DE619977C - Verfahren zum Herstellen von Zitronensaeure durch Gaerung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Zitronensäure durch Gärung Durch wissenschaftliche Arbeiten von Bernhauer und Kostytschew ist es bereits bekannt, fertige Pilzdecken, die durch ausgewählte Vertreter aus der Gruppe der Schimmelpilze auf geeigneten Nährlösungen gezüchtet waren, nach Entfernung der ersten Nährlösung auf eine zweite frische Nährlösung zur Wirkung zu bringen, um auf diese Weise den Chemismus der Bildung von Zitronensäure besser untersuchen zu können. Eine praktische Auswertung haben indessen diese Versuche bislang nicht gefunden, weil damit gleichbleibende befriedigende Ausbeuten nicht erzielt werden können, insbesondere nicht bei Durchführung der Gärung in größerem Maßstabe.
• Es- hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß die mittels ausgewählter Stämme von geeigneten Schimmelpilzen, wie z. B. von Aspergillus niger, auf einer in bekannter Weise zusammengesetzten ersten Nährlösung gezüchteten fertigen Pilzdecken dann besonders lange und mit besonders guter Ausbeute die Fähigkeit zur Bildung von Zitronensäure in immer wieder erneuerten Nährlösungen behalten, wenn einmal ein bestimmter Wechsel in der Zusammensetzung der aufeinanderfolgenden Nährlösungen innegehalten wird, und ferner, wenn bestimmte Metallionen sorgfältig ferngehalten werden. Als besonders wirksam hat sich als zweite, dritte und gegebenenfalls vierte Nährlösung eine 15- bis zo°1oige Zuckerlösung, die keinen weiteren-Zusatz als eine geringe Menge Phosphorsäure oder einer anorganischen Säure, wie Salz- oder Schwefelsäure, erhalten hatte, erwiesen. Die Anwesenheit einer geringen Menge einer solchen Säure erhöht die Haltbarkeit der Pilzdecke und wirkt günstig auf die Ausbeute. Als vierte bzw. fünfte Nährlösung folgt alsdann zweckmäßig eine gleichfalls 15- bis zo°1oige Zuckerlösung; der jedoch außer einer geringen Menge einer änorganischen Säure noch geringe Mengen des üblichen Nährsalzgemisches: Ammoniumnitrat, saures Kaliumphosphat und Magnesiumsulfat zugesetzt wurden. Hierdurch wird die Zitronensäurebildung erneut angeregt. Alsdann folgen vorteilhaft wiederum wie vorher mehrere Zuckerlösungen, denen lediglich freie Phosphorsäure o. dgl. zugesetzt wird, worauf sieh zur erneuten Belebung der Pilzdecke die außerdem mit geringen Mengen von Nährsalzen versetzte Nährlösung anschließt. Bei sorgfältiger Gärungsführung läßt sich dieser Wechsel noch ein drittes Mal wiederholen, ohne daß hierdurch eine Erschöpfung der Zitronensäure bildenden Fermente eintritt.
• Die vorteilhafte Wirkung eines Wechsels in der Zusammensetzung der sich folgenden Nährlösungen wird nachstehend durch die Ergebnisse folgender Versuchsreihen veranschaulicht. Bei einer ununterbrochenen Folge von nährsalzfreien Zuckerlösungen trat etwa nach der dritten oder vierten Lösung ein starker Abfall in der Menge der erzeugten Zitronensäure sowie der Ausbeute ein. Bei einer ununterbrochenen Folge von nährsalzhaltigen Zuckerlösungen trat wohl eine starke Vermehrung des Mycelgewichts,. jedoch bei gleichzeitiger rascher Verminderung der Enzymtätigkeit- ein,- wodurch die Ausbeute gegenüber reinen Zuckerlösungen wesentlich geringer war. Erst durch den Wechsel, wie oben beschrieben, von nährsalzfreien mit nährsalzhaltigen Zuckerlösungen konnte eine Folge von zehn und noch mehr Nährlösungen mit über 6o bis 70'/, liegenden Ausbeuten auf Zitronensäure vergoren werden.
