DE2157847B2

DE2157847B2 - Verfahren zur Erzeugung von Citronensäure

Info

Publication number: DE2157847B2
Application number: DE2157847A
Authority: DE
Inventors: Kazumitsu Ishi; Tatsuya Iwakura; Yoshikazu Nakajima
Original assignee: Mitsui Sugar Co Ltd
Current assignee: Mitsui DM Sugar Co Ltd
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1971-11-22
Publication date: 1978-04-13
Also published as: US3793146A; DE2157847A1; DE2157847C3; CA995611A

Description

3(1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Citronensäure, wobei der Nährboden mit einem citronensäureerzeugenden Stamm der Gattung Candida geimpft, der Organismus in dem Nährboden gebrütet und dadurch in der Maische Citronensäure erzeugt wird, 4» die dann von der Maische abgetrennt wird.

In der japanischen Auslegeschrift 26 048/1970 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Fruchtzucker beschrieben, in dem Calciumchlorid mit einer Fruchtzucker und Traubenzucker enthaltenden Zuckerlösung, beispielsweise einer durch Inversion von Rohrzucker mit einer Säure gebildeten Zuckerlösung, umgesetzt und dadurch eine kristalline Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung gebildet wird, in der 1 Molekül CaCb und 2 Moleküle H2O an 2 Moleküle Fruchtzucker angelagert w sind. Das dabei von der kristallinen Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung abgetrennte Filtrat enthält Traubenzucker und sehr viel Calciumchlorid.

Eine Verwertungsmöglichkeit einer solchen Traubenzuckerlösung besteht, wie die Anmelderin in ausgedehnten Untersuchungen nunmehr gefunden hat, darin, diese Lösung als Ausgangsmaterial für die Erzeugung von Citronensäure zu verwenden.

Aus der DT-OS 18 08 615, Seite 19, letzter Absatz, bis Seite 22 ist bekannt, einen Candida-Stamm, insbesonde- bo re einen Stamm von Candida guillermondii, C. tropicalis, C. mycoderma, C. lipolytica etc., in einem Invertmelasse, d. h. Glukose und Fruktose enthaltenden Nährmedium zur Bildung von Citronensäure aerob zu züchten. Bei diesen Verfahren wird das herkömmliche Nährmedium verwendet. Es kann jedoch nicht angewandt werden, wenn die Zuckerlösung sehr viel Calciumchlorid enthält.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzeugung von Citronensäure in einem Gärverfahren, in dem als Nährboden eine viel Calciumchlorid enthaltende Traubenzuckerlösung ohne vorherige Veränderung derselben verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man bei dem Verfahren der eingangs genannten Art einen Nährboden einsetzt, der eine bei der Erzeugung von Fruchtzucker anfallende Abfall-Traubenzuckerlösung enthält, die dadurch erhalten wurde, daß Calciumchlorid zu einer Mischlösung von Fruchtzucker und Traubenzucker eingesetzt wurde, wobei Fruchtzukker in Form einer Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung ausfällt, und daß nach dem Abtrennen dieser ausgefällten kristallinen Molekülverbindung von der Lösung eine Abfall-Traubenzuckerlösung, die viel Calciumchlorid enthält zurückbleibt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Citronensäure mit hoher Ausbeute gewonnen werden kann, ohne daß die Ausgangslösung entsalzt werden muß.

Vorteilhaft verwendet man die Stämme Candida oleophila, Candida guillermondii, Candida tropicalia, Candida mycoderma, Candida lipolytica und Candida melibiosi, die bekannt und leicht erhältlich sind.

In der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Gärverfahrens wird die viel Calciumchlorid enthaltende Zuckerlösung mit einer geeigneten Stickstoffquelle und einer Nährstoffquelle versetzt und dann als Nährboden verwendet. Als Stickstoffquelle kann man Ammoniak, Harnstoff, verschiedene anorganische oder organische Ammoniumsalze, wie Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat und Ammoniumacetat, oder organische Substanzen, wie Pepton, Fleischextrakt, Hefeextrakt, Maisquellwasser, Fischmehl, entfetteten Sojabohnenkuchen allein oder in Form eines Gemisches von mindestens zwei der genannten Substanzen verwenden.

