DE698905C

DE698905C - Herstellung von Gaerungscitronensaeure

Info

Publication number: DE698905C
Application number: DE1938B0185012
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Nebe
Original assignee: Byk Gulden Lomberg Chemische Fabrik GmbH
Current assignee: Takeda GmbH
Priority date: 1938-10-25
Filing date: 1938-10-25
Publication date: 1940-11-19

Description

Herstellung von Gärungseitronensäure Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Citronensäure auf dem Gärungswege mittels Schimmelpilzen. Eine derartige biologische Herstellung von Citronensäure führt man bekanntlich vor allem unter Zuhilfenahme von Schimmelpilzen der Gattungen Aspergillus, Citromyces, Mucor usw. durch, wobei sich die Aspergillusarten als die besten Säurebildner erwiesen haben. Als Nährboden verwendet man hierbei vorzugsweise eine Melasselösung oder eine andere zuckerhaltige Flüssigkeit, deren Zuckergehalt etwa zo°/o beträgt. Die Gärung erfolgt in flachen Schälen, etwa aus Aluminium. Der Pilz entwickelt sich zumeist sehr kräftig und überzieht schließlich die gesamte Flüssigkeit mit einer Mycelschicht, die auch bald Sporen ansetzt. Unter dieser Decke=kommt es dann zur Vergärung des Kohlehydrates zu Citronensäure.
Hierbei erweist sich die beschleunigte Bildung der Myceldecke von ganz erheblicher Bedeutung, nicht nur weil hierdurch der Säuerungs'prozeß eher in Gang kommt. und dadurch der Gesamtprozeß beschleunigt wird, sondern auch weil hierdurch die Gefahr einer Fremdinfektion in erheblichem Maße zurückgedrängt wird.
Es ist nun aus zahlreichen Veröffentlichungen -bekanntgeworden,. daß bei der Herstellung der Citronensäure auf diesem Wege neben anderen Nährsalzen insbesondere die Gegenwart von Stickstoffverbindungen als Nährgrundlage für den Mycelaufbau erforderlich ist. Im allgemeinen verwendet man als Stickstoffquelle Ammoniumnifrat; es werden aber auch Eiweißstoffe, wie z. B. Peptone, mit gutem Erfolge zur Anwendung gebracht: Es ließ sich nun feststellen, daß es durch ga,r_j

zu reichliche Stickstoffgaben zu einem s"

üppigen Mycelwachstum kommt; däß ab ei überraschenderweise keine oder nur wenig Citronensäure gebildet wird. Kotowski (Arch. sciences biol. Moskau 30, 303 bis 308, 1930) schlägt daher vor, nur so viel Stickstoff zu verwenden, daß dieser im Laufe des ersten oder zweiten Tages verbraucht wird. Am günstigsten soll eine Gabe von. ö, 5 °1o Ammoniumnitratsein. Kostytschew und Tschesnokow (Chemisches Zentralblatt 1928, 1I, 452) nehmen an, daß es zu einer alleinigen Bildung von Citronensäüre nur kommt, wenn nach einer Phase der Zufuhr von Stickstoff, der dem vegetativen Aufbau des Mycels dient, die Stickstoffzufuhr unterbrochen wird und dem Pilz nur noch Kohlehydrate geboten werden, so daß eine Stickstoffassimilation nicht mehr erfolgen kann. Im Gegensatz hierzu ist in der Patentschrift 4613 56 zum Ausdruck gebracht, daß dem Stickstoffgehalt der Nährlösung bei sonst gleichen Bedingungen keine ausschlaggebende Rolle zukomme.
Es wurde nun gefunden, daß diese Ansicht bei Verwendung von Melasse als Nährgrundlage aus dem Grunde richtig ist, weil diese bereits von Natur aus die benötigten Nährsalze und dabei auch solche mit Stickstoff im Molekül in ausreichender Menge enthält. Es zeigte sich sogar, daß der vorhandene Stickff nicht aufgebraucht wird, sondern daß . n nach erfolgter Gärung noch etwa 1,4 °% Stickstoff finden kann. Andererseits blieb ein Zusatz von Ammoniumsalzen oder auch von Harnstoff zur Melasse ohne Einfluß.
Überraschenderweise ergab sich aber, daß gewisse organische quartäre Ammoniumsalze, namentlich bei Verwendung von Melasse als Kohlehydratqüelle in ganz erheblichem Maße befähigt sind, eine wesentliche Beschleunigung des Deckenwachstums herbeizuführen, so daß man bei Verwendung guter Pilzstamme nicht nur sehr schnell, sondern auch mit vorzüglicher Ausbeute Citronensäure zu erzeugen vermag. Diese Wirkung ist um so überraschender; weil es. sich bei diesen Zusätzen unzweifelhaft um-Verbindungen handelt, denen ihrer Konstitution nach stimulierende Wirkungen zugeschrieben werden können, aber nach der Ansicht von Bernhauer (Die oxydativen Gärungen, rg22, S.87) Wachstumstimulantia in .der Regel ungünstig wirken. , Nach vorliegender Erfindung verwendet man als Gärbeschleuniger quartäre Ammoniümsalze der folgenden allgemeinen Formeln worin Y einen Säurerest, R einen nichtsubstituierten oder durch neutrale Gruppen substituierten Benzolrest; R', R" und R"' einen Alkyl- oder Aralkylrest, RS einen Alkyl-, Aralkyl- oder Arylrest, A Wasserstoff, eine Aminogruppe oder einen Alkyl-, Aralkylader Arylrest, K Sauerstoff, Schwefel, die Gruppierung = CRR' oder - CH = CH -, Z aber = N - C =, - CH = CH- oder Phenylen bedeutet, wobei ein mit dem heterocyclischen Ring verbundener Benzolring durch neutrale Gruppensubstituiert sein kann.
Unter den brauchbaren Verbindungen dieser allgemeinen Formeln seien hier nur die folgenden aufgezählt: Dimethylbenzylphenylammoniumchiorid (o,2), Äthylchinoliniumjodid, 2-Aminoäthylthiazoliumjodid, 2-Arninoäthylpyridiniumjodid, Benzylchinoliniumchlorid, Methylimino-C-methyl-N-methylthiobiazolinjodäthylat, - a-Methylbenzthiazoljodäthylat, 2-Methylmethylcninöliniummethylsülfat. Man benötigt von diesen Zusätzen etwa I bis 2 1/o, berechnet auf die angevyandte Menge des vergärbaren Kohlehydrats, also vorzugsweise des verwendeten Zuckers. Lediglich beim erstgenannten Salz erhält man mit 2'°% noch bessere Ergebnisse als mit I °/o.
Die Wirkung der Zusätze macht sieh sowohl in kleineren Ansätzen, also etwa im Erlenmeyerkolben, als auch in größeren Ansätzen (Aluminiumschalen von 27X40 cm im Brutschrank und feit Aluminiumschalen von 60X83 cm in Gärkammern) bemerkbar, alle Versuche zeigten die gleiche erhebliche Verbesserung. Während bei den Vergleichsversuchen; bei denen also derartige Mittel nicht zugesetzt wären, in der Regel erst nach 24 Stunden eine weitergehende Keimung der Sporen zu beobachten war, erhält man mit den Zusätzen in gleicher Zeit bereits eine fest geschlossene Decke. Spätestens am dritten Tage, in der Regel aber schön am zweiten Tage; ist diese völlig mit Sporen bedeckt: Nachstehend sollen noch einige Werte angegeben werden, die die erzielbare Wirkung verdeutlichen Eine Gärung ohne Zusatz ergab nach 8 Ta-w: gen 28,7 bis 36,7°/0 des Zuckers als Citronen-isäuge. Nach Zusatz von 0,25 0/0 . (Gesamtvolumen -des Ansatzes) 2-Methylmethylchinoliniummethylsulfat erhielt man 3q.;2°/0 bis q.2,70/0 Citronensäure. Brachte man einen Zusatz von nur o,1 0% zur Anwendung, so ergab . der gleiche Stamm, der vorher q.2,70/0 gegeben hatte; jetzt q.8,3°/0. 6-Methylmethylchinoliniumbromid gab 44, i 0/0. 2, 4.-Dimethylmethylchinoliniumjodid eine Ausbeute von q2,0°/0, 't ü@ethylbenzylphenylammoniumchlorid sogar

Claims

PATrNTANSPRUCH: Die Verwendung von quartären Ammoniumverbindungei@ bzw. Cycloammoniumverbindungen von der allgemeinen Formel worin Y einen Säurerest, R einen nichtsubstituierten oder durch neutrale Gruppen substituierten Benzolrest, R', R" und R"' einen Alkyl- oder Aralkylrest, R, einen Alkyl-, Aralkyl- oder Arylrest, A Wasserstoff, eine Aminogruppe oder einen Alkyl-, Aralkyl- oder Arylrest, X Sauerstoff, Schwefel oder die Gruppierung .=CRR' oder -CH=CH-, Z aber =N-C-, -CH=CH- oder Phenylen bedeutet, wobei ein mit dem heterocyclischen Ring verbundener Benzolring durch neutrale Gruppen substituiert sein kann, als Gärbeschleuniger bei der Gewinnung von Citronensäure auf .gärtechnischem Wege, zweckmäßig in Mengen von r bis höchstens 20/0 des angewandten vergärbaren Kohlehydrates der Nährlösung, vorzugsweise der Melasse.