DE102007034258A1 - Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid - Google Patents

Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid Download PDF

Info

Publication number
DE102007034258A1
DE102007034258A1 DE102007034258A DE102007034258A DE102007034258A1 DE 102007034258 A1 DE102007034258 A1 DE 102007034258A1 DE 102007034258 A DE102007034258 A DE 102007034258A DE 102007034258 A DE102007034258 A DE 102007034258A DE 102007034258 A1 DE102007034258 A1 DE 102007034258A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
emulsion
carbon dioxide
container
separation
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007034258A
Other languages
English (en)
Inventor
geb. Hannich Gabriele Dr. Sadowski
Andreas Dr. Schmid
Bruno Dr. Bühler
Michael Dipl.-Ing. Görnert
Christoph Brandenbusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitat Dortmund
Technische Universitaet Dortmund
Original Assignee
Universitat Dortmund
Technische Universitaet Dortmund
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitat Dortmund, Technische Universitaet Dortmund filed Critical Universitat Dortmund
Priority to DE102007034258A priority Critical patent/DE102007034258A1/de
Priority to DE102007059389A priority patent/DE102007059389A1/de
Priority to PCT/DE2008/001177 priority patent/WO2009012754A2/de
Priority to US12/452,769 priority patent/US8431358B2/en
Priority to EP08784358A priority patent/EP2170481A2/de
Publication of DE102007034258A1 publication Critical patent/DE102007034258A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D17/00Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/04Breaking emulsions
    • B01D17/047Breaking emulsions with separation aids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D17/00Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/04Breaking emulsions
    • B01D17/044Breaking emulsions by changing the pressure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

Das vorgestellte Verfahren stellt ein eine Möglichkeit zur Trennung von Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen dar, die es ermöglicht, mittels komprimiertem CO<SUB>2</SUB> sich dabei ergebende stabile Emulsionen aus typischen biokatalytischen Zweiphasenprozessen effektiv zu trennen. Dabei kann durch die Verwendung von komprimiertem Kohlendioxid als Trennmittel eine überkritische Extraktion direkt nachgeschaltet werden, um das Wertprodukt zu erhalten. Unerheblich ist dabei, ob das Wertprodukt in der wässrigen oder organischen Phase vorliegt. Ein Recycling der organischen Phase ist möglich, da sich die oberflächenaktiven Zellbestandteile, die maßgeblich für die Bildung der stabilen Emulsion verantwortlich sind, aufgrund der Behandlung durch Sedimentation abtrennen lassen. Die erzielte Trennung bleibt dabei auch nach Ausgasen des Kohlendioxids bestehen, so dass neben der Extraktion auch andere Verfahren zur Produktisolation angeschlossen werden können, sofern dies erforderlich ist. Die beschriebene Erfindung beinhaltet dabei ein enormes Potential, ökonomisch wie auch ökologisch hoch interessante biokatalytische Zweiphasenprozesse industriell zu nutzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Für die biokatalytische Umsetzung von apolaren organischen Molekülen wird häufig ein wässrig-organisches Zweiphasensystem verwendet [1–5]. Dieses System erlaubt den Einsatz und die Akkumulation von hohen Konzentrationen schlecht wasserlöslicher Substrate und Produkte, wobei die organische Phase, bestehend aus einem apolaren, nicht toxischen Lösungsmittel oder einem Gemisch mehrerer Lösungsmittel als Substratreservoir und/oder als Produktsenke dient. Zudem schützt die organische Phase vor toxischen Effekten von Substraten und Produkten. Des Weiteren kann die charakteristische Verteilung von Substraten und Produkten in den beiden Phasen dazu genutzt werden, kinetische Produktinhibition zu verhindern, Gleichgewichtsreaktionen in die gewünschte Richtung zu lenken, die Enantioselektivität zu erhöhen und Mehrschrittreaktionen zu kontrollieren.
  • Typischerweise werden solche Zweiphasensysteme stark emulgiert, um hohe Massentransferraten zu erreichen. Gefördert wird die Bildung von stabilen Emulsionen auch durch hohe Biokatalysator-Konzentrationen, speziell wenn ganze mikrobielle Zellen eingesetzt werden. Hierbei treten hohe Konzentrationen makromolekularer oberflächenaktiver Substanzen (Lipide, Proteine, Polysaccharide, Biosurfactants, Zelltrümmer) auf [6–9].
