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Verfahren zur Gewinnung von Futterhefe Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Gewinnen von Futterhefe, wobei als Kohlenstoffquelle für das Hefewadhsturn
Essigsäure, ihre Salze und Reduktionsprodukte, wie z. B. Alkohol, Aldehyd, verwendet
werden.
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Wie aus zahlreichen Veröffentlichungen hervorgeht, wurden schon frühzeitig
Untersuchungen darüber angestellt, in welchem N-Zaße niedrigmolekulare Kohlenstoffverhindungen,
wie Essigsäure, Acetald-elhyd und Alkohol als Kohlenstoffna'hrung für niedrig organisierte
Mikroorganismen, wie, z. B. Hefen und Schimmelpilze, in Betracht kommen. Schon im
Jahre 1878 befa.ßte sich A. Schulz mit dem Stoffbedarf und Stoffumsatz von
Kahmpitlzen, wobei er alkäholhaltige 1Vährlös@ungen verwendete. Das Wachstum des
Pilzes verfolgte er jedoch nicht quantitativ, sondern nur durch mikroskopische Beobac'htungen.
F. E.h rl.i c,h veröffentlichte in »Bioöhemi,gche Zeitschrift«, Bd. 36, igir, S.
477 ff., Versuche, die eine KI ä ung der Frage bringen sollten, wie weit
Alkohol bei: Gegenwart von Aminosäuren als Stickstoffquelle fähig ist, den sonst
bei der Hefezüchtung verwendeten Zucker zu ersetzen. Da er bei Verwendung von Kulturhefen
kein nennenswertes
Hefewachstum feststellen konnte, führte er seine
weiteren Versuche mit einer auf der Oberfläche der gärenden Flüssigkeit wachsenden
Hefe, einer Williaart, durch. Die Versuchsdauer betrug 5 Wochen bis 2 Monate, worauf
die Bildung einer starken Kahmhaut festzustellen war. Die Ausbeute, auf Alkohol
berechnet, betrug etwa 6 bis 81/a. In dem Patent 313 167 wurde F. Ehrlich
ein Verfahren zur Züchtung von Pilzen, insbesondere Ka'hinhefen, mit Ausnahme der
Torulaceen und Bakterien, unter Verwendung von Acetaldehyd als Kohlenstoffquelle
geschützt. Die als Oberflächenverfahren durchgeführte Züchtung hat indessen nie
technische Bedeutung erlangt, was bei diesem Verfahren wahrscheinlich atif die nur
geringe erzielbare Ausbeute zurückzuführen ist. P. L i n d n e r zeigte in einer
in der »Wochenschrift für Brauerei.«, Bd.29, 19i2, S. i ff., veröffentlichten Arbeit,
daß Äthylalkohol von den verschiedfensten Hefen und Schimmelpilzen aufgenommen wird.
Ouantitative Untersuchungen stellte Lindne r nicht an. Er prüfte.nur, ob ein mehr
oder weniger starkes Wachstum eingetreten war.
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Von H. Claassen wurden in der Zeitschrift des Vereins der deutschen
Zuckerindustrie, Bd. 84 (193d.), S. 713 ff ., Versuche veröffentlicht,
bei denen das Wachstum von Kulturhefe in verdünnten Alkohollösungen, die idie üblichen
Nährsalze enthielten, geprüft wurde. Der Zuwachs an Hefetrockensubstanz betrug etwa
io bis 15°/o des Gewichts des aufgenommenen Alkohols. Claassen kommt auf Grund seiner
Versuchsergebnisse zu der Feststellung, daß die Hefezellen bei der Ernährung mit
Alkohol sich kaum vermehren, sondern nur ihre Trockenmasse erhöhen.
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In allen vorstehend erwähnten und in zahlreichen weiteren Arbeiten
wurde nur vom rein wissenschaftlichen Standpunkt aus untersucht, wie weit die Hefe
in der Lage isst, niedrigmolekulare Kohlenstoffverbi:ndungen der an: gegebenen Art
auszunutzen. Zu einem technisch brauchbaren Verfa::hren zur Gewinnung von Hefeeiweiß
aus Essigsäure, Acetalde@hcd oder Alkohol hat keine der früheren wissenschaftlichen
Arbeiten geführt.
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In dem Patent 310 461 wird zwar vorgeschlagen, Kulturhefe in
Würzen, die organische Säuren enthalten, mit organischen Eiweißverbind'ungen als
Stickstoffquelle in der bei der Lufthefebereitun.g üblichen. Weise zu züchten. Bei
dein hekannten Verfahren handelt es sich in .erster Linie um die Verwendung von
-Milchsäure, die in Form von bakteriell gesäuerten -Maischen verw-en:diet wird.
Eine Nacharbeitung des Verfahrens dieser Patentschrift hat aber ergeben, daß bei
Verwendung von Essigsäure, deren Salzen bzw. Reduktionsprodukten unter Benutzung
von Kulturliefe keine nennenswerten :1,usbeuten zu erzielen sind, was sich mit dem
obenerwähnten wissenschaftlichen Befumd von F. Ehrlich (a. a. O. S. .I8.I) deckt.
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In der norwegischen Patentschrift 38 58.4 ist ein Verfahren zur Verarbeitung
von Sulfitablauge auf Futterhefe unter Verwendung von Tortilahefe beschrieben. Sulfitablauge
enthält zwar eine geringe Menge an Essigsäure, jedoch war hieraus keinerlei Rückschluß
auf das erfindungsgemäße Verfahren möglich.
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Gemäß dein Verfahren der britischen Patentschrift 192 085 soll
eine Maische, die geringe Mengen an organischen Säuren oder Alkohol enthält, zur
Herstellung von Hefe benutzt «-erden. Auch aus dieser Patentschrift konnte hiebt
geschlossen werden, daß man ausschließlich oder vorwiegend aus Essigsäure oder ihren
Reduktionsprodukten unter Zusatz rein anorganischer Nährsalze u. dgl. in ausgezeichneter
Weise Futterhefe herstellen kann.
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Um unter Verwendung von Essigsäure, ihren Salzen bzw. Reduktionsprodukten
als Kdhlenstoffquelle in technisch befriedigender Weise Hefeeiweiß zu erzeugen,
müssen, wie gefunden wurde, eine Reihe von Versuchsbedingungen eingehalten werden.
Es müssen besonders leistungsfähige und anspruchslose, swbmers wachsende und im
Bottich züchtbare Wuchshefen, wie die torula utilis, zur Anwendung kommen. Gleichzeitig
muß für eine sehr intensive Belüftung des Gärbottichs Sorge getragen werden. Außerdem
müssen die Nährstoffe der Hefe jeweils in geringer Konzentration dargeboten «-erden,
was die Anwendung des Zulatrfverf.a.hrens nötig macht.
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Die einzelnen Verfahrensschritte sind zwar für sieh hekamit. Durch
die gemeinsame Anwendung der erwähnten Einzelmaßnahmen ist es jedoch erst möglich,
im großtechnischen Maßstab und mit Hoher Ausbeute Hefeeiweiß aus Essigsäure, ihren
Salzen und Reduktionsprodukten zu erhalten.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, als Stickstoffquelle
anorganische Stickstoffverbindungen zu verwenden. Da die in Betracht kommenden Nährstoffe
sämtlich aus Kohle zu erhalten sind, verwirklicht das erfindungsgemäße Verfahren
zum erstenmal die technische Eiweißgewinnung aus Kohle im großen. Die volkswirtschaftliche
Bedeutung des neuen Verfahrens ist daher sehr erheblich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Essigsäure vorzugsweise
in Form ihrer Salze, z. B. als Calciumacetat (Graukalk), Alkaliracetat oder AmmonJumacetat,
verivenrd"°t. Die Verwendung von Ammoniumacetat als Ausgangsmaterial ist besonders
vorteilhaft, da das in ihm gebundene Amnioniak gleichzeitig als Stickstoffquelle
für die
Hefezüchtung dient. Ebeaso ist für die Durchführung des
Verfahrens auch die Verwendung von Aoetami.d und von Verbindungen der Essigsäure
mit Harnstoff oder organischen Aminen, wie z. B. den aus der Zuckerschlämpe gewonnenen
alkylierten Aminen, von Vorteil. Freie Essigsäure wird z-,veckm_ äß;ig in gepufferter
Form verwendet.
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Es können auch ungiftige Reduktionsprodukte -der Esisigsäure bzw.
Derivate oder Polymerisations- und 1,Condensationsprodükte derartiger Reduktionsprodukte
Anwendung finden. Beispielsweise kommen Acetaldehyd, z. B. in Form seiner Additionsprodukte
mit schwefligsauren Salzen, Acetale, Aldole, Alkohol, besonders im status nascendi
oder in großer Verdünnung, in Betracht.
