DD239607A1

DD239607A1 - Verfahren zur kontinuierlichen kultivierung von hefen

Info

Publication number: DD239607A1
Application number: DD27876785A
Authority: DD
Inventors: Lidija I Kozlova; Olga I Velikoslavinskaja; Olga I Velikoslaviuskaja; Joachim Bauch; Herbert Gentzsch; Klaus Kammel; Guenter Heidenreich
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat; Wnii Sintesbelok Moskau
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1986-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Hefen auf Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von Biomasse. Das Ziel der Erfindung, bei der Kultivierung den Rohstoffverbrauch zu senken, wird erreicht, indem eine Regulierung der Kultivierungsbedingungen durch Beeinflussung der Kohlenstoff- und Energiequelle erfolgt. Die laufende Kohlenwasserstoffkonzentration wird nach den n-Alkanen in den Grenzen von 0,6-2,2%, die Differenz zwischen Anfangs- und laufender Konzentration in den Grenzen von 0,8-1,6% und der Grad der n-Alkanutilisierung in den Grenzen von 40-70% reguliert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung . . -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Hefen auf Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von Biomasse. Die Erfindung kann in der technischen Mikrobiologie angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ' ι

Bei der Kultivierung von Hefen auf Kohlenwasserstoffen erhält man Biomasse als Quelle für Eiweiß, Lipide und andere biologisch aktive Stoffe.

Kohlenwasserstoff als Ausgangspunkt besitzt gegenüber einertraditionellen Kohlenstoffquelle die Vorteile, daß die Kultivierung der Hefen nicht unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden muß und das Ausgangsprodukt keiner speziellen Vorbehandlung bedarf.·

Allerdings ist der Rohstoffbedarf für die Erzeugung von Biomasse sehr hoch.

Für die Bildung von 1 kg Eiweißbiomasse werden 1,2 kg und mehr Kohlenwasserstoffe verbraucht. Nach Literaturangaben verringert sich der Rohstoffverbrauch in intensiven Prozessen, in denen die Kohlenstoffquelle vorrangig für die Biomassebildung (Aufbaustoffwechsel) verbraucht wird.

(Gololobov, A. P., 1968, Mikrobiologische Industrie, 3. Auflage, S. 14-22) . , '

Gemäß SU-Urheberschein Nr. 507625 ist ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen bekannt, dessen Ziel die Einsparung von Rohstoff ist. In bestimmten Zeitabständen wird dazu der ökonomische Koeffizient, Biomasseausbeute je verbrauchter Kohlenstoffquelle, ermittelt. Je nach der Höhe des ökonomischen Koeffizienten wird die Rohstoffkonzentration im Nährmedium korrigiert. Der Rohstoffnutzungsgrad kann durch diese Maßnahme um 5-10%erhöht werden, das heißt, es können

5-10%Rohstoff eingespartwerden, wasjedoch immer nochzu wenig ist. _:

Es ist weiterhin ein Verfahren nach SU-Patent Nr.426373 bekannt, bei dem zur Kultivierung von Mikroorganismen die Kohlenstoffquelle in Abhängigkeit vom Verbrauch der Stickstoffquelle dosiert wird, die zum Alkalisieren des Kulturmediums

dient. ι

Ein Rohstoffmehrverbrauch kann mit diesem Verfahren nicht vermieden werden, da der in Form von Ammoniumhydroxid zugeführte Stickstoff zum Alkalisieren des Kulturmediums für die Biomassebildung und für die Neutralisation der sauren Stoffwechselprodukte verbraucht wird, die durch Mikroorganismen in das Kulturmedium eingebracht werden. Bei Verschlechterung der Kultivierungsbedingungen wächst die Konzentration der sauren Stoffwechselprodukte sowie der

Verbrauch an Ammpniumhydroxid und in der Folge davon auch der Verbrauch an Kohlenstoffquelle. .

Nach SU-Urheberschein Nr.438386 ist ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen bekannt, bei dem die Rohstoff- und Nährmediumzufuhr in Abhängigkeit vom Grad der Nichtübereinstimmung zwischen den optimalen und laufenden Konzentrationswerten des Rohstoffes im Kulturmedium durchgeführt wird. Dazu wird die laufende Rohstoffkonzentration periodisch ermittelt und in Kenntnis der optimalen Konzentration die Rohstoffzufuhr so reguliert, daß die beiden Konzentrationswerte nahezu identisch sind.

Das Verfahren gestattet zwar eine Erhöhung der Biomasseausbeute, jedoch nicht eine Verringerung des Rohstoffverbrauches.

Gemäß FR-Patent Nr. 1554423 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Kultivierung von Hefen auf einem Kohlenwasserstoffgemisch bekannt, das nicht weniger als 90% n-Alkane enthält. Zur Erhöhung des Grades der Alkanutilisierung und der Biomasseausbeute wird die Rohstoffkonzentration im Kulturmedium in einer Höhe von mindestens 0,5g/l reguliert.

