PL17856B1 - Sposób jednoczesnego wytwarzania alkoholu butylowego i acetonu zapomoca fermentacji. - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy wytwarzania alko- nej bardzo szybko na skale przemyslowa, holu butylowego i acetonu zapomoca fer- Jako materjaly wyjsciowe moga sluzyc za- mentacji weglowodanu. równo surowce, zawierajace skrobie, jak i Po stwierdzeniu przez Fernbacha (pa- inne, zawierajace cukier surowce natural- tent niemiecki Nr 323533), ze podczas fer- ne, przyczem czynniki bakteryjne fermen- mentacji weglowodanów lub malerjalów, tacji butylo-acetonowej z latwoscia rozkla- zawierajacych weglowodany, pod dziala- daja skrobie enzymatycznie na jednocu- niem czynników fermentacyjnych typu kry. Alkohol butylowy i aceton tworza sie Bac. butylicus Fitz bez dostepu powietrza przy uzyciu dotychczas stosowanych czyn- jako produkt glówny tworzy sie aceton i ników fermentacyjnych w stosunku sta- alkohol butylowy obok niewielkiej ilosci in- lym 2:1. Wydajnosc acetonu i alkoholu nych alkoholi, proces ten rozwinal sie w butylowego waha sie miedzy 21 do 25%, Stanach Zjednoczonych Ameryki Pólnoc- liczac na sucha kukurydze, przyczem jako**» gazowe produkty fermentacji tworza sie i^ dwiitlenek wegla i wodór. u * Rozwój tago sposobu fermentacji az do ooecnego stanu przemyslowego zostal przy¬ spieszony glównie dzieki spostrzezeniu, ze aby osiagnac jednakowej sily fermentacje, nalezy stosowac hodowle, niezawierajace form wegetatywnych, lecz wylacznie zarod¬ niki (spory). A zatem jako hodowle siew¬ na stosuje sie hodowle, ogrzana uprzednio przez czas krótki w przyblizeniu do 95°C.Dalej okazalo sie, ze kwasów tworzacych sie podczas fermentacji nie nalezy zobojet¬ niac kreda; przeciwnie dla prawidlowego przebiegu fermentacji okazal sie koniecz¬ nym poczatkowy staly wzrost kwasowosci az do osiagniecia pewnego maksimum, a nastepnie staly spadek tej kwasowo¬ sci az do konca fermentacji. Krzywa fermentacji stanowi wiec wazny sro¬ dek do kontrolowania procesu; gdy kwa¬ sowosc slabnie bardzo powoli lub nie slabnie zupelnie, jest to niezawodnym znakiem, ze zaciery sa zakazone, albo ze czynnik fermentacyjny jest oslabiony. Za¬ wartosc weglowodanów w zacierach powin¬ na lezec znacznie ponizej stezenia, dopu¬ szczalnego przy fermentacji alkoholowej; górna granice stanowi 8% zawartosci skro¬ bi. Pomimo niewielkiego stezenia, lepkosc zacierów otrzymywanych przez wyparowa¬ nie produktów wyjsciowych pod cisnie¬ niem, a zwlaszcza przy przeróbce maki ku- kurydzanej, jest znaczna, i z tego powodu zaleca sie podwyzszac cisnienie, dodajac pewna ograniczona ilosc kwasu solnego, scisle wystarczajaca do przeprowadzenia zawartych w mace dwufosforanów w jed- nofosforany. Wreszcie, juz Fernbach zale¬ cal dodawanie do zacieru rozpuszczonych lub czesciowo rozlozonych drozdzy, jako pozywki.Zgodnie z wynalazkiem fermentacja odbywa sie w zacierach, zakwaszonych przed jej rozpoczeciem zapomoca dodatku kwasów organicznych, a zwlaszcza mle¬ kowego. Niezaleznie od tego, jaka bakterje stosowac do fermentacji butylo-acetono- wej, osiaga sie w ten sposób czystosc i pewnosc przebiegu fermentacji. Kwasy or¬ ganiczne w mieszaninie z wlasnemi swemi solami, jakie wytwarzaja z silnemi zasada¬ mi, oddzialywuja, jak wiadomo, jako sub¬ stancje buforowe i zapobiegaja w ten spo¬ sób przekroczeniu pewnych granic stezenia jonów wodorowych, pomimo wzrostu kwa¬ sowosci podczas fermentacji. Tego skutku wlasciwego kwasom organicznym (obok ich zdolnosci obnizania niebezpieczenstwa powstawania fermentacji pobocznych) nie mozna osiagnac dodatkiem kwasów nieor¬ ganicznych. Ustalajace sie samorzutnie dzialanie buforowe ukladów: kwasy orga¬ niczne — sole tych kwasów z silnemi za¬ sadami, zostaje z powodzeniem spotego¬ wane przez znane dodawanie zabitych lub zautolizowanych drozdzy albo przez doda¬ tek zwyklych, dobrze buforujacych mie¬ szanin, stanowiacych jednoczesnie pozyw¬ ki zawierajace azot, jak np. mieszanin bial¬ kowych pochodzenia roslinnego. Obok tego zaleca sie dodatek zwiazków azotowych, a zwlaszcza soli amonowych, zwiazków a- midowych, mocznika i t. d.Zamiast dodawac do zacieru gotowe kwasy organiczne, mozna je wytwarzac w zacierze zapomoca procesów fermentacyj¬ nych, jak n,p. kwas mlekowy zapomoca zwyklej przy fabrykacji drozdzy fermen¬ tacji na kwas mlekowy.Kwasowosc poczatkowa zacieru (mia¬ reczkowana blekitem bromotymolowym) nastawia sie korzystnie na 1,4 do 1,6. War¬ tosc Ph na poczatku fermentacji, przy stopniu moderacji wynoszacym co najmniej 4, powinna lezec miedzy 5 a 4,6.Stopien moderacji ux wyraza sie mate- dA. matycznie zapomoca równania n = -~ d Pk Stopien moderacji okresla sie, jak wiado¬ mo, przez zmierzenie zmiany wartosci Ph do dodaniu pewnej niewielkiej ilosci kwa- - 2 —su lub alkaljów w danej ilosci srodowiska fenmentacyjnego. Dodatki powinny teore¬ tycznie byc nieskonczenie male; w prakty¬ ce dolna granica uzalezniona jest od do¬ kladnosci metody okreslania Ph - Aby o- trzymac wyniki pomiarów, dajace sie po¬ równywac, dodawana ilosc kwasu (lugu) powinna byc we wszystkich próbach stala.Wartosci tt wyznacza sie podana ponizej znana metoda. Pobiera sie jednoczesnie trzy próbki srodowiska fermentacji, kazda po jednym cm3. W jednej z tych próbek mie¬ rzy sie Ph zwykla metoda. Do drugiej do¬ daje sie 0,5 cm3 n/100 H2S04, a do trzeciej 0,5 cm3 n/100 NaOH, poczem ta sama me¬ toda mierzy sie wartosc Ph równiez w tych obu próbach. Zmiany wartosci P h sa od¬ wrotnie proporcjonalne do moderacji tt.Teoretycznie wielkosc tych zmian przy rozmaitych znakach powinna dac te sama wartosc. W praktyce jednak zmiany war¬ tosci P h spowodowane przez równowazne ilosci kwasu i lugu, wykazuja czesto znacz¬ ne róznice. Przy praktycznem oznaczaniu przyjmuje sie srednia arytmetyczna od¬ wrotnosci zmiany wartosci Ph w kierunku alkalicznym i kwasnym jako wartosc tt. W celu oznaczenia Ph stosowano znana me¬ tode wskazników foljowych dr. Wulffa (pa¬ tent niemiecki 405091).Przy zastosowaniu tej metody zaleca sie kontrolowanie przebiegu fermentacji równiez zapomoca oznaczania droga po¬ miarów okresowych stopnia moderacji ce¬ lem regulowania moderacji w ten sposób, by wartosc tt wzrastala wraz z kwasowo¬ scia i osiagala maksimum najlepiej przy maxinium kwasowosci. Jesli w ciagu fer¬ mentacji glównej stwierdzi sie niedosta¬ teczna moderacje, to uzupelnia sie ja, do¬ dajac do zacieru substancyj wysoko-bufo- rujacych, jak kwas mlekowy, winowy, cy¬ trynowy lub szczawiowy.Do wykonania fermentacji stosuje sie hodowle zawierajace zarodniki, jak sie to zwykle praktykuje, w kilku porcjach o wzrastajacej objetosci, az wreszcie otrzy¬ muje sie ilosc zaczynu, potrzebna do nasta¬ wienia zacieru glównego.Równiez i zaciery do wielkiej fermen¬ tacji przygotowuje sie w zwykly sposób.Optymalne stezenie skrobi albo cukru wy¬ nosi 6 do 1%.Przyklad. 100 litrów zacieru powin¬ no zawierac okolo 35 — 37 kg ziemniaków albo 9 do 10 kg maki kukurydzanej. Inne materjaly zawierajace skrobie odpowied¬ nio do jej zawartosci przerabia sie na za¬ ciery o takiem samem stezeniu (6 do 7% czystej skrobi). Kartofle w postaci nieroz- drobnionej, a kukurydze w postaci maki wprowadza sie wraz z odpowiednia iloscia wody do autoklawu, zaopatrzonego w mie¬ szadla, i zaparza pod cisnieniem 2 do 3 at¬ mosfer przez 1 do 2 godzin. Dodatki po- zywkowe (zabite lub zautolizowane droz¬ dze albo kielki slodowe lacznie z moczni¬ kiem lub fosforanem amonu albo siarcza¬ nem amonu lub podobnemi materjalami, zawierajacemi azot, w rozmaitych kombi¬ nacjach) dodaje sie do zacieru najlepiej w autoklawie. Odpowiednim skladem iloscio¬ wym jest, naprzyklad na 100 litrów zacie¬ ru 125 g zabitych lufo rozlozonych drozdzy, 125 g kielków slodowych i 40 g siarczanu amonowego. Zacier zostaje bezposrednio potem przedmuchany do uprzednio staran¬ nie wyjalowionych i zaopatrzonych w mie¬ szadla naczyn fermentacyjnych, calkowi¬ cie zamknietych i zaopatrzonych w nasady fermentacyjne do chwytania wywiazuja¬ cych sie gazów. Po nastawieniu odpowied¬ niej kwasowosci poczatkowej, najlepiej przy uzyciu 80 do 90 cm3 80% kwasu mle¬ kowego na kazde 100 litrów zacieru, ozie¬ bia sie zacier, np. zapomoca wbudowanej chlodnicy, do temperatury fermentacyjnej 37° — 38°C. Mozna równiez zastosowac u- rzadzenie rekuperacyjne, wlaczone przed kadzia fermentacyjna.Gdy zacier glówny gotowy jest do na¬ stawienia, musi byc rrówtniez gotowy zaczyn — 3 —bakteryjny o odpowiedniej objetosci. W ce¬ lu wytworzenia zaczynu hodowle zarodni¬ kowa Species Bakterium Amylobacter A.M. et Bredemann, sprawdzona doswiad¬ czalnie na zdatnosc do wytwarzania fer¬ mentacji acetóno-butylowej, po krótkiem ogrzaniu do okolo 90° przeszczepia sie na 100 cm3 pozywki, przygotowanej w przy¬ blizeniu w taki sam sposób, jak zacier glówny, i pozostawia sie ja do rozwoju w 37° do 38°C bez doplywu powietrza. Po 48 godzinach rozpoczyna sie wzrost i rozwój oidiów. Po stwierdzeniu dobrych wlasci¬ wosci hodowli przeszczepia sie ja na okolo 2 litry wyjalowionego zacieru o takich sa¬ mych wlasciwosciach, a po okolo 24 godzi¬ nach znowu na 20 litrów takiego samego zacieru. Po dalszych 24 godzinach te 20 li¬ trów wprowadza sie do przygotowanego zacieru w ilosci 200 do 300 litrów, które po dalszych 24 godzinach wprowadza sie do zacieru glównego, przygotowanego tym¬ czasem do nastawienia. Podczas fermenta¬ cji zacieru glównego co najmniej 4 razy dziennie oprócz kontroli bakterjologiczirej ustala sie miareczkowo kwasowosc P h i stopien moderacji, dajac w miare potrzeby dalsze ilosci cial buforowych. Po fermen¬ tacji, trwajacej 30 — 32 godziny, w ciagu której fermentujacy zaci«r nalezy poruszac tam i zpowroiem bardzo ostroznie, osiaga sie najwyzszy punkt fermentacji, a tern sa¬ mem maximum kwasowosci.Po skonczonej fermentacji wytworzone produkty glówne (alkohol butylowy i ace¬ ton oraz nieznaczna ilosc alkoholu etylo¬ wego) oddziela sie w zwykly sposób zapo- moca destylacji czastkowej. Niewielkie ilo¬ sci innych alkoholi nie oplaca sie oddzielac osobno.Gazy uchodzace podczas fermentacji, a wiec wodór i dwutlenek wegla, mozna zu¬ zytkowac, jak sie to zreszta obecnie dzie¬ je; to samo dotyczy równiez pozostalosci, zawierajacych cenne materjaly na pasze. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób jednoczesnego wytwarzania alkoholu butylowego i acetonu zapomoca fermentacji, znamienny tern, ze zaciery fer¬ mentacji glównej w celu zapobiezenia za¬ kazeniu zakwasza sie przed rozpoczeciem fermentacji przez dodanie lub przez fer¬ mentacyjne wytworzenie nielotnych wol¬ nych kwasów organicznych, a zwlaszcza kwasu mlekowego, przyczem kwasowosc poczatkowa zacieru glównego (zmiarecz- kowana blekitem bromotymolowym) nasta¬ wia sie najkorzystniej co najmniej na 1,4— 1,6 cm3 In NaOH na 100 cm3 zacieru, war¬ tosc P h zas na 5 — 4,6 przy stopniu mo¬ deracji co najmniej 4.
2. 2. Postac wykonania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienna tern, ze w czasie fer¬ mentacji stopien moderacji n dostosowuje sie do zmiany kwasowosci tak, by wzrastal on z nia i osiagal wartosc najwyzsza naj¬ korzystniej przy maximum kwasowosci, przyczem, w razie stwierdzenia niedosta¬ tecznej moderacji w ciagu fermentacji glównej, do zacieru glównego dodaje sie wysoko-moderujacych domieszek, np. soli kwasu mlekowego, winowego, cytrynowego lub szczawiowego. Hugo Wertheim. Walter Pollak. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy. Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL