DE563758C - Verfahren zur bakteriellen Oxydation organischer Verbindungen zwecks Herstellung von Oxydationsprodukten, wie Dioxyaceton usw. - Google Patents

Description

• Verfahren zur bakteriellen Oxydation organischer Verbindungen zwecks Herstellung. von Oxydationsprodukten, wie Dioxyaceton usw. Es ist bekannt, daß verschiedene organische Substanzen mit Erfolg aus anderen Verbindungen dadurch hergestellt werden können, daß man die Fähigkeit gewisser Bakterienarten benutzt, unter bestimmten Bedingungen eine unvollständige Oxydation herbeizuführen.
• So ist es bekannt, daß unter bestimmten Bedingungen Glycerin mit sehr guter Ausbeute in Dioxyaceton übergeführt werden kann sowie Mannit in Fruktose, Glucose in Gluconsäure bzw. Oxy gluconsäure (Ketogluconsäure) usw.
• Es ist bisher üblich, die zu oxydierenden Rohstoffe in einer Konzentration von 2 bis 3 °i, in einer Flüssigkeit, die die nötigen übrigen organischen und mineralischen Nahrungsbestandteile enthält . (wie z. B. Hefeextrakt, Nlalzkeimextrakt) zu lösen, diese Lösung mehr oder weniger vollständig zu sterilisieren und sodann mit der geeigneten Bakterienart zu impfen. Als solche kommen in erster Linie in Betracht das von Bertrand angegebene bacterium xvlinum, weiterhin acetobacter suboxydans, bacterium dioxvacetonicum, aber auch viele andere Bakterienarten lassen sich mit gleichem Erfolg anwenden. Alsdann kultiviert man bei dafür in Betracht kommenden, meistens zwischen 2o und 4.o' C liegenden Temperaturen und wartet genügend lange Zeit, bis die Bakterien zu guter Entwicklung gekommen sind und die Umsetzung des Oxydationssubstrates vollständig oder praktisch vollständig geworden ist. Hierzu ist stets geraume Zeit erforderlich; Bertrand gibt z. B. an. daß vielfach 2 bis 3 Wochen benötigt seien. In späteren Veröffentlichungen sind wohl kürzere Zeiten genannt worden, stets aber muß man bei der technischen Ausführung des Verfahrens während einer Zeitspanne von mehreren Tagen, als Minimum vielleicht Tage, warten, ehe man zur Verarbeitung der Flüssigkeit auf das Oxydationsprodukt schreiten kann.
• Das weiter unten beschriebene Verfahren bezweckt jetzt, diesem in technischer Hinsicht als sehr hindernd empfundenen Übelstand (die Verlängerung der Zeitdauer der Bakterieneinwirkung -bringt ja außer Zeit-und Zinsenverlust in der Praxis eine nicht zu vernachlässigende Infektionsgefahr mit sich) zu begegnen.
• Das hiernach beschriebene Verfahren benutzt die an sich bekannte Beobachtung, daß die Oxydationsgeschwindigkeit durch die Anwendung einer künstlichen Durchlüftung der mit den Bakterien geimpften Flüssigkeiten wesentlich erhöht werden kann. Es tritt dabei jedoch die Schwierigkeit auf, daß eine kräftige Luftzufuhr die Vermehrung der Bakterien sehr beträchtlich hemmt, so daß die stark erhöhte Durchlüftung erst angewendet werden kann, nachdem eine genügende Menge Bakterienzellen zur Entwicklung gekommen sind. Hierzu ist dann stets eine nicht zu vernachlässigende Zeitspanne erforderlich.
• Das Verfahren berät nun auf der Erkenntnis, daß es möglich ist. in einfacher Weise-die einmal gezüchteten Bakterien von den zu verarbeitenden Flüssigkeiten zum größten Teil abzutrennen. und daB die so erhaltene große Bakterienmasse sodann gleich dazu dienen kann, eine neue 'Menge Oxydationssubtrat enthaltende Flüssigkeit mit Hilfe einer sofort anzuwendenden kräftigen Durchlüftung mit grober Geschwindigkeit umzusetzen.
• Um dieses zu erreichen. kann man in zweierlei Weise vorgehen. Einerseits gelingt es, die Bakterien in einer dazu eingerichteten Superzentrifuge unter aseptischen Bedingungen von der umgesetzten Flüssigkeit abzutrennen und in eine frisch bereitete sterilisierte und abgekühlte Flüssigkeit überzuführen. Anderseits hat es sich als möglich erwiesen, die einmal gezüchtete Bakterienmasse zum größten Teil (für den beabsichtigten Zweck in mehr als genügendem -Maße) im ursprünglichen Gefäß dadurch zurückzuhalten, daß in dieses zu Anfang des Verfahrens eine genügende -Menge Bakterien adsorbierende Materialien, wie gewisse Arten von Kohle, Kieselgur. Silicagel u. dgl., gebracht wird. Wenn am Ende der Umsetzung die Lüftung eingestellt wird. sinken diese Materialien in kurzer Zeit auf den Boden des Gefäßes, wobei sie durch Adsorption und durch mechanisches 'Mitreißen den allergrößten Teil der Bakterien mit sich nehmen. Jetzt läßt man die klare. niederschlagfreie Flüssigkeit mittels eines zu dem beabsichtigten Zweck an dem Gefäß an passender Stelle angebrachten, d. 1i. unmittelbar üben der hinabgesunkenen Schicht de: Absorptionsmittels befindlichen Hahnes, abfließen, wonach man neue sterilisierte und abgekühlte Flüssigkeit zufließen läßt. Gleich darauf wird kräftig durchlüftet, und unter diesen Bedingungen, nämlich Anwesenheit einer großen 14lenge Bakterien und hohe Sauerstoffspannung, verläuft die Oxydation finit sehr großer Geschwindigkeit. So kann z. B. Glycerin in 2- bis 5°[oigen Lösungen innerhalb 24 Stunden praktisch vollständig in Dioxyaceton umgesetzt werden. Die gleichen Behandlungen werden dann wiederholt, und die Erfahrung lehrt, daß in gleicher Weise mittels einer und derselben Bakterienmasse bis zwanzig und mehr Chargen mit gutem Erfolg und großer Geschwindigkeit verarbeitet werden können.
• In welchem Grade dieses Ergebnis als wichtig und unerwartet betrachtet werden muB, geht aus der Tatsache hervor, daB in einem neuen österreichischen Patent 113 851 als ein Vorteil des dort angemeldeten Verfahrens die Tatsache erwähnt wird, daß eine entsprechende Umsetzung innerhalb 4. bis Tagen erreicht werden kann.
• Gemäß der Erfindung wird also die bakterielle Oxydation in zwei Stufen ausgeführt. Die erste Stufe findet fast ohne Oxydation und starker Vermehrung der Bakterien statt. Die zweite Stufe jedoch ohne wesentliche Vermehrung der Bakterien und unter starker Oxydationswirkung. Die zweite Stufe kann nun öfters mit neuem Substrat wiederholt werden, und diese öftere Wiederholung bedingt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
• Die Ausführung des Verfahrens kann z. B. in folgender Weise geschehen: Beispiel i 2o hl einer Lösung von 2 °/o Glycerin in Malzkeimextrakt, zu der 2o kg Infusoriener de zugefügt worden sind, werden sterilisiert, auf 30° C abgekühlt und sodann mit ioo 1 einer zuvor bereiteten Kultur von acetobacter suboxvdans in verdünntem Malzextrakt geimpft. yDann wird schwach durchlüftet (durchgeblasene Luftmenge im Ganzen io cbm pro Stunde). Nach 36 Stunden ist die Bakterienentwicklung in genügendem Maße vorangeschritten, um eine kräftige, d. h. wachstumheminende Durchlüftung (24o cbm Luft pro Stunde) zulassen zu können. Ungefähr 24 Stunden später ist das Glycerin zu 950f, in Dioxyaceton umgesetzt. Man läßt jetzt die Infusorienerde sich absetzen, die überstehende klare Flüssigkeit abfließen und fügt aufs neue 2o hl einer sterilisierten und abgekühlten 2°1oigen Glycerinlösung zu. Jetzt wird sofort zur kräftigen Durchlüftung geschritten, wodurch das zugefügte Glycerin schorrnach 2o bis 24 Stunden zu 92 bis 97 °%o in Dioxyaceton umgesetzt wird. Die Durchlüftung wird dann wieder eingestellt, die Infusorienerde läßt man sich auf den Boden absetzen und wiederholt auch weiterhin alle oben beschriebenen Behandlungen, und zwar jedesmal nach einem Zeitabschnitt von ungefähr 2o bis 2q. Stunden. auf diese Weise verfügt man nach je 24 Stunden über eine 2°1oige Lösung von Dioxvaceton, die nach bekannten Verfahren auf das reine Produkt verarbeitet werden kann. Beisliiel2 In ein mit Dampf sterilisiertes Gefäß von t;nn 1 Inhalt werden io lil sterilisierte 2.; " oige @Tatuiitlösung gebracht, welche durch I.ö;tin;- vnn (i; k- Manna in io Iil einer zehnfach mit Wasser verdünnten autolysierten Bierhefe erhalten worden ist. Nachdem die Temperatur durch Kühlung auf 320 C herab"rgan"en ist, wird mit 5o 1 einer zuvor bereiteten Kultur von acetobacter suborvdans in verdünntem Dfalzextraktgeimpft und hierauf schwach gelüftet (4. cbm in der Stunde). Nach 12 Stunden wird die Lüftung allmählich verstärkt in der Weise, daß stündlich die durchgeblasene Luftmenge um 2 cbm erhöht wird. Etwa 30 Stunden nach der Impfung »ist die Bakterienentwicklung genügend fortgeschritten. um die Betriebslüftung von 125 cbm in der Stunde zulässig zu machen. 'Nach weiteren 24 Stunden ist der \larinit zu mehr als yo ° o in I#ruktose übergeführt, während die etwa im Manna und in der Impfflüssigkeit vorhandene geringe Menge Glucose in Gluconsäure bzw. Oxvgluconsäure umgewandelt worden ist, so daß die erhaltene Fruktoselösung frei von Glucose (im allgemeinen frei von Aldosen) ist.
• Die fertige Maische wird nun durch eine sterilisierte Superzentrifuge abgelassen, worauf die Fruktose durch Eindampfen der Lösung und nachfolgende Kristallisation gewonnen wird. Die abzentrifugierte Bakterienmasse wird möglichst bald aus der Zentrifuge durch eine neue sterilisierte Mannitmaische wieder in das Olvdationsgefäß zurückgeführt. Alsbald wird die maximale Betriebslüftung wieder eingestellt. Innerhalb 2o bis 25 Stunden ist auch in der zweiten :Maische der Mannit wieder praktisch vollständig in Fruktose übergeführt, wonach die beschriebenen Operationen beliebig oft (jedenfalls wenigstens i5mal) wiederholt «-erden können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur bakteriellen Oxydation organischer Verbindungen zwecks Herstellung von Oxydationsprodukten, wie Dioxyaceton, Gluconsäure, Fruktose u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Bakterien bei schwacher Belüftung (Züchtungslüftung) zur N-ermehrung gebracht werden, nach deren Abschluß durch eine starke. ein weiteres Wachstum der Bakterien hemmende Belüftung (Betriebslüftung) die Oxydation durchgeführt und darauf die von der Flüssigkeit getrennte Bakterienmasse unter sofortiger starker Belüftung (Betriebslüftung) zur Oxydation weiteren Ausgangsmaterials benutzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Trennung der Bakterienmasse von der Flüssigkeit bakterienadsorbierende Materialien, wie gewisse Arten von Kohle, Infusorienerde u. dgl., zugesetzt werden.