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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung flüchtiger Fettsäuren, insbesondere Essigsäure, aus Zuckerlösungen durch Vergärung mit thermophilen Organismen.
Es wurde gefunden, dass, wenn man eine Zuckerlösung, z. B. eine Melassemaische, mit thermophilen Organismen impft, wie z. B. Organismen, die Cellulose unter Bildung von Fettsäure vergären, nur kleine Mengen Essigsäure entstehen, wenn nicht die Zuckerkonzentration äusserst niedrig ist. Bei den bei Gärungsprozessen normal verwendeten Zuckerkonzentrationen werden nichtflüchtige Säuren mit nur kleinen Mengen Essigsäure gebildet und wenn die Zuckerkonzentration herabgesetzt wird, erhöht sich die Ausbeute an flüchtiger Säure, insbesondere Essigsäure, bis praktisch die ganze erhaltene Säure, wenn die Maische sehr niedrige Zuckerkonzentration aufweist, flüchtige Säure ist. Es wäre jedoch praktisch nicht durchführbar, in wirtschaftlicher Weise durch normale Vergärung Essigsäure aus sehr schwachen Zuckerlösungen von z.
B. 0'5-10/0 herzustellen, die notwendig wären, damit nichtflüchtige Säuren überhaupt nicht entstehen, da die bei einer solchen Vergärung sich ergebende flüchtige Säure zu verdünnt wäre, um wirtschaftlich gewonnen zu werden.
Gemäss der Erfindung werden Zuckerlösungen periodisch oder fortlaufend einer Kultur der thermophilen Organismen in einer verdünnten Zuckerlösung bis zu einem solchen Masse zugPsetzt, dass die Zuckerkonzentration nie bis zur jener Höhe steigt, bei welcher eine Anhäufung nichtflüchtiger Säuren stattfindet.
Die Wasserstoffionenkonzentration der Gärflüssigkeit wird in der für die Organismen günstigsten Stärke aufrechterhalten durch periodisches oder fortlaufendes Zusetzen von Alkalien, wie Natriumbikarbonat, Ammoniak, Kalkwasser, Calciumkarbonat u. dgl.
Nötigenfalls können der Gärflüssigkeit Nährstoffe zugesetzt werden, wie Ammoniak, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat usw. und, wenn gewünscht, können diese Stoffe gleichzeitig mit der Zuckerlösung zugefügt werden. Auf diese Weise kann eine wirtschaftliche Konzentration von Salzen der Fettsäuren, insbesondere der Essigsäure, erhalten werden, aus welchen die Säure mit bekannten Mitteln gewonnen werden kann.
Die Vergärung kann fortlaufend durchgeführt werden und die vergorene Maische periodisch oder ununterbrochon abgezogen werden, derart, dass jede verlangte Konzentration von fettsauren Salzen in der Maische aufrechterhalten werden kann.
Als Zuckerlösungen können hier verdünnte Melassen von der Ruhr-oder Rübenzuckerherstellung verwendet werden ; ferner Zuckerlösungen, die aus roher Saccharose gewonnen werden, Glukoselösungen, Zuckerlösungen, die aus chinesischem Zuckerrohr (Sorghum), Johannisbrotbohnen und andern zuckerhaltigen Pflanzenteilen erhalten werden ; Zuckerlösungen, die bei der Hydrolyse von Cellulose oder solche enthaltenden Stoffen erhalten werden, wie z. B. solchen, die hergestellt werden durch Behandlung von Sägespänen mit Säure, oder solchen, die bei der Herstellung von Holzzellstoff nach dem Slùfitverfahren gewonnen werden, oder Zuckerlösungen, die von der Hydrolyse von Stärke oder Stärke enthaltenden Stoffen stammen.
In technischem Massstabe wäre es nicht durchführbar, eine Maische mit der notwendigen niedrigen Zuckerkonzentration in ein Gärgefäss einzubringen, dann Anteile abzuziehen und äquivalente Mengen an frischen Zuckerlösungen von gleicher Zuckerkonzentration zuzusetzen, wegen des niedrigen Gehaltes an Salzen flüchtiger Fettsäuren in den abgezogenen Teilen und der daher erforderlichen Kosten für die Konzentration bei ihrer Gewinnung. Anderseits ist es, wie bereits erwähnt, nicht möglich, die Vergärung mit hohen Zuckerkonzentrationen durchzuführen.
