DE3930284A1 - Verfahren zur adsorption von geruchsstoffen aus fermenterbruehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Geruchs­ stoffen aus Fermenterbrühen und den daraus herstellbaren Wertstoff­ konzentraten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von Geruchsstoffen aus Enzymlösungen.

Zahlreiche Wertstoffe werden bekanntlich als Stoffwechselendprodukte von Mikroorganismen in Fermentationsverfahren gewonnen. Als Bei­ spiele seien hier Enzyme und Pharmaka genannt.

Bei vielen Fermentationsverfahren entstehen Nebenprodukte, die zur Verfärbung und Geruchsbildung führen. Dies ist beispielsweise bei der fermentativen Gewinnung von Enzymen, insbesondere von Proteasen, üblich.

Proteasen für technische Einsatzzwecke, also z.B. alkalische Prote­ asen für Waschmittel, müssen für die Weiterverarbeitung möglichst frei von Geruchsstoffen sein.

Bei der technischen Herstellung derartiger Enzyme versucht man daher, die Verunreinigungen durch Fällungsverfahren abzutrennen.

So wird in der deutschen Patentanmeldung P 39 11 099.0 ein Fäl­ lungsverfahren beschrieben, bei dem man eine durch Fermentation her­ gestellte Enzymlösung mit einem Maskierungsmittel versetzt und her­ nach eine Fällung erzeugt, indem man in beliebiger Reihenfolge zwei wasserlösliche, sich gegenseitig fällende, ionische Verbindungen zugibt, und gewünschtenfalls weitere Adsorptionsmittel wie z.B. Aktivkohle zufügt.

In der deutschen Patentanmeldung DE 38 21 151 wird vorgeschlagen, zur Geruchsminderung und farblichen Verbesserung Fermenterbrühen und/oder Enzymlösungen mit reduzierenden Zusätzen zu bearbeiten.

Wenngleich nach den genannten Verfahren eine Vielzahl von störenden Begleitstoffen gut abgetrennt werden kann, so bestand doch ein Be­ darf nach einem Verfahren, das es erlaubt, unter Zuhilfenahme eines selektiven Adsorptionsmittel, Geruchsstoffe aus Fermenterbrühen oder auch aus den daraus erzeugten Wertstoffkonzentratlösungen ohne größere Verluste an Wertprodukt abzutrennen.

Diese Aufgabe wurde gelöst, durch ein Verfahren zur Adsorption von Geruchsstoffen und Beimengungen aus Fermenterbrühen und/oder den daraus hergestellten Wertstoffkonzentraten, dadurch gekennzeichnet, daß man als selektive Adsorptionsmittel Zellen von Pilzen, Pflanzen und/oder Bakterien oder Zellwandstücke der genannten Organismen ein­ setzt.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform schlägt die Erfindung vor, die adsorptive Kapazität von pflanzlichen Zellmembranen, Zell­ membranen von Pilzen oder von Bakterien zur Bindung der Geruchs­ stoffe in Fermenterbrühen einzusetzen. Einzige Voraussetzung ist dabei, daß diese pflanzlichen Zellmembranen so vorliegen, daß für den Adsorptionsprozeß eine große Oberfläche zur Verfügung steht.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung können als selektive Adsorptionsmittel Zellen von Pilzen eingesetzt werden. Geeignet sind hier beispielsweise Hefezellen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden daher Aufschlämmungen von Hefezellen, wie sie bei der Herstellung von Bier oder Wein anfallen (Treber) als selek­ tive Adsorptionsmittel eingesetzt. Dabei hat sich gezeigt, daß im Rahmen der Erfindung es nicht unbedingt vonnöten ist, daß die ein­ zelnen Zellen noch funktionsfähig sind. So können im allgemeinen gleich gute Ergebnisse mit abgetöteten Zellen erzielt werden. Vor­ raussetzung dafür ist jedoch, daß durch den Abtötungsprozeß sich die Oberflächeneigenschaften und die Oberflächengröße nicht verändern.

Gleichwohl kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch mit lebenden Zellen von Pilzen, Pflanzen oder Bakterien als Adsorptionsmittel gearbeitet werden. Dabei ist es auch möglich, das Adsorptionsmittel durch Vermehrung der Zellen in den zu reinigenden Lösungen unter Verbrauch von restlichen vorhandenen Nährlösungsbe­ standteilen selbst zu generieren.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch Pilz­ myzele z.B. Myzele von Schimmelpilzen und dergleichen eingesetzt werden. Der Fachmann hat hierbei lediglich darauf zu achten, daß Stoffwechselprodukte der als Adsorptionsmittel eingesetzten Pilze und dergleichen nicht zu einer nicht gewünschten Verunreinigung des Wertproduktes führen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können an Stelle von ganzen Zellen auch Zellwandstücke von Pilzen eingesetzt werden. Derartige Zellwandstücke fallen bei einigen Verarbeitungsverfahren an und stellen ein preisgünstiges Adsorptionsmaterial dar. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch Bruchstücke oder Zellwandstücke höherer Pflanzen eingesetzt werden. Genannt werden können hier z.B. Kleie oder andere Getreideschalen sowie ge­ mahlene, zerkleinerte holzige Pflanzenbestandteile, etwa Sägemehl.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch Bak­ terienzellen oder Bruchstücke davon eingesetzt werde. So stellt bei­ spielsweise getrockneter und gemahlener Klärschlamm ebenfalls ein gutes Adsorptionsmittel dar. Auch bakterielle Biomasse oder Pilze aus artfremden Fermentationsprozessen können hier eingesetzt werden.

Die selektiven Adsorptionsmittel werden im allgemeinen in Mengen von 0,2 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Fermenterbrühe oder die daraus hergestellten Konzentrate eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß bei Fermenterbrühen mit Adsorptionsmittelmengen von 0,5 bis 5 Gew.-% günstige Werte erzielt werden. Bei konzentrierten Lösungen, etwa Enzymlösungen reichen vielfach bereits Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-% für eine deutliche Minderung der Menge an Geruchsstoffen aus.

Bei dem speziellen Problem der Desodorierung von Enzymlösungen hat der Fachmann darauf zu achten, daß das selektive biologische Ad­ sorptionsmittel nicht durch das Enzym abgebaut wird. So wird bei­ spielsweise bei der Desodorierung von Lösungen alkalischer Proteasen mit Hefezellen vorzugsweise im Sauren, also einem pH von 5 bis 6, gearbeitet. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, die Verweildauer der Hefen in der Proteaselösungen auf 2 Stunden, vorzugsweise auf 1 Stunde, zu begrenzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen Fermentationsprozessen anwendbar, bei denen sich die Wertprodukte in der wäßrigen Phase anreichern. Dabei läßt sich das selektive Adsorptionsverfahren beliebig mit anderen Verfahrensschritten kombinieren.

So können die erfindungsgemäß eingesetzten selektiven Adsorptions­ mittel bereits während der Fermentation, also z.B. kurz vor der Ernte, zugesetzt werden oder es kann ein Fällungschritt nach dem Abtrennen der durch die Fermentation hergestellten Biomasse einge­ führt werden. Die selektiven Adsorptionsmittel können jedoch auch bei späteren Schritten der Aufarbeitung, also z.B. nach Aufkonzen­ tration der Fermenterlösung oder bei der Fällungsreinigung von Fer­ menterlösungen oder von Wertstoffkonzentratlösungen, eingesetzt wer­ den.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für die Ab­ trennung von Geruchsstoffen aus den Lösungen höhermolekularer Fermentationsprodukte, also z.B. aus Lösungen von Enzymen, die durch Fermentation hergestellt worden sind. Mit großem Vorteil läßt sich das Verfahren bei der Reinigung von Enzymlösungen, insbesondere von Proteaselösungen, einsetzen. So können alkalische Proteasen vom Sub­ tilisin-Typ wie beispielsweise Subtilisin Carlsberg oder dergleichen in dieser Weise gereinigt werden.

Die erfindungsgemäß zu erzielenden Ergebnisse lassen sich weiterhin verbessern, indem als zusätzliches Adsorptionsmittel Braunkohlen­ staub und/oder Torf eingesetzt werden. Die Dosierung dieser Zusätze bewegt sich ebenfalls zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-% bezogen auf das zu reinigende Gut, wobei bei den höheren Dosierungen Wertstoff­ verluste zu befürchten sein können. Bevorzugt ist Torf oder Braun­ kohle in Mengen von 1 bis 5 Gew.-% einzusetzen.

Beispiele Beispiel

Durch Fermentation von Bacillus licheniformis gemäß deutscher Pa­ tentschrift DE 29 25 427 wurde eine Proteaselösung hergestellt und diese gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 37 30 868 aufkonzen­ triert. Die so erhaltenen Enzymlösung enthielt 200 000 Proteaseein­ heiten pro Gramm. Die Proteaselösung wurde durch Borsäurezugabe auf einen pH-Wert zwischen 5 und 6 eingestellt. Es wurden sodann 5 g (gerechnet als Trockensubstanz) einer Hefe (Backhefe Universal, Deutsche Hefe Werke (DHW)) zugefügt und unter Rühren eine Stunde bei 30°C belassen.

Die Zellmasse wurde sodann abfiltriert und die Enzymlösung in Na­ tronlauge auf pH 7 bis 8 eingestellt.

Enzymgranulate, die aus einer derartigen Enzymlösung hergestellt worden waren wurden geruchlich wesentlich günstiger beurteilt als solche Granulate, die aus einer Enzymlösung ohne den erfindungs­ gemäßen Adsorptionsschritt hergestellt worden waren.

Claims (9)

1. Verfahren zur Adsorption von Geruchsstoffen und Beimengungen aus Fermenterbrühen und/oder den daraus hergestellten Wertstoffkon­ zentraten, dadurch gekennzeichnet, daß man als selektive Adsorp­ tionsmittel Zellen von Pilzen, Pflanzen und/oder Bakterien oder Zellwandstücke der genannten Organismen einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fer­ menterbrühen und/oder Konzentrate behandelt, die bei der Her­ stellung von Enzymen vorliegen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Fermenterbrühen und/oder Konzentrate behandelt, die bei der Herstellung von Hydrolasen, insbesondere alkalischen Prote­ asen, vorliegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Adsorptionsmittel in Mengen von 0,2 bis 20 Gew.-% einsetzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Adsorptionsmittel in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf Fermenterbrühe oder in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf Konzentrat einsetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Zellen oder Zellwandstücke von Pilzen Hefen, Hefe enthaltende Zubereitungen wie Treber und/oder Pilz­ myzele aus anderen Fermentationsprozessen eingesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zellen von Pflanzen oder Zellwandstücke Kleie, Sägemehl und dergleichen eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Zellen von Bakterien getrockneter Faulschlamm und/oder Biomasse aus anderen Fermentationsprozessen eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als weiteres Adsorptionsmittel Braunkohle und/oder Torf eingesetzt werden.