DD248810A1

DD248810A1 - Verfahren zur herstellung von lysinangereicherten futtermitteln aus lysin-fermentationsloesungen

Info

Publication number: DD248810A1
Application number: DD28215885A
Authority: DD
Inventors: Rupert Goebel; Erika Pueschel; Dietmar Paul; Joerk Striegler
Original assignee: Ve Forschungszentrum Biotechno
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1987-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lysiangereicherten Futtermitteln aus Lysin-Fermentationsloesungen innerhalb einer Technologie zur Erzeugung von Lysinhydrochlorid. Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines lysinhaltigen Biomassetrockenproduktes bei minimierten Transportleistungen und einer Verbesserung des Konversionsgrades der Rohstoffe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren fuer die Herstellung dieses Trockenproduktes zu entwickeln, das Rohstoff- und Prozessschwankungen der Lysin-Fermentation ausgleicht. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Aufarbeitung von Lysin-Fermentationsloesungen zu Lysinhydrochlorid ueber die gleichzeitige Herstellung eines nichthygroskopischen Biomassetrockenproduktes ohne Verwendung weiterer Zusatzstoffe als zweites Zielprodukt stabilisiert wird, indem man in der lysinhaltigen Bakterienbiomasse nach der mechanischen Abtrennung den Lysinanteil ueber Teilstroeme von Lysineluaten bzw. Lysinhydrochloridloesungen, beispielsweise aus einer Kristallisation, und den Biomasseanteil mittels melassegeregelter Abwasserverhefung einstellt.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Gewinnung der Aminosäure L-Lysin aus Fermentationslösungen werden zwei Wege gegangen, die sich prinzipiell durch ihren Wärmebedarf und ihre anfallenden Abproduktmengen unterscheiden. Dabei werden entweder lysinangereicherte Trockenproudukte oder kristallines Lysin-Monohydrochlorid hergestellt.

Als Hauptweg zu einem Trockenprodukt zu gelangen, wird ein Lysinfutterkonzentrat mit 15 bis 30% Lysin direkt durch Eindampfen und Trocknen der Fermentationslösung hergestellt. Hier wird der Vorteil einer im wesentlichen abproduktfreien Technologie durch den hohen Wärmeverbrauch für die Wasserverdampfung wieder aufgehoben.

Weitere Nachteile einer solchen Verfahrensweise sind die sich zwangsläufig aus der Produktzusammensetzung bzw. aus den Inhaltsstoffen der Fermentationslösungen ergebende Hygroskopizität des Trockenproduktes sowie die von den KorTzentrationsschwankungen in der Fermentationslösung abhängigen Wirkstoffkonzentrationen im Trockenprodukt. Nur mit einer aufwendigen Misch- und Lagertechnik ist dieses Problem zu lösen.

Die Hygroskopizität beeinträchtigt die Lagerung, den Transport und die Verarbeitung und ist Ursache für dadurch entstehende Verluste. Deshalb hat es nicht an Versuchen gefehlt, diese Auswirkungen zu vermeiden bzw. zu mindern. Neben den technologischen Möglichkeiten der Anwendung konditionierter Luft für die pneumatische Förderung und die Lagerung sowie entsprechende Verpackung wird der Weg beschriften, durch eine Nachverhefung den Restzuckergehalt zu senken. So wird in der SU-PS 2139 274 zum Abbau der Restzucker in den Lysinfermentationsablauf Candida utilis eingebracht, die kein Lysin assimiliert. Die so entstehende Lösung wird nach einer Eindampfung auf einen pH-Wert von 3,8 mit Salzsäure angesäuert und zu einem gelbbraunen, schüttbaren Pulver mit einem Lysingehalt von 21 % getrocknet.

Ein weiterer Weg ist, durch Granulierung ein weniger auffälliges Endprodukt zu erreichen. Das Granulat mit einer Konzentration *von 10% Lysin wird für die Herstellung von Vormischungen eingesetzt. Indem DD-WP 139 205 wird ein Verfahren zur Herstellung von granulierten Lysinfutterkonzentraten aus Fermentationslösungen vorgestellt, bei dem Granulierung und Trocknung in einem Arbeitsgang erfolgen. Die Hygroskopizität kann aber auch gemindert werden, durch die Zugabe von Füll- oder Hilfsstoffen. Dazu werden anorganische Materialien — wie gebrannter und ungebrannter Kalk, Kieselgur und Gips — eingesetzt. In den CS-PS 2357119 und CS-PS 110426 wird die unfiltrierte Fermentationslösung bsi einem pH-Wert von 7,2 bis 7,5, einer Thermolyse bei"55 bis 100⁰C unter gleichzeitiger oder nachträglicher Wasserverdampfung unterworfen. Zu dem entstehenden Konzentrat werden Füllstoffe wie Perlit in einer Menge von 5 bis 10% zur Herabsetzung der Hygroskopizität zugegeben. Nach der Trocknung bei ca. 100⁰C und Zermahlung wird ein rieselfähiges Produkt erhalten;' In der DE-PS 3032618 wird zum konzentrierten Fermentationsmedium mit 60 bis 80% Trockensubstanz und ca. 10 bis 40% Lysin ungelöschter Kalk zugemischt. Aus dem Mischapparat erhält man ohne nachfolgende Trocknung das Endprodukt; bei Ejnsatz von gelöschtem Kalk ist eine Trocknung notwendig.

Letztlich ergeben sich reine Mischvarianten mit großen Mengen organischer Füllstoffe, d. h. Futterstoffen wie Feinschrot, Futtermehl und Kleie und damit Wirkstoffkonzentrationen, die deutlich niedriger als 21 % liegen und große Transort-, Misch- und Lagerprobleme mit sich bringen.

Ein anderer Weg ist die Erzeugung eines pulverförmigen Konzentrates mit einem Lysingehalt von 60 bis 70% durch die Trocknung der Eluate die durch die Aufarbeitung der Fermentationslösung mittels Ionenaustauschers erhalten wurden. Bei dieser Variante wird ein Trockenprodukt mit einem entsprechend hohen Energieaufwand bei gleichzeitigem Verlust des Vorteils einer abproduktfreien Technologie hergestellt.

Es ist weiterhin bekannt, neben Lysinhydrochlorid ein proteinhaltiges Produkt durch Trocknung der Bakterienbiomasse und aus den Abläufen der lonenaustauscherstufe ein Düngemittel aus Ammonium- und Kaliumsalz herzustellen (Eurolysin-Prospekt). Dieses Verfahren arbeitet zwar weitestgehend abproduktfrei, aber es bestehen nur unzureichende Möglichkeiten innerhalb des Gesamtprozesses auf das Entstehen eines vorbestimmbaren Qualitätsniveaus aller Endprodukte einzuwirken.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein solches lysinhaltiges Biomassetrockenprodukt aus Fermentationslösungen herzustellen, das zu einer Minimierung der Transportleistungen führt, die getrennte Bewertung der gebildeten Produkte ermöglicht und den Konversionsgrad der Rohstoffe zu Produkten verbessert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Biomassetrockenproduktes mit gleichbleibenden Eigenschaften aus Lysinfermentationslösungen, das Rohstoff- und Prozeßschwankungen der Fermentation weitgehend ausgleicht und eine umweltfreundliche Lösung für die Lysinisolierung mittels einer lonenaustauschertechnologie darstellt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufarbeitung von Lysinfermentationslösungen zu Lysinhydrochlorid über die gleichzeitige Herstellung eines nichthygroskopischen Biomassetrockenproduktes mit einem konstanten Lysingehalt von 3 bis 10%, vorzugsweise 4 bis 6%, ohne Verwendung weiterer Zusatzstoffe als zweites Zielprodukt stabilisiert wird. Dabei vermischt man die bei der mechanischen Abtrennung anfallende Bakterienbiomasse, die auf einen Feuchtegehait von 50 bis 150%, vorzugsweise 80 bis 100%, entwässert wurde, mit dem Lysinanteil der Zwischenraumflüssigkeit, der durch die Dosierung von alkalischem Eluat der Ionenaustauscher nach der Ammoniakabtreibung und Konzentrierung auf 50 bis 300 g · Γ¹ Lysin, vorzugsweise 80 bis 150g Γ¹, sowie von Lysinhydrochloridlösungen mit einer Lysinkonzentration von 100 bis 450g · Γ¹, wie beispielsweise Mutterlaugen aus einer Kristallisationsstufe geregelt wird, mit einem Hefebiomassestrom aus einer Nachverhefungsstufe des lysinfreien Ablaufes am Ionenaustauscher, der mit Melasse geregelt wird und erhält so unter gleichzeitiger Nutzung von in der Lysinfermentation nicht utilisierter Kohlenstoffquelle ein lysinangereichertes, nichthygroskopisches Biomassetrockenprodukt mit gleichbleibenden Eigenschaften. Mit dieserTechnologie können die Auswirkungen der Schwankungen der Kohlenstoff-und Stickstoffquellen nach ihrer Art und Qualität auf die Abwasser-und Eluatzusammensetzung vermindert und nicht qualitätsgerechte Fermentationschargen sowie Fehlchargen umweltfreundlich und ökonomisch aufgearbeitet werden. Durch die zusätzliche Möglichkeit der Melassedosierung kann die Biomasseproduktion beeinflußt und damit auf einfache Weise jederzeit die Produktstruktur, d.h. Anteil Biomassetrockenprodukt mit konstantem Lysingehalt zu Anteil Lysinhydrochlorid, den Gegebenheiten der Fermentation angepaßt werden. Bei stark verunreinigten Hydrochloridlösungen, wie beispielsweise Mutterlaugen aus einer Kristallisation, kann der auszukreisende Anteil in Abhängigkeit von der Fremdstoffbelastung beliebig variiert und damit, der notwendige Reinigungsaufwand für die weitere Verarbeitung vermindert werden. Die Mischung mit dem eingestellten Lysin- und Biomasseanteil wird über eines der bekannten Trocknungsverfahren in ein Trockenprodukt überführt.

Im einzelnen wird dabei so vorgegangen, daß anschließend an die Fermentation der Kulturlösung einer Heißseparation unterzogen wird, um eine weitgehend vollständige Biomasseabtrennung zu erreichen.

Das ablaufende Fugat'wird nach Ansäuerung im Gegenstrom über einen stark sauren Kationenaustauscher in der Η-Form zur Adsorption der Aminosäure geleitet. Für die Ansäuerung kann sowohl Schwefel- und Salzsäure als auch der stark saure Ablauf des Ionenaustauschers aus dem vorhergegangenen Beladungszyklus eingesetzt werden. Das am Ionenaustauscher anfallende Abwasser muß einer technischen Abwasserbehandlung zugeführt werden.

Das Lysin wird mit Ammoniak von der Säule eluiert und das überschüssige Elutionsmittel abgedampft. Durch Zuführung von Salzsäure wird eine Lysinhydrochloridlösung hergestellt, aus der dann über weitere technologische Schritte beispielsweise kristallines Lysinmonohydrochlorid gewonnen wird. Dabei muß ein Teil der anfallenden Mutterlaugen ausgekreist werden, um Anreicherungen von Begleitstoffen über die Rückführung zu vermeiden.

Der am Ionenaustauscher anfallende hochbelastete lysinfreie Fermentorablauf muß einer Abwasserbehandlung unterzogen werden, wobei von einer traditionellen biologischen Abwasserbehandlung zwei Intensivstufen notwendig werden. Folglich bietet sich besser ein Abbau der Inhaltsstoffe über eine Verhefung und somit über eine zusätzliche Wertstoffgewinnung an. Das nach Abtrennung der Hefebiomasse entstandene Abwasser wird in bekannter Weise abwassertechnisch behandelt. Wenn ' eine Gemeinschaftskläranlage mit kohlenstoffarmen Wässern vorliegt, kann dieses Abwasser nach der Verhefung als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden

Durch diese Vorgehensweise ergeben sich zusammengefaßt folgende Vorteile:

— Durch eine erhöhte Flexibilität bei der Einführung eines zweiten Zielproduktes ist eine einfache Systemregelung möglich. Die Aufarbeitung kann den wechselnden Bedingungen der Fermentation beliebig angepaßt werden.

— Die eingesetzten Rohstoffe werden zu einem großen Anteil in Wertstoffe umgesetzt und dabei eine hohe Umweltfreundlichkeit des Verfahrens erreicht, die Aufarbeitung von Fehlchargen ist möglich.

— Das in der Lysinfermentation gebildete Lysin wird bis auf die Verluste in den thermischen Stufen nahezu vollständig gewonnen.

— Die Transportleistungen werden minimiert da für den Trocknungsprozeß keine Zusatzstoffe eingesetzt werden und ein Losetransport möglich wird.

— Es können unterschiedliche Kohlenstoff- und Stickstoffquellen in der Fermentation eingesetzt werden.

— Die getrennte ökonomische Bewertung aller Produkte wird ermöglicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel zur Herstellung des Biomassetrockenproduktes bei der gleichzeitigen Herstellung kristallinen Lysins mit einem Blockschaltbild erläutert:

Beispiel 1

Von der Lysinfermentationsstufe 1 wird der Fermentorablauf zur Stufe Thermolyse und Biomasseabtrennung 2 geleitet. Das entstehende Kulturfiltrat wird zur Herstellung eines alkalischen, ammoniakfreien, lysinangereicherten Eluates 4 über einen Ionenaustauscher und eine Ammoniakabtriebskolonne 3 geleitet, aus dem in der Kristallisation 5 das kristalline Lysin-Monohydrochlorid 6 hergestellt wird. Das am Ionenaustauscher anfallende Mischabwasser 8 wird für eine Nachverhefung 10 in einem Neutralisierungsbecken 9 vorbereitet. In der Nachverhefung 10 wird die notwendige Nährsalzlösung 21 sowie als zusätzliche Kohlenstoffquelle für die Biomasseregelung Melasse 20 zugeführt. Prinzipiell ist auch die Aufarbeitung stark kontaminierter Fehlchargen 19 möglich. Der aus der kontinuierlichen Nachverhefung austretende Ablauf wird über eine Separation 11 in den Klarlauf 16, der als Mischabwasser in eine Intensivbiologiestufe 17 und eine kommunale Kläranlage eintritt und in die Hefesahne getrennt 15. In der Standardisierungsstufe 12 wird die aus der Biomasseabtrennung 2 stammende Bakterienbiomasse mit dem Lysinanteil7, die Hefesahne 15 und der ausgekreiste Anteil Mutterlauge 22 aus der Kristallisation · sowie wahlweise das alkalische Eluat 4 zur Einstellung eins Trockenproduktes mit gleichbleibender Lysinkonzentration benutzt und in derTrocknungsanlage 13 zum lysinangereicherten Biomassetrockenprodukt 14 getrocknet. Aus 3Ol einer Fermentationslösung mit 45g Γ¹ Biomasse und 64g · Γ¹ Lysin soll unter Einbeziehung der aus der Abwasserverhefung gewonnenen Biomasse ein Trockenprodukt hergestellt werden. Nach der Abtrennung der Bakterienbiomasse liegt ein Konzentrat mit 100% Feuchte, bezogen auf die Bjotrockenmasse, vor.

Das Trockenprodukt soll einen Lysingehalt von 6% und eine Endfeuchte unter 10% haben. Aus der Abwasserverhefung ergeben sich 210 g Biomasse. Die Konzentration an Lysin-Monohydrochlorid in der zu dosierenden Mutterlauge beträgt 300 g · I"¹, davon werden 92 ml dazugegeben. Daraus ergibt sich eine Menge von 1,8kg Trockenprodukt mit 6% Lysin, 7,5% Feuchte und 2,1% Aschegehalt.

Beispiel 2

Aus 301 einer anderen Fermentationslösung mit 35 g · Γ¹ Biomasse und 48g · Γ¹ Lysin wird unter Einbeziehung der aus der Abwasserverhefung gewonnenen Biomasse ein Trockenprodukt hergestellt. Nach der Biomasseabtrennung liegt ein Konzentrat von 100% Feuchte vor; das entstehende Produkt soll ebenfalls 6% Lysin und eine Endfeuchte unter 10% rnben. Aus der Abwasserverhefung ergeben sich 290 g Biomasse. Die Konzentration an Lysin-Monohydrochlorid in der zu dosierenden Mutterlauge beträgt 300g Γ¹, davon werden 92 ml dazugegeben. Die sich ergebende Differenzmenge an Lysin wird durch 166ml Eluatkonzentrat mit 120g · Γ¹ Lysin zugeführt

Daraus ergibt sich eine Menge von 1,53 kg Trockenprodukt mit 6% Lysin, 6,8% Wasser und 3,0% Asche.

Claims

Verfahren zur Herstellung von lysinangereicherten Futtermitteln aus Lysinfermentationslösungen, dadurch gekennzeichnet, daß deren durch qualitative Unterschiede bedingter Einfluß auf die Aufbereitung zu Lysinhydrochlorid durch die gleichzeitige Herstellung eines nicht hygroskopischen Biomassetrockenproduktes mit einem gleichbleibenden Wirkstoffgehaltvon 3 bis 10%, vorzugsweise 4 bis 6%, ausgeschaltet wird, in dem die Bakterienbiomasse mechanisch abgetrennt und auf einen Feuchtegehalt von 50 bis 150%, vorzugsweise 80 bis 100%, bezogen auf die Biotrockenmasse, entwässert, der Lysingehalt der Zwischenraumflüssigkeit mittels des alkalischen Eluates nach der Ammoniakabtreibung und Konzentrierung auf 50 bis 300g · Γ¹, vorzugsweise 80 bis 150g · Γ¹, sowie durch Lysinhydrochloridlösungen, wie beispielsweise Mutterlaugen aus einer Kristal !isation, mit einer Konzentration zwsichen 100 und 450g · Γ¹ auf den geforderten Wert eingestellt und der Trockensubstanzgehalt über die aus der Verhefung des lysinfreien Säulenablaufes der lonenaustauscherstufe anfallenden Hefebiomasse, deren Menge mit einer zusätzlichen Dosierung von Melasse geregelt wird, nachgestellt wird.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lysinangereicherten Futtermitteln aus Lysinfermentationslösungen innerhalb einer Technologie zur Erzeugung von Lysinhydrochlorid für den Einsatz in der Futtermittelindustrie zur Ablösung traditioneller Zusatzstoffe.