DE2506149A1

DE2506149A1 - Yeast proteins prodn from waste sulphite liquor - made by fermenting a liquor contg standardised assimilable materials

Info

Publication number: DE2506149A1
Application number: DE19752506149
Authority: DE
Inventors: Jiri Dipl Ing Barta; Jiri Prof Dr Mostecky; Milan Dipl Ing Nemec; Rudolf Dipl Ing Sara; Oldrich Sliva; Frantisek Dipl Ing Stros; Jana Dipl Ing Vernerova
Original assignee: Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Current assignee: Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1976-08-26

Abstract

Yeast proteins are produced from sulphite waste liquors and spirit slops by increasing the amt. of assimilable carbonaceous substances in the raw sulphite material to =10 wt. % by the addn. of ethanol and conducting the fermentation with an inoculum which has been pre-cultured in ethanol. The process overcomes previous difficulties esp. those connected with variations in the compsn. of the substrate and the necessity of undergoing biological effluent purification. The proteins obtd. have lower ash content.

Description

Verfahren zur Herstellung von Hefeproteinen aus Sulfitablaugen und Sulfitspritschlempe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hefeproteinen aus Sulfitablaugen und Sulfitspritschlempe. Process for the production of yeast proteins from sulphite waste liquors and Sulphite liquor The invention relates to a process for the production of yeast proteins from sulphite waste liquor and sulphite liquor.

Sulfitablaugen, Waschwasser oder Sulfitspritsehlempe werden bereits seit Jahrzehnten nach der fermentativen Verarbejl tung zu Sprit als Grundrohstoffe zur Herstellung mikrobieller-Proteine - efeproteine - verwendet, wobei der Umfang dieser Produktion allerdings immer durch die Menge der Sulfitablaugen bzw. der Zucker und anderer assimilierbarer Stoffe wie beispielsweise in den Grundrohstoffen enthaltene Essigsäure begrenzt ist. Infolgedessen ist die Produktion von Hefeproteinen völlig von der Celluloseproduktion und der Art des entsprechenden Holzaufschlußverfahrens abhängig. Aus diesen Gründen ist es zweckmäßig, Proteinproduktionsstätten lediglich in Cellulosefabriken mit einer größeren Produktionskapazität zu errichten, jedoch wird oft: selbst in diesen Fällen die optimale Kapazität nicht erreicht. Wie bereits erwähnt, rich-. Sulphite waste liquor, washing water or sulphite pulp are already in use for decades after fermentative processing into fuel as a basic raw material for the production of microbial proteins - efeproteins - used, with the scope this production, however, is always due to the amount of sulphite waste liquor or sugar and other assimilable substances such as those contained in basic raw materials Acetic acid is limited. As a result, the production of yeast proteins fully the cellulose production and the type of wood pulping process involved addicted. For these reasons, it is advisable to have protein production facilities only to build in cellulose factories with a larger production capacity, however often: even in these cases the optimal capacity is not achieved. As already mentioned, rich-.

tet sich die- Produktion nach-der-Menge der verarbeiteten-ass-imilierbaren kohlenstoffhaltigen St-offe, in erster-Linie der Zucker--.~Diese Menge ist.nicht nur durch das Holzaufschlußverfahren, sondern auch durch die Holzqualität gegeben. Da bei der Produktion jedoch die Cellulose im Vordergrund steht, kann es zu Schwankungen in der Zusammensetzung des Grunds-ubstrats für die Hefe und demzufolge auch zu Schwankungen in der Produktion der Hefeproteine kommen. Nach der Vergärung mit proteinbild-enden Mikroorganismen weist die.Sulfitablauge.The-production is based on the amount of processed-ass-imilable carbonaceous substances, primarily sugar -. ~ This amount is. not given only by the wood digestion process, but also by the wood quality. However, since cellulose is in the foreground in production, fluctuations can occur in the composition of the basic substrate for the yeast and consequently also to fluctuations come in the production of yeast proteins. After fermentation with protein picture ends The.Sulphite waste liquor rejects microorganisms.

einen hohen behält an löslichen, überwiegend organischen Stoffen' (etwa um 10 %) auf; die einzige Möglichkeit, diese-Stoffe unschädlich zu machen, besteht im Eindicken und Verbrennen; aúf diese -Weise läßt sich das Abwasser vö-llig beseitigen.retains a high level of soluble, predominantly organic substances' (around 10%) on; the only way to render these substances harmless, consists in thickening and burning; In this way, the sewage can be completely drained remove.

In der letzten Zeit steigt die Produktion mikrobieller Proteine aus synthetischen' Rohstoffen, vor allem auf Erdölbasis, steil an. Einen dieser Schlüsselrohstoffe stellt das synthetische Äthanol dar; se-ine -Vorteile -iiegen'-im .Vergleich mit den Kohlenwasserstoffrohstoffen in der Mischbarkeit.mit Wasser und auch darin, daß es ein normales Zwischenproduk.t beim alkoholischen Gärungszyklus der Saccharide darstellt. Recently, the production of microbial proteins has been phasing out synthetic 'raw materials, especially those based on petroleum, rise steeply. One of these key raw materials represents synthetic ethanol; se-ine -Advantages -iiegen'-compared to the hydrocarbon raw materials in the miscibility with water and also in that it is a normal intermediate product in the alcoholic fermentation cycle of saccharides represents.

Dieser Grundrohstoff läßt sich nach einer Reihe von Verfahren technisch verwerten; in der Mehrzahl der Fälle besteht das Prinzip in der Verwendung eines spezifischen Hefestammes oder in einer derartigen Adaptierung dieses Stammes, daß das Äthanol mit hohen Ausbeuten verwertet wird. So gibt z. B. die PS 109 658 die Adaptierung der Hefe Candida utilis an Kulturmedien an, die synthetisches Rohäthanol enthalten. Die SU-PS 206 493 beschreibt die Kultivierung der Hefe Hansenula anomala an äthanolhaltigen Medien mit Hefeautolysatzusatz. Ferner ist die Kultivierung einer Reihe von proteinbildenden Mikroorganismen an Oxidationsprodukten von Kohlenwasserstoffen bekannt, unter denen Äthanol den überwiegenden Anteil darstellt, vgl. die FR-PS 1 597 233; GB-PS 1 231 058. Die Kultivierung der Hefe Candida utilis an reinen äthanolhaltigen Substraten zur Gewinnung für Ernährungszwecke geeigneter Präparate ist in der DT-PS 2 154 091 beschrieben.This basic raw material can be technically processed by a number of processes utilize; in the majority of cases it is Principle in the Use of a specific yeast strain or, in such an adaptation, this Strain that the ethanol is used with high yields. So there are z. B. the PS 109 658 the adaptation of the yeast Candida utilis to culture media to the synthetic Contains raw ethanol. The SU-PS 206 493 describes the cultivation of the yeast Hansenula abnormal in media containing ethanol with added yeast autolysate. Cultivation is also a number of protein-forming microorganisms on oxidation products of hydrocarbons known, among which ethanol represents the predominant share, see the FR-PS 1,597,233; GB-PS 1 231 058. The cultivation of the yeast Candida utilis on pure ethanol-containing Substrates for the production of preparations suitable for nutritional purposes are given in the DT-PS 2 154 091.

