Substanz und einer Standzeit von 20 Minuten ohne weitere Maßnahmen eine freiwillige Trennung in vier Schichten eintritt, die in der Reihenfolge steigender Dichte wie folgt angeordnet sind: 1. Schicht: Dieselkraftstoff

2« Schicht: · Dieselkraftstoff-Wasser-Emulsion 3· Schicht: Y/äßrige Nährlösung 4* Schicht: Hefezellen, wäßrige Nährlösung In der obersten Schicht fällt klarer Dieselkraftstoff in einer Menge von 25 kg/h an, das bedeutet 50 Ma«-% der Einsatzmenge des Kohlenwasserstoffes. Der Ausnutzungsgrad des n-Alkans im Dieselkraftstoff beträgt ebenfalls ca. 50 Ma.-%.

Die 2e Schicht stellt eine stabile Dieselkraftstoff-V/asser-Emulsion mit einem Phasenverhältnis von 60 Ma«-^ : 4.0 Ma*~% dar, die eine Menge von 35 kg/h ausmacht und in den Ferment or zurückgeführt wird.

Die 3. Schicht besteht aus verbrauchter wäßriger Nährlösung und wird in einer Menge von β kg/h ebenfalls in den Fermentor zurückgeführt. Die im Prozeß der Fermentation entstandenen Verluste an Wasser, Dieselkraftstoff, Nähr- und Spurensalzen und ober- flächenaktiver Substanz werden durch kontinuierliche Dosierung in den Fermentor ergänzt*

- 14 -

...-. - 14 -

Die unterste Schicht enthält die gezüchteten Hefezellen als wäßrige Suspension mit einer Konzentration von 9 Ma.-% Hefetrockensubstanz _β Diese Suspension wird auf herkömmliche V/eise in einem Separator bis auf einen Gehalt von 24 Ma.-% PITS aufkonzentriert und danach in einem Sprühtrockner bis auf einen Wassergehalt von 10 Ma.-% getrocknet. Dieses Trockenprodukt enthält noch einen Restkohlenwasserstoffgehalt von 0,6 Ma.-%, der durch Lösungsmittelextraktion bis auf einen Wert von weniger als 0,1 Ma.~% gesenkt wird. . '

Claims (4)

-IS- Patentanspruch

1 = mittelständig

ι -46-. f

: B s Hydroxyverbindung mit mindestens drei OH~Gruppen, vorzugsweise ein Kohlenhydrat

C = Geladene Gruppe wie beispielsweise -SOo"; '-SO/"» -HPO."*; -COO"

1, 2, 3. = Stellung der Atomgruppen am Kohlenwasserstoff R

1« Verfaliren zur Kultivierung von Mikroorganismen auf der Basis - flüssiger Kohlenwasserstoffe in Gegenwart einer wäßrigen Nährsalzlösung, eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases und einer oberflächenaktiven Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktive Substanz der allgemeinen Formel

2« Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Gruppen A, B und C in der oberflächenaktiven Substanz in nachfolgenden Stellungen vorliegen:

I. R-A-B

' A und B am Kohlenwasserstoff R in den Stellungen 1 oder 2

II. A-B

A-B

A und B am Kohlenwasserstoff R in den Stellungen 1, 2 oder 2, 3

III. yB

B und C am Kohlenwasserstoff R in den Stellungen 1, 2 oder 2, 3

IV. ^C C /.'

R bzw. R-A-B

^XA-B ^A-B

A, B und C am Kohlenwasserstoff R in den Stellungen 2,3 oder 1, 3 bzw.

A und B in den Stellungen 1, 2 oder 2, 3 und C in den Stellungen 1 oder 3

2 und 3 = endständig

2 ¹I 3 _ ρ

AAC
I I

BB

entspricht, wobei

R = ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einer Kettenlänge von Cn bis C_or, ist

A =. Atomgruppen der folgenden Zusammensetzung (einzeln oder in Kombination)

^Cs=O; -SO₂-; '-SO₃-; -IJH-; -G-; -CH₂-CH₂-O-; 0

-C-SH-IT=CH-; -(-CH₀-) - x= 1 bis η

0 0

Il H

-C-MH-; -KH-C-FH-;

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturtypen I, II, III und IV« einzeln oder als Gemisch von zwei oder mehreren Strukturtypen verwendet werden.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktive Substanz in einer Mindestkonzentration von 0,1 g/l wäßriger Nährlösung verwendet wird.