DE2318838B2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Zuckern - Google Patents

Description

lus stearothennophilus, z. B. die Stämme S 50-67, S 41-66, S 51-67 (Mikroorganismens&nmlung des österreichischen Zuckerforschungsinstituts). Für die Bestimmung von Glucose hingegen dient speziell ein solcher Stamm, welcher Glucose wesentlich rascher in Säure überfuhrt als andere Zucker, wie dies z. B. für die Stämme der Art des Bacillus thermodenitrificans oder den Stamm B 21-66 (Mikroorganismensammlung des österreichischen Zuckerforschungsinstituts) der Fall ist

Soll dagegen der Gesamtzuckergehalt einer Probe ermittelt werden, so kommt hierfür erfindungsgemäß ein solcher Bakterienstamm in Frage, der alle in einer Probe in wesentlicher Menge enthaltenen Zucker rasch in Säure umwandelt. In dieser Hinsicht erweisen sich insbesondere Bakterienstämme der Art Bacillus stearothennophilus, ζ. B. die Stämme L 33-65, L 34-65, D 11-66, E 8-65, E 10-65, H 6-65 (Mikroorganismensammlung des österreichisenen Zuckerforschungsinstituts) für die Bestimmung des Gesamtgehaltes an Saccharose + Glucose + Fructose als besonders brauchbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 5 bis 8 und eine zur Durchführung des Verfahrens bei geringen Probenmengen geeignete Vorrichtung ist im Patentanspruch 9 beschrieben.

Im Hinblick darauf, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren tatsächlich die einzeln bestimmba: η Zucker Saccharose und Glucose direkt erfaßt werden können, läßt sich beispielsweise eine Saccharosebestimmung neben reduzierenden Zuckern vornehmen, ohne daß diese in das Analysenergebnis mit eingehen. Bei Anwendimg der polarimetrischen Methode ist eine derartige Untersuchung mit der nur sehr umständlich auszuführenden Inversion der Saccharose und einer zweifachen Ermittlung der Polarisation verbunden. Derartige Komplikationen bei Gegenwart reduzierender Zucker neben Saccharose fallen bei der mikrobiologischen Methode gemäß der Erfindung weg. Bei einem in der Probe vorliegenden Überschuß an reduzierenden Zuckern gegenüber Saccharose ist die mikrobiologische Methode der polarimetrischen außerdem an Genauigkeit überlegen.

Weiter ist von großer Bedeutung, daß das vorerwähnte, zur Durchführung der erfindungsgemäßen Methode dienende vollautomatische Analysengerät in einem Bereich von Zackerkonzentrationen um 1 °/o arbeitet und daß daher auch bei der Untersuchung von zuckerarmen Lösungen die volle Analysengenauigkeit gegeben ist. Zweckmäßig werden Proben mit einer Zuckerkonzentration von über 1 °/o vor der Analyse auf ungefähr diesen Zuckergehalt verdünnt, da in dem Bereich von Zuckerkonzentrationen von 1 °/o und darunter, wie sie z. B. in dem bei der Zukkerextraktion aus Rübe anfallenden Preßwas^er vorliegen, die mikrobiologische Methode der polarimetrischen Bestimmung hinsichtlich Arbeitsaufwand und Analysengenauigkeit überlegen ist.

Besonders hinzuweisen ist auf die für ein mikrobiologisches Analysenverfahren außergewöhnlich kurze Analysendauer von wenigen Minuten je Bestimmung. Da sich in den meisten Fällen die vorbereitenden Arbeiten — soweit überhaupt notwendig — auf das Verdünnen der Probe und eine eventuelle pH-Einstellung beschränken, kann die Bestimmung als ausgesprochene Schnellmethode angesehen werden, die bei Anwendung im Rahmen einer Betriebskontrolle rasche Entscheidungen ermöglicht

Der Verbrauch an Chemikalien bzw. an Nährbodenbestandteilen ist praktisch zu vernachlässigen, es gibt keine giftigen oder gefährlichen Abfallprodukte, und man kann daher die Methode unbedenklich Hilfskräften anvertrauen.

Die Erfindung wird an Hand der in der angeschlossenen Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert In der Zeichnung zeigt.

Fig. 1 ein Züchtungsgefäß A für ein größeres Probenvolumen,

Fig. 2 ein kleineres ZüchtungsgefäßB für geringe x5 Probenmengen;

Fig. 3 stellt das Blockschema einer Halbautomatik-Einheit dar, während

Fig.4 eine Vollautomatik-Einheit veranschaulicht.

Das Analysenverfahren wird beispielsweise in folgender Weise ausgeführt.

Die für die Analyse verwendete Mikroorganismenkultur wird in einem auf 65° C temperierten ZüchtungsgefäR (Fermenter) kultiviert. Der pH-Wert des Fermenterinhalts wird über eine in die Kultur eintauchende pH-Einstabmeßkette auf einem Potentiometerschreiber aufgezeichnet. Ein Magnetrührer sorgt für die Durchmischung der Kulturflüssigkeit.

Die zu untersuchende Probe wird über eine Pumpe zur Kultur hinzudosiert und aus dem innerhalb der nächsten Minuten auftretenden pH-Abfall, der nach dem restlosen Verbrauch der mit der Probe zugesetzten Zuckermenge schlagartig endet, der Zuckergehalt der Probe (durch Vergleich mit einer Eichlösung) rechnerisch ermittelt. Nach dem Aufhören der Säurebildung wird automatisch eine Pumpe eingeschaltet und sogenannte »Nährlauge« in den Fermenter dosiert. Gleichzeitig wird Kulturflüssigkeit bis zu einem bestimmten Niveau abgesaugt. Nach Erreichen des ursprünglichen pH-Wertes und nach dem Einspic'jn des Schreibers auf eine Gerade wird die nächste Probe bzw. Eichlösung zudosiert.

Die Mikroorganismen werden am besten in einem Nährmedium aus Pepton, Hefeextrakt und sek. Kaliumphosphat gezüchtet. Durch entsprechende Wahl der Einzelkonzentration kann die Pufferkapazität und der pH-Wert des Mediums verschiedenen Bedürfnissen angepaßt werden. Ein Beispiel für eine sehr universell anzuwendende Kombination der Nährstoffkomponenten ist die Variante: 0,2 °/o Pepton, 0,1 % Hefeextrakt, 0,5 % sek. Kaliumphosphat.

Als Mikroorganismen für den Abbau der Zucker sind beispielsweise die folgenden Reinzuchtstämme aus der Sammlung des österreiHiUrben Zuckerforschuugsinstituts geeignet:

S 50-67 für Saccharose,

B 21-66 für Glucose,

L 33-65 für Saccharose + Glucose + Fructose.

Ebenso können Mischkulturen hochthermoplhiier Mikroorganismen der Arten Bacillus stearotheimophilus und Bacillus thermodenitrificans für die Bestimmung des Gesamtzuckergehaltes Anwendung finden.

Die Nährlauge enthält neben den im Nährmeclium enthaltenen Stoffen auch Natriumhydroxid und dient einerseits der Ergänzung verbrauchter Nährstoffe,

andererseits der Neutralisation der beim Zuckerabbau Analysenleistung voll ausnutzen will. Das bedeutet in

gebildeten Säuren. der Praxis, daß zwar nur wenige Handgriffe not-

Ein Züchtungsgefäß für die größeren Probenmen- wendig sind, aber trotzdem eine Arbeitskraft voll in

gen, wie es sich für ein vollautomatisiertes Analysen- Anspruch genommen wird.

gerät eignet, weist zweckmäßig ein Gesamtvolumen 5 Die Durchführung des erfindungsgemäßen Vervon 500 ml bei einer Beschickung mit etwa 250 ml fahrens in einem Halbautomatik-Gerät ermöglicht es Kultur auf. Dieses Volumen erfordert bei 100 Unter- dagegen, bei der Untersuchung vom Proben, welche suchungen von etwa l%igen Zuckerlösungen ein nicht mit Hilfe von Pumpen reproduzierbar dosiert Probenvolumen von je etwa 2 bis 3 ml, welches mit werden können (Suspensionen, Emulsionen, feste Hilfe von handelsüblichen Pumpen genau dosiert io Proben), mit einem Minimum an Analysenzeit auswerden kann. Ein Fermenter mit einem derartigen zukommen, ohne daß dauernd eine Person den VerVolumen ist noch nicht unhandlich groß und kann lauf des Schreiberdiagramms verfolgen muß. Mit leicht samt Temperiermantel in üblichen Laborato- Hilfe einer zusätzlich notwendigen Pumpe mit Konriumsautoklaven sterilisiert werden. taktschutzrelais kann man das Verfahren so weit

Der in Fig. 1 dargestellte Fermenter Type Λ ist 15 automatisieren, daß lediglich beim Ertönen eines ein Beispiel für ein solches Züchtungsgefäß für grö- Klingelzeichens die nächste Probe in den Fermenter ßere Probenmengen. Das Gefäß 1 mit einem Gesamt- dosiert werden muß. Mit Hilfe eines vom Gerät geinhalt von etwa 500 ml ist mit einer Planglasplatte 2 lieferten Steuerimpulses kann dies auch vollautomaabgedeckt, die mit Schliffbohrungen 3,3 für die Auf- tisch erfolgen.

nähme von (nicht dargestellten) Normalschliffstopfen ao Das Arbeitsprinzip einer Halbautomatik-Einheit versehen ist. Mit Hilfe derartiger Polytetrafluoräthy- wird nachstehend an Hand des Blockschaltbildes gelen-NS-Stopfen sind im Fennenterdeckel 2 unterge- maß Fig. 3 näher veranschaulicht Darin sind, ebenbracht: öffnung für pH-Einstabmeßkette, Zulauf für so wie in Fig. 4, die mechanisch wirksamen Verbin-Proben und Eichlösungen, Zulauf für Nährlauge, Ab- düngen durch gestrichelte Linien, die elektrisch wirksaugöffnung, öffnung für Belüftung und Entlüftung, as samen Verbindungen durch volle Linien dargestellt. Auf dem Fermenterdeckel liegen ein Zwischenring 4 Die Schreibfeder eines die Analysenwerte aufzeichaus Gummi und ein Halterungsring 5 aus Metall. Das nenden Potentiometerschreibers (pH-Schreiber) ist Fermentergefäß ist unter Zwischenlage eines Dich- mechanisch mit dem Schleifer eines Meßwertfolgetungsringes 6 in einen mit Flüssigkeitszu- und -ablauf potentiometers P1 gekoppelt, welches mit einem anversehenen Temperiermantel 7 aus Metall eingesetzt 30 deren, motorbetätigten Potentiometer Pl in Brücken- und durch eine lösbare Schraubverbindung 8 zwi- schaltung angeordnet ist. Sind beide Potentiometerschen Halterungsring 5 und Temperiermamel 7 schleifer aufeinander abgeglichen, dann erhält der fixiert. Potentiometerstellmotor StM über das zugehörige

In gewissen Fallen treten bei der Untersuchung Drehspulrelais R keine Spannung. Bewegt sich bei

sehr kostbarer Präparate (z. B. in der präparativen 35 der Aufzeichnung eines fallenden oder steigenden

Chemie) Analysengenauigkeit und Arbeitsaufwand pH-Wertes der Schleifer des Meßwertfolgepotentio-

gegenüber dem Erfordernis eines möglichst geringen meters P1 um 0,5 °/o der Skalenbreite von der Ab-

Probenverbauches zurück. In diesem Falle kann ein gleichstelle weg, dann spricht auf Grund der an den

kleines Züchtungsgefäß, wie der in F i g. 2 gezeigte Schleifern auftretenden Spannungsdifferenz das Dreh-

Fermenter Type B mit etwa 10 ml Gesamtinhalt und 40 spulrelais R an und führt dem Stellmotor StM Span-

etwa 5 ml Probenvolumen benutzt werden. Mit einem nung zu. Dieser gleicht nun das Motorpotential Pl

solchen Fermenter lassen sich noch wenige μg Saccha- auf die Stellung des Meßwertfolgepotentiometers P1

rose oder Glucose in einem Präparat «fassen. Im nach.

dargestellten Beispiel ist der Fennenter9 konisch Eine in diesem Arbeitskreis vorgesehene elektro-

ausgebildet und mit dem Temperiermantel 10 in 45 nische Sicherung Si schützt das Drehspulrelais R vor

einem Stück aus Glas gefertigt. Die öffnung 11 des Überspannung (> 700 mV), wenn der Schleifer des

Fermenters, z. B. von 24 mm lichter Weite, dient als Meßwertfolgepotentiometers um mehr als 10 % der

Sitz für einen PoIytetrafluoräthylen-NS-Stopfen 12, Skalenbreite von der Abgleichstelle entfernt ist. Sie

der wieder die für den Analysengang notwendigen verhindert außerdem, daß beim Auftreten einer Un-

Offnungen besitzt. 50 terbrechung in der steckbaren Verbindung zwischen

Die automatische Zuckerbestimmung nach dem er- den beiden Brückenpotentiometern das Motorpotenfmdungsgemäßen Verfahren kann in einer Halbauto- tiometei ununterbrochen von einem Sfcalenende zum matik-Einheit durchgeführt werden. Dabei wird von anderen und wieder zurück läuft, wodurch es unter der Überlegung ausgegangen, daß es bei einer nicht Umständen Schaden nehmen könnte. Andererseits automatisierten mikrobiologischen Saccharosebestim- 55 muß man «m Hinblick auf das Vorhandensein dieser mung notwendig ist, daß ständig eine Person den Sicherung bei Beginn der Untersuchung, d. h. beim Verlauf des Schreiberdiagramms verfolgen und zur Anstellen einer neuen Kultur, die Schreibfelder bei entsprechenden Zeit Proben, Eichiösang oder Nähr- abgeschaltetem Schreiber von Hand aus auf die Ablauge in den Fermenter dosieren muß, wenn die Lei- gleichstelle oder einen ± 10 °/o davon entfernt liegenstung der Kultur ausgenutzt und erhalten werden 60 den Skalenwert hinführen (»Einfädeln« des Motorsoll. Dosiert man nämlich einige Zeit hindurch — potentiometers Pl).

etwa 1 Stunde lang — keine zuckerhaltige Probe in Die von einem Polwenderelais PWR betätigten den Fermenter, dann beginnen die Keime abzuster- Polwendekontakte PWK 1 und PWKl, welche in den ben, und es steht bei der nächsten Probenzugabe nur Zuleitungen zum Drehspulrelais R and zum Stelleine geringe Zahl an Keimen für die Zuckerumwand- 65 motor StM angeordnet sind, legen die Nachgleichlung zur Verfugung. Eine arbeitsfähige Kultur darf richtung fest und bestimmen damit, ob das Motorman ohne Automatisierung nicht mehr als etwa potentiometer Pl einem Säuerungs- oder Alkalisie-10 Minuten lang unbeobachtet lassen, wenn man ihre nmgsvorgang zu folgen vermag.

7 8

Vom Stellmotor StM werden zwei Endschalter vollautomatischen Analysenmethode ist, daß ein re- £51 und £511 betätigt, die auf das Polwenderelais produzierbares Dosieren mit Hilfe von Pumpen mög- PWR und ein Laugenpumpen-Relais LR gegensinnig lieh sein muß. Man kann also praktisch nur Flüssigwirken. Ist die Schreibfeder im Verlauf einer pH- keiten auf diese Weise untersuchen.
Absenkung am Skalenende angelangt, wird über den 5 Die Arbeitsweise mit der Vollautomatik-Einheit den vom Stellmotor StM betätigten Endschalter £511 gemäß Fig. 4 ist die folgende:
die Laugenpumpe eingeschaltet und das Polwende- Der vom Steuergerät (Halbautomatik-Einheit gerelais auf Alkalisierung umgestellt. Am anderen, alka- maß Fig. 3), und zwar vom Wischrelais WiI komiischen Skalenende schaltet der Endschalter £51 die mende Wischimpuls setzt einen Zeitschalter Z 3 und Laugenpumpe ab und das Polwenderelais wieder auf io mit diesem eine Probendosierpumpe PPu in Tätig-Säuerung um. keit. Gleichzeitig steuert dieser Wischimpuls einen

Es sei hier bemerkt, daß das Umschalten von Probentellermotor PTM an, so daß sich der zugehö-Säuerung auf Alkalisierung im Normalfall durch rige Probenteller PT verdreht. Dabei wird ein Übereinen nachfolgend näher beschriebenen Zeitschalter brückungsschalter 5 durch einen (nicht dargestellten) Zl erfolgt und der Endschalter £511 nur im Notfall 15 Schaltstift freigegeben; der Schalters sorgt nun für in Tätigkeit tritt, wenn in der Probe zu viel Zucker Stromversorgung des Probentellermotors PTM, bis vorhanden war. In einem solchen Fall ist das Ana- sich das nächste Probenglas unter einem Saugarm α lysenergebnis zu verwerfen und die Analyse mit einer für die Probenansaugung befindet, in welchem Zeitkleineren Probenmenge zu wiederholen. punkt der nächstfolgende Schaltstift (ein Stift je Pro-

Im Verlauf einer Säuerung befindet sich der bereits 20 benglas) den Überbrückungsschalter 5 unterbricht,
erwähnte Zeitschalter Zl in Tätigkeit. Wenn dieser Die Betätigung des Überbrückungsschalters 5 ablaufen kann, hat er die gleiche Funktion wie der durch den nächstfolgenden Schaltstift stoppt den Endschalter £511, d. h., er löst ebenfalls die Alkali- Probenteller PT und löst zusätzlich durch ein Wischsierung aus. Der Zeitschalter Zl wird jedoch durch relais WiI einen Wischimpuls aus, der ein Synchronjeden Nachstellimpuls, den der Potentiometerstell- 25 motor-ZeitrelaisZ4 in Gang setzt. Solange dieses motor StM im Verlauf eines Säuerungsvorganges be- Zeitrelais läuft, taucht der Saugarm α in die Probe kommt, in seine Ausgangsstellung zurückgestellt und ein und saugt diese an. Nach Ablauf des Zeitrelais so am Ablaufen gehindert. Erst wenn im Zuge der Z 4 taucht der Saugarm nicht mehr ein, die Proben-Analyse nach dem restlosen Verbrauch des mit der dosierpumpe PPu läuft jedoch weiter und pumpt die Probe eingebrachten Zuckers kein weiterer pH-Abfall 30 in der Leitung befindliche Probe in den Fermenter, mehr auftritt und damit die Nachstellimpulse für den Die Pumpe wird erst bei Ablaufen eines Pumpen-Stellmotor ausbleiben, kann der Zeitschalter Zl Zeitschalters Z 3 abgeschaltet. Die Laufzeit dieses ablaufen und die Laugenzugabe auslösen, die bis zu Schalters ist um einen bestimmten Betrag länger eindem durch den Endschalter £51 festgelegten pH- zustellen als die Probenansaugzeit im Zeitschalter Wert vor sich geht. 35 24, damit ein völliges Leerpumpen der Schlauchlei-Wenn durch den Endschalter £51 die Laugen- rung gewährleistet ist.

zugabe abgeschaltet wird, beginnt ein Zeitschalter Der gesamte Vorgang der Probendosierung (An-Z 2 zu laufen. Da zu diesem Zeitpunkt weder Zucker laufen der Pumpe, Weiterdrehen zum nächsten Proim Fermenter vorhanden ist noch Lauge zudosiert benglas, Eintauchen des Saugarmes, Einhalten der wird, beginnt der Schreiber eine Linie gleichbleiben- 40 genauen Anraugzeit, Hochgehen des Saugarmes, den pH-Wertes, die Grundlinie des Diagrammes, auf- Leerpumpen der Schlauchleitung, Abschalten der zuzeichnen. Die einstellbare Zeit ist für den Zeit- Pumpe) wiederholt sich beim nächsten, vom Wischschalter Z 2 so zu wählen, daß der pH-Schreiber relais WiI der Halbautomatik kommenden Wischinnerhalb der Laufzeit auf diese Grundlinie einspielt. impuls von neuem.

Nach dem Ablaufen des Zeitschalters Z 2 wird ein 4S Die Probendosierung ist also nicht fix zeitgesteuert,

Wischrelais WiI betätigt, welches das Ertönen eines sondern ist abhängig von der für den Abbau der

kurzen Klingelzeichens (3 see) bewirkt und außerdem Zucker erforderlichen Zeit und wird daher zeitlich

für die eventuell nachgeschaltete, vollautomatische differenziert gesteuert. Die Probenfolge wird dabei

Probenzugabe einen Impuls abgibt. vom Verlauf des pH-Schreiberdiagramms (Analysen-

Das in Fig.4 dargestellte Vollautomatik-Gerät ist 50 ergebnis) bestimmt. Ist in einer Probe nur ein sehr bei Proben einsetzbar, die einen Zuckergehalt von geringer Zuckergehalt vorhanden, dann ist die mit 0,5 bis 1 % aufweisen oder auf diesen Zuckergehalt der Probe eingebrachte Zuckennenge auch rasch abverdünnt werden können und bei denen — wie dies gebaut; das Gerät geht sofort zur nächsten Analyse in der Praxis meist der Fall ist — der vorausge- weiter, ohne unnütz lange Wartezeiten einzuhalten, schätzte Zuckergehalt vom Analysenergebnis um 55 Derartige Wartezeiten wären überdies für die Leinicht mehr als 50 Relativprozent übertroffen wird. stungsfäbigkeit der Kultur ungünstig. Andererseits ist Ist der Zuckergehalt der Proben überhaupt nicht grö- die Gefahr einer Verschleppung von Proben dadurch Benordnungsmäßig bekannt, dann kann das vollauto- ausgeschaltet, daß das Gerät auch bei einer Probe matisierte Gerät, wie die meisten anderen Analysen- iiit hohem Zuckergehalt mit der nächsten Proben-Vollautomaten, nicht gleich mit Erfolg eingesetzt 60 zugabe so lange wartet, bis die Mikroorganismen die werden, und man muß in diesem Fall zunächst mit gesamte Zuckennenge abgebaut haben,
der halbautomatischen Analysenmethode arbeiten. Stellt man den Zeitschalter Z 2 auf eine etwas län-Bei dieser kann man nrit sehr kleinen Probemengen gere Laufzeit (90 see) ein, dann ist auch bei Proben beginnen und kann sich innerhalb kürzester Zeit, mit extrem hohem Zuckergehalt, welche selbst kern schneller als bei vielen anderen ZHckerbestimmungs- 65 auswertbares Analysenergebnis liefern, zumindest die methoden, an den ungefähren Zuckergehalt der Probe Gefahr einer Verschleppung nicht gegeben, die Anaherantasten. ^lv?^{e der} anderen Proben wird also nicht gestört Es

Eine zweite Voraussetzung für den Einsatz der wird in diesem Fall noch vor dem Ablaufen des

9 10

Zeitschalters Zl durch die weitergehende Säurebil- Beispiel 2
dung aus dem Zuckerüberschuß der vorangegangenen Untersuchune von Preßwasser
Probe der Endschalter £51 wieder rückbetätigt, ehe auf GeSmtSckeStt^
der Schalter Zl abläuft und die Probendosierung ^aut ^amtzuckergenalt
auslöst. Dadurch wird der Zeitschalter Zl am Ab- 5 Preßwasser ist eine trübe, Pülpeteilchen enthallaufen gehindert, und es kommt zu keiner Proben- tende Flüssigkeit, die in der Zuckerfabrikation beim dosierung, bis nicht die gesamte Zuckermenge auf- Abpressen von extrahierten Schnitzeln anfällt und gebraucht ist. Erst dann wird die nächstfolgende deren Zuckergehalt als Führungsgröße für die ExProbe dosiert. traktionsarbeit dienen kann. Mit Hilfe der mikroLiegen in einer Probe nur Zuckerspuren vor, die io biologischen Zuckerbestimmungsmethode läßt sich nicht quantitativ ausgewertet werden können, oder der Zuckergehalt von Preßwasser ohne jede Vorbesind überhaupt keine Zucker vorhanden, dann kommt handlung (Klärung, Filtration) desselben vollautomader Programmablauf der Halbautomatik (Säuerung- tisch bestimmen, wobei bei alternierender Folge von Wartezeit - Alkalisierung - Wartezeit - Wischimpuls) Probe und Eichlösung drei Bestimmungen je Stunde nicht in Gang, und es wird daher auch kein Wisch- 15 möglich sind. Störungen durch Formalin, das zur impuls für die nächstfolgende Probendosierung gelie- Desinfektion der Extraktionsanlagen verwendet wird fert. In diesem Fall liefert der Zeitschalter Zi nach und über die Preßwasserproben in den bei der Beseinem Ablaufen (Stehenbleiben der Probendosier- Stimmung verwendeten Fermenter gelangt, wurden pumpe) diesen Impuls. Dadurch wird sofort nach be- nicht beobachtet, woraus zu schließen ist, daß die endeter Zugabe der zuckerfreien Probe die nächste 20 Verdünnung des Formalins ausreichend hoch ist.
Probe dosiert, und es wird dadurch weder Analysen- Bei einem Vergleich der polarimetrischen mit der zeit verschenkt, noch werden die Mikroorganismen mikrobiologischen Zuckerbestimmung unter Verwendurch eine unnötige Kultivierung im zuckerfreien dung des Stammes S 50-67 und einer Mischkultur Medium beeinträchtigt. Der Probendosier-Impuls hochthermophiler Mikroorganismen ergaben sich in wird über einen Zeitschalter ZS und den Endschal- 25 13 Parallelbestimmungen an verschiedenen Preßwaster £51 der Halbautomatik-Einheit geführt. Der End- serproben (Zuckergehalt 0,4 bis 0 5 »/0) aus der Exschalter £51 ist nur dann geschlossen, wenn das Mo- traktionsanlage einer Zuckerfabrik Maximaldifferentorpotentiometer Pl der Halbautomatik im »alkali- zen von 0,03 % Zuckergehalt zwischen beiden Meschen Ende« stehengeblieben ist, d. h., wenn in der thoden. Mit Rücksicht auf die Schwierigkeiten, die letzten Probe kein Zucker mehr vorhanden war. Es 30 bei der polarimetrischen Untersuchung derart zukkann daher nur in diesem Fall der Dosierimpuls zum kerarmer Lösungen auftreten, können die erhaltenen Zeitschalter Zi und zum Probentellermotor PTM ge- Werte als sehr gut übereinstimmend bezeichnet werlangen. Ist beim Abschalten der Probendosierpumpe den.

PPm jedoch im Fermenter die Säuerung bereits im Beispiel 3

Gange und daher der Endschalter £51 bereits unter- 35

brachen, dann bleibt dieser vom Zeitschalter Zi aus- Untersuchung von Melassen

gelöste Impuls wirkungslos. Der Zeitschalter ZS läßt Bei der Untersuchung von Melassen mit hohem

überdies den vom Schalter Zi ausgelösten Impuls Raffinose- oder Invertzuckergehalt (Rübenmelasse:

nur innerhalb weniger Sekunden durch und verhin- 47 «/0 Saccharose, 1 bis 2 5 »/0 Raffinose 0 5 °/o In-

dert damit Programmstörungen, die ansonsten bei 40 vertzuckcr; Rohrmelasse:'25 bis 30 «/0 Saccharose,

jedem programmäßigen Schließen des Endschalters 15 bis 20 »/„ Invertzucker), insbesondere bei der Un-

£51 entstehen wurden. tersuchung von Rohrzuckermelassen, hat die mikro-

Das erfindungsgemaße Verfahren und die damit biologische Methode gegenüber den bisher üblichen,

erzielbare Analysengenauigkeit ist in den nachfolgen- auf der Basis der polarimetrischen Bestimmung auf-

den Ausfuhrungsbeispielen weiter erläutert. 45 bauenden Methoden große Vorteile.

Der gesamte Arbeitsaufwand beschränkt sich auf

Beispiel 1 das Verdünnen der Melasse zu einer etwa l°/oigen

„,-.., . ..„ ^ ,, „ , Losung (bezogen auf den Zuckergehalt) und das Ab-

W-ederholung finer größeren Zahl von Zuckerbe- füllen dieser verdünnten Probe in die Probegläschen.

Stimmungen mit einem vollautomatisierten Analysen- 5° Im Hinblick auf die voUaütomatisierte Analyse kann

^ge^' ct.,- „ ^{man sehr leicht} mehrere Gläschen füllen und ohne Erne Saccharoselosung wurde unter Verwendung Arbeitsaufwand jede Analyse in mehrfacher Wiederdes Stammes S 50-67 in oftmaliger Wiederholung un- holung ausführen, wodurch die größere Streuung der [ersucht, wobei jedes zweite Probeglaschen mit Eich- mikrobiologischen Methode bei der Verwendung des lösung gefüHt wurde Der Arbeiteaufwand be-55 Reinzuchtstammes S 50-67 ausschließlich Saccharose schrankte sich auf das FuDen der Probeglaschen und erfaßt wird und sämtliche Korrekturfaktoren wegfaldie Auswertung des pH^nrdberdiagrammes. Die len, ist die mikrobiologische Methode gegenüber del Analyse selbst erfolgte wahrend der Nacht ohne jede polarimetrischen im Vorteil und reduziert den Ar-Betreuung der Apparatur. Die Analysenergebnisse beitsaufwand bei der Melasseanalyse auf ein Miniwaren die folgenden: 60 _mum, insbesondere dann, wenn bei der polarimetri-

■7 μ α n~4i*~~. ™ ^{schen Analvse} «ne Inversionspolarisation ausgeführt

Zahl der Bestimmungen 20 werden muß. Durch das Arbeiten mit anderen SSm-

Zuckergehalt der Lösung (theor.) .. 1,0000% men (ζ. B. L 33-65), welche auch die it der Melasse

Mittelwert der Bestimmungen 1,0023% enthaltenen Monosaccharide abbauen, kann man sein

Streuung ±0,0160% ^6s i?¹** ^{den m} ^ Wotogkche Melasseverwertung und

drückt als Glucose) beurteilen.

Beispiel einer biologisch chemischen Rohrmelasse-Analyse:

Glucose-Gehalt 6,6 °/o biologisch, Stamm B 21-66

Reduz. Zucker .. 19,4 °/o Methode Lane-Eynon

Saccharose . 27,2 °/o biologisch, Stamm S 50-67

Gesamtzucker .. 46,6°/oSummenbiJdung

Beispiel 4
Untersuchung von Honig

Ausgereifter, unverfälschter Bienenhonig darf in Österreich einen maximalen Saccharosegehalt von 10 ^c/o aufweisen. Ein derart niedriger Saccharosegehalt neben dem großen, im Honig vorhandenen Invertzuckerüberschuß läßt sich mir sehr schwer genau erfassen. Alle in Anwendung befindlichen Bestimmungsmethoden, besonders jedoch die in der Honiganalyse häufig verwendete Rundfilterchromatographie, weisen große Ungenauigkeiten auf. Die er- ao findungsgemäße mikrobiologische Zuckerbestimmung unter Verwendung des Stammes S 50-67 ist den bisher gebräuchlichen Methoden der Saccharosebestimmung in Honig überlegen, wenngleich auch diese Methode bei der Untersuchung von Honig, vergli- as chen mit den anderen angeführten Anwendungsbeispielen, etwas schwieriger durchführbar ist und wegen des großen Invertzuckerüberschusses im Honig eine vollautomatisierte Analyse behindert. Der Einsatz der Halbautomatik-Einheit ist jedoch während der Vorkultur und der ersten zwei bis drei Zugaben von Proben und Eichlösungen durchaus möglich.

Beispiel 5
Untersuchung von Schokolade

Der quantitative Gehalt von Saccharose in Schoko lade kann nur dann durch einfache Polarisation bestimmt werden, wenn neben Saccharose keine anderen Zucker enthalten sind. In allen anderen Fäller müssen komplizierte Bestimmungsmethoden angewendet werden, wobei das komplexometrische Verfahren nach Potterat/Eschmann die genauesten Ergebnisse liefert. Die erfindungsgemäß angegebene mikrobiologische Zuckerbestimmung unter Verwendung des Stammes S 50-67 erlaubt bei Anwendung für die Untersuchung von Schokolade eine große Analysengenauigkeit, welche praktisch der Genauigkeit der Methode Potterat/Eschmann ebenbürtig ist, wobei sich jedoch der Arbeitsaufwand bei der mikrobiologischen Methode auf ein Minimum beschränkt, nämlich die Herstellung einer Emulsion und das Einpipettieren derselben in den Fermenter. Dadurch ist im Zuge der Schokoladeproduktion eine rasche Kontrolle der Rezeptur hinsichtlich des Saccharosegehaltes möglich. Da sich die anderen Bestandteile der Schokolade zumeist nicht einfach odei überhaupt nicht bestimmen lassen, wird deren Gehalt nach Ermittlung des Saccharosegehaltes als Differenzwert errechnet. Der an Milchschokoladen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des Stammes S 50-67 ermittelte Saccharosegehalt lag zwischen 35,4 und 46,5 %>; in Diätschokoladen wurde ein Saccharosegehalt von 0,8 und 1,7 °/o festgestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

670

Claims (9)

1. er als kurzes, oben offenes, vorzugsweise konisches Rohr (9) ausgebildet ist, dessen unterer Teil

   Patentansprüche: '^_{1 emem} Temperiermantel (10) umgeben ist und

   mit diesem gegebenenfalls ein einziges Stück ΜΙ. Verfahren zur automatischen, insbesondere 5 det, und daß der Kopf des Fermenters mit einem

   quantitativen Bestimmung von Zuckern, wie Stopfen (12) fur <üe pH-Elektrode sowie der

   Saccharose, Glucose und Gesamtzuckergehalt, auf erforderlichen Ab- und Zuleitung ausgestattet ist.

   mikrobiologischem Wege, dadurchgekenn-

   zeichnet, daß einer Rein- oder Mischkultur

   thermophilerMikroorganismen eine vorbestimmte io

   Menge der zu untersuchenden zuckerhaltigen

   Probe zugesetzt, die dadurch verursachte Säuerung über eine pH-Schreibeinrichtung aufgezeich-

   net und aus dem innerhalb der nächsten Minuten

   durch den Zuckerabbau auftretenden pH-Abfall 15

   der Zuckergehalt der Probe durch Vergleich mit

   einer Eichlösung ermittelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Bestimmung

   von Saccharose, dadurch gekennzeichnet, daß ein Der Gehalt an Saccharose, Glucose und Fructose

