DD273279A1 - Verfahren zur aufbereitung von penicilliummycel aus penicillinproduktionsverfahren und verwendung als proteinquelle in der tierfuetterung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Penicilliummycel aus Penicillinproduktionsverfahren sowie seiner Verwertung in der Tierfuetterung als Proteinquelle. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das Mycel hydrolysiert und der Restpenicillingehalt durch eine anaerobe Gaerung mit Hefen der Gattung Saccharomyces aufgebaut wird. Dabei kann das so entstandene Mycelhydrolysat als Bestandteil bzw. als Protein- und Wirkstoffquelle in Tierfuttermittelzubereitung eingesetzt werden, indem dem Hydrolysat Melassen, Schlempen u. a. zugemischt wird.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Aufarbeitung von Penicilliummycel aus Penicillinproduktionsverfahren und Verwendung als Proteinquelle in der Tierfütterung.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Penicilliummycel und deren Verwendung als Proteinquelle in der Tierfütterung. Sie kann insbesondere in der Futtermittelproduktion angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Am Ende der Penicillilnproduktionsverfahren fallen außer dem Hauptprodukt Penicillin noch beträchtliche Mengen an Penicilliummycel als Nebenprodukt an. Das Mycel hat je nach Aufarbeitungsverfahren (Filtration oder Zentrifugation) einen Restfeuchtegehalt von 75...90% und ist von spatenfester Konsistenz. Der Restpenicillingehalt ist abhängig vom Aufarbeitungsverfahren und beträgt 1 ...2,5mg pro Gramm feuchten Filterkuchen. Das Mycel hat in der Trockenmasse einen Proteingehalt von 40 ...45%, lösliche Kohlenhydrate etwa 8% und enthält die Aminosäuren Histidin, Lysin, Leucin, Isoleucin, Valin, Methionin, Threonin, Phenylalanin und Tryptopan. Zusätzlich die Vitamine B6, Nicotinsäure, Pantothensäure, Folsäure und Biotin. Für eine weitere Nutzung des Mycels ist es unbedingt erforderlich, um Allergisierungsreaktionen und Penicillinresistenzen auszuschaltenden Restpenicillingehalt zu beseitigen.

Das Mycel ist durch den hohen Restfeuchtegehalt sehr leicht verderblich und muß deshalb in relativ kurzer Zeit weiter aufgearbeitet werden.

Es hat in den letzten Jahren nicht an Versuchen gefehlt, die Problematik des großen Mycelanfalls (etwa 20.. .40 Tonnen feuchtes Mycel pro 100 m³ Fermentationslösung) sowie das Problem der Penicillinfreiheit zu lösen.

Hinweise finden sich u.a. bei: GROSH, D. and B. N. GANGULI Appl. Microbiol.9,252, (1961)

REHM, H.-J.

Industrielle Mikrobiologie Springer Verlag 1980 2. Auflage

SCHREIBER, W. SCHREIBER, Q. Isolierungsvorfahren für Antibiotika in „Pharmazie In unserer Zeit" 3,131-143 (1974)

PERLMAN, D.

„Microbial Production of Antibiotics", in Microbioal Technology, 2 nd Ed., H. J. PEPPLER and D. PERLMAN, Eda., Academic Press,

New York, 1979, Vol. 1, Chapter 8

Aus der Literatur zu den Verfahren der Mycelaufarbeitung und Verwertung ist zu entnehmen, daß sie hinsichtlich des Energieaufwandes (Druck, Temperatur, Rührung), des apparativen Aufwandes (pH-Wort, Korrosion), des Transportaufwandes (Fremdverbraucher) sowie der multivalenten Nutzung des Endproduktes sehr einseitig ausgelegt sind und einen hohen wirtschaftlichen Aufwand erfordern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Abprodukte von Penicilinproduktionsverfahren unter Abbau des Restpenicillingehaltes, In der landwirtschaftlichen Futtermittelproduktion energetisch und kostengünstig zu nutzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Penicilliummycel unter Abbau des Restpenicillingehaltes aufgearbeitet wird und danach als Proteinquelle in Futtermitteln eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Restpenicillingehalt (etwa 1... 2,5 mg/g feuchten Filterkuchen) total abgebaut werden kann, indem man das Mycel einer anaeroben Verhefung bei Kohlenhydratzusatz mit penicillinresistenten speziell selektierten Mikroorganismen der Gattung Saccharomyces unterzieht. Im Laufe des Verhefungsprozesses mit Ethanolbildung werden die Hyphen des Mycels weitgehend aufgeschlossen, die Struktur zerstört und der Restpenicillingehalt abgebaut. ^;

Das Ergebnis ist ein fließfähiges, pumpfähiges, braungelbes, ethanolhaltiges Mycelhydrolyseprodukt von aromatisch wenigem Geruch. Der Ethanolgehalt sowie das gebildete Kohlendioxid garantieren eine gute Lagerung und Haltbarkeit unter Normalbedingungen bis zu mehreren Monaten.

