DE3514634A1

DE3514634A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von essig

Info

Publication number: DE3514634A1
Application number: DE19853514634
Authority: DE
Inventors: Masahiro Handa Aichi Mizuno; Yoshinori Tsukamoto; Mikio Yamada
Original assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Current assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Priority date: 1984-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE3514634C2; US4654215A; US4692414A; JPS60224484A; JPH059057B2

Description

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G 54991

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Essig durch Essigsäurefermentation und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Beschickungsausmaßes einer Alkohollösung als Ausgangsmaterial durch(i) intermittierendes Überwachen der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe mittels eines Alkohol-Analysators; (ii) Verwendung eines Rechners zur Steuerung; und (iii) Beschicken von Alkohollösung als Ausgangsmaterial zur Steuerung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe.

Bei der Essigsäurefermentation beeinflußt die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe beträchtlich die Fermentationsproduktivität, da der Alkohol eine inhibierende Substanz, sowie ein Substrat für die Essigsäure-Erzeugung ist. Wenn die Alkoholkonzentration weit von einer optimalen Konzentration entfernt ist, so verringert sich das Fermentationsausmaß nicht nur zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt, sonder auch während einer nachfolgenden Zeitperiode der Fermentation, wodurch eine starke Verringerung der Produktivität für Essigsäure resultiert.

Üblicherweise wurde jedoch ein Verfahren zur Steuerung des Beschickungsausmaßes einer Alkohollösung als Ausgangsmaterial auf der Basis einer auf der Erfahrung beruhenden Vorhersage einer folgenden Fermentationsstufe

verwendet, wobei ein Teil der Fermentationsbrühe entnommen und anschließend die Alkoholkonzentration in üblicher Weise gemessen wurde, wie Gaschromatographie und colorimetrische Verfahrensweise, um die überwachung durchzuführen. Bei dieser bisherigen Verfahrensweise erfordert es eine zu lange"Zeit, um mehrere Verfahrensmaßnahmen durchzuführen, die aus einem Sammeln der Fermentationsbrühe für die Alkoholmessung und einer Einstellung des Beschickungsausmaßes nach der Alkoholmessung von dem Beschickungsausmaß nach der Alkoholmessung bestehen, auch ist die Häufigkeit der Messung einschränkend. Es ist daher nicht möglich, die Fermentationsstufe genau zu verfolgen oder zu überwachen, ohne übermäßige Verzögerungen. Da die Fermentation ständig, Tag und Nacht, fortschreitet, wird diese übliche Methode im allgemeinen nicht mehr verwendet, um die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe während der Fermentation immer optimal zu halten.

Seit kurzem ist ein Verfahren bekannt, das die Fermentation durch Aneinanderschalten verschiedener Sensoren unter Verwendung eines Rechners umfaßt. Beispielsweise wird bei der Fermentation von Bäckerhefe das Beschickungsausmaß durch einen Rechner gesteuert, unter Anwendung einer Rechnung, basierend auf dem analytischen Ergebnis der Kohlendioxid- und Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Bei der Essigsäurefermentation war es bekannt, daß ein wichtiger Parameter die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe ist, wie vorstehend beschrieben. Da jedoch bisher keine Ausrüstung bereitgestellt wurde, die geeignet war, die Messung der Alkoholkonzentration in einer Essigsäurefermentationsbrühe genau und rasch durchzuführen, und da auch eine Methode zur genauen Steuerung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe durch Steuerung des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial ohne Auswirkung einer mehr oder minderen Zeitverzögerung bekannt war, gibt es bisher kein Beispiel für ein System, bei dem das Be-

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schickungsausmaß einer Alkohollösung als Ausgangsmaterial unter Verwendung eines Rechners bei der Essigsäurefermentation gesteuert wurde.

Ein bekanntes Steuerverfahren, das das Beschickungsausmaß auf der Basis der Sauerstoffaufnähme mit einem verschlossenen Fermentor steuert, wird in JP Tokkyo Kokai Koho 57-18165 beschrieben. Ein bekanntes Verfahren, das das Beschickungsausmaß einer Alkohollösung auf der Basis der Messung der Alkoholkonzentration unter Verwendung des Temperaturunterschieds der Siedepunkte mißt, die durch Erwärmen einer Fermentationsbrühe, die aus einem Fermentor entnommen wurde, erhalten werden, wird in JP Tokkyo Koho 47-22799 beschrieben. Jedoch waren diese Methoden für das Bedürfnis der Essigindustrie nicht zufriedenstellend, die die Steuerung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe in genauer und immer optimaler Weise erforderte, da diese Methoden Nachteile haben, da sie nicht in einem offenen Fermentor geeignet sind, der im allgemeinen in der Essigindustrie verwendet wird, und da sie Zeitverzögerungen von mehr als 30 min ergeben, wodurch sie eine schlechte Genauigkeit der Messung hoher Alkoholkonzentrationen haben.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Essig durch Essigsäurefermentation bereitgestellt, unter Verwendung eines automatischen Alkohol-Analysators zur Messung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe, einer Beschickungsvorrichtung zur Beschickung von Alkohollösung als Ausgangsmaterial zur Fermentationsbrühe und eines Steuerrechners, der steuerbar an den Alkohol-Analysator und die Beschickungsvorrichtung gekoppelt ist. Die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe wird periodisch durch den automatischen Alkohol-Analysator durch eine Anweisung aus dem Steuer-Rechner zu bestimmten Intervallen während mehrerer Meßzyklen gemessen; der Steuer-Rechner berechnet ein Beschickungsausmaß für die Alkohollösung als Ausgangs-

material zu der Fermentationsbrühe, um die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe auf eine günstige Konzentration auf der Basis eines Unterschieds bzw. einer Differenz zwischen der gemessenen Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe und einer günstigen Alkoholkonzentration und des Alkoholverbrauchsausmaßes, berechnet während jedes der Zyklen durch den Steuer-Rechner zu steuern; anschließend wird die Beschickungsvorrichtung so betrieben, daß das Beschickungsausmaß der Alkohollösung, bezogen auf ein Steuersignal, das von dem Steuer-Rechner als Ergebnis der vorstehenden Berechnungen abgegeben wird, zu steuern, wodurch die Alkohollösung als Ausgangsmaterial für die Fermentationsbrühe in steuerbarer Weise beschickt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung berechnet der Steuer-Rechner ein Beschickungsausmaß für die Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu der Fermentationsbrühe, um die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe bei einer vorbestimmten günstigen Konzentration, je nach der Essigsäurekonzentration, auf der Basis des zunehmenden Ausmaßes der Essigsaurekonzentratxon, der Essigsäurekonzentration und der Gesamtkonzentration in der Fermentationsbrühe, die durch den Steuer-Rechner während jedes Zyklus während einer Anzahl von Zyklen zu vorgegebenen Intervallen berechnet werden, zu steuern, wobei die Essigsaurekonzentratxon und die Gesamtkonzentration zu einem Festpunkt in einem geeigneten Zeitraum während der Fermentation bestimmt werden.

Im folgenden werden die Figuren kurz erläutert. .

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein schematisches Fließschema des Steuerungsverfahrens zur Steuerung des Beschickungsausmaßes einer Alkohollösung als Ausgangsmaterial. In der Fig. 2 zeigt

der Zweig (A) die Methode zur Steuerung der Alkoholkonzentration, so daß sie konstant ist, und der Zweig (B) zeigt die Methode der Änderung der Alkoholkonzentration je nach der Änderung der Essigsäurekonzentration. -

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Fermentationstagen und der Alkoholkonzentration zeigt; und

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung die die analytischen Daten der Alkohol- und Essigsäurekonzentrationen im Verlauf der Zeit zeigt.

