DD241086A1

DD241086A1 - METHOD OF CONSERVING MICROORGANISMS UNDER UNSTERILE CONDITIONS

Info

Publication number: DD241086A1
Application number: DD28091885A
Authority: DD
Inventors: Hans-Frieder Listewnik; Leonhard Jagusch; Reinhard Schreck; Klaus Triems; Lothar Wuensche; Franz Glombitza; Rolf Hedlich; Felix Lippold; Gerhard Petzold; Manfred Gesche; Klaus Pigorsch; Walter Brendler; Gustav Luebbert; Joachim Bauch
Original assignee: Leipzig Chemieanlagen
Priority date: 1985-09-24
Filing date: 1985-09-24
Publication date: 1986-11-26
Also published as: DD241086B1

Abstract

Das Verfahren kann angewendet werden in Fermentationsanlagen zur Erzeugung von Einzellerproteinen, die unter unsterilen Bedingungen betrieben werden und bei denen nach Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsfluessigkeit ein Teil oder das gesamte Prozesswasser in den Fermentationsprozess zurueckgefuehrt wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Moeglichkeit bietet, Mikroorganismen im unsterilen kontinuierlichen Fermentationsprozess zu kultivieren, wobei im Fermentor staendig der optimale p H-Wert eingehalten werden kann und gleichzeitig die Verfaerbung von Produkten vermieden wird und moeglichst geringe technische und apparative Aufwendungen erforderlich sind.The method can be used in fermentation plants for the production of unicellular proteins, which are operated under unsterile conditions and in which after separation of the biomass from the fermentation liquid some or all of the process water is returned to the fermentation process. The aim and the object of the invention is to develop a process which offers the possibility of cultivating microorganisms in the non-sterile continuous fermentation process, wherein the optimal p H value can be maintained in the fermentor at all times and at the same time the discoloration of products is avoided and as low as possible technical and equipment expenses are required.

Description

Field of application of the invention

Das Verfahren kann angewendet werden in Fermentationsanlagen zur Erzeugung von Einzellerproteinen, die unter unsterilen Bedingungen betrieben werden und bei denen nach Abtrennung der Biomasse aus der Fermentationsflüssigkeit ein Teil oder das gesamte Prozeßwasser in den Fermantationsprozeß zurückgeführt wird.The method can be used in fermentation plants for the production of unicellular proteins, which are operated under unsterile conditions and in which after separation of the biomass from the fermentation liquid, a part or all of the process water is returned to the fermentation process.

Characteristic of the known technical solutions

Bei der kontinuierlichen Züchtung von Einzellerproteinen auf unterschiedlichen Substraten, wie z. B. n-Paraffinen, Erdöldestillaten, -raffinaten. Alkoholen, Melasse usw. wird heute auf die Rückführung des bei der Abtrennung der Biomasse anfallenden Prozeßwassers orientiert. Gründe dafür sind die Verbesserung der Ökonomie der Prozesse und die Senkung des Abwasseranfalles. Bei unsteriler Prozeßführung tritt im Prozeß neben dem eigentlichen Produktionsstamm eine Begleitflora auf.In the continuous cultivation of unicellular proteins on different substrates, such. As n-paraffins, petroleum distillates, raffinates. Alcohols, molasses, etc. are now based on the return of the resulting in the separation of the biomass process water. The reasons for this are the improvement of the economy of processes and the reduction of wastewater. In the case of non-sterile process control, an accompanying flora occurs in the process in addition to the actual production strain.

Bei Verfahren zurZüchtung von Hefen verbleibt diese hauptsächlich aus Bakterien bestehende Begleitflora bei der mechanischen Abtrennung größtenteils im Prozeßwasser und wird mit diesem in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.In processes for the production of yeast, this mainly bacterial accompanying flora in the mechanical separation remains largely in the process water and is returned with this in the fermentation process.

