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Verfahren zur biologischen Herstellung von Milchsäure Die Erfindung
betrifft ein neues Verfahren zur biologischen Herstellung von Milchsäure.
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Die Herstellung optisch aktiver Milchsäure .auf biologischem Wege
ist bekannt. Dies ist ein Vorgang, der sich in jeder Milch beim Säurungprozeß abspielt,
vorausgesetzt, daß nur eine Rasse Milchsäurebakterien vorhanden sind. Diese stellen
aber ihre Tätigkeit bei einem pH-Wert von etwa 4 ein. Vergärt man die Milch direkt,
dann kann man erhebliche Mengen Milchzucker in Milchsäure umwandeln, weil das Milcheiweiß
ein starker Puffer ist. Dieser Weg ist aber zur Gewinnung von optisch aktiver Milchsäure
nicht gangbar, allein schon wegen der zu hohen Milchkosten und den Schwierigkeiten
bei der Enteiweißung des Gärproduktes.
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Man ging daher bei der Milchsäuregewinnung zunächst in der Weise vor,
daß man von Molke ausging und dieser Kalk zusetzte und so sofort die gebildete freie
Milchsäure in Caleiumlaktat umwandelte, wodurch man sie für die Bakterien unschädlich
machte. Alsdann wurde nach beendigtem Prozeß das Calciumlaktat filtriert, gereinigt
und durch Zusatz von H2S04 die Milchsäure, allerdings unter Racemisierung, in Freiheit
gesetzt.
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Für die Herstellung einer Reihe biologisch hochwertiger Präparate
ist es aber notwendig, einen Gärungsweg zu schaffen, der die restlose Vergärung
des Milchzuckers gestattet, ohne daß die biologisch wertvollen Milchsalze restlos
verlorengehen.
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Es ist natürlich auch möglich, daß man die Molke einfach nur mit Wasser
verdünnt, um so eine restlose Vergärung des Milchzuckers zu erreichen, wobei die
Verdünnung so groß gewählt wird, daß die freie Säure den Prozentsatz beispielsweise
von 1,5 % bei der Restvergärung nicht überschreitet bzw. jener pH-Wert, bei welchem
die Milchsäurebakterien ihre Tätigkeit einstellen, nicht überschritten wird. Dieses
Verfahren hat den Nachteil, daß ganz erhebliche Wassermengen in den Prozeß eingebracht
werden, welche die Durchführung des Verfahrens in technischem Umfange erheblich
erschweren und außerdem, insbesondere bei der Herstellung von Wirkstoffkonzentraten,
das Verfahren völlig unwirtschaftlich machen.
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Es ist auch aus der deutschen Patentschrift 813145 bekannt, nach Art
eines Kompromisses zwischen einerseits dem (Milcheiweiß-)Pufferverfahren bei Milch
als Ausgangsprodukt und andererseits dein reinen Verdünnungsverfahren bei Molke
als Ausgangsprodukt, auch bei Verwendung von Molke als Ausgangsprodukt Verdünnungs-
und Pufferverfahren unter Verwendung eines Bikaliumphosphatpuffers zu kombinieren,
wodurch es möglich wird, einen Teil des sonst erforderlichen Wasserzusatzes zu vermeiden.
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Dieses bekannte Verfahren ist ein Zweistufenverfahren, wobei zunächst
die Molke mit Wasser verdünnt wird und dann in einem zweiten Schritt der Phosphatpuffer
zugesetzt wird. Dieses Verfahren bedeutet zwar einen gewissen Fortschritt, hat aber
den Nachteil, daß dennoch erhebliche Wasserzusätze von beispielsweise 50 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Molke, unvermeidbar und notwendig sind. Verzichtet man auf den Wasserzusatz,
so kann der Milchzucker im günstigsten Fall nur zu zwei Dritteln vergoren werden,
und es blieb noch eine stark milchzuckerhaltige Endlösung zurück. Nach diesem bekannten
Verfahren ist es also nicht möglich, ohne Wasserzusatz stark milchzuckerhaltige
Molke restlos zu vergären. Sei es mit oder ohne. Wasserzusatz, so können höchstens
Zubereitungen mit 2,3 bis 2,4% Milchsäure erhalten werden.