Im folgenden wird die Erfindung genauer erläutert. Es wurden zahlreiche Untersuchungen vorgenommen an Methoden zur Steuerung des Beschickungsausmaßes einer Alkohollösung als Ausgangsmaterial, die die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe nicht genau konstanthalten können, die jedoch die Alkoholkonzentration auch entsprechend zur Essigsäurekonzentration ändern können, falls notwendig, um die vorstehenden Probleme üblicher Methoden zu überwinden.

Es wurde festgestellt, daß das Ausmaß des Alkohol-Verbrauchs und das zunehmende Ausmaß der Essigsäurekonzentration innerhalb eines kurzen Zeitraums während einer gegebenen Zeit gleich sind, sowie während eines vorausgehenden Zeitraums, wenn angenommen wird, daß sie sich nicht innerhalb eines kurzen Zeitraums, wie 30 min oder 1 h, stark ändern. Wenn äußere Faktoren, wie Beschickungs- oder Entleerungsmaßnahmen, oder jegliche Änderungen der Belüftung oder des Rührausmaßes, erfolgen, werden das Ausmaß des Alkoholverbrauchs und das zunehmende Ausmaß der Essigsäurekonzentration in der Essigsäurefermentation entsprechend einer Fermentatiönsstufe verändert.

Als Ergebnis der vorstehenden Untersuchungen wurde im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Beschickungsausmaßes bereitgestellt, unter Verwendung spezieller Charakteristika des Verbrauchsausmaßes des Alkohols, sowie des zunehmenden Ausmaßes der Essigsäurekonzentration, wie vorstehend erwähnt. Zuerst werden Alkoholmessungen zweimal in einem kurzen Zeitintervall vorgenommen und das Ausmaß des Alkoholverbrauchs und die Steigerung des Ausmaßes der Essigsäurekonzentration werden berechnet, unter Anwendung einer Differenz der Alkoholkonzentration oder der Essigsäurekonzentration zwischen dem vorliegenden Zeitpunkt und einem vorausgehenden Zeitpunkt, sowie von dem Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Ausgangsmaterial bis zu vorliegenden Messung (zum gegenwärtigen Zeitpunkt) des Fermentationsvolumens usw. Auf der Basis dieser vorstehenden Berechnungen wird das Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Ausgangsmaterial berechnet, um die Alkoholkonzentration im gewünschten Ausmaß zu erhalten, mit der Annahme, daß die Fermentation während des gegenwärtigen Meßpunktes und des nächsten Meßpunktes nach einem kurzen Zeitraum in den vorstehend berechneten Ausmaßen fortschreitet.

Jedoch ist bei dieser Methode das Zeitintervall für die Messung auf maximal 2 h begrenzt. Wenn das Zeitintervall langer als 2 h wird, so wird es unmöglich, die Änderung der Fermentationsstufe von Moment zu Moment ausreichend zu steuern, was zu einer ungenauen Steuerung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe führt. Es ist nämlich wichtig, daß eine Reihe von Maßnahmen, wie die Alkoholmessung, die Berechnung des Beschickungsausmaßes, basierend auf den Daten der Alkoholmessung, und die Steuerung des Beschickungsausmaßes in einer Frequenz von mindestens zwölfmal während eines Zeitraums von 24h durchgeführt werden, und darüber hinaus müssen diese Maßnahmen durchgeführt werden. Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine spezielle Ge-

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schicklichkeit, wie die Vorhersage der weiteren Fermentationsstufe, nicht mehr notwendig.

Basierend auf den vorstehenden Ausführungen wurden durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur. Steuerung des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial bereitgestellt, durch automatisches Wiederholen einer Reihe von Maßnahmen, die vorstehend erwähnt wurden, wobei das Verfahren bisher schwierig ohne Automation durchzuführen war, wobei bei konstanten Zeitintervallen gearbeitet wird und der automatische Alkolol-Analysator und die Steuervorrichtung elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Das Verfahren führte zu einer genauen Steuerungsmethode, die bisher nicht durchführbar war. Durch die Erfindung wird so ein Verfahren zur Herstellung von Essig bereitgestelllt, das darin besteht, einen automatischen Alkohol-Analysator zur Messung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe, eine Vorrichtung zur Beschickung von Alkohollösung als Ausgangsmaterial, und einen Rechner zur Steuerung bereitzustellen, intermittierend die Alkoholkonzentration durch den automatischen Alkoholanalysator unter Steuerung durch den Steuer-Rechner zu messen, das Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu berechnen, um die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe auf eine gewisse Konzentration, auf der Basis des Unterschieds der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe und einer gewünschten Konzentration und des Alkohol-Verbrauchsausmaßes, berechnet während jedes Zyklus während einer Anzahl von Zyklen, mittels des Steuer-Rechners, während mehrerer Zyklen, zu steuern, so daß jede Ausgabe des automatischen Alkohol-Analysators als Eingabe für den Rechner dient, wobei schließlich das Beschickungsausmaß dadurch gesteuert wird, daß die vorstehend berechneten Daten zu der Vorrichtung zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial für die Beschickung des Alkohols, übermittelt werden. Durch die Erfindung wird auch ein

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Überwachung der Fermentation erforderte, automatisch ohne manuellen Eingriff durchgeführt werden.

Im folgenden wird die Berechnung des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung des Ausgangsmaterials genauer beschrieben. Beispielsweise ist sie im Falle einer kontinuierlichen Essigsäurefermentation mit Submerskultur dadurch charakterisiert, daß die Alkoholkonzentration (A) in einer Fermentationsbrühe beträchtlich niedriger ist, als in der Alkohollösung des Ausgangsmaterials, die zugesetzt wird. Eine halbkontinuierliche Essigsäurefermentation ist dadurch charakterisiert, daß die Alkoholkonzentration (As) der Alkohollösung des Ausgangsmaterials hoch ist. Aus diesen Gründen wird das Ausmaß des Alkoholverbrauchs (R) durch die Gleichung (1) in beiden Fermentationstypen dargestellt. Hier bedeuten F und V das Beschickungsausmaß der Alkohollösung des Ausgangsmaterials bzw. ein Fermentationsvolumen.

R = F-As - V-dA/dt (1)

der Wert von dA/dt in der Gleichung (1) kann typischerweise durch die Gleichung (2), wie nachstehend gezeigt, ausgedrückt werden. Es scheint, daß ein Ausmaß für den 2g Alkoholverbrauch in einem kurzen Zeitintervall nach dem

Zeitpunkt der Alkoholmessung mit dem vorstehend erwähnten Wert (R) fortgesetzt werden kann. A und A ₁ bedeuten

ο — ι

jeweils die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe zum gegenwärtigen Meßzeitpunkt und bei der vorhergehenden Alkoholmessung. T ist ein Zeitintervall.

dA/dt = (A_o - A_-1)ZT (2)

Durch Einführen von Vo-(Ac-Ao)/α als Korrekturkoeffizient oc zur Erzielung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe nahe einer günstigen Alkoholkonzentration Ac kann das Beschickungsausmaß für die Alkohollösung des Ausgangsmaterials in einem kurzen Zeitraum von der gegen-

wärtigen Alkoholmessung zur nächsten Alkoholmessung durch die Gleichung (3) berechnet werden.

