DE2318838C3 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Zuckern - Google Patents

Description

Stearothermophilus, z-B. die Stämme S50-67, i, S 51-67 (Mikroorganismensammlung des ichischen Zuckerforschungsinstituts). Für die nung von Glucose hingegen dient speziell ein Stamm, welcher Glucose wesentlich rascher ua—'e überführt als andere Zucker, wie dies z. B. r die Stämme der Art des Bacillus thermodenitrii oder den Stamm B 21-66 (Mikroorganismenilung des österreichischen Zuckerforschungsts) der Fall ist

ι dagegen der Gesamtzuckergehalt einer Probe wv^elt werden, so kommt hierfür erfindungsgemäß y solcher Bakterienstamm in Frage, der alle in einer wesentlicher Menge enthaltenen Zucker

den, 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

F i g. 1 ein Züchtungsgefäß A für ein größeres Probenvolumen,

,₆ ^ ... c —~~ Fig.2 ein kleineres ZüchtungsgefäßB für geringe

b in Säure umwandelt In dieser Hinsicht erwei- 15 Probenmengen;

ich insbesondere Bakterienstämme der Art Ba- Fig. 3 stellt das Blockschema einer Halbautoma-

ί stearothermophilus, ζ. B. die Stämme L 33-65, tik-Einheit dar, während

-65, D 11-66, E 8-65, E 10-65. H 6-65 (Mikro- Fig.4 eine Vollautomatik-Einheit veranschaulicht

^rganismensammlung des österreichischen Zucker- Das Analysenverfahren wird beispielsweise in fol-

forschungsinstituts) für die Bestimmung des Gesamt- 20 gender Weise ausgeführt.

gehaltes an Saccharose + Glucose + Fructose als be- Die für die Analyse verwendete Mikroorganismen-

sonders brauchbar. kultur wird in einem auf 65° C temperierten Züch-

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin- tungsgefäß (Fermenter) kultiviert. Der pH-Wert des dungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprü- Fermenterinhalts wird über eine in die Kultur einchen 5 bis 8 und eine zur Durchführung des Verfah- 25 tauchende pH-Einstabmeßkette auf einem Potentiorens bei geringen Probenmengen geeignete Vorrich- meterschreiber aufgezeichnet. Ein Magnetrührer tung ist im Patentanspruch 9 beschrieben. sorgt für die Durchmischung der Kulturflüssigkeit.

Im Hinblick darauf, daß mit dem erfindungsge- Die zu untersuchende Probe wird über eine Pumpe

mäßen Verfahren tatsächlich die einzeln bestimm- zur Kultur hinzudosiert und aus dem innerhalb der baren Zucker Saccharose und Glucose direkt erfaßt 30 nächsten Minuten auftretenden pH-Abfall, der nach werden können, läßt sich beispielsweise eine Saccha- dem restlosen Verbrauch der mit der Probe fugesetzrosebestimmung neben reduzierenden Zuckern vor- ten Zuckermenge schlagartig endet, der Zuckergehalt nehmen, ohne daß diese in das Analysenergebnis mit der Probe (durch Vergleich mit einer Eichlosung) eingehen. Bei Anwendung der polarimetrischen Me- rechnerisch ermittelt. Nach dem Aufhören der i>aurethode ist eine derartige Untersuchung mit der nur 35 bildung wird automatisch eine Pumpe eingeschaltet sehr umständlich auszuführenden Inversion der und sogenannte »Nährlauge 1 in den Fermenter do-Saccharose und einer zweifachen Ermittlung der Po- siert. Gleichzeitig wird Kulturflüssigkeit bis zu einem larisation verbunden. Derartige Komplikationen bei bestimmten Niveau abgesaugt. Nach fcrreicnen aes Gegenwart reduzierender Zucker neben Saccharose ursprünglichen pH-Wertes und nach dem Einspielen fallen bei der mikrobiologischen Methode gemäß 40 des Schreibers auf eine Gerade wird die nacnste der Erfindung weg. Bei einem in der Probe vorliegen- Probe bzw. Eichlösung zudosiert.

