DD287271A5

DD287271A5 - Verfahren fuer die kontinuierliche fermentation

Info

Publication number: DD287271A5
Application number: DD33197689A
Authority: DD
Inventors: Dieter Glindemann; Reinhard Paetz; Horst Skrowny; Peter Scheibe
Original assignee: Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,De; Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,Institut Fuer Biotechnologie,De
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die kontinuierliche Fermentation zur Zellmassesynthese mit Substratinhibierung bei zyklischer Substratdosierung mit nichtsynchronisierten Zellen. Die Erfindung gehoert in das Gebiet der mikrobiologischen Eiweiszgewinnung auf der Basis von fluessigen Kohlenstoffquellen, insbesondere Methanol. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das hohe Prozeszstabilitaet und Ertragskoeffizienten bewirkt. Es wurde gefunden, dasz diese Zielstellung realisiert werden kann, indem ein Teil des Substratstroms kontinuierlich und ein anderer Teil zyklisch in Impulsen dosiert wird, bei gleichzeitiger Wahl einer moeglichst groszen Zyklusdauer.{kontinuierliche Fermentation; zyklische Substratdosierung; fluessige Kohlenwasserstoffe; Zellmassesynthese; Substratinhibierung; Eiweiszgewinnung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung gehört In das Gebiet der mikrowellen Eiweißgewinnung.

Sie kann eingesetzt werden in Anlagen, in denen flüssige Kohlenstoffquellen mit Hilfe von Bakterien mikrobiologisch umgesetzt worden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Verfahren zur kontinuierlichen Fermentation von Mikroorganismen auf der Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe sind zahlreich bekannt.

Dabei wird grundsätzlich angestrebt eine hohe Prozeßstabilität, hohe Substratausnutzung sowie hohe Ertragskoeffizienten zu erreichen. So sind Verfahren bekannt, bei denen eine zyklische Substratdosierung erfolgt. Dabei wird die Impulszeit, in der Substrat zur Verfügung steht, größer als die Relaxationszeit gewählt, um die Substratverluste infolge des Umschaltens der Zellen so gering als möglich zu halten.

In anderen Verfahren wird wiederum die Impulszeit klein gewählt um die Substratportionen auf möglichst viele Impulse zu verteilen um dadurch Substratinhibierungen zu vermeiden (DD-PS 132795). Bei diesem Verfahren besteht der Nachteil, daß für eine bedeutende Region (Region 2 genannt) in der Kurve der Biomasseausbeute über die Zykluszeit die Biomasseausbeute absinkt.

Hierbei ist unter Substrat die energieliofernde Kohlenstoffquelle der Zellen zu verstehen. Die Zykluszeit ist die Periodendauer zwischen zwei Substratimpulsen. Die Impulszeit ist der Teil der Zykluszeit, in dem die Substratportion mit hoher Wachstumsrate aufgezehrt wird. Die Substratportion ist die pro Impuls zugegebene Menge des Substrats. Die Impulszeit und die Zykluszeit sind der Substratportion proportional, wenn der über die Zeit gemittelte zyklisch dosierte Substratstrom konstant ist. Die Relaxationszeit ist die Zeit, die die Zellen zum Umschalten zwischen den Zuständen mit verschiedener Substratversorgung benötigen. Die lag-Zeit ist die Relaxationszeit bei Substratdosierung nach völliger Auszehrung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für die kontinuierliche Fermentation zur Zellmassesynthese mit Substratinhibierung bei zyklischer Substratdosierung mit nichtsynchronisierten Zellen ein Verfahren vorzuschlagen, daß hohe Prozeßstabilität und Ertragskoeffizienten bewirkt.

Wesen der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Substratdosierung so zu gestalten, daß eine hohe Prozeßstabilität und hohe Ertragskoeffizienten erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil des über die Zeit gemittelten Substratstromes kontinuierlich und der Hauptteil zyklisch in Impulsen dosiert wird, wobei der kontinuierliche Anteil bei mindestens 5% vom gesamten Substratstrom in bekannter Weise so klein und die Zykluszeit größer als die Impulszeit und so groß gewählt werden, daß die nach der Impulsdosierung sich ergebende Relaxationszeit gegenüber der Impulszeit in bezug auf die Diomasseausbeute noch zu vernachlässigen ist und keine die Fermentation destabilisierenden Inhibierungen auftreten.

Die Entleerung des Fermentors erfolgt vorzugsweise außerhalb der Impulszeit, um Substratverluste zu minimieren.

Die Impulsdosierung erfolgt nach Überschreiten eines zulässigen Schwellwertes der Konzentration des gelösten Sauerstoffs, wodurch eine unkontrollierte Anreicherung des inhibierenden Substrates vermieden wird, da erst nach Auszehrung der vorhergehenden Substratportion die Gelöstsauerstoffkonzentration ansteigt. In dem nachfolgendem Beispiel wird die Erfindung näher erläutert:

Beispiel Kultur: Acetobacter mothanolicus IMET B Substrat: Methanol Fermentorsystem: Rührfermentor mit dreistufigem Blattrührwerk Fermentorinhalt: 500kg

Fermentationsparameter: Temperatur: 30 + 2(⁰C) Verweilzeit: 12 + 2 (h) pH: 4,0 +

über die Nährlösung {Teilstrom i) werden dem Fermentor kontinuierlich Nährsalze und ein Teil der benötigten Substratmenge zugeführt.

Zusammensetzung Teilstrom 1: 2...2,5Vol.-% Methanol 97,5...98 Vol.-% wäßrige Lösung {Spurensalze, NH₃-N, PO₄-P)

über die Substratlösung (Teilstrom 2) wird dem Fermentorsystem zyklisch die erforderliche Menge Substrat zugeführt.

Zusammensetzung Teilstrom 2: 15...30Vol.-% Methanol 70... 85 Vol.-% Wasser

Die Dosierung der Substratlösung erfolgt bei Erreichen eines Sauerstoffschwellwertes von 1,8mg O₂/l. Während eines Langzeitversuches (> 1000 Std.) konnten nachstehende Verbrauchskoeffizienten registriert werden. Verbrauchskoeffizienten:

(g MeOH/g BTS)2,312,252,29 durchschnittlich = 2,262,272,20

Ohne Anwendung der Erfindung werden Verbrauchskoeffizienten von > 2,5g MeOH/g BTS erreicht.

Claims

1. Verfahren für dia kontinuierliche Fermentation von Mikroorganismen auf der Basis flüssiger Kohlenstoffquellen bei zyklischer Substratdosierung mit nichtsynchronisierten Zellen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des über die Zeit gemittelten Suhstratstromes kontinuierlich und der Hauptteil zyklisch in Impulsen dosiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der kontinuierlich zugeführte Substratstrom mindestens 5% des gesamten Substratstromes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zykluszeit größer als die Impulszeit ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die nach der Impulsdosierung sich ergebende Relaxationszeit gegenüber der Impulszeit zu vernachlässigen ist.

5. Verfahrt, λ nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Entleerung des Fermentors außerhalb der Impulszoit erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsdosierung nach überschreiten eines zulässigen oberen Schwellwertes der Konzentration des gelösten Sauerstoffs erfolgt.