DE2653880A1 - Fermentationsverfahren - Google Patents

Description

T D,,. UT f* Patentanwälte:

IEDTKE - DÜHLING " E\!NNE - URUPE Dipi.-lng.Tiedtke

Dipl.-Chem. Biihling Dipl.-Ing. Kinne 2 6 O 3 G 3 O Dipl.-Ing. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2

' %. · Tel.: (0 89) 53 96 53-56

Telex: 5 24 845 tipat cable. Germaniapatent München 26. November 1976 B 7774/case B 28373

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, Großbritannien

Fermentationsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fermentationsverfahren und insbesondere auf ein Verfahren zur Gewinnung von Einzellprotein durch kontinuierliche Fermentation.

Bei einem kontinuierlichen Fermentationsprozeß für die Bildung von Einzellprotein ist es wichtig, daß die Rate für die Erzeugung toter Zellen nach dem "Ernten" und Trocknen auf einem hohen Wert gehalten wird, um die Handhabung übermäßiger Flüssigkeitsmengen und Rückführungskosten zu vermeiden. Die Gesamtpro- . duktivität eines Verfahrens zur Gewinnung von Einzellprotein ist jedoch durch die Sauerstofftransportkapazität des Systems begrenzt, in dem das Verfahren stattfindet. So muß das System bei der Durchführung eines solchen Verfahrens in gewerblichem Maßstabe

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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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eine ausreichend hohe Sauerstofftransportkapazität zur Vermeidung einer Handhabung übermäßiger Flüssigkeit smengen und von Rückführungskosten haben.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Fermentationsverfahren für die kontinuierliche Züchtung von Mikroorganismen auf bzw. in einem eine Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs und anorganische Nährstoffe aufweisenden Medium vorgesehen, bei dem die Kultur kontinuierlich eine Behandlung zur Abtötung eines Anteils der während der Kultur anwesenden Mikroorganismen erfährt.

Vorzugsweise ist das Fermentationsverfahren ein Verfahren zur Gewinnung von Einzellprotein, insbesondere durch Züchtung von Hefen oder Bakterien auf Medien, die Kohlenwasserstoffe oder Alkohole wie Methanol als Quellen assimilierbaren Kohlenstoffs enthalten. Die Erfindung ist insbesondere für die Durchführung des Verfahrens der Anmelderin gemäß GB-PS 1 370 892 geeignet, bei dem zu den Spezies Pseudomonas methylotropha, Hyphomicrobium variabile, Mycrocyclus polymorphum oder Pseudomonas rosea gehörende Bakterien kultiviert werden. Die Eigenschaften dieser Arten sind in der GB-^PS 1 370 892 angegeben. Bevorzugte Mikroorganismen für die Anwendung beim vorliegenden Verfahren sind Pseudomonas methylotropha Stämme und zwar insbesondere solche Stämme, die bei den nachfolgend genannten Kulturkollektionen hinterlegt sind:

a. National Collection of Industrial Bacteria, Torry Research Station, Aberdeen, Schottland, GB (NCIB)

■ b. US Department of Agriculture, Peoria, Illinois, •USA (NRRL)

c. Fermentation Research Institute, Japan (FERM) und die folgenden Hinterlegungsnummern haben:

a. NCIB 10508-15 und 10592-6

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b. NRRL B 5352-64

c. FERM 1215-27.

Geeigneterweise ist der Anteil an abgetöteten Mikroorganismen derart, daß beim Fermentationsverlauf im Gleichgewichtszustand 20 bis 70 % und insbesondere etwa 50 % der in der Kultur anwesenden Mikroorganismen abgetötet werden.

Für die Abtötung der Mikroorganismen kann irgendein bekanntes Mittel angewandt werden. Zu geeigneten Mitteln gehören ein Hochtemperaturschock bei z.B. 50 bis 65⁰C, eine Bestrahlung mit ^"-Strahlung, ein pH-Schock z.B. bei pH < 4,5 oder > 8,0 oder eine Behandlung mit Formaldehyd. Die Behandlung mit Formaldehyd wird bevorzugt, da dieses Reagenz ein wirksames Sterilisierungsmittel bei niedrigen Temperaturen für vegetative Zellen und Sporen ist und von vielen Mikroorganismen verdaut und so bei einer begrenzenden Konzentration von z.B. 1 bis 2 ppm in einem kohlenstoffbegrenzten System gehalten werden kann. Beispielsweise kann Formaldehyd mit-verdaut werden, d.h. er kann in Gegenwart von einer anderen Kohlenstoffquelle durch Stämme von Pseudomonas methylotropha verdaut werden, die Methanol über Formaldehyd in Ameisensäure und dann in Kohlendioxid umwandeln. Vorzugsweise werden die behandelten Zellen vollständig getötet und "verstümmelte" Zellen entweder nicht oder nur in minimalen Mengen gebildet. Bei der Anwendung von Formaldehyd wird dieser vorzugsweise zu dem zum Fermentationsprozeß zutretenden Medium in Mengen zwischen 0,1 % und 5 % zugesetzt (Konzentrationen von 0,5 % bis 1,0 % werden üblicherweise ausreichen, einen genügenden Anteil der Mikroorganismen zu töten).

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Bei-

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spiels unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben.

Beispiel

Die angefügte Zeichnung zeigt ein Schema für ein gemäß der Erfindung betriebenes Verfahren. Die Fermentation erfolgt in einem Fermenter 1 nach den GB-PSen 1 353 008; 1 417 486 oder 1 417 487 mit einem aufwärts führenden Teil 2 und einem abwärts führenden Teil 3. In dem Fermenter mit einem Volumen von 1000 beträgt die Kulturzirkulationsgeschwindigkeit etwa

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30 m /Std bei einer Verdünnungsrate D von 0,1 Std und .in der Kultur sind 30 g/l lebende Zellen plus 30 g/l tote Zellen enthalten. Die Mikroorganismen gehören zu einem Pseudomonas methylotropha 'Stamm und als Kohlenstoff quelle dient Methanol.

Aus dem Fermenter wird 6 % Peststoffe enthaltende Kultur längs der Leitung 4 zur Entnahme bzw. "Ernte" bei 6 entfernt. Die "Ernte" kann nach dem in der GB-PS 1 381 306 der Anmelderin beschriebenen Verfahren erfolgen. Von der "Erntestufe" 6 her werden 30 l/Std Flüssigkeit mit 200 g/l Zellen längs der Leitung 7 zu einem (nicht gezeigten) Trockner geleitet, während 70 l/Std Rückführungsmedium, das keine Zellen enthält, längs der Leitung 8 weitergeleitet wird. Bei 9 wird der Leitung 8 zum Rückführungsmedium frisches Medium mit Methanol und anorganischen Nährstoffen zusammen mit Formaldehyd zugesetzt. Das frische Medium wird in solchen Mengen hinzugegeben, daß die Strömung des Rückstroms und des frischen Mediums längs der Leitung bei 100 l/Std liegt und die kombinierten Medium 1 % Formaldehyd und 11 % Methanol enthalten.

Vom Fermenter wird Kultur längs der Leitung 11 rückgeführt und mit 100 l/Std in die Rückführungslei-

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tung 5 eingespeist. Auf diese Weise erreicht die Formaldehydkonzentration im Teil 10 der Rückführungsleitung 1/2 der Konzentration von Leitung 5, d.h. 0,5 %.

In diesem System werden gleiche Volumina an Medium und Fermenterkultur an einem Punkt gemischt, wo das Medium bereits steril ist. Beim Durchgang längs der Leitung 10 werden die Mikroorganismen vom Formaldehyd abgetötet. Beim Betrieb des Fermenters im Gleichgewichtszustand führt dies zu einer Abtötung von 50 % der in der Kultur im Fermenter anwesenden Mikroorganismen. So lange der Formaldehyd vollständig durch die Mikroorganismen verdaut wird, bleibt nichts im Kulturmedium zurück und das Produkt wird das gleiche, sein wie ein in Abwesenheit von Formaldehyd erzeugtes.

Eine Einspeisung von 60 g/l Zellen in die Leitung ergibt eine Maximalrückführung von 70 % (entsprechend 85 % bei 30 g/l Einspeisung). Dieser Wert ist halb so groß wie die bei herkömmlichen Systemen erreichte Rückführungjund er ist mit einer weit verminderten Möglichkeit zur Anreicherung von anorganischen Nährstoffen im Kulturmedium verbunden.

Es wird angenommen, daß ein solches System folgende Vorteile bringt:

1) Es besteht keine Notwendigkeit zur Wärmesterilisierung, wenn die Kultur einmal kontinuierlich läuft;

2) die Probleme der Wärmeaustauscherverschmutzung sind vermindert;

3) die strömenden Flüssigkeitsvolumina sind halbiert;

4) der Rückführungs-Prozentsatz ist vermindert;

5) man erhält das gleiche SauerstoffSpannungsprofil des gelösten Sauerstoffs (DOT) wie bei einem herkömmlichen System;

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6) der Aschegehalt des Endproduktes ist unbe deutend vermindert.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Pu Fermentationsprozeß für die kontinuierliche Kultivierung von Mikroorganismen auf einem Medium mit einer Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs und anorganischen Nährstoffen, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Kultur kontinuierlich einer Behandlung zur Abtötung eines Teils der während der Züchtung anwesenden Mikroorganismen unterworfen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffquelle durch einen Kohlenwasserstoff oder einen Alkohol, vorzugsweise durch Methanol gebildet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Verwendung von Methanol als Kohlenstoffquelle gezüchteten Mikroorganismen Bakterien sind, die zur Pseudomonas methylotropha Art und insbesondere· zu einem der Stämme NCIB Nr. 10508-15 und 10592-6 gehören.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der abgetöteten Mikroorganismen derart ist, daß bei einer Fermentation im Gleichgewichtszustand 20 bis 70 % der Mikroorganismen in der Kultur tot sind.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen durch Behandlung mit Formaldehyd getötet werden, der vorzugsweise zu dem in den Fermentationsprozeß gelangenden Medium in Mengen zwischen 0,1 und 5,0 % zugesetzt wird.

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