PL81445B1 - - Google Patents

Description

Srodek hamujacy pienienie w procesach fermentacyjnych Przedmiotem wynalazku jest srodek hamujacy pienienie w procesach fermentacyjnych.Zasada chemicznego hamowania pienienia polega na tym, ze czynnik przeciwpieniacy rozklada war¬ stwe zlozona z pojedynczych uporzadkowanych czasteczek, utworzona w cienkich warstwach pia¬ ny; powoduje zwiekszenie powierzchni granicznej, ale nie jest zdolny do tworzenia sie nowej blonki z warstw zlozonych z pojedynczych, uporzadkowa¬ nych czasteczek.Zgodnie z klasyczna definicja nauki o koloidach, piana jest to uklad dyspersyjny, w którym faza rozproszona jest gaz, a faza rozpraszajaca ciecz.Budowa piany wystepujacej w przemysle fermen¬ tacyjnym, przewaznie o bardzo trwalej strukturze, ma charakter fazy rozproszonej znacznie bardziej skomplikowany, czynnikiem dyspergujacym w niej moze byc emulsja, zawiesina jak równiez sub¬ stancja stala.W procesach fermentacji z napowietrzaniem bu¬ dowa piany ustala sie jako wynik napowietrzania, mieszania i srodków powierzchniowo czynnych.Srodki powierzchniowe czynne tworza sie w po¬ zywce juz w czasie sterylizacji, jednak dopiero metabolizm fermentacji dostarcza wiele mozliwos¬ ci dla ich powstawania.Pojawianie sie piany w czasie fermentacji musi byc powstrzymane z nastepujacych powodów: pie¬ nienie zmniejsza objetosc uzytkowa kadzi fermen- 10 15 20 25 tacyjnej; utrudnia wydzielanie dwutlenku wegla oraz pogarsza sprawnosc mieszania.Z wyzej wymienionych powodów poszukiwanie optymalnego czynnika przeciwpieniacego ma ogromne znaczenie z punktu widzenia zwiekszenia rentownosci procesów fermentacyjnych z napowie¬ trzaniem.Stosowanie srodków przeciwpieniacych posiada nastepujace zalety: rzeczywista oszczednosc kosz¬ tów przez uzycie srodka przeciwpieniacego, po¬ wiekszenie liczby jednostek fermentacyjnych jest spowodowane faktem, ze nie tworzy sie blona oleista i poprawia sie wspólczynnik przechodzenia tlenu. Ogólnie uzywane srodki przeciwpieniace (takie jak tluszcze roslinne i zwierzece, olej sili¬ konowy i inne) ograniczaja wspólczynnik przecho¬ dzenia tlenu w bardzo znacznym stopniu w wyni¬ ku tworzenia sie blonki przeciwpieniacej na po¬ wierzchni granicznej miedzy woda, a brzeczka fermentacyjna. To moze powodowac obnizenie wspólczynnika przechodzenia tlenu o okolo 30— 40%. Dalsza zalete stanowi fakt, ze w wyniku zwiekszonej przesaczalnosci i odzysku brzeczki fermentacyjnej uzyskuje sie oszczednosc kosztów, powstajaca przy wyodrebnieniu i oczyszczeniu za¬ danego produktu. Ponadto osiaga sie zwiekszenie objetosci uzytkowej kadzi fermentacyjnej, które umozliwia bardziej ekonomiczne uzytkowanie jej.Wskutek znacznego lub prawie calkowitego usta¬ nia pienienia, redukuje sie lub prawie eliminuje 814453 najbardziej pracochlonny stopien procesu fermen¬ tacyjnego — kontrole pienienia i ewentualna in¬ terwencje wymagajaca stalego dozoru w ciagu fer¬ mentacji. Instalacja drogiej aparatury automatycz¬ nej podajacej srodki przeciwpieniace staje sie zby- 5 teczna.Znane jest z literatury stosowania jako srodków przeciwpieniacych olejów, takich jak olej slonecz¬ nikowy, olej palmowy, olej lniany i tluszcz wiep¬ rzowy. Wiadomo takze, ze glikol propylenowy daje 10 efekt przeciwpieniacy. App. Mickrobiol. 3, 253 (1955); Chem. Ing. 63, 173 (1956); Rend. Ist. Supe- riore di Sanita 17, 149 (1954); Biochem. and Micro- biol. Techn. and Ing. 2, 81 (1960); J. gen. Micro- biol., 8, 265 (1953); Dr Karoly Magyar Fermenta- 15 tion procedures, Tankónyvkiado 37—40 (1964).Znane srodki przeciwpieniace posiadaja jednak tylko czesc zalet wymaganych w przemysle fer¬ mentacyjnym i wykazuja kilka ujemnych cech.Daja uzyteczny efekt tylko w stosunkowo duzych 2o stezeniach i wywoluja go nie dosyc szybko, przy czym trwalosc efektu jest niedostateczna.Srodek przeciwpieniacy wedlug wynalazku za¬ wiera glikol polipropylenowy i co najmniej jeden polimer lub kopolimer zawierajacy lancuch alkile- 25 nowy i/albo alkilenoksylowy i dowolnie umieszczo¬ ne grupy hydrofilowe.Stwierdzono, ze mieszanina glikolu polipropyle¬ nowego i co najmniej jednego polimeru lub kopo¬ limeru, zawierajacego lancuch alkilenowy lub al- 30 kilenoksylowy i dowolnie umieszczone podstawni¬ ki hydrofilowe wywoluje efekt synergistyczny.Wymieniony polimer lub kopolimer bedac sam nieaktywny jako srodek przeciwpieniacy, poteguje skutecznosc glikolu polipropylenowego. Srodki sy- nergistyczne wedlug wynalazku przewyzszaja dzia¬ lanie dotychczas znanych srodków przeciwpienia¬ cych o kilka rzedów wielkosci.Istota synergizmu, dajacego efekt przeciwpienia¬ cy, polega na tym, ze budowa srodka przeciwpie- 40 niacego pozwala mu przeniknac pomiedzy substan¬ cje czynne o budowie kapilarnej, które gromadza sie na powierzchni granicznej i powoduja pienie¬ nie. Mozna spowodowac, ze budowa bedzie bar¬ dziej zwarta przez wlasciwy dobór polimerów lan- 45 cuchowych, o nizszym ciezarze czasteczkowym, za¬ wierajacych grupy hydrofilowe i hydrofobowe, oraz przez zastosowanie- odpowiednich stezen. Moz¬ na spowodowac, ze omawiana budowa bedzie bar¬ dziej trwala przez wprowadzenie wiazan wodoro¬ wych. Powyzsze stwierdzenie umozliwia, przez rozproszenie lub przeksztalcenie ukladu fermenta¬ cyjnego, przygotowanie mieszanin przeciwpienia¬ cych majacych optymalna wydajnosc, które moga zmniejszyc gromadzenie sie na powierzchni gra¬ nicznej substancji powodujacych pienienie, a takze 55 spowodowac rozklad zorientowanych struktur po¬ wierzchniowo czynnych warstw o budowie kapi¬ larnej.Jest to wystarczajace w praktyce do osiagniecia doswiadczalnie najlepszych mieszanin, zapewniaja- 60 cych efekt synergistyczny dla pewnych glównych typów fermentacji, na przyklad fermentacje z za¬ geszczona grzybnia, majace wlasnosci tyksotropo- we i znacznie rózniace sie od wlasnosci Teologicz¬ nych typu Newtona; fermentacje z bardziej roz- 65 4 cienczona grzybnia o mniejszej lepkosci i fermen¬ tacje bakteryjne obejmujace mikroorganizmy pra¬ wie stalowymiarowe.Wedlug korzystnej postaci wynalazku srodek przeciwpieniacy zawiera okolo 25—50%, zwlaszcza 30—35%' glikolu polipropylenowego. Innym sklad¬ nikiem srodka przeciwpieniacego moze byc ko¬ rzystnie polimer lub kopolimer o stopniu polime- ryzacji w zakresie 2—30. Wymieniony polimer lub kopolimer zawiera lancuchy alkilenowe i/albo alki- lenoksylowe i moze zawierac dowolnie umieszczo¬ ne grupy hydrofilowe. Odpowiednimi grupami hy¬ drofilowymi sa nastepujace grupy: karboksylowe, estrowe kwasów karboksylowych, amfdowe kwa¬ sów karboksylowych, grupy wodorotlenowe lub alkoksylowe. Grupy alkilowe lub estry kwasów karboksylowych moga to byc weglowodorowe, ali¬ fatyczne, nasycone grupy o prostych lub rozgale¬ zionych lancuchach, zawierajace korzystnie 1—22 atomów wegla. Grupy alkilowe obecne w grupach alkoksylowych zawieraja korzystnie 1—5 atomów wegla. Jako polimer mozna korzystnie stosowac kwas poliakrylowy, sole kwasu poliakrylowego, amid kwasu poliakrylowego, glikol polietylenowy lub estry kwasów tluszczowych i glikolu polietyle¬ nowego lub polietylenu. Srodki wedlug wynalazku moga byc stosowane we wszystkich procesach fer¬ mentacyjnych, w których moze pojawiac sie pie¬ nienie.Srodek wedlug wynalazku mozna stosowac w procesach fermentacyjnych, takich jak wytwa¬ rzanie tetracyklin, penicylin, nystatyny, bacytracy- ny, streptomycyny, neomycyny, fumagiliny, bio- -utleniania, fermentacji enzymowej, fermentacji ergot-alkaloidowych i innych. Nalezy jednak pod¬ kreslic, ze wyzej wymienione zastosowania sa przy¬ toczone jedynie w celu wyjasnienia, a srodki prze¬ ciwpieniace wedlug wynalazku moga byc stosowa¬ ne w kazdym procesie fermentacyjnym.Srodki przeciwpieniace wedlug wynalazku moz¬ na dodawac do srodowiska, w którym zachodzi fermentacja, podczas kazdego stadium procesu.W dodatku do szerokich zalet technologicznych i ekonomicznych, przewyzszajacych w znacznym zakresie zalety dotad znanych srodków pieniacych, dotychczas nieznane i bardzo aktywne srodki prze¬ ciwpieniace wedlug wynalazku posiadaja wszyst¬ kie zasadnicze wlasnosci wymagane od srodków przeciwpieniacych. A wiec srodki wedlug wynalaz¬ ku sa calkowicie nieszkodliwe dla zdrowia; calko¬ wicie nietoksyczne dla uzytecznych mikroorganiz¬ mów (bakterie, grzyby); nie sa ani palne ani wy¬ buchowe; nie powoduja korozji; moga byc prze¬ chowywane przez najbardziej dlugi okres czasu i moga byc poddawane nawet kilka razy steryli¬ zacji termicznej bez rozkladu; sa latwo dostepne; wywoluja skutek juz w bardzo malych stezeniach, w bardzo szybki sposób i osiagniety efekt jest trwaly.Oprócz opisanych ogólnych zalet srodków wed¬ lug wynalazku, w przebiegu procesów fermenta¬ cyjnych rozmaitych typów (wywolywanych przez grzyby i bakterie), zwiekszaja one liczbe jednostek o 15 do 30%, przyspieszaja saczenie (szybkosc sa¬ czenia podwaja sie). Stwierdzono równiez, ze kiedy klasyczny srodek przeciwpieniacy dziala równiez5 jako skladnik pozywki, na przyklad olej palmo¬ wy, olej slonecznikowy lub tluszcz wieprzowy w fermentacji oksytetracykliny, calkowite wyelimino¬ wanie roslinnych lub zwierzecych tluszczów nie daje w wyniku zmniejszenia liczby jednostek, po¬ niewaz zwiekszenie dostepu tlenu i bardziej ko¬ rzystne warunki mieszania kompensuja zmniejsze¬ niu sie liczby jednostek, którego moznaby oczeki¬ wac wobec zmniejszenia stezenia pozywki.Ponizsze przyklady ilustruja wynalazek.Przyklad I. Oksytetracykline wytwarza sie przez fermentacje. W pozywce wysterylizowano poprzednio 0,5% oleju palmowego. W 24-tej godzi¬ nie dodano mieszanine przeciwpieniaca w ilosci 0,12% objetosciowych w stosunku do bulionu fer¬ mentacyjnego. Srodek przeciwpieniacy zawiera 50% glikolu polipropylenowego i 50% Solacrol-T (kwas poliakrylowy posiadajacy stopien polimeryzacji 8—12, rozcienczony woda). Ilosc zbierana jest iden¬ tyczna, jak w wyniku fermentacji kontrolnej.W przypadku fermentacji kontrolnej zuzycie oleju palmowego wynosi do 3,4% (w dodatku do 0,5% oleju palmowego sterylizowanego w pozywce).Przykladu. W fermentacji nystatyny sto¬ suje sie 0,02% srodka przeciwpieniacego, w sto¬ sunku do objetosci cieczy fermentujacej. Miesza¬ nina przeciwpieniaca posiada nastepujacy sklad: 33,3% Ipamine SGP-6 (ester kwasu tluszczowego i glikolu polietylenowego, posiadajacy stopien po¬ limeryzacji 6), 33,3% Selacrol-T (w szesciokrotnym rozcienczeniu wodnym) i 33,3% glikolu polipropy¬ lenowego. Fermentacja kontrolna wymaga 1,5% oleju slonecznikowego. Na koncu fermentacji licz¬ ba jednostek jest o 10% wyzsza niz odpowiednia wartosc w fermentacji kontrolnej.Przyklad III. Do fermentacji bacytracyny dodaje sie 0,06% mieszaniny przeciwpieniacej w stosunku do objetosci cieczy fermentujacej. Mie¬ szanina przeciwpieniaca zawiera 66,6% Sedesan-0,3 (3%-owy wodny roztwór amidu poliakrylowego, posiadajacego stopien polimeryzacji 6—8) i 33,3% glikolu polipropylenowego. W kilku doswiadcze¬ niach tego typu otrzymano wzrost wydajnosci 25—30% na koniec fermentacji w stosunku do od- 445 6 powiedniej wartosci dla fermentacji kontrolnej.Stwierdzono, ze zuzycie oleju palmowego w kon¬ trolnej fermentacji wynosi 3,5—4% zarówno na skale laboratoryjna jak i w pól-przemyslowej ka- 5 dzi fermentacyjnej. Kiedy sam glikol polipropyle¬ nowy jest stosowany jako srodek przeciwpieniacy, zuzycie srodka przeciwpieniacego jest trzy razy wyzsze niz srodka wedlug wynalazku.Przyklad IV. W pozywce stosowanej do fer- io mentacji bacytracyny sterylizuje sie 04% objetos¬ ciowych, dzialajacej synergistycznie mieszaniny przeciwpieniacej zawierajacej 33,3% Ipamine SGP-6, 33,3% szesciokrotnie rozcienczonego woda Solacrol-T i 33,3% glikolu polipropylenowego. 15 W czasie calego procesu fermentacyjnego pienienie nie wystepuje. W wyniku doswiadczenia zebrane ilosci przewyzszaja o 25—30% odpowiednie war¬ tosci dla fermentacji kontrolnych. Zuzycie oleju palmowego w fermentacji kontrolnej wynosi 20 3,5—4% w stosunku do objetosci cieczy fermen¬ tacyjnej. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 25 1. Srodek hamujacy pienienie w procesach fer¬ mentacyjnych, znamienny tym, ze zawiera glikol polipropylenowy i co najmniej jeden polimer lub kopolimer posiadajacy lancuch alkilenowy i/albo alkilenoksylowy, ewentualnie zawierajacy grupy 90 hydrofilowe.

2. Srodek wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera polimer lub kopolimer posiadajacy stopien polimeryzacji 2—30.

3. Srodek wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 35 zawiera polimer lub kopolimer, który jako grupy hydrofilowe posiada grupy karboksylowe, grupy estrowe kwasów karboksylowych, grupy amidowe kwasów karboksylowych, grupy wodorotlenowe lub alkoksylowe. 40

4. Srodek wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera jako polimer lub kopolimer kwas poli¬ akrylowy, sól kwasu poliakrylowego, amid poli¬ akrylowy, glikol polietylenowy, estry kwasów tluszczowych i glikolu polietylenowego lub poli- 45 etylenu. \ PL PL