SK16932001A3 - Použitie samoemulgujúcich olejov - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka použitia samoemulgujúcich olejov vo fermentačnom procese.

Doterajší stav techniky

Pri syntéze zložitých prírodných látok alebo ostatných organických zlúčenín, napríklad antibiotík, sa vo zvyšujúcej miere používajú mikrobiologické procesy. Pritom sa jedná o látkovú výmenu pri anaeróbnych alebo aeróbnych podmienkach, na ktorej sa zúčastňujú mikroorganizmy, najmä ale baktérie alebo huby. Pre takéto procesy sa v odbornom svete používajú rôzne, nie vždy vzájomne ohraničené výrazy, ako „biokonverzia“, „biotransformácia“ alebo „fermentácia“. Posledný uvedený výraz sa použije aj v rámci predloženej prihlášky pre také procesy, pri ktorých sa použijú mikroorganizmy, výhodnejšie baktérie, na premenu, prípadne syntézu chemických zlúčenín.

Pri vývoji a optimalizácii fermentačných procesov je dôležité najmä reakčné médium, v ktorom sa uskutočňuje mikrobiologická výmena. Reakčné médium, spravidla vždy vodný roztok alebo disperzia, má vplyv najmä na výťažok a účinnosť procesu. Aby bola umožnená úspešná metabolizácia na želané produkty, potrebujú mikroorganizmy ako živiny uhlík, dusík a určité stopové prvky vo viazanej forme, napríklad vápnik, železo, fosfor alebo zinok. Ďalej je potrebné pravidelne udržiavať určitý, väčšinou úzky rozsah teplôt a pH. Pre ďalšie podrobnosti pozri učebnicu od W. Crueger/A. Crueger, Biotechnológie - Lehrbuch der angewandten Mikrobiológie, 2. vydanie 1984, R. Oldenbourg Verlag. Najmä 5. kapitola tohto diela sa zaoberá základmi fermentačnej techniky. Táto časť literatúry patrí preto výslovne takisto k publikácii predloženej prihlášky. Ako živiny pre mikroorganizmy sa okrem energeticky bohatých cukrov alebo ich derivátov používajú v mnohých procesoch dodatočne prírodné tuky alebo oleje, ako aj deriváty týchto tried látok, ako je glycerín, glyceridy, mastné kyseliny alebo estery mastných kyselín. Samozrejme

-2nesmú kultivačné média obsahovať žiadne látky, ktoré by mohli negatívne ovplyvniť metabolizáciu mikroorganizmu.

Z DE 37 38 812 A1 je napríklad známy mikrobiálny proces výroby alfaomega-dikarboxylových kyselín, pričom baktérie kmeňa Candida tropicalis premieňajú metyllaurát na želané dikarboxylové kyseliny. Premena sa uskutočňuje vo vodnom médiu pri hodnote pH 6,0 a teplote 30 °C. Médium obsahuje okrem mikroorganizmov ako zdroj energie glukózu, ďalej ako emulgátor etoxylovaný sorbitanmonooleját, kvasnicový extrakt, máčaciu vodu ako aj zdroje anorganického dusíka a fosforu. Do média sa potom pridáva metyllaurát. Zo spisu nie je zrejmý typ emulzie, ktorá sa vytvára vo fermentore prípadne v ktorej sa metyllaurát pridáva do média. Z EP 0 535 939 A1 je známy spôsob výroby omega-9-viacnásobne nenasýtených mastných kyselín, pričom vo vodnom kultivačnom médiu produkujú želané viacnásobne nenasýtené mastné kyseliny vhodné mikroorganizmy v prítomnosti cukru ako zdroja energie a anorganických alebo organických zdrojov dusíka, ako aj v prítomnosti metylesterov mastných kyselín.

Je známy ale aj spôsob, pri ktorom sa použijú ako zdroje energie iba mastné látky hore uvedeného typu. Toto je zaujímavé najmä z hospodárskeho pohľadu, pretože takéto mastné látky sú spravidla lacnejšie ako cukry, škroby a podobné zlúčeniny. Park a ďalší (Park a ďalší, Journal of Fermentation and Bioengineering, zv. 82, č. 2, 183-186, 1996) opisujú fermentačný spôsob výroby tylozínu, pri ktorom sú použité mikroorganizmy kmeňa Streptomyces fradiae vo vodnom médiu, ktoré obsahuje ako jediný zdroj uhlíka repkový olej vo východzom množstve približne 60g/l.

