DE941184C - Verfahren zur Vergaerung von Zuckerloesungen zu Butanol, Aceton und Aethylalkohol mit Hilfe von Butanolbakterien - Google Patents

Description

• Verfahren zur Vergärung von Zuckerlösungen zu Butanol, Aceton und Aethylalkohol mit -Hilfe von Butanolbakterien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergärung zuckerhaltiger Flüssigkeiten zu Butanol, Aceton und Äthylalkohol mit Hilfe von butanolbildenden Bakterien.
• Es ist seit langem bekannt, zuckerhaltige Flüssigkeiten, wie Maismaischen, Melasselösungen, Holz- und Pflanzenhydrolysate, mit Hilfe von butanol- und acetonbildenden Bakterienstämmen zu vergären. Solche Bakterienstämme sind z. B. Clostridium acetobutylicum (Weinmann) und Clostridium felsineum. Der Abbau der Kohlehydrate zu Butanol, Aceton und Äthylalkohol erfolgt über zahlreiche Zwischenstufen, die noch nicht restlos aufgeklärt sind. Als erwiesen kann jedoch gelten, daß Buttersäure und Essigsäure als Zwischenprodukte des Gärprozesses entstehen, die anschließend in Butanol und Aceton umgewandelt werden. Diese Säuren entstehen in der ersten Phase der Gärung und erreichen ihr Maximum in der Gärflüssigkeit nach 12 bis 2o Stunden, während in der zweiten Phase der Gärung eine Abnahme der Säuren und eine Zunahme von Butanol und Aceton fest- _ gestellt werden kann. Gute Ausbeuten an Butanol und Aceton sind abhängig von dem Gleichgewicht der in der ersten Gärphase auftretenden Menge an Essig-und Buttersäure.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Gehalt an Essigsäure und Calciumacetat in Gärflüssigkeiten, die arm daran sind, künstlich zu erhöhen, und zwar in der Gesamtgärmaische, um dadurch eine erhöhte Ausbeute an Butanol und Aceton und einen sicheren Gärverlauf zu gewährleisten.
• Es wurde nun gefunden, daß auch ohne Zugabe von Calciumacetat zur Hauptgärung Höchstausbeuten an Butanol und Aceton erzielt werden können, wenn nur den Vorgärmaischen Calciumäcetat oder Essigsäure hinzugefügt wird.
• Butanol-Aceton-Gärungen werden in der Art durchgeführt, daß, ausgehend von einer Laboratoriumskultur, mehrere, mindestens zwei bis drei Vorgärstufen vor Einleitung der Hauptgärung zum Ansatz kommen, wobei jeweils in der folgenden Stufe etwa die zwanzigbis vierzigfache Flüssigkeitsmenge vergoren wird. Werden während der Hauptgärung z. B. ioo cbm Gärflüssigkeit zur Gärung angesetzt, so dienen zur Beimpfung derselben 5 cbm 'gärende Würze, die wiederum mit 250 1 Würze beimpft wurde. Wenn also erfindungsgemäß während der Hauptgärung der Zusatz von Calciumacetat unterbleiben kann, ohne die Ausbeuten zu vermindern, so ergibt sich daraus eine besonders wirtschaftliche Gärführung. Bei Zugabe von 0,4 % Calciumacetat, bezogen auf die Gär-Flüssigkeit, eine Menge; die sich als vorteilhaft erwiesen hat, errechnet sich für die Durchführung einer Betriebsgärung von ioo cbm nach dem bekannten Verfahren ein Zusatz von 4oo kg Calciumacetat, für die zugehörigen Vorgärungen von 5 cbm und 0,25 cbm erfindungsgemäß ein Bedarf von 2i kg. Es können also nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung 379 kg Calciumacetat eingespart werden.
• Beispiel 2,5 1 einer sterilen Melasselösung, enthaltend 50 g reduzierten Zucker, werden mit io g kohlensaurem Kalk, io g Malzkeimen und io g Calciumacetät vermischt, nachdem diese Stoffe vorher sterilisiert wurden. -Nach Einstellen einer Temperatur von 37° und eines pH-Wertes zwischen 6 und 7 wird mit einer gärenden Laboratoriumskultur von Clostridium acetobutylicum beimpft. Die gärende Maische wird nach etwa i2stündiger Gärzeit steril in einen Behälter mit 501 einer gleichen Nährlösung, enthaltend 2,25 kg reduzierten Zucker, übertragen, nachdem dieser Maische vor der Sterilisation Zoo g Calciümacetat (= 0,404, bezogen auf die Gärflüssigkeit) zugefügt wurde. Nach Einsetzen einer kräftigen Gärung, was etwa nach io bis iq. Stunden der Fall ist, wird diese Maische zu iooo 1 einer sterilen Melasselösung, enthaltend 40 kg reduzierten Zucker, 4 kg kohlensauren Kalk und 4 kg Malzkeime, zugegeben. Dieser Maische wird kein Calciumacetat zugesetzt. Nach etwa 36 Stunden ist die Gärung beendet, und die Maische wird der Destillation unterworfen. Es werden ii,i kg Butanol, 6,15 kg Aceton und 1,95 kg Äthanol gewonnen.
• Die gleiche Melasselösung wird in einem parallelen Ansatz mit erster und zweiter Vorgärung in gleicher Weise vergoren, jedoch ohne Zugabe von Calciumacetat auch in den Vorgärstufen. Durch die Destillation werden gewonnen io,2 kg Butanol, 5,16 kg Aceton und o,84 kg Äthanol. Im ersten Fall beträgt die Gesamtausbeute an Lösungsmitteln 40,4°/0, bezogen auf den eingesetzten Zucker, im zweiten Fäll nur 34,2%.
• (Im Beispiel der amerikanischen Patentschrift 2 233 021 werden nur 28,2% Gesamtausbeute erzielt.) Es besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit; einen entsprechenden Essigsäuregehalt der Vormaischen dadurch einzustellen, daß man von Natur aus hoch essigsäurehaltige Substrate durch Zusatz von keinen oder nur wenig Essigsäuregehalt aufweisendem Gärsubstrat auf den gewünschten Essigsäuregehalt einstellt.
• Gärsubstrate mit hohem Essigsäuregehalt sind beispielsweise Nadelholz- und Buchenholzsulfitablaugen, die bis zu 2o g Essigsäure im Liter enthalten können, und ,Holzzuckerwürzen, deren Gehalt an Essigsäure bis zu 12 g im Liter gehen kann.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Vergärung zuckerhaltiger Flüssigkeiten -zu Butanol, Aceton und Äthylalkohol unter Zusatz von Essigsäure oder Calciumacetat unter Verwendung von Vorgärstufen, dadurch gekennzeichnet, daß nur der oder den Vorgärstufen Essigsäure oder Calciumacetat zugesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Essigsäuregehalt der -Vorgärstufe oder -stufen durch Vermischung eines Gärsubstrates mit hohem Essigsäuregehalt und einem Gärsubstrat mit keinem oder nur geringem Essigsäuregehalt eingestellt wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 612 535, 629 679.