Einen Nachteil bei der Vergärung äthanolhaltiger Medien stellt die schwierige Abwasserbeseitigung dar. Derartige Abwässer müssen durch biologischen Abbau gereinigt werden, was verhältnismäßig kostspielig ist und etwa 10 % der Gesamt in vestitionen einer Hefefabrik ausmacht. Aufgrund des niedrigen Gehalts an verbrennbaren Stoffen in derartigen Abwässern ist die alternative Möglichkeit einer Beseitigung durch Eindicken und Verbrennen in diesen Fällen nicht durchführbar. The is a disadvantage in the fermentation of media containing ethanol difficult wastewater disposal. Such wastewater must through biological Degradation can be cleaned, which is relatively costly and about 10% of the total investments in a yeast factory. Due to the low content of combustible Substances in such wastewater is the alternative possibility of disposal not feasible in these cases by thickening and burning.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile bei der Fermentation von Sulfitablaugen, die insbesondere auf den Schwankungen in der Zusammensetzung des Grundsubstrats für die Hefen sowie auf der Notwendigkeit einer biologischen Abwasserreinigung beruhen, ein Verfahren zur Herstellung von Hefeproteinen aus Sulfitablaugen und Spritschlempe anzugeben. The invention is accordingly based on the problem of avoidance the disadvantages mentioned in the fermentation of sulphite liquors, in particular on the fluctuations in the composition of the base substrate for the yeast as well on the need for biological wastewater treatment are based a process for the production of yeast proteins from sulphite waste liquors and liquor to specify.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Menge der assimilierbaren kohlenstoffhaltigen Substanzen in dem Sulfitrohstoff durch Zusatz von Äthanol bis auf 10 Gew.-% erhöht und absatzweise oder kontinuierlich fermentiert wird; die Fermentation wird dabei vorzugsweise unter Anwendung eines an einem Sulfitrohstoff oder einem synthetischen Medium mit Äthanol vorkultivierten Inokulums durchgeführt. Der ursprüngliche Gehalt an reduzierenden Stoffen, insbesondere an Sacchariden, kann dabei vor dem Äthanolzusatz durch mikrobiologische Prozesse bis auf 0,1 Gew.-% herabgesetzt werden. Die Kultivierung wird zweckmäßig mit Hefen durchgeführt, die zum Äthanolabbau in der Lage sind, vorzugsweise mit asporogenen Hefen wie Candida utilis, Candida utilis var. arborea, Torulopsis candida, Cryptococcus albidus var. diffluens oder deren Gemischen. Bei kontinuierlicher Kultivierung ist es von Vorteil, wenn zwei-oder mehrstufig, vorzugsweise mit Zwischenseparation, verfahren wird. According to the invention, the object is achieved by a method which is the amount of assimilable carbonaceous substances in the sulphite raw material increased by the addition of ethanol up to 10 wt .-% and intermittently or continuously is fermented; the fermentation is preferably using a precultivated on a sulphite raw material or a synthetic medium with ethanol Inoculum carried out. The original content of reducing substances, in particular on saccharides, can be done by microbiological processes before the ethanol is added can be reduced to 0.1% by weight. The cultivation is convenient with yeast carried out that are capable of degrading ethanol, preferably with asporogenic Yeasts such as Candida utilis, Candida utilis var. Arborea, Torulopsis candida, Cryptococcus albidus var. diffluens or mixtures thereof. With continuous cultivation is it is advantageous if two or more stages, preferably with intermediate separation, is proceeded.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist hinsichtlich der Kapazitätsgrenzen der Hefeproteinproduktion von den Cellulosefabrikationsbetrieben unabhängig und erlaubt, die optimale Kapazität zu erreichen. Einen weiteren wesentlichen Vorteil stellt die Möglichkeit der gemeinsamen Abwasserbeseitigung dar, dessen Menge lediglich auf die Abfälle nach der Aufarbeitung der Sulfitablauge durch Verdampfen und Verbrennen begrenzt ist. Die auf Äthanolbasis produzierten Hefen erhöhen also die Abwassermenge nicht. Die aus beiden Grundrohstoffen erhaltene Biomasse ist ferner vom Standpunkt des Nährwertes aus vorteilhafter als die Hefen aus der Sulfitablauge allein, in erster Linie infolge des niedrigeren Gehalts an Aschebestandteilen sowie des erhöhten Proteingehalts. Einen weiteren Vorteil der kombinierten Erzeugung stellt die Möglichkeit dar, denselben Hefestamm bzw. ein zentrifugiertes Ansatzkonzentrat von an der Sulfitablauge kultivierten Zellen für die gemeinsame oder aufeinanderfolgende Kultivierung an Äthanol zu verwenden. The manufacturing method according to the invention is limited in terms of capacity of yeast protein production from cellulose factories independently and allows to achieve the optimal capacity. Another major benefit represents the possibility of joint sewage disposal, the amount of which is only on the waste after processing the sulphite waste liquor by evaporation and incineration limited is. So the ethanol-based yeasts do not increase the amount of wastewater. The biomass obtained from both basic raw materials is also from the point of view of Nutritional value from more beneficial than the yeast from the sulphite liquor alone, in the first place Line due to the lower content of ash components as well as the increased protein content. Another advantage of the combined generation is the possibility of the same Yeast strain or a centrifuged batch concentrate from cultivated on the sulphite waste liquor To use cells for joint or successive cultivation on ethanol.

