BRPI0609756A2

BRPI0609756A2 - processo para produzir um aminoácido básico a partir de caldo de fermentação de um cepa de microorganismo produtora de aminoácido básico

Info

Publication number: BRPI0609756A2
Application number: BRPI0609756-1A
Authority: BR
Inventors: Jong-Soo Choi; Tae-Hui Kim; Sung Hyun Kim
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2011-10-18
Also published as: WO2006108662A1; DE102005017508A1; US20080193985A1; ZA200709754B; EP1874944A1; KR20080003803A; AU2006233710A1; CA2604556A1; CN101160406A

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UM AMINOáCIDO BáSICO A PARTIR DE CALDO DE FERMENTAçãO DE UMA CEPA DE MICROORGANISMO PRODUTORA DE AMINOáCIDO BáSICO. A invenção refere-se a um processo para recuperar um aminoácido básico do caldo de fermentação de uma cepa de microorganismo que produz o aminoácido básico. De acordo com o citado processo: a) o caldo de fermentação é acidulado com um ácido, cujo valor de pKs em água a 25<198>C varia entre 2 e 5; e b) o aminoácido básico é separado do caldo aquoso obtido na etapa a) por carregamento sucessivo de um arranjo em série de estágio único ou de estágios múltiplos de trocador de cátions fortemente ácido na forma de um sal com o caldo que tem sido obtido na etapa a) e a subseqüente eluição do aminoácido básico usando um eluente básico.

Description

"PROCESSO PARA PRODUZIR UM AMINOÁCIDO BÁSICO A PARTIR DE CALDO DE FERMENTAÇÃO DE UMA CEPA DE MICROORGANISMO PRODUTORA DE AMINOÁCIDO BÁSICO" Descrição

A presente invenção refere-se a um processo para produzir um aminoácido básico do caldo de fermentação de uma cepa de microorganismo produtora de aminoácido básico.

Aminoácidos básicos tais como L-lisina, L-histidina, L- arginina e L-ornitina são predominantemente produzidos por processos de fermentação microbiana (veja e.g. Axel Kleemann et al., "Amino acids", em "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5th Edition on CD-ROM, 1997 Wiley-VCH e literatura lá citada; Th. Hermann, J. Biotechnol. 104 (2003), pp. 155-172 e literatura lá citada; Pfefferle et al., Adv. Biochem. Eng./Biotechnology, Vol. 79 (2003), 59-112 e literatura lá citada, e também Atkinson et al., em Biochemical Engineering e Biotechnology Handbook, 2nd ed., Stockton Press, 1991, capítulo 20 e literatura lá citada).

No caso de tais processos de fermentação, primariamente um caldo de fermentação é obtido que, em adição ao aminoácido básico desejado e à biomassa resultante dos microorganismos usados, compreende uma multiplicidade de subprodutos e impurezas, e.g. outros aminoácidos, resíduos de substrato, sais, produtos de Iise celular e outros subprodutos.

A produção de aminoácido básico do caldo de fermentação, e sua purificação são freqüentemente realizadas usando trocadores de cátions fortemente ácidos (veja e.g. Th. Hermann, loc. cit; Atkinson et al, loc. cit.). Para este propósito, o caldo de fermentação aquoso, antes ou após a remoção dos microorganismos e de outros constituintes insolúveis (biomassa), é acidulado com um ácido forte, por exemplo ácido sulfurico, para um pH abaixo de 2, de modo que o aminoácido básico esteja presente como di-cátion. O caldo aquoso acidulado é então passado através de um trocador de cátions fortemente ácido, cujos grupos ácidos estão presente na forma de sal, e.g. como sais de sódio ou de amônio, como um resultado do qual o di-cátion do aminoácido básico é adsorvido na resina trocadora de íons. O trocador de cátions carregado com o aminoácido básico é normalmente lavado depois com água para remover impurezas. O aminoácido básico é então eluído pelo tratamento com uma base aquosa diluída, por exemplo solução de hidróxido de sódio, água amoniacal ou um tampão de amônio aquoso, a forma de sal do trocador de cátion sendo regenerada ao mesmo tempo. Do eluído assim produzido, o aminoácido básico, se apropriado após acidulação do eluído, é isolado em uma maneira convencional, e.g. por cristalização.

Claro que o líquido (efluente) fluindo quando o trocador de cátions está sendo carregado com o di-cátion do aminoácido básico possui uma concentração de sal alta e é portanto também freqüentemente chamado de água residual de densidade alta (HDWW). Também, a, se apropriada, etapa de lavagem subseqüente produz quantidades grandes de água possuindo um carregamento de sal (água residual de densidade baixa (LDWW)). Estas águas residuais, para diminuir o carregamento de sal, têm que ser submetidas ao tratamento complexo de água residual. Alternativamente, as águas residuais salgadas podem ser desaguadas e o concentrado resultante pode ser disposto ou alimentado para outro uso. Contudo, ambas as medidas estão associadas com gasto adicional em termos de aparelhagem e consumo alto de energia e portanto contribuem em uma extensão não insignificante para os custos da produção fermentativa de aminoácido. Portanto não tem havido faltas de tentativas para reduzir o carregamento de sal e a quantidade de água residual que são produzidos em uma recuperação pelos trocadores de cátions de caldos de fermentação compreendendo aminoácido básico.

Uma outra desvantagem é a formação de precipitado ocorrendo sob acidulação, cuja formação de precipitado pode acarretar o bloqueio do arranjo de troca catiônica. Além disso, etapas de lavagem adicionais são requeridas para remover as impurezas dos materiais de troca de cátion.

US 4.714.767 descreve um processo de multiestágios para separação de aminoácidos básicos de um caldo aquoso por meio de um arranjo de uma pluralidade de colunas de troca catiônica conectadas em série no qual a última parte do efluente produzido sob carregamento da primeira coluna é recirculada para a operação de carregamento de uma separação posterior. Também é proposto que a última parte do eluído da primeira coluna seja recirculada para o processo de eluição de uma separação posterior. Nesta maneira a quantidade de água é reduzida, mas não o carregamento de sal.

Hsiao et al., Biotechnology and Bioengineering Vol. 49 (1996) pp. 341-347 propõem, reduzir a quantidade de água residual, recirculando, para o meio de fermentação, os efluentes salinos produzidos no trocador de cátions. Em adição ao risco de que como um resultado inibidores de fermentação que são costumeiramente formados como subprodutos no metabolismo dos microorganismos se acumulem no meio de fermentação, tem sido verificado que neste caso a capacidade de ligação do trocador de cátions é diminuída de modo que as economias de custo alcançadas pela quantidade reduzida de água residual são consumidas pelos custos de um arranjo de trocador de cátions maior.

I. Lee et al., Enzyme and Microbiol. Technol. 30 (2002) pp. 798-803, para reduzir o carregamento de sal na recuperação de caldos de fermentação contendo lisina, propõem o uso de cromatografia de exclusão iônica no lugar do trocador de cátions costumeiramente usado. Para isto, primeiro o conteúdo de sólidos do caldo de fermentação é removido por meio de microfiltração. O caldo aquoso contendo lisina resultante é ajustado para o ponto isoelétrico (pH 9,74) e então passado através de um trocador de cátions. Visto que os constituintes iônicos do caldo não são absorvidos, estes são recuperados no efluente. O aminoácido é então eluído com água. Contido, tem sido verificado que uma taxa de recuperação alta de L-Iisina maior do que 90% é apenas alcançada quando não apenas for baixa a vazão de alimentação contendo lisina, mas também a vazão de fluxo de passagem através. A despeito do carregamento de sal menor, portanto, esta modalidade não é econômica.

O objetivo portanto subjacente à presente invenção é proporcionar um processo para produzir aminoácidos básicos a partir de caldo de fermentação de uma cepa de microorganismo produtora de aminoácido básico, cujo processo suplanta as desvantagens descritas na arte anterior e que em particular permite a redução da água de lavagem e quantidade de sal produzida e ao mesmo tempo pode ser realizado com eficiência alta, i.e. permite uma taxa de recuperação alta de aminoácido básico até mesmo em vazões de fluxo e de carregamento altas.

Tem sido verificado de modo surpreendente que este objetivo é alcançado por um processo no qual:

a) o caldo de fermentação é acidulado usando um ácido, cujo pKa em água a 25°C está dentro da faixa de 2 a 5, e

b) o aminoácido básico do caldo aquoso obtido na etapa a) é separado por carregamento sucessivo de um arranjo em série de estágio único ou de multiestágios de um trocador de cátions fortemente ácido em sua forma de sal com o caldo obtido na etapa a) e eluição do aminoácido básico com um eluente básico.

Conseqüentemente, a presente invenção refere-se a um processo aqui e nas reivindicações apresentado para produzir um aminoácido básico a partir de caldo de fermentação de uma cepa de microorganismo produtora de aminoácido básico.

O processo da invenção está associado a numerosas vantagens: primeiramente, por causa do ácido selecionado na etapa a), não há ocorrência de precipitação significativa de impurezas que podem bloquear o trocador de cátions e assim aumentar o requerimento de água de lavagem. Em adição, a quantidade de sal produzida no processo da invenção e assim o carregamento de sal da água residual, são menores do que nos processos da arte anterior nos quais os trocadores de cátions são usados para separar e produzir o aminoácido básico a partir de caldo de fermentação. Em adição, rendimentos altos de geralmente maiores do que 95% de aminoácido básico são alcançados até mesmo em carregamentos e vazões de fluxo através altos no trocador de cátions.

De acordo com a invenção, em uma primeira etapa, o caldo de fermentação é acidulado com um ácido, cujo pKa está, a 25°C, dentro da faixa de 2 a 5, e em particular dentro da faixa de 3 a 4. Não é preciso dizer que o ácido usado é inerte, isto é dizer que ele não causa uma mudança química no aminoácido a ser isolado, à parte de uma protonação.

Exemplos de ácidos adequados compreendem ácido fosfórico, ácidos monocarboxílicos orgânicos preferivelmente possuindo de 1 a 6 átomos de carbono, tais como ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico e ácido pentanóico, ácidos dicarboxílicos preferivelmente possuindo de 2 a 6 átomos de carbono, tais como ácido oxálico, ácido malônico, ácido maleico, ácido fiimárico, ácido itacônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico e ácido sórbico, ácido hidróxi-carboxílicos preferivelmente possuindo de 1 a 3 grupos carboxila, e também possuindo pelo menos um, e.g. 1, 2, 3 ou 4, grupos hidroxila, tais como ácido cítrico, ácido glicólico e ácido lático, e misturas destes ácidos. Preferivelmente, o ácido é selecionado do grupo consistindo de ácidos carboxílicos orgânicos e ácidos hidróxi-carboxílicos. Em uma modalidade particularmente preferida da invenção, o ácido é ácido fórmico.

A quantidade de ácido é preferivelmente selecionada em uma tal maneira que um pH de 3,5 a 6,0, e em particular dentro da faixa de pH 4,0 a 5,5, resulte no caldo. Preferivelmente, para a acidulação, uso é feito de 0,05 mol a 2 moles de ácido, em particular de 0,1 mol a 1 mol de ácido, e especialmente de 0,15 mol a 0,5 mol de ácido, por kg de caldo de fermentação.

Se apropriado, antes ou após a acidulação, uma parte ou a quantidade principal dos microorganismos e se apropriado dos outros sólidos presentes no caldo de fermentação pode ser separada do caldo de fermentação. Separação destes constituintes não é necessária em princípio. Portanto, em uma modalidade preferida da invenção, estes constituintes não são separados e o arranjo de troca catiônica é carregado diretamente com o caldo aquoso acidulado.

A separação dos microorganismos e de outros constituintes sólidos pode ser realizada, se desejado, costumeiramente para a separação de microorganismos por filtração incluindo filtração de bolo e de profundidade, filtração de fluxo cruzado, processos de separação por membrana tais como ultra- e microfiltração, por centrifugação e decantação, pelo uso de hidrociclones, ou em outra maneira. Antes da separação, tem se mostrado útil a inativação dos microorganismos no caldo de fermentação (esterilização do caldo de fermentação), por exemplo por processos de pasteurização costumeiros tais como pela introdução de calor e/ou de vapor quente. Para isto, trocadores de calor convencionais, por exemplo trocadores de calor de casco-e-tubo ou trocadores de calor de placa podem ser usados.

Do caldo aquoso obtido na etapa a), então, na etapa b), o aminoácido básico é separado usando um arranjo de troca catiônica. A separação na etapa b) compreende de acordo com a invenção pelo menos uma etapa de carregamento, na qual o aminoácido básico é adsorvido no trocador de íons fortemente ácido, e pelo menos uma etapa de eluição, pela qual o aminoácido básico é dessorvido do trocador de íons. Estas etapas podem ser repetidas várias vezes na seqüência enunciada e, entre as etapas, etapas de lavagem com água podem ser realizadas. O arranjo de troca catiônica usado no processo da invenção compreende um ou mais,, e.g. 2, 3 ou 4, estágios conectados em série, costumeiramente na forma de colunas de troca iônica que, como fase estacionária, compreendem um ou mais trocadores de cátions fortemente ácidos.

