PL63329B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Qpublikowamo: . 25. IX. 1971 63329 KI. 6 b, 16/02 MKP C 12 d, 3/06 CZYTELNIA Urrecfo rat«ntoweqo Mbuej luotyKf. ej U . Twórca wynalazku: Romuald Bogoczek Wlasciciel patentu: Politechnika Slaska im. W. Pstrowskiego, Gliwice (Polska) Sposób wytwarzania kwasu mlekowego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodnego roztworu kwasu mlekowego na drodze fermentacji roztworów cukru.Znany jest periodyczny sposób wytwarzania kwasu mlekowego, polegajacy na wielodniowej fermen¬ tacji roztworu cukru w obecnosci bakterii fermen¬ tacji mlekowej z domieszka pozywki dla nich i z do¬ datkiem weglanu wapniowego. Koncentracja mle¬ czanu wapnia w brzeczce fermentacyjnej osiaga po okolo 6—8 dniach, poziom kilkunastu procent wa¬ gowych. Po zakonczonej fermentacji poddaje sie brzeczke pasteryzacji, po czym dodaje sie do roz¬ tworu kwas siarkowy w ilosci równowaznej zawar¬ tosci w nim wapnia.Wytracajacy sie siarczan wapniowy odsacza sie nastepnie wraz z innymi wtraceniami mechanicz¬ nymi. Taki przesacz pozbawia sie resztek obcych soli i innych zanieczyszczen na drodze jonitowania, za pomoca kolumn jonitowych. Ten szeroko stoso¬ wany sposób cechuje dlugotrwalosc oraz nie naj¬ lepsza wydajnosc materialowa. Istnieje zawsze ko¬ niecznosc oddzielnego zaszczepienia kazdej nowej szarzy swieza kultura bakterii fermentacyjnych.Wiele z wymienionych niedogodnosci mozna by uniknac, gdyby proces fermentacji udalo sie pro¬ wadzic w sposób ciagly. Jednakze ciagly sposób wytwarzania kwasu mlekowego z cukrów na drodze fermentacji byl dotychczas nie znany. Dopiero teraz udalo sie opracowac taki sposób, przy czym wyko¬ rzystano do tego celu szereg znanych zjawisk. 15 20 25 30 2 Znane jest zjawisko sorpcji kwasu mlekowego za pomoca jonitów, a to z roztworów wodnych, gdzie stanowil on glówny skladnik.Z opisu patentowego nr 56722 znane jest urza¬ dzenie umozliwiajace usuwanie kwasu 2-keto-l-gu- lonowego powstalego na drodze niefermentacyjnej z roztworu w którym kwas ten wystepuje w drob¬ nych koncentracjach. Urzadzenie to umozliwia pro¬ wadzenie tego procesu w sposób ciagly.Wynalazek polega na polaczeniu tych znanych skadinad wlasnosci urzadzenia i sposobu i na za¬ stosowaniu ich do fermentacyjnego sposobu otrzy¬ mywania kwasu mlekowego. Na skutek tego uzy¬ skuje sie nowe, nieoczekiwane efekty techniczne.Tak wiec wynalazek umozliwia wytwarzanie kwasu mlekowego w sposób bardzo szybki, przewyzszajacy kilkanascie i wiecej razy szybkosc wytwarzania sposobami znanymi. Efekt jest tym bardziej nie¬ oczekiwany, ze wynalazek umozliwia prowadzenie fermentacyjnego procesu wytwarzania kwasu mle¬ kowego w sposób ciagly, unika sie koniecznosci czestego zaszczepiania brzeczki swiezymi bakte¬ riami.Sposób wedlug wynalazku polega na przepro¬ wadzaniu czesciowej, a ciaglej fermentacji roztworu cukrów przy utrzymywaniu wielokrotnie nizszego stezenia jonu mleczanowego od stezenia cukru w brzeczce, mianowicie: cukru korzystnie w za¬ kresie 30—200 g w litrze, a stezenia mleczanu w przeliczeniu na kwas mlekowy w zakresie &»—70 g 63329w litrze, z pozywka dla bakterii i w obecnosci weglanów alkalicznych lub ziem alkalicznych, ze stalym odprowadzaniem czesci roztworu z kadzi fermentacyjnej do kolumn jonitowych w celu sor- bowania kwasu mlekowego i nastepujacym uzu- .5 pelnieniu zawartosci cukru w roztworze wyplywa¬ jacym z tych kolumn oraz na stalym powrotnym doprowadzaniu roztworu do kadzi fermentacyjnej, poprzez zbiornik podawczy, w którym uzupelnia sie ilosc weglanów alkalicznych lub ziem alkalicznych 10 i pozywka dla bakterii. Kwas mlekowy natomiast wydobywa sie z kolumny amonitowej przez desorp¬ cje po zakonczeniu przeplywu brzeczki przez dana kolumne.W charakterze surowca weglowodanowego, w spo- 15 sobie wedlug wynalazku mozna stosowac sacharoze, laktoze, glukoze, hydrolizaty skrobi, hydrolizaty celulozy lub drewna, albo melase lub ich miesza¬ niny. Jako bakterie fermentacyjne stosuje sie Lactobacillus Delbruckii lub Lactobacillus Leich- 20 manni albo w przypadku laktozy — Streptococcus Lactis. W charakterze pozywki mozna zastosowac wywar drozdzy i kielki slodowe.Powstawanie kwasu mlekowego w procesie fer¬ mentacji cukrów jest najszybsze w poczatkowym 25 okresie, kiedy w roztworze jest duzo cukru na przyklad kilkanascie procent a malo jonu mlecza- nowego np. 0,5—2°/o wagowych. Dlatego w sposobie wedlug wynalazku, z chwila gdy stezenie jonu mleczanowego w brzeczce fermentacyjnej wynosi 30 tylko niewielka czesc maksymalnie mozliwej kon¬ centracji, zaczyna sie z niej w sposób staly odpro¬ wadzac roztwór do kolumn jonitowych, a roztwór wyplywajacy z nich doprowadza sie z powrotem do kadzi wraz z dodatkiem cukrów pozywka dla 35 bakterii i weglanem alkaliów lub ziem alkalicz¬ nych.W ten sposób zachowuje sie w kadzi fermentacyj¬ nej korzystne warunki dla fermentacji, to jest w za¬ kresie 30—200 g w litrze cukru i 3—70 g w litrze 40 soli kwasu mlekowego w przeliczeniu na kwas mle¬ kowy. Z tej to przyczyny mozliwe sie stalo utrzy¬ manie wysokiej predkosci reakcji tworzenia sie kwasu mlekowego w procesie biochemicznym i dla¬ tego tez brzeczka wymaga jednokrotnego zaszcze- 45 pienia na dlugi okres czasu. Jednakze, celem zabez¬ pieczenia wlasciwego przebiegu reakcji biochemicz¬ nej konieczne jest zachowanie czystej kultury bakteryjnej w srodowisku fermentacyjnym. Roz¬ twór wyplywajacy z kolumn jonitowych a powra- 50 cajacy do kadzi fermentacyjnej wymaga wiec sterylizacji przez zagotowanie, pasteryzacje lub na¬ promieniowanie. Dlatego przed kadzia fermenta¬ cyjna, na drodze przeplywu roztworu umieszcza sie urzadzenie sterylizacyjne. Tym istotnym szcze- 55 gólem rózni sie urzadzenie stosowane tutaj do urzadzenia znanego z opisu patentowego nr 56722.Jonitowe urzadzenie sorpcyjne dla kwasu mleko¬ wego sklada sie podobnie jak to ma miejsce w opi¬ sie patentowym nr 56722 z kolumny kationitowej 60 i amonitowej. W pierwszej z nich kationy meta¬ liczne zawarte w brzeczce ulegaja zamianie na jony wodorowe. Korzystnie jest stosowac mocnokwasowe zywice kationowymienne, typu polistyrenosulfono- wego Wofatit KPS lub KS-10, Yarion KS i inne. 65 4 W kolumnie amonitowej sorpcji ulega kwas mle^ kowy a przechodzi w sposób niehamowany roztwór cukrów zawierajacy inne substancje organiczne i biologiczne, wytworzone w procesie fermentacji.Korzystnie stosowac jest anionity sredniozasadowe o handlowych nazwach Wofatit AK-40, Amberlit IR-45 i inne, chociaz mozliwe jest równiez stoso¬ wanie innych anionitów, na przyklad slabozasado- wych lub mocnozasadowych.Urzadzenie sluzace do przeprowadzenia sposobu wytwarzania fermentacyjnego kwasu mlekowego wedlug wynalazku, chociaz jest w zasadzie znane, umieszczone jest na fig. 1, a to celem lepszego zobrazowania sposobu wytwarzania. Urzadzenie to jest objasnione w nastepujacym przykladzie wy¬ twarzania kwasu mlekowego. W przykladzie tym procenty oznaczaja procenty wagowe.Przyklad. W kadzi fermentacyjnej 1 jak na fig. 1 o objetosci 20 .litrów oraz w zbiorniku przy¬ gotowawczym 11 o objetosci 5 -litrów umieszczono 15*Vo-owy roztwór sacharozy. Do kadzi dodano bakterii Lactobacillus Delbruckii oraz 3°/o wywaru drozdzy i 100 g kielków slodowych w charakterze pozywki dla bakterii. Ponadto do kadzi dodano jeszcze 1 kg weglanu wapniowego, po czym podnie¬ siono temperature do 50 °C. Zaczela sie fermen¬ tacja, przy czym zawartosc mleczanu w roztworze zaczela wzrastac. Z chwila gdy osiagnela l,8°/o w przeliczeniu na kwas mlekowy zaczeto równo¬ miernie odprowadzac roztwór fermentacyjny prze¬ wodem na filtr 2, a jednoczesnie zaczeto ciagle do¬ prowadzac do kadzi 1 roztwór ze zbiornika 11, poprzez sterylizator 3.W kadzi fermentacyjnej utrzymywalo sie w przy¬ blizeniu stale * stezenie mleczanu wapniowego na poziomie 1,8—2,0% wagowych w przeliczeniu na kwas mlekowy, przy czym dosypywano stale weglan wapniowy celem utrzymania w roztworze wartosci pH = 5,1. Tymczasem brzeczka przechodzila stale przez filtr 2, i przedostala sie do kolumny kationito- wej 4, o objetosci 1 litra zawierajacej Wofatit KPS, gdzie zawarte w roztworze kationy wapniowe zo¬ staly zastapione jonami wodorowymi. Nastepnie roztwór przedostal sie przez odbieralnik 5 do ko¬ lumny amonitowej 6 o objetosci 1 litra zawiera¬ jacej Wofatit AK 40 gdzie zostal zatrzymany glów¬ nie kwas mlekowy, podczas gdy roztwór cukru wraz z innymi substancjami niejonowymi przeszedl do odbieralnika 7 skad pompa 9 byl przetlaczany do zbiornika przygotowawczego 11. W zbiorniku tym uzupelniono stezenie sacharozy do 15°/o i dodano wywaru drozdzy i kielki slodowe. Z tego zbiornika roztwór przeplywal stale poprzez podgrzewacz i sterylizator 3, do kadzi fermentacyjnej 1, gdzie panowala stale temperatura 45—50°C.Po przepuszczeniu przez uklad kolumn jonito¬ wych okolo 10 litrów roztworu fermentacyjnego kolumna kationitowa byla wysycona jonami wap¬ nia. Roztwór zaczeto wiec przepuszczac przez inna kolumne kationitowa o takiej samej objetosci, wy¬ pelnionej takim samym kationitem podczas gdy kolumne wysycona poddano regeneracji przepusz¬ czajac przez nia 2,3 litrów 3,60/o-owego kwasu63329 solnego i 3,5 litrów wody. Prawie (równoczesnie wysyceniu kwasem mlekowym ulegla kolumna anionitowa. Zregenerowano ja dwustopniowo. Naj¬ pierw, przesaczajac przez nia 1,5 normalny roz¬ twór kwasu solnego w ilosci 1,3 litra i wode. Uzy¬ skano w przesaczu okolo 2 litry okolo 10'%-owego roztworu kwasu mlekowego. Nastepnie przesaczono przez nia 2,5 litrów 4,0°/o-owego roztworu NaOH i 4 litry wody do uzyskania w wycieku odczynu obojetnego, po czym kolumna ta byla gotowa do przyjecia kolejnej porcji kwasu mlekowego.Na 6,5 kg sacharozy dodanej sukcesywnie do zbiornika przygotowawczego 11 otrzymano okolo 60 litrów okolo 10°/o-owego roztworu kwasu mleko¬ wego wypartego^z kolumny amonitowej 6. Stanowi to okolo 90% wydajnosci teoretycznej. Produkt byl bezbarwny, odpowiadal warunkom jakosciowym stawianym produktowi spozywczemu. Po trzymie¬ siecznym magazynowaniu nie ulegl zabarwieniu czy zmetnieniu. 10 15 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania kwasu mlekowego na drodze fermentacji wywolanej przez bakterie typu Lacto- bacillus Delbruckii, Lactobacillus Leichmanni lub Streptococcus Lactis, przy zastosowaniu w charak¬ terze surowca weglowodanowego sacharozy, lakto¬ zy, glukozy, hydrolizatów skrobi i celulozy lub me¬ lasy z wykorzystaniem zywic jonowymiennych, zna¬ mienny tym, ze prowadzi sie ciagla czesciowa fer¬ mentacje, przy czym utrzymuje sie w srodowisku reakcyjnym wielokrotnie nizsze stezenie jonu mle- czanowego od stezenia cukru, a mianowicie cukru korzystnie w zakresie 30—200 g w litrze brzeczki, a mleczanu w przeliczeniu na kwas mlekowy w za¬ kresie 3—70 g w litrze brzeczki, przez stale odprowa¬ dzanie brzeczki do kolumn jonitowych, na których nastepuje sorpcja kwasu mlekowego i stale powrotne doprowadzanie do kadzi fermentacyjnej odcieku z kolumn jonitowych po uzupelnieniu w nim su¬ rowców i wyjalowieniu, a kwas mlekowy okresowo desorbuje sie ze zloza jonitowego w znany sposób. Fiq.1 PL