DE672297C

DE672297C - Vorbereitung von Molken zur gaertechnischen Gewinnung von Butanol und Aceton

Info

Publication number: DE672297C
Application number: DEG95021D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Frey; Dr Hans Glueck; Dr Hermann Oehme
Original assignee: ALFRED FREY DR ING; HANS GLUECK DR; Chemische Fabrik Kalk GmbH
Current assignee: ALFRED FREY DR ING; HANS GLUECK DR; Chemische Fabrik Kalk GmbH
Priority date: 1937-03-13
Filing date: 1937-03-13
Publication date: 1939-02-28

Description

Vorbereitung von Molken zur gärtechnischen Gewinnung von Butanol und Aceton Zur Herstellung von Butanol undAceton durch Gärung verwendet man in der Praxis kohlehydrathaltige Maischen in verzuckertem oder nichtverzuckertem Zustand oder rohrzuckerhaltige Lösungen, vorzugsweise Melassen. Auch Sulfitablaugen oder Holzzuckerlösungen sollen geeignet sein. In einer Reihe mit vorstehend genannten Ausgangsstoffen für die Butanol-Aceton-Gärung wurde auch schon milchzuckerhaltiges Milchserum vorgeschlagen. Es ist aber nicht bekanntgeworden, daß milchzuckerhaltige Lösungen irgendwo zur Butanol-Aceton-Vergärung verwendet worden wären. Im Gegenteil muß man z. B. aus der amerikanischen Patentschrift 2 o5o 2zg entnehmen, daß die Gärfähigkeit von reiner Lactose für Butanolbakterien nur 1/s bis 1/2 derjenigen beträgt, welche die tatsächlich in der Praxis benützten Zuckerarten besitzen, was zeigt, daß nur der Glucoseanteil der Lactose zu Butanol vergoren wurde.
In der Praxis fallen milchzuckerhaltige Lösungen allgemein in der Form von Molken an, worunter man die nach Entrahmung der Vollmilch und nach Entfernung des Caseins aus der Magermilch resultierenden milchzucker-, albumin- und mineralsalzhaltigen Flüssigkeiten versteht.
Daß Molke überhaupt nicht ohne weiteres für die Butanol-Aceton-Gärung geeignet ist, zeigen drei Versuche, welche mit einer Molkenprobe angesetzt wurden, die folgende Zusammensetzung hatte: Milchzucker . ... . ... 4,i7°/ 0 Säuregrad ......... 0,03°/0 PH .......... . ... 7,08 N-Gehalt . . . . . °. . . . . o,zz3o/o Drei Proben dieser Molke wurden mit einer reichlichen Aussaat einer sowohl Glucose als auch Rohrzucker und Maltose vorzüglich zu Butanol und Aceton vergärenden Bakterienflora versetzt...

Es ist daher überraschend, daß es doch gelingt, auch milchzuckerhaltige Molken in verhältnismäßig kurzen Zeiten und mit sehr guter Ausbeute zu Bütanol und Aceton zu vergären, wenn man die TKolken in geeigneter Weise vorbereitet. Die Ursache des Ausbleibens der Entwicklung der ausgesäten Bakterien in den Molken wurde in dem zu hohen Gehalt an löslichen Stickstoffverbindungen in der Molke gefunden. Wenn dieser Stickstoffgehalt vermindert wird oder eine Molke, welche an sich nur einen wesentlich geringeren Stickstoffgehalt besitzt, verwendet wird, so gelingt es, den Milchzucker ganz glatt zu Butanol und Aceton zu vergären, wobei es nicht notwendig ist, den Milchzucker vorher durch besondere Mittel in Glucose und Galaktose zu spalten. Besonders geeignet zur Vergärung haben sich Molken mit einem Gehalt an löslichem Stickstoff von 0,04 bis o;op°/o N gezeigt.
Die Einstellung dieses Stickstoffgehaltes kann man mit an sich bekannten Mitteln entweder durch Ausfällung mit Chemikalien öder auch durch Erhitzen erreichen. Soll die Ausfällung der Stickstoffverbindungen durch Erhitzen vorgenommen werden, so ist im allgemeinen eine Mindesttemperatur von 8o' C notwendig. Vorteilhaft braucht die Temperatur jedoch go' C nicht zu übersteigen. Dabei war es überraschend, daß bereits die Erhitzung auf go ° genügend ist, um die in den Molken gewöhnlicherweise vorkommende Infektion so weit zu unterdrücken, daß dieselbe die ausgesäten Butanolbakterien in ihrer Entwicklung nicht mehr behindert. Bei kohlehydratliältigen Maischen oder Maischen aus Rübenstoffen sind diese Temperaturen bei weitem nicht ausreichend für eine Unterbindung von Infektionen, Wenn man auf vorstehend beschriebene `'eise den Stickstoffgehalt der Molke auf das für die Butanolgärung richtige Maß durch Ausfällung von Stickstoffverbindungen vermindert hat, könnte man natürlich das ausgefällte Albumin durch Absitzenlassen, Abschleudern oder Filtrieren entfernen. Die klare Milchzuckerlösung ist jedoch, wie es auch bei anderen klaren Gärlösungen beobachtet wurde, sehr schlecht gärfähig. Sie wird es jedoch, wenn man zu der klaren Lösung, wie es auch sonst geschieht, künstliche Trubstoffe hinzu-, fügt, wie z. B. Torfmull, Treber oder andere geeignete indifferente Stoffe.
Bei der Vergärung der Molke zeigte sich jedoch, daß es nicht notwendig ist, diese sonst benutzten künstlichen Trubstoffe hinzuzufügen, sondern überraschenderweise ist das ausgefällte Albumin selbst vorzü,-lich Leeiznet, einen auszezeichneten

keiten bieten. Das Albumin fällt z. B in geeigneter Form durch Erhitzen aus, wenn man die Erwärmung zwischen So und go ° nur langsam vornimmt unter gleichzeitigem guten Verrühren der Flüssigkeit durch mechanische Mittel oder Einblasen von Gasen, z. B. von Gärgasen. Die Ausfällung des Albumins kann, je nachdem es sich um nur wenig gesäuerte Säuremolken oder um Lab- oder Sauermolken handelt, nach vorhergehender Neutralisation der in der Molke enthaltenen Säure erfolgen: Es kann aber auch nach der Fällung des Albumins neutralisiert werden. Das ausgefällte Albumin kann auch nach beendeter Gärung, zusammen mit dem ausgeschiedenen Bakterieneiweiß vor oder nach der Destillation gewonnen werden. Es ist überraschend, daß diese ausgeflockten Eiweisverbindüngen überhaupt als Trubstöffe geeignet sind, weil durchaus nicht alle mehr oder weniger unlöslichen Stoffe zu diesem Zweck brauchbar sind. Z. B. wurde Stroh oder Sägemehl, welche man als indifferente Trägerstoffe wegen ihres spezifischen Gewichtes und ihrer Verteilungsfähigkeit`in der Mölke für sehr geeignet halten sollte, als unbrauchbar befunden, weil bei Anwesenheit dieser Stoffe die Entwicklung der Butanolbakterien stark behindert oder völlig unterdrückt wird, obwohl diese Stoffe in eingehender Weise durch Auskochen etwa enthaltender gärungshemmender Stoffe als Trägerstoffe vorbehandelt worden waren.
Die Wirksamkeit des vorstehend beschriebenen Verfahrens zeigt folgender Versuch: Beispiel i Molke-Vorbehandlung. In einem emaillierten Bottich werden iooo 1 Molke auf 84 bis go ° erwärmt, wobei dafür gesorgt wird, daß die Temperatur kurz vor Beginn der Fällung nur noch langsam ansteigt. Ist die Fällungstemperatur erreicht, so werden mittels einer besonderen Vorrichtung Luft oder Stickstoff oder Gärgase in fein verteilter Form durch die Molke ggepreßt. Hierdurch verhindert man vollständig das sonst auftretende grobflockige oder käsige Ausfallen des Mölkeneiweißes. Die Fällung ist in kurzer Zeit beendet. Das Albumin schwebt zum größten Teil in fein verteilter Form im Serum. Klarfiltrierte Proben zeigen nach weiterem Erhitzen keine Fällung mehr. Nach dem Ausfallen des Albumins wird die Milchsäure abgestumpft: Bei einem Säuregrad von i,og (ccm n-NaOH für ao ccm Filtrat) sind etwa 2,2 kg trockenes Kalkhydrat je i cbm notwendig, um den für die Gärung günstigen Anfangssäuregehalt einzustellen. Die Abstumpfung der Milchsäure erfolgt unmittelbar nach der Albuminfällung, wobei noch etwa 5 Minuten, wie oben angegeben, gerührt wird. Hierauf ist die Molke nach Einstellung der Gärtemperatur impfbereit. Stickstoffgehalt im Filtrat: 65,6o mgN/ioo ccm.

Std. Milchzucker Säure PH N

ccm ing/ioo ccm

0 . 5,23 o,o6 6,23 65,78

48 o,69 o,64 4,94 4087

Vergärungsgrad . . . . . . . . 86,50/, Aceton kg/i cbm ....... 3,2, Butanol kg/i cbm....... 15,8 Ausbeute in 0/0 ........ go Verhältnis A zu B ..... 1:5 Beispiel 2 iooo 1 Molke werden während der Erwärmung auf 8o bis 9o ° durch Zusatz von 2,2 kg Kalkhydrat auf den Säuregrad o,o6 eingestellt. Hierauf erfolgt die Ausfällung des Albumins wie bei Beispiel i beschrieben.

Std. Milchzucker Säure p" N

ccm m9/100 ccm

0 5,23 0,o6 6,23 65,78

48 0179 0,57 5,00 43i5

Vergärungsgrad . . . . . . . . 850/, Aceton kg/i cbm ....... 2,9 Butanol kg/i cbm ...... 15,4 Ausbeute in 0/0 . . .. . . .. 86 Verhältnis A zu B ..... 1:5 Beispiel 3 iooo 1 gefällter und neutralisierter Molke werden blank filtriert, nach Zusatz von io kg Torfmull sterilisiert und vergoren.

Std. Milchzucker Säure p" N

ccm mg/i00 ccm

0 5,io 0,07 6,42 67,20

F32 2,42 0,90 4,98

48 o,6o o,64 5i4 4668

Vergärungsgrad . . . . . . . . 88()/o Aceton kg/i cbm . . . . . 3,3 Butanol kg/i cbm ...... 15,7 Ausbeute in 0/0 . ... . ... 85 Verhältnis A zu B ..... 1:5 Bei der Herstellung von Milchsäure hat man bereits vorgeschlagen, aus den Molken durch Erhitzen auf 9o ° Albumin auszuscheiden, um dasselbe zu gewinnen. Dieses bekannte Verfahren gibt keine Anhaltspunkte für die Verwendungsfähigkeit der ausgeflockten Eiweißstoffe als Trub. Keineswegs war es aber bekannt, daß bei der Milchsäuregärung die Verminderung des Stickstoffgehaltes der Molken notwendig ist, denn in Chem. Met. Eng. 1936, Seite 48o, T. R. Olive, wird gezeigt, daß die Milchsäuregärung der Molken auch ohne vorhergehende Albuminfällung möglich ist.

Claims

PATENTANSP&UCTI: Vorbereitung von Molken zur gärtechnischen Gewinnung von Butanol und Aceton, dadurch gekennzeichnet, daß in den Molken durch an sich bekannte Mittel wie z. B. Erhitzen auf 8o bis 9o ° oder durch Fällungsmittel der Gehalt an löslichen N-Verbindungen auf unter 0,o80/0, vorzugsweise auf 0,04 bis 0,07% N herabgesetzt wird und die ausgeflockten N-Verbindungen zweckmäßig als erwünschte Trubstöffe in der behandelten Molke verbleiben, woraus sie vor oder nach der Destillation der vergorenen Molke zusammen mit dem Bakterieneiweiß gewonnen werden.