DD235805A3

DD235805A3 - PROCESS FOR MICROBIAL PROTEIN SYNTHESIS

Info

Publication number: DD235805A3
Application number: DD19333576A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Lippert; Reinhard Fuchs; Sigrid Gabel
Original assignee: Eberhard Lippert; Reinhard Fuchs; Sigrid Gabel
Priority date: 1976-06-15
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1986-05-21

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.By this method, it is possible to cultivate, for example, an organism based on multicomponent systems which is suitable for NEN products and to cultivate microorganisms for the production of feed yeast. The aim of the invention is a method for biomass production with high productivity and optimum yields while simultaneously brewing different substrates. The object of the invention is the simultaneous microbiological use of raw cane sugar and / or molasses, acetic acid-containing wash water from the cellulose acetate production and ethanol by aerobic cultivation of Saccharomyces cerevisiae or Candida yeasts with high growth rates and improved yields.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobieilen Eiweißsynthese.The invention relates to a method for microbieilen protein synthesis.

Nach diesem Verfahren kann man beispielsweise einen für NEN-Produkte geeigneten Organismus auf der Basis von Mehrkomponentensystemen kultivieren und Mikroorganismen für die Futterhefeerzeugung züchten.By this method, it is possible to cultivate, for example, an organism based on multicomponent systems which is suitable for NEN products and to cultivate microorganisms for feed yeast production.

Characteristic of the known technical solution

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.The production of biomass focuses on the utilization of carbohydrates in the form of secondary products, such as molasses, molasses slurries, but also pulp waste liquors and their vapors, as well as hydrocarbon fractions or methanol and ethanol. The expansion of the raw material base was made possible by the processing of secondary products in sugar beet processing.

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.The microorganisms used in this context are predominantly, apart from the ethanol Verhefung, Candida species. Yeasts of the genus Saccharomyces have 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 ensure maximum yields, were lower than in Candida yeasts. In addition, the fermentations carried out with Candida have as a basis only one of the above-mentioned raw materials.

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.The accumulated amounts of carbohydrate-containing wastes can not cover the need for biomass 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 previously 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.

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.In addition, bring certain types of commodities, wiez. B. Pulp waste maximum substrate concentrations of only about 35-40 g / l and thus a limit for maximum productivity. In addition, that z. B. the sulfite liquor toxic by-products such. B. SO ₂ contains that do not allow optimal driving.

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.Also, the sole Verhefung of ethanol based on fermentation alcohol or Synthesesprit brings problems in that the high specific oxygen consumption per unit biomass increase limits the productivity of a given fermenter. The condemnation of ethanol as the exclusive carbon source does not allow Saccharomyces cerevisiae to exceed 0.2 (hr ¹ ) growth rates if biomass concentrations are to be in the range that is technologically possible with other substrates. At the same time, it must not be overlooked that synthetic ethanol can contain by-products which do not allow the achievement of an optimal rate of growth.

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.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. Pretreatments of raw materials such as digestion, clarification etc. are 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.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Biomasseerzeugung mit hohen Produktivitäten und optimalen Ausbeuten bei gleichzeitiger Verhefung unterschiedlicher Substrate.The aim of the invention is a method for biomass production with high productivities and optimum yields while simultaneously brewing different substrates.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

\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.The object of the invention is the simultaneous microbiological use of cane sugar, acetic acid wash water from Jer cellulose acetate production and ethanol by aerobic cultivations of Saccharomyces cerevisiae with high growth rates and improved biomass yields. With this substrate mixture, higher productivity should result in / equal to the separate metabolism. In addition, significantly improved bioeconomic coefficients for the metabolism of this substrate are achieved compared to the sole Verhefung of acetic acid, in accordance with the continuous Verhefung of said substrate mixture raw cane sugar, acetic acid wash water of cellulose acetate production and ethanol in the form of either PrimaSprit or Synthesesprit by Saccharomyces cerevisiae, by these substrates are metabolized simultaneously. As usual, this component mixture receives the necessary sources of nitrogen and phosphate in order to meet the stoichiometric demand for building material synthesis. By selecting suitable fermentation parameters, a simultaneous, for ethanol over 80% and for the other two components over 90% assimilation is achieved under aerobic conditions.

