CS277636B6

CS277636B6 - Process for isolating of l-malic acid from a reaction mixture

Info

Publication number: CS277636B6
Application number: CS903117A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Ing Csc Ondrousek; Hana Ing Kucerova; Jaroslav Ing Katzer; Bohumil Ing Csc Spacek
Original assignee: Konzervarny A Lihovary
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1993-03-17
Also published as: CS311790A3

Abstract

Při isolací kyseliny L-jablečné z reakční směsi vznikající zejména při enzymové transformaci fumarátu sodného nebo draselného na L-malát se použije rozpouštění meziproduktu v ethylalkoholu, acetonu nebo izopropanolu, čímž se dosáhne oddělení chloridů nebo síranů v pevné fázi, kterážto je u těchto sloučenin z hlediska likvidace či dalšího užití vedlejšího produktu výhodnější.Isolating L-malic acid from the reaction mixture especially resulting from enzyme transformation sodium or potassium fumarate to L-malate the dissolution of the intermediate in ethanol is used acetone or isopropanol, thereby it reaches separation of chlorides or sulphates in solid phase, which is in respect of these compounds disposal or further use of the by-product more advantageous.

Description

Vynález se týká způsobu isolace kyseliny L-jablečné z reakční směsi vznikající zejména při enzymové transformaci fumarátu sodného nebo draselného na L-malát.The invention relates to a process for isolating L-malic acid from a reaction mixture resulting in particular from the enzymatic transformation of sodium or potassium fumarate to L-malate.

Kyselina L-jablečná se připravuje kontinuálním způsobem, kde mikrobiální buňky s vysokou enzymatickou aktivitou jsou imobilizovány v alginátovém gelu a jako substrát je používán . vodný roztok fumarátu sodného nebo draselného. Enzymatickou transformací vzniká reakční směs obsahující sodné nebo draselné soli kyseliny L-jablečné a zbytek nepřeměněného fumarátu sodného nebo draselného. Je znám způsob isolace kyseliny L-jablečné z této směsi pomocí iontoměničů při zvýšené teplotě, jako je tomu dle EP 0 115 606. Dále je znám způsob isolace kyseliny L-jablečné přes vápenatou sůl, jako je tomu dle DE-OS 24 50 137, kdy se po vysrážení kyseliny fumarové kyselinou chlorovodíkovou kyselina L-jablečná převede na pevný dihydrát jablečnanu vápenatého, ten se převede na volnou kyselinu jablečnou pomocí kyseliny sírové. Vzniklý roztok kyseliny L-jablečné se poté čistí na katexech a anexech za účelem odstranění kalciových a sulfátových iontů. Nevýhodou obou posledně jmenovaných způsobů isolace kyseliny L-jablečné je velké množství odpadních vod s vysokým obsahem chloridu sodného, kdy při isolaci 100 kg kyseliny L-jablečné přechází do odpadních vod 123 kg chloridu sodného. Při druhém způsobu isolace je navíc vedlejším produktem velké množství síranu vápenatého. Při isolaci 100 kg kyseliny L-jablečné vzniká asi 136 kg pevného síranu vápenatého. Existuje i možnost výroby kyseliny L-jablečné kontinuální fermentací se získáváním konečného produktu elektrodialýzou, jako je tomu dle EP 0 230 021 nebo DE 35 42 861. Tyto procesy jsou však dosti investičně a energeticky náročné.L-malic acid is prepared in a continuous manner, where microbial cells with high enzymatic activity are immobilized in an alginate gel and used as a substrate. aqueous solution of sodium or potassium fumarate. Enzymatic transformation produces a reaction mixture containing the sodium or potassium salts of L-malic acid and the remainder of the unconverted sodium or potassium fumarate. It is known to isolate L-malic acid from this mixture by means of ion exchangers at elevated temperature, as in EP 0 115 606. It is also known to isolate L-malic acid via a calcium salt, as in DE-OS 24 50 137. when, after precipitation of fumaric acid with hydrochloric acid, L-malic acid is converted into solid calcium malate dihydrate, which is converted into free malic acid by means of sulfuric acid. The resulting L-malic acid solution is then purified on cations and anions to remove calcium and sulfate ions. The disadvantage of the latter two methods of isolating L-malic acid is the large amount of wastewater with a high content of sodium chloride, where 123 kg of sodium chloride passes into the wastewater when isolating 100 kg of L-malic acid. In the second isolation method, in addition, a large amount of calcium sulfate is a by-product. Isolation of 100 kg of L-malic acid produces about 136 kg of solid calcium sulfate. There is also the possibility of producing L-malic acid by continuous fermentation with recovery of the final product by electrodialysis, as is the case according to EP 0 230 021 or DE 35 42 861. However, these processes are quite investment-intensive and energy-intensive.

Tyto nevýhody odstraňuje způsob isolace kyseliny L-jablečné z reakční směsi .vznikající zejména při enzymové transformaci fumarátu sodného nebo draselného na L-malát, podle vynálezu, jehož podstatou je, že po oddělení kyseliny fumarové pomocí kyseliny chlorovodíkové nebo sírové se roztok zahustí při teplotě dO 70 °C a kyselina L-jablečná se rozpustí v ethylalkoholu, acetonu nebo izopropanolu, přičemž ve směsi obsažené krystaly chloridů nebo síranů se fyzikálně oddělí.These disadvantages are eliminated by the process for isolating L-malic acid from the reaction mixture, which results in particular from the enzymatic transformation of sodium or potassium fumarate to L-malate, according to the invention, which consists in concentrating the fumaric acid with hydrochloric or sulfuric acid at 70 DEG C. and the L-malic acid is dissolved in ethyl alcohol, acetone or isopropanol, the crystals of chlorides or sulphates contained in the mixture being physically separated.

Výhody docílené vynálezem spočívají zejména v tom, že odpadním produktem tohoto způsobu jsou chloridy nebo sírany v pevném stavu, což bud poskytuje lepší možnosti transortu a případně i druhotného využití, nebo alespoň neohrožuje životní prostředí, jako tytéž látky v roztocích.The advantages achieved by the invention are in particular that the waste product of this process is chlorides or sulphates in the solid state, which either provides better transport options and possibly secondary uses, or at least does not endanger the environment as the same substances in solutions.

V praxi se způsob podle vynálezu provádí tak, že se vychází z reakční směsi, obsahující fumarát sodný nebo draselný a L-malát. Po okyselení reakční směsi kyselinou chlorovodíkovou nebo kyselinou sírovou dochází k uvolnění kyseliny fumarové, přičemž kyselina L-jablečná spolu se sodnou nebo draselnou solí kyseliny chlorovodíkové nebo sírové zůstává ve vodném roztoku. Po odfiltrování pevné kyseliny fumarové a jejím promytí se roztok zahušťuje výhodně při snížení tlaku a teplotě 50 až 70 °C, např. na 20 % původního objemu. Pro další manipulaci je nutný optimální stupeň zahuštění, což závisí i na koncentraci vstupních roztoků. Obvyklé je zahuštění asi na 20 % původního objemu směsi. Tak seIn practice, the process according to the invention is carried out starting from a reaction mixture comprising sodium or potassium fumarate and L-malate. After acidification of the reaction mixture with hydrochloric acid or sulfuric acid, fumaric acid is liberated, while L-malic acid together with the sodium or potassium salt of hydrochloric or sulfuric acid remains in aqueous solution. After filtering off the solid fumaric acid and washing it, the solution is preferably concentrated under reduced pressure and a temperature of 50 to 70 ° C, e.g. to 20% of the original volume. An optimal degree of concentration is required for further handling, which also depends on the concentration of the input solutions. It is usually concentrated to about 20% of the original volume of the mixture. So

dochází ke směsi přesyceného roztoku a krystalů, která je stále ještě tekutá. Tekutost směsi je potřebná pro udržení technologického pochodu, tj. vyprazdňování reakční nádoby. Jestliže by došlo v reakční nádobě k přesušení směsi, bylo by ji nutno místo vylití násilně dobývat. Zde by bylo řešením užití fluidní sušárny, čímž by se dosáhlo plynulé vyprazdnitelnosti reakční nádoby i s odpadním produktem v pevném stavu. Ke dříve vzniklému přesycenému roztoku se dále přidá ethylalkohol nebo aceton anebo izopropanol, ve kterém se rozpustí kyselina L-jablečná a zbytek kyseliny fumarové, nerozpuštěný chlorid sodný či draselný nebo síran sodný se odfiltrují. Po oddestilování rozpouštědla, s výhodou při sníženém tlaku a teplotě do 60 °C se roztok s kyselinou L-jablečnou přečistí na katexu a anexu za účelem odstranění sodných nebo draselných a chloridových nebo sulfátových iontů. Tímto způsobem se získá čistý vodný roztok kyseliny L-jablečné. Ta může být získána z roztoku dalším odpařováním při sníženém tlaku a teplotě do 60 °C až na suchou substanci, která obsahuje maximálně 1 % kyseliny fumarové. Dále jsou uvedeny kvantifikované příklady způsobu isolace kyseliny L-jablečné podle vynálezu, a to s použitím sodných solí. Při použití draselných solí jsou výsledky ekvivalentní.a mixture of supersaturated solution and crystals occurs, which is still liquid. The fluidity of the mixture is necessary to maintain the technological process, ie to empty the reaction vessel. If the mixture dries in the reaction vessel, it would have to be forcibly mined instead of being poured out. Here, the solution would be to use a fluid bed dryer, which would achieve a smooth emptying of the reaction vessel even with the waste product in the solid state. Ethyl alcohol or acetone or isopropanol are further added to the previously formed supersaturated solution, in which L-malic acid is dissolved and the remainder of the fumaric acid, insoluble sodium or potassium chloride or sodium sulfate are filtered off. After distilling off the solvent, preferably under reduced pressure and at a temperature of up to 60 ° C, the L-malic acid solution is purified on a cation exchange resin and anion exchange resin to remove sodium or potassium and chloride or sulfate ions. In this way a pure aqueous solution of L-malic acid is obtained. This can be obtained from the solution by further evaporation under reduced pressure and a temperature of up to 60 ° C up to a dry substance which contains at most 1% of fumaric acid. The following are quantified examples of the method for isolating L-malic acid according to the invention using sodium salts. When potassium salts are used, the results are equivalent.

Příklad 1 'Example 1 '

K 1 litru reakční směsi, která obsahuje 100,5 g kyseliny L-jablečné a 29 g kyseliny fumarové ve formě sodných solí, se přidá 180 ml koncentrované kyseliny chlorovodíkové. Po ochlazení na 5 °C se vzniklá kyselina fumarová odfiltruje a promyje 100 ml vody. Filtrát spolu s promývací vodou se zahustí na vakuové odparce při 60 °C a 1600 Pa na 200 ml. K přesycenému roztoku se přidá 150 ml ethylalkoholu a po dokonalém rozmíchání se odfiltruje nerozpuštěný chlorid sodný, který se promyje 150 ml ethylalkoholu. Z roztoku se ethylalkohol odpaří při 60 °C a 1600 Pa a objem roztoku se upraví vodou na 500 ml a roztok se čistí na ionexech. Nejprve se použije katex Ostion KS v H⁺ cyklu (kolona o výšce 24 cm a průměru 3 cm), a po promytí sloupce vodou anex LEWATIT MP 64 v OH— cyklu (kolona o výšce 35 cm a průměru 3 cm). Po promytí anexu vodou se získá 1400 ml roztoku, který se dále zahušťuje tak, aby roztok obsahoval 30 % kyseliny L-jablečné. Po ochlazení na 5 °C se odfiltruje uvolněná kyselina fumarová. Čistý roztok kyseliny L-jablečné se může dále zahušťovat při 60 °C a 1600 Pa až na pevnou substanci. Tímto způsobem se připraví 85 g kyseliny L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové, což znamená 85% výtěžnost.To 1 liter of the reaction mixture, which contains 100.5 g of L-malic acid and 29 g of fumaric acid in the form of sodium salts, 180 ml of concentrated hydrochloric acid are added. After cooling to 5 DEG C., the fumaric acid formed is filtered off and washed with 100 ml of water. The filtrate together with the washing water is concentrated on a vacuum evaporator at 60 [deg.] C. and 1600 Pa to 200 ml. 150 ml of ethyl alcohol are added to the supersaturated solution and, after thorough stirring, the insoluble sodium chloride is filtered off and washed with 150 ml of ethyl alcohol. The ethyl alcohol is evaporated from the solution at 60 DEG C. and 1600 Pa and the volume of the solution is adjusted to 500 ml with water and the solution is purified on ion exchangers. First, the Ostion KS cation exchange resin is used in the H ⁺ cycle (column 24 cm high and 3 cm in diameter), and after washing the column with water, the LEWATIT MP 64 anion exchange resin in the OH + cycle (35 cm high and 3 cm diameter column). After washing the annex with water, 1400 ml of solution are obtained, which is further concentrated so that the solution contains 30% of L-malic acid. After cooling to 5 [deg.] C., the liberated fumaric acid is filtered off. The pure L-malic acid solution can be further concentrated at 60 ° C and 1600 Pa to a solid. In this way, 85 g of L-malic acid are prepared, which contains 1% of fumaric acid, which means an yield of 85%.

