DE1136994B

DE1136994B - Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyaceton aus Glycerin

Info

Publication number: DE1136994B
Application number: DEF32417A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Oeppinger; Dr Adolf Oppermann; Dr Georg Nesemann
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1960-10-27
Filing date: 1960-10-27
Publication date: 1962-09-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyaceton aus Glycerin Gegenstand der USA.-Patentschrift 2 948 658 ist ein Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyaceton aus Glycerin auf mikrobiologischem Wege, wobei eine Nährlösung, die Glycerin und Cornsteep liquor enthält und einen pH-Wert von 5,0 bis 5,9 aufweist, mit Acetobacter suboxydans beimpft wird und diese Vorkultur in ein Fermentationsmedium verimpft wird, das 0,1 bis 5,001, Cornsteep liquor und 6 bis 150/, Glycerin bei einem pH-Wert von 5,0 bis 5,9 enthält. Man fermentiert, bis die Umwandlung von Glycerin in Dihydroxyaceton abgeschlossen ist. In den dazu aufgeführten Beispielen enthalten die Nährmedien außer Glycerin und 0,5010 Cornsteep liquor noch 0,5 °/o Brauereihefe, 0, 5 °/o K H2 P 04 und 2,0 °/o Ca C 03.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyaceton aus Glycerin auf mikrobiologischem Wege mit Hilfe von Enzymen von Acetobacter suboxydans gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umwandlung in einem Nährmedium durchführt, das neben Glycerin nur Cornsteep liquor und Harnstoff' enthält. Zweckmäßig geht man so vor, daß man 0,5 bis 501., vorzugsweise 1,5 °/o, Cornsteep liquor und 0,05 bis 0,30/" vorzugsweise 0,1,0/" Harnstoff der Nährlösung zugibt. Die Glycerinkonzentration beträgt zweckmäßig 15 bis 20"/" vorzugsweise 20 bis 22 °/o.
Der Zusatz von Hefe, KH2P04 und CaCO3 ist demnach nicht notwendig.
Der Zusatz einer geringen Konzentration Harnstoff verhindert das Absinken des pH-Wertes der Nährlösung und damit die vorzeitige Beendigung der Fermentation. Beim Beimpfen der Nährlösung hat diese einen pH-Wert von 5,0 bis 5,9.
Die Umsetzung beträgt 95 bis 1000/,. Die zur Umwandlung von Glycerin in Dihydroxyaceton befähigten Stämme von Acetobacter suboxydans kann man in einem solchen Nährmedium an höhere Glycerinkonzentrationen stufenweise anpassen, wobei vermutlich Selektionsvorgänge eine Rolle spielen.
Eine solche Anpassung erfolgt z. B. in der Art, daß man einen Kolben mit 100 ml Nährlösung, bestehend aus 611/, Glycerin, 1,5 °/o Cornsteep liquor und 0,10/, Harnstoff, mit Acetobacter suboxydans beimpft und 3 Tage bei 28'C auf einer Maschine schüttelt. Von dieser dann gut bewachsenen Kultur werden 10 ml auf eine gleiche Nährlösung, deren Glycerinkonzentration aber 120/, beträgt, verimpft, und die Nährlösung wird wieder geschüttelt. Nach Erreichen eines guten Bewuchszustandes wird dann auf eine Nährlösung mit 160/, Glycerin verimpft, und schließlich verimpft man auf eine Nährlösung, die neben dem obengenannten Cornsteep liquor und Harnstoff 200/, Glycerin enthält, und züchtet in der angegebenen Weise hierauf mehrere Passagen, bis das Wachstum gleichmäßig ist. Eine solche Kultur, die alle 3 bis 4 Tage überimpft werden muß, dient dann zur Beimpfung der Vorkulturen.
Durch Verwendung der genannten Nährlösung und eines darauf an hohe Glycerinkonzentrationen angepaßten Stammes von Acetobacter suboxydans gelingt es, nicht nur Hefe, KH,P04 und CaC03 einzusparen, sondern auch Glycerinkonzentrationen von 15 bis 250/" vorzugsweise 20 bis 220/" quantitativ umzusetzen. Dadurch wird nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Fermentationsverfahrens wesentlich verbessert, sondern auch die Aufarbeitung, bei der die Nährlösungsbestandteile entfernt werden müssen, erleichtert und die Ausbeute an kristallinem Dihydroxyaceton wesentlich erhöht.
Beispiel 1 Als Vorkultur werden Erlenmeyerkolben von 300 ml Inhalt mit je 100 ml Nährlösung, die 20 °/o Glycerin, 1,5 °/o Cornsteep liquor und 0,1 °/o Harnstoff enthält, mit 10 ml eines an hohe Glycerinkonzentrationen adaptierten Stammes von Acetobacter suboxydans beimpft und 72 Stunden bei 28°C auf einer Maschine kreisförmig geschüttelt. Als Hauptkultur werden drei Fermenter, die mit Rührwerk, Lufteinleitungsrohr,Impfstutzen mit Kapsenbergverschluß und einem Probenehmer versehen sind, mit 21 Nährlösung der folgenden Zusammensetzung beschickt: 160/, Glycerin (100%ig), 1,5010 Cornsteep liquor, 0,1% Harnstoff und 0,1% einer Antischaumemulsion, Rest Wasser.
Nach dem Sterilisieren wird der PH-Wert der Nährlösung auf 5,6 eingestellt, und letztere wird mit je 100 ml der obigen Vorkultur beimpft. Dann wird unter schnellem Rühren, bei 28'C und unter Durchleiten von 501 Luft je Stunde @ fermentiert. Proben aus den drei Fermentern ergeben nach 24 Stunden 170/0, 160/, und 100/0 Dihydroxyaceton, bezogen auf das eingesetzte Glycerin (Methode nach K. Bernhauer und K. Schön: Z. Physiol.Chem., 177, S. 107 [l928]), und pH-Werte von 4,7 bis 4,8. Nach 48 Stunden ergeben die Proben 920%, 98 % und 98 0% Dihydroxyaceton, und der pH-Wert beträgt jeweils 4,0. Beispiel 2 Die Vorkulturen erfolgen analog Beispiel 1, jedoch in Erlenmeyerkolben von 21 Inhalt und mit 500m1 Füllung. Als Hauptkulturen werden zwei Fermenter (A und B) mit je 101 Nährlösung gefüllt, die 200/0 Glycerin, 1,501, Cornsteep liquor, 0,250/, Harnstoff und 0,030/0 einer Antischaumemulsion enthält. Der pH-Wert der Nährlösungen wird auf 5,6 eingestellt. Die Hauptkulturen werden mit je 500m1 der Vorkultur beimpft und bei 30°C unter Durchleiten von 1501 Luft je Stunde und schnellem Rühren fermentiert. Den Fermentationsverlauf zeigt Tabelle 1. Die Umsetzung ist in Prozent des eingesetzten Glycerins angegeben.

Tabelle 1

Fermentations- Kultur

zeit Fermenter A Fermenter B

in Stunden PH °/o PH %

24 5,0 <5 4,8 <5

48 4,1 37 4,2 26

72 4,0 74 4,1 64

96 3,7 84 3,7 76

120 3;7 96 3,7 91

Die Ausbeute aus den beiden zusammen aufgearbeiteten Fermentern A und B betrug 880/, des eingesetzten Glycerins als kristallines Dihydroxyaceton. Beispiel 3 Die Vorkultur erfolgt wie im Beispiel 2. Die Hauptkulturen A und B werden mit je 11 der Vorkultur beimpft. Die Fermentation erfolgt wie im Beispiel 2, jedoch enthält die Nährlösung 22 % Glycerin, 3 0% Cornsteep liquor; 0,1% Harnstoff' und 0,05 % einer Antischaumemulsion; der Anfangs-pH-Wert beträgt 5,2. Den Fermentationsverlauf zeigt Tabelle 2. Dihydroxyaceton ist in Prozent vom eingesetzten Glycerin angegeben.

Tabelle --2

Fermentations- Kultur

zeit Fermenter A Fermenter B

in Stunden PH °/o I PH °/o

24 4,4 11 4,4 13

48 4,3 55 4,4 53

72 4,0 80 4,0 79

96 3,8 96 3,7

95

Die Aufarbeitung des Fermenterinhalts ergibt jeweils 900/0 an kristallinem Dihydroxyaceton, bezogen auf das eingesetzte Glycerin.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Dihydroxyaceton aus Glycerin auf mikrobiologischem Wege mit Hilfe von Enzymen von Acetobacter suboxydans, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in einem Nährmedium durchführt, das neben Glycerin nur Cornsteep liquor und Harnstoff enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,5 bis 5%, vorzugsweise 1,501, Cornsteep liquor und Harnstoff in 0,05 bis 0,3"/" vorzugsweise 0,10/0, der Nährlösung zufügt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 15 bis 250/0, vorzugsweise 20 bis 220/0, Glycerin einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stamm von Acetobacter suboxydans verwendet, der vorher stufenweise an hohe Glycerinkonzentrationen adaptiert wurde.