Bei Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird daher die Vergärung in einer grossen Flüssigkeitsmenge mit der notwendigen niedrigen Zuckerkonzentration vorgenommen und fort-
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mässig hoher Zuckerkonzentration aber bis zu einem solchen Masse, dass die Zuckerkonzentration in der grossen Menge nicht über diejenige steigt, bei welcher irgendeine merkliche Vergärung von nichtflüchtiger Säure stattfinden würde. Entsprechend den Zusätzen an Zuckerlösung werden die abgezogenen Mengen der Maische gehalten.
Die Art, in welcher der Prozess unter besonderen Umständen vor sich geht, sei durch ein Beispiel näher erläutert, unter Berücksichtigung folgender vergleichender Operationen, von denen die erste mit der vorliegenden Erfindung nicht in Übereinstimmung ist, wogegen die zweite der Erfindung entspricht.
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1. 254/' : g Zuckerrübenmelasse wE'rden mit Wasser auf ein Volumen von 2700 Liter ver- dünnt und mit Cellulose vergärenden thermophilen Organismen bei der für die Vergärung durch solche Organismen üblichen Temperatur vergoren, nämlich bei etwa 60 C ; die Wasserstoffionen- konzentration wird innerhalb geeigneter Grenzen durch übliche Mittel aufrechterhalten. Nach sechs Tagen findet man, dass die ganze erhaltene Säure, berechnet als Essigsäure, 58% beträgt, ausgedrückt als umgewandelte Zuckermenge. Die Menge der erhaltenen flüchtigen Säure, be- rechnet als Essigsäure, beträgt nur 28'300/0, ausgedrückt als umgewandelte Zuckermenge.
! . Im Vergleich mit der geringen Ausbeute an flüchtiger Säure, die gemäss dem voran- gegangenen Verfahren erhalten wurde, kann eine Ausbeute an Säure, die im wesentlichen flüchtige
Säure ist, folgendermassen erzielt werden.
Man nimmt z. B. ein Gärgefäss von ungefähr 2700 Liter Rauminhalt und beschickt dieses sieben Tage hiedurch täglich mit einer Lösung von 3'5 kg Melasse in 360 Liter Wasser. Angenommen, das Gärgefäss sei mit Cellulose vergärenden thermophilen Organismen beschickt und eine Temperatur von etwa 60 C werde aufrechterhalten, ferner dass die Wasserstoffioneu- konzentration beim Optimum durch die üblichen periodischen Zusätze aufrechterhalten wird.
Am ersten Tag ist die ganze gebildete Säure teilweise nichtflüchtige Säure, zufolge der Konzentration der Melasse, was durchaus begreiflich ist, aber man wird auch verstehen, dass die Konzentration der Melasse von Tag zu Tag abnimmt und demzufolge nimmt die Bildung nichtflüchtiger Säure ab ; überdies kann letztere zum Teile als Nährstoff dienen. Daher ist das Gärgefäss nach sieben Tage mit einer Maische von sehr niedriger Zuckerkonzentration gefüllt, die auch Azetate und eine kleine Menge an Salzen nichtflüchtiger Säuren enthält. Da man nun auf diese Weise eine Maische von niedriger Zuckerkonzentration bereitet hat, die zu weiteren Zusätzen und entsprechenden Entnahmen geeignet ist, so können gemäss vorliegender Erfindung etwa 360 Liter der Maische pro Tag abgezogen und 360 Liter 100/oiger Melasselösung pro Tag zugesetzt werden.
Das Zusetzen und das Abziehen kann natürlich sowohl periodisch als auch fortlaufend erfolgen.
Die Wasserstoffionenkonzentration wird so niedrig wie vorher gehalten und die Temperatur auf geeigneter Höhe, vorzugsweise bei etwa 60 C erhalten. Nötigenfalls werden auch Nährstoffe zugesetzt, aber im Falle Zuckerrübenmelasse verwendet wird, sind gewöhnlich keine Zusätze an Nährstoffen notwendig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung flüchtiger Fettsäuren durch Vergärung von Zuckerlösungen mit thermophilen Organismen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Vergärung in einer Flüssigkeit mit sehr niedriger Zuckerkonzentration durchführt und dass man Zuckerlösung in solchem Ausmasse zusetzt, dass die Zuckerkonzentration in dem Gärungsgefäss unter derjenigen gehalten wird, bei der eine Anhäufung von nichtflüchtiger Säure stattfinden würde.