DD235805A3 - Verfahren zur mikrobiellen eiweisssynthese - Google Patents

Abstract

Nach diesem Verfahren kann man beispielsweise einen fuer NEN-Produkte geeigneten Organismus auf der Basis von Mehrkomponentensystemen kultivieren und Mikroorganismen fuer die Futterhefeerzeugung zuechten. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Biomasseerzeugung mit hohen Produktivitaeten und optimalen Ausbeuten bei gleichzeitiger Verhefung unterschiedlicher Substrate. Aufgabe der Erfindung ist die gleichzeitige mikrobiologische Nutzung von Rohrohrzucker und/oder Melasse, essigsaeurehaltigem Waschwasser aus der Zelluloseacetatproduktion und Aethanol durch aerobe Kultivierung von Saccharomyces cerevisiae oder Candida-Hefen mit hohen Zuwachsraten und verbesserten Ausbeuten.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobieilen Eiweißsynthese.

Nach diesem Verfahren kann man beispielsweise einen für NEN-Produkte geeigneten Organismus auf der Basis von Mehrkomponentensystemen kultivieren und Mikroorganismen für die Futterhefeerzeugung züchten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Die Erzeugung von Biomasse sieht im Vordergrund die Verwertung von Kohlenhydraten in Form von Sekundärprodukten, wie Melasse, Melasseschlempen, aber auch Zellstoffablaugen und deren Schlempen, sowie Kohlenwasserstoff-Fraktionen bzw. Methanol und Äthanol. Die Erweiterung der Rohstoffbasis wurde möglich durch die Verarbeitung von Folgeprodukten bei der Zuckerrübenverarbeitung.

Die in diesem Zusammenhang eingesetzten Mikroorganismen sind vorwiegend, abgesehen von derÄthanolverhefung, Candida-Arten. Hefen der Gattung Saccharomyces wurden bisher nicht angewandt, da neben ihrer höheren Empfindlichkeit gegenüber physiologisch ungünstigen Medien die maximalen spezifischen Zuwachsraten von ca. 0,2 h~¹, welche noch maximale Ausbeuten sichern, niedriger lagen, als bei Candida-Hefen. Hinzu kommt, daß die mit Candida durchgeführten Fermentationen als Grundlage nur eine der oben erwähnten Rohstoffe haben.

Die anfallenden Mengen kohlenhydrathaltiger Abfallstoffe können den Bedarf für die Biomasseerzeugung nichtdecken. 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 Zelluloseacetatproduktion führt nach eigenen Versuchen mit Saccharomyces-Hefen zu keinertechnologisch praktikablen Lösung, da diese Abwässer Hemmstoffe bis zu solchen Konzentrationen enthalten können, die eine kontinuierliche Arbeitsweise nicht ermöglichen, da eine völlige Vermehrungshemmung auftritt.

Außerdem bringen bestimmte Rohstoffarten, wiez. B. Zellstoffablaugen maximale Substratkonzentrationen von nur ca. 35-40 g/l und damit eine Begrenzung für eine maximale Produktivität. Hinzu kommt, daß z. B. die Sulfitablauge toxische Begleitstoffe Wie z. B. SO₂ enthält, die eine optimale Fahrweise nicht ermöglichen.

Auch die alleinige Verhefung von Äthanol auf der Basis von Gärungsalkohol bzw. Synthesesprit bringt insofern Probleme, da der hohe spezifische Sauerstoffverbrauch pro Einheit Biomassezuwachs die Produktivität eines gegebenen Fermenters beschränkt. Die Verhefung von Äthanol als ausschließliche Kohlenstoff-Quelle läßt mit Saccharomyces cerevisiae keine Zuwachsraten über 0,2 (hr¹) zu, wenn die Biomassekonzentrationen in dem Bereich liegen sollen, die mit anderen Substraten technologisch möglich sind. Gleichzeitig darf nicht übersehen werden, daß synthetischer Äthanol Nebenprodukte enthalten kann, die die Erreichung einer optimalen Zuwachsrate nicht zulassen.

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. Vorbehandlungen der Rohstoffe wie Aufschluß, Klären etc. sind 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 Zelluloseacetat 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 Äthylacetat befreit, so daß am Ende dieses, wie schon erwähnt recht kostspieligen Prozesses, eine technische ca. 99-100%ige Essigsäure erhalten wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Biomasseerzeugung mit hohen Produktivitäten und optimalen Ausbeuten bei gleichzeitiger Verhefung unterschiedlicher Substrate.

Darlegung des Wesens der Erfindung

\ufgabe der Erfindung ist die gleichzeitige mikrobiologische Nutzung von Rohrzucker, essigsäurehaltigem Waschwasser aus Jer Zelluloseacetatproduktion und Äthanol durch aerobe Kultivierungen von Saccharomyces cerevisiae mit hohen Zuwachsraten und verbesserten Biomasseausbeuten. Mit diesem Substratgemisch sollen sich höhere Produktivitäten im /ergleich zur separaten Verstoffwechslung ergeben. Hinzu kommt, daß gegenüber der alleinigen Verhefung von Essigsäure deutlich verbesserte Bioökonomische Koeffizienten für die Verstoffwechslung dieses Substrates erreicht werden, irfindungsgemäß erfolgt die kontinuierliche Verhefung des genannten Substratgemisches Rohrrohzucker, essigsäurehaltiges Waschwasser der Zelluloseacetatproduktion und Äthanol in Form von entweder Primasprit oder Synthesesprit durch Saccharomyces cerevisiae, indem diese Substrate gleichzeitig verstoffwechselt werden. Dieses Komponentengemisch erhält wie üblich die notwendigen Stickstoff-und Phosphatquellen, um den stöchiometrischen Bedarf für die Baustoffsynthese zu decken. Durch die Wahl geeigneter Fermentationsparameter wird unter aeroben Bedingungen eine gleichzeitige, für Äthanol über 80%ige und für die anderen beiden Komponenten über 90%ige Assimilation erreicht.

