DE1947038B2 - Verfahren zur Herstellung von Milchsäure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Milchsäure

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Milchsäure durch bakterielle Gärung unter aeroben Bedingungen.
Bislang basierte die Herstellung von Milchsäure nach Gärungsverfahren auf der Verwendung von relativ teuren, natürlich vorkommenden Materialien mit hohem Gehalt an Zuckern, wie Glucose. Sulfitablaugen, erschöpfte Melassen und dergleichen. Bei Verwendung derartiger Kohlenstoff-Quellen sind die Kulturbedingungen für Milchsäure-Bakterien anaerobisch, was zu einem erhöhten Zeitbedarf für die Herstellung von Milchsäure aus dem Gärmedium führt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Milchsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stämme Arthrobacter oxydans PG 21-1 (Niederlegungsnummer 359, FRIAIST), Alcaligenes faecalis (Niederlegungsnummer 360, FRIAIST) oder Fusarium solani (Niederlegungsnummer 361, FRIAIST) in ein flüssiges Kultursubstrat, welches als Kohlenstoff-Quelle 1,2-Propandiol enthält, einimpft, den Stamm in dem erwähnten Substrat bei einer Temperatur von im wesentlichen zwischen 25° und 37°C und bei einem pH-Wert von zwischen 7,0 und 9,0 aerobisch bebrütet und die in der Kulturbouillon angereicherte Milchsäure abtrennt
DaE neue Verfahren liefert Milchsäure in hoher Ausbeute in minimaler Herstellzeit.
Bei dem Gärungsverfahren der Erfindung werden die aus dem Boden isolierten Mikroorganismen in ein Kultursubstrat, welches 1,2-Propandiol, anorganische Salze und organische Nährstoffe, wie sie gewöhnlich für das Wachstum von Bakterien erforderlich sind, enthält, eingeimpft. Das so beimpfte Kultursubstrat wird unter aeroben Bedingungen in einer derartigen Weise bebrütet, daß es darin eine große Menge an Monohydroxycarbonsäuren bildet und anhäuft. Die Zellen werden aus der Bouillonkultur durch Zentrifugieren entfernt, gefolgt von einem Durchleiten der überstehenden Bouillon durch lonen-Austauscher-Harze zur Adsorption der resultierenden Monohydroxycar-
bonsäuren an denselben, welche anschließend unter Verwendung eines geeigneten organischen Lösungsmittels eluiert werden. Das Eluat kann durch Verdampfen isoliert werden. Oder es kann die Kulturbouillon nach Entfernung der Zellen mit einem Alkali oder Salz wie Calciumhydroxyd, Calciumcarbonat und dergleichen versetzt und hierdurch Monohydroxycarboxylat für eine Trennung gebildet werden. Dieses Salz kann zur Bildung der gewünschten Monohydroxycarbonsäure einer Hydrolyse unterworfen werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mikroorganismen besitzen folgende Eigenschaften:
Arthrobacter oxydans PG-21 -1 Mikroskopische Beobachtungen
Bazillusstamm, im allgemeinen 0,6 bis 0,8 mal 1,4 bis 2,0 Mikron. Nicht-beweglich. PleomorpV Grampositiv in jungen Kulturen. Gram-negativ in alten Kulturen.
Wachstum in den Substraten Nährstoff-Agar-Kolonien: Rund, konvex, glänzend, peripher blaß
gelb oder grau weiß. Schräg angelegter Nährstoff-Agar:
Gemäßigtes Wachstum,
fadenförmig, glänzend. Nährmittelbouillon:
Oberflächenring, trübe,
klebriges Sediment. Nährstoff-Gelatin-Stichkultur:
Verflüssigt Biophysikalische Eigenschaften:
B. C. P. Milch: Alkalisch, peptonisiert. Nitrat-Respiration: Negativ. Keine Indol-Produktion. Methylrot-Test: Negativ. Voges-Proskauer-Test: Negativ. Stärke hydrolysiert.
Keine Schwefelwasserstoff-Produktion. Katalase-Produktion. Sauerstoff-Bedarf: Aerobisch. Optimale Wachstumstemperatur: 25° bis 300C Säure, jedoch kein Gas aus Glycerin und Rohrzukker. Weder Säure noch Gas aus Holzzucker, Traubenzucker, Milchzucker und Stärke. Traubenzucker, Gluconsäure, Citronensäuie, p-Hydroxybenzoesäure und Protocatechussäure wurden als alleinige Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff verwendet.
Alcaligenes faecalis Mikroskopische Beobachtungen
Bazillusstamm, im allgemeinen 0,5 mal 1 bis 2 Mikron. Beweglich. Gram-negativ.
Wachstum in den Substraten
Nährstoff-Agar-Kolonien: Glänzend, opak, zusammenhängend.
Nährmittelserum: Trüb, klebriges Sediment, häutig.
Kartoffelsubstrat: Gelblich braun.
Gelatinsubstrat: Oberflächenwachstum, keine Verflüssigung.
Biophysikalische Eigenschaften: Lackmus Milch: Alkalisch. Keine Indol-Produktion. Sauerstoff-Bedarf: Aerobisch. Optimale Wachstumstemperatur: 25° bis 37° C
Die Gärungssubstrate gemäß der Erfindung umfassen 1,2-Propandiol, vorzugsweise in einer Konzentration von 1 bis 10%, und eine Stickstoff-Quelle, umfassend Harnstoff, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Ammoniakwasser, Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat. Das Substrat kann ferner Dikaliumhydrogenphosphat, Magnesiumsulfat und ähnliche anorganische Salze als auch Hefeauszug und dergleichen für die Begünstigung des Wachstums der Mikroorganismen erforderliche Stoffe enthalten. Geeignete Kultursubstrate enthalten
i 4 W LSAhJ 1 WW
3g		 5 tin ι ft^. vs|_rui IUiV^i1
Harnsio/f.
