DE2631473A1

DE2631473A1 - Verfahren zur herstellung eines fermentationsmediums und zur produktion von hefe auf diesem fuer den tierischen bedarf

Info

Publication number: DE2631473A1
Application number: DE19762631473
Authority: DE
Inventors: Zoltan Lengyel; Agoston Dr Simon
Original assignee: Chinoin Gyogyszer es Vegyeszeti Termekek Gyara Zrt
Current assignee: Chinoin Private Co Ltd
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1977-01-13
Also published as: FR2384843B2; CA1107210A; IT1062842B; DE2812436A1; GB1550644A; JPS51148085A; GB1583304A; US4243685A; FR2384843A2; FR2313446B1; FR2313446A1; HU173822B; AR210355A1

Description

Patentanwalt Cr.-hg. Lo:1crhos ? R Q ι / 7 -5

6000 Frankfurt am Main Z O J I * / J

-Telefon 555061

Y/K 26. Mai 1976

CMnoin Gy6gyszer es Vegyfszeti Teraekek Gyfra ET Tt utca 1-5, Budapest»IV, Ungarn

Verfahren zur Herstellung eines Fermentationsmediums und zur Produktion von Hefe auf diesem für den tierischen Bedarf

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines iermentationsmediums aus Cellulose enthaltenden Ausgangematerialien und zur Produktion von Hefe für den tierischen Bedarf, indem man Pflanzen oder Pflanzenteile, die Celluloseketten von im Durchschnitt weniger als etwa 1 mm Länge und andere Polysaccharide in einer Menge von mindestens etwa 10 bis etwa JO % mit verdünnter wäßriger Säure hydrolysiert, dem so erhaltenen Hydrolysat, das die Cellulose unverändert enthält, üblicherweise in der Hefeproduktion verwendete Lieferanten für Stickstoff und Phosphat zusetzt, den pH-Wert des so erhaltenen Fermentationsmediums auf etwa 3,0 bis etwa 6,0 einstellt und auf ihm die Kultivierung der Hefepilze durchführt.

Die Proteinknappheit wird mehr und mehr zu einem weltweiten Problem · £e ist daher von außerordentlicher Bedeutung, alle möglichen Proteinquellen auszunutzen. Eine geeignete Lösung des Problems stellt die Produktion von Hefe für den tierischen Bedarf unter Nutzbarmachung verschiedener Lieferanten für Kohlenwasserstoff und anderer Quellen, die assimilierbare chemische Energie liefern, dar.

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Zur Zeit können diese Energiequellen in zwei Teile unterteilt werden. Der eine Seil umfaßt verschiedene Kohlenwasserstoffe, die theoretisch unbegrenzt verfügbar sind. Sie haben jedooh den Nachteil, daß sie in roher Form carcinogene Materialien enthalten können, deren Entfernung aus der erhaltenen Hefe kompliziert und kostspielig ist, dagegen in gereinigtem Zustand sehr teuer sind.

Der andere Teil der Rohmaterialien umfaßt Abfallmaterialien verschiedener landwirtschaftlich-industrieller Verfahren (wie Melassen,verschiedene Arten von Waschwässern, Abwässer der Stärke- und Celluloseproduktion). Sie Menge dieser Materialien hängt jedoch von der Kapazität des entsprechenden Industriezweiges ab, und die Menge des Abfalle deckt nicht den jetzt vorhandenen Bedarf.

Ein Rohmaterial, das für die Produktion von Hefe fUr den tierisehen Bedarf geeignet ist, kann praktisch unbeschränkt durch enzymatische oder saure Hydrolyse von Stärke oder Cellulose hergestellt werden. Die Herstellung von Stärke ist jedoch - auf Grund ihres hohen Preises - sehr kostspielig, und die Hydrolyse. der Cellulose erfordert sehr kostspielige Apparaturen, außerdem ist sie sehr energieintensiv.

Die sogenannte saure Vorhydrolyse ist ein bekanntes Verfahren in der Herstellung von Sulfatcellulose. Ee besteht im wesentlichen in der Vorhydrolyse des Rohmaterials (a.B· Holz, Stroh) mit verdünnter Säure, wobei die Hemicellulosen in Lösung gehen. In dieser Weise werden mehr als 10 % des Rohmaterials als reduzierend wirkende Substanz gelöst. Während des 2. Weltkrieges

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ist die Überführung dieser Art von Hydrolysaten in Hefe bereite verwirklicht worden, auch in großem Maßstab, jedoch einige Jahre nach dem Kriege hat sich das Verfahren als unwirtschaftlich erwiesen, und dabei blieb es.

Das Verfahren der Erfindung unterscheidet sieh grundsätzlich von dieser Vorhydrolyse darin, daß nicht die Ablaugen der Celluloseproduktion benutzt werden, sondern ein Hydrolysat als

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Hauptprodukt produziert wird, zu dessen Herstellung als Ausgangsmeterialien verschieden· Pflansenabfalle verwendet werden, die eigentlich für die Herstellung von Cellulose ungeeignet sind, aber mit verdünnter Säure leicht su sersejsende Verbindungen in einer definitiv höheren Menge (mindestens etwa 10 bis etva 30 %) enthalten als HoIs oder Stroh. Einige leispiele für derartige Materialien sind i.B. bröckeliges, gefallenes Laub sowie der gesamte Pflansenabfall, in dem die ßtengel, Blätter usw. nieht voneinander getrennt su werden brauohen. Dieser Typ von Landwirtsehaftsabfall ist in sehr großen Hangen verfügbar. £r wird Jahr für «Fahr erneut produziert und erlangt eine besondere große Bedeutung dadureh, dad die Bohmaterialversorgung eines Hefebetriebes mit einer Produktionskapazität von 10 bis 20 Tausend Sonnen pro Jahr aus den Produkt en eines Bezirke mit einem Hadiue von 10 kg gewährleistet werden kann, d.h. die theoretische mittlere Länge des tramspes-twegea nioht mehr als 6,7 kg beträgt, und daher das 11 τ»sammeln sehr wirtschaftlich ist.

Während die Nebenprodukte der Celluloaeproduktion, d.h. die Stroh- und Kief era-Becoctβ, eine beträchtliche Menge an dem fermentationsverhindemden furfurol enthalten, das nur in einem seit raubenden und kostspieligen Arbeitsverfahren entfernt werden kann, und das hält doppelt auf folds doubly) im Hinblick auf die Entgiftung der Sulfit-Abi äugen, kann das Säurehydroljsat der Kornhalme (unter dieser Bezeichnung aollen garn allgemein die Stengel, Blätter, Maiskolben, d.h. der gesamte Abfall ohne irgendwelche Auswahl, verstanden werden), ohne irgendwelche ßpesialbehandlung fermentiert werden.

Bei Verwendung von Stroh als Auegangematerial kann man Troekenhefe in einer Menge erhalten, die - auf das Auegangematerial besogen - einer Ausbeute von etwa 4 % entspricht, geht msn von Kornhalmen aus, kann das Vierfache dieser Ausbeute gewährleistet werden. Diese hohe Ausbeute macht das Verfahren wir t schalt lieh, selbst wenn der unlösliche Hydrolyserüokstand verbrannt wird) es ist jedoch WirtschaftIieher, ihn in der Pepier-Xarton-Holzplatten-Industrie su benutsen.

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Die gesammelten und kleingehackten Kornhalme, die nicht von ihren Blättern befreit werden müssen, werden mit einer Mineralsäure von etwa 0,2 bis etwa 5 £ oder alt einer organischen Säure, vorzugsweise mit Schwefelsäure von etwa 1 bis etwa 2 Gew.% bei etwa 80 bis etwa 14O⁰C für 120 bis 160 Hinuten, was von der Temperatur abhängt,zum Sieden erhitzt und anschließend filtriert. Sem Filtrat, das praktisch frei von Stickstoff ist, gibt man die üblicherweise in der ' . Hefe produktion benutz-· ten Stickstoff« und Phosphat-Additive zu, stellt den pH-Wert der so erhaltenen Läsung auf etwa 3,0 bis etwa 6,0 ein, und führt die Kultivierung der Hefepilze, vorzugsweise von Candida tropalis, auf dem so erhaltenen Kulturmedium unter den in der Hefe* produktion üblichen Bedingungen durch«

Die Auswahl der Hefepils® ist für das Verfahren der. Erfindung nicht kritisch. Von den hinterlegten und/oöer in Stammkatalogen beschriebenen Mikroorganismenstämmea werden die für die Erfindung geeigneten Stämme durch übliche Vorvereuche in an sich bekannter Weise ermittelt.

Insbesondere sind geeignet: Candida tropicalis ATCC 1369, Candida oarapsiolis ATCC 16 632 und Candida catenulata und deren Derivate.

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Außer Candida tropalis gibt es noch' weitere Mikroorganismen, die zufriedenstellend auf diesem Kulturmedium wachsen, was Beispiel 1 zu entnehmen ist. Sie vorliegende Erfindung soll daher nicht auf diesen Mikroorganismus beschränkt werden. Da Kornhalme nicht nur Hemicellulosen enthalten, sondern auch eine beträchtliche Menge an Fectinen und ähnlichen Verbindungen, die bei Säurehydrolyse nicht-reduzierende, jedoch assimilierbare Verbindungen (wie z.B. Glucuronsäure, Galacturonsäure etc.) bilden, sollten für die Fermentation insbesondere Mikroorganismen in Betracht gezogen werden, die diese Verbindungen assimilieren können.

Desgleichen soll die Erfindung nicht auf die Verwendung von Kornhalmen beschränkt werden; alle Pflanzen und Pflanzenteile, die

yändgren beträchtliche Mengen an Hemicellulosen,Pentosanen,Fectinen uncti Polysacchariden außer Cellulose enthalten, können in dem Verfahren der Erfindung Verwendung finden. Das gefallene Herbstlaub und insbesondere der welke, nicht sortierte Bückstand von perennierenden kultivierten Pflanzen sind in diesem Zusammenhang aufzuzählen. Die Wasserpflanzen, die leicht zu sammeln sind, wie z.B. Schilfgras, Algen, können ebenfalls gemäß Erfindung verwendet werden. Derartige Pflanzenreste können getrennt oder gemischt der weiteren Aufarbeitung unterworfen werden.

Das Verfahren der Erfindung soll durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden, hieraus sind jedoch keine Beschränkungen herzuleiten. Bei den in den Beispielen eingesetzten Hefepilzen_handelt_e_s. sieh um. bekannte Stämme, die entweder hinterlegt und/oder im Stammkatalog beschrieben sind.

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Beispiel 1

Gemahlene Maiskolben (1 kg) wurden mit Wasser (5 1) gemischt, konzentrierte Schwefelsäure (50 ecm) zugesetzt und die so erhaltene Mischung im Autoklaven 1 Stunde auf 120⁰C erhitzt. Nach Filtration und Waschen erhielt man 6 1 dieses Decoctes, das 2,9 % reduzierende Materialien (auf die Glucosemenge bezogen) enthielt. Das Hydrolysat verdünnte man mit dem Doppelten seines Volumens an Wasser, gab 1 % 10%iger Ammoniumhydroxydlösung zu, neutralisierte die Lösung mit Natriumhydroxyd und beimpfte 100 ecm der so hergestellten Fermentationsbrühe mit einer kleinen Menge von verschiedenen Filzen. Die beimpften Fermentationsmedien schüttelte man auf einer Schüttelvorrichtung din 500 ccm-Erlenmeyer-Kolben 3 Sage bei 28⁰C. Sodann filtrierte man die Kulturen ab und wog sie in lufttrockener Form. FUr die nachfolgend angegebenen Species erhielt man folgende Vertu ■.■:,:-,·-'-/ ^:U/^:^->:
Ehisopus nigricans '-■ : ^ ^ 0,90 g

Botrytis cinerea ; ΐί"-!^ \ 0,80 g

Aspergillus niger . .': -: "':-/^Λ'^vKf;"^t'' 0,92 g Aspergillus flavus . ^ V ^'v*!^ °,71 8

PeniciIlium cyclopium . :' 0,50 g

Bhodotorula glutinis - 7 !^ 0,55 g

Bhodotorula rubra ■ > /ίΐ · 0,40 g

Candida tropicalis '" - ":- '■'*;^^; 0,60 g

Candida mycoderma ■; 0,41 g

Candida parapilosis _v,': 0,68 g

Candida catevulata ί : 0,55 g

Saccharomyces cerevisiae ■· : 0,37 g

Saccharomyces pasterurianus ' , 0,26 g

Kloeckeria apicilata 0,37 g

Scbyzosaccharomyces pombe \ 0,33 g

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Ss wurde noch eine große Menge anderer Speoies untersucht, Jedoch diejenigen mit Werten von weniger als 0,20 g in der Tabelle nicht berücksichtigt·

Die Tabelle zeigt, daß die ffamiüe Candida die besten Ergebnisse Ton den Protophyt-Pilzen gibt*

Beispiel 2

Zerhackte Haisstiele (corn-stalk) (400 g) wurden zusammen mit ihren Blättern mit Wasser gemischt (6 1), konzentrierte Schwefelsäure (60 ecm) sugesetzt, die Mischung 1 Stunde auf 120*C erhitzt und das Material filtriert. Ss wurden 5190 com Produkt erhalten, die 1,1 % der Glucose repräsentierten· Sodann gab man 0,5 % Ammoniumsulfat und 0,1 % Xaliumhydrogenphosphat zu dem Hydrolysat, stellte den pH-Wert auf 4,5 *i& und führte die Beimpfung mit einer Kultur von Candida tropicalia durch. Das beimpfte Material verteilte man in 100 com-Portionen auf 500 com-Erlenm#*yer-Korben, die man 48 Stunden bei 26*0 schüttelte. Danach wurden die Kulturen abfiltriert und die lufttrocken· Biomasse gewogen. An das Experiment schloß man nachfolgend Beimpfungen für 3 Generationen au. Die Biomasse in der ersten Generation betrug 1,19 g und in der dritten 1,63 g (pro 100 ecm)·

Beispiel 3

Zerhackte Maisstiele ( zweimal 400 g) wurden zusammen mit ihren Blättern mit Wasser gemischt (je 6000 com) und konzentrierte Schwefelsäure (je 20 ecm) zugeführt· Haoh einer Stunde Sinwiohen stellte sich der pH-Wert auf 1,5 ein· Sine der Mischungen wurde auf 120·C und die andere auf 100·C 90 Minuten erhitzt· Das erste Material enthielt 1,23 % und das zweite 0,76 % reduzierendes Material, auf die Glucose bezogen·

Aus beiden nitraten wurden Fermentationsmedien in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise hergestellt, die dann mit Candida tropioalis beimpft wurden. Die fermentation führte man ebenfalls in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise durch* Ss wurden 0,875 g/100 com lufttrockene Biomasse aus dem ersten fermenta-

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-r-

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tionsmedium und O₁$23 g / 100 oca aus den anderen erhalten.

Beispiel 4

Verschieden· Pflanzenabfälle wurden der Säurehydrolyst - durchgeführt mit Schwefelsäure von 0,5 &ew*Aol*% bei 120·C - unterworfen, wobei die folgenden !Ergebnisse - besogen auf lufttrockenes Material - erhalten wurdenι

BoBkastanienblätter Platanenblätter Sonnenblumenscheiben

Stücke von Sote Beete-Wuraeln (trocken) (beetroot slice) SchiIfgras Griinfaseralgen

116 g Glucose / kg fiohmat« 124 g - ^riml

122 g "

308 g ■ 64 g ■ 88 g "

Diese Glucose enthaltenden flüssigkeiten können in der gleichen Weise wie das Hydrolysat von Haisstengeln fermentiert werden.

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Claims

Patentansprüche

ff) Verfahren zur Herstellung eines Fermentationsmediums aus Cellulose enthaltenden Ausgangsmaterialien und zur Produktion

diesem
von Hefe auf /für den tierischen Bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß man Pflanzen oder Pflanzenteile mit Celluloseketten von weniger als 1 mm Länge und anderen Polysacchariden von mindestens etwa 10 bis etwa 30 % mit verdünnter wäßriger Mineralsäure oder organischer Säure hydrolysiert, dem Hydrolysat, das die unveränderte Cellulose enthält, ttblicherweise in der Hefeproduktion benutzte Lieferanten für Stickstoff und Phosphate zusetzt, den pH-Wert des erhaltenen Fermentations-· mediums auf etwa 3,0 bis etwa 6,0 einstellt und auf ihm die Kultivierung der Hefepilze durchfuhrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Hydrolyse Kornhalme, Sonnenblumenetengel, zerquetschtes Getreide, Schilf unterwirft.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Hydrolyse Schwefelsäure benutzt.
4. Verfahren nah Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse bei etwa 80 bis etwa 140⁰C etwa 120 bis etwa 160 Minuten bei einem pH-Wert von etwa 1,5 durchführt.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hefepilz einen der Species Candida verwendet.

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