Mit dem Angebot des Substratgemisches wird eine weitgehende Substitution einer Kohlenhydratkomponente ermöglicht. Essigsäure- und Äthanol-Komponenten stellen Kohlenstoffquellen dar, deren Produktion nicht von klimatischen Bedingungen abhängig bzw. beeinflußbar ist und keinen Kampagnecharakter trägt.

Gerade die Nutzung von essigsäurehaltigen Abwässern und Synthesesprit für die mikrobieile Proteinsynthese im Hinblick auf eine Rohstoffbereitstellung für NEN-Produkte und Produkte für die tierische Ernährung stellen die Aufwertung von Rohstoffen der chemischen Industrie dar. Die gleichzeitige Nutzung dieser Komponenten mit bekannten Kohlenhydratquellen bringt hohe Zuwachsraten und verbesserte bioökonomische Koeffizienten.

Ausführungsbeispiele

1. Es wird eine Nährlösung bereitet, deren Kohlenstoffquellen auf Rohrrohzucker, essigsäurehaltigem Waschwasser der Zelluloseacetatproduktion und Prima-bzw. Synthesesprit im Verhältnis 30:40:30 (bezogen auf Kohlenstoffanteile) bestehen, entsprechend einer Zuckerausgangskonzentration von ca. 70 g/l. Es erfolgt eine Zudosierung von 25%igem Ammoniakwasser (entsprechend einer Menge von 50% Gesamtprotein der zuwachsenden Hefemenge), von wäßrigen Superphosphatauszügen (entsprechend einem Anteil von ca. 4% P₂Os des Hefezuwachses).

Diese Nährlösung wird kontinuierlich mit einer Verdünnungsrate bis zu D = 0,35 h"¹ in einem Fermenter für aerobe Mikroorganismenzüchtungen mit Saccharomyces cerevisiae verheft. Die Kultivierungstemperatur liegt bei 28-32°C, der pH-Wert um 4,5. Die Hefeausbeuten betragen durchschnittlich 1,35g Hefetrockensubstanz pro Gramm eingesetztem Gesamtkohlenstoff.

2. Es wird eine Nährlösung bereitet, deren Kohlenwasserstoffquellen aus Melasse, essigsäurehaltigem Waschwasser der Zelluloseacetatproduktion und Prima- bzw. Synthesesprit im Kohlenstoffverhältnis 30:40:30 bestehen, entsprechend einer Zuckerausgangskonzentration von ca. 70g/l.

Es erfolgt eine Zudosierung von 25%igem Ammoniakwasser (entsprechend einer Menge von 50% Gesamtprotein der zuwachsenden Hefemenge) und von wäßrigen Superphosphatauszügen (entsprechend einem Anteil von ca. 4% P₂O₅ des Hefezuwachses), Diese Nährlösung wird kontinuierlich mit einer Verdünnungsrate bis zu D = 0,35 h~¹ in einem Fermenter für aerobe Mikroorganismenzüchtungen mit Saccharomyces cerevisiae verheft. Die Kultivierungstemperatur liegt bei 28-32°C, der pH-Wert um 4,5. Die Hefeausbeuten betragen durchschnittlich 1,35g Hefetrockensubstanz pro Gramm eingesetztem Gesamtkohlenstoff.

3. Es wird eine Nährlösung bereitet, deren Kohlenstoffquellen aus Rohrrohzucker und/oder Melasse, essigsäurehaltigem Waschwasser der Zelluloseacetatproduktion und Prima- bzw. Synthesesprit bestehen, entsprechend einer Zuckerausgangskonzentration von ca. 70g/l.

Es erfolgt eine Zudosierung von 25%igem Ammoniakwasser (entsprechend einer Menge von 50% Gesamtprotein der zuwachsenden Hefemenge) und von wäßrigen Superphosphatauszügen (entsprechend einem Anteil von ca. 4% P₂O₅ des Hefezuwachses).

Diese Nährlösung wird kontinuierlich mit einer Verdünnungsrate bis zu D = 0,35 h~¹ in einem Fermenter für aerobe Mikroorganismenzüchtungen mit Candida-Hefen verheft. Die Kultivierungstemperatur liegt bei 28-32⁰C, der pH-Wert um

Die Hefeausbeuten betragen durchschnittlich 1,35g Hefetrockensubstanz pro Gramm eingesetztem Gesamtkohlenstoff.

Claims (3)

1. -1-Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur mikrobieilen Eiweißsynthese, gekennzeichnet dadurch, daß für aerobe Kultivierungen mit Hefen der Gattung Saccharomyces ein Substratgemisch, bestehend aus Rohrrohzucker, essigsäurehaltigem Waschwasser der Zelluloseacetatproduktion und Synthesesprit bzw. Primasprit in variablen Anteilen gleichzeitig verheft wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle des Rohrrohzuckeranteils im Dreikomponentengemisch Melasse einsetzbar ist.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle von Saccharomyces-Hefen auch Candida-Hefen einsetzbar sind.