CZ20014204A3

CZ20014204A3 - Pouľití PIT-emulzí ve fermentačních procesech

Info

Publication number: CZ20014204A3
Application number: CZ20014204A
Authority: CZ
Inventors: Matthias Wegener; Jean-Pierre Molitor; Haut Christian De; Benoit Abribat; Bent Rogge
Original assignee: Cognis Deutschland Gmbh
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2002-02-13
Also published as: NO20015731D0; PL352055A1; CN1351654A; AR024083A1; KR20020012581A; BR0010872A; EP1181350B1; DE19923785A1; DE50010237D1; HK1043477A1; JP2003500046A; EP1181350A1; WO2000071676A1; MXPA01011815A; SK16952001A3; TR200102995T2; ATE294853T1

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká použití emulzí, vyrobených metodou PIT, ve fermentačních procesech.

Dosavadní stav techniky (str. Γ)

Při syntéze složitých přírodních látek nebo ostatních organických sloučenin, ku příkladu antibiotik, se stále častěji používají mikrobiologické procesy. V těchto případech se jedná o látkovou přeměnu za anaerobních nebo aerobních podmínek, na níž se podílejí mikroorganismy, zejména pak bakterie nebo houby. Pro takové postupy se v odborném světe používají různé, vzájemně jen nepříliš jasně ohraničené výrazy jako „ biokonverze „ biotransformace “ nebo „fermentace Naposled uvedený výraz se používá v rámci předložené přihlášky i pro takové postupy, při nichž se používají mikroorganizmy, přednostně bakterie, k přeměně, popř. syntéze chemických sloučenin.

Pro vývoj a optimalizaci fermentačních procesů je významné zejména reakční prostředí, v němž dochází k mikrobiologické přeměně. Reakční prostředí, zpravidla vodný roztok nebo disperze, ovlivňuje zejména výtěžek a účinnost procesu. Mikroorganismy vyžadují jako živiny uhlík, dusík a určité stopové prvky ve vázané formě, např. vápník železo, fosfor nebo zinek, aby se umožnila úspěšná metabolizace na požadované produkty. Dále musí být pravidelně dodržován určitý, většinou úzký rozsah teploty a hodnoty pH. Co do dalších jednotlivostí odkazujeme zde na učebnici W. Crueger/A. Crueger, Biotechnologie - Lehrbuch der angewandten Mikrobiologie, 2. vydání, 1984, R. Oldenburg Verlag. Zejména kapitola 5 tohoto díla se zabývá základy fermentačních technik. Tento literární odkaz patří tedy výslovně rovněž k popisu předložené přihlášky. Jako živiny se pro mikroorganismy vedle na energii bohatých cukrů a jejich derivátů v mnoha postupech dodatečně používají přírodní tuky a oleje, jakož i deriváty těchto látkových tříd, jako glycerin, glyceridy, mastné kyseliny nebo estery mastných kyselin. V kultivačních médiích se samozřejmě nesmějí vykytovat žádné složky, které mohou negativně ovlivňovat metabolizaci mikroorganismů, i

Z DE 3738812Aljeku příkladu znám mikrobiální proces k výrobě alfa-omegadikarbonových kyselin, při němž bakterie kmene Candida tropicalis přeměňují methyllaurát na požadované dikarbonové kyseliny. K této přeměně dochází ve vodném prostředí při hodnotě pH

I • · · ·

rovné 6 a při teplotě rovné 30 °C. Vodné prostředí obsahuje, vedle mikroorganismů, jako dodavatele energie glukosu, dále jako emulgátor ethoxylovaný sorbitomonooleát, kvasnicový výtažek, vodu po máčení kukuřice, jakož i anorganické zdroje N a P. Do tohoto vodného prostředí se poté nadávkuje methyllaurát. Tento spis neobsahuje žádné zmínky o typu emulze, která se vytvoří v fermentoru, popř. o typu emulze, v němž se methyllaurát dávkuje do fermentační média. Ze spisu EP 0535 939Alje znám způsob výroby omega-9-vícenásobně nenasycených mastných kyselin, podle kterého ve vodném kultivačním médiu produkují vhodné mikroorganismy v přítomnosti cukrů jako dodavatelů energie a anorganických nebo organických zdrojů dusíku, jakož i v přítomnosti methylesterů mastných kyselin, požadované vícenásobně nenasycené mastné kyseliny.

Jsou však známy i způsoby, kdy se jako dodavatelé energie používají pouze mastné látky shora uvedeného typu. To je zvláště zajímavé z hlediska hospodárnosti, neboť takové mastné látky jsou zpravidla lacinější než cukr, škrob a podobné sloučeniny. Park a spol. (Park et al., Journal of Fermentation and Bioengineering, sv.. 82, č. 2, 183-186, 1996) popisují fermentační proces k výrobě tylosinu, při němž se používají mikroorganismy kmene Streptomyces fradiae ve vodném prostředí, přičemž jako jediný zdroj uhlíku je přítomen řepkový olej v počátečních množstvích okolo asi 60 g/1.

U fermentačních procesů hraje mimoto rozhodující roli obsah kyslíku v kapalném prostředí, popř. ve fermentačním médiu. Přitom při aerobních procesech připadá kyslíku úloha substrátu. Rozhodující je, zda může dojít k pro ten který proces postačujícímu přestupu kyslíku z plynné do kapalné, mikroorganismy obsahující fáze. Důležitým parametrem je specifická výměnná plocha, která je zpravidla nepřímo určována koeficientem přestupu kyslíku kLa (k tomu viz literaturu Crueger, kapitola 5, str. 71a další). K nastavení optimálního dodávaného množství kyslíku dochází v typickém případě mícháním fermentačního média, přičemž se kyslík, popř. vzduch míchá s kapalinou a na hraničních plochách dochází k výměně plynu. Jak uvádějí Park a spol., může však značné množství mechanicky energie, dodávané intenzivním mícháním, části kultury i zničit a snižovat tak výtěžek procesu. Odumřelé mikroorganismy se mimoto dále samy od sebe odbourávají a takto vzniklé rozkladné produkty mohou vést až k takové otravě kultury, která učiní hospodárnou výrobu nemožnou. Z práce Goma a Rolse (G. Goma, J.L. Rols, Biotech. Let., sv. 13, číslo 1, str.- 7 - 12) je známo, že použití sojového oleje ve fermentačních procesech, používaných k výrobě antibiotik, vede ke zlepšení koeficientu přestupu kyslíku kLa, což při stejné dodávce energie (stejné intenzitě míchání) může vést k růstu výtěžku celého procesu

Základem předloženého vynálezu byl tedy úkol, zlepšit fermentační procesy takovým způsobem, aby bylo možno na jedné straně používat laciné zdroje uhlíku a aby na druhé straně bylo zajištěno dostatečné zásobování mikroorganismů kyslíkem, aniž by docházelo k nepřípustně vysoké mechanickému namáhaní mikroorganismů mícháním. Měl by tedy být nalezen způsob minimalizace mechanické energie, dodávané při fermentačních procesech, aniž by docházelo k snížení výtěžku. Přednostně by mělo být možné zvýšit výtěžky přes snížení dodávané energie.

Podstata vynálezu (str. 3)

Bylo nalezeno, že shora uvedený úkol řeší použití speciálních emulzí oleje ve vodě (O/V) s velmi jemnými částečkami.

V jedné z prvních forem provedení se nárokuje použití emulzí O/V ve fermentačních procesech, přičemž emulze obsahují při nej menším vodu, emulgátory, jakož i olejovou fázi, a olejová fáze obsahuje jednu nebo více sloučenin, vybraných ze skupin

a) alkylesterů mastných kyselin a/nebo

b) triglyceridů rostlinného původu, přičemž emulze jsou vyráběny metodou PIT a vykazují velikosti kapiček v rozmezí od 50 až do 400 nm.

Je známo, že u emulzí oleje ve vodě (O/V), které byly při výrobě stabilizovány neionogenními emulgátory, může při ohřátí docházet ke zpravidla vratné inverzi fází, což znamená, že uvnitř určitého rozmezí teplot dojde ke změně typu emulze z typu O/V na typ V/O (emulzi „voda v oleji“). Jelikož se přitom olej stává vnější, spojitou, fází, klesne vodivost emulze na nulu. Střední hodnota teplot mezi maximální a právě na nulu klesnuvší vodivostí emulze při zvýšení teploty se nazývá teplotou inverze fází (něm. Phaseninversionstemperatur, zkráceně PIT) a tímto způsobem vyrobené emulze pak PIT-emulzemi.

Je rovněž známo, že poloha PIT je závislá na mnoha faktorech, ku příkladu na druhu a objemu olejové fáze, na hydrofilním charakteru a struktuře emulgátorů a složení emulgátorového systému.

Podstatným pro jemnost částeček PIT-emulze je způsob její výroby. Zpravidla se vodní a olejová fáze smíchá s emulgátory a vzniklá směs se následně ohřeje na teplotu nad PIT. Vodivost musí přitom klesnout na nulu. Poté se emulze opět ochladí na výchozí teplotu (zpravidla na teplotu místnosti, na asi 20 °C). Teprve po překročení PIT a následném poklesu pod tuto teplotu dojde k vytvoření emulzí, používaných podle tohoto vynálezu.

Je známo, že velmi jemné částečky mají pouze ty PIT-emulze, které při inverzi fází vytvářejí mikroemulzní fázi s nízkým povrchovým napětím mezi olejem a vodou nebo lamelámí kapalněkrystalinickou fázi. Rozhodujícím krokem je přitom zpětná inverze při ochlazování.

Spis DE 38 19 193 A1 popisuje způsob výroby nízkoviskózní emulze O/V pomocí techniky inverze fází. Při tomto způsobu se tato technika používá u směsí, které v kapalném prostřední obsahují olejovou složku, neionogenní emulgátor a koemulgátor. Olejová složka by se přitom měla skládat z 50 - 100 hmot. % speciálních mono-, popř. diesterů, z 0-50 hmot. % triglyceridů Cg - C22-mastných kyselin a případně z 0 - 25 hmot. % uhlovodíky obsahujícího, naftového oleje. Spis DE 38 19 193 Al neuvádí nad právě vyjmenované součásti žádné další složky navíc a nezmiňuje se o žádném účelu použití vyráběných emulzí.

Ze spisu DE 41 40 562 Al je znám způsob přípravy emulzí O/V pomocí principu PIT, při němž se polární olejové složky ohřejí spolu s emulgátorovým systémem, obsahujícím neionogenní emulgátory s rozsahem hodnot HLB 10 až 18 v přítomnost koemulgátorů ze skupiny C12-22mastných alkoholů nebo Guerbetových alkoholů nad hodnotu PIT emulze a následně opět ochladí, čímž se získají emulze s velmi jemnými částečkami.

Ze spisu DE 196 35 553 Al jsou známy emulgátorové systémy pro výrobu PIT-emulzí s velmi jemnými Částečkami, které jako podstatné součásti obsahují ethoxyláty mastných kyselin a parciální glyceridy.

Emulze podle tohoto vynálezu se vyznačují zejména jemností jejich částeček.. Velikost kapiček obnáší 50 až 400 nm. S výhodou se velikost kapiček pohybuje v oblasti mezi 100 až 300 nm, zejména v oblasti mezi 180 až 300 nm a se zvláštní výhodou v oblasti mezi 160 až 250 nm. Pro velikosti kapiček se předpokládá rozdělení podle Gausse. Měření se provádí ku příkladu rozptylem světla nebo absorpcí.

Jemnost částiček, tj. olejových kapiček, vede k velkému povrchu mezi olejovou a vodnou fází a umožňuje tak rychlý kontakt mezi ve vodní fázi obsaženými mikroorganismy a živiny obsahující olejovou fází. Velkým povrchem se rovněž zjednodušuje výměna plynů, zejména kyslíku a CO2. Dodatečně se může snížit viskozita emulze a tím i viskozita fermentačního média jako celku. Následkem toho je tedy možné intenzitu míchání fermentačního média zřetelně snížit, čímž se umožňuje zvýšení výtěžku fermentačního procesu.

PIT-emulze se podle tohoto vynálezu dávkují do vodného fermentačního média, které obsahuje mikroorganismy, jakož případně další pomocné či dodatkové látky. Jednotlivosti tohoto způsobu, zejména rychlost dávkování a množství dávkované emulze vyplývají z druhu organismů a zvoleného fermentačního procesu a odborník je může podle specifických, pro daný případ platných skutečností, upravit.

PIT-emulze obsahují vedle vody ještě olejovou fázi, která obsahuje sloučeniny ze skupiny alkylesterů mastných kyselin a) nebo přírodních rostlinných olejů a jejich derivátů b). U skupin a) a b) se jedná o hydrofobní, ve vodě nerozpustné nebo jen velmi málo rozpustné sloučeniny, které mohou sloužit jak jako živiny, tak i jako dodavatelé energie pro ve fermentačním procesu použité bakterie, které však mohou rovněž představovat výchozí látky, tedy substráty, pro biokonverzí vznikající požadované produkty.

Vhodné estery skupiny a) jsou odvozeny zejména od nasycených, nenasycených, lineárních nebo rozvětvených mastných kyselin s celkem 7 až 23 atomy uhlíku. Jedná se tedy o sloučeniny vzorce (I)

R‘-COO-R² (I), přičemž R¹ znamená alkylový zbytek s 6 až 22 atomy uhlíku a R² je alkylový zbytek s 1 až 4 atomy uhlíku, přičemž zvláštní přednost je dávána methylovým a ethylovým zbytkům. Nejvýhodnější je použití methylesterů. Methylestery vzorce (I) je možno získat běžným způsobem, např. transesterifikací triglyceridů metanolem a následnou destilací. Vhodnými mastnými kyselinami jsou kyselina kapronová, kyselina heptylová; kyselina kaprylová, kyselina pelargonová, kyselina kaprinová, kyselina undecylová , kyselina laurová, kyselina tridecylová., kyselina myristinová, kyselina pentadecylová, kyselina palmitová, kyselina heptadecylová, kyselina stearová, kyselina nonadecylová, kyselina arachová a kyselina behenová. Nenasycenými zástupci jsou ku příkladu kyselina laurolejová, myristolejová, palmitolejová, petroselaidová, kyselina olejová, kyselina elaidová, kyselina ricinolejová, kyselina linolová, kyselina linololejová, kyselina linolenová, kyselina gadoleinová, kyselina arachidonová a kyselina eruková. Vhodné jsou rovněž směsi methylesterů těchto kyselin. Zvláště upřednostňováno je použití takových PIT-emulzí, které obsahují methylester ze skupiny methyloleát, methylpalmitát, methylstearát a/nebo methylpelargonát. Použít je však možno rovněž methylestery na bázi přírodních směsí mastných kyselin, tak jak se získávají ku příkladu z lněného oleje, kokosového oleje, palmového oleje, palmojádrového oleje, olivového oleje, ricinového oleje, řepného oleje, sojového oleje nebo slunečnicového oleje (u řepkového a slunečnicového oleje pak jak z nových, tak i ze starých odrůd).

Vhodnými sloučeninami skupiny b) jsou přírodní oleje rostlinného původu. Jedná se přitom v podstatě o směsi triglyceridů, přičemž glycerin je mastnými kyselinami s delšími řetězci vždy zcela esterifikován. Obzvláště vhodné rostlinné oleje se vybírají ze skupiny podzemnicového, kokosového a/nebo slunečnicového oleje.

Podzemnicový olej obsahuje průměrně (vztaženo na mastnou kyselinu) 54 hmot. % kyseliny olejové, 24 hmot. % kyseliny linolové, 1 hmot. % kyseliny linolenové. 1 hmot. % kyseliny arachové, 10 hmot. % kyseliny palmitové, jakož i 4 hmot. % kyseliny stearové. Teplota tání je 2 až 3 °C.

Lněný olej obsahuje v typickém případě 5 hmot. % kyseliny palmitové, 4 hmot. % kyseliny stearové, 22 hmot. % kyseliny olejové, 17 hmot. % kyseliny linolové a 52 hmot. % kyseliny linolenové. Jodové číslo se pohybuje v rozmezí od 155 do 205, číslo zmýdelnění je 188 až 196 a teplota taní leží u asi -20 °C.

Kokosový olej obsahuje z mastných kyselin asi 0,2 až 1 hmot. % kyseliny kapronové, 5 až 8 hmot. % kyseliny kaprylové . 6 až 9 hmot. % kyseliny kaprinové, 45 až 51 hmot. % kyseliny laurové, 16 až 19 hmot. % kyseliny myristové, 9 až 11 hmot. % kyseliny palmitové. 2 až 3 hmot. % kyseliny stearové, méně než 0,5 hmot. % kyseliny behenové, 8 až 10 hmot. % kyseliny olejové a až do 1 hmot. % kyseliny linolové. Jodové číslo se pohybuje v rozmezí od 7,5 do 9,5, číslo zmýdelnění se pohybuje v rozmezí od 0,88 do 0,90. Teplota taní leží u asi 20 až 23°C. Olivový olej obsahuje převážně kyselinu olejovou (viz časopis Lebensmittelchem. Gerichtl. Chemie, 39, strany 112 až 114, 1985). Palmový olej obsahuje z mastných kyselin asi 2 hmot. % kyseliny myristové, 42 hmot. % kyseliny palmitové, 5 hmot. % kyseliny stearové, 41 hmot. % kyseliny olejové, 10 hmot. % kyseliny linolové. Palmojádrový olej je v typickém případě co do spektra mastných kyselin složen jak uvedeno dále: 9 hmot. % kyseliny kapronové/kaprylové/kaprinové, 50 hmot. % kyseliny laurové, 15 hmot. % kyseliny myristové, 7 hmot. % kyseliny palmitové, 2 hmot. % kyseliny stearové, 15 hmot. % kyseliny olejové a 1 hmot. % kyseliny linolové.

Řepkový olej obsahuje v typickém případě jako složky mastných kyselin asi 48 hmot. % kyseliny erukové, 15 hmot. % kyseliny olejové, 14 hmot. % kyseliny linolové, 8 hmot. % kyseliny linolenové, 5 hmot. % ikosenové, 3 hmot. % kyseliny palmitové, 2 hmot. % kyseliny hexadecylové a 1 hmot. % kyseliny docosadienové. Řepkový olej z nových odrůd je obohacen o nenasycené podíly. Typické podíly mastných kyselin se v těchto případech následující: 0,5 hmot. % kyseliny erukové, 63 hmot. % kyseliny olejové, 20 hmot. % kyseliny linolové, 9 hmot. % kyseliny linolenové, 1 hmot. % kyseliny ikosenové, 4 hmot. % kyseliny palmitové. 2 hmot. % kyseliny hexadecylové a 1 hmot. % kyseliny docosadienové.

Ricinový olej se skládá z 80 až 85 hmot. % z glyceridu kyseliny ricinolejové, vedle toho je v tomto oleji obsaženo okolo 7 mot. % glyceridů kyseliny olejové, okolo 3 hmot. % glyceridů kyseliny linolové a okolo 2 hmot. % glyceridů kyseliny palmitové a stearové.

Sojový olej obsahuje vícenásobně nenasycené kyseliny v množstvích od 55 do 65 hmot. % všech přítomných mastných kyselin, zejména pak kyselinu linolovou a kyselinu linolenovou. Podobná je situace u slunečnicového oleje, jehož typické spektrum mastných kyselin, vztažené na všechny přítomné mastné kyseliny, vypadá následujícím způsobem: asi 1 hmot. % kyseliny myristové, 3 až 10 hmot. % kyseliny palmitové, 14 až 65 hmot. % kyseliny olejové a 20 až 75 hmot. % kyseliny linolové

Všechny shora uváděné údaje o podílech mastných kyselin v triglyceridech jsou - jak známozávislé na kvalitě surovin a mohou tedy co do jejich číselných hodnot kolísat. Zvláštní přednost je dávána takovým PIT-emulzím, které obsahují živiny skupiny b), vybrané ze skupiny kokosový olej, slunečnicový olej a/nebo řepkový olej.

Důležitými součástmi podle tohoto vynálezu používaných PIT-emulzí jsou použité emulgátory, popř. emulgátorové systémy. Přednostně se jako emulgátory používají neionogenní emulgátory, zejména ethoxylované mastné alkoholy a ethoxylované mastné kyseliny. Pro vytváření PITemulzí je výhodné použít dvousložkový emulgátorový systém, obsahující jeden hydrofílní emulgátor (A) a jeden hydrofobní koemulgátor (B). Jako hydrofílní neionogenní emulgátory (A) přicházejí v úvahu látky, vykazující HLB-hodnotu od asi 8 do asi 16. Jako „HLB-hodnotu“ (z angl. Hydrophil-Lipophil-Balance) je třeba chápat hodnotu, kterou je možno vypočítat pomocí vztahu

HLB - (100 - L)/5, • · ♦ · přičemž L je hmotnostní podíl lipofilních skupin, tzn. v procentech vyjádřený podíl skupin mastných alkylů nebo mastných acylů v ethylenoxidových adičních produktech.

Ethoxyláty mastných alkoholů ve smyslu poznatků tohoto vynálezu se řídí obecným vzorcem (Π)

R³-O-(CH₂CH₂O)_n-H (II), přičemž R³ představuje lineární nebo rozvětvený, nasycený nebo nenasycený alkylový zbytek se 6 až 24 atomy uhlíku a n znamená číslo od 1 do 50. Zvláštní přednost je dávána takovým sloučeninám vzorce (II), v němž je n číslo od 1 do 35 a zejména od 1 do 15. Zvláště upřednostňovány jsou dále takové sloučeniny vzorce (II), v němž R³ znamená alkylový zbytek se 16 až 22 atomy uhlíku.

Sloučeniny vzorce (II) se získávají o sobě známým způsobem reakcí mastných alkoholů s ethylenoxidem za tlaku, popř. v přítomnosti kyselých nebo zásaditých katalyzátorů. Typickými příklady jsou kapronalkohol,ý, kaprylalkohol, 2-ethylhexylalkohol, kaprinalkohol, laurylalkohol, isotridecylalkohol, myristylalkohol, cetylalkohol, palmoleylalkohol, stearylalkohol, isostearylalkol, oleylalkohol, elaidylalkohol, petroseinylalkohol, linolylalkohol, linolenylalkohol, elaeostearylalkohol, alkohol podzemnicový, gadoleylalkohol,., behenylalkohol, erucylalkohol a brassidylalkohol, jakož i jejich technické směsi, které vznikají např. při vysokotlaké hydrogenaci technických methylesterů na bázi tuků a olejů nebo aldehydů z Roelenovy oxysyntézy, jakož i jako monomemí frakce při dimerizaci nenasycených mastných alkoholů. Přednost je dávána technickým mastným alkoholům s 12 až 18 atomy uhlíku, jako ku příkladu alkoholu kokosovému, alkoholu palmovému, alkoholu palmojádrovému nebo alkoholů z lojového tuku.

Ethoxyláty mastných kyselin, které rovněž přicházejí v úvahu jako složky emulgátorů (A), se přednostně řídí vzorcem (III)

R⁴-CO₂(CH₂CH₂O)_nH (III), • · v němž R⁴ představuje lineární nebo rozvětvený alkylový zbytek s 12 až 22 atomy uhlíku a n znamená čísla od 5 do 50, s výhodou od 15 do 30. Typickými příklady jsou adiční produkty 20 až 30 molů ethylenoxidu na kyselinu laurovou, kyselinu isotridecylovou, kyselinu myristovou, kyselinu palmitovou, kyselinu palmitolejovou, kyselinu stearovou, kyselinu isostearovou, kyselinu olejovou, kyselinu elaidinovou, kyselinu petroselaidovou, kyselinu linolovou, kyselinu linolenovou, kyselinu elaeostearinovou, kyselinu arachovou, kyselinu gadoleinovou, kyselinu behenovou a kyselinu erukovou a jejich technické směsi, které vznikají např. při tlakovém štěpení přírodních tuků a olejů nebo při redukci aldehydů z Roelenovy oxosyntézy. Přednostně se používají adiční produkty 20 až 30 molů ethylenoxidu na mastné kyseliny se 16 až 18 atomy uhlíku.

Parciální glyceridy, které přicházejí v úvahu jako složky emulgátorů B), se přednostně řídí vzorcem (IV)

CH₂O(CH₂CH₂O)_x-COR⁵

CH-O(CH₂CH₂O)yH (IV)

CH₂O(CH₂CH₂O)_Z-H v němž COR⁵ představuje lineární nebo rozvětvený acylový zbytek s 12 až 22 atomy uhlíku a součet hodnot x, y a z je buď nula nebo číslo mezi 1 až 50, s výhodou mezi 15 až 35. Typickými příklady parciálních glyceridů ve smyslu tohoto vynálezu jsou monoglycerid kyseliny laurové monoglycerid kyselin z kokosového oleje, monoglycerid kyseliny palmitové, monoglycerid kyseliny stearové, monoglycerid kyseliny isostearové, monoglycerid kyseliny olejové a monoglycerid kyselin z lojového tuku, jakož i jejich adukty s 5 až 50, s výhodou s 20 až 30 moly ethylenoxidu. Přednostně se používají monoglyceridy, popř. technické směsi mono/diglyceridů s převažujícím podílem monoglyceridů vzorce (IV), v němž COR³ představuje lineární acylový zbytek se 16 až 18 atomy uhlíku

Obvykle se používají směsi emulgátorů, které obsahují složky (A) a(B) v hmotnostním poměru od 10 : 90 až do 90 : 10, s výhodou od 25 : 75 až do 75 : 25 a zejména od 40 : 60 až do 60 : 40.

Jako další vhodné emulgátory přicházejí ku příkladu v úvahu neionogenní povrchově aktivní látky z některé z následujících skupin:

ίο .· . : .....

··· · · ··· ···· ·· ··· ··· ·· ♦ ·· (I) Adiční produkty 2 až 30 molů ethylenoxidu a/nebo 0 až 5 molů propylenoxidu na lineární mastné alkoholy s 8 až 22 atomy uhlíku;

(II) mono a diestery glycerinu a mono- a diestery sorbitanů nasycených a nenasycených mastných kyselin s 6 až 22 atomy uhlíku a jejich ethylenoxidové adiční produkty;

(III) alkylmono- a oligoglykosidy s 8 až 22 atomy uhlíku v alkylovém zbytku a jejich ethoxylovaná analoga;

(IV) adiční produkty 25 až 60 molů ethylenoxidu na ricinový olej a/nebo ztužený ricinový olej;

(V) polyolové a zejména polyglyccrinové estery, jako např. polyglycerinopolyricinooleát nebo polyglycerinopoly-12-hydroxystearát. Vhodné jsou rovněž směsi sloučenin z více tříd těchto sloučenin;

(VI) adiční produkty 2 až 15 molů ethylenoxidu na ricinový olej a/nebo ztužený ricinový olej;

(VII) parciální estery na bázi lineárních rozvětvených, nenasycených, popř. nasycených C nemastných kyselin, kyseliny ricinolejové, jakož i kyseliny 12-hydroxystearové a glycerinu, polyglycerinu, pentaerythritu, dipentaerythritu, cukrových alkoholů (např. sorbitu), jakož i polyglukosidů (např.celulózy);

(VIII) alkoholy z vosku ovčí vlny;

(IX) polyalkylenglykoly.

Adiční produkty ethylenoxidu a/nebo propylenoxidu na mono- nebo diestery glycerinu, jakož i na mono- a diestery sorbitanů mastných kyselin nebo na ricinový olej představují známé, komerčně dostupné produkty. V těchto případech se přitom jedná o směsi homologů, jejichž střední stupeň alkoxylace odpovídá poměru látkových množství ethylenoxidu a/nebo propylenoxidu a substrátu, s nimž se adiční reakce provádí.

9 · · ····· • · · · · ··· ···· ·· ··· ··· ·· ···

Pro výběr vhodných emulgátorových systému může být účelné provést početní zjištění PIT toho kterého v úvahu přicházejícího systému. Zejména to však platí i pro případné optimalizace při výběru emulgátorů, případně emulgátorových systémů, a při jejich přizpůsobování dalším úvahám, týkajících se technického počínání při předem zadaném výběru a rozvrstvení vodní fáze na jedné straně a typu olejové fáze na straně druhé. Odpovídající odborné znalosti byly vypracovány v o sobě zcela odlišných oborech, zejména v oblasti výroby kosmetických přípravků. Odkazujeme zejména na publikaci Th. Forstera, W. von Rybinskiho, H. Tessmanna a

A. Wadleho „ Calculation of optimum emulsifier mixtures for phase inversion emulsification“ v časopise International Journal of Cosmetic Science 16, 84-92 (1994). Tam je v jednotlivostech uvedeno, jak je možno cestou výpočtů pro předem zadané třísložkové systémy, skládající se z olejové fáze, vodné fáze a emulgátoru, vypočítat na základě pro olejovou fázi charakteristických

EACN-hodnot (equivalent alkane carbon number) oblast teplot inverze fází (PIT) pomocí

CAPICO-metody (calculation of phase inversion in concentrates). Tato publikace Forstera et al.

se jako taková odvolává především na literaturu, podstatnou pro zde řešený tématický komplex, která je v oboru v souvislosti se zveřejněním této publikace Forstera et al k dispozici. Pomocí četných příkladů je detailně ukázáno, že pomocí CAPICO-metody se v rámci EACN-koncepce stává výběr a optimalize emulgátorů/emulgátorových systémů přístupný pro účely optimálního nastavení předem zadaných hodnot oblasti teplot inverze fází.

PIT-emulze, používané podle tohoto vynálezu, obsahují s výhodou od 20 do 90 hmot., zejména od 30 do 80 hmot. % a se zcela zvláštní výhodou pak od 30 do 60 hmot. % vody. Zbytek do 100 hmot. % připadá na olejovou fázi, jakož i na emulgátory a příp. na další pomocné a dodatkové látky. Olejová fáze jako taková je s výhodou obsažena v množstvích od 10 do 80 hmot. %, zejména pak od 40 do 70 hmot. %. Přitom obsahuje olejová fáze přednostně pouze složky a) nebo b), popř. směsi těchto složek. Zvláštní přednost je dávána použití takových emulzí které obsahují olejovou a vodnou fázi v hmotnostním poměru 1:1. Emulgátory, příp. emulgátorové systémy, jsou s výhodou obsaženy v množstvích od 1 do 25 hmot. %, zejména v množstvích od 5 do 20 a s obzvláštní výhodou v množstvích od 5 do 15 hmot. %. Emulze, používané podle tohoto vynálezu vykazují s výhodou teploty inverze fází v oblasti od 20 do 95 °C a zejména od 40 do 95 °C.

Popisované PIT-emulze je možno podle tohoto vynálezu použít ve fermentačních procesech všech typů. Přitom je možno používat všechny odborníkovi známé způsoby provedení, např. šaržovitou fermentaci, šaržovitou fermentaci s postupným přidáváním živin (tzv. fed-batch fermentaci,) jakož i fermentaci kontinuální. Použitelné jsou rovněž všechny odborníkovi známé systémy fermentorů. Co se týká jednotlivostí, viz Crueger, strany 50 až 70. Použití mikroemulzí není omezeno na určité mikroorganismy, emulze se naproti tomu nechají použít k produkci nebo dalším přeměnám všech sloučenin, které jsou odborníkovi známé jako produkty, získatelné fermentaci. Vedle klasických fermentačních procesů, které se používají převážně k syntéze antibiotik, (srovnej Crueger, strany 197 až 242) jsou však popisované emulze vhodné i k použití při mikrobiálních transformacích („biokonverzích“), např. při transformaci steroidů a sterinů, antibiotik a pesticidů nebo při výrobě vitaminů (srovnej Crueger, strany 254 až 273). Přednost je však dávána jejich použití ve fermentačních procesech při výrobě antibiotik, ku příkladu cefalosporinů, tylosinu nebo erythromycinu.

Emulze se zpravidla vhodným způsobem dávkují do vodného fermentačního média, které obsahuje mikroorganismy, jakož i zdroje dusíku a stopových prvků, příp. další pomocné látky, zejména odpěňovací prostředky. Jako zdroje dusíku přicházejí ku příkladu v úvahu: pepton, kvasnicový nebo sladový výtažek, voda po máčení kukuřice, močovina nebo lecitin. Stopové prvky mohou být přítomny ve formě anorganických solí, ku příkladu jako dusičnan sodný nebo draselný, jako dusičnan amonný, jako síran amonný, jako síran železnatý Výhodné může rovněž být, když se do PIT-emulzí samotných přidávají další dodatkové látky, jako odpěňovací prostředky nebo jako zdroje dusíku.

• · · ·

Příklady provedení vynálezu

Smícháním výchozích látek a ohřátím směsi nad hodnotu PIT, jakož i následným ochlazením na teplotu místnosti (20 °C) byly (způsobem podle spisu DE 38 10103 Al) vyrobeny různé emulze. PIT-teplota byla zjišťována měřením vodivosti. Velikost kapiček byla měřena přístrojem Coulter M4 Plus Submicron Particle Sizer. Uhel měření byl 90 °. Výsledky jsou uvedeny vtabulkách laa lb. Vyrobené emulze jsou ku příkladu vhodné jako výhradní zdroj živin ve fermentačních procesech a je možno je přímo přidávat do vodného fermentačního média.

Tabulka la

	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %
Řepkový olej	34	45	45	45	45	40	40	45
Voda	55	37	37	37	37	44	44	37
Ricinový olej, ethoxylovaný 40 moly EO na 1 mol ricinového oleje	5
Behenylalkohol + 10 EO	2,3		3	5	4	3	3	3
Glycerinoleát	3,7			2	1		1
Hydrogenovaný ricinový olej, ethoxylovaný 7 moly EO na 1 mol ricinového oleje		15	15	11	13	13	12	13
PIT	84 °C	83 °C	68 °C	61 °C	65 °C	72 °C	57 °C	75 °a
Velikost kapiček	318 nm	293 nm	230 nm	187 nm	195 nm	229 nm	175 nm	269 nm

Tabulka lb

	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %	Hmot. %
Methyloleát	45	45
Slunečnicový olej				45	40
Kokosový olej			34
Voda	45	45	55	37	44
Mastný alkohol Cl6/18 + 12 EO	5	7
Ricinový olej, ethoxylovaný 40 moly EO na 1 mol ricinového oleje			4
Behenylalkohol + 10 EO			2,8	3	3
Glycerinmonostearát
Glycerinoleát			4,2
Hydrogenovaný ricinový olej, ethoxylovaný 7 moly EO na 1 mol ricinového oleje				15	12
Mastný alkohol C₁₆ + 6 EO	5
PIT	73 °C	74 °C	62 °C	68 °C	57 °C
Velikost kapiček	201 nm	216 nm	150 nm	219 nm	180 nm

Zastupuje:

Claims

PATENTOV É_N Á R O K Y

1. Použití emulzí O/V, obsahujících při nejmenším vodu, emulgátory, jakož i olejovou fázi, které obsahuje jednu nebo víc sloučenin, vybraných ze skupin

a) alkylesterů mastných kyselin a/nebo

b) triglyceridů rostlinného původu, vy značující se tím, že se emulze vyrobí pomocí metody PIT a že emulze vykazuje velikost kapiček od 50 do 400 nm, ve fermentačních procesech.
2. Použití podle nároku 1,vyznačující se tím, že olejová fáze jako složku a) obsahuje methylester mastné kyseliny.
3. Použití podle nároku 1 nebo 2, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, vykazující střední velikost kapiček z oblasti od 100 do 300 nm, s výhodou od 180 až 300 mm a zejména od 160 do 250 nm.
4. Použití podle nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, obsahující vodu v množstvích od 20 do 90 hmot. %, s výhodou od 30 do 80 hmot. % a zejména od 30 do 60 hmot. %
5. Použití podle nároku 1 až 4, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, obsahující olejovou fázi v množstvích od 10 do 80 hmot. %, s výhodou od 40 do 70 hmot. %.
6. Použití podle nároků 1 až 5,vyznačující se tím, že se použijí emulze, obsahující methylestery mastných kyselin vzorce (I)

R‘-COO-R² (I),

1 2 přičemž R znamená alkylový zbytek s 6 až 22 atomy uhlíku a R je methylový zbytek.
7. Použití podle nároku 1 až 6, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, obsahující v olejové fázi methyloleát, methylpalmitát, methylstearát a/nebo methylpelargonát.

0 · ·0 · 0 >000 00 • ♦ » * • 0 « · «

9 · < ·

0 000 ·· 0*0
8. Použití podle nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, obsahující v olejové fázi kokosový olej, slunečnicový olej a/nebo řepkový olej .v
9. Použití podle nároků 1 až 8, v y z n a č u j í c í se tím, že se použijí emulze, obsahující emulgátorový systém, obsahující hydrofilní emulgátory s HLB-hodnotami od 8 do 18 v kombinaci s hydrofobními koemulgátory.
10. Použití podle nároku 9, vyznačující se tím, že se použijí emulze, jejichž emulgátorové systémy vykazují množstevní poměry mezi hydrofilními emulgátory a koemulgátory od 10 : 90 do 90 : 10.
11. Použití podle nároku 1 až 10, vyznačující se tím, že se použijí emulze, obsahující emulgátory v množstvích od 1 do 25 hmot. %, s výhodou v množstvích od 5 do 20 hmot. % a zejména v množstvích od 5 do 15 hmot. %