Como trocadores de cátions fortemente ácidos, em princípio todas as resinas trocadoras de íons entram em consideração as quais possuem grupos fortemente ácidos, geralmente grupos sulfonato. Geralmente, estas são polímeros orgânicos particulados, moderada ou grandemente reticulados, freqüentemente baseados em poliestireno, que possuem sobre a superfície das partículas de polímero uma multiplicidade de grupos fortemente ácidos. O número médio de grupos ácidos está costumeiramente dentro da faixa de 1 a 4 meq/mL de resina de troca iônica. O tamanho de partícula médio das partículas de troca iônica está tipicamente dentro da faixa de 0,1 mm a 1 mm, com tamanhos de partícula maiores e também menores também sendo capazes de serem adequados dependendo do dimensionamento do arranho de troca iônica. As partículas de polímero podem ser, e.g., semelhantes a gel ou possuírem uma estrutura macroporosa.

Tais trocadores de íons são conhecidos e alguns são oferecidos comercialmente para purificar aminoácidos, por exemplo sob os nomes comerciais Lewatit® K ou Lewatit® S da Bayer Aktiengesellschaft, e.g. Lewatit® K 2629, Lewatit® S110, Lewatit® S110H, Lewatit® S1467, Lewatit® S1468, Lewatit® S2568, Lewatit® 52568H, Amberjet®, Amberlyst® ou Amberlite® da Rohm & Haas, e.g. Amberjet® 1200, Amberjet® 1500, Amberlite® 200, Amberlite® 250, Amberlite® IRV120, Amberlite® JR 120, Amberlite® IR 200C, Amberlite® CG 6000, Amberlyst® 119 Wet, Dowex® da Dow Chemicals, e.g. Dowex® 50X1-100, Dowex® 50X2-100, Dowex® 50X2-200, Dowex® 50X2-400, Dowex® 50X4-100, Dowex® 50X4-200, Dowex® 50X4-400, Dowex® 50X8-100, Dowex® 50X8-200, Dowex® 50X8-400, Dowex® 40X1-100, Dowex® 40X1-100, Dowex® 40X1-100, Dowex® HCR-S, Dowex® HCR-W2, Dowex® MSC-I, Dowex® 650C, Dowex® G26, Dowex® 88, Dowex® Monosphere 88, Dowex® Monosphere 99K/320, Dowex® Monosphere 99K/350, Dowex® Monosphere 99Ca/320, Dowex® Marathon C, Dowex® 032, Dowex® 406, Dowex® 437, Dowex® C500ES, Dowex® XUS 43518, Dowex® XUS 40406.00, Diaion® da Mitsubishi Corp., e.g. Diaion® SK1B, Diaion® SK1BS, Diaion® SK104, Diaion® SKl 12, Diaion® SKl 16, Diaion® 1-3561, Diaion® 1-3565, Diaion® 1-3570, Diaion® 1-3573, Diaion® 1-3577, Diaion® 1-3581, Duolite® D 5427, Duolite® D 5552 (trocador de cátions de base orgânica), e em adição Adsorbosphere® SCX, Bakerbond® SCX, Partisil® SCX, Spherisorb® SCX, Supelcosil® LC3- SCX, Ultralsil® SCX e Zorbax® 300 SCX (trocador de cátions baseado em sílica).

O arranjo de troca catiônica pode ser operado no modo em batelada e então possui um ou mais, e.g. 2, 3 ou 4, leitos fixos de troca iônica estacionários conectados em série. Também pode ser operado continuamente e então possui geralmente 5 a 50, e em particular 15 a 40, leitos de troca iônica, que podem ser, e.g., constituintes de um arranjo de "leito móvel verdadeiro" (veja K. Tekeuchi J. Chem. Eng. Japan 11 (1978 pp. 216-220), um arranjo "anular de circulação contínua" (veja J.P. Martin, Discuss. Farraday Soe. 1949, p. 7) ou de um arranjo de "leito móvel simulado", como descrito em, por exemplo, US 2.985.589, WO 01/72689 e também por G.J. Rossiter et al. Proceedings of AIChE Conference, Los Angeles, CA, Nov. 1991, ou H. J. Van Walsem et al. J. Biochtechnol. 59 (1997) pp. 127-123.

