PL229064B1

PL229064B1 - Sposób otrzymywania biomasy drożdży olejogennych

Info

Publication number: PL229064B1
Application number: PL408730A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Błażejak; Iwona Gientka; Anna Bzducha-Wróbel; Anna Bzducha‑Wróbel
Original assignee: Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego W Warszawie
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2018-06-29
Also published as: PL408730A1

Abstract

Sposób otrzymywania biomasy drożdży z rodzaju Rhodotorula, obejmujący etapy: przednamnażania, przygotowania biomasy inokulacyjnej, namnażania komórek i pozyskania biomasy, w którym etap namnażania komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu, które stanowi odpadowa woda sokowa ziemniaczana wzbogacona glicerolem odpadowym z produkcji biopaliwa do silników wysokoprężnych, użytym w stężeniu od 15 do 20% obj., w temperaturze od 28 do 30°C, w czasie od 48 do 72 godzin.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania biomasy olejogennych drożdży z rodzaju Rhodotorula.

Olej mikrobiologiczny w postaci biomasy komórkowej może być wykorzystany jako wysokoenergetyczny dodatek paszowy dla zwierząt. Ze względu na zawartość wielonienasyconych kwasów tłuszczowych olej mikrobiologiczny może także stanowić dodatek do preparatów w żywieniu ludzi. Produkcja olejów pochodzenia mikrobiologicznego (SCO - ang. Single Cell Oil), w porównaniu do tych otrzymywanych z tradycyjnych surowców roślinnych lub zwierzęcych, niesie ze sobą wiele korzyści. Jest niezależna od klimatu, cykl produkcji jest krótki, istnieje możliwość dokładnej kontroli jakości produktu, a skład kwasów tłuszczowych może być modyfikowany zmianami parametrów środowiska hodowlanego.

Wewnątrzkomórkowy tłuszcz, stanowiący więcej niż 20% suchej substancji biomasy, m agazynowany jest przez niektóre gatunki drożdży, w tym należące do rodzaju Rhodotorula. Magazynowanie tłuszczu zależy od warunków hodowli oraz składu podłoża, w tym w znacznym stopniu od rodzaju źródła węgla i azotu, jak również genotypowych właściwości mikroorganizmu. Biosynteza lipidów w komórkach drożdży olejogennych rozpoczyna się zazwyczaj w obecności dużej zawartości źródła węgla w podłożu oraz ograniczonego dostępu do źródła azotu. Proces syntezy tłuszczu w postaci triacylogliceroli w komórkach drożdży zachodzi w ciałkach lipidowych oraz retikulum endoplazmatycznym.

Ze zwiększającą się podażą biopaliw do silników wysokoprężnych (tzw. biodiesla) zwiększa się ilość odpadów glicerynowych, co stwarza konieczność ich zagospodarowania. Faza glicerynowa zawiera 50-60% glicerolu, który może być przekształcany drogą biokonwersji do 1,3-propanodiolu, dihydroksyacetonu, kwasów cytrynowego i bursztynowego. Glicerol może być wykorzystywany przez niektóre drobnoustroje jako przyswajalne źródło węgla i w związku z tym, może stanowić podstawowy składnik podłoży hodowlanych.

Uciążliwym obciążeniem ścieków przemysłu skrobiowego, wymagającym zagospodarowania, jest ziemniaczana odpadowa woda sokowa. Stanowi ona odpad po termiczno-kwasowej koagulacji białek soku ziemniaczanego. Zawiera około 3-5% suchej substancji, w tym około 1% białka ogółem, z czego połowę stanowią białka rozpuszczalne.

Ponadto zawiera fosfor i inne związki mineralne. Obecność łatwo przyswajalnych przez drobnoustroje związków azotowych oraz związków mineralnych stanowi o możliwości zagospodarowania wody sokowej do namnażania biomasy drożdży, w tym olejogennych. Koncepcja wykorzystania wody sokowej po produkcji skrobi jako źródła węgla w podłożu do hodowli biomasy drożdży Rhodotorula glutinis, w procesie otrzymywania oleju mikrobiologicznego, została ujawniona w chińskim zgłoszeniu patentowym CN101205524. Podłoże do hodowli drożdży według wspomnianego wynalazku zawierało około 3% glukozy. Hodowlę prowadzono w czasie od 72 do 120 godzin.

Głównym problemem technologicznym podczas syntezy SCO jest uzyskanie dużej ilości biomasy w stosunkowo krótkim czasie, ponieważ olej zawsze gromadzony jest wewnątrzkomórkowo. Próby usprawnienia otrzymywania SCO polegały jak dotąd na selekcji szczepów drożdży i ustaleniu optym alnych parametrów hodowli (m.in. temperatury, napowietrzenia), jak również na możliwości wykorzystania odpadowych źródeł węgla lub azotu w podłożach hodowlanych.

Celem obecnego wynalazku było opracowanie taniej, szybkiej i efektywnej metody uzyskania biomasy drożdży olejogennych, pozwalającej na jednoczesną utylizację dwóch odpadów przemysłowych - gliceryny odpadowej po produkcji biodiesla i odpadowej ziemniaczanej wody sokowej po produkcji skrobi.

