DD160357A3 - Verfahren zur herstellung von lysinangereichertem futtereiweisskonzentrat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von lysinangereichertem Futtereiweisskonzentrat mit einem hohen Naehrwert durch Zuechtung von Mikroorganismen auf Kohlenwasserstoffen. Das Ziel der Erfindung besteht in einer kostenguenstigen Herstellung von lysinangereichertem Futtereiweisskonzentrat ohne zusaetzlichen Bedarf von Wirkstoffen bei der Lysinproduktion unter Ausschluss der Bildung von schwer applizierbaren Produkten. Ein unsteriler mikrobiologischer Prozess zur Gewinnung von Futtereiweiss auf der Basis n-alkanhaltiger Erdoelprodukte wird mit einem mikrobiellen Sterilprozess zur Gewinnung von Lysin auf der Basis fluessiger n-Paraffine kombiniert. Die lysinhaltige Mikroorganismensuspension wird mit der Hefesuspension vereinigt und einem gemeinsamen Reinigungsprozess zur Entfernung unerwuenschter Kohlenwasserstoffe unterworfen.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von lysinangereichertem ^E ]?utterexweißkonzentrat

C 12 1 Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von lysinangereichertem Futtereiweißkonzentrat mit einem hohen Nährwert durch Züchtung von Mikroorganismen auf Kohlenwasserstoffen.

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen

L - Lysin übt eine wichtige !Funktion im Stoffwechsel tierischer Lebewesen aus.

Insbesondere bei der physiologisch richtigen Ernährung von STutztieren, vorrangig solcher zur Fleichproduktion, ist die qualitativ und quantitativ adäquate G-abe von Lysin mit dem Futtermittel ein unabdingbares Erfordernis, In den allgemein verfügbaren konventionellen Futtermitteln aus der landwirtschaftlichen Produktion ist Lysin bekanntlich nicht in ausreichendem Maße enthalten. Es werden deshalb viele Anstrengungen unternommen, Lysin in diesen !Futtermitteln in Form von Zusätzen anzureichern.

Vorwiegend wird Lysin auf mikrobiellem Wege gewonnen. Dazu sind zahlreiche Verfahren bekannt, die sich von Seiten der Kohlenstoffquelle in zwei Hauptgruppen aufteilen lassen:

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1, Mikrobielle Verfahren auf der Basis von Kohlehydraten oder anderen wasserlöslichen Substraten.

2. Mikrobielle Verfahren auf der Basis von flüssigen n-Alkanen ( Cj ρ - C30 ) ^a^^s Kohlenstoffquelle.

Nachteilig dabei ist:

1. Die Kohlenstoffquellen sind kostenintensiv, insbesondere bei der Anwendung von Kohlehydraten, da in der Regel auf Zucker zurückgegriffen werden IEU ß .

Damit erreicht das Endprodukt Lysin als Futtermittelzusatz Preise, die über den Preisen menschlicher nahrungsmittel liegen.

Zusätzlich sind für das Wachstum der lysinproduzierenden Mikroorganismen im Sterilprozeß biologische Wirkstoffe erforderlich, die kostenintensiv sind.

2. Die Aufarbeitung von Lysinkonzentraten zu Reinlysin führt zu erheblichen Schwierigkeiten, da bei der Verwendung von Kohlehydraten als Kohlenstoff quelle in der Regel schwer applizierbare Bndprodukte entstehen.

Gemäß SU-PS 1959952 wird eine technische Lösung zur Umgehung dieser Probleme vorgeschlagen.

Bei der Verwendung von n-Alkanen als Kohlenstoffquelle sind zwar die Rohstoffkosten verhältnis- mäßig niedrig, aber für die mikrobielle Lysinproduktion ist der Einsatz von Wirkstoffkonzentraten unerläßlich·

Erschwerend kommt noch hinzu, daß die aiehtutilisierten Rest - η - Alkane aus dem Endprodukt entfernt werden müssen.

Diese Schwierigkeiten sind Grund dafür, daß bis jetzt kein industrieller Prozeß der Lysingewinnungauf der Basis von n-Alkanen "bekannt ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer kostengünstigen Herstellung von lysinangereichertem IPuttereiweißkonzentrat ohne zusätzlichen Bedarf von Wirkstoffen bei der Lysinproduktion unter Ausschluß der Bildung von schwer applizierbaren Produkten.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines lysinangereicherten Puttereiweißkonzentrates für die Tierernährung zu entwickeln, daß ohne zusätzliche Zugabe von Wirkstoffen arbeitet und die Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen erhöht und fördert. Erfindungsgemäß wird ein steriler mikrobieller Prozeß zur Lysingewinnung auf der Basis von η-Paraffinen mit einem unsterilen Prozeß der HefeZüchtung auf n-alkanhaltigem Erdöldestillat gekoppelt.

Der unsterile Prozeß zur Züchtung von Hefen auf η - alkanhaltigen Erdölprodukten hat eine Eeihe

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biologischer Vorteile·

Tm ungeschützten offenen biologischen Syster. findet eine Seihe von Bakterien eine ökonomische Nische, indem sie auf Stoffwechsel- und lyseprodukten der Hefezellen wachsen, ohne selbst n-Alkane verwerten zu können. Diese Bakterien beseitigen die für das Hefewachstum schädlichen Substanzen und bilden selbst.eine Reihe von für das Wachstum der Hefen auf n-Alkanen notwendige akzessorische Wirkstoffe. Die auf diese Weise entstehende Symbiose bewirkt ein optimales schnelles Hefewachstum und gestattet damit eine technisch - ökonomisch günstige Hefeproduktion.

Die bei diesem Verfahren nach Abtrennung der Hefezellen erhaltene Kulturflüssigkeit enthält wachstumsfördernde Paktoren in physiologisch optimaler Zusammensetzung, da sie einem Fließgleichgewicht von Zellen, die in unmittelbarer Wechselwirkung miteinander standen und entgegen gesetzte Substratverwerter sind, entstammen.

Im Verfahren der Hefezüchtung wird die Kulturflüssigkeit durch Rückführung mehrfach genutzt. Sine vollständige Nutzung war entsprechend dem Stand der Technik in den meisten Fällen nicht möglich, da es bei zu häufiger Kreislauffahrweise zu unerwünschten Anreicherungen anderer Substanzen, z.B. anorganische Aschebildner,kommeη kann.

Ein Teil dieser an Wirkstoffen ausbilanzierten wertvollen Kulturflüssigkeit mußt,e somit als Abprodukt mit dem Abwasser vernichtet werden. Diese wertvolle Kulturflüssigkeit wird nun mittels der erfindungsgemäßen technischen Lösung vollständig genutzt.

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Die auf n-Alkanen wachsenden lysinproduzierenden Bakterien, wie Acinetobacter - Spezies, erreichen in einem Kulturmedium, das einem unsteril gehaltenen Futterhefeprozeß n-paraffinhaltiger Erdölprodukte entnommen wurde, ihre größte Aktivität. In diesem Kulturmedium wurden nach 36 Stunden Lysinkonzentrationen bis 40 g/l erreicht· Dieses Kulturmedium enthält ca. 500 mg/1 unverwertete Kohlenwasserstoffe, die teils physikalisch gelöst, teils als Miszellen kollodial gelöst vorliegen und einer mechanischen Abtrennung nicht zugänglich sind. Bei der Aufarbeitung dieser Suspension sind die Kohlenwasserstoffe im Konzentrat in unerwünscht hoher Menge enthalten.