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Zur Durchführung des Verfaihrens dienen submers wachsende Wuchshefen,
wobei sich die torula utilis als besonders geeignet erwies.
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Den Ausgangsmateriialien werden zur Erzielung eines kräftigen Hefewachstums
die üblichen Nährsalze, wie Kalnumphosphat, Magnesiumsulfat usw., und anorganische
Stickstoffverbindungen, wie beispielsweise Ammo@nrsu.lfat und Ammoniak, im Zulaufverfah.ren
und gegebenenfalls auch die üblichen Wuchsstoffe zugesetzt. Unter Umständen kann
auch der Zusatz von organischen Stickstoffverbindungen empfehlenswert sein.
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Während der Hefezüchtung wird kräftig belüftet, wobei die verschiedensten
Belüftungsarten zur Anwendung kommen, können. Als Lüftungskörper kann beispielsweise
,eine mit engen Öffnungen versehene Kupferschlange verwendet werden.- Mit besonderem
Erfolg werden keramische Massen bzw. Stichsehe Belüftungsarten, ferner Umpump- und
Rührvorrichtung verwendet. Eine hinreichende Belüftung ist für ,die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens von erheblicher Bedeutung.
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Die Essigsäure bzw. ihre Salze werden in einer Konzentration von etwa
i bis 8% und höher zur Anwendung gebracht. Die Arbeitstemperatur ist de bei Hefezüchtungen
übliche. Ebenso entsprechen die zur Anwendung gelangenden Luftmenagen den bei den
bekannten Hefezüdhtungs-verfahren üblichen Mengen. Außerdem wird, wie bei neueren
Hefezüchtungsverfahren, das pHderLösung fortlaufend kontrolliert und entsprechend
geregelt.
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Das Zulaufschema, .d. h. die pro- Zeiteinheit zulaufende Flüssig-keitsmernge,
ist ähnlich wie bei anderen technischen Zulaufverfahren zur Hefezüchtung. Die Züchtungsdauer
beträgt etwa 8 bis 2.4 Stunden., und die erhaltene Hefemenge ist etwa die 6- bis,
8fache der Stellhefe. Auf ioo kg reine Esisigsäure erhält man 38 kg und mehr Hefetrockensubstanz.
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Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren durch. einige Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
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' Beispiel i In 5 1 Wasser, die 70 g Essigsäureenthalten, werden:
die üblichen Nährsalze, wie Kali.umphosphat, Magnesi.umsulfat und Ammoniak-Stickstoff,
z. B. in Form von Ammonsu.lfat. Diammoniumphosphat oder Ammoniak, gelöst. In
500 ccm dieser N ährlösuin:g werden 15 biss 30 g gepreßte toru.la
utilis aufgeschlämmt und in üblicher Weise feinst belüftet. Nach i Stunde wird mit
d-em üblichen Zulauf der Nährlösung begonnen und die Zulaufgeschwindigkeit derart
bemessen, daß die gesamte Nährlösung innerhalb 6 bis 8 Stunden zugegeben ist. Während
der Gärung wird die gärende Flüssigkeit schwach sauer genalten (pH etwa 4,5 bis
5,5). Die Einhaltung des geeigneten Säuregrades erfolgt durch Zugabe von Am:monialc,
Sodia u. dgl. Die Temperatur wird zwischen 28 und 31'c gehalten. Nach Beendigung
des Zulaufs wird noch i bis 2 Stunden nachgelüftet und anschlielend die Hefe abgetrennt
und,gepreßt. Die Ernte an. gepreßter Torulahefe beträgt i2o bijs 15o g von einem
Eiweißgehalt von 55 bis 6o% in der Trockensubstanz. Beispiel 2 In 5 1 Wasser, die
56 g Alkolto@l (ioo%ig) enthalten, werden die üblichen Nährsalze und anorganischen
Stickstoffverhindungen gelöst. Die Nährlösung wird. dann nach Anstellen mit 2o bis
25 g gepreßter Torulahefe hn üblichen Zulaufverfahren mit Feinstbelüftu:ng verarbeitet.
Geerntet werden 15o bis r709 gepreßte Hefe. Beispiel 3 In. 5 1 Wasser, die 28 g
Alkohol und 35 g Glukose enthalten, werden die üblichen Nährsalze und anorganischen
Stickstoffverbindungen gelöst und mit 20 bis 25 g gepreßter Tortilahefe unter Feinstbelüftung
im Zulaufver.fahren vergoren. Es werden etwa 170 bis igo g gepreßte Hefe
geerntet.