DE971433C - Verfahren zur Gewinnung von Konzentraten der Vitamine der B-Gruppe aus Faulschlamm - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 922126 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B^j-Konzentraten, das darin besteht, daß als Ausgangsstoffe Faulschlamm oder andere durch Methangärung erzeugte Produkte verwendet werden. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird so vorgegangen, daß der Faulschlamm oder andere durch Methangärung erzeugte Produkte erhitzt werden, daß anschließend filtriert oder zentrifugiert wird und die dabei erhältliche Lösung auf ein Vitamin-B₁₂-Konzentrat verarbeitet wird. Dieses Konzentrat dient als Ausgangsmaterial zur Erzeugung von kristallisiertem Vitamin B₁₂ oder von Zusatzfuttermitteln mit APF-Wirkung.

Es ist ferner Gegenstand des Zusatzpatentes 961 748 zu Patent 922126, Konzentrate der Vitamine der B₁₂-Gruppe dadurch zu gewinnen, daß die groben Faulschlammbestandteile, an die keine nennenswerten Mengen von Vitaminen der B₁₂-Gruppe gebunden sind, mit Hilfe geeigneter Maßnahmen entfernt werden, wobei man einen ao »Dünnschlamm« gewinnt, der die Vitamine der B₁₂-Gruppe gebunden an die suspendierten feinen Schlammpartikel enthält und der dann weiterverarbeitet wird.

Bei der Untersuchung einer großen Anzahl von Faulschlämmen, die aus Abwässern verschiedenster Herkunft stammen, zeigte sich, daß Schlämme rein häuslicher Abwässer für die B^-Bildung während der Methangärung im allgemeinen wesentlich geeigneter sind als diejenigen rein industrieller Ab-

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wasser. Die Untersuchungen ergaben ferner, daß manche rein industriellen Abwasser — besonders solche, die aus den metallverarbeitenden Industriezweigen stammen — für die B₁₂-Erzeugung ungeeignet sind, da sie praktisch nicht vergoren werden.

In zahlreichen Reihenversuchen wurde festgestellt, daß überraschenderweise gewisse andere gewerbliche und industrielle Abwasser zur B₁₂-Bildung ganz hervorragend geeignet sind. Es handelt sich dabei vor allem um solche Abwässer bzw. Abfallprodukte, die reich an organischen Substanzen sind, die Stickstoff enthalten, wie Eiweißstoffe, Nucleinsäuren u. dgl. Derartige Substrate

sind besonders gut vergärbar und besitzen den Vorteil, daß der organisch gebundene Stickstoff in Form von Ammoniak abgespalten wird, wodurch ein für die Methangärung optimaler p_H-Bereich (7 bis 7,5) entsteht. Es zeigte sich ferner, daß die

Menge an B₁₂-Vitaminen hierbei um so größer ist, je lebhafter die Methangärung vor sich geht.

Folgende Abwässer bzw. Abfallprodukte geben bei der Methangärung — entsprechend den obengenannten allgemeinen Voraussetzungen — einen

besonders hohen Gehalt an Vitaminen der B₁₂-Gruppe:

1. Abwässer der Hefe- und Spritfabriken sowie Abfallprodukte von Brauereien,

2. Molkereiabwässer,

3. Schlachthofabwässer und Schlachthof abfalle,

4. Abwasser der Fischmehlerzeugung t>amt Fischabfällen,

5. Abwässer und Abfälle von Konservenfabriken, vor allem solcher, die sich mit eiweißhaltigen Produkten befassen,

6. Abwässer der gärungstechnischen Erzeugung von Zitronensäure (samt Mycelabfallen), Milchsäure, Butanol, Aceton und Isopropanol usw.,

7. Abwasser der gärungstechnischen Antibiotikaerzeugung samt Mycelien,

8. Abwasser der Stärkefabrikation aus Kartoffeln oder Getreide,

■ 9. Abwässer und Abfallprodukte der Zuckerfabrikation,

10. Medien, die auf Grund der gewonnenen Erkenntnisse künstlich zusammengesetzt werden.

Bei der Methangärung der angeführten Abwässer bzw. Abfallprodukte erhält man Faulschlämme, die, bezogen auf das Volumen, in der Regel drei- bis

zehnmal soviel an Vitamin-B₁₂-Faktoren enthalten als Faulschlämme, die z. B. bei der Vergärung des Klärschlammes üblicherweise in städtischen Kläranlagen anfallen. Dazu kommt, daß die Menge an Feststoffen in den betreffenden Schlämmen nur etwa ι bis 2% (als Trockensubstanz) beträgt, während Faulschlämme üblicher Herkunft zumeist 8 bis 12% an Trockenfeststoffen enthalten. Die geringe Menge an Trockensubstanz in den genannten Schlämmen erleichtert die weitere Aufarbeitung_] also die Gewinnung von B₁₂-Konzentraten, da, bezogen auf die Trockensubstanz, der Gehalt an B₁₂-aktiven Substanzen noch weitaus höher ist als in Faulschlämmen üblicher Herkunft.

Wie diese Ausführungen zeigen, liegen die Vorteile, die sich bei der Verwendung der genannten Ausgangsmaterialien ergeben, auf der Hand, da die betreffenden Produkte von vornherein eine weitaus größere Menge von B₁₂-Arten enthalten und somit ein neuer, einfacherer und billigerer Herstellungsweg beschriften werden kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß lediglich dafür gesorgt werden, daß die angeführten Abwässer und Abfallprodukte gesondert — also nicht zusammen mit städtischen oder anderen industriellen Abwässern — geklärt werden bzw. zur Ausfaulung gelangen. Diese Voraussetzung ist naturgemäß nicht immer, aber doch in vielen Fällen erfüllt. So werden z. B. die Abwässer der Hefe- und Spritindustrie in der Regel gesondert der Methangärung unterworfen, wobei ein Ausfaulungsprodukt entsteht, das infolge seines außerordentlich hohen Gehaltes an Vitaminen der B₁₂-Gruppe besonders wertvoll ist.

In anderen Fällen gelangen die oben angeführten industriellen und gewerblichen Abwasser zusammen mit häuslichen Abwässern in die Kläranlagen und damit zur Ausfaulung. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Ausfaulung durch die erst angeführten Abwässer sehr gefördert wird, so daß auch in solchen Fällen häufig die dabei entstehenden Mengen an B₁₂-Vitaminen höher sind als sonst üblich.

In weiteren Fällen werden manche der oben angeführten Abwässer und Abfallprodukte überhaupt nicht geklärt oder beseitigt, vor allem dann, wenn keine Möglichkeit besteht, die betreffenden Abwasser städtischen Kläranlagen zuzuführen. Dies ist häufig dann der Fall, wenn die betreffenden Fabrikationsstätten auf dem Land, also abseits von städtischen Kläranlagen liegen. In solchen Fällen besteht aber die Notwendigkeit, die dabei anfallenden Abwässer zu beseitigen, was mit Hilfe der Methangärung erfolgen kann. Auf Grund der erfindungsgemäßen Auswahl kann nunmehr dieser Prozeß in besonders nutzbringender Weise durchgeführt werden, indem nämlich außer Methan ein ehr wertvolles Vitamin-B_l2-Konzentrat gemäß vorliegender Erfindung gewinnbar ist. Mit Hilfe dfs erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher das Abwasserproblem zahlreicher Industriezweige in vorteilhafter Weise gelöst werden. Dies bedeutet nicht nur einen volkswirtschaftlichen Erfolg, sondern auch in hygienischer Hinsicht eine wesentliche entwicklungsraffende Leistung.

Auf Grund der Erfindung kann man ferner aber auch in der Weise vorgehen, daß man für die B₁₂-Bildung bei der Methangärung besonders geeignete Medien künstlich herstellt, mit geeigneten methan- und B₁₂-bildenden Kulturen (z. B. aus in lebhafter Gärung befindlichen Faulbehältern) beimpft und einer Methangärung unterwirft. Als Medien für diesen Zweck kann man z. B. Abfallhefe, Mycel, von Pilzen und andere Mikroorganismenmassen, die bei den verschiedensten Fermentationsprozessen als Abfallprodukte anfallen, ferner Abfälle von Schlachthöfen, von der Fischverarbeitung, von der Konservenerzeugung und viele andere verwenden.

Man kann aber auch so vorgehen, daß man z. B. Melasse, Melassenschlempe, Sulfitablaugen, Sulfitablaugenschlempe und viele andere Rohprodukte oder Ablaugen zunächst in bekannter Weise verheft oder andere Mikroorganismen darin wachsen läßt, um auf diese Weise die betreffenden Gärbrühen mit proteinreichen Materialien zu versorgen, und daß man dann die gesamte Maische — ohne Abtrennung der produzierten Mikroorganismen — ίο einer Methangärung unterwirft.

Die weitere Durchführung des Prozesses erfolgt im Prinzip in der Weise, wie in der Patentschrift 922 126 beschrieben. Da die durch Methangärung erzeugte Gärbrühe aber bei Verwendung der oben angeführten Abwässer bzw. Abfallprodukte in der Regel wesentlich weniger Feststoffe enthält, kann das Verfahren in einigen Punkten unter gleichzeitiger Verwertung der nach Patent 961 748 gewonnenen Erkenntnisse modifiziert werden. Man geht dabei folgendermaßen vor:

Vor der Durchführung des weiteren Prozesses gemäß der Patentschrift 922 126 wird der bei der Methangärung erhaltene Schlamm absitzen gelassen, so daß er einen Feststoffgehalt von etwa ι bis 2% enthält. Anschließend wird ebenso vorgegangen, wie in der genannten Patentschrift beschrieben, d. h. nach Zusatz von S O₂ und Klärmitteln und nach Einstellung eines p_H-Wertes ven 6 bis 7 wird der Schlamm erhitzt und nitriert oder zentrifugiert. Das erhaltene Filtrat wird erforderlichenfalls noch weiter geklärt und durch Adsorptions- und Elutionsprozesse auf ein Konzentrat der B₁₂-Vitamine verarbeitet.

Vor der Durchführung des weiteren Prozesses gemäß dem Patent 961 748 wird der erhaltene Schlamm zunächst gleichfalls absitzen gelassen, so daß er einen Feststoffgehalt von etwa 1 bis 2% besitzt, sodann wird er bei niedriger Temperatur durch Filtration, Zentrifugieren oder andere Maßnahmen auf etwa ein Drittel bis ein Viertel des ursprünglichen Volumens gemäß der Verfahrensmodifikation B nach Patent 961 748 eingedickt, also von einem Teil des Schlammwassers befreit. Das dabei anfallende Filtrat enthält praktisch keine Vitamine der B₁₂-Gruppe und kann beseitigt werden. Der gewonnene Dickschlamm, der nun etwa 4 bis 8% an Feststoffen enthält, wird nun nach Zusatz von S O_a erhitzt. Nach Beseitigung der Feststoffe gewinnt man ein Filtrat, das praktisch die. gesamten Vitamine der B₁₂-Gruppe enthält. Die B₁₂-Aktivität dieses Filtrates beträgt bereits 4 bis 8 mg pro 1, bei einem Trockensubstanzgehalt von etwa 5 g pro 1. Bezogen auf Trockensubstanz enthält dieses Filtrat daher eine B₁₂-Aktivität von etwa 1 g je kg Trockensubstanz der betreffenden Lösung. Ein solches Filtrat kann daher leicht zur Herstellung von Zusatzfuttermitteln mit APF-Wirkung verwendet werden, wobei man den gewünschten Gehalt an B₁₂-Aktivität nach Belieben einstellen kann. Selbstverständlich kann auch nach Verfahrensmodifikation C des Patentes 961 748 weiter vorgegangen werden, indem die ursprüngliche oder durch Absitzen auf einen Feststoffgehalt von τ bis 1 2^fl/o gebrachte Schlammsuspension durch Filtrieren, Zentrifugieren usw. bei Temperaturen unterhalb 30⁰ vom Schlammwasser möglichst weitgehend befreit wird, so daß der so gewonnene Schlammkuchen einen Trockensubstanzgehalt von 15 bis 30% besitzt. Dieser Festschlamm wird dann mit reinem Wasser angerührt und ebenso weiterbehandelt, wie oben ausgeführt wurde.

Zur Erzeugung von kristallisierten Vitaminen -der B₁₂-Gruppe wird die beschriebene B₁₂-haltige Lösung in an und für sich bekannter Weise weiter verarbeitet. Die Ausfaulung der verschiedensten Abfallprodukte zwecks Methangewinnung ist seit langem bekannt. Man hat auch schon aus Belebtschlamm Vitamin B₁₂ isoliert. Hieraus konnte jedoch nicht geschlossen werden, daß auch die Aufarbeitung von Faulschlämmen nach der vorliegenden Erfindung zu sehr guten Vitamin-B₁₂-Ausbeuten führen würde.

Die folgenden Beispiele zeigen, in welcher Weise Konzentrate von Vitaminen der B₁₂-Gruppe aus den erfindungsgemäß anzuwendenden Brühen der Methangärung, d. h. aus Faulschlamm, hergestellt werden können.

Beispiel 1

Abwässer einer Sprit- und Hefefabrik, bestehend aus Melasse- oder Getreideschlempe, suspendierter Hefe, verdünnt mit Waschwasser, werden in üblicher Weise der Methangärung unterworfen. Der Gärprozeß geht in einem p_H-Bereich von 7 bis 7,5 bei 28 bis 30⁰ unter starker Gasentwicklung sehr lebhaft vor sich. Der Prozeß verläuft kontinuierlich, also in der Weise, daß fortlaufend oder intermittierend frisches Abwasser zuläuft und die vergorene Brühe in Form eines dünnen Faulschlammes entnommen wird. Man läßt den entnommenen Faulschlamm absitzen, so daß ein Feststoffgehalt von etwa 1 bis 2% erreicht wird.

32 cbm dieses Faulschlammes mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 1,4 Gamma pro ecm, also insgesamt etwa 45 g, und einem Trockensubstanzgehalt von 1,7% werden nach Zugabe von 0,2% Natriumhydrogensulfit auf 8o° erwärmt und 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wird zur Abtrennung der Feststoffe zentrifugiert. Es werden 30 cbm Zentrifugat mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 1,45 Gamma pro ecm, also insgesamt etwa 43,5 g erhalten. Durch Einrühren von 1 % Aktivkohle in das Zentrifugat werden die Vitamine der B₁₂-Gruppe adsorbiert. Nach Abtrennung der Kohle durch Zentrifugieren werden 900 kg feuchtes Adsorbat mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 47,5 Gamma pro g, also insgesamt etwa 42,5 g, und einem Trockensubstanzgehalt von 33% erhalten. Nach erschöpfender Elution der Kohle wird das Eluat auf 100 1 konzentriert. Die mikrobiologische Vitamin-B₁₂-Aktivität des Konzentrates beträgt 405 Gamma pro ecm, also insgesamt etwa 40,5 g. Die Vitamine der B₁₂-Gruppe werden durch Extraktion des Konzentrates mit einer Lösung von 25°/» p-Chloiphenol in o-Dichlor-

benzol in die organische Phase übergeführt und diese mit einer Pufferlösung von p_H 7 und destilliertem Wasser gewaschen. Darauf werden die Vitamine der B₁₂-Gruppe durch Zusatz von 7% Isopropanol zum organischen Lösungsmittel in die wäßrige Phase übergeführt und diese mit o-Dichlorbenzol gewaschen. Es werden 90 1 gereinigter wäßriger Extrakt mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 445 Gamma pro ecm, also insgesamt etwa 40 g erhalten. Aus dieser Lösung werden die Vitamine der B₁₂-Gruppe durch Zusatz von 2,2°/o> p-Chlorphenol und etwa 3% Kieselgur bei einem p_H-Wert von 3 ausgefällt. Der Niederschlag wird abgesaugt, mit Aceton gewaschen und getrocknet. Es werden 3 kg Kieselguradsorbat mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 13,3 mg pro g, also insgesamt etwa 40 g erhalten.

Beispiel 2 ^r

200 kg Mycel von Penicillium chrysogenum mit einem Trockensubstanzgehalt von 20%, wie es bei der Penicillinerzeugung als Abfallprodukt erhalten wird, werden in 2 cbm Wasser suspendiert und nach Zugabe von 0,5 cbm eines aus der Methangärung von dem Abwasser einer Hefe- und Spritfabrik stammenden Faulschlammes als Impfgut der Methangärung unterworfen. Der Impfschlamm hatte eine mikrobiologische Vitamin-B₁₂-Aktivität von i,5 Gamma pro ecm und einen Trockensubstanzgehalt von i%>. Die Temperatur bei der Gärung beträgt 30⁰, und der p_H-Wert bewegt sich in dem Bereich von 7 bis 7,6. Nach 7 Tagen, vom Zeitpunkt der Beimpfung berechnet, ist der Höchstwert der Methangaserzeugung erreicht, und nach 14 Tagen ist der Faulprozeß praktisch beendet. Die so erhaltenen 2,5 cbm Gärbrühe mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 1,7 Gamma pro ccm₅ also insgesamt etwa 4,25 g, und einem

Trockensubstanzgehalt von 1,4^/0 werden einem analogen Aufarbeitungsprozeß, wie dem im Beispiel ι beschriebenen, unterworfen. Es resultieren 500 g Kieselguradsorbat mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 7,5 mg pro g, also insgesamt etwa 3,75 g.

Beispiel 3

ι cbm bei der Spriterzeugung anfallender

Melasseschlempe mit einem Trockensubstanzgehalt von 7,8°/» werden nach Zusatz der erforderlichen Menge von Ammonsulfat und Kaliumdihydrogenphosphat in üblicher Weise verheft. Nach dem Verhefungsprozeß wird die Gärbrühe mit 1 cbm Wasser verdünnt und nach Zugabe von 0,5 cbm eines aus der Methangärung von dem Abwasser einer Hefe- und Spritfabrik stammenden Faulschlammes als Impfgut der Methangärung unterworfen: Der Impfschlamm hat eine mikrobiologische Vitamin-B₁₂-Aktivität von 1,5 Gamma pro ecm und einen Trockensubstanzgehalt von 1%. Die Temperatur 6» bei der Gärung beträgt 30⁰, und der p_H-Wert bewegt sich in dem Bereich von 7 bis 7,4. Nach 6 Tagen, vom Zeitpunkt der Beimpfung gerechnet, ist der Höchstwert der Methangaserr.eugung erreicht, und nach 14 Tagen ist der Faulprozeß praktisch beendet. Die so erhaltenen 2,5 cbm Gärbrühe mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 1,9 Gamma pro ecm, also insgesamt etwa 4-75 S> ^UIid einem Trockensubstanzgehalt von 2%· werden einem analogen Arbeitsprozeß, wie dem im Beispiel 1 beschriebenen, unterworfen. Es resultieren 550 g Kieselguradsorbat mit einer mikrobiologischen Vitamin-B₁₂-Aktivität von 7,9 mg pro g, also insgesamt etwa 4,35 g.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Gewinnung von Vitamin-B₁₂-Konzentraten aus Faulschlamm nach Patent 922 126, ■ dadurch gekennzeichnet, daß in Abänderung des Verfahrens des Hauptpatentes als Ausgangsstoffe Produkte verwendet werden, die man durch Methangärung von Abwässern, Abfallprodukten sowie Zwischen- und Endprodukten der Lebensmittel-, Futtermittel- oder Fermentationsindustrie erhält, wie z. B. der Hefeindustrie, der Brennereien, Brauereien, Molkereien, Schlachthöfe, der fischverarbeitenden Industrie, der gärtechnischen Erzeugung von Zitronensäure, Milchsäure, Butanol-Aceton, Butanol-Isopropanol, der Antibiotika, ferner der Zuckerindustrie, der Stärkefabrikation aus Kartoffeln oder Getreide sowie der Konservenindustrie.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dort angeführten Substrate zunächst an Mikroorganismen angereichert, z. B. in an sich bekannter Weise verheft werden und daß dann die erhaltene Brühe einer Methangärung unterworfen wird.

   © 609.658/420 10.56 (809 7W12 1.59)