DD160356A3 - Verfahren zur fermentation und abtrennung von mikroorganismen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fermentation und Abtrennung von Mikroorganismen, insbesondere zur Gewinnung von Einzellerprotein. Ziel der Erfindung ist die Verringerung des Fermentationsmittelbedarfes fuer den Trennungsprozess. Gleichzeitig soll das Auftreten einer stabilen Wasser/Biomasse - in Oel-Emulsion oberhalb 60 Grad C ausgeschlossen werden. Die Fermentation und Abtrennung erfolgt unter Verwendung eines Polymerisationsproduktes aus Ethylenoxid und Propylenoxid, wobei die Trennung bei Temperaturen von 60 bis 90 Grad C stattfindet. Erfindungsgemaess weist das Polymerisationsprodukt ein mittleres Molekulargewicht von 2300-4100 und eine Konzentration bis zu 0,06 Gew.-% auf. Die Trennung wird in Anwesenheit von mindestens 600 mg/l Kaliumionen durchgefuehrt.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Fermentation und Abtrennung von Mikroorganismen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fermentation und Abtrennung von Mikroorganismen. Sie kann in industriellen Anlagen zur Züchtung von Mikroorganismen zum Zwecke der Gewinnung von Binsellerprotein angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Stand der Technik wird durch die 4. folgenden Lösungen best immt:

1. Gemäß DD - Patentschrift 104099 wurden Mikroorganismen

- Hefen in Gegenwart eines Fermentationshilfsmittels und eines Separationshilfsmittels bei 30-34 C gezüchtet und aus dem Kulturgemisch bei ebenfalls 32 35 ⁰G abgetrennt.

Als Ferinentationshilfsmittel dient das bekannte Polymerisationsprodukt aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit einem mittleren Molekulargewicht von 1750 - 2250. Als Separationshilfsmittel und gleichzeitiges Teilhilfsmittel des Fermentationsprosesses dient ein Alkylsulfonat mit einer mittleren Kettenlänge von C^p - ^20* ^ⁿ ^^en S^enanj2ten Molekül ar gericht sber eich en beider Tenside wurden die höchsten Leistungssteigerungen des Fermentationsprozesses erreicht.

2. lach der DE- Patentschrift 1417 559 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Mikroorganismen ohne Fermentations-

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hilfsmittel gezüchtet, anschließend jedoch unter Zusatz von Separationahilfsmittein separiert werden. Die Separation kann gemäß diesem Verfahren bei 32 ⁰C durchgeführt werden.

Zur Senkung des Separationshilfsmittelbedarfes wird in dieser Patentschrift vorgeschlagen, die Temperatur maximal auf 99 ⁰C, vorzugsweise jedoch _nur T₀-^₃ ^q °q _s und den pH-Wert gleichseitig auf 8 au erhöhen.

Entsprechend DE - Patentschrift 2.544.625 wurde ein Verfahren aur Abtrennung von Mikroorganismen entwickelt, in dem die Mikroorganismen unter Anwesenheit von 0,1 - 0,6 % des bekannten Fermentationshilfsmiltels aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit einem mittleren Holekulargewicht von 1750 - 2250 gezüchtet werden.

Die Abtrennung der Ilikroorganismen wird durch die Separation bei 60-85 C nach Erhöhung des Fermentationshilfsmittels noch vor der Trennung auf 0,07 0,13 % erreicht.

iTach Schönfeld ("Oberflächenaktive Anlagerungspro— dukte des Äthylenoxids" - V/isse^enschaftliche Verlagsgesellschaft MBH Stuttgart 1959 S. 94/95) ist bei alleiniger Anwesenheit von EO/PO-Addukten, beispielsweise des unter (1) und (3) genannten bekannten Fermentationshilfsmittels, eine Abtrennung der Mikroorganismen durch Separation bei einer Temperatur unterhalb des Trübungspunktes des Adduktes, beispielsweise unter 60 C, denkbar, da die Dehydratisierung der Tensidmoleküle und damit der qualitative Umschlag in die öllöslichkeit als Voraussetzung für den Trennvorgang durch Zugabe von Ha-, K-, Li-Ionen induziert werden kann.

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Dieser Stand der Technik hat folgende nachteile

Beim Verfahren nach (1) werden zwei Hilfsstoffe benötigt. Außerdem wird das stark tensidische Separationshilfsraittel an den Mikroorganismenoberflächen adsorbiert . Das somit nach der Trennung in der Biomasse anwesende Tensid ist außerdem stark hygroskopisch und beeinträchtigt das Verarbeitungs-, Lager- und Applikationsverhalten der Biomasse

Diese prinzipiellen Nachteile gelten auch für das Verfahren gemäß (2).

Bei diesem Verfahren müßte im Falle erwünschter Verbesserung des Fermentationsprozesses ein Fermentationshilfscittel eingesetzt werden, was wiederum zum Einsat a zweier Hilfsmittel führt.

Im Falle des Verfahrens gemäß (3) sind diese ITachteile überwunden.

Hier ist lediglich eine Konzentrat ionserhöhung von 0,06 auf mindestens 0,07 ^c/o an Ferment at ionshilf snittel sowie eine Erwärmung notwendig. Die Konzentrationserhöhung führt jedoch zu einer merklichen Erhöhung des Verbrauches an Fermentationshilfsmittel und damit zu einer Kostenerhöhung.

Bei Anwendung eines nach (4) denkbaren Verfahrens liegt der Hilfsmittelbedarf noch höher als bei (3), da der Dehydratisierungseffekt durch 3Ja-, K-, Li-Ionen deutlich geringer als bei dem durch Temperaturerhöhung indizierten qualitativen Umschlag in die üllöslich— keit ist. Wird jedoch die Temperaturerhöhung angewendet, ist der nach Schönfeld beschriebene Effekt wirkungslos und es gilt das zu (3) gesagte.

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Ziel der Erf in dring.

Ziel der Erfindung ist die Verringerung des Fermentationshilfsmittelbedarfes für den Trennungsproseß. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gekoppeltes Fermentations - Separationsverfahren einzuführen, in dem der Hilfsmitteleinsatz für den Ferraentationsprozeßnicht über den Wert von 0,06 % erhöht -wird und bei dem sich anschließenden Trennprozeß keine Konzentrationserhöhung notwendig ist. Die im Fermentationsprozeß mit dem Fermentationshilfsmittel erreichte übliche Steigerungsrate der Leistung von 1,5 - 1,7 sollte dabei mindestens erreicht bzw. überboten werden.

Gleichseitig sollte das Auftreten stabiler 'Yasser/ Bioraasse-in-öl-Eniulsion oberhalb 60 C ausgeschlossen 77 er den.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Überraschenderweise wurde gefunden, daß dieses Ziel erreicht werden kann, wenn als Ferment ation shilfsnitt el ein Polymerisationsprodukt aus Ethylenoxid' und Pi'opylenoxid verwendet wird, das jedoch mit 2300 - 4100 ein höheres mittleres Molgewicht als der bisher als optimal bewertete Bereich von 1750 - 2250 hat, und in der zu trennenden Suspension mindestens 600 mg/1 Kaliumionen enthalten sind und die Trennung bei 60 - 99 ⁰C durchgeführt wird.

Es wurde gefunden, daß im Falle des Einsatzes o.g. Fermentationshilfsmittels aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit einem Molgewicht im Bereich von 2300 4100 von 0,03 - 0,06 % bezogen auf das Fermentationsmedium eine Leistungssteigerung von 1,5 - 1,9 im Fermentationsprozeß erzielt wird und daß für die

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Trennung bei 60 - 85 ⁰G Iceine weitere Konzentrationserhöhung notwendig ist, wenn in der zu trennenden Suspension mindeatens 500 mg/1 Kaliumionen vornanaen waren· Hach der Trennung wird die wäßrige Phase mit dem enthaltenen Kalium und Fernientationshilfsmittel ebenfalls vollständig in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.

Auf diese Weise wird der Trennprozeß mit keinen Kosten für Hilfsmittel belastet, da das Kalium bekanntlich im Fermentationsprozeß als lahrkomponente benötigt wird.

Ausführungsbeispiele

in einem kleintechnischen Sührkesselfermentor wird Lodderomyces elongisporus kontinuierlich auf n-alkanhaltigem Erdöldestillat gezüchtet.

Folgende Bedingungen und Verfahrensparameter werden eingestellt:

Füllmenge im Fermentor: 200 kg

zugeführte Luftmenge: 25 Hormkubikmeter pro

Stunde

spezifische Rührerleistung: 1,5 Watt pro Kilogramm Erdöldestillatanteil im

Fermentationsgemisch: 20 Gewichtsprozent mittlere "Verweilzeit. im

Fermentori 4 Stunden

Dem Fermentor wurde weiterhin eine nährlösung zugeführt, die Stickstoff, Kalium, Phosphor sowie weitere Wähx- und Spurenelemente in ausreichender Menge enthielt. Insgesamt wurden die Bedingungen so eingestellt, daß über alle Yarsuchsstrecken Sauerstoff der limitierende Faktor für die Produktivität des Fermentationsprozesses blieb.

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Der Gesamtversuch wurde in vier Abschnitte von jeweils '4 Tage unterteilt.

Während dieser 4 Tage wurden nacheinander Permentationshilfsmittelchargen aus EthylBnoxid/Propylenoxid mit folgender mittlerer Molmasse eingesetzt:

1. Abschnitt 2300

2. Abschnitt 2600

3. Abschnitt 4Ю0

4. Abschnitt ohne Fermentationshilfsmittel

Die Konzentration an Fermentationshilfamittel wurde mittels Feindosierung auf 550 ± 50 mg/1 Fermentationsraediurn eingestellt und'über insgesamt 12 Tage konstant gehalten. In den letzten 4 Tagen wurde als Kontrollversuch kein Pernientationsliilfsraittel eingebracht.

Folgende durchschnittlichen TTerte der Produktivität des Fermentors wurden erhalten:

1. Abschnitt 4,4 kg Hefetrockensubstans/kg Fermentor-

inhalt . Stunde

2. Abschnitt 4,5 kg Hefetrockensubstanz/kg Fermentor-

inhalt ♦ Stunde

3. Abschnitt 4j 35 kg Hefetrockensubstanz/kg Fermentor-

inhalt . Stunde

4. Abschnitt 2,33 kg Hefetrockensubstanz/kg Fermentor-

inhalt . Stunde

Das den Permentor verlassende Kulturgemisch wurde einer kontinuierlichen Dekantation unterworfen» Dabei wurde als schwere Phase ein wäßriges Kulturmedium erhalten, das sofort in den Fermentor zurückgeführt wurde· Als leichte Phase wurde eine Mikroorganismensuspension erhalten, die durchschnittlich 3»6 % Hefetrockensubstanz und 3S % Erdöldestillat enthielt. Diese Sus-

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pension wurde mit einer Heizschlange erwärmt und in einen kleintechnischen Düsenseparator bekannter Bauart zur ©!abtrennung geleitet. Während der Erwährmung wurde der Gehalt an lialiumionen in dieser Suspension auf 600 mg/1 eingestellt. Oberhalb 60 ⁰G wurde in allen drei Versuchsabschnitten eine gute Ölabtrennung erzielt. Im 4. Abschnitt wurde auf eine Separation verzichtet. Die schwere Phase war weitestgehend ölfrei und hatte im Durchschnitt folgende Zusammensetzung:

Hefetrockensubstanz 4,5 - 6 % Erdöldestillat 0,5 - 0,8 % Wasser Rest

Diese Suspension wurde in einen 2. DÜ3enseparator kontinuierlich einer Trennung unterworfen, wobei ein Hefekonzentrat folgender Zusammensetzung erhalten wurde:

Hefetrockensubstanz 19 - 21 $ Erdöldestillat 1,8 - 2,2 %

Wasser Rest

Als leichte Phase wurde die kalium- und fermentationshilfsmittelhaltige wäßrige Kulturflüssigkeit abgetrennt. Diese Kulturflüssigkeit wurde zur Nährlösungsbereitung verwendet und somit kontinuierlich in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.

Claims (1)

1. 21? 415

   Verfahren zur Fermentation und Abtrennung von Mikroorganismen unter Verwendung eines Polyrnerisationsproduktes .aus Ethylen oxid und Propylen oxid, bei dem die Trennung bei Temperaturen von 60 - 90 ⁰C erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymerisation; produkt eis mittleres Molekulargewicht von 2300 4100 und eine Konzentration bis su 0,06 G-ev;.-^ aufweist und daß die Trennung in Anwesenheit von mindestens βΟΟ mg/1 Zaliumionen durchgeführt wird.