■- · » · · · - . S. Die Mikroorganismen werden am besten in einem

Nährmedium aus Pepton, Hefeextrakt und sek. Kaliumphosphat gezüchtet. Durch entsprechende Wahl 45 der Einzelkonzentration kann die Pufferkapazität und der pH-Wert des Mediums verschiedenen Bedürfnissen angepaßt werden. Ein Beispiel für eine sehr universell anzuwendende Kombination der Nährstoffin einem uereicn von imcnnnmnuuun. uu. . -,. komponenten ist die Variante: 0 2 «/0 Pepton, 0,1 ·/. arbeitet und daß daher auch bei der Untersuchung 50 Hefeextrakt, 0.5 ·/. sek. Kahumphosphat von zuckerarmen Lösungen die volle Analysenge- Als Mikroorganismen fur den Abbau^der Z.ucter

den Überschuß an reduzierenden Zuckern gegenüber accharose 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 Zuckerkonzentrationen um 1 °/o

nauigkeit 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 Preßwasser 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 vorbe-

sind beispielsweise die folgenden Reinzuchtstämme aus der Sammlung des österreichischen Zuckerforschungsinstituts geeignet:

S 50-67 für Saccharose,

B 21-66 für Glucose,

L 33-65 für Saccharose + Glucose + Fructose.

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Ebenso können Mischkulturen hochthermophiler Mikroorganismen der Arten Bacillus stearothermophilus und Bacillus thermodenitrificans für die Be-

w,.,..~.._b, „ ... Stimmung des Gesamtzuckergehaltes Anwendung

reitenden Arbeiten — soweit überhaupt notwendig — 65 finden,
auf das Verdünnen der Probe und eine eventuelle Die Nährlauge enthält neben den im Nährmedium

pH-Einstellung beschränken, kann die Bestimmung enthaltenen Stoffen auch Natriumhydroxid und dient als ausgesprochene Schnellmethode angesehen wer- einerseits der Ergänzung verbrauchter Nährstoffe,

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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 von Proben, welche suchungen von etwa l°/oigen 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 F i g. 1 dargestellte Fermenter Type A 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 20 Das Arbeitsprinzip einer Halbautomatik-Einheit versehen ist. Mit Hilfe derartiger Polytetrafiuoräthy- wird nachstehend an Hand des Blockschaltbildes gelen-NS-Stopfen sind im Fermenterdeckel 2 unterge- maß Fig. 3 näher veranschaulicht. Darin sind, ebenbracht: öffnung für pH-Einstabmeßkette, Zulauf für so wie in F i g. 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 P 2 in Brücken- und durch eine lösbare Schraubverbindung 8 zwi- schaltung angeordnet ist. Sind beide Potentiometerschen Halterungsring 5 und Temperiermantel 7 schleifer aufeinander abgeglichen, dann erhält der fixiert. Potentiometerstellmotor StM über das zugehörige

In gewissen Fällen 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 Meßwertfolgepotentiogegenüber 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 SiM Spanetwa 5 ml Probenvolumen benutzt werden. Mit einem nung zu. Dieser gleicht nun das Motorpotential P 2 solchen Fermenter lassen sich noch wenige μg Saccha- auf die Stellung des Meßwertfolgepotentiometers P1 rose oder Glucose in einem Präparat erfassen. Im nach.

dargestellten Beispiel ist der Fermenter 9 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 °/o der

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

der wieder die für den Analysengang notwendigen verhindert außerdem, daß beim Auftreten einer UnÖffnungen besitzt. 50 terbrechung in der steckbaren Verbindung zwischen

