close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

PL168464B1

код для вставкиСкачать
RZECZPOSPOLITA POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)168464
(13)B1
(21) Numer zgłoszenia: 2 9 2 6 1 1
(51) IntCl6:
C 1 2 N 1 /3 8
C 1 2 G 1 /0 2
7/06
12P
C
(73)
(43)
U praw niony z patentu:
Akademia Rolnicza, Poznań, PL
Zgłoszenie ogłoszono:
Urząd Patentowy
(22) Data zgłoszenia: 2 9 .1 1 .1 9 9 1
31.05.1993
Rzeczypospolitej
Polskiej BUP 11/93
(72)
Tw órca wynalazku:
Włodzimierz Grajek, Poznań, PL
(54)
(45)
Sposób przygotowania komórek drożdżowych do procesu fermentacji etanolowej
O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.02.1996 W UP 02/96
(74)
Pełnomocnik:
Domańska-Baer Alina, Akademia Rolnicza
PL 168464
B1
(57)1. Sposób przygotow ania ko m ó rek drożdżowych do pro cesu ferm entacji etanolow ej,
znam ienny tym , że w końcow ej fazie nam nażania k o m ó rek drożdżowych z brzeczki
ferm entacyjnej wydziela się gęstwę kom órkow ą i m iesza się ją z substancją m odyfikującą
zaw ierającą nienasycone kwasy tłuszczowe, najkorzystniej zaw ierające 16 i 18 atom ów
węgla i je d n o lub więcej w iązań podwójnych o raz em ulgatory, sterole, fosfolipidy i białka
w proporcji je d n a część wagow a substancji na 15 do 25 części wagowych gęstwy k o m ó rk o wej, po czym m ieszaninę inkubuje się w tem p eratu rze pokojow ej, w w arunkach b eztlen o wych i przy zachow aniu pH 5 - 6, korzystnie p rzez 3- 6 godzin, a następnie m ieszaninę
w prow adza się ponow nie do ferm entow anego roztw oru cukrow ego.
14. Sposób przygotowania kom órek drożdżowych do procesu fermentacji etanolowej,
znamienny tym, że w końcowej fazie nam nażania kom órek drożdżowych z brzeczki ferm entacyjnej wydziela się gęstwę kom órkow ą i miesza się ją z substancją modyfikującą zawierającą
nienasycone kwasy tłuszczowe, najkorzystniej zawierające 16 i 18 atom ów węgla i jedno lub
więcej wiązań podwójnych oraz emulgatory, sterole, fosfolipidy i białka w proporcji jed n a część
wagowa substancji na 15 do 25 części wagowych gęstwy kom órkowej, po czym mieszaninę
emulguje się w tem p eratu rze pokojowej, w warunkach beztlenowych i przy zachowaniu pH 5
- 6, korzystnie 3 - 6 godzin, a następnie mieszaninę rozdziela się na frakcję tłuszczową i frakcję
komórkową przy czym frakcję kom órkową wprowadza się ponow nie do ferm entow anego
roztworu cukrowego, a frakcję tłuszczową zawraca się do procesu modyfikacji.
SPOSÓB PRZYGOTOWANIA KOMÓREK DROŻDŻOWYCH DO PROCESU
FERMENTACJI ETANOLOWEJ
Z a s t r z e ż e n i a
1.
p a t e n t o w e
Sposób przygotowania komórek drożdżowych do procesu fermentacji etanolowej z n a m i
e n n y
tym,
że w końcowej fazie namnażania komórek drożdżowych z brzeczki fermentacyjnej
wydziela się gęstwę komórkową i miesza się ją z substancją modyfikującą zawierającą nienasyco
ne
kwasy
wiązań
tłuszczowe,
podwó jnych
najkorzystniej
oraz
emulgatory,
zawierające
sterole,
16
i
18
fosfolipidy
atomów
węgla
i białka
w
i jedno
lub
proporcji
jedna
więcej
część
wagowa substancji na 15 do 25 części wagowych gęstwy komórkowej po czym mieszaninę inkubuje
się w temperaturze pokojowej, w warunkach beztlenowych i przy zachowaniu pH 5 - 6, korzystnie
przez 3 - 6
godzin, a następnie mieszaninę wprowadza się ponownie do fermentowanego roztworu
cukrowego.
2. Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że działaniu nienasyconych kwasów
tłuszczowych poddaje się komórki w końcowej fazie wzrostu logarytmicznego.
3.
Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że
działaniu
nienasyconychkwasów
tłuszczowych poddaje się komórki w początkowej fazie wzrostu zwolnionego.
4.
Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że jako ź r ó d ł o nienasyconych kwasów
tym,
że jako ź r ó d ł o nienasyconych
tym,
że jako źródło nienasyconych kwasów
tłuszczowych stosuje się czyste kwasy tłuszczowe.
5.
Sposób według zastrz.
tłuszczowych
1, z n a m i e n n y
stosuje się oleje
6. Sposób według zastrz.
kwasów
roślinne.
1, z n a m i e n n y
tłuszczowych stosuje się tłuszcze zwierzęce.
7. Sposób
według zastrz.
1 z n a m i e n n y
tym,
że nienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do procesu w postaci emulsji etanolowo - tłuszczowej.
8. Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że nienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do procesu w postaci emulsji spirytusowo - tłuszczowej.
9. Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że nienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do procesu w postaci emulsji wodno - tłuszczowej.
10.
Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że substancja modyfikująca z a -
wiera korzystnie od 0,1 do 5 g nienasyconych kwasów tłuszczowych na 1 litr brzeczki.
11. Sposób według zastrz 1, z n a m i e n n y
tym,
że substancja modyfikująca zawiera
korzystnie od 1 do 10 g fosfolipidów.
12. Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
tym,
że substancja modyfikująca zawiera
tym,
że substancja modyfikująca zawiera
korzystnie 0,1 do 1g steroli na 1 litr brzeczki.
13. Sposób według zastrz.
1, z n a m i e n n y
korzystnie od 1 do 20 g białka.
14.
Sposób przygotowania
m i e n n y
cyjnej
tym,
drożdżowych do procesu
kwasy
wiązań
część wagowa
i miesza
tłuszczowe, najkorzystniej
podwójnych
substancji
oraz
na
15
emulgatory,
do
25
emulguje się w temperaturze pokojowej,
korzystnie
frakcję
przez
komórkową
fermentacji
etanolowej
z n a -
że w końcowej fazie namnażania komórek drożdżowych z brzeczki fermenta-
wydziela się gęstwę komórkową
nienasycone
więcej
komórek
3 - 6
przy
godzin,
czym
się ją z substancją modyfikującą
zawierające
sterole,
części
16 i 18 atomów węgla
fosfolipidy
wagowych
gęstwy
i białka
komórkowej
zawierającą
i jedno lub
w proporcji
po
czym
jedna
mieszaninę
w warunkach beztlenowych i przy zachowaniu pH 5 - 6 ,
a następnie mieszanię rozdziela się na frakcję tłuszczową i
frakcję
komórkową
wprowadza
się
ponownie
roztworu cukrowego, a frakcję tłuszczową zawraca się do procesu modyfikacji.
do
fermentowanego
1 6 8 464
3
15. S p o s ó b według zastrz. 14, z n a m i e n n y
t y m , że działaniu nienasyconych kwasów
tłuszczowych poddaje się komórki w początkowej fazie wzrostu zwolnionego.
16.
Sposób według zastrz. 14, z n a m i e n n y
tym,
że jako źródło nienasyconych
kwasów tłuszczowych stosuje się czyste kwasy tłuszczowe.
17.
Sposób
według zastrz. 14,z n a m i e n n y
tym,
że jako źródło nienasyconych
kwasów tłuszczowych stosuje się oleje roślinne.
18. Sposób według zastrz. 14z n a m i e n n y
kwasów tłuszczowych stosuje się tłuszcze zwierzęce.
19. Sposób według
zastrz.
14, z n a m i e n n y
t y m ,
że jako źródło nienasyconych
tym,
żenienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do procesu w postaci emulsji etanolowo - tłuszczowej.
20. S p o s ó b według zastrz.
14, z n a m i e n n e
tym,
że nienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do procesu w postaci emulsji spirytusowo - tłuszczowej.
21. Sposób według
zastrz. 14, z n a m i e n n y
tym,
że nienasycone kwasy tłuszczowe
wprowadza się do do procesu w postaci emulsji wodno - tłuszczowej.
22. Sposób według zastrz. 14, z n a m i e n n y
korzystnie od 0 , 1
do
tym,
że substancja modyfikująca zawiera
5 g nienasyconych kwasów tłuszczowych na 1litr brzeczki.
23. S p o s ó b według zastrz. 14, z n a m i e n n y
tym,
że substancja modyfikująca za-
wiera korzystnie od 1 do 10 g fosfolipidów.
24.
Sposób
według
zastrz.
14,
z n a m i e n n y
t y m ,
że substancja
modyfikująca
ty m ,
że substancja modyfikująca
zawiera korzystnie 0,1 do 1 g steroli na 1 litr brzeczki.
25.
Sposób
według
zastrz.
14,
z n a m i e n n y
zawiera korzystnie od 1 do 20 g białka.
* * *
Przedmiotem wynalazku jest sposób przygotowania komórek drożdżowych do procesu fermentacji etanolowej.
W procesie fermentacji etrmentacji etanolowej cukry fermentujące są przekształcane w e tanol pod wpływem kompleksu enzymów wytwarzanych przez komórki mikroorganizmów, przede wszystkim
drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae.
poczym
etanol
jest
wydzielany
poprzez
Produkcja etanolu odbywa się we wnętrzu k o m ó r ki,
błonę
plazmatyczną
i ściankę
komórkową
na
zewnątrz
k o mórki. Szybkość z jaką produkowany jest etanol zależy od właściwości fermentacyjnych mik roorganizmu
i
czynniki
hamujące
od
stałą wartość.
produkcji
czynników
się od
Według
środowiskowych.
biochemiczne,
Jeżeli
to
w brzeczce
szybkość
fermantencyjnej
produkcji
etanolu
nie
osiąga
maleje,
aż do osiągnięcia
stężenia
krytycznego,
występują
maksymalną,
W miarę zwiększania się stężenia etanolu w brzeczce fermentacyjnej
etanolu
danych warunkach.
ta waha
reakcje
szybkości
to znaczy maksymalnego
w
W warunkach przemysłowych, w zależności od gatunku i rasy drożdży wartość
10 - 12% u drożdży gorzelniczych, do około
obecnego
stanu
wiedzy
głównym
czynnikiem
16 - 18% u drożdży winiarskich.
ograniczającym
uzyskiwanie
wysokiego
stężenia etanolu w brzeczce jest niska trwałość błon biologicznych komórek drożdżowych.
E ta-
nol jako rozpuszczalnik organiczny powoduje w trakcie przechodzenia przez błonę plazmatyczną
rozpuszczanie i wymywanie jej frakcji lipidowej.
a przy
dużym stężeniu
etanolu ulega
zniszczeniu.
W ten sposób błona staje się coraz cieńsza,
Wynikiem
tego jest
śmierć komórki
i zaha-
mowanie produkcji etanolu.
Wiadome
zawartości
jest,
iż
szybkość
z jaką
jest
rozpuszczana
frakcja
lipidowa
błony
zależy
od
i składu jej fosfolipidów. Im większy jest stopień nienasycenia kwasów tłuszczo-
wych oraz dłuższe są ich łańcuchy tym błona wykazuje większą trwałość w roztworach etanolu.
W oparciu o to znane zjawisko wytyczono zadanie przedłużenia trwałości frakcji lipidowej
błony komórek drożdżowych w procesie fermentacji etanolowej.