Mit dem Verfahren wird eine Alkanutilisierung aus dem Kohlenwasserstoffgemisch von 90-95% und eine Biomasseausbeute von 80-90% mit den in den Prozeß eingebrachten n-Alkanen erreicht. Bei dem Verfahren besteht der Nachteil, daß der spezifische Rohstoffverbrauch sehr hoch ist, mindestens 1,1-1,2kg auf 1 kg Biomasse.

Ziel der Erfindung · -

Das Ziel der Erfindung ist es, bei der Kultivierung von Hefen den Rohstoffverbrauch zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Regulierung der Kultivierungsbedingungen durch Beeinflussung der Kohlenstoff- und Energiequelle vorzunehmen, um den spezifischen Rohstoffverbrauch zu senken. Die technische Aufgabe der Erfindung wird durch Regulierung der laufenden Kohlenwasserstoffkonzentration nach den n-Alkanen im Kulturmedium in den Grenzen von 0,6-2,2%, der Differenz zwischen Anfangs- und laufender Konzentration der n-Alkane in den Grenzen 0,8-1,6% sowie des Grades der n-Alkanutilisierung in den Grenzen von 40-70% gelöst.

Hefen der Gattung Candida, Torulopsis, Endomyces Hansenula und andere werden nach einem kontinuierlichen Verfahren unter Belüftung auf einem Kohlenwasserstoffgemisch utilisiert, das 5-95% n-Alkane enthält. Das wäßrige Nährmedium enthält Stickstoff-, Phosphor-, Kalium- und Magnesiumverbindungen sowie die Spurenelemente Eisen, Zink, Mangan und Kupfer.

Die Kultivierung der Hefen erfolgt in Rührfermentoren unter folgenden Prozeßparametern:

Temperatur des Mediums: 29-42 ⁰C

pH-Wert des Mediums: 3,0-5,5

Intensität der Belüftung: 80-120 Nm³rrV¹

Durchflußrate des Mediums: 0,15-0,35rT¹

Der Grad der n-Alkanutilisierung wird nach der Formel

• . s . . '

bestimmt. Dabei bedeuten

π = Grad der n-Alkanutilisierung ,

S₀ = Anfangskonzentration der Kohlenwasserstoffe S = laufende n-Alkankonzentration Die Anfangskonzentration S₀ wird so geregelt, daß die Differenz S₀-S in den Grenzen 0,8-1,6% liegt und der Grad der n-Alkanutilisierung in den Grenzen 40-70%. Unter diesen Bedingungen beträgt der spezifische Paraffinverbrauch 0,6-0,8 kg/kg Hefetrockensubstanz, das bedeutet, daß er 1,5-bis 2mal niedriger als bei bekannten Verfahren ist.

Aysführungsbeispiele : "

Das Verfahren wird an 6 Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Hefen der Gattung Candida guilliermondii wurden in einem Fermentor mit einer Betriebsfüllung von 20kg unter Rühren und Belüften auf einem Kohlenwasserstoffgemisch kultiviert, das 12% n-Alkane enthielt.

Das Nährmedium hatte folgende Zusammensetzung in %: *

Kohlenwasserstoffgemisch in Umrechnung auf

n-Alkane 3,6 (S₀)

Ammoniumhydroxid (25%) 1,7

Phosphorsäure (70%) 0,22

Magnesiumsulfat 0,07

Eisenchlorid 0,0022

Zinksulfat 0,002

Mangansulfat 0,008

Kupfersulfat 0,0014

Wasser bis 100 kg

Ammoniumhydroxid wurde gleichzeitig zum Alkalisieren des Mediums eingesetzt.

Der Kultivierungsprozeß wurde mit folgenden Parametern geführt:

pH-Wert 4,0-4,2

Medientemperatur 32-34 ⁰C

Intensität der Belüftung lOONI-rT^kg"¹

Durchflußrate 0,2 h"¹-

Die laufende n-Alkankonzentration im Kulturmedium betrüg

S - 2,15 % So - S · 3₉6 - 2,Ί5 « 1s45 %

^» ^x^; _# 100 β 40,5 %

Die Produktivität des Prozesses betrug 5kg h~'-t"¹ Biomasse und der spezifische n-Alkanverbrauch 0,58kg/kg Hefetrockensubstanz.

Seispiel 2 ' a

Hefen der Gattung Candida guilliermondii wurden in einem Fermentor mit einer Betriebsfüllung von 751 unter Rühren und Belüften auf einem Kohlenwasserstoffgemisch, das 21% n-Alkane enthielt, kultiviert.

