DE2063030A1 - Schaumbekaempfungsmittel und deren anwendung - Google Patents

Description

• SCHAUMBEKÄMPFUNGSMITTEL UND DEREN ANWENDUNG Bei Durchführung der gelfteten Fermentationsprozesse tritt fast in jedem Falle eine Schaumbildung auf, welche im laufe der Fermentation verhindert werden muS.
• Das Wesen der chemischen Schaumbekämpfung ist, daß das Schaumbekämpfungstnittel die, in den Lamellen des entstandenen Schaums gebildete, geordnete monomolekulare Schicht zersetzt und sich auf der Grenifläche anreichert.
• Das Schaumbekämpfungsmittel ist aber nicht fähig eine neue geordnete monomolekulat Filmschicht auszubilden.
• Die Schaume sind nach der klassischen Verfassung der physikalischen Chemie der Kolloidsysteme solche disperse Systeme in welchen der disperse Teil gasförmig, das Dispersionsmittel jedoch flüssig ist.
• Die in der fermentativen Industrie vork:ommenden,üblicherweise sehr stabilen Schaumstrukture sind wesentlich komplizierter als die obigen Systeme, worin das Dispersionsmittel eine Emulsion, Suspension, bzw. auch ein fester Stoff sein kann.
• Bei den geliifteten Fermentationsvertahren entsteht die Schaumstruktur infolge des Rührens und der Lüftung bzw.
• durch die Wirkung von oberflächigen spannungsvermindernden Mitteln.
• Die oberflächigen spannungsvermindernden Mittel entstehen in dem Nährboden bereits während der Sterilisierung undauch im Laufe des fermentativen Stoffwechsels.
• Das Auftreten der Schaumbildung im Laufe der Fermentation muß wegen der folgenden Gründe verhindert werden: Die Schaumbildung 1./ vermindert den Nutzinhalt des Fermentors, 2./ erschwert die Entfernung des Kohlenmonoxyds aus der Fermentationebrühe und 3./ setzt den Wirkungsgrad des Rührens ab.
• wie aus den Obenangefährten ersichtlich ist, ist also die Forschung eines idealen Schaumbekarnpfungsmittels in der fermentativen Industrie, wodurch die Wirtschaftlichkeit dieses Industriezweiges erhUht werden kann, von sehr großer Wichtigkeit.
• Durch die Verwendung eines solchen Schaumbekämpfungsmittela kennen die folgenden Vorteile gesichert werden: a./ Effektive Kostenersparnis in der Verwendung des Schaumbekämpfungsmittels, b./ die Erhöhu der Fermentationseinheitszahl infolge des Wegbleibens der ölfilm-Bildung und der Verbesserung des Sauerstoffübergangsfaktors. (Nach der Fachliteratur wurden zahlreiche Forschungen auf diesem Gebiet durchgeführt und es wurde festgestellt, daii die üblichen Schaumbek*mpfungsmittel, wie z.B. die pflanzlichen und tierischen Fette, das Silikonöl usw. den Wert des Sauerstoffübergangsfaktors in bedeutendem Ma3 vermindern. Die Ursache des obigen Vorganges ist die Bildung eines schaumverhindernden Filmes an der Grenzflache zwischen Luft und Fermentationsbrtthe.
• Dies ergibt oft eine 30-40 ,-ige Verminderung des Sauerstoffübergangsfaktors.) c./ Infolge der besseren Filtrier- bzw. Aufarbeitungsbarkeit der Fermentationsbrühe tritt eine Kostenersparnis bei der Gewinnung und Reinigung des gewünschen Produktes auf.
• d./ Es ist möglich die Raum-Ausnützung des Fermentore zu verbessern und dadurch das Fermentor wirtschaftlicher auszunützen.
• e./ Infolge der bedeutenden Verminderung bzw. des völligen Aufhören der Schaumbildung wird der meist arbeitsintensive Teil des Fermentationsverfahrens teils oder völlig eingestellt. (Die Verfolgung der Schaumbildung und die notwendigen Eingriffe benötigen nämlich eine ständige Aufsicht im Laufe des Fermentationsverfahrens.) Die binsetzung von teueren automatischen Schaumbekampfungsmittel-ZufUhrern erübrigt sich.
• Als Schaumbekämpfungsmittel werden in der Literatur Sonnenblumenöl, Palmöl, Leinöl und Schweinefett vorgeschlagen. Es wird weiterhin erwähnt, daß das Propylenglykol auch eine schautnbildungverhindernde Wirkung besitzt. (App. tticrobiol, 3. 253 /1955/; Chem. Ing. 63, 173 /1956/; Rend. Ist. Superiore di Sanitá 17, 149 /1954/; Biochem and Microbiol. Techn. and Ing. 2, 81 /1960/; J. gen. Microbiol. 8, 265 /1953/; dr. Magyar Károly: Fermentácids müvelettan /Tankönyvkiadó, 1964, Seite 37-40/ .) Die bekannten Schaumbekämpfungsmittel zeigen aber die oben erwähnten Vorteile nur teilweise und bei ihrer Verwendung weisen sie zahlreiche Nachteile auf (z.B.
• sie üben ihre Wirkung nur in einer relativ großen Konzentration und nicht mit einer ausreichenden Geschwindigkeit aus, die Wirkung ist nicht genügendanthaltend).
