DD235804A3 - PROCESS FOR MICROBIAL PROTEIN SYNTHESIS - Google Patents

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DD235804A3 DD18974275A DD18974275A DD235804A3 DD 235804 A3 DD235804 A3 DD 235804A3 DD 18974275 A DD18974275 A DD 18974275A DD 18974275 A DD18974275 A DD 18974275A DD 235804 A3 DD235804 A3 DD 235804A3
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Eberhard Lippert
Ralf Ackermann
Sigrid Gabel
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Eberhard Lippert
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Abstract

Verfahren zur mikrobiellen Eiweißsynthese, dadurch gekennzeichnet, dass für aerobe Kultivierungen mit Hefe der Gattung Saccharomyces als Kohlenstoffquelle neben kohlenhydrathaltigen Materialien in variablen Anteilen Essigsäuremutterlauge der Zelluloseazetatprodukt gleichzeitig verwendet wird.Process for microbial protein synthesis, characterized in that for aerobic cultivations with yeast of the genus Saccharomyces as carbon source in addition to carbohydrate-containing materials in variable proportions of acetic acid mother liquor, the cellulose acetate product is used simultaneously.

Description

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Es wird eine Nährlösung bereitet, deren Kohlenstoffquellen aus Rohrrohzucker/Melasse/Essigsäuremutterlauge im Verhältnis 50:10:40 (bezogen auf Kohlenstoffanteile; Essigsäurekohlenstoff im folgenden als Saccharosekohlenstoff mit berechnet) bestehen, entsprechend einer Zuckerausgangskonzentration von ca. 70 g/l. Es erfolgt eine Zudosierung von 25%igem Ammoniakwasser (entsprechend einer Menge von ca. 50% Gesamtprotein der zuwachsenden Hefemenge), von wäßrigen Superphosphatauszügen (entsprechend einem Anteil von ca. 4% P2Os des Hefezuwachses).A nutrient solution is prepared, the carbon sources of which consist of raw cane sugar / molasses / acetic acid mother liquor in a ratio of 50:10:40 (calculated on carbon and acetic carbon in the following as sucrose carbon), corresponding to a starting sugar concentration of about 70 g / l. There is a dosage of 25% ammonia water (corresponding to an amount of about 50% total protein of the growing amount of yeast) of aqueous Superphosphatauszügen (corresponding to a share of about 4% P 2 Os of the yeast growth).

Diese Nährlösung wird kontinuierlich mit einer Verdünnungsgeschwindigkeit bis zu D = 0,35 h~1 in einem Fermentor für aerobe Mikroorganismenzüchtungen mit Saccharomyces cerevisiae verheft. Die Kultivierungstemperatur liegt bei 28-32 °C, der pH-Wert um 4,5. Die Hefeausbeuten betragen ca. 0,50-0,53g HTS/g Kohlenstoffquelle, woraus eine Hefetrockensubstanzkonzentration von ca. 35g/l auslaufender Würze resultiert. Die Restkonzentrationen an Essigsäure betragen unter 0,1 g/l, an Zucker unterThis nutrient solution is continuously gassed at a dilution rate up to D = 0.35 h -1 in a fermenter for aerobic microbial growths with Saccharomyces cerevisiae. The cultivation temperature is 28-32 ° C, the pH around 4.5. The yeast yields are about 0.50-0.53 g HTS / g carbon source, resulting in a yeast dry matter concentration of about 35g / l leaking wort. The residual concentrations of acetic acid are less than 0.1 g / l, of sugar below

HTS = HefetrockensubstanzHTS = yeast dry substance

Claims (1)

-1- 189 742-1- 189 742 Patentanspruch:Claim: Verfahren zur mikrobiellen Eiweißsynthese, dadurch gekennzeichnet, daß für aerobe Kultivierungen mit Hefen der Gattung Saccharomyces als Kohlenstoffquelle neben kohlenhydrathaltigen Materialien in variablen Anteilen Essigsäuremutterlauge der Zelluloseazetatproduktion gleichzeitig verwendet wird.A process for microbial protein synthesis, characterized in that is used for aerobic cultivations with yeasts of the genus Saccharomyces as a carbon source in addition to carbohydrate-containing materials in variable proportions of acetic acid mother liquor of the cellulose acetate production simultaneously. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Züchtung von Saccharomyces cerevisiae zum Zwecke der Eiweißgewinnung auf der Basis von Essigsäuremutterlauge der Zelluloseazetatproduktion in Verbindung mit kohlenhydrathaltigen Rohstoffquellen. Die Erzeugung von Biomasse auf Kohlenhydratbasis ist zur Zeit bekanntlich vorwiegend auf die Verarbeitung verschiedener Abfallstoffe wie Melasse, Melasseschlempen, Zellstoffablaugen und deren Schlempen, Vorhydrolysaten usw. beschränkt. Im Interesse einer Erweiterung der Rohstoffbasis wurde deshalb die Verarbeitung von Säften zuckerhaltiger Pflanzen, z. B. aus Zuckerrübe oder Zuckerrohr bzw. anderer Produkte der Zuckerindustrie vorgeschlagen. Neben der stark in den Vordergrund gerückten Kohlenwasserstoff-Verhefung wurde u.a. auch die Verwendung von fettsäurehaltigen Abwässern der braunkohleverarbeitenden Industrie, der Paraffinoxydation sowie der Cyclohexanonproduktion vorgeschlagen.The invention relates to a process for the continuous growth of Saccharomyces cerevisiae for the purpose of protein production based on acetic acid mother liquor of the cellulose acetate production in conjunction with carbohydrate-containing raw material sources. The production of carbohydrate-based biomass is currently known to be limited primarily to the processing of various waste materials such as molasses, molasses slurries, pulp liquors and their vats, prehydrolysates, etc. In the interest of expanding the raw material base, therefore, the processing of juices of sugary plants, eg. As proposed from sugar beet or sugar cane or other products of the sugar industry. In addition to the strongly emphasized hydrocarbon formulation, i.a. also proposed the use of fatty acid-containing waste water from the lignite-processing industry, paraffin oxidation and cyclohexanone production. Die im Zusammenhang mit dieser Fermentation eingesetzten Organismen beschränken sich dabei auf Candida-Arten. Hefen der Gattung Saccharomyces wurden bisher nicht eingesetzt, da neben ihrer höheren Empfindlichkeit gegenüber physiologisch ungünstigen Medien die maximalen spezifischen Zuwachsraten von ca. 0,2 (h~1), welche noch maximale Biomasseausbeuten sichern, niedriger lagen als bei Candida-Hefen.The organisms used in connection with this fermentation are limited to Candida species. Yeasts of the genus Saccharomyces have hitherto not been used because, in addition to their higher sensitivity to physiologically unfavorable media, the maximum specific growth rates of about 0.2 (h -1 ), which still ensure maximum biomass yields, were lower than in Candida yeasts. Die anfallenden Mengen kohlenhydrathaltiger Abfallstoffe können den Bedarf für die Eiweißerzeugung nicht decken. Das Aufkommen an fettsäurehaltigen Abwässern ist gleichfalls beschränkt und es ergeben sich technologische Probleme aus dem z.T. recht niedrigen Gehalt an Fettsäuren sowie dem Vorhandensein von Phenolen und übergroßen Ammoniak-Mengen (Braunkohlenabwässer). Die früher als potentielle Möglichkeit erwähnte aber nicht durch Versuche belegte Verhefung von essigsäurehaltigen Abwässern der Zelluloseazetatproduktion führt nach eigenen Versuchen mit Saccharomyces-Hefen zu keiner technologisch praktikablen Lösung, da diese Abwässer Hemmstoffe bis zu solchen Konzentrationen enthalten können, die eine kontinuierliche Arbeitsweise nicht ermöglichen, da eine völlige Vermehrungshemmung auftritt. Zur Verarbeitung von Produkten der Zuckerindustrie ist zu bemerken, daß die verwendeten Kohlenstoffquellen sehr kostenintensiv sind; der Kampagnecharakter der Zuckerrübenverarbeitung bringt zusätzliche Probleme der Lagerhaltung der Folgeprodukte mit sich. Eine Vorbehandlung der Rohstoffe wie Aufschluß, Klären etc. ist notwendig. Im Verlaufe dieser Prozesse sind Substanzverluste durch Mikroorganismenbefall möglich. Andererseits wird ein Nebenprodukt der essigsäureverarbeitenden Industrie, das sich gut für eine mikrobielle Verwertung zum Zwecke der Eiweißsynthese eignet, mit relativ sehr hohen Kosten wieder aufgearbeitet. Bei der Erzeugung von Zelluloseazetat durch Reaktion von Zellulose mit Essigsäureanhydrid sowie technischer 99-100%iger Essigsäure werden als primäres Nebenprodukt größere Mengen einer ca. 20%igen verdünnten Essigsäure (auch als verdünnte Essigsäuremutterlauge bezeichnet) gewonnen, welche als anorganische Begleitstoffe vor allem Natrium- und Sulfationen enthält. Nach herkömmlicher Technologie wird die Essigsäure von diesen und anderen Begleitsubstanzen während des Aufkonzentrierungsprozesses mit Äthylazetat befreit, so daß am Ende dieses, wie schon erwähnt recht kostspieligen Prozesses, eine technische ca. 99-100%ige Essigsäure erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Nutzung von Essigsäuremutterlauge (ζ. B. in Form des oben erwähnten primären Nebenproduktes der Zelluloseazetatproduktion) und Zucker als Kohlenstoffquellen für die aerobe Kultivierung von Saccharomyces cerevisiae mit hohen Zuwachsraten und günstigen Biomasseausbeuten. Die Essigsäurekomponente stellt dabei eine Kohlenstoffquelle dar, deren Produktion nicht von klimatischen Bedingungen abhängig bzw. beeinflußbar ist und keinen Kampagnecharakter aufweist. Die Nutzung von Essigsäuremutterlauge für die mikrobielle Eiweißsynthese stellt die Aufwertung eines Nebenproduktes der chemischen Grundstoffindustrie im Hinblick auf die Gewinnung proteinreicher Nahrungsmittel für die menschliche Ernährung dar. Die gleichzeitige Nutzung dieser Essigsäuremutterlauge mit bekannten Kohlenhydratquellen bringt im Vergleich zur alleinigen Verhefung von Essigsäuremutterlauge deutlich höhere bioökonomische Koeffizienten. Erfindungsgemäß erfolgt die kontinuierliche Verhefung von Essigsäuremutterlauge der Zelluloseazetatproduktion durch Saccharomyces cerevisiae, indem neben einer anteilmäßig in weiten Grenzen variierbaren Zuckerquelle (z. B. Melasse, Rohzucker oder andere Produkte der Zuckerwirtschaft einschließlich Zuckerrohrprodukte, Hydrolysate von Getreide, Holz oder Stroh) wie üblich eine Stickstoff- und eine Phosphatquelle in den Prozeß eingegeben und für ein ausreichendes Wuchsstoff- und Mineralstoffangebot Sorge getragen wird. Durch Wahl geeigneter Fermentationsparameter (Luftdurchsatz, Verdünnungsrate) wird unter aeroben Stoffwechselbedingungen ständig eine gleichzeitige fast hundertprozentige Assimilation der Essigsäuremutterlauge und des Zuckers erreicht, wodurch die Kultivierung von Mikroorganismen ermöglicht wird, die wie Saccharomyces cerevisiae gegenüber höheren Essigsäurekonzentrationen empfindlich sind. Die stoffliche Zusammensetzung von verdünnter Essigsäuremutterlauge der Zelluloseazetatproduktion bringt keine toxikologischen Bedenken gegenüber der darau s gewonnenen Biomasse, wodurch eine Verwendung dieser Kohlenstoffquellen für die Produktion von neuen proteinogenen Ausgangsmaterialien möglich wird.The resulting amounts of carbohydrate-containing waste materials can not meet the demand for protein production. The amount of fatty acid-containing wastewater is also limited and there are technological problems from the z.T. low content of fatty acids and the presence of phenols and excessive quantities of ammonia (lignite wastewater). The earlier mentioned as a potential possibility but not proven by experiments Verhefung of acetic acid waste water of cellulose acetate production leads according to own experiments with Saccharomyces yeasts to no technologically feasible solution, since these effluents may contain inhibitors up to concentrations that do not allow continuous operation, as a complete multiplication inhibition occurs. For the processing of products of the sugar industry it should be noted that the carbon sources used are very costly; The campaign character of sugar beet processing brings with it additional problems with the storage of derived products. A pretreatment of raw materials such as digestion, clarification, etc. is necessary. In the course of these processes, substance losses due to microorganism infestation are possible. On the other hand, a by-product of the acetic acid processing industry, which lends itself well to microbial utilization for the purpose of protein synthesis, is recovered at relatively high cost. In the production of cellulose acetate by reaction of cellulose with acetic anhydride and technical 99-100% acetic acid are obtained as a major by-product larger amounts of about 20% diluted acetic acid (also known as dilute acetic acid mother liquor), which as inorganic impurities especially sodium and sulfate ions. According to conventional technology, the acetic acid is freed from these and other accompanying substances during the concentration process with ethyl acetate, so that at the end of this, as already mentioned quite expensive process, a technical about 99-100% acetic acid is obtained. The present invention enables the simultaneous use of acetic acid mother liquor (ζ, in the form of the above-mentioned primary by-product of cellulose acetate production) and sugars as carbon sources for the aerobic cultivation of Saccharomyces cerevisiae with high growth rates and favorable biomass yields. The acetic acid component is a carbon source whose production is not dependent on or influenced by climatic conditions and has no campaign character. The use of acetic acid mother liquor for the microbial protein synthesis represents the appreciation of a by-product of the basic chemical industry with regard to the production of high-protein foods for human nutrition. The simultaneous use of this acetic acid mother liquor with known carbohydrate sources brings significantly higher bioeconomic coefficients compared to the sole Verhefung of acetic acid mother liquor. According to the invention, continuous acidification of acetic acid mother liquor by cellulose production by Saccharomyces cerevisiae is carried out by adding nitrogen as usual in addition to a proportionately variable sugar source (eg molasses, raw sugar or other products of the sugar industry including sugar cane products, hydrolyzates of cereals, wood or straw) - And a source of phosphate entered into the process and care for a sufficient growth and mineral supply is provided. By choosing suitable fermentation parameters (air flow rate, dilution rate) under aerobic metabolic conditions a simultaneous almost one hundred percent assimilation of the acetic acid mother liquor and sugar is achieved, thereby enabling the cultivation of microorganisms sensitive to higher concentrations of acetic acid like Saccharomyces cerevisiae. The material composition of dilute acetic acid mother liquor of cellulose acetate production does not raise any toxicological concerns about the biomass thereof, thereby making it possible to use these carbon sources for the production of novel proteinogenic starting materials.
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