SK281153B6

SK281153B6 - Spôsob výroby d-galaktózy a etanolu

Info

Publication number: SK281153B6
Application number: SK3147-92A
Authority: SK
Inventors: Michal Rosenberg
Original assignee: Chemickotechnologická Fakulta Stu
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 2000-12-11
Also published as: SK314792A3

Abstract

Podstata riešenia spočíva v tom, že sa kvasinky rodu Saccharomyces submerzne kultivujú pri teplote 10 - 40 °C, hodnote pH 3,0 - 7,0 v prítomnosti 5 - 30 % hmotn. glukózovo-galaktózových sirupov, pričom D-galaktózu je možné pripraviť z vyfermentovaných médií kryštalizáciou.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález, sa týka spôsobu výroby D-galaktózy a etanolu.

Doterajší stav techniky

D-Galaktóza patrí medzi vzácne sacharidy, ktoré sú súčasťou živých systémov, rastlín a drevín. Má použitie v biochémii, mikrobiológii, kozmetike, ako aj ako východisková zložka na výrobu ďalších vzácnych sacharidov. Príprava tohto sacharidu bola opísaná z pečeňových buniek a kyslou hydrolýzou celulózových materiálov. Nevýhodou týchto postupov je to, že po hydrolýze makromolekúl obsahuje reakčná zmes veľké množstvo látok, čo má za následok veľké problémy pri izolácii čistého produktu.

Najbohatším zdrojom D-galaktózy je mliečny cukor (laktóza), ktorý sa skladá z dvoch monosacharidových jednotiek glukózy a galaktózy, vzájomne spojených β-glykozidickou väzbou. I napriek značnej stabilite tejto väzby bola rozpracovaná enzýmová aj kyslá hydrolýza laktózy na zmes D-glukózy a D-galaktózy. Izolácia D-galaktózy zo zmesi s D-glukózou je náročná, s nízkou výťažnosťou a produkt obsahuje vyššie množstvá zvyškovej glukózy. Príprava čistého produktu vyžaduje použitie frakčnej kryštalizácie, prípadne chromatografických metód.

Podstata vynálezu

Podstatou spôsobu výroby D-galaktózy a etanolu podľa vynálezu je, že sa submerzne kultivujú kvasinky produkujúce etanol, výhodne rodu Saccharomyces, vo vodnom živnom médiu pri teplote 10 až 40 °C, hodnote pH 3,0 až 7,0 v prítomnosti D-glukózy a D-galaktózy v koncentrácii 5 až 30 % hmotn. každej z týchto zložiek. Ako produkčné mikroorganizmy je možné použiť kvasinky produkujúce etanol, ktoré neskvasujú D-galaktózu, výhodne kmeňov Saccharomyces cerevisiae S8 a Saccharomyces oviformis S5. Tieto kmene sú uložené na Katedre biochemickej technológie CHTF STU Bratislava a majú vysokú selektivitu konverzie D-glukózy na etanol pri minimálnej tvorbe organických kyselín a ďalších nežiaducich látok.

V priebehu kultivácie sa hodnota pH udržiava v požadovanom rozsahu samovoľne, prípadne prídavkom alkalický reagujúcich roztokov, hlavne KOH, NaOH, NH₄OH, CaCO₃, Ca(OH)₂. Kultivácia prebieha bez prevzdušňovania, médium sa mierne mieša, čo podporuje uvoľňovanie oxidu uhličitého a urýchľuje kvasenie. Na zaočkovanie produkčného fermentora je výhodné použiť vegetatívne inokulum, ktoré sa získa 18- až 28-hodinovou submerznou kultiváciou producenta a dávkuje sa do produkčného fermentora v množstve od 5 do 40 % celkového objemu.

Fcrmentačné médium obsahuje D-glukózu a D-galaktózu v množstve 5-30 % hmotn, ktoré je možné pripraviť kyslou alebo enzymatickou hydrolýzou laktózy, prípadne médií obsahujúcich laktózu (srvátka a pod.). Do média sa pridávajú minerálie a výživové komponenty podporujúce rast kvasiniek a produkciu etanolu.

Fermentácia sa uskutočňuje až do vyčerpania D-glukózy z média. D-Galaktôzu je možné pripraviť z vyfermentovaného média po separácii produkčného mikroorganizmu bežnými priemyselnými postupmi (dekolorizácia, odsolenie, kryštalizácia a pod.). Naprodukovaný etanol v priebehu kultivácie je možné využiť v priebehu kryštalizácie D-galaktózy.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Pripraví sa glukózovo-galaktózový sirup kyslou hydrolýzou laktózy (0,05 mol/1 H₂SO₄, 60 minút, 120 ’C, neutralizácia CaCO₃). Pripraví sa sterilné inokulačné médium, ktoré obsahuje v 1 dm³ vodovodnej vody 80 g D-glukózy, 80 g D-galaktózy, 0,5 g (NFL^SOi, 0,2 g KC1, 0,2 g (NH₄)₂HPO₄, 0,2 g MgSO₄.7H₂O a 3 g kvasnicového autolyzátu.

0,2 dm³ inokulačného média v 0,5 dm³ kultivačných bankách sa zaočkuje kvasinkami Saccharomyces cerevisiae S8 a kultivuje staticky za občasného premiešania 24 hodín pri 30 ’C. Takto pripravená submerzná kultúra produkčného mikroorganizmu sa použije na inokuláciu 4,5 dm³ produkčného média v množstve 15 % obj. Produkčné médium obsahuje 150 g/dm³ D-glukózy a 150 g/dm³ D-galaktózy, ostatné zložky sú analogické ako v prípade inokulačného média. Fermentácia sa uskutočňuje pri 28 °C bez prevzdušňovania a pretlaku, médium sa mierne mieša (150 ot/min.). Po 48 hodinách fermentácie obsahuje fermentačné médium menej ako 0,2 g glukózy/dm³, 65 g/dm³ etanolu, množstvo galaktózy sa v priebehu kultivácie nemení. Bunková hmota mikroorgnizmu sa odstráni z média centrifúgáciou. Po odfarbení a odstránení zvyškových minerálií a organických kyselín perkoláciou ccz kolóny vymieňača katiónov a aniónov sa roztok D-galaktózy zahustí na sirup a vykryštalizuje v prítomnosti etanolu. Takto pripravená D-galaktóza vysokej čistoty obsahuje menej ako 1 % nečistôt.

Príklad 2

Pripraví sa enzýmový hydrolyzát laktózy (β-galaktozidáza 5 U/ml, pH 6,5, 40 ’C, 30 minút). Príprava inokula, zloženie médií a podmienky fermentácie sú analogické ako v príklade 1. Čas fermentácie aj výťažky sú analogické ako v príklade 1.

Príklad 3.

Pripraví sa 4,2 dm³ inokulačného média v 7 dm³ fermentačnej nádobe (zloženie média analogické ako v príklade 1). Po 24 hodinovej kultivácii (teplota 25 ’C, miešanie 100 ot/min.) sa takto pripravená submerzná kultúra použije na inokuláciu produkčného fermentora s objemom 100 dm³obsahujúcim 80 dm³ produkčného média. Produkčné médium obsahuje D-glukózu a D-galaktózu v koncentrácii 200 g/dm³, inak je zloženie média analogické ako v príklade 1. Fermentácia sa uskutočňuje pri 22 °C počas 60 hodín za mierneho miešania (100 ot/min. bez prevzdušňovania). Úbytok D-galaktózy v priebehu kultivácie je menši ako 5 %, množstvo zvyškovej glukózy je nižšie ako 1 g/dm³. D-galaktóza sa izoluje postupom uvedeným v príklade 1.

Po skončení fermentácie sa biomasa odseparuje a podrobí sa tepelnej hydrolýze (20 minút, 112 °C, 10 % sušina kvasiniek). Takto upravená biomasa producenta sa použije ako náhrada kvasnicového autolyzátu analogicky podľa prepočtu na sušinu. Výťažky aj čas fermentácie sa nemenia.

Claims

1. Spôsob výroby D-galaktózy a etanolu, vyznačujúci sa tým, že sa submerzne kultivujú kvasinky selektívne konvertujúce D-glukózu na etanol a neskvasujúce D-galaktózu, výhodne rodu Saccharomyces, vo

SK 281153 Β6 vodnom živnom médiu pri teplote 10 až 40 °C, hodnote pH 3,0 až 7,0 v médiu v prítomnosti zmesi D-glukózy a D-galaktózy v koncentrácii 5 až 30 % hmotn. každej z týchto zložiek, pričom po skončení kultivácie a separácii bunkovej hmoty mikroorganizmu sa D-galaktóza oddelí od etanolu kryštalizáciou.

2. Spôsob výroby podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým,že sa bunková hmota mikroorganizmu rozruší autolýzou, tepelnou hydrolýzou, prípadne inými v danej oblasti techniky vhodnými postupmi a použije sa ako zdroj výživových látok kultivačného média v ďalších fermentáciách.