Der Ethanol- und CO₂-Qehalt sowie der Aufschlußgrad des Mycels .tonnen durch die Art und Menge der jeweils eingesetzten Kohlenstoffquelle sowie die Dauer der Gärung und die Art der ZuscMagsstoffe gesteuert werden.

Steht für die Hydrolyse ein Tank mit Druckregelung zur Verfügung, kann die Geschwindigkeit des Gärverlaufes und damit die Ethanolbildung sowie der Hydrolysegrad durch den entstehenden CO₂-Druck geregelt werden. Bei dieser Verfahrensweise mit Drucküberlagerung ist es auch möglich, den Restzuckergehalt auf ein bestimmtes Niveau einzustellen. Der Gärungsvorgang läuft ohne zusätzliche Energiezuführung bei Temperaturen von 10°... 30"C, vorzugsweise bei 20. ..25⁰C sowie bei pH-Werten von 4...8, vorzugsweise bei 5,0...5,55 ab. Die Zeit für den Gärverlauf beträgt 5.„12 Tage. Während des Gärverlaufes, der mit einer Hydrolyse des Mycels verbunden ist, erfolgt ein weitgehender Abbau der polymeren Stickstoffverbindungen des Mycels zu monomeren. Diese monomeren Stickstoffverbindungen garantieren eine schnellere und bessere biologische Verwertung in den nachfolgenden Einsatzgebieten. Durch die Vermehrung der Hefe während des Gärungsvorganges erfolgt im Mycelhydrolysat eine zusätzliche Anreicherung von Hefeprotein und Vitaminen. Der Anteil der Hefe am Ende des Gärungsprozesses beträgt etwa 2...4Gew.-% des Mycelhydrolysates.

Die Zusammensetzung des Mycelhydrolysates kann weitestgehend durch Zusätze und Gärverlauf gesteuert werden. Der Verwendungszweck des Hydrolysates entscheidet letztendlich vor Ort über den Gärverlauf und Hydrolysegrad sowie über die Art der Zusätze. Die angeführte Erfindung ist geeignet aiii Mycelien der Penicillin G- und V-Produktion sowie deren Vorimpf- und Impfstufen in der beschriebenen Weise aufzuarbeiten und der weiteren Nutzung zuzuführen.

Auf Grund seines Proteinaufschlußgrades, den Gehalt an Hefeprotein sowie der Haltbarkeit und guten Handhabbarkeit eignet sich das Mycelhydrolysat als Bestandteil von Futtermittelzubereitungen in derTierfütterung. Eine Aufwertung der Futterwirkung von proteinärmeren Futtermitteln ist durch den Gehalt der Aminosäuren Methionin und Lysin zu erwarten. Versuche von SCHUBERT 1974 und VOGT 1973 (zit. nach JEROCH, Vademekum der Fütterung S.79, Gustav Fischer Verlag Jena 1976) demonstrieren die positive Wirkung von Fermentationsprodukten. Ein Zusatz von 2 ...3 Gew.-% Hefeprotein führt nach JEROCH1976 (s. o.) zu einer signifikanten Maststeigerung auf Grund des relativ hohen Gehaltes an Vitaminen der B-Gruppe. Eine Mischbarkeit des Mycelhydrolysates mit Strohmehlen, Kleien, gehäckseltem Mais und Futtergräsern, Grünmehlen, Getreidemehlen, Milchpulver, Molken, Fischmehl und Schlempen ist möglich. Die Mischbarkeit ist nicht auf die angeführten Stoffe beschränkt. Das Mycelhydrolysat kann sprühgetrocknet werden. Für die Vergärung des Mycels mit Hydrolyse der Mycelstrukturen werden in erster Linie Zucker eingesetzt, die als Abfälle oder Nebenprodukte in der Lebensmittel- Zucker- oder Stärkeindustrie entfallen. In Frage kommen Melassen aus der Rüben- oder Rohrzuckerfabrikation, Stärkehydrolysate, Stärkezucker aus Kartoffel-Mais oder Weizenstärke. Rohzucker aus Rohr- oder Rübenzuckerproduktion. Invertzucker sowie alle Mono- und Disaccharide die sich durch Hefen vergären lassen.

Bezugsquellen, Transportkosten und Ökonomie werden bei dem Zuckereinsatz die entscheidende Rolle spielen. Die Menge dp? Zuckereinsatzes richtet sich nach der gewünschten Ethanolmenge, nach dem Hydrolysegrad des Mycelfl sowie

der Gärdauer. Es wurda gefunden, daß ein Zusatz von 20g Saccharose pro Kilogramm feuchtes Mycel etwa 1 Vol.-% Ethanol ergibt.

Um das Mycelhydrolysat über längere Zeit haltbar zu machen, Ist ein Ethanolgehalt von mindestens 1 Vol.-% nötig. Es wurden

2... 12 Gew.-% Zucker, vorzugsweise jedoch 2... β Gew.-% bezogen auf Saccharose (die anderen Zuckeräquivalent berechnet) pro

Kilogramm Feuchtmycel zugesetzt. Die Ethanolgehalte liegen dann zwischen 1 ...6VoL-⁰A. Ein höherer Zuckerzusatz bis zu 24Gew.-% Saccharose ist jederzeit möglich. Die Gärdauer liegt bei einem Kohlenhydratsatz von 2... 12Gew.-% zwischen 5... 12 Tagen. Zum Abbau der üblichen Restpenicillinmengen von 1 ...2,5mg/g Filterkuchen ist eine Mindesthydrolysezeit von 5 Tagen

erforderlich. Die Anzucht des Hefe-inoculus erfolgte in ungekopfter, steriler Bierwürze als Schüttelkultur bei einem pH-Wert von 6,5...7,0 und 25⁰CEs wurden Zellzahlen von 10⁶...1O⁷ Zellen pro ml erreicht.

Der Penicillingehalt wurde biologisch durch Agardiffusionstest bestimmt. Die Ethanolbestlmmung nach der Gärung erfolgte

refraktometrisch.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Beispiel 1

100g Penicilliummycel (Filterkuchen) mit einem Restpenicillingehalt von 1,5 mg Benzylpenicillin pro Gramm feuchten Filterkuchen (pH-Wert 5,5) wird mit 10ml steriler Saccharoselösung (Saccharosegehalt 2 Gramm) in einem sterilen 500-ml-Steilbrustkolben gemischt und bei 25⁰C inkubiert. Der Kolben wurde mit einem Wattestopfen verschlossen. Nach 5 Tagen wurden Restpenicillingehalt und Ethanolgehalt bestimmt. Der Restpenicillingehalt hatte sich nicht verändert. Eine Ethanolbildung war nicht festzustellen. Die Hyphenstruktur des Mycels blieb erhalten.

Beispiel 2

100g Penicilliummycel (Filterkuchen) mit einem Restpenicillingehalt von 1,5mg Benzylpenicillin pro Gramm feuchten Filterkuchen wird mit 10ml steriler Saccharoselösung (Saccharosegehalt 2 g) unter analogen Bedingungen wie Beispiel 1 inkubiert. Die Mischung wurde mit 1 ml einer sterilen Bäckerhefesuspension (Gehalt 1,5 x 10^e Zellen/ml) beimpft. Nach 5 Tagen wurden Restpenicillingehalt und Ethanolgehalt bestimmt. Der Restpenicillingehalt hatte sich nicht verändert. Eine* Ethanolbildung von 0,8 Vol.-% war feststellbar. Beispiel 2 zeigt, daß zwar normale Bäckerhefe unter den angeführten Bedingungen in der Lage ist Ethanolzu bilden, der Restpenicillingehalt jedoch erhalten bleibt. 10% der Hyphenstrukturen waren zerstört.

Beispiel 3 Beispiel 2 wird ohne Saccharosezusatz wiederholt. Anstelle der Bäckerhefe erfolgt die Beimpfung mit 1 ml (Gehalt 1,5 χ 10* Zellen/ml) der speziell selektierten Hefe. Nach 5 Tagen Gärdauer werden Restpenicillingehalt und Ethanolbildung bestimmt. Der Restpenicillingehalt betrug noch 0,9 mg/g Filterkuchen. Ethanolbildung 0,4Vol.-%. Beispiel 3 zeigt, daß nur die speziell selektierte Hefe, der Gattung Saccharomycel in der Lage ist, das Restpenicillin bei

entsprechendem Saccharosezusatz abzubauen.

Die Hyphenstrukturen waren zu 30% zerstört. Beispiel 4 Beispiel 2 wird analog wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Mycel-Saccharose-Mischung mit 1 ml Hefesuspension (Gehalt

1,3 χ 10^e Zellen/ml) der speziell selektierten Hefen beimpft wird. Nach 5 Tagen Gärzeit werden Ethanolbildung

Restpenicillingehalt, Zellstruktur und Hefefilter überprüft. Die Bestimmung des pH-Wertes erfolgte mit Elektrode. Die Mycelstruktur wurde mikroskopisch analysiert. Hefetiterbestimmung mit der Zählkammer nach THOMA. Das Produkt ist ein braungelbes, aromatisch wenig riechendes ethanolhaltiges Mycelhydrolyseprodukt von fließfähiger Konsistenz. Es enthält etwa 1O^e...1O⁷ Hefezellen pro Milliliter. Das MycelKydrolyseprodukt kann in diesem Zustand gelagert,

weiterverarbeitet oder als Inoculum für weitere Mycelhydrolysen verwendet werden.

Beispiel 5 Beispiel 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß anstelle von 2 Gramm Saccharose 4 Gramm Rohrohrzucker gelöst in 10ml Wasser dem Mycel zugesetzt werden. Es entsteht ein braungelbes, ethanolhaltiges Hydrolyseprodukt wie unter Beispiel 4. Beispiel 6

Beispiel 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß anstelle von 2 g Saccharose 8g Melasse (Saccharosegehalt 50 Gew.-%) gelöst in 10ml Wasser, dem Mycel zugesetzt v/erden. Es entsteht ein braungelbes, ethanolhaltiges Mycelhydrolyseprodukt wie unter Beispiel 4.

Beispiel 7 „

Beispiel 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß anstelle von 2mg Saccharose 10g Stärkesirup gelöst in 10 ml Wasser dem Mycel zugesetzt werden. Es entsteht ein braungelbes, ethanolhaltiges Hydrolyseprodukt. Beispiel 8 Die In den Beispielen 4,5,6 und 7 beschriebene Hydrolyso kann auch kontinuierlich In einem Hydrolyseturm durchgeführt

werden.

Bei dieser Verfahrensweise ist darauf zu achten, daß unbedingt die Mindestvorweildauer von 5 Tagen Im Turm eingehalten wird,

da sonst der Restpenicillingehalt nicht vollständig abgebaut wird. In einem Hydrolyseturm (Glasröhre) von 1000ml Inhalt werden 500g Mycel mit 50g Melasse gemischt und mit 50g Mycilhydrolyse wie unter Beispiel 4 beschrieben, beimpft.

Die Zugabe der einzelnen Komponenten erfolgt portionsweise, um eine optimale Gärung zu ermöglichen. Nach 5 Tagen wurden

jeweils 100g Mycelhydroiyse entnommen sowie am oberen Ende des Rohres 100g frischer Mycelfilterkuchen plus 8g Meiasse sowie 10...12g der am unteren Ende entnommenen Mycelhydroiyse gemischt und eingefüllt. Das kontinuierlich erzeugte

Hydrolysat ist dem chargenweise erzeugten Produkt gleichwertig. Beispiel 9 Beispiel 6 wird wiederholt. Überprüfung des Mycelhydrolysates auf Mischbarkeit mit Produkten, die potentiell als Bestandteil von Futtermittelzubereitungen in tierzucht und Tierproduktion In Frage kommen. Futtermittel pflanzlicher Herkunft

	OrIg. Substanz* vRP(g/kg)	Äquivalentmenge** an Mycelhydro lysat (kg)
Wurzeln, Knollen Kartoffeln gedämpft Kartoffelflocken	9 41	0,6 2.8
Produkte der Ölindustrie Sojaextraktionsschrot Baumwollsaatextraktionsschrot Erdnußextraktionsschrot	391 334 429	26 23 29
Produkte der Müllerei Gramineen Gerstenkleie Haferflocken Roggenkleie 90% Ausmahlung Weichweizenkleie 70% Ausmahlung Hartweizenkleie 90% Ausmahlung	68 97 95 98 115	4,5 6,5 6,3 6,5 7,7
Produkte der Zuckerindustrie Zuckerrübenmelasse Melasseschnitzel getrocknet	46 58	3,1 3,9
Produkte der Stärkeindustrie Weizenkleber getrocknet Futterhefe aus Melasse Biertreber frisch	673 432 46	44,9 29 3,1
Futtermittel tierischer Herkunft Milchprodukte Magermilch getrocknet Buttermilch frisch Molke frisch	301 356 119	20 24 8
Abprodukte Schweinegülle getrocknet	77	5,2

• vRP - verdauliches Rohprotein (Werte nach JEROCH)

** Äquivalentmenge an Mycelhydrolysat berechnet nach vRP für Kilogramm konventionelles Futtermittel

Die angeführten konventionellen Futtermittel wurden mit Mycelhydrolysat (verdauliches Rohprotein etwa 15g/kg in der Orginalsubstanz) ohne Schwierigkeiten gemischt. Die Pumpfähigkeit des Mycelhydrolysates blieb bis zu einer Zumischung von 2O...25Gew.-% der konventionellen Futtermittel

erhalten.

Die Mischungen von 50 Gew.-% Mycelhydrolysat mit 50Gew.-% der angeführten Futtermittel nz ren von teigiger Konsistenz (mit

steigendem Anteil der meist trockenen konventionellen Futtermittel, wäre eine Pelletierung ces Gemisches möglich).

Die Beständigkeit der Gemische war im Zeitraum von 6 Tagen unverändert. Beispiel 10

. Myceihydroiysat als Grundlage eines Flüssigfuttermittels

Zumlschungvon:

Melasse, Schlempen, Harnstoff, Antibiotika, Futterhefe, Vitamine und Mineralstoffen in den je nach Tierart variierenden Ansprüchen ist möglich. Flüssigfuttermittel können als Alleinfutter oder als Futterzusatz verwendet werden.

Ergebnisse Beispiel 4 Beispiel 6 Beispiele Beispiel 7 Beispiel 8

2,1 2,2 2,6 40

0 0 0 0

5 5 5,1 5... 5,2

Hyphenstruktur zerstört

8,2-10» 7,8-10» 1-10⁷ 7,5-10»bls1,5-10⁷

Ethanolbildung	1.1
Restpenicillingehalt	0
(JE/ml)
pH-Wert	5,2
Mycelstruktur
Hefetiter	7,1-10«
(Zellen/ml)

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Penicilliummycel aus Penicillinproduktionsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Restpenicillin enthaltenden Mycelfeuchtemassen unter Kohlenhydratzusatz einer anaeroben Ethanolgärung unter Einsatz speziell selektierter penicillinabbauender Hefen der Gattung Saccharomyces unterzieht.

2. Verfahren nach Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Penicilliummycelmassen der Penicillin G- und V-Produktion einschließlich der dazugehörigen Impfstufen vorzugsweise jedoch der Penicillin-G-Produktion verwendet.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzte Kohlenhydratmenge aus vergärbaren Mono· oder Disaccharide^ vorzugsweise aus Saccharose Melasse und Stärkezucker besteht.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 ...3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmycelfeuchtmasse vor, während oder nach Gärungshydrolyse, Zuschlagstoffe in den Mengen von 1 ...20Gew.-% pro Kilogramm Feuchtmycel zugesetzt werden können.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 ...4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe vorzugsweise Mehl, wie Sojamehle, Erdnußmehle, Baumwollsamenmehl bzw. Salze wie Harnstoff, Kaliumphosphat, Ammoniumchlorid oder Ammoniumphosphat sind.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1... 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Hydrolyse verwendete Feuchtmycel eine Trockensubstanz von 20... 40 Gew.-% vorzugsweise 20... 30 Gew.-% hat..

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 ...6,dadurchgekennzeichnet,daßdaserfindungsgemäß hergestellte penicillinfreie Mycelhydrolyseprodukt einen pH-Wert von 5,5, vorzugsweise von 5,0...5,5 hat.

8. Verwertung cIös Mycelhydrolyseproduktes nach den Ansprüchen 1 ...7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mycelhydrolyseprodukt Melassen, Schlempen, Harnstoff, Futterhefen oder Mineralstoffe zugemischt werden.

9. Verwertung des Mycelhydrolyseproduktes nach den Ansprüchen 1 ...8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mycelhydrolysat in Mengen von 50Gew.-% konventionellen Futtermitteln zugemischtwird.