DE69626489T2 - Verfahren zur herstellung bakterieller zellulose - Google Patents

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Description

  • Technischer Bereich
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von zellulosehaltigem Material.
  • Stand der Technik
  • Da bakterielle Zellulose (BC) essbar ist, wird sie in der Nahrungsmittelindustrie verwendet. Die hohe Dispergierbarkeit von BC in Wasser verleiht ihr weiterhin vielfältige industrielle Einsatzmöglichkeiten, wie z. B. die Aufrechterhaltung der Viskosität von Nahrungsmitteln, Kosmetika oder Beschichtungsmitteln, die Stärkung von Nahrungsmittelmaterialien, die Aufrechterhaltung der Feuchtigkeit; die Verbesserung der Stabilität von Nahrungsmitteln und die Verwendung als Additive mit niedrigem Kaloriengehalt und als ein Emulsionsstabilisator.
  • Die BC ist durch eine Schnittbreite bzw. Querschnittsbreit ihrer Fibrillen gekennzeichnet, die um zwei Größenordnungen kleiner ist als diejenige anderer Zellulosearten, z. B. solche, die sich aus Holzzellstoff ableiten.
  • Auf Grund solcher strukturellen und physikalischen Merkmale der Mikrofibrillen hat eine homogenisierte BC vielfältige industrielle Einsatzmöglichkeiten als ein Verstär kungsmittel für Polymere, insbesondere hydrophile Polymere. Produkte, die durch ein Verfestigungsverfahren der homogenisierten BC in Form eines Klumpens oder eines Papiers hergestellt werden, zeigen ein hohes Zugelastizitätsmodul auf Grund des obigen Merkmals und daher wird angenommen, dass sie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften für die Verwendung in verschiedenen Arten industrieller Materialien aufweisen.
  • Verfahren für die Herstellung von BC werden beispielsweise beschrieben in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-62265990, der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-63202394 und der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-60043443.
  • Als ein für die Kultur der Zellulose erzeugenden Bakterien geeignetes Nährstoffmedium ist das Schramm/Hestrin-Medium bekannt, welches eine Kohlenstoffquelle, Pepton, Hefeextrakt, Natriumphosphat und Zitronensäure enthält (Schramm et al., J. General Biology, 11, S. 123–129, 1954). Weiterhin wurde gefunden, dass die Produktivität der BC erhöht wurde durch die Zugabe eines Beschleunigungsmittels für die Zelluloseerzeugung wie z. B. Inositol, Phytinsäure und Pyrrolochinolinchinon (PQQ) (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-B-5001718, Mitsuo TAKAI, Japan TAPPI Journal, Band 42, Nr. 3, S. 237–244), Carbonsäure oder deren Salze (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-7039386), Invertase (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-7184677) und Methionin (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-718467), in ein solches Nährstoffmedium. Weiterhin wurde ein Verfahren für die Kultivierung der Zellulose erzeugenden Bakterien unter der Bedingung des spezifischen Bereichs des Sauerstofftransferkoeffizienten (KLa) vorgeschlagen (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-8205884).
  • Die Bakterien können allgemein unter jeglichen bekannten Kulturbedingungen wie z. B. einer statischen Kultur, Schüttelkultur und belüfteter und gerührter Kultur und unter jeglichen bekannten Kultivierungsverfahren wie z. B. diskontinuierlicher Fer mentation, zugeführter diskontinuierlicher Fermentation, wiederholter diskontinuierlicher Fermentation und kontinuierlicher Fermentation kultiviert werden.
  • Mittel für das Rühren beinhalten Impeller (Rührblätter), Druckluftfermenter, durch Pumpen bewirkte Rezirkulation der Fermenternährlösung und jegliche Kombination dieser Mittel.
  • Die Impeller beinhalten Gitterimpeller bzw. Gatterimpeller, Turbinenimpeller, Doppelhelixbandimpeller und Schraubenimpeller.
  • Die Produktivität in der Bakterienkultur wurde allgemein verbessert durch die Zunahme des Innendrucks im Fermentierungsbehälter, gefolgt von der Zunahme der Sauerstoffzuführung in ein Kulturmedium.
  • Der obige Vorteil kann der Zunahme eines O2-Partialdrucks in der Gasphase zugeschrieben werden (Luftbläschen), wodurch die Zunahme des Sauerstofftransfers gemäß der folgenden Formel bewirkt wird: dCL/dt = KLa(C* – CL) = HKLa(PG – PL) in der:
    dCL/dt: Sauerstofftransfergeschwindigkeit (mmol/L·Stunde);
    KLa: Sauerstofftransferkoeffizient (Stunde–1);
    CL: Konzentration des gelösten Sauerstoffs im Kulturmedium (mmol/L);
    C*: Konzentration des gelösten Sauerstoffs (mmol/L) im Gleichgewichtszustand mit dem Partialdruck des Sauerstoffs in den Luftbläschen;
    H : Henry-Konstante;
    PG: Partialdruck des Sauerstoffs in der Gasphase; und
    PL: Partialdruck des Sauerstoffs in der flüssigen Phase.
  • Allerdings wurde der Effekt des Innendrucks im Fermentierungsbehälter auf die BC-Erzeugung bisher nicht geklärt.
  • In den BC-Herstellungsverfahren aus dem Stand der Technik erhöht die Anreicherung von BC im Kulturmedium auf Grund der Kultur der Zellulose erzeugenden Bakterien die Viskosität des Kulturmediums und erschwert den Transfer von Sauerstoff in das Kulturmedium, so dass die Zunahme einer Rührgeschwindigkeit oder einer Belüftungsmenge benötigt wurde, um die notwendige Menge einer Sauerstoffzuführung zu gewährleisten. Allerdings sind diese Verfahren aus dem Stand der Technik nicht wirtschaftlich, da sie viel Leistung benötigen. Bis heute wurde die Form der Impeller und des Fermentierungsbehälters verbessert (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-8205884). Allerdings wurde bis jetzt nicht ausführlich untersucht, ob die Zunahme des Innendrucks im Fermentierungsbehälter die notwendige Menge der Sauerstoffzuführung gewährleisten könnte.
  • Die vorliegenden Erfinder haben eine Verbesserung der Sauerstoffzuführung untersucht, die problemlos ohne spezialisierte Einrichtungen erhalten werden kann, und haben nun herausgefunden, dass die Leistung, die für das Rühren zur Sicherstellung der Sauerstoffzuführung benötigt wird, durch die Zunahme des Drucks unter den spezifischen Bedingungen in bemerkenswerter Weise reduziert werden kann.
  • Es lag kein Bericht vor bezüglich des Effekts der CO2-Konzentration auf die Produktivität von BC während der Kultivierung. Die vorliegenden Erfinder haben nun herausgefunden, dass die BC-Herstellungsgeschwindigkeit und -ausbeute erhöht werden kann, indem der Partialdruck von CO2 in der Gasphase im Fermentierungsbehälter unterhalb eines bestimmten Wertes gehalten wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der obigen Feststellungen vervollständigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines zellulosehaltigen Materials, umfassend die Kultivierung eines Zellulose erzeugenden Bakteriums, während der Partialdruck von CO2 in der Gasphase im Fermentierungsbehälter bei 10,13 kPa (0,10 atm) oder weniger gehalten wird.
  • Weiterhin kann der Innendruck im Fermentierungsbehälter bei 107,88 kPa (1,1 kg/cm2 A) oder mehr gehalten werden, bei der Stufe in der:
    • (i) die Konzentration des zellulosehaltigen Materials im Kulturmedium 10 g/L oder mehr erreicht,
    • (ii) die scheinbare Viskosität des Kulturmediums bei 10 rad/s oder 1 l/s 10 Pa·s oder mehr erreicht,
    • (iii) der K-Wert (Konsistenzindex) 10 Pa·sn oder mehr erreicht unter Berücksichtigung, dass die Rheologie dem Potenzgesetzmodell folgt, oder
    • (iv) der Sauerstoffbedarf des Kulturmediums 35 mmol/L Stunde oder mehr erreicht.
  • Der "Innendruck im Fermentierungsbehälter" bezeichnet den Druck der Gasphase im Fermentierungsbehälter unter der Annahme, dass der Atmosphärendruck 98,07 kPa (1 kg/cm2 A) beträgt.
  • Der Innendruck im Fermentierungsbehälter kann oberhalb des bestimmten Wertes bzw. Niveaus während der gesamten Kultivierungsstufe ohne spezielle Beschränkung auf die obigen Stufen gehalten werden. Der Innendruck wird bevorzugt bei 117,68 kPa (1,2 kg/cm2 A) oder mehr gehalten, noch bevorzugter bei 147,11 kPa (1,5 kg/cm2 A) oder mehr. Die Aufrechterhaltung des Innendrucks findet bevorzugt statt, wenn die Konzentration des zellulosehaltigen Materials im Kulturmedium 12 g/L oder mehr beträgt.
  • Die Aufrechterhaltung des Innendrucks im Fermentierungsbehälter oberhalb des bestimmten Wertes kann durch sehr geläufige Verfahren durchgeführt werden, die dem Fachmann bekannt sind, z. B. die Kontrolle eines Ablassventils.
  • Der CO2-Partialdruck kann während der gesamten Kultivierungsstufe unterhalb des bestimmten Wertes gehalten werden, wobei die spätere Kultivierungsstufe bevorzugt ist. Der CO2-Partialdruck wird bevorzugt bei 0,08 atm oder weniger gehalten.
  • Beispielsweise kann der CO2-Partialdruck auf den bestimmten Wert reduziert werden durch Zunahme der Belüftungsmenge in den Fermentierungsbehälter oder Zurückführung der Gasphase in einen CO2-Absorptionsturm.
  • Bevorzugt wird gleichzeitig der CO2-Partialdruck unterhalb des bestimmten Wertes und der Innendruck im Fermentierungsbehälter oberhalb des bestimmten Wertes gehalten.
  • Zusätzlich zu den obigen Kulturbedingungen und Kultivierungsverfahren ist es auch möglich, für die vorliegende Erfindung das Verfahren für die BC-Herstellung zu verwenden, das in der japanischen Patentveröffentlichung JP-A-8033494 beschrieben wird, in dem bakterienhaltige Kulturmedien zwischen einer Kultivierungsvorrichtung und einer Trennvorrichtung zirkulieren, z. B. einer Flotationsvorrichtung und einem Randfilter, um die resultierende BC von den Bakterien und dem Kulturmedium in der Trennvorrichtung abzutrennen.
  • In der vorliegenden Erfindung verwendbare Zellulose erzeugende Bakterien beinhalten Acetobacter-Stämme wie Acetobacter xylinum subsp. sucrofermentans, bevorzugt BPR-2001-Stamm (FERM BP-4545) oder BPR-3001A-Stamm (FERM BP-5421), Acetobacter xylinum ATCC23768, Acetobacter xylinum ATCC23769, Acetobacter pasteurianus ATCC 10245, Acetobacter xylinum ATCC 14851, Acetobacter xylinum ATCC11142, Acetobacter xylinum ATCC10821, Agrobacterium, Rhizobi um, Sarcina, Psercdomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Aerobacter, Azotobacter und Zooglea, und Stämme, die aus diesen durch ein chemisches Mutagen wie NTG (Nitrosoguanidin) oder durch Anwendung radiaktiver Strahlung erhalten werden.
  • BPR 2001 wurde am 24. Februar 1993 unter der Eingangsnummer FERM P-13466 am National Institute of Bioscience and Human-Technology Agency of Industrial Science and Technology hinterlegt und dann am 7. Februar 1994 zu der Hinterlegungsstelle unter den Bedingungen des Budapester Vertrags über die internationale Anerkennung der Hinterlegung von Mikroorganismen für die Zwecke von Patentverfahren unter der Eingangsnummer FERM BP-4545 transferiert.
  • Die chemische Behandlung unter Verwendung von Mutagenen wie NTG wird beispielsweise beschrieben in Bio Factors, Band 1, S. 297–302 (1988), und J. Gen. Microbiol., Band 135, S. 2917–2929 (1989). Folglich kann der Fachmann die vorliegenden Mutanten in Übereinstimmung mit diesen bekannten Verfahren erhalten. Die vorliegenden Mutanten können auch durch andere Behandlungen, wie z. B. die Anwendung radioaktiver Strahlung, erhalten werden.
  • Kohlenstoffquellen in den Kulturmedien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Saccharose, Glucose, Fructose, Manitol, Sorbitol, Galactose, Maltose, Erythritol, Glycerin, Ethylenglykol, Ethanol und Gemische daraus. Weiterhin kann Saccharose kombiniert werden mit Stärkehydrolysat, enthaltend diese Kohlenstoffquellen, Zitrussirup, Beetesirup, gepresstem Saft aus Beete- oder Zuckerrohr, Saft aus Zitrusfrüchten oder Ähnlichem.