Zgodnie
w końcowej
z wynalazkiem
w końcowej
fazie
namnażania
komórek
drożdżowych,
fazie ich wzrostu logarytmicznego lub w początkowej fazie wzrostu
najkorzystniej
zwolnionego,
z
brzeczki fermentacyjnej wydziela się gęstwę komórkową i miesza się ją z substancją zawierającą
4
168
nienasycone
kwasy
tłuszczowe,
464
najkorzystniej
zawierające
16 i 18 atomów
węgla
i jedno
lub
więcej wiązań podwójnych, oraz emulgatory, sterole, fosfolipidy i białka. Najkorzystniej jest
gdy jedna część wagowa substancji wprowadzana jest na 15 do 25 części wagowych gęstwy komórkowej.
Uzyskaną mieszaninę inkubuje się w temperaturze pokojowej w warunkach beztlenowych i
przy zachowaniu pH 5 do 6, korzystnie przez 3-6 godz. a następnie zmodyfikowaną gęstwę komórkową wprowadza się ponownie do fermentowanego roztworu cukrowego i prowadzi dalej proces fermentacji w znany s p o s ó b . Jako źródło nienasyconych kwasów tłuszczowych mogą być użyte czyste
kwasy tłuszczowe, oleje roślinne zawierające takie kwasy na przykład sojowy lub słonecznikowy
a także
tłuszcze
wprowadza
się
zwierzęce
do
takie jak na przykład
substancji
w
postaci
emulsji
trany rybie.
Nienasycone
kwasy
tłuszczowe
wodno-tłuszczowej, spirytusowo-tłuszczowej
względnie rozpuszczone w etanolu.
Najlepsze efekty przedłużania trwałości komórek uzyskuje się, gdy substancja modyfikująca
zawiera na 1 litr gęstwy komórkowej: od 1 do 5 g nienasyconych kwasów tłuszczowych, od 0,1 do
1 g steroli, od 1 do 10 g fosfolipidów i od 1 do 20 g białka. W zależności od rodzaju surowca
poddawanego procesowi
fermentacji
substancja
modyfikująca może zawierać wszystkie
lub tylko
niektóre wymienione wyżej składniki.
Korzystnie jest gdy po zakończeniu procesu modyfikacji błon komórkowych mieszaninę rozdziela
się na
frakcję komórkową i frakcję
tłuszczową przy czym frakcję komórkową
wprowadza
się do fermentowanego roztworu cukrowego a frakcję tłuszczową zawraca się do procesu modyfikacji.
Rozdział
frakcji
korzystnie jest przeprowadzić poprzez dodanie do mieszaniny komórkowo-
tłuszczowej np. wody, brzeczki fermentacyjnej lub roztworu soli mineralnych, intensywne wymieszanie i pozostawienie masy do rozwarstwienia.
Do rozdziału frakcji można jednak wykorzystać
także inne techniki separacyjne, takie jak np. wirowanie.
Poddanie gęstwy komórkowej obróbce sposobem według wynalazku sprawia,
że nienasycone kwasy
tłuszczowe wbudowane zostają bezpośrednio w rosnącą błonę plazmatyczną komórek w wyniku czego
następuje sztuczna modyfikacja składu chemicznego błon.
Komó rki o zmodyfikowanym składzie chemicznym błon, po wprowadzeniu do procesu fermentacyjnego,
wykazują polepszone właściwości
technologiczne
takie jak zwiększona odporność membran
na niszczące działanie etanolu, zwiększona zdolność fermentowania roztworów cukrowych o dużym
stężeniu i lepsza wydajność fermentacji.
Jak wykazały pró by technologiczne, w porównaniu z procesami prowadzonymi przy użyciu komórek niezmodyfikowanych, stężenie etanolu w procesie fermentacji z udziałem komórek zmodyfikowanych może być wyższe o 20% a wydajność procesu zwiększa się nawet o 10%.
Wynalazek opisany jest szczegó łowo w przykładach realizacji, kt óre nie wyczerpują wszystkich możliwości technologicznych.
P r z y k ł a d
I. W kadzi fermentacyjnej fermentowano brzeczkę melasową o gęstości 25
81g. Po pierwszej dobie fermentacji pobrano brzeczkę i odwirowano z niej komórki drożdżowe za
pomocą wirówki drożdżowej a brzeczkę zawrócono do kadzi. Mleczko drożdżowe zawierające około
100 g mokrych drożdży na litr było przekazywane porcjami do mieszalnika, w którym znajdowała
się emulsja
zawierająca olej słonecznikowy,
lecytynę,
ergosterol
i pepton.
