DD294280A5

DD294280A5 - Verfahren zur gewinnung von polyhydroxyfettsaeuren aus bakterienbiomasse

Info

Publication number: DD294280A5
Application number: DD90340563A
Authority: DD
Inventors: Heinz Seidel; Beate Voigt; Klaus-Peter Roethe; Bodo Rosahl; Sigmar Mothes
Original assignee: Adw Institut Fuer Biotechnologie,De; Adw Zi Fuer Physikalische Chemie,De
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Polyhydroxyfettsaeuren aus Bakterienbiomasse, die gleichzeitig weitere nichtproteinische Werkstoffe in relativ hohen Konzentrationen enthaelt. Erfindungsgemaesz wird eine Bakterienbiomasse vor der Abtrennung der Polyhydroxyfettsaeuren einer mehrstufigen Vorextraktion mit ueberkritischem Kohlendioxid in Gegenwart eines Alkohols oder Ketons als Selektivloesungsmittel unterworfen. Dabei wird der Anteil des Selektivloesungsmittels schrittweise erhoeht.{Biotechnologie; Polyhydroxyfettsaeuren; Ubichione; Bakterienbiomasse; Hochdruckextraktion; Kohlendioxid; Alkohole; Ketone}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Polyhydroxyfettsäuien aus Bakterienbiomasse, die weitere nichtproteinische Wertstoffe in relativ hohen Konzentrationen enthält. Die Erfindung kann in der biotechnologischen Industrie angewendet werden. "

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Mikroorganismen sind Quelle von unterschiedlichsten Wertstoffen. Zu den nichtproteinischen Wertstoffen, die intrazellulär von verschiedenen Bakterienstämmen als Speicherstoff akkumuliert werden, gehören die Polyhydroxyfettsäuren, z. B. die Polyhydroxybuttersäure (PHB). Weiterhin bilden Bakterien weitere nichtproteinische Wertstoffe, z. B. spezielle biogene Lipide, wie Ubichinone, Menachinone, Hopanoide und bestimmte Fettsäuren sowie Farbstoffe in unterschiedlichen Konzentrationen. Unter den biogenen Lipiden haben vor allem die Ubichinone, insbesondere das Ubichinon-10, wegen ihrer pharmakologischen Wirkungen kommerzielles Interesse erlangt. Bestimmte Bakterienstämme sind in der Lage, mehrere nichtproteinische Wertstoffe, z. B. PHB und Ubichinon-10, in relativ hohen Konzentrationen zu akkumulieren. Durch die Gewinnung mehrerer Wertstoffe kann die Effektivität biotechnologischer Verfahren verbessert werden.

Die Gewinnung der Polyhydroxyfettsäuren erfolgt üblicherweise durch Extraktion der feuchten oder trockenen Bakterienbiomasse mit speziellen organischen Lösungsmitteln. Vorzugsweise werden Chlorkohlenwasserstoffe, wie Chloroform (US-PS 3275610,1.2.-Dichlorethan (EP-PS 14490, EP-PS 15123) sowie Gemische von Chlorkohlenwasserstoffen mit Alkoholen, z. B. von Methylen mit Ethanol (US-PS 3044942) oder von 1.2.-Dichlorethan mit Alkoholen (DD-PS 239609) eingesetzt. Ferner sind Verfahren zur Vorextraktion von Polyhyd oxyfettsäuren enthaltenden Bakterienbiomassen bekannt, die eine Abtrennung der störenden biogenen Lipide und Farbstoffe zum Ziel haben. Die Vorextraktion wird mit organischen Lösungsmitteln vorgenommen, in denen die Polyhydroxyfettsäuren unlöslich sind, z.B. mit Methanol (EP-PS 58480) oder Aceton (EP-PS 124309). Der Extrakt enthält auch die in der Biomasse vorhandenen Ubichinone. Die Ubichinone liegen aber im Extrakt in derart niedriger Konzentration vor, daß ihre Gewinnung nicht lohnt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Effektivität der Verfahren zur Gewinnung von Polyhydroxyfettsäuren auf Bakterienbiommassen, die einer Vorextraktion unteizogen wi. den, zu verbessern.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polyhydroxyfettsäuren und Ubichinone aus Bakterienbiomassen weitgehend selektiv mit einer geringen Zahl an erforderlichen Arbeitsstufen abzutrennen.

Erfindungsgemäß wird eine Bakterienbiomasse vor der Abtrennung der Polyhydroxyfettsäuren einer mehrstufigen Hochdruckextraktion mit Kohlendioxid in Gegenwart eines Selektivlösungsmittels unterzogen. Die mehrstufige Hochdruckextraktion erfolgt dabei derart, daß dem Kohlendioxid schrittweise steigende Anteile des Selektivlösungsmittels zudosiert werden.

Ausgangsmaterial sind Bakterienbiomassen, die sowohl relativ hohe Konzentrationen an Polyhydroxyfettsäuren als auch an Ubichinonen enthalten, beispielsweise Stämme der Gattung Methylobacterium. Die Bakterienbiomassen werden vorzugsweise als Trockenprodukte eingesetzt. Sie können erforderlichenfalls vor der Extraktion einem Zellaufschlußverfahren unterzogen werden.

Die Hochdruckextraktion erfolgt bei einem Druck im Bereich von 7 bis 35MPa, einer Temperatur im Bereich von 30 bis 80⁰C und einem Extraktionsmitteldurchsatz von etwa 5 bis 20g/g h Ausgangsmaterial. Als Selektivlösungsmittel können dem Kohlendioxid ein Alkohol, z. B. Methanol, Ethanol oder Propanol oder ein Keton, ζ. B. Aceton, in Form von reinen Produkten, Gemischen Oder wasserhaltigen Produkten zudosiert werden.

Die schrittweise Hochdruckextraktion der Bakterienbiomasse wird im einzelnen wie folgt vorgenommen:

Das Ausgangsmaterial wird in einer ersten Extraktionsstufe mit Kohlendioxid behandelt, welchem etwa 1 bis 10% Selektivlösungsmittel zudosiert werden. Die Extraktionszeit beträgt etwa 1 bis 2 Stunden. Die Extraktionsstoffe werden aus der beladenen Phase im Abscheider durch Dichteerniedrigung des Extraktionsmittels abgeschieden, die Extraktionsmittel werden in den Kreislauf zurückgeführt. Es fällt ein Extrakt mit einem Gehalt von etwa 1 bis 6% Ubichinonen an. Der Extrakt wird anschließend mit Hilfe bekannter Verfahren zu Ubichinonen aufgearbeitet.

In einer sich unmittelbar anschließenden zweiten Extraktionsstufe wird das.Ausgangsmaterial, aus dem die Ubichinone weitgehend abgetrennt sind, mit Kohlendioxid behandelt, welchem etwa 10 bis 70% Selektivlösungsmittel zudosiert werden.

Die Extraktionsbedingungen hinsichtlich Druck, Temperatur und Extraktionsmitteldurchsatz können annähernd beibehalten werden. Die Extraktionszeit beträgt etwa 1 bis 4 Stunden. Die Extraktstoffe werden aus der beladenen Phase separat abgetrennt.

Es fällt ein Extrakt mit einem hohen Gehalt an biogenen Lipiden und Farbstoffen an, der Gehalt an Ubichinonen ist gering. Der Extrakt der zweiten Stufe kann mit Hilfe bekannter Verfahren zu weiteren Wertstoffen, beispielsweise zu mikrowellen Fettsäuren aufgearbeitet werden.