Antes do carregamento do trocador de cátions com o aminoácido básico que é para ser separado, o material de troca catiônica contido no arranjo de troca iônica está em sua forma de sal, i.e. os grupos fortemente ácidos do trocador de cátions estão na forma desprotonada e coordenam para dar neutralidade de carga a um número correspondente de cátions. Geralmente, os cátions são cátions de metal alcalino, em particular íons sódio ou, particularmente preferivelmente, íons amônio (NHU+).

Com o objetivo de carregar o trocador de cátions com o aminoácido básico, o caldo aquoso acidulado é passado através do arranjo de troca catiônica na maneira usual. O carregamento pode ser realizado não apenas em uma maneira descendente mas também em uma maneira ascendente, com a primeira sendo preferida. O carregamento é preferivelmente realizado em uma vazão de fluxo específica dentro da faixa de 0,1 h"1 a 2 h"1. O carregamento é preferivelmente realizado em uma temperatura dentro da faixa de 20°C a 70°C, e em particular dentro da faixa de 30°C a 60°C. A quantidade de caldo aquoso é costumeiramente selecionada de modo que pelo menos 35%, e em particular pelo menos 42%, do aminoácido básico presente no caldo aquoso seja adsorvido. A quantidade de caldo aquoso é geralmente de 0,8 a 2 vezes a quantidade do volume de leito. Dependendo do grau de adsorção, o efluente produzido na saída do arranjo de troca catiônica ainda pode compreender aminoácido básico, de modo que o efluente, se apropriado após o ajuste de pH, pode ser passado em um trocador iônico em um estágio subseqüente.

O processo de carregamento pode ser seguido por uma etapa de lavagem. Para isto, água é passada através do arranjo de troca catiônica. A quantidade de água de lavagem é, neste estágio, costumeiramente 0,05 a 0,3 vezes o volume do leito. As águas de lavagem resultantes podem compreender quantidades pequenas de aminoácido básico e podem ser então combinadas com o efluente produzido no carregamento. Em contraste aos processos da arte anterior, uma tal etapa de lavagem não é necessária, de modo que uma modalidade preferida do processo da invenção não compreende uma etapa de lavagem e a eluição é realizada diretamente após o carregamento. A etapa de carregamento, ou a etapa de lavagem realizada se apropriada, é seguida pela eluição do aminoácido básico. Para isto, uma solução aquosa de uma base (eluente) é passada através do arranjo de troca catiônica. Como um resultado o aminoácido básico é dessorvido e eluído, e o trocador de cátions é regenerado, i.e. os grupos ácidos do trocador de cátions são convertidos de volta para a forma de sal. A concentração de base no eluente está costumeiramente dentro da faixa de 1% a 10% em peso, e em particular dentro da faixa de 2% a 8% em peso. Bases adequadas são, por exemplo, amônia, hidróxidos de metal alcalino e carbonatos de metal alcalino, com solução de hidróxido de sódio e, em particular, amônia sendo preferida. A quantidade de base aquosa é geralmente 0,5 a 3 vezes a quantidade do volume de leito. Com relação às temperaturas e a vazão de fluxo, aquilo dito para o carregamento se aplica. A eluição pode ser realizada não apenas na maneira ascendente mas também descendente. A eluição pode ser conduzida na mesma direção que a do carregamento ou na direção oposta deste.

A eluição pode ser seguida por uma outra etapa de lavagem, se apropriada para remover impurezas presentes. Para isto, água é passada através do arranjo de troca catiônica. A quantidade de água de lavagem neste estágio é costumeiramente 0,05 a 0,3 vezes o volume do leito. O efluente produzido nesta etapa de lavagem é alimentado como água residual do carregamento baixo em sal a um tratamento de água de lavagem costumeiro, ou a outra recuperação.

O eluído produzido na eluição é recuperada em uma maneira costumeira para produzir o aminoácido. Geralmente, para isto, o eluído será concentrado, e.g. pela remoção da água em um arranjo de evaporador costumeiro.

