DE2759821C2 - Erzeugung von Mikroorganismenzellmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft tin Verehren zur Erzeugung von Mikroorganismenzellnasse aus Kohlehydraten pflanzlicher Herkunft durch Kultu von Hefe der Art Saccaromyces cerevisiae, wobei man die Stärke mit einem dextrinogenen Enzym zur Erzeugung eines Kulturmediums für die Hefe verflüssigt und dem Kulturmedium anorganische Nährsalze zusetzt

In den letzten Jahren wurden durch Erzeugen von Mikroorganismenzellmasse Einzellen-Proteine künstlich aus pflanzlichen Kohlehydraten oder Erdöl-Kohlenwasserstoffen durch Kultur von Mikroorganismen hergestellt. Die so erhaltenen Proteine stammen aus den Zellen der kultivierten Mikroorganismen ab und werden auf chemische Weise im allgemeinen von den Proteinen, die einfach aus pflanzlichen Quellen, wie z. B. Bohnen, extrahiert werden, unterschieden. Diese künstlich erzeugten Proteine sind als Fleisch-Substitut brauchbar und finden ein breites Anwendungsfeld in der Nahrungsmittelindustrie als Fleisch-Substitut, als Zusäi ze zu Nahrungsmitteln und Tierfutter usw.

Bis jetzt wurden zahlreiche Untersuchungen der Erzeugung von Mikroorganismen-Proteine aus pflanzlichen Kohlehydraten durch Mikroorganismenkultur in einern Kulturmedium, das aus solchen Kohlehydraten hergestellt wurde, durchgeführt. In diesen Untersuchungen werden als Ausgangsmaterial zur Fermentation oder Erzeugung von Mikroorganismen-Protein und -Lipid Kohlehydrate verwendet, die z. B. typisch Monosaccharide und Oligosaccharide ödef Stärke sind, wobei letztere in großen Mengen handelsüblich erhältlich ist. Daher ist die Verwendung von Stärke als Ausgangsmaterial aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht. Wenn jedoch ein Mikroorganismus, der zur Kultur verwendet wird, nur Monosaccharide oder Oligosaccharide verwerten kann, muß Stärke oder ein ähnliches hochmolikulares Material auf geeignete Weise vorher hydrolysiert werden (verzuckert bzw, in Saccharose überführt werden), bevor sie als Kulturmedium verwendet werden kann.

Typische übliche Verfahren, die zur Lösung dieses Problems geeignet sind, sind der sogenannte Amylo-Prozeß, der zur Alkoholerzeugung aus Stärke angewandt wird, der Koji-Prozeß und das Wahlverfahren zwischen dem Koji- und dem Amylo-Prozeß. Gemäß diesen Verfahren wird Koji, das sind Kultven von Mikroorganismen (z.B. Aspergillus oryzae) unter geeigneten Bedingungen ein Mehrfaches von 10 h während einer Vorstufe vor dem Hauptfermentationsprozeß gezüchtet, wobei Koji Amylase erzeugt, die zur Verzuckerung im nachfolgenden Verfahren verwendet wird. In diesem Fall ist die Steuerung und die Verfahrensführung für die Züchtung schwierig und das Verfahren selbst benötigt einen langen Zeitraum. Dementsprechend sind diese Methoden für solche Verfahren, wie z. B. die Herstellung von Mikroorganismen-Protein, bei dem eine große Menge eines Ausgangsmaterials nach einer einfachen Methode eine kurze Zeit lang behandelt werden muß, ungeeignet

Kürzlich zog der Symba-Prozeß die öffentliche Aufmerksamkeit als ein Verfahren zur Erzeugung von Mikroorganismen-Protein aus Abwasser der Stärkeverarbeitung auf sich. Dieses Verfahren ist eine gemischte (symbiotische) Kultfirmethode, wobei die Verzuckerung von thermisch sterilisierter Stärke mit einer besonderen Mikroorganismenart (Endomycopsis fibligar) durchgeführt wird, die Amylase erzeugen kann, die in einem getrennten Fermtivtationstank in einem Hauptfermentationstank, wo die Haupthefe, Candida utilis, gezüchtet wird, kultiviert wird. Wenn jedoch die Anfangskonzentration an Stärke beim Symba-Prozeß hoch ist, kann mit Sicherheit erwartet werden, daß eine Gelbildung im Verlauf der thermischen Sterilisationsbehandlung der Stärke erfolgt Es wird daher vermutet, daß unbedingt eine Begrenzung für die Konzentration der Stärke, die in das Verfahren eingegeben wird, eingehalten werden muß. Da zwei verschiedene Arten dei genannten Hefen zusammen in dem Hauptfermentationstank gezüchtet werden, tritt das wohlausgewogene Wachstum zwischen den beiden Hefen als ein schwieriges Problem auf. Zusätzlich ist es bei diesem Prozeß nicht leicht, die Kultur und ein Produkt von stabiler Qualität aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Mikroorganismenzellmasse mit den darir, enthaltenen Proteinen und Lipiden aus Stärke zur Verfugung zu stellen, bei dem das Kultivieren der Mikroorganismen leicht und wirksam und ohne irgendwelche Schwierigkeiten erfolgt und insbesondere eine große Menge an Ausgangsmaterial kontinuierlich und wirksam während einer kurzen Zeit behandelt werden kann.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren laut Oberbegriff des Hauptanspruchs, dadurch gelöst, daß man im verflüssigten, die anorganischen Nährsalze enthaltenden Kulturmedium eine enzymatische Verzukkerung und gleichzeitig die Kultur der Hefe durchführt, indem man aseptisch eine saccharogene Amyase zu dem Kulturmedium gibt, während man die Hefe züchtet, und die gezüchteten Hefezellen von dem Kulturmedium abtrennt.

Es wurde überraschend gefunden, daß die ober, beschriebenen Nachteile nach dem Stand der Technik überwunden werden, wenn man getrennt eine Vorstufe

der enzymatischen Stärkeverflüssigung und eine Stufe der enzymatischen Verzuckerung und Kultur vorsieht, um gleichzeitig die enzymatische Verzuckerung und Mikroorganismenkultivierung durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist als Ganzes eine enzymatische Verflüssigungsstufe zur Stärkeverflüssigung mit einem dextrinerzeugenden Enzym zur Herstellung eines Kulturmediums für einen Mikroorganismus, eine Sterilisationsstufe für das Kulturmedium, eine enzymatische Verzuckerungs- und Kulturstufe zur ι ο gleichzeitigen Durchführung der enzymatischen Verzuckerung und der Kultur des Mikroorganismus in einem oder mehreren Fermentationstanks durch aseptische Zugabe einer saccharoseerzeugenden Amylase zum Kulturmedium während der Kultur des Mikroorganismus in dem Kulturmedium, eine Abtrennungs- und Konzentrationsstufe für die gezüchteten Mikroorganismenzellen und eine Trocknungsstufe zur Gewinnung des gewünschten Mikroorganismenproteins auf. Dabei ist die enzymatische Verflüssigungsstufe unabhängig von der enzymatischen Verzuckerungs- und Kulturstufe.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn man die gleichzeitige enzymatische Verzuckerung und die Kultur der Hefe unter Verwendung einer Fermentationsanlage, die wenigstens drei in Serie angeordnete Fermentationstanks besitzt, durchführt

Es kann insbesondere dann eine große Menge an Ausgangsmaterial kontinuierlich und wirksam während einer kurzen Zeit behandelt werden, wenn man einen Druckunterschied zwischen den einzelnen Fermentationstanks aufrechterhält, um die Masse an zwischen den Tanks fließender Fermentationsflüssigkeit zu steuern.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Mikroorganismenzellmasse gewinnt man insbesondere Mikroorganismenprotein, das als Fleisch-Substitut und als Zusatz zu Nahrungsmitteln oder Tierfutter brauchbar ist

Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren wird Stärke verwendet Dies ist besonders vorteilhaft, da aie Stärke in großer Menge zu geringen Kosten im Handel erhältlich ist Es können verschiedene pflanzliche Stärken als Ausgangsmaterial verwendet werden, z. B. Kartoffelstärke und eine Abfallflüssigkeit aus einer Stärke erzeugenden Fabrik.