  • Da bei zweiphasigen Bioprozessen neben der Produktisolation aus ökonomischen und ökologischen Gründen auch das Lösungsmittelrecycling essentiell ist, müssen die zwei Phasen nach der Biotransformation voneinander getrennt werden. Diese Phasentrennung hat sich bei stabilen koaleszenzgehemmten Emulsionen, wie sie beim Einsatz von ganzen mikrobiellen Zellen auftreten, als schwierig erwiesen. Verschiedene Methoden zur Phasentrennung wie Zentrifugation, Membranfiltration, Filterkoaleszenz, Zugabe von Deemulgatoren oder thermische Verfahren lieferten unbefriedigende Resultate oder waren apparativ sowie zeitlich sehr aufwendig [7]. Die aufwendige Phasentrennung gilt als eine Hauptlimitation für die industrielle Implementierung von zweiphasigen Bioprozessen mit ihrem großen ökonomischen wie auch ökologischen Potenzial. Im Bereich der Phasentrennung bei zweiphasigen Ganzzellbiotransformationen besteht also Innovationsbedarf.
  • Typischerweise werden die Systeme aus der Biotransformation durch Zentrifugation zunächst grob getrennt. Anschließend werden mehrere Filtrations- und (Ultra)zentrifugationsschritte durchgeführt, um eine hinreichende Trennung zu erreichen. Die so sehr aufwändig gewonnene organische Phase wird anschließend einer destillativen oder extraktiven Aufarbeitung unterzogen, um das Wertprodukt abzutrennen (Dabei kann jedoch keine hinreichende Phasentrennung erreicht werden. Daher ist es nicht möglich, die wertprodukthaltige organische Phase vollständig von der wässrigen Phase zu trennen, was die weitere Aufarbeitung erheblich erschwert).
  • Bei anderen Trennverfahren wird versucht, nach einer groben mechanischen Abtrennung von anderen Bestandteilen die Emulsion destillativ aufzureinigen, wobei Probleme durch Fouling und Zweiphasigkeiten in der Kolonne auftreten. Bei einem enzymatischen Verfahren wird die Emulsion durch Einsatz von Hydrolasen mit guten Ergebnissen getrennt. Bis auf das letztgenannte Verfahren sind alle bisherigen Verfahren nicht in der Lage, eine definierte Phasentrennung zu erzielen. Eine vollständi ge Abtrennung sowohl der Zellbestandteile, als auch der wässrigen Phase von der organischen Phase ist bisher nicht möglich. Die Abtrennung der Zellmasse ist dabei von großer Bedeutung, da sie in nachfolgenden Prozessschritten zu Verkrustungen oder Verstopfungen führen kann. Mit den geschilderten alternativen Lösungsansätzen kann des Weiteren keine dauerhafte Trennung der Phasen erreicht werden. Nachteilig bei den bisherigen Verfahren ist weiterhin neben der hohen Anzahl an Aufreinigungsschritten der ggf. notwendige Einsatz eines zur Extraktion verwendeten Lösungsmittels, das anschließend wieder zurückgewonnen werden muss.
  • Die hier zur Diskussion stehende Trennung wässrig-organischer Zweiphasensysteme sei im weiteren beispielhaft an der Trennung koaleszenzgehemmter Emulsionen aus zweiphasigen Ganzzellbiotransformationen beispielsweise in apolaren Lösungsmitteln beschrieben. Das hierbei nach erfolgter Biotransformation vorliegende Reaktionsgemisch trennt sich nicht spontan und liegt nach längerem Stehenlassen im Wesentlichen wie in 1 dargestellt vor. Das Gemisch besteht optisch aus drei Phasen, wobei eine milchige organisch/wässrige Emulsion die obere Phase (I) bildet, die neben dem organischen Lösungsmittel das Edukt, Nebenprodukte und das Produkt enthält. Des Weiteren enthält diese Emulsion auch gelöste Bestandteile und oberflächenaktive Stoffe (Salze, Nährstoffe, Lipide, Proteine, Polysaccharide, Biosurfactants). Die zweite optisch identifizierbare Phase (II) ist eine wässrige Phase, in der sich die zur Kultivierung notwendigen Nährstoffe (die teilweise auch noch in der Emulsion vorhanden sind) befinden und aus welcher sich die Zellen/Biomasse (III) in einer dritten Phase absetzen.
  • Die Komplexität des vorliegenden Reaktionsgemischs wird noch deutlicher, wenn man versucht, das Zweiphasensystem durch konventionelle Verfahren wie Zentrifugation zu trennen. So erhält man auch nach langem Zentrifugieren das in 2 dargestellte Erscheinungsbild. Nach längerer Zentrifugation des Gemisches aus 1 ist der Einfluss der in der Emulsion vorliegenden makromolekularen oberflächenaktiven Substanzen (Lipide, Proteine, Polysaccharide, Biosurfactants, Zelltrümmer) deutlich erkennbar. Während sich die in der wässrigen Phase enthaltenen Zellen am Boden des Gefäßes absetzen (IV), und die wässrige Phase (III) eine scharfe obere Phasengrenzfläche aufweist, kann in der Emulsion (Phase I in 1) nur eine unzureichende Trennung in eine organische Phase (I) und eine Inter- bzw. Emulsionsphase (II) beobachtet werden.
  • Es sind verschiedene Anwendungsfälle bekannt, bei denen eine Begasung einer Emulsion aus Öl und Wasser mittels CO2 zur Trennung der beiden Bestandteile Öl und Wasser verwendet wurde. So ist etwa aus der DE 40 28 904 C1 oder der DE 197 54 756 C1 jeweils ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem sog. Kühlschmiermittel zur Kühlung maschineller Bearbeitungsprozesse nach dem Gebrauch auf diese Weise aufbereitet werden. Derartige Emulsionen sind jedoch sehr einfach zu trennen, da es sich hierbei um nur relativ instabile einfache Emulsionen aus zwei sich recht unterschiedlich verhaltenden Stoffen handelt und in der Regel keine die Emulgation stabilisierenden Bestandteile biochemischer Natur enthalten sind.
  • Auch in petrochemischen Prozessen treten vielfach "Öl in Wasser"-Emulsionen [10, 11] auf, die beispielhaft etwa auch aus der US 6 566 410 B1 bekannt sind. Ähnliche Einsatzgebiete sind etwa aus der DE 101 14 920 A1 zur Extraktion von organischen Monomeren bekannt.
  • Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen mittels Kohlendioxid Extraktionen von Biomaterialien vorgenommen werden, die in einphasigen Substanzgemischen vorliegen (und Verunreinigungen aufweisen). Bei derartigen Verfahren dient das Kohlendioxid jedoch als Träger chemischer Substanzen, die die entsprechende Extraktion ausführen und diese Verfahren können daher nicht mit der Entmischung mehrphasiger Substanzgemische verglichen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Bestandteile von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen derart voneinander getrennt werden können, dass sich eine saubere und hinsichtlich des Mengendurchsatzes ergiebige Trennung in kurzer Zeit durchführen lässt.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aufarbeitung einer koaleszenzgehemmten Emulsion aufweisend Bestandteile aus Ganzzell-Biotransformationen wie Zellen, lösliche Zellbestandteile, organische Lösungsmittel und/oder Wasser. Hierbei wird in erfindungsgemäßer Weise ein derartiges Verfahren dadurch weiter entwickelt, dass die nach der Biotransformation stabile, koaleszenzgehemmte Emulsion in einem Behälter mit Kohlendioxid im Überschuss versetzt und bei erhöhtem Druck und erhöhten Temperaturen für eine vorgebbare Zeitdauer gemischt wird, wonach sich die wässrige und die organische Phase der Emulsion voneinander trennen und sich die Zellen und Zellbestandteile sowohl der wässrigen als auch der organischen Phase im Bereich von deren Grenzflächen oder Phasengrenzflächen abscheiden und anschließend separiert werden. Nach dem Zusetzen von Kohlendioxid vorzugsweise im Überschuss (z. B. von etwa 3 Massenanteilen komprimiertem Kohlendioxid je Massenanteil Emulsion) und vorzugsweise unter einem Druck von z. B. etwa 115 bar und bei einer Temperatur von z. B. etwa 45°C wird die Emulsion für vorzugsweise 2 Minuten intensiv mit dem Kohlendioxid gemischt. Je höher die verwendete Temperatur hier gewählt wird, umso höher sollte auch der Druck gewählt werden. Nach dem Abstellen des Mischers ist anschließend eine scharfe Trennung der wässrigen und organischen Phase zu beobachten, wobei sich Zellbestandteile an den Grenzflächen der Phasen (etwa auch an einer Grenzfläche zu einem Behälter oder dgl.) sowohl am unteren Ende der wässrigen Phase und der organischen Phase abscheiden. Diese Zellbestandteile können nun einfach abgetrennt werden, da sie im Gegensatz zur Ursprungsemulsion schneller sedimentieren. Auch nach der Druckentspannung trennen sich die Phasen selbst nach wiederholter Durchmischung wieder schnell voneinander. Die wertprodukthaltige, organische Phase kann anschließend effizient, zum Beispiel durch überkritische Extraktion, aufgearbeitet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet dabei ein enormes Potential, Emulsionen aus biokatalytischen Prozessen (wie z. B. Ganzzell-Biotransformationen unter Verwendung von Mikroorganismen als Katalysatoren) zu trennen und mit geringem apparativem Aufwand und kostengünstig aufzuarbeiten. Dabei kann durch Verwendung von komprimiertem Kohlendioxid als Lösungsmittel eine hohe Effizienz in weiteren Verfahrensschritten erzielt werden. Die Wirkung des Kohlendioxids basiert dabei wohl vornehmlich auf einer rein physikalischen Wechselwirkung mit den Bestandteilen der Emulsion, die zu einer gezielten Entmischung der Phasen (und Komponenten) der Emulsion führt und damit das sonst schwer auftrennbare Gemisch der Phasen (und Bestandteile) überhaupt erst technisch sinnvoll separierbar macht. Das hier vorgeschlagene Verfahren zur Aufarbeitung von Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit komprimiertem Kohlendioxid liefert dadurch eine erhebliche Verbesserung bei der Aufreinigung der beschriebenen Reaktionsgemische. Schon nach kurzer Durchmischung (2 min) der Emulsion mit dem Kohlendioxid stellt sich das in 3 dargestellte Phasenverhalten ein. Nach Einkomprimieren von Kohlendioxid in das Reaktionsgemisch ist nicht nur zu erkennen, dass sich die in der wässrigen Phase (III) befindlichen Zellen (IV) am Boden des Gefäßes absetzen, sondern auch, dass sich die in der Inter-/Emulsionsphase befindlichen Zellfragmente/Makromoleküle (II) an der Phasengrenzfläche zwischen einer organischen Phase (I) und einer wässrigen Phase (III) sammeln. Dies geschieht nach Abschalten des Rührers innerhalb kürzester Zeit (typischerweise weniger als 2 Minuten). Das Volumenverhältnis von organischer zu wässriger Phase beträgt dabei vorteilhaft 1:1. Der durch die Aufarbeitung mit komprimiertem Kohlendioxid erhaltene Trennungszustand bleibt dabei auch nach Entspannung und Ausgasen des Kohlendioxids (und erneuter Mischung) erhalten, so dass eine nachfolgende Separation sowohl bei Atmosphärendruck wie auch unter erhöhtem Druck stattfinden kann. Aus Gründen der Energieeffizienz kann es hier jedoch sinnvoll sein, eine weitere Trennung unter erhöhtem Druck vorzuziehen. Dies begründet sich vor allem daraus, dass neben konventionellen Trennverfahren zur Aufreinigung des Wertproduktes aus der organischen Phase auch eine Extraktion mit komprimiertem Kohlendioxid in Frage kommt.
  • Von besonderem Vorteil ist es dass die Zellen und Zellbestandteile sich am unteren Ende sowohl der wässrigen als auch der organischen Phase abscheiden. Hierdurch lässt sich gerätetechnisch einfach ein gezieltes Abziehen dieser Bestandteile (Phasen und Feststoffe) der Emulsion erreichen und eine entsprechende Verschleppung nicht gewünschter Bestandteile in die einzelnen Fraktionen vermeiden. Insbesondere können diese getrennten Phasen einer weiteren Aufreinigung insbesondere zur Gewinnung einer in zumindest einer der Phasen enthaltenen Wertsubstanz unterzogen werden. Als Wertsubstanz ist dabei jede Substanz innerhalb der Emulsion anzusehen, die ein gewolltes Ergebnis des biokatalytischen Prozesses darstellt und für eine entsprechende Verwendung in üblicherweise technisch bedingten Mengen zur Verfügung gestellt werden soll.
  • Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, dass aus der entmischten Emulsion auch die wässrige Phase mit den abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteilen sowie die organische Phase mit den abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteilen separat abgezogen und jeweils getrennt einer weiteren Aufreinigung etwa durch Verfahren der Sedimentation oder dgl. zur Gewinnung der Zellen oder Zellbestandteile unterzogen werden kann.
  • In einer ersten denkbaren Ausgestaltung kann die Emulsion in sog. Batchbetrieb in einem Behälter mit dem Kohlendioxid gemischt werden, woraufhin die Phasen sich in dem gleichen Behälter nach dem Mischen trennen und eine in dem Behälter geschichtete Anordnung der einzelnen Phasen oder Bestandteile bilden, wonach die Phasen oder Bestandteile aus den einzelnen Schichten separat aus dem Behälter abgezogen werden. Hierdurch ist nur ein einziger Behälter zur Mischung der Emulsion mit dem Kohlendioxid sowie zur Trennung der einzelnen Fraktionen erforderlich, wodurch der gerätetechnische Aufwand minimiert wird.
  • Für eine kontinuierliche Trennung ist es in einer anderen Ausgestaltung auch denkbar, dass die Emulsion in einem ersten Behälter mit dem Kohlendioxid intensiv gemischt wird und die dadurch hergestellte homogene Mischung aus Emulsion und Kohlendioxid in einen zweiten Behälter verbracht wird, in dem sich die Phasen, vorzugsweise bei langsamem Rühren, trennen und eine im zweiten Behälter geschichtete Anordnung der einzelnen Phasen oder Bestandteile bilden, wonach die Phasen oder Bestandteile aus den einzelnen Schichten separat aus dem zweiten Behälter abgezogen werden. Allerdings ist diese Lösung regelungstechnisch problematisch, da die Füllstände im zweiten Behälter und somit die Lage der Phasengrenzflächen konstant gehalten werden müssen.