Nach der mehrstufigen Hochdruckextraktion sind die Ubichinone, die sonstigen biogenen Lipide und die Farbstoffe weitgehend aus der Bakterienbiomasse abgetrennt. Die Extraktion der Polyhydroxyfettsäuren kann anschließend mit Hilfe bekannter Verfahren erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß Polyhydroxyfettsäuren sowie weitere biogene Lipide selektiv aus Bakterienbiomassen abgetrennt werden können. Die Zahl der erforderlichen Arbeitsstufen für die Reingewinnung der Wertstoffe ist gegenüber herkömmlichen Verfahren vermindert, da Extrakte mit relativ hohen Gehalten an nichtproteinischen Wertstoffen anfallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen erläuiort.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Eine Bakterienbiomasse des Stammes Methylobacterium rhodesianum wurde nach Wachstum auf Methanol unter Stickstoffmangelbedingungen weiterkultiviert, ohne daß Vermehrung stattfand, anschließend aus dem Kulturmedium abgetrennt und sprühgetrocknet. 46,4g der Bakterienbiomasse mit einem Gehalt von 0,068% Ubichinon-10 und 50,5% PHB wurden in einen Extraktionsbehälter gefüllt und 1,5 Stunden mit einem Gemisch aus 91,2Ma.-% CO₂ und 8,8Ma.-% Ethanol (96VoI.-%) bei 20MPa und 51 °C extrahiert. Die Durchsatzmenge an Extraktionsmittelgemisch betrug 6,1 g/g h.lm Abscheidebehälter wurden nach Entspannung des beladenen Extraktionsmittels und Destillation des abgeschiedenen Ethanols 0,77g Extrakt abgeschieden. Der Extrakt enthielt 3,5% Ubichinon-10 (85% des in der Biomasse enthaltenen Ubichinons). Dieser Extrakt diente als Ausgangsmaterial für die Rei,!gewinnung des Ubichinon-10 mit Hilfe bekannter Vorfahren. Anschließend wurde die Biomasse in einer zweiten Extraktionsstufe bei annähernd gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der ersten Stufe 3 Stunden mit einem Extraktionsmittelgemisch aus 84,2 Ma.-% COj und 15,8Ma.-% Ethanol extrahiert. Die Durchsatzmenge an Extraktionsmittelgemisch betrug 6,6g/g · h. Im Abscheider fielen 0,93g Extrakt an. Der Extrakt enthielt biogene Lipide und Farbstoffe, der Gehalt an Ubichinon-10 botrug 0,3%. Die Biomasse war nach der zweiten Extraktionsstufe weitgehend frei von biogenen Lipiden und entfärbt. Die in uer vorbehandelten Biomasse enthaltene PHB wurde anschließend mit Hilfe bekannter Verfahren der Flüssigextraktion abgetrennt.

Beispiel 2

46,5g der in Seispiel 1 beschriebenen Bakterienbiomasse wurden in einer ersten Extraktionsstufe 1,25 Stunden mit einem Gemisch a'/s 92,3Ma.-% CO₂ und 7,7Ma.-% Methanol bei 30MPa und 51 °C extrahiert. Die Durchsatzmenge an Extraktionsmittelgemisch betrug 6,1 g/g h. Im Abscheider fielen 0,76g Extrakt mit einem Gehalt von 3,6% Ubichinon-10 an (86% des in der Biomasse enthaltenen Ubichinons). Anschließend wurde die Biomasse in einer zweiten Extraktionsstufe bei 30MPa und 51°C 2 Stunden mit einem Extraktionsmittelgemisch aus 86,0 Ma.-% CO₂ und 14,0 Ma.-% Methanol extrahiert. Dabei fielen 1,02 g eines lipid- und farbstoff reichen Extraktes an, der Gehalt an Ubichinon-10 betrug 0,2 %. Die Biomasse war nach der zweiten Extraktionsstufe weitgehend von biogenen Lipiden frei und entfärbt. Aus ihr wurde die enthaltene PHB mit Hilfe bekannter Verfahren der Flüssigextraktion gewonnen.

Verglelchsbeisplel

40g der in Beispiel 1 beschriebenen Bakterienbiomasse wurden 4mal mit je 200g Ethanol je 15min bei Siedehitze extrahiert. Aus der gesammelten Extrakti onslösung wurde das Lösungsmittel destillativ abgetrennt und aus dem Rückstand wurde die hexanlösliche Fraktion hergestellt. Es fielen 3,36g Extrakt und 1,44g Hexanlösliches an. Im Hexanlöslichen waren 0,74% Ubichinon-10 enthalten, das entspricht 39% des in der Biomasse vorhandenen Ubichinons.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Polyhydroxyfettsäuren aus Bakterienbiomasse die einer Vorextraktion unterzogen wurde, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorextraktion in Form einer Hochdruckextraktion mit Kohlendioxid in Gegenwart eines Alkohols oder Ketons als Selektivlösungsmittel erfolgt, wobei der Anteil an Selektivlösungsmittel schrittweise erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hochdruckextraktion bei einem Druck im Bereich von 7 bis 35 MPa und einer Temperatur im Bereich von 30 bis 8O⁰C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Masseverhältnis von Kohlendioxid und Selektivlösungsmittel im Bereich von 30:1 bis 1:3 variiert wird.