Herstellung und Anwendung von Essigs

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Herstellung und Anwendung von Essigsäure
Weltjahresproduktion ca. 2,5.106 t davon
Speiseessig ca. 70.000 t Speiseessig 5 15
Essigsäure Spezifische Eigenschaften -
saurer Geschmack - charakteristischer Geruch
- gutes Lösungsmittel für pflanzliche Naturstoffe
Biologische Herstellung durch Oxidation von
Ethanol
C2H5OH O2 ? CH3COOH H2O
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Essigsäure

• Produktionsmikroorganismen
• Acetobacter aceti
• Acetobacter peroxidans

Max. Säurekonzentration 120 g.l-1 Max.
Produktivität 0,16 g.l-1.h-1
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Essigsäure

• Orleans-Verfahren
• offenes Fermentationsverfahren
• in Holzbottichen oder Holzfässern
• Bildung einer Kahmhaut aus Essigsäurebakterien
  (Essigmutter)
• Umwandlung des Alkohols in Essigsäure dauert
  mehrere Monate
• Gefahr von Fehlgärung/Alkoholverdunstung

EssigmutterEine  Essigmutter ist eine Ansammlung
von einzelnen Essigbakterien, welche durch z.B.
Zelluloseproduktion ein zusammenhängendes 
gelee-artiges Gebilde entstehen lassen. Dieses
bildet sich gewollt bei der offenen Gärung an der
Oberfläche des Weines.
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Essigsäure

• Essig-Generator
• Holzreaktoren bis 60 m³
• 2/3 Füllung mit Holzspänen (Buche)
• (Umwälzverfahren)
• Umsatz 88 90
• Temperatur 29 35C
• Fermentationsdauer ca. 3 Tage
• Säurekonzentration max. 12

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Essigsäure
Submersfermentation

• Stahlreaktoren bis 50 m³
• Selbstansaugende Rotoren für die Belüftung
• Umsatz max. 98
• Temperatur bis 40C
• Säurekonzentration max. 15
• kontinuierliche bzw. semikontinuierliche
  Fahrweise

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Zitronensäure
2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäure CH2 -
COOH ? HOOC - C -
OH ? CH2 - COOH
Aspergillus niger Candida lypolytica Hansenula
Mikroorganismen
E 330
Bedeutung
Getränkeindustrie (60 ) Fruchtsäfte, Eiscreme,
Marmelade Pharma-Industrie (10 ) Eisencitrat
(Eisenspender) Konservierung von
Blutkonserven Chemische Industrie (25
) Detergentien
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Zitronensäure
Ursprüngliche Herstellung - Fällung aus
Zitronensaft - Rücklösung mit Schwefelsäure
Zugabe von Ca(OH)2  gt Calziumcitrat
Calziumcitrat Schwefelsäure  gt Citronensäure
und CaSO4
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Zitronensäure - Metabolismus
Zitronensäure ist ein Intermediat des
Tricarbonsäure-Zyklus Überproduktion durch
Blockade eines Zyklusenzymes (Aconitathydratase)
Kohlenhydrat
Glucose
Pyruvat
Pyruvat
CO2
Acetyl-CoA
Oxalacetat
Citrat
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Zitronensäure - Emersverfahren
ca. 20 der Weltproduktion
Aspergillus niger
Mikroorganismus
Pulpe aus der Kartoffelstärkeproduktion Zuckerrohr
- oder Zuckerrübenmelasse
Ausgangsmaterial
Temperatur ca. 30 -
40C Mycelbildung 30 - 60 h Dauer
8 - 14 Tage
Fermentation (flüssige Medien)
1,2 - 1,5 kg Zitronensäuremonohydrat/m² 60 - 80
der theoretischen Ausbeute Konzentration im
Medium ca. 10
Ausbeute
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Zitronensäure - Submersverfahren
Reaktorfermentation mit flüssigen Medien (über 80
der Weltproduktion)
Aspergillus niger Candida lipolyica
Mikroorganismen
Ausgangsmaterial
Zuckerrohr- oder Zuckerrübenmelasse Zuckerlösunge
n n-Paraffine
Rührkessel, Airliftreaktoren (bis 220 m³) ca.
30 - 40C sinkt auf 1 - 2 ca. 2 mg.l-1 (0,2
1,0 vvm) ca. 8 Tage
Fermentation
Reaktoren Temperatur pH-Wert
Sauerstoff Dauer
Ausbeute
ca. 80 der theoretischen Ausbeute
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Zitronensäure Vergleich Emers-/ Submersverfahren
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Aminosäuren
Anwendungsbeispiele
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Aminosäuren - Metabolismus
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Glutaminsäure
Chemische Formel
HOOC-(CH2)2-CH-COOH
NH2
Geschmacksverstärker (E 620 E
625) Therapeutikum gegen Geschwüre
Bedeutung
a-Ketoglutarat ist ein Intermediat des
Tricarbonsäure-Zyklus, aus dem bei
NH4-Anwesenheit Glutaminsäure entsteht.
Metabolismus
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Glutaminsäure - Mikroorganismen
 
Corynebacterium glutamicum      Gram-positiv   
 fakultativ anaerob    nicht-sporenbildend    st
äbchen- bis keulenförmig    unbegeißelt         S
eit 1957 als Aminosäure-Produzent bekannt   -
L-Glutaminsäure - L-Lysin
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Glutaminsäure - Metabolismus

• Anaplerotische Sequenzen
• Auffüllung des Tricarbonsäurezyklus
• CO2-Fixierung

• Erhöhung der Permeabilität der Zellwände für
  Glutaminsäuredurch
• Biotin-Mangel
• Ölsäure-Mangel bei Ölsäure- Auxotrophen
• gesättigte Fettsäuren
• Penicillin
• Glycerin-Mangel bei Glycerin- Auxotrophen

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Glutaminsäure - Herstellung
Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum
Mikroorganismen
Glucose, Essigsäure Stärkehydrolysat Zuckerrohr-
oder Zuckerrübenmelasse
C-Quellen
N-Quellen
Ammoniumsalze, Ammoniak
Brevibacterium auf Glucose Temperatur ca.
30-35C pH-Wert ca. 7,5- 8,0 Biotin
rund 3,0 µg.l-1 Dauer 30 - 35
h Feed Glucose, Ammoniak
Fermentation
Ausbeute
gt 100 g.l-1 Glutaminsäure
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Zusammenfassung
Vergleich traditioneller und moderner
Fermentationsverfahren