Fo = ^F-1 · As - Vo(Ao - A )/T ■+ Vo(Ac - Ao)/α (3)

Darin sind Fo bzw. F_-1 eine Beschickungsrate, berechnet zum Zeitpunkt der Alkoholmessung und eine Beschickungsrate von dem vorhergehenden Meßpunkt zum gegenwärtigen ^ Meßpunkt. Vo ist ein Fermentationsvolumen bei der gegenwärtigen Messung.

Auf der Basis einer Alkoholmessung, die in einem kurzen Zeitintervall, wie vorstehend erwähnt, durchgeführt wird,

¹^ kann die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe genau, wie in dem folgenden Beispiel 1 beschrieben, durch Berechnen und Steuern einer zukünftigen neuen Beschickungsrate der Alkohollösung des Ausgangsmaterials unter Verwendung der Gleichung (3) zu einem Zeitpunkt der

^O Alkoholmessung, gesteuert werden.

Wenn das Intervall für die Alkoholmessung langer wird, so wird es unmöglich, genau das Alkoholverbrauchs-Ausmaß vorherzusagen, und daher wird die Genauigkeit der Steuerung verringert. Somit sind 15 min bis 2 h günstig als Intervall für die Alkoholmessung. Von 15 min bis zu 1 h ist günstiger, um die Genauigkeit zu erhöhen. Ein konstantes α, als Korrekturkoeffizient, sollte vorzugsweise ein Wert vom 1- bis 8fachen des Intervalls für die Alkoholmessung sein.

Für das Fermentationsvolumen Vo in der Gleichung (3) kann eine geeignete Vorrichtung zur Messung des Fermentationsvolumens durch direkte Messung verwendet werden. im Falle einer kontinuierlichen Fermentation, bei der das Fermentationsvolumen nicht verändert wird, kann der Wert des Fermentationsvolumens am Startpunkt initiiert bzw. begonnen werden. Andererseits ist es im Falle der

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Verfahren zur Herstellung von Essig bereitgestellt, das umfaßt: das intermittierende Messen der Alkoholkonzentration durch eine automatische Alkohol-Analysiervorrichtung unter Steuerung eines Steuer-Rechners bzw. Steuer-Computers wie vorstehend beschrieben, Berechnen des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial, um die Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe auf eine vorbestimmte Konzentration zu steuern, entsprechend der Essigsäurekonzentration auf der Basis des zunehmenden Ausmaßes der Essigsäurekonzentration, der Essigsäurekonzentration und der Gesamtkonzentration in einer Fermentationsbrühe, die während jedes Zyklus während einer Anzahl von Zyklen durch den Steuer-Rechner in wiederholten Zyklen berechnet werden, derart, daß die Ausgabe aus dem automatischen Alkohol-Analysator als Eingabe für den Steuer-Rechner zur Steuerung der Essigsäurekonzentration und der Gesamtkonzentration am Festpunkt in einer geeigneten Fermentationsperiode und zur Steuerung des Alkohol-Beschickungsausmaßes durch Übertragen der Daten, die aus der Berechnung resultieren, in die Vorrichtung zur Beschickung der Alkoholllösung als Ausgangsmaterial, dient.

Durch die Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Her-Stellung von Essig bereitgestellt, die umfaßt: (i) einen automatischen Alkohol-Analysator zur Messung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe, unter Steuerung eines Steuer-Rechners und zur Übertragung der Ausgabe, entsprechend der gemessenen Alkoholkonzentration auf den Stuerrechner; (ii) eine Vorrichtung zur Beschickung von Alkohollösung als Ausgangsmaterial zur Fermentationsbrühe, die zur Steuerung des Alkoholbeschickungsausmaßes als Reaktion auf ein Signal aus dem Steuer-Rechner, fungiert; und (iii) einen Steuer-Rechner zur Steuerung des Betriebs des automatischen Alkohol-Analysators und zur automatischen Aufnahme der notwendigen Ausgabedaten aus dem automatischen Alkohol-Analysator, und zum Setzen von Werten, die vorstehend erwähnt wurden, um sie aufzu-

zeichnen, zu berechnen und zu vergleichen, worauf Steuersignale zu dem Alkohol-Analysator oder zur Vorrichtung für dessen automatische Steuerung abgegeben werden.

Wenn erfindungsgemäß der Punkt eines bestimmten Zeitintervalls erreicht wird, wird ein Signal zum Start der Messung in dem automatischen Alkohol-Analysator aus dem Steuer-Rechner ausgegeben. Als Reaktion auf dieses Signal beginnt eine Probeentnahme der Fermentationsbrühe, und dann wird die Analyse der Alkoholkonzentration automatisch durchgeführt. Eine gemessene Ausgabe wird dann von dem Alkohol-Analysator zu dem Steuer-Rechner übermittelt, und gleichzeitig werden derartige Daten, wie beispielsweise ein Fermentationsvolumen, ein integriertes Volumen der Beschickungs-Alkohollösung von Ausgangsmaterial usw., je nach Erfordernis übermittelt, und dementsprechend werden das Alkoholverbrauchsausmaß und das Ausmaß der Essigsäureproduktion unmittelbar durch den Steuer-Rechner berechnet. Auf dieser Basis wird ein Alkohol-Beschickungsausmaß berechnet, und das Ergebnis wird in die Vorrichtung zur Beschickung der Alkohollösung übermittelt, um das Beschickungsmaß der Alkohollösung zu steuern.

Erfindungsgemäß können nicht nur sämtliche Arbeitsgänge von der Messung der Alkoholkonzentration bis zur Steuerung der Beschickungsrate der Alkohollösung des Ausgangsmaterials ohne Handbetrieb durchgeführt werden, sondern es ist auch möglich, die Genauigkeit der Steuerung durch Wiederholung einer Reihe von Arbeitsgängen während eines kurzen Zeitraums, wie einmal während 15 min, zu erhöhen. Darüber hinaus wird es einfach, andere Fermentationssysteme nach der gleichen Methode in einem Meßintervall nach der gleichen Methode zu steuern.

Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß die Steuerung der Beschickungsrate der Alkohollösung des Ausgangsmaterials, die bisher eine geschickte manuelle

halbkontinuierlichen Fermentation/ bei der das Fermentationsvolumen variabel ist, möglich, das Fermentationsvolumen durch integrale Addition des Beschickungsvolumens zu dem Anfangs-Fermentationsvolumen, zu berechnen.

Zur Herstellung von Essig mit einer hohen Essigsäurekonzentration oder zur Erhöhung der Wirksamkeit der Fermentation ist es notwendig, die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe entsprechend der Änderung der ^g Essigsäurekonzentration während der Periode der Essigsäurefermentation zu ändern. Im folgenden wird die Methode zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial für den Fall der halbkontinuierlichen ansatzweisen Fermentation beschrieben.

