DE2909420A1 - Verfahren zur behandlung einer langkettige dibasische fettsaeuren enthaltenden fermentationsbruehe

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Description

Claims

DE2909420A1

Publication number: DE2909420A1
Application number: DE19792909420
Authority: DE
Inventors: Akira Taoka; Seiichi Uchida; Akio Watanabe
Original assignee: Bio Research Center Co Ltd
Current assignee: Bio Research Center Co Ltd
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2419978B3; JPS5654156B2; BE874791A; JPS54122792A; GB2016453B; GB2016453A; FR2419978A1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Fermentations- oder Gärbrühe, durch welches langkettige dibasische Fettsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen in vorteilhafter Weise von der Brühe abgetrennt werden, in welcher diese Säuren durch einen Mikroorganismus erzeugt wurden.

In jüngerer Zeit wurden einige Fermentations- bzw. Gärverfahren vorgeschlagen, in welchen ein Mikroorganismus dazu verwendet wird, langkettige dibasische Fettsäuren oder Mischungen von

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zwei oder mehr Arten von langkettigen dibasischen Fettsäuren mit unterschiedlicher Anzahl von Kohlenstoffatomen zu erzeugen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß es bei großtechnischer Durchführung schwierig ist, die langkettigen dibasischen Säuren von der Fermentationsbrühe abzutrennen. Die Brühe enthält neben diesen Säuren nämlich verschiedene andere Bestandteile, wie nicht-umgesetzte Ausgangsverbindungen, lösliche Nährstoffe und Ausscheidungsprodukte der Zellen. Im Falle einer Abtrennung durch Extraktion werden daher zwischen der öl- und Wasserschicht verschiedene unbekannte Substanzen gebildet. Außerdem haben die abgetrennten Produkte einen geringen Reinheitsgrad.

In der letzten einschlägigen Veröffentlichung, Japanese Kokoku 53-21954, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem man die Gärbrühe, welche die durch Fermentation erzeugten langkettigen dibasischen Fettsäuren enthält, oder deren behandelte Lösung mit einem Alkali- oder sonstigen löslichen anorganischen Salz ver*- setzt, um die Fettsäuren in Form ihrer Dialkalimetallsalze auszusalzen. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist seine Kompliziertheit, da es eine weitere Stufe, nämlich die Zersetzung der Metallsalze zur Gewinnung der gewünschten langkettigen dibasischen Fettsäuren, beinhaltet.

Nunmehr wurde gefunden, daß sich die langkettigen dibasischen Fettsäuren sehr leicht und ohne die vorgenannten Probleme von der Fermentationsbrühe abtrennen lassen, wenn man die Brühe behandelt, beispielsweise durch Abtrennung der Zellen, und die derart aufbereitete Lösung unter speziellen Bedingungen erhitzt. Ferner wurde gefunden, daß man die Form der Kristalle der erzeugten langkettigen dibasischen Fettsäuren durch Regelung der Temperatur des Erhitzens der Brühe verändern kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe die langkettigen dibasischen Fettsäuren in günstiger Kristallform von einer diese

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Säuren enthaltenden Fermentations- oder Gärbrühe abgetrennt werden können. Die nachstehende Beschreibung einschließlich des Beispiels erlaubt eine Präzisierung dieser Aufgabe.

Gemäß der Erfindung wird die Fermentations- oder Gärbrühe, welche eine oder mehrere langkettige dibasische Fettsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält, zur Abtrennung dieser Fettsäure(n) von der Brühe bei pH-Werten von weniger als 4 auf Temperaturen von mehr als 50°C erhitzt.

Die Fermentations- oder Gärbrühe, auf welche das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, enthält langkettige dibasische Fettsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen, die nach einem Fermentations- bzw. Gärverfahren aus geradkettigen Kohlenwasserstoffen als Substrat produziert wurden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch zur Behandlung einer Brühe angewandt werden, welche die genannten Fettsäuren als Ergebnis einer Fermentation von aus Kerosin extrahierten η-Paraffinen enthält.

