DD224868B3 - Naehrmedium zur herstellung eines enzymkomplexes - Google Patents

Description

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Nährmedium zur Submerskultivierung eines Enzymkomplexes zur Anwendung in der Brennerei, der die Ethanolausbeute erhöht.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Die bisher bekannten Nährmedien zur Kultivierung Cellulose bildender Mikroorganismen enthalten als Kohlenstoffquelle einen Zusatz von Cellulose, wie z. B. mikrokristalline Cellulose, wie im DD-WP 145028 - Verfahren zur biotechnischen Herstellung von Cellulasen, Hemicellulasen und ß-Glucosidasen —dargestellt.

Im DD-WP 151472—Anwendung eines cellulolytischen und hemicellulolytischen Enzymkomplexes zur Ethanolgewinnung wird der Einsatz dieser Cellulasen in der Brennereiindustrie geschützt. Der Nachteil derartiger Nährmedien besteht in den hohen Beschaffungskosten der Cellulose und in einem für Brennereizwecke nicht optimal auf Getreide abgestimmten Enzymspektrum.

Die Verwendung nativer Substrate wird in der DE-OS 2704342 zur Kultivierung von Thielavia terrestris NRRL 8126 allgemein beschrieben. In der GB-PS 1227211 wird eine adaptive Kultivierung von Enzymbildnern auf landwirtschaftlichen Rohstoffen, wie

z. B. Weizenkleie geschützt. Der Einsatz von Dünnschlempe (feststofffreies Schlempefugat) als Stickstoffquelle für die Kultivierung von Lampteromyces und Formitopsis wird in der GB-PS 1278195, zur Herstellung von Aspergillus niger-Glucoamylase in der GB-PS 116149 beschrieben. Getrocknete Dünnschlempe wird auch in der GB-PS 1421127 bzw. US-PS 3880742, US-PS 3677899 zur Herstellung von ß-(1,3)(1,4)-Glucanase aus Penicillium emersonii angeführt.

Zur Ausschüttung von Cellulasen bei der Kultivierung von Cellulasebildnern wird nach Literaturangaben der Einsatz von Cellulose im Nährmedium als essentiell angesehen. Demzufolge wäre durch Schlempe und ihre Bestandteile (Brennereitreber) eine Induktion cellulosischer Enzyme kaum zu erwarten. Jedoch ergeben sich durch die Kultivierung auf diesen o. g. Substraten nach entsprechender Vorbehandlung Cellulase-Aktivitätswerte sowie Ethanolausbeuten nach Einsatz dieser Cellulasen, die zu Steigerungen von 3,5% Ethanol gegenüber dem Einsatz von Alpha- und Glucoamylase allein führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein für Brennereizwecke auf das zu hydrolysierende Substrat, d. h. durch Amylasen nicht umgesetzte Getreidebestandteile, optimal abgestimmtes Nährmedium zu erhalten. Hierbei sollen vorbehandelte Abprodukte der Brennerei als Kultivierungssubstrat bzw. Nährmedienbestandteil verwendet werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, spezifische brennereiorientierte Nährmedien zu entwickeln, auf denen durch Kultivierung unter den Bedingungen der Brennereiindustrie cellulolytische, xylanolytische und Getreideglucane abbauende Enzym komplexe erhalten werden. Bestandteile des Nährmediums sollen durch Abprodukte der Brennerei, d. h. fraktionierte und vorbehandelte Schlempeinhaltsstoffe gebildet werden.

Die Gewinnung der Enzymkomplexe erfolgt durch Kultivierung eines vorgegebenen Stammes adaptiv hinsichtlich des abzubauenden Substrates Getreidecellulose.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Nährmedium zur Herstellung eines Enzymkomplexes für die Anwendung in der Brennerei zur Hydrolyse von Nichtstärke-Polysacchariden des Getreides mit Hilfe geeigneter Pilzstämme verwendet wird, das 30 Vol.-% Brennereischlempe als Nährstoff sowie 2 Ma.-% i. TS aus Schlempe fraktionierten Brennereitreber als Enzyminduktor enthält. Der Brennereitreber wird durch eine Heißwasser-Extraktion bei 62°C der notwendigen Menge Schlempe gewonnen und über ein 0,8-mm-Sieb unter gleichzeitigem Waschen mit Wasser abgetrennt. Die Verwendung für das Nährmedium erfolgt vorzugsweise feucht, kann aber auch nach Umluft-oder Vakuumtrocknung bei <45°C vorgenommen werden.

Zur Enzyminduktion kann anstelle von fraktioniertem Brennereitreber der Rückstand einer Heißwasser-Extraktion (65-7O⁰C) von Roggenkleie verwendet werden.

Die auf diesem Nährmedium - unter Zusatz von Mineralsalzen - gewonnenen Enzymkomplexe besitzen bei Kultivierung von Stämmen der Gattung Penicillium cellulolytische, xylanolytische, amylolytische und glucanolytische Aktivitäten und können so Nichtstärke-Polysaccharide des Getreides hydrolysieren.

Durch dieses Nährmedium kann das Enzymspektrum der Zusammensetzung der Polysaccharidfraktion des Getreides, die über den Stärkeabbau hinaus der Ethanolgewinnung zugänglich gemacht werden soil, angepaßt werden.

Der Vorteil der Verwendung dieses Nährmediums liegt in der Nutzung von Brennerei-Abprodukten zur Induktion der Bildung von Enzymzusammensetzungen, die den in der Maische zu hydrolysierenden Substraten adaptiert sind. Der Einsatz des Nährmediums kann im labor-, klein- oder großtechnischen Maßstab erfolgen.

Ausführungsbeispiel

Zur Herstellung des Nährmediums im Laborverfahren wird folgende Zusammensetzung gewählt:

• 30 Vol.-% Brennereischlempe

• 2,2 Ma.-% i. TS Brennereitreber, fraktioniert und gewaschen (Brennereitreber kann durch den Rückstand einer Heiß wasser-Extraktion bei 65-70 ⁰C von Roggen kleie ersetzt werden.)

• 0,30-0,40 Ma.-%Diammoniumhydrogenphosphat (NH₄J₂HPO₄

• 0,55-0,75 Ma.-%Kaliumdihydrogenphosphat KH₂PO₄

Im Falle des Einsatzes von 20 Vol.-% G rünmehlhydrolysat werden 0,20 Ma.-% KH₂PO₄ benötigt. Bei Verwendung von Kalkammonsalpeter als Stickstoffquelle muß die KH₂PO₄-Konzentration mit dem Faktor 1,4 multipliziert werden; der CaCI₂-Zusatz entfällt.

• 0,045 Ma.-% Magnesiumsulfat MgSO₄ ж 7 H₂O

• 0,023 Ma.-% Calciumchlorid CaCI₂.

Der pH-Wert vor der Sterilisation beträgt 5,0-5,7.

Nach Inokulation kann im Schüttelkolben oder Fermentor kultiviert werden.

Bei Verwendung von HUPc 2711 (DD-WP 145028) werden folgende Aktivitäten erreicht:

Filterpapier saccharifizierende Aktivität 0,45-0,65 E/ml

Na-CMC liquifizierende Aktivität 45-70% relativ

Cellobiase 0,8-2,0 U/ml

Alpha-Amylase 0,5-5 IE/ml

Glucoamylase 8-20 E/ml

Protease (sauer) 50-80 Tyr.-E.

Xylanase 25-40 E/ml

EthanolausbeutenachVermaischung > 103,5%

Zur Erhöhung der Enzymausbeute kann eine Substratlimitierung durch Nachdosierung von Nährmedienbestandteilen aufgehoben sowie der pH-Verlauf durch Dosierung von Laugen und Säuren gesteuert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

DD-PS 145028

JABBAR/ILAHI, Agric. Biol. Chem.45(1981)

Claims (2)

1. Nährmedium zur Herstellung eines Enzymkomplexes für die Anwendung in der Brennerei zur Hydrolyse von Nichtstärke-Polysacchariden des Getreides mittels Pilzstämmen der Gattung Penicillium, gekennzeichnet dadurch, daß 30 VoL-% Brennereischlempe als Nährstoff sowie
2. 2 Ma.-% i.TS aus Schlempe durch Heißwasser-Extraktion bei 62°C fraktionierter und gewaschener Brennereitreber als Enzyminduktor enthalten sind.