Im allgemeinen kann ein Prozent Essigsäure (Gew./Vol.) aus einem Prozent (Vol./Vol.) Alkohol gebildet werden, ohne Änderung der Umwandlungswirksamkeit vom Alkohol zu Essigsäure, bei der Essigsäurefermentation. Wenn so die

2Q Alkohol- und Essigsäurekonzentration A bzw. B sinkt, so bedeutet die Summe von A und B die maximale Essigsäurekonzentration, wenn der gesamte Alkohol in Essigsäure umgewandelt ist. Im folgenden wird dieser Summenwert als Gesamtkonzentration C bezeichnet. Beispielsweise werden

2g im Falle der Steuerung des Beschickungsausmaßes mit dem Zielpunkt, daß die Alkohol- und Gesamtkonzentrationen auf Aa bzw. Ca gesteuert werden, wenn die Essigsäurekonzentration bei einer halbkontinuierlichen ansatzweisen Fermentation Ba erreicht hat, die Essigsäure- und

₃Q Gesamtkonzentration Ao, Bo bzw. Co zu einem bestimmten Zeitpunkt, wobei das Volumen (Qa) der Alkohollösung, die zum Erreichen der Essigsäurekonzentration Ba von diesem Punkt benötigt wird, durch die Gleichung (4) ausgedrückt wird. Darin bedeutet Cs die Gesamtkonzentration der

op- Alkohollösung als Ausgangsmaterial.

Qa = Vo (Ca - Co)/(Cs - Ca) (4)

Die Zeit La, zu der die Essigsäurekonzentration Ba erreicht wird, wird unter Verwendung der Gleichung La = (Ba - Bo)V(Bo - B_-1)ZT), wenn die Fermentation in dem gegenwärtigen ansteigenden Ausmaß der Essigsäurekonzentration fortschreitet, berechnet, ähnlich der Berechnung des vorstehend erwähnten Alkoholverbrauchs-Ausmaßes. Hier bedeutet B , und T die Essigsäurekonzentration in der Fermentationsbrühe zum Zeitpunkt der vorhergehenden Messung bzw. das Zeitintervall für die Messung. Das benötigte Volumen des alkoholischen Ausgangsmaterials muß innerhalb des Zeitraums La beschickt werden. Das Beschickungsausmaß Fo der Alkohollösung als Ausgangsmaterial wird berechnet unter Verwendung der Gleichung (5).

Fo = QaZLa (5)

Die Essigsäurekonzentration in der Fermentationsbrühe zum Zeitpunkt der Messung kann durch automatische Entnahme einer Probe und durch Analyse unter Anwendung einer automati-

2Q sehen Titrationsvorrichtung gemessen werden. Andererseits kann sie unter Verwendung der Gleichung (6) berechnet werden. Hierin sind V .., C-, F ., T, Cs und Ao das Fermentationsvolumen bei der vorhergehenden Messung, die Gesamtkonzentration bei der vorhergehenden Messung, das Beschickungsvolumen der Alkohollösung als Ausgangsmaterial bei der vorhergehenden Messung, das Zeitintervall für die Messung, die Gesamtkonzentration der Alkohollösung als Ausgangsmaterial bzw. die Alkoholkonzentration bei der gegenwärtigen Messung.

.

V-, -C-I + F-t 'T-CS _ _{Ao (6)}

^Bo V^i +F-I -Τ

Dies bedeutet, daß die Essigsäurekonzentration bei der op- nachfolgenden Alkoholmessung rasch berechnet werden kann mittels eines Rechners, allein durch Messen der Alkoholkonzentration, wenn das Fermentationsvolumen und die Essigsäurekonzentration einmal zu einem bestimmten

Zeitpunkt während der Fermentation gemessen werden. Im speziellen Falle, bei dem eine hohe Genauigkeit erwünscht ist, kann die Essigsäurekonzentration korrigiert werden durch eine direkte Messung zu einem geeigneten Zeitintervall, beispielsweise 24 bis 48 h, je nach Notwendigkeit.

Wie vorstehend erwähnt, wird es möglich, die Alkoholkonzentration wie in dem folgenden Versuch 2 beschrieben, durch wiederholtes Erneuern des Zielpunktes genau zu steuern, wenn die Essigsäurekonzentration die Nähe des Zielpunktes Ba erreicht, auf der Basis der Berechnung des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial, unter Verwendung der Zuwachsrate der Essigsäurekonzentration und der Essigsäurekonzentration durch automatische Messung der Alkoholkonzentration einmal während 15 min bis 2 h, günstiger während 15 min bis 1 h.

Erfindungsgemäß kann nicht nur die automatische Steuerung der Beschickungsrate und der Alkoholkonzentration, sondern auch die Steuerung der Belüftung und des Rührens, basierend auf Berechnungen des Ausmaßes des Alkoholverbrauchs und der zunehmenden Rate der Essigsäurekonzentration, durchgeführt werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Es kann jegliche Art von Vorrichtung verwendet werden, die geeignet ist, eine Probeentnahme als Reaktion auf ein Signal aus einem Steuer-Rechner bzw. Steuer-Computer automatisch durchzuführen, und das Ergebnis in den Rechner zu übertragen. Beispiele für derartige Vorrichtungen zur Durchführung einer automatischen Alkohol-Analyse sind (1) ein Gaschromatograph, (2) eine Vorrichtung zur Messung von Alkohol, der durch ein gaspermeables Rohr permeiert (US-Patentanmeldung Serial No. 669 7 61 vom 8. November 1984, entsprechend der JP-Patentanmeldung No. 58-216218), (3) eine Vorrichtung, die die Konzentration in einer Fermentationsbrühe ergibt durch Überwachen des Abgases aus einem

Fermentationsbehälter mit einem Massenspektrometer usw. Jedoch ergibt sich im Falle der Verwendung eines Gaschromatographen häufig ein Problem, da große Teile der Vorrichtung zur automatischen Probenentnahme durch mechanische Teile gebildet werden und deren rasche Verschlechterung durch die Aufnahme von Proben und durch Mikroorganismen und Saccharide in der Fermentationsbrühe erfolgt. Daher ist es sehr häufig notwendig, für eine Instandhaltung in einem System zu sorgen, das eine große Anzahl mechanischer Teile aufweist. Darüber hinaus ist die Anzahl der Proben, die innerhalb eines speziellen Zeitintervalls gemessen werden können, niedrig, aufgrund der langen Verweilzeit der Essigsäure, die in der Fermentationsbrühe enthalten ist. Dies bedeutet, daß das Intervall zwischen den Messungen verlängert werden muß. Jedoch wirken sich lange Zeitintervalle auf die Steuerung der Fermentation im Falle der Steuerung mehrerer Fermentationsbehälter aus. Andererseits weist eine Vorrichtung, unter Verwendung von gaspermeablen Rohren, beschrieben in der US-Patentanmeldung, Serial No. 669 761, vom 8. November 1984, entsprechend der JP-Patentanmeldung 58-216218) zwei Vorteile auf, wie eine rasche Reaktionszeit und eine leichte Pflege bzw. Instandhaltung. Beispielsweise ist eine Instandhaltung nur etwa einmal während 6 Monaten oder einem Jahr erforderlich, da keine mechanischen Teile in dem Probesystem vorliegen und nur eine langsame Verschlechterung des Sensors und der Kolonne erfolgt, da nur die Gaskomponente in die Säule eingeführt wird, obwohl sogar die Säule für die Absorption von Essigsäure verwendet wird.