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Man könnte sich natürlich auch auf den Standpunkt stellen, die Vergärung
nur teilweise durchzuführen und auf die Vergärung der restlichen Milchzuckeranteile
zu verzichten. Abgesehen von dem Verlust an Milchsäure ist eine solche Verfahrensweise
deswegen nicht gangbar, weil beim Einengen derartiger Lösungen zur Entfernung des
Wassers, auch eventuell überschüssiger, zugesetzter Wassermassen, eine Karamelisierung
unter entsprechender Zersetzung und Mißfärbung. auftritt.
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Durch die vorliegende Erfindung werden nun in überraschend einfacher
und wirkungsvoller Weise alle die den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile
überwunden und ein biologisches Verfahren geschaffen, welches eine weitgehende Vergärung
des Milchzuckers ohne Verdünnung der enteiweißten
Molke gestattet.
Ausgehend von der bekannten Arbeitsweise zur Herstellung von Milchsäure durch Vergären
enteiweißter Molke mit Milchsäurebakterien in Gegenwart von Salzen der Alkali- oder
Erdalkalimetalle organischer oder anorganischer Säuren als Puffersubstanzen innerhalb
von pH-Werten von 3 bis 7 ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet,
daß man als Puffersubstanz Trialkalimetallcitrate, insbesondere Trikaliumcitrat,
verwendet.
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Tatsächlich gelingt es hierdurch, in der milchzuckerhaltigen Lösung
solche Bedingungen zu schaffen, daß der Milchzucker weitgehend vergoren wird, ohne
daß der Zusatz anderer Stoffe und Verdünnung mit Wasser notwendig wäre.
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Mit Vorteil geht man hierbei so vor, daß das Citrat in solchen Mengen
zugesetzt wird, daß das pH während des Gärprozesses nicht auf einen Wert von unterhalb
etwa 4 abfällt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es also, die wirtschaftlich
und technisch nachteilige Verdünnung mit Wasser zu vermeiden. Man kann die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Produkte ohne weiteres, insbesondere
ohne das Auftreten von Zersetzungsreaktionen konzentrieren und gewünschtenfalls
in an sich bekannter Weise die optisch aktive (je nach Bakterienrasse links- oder
rechtspolarisierende) Milchsäure gewinnen.
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Beispiel 1 1001 gut enteiweißter Molke mit einem Säuregehalt von 0,22%
Milchsäure werden 2,85 kg K3C6H507, 100g einer 3 %igen H202 Lösung auf 5 g Calciumpantothenat
zugesetzt. Nach Einstellung der Lösung auf die Optimaltemperatur, beispielsweise
von 38° C bei Bact. bulgaricum, wird eine virulente Kultur dieser Bakterien eingeimpft.
Zwecks Vermeidung der Bildung von Oidieninseln auf der Gärflüssigkeit wird der Rest
des Gefäßes mit Kohlensäure angefüllt und das Gefäß mit einem Deckel fest verschlossen.
Man vergärt etwa 120 bis 130 Stunden. Nach der Vergärung enthielt die Lösung 3,55%
L (-I-) - Milchsäure, wovon 91010 rechtspolarisierend sind. Der pH-Wert lag bei
4,1. Beispiel 2 1001 Molke mit einem Milcbzuckergehalt von etwa 4,5 0/a werden bei
83° C vorsichtig von Albumin befreit und dann 1,8 kg Trikaliumcitrat, in etwas Wasser
gelöst, zur Molke zugegeben. Nach Abkühlung auf etwa 50°C werden 80 g Calciumpanthotenat
zugegeben. Bei 38°C wird eine aktive, an eiweißarmen Nährboden gewöhnte Kultur von
Bacterium bulgaricum in einer Menge von etwa 200 ml eingeimpft und die Vergärung
gegebenenfalls unter weiterem späterem Zusatz von Calciumpanthotenat bei 38° C zu
Ende geführt. Nach etwa 190 Stunden beträgt die Milchsäurekonzentration 4,0 bis
4,2%.