CZ20003751A3

CZ20003751A3 - Membrane filtration process

Info

Publication number: CZ20003751A3
Application number: CZ20003751A
Authority: CZ
Inventors: Gerard Jan Kwant; Zwarte Pieter Johannes Gerrit De
Original assignee: Dsm N.V.
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2001-03-14

Abstract

Způsob izolace požadovaného vodorozpustného produktu z fermentačního kvasu spočívá v tom, že kvas cirkuluje podél keramické membrány, přičemž se aplikuje tlak přes membránu alespoň 1,5 bar, načež vodný roztok obsahující požadovaný produkt postupuje přes membránu a následně se shromažďuje. S výhodnou se během filtrace udržuje teplota kvasu 20 až 50 °C, lépe 30 až 45 °C. Je zkrácena doba filtrace a zvýšena kapacita a účinnost filtrace.A method for isolating a desired water-soluble product from the fermentation ferment is that the ferment is circulated along ceramic membranes, applying pressure across the membrane at least 1.5 bar, followed by an aqueous solution containing the desired the product passes through the membrane and subsequently collects. Preferably, the temperature of the ferment is maintained at 20 to 50 during filtration ° C, preferably 30 to 45 ° C. The filtration time is shortened and increased filtration capacity and efficiency.

Description

Oblast technikyTechnical field

Předložený vynález se týká způsobu izolace požadovaného vodorozpustného produktu z fermentačního kvasu.The present invention relates to a process for the isolation of a desired water-soluble product from fermentation ferment.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Fermentační procesy pro přípravu chemických sloučenin v současné době nabývají v chemii na důležitosti. Tento druh procesu je vysoce selektivní, zajímavý z hlediska ochrany životního prostředí a vede k vysokým výtěžkům produktu, přičemž tímto způsobem se provádějí i průmyslové výroby.Fermentation processes for the preparation of chemical compounds are currently gaining importance in chemistry. This kind of process is highly selective, interesting in terms of environmental protection and leads to high product yields, in which industrial processes are also carried out.

Po ukončení fermentačního procesu musí být požadovaný produkt izolován z fermentačního kvasu. To se obvykle provádí první separací vodné fáze z buněčného materiálu v kroku koláčové filtrace, následovaném extrakcí nebo adsorpcí produktu z filtrátu. Často však je tento filtrační krok doprovázen značnou ztrátou požadovaného produktu. To je způsobeno hlavně skutečností, že filtrační koláč nelze dostatečně promýt, a že velké množství produktu zůstává ve filtrační tkanině. V praxi je pozorováno, že účinnost a kapacita filtračního procesu silně závisí na kvalitě fermentačního kvasu. Navíc, rozpuštěné proteiny a buněčné zbytky přítomné ve filtračním kvasu jsou koláčovou filtrací z vodné fáze fermentačního kvasu nedostatečně odstraňovány. To má za následek, že procesy následující v poproudém směru trpí kontaminací proteiny, a jejich kapacita je snížena.Upon completion of the fermentation process, the desired product must be isolated from the fermentation ferment. This is usually accomplished by first separating the aqueous phase from the cellular material in a cake filtration step, followed by extraction or adsorption of the product from the filtrate. Often, however, this filtration step is accompanied by a considerable loss of the desired product. This is mainly due to the fact that the filter cake cannot be sufficiently washed and that a large amount of product remains in the filter fabric. In practice, it is observed that the efficiency and capacity of the filtration process strongly depend on the quality of the fermentation ferment. In addition, the dissolved proteins and cell debris present in the filter ferment are insufficiently removed from the aqueous phase of the fermentation ferment by cake filtration. This results in downstream processes suffering from protein contamination, and their capacity is reduced.

• ·• ·

Pro překonání výše uvedených problémů při zpracování fermentačního kvasu bylo navrženo použití jiných filtračních metod, například membránové filtrace. Membrány používané pro tyto účely jsou obvykle polymerní membrány, například polysulfonové membrány.To overcome the above problems in fermentation fermentation, it has been proposed to use other filtration methods, for example membrane filtration. The membranes used for this purpose are usually polymeric membranes, for example polysulfone membranes.

Výhodou membránové filtrace je, že touto konstrukcí jsou dosaženy menší ztráty produktu a čistší filtrát (permeát). Permeát obsahuje podstatně méně proteinů a/nebo zbytků buněčného materiálu, než filtrát získaný konvenční technikou koláčové filtrace. V důsledku toho může být krok extrakce prováděn výhodněji a celková účinnost procesu je zvýšena.The advantage of membrane filtration is that this construction results in less product losses and a cleaner filtrate (permeate). The permeate contains substantially less protein and / or cellular material residues than the filtrate obtained by conventional cake filtration techniques. As a result, the extraction step can be performed more advantageously and the overall efficiency of the process is increased.

Ve východoněmecké patentové přihlášce DD-A 277 088 je popsán způsob izolace benzylpenicilinu z mikrobiologického kvasu. Způsob zahrnuje krok konvenční koláčové filtrace pro odstranění biomasy, a následující krok ultrafiltrace, přičemž se oddělují proteiny přítomné ve filtrátu z první filtrace. Produkt ultrafilrace se zakoncentruje na 5 % jeho objemu a požadovaný benzylpenicilin se z něho izoluje extrakcí.East German patent application DD-A 277 088 describes a process for the isolation of benzylpenicillin from a microbiological ferment. The method comprises a conventional cake filtration step to remove biomass, and a subsequent ultrafiltration step, separating the proteins present in the filtrate from the first filtration. The ultrafiltration product is concentrated to 5% of its volume and the desired benzylpenicillin is isolated from it by extraction.

Proces membránové filtrace pro filtraci kvasu zahrnuje obvykle tři kroky. V praxi, zejména v kontinuálním procesu, nemusí být přechod od jednoho kroku ke druhému jasně rozpoznatelný. Často se stává že dva nebo všechny z těchto kroků se provádějí zároveň. Pro účely jasnosti však je účelné toto rozlišení dělat. První krok představuje zakoncentrování kompozice určené k filtraci. Takovýto krok zakoncentrování se může vhodně provádět cirkulací kvasu podél povrchu membrány, zatímco se udržuje tlakový gradient přes povrch (takzvaná filtrace s příčným prouděním). VeThe membrane filtration process for fermentation filtration usually involves three steps. In practice, especially in a continuous process, the transition from one step to another may not be clearly discernible. It often happens that two or all of these steps are performed simultaneously. However, for the sake of clarity, it is useful to make this distinction. The first step is to concentrate the composition to be filtered. Such a concentration step may conveniently be carried out by circulating the leaven along the membrane surface while maintaining a pressure gradient across the surface (so-called cross-flow filtration). Ve

• · • · · · • · · _ β _ ······ druhém kroku se získaný zakoncentrovaný produkt promývá filtrací s příčným prouděním v dialyzačním kroku. To znamená, že k cirkulačnímu toku kvasu se přičítá tok rozpouštědla. V případě, že filtrovaným produktem je fermentační kvas, může být tímto rozpouštědlem zpravidla voda. Ve třetím kroku se získaný filtrovaný permeát dále do vhodné míry zakoncentrovává v průběhu filtrace s příčným prouděním.In the second step, the concentrated product obtained is washed by cross-flow filtration in a dialysis step. This means that the flow of solvent is added to the circulating flow of the leaven. If the filtered product is a fermentation ferment, the solvent may generally be water. In the third step, the obtained filtered permeate is further concentrated to a suitable extent during cross-flow filtration.

V procesu zahrnujícím krok membránové filtrace je nezbytné řídit podmínky proudění retentátu (zbytku po filtraci) podél membrány aplikováním vysoké rychlosti příčného proudění (tj. lineární rychlosti proudění paralelně s rovinou membrány), pro maximalizaci průtoku (kapacity) procesu. Nicméně, v praxi vzniká při pokusu o udržování rychlého proudění retentátu, poté co byl zakoncentrován, množství problémů. Tyto problémy se vyskytují zejména v případě fermentace kvasu určeného k filtraci, majícího vysoké obsahy (3-10 %) buněčných zbytků a proteinů.In a process comprising a membrane filtration step, it is necessary to control the retentate flow conditions along the membrane by applying a high transverse flow rate (ie, linear flow rate parallel to the plane of the membrane) to maximize process flow (capacity). However, in practice, when attempting to maintain a rapid retentate flow, after concentrating, a number of problems arise. These problems occur in particular in the case of fermentation of a fermented ferment having high contents (3-10%) of cell debris and proteins.

Vzhledem ke zvýšené viskozitě, pozorované při vysoké koncentraci, rovněž narůstá axiální tlaková ztráta, která je mírou energie potřebné pro proces. Při aplikacích v provozním měřítku se používají odstředivá čerpadla, a jejich kapacita se snižuje v důsledku nárůstu axiální tlakové ztráty. V důsledku pseudoplastické povahy použitých materiálů při těchto podmínkách viskozita dále narůstá, což dále zesiluje pokles průtoku. Kromě toho se vyvíjí množství tepla, což je nežádoucí v případech, kdy je požadovaný produkt nestabilní při vysokých teplotách. Pro udržení nízké teploty a pro zamezení degradace produktu je tedy nezbytné velké a nákladné chladící zařízení.Due to the increased viscosity observed at the high concentration, the axial pressure loss, which is a measure of the energy required for the process, also increases. For large scale applications, centrifugal pumps are used, and their capacity decreases due to an increase in axial pressure drop. Due to the pseudoplastic nature of the materials used, the viscosity increases further under these conditions, further enhancing the flow drop. In addition, a lot of heat is generated, which is undesirable in cases where the desired product is unstable at high temperatures. Thus, large and expensive refrigeration equipment is necessary to maintain a low temperature and prevent product degradation.

• · • · · _ 4 — ······• 4 • - •·· 4

Pro zabránění degradace a kontaminace požadovaného produktu je také žádoucí minimalizovat dobu potřebnou pro dokončení filtračního procesu. Dostupná opatření pro minimalizaci doby filtrace jsou zvětšení plochy membrány nebo zvětšení její měrné kapacity. Měrná kapacita vyjadřuje, jaké množství požadovaného produktu projde určitou plochou membrány za jednotku času (l/m².h). Uvedená kapacita může být zvýšena aplikováním vyššího tlaku přes membránu, který je hnací silou filtrace. Nevýhodou aplikování vysokého tlaku přes membránu je, že to zpravidla vede k vyšší zádrži požadovaného produktu, t j . velké množství produktu neprojde membránou, což vede k neúčinnému procesu. Kromě toho, v takovýchto případech nemusí být možné použití trubicovitých polymerních membrán, neboť tento typ membrán se za těchto podmínek příliš opotřebovává.It is also desirable to minimize the time required to complete the filtration process to prevent degradation and contamination of the desired product. Measures available to minimize filtration time are increasing the membrane area or increasing its specific capacity. The specific capacity is the amount of product required to pass through a certain area of the membrane per unit of time (l / m ² .h). Said capacity can be increased by applying a higher pressure across the membrane, which is the driving force of filtration. A disadvantage of applying high pressure across the membrane is that this generally results in a higher retention of the desired product, i.e., a higher pressure. large amounts of product do not pass through the membrane, leading to an inefficient process. In addition, in such cases it may not be possible to use tubular polymer membranes since this type of membrane wears too much under these conditions.

Nyní bylo zjištěno, že výše uvedené problémy mohou být překvapivým způsobem překonány použitím keramických membrán a řízením podmínek procesu.It has now been found that the above problems can be surprisingly overcome by using ceramic membranes and controlling process conditions.

Použití keramických membrán bylo popsáno v dosavadním stavu techniky pro různé separace požadovaných produktů z fermentačního kvasu.The use of ceramic membranes has been described in the prior art for various separations of desired products from fermentation ferment.

Podle EP 0 522 517 AI se pro separaci metylglykosidu z fermentačního kvasu používá mikroporézní membrána z aoxidu hlinitého. V prvním kroku se kvas zakoncentruje, načež se ve vodě nerozpustný metylglykosid rozpustí přidáním metanolu, načež roztok s obsahem metylglykosidu prochází membránou a získává se antibiotikum.According to EP 0 522 517 A1, a microporous aluminum oxide membrane is used for separating methyl glycoside from fermentation ferment. In the first step, the ferment is concentrated, whereupon the water-insoluble methylglycoside is dissolved by adding methanol, whereupon the methylglycoside-containing solution is passed through the membrane and an antibiotic is obtained.

Obdobná technika je popsána v US patentu č. 5 616 595 pro separaci cyklosporinu A z fermentačního kvasu.A similar technique is described in U.S. Patent No. 5,616,595 for separating cyclosporin A from fermentation ferment.

« · · ·«· · ·

Podle ruského patentového dokumentu č. 2 090 598 mohou být keramické filtrační prvky použity pro filtraci moštu při výrobě vína.According to Russian patent document 2 090 598, ceramic filter elements can be used for filtering must in wine production.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předložený vynález se týká způsobu izolace požadovaného vodorozpustného produktu z fermentačního kvasu, při kterém kvas cirkuluje podél keramické membrány, přičemž se aplikuje tlak přes membránu alespoň 1,5 bar, načež vodný roztok obsahující požadovaný produkt prostupuje přes membránu a následně se shromažďuje.The present invention relates to a process for isolating a desired water-soluble product from a fermentation ferment, wherein the ferment is circulated along a ceramic membrane, applying a pressure across the membrane of at least 1.5 bar, after which an aqueous solution containing the desired product permeates through the membrane and is subsequently collected.

Způsob podle vynálezu má tu výhodu, že může být realizována velmi krátká doba filtrace bez známého problému vysoké zádrže požadovaného produktu. Filtrační proces podle vynálezu je tedy vysoce účinný. Překvapivě může být v procesu podle vynálezu aplikován vysoký tlak přes membránu, aniž by docházelo k vysoké zádrži požadovaného produktu. Také teplota může být velmi účelně regulována na požadovanou hodnotu, aniž by to vedlo k problémům s viskozitou a aniž by to vedlo k destabilizaci, často teplotně nestabilního, požadovaného produktu. Kromě toho, při způsobu podle vynálezu není nezbytné provádět konvenční filtraci fermentačního kvasu před jeho podrobením membránové filtraci, jak bylo popsáno v DD-A 277 088.The process according to the invention has the advantage that a very short filtration time can be realized without the known problem of high retention of the desired product. Thus, the filtration process of the invention is highly efficient. Surprisingly, in the process according to the invention, high pressure can be applied across the membrane without causing high retention of the desired product. Also, the temperature can be very conveniently controlled to the desired value without causing viscosity problems and without leading to the destabilization, often temperature unstable, of the desired product. In addition, it is not necessary in the method of the invention to carry out conventional filtration of fermentation ferment prior to subjecting it to membrane filtration, as described in DD-A 277 088.

Fermentační kvas může být získán z jakéhokoliv fermentačního procesu. V takovémto procesu je příslušný mikroorganizmus kvašen přidáním zdroje uhlíku, zdroje dusíku, dalších živin a vzduchu ke kvasu. Typické pracovníThe fermentation yeast can be obtained from any fermentation process. In such a process, the respective microorganism is fermented by adding a carbon source, a nitrogen source, other nutrients and air to the ferment. Typical working

• · postupy a předpisy lze nalézt v literatuře. Po dovedeni fermentačního do požadovaného stupně kvas obsahuje buněčný materiál jakož i proteiny a požadovaný produkt. Také mohou být přítomny různé kontaminanty. Je výhodné, jestliže je kvas získán z fermentačního procesu, při kterém se připravuje antiinfekční sloučenina. Příklady takovýchto sloučenin jsou různé β-laktamy a sloučeniny jako erythromycin a nystatin.• procedures and regulations can be found in the literature. After bringing the fermentation to the desired degree, the ferment contains cell material as well as proteins and the desired product. Various contaminants may also be present. Preferably, the ferment is obtained from a fermentation process in which an anti-infective compound is prepared. Examples of such compounds are various β-lactams and compounds such as erythromycin and nystatin.

adipyl-7klavulanová,adipyl-7-clavulan,

3-chloro-7(3-C1,7-ACCA), (7-ADCA).3-chloro-7 (3-C1, 7-ACCA), (7-ADCA).

Příklady β-laktamů v této souvislosti jsou β-laktamy, kde jádro β-laktamu je připojeno k vhodnému postrannímu řetězci, jako například penicilín G, penicilín V, kyselina adipyl-7-aminocefalosporanová, kyselina aminodesacetoxycefalosporanová, kyselina cefalosporin C, Ampicilin, Amoxycilin, Cefalexin, Cefaclor a Cefadroxyl. Mohou být také vhodná β-laktamová jádra, jako například kyselina 6-aminopenicilanová (6-APA), kyselina 7aminocefalosporanová (7-ACA), kyselina aminodesacetoxydesmetylcefalosporanová kyselina 7-aminodesacetoxycefalosporanováExamples of β-lactams in this context are β-lactams wherein the β-lactam core is attached to a suitable side chain, such as penicillin G, penicillin V, adipyl-7-aminocephalosporanic acid, aminodesacetoxycephalosporanic acid, cephalosporin C, Ampiniline, Amoxy, Amoxy Cefalexin, Cefaclor and Cefadroxyl. Also suitable are β-lactam nuclei such as 6-aminopenicillanic acid (6-APA), 7 aminocephalosporanic acid (7-ACA), aminodesacetoxydesmethylcephalosporanic acid 7-aminodesacetoxycephalosporanic acid

Nejvýhodnější jsou fermentační kvasy získané z procesů pro přípravu penicilinu G, penicilinu V, cefalosporinu C, acyl7-ADCA nebo acyl-7-ACA. Bylo zjištěno, že proces filtrace kteréhokoliv z těchto fermentačních kvasů je značně zlepšen výhodami vynálezu. Ačkoliv některé z těchto fermentačních kvasů zahrnují tepelně nestabilní produkty, bylo zjištěno, že pomocí způsobu podle vynálezu mohou tyto tepelně nestabilní produkty být izolovány z kvasu bez významných ztrát produktu.Most preferred are fermentation yeast obtained from processes for the preparation of penicillin G, penicillin V, cephalosporin C, acyl7-ADCA or acyl-7-ACA. It has been found that the filtration process of any of these fermentation yeasts is greatly improved by the advantages of the invention. Although some of these fermentation yeasts include thermally unstable products, it has been found that by the method of the invention these thermally unstable products can be isolated from the ferment without significant product losses.

Membrána použitá podle vynálezu je keramická membrána. To znamená, že zahrnuje anorganický materiál. Výhodnými • · materiály jsou oxidy kovů, jako například α-oxid hlinitý, γoxid hlinitý a oxid zirkoničitý. Použití membrán z těchto materiálů vede k vysoce účinným filtračním procesům, přičemž jen velmi malé, pokud vůbec nějaké, množství požadovaného produktu je ztraceno, a přičemž požadovaný produkt je získán ve velmi vysoké čistotě.The membrane used according to the invention is a ceramic membrane. That is, it comprises an inorganic material. Preferred materials are metal oxides such as α-alumina, alumina and zirconia. The use of membranes of these materials results in highly efficient filtration processes, with very little, if any, amount of the desired product being lost, and wherein the desired product is obtained in very high purity.

S výhodou se používají keramické membrány, které mají průměrnou velikost pórů 4 až 100 nm, ještě výhodněji 20 až 50 nm. Bylo shledáno, že použití membrán majících velikost pórů uvnitř těchto mezí vede k vysoce selektivnímu a účinnému membránovému filtračnímu procesu.Ceramic membranes having an average pore size of 4 to 100 nm, more preferably 20 to 50 nm, are preferably used. The use of membranes having a pore size within these limits has been found to result in a highly selective and efficient membrane filtration process.

V průběhu cirkulace kvasu podél membrány (filtrace s příčným prouděním) se kvas zakoncentrovává, zatímco roste množství tekutin přítomných v kvasu prošlých skrze membránu. Vhodná míra tohoto zakoncentrování je 1,5, s výhodou 2 násobně. Uvedené zakoncentrování se může nejvýhodněji provádět při zvýšené teplotě, s výhodou při teplotě vyšší než 20 °C, ještě výhodněji vyšší než 30 °C. Horní mez teploty během zakoncentrování bude s praktických důvodů zpravidla 50 °C, s výhodou 4 5 °C.During fermentation along the membrane (cross-flow filtration), the ferment is concentrated while the amount of liquids present in the ferment passing through the membrane increases. A suitable rate of this concentration is 1.5, preferably 2-fold. Said concentration can most preferably be carried out at an elevated temperature, preferably at a temperature above 20 ° C, even more preferably above 30 ° C. For practical reasons, the upper temperature limit during concentration will generally be 50 ° C, preferably 45 ° C.

Podle vynálezu bylo zjištěno, že viskozita kvasu nedosahuje nepřijatelně vysokých hodnot. Když je zakoncentrování dvojnásobné, jsou typické hodnoty 337 mPa. s při střihových otáčkách 100 s^-1, 197 mPa.s při střihových otáčkách 500 s¹, a 156 mPa.s při střihových otáčkách 1000 s”¹. Není tedy třeba dodatečného nákladného zařízení pro provádění cirkulace při dostatečné rychlosti příčného proudění.According to the invention, it has been found that the viscosity of the ferment does not reach unacceptably high values. When the concentration is doubled, typical values are 337 mPa. s at a shear speed of 100 s ^-1 , 197 mPa.s at a shear speed of 500 s ¹ , and 156 mPa.s at a shear speed of 1000 s ” ¹ . Thus, there is no need for an additional costly device for circulating at a sufficient cross-flow rate.

Je možné, že rychlost příčného proudění vykazuje v průběhu procesu podle vynálezu mírné fluktuace a dosahuje hodnot 2-4 m/s. Nicméně, uvedená rychlost se s výhodou udržuje na hodnotě alespoň 5, výhodněji 6 m/s. Horní mez uvedené rychlosti je s výhodou 10, ještě výhodněji 8 m/s. Když je uvedená rychlost zvolena uvnitř specifického rozmezí, má filtrační proces velmi vysokou kapacitu. V současné době se ukázalo, že je možno udržovat rychlost vysokou i když se provádí zakoncentrování do velké míry.It is possible that the transverse flow velocity exhibits slight fluctuations during the process according to the invention, reaching values of 2-4 m / s. However, said velocity is preferably maintained at a value of at least 5, more preferably 6 m / s. The upper limit of said velocity is preferably 10, more preferably 8 m / s. When said rate is selected within a specific range, the filtration process has a very high capacity. Recently, it has been found that it is possible to keep the speed high even when the concentration is largely carried out.

Po zakoncentrování retentátu na požadovanou míru se s výhodou přidává do cirkulujícího kvasu voda (dialýza). S výhodou se přidává takové množství vody, že je kvas zředěn 1,5 až 4 násobně, výhodněji 2 až 3 násobně. Tímto přidáváním vody k retentátu se zvýší výtěžek, a tedy i účinnost, filtračního procesu. Tímto zřeďovacím krokem, který zahrnuje přidání vody do retentátu, může být z retentátu ještě získáno množství požadovaného produktu.After concentrating the retentate to the desired extent, water (dialysis) is preferably added to the circulating ferment. Preferably, the amount of water is added such that the ferment is diluted 1.5 to 4 times, more preferably 2 to 3 times. This addition of water to the retentate increases the yield and hence the efficiency of the filtration process. By this dilution step, which comprises adding water to the retentate, the amount of the desired product can still be recovered from the retentate.

Velkou výhodou způsobu podle vynálezu je, že může být dosaženo velmi krátké doby procesu, aniž by nastal známý problém vysoké zádrže požadovaného produktu. Podle vynálezu je tedy tlak přes membránu vyšší než 1,5 bar. V kontextu vynálezu je tlak přes membránu definován jako rozdíl průměrného tlaku na straně retentátu a průměrného tlaku na straně permeátu. Podle výhodného provedení je tlak přes membránu od 2,5 do 7,5, s výhodou od 5 do 6 bar.A great advantage of the process according to the invention is that a very short process time can be achieved without the known problem of high retention of the desired product. According to the invention, the pressure across the membrane is therefore higher than 1.5 bar. In the context of the invention, the diaphragm pressure is defined as the difference of the mean retentate side pressure and the permeate side average pressure. According to a preferred embodiment, the pressure across the membrane is from 2.5 to 7.5, preferably from 5 to 6 bar.

Podle velmi výhodného provedení vynálezu je tlak přes membránu zpočátku nižší než výše uvedený tlak. Vhodné počáteční tlaky přes membránu se volí mezi 1 a 2,5 bar. Časová perioda během níž je aplikován tento počáteční tlak přes membránu je poměrně krátká. Obecně, tato perioda není • · delší než 10 %, s výhodou ne delší než 8 % celkové doby filtrace. V nejčastějších případech, v závislosti na množství fermentačního kvasu k filtraci, bude tato perioda přibližně 10 minut.According to a very preferred embodiment of the invention, the pressure across the membrane is initially lower than the above-mentioned pressure. Suitable initial pressures across the membrane are selected between 1 and 2.5 bar. The period of time during which this initial pressure is applied across the membrane is relatively short. Generally, this period is not more than 10%, preferably not more than 8% of the total filtration time. In the most common cases, depending on the amount of fermentation ferment to be filtered, this period will be approximately 10 minutes.

Toto provedení je výhodné tím, že nastává značně menší zanášení membrány, než když se eventuálně aplikuje požadovaný, vysoký tlak přes membránu od počátku procesu. Tím je prodloužena životnost membrány, tzn. je prodloužena časová perioda, po kterou může být používána táž membrána aniž by se musela čistit. Také je vyšší kapacita filtračního procesu a větší selektivita. Bez omezení na teorii, předpokládá se, že těchto výhod je dosaženo vytvořením proteinové gelové vrstva na retentátové straně membrány, která se ukládá během počáteční periody, kdy je aplikován nižší tlak přes membránu.This embodiment is advantageous in that there is considerably less clogging of the membrane than when the desired, high pressure across the membrane is possibly applied from the beginning of the process. This extends the lifetime of the membrane. the length of time that the same membrane can be used without having to be cleaned is extended. There is also a higher filtration process capacity and greater selectivity. Without being limited by theory, it is believed that these advantages are achieved by providing a protein gel layer on the retentate side of the membrane that is deposited during the initial period when lower membrane pressure is applied.

Vstupní tlak retentátu se při způsobu podle vynálezu pohybuje, v závislosti na stupni procesu, mezi 1 a 8 bar. Axiální tlaková ztráta retentátu je, také v závislosti na stupni procesu, mezi 0 a 3,5 bar. Měrný průtok se může v průběhu procesu pohybovat od 200 l/m².h.bar do 50 l/m².h.bar a zpět na 200 l/m².h.bar.The inlet pressure of the retentate in the process according to the invention is between 1 and 8 bar, depending on the process stage. The axial pressure drop of the retentate is also, depending on the process stage, between 0 and 3.5 bar. The specific flow rate can range from 200 l / m ² .h.bar during the process to 50 l / m ² .h.bar and back to 200 l / m ² .h.bar.

Na permeátové straně membrány se zpravidla udržuje kontinuální tok pro shromažďování permeátu, zejména požadovaného produktu v něm obsaženého. Poté, co je permeát shromážděn, může být s výhodou zakoncentrován. Výhodná míra zakoncentrování permeátu je 1,5 až 7, výhodněji 2 až 5 násobná. Pro získání požadovaného produktu z koncentrovaného permeátu se obecně provádějí konvenční zpracovací postupy. Vhodným příkladem takovýchto zpracovacích postupů je extrakce.As a rule, a continuous flow is maintained on the permeate side of the membrane to collect the permeate, especially the desired product contained therein. After the permeate is collected, it may preferably be concentrated. The preferred concentration of permeate is 1.5 to 7, more preferably 2 to 5 times. To obtain the desired product from the concentrated permeate, conventional processing procedures are generally performed. A suitable example of such processing is extraction.

• · . . · · : : . · ·• ·. . · ·::. · ·

Způsob podle vynálezu se může provádět vsázkovým postupem nebo kontinuálně. S výhodou se provádí jako kontinuální proces.The process according to the invention can be carried out by a batch process or continuously. Preferably, it is carried out as a continuous process.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález bude dále osvětlen za pomoci následujících neomezujících příkladů.The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

Příklad 1Example 1

156 kg penicilinového fermentečního kvasu bylo uváděno z míchaného zásobníku do membránového filtračního systému. Uvedený systém obsahoval membránu Membranlox SCT 3P19, mající plochu přibližně 0,9 m² a průměrnou velikost pórů 50 nm.156 kg of penicillin fermentation ferment was fed from a stirred tank into a membrane filtration system. The system contained a Membranlox SCT 3P19 membrane having an area of approximately 0.9 m ² and an average pore size of 50 nm.

Systém byl odvzdušněn a byl zahájen filtrační proces za následujících podmínek:The system was vented and the filtration process started under the following conditions:

teplota cirkulační tok zásobníkem cirkulační tok filtračním okruhem (rychlost příčného proudění byla 6 m/s) °C 2,5 m³/h 35 m³/htemperature circulation flow through the reservoir circulation flow through the filtration circuit (transverse flow rate was 6 m / s) ° C 2.5 m ³ / h 35 m ³ / h

Po odtažení 65 1 permeátu (faktor zakoncentrování a=l,67, faktor zředění β=0,4) byl cirkulační tok filtračním okruhem snížen na 17 m³/h, což odpovídá rychlosti příčného proudění 2,9 m/s. Tok permeátu se snížil na 70 l/m²h při tlaku přes membránu 4 bar. Faktor zakoncentrování byl 1,67. Další zakoncentrování nebylo možné. Byla započata • · diafiltrace při udržování konstantního a, rychlost příčného proudění se znovu zvýšila na 5,5 m/s, tok permeátu zůstal konstantní 72 l/m²h. Faktor zředění byl 1,72.After withdrawing 65 L of permeate (concentration factor a = 1.67, dilution factor β = 0.4), the circulation flow through the filter circuit was reduced to 17 m ³ / h, which corresponds to a transverse flow rate of 2.9 m / s. The permeate flow was reduced to 70 l / m ² h at 4 bar membrane pressure. The concentration factor was 1.67. Further concentration was not possible. Diafiltration was started while keeping constant α, the cross-flow rate increased again to 5.5 m / s, the permeate flow remained constant 72 l / m ² h. The dilution factor was 1.72.

Celková doba procesu byla 250 minut.The total process time was 250 minutes.

Příklad 2Example 2

154 kg penicilinového fermentečního kvasu bylo uváděno z míchaného zásobníku do stejného membránového filtračního systému jako v příkladu 1.154 kg of penicillin fermentation ferment was fed from a stirred tank into the same membrane filtration system as in Example 1.

teplota 40 °C cirkulační tok zásobníkem 2,5 m³/h cirkulační tok filtračním okruhem 35 m³/h (rychlost příčného proudění byla 6 m/s)temperature 40 ° C circulation flow through the storage tank 2,5 m ³ / h circulation flow through the filter circuit 35 m ³ / h (cross flow rate was 6 m / s)

Po odtažení 74 1 permeátu (α=1,92, β=0,48) byl cirkulační tok filtračním okruhem snížen na 26 m³/h. Tok permeátu se snížil na 94 l/m²h při faktoru zakoncentrování 2,0 a tlaku přes membránu 4 bar.After withdrawing 74 l of permeate (α = 1.92, β = 0.48), the circulation flow through the filter circuit was reduced to 26 m ³ / h. The permeate flow was reduced to 94 l / m ² h at a concentration factor of 2.0 and a pressure across the 4 bar membrane.

Bezprostředně po započetí diafiltrace, při které byl udržován konstantní a, se rychlost příčného proudění znovu zvýšila na 5,9 m/s, a tok permeátu byl regulován na 110 l/m²h. Faktor zředění byl 1,85.Immediately after starting diafiltration while maintaining a constant α, the cross-flow rate increased again to 5.9 m / s, and the permeate flow was controlled to 110 l / m ² h. The dilution factor was 1.85.

Celková doba procesu byla 180 minut.The total process time was 180 minutes.

• ·• ·

Příklad 3Example 3

177 kg penicilinového fermentečního kvasu bylo uváděno z míchaného zásobníku do stejného membránového filtračního systému jako v příkladu 1.177 kg of penicillin fermentation ferment were fed from a stirred tank into the same membrane filtration system as in Example 1.

teplota 36 °C cirkulační tok zásobníkem 2,5 m³/h cirkulační tok filtračním okruhem 35 m³/h (rychlost příčného proudění byla 6 m/s)temperature 36 ° C circulation flow through the tank 2,5 m ³ / h circulation flow through the filtration circuit 35 m ³ / h (cross flow rate was 6 m / s)

Po odtažení 90 1 permeátu (α=2,04, β=0,51) byl cirkulační tok 6 m/s. Tok permeátu byl 511 1/nfh na začátku zakoncentrování a snížil se na 124 l/nfh na konci zakoncentrování. Faktor zakoncentrování byl 2,04, tlak přes membránu byl 5 bar.After withdrawing 90 l of permeate (α = 2.04, β = 0.51) the circulation flow was 6 m / s. The permeate flow was 511 l / nfh at the beginning of the concentration and decreased to 124 l / nfh at the end of the concentration. The concentration factor was 2.04, the membrane pressure was 5 bar.

Po započetí diafiltrace, při které byl udržován konstantní a, se rychlost prmeátu velmi pomalu zvýšila na 255 l/m²h. Tlak přes membránu byl pomalu snížen na 3,8 bar na konci procesu. Faktor zředění byl 2,02.After starting diafiltration while maintaining a constant α, the premate rate increased very slowly to 255 l / m ² h. The membrane pressure was slowly reduced to 3.8 bar at the end of the process. The dilution factor was 2.02.

Celková doba procesu byla 134 minut.The total process time was 134 minutes.

Claims

PATENT CLAIMS

What is claimed is: 1. A process for isolating a desired water-soluble product from a fermentation ferment, characterized in that the ferment is circulated along a ceramic membrane, applying a pressure across the membrane of at least 1.5 bar, after which the aqueous solution containing the desired product passes through the membrane and subsequently collected.

Method according to claim 1, characterized in that the leaven is concentrated during the circulation along the membrane at a temperature between 20 to 50 ° C.

The process according to claim 2, wherein the temperature is 30 to 45 ° C.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-flow velocity is 5 to 10 m / s, preferably 6 to 8 m / s.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic membrane comprises a material selected from the group consisting of metal oxides.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic membrane has an average pore size of 4 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure across the membrane is 2.5 to 7.5, preferably 5 to 6 bar.

• »· ·

9 9 9 ·

Method according to claim 7, characterized in that the pressure across the membrane is initially 1 to 2.5 bar.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that water is added to the circulating ferment after 1.5 times, preferably 2 times, the circulating ferment.

Method according to claim 9, characterized in that an amount of water is added such that the ferment is diluted 1.5 to 4 times, preferably 1 to 3 times.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the permeate obtained after the fermentation is concentrated at a concentration of 1.5 to 7 times, preferably 2 to 5 times.

Process according to any one of the preceding claims, characterized in that from the fermentation process, the fermentation yeast in which the anti-infective compound is obtained is prepared.

The method of claim 12, wherein the anti-infective compound is selected from the group consisting of erythromycin, nystatin, adipyl-7-aminocephalosporanic acid, adipyl-7-aminodesacetoxycephalosporanic acid, penicillin G, penicillin V, cephalosporin C, and isopenicillin N.