Die automatische Zuckerbestimmung nach dem er- den beiden Brückenpotentiometern das Motorpotenfindungsgemäßen Verfahren kann in einer Halbauto- tiometer ununterbrochen von einem Skalenende zum matik-Einheit durchgeführt werden. Dabei wird von anderen und wieder zurück läuft, wodurch es unter der Überlegung ausgegangen, daß es bei einer dicht Umständen Schaden nehmen könnte. Andererseits automatisierten mikrobiologischen Saccharosebestim- 55 muß man im 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, Eichlösung oder Nähr- abgeschaltetem Schreiber von Hand aus auf die Ablauge in den Fennenter dosieren muß, wenn die Lei- gleichstelle oder einen ± 10 °/« davon entfernt liegenstung der Kultur ausgenutzt und erhalten werden 60 den Skalenwert hinfuhren (»Einfädeln des Motorsoll. Dosiert man nämlich einige Zeit hindurch — potentiometers P 2).

etwa 1 Stunde lang — keine zuckerhaltige Probe in Die von einem Polwenderelais PWR betätigten den Fennenter, dann beginnen die Keime abzuster- Polwendekontakte PWKl und PWKl, welche in den ben, und es steht bei der nächsten Probenzugabe nur Zuleitungen zum Drehspulrelais R und zum Stelleir ? geringe Zahl an Keimen für die Zuckerumwand- 65 motor StM angeordnet sind, legen die Nachgleichlung zur Verfügung. 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 rungsvorgang zu folgen vermag.

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Vom Stellmotor StM werden zwei Endschalter vollautomatischen Analysenmethode ist, daß ein re-ESI und ESII betätigt, die auf das Polwenderelais produzierbares Dosieren mit Hilfe von Pumpen mög-PWR und ein Laugenpumpen-Relais LR gegensinnig Hch 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 ESII 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 F i g. 3), und zwar vom Wischrelais Wi 1 komiischen Skalenende schaltet der Endschalter ESl die mende Wischimpuls setzt einen Zeitschalter Z 3 und Laugenpumpe ab und das Polwenderelais wieder auf io mit diesem eine Probendosierpumpe PPm in Täü'g-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 Probenteiler PT verdreht. Dabei wird ein Übereinen nachfolgend näher beschriebenen Zeitschalter brückungsschalter S durch einen (nicht dargestellten) Zl erfolgt und der Endschalter ESII 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 Sauganna 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 Prolin Verlauf einer Säuerung befindet sich der bereits ao benglas) den Überbrückungsschalter S unterbricht erwähnte Zeitschalter Zl in Tätigkeit Wenn dieser Die Betätigung des Überbrückungsschalter^ S ablaufen kann, hat er die gleiche Funktion wie der durch den nächstfolgenden Schaltstift stoppt den Endschalter ESII, d. h., er löst ebenfalls die Alkali- Probenteller PT und löst zusätzlich durch ein Wischsierung aus. Der Zeitschalter Zl wird jedoch durch relais Wi 2 einen Wischimpuls aus, der ein Synchronjeden Nachstellirapuls, den der Potentiometerstell- as motor-ZeitrelaisZ4 in Gang setzt Solange dieses motor StM im Verlauf eines Säuerungsvorganges be- Zeitrelais läuft, taucht der Saugarm λ 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 langer eindem durch den Endschalter ESI festgelegten pH- zustellen als die Probenansaugzeit im Zeitschalter Wert vor sich geht. 35 Z 4, damit ein völliges Leerpumpen der Schlauchlei-Wenn durch den Endschalter ESI die Laugen- tung gewährleistet ist.

zugabe abgeschaltet wird, beginnt ein Zeitschalter Der gesamte Vorgang der Probendosierung (An-Z 2 zu laufen. Da zu diesem Zeitpunkt weder Zucker lauf en der Pumpe, Weiterdrehen zum nächsten Proim Fermenter vorhanden ist noch Lauge zudosiert benglas, Eintauchen des Saugannes, Einhalten der wird, beginnt der Schreiber eine Linie gleichbleiben- 4° genauen Ansaugzeit, 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 zxx 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 45 Die Probendosierung ist also nicht fix zeitgesteuert, Wischrelais Wi 1 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 5° 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 ! ^a/o aufweisen oder auf diesen Zuckergehalt der Probe eingebrachte Zuckermenge 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 Leinkfat mehr als SO Relativprozent übertroffen wird. stungsfähigkcit 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- mit hohem Zuckergehalt mit der nächsten Proben-Vonautomaten, nicht gleich mit Erfolg eingesetzt 60 zugabe so lange wartet, bis die Mikroorganismen die werden, and man maß in diesem Fall zunächst mit gesamte Zuckermenge abgebaut haben, der halbautomatischen Analysenmethode arbeiten. Stellt man den Zeitschalter Z 2 auf eine etwas län-Bd dieser kann man nut 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 kein schneller ab bei viden anderen Zuckerbesthmnungs- 65 auswertbares Analysenergebnis liefern, zumindest die methoden, an den angefahren Zuckergehalt der Probe Gefahr einer Verschleppung nicht gegeben, die Anaherantasten. type der anderen Proben wird also nicht gestört. Es Eine zweite Voraussetzung für den Einsatz der wird in diesem Fall noch vor dem Ablaufen des

Zeitschalters Z 2 durch die weitergehende Säurebildung aus dem Zuckerüberschuß der vorangegangenen Probe der Endschalter ESl wieder rückbetätigt, ehe der Schalter Zl abläuft und die Probendosierung auslöst. Dadurch wird der Zeitschalter Zl am Ablaufen gehindert, und es kommt zu keiner Probendosierung, bis nicht die gesamte Zuckermenge aufgebraucht ist. Erst dann wird die nächstfolgende Probe dosiert.

Liegen in einer Probe nur Zuckerspuren vor, die nicht quantitativ ausgewertet werden können, oder sind überhaupt keine Zucker vorhanden, dann kommt der Programmablauf der Halbautomatik (Säuerung-Wartezeit - Alkalisierung - Wartezeit - Wischimpuls) nicht in Gang, und es wird daher auch kein Wischimpuls für die nächstfolgende Probendosierung geliefert. In diesem Fall liefert der Zeitschalter ZZ nach seinem Ablaufen (Stehenbleiben der Probendosierpumpe) diesen Impuls. Dadurch wird sofort nach beendeter Zugabe der zuckerfreien Probe die nächste Probe dosiert, und es wird dadurch weder Analysenzeit verschenkt, noch werden die Mikroorganismen durch eine unnötige Kultivierung im zuckerfreien Medium beeinträchtigt. Der Probendosier-Impuls wird über einen Zeitschalter ZS und den Endschalter ESl der Halbautomatik-Einheit geführt. Der Endschalter ESl ist nur dann geschlossen, wenn das Motorpotentiometer Pl der Halbautomatik im »alkalischen Ende« stehengeblieben ist, d. h., wenn in der letzten Probe kein Zucker mehr vorhanden war. Es kann daher nur in diesem Fall der Dosierimpuls zum Zeitschalter Z 3 und zum Probentellermotor PTM gelangen. Ist beim Abschalten der Probendosierpumpe PPu jedoch im Fermenter die Säuerung bereits im Gange und daher der Endschalter £51 bereits unterbrochen, dann bleibt dieser vom Zeitschalter Z 3 ausgelöste Impuls wirkungslos. Der Zeitschalter ZS läßt überdies den vom Schalter Z 3 ausgelösten Impuls nur innerhalb weniger Sekunden durch und verhindert damit Programmstörungen, die ansonsten bei jedem programmäßigen Schließen des Endschalters ESI entstehen wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die damit erzielbare Analysengenauigkeit ist in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

Wiederholung einer größeren Zahl von Zuckerbestimmungen mit einem vollautomatisierten Analysengerät

Eine Saccharoselösung wurde unter Verwendung des Stammes S 50-67 in oftmaliger Wiederholung untersucht, wobei jedes zweite Probegläschen mit Eich-Jösung gefüllt wurde. Der Arbeitsaufwand beschränkte sich auf das Füllen der Probegläschen und die Auswertung des pH-Schreiberdiagrammes. Die Analyse selbst erfolgte während der Nacht ohne jede Betreuung der Apparat«·. Die Analysenergebnisse waren die folgenden:

Zahl der Bestimmungen 20

Zuckergehalt der Lösung (theor.) .. 1,0000 °/o

Mittelwert der Bestimmungen 1,0023 ^D/o

Streuung ±0,0160%

Variationskoeffizient ± 1,6 rel.

