DD153495A3

DD153495A3 - Hilfsstoffkombination zur verbesserung mikrobiologischer verfahren

Info

Publication number: DD153495A3
Application number: DD21404379A
Authority: DD
Inventors: Gustav-Adolf Luebbert; Ursula Reiter; Reinhard Wiegleb; Gisela Nietzold; Joachim Bauch; Herbert Gentzsch; Hans-Joachim Richter; Beate Sczekalla
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat; Wiss Allunionsforschungsinst F
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1979-07-03
Publication date: 1982-01-13
Also published as: SU1306952A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hilfsstoffkombination zur Verbesserung mikrobiologischer Verfahren, insbesondere aerober Prozesse, zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweiss. Zur Verbesserung der Sauerstoffuebertragungsleistung bei der aeroben Zuechtung von Mikroorganismen zur Gewinnung von Einzellerprotein auf der Basis von Kohlenwasserstoffen gibt es hinsichtlich der Verringerung des hohen Energie- und Apparateaufwandes noch keine befriedigende Loesung des Problems. Entsprechend dem Stand der Technik werden der Fermentationsfluessigkeit zur Verbesserung der Sauerstoffuebertragungsleistung Tenside oder Tensidkombinationen zugesetzt. Ueberraschenderweise wurde gefunden,dass duch Zusatz einer Hilfsstoffkombination der bekannten nichtionogenen tensidischen Stoffklasse der Aethylenoxid -Propylenoxidaddukte mit einem mittleren Molekulargewicht von 1200 - 3500 und der nichttensidischen Stoffklasse der Polyaethylenglycole mit einem mittleren Molekulargewicht von 150 - 5000 eine Steigerung der Biomassekonzentration um ca. 20% erreicht werden kann.

Description

21 A O

Titel der Erfindung

Hilfsstoffkombination zur Verbesserung mikrobiologischer Verfahren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Hilfsstoffkombination zur Verbesserung mikrobiologischer V.erfahren, insbesondere aerober Prozesse zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweiß* Sie fällt vorrangig in das Gebiet der technischen Mikrobiologie. Die Erfindung kann aber auch auf anderen Gebieten genutzt werden, in denen Sauerstoff aus der Luft in ein wäßriges Medium überführt werden solle

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind zahlreiche aerobe Fermentationsverfahren zur Züchtung von Mikroorganismen mit dem Ziel der Zellkörpergewinnung sowie der Gewinnung biochemischer Reaktionsprodukte bekannt.

2 1 4 Q 4 3

Typische Beispiele dafür sind großtechnische Verfahren der aeroben Züchtung von Mikroorganismen zur Einzellerproteingewinnung auf Basis von Kohlehydraten und Kohlenwasserstoffen als Kohlenstoffquelle« Diese aeroben Verfahren sind alle durch einen hohen Sauerstoffbedarf des Fermentationsprozesses gekennzeichnete

Der Sauerstoffbedarf wird in der Regel durch Zuführung von Luft und innige Dispergierung in das wäßrige JPermentationsmedium mittels verschiedener technischer Einrichtungen gedeckt· Damit ist die SauerstoffVersorgung des Fermentationsprozesses ein Energie- und apparateaufwendiger Prozeß«

Zur Verbesserung der Sauerstoffübertragungsleistung dieser technischen Systeme werden der wäßrigen Fermentationsflüssigkeit nichtionogene Tenside oder Tensidkombinationen zugesetzt» Der Stand der Technik ist hierzu in den folgenden Patentschriften beschrieben:

(1) Gemäß der DD - Patentschrift Nr, 96?22 werden Additionsprodukte aus Äthylenoxid und niederen aliphatischen Alkoholen oder Diolen sowie Alkylenkarbonsäuremethyltauride verwendet·

(2) Nach DD - Patentschrift Nr, 1O4_eO99 wird eine Kombination eines nichtionogenen Tensides mit einem anionenaktiven Tensid als besonders günstig empfohlen. Das nichtionogene Tensid ist dabei ein Propylen Äthylenoxid - Addukt mit 25 - 20 Molekülen Propylenoxid und 20 ~ 25 Molekülen Äthylenoxide Als anionenaktives Tensid wird ein definiertes Alkyl- sulfonat eingesetzt *

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(3) Ferner ist nach DT - Offenlegungsschrift Nr, 1„442.296 der Socony Mobil Oil Inc· bekannt, daß Additionsprodukte aus Äthylenoxid mit Fettalkoholen, Fettamiden, Alkyl- und Arylgruppen sowie auch bestimmte Fettsäureester eingesetzt werden können·

(4) Zur Verbesserung des Eontaktes zwischen Mikroorganismen und den Tröpfchen flüssiger Alkane werden für Verfahren der Kohlenwasserstoffermentation gemäß DT - Offenlegungsschrift 23 29 811 verschiedene PoIyoxypropylenglykoläther vorgeschlagen«

(5) In der DT - Offenlegungsschrift Nr, 2544625 wird zur Verbesserung der Züchtung und Abtrennung von Mikroorganismen bei der Fermentation von Erdöldestillatfraktionen nur ein Additionsprodukt aus Äthylenoxid und Propylenoxid verwendet. Bei diesem Verfahren wird in Kombination mit anderen Verfahrensschritten dieser Hilfsstoff gleichzeitig für die Abtrennung und günstige Beeinflussung der Reinigung der Biomasse genutzt.

Dieser dargelegte Stand der Technik hat folgende Nachteile: ·

In den Fällen (1), (3) und (4) müssen unterschiedliche Stoffklassen, wie Äthylenoxid, Propylenoxid sowie die entsprechenden Basiskomponenten (Alkohol, Säure, Amide usw.) zur Verfügung stehen« Dieser Sachverhalt verursacht stoff- und apparateaufwendige Herstellungstechnologien.

Im Verfahren gemäß (2) wird zwar ein Grundhilfsmittel verwendet, das nur aus Äthylenoxid und Propylenoxid her-

gestellt ist, die beste Wirkung sowohl als Fermentationsais auch als Trennhilfsmittel wird jedoch erst in Kombination mit der stark aniohischen Tensidklasse der Alkylsulfonate erreicht, ·

Im Verfahren gemäß (5) wird ausschließlich ein Äthylenoxid- und Propylenoxidaddukt für die Fermentation und Trennung verwendete Wie jedoch die breiten üntersuchungsbereiche und die relativ hohen Einsatzkonzentrationen gemäß dieser Schrift zeigen, wurde hier die Leistungsgrenze der Äthylen - Propylenoxidaddukte erreicht und ausgeschöpft „

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile gemäß (1) - (4·) zu überwinden und die Leistungsfähigkeit der Äthylenoxid -Propylenoxidaddukte gemäß (5) weiter zu steigern ohne neue Grundstoffe für die Produktion des Hilfsmittels einzusetzen«,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß die innere Struktur des wäßrigen Kulturmediums bei Anwesenheit eines Äthylenoxid - Propylenoxidadduktes dahingehend zu beeinflussen ist, daß bessere Bedingungen für den Stoffaustausch Gas - Flüssigkeit - Mikroorganismen erzielt werden, ohne daß es zu Blockierungen der Grenzflächen kommt»

Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch Zusatz von Polyäthylenglycol· erreicht werden kann₀ Polyäthylenglycol kann leicht aus Ithylenoxid hergestellt, werden«,

Polyäthylenglycol gehört nicht zur Stoffklasse der Tenside ο Der erzielte positive Effekt in Kombination mit den nichtionischen Tensiden der Propylen - Ithylenoxidklasse wird durch eine optimale Beeinflussung der inneren Struktur der wäßrigen Kulturflüssigkeit infolge einer synergistischen Wirkung der Hydrathüllen sowohl am ithylenoxid Propylenoxidaddukt als auch des Polyäthylenglycols erreicht»

Wie in den nachfolgenden Beispielen gezeigt wird, besteht der positive Effekt dieser Hilfsmittelkombination darin, daß bei zusätzlicher Anwesenheit des Polyäthylenglycols mit einem mittleren Molekulargewicht von 150 ~ 5000 eine Steigerung der Sauerstoffübertragungsleistung erzielt oder eine Senkung des Bedarfs an Äthylenoxid - Propylenoxidaddukt für die Fermentation oder nach Verfahren (5) auch für die Trennung erreicht wird₀

Au sf uhr urigsb e i sp i e1e

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1

Zur Ermittlung der Verbesserung des Sauerstoffübertragungskoeffizienten durch die Hilfsstoffkombination wurden folgende Versuche durchgeführts

Das Versuchsprinzip bestand darin, daß mit Na^SO^ sauerstofffrei gemachte Wasserproben mit je 100 mg/1 der jeweiligen Hilfsstoffkombination versehen warden und mittels einer pOp Meßsonde die Aufsättigungszeit mit Sauerstoff dieser Lösung unter definierten Bedingungen, d«, h· normierter Oberflächenbelüftung gemessen wurde« Diese gemessene Zeit wurde ins "Verhältnis zur Aufsättigungszeit der reinen, d. h_o kein Tensid enthaltende, sauerstofffreien Wasserprobe gesetzt· Es wurde gefunden, daß die AufSättigungszeiten (50 % Punkt), die bei Zugabe von 100 mg/1 Propylenoxid — A'thylenoxid im Molekulargewichtsbereich von 1200 - 3500 40 - 60 % der des reinen Wassers betrugen, überraschenderweise auf 10 - 30 % gesenkt werden konnten, wenn in diesen Addukten 2-20 % Polyäthylenglycol im Molekulargewichtsbereich von 150 - 5000 enthalten war.

Beispiel 2

Die Sättigungszeitmessung durch Oberflächenbelüftung kann jedoch nur ein Anhaltspunkt für_t die Wirksamkeit von Hilfsstoffen in technischen IPermentationsprozessen sein. Eine lineare Verbasserungsrate, analog der Oberflächenbelüftung, ist bei technisch aeroben Permentationsprozessen bekanntermaßen nicht erreichbar, da wesentliche zusätzliche Faktoren wirksam werden, ζ. Β_β

- begrenzte spezifische Belüftungsrate der Fermentationsgemische wegen Schaumbildung oder Erreichung des Überflutungspunktes

- Einflüsse der Mikroorganismen und der Stoffwechselprodukte.

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Aus diesem Grunde wurde eine "Verbesserung der Wirkung an einem Verfahrensbeispiel gemäß (5) überprüfte Gemäß diesem Verfahren wird Candida guilliermondii auf Erdöldestillat gezüchtet und mit dem gleichen Hilfsstoff vom Erdöldestillat zur Gewinnung von mikrobiellem Eiweiß getrennt. Zu diesem Zweck wurde in einem 500 1 Fermentor Candida guilliermondii in bekannter Weise kontinuierlich gezüchtet.

Dem Fermentationsmedium wurde 0,1 g/l des bekannten Ithylenoxid - Propylenoxidadduktes mit einem mittleren Molekulargewicht von 2100 zugegeben, das 5,2 % Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 380 enthielt. Die erzielten verbesserten Biomassekonzentrationen im Vergleich zur Züchtung ohne Hilfsmittelzusatz sind in der folgenden Übersicht angegeben·

Die spezifische Durchflußrate und Belüftungsrate, der Leistungseintrag durch das Rührwerk und die Dosierung der Nähr- und Spurenkomponente wurde über alle Versuche konstant gelassen.

spezifische Belüftungsrate = 100 1 Luft/1 kg Fermentationsflüssigkeit und Stunde

spezifischer Leistungseintrag = 2,3 W/kg Fermentor-

flüssigkeit

—1

spezifische Durchflußrate « 0,2 h

ohne Hilfsmittel

mit Äthylenoxid Propylenoxidaddukt

mit Ethylenoxid Propylenoxidaddiikt + Polyäthylenglyoöl

9,6 g Hefetrockensubstanz/kg Fermentorflüssigkeit

10,1 g Hefetrockensubstanz/kg Fermentorflüssigkeit

12,3 g Hefetrockensubstanz/kg Fermentorflüssigkeit

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Hilfsmittelgemisches wurde also eine Steigerung der Biomassekonzentration um etwa 20 % erreicht.

Dem aus dem Fermentor kontinuierlich entnommenen Fermentationsgemisch wurden nochmals 300 mg des o. g_e Äthylenoxid - Propylenoxidadduktes + Polyäthylenglycol zugegeben, auf 80 ⁰C erwärmt und in einem kontinuierlich arbeitenden Separator das Erdöldestillat bis auf einen Restgehalt von 0,6 % in der Hefephase abgetrennt.

Auch bei der ölabtrennung wurde somit eine bessere Wirkung der Hilfsstoffkombination im Bereich niedriger Konzentrationen erreicht»

Analog gute Ergebnisse wurden in weiteren Versuchen erreicht, in denen Hilfsstoffkombinationen mit einem Polyäthylenglycolgehalt bis zu 20 Gewichtsprozent und Molekulargewichten bis zu 5000 v_erWeBclet wurden*

Claims

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Erfindungsanspruch

Hilfsstoffkombination zur Verbesserung mikrobiologischer Verfahren, insbesondere von mikrobiellem Eiweiß, gekennzeichnet dadurch, daß die Hilfsstoffkombination aus einer Mischung der bekannten nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffklasse der .Ethylenoxid - Propylenoxidaddukte mit
einem mittleren Molekulargewicht von 1200 - 3500 und der nichttensidischen Stoffklasse der Polyathylenglycole mit einem mittleren Molekulargewicht von 150 — 5000 besteht, wobei das nich.ttensidische Polyäthylenglycol in einer
Menge von 0,5 - 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Äthylenoxid - Propylenoxidaddukt, eingesetzt wird·