DE10040176B4

DE10040176B4 - Verfahren zur Isolierung von Cystin

Info

Publication number: DE10040176B4
Application number: DE2000140176
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Döring
Original assignee: Consortium fuer Elektrochemische Industrie GmbH
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: DE10040176A1; SK11572001A3; SK287595B6

Abstract

Verfahren zur Isolierung von Cystinkristallen aus einer zellhaltigen Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Suspension enthaltenen Cystinkristalle durch Zentrifugation mit einer Dekanterzentrifuge abgeschieden werden, wobei die Zentrifugalbeschleunigung zwischen 1000 bis 4000 g liegt und der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper zwischen 10 und 50 g·min·cm^–1 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung von kristallinem Cystin aus einer Zellen enthaltenden Suspension.
Die Aminosäure Cystin wird gewöhnlich durch saure Hydrolyse von Keratinabfällen wie z. B. menschlichen Haaren gewonnen und durch Umfällung gereinigt. Die Entwicklung eines leistungsfähigen Verfahrens zur fermentativen Herstellung von Cystin ( EP 0885962 A1 ) machte es notwendig, auch ein effektives Reinigungsverfahren für das Produkt zu entwickeln.
Für die Aufarbeitung von fermentativ hergestellten Produkten, die in der Fermentationsbrühe schwer löslich sind, wurden bereits mehrere Vorschläge gemacht. US 5547858 beschreibt die selektive Abscheidung von Aminosäure- oder Nucleinsäurekristallen aus einer Fermentationsbrühe mithilfe eines Hydrocyclons. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß bei hoher Selektivität nur geringe Ausbeuten an Produkt erzielt werden.
In WO 96/40758 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Sequenz von Auf konzentrieren durch Membranfiltration, Solubilisieren durch Zugabe eines Lösungsmittels und erneute Membranfiltration zur Abtrennung der Zellen verwendet wird, um eine wasserunlösliche Verbindung aus einer Fermenterbrühe zu isolieren. Die sehr schlechte Löslichkeit von Cystin in fast allen organischen Lösungsmitteln macht eine Anwendung auf diese Verbindung praktisch unmöglich.
WO 95/08620 verwendet eine Sequenz von Schritten, in denen die Mikroorganismen z.B. durch Hitzebehandlung im Sauren oder Basischen solubilisiert werden und anschließend durch Zentrifugation das unlösliche Produkt isoliert wird. Da Cystin im Sauren und Basischen löslich ist und darüber hinaus im Basischen nicht temperaturstabil ist, kann auch diese Methode keine Anwendung finden.
Die klassisch für die Cystinreinigung eingesetzte Umfällung aus dem Sauren oder Basischen kann grundsätzlich eingesetzt werden. Aufgrund der starken Pufferwirkung der Fermenterbrühe ist eine direkte pH-Einstellung in der Fermenterbrühe jedoch nicht zielführend.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, kristallines Cystin aus einer Fermentationsbrühe so zu isolieren, daß bei hoher Ausbeute eine starke Primäranreicherung erfolgt, d. h. ein Produkt mit hohem Cystingehalt und niedriger Restfeuchte erhalten wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Isolierung von Cystinkristallen aus einer zellhaltigen Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Suspension enthaltenen Cystinkristalle durch Zentrifugation mit einer Dekanterzentrifuge abgeschieden werden, wobei die Zentrifugalbeschleunigung zwischen 1000 bis 4000 g liegt und der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper zwischen 10 und 50 g·min·cm^–1 liegt.

Bei der zellhaltigen Suspension handelt es sich vorzugsweise um eine Fermenterbrühe.

Bei dem zu isolierenden Cystin handelt es sich vorzugsweise um L-Cystin.

Für die Abtrennung eignen sich handelsübliche Dekanterzentrifugen, bevorzugt sind sogenannte Klärdekanter einzusetzen.

Bei der Zentrifugation werden die Cystinkristalle auch bei sehr breiter Korngrößenverteilung aufgrund ihrer hohen Dichte abgeschieden, während die Zellen weitgehend mit dem Überlauf abgetrennt werden.

Die Betriebsparameter der Dekanterzentrifuge

– Trommeldrehzahl
– Durchflußleistung
– Sumpfhöhe (Durchmesser der Regulierscheibe)

werden so eingestellt, daß o. g. Grenzen eingehalten werden und ein Produkt mit hohem Cystin- und hohem Trockengehalt erhalten wird.

Die Trommeldrehzahl wird so eingestellt, daß eine Zentrifugalbeschleunigung von 1000 bis 4000 g, bevorzugt 1500 bis 3000 g entsteht.

Die Durchflußleistung wird so eingestellt, daß der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper zwischen 10 und 50 g·min·cm^–1, bevorzugt zwischen 15 und 35 g·min·cm^–1 liegt.

Die lineare Flußrate berechnet sich aus dem Volumenstrom und der durchströmten Fläche A in der Zentrifugentrommel in Form eines Kreisringes, der durch die Radien r₁ und r₂ bestimmt wird (1). Der Radius r₁ ist dabei der Innendurchmesser der Zentrifugentrommel, der Radius r₂ ist der Innendurchmesser des in der Trommel befindlichen Flüssigkeitsringes. Dieser wird durch die verwendete Regulierscheibe festgelegt. Die Fläche A ergibt sich dann zu (r₁ ² – r₂ ²)·π.

Um den Reinigungseffekt zu erhöhen kann das erhaltene Produkt wieder in Wasser aufgeschlämmt werden und erneut über die Dekanterzentrifuge abzentrifugiert werden.

Die Wassermenge kann dabei in einem weiten Bereich variiert werden und wird vorzugsweise so bemessen, daß die Feststoffkonzentration in der entstehenden Suspension zwischen 5 und 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 30 Gew.-% beträgt.

Die Betriebsparameter an der Dekanterzentrifuge werden dabei der ggf. höheren Feststoffkonzentration angepaßt, so daß der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper in etwa verdoppelt wird, wenn der Feststoffgehalt in der Suspension verdoppelt wird.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Bei allen Versuchen kam eine Dekanterzentrifuge vom Typ TS 210 FK, Fa. Siebtechnik GmbH zum Einsatz.

Beispiel 1

240 l einer Fermenterbrühe mit einem Gehalt von 34,01 g/l an ungelöstem Cystin wurden mit einem Volumenstrom von 150 l/h über die Dekanterzentrifuge abzentrifugiert. Über die Trommeldrehzahl wurde eine Zentrifugalbeschleunigung von 1500 g eingestellt. Aufgrund der durchströmten Fläche von 38,5 cm² ergibt sich eine lineare Flußrate von 64,9 cm/min und damit ein Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper von 23,1 g·min·cm^–1. Die Differenzdrehzahl wurde auf 7 eingestellt. Nach einem Vorlauf von 49 l wurde die Produktvorlage gewechselt. Das anschließend erhaltene Produkt (9,9 kg) hatte einen Trockengehalt von 68,8 % und einen Cystingehalt (bez. auf Trockenmasse) von 92,4 %. Dies entspricht einer Ausbeute von 6,29 kg (77 %) reinem Cystin.

Beispiel 2

230 l einer Fermenterbrühe mit einem Gehalt von 31,7 g/l an ungelöstem Cystin wurden mit einem Volumenstrom von 300 bis 330 l/h über die Dekanterzentrifuge abzentrifugiert. Über die Trommeldrehzahl wurde eine Zentrifugalbeschleunigung von 2380 g eingestellt. Aufgrund der durchströmten Fläche von 38,5 cm² ergibt sich eine lineare Flußrate von 136,4 cm/min und damit ein Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper von 17,5 g·min·cm^–1. Die Differenzdrehzahl wurde auf 7 eingestellt. Das anschließend erhaltene Produkt (10,87 kg) hatte einen Trockengehalt von 70,2 % und einen Cystingehalt (bez. auf Trockenmasse) von 94,0 %. Dies entspricht einer Ausbeute von 7,17 kg (98,7 %) reinem Cystin.

Beispiel 3

244 l einer Fermenterbrühe mit einem Gehalt von 30,9 g/l an ungelöstem Cystin wurden mit einem Volumenstrom von 250 l/h über die Dekanterzentrifuge abzentrifugiert. Über die Trommel drehzahl wurde eine Zentrifugalbeschleunigung von 1880 g eingestellt. Aufgrund der durchströmten Fläche von 38,5 cm² ergibt sich eine lineare Flußrate von 108,2 cm/min und damit ein Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper von 17,4 g·min·cm^–1. Die Differenzdrehzahl wurde auf 7 eingestellt. Das anschließend erhaltene Produkt (9,93 kg) hatte einen Trockengehalt von 69,5 % und einen Cystingehalt (bez. auf Trockenmasse) von 94,2 %. Dies entspricht einer Ausbeute von 6,50 kg (86,3 %) reinem Cystin.

Beispiel 4

9,76 kg des Rohproduktes aus Beispiel 1 (Cystingehalt 6,21 kg) wurden in 70 l H₂O aufgeschlämmt und mit einem Volumenstrom von 75 l/h über die Dekanterzentrifuge abzentrifugiert. Über die Trommeldrehzahl wurde eine Zentrifugalbeschleunigung von 1500 g eingestellt. Aufgrund der durchströmten Fläche von 38,5 cm² ergibt sich eine lineare Flußrate von 32,5 cm/min und damit ein Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper von 46,2 g·min·cm^–1. Die Differenzdrehzahl wurde auf 7 eingestellt. Das anschließend erhaltene Produkt (7,65 kg) hatte einen Trockengehalt von 73,4 und einen Cystingehalt (bez. auf Trockenmasse) von 96,0 %. Dies entspricht einer Ausbeute von 5,39 kg (86,8 %) reinem Cystin.

Claims

Verfahren zur Isolierung von Cystinkristallen aus einer zellhaltigen Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Suspension enthaltenen Cystinkristalle durch Zentrifugation mit einer Dekanterzentrifuge abgeschieden werden, wobei die Zentrifugalbeschleunigung zwischen 1000 bis 4000 g liegt und der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper zwischen 10 und 50 g·min·cm^–1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es sich bei der zellhaltigen Suspension um eine Fermenterbrühe handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß es sich bei dem isolierten Cystin um L-Cystin handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dekanterzentrifuge ein Klärdekanter verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekanterzentrifuge mit einer Trommeldrehzahl läuft, welche eine Zentrifugalbeschleunigung von 1000 bis 4000 g bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußleistung der Dekanterzentrifuge so eingestellt ist, daß der Quotient aus Zentrifugalbeschleunigung und linearer Flußrate im Zentrifugenkörper zwischen 10 und 50 g·min·cm^–1 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Produkt erneut in Wasser aufgeschlämmt wird und nochmals über die Dekanterzentrifuge abgeschleudert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge zum Aufschlämmen des Produktes so bemessen ist, daß die Feststoffkonzentration in der entstehenden Suspension zwischen 5 und 50 Gew.-% beträgt.