• Des weiteren hat es sich als notwendig erwiesen, bei allen Nährlösungen sorgfältig darauf zu achten, daß bestimmte Arten von > Metallionen, die durch die Apparatur oder die Arbeitsweise in die Gärlösung hineingelangen können, ausgeschaltet werden. Überraschenderweise hat sich nämlich herausgestellt, daß gerade bei den am besten zur Bildung von Zitronensäure geeigneten Pilzstämmen die Anwesenheit schön geringer Mengen gewisser Metallionen genügt, um die Bildung von Zitronensäure ganz erheblich herabzusetzen und gleichzeitig eine starke Veratmung von Zucker und damit eine Verminderung der Ausbeute an Zitronensäure zu bewirken. . Diese Beobachtung steht zu den bisherigen Anschauungen der Fachleute in vollem Widerspruch, vgl. Kostytschew und Tschesnokow, Planta, Bd.4 (1927) S. 18,1 bis Zoo. Von den schädlichen Ionenarten kommen praktisch nur die Calcium- und Aluminiumionen in Betracht: Diese weitverbreiteten Elemente können sowohl zufällig durch das Ansatzwasser und die Apparatur als auch absichtlich durch die Arbeitsweise in die Gärlauge gelangen.
• Die nachteilige Wirkung von Calciumionen in der Gärlösung kann aus folgenden vergleichenden Versuchen ersehen werden: Es wurden unter sonst völlig gleichen Verhältnissen reit demselben Stamm von Aspergillus niger zwei völlig gleich zusammengesetzte Ansätze von Rohrzucker und Nährsalzen zur Vergärung gebracht, von denen als einziger. Unterschied der erste Ansatz ohne CaO-Zusatz, der zweite nach Zusatz von 0,03 °l, Ca O in Form von Calciumcitrat angestellt wurde. Beien ersten Ansatz wurde nach 5tägiger Dauer eine Lösung mit 3,4°(o Zitronensäure, beirre zweiten eine solche von o,89 °/o Zitronensäure erhalten.
• Die Aufarbeitung der Gärlaugen erfolgte bisher in der Weise, daß die Laugen abgezogen wurden, sobald das Maximum an ,Zitronensäure gebildet war, und daß die Laugen alsdann mit Kalkmilch oder Kreide auf Calciumcitrat verarbeitet wurden. Die filttierte Endlauge wurde dann zur weiteren Verwertung des vorhandenen Restzuckers zum Ansetzen neuer Nährlösung verwendet, und zwar ohne weitere Behandlung. Zum Teil werd auch Kreide unmittelbar der Nährlösung während der Gärung zugesetzt. Auf diese Weise gewonnene zuckerhaltige Endlaugen haben sich jedoch nicht mit Vorteil wiederverwenden lassen, was darauf zurückzuführen sein dürfte, daß diese Endlaugen gelöstes Calciumcitrat und daanit Ca-Ionen enthalten.
• Es wurde nun gefunden, daß sich die Endlaugen dann ohne Nachteil verwenden lassen, wenn dafür Sorge getragen wird, daß aus denselben das Calcium in einer der bekannten Weisen ausgefällt wird, z. B. mit Oxalsäure oder mit Pottasche in einer der vorhandenen Zitronensäure äquivalenten Menge. Die vom Niederschlag in üblicher Weise befreite Lösung kann alsdann unter Ergänzung des Zuckergehalts und etwa fehlender Nährstoffe zum Ansatz einer neuen Gärlösung verwendet werden. Ein weiterer für diesen Zweck bislang noch nicht angewendeter Weg, die Gärlaugen aufzuarbeiten, besteht darin, aus diesen Laugen nach dem Abziehen von der Pilzdecke und anschließender Filtration die vorhandene Zitronensäure mit einem geeigneten Extraktionsmittel, wie z. B. einem Gemisch von Alkohol und Äther, in bekannter Weise auszuziehen, urn sodann die den Restzucker enthaltende Endlauge nach dem Ausdampfen des Extraktionsmittels in gleicher Weise wie oben zum erneuten Ansatz zu verwenden.
• Notwendige Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens ist selbstverständlich die richtige Auswahl eines geeigneten Stammes aus der Gruppe der . Pinsel- oder Kolbenschimmelpilze bzw. ähnlicher Gruppen und die Steigerung von deren Leistungen mit Hilfe der bekannten Methoden der Weiterzüchtung in Reinkulturen sowie@die Durchführung der Gärung in einer geeigneten Apparatur.
• Beispiel Eine Nährlösung, die auf Zoo 1 etwa 9o 1 reines Wasser, 15 kg Rohrzucker, 4oo g des bekannten Nährsalzgemisches: Ammoniumnitrat, saures Kaliumphosphat und Magnesiumsulfat Spuren von Eisen- und Zinksulfat sowie noch 5o g freie Phosphorsäure enthält, wird mit einer Reinkultur von Aspergillus niger geimpft und die Pilzdecke bei einer Temperatur von 25 bis 3ö° zur Entwicklung gebracht. Nach 5 Tagen wird die Gärlösung, die 5 bis 701, Zitronensäure enthält, abgezogen und durch eine frische, etwa i 5°1oige Zuckerlösung, die jedoch außer Zucker lediglich 6o bis ioo g reine Phosphorsäure auf ioo 1 enthält, ersetzt. Nach weiteren 4 bis 5 Tagen wird diese Lösung durch eine solche von genau gleicher Zusammensetzung ersetzt .und. ebenso die letztere nach weiteren q. bis 5 Tagen. Alsdann, folgt nach q. bis 5 Tagen eine z5°/oige Zuckerlösung, die 6o g reine Phosphorsäure und 300 g des Nährsalzgemisches auf ioo 1 enthält. Dieser Wechsel von vier Lösungen kann noch ein zweites und ein drittes Mal wiederholt werden, ehe bei richtiger Gärungsführung die Neuzüchtung der Pilzdecke erforderlich wird. Die erhaltenen Gärlösungen können, besonders soweit sie keine Nährsalze enthalten, unmittelbar oder nach dem Eindampfen verwendet werden, oder aber sie werden mit Ätzkalk oder Kreide auf Calciumcitrat verarbeitet. Das von der Endlauge abfiltrierte Calciumcitrat wird in üblicher Weise auf Zitronensäure verarbeitet. Aus der Endlauge wird das Calcium mit Pottasche ausgefällt und dieselbe nach erneuter Filtration zum Ansatz einer neuen Nährlösung verwendet.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch Gärung mit Hilfe einer in bekannter Weise erzeugten fertigen Pilzdecke eines Stammes einer Schimmelpilzkultur mit gutem Zitronensäure-Bildungsvermögen, die in bekannter Weise auf eine Folge von Nährlösungen zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man. die fertige Pilzdecke in regelmäßigem Wechsel zuerst auf eine Folge von reinen Zuckerlösungen und sodann auf eine Zuckerlösung mit Zusatz von Nährsalzen wirken läßt, wobei allen Gärlösungen; vorher geringe Mengen einer anorganischen Säure zugesetzt sowie aus den Gärlösungen Ca- und Al-Ionen ferngehalten werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Wiederverwendung der zuckerhaltigen Endlaugen die in üblicher Weise auf Calciumcitrat verarbeiteten Gärlaugen vor ihrer Wiederverwendung durch Behandlung mit geeigneten Fällungsmitteln von Calciumionen befreit werden.
3. 3. Verfahren nach- Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Wiederverwendung der zuckerhaltigen Endlaugen diesen unter Fernhaltung der schädlichen Ca-Ionen die Zitronensäure mit einem geeigneten Extraktionsmittel entzogen wird.