B e i s ρ i e 1 2

Untersuchung von Preß wasser
auf Gesamtzuckergehalt

Preßwasser ist eine trübe, Pülpeteilchen enthaltende Flüssigkeit, die in der Zuckerfabrikation beim Abpressen von extrahierten Schnitzeln anfällt und deren Zuckergehalt als Führungsgröße für die Extraktionsarbeit dienen kann. Mit Hilfe der mikrobiologischen Zuckerbestimmungsmethode läßt sich der Zuckergehalt von Preßwasser ohne jede Vorbehandlung (Klärung, Filtration) desselben vollautomatisch bestimmen, wobei bei alternierender Folge von Probe und Eichlösung drei Bestimmungen je Stunde

möglich sind. Störungen durch Formalin, das zur Desinfektion der Extraktionsanlagen verwendet wird und über die Preßwasserproben in den bei der Bestimmung verwendeten Fermenter gelangt, wurden nicht beobachtet, woraus zu schließen ist, daß die

ao Verdünnung des Formalins ausreichend hoch ist.

Bei einem Vergleich der polarimetrischen mit der mikrobiologischen Zuckerbestimmung unter Verwendung des Stammes S 50-67 und einer Mischkultur hochthermophiler Mikroorganismen ergaben sich in

as 13 Parallelbestimmungen an verschiedenen Preßwasserproben (Zuckergehalt 0,4 bis 0,5 °/o) aus der Extraktionsanlage einer Zuckerfabrik Maximaldifferenzen von 0,03 °/o Zuckergehalt zwischen beiden Methoden. Mit Rücksicht auf die Schwierigkeiten, die

bei der polarimetrischen Untersuchung derart zukkerarmer Lösungen auftreten, können die erhaltenen Werte als sehr gut übereinstimmend bezeichnet werden.

Beispiel 3
Untersuchung von Melassen

Bei der Untersuchung von Melassen mit hohem Raffinose- oder Invertzuckergehalt (Rübenmelasse: 47 «/0 Saccharose, 1 bis 2,5 »/<, Raffinose, 0,5 °/o In-

vertzucker; Rohrmelasse: 25 bis 30 ^e/o Saccharose, 15 bis 20 Vo Invertzucker), insbesondere bei der Untersuchung von Rohrzuckermelassen, hat die mikrobiologische Methode gegenüber den bisher üblichen, auf der Basis der polarimetrischen Bestimmung auf-

bauenden Methoden große Vorteile.

Der gesamte Arbeitsaufwand beschränkt sich auf das Verdünnen der Melasse zu einer etwa 1 "/eigen Lösung (bezogen auf den Zuckergehalt) und das Abfüllen dieser verdünnten Probe in die Probegläschen.

Im Hinblick auf die vollautomatisierte Analyse kann man sehr leicht mehrere Gläschen füllen und ohne Arbeitsaufwand jede Analyse in mehrfacher Wiederholung ausführen, wodurch die größere Streuung der mikrobiologischen Methode bei der Verwendung des

Reinzuchtstammes S 50-67 ausschließlich Saccharose erfaßt wird und sämtliche Korrektarfaktoren wegfallen ist die mikrobiologische Methode gegenüber der polaiimetrischen hn Vorteil und reduziert den Arbeitsaufwand bei der Melasseanalyse auf ein Mini-

mum, insbesondere dann, wenn bei der polarhnetrischen Analyse eine !.rversionspolarisatton ausgeführt werden muß Durch das Arbeiten mit anderen Stämmen (z. B L 33-65), welche auch die in der Metasse enthaltenen Monosaccharide abbauen, kann man sehr

6s tacht den für die biologische Melasseverwertong and Futterzwecke maßgebenden Zuckergehalt der Melasse (Sacchaiose + Glucose + Fructose, ausgedruckt als Glucose) bei rteilen

Beispiel einer biologisch chemischen Rohrmelasse-Analyse:

Glucose-Gehalt 6,6 %> 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 °/o Summenbildung

Beispiel 4
Untersuchung von Honig

Ausgereifter, unverfälschter Bienenhonig darf in Österreich einen maximalen Saccharosegehalt von lO^D/o aufweisen. Ein derart niedriger Saccharosegehalt neben dem großen, im Honig vorhandenen Invertzuckeriiberschuß läßt sich nur sehr schwer genau erfassen. Alle in Anwendung befindlichen Bestimmungsmethoden, besonders jedoch die in der Honiganalyse häufig verwendete Rundfilterchromatographie, weisen große Ungenauigkeiten auf. Die erfindungsgemäße 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, verglichen mit den anderen angeführten Anwendungsbeispielen, etwas schwieriger durchführbar ist und wegen des großen Invertzuckeriiberschusses 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-S lade kann nur dann durch einfache Polarisation bestimmt werden, wenn neben Saccharose keine anderen Zucker enthalten sind. In allen anderen Fällen 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

ao 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 oder 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 Saccharose-

;o gehalt lag zwischen 35,4 und 46,5 %; in Diätschokcladen wurde ein Saccharosegehalt von 0,8 und 1,7 °/< festgestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

•sr-

Claims (9)

er als kurzes» oben offenes, vorzugsweise tonisches Rohr (9) ausgebildet ist* dessen unterer Teil Patentansprüche: ^ anem Temfaetsmaui (10) umgeben ist und mit diesem gegebenenfalls ein einziges Stück bil-

1. Verfahren zur automatischen, insbesondere 5 det, und daß der Kopf des Fermenters mii einem quantitativen Bestimmung von Zuckern, wie Stopfen (12) für die pH-Elektrode sowie der Saccharose, Glucose und Gesamtzuckergehalt, auf erforderlichen Ab- und Zuleitung ausgestattet ist. mikrobiologischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß einer Rein- oder Mischkultur

thermophiler Mikroorganismen eine vorbestimmte ίο
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. 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 verschie-

rose wesentlich rascher in Säure überführt als denen Naturprodukten, Lebensmitteln bzw. Zwi-

andere Zucker. sehen- und Nebenprodukten der Lebensmittelindu-

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 ra&cher in Säure überführt als andere derartige Untersuchungen, namentlich bei Vorhan-Zucker, densein mehrerer Zuckerkomponenten zu aufwendig

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 Megekennzeichnet, daß ein Bakterienstamm einge- 30 thode für eine Automatisierung des Analysenvorgansetzt wird, der alle in einei 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. 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. 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. 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 Analysenheit) abgetastet wird, welches nach beendetem gerätes einerseits, Zuckergehalte verschiedener Pro-Zuckerabbau die Zugabe von Natronlauge und 50 ben mit einem minimalen Arbeitsaufwand zu bedas Abpumpen von Kultur bis zu einem be- stimmen, andererseits bei nur geringfügiger Ändestimmten 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 g-'il anzeigt. 55 für die automatische Prozeßsteuerung im Fabrika-

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge- tionsablauf gegeben ist. Die Überlegenheit der erfinkennzeichnet, daß zusätzlich zum akustischen dungsgemäß vorgesehenen Zuckerbestimmung auf Signal eine Probendosierpuraipe in Tätigkeit ge- mikrobiologischem Wege gegenüber den bisher in setzt und die nächste Probe automatisch von den meisten Fällen gebräuchlichen polarimetrischen einem Probenaufnahmetellei: angesaugt und in 60 Methoden liegt eindeutig auf der Hand, weil nun mit den Fermenter dosiert wird, wobei der Dosie- Hilfe speziell hierfü: 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. 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-