DK156074B - Fremgangsmaade til fremstilling af enkeltcelleprotein - Google Patents

Fremgangsmaade til fremstilling af enkeltcelleprotein Download PDF

Info

Publication number
DK156074B
DK156074B DK143477AA DK143477A DK156074B DK 156074 B DK156074 B DK 156074B DK 143477A A DK143477A A DK 143477AA DK 143477 A DK143477 A DK 143477A DK 156074 B DK156074 B DK 156074B
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
carbon
culture
cycle times
values
carbon source
Prior art date
Application number
DK143477AA
Other languages
English (en)
Other versions
DK143477A (da
DK156074C (da
Inventor
Frank Peter Maslen
Peter James Senior
John Clark Ousby
Original Assignee
Ici Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB13442/76A external-priority patent/GB1525535A/en
Application filed by Ici Ltd filed Critical Ici Ltd
Publication of DK143477A publication Critical patent/DK143477A/da
Publication of DK156074B publication Critical patent/DK156074B/da
Application granted granted Critical
Publication of DK156074C publication Critical patent/DK156074C/da

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/32Processes using, or culture media containing, lower alkanols, i.e. C1 to C6
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/813Continuous fermentation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/8215Microorganisms
    • Y10S435/822Microorganisms using bacteria or actinomycetales
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/8215Microorganisms
    • Y10S435/822Microorganisms using bacteria or actinomycetales
    • Y10S435/874Pseudomonas

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Treatment Of Biological Wastes In General (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)