• Es wurde gefunden, daß die bei den Permentationsverfahren auftretende Schaumbildung in einer, die bisher bekannten Methoden wesentlich übertreffenden Weise verhindert werden kann, in dem man dem Fermentationssystem Polypropylenglykol und mindestens ein, aus einer hlkylen-und/oder hlkylenoxy-Kette bestehendes, gegebenenfalls hydrophyle Gruppen enthaltendes Polymer oder Kopolymer zufügt0 Der Grund unserer Erfindung ist die Erkenntnis, daß ein, aus Polyproplyenglykol und mindestens einem, Alkylen-und/oder Alkylenoxy-Kette und gegebenenfalls hydrophyle Gruppen enthaltenden Polymer oder Kopolymer bestehendes System einen synergetischen Effekt aufweist.
• Das Polymer oder Kopolymer - welches an sich keine schaumbildungverhindernde Wirkung besitzt. - potenziert die Wirkung des Polypropylenglykole. Das bei dem erfindungsgemaßen Verfahren verwendete synergetisch wirkende Gemisch trifft die Aktivität der klassischen Schaumbekämpfungemittel mit Größenordnungen über.
• Das Wesen der synergetischen Wirkung des erfindungsgemaßen Schaumbekämpfungsmittels ist, daß die Struktur des zwischen den, sich an- den Grenzoberflächen angereicherten, die Schaumbildung fördernden kapilaraktiven Mitteln eingebauten Schaumbekämpfungsmittels dichter und durch die Bildung von Wasserstoffbindungen stalJiler wird. Diese Struktur wird durch den richtigen Auswahl der sowohl hydrophyle, wie auch hydrophobe Teile enthaltenden Kettenpolymere und der optimalen Konzentrationsverhiltnisse erreicht. Es gibt also sowohl grundsätzlich, wie auch praktisch eine Möglichkeit, in jedem Bermentatiter dispersen oder difformen System zur Verminderung der Anreichung an der Grenzoberfläche der die Schaumbil dung fördernden Mittel bzw. zur Zersetzung der geordneten Struktur der auftretenden kapillaraktiven oberflächigen Schichten aus entsprechenderweise ausgewählten Komponenten Gemische mit einer optimalen schaumbildungverhindernden Wirkung herzustellen.
• In der Praxis ist es Jedoch genügend nur für einige widiiä sten Permentationstypen die den synergetischen Effekt sichernden Gemisch-Optimen experimentell zu bestimmen (z.B. dichte, thyxotrope, von dem newtonischen rheologischen Verhalten im bedeutenden Maße abweichende mizellische Bermentationen; Fermentationsbrühe mit kleinerer Viskosität und dünneren Mizellen. und annähernd izodimensionale Mikroorganismen enthaltende bakterielle Fermentationen).
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhaft 25-50 *, besonders vorteilhaft 30-35 X Polypropylenglykol enthaltende Schaumbeka"mpfungsmittel verwendet werden. Die andere Komponente des Schaumbekämpfungsmittels kann vorteilhaft ein Polymer oder Kopolymer mit einem Polymerisationsgrad von 2-30 sein. Dieses Polymer oder Kopolymer besteht aus Alkylen- und/oder Alkylenoxy-Ketten und kann gegebenenfalls auch hydrophyle Gruppen enthalten.
• Die hydrophyle Gruppe kann vorteilhaft Karboxy-,Ka*lseester-, Karbonsäureamid-, Hydroxy- oder Alkoxy-Gruppe sein.
• Die Alkylgruppen der Karbonsäureester können geradkettige oder verzweigte, 1-22 Kohlenstoffatome enthaltende Kohlenwasserstoff-Gruppen sein. In den Alkoxy-Gruppen enthalten die Alkylgruppen vorteilhaft 1+5 Kohlenstoffatomen. Als Polymer können besonders vorteilhaft Polyakrylsäure und/oder deren Salze, Polyakrylsäureamid, Polyäthylenglykol, Polyäthylen oder Polyäthylenglykol-Fettsäureester verwendet werden.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Schaumbe kämpfungsmittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Polypropylenglykol und mindestens einen, aus einer Älkylenundloder Alkylenoxy-Kette bestehenden gegebenenfalls hydrophyle Gruppen enthaltenden Polymer oder Kopolymer. Das Präparat enthält vorteilhaft 25-50 %, besonders vorteilhaft 30-35 fo Polypropylenglykol. Die andere Komponente des Präparats kann mindestens ein der oben erwähnten Polymere oder Kopolymere sein.
• Das erfindungsgemäße Präparat kann bei irgendwelchem Fermentationsverfahren verwendet werden. Von den zahlreichen Verwendungsgebieten werden nur die folgenden erwähnt: die Fermentation von Tetracyklinen, Penicillinen, Nystatin, Bacitracin, Streptomycin Neomycin und Wumagilin, die Bio-Oxidationen, Enzim-Fermentationen, Mutterkorn-Fermentationen usw.
• Die erfindungsgemäßen Schaubekämpfungsmittel können bei beliebiger Phase des Fermentationsverfahrens dem System zugesetzt werden.
• Die neuen, große Aktivität aufweisenden Schaumbekämpftzsmittel zeigen nicht nur die oben erwähnten technologischen und wirtschaftlichen Vorteile in einem bedeutend größeren Maße als die bisher bekannten Schaumbekämpfungsmittel, sondern sie besitzen auch die von Schaumbekämpfungsmitteln verlangten grundlegenden Eigenschaften.
• a/ Sie sind völlig gesundheitsunschädlich.
• b./ Auf die nützlichen Mikroorganizmen sind sie völlig untoxisch.
• c,/ Sie sind gar nicht verbrennungs- und feuergefährlich.
• d./ Korrosion verursachen sie nicht.
• e./ Sie können für eine unumschränkte Dauer gelagert und ohne Zersetzung auch mehrmals der Thermosterilisierung unterworfen werden.
• f./ Sie sind leicht zugänglich und billig.
• g./ Ihre Wirkung ueben sie in einer extrem kleinen Konzentration aus, und die wirkung is dauerhaft.
• Bei Durchflihrung von Fermentationsverfahren verschiedenes Typs (bakteriellen und mizellischen ) können noch auger den im allgemeinen erwähnten Vorteilen die Folgenden erzielt werden: a./ eine 15-30 %-ige Erhöhung der Einheitszahl, b./ die Beschleunigung der Filtrierbarkeit der Fermentationsbrühe, c./ falls das klassische Schaumbekämpfungsmittel auch als Nährboden dient (z.B. das Palmöl, Sonnenblumenöl oder Schweinefett bei der Fermentation von Oxytetracyklin) verursacht die völlige Weglassung der pflanzlichen bzw. tierischen Fette keine Einheitszahl-Verminderung.
• weil die Verbesserung des Sauerstoffübergangsfaktors und die günstigeren Rührungsverhältnisse, die wegen der Terminderung der Nährboden-Konzentration erwarteten Einheitszahl-Senkung kompensieren.
• Weitere Einzelheiten des Verfahrens sind den Beispielen zu entnehmen, ohne die Brfindung auf die Beispiele einzugränzen.
• 1./ Bei Oqtetraoyklin-Fermentatioa, in derem Nährboden vorerst 0,5 * Palmöl sterilisiert wurde, wurde ein 0,12 Val, eines schaumbildungsverhindernden Gemisches, auf dem Ferment berechnet, während 24 Stunden zugefügt. (Zusammensetzung: 50 f Polypropylenglykol, 50 * mit Wasser verdünnte Polyakrylsäure (Solacrol--T mit einem Polymerisationsgrad von 8-121. Die Einheitszahl des Wirkstoffes war bei gleicher Fermentationsdauer mit den entsprechenden Werten der Kontrolle übereinstimmend. Im Falle des Kontrollversuches wurde als Schaumbekämpfungemittel 3,4 % Palmöl, außer dem in dem Nährboden sterilisierten 0,5 %, auf der Fermentationsbruhe berechnet, verwendet0 2./ Bei Nystatin-Fermentation wurde das Schawnbekämpfungsmittel in einer Menge von 0,02 ; Volumenprozent, auf der Fermentationsbrühe bereolinet> verwendet. Die Zusammensetzung des SchaumbekSmpfungsmittels ist wie folgt: 33,3 % Ipamin SGP-6 (Zusammensetzung: Plyäthylenglykol-Fettsäureester, Polymerisationsgrad: 6), 33>3 Solacrol-T (in einer 6-fachigen Verdünnung) und 33,3 % Polypropylenglykol. Die Kontrolle hat 1,5 X Sonnenblumenöl verbraucht. Die Einheitszahl des Wirkstoffes war um 10 s höher, als der entsprechende Wert der Kontrolle.
• 3./ Bei Eacitracin-Fermentation wurde 0,06 Vol.* eines synergetischen schaumbildungverhindernden Gemisches dem System zugefügt. Zusammensetzung: 66,6 % Sedosan-0,3 (3* Polyakrylsäureamid in einer 3 obigen wässerigen Lösung, Polymerisationsgrad: 6-8) und 33>3 X Polypropylenglykol. Bei den Versuchen konnte eine 25-30 %-ige Ausbeute-Erhöhung in der Antibiotikumsproduktion im Verhältnis zu den Kontrollen erreicht werden. Der Palmöl-Verbrauch der Kontrolle betrug sowohl in laboratorischens wie auch in halbbetrieblichen Fermentor 3,5 *, auf das Volumen der Fermentationsbrühe berechnet.
• Wurde als Schaumbekämpfungsmittel Polypropylenglykol allein verwendet, so war der Schaumbekämpfungsmittel-Verbrauch im Vergleich zum obigen synergetischen schaumbildungverhinderden Gemisch dreimal höher.
• 4./ 0,04 Vol.% synergetisches Schaumbekämpfungsmittel-Gemisch wurde im Bacitracin-Nährboden sterilisiert0 Zusammensetzung: 33,3 %Impamin SGP-6, 33,3 % Solacrol-T (in einer 6-fachigen wässerigen Verdünnung) und 33,3 % Polypropylenglykol. Wahrend der ganzen Fermentationsdauer trat keine Schaumbildung auf. Die Einheitszahl des Wirkstoffes übelstieg um 25-30 l3 den entsprechenden Wert der Kontrolle Der Palmol-Verbrauch der Kontrolle war zwischen 3,5-4 X auf das Volumen der Fermentationsbrühe berechnet.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1./ Verfahren zur Verhinderung der bei den Sermentationsverfahren eaftretenden Schaumbildung, dadurch gekennzeichnet, da man dem Fermentationssystem Polypropylenglykol und mindestens ein, aus einer Alkylen-und/oder Alkylenoxy-Kette bestehendes, gegebenenfalls hydrophyle Gruppen enthaltendes Polymer oder Kopolymer zusetzt.

2./ Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer oder Kopolymer mit einem Polymerisationsgrad von 2-30 verwendet.

3./ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da'4 man ein Polymer oder Kopolymer verwendet, welches als hydrophyle Gruppe eine Karboxy-, Karbonsäureester-> Karbonsäureamid-> Hydroxy- oder Alkoxy-Gruppe enthält.

4./ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf man als Polymer oder Kopolymer Polyakrylsäure und/oder deren Salse, Polyakrylsäureamid, Polyäthylenglykol, Polyäthylen oder Polyäthylenglykol-Fettsäureester verwendet.

5./ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da man das Polypropylenglykol und ein, aus einer hlkylen- und/oder Alkylenoxy-Kette bestehendes, gegebenenfalls hydrophyle Gruppen enthaltendes Polymer oder Kopolymer bei der Fermentation von Tetracykli nen, Penicillinen, Nystatin, Bacitracin, Streptomycin oder Fumaglllin, bei Enzim-Fermentationen, bei Bio-Oxydationen oder Mutterkorn-Fermentationen dem Fermentationssystem zugibt.

6./ Schaumbekämpfungsmittel dadurch gekennzeichnet, daß es Polypropylenglykol und mindestens ein, aus einer Alkylen- und/oder Alkylenoxy-Kette bestehendes, gegebenenfalls hydrophyle Gruppe enthaltendes Polymer oder Kopolymer enthält.

7./ Ausführungsform des Präparates nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polymer oder Kopolymer mit einem Polymerisationsgrad von 2-30 enthält .

8./ Ausführungsform des Präparates nach Anspruch 6, dadurch gekennseichnet, daß es ein als hydrophyle Gruppen Karboxy- Karbonsäureester-, Karbonsäureamid-, Hydroxy-oder Alkoxy-Gruppen enthaltendes Polymer oder Kopolymer enthält.

9./ Ausführungsform des Präparates nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es neben dem Polypropylenglykol Polyakrylsäure und/oder deren Salze, Polyakrylsäureamid, Polyäthylenglykol, Polyäthylenglykol-Fettsäureester oder Polyäthylen enthält.