DE2240052B2

DE2240052B2 - Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung

Info

Publication number: DE2240052B2
Application number: DE2240052A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Aktiengesellschaft Jungbunzlauer Spiritus- Und Chemische Fabrik, Wien
Priority date: 1971-08-18
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1979-03-22
Also published as: CH566393A5; DE2240052A1; DE2240052C3; JPS4828688A; NL7211219A; BR7205665D0; CA978121A; AU467172B2; FR2149549A1; AU4561772A; FR2149549B1; BE787594A; IT1008529B; GB1392942A; US3886041A; AT307346B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung von kohlehydrai.haltigem Material mit Hilfe des Schimmelpilzes Aspergillus niger, unter Zusatz einer alkalischen Substanz.

Für die Herstellung von Zitronensäure ist es im Zusammenhang mit dem Oberflächengärverfahren bekannt, dem Gärmedium Natronlauge zuzusetzen.

Das genannte Oberflächenverfahren weist jedoch verschiedene, schwerwiegende Nachteile auf, wie z. B. großen Platzbedarf, eine nur mangelhafte Regulierung des Sauerstoffübertrittes und insbesondere ist bei diesem Verfahren eine optimale Steuerung des Gärprozesses nicht zu erreichen. Außerdem ist beim Oberflächengärverfahren die Infektionsgefahr größer als beim Submersgärverfahren. Auch ist die Überwachung der Gärung wesentlich komplizierter und unübersichtlicher,

Es wurde daher auf Grund dieser Nachteile schon vor Jahren das Submersgärverfahren zur Herstellung von Zitronensäure entwickelt. Bei diesem Verfahren wird ein geeignetes flüssiges Fermentationsmedium, bestehend aus kohlehydrathaltigem Material und verschiedenen Nährstoffen nach Beimpfung mit Sporen eines Mikroorganismus der Gärung unterworfen. Bei diesem Submersverfahren wurde zur Regulierung des Gärverlaufes dem Gärmedium oft ein stickstoffhaltiger Nährstoff, z. B. Ammoniak, zugesetzt, wie dies beispielsweise in der kanadischen Patentschrift Nr. 6 42 926 beschrieben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der oben genannten Verfahren zu vermeiden und eine optimale Steuerung der Gärung beim Submersverfahren zu erzielen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zur Regulierung des Mycelwachstums dem, wenigstens teilweise gereinigte Kohlehydrate, beispielsweise durch Ionenaustausch gereinigten Zucker, enthaltenden gärenden Medium als alkalische Substanz Natronlauge, gegebenenfalls portionsweise, zugesetzt wird, wobei die erste Zugabe 24 — 36 Stunden nach der Beimpfung erfolgt.

Durch die Zugabe von Natronlauge nach der Beimpfung wird einerseits die Zitronensäureproduktion ·-) angeregt und anderseits eine genaue Regelung des Prozesses ermöglicht.

Weiters wurde gefunden, daß bei Zugabe von Natronlauge erst nach der Beimpfung, die Einstellung des Alkalimetall/Phosphatverhältnisses auf bestimmte ι ο Werte jegliche Bedeutung verliert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die erste Zugabe von Natronlauge 30 Stunden nach der Beimpfung.

Durch die Zugabe zu dem genannten Zeitpunkt wird li die Entwicklung eines Mycels begünstigt, das zu einer erhöhten Zitronensäureproduktion befähigt ist, und dadurch die Gärzeit verkürzt.

Weiterhin hat es sich als günstig erw'isen, durch Zugabe von Natronlauge während der gesamten 2(i Gärzeit den pH-Wert des gärenden Mediums auf einem Wert zwischen 1,5 und 2,0, vorzugsweise zwischen 1.8 und 2,0, zu halten. Dadurch läßt sich auch die praktisch vollständige Unterdrückung einer Fremdsäureproduktion erreichen.

Beispiel

Der Aspergillus niger-Stamm ATCC 11414 wurde in üblicher Weise wechselweise auf flüssigem und festem, mit Zitronensäure versetztem Nährboden kultiviert.

«ι Der auf diese Weise konditionierte Stamm wurde dann auf einem modifizierten Czapek-Dox-Nährboden mehrmals vermehrt. Die geernteten Sporen wurden auf Keimfähigkeit und Reinheit geprüft und bei 4°C gelagert. Von diesen Sporen wurde eine Beimpfungssu-

r. spension in einer physiologischen Kochsalzlösung mit Tween 80 bereitet. Nach Auszählung der Sporen in der Zählkammer wurde die Sporensuspension einer Menge der zu vergärenden Lösung zugesetzt, so daß in der beimpften Nährlösung die Endkonzentration 7 · IO⁴

4(i Sporen/ml betrug. Die beimpfte Nährlösung hatte die in der untenstehenden Tabelle für die Versuche angeführte Zusammensetzung.

Die Bereitung der Gärlösung erfolgte in der Weise, daß eine entkationisierte Saccharoselösung, Konsum-

4-i zucker EWG, Kat. II, mit einem Gehalt von 26,1% Gew.-/Vol. 20 Minuten lang mit Dampf sterilisiert wurde und die Temperatur auf 35°C eingestellt wurde. 3 sterile Turmfcrmenter mti einem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von 1000 mm wurden mit je 11

-κι Liter der Gärlösung gefüllt und diese auf 31°C eingestellt. Vor Beginn der Gärung wurde die belüftete Zinkerlösung mit Nährsalzen in folgenden Konzentrationen versetzt;

6 g/l

1,1 g/l MgSO₄ · 7 H₂O

0,55 g/l CaCI₂ · 2 H₂O

0,15 g/l NaCI

0,15 g/l KH₂PO₄

0,0015 g/l ZnSO₄ ■ 7 H₂O

Nach anfänglicher Einstellung des pH-Wertes auf 2,8 mittels Ammoniakgas und Zugabe eines Inhibitors wurde mit der obenangeführten Sporensuspension des Aspergillus niger-Stammes in der obengenannten Konzentration beimpft. Während der gesamten folgenden Gärdauer wurde eine Gärtemperatur von 3I"C eingehalten und weitere Zugaben von Inhibitor in Teilmengen bis zur jeweils in der Tabelle angegebenen

Gesamtmenge, wenn es jeweils auf Grund der mikroskopischen Beobachtung des Mycels erforderlich war, eingebracht.

Die Zugabezeitpunkte von Ferrocyanid im Versuch 1 der folgenden Tabelle waren folgende: 0,32,48, 64, 112 Stunden nach der Beimpfung jeweils in Mengen entsprechend 1,0 ppm und nach 160 Stunden von 2,5 ppm. Die Zugabezeitpunkte der Verbindung »D« waren bei Versuch 2 folgende: 0,48,72 und 144 Stunden nach der Beimpfung jeweils 0,8 ppm und nach 192 Stunden 1,7 ppm; bei Versuch 3: 0, 32, 72 und 156 Stunden 0,8 ppm und nach 204 Stunden 1,5 ppm.

In zwei Türme wurde nach 27 Stunden eine solche Menge Natronlauge zugegeben, daß der pH-Wert auf 1,9 eingestellt wurde und jeweils alle 8 Stunden erfolgten während der gesamten Gärzeit weitere Zugaben von Natronlauge, so daß der pH-Wert immer wieder auf 1,9 zurückgeführt wurde. Neben der gebildeten Zitronensäure und der Gärausbeute wurde auch die Gärzei· ^registriert.

Die Bestimmung der gebildeten Zitronensäure erfolgte auf übliche Weise, und zwar folgendermaßen:

Während der Gärung wurde die Säuerung (Gesamtsäure) titrimetrisch verfolgt. Nach dem Ablauf der angegebenen Gärzeit und nach Mycelabtrennung erfolgte die Bestimmung der Zitronensäure als Pentabromaceton (titrimetisch bzw. photometrisch). Die Kontrolle dieser Analysen erfolgte auf enzymatischem Wege (Zitronensäurelyase).

Ein gleichzeitig durchgeführter Versuch ohne Natronlaugezusatz (Zugabe von ausschließlich NHj) ist in folgender Tabelle den verbesserten Resultaten mit Natronlaugonzusatz gegenübergestellt.

Tabelle

Ver	Gär-	Inhibitor	Inhibitor	Ausbeute
such	duuer		Gesamt
r, Nr.			menge
	h		ppm	%

204
220
245

K₄[Fe(CN)₆J

D*)

7,5
4,9
4,7

92,8
91,7
85,2

*) U (Inhibitor): Di-iso-butylphcnoxyäthoxyälhyldimeihyl-

benzyl-ammoniumchlorid.
**)Die Einstellung des pH-Wertes erfolgte mit gasförmigem Ammoniak.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung von kohlehydrathaltigem Material mit Hilfe des Schimmelpilzes Aspergillus niger, unter Zusatz einer alkalischen Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regulierung des Mycelwachstumes dem, wenigstens teilweise gereinigte Kohlehydrate, beispielsweise durch Ionenaustausch gereinigten Zucker, enthaltenden gärenden Medium als alkalische Substanz Natronlauge, gegebenenfalls portionsweise, zugesetzt wird, wobei die erste Zugabe 24—36 Stunden nach der Beimpfung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zugabe 30 Stunden nach der Beimpfung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zugaben von Natronlauge während der gesamten Gärzeit der pH-Wert des gärenden Mediums auf einem Wert zwischen 1,5 und 2,0, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,0, gehalten wird.