Entsprechend dem Rückführgrad erreicht sie dabei durch Anreicherung im Prozeßwasserkreislauf ein höheres Konzentrationsniveau als bei Prozessen ohne Rückführung. In vielen Fällen kann ein hohes Niveau an bakterieller Begleitfiora nachteilige Auswirkungen auf den gesamten Prozeß haben. Bei mikrobiellen Prozessen unter Anwendung von Hefen als Produktionsstämme wachsen die Begleitbakterien vor allem auf im Medium vorhandenen Stoffwechsel- und Lyseprodukten.Depending on the degree of recirculation, it achieves a higher concentration level by enrichment in the process water cycle than in processes without recirculation. In many cases, a high level of bacterial companion may have detrimental effects on the entire process. In microbial processes using yeasts as production strains, the accompanying bacteria mainly grow on metabolic and lysis products present in the medium.

Im Gesamtprozeß haben sie die Aufgabe, durch Bereitstellung von Biotin das Wachstum der Produktionskultur zu fördern. Es sind aber auch Prozesse bekannt, in denen die Begleitflora das gleiche Substrat wie die Produktionskultur verwertet und damit den spezifischen Rohstoffverbrauch erhöht.In the overall process they have the task of promoting the growth of production culture by providing biotin. However, processes are also known in which the accompanying flora utilizes the same substrate as the production culture and thus increases the specific consumption of raw materials.

In beiden Fällen benötigt sie im Fermentor einen Teil des zur Verfügung gestellten Sauerstoffes, der dann für die eigentliche Produktion verlorengeht.In both cases, it requires part of the oxygen provided in the fermenter, which is then lost to the actual production.

Gegebenenfalls werden auch zusätzliche Stoffwechselprodukte gebildet, die den Prozeßablauf in Fermentoren durch oberflächenaktive Wirkungen, z.B. verstärkte Schaumneigung oder Emulsionsbildung behindern können.Optionally, additional metabolic products are also formed which facilitate the process in fermentors by surfactant effects, e.g. can hinder increased foaming tendency or emulsion formation.

Im speziellen Fall der Verhefung von Erdöldestillaten kann es, bedingt durch das technologische Regime der Fermentation auf Grund biochemischer Reaktionen an den nichtparaffinischen Kohlenwasserstoffen des Erdöldestillates zur Bildung von Farbstoffen kommen, die zu unerwünschten Verfärbungen der Endprodukte führen.In the specific case of the distillation of petroleum distillates, due to the technological regime of fermentation due to biochemical reactions on the non-paraffinic hydrocarbons of the petroleum distillate may lead to the formation of dyes that lead to undesirable discoloration of the final products.

Möglichkeiten zur Verhinderung dieser Effekte werden in einer Verringerung der Konzentration der Begleitmikroorganismen gesehen. Alle bekannten Maßnahmen wie mechanische Abtrennung durch Filtration oder Separation sind sowohl apparativ als auch energetisch sehr aufwendig und belasten ein Verfahren ökonomisch.Ways to prevent these effects are seen in a reduction in the concentration of accompanying microorganisms. All known measures such as mechanical separation by filtration or separation are both equipment and energy very expensive and burden a process economically.

Bekannt ist auch eine Methode der drastischen Absenkung des pH-Wertes im Fermentor bei Verhefungsprozessen.Also known is a method of drastically lowering the pH in the fermentor in Verhefungsprozessen.

Durch diese pH-Absenkung erfolgt zwar eine Unterdrückung der bakteriellen Infektionen, andererseits führt diese Maßnahme aber zu einer Verringerung der Hefeproduktion, weil die Hefe dann im suboptimalen Bereich kultiviert werden muß und biotinliefernde Bakterien abgetötet werden. Das führt neben quantitativen Einbußen auch zu einer verminderten Qualität des Produktes.Although this suppression of pH suppresses the bacterial infections, this measure also leads to a reduction in yeast production, since the yeast must then be cultured in the sub-optimal range and biotin-yielding bacteria are killed. This leads not only to quantitative losses but also to a reduced quality of the product.

