Способ получения диоксиацетона Советский патент 1980 года по МПК C12P7/02 C12P7/26 

Изобретение относится к микробиологической промьпиленности, а именно к производству диоксиацетона, применяемого в косметике, медицине и пище вой промышленности. Известно получение диоксиацетона микробиологическим способом - культивированием Aceiobacter осеЬна питательной среде, в состав которой входит глицерин. Окисление глицерина до диоксиацетона происходит за 70 ч ферментации l . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения диоксиацетона выращиванием культуры Acetobacter subox idati в аэробных условиях на питательной среде, содержащей глицерин 10-15%, KHiP04 0,15-0,5%, дрожжевой экстракт 0,5%. Длительность процесса окислени 72 ч. На каждый цикл проводится отдельное приготовление посевного материала. Температура культивирования 2835 С. Выход диоксиацетона в культуральной жидкости составляет 90-95% от введенного количестваГ.дицерина. Клетки отделяют, жидкость упаривают и диоксиацетон кристаллизуют 2J Недостатками известного способа получения диоксиацетона являются длительность процесса окисления, трудоемкость приготовления посевного материала для каждого цикла, образование значительных отходов биомассы в процессе отделения клеток. Целью изобретения - интенсификация и упрощение процесса, снижение себестоимости целевого продукта и сокращение количества отходов. Указанная цель достигается тем, что при получении диоксиацетона известньом способом, для выращивания культуры Acetobacter subonvdans в азробных условиях при 28-32°С используют питательную среду в состав которой входят глицерин, , кукурузный экстракт и которая дополнительно содержит измельченную древесину в количестве 0,1-1% от объема питательной среды, предварительно обработанную 12-15% раствором глицерина. Кроме того, обычно используют питательную среду, содержащую глицерин в количестве 10-15%, кукурузный экстракт 0,5-0,6% однозамещенный фосфат калия 0,5%, измельченную древесину 0,1-1,0%.

Закрепление клеток культуры на измельченной и предварительно обработанной древесине обеспечивает интенсификацию процесса за счет ускорения массообмена клетка-жидкость и увеличения окислительной поверхности Клетки Acetobacter subo)t,4dans , оседая на измельченной разбухшей древесине, .задерживаются. Закрепление клеток культуры основано на способности -Acetobqcter subO)(jaansразвиваться на поверхности твердых частиц.

Древесина вводится непосредственн в питательную среду в количестве 0,11% от всего объема. Количество, превышающее 1%, сгущает культуральную жидкость и ухудшает условия массопередачи.

Связывание клеток обеспечивает воможность многократного (до 10-15 раз) использования фермента глицеролдегид рогеназы в следующих циклах ферментации. Благодаря этому сокращаются отходы биомассы, упрощается процесс получения целевого -продук та.

В результате интенсификации длительность процесса сокращается до 56 ч.

В СВЯЗИ с сокращением расхода биомассы сокращаются расходы на выращивание посевного материала культуры.

Способ осуществляется следующим образом.

В .качестве посевного материала используется культура бактерий Асеiotacter suboxjdane. Посевной материал выращивается на среде следующего состава: глицерин 15%, кукурузный экстракт 0,5%, калий фосфорнокислый однозамещенный 0,3%, магний сернокислый 0,025%. Выращивание проходит в аэробных условиях в течение 24 ч при температуре .

Процесс выращивания культуры проводят в ферментаторе. Питательная среда предпочтительно имеет следующий состав: глицерин 12,5%, кукурузный экстракт 0,6%, калий фосфорнокислый однозамещенный 0,5%. Значение рН доводят до 5,5. К питательной среде добавляют измельченную древесину, предварительно обработанную вьщерживанием в 12,5% растворе глицерина (20% от всего количества глицерина на одну ферментацию) в течение 1 ч.

Для связывания проводят перемешивание при умеренной аэрации и распределяют клетки с катализатором равномерно в культуральной жидкости.

Процесс окисления глицерина в диоксиацетон осуществляется ферментом клеток, закрепленных на измельченной древесине. Процесс проводится в аэробных условиях при температуре 28-30°С в течение 56-60 ч. Концентрация диоксиацетона в культуральной жидкости достигает 10,5-12,8 %.

Жидкость из ферментатора выпускают через фильтрующее сито, при этом

около 50%. клеток задерживается в ферментаторе на измельченной древесине. Количество циклов повторного использования клеток 10-15. Выделение диоксиацетона проводится упариванием отсепарированной культурной жидкости с последующей кристаллизацией диоксиацетона.

Пример 1 . Для получения диоксиацетона используется культура бактерий Acetofeacter sobojk darxe , адаптированная к 15% глицерина. Исходная культура выращивается на скошенной 2%-ной агаризованной среде слдующего состава, г/л:

Глицерин150,0

Калий фосфорнокислый однозамещенный3,0

Дрожжевой экстракт 5,0 Пантотеновая кислота 0,002 Культура выращивается в - ермостате при температуре в течение 24 ч, сохраняется при комнатной температуре. Пересев делается два раза в неделю.

Для получения посевного материала дальнейшее размножение продуцента осществляется в колбах на качалке. Для этой цели водная суспензия културы переносится в стерильные колбы со стерильной питательной средой следующего состава, г/л:

Глицерин150,0

Кукурузный экстракт 5,0 Калий фосфорнокислый однозамещенный 3,0 Магний сернокислый 0,25 рН среды доводят до 5,5. Продолжителность выращивания посевного материала 24 ч. Количество посевного материала 2% от объема питательной среды. Процесс окисления глицерина осуществляется, в ферментаторе емкостью 30 л. В ферментатор загружают 20 л питательной среды следующего состава г/л:

Глицерин 120,0 Кукурузный экстракт 6,3 Калий фосфорнокислый однозамещенный5,0

рН среды доводят до 5,5. Берут 20 г (0,1% от объема питательной среды) древесины и измельчают до размеров 0,3-0,5 мм шириной,5-10 мм толщиной и 10-20 мм-длиной. Измельченную древесину выдерживают в 100 мл 12%ного раствора глицерина в течение часа. Полученную суспензию добавляют к питательной среде.

к приготовленной среде добавляют посевной материал клетки Acetobacier БоЪохч опБи при умеренной аэрации (0,25 л на 1 л жидкости в минуту) и перемешивании распределяют клетки с катализатором равномерно в культуралной жидкости. При этом происходит . закрепление клеток на измельченной древесине. Процесс окисления глицерина в диоксиацетон осуществляется ферментом, содержащимся в клетках,закреплен ных на измельченной древесине. Процесс проводится в аэробных условиях 1 л на 1 л жидкости в минуту ) при температуре 28-30 С. Продолжительнос культивирования 56 ч. Концентрация диоксиацетона в культуральной жидкости в конце процесса 10,5%. Культуральную жидкость из ферментатора через фильтрующее сито выпускают, при этом около 50% клеток задерживается в ферментаторе на измель ченной древесине. К оставшимся в фер ментаторе клеткам подают снова 20 л свежей питательной среды и проводят повторный цикл процесса окисления гл церина. Количество повторных циклов без обновления посевного материала 15. Из 20 л осветленной культуральной жидкости выделяют 1,3 кг (выход 54% от введенного глицерина диоксиацето на путем концентрирования его ва куум-выпаркой, осаждения примесей спиртом, упарки спирта и кристаллиза цией . О р и м е р 2. Процесс приготовле ния посевного материала проводится как в примере 1. Процесс окисления глицерина осуществляется в ферментаторе емкостью 30 л. В ферментатор загружают 20 л питательной среды следующего состав г/л: Глицерин125,0 Кукурузный экстракт 6,3 Калий фосфорнокислый однозамещенный0,5 рН среды доводят до 5,5. К питательной среде добавляют из мельченную и обработанную глицерино древесину в количестве 1,0% от объема питательной среды (200 г). К приготовленной среде добавляют посе ной материал клетки AcetobQCter- eubodans и при умеренной аэрации и ремешивании распределяют клетки с к тализатором равномерно в культураль ной жидкости. При этом происходит закрепление клеток на измельченной древесине. Процесс окисления глицерина в ди оксиацетон осуществляется ферментом, содержащимся в клетках, закреп ленных на измельченной древесине. Процесс проводится в аэробных ус ловиях при температуре 28-32с. Про должительность культивирования 50 ч Концентрация диоксиацетона в культу ральной жидкости Б конце процесса 11,0%. Культуральную жидкость из фе ментатора выпускают, в ферментаторе на измельченной древесине при этом задерживается около 50% клеток. К оставшимся в ферментаторе клеткам подают снова 20-30 л свежей питател ной среды и.проводят повторный цикл процесса окисления глицерина. Количество повторных циклов без обновления посевного материала - 11. Из 20 л осветленной культуральной жидкости выделяют 1,1 кг (выход 48% от введенного глицеринаJ диоксиацетон путем концентрирования его вакуумвЫпаркой, осаждения примесей спиртом, упарки спирта и кристаллизацией. Пример 3. Процесс приготовления посевного материала проводится (ак в примере 1 . Процесс окисления глицерина проводят -в ферментаторе емкостью 30 л. В ферментатор загружают 15 л питательной среды следующего состава, г/л: Глицерин150,0 Кукурузный экстракт 6,3 Калий фосфорнокислый однозамещенный - 5,0 рН среды доводят до 5,5. Берут 75 г древесины (0,5% от объема питательной дреды)и измельчают Измельченную древесину выдерживают в 200 мл 15%-ного раствора глицерина. Полученную суспензию добавляют к питательной среде. К приготовленной среде добавляют посевной материал клетки Aceiobacter subo-n dans и при умеренной аэрации и перемешивании распределяют клетки с катализатором равномерно в культуральной жидкости. При этом происходит закрепление клеток на измельченной древесине. -Продолжительность культивирования 60 ч. Концентрация диоксиацетона в культуральной жидкости в конце процесса 12,8%. Культуральную жидкость из ферментатора выпускают через фильтрующее сито, при этом около 50% клеток задерживается в ферментаторе на измельченной древесине. К оставшимся в ферментаторе клеткам подают снова 15 л свежей питательной среды и проводят повторный цикл процесса окисления глицерина. Количество повторых циклов без обновления посевного материала - 9. Из 16 л осветленной Культуральной жидкости выделяют 1 кг ( выход диоксиацетона 44,4%) диоксиацетона путем концентрирования его вакуумвыпаркой, осаждения примесей спиртом, упарки спирта и кристаллизацией. Формула изобретения 1. Способ получения диоксиацетона путем выращивания культуры Ace-LotoacLe г buboxsdoine в аэробных условиях при 28-32°С на питательной среде на основе глицерина и однозамещейного фосфата калия, отличающийс я тем, что, с целью интенсификации и упрощения процесса, снижения себестоимости целевого продукта и сокраше ния отходов производства, в качестве питательной среды используют среду в состав которой входят глицерин.

7 7895818

КНдРО, кукурузный экстракт и котораяФат калия 0,5%, измельченную древедополнительно содержит измельченнуюсину 0,1-1%. древесину в количестве 0,1-1% от

объема среды, предварительно обрабо-, Источники информации,

тайную 12-15% раствором глицерина.принятые во внимание при экспертизе

2.. Способ по п. 1, отличаю-, Авторсткое свидетельство СССР

щ и и с я тем, что используют пита- 418522, кл. С 12 D 13/00, 197. тельную среду, содержащую глицерин

в количестве 10-15%, кукурузный экст-2. Патент ГДР 33794, кл.12о,10

ракт 0,5-0,6%, однозамешенный фос-1964 (прототип).