Description

DK 156074B
Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af enkeltcel leprotei n.
Udbyttet udtrykt som fremstillet biomasse i forhold til ti 1 -5 ført energi i praktiske biologiske processer var hyppigt under det maksimale udbytte, som man vidste kunne opnås, og det er blevet påvist, at den intermitterende beskaffenhed af carbon, som er tilgængeligt for mikroorganismen, er årsagen.
10 Hvor der i den foreliggende beskrivelse refereres til en car-bonkilde menes en carbonkilde, som er en begrænsende faktor for vækstraten af den kultur, som det drejer sig om.
Med den intermitterende beskaffenhed af carbontiIgængelighed 15 menes variationerne i carbonkiIdens koncentration i den dyrkede kultur, som stammer fra afvigelser fra en stadig tilførsel af carbonkiIden i substratet. Disse koncentrationsændringer i kulturen vil resultere i variationer i den specifikke vækstrate og vice versa. Det er forekomsten af disse perioder med i 20 alt væsentligt ingen specifik vækstrate, som påvirker organismernes samlede bioenergiske effektivitet fremfor de tilsyneladende virkninger af variabiliteten af carbonti1førsel til hele kulturen.
25 Carbonti1førslen udnyttes ved tilvejebringelsen af mekaniske anordninger, der kan levere en carbonkilde pulserende til den mikrobielle kultur.
Når en carbonkilde leveres pulserende til en kultur, leveres 30 den i særskilte mængder i løbet af givne tidsperioder. Hver tilførselsperiode efterfølges af en periode, hvor den tilførte carbon er tilgængelig for udnyttelse af kulturen. Når hele den tilførte carbonmængde er blevet anvendt, følger en periode, hvor der ikke tilføres nogen carbon-til og ikke er nogen car-35 bon tilgængelig for kulturen. I den foreliggende beskrivelse betyder pulstid den tidsperiode, hvor carbon ledes til kulturen plus den efterfølgende periode, hvor den carbon, der er blevet tilført, er tilgængelig for anvendelse af kulturen. Med 2
DK 156074B
cyklustid menes pulstid plus det efterfølgende tidsinterval, hvor der ikke er nogen eksogen carbon tilgængelig for kulturen, d.v.s. den samlede periode mellem begyndelsen af en car-bontiIførselsperiode og begyndelsen af den efterfølgende peri-5 ode af denne art, idet nævnte samlede periode således nødvendigvis omfatter en periode, hvor der ikke er nogen eksogen carbon tilgængelig for kulturen.
Der er blevet gennemført forsøg, hvor en carbonkilde gøres 10 tilgængelig i en vækstkultur af mikroorganismer i pulse af både regelmæssig og uregelmæssig frekvens. Med pulse med regelmæssig frekvens menes pulse med ens mængder af carbonkilden tilsat i perioder af samme længde og adskilt fra hinanden ved hjælp af andre lige store tidsperioder. Med pulse med uregel-15 mæssig frekvens menes perioder med carbonkilde gjort tilgængelig på enhver anden måde end den ovenfor som regelmæssig definerede, f.eks. perioder, hvis frekvens varierer på uregelmæssig måde og også perioder med varierende frekvens, idet varierende frekvenser følger et gentagende mønster. På basis af re-20 sultaterne fra disse forsøg er der på tegningens fig. 1 blevet konstrueret en kurve. Ordinaten er biomasseeffektivitetsforholdet (varierende fra 0-1,0) for kulturen, hvilket er forholdet af den observerede carbonomdannelseseffektivitet for et biologisk system (som defineret senere) opnået i et miljø, som 25 er genstand for en intermitterende carbontilgængelighed, til carbonomdannelseseffektiiteten for et lignende system, som er genstand for vedvarende carbonkiIdetilgængelighed. Abscissen i fig. 1, som er i logaritmisk skala, er cyklustiden.
30 Abscissen er også den aritmetiske middelcyklustid, når cyklerne er uregelmæssige. Hvor sådanne uregelmæssige cykler ikke er fordelt bredt omkring middelværdien, er det målte effektivitetsforhold i alt væsentligt i overensstemmelse med kurven, der er vist i fig. 1. Hvor der imidlertid er en bred fordeling 35 af cyklerne omkring middel, stemmer det målte effektivitetsforhold ikke overens med denne kurve, men er i overensstemmelse med en beregning af faktoren fremkommet ved hjælp af en overvejelse af den vægtede middelværdi af efffektivitetsfor- 3
DK 156074 B
holdet, som hører til individuelle perioder. Kurven viser de følgende tre områder, nemlig:
Et første område, hvori cyklustiden er lav, d.v.s. pulsraten 5 (cykler/enhedstid) er høj, og forholdet af carbonomdannelse til biomasseeffektivitet er praktisk taget en og i alt væsentligt konstant. Der ses således ingen skadelige indvirkninger på carboneffekti vi teten.
10 Et andet område, hvor cyklustiden er større end i det første område, d.v.s. pulsraten er lavere, og forholdet af energi til biomasseeffektivitet først falder til et minimum og derpå med forøget cyklustid genantager en konstant højere værdi, d.v.s. danner en bølgedal på kurven.
15
Et tredie område, hvori cyklustiden er større end i det andet område, d.v.s. pulsraten er lavere, og effektivitetsforholdet i alt væsentligt er konstant. Effektivitetsforholdet i dettte område kan have den samme eller en lavere værdi end i det før-20 ste område. Dette tredie område ophører, når pulsraten bliver så lav, at den samlede effektivitet af kulturen falder, når mikroorganismerne, som findes i kulturen, dør i et betydeligt antal. Den ovenfor beskrevne kurve vedrører det tilfælde, hvor den tid, som kulturen bruger til at vokse ved en stor hastig-25 hed i en periode, som reaktion på tilgængeligheden af carbon-kilde, er væsentligt kortere end den samlede cyklustid. Til praktiske formål kan det tidsudsnit, som bruges til vækst på denne måde, ved hjælp af en tilnærmelse blive repræsenteret ved hjælp af forholdet mellem pålagt, samlet, specifik vækst-30 rate (μ) og den maksimale specifikke vækstrate (pmax) (Mm)' der kan opnås ved hjælp af denne kultur, når den ikke er begrænset ved tilgængeligheden af carbonkilde. Det har vist sig, at når den pålagte, samlede, specifikke vækstrate nærmer sig pm, eller når bliver udsat for at blive reduceret, således 35 at den nærmer sig μ, vokser indvirkningen af effektivitetsforholdet på den energetiske effektivitet af kulturerne ved enhver konstant pulsrate. Det må forstås, at ændringer i den specifikke vækstrate for kulturen, når der vedvarende er en
DK 156074 B
. 4 carbonkilde til rådighed, men en begrænset carbonkilde, i sig selv kan forårsage ændringer i en kulturs energetiske effektivitet. Det tidligere beskrevne effektivitetsforhold vedrører udelukkende de yderligere virkninger forårsaget af en inter-5 mitterende, til rådighed stående carbonkilde. Modsat giver fald i forholdet af μ til i en kultur, hvor carbonkilden er intermitterende tilgængelig, faldende energetiske effektivitet ved enhver konstant pulsrate i sammen!iging med den tilsvarende kultur, hvori carbonkilden er kontinuerligt tilgængelig.
10 Disse resultater vises i en anden kurve (fig. 2) med de samme koordinater som i fig. 1 og er repræsenteret ved hjælp af en række linier for forskellige værdier af £, som viser virkningen af at ændre den tidsandel, som bruges i hurtig vækst i en vilkårlig cyklus.
15
En tredie kurve, fig. 3, viser virkningen som kan opnås, når perioderne med carbontiIgængelighed er fuldstændigt regelmæssige. En signifikant reduktion af virkningen forårsaget af den intermitterende tilgængelighed af carbon konstateres. I den 20 foreliggende beskrivelse betegner carbonomdannelseseffektivi- teten forholdet af carbonkilde, som forbruges til dannelse af biomasse, divideret med den samlede mængde udnyttet carbonkilde; d.v.s. at det er forholdet af carbonmassen, som er inkorporeret i den dannede biomasse, divideret med den samlede 25 anvendte mængde carbon.
Variationer eller pulseringer i carbontilførslen til kulturen kan resultere i de førnævnte perioder med energi tiIgængelighed og ikke tilgængelighed for kulturen, hvor tilførselspulsene er 30 tilstrækkelige til at tillade, at organismen opbruger carbon-kiIdereserverne i kulturmediet. Pulseringen af carbontilfør-sler til kulturen, d.v.s. forekomsten af tidsintervaller mellem efter hinanden følgende tilførsler til kulturen, kan ske på to forskellige måder eller ved en vilkårlig kombination af 35 disse to særlige måder. På den første måde kan carbon ledes til en kultur f.eks. i en forgæringsbeholder i pulse, som er adskilt ved hjælp af tidsintervaller, hvilke tidsintervaller kan styres. Alternativt kan der på den anden måde være adskil-
DK 156074B
5 te intervaller mellem successive carbonti 1førselspunkter til en kultur, strømmer langs en bane defineret af fysiske rammer, idet carbonkilden tilføres kontinuerligt ved tilførselspunkterne. Disse to måder kan kombineres ved at tilføre carbon i 5 pulse, adskilt i tidsmellemrum, ved de på den anden måde med mellemrum anbragte tilførselspunkter. Ved den anden måde er virkningen den at sørge for, at enkelte mikroorganismeceller i kulturen, som de strømmer langs den definerede bane, udsættes for koncentrationsændringer, som er ækvivalente med en pulse-10 ret carbonkilde. På den anden måde bestemmer afstanden mellem efterfølgende carbonti 1førse1spunkter og kulturens strømningshastighed mellem punkterne ækvivalenten og cyklustiden i den første måde. Denne ækvivalente cyklustid vil i det følgende også blive benævnt som cyklustiden. Den anden måde kan anven-15 des i forgæringsbeholderne ifølge beskrivelsen til britisk patent nr. 1.353.008 og dansk patent 141.338 eller ifølge dansk patent nr. 144.642, hvilken sidste beskrivelse vedrører en forgæringsbeholder med en række punkter for næringsmiddelti 1-sætn i ng.
20
Ifølge opfindelsen tilvejebringes en fremgangsmåde til fremstilling af enkeltcelleprotein, hvor en kultur af mikroorganismer dyrkes kontinuerligt under cirkulation i et fermenteringsapparat under anvendelse af carbonkilden som vækstbegræn-25 sende faktor, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at kulturens strømningshastighed under cirkulationen og antallet af carbontiIførselssteder i fermenter ingsapparatet indstilles på sådanne værdier i forhold til hinanden, at cyklustiden (d.v.s. den totale periode mellem påbegyndelsen af en tilfør-30 selsperiode for carbonkilden og påbegyndelsen af den næste tilførselsperiode for samme) ved en given værdi af £ (forholdet mellem pålagt, samlet, specifik vækstrate og μ,η den maksimale, specifikke vækstrate) ikke er større end den nedenfor tabulerede, idet de maksimale cyklustider for værdier af ji, 35 der falder mellem ethvert efter hinanden følgende par af de tabulerede værdier, forholder sig lineært til cyklustiderne for dette par:
DK 156074B
6 ϋ. cyklustider (sekunder)
Mm > 0,5 30 0,2 6 5 0,1 4 0,05 3 < 0,02 2,5
Cyklustiden er ved en given værdi af j± fortrinsvis ikke større 10 en den nedenfor anførte, idet de μ,η maksimale cyklustider for værdier af j*, som falder mellem ethvert efter hinanden følgende par af de i tabellen anførte værdier, forholder sig lineært til cyklustiden for dette par: 15 ϋ cyklustider (sekunder)
Hm >0,5 15 0,2 5 0,1 3,5 20 0,05 2,5 < 0,02 2