ErfindungsgemäR kann prinzipiell auf zwei verschiedene Weisen vorgegangen werden: Zum einen kann die Hefekultivierung an der Sulfitablauge mit Äthanolzusatz durchgeführt werden, zum anderen ist es möglich, die Hefekultivierung an fermentierter und zentrifugierter Sulfitablauge unter Zusatz von Äthanol und Nährstoffen durchzuführen; hierbei kann die ausgenutzte Sulfitablauge rückgeführt werden. According to the invention, the procedure can in principle be carried out in two different ways On the one hand, yeast cultivation can be carried out on the sulphite waste liquor with the addition of ethanol on the other hand it is possible to cultivate the yeast at fermented and centrifuged sulphite waste liquor with the addition of ethanol and nutrients; the used sulphite waste liquor can be recycled.

Bei der ersten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Prozeß nach dem Gehalt an assimilierbaren Stoffen in der ursprünglichen Sulfitablauge und nach der Leistung des Fermenters geregelt. Die Fermentation läßt sich kontinuierlich entweder einstufig oder bei größeren Produktionskapazitäten vorteilhaft unter Anwendung einer Sulfitablauge mit höherem Saccharidgehalt in zwei oder mehreren Stufen durchführen. Die zweistufige Fermentation kann auch mit Zwischenseparation der Hefezellen vorgenommen werden. In the first embodiment of the method according to the invention, the Process according to the content of assimilable substances in the original sulphite waste liquor and regulated according to the performance of the fermenter. The fermentation can be continuous either single-stage or, for larger production capacities, advantageously using a sulphite liquor with a higher saccharide content in two or more stages. The two-stage fermentation can also be done with Intermediate separation of the Yeast cells are made.

B'ei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der technologische Vorgang der Fermentation durch die Leistung des Fermenters gegeben; bei dieser'Modifizierung dient die mit den Hefen vergorene und zentrifugierte Sulfitablauge im eigentlichen Sinne als Verdünnungsmittel für das Äthanol. Dabei werden die Vorteile eines guten physiologischen Mediums sowie die "restlichen" assimilierbaren kohlenstoffhaltigen Substanzen und nicht vollständig vergorenen Nährstoffe ausgenutzt. In a further development of the method according to the invention, the technological process of fermentation given by the power of the fermenter; In this modification, the sulphite waste liquor fermented with the yeast and centrifuged is used in the real sense as a diluent for the ethanol. Doing so will bring the benefits a good physiological medium as well as the "remaining" assimilable carbonaceous Substances and not fully fermented nutrients used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

