DE2125131B2

DE2125131B2 - Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung

Info

Publication number: DE2125131B2
Application number: DE2125131A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: AG JUNGBUNZLAUER SPIRITUS- und CHEMISCHE FABRIK WIEN
Current assignee: AG JUNGBUNZLAUER SPIRITUS- und CHEMISCHE FABRIK WIEN
Priority date: 1970-06-01
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1979-02-15
Also published as: NL152929B; CA973495A; US3741869A; BE767569A; GB1342311A; IT1013007B; CH556911A; NL7107389A; DE2125131A1; AT295448B; FR2095690A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zironcnsäure durch submerse Gärung von kohlehydrathaltigem Material mit Aspergillus niger in Gegenwart von

K₄[Fe(CN)₆] · 3 H₂O

in einer Menge von kleiner als 500 TpM.

Es ist bekannt, daß man zur Erzielung von hohen Mengen an Zitronensäure produzierendem Aspergillusniger-Mycel das Wachstum der Zellen hemmen muß. Durch diese Hemmung wird der zellulare Stoffwechsel in Richtung vermehrter Zitronensäureproduktion gelenkt

Eine Zellwachstumshemmung wird z. B. durch Zugabe von Kaliumferrocyanid zum Gärsubstrat erreicht Es ist bekannt daß dieser Zusatz vor allem durch Komplexbildung aiie schädlichen Einflüsse von Metallionen auf die Zitronensäureproduktion hintanhält

Bei einem bekannten Verfahren (US-Patentschrift 33 26 774) werden dem Fermentationsmedium in Form einer einmaligen Zugabe 500-4000TpM Kaliumferrocyanid zugegeben, wobei diese Menge auch über- bzw. unterschritten werden kann. Dies hat den Nachteil, daß durch die einmalige Zugabe eine Kontrolle des Wachstums des Mycels nicht möglich ist

Im Band IV, 1962, der »Biotechnology and Bioengineering«, Seiten 17 bis 21, ist die submerse Gärung von mit Ferrocyanid behandelten Rohr- und Rübenmelassen zur Herstellung von Zitronensäure beschrieben. Zur Gärung werden Ferrocyanid-Konzentrationen von 20

bis 150TpM aufrechterhalten. Bei diesem Verfahren besteht die Aufgabe des Ferrocyanids darin, auf die in der Lösung anwesenden Schwermetalle komplexierend zu wirken, so daß das Niveau des Schwermetallgehaltes in der Gärlösung auf ein für die Gärung erforderliches Minimum gedrückt wird. Die benötigte Ferrocyanidmenge wird hierbei in Abhängigkeit der anwesenden Schwermetallionen genauer bestimmt, eine Ausbeuteerhöhung wird dabei nicht erzielt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung zu schaffen, bei dem durch Hemmung des Mycelwachstums wesentlich verbesserte Ausbeuten erzielt werden als bei den bekannten Verfahren.

is Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der wenigstens teilweise gereinigte Kohlehydrate enthaltenden Lösung

K₄[Fe(CN)₆] · 3 H₂O

portionsweise in einer Menge von insgesamt 0,05 bis 10 TpM, bezogen auf die Gesamtmenge der Lösung, in der Weise zugegeben wird, daß das Mycelwachstum so gehemmt wird, daß eine verbesserte Ausbeute an Zitronensäure erhalten und die Gärzeit verkürzt wird.

Die erste Portion des Inhibitors kann zur Zeit oder nach der Beimpfung zugegeben werden.

Die portionsweise Zugabe des Inhibitors erfolgt zweckmäßig bei einem pH-Wert der Zucker enthaltenden Lösung von unter 3,0.

Die teilweise Kohlehydrat enthaltende Lösung kann eine durch Ionenaustausch gereinigten Zucker enthaltende Lösung sein.

Es ist wesentlich, daß die Zugaben zeitlich dann erfolgen, wenn es durch mikroskopische Beobachtung des Mycelwachstums jeweils notwendig erscheint. Der Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Regulierung des Mycelwachstums, welches durch das Ferrocyanidion in einer Weise gesteuert wird, die die Zitronensäurebildung in hohem Maße, bis zu etwa 90%, beeinflußt Zur Erzielung dieses Effektes sind Ferrocyanidmengen von insgesamt nur 0,05 bis 110 TpM erforderlich, also ein um etwa eine Zehnerpotenz kleinerer Mengenbereich als bei vergleichbaren bekannten Verfahren.

Die Zugaben erfolgen lediglich in Abhängigkeit des Mycelwachstums, das mikroskopisch beobachtet wird und sie sind unabhängig vom eigentlichen Ferrocyanidspiegel während der gesamten Gärperiode.

Bei der submersen Gärung mit Aspergillu:; niger bildet der Pilz sogenannte Pellets, welche organisiertes Mycel in annähernd sphärischer Gestalt sind. Für die Auswirkung in der Zitronensäureherstellung sind vor allem die Randzonen dieser Pellets von Bedeutung, deren Beschaffenheit an dem Aussehen des Ranclmycels erkennbar ist Dieses Randmycel wird während des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Kontrolle unterworfen. Es soll einerseits nicht »fest« sein, d. h, die Oberfläche der Pellets soll nicht nur relativ unbedeutende Auswüchse aufweisen, da in diesem Fall die Gesamtoberfläche zu klein ist wodurch der Sitoffaustausch gehemmt und die Zitronensäurebildung behin dert wird. Andererseits darf das Randmycel auch nicht zu locker sein oder gar fädige und glatte Hyphen aufweisen, was letzten Endes sogar zur Auflösung der Pellets führen kann. Ein solches zu lockeres Randmycel deutet darauf hin, daß der Pilz die Tendenz hat, auf Kosten der Zitronensäurebildung das Wachstum des

Mycels zu steigern, was ebenfalls unerwünscht ist

Der Gärungsprozeß muß also so gesteuert werden, daß die Entwicklung des Mycels jeweils in die eine oder die andere Richtung verhindert wird. Dies geschieht erfindungsgemäß durch die kontrollierte Zugabe des Ferrocyanids, wobei darauf geachtet werden muß, daß die aus den Pellets im Randmycel herausstehenden bzw. sich entwickelnden Hyphen »knorrig (und) verzweigt« sind. Auch wenn Teile des Mycels gegebenenfalls in Form von Einzelhyphen auftreten, sollen diese Einzelhyphen »knorrig, verzweigt« sein. Es ist ein Merkmal der Erfindung, das Mycel während der Gärung immer auf Ausbildung und Beibehaltung dieser charakteristischen Formation hin zu untersuchen.

Die Beobachtung erfolgt jeweils an aus der Gärung entnommenen Proben, und zwar mindestens einmal täglich. Die Überwachung erfolgt durch mikroskopische Untersuchung, bei der die Mycelentwicklung ebne Schwierigkeit verfolgt und eine Veränderung des Mycelwachstums in der einen oder anderen Richtung leicht erkannt werden kann. Bei einem festen Randmycel muß durch Zugaben von Ferrocyanid die Entwicklung korrigiert werden. Wenn dagegen das Randmycel die Tendenz zur Ausbildung von »glatten« Hyphen-»Fäden« zeigt oder vereinzelt schon solche Fäden vorhanden sind, also das Randmycel sich nicht mehr in der knorrig verzweigten Formation weiterzuentwickeln droht, muß diese Art des Wachstums gehemmt werden.

Durch portionsweise zeitlich überwachte Zugaben von Ferrocyanid, und zwar nur bis zu einer bestimmten Gesamtmenge, nämlich 0,05 bis 10 TpM, wird erfindungsgemäß die Mycelentwicklung in die gewünschte Richtung gelenkt. Dabei wird eine unerwartete Leistungssteigerung durch Erhöhung der Ausbeuten und Verkürzung der Gärzeit erzielt.

Durch das Einhalten eines pH-Wertes der Lösung von unter 3,0 wird die Bildung von Fremdsäuren weitgehend verhindert.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Unterschiede zwischen einer einmaligen Zugabe einerseits und portionsweiser Zugaben andererseits deutlich werden.

Beispiel 1

121 einer teilweise entkationisierten Zuckerlösung mit 25% Zucker Gew.-/VoL wurden nach Nährsalzzugabe auf einen pH-Wert von 23 eingestellt, in strömendem Dampf bei 100⁰C sterilisiert, auf 30⁰C abgekühlt und unter sterilen Bedingungen in einen mit mechanischem Rührwerk und Belüftung versehenen Fennenter gebracht Die belüftete und berührte Lösung wurde bei einer Temperatur von 30⁰C mit Sporen von Aspergillus niger beimpft, wobei eine Gärtemperatur von 30⁰C gehalten wurde. Mit der Beimpfuug wurde der Gärlösung eine Menge von 12 mg Kaliumhexacyanoferrat(II) zugesetzt Nach Mtägiger Gärzeit wurde eine Zitronensäuremenge von 2247 g erhalten. Das entspricht einer Ausbeute bezogen auf Zucker von 743%.

Beispiel 2

Der wie in Beispiel 1 behandelten Gärlösung wurden bei der Beimpfung 3 mg Kaliumhexacyanoferrat zugesetzt und sodann wie aus Tabelle 1 ersichtlich behandelt Nach lltägiger Gärzeit wurden 2703 g kristallisierter Zitronensäure erhalten. Das entspricht einer Ausbeute bezogen auf Zucker von 90,1 %.

Beispiel 3 Die wie in Beispiel 1 und 2 behandelte Gärlösung

wurde auf den pH-Wert 2$5 eingestellt und mit Sporen von Aspergillus niger beimpft Die erste Zugabe von

Kaliumhexacyanoferrat (II) erfolgte erst 20 Stunden

nach der Beimpfung in einer Menge von 30 mg. Weitere

Zugaben wurden nach mikroskopischer Beobachtung

gegeben, und zwar 6 mg Kaliumhexacyanoferrat (H) am

4. Tag und 3,6 mg am 8. Tag. Nach einer Gärzeit von 10

Tagen wurden 2682 g Zitronensäure kristallisiert

erhalten, entsprechend einer Ausbeute bezogen auf Zucker von 89,4%.

Die folgende Tabelle faßt die Ergebnisse zusammen:

10

15

20

25

Beispiel

Gärdauer
in
Tagen

Kaliumhexacyanoferrat-II-Zugabe in TpM

mit Beimpfung

20 Std.
nach Beimpfung

2. Tag

4. Tag

5. Tag

7. Tag

8. Tag

Zitronensäure
ausbeute

14
11
10

1
0,25

2,5

0,35

0,25

0,15

0,50 0,30

74,9
90,1
89,4

Die Beispiele zeigen, daß eine portionsweise Zugabe von Kaliumhexacyanoferrat (II) die Zitronensäureausbeute wesentlich erhöht und Ausbeuten von 89,0% und darüber zu erreichen sind bei gleichzeitiger Gärzeitverkürzung, wogegen bei den herkömmlichen Methoden der Kaliumhexacyanoferrat-II-Behandlung in 8 Tagen Ausbeuten von 70—80% maximal erreicht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure durch submerse Gärung von kohlehydrathaltigem Material mit Aspergiüus niger in Gegenwart von

IGfFe(CN)₆]-3 H₂O

in einer Menge von kleiner als 500 TpM, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens teilweise gereinigte Kohlehydrate enthaltenden Lösung

K₄[Fe(CN)₆] - 3 H₂O

portionsweise in einer Menge von insgesamt 0,05—10 TpM, bezogen auf die Gesamtmenge der Lösung, in der Weise zugegeben wird, daß das Mycelwachstum so gehemmt wird, daß eine verbesserte Ausbeute an Zitronensäure erhalten und die Gärzeit verkürzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Portion des Inhibitors zur Zeit der Beimpfung zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Portion des Inhibitors nach der Beimpfung zugegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die portionsweise Zugabe des Inhibitors bei einem pH-Wert der Zucker enthaltenden Lösung von unter 3,0 erfolgt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise gereinigte Kohlehydrate enthaltende Lösung eine durch Ionenaustausch gereinigten Zucker enthaltende Lösung ist