Opfindelsen er velegnet til fremstilling af enkeltcelleprotein ved dyrkning af mikoorganismer på egnede carbonkiIder. Egnede 25 carbonkiIder omfatter methanol. En fremgangsmåde, hvori der anvendes methanol, er beskrevet i dansk patentskrift nr. 131.382. Fremgangsmåden gennemføres fortrinsvis i en forgæringsbeholder, som beskrevet i ansøgernes britiske patent nr.
1.353.008 og dansk patent nr. 141.338 og 144.642, som refere-30 rer til en forgæringsbeholder med en række næringsmiddeltil-sætni ngspunkter.
Ved udformning af fremgangsmåder, hvor en høj carbon-ti1-cel-leomdannelseseffektivitet er nødvendig i apparatur, hvori en 35 kultur strømmer langs en bane defineret af fysiske afgrænsninger, foretrækkes det at tilføre carbonkiIden effektivt kontinuerligt til kulturen for at give øjeblikkelig homogen fordeling af carbonkiIden. Af praktiske grunde, som er velkendt i 7
DK 156074 B
teknikken, kan denne situation ikke onås under visse omstændigheder, f.eks. hvor substratet er en meget opløselig væske, og/eller hvor organismen har en høj affinitet over for carbon-kilden. Ved udformning af fremgangsmåden ifølge opfindelsen 5 foretrækkes det at tilføre carbonkilden til kulturen med så kort en cyklustid som mulig inden for de ved fremgangsmåden angivne begrænsninger. Der skal tilvejebringes en række car-bonkiIdetiIførselspunkter. Den indbyrdes afstand mellem efter hinanden følgende tilførselspunkter langs banen, som er nød- 10 vendig til opnåelse af en egnet cyklustid, vil afhænge af kulturens strømningshastighed langs banen.
Vanskeligheder i forbindelse med tilførsel af en carbonkilde effektivt og kontinuerligt til en kultur kan undertiden løses 15 ved at anvende et tungt opløseligt substrat, såsom en alkan, langkædet alkohol eller en hydrocarbon tilført som en gas eller damp ved indeslutning i en bærer eller ved modifikation af organismens affinitet over for substratet.
20 De ovennævnte cyklustider er meget velgnede til fremgangsmåder til fremstilling af en enkeltcelleprotein fra methanol, fortrinsvis under anvendelse af stammer af arterne Methylophi1us methylotrophus (tidligere Pseudomonas methy1otropha). Disse arter er karakteriseret i ansøgernes danske patentskrift nr.
25 131.382. Meget egnede stammer af disse arter er stammerne NCIB
nummer 10508-10515 og 10592-10596 (svarende til NRRL nummer 5352-64 og FERM 1215-27). Kulturens hastighed langs banen reguleres fortrinsvis og/eller tilsætningshastigheden for carbonkilden ved tilførselspunkterne styres.
30
Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er således bredt anvendelig og er meget nyttig ved fremgangsmåder, som involverer kontinuerlig dyrkning af mikroorganismer.
35 Forsøgene, som er blevet gennemført, og hvis resultater ligger til grund for kurverne i fig. 1-3, var hovedsagelig af fire typer:
DK 156074B
β 1. Forsøg, hvori en kultur af raikrorganismer blev cirkulerede rundt i et system omfattende et par forbundne identiske forgæringsbeholdere. En carbonkilde blev ledt til kulturen på forskellige måder, nemlig: 5 (a) med samme hastighed til hver forgæringsbeholder.
(b) kun til en forgæringsbeholder, 10 (c) til hver forgæringsbeholder, men med én hastighed til den ene beholder og en anden til den anden.
2. Forsøg, hvori en carbonkilde på en række forskellige måder pulserende blev ledt til en kultur i en standard 2 liter labo- 15 ratoriebeholder.
3. Forsøg, hvori en carbonkilde en række steder kontinuerligt blev ledt til en cirkulerende fermenteringsbeholder med en kapacitet på 50.000 liter.
20 4. Forsøg, hvori spildevand blev ledt til et cirkulerende, aktiveret slamsystem med en kapacitet på 20.000 liter.
I en kontinuerlig kultur, hvor voksende organismer tilledes 25 med en carbon- og/eller energikilde, således at perioder med energiunderskud optræder, antages det, at når energi ledes til celler efter en periode med energiunderskud, anvendes en del af energitilførslen i begyndelsen af cellerne i en tilpasningsperiode til et vækststadium og er derfor effektivt ikke 30 tilgængeligt for effektiv vækst. Dette repræsenterer et samlet fald i effektiviteten af biomasse udtrykt ved energikilden forbrugt over en længere periode.
Celler, som er udsat for en virkelig kontinuerlig tilførsel af 35 en energikilde, såsom en carbonkilde, vokser i en sand konstant tilstand, hvor metaboli tforråd og enzymaktiviteter er på effektivt konstant niveauer svarende til effektiv biomassedannelse. Sådanne kulturer kan gøres ineffektive ved at tilføre 9
DK 156074 B
energikilden i pulse adskilt af tidsintervaller. Effektivitetsforholdet indført herved kan bredt defineres ved hjælp af en ligning af den simplificerede form: 5 X/(X + fYpm/pt) hvor X svarer til den energi, som er nødvendig til nyttig biosyntese under konstante vækstbetingelser ved en hastighed lig med pm, mængden Y svarer til energien, som kræves til at reor-10 ganisere det metaboliske apparat efter en forlænget periode med exogen energiutilgængelighed, t er cyklustiden, som tidligere defineret, og f er en faktor varierende mellem 0 og 1,0, som beskriver mængden af reorganisationsenergien, som er nødvendig som en funktion af tiden, som forløber uden tilgængelig 15 exogen energi. Når udtrykket fYpm er lille, nærmer effektivitetsforholdet sig en. Dette μ kan opnås ved: forøgelse af μ ved konstant pm; formindskelse af ved konstant μ eller ved værdien af funktion f, som ændres med cyklustid. Funktionen f er en kompleks funktion, som beskriver den brøkdel af 20 metaboli treserver, som blev nedbrudt i en periode, uden at der var exogen energi til stede, og som sådan indeholder: Hastighedskonstanter (k) for reservemetabolisme, en reaktionstid (tr) mellem energiopbrug og start af metabolitnedbrydning, den samlede cykl.ustid (t) og den proportionale væsktfaktor p/pm? 25 antages det, at efter opbrug af energitilførsel forbliver organismen upåvirket i en reaktionstid (tr), og metaboli treserverne derefter opbruges med en hastighed, som er proportional med deres restkoncentration, så kan det vises, at: 30 f = 1 - exp (ktr - kt (1 - μ/μ„,)) (forudsat at man sætter f = 0, når der udledes værdier på under 0).