  • In einer weiteren denkbaren Ausgestaltung zur Behebung dieses Problems wird die Emulsion in einem ersten Behälter mit dem Kohlendioxid intensiv gemischt und die homogene Mischung aus Emulsion und Kohlendioxid in einen zweiten Behälter verbracht, in dem sich die wässrige und die organische Phase, vorzugsweise bei langsamem Rühren, voneinander trennen, wonach die wässrige und die organische Phase separat aus dem zweiten Behälter in weitere Behälter abgezogen werden, in denen sich dann die Zellen und Zellbestandteile der wässrigen und der organischen Phase sowie das Kohlendioxid abtrennen lassen. Damit können die genannten Probleme der Prozesssteuerung verringert bzw. vermieden werden.
  • Denkbar ist es weiterhin, dass hierbei im ersten Behälter ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur herrschen und im zweiten Behälter die Trennung unter Umgebungsbedingungen abläuft. Je nach zu verarbeitender Emulsion kann es aber auch durchaus sinnvoll sein, wenn in beiden Behältern ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur herrschen.
  • Hinsichtlich der Einbindung der Trennung gemäß vorstehend geschildertem Verfahren in einen Gesamtablauf zur Gewinnung der einzelnen Fraktionen der Emulsion kann es sinnvoll sein, wenn nach der Biotransformation und vor der Trennung der Emulsion in die einzelnen Phasen eine direkte Aufarbeitung der Emulsion zur Gewinnung einer Wertsubstanz erfolgt. Hierdurch kann eine frühzeitige Abtrennung der Wertsubstanz herbeigeführt werden, die damit materialschonend erfolgt und wonach eine einfache Abtrennung der festen Bestandteile der Emulsion oder ein Recycling des Lösungsmittels erfolgen kann.
  • Denkbar ist es hierbei, dass die Aufarbeitung einen Extraktionsschritt zur Gewinnung einer Wertsubstanz, vorzugsweise aus der organischen Phase der Emulsion beinhaltet. Derartige Extraktionen, auch unter Verwendung überkritischen Kohlendioxids sind grundsätzlich bekannt und dienen z. B. vielfach zur Gewinnung von einzelnen Substanzen aus Pflanzenbestandteilen wie etwa bei der Gewürzgewinnung. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung die Wertsubstanz direkt aus der Emulsion herausgetrennt und separat und/oder mit Verunreinigungen gemeinsam abgezogen werden. Sinnvoll ist es hierbei, wenn nur die extrahierte Wertsubstanz und die organischen Lösemittel sowie Kohlendioxid aus der Emulsion heraus getrennt und separat abgezogen werden, um in einer gezielten Aufarbeitung eine vollständige Abtrennung der Wertsubstanz unter Rückgewinnung von Lösemittel und Kohlendioxid herbeizuführen.
  • Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Restemulsion in einer der direkten Extraktion der Wertsubstanz nachfolgenden Trennung unter Zugabe von Kohlendioxid weiter aufgetrennt und die Bestandteile der Restemulsion getrennt abgezogen werden.
  • Auch hierdurch können erneut benutzbare Substanzen gezielt wiedergewonnen werden.
  • Denkbar ist es insbesondere, dass die Trennung von Wertsubstanz und Kohlendioxid durch schelle Druckabsenkung der aus der Emulsion heraus getrennten Bestandteile vorgenommen wird. Hierdurch gast das Kohlendioxid aus der Mischung mit der Wertsubstanz aus und kann in sehr reiner Form und auf energetisch einfache Weise wiedergewonnen werden.
  • Denkbar ist es auch, dass nach der Trennung der Emulsion mittels Kohlendioxid eine Aufarbeitung nur der Phase mit den darin vorhandenen Zellbestandteilen durch ein Trennverfahren erfolgt, bei dem die Wertsubstanz und/oder Kohlendioxid von dem Lösungsmittel getrennt werden.
  • Als Trennverfahren kann etwa eine Extraktion mittels überkritischem Kohlendioxid durchgeführt werden. Hierzu kann das bereits bei der Zell-/Emulsionstrennung verwendete Kohlendioxid auch zur Extraktion verwendet werden. Dieses lässt sich nach der erfolgten Extraktion durch Druckerniedrigung leicht wieder zurückgewinnen und erneut im Prozess einsetzen.
  • Alternativ zu Aufarbeitungen, die eine Extraktion enthalten, kann als Trennverfahren zur Trennung der Wertsubstanz aus einer organischen Phase ohne biogene Bestandteile auch mindestens ein Verfahrensschritt aus Chromatographie, Kristallisation, Destillation, Adsorption, Absorption, Membranverfahren oder Filtration oder Kombinationen dieser Methoden verwendet werden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.
  • Es zeigen:
  • 1 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch nach der Biotransformation und nach Settling,
  • 2 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch gemäß 1 nach längerer Zentrifugation,
  • 3 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
  • 4 – eine erste bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion,
  • 5 – eine andere bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion in zwei Schritten,
  • 6 – eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion,
  • 7 – eine erste Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung nach erfolgter Extraktion des Wertproduktes,
  • 8 – eine andere Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung vor einer Extraktion des Wertproduktes,
  • 9 – eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung vor einer Isolation des Wertproduktes durch einen/mehrere weitere(n) Trennschritt(e),
  • 10 – Extraktionsverhalten der Emulsion für eine Beispiellösung.
