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Verfahren zur fermentativen Herstellung von Glyzerin Die fermentative
Herstellung von Glyzerin erfolgt durch Vergären vom Zucker unter Zugabe von Salzen,
wie Phosphaten, Karbonaten und Sulfiten, welche die Glyzerinausbeute günstig beeinflussen.
Bei diesem Verfahren werden erhebliche Mengen von Hefe und Salzen benötigt. Zur
Behebung dieses Nachteils wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, Ersparnisse
an Hefe und Sulfit zu machen. Eine Möglichkeit, die Hefe wiederholt verwenden und
so weitere Zuckerchargen vergären zu können, wird hauptsächlich durch Beseitigung
der flüchtigen Gärungsprodukte entweder während des Gärprozesses oder nach Beendigung
des Gärens geschaffen. Das kann auf verschiedene Weise erfolgen.
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Nach dem einen Vorschlag (USA.-Patentschrift 2 189 793) wird eine
ausgiebige Lüftung während des ganzen Gärungsvorganges vorgenommen, wodurch den
Hefepilzen Energie zugeführt und die Konzentration der flüchtigen Produkte, die
bei höherer Konzentration die Vitalität der Hefepilze ungünstig beeinflussen, herabgesetzt
wird. Die Hefe bleibt, ohne Schaden zu erleiden, dauernd in einem gesunden Zustand.
Dadurch wird die Glyzerinausb.eute erhöht, das Gären beschleunigt und ermöglicht,
die Hefte wiederholt zu verwenden.
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Nach einem anderen ähnlichen Vorschlag (USA.-Patentschrift 2 428 766)
wird die Erzeugung von Glyzerin so durchgeführt, daß man während der Gärung durch
die Maische Luft oder ein anderes Gas leitet, wodurch ein gesunder Zustand der Hefepilze
aufrechterhalten wird und es möglich ist, die Hefe zum Vergären weiterer Kolehydratchargen
zu verwenden.
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Ferner wurde angeregt (österreichische Patentschrift 112 119), nach
Beendigung der Gärung durch Abfiltern die Hefe zu entfernen und den Rest zur Entfernung
der flüchtigen Produkte einer Destillation zu unterwerfen. Die abgesonderte Hefe
und die nach der Destillation verbleibende Flüssigkeit werden unter Zugabe von neuem
Zucker einer weiteren Gärung unterworfen.
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Schließlich ist (deutsche Patentschrift 927 263) ein mehrstufiges
Verfahren unter Wiederverwendung der rückgeführten Schlempe bekanntgeworden, bei
welchem in der ersten Gärung mit so tiefen Temperaturen (23 bi 25°) gearbeitet wird,
daß die Gärung eine Hemmung erfährt, und bei welchem die Temperaturen in den nächstem.
Gärstufen allmählich gesteigert werden, wobei durch vorübergehende Temperaturerniedrigung
die Gärung erneut gehemmt wird. Dadurch soll erreicht werden, .daß die Hefe fünf-
bis sechsmal verwendet werden kann.
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Diese Verfahren, bei welchen die Glyzerin enthaltende Maische nach
Zugabe von neuem Kohlehydrat einer weiteren. Gärung zugeführt wird, sind jedoch
nur für Zucker oder Stärke geeignet. Melasse, der billigste Rohstoff, läßt sich
nach ihnen nicht verarbeiten, da durch neue Zugabe von Melasse die Visko:sirtät
der Lösung sowie der osmotische Druck so weit ansteigen, daß die Gärung nnclht eintreten
oder nicht weiterlaufen kann, wenn man nicht für eine entsprechende Verdünnung sorgt.
Diese notwendige Maßnahme führt aber zu einer unwirtschaftlichen Vergrößerung des
Gärraumes. Da Melasse den billigsten Zuckerrohstoff darstellt, ist ein Verfahren,
bei welchem man bei wiederholtem Verwenden der Hefe auch Melasse mit Erfolg einsetzen
kann, anstrebenswert.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur fermentativem Herstellung
von Glyzerin aus Kohlehydraten ohne Lüftung und ohne Destillation der flüchtigen
Produkte, das speziell für die Verarbeitung von Melassemaische geeignet und bestimmt
ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gärung in mehreren Stufen durchgeführt
wird und für jede Stufe ein frischer Melasseanteil bei einer Gärungstemperatur von
30 bis 35° C verwendet wird, wobei der Anlauf der Gärung in den einzelnen Gärungsstufen
mittels einer Hefe erfolgt, welche in einem Substrat von niedrigem Sulfitgehalt
hergeführt und auf ihre maximale Aktivi.tätsstufe gebracht wurde. Dabei ist es nicht
nötig, eine Sangzeitige Adaption der Hefe durch Züchtung der Kultur in einem schwach
alkalischen Medium durchzuführen wie nach Verfahren von E o f f , Linder und Beyer
(Brauwissenschaft,, Heft 7, Juli 1952).
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
fällt somit die Notwendigkeit fort, eine Lüftungsanlage einzurichten oder die flüchtigen
Produkte zu entfernen. Die- Erzeugung und Handhabung ist gleichfalls wesentlich
einfacher. Durch wiederholte Verwendung der Hefe auf die angegebene Art wird so
die Adaption des enzymatischen Systems für abgeänderte Bedingungen ausgenutzt, und
es wird gegenüber der ersten Anwendung frischer Hefe eine um 5 bis 6% höhere Ausbeute
erzielt. Die Hefe kann fünf- bis siebenmal verwendet werden. Eine weitere Folge
ist auch eine wesentliche Verkürzung der Gärungszeit gegenüber bisher bekannten
Verfahren bis auf 15 Stunden bei einer Zuckerkonzentration von 120/0. Dabei ist
es möglich, ohne Schwierigkeiten Zuckerlösungen von einem Zuckergehalt bis 151/o
zu verarbeiten, wodurch ein höherer Anteil an Glyzerin hoher Qualität in der Maische
als bedeutender Beitrag für die Weiterverarbeitung erzielt wird. Als weiterer Vorteil
ergibt sich die Möglichkeit, den Susfitanteil, etwa 30%, bezogen auf den Zuckergehalt
bei Beibehaltung der normalen Bildung des Glyzerins und seiner Ausbeute, herabzusetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt: In einer
Mischmaschine wird ein Hefeansatz durch Lösung von Melasse in warmem Wasser (20
bis 22° C) zusammen mit Sulfit und Nährsalzen (sekundärem Ammoniumphosphat und Magnesiumsulfat)
bereitet. Dann wird in das Rührwerk der Mischmaschine eine Backheferation eingebracht
und nach Nachfüllen auf die gewünschte Menge die Temperatur auf 20 his 22° C eingestellt.
Den Hefeansatz kann man verwenden, sobald die Höhe des Schaumes ihren Maximalwert
erreicht hat. Die für die Erzeugung benötigte Mansche wird in einem so weit vorgewärmten
Wasser bereitet, da.ß nach Mischen der Maische mit dem Hefeansatz und nach dem Wassernachfüllen
eine Gärungstemperatur von 35° C erreicht wird. Dabei wird zuerst die benötigte
Menge des Sulfits, der Nährsalze und der Melasse gelöst. Für den ersten Gärungsvorgang
ist eine l0%ige Konzentration von Zucker in der Maische bei erhöhtem Sulfitgehalt
von 35 bis 40% geeignet. Beim zweiten und folgenden Gärungsvorgängen wird die Zuckerkonzentration
bei auf 30 bis 35% herabgesetztem Sulfitgehalt auf 13% erhöht. Durch den
anfänglich hohen Sulfitanteil wird die bei der ersten Verwendung von Hefe übliche
niedrige Ausbeute verbessert.
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Nach Lösung aller zugegebenen Rohstoffe ist es zwecks Erzielung einer
guten Absonderung der Hefe nötig, den unlöslichen Niederschlag zu entfernen. Dies
geschieht vorteilhaft mittels eines selbsttätigen Klärseparators. Es ist allerdings
möglich, eine Filtrierschleudermaschine oder eine Filterpresse zu verwenden.
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Die klare Maische wird in. den Gärbottich abgelassen, wo sie nach
dem Ansetzen durch den beschriebenen Hefeansatz mit Wasser auf das erwünschte Volumen
ergänzt wird, so daß eine Temperatur von 35° C erreicht wird. Nach dem Vergären
werden die Hefepilze entfernt und nach vorheriger Aufbereitung auf ihre Maximalaktivität
in gleicher Weise wie vor ihrer ersten Anwendung für den zweiten und die folgenden
Gärungsvorgänge verwendet. Beispiel Zunächst wird der Hefeansatz folgendermaßen
vorbereitet: In 10 hl Wasser von einer Temperatur von 20 bis 22° C werdlen eine
entsprechende Menge Melasse, die 20 kg Zucker enthält, 4 kg kristallinisches schwefelsäures
-Naitrium, 1,2 kg sekundäres Ammoniumphosphart und 1 kg Magnesiumsulfat gedöst.
Nach dem Vermischen werden 120 kg Preßhefe beigefügt. Der so bereitete Hefeansatz
wird dem Hauptanteil der Maische beigefügt, welche so bereitet wird, daß eine Melassernenge,
die 1000 kg Zucker enthält, 700 bis 800 kg kristallinisches schwefelsaures Natrium
und 13 kg Magnesiumsulfat in Wasser gelöst werden.
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Bei der Bereitung der Maische für den zweiten und die folgenden Gärungsvorgänge
wird die Zuckermenge in der Melasse auf 130 kg erhöht. Es werden ferner 780 kg kristallinisches
schwefelsaures Natrium beigefügt, und der Anteil der Nährsalze wird dem erhöhten
Zuckergehalt angepaß.t. Nach dem vollkommenen Lösen der beigefügten Stoffe wird
aus der Maische der entstandene unlösliche Niederschlag abgesondert und die klare
Maische in den Hauptgärbottich übergeführt, wo sie nach Zugabe des Hefeansatzes
auf 100 hl ergänzt wird. Die Gärungstemperatur ist etwa 35° C und wird während des
ganzen Gärungsvorganges auf 30 bis 35° C erhalten.
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Nach dem Vergären werden die Hefepilze mittels einer Schleudermaschine
abgesondert und in Form von Hefemilch nach Aufbereitung auf den Maximalwert ihrer
Aktivität wie vor ihrer ersten Anwendung für den. zweiten und die folgenden Gärungsvorgänge
verwendet.
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Der erwähnte Vorgang ermöglicht auf diese Weise die Glyzerinerzeugnug
aus Melasse bei niedrigstem Hefeverbrauch und! bei einer Ausbeute von 24 bis 26%
Glyzerin, bezogen auf den. vergorenen Zucker. Die Gesamtgärungsdauer beträgt im
Durchschnitt 22 Stunden.