DE461356C - Verfahren zur Herstellung von Gaerungszitronensaeure - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß bestimmte Arten der Gattungen Citromyces, Mucor, Aspergillus und Penicillium unter geeigneten Bedingungen reichlich Zitronensäure produzieren. Jedoch birgt die geringe Aktivität der Pilze und die lange Gärdauer große Infektionsgefahr in sich. Aus diesem Grunde scheint sich die einschlägige Technik neuerdings der Ansicht zuzuneigen, daß für die Erzeugung ίο von Gärungszitronensäure im industriellen Maßstabe feste (gallertige) Nährböden erforderlich sind, durch deren Verwendung die Infektion lokalisiert bleibt und auch die Säurebildung beschleunigt werden soll. Ist es doch seit langem bekannt, Aspergillus- und Mucorarten auf festen Nährböden mit möglichst großer Oberfläche auszusäen, indem das Mycel auf solchen Nährböden nicht nur sehr schnell, sondern auch gleichmäßig und in umso fangreichem Maße wächst. Agar-Agar und ähnliche Substrate verteuern jedoch die Fabrikation von Gärungszitronensäure bis zur Unwirtschaftlichkeit. Man hat auch versucht, der Infektionsgefahr dadurch beizukommen, daß man künstliche anorganische Nährsalzkombinationen mit Kohlenhydratzusatz als Nährlösungen verwendete. Auf diesen Nährböden ist die Infektion durch Hefe und Bakterien bedeutend geringer als bei den sonst in der Gärungsindustrie gebräuchlichen, natürlichen, unmittelbar von Pflanzen starnj menden, kohlehydrathaltigen Xährsubstanzen; , die industrielle Durchführung scheitert aber : auch hier an den Kosten.

^: Es wurde nun gefunden, daß man nicht ^; darauf beschränkt ist, bestimmte, morphologisch genau gekennzeichnete Arten der zu j diesem Zwecke verwendeten Fadenpilze der Gattungen Citromyces, Mucor, Aspergillus und Penicillium als Säurebildner zu benutzen, daß es vielmehr gelingt, zur Zitronensäure- j gärung besonders geeignete Stämme aller dieser Gattungen durch geeignete Auswahl j heranzuzüchten, mit deren Hilfe es sogar ; möglich wird, ohne weiteres Melasse als Nährlösung zu verwenden. So ist z. B. von mehreren Seiten beobachtet worden, daß Aspergillus niger in der Regel Oxalsäure erzeugt, und diese Tatsache kann an sich bestätigt werden. Dagegen wurde gefunden, daß die verschiedenen Stämme dieser Art. auch Zitronensäure und bei geeigneter Temperaturführung und entsprechenden Nährsubstraten nur diese erzeugen, ohne daß eine morphologische Charakterisierung dieser Stämme möglich wäre. Es kommt nur darauf an, die tauglichsten Stämme nach den bekannten Methoden der technischen Analyse, beispielsweise mit Hilfe der Einzellkultur, unter experimenteller Vergleichung des Vermögens zur Zitronensäurebildung bei verhältnismäßig niederer Temperatur aus der Vielheit anderer

auszulesen. In der gleichen Weise kommt man durch Auswahl geeigneter Stämme von Citromyces, Mucor und Penicillium zu Kulturen, mit welchen bei Einhaltung der geeigneten Bedingungen auch auf flüssigen Nährböden, insbesondere auf Melasse, Gärungszitronensäure mit guten' Ausbeuten produziert werden kann, wogegen die bisher ⁰ als Zitronensäurepilze verwendeten Arten in ίο Melasselösungen von solchen Konzentrationen, wie sie zur Erzielung brauchbarer Ausbeuten erforderlich sind, unregelmäßig wachsen und die krankhafte Pilzdecke untersinkt. Es kann in dieser Weise aus Melasse Gärungszitronensäure mit guter Ausbeute sogar erzeugt werden, ohne daß besonders Gewicht auf eine ganz sterile Arbeitsweise gelegt werden muß, wenn dafür gesorgt wird, daß die Gärung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vor sich geht. Die in diesem Sinn günstigste Temperatur beträgt z. B. für Aspergillus gegen 20°. Wenn die Temperatur während der ganzen Gärung mit Hilfe von Aspergillusarten nicht mehr erheblich über 20 ° steigt, so erhält man nicht nur die höchsten Ausbeuten, sondern es wird hierdurch auch der Infektionsgefahr auf das wirksamste begegnet. Der bei so niederen Temperaturen wachsende Pilz behält ferner seine Fähigkeit, reichlich Zitronensäure zu bilden, auch in den Nachzuchten bei. Wird aber der Pilz bei höheren Temperaturen gezüchtet, so wächst er zwar sehr gut und erzeugt auch viel Zitronensäure; diese wird aber mit steigender Temperatur in immer größerem Ausmaße zu Oxalsäure weiter oxydiert. Außerdem verlieren die Sporen, die von Pilzen stammen, welche eine oder mehrere Genera-. tionen hindurch bei höheren Temperaturen gezüchtet wurden, allmählig die Fähigkeit, bei der Aussaat auf geeigneten Nährböden Zitronensäure in hinreichender Menge zu bilden. Schließlich wächst bei Ansteigen der Temperatur auch die Infektionsgefahr sehr erheblich. Sorgt man hingegen für strenge Sterilität, so kann auch bei höheren Temperaturen gearbeitet werden und dadurch die Gärung in viel kürzerer Zeit erledigt werden. Da die Melasse alle für die Zitronensäure-So gärung erforderlichen Stoffe von Haus aus enthält und verhältnismäßig billig ist, wird hierdurch diese Art der Zitronensäuregewinnung zu einem für den Großbetrieb geeigneten Verfahren. Selbstverständlich kann es unter Umständen vorteilhaft sein, den Salzgehalt der Melasse durch Zusätze (z. B. von Phosphaten) günstiger zu gestalten oder die Melasse durch Raffination von 'gewissen Bestandteilen, insbesondere Salzen (z. B. Kalisalzen), zum Teil zu befreien.

Im übrigen sind die Arbeitsbedingungen die bekannten. Es empfiehlt sich, den flüssigen Nährboden in flachen offenen Schalen auszubreiten, so daß dem Wachstum des Pilzes eine große Oberfläche dargeboten ist. Die Höhe der Schicht ist auch dadurch begrenzt, daß die Flüssigkeit gut durchsäuert werden muß, um vor Infektion geschützt zu sein.

Die Zitronensäure wird aus der Nährflüssigkeit in bekannter Weise gewonnen. Die entstehende Zitronensäure kann während der Gärung durch Alkalien oder Erdalkalien in der Nährlösung neutralisiert werden, ohne daß dies aber unbedingt Erfordernis wäre. Neben anderen Erdalkalien ist auch das Barium hierfür geeignet. Die Neutralisation der Nährlösung mit Barium als Oxyd, Hydroxyd oder Carbonat hat den Vorteil, daß das Bariumeitrat bei niederen Temperaturen unlöslicher als Calciumcitrat ist und daher schon in der Kälte ausfällt. Das Barium kann hernach als · Sulfat wieder vollkommen entfernt werden.

Es wurde schon gezeigt, daß mit Aspergillus niger bei 16 bis 17 ° ohne Bildung von Oxalsäure Zitronensäure erzeugt werden kann. (Vgl. Chemisches Zentralblatt 1923, III, S. 790.) Als notwendige Voraussetzung hierfür wurde aber angenommen, daß in der Nährlösung relativer Stickstoffmangel bestehen müsse. Der aus diesen Versuchen abgeleitete Schluß, daß die bisherige Einteilung der in Rede stehenden Pilze in zwei physiologische Gruppen, nämlich oxalsäurebildende und zitronensäurebildende, aufgegeben werden müsse, ist zutreffend. Unzutreffend je- ■ doch ist die Annahme, daß der Stickstoffgehalt der Nährlösung unter gleichen Umständen den ausschlaggebenden Unterschied ausmacht. Vielmehr ist für den Erfolg ausschlaggebend, daß die tauglichen Stämme der in Betracht kommenden Gattungen durch experimentelle Vergleichung ihres Vermögens zur Zitronensäurebildung bei verhältnismäßig niederer Temperatur ausgewählt werden.

Die Richtigkeit dieser durch vielfache Versuche bestätigten Regel mag durch den nach- " folgenden quantitativ verfolgten Versuch belegt sein, der gleichzeitig als Ausführungsbeispiel dienen kann:

309,9 kg Melasse mit einem Zuckergehalt von 49,9 °/₀, also 154,64 kg Zucker enthaltend, wurden durch Zusatz von Wasser auf 21° Balling gebracht und mit den Sporen eines in der angegebenen Weise ausgelesenen und hernach weitergezüchteten Stammes von Aspergillus niger beimpft. Die Melasselösung wurde bei einer konstanten Raumtemperatur von 25⁰C sich selbst überlassen. Nach i5tägiger Gärzeit war der Zucker zum größten Teil verschwunden und konnte die Bildung von 84,5 kg eines nahezu reinen nor-

malen Calciumcitrats festgestellt werden. Oxalsäure war auch in Spuren nicht nachzuweisen. Es lieferten demnach 154,64 kg Zucker 52,7 kg reine Zitronensäure, d. i., auf 100 Gewichtsteile Zucker berechnet, 34,1 °/₀. Nach Beendigung der Gärung verblieb in der Lösung noch 1,4 °/₀ Stickstoff, d. i. auf die ganze Lösung berechnet, 4,42 kg Stickstoff. Es war also ein reichlicher Überschuß von Stickstoff vorhanden. Um dem Einwand zu begegnen, daß der Stickstoffrest aus nicht oder sehr schwer assimilierbaren Stickstoffverbindungen bestanden haben konnte, wurden Vergleichsversuche unter Zugabe von Ammonsalzen bzw. von Harnstoff zur Melasse bis zu einer Konzentration von 0,25 Gewichtsprozentdurchgeführt, wobei sich herausstellte, daß hierdurch die Ausbeute an Zitronensäure überhaupt nicht beeinflußt wurde

ao und auch unter diesen Umständen Oxalsäure sich auch in Spuren nicht bildete. Bei Zusatz der genannten stickstoffhaltigen Stoffe bis zur Erreichung einer Konzentration von 1 ⁰Z₀ geht die Ausbeute an Zitronensäure zwar etwas zurück, doch handelt es sich hierbei um eine nichtspezifische Salzwirkung, indem z. B. eine gleiche Menge Natriumsulfat ganz genau dieselbe Wirkung ausübt. Die Entstehung von Oxalsäure wurde auch bei diesen höheren Konzentrationen niemals beobachtet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Gärungszitronensäure mit Hilfe von Fadenpilzen unter Verwendung von flüssigen Nähr-Substraten, dadurch gekennzeichnet, daß taugliche Stämme der Gattungen Citromyces, Mucor, Aspergillus und Penici Ilium durch experimentelle Vergleichung ihres Vermögens zur Zitronensäurebildung bei verhältnismäßig niederer Temperatur nach den bekannten Methoden der mykologischen Analyse ausgewählt und diese Stämme unter Verwendung von Melasse als Nährlösung zur Zitronensäureerzeugung verwendet werden.