PL17665B1 - Sposób wytwarzania butanolu i acetonu przez fermentacje. - Google Patents

Description

Do otrzymywania butanolu i acetonu z surowców, zawierajacych skrobie lub cu¬ kier, proponowano i stosowano dotychczas caly szereg bakteryj, a wiec np. bacillus butylicus Fitz (pat. niem. 323533), bacillus Weizmann (pat. niem. 445982), bacillus bu¬ tylicus Boinot-Firmin (pat. niem. 372762), bacillus acetobutylicus (pat. amer, 1.427.595), bacillus butyloaceticus (pat. amer. 1.537.597), Clostridium butyricum Prazmowski — Fike — Smyth (pat. amer, 1655435) oraz liczne bakterje z grupy amy- lobacter (pat, ang. 164,023).Praktyka sposobu niniejszego polega na tern, ze miesza sie dokladnie niewielkie próbki swiezego nieprzefermentowanego zacieru z 1 — 2% butanolu i szczepi je na¬ stepnie materjalami zawierajacemi odpo¬ wiednie bakterje (jakoto ziarna zbozowe, otreby, ziemia, owoce, nawóz i t. d.). Doda¬ tek butanolu zapobiega wzrostowi wszel¬ kich zarodków niewytrzymalych na jego dzialanie, nie przeszkadzajac wzrostowi tych, jakie zamierzamy hodowac. Fermen¬ tuja nieledwie wszystkie próbki, wybiera sie jednak te tylko, które fermentuja najsil-niej i zawieraja dobrze wyksztalcone drob- ira bakterja w postaci laseczek. Najlepsze próbtólsW^t*^ do szczepienia no¬ wych próbek zacieru, zmieszanych równiez z butanolem. Dobór i szczepienie dalsze powtarza sie az do osiagniecia kultur naj¬ bardziej wydajnych Obecnie udalo sie otrzymac grupe bak¬ teryj, która od wszystkich wymienionych oraz gdzie indziej opisanych gatunków rózni sie zarówno pod wzgledem morfologicznym jak i biologicznym, zwlaszcza zas rózni sie pod wzgledem sprawnosci. Te grupe bakte- ryjf zwana w dalszym ciagu opisu grupa butylobakter, mozna scharakteryzowac w nastepujacy sposób.Bakterje grupy butylobakteru tworza komórki wegetatywne o dlugosci okolo 2— 3 mikronów i srednicy % — Vs mikrona.W przeciwienstwie do wszystkich powyz¬ szych gatunków komórki te w normalnych warunkach nie tworza lancuszków, ani ni¬ tek. Sa to fakultatywne anaeroby. Na plyt¬ kach rozwijaja sie one jedynie w warunkach anaerobiotycznych. Bardzo charaktery¬ styczne jest zabarwienie odczynnikiem Gra¬ ma; gdy 5% zacier zbozowy zaszczepic za¬ rodnikami, to mlode komórki barwia sie z poczatku gram-dodatnio (niebiesko). Jed¬ nakze po 24 godz. staja sie stopniowo czer- wono-fioletowe, pózniej z godziny na go¬ dzine coraz czerwiensze, a po uplywie 42 godz. staja sie zupelnie gram-ujemne (czerwone). Zabarwienie to zachowuja przez 1 do 3 godzin, poczem znowu przybie¬ raja barwe czerwono-fioletowa, a po 48 godz. znowu sa calkowicie gram-dodatnie (niebieskie).Tworzenie zarodników nastepuje po 24 godz.; zarodniki leza mimosrodowo i maja ksztalt cylindrów o dlugosci 1 mikrona i srednicy ^ do % mikrona.Dalej bardzo charakterystyczna jest wydajnosc (sprawnosc) fermentacji w ste¬ zonych zacierach. Dotychczas opisywane gatunki bakteryj moga przefermentowac 5% -owy do 8% -owy zacier kukurydzany z wydajnoscia okolo % zawartosci skrobi.Natomiast butylobakter moze przefermen¬ towac 12 — 14%-owy zacier kukurydzany z wydajnoscia 40 — 43% obecnej skrobi, a wiec przy podwójnem prawie stezeniu zwieksza wydajnosc o 33%. Dzieki podwo¬ jeniu stezenia przy fermentacji prowadzo¬ nej zapomoca butylobakteru otrzymywanie butanolu i acetonu wymaga zuzycia tylko polowy pary i energji. Ze wzgledu na wyz¬ sza wydajnosc butylobakteru zwieksza sie wartosc praktyczna procesu prawie dwu¬ krotnie.Dalsza cecha charakterystyczna grupy butylobakteru jest zdolnosc dostosowania sie kazdorazowo do surowców, przeznaczo¬ nych do fermentacji. Np. odmiana otrzy¬ mana z kukurydzy (Butylobacter zeae Ba- konyi) po 4 — 5 przeszczepieniach na ste zony zacier ziemniaczany w przerwach 24 godzinnych wykazuje obfite wytwarzanie zarodników oraz taka sama sile fermenta¬ cyjna, jak w zacierach kukurydzanych.Równiez w trudno fermentujacych surow¬ cach, np. w rozcienczonej melasie z trzciny cukrowej (blach strap) bez dodatku pozy¬ wek, po 4 przeszczepieniach wystepuje sil¬ na fermentacja i obfite wytwarzanie zarod¬ ników.Otrzymywanie butylobakteru odbywa sie w sposób ponizej podany, a do wykona¬ nia tego sposobu mozna zastosowac zwykla technike bakterjologiczna. Poniewaz jednak butylobakter nie wszedzie jest rozpo¬ wszechniony, zaleca sie stosowac metode hodowli Bakonyi'ego, polegajaca na tern, ze dzieki stalej obecnosci 1 — 2% butanolu zapobiega sie rozwojowi bakteryj mniej od¬ pornych. Otrzymywanie butylobakteru spo¬ sobem Weizmann'a (pat. niem. Nr 445982) jest niemozliwe, poniewaz zarodniki buty¬ lobakteru sa nadzwyczaj wrazliwe na o- grzanie, znacznie wrazliwsze niz zarodnikii wszelkich innych dotychczas znanych ga¬ tunków. Ogrzewanie do 100°C( przepisane przez Weizmann'a, dziela szczególnie szkodliwie; zarodniki przewaznie obumiera¬ ja, a uzyte do fermentacji -powoduja fer¬ mentacje bardzo powolna i z niewielka wy¬ dajnoscia. Prócz tego jako materjal wyj¬ sciowy nalezy dobrac odpowiednie podlo¬ ze dla bakteryj. Dotychczas udalo sie otrzymac cztery odmiany butylobakte¬ ru. 1. Butylobacter Zeae Bakonyi, otrzy¬ many z kukurydzy wegierskiej (1924) 2. Butylobacter betae Bakonyi, otrzy¬ many z niemieckich buraków pastewnych (Okreg Zerbst, 1928) 3. Butylobacter sinenae Bakonyi, o- trzymany z pomaranczy jaffskich (1928) 4. Butylobacter solani Bakonyi, otrzy¬ many z niemieckich ziemniaków (Okreg Zerbst, 1928).Natomiast nie udalo sie otrzymac buty¬ lobakteru z niemieckiej kukurydzy, ponie¬ waz znajduje sie on przypuszczalnie tylko na owocach, zbieranych na dobrych glebach humusowych, albo na czesciach roslin stale stykajacych sie z gleba (buraki, ziemnia- ki).Na dno wyjalowionej rurki, dlugosci okolo 40 cm, wprowadza sie wziety asep- tycznie kawalek materjalu wyjsciowego, nastepnie pokrywa warstwa grubosci okolo 20 cm 5% -owego swiezego nieprzefermen- towanego odwaru zbozowego, zawierajace¬ go 1 — 2% butanolu, poczem rurki, z któ¬ rych wypompowano powietrze, utrzymuje sie w temperaturze 37°C okolo 24 godz. W razie obecnosci butylobakteru lub innego czynnika fermentacyjnego w rurkach u- jawnia sie zywa fermentacja. Dzieki dodat¬ kowi butanolu mozna rozróznic pod mikro¬ skopem nastepujace bakterje. 1. Grube paleczki, t. j. rozmaite Strep- to-paleczki, bakterje kwasu maslowego; brak jednak bakteryj siennych oraz bakte¬ ryj z grupy macerans, albowiem bakterje te w obecnosci butanolu nie moga sie rozwi¬ jac, jak to stwierdzono doswiadczalnie. 2. Cienkie paleczki (Butylobacter) 3. Rozmaite kokki.Jezeli cienkie paleczki wystepuja w przewazajacej ilosci, to mozna natychmiast próbowac rozdzielania poszczególnych ga¬ tunków zapomoca zwyklej metody plytek agarowych, w przeciwnym wypadku hodow¬ le przeszczepia sie co 24 godziny na swiezy zacier kukurydzowy, zawierajacy butanol, dzieki czemu gatunki mniej od¬ porne na dzialanie butanolu szybko gina.Na plytkach butylobacter rozwija sie je¬ dynie bez dostepu powietrza (anaerobioza) i dzieki nastepujacym cechom charaktery¬ stycznym daje sie latwo oddzielic od in¬ nych gatunków: 1. Komórki wegetatywne sa znacznie krótsze i smuklej sze, niz wszystkie pozosta¬ le dotychczas znane bakterje w fermen¬ tacji butanolowo-acetonowej. Nie tworza one lancuszków i wykazuja wyzej wspo¬ mniane bardzo charakterystyczne zabar¬ wienie Gramem (dodatnie, ujemne, potem znowu dodatnie). 2. Zarodniki naleza równiez do naj¬ mniejszych, jakie wogóle tworza bakterje fermentacji butanolowo-acetonowej, sa one cylindryczne, gdy zarodniki pozostalych gatunków sa uksztaltowane owalnie.Jedynie Bacillus butylicus Boinot-Fir- min (B. F.) ma zarodniki prawie takiej sa¬ mej wielkosci i ksztaltu; jednakze Butylo¬ bacter tworzy tylko jeden zarodnik, Bacil¬ lus Butylicus B. F. czesto dwa; Butylobac¬ ter ma komórki zaokraglone, B. F. — wie- lokatne; Butylobacter nie tworzy lancu¬ szków ani nitek jak B. F., a wreszcie Buty¬ lobacter jest prawie o polowe krótszy i smuklejszy niz B. F. Aby latwiej stwier¬ dzic tozsamosc butylobakteru, przytoczone sa na zalaczonej tablicy zebrane wlasciwo¬ sci najbardziej znanych gatunków: — 3 -o ramc 3 nic IM P barw <3* N P Ilosc rodni F N _ sztal rodni F anc, H worzen <3" pr W O w 3 N 3 «-h Qn ^ M p O d- D o o- p <5* O O- P 5.S" o. o o- p £. "o" 3 3 O P T) O 53" 3 o o- p r-t- 3. j3* o o O o- p 3. <3" :nie N 3 C 3 CD 3 £. o* 3 3 rt Cu O a- p r-t- 3. o p lny S ^ co .[nd N ao, p okra- lony r-11° 1= X o c N P O pr »-t ,p ET 3 O «* < p lny 3 ^ co ^ .Ind N OTO, P ^T o 3 ^ 1 o o 5" o* •-i o N 3 3 ^ co r-r- ^ T3 sS. fi" N P K*1 ?t JM °2^ o 3 ^ 3 53 3 P N P O TT •-t & oo^ o 3 ^1 CT X N O 3 - UJ V ' dodatni 05 1-2 o yli ndryc ny N S ^ stepuj CD 3 iel okatn ^ i i 2x0,5 *- UJ 1 Ul X o I \jl P I O Vj Ul UJ o O I I to UJ I o Ul [O I UJ X o To Ul o UJ p r-K 3 J^ P S r ^ 3 co o w 3 oj 2. ^ 2. tO 3 Ul UJ Ul vO T3 P P 3 co 4^ tO Ul ^D Ul TO P O _, Ul Ul UJ Ul TO P P 3 ?1 3 N 3 p 3 3 00 5" o ^ o •t r-t- O 3 31 Sc 3 DO P o 3 u.N 3 p 3 3^ P~ p 0 3i 3 co DO p o C» ET u—1 W er 3 do 2 s 3 «-*- ^ H-- cum p n 0 DO p 0 3~* co ? 3 O o' ^ 3 & 3 DO 3 O cr p o — 4 —Otrzymywanie butanolu i acetonu przez fermentacje zapomoca butylobacteru odby¬ wa sie, jak nizej: 10.000 kg zmielonej kukurydzy z dodat¬ kiem dwu lub trzykrotnej ilosci wody go¬ tuje sie przez 1 do 2 god-z. pod cisnieniem 2 atm i po przedmuchaniu do kadzi fer¬ mentacyjnej rozciencza sie do okolo 80.000 1. Po ochlodzeniu do 37°C otrzymany zacier kukurydzowy zaszczepia sie hodowla la¬ boratoryjna lub wieksza iloscia poprzed¬ niego zacieru silnie fermentujacego; W tym ostatnim przypadku fermentacja rozpo¬ czyna sie natychmiast i po 30 — 40 godz. konczy sie calkowicie. Utworzone produkty fermentacji: butanol i aceton otrzymuje sie w stanie czystym zapomoca destylacji.Wydajnosc wynosi 2500 — 2700 kg. W ta¬ ki sam sposób daja sie przerabiac wszystkie inne gatunki zbóz, ziemniaki, melasa i po¬ dobne materjaly.Przy uzyciu melasy, jako materjalu fer¬ mentujacego, wystarcza pólgodzinne u- przednie podgrzanie do 100°C zacieru me¬ lasowego, aby równiez i tutaj osiagnac w o- pisany sposób zadowalajaca fermentacje. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe. Sposób wytwarzania butanolu i acetonu przez fermentacje surowców, zawierajacych skrobie albo cukier, znamienny tern, ze ja¬ ko czynniki powodujace fermentacje stosu¬ je sie bakterje z grupy Butylobacter, cha¬ rakteryzujace sie tern, ze nie wytwarzaja lancuszków, barwia sie odczynnikiem Gra¬ ma naprzód dodatnio, nastepnie ujemnie, poczem znów dodatnio, i posiadaja zarod¬ niki cylindryczne o wymiarach 1 X 0,75 //, wystepujace zawsze pojedynczo. Deutsche Hydrierwerke Aktiengesellschaft. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy. Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL