DE69003276T2

DE69003276T2 - Verfahren zur Gewinnung von durch Gärung erhaltene Normal-Buttersäure.

Info

Publication number: DE69003276T2
Application number: DE90400426T
Authority: DE
Inventors: Daniel Ballerini; Francoise Fayolle; Remy Marchal; Frederic Monot
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2010-02-16
Also published as: FR2643367B1; FR2643367A1; ES2060080T3; DE69003276D1; EP0385826B1; EP0385826A1; ATE94528T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung und zur Gewinnung von n- Butansäure in ihrer freien Form oder in Form ihrer Ester, ausgehend von einem Gemisch, das n-Butansäure und Essigsäure enthäit und im besonderen ausgehend von einer Fermentationsmaische in wäßriger Lösung.
Sie bezieht sich besonders auf die Synthese von n-Butansäure, die als Ausgangsverbindung für Aromastoffe in der Lebensmittelindustrie und für Parfums verwendet wird.
Es ist aus dem Patent US 1835700 bekannt, n-Butansäure als Produkt eines Fermentationsprozesses herzustellen. Die Methodik, zu der man am häufigsten greift, besteht darin, die Maische, die nach der Fermentation erhalten wird, zu neutralisieren, die erhaltenen Salze zu konzentrieren, bis ein trockener Rückstand erhalten wird, und mit einer starken Mineralsäure anzusäuern, so daß aus dem Rückstand die aus der Fermentation erhaltenen organischen Säuren in ihrer protonierten Form freigesetzt werden. Letztere werden destilliert und die n-Butansäure und die Essigsäure werden in unterschiedlichen Anteilen in mehreren Destillationsschnitten gewonnen. Sie werden anschließend fraktioniert und die respektiven Destillate werden vereinigt, um schließlich getrennt die n-Butansäure und die Essigsäure zu gewinnen.
Es ist außerdem möglich, dieses Verfahren zu verbessern, indem der Verbrauch an Reagenzien durch die Verwendung von z. B. CO&sub2; unter Druck beim Protonierungsschritt des Butyrates verringert wird (US 1946419). Die Gesamtheit der Arbeitsschritte bleibt trotz allem äußerst energieaufwendig aufgrund der Einengung der Fermentationsmaische zur Trockne und der sich anschließenden zahlreichen Destillationen. Die vorliegende Erfindung erlaubt es im besonderen, diese Einengung ganz oder teilweise zu vermeiden.
Das Patent US-A-4628116 beschreibt ein Verfahren zur Extraktion von n-Butansäure und Ethanol, die in einer Fermentationsmaische enthalten sind, mit einem halogenierten Lösungsmittel, Vinylbromid, nach einem Ansäuerungsschritt auf einen pH zwischen einschließlich 3,5 und 4. Das verwendete Lösungsmittel steht im Verdacht, krebserregend zu sein, und sein Einsatz im Lebensmittelbereich ist kaum zu empfehlen.
Das Patent DE-C-804566 beschreibt unter anderem ein Extraktionsverfahren von n-Butansäure chemischen Ursprungs, ausgehend von einem Gemisch, das aus der Behandlung von Butyraldehyd mit Sauerstoff entsteht, wobei die Extraktion besonders mit chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen oder Cyclohexan durchgeführt werden kann. Das empfohlene Verhältnis von Lösungsmittel zu Lösung erlaubt es jedoch nur, die n- Butansäure in einer mittelmäßigen Ausbeute zu gewinnen.
Schließlich wird der Stand der Technik im Patent DE-C-844894 und durch die Veröffentlichung in den Chemical Abstracts Vol. 109, Nr.21,21. November 1988, Seite 566 verdeutlicht.
Es wurde überraschenderweise durch ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren entdeckt, daß die n-Butansäure durch Extraktion mit einem Lösungsmittel, das auf dem Lebensmittelbereich verwendet wird, sehr selektiv, mit guter Ausbeute und einer exzellenten Reinheit erhalten werden kann, die ausreichend dafür ist, daß die Säure sowohl in der Lebensmittel- als auch in der Parfumindustrie direkt benutzt werden kann.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von n-Butansäure ausgehend von einer Fermentationsmaische, die sie enthält oder die ein Gemisch von n- Butansäure und Essigsäure oder ihrer Salze enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die nachstehenden aufeinander folgenden Schritte unfaßt:
a) die Maische wird auf einen pH, der höchstens gleich 3 ist, angesäuert, so daß unter diesen Bedingungen ein Gemisch der Säuren, das n-Butansäure und Essigsäure enthält, in wäßriger Lösung hergestellt wird,
b) eine Extraktion der n-Butansäure mit mindestens einem aliphatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel mit mindestens fünf Kohlenstoffatomen und einem Siedepunkt, der unterhalb demjenigen von n-Butansäure liegt, wird durchgeführt, wobei die besagte Extraktion in einem Volumenverhältnis zwischen dem Lösungsmittel und der Lösung, respektive von 0,5 : 1 bis 10 : 1, durchgeführt wird und zwei Phasen hergestellt werden, eine organische Phase, die den Großteil der n-Butansäure und einen kleineren Teil der Essigsäure enthält, und eine wäßrige Phase, die abgetrennt wird; und
c) die organische Phase wird eingedampft und die n-Butansäure gewonnen.
Die empfohlenen aliphatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel besitzen eine Toxizität für den Menschen und seine Umgebung von nahe Null, in dem Sinne, daß sie zu einer Verwendung im Lebensmittelbereich eingesetzt werden können. Es sind insbesondere diejenigen, deren Verwendung durch die Richtlinie Nr. L157/28 im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft (24.06.1988) geregelt wird.
Die Löslichkeit des Lösungsmittels in Wasser liegt vorteilhafterweise unterhalb von 0,5 gll und das Wasser besitzt darüber hinaus in dem empfohlenen Lösungsmittel eine Löslichkeit, die im allgemeinen unterhalb von 2 g/l und vorzugsweise unterhalb von 0,5 g/l liegt. Darüber hinaus liegt der Siedepunkt des gewählten Lösungsmittels vorteilhafterweise zum Beispiel 10 ºC unterhalb desjenigen der n-Butansäure (Siedepunkt = 163,5 ºC).
Man kann einen Schnitt gesättigter Kohlenwasserstoffe aus der Erdöldestillation mit den drei oben genannte Kennzeichen verwenden.
Es werden vorteilhafterweise n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, n-Nonan, Isooktan und Cyclohexan in reiner Form oder als Gemisch verwendet.
Vorteilhafterweise können Hexan, Heptan und Cyclohexan aufgrund ihrer einfachen Anwendung im Laufe der Extraktions- und Verdampfungsschritte verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung besitzt im Vergleich zum Stand der Technik den Vorteil, daß das Eindampfen der flüssigen Phase bis zum Erhalten eines trockenen Rückstandes vermieden wird, und sie ist ein wirtschaftliches Verfahren in dem Maße, in dem man die Destillationsschritte der verschiedenen Fraktionen vermeidet. Sie weist auch den Vorteil auf, in einem einzigen Schritt eine selektive Extraktion der n-Butansäure, ausgehend von einer Fermentationsmaische, die zugleich Essigsäure enthält, zu erlauben.
Es wurde unerwarteterweise beobachtet, daß das erfindungsgemäße Verfahren nur zur Trennung und zur Gewinnung von n-Butansäure anwendbar ist. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß die Trennung und die Gewinnung von Propionsäure, die in einer Maische einer Propionfermentation enthalten wäre, welche zu einem Gemisch von Propionsäure und Essigsäure führt, nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann. Darüber hinaus ist die Reinheit der gewonnenen n-Butansäure hervorragend, verglichen mit der Reinheit derselben Säure, die mit Lösungsmitteln, die außerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, gewonnen wird.
Das Fermentationsmedium ist im allgemeinen das folgende:
Es umfaßt ein Zuckersubstrat, das Kohlehydrate in Form von Monosacchariden wie Glucose oder Fructose enthält, die durch saure oder enzymatische Hydrolyse unter den, dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Bedingungen, entstehen, Disaccharide oder Polysaccharide, die in den Ausgangsmaterialien enthalten sind, wie zum Beispiel die zuckerhaltigen Säfte, die durch Raspeln von Rüben, von Zuckerrohr und/oder Topinambur erhalten werden, die Sirupe, die Abwässer und die Melassen aus der Zuckerherstellung, Getreidemehle (Weizen, Gerste), Maismehl und Kartoffelstärke. Es wird der Fermentation durch einen Clostridiumstamm unterworfen, der unter Clostridium butyricum, Clostridium pasteurianum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii gewählt wird, und vorzugsweise durch einen Stamm Clostridium tyrobutyricum wie Clostridium tyrobutyricum IFP 923 oder CNRZ 596.
Die Fermentation wird im allgemeinen bei einem pH zwischen einschließlich 5,5 und 8,0 und einer Temperatur zwischen 20 und 40 ºC durchgeführt. Sie führt zu einer Fermentationsmaische, die n-Butansäure und Essigsäure enthält.
Das Verfahren kann im allgemeinen bei einem Gehalt an n-Butansäure von beispielsweise über 10 g/l angewandt werden. Für einen geringeren Gehalt oder um den Extraktionsschritt unter wirtschaftlicheren Bedingungen und auf einfachere Weise durchzuführen, kann die Fermentationsmaische gemäß einem anderen Kennzeichen des Verfahrens um den Faktor 1 bis 4 und vorteilhafterweise um den Faktor 2 bis 3 aufkonzentriert werden, zum Besipiel durch ein Eindampfen der Fermentationsmaische oder durch Elektrodialyse. Das erhaltene Dialysat wird anschließend gemäß Schritt a) angesäuen, während der Rückstand der Elektrodialyse, der die übriggebliebenen Nahrungsbestandteile enthält, zur Herstellung des Mediums für eine folgende Fermentation zurückgeführt werden kann.
Das Ansäuern gemäß Schritt a) wird im allgemeinen in Gegenwart einer starken Mineralsäure wie H&sub2;SO&sub4;, HCl oder H&sub3;PO&sub4; in einer Konzentration, die von der reinen Säure ausgehend zu einer normalen Lösung führt, durchgeführt. Vorzugsweise liegt der pH-Wert zwischen einschließlich 1,1 und 2, und im besonderen bei ungefähr 1,5.
Der Extraktionsschritt kann diskontinuierlich unter Schütteln oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden, bei einer Temperatur, die zwischen Raumtemperatur und der Siedetemperatur des zur Extraktion gewählten Lösungsmittels liegt. Das Volumenverhältnis zwischen dem Lösungsmittel und Wasser liegt vorteilhafterweise zwischen einschließlich 1 1 und 6 : 1 und erlaubt es unter diesen Bedingungen, bei der Gewinnung der n-Butansäure hervorragender Reinheit eine gute Ausbeute zu erhalten.
Der kontinuierliche Extraktionsschritt wird gewöhnlich unter Rückfluß des Lösungsmittels in einem Perforator nach Jalade mit demselben Verhältnis Lösungsmittel: Fermentationsmaische durchgeführt
Die organische Phase, die die n-Butansäure beinhaltet, und die wäßrige Phase, die die Esssigsäure beinhaltet, werden nach Dekantieren getrennt.
Das organische Lösungsmittel kann gemäß Schritt c) abgedampft werden und die n-Butansäure gewonnen werden, oder, wenn das gewünschte Endprodukt ein Ester der n-Butansäure ist, kann eine enzymatische Veresterung durch die Wirkung einer Lipase direkt in der organischen Phase durchgeführt werden, ohne daß das Lösungsmittel abgedampft wird, da die gesättigten Kohlenwasserstoffe und im besonderen Hexan mit der Veresterung auf enzymatischem Wege vereinbar sind. Es wird im allgemeinen in Gegenwart eines vorzugsweise primären oder sekundären und vorteilhafterweise eines primären Alkohols, dessen n-Butansäureester bei der Zusammenstellung von Aromen für Parfums Verwendung findet, gearbeitet. Das schließt zum Beispiel Ethanol, Amylalkohol, Isoamylalkohol, Geraniol etc. ein.
Die Veresterung wird unter den Konzentrationsbedingungen von n-Butansäure im Extraktionslösungsmittel, die bis zur Sättigung oder sogar darüber hinaus gehen können, durchgeführt, der Gehalt an Wasser im Lösungsmittel übersteigt dabei 0,2 % nicht. Das Verhältnis der molaren Konzentrationen zwischen dem gewählten Alkohol und der n-Butansäure liegt im allgemeinen zwischen 10 und 0,1, vorteilhafterweise zwischen 2 und 0,5 und bevorzugt bei einem Verhältnis zwischen 1.2 und 0.9. Man verwendet eine Lipase in Pulverform, die von Mikroorganismen der Gattungen Mucor, Candida, Aspergillus, Chromobacterium, Geotrichum, Rhizopus, Penicillium, Humicola, Alcalignes, Pseudomonas, oder von Schweinepankreas stammt, in Konzentrationen, die zwischen einschließlich 0,5 und 100 g/l liegen und vorteilhafterweise zwischen 2,5 und 25 g/l. Die Lipase kann in freier oder immobilisierter Form gemäß den Methoden, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden. Die Temperatur der Reaktion wird in Abhängigkeit vom Ursprung der verwendeten Lipase gewählt. Am Ende der Reaktion kann das Lösungsmittel abgedampft und der Ester der n-Butansäure gewonnen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, beim Gewinnen der n-Butansäure eine Ausbeute zu erhalten, die im allgemeinen bei mindestens gleich 40 %, vorteilhafterweise bei mindestens gleich 70 % und vorzugsweise bei mindestens gleich 85 % liegt, mit einer Reinheit von über 97 %, zum Beispiel zwischen 98 und 99 %. Die Erfindung kann aufgrund der Beispiele besser verstanden werden, die dazu dienen, die Erfindung zu veranschaulichen, ohne ihre Bedeutung auf sie zu beschränken.

BEISPIEL 1

n-Butansäure und Essigsäure werden im Laufe einer Fermentation unter Anwendung des Stammes Chlostridium thyrobutyricum IFP 923 hergestellt. Die Fermentation wird in einem Medium durchgeführt, das auf einem Hydrolysat von Weizenmehl basiert, das gemäß der folgenden Vorschrift hergestellt wird: Eine Aufschlämmung von Mehl in Wasser mit 38,3 % Trockenmasse wird hergestellt. Nachdem der pH-Wert mit 2 N NH&sub4;OH auf 6,2 eingestellt worden ist, wird eine Verflüssigung durch eine enzymatische Reaktion mit 0.5 g/kg eingesetztem Mehl α-Amylase Teramyl 60 (NOVO) über 2 Stunden bei 90 ºC durchgeführt. Der folgende Schritt ist die Verzuckerung, die bei einem pH-Wert von 4,6 (pH-Wert eingestellt mit H&sub3;PO&sub4;) durch Behandeln mit 1,6 ml/kg eingesetztem Mehl eines Enzyms Amyloglucosidase AMG 150L (NOVO) über 66 Stunden bei 60 ºC durchgeführt wird.
Das Hydrolysat aus Mehl wird anschließend zentrifugiert, um das Gluten zu entfernen. Es wird ein Gehalt an Glucose von ungefähr 370 bis 380 g/l erhalten.
Das Fermentationsmedium ist wie folgt zusammengesetzt:
Glucose 2 g/l
Hefeextrakt 8,7 g/l
(NH&sub4;)&sub2;SO&sub4; 1,7 g/l
KH&sub2;PO&sub4; 2,6 g/l
MgSO&sub4;, 7 H&sub2;O 1 g/l
FeSO&sub4;, 7 H&sub2;O 52 mgl
2,3 l dieses Mediums werden in einen Laborfermenter von 6 l Inhalt gefüllt und alles 40 Minuten lang bei 110 ºC in einem Autoklaven sterilisiert, anschließend, nach Abkühlen auf 35 ºC, wird der pH-Wert durch Zugabe von 10 %-igem Ammoniak (Gewicht/Volumen) auf 6,5 eingestellt. Dieses Medium wird anschließend unter anaeroben Bedingungen mit einer Vorkultur des Stammes IFP 923 angeimpft.
Wenn die Glucosekonzentration in dem Reaktionsmedium Null erreicht, wird die Versorgung mit Mehlhydrolysat von 370 g/l Glucose bei einem konstanten stündlichen Durchsatz von 8 g Glucose pro LiterAusgangsreaktionsmedium eingeleitet.
Der pH-Wert der Fermentation wird durch konstante Zugabe von 10%-igem Ammoniak auf 6,5 gehalten.
Man erhält am Ende der Fermentation eine Maische mit einem Gehalt an n-Butansäure von 49,5 g/l und Essigsäure von 3,5 g/l, das entspricht einer Umsetzung von 108 g/l Glucosesubstrat. 160 ml dieser Maische werden anschließend durch die Zugabe von 10 ml Salzsäure (12M) bis zu einem pH von gleich 1,5 angesäuert und unter heftigem Schüttteln einer Extraktion mit Hexan unterworfen, wobei das eingesetzte Volumen der organischen Phase (das 170 ml beträgt) und das der wäßrigen Phase gleich sind.
Nach der Trennung der Phasen durch Dekantieren werden 23,5 g/l n-Butansäure in der Hexanphase gewonnen (das entspricht einer Ausbeute bei der Extraktion von 47,5 %) und nur 0,25 g/l Essigsäure in dieser selben Hexanphase (das entspricht einer Ausbeute bei der Extraktion von 7,0 %). Die Gewinnung der n-Butansäure mit einer Reinheit von 98,9 % kann danach entweder durch Abdampfen des Hexans oder, wenn das gewünschte Endprodukt ein Ester ist, durch eine direkte enzymatische Veresterung der n-Butansäure in der organischen Phase durch Wirkung einer Lipase durchgeführt werden. Dafür verdünnt man die in Hexan erhaltene Lösung von n-Butansäure von 23,5 g/l, wie sie oben hergestellt wurde, auf eine Konzentration von 0,103 M. Man fügt n-Amylalkohol bis zu einer Konzentration von 0,12 M zu. Anschließend setzt man 42,6 mg der Lipase von Mucor miehei (GIST BROCARDS) auf ein Endvolumen von 10 ml zu. Eine Vergleichslösung ohne Zugabe von Enzym wird parallel dazu angesetzt. Die beiden Lösungen werden bei einer Temperatur von 30 ºC bewegt.
Die Abnahme der Säure kann in einer dafür bestimmten Probe durch Titration gemessen werden, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, oder es kann das Entstehen des Esters oder das Verschwinden der n-Butansäure durch Chromatographie in der Gasphase bestimmt werden.
Nach einer Reaktionszeit von 25 Stunden wurden 0,09 M Amylbutyrat gebildet (das entspricht einer Umsatzrate von 90 %) und nach einer Reaktionszeit von 70 Stunden wurden 0,097 M Amylbutyrat gebildet (das entspricht einer Umsatzrate von 97 %).
Ähnliche Resultate werden bei der Verwendung von iso-Amylalkohol erhalten.
Nach der Bildung des Esters kann dieser durch das Abdampfen des Hexans gewonnen werden.

BEISPIEL 2

Beispiel 1 wird wiederholt, unter Verwendung von 5 Volumenanteilen Hexan pro Volumenanteil angesäuerter Fermentationmaische anstelle von einem Volumenanteil.
Auf diese Weise wird in der organischen Phase n-Butansäure mit einer Konzentration von 7,0 g/l, bezogen auf die Verdünnung, die durch das Extraktionsverhältnis gegeben ist, mit einer Reinheit von 99 % erhalten. Die Extraktionsausbeuten für n-Butansäure und für Essigsäure betragen 71 % und 8,5 %, respektive.

BEISPIEL 3

Nach der fermentation wird die Maische 20 Minuten lang auf eine Temperatur von 100 ºC erwärmt. Sie wird anschließend mit 27000 g 20 Minuten lang zentrifugiert. Die erwärmte und zentrifugierte Maische wird anschließend durch drei aufeinander folgende Durchgänge durch ein Elektrodialysegerät aufkonzentriert, bis man eine konzentrierte Lösung mit 124 g/l n-Butansäure und 9,5 g/l Essigsäure erhält, was einem Konzentrierungsfaktor von 2,5 entspricht. Die an Säuren verarmte Maische wird zur Herstellung einer neuen Charge von Kulturmedium wiederverwertet, die ohne Veränderung der Produktivität in Bezug auf n- Butansäure fermentiert wird. Das Konzentrat wird wie in Beispiel 1 anstelle der Fermentationsmaische behandelt (Verhältnis Lösungsmittel : flüssige Phase 1:1). Man erhält auf diese Weise 93,5 g/l n-Butansäure (entsprechend einer Extraktionsausbeute von 75,4 %) und von 1,9 g/l Essigsäure (entsprechend einer Extraktionsausbeute von 21 %) in der organischen Phase. Die Reinheit der n-Butansäure in Hexan liegt bei 98 %.
Das Konzentrat kann ebenfalls alternativ wie in Beispiel 2 behandelt werden (Verhältnis Lösungsmittel : wäßrige Phase, 5:1). Man gewinnt dann in der organischen Phase 21,7g/l n- Butansäure, was bezogen auf die Verdünnung, die durch das Verhältnis Lösungsmittel wäßrige Phase bedingt ist, eine Extraktionsausbeute von 87,5 % entspricht, und 0,52 g/l Essigsäure, entsprechend einer Ausbeute von 28 %. Die Reinheit der n-Butansäure in Hexan liegt bei 98 %. Man kann die organische Phase verdampfen oder eine enzymatische Veresterung wie im Beispiel 1 gezeigt durchführen.

BEISPIEL 4 : vergleichend

Beispiel 3 wird wiederholt, wobei das Hexan durch Ethylacetat ersetzt wird. Nach der Extraktion mit 5 Volumenanteilen organischer Phase pro Volumenanteil wäßriger Phase werden in der organischen Phase 23 g/l n-Butansäure (entsprechend einer Extraktionsausbeute von 95,5 % bezogen auf die Verdünnung, die durch das Extraktionsverhältnis gegeben ist) und 0,9 g/l Essigsäure (entsprechend einer Extraktrionsausbeute von 50 %) gewonnen. Der Reinheitsgrad der n-Butansäure beträgt lediglich 96 %.

BEISPIEL 5 : vergleichend

Die Fermentation wird durchgeführt, indem ein Stamm Propionobacterium pensenii IP 6435 eingesetzt wird. Es werden 3,6 l eines Fermentationsmediums hergestellt, das folgendes enthält:
Glucose 60 g/l
Hefeextrakt 5 g/l
NaCl 20 mg/l
CaCl&sub2; 20 mg/l
MnSO&sub4;, H&sub2;O 5 mg/l
FeSO&sub4;, 7 H&sub2;O 30 mg/l
KH&sub2;PO&sub4; 1,5 g/l
MgSO&sub4;, 7 H&sub2;O 0,6 g/l
Dieses Medium wird in einem 6 l großen Laborfermenter eingefüllt 40 Minuten lang bei 110 ºC in einem Autoklaven sterilisiert und anschließend, nach Abkühlen auf 35 ºC, wird der pH- Wert durch Zugabe von 10 %-igem Ammoniak (Gewicht/Volumen) auf 7,0 eingestellt. Dieses Medium wird schließlich unter anaeroben Bedingungen mit 400 ml Vorkultur des Stammes IP 6435 angeimpft. Der pH-Wert wird durch konstante Zugabe von 10 %-igem Ammoniak auf 7,0 eingeregelt.
Am Ende der Fermentation erhält man eine Maische, die 19 g/l Propionsäure und 13 gll Essigsäure enthält.
Man führt eine Extraktion durch, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist.
Nach der Trennung der Phasen durch Dekantieren gewinnt man in der Lösungsmittelphase lediglich 1,4 g/l Propionsäure (das entspricht einer Extraktionsausbeute von 6 %) und 0,9 g/l Essigsäure (das entspricht einer Extraktionsausbeute von 7 %).

BEISPIEL 6: kontinuierliche Extraktion

Man wiederholt Beispiel 3 mit dem durch Elektrodialyse erhaltenen Konzentrat, wobei die diskontinuierliche Extraktion mit Hexan durch eine kontinuierliche Extraktion in einem Perforator nach Jalade unter Rückfluß des Lösungsmittels bei einer Temperatur von 70 ºC ersetzt wird. Nach 24-stündiger Extraktion mit Hexan bei einem Verhältnis von 5 Volumenanteilen Hexan pro Volumenanteil der wäßrigen Phase erhält man 97 % der eingesetzten n- Butansäure (mit einer Reinheit von mehr als 99,5 %) und 6,7 % der eingesetzten Essigsäure.

BEISPIEL 7

Man wiederholt Beispiel 1, wobei das Hexan durch andere Kohlenwasserstoffe, die in der Tabelle 1 aufgeführt sind, wie lineare oder verzweigte Alkane, gesättigte oder ungesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffe ersetzt wird, und man führt die Extraktion so durch, wie sie in diesem Beispiel beschrieben wurde. Die Mengen der in den verschiedenen organischen Phasen erhaltenen Säuren werden in der Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1: Extraktion von n-Butansäure aus Fermentationsmaische mit verschiedenen Lösungsmitteln Extraktionsmittel Konzentration der n-Butansäure in der organischen Phase (g/l) Ausbeute der Extraktion der n-Butansäure (%) Konzentration der Essigsäure in der organischen Phase (g/l) Ausbeute der Extraktion der Essigsäure (%) Reinheit der n-Butansaure im Lösungsmittel (%) Pentan Cyclohexan Heptan Octan Isooctan Cyclohexen

BEISPIELE 8 bis 15

Man wiederholt Beispiel 1 mit Hexan und untersucht den Einfluß des pH-Wertes während des Ansäuerungsschrittes auf die Ausbeute der erhaltenen Butansäure. TABELLE II BEISPIEL AUSBEUTE %
Es scheint, daß die erhaltenen Ausbeuten bis zu einem pH von gleich 3 in etwa gleich sind. Oberhalb von 3 beginnen die Ausbeuten empfindlich abzunehmen.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von n-Butansäure ausgehend von einer Fermentationsmaische, die ein Gemisch von n-Butansäure und Essigsäure oder ihrer Salze enthält, bestehend aus einem Ansäuerungs- und einem Extraktionsschritt mit mindestens einem geeigneten Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) die Maische auf einen pH, der höchstens gleich 3 ist, angesäuert wird, unter den Bedingungen, daß ein Gemisch der Säuren, das n-Butansäure und Essigsäure enthält, in wäßriger Lösung hergestellt wird,

b) eine Extraktion der n-Butansäure mit mindestens einem aliphatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel mit mindestens fünf Kohlenstoffatomen und einem Siedepunkt, der unterhalb dem von n-Butansäure liegt, durchgeführt wird, wobei die besagte Extraktion in einem Volumenverhältnis zwischen dem Lösungsmittel und der Lösung, respektive, von 0,5 : 1 bis 10 : 1, durchgeführt wird, und zwei Phasen hergestellt werden, eine organische Phase, die den Großteil der n-Butansäure und einen kleineren Teil der Essigsäure enthält, und eine wäßrige Phase, die abgetrennt wird; und

c) die organische Phase eingedampft und die n-Butansäure gewonnen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 bei dem nach dem Schritt b) eine enzymatische Veresterung direkt in der organischen Phase durch Wirkung einer geeigneten Lipase unter Bedingungen zur Veresterung durchgeführt wird, dann die organische Phase gemäß Schritt c) verdampft wird und die n-Butansäure in veresterter Form gewonnen wird.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, bei dem die Maische mit Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure angesäuert wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Volumenverhältnis zwischen dem Lösungsmittel und der wäßrigen Lösung in Schritt b) 3 : 1 bis 6 : 1, respektive, beträgt.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel aus der Gruppe gewählt wird, die durch n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, n-Nonan, Isooktan, Cyclohexan und ihren Mischungen gebildet wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 bei dem vor dem Schritt a) die Maische durch Verdampfung um einen Faktor 1 bis 4 aufkonzentriert wird.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem vor dem Schritt a) die Maische durch Elektrodialyse aufkonzentriert wird, die einen Rückstand erzeugt, der in einem Kulturmedium für eine anschließende Fermentation wiederverwendet wird und ein Dialysat, das gemäß Schritt a) angesäuert wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Extraktionsschritt kontinuierlich bei einer Temperatur, die zwischen einschließlich Raumtemperatur und der des Lösungsmittels liegt, durchgeführt wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Fermentationsmaische einen Gehalt an n-Butansäure von über 10 g/l besitzt.