  • In der vorliegenden Erfindung verwendbare Stickstoffquellen umfassen organische oder anorganische Quellen wie z. B. Ammoniumsalze einschließlich Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumphosphat; Nitrate und Harnstoff. Stickstoffhaltige natürliche Nährstoffe können ebenso verwendet werden, einschließlich Bacto-Pepton, Bacto-Sojaton, Hefeextrakt und Bohnenkondensat.
  • Eine Spurenmenge an organischen Nährstoffen kann außerdem zugegeben werden, einschließlich Aminosäuren, Vitaminen, Fettsäuren, Nucleinsäuren, 2,7,9-Tricarboxy-1H-pyrrolo-[2,3,5]-chinolin-4,5-dion, Sulfitzelluloseablauge, Ligninsulfonsäure und Ähnliche.
  • Wenn die Mutanten mit Nährstoffbedarf für Aminosäuren verwendet werden, sollten solche benötigten Nährstoffe dem Kulturmedium zugesetzt werden. Anorganische Nährstoffe beinhalten Phosphatsalze, Magnesiumsalze, Calciumsalze, Eisensalze, Mangansalze, Kobaltsalze, Molybdatsalze, Hämatitsalze, Chelatmetallsalze und Ähnliche.
  • Es ist auch möglich, wahlweise die bekannten Beschleuniger für die Zelluloseerzeugung zuzuführen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bakterium ein Stamm von Acetobacter, kultiviert bei einem pH zwischen 3 und 7, bevorzugt um 5 herum, und einer Temperatur zwischen 10 und 40°C, bevorzugt zwischen 25 und 35°C. Die Sauerstoffzuführung in eine Kultivierungsvorrichtung kann 1 bis 100% Sauerstoff enthalten, wünschenswerterweise 21 bis 80%. Der Fachmann kann gegebenenfalls den Anteil dieser Komponenten in den Kulturmedien und die Beimpfung bzw. Animpfung der Bakterien in die Medien in Abhängigkeit von dem zu verwendenden Kultivierungsverfahren bestimmen.
  • Das in dem vorliegenden Verfahren erzeugte zellulosehaltige Material kann zusammen mit den Bakterienzellen zurückgewonnen werden, anschließend werden dann Verunreinigungen einschließlich der Bakterienzellen aus dem zurückgewonnenen Material entfernt.
  • Die Verunreinigungen können nahezu vollständig aus der BC entfernt werden durch Waschen, Dehydratation unter Druck, Waschen mit verdünnter Säure, Waschen mit Alkali, Bleichen mit Natriumhypochlorit oder Wasserstoffperoxid, Lysieren mit lytischen Enzymen wie z. B. Lysozym, Behandlung mit Tensiden wie Natriumlaurylsulfat oder Natriumdesoxycholat, Waschen unter Wärme in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 200 °C und durch jegliche Kombination dieser Behandlungen.
  • Die erfindungsgemäß erhaltene BC umfasst Zellulose, solche, die Heteropolysaccharide mit zellulosehaltigen Hauptketten umfasst, und solche, die β-1,3- oder β-1,2-Glucan umfasst. Diese Heteropolysaccharide enthalten als Komponenten Hexosen, Pentosen und organische Säuren wie Mannose, Fructose, Galactose, Xylose, Arabinose, Rhamnose und Glucuronsäure sowie Glucose.
  • Diese Polysaccharide können allein vorliegen oder als ein Gemisch, über Wasserstoffbindungen miteinander kombiniert.
  • Messung der Viskosität
  • Die Viskosität (komplexe Viskosität) wird durch ein dynamisches, viskoelastisches Flüssigkeitsverfahren oder ein statisches Verfahren mit einem Rheometer "FLUID SPECTROMETER RFS-II" (Rheometrics Co., Ltd.) mit rotierender ebener Scheibe gemessen. Die Messung wird in einem Bereich von 1 bis 100 rad/s und von 1 bis 10 1/s durchgeführt. Das Deformationsverhältnis bzw. Verzerrungsverhältnis beträgt im dynamischen, viskoelastischen Flüssigkeitsverfahren 10% . Eine scheinbare Viskosität wird aus Beanspruchungen unter Scherbedingungen gemessen und die bei 10 rad/s oder 1 1/s gemessenen scheinbaren Viskositäten werden als repräsentative Werte bzw. Vergleichswerte betrachtet. Die Viskositätseigenschaften des BC-haltigen Kulturmediums folgen im Messbereich dem Potenzgesetzmodell und werden durch die folgende Formel wiedergegeben: ηap = K|γ|(n–1) in der ηap Pa·S eine scheinbare Viskosität darstellt, K der Konsistenzindex Pa·Sn ist, γ S–1 eine mittlere Schergeschwindigkeit darstellt, n der Potenzgesetzindex (–) ist. "n" wird so bestimmt, dass ein Abweichungsbereich bezüglich des "K"-Wertes minimiert wird.
  • Messung der Menge des Sauerstoffbedarfs
  • Die Menge des Sauerstoffbedarfs im Kulturmedium wird gemessen auf der Basis der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration im Belüftungsgas und im Abluftgas. Daher wird die Menge des Sauerstoffverbrauchs berechnet durch die Multiplikation der Belüftungsmenge mit der obigen Differenz und Dividieren der so erhaltenen Verbrauchsmenge durch das Volumen des Kulturmediums. Da die Sauerstoffkonzentration im Belüftungsgas und die Konzentration des gelösten Sauerstoffs im Kulturmedium in konstanter Weise aufrecht erhalten werden und der Sauerstoff im Medium gesättigt ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Menge des Sauerstoffbedarfs gleich der Menge des Sauerstoffverbrauchs ist.
  • Messung des Innendrucks im Fermentierungsbehälter und des CO2-Partialdrucks in der Gasphase
  • Diese Werte können gemäß herkömmlicher Verfahren im Stand der Technik gemessen werden. Beispielsweise wird der Innendruck im Fermentierungsbehälter durch ein Diaphragma-Druckmessgerät gemessen, welches direkt im Tank angebracht ist. Die CO2-Konzentration kann mit einer nicht dispersiven Infrarot-Absorptionsvorrichtung gemessen werden, die online mit dem Abgas in Verbindung steht. Der CO2-Partialdruck kann erhalten werden durch Multiplikation der CO2-Konzentration mit dem Innendruck im Fermentierungsbehälter.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt die Änderungen der Leistung, die benötigt wird für das Rühren, und der BC-Anreichung in Abhängigkeit von der Zeit.
  • Geeignetste Ausführungsform der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
  • Beispiel 1
  • Der Stamm BPR 3001A, der ein Mutant ist, der aus dem Stamm BPR 2001 erhalten wurde, wurde am 12. Juni 1995 unter der Eingangsnummer FERM P-14982 hinterlegt und am 23. Februar 1996 unter dem Budapester Vertrag über die Anerkennung der Hinterlegung von Mikroorganismen unter der Eingangsnummer FERM BP-5421 zu einer Hinterlegungsstelle transferiert. Dieser Stamm wurde unter den folgenden Bedingungen kultiviert.
  • Kultivierungsbedingung
  • Ein Standgefäßfermenter (Volumen: 50 Liter), enthaltend 30 Liter CSL-Fru-Medium, welches darin sterilisiert wurde, wurde als eine Kultivierungsvorrichtung verwendet. Der Standgefäßfermenter wurde mit den Bakterien, die in einem Roux-Kolben oder Erlenmeyer-Kolben kultiviert wurden, angeimpft und für etwa 40 Stunden bei 30°C kultiviert. Die Viskosität des Kulturmediums wurde unter Verwen dung eines entfernten Kulturmediums durch das dynamische, viskoelastische Flüssigkeitsverfahren bestimmt. Die Sauerstoffkonzentration im Belüftungs- und Abluftgas wurde durch ein Online-Sauerstoffkonzentrationsmessgerät gemessen. Die benötigte Leistung wurde auf der Basis der Leistung des Umwandlungsergebnisses eines Rührmotors bestimmt.
  • Zusammensetzung des Kulturmediums Tabelle 1: CSL-Fru-Medium
    Fructose 7,0 (%)
    KH2PO4 0,1
    MgSO4·7H2O 0,025
    (NH4)2SO4 0,33
    Vitamingemisch (siehe unten) 1,0
    Salzgemisch (siehe unten) 1,0
    CSL (Maiseinweichflüssigkeit) 4,0
    pH 5,0
    Tabelle 2: Vitamingemisch
    Verbindung mg/L
    Inositol 200
    Niacin 40
    Pyridoxin HCl 40
    Thiamin HCl 40
    Ca-Pantothenat 20
    Riboflavin 20
    p-Aminobenzoesäure 20
    Folsäure 0,2
    Biotin 0,2
    Tabelle 3: Salzmischung
    Ammoniumeisencitrat 360 mgL
    Calciumchlorid 1470 mg/L
    Ammoniummolybdat 242 mg/L
    Zinksulfatheptahydrat 173 mg/L
    Mangansulfattetrahydrat 139 mg/L
    Kupfersulfatpentahydrat 5 mg/L
  • Die Änderungen der Leistung, die für das Rühren und die Anreicherung von BC in Abhängigkeit von der Zeit benötigt wird, werden in 1 gezeigt.
  • Die Ergebnisse in 1 zeigen, dass unter den Bedingungen einer BC-Konzentration (Anreicherung) von 10 g/L oder mehr nach 24 Stunden Kultivierungszeit das Maximum der benötigten Leistung um etwa 50% bei 107,88 kPa (1,1 kg/cm2A), um etwa 38% bei 117,68 kPa (1,2 kg/cm2A) und um etwa 25% bei 147,11 kPa (1,5 kg/cm2A) reduziert wurde gegenüber derjenigen bei 98,07 kPa (1 kg/cm2A) Innendruck im Fermentierungsbehälter. Diese Reduzierungsraten waren deutlich größer als diejenigen, die auf der Basis der obigen Formel erwartet wurden.
  • Beispiel 2
  • Bei Verwendung der gleichen Kultivierungsvorrichtung und dem gleichen Medium wie im Beispiel 1 wurden unter Veränderung der Rührgeschwindigkeit, der Belüftungsmenge und des Innendrucks im Fermentierungsbehälter die Herstellungsgeschwindigkeit und Ausbeute von BC erhalten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt.
  • Tabelle 4
    Figure 00150001
  • Die angereicherten Mengen an BC (g/L) in den entsprechenden Abbildungen wurden folgendermaßen berechnet. Nach dem Abschluss bzw. der Vervollständigung der Kultur wurde der Feststoffgehalt im Standgefäßfermenter gesammelt, mit Wasser gewaschen, um die Mediumbestandteile zu entfernen, und mit wässriger 1 N NaOH-Lösung bei 80°C für 20 Minuten behandelt, um die Bakterienzellen zu entfernen. Die resultierende Zellulose wurde gewaschen, bis das Waschwasser näherungsweise neutral war, und unter Vakuum bei 80°C für 12 Stunden getrocknet, um die trockne Zellulose zu wiegen. Die Ausbeute in Abhängigkeit von den verbrauchten Zuckern (%) wurde folgendermaßen berechnet.
  • Berechnung der Ausbeute in Abhängigkeit von den verbrauchten Zuckern (%)
  • YBC = BC/(RCMF – RCBF)*100
    • YBC: Ausbeute in Abhängigkeit von den verbrauchten Zuckern (%)
    • BC: angereicherte Menge an BC (g/L)
    • RCMF: Zuckerkonzentration des Mediums (g/L)
    • RCBF: Zuckerkonzentration des Mediums nach der Kultur (g/L)
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistung, die benötigt wird für das Rühren während der Kultivierung für die Herstellung von BC, deutlich reduziert werden und die BC-Herstellungsgeschwindigkeit und -ausbeute können erhöht werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung von zellulosehaltigem Material, umfassend die Kultivierung eines zelluloseerzeugenden Bakteriums, während der CO2-Partialdruck in der Gasphase im Fermentierungsbehälter bei 10,13 kPa (0,10 atm) oder weniger gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der CO2-Partialdruck bei 8,11 kPa (0,08 atm) oder weniger gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das Bakterium ein Stamm von Acetobacter, Agrobacterium, Rhizobium, Sarcina, Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Aerobacter, Acotobacter oder Zooglea oder ein Stamm, der durch ein chemisches Mutagen oder die Anwendung von radioaktiven Strahlen daraus erhalten wird, ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem das Bakterium ein Stamm von Acetobacter ist, der bei einem pH zwischen 3 und 7 und einer Temperatur zwischen 10 und 40°C kultiviert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, in