35 Dette er i bedste fald en tilnærmelse, men det giver en god forestilling, bortset fra ved slutningen af reaktionstiden, hvor en øjeblikkelig ændring fra 0 til en endelig hastighed af metabolitanvendelse kan forudsiges. Dette er ikke i overens- 10
DK 156074 B
stemmelse med forståelsen af virkelige mikrobiologiske systemer, hvorfor en vis udjævning af funktionen i dette område er foretaget.
5 Når værdien af f indsættes i ligningen:
Effektivitetsforhold = X/(X + fYpm/pt) beskriver den resulterende ligning en række linier, som vist i 10 fig. 2. Alle data i beskrivelsen passer med disse linier.
I fig. 1 forklares det første område af den tidligere beskrevne kurve på følgende måde. Ved disse meget korte cyklustider er indvirkningen af forsinket reaktionstid af organismerne så-15 ledes, at f går mod 0, og at effektivitetsforholdet er ved et maksimum. I det andet område af kurven er f steget på grund af, at cyklustiden nu væsentligt overstiger reaktionstiden for organismen, og effektivitetsforholdet således falder. Da t imidlertid fortsætter med at stige, falder indvirkningen af f 20 på ligningen, og t får den dominerende indflydelse med det resultat, at effektivitetsforholdet stiger. I dette område divergerer den typiske kurve for regelmæssige pulse fra kurven for uregelmæssige pulse i fig. 3. For regelmæssige pulse forskydes tilbagevenden til en konstant værdi mod kortere cyklus-25 tider. Grunden til denne sidste observation er sandsynligvis, at naturlige svngninger af regelmæssig frekvens, som celler anvender til at regulere metaboliske aktiviteter, effektivt kan vindes eller afgrænses af den korrekte konstante frekvens af substratpulseirng (d.v.s. regelmæssige pulse). Når der an-30 vendes uregelmæssige pulse, nedbrydes den naturlige konstante frekvens af metaboliske svingninger, og der optræder uregelmæssige ineffektive variationer i aktivitet. Erfaringer med rene kulturer, der gror på en enkelt energikilde (proteinorganisme) på methanol og blandede kulturer (prokaryoter og euka-35 ryoter), der gror på en blandet energikilde (afløb fra private husholdninger) viser, at teorien og praksis stemmer overens med den matematiske model, som er blevet udviklet. Det menes, at teorien er anvendelig til de fleste mikroorganismer, som 11
DK 156074 B
gror i energibegrænsede kontinuerlige kulturer, og den har fået betegnelsen the Reorganisation Energy Loss Theory.
Eksempel 1 5
En kultur af Methylophilus methyloptrophus blev dyrket i en lavtrykscyklusfermenteringsbeholder (som den i beskrivelsen til dansk patent nr. 131.382 beskrevne) med 165 liter arbejdende væskevolumen ved 40eC og D = 0,25h-l. Mediet var det, 10 der beskrives som medium I i beskrivelsen til britisk patent nr. 1.370.892. Cirkulationshastigheden i beholderen var 30m3h_1, hvilket giver en gennemsnitlig cirkulationstid på 20 sekunder. Celletørvægten blev sat i relation til methanoltil-sætningshastigheden, således at 14 g/1 var den vedvarende kon-15 centrationstilstand af tørre celler. Fem methanoltiIsætningspunkter blev fordelt rundt om beholderen, således at methanol-strømmene, selv om der ved de forskellige punkter strømmer forskellige mængder, var proportionale med det i den tilhørende del af beholderen indeholdte væskemængde. Den fysiske for-20 deling af methanol ti 1sætningsportene var således, at cirkulerende celler blev udsat for en fortløbende cyklus af substrat-nærvær-fravær hvert 3. sekund eller får en lignende cyklus hvert 20. sekund, hvor alt methanol blev tilsat beholderen på et sted. Resultaterne er vist i tabel 1.
25
Tabel 1
MethanoltiIsætning cyklustid _ C til celler 1 j C til COg2 C S/N3 20 sekunder 57,8 38,6 4,3 30 3 sekunder 65,1 30,9 3,2 C til celler repræsenterer procentdel methanolcarbon omdannet til cellulært carbon.
35 2 C til CO2 repræsenterer procentdel methanolcarbon omdannet til C02-carbon.
DK 156074B
12 3. C til S/N repræsenterer procentdel methanolcarbon omdannet til overliggende carbon.
Eksempel 2 5
En kontinuerlig laboratoriefermentor (væskevolumen på 1,5 liter og tørvægt i stationær tilstand på 10 g/1) kultur af Me-thylophilus methylotrophus blev dyrket ved forskellige fortyndingsrater med konstante mediumstrømme. Et separat tilsæt-10 ningssystem for methanol blev anvendt således, at tilstrækkeligt methanol, som kræver f.eks. 3 sekunders vægt ved μ = 0,2h~l, kunne tilføres som en puls af methanol tilført i 0,3 sekunder. Dette forhold af tilførselstid til samlet cyklustid blev holdt på 1-10 under variationerne i cyklustid. Mediumsam-15 mensætning og vækstbetingelser var lig de i eksempel 1 beskrevne. Resultaterne er anført i tabel 2.
Tabel 2 20 Fortvndinqshastiqhed (h~l) Cvklustid (sekunder) *C celler (¾) 0,07 2,75 56,2 5.5 49,3 11.0 47,5 25 22,0 42,3 0,20 1,0 64,4 2.0 62,4 2.5 61,0 3.0 59,5 30 4,0 54,5 8.0 53,0 11.0 47,1 20.0 46,2 33.0 48,8 35 0,4 2,75 62,1 5.5 61,5

