DE2328016A1

DE2328016A1 - Verfahren zur reinigung von molkereiabwaessern

Info

Publication number: DE2328016A1
Application number: DE2328016A
Authority: DE
Inventors: Maxime Schwartz; Agnes Ullmann
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-01
Publication date: 1973-12-20
Also published as: BE800583A; FR2187704A1; JPS4963252A; US3930028A; CA995969A; NL7308079A; FR2187704B1; CH575348A5; IT1005139B; GB1438591A

Description

Dr. Werner Haßler¹ Lüdenscheid,.den 30. Mai 1973 - B.'

PATENTANWALT _A 7334

588 LODENSCHEID
Asenberg 36-Postfach 1704

Anmelderin: Firma Agence Nationale de Valorisation de la Recherche (ANVAR) 13, rue Madeleine Michelis 92200 Neuilly sur Seine / Frankreich

Verfahren zur Reinigung von Molkereiabwässern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Molkereiabwässern.

Mplkereiabwässer bestehen zum größten Teil aus Molke, der 'flüssigen Milch-Phase, die nach Ausfällung des Kaseins (durch Zugabe von Lab oder Säure) zur Käseherstellung erhalten wird.

Molkeserum hat ein mittlere Zusammensetzung von:

Wasser 93,5 %

Lactose . 4,5 %

Stickstoffverbindungen " 0,9 %

Fette 0,3 %

Mineralstoffe 0,6 %

Milchsäure 0,2 %

Einer der Hauptbestandteile der Stickstoffverbindungen ist ein Protein, nämlich Lactalbumin.

-8-3-

Die an sich naheliegende Abführung dieser Molkereiabwässer an den Vorfluter ist in der Regel nicht statthaft, da sie eine Veränderung der chemischen und mikrobiologischen Zusammensetzung des Vorfluters bewirkt und die Entwicklung von Mikroorganismen.-begünstigt, die saure oder toxische Produkte freisetzen, welche ihrerseits zu kaum annehmbaren Störungen im oekologischen System (Fischsterben und Floramodifizierung) führen.

Ein Verfahren, das die Beseitigung der Molke gestattet, besteht·darin, sie unmittelbar oder nach Konzentrieren bzw. Trocknen zur Viehfütterung zu verwenden. Die direkte Hutzbarmachung der Molke bedingt die Beiordnung eines Viehzuchtbetriebes (Schweinemast) in der Nähe der Molkerei. Die Konzentrierung oder Trocknung der Molke andererseits ist nur rentabel, wenn die zu behandelnde Molkemenge über etwa 1 000 000 Liter liegt. Die meisten Molkereien erbringen jedoch keine so großen Molkemengen (in einer mittleren Molkerei fallen pro Tag 30 000 Liter an), als dass der Betrieb von Behandlungsanlagen wirtschaftlich wäre, und sie können aus verschiedenen Gründen sich auch nicht an eine Schweinemästerei anschließen.

Ein anderes Verfahren besteht in der Verwendung der Molke als Düngemittel.

Am häufigsten ist aber die direkte Abführung noch die wirtschaftlichste Lösung, wenn auch die gefährlichste für die Umgebung.

Eine vorherige Reinigung ist deshalb sehr wünschenswert, insbesondere eine mikrobiologische Reinigung, die am ehesten geeignet erscheint, die Natur der Molke zu berücksichtigen.

Die mikrobiologische Reinigung von Molkereiabwässern ist immer auf zwei Probleme gestoßen, die bis heute nicht wirt-

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schaftlich gelöst werden konnten. Das erste Problem ergibtsich aus der sehr hohen Konzentration der Lactose in der Molke.

Bekanntlich kann man Nährmedien nicht mehr ausreichend belüften, um eine schnelle Vermehrung der Bakterien zu ermöglichen, wenn deren Konzentration 3 g Trockengewicht pro Liter überschreitet. Andererseits lässt sich mit einer Lactosekonzentration von 45 g pro Liter theoretisch wenigstens ein Trockengewicht von 10 g/l Bakterierisubstänz erreichen.· Die Notwendigkeit, die Molke zu verdünnen, führt wiederum zu einer gleichzeitigen Erhöhung der Abmessungen und des Gestehungspreises der Reinigungsanlage.

Das zweite Problem betrifft die Entwicklung der Mikroorganismen, die die Zugabe von oft erheblichen Mengen organischer Verbindungen oder Mineralstoffe, z.B. Nitrate, zu der Molke erfordern, was die Kosten der Reinigung weiter erhöht. Aus diesem Grund haben bisher wirtschaftliche Überlegungen die mikrobiologische Reinigung von Molke ausgeschlossen

Es wurde nun gefunden, daß sich gewisse Bakterienstämme auf unverdünnter Molke ohne Zugabe organischer Verbindungen oder Mineralstoffe entwickeln und manchmal mehr als 80 % der Molketrockensubstanz eliminieren, die von den Bakterien verbraucht oder zu C0_ und H~0 abgebaut wird. Die in dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren verwendeten Bakterien sind aerobische, nicht pathogene Stämme, die wenigstens ein proteolytisches Enzym und eine ß-Galactosidase oder Lactose-Oxydase besitzen. Insbesondere ergeben proteolytische Stämme der Gattung Enterobacter und der Gattung Serratia aus der Familie der Enterobacteriacae ausgezeichnete Resultate: Dies ist der Fall bei den Stämmen Enterobjacter liquefaciens ECL und 67 I, Serratia atypisch 3470 (die genannten Stämme sind in der Sammlung des Pasteur Institutes enthalten, wo die Stämme BCL und 67 I unter den Nummern 1003 und 1002 deponiert sind.)"

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Diese Stämme sind'besonders interessant, weil sie einen hinreichend raschen Stoffwechsel haben, so daß der Prozess in \ angemessener Zeit durchführbar ist, weil sie keine für die Fauna des Vorfluters giftigen Verbindungen erzeugen und weil sie genügend an die"Vermehrung in Molke angepasst-sind, um die Kontaminierung durch andere, eventuell toxische Bakterienarten zu vermeiden.

Der aerobe Charakter dieser Bakterien erübrigt auch eine zu starke Ansäuerung der Molke.

Das erfindungsgemaße Verfahren ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, daß man .'die Abwasser mit Hilfe wenigstens eines proteolytischen, aeroben, apathogenen Bakterienstammes, der mindestens ein ß-Galactodidase oder eine Lactose-Oxydase besitzt, bei einer Temperatur zwischen etwa 20 und 37 C der Gärung unterwirft und dann die Bakterienmasse von der Gärlösung abtrennt.

Weitere Kennzeichen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Die Reinigung der Molke kann in an "sich bekannten Gärvorrichtungen wie Schalen, Fermentern o.dgl. durchgeführt werden. Man nimmt eine kräftige Beimpfung der Molke mit den Bakterien vor, sorgt für eine gute Belüftung und hält die Temperatur 48 Stunden zwischen 20 und 37°C, vorzugsweise bei 30°C. In gewissen Fällen ist es erforderlich, den pH-Wert zu kontrollieren und ihn gegebenenfalls durch Zufügen einer Base auf einen Wert zwischen 6 und 7 zurückzuführen, um die Aktivität der Bakterien zu bewahren.

Unter diesen Bedingungen erhält man-nach dem Zentrifugieren zwecks Abtrennung der Bakterienmassen, einen Ablauf mit sehr geringem Trockensubstanzgehalt, oft weniger als 20 % des Ausgangswertes.

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Die abgetrennte, eiweißreiche Bakterienmasse kann als Viehfutter verwertet werden, wodurch sich die Kosten der Reinigung weiter senken lassen. ■

Ein Teil der Kultur ( etwa 10 % ) sollte als Inoculum für den folgenden Reinigungszyklus aufgehoben werden.

Für eine mittlere Molkerei ist es notwendig, einen Gärbehälter von etwa 60 m Fassungsvermögen bereitzustellen, was einer Lagerung der in 48 Stunden anfallenden Molke entspricht und keine sehr wesentliche Anlage darstellt.

Die Erfindung ist im nachstehenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 ,

Reinigung mit Hilfe des Stammes BCL Enterobacter liguefaciens

Das Kulturmedium bestand aus einer sterilen Molke, die auf folgende Weise erhalten wurde:

Pasteurisierte handelsübliche Milch (LACTEL) von 37°C wurde mit 3 ml/1 .technischem Lab versetzt, 1 Stunde auf 37°C gehalten und dann durch hydrophile Gaze filtriert. Das Filtrat wurde 15 Minuten mit 9000 U/min zentrifugiert. Die überstehende Flüssigkeit wurde in Gegenwart von "Hyflo supercell" abgenutscht. Zur Sterilisation wurde durch ein Nitrocellulose-Filter (Millipore) filtriert.

Die Bakterienkonzentration der Kulturen wurde bestimmt, indem die optische Dichte bei 600 nm gemessen wurd$, nachdem der Zusammenhang zwischen optischer Dichte und Trockenmasse experimentell bestimmt worden war.