Pri fermentačnom procese má okrem iného rozhodujúcu úlohu obsah kyslíka v médiu prípadne vo fermentačnej zmesi. Pritom má kyslík pri aeróbnych procesoch úlohu substrátu. Rozhodujúce je, či sa môže uskutočniť prechod kyslíka z plynnej do kvapalnej fázy obsahujúcej mikroorganizmy, ktorý je dostačujúci pre daný proces. Dôležitý parameter predstavuje špecifický výmenný povrch, ktorý sa spravidla určuje pomocou koeficientu výmeny kyslíka kLa (porovnaj s úsekom literatúry Crueger, kapitola 5, strana 71 a ďalšie). Nastavenie optimálneho vnášania kyslíka sa uskutočňuje typicky miešaním fermentačnej zmesi, pričom kyslík prípadne vzduch sa vmiešava do kvapaliny a tak sa na hraničnej ploche

-3uskutočňuje výmena plynu. Prirodzene môže značné mechanické vnesenie energie silným miešaním, ako uvádza Park a ďalší, poškodiť aj časť kultúry, a tak znížiť výťažok procesu. Odumreté mikroorganizmy sú okrem toho sami ďalej odbúravané a môžu spôsobovať tvorbou produktov odbúravania otrávenie kultúry, ktorá zabraňuje hospodárnej výrobe. Z práce od Goma a Rols (G. Goma, J. L. Rols, Biotech. Let., zv. 13, č. 1, strana 7 až 12, 1991) je známe, že použitie sójového oleja vo fermentačnom spôsobe výroby antibiotík vedie k zlepšeniu koeficientu výmeny kyslíka k_La, čo pri rovnakom vnášaní energie (miešanie) môže viesť k nárastu výťažku celého procesu.

Úlohou predloženého vynálezu je také zlepšenie fermentačného procesu, aby bolo na jednej strane možné použitie cenovo výhodných zdrojov uhlíka a na strane druhej aby bolo zaručené dostatočné zásobovanie mikroorganizmov kyslíkom bez toho, aby došlo k neprípustnému mechanickému zaťaženiu mikroorganizmov miešaním. Úlohou je nájsť spôsob minimalizovania mechanického vnášania energie pri fermentačnom procese bez toho, aby sa znížil výťažok, výhodnejšie sa má zvýšiť výťažok napriek zníženiu vnášania energie.

Bolo zistené, že hore uvedenú úlohu rieši použitie samoemulgujúcich olejov.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je použitie samoemulgujúcich olejov zvolených zo skupiny etoxylovaných triglyceridov rastlinného pôvodu vo fermentačnom procese.

U samoemulgujúcich zlúčenín sa jedná o látky, ktoré pri zmiešaní s vodou vytvoria bez prídavku ďalších emulgátorov stabilné emulzie s vodou. Samoemulgujúce oleje sa preto pridávajú do vodnej fermentačnej zmesi priamo, alebo vo forme vodných emulzií. Vo fermentačnej zmesi sa potom sama vytvorí emulzia oleja vo vode. Fermentačná zmes obsahuje mikroorganizmy ako aj zdroj dusíka a stopových prvkov a prípadne ďalšie pomocné látky, najmä odpeňovače. Ako zdroje dusíka prichádzajú do úvahy napríklad: peptón, kvasnicový a sladový extrakt, máčacia voda, močovina alebo lecítíny. Stopové prvky môžu byť prítomné vo forme anorganických solí, napríklad dusičnanu sodného alebo draselného, dusičnanu amónneho, síranu amónneho, síranov železa atď. Oleje emulgujú bez ďalšieho

-4vnášania energie, takže zintenzívnené miešanie fermentačnej zmesi nie je už potrebné a strihové zaťaženie mikroorganizmov je znížené, čo vedie k vyšším výťažkom. Podrobnosti fermentačného procesu, najmä rýchlosť a množstvo dávkovanej emulzie prípadne oleja, vyplývajú z typu mikroorganizmov a zvoleného fermentačného procesu a môžu byť odborníkom prispôsobené na špeciálne danosti. Vhodné samoemulgujúce oleje sú prírodné oleje rastlinného pôvodu, ktoré zreagovali s etylénoxidom známym spôsobom. Jedná sa pritom v podstate o zmesi triglyceridov, pričom glycerín je vždy úplne esterifikovaný mastnými kyselinami s dlhými reťazcami. Zvlášť vhodné sú rastlinné oleje zvolené zo skupiny arašidového oleja, kokosového oleja, ľanového oleja, palmového oleja, olivového oleja, palmojadrového oleja, ricínového oleja, repkového oleja, sezamového oleja, sójového oleja a slnečnicového oleja. Najvýhodnejšie sú repkový olej, sójový olej a slnečnicový olej.

Arašidový olej obsahuje priemerne (vztiahnuté na mastné kyseliny) 54 % hmotn. kyseliny olejovej, 24 % hmotn. kyseliny linolovej, 1 % hmotn. kyseliny linolenovej, 1 % hmotn. kyseliny arachovej, 10 % hmotn. kyseliny palmitovej, ako aj 4 % kyseliny steárovej. Teplota tavenia je od 2 do 3 °C.

Ľanový olej obsahuje väčšinou 5 % hmotn. kyseliny palmitovej, 4 % hmotn. kyseliny steárovej, 22 % hmotn. kyseliny olejovej, 17 % hmotn. kyseliny linolovej a 52 % hmotn. kyseliny linolenovej. Jódové číslo leží v rozsahu od 155 do 205. Číslo zmydelnenia je od 188 do 196 a teplota topenia je približne -20 °C.

Kokosový olej obsahuje z mastných kyselín približne od 0,2 do 1 % hmotn. kyseliny hexánovej, od 5 do 8 % hmotn. kyseliny oktánovej, od 6 do 9 % hmotn. kyseliny dekánovej, od 45 do 51 % hmotn. kyseliny laurovej, od 16 do 19 % hmotn. kyseliny myristovej, od 9 do 11 % hmotn. kyseliny palmitovej, od 2 do 3 % hmotn. kyseliny steárovej, menej ako 0,5 % hmotn. kyseliny behénovej, od 8 do 10 % kyseliny olejovej a do 1 % hmotn. kyseliny linolovej. Jódové číslo je v rozsahu od

7,5 do 9,5, číslo zmydelnenia od 0,88 do 0,9. Teplota topenia leží v rozsahu od 20 do23°C.

Olivový olej obsahuje prevažne kyselinu olejovú (porovnaj Lebensmittelchem. Gerichtl. Chem., 39, 112 až 114, 1985). Palmový olej obsahuje ako zložku mastných kyselín približne 2 % kyseliny myristovej, 42 % kyseliny palmitovej, 5 %

-5hmotn. kyseliny steárovej, 41 % hmotn. kyseliny olejovej, 10 % hmotn. kyseliny linolovej. Palmojadrový olej má typicky vo vzťahu k spektru mastných kyselín nasledovné zloženie: 9 % hmotn. kyseliny kaprónovej/kaprylovej/kaprínovej, 50 % hmotn. kyseliny laurovej, 15 % hmotn. kyseliny myristovej, 7 % hmotn. kyseliny palmitovej, 2 % hmotn. kyseliny steárovej, 15 % hmotn. kyseliny olejovej a 1 % hmotn. kyseliny linolovej.

Repkový olej obsahuje ako zložky mastných kyselín typicky približne 48 % hmotn. kyseliny erukovej, 15 % hmotn. kyseliny olejovej, 14 % hmotn. kyseliny linolovej, 8 % hmotn. kyseliny linolenovej, 5 % hmotn. kyseliny ikozénovej, 3 % hmotn. kyseliny palmitovej, 2 % hmotn. kyseliny hexadekénovej a 1 % hmotn. kyseliny dokozadiénovej. Repkový olej z novej odrody je obohatený o nenasýtené podiely. Typické podiely mastných kyselín sú tu kyselina eruková 0,5 % hmotn., kyselina olejová 63 % hmotn., kyselina linolová 20 % hmotn., kyselina linolenová 9 % hmotn., kyselina ikozénová 1 % hmotn., kyselina palmitová 4 % hmotn., kyselina hexadekénová 2 % hmotn. a kyselina dokozadiénová 1 % hmotn.

Ricínový olej obsahuje od 80 do 85 % hmotn. glyceridu kyseliny ricínolejovej, okrem toho sú obsiahnuté približne 7 % hmotn. glyceridov kyseliny olejovej, do 3 % glyceridov kyseliny linolovej a do približne 2 % hmotn. glyceridov kyseliny palmitovej a kyseliny steárovej.

Sójový olej obsahuje od 55 do 65 % hmotn. celkového obsahu mastných kyselín viacnásobne nenasýtené kyseliny, najmä kyselinu linolovú a linolénovú. Podobná situácia je aj u slnečnicového oleja, ktorého typické spektrum mastných kyselín, vztiahnuté na celkový obsah mastných kyselín je nasledovné: približne 1 % kyseliny myristovej, od 3 do 10 % hmotn. kyseliny palmitovej, od 14 do 65 % hmotn. kyseliny olejovej a od 20 do 75 % hmotn. kyseliny linolovej.

Všetky hore uvedené údaje o podieloch mastných kyselín v triglyceridoch sú ako je známe závislé od kvality surovín a môžu teda kvantitatívne kolísať.

Oleje sú alkoxylované pomocou etylénoxidu pod tlakom, prípadne v prítomnosti kyslých alebo bázických katalyzátorov, pričom sú výhodné také etoxyláty, ktoré obsahujú na jeden mol triglyceridu od 1 do 10, výhodnejšie od 1 do 5 a najvýhodnejšie od 1 do 3 mol etylénoxidu. Zvlášť výhodné sú etoxyláty na báze sójového oleja, slnečnicového oleja a/alebo repkového oleja. Obzvlášť výhodné sú

-6repkový olej s 3 a/alebo 5 mol etylénoxidu na mol triglyceridu ako aj sójový olej, etoxylovaný s 2 mol etylénoxidu. Oleje môžu byť pritom použité v ľubovolnej vzájomnej zmesi alebo v čistej forme. Sú použité buď priamo alebo vo forme vodných emulzií. V poslednom prípade obsahujú emulzie od 99 do 1 % hmotn. vody a od 1 do 99 % hmotn. samoemulgujúcich olejov. Výhodné je použitie emulzií, ktoré obsahujú od 90 do 99 % hmotn. samoemulgujúcich olejov a od 1 do 10 % hmotn. vody. Možné je aj, aj keď nie výhodné, použiť okrem olejov ešte aj iné pomocné látky, ako odpeňovače alebo emulgátory. V zmysle predloženej technickej náuky je ale snahou odborníka, vniesť do fermentačného procesu pokiaľ možno čo najmenšie množstvo prísad.

Samoemulgujúce oleje je možné použiť vo fermentačných procesoch všetkých typov. Pritom je možné použiť všetky usporiadania procesu známe pre odborníka, napríklad po dávkach, semikontinuálna ako aj kontinuálna fermentácia. Takisto sú použiteľné všetky pre odborníka známe fermentačné systémy. Kvôli podrobnostiam pozri Crueger, strana 50 až 70. Použitie mikroemulzií nie je ani ohraničené na určité mikroorganizmy, ale emulzie je možné použiť na výrobu alebo premenu všetkých zlúčenín fermentáciou, ktoré sú známe odborníkovi. Okrem klasických fermentačných procesov, ktoré sa prevažne používajú na syntézu antibiotík (porovnaj Crueger, strana 197 až 242) sú opísané emulzie vhodné aj na použitie na mikrobiálnu transformáciu („biokonverzia“), napríklad na transformáciu steroidov a sterínov, antibiotík a pesticídov alebo na výrobu vitamínov (porovnaj Crueger, strana 254 až 273). Výhodné je ale použitie vo fermentačnom procese na výrobu antibiotík, napríklad chefalosporínu, tylozínu alebo erytromycínu.

Použitie etoxylovaných triglyceridov podľa vynálezu má napríklad výhodný účinok pri výrobe penicilínu G a cefalosporínov. V porovnaní k použitiu neetoxylovaného sójového oleja (vždy 1 % hmotn.) vedie použitie etoxylovaných triglyceridov k zlepšenej emulgácii fermentačnej zmesi a zvýšenému prenosu kyslíka. Týmto je možné zníženie rýchlosti miešania vo fermentore bez zníženia výťažku.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Použitie samoemulgujúcich olejov zvolených zo skupiny etoxylovaných triglyceridov rastlinného pôvodu vo fermentačnom procese.
2. 2. Použitie podľa nároku 1, kde triglyceridy sú rastlinného pôvodu, a kde 1 mol triglyceridu zreagoval s od 1 do 10, výhodnejšie od 1 do 5 a najvýhodnejšie od 1 do 3 mol etylénoxidu.
3. 3. Použitie podľa nároku 1 alebo 2, kde samoemulgujúce oleje sú zvolené zo skupiny etoxylovaného repkového oleja, sójového oleja a/alebo slnečnicového oleja.
4. 4. Použitie podľa nároku 1 alebo 2, kde oleje sú použité vo forme vodnej emulzie.
5. 5. Použitie podľa nároku 3, kde sú použité také emulzie, ktoré obsahujú vztiahnuté na emulziu od 99 do 1 % hmotn. vody a od 1 do 99 % hmotn. samoemulgujúceho oleja.