  • In den 4 bis 10 sind diverse Verfahrensabläufe aufgezeigt, mit denen eine aus einer Biotransformation entstandene Emulsion in ihre einzelnen Bestandteile separiert werden kann, wobei dieses Verfahren auch für den großtechnischen Einsatz besonders geeignet ist.
  • Im vorgestellten Verfahren wird die Zellsuspension aus einer Biotransformation (Phasen I, II und III aus 1) direkt in einen Druckbehälter gegeben (6) und auf ca. 45°C temperiert. Anschließend wird mit einer geeigneten Vorrichtung Kohlendioxid der Emulsion zudosiert, bis der Kohlendioxid-Anteil bezogen auf die Gesamt masse etwa 75% beträgt. Der Druck der Mischung wird auf etwa 115–120 bar erhöht und diese für mindestens zwei Minuten intensiv durchmischt. Nach Abstellen des Rührers stellt sich die gewünschte Phasen- und Zellseparation im Druckbehälter ein, wie diese in 3 schematisch dargestellt ist. Hierbei stellt die Phase IV eine aus der wässrigen Phase III abgetrennte Menge an Zellen dar. Anschließend kann das erhaltene System einer einfachen Trennung in einer oder zwei Settler-Einheiten unterzogen und/oder die organische Phase direkt einer nachfolgenden überkritischen Extraktion mit Kohlendioxid zugeführt werden, um daraus das eigentliche Wertprodukt zu erhalten.
  • Es konnte beobachtet werden, dass die Phasentrennung auch nach Ablassen des Kohlendioxids erhalten bleibt. So kann anschließend auch bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur eine wesentlich verbesserte und schnellere Phasenseparation beobachtet werden. Die vormals in der Emulsion befindlichen Zellbestandteile (Phase I in 1 und Phase II in 2) befinden sich nun an der Phasengrenzfläche zwischen wässriger Phase (Phase II in 1 und Phase III in 2) und organischer Phase (Phase I in 2 und 3) und können leicht abgetrennt werden (Phase II und für die Zellen Phase IV in 3).
  • Untersuchungen an den Interphasen zwischen organischer Phase und wässriger Phase haben gezeigt, dass eine Veränderung feststellbar ist. So ist bereits bei 100-facher Vergrößerung unter dem Mikroskop zu erkennen, dass in der Emulsion vor der Behandlung mit Kohlendioxid eine Agglomeration der Zellbestandteile an der Phasengrenzfläche stattfindet. Nach der Behandlung mit komprimiertem Kohlendioxid ist dies unter dem Mikroskop bei gleicher Vergrößerung nicht mehr festzustellen. Es liegen im Gegenteil scharfe Phasengrenzflächen vor, wobei die vermutlichen Zellbestandteile homogen im unteren Bereich der organischen Phase I vorliegen.
  • Durch Verwendung von komprimiertem Kohlendioxid kann nach der Trennung der Emulsion eine Extraktion der Wertsubstanz durchgeführt werden, sofern sich die Wertsubstanz bei den gegebenen Bedingungen im Kohlendioxid löst.
  • Die beschriebene Aufarbeitung der Emulsion mit Kohlendioxid kann in einem oder in mehreren Schritten erfolgen. In den 4 bis 6 sind hierfür mögliche Varianten skizziert.
  • Die Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion durch eine Mixer-Settler-Einheit, wie in 4 gezeigt, ist regelungstechnisch problematisch, da die Füllstände und somit die Lage der Phasengrenzflächen konstant gehalten werden müssen, kommt aber mit wenigen Behältern aus. Hierzu wird das Reaktionsgemisch zusammen mit Kohlendioxid unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einen Druckbehälter M1 gegeben und dort intensiv durchmischt. Anschließend wird die homogene Emulsion in Behälter B1 gegeben, wo sich unter langsamem Rühren mit dem motorbetriebenen Mixer M eine Phasentrennung einstellt. Die jeweiligen Phasen können danach direkt abgezogen werden, um sie einer weiteren Aufreinigung zu unterziehen.
  • Eine einfachere Regelung lässt sich realisieren, wenn man die Phasenseparation nach dem Mixer M nochmal unterteilt und zunächst nur die organische Phase mit Zellfragmenten/Makromolekülen von der wässrigen Phase mit Zellen/Biomasse trennt. Anschließend werden dann die festen Bestandteile aus den jeweiligen Phasen durch Sedimentation abgeschieden. Dieses Verfahren ist in 5 skizziert. Hierin wird das Reaktionsgemisch zusammen mit Kohlendioxid unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einen Druckbehälter M1 gegeben und dort intensiv durchmischt. Anschließend wird die homogene Emulsion in Behälter B1 gegeben, wo sich unter weiterem Rühren eine Phasentrennung zwischen organischer Phase mit Zellfragmenten/Makromolekülen und wässriger Phase mit Zellen/Biomasse einstellt. Die jeweiligen Phasen können danach in die Behälter B2–B4 überführt werden. In den Behältern B3 und B4 werden nun die Feststoffe durch Sedimentation abgetrennt.