Die Vorrichtung unter Verwendung eines Massenspektrometer hat ebenfalls die beiden gleichen Vorteile wie eine Vorrichtung unter Verwendung eines gaspermeablen Rohres, da keine mechanischen Teile in dem Probeentnahmesystem vorhanden sind und Abgas aus einem Fermentationsbehälter direkt eingeführt wird, ohne speziellen Säulen zur

Abtrennung und Absorption von Essigsäure. Sie weist jedoch den Nachteil auf, daß eine Temperaturkorrektur für die Übertragung der Alkoholkonzentration in dem Dampf in die Fermentationsbrühe notwendig ist und sie kostspielig ^ist·

Da die Erfindung sich mit dem Fermentationsverfahren befaßt, das kontinuierlich während mehr als mehreren Monaten bei 24stündiger Leistung durchgeführt wird, sind IQ eine leichte Instandhaltung und eine rasche Reaktion zur Steigerung der Genauigkeit der Steuerung der Fermentation für die Vorrichtung für die automatische Alkoholmessung günstig .

je Aus den vorstehenden Gründen ist die Vorrichtung, die in der US-Serial No. 669 761 beschrieben wird, unter Verwendung eines gaspermeablen Rohres oder einer Vorrichtung unter Verwendung eines Massenspektrometer günstiger als eine Vorrichtung zur automatischen Alkoholmessung,

2Q bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Vorrichtung unter Verwendung des gaspermeablen Rohres bevorzugt, da diese Vorrichtung nicht so kostspielig ist. Es kann jegliche Art von Vorrichtung, die zur Steuerung des Beschickungsausmaßes unter An-

2g Weisung eines Steuerrechners funktioniert, als Vorrichtung für die Beschickung des alkoholischen Ausgangsmaterials dienen. Beispielsweise kann eine variable Pumpe, die geeignet ist, das Beschickungsausmaß mittels einer Fernsteuerung oder ein automatisches Ventil, das

,~_n geeignet ist, seinen öffnungs- und Schließgrad durch ein Strömungsmeßgerät einzustellen, das in dem System befestigt ist, das mit dem automatischen Ventil ausgerüstet ist, verwendet werden. Bei diesen Vorrichtungen wird die Alkohollösung als Ausgangsmaterial in das System selbst-

_oc verständlich aus einem Behälter beschickt, der sich an

einer höheren Stelle befindet, so daß die Alkohollösung als Ausgangsmaterial unter dem Einfluß der Schwerkraft strömt. Ein Rechner für die Steuerfunktionen führt nicht

nur die Berechnungen durch/ die zur Durchführung der Erfindung benötigt werden, sondern steuert auch allgemein

(1) die Vorrichtung zur automatischen Alkoholmessung,

(2) die Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial und darüber hinaus, falls notwendig, (3) die automatische Titrationsvorrichtung, (4) ein integrales Strömungsmeßgerät, (5) die Temperatursteuerung und (6) die Vorrichtung zur Beladung und Entladung bzw. Beschickung und Entnahme. Darüber hinaus sollte der Computer geeignet sein, Eingabe- und Ausgabesignale zwischen den Einzelvorrichtungen bzw. den umliegenden Vorrichtungen zu vereinbaren. Beispielsweise kann eine programmierbare Steuervorrichtung (Rechner bzw. Computer) als Vorrichtung mit den vorstehend erwähnten Funktionen verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden genauer unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. Wie in der Fig. 1 gezeigt, liegen 5 Fermentationsbehälter 1 vor, die jeweils mit

on einem magnetischen bzw. elektromagnetischen Ventil 2 gekoppelt sind. Ein magnetisches Ventil 2 für den jeweiligen Fermentationsbehälter 1, in dem die Alkoholkonzentration zuerst gemessen werden muß, wird aus den 6 magnetischen Ventilen 2 zur Auswahl einer Probe durch die Probeleitung 5 ausgewählt. Eine Probe der Fermentationsbrühe aus dem Auswahlbehälter 1 wird dann in eine Vorrichtung zur automatischen Messung von Alkohol 3 mittels einer Probeentnahmepumpe 6 eingeführt. Die Meßvorrichtung 3 mißt dann die Alkoholkonzentration der

QQ Probe. Das Ergebnis der Messung wird zu dem Steuer-Rechner 24 über die elektrische Leitung 30 übermittelt. Je nach Notwendigkeit werden die Ausgabewerte der Messung des Strömungsmessers 8, des integralen Strömungsmessers für das Alkohol-Ausgangsmaterial 14 und der automatischen

g5 Titrationsvorrichtung 4 zur Messung der Essigsäurekonzentration, ebenfalls zu dem Steuer-Rechner 24 übertragen. Dann wird das Beschickungsausmaß durch interne programmierte Berechnung in dem Rechner 24 berechnet,

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unter Anwendung dieser Meßdaten und festgesetzter Werte, die vorher eingegeben wurden, und entsprechende Signale zur Einstellung des Beschickungsausmaßes für das alkoholische Ausgangsmaterial werden zur ferngesteuerten Pumpe 15 ausgegeben, die als eine Vorrichtung zur Beschickung des alkoholischen Ausgangsmaterials verwendet wird.

Im Falle der halbkontinuierlichen ansatzweisen Fermentation wird ein Betriebssignal von dem Rechner 24 zu einer Abgabevorrichtung, wie ein Magnetventil, zur Abgabe 13 und zur Abgabepumpe 12 ausgegeben, wenn die Konzentration der Essigsäure und des Alkohols mit den festgesetzten Abgabewerten übereinstimmen. Anschließend wird ein Betriebssignal zur Vorrichtung für die Beschikkung, wie ein Magnetventil 18 zur Beschickung und eine Beschickungspumpe 17 ausgegeben. Insbesondere kann im Falle der Herstellung von Essig mit hoher Essigsäurekonzentration durch Verringerung der Fermentationstemperatur unter Zunahme der Essigsäurekonzentration, beispielsweise die Methode, beschrieben in der JP-Patentanmeldung Kokai Koho No. 56-55193 das System, das geeignet ist zur Aufnahme einer günstigen festgesetzten Temperatur in die Temperatursteuervorrichtung 25 von dem Steuerrechner 24, je nach Notwendigkeit, zugefügt werden. Wie in der Fig. 1 gezeigt, sind auch eine Probeentnahmepumpe 7 zur Messung der Essigsäurekonzentration, ein Rührer 9, ein Luftrohr 10 und ein Magnetventil 11 zur Kühlung vorgesehen. Darüber hinaus sind ein Magnetventil 16 zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial und eine Rohrleitung 19 zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu dem Behälter 1 vorgesehen. Ferner sind eine Rohrleitung 20 zur Beschickung, eine Rohrleitung 21 zur Entnahme, ein Magnetventil 22 zur Entnahme, eine Rohrleitung 23 zur Entnahme, ein Abzugsrohr 26, ein Thermometer 27 und ein Kühlrohr 28 vorgesehen. Die Apparatur, die auf der linken Seite der Fig. 1 gezeigt ist, zusammen mit einem vergrößerten

Behälter 1, der im Detail dargestellt wird, ist ebenfalls individuell für die anderen Fermentationsbehälter vorgesehen, so daß sie individuell und unabhängig gesteuert werden können.

Beispiel 1

Eine kontinuierliche Essigsäurefermentation unter Kontrolle der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe wird erfindungsgemäß durchgeführt/ unter Verwendung von drei Belüftungs-Rühr-Fermentationsbehältern. Bei dieser Ausführungsform wird eine Vorrichtung, beschrieben in der US-Serial No. 669 761, verwendet, unter Verwendung eines gaspermeablen Rohres als Vorrichtung für die Alkoholmessung, und Proben wurden nacheinander aus den drei verschiedenen Fermentationsbehältern entnommen. Ferngesteuerte Pumpen, geeignet zur Variation des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial, wurden an jedem Fermentationsbehälter als Vorrichtung zur Beschickung des Alkohol-Ausgangsmaterials installiert, und eine programmierbare Steuervorrichtung (Rechner bzw. Computer) 24 (im folgenden als PC bezeichnet) wurde als Steuer-Rechner verwendet. Vor dem Beginn der Fermentation wurde eine Eichkurve/ erhalten unter Verwendung einer Standard-Alkohollösung mit bekannter Konzentration, in den PC 24 eingespeichert. Außerdem wurden 2,0 h,18 kl, 0,5 %, 6,5 %, 0,5 h und -0,2 %/h in den PC 24 sowie jeder Wert von α, Fermentationsvolumen, gewünschte Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe, Alkoholkonzentration des alkoholischen Ausgangsmaterials, Intervall für die Messung bzw. Ausgangswert von (Ao - A-..) /T in der Gleichung (3) eingespeichert.

Eine Impfkultur, alkoholisches Ausgangsmaterial und FermentatiOHsbrühe (Gesamtvolumen 18 kl) wurden in jeden

Fermentationsbehälter 1 beschickt, und die Temperatur der Fermentationsbrühe wurde bei 30 ⁰C gehalten. Die Fermentation wurde unter Rühren (Rührer 9) und Belüften (Rohr 10) durchgeführt. Zu Beginn bestätigte sich die Fermentation durch die Zunahme der Essigsäurekonzentration in der Fermentationsbrühe des ersten Fermentationsbehälters von 4 % auf 5,9 %, worauf die Steuerung der Beschickungsrate des alkoholischen Ausgangsmaterials begonnen wurde. Die Fermentationsbrühe wurde aus dem ersten Fermentationsbehälter unter Verwendung der Pumpe entnommen und in eine automatische Alkohol-Analysier-Vorrichtung 3 eingeführt. Das Ergebnis der Messung des automatischen Alkohol-Analysators 3 wurde darüber hinaus in einen A/D-Konverter (der A/D-Konverter ist erforderlieh, wenn die Ausgabe des Analysators 3 analog statt digital ist) von PC 24 eingegeben, und die Alkoholkonzentration wurde als 0,603 % entsprechend der Eichkurve bestimmt. Das Beschickungsausmaß wurde anschließend auf der Basis der Gleichung (3) berechnet, wobei die vorstehend gemessene Alkoholkonzentration verwendet wurde.

(0 x 6.5 - 18000 χ (-0.2) + 18000 χ (0.5 - 0.603)/2)/6.5 = 411

Diese berechneten Daten wurden in eine Vorrichtung 15 zur Beschickung des alkoholischen Ausgangsmaterials durch einen D/A-Konverter (wenn ein analoges Antriebssignal erforderlich ist) des PC 24 übertragen, so daß

gO das Beschickungsausmaß auf 411 l/h gesteuert wurde.

Anschließend wurden die Alkoholkonzentrationen in den zweiten und dritten Fermentationsbehältern gemessen und jedes Beschickungsausmaß wurde in gleicher Weise berechnet. Die Alkoholkonzentration in dem ersten Fermentationsbehälter wurde als 0,508 % 30 min nach Beginn der Fermentationssteuerung gemessen, und das Ausmaß der Beschickung des alkoholischen Ausgangsmaterials wurde als 926 l/h auf der Basis der Gleichung (3) bestimmt.

(411 χ 6.5 - 18000 χ (0.508 - 0.603)/0.5+1800Ox(0.5-0.508)/2)/6.5=926

Auf diese Weise wurde die Alkoholkonzentration in jedem Fermentationsbehälter alle 30 min gemessen und die Beschickungsrate des alkoholischen Ausgangsmaterials wurde gesteuert. Auf diese Weise wurde die Alkoholkon-2entration in der Fermentationsbrühe in dem ersten Fermentationsbehälter genau im Bereich von 0,490 bis 0,505 % während 7 Fermentationstagen gesteuert, mit Ausnahme der Periode unmittelbar nach dem Start der Fermentation, wie in der Fig. 3 gezeigt. Eine ähnlich genaue Steuerung der anderen beiden Fermentationsbehälter wurde ebenfalls erzielt.

Die Fig. 2 zeigt ein Fließschema für den Betrieb des Systems, das aus der vorstehenden Diskussion der Vorrichtung und des Beispiels 1 ersichtlich ist. Das Fließschema der Fig. 2 wird durch die folgenden Ausführungen noch verdeutlicht.

Beispiel

Das Essigsäureherstellungsverfahren kann durch halbkontinuierliche Fermentation erfolgen, wie in der JP-Patentanmeldung Kokai Koho 56-55195 beschrieben. JP 56-55195 zeigt ein Herstellungsverfahren für Essig mit hoher Essigsäurekonzentration, bei dem die Temperatür der Fermentationsbrühe nacheinander verringert wird, wenn die Essigsäurekonzentration in der Fermentationsbrühe ansteigt. Die automatische Steuerung der Beschikkungsrate des alkoholischen Ausgangsmaterials und die Änderung der Fermentationstemperatur gemäß der Erfindung erfolgt in diesem Beispiel 2 unter der Bedingung, daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe bei 2 % gehalten wird, bis die Essigsäurekonzentration 15 % erreicht, und die Alkoholkonzentration wurde nach und

abgesenkt/ wenn die Essigsäurekonzentration anschließend anstieg.

Ein Fermentationsbehälter von 20 kl Arbeitsvolumen weist ein Massenspektrometer als Vorrichtung zur automatischen Alkoholmessung auf. Eine ferngesteuerte Pumpe ist als Vorrichtung zur automatischen Alkoholmessung vorgesehen. Eine ferngesteuerte Pumpe ist vorgesehen zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu dem Fermentationsbehälter. Ferner ist ein internes Massenströmungsmeßgerät zur Messung des Beschickungsvolumens des alkoholischen Ausgangsmaterials/ ein Thermometer zur Temperatursteuerung, eine automatische Titrationsvorrichtung zur Messung der Essigsäurekonzentration vorgesehen, sowie Pumpen zur Entleerung und zur Beschickung, wie in der Fig. 1 gezeigt verwendet wurden. Diese Vorrichtungen, die vorstehend erwähnt wurden, waren elektrisch mit dem PC (Rechner 24 der Fig. 1) verbunden.

Die Werte für das Zeitintervall für die Alkoholmessung, die Alkohol- und Gesamtkonzentrationen der Alkohollösung als Ausgangsmaterial, das Anfangsvolumen der Fermentation, die anfängliche Zunahme der Essigsäurekonzentration wurden auf 30 min 50 %, 58 %, 15 kl bzw. 0,2 %/h eingestellt.

In bezug auf die Beziehung zwischen Essigsäure und Gesamtkonzentration zum Zielpunkt der Fermentation wurden 15 und 17 % am ersten Punkt, 17 und 18,5 % am zweiten Punkt, 19 und 20 % am dritten Punkt bzw. 21 und 21,5 % am vierten Punkt eingestellt. Die Temperaturänderung wurde auf 30 ⁰C durch den ersten Punkt, 28 ⁰C durch den zweiten Punkt, 26 ⁰C durch den dritten Punkt und 25 ⁰C durch den vierten Punkt eingestellt. 0,3 % und 20,8 % wurden als Alkoholkonzentration bzw. Gesamtkonzentration zum Entleerungszeitpunkt festgesetzt. Die Eichkurven bei verschiedenen Temperaturen wurden gemessen durch Einführen des Abgases in den Alkohol-Analysator aus einem 2 1 Mini-Farfermentor, der eine Standard-Alkohollösung mit bekannter Konzentration enthielt.

