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Es ist bekannt, dass verschiedene organische Substanzen mit Erfolg aus andern Verbindungen dadurch hergestellt werden können, dass man die Fähigkeit gewisser Bakterienarten benutzt, unter bestimmten Bedingungen eine unvollständige Oxydation herbeizuführen.
So ist es bekannt, dass unter bestimmten Bedingungen Glyzerin mit sehr guter Ausbeute in Dioxyazeton übergeführt werden kann sowie Mannit in Fruktose, Glukose in Glukonsäure bzw. Oxyglukonsäure (Ketoglukonsäure) usw.
Es ist bisher üblich, die zu oxydierenden Rohstoffe in einer Konzentration von 2-5% in einer Flüssigkeit, die die nötigen übrigen organischen und mineralischen Nahrungsbestandteile enthält (wie z. B. Hefeextrakt, Malzkeimextrakt), zu lösen, diese Lösung mehr oder weniger vollständig zu sterilisieren und sodann mit der geeigneten Bakterienart zu impfen. Als solche kommen in erster Linie in Betracht das von Bertrand angegebene Bacterium xylinum, weiterhin Acetobaeter suboxydans, Baeterium dioxyacetonicum, aber auch viele andere Bakterienarten lassen sich mit gleichem Erfolg anwenden.
Alsdann kultiviert man bei dafür in Betracht kommenden, meistens zwischen 20 und 40 C liegenden Temperaturen und wartet genügend lange Zeit, bis die Bakterien zu guter Entwicklung gekommen sind und die Umsetzung des Oxydationssubstrates vollständig oder praktisch vollständig geworden ist. Hiezu ist stets geraume Zeit erforderlich ; Bertrand gibt z. B. an, dass vielfach zwei bis drei Wochen benötigt seien. In späteren Veröffentlichungen sind wohl kürzere Zeiten genannt worden, stets aber muss man bei der technischen Ausführung des Verfahrens während einer Zeitspanne von mehreren Tagen, als Minimum vielleicht fünf Tage, warten, ehe man zur Verarbeitung der Flüssigkeit auf das Oxydationsprodukt schreiten kann.
Das weiter unten beschriebene Verfahren bezweckt jetzt, diesem in technischer Hinsicht als sehr hindernd empfundenen Übelstand- (die Verlängerung der Zeitdauer der Bakterieneinwirkung bringt ja ausser Zeit-und Zinsenverlust in der Praxis eine nicht zu vernachlässigende Infektionsgefahr mit sich)- zu begegnen.
Das hienach beschriebene Verfahren benutzt die an sich bekannte Beobachtung, dass die Oxydationsgeschwindigkeit durch die Anwendung einer künstlichen Durchlüftung der mit den Bakterien geimpften Flüssigkeiten wesentlich erhöht werden kann. Es tritt dabei jedoch die Schwierigkeit auf, dass eine kräftige Luftzufuhr die Vermehrung der Bakterien sehr beträchtlich hemmt, so dass die stark erhöhte Durchlüftung erst angewendet werden kann, nachdem eine genügende Menge Bakterienzellen zu Entwicklung gekommen sind. Hiezu ist dann stets eine nicht zu vernachlässigende Zeitspanne erforderl'eh.
Das Verfahren beruht nun auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, in einfacher Weise die einmal gezüchtete Bakterien von den zu verarbeiteten Flüssigkeiten zum grössten Teil abzutrennen, und dass die so erhaltenen grosse Bakterienmasse sodann gleich dazu dienen kann, eine neue Menge Oxydationssubtrat enthaltende Flüssigkeit mit Hilfe einer sofort anzuwendenden kräftigen Durchlüftung mit grosser Geschwindigkeit umzusetzen.
Um dieses zu erreichen, kann man in zweierlei Weise vorgehen. Einerseits gelingt es, die Bakterien in einer dazu eingerichteten Superzentrifuge unter aseptischen Bedingungen von der umgesetzten Flüssigkeit abzutrennen und in eine frisch bereitete sterilisierte und abgekühlte Flüssigkeit überzuführen. Anderseits hat es sich als möglich erwiesen, die einmal gezüchtete Bakterienmasse zum grössten Teil-für den
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beabsichtigten Zweck in mehr als genügendem Masse-im ursprünglichen Gefäss dadurch zurückzuhalten, dass in dieses zu Anfang des Verfahrens eine genügende Menge Bakterien absorbierende Materialien, wie gewisse Arten von Kohle, Kieselgur Silikagel u. dgl., gebracht wird.
