<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Abtrennung der Zellsubstanzen aus einer
Glutaminsäure enthaltenden Fermentationsbrühe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung der Zellsubstanzen aus einer Glutaminsäure enthaltenden Fermentationsbrühe durch Behandeln mit Kalziumhydroxyd, das in Kalziumkarbonat übergeführt und zusammen mit der Zellsubstanz abgeschieden wird.
Bei der Gewinnung von Zellsubstanzen fällt am Ende der Fermentation eine sogenannte Fermentationsbrühe an, welche neben dem zu gewinnenden Endstoff noch die Zellsubstanzen der zur Fermentation verwendeten Mikroorganismen, ferner restliche unvergorene Ausgangsstoffe u. a. zufällige Verunreinigungen in wässeriger Suspension bzw. Lösung enthält. Das Fermentationsprodukt bleibt im allgemeinen in
Lösung und kann, nachdem die Feststoffe und halbfesten Stoffe einmal abgetrennt sind, in bekannter Weise, wie z. B. durch Kristallisation, Extraktion, Fällung od. dgl., gewonnen werden.
Die Abtrennung der Zellsubstanzen vor der weiteren Verarbeitung der Fermentationsbrühe ist im allgemeinen unumgänglich. Verbleiben die Zellsubstanzen in der Fermentationsbrühe, so ist eine direkte Isolierung der zu gewinnenden Substanzen regelmässig sehr schwierig. So wirken die Zellsubstanzen beispielsweise kristallisationshemmend. Ebenso ist eine Isolierung der Fermentationsprodukte mittels Ionenaustauschern unmöglich, weil die Zellsubstanzen den Austauscher in kurzer Zeit verstopfen. Die Abtrennung der Zellsubstanzen durch einfache Filtration ist ohne Zuhilfenahme von Filtrierhilfsmitteln wegen der geringen Grösse der Zellen grosstechnisch nur schwer durchführbar. Aus dem gleichen Grunde führt ein Zentrifugieren der Fermentationsbrühe selten zum Ziel.
Man hat auch noch in letzterer Zeit verschiedenartige Variationen zur Aufarbeitung von Fermentationsbrühen vorgeschlagen, bei welchen aber auf die Verwendung von Zusatzstoffen zur Abscheidung der Zellsubstanzen nicht verzichtet werden konnte, vgl. brit. Patentschrift Nr. 869. 948 und österr. Patentschrift Nr. 171691.
Nach einem aus der österr. Patentschrift Nr. 177746 bekannten Verfahren kann ein eiweissreiches Mittel zur Viehfütterung durch Vergärung der stickstoffhaltigen Rückstände in Industrieabwässern in der Weise gewonnen werden, dass die bei einer Temperatur von 20 bis 300C erhaltene Gärlösung bei Raumtemperatur mit Kalkmilch behandelt, gegebenenfalls mit Kohlendioxyd oder mittels Karbonationen in Kalziumkarbonat übergeführt und schliesslich die erhaltene klare Flüssigkeit vom Schlamm abgezogen wird. Mit dem Zusatz vonKalkmilch werden nicht allein die Bakterienzellen ausgefällt, sondern alle andern in dem behandelten Abwasser suspendierten Substanzen abgeschieden.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass es bei der Behandlung einer Glutaminsäure enthaltenden Fermentationsbrühe mit Kalziumhydroxyd unter Anwendung einer erhöhten Temperatur und anschliessender Überführung des Kalziumhydroxyds in Kalziumkarbonat mittels Kohlendioxyd oder Karbonationen leicht gelingt, eine selektive Fällung hervorzurufen, die eine praktisch vollständige Abtrennung der Zellsubstanzen von der Glutaminsäure ermöglicht. Das erfindungsgemässe Verfahren ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Fermentationsbrühe mit Kalziumhydroxyd bei einer Temperatur von 70 bis 900C bewirkt wird.
Es wird angenommen, dass sich dabei folgende Vorgänge abspielen : Unter der Einwirkung des Kal-
<Desc/Clms Page number 2>
ziumhydroxyds denaturiert das vorwiegend aus Eiweissstoffen bestehende Zellgerüst, schrumpft zusammen und lädt sich gleichzeitig negativ auf. Bei der Überführung desKalziumhydroxyds inKalziumkarbonat bil- det sich in statu nascendi Kalziumkarbonat mit einer positiven Ladung. Dieses adsorbiert sofort die Zell- substanzen wie auch eventuell vorhandene Farbstoffe und wird dadurch negativ geladen. Wenn vorher aus- gefällte Kalziumkarbonat-Teilchen anwesend sind, welche durch Adsorption von Zellsubstanzen oder an- dern Verunreinigungen eine negative Ladung angenommen haben, bilden die frisch gefällten positiv gela- denen mit den älteren negativ geladenen Teilchen Agglomerate.
Dadurch wird eine einfache und schnel- le Abtrennung des Niederschlages ermöglicht, beispielsweise durch Filtration, Zentrifugation, Dekantie- rung od. dgl.
DieÜberführungdesKalziumhydroxyds inKalziumkarbonat kann erfolgen, indem manKarbonat-Ionen in die Fermentationsbrühe einbringt. Dies geschieht zweckmässig dadurch, dass man Kohlendioxyd durch- leitet, bis ein PH-Wert von etwa 7,5 erreicht ist. An Stelle von Kohlensäure kann auch eine stöchiome- trische Menge Alkalikarbonat, insbesondere Natriumkarbonat, verwendet werden.
Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemässenverfahrens gibt man zweckmässig zur Fermentationsbrühe gelöschten Kalk, vorzugsweise in Form von Kalkmilch, zu, bis der Kalziumgehalt, berechnet als Oxyd, 0, 1-10 Gew.-lo, vorzugsweise etwa 5 Gew. -0/0, beträgt. Den gleichen Effekt erzielt man, wenn man an Stelle von Kalkmilch oder gelöschtem Kalk der Fermentationsbrühe Kalziumoxyd, z. B. in Form von gebranntem Kalk, vorzugsweise in fein gemahlener Form, zugibt und derart das Kalziumhydroxyd in der Fermentationsbrühe selbst erzeugt.
Das erfindungsgemässe Arbeiten bei der erhöhten Temperatur von 70 bis 900C kann durch vorheriges Erwärmen der Fermentationsbrühe oder im Falle der Zugabe von Kalziumoxyd durch die Reaktionswärme der Hydratation selbst erfolgen.
Es wurde weiter gefunden, dass die Filtrationsgeschwindigkeit ganz erheblich gesteigert werden kann, wenn man die Mischung vor der Überführung des Kalziumhydroxyds in Kalziumkarbonat 5 - 40 min, vorzugsweise 10 - 20 min, bei einer Temperatur von 70 bis 90 C, vorzugsweise 75-850C, hält.
Auf diese Weise lässt sich die Filtrationsgeschwindigkeit auf das 30 -40fache der Filtrationsgeschwindigkeit bei einer Arbeitsweise ohne Haltezeit und/oder bei nicht oder nur leicht erhöhter Temperatur steigern.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass man die Überführung des Kalziumhydroxyds in Kalziumkarbonat in zwei Stufen bei verschiedenen pH-Werten durchführt und sowohl nach der ersten als auch nach der zweiten Stufe das ausgefällte Kalziumkarbonat zusammen mit den m'gefällten Zellsubstanzen abtrennt, beispielsweise durch Filtration.
Die erste Stufe der Überführung wird vorzugsweise so durchgeführt, dass manKohlendioxyd in die Fermentationsbrühe einleitet, bis ein PH-Wert von etwa 9,4 bis 9,5 erreicht ist. Die Fermentationsbrühe kann ohne Schwierigkeiten filtriert werden. Die filtrierte Brühe wird darauf erneut mit Kohlendioxyd behandelt, bis ein PH-Wert von etwa 7,7 erreicht ist, und dann wieder filtriert.
Auch im Falle, wo die Überführung in zwei Stufen durchgeführt wird, ist es zweckmässig, die mit Kalziumhydroxyd versetzte Fermentationsbrühe vorgängig der Überführung während etwa 5 - 40 min, vorzugsweise während 5-10 min, auf einer Temperatur von 70 bis 90OC, vorzugsweise 75-85 C, zu halten.
Erfolgt die Abtrennung der ausgefällten Substanzen durch Filtration, so wird diese zweckmässig bei Raumtemperatur oder aber bei 50 - 600C durchgeführt.
Durch die beschriebene Reinigung wird eine Fermentationslösung erhalten, die nicht nur frei von Zellsubstanzen und jeglichen kolloidalen Stoffen ist, sondern auch von allfällig vorhandenen Farbstoffen weitgehend befreit ist, und aus welcher im allgemeinen die Fermentationssubstanzen direkt und in grosser Reinheit isoliert werden können.
Bei den in den nachfolgenden Beispielen genannten Mengenangaben handelt es sich um Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente.
EMI2.1
säure und Slo Zellsubstanzen eines Glutaminsäure erzeugenden Bakteriums, enthält, werden auf 800C erwärmt. Dann werden 10 Teile einer Kalkmilch mit 40yo Kalziumhydroxyd-Gehalt im Verlaufe von 20 min unter ständigem starkem Rühren zugegeben. Nach 10 min Einwirkungszeit wird unter ständigem Rühren Kohlensäure eingeleitet, bis der pH-Wert der Brühe 7,5 erreicht hat. Nach 15 min Reaktionszeit wird das ausgefällte Kalziumkarbonat zusammen mit den mitgefällten Bakterienzellen abfiltriert. Aus der nunmehr klaren Lösung kann die Glutaminsäure auf bekannte Weise, z. B. durch Ausfällen am isoelektrischen Punkt bei PH 3,2, isoliert werden.
<Desc/Clms Page number 3>
Beispiel 2 : 3,5 Gew.-Teile gebrannter Kalk wurden zu 100 Gew.-Teilen einer 5,5 Gew.-Teile Glutaminsäure enthaltenden Fermentationsbrühe der in Beispiel 1 angegebenen Art zugegeben. Das PH der Fermentationsbrühe betrug 12, 2 -12, 4. Die Brühe wurde auf 75 - 850C erwärmt und bei dieser Temperatur unter kräftigem Rühren während 10 - 20 min gehalten.
Das PH der Brühe wurde dann durch Durchleiten von Kohlendioxyd auf 9, 4-9, 5 eingestellt und die Temperatur auf 50 - 600C gesenkt. Die Brühe wurde darauf bei dieser Temperatur ohne Schwierigkeiten filtriert. Das PH des Filtrates wurde sodann durch Durchleiten von Kohlendioxyd auf 7,7 eingestellt und die Brühe erneut filtriert.
Aus dem Filtrat wurde in zwei Kristallisationen die Glutaminsäure gewonnen. Reinheit des ersten Anfalls: 95% des zweiten Anfalls : 90 < o. Ausbeute : 75-80 o.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Abtrennung der Zellsubstanzen aus einer Glutaminsäure enthaltenden Fermetntationsbrühe durch Versetzung der Fermentations brühe mit Kalziumhydroxyd, Überführung des Kalziumhydroxyds in Kalziumkarbonat mittels CO2 oder COg"und Abtrennung des ausgefällten Kalziumkarbonats zusammen mit derZel1substanz, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der F ermentationsbrühe mit Kalziumhydroxyd bei einer Temperatur von 70 bis 900C erfolgt.