Der Gehalt der Molke und der Bakterienfiltrate wurde gemessen, indem 5 ml Flüssigkeit in einer Platins» zur Gewichtskonstanz getrocknet wurden.

indem 5 ml Flüssigkeit in einer Platinschale bei 120°C bis

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Der Gehalt an reduzierendem Zucker wurde nach der Methode von Nelson (Nelson, Journal of Biological Chemistry 152 (1944) S.377) bestimmt. Mit dieser Methode erfasst man die Lactose, aber auch gleichzeitig jeden anderen reduzierenden Zucker, der gegebenenfalls anwesend ist, v/ie Glucose und Galactose, die bei einer Hydrolyse der Lactose durch die Bakterien entstehen können (bekanntlich ist Lactose ein Disaccharid aus Glucose und Galactose).

Die direkte Bestimmung der in der Molke enthaltenen Proteine nach der Biuret-Methode ist wegen der Anwesenheit von Stoffen nicht möglich, die mit den Reaktionsteilnehmern einen Niederschlag bilden. Deshalb verfährt derart, daß man 1 - 5 ml Molke mit Trichloressigsäure fällt, den Niederschlag einmal mit 5%iger Trichloressigsäure wäscht und das Eiweiß anschließend nach der Biuret-Methode bestimmt.

10 ml Molke wurden mit einer Kolonie von Enterobacter liquefaciens Stamm BCL geimpft. Die Kultur wurde in einen sterilen 1QO ml Erlenmeyerkolben eingebracht und bei 30 C gerührt. Nach bestimmten Zeiten entnommene Proben wurden auf die Konzentration an Bakterienmasse untersucht. Sodann wurden die Bakterien durch Zentrifugieren 'abgetrennt und die Filtrate analysiert.

Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

Wachstumsdauer Bakterien-Trockenmasse Abbau des redu-

mg/ml zierenden Zuckers

5 Std.	1,73
8 Std.	3,15
24 Std.	6,6
48 Std.	4,7

48 80

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Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Verwertung des reduzierenden Zuckers durch vier verschiedene Bakterienstämme. Die Kulturbedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 1, und die Messungen wurden nach 42 Stunden vorgenommen.

Stamm I	liquefaciens	Abbau des redu- . zierenden Zuckers	Crock« des	snextrakt Filtrats
Enterobacter Stamm BCL)	liguefaciens	76 %	- -
Enterobacter (Stamm 67 I)	cloacae	86 %	1,3	g/100 ml
Enterobacter	57 %

Seratia atypisch 3470 69 %

Die Molke hatte einen besonders hohen Lactosegehalt(5,4 g/100 ml) Der Trockenextrakt der Molke betrug 6,1 g/100 ml.

Beispiel 3

Dieses Beispiel und das folgende zeigt die Ergebnisse,"die mit dem Stamm 67 I von Enterobacter liquefaciens erhalten wurden.

30 ml unverdünnte sterile Molke wurden mit 2 ml einer gesättigten Kultur des Stammes 67 I in Molke geimpft. Die Kultur wurde unter Rühren bei 30 in einem Erlenmeyerkolhen gezüchtet.

Wachstums- Bakterien- Abbau des Abbau des redu- Trockenextrak

dauer trockenmasse Proteins zierenden Zuckers des Filtrats

. mg/ml ■ g/100 ml

24	Std.	7	,5	48	%	1	/	0	-	8	61
46	Std.	7		70	%				8	86
			3 0 9 8	5				3

3,3 1,5

Die eingesetzte Molke hatte einen Trockenextrakt von 5,8 g/100 ml und enthielt 0,36 g/100 ml Protein sowie 5,2 g/100 ml Lactose.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurde rohe Molke verwendet, die erhalten wurde, indem mit Lab behandelte Milch einfach durch eine hydrophile Gaze filtriert wurde. 6 Liter dieser Molke wurden mit 600 ml einer gesättigten Kultur des Stammes 67 I geimpft. Die Gärung wurde bei 30°C in einem New Brunswick-Fermenter von 10 Liter Inhalt unter Rühren mit 400 U/min und guter Belüftung durchgeführt; Im Verlauf der Gärung wurde Silikon-Entschäumer zugesetzt.

I Wachstumsdauer	Bakterientrockenmasse	Abbau des reduzierenden Zuckers
10 Std.	6,9	14 %
20 Std.	9	27 %
26 Std.	9,5	•52 %
30 Std.	11	57 %
43 Std.	12	88 %

In dieser Kultur war die Säurebildung vernachlässigbar; der pH-Wert betrug zum Schluß 6,2.

Die vorstehenden Beispiele betreffen die Reinigung von neutraler Molke, die bei der Labgerinnung entsteht, aber die Erfindung lässt sich ebenso auf die Reinigung von saurer Molke anwenden, welche durch Einwirkung von Milchfermenten erhalten wird (z.B. die bei der Weichkäseherstellung anfallende Molke). In diesem Fall wird die Molke vor der Beimpfung neutralisiert, vorzugsweise durch Ammoniakzugabe.

