DE215531C

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Publication number: DE215531C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12 k. GRUPPE 4/5.

SOCIETE ANONYME

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1908 ab.

Es ist bekannt, daß beim Einwirken von Fermenten auf Eiweißstoffe und ihre Zersetzungsprodukte Ammoniak und Fettsäuren entstehen (vgl. z.B. L afar, Handbuch der technischen Mykologie, 2. Aufl., 111,1904/1906, Seite 84, 85, 103 [Zeile 13 und-14 von unten], sowie Journal für praktische Chemie [2] 17, 1878, Seite 119 [Zeile 12 und ff.] und Green-Windisch: Die Enzyme, 1901, Seite 291, vorletzter Absatz). Die ammoniakalische Gärung konnte aber bisher zur Verwertung von stickstoffhaltigen Substanzen nicht benutzt werden. Die fermentative Bildung von Ammoniak ist nämlich sehr langsam, dauert wochenlang und erzielt in bezug auf Ausbeute kein zufriedenstellendes Resultat. Auch nach langer Gärung bleiben noch immer Stickstoffverbindungen (die noch nicht in Ammoniak zersetzt sind) der Eiweißstoffe zurück, und neben dem gebildeten Ammoniak sind außerdem große Mengen Aminverbindungen vorhanden. Die Bildung der Fettsäuren geht parallel mit der Ammoniakbildung vor sich, und die Ausbeute ist auch hier sehr gering, und zwar 1. weil die Ammoniakbildung sehr gering ist und

2. weil ein großer Teil der gebildeten Säuren im Verlaufe der langen Gärung zersetzt wird.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die

Bedingungen festgelegt, unter welchen die Proteinstoffe und ihre Zersetzungsprodukte vollständig und nach kurzer Zeit (2 bis 3 Tagen) in Ammoniak und Fettsäuren übergeführt 45

werden, und zwar ohne daß ein Fäulnisprozeß eintritt.

Als Gärungsmittel kommen zur Verwendung Brennereischlempe, Abfälle der Zuckerfabrikation, Torfauszüge; als Gärüngserreger wird vorzugsweise Bierhefe oder Gartenerde verwendet.' '

Die Bedingungen, unter denen die Gärung vor sich gehen muß, sind folgende:

1. die zu vergärende Flüssigkeit muß stark alkalisch sein, und zwar soll ihre Alkalität 4 bis 8 g kohlensaurem Kali pro Liter entsprechen ; -

2. die zu vergärende Flüssigkeit darf im Ver- , hältnis zu den vorhandenen Aminosäuren nur geringe Mengen Kohlehydrate enthalten (auf 10 Teile Aminosäure höchstens 1 Teil Kohlehydrat) ; ' .

3. die Gärtemperatur darf nicht unter 38 ° C. und nicht, über 43 ° C. kommen und soll die gärende Flüssigkeit bis zu dem Augenblick gelüftet werden, wo etwa 50 Prozent des Stickstoffs, welcher in derselben enthalten ist, in Ammoniak übergegangen ist;

4. die Gärflüssigkeit soll von 0,3 bis 1 g Aluminiumsulfat pro Liter oder entsprechende Mengen eines ■ anderen Aluminiumsalzes enthalten.

Die Keime der in der Bierhefe und der Gartenerde vorhandenen, Aminosäure und Polypeptide spaltenden Bakterien v/erden bei einer Temperatur von 90 bis 100⁰C. nicht zer-

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stört, und es ist daher leicht eine Kultur dieser Bakterien zu bereiten, indem man Gartenerde oder Bierhefe in eine, im voraus sterilisierte und alkalisch gemachte Melasseschlempe einbringt und das Ganze etwa ^x/₂ Stunde lang auf 90⁰C. hält. Beim Stehenlassen auf 40⁰C. und Lüftung entsteht nach 24 Stunden eine lebhafte Gärung mit Bildung von Wasserstoff. Melasse-, Getreide- und Rübenschlempe 10' (Rückstände der Alköholfabrikation) wie auch die Abfälle der Zuckerfabrikation und die Abwässer der Wollentfettung eignen sich ganz besonders als Kulturmedien für die Aminosäuren spaltenden Bakterien, da sie reich ■ an Aminosäuren und Polypeptiden sind.