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af enkeltcelleprotein, hvor en kultur af mikroorganismer dyrkes kontinuerligt under cirkulation i et fermenteringsapparat under anvendelse af carbon- 10 kilden som vækstbegrænsende faktor, kendetegnet ved, at kulturens strømningshastighed under cirkulationen og antallet af carbontiIførselssteder i fermenteringsapparatet indstilles på sådanne værdier i forhold til hinanden, at cyklustiden (d.v.s. den totale periode mellem påbegyndelsen af en 15 tilførselsperiode for carbonkilden og påbegyndelsen af den næste tilførselsperiode for samme) ved en given værdi af ji (forholdet mellem pålagt, samlet, specifik vækstrate og μ|Β den maksimale, specifikke vækstrate) ikke er større end den nedenfor tabulerede, idet de maksimale cyklustider for værdier af 20 ji, der falder mellem ethvert efter hinanden følgende par af de μ,η tabulerede værdier, forholder sig lineært til cyklustidder-ne for dette par: ϋ cyklustider (sekunder) 25 μΐ" > 0,5 30 0,2 6 0,1 4 0,05 3 30 < 0,02 2,5
2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at cyklustiden ved en given værdi af ju ikke ikke større end det nedenfor tabulerede, idet de μ|η maksimale cyklustidar 35 for værdier af jx, som falder mellem ethvert efter hinanden følgende par μ,η af de i tabellen tabulerede værdier, forholder sig lineært til cyklustiderne for dette par: DK 156074B ji cyklustider (sekunder) 1½ >0,5 15 0,2 5 5 0,1 3,5 0,05 2,5 < 0,02 2
3. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, k e n -10 de tegnet ved, at carbonkilden er methanol.
4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at mikroorganismerne hører til arten Methylophilus methylotropha.
5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at mikroorganismerne hører til en af stammerne NCIB nr. 10508-10515 og 10592-10596. 20 25 30 35
DK143477A 1976-04-02 1977-03-31 Fremgangsmaade til fremstilling af enkeltcelleprotein DK156074C (da)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB13442/76A GB1525535A (en) 1976-04-02 1976-04-02 Process for culturing cells
GB1344276 1976-04-02
GB5119876 1976-12-08
GB5119876 1976-12-08

