DE2525370C3 - Verfahren zum Aufarbeiten von durch Fermentation in Fermentern hergestellten Proteinen, die anschließend einer Trocknung unterworfen werden - Google Patents

Verfahren zum Aufarbeiten von durch Fermentation in Fermentern hergestellten Proteinen, die anschließend einer Trocknung unterworfen werden

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DE2525370C3
DE2525370C3 DE19752525370 DE2525370A DE2525370C3 DE 2525370 C3 DE2525370 C3 DE 2525370C3 DE 19752525370 DE19752525370 DE 19752525370 DE 2525370 A DE2525370 A DE 2525370A DE 2525370 C3 DE2525370 C3 DE 2525370C3
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Description

20
jo
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von durch fermentation in Fermente™ aus Al- mi koholcn, vorzugsweise aus Äthyl- oder Methylalkohol, hergestellten Proteinen, die anschließend einer Trocknung unterworfen werden.
Neuerdings werden Proteine mehr und mehr auf fermentativem Wege hergestellt. Es handelt sich um (,<·, Bakterien, Hefen öder Pilze, deren hoher Protcingehalt sich für menschliche und tierische Nahrung eignet, hl'iii nennt solche Proteine Einzeilcrciwcißc bzw. »single cell proteins« oder S.C.P. Waren es früher vor allem Kohlenhydrate, welche als Kohlenstoffquelle für die Fermentation verwendet wurden, sind es heute mehr und mehr Paraffine, Äthylalkohol, Methanol und andere ähnliche Substanzen.
Es hat sich gezeigt, daß vor allem Äthyl- oder Methylalkohol sich zur Züchtung solcher Mikroorganismen eignen. Zu diesem Zweck werden solch·; Alkohole mit Wasser verdünnt und der Fermentation langsam zudosiert. Zu hohe Konzentration von Alkoholen verhindern das Wachstum der Zellen.
Nach der Fermentation muß die Biomasse abgetrennt und getrocknet werden. Die Eindickung, d. h. Abtrennung erfolgt durch Separierung in hochtourigen Separatoren oder eventuell in Filtrationsanlagen. Je nach Art des verwendeten Mikroorganismus beträgt die Konzentration 20-50 g Trockenmasse pro Liter. Separatoren können nun diese Konzentration auf 160-200 g pro Liter anreichern, wobei die wässerige Phase direkt in die Vorfluter geleitet - oder aber teilweise in die Fermenter rezirkuliert wird.
Die 16- bis 20%ige Biomasse, welche nun eine cremeförmige Konsistenz aufweist, wird anschließend eingedickt, d. h. in Trocknungsapparaten zu Trockenmasse getrocknet.
Diese Trocknung, bei welcher pro kg erzeugter Trockensubstanz 5-7 kg Wasser verdampft werden müssen, ist insofern teuer, als große Anlagen erstellt werden müssen und je nach Art der Trocknung (Trommeltrockner, Zerstäubungstrockner) pro kg verdampftes Wasser 1,5-2,5 kg Dampf verbraucht werden. Diese Trocknung belastet die Kosten des Endproduktes einerseits mit großen Amortisationen, andererseits mit großen, laufenden Dampfkosten.
Bei der Herstellung von Hefe auf der Basis von Methanol als einziger Kohlenstoffquelle (FR-OS 2006235),die unmittelbarin den Fermenter eingeleitet wird, wird die Biomasse auf diese Weise nach Waschung mit Wasser durch Zentrifugieren und/oder Filtration sowie anschließende Trocknung aus dem aus dem Fermenter abgezogenen Produkt gewonnen. Diese Entwässerung ist apprativ und energetisch aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein energiesparendes Verfahren zur Aufarbeitung von durch Fermentation aus Alkoholen, vorzugsweise aus Äthyl- oder Methylalkohol, hergestellten Proteinen und eine Möglichkeit zur möglichst vollständigen Ausnutzung der Trocknerabluft bezüglich Sauerstoff und Alkoholgehalt anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Aufarbeitung von durch Fermentation in Fermentern aus Alkoholen, vorzugsweise aus Äthyl- oder Methylalkohol hergestellten Proteinen, die anschließend einer Trocknung unterworfen werden, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der für die Fermentation einzusetzende Alkohol zunächst dazu verwendet wird, um die aus den Fermentern abgetrennte, eingedickte Biomasse durch Austausch resp. Auswaschung mit Alkohul vom Wasser teilweise zu befreien und daß anschließend alle alkoholhaltigen Wasser und Kondensate sowie die Trocknerabluft in den Fermentcr eingeleitet werden.
Bei den durchgeführten Fermentationen dienten Äthyl- und/oder Methylalkohol als einzige Kohlenstoffqucllc. Es hat sich so gezeigt, daß die beispielsweise durch Separatoren eingedickte Biomasse mit dem für die Fermcnlicrtingzu verwendenden Alkohol
OR OR "37Π
»ausgewaschen« werden kann. Das in der Biomasse vorliegende Wasser wird durch den Alkohol extrahiert, d. h. ausgetauscht. Da ja ohnehin der Alkohol vor der Fermentierung mit Wasser auf 10-20% verdünnt werden muß, ist diese Alkoholauswaschung der *» Biomasse ohne speziellen Aufwand möglich. Der Alkohol braucht also nicht destilliert zu werden, sondern wird lediglich mit Wasser auf die gewünschte Konzentration eingestellt, bevor er in die Fermentierung geht. Eventuelle Vitamine und andere Wuchsstoffe (freie i" Aminosäuren), die durch die Waschung in den Alkohol gelangen, sind für die Fermentierung vorteilhaft.
Die alkoholische Biomasse kann nun viel leichter auf Separatoren und sogar auf Filtern weiter verarbeitet werden. Sie liegt in »krümeliger« Form vor, läßt i> sich leicht filtrieren, und der überschüssige Alkohol kann mit wenig überhitztem Dampf ausgeblasen, kondensiert und ebenfalls in die Fermentierung geführt werden.
Es wurde weiter gefunden, daß bei dem beschriebe- -1O nen Verfahren nicht nur die alkoholhaltige Flüssigkeit in die Fermentieranlage eingeleitet werden Kann, sondern auch die Trocknungsluft aus den Trocknern. Es ist einleuchtend, daß diese Trocknungsluft nicht nur das Restwasser aus der eingedickten Biomasse mit- -'ϊ führt, sondern auch den restlichen Alkohol von der Verdünnung resp. Auswaschung.
Je nach der Art des zum Einsatz gebrachten Trocknungsapparats (Zerstäubungstrockner, Wirbelbett-Trockner, Trommeltrockner, Heißlufttrockner, Di- m rektrockner mit Briidenabsaugung etc.) ist die Luftmenge verschieden, welche für die Trocknung von 1 kg Biomasse benötigt wird.
Auch in Trocknungsapparaten mit einem relativ großen Luftverbrauch entspricht die Luftmenge un- r. gefahr der Luftmenge, weiche für die Fermentation benötigt wird.
Das Verfahren hat zudem noch den Vorteil, daß im Fermenter nicht nur der restliche Alkohol aus der Luft ausgewaschen und demzufolge wiedergewonnen 4«) wird für die Fermentation, sondern daß im Fermenter durch das »Auswaschen« der Luft viele Stoffe absorbiert werden, welche bei der Trocknung eine Luftverschmutzung erzeugen könnten.
Wenn es sich bei der Trocknung um Apparate han- -n delt, die bei relativ kleinem Luftdruck oder drucklos arbeiten, wird die aus dem Trocknungsapparat ausströmende Luft abgesaugt und durch Kompression in den Fermenter zurückgeführt. Die Abkühlung der Luft kann mit dem Kühlwasser der Fermentieranlage ">» erfolgen, bevor sie in den Fermenter eintritt. Bei der Kompression eventuell ausgeschiedene Flüssigkeit (Alkohol-Wasser) wird ebenfalls in den Fermenter geführt.
Die normalen Staubverluste aus den Trocknungs- v. anlagen fallen beim beschriebenen Verfahren weg, wenn die Abluft im Fermenter ausgewaschen wird.
Das ganze Verfahren bildet also ein in sich geschlossenes System mit totalem Recycling der Luft und Flüssigkeit= Das Verfahren so Π an zwei Beispielen hn näher erläutert werden.
Beispiel 1 (Fig. 1)
Die im Fermenter 1 erzeugte Biomasse wird über einen Separator 2 abgetrennt. Die abgetrennte Flüssigkeit wird über eine Leitung 3 dem Kanalsystem zugeleitet. Die Biomasse yeht in einen Behälter 4 und wird dort mit Alkohol resp. Methanol über die Leitung 5 versetzt und vermischt. Über eine Trennvorrichtung 6, die ein Separator oder Fiiter sein kann, wird die Alkohol/Wasser- resp. Methanol/Wasser-Mischung von der Biomasse abgetrennt und dem Fermenter 1 über die Leitung 7 zugeführt. Die nun krümelige Biomasse wird über die Leitung 8 in einer Vorrichtung 9 zugeführt und dort vom Restalkohol befreit, der kondensiert und gleichfalls dem Fermenter über die Leitung 10 zugeleitet wird. Der Vorrichtung 9 kann beispielsweise Dampf über eine Leitung 11 zugeführt werden. Das Trockenprodukt wird über die Leitung 12 ausgetragen.
Das Alkohol- oder Methanol-Auswaschverfahren hat noch den Vorteil, die schmierige, wäßrige Biomasse zu koagulieren, wobei der günstigste pH-Wert eingestellt werden muß.
Die Auswaschung der wässerigen Biomasse mit Alkohol resp. Methanol kann im Gegenstrom-Verfahren auf geeigneten Apparaten erfolgen, so daß nur noch Spuren von Wasser in der Biomass: verbleiben. Durch Osmose geht auch das Zeiiwasser in der Alkohol über, so daß praktisch kein Wasser mehr bei der Trocknung verdampft werden muß.
Beispiel 2 (Fig. 2)
Das Verfahren soll als Variante anhand von Fig. 2 beschrieben werden. Es handelt sich hierbei um eine Hefefermentierung, bei welcher Methanol als Kohlenstoffquelle benutzt wird.
In einem Fermenter 1 von 100 m' Nutzvolumen, welcher mit oder ohne Rührwerk 13 ausgebildet sein kann, wird mit einer Produktivität von 4 kg Trockensubstanz Biomasse pro Stunde und pro m3 aus Methanol gearbeitet. Dies entspricht 400 kg Trockenhefe pro Stunde. Dazu wird die 2,5fache Menge Methanol als Kohlenstoff quelle benötigt, d.h. 1000 kg pro Stunde. Die Salze werden aus Gefäß 14 zudosiert. Im Separator 2 wird kontinuierlich die im V/assei (Substrat) aufgeschlemmte Hefe abgezogen und auf ca. 20%ige Biomasse eingedickt. Im Biomassebehälter 4 wi: J nun das Methanol aus Tank 5' über die Leitung 5 zugesetzt, und zwar auf 1 kg Trockenmasse gerechnet 2,5 kg Methanol. Die Zusammensetzung hn Biomassetank 4 ist also:
1 kg Hefetrockensubstanz
4 kg Wasser
2,5 kg Methanol
Auf dem Filter 6' wird nun so weit eingedickt, daß die Hefekonzentration 30-40% beträgt, was leicht möglich ist, da sich mit Methanolzusatz leicht filtrieren läßt.
Die Zusammensetzung nach dem Filter ist demzufolge·
ca. 1,2 kg Wasser
0,8 kg Methanol
1 kg Hefe
Diese Masse wird unter Temperatur in einer Apparatur 15 autolysicrt und verflüssigt und auf den Trockner 16 gegeben.
Da die Produktion 400 kg Trockenhefe beträgt, müssen also stündlich
1,2 X 400 = 480 kg Waser
+ 0,8 X 400 = 320 kg Methanol
vet dampft werden.
Da Methanol eine Verdampfungswärme von ca. V2 des Wassers aufweist, müssen auf Wasser umgerechnet ca. 640 kg verdampft werden.
Wenn man mit einem Zerstäubungstrockner rech-
net, welcher in der Lage ist, 640 kg/h Wasser zu verdampfen, muß dieser ein Luftdurchsatz von ca. 400-450 m3/min Luft aufweisen oder bei erhöhter Temperatur 300-350 nWmin.
Da für eine Produktivität von 4 kg/mJ/h Methanol mit 3 vvm Luft gerechnet werden muß irtt Fermentcr, entspricht dies bei 100 m3 Fermenfervolumen 300 m4/min, d. h. genau der in einem guten Gas-Trockner notwendigen Luftmenge.
Anstelle des Zerstäubungstrockners 16, der in diesem Beispiel erwähnt ist, können auch Trockner verwendet werden, welche weniger Luft benötigen. So können auch Walzentrockner eingesetzt werden, bei welchen durch direkte Wärme*getrocknet wird; Hier
Werden die Brüden mit relativ wenig Luft abgesaugt und in den Fermenter geführt.
Die Luftansaugung vom Trockner 16 kafifi direkt durch einen Kompressor 17 erfolgen, welcher die Luft in den Fermenter 1 preßt. Eventuell enistehendes Kondensat wird in 18 gesammelt und in den Fermenter gepumpt. Die aus dem Trockner 16 kommende Luft wird mit dem Fermenter-Kühlwasser gekühlt.
Die Einsparung an Trocknungsenergie beträgt ca. 70-80%.
Das so erzeugte alkohol» resp. methanolfeuchte Produkt läßt sich nicht nur leicht auspressen, sondern auch mit Dampf strippen, um alle Reste von Alkohol zu entfernen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Aufarbeitung von durch Fermentation in Fermentern aus Alkoholen, Vorzugsweise aus Äthyl- oder Methylalkohol, hergestellten Proteinen, die anschließend einer Trocknung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Fermentation einzusetzende Alkohol zunächst dazu verwendet wird, um die aus den Fermentern abgetrennte, eingedickte Biomasse durch Austausch resp. Auswaschung mit Alkohol vom Wasser teilweise zu befreien, und daß anschließend alle alkoholhaltigen Wasser und Kondensate sowie die Trocknerabluft in den Fermenter eingeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Wassers gegen Alkohol durch Separierung über Zentrifugen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Wassers gegen Alkohol durch Sedimentation im Gegenstrom erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Wassers gegen Alkohol durch Anrühren und anschließende Filtration erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alkoholhaltige Biomasse anschließend an den Austausch durch Pressung vom größten Teil des Alke 'lols befreit wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aiko1-ölhaltige Biomasse anschließend mit Dampf vom Restalkohol befreit wird.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alkoholhaltige Biomasse durch Erhitzen vom Alkohol befreit wird.
N. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Wassers gv.-gen Alkohol bei erhöhter Temperatur erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Restverdampfung des Alkohols im Vakuum unter Verwendung der Abwärme des Fermenters erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis y, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse mit Lauge gelöst, mit Säure gefällt, filtriert oder separiert und mit Alkohol gewaschen und anschließend getrocknet wird.
ι ο
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