DE2059277C3

DE2059277C3 - Mikrobiologisches Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Protein

Info

Publication number: DE2059277C3
Application number: DE2059277A
Authority: DE
Inventors: Allen Westfield N.J. Clamen; Bruce L. Niantic Conn. Dasinger; Lars A. Colombus Ohio Naslund
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1979-11-29
Also published as: NL7017306A; ZA707898B; DE2059277B2; GT197018809A; GB1326582A; CH541623A; IT1050123B; ES386128A1; DE2059277A1; FR2075015A5; BE760290A

Description

in einer geeigneten Nährlösung unter Verwendung von Methanol als einziger Kohlenstoffquelle unter aeroben Bedingungen züchtet, die gebildeten Zellen aus dem Kulturmedium abtrennt und aus ihnen das Protein gewinnt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

Pseudomonas sp. oder Pseudomonas sp.

ATCC Nr. 21439 ATCC Nr. 21438

	7H₂O	g/l Leitungs
	• H₂O	wasser
H₃PO₄	1-3
MgSO₄	0,2-0,8
K₂SO₄	0,2-1,0
FeSO₄ ·	0,01-0,03
MnSO₄	0,01 -0,03

IS

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bei einer Temperatur von etwa 25 bis etwa 45° C und einem pH-Wert von 5,5 bis 8,5 züchtet

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß man die Fermentation mit einer Nährlösung der folgenden Zusammensetzung durchführt:

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Gegenstand der Erfindung ist ein biosynthetisches Verfahren zur Herstellung von Protein durch Züchtung bestimmter Mikroorganismen in einem Nährmedium, das als einzige Kohlenstoffquelle Methanol enthält Dieses Verfahren kann kontinuierlich oder chargenweise durchgeführt werden.

Der gegenwärtige weltweite Mangel an Protein, insbesondere an preisgünstigem tierischen Protein für den Verbrauch durch Mensch und Tier ist allgemein bekannt. Bei dem Versuch, diesem Proteinmangel abzuhelfen, wurden kürzlich mehrere biosynthetische Verfahren entwickelt, mit denen durch Züchtung von Mikroorganismen auf verschiedenen kohlenstoffhaltigen Substraten biologisch erzeugtes Protein erhalten « wird. Nach einem dieser Verfahren werden verschiedene Mikroorganismen, z. B. Bakterien auf Kohlehydrat-Substraten gezüchtet. Dieses Verfahren hängt jedoch von der Verfügbarkeit großer Mengen verhältnismäßig kostspieliger Kohlenhydrate ab, welche die Kosten des m> Verfahrens und des Produkts wesentlich erhöhen.

Ein anderes kürzlich entwickeltes und mehr versprechendes Verfahren für die biologische Synthese von Protein für Ernährungszwecke besteht in der Züchtung von Mikroorganismen auf Petroleumsubstraten. Diese 6> Art der Proteinsynthese wird gewöhnlich in einem wäßrigen, eine Kohlenwasserstoffbeschickung, Sauerstoff. Stickstoff und andere notwendige Nährstoffe sowie den zu züchtenden Mikroorganismus enthaltenden Nährmedium durchgeführt

Aus der DE-OS 19 21886 ist ein Verfahren zur Herstellung eines protejnhaltigen ZeUproduktes aus Mikroorganismen bekannt, bei dem acyclische niedere Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 5 C-Atomen als Hauptkohlenstoftquelle verwendet werden. Die dabei erzielten Produkte weisen einen Proteingehalt von nur etwa 40% auf. Man war deshalb bestrebt, ein Verfahren zu finden, das unter Verwendung einer preiswerten, leicht zugänglichen Kohlenstoffquelle Produkte mit höherem Proteingehalt liefert

Obgleich allgemein bekannt ist, daß Mikroorganismen typischerweise kein Methanol assimilieren, wurde überraschenderweise gefunden, daß bestimmte Mikroorganismen Methanol zu assimilieren vermögen und dabei Zellprodukte mit einem hohen Proteingehalt über 70%, liefern.

Wie die Arbeiten von Dworkin & Foster (1956), J. Bact, 72, 646-659; Leadbetter & Foster (1958), Arch. Mikrobiol, 30, 91-118; Harrington & Kallio (I960), J. Bact, 80, 321 -324 und R ο χ b u r g h (1959), Can. J. Microbiol, 5, 87—98, zeigen, ist die Fähigkeit bestimmter Mikroorganismen, auf einem bestimmten Substrat zu wachsen, nicht vorhersehbar. So verwendet beispielsweise. ein von Kaneda & Roxburgh ^identifizierter und charakterisierter Pseudomonas sp. Stamm Tartrat als Wachstumsquelle, während die erfindungsgemäß verwendeten Pseudomonas sp. Stämme ATCC 21438 und 21439 auf Tartrat als Substrat nicht wachsen. Gleichermaßen wird beschrieben, daß zwei bestimmte Pseudomonas Methanica Stämme unterschiedliche Wachstumscharakteristika gegenüber Methan und Äthanol aufweisen.

Im erfindungsgemäßen biosynthetischen Verfahren wird eine bestimmte Klasse von Mikroorganismen eingesetzt, die auf Methanol zu wachsen vermögen, das vorzugsweise aus einem Petroleumkohlenwasserstoff stammt. Die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneten Mikroorganismen sind nachfolgend mit ihren Wachstumscharakteristika aufgeführt:

Identifizierung Pseudomonas sp. Pseudomonas sp.

Stamm 6307 MC7

ATCCNr.') 21439 21438
Verwertung von

Methan -

Methanol + +

Äthanol - +

Formiat — +

Tartrat

Acetat - -

Glucose — +

Lactat — +

') American Type Culture Collection, Washington. F. C.

Andere Mikroorganismen, die Methanol zu assimilieren vermögen, sind nachfolgend unter ihren ATCC Registriernummern aufgeführt:

Corynebacterium sp, ATCC 21232
Corynebacterium sp. ATCC2I236

Das Fermentationsverfahren ist aerob, und das Kulturmedium besteht aus einem wäßrige Mineralsalze und überschüssigen Sauerstoff enthaltenden Medium. Es ist ähnlich wie das in der US-PS 34 14 477 beschriebene Verfahren zur Biosynthese von Protein aus Kohlenwns-

serstoffen unter Verwendung eines Antibiotikums und das in der US-PS 33 84 491 beschriebene Verfahren zur Herstellung von Futtermittelzusätzen mit hohem Proteingehalt aus Kohlenwasserstoffen,

Ein zufriedenstellendes Nährmedium enthält die folgenden Bestandteile

Bestandteile	Konzentration, g/I	gewöhnlich	vorzugsweise
	anwendbar	verwendet	verwendet
		5-80	10-50
Kohlenwasserstoffe	4-120	1-10	2-8
K₂HPO₄	0,5-15	7-13	8-12
(NH₄)₂HPO₄	5-15	0,2-0,9	0,3-0,8
Na₂SO₄	0,1-1,0	0,005-0,04	0,01-0,03
FeSO₄-7 H₂O	0,002-0,5	0,2-0,6	0,3-0,5
MgSO₄-7 H₂O	0,1-0,7	0,005-0,04	0,01-0,03
MnSO₄-7 H₂O	0,002-0,05	0,005-0,04	0,01-0,03
NaCI	0,002-0,05	100 Gew.-%
Wasser	zum Auffüllen auf

Andere mineralische Nährstoffe, die gegebenenfalls in Spurenmengen zugefügt werden können, sind:

Bestandteile	Konzentration, mg/1	gewöhnlich	vorzugsweise
	anwendbar	verwendet	verwendet
		0-0,3	0-0,2
ZnSO₄ H₂O	0-0,4	0-0,05	0-0,04
Na₂McO₄ H₂O	0-0,06	0-1,1	0-1,2
CoCI₂	0-1,2	0-0,07	0-0,06
HjBOj	0-0,08	0-1,25	0-0,2
CuSO₄-5 H₂O	0-0,3	0-0,13	0-0,12
CaCI₂-OH₂O	0-0,14	0-0,008	0-0,006
NiCl₂-OH₂O	0-0,01

Die notwendigen und die gegebenenfalls verwendbaren Nährstoffe können auch in Form anderer Salze oder Säuren zugefügt werden als sie vorliegend angegeben sind.

Salzlösung A

g/l

dest. Wasser

MgSO₄-7 H₂O
FeSO₄-7 H₂O
MnSO₄ · 4 H₂O
NaCI

40 2 2 2

Das vorstehende Pi-Medium hat einen pH-Wert von 7,8. Dieses Medium kann dahigengehend variiert werden, daB man das Phosphat in Form von Phosphorsäure zufügt.

Die Fermentationstemperatur kann je nach dem verwendeten spezifischen Mikroorganismus zwischen etwa 20 und etwa 65°C betragen. Die bevorzugten Temperaturen liegen zwischen etwa 25 und etwa 45°C, z. B. bei etwa 32°C. Der pH-Wert beträgt vorzugsweise zwischen 5,5 und 8,5, z. B. etwa 7,0.

Ein konstanter pH-Wert wird mittels einer pH-Kontrollvorrichtung aufrechterhalten, mit der die Säuren sobald sie gebildet werden, durch basische Lösungen, wie Calciumhydroxid, Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid neutralisiert werden. Die Abtrennung der Zellen vom Kulturmedium und Reinigung kann mit den üblichen Vorrichtungen erfolgen, z. B. durch Zentrifugieren.

Das Fermentationsverfahren kann kontinuierlich oder chargenweise durchgeführt werden. Nachdem die Fermentation eine vorbestimmte Zeit vor sich gegangen ist, wird mindestens ein Teil des Kulturmediums aus der Fermentationszone abgezogen und vorzugsweise einer Konzentrierungs- oder Abtrennzone zugeführt. In der Abtrennzone werden die Zellen aus der wäßrigen Aufschlämmung, in der sie gebildet wurden, gewonnen oder konzentriert. Die Konzentrierung kann in üblicher geeigneter Weise, z. B. durch Zentrifugieren, Filtrieren, Absetzen u. dgl. erfolgen. Die wäßrige Aufschlämmung, aus der die Zellen gewonnen wurden, wird vorzugsweise in die Fermentationszone zurückgeführt

Die abgetrennten Proteinzellen werden sodann einer

bo Sterilisierungszone zugeführt, wo die Mikroorganismen abgetötet werden. Zum Abtöten der Mikroorganismen kann jede geeignete Methode angewandt werden, z. B. eine Hitze-Pasteurisierung. Die Temperatur wird hierbei mindestens 30 Minuten auf mindestens 121°C gehalten. Ein zweites Verfahren besteht in der Sprühtrocknung. Bevorzugt wird jedoch die Abtötung der Mikroorganismen durch Zellzerstörung, die man dadurch herbeiführen kann, daß man die Zellen mit

Aceton, Äther, Hexan oder einem ähnlichen organischen Lösungsmittel in Berührung bringt.

Nachdem die Mikroorganismen abgetötet sind, ist es vorteilhaft, die Proteine aus den Zellwandungen und von den Fetten, Kohlehydraten und anderen Nicht-Proteinen abzutrennen. Die Abtrennung kann in jeder geeigneten Weise erfolgen und hängt von dem verwendeten spezidien Mikroorganismus ab. Zum Beispiel kann die in der US-Patentschrift 33 47 688 (»Protein-Anhangsstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung«) beschriebene Methode angewandt werden.

Das folgende Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren.

Beispiel

Es wurde eine Reihe kontinuierlicher aerober Fermentationen unter Verwendung des unten angegebenen PrMediums und von Methanol als einziger Kohlenstoffquelle durchgeführt Die Temperatur betrug 32° C Der pH-Wert wurde mittels Ammoniumhydroxid auf 7,0 gehalten. Auf Grund der Löslichkeit des Methanols im Fermentationsmedium betrug der erforderliche Energieaufwand weniger ais 3,5 PS/3781 Nährmedium. Der Sauerstoffbedarf betrag etwa 2,2 g je g Zelle. Es wurden Ausbeuten von etwa 0,4 g Zelle je g Methanol erhalten, Die Wachstumsgeschwindigkeiten betrugen bei einer Verweilzeit von 2,0 Stunden 3,0-6,0g/I/Stunde, Zellzusammensetzung; 7G-80% Protein (N χ 625), 3-5% Gesamtfett und etwa 4% Asche.

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P2-Medium	g/l Leitungs
	wasser
H₃PO₄	1-3
MgSO₄	0,2-0,8
K₂SO₄	0,2-1,0
FeSO₄-7 H₂O	0,01-0,03
MnSO₄-H₂O	0,01-0,03

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also unter Verwendung eines bestimmten Klasse von Mikroorganismen und Methanol als KohlenstoffqueHe hochwertiges Protein erhalten Die gebildeten Zellen enthalten mehr als 60Gew.-% Piatein, vorzugsweise mehr als 70 Gew.-%, und weniger als etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 3Gew.-%, Fett Der Aschegehalt dieser Zellen liegt unter etwa 5 Gew.-°/o.

Claims

Patentansprüche;

1. Mikrobiologisches Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Protein, dadurch gekennzeichnet, daß man

Pseudomonas sp,
Pseudomonas sp.
Corynebacterium sp.
Corynebacterium sp.

ATCC Nr. 21439
ATCC Nr. 21438
ATCC Nr. 21232
ATCC Nr. 21236

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