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DK143477A DK143477A (da) 1977-10-03
DK156074B true DK156074B (da) 1989-06-19
DK156074C DK156074C (da) 1989-11-06

Family

ID=26249783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK143477A DK156074C (da) 1976-04-02 1977-03-31 Fremgangsmaade til fremstilling af enkeltcelleprotein

Country Status (23)

Country Link
US (1) US4306026A (da)
JP (1) JPS5934109B2 (da)
AT (1) AT364337B (da)
AU (1) AU516883B2 (da)
BR (1) BR7702085A (da)
CA (1) CA1092039A (da)
CH (1) CH637424A5 (da)
DE (1) DE2714708A1 (da)
DK (1) DK156074C (da)
ES (1) ES457442A1 (da)
FR (2) FR2430975A1 (da)
IE (1) IE45274B1 (da)
IL (1) IL51822A (da)
IN (1) IN156056B (da)
IT (1) IT1114402B (da)
LU (1) LU77063A1 (da)
NL (1) NL7703573A (da)
NO (1) NO150888C (da)
NZ (1) NZ183731A (da)
PH (1) PH14144A (da)
PL (1) PL197136A1 (da)
PT (1) PT66391B (da)
TR (1) TR19495A (da)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2829142C3 (de) * 1978-07-03 1981-12-24 Boehringer Mannheim Gmbh, 6800 Mannheim Verbesserung des Abbaus von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern
JPS5831194B2 (ja) * 1979-05-23 1983-07-04 ユニチカ株式会社 酢酸キナ−ゼ含有量の高い菌体の製造法
JPS58896A (ja) * 1981-06-22 1983-01-06 Takeda Chem Ind Ltd グアノシンの製造法
EP0211241A3 (de) * 1985-07-06 1989-06-28 Forschungszentrum Jülich Gmbh Verfahren zur Exoenzymgewinnung durch Bakterienkultur
EP0339356A1 (de) * 1988-04-20 1989-11-02 Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Backhefe
EP0345588A1 (de) * 1988-06-03 1989-12-13 Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH (GBF) Verfahren und Anordnung zur Regelung eines biologischen Wachstumsprozesses
US5518907A (en) * 1989-06-07 1996-05-21 Center For Innovative Technology Cloning and expression in Escherichia coli of the Alcaligenes eutrophus H16 poly-beta-hydroxybutyrate biosynthetic pathway
US5334520A (en) * 1990-05-25 1994-08-02 Center For Innovative Technology Production of poly-beta-hydroxybutyrate in transformed escherichia coli
DE4001518A1 (de) * 1990-01-19 1991-07-25 Biotechnolog Forschung Gmbh Verfahren zur hochzelldichte-fermentation von escherichia coli in einem ruehrkesselfermentor
CA2075161A1 (en) * 1991-08-02 1993-02-03 Paul F. Weaver Photoconversion of organic materials into single-cell protein
EP0952212A1 (de) * 1998-04-20 1999-10-27 Rohner AG Verfahren zur aeroben Kultivierung von Mikroorganismen
GB202306850D0 (en) 2023-05-09 2023-06-21 Farmless Holding B V Fermentation process

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1353008A (en) * 1970-07-21 1974-05-15 Ici Ltd Fermentation method and fermenter
DK141204B (da) * 1974-12-04 1980-02-04 Ici Ltd Fremgangsmåde til aerob dyrkning af mikroorganismer og apparat til udøvelse af fremgangsmåden.
DK141338B (da) * 1973-05-16 1980-02-25 Ici Ltd Fremgangsmåde til aerob dyrkning af mikroorganismer og et fermenteringsapparat til udøvelse af fremgangsmåden.
DK144642B (da) * 1974-08-14 1982-04-26 Ici Ltd Fremgangsmaade til kontinuerlig aerob fermentering af en kultur og apparat til udoevelse af fremgangsmaaden

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1373751A (fr) * 1963-08-12 1964-10-02 Procédé et dispositif d'agitation avec circulation méthodique de masses liquides par insufflation de gaz
GB1067414A (en) * 1965-02-22 1967-05-03 Apv Co Ltd Improvements in or relating to fermentation processes
US3575474A (en) * 1968-06-03 1971-04-20 Gates Rubber Co Positive drive system for an endless track
GB1417486A (en) 1973-05-16 1975-12-10 Ici Ltd Liquid circulation and gas contacting device
GB1370892A (en) * 1970-12-09 1974-10-16 Ici Ltd Microbiological production of protein
US3989594A (en) * 1970-12-09 1976-11-02 Imperial Chemical Industries Limited Microbiological production of protein
US3769176A (en) * 1971-05-17 1973-10-30 Martin Marietta Corp Apparatus and method for microbial fermentation in a zero gravity environment
GB1417487A (en) 1973-05-16 1975-12-10 Imp Chemical Ind Lt Liquid circulation and gas contacting device
JPS5122740A (da) * 1974-08-16 1976-02-23 Kenzo Hamada

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1353008A (en) * 1970-07-21 1974-05-15 Ici Ltd Fermentation method and fermenter
DK141338B (da) * 1973-05-16 1980-02-25 Ici Ltd Fremgangsmåde til aerob dyrkning af mikroorganismer og et fermenteringsapparat til udøvelse af fremgangsmåden.
DK144642B (da) * 1974-08-14 1982-04-26 Ici Ltd Fremgangsmaade til kontinuerlig aerob fermentering af en kultur og apparat til udoevelse af fremgangsmaaden
DK141204B (da) * 1974-12-04 1980-02-04 Ici Ltd Fremgangsmåde til aerob dyrkning af mikroorganismer og apparat til udøvelse af fremgangsmåden.

Also Published As

Publication number Publication date
PH14144A (en) 1981-03-05
BR7702085A (pt) 1978-02-08
FR2438683A1 (fr) 1980-05-09
AT364337B (de) 1981-10-12
CA1092039A (en) 1980-12-23
TR19495A (tr) 1979-05-01
AU2385977A (en) 1978-10-12
DE2714708C2 (da) 1988-08-11
DK143477A (da) 1977-10-03
FR2430975B1 (da) 1983-10-07
IN156056B (da) 1985-05-04
IE45274L (en) 1977-10-02
FR2430975A1 (fr) 1980-02-08
DK156074C (da) 1989-11-06
JPS5934109B2 (ja) 1984-08-20
NO771104L (no) 1977-10-04
PT66391B (en) 1978-09-11
IE45274B1 (en) 1982-07-28
DE2714708A1 (de) 1977-10-13
NL7703573A (nl) 1977-10-04
IT1114402B (it) 1986-01-27
AU516883B2 (en) 1981-06-25
IL51822A (en) 1979-10-31
CH637424A5 (de) 1983-07-29
PL197136A1 (pl) 1978-04-24
NO150888C (no) 1985-01-09
NO150888B (no) 1984-09-24
LU77063A1 (da) 1978-06-01
JPS52122688A (en) 1977-10-15
ES457442A1 (es) 1978-06-16
US4306026A (en) 1981-12-15
IL51822A0 (en) 1977-06-30
NZ183731A (en) 1980-04-28
FR2438683B1 (da) 1983-10-14
PT66391A (en) 1977-05-01
ATA234777A (de) 1981-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK156074B (da) Fremgangsmaade til fremstilling af enkeltcelleprotein
Middelboe et al. Bacterioplankton growth yield: seasonal variations and coupling to substrate lability and β-glucosidase activity
JP2008545441A5 (da)
NO326280B1 (no) Fremgangsmate for dyrking av Crypthecodinium cohnii for syntese av docosaheksaensyre
MX2022006592A (es) Sistema para producir carnes cultivadas, tejidos y productos asociados a partir de células.
CN105820950A (zh) 一种单细胞微生物发酵系统及其方法
Konopka Microbial physiological state at low growth rate in natural and engineered ecosystems
Iqbal et al. Effects of photon flux density, CO 2, aeration rate, and inoculum density on growth and extracellular polysaccharide production by Porphyridium cruentum
Esparcia et al. Brachionus plicatilis tolerance to low oxygen concentrations
CN103614447A (zh) 一种利用甘蔗糖蜜替代部分玉米淀粉的金霉素发酵生产方法
NO146331B (no) Fremgangsmaate til fremstilling av et enecellet proteinmateriale ved dyrking av termofile bakterier
KR20140122333A (ko) 광생물 배양용 반연속식 배양 시스템 및 그 배양 방법
RU2644193C1 (ru) Способ управления процессом производства биомассы аэробных микроорганизмов
RU2447143C2 (ru) СПОСОБ ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ Bacillus brevis ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАМИЦИДИНА С
CN106811490A (zh) 一种黑曲霉批发酵生产葡萄糖酸钠的方法
US20190300842A1 (en) Systems and methods for continuously culturing microalgae in mixotrophic conditions
CA2184610A1 (en) Micro-organism culture method
Röling et al. Growth, maintenance and fermentation pattern of the salt-tolerant lactic acid bacterium Tetragenococcus halophila in anaerobic glucose limited retention cultures
Uyub et al. Heat pre-treatment of beverages wastewater on hydrogen production
Rao et al. Studies on the production of bacterial rennet in a pilot plant fermentor
US20160068799A1 (en) Medium, method and system for cultivation of chlorella pyrenoidosa or organisms derived from chlorella pyrenoidosa
Jauhri et al. Production of Protein by fungi from agricultural wastes: II. Effect of carbon/nitrogen ratio on the efficiency of substrate utilization and protein production by Rhizoctonia melongina, Pleurotus ostreatus, and Coprinus aratus
RU2099416C1 (ru) Способ производства хлебопекарных дрожжей
HUMPHREY Substrate utilization models for control of bioreactors
JPS5988091A (ja) 固定化菌体もしくは固定化酵素

Legal Events

Date Code Title Description
PUP Patent expired
PUP Patent expired