  • Neben dem kontinuierlichen Betrieb in einer Mixer-Settler-Einheit, ist dabei auch der Batchbetrieb in einem einzigen Behälter denkbar, in dem zuerst für eine gewisse Zeit das Reaktionsgemisch unter Zudosierung von komprimiertem Kohlendioxid durchmischt wird und nach Abschaltung des Rührers/Homogenisierers M die gravimetrische Trennung abgewartet wird. Auch hier können die jeweiligen Phasen danach direkt abgezogen werden (siehe 6). Das Reaktionsgemisch wird zusammen mit Kohlendioxid unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einen Druckbehälter gegeben und für eine bestimmte Zeit intensiv durchmischt. Anschließend wird der Rührer/Homogenisierer M abgeschaltet/verlangsamt, so dass sich eine Phasen trennung einstellt. Die jeweiligen Phasen können danach direkt abgezogen werden, um sie einer weiteren Aufreinigung zu unterziehen.
  • Mit den durch eine der drei Varianten erhaltenen reinen Fraktionen kann nun weiter verfahren werden.
  • Für den Gesamtprozess einer Gewinnung der Wertsubstanz unter gleichzeitig möglichst vollständiger Rückgewinnung der Prozesssubstanzen kann es sinnvoll sein, die Trennung der Emulsion vor oder nach einer weiteren Aufarbeitung, z. B. einer Extraktion, des Wertproduktes durchzuführen. Alternativen zur Durchführung einer Produktaufarbeitung ausgehend von der Biotransformation hin zum reinen Wertprodukt sind in den 7 bis 9 dargestellt.
  • Das in 7 dargestellte Verfahren bietet dabei den Vorteil, dass das Wertprodukt direkt aus der Emulsion extrahiert werden kann. Ausgehend von der Biotransformation wird die Emulsion unmittelbar in eine Extraktion überführt. Hier wird, z. B. durch komprimiertes Kohlendioxid unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, das Wertprodukt direkt extrahiert. Durch Absenkung des Druckes fällt das Wertprodukt aus und das Kohlendioxid kann recycelt werden. Die verbliebene Emulsion wird der beschriebenen Phasentrennung mit komprimiertem Kohlendioxid unterzogen, wodurch in weiteren Schritten eine einfache Abtrennung der festen Bestandteile, sowie ein Recycling des Lösungsmittels erfolgen können.
  • Allerdings ist der der Extraktion zugeführte Massenstrom groß. Vorheriges Abtrennen der wässrigen Phase, in der sich typischerweise so gut wie kein Wertprodukt befindet, kann diesen Massenstrom erheblich reduzieren, was zu einer effizienteren Aufarbeitung führen kann, wie dies in 8 dargestellt ist. Ausgehend von der Biotransformation wird die Emulsion der beschriebenen Phasentrennung mit komprimiertem Kohlendioxid unterzogen, wobei die wässrige Phase mit Zellen/Biomasse abgetrennt wird. Die verbleibende organische Phase wird einem weiteren Aufreinigungsschritt (z. B. einer Extraktion mit komprimiertem CO2) unterzogen, bei dem die in der organischen Phase enthaltenen Feststoffe durch Sedimentation abgetrennt werden
  • Alternativ zu Aufarbeitungen, die eine Extraktion enthalten, sind, sofern die organische Phase nach der Phasentrennung mit komprimiertem Kohlendioxid frei von bio genen Stoffen vorliegt, auch andere Trennverfahren oder beliebige Kombinationen davon zur Isolation des Wertproduktes möglich. Hierzu eignen sich verschiedenste Verfahren wie Chromatographie, Kristallisation, Destillation, Adsorption, Absorption, Membranverfahren, und Filtration. Allgemein ist diese Variante in 9 dargestellt. Ausgehend von der Biotransformation wird die Emulsion der beschriebenen Phasentrennung mit komprimiertem Kohlendioxid unterzogen, wodurch die wässrige Phase mit Zellen/Biomasse abgetrennt wird. Die verbleibende organische Phase wird einem weiteren Aufreinigungsschritt unterzogen, bei dem die in der organischen Phase enthaltenen Feststoffe durch Sedimentation abgetrennt werden. Anschließend wird die so erhaltene reine organische Phase einem/mehreren weiteren Trennschritt(en) zur Gewinnung des Wertproduktes unterzogen.
  • In der 10 ist beispielhaft das Extraktionsverhalten der Emulsion bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt. Aufgetragen ist die Konzentration der angegebenen Stoffe in der organischen Phase. Es ist zu erkennen, dass die mit 75 Massen-% CO2-behandelte Emulsion im Gegensatz zur ursprünglichen Emulsion eine wesentlich verminderte Konzentration an der Wertsubstanz Styroloxid aufweist.
  • Betrachtet wurde beispielhaft ein Zweiphasensystem nach der Phasentrennung gemäß des zuvor vorgeschlagenen Verfahrens. Dieses bestand aus einer wässrigen Phase, sowie Bis-2(ethylhexyl)phthalat als Hauptbestandteil der organischen Phase, in der neben dem Wertprodukt Styroloxid auch Oktan, Styrol sowie 2-Phenylethanol vorhanden waren. Beide Phasen wurden vor bzw. nach Behandlung mit Kohlendioxid mittels Gaschromatographie analysiert. Die Konzentration der Wertsubstanz Styroloxid in der organischen Phase ging durch die Behandlung mit Kohlendioxid stark zurück; in der wässrigen Phase konnte Styroloxid gar nicht nachgewiesen werden. Styroloxid wurde offensichtlich in die kohlendioxidreiche Phase extrahiert.
  • Referenzen
    • [1] R. Leon, P. Fernandes, H. M. Pinheiro, and J. M. S. Cabral, "Whole-cell biocatalysis in organic media," Enzyme and Microbial Technology, vol. 23, pp. 483–500, DEC 15 1998.
    • [2] M. D. Lilly, "Two-liquid-phase biocatalytic reactions," Journal of Chemical Technology and Biotechnology, vol. 32, pp. 162–169, 1982.
    • [3] P. Nikolova and O. P. Ward, "Whole cell biocatalysis in nonconventional media," Journal of Industrial Microbiology, vol. 12, pp. 76–86, FEB 1993.
    • [4] G. J. Salter and D. B. Kell, "Solvent selection for whole-cell biotransformations in organic media," Critical Reviews in Biotechnology, vol. 15, pp. 139–177, 1995.
    • [5] B. Bühler and A. Schmid, "Process implementation aspects for biocatalytic hydrocarbon oxyfunctionalization," Journal of Biotechnology, vol. 113, pp. 183–210, SEP 30 2004.
    • [6] H. M. Van Sonsbeek, H. H. Beeftink, and J. Tramper, "Two-liquid-phase bioreactors," Enzyme and Microbial Technology, vol. 15, pp. 722–729, Sep 1993.
    • [7] A. Kollmer, "Verfahrenstechnische Aspekte bei zweiphasigen Bioprozessen," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 202.
    • [8] R. G. Mathys, "Bioconversion in two-liquid phase systems: downstream processing," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 174.
    • [9] A. Schmid, "Two-liquid phase bioprocess development. Interfacial mass transfer reates and explosion safety," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997.
    • [10] S. D. Yeo and A. Akgerman, "Supercritical Extraction of Organic Mixtures from Aqueous-Solutions," Aiche Journal, vol. 36, pp. 1743–1747, Nov 1990.
    • [11] N. N. Zaki, R. G. Carbonell, and P. K. Kilpatrick, "A novel process for demulsification of water-in-crude oil emulsions by dense carbon dioxide," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 42, pp. 6661–6672, Dec 10 2003.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4028904 C1 [0009]
    • - DE 19754756 C1 [0009]
    • - US 6566410 B1 [0010]
    • - DE 10114920 A1 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - R. Leon, P. Fernandes, H. M. Pinheiro, and J. M. S. Cabral, "Whole-cell biocatalysis in organic media," Enzyme and Microbial Technology, vol. 23, pp. 483–500, DEC 15 1998 [0056]
    • - M. D. Lilly, "Two-liquid-phase biocatalytic reactions," Journal of Chemical Technology and Biotechnology, vol. 32, pp. 162–169, 1982 [0056]
    • - P. Nikolova and O. P. Ward, "Whole cell biocatalysis in nonconventional media," Journal of Industrial Microbiology, vol. 12, pp. 76–86, FEB 1993 [0056]
    • - G. J. Salter and D. B. Kell, "Solvent selection for whole-cell biotransformations in organic media," Critical Reviews in Biotechnology, vol. 15, pp. 139–177, 1995 [0056]
    • - B. Bühler and A. Schmid, "Process implementation aspects for biocatalytic hydrocarbon oxyfunctionalization," Journal of Biotechnology, vol. 113, pp. 183–210, SEP 30 2004 [0056]
    • - H. M. Van Sonsbeek, H. H. Beeftink, and J. Tramper, "Two-liquid-phase bioreactors," Enzyme and Microbial Technology, vol. 15, pp. 722–729, Sep 1993 [0056]
    • - A. Kollmer, "Verfahