PL9107B1 - Sposób otrzymywania uodpornionej hodowli drobnoustrojów butylo - acetonowych oraz alkoholu butylowego i acetonu. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy fermen¬ tacji butylo - acetonowej, a przedmiotem jego jest sposób przeprowadzania takiej fermentacji z dobremi wynikami, nawet w warunkach jej niesprzyjajacych.Fermentacje butylo - acetonowa weglo¬ wodanów stosowano w ostatnich latach na wielka skale w przemysle, a w tym celu przygotowywano wyjalowiony zacier kroch¬ malowy lub cukrowy i zaszczepiano w nim na cieplo kulture drobnoustrojów butylo - acetonowych, dzieki czemu nastepowala fermentacja w temperaturze okoio 36°C, która to temperature utrzymuja rzeczone drobnoustroje podczas fermentacji bez ze¬ wnetrznego ogrzewania, W razie uzycia wyjalowionego zacieru zbozowego o 8-procentowem stezeniu, fer¬ mentacja trwa od 36 do 72 godzin, dajac ilosc cieczy ,,rozpuszczalnika" stanowiaca okolo 25% wagi uzytego suchego /.boza, Rozczynnik otrzymany w ten sposób skla¬ da sie z alkoholu butylowego, acetonu i al¬ koholu etylowego. Sfermentowany zacier destyluje sie nastepnie w zwykly sposób celem usuniecia zen rozczynników zawar¬ tych w roztworze wodnym.Obecnie drobnoustroje butylo-acetono- we mozna oddzielic i oczyscic zapomoca sposobu Weizman^a (amerykanski pa¬ tent. Nr 1315 585), Drobnoustroje butylo - acetonowe nazywane byly dotychczas roz- maitemi nazwami, jak np, bacillus amylo- bacter, clostridium butyricum, bacillus bu-tyricus, bacillus butylo-aceticum, bacillus aceto-butylicum, alostridium aceto4utyli- cum i t. d. Drobnoustroje te róznia sie od siebie iiisco w zaleznosci od sposobów o- trzymywania ich hodowli, lecz wszystkie ich zarodniki posiadaja wspólne cechy charakterystyczne.Drobnoustroje butylo - acetonowe od¬ znaczaja sie glównie tern, ze wytwarzaja z weglowodanów mieszanine rozpuszczaja¬ ca, skladajaca sie z okolo dwóch czesci al¬ koholu butylowego, dwóch czesci acetonu i niewielkich ilosci alkoholu etylowego, przyczem podczas fermentacji wydziela sie mieszanina gazowa wodoru z dwutlen¬ kiem wegla. Podczas pierwszego okresu fermentacji kwasowosc zacieru wzrasta szybko do takiego stopnia, iz potrzeba od 4 do 6 cm3 10-normalnego wodorotlenku sodowego na 10 cm3 zacieru. Podczas na¬ stepnego okresu fermentacji, kwasowosc zacieru maleje i w normalnych wypadkach wymaga w koncu fermentacji 2 do 3 cm3 wodorotlenku sodowego. Drobnoustroje bu¬ tylo - acetonowe dzialaja bezposrednio na krochmal, którego wobec tego nie trzeba u- przednio przetwarzac na cukier.Drobnoustroje powyzsze nie wymagaja do swego rozwoju wolnego tlenu, lecz zwy¬ kle stosowane sa w praktyce w warunkach aerobowych czyli przy swobodnym doste¬ pie tlenu. Mlode komórki wegetatywne za¬ barwiaja sie na zólto jodem, lecz nastep¬ nie, w miare zblizania sie podzialu, przyj¬ muja ksztalt klostrydiowy czyli gronowy, poczem zabarwiaja sie jodem na niebiesko lub fioletowo wskutek obecnosci granu- lozy.Mlode komórki roslinne sa bardzo ruch¬ liwe (peritrichous flagella). Sa one po¬ czatkowo gramopozytywne, lecz po uply¬ wie 18 do 20 godzin staja sie gramo - nega- tywnemi.Czyste kultury drobnoustrojów butylo - acetonowych daja w praktyce przemyslo¬ wej rozpuszczalnik w ilosci stanowiacej 25% uzytego suchego zboza, a W razie fer* mentowania innych weglowodanów — mniej wiecej taka sama wydajnosc. Prze¬ konano sie jednak, ze bardzo czesto wy¬ dajnosc ta zmniejsza sie wskutek nienor¬ malnej fermentacji. Znane sa dwa rózne ty¬ py fermentacyj nienormalnych, z których jedna nazwano „fermentacja skazona", a druga ,fermentacja leniwa".Fermentacja skazona powstaje wskutek obecnosci w zacierze fermentujacym obok drobnoustrojów butylo - acetonowych rów¬ niez innych organizmów. Drobnoustroje zwane b, volutans wytwarzaja kwas mlecz¬ ny, w razie ich obecnosci w zacierze, ata¬ kuja bardzo czynnie zawarty w tym zacie¬ rze weglowodan i zmniejszaja lub unie¬ mozliwiaja normalna fermentacje.Zdolano juz dotychczas zapobiec ska¬ zeniu zacieru podczas fermentacji butylo - acetonowej, dzieki czemu mozna juz obe nie uniknac pojawienia sie podczas fermen¬ tacji rzeczonych organizmów skazajacych, droga odpowiednich ostroznosci podczas wyjalawiania i fermentacji, a jezeli nawet organizmy skazajace dostana sie do za¬ cieru, to wtedy mozna je zniszczyc zapo- moca ponownego wyjalawiania lub neutra¬ lizacji kwasowosci zacieru.Fermentacja powolna czyli leniwa jest anormalna i niepozadana gdyz zdarza sie sporadycznie i bez widocznych przyczyn, przyczem ma zazwyczaj charakter epide¬ miczny lub nagly.Jezeli stwierdzono fermentacje leniwa w jednej lub wiekszej ilosci naczyn instala¬ cji, uzytej do przeprowadzania fermenta¬ cji butylo - acetonowej, to w przeciagu 24 godzin pojawiala sie ona czesto w setkach innych niepolaczonych ze soba naczyn roz¬ maitych rozmiarów, zawierajacych labora¬ toryjne hodowle bakteryj. Nawet hodowle przechowywane przez dlugie lata w za¬ mknietych rurkach w postaci zarodników nie byly wolne od „leniwosci" po przenie¬ sieniu ich jjo wyjalowionego zacieru, pod- - 2 —czas panowania „epidemji"w instalacji fer¬ mentacyjnej.Fermentacja leniwa odznacza sie prze- dewszystkiem dlugim okresem fcwasnosci i wielka powolnoscia w dobieganiu do kon¬ ca. Epidemja ,,lenistwa fermentacyjnego" zmniejsza znacznie ilosc rozpuszczalników, które mozna otrzymac we wskazanym cza¬ sie zapomoca urzadzen danego rozmiaru i normalnej pojemnosci, przyczem produkcja podczas takief epidemji nie osiaga zwy¬ klych norm i jest narazona na duze straty.Powolnosc jest równiez doniosla cecha fermentacji leniwej jak i zmniejszenie sie ilosci otrzymanych zapomoca tej fermenta¬ cji rozpuszczalników. Fermentacje leniwe nie sa najczesciej fermentacjami komplet- nemi, czyli nie wszystkie weglowodany fer¬ mentacyjne ulegaja fermentacji, co powo¬ duje straty zarówno na wydajnosci otrzy¬ manego rozpuszczalnika, jak i na zbytniem przeciaganiu sie fermentacji.Wynalazek niniejszy polega na sposobie przeprowadzania fermentacji butylo - ace¬ tonowej, dzieki czemu unika sie strat na czasie i na rozpuszczalnikach, spowodowa¬ nych zazwyczaj przez powyzsza powolnosc fermentacji, otrzymujac w danej instalacji wydajnosc równomierna i wyzsza od osia¬ ganych dotychczas.Wynalazek wyjasniony jest ponizej na podstawie teorji, na której sie opiera, acz¬ kolwiek w gruncie rzeczy nalezy go odróz¬ niac od samej teor ji. Powtarzanie sie i cha¬ rakter epidemiczny rzeczonego lenistwa fermentacji wskazuje na to, iz jest ono choroba drobnoustrojów butylo - acetono¬ wych. Warunki przebiegu fermentacji ule¬ gajace najpierw wplywowi lenistwa nie sa dokladnie znane, jest jednak pewnem, ze w razie gdy zacier ulega w jednem na¬ czyniu fermentacyjnem lenistwu fermenta¬ cyjnemu, choroba ta pojawia sie zazwyczaj nagle w duzej ilosci innych naczyn.Najmniejsze zetkniecie zacieru „leniwe¬ go" z innym zacierem zaraza go lenistwem.Jezeli próbke zacieru fermentujacego leni¬ wie przefiltrowac najpierw przez filtr Buechnera, celem usuniecia wszystkich cial stalych, a nastepnie przez filtr Berkefelda, celem usuniecia bakteryj, to wtedy jedna kropla otrzymanego przesaczu, wprowa¬ dzona do zacieru fermentujacego normal¬ nie, zaraza go lenistwem. Jezeli nawet kro¬ ple rzeczonego przesaczu rozcienczyc mil- jon razy i krople tego rozcienczonego prze¬ saczu wprowadzic do zacieru fermentuja¬ cego normalnie, to i wówczas zaraza sie on tern lenistwem fermentacji. Lenistwo to mozna wiec rozprzestrzeniac bez ograni¬ czenia, przenoszac krople przesaczu Ber¬ kefelda z zacieru fermentujacego leniwie do zacieru swiezego, a nastepnie fermen¬ tujac ten swiezy zacier przez 24 godziny i przenoszac otrzymany zen filtrat Berkefel¬ da do nastepnego zacieru swiezego i t, d.Takie przenoszenie nie jest w gruncie rze¬ czy rozcienczaniem, gdyz ,,lenistwo fermen¬ tacyjne", bez wzgledu na jego przyczyny, jest równie wydatne w drugim zacierze, jak w pierwszym.Na podstawie tych faktów i innych je¬ szcze, niejprzytoczonych powyzej, mozna przypuscic, ze fermentacja leniwa wywola¬ na jest przez zywe organizmy ultramikro- skopijne. Gdyby tak bylo, to organizmy te moga byc sa/profitami czyli bakterjami gnil- nemi, zyjacemi w zwiazku z organizmami butylo - acetonowemi, albo tez sa one pa- sorzytami lub bakterjofagami czyli bakte- rjozercami.Stosownie do niniejszego wynalazku, znaleziono sposób uczynienia bakteryj bu¬ tylo - acetonowych odpornemi na epidemje lenistwa fermentacyjnego, dzieki któremu podczas fermentacji weglowodanu otrzy¬ muje sie zawsze normalna wydajnosc roz¬ puszczalników bez przeszkód ze strony e- pidemji lenistwa, czyli, opierajac sie na wymienionej teorji, bez wzgledu na obec¬ nosc w zacierze ultratrucizn lub bakterjo- fagów. Osiagnieto to droga uodpornienia — 3 —hodowli drobnoustrojów butylo - acetono¬ wych na dzialanie ultratrucizn lub na wplyw wszelkich innych czynników, wywo¬ lujacych leniwosc fermentacyj, obecnych w zacierze lub w otrzymanym z niego filtra¬ cie Berkefelda.Uodpornienie to osiaga sie droga wielo¬ krotnego wytwarzania nowych kultur buty- lo-acetonowych w obecnosci przesaczu za¬ czerpnietego z fermentacji leniwej, przy- czem hodowle te ogrzewa sie i wstrzasa przed kazdem zaszczepianiem ich na no¬ wej pozywce.Uodpornienie drobnoustrojów butylo - acetonowych mozna wykonac w nastepu- jacy sposób: przygotowuje sie wyjalo¬ wiony zacier weglowodanowy w postaci np, 6-cio procentowego zacieru zbozowe¬ go i zaszczepia w nim zasiew hodowli drobnoustrojów butylo - acetonowych, a nastepnie ogrzewa i wstrzasa przez trzy minuty w temperaturze 100°C; poczem do¬ daje sie jedna lub wiecej kropel czystej cieczy, otrzymanej z zacieru weglowoda¬ nowego, podlegajacego leniwej fermenta¬ cji butylo - acetonowej, droga przefiltro- wania próbki tego zacieru, najpierw celem usuniecia cial stalych, a nastepnie przez filtr Berkefelda celem usuniecia bakteryj.Otrzymanemu w ten sposób zacierowi po¬ zwala sie potem fermentowac w tempera¬ turze okolo 36°C, przez cztery lub wiecej dni, t. j. do chwili rozwiniecia sie zarodni¬ ków. Te kultury zarodnikowe uzywa sie nastepnie do zaszczepiania swiezego za¬ cieru zbozowego, który ogrzewa sie i wstrzasa podobnie jak poprzednio, przez 3 minuty w temperaturze 100°C i traktu¬ je dwiema kroplami przesaczu wskazane¬ go poprzednio. Druga fermentacja prze¬ biega podobnie jak pierwsza, poczem do¬ daje sie do niej przesaczu i wstrzasa, czy¬ li powtarza proces opisany powyzej. Po wykonaniu okolo dziesieciu takich proce¬ sów, a mianowicie w koncu ostatniego pro¬ cesu otrzymuje sie hodowle w stanie za¬ rodników juz uodpornione na fermentacje leniwa, a jezeli hodowle te nie sa jeszcze uodpornione dostatecznie, to proces po¬ wtarza sie az do pozadanego skutku.Chcac przekonac sie, czy hodowle sa juz uodpornione, nalezy zaszczepic je w za¬ cierze wyjalowionym, dodajac don jedno¬ czesnie kilka kropel przesaczu przefiltro- wanego przez filtr Berkefelda, i jezeli na¬ stepujaca potem fermentacja daje normal¬ na wydajnosc rozpuszczalnika, w normal¬ nym przeciagu czasu, to jest to wskazów¬ ka, ze rzeczone kultury sa calkowicie uod¬ pornione.Podczas przeprowadzenia takich prób bierze sie dla porównania normalne czyli nieuodpornione hodowle do fermentowa¬ nia normalnego wyjalowionego zacieru weglowodanowego, a nastepnie bierze sie normalne nieuodpornione hodowle do fer¬ mentowania wyjalowionego zacieru weglo¬ wodanowego, zawieraj acego przesacz wziety z zacieru fermentujacego leniwie, i otrzymane wyniki porównywa sie z wy¬ nikami osiagnietemi zapomoca hodowli uodpornionych.Wyniki osiagniete zapomoca hodowli uodpornionych przytoczone sa w nastepu¬ jacej tablicy.Uzyte ho¬ dowle.R 1 R 2 R 3 R 4 M S S' R 1 R 2 R 3 R 4 M S S" Ilosc tych procesów uzy- do uodpornie- nia danych hodowli. 10 10 10 10 Zero Zero Zero 17 17 17 17 Zero Zero Zero Przecietna ilosc roz¬ puszczalnika otrzyma¬ nego z 4 flaszek fermen¬ tacyjnych w obecnosci ultrawirusów (ultratru¬ cizn) po 2 godz. 24,2 25,3 25,8 23,2 6,8 15,8 19,6 26,3 25,8 26,5 24,9 22,3 18,5 7,9 — 4 —Tablic! powyzsza wskazuje jasno nie- tylko na korzysci osiagniete przez uzycie hodowli uodpornionych, lecz równiez wy¬ kazuje, iz proces uodporniania nie prze¬ twarza hodowli o niskiej wydajnosci na hodowle o wysokiej wydajnosci, gdyz n'p. rodowle R 4, po uodpornieniu ich, wytwa¬ rzaja normalna fermentacje w obecnosci ultrawirusów (ultratrucizn), sa konse¬ kwentnie mniej wydajne, anizeli hodowle sasiednie. Chcac wiec otrzymac duza ilosc rozpuszczalnika, nalezy uodpornic hodowle odznaczajace sie duza wydajnoscia w nor¬ malnych warunkach fermentacyjnych.Nalezy przytem zauwazyc, ze chociaz kultury porównawcze (nieuodpornione) wskazane w tablicy daja w obecnosci ul- trawirusa wydajnosc znacznie mniejsza, anizeli kultury uodpornione, to jednak fak¬ tyczna ilosc rozpuszczalnika otrzymywa¬ nego zapomoca poszczególnych hodowli nieuodpornionych jest niejednakowa w róznych próbach, a mianowicie hodowla M daje w jednym wypadku wydajnosc 6,8%, a w drugim wypadku — 22,3%. Ta nie¬ pewnosc wyników charakteryzuje procesy biologiczne. Waznem jest jednak to, iz ho¬ dowle nieuodpornione posiadaja wydaj¬ nosc przecietnie nizsza od hodowli uod¬ pornionych.Podczas uodporniania hodowli ogrze¬ wa sie je i wstrzasa przez 3 minuty w tem¬ peraturze 100°C, lecz oczywiscie tempera¬ ture te i czas mozna zmieniac zgodnie z technika bakterjologiczna. Ogrzewanie i wstrzasanie zapobiega powstawaniu drob¬ noustrojów w postaci wegetatywnej, po¬ zwalajac jedynie rozmnazac sie zarodni¬ kom, w celu osiagniecia tego warunku, wstrzasanie i ogrzewanie mozna odpowied¬ nio zmieniac.Jezeli (wprowad|zic hodowle ; uodpor¬ niona do zacieru weglowodanowego, za¬ wierajacego przesacz wziety z zacieru fer¬ mentujacego leniwie, to wtedy nastepuje normalna szybka i calkowita fermentacja z duza wydajnoscia rozpuszczalnika, có stwierdzono podczas laboratoryjnej próby wlasciwosci hodowli uodpornionych w ten sposób. Korzysci wynikajace z uodpornie¬ nia hodowli zaznaczaja sie silniej podczas ich stosowania w przemysle, gdyz fermen¬ tacja leniwa jest wówczas niemozliwa.Przypuszczalny ultrawirus moze co pewien czas powodowac nadzwyczajna leniwosc fermentacji w razie uzycia zwy¬ klych hodowli, lecz w razie uzycia hodowli uodpornionych wypadki powolnosci fer¬ mentacji nie zderzaja sie w praktyce przemyslowej, dzieki czemu fermentacje butylo - acetonowa mozna przeprowadzic z duza wydajnoscia rozpuszczalników.Dalsza korzysc wynikajaca z zastoso¬ wania uodpornionych drobnoustrojów bu¬ tylo - acetonowych do przeprowadzania fermentacji polega na tern, iz otrzymuje sie zawsze wyzsza ilosc rozpuszczalników, anizeli w wypadku uzycia hodowli nieuod¬ pornionych. W wypadku np. zastosowania w normalnych warunkach fabrycznych kul¬ tur nieuodpornionych, ilosc rozpuszczalni- ko, otrzymanego z suchego zboza, docho¬ dzila rzadko kiedy do 24% i to podczas kilkomiesiecznego okresu pracy, zas przy uzyciu kultur uodpornionych, w warun¬ kach fabrycznych otrzymano z suchego zboza wydajnosc 25%-owa lub wyzsza. W zwiazku z tern nalezy zauwazyc, ze w prak¬ tyce przemyslowej wydajnosci rozpuszczal¬ nika nie sa tak wysokie, jak wydajnosci otrzymane podczas doswiadczen laborato¬ ryjnych.Pomiedzy zdolnoscia hodowli uodpor¬ nionych do wytwarzania normalnych ilo¬ sci rozpuszczalnika z zacieru zawierajace¬ go ultrawirusy lub bakterjofagi, powodu¬ jace powolnosc fermentacji, oraz ich zdol¬ noscia do dawania wysokich wydajnosci rozpuszczalnika w praktyce fabrycznej, niezaleznie od tego, czy fermentacja jest leniwa lub nie, istnieje prawdopodobnie pewien scisly zwiazek. Mozliwem jeU - 5 -wiec, ze w praktyce przemyslowej ultra- wirus wywolujacy powolnosc fermentacji jest prawie zawsze obecny, a obecnie ep demje lenistwa fermentacyjnego spowo¬ dowane sa wzrostem jadowitosci ultrawi- rusów. W pewnych razach jadowitosc ta moze wywolac tylko slabe obnizenie sie wydajnosci rozpuszczalnika otrzymanego zapomoca hodowli nieuodpornionych bez wytwarzania charakterystycznych obja¬ wów fermentacji leniwej.Aczkolwiek uodpornianie hodowli naj¬ lepiej jest wykonac zapomoca pewnej i- losci przesaczu przez filtr Berkefelda, wzietego z zacieru, o fermentacji leniwej, to jednak mozna do tego uzyc równiez in¬ ny przesacz bakteryjny, a chociaz w celu wprowadzenia jadu mozna wziac dowolna czesc zacieru fermentujacego leniwie, to jednak niedobrze jest stosowac w tym ce¬ lu zacier nieprzefiltrowany, poniewaz mozna przez to wprowadzic zarodki drob¬ noustrojów postronnych, gdyz przesaczu nie pobiera sie zazwyczaj z hodowli uod¬ pornionych. Zamiast zboza mozna uzyc wraz z hodowlami uodpornionemi do u- tworzenia zacieru fermentacyjnego wszel¬ ki inny weglowodan fermentacyjny cukro¬ wy lub skrobiowy. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe, 1. Sposób otrzymywania uodpornio¬ nej hodowli drobnoustrojów butylo - ace¬ tonowych, znamienny tern, iz drobnoustro¬ je te zaszczepia sie na odpowiedniej po¬ zywce w obecnosci zacieru fermentujacego leniwie, przyczem przed tern zaszczepie¬ niem hodowle wstrzasa sie celem zapobie¬ zenia powstawaniu drobniutkich komórek wegetatywnych. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze rzeczone zaszczepianie i wstrza¬ sanie powtarza sie wielokrotnie.

2. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tern, ze zaszczepianie przeprowa¬ dza sie w obecnosci przesaczu zacieru. 4. Sposób wedlug zastrz, 1 — 3, zna¬ mienny tern, ze stosuje sie zacier weglo¬ wodanowy. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, zna¬ mienny tern, ze drobniutkie komórki we¬ getatywne usuwa sie droga ogrzewania kultur do 100°C przez 3 minuty. 6. Sposób otrzymywania alkoholu butylowego i acetonu zapomoca hodowli drobnoustrojów butylo - acetonowych o- trzymanych w sposób wedlug zastrz, 1 — 5, znamienny tern, iz stosuje sie wyjalo¬ wiony zacier wraz ze wskazana hodowla uodpornionych drobnoustrójów butylo-a- cetonowych. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamien¬ ny tern, ze stosuje sie wyjalowiony zacier weglowodanowy, Commercial S*olvents Corporation. Zastepca: I. Myszczynski, rzecznik patentowy. Druk L. Boguslawskiego, Warszaw*. PL PL