Příklad 2Example 2

Postupuje se jako u příkladu 1, avšak místo ethylalkoholu se použije 210 ml acetonu. Takto se připraví 91 g kyseliny_A ,The procedure is as in Example 1, except that 210 ml of acetone are used instead of ethyl alcohol. 91 g of acid _{A are} thus prepared,

L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové, což znamená 91% výtěžnost.L-malic, which contains 1% fumaric acid, which means 91% yield.

Příklad 3 .Example 3.

Postupuje se u příkladu 1. avšak místo ethylalkoholu se použije 270 ml izopropanolu. Takto se připraví 87 g kyselinyThe procedure of Example 1 is followed, except that 270 ml of isopropanol are used instead of ethyl alcohol. 87 g of acid are thus prepared

L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové, což znamená výtěžnost 87%.L-malic, which contains 1% fumaric acid, which means a yield of 87%.

Příklad 4Example 4

Postupuje se jako u příkladu 1, avšak místo kyseliny chlorovodíkové se použije 63 ml kyseliny sírové. Takto se připraví 86 g kyseliny L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové, což představuje 86% výtěžnost.The procedure is as in Example 1, except that 63 ml of sulfuric acid are used instead of hydrochloric acid. 86 g of L-malic acid are thus prepared, which contains 1% of fumaric acid, which represents an yield of 86%.

Příklad 5Example 5

Postupuje se jako u příkladu 1. avšak místo kyseliny chlorovodíkové se použije 63 ml kyseliny sírové· a místo ethylalkoholu se použije 210 ml acetonu. Takto se připraví 90 g kyseliny L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové, což představuje 90% výtěžnost.The procedure is as in Example 1, except that 63 ml of sulfuric acid are used instead of hydrochloric acid and 210 ml of acetone are used instead of ethyl alcohol. 90 g of L-malic acid are thus prepared, which contains 1% of fumaric acid, which represents a yield of 90%.

Příklad 6Example 6

Postupuje se jako u příkladu 1. avšak místo kyseliny chlorovodíkové se použije 63 ml kyseliny sírové a místo ethylalkoholu se použije 270 ml izopropanolu. Takto se připraví 86 g kyseliny L-jablečné, která obsahuje 1 % kyseliny fumarové. Zde je 86% výtěžnost.The procedure is as in Example 1, except that 63 ml of sulfuric acid are used instead of hydrochloric acid and 270 ml of isopropanol are used instead of ethyl alcohol. 86 g of L-malic acid containing 1% of fumaric acid are thus prepared. Here is 86% yield.

Takto isolovaná kyselina L-jablečná je použitelná jako technická, s menším nárokem na čistotu, nebo s vyčištěním na ionexech i k potravinářským účelům.The L-malic acid thus isolated can be used as a technical one, with less demand on purity, or with purification on ion exchangers also for food purposes.

Claims

PATENT CLAIMS

Process for the isolation of L-malic acid from a reaction mixture resulting in particular from the enzymatic transformation of sodium or potassium fumarate to L-malate, characterized in that after separating the fumaric acid with hydrochloric or sulfuric acid, the solution is concentrated at up to 70 ° C and acid The L-apple is dissolved in ethyl alcohol, acetone or isopropanol, and the chloride or sulfate crystals contained in the mixture are physically separated.

Process according to Claim 1, characterized in that the concentration takes place at a temperature of 50 to 60 ° C under reduced pressure.

Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the physical separation of the chloride or sulphate crystals is carried out by filtration or centrifugation.