-31- 35U634

Alle vorstehenden Werte wurden im PC 24 überwacht.

Das Fermentationsvolumen wurde durch programmierte Berechnung im PC 24 mittels integraler Addition des Be-Schickungsvolumens zu dem ursprünglichen Fermentationsvolumen, das ursprünglich in den PC 24 eingegeben wurde, berechnet. Die Essigsäurekonzentration wurde automatisch alle 24 h durch die automatische Filtrationsvorrichtung gemessen. Innerhalb dieses Zeitintervalls wurde die J^q Essigsäurekonzentration durch Berechnen mit dem PC 24, basierend auf der Gleichung 6, berechnet.

15 Kiloliter Fermentationsmaische, bestehend aus Impfkultur und Alkohollösung als Ausgangsmaterial, enthaltend

!5 Fermentationsnährmittel, wurden in den Fermentationsbehälter eingeführt, und die Belüftungs-, Rühr- und Fermentationssteuerung wurden gleichzeitig (durch den PC 24) unter derartigen Bedingungen gestartet, daß die Temperatur bei 30 C gesteuert wurde. Die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe wurde als 2,50 % auf der Basis der Messung der Alkoholkonzentration in dem Abgas bestimmt durch Einführen in die automatische Alkohol-Analysiervorrichtung 3 und Eingeben des Ergebnisses mit einer Temperatur der Fermentationsbrühe in den PC 24. Darüber hinaus wurde die Konzentration der Essigsäure als 6,50 % mittels der automatischen Titrationsvorrichtung bestimmt. Auf der Basis dieses Ergebnisses wurde das Beschickungsausmaß des alkoholischen Ausgangsmaterials durch die Gleichung (5) berechnet.

(15000 x (17.0-9.0)/(58.0-17.0))/((15.0-6.5)/0.2)

= 68.9

Anschließend wurde das Beschickungsausmaß des alkoholigg sehen Ausgangsmaterial als 68,9 l/h gesteuert. 30 min nach der vorhergehenden Messung wurde die Alkoholkonzentration erneut gemessen, und die Alkoholkonzentration wurde als 2,49 % bestimmt. Die Essigsäurekonzentration

wurde als 6,62 % unter Verwendung der Gleichung (6) bestimmt.

(15000 χ 9.0 + 34.5 χ 58.0)/(15000 + 34.5) - 2.49 = 6.62

Das Beschickungsausmaß des alkoholischen Ausgangsmaterials wurde berechnet unter Verwendung der Gleichung (5) und auf 82,9 l/h gesteuert.

Beschickungsausmaß =

(15034.5 x (17.0 - 9.11}/(58.0 - 17.0))/ ((15.0 - 6.62)/(6.62 - 6.5)/0.50)) = 82.9

Auf diese Weise wurden die Alkoholkonzentration und das Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Ausgangsmaterial alle 30 min gemessen.

Obwohl die Alkohol-, Essigsäure- und Gesamt-Konzentration als 2,18, 12,38 bzw. 14,56 % 24 h nach dem Beginn der Steuerung gemessen wurden, wurden die Essigsäure- und Gesamt-Konzentration auf 12,40 bzw. 14,58% auf der Basis der direkten Messung der Essigsäurekonzentration durch die automatische Titrationsvorrichtung korrigiert.

Der Festpunkt bzw. Einstellpunkt wurde von dem ersten Punkt auf den zweiten Punkt verschoben, wenn die Essigsäur ekonzentration 14,8 % erreichte, was niedriger als der festgesetzte Punkt, 15 % beim ersten Punkt ist, und die Anweisung wurde zu der Temperatursteuervorrichtung 25 vom PC 24 übertragen, so daß sich eine Änderung der Temperatur der Fermentationsbrühe von 30 auf 28 ⁰C ergab, wenn die Essigsäurekonzentration 15 % erreichte. Auf diese Weise wurde der festgesetzte Punkt nach und nach zum nächsten Punkt geändert, und gleichzeitig wurden das Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Ausgangsmaterial und die Temperatur gesteuert. Schließlich wurde die Gesamtkonzentration an die Entleerung auf dem Wege

-33-

zum vierten Punkt angepaßt, und die Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial wurde durch Anweisung vom PC 24 beendet. Anschließend wurde die Fermentation fortgesetzt, und es wurde weiter durch Anweisung vom PC 24 entleert, wenn die Alkoholkonzentration 0,3 % wurde, was gleich den Entleerungsbedingungen ist. Nach beendeter Entleerung wurde anschließend die Maische für die nächste Fermentation beschickt. Der Zeitverlauf der analytischen Daten der Alkohol- und Essigsäurekonzentra- IQ tionen während der Fermentation ist in der Fig. 4 angegeben, die anzeigt, daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe genau um den vorher eingestellten Wert gesteuert wurde.

j5 In die vorstehende Beschreibung ist der Inhalt der genannten Veröffentlichungen einbezogen. Es versteht sich, daß die Erfindung anhand von bestimmten Ausführungsformen für die Vorrichtung und die Verfahrensstufen beschrieben wurde, die jedoch keine Einschränkung darstellen sollen.

- Leerseite -

Claims

35U634 SS-, Nakano Vinegar Co., Ltd. G 54991 No. 6, 2-chome, Nakamura-cho Handa-shi, Aichi-ken, Japan Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Essig Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Essig durch Essigsäure-Fermentation unter Verwendung eines automatischen Alkohol-Analysators zur Messung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe, einer Vorrichtung zur Beschickung von Alkohollösung als Ausgangsmaterial in die Brühe und eines Steuer-Rechners, der . steuernd an den Alkoholanalysator und an die Beschickungsvorrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe durch den automatischen Alkohol-Analysator durch eine Anweisung aus dem Steuer-Rechner zu vorgebenen Intervallen über mehrere Meßzyklen, periodisch mißt;

in dem Steuer-Rechner ein Beschickungsausmaß für die Alkohollösung als Ausgangsmaterial in die Fermentationsbrühe berechnet, so daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe auf eine günstige Konzentration gesteuert wird, auf der Basis der Differenz zwischen einer gemessenen Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe und einer günstigen Alkoholkonzentration und dem Ausmaß des Alkoholverbrauchs, berechnet während jedes der Zyklen durch den Steuer-JO rechner; und anschließend

die Beschickungsvorrichtung steuert, um das Beschikkungsausmaß der Alkohollösung als

Reaktion auf ein Kontrollsignal zu steuern, das von 2g dem Steuer-Rechner als Ergebnis der Berechnungen erzeugt wird, wobei das Kontrollsignal an die Beschikkungsvorrichtung für die Alkoholbeschickungslösung als Ausgangsmaterial für die Fermentationsbrühe gekoppelt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Essigsäure durch eine kontinuierliche Submerskulturmethode hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Essigsäure-Erzeugung durch eine ansatzweise Submersfermentation durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

gQ daß die Essigsäure-Erzeugung durch eine halbkontinuierliche ansatzweise Submersfermentation durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen vorgc hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Behälter verwendet, von denen jeder eine Fermentationsbrühe zur Herstellung von Essig enthält, wobei die Beschickungsvorrichtung an jeden der Behäl-

ter gekoppelt ist, und wobei die Stufe der periodischen Messung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe die periodische Messung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe in jedem der Behälter auf cyclischer Basis zu jeweiligen unterschiedlichen Zeitpunkten umfaßt, wobei der Steuer-Rechner die Berechnungen für den jeweiligen Fermentationsbehälter durchführt und die Beschickungsvorrichtung so steuert, daß das Beschickungsausmaß der Alkohollösung zu den je- ^q weiligen Behältern unabhängig und individuell gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoholkonzentration in jedem der Behälter in einem

j_5 Intervall von 2 h oder weniger gemessen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall 15 min bis 1 h beträgt.