Sposób otrzymywania biomasy drożdży olejogennych z rodzaju Rhodotorula według wynalazku obejmuje następujące etapy:

a. Etap przednamnażania komórek Rhodotorula, korzystnie przebiegający w podłożu zawierającym glukozę, pepton, ekstrakt drożdżowy, w temperaturze od 28°C do 30°C, w czasie od 18 do 24, korzystnie 24 godzin;

b. Etap przygotowania biomasy inokulacyjnej, korzystnie poprzez wirowanie określonej objętości hodowli przednamnażającej w zakresie od 4000 do 5000 obr/min, następnie przemywanie jałowym roztworem soli fizjologicznej i zawieszenie w jałowej odpadowej wodzie sokowej, tak aby wsiew do podłoża namnażającego wynosił od 5 do 10% obj., korzystnie 10% obj.;

c. Etap namnażania komórek Rhodotorula;

d. Etap pozyskania biomasy przez wirowanie, korzystnie w temperaturze od 4 do 6°C.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że etap namnażania komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu, które stanowi odpadowa woda sokowa ziemniaczana wzbogacona glicerolem

PL 229 064 B1 odpadowym z produkcji biopaliwa do silników wysokoprężnych, użytym w stężeniu od 15 do 20% obj., w temperaturze od 28 do 30°C, w czasie od 48 do 72 godzin.

Korzystnie jako drożdże z rodzaju Rhodotorula stosuje się drożdże Rhodotorula gracilis.

Korzystnie namnażanie komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu otrzymanym przez rozpuszczenie odpowiedniej objętości glicerolu w odpadowej wodzie sokowej ziemniaczanej, ustalenie pH na poziomie od 4,5 do 5,5, a następnie sterylizację w temperaturze 121°C, w czasie od 15 do 20 minut.

Korzystnie etap przedmnażania i namnażania komórek Rhodotorula prowadzi się na wytrząsarce posuwisto-zwrotnej o amplitudzie drgań 200 cykli/min.

Korzystnie etap pozyskania biomasy przez wirowanie prowadzi się przy 5000 obr/min, w temperaturze 4°C, przez 10 minut,

Etap hodowli namnażającej w podłożu o składzie według wynalazku prowadzi do otrzymywania w 72 godzinie hodowli plonu biomasy w ilości około 20 g s.s./dm³, charakteryzującej się zawartością tłuszczu około 25 g/100 g s.s. Stopień wykorzystania glicerolu w hodowli zawierającej 15% glicerolu wynosi około 75%, natomiast w podłożu zawierającym 20% glicerolu około 60%.

Sposób według wynalazku umożliwia wspólne wykorzystanie dwóch rodzajów odpadów przemysłowych i jednocześnie prowadzi do uzyskania wysokiego plonu biomasy w krótkim czasie, nie przekraczającym 3 dni.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie stosowania.

P r z y k ł a d

Biomasę drożdży Rhodotorula gracilis namnaża się w podłożu o składzie [g/dm³]: glukoza 20, pepton 10, ekstrakt drożdżowy 10, pH 5,0 przez 24 godziny na wytrząsarce o ruchu posuwisto-zwrotnym (200 obr/min) w temperaturze 28°C. Następnie 10 cm³ hodowli odwirowuje się (10 min, 5000 obr/min), dwukrotnie płucze jałową solą fizjologiczną, zawiesza w 10 cm³ jałowej odpadowej wody sokowej i ilościowo przenosi do podłoża namnażającego. Hodowlę namnażającą prowadzi się w kolbach płaskodennych wypełnionych podłożem zawierającym ziemniaczaną odpadową wodę sokową wzbogaconą glicerolem (15% obj.), w czasie 72 godzin w temperaturze 28°C. Hodowla pozwala na otrzymanie plonu biomasy 21,68 ± 0,8 g s.s./dm³, która zawiera 25,45+0,52% tłuszczu. Produktywność objętościowa biosyntezy wynosi 5,52 g tłuszczu w jednym dm³ podłoża.

Claims

1. Sposób otrzymywania biomasy drożdży z rodzaju Rhodotorula, obejmujący etapy: przednamnażania, przygotowania biomasy inokulacyjnej, namnażania komórek i pozyskania biomasy, znamienny tym, że etap namnażania komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu, które stanowi odpadowa woda sokowa ziemniaczana wzbogacona glicerolem odpadowym z produkcji biopaliwa do silników wysokoprężnych, użytym w stężeniu od 15 do 20% obj., w temperaturze od 28 do 30°C, w czasie od 48 do 72 godzin.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako drożdże z rodzaju Rhodotorula stosuje się Rhodotorula gracilis.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że namnażanie komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu otrzymanym przez rozpuszczenie odpowiedniej objętości glicerolu w odpadowej wodzie sokowej ziemniaczanej, ustalenie pH na poziomie od 4,5 do 5,5, a następnie sterylizację w temperaturze 121°C, w czasie od 15 do 20 minut.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przedmnażanie komórek Rhodotorula prowadzi się w podłożu zawierającym glukozę, pepton, ekstrakt drożdżowy, w temperaturze od 28°C do 30°C, w czasie od 18 do 24 godzin.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przygotowanie biomasy inokulacyjnej, prowadzi się przez wirowanie hodowli przednamnażającej w zakresie od 4000 do 5000 obr/min, następnie przemywanie jałowym roztworem soli fizjologicznej i zawieszenie w jałowej odpadowej wody sokowej, tak aby wsiew do podłoża namnażającego wynosił od 5 do 10% obj.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przedmnażanie i namnażanie komórek Rhodotorula prowadzi się na wytrząsarce posuwisto-zwrotnej o amplitudzie drgań 200 cykli/min.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap pozyskania biomasy prowadzi się przez wirowanie w temperaturze od 4 do 6°C.