Stosunek objęto-
ściowy między gęstwą drożdżową a emulsją wynosił jak 20 : 1. Mieszaninę intensywnie mieszano
i pozostawiono
na dwie godziny w warunkach beztlenowych.
W celu zapobieżenia
rozwarstwiania
się składników włączono mieszadło na 5 minut co p ó ł godziny. Po zakończeniu inkubacji mieszaninę wprowadzano ponownie do kadzi fermentacyjnej i kontynuowano proces fermentacji. W wyniku
zabiegu modyfikującego błony plazmatyczne odfermentowanie cukrów zwiększyło się o 10% a wydajność fermentacji wzrosła o 8%.
P r z y k ł a d
II. Do kadzi fermentacyjnej wprowadzono enzymatyczny hydrolizat skrobio-
wy zawierający około 20% glukozy i zaszczepiono drożdżami gorzelniczymi Saccharomyces cerevisiae.
Do zawiesiny k o m ó r e k , zawierającej
200 g mokrych drożdży na litr,
spirytusowo-tłuszczową w skład której wchodziły:
i fosfatydyloetanolamina. Ilość
emulsji
olej sojowy, ergosterol,
w stosunku
do gęstwy komórkowej
wprowadzono emulsję
fosfatydylocholina
wynosiła
jak
16:1.
168
Całość
464
5
intensywnie mieszano i pozostawiono w warunkach beztlenowych na okres
4 godzin.
Mie-
szaninę inkubacyjną utrzymano w temperaturze 28°C i przy pH 5,5. Po tym okresie do mieszaniny
wprowadzono porcję świeżej brzeczki
fermentacyjnej w ilości
5 litrów brzeczki
na każdy litr
mieszaniny i mieszano przez 20 minut, a następnie całość pozostawiono w bezruchu aż do momentu
rozwarstwienia się fazy wodnej. Faza wodna, zawierająca zmodyfikowane komórki, była zawracana
do kadzi
fermentacyjnej. Komórki te były wykorzystane do prowadzenia fermentacji etanolowej.
W wyniku tych zabiegów poprawiono następujące wskaźniki technologiczne: odfermentowanie cukrów
o 7%,
zwiększenie stężenia etanolu w zacierze odfermentowanym o 8% i zwiększenie wydajności
fermentacji o 5%.
P r z y k ł a d
III. Enzymatyczny hydrolizat skrobiowo-celulozowy /brzeczkę/ zawierający
około 25% glukozy poddano fermentacji ciągłej przy użyciu drożdży gorzelniczych. Po osiągnięciu stanu umożliwiającego równomierny odbiór odfermentowanej brzeczki przystąpiono do separacji komórek drożdżowych przy użyciu techniki filtracji stycznej /cross-flow filtration/. Gęstwa komórkowa była następnie przekazywana w sposób ciągły do zbiornika zawierającego m ieszaninę oleju sojowego i lecytyny. Mieszanina komórek i składników modyfikujących była delikatnie
mieszana. W trakcie wszystkich operacji zachowywano warunki beztlenowe, wykorzystując do tego
celu przepływ gazów fermentacyjnych zawierających dwutlenek węgla.
mórek w procesie
inkubacji
wynosił
3 godziny. Następnie
Średni czas retencji ko-
mieszanina była odbierana w sposób
ciągły i przekazywana do zbiorników w których następował rozdział frakcji komórkowej i frakcji
tłuszczowej za pomocą świeżej brzeczki cukrowej.
Frakcja komórkowa była ponownie wprowadzana
do kadzi
fermentacyjnej,
była
Stosując
powyższą
metodę
zaś
frakcja
osiągnięto
tłuszczowa
wzrost
szybkości
zawracana do zbiornika
rozcieńczania
wzrost wydajności procesu fermentacji etanolowej o około 5%.
brzeczki
inkubacyjnego.
o
około
8%
i
1 6 8 464
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 1,50 zł
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
426 Кб
Теги
pl168464b1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа