-
Verfahren zur Gewinnung von Glucosaminhydrochlorid sowie von Huminstoffen
aus bei der Fettextraktion von verfetteten mycelbildenden Mikroorganismen anfallenden
Rückständen Es wurde gefunden, daß man auf einfache Weise Gluc6saminhydrochlorid
sowie Huminstoffe aus bei der Fettextraktion von verfetteten mycelbildenden Mikroorganismen
anfallenden Rückständen gewinnen kann, wenn man zunächst durch mehrmalige Behandlung
der Rückstände mit verdünntem Alkali bei bis zu iio' ansteigenden Temperaturen,
gegebenenfalls unterDruck, die vorhandenen Proteine entfernt, worauf man das protein,freie
chitinreiche Rückstandsmycel nach Quellung mit Wasser einer Hydrolyse mit starker
oder gasförmiger Salzsäure unterwirft und die sich aus der Salzsäur,eilösung abscheidenden
Huminstoffe gewinnt und aus der eingeengten salzsauren Lösung das Glucosaminhydrochlorid
durch Kristallisation, abscheidet.
-
Ausgangsstoffe sind allgemein verfettete SchimnicIpilze,
d,. h. Mikroorganismen, die unter solchen Bedingungen, gezüchtet worden sind,
daß eine erhöhte Fettbildung stattgefunden hat. Die als Ausgangsmaterial verwendeten
verfetteten Mikroorganismen könnendabei nachbeliebigenVerfahren,
z.
B. auf Oberflächen, in, Schalen, oder subniers gezüchtet werden. Verwendbare Schimmelpilze
sind hauptsächlich Askomyceten" wie z. B. Fusarienarten, Penicillium- und Aspergillusarten
und die chitinhaltigen Fungi imperfecti.
-
Die Fettextraktion erfolgt aus den verfetteten Mikroorganismen zweckmäßig
nach einer Vorbehandlung mit niederen Alkoholen oder Ketonen mit Fettlösungsmitteln,
wie Benzin, Petroläther, Trichloräthylen, u. dgl. Diese Vorbehiandlung ist einmal
wichtig zur Erleichterung der Extraktion; zum andern ergibt sich dabei ein besonders
lockeres, porös-es, leicht zu verarbeitendes Rückstandsmycel, Der Gang einer Aufarbeitung
dieses Rückstandsmycels sei nachstehend am Beispiel des Fusariums geschildert, welches
verfottett und in der oben beschriebenen Weise vom Fett befreit wurde.
-
Der lockere, poröse, hell gefärbte Extraktionsrückstand wird zunächst
mit der 2o- bis 40fachen Gewichtsmenge Wasser einige Zeit verrührt und nach seiner
Atifquellung langsam auf 35 bis 40' eTwärmt. Die gelbe Lösung wird abgesaugt
und der nachgewaschene Rückstand mit der 20fachen Menge o,i%iger Natronlauge bei
6o bis 70' versetzt. Nach einiger Zeit nimmt die Menge des ge-
lösten Eiweißes,
die je nachder Beschaffenheit dies -Materials zwischen 7 bis --5 %
der Trockensubstanz ausmacht, nicht mehr weiter zu. jetzt wird die Alkalibehandlung
unterbrochen und auf alkalibeständigen Tüchern abgesaugt. Anschließend wird der
Rückstand mit i%i-ger Natronlauge bis go' etwa i Stunde erwärmt. Die Lösung wird
gelb bis braun und zweckmäßig abgetrennt, bevor die eigentliche Kochung bei
bis auf iio' ansteigenden Temperaturen vorgenommen wird, um eine zu starke Verfärbung
der Lösung und der eigentlichen Gerüstsubstanz zu vermeiden. Zwischen der Vor-und
Hauptkochung wird zweckmäßig mit heißem Wasser bis zur weißen Farbe des festen Rückstandes
ausgewaschen. Die Hauptkochung erfolgt nur mit einer i%igen Natronlauge, gegebenenfalls
unter Druck. Man erhält einen vollkommen weißen, sehr großoberflächiglen Rückstand
(Gerüstmycel), dessen Wachstumsformen noch erhalten, sind und der leicht filtrierbar
ist.
-
Wird mit Alkohol entwässert und, mit Äther nachgewaschen, so erhält
man 28 bis 300/0 eines leichten" kurzfaserigen-, weißen Materials, ähnlich
der Cellulose mit,einem St-ickstoffgelhalt von 3,8 bis 4,0'/0.
-
Es, zeigte sich, daß dieses Produkt einer ziemlich konstanten Zusammensetzung
mehrerer Stoffe mit etwa 45 bis 55 0/0 Chitin entspricht.
-
Diese noch feuchte Masse rührt man in gekühlte verdünnte Salzsäure
vom spez. Gewicht i,io ein und sorgt durch längeres Rühren für möglichste Homogenisierung.
Um nun eine vollkommene Lösung des Chitins in der Kälte, zu, erzielen, erhöht man
die Salzsäurekonzentration durch Zugabe hoch konzentrierter Salzsäure oder durch
Zuleiten von gasförmigem Chlorwasserstoff. Die unlösliche Komponente scheidet, sich
dabei aus. Diese wird nach 8- bis iostündigem Stehen und bzw. oder nach Erwärmen
auf 5o bis 6o', wobei die Depolymerisation durch Messung der absinkenden Viskosität
der Lösung verfolgt werden kann, über Asbest oder anderen säurüfesten, Filtern,
abgesaugt. Die Entfernung dieses Anteils ist von Wiatigkeit, da festgestellt wurde,
daß seine Gegenwart zu einer verringerten Glukosaminausbeute führt. Ist# die
Ab-
trennung des unlöslichen Teiles erfolgt, so ergibt sich eine mir schwach
verfärbte Lösung mit niedriger Viskosität.
-
Die nach dem beschriebenen Verfahren gelöste, depolyrnerisierte und
von unilöslichen Stoffen be-
freite Lösung ist nach i- bis 2stündigern Sieden
genügend,d.h. bis zur Abscheidung eines amorphen, schwarzen, leicht filtrierbaren
Huminstoffes durchhydrolysiert. jetzt läßt man erkalten, filtriert die Huminstoffe
ab, schüttelt oder kocht das Filtrat mit Aktivkohle auf, filtriert nochmals und
engt so lange ein, bis sich geschlossene Kristalldecken auf der Oberfläche zu bilden
beginnen, welchei mehrmals eingedrückt werden, wodurch die Kristalle auf
der Boden sinken. Die Einengung kann zweckmäßig auch unter Anwendung von
Vakuum erfolgen. Das Rohkristallisat wird abgesaugt, abermals warm gelöst in Wasser,
mit Aktivkohle behandelt, filtriert und im Vakuum zur Kristallisation gebracht.
Man, erhält auf diese Weise monoklin-sphenoidische, farblose Kriställehen von groß,eT
Reinheit. Die Mutterlaugc, welche noch Glukosaminhydrochlorid gelöst enthält, wird
zweckmäßig durch Vermischen mit Alkohol oder Alkohol-Äther-Gemisch 2 : I,
oder durch weiteres vorsichtiges Einengen kristallisiert. Die Ausbeute liegt, beizogen,
auf vorhandenen Stickstoff, im Ausgan,gsmaterial 'bei 70 bis 800/0.
-
Die während der hydrolytischen Aufspaltung abgeschiedenen Huminstoffe
sind hochmoleku-lare Stoffe mit geringem Stickstoffgehalt und sehr wenig Asche.
Sie werden mit heißem Wasser bis auf eincni geringen Chlorgehalt ausgewaschen und
getrocknet. Im trockenen Zustand sind sie braune, leichteMassen, mit starkerFärbekraft.
Sie reagieren schwach organisch sauer, sind jedoch keine Huminsäuren. Sie fühlen
sich fettig an, weil sie noch Spuren, von Fettsäuren, enthalten' welche mittels
Fettlösungsmitteln leicht entfernt und gewonnen werden können. Für die technische
Verwendung bestiehen Möglichkeiten z. B. darin, sie als Pigmentfarben direkt zu
verwenden. Werden sie einern gelinden, Glühprozeß unterworfen, so entstehen, da
sie nur schwer verbrennlich sind, infolge der Kohlenstoff retention des unbrennbaren
Stickstoffs ti&schwarze, samtweiche Massen von inten# siver Schwarzfärbekraft.
Diese sind neutral, fast aschefrei und vielseitig im Tapeten-, Zeitungs-, Buchdruck
u. dgl. zu verwenden. Eine besonders günstige Wirkung besitzen sie, auch zur Herstellung
von schwarzen Schuhkremen an Stelle der dort üblichen Gas- oder Ölruße.
-
An Stelle der Behandlung mit verdünnter Natron-lauge kann man, auch
eine Behandlung mit anderen verdünnten Alkalien vornehmen.
Es ist
bereits beobachtet worden, daß man durch Hydrolyse von chitinhaltigem Material aus
Steinpilzen neben Cilucosaniinli#"dro(2hlorid schwarze humose Nlassen erhalten kann,
welche Beobachtung von anderer Seite freilich nicht bestätigt worden ist, doch wird
hierdurch nicht nahegelegt, daß man aus entfetteten mvcell)i1,clenden, Mikroorganismen
32handlung mit schwachem durch mehrmalige Alkali unter gewissen Bedingungen, das
Eiweiß entfernen muß, um durch salzsaure Hydrolyse des verbleibenden chitinhaltigen
Materials neben Glucosaminhydrochlorid Huminstoffe zu gewinnen.
-
Der Erfolg dieses Verfahrens muß auch gegenüber der Tatsache überraschend
erscheinen, daß der Cbitingehalt von iiivcell)ilden,den Mikroorganismen bekannt
ist, und daß es gleichfalls bekannt ist, solches Chitin mittels starkem Alkali teilweise
zu düsacetylier,eii. Die an sich gleichfalls bekannte salzsaur-e 1-1#,clr(>lvse
würde aber bei den Produkten des tützterwähnten Verfahrens zu ganzen anderen Erzeugnissen
führen, als sie hier erhalten werden. B c i s p i e 1 1
51,9
kg cities lZückstandes aus der Extraktion von verfettetun Fusarien mit
8,31 0/0 Stickstoff in der Trockciisubstanz werden in einem heizbaren Behälter
mit Plattenrührer in 2 cbm kaltem, möglichst reinem Wasser (Kondenswasser) mehrere
Stunden gut verrü#hrt und anschließend mittels Dampf kurze Zeit auf 5o' erwärmt.
Die warme Lösung %#,-ircl über eine Nutsche filtriert, das g-e#l#1),e Filtrat abgetrennt
und der nachgewaschene, ziemlich trockene lZückstand erneut im glcichein Rührbehälter
mit 2 cbm o,i%i,#,-er Natronlauge auf 6o' ärmt. Nach etwa 2-angew, bis 6stündigern
Rühren ist die optiniaJe Eiweißkonzentration in Lösung erreicht, worauf auf der
gleichen Nutscbe abgesaugt wird. Der lZückstand wird so trocken gesaugt als nur
möglich und möglichst ohne längere Unterbrechung der Verkochung mit 2 cbm i0/eiger
Natronlatige unterworfen. Nach istündigem Rühren bei 8o bis go' ist eine gelbbraune
Lösung entstanden, welche vor der Hauptkochung ebenfalls abgesaugt wird, damit die
hierin befindlichen Abbausubs , t , aiiz(2ii 'nicht zur Verfärbung
des Restmyc-eils führen. Bevor man die Hauptkochung vornimmt, wird so lange mit
heißem Wasser auf der Nutsche gewaschen, bis ein fast weißes Mycel zurückbleibt,
dann wird abermals möglichst trocken gesau,'t und die Hauptkochung mit i%i,gcr Natronlatige
(2 Cl)M) bei 98 bis ioo' etwa i Stunde lang unter kühren durchgeführt. Nach
Absaugen und Auswaschen mit lici13em und kaltem Wasser hint,erl)l#c,i#l)t auf der
Nutsche ein rein weißes, kurzfaseriges 1Zückstati(Ism#,cel von außerordentlich großoberflächiger
11.eschaffenheit. Es besitzt eine auffallende Saugf;#lil",keit für Wasser. Will
man wasserfreie Ware erzielen, so rührt man zweckmäßig das al)",csaugte \lycel in
etwa i bis 1,5 cbm hochprozentigen Alkohol, läßt einige Stunden durchrühren und
saugt ab. Nach Trocknung bei 8o' im Umlufttrockenschrank oder ähnlichen Apparaten
erhält inan i Z,
##, i k- = 29, 1 0/9 gereinigtes chitinreiches
Rückstandsmycel. Es enthält 3,790/0 Stickstoff nach Kjeldah#l.
-
B e i s p i e 1 2
io kg des mit Wasser und o,.i%iger
Natronlatige vorbereiteten Rückstandes werden, z. B. in einem Stahlautoklaven für
io atü bei 3 -bis 4 atü und i io' statt i Stunde nur 30 Minuten mit 3001
o,i%iger Natronlauge unter Rührcn verkocht. Das anfallende Rückstandsmycel ist von
tadellos re.-in weißer Farbe. Man kann den homogenen Brei auf einer Zentrifuge abschltudern
und mit heißem und kaltem Wasser nachwaschen, schließlich auf der Zentrifuge mit
Alkohol decken und erhält nach dem Trocknen 2,830 kg rein-es Gerüstmycel
mit 3,91 0/0
Stickstoff. B#eisPiül 3
5 kg dies nach Beispi,cil
i gewonnenen gereinigten Rückstandsmvcels werden in trockenem Zustand feinst vermal#len
und mit so viel Was#ser eben durchfeuchtet, daß ein-ei Quellung eintritt; dann wird
portionsweise- gekühlte Salzsäure, D = i,ig (37%ig) unter Umrühren der Masse
zugegeben. Es tritt eine weitere starke Quellung ein:, unter Auftreten einer typischen
blauvioletten Färbung. Nachdem 6o bis 8okg Salzsäure zugesetzt sind, hat sich eine
dicke geilierte Masse gebildet mit hoher Viskosität. Man überläßt diese Masse ohne
weitere Kühlung io bis 12 Stunden sich selbst, wobei eine merkliche Verflüssigung
eintritt. Dann wird langsam erwärmt; die abdestillierte Säure kann in geeigneten
Vorlagen kondensiert werden. Nach etwa 2stündiglem Kochen unter Rückfluß erhält
man eine braune Lösung, in der sich amorphci schwarze Massen klar abgeschieden haben.
Man läßt erkalten, saugt die amorphen Massen ab und cntfärbt,die Lösung durch Zugabe
von, 250 g Aktivkohle. Die Lösung ist nach abermaliger Filtration schwach
gelbbraun, gefärbt, klar und scheidet nach Einengen bei 8o' unter Gewinnung der
abgehenden Salzsäure sehr bald kristallines Glukosaminhydro,-chlorid a,1). Darauf
saugt man ab, wäscht mit verdünnter Salzsäure nach und erhält so o,98okg an weißen
Glucosaminhydrochlori,dkristall-en (etwa 400/9 Ausbeute, bezogen auf gereinigtes
Rückstandsmycel).
-
Die Umkristallisation erfolgt z. B. zweckmäßig aus wäßriger Lösung
unter abrmaliger Entfärbung mittels Aktivkohle. Beim Eindampfen bei io 1)
' is 20 MM Vakuum und 24 bis 28' erhält man Kristalle von monoklin-sphenoidischer
Ausbil-dung.
-
Beim Einengen oder durch, Zugabe von Alkohol-Äth,er-Gcmisch gewinnt
man noch weitere! 5%. BC i SP iel 4 6oog nach Beispiel i gereinigtes Rückstandsm3-cel
werden in
300 ccm Wasser suspendiert; darin wird unter Kühlen so lange gasförmiger
Chlorwasserstoff eingeleitet, bis sich, das Mycel unter vorübergehender Blauviolettfärbung
fast vollkommen gelöst hat. Dann wird auf dem Dampfbad
unter Rückfluß
erwärmt; die abgehende Salzsäurc wird in ein-en zweiten Ansatz geleitet. Nacli etwa
2- bis 4stündigem Kochen ist der Abbau unter Abscheidung der Huminstoffe vollendet.
Die weitere Aufarbeitung geschieht nach Beispiel
3. Die Ausbeute an Glucosaminhydrochlorid
beträgt
236,2 g = 39,3 0/-- (Abscheidung der Kristalle durch Zugabe
von Methanol). Beispiel
5
Die bei der Durchführun.g des Beispiels
3 anfallenden amorph-en dunklen Massen (Huminstoffe) werden nach Filtration
mit kochendem und kaltem Wasser sowie mit Alkohol und Äther ausgewaschen und bei
105' getrocknet. Es fielen 8,6% fettfreier Huminstoffe an. In anderen Fällen wurden
bis
ZU 21,1 % Humin#stoffe gewonnen. Diese zeigen etwa folgende elementar-analytische
Zusammensetzung:
| 0/0 C % H % N % Asche |
| 66,82 4,95 1,22 0,134 |
| 66,65 4193 IJ7 (1,56) |
Die braunen leichten Massen wurden in einer Retorte ohne Überleiten von Stickstoff
oder in einem eisernen! Rohr unter Stickstoff verglüht. Die eingehaltenen Temperaturen
betrugen, zwischen 39o bis 51o". Der samtweiche, schwarze Rückstand hat die Eigenschaft,
wenn er wenig angewärmt an die Luft gebracht wird, unter Aufglühen weiter zu brennen.
Wird im Stickstoffstrom abgekühlt, so
be-
trägt die Ausbeute zwischen
48,8 bis
65 0/0, bezogen auf das eingesetzte Material.