DE922126C

DE922126C - Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B-Konzentraten

Info

Publication number: DE922126C
Application number: DEA16565A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Bernhauer; Wilhelm Dr Friedrich
Original assignee: Aschaffenburger Zellstoffwerke AG
Current assignee: Aschaffenburger Zellstoffwerke AG
Priority date: 1952-09-23
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1955-02-21

Description

Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B1,-Konzentraten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B"-Konzentraten als Ausgangsmaterial zur Erzeugung von reinem Vitamin Bit.
Zur Gewinnung von reinem Vitamin Bit war man bisher entweder auf sehr teure Ausgangsmaterialien, wie Frischleber od. a., angewiesen, oder man mußte durch mikrobiologische Prozesse vitamin-B12 haltige Fermentationsflüssigkeiten erzeugen, die als Rohstoffe zur Gewinnung von Vitamin Bit dienen konnten. Auch derartige Ausgangsmaterialien sind recht kostspielig, da sie in eigenen Prozessen mit Hilfe besonderer gärungstechnischer Maßnahmen erzeugt werden müssen.
Die genannten Ausgangsmaterialien, wie z. B. Streptomyceten-Mycel, werden üblicherweise zur Freisetzung des Vitamins Bit mit Wasser erhitzt (vgl. z. B. britische Patentschrift 675 4Z4). Sodann werden die Feststoffe abgetrennt. Die nun anfallende Flüssigkeit wird zwecks Adsorption des Vitamins B12 üblicherweise mit Adsorptionsmitteln, wie z. B. Aktivkohle, Bentonit usw., behandelt, wie z. B. in der britischen Patentschrift 67o 86o und der USA.-Patentschrift 2 595 159 näher ausgeführt wird.
Außerdem ist bekannt, daß in tierischen und menschlichen Fäkalien Vitamin Bit bzw. vitamin-B" ähnliche Substanzen vorkommen (vgl. Callender et a1. Lancet 257, 57, 1949; Halbrook et a1. Poultry Science 29, 672, 679, 1950; Groschke, Michigan Agr. Exptl. Sta. Quart. Bull. 32, 503, 1950; Miller u. Groschke, MichiganAgr.Exptl.Sta.Quart.Bu11.32, 279, 1950; Davis & Chow, Proc. Soc. Exptl. Biol. Med. 77, 218, I951). Die Vitamin-B12 Menge ist aber in diesen Materialien so gering, daß seine technische Gewinnung hieraus keineswegs lohnend ist, ganz abgesehen davon, daß sich diese Materialien technisch nicht oder nur sehr schwer handhaben lassen.
Gegenüber diesem Stand der Technik wird erfindungsgemäß dadurch ein wesentlicher Fortschritt erzielt, daß als Ausgangsmaterial zur Vitamin-B12-Erzeugung der bei der Methangärung des Klärschlammes anfallende Faulschlamm verwendet wird. Die Schlammausfaulung durch Methangärung wird in den Kläranlagen notwendigerweise zwecks Entfernung eines unerwünschten Abfallproduktes, nämlich des Klärschlammes, im größten Ausmaß durchgeführt, wobei Faulschlamm in außerordentlich großen Mengen anfällt.

Die vorgeschlagene Verwertungsmöglichkeit des Faulschlammes stützt sich auf die Entdeckung, daß derselbe wider Erwarten erhebliche Mengen an Vitamin B12 enthält. Es konnte nachgewiesen werden, daß das Vitamin B12 während der Methangärung gebildet wird. Der Vitamin-B"-Gehalt des nicht vergorenen Frischschlammes, also in dem Zustand, wie er in die Faulräume gelangt, beträgt etwa o,o2 bis o,o5 mg/1 bei einem Trockensubstanzgehalt von etwa 5 °/o. Während der beim Ausfaulungsprozeß stattfindenden Methangärung steigt infolge der bakteriellen Tätigkeit der Vitamin-B1,-Gehalt bei einem Trockensubstanzgehalt von 8 bis i2 °/o auf o,25 bis i mg/1 an. Einen Überblick über den Vitamin-B12 Gehalt von Faulschlämmen aus verschiedenen Kläranlagen sowie von anderen, diesbezüglichen Materialien, wie Frischschlamm, Abwasser usw., gibt die nachstehendeTabelle. Vitamin-B"-Gehalt von Abwasserschlämmen gemäß dem Test mit einer Colimutante (a) und gemäß der Differenz nach Alkahbehandlung (b) in Gamma B"/ccm bzw. in Gamma je Gramm.

