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Herstellung und Anwendung von Essigsäure

Herstellung und Anwendung von Essigsäure. Weltjahresproduktion: ca. 2,5 . 10 6 t davon Speiseessig: ca. 70.000 t Speiseessig: 5 –15 % Essigsäure Spezifische Eigenschaften: - saurer Geschmack - charakteristischer Geruch - gutes Lösungsmittel für pflanzliche Naturstoffe.

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Herstellung und Anwendung von Essigsäure

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. Essigsäure • Produktionsmikroorganismen: • Acetobacter aceti • Acetobacter peroxidans Max. Säurekonzentration: 120 g.l-1 Max. Produktivität: 0,16 g.l-1.h-1

  3. 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.

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

  5. Essigsäure Submersfermentation • Stahlreaktoren bis 50 m³ • Selbstansaugende Rotoren für die Belüftung • Umsatz: max. 98% • Temperatur: bis 40°C • Säurekonzentration: max. 15% • kontinuierliche bzw. semikontinuierliche Fahrweise

  6. 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

  7. Reinigung der Citronensäure: Technische Herstellungsverfahren Submersverfahren Emersverfahren feste Nährböden flüssige Nährböden gerührte Reaktoren Airlift- reaktoren Zitronensäure Ursprüngliche Herstellung: - Fällung aus Zitronensaft - Rücklösung mit Schwefelsäure Zugabe von Ca(OH)2  => CalziumcitratCalziumcitrat + Schwefelsäure  => Citronensäure und CaSO4

  8. Zitronensäure - Metabolismus Zitronensäure ist ein Intermediat des Tricarbonsäure-Zyklus Überproduktion durch Blockade eines Zyklusenzymes (Aconitathydratase) Kohlenhydrat Glucose Pyruvat Pyruvat CO2 Acetyl-CoA Oxalacetat Citrat

  9. Zitronensäure - Emersverfahren ca. 20 % der Weltproduktion Aspergillus niger Mikroorganismus Pulpe aus der Kartoffelstärkeproduktion Zuckerrohr- oder Zuckerrübenmelasse Ausgangsmaterial Temperatur: ca. 30 - 40°C 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

  10. Zitronensäure - Submersverfahren Reaktorfermentation mit flüssigen Medien (über 80 % der Weltproduktion) Aspergillus niger Candida lipolyica Mikroorganismen Ausgangsmaterial Zuckerrohr- oder Zuckerrübenmelasse Zuckerlösungen n-Paraffine Rührkessel, Airliftreaktoren (bis 220 m³) ca. 30 - 40°C 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

  11. Zitronensäure – Vergleich Emers-/ Submersverfahren

  12. Glutaminsäure: Lysin, Methionin: Asparaginsäure, Alanin: Glycin: Cystein: Tryptophan: Geschmacksverbesserung Futtermittelzusatz Geschmacksabrundung in Fruchtsäften Geschmacksabrundung mit Süßstoffen Verbesserung der Brotqualität Antioxidans in Fruchtsaft Antioxidans in Milchpulver Aminosäuren Anwendungsbeispiele:

  13. Aminosäuren - Metabolismus

  14. Glutaminsäure Chemische Formel HOOC-(CH2)2-CH-COOH | NH2 Geschmacksverstärker (E 620 – E 625) Therapeutikum gegen Geschwüre Bedeutung α-Ketoglutarat ist ein Intermediat des Tricarbonsäure-Zyklus, aus dem bei NH4+-Anwesenheit Glutaminsäure entsteht. Metabolismus

  15. Glutaminsäure - Mikroorganismen Corynebacterium glutamicum ·   Gram-positiv ·   fakultativ anaerob ·   nicht-sporenbildend ·   stäbchen- bis keulenförmig ·   unbegeißelt Seit 1957 als Aminosäure-Produzent bekannt - L-Glutaminsäure - L-Lysin

  16. 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

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

  18. Zusammenfassung Vergleich traditioneller und moderner Fermentationsverfahren

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