Das folgende Beispiel beschreibt die Reinigung einer sauren Molke.

Beispiel 5 '

1O Liter saure Molke, deren pH-Wert zu Anfang 5 betrug, wurden durch Zugabe von 7O ml Ammoniak 14 M auf pH 7 eingestellt.

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Die Molke wurde mit 1 Liter einer gesättigten Kultur von Enterobacter liquefaciens Stamm 67 I beimpft. Die Gärung wurde wie in Beispiel 4 geführt. Nach 12stündiger Gärung enthielt das Medium 13 g/l Bakterientrockenmasse, und 92 % des reduzierenden Zuckers waren verbraucht. Durch den Zusatz des Ammoniaks, der als Stickstoffquelle diente, waren am Schluß der Gärung noch 90 % der Molkeproteine vorhanden.

Dabei ist zu bemerken, daß die Reinigung sehr viel schneller verlief, nämlich in der Größenordnung von 12 Stunden.

Wie man aus den Beispielen 1 bis 4 entnehmen kann, ist nach 48 Stunden der größte Teil der Lactose und des Ladalbumins verschwunden. Es sei jedoch bemerkt, daß Bakterienwachstum im allgemeinen nach 24 Stunden aufhört, wenn nur 50 % der Lactose verbraucht sind, daß aber der Abbau der Lactose und des Lactalbumins gleichwohl weitergeht - wegen dieses Phänomens ist die Zersetzung der Molke ohne, vorherige Verdünnung möglich.

Die Erfindung gestattet somit eine sehr befriedigende Reinigung von Molke mit Hilfe einer einfachen und wenig Platz beanspruchenden Einrichtung,.wobei die Verfahrenskosten sehr gering sind, wenn die als Gärprodukt erhaltene Bakterienmasse zur Nutzbarmachung in der Tierernährung verwertet werden kann. Zur Erläuterung sei bemerkt, daß die nach Beispiel 5 erhaltene Bakterienmasse ungefähr 50 % Eiweiß enthielt^ dessen Zusammensetzung nach Aminosäuren wie folgt war:

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Aminosäure . Prozentgehalt

Lysin . 7,3

Histidin 1,4

Arginin 4,5

Cystein 1,31

Asparacsäure. + Asparagin 11,92

Threonin 5,57

Serin 5,3

Glutaminsäure + Glutamin - 12,6

Prolin ' ' 5,51

Glycin 6,69

Alanin . ■ . 9,53

Valin 5,69

Methonin 3,05

Isoleucin 3,95

Leucin 9,48

Tyrosin .2,19

Phenylalanin 2,68

Die Tabelle gibt den Anteil jeder der genannten Aminosäuren in dem Hydrolysat der Bakterienmasse in Molprozent an.

Proben einer Kultur, die nach der Impfung der sauren Molke von Beispiel 5 erhalten worden war, wurden im Vakuum etwa 5-fach konzentriert und 20 Minuten im Wasserbad auf 100 C erwärmt. Die erhaltene Suspension wurde an Ratten und Mäuse oral verabreicht, ohne daß sich irgend ein Hinweis auf akute Toxicität ergeben hätte.

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Claims

Patentansprüche

, 1.!verfahren zur mikrobiologischen Reinigung von Molkereiabwässern, dadurch gekennzeichnet, daß- man diese Abwasser mit Hilfe wenigstens" eines proteolytisehen, aeroben, apathogenen Bakterienstaitimes _r der mindestens eine ß-Galactosidase oder eine Lactose-Oxydase besitzt, bei einer Temperatur zwischen etwa 20 und 37°C der Gärung unterwirft und dann die Bakterienmasse von der Gärlösung abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch"^1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasser praktisch unverdünnt vergoren werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Bakterienstamm nach der Aufimpfung auf eine unverdünnte Molke die optische Dichte, bei 600 nm gemessen, während mindestens 24 Stunden steigert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis" 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bakterienstamm der Familie der Enterobactericeae verwendet wird. ' >
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bakterienstamm der Gattung Enterobacter verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bakterienstamm der Gattung Serratia verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruchs bzw. 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Bakterienstämme·Enterobacter liquefaciens Stamm BCL, Enterobacter liquefaciens Stamm 67 I, Enterobacter cloacae und Serratia atypisch 3470 verwendet wird. - , ·
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß, man während der Gärung den pH-Wert der Lösung durch Zugabe einer Base zwischen 6 und 7 hält.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekenn-', zeich]

zeichnet, daß die Temperatur zwischen 25 und 30 C gehalten
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine saure Molke behandelt wird, die durch Zugabe von Ammoniak vor der Vergärung neutralisiert worden ist.
11. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-10 erhaltenen Bakterienmasse als Viehfutter.

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