DE2118361B2

DE2118361B2 - Verfahren zur herstellung von zitronensaeure durch submerse gaerung

Info

Publication number: DE2118361B2
Application number: DE19712118361
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Aktiengesellschaft Jungbunzlauer Spiritus- Und Chemische Fabrik, Wien
Priority date: 1970-06-01
Filing date: 1971-04-15
Publication date: 1978-01-12
Also published as: AT293313B; FR2095670A5; CA973494A; JPS5140155B1; DE2118361A1; CH554415A; NL152601B; NL7107342A; SE392731B; GB1342297A; BE765517A; IT1006524B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung vom kohlehydrathaltigem Material mit Hilfe des Schimmelpilzes Aspergillus niger in Gegenwart von Metallen.

Es ist bekannt, daß Spurenmengen verschiedener Metalle, wie Eisen, Kupfer, Zink, einen wichtigen Effekt auf die Physiologie des im Gärprozeß verwendeten Organismus haben. Die Metalle bewirken nichi nur das Wachstum des Organismus, sonderen sie haben auch einen Effekt auf die aus dem verwendeten kohlehydrathaltigen Material erhaltene Ausbeute der Zitronensäure. Es ist bekannt, daß zwar Eisen für das Wachstum von Mikroorganismen einschließlich Aspergillus niger benötigt wird, die Gegenwart dieses Metalles jedoch einen sehr schädigenden Einfluß auf die erhaltene Zitronensäureausbeute ausüben kann, wenn sich dieses Metall im Gärmedium in größeren Mengen als in Spuren befindet. Es wurde verschiedentlich versucht, überschüssige Mengen dieses Metalles beispielsweise durch Ionenaustausch, Fällung oder komplexe Verfahren zu entfernen und dies auch bei der Anwendung von kohlehydrathaltigen Materialien, welche relativ geringe Mengen dieses Metalles enthalten. Außerdem wurde festgestellt, daß z. B. Kupfer oder Morpholine angewendet werden können, um den Wirkungen von überschüssigen Mengen an Eisen entgegenzuwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Kontrolle des Spurenmetallgehaltes auf wirtschaftliche und bequeme Weise erreicht wird.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erzielt, daß die Gärung der, zumindest teilweise gereinigte, Kohlehydrate, beispielsweise durch Ionenaustausch gereinigten Zucker, enthaltenden Lösung, in Gegenwart von Edelstahl, welcher neben Eisen, Kupfer und Mangan zusätzlich die Komponenten Chrom, Nickel, Molybdän und Niob und/oder Titan enthält, durchgeführt wird.

Hierbei wirkt der Edelstahl als Spurenelementgeber, wodurch eine optimale Konzentration von Spurenmelallen in der Gärmaische und damit eine hohe Zitronensäureausbeute erreicht wird.

Dieser Effekt ist überraschend, da es den herkömmlichen Praktiken entspricht, den Gebrauch von Edelstahl bei der Erzeugung von Zitronensäure zu vermeiden ίο oder zumindest den Kontakt zwischen der Gärlösung und dem Edelstahl auf ein Minimum zu beschränken, indem man die Gärbottiche z. B. mit Gummi beschichtet oder indem man Gärbottiche verwendet, die aus nicht eisenhaltigen Materialien, wie Titan, Aluminium oder Glas, hergestellt sind.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich besonders rostfreie Stähle, die unter der Bezeichnung Stoff-Nr. 1.4505 oder Stoff-Nr. 1.4586 bekannt sind.

Es ist vorteilhaft, wenn nach Zugabe der Nährlösung der pH-Wert auf etwa 2,8 eingestellt wird. Danach wird die Nährlösung zweckmäßigerweise sterilisiert bei Temperaturen von 100⁰C oder darüber. Nach ihrem Abkühlen wird der Edelstahl zugegeben, sofern nicht schon Teile der Konstruktion des Fernmenters, Leitungen oder Kühlschlangen oder der ganze Fermenter aus diesem Stahl gefertigt sind.

Dann wird die Lösung mit den Sporen von Aspergillus niger beimpft und bei etwa 30-32⁰C die Gärung durchgeführt. Die Ausbeuteverbesserung bei der submersen Gärung in Gegenwart des Edelstahles gegenüber einer Gärung ohne Metallzusatz zeigt zunächst das nicht unter optimalen Bedingungen ausgeführte Beispiel 1.

_s5 B e i s ρ i e 1 1

Eine entkationisierte Zuckerlösung von 20% Gew./ Vol. wurde nach Zugabe von Nähirsalzen auf einen pH-Wert von 2,8 eingestellt.
Je 80 ml der obengenannten Lösung wurden in 4 Schüttelkolben gebracht, im strömenden Dampf eine halbe Stunde lang bei 100⁰C sterilisiert und auf 30⁰C abgekühlt. In 2 Schüttelkolben wurde je ein Stück sterilisierten rostfreien Stahls Stoff-Nr. 1.4505 (Versuch c) und 1.4586 (Versuch d) mit einem Oberflächenverhältnis von 1,2 cm²/100 ml in die Zucker enthaltende Lösung eingebracht. Die beiden anderen Schüttelkolben (Versuch a und b) wurden ohne Metallzusatz gelassen.

Alle 4 Kolben wurden mit einer Sporensuspension von Aspergillus niger beimpft und bei 30 -32°C etwa 12 Tage lang geschüttelt. Die Ergebnisse der Gärung zeigt die folgende Tabelle.

Tabelle I

Versuch

Zusatz von
Edelstahl

Gärzeit in
Tagen

Zitronensäureausbeute in %

12	35,5
12	30,1
11	61,1
13	59,8

Zu Vergleichszwecken wurden Versuche mit 2 verschiedenen (nicht erfindungsgemiißen) kupferfreien Stählen gemacht:

a) 11 Liter einer teilweise durch Ionenaustausch gereinigten Zuckerlösung mit einem Gehalt von 25% Gew./Vol. Zucker wurden nach Nährsalzzuga-

be auf einen pH-Weri von 2,8 eingestellt, im strömenden Dampf bei 100^uC sterilisiert, auf 30"C abgekühlt und unter sterilen Bedingungen in einen Glasfermenter von 150 mm Durchmesser und 1000 mm Höhe gebracht. Die Belüftung erfolgte durch ein Verteilerrohr am Boden des Fermenters. Der Fermenter enthielt ein Stück Edelstahl Stoff-Nr. 1.4541 mit einer Oberfläche von 131 cm-'. Die Gärlösung wurde bei 30⁰C mit Aspergillus niger beimpft. Nach 14 Tagen Gärzeil wurden 614 g Zitronensäure krist. erhalten, das entspricht einer Ausbeute von 22,3%.

b) Die wie in a) behandelte Gärlösung wurde in einen, wie in a) beschriebenen Fermenter gebracht, der ein Stück Edelstahl nach Sioff-Nr. 1.4571 mit einer Oberfläche von 131 cm-' enthielt. Die Gärlösung wurde bei 30⁰C mit Sporen von Aspergillus niger beimpft und gleichzeitig mit 11 mg Kaliumhexacyanoferrat-ll versetzt. Am 3. Tag wurden 6,6 mg, am 5. Tag 4,4 mg und am 8. Tag 3,3 mg Kaliumhexacyanoferral-ll zugesetzt. Nach 12tägiger Gärzeit wurden 1,254 g Zitronensäure krist. erhalten, entsprechend einer Ausbeute von 45,6%.

Beispiel 2

Die wie in Versuch a) und b) von Beispiel I behandelte Gärlösung wurde in einen wie in Versuch a) beschriebenen Fermenter gebracht, der ein Stück Edelstahl nach Stoff-Nr. 1.4505 mit einer Oberfläche von 131 cm² enthielt. Dann erfolgte Beimpfung mit Sporen von Aspergillus niger. Die Gärung wurde dann nach 10 Tagen beendet. Es wurden 2,456 g Zitronensäure krist. erhalten, entsprechend einer Ausbeute von 89,3%.

Stoff-Nr. 1.4505 bzw. 1.4506, welches eine Gcsamtoberfläche von 0,6 cm- aufwies, gehängt. Neun Tage nach der Beimpfung wurde jeweils die Zitroiiensäurcausbeute, bezogen auf eingesetzte Saccharose, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle Il zusammengefaßt.

Tabelle II

Zusammensetzung des
to Nährmediums

Saccharose*), g/l
KH2PO4, g/l
MgSO·* · 7 H2O, g/l
NH4NO3, g/l
HCI auf pH

Edelstahlzusatz·*)
Stoff-Nr. 1.4505
Stoff-Nr. 1.4506

Versuche	b)	c)	d)
a)	140	140	140
140	1,0	1,0	1,0
1,0	2,0	0,25	0,25
2,0	2,5	2,5	2,5
2,5	3,8	3,8	3,8
3,8

20 Aspergillus-niger-Stamm
ATCC 12 845
ATCC 11414

Ausbeute in % an Zitronensäure aus je 5 Parallelversuchen

93,6 92,9 91,2 92,2

Beispiel 3

^r

Die wie in den vorangegangenen Beispielen behandelte Gärlösung wurde in einen wie in Versuch a) beschriebenen Fermenter gebracht, der mit einem Stück Edelstahl Stoff-Nr. 1.4586 mit einer Oberfläche von 131 cm² versehen war. Nach Beimpfung mit Sporen von Aspergillus niger wurde die Gärmaische am 1. Tag mit 11 mg Kaliumferrocyanid versetzt, am 5. Tag mit 3,3 mg und am 7. Tag mit 2,2 mg. Nach lOtägiger Gärzeit Tabelle III wurden 2,480 g Zitronensäure krist. erhalten, entsprechend einer Ausbeute von 90,18%.

In den Versuchen nach den Beispielen 1 bis 3 wurde der Aspergillus-niger-Stamm »Van Thiegem citric acid strain ATCC 1015« verwendet.

Konsumaicker EWG, Kategorie Il 0,3cm²/100 ml Lösung

Beispiel 5

Zum Beweis dafür, daß der Zusatz von Kaliumferrocyanid in Beispiel 3 nicht für das gute Ergebnis verantwortlich ist, wurde, wie in den Versuchen a) —d) von Beispiel 4 angegeben, vorgegangen und unter Einsastz des Aspergillus-niger-Stammcs ATCC 12845 die Gärung durchgeführt. Dem Gärmedium wurde im Versuch a) gemäß Tabelle III zum Zeitpunkt der Beimpfung Kaliumferrocyanid in einer Menge entsprechend 0,7 ppm und aufgrund mikroskopischer Beobachtung des Mycclwachstums nach 24 Stunden weitere 0,5 ppm und nach 72 Stunden Gärzeit nochmals 0.3 ppm zugesetzt. Im Vergleichsversuch b) von Tabelle III wurde kein Kaliumferrocyanid verwendet.

Beispiel 4

Die in Tabelle II angegebenen Nährlösungen wurden mit den Aspergillus-niger-Stämmen ATCC 12845 und ATCC 11414 beimpft. Das Nährmedium befand sich jeweils in 500 ml (mit einem Baumwollwatteverschluß versehenen) Erlenmeyerkolben, welche bei einer Temperatur von 25^CC auf einem Kreisschüttler geschüttelt wurden (Exzentrizität 3 cm, 280 UpM). In jeden der Kolben wurde ein Stück Stahlblech aus dem Edelstahl

Zusammensetzung des Gärmediums	Versuch	b)
	a)	140
Saccharose, g/I	140	1,0
KH2PO4, g/l	1,0	0,25
MgSO4 · 7 H2O, g/l	0,25	2,5
NH4NO3, g/l	2,5	3,8
HCl auf pH	3,8
Edelstahlzusatz
Stoff-Nr. 1.4505	+
Stoff-Nr. 1.4586

55

b0 Aspergillus-niger-Stamm
ATCC 12 845

Ausbeute in % an Zitronensäure
aus je 5 Parallelversuchen

90,8

+ 92,7

IV
nensetzung der in den Beispielen verwendeten Stähle:

Mn

Mo

Cu

andere

<0,07% <0,07%

0,07%

1,0%

2%	17,5%	2,25%	20,0%	2%	Nb>8xC
2%	18,0%	2,75%	22,0%	2%	Nb>8xC
2%	18,0%	—	10,0%		Ti>5xC
2%	17,5%	2,25%	11,5%		Ti>5xC
2,0%	17,5%	2,25%	20,0%	2,0%	Ti 0,5%

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung von, zumindest teilweise gereinigte, Kohlehydrate, beispielsweise durch Ionenaustausch gereinigten Zucker, enthaltenden Lösungen mit Hilfe des Schimmelpilzes Aspergillus niger in Gegenwart von Spurenelementen, d a durch gekennzeichnet, daß die Gärung in Gegenwart von Edelstahl, welcher neben Eisen, Kupfer und Mangan zusätzlich die Komponenten Chrom, Nickel, Molybdän und Niob und/oder Titan enthält, als Spurenelementgeber durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelstahl ein Stahl mit der Stoff-Nr. 1.4505 oder 1.4586 eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt des Edelstahls mit der Lösung durch Konstruktion von Teilen oder des ganzen Submersfermenters, von Leitungen oder Kühlschlangen aus diesem Metall oder durch Einbringung eines Stahlstückes in die Nährlösung gewährleistet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelstahl im Oberflächenverhältnis von ],2cm²/1OOml Lösung eingesetzt wird.