DE941185C - Process for the fermentation of sugar solutions containing acetic acid to butanol and acetone with the help of butanol bacteria - Google Patents

Process for the fermentation of sugar solutions containing acetic acid to butanol and acetone with the help of butanol bacteria

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DE941185C
DE941185C DET7250A DET0007250A DE941185C DE 941185 C DE941185 C DE 941185C DE T7250 A DET7250 A DE T7250A DE T0007250 A DET0007250 A DE T0007250A DE 941185 C DE941185 C DE 941185C
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Germany
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acetic acid
fermentation
butanol
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DET7250A
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Inventor
Dr Walter Karsch
Karl Schoedler
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TORNESCHER HEFE GmbH
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TORNESCHER HEFE GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26Ketones
    • C12P7/28Acetone-containing products

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Description

Verfahren zur Vergärung von Essigsäure enthaltenden Zuckerlösungen zu Butanol und Aceton mit Hilfe von Butanolbakterien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergärung zuckerhaltiger Flüssigkeiten zu Butanol, Aceton und Äthylalkohol mit Hilfe von Butanolbakterien.Process for the fermentation of sugar solutions containing acetic acid to butanol and acetone with the help of butanol bacteria The invention relates to a Process for fermenting sugary liquids to butanol, acetone and ethyl alcohol with the help of butanol bacteria.

Es ist bereits bekannt, Sulfitablaugen und Holz-und Pflanzenhydrolysate mit Hilfe von butanolbildenden Bakterien zu Butanol, Aceton und Äthylalkohol zu vergären. Bei der Vergärung derartiger Nährsubstrate machen sich aber verschiedene Beimengungen störend bemerkbar und führen zum Absterben der Bakterienkulturen. Als solche toxische Substanzen sind bereits Kupfersalze, Ameisensäure und Furfurol erkannt worden. Ebenso weiß man, daß die schwefelige Säure in den Sulfitablaugen praktisch vollständig entfernt werden muß. Andererseits ist es bekannt, daß ein Essigsäuregehalt der zu vergärenden Aceton-Butanolmaische eine wesentliche Steigerung der Acetonausbeute ergibt, und man hat daher schon vorgeschlagen, den natürlichen Gehalt an Essigsäure und Calciumacetat in solchen Gärflüssigkeiten künstlich zu erhöhen.It is already known to sulphite waste liquors and wood and plant hydrolysates with the help of butanol-forming bacteria to butanol, acetone and ethyl alcohol ferment. In the fermentation of such nutrient substrates, however, there are different ones Admixtures are noticeably disturbing and lead to the death of the bacterial cultures. as such toxic substances have already been recognized by copper salts, formic acid and furfural been. It is also known that the sulphurous acid in the sulphite waste liquors is practical must be completely removed. On the other hand, it is known that an acetic acid content the acetone-butanol mash to be fermented significantly increases the acetone yield results, and it has therefore already been suggested, the natural content of acetic acid and to artificially increase calcium acetate in such fermentation liquids.

Auf Grund dieser Erkenntnisse mußte angenommen werden, daß Gärsubstrate mit hohem natürlichem Essigsäuregehalt sich besonders günstig vergären lassen.On the basis of these findings it had to be assumed that fermentation substrates with a high natural acetic acid content can be fermented particularly cheaply.

Es wurde nun aber überraschenderweise erfindungsgemäß festgestellt, daß ein zu hoher Essigsäuregehalt der Gärsubstrate für den Verlauf der Gärung wiederum sehr schädlich ist. Es wurde gefunden, däß Nadelholz- und Buchenholzsulfitablaugen bis zu 2o g Essigsäure im Liter, Holzzuckerwürzen bis zu i2 g Essigsäure im Liter enthalten. Unterwirft man derartige Substrate der Butanol-Aceton-Gärung, z. B. mit Hilfe von Clostridium acetobutylicum, so bleiben die Gärungen stecken, die Gärungsorganismen entarten und sterben zuletzt ab. Darin ändert sich auch nichts, wenn die Essigsäure vorher neutralisiert wurde, z. B. mit kohlensaurem Kalk. Entfernt man dagegen erfindungsgemäß einen Teil der Essigsäure, z. B. durch Wasserdampfdestillation in saurem Medium oder durch Überführung der Essigsäure in wasserunlösliche Salze und Entfernung derselben, z. B. durch Filtration, bis zu einem Höchstgehalt von etwa 5 g pro Liter,- und vergärt nach diesen Maßnahmen, so wird ein glatter Gärverlauf erzielt, und es können optimale Erträge an Butanol und Aceton erhalten werden.It has now been found, surprisingly according to the invention, that too high an acetic acid content of the fermentation substrates for the course of fermentation in turn is very harmful. It was found that softwood and beechwood sulphite waste liquors up to 20 g acetic acid per liter, wood sugar spices up to 12 g acetic acid per liter contain. If such substrates are subjected to butanol-acetone fermentation, e.g. B. with With the help of Clostridium acetobutylicum, the fermentation stops, the fermentation organisms degenerate and finally die. Nothing changes in this either when the acetic acid was previously neutralized, e.g. B. with carbonate of lime. On the other hand, if removed according to the invention part of the acetic acid, e.g. B. by steam distillation in an acidic medium or by converting acetic acid into water-insoluble salts and removing them, z. B. by filtration, up to a maximum content of about 5 g per liter, - and fermented after these measures, a smooth fermentation process is achieved and optimal fermentation can be achieved Yields of butanol and acetone can be obtained.

Es ist auch möglich, den Gehaltan Essigsäure in den Gärsubstraten durch Mischung mit anderen Gärsubstraten, die frei oder arm an Essigsäure sind, z. Bi Melasse, auf den für die G.ärnng günstigsten Wert von o,i bis 0,4% einzustellen. Eine Mischung von 30o ccm Holzzuckerwürze finit 1,201, organischer Säure und 75 g Melasse in 70o ccm Wasser enthält 0,33 % Essigsäure und vergärt glatt mit guter Ausbeute.It is also possible to check the acetic acid content in the fermentation substrates by mixing with other fermentation substrates that are free or low in acetic acid, z. Bi molasses, to be adjusted to the value of 0.1 to 0.4% that is most favorable for G.ärnng. A mixture of 30o ccm wood sugar wort finite 1.201, organic acid and 75 g molasses in 70o ccm water contains 0.33% acetic acid and ferments smoothly with good Yield.

Erfindungsgemäß ist es also möglich, durch Einstellen der Werte an Essigsäure oder deren Salzen in den Gärsubstraten stets gut verlaufende Butanolgärungen mit Höchstausbeuten zu erreichen. Es können im praktischen Betrieb mit Sicherheit verlaufende Gärungen durchgeführt werden mit Mehrausbeuten von io bis 2o0/, an Lösungsmitteln gegenüber den bekannten Verfahren, die ohne Einstellung der Essigsäure arbeiten. Beispiel i iooo 1 einer Nadelhöizsülfitablauge mit einem Gehalt von 159 Essigsäure pro Liter werden bei einem -pH-Wert von 3,5 und einer- Temperatur von 90° 4 Stunden lang belüftet unter Aufrechterhaltung der Temperatur durch Einblasen von Dampf. Nach dieser Zeit ist der Gehalt an flüchtigen Säureü (Essigsäure) auf 2,5 g pro Literzurückgegangen. Die Lauge wird nun durch Zugabe von kohlensaurem Kalk und Ätzkalk auf einen pH-Wert von 7,5 gebracht, gefiltert oder dekantiert und auf 36° abgekühlt. Sie: wird durch Zugabe von 501 einer Vormaische, die in gleicher Weise bereitet wurde, zur Gärung angestellt. Die Gärung ist nach 44 Stunden beendet. Es werden aus 22 kg reduziertem Zucker 5 kg Butanol, 2,5 kg Aceton und o,85 kg Äthanol gewonnen. - Dies entspricht einer Ausbeute von 38 % Lösungsmittel, berechnet auf den eingesetzten reduzierten Zucker.According to the invention, it is therefore possible by setting the values to Acetic acid or its salts in the fermentation substrates butanol fermentations always proceed well to achieve with maximum yields. It can in practical operation with certainty ongoing fermentations are carried out with increased yields of 10 to 20% of solvents compared to the known processes that work without adjusting the acetic acid. Example 100,000 of a coniferous sulphate waste liquor with a content of 159 acetic acid per liter at a pH value of 3.5 and a temperature of 90 ° 4 hours long ventilated while maintaining the temperature by blowing steam. After this time the content of volatile acid (acetic acid) is on 2.5 g per Liters decreased. The lye is now made by adding carbonate of lime and quick lime brought to a pH of 7.5, filtered or decanted and cooled to 36 °. It: is made by adding 501 to a pre-mash, which prepares in the same way was employed for fermentation. Fermentation is over after 44 hours. It will from 22 kg of reduced sugar, 5 kg of butanol, 2.5 kg of acetone and 0.85 kg of ethanol are obtained. - This corresponds to a yield of 38% solvent, calculated on the solvent used reduced sugar.

Beispiel 2 iooo 1 einer Buchenholzsulfitablauge, enthaltend io g, Essigsäure und 40g reduzierten Zucker pro Liter, werden mit iooo 1 Wasser und 55 kg Melasse von etwa 50% Zuckergehalt verrührt, wodurch sich in der Flüssigkeit ein Essigsäuregehalt von etwa o,490/, ergibt. Durch Zugabe von kohlensaurem Kalk wird die Maische auf einen pH-Wert von 7,2 eingestellt und anschließend in der gleichen Weise, wie im Beispiel i angegeben, vergoren und destilliert. Es werden 26,6 kg Lösungsmittel gewonnen, entsprechend einer Ausbeute von 394% berechnet auf den reduzierten Zucker, davon sind 14,6 kg Butanol, 9;3 kg Aceton und 2,7 kg Äthanol.Example 2 iooo 1 a Buchenholzsulfitablauge containing io g, acetic acid and 40g reduced sugar per liter, stirred with iooo 1 water and 55 kg molasses from about 50% sugar content, resulting in an acetic acid content of about o, 490 /, resulting in the liquid . By adding carbonate of lime, the mash is adjusted to a pH of 7.2 and then fermented and distilled in the same way as indicated in Example i. 26.6 kg of solvent are obtained, corresponding to a yield of 394% calculated on the reduced sugar, of which 14.6 kg are butanol, 9; 3 kg are acetone and 2.7 kg are ethanol.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur- Vergärung von Essigsäure enthaltenden Zuckerlösungen zu Butanol und Aceton mit Hilfe von Butanolbakterien, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu hoher Essigsäuregehalt der Gärmaischen auf höchstens 5 g pro Liter verringert wird. 2. - Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die übbrschüssige Essigsäure vor- der Gärung durch Wasserdampfdestillation entfernt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Essigsäure vor der Gärung in -Form von wasserunlöslichen essigsauren Salzen abgeschieden wird. 4. Verfahren nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Essigsäuregehalt durch Mischen der einen zu hohen Essigsäuregehalt.aufweisenden Maischen mit Gärsubstraten, die frei oder arm an Essigsäure sind, eingestellt wird. Angezogene Druckschriften: »Sulfitzellstoff-Ablaugen« von Hans Vogel, Basel, (i948), S. i60, 2. Abs.; deutsche Patentschriften Nr: 612 535,629 679,700493. PATENT CLAIMS: i. Process for fermentation of sugar solutions containing acetic acid to butanol and acetone with the aid of butanol bacteria, characterized in that an excessively high acetic acid content of the fermentation mash is reduced to a maximum of 5 g per liter. 2. - The method according to claim i, characterized in that the excess acetic acid is removed prior to fermentation by steam distillation. 3. The method according to claim i, characterized in that the excess acetic acid is deposited in the form of water-insoluble acetic acid salts prior to fermentation. 4. The method according to claim. i, characterized in that the optimum acetic acid content is set by mixing the mashes, which have too high an acetic acid content, with fermentation substrates that are free or poor in acetic acid. Cited pamphlets: "Sulphite pulp waste liquor" by Hans Vogel, Basel, (1948), p. I60, 2nd paragraph; German patent specification No. 612 535,629 679,700493.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE612535C (en) * 1930-06-29 1935-04-27 Hydrierwerke Akt Ges Deutsche Bacterial fermentation process
DE629679C (en) * 1930-07-18 1936-05-16 Commercial Solvents Corp Process for the production of butyl alcohol and acetone by fermentation
DE700493C (en) * 1937-10-22 1940-12-20 I G Farbenindustrie Akt Ges Process for the production of butanol by fermentation

Patent Citations (3)

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