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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.
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Process for carrying out biochemical processes.
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Part of them are not used floating freely or bound to indifferent substances, but are bound to solid, biochemically unsettable carriers (e.g. parts of plants) which, by the way, can be freely movable, creating a so-called microplankton. In solutions, the bacteria only have dissolved substances available, whereas in microplankton there are also undissolved substances, in particular proteins. which enable the employment and utilization of all bacterial enzymes and thereby produce a higher fermentation effect.
The method according to the invention accordingly consists in exclusively using bacteria or pseudosymbiotic mixed cultures. which are highly resistant to fermentation products and can be obtained using the following selection method; Inoculation of a mash sample to which a fermentation product has been added as a selection additive with natural bacteria carriers, protection of the mash samples and selection of the mash samples that ferment the most and contain normal-looking bacteria with even, ungrained protoplasm.
It is advisable to use those that show signs of plakton formation, if necessary inoculating the selected fermented mash samples in fresh mash samples to which the same selection additive has been added, the incubation is repeated and the selection and inoculation are continued under the same conditions until uniform, technically efficient cultures that are highly resistant to fermentation products receives.
If the fermentation pathogens are obtained according to the principles mentioned (avoidance of heating, fermentation product as a selection additive, psendosymbiosis, matebiosis, microplankton), then see. As has been shown, the following advantages over the previous processes when carrying out fermentation and other biochemical processes:
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attacked immediately, and their infectious effect is suppressed in the first beginnings.
2. By suitable variation of the selection additive, fermentation pathogens with a wide variety of fermentation abilities can be obtained. which represent the whole rich spectrum of natural cleavage and oxidation processes and are able to influence the course of the biochemical processes to a large extent in qualitative and quantitative relation. It is therefore possible to manage these processes in a targeted manner, to obtain very specific products and to increase their production at the expense of other, undesirable products.
3. Through the metabiontic properties of those obtained by the Bakonyi method
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4. As a result of the incomparably higher virulence of these fermentation pathogens, very short fermentation times are sufficient.
5. The resistance to fermentation products ensured by this election method, as well as the elimination of harmful metabolic products associated with metabiosis, allow far higher concentrations to be maintained than is possible with previous processes, as it is known that these disruptive metabolic products often end these biochemical processes prematurely bring about.
When carrying out other biochemical processes than fermentation processes, the application of the principles described above is linked to the same advantages.
Example 1: Natural bacterial carriers (plant parts, rumus, excrement from herbivores, etc.) are covered with tap water or with sterile mash and a small amount
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should, for example butanol, added. (Likewise, if the fermentation is to produce several specific products, mixtures of these substances can be added instead of a single one.) This addition prevents the development of all bacteria that are not resistant to butanol. The samples are incubated for about 24 hours.
Temperatures of up to 700 can be used, but those of 28-38 are most appropriate. After 24 hours, all fermented samples represent a temporarily undifferentiated mixture of the most diverse bacteria resistant to butanol, which are known as. Batanol flora "of the natural bacterial carrier used. These flora samples are examined under a microscope, and all those in which a large number of severely degenerated (granular or deformed) individuals can be seen are excreted. Only those flora samples in which
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the bacteria show signs of the formation of plankton.
These flora samples are used to make sterilized mash samples. which are also mixed with about 1-2% of the selection additive used. inoculates. Prior heating of these samples, as is customary with certain previous cultivation methods (e.g. D.R.P. 445982), must be strictly avoided, as it is used to weaken or kill the, as shown. very important heat sensitive
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again incubated for 24 hours, after which the microscopic selection described above is repeated according to the normal appearance and the intensity and frequency of plankton formation.
The selected
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Material is inoculated in the same way into sterile mash samples to which selection additive has been added, and the fermented samples are subjected to further microscopic selection. These measures are repeated until cultures that look completely normal and show strong plankton formation are obtained.
Fermentation tests are then carried out with these cultures, with about 1-2% of the selection additive also being added in advance to the mash sample to be fermented. One then selects from these those mash samples that are fermented the fastest, and determined in a suitable manner, e.g. B. by distillation of a sample taken aseptically therefrom, those which show the highest content of the desired fermentation products, in this case butanol. These fermentation samples are used for further fermentation tests and the experiments are then repeated until a maximum yield is achieved with a minimal fermentation time.
The concentration of the selection additive is then gradually reduced until the stated aim is achieved without any selection additive.
Finally, the concentration of the mash sample to be fermented is increased as long as this is possible without reducing the yield and without extending the fermentation time.
The final result of the selection can e.g. B. can of course be increased by further excretion of the less infection-resistant cultures.
Example 2: The selection path given in example 1 can be abbreviated as follows:
The flora obtained, e.g. B. the above butanol flora is determined by a known bacteriological method, e.g. B. plate method, further processed, d. i. the individual colonies present on the plates are examined for their efficiency in sterile mash samples in the presence of the selection additive used for flora preparation and only the efficient cultures are subjected to any further selection, if necessary.
Example 3: A split fermentation for the preparation of ethanol, propanlo, isopropanol, butanol, isobutanol, acetone etc. or their mixtures with the aid of the cultures obtained according to Examples 1 and 2 is carried out in the following way: Starch or sugar-containing materials are crushed suspended in water, the usual distillery concentration can be maintained. The starch is gelatinized by boiling and cooled to the fermentation pathogen's selection temperature. Then the fermentation pathogen is added, which causes a vigorous fermentation which is completely over after 40 hours at the latest. The products are obtained by distillation. At a concentration of e.g.
B. 12-15% corn (with 60% starch), the yield of alcohols and ketones is 40-45% of the starch used.
Sugar-containing solutions (e.g. molasses) are mixed with plant pulp to enable plankton to form.
Example 4: If you want to induce an oxidative fermentation, the above-described selection method is changed in such a way that a free organic acid (lactic acid, butyric acid, acetic acid) is added depending on the type of product desired. In addition, as soon as the acid has exceeded the concentration of 2%, it is blunted with chalk, soda, ammonia, etc. The free acid that is always present acts as a specific selection additive and leads to strongly acid-resistant cultures. When carrying out the process leading to the production of organic acid, such an oxidation culture is added to the mash and here too the acid formed is constantly blunted, insofar as it exceeds 2%.
Aseptic work is superfluous because the cultures obtained by the selection method described are absolutely resistant to infections. The acids formed are released and obtained pure in the usual way.
PATENT CLAIMS:
1. Process for carrying out biochemical processes, in particular fermentation processes, using bacteria or mixed cultures, characterized by the exclusive use of bacteria or pseudosymbiotic mixed cultures that are highly resistant to fermentation products and that can be obtained using the following selection method: Inoculation of a fermentation product as a selection additive Mash sample with natural bacteria carriers, incubation of the maize samples obtained on
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and show useful approaches to plankton formation.