dem das Bakterium ein Stamm von Acetobacter xylinium Subspezies sucrofermentans ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, in dem das Bakterium Stamm BPR 2001 (FERM BP-4545) oder Stamm BPR 3001A (FERM BP-5421) ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem das resultierende zellulosehaltige Material zusammen mit den Bakterienzellen wiedergewonnen wird und anschließend Verunreinigungen einschließlich der Bakterienzellen aus dem wiedergewonnenen Material entfernt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Innendruck im Fermentierungsbehälter bei 107,88 kPa (1,1 kg/cm2 A) oder mehr gehalten wird, wenn: (i) die Konzentration des zellulosehaltigen Materials im Nährmedium 10 g/L oder mehr erreicht, (ii) die scheinbare Viskosität des Nährmediums bei 10 rad/s oder 1 l/s 10 Pa·s oder mehr erreicht, (iii) der K-Wert (Konsistenzindex) unter Berücksichtigung, dass die Rheologie dem Potenzgesetzmodell gehorcht, 10 Pa·sn oder mehr erreicht, oder (iv) der Sauerstoffbedarf des Nährmediums 35 mmol/L·Std oder mehr erreicht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, in dem der Innendruck bei 117,68 kPa (1,2 kg/cm2 A) oder mehr gehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, in dem der Innendruck bei 147,10 kPa (1,5 kg/cm2 A) oder mehr gehalten wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, in dem die Aufrechterhaltung des Innendrucks stattfindet, wenn die Konzentration des zellulosehaltigen Materials im Nährmedium 12 g/L oder mehr beträgt.
DE69626489T 1995-09-29 1996-08-30 Verfahren zur herstellung bakterieller zellulose Expired - Lifetime DE69626489T2 (de)

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JP27640895 1995-09-29
JP27640895 1995-09-29
PCT/JP1996/002454 WO1997012987A1 (fr) 1995-09-29 1996-08-30 Procede pour produire une cellulose bacterienne

Publications (2)

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DE69626489D1 DE69626489D1 (de) 2003-04-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6986963B2 (en) 2001-12-14 2006-01-17 Ut-Battelle Llc Metallization of bacterial cellulose for electrical and electronic device manufacture
JP2008541728A (ja) * 2005-05-23 2008-11-27 ヤン，ジファ バクテリアセルロース含有調合物及び有効なバクテリアセルロース含有調合物の製造方法
US8053216B2 (en) * 2005-05-23 2011-11-08 Cp Kelco U.S., Inc. Bacterial cellulose-containing formulations
US20070027108A1 (en) * 2005-05-23 2007-02-01 Zhi-Fa Yang Method of producing effective bacterial cellulose-containing formulations
CA2665290A1 (en) * 2006-10-02 2008-04-10 Arterion Ab Artificial vessels
US20100297239A1 (en) * 2008-12-22 2010-11-25 Paul Gatenholm Osseointegrative meniscus and cartilage implants based on beta-glucan nanocomposites
US9850512B2 (en) 2013-03-15 2017-12-26 The Research Foundation For The State University Of New York Hydrolysis of cellulosic fines in primary clarified sludge of paper mills and the addition of a surfactant to increase the yield
US9951363B2 (en) 2014-03-14 2018-04-24 The Research Foundation for the State University of New York College of Environmental Science and Forestry Enzymatic hydrolysis of old corrugated cardboard (OCC) fines from recycled linerboard mill waste rejects

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5079162A (en) * 1986-08-28 1992-01-07 Weyerhaeuser Company Reticulated cellulose and methods and microorganisms for the production thereof
US4863565A (en) * 1985-10-18 1989-09-05 Weyerhaeuser Company Sheeted products formed from reticulated microbial cellulose
JP2687575B2 (ja) * 1989-04-28 1997-12-08 味の素株式会社 微生物セルロースの泡状培養法
JPH05284989A (ja) * 1992-04-14 1993-11-02 Ajinomoto Co Inc 微生物セルロースの生産方法
JP2766165B2 (ja) * 1993-08-02 1998-06-18 株式会社バイオポリマー・リサーチ バクテリアセルロースの製造方法
JPH0833495A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Bio Polymer Res:Kk バクテリアセルロースの連続的製造方法
JP3062725B2 (ja) * 1995-01-30 2000-07-12 株式会社バイオポリマー・リサーチ 通気攪拌培養によるバクテリアセルロースの製造方法及び培養装置

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