DD269862A1 - Verfahren zur kultivierung von mikroorganismen aus extremen umwelten zur gewinnung von biomasse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen aus extremen Umwelten zur Gewinnung von Biomasse. Die Erfindung verfolgt das Ziel, die bei der Kultivierung der Mikroorganismen in das Kulturmedium von den Mikroorganismen abgegebenen extrazellulaeren hydrophoben, das Wachstum inhibierenden Substanzen aus dem Kulturmedium zu entfernen. Das Ziel wird erreicht durch die Zugabe wasserunloeslicher fester hydrophober Substanzen, wie der dekationierte und dealuminierte NaY-Zeolithe US-Ex.

Description

Charakteristik der bol-annten technischen Lösungen

Bei der Kultivierung von Mikroorganismen aus extremen Umwelten zur Gewinnung von Biomasse, werden durch die Mikroorganismen extrazelluläre Substanzen in aas Kulturmedium abgegeben. Diese extrazelhiven Substanzen wirken wenn sie in höheren Konzentrationen im Kulturmedium anwesend sind inhibierend auf das Wachstum der Mikroorganismen. Dadurch wird die spezifische Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen und die Biomassenausbeute stark beeinträchtigt. Es sind Verfahren bekannt, die das Ziel verfolgen, diese extrazellulären Substanzen aus dem Kulturmedium zu entfernen. In der DD-PS 211579 werden ionogene Stoffwechselprodukte, wie Zitronensäure, mittels lonenaustauscherband aus dem Kulturmedium entfernt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nur die hydrophilen Substanzen entfernt werden die hydrophoben Substanzen im Kulturmedium verbleiben.

In einem weiteren Verfahren (DE-OS 3246189) wird die Anwendung von Adsorbentier. wie Aktivkohle, zur effizienten Produktion löslicher Stoffwechselprodukte beschrieben. Die Verwendung die'.er Adsorbentien hat aber den Nachteil, daß diese ein? Vielzahl von Nährlösungsbestandteilen unter anderem auch die für die Bildung der Biomasse essentiellen Vitamine, bindet. Dieses Verfahren erfordert somit eine notwendige Vorbehandlung der Adsorbentien mit Vitaminen bis zu ihrer Sättigung. Dieses wiederum erhöht den ökomischen Aufwand für die Gewinnung der Biomasse.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Senkung der Konzentration extrazellulärer, hydrophober Substanzen im Kulturmedium zu entwickeln.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Adsorbentien auszuwählen und einzusetzen, die die Fähigkeit besitzen, vorzugsweise extrazelluläre hydrophobe Substanzen zu adsorbieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Kulturmedium wasserunlösliche hydrophobe feste Substanzen, wie der dekantionierte und dealuminierte NaY Zeolith US-Ex, in einer Konzentration von 0,01 bis IOOg/Γ¹ zugegeben werden.

Diese Adsorbentien zeichnen sich durch das Vermögen aus, hydrophobe Substanzen mit ganz bestimmten Moleküldurchmessern bevorzugt zu binden. Die Selektivität dieser Adsorbentien mit einer der Primärstruktur der Überfläche überlagerten Sekundärstruktur ermöglicht die Bindung hydrophober extrazellulärer die Biomassebildung inhibierender Substanzen ohne Entfernung von fein die Biomassebildung essentiellen Substanzen, wie wasserlösliche Vitamine.

Mit der Anwendung des erfindungsgamäßen Verfahrens wird die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen um maximal das Vierfache und die Ausbeutesteigerung der mikrobiellen Biomasse um etwa 30% gegenüber den bekannten Verfahren erhöht.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar zur Kultivierung von Mikroorganismen aus extremen Umwelten, wie thermo-, halo-, alkalo-, acido und/oder psychrophiler Mikroorganismen, vorzugsweise Mikroorganismen der Gattung Bacillus.

In nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Der thermophile Stamm Bacillus stearothermophilus TP5 wurde in einem 101 Rührreaktor bei 70°C und einem pH-Wert von 6,8 diskontinuierlicch aernh auf einem Glucose/Nährmedium mit Hefeextraktzusatz kultiviert.

Das Nährmedium enthielt pro Liter 0,3g MgSO₄ · 7H₂0,0,59g KH₂PO₄,0,26ml H₃PO₄ (85%), 15g Glucose, 1 g Hefeextrakt und Spurenelementverbindungen in ausreichenden Mengen. Der pH-Wert wurde mit wäßriger Ammoniaklösung (2,5%) geregelt.

In drei Ansätzen wurde dem Nährmedium

1. US-Ex

2. Silicalit

3. NaY

zugesetzt (Konnentration im Kulturmedium 1 g Γ¹)· Im Vergleich zum diskontinuierlichen Prozeß mit Nährmediuni ohne Zusatz von Adsorbfintien wurde in allen drei Versuchsreihen die spezifische Geschwindigkeit der Gewinnung mikrobieller Biomasse erhöht:

1. durch US-Ex auf das Vierfache

2. durch Silicalit auf das Dreieinhalbfache

3. durch NaY auf das Dreifache.

Die maximale erreichte spezifische Geschwindigkeit betrug 4 h"¹. Gleichzeitig wurde die Ausbeute der Bildung von Biomasse von 30% auf maximal 45% erhöht.

Beispiel 2 Der thermophile Stamm Bacillus stearothermnphilus TP 32 wurde in einem 11-Reaktor bei /0°C und einem pH-Wert von 6,8

kontinuierlich aerob auf einem I.actose/Nährsalzmedium mit Hefeextraktzusatz kultiviert.

Das Nährmedium enthielt pro Liter

0,3g MgSO₄ · 7H₂0,0,59g KH₂PO₄,0,26ml H₃PO₄ (85%), 6g Lactose, 1 g Hefeextrakt und Spurenelementverbindungen inausreichenden Mengen. Der pH-Wert des Kulturmediums wurde mit 2,ii%iger wäßriger Ammoniaklösung geregelt.

Die Verweilzeit betrug 3 h. Die folgenden Ergebnisse wurden ohne Einsatz von Adsorbentien erzielt:

spezifische Wachstumsgeschwindigkeit 0,7 g Γ¹ · h"¹spazifischer Lactoseverbrauch 3g Lactose · gBTS"'

B'omassekonzentration 2g BTS · l~\ Durch Dosierung von 0,2g US-Ex h"' wurde die Biomassekonzentration um etwa 30% erhöht und der spezifische Lactoseverbrauch jank dementsprechend ebenfalls um 30% bei konstanter spezifischer Wachstumsgeschwindigkeit.

Claims (1)

1. Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen aus extremen Umwelton zur Gewinnung von Biomasse, gekennzeichnet dadurch, daß dem Kulturmedium wasserunlösliche hydrophobe feste Substanzen, wie der dekationierte und dealuminierte NaY Zeolith US-Ex, in einer Konzentration von 0,01 bis 100g/r¹ zugegeben werden.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft die Kultivierung von Mikroorganismen aus extremen Umwelten zur Gewinnung mikrobieller Biomasse. Die Erfindung kann in der biotechnologischen Industrie genutzt werden.