DD294971A5

DD294971A5 - METHOD FOR MICROBIAL RECOVERY OF L (+) - MILK ACID

Info

Publication number: DD294971A5
Application number: DD34131090A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Becker; Klaus Richter; Hans-Peter Richter; Rolf Dueresch; Joerg Schmidt
Original assignee: Chemie Ag Bitterfeld-Wolfen,De
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1991-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen Gewinnung von * bei der der Stamm Lactobacillus spec. - IMET 11466 zur Milchesaeuregaerung bei einer Temperatur von 50 bis 62C und einem p H-Wert von 6,0 bis 6,5 eingesetzt wird. Als Substrate koennen Getreide bzw. Mehlhydrolysate, Kartoffelhydrolysate und/oder reine Zucker (Glucose, Maltose, Saccharose und/oder Fructose) unter Zusatz von notwendigen Naehr- und Wuchsstoffen wie z. B. Hefeextrakt eingesetzt werden. Die Erfindung kann angewandt werden auf diskontinuierliche oder semikontinuierliche Gaerprozesse mit freien und/oder immobilisierten Zellen. Als Ergebnis der Anwendung dieser Erfindung erreicht man eine geringe Bildung von Nebenprodukten, die zu einer leichteren Reinigung des Endproduktes - * - fuehrt.{* Milchesaeurebakterien; Lactobacillus; Hydrolysat; Kartoffel; Getreide; Glucose; Maltose; Fructose; Saccharose, semikontinuierlich, diskontinuierlich; freie Zellen; immobilisierte Zellen}The invention relates to a process for the microbial production of * in which the strain Lactobacillus spec. - IMET 11466 is used for milk acidification at a temperature of 50 to 62C and a p H value of 6.0 to 6.5. As substrates can cereals or flour hydrolysates, potato hydrolysates and / or pure sugars (glucose, maltose, sucrose and / or fructose) with the addition of necessary Naehr- and growth substances such. B. yeast extract can be used. The invention can be applied to discontinuous or semicontinuous Gaerprozesse with free and / or immobilized cells. As a result of the use of this invention, a low level of by-product formation is achieved which results in easier purification of the final product. Lactobacillus; hydrolyzate; Potato; Grain; Glucose; maltose; fructose; Sucrose, semi-continuous, discontinuous; free cells; immobilized cells}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Milchsäure wird großtechnisch eus Zuckersubstraten oder aus hydrolysierter reiner Stärke seit langer Zeit hergestellt. Als Bakterien kommen hauptsächlich solche der Gattungen Lactobacillus und/oder Streptococcus zum Einsatz. Da diese Bakterien nicht wuchsstoffautotroph sind, müssen den Fermentationsmedien für das Wachstum und die Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen der Bakterien die notwendigen Stoffe, wie z. B. Biotin, Thiamin, Nicotinsäure, Pyridoxin, Panthotensäuie und verschiedene Aminosäuren zugesetzt werden. In der Praxis verwendet man komplexe Nährmedien, die diese notwendigen Zusätze enthalten. So benutzt man beispielsweise zur Kultivierung von Lactobacillus-Stämmen im Labormaßstab das von de Man, Ragosa und Sharp (J. Appl. Bacteriol. 23,1960,130) entwickelte Komplexmedium (MRS-Medium). Andere Autoren verwenden das sogenannte LAB-Medium (lactic acid bacteria broth), das neben Glucose und Fructose u.a. auch Tomatensaft enthält (Am. J. Eno!. Vitic. 37(1), 1986,34).Lactic acid has been produced industrially from sugar substrates or from hydrolyzed pure starch for a long time. As bacteria mainly those of the genera Lactobacillus and / or Streptococcus are used. Since these bacteria are not growth-autoantrophic, the fermentation media for the growth and maintenance of the vital functions of the bacteria, the necessary substances such. As biotin, thiamine, nicotinic acid, pyridoxine, Panthotensäuie and various amino acids are added. In practice, one uses complex nutrient media containing these necessary additives. Thus, for example, for cultivating Lactobacillus strains on a laboratory scale, the complex medium (MRS medium) developed by de Man, Ragosa and Sharp (J. Appl. Bacteriol., 23, 1960, 130) is used. Other authors use the so-called LAB medium (lactic acid bacteria broth), in addition to glucose and fructose u.a. also contains tomato juice (Am. J. Eno! Vitic. 37 (1), 1986, 34).

Eür die industrielle Herstellung von Milchsäure eignen sich solche Medien jedoch nicht, da deren komplexe Hauptbestandteile zu teuer sind und gewöhnlich nicht in den dafür benötigten Mengen in einer stets gleichbleibenden Qualität zur Verfügung stehen.However, such media are not suitable for the industrial production of lactic acid, since their complex main components are too expensive and are usually not available in the quantities required for them in consistently high quality.

Technischen Substraten setzt man zur Komplettierung ihrer Zusammensetzung Melasse oder Maisquellwasser (DE-OS 1642738) oder auch Bierhefe (DE-OS 3126021) zu oder nutzt als Wuchsstoffquelle Sojamehl bzw. gemahlene Rübensamen (Maslowski: Pr. Nauk. Akad. Ekon. im Oskara Langego Wroclawin 398,1987,11), um eine vollständige Ernährung der Bakterien während der Milchsäurefermentation zu gewährleisten.Technical substrates are used to complete their composition molasses or corn steep liquor (DE-OS 1642738) or brewer's yeast (DE-OS 3126021) or uses as a growth source soybean or ground beet seeds (Maslowski: Pr Nauk Akad Ekon in Oskara Langego Wroclawin 398, 1987, 11) to ensure complete nutrition of the bacteria during lactic acid fermentation.

Wie die Aufzählung dieser verschiedenen Medien für die Milchsäurereproduktion zeigt, werden für die Milchsäurebakterien Medien mit einem sehr hohem Gehalt an lebensnotwendigen Nähr- und Wuchsstoffen eingesetzt. Da solche Medien nicht nur für die Milchsäurebakterien geeignet sind, sondern auch unerwünschte Mikroorganismen₍wie z. B. Buttersäurebakterien auf solchen Medien wachsen, besteht bsi der Milchsäurefermentation immer die Gefahr einer unerwünschten Nebenproduktbildung, wodurch die Qualität des Endproduktes leidet.As the list of these different media for lactic acid production shows, the lactic acid bacteria use media with a very high content of essential nutrients and growth substances. Since such media are not only suitable for the lactic acid bacteria, but also undesirable microorganisms ₍ such as butyric acid bacteria grow on such media, there is always the risk of lactic acid fermentation, the risk of unwanted by-product formation, whereby the quality of the final product suffers.

In der DD-?S 266 590 wird als technisches Substrat ein Kartoffelhydrolysat beschrieben, wobei Kartoffeln mit einem bestimmten Stärkegehalt eingesetzt werden, woraus ein Gärmedium mit einem optimalen Substrat-Nährstoff-Verhältnis erhalten wird. Eine Voraussetzung für die Nutzung dieses Verfahrens ist aber die Bereitstellung von Kartoffeln einer bestimmten Qualität, damit ein Medium mit einem optimalen Verhältnis vor Substrat und Wuchsstoffen zur Fermentation eingesetzt werden kann.DD-S 266 590 describes as a technical substrate a potato hydrolyzate using potatoes with a certain starch content, from which a fermentation medium having an optimum substrate-nutrient ratio is obtained. However, a prerequisite for the use of this method is the provision of potatoes of a certain quality, so that a medium with an optimal ratio before substrate and growth substances for fermentation can be used.

Zur Herstellung von Calciumlactct wird ein Hydrolysat aus Reis (Yang; Gao: Zhongguo Tiaoweipin (10), 1989,9-11) verwendet, das ebenfalls eine vollständige Ernährung der Milchsäurebakterien gewährleistet.For the production of calcium lactitol, a hydrolyzate of rice (Yang; Gao: Zhongguo Tiaoweipin (10), 1989, 9-11) is used, which also ensures a complete nutrition of the lactic acid bacteria.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur mikrobiellen Herstellung von L(+)-Milchsäure, unter möglichst ungeschützten Bedingungen und möglichst geringen Zusätzen von kostenintensiven Wuchs- und Nährstoffen zum Nährmedium, zu entwickeln.The object of the invention is to develop a process for the microbial production of L (+) - lactic acid, under as unprotected conditions and the lowest possible additions of cost-intensive growth and nutrients to the nutrient medium.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt de Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Bakterienstamm zu selektieren und einzusetzen, der sich im ungeschützten Ferment.ationsprozeß behauptet und eine hohe Produktivität gewährleistet.The invention is de task to select and use a suitable bacterial strain that asserts itself in the unprotected Ferment.ationsprozeß and ensures high productivity.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man den neuen Bakterienstamm Lactobacillus spec. -- IMET 11466 bei einer Temperatur von 50 bis 62⁰C und einem pH-Wert von 6,0 bis 6,5 unter ungeschützten Bedingungen diskontinuierlich oder semikontinuierlich kultiviert.According to the invention, this object is achieved in that the new bacterial strain Lactobacillus spec. - IMET 11466 at a temperature of 50 to 62 ⁰ C and a pH of 6.0 to 6.5 under unprotected conditions cultured discontinuously or semicontinuously.

Als Kohienstoffqueüf. dienen stärkehaltige Hydrolysate aus Kartoffeln, Getreide, wie Roggen, Weizen, Mais u.a., die nach bekannten Verfahren hergestellt wurden und »inen vergärbaren Zuckerhalt von mindestens 100g/l im Gärmedium enthalten.As Kohienstoffqueüf. serve starchy hydrolysates from potatoes, cereals, such as rye, wheat, corn, and the like, which were prepared by known methods and contain »enen fermentable sugar content of at least 100g / l in the fermentation medium.

Es können auch reine Zucker, wie Glucose, Maltose, Fructose unter Zusatz geringer Mengen Nähr- und Wuchsstoffen, wie z. B.It can also be pure sugars, such as glucose, maltose, fructose with the addition of small amounts of nutrients and growth factors, such. B.

Yeast extract, used as carbon source.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Vergärung der Zucker zu reiner L(+(-Milchsäure mit Produktausbeuten von 92 bis 95% zu erreichen. Die Kultivierung des neuen Bakterienstammes Lactobacillus spec. - IMET 11466 kann dabei in den Hydrolysaten ohne vorherige Reinigung oder nach Abtrennung der enthaltenen Feststoffe durchgeführt werden, wobei man die Zellen in freier und/oder immobilisierter Form in diskontinuierlicher oder semikontinuierlicher Betriebsweise einsetzt.The processes according to the invention make it possible to achieve a fermentation of the sugars to give pure L (+ (lactic acid with product yields of 92 to 95%.) The cultivation of the new bacterial strain Lactobacillus sp.-IMET 11466 can be carried out in the hydrolysates without prior purification or be carried out after separation of the solids contained, wherein the cells are used in free and / or immobilized form in discontinuous or semi-continuous operation.

Der neue Bakterienstamm Lactobacillus spec. - IMET 11468 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß er bei den angegebenen hohen Temperaturen von 50 bis 62⁰C eine sehr schnelle Angärphase aufweist, wodurch schon innerhalb von wenigen Stunden ein solch hoher Milchsäuregehalt im Fermentationsmedium erreicht wird, der ein Wachsen von Fremdkeimen verhindert, wodurch die Bildung von ι "!erwünschten Nebenprodukten verhindert wird.The new bacterial strain Lactobacillus spec. - IMET 11468 is characterized in particular by the fact that it has a very rapid Angärphase at the indicated high temperatures of 50 to 62 ⁰ C, which within a few hours such a high lactic acid content is achieved in the fermentation medium, which prevents the growth of foreign germs, whereby the formation of desired by-products is prevented.

Der neue Bakterienstamm Lactobacillus spec. - IMET11466 wurde in der IMET- Hinterlegungsstelle für Mikroorganismen im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentielle Therapie der AdW der DDR in Jena hinterlegt. Der neue Bakterienstamm Lactobacillus spec. - IMET 11466 wird wie folgt charakterisiert:The new bacterial strain Lactobacillus spec. - IMET11466 has been deposited in the IMET Microorganism Depository in the Central Institute for Microbiology and Experimental Therapy of the GDR AdW in Jena. The new bacterial strain Lactobacillus spec. - IMET 11466 is characterized as follows:

- Koloniemorphologie: unregelmäßige Kolonieform, zerklüfteter Rand, grießig wirkende weiße Kolonie, Mitte kompakter, glänzend-glatte Oberfläche, ca. 1 bis 3mm Durchmesser- Colony morphology: irregular colony shape, rugged edge, gritty-looking white colony, mid-compact, glossy-smooth surface, about 1 to 3mm in diameter

- Zellmorphologie: Stäbchen ca. 6,25μπι lang, teilweise Kettenbildung bei nicht optimalen Bedingungen- Cell morphology: rods about 6.25μπι long, partially chain formation in less than optimal conditions

- physiologische Merkmale: höchste Wechstumsgeschwindigkeit bei 48°C, wächst noch bei 60°C- Physiological characteristics: highest growth rate at 48 ° C, still growing at 60 ° C

- Assimilation von: Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose- Assimilation of: glucose, fructose, sucrose, maltose

- keine Assimilation von: Lactose- no assimilation of: lactose

Das Wesen der Erfindung wird durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verdeutlicht:The essence of the invention is illustrated by the following exemplary embodiments:

example 1

145g feingeschroteter Roggen mit einem Stärkegehalt von 70% wird unter Zusatz von 800 ml Leitungswasser angemaischt und mittels Amylase und Glucoamylase nach bekannten Verfahren verzuckert. Der verbleibende Feststoffanteil wird aus dem Hydrolysat durch Filtration abgetrennt; die erhaltene klare Maische hat einen Glucosegehalt von 103g/l. Zu 950 ml dieser Maische werden 50ml Anzuchtmedium (MRS-Medium mit einem Glucosegehalt von 50g/l und einer Zugabe von 60g Kreide/l wird 16 Stunden bei 50°C nach Zusatz einer Impföse von auf MRS-Agar kultivierten Zellen des Lactobacillus spec. ~ IMET 11466 bebrütet) hinzugeführt. Di^ Zeilkonzentration im Anzuchtmedium beträgt 2 x 10⁹ Zellen/ml. Die Fermentation erfolgte diskontinuierlich bei eine -nperatur von 58°C und einem mit ca. 25%igem Ammoniak bei 6,2 konstantgehaltenem pH-Wert. Nach 48 Stunden war die Ou, ung beendet. Der Gehalt an L(+)-Milchsäure im Fermentationsmedium betrug 92g/l, als Nebenprodukt wurden nur Spuren von Essigsäure gefunden.145g fine rye with a starch content of 70% is mashed with the addition of 800 ml of tap water and saccharified by means of amylase and glucoamylase according to known methods. The remaining solids content is separated from the hydrolyzate by filtration; the clear mash obtained has a glucose content of 103 g / l. To 950 ml of this mash are 50ml culture medium (MRS medium with a glucose content of 50g / l and an addition of 60g chalk / l is 16 hours at 50 ° C after addition of a loop of MRS agar cultured cells of Lactobacillus spec. ~ IMET 11466 incubated) added. Di ^ Zeilkonzentration in the growing medium is 2 x 10 ⁹ cells / ml. The fermentation was carried out batchwise at a temperature of 58 ° C. and a constant pH of 6.2 with ammonia at 25%. After 48 hours the door was finished. The content of L (+) - lactic acid in the fermentation medium was 92 g / l, as by-product only traces of acetic acid were found.

Example 2

Zu 950ml MRS-Medium mit einem Glucosegehalt von 100g/l werden 50ml Anzuchtmedium (hergestellt nach den oben aufgeführten Bedingungen; Zellzahl im Anzuchtmedium: 1,9 x 10⁹ Zellen/ml) hinzugefügt und bei 60⁰C und einem pH-Wert von 6,2 (geregelt mit 24%iger NaOH) fermentiert. Nach 29 Stunden war die Gärung beendet, der Gehalt an L(+)-Milchsäure im Medium lag bei 92,5g/l. Es wurden keine Fremdsäuren - außer der im MRS-Medium enthaltenen Essigsäure, deren Menge während der Fermentation aber konstant blieb- im Fermentationsmedium gefunden.To 950 ml of MRS medium with a glucose content of 100 g / l 50 ml culture medium (prepared according to the conditions listed above, cell number in the growth medium: 1.9 x 10 ⁹ cells / ml) are added and at 60 ⁰ C and a pH of 6 , 2 (regulated with 24% NaOH) fermented. After 29 hours, the fermentation was completed, the content of L (+) - lactic acid in the medium was 92.5 g / l. No foreign acids were found in the fermentation medium except for the acetic acid contained in the MRS medium, the amount of which remained constant during the fermentation.

Claims

Process for the microbial recovery of L (+) - lactic acid from pure sugars or sugar-containing hydrolyzates as carbon source, characterized in that the new bacterial strain Lactobacillus spec. - IMET ^r , 1466 is cultivated at a Temperatur of 50 to 62 ⁰ C and a pH of 6.0 to 6.5.

Field of application of the invention

The invention relates to a process for the production of L (+) - lactic acid with the aid of lactic acid bacteria, wherein hydrolysates from potatoes, from cereals, in particular flour, and / or other substrates, glucose, maltose, Saccb ^r ose and / or fructose as well as nutrients and growth substances necessary for lactic acid bacteria. The invention can be applied to discontinuous or semi-continuous fermentation processes with free and / or immobilized cells.