SE436757B - Forfarande for framstellning av etanol genom samtidig forsockring av ett cellulosahaltigt material med hjelp av cellulas och jesning av bildade sockerarter med hjelp av candida brassicae - Google Patents

Description

7W7985-1 2 Askosporer, ballistosporer och teliosporer saknas.

Jäsning: glukos.

Assimilering av kolföreningar: glukos, galaktos, sukros, maltos (mycket svag), raffinos (svag), D-xylos (svag), etanol, glycerol, mjölksyra och bärnstenssyra.

Kaliumnitrat ej assimilerat, arbutin ej funnet av- spjälkat och ej heller karbamid. Tillsats av vitaminer ej nöd- vändig.

Maximal tillväxttemperatur 43 - 45° C.

Typ: kultur RIFY E-17 i samlingen hos Research Institute of Fermentation, Yamanashi University, Kofu, isole- rar Brassica oleracea var. capitata i Kofu, Japan 1973.

Tillväxt i maltextrakt: efter 3 dagar vid 250 C är cellerna korta-ovala till cylindriska, (2,5 - 5) x (3 - 17,5) , enkla, i par eller i kedjor (fig. 1). Pseudomycelceller bildas (fig. 2). Ett sediment och tunna, rynkiga hinnor bildas.

Tillväxt på maltagar: efter l månad vid 170 C är kulturen vit till svagt gulfärgad, smutsig, upprest, mjuk och smidig eller något veckad.

Snedkultur på potatisagar: ett pseudomycel med träd- liknande form bildas i stor omfattning (fig. 3 och 4).

Bildning av sporer: inga askosporer, ballistosporer eller teliosporer bildas, Jäsning: glukos + trehalos - galaktos - laktos - sukros - raffinos - maltos - xylos ~ Assimilering av kolföreningar: glukos + D-ribos - galaktos + L-rhamnos - L-sorbos - etanol + sukros + glycerol + maltos _ mycket svag erytritol - cellobios - ribitol - trehalos - galaktitol - _ laktOS ' - D-mannitol .__ -;. melibios 4 - D-glucitol - 7907985 - 1 3 raffinos svag G.-metyl-D-glukosid - melezitos - salicin - inulin - DL-mjölksyra + löslig stärkelse - bärnstenssyra + D-xylos svag citronsyra - L-arabinos - inositol - D-arabinos - Assimilering av kaliumnitrat: ingen.

Tillväxt i vitaminfritt medium: god tillväxt.

Natriumkloridtolerans: l4 - 15 vikt-%. maximitemperatur för tillväxt: 43 - 450 C.

Spjälkning av arbutin: negativ.

Hydrolys av karbamid: negativ.

Det har nu visat sig att Candida brassicae, ATCC 32196 uppvisar flera nya och oväntade fördelar i förhållande till konventionella jästtyper vid överförandet till etanol av den in situ bildade glukosen genom försockring av cellulosa 1 en samtidig försockrings-jäsningsreaktion.

Uppfinningen innebär sålunda en förbättring av för- farandet beskrivet i den amerikanska patentskriften 3 990 944 genom användning av Candida brassicae ATCC 32196 i stället för Saccharomyces cerevisiae eller Rhizopus javanicus.

Uppfinningen avser sålunda ett förfarande av inled- ningsvis nämnt slag, som kännetecknas av att som jäst användes Candida brassicae ATCC 32196. Föredragna utföringsformer fram- går av underkraven.

Med tillämpning av uppfinningen får ett cellulas och en alkoholproducerande mikroorganism samtidigt inverka på ett substrat av antingen cellulosa eller en substans uppbyggd till övervägande del av cellulosa. De cellulosasubstrat, som är tillämpliga som utgångsmaterial i samband med uppfinningen, in- kluderar renad cellulosa, agrikulturellt framställda produkter, såsom bomull, trä, risstrån, vetestrån, majskolvar och andra substanser uppbyggda till övervägande del av cellulosa, såsom tidningspapper, korrugerat papper, journalpapper och avfalls- papper. För att dessa material på ett effektivt sätt skall kun- na användas som substrat för försockringsreaktionen i närvaro av 7907985 ”i cellulosa är det nödvändigt att pulvrisera eller fintugga dem.

För hydrolysen av dessa cellulosasubstrat kan man använda kom- mersiellt tillgänglig cellulas. Ett enzympreparat som t.ex.

Cellulase Onotsuga kan användas. En vätska innehållande ett cel- lulas, t.ex. en odlingsvätska från en cellulasproducerande mikro- organism, som t.ex. en odlingsvätska från Trichoderma reesei QM9414 (Trichoderma viride QM9414) kan också användas.

Som alkoholproducerande mikroorganism för samtidig inverkan på de hexoser, som bildas vid nedbrytningen av cellulo- sa, används jästen Candida brassicae, ATCC 32196.

För att cellulosasubstratet samtidigt skall kunna pâ- verkas av ett cellulas och jästen Candida brassicae, ATCC 32196, beredes en vattensuspension innehållande 1-30 vikt-% cellulosa el- ler en substans sammansatt till övervägande del av cellulosa och underkastas termisk sterilisering för att kunna fungera_som sub- strat, och ett cellulas (eller en cellulashaltig vätska) sättes till substratet och samtidigt tillsättes den i förväg odlade jäs- ten C. brassicae, ATCC 32196, så att reaktionen förlöper anae- robt vid en temperatur av ca 30 - 45°C.

