DE2843567C2 - Herstellung von Hefe auf Äthanol - Google Patents

Herstellung von Hefe auf Äthanol

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Description

Die Erfindung betrifft das im Ansprach angegebene Verfahren.
Aufgrund der Vermehrungsgeschwindigkeit der Mikroorganismen und ihrer hohen Proteingehalte ist die Herstellung mikrobischer Biomassen ein sehr rasches Verfahren zur Herstellung von Proteinen.
Für die Herstellung von Biomassen wurden bisher Abfälle aus Kohlenliydratmaterialien, wie Zuckermelassen oder Sulfitablaugen der Papierfabriken, verwertet.
In letzter Zeit wurden aufgrund der guten Verfügbarkeit und des niedrigen Preises von Erdöl Verfahren zur Herstellung von Biomassen vervollkommt, die als Substrat sowohl rohe Erdölfraktionen als auch Mischungen von hochgereinigten η-Paraffinen verwendeten.
Die Verwendung derartiger Erdölsubstrate bringt jedoch aufgrund ihrer Unlöslichkeit in Wasser, der großen Sauerstoffmengen, die für die Assimilation durch die Mikroorganismen erforderlich sind, und der großen Wärmeentwicklung während der Fermentation Schwierigkeiten technologischer Natur mit sich.
Zusätzlich erhöhten sich dabei die Produktionskosten der Biomassen aufgrund der Notwendigkeit, das Substrat sorgfältig zu reinigen und/oder die so gebildete Biomasse sorgfältig zu waschen, um mögliche schädliche Erdölrückstände hieraus zu entfernen.
Diese Schwierigkeiten werden ein für alle Mal beseitigt, wenn die Herstellung der Biomassen unter Verwendung niedriger Alkohole, wie Methanol und Äthanol, als Substrate durchgeführt wird.
Tatsächlich macht ihre vollständige Löslichkeit in Wasser, ihre Flüchtigkeit und die Tatsache, daß sie in einem hohen Reinheitsgrad verfügbar sind, es möglich, eine Biomasse zu erhalten, die frei ist von unerwünschten Rückständen. Ihre Mischbarkeit mit Wasser verhindert Mischprobleme wie diejenigen, die bei Erdölfraktionen beobachtet werden, wohingegen die Tatsache, daQ sie in ihrem Molekül Sauerstoff enthalten, die Sauerstoffmenge, die für die Assimilation durch sie erforderlich ist, herabsetzt.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß die Bildung von Biomassen mit einer verminderten Wärmeentwicklung verbunden ist. derart, daß auch gleichzeitig die Kosten für eine Kühlung herabgesetzt sind.
Äthanol wird von einer großen Anzahl Mikroorganismen verwertet und wäre für dir Herstellung von Biomassen das ideale Substrat, jedoch ist es ziemlich teuer.
Die Verwendung von Äthanol /ur Bildung von Biomassen könnte konkurrenzfähig werden, wenn die Verteile, die sie ermöglicht, derart sind, daß die Nachteile höherer Kosten im Vergleich zu denjenigen anderer Substrate aufgewogen werden.
> Es soll vorab festgestellt werden, daß Äthanol ein Bestandteil der menschlichen Ernährung ist. So bestehen bezüglich der möglichen Anwesenheit von Rückständen des Äthanols in der gezüchteten Biomasse keine Probleme.
ίο Der erfindungsgemäß verwendete Hefestamm wurde au.s einem Präparat isoliert, das seit langem als wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung eines herkömmlichen Nahrungsmittels verwendet wird, von dem es keine gelegentliche Verunreinigung darstellt, so
ι ϊ daß irgendeine Toxizität oder ein pathogener Charakter des Stammes selbst unter der Annahme einer direkten Verwendung durch den Menschen ausgeschlossen werden kann.
Der Stamm SP 1296 wurde systemisch gemäß der in
M dem Buch: J. Lodder ed. The Yeast: A texonomic study (1970) empfohlenen Klassifikation als Candida valida identifiziert
Auf Seite 106 dieses Buches heißt es, daß Candida valida als die unvollendete Form vot< Pichia membranaefaciens angesehen werden kann.
Die Quelle, aus der die dort beschriebenen Stämme von C valida (Seite 1068) und P. membranaefaciens (Seiten 505-506) isoliert worden sind, gibt einen Hinweis, daß diese beiden Spezies in üblicher Weise verwendeten Nahrungsmitteln und Getränken weit verbreitet sind, was wiederum die Annahme bestätigt, daß der vorliegende Stamm selbst bei einer direkten Aufnahme durch den Menschen zu Toxizitätsproblemen Anlaß gibt
Zu diesen Vorteilen toxikologischer Art besitzt der erfindungsgemäß eingesetzte Stamm erhebliche Vorteile technologischer Natur. In der Tat ist er durch eine hohe Vermehrungsgeschwindigkeit (Verdopplungszeit I Std. 6 Min.), eine gute Äthanoltoleranz, eine hohe Wachstumstemperatur (bis zu 4I°C) und vor allem eine sehr hohe Ausbeute in bezug auf Äthanol (bis zu 80%) gekennzeichnet, wobei sämtliche dieser Faktoren merklich zu einer hohen Produktivität und somit zu der wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemä-
4$ Ben Verfahrens der Hefeherstellung aus Äthanol im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden von im Handel erhältlichen Biomassen beitragen.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Stamm wurde an der Hinterlegungsstelle für Kulturen vom ARS(Agricul-
so tural Research Service des US-Departments of Agriculture, Peoria, III.) hinterlegt, wo er die Hinterlegungsbezeichnunt; NRRL-Y 11119 erhielt.
Dieser Stamm kann sowohl in diskontinuierlichen als auch in kontinuierlichen Kulturen kultiviert werden, jedoch werden seine Eigenschaften besser bei einer kontinuierlichen Kultur ausgenutzt.
In der Praxis umfaßt das Verfahren also das Impfen eines Kulturmediums, das die essentiellen Elemente (N, P, K, Mg, Fe, Ca, Zn), die Wachstumsfaktoren (Hefeextrakt und Biotin), mineralische Spurenelemente und Äthanol als Kohlenstoff- und Energiequelle enthält, mit dem Stamm NRRL-Y 11119. Die Brühe wird bei einer Temperatur zwischen 30 und 41°C, zweckmäßig zwischen 37 und 4O0C, inkubiert, wobei der pH zwischen
fv, 2,5 und 6,5, zweckmäßig zwischen 4 und 5, aufrechterhalten wird und eine kontinuierliche Sauerstoffzufuhr, /.. B. in Form von Luft, erfolgt.
Die Hefezellen, die sich unter Verbrauch der
zugeführten Nährstoffe vermehrt haben, werden durch Sedimentation oder nitrieren gesammelt, mit Wasser gewaschen und in der Wärme getrocknet.
Die so erhaltene Biomasse kann als solche als proteinischer Zusatz zu Nahrungsmitteln und Viehfutter verwendet werden oder es können hieraus wertvolle Produkte, wie Proteine, Aminosäuren, Nucleinsäuren und andere für die Verwendung in Nahrungsmittelformulierungen extrahiert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel I
Für den Test verwendet man 220-l-Gefäße die 12 I des folgenden Kulturmediums enthalten:
KH2PO4
NaH2PO4 · H2O 0,5
(NH4J2SO4 5,0
NH4CI 5,0
MgSO4-7 H2O 0,5 g je I FeSO4-7 H2O 4,0 mg je I
ZnSO4 - 7 H2O 4,0
CaCl2 4,0
Hefeextrakt 0,5 g je I Spurenelementlösung 2,0 ml je I
Die Lösung der Spur2nelemente besitzt die folgende Zusammensetzung:
IO
H3BO3 500 mg
CuSO4 5 H2O 200 mg
KJ 10
MnSO4 · 7 H2O 500
CoCI2 - 6 IUO 10
MoO3 10
H2O bei pH 2 (durch HCI) Il
15
20 Die das Medium mit einem pH von 5,5 enthaltenden Gefäße wurden 30 Min. bei 1I6°C sterilisiert und mit 5% VoIVVoI. der zuvor hergestellten Kultur des Stamms NRRL-Y 11119, die 29 g Biomasse/l enthielt, geimpft Zu den Gefäßen gab man 2% bzw. 4% VoiyVol. Äthanol, inkubierte bei 39° C und 800 UpM, wobei die Luftzufuhr fortschreitend von 0,30 auf 0,75 VoL/Vol. pro Min. erhöht wurde. Der pH wurde mit KOH bei einem Wert von 4,5 unter Kontrolle gehalten.
Die Biomasse, die gebildet wurde, wenn das vorhandene Äthanol vollständig aufgebraucht worden war, ist zusammen mit den anderen Daten nachstehend tabellarisch angegeben.
25
Anfangliches Äthanol
Inkubationszeit Stdn.
Endgültige
Biomasse
g/l
Ausbeute
g/100g
2% VoL/Voi. = 16 g/I
4% Vol.A'oI. = 32 g/1
Beispiel 2
10 16 12,40
16^6
77,5
51,8
Zu einem Fermentator mit einem effektiven Fassungsvermögen von 631, der eine gut entwickelte Kultur des Stamms NRRL-Y 11119 in dem nachstehend angegebenen Kulturmedium enthielt:
35
KH2PO4 1,5 g pro I
NaIi2PO4 · H2O 03
(NH4J2SO4 10,0
NH4CI 10,0
MgSO4 · 7 H2O 03
FeSO4 · 7 H2O 10,0 mg pro I
CaCb 10,0 mg pro I
ZnSO4 · 7 H2O 10,0
Lösung der Spurenelemente
(Beispiel 1) 5,0 ml pro 1
Hefeextrakt 03 g pro I
Äthanol 40 g pro I
40
45
50
gab man kontinuierlich steriles Kulturmedium (pH 5,0, sterilisiert während 30 Min. bei 116°C ohne Äthanol, das getrennt durch Filtrieren sterilisiert wurde) und entnahm gleichzeitig ein gleiches Volumen Kulturbrühe. Man hielt den Fermentator bei einer Temperatur von 39*C. Er war mit 4 Wellenbrechern und 2 Turbinenroto· ren ausgestattet, die sich mit 2800 UpM drehten. Der pH der Kulturbrühe wurde durch automatische Zugabe von eo KOH bei 5,0 gehalten. Anstelle von KOH kann zur Kontrolle des pH Ammoniak verwendet werden, jedoch kann die Eliminierung einer nicht unerheblichen Fraktion an Ammoniumsalzen bei der Formulierung des Kulturmediums ausgeschaltet werden. 6r>
Die Schaumbildung wurde durch Zugabe eines Antischaummittels wie Polypropylenglykol kontrolliert.
Als die Verdünnungsgeschwindigkeit D, nämlich das
Verhältnis des Flusses des eintretenden sterilen Mediums (identisch mit demjenigen der austretenden Kulturbrühe) zu dem statischen Volumen der Kultur, 034 erreichte, betrug die Konzentration der Biomasse in der austretenden Kulturbrühe 323 g/l, wwiiingegen die Konzentration des Äthanols (verbliebenes) 20 ml/l betrug. Die Ausbeute der Umwandlung von Äthanol zur Biomasse betrug 80,8% und der stündliche Ertrag 10,98 g/l. Die gewaschene und getrocknete Biomasse besaß die folgende Zusammensetzung:
Asche 530%
Gesamtkohlenhydrate 25,67%
rohe Faser 3,18%
RNS 530%
DNS 1,00%
rohe Proteine
(Kjeldahl Nx 6,25) 523%
Proteine (Biuret) 49,60%
Gesamtlipide 6,78%
Fettsäuren 530%
Die prozentuale Verteilung der Fettsäuren war wie
folgt:
C14 2,81%
C15 0,90%
C16 14.45%
C|6 : I 5,15%
C17 1.14%
C, 2,97%
C18 :, 23,15%
C|8 2 21,26%
andere
23,61%
4.56%
Der Gehalt ar. Aminosäure!; in der trockenen Alanin 1.75
Biomasse(gje 100 gTrockenbestandteil) war wie folgt; Cystein nicht
bestimmt
Lysin 2,84 Valin 2,85
Histidin 0,83 5 Methionin 0,76
Arginin 1,87 Isoleucin 1.59
Asparaginsäure 2,90 Leucin 2,63
Threonin 1,72 Tyrosin 1.38
Serin 1,16 Phenylalanin 1.57
Glutaminsäure 5,09 io Tryptophan nicht
Prolin 1,08 bestimmt
Glycin Ul

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung einer mikrobiellen Biomasse durch aerobes Züchten einer Hefe bei einer Temperatur zwischen 30 und 41 "C in einem Kulturmedium, das die essentiellen Elemente, Wachstumsfaktoren, mineralische Spurenelemente und Äthanol als Kohlenstoff- und Energiequelle enthält, bei einem pH-Wert zwischen 23 und 63, Sammeln der gezüchteten Hefezellen durch Sedimentieren oder Filtrieren, Waschen der gesammelten Hefezellen mit Wasser und Trocknen derselben in der Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hefe den Stamm Candida valida NRRL-Y II119 einsetzt
DE2843567A 1977-10-05 1978-10-05 Herstellung von Hefe auf Äthanol Expired DE2843567C2 (de)

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