Die Beherrschung der Abtrennung oder Reinigung kann bei der Kopplung des Verfahrens mit einem Erdöldestillathefeprozeß in technisch günstiger Weise wie folgt erreicht werden:

Sin besonderes Merkmal der Verfahren zur Gewinnung von Puttereiweiß auf Erdöldestillatbasis ist, daß die abgetrennten Hefezellen einem intensiven Reinigungsprozeß, in der Regel nach einer vorangegangenen Trocknung, zur Entfernung der Restkohlenwasserstoffe unterworfen werden müssen.

Diese Besonderheit kann für die Reinigung der auf n-Alkanen erhaltenen Lysin-Mikroorganismen-Suspension bei Kopplung beider Verfahren mit ausgenutzt werden. Wird beispielsweise Acinetobacter unter bestimmten biologischen Bedingungen im Sterilprozeß zur Lysinproduktion gezüchtet, kann die am Ende erhaltene n-alkanhaltige Mikroorganismen-Lysinsuspension, gegebenenfalls nach einer vorangegangenen thermischen Aufkonzentrierung, der Hefesuspension vor dem Trockenprozeß oder nach dem Trockenprozeß zugegeben und einer gemeinsamen Reinigung

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zur Entfernung der Restkohlenwasserstoffe unterworfen werden.

Die Kopplung eines sterilen mikrobiellen Prozesses zur Lysingewinnung auf der Basis von n-Paraffinen mit einem unsterilen Prozeß der Hefezüchtung auf n-alkanhaltigem Erdöldestillat erbringt erhebliche Vorteile für die biologische Leistungsfähigkeit des Lysinproduktionsprozesses und für die Technik der Aufarbeitung der n-alkanhaltigen und lysinhaltigeη Kultursuspension·

In der Endkonsequenz wird eine hochreine Hefebiomasse gewonnen, die je nach Bedarf mit Lysin angereichert worden ist .und als lysinangereichertes Futtereiweißkonsentrat der Tierernährung zur Verfügung steht. Die aus dem unsterilen Prozeß des Mikroorganismenwachstums auf Erdölprodukten erhaltene Kulturflüssigkeit ist hinsichtlich der wachstumsfördernden Wirkstoffe auch für lysinproduzierende η - Alkanverwerter sehr effektiv.

Durch die nutzung der Kulturflüssigkeit im sterilen Prozeß und ihre Aufarbeitung zu gereinigtem lysinangereicherten Futtereiweißkonzentrat entsteht im unsterilen Puttereiweißprozeß auf Srdöldestillatbasis keine Abfallkulturlösung.

Insgesamt wird durch die erreichten Vorteile die industrielle Einführung der n- Alkannutzung zur Lysinproduktion wesentlich erleichtert* Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden:

Beispiel

In einem 500 1 Rührfermentor wird Lodderomyces elongisporus unter bekannten Bedingungen kontinuierlich auf

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der Basis von n-alkanhaltigem Erdöldestillat im unsterilen Prozeß gezüchtet. Die technologischen Bedingungen sind folgende:

des Fermentors 200 kg

Yerweilzeit	4	h
spezifische Belüftung	80
spezifischer Leistungsantrag durch
den Rührer	3	kW/t
Temperatur	33	0C 306 K
pH-Wert	- 4	,2
Erdöldestillat	15	Io
n-Paraffingehalt in Erdöldestillat	17	Io

Als anorganische Bahrst of fe werden UH-,-Wasser, Phosphorsäure und eine Lösung bestehend aus ZCl, MgSO^, ZnSO^, PeSO^, MnSO^, in physiologisch ausbilanzierter Menge zudosiert.

Im. Permentor entsteht eine Biomassekonsentration von 2,1 g/l "bezogen auf Trockensubstanz· Die Mikroorganismensuspension wird dem Fermentor kontinuierlich entnommen und einer Dekantation unterworfen. Die mittels Dekantation abgetrennte wässrige, hefefreie iCulturflüssigkeit wird zum größten Teil in den Permentor zurückgeführt.

Bin Teilstrom wird, wie nachstehend beschrieben, zur Kultivierung lysinproduzierender Acinetobakterien genutzt.

Die hefeangereicherte Phase aus der Dekantation wird auf 343 K erwärmt und zunächst das Erdöldestillat unter Zugabe von 0,5 g/kg eines Tensides aus Ethylenoxid und Propylenoxid in einem Tellerseparator abgetrennt. Anschließend wird diese Suspension in einen Düsenseparator durch Abtrennung von weiterer wäßriger Kulturflüssigkeit auf 21 % HTS aufkonzentriert·

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Die Kulturflüssigkeit wird ebenfalls in den 3?ermentor zurückgeführt.

Aus dem Dekantationsgefäß werden, wie oben genannt, kontinuierlich 3-5 l/h Kulturflüssigkeit entnommen und durch Erhitzen auf 368 K über 30 Minuten sterilisiert.

Diese Kulturflüssigkeit wird als Grundnährlösung für die Anzucht von Acinetobacter-Spezies auf 6 $ gereinigten n-Alkanen der Kettenlänge Cmc ~" 0?4 in einem zweiten diskontinuierlich arbeitenden Sterilfermentor genutzt.

unter anderem folgende

Die Grundnährlösung em;üäJ	3,23	Lt un
Aminosäuren:	1,01
Lysin	0,8	mg/1
Histidin	4,82	mg/1
Arginin	2,06	mg/1
Asparagin	11 ,48	mg/1
Threonin	380,3	mg/1
Serin	0,9	mg/1
Glutamin	42,5	mg/1
Prolin	190,4	mg/1
Glycin	39,73	mg/1
Alanin	17,78	mg/1
Cystin	4,8	mg/1
YaI in	6,90	mg/1
Methionin	13,19	mg/1
Isoleucin	17,20	mg/1
Leucin	8,81	mg/1
Tyrosin	mg/1
Phenylalanin	mg/1

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Die Anzüchtung erfolgt unter an sich bekannten Bedingungen bei einer Temperatur von 309 K und einen pH-Wert von 7,1.

Nach Abschluß der Lysinbildungsphase., 34 h nach Beimpfung, entsteht eine Lysinkonzentration von 31 g/l und.eine Biomassekonzentration von 28 g/l. Diese entstandene Suspension wurde im Vakuum so weit eingeengt, daß die Konzentration an Lysin 93 g/l beträgt·

Danach wird die Suspension im Verhältnis von 1:5 ( 1 Teil Lysinsuspension, 5 Teile Hefesuspension) mit der vorher erhaltenen Hefesuspension gemischt sowie in e-inem Sprühtrockner zu Trockenpulver mit einem Wassergehalt von 9,2 fo verarbeitet· Dieses Trockenpulver enthält noch 5,1 % Kohlenwasserstoffe aus beiden Prozessen.

In einer 5-stufigen Extraktion wird dieses Pulver im Verhältnis von 1 : 1 Vol,-$> mit einem Gemisch aus Äthanol und Benzin gereinigt.

Die Trockenhefe weist nach der Reinigung 21 g Lysin pro 10Og Protein auf.

Im normalen Futtereiweiß auf Hefebasis sind demgegenüber nur etwa 7 g Lysin pro 100 g Protein enthalten.

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Claims (1)

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   Brfindungsansprach

   Yerfahren zur Herstellung von lysinangereichertem Futtereiweißkonzentrat, gekennzeichnet dadurch, daß ein unsteriler mikrobiologischer Prozeß zur Gewinnung von. Puttereiweiß auf der Basis n-alkanhaltiger Erdölprodukte mit einem mikrobiellen Sterilprozeß zur Gewinnung von lysin auf der Basis flüssiger η-Paraffine kombiniert wird, wobei die l,ysinhalt ige Mikroorganismensuspension mit der Hefesuspension vereinigt und einem gemeinsamen Beinigungsproseß zur Entfernung unerwünschter Kohlenwasserstoffe unterworfen wird.