Klär- Trocken- Vitamin-B12-Gehalt

Art der Probe Substanz Bemerkungen

anlage pH- Feuchtprodukt Trockenprodukt a @ b a @ b

MSD Frischschlamm ....... - 6,4 0,01

MSD Faulschlamm . . . . . . . . 5,5 6,6 0,36 o,28 6,5 5,0 Emscher Brunnen

(etwa 25°)

USD Ausgefaultes Abwasser - 6,4 0,02 - - -

MSD Trockenschlamm ...... 60,4 6,4 1,2 0,4 2,0 o,66 Einige Wochen im

Trockenbeet

GSF Frischschlamm ....... 3,5 5,8 0,04 - 1,2 -

GSF Schwimmschlamm .... 4,2 6,5 0,7 0,5 16,6 ii,g

GSF Faulschlamm i ....... o,36 6,9 o,o6 - 16,6 - Unter dem Schwimm-

schlamm

' GSF Faulschlamm 2 ....... 3,8 6,9 0,4 0,3 10,5 7,9 Faulturm (etwa 2o°)

mittlere Tiefe

GSF Faulschlamm 3 ....... 8,2 6,9 o,68 0,52 8,3 6,3 Faulturm (etwa 2o°)

tiefste Stelle

GSF Tropfkörperschlamm .. 0,4 - 0,02 - - -

W I Faulschlamm . . . . . . . . io,6 6,9 0,45 0,32 4,2 3,0 Emscher Brunnen

(etwa 20°)

W I Trockenschlamm ...... 62,4 6,3 1,3 0,4 2,0 o,64 Einige Wochen

Trockenbeet

W II Schwimmschlamm .... 4,1 6,4 0,2 0,15 4,8 3,2

W II Faulschlamm i ....... 4,3 6,3 o,16 o,12 3,7 2,8 Faulturm (etwa 28°)

Mitte

W II Faulschlamm 2 ....... 13,2 6,9 0,5 0,35 3,8 2,7 Faulturm (etwa 28°)

tiefste Stelle

M Faulschlamm ........ 12,0 6,7 0,35 0,25 2,9 2,0 Emscher Brunnen

(etwa 21°)

M Trockenschlamm i .... 24,5 6,6 0,5 0,3 2,0 1,2 2 Tage Trockenbeet

M Trockenschlamm 2 .... 62,o 6,6 0,14 0,05 2,2 o,8 5 Wochen Trockenbeet

R I Faulschlamm ........ I 8,4 I 6,8 l 0,4 I 0,3 I 45 I 3,5 i Faulturm (etwa 2=°)

ST Frischschlamm ....... io,6 6,4 0,12 o,o6 1,1 o,6

ST Faulschlamm ........ 1o,8 7,0 0,45 0,35 4,1 3,5 Emscher Brunnen

(etwa 21')

ST Faulschlamm ........ 12,0 7,5 0,36 o,28 3,0 2,3 Faulturm (etwa 28°)

ST Trockenschlamm i .... 24,7 6,6 0,5 0,3 2,0 1,2 3 Tage Trockenbeet

ST Trockenschlamm 2 . ... 62,8 6,3 0,2 o,o6 3,2 o,g 3o Tage Trockenbeet

ST Trockenschlamm 3 .... 68,5 6,6 0,12 0,03 1,7 0,4 Jahrelang getrocknet

Klär- Trocken- Vitamin-B"-Gehalt

anlage Art der Probe Substanz PH Feuchtprodukt Trockenprodukt Bemerkungen

o% a I b f a b

I

ER Faulschlamm ........ 18,o 6,7 2,5 1,6 14,0 I 8,8 Faulturm (etwa 28°)

i 1 Tag Trockenbeet

ER Trockenschlamm ...... 63,0 6,3 1,8 o,6 2,8 0,9 4 Wochen Trockenbeet

EF Faulschlamm ........ 11,7 7,4 1,2 o,66 10,2 5,7 Faulturm (etwa 28°)

vorgefault

EF Faulschlamm ........ 13,7 7,8 1,4 0,8 10,2 5,8 Ebenso, ausgefault

1V I Faulschlamm ........ I I0,2 I 7,0 I 0,32 I 0,24 3,2 2,4 I Faulturm (etwa 28°)

Der Prozeß muß unter den für die 1iethangärung erforderlichen Bedingungen durchgeführt werden, also bei einem p,1-Wert von etwa 6 bis 7,5 und den üblichen Temperaturen von 2o bis 3o°. Die im Emscher Brunnen im Winter übliche Temperatur von 14 bis 16° kann zugleich mit der Verlangsamung und Herabsetzung der Methangärung auch eine Verminderung der Vitamin-B"-Bildung bedingen.

Es ist zwar beschrieben, daß Vitamin B12 durch verschiedenartige Mikroorganismen erzeugt werden kann, wie z. B. durch Streptomyceten, Bacillus megatherium, Propionsäurebakterien, Flavobacterium devorans, butylogene Clostridien und viele andere; es war aber bisher unbekannt, daß die bei der Methangärung vorherrschende Bakterienflora zur Vitamin-B"-Bildung befähigt ist. Es ist wohl auch bekannt gewesen, daß Vitamin B12 aus Belebtschlanun gewonnen werden kann, daß also die im Belebtschlamm vorhandenen Mikroorganismen Vitamin B12 zu bilden vermögen. In diesem Fall wild aber das Vitamin B12 durch eine oxybiontische Flora erzeugt, beim Faulschlammprozeß dagegen während der unter streng anaeroben Bedingungen verlaufenden Methangärung, also durch ganz andere Mikroorganismen. Es ist völlig neuartig und auf Grund der bisherigen Erkenntnisse keinesfalls vorauszusehen gewesen, daß bei der Methangärung des Schlammes so viel Vitamin B12 entsteht, daß dessen technische Gewinnung besonders lohnend ist.
Ein besonderer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß dabei die zur Schlammbeseitigung angestrebte und des öfteren durchgeführte Schlammfiltration mit einem aussichtsreichen anderen Prozeß kombiniert werden kann, insofern die Schlammaufbereitung in der hier vorgeschlagenen MTeise vorgenommen wird.
Das Verfahren kann in folgender Weise durchgeführt werden: Zur Herstellung von Vitamin-B12 Konzentraten geht man vorteilhafterweise vom feuchten Faulschlamm aus. Es zeigte sich nämlich, daß der in üblicher Weise getrocknete Faulschlamm bereits einen sehr beträchtlichen Teil seines Vitamin-B12 Gehaltes eingebüßt hat (vgl. Tabelle). Der Faulschlamm besitzt in dem Zustand, wie er anfällt, einen Trockensubstanzgehalt von etwa 8 bis ia °/o. Gemäß dem mikrobiologischen Test mittels Lactobacillus Leichmannii oder Lactobacillus lactis oder einer Colimutante enthält solcher Faulschlamm etwa o,25 bis 1 g Vitamin B"/cbm, wobei die auf Desoxyriboside, Methionin oder andere Wirkstoffe entfallende Aktivität (Restaktivität nach der Alkalibehandlung) bereits abgezogen ist (vgl. Tabelle).
Der feuchte Faulschlamm wird zwecks besserer Abtrennung der Feststoffe von der wäßrigen Lösung mit Klärmitteln, wie Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat, in Mengen von 0,4 bis o,8 °/o und zum Schutz des Vitamins B12 gegen Zerstörung mit so viel SO, oder Salzen der schwefeligen Säure versetzt, daß der SO,-Gehalt o,o5 bis o,2 °/o beträgt. Der p],-Wert soll im Bereich von 5 bis 8 liegen. Zur Freisetzung des Vitamins B12 erwärmt man sodann z. B. 3 Stunden auf 5o° oder 2o Minuten auf 105° oder 5 bis io Minuten auf 12o°. Dann trennt man den festen Anteil z. B. mittels einer Schlammzentrifuge oder mittels eines Saugfilters ab. Falls die so gewonnene wäßrige Lösung noch Schlamm- oder Trübungsstoffe enthält, können diese durch Ansäuern auf einen pH-Wert von 3 bis 5 ausgeflockt werden. Diese Anteile werden durch Zentrifugieren oder Filtrieren abgetrennt. Die resultierende, in der Regel klare Lösung enthält bei einem Trockensubstanzgehalt von 0,5 bis 1 °/o praktisch das gesamte im ursprünglichen Schlamm. vorhandene Vitamin B12. Bezogen auf Trockensubstanz entspricht dies etwa 5o bis ioo mg Vitamin B"/kg Trockensubstanz. Es ist daher, bezogen auf Trockensubstanz, eine Anreicherung des Vitamins B12 auf das zehn- bis zwanzigfache eingetreten. Dieses Material entspricht in seinem Vitamin-B12-Gehalt daher einer in bisher üblicher Weise mittels vitamin-B" bildender Mikroorganismen in einem kostspieligen und mühevollen Fermentationsprozeß gewonnenen Gärflüssigkeit.
Die in der beschriebenen Weise erhaltene Lösung kann wie folgt auf ein Vitamin-B.2-Konzentrat verarbeitet werden.
Der vitamin-B12 haltige Extrakt wird in der Kälte mit der erforderlichen Menge eines Adsorptionsmittels behandelt. Als solches bewährte sich z. B. Aktivkohle, Fullererde, Bleicherde usw. Das durch Zentrifugieren oder Filtrieren gewonnene Adsorbat wird sodann mit dem insgesamt zehnfachen Volumen eines geeigneten Elutionsmittel in mehreren Portionen in der Wärme eluiert. Als Elutionsmittel bewährten sich Mischungen von z. B. 7o Volumteilen Äthanol mit 3o Teilen Wasser oder von ro Volumteilen n-Butanol mit 9o Teilen Wasser. Durch Einengen des vitamin-B" haltigen Eluates auf den io. bis 2o. Teil des Volumens erhält man ein auf billige Weise gewonnenes und sehr wertvolles Ausgangsmaterial für die Reingewinnung von kristallisiertem Vitamin B12.
Man kann aber auch so vorgehen, daß man den in der beschriebenen Weise gewonnenen vitaniin-B12-haltigen Extrakt im Vakuum zu einem Konzentrat einengt und dieses dann noch gegebenenfalls zur Trockne bringt. Auch ein auf diese Weise erhaltenes Konzentrat oder Trockenprodukt eignet sich sehr gut zur Gewinnung von kristallisiertem Vitamin B12.
Die Schlammaufbereitung und Gewinnung der vitamin-B" haltigen Extrakte sowie zum Teil auch deren weitere Verarbeitung zu Konzentraten kann mit Vorteil vollkontinuierlich gestaltet werden. In diesem Fall benutzt man ein Behälter- oder Rohrsystem, in dem nach dem Zusatz der erforderlichen Ingredienzien der Faulschlamm, während seines fortlaufenden Durchflusses, z. B. mittels eines Dampfinjektors oder durch Versprühen in einen Dampfstrom, erhitzt wird. Anschließend wird der Schlamm, z. B: mittels eines Vakuumzellenfilters, kontinuierlich abgesaugt oder mittels einer mit einer Einrichtung zur automatischen Entleerung ausgestatteten Zentrifuge abgetrennt. Das resultierende Filtrat wird. dann in einem Vakuumverdampfer gleichfalls kontinuierlich verdampft und schließlich gegebenenfalls über einen Sprühwalzentrockner oder einen Krausetrockner auf ein vitamin-B12 haltiges Trockenprodukt verarbeitet.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispiel i i cbm feuchter Faulschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa io °/o und einem Vitamin-B",-Gehalt von insgesamt o,5 g wird mit einer Lösung von 6 kg Eisen (III)-chlorid und i kg Natriumbisulfit versetzt und bei einem pH-Wert von 6 bis 7 1/2 Stunde auf 8o° erwärmt. Nach dem Absaugen des Schlammes über ein Vakuumzellenfilter wird das praktisch klare Filtrat (etwa 75o 1) mit 7,5 kg A-Kohle in der Kälte innig gemischt. Das durch Zentrifugieren gewonnene Adsorbat wird mit insgesamt 75 1 einer Mischung von io Volumteilen n-Butanol und go Teilen Wasser in mehreren Portionen aufgekocht und heiß filtriert. Das erhaltene Eluat wird durch Vakuumdestillation auf ein Volumen von 51 eingeengt. Dieses Konzentrat enthält nun 300 mg Vitamin B12 (6o mg/1) und kann mit Vorteil auf kristallisiertes Vitamin B12 verarbeitet werden. Beispiel 2 i cbm feuchter Faulschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 8 °/o und einem Vitanvn-B"-Gehalt von insgesamt 420 mg wird mit einer Lösung von 8 kg Aluminiumsulfat und i kg Natriumbisulfit versetzt und bei p$ 6 bis 7 2 bis 3 Stunden auf 50° gehalten. Nach dem Abzentrifugieren und Auswaschen des Schlammes wird das Filtrat auf einen pH-Wert von 4 angesäuert und nochmals zentrifugiert. Der so vorbereitete Extrakt, etwa i cbm, wird anschließend neutralisiert. Falls hierbei weitere Ausflockungen entstehen, muß nochmals zentrifugiert werden. Das klare Filtrat wird anschließend imVakuum 'auf etwa Zoo 1 verdampft. Dieses Konzentrat wird auf einen Walzentrockner zur Trockne gebracht. Man erhält io kg eines Trockenproduktes, das insgesamt 340 mg Vitamin B12 enthält (34 mg Vitamin B"/kg) und ein günstiges Ausgangsmaterial zur Gewinnung von kristallisiertem Vitamin B12 darstellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B1,-Konzentraten, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoffe Faulschlamm oder andere durch Methangärung erzeugte Produkte verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man den vitamin-B12 haltigen Faulschlamm oder andere durch Methangärung erzeugte Produkte mit Klärmitteln, wie z. B. Eisenchlorid oder/und Aluminiumsulfat in einer Menge von o,2 bis i,o °/a versetzt, auf einen S OZ Gehalt von o,o5 bis o,2 °/o bringt, bei pH 5 bis 8 auf Temperaturen von 5o bis i2o° erhitzt und durch Filtration oder Zentrifugieren eine vitamin-B" haltige wäßrige Lösung gewinnt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man erforderlichenfalls die in dem gemäß Anspruch 2 gewonnenen vitamin-B"-haltigen wäßrigen Extrakt eventuell enthaltenen Trüb- und Schlammstoffe durch Einstellen eines pH-Wertes von 3 bis 4 zur Abscheidung bringt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den vitamin-13,7 haltigen Extrakt mit geeigneten Adsorptionsmitteln, wie Aktivkohle, Fullererde, Bleicherde usw., behandelt, das vitamin-B12 haltige Adsorbat sodann eluiert und das Eluat zu einem Vitamin-131,-Konzentrat verdampft.
5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den vitamin-B" haltigen Extrakt unmittelbar im Vakuum zu einem Konzentrat verdampft und dieses auf ein Trockenprodukt verarbeitet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinnung der vitamin-B" haltigen Filtrate und deren Verarbeitung auf Konzentrate kontinuierlich gestaltet wird. Angezogene Druckschriften: Helvetica Chimica Acta, 1952, Heft i, S. 3o7; Zeitschr. f. Vitamin-, Hormon- u. Fermentforschung, 1952, Heft i, S. 68; Klin. Wochenschrift, 1951, Heft 45/46, S. 77o.