'ί ig K2HPO4,
0,5 g MgSO4 · 7 H2O,
,.- 0,5 g KCl,
·)[ 0,01g FeSO4 · 7 H2O,
03 g Hefeauszug und Leitungswasser zur Aul
:j füllung auf 1 Liter.
1,2-Propandiol
Harnstoff
K2HPO4
30
4
Das Substrat mit dieser Zusammensetzung wird auf 115°C erhitzt und so 10 Minuten sterilisiert, und anschließend mit den vorgesehenen Stämmen geimpft. Das geimpfte Substm: wird durch Schütteln und/oder durch Lüftung und In-Bewegunfj-halterbei 25° bis 37°C während 40 bis 96 Stunden kultiviert.
Nach beendigter Gärung werden die "'eilen und der Feststoffgehalt der Nährmittelbouillon durch Zentrifugieren entfernt und die überstehende Lösung der Bouillon anschließend mit einem Anion-Austauscher-Harz zur Adsorption der durch die Gärung gebildeten Milchsäure behandelt Die adsorbierte Säure wird mit einem organischen Lösungsmittel eluiert und daraus beispielsweise durch Verdampfen des Eluates im Vakuum abgetrennt. Wahlweise kann nach Entfernung der Zellen die Kulturbouillon mit Calciumhydroxyd, Calciumcarbonat oder anderem geeigneten Alkali oder Salzen zur hierdurch bedingten Bildung von Lactat versetzt werden. Das so gebildete Salz wird abgetrennt und zur Gewinnung der Milchsäure hydrolysiert.
Beispiel 1
Ein flüssiges Kultursubstrat der folgenden Zusammensetzung in Gramm wurde hergestellt:
MgSO4 . 7 H2O 0,5
KCl 0,5
FeSO4 · 7 H2O 0,01
Hefeauszug 0,5
Wasser zur Auffüllung auf 1 Liter.
Das Substrat wurde auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt und bei 115° C 10 Minuten lang sterilisiert Die Temperatur wurde dann auf 30°C herabgesetzt und das Substrat mit 0,2 g Arthrobacter oxydans PG-21-1 geimpft und durch Schütteln bei 30° gebrütet Die Assimilation und Dissimilation des Harnstoffes wurden in optimalem Gleichgewicht und der ρ H-Wert im Bereich von 7,0 bis 9,0 ohne Einstellung gehalten. Nach 72stündiger Kultivierung wurde die Kulturbouillon (1 Liter) der Zentrifugation zur Entfernung der Zellen unterworfen und die überstehende Bouillon durch ein Anion-Austauscher-Harz zur Adsorption der Milchsäure, weiche bei der Gärung entstand, geführt Die adsorbierte Milchsäure wurde mit Ameisensäure eluiert und das Eluat im Vakuum zur Entfernung der Ameisensäure verdampft wobei 9,0 g Milchsäure pro Liter Kulturbouillon erhalten wurden.
Beispiel 2
Alcaligenes faecalis gemäß dem Anspruch 1 wurde in dem Substrat gemäß der in Beispiel 1 beschriebenen Weise kultiviert Nach 96stündiger Kultivierung bei 30° C wurde das Substrat in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt und man erhielt 3,0 g Milchsäure pro Liter Kulturbouillon.
Beispiel 3
Ein Kulturmedium der folgenden Zusammensetzung in Gramm wurde hergestellt:
1,2-Propandiol 30
NH4NO3 3
K2HPO4 1
KCI 0,5
MgSO4 · 7 H2O 0,5
FeSO4 · 7 H2O 0,01
Hefeauszug 0,5
Wasser zur Auffüllung auf 1 Liter.
Dieses Kultursubstrat wurde mit 0,3 g Fusarium solani gemäß dem Anspruch 1 geimpft und bei 30°C nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise bebrütet. Nach Verlauf von 48 Stunden wurde 1 Liter der Kulturbouillon der Zentrifugation zur Entfernung der Zellen unterworfen. Die überstehende Bouillon wurde mit 7 g pulverförmigem Calciumcarbonat zur Abtrennung des Sediments für die Hydrolyse versetzt. In dieser Weise wurden 3 g Milchsäure pro Liter Bouillon erhalten.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Milchsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stämme Arthrobacter oxydans PG 21-1 (Niederlegungsnummer 359, FRIAIST), Alcaligenes faecalis (Niederlegungsnummer 360, FRIAIST) oder Fusarium solani (Niederlegungsnummer 361, FRIAIST) in ein flüssiges Kultursubstrat, welches als Kohlenstoff-Quelle 1,2-Propandiol enthält, einimpft, den Stamm in dem erwähnten Substrat bei einer Temperatur von im wesentlichen zwischen 25 und 37°C und bei einem pH-Wert von zwischen 7,0 und 9,0 aerobisch bebrütet und die in der Kulturbouillon angereicherte Milchsäure abtrennt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an 1,2-Propandiol im Bereich von 1 bis 10% liegt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kultursubstrat als Stickstoff-Quelie Harnstoff, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Ammoniakwasser, Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumnitrat enthält
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