DD225446A1

DD225446A1 - Verfahren zur gewinnung von l-lysin-hydrochlorid

Info

Publication number: DD225446A1
Application number: DD84260540A
Authority: DD
Inventors: Rupert Goebel; Reinhard Hellmig; Forberg; Wilfried Hieke; Ethel Puettker; Joerk Striegler
Original assignee: Inst Tech Mikrobiologie
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1985-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von L-Lysin-Hydrochlorid aus Fermentationsloesungen mittels Ionenaustausch fuer den Einsatz in der technischen Mikrobiologie. Das Ziel der Erfindung ist die Senkung des zur Herstellung von L-Lysin erforderlichen Energieaufwandes in der Aufarbeitung der anfallenden Fermentationsloesung. Dabei wird ein Verfahren vorgestellt, dass direkt zum L-Lysin-Hydrochlorid fuehrt und eine zur Herstellung eines kristallinen Produktes ausreichend reine Produktloesung ergibt. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die ueber einen schwach sauren Kationenaustauscher in der H -Form vorgereinigte lysinhaltige Kulturloesung ueber einen stark sauren Kationenaustauscher in der H -Form geleitet und das adsorbierte L-Lysin mit Salzsaeure eluiert wird.

Description

ZUR GET/ZNNUNG VON D-LYSIN-HYDIlOCHLORID

Anwondungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von L-Lys in—Hydrochloric! aus Fermentationslösungen mittels Ionenaustausch für den Einsatz in der Futtermittelindustrie und zur Herstellung von Reinst—Lysin,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Im technischen Maßstab wird Lysin allgemein auf mikrobiologischem liege gewonnen. Die dabei entstehende Fermentationslösung enthält neben dem Zielprodukt L-Lysin als unerwünschte störende Nebenprodukte weitere Aminosäuren, z.B. Glutaminsäure, anorganische Kationen, wie Calzium, Kalium, Ammonium, mehr oder weniger stark gefärbte organische Substanzen sowie nichtumge— setztes Substrat.

Die Isolierung des Lysins erfolgt gewöhnlich nach Abtrennung der Biomasse durch Kationenaus tauscher, wobei man sich im allgemeinen zweier Methoden bedient:

So wird z.B. lysinhaltige Kulturlösung nach der DE-PS 2 015 331 bei einem pH—Ty'ert von 2,5 auf einen stark sauren Kationen— austauscher in der H -Form aufgegeben, das adsorbierte Lysin mit einer wäßrigen Ammoniaklösung eluiert und der Kationenaustauscher anschließend wieder mit verdünnter Säure in die ΪΙ — Form überführt,

Bei der anderen Verfahrensweise, wie sie z.B. in der DE-PS 2 03k kO6 und DE-PS 3 OO5 409 beschrieben ist, wird die Iysinhalt ige Lösung über einen stark sauren Kationenaustauscher in der NIi. —Form geleitet und die Elution und die gleichzeitige Regenerierung erfolgen mit einer wäßrigen Ammoniaklösung.

In der SU-PS 279 621 wird auch die Verwendung von schwach sauren Kationenaustauschern in der NH. -Form beschrieben. In allen Fällen adsorbiert der Kationenaus tauscher aus der Kulturlösung nicht nur das gewünschte Zielprodukt Lysin, sondern auch die darin enthaltenen anorganischen Kationen sowie verschiedene Aminosäuren« Dadurch kann die Kapazität des Kationenaustauschers für die Lysinabtrennung nur zum Teil ausgenutzt werden, andererseits werden bei der anschließenden Elution mit Ammoniaklösung nicht nur das Lysin, sondern auch die übrigen adsorbierten Kationen und Aminosäuren im Eluat erhalten. Das verunreinigte ammoniakalisehe Lysineluat muß also vorher gereinigt werden. Dazu können auch wieder Ionenaustauscher ver— wendet werden. BeispielsA-zeise kann die Reinigung über stark basische Anionenaustauscher (DE-PS 2 015 331), über schwach basische Anionenaus tauscher (DE—PS 1 0-1-1 896") oder mit schwach sauren Kationenaustauschern (DE—PS 2 136 317) vorgenommen werden. In den meisten Fällen wird jedoch das ammoniakalisehe Eluat eingedampft, dabei der überschüssige Ammoniak abgetrieben, das Konzentrat mit Salzsäure auf einen pH—Wert von 2 — 5,5 eingestellt und die Kristallisation eingeleitet;. Das so erhaltene kristalline Rohlysin muß durch Umkristallisation weiter gereinigt werden.

Der entscheidende Nachteil dieser bisher üblichen Verfahrensweisen besteht neben der großen Zahl von Verfahrensstufen in dem hohen Energieaufwand, der zur Abtreibung des in großen Mengen eingesetzten Ammoniaks erforderlich ist« Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Ammoniak als Elutionsmittel zu umgehen. So gelingt in der analytischen Praxis die Trennung von Aminosäuren mittels Kationenaustauscher durch stufenweise Elution mit Salzsäure unterschiedlicher Konzentration (¥,II. Stein und S.Moore, Cold Spring Harbor Symp. Quant.Biol. Ik

(1950) 179). In der DE-PS 1 Ο*'+1 896 wird beiläufig erwähnt, die Desorption des Lysins von einem stark sauren Kationenaus— tauscher mit verdünnter Säure vorzunehmen. Diese Verfahrensweise lconnte jedoch bisher nicht in der technischen Praxis verwirklicht werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel dor Erfindung besteht darin, den zur flersteilung von Lysin erforderlichen Energieaufwand entscheidend zu senken und die zur Herstellung von reinem lcr is tall in em L-Ly sin—Hydrochlorid notwendige Anzahl von Verfahrensstufen zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Gewinnung von Lysin, das direkt zum L—Lysin-Hydrochlorid führt und eine zur Herstellung von kristallinem Lysin—Hydrochlorid ausreichend reine Produktlösung ergibt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß man eine reine L—Lysin— Hydrochlorid-Lösung erhalt, wenn man die über einen schwach sauren Kationenaustauscher in der II -Form vorgereinig™ te Iy s inhalt ige Kulturlösung über einen starlc sauren Kationen™ austauscher in der H —Form leitet und das adsorbierte L-Lysin mit Salzsäure eluiert.

Erfindungsgenäß wird vorgeschlagen, iceine Ansäuerung der Fermentationslösung durchzuführen, sondern nach dem Fermentations ende einen pH~i/crt zwischen 7,5 und 9,5 einzustellen, die Biomasse abzutrennen und das Filtrat mit dem aus der Filtration verbleibenden Feinanteil der Biomasse über einen schwach sauren Kationenaustauscher in der H —Form, wie ¥ofa~

tit CP, ilersteller VE3 Chemiekombinat Bitterfelc, zu leiten. Dabei werden die kationischen Verunreinigungen, besonders ein Teil der Ammoniunioneii, Farbstoffe, freien Proteine und zuckerhaltigen Verbindungen entfernt.

Anschließend wird dieser Strom durch einen stark sauren Kat~ ionenaustauscher, wie T/ofatit^ KPS, Hersteller VEB Chemiekombinat Bitterfeld, in der H -Form geleitet, um L-Lysin weitgehend selektiv zu adsorbieren. Als stark saure Kationen— austauscher können sowohl gelartige als auch makroporöse Typen eingesetzt werden.

Unter diesen Bedingungen wird die zweibasische Aminosäure L-Lysin am schwach sauren Kationenaustauscher nur in geringen Mengen adsorbiert, aber die anorganischen Kationen und Amruoniumionen sowie die zuckerhaltigen Verbindungen zurückgehalten.

Durch Einwirkung des schwach sauren Kationenaustauschers der H -Form wird die Acidität der Fermentationslösung in den für die Lysin—Adsorption am stark sauren Kationenaustauscher erforderlichen pH—Bereich von 2 bis ^t-, 5 verschoben. Nach dem Verdrängen der restlichen Fermentationslösung wird die KPS-Säule mit Salzsäure einer Konzentration von 3 bis 5 mcl/l, vorzugsweise mit k raol/l, eluiert, wobei gleichzeitig der

-L.

Kationenaustauscher wieder in die II'-Form überführt wird.

Da die Elution und Regenerierung mit einem Überschuß an Salzsäure durchgeführt werden muß, wird ein Teil das Eluates über eine nachgeschaltete Puffersäule mit stark saurem Kationenaustauscher — in der H —Form und teilweise mit Lysin beladen - geleitet, um überschüssige Säure zur Elution zu nutzen.

Die Puffersäule dient weiterhin dazu, einerseits in einer Teilbeladung schwach sauren lysinhaltigen Eluaten bzw. verdünnten Lösungen und Spülwässern das Lysin zu entziehen und andererseits entweder lysinfreie verdünnte Säuren oder auf— konzentrierte Lysineluate für die Kristallisation zu erhalten und die Bildung von L-Lysin—Di—Hydrochlorid zu vermeiden«

Dabei findet eine Konzentrierung im Eluat gegenüber dem Lysingehalt der Fermentationslösung auf das 2-2,5-fache statt. Die anfallenden verdünnten Säuren können als Ansatzwasser für die Elutions säure oder zur Regenerierung des

schwach sauren Kationenaustauschers eingesetzt werden. Technologisch am günstigsten ist es jedoch, die Regenerierung dieser Vorsäule mit dem stark sauren Ablauf der lysin— befreiten Fermentationslösung nach dem stark sauren Kationen— austauscher vorzunehmen. Damit wird gleichzeitig der Säuregrad des entstehenden Abwassers stark vermindert und Blut ions·· mittel eingespart. Durch den vorgeschalteten Einsatz des schwach sauren Kationenaus tauschers wird von der KPS-Säule ein von Verunreinigungen entlastetes Eluat mit geringer Farbstoff belastung erhalten, das spezielle Reinigungsstufen nicht erforderlich macht und die gute Regenerierbarkeit und die lange Standzeit des schwach sauren Kationenaustauschers nutzt.

Die Prozesse Biomasseabtrennung, Adsorption und Verdrängung an beiden Ionenaustauschern werden bei Temperaturen zwischen 30 und 80 C, vorzugsweise 50 C durchgeführt, ua die geringe Diffusionsgeschwindigkeit bei ITo mal tempera türen zu beschleunigen und den gesamten Prozeß effektiv zu gestalten.

Damit ergeben sich zusammengefaßt folgende Vorteile des erfindungsgemäßen Zweisäulenvorfahrens:

Durch die vorausgehende Abtrennung der Begleitstoffe wird die nutzbare Volumenlcapazitär des stark sauren Kationenaustauschers für L-Lysin erhöht und damit eine höhere L—Lysin— Konzentration im Eluat erreicht. Daraus ergeben sich eine Verbesserung der Ökonomie und der Qualität bei der Stufe-Kristallisation. Die für die Adsorption an dem stark sauren Kationenaustauscher notwendige Ansäuerung der Fermentations— lösung wird automatisch durch die Vorsäule bei der Adsorption der Begleitsubstanzen vorgenommen.

Die Elution und Regenerierung erfolgt in einem Schritt; damit wird eine zusätzliche Salzbelastung des Abwassers vermieden. Die Regenerierung der Vorsäule mit dem stark sauren Ablauf der ilauptsäule führt zudem noch zu einer liinimierung der Regeneriernittelnienge und zu einer Verminderung der Abwassermenge.

Beispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einen Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Die Menge von 1 1 Fermentationslösung aus einem Technikums— ferraentor mit einer Konzentration von 35 S « 1 L-Lysin— Monoh.yd.rochlorid wird von der Bioinasse befreit und über die Säulenkombination schwach saurer / stark saurer Kationenaustauscher in der Il -Form geleitet«

Das Filtrat wird vorher mit konzentriertem Ammoniak auf pH = 7,5 eingestellt. Nach Durchlaufen der beiden Säulen und der Rückführung des stark sauren Ablaufes zur Regenerierung des

·— 1 schwach sauren Kationenaustauschers befinden sich 1,7 g.l

L-Lysin—Monohyarochlorid im Abwasser. Ia Eluat befinden sich nach der Regenerierung mit Salzsäure einer Konzentration von

—1

4 mol . 1 82,5 g L-Lysin—MonohydroChlorid. Die Konzentration vor der Stufe Kristallisation beträgt 191 g . 1 L-Lysin—MonohydroChlorid. Neben der weitgehenden Farbstoffabtrennung erfolgt im Prozeß eine Abtrennung der begleitenden Ammonium ionen bis zu ^iO }o«

Claims

ERFIIJDUIJGSiVtJSPRUCIi

1. Verfahren zur Gewinnung von L-Lysin—Hydrochlorid aus einer Fermentationslösung mittels Ionenaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung mittels der Einstellung verschiedener Säuregrade bei Adsorption und Desorption und eines Zweisäulenprozesses derart erfolgt, daß die Fermentationslösung nach dem Fermentationsende auf einen pH—viert im Bereich 7,5 bis 9,5,vorzugsweise 8,4, eingestellt und über einen schwach sauren Kationenaus tauscher in der II — Form geleitet wird, um andere kationische Begleitstoffe vor der L-Lysin—Adsorption weitgehend abzutrennen, und weiterhin'dieser Strom durch einen starlc sauren ICationenaustauscher in der H -Form geleitet wird, um L—Lysin weitgehend selektiv zu adsorbieren, und anschließend mit Salz— säure einer Konzentration von 3 bis 5 mol/l, vorzugsweise k mol/l, eluiert und dabei gleichzeitig regeneriert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Kationenaustausch am schwach sauren Kationenaustauscher im Ablauf ein in den pH—Grenzen 2 bis h,5 stetig steigender pH—Wert eingestellt wird und damit die für die Adsorption am stark sauren Kationenaustauscher notwendige Ansäuerung erfolgt.

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung eines konzentrierten Elutionsmittels eine Konzentrierung im Eluat auch noch bei Konzentrationen gleich oder größer 100 g/l L-Lysin—Hydrochlorid in der Fermentationslösung erfolgt.

h, Verfahren nach Punkt 1—3, gekennzeichnet dadurch, daß die stark sauren Eluate zur Vermeidung der Bildung von L-Lysin-Di—Hydrochlorid bei der nachfolgenden Kristallisation durch eine Puffersäule, ausgeführt als stark saurer Ka t— ionenaustauscher in der II -Forin teilweise mit L—Lysin beladen, geleitet werden, um überschüssige Säure zur IDl u— tion zu nutzen, andererseits schwach sauren, lysinhaltigen Eluaten bzw. verdünnten Lösungen und Spülwässern das Ly-

sin zu entziehen und Iysinfreie, verdünnte Säuren und aufkonzentrierte Lysin-Eluate entsprechender pH-Tier te zu erhalten.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis k, gekennzeichnet dadurch, daß der saure, lysinfreie Ablauf aus dem stark sauren Kationenaustauscher zur Regenerierung des schwach sauren Kationenaustauschers verwendet wird.