(DD-PS 218777)(DD-PS 218777)

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Möglichkeit bietet, Mikroorganismen im unsterilen kontinuierlichen Fermentationsprozeß zu kultivieren, wobei im Fermentor ständig der optimale pH-Wert eingehalten werden kann und gleichzeitig die Verfärbung von Produkten vermieden wird und möglichst geringe technische und apparative Aufwendungen erforderlich sind.The aim of the invention is to develop a method which offers the opportunity to cultivate microorganisms in the unsterile continuous fermentation process, wherein in the fermenter constantly the optimum pH can be maintained and at the same time the discoloration of products is avoided and the lowest possible technical and apparative Expenses are required.

Explanation of the essence of the invention

Es wurde gefunden, daß die Farbstoff bildung verhindert werden kann, wenn das Aufrahmwasser, das in den Fermentor zurückgeführt werden soll, vor der Rückführung auf einen pH-Wert von 2,5-3,0 abgesenkt und für mindestens 50 min bei diesem pH-Wert gehalten wird, wobei die bakterielle Keimzahl im Rückführwasser stark verringert wird, überraschenderweise die Gesamtkeimzahl im Fermentor aber konstant bleibt. Auf diese Weise wird der positive Effekt der bakteriellen Begleitflora, die Bereitstellung von Biotin für das Hefewachstum, voll aufrechterhalten, während die Farbstoffbildung unterdrückt wird. Das vorgesehene Verfahren zur Züchtung von Einzellerprotein sieht vor, daß im kontinuierlichen Fermentationsprozeß der Fermentorablauf durch mechanische Trennung, wie z.B. Aufrahmung bei derErdöldestillatverhefung oder Dekantation bzw. Separation in eine vorzugsweise die Produktionskultur enthaltende Biomassesuspension, die der weiteren Aufarbeitung zu Trockenprodukt zugeführt wird, und ein die Begleitflora enthaltendes Prozeßwasser zerlegt wird. Dieses Prozeßwasser wird völlig oder teilweise durch Zugabe der für die Phosphorversorgung des Fermentationsprozesses erforderlichen Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure sowie ganz oder teilweiser Zugabe von angesäuerten die Nähr-und Spurensalze enthaltenden Nährlösungen auf pH-Werte kleiner oder gleich 3 angesäuert.It has been found that the dye formation can be prevented if the creaming water which is to be recycled to the fermenter is lowered to a pH of 2.5-3.0 before the recycling and kept at this pH for at least 50 min. Value is maintained, the bacterial count in the return water is greatly reduced, surprisingly, the total bacterial count in the fermentor but remains constant. In this way, the positive effect of the bacterial accompanying flora, the provision of biotin for yeast growth, is fully maintained while the dye formation is suppressed. The proposed method for the production of single-cell protein provides that in the continuous fermentation process, the fermenter effluent by mechanical separation, such as. Creaming in the case of the distillation of petroleum distillate or decantation into a biomass suspension preferably containing the production culture, which is supplied to the dry product for further processing, and a process water containing the accompanying flora is decomposed. This process water is completely or partially acidified to pH values of less than or equal to 3 by addition of the phosphoric acid and / or sulfuric acid required for the phosphorus supply of the fermentation process as well as total or partial addition of acidified nutrient solutions containing the nutrient and trace salts.

Vor der Rückführung in den Fermentationsprozeß muß dieses Prozeßwasser bei dem genannten pH-Wert mindestens 50 min bis 1 h gehältert werden, um einen ausreichenden Inaktivierungseffekt zu erzielen. Die Halterung erfolgt vorzugsweise in Behältern so, daß ein enges Verweilzeitspektrum für die gesamte Prozeßwassermenge erzielt wird.Before returning to the fermentation process, this process water must be kept at said pH for at least 50 minutes to 1 hour to achieve a sufficient inactivation effect. The holder is preferably carried out in containers so that a narrow residence time spectrum is achieved for the entire process water quantity.