2Q 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der übrigen vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe periodisch in einem Intervall von 2 h oder weniger gemessen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall 15 min bis 1 h beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung von Essig durch Essigsäurefermentation unter Verwendung eines automatischen

Alkoholanalysators zur Messung der Alkoholkonzentration in einer Fermentationsbrühe, einer Beschickungsvorrichtung für die Alkoholbeschickungslösung als Ausgangsmaterial in die Brühe und eines Steuer-Rechners, ₃_ der steuerbar an den Alkoholanalysator und an die Beschickungsvorrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

die Alkoholkonzentration der Fermentationsbrühe durch den automatischen Alkoholanalysator durch Anweisung von dem Steuer-Rechner zu vorgegebenen Intervallen während einer Mehrzahl von Meßzyklen periodisch mißt; 5

in dem Steuer-Rechner eine Beschickungsgeschwindigkeit für die Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu der Fermentationsbrühe berechnet, so daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe auf eine vorbestimmte günstige Konzentration gesteuert wird/ je nach der Essigsäurekonzentration, auf der Basis des zunehmenden Ausmaßes der Essigsäurekonzentration, der Essigsäurekonzentration und der Gesamtkonzentration in der Fermentationsbrühe, die für jeden Zyklus durch den Steuer-Rechner berechnet werden, während mehrerer Zyklen zu vorbestimmten Intervallen;

wobei die Essigsäurekonzentration und die Gesamtkonzentration durch einen Festpunkt in einem geeigneten Zeitraum während der Fermentation bestimmt werden; und anschließend

die Beschickungsvorrichtung gesteuert wird, um das Beschickungsausmaß der Alkohollösung als Reaktion auf ein Steuersignal, das von dem Steuer-Rechner als Ergebnis der Berechnungen erzeugt wird, zu steuern, wobei das Steuersignal an die Beschickungsvorrichtung zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu der Fermentationsbrühe gekoppelt ist, um so die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe zu steuern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Essigherstellung durch submerse, ansatzweise Fermentation durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Essigsäureherstellung durch eine halbkontinuierliche ansatzweise Submersfermentation durchgeführt wird.
5

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter verwendet werden, von denen jeder eine Fermentationsbrühe zur Herstellung des Essigs enthält, wobei die Beschickungsvorrichtung an jeden der Behälter gekoppelt ist, und wobei die Stufe der periodischen Messung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe das periodische Messen der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe in jedem der Behälter auf cyclischer Basis zu verschiedenen Zeitpunkten umfaßt, wobei der Steuer-Rechner die Berechnungen für jeden Fermentationsbehälter durchführt und die Beschickungsvorrichtung steuert, um das Beschickungsausmaß der Alkohollösung zu dem jeweiligen Behälter unabhängig und individuell ^zu steuern.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoholkonzentration in jedem der Behälter in einem Intervall von 2 h oder weniger gemessen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß das Intervall 15 min bis 1 h beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe periodisch in einem Intervall von 2 h oder weniger gemessen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall 15 min bis 1 h beträgt.

18. Vorrichtung zur Erzeugung von Essig aus einer Fermentationsbrühe in einem Fermentationsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

einen automatischen Alkohol-Analysator zur Messung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe in dem Fermentationsbehälter;

Beschickungseinrichtungen zur Beschickung von Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu dem Fermentationsbehälter;

Steuer-Rechner-Einrichtungen, gekoppelt mit dem Analysator und der Beschickungseinrichtung, um den Alkohol-Analysator mit Energie zu versehen, um eine automatische Messung der Alkoholkonzentration einzuleiten und um ein Ausgabesignal aus dem Analysator zu empfangen, das der gemessenen Alkoholkonzentration entspricht, wobei die Steuer-Rechner-EinricHiingen Berechnungseinrichtungen zur Berechnung eines Beschickungsausmaßes für die Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu der Fermentationsbrühe als Reaktion auf die Ausgabe aus dem Alkohol-Analysator und zur Erzeugung eines Ausgabesignals als Reaktion auf die Berechnungen, zur Steuerung der Beschickungseinrichtungen für die Alkoholbeschickungslösung als Ausgangsmaterial zu der Fermentationsbrühe umfaßt, um die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe auf eine günstige Konzentration zu steuern, wobei die Steuer-Rechner-Einrichtungen Einrichtungen umfassen, die eine periodische Messung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe zu vorbestimmten Intervallen während mehrerer Meßzyklen, durch den Analysator bewirken.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Rechner-Einrichtungen Einrichtungen
zur Berechnung des Beschickungsausmaßes und zur
Steuerung der Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe auf der Basis einer Differenz zwischen

einer gemessenen Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe und einer günstigen Alkoholkonzentration und des Alkoholverbrauchs-Ausmaßes, berechnet während jedes der Zyklen, durch die Steuer-Rechner-Einrichtungen, umfassen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Rechner-Einrichtungen Einrichtungen zur Berechnung des Beschickungsausmaßes der Alkohollösung als Ausgangsmaterial für die Fermentationsbrühe umfassen, um die Alkoholkonzentration in der Fermentationsbrühe bei einer vorbestimmten günstigen Konzentration je nach der Essigsäurekonzentration, auf der Basis des zunehmenden Ausmaßes der Essigsäurekonzentration, der Essigsäurekonzentration und der Gesamtkonzentration
in der Fermentationsbrühe, die durch die Steuer-Rechner-Einrichtungen während jedes der Zyklen berechnet werden, zu steuern.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator, die Beschickungseinrichtungen und die Steuer-Rechner-Einrichtungen elektrisch miteinander verbunden sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Rechner-Einrichtungen Einrichtungen
umfassen, die die Messsung der Alkoholkonzentration
in einem Intervall von 2 h oder weniger durch den
Analysator bewirken.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall 15 min bis 1 h beträgt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Fermentationsbehälter umfaßt, wobei jeder eine Fermentationsbrühe enthält und worin der Analysator an jeden der Behälter gekoppelt ist, um die Alkoholkonzentration in den jeweiligen Behältern, als Reaktion auf Signale aus der Steuer-Rechner-Einrichtung selektiv zu messen, und daß die Beschickungseinrichtung selektiv an jeden der Behälter zur Beschickung der Alkohollösung als Ausgangsmaterial zu den jeweiligen Behältern, als Reaktion auf die Steuersignale von der Steuer-Rechner-Einrichtung, selektiv gekoppelt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Rechner bewirkt, daß der Analysator und die Beschickungsvorrichtung mit jedem mehrerer Behälter auf cyclischer Basis zu verschiedenen Zeitpunkten verbunden wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus eine Titrationsvorrichtung zur Messung der Essigsäurekonzentration in der Fermentationsbrühe umfaßt.