Wenn am Ende der Umsetzung die Lüftung eingestellt wird, sinken diese Materialien in kurzer Zeit auf den Boden des Gefässes, wobei sie durch Adsorption und durch mechanisches Mitreissen den allergrössten Teil der Bakterien mit sich nehmen. Jetzt lässt man die klare niederschlagfreie Flüssigkeit mittels eines zu dem beabsichtigten Zweck an dem Gefäss an passender Stelle angebrachten, d. h unmittelbar über der hinabgesunkenen Schicht des Absorptionsmittels befindlichen Hahnes, abfliessen, wonach man neue sterilisierte und abgekühlte Flüssigkeit zufliessen lässt. Gleich darauf wird kräftig durchlüftet, und unter diesen Bedingungen, nämlich Anwesenheit einer grossen Menge Bakterien und hohe Sauerstoffspannung, verläuft die Oxydation mit sehr grosser Geschwindigkeit. So kann z. B.
Glyzerin in 2-5% igen Losungen innerhalb 24 Stunden praktisch vollständig in Dioxyazeton umgesetzt werden. Die gleichen Behandlungen werden dann wiederholt, und die Erfahrung lehrt, dass in gleicher Weise mittels einer und derselben Bakterienmasse bis 20 und mehr Chargen mit gutem Erfolg und grosser Geschwindigkeit verarbeitet werden können.
In welchem Grade dieses Ergebnis als wichtig und unerwartet betrachtet werden muss, geht aus der Tatsache hervor, dass in der österr. Patentschrift Nr. 113 851 als ein Vorteil des dort angemeldeten Verfahrens die Tatsache erwähnt wird, dass eine entsprechende Umsetzung innerhalb 4-5 Tagen erreicht werden kann.
Die Ausführung des Verfahrens kann z. B. iii-folgendeiweise geschehen :
Beispiel. 20 ha einer Lösung von 2% Glyzerin in Malzkeimextrakt, zu der 20kg Infusorien- erde zugefügt worden sind, werden sterilisiert, auf 300 C abgekühlt und sodann mit 100l einer zuvor bereiteten Kultur von Aeetobacter subocxydans in verdünntem Malzeytrakt geimpft. Dann wird schwach durchlüftet (durchgeblasene Luftmenge im Ganzen 10 M pro Stunde). Nu : h 36 Stunden ist die Bakterienentwicklung in genügendem Masse vorangeschritten, um eine kräftige, d. h. wachstumhemmende Durchlüftung (240 m Luft pro Stunde) zulassen zu können.
Ungefähr 24 Stunden später ist das Glyzerin zu 95% in Dioxyazeton umgesetzt. Man lässt jetzt die Infusorienerde sich absetzen, die überstehende klare Flüssigkeit abfliessen und fügt aufs neue 20 hl einer sterilisierten und abgekühlten zweiprozentigen Gly- zeinlösung zu. Jetzt wird sofort zur kräftigen Durchlüftung geschritten, wodurch das zugefügte Glyzerin schon nach 20-24 Stunden zu 92-97% in Dioxyazeton umgesetzt wird. Die Durchlüftung wird dann wieder eingestellt, die Infusorienerde lässt man sich auf den Boden absetzen und wiederholt auch weiterhin alle oben beschriebenen Behandlungen, u. zw. jedesmal nach einem Zeitabschnitt von ungefähr 20 bis 24 Stunden.
Auf diese Weise verfügt man nach je 24 Stunden über eine zweiprozentige Lösung von Dioxyazeton, die nach bekannten Verfahren auf das reine Produkt verarbeitet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von organischen Verbindungen mittels bakterieller Oxydation, dadurch gekennzeichnet, dass schon von Anfang an für die Anwesenheit einer grossen Menge Bakterien der gewünschten Art im Oxydationsgefäss Sorge getragen und sodann kräftig durchlüftet wird.