Das Nährmedium hatte folgende Zusammensetzung in %:

Kohlenwasserstoffgemisch umgerechnet auf

n-Alkane 2,6 <S_O)

Ammoniumhydroxid (25%) 1,21

Phosphorsäure (74%) 0,15

Kaliumchlorid 0,096

Magnesiumsulfat 0,056

Eisensulfat , 0,0035

Zinksulfat 0,0062

Mangansulfat 0,0014

Wasser bis 100 kg

Der Kultivierungsprozeß wurde mit folgenden Parametern geführt:

pH-Wert · 4,0-4,2 '

Medientemperatur 32-34°C

Intensität der Belüftung 87Nm³-t~¹-h~¹

Durchflußrate 0,2h"¹

Die laufende n-Alkankonzentration im Kulturmedium betrug

So - S « 2₉6 - 1,05 - 1*55 %

.100 β 60 ,%.

Die Produktivität des Prozesses betrug 4,0kg-t~¹-h~¹ Biomasse und der spezifische Paraffinverbrauch 0,78kg/kg Hefetrockensubstanz. ^;

Beispiels

Hefen der Gattung Candida guilliermondii wurden analog zu Beispiel 2 kultiviert.

Der Unterschied bestand darin, daß die Konzentration des Kohlenwasserstoffgemisches im Nährmedium berechnet auf n-Alkane S₀ = 2,1 % betrug.

Dabei waren ^__— ,

S « Ο,63 % So - S .- 1₉47^V%

_m loo β 70 %

Die Produktivität des Prozesses betrug 4,0kg-t~¹-h~¹ Biomasse und der spezifische Paraffinverbrauch 0,73kg/kg Hefetrockensubstanz. . -.

Beispiel 4

Hefen der Gattung Candida Salmonicola wurden analog Beispiel 1 kultiviert.

Der Unterschied bestand darin, daß für die Kultivierung ein Kohlenwasserstoffgemisch verwendet würde, das 42% n-Alkane

enthielt. »

Weitere Prozeßparameter waren:

Anfangskonzentratiori S₀ = 2,6%

pH-Wert 3,8-4,0

MedientempWatur 34-36°C '

Intensität der Belüftung 1-20Nlkg"¹-h"¹. .'

Durchflußrate 0,25 h~¹

Dabeiwaren: ----—" ~-—

So - S .1,3 % . " ; .. . . .· ' ;

^ m |a| _β 100 β 50 %

Die Produktivität des Prozesses betrug ökgt"¹^"¹ Biomasse und der spezifische Paraffinverbrauch 0,65 kg/kg Hefetrockensubstanz. '

Beispiel 5

Hefen Torulopsis utilis wurden analog zu Beispiel 1 kultiviert. ,

Der Unterschied bestand darin, daß die n-Alkankonzentration irh Nährmedium S₀ = 4,5% betrug und die Durchflußrate

0,25h"¹. ,

Dabeiwaren:

So - S 4₀5 - 2*8 1_ST $

. 100 38 %

Die Produktivität des Prozesses betrug 3,3kgt '-h ¹ Biomasse und der spezifische Paraffinverbrauch 1,29kg/kg Hefetrockensubstanz.

Beispiel 6 .

Hefen der Gattung Candida guilliermondii wurden analog zu Beispiel 2 kultiviert. Der Unterschied bestand darin, daß die Durchflußrate des Mediums 0,17 h~¹ betrug. Dabeiwaren: _j -——___^

" " S.« O₉55 %:-, . T^- . . So - S 2_?6..« 0₉55 2»05 %

^iU^ . 100 «<s 79

Die Produktivität des Prozesses betrug 2,2kg-t~¹-h"¹ Biomasse und der spezifische Paraffinverbrauch 1,59kg/kg Hefetrockensubstanz.

Auf diese Art und Weise beträgt bei der Regulierung der laufenden n-Alkankonzentration im Kulturmedium (S) in den Grenzen von 0,6-2,2%, der Differenz der Anfangs- und der laufenden n-Alkankonzentration (S₀-S) in den Grenzen von 0,8-1,6% und des Grades der n-Alkanutilisierung in den Grenzen von 40-70% der spezifische n-Alkanverbrauch 0,6-0,8 kg/kg Hefetrockensubstanz; d. h., der n-Alkanyerbrauch liegt um 1,5- bis 2mal niedriger als bei bekannten Verfahren.

Claims

. ν ; :. ' · . ., . .. . . .-1- 239 607

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur kontinuierlichen Kultivierung von Hefen unter aeroben Bedingungen bei Anwesenheit der notwendigen Nährstoffquellen auf einem Kohlenwasserstoffgemisch, das n-Alkane enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die laufende Kohlenwasserstoffkonzentration in den Grenzen von 0,6-2,2% nach den n-Alkanen, die Differenz zwischen Anfangs- und laufender Konzentration in den Grenzen von 0,8-1,6% und der Grad der n-Alkanutilisierung aus dem Kohlenwasserstoffgemisch in den Grenzen von 40—70% reguliert wird. , ' .