Beispiel 1 Zu 10 1 des Sulfitrohstoffs aus dem Calciumbisulfitverfahren des Holzkochens -(Gemisch von Waschwasser und Sulfitablauge) mit einem Gehalt an reduzierenden Stoffen von 18 g/l wurden 136 ml synthetisches Rohäthanol (90%-ig) zugegeben, wodurch der Gesamtgehalt an assimilierbaren Stoffen im Sulfitrohstoff auf 28 gil eingestellt wurde. Zu dem angereicherten Ausgangsmaterial wurden 46 g NH4Cl, 7 g KCl, 4 g MgCl2s6 H20, 5 ml 85%-ige H3P04 sowie ein Inokulum in einer Anfangskonzentrat ion der Hefetrockensubstanz von 2 g/l entsprechenden Men-' ge zugesetzt, das durch Kultivierung einer Mischkultur von Candida utilis var. arborea und Cryptococcus diffluens an Sulfitablauge gewonnen war. Die Kultivierung wurde in einem mechanisch gerührten Labor-Glasfermenter von 30 1 Inhalt, gefüllt mit 10 1 Medium, durchgeführt, wobei ein Sauerstoffumsatz von 200 itol 02/leu erzielt wurde. Die Kultivierungs-° temperatur wurde bei 30 C und der pH-Wert durch Zusatz von Ammoniakwasser (NH3-Gehalt 25 %) bei 4,5 gehalten. Die Kultivierung dauerte 15 h. Das reife Medium enthielt 3 g/1 reduzierende Reststoffe, 16 g/l Hefetrockensubstanz und kein äthanol. Der erzielte Zuwachs von 140 g Hefetroekensubstanz. Example 1 To 10 1 of the sulphite raw material from the calcium bisulphite process of wood cooking - (mixture of washing water and sulphite waste liquor) with a content of reducing substances of 18 g / l were 136 ml of synthetic raw ethanol (90%) added, whereby the total content of assimilable substances in the sulphite raw material was set to 28 gil. The enriched starting material added 46 g NH4Cl, 7 g KCl, 4 g MgCl2s6 H20, 5 ml 85% H3P04 and an inoculum in one Initial concentration of dry yeast substance of 2 g / l corresponding amount added, which is obtained by cultivating a mixed culture of Candida utilis var. arborea and Cryptococcus diffluens was obtained from sulphite waste liquor. The cultivation was in a mechanically stirred laboratory glass fermenter with a capacity of 30 liters with 10 1 medium, performed with an oxygen conversion of 200 itol 02 / leu achieved became. The cultivation temperature was set at 30 C and the pH value by addition kept at 4.5 by ammonia water (NH3 content 25%). The cultivation lasted 15 h. The mature medium contained 3 g / l reducing residues, 16 g / l yeast dry matter and no ethanol. The achieved increase of 140 g Yeastetroekensubstanz.

entspricht einer Ausbeute von 50 % aus den ausgenutzten reduzierenden Stoffen und 65 % aus dem absoluten Äthanol.corresponds to a yield of 50% from the reducing agents used Substances and 65% from absolute ethanol.