Durch diese Gärung erzielt man eine sehr vorteilhafte Verwertung der Stickstoffverbindungen, und zwar dadurch, daß man deren Stickstoff glatt in Ammoniak überführt und nebenbei eine ansehnliche Menge von Fettsäuren (wie Essig-, Pröpion- und Buttersäure) erhält. Das Ammoniak und die Säuren sind mit geringen Kosten aus der Flüssigkeit zu entfernen. Zur praktischen Ausführung des Verfahrens mittels Melasseschlempe empfiehlt es sich, in folgender Weise vorzugehen:

Die Melasseschlempe, welche aus dem Destillierapparat fließt, wird auf etwa 43⁰C abgekühlt, neutralisiert und mit Schlempekohle oder mit irgendeinem Alkali auf eine Alkalität gebracht, welche 4 bis 8 g kohlensaurem Kali pro Liter entspricht.

Pro Hektoliter Flüssigkeit werden dann 60 bis 100 g Aluminumsulfat, 20 bis 50 g Super-' phosphat und 10 kg Preßhefe oder 10 kg Garten-. erde zugegeben. Man hält dann die Flüssig-. keit 48 Stunden auf einer Temperatur von 40⁰C. bei starker Lüftung.

Die in Gärung geratene Flüssigkeit wird dann mit. Melasseschlempe auf das drei- bis fünffache Volumen gebracht und 48 Stunden stehen gelassen. Das Volumen darf dann vierbis fünfmal vergrößert werden und wird weitere 50 bis 60 Stunden bei der Temperatur von 40 bis 43⁰C. stehen gelassen; Die Alkalität der Schlempe, welche allmählich herbeigeführt wird, muß wenigstens 4 g kohlensaurem Kali pro Liter entsprechen; sollte die Alkalität während der Gärung heruntergehen, so muß man sie durch Zusatz von Alkali auf den früheren Grad zurückbringen.

Bei weiterer Vermehrung der gärenden Flüssigkeit nimmt die Geschwindigkeit der Gärung bedeutend zu. Alle 24 Stunden werden .⁴/_e bis ⁵/₆ der gesamten Bakterienkultur als Ansatz verwendet; zu der verbleibenden Bakterienkultur wird alsdann frische Melasseschlempe zugesetzt, und zwar in der Weise, daß alle 24. Stunden eine frische Bakterienkultur zur Verfügung steht. Man kann aber auch eine 48 stündige Bakterienkultur führen, indem man zu 1 Teil Kulturflüssigkeit 8 bis 10 Teile frische Schlempe zusetzt. Die zur Gärungskultur verwendete Schlempe hat stets die oben angegebene Alkalität und enthält die oben angegebene Aluminiummenge. Die Hefekultur wird beständig gelüftet.

Die^: auf diese Weise bereitete Bakterien- , kultur spielt bei der Ammoniakgärung gemäß vorliegender Erfindung die Rolle der Kunsthefe (Mutterhefe) bei der alkoholischen Gärung.

Man benutzt 5 bis 10 hl dieser Kultur zum Anstellen von ioö hl Melasseschlempe.

Der Teil der. Melasseschlempe, welcher als Hauptmaische zu betrachten ist, sollte zweckmäßig eine niedrigere Alkalität als die als Mutterhefe dienende Kultur haben: eine Alkalität von 2,5 bis 3 g pro Liter hat sich in der Praxis als günstig erwiesen. Es werden 30 bis 50 g Aluminiumsulfat pro Hektoliter zugegeben. Die Gärung wird in der Weise geführt, daß man die Mutterhefe in einen Bottich' einführt und letzteren mit Melasseschlempe anfüllt.

Die Bottiche sollen am besten nur während der Füllung gelüftet werden. Diese Füllung soll langsam und systematisch vor sich gehen, und zwar so, daß die Flüssigkeit stets in lebhafter Gärung bleibt. Ein Bottich sollte in 24 bis 30. Stunden gefüllt werden.

Wenn der Bottich einmal gefüllt ist, so ist es zweckmäßig, die Luft abzustellen, da sonst leicht Ammoniakveiiuste stattfinden könnten.

Je nach der Qualität der Melassen ist die Dauer der Gärung verschieden; in den meisten Fällen ist sie nach 2 Tagen vollendet, jedoch ist bei gewissen Melassen eine dreitägige Gärung notwendig.

Zur Kontrolle wird eine kleine Probe unter. Zugabe von Magnesiumoxyd destilliert; bekommt man bei dieser Destillation 90 Prozent des Gesamtstickstoffs in Form von Ammoniak, so ist die Gärung als beendigt zu betrachten und kann die Masse 2 bis 3 Stunden später abdestilliert werden.

Zur Anstellung der Hauptbottiche kann man anstatt einer besonderen Bakterienkultur V₄ des Inhalts eines bereits gefüllten und gärenden Bottichs in einen anderen geben und darnach die zwei Bottiche mit Flüssigkeit langsam füllen. Es ist jedoch zweckmäßig, alle 14 Tage eine neue Kultur zu bereiten, um das Degenerieren und die Infektion zu vermeiden, welche bei kontinuierlicher Arbeit auftreten kann.

Die Melasseschlempen von 1,026 bis 1,032 spez. Gew. geben im Durchschnitt 4,5 bis 5,4 g Ammoniak pro Liter. Nach beendigter ammoniakalischer Gärung kann in der Regel das in der Flüssigkeit enthaltene Ammoniak direkt und ohne Zugabe von Alkali abdestilliert werden; nur in seltenen Fällen ist eine Zugabe von (2 bis 3 g) Alkali bei der Destillation notwendig. .

Die Trennung des Ammoniaks kann auf einem beliebigen bekannten Wege ausgeführt werden.

Nach Abtreiben des Ammoniaks kann die Schlempe zur Gewinnung der Salze auf üblichem Wege weiter verarbeitet werden. Es ist jedoch zweckmäßiger, die Flüssigkeit zwecks Gewinnung der flüchtigen Fettsäuren zu behandeln.

Pro Hektoliter Melasseschlempe von 1,02.6 bis 1,032 spez. Gew. entstehen bei der ammoniakalischen Gärung 3,5 bis 5,5 kg Fettsäuren (Essig-, Propion-, Buttersäure).

Zwecks Gewinnung dieser Säuren verfährt

man vorzugsweise wie folgt: die von Ammoniak befreite Flüssigkeit wird bis auf 40 bis 50⁰Be.

eingedampft und hierauf mit der berechneten Menge von Schwefelsäure destilliert.

Bei Verarbeitung von Rüben- oder Getreideschlempe wird ebenso verfahren wie bei Ver-. 20 arbeitung der Melassen.

Das Verfahren eignet sich ferner auch zur Gewinnung des Ammoniaks aus den Abwässern der Wollentfettung. Die Arbeitsweise ist bei ■ allen die gleiche, nur ist es zweckmäßig, die Neutralisation mit Kalk anstatt mit Schlempekohle vorzunehmen.

Bei der Verarbeitung Von Torf verfährt man wie folgt: Torf wird mit 5 bis 7 Volumen. Wasser in einen breiigen Zustand gebracht. Pro 100 kg Torf gibt man 2 bis 3 kg Mineralsäure zu und kocht unter einem Druck von 2 bis 3,5 Atmosphären bis zu einer Stunde. Der Brei wird dann mit Kalk alkalisiert' und mit einer Kultur angestellt, welche am besten in Melasse oder Getreideschlempe gezüchtet wurde.

Die ammoniakalische Gärung kann auch in Schlempe von 1,070 spez. Gew. befördert werden.

In ■ gewissen Fällen ist es zweckmäßig, die Flüssigkeit, welche zur ammoniakalischen Gärung bestimmt ist, einzudicken; in diesen Fällen muß aber die Bakterienkultur an größere Mengen von Ammoniak gewöhnt werden, was leicht dadurch erzielt wird, daß man mit einer Konzentration der Flüssigkeit von 1,026 beginnt und die Konzentration allmählich steigert. Nach 14 bis 15 Kulturen kann man leicht auf die genannte hohe Dichte kommen, wenn man systematisch . bei jeder Kultur die Dichte steigert. Bei dieser Akklimatisation ist auch konstatiert, worden, daß die Fermente der ammoniakalischen Gärung sich leicht an Antiseptika, wie Formaldehyd, Xylol, Toluol, Flußsäuresalze, gewöhnen, so daß sie schließlich einer Menge 0,5 g eines dieser Antiseptika pro Liter widerstehen. Diese Akklimatisation kann in gewissen Fällen, um Nebengärungen zu verhindern, zweckmäßig seirO

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Ammoniak und flüchtigen Fettsäuren durch Einwirkenlassen von Fermenten auf Eiweißstoffe und ihre Zersetzungsprodukte, dadurch gekennzeichnet, ■ daß Brennereischlempe, Torfauszüge, Abfälle der Zuckerfabrikation oder Abwasser von Wollentfettung nach Zusatz geringer Mengen von Aluminiumsalzen bei einer Alkalität, die 4 bis 8 g kohlsaurem Kali pro Liter entspricht, der Wirkung von Gärungserregern in Gegenwart von Luft bei einer Temperatur von 38 bis 42⁰C. ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bierhefe oder Gartenerde als Gärungserreger Verwendung finden.