Nesta maneira uma solução aquosa concentrada de aminoácido básico é obtida, cujo aminoácido básico pode ser isolado como cloridrato, e.g., após adição de ácido clorídrico, por precipitação ou cristalização. Processos para isto são conhecidos por aquelas pessoas experientes na arte e estão exclusivamente descritos na literatura (e.g. Hermann, T. "Industrial Production of amino acids by coryneform bactéria", J. of Biotechnology, 104(2003), 155-172).

O condensado aquoso produzido na concentração pode ser descartado ou recirculado para o processo. Por exemplo, o condensado pode ser recirculado para a etapa de eluição do aminoácido básico em uma separação subseqüente de aminoácido. Preferivelmente, para isto, o condensado, após a eluição com a base aquosa, é passado através do arranjo de troca catiônica. O efluente resultante freqüentemente ainda compreende quantidades pequenas de aminoácido básico e é costumeiramente recirculado para a eluição de uma separação subseqüente de aminoácido.

O processo da invenção é aplicável em princípio ao isolamento de todos os aminoácidos básicos, em particular aminoácidos naturais tais como lisina, ornitina, histidina ou arginina e é usado, em particular, para isolamento de L-Iisina produzida por fermentação.

O tipo de processo de fermentação e também da cepa de microorganismo usada para produzir o aminoácido desempenham nenhum papel no processo da invenção, de modo que o processo da invenção é adequado para o isolamento de aminoácido básico de quaisquer caldos de fermentação desejados. Geralmente, tais processos estão envolvidos nos quais uma cepa de microorganismo que produz o aminoácido básico desejado é cultivada em um meio de fermentação que compreende, como substrato, pelo menos uma fonte de carbono, e.g. melaço e/ou açúcar mascavo, e uma fonte de nitrogênio, e.g. amônia ou sais de amônio tal como sulfato de amônio, e também se apropriados minerais e elementos traço. Estes constituintes de substrato podem ser usados como tais ou na forma de uma mistura complexa, e.g. como caldo de macerado de milho.

O tipo de cepa de microorganismo obviamente depende do tipo de aminoácido a ser produzido. Geralmente, estas são cepas que superproduzem o aminoácido básico desejado. No caso de L-lisina, ornitina e histidina, estas são geralmente cepas do gênero Corynebacterium ou Brevibacterium, e.g. das espécies Corynebacterium glutamicum ou Brevibaeterium laetofermentum, no caso de arginina, cepas de espécies Bacillus subtilis ou Brevibaeterium flavum, com, contudo, recentemente cepas de outras espécies sendo usadas.

Geralmente, a fermentação é realizada até que o conteúdo de aminoácido básico no caldo de fermentação fique dentro da faixa de 50 g/L a 200 g/L, e em particular dentro da faixa de 80 g/L a 150 g/L. O conteúdo de biomassa, i.e. microorganismos (como biomassa seca) e outros constituintes insolúveis de origem biológica (e.g. fibras de celulose da fonte de glicose) está costumeiramente dentro da faixa de 3% a 7% em peso. Em adição, o caldo de fermentação geralmente compreende adicionalmente quantidades residuais de substrato, e.g. açúcares não usados (normalmente menos do que 40 g/L), e também subprodutos de fermentação, e.g. aminoácidos neutros ou ácidos ou outros aminoácidos básicos, peptídeos e semelhante. O pH está freqüentemente dentro da faixa de > 6 a 7,5, e em particular dentro da faixa de 6,2 a 7,2. Em adição, o caldo de fermentação geralmente compreende adicionalmente quantidades residuais de substrato, e.g. açúcares não consumidos (costumeiramente menos do que 40 g/L) e também subprodutos de fermentação, e.g. aminoácidos neutros ou ácidos ou outros aminoácidos básicos, peptídeos e semelhante.

Os processos de fermentação podem ser realizados continuamente ou no modo em batelada como processos de batelada ou de batelada alimentada. Geralmente, os processos relacionam-se com um caldo de fermentação que foi produzido por um processo de batelada alimentada, i.e. a maior parte do substrato é alimentada ao caldo contendo microorganismo no custo da fermentação. Tais processos e cepas de microorganismos adequadas são conhecidos por aquelas pessoas experientes na arte, e.g. da arte anterior citada no (veja, em particular, Pfefferle et al. e Th. Herrmann, loc. cit), e também WO 95/16042, WO 96/06180, WO 96/16042, WO 96/41042, WO 01/09306, EP-A 175309, EP-A 327945, EP-A 551614, EP-A 837134, US 4346170, US 5305576, US 6025165, US 6653454, DE 253199, GB 851396, GB 849370 e GB 1118719 (produção de L-lisina), EP-A 393708, GB 1098348, US 3668072, US 3574061, US 3532600, US 2988489, JP 2283290, JP 57016696 (L-ornitina), US 3902967, US 4086137, GB 2084566 (arginina) US 3875001 e US 3902966 (histidina).

As medidas para realizar e controlar tais fermentações tecnicamente são familiares para aquelas pessoas experientes na arte e podem ser encontradas na literatura relevante, por exemplo Storhas (veja acima) e J.E. Bailey et al. "Biochemical Engineering Fundamentais", 2nd ed. MacGraw-Hill 1986, Chapter 9.

A invenção será descrita pelos seguintes exemplos e exemplos comparativos que mostras as modalidades preferidas do processo da invenção e não são entendidos como restritivos.

Abreviaturas usadas: HDWW: água residual de densidade alta LDWW: água residual de densidade baixa ID: diâmetro interno

H: altura

Lys-HCl: monocloridrato de L-lisina BV: volume de leito (volume do trocador catiônico no arranjo)

SV: velocidade de fluxo específica (velocidade de fluxo em 1BV/H)

Materiais usados:

Todos os experimentos foram realizados usando um caldo de fermentação contendo L-lisina que foi produzido em uma maneira per se conhecida pela fermentação com C. glutamicum. O caldo de fermentação tinha um conteúdo de Lys-HCl de 110 g/L a 130 g/L e um conteúdo de biomassa (calculado como biomassa seca) de 2,5-3,5% em peso. O conteúdo de sal estava entre 3% e 5% em peso.

Arranjo de troca catiônica

No exemplo comparativo 1 e nos exemplos 1 e 2, como arranjo de troca catiônica serviu em cada caso uma coluna cilíndrica de dimensões de 125 mm (ID) x 495 mm (H) que estava carregada com 3000 mL de uma resina de troca catiônica fortemente ácida. Como trocador de cátions, foi feito uso de um poliestireno reticulado sulfonado do tipo gel possuindo um tamanho de partícula médio de cerca de 0,6 mm (DIAION SKlB da Samyang Co. Ltd. Korea) e uma capacidade total > 2 meq/mL. O arranjo de troca catiônica foi equilibrado antes de seu uso com amônia aquosa de concentração de 6% em peso.

No exemplo 3 serviu como arranjo de troca catiônica uma instalação piloto SepTor (Model 30-6, Torus Liquid Separation, Holanda), que estava carregada com 22,8 L de resina de troca catiônica fortemente ácida. Como trocador de cátions, foi feito uso de um poliestireno reticulado sulfonado do tipo gel possuindo um tamanho de partícula médio de cerca de 0,6 mm (DIAION SKlB da Samyang Co. Ltd. Coréia) e uma capacidade total > 2 meq/mL. Exemplo comparativo 1

O caldo de fermentação possuindo um conteúdo de lisina de 12,5% em peso e um conteúdo de biomassa de 3% em peso foi acidulado para um pH de 1,5 usando 5,8 g de ácido sulfürico concentrado por 100 g de caldo. 5,5 L de caldo de fermentação acidulado foram passados do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma temperatura de 45°C em uma velocidade de fluxo específica de 1 h'1. A quantidade de lisina presente no caldo passada através correspondeu a 210 g de Lys-HCl por litro de resina de troca iônica. Depois, a coluna foi lavada com 3,4 L de água em uma velocidade de fluxo específica de 2 h"1. A coluna foi então permitida esvaziar. O efluente resultante foi colhido e a quantidade de lisina no mesmo foi determinada. Deste uma quantidade de lisina adsorvida de 95,7 g por litro de resina foi calculada.

Então, para a eluição da L-lisina, 6 L de uma solução aquosa de amônia de concentração de 3% p/v foi passada do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1.

O conteúdo de lisina do eluído foi determinado. Deste uma taxa de recuperação de 98% foi calculada, baseado em Lys-HCl adsorvido. Exemplo 1

Um caldo de fermentação possuindo um conteúdo de lisina de 12,4% em peso e uma fração de biomassa de 3% em peso foi acidulado para um pH de 4,1 usando 1 g de ácido fórmico de concentração de 87% em peso por 100 g de caldo. 5,5 L de caldo de fermentação acidulado foram passados do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma temperatura de 45°C em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1. A quantidade de lisina no caldo passada através correspondeu a 210 g de Lys- HCl por litro de resina de troca iônica. O efluente resultante foi colhido e a quantidade de lisina no mesmo foi determinada. Deste uma quantidade de lisina adsorvida foi calculada como 88,2 g por litro de resina.

Então, para a eluição da L-lisina, 6 L de uma solução aquosa de amônia de concentração de 3% p/v foram passados através do arranjo de troca catiônica do topo para o fundo em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1. A coluna foi lavada com 0,7 L de água em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1.

O eluído foi colhido e o conteúdo de lisina foi determinado. Deste uma taxa de recuperação de 98% foi calculada, baseado em Lys-HCl adsorvido. Uma etapa de lavagem não foi requerida. Exemplo 2

Um caldo de fermentação possuindo um conteúdo de lisina de 12,4% em peso e uma fração de biomassa de 3% em peso foi acidulado para um pH de 3,6 usando 3 g de ácido fórmico de concentração de 87% em peso por 100 g de caldo e a massa celular foi separada por centrifugação. O caldo resultante compreendeu < 0,5% em peso de células. 4 L deste caldo aquoso foram passados através do arranjo de troca catiônica do topo para o fundo em uma temperatura de 45°C em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1. A quantidade de lisina no caldo passada através correspondeu a 170 g de Lys- HCl per L de resina de troca iônica. O efluente resultante foi colhido e a quantidade de lisina foi determinada. Deste uma quantidade de lisina adsorvida foi calculada como 107 g por litro de resina.

Então, para a eluição da L-lisina, 6 L de uma solução aquosa de amônia de concentração de 6% p/v foram passados do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma velocidade de fluxo específica de 1 h"1 em uma temperatura de 45°C.

O conteúdo de lisina do eluído foi determinado. Deste uma taxa de recuperação de 95% foi calculada, baseado em Lys-HCl adsorvido.

Exemplo 3

Um caldo de fermentação possuindo um conteúdo de lisina de 12,4% em peso e uma fração de biomassa de 3% em peso foi acidulado para um pH de 3,2 usando 6 g de ácido fórmico de concentração de 87% em peso por 100 g de caldo e a massa celular foi separada por centrifugação. O caldo resultante compreende < 0,5% em peso de células. 19,1 L deste caldo aquoso foram passados do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma temperatura de 45°C em uma velocidade de fluxo específica de 0,36 h"1. A quantidade de lisina no caldo passada através correspondeu a 105 g de Lys- HCl por 1 de resina de troca iônica. O efluente resultante foi colhido e a quantidade de lisina foi determinada. Deste uma quantidade de lisina adsorvida de 100 g por litro de resina foi calculada.

Então, para a eluição da L-lisina, 45,6 L de uma solução aquosa de amônia de concentração de 6% p/v foram passados do topo para o fundo através do arranjo de troca catiônica em uma temperatura de 45°C em uma velocidade de fluxo específica de 0,36 h-1.

Claims

1. Processo para produzir um aminoácido básico a partir de caldo de fermentação de uma cepa de microorganismo produtora de aminoácido básico, caracterizado pelo fato de compreender: a) acidulação do caldo de fermentação usando um ácido, cujo pKa em água a 25°C está dentro da faixa de 2 a 5, e b) separação do aminoácido básico do caldo aquoso obtido na etapa a) por carregamento sucessivo de um arranjo em série de estágio único ou de multiestágios de um trocador de cátions fortemente ácido em sua forma de sal com o caldo obtido na etapa a) e eluição do aminoácido básico com um eluente básico.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ácido é selecionado do grupo consistindo de ácido carboxílicos orgânicos e ácidos hidróxi-carboxílicos.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ácido é ácido fórmico.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, para a acidulação, é feito uso de 0,05 mol a 2 moles de ácido por kg de caldo de fermentação.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o caldo de fermentação é acidulado para um pH dentro da faixa de 3,5 a 6,0.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os grupos ácidos do trocador de íons antes do carregamento estão na forma de grupos de sal de sódio e/ou de amônio.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aminoácido básico é eluído com amônia aquosa ou solução de hidróxido de sódio ou uma mistura das mesmas.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aminoácido básico é lisina.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender o isolamento do aminoácido básico por cristalização do eluído.