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Verfahren zur DurchfÜhrung biochemischer Prozesse.
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Teil derselben nicht frei schwebend oder an indifferente Stoffe gebunden verwendet werden, sondern an feste, biochemisch unsetzbare Träger (z. B. Pflanzenteilehen), welche übrigens frei beweglieh sein können, gebunden sind, wodurch ein sogenanntes Mikroplankton entsteht. In Lösungen haben die Bakterien nur gelöste Stoffe zur Verfügung, wogegen im Mikroplankton auch ungelöste Stoffe, insbesondere Eiweissstoffe, vorhanden sind. die die Beschäftigung und Ausnutzung sämtlicher Bakterienfermente ermöglichen und dadurch einen höheren Gäreffekt hervonufen.
Demgemäss besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, dass ausschliesslich Bakterien oder pseudosymbiontisehe Mischkulturen verwendet werden. die gegen Gärprodukte hochresistent und durch folgende Selektionsmethode zu gewinnen sind ; Beimpfung einer mit einem Gärprodukt als Selektionszusatz versetzten Maischprobe mit natürlichen Bakterienträgern, Behrütung der Maischproben und Auswahl der Maischproben, die amstärksten gären und normal aussehende Bakterien mit gleichmässigem, ungekörntem Protoplasma enthalten.
Zweckmässig verwendet man solche, die Ansätze zur Plaktonbildung zeigen, wobei man erforderlichenfalls die ausgewählten angegorenen Maischproben in mit demselben Selektionszusatz versetzten frischen Maischproben überimpft, die Bebrütung wiederholt und die Auswahl und Überimpfung unter denselben Bedingungen fortsetzt, bis man einheitliche, gegen Gärprodukte hoehresistente technische leistungsfähige Kulturen erhält.
Verfährt man bei der Gewinnung der Gärungserreger nach den erwähnten Grundsätzen (Vermeidung der Erhitzung. Gärprodukt als Selektionszusatz, Psendosymbiose, Matebiose, Mikroplankton), so ergeben sieh. wie sich zeigte, gegenüber den bisherigen Verfahren folgende Vorteile bei der Durch- führung von Gärungs-und anderen biochemischen Prozessen :
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sofort angegriffen, und ihre infektiöse Wirkung wird in den ersten Anfängen unterdrückt.
2. Durch geeignete Variation des Selektionszusatzes können Gärungserreger mit den verschiedensten Gärfähigkeiten gewonnen werden. welche die ganze reiche Skala der natürlichen Spaltung-und Oxydationsprozesse repräsentieren und in qualitativer wie quantitativer Beziehung den Ablauf der biochemischen Prozesse weitgehend zu beeinflussen vermögen. Es ist somit eine zielbewusste Führung dieser Prozesse, die Gewinnung ganz bestimmter Produkte, die Steigerung ihrer Erzeugung auf Kosten anderer, unerwünschter Produkte möglich.
3. Durch die metabiontischen Eigenschaften der nach der Bakonyisehen Methode gewonnenen
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4. Infolge der unvergleichlich höheren Virulenz dieser Gärungserreger kommt man mit sehr kurzen Gärzeiten aus.
5. Die durch diese Elektionsmethode gewährleistete Widerstandsfähigkeit gegen Gärprodukte, wie auch die mit der Metabiose verbundene Beseitigung schädlicher Stoffwechselprodukte gestattet die Innehaltung weit höherer Konzentrationen, als dies bei den bisherigen Verfahren möglich ist, da bekanntlich diese störenden Stoffwechsel produkte oft ein vorzeitiges Ende dieser biochemischen Prozesse herbeiführen.
Bei der Durchführung anderer biochemischer Verfahren als der Gärprozcsse ist die Anwendung der oben beschriebenen Grundsätze mit gleichen Vorteilen verknüpft.
Beispiel l : Natürliche Bakterienträger (Pflanzenteile, Rumus. Exkremente der Pflanzenfresser usw.) werden mit Leitungswasser oder mit steriler Maische überschichtet und darauf eine geringe Menge,
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soll, beispielsweise Butanol, hinzugefügt. (Ebenso können natürlich, falls die Gärung mehrere bestimmte Produkte liefern soll, Mischungen dieser Stoffe an Stelle eines einzigen hinzugegeben werden. ) Durch diesen Zusatz wird die Entwicklung aller gegen Butanol nicht resistenten Bakterien verhindert. Die Proben werden etwa 24 Stunden lang bebrÜtet.
Man kann dabei Temperaturen bis zu 700 anwenden, am zweck- mässigsten sind jedoch solche von 28-38 . Nach 24 Stunden stellen alle angegorenen Proben eine vor- läufig undifferenzierte Mischung der verschiedensten gegen Butanol resistenten Bakterien dar, die als ,. Batanol-Flora" des benutzten natürlichen Baktrienträgers bezeichnet werden können. Diese Floraproben werden mikroskopiert, wobei alle solche, in denen eine grössere Anzahl stark degenerierter (gekörnter oder deformierter) Individuen zu sehen ist. ausgeschieden werden. Nur solche Floraproben, bei denen
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die Bakterien Ansätze zur Planktonbildung zeigen.
Mit diesen Floraproben werden sterilisierte Maischproben. welche ebenfalls mit etwa 1-2%des benutzten Selektionszusatzes versetzt sind. beimpft. Eine vorherige Erhitzung dieser Proben, wie sie bei gewissen bisherigen Zächtungsmethoden üblich ist (z. B. D. R. P. 445982), muss streng vermieden werden, da sie zur Absehwächung oder Tötung der, wie sieh zeigte. sehr wichtigen hitzeempfindlichen
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abermals 24 Stunden bebrütet, worauf die oben beschriebene mikroskopische Auswahl nach dem normalen Aussehen und der Intensität und Häufigkeit der Planktonbildung wiederholt wird.
Das ausgewählte
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Material wird in gleicher Weise in sterile, mit Selektionszusatz versetzte Maischproben weitergeimpft, und die angegorenen Proben werden der weiteren mikroskopischen Auswahl unterworfen. Diese Massnahmen werden so lange wiederholt, bis vollständig normal aussehende und starke Planktonbildung zeigende Kulturen erhalten werden.
Mit diesen Kulturen werden nun Gärversuche angestellt, wobei der zu vergärenden Maischprobe ebenfalls etwa 1-2% des Selektionszusatzes im voraus zugesetzt wird. Man wählt alsdann unter diesen solche Maischproben aus, die am schnellsten vergoren sind, und bestimmt durch geeignete Weise, z. B. durch Destillation einer daraus aseptisch entnommenen Probe, diejenigen, welche den höchsten Gehalt an den gewünschten Gärprodukten, in diesem Falle Butanol, zeigen. Diese Gärproben werden zu weiteren Gärsersuehen verwendet und die Versuche nun so lange wiederholt, bis eine maximale Ausbeute bei minimaler Gärzeit erreicht wird.
Alsdann wird allmählich die Konzentration des Selektionszusatzes vermindert, bis das erwähnte Ziel ganz ohne Selektionszusatz erreicht ist.
Zuletzt wird die Konzentration der zu vergärenden Maischprobe, solange dies ohne Verminderung der Ausbeute und ohne Verlängerung der Gärzeit möglich ist, erhöht.
Das Endergebnis der Selektion kann z. B. durch weitere Ausscheidung der weniger infektionsresistenten Kulturen selbstverständlich noch gesteigert werden.
Beispiel 2 : Der in Beispiel 1 angegebene Selektionsweg kann auf folgende Weise abgekürzt werden :
Die gewonnene Flora, z. B. die obige Butanolflora, wird nach einer bekannten bakteriologischen Methode, z. B. Plattenmethode, weiter verarbeitet, d. i. die auf den Platten vorhandenen Einzelkolonien werden in Gegenwart des zur Florabereitung benutzten Selektionszusatzes auf ihre Leistungsfähigkeit in sterilen Maischproben untersucht und nur die leistungsfähigen Kulturen einer eventuell weiteren Selektion, wenn notwendig, unterworfen.
Beispiel 3 : Die Durchführung einer Spaltungsgärung zur Darstellung von Äthanol, Propanlo, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, Azeton usw. oder deren Mischungen mit Hilfe der nach Beispiel 1 und 2 gewonnenen Kulturen geschieht in folgender Weise : Stärke-oder zuckerhaltige Materialien werden in zerkleinertem Zustande in Wasser suspendiert, wobei die übliche Brennereikonzentration beibehalten werden kann. Die Stärke wird durch Kochen gelatiniert und zur Selektionstemperatur des Gärungserregers abgekühlt. Alsdann erfolgt der Zusatz des Gärungserregers, der eine kräftige Gärung hervorruft, welche spätestens nach 40 Stunden vollständig beendet ist. Die Gewinnung der Produkte geschieht durch Destillation. Bei einer Konzentration von z.
B. 12-15% Mais (mit 60% Stärke) beträgt die Ausbeute an Alkoholen und Ketonen 40-45% der angewandten Stärke.
Zuckerhaltige Lösungen (z. B. Melasse) werden zwecks Ermöglichung der Planktonbildung mit Pflanzenbrei versetzt.
Beispiel 4 : Will man eine Oxydationsgärung hervorrufen, so ändert man die oben beschriebene Selehttionsmethode in der Weise ab, dass man eine freie organische Säure (Milchsäure, Buttersäure, Essigsäure) je nach Art des gewünschten Produktes zusetzt. Ausserdem wird die entstehende Säure, sobald sie die Konzentration von 2% übersehritten hat, mit Kreide, Soda, Ammoniak usw. abgestumpft. Die dadurch immer vorhandene freie Säure wirkt als spezifischer Selektionszusatz und führt zu stark säureresistenten Kulturen. Bei der Durchführung des zur Darstellung von organischer Säure führenden Prozesses setzt man eine derartige Oxydationskultur der Maische zu und stumpft auch hier die entstandene Säure, soweit sie über 2% hinausgeht, ständig ab.
Ein aseptisches Arbeiten ist hiebei überflüssig, da die nach der geschilderten Selektionsmethode gewonnenen Kulturen gegen Infektionen absolut resistent sind. Die entstehenden Säuren werden in Freiheit gesetzt und in üblicher Weise rein gewonnen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Durchführung biochemischer Prozesse, insbesondere von Gärungsprozessen, durch Bakterien oder Mischkulturen, gekennzeichnet durch die ausschliessliche Verwendung von Bakterien oder von pseudosymbiontisehen Mischkulturen, die gegen Gärprodukte hochresistent und die durch folgende Selektionsmethode zu gewinnen sind : Beimpfung einer mit einem Gärprodukt als Selektionzusatz versetzten Maischprobe mit natürlichen Bakterienträgern, Bebrütung der Maisehproben, die am
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und zweckmässig Ansätze zur Planktonbildung zeigen.