DD264232A1

DD264232A1 - Applikation von enzymkulturloesungen aus erwinia carotovora fuer den aufschluss von cerealienrohstoffen

Info

Publication number: DD264232A1
Application number: DD87306975A
Authority: DD
Inventors: Joachim Wesenberg; Siegfried Nowak; Angelika Heinath; Christina Wegener; Hans Henniger
Original assignee: Gk Neubrandenburg Veb
Priority date: 1987-09-15
Filing date: 1987-09-15
Publication date: 1989-01-25

Abstract

Die Erfindung beinhaltet die Applikation von Enzymkulturloesungen aus Erwinia carotovora fuer den Aufschluss von Cerealienrohstoffen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum effektiven Rohstoffaufschluss von Cerealienrohstoffen bei der Herstellung von Gaerungsethanol, das es gestattet im Vergleich zu konventionellen Verfahren durch den Einsatz eines speziellen Enzymkomplexes die durch Amylasen nicht hydrolisierbaren Kohlehydrate zu verzuckern und somit hoehere Ethanolausbeuten bei gleichzeitiger Reduzierung der bisher gebraeuchlichen Amylasegaben und einer Beschleunigung der Angaerphase zu realisieren.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in Brennereien zur Herstellung von Gärungsethanoi unter Einsatz von Ezymkultursubstraten auf der Basis von Erwinia-Stämmen angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von Gärungsethanoi werden vergärbare Kohlehydrate mit geeigneten Hefestämmen (üblicherweise der Gattung Saccharomyces cernvisiae) vergoren. Diese Zucker worden aus Rohstoffen, welche polysacch aridhaltig sind, mittels enzymatischem oder saurer Hydrolyse bereitgestellt. Beim enzymatischen Abbau werden Grünmalz, Darrmalz sowie mikrobielle Enzympräparate (Amylasen, Enzymkomplexe mit cellulolytischen, hemizellulolytischen und pektinolytischen Aktivitäten) aus Schimmelpilzkulturen eingesetzt. Die für den industriell bedeutsamen Stärkeabbau wichtigsten Enzyme sind a-Amylase, ß-Amylase und γ-Amylase. Durch ihren Einsatz werden jedoch Cellulose und Hemicellu öse nicht angegriffen und können somit für die Ethanolproduktion nicht genutzt werden. In neuester Zeit wird der Einsatz nichte /nylolytischer Enzyme, vorrangig unter Verwendung mikrobieller Cellulasen beschrieben. Grundlage für diese Verfahren ist der Einsatz insbesondere collulosereicher Substrate für die Ethanolgewinnung. Eine weitere Möglichkeit für die Anwendung oines cellulolytischen und hemiceilulolytischen Enzymkomp'exes, zu dessen Herstellung es eines durch Klonselektion ausgewählten Stammes der Art Pcnicillium citreo viride bzw. seiner natürlichen Mutanten bzw. künstlich induzierter genetischen Varianten bedarf. Der Nachteil dieser Verfahren besteht in dem relativ hohen technisch-technologischen Aufwand zur Schimmelpilzkultivierung und -applikation infolge der hohen Substratansprüche und Kontaminationsgefahr.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, in Brennereirohstoffen enthaltene Polysaccharide, die durch amylolytisch wirkendo Enzyme nicht hydrolisiert werden, durch den Einsatz von Enzymkulturlösungen aus Erwinia carotovora abzubauen und zusätzlich für die Ethanolgewinnung bereitzustellen. Außerdem gilt es, durch weitere Enzymnebenaktivkäten das Maischesubstrat durch Reduzierung der Viskosität und Erhöhung des a-Amino-Stickstoffangebols für die Kulturhefe aufzuwerten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein aus der Kultivierung von Stämmen der Bakteriennrt Erwinia carotovora gewonnenes enzymhaltiges Kulturfiltrat bzw. -konzentrat zur Hydrolyse von nicht stärkehaltigen Polysacchariden in Getreidemaischen mit folgenden Zielstellungen einzusetzen:

— Optimierung des Rohstoffaufschlusses

— Erhöhung der Ausbeute durch zusätzliche Bereitstellung vergärbarer Kohlehydrate

— Aufwertung des Maischesubstrates

— Optimierung der Fermentation.

Die Erwinia-Stämme werden vorzugsweise auf Abprodukten der Gärungs- und Zuckerindustrie wie Getreidenaßschlempe, Melasse und Abfallkieselgur unter Zusatz entsprechender Mineralsalze.kultiviert. Die auf diesen Medien produzierten enzymhaltigen Kulturlönungen verfügen über folgendes Enzymspektrum: Endo-M-Glucanase-, Pektatlyase-, Pektinmethylesterase-, Polygalactonase- und Protease.

Enzymkulturlösung und Amylasen werden zu Beginn des enzymatischen Rohstoffaufschluß gemeinsam dotiert. Das Maischregime wird wie folgt gewählt:

— Rast von 20 Minuten bei 45°C und einem pH-Wert >6,0

— Rast von 40 Minuten bei < 58⁰C und einem pH-Wert von > 6,0 bzw. 5,4 in Abhängigkeit von den eingesetzten Amylasen. Durch die Wirkung der Erwiniaenzyme erfolgt ein beschleunigter Abbau von Zellwandpolysacchariden des Getreides und damit beschleunigte Freisetzung von Stärke und anderen vergärbaren Zellinhaltsstoffen. Darüber hinaus werden zusätzlich amylolytisch nicht hydrolisierbare vergärbare Kohlehydrate gebildet. Außerdem wird das Maischesubstrat durch die Bildung niedermolekularer Eiweißabbauver'oindungen und viskositätssenkender Effekte für den Hefestoffwechsel aufgewertet.

Dies hat zur Folge, daß die Anpassungsphase des Kulturhefestammes an das Substrat und somit die ethanolische Fermentation beschleunigt werden.

Hieraus resultiert summarisch eine Einsparung an α- und Glucoamylasen und eine Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeuten.

Ausführungsbeispiel

Zum Einsatz kommt eine Enzymkulturlösung folgender Zusammensetzung:

— 15E/mlPektatlyase

— 1,4EZmICx-ZoIIuIoSe

— 0,52E/ml Protease

— Spuren Polygulakturonase und Pektinmethylesterase,

welche aus der Kultivierung von Erwinia carotovora auf Medien der folgenden Zusammensetzung gewonnen wurde:

— Getreidenaßschlempe 100ml/l bzw. 10g Melassekonzentrat

— Sojaschrot 10g/l bzw. 1 g Roggenschrot

— Kartoffelpülpe (trocken) 5g/l

— (NH₄J₂HPO₄ Ig/l

— NaNO₃ 0,25g/l

— MgSO₄ 0,25g/l

— KCI 0,25g/l

— CaCI₂ 0,25g/l

Im Maischgefäß befindet sich 2000 kg Roggenschrot, das nach dem drucklosen Aufschlußverfahren (Werkstandard KSWS 01-84) eingeteigt wurde. Für den Rohstoffaufschluß werden 2,25 · 10'E/tStärkeGlukoamylase,62,5 · 10°IE/t Stärke Alphaamylase und 650 10°U/t Stärke Kulturlösung eingesetzt.

Nach einer Rast von 20 Minuten bei 45⁰C und einem pH-Wert von 6,0 erfolgte die Verzuckerung bei 58⁰C innerhalb einer Rast von 40 Minuten. Danach wurde auf 23⁰C gekühlt und in üblicher Weise mit Saccharomyces cerevisiae vergoren. Es wurde eine Alkoholausbeute von 67/LW/t Stärke anstelle von 650LW/1 Stärke beim Einsatz von 11 · 10'E/t Stärke Glukoamylase und 250 10' Ib/t Stärke Alphaamylase ohne Zusatz von Enzymkulturlösung bei gleichem Rohstoff erzielt. Die Ethanolbildung während der Fermentation verlief beim Einsatz der Kulturlösung bis zur 45. Gärstunde beschleunigt. Bis zur 20. Gärstunde wurde (13%) Ethanol mehr gebildet.

Claims

1. Anwendung eines Endo-ß-IAGIucanase-, Pektatlyase-, Pektinmethylesterase-, Polygalactonase- und Protease enthaltenen Enzymkomploxes aus Erwinia carotovora zur Ethanolproduktion für die Mitverwertung von durch amylolytische Enzyme nicht hydrolisierbaren Polysacchariden, dadurch gekennzeichnet, daß der Enzymkomplex aus Erwinia carotovora als Kulturlösung, -fittrat oder nach Aufkonzentrierung der Brennereimaische zugesetzt wird.

2. Anwendung nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung des Enzymkomplexes auf der Basis von Abprodukten der Gärungsindustrie realisiert wird und die Enzymkulturlösung sofort bzw. nach einer Aufkonzentrierung für den Rohstoffaufschluß verwendet wird.

3. Anwendung nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bisher erforderlichen Amylasegaben reduziert bzw. vollständig eingespart werden.

4. Anwendung nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem amylolytischem Rohstoffaufschluß eine enymatische Rast bei pH 6,0 vorgeschaltet wird, bzw. der gesamte Rohstoffaufschluß bei pH 6,0 erfolgt.

5. Anwendung nach Pkt. 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoffaufschluß drucklos bei Temperaturen < 58⁰C durchgeführt wird.

6. Anwendung nach Pkt. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gärdauer durch eine optimierte Substratzusammensetzung und den bei der Fermentation weiter wirkenden Enzymkomplex von 72 h um > 12 h reduziert wird.