Dem Nährboden wird zweckmäßig ein Phosphat, ein Magnesiumsalz oder dergleichen zugesetzt, welches für das Wachstum des Stammes erforderlich ist. Das Wachstum des Stammes kann ferner durch einen Zusatz von Vitaminen, wie Thiamin und Nicotinsäure, beschleunigt werden.

Der pH Wert des Nährbodens liegt zweckmäßig im sauren Bereich und beträgt vorzugsweise etwa 4,5 — 6,5. Die Gärung wird bei einer normalen Temperatur oder einer Temperatur bis zu 32° C durchgeführt, je nachdem ob es sich um eine aerobe Oberflächenkultur, eine Schüttelkultur oder eine aerobe Submerskultur handelt. Eine Submerskultur mit Bewegung durch Belüftung ist für das erfindungsgemäße Gärverfahren besonders gut geeignet. Die Gärung kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Erfindung wird in den nachstehenden Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

In einer Zuckerlösung mit 65 Gewichtsteilen Fruchtzucker und 35 Gewichtsteilen Traubenzucker wurden 38 Gewichtsteile CaCh · 2 H2O gelöst. Die so erhaltene Lösung wurde mit Salzsäure auf einen pH-Wert von 1,5 bis 4,5 eingestellt und dann konzentriert, wobei eine kristalline Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung ausfiel. Nach dem Abtrennen des kristallinen Produkts durch Fliehkrafttrennung blieb eine Abfall-Zuckerlösung mit der in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung zurück:

Tabelle 1

Zusammensetzung der Abfall-Zuckerlösung

Fruchtzucker 3,0 %

Traubenzucker 32,6 Vo

Gesamt-Zuckergehalt 35,6 %
CaCb 8,8 %

pH-Wert 3,2

6,7 kg der oben angegebenen Abfall-Zuckeriösung wurden mit etwa 31 Wasser verdünnt. Die verdünnte Lösung wurde durch Kochen in einem 30-1-Gärgefäß sterilisiert. Nach dem Abkühlen der Lösung auf 28° C wurden 120 g Maisquellwasser, 10,9 g Harnstoff, 2,4 g π KH2PCM, 2,4 g MgSO₄ · 7 H2O und 3,0 g MnSO₄ · η HiO jeweils in Form einer sterilisierten wässerigen Lösung zugesetzt. Ferner wurden 1,4 kg trockenes sterilisiertes CaCOs zugesetzt und wurde die Lösung mit sterilem Wasser auf 12,01 aufgefüllt. Die auf diese Weise erhaltene Lösung wurde mit Natronlauge auf den pH-Wert 6,2 eingestellt.

Ein Stamm von Candida oleophila (ATCC 20177) wurde in einer Schüttelkultur gebrütet, und zwar in einem Impfnährboden aus 100 ml Wasser, 5,0 g Traubenzucker, 0,5 g Hefeextrakt, 0,02 g KH2PO4, 0,02 g MgSOt-7 H2O und 1,0 g CaCOa. Der vorstehend beschriebene Hauptnährboden wurde mit 600 ml des auf diese Weise erhaltenen Impfstoffes geimpft.

Der geimpfte Hauptnährboden wurde unter folgenden Bedingungen gebrütet: Belüftung mit 4 l/min, Rühren mit 300 U/min, Temperatur 28° C.

Die Gärung wurde 5 Tage lang fortgesetzt. Täglich wurde eine Probe genommen und untersucht. Die Ergebnisse der Analyse der Maische sind in der r> nachstehenden Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Zusammensetzung der Maische nach der angegebenen Brutzeit

40

Brutzeit	Zuckergehalt Keimzahl	Citronen-
	(als Trauben	saure-
	zucker berechnet)	anhydrid
(Tage)	(g/100 g) (Zellen/ml)	(g/100 g)

0	16,1	2,0 ·	10'
1	13,9	4,2·	108
2	10,1	8,0 ·	ΙΟ«
3	6,7	9,8·	108
4	2,9	—
5	unter 0,2	_

1,9

5,0

8,5

10,9

Nach einer Gärzeit von 5 Tagen wurden 15,4 kg einer Maische erhalten, die 1,68 kg Citronensäure in Form des Calciumsalzes enthielt. Bezogen auf den Gesamtzuckergehalt von 2,38 kg des Ausgangsmaterials entspricht dies einer Ausbeute von 70,5 %.

Die Maische wurde dann zum Abtrennen des Calciumcitrats und der Hefe filtriert. Der aus dem Calciumcitrat und der Hefe bestehende, abgetrennte Feststoff wurde gründlich mit Wasser gewaschen und dann erneut in einer kleinen Wassermenge suspendiert. Durch den Zusatz von Schwefelsäure zu der Suspension wurde die Citronensäure freigesetzt. Danach wurden die Hefe und das Calciumsulfat abfiltriert, wobei eine Citronensäurelösung zurückblieb. Diese wurde konzentriert. Dabei fiel eine kleine weitere Menge Calciumsulfat aus, die entfernt wurde. Nach weiterem Konzentrieren wurde aus dem Konzentrat Citronensäuremonohydrat auskristallisiert. Die auf diese Weise erhaltenen Kristalle wurden durch Fliehkrafttrennung abgetrennt. Die Mutterlauge wurde weiter konzentriert und erneut dern Kristallisationsvorgang unterworfen. Durch diese Kristallisationsvorgänge wurden 1,58 kg rohes kristallines Citronensäuremonohydrat mit einer durchschnittlichen Reinheit von 99,5 % erhalten. Die nach dem dritten Kristallisationsvorgang erhaltene Mutterlauge wurde auf das Fünffache ihres Volumens verdünnt, mit Ca (OH)2 neutralisiert und dann erhitzt, wobei Calciumcitrat ausfiel. Das ausgefällte Calciumcitrat wurde abfiltriert und getrocknet. Auf diese Weise wurden 255 g rohes Calciumcitrat erhalten. Das rohe Calciumsalz enthielt 58,8 % Citronensäureanhydrid.

Auf diese Weise wurden 94,9% der in der Maische enthaltenen Citronensäure gewonnen.

Beispiel 2

5,35 kg der auch im Beispiel 1 verwendeten Abfall-Zuckerlösung wurden mit etwa 41 Wasser verdünnt. Die verdünnte Lösung wurde durch Kochen in einem 30-1-Gärgefäß sterilisiert. Nach dem Abkühlen der Lösung auf 28⁰C wurden 120 g Maisquellwasser, 10,9 g Harnstoff, 2,4 g KH₂PO₄, 2,4 g MgSO₄ · 7 H2O und 3,0 g MnSC₄ · η H2O jeweils in Form einer sterilisierten wässerigen Lösung zugesetzt. Danach wurden 1,1 kg trockenes sterilisiertes CaCO3 zugesetzt. Schließlich wurde die Lösung mit sterilisiertem Wasser auf 12,01 aufgefüllt. Die so erhaltene Lösung wurde mit Natronlauge auf den pH-Wert 6,2 eingestellt.

Der auf diese Weise erhaltene Nährboden wurde mit 600 ml einer Impfkultur von Candida oleophila geimpft. Diese Impfkultur war ähnlich wie im Beispiel 1 erhalten worden. Das Brüten erfolgte unter folgenden Bedingungen: Belüftung mit 4 l/min, Rühren mit 300 U/min, Temperatur 28° C.

Am dritten Tag des Brütens wurden zu der gebrüteten Maische 1,10 kg der vorstehend angegebenen Zuckerlösung zugesetzt, die sterilisiert und mit Natronlauge auf den pH-Wert 5,5 eingestellt worden war, sowie 0,2 kg trockenes sterilisiertes CaCOa. Die Ergebnisse der Analyse während des Brütens sind in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Zusammensetzung der Maische nach der angegebenen Brutzeit

55

60

65 Brutzeit

(Tage)

Zuckergehalt
(als Traubenzucker berechnet)
(g/100 g)

Keimzahl

Citronensäure
anhydrid

(Zellen/ml) (g/100 g)

0	13,5
1	10,8
2	6,0
3	1,6
(vor dem
weiteren
Zusatz von
Zucker)

2,2
6,7
9,4
9,8

10?
10«
108
10«

3,1
7,1

Fortsetzung	Zuckergehalt	Keim/ahl	C'itruncn-
Brutzeit	(als Trauben		SiIlIIC-
	zucker be		anh\c!ricl
	rechnet)
	(g/100g)	(ZUIen/ml)	(g/IOUt')
(Tage)	3,9	9,0 · ΙΟ«	6,5
3
(nach dem
weiteren
Zusatz von
Zucker)	unter 2		10.1
4

In diesem Beispiel war die Gärung nach 4 Tagen beendet und wurden 16,0 kg gegorene Maische erhalten. Diese enthielt 1,61 kg in Form des Calciumsalzes ausgefälltes Citronensäureanhydrid. Bezogen auf den Gesamt-Zuckergehalt von 2,30 kg in 6,45 kg der insgesamt vergorenen Zuckerlösung entspricht dies einer Ausbeute von 70,1 %.

Ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben wurden 1,52 kg kristallines rohes Citronensäuremonohydrat (Reinheit 99,5%) und 235 g rohes Calciumcitrat (mit einem Gehalt von 60% Citronensäureanhydrid) erhalten, d. h., daß 94,4% der in der gegorenen Maische enthaltenen Citronensäure gewonnen wurden.

Aus den vorstehend angegebenen Ergebnissen geht

hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu folgenden Vorteilen führt:

Es wird die Verwertung einer Abfall-Traubenzuckerlösung ermöglicht, die bei der Erzeugung einer Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung aus einer Traubenzucker und Fruchtzucker enthaltenden Zuckerlösung anfällt und daher viel Calciumchlorid enthält. Dadurch kann die Erzeugung des Fruchtzuckers stark verbilligt werden. Die Erzeugung der Citronensäure aus der genannten Abfallösung führt zu folgenden Vorteilen:

(1) Die früher notwendigen Behandlungen, z.B. die Inversion des Zuckers und die Reinigung der Ausgangs-Zuckerlösung entfallen.

(2) Die Citronensäure wird mit einer hohen Ausbeute gewonnen. Bei der Erzeugung der Citronensäure aus Rohrzuckermelasse beträgt die Ausbeute, auf den Zuckerverbrauch bezogen, etwa 65%. Dagegen beträgt die erfindungsgemäß erhaltene Ausbeute, auf den Zuckerverbrauch bezogen, über 70%.

(3) Es bleibt weniger Zucker in dem Nährboden zurück.

(4) Da das Produkt keine organischen Verunreinigungen, z. B. Farbstoffe und Kolloide enthält, braucht man zur Gewinnung der kristallinen Citronensäure aus der Maische keine Reinigung mit Aktivkohle, entfärbendem Ionenaustauscherharz oder dergleichen vorzunehmen und kann die kristalline Citronensäure mit einer hohen Ausbeute erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Citronensäure, wobei der Nährboden mit einem citronensäureerzeugenden Stamm der Gattung Candida geimpft, der Organismus in dem Nährboden gebrütet und dadurch in der Maische Citronensäure erzeugt wird, die dann von der Maische getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Nährboden 1» einsetzt, der eine bei der Erzeugung von Fruchtzukker anfallende Abfall-Traubenzuckerlösung enthält, die dadurch erhalten wurde, daß Calciumchlorid zu einer Mischlösung von Fruchtzucker und Traubenzucker zugesetzt wurde, wobei Fruchtzucker in i> Form einer Fruchtzucker-Calciumchlorid-Molekülverbindung ausfällt, und daß nach dem Abtrennen dieser ausgefällten kristallinen Molekülverbindung von der Lösung eine Abfall-Traubenzuckerlösung, die viel Calciumchlorid enthält, zurückbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als citronensäureerzeugender Stamm ein Stamm von Candida oleophila, Candida guillermondii, Candida tropicalia, Candida mycoderma, Candida lipolytica und Candida melibiosi eingesetzt wird.