Im erfindungsgemässen Verfahren werden zunächst die Zellen und die Hauptmenge der nicht-umgesetzten Kohlenwasserstoffe von der Fermentationsbrühe abgetrennt, und die derart behandelte Lösung wird zur Einstellung auf einen pH-Wert von weniger als 4 mit einer Mineralsäure (wie Schwefelsäure) versetzt, wonach das Gemisch auf oberhalb 50°C erhitzt wird.

Zur Abtrennung der Zellen kann man die Fermentationsbrühe stark alkalisch machen, so daß die Fettsäuren gelöst werden und die Zellen selektiv abgetrennt werden können. Wenn man den pH-Wert der Brühe auf 4 oder darunter einstellt, vermindert sich die Löslichkeit der langkettigen dibasischen Fettsäuren ohne Ausbildung sogenannter "dissoziativer" Bedingungen, wodurch die Fettsäuren in den festen Aggregatzustand übergehen. Wenn man die Brühe sodann auf mindestens 50°C erhitzt und wäh-

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rend einer bestimmten Zeit bei dieser Temperatur hält, wird die Abtrennung der kristallisierten Fettsäuren durch Filtration erleichtert. Gleichzeitig sinkt der Wassergehalt des bei der Abtrennung erhaltenen Kuchens stark ab.

Die Dauer des vorgenannten Erhitzens hängt von der Temperatur ab, jedoch sind bei Temperaturen von 50 bis 90 C (vorzugsweise 60 bis 9O°C) mindestens 2 Stunden (zweckmäßig 8 bis 30 Stunden) erforderlich. Bei diesen Erhitzungsbedingungen bilden die abgetrennten langkettigen dibasischen Fettsäuren überwiegend nadelartige Kristalle aus. Bei mindestens 1 Stunde (zweckmäßig 3 bis 24 Stunden) langem Erhitzen der Brühe auf mehr als 90°C (zweckmäßig mehr als 100 C) scheiden sich die langkettigen dibasischen Fettsäuren in Form plättchenförmiger Kristalle ab. Die Erfindung ermöglicht somit die selektive Herstellung von nadelartigen Kristallen oder Kristallplättchen der langkettigen dibasischen Fettsäuren durch Regelung der Temperatur und Dauer des Erhitzens der Fermentationsbrühe. Somit hat die Erfindung den Vorteil, daß sie die langkettigen dibasischen Fettsäuren in beliebigen, für die Reinigung, den Transport oder den Gebrauch der Verbindungen zweckmäßigen kristallinen Formen liefert.

Wie erwähnt, scheiden sich die langkettigen dibasischen-Fettsäuren beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Fermentationsbrühe in einer für die Abtrennung zweckmäßigen Form ab, so daß sie nach herkömmlichen Fest/Flüssig-Trennmethoden isoliert werden können. Da der Wassergehalt des bei der-Abtrennung erhaltenen Kuchens gering ist, können ferner die Kosten der Trocknung des Kuchens herabgesetzt werden. Weil die Erfindung eine gezielte Wahl beliebiger Kristallformen beim Festwerden der Verbindungen gestattet, läßt sich die Abtrennung der langkettigen dibasischen Fettsäuren von der Fermentationsbrühe außerdem in überaus wirksamer Weise vornehmen.

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Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

1 Ltr. einer behandelten Fermentationsbrühe mit einem Gehalt von 22,5 g/l Dekandicarbonsäure (C₁₂ ^H22°4^^/ welche durch Abtrennung der Zellen von einer Fermentationsbrühe, in der ein Mikroorganismus mit n-Dodekan als Hauptkohlenstoffquelle kultiviert worden war, gewonnen wurde, wird mit konzentrierter Schwefelsäure versetzt und nach Einstellung des pH-Werts auf 4,0 gemäß Tabelle 1 erhitzt. Die spezielle·Temperatur wird 1 bis 4 Stunden beibehalten (vgl. Tabelle I), wonach man die Brühe bis zur Abkühlung auf Raumtemperatur stehen läßt. Danach filtriert man die Brühe durch einen zylindrischen Blattest-(leaf test)-Apparat, wobei die Brühe unter Hochdruck (Filtrationsfläche 201 cm²; Filtertuch Kurarey vinylon 5019) hindurchgepreßt wird. Tabelle I zeigt die Menge des mit 4 kp/cm² Stickstoff durchgepreßten Filtrats sowie den Feuchtigkeitsgrad des Kuchens am Ende .der Filtration und Anfang des Hinunterblasens mit Stickstoffgas (Verhältnis des Gewichts des gewonnenen Kuchens zum Gewicht des getrockneten Kuchens). Beim Versuch Nr.9 wird die behandelte Fermentationsbrühe alkalisch gemacht, bis auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und durch Zutropfen von konzentrierter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,0 eingestellt.

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TABELLE I

Ver- such- Nr.	Tempera tur des Erhitzens, °C	Dauer des Er hitzens , Std.	. FiItratmenge, ml .	nach . 60 Sek.	nach 90 Sek.	Feuchtig keitsgrad des Ku chens
1	30	4	nach 30 Sek	233	292	2,28
2	50	4	• 152	295	364	2,26
3	60	2	198	315	390	2,15
6	80	1	215	823	908	1,39
8	95	1	578	650	782	1 ,49
9*	80	2	445	258	321	1 ,98
190.

*nach 1 Std. Erhitzen wird der pH-Wert durch Schwefelsäurezusatz auf 4 eingestellt.

Beispiel 2

Eine behandelte Fermentationsbrühe mit einem Gehalt von 30,5 g/l Undekandicarbonsäure (C₁₃H₂₈O₄) und eine andere behandelte Fermentationsbrühe., in welcher ein Mikroorganismus mit schwerem η-Paraffin (Handelsprodukt von Nikko Petrochemical Co., Ltd.) als Hauptsubstrat kultiviert wurde, und welche 28,7 g/l Dicarbonsäure mit 12 bis 14 Kohlenstoffatomen enthält, werden mit konzentrierter Schwefelsäure jeweils auf einen pH-Wert von 4 eingestellt, auf einfe spezielle Temperatur erhitzt und 8 bis 15 Stunden bei dieser speziellen Temperatur gehalten. Die erzeugten Dicarbonsäuren werden jeweils von der Brühe abgetrennt und in Form von Kristallen gewonnen.

Tabelle II veranschaulicht die unter dem Mikroskop bestimmten Formen und Teilchengrößen der Säuren.

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TABELLE II

Fermentationsbrühe

Temperatur Dauer des Erhit- des Erzens, ⁰C hitzens, ' Std.

Kristalle durchschnittliche geometrische Teilchengröße

weitere Beobachtungen

O CO OO Ca> CO

enthaltend C₁ Dicarbonsäure

3O 16 schwer bestimmbar

65 bis 70 8 nadelartig 70 bis 75 10 nadelartig 4 Plättchen unterhalb 1 ,um

,7 ,um
,um
,um

teilweise kristallin

blättert ab wie Glimmer

co «to

schwer bestimm- unterhalb 1 ,um teilweise kristalbar ' lin

Plättchen um

^1/3 /

,um

CD O CD

enthaltend C_{1 2}~^c-i

Dicarbonsaure

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Behandlung einer Fermentations- oder Gärbrühe, welche eine oder mehrere langkettige dibasische Fettsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brühe unterhalb eines pH-Werts von 4 auf mehr als 50°C erhitzt, um das Wachstum der Kristalle der langkettigen dibasischen Fettsäuren zu bewirken, und die gebildeten Kristalle von der Brühe abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brühe mindestens 2 Stunden auf 60 bis 90°C erhitzt und die langkettigen Fettsäuren in Form nadelartiger Kristalle gewinnt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brühe mindestens 1 Stunde auf mehr als"90⁰C erhitzt und die langkettigen Fettsäuren in Form von Plätt-chenkristallen abtrennt.

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