Wenn Stärke als Ausgangsmaterial zur Erzeugung des Mikroorganismen-Proteins verwendet wird, muß sie vorher hydrolysiert werden, wenn der verwendete Organismus keine Amylaseiiwirksamkeit besitzt Die Hydrolyse von Stärke erfolgt kontinuierlich und schnell mit Hilfe eines im Handel erhältlichen Dextrin erzeugenden Enzyms in der Verflüssigungsstufe. Anorganische Nährsalze werden dann der hydroiysierten Flüssigkeit zugegeben, bis die Salzkonzentration für die Kultur des Mikroorganismus optimal ist Dann wird in der Sterilisationsstufe das so hergestellte Kulturmedium durch Hutze sterilisiert und zu einer Fermentationsanlage überführt die gewöhnlich aus einer Serie von verschiedenen Fermentationstanks besteht. In der nachfolgenden enzymatischen Verzuckerungs- und Kulturstufe wird eine im Handel erhältliche Saccharose erzeugende Amylase aseptisch zum Kulturmedium in den Fermentationstank zugegeben, wo die enzymatische Verzuckerung und die Kultur des Mikroorganismus gleichzeitig durchgeführt werden. Auf diese Weise läuft die Hydrolyse schnell und wirksam ab. Es ist bekannt, daß hydrolytische Enzymreaktionen, wie z. B.

die Oberführung in Saccharose (hier auch mit »Verzuckerung« bezeichnet), im allgemeinen reversibel sind und daß die Erscheinung der Hemmung durch das Produkt auftritt Beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Verzuckerung und die Kultur gleichzeitig durchgeführt werden, werden Glucose oder Maltose, die durch die Wirksamkeit eier saccharogenen Amylase freigesetzt werden, nachfolgend durch den gleichzeitig vorhandenen Mikroorganismus verbraucht und so schnell aus dem hydrolytischen Reaktionsgleichgewicht entfernt Daher werden sowohl die Reaktionen in umgekehrter Richtung als auch die Hemmung durch das Produkt vernachlässigbar. Tatsächlich benötigt man 60 bis 90 h, um unabhängig eine verflüssigte Stärkelösung in einem Verzuckerungsreaktionstank unter Verwendung einer saccharogenen Amylase in Zucker zu überführen, bis der Verzuckerungsgrad 97 DE überschreitet Dagegen verlief die chargenweise Kultur während 14 bis 24 h in der erfindungsgemäßen Verzuckerungs- und Kulturstufe unter Verwendung einer verflüssigten Stärkelösung mit einem Gesamtzuckergehalt von 4%. In der Trenn- ;.id Konzentrationssiufe werden die gezüchteten Mikfo-irganäsrnenzellen geerntet indem man sie z. B. dekantiert und abzentrifugiert Die so isolierten Mikroorganismenzellen werden schließlich in der Trocknungsstufe getrocknet wodurch das gewünschte Mikroorganismen-Protein erhalten wird Die Ausbeute an gezüchteten Mikroorganismenzellen beträgt 45 bis 52%, bezogen auf die Gesamtmenge an zugesetztem Zucker und die Menge an nicht verwendetem Zucker beträgt 0,1 bis 0,2%.

Die vorliegende Erfindung kann vollständiger aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren geschildert werden.