Beispiel 2 Zu 10 1 Sulfitablauge, in der der Gehalt an'reduzierenden Stoffen durch Kultivierung einer Mischkultur Candida utilis var. arborea und Cryptococcus diffluens auf 4 g/l herabgesetzt war, wurden 136 ml rohes synthetisches Äthanol (Gehalt 90 Gew.-%), entsprechend einer Konzentration von 10 g absol. Äthanol pro -1 Sulfitrohstoff, 46 g NH4Cl, 7 g KCl, 4 g MgCl2 .6 H20 und 5 ml 85%-ige H3P04 zugegeben. Zu diesem fertigen Nährmedium, das in dem in Beispiel 1 beschriebenen Fermenter vorgelegt war, wurde ein durch Kultivierung einer Mischkultur von Candida utilis var. arborea und Cryptqcoccus diffluens an Sulfitablauge erhaltenes Inokulum in einer der Anfangskonzentration der Hefetrockensubstanz von 2 g/l entsprechenden Menge zugesetzt. Bei der bei 30 °C geführten Kultivierung wurde der pH-Wert durch Zusatz von Ammoniakwasser (25 % NH3) auf 4,5 gehalten. Nach 3 h Kultivierung, wobei der Xthanolgehalt im Medium auf 2'g/l gesunken war, wurden zu dem fermentierteri Medium weitere 136 ml rohes synthetisches Äthanol zugesetzt. Die Kultivierung wurde nach 8 h beendet, wonach der Äthanolgehalt des Mediums unter 0,5 g/l gesunken war. Das reife Medium enthielt 15 g Hefetrockensubstanz pro 1 1. Der erzielte Zuwachs von 124 g Hefetrockensubstanz entspricht einer Ausbeute von 62 % aus dem zugesetzten absoluten Äthanol. Die gewaschene erhaltene Biomasse enthielt in der Trockensubstanz 8,5 % Aschebestandteile und 51 % der gesamten stickstoffhaltigen Stoffe mit einem Verdaulichkeitskoeffizienten von 87 %. Der Aminosauregehalt in 100 g Rohprotein betrug: Alanin 6,0 Lysin 7,9 Arginin 4,1 Methionin 1,6 Asparaginsäure 9,2 Phenylalanin 4,1 Cystin 1,1 Prolin 3,1 Glutaminsäure 15,2 Serin 4,7 Glycin 4,8 Threonin 4,3 Histidin 2,4 Tryptophan 1,5 Isoleucin 4,3 Tyrosin 3,2 Leucin 8,1 Valin 5,7 Beispiel 3 Die in Beispiel 2 beschriebene Kultivierung wurde mit demselben Rohstoff und in demselben Fermenter wiederholt, mit dem Unterschied, daß als Inokulum die Hefe Candida utilis, gezüchtet in einem synthetischen Medium mit synthetischem Äthanol, verwendet wurde. Die Kultivierung dauerte 7,30 h; der erzielte Zuwachs an Hefetrockensubstanz entsprach einer Ausbeute von 64 %, bezogen auf das zugesetzte absolute Äthanol. Example 2 To 10 1 sulphite waste liquor in which the content of 'reducing Substances obtained by cultivating a mixed culture of Candida utilis var. Arborea and Cryptococcus diffluens was reduced to 4 g / l, 136 ml of crude synthetic ethanol (Content 90 wt .-%), corresponding to a concentration of 10 g absolute. Ethanol per -1 sulphite raw material, 46 g NH4Cl, 7 g KCl, 4 g MgCl2 .6 H20 and 5 ml 85% H3PO4 admitted. For this finished nutrient medium, the one described in Example 1 Fermenter was presented, one was made by cultivating a mixed culture of Candida utilis var. arborea and Cryptqcoccus diffluens inoculum obtained from sulphite waste liquor in a concentration corresponding to the initial dry yeast concentration of 2 g / l Amount added. In the cultivation carried out at 30 ° C., the pH value was increased Addition of ammonia water (25% NH3) kept at 4.5. After 3 h of cultivation, whereby the ethanol content in the medium had dropped to 2 g / l, became the fermented one Medium another 136 ml of crude synthetic ethanol added. the Cultivation was ended after 8 h, after which the ethanol content of the medium decreased 0.5 g / l had decreased. The mature medium contained 15 g of dry yeast substance per 1 liter. The achieved increase of 124 g of dry yeast substance corresponds to a yield of 62% from the added absolute ethanol. The washed biomass obtained contained in the dry matter 8.5% ash components and 51% of the total nitrogenous Substances with a digestibility coefficient of 87%. The amino acid content in 100 g of crude protein was: alanine 6.0 lysine 7.9 arginine 4.1 methionine 1.6 aspartic acid 9.2 phenylalanine 4.1 cystine 1.1 proline 3.1 glutamic acid 15.2 serine 4.7 glycine 4.8 Threonine 4.3 Histidine 2.4 Tryptophan 1.5 Isoleucine 4.3 Tyrosine 3.2 Leucine 8.1 Valine 5.7 Example 3 The cultivation described in Example 2 was carried out with the same raw material and repeated in the same fermenter, with the difference that as inoculum the Candida utilis yeast grown in a synthetic medium with synthetic ethanol, was used. The cultivation lasted 7.30 h; the scored The increase in dry yeast substance corresponded to a yield of 64%, based on the added absolute ethanol.

Claims

Process for the production of yeast proteins from sulfite waste and Sulphite liquor, d a d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that the amount of the assimilable carbonaceous substances in the sulphite raw material by addition of ethanol is increased to up to 10 wt .-% and the fermentation preferably below Use one on a sulphite raw material or a synthetic medium with ethanol precultured inoculum is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that before Ethanol addition the original content of reducing substances in the sulphite raw material, in particular on saccharides, through microbiological processes down to 0.1% by weight is reduced.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Cultivation is carried out using yeasts intended to utilize Ethanol are capable, preferably of asporogenic yeasts such. B. Candida utilis, Candida utilis var. Arborea, Torulopsis candida, Cryptococcus albidus var. Diffluens or their mixtures.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that continuous cultivation in two or more stages, preferably with intermediate separation, is carried out.