DE01903376T1 - Verstaerkte produktion von lipiden enthaltend mehrfachungesaettigte fettsaeuren durch hochdichte kulturen von eukariotischen mikroben in gaervorrichtungen - Google Patents

Verstaerkte produktion von lipiden enthaltend mehrfachungesaettigte fettsaeuren durch hochdichte kulturen von eukariotischen mikroben in gaervorrichtungen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Polyenfettsäuren enthaltenden Lipiden aus eukaryontischen Mikroorganismen, die wenigstens etwa 20 % ihrer Biomasse als Lipide erzeugen können, indem man einem Fermentationsmedium, das diese Mikroorganismen enthält, eine Nichtalkoholkohlenstoftquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle in einer ausreichenden Rate zugibt, um die Biomassendichte des Fermentationsmediums auf wenigstens etwa 100 g/l zu steigern.

Claims (47)

  1. Verfahren zur Herstellung von Polyenfettsäuren enthaltenden Lipiden aus eukaryontischen Mikroorganismen, die wenigstens etwa 20 % ihrer Biomasse als Lipide erzeugen können, indem man einem Fermentationsmedium, das diese Mikroorganismen enthält, eine Nichtalkoholkohlenstoftquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle in einer ausreichenden Rate zugibt, um die Biomassendichte des Fermentationsmediums auf wenigstens etwa 100 g/l zu steigern.
  2. Verfahren zur Züchtung eukaryontischer Mikroorganismen, die wenigstens etwa 20 % ihrer Biomasse als Lipide erzeugen können, wobei dieses Verfahren einschließt, daß man zu einem diese Mikroorganismen enthaltenden Fermentationsmedium eine Kohlenstoffquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle mit einer ausreichenden Rate, um die Biomassendichte des Fermentationsmediums auf wenigstens etwa 100 g/l zu steigern, zusetzt, wobei dieses Verfahren wenigstens eine mittlere Rate von etwa 0,5 g/l/h an Lipiden erzeugt und worin wenigstens etwa 15 % der gesamten durch die Mikroorganismen erzeugten Lipide mehrfach ungesättigte Lipide sind.
  3. Verfahren zum Züchten eukaryontischer Mikroorganismen, bei dem man zu einem diese Mikroorganismen enthaltenden Fermentationsmedium eine Kohlenstoffquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle mit einer ausreichenden Rate zusetzt, um die Biomassendichte dieses Fermentationsmediums auf wenigstens etwa 100 g/l zu steigern, wobei diese Mikroorganismen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Algen, Pilzen (einschließlich Hefe), Einzellern, Bakterien und Gemischen hiervon besteht, und wobei diese Mikroorganismen wenigstens etwa 20 % ihrer Biomasse als Lipide erzeugen können, die einige Polyenfettsäuren umfassen.
  4. Verfahren zur Herstellung eukaryontischer mikrobieller Lipide, bei dem man a) eukaryontische Mikroorganismen in einem Fermentationsmedium züchtet, um die Biomassendichte des Fermentationsmediums auf wenigstens etwa 100 g/l zu steigern, b) ausreichende Fermentationsbedingungen vorsieht, um die Mikroorganismen diese Lipide erzeugen zu lassen, und c) diese Lipide gewinnt, worin mehr als etwa 15 % dieser Lipide mehrfach ungesättigte Lipide sind.
  5. Verfahren zur Herstellung eukaryontischer mikrobieller Lipide, bei dem man a) eine Nichtalkoholkohlenstoftquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle zu einem diese Mikroorganismen enthaltenden Fermentationsmedium zusetzt, b) ausreichende Bedingungen für diese Mikroorganismen, um die mikrobiellen Lipide zu erzeugen, vorsieht und c) diese mikrobiellen Lipide gewinnt, worin wenigstens etwa 15 % der mikrobiellen Lipide mehrfach ungesättigte Lipide sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eukaryontischer mikrobieller Lipide, bei dem man a) eine Kohlenstoffquelle und eine beschränkende Nährstoffquelle zu einem eukaryontische Mikroorganismen enthaltenden Fermentationsmedium zugibt und ausreichende Bedingungen, um einen gelösten Sauerstoffgehalt von wenigstens etwa 4 % in dem Fermentationsmedium zu halten, vorsieht, um eine Biomassendichte von wenigstens etwa 100 g/l zu erzeugen, b) ausreichende Bedingungen, um einen gelösten Sauerstoffgehalt von etwa 1 % oder weniger in dem Fermentationsmedium zu halten, vorsieht und ausreichende Bedingungen, um die Mikroorganismen die Lipide erzeugen zu lassen, vorsieht und c) die mikrobiellen Lipide gewinnt, wobei wenigstens etwa 15 % der mikrobiellen Lipide mehrfach ungesättigte Lipide sind.
  7. Verfahren zur Anreicherung des Polyenfettsäuregehaltes eines Mikroorganismus, wobei man diesen Mikroorganismus in einem Wachstumsmedium mit einem gelösten Sauerstoffgehalt von weniger als 10 % fermentiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer die Biomassendichte steigernden Stufe und einer Produktionsstufe, wobei die die Biomassendichte steigernde Stufe die Zugabe der Kohlenstoffquelle und der beschränkende Nährstoffquelle umfaßt, und die Herstellungsstufe die Zugabe der Kohlenstoffquelle ohne oder mit wenig zusätzlicher beschränkender Nährstoffquelle umfaßt, um nährstoffbeschränkende Bedingungen einzuleiten, die Lipidproduktion in Gang setzen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, bei dem die vorhandene Menge an gelöstem Sauerstoff in dem Fermentationsmedium während der Produktionsstufe oder lipiderzeugenden Stufe geringer als die in dem Fermentationsmedium während der die Biomassedichte steigernden Stufe oder der Mikroorganismenwachstumsstufe vorhandene Menge an gelöstem Sauerstoff ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, bei dem die Menge an gelöstem Sauerstoff in dem Fermentationsmedium während der die Biomassendichte steigernden Stufe oder der Mikroorganismenwachstumsstufe wenigstens etwa 4 % beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, bei dem die Menge an gelöstem Sauerstoff in dem Fermentationsmedium während der Produktionsstufe oder der Lipid produzierenden Stufe geringer als etwa 1 % ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 5, bei dem die Nichtalkoholkohlenstoffquelle ein Kohlenhydrat umfaßt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, worin die beschränkende Nährstoffquelle aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Stickstoffquellen, Kohlenstoffquellen, Phosphatquellen, Vitaminquellen (wie Vitamin B12-Quellen, Pantothenatquellen, Thiaminquellen), Spurenmetallquellen (wie Zinkquellen, Kupferquellen, Kobaltquellen, Nickelquellen, Eisenquellen, Manganquellen, Molybdänquellen) sowie Hauptmetallquellen (wie Magnesiumquellen, Calciumquellen, Natriumquellen, Kaliumquellen), Kieselsäurequellen und Gemische hiervon ausgewählt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, bei dem die beschränkende Nährstoffquelle eine Spurenmetallquelle oder eine Hauptmetallquelle ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sulfat- und Chloridsalzen dieser Metalle (wie MgSo4 . 7H2O, MnCl2 . 4H2O, ZnSO4 . 7H2O, CoCl2 . 6H2O, NaMo2O4 . 2H2O, CuSO4 . 5H2O, NiSO4 . 6H2O, FeSO4 . 7H2O, CaCl2, K2SO4 und Na2SO4) und Gemischen hiervon besteht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, worin die beschränkende Nährstoffquelle eine Stickstoffquelle umfaßt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, worin die beschränkende Nährstoffquelle ein anorganisches Ammoniumsalz umfaßt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, worin die beschränkende Nährstoffquelle Ammoniumhydroxid umfaßt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 36, worin der pH-Wert des Fermentationsmediums durch die beschränkende Nährstoffquelle gesteuert wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin sich das Fermentationsmedium oder Wachstumsmedium bei einer Temperatur von wenigstens etwa 20°C befindet.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Verfahren Lipide mit einer Durchschnittsrate von wenigstens etwa 0,5 g/l/h erzeugt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das Lipide mit einer Durchschnittsrate von wenigstens etwa 0,5 g/l/h erzeugt und worin wenigstens etwa 15 % der Lipide mehrfach ungesättigte Lipide sind.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Verfahren Lipide mit einer Durchschnittsrate von wenigstens etwa 0,5 g/l/h erzeugt und bei der die Gesamtmenge von omega-3- und omega-6-Fettsäuren wenigstens 20 % der Lipide ausmacht.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Verfahren Lipide mit einer Durchschnittsrate von wenigstens etwa 0,5 g/l/h erzeugt und worin wenigstens etwa 25 % der Lipide Docosahexaensäure sind.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Algen, Pilzen (einschließlich Hefe), Einzellern, Bakterien und Gemischen hiervon besteht, und worin die Mikroorganismen Polyenfettsäuren oder andere Lipide, von denen man allgemein annahm, daß sie für ihre Synthese Sauerstoff erfordern, erzeugen können.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Algen, Pilzen (einschließlich Hefe), Einzellern, Bakterien und Gemischen hiervon besteht, worin die Mikroorganismen Polyenfettsäuren oder andere Lipide, von denen man allgemein annahm, daß sie Sauerstoff für ihre Synthese benötigen, erzeugen können und worin die Mikroorganismen in einem Fed-batch-Verfahren gezüchtet werden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Algen, Pilzen (einschließlich Hefe), Einzellern, Bakterien und Gemischen hiervon besteht, worin die Mikroorganismen Polyenfettsäuren oder andere Lipide, von denen man allgemein annahm, daß sie für ihre Synthese Sauerstoff benötigen, erzeugen können, und worin die Mikroorganismen in einem Fed-batch-Verfahren gezüchtet werden, und worin außerdem einen Sauerstoffgehalt geringer als etwa 3 % der Sättigung in dem Fermentationsmedium während der Produktionsphase des Fermentierverfahrens aufrechterhalten wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen Mikroalgen und algenähnliche Mikroorganismen sind.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen Stramenopiles sind.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen der Ordnung Thraustochytriales angehören.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mikroorganismen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Thraustochytrium, Schizochytrium und Gemischen hiervon besteht.
  31. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Verfahren weiterhin einschließt, daß man a) eine die Biomassendichte steigernde Stufe, worin der gelöste Sauerstoffgehalt in dem Fermentationsmedium wenigstens etwa 4 % beträgt, und b) eine Stufe mit hoher Lipidproduktion, worin der gelöste Sauerstoffgehalt in dem Fermentationsmedium geringer als etwa 1 % ist, umfaßt.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 6 oder 36, bei dem die Kohlenstoffquelle eine Nichtalkoholkohlenstoffquelle ist.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem im Mittel wenigstens etwa 0,2 g/l/h Docosahexaensäure gebildet werden.
  34. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Lipidgewinnungsstufe einschließt, daß man d) Wasser aus dem Fermentationsmedium entfernt, um trockene Mikroorganismen zu bekommen, und e) die Lipide aus diesen trockenen Mikroorganismen isoliert.
  35. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Lipidgewinnungsstufe einschließt, daß man d) die Fermentationsbrühe behandelt, um die mikrobiellen Zellen zu durchdringen, aufzulösen oder aufzubrechen, und e) die Lipide aus der Fermentationsbrühe durch Trennung unter Schwerkraft mit oder ohne Hilfe eines Mittels zur Unterstützung des Aufbrechens der Lipid/Wasseremulsion gewinnt.
  36. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Mikroorganismenzüchtungsstufe die Zugabe einer Kohlenstoffquelle und einer beschränkenden Nährstoffquelle umfaßt.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die Lipidgewinnungsstufe einschließt, daß man d) Wasser aus dem Fermentationsmedium entfernt, um trockene Mikroorganismen zu bekommen, und e) die Lipide aus diesen trockenen Mikroorganismen isoliert.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die Lipidgewinnungsstufe einschließt, daß man d) Wasser aus dem Fermentationsmedium ohne vorheriges Zentrifugieren verdampft, um trockene Mikroorganismen zu bekommen, und e) die Lipide aus diesen trockenen Mikroorganismen isoliert.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die Lipidgewinnungsstufe einschließt, daß man d) die Fermentationsbrühe behandelt, um die mikrobiellen Zellen zu durchdringen, aufzulösen oder aufzubrechen, und e) die Lipide aus der Fermentationsbrühe durch Trennung unter der Schwerkraft mit oder ohne Hilfe eines Mittels zur Unterstützung der Lipid/Wasseremulsion gewinnt.
  40. Verfahren nach Anspruch 7 oder 44, bei dem der Gehalt an gelöstem Sauerstoff geringer als 5 % ist.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 44, bei dem der Gehalt an gelöstem Sauerstoff geringer als 1 % ist.
  42. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem während einer Anfangswachstumsphase der Gehalt an gelöstem Sauerstoff größer als etwa 10 % ist und während einer anschließenden Produktionsphase der Gehalt an gelöstem Sauerstoff geringer als 10 % ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Mikroorganismus Polyketidsynthasegene enthält.
  44. Heterotrophes Verfahren zur Erzeugung von Produkten und Mikroorganismen, bei dem man a) diese Mikroorganismen in einem Züchtungsmedium züchtet, wobei diese Mikroorganismen Polyketidsynthasegene enthalten, und b) den Gehalt an gelöstem Sauerstoff auf weniger als etwa 10 % hält.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem die Polyketidsynthasegene natürlich in diesen Mikroorganismen vorkommen.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem die Polyketidsynthasegene genetisch in die Mikroorganismen eingeführt werden.
  47. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem während einer Anfangswachstumsphase der Gehalt an gelöstem Sauerstoff größer als etwa 10 % ist und während einer anschließenden Produktionsphase der Gehalt an gelöstem Sauerstoff geringer als etwa 10 % ist.
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