   Bakterienstamm eingesetzt wird, welcher Saccha- ao (Einzelkomponenten bzw. Summe) ist bei verschierose wesentlich rascher in Säure überführt als denen Naturprodukten. Lebensmitteln bzw. Zwiandere Zucker. sehen- und Nebenprodukten der Lebensmittelindu-
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Bestimmung strie von Interesse. Die Bestimmung der einzelnen von Glucose, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuckerarten und des Gesamtzuckergehaltes erfolgt Bakterienstamm eingesetzt wird, welcher Glucose 25 üblicherweise auf polarimetrischem Wege, doch sind wesentlich rascher in Säure überführt als andere derartige Untersuchungen, namentlich bei Vorhan-Zucker, densein mehrerer Zuckerkomponenten zu aufwendig
4. 4 Verfahren nach Anspruch 1 zur Bestimmung und zu kompliziert und nicht für alle Konzentrationsdes Gesamtzuckergehaltes einer Probe, dadurch bereiche genügend genau, weshalb sich diese Megekenuzeichnet, daß ein Bakterienstamm einge- 30 ihode für eine Automatisierung des Analysenvorgansetzt wird, der alle in einer Probe in wesentlicher ges wenig eignet.

   Menge enthaltenen Zucker rasch in Säure um- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuwandelt, gründe, eine Methode und ein hierfür geeignetes
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch Analysengerät zu schaffen, womit eine vollautomagekennzeichnet, daß ein Fermenter mit einem 35 tische Bestimmung von Saccharose, Glucose und Gesamtinhalt von etwa 500 ml, beschickt mit Gesamtzuckergehalt ermöglicht und gleichzeitig eine etwa 250 ml Kultur für bis zu 100 Analysen bei sehr große Empfindlichkeit erreicht werden kann. Untersuchung von Proben mit einem Zucker- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gehalt von wenigstens 1 °/o, verwendet wird. gelöst, daß einer Rein- oder Mischkultur thermophi-
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch 40 ler Mikroorganismen eine vorbestimmte Menge der gekennzeichnet, daß ein Fermenter mit einem zu untersuchenden zuckerhaltigen Probe zugesetzt, Gesamtinhalt von etwa 10 ml, beschickt mit etwa die dadurch verursachte Säuerung über eine pH-5 ml Kultur, zur Erfassung sehr geringer Probe- Schreibeinrichtung aufgezeichnet und aus dem innermengen von z. B. nur 20 bis 40 μg Zucker, ver- halb der nächsten Minuten durch den Zuckerabbau wendet wird. 45 auftretenden pH-Abfall der Zuckergehalt der Probe
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch durch Vergleich mit einer Eichlösung ermittelt wird, gekennzeichnet, daß der pH-Abfall über ein Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, elektronisches Zusatzgerät (Halbautomatik-Ein- unter Anwendung eines vollautomatisierten Analyrenheit) abgetastet wird, welches nach beendetem gerätes einerseits, Zuckergehalte verschiedener Pro-Zuckerabbau die Zugabe von Natronlauge und so ben mit einem minimalen Arbeitsaufwand zu bedas Abpumpen von Kultur bis zu einem be- stimmen, andererseits bei nur geringfügiger Andestimmten Niveau auslöst und nach beendeter rung der Analyseneinrichtung eine kontinuierliche Alkalisierung die Bereitschaft für die nächste Bestimmung insbesondere kleiner Zuckerkonzentra-Analyse durch ein vorzugsweise akustisches Si- tionen durchzuführen, wodurch eine Führungsgröße gnal anzeigt. 55 für die automatische Prozeßsteuerung im Fabrika-
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge- tionsablauf gegeben ist. Die Überlegenheit der erfinkennzeichnet, daß zusätzlich zum akustischen dungsgemäß vorgesehenen Zuckerbestimmung auf Signal eine Probendosierpump^ in Tätigkeit ge- mikrobiologischem Wege gegenüber den bisher in setzt und die nächste Probe automatisch von den meisten Fällen gebräuchlichen polarimetrischen einem Probenaufnahmeteller angesaugt und in 60 Methoden Hegt eindeutig auf der Hand, weil nun mit den Fermenter dosiert wird, wobei der Dosie- Hilfe speziell hierfür geeigneter Bakterienstämme rungszeitpunkt der Proben in Abhängigkeit vom einzelne Zucker direkt bestimmt werden können.
   Analysendiagramm, zur Vermeidung von Proben- Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verschleppungen und zur Beschränkung der Ana- Verfahrens ist im einzelnen vorgesehen, daß für die lysenzeit auf ein Minimum, zeitlich differenziert 65 Bestimmung von Saccharose ein solcher Bakteriengesteuert wird. stamm eingesetzt wird, welcher Saccharose wesent-
9. 9. Fermenter zur Durchführung des Verfahrens lieh rascher in Säure überführt als andere Zucker, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Hierfür eignen sich besondere Stämme der Art Bacil-