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.With the offer of the substrate mixture, a substantial substitution of a carbohydrate component is made possible. Acetic acid and ethanol components are sources of carbon whose production is not dependent on or influenced by climatic conditions and has no campaigning character.

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.Especially the use of acetic acid waste water and synthesis for microbieile protein synthesis with regard to a raw material supply for NEN products and products for animal nutrition represent the revaluation of raw materials of the chemical industry. The simultaneous use of these components with known carbohydrate sources brings high growth rates and improved bioeconomic coefficients.

Ausführungsbeispieleembodiments

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).1. It is prepared a nutrient solution whose carbon sources on raw cane sugar, acetic acid wash water of cellulose acetate production and Prima-resp. Synthesesprit in the ratio 30:40:30 (based on carbon) exist, corresponding to a sugar initial concentration of about 70 g / l. There is a dosage of 25% ammonia water (corresponding to a quantity of 50% total protein of the growing amount of yeast) of aqueous Superphosphatauszügen (corresponding to a proportion of about 4% P ₂ Os of the yeast growth).

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.This nutrient solution is continuously fermented at a dilution rate of up to D = 0.35 h ^-1 in a fermenter for aerobic microorganism cultivars with Saccharomyces cerevisiae The cultivation temperature is 28-32 ° C., the pH is 4.5 The yeast yields are an average of 1.35 g of yeast dry matter per gram of total carbon used.

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.2. A nutrient solution is prepared, the hydrocarbon sources of which consist of molasses, acetic acid wash water of cellulose acetate production and Prima- or Synthesesprit in a carbon ratio of 30:40:30, corresponding to a sugar starting concentration of about 70 g / 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.There is a dosage of 25% ammonia water (corresponding to a quantity of 50% total protein of the growing amount of yeast) and of aqueous Superphosphatauszügen (corresponding to a proportion of about 4% P ₂ O _{5 of} the yeast growth), this nutrient solution is continuously at a dilution rate to to D = 0.35 h ~ ¹ in a fermenter for aerobic microorganism breeding with Saccharomyces cerevisiae. The cultivation temperature is 28-32 ° C, the pH around 4.5. Yeast yields averaged 1.35 g of yeast dry matter per gram of total carbon used.

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.3. A nutrient solution is prepared whose carbon sources consist of raw cane sugar and / or molasses, acetic acid-containing wash water of the cellulose acetate production and Prima- or Synthesesprit, corresponding to a sugar starting concentration of about 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).There is a dosage of 25% ammonia water (corresponding to an amount of 50% total protein of the growing amount of yeast) and of aqueous Superphosphatauszügen (corresponding to a share of about 4% P ₂ O _{5 of} the yeast growth).

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 umThis nutrient solution is continuously fermented at a dilution rate up to D = 0.35 h ^-1 in a fermenter for aerobic microorganism cultivations with Candida yeasts. The cultivation temperature is 28-32 ⁰ C, the pH to

Die Hefeausbeuten betragen durchschnittlich 1,35g Hefetrockensubstanz pro Gramm eingesetztem Gesamtkohlenstoff.Yeast yields averaged 1.35 g of yeast dry matter per gram of total carbon used.

Claims

-1-invention claim:

1. A process for microbieilen protein synthesis, characterized in that for aerobic cultivations with yeasts of the genus Saccharomyces a substrate mixture consisting of raw cane sugar, acetic acid-containing wash water of cellulose acetate production and Synthesesprit or PrimaSprit in variable proportions is simultaneously bitched.

2. Method according to item!, Characterized in that molasses can be used instead of the proportion of raw cane sugar in the three-component mixture.

3. The method according to item 1 or 2, characterized in that in place of Saccharomyces yeasts and Candida yeasts are used.