En ytterligare fördel har framkommit vid använd- ningen av organismen Candida brassicae ATCC 32196. Såväl under odlingen av organismen före tillsättandet för den samtidigaför- sockningen-jäsningen och under enbart jäsningen och samtidiga försockningen-jäsningen tillväxer organismen till ett större biomassautbyte och närmare bestämt till ett större cellantal per tidsenhet än konventionella jästtyper för jäsning av hexos till alkohol. Genom odlingen av C. brassicae, ATCC 32196 i ett odlingsmedium vid en temperatur av 30 - 45° C erhålles sålunda mera aktiva celler för ympning i reaktionsblandningen för sam- tidig försockring-jäsning, och den kvarvarande mängden biomassa är större efter jäsning eller samtidig försockring-jäsning, vil- ket möjliggör större tillgodogörande av biprodukter vid fram- ställningen av etanol ur cellulosa. Biomassaprodukten är en nä- ringsrik djurföda med högt proteininnehåll.

Vidare uppnås ett högt cellutbyte inom ett brett temperaturområde. Det har visat sig att exceptionellt höga cell- utbyten kan uppnås vid temperaturer upp till 42 - 43° C, en tem- peratur vid vilken de flesta jästtyper ej förökar sig.

Uppfinningen belyses närmare i anslutning till bifo- gade ritningsfigurer. I samtliga ritningsfigurer representerar kurvorna en tolkning av aktiviteten visad som funktion av tempe- 7907985-1 raturen, vid vilken aktiviteten iakttogs. Kurvorna har ritats upp med ledning av framtagna data och de specifika punkterna är experimentellt framtagna värden.

Hos varje kurva betyder de enskilda punkterna föl- jande: 'cirklar (CD) Candida brassicae ATCC 32196 trianglar (ll) Saccharomyces cerevisiae ATCC 4126 kryss ()() Saccharomyces cerevisiae ATCC 4132 kvadrater ([]) Saccharomyces carlsbergensis IAM 4787 rutor (<>) Saccharomyces cerevisiae ATCC 24858 Fig. 1 illustrerar bildningshastigheten för etanol under en 24 timmars period vid den angivna temperaturen för olika jästslag vid tillväxt i ett medium innehållande 100 g/liter glukos och dessutom konventionella tillväxtingre- dienser.

Fig. 2 illustrerar den aktuella glukoskoncentratio- nen i en jästkultur under tillväxt i ett näringsmedium innehål- lande 20 g/liter glukos 12 timmar efter ympning och inverkan vid de olika angivna temperaturerna.

Fig. 3 anger jästcellantalet i kvarvarande biomassa efter 24 timmar vid angivna temperaturer vid en samtidig för- sockring-jäsning av cellulosa enligt metoden beskriven i ameri- kanska patentskriften 3 990 944 efter ympning ned en ekvivalent koncentration av cellulas härrörande från Trichoderma reesei QM94l4 och motsvarande jästcellantal för de olika jästslagen.

Fig. 4 anger masskoncentrationen av cellenheter ef- ter 12 timmars tillväxt av den identifierade jästen på det glukoshaltiga näringsmediet omnämnt i anslutning till fig. 2 vid de olika temperaturerna. Fig. 3 och 4 demonstrerar den ext- ra celltillväxten som uppnås med Candida brassicae, ATCC 32196.

Fig. 5 illustrerar det totala etanolutbytet efter 24 timmar vid samtidig försockring-jäsning utförd vid olika temperaturer. Kurvorna visar att vid temperaturer av 37,5 - 40°C är jästen Candida brassicae ATCC 32196 ungefär ekvivalent med j 1907985-1 6 Saccharomyces cerevisiae och Saccharomyces carlsbergensis med temperaturer över 40° C förblir jästens aktivitet höq utan nå- gon sänkning av alkoholproduktionen. Eftersom den samtidiga försockrings-jäsningsreaktionen är en exoterm process, som van- ligen drivs vid mellan 37,5 och 400 C är det kommersiellt för- delaktigt med en jäst med förmåga att upprätthålla aktiviteten vid en temperatur över 400 C, eftersom dyrbara och sofistike- rade kylanordningar ej erfordras och reaktionen kan tillåtas skena iväg utan att alkoholutbytet sjunker.

Jäsningen och jästproduktionen utföres genom att tillsätta en vattenuppslamning av jästen till ett näringsmedium innehållande 2 % glukos, 0,5 % jästextrakt, 0,5 % maltextrakt och 0,5 % pepton under långsam till medelhög omröring (120 varv/minut) och ett lufttillträde av 1 v/v/m. Ett pH av 5,0 upprätthålles genom intermittent tillsats av standardiserade reagens. Cellerna isoleras genom centrifugering efter 24 timmars tillväxt vid 380 C och cellkakan användes för jäsning av glu- kos eller vid en samtidig försockrings-jäsningsreaktion enligt metoden beskriven i den amerikanska patentskriften 3 990 944.

Claims (3)

10 15 7907985 -1 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av etanol från cellulosa genom samtidig försockring av ett cellulosahaltigt material med hjälp av cellulas och jäsning av bildade sockerarter med hjälp av en jäst, och isolering och utvinning av den resulterande etanolen och eventuellt även av bildat jästprotein, k ä n n e t e c k- n a t av att som jäst användes Candida brassicae ATCC 32196.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att framställningen sker genom jäsning av jäsningsbara socker- arter erhållna ur cellulosa genom försockring därav.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid tillväxten av jästen i odlingsmediet erhållet jästprotein utvinnes som biprodukt.