example

In einem 2000 m³-Fermentor wurden unter unsterilen Bedingungen Hefen des Stammes Lodderomyces elongisporus IMET H 128 auf Erdöldestillat im Siedebereich des Dieselkraftstoffes mit einem n-Paraffingehalt von 14,0Ma.-% im kontinuierlichen Prozeß gezüchtet. Die Verweilzeit im Fermentor betrug zwischen 4 und 5 h, der pH-Wert im Fermentor lag bei 4,0-4,2. Der Fermentationsablauf wurde sogenannten Aufrahmgefäßen zugeleitet, in denen sich die Trennung in eine erdöldestillathaltige Hefesuspension und eine wäßrige Phase vollzieht.In a 2000 m ³ fermentor, yeasts of the strain Lodderomyces elongisporus IMET H 128 were grown on petroleum distillate in the boiling range of the diesel fuel with an n-paraffin content of 14.0 Ma .-% in a continuous process under unsterile conditions. The residence time in the fermentor was between 4 and 5 h, the pH in the fermentor was 4.0-4.2. The fermentation process was fed to so-called Aufrahmgefäßen in which the separation takes place in a petroleum distillate yeast suspension and an aqueous phase.

Der Wasserabscheidegrad lag bei 60-80%. Der pH-Wert der Wasserphase lag bie 4,0-4,3. In den Fermentor wurden ca. 150 m³ Wasserphase zurückgeführt. Dabei traten in den Medien Prozeßwasser und Biomasse sowie dem Erdöldestillat Verfärbungen auf, die durch Untersuchungen auf vorrangige Beteiligung der bakteriellen Begleitflora zurückgeführt werden konnte. Durch Zwischenschaltung von Behältern mit einem Gesamtvolumen von rund 160 m³ und Ansäuern des Prozeßwassers vor dem Durchströmen dieser Behälter auf pH-Werte zwischen 2,2 und 2,8 konnte die Aktivität der Begleitflora verringert und die Verfärbungserscheinungen unterdrückt werden.The degree of water separation was 60-80%. The pH of the water phase was 4.0-4.3. In the fermentor about 150 m ^{3 of} water phase were recycled. In the media, process water and biomass as well as the petroleum distillate appeared discolorations, which could be attributed to the primary involvement of the bacterial accompanying flora. By interposing containers with a total volume of about 160 m ³ and acidification of the process water before flowing through these containers to pH values between 2.2 and 2.8, the activity of the accompanying flora could be reduced and the discoloration phenomena suppressed.

Die Bakterienzahl im Bereich von 10⁹-10¹⁰ Keime/ml Prozeßwasser wurde dabei auf Gehalte von 10^e—10⁷ Keime/ml Prozeßwasser gesenkt, die durchschnittliche Bakterienkeimzahl im Fermentor von ca. 10⁹ Zellen/ml blieb konstant. Der Fermentationsprozeß wurde beim für den Prozeß optimalen pH-Wert von 4,0-4,2 weitergeführt. Auswirkungen auf Fermentorproduktivität und Produktqualität konnten damit vermieden werden.The bacterial count in the range of 10 ⁹ -10 ¹⁰ germs / ml of process water was thereby reduced to levels of 10 ^e -10 ⁷ germs / ml process water, the average bacterial count in the fermenter of about 10 ⁹ cells / ml remained constant. The fermentation process was continued at the optimum pH of 4.0-4.2 for the process. Effects on fermenter productivity and product quality could be avoided.

Claims

claims:

A process for growing microorganisms under unsterile conditions in a continuous long-term process under the recirculation conditions of process waters, characterized in that the process water separated in the continuous process after fermentation is acidified to pHs less than or equal to 3, primarily with the acidic media required for the fermentation process in this state for at least 50 minutes, preferably 1 hour, then fed back to the fermentation process, wherein the fermentation process is carried out at a pH of 4.0-4.3 by addition of the alkaline media in the fermentor in a conventional manner.

2. The method according to claim 1, characterized in that the acidified process water is adjusted immediately before its return to the fermentation process to the pH of 4.0-4.3.