F i g. 1 ist ein Fließschema, das die einzelnen Stufen des erfindungsgemäßsn Verfahrens zeigt;

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht die ein Beispiel zur Durchführung der enzymatischen Verzuckerung und der Kulturstufe zeigt;

F i g. 3 ist eine schematische Ansicht die ein andpres Beispiel zur Durchführung der enzymatischen Verzukkerung und der Kulturstufe zeigt

In iig. 1 bedeuten 1 eine Vorstufe zur Herstellung des Ausgangsmaterials, 2 eine enzymatischs Verflüssigung zur enzymatischen Hydrolyse der Stärke, 3 eine Stufe zur Herstellung eines Kulturmediums, 4 eine Stufe zur Sterilisation unter Erhitzung, 5 eine enzymatische Verzuckerungs- und Kulturstufe, 6 eine Abtrenn- und Konzentrationsstufe zur Gewinnung der gezüchteten Mikroorganismenzellen, 7 eine Trocknungsstufe und 8 das gewünschte Produkt

In der Vorstufe zur Erzeugung des Ausgangsmaterials werden verschiedene Materialien entsprechend den Eigenschaften und Formen des Materials behandelt wodurch jede Schwierigkeit in den nachfolgenden Stufen vermieden wird. Wenn z. B. als Ausgangsmaterial rohe Cassave cder ähnliche Arten vor. rohen Kartoffelwurzeln verwendet werden, müssen diese gemahlen, gesiebt und, falls nötig, ein zweites Mal gemahlen und zum Schluß mit Wasser vermischt sein, um die gewünschte Stärkekonzentration zu erhalten. Wenn eine Abfallflüssigkeit aus einer Stärke erzeugenden Fabrik als Ausgangsmaterial verwendet wird, erfolgt, falls nötig, eine Behandlung zur Ent'iernung des Proteins zusätzlich zu den wesentlichen Behandlungsschritten zur Einstellung des pH-Wertes und der Konzentration der Stärke.

In der enzymatischen Verflüssigungsstufe wird das

richtig vorbereitete Ausgangsmaterial enzymatisch durch Zugabe eines dextrinogenen Enzyms («-Amylase) enzymatisch verflüssigt. Sie werden kontinuierlich auf Zweistufen-Verflüssigungstanks gegeben und auf Temperaturen von 85 bis 88⁰C erhitzt. Die Verweilzeit beträgt zwischen (>0 und 90 min.

In der Stufe der Herstellung eines Kulturmediums wird das verflüssigte Material mit Wasser zur Bildung einer Lösung mit einem Gesamtzuckergehalt von 1 bis 8%, gewöhnlich 4%, verdünnt. Dann werden die notwendigen Mengen an anorgansichen Nährsalzen, die Stickstoff, Phosphor, Magnesium und Kalium enthalten, zu dem Med'urn zugesetzt und der pH-Wert auf zwischen 4,5 und 6 eingestellt. Das Vorhandensein einer Stickstoffquelle in dem Kulturmedium ist nötig. Eine r> oder mehrere anorganische Verbindungen, manchmal auch organische stickstoffhaltige Verbindungen, wie z. B. Harnstoff, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat und Ammoniumnitrat, werden als Stickstoffquelle in des verwendeten Mikroorganismus, die wirksame Kapazität der Tanks, die Konzentration des Mikroorganismus und die Konzentration und Menge des ursprünglichen, auf die Tanks aufgegebenen Kulturmediums bestimmt wird.

Der Zweck der Zurücknahme eines Teils des Kulturmediums aus dem zweiten Tank in den ersten Tank besteht darin, den ersten Tank mit dem Mikroorganismus mit hoher Wachstumsrate in dem Tank zu impfen und dadurch die Mikroorganismen-Konzentration in dem ersten Tank zu stabilisieren, so daß das sogenannte Auswasch-Phänomen nicht stattfindet, selbst wenn eine größere Menge an Kulturmedium dem ersten Tank zugeführt wird. Wenn das Medium in einem kontinuierlichen mehrstufigen Kulturverfahren zurückgeführt wird, ist es allgemeine Handhabung, das Medium aus dem letzten Tank zurückzuführen. Jedoch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß das Medium zurückgeführt wird, das den

Jen! Kulturmedium verwendet. Zusätzlich werden such 2C Mikrcerssriisnvjs in der !ogari'.hmischer. Wachsiunis-

anorganische Salze, wie z. B. Kaliumdihydrogenphosphat, Dinatriumhydrogenphosphat, Magnesiumsulfat und Eisen(II)-sulfat zu dem Medium als andere notwendige Nährstoffquelle zugesetzt

In der Sterilisationsstufe wird das so eingestellte Kulturmedium bei 120 bis 135°C unter Druck während 10 bis 60 min sterilisiert Diese Stufe wird im allgemeinen nach der Herstellung der Kulturbrühe kontinuierlich durchgeführt

In der enzymatischen Verzuckerungs- und Kulturstufe wird das sterilisierte Kulturmedium den Fermentationstanks zugeführt wo Hefen, Bakterien oder andere Mikroorganismen gezüchtet werden. Erfindungsgemäß wird die Hefeart Saccharomyces cerevisiae für das Verfahren verwendet Gleichzeitig wird auch eine vorgeschriebene Menge der saccharogenen Amylase (Gluco-Amylase) aseptisch zu den Tanks gegeben, wodurch das Medium (verflüssigte Lösung) verzuckert wird und gleichzeitig die Mikroorganismen wirksam unter Verwendung der erzeugten Glucose und Maltrose -to als Kohlenstoffquelle wachsen.

Zur aseptischen Zugabe der saccharogenen Amylase wird z. B. eine Lösung von saccharogener Amylase durch Überleiten durch ein Mikrofilter mit einer Porengröße von etwa 0,2 μπι sterilisiert und dann zu -»5 dem Medium gegeben. Die Kultur wird unter aeroben Bedingungen bei einem pH von 4,0 bis 7,0 und einer Temperatur von 30 bis 45°C unter Belüfung und Rühren durchgeführt Diese Stufe kann auch chargenweise erfolgen, jedoch kann eine kontinuierlich mehrstufige so Kultur angewandt werden, um wirksamere Ergebnisse zu erhalten. Die kontinuierliche mehrstufige Kultur wird im allgemeinen unter Verwendung einer Fermentationseinheit mit mehr als zwei in Serie angeordneten Fermentationstanks durchgeführt

In Fig.2, die ein Beispiel für die enzymatische Verzuckerungs- und Kulturstufe zeigt, enthält eine solche Fermentationsanlage drei in Serie angeordnete Fermentationstanks 11, 12 und 13. Das Volumen des dritten Tanks Nr. 13 ist doppelt so groß wie dasjenige des ersten oder zweiten Tanks 11 oder IZ Das Kulturmedium wird durch eine Rohrleitung 15 und die saccharogene Amylase durch eine Rohrleitung 16 zugeführt Die drei Tanks sind in Serie mit den zwei Rohrleitungen YIa und 176 verbunden. Ein Teil des Kulturrr.ediujr.s wird aus dem zweiten Tank auf den ersten Tank durch eine Rohrleitung 14 zurückgeführt, wobei die Menge durch die Wachstumsgeschwindigkeit phase mit hoher Aktivität aus dem zweiten Tank enthält Beim kontinuierlichen dreistufigen Kultursystem gemäß dieses Beispiels werden daher Erhöhung der Aktivität des Mikroorganismus und Beschleunigung der Verzuckerung in dem ersten Tank festgestellt während der Mikroorganismus in dem zweiten Tank in der logarithmischen Wachstumsphase vorliegt und die höchste Wachstumsrate aufweist und im dritten Tank sich in de: sogenannten stationären Phase befindet Der biologische Sauerstoffbedarf und die ähnlichen Werte des Abwassers des Fermentationsprozesses sind während der mikrobiellcn Reifung und Assimilation von verbleibendem Zucker in dem letztstufigen Tank beträchtlich herabgesetzt

F i g. 3 zeigt ein anderes Beispiel für die enzymatische Verzuckerungs- und Kulturstufe, wobei die Fennentationsanlage drei Fermentationstanks 21, 22 und 23 in Serie angeordnet, wie die Anlage in F i g. 2, jedoch mit beträchtlich verbesserter Fermentationswirksamkeit, enthält

Bei der gewöhnlichen Kulturanlage, bei der das sogenannte Überflußsystem bei der kontinuierlichen mehrstufigen Kulturmethode verwendet wird, wird nur das Kulturmedium zum nächsten Fermentationstank weitergeführt das aus einem Fermentationstank überfließt Daher ist es nicht so leicht den Flüssigkeitsstand in dem Fermentationstank stabil zu halten. Da natürlich die Belüfung zur Kultur von aeroben Mikroorganismen unerläßlich ist, verursacht die Flüssigkeit deshalb intensives Schäumen. Wenn ferner Melasse, Abfallstärkelösung oder Abflüsse aus der Nahrungsmittelindustrie als Ausgangsmaterial zur Kultur verwendet weiuen, erfolgt heftiges Schäumen aufgrund von verschiedenen schäumenden Bestandteilen in solchen Materialien, wodurch der Strom der Flüssigkeit aus dem ersten Tank in den zweiten Tank oder der Strom der Flüssigkeit aus dem zweiten Tank in den dritten Tank Schaum oder Luftblasen mitnimmt die den Strom von Tank zu Tank unbeständig machen. Eine dementsprechende Fluktuation der Flußgeschwindigkeit und der Verdünnungsrate bei den gewöhnlichen kontinuierlichen Verfahren des Überfluß- oder Rücknahmesystems ergibt schlechtes Aufhalten der Mikroorganismen-Zellen und unerwünschte Verringerung der Ausbeute an Produkten.

Die Fermentationsanlage dieses Beispiels wurde erfunden, um die Nachteile des oben erwähnten Gegenstands zu überwinden und ist dadurch gekennzeichnet daß ein Druckunterschied zwischen dem

ersten,' zweiten und dritten Fermeniationstank aufrechterhalten wird, wobei die kontinuierliche Kultur von aeroben Mikroorganismen glatt durchgeführt wird. Die Steuerung des Flüssigkeitsspiegels wird äußerst schwierig, wenn t'.ie Verwendung eines leichtschäumenden Materials eine gemischte Emulsion aus Schäumen und Flüssigkeiten verursacht. Gemäß diesem Beispiel ist der Flüssigkeitsspiegel in den Tanks gut ausgewogen, da der r'iüssigkeitsstrom gesteuert wird, indem ein Unterschied zwischen dem Druck P\ und Pt in den Tanks

21 und 22, bzw. Pi und Pj in den Tanks 22 und 23 aufrechterhalten wird. Wenn sich der Fli'rsigkeitsspiegel in dem ersten Fermentationstank aufgrund von heftigem Schäumen anhebt, kann der Flüssigkeitsspiegel durch leichtes Erhöhen des Drucks P\ unter gleichzeitigem leichtem Erhöhen der Drücke Pi und P> erniedrigt werden, was eine stabile Verfahrensführung einer kontinuierlichen mehrstufigen Kultur ermöglicht.

Bei der kontinuierlichen mehrstufigen Fermentatinnsanlagp mit dem ersten Tank 21. dem zweiten Tank

22 und dem dritten Tank 23, die durch Rohrleitungen 26 und 27 miteinander verbunden sind, wird das Ausgangsmaterial durch einen Einlaß 24 in den ersten Tank gegeben und Luft durch eine Leitung 25 in die einzelnen Tanks eingeblasen und durch ein Gebläse 28 abgeblasen, Die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Tanks werden dadurch im Gleichgewicht gehalten, daß man einen Druckunterschied zwischen den einzelnen Tanks in der Weise errichtet, daß der Druck gewöhnlich auf 1000 bis 2500 mm Wassersäule in dem ersten Tank, auf 600 bis 1800 mm Wassersäule in dem zweiten Tank und jf 300 bis 1500 mm Wassersäule in dem dritten Tank gehalten wird, wobei die Flüssigkeit zwischen den Tanks durch die Rohrleitungen 26 und 27 fließen. Wenn nötig, kann der Druck in dem ersten Tank auch über 2500 mm Wassersäule erhöht werden. Wenn Melasse, eine Stärkeabfallösung, ein Abfluß aus der Nahrungsmittelindustrie oder ähnliche, schäumende Komponenten enthaltende Flüssigkeiten als Kohlenstoffquelle bei der Mikroorganismen-Kultur, insbesondere von aeroben Mikroorganismen, verwendet wird, ist sowohl die Belüftung durch Dispergieren von Luft durch die Rohrleitung 25 als auch das Rühren des Mediums mit mechanischen Vorrichtungen unerläßlich. In solchen Fällen wird das Schäumen so heftig, daß es unmöglich wird, das Verfahren fortzusetzen. Gerniiß der Ausführungsform dieses Beispiels kann jedoch der Flüssigkeitsstand leicht gesteuert werden, indem man einen Druckunterschied zwischen den einzelnen Tanks selbst unter einer solchen Bedingung errichtet Ferner dient eine leichte Erhöhung des Drucks in den Tanks zur Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit von Sauerstoff, wodurch die Wachstumsgeschwindigkeit der aeroben Mikroorganismen zur Erhöhung der Ausbeute ansteigt Wenn eine Hefe, die zur Gattung Candida gehört, kontinuierlich in einem Medium gezüchtet wurde, das anorganische Nährsalze und eine aus Agrikulturprodukten gemäß der in F i g. 3 dargestellten verbesserten Fermentationsanlage hergestellte Kohlenstoffquelle enthielt, war die Ausbeute an Mikroorganismen-Protein tatsächlich 50% oder mehr, bezogen auf das aufgegebene Substrat

In der Abtrenn- und Konzentrationsstufe zur Gewinnung der gezüchteten Mikroorganismen-Zellen wird das Kulturmedium, in dem das Wachstum des Mikroorganismus abgeschlossen wurde, dekantiert um überstehende Flüssigkeit von den Mikroorganismus-Zellen abzutrennen, die dann konzentriert werden. Falls

nötig, wird die Aufschlämmung an Mikroorganismus-Zellen mit Wasser gespült und erneut konzentriert. Diese Stufe wird im allgemeinen unter Verwendung eines Zentrifugalseparators vom Düsentyp oder unter Verwendung anderer Separatorentypen, wie z. B. Dekantoren, je nach Art des verwendeten Mikroorganismus durchgeführt.

In der Trocknungsstufe wird eine Aufschlämmung oder ein Kuchen der Mikroorganismus-Zellen getrocknet, um das Endprodukt herzustellen. Diese Trocknungsbehandlung wird im allgemeinen unter Verwendung von Sprühtrocknern, einem Trommeltrockner oder einem Schnelltrockner durchgeführt. In manchen Fällen kann ein besonderer Trocknertyp zur Herstellung des Produkts in Granulat- oder Pelletform verwendet werden.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem die enzymatische Verflüssigungsstufe unabhängig durchgeführt wird, kann das Verfahren als einfache rhpmtsrhp Rpalchnn crpcrpniihpr Hpr iihlirhpn MpthnHp

wie z. B. dem Amylo-Prozeß, dem Koji-Prozeß oder dem Symba-Prozeß, durchgeführt werden, in der Amylase erzeugende Organismen zusammen vor dem Hauptfermentationsprozeß gezüchtet werden müssen. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung dadurch fortschrittlich, daß eine große Menge an Ausgangsmaterial leicht während einer kurzen Zeit behandelt werden kann, daß die Verarbeitung einfach ist und automatisch gesteuert werden kann und daß das Ausgangsmaterial von hoher Konzentration verwendet werden kann. Da die enzymatische Verzuckerung und die Kultur der Mikroben gleichzeitig durchgeführt werden können, kann ein Behälter für die Verzuckerung fortgelassen werden und die Hydrolyse erfolgt schneller und wirksamer. Diese Vorteile sind von besonderer Bedeutung für die Erzeugung von Mikroorganismen-Protein in großem Maßstab.

Die vorliegende Erfindung wird näher durch das folgende Beispiel verdeutlicht.

Beispiel

Cassavewurzeln (Tapioka) wurden gemahlen und mit Wasser zu einer Aufschlämmung mit einem Stärkegehalt von etwa 16% verdünnt. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde auf 6,0 bis 6,2 eingestellt und ein dextrinogenes Enzym wurde in einer Menge von 0,2%, bezogen auf Stärke, zugesetzt. Diese Aufschlämmung wurde kontinuierlich bei einer Temperatur von 85 bis 88⁰C in der enzymatischen Verflüssigungsstufe verflüssigt. Die verflüssigte Lösung wurde auf eine Konzentration vor. 4% Stärke verdünnt. Die nötigen Mengen an anorganischen Salzen, wie z. B. anorganische Verbindungen von Stickstoff, Phosphor, Kalium oder ähnlichem, wurden zur Lösung zugegeben, die dann durch Hitze sterilisiert und kontinuierlich in einen Fermentationstank geleitet wurde.

Eine Hefe der Art Saccharomyces cerevisiae wurde kontinuierlich in dem Kulturmedium gezüchtet während aseptisch 0,3 bis 0,5% saccharogenes Enzym, bezogen auf das Gewicht des Gesamtzuckers im Medium, zugesetzt wurde. Die Erzeugung von Glucose und Maltose als Begleitprodukte der enzymatischen Verzuckerung und die Vervielfachung der Hefe erfolgten gleichzeitig rasch. Die gesamte Kulturzeit (Verweilzeit) der Aufgabestoffe betrug 6 bis 10 h. Die Kultur von Saccharomyces cerevisiae, die im allgemeinen in Zuckerlösung empfindlich ist, kann ohne Schwierigkeiten selbst bei einer relativ hohen Zucker-

konzentration, wie ζ. B. mjhreren Prozent, bezogen auf die Substrate des Kulturmediums, durchgeführt werden. Die Hefezellen in dem Medium wurden abgetrennt, konzentriert und getrocknet, wobei eine Masse aus trockenen Hefezellen erhalten wurde. Die Ausbeute an Hefezellen betrug 45 bis 50%, bezogen auf das Gewicht der Stärke in den Cassavewurzeln.

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Wenn eine Lipidextraktionsstufe nach der Abtrennungs- und Kondensationsstufe zur Isolierung der Hefezellen vorgesehen ist, wird ein Lipid hoher Qualität mit ähnlicher Zusammensetzung wie Pflanzenöl erhalten. Ferner erhält man nach der Extraktion des Lipids einen Trockenrückstand mit einer Trockenmasse an Hefezellen, die hohen Proteingehalt aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprache:

1. Verfahren zur Erzeugung von Mikroorganismenzellmasse aus Kohlehydraten pflanzlicher Herkunft durch Kultur von Hefe der Art Saccharomyces cerevisiae, wobei man die Stärke mit einem dextrinogenen Enzym zur Erzeugung eines Kulturmediums für die Hefe verflüssigt und dem Kulturmedium anorganische Nährsalze zusetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man im verflüssigten, die iü anorganischen Nährsalze enthaltenden Kulturmedium eine enzymatische Verzuckerung und gleichzeitig die Kultur der Hefe durchführt, indem man aseptisch eine saccharogene Amylase zu dem Kulturmedium zugibt, während man die Hefe is züchtet, und die gezüchteten Hefezellen von dem Kulturmedium abtrennt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gleichzeitige enzymatische Verzuckerung und die Kultur der Hefe unter Verwendung einer Fermentationsanlage, die wenigstens drei in Serie angeordnete Fermentationstanks besitzt, durchführt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Druckunterschied zwischen den einzelnen Fermentationstanks aufrechterhält, um die Masse an zwischen den Tanks fließender Fermentationsflüssigkeit zu steuern.

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