DEP0049925DA - Verfahren zur Aufbereitung von sauren Vorhydrolysaten aus einjährigem zellulosehaltigem Pflanzenmaterial zum Zwecke der Verhefung oder Vergärung - Google Patents

Description

Saure Hydrolysate aus cellulosehaltigen Pflanzenmaterialien besitzen einen Gehalt an vergärbaren Kohlehydraten, die man durch biologische Verfahren, wie z.B. Züchtung von Mikroorganismen, verwerten kann. Zu diesem Zwecke bedarf es einer Aufarbeitung der Laugen, um die vorhandene Säure abzustumpfen und um das Wachstum oder die fermentative Wirkung der Mikroorganismen hemmende Stoffe zu entfernen. Es ist bekannt, diese Aufarbeitung durch Zusatz von Kalk vorzunehmen. Dieses Verfahren besitzt jedoch verschiedene Nachteile. Durch die Kalkbehandlung werden auch gewisse, für das Leben der Mikro- organismen notwendige Stoffe, wie z.B. Salze des Phosphors, aus der Lösung ausgefällt und müssen später wieder zugesetzt werden. Auch besitzen Hefen, die in mit Kalk neutralisierten Lösungen gewachsen sind, einen erhöhten Aschegehalt. Weiterhin ist bekannt, die in Sulfitablaugen vorhandene Ligninsulfonsäure durch Zusatz von hochmolekularen Basen auszufällen, ein Verfahren, das wegen mangelnder Wirtschaftlichkeit keine große Bedeutung gewinnen konnte.

Unter den sauren Hydrolysaten besitzen die sauren Vorhydrolysate einjähriger cellulosehaltiger Pflanzenmaterialien besondere technische Bedeutung. Es wurde nun gefunden, daß man derartige saure Vorhydrolysate in einfacher und wirtschaftlicher Weise aufarbeiten kann, wenn man die sauren Vorhydrolysate durch Zusatz von Ammoniak und Ammoniak abgebenden Verbindungen von den Hemmstoffen befreit und gegebenenfalls durch Säurezusatz auf den Gebrauchs-p(sub)H-Wert einstellt.

Das Verfahren nach vorliegender Erfindung läßt sich in verschiedener Weise durchführen. Im einfachsten Falle kann man den sauren Vorhydrolysaten bis zum Einstellen des Gebrauchs-p(sub)H-Wertes Ammoniak oder Ammoniak abgebende Verbindungen zusetzen und die ausgeschiedenen Verunreinigungen und Hemmstoffe abtrennen. Dieses einfache Verfahren wendet man zweckmäßigerweise bei leicht vergär- oder verhefbaren Hydrolysaten an, die nur geringe Mengen an Verunreinigungen oder Hemmstoffen enthalten.

Bei stärker verunreinigten Vorhydrolysaten empfiehlt es sich, das Vorhydrolysat sorgfältiger zu reinigen. Zu diesem Zweck wird das Vorhydrolysat zunächst durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen deutlich alkalisch gemacht, bis keine Ausfällung mehr eintritt, was bei einem p(sub)H-Wert etwa im Bereich von 8,5 bis 9,0 der Fall ist. Das so vorbereitete Vorhydrolysat kann man nun entweder direkt mit Säure auf den Gebrauchs-p(sub)H-Wert einstellen, und, nachdem evtl. ausgeschiedene Verunreinigungen entfernt sind, der Weiterverarbeitung zuführen. Eine noch bessere Reinigung erzielt man jedoch, wenn man die alkalische Lösung schwach ansäuert, bis weitere Verunreinigungen ausfallen, was in einem p(sub)H-Bereich von etwa 4,5 bis 5,0 der Fall ist. Nach Abtrennung des Niederschlages wird durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen der Gebrauchs-p(sub)H-Wert eingestellt und das fertig aufbereitete Vorhydrolysat weiter verarbeitet. Es empfiehlt sich, die bei Einstellung eines p(sub)H-Wertes ausgefallenen Verunreinigungen vor Veränderungen des p(sub)H-Wertes abzutrennen.

Als Ausgangsmaterial für dieses Verfahren eignen sich mehr oder weniger alle Vorhydrolysate von einjährigen cellulosehaltigen Pflanzen, insbesondere die sauren Vorhydrolysate von Hafer- oder Weizenschalen, Stroh usw., wie sie z.B. nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 747 454 gewonnen werden können. Diese Lösungen besitzen einen hohen Anteil an Pentosen und werden vorteilhaft als Nährlösungen für solche Mikroorganis- men verwandt, die in der Lage sind, Pentosen zu verarbeiten. Als Ammoniak abgebende Verbindungen dienen vorzugsweise Ammoniumsalze schwacher Säuren, wie z.B. Ammoniumcarbonat. Zum Ansäuern des Vorhydrolysates verwendet man vorteilhaft Schwefelsäure, Phosphorsäure oder auch saure Superphosphatlösungen. Bei der Durchführung des Verfahrens muß die Menge an zugesetzten Stickstoff- und Phosphorverbindungen bestimmt werden, um diese beim Zusatz von notwendigen Gaben an Nährsalzen in Rechnung stellen können. Die beschriebene Aufarbeitung der Vorhydrolysate wird zweckmäßigerweise in der Kälte vorgenommen, da sich die Vorhydrolysate bei Verarbeitung in der Wärme leicht dunkel färben.

Bei der bekannten Aufarbeitung saurer Hydrolysate mit Kalk werden außer den Hemmstoffen auch die in den Lösungen enthaltenen Nährstoffe, wie z.B. phosphorsaure Salze, ausgefällt. Beim Verfahren nach vorliegender Erfindung bleiben diese nicht nur in Lösung, sondern das zur Neutralisation und Reinigung zugesetzte billige Ammoniak dient selbst als Nährstoff für die Mikroorganismen. Die mehrfache Fällung ermöglicht eine weitergehende Reinigung der Vorhydrolysate, als sie durch einfaches Neutralisieren mit Kalk möglich ist. Die in diesen Lösungen gewachsenen Hefen zeichnen sich durch niedrige Aschegehalte und andere erwünschte biochemische Eigenschaften, z.B. hohen Enzymgehalt, aus.

Beispiel 1

In einem 60-l-Aluminiumgefäß wurden 30 l eines Vorhydrolysates mit 6,3% reduzierender Substanz, erhalten durch saure Vorhydrolyse von Haferschalen mit 1%iger Schwefelsäure, bis zur Einstellung eines p(sub)H-Wertes von 8,5 mit techn. konz. Ammoniak versetzt. Hierzu waren 757 ccm eines 20,4%igen Ammoniaks notwendig. Es bildete sich ein dunkler, olivgrüner Niederschlag, der nach Absitzenlassen am unteren Teil des Gefäßes abgelassen wurde. Die verbleibende, klare Flüssigkeit wurde nun mit techn. Phosphorsäure versetzt, bis der p(sub)H-Wert auf 4,8 gesunken war. Hierzu waren 178 ccm 83%iger Phosphorsäure notwendig. Es bildete sich ein hellbrauner Niederschlag, der nach Absitzenlassen abgelassen wurde. Dann wurde die verbleibende, klare Flüssigkeit durch Ammoniakzusatz auf einen p(sub)H-Wert von 5,9 gebracht, wozu 84,9 ccm Ammoniak erforderlich waren. Der Chemikalienzusatz wurde so vorgenommen, daß die Temperatur unterhalb 60° blieb. Dadurch wurde erreicht, daß die Lösung klar und hell bliebt.

Durch Verdünnen von 20 l des so aufbereiteten Hydrolysates mit 40 l pasteurisierten Wassers wurde eine Gebrauchslösung hergestellt, die durch die beschriebene Aufarbeitung 1,62 g/l N und 1,51 g/l P(sub)2O(sub)5 enthielt. Das Nährstoffsoll war unter Zugrundelegung einer optimalen Hefeausbeute von 20 g/l Trockenmasse mit 1,7 g/l N und 1,3 g/l P(sub)2O(sub)5 errechnet worden. Demnach erübrigte sich jeder weitere Zusatz von N- und P(sub)2O(sub)5-

Nährsalzen.

Die Gebrauchslösung wurde in bekannter Weise in einem Reinzuchtgefäß aus Aluminium mit Torula utilis beimpft und lediglich mit Zugabe von Mg-Nährsalz unter Feinbelüftung mittels Belüftungskerzen bei 30° verheft. Der Verhefungsprozeß war nach 17 Stunden beendet. Der Zuwachs an Hefetrockenmasse betrug 15,4 g/l.

Beispiel 2

In einem 60-l-Aluminiumgefäß wurden 30 l eines Vorhydrolysates mit 6,5% reduzierender Substanz, auf gleiche Weise erhalten wie im Beispiel 1, bis zur Einstellung eines p(sub)H-Wertes von 8,5 mit techn. konz. Ammoniak versetzt. Hierzu waren 650 ccm eines 20,4%igen Ammoniaks erforderlich. Es bildete sich ein dunkler, olivgrüner Niederschlag, der nach Absitzenlassen am unteren Teil des Gefäßes abgelassen wurde. Die verbleibende, klare Flüssigkeit (26 l) wurde nun mit reiner Schwefelsäure versetzt, bis der p(sub)H-Wert auf 6,0 gesunken war. Es bildete sich ein brauner Niederschlag, der nach Absitzenlassen abgelassen wurde. Dabei verblieb eine hellbraune, klare Flüssigkeit. Der Chemikalienzusatz erfolgte so, daß die Temperatur unterhalb 60° blieb.

Durch Verdünnen von 20 l des so aufbereiteten Hydrolysates mit 40 l pasteurisierten Wassers entstand eine Lösung, die durch die beschriebene Aufarbeitung 1,21 g/l N enthielt. Das Stickstoff-Soll war unter Zugrundelegung einer erwarteten Hefeausbeute von 15 g/l Trockenmasse mit 1,2 g/l N errechnet worden. Demnach erübrigte sich jeder weitere Zusatz von Stickstoff-Nährsalzen.

Der Bedarf der Hefe an P(sub)2O(sub)5 berechnete sich aufgrund der erwarteten Ausbeute mit 1 g/l P(sub)2O(sub)5. P(sub)2O(sub)5 wurde in Form eines Superphosphates gegeben, das 15,5% P(sub)2O(sub)5 enthielt. Gemäß dem P(sub)2O(sub)5-Soll von 1 g/l waren somit 6,45 g dieses Superphosphates für jedes Liter Hydrolysat-Gebrauchslösung erforderlich. Das Superphosphat bereitete man in der Weise auf, daß 1 Teil Superphosphat mit 9 Teilen Wasser und 0,02 Teilen konz. Schwefelsäure aufgeschwemmt und nach Absitzenlassen der unlöslichen Bestandteile dekantiert bzw. durch ein Saugfilter gegeben wurde.

Die Schwefelsäure-Superphosphat-Lösung enthielt 1,55% P(sub)2O(sub)5. Sie wurde der Hydrolysat-Gebrauchslösung in der Menge von 64,5 ccm/l hinzugesetzt. Dies geschah im Zulaufverfahren - d.h. über längere Zeit verteilt -, wie es in der Hefeindustrie bekannt und üblich ist.

Durch den Zulauf der Schwefelsäure-Superphosphatlösung sank der p(sub)H-Wert der Hydrolysat-Gebrauchslösung von 6,0 auf Werte von 4,6 bis 5,2, wie sie zur Unterdrückung von Infektionen er- wünscht sind. Dies hatte besondere Bedeutung, weil die Gebrauchslösung zur Vermeidung von Fällungen und Verfärbungen nicht pasteurisiert wurde.

Die nach obiger Beschreibung hergestellte Gebrauchslösung wurde in üblicher Weise in einem Reinzuchtgefäß aus Aluminium mit einer Monilia-Art beimpft und unter Zugabe von Mg-Nährsalz und der erwähnten Superphosphat-Lösung sowie unter Feinbelüftung mittels Belüftungskerzen bei 30° verheft. Der Verhefungsprozeß war nach 18 Std. beendet. Die Ausbeute betrug 14 g/l Trockenmasse.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufbereitung von sauren Vorhydrolysaten aus einjährigem, cellulosehaltigem Pflanzenmaterial zum Zwecke der Verhefung oder Vergärung, dadurch gekennzeichnet, daß man durch saure Vorhydrolyse von einjährigen, cellulosehaltigen Pflanzen gewonnene Lösungen durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen und gegebenenfalls durch Zusatz von Säure reinigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorhydrolysate durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen bis zum Gebrauchs-p(sub)H-Wert reinigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorhydrolysate durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen bis zu deutlich alkalischer Reaktion und nachfolgendes Ansäuern bis zum Gebrauchs-p(sub)H-Wert reinigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorhydrolysate durch Zusatz von Ammoniak oder Ammoniak abgebenden Verbindungen bis zu deutlich alkalischer Reaktion, Ansäuern bis zu schwach saurer Reaktion und Einstellen auf den Gebrauchs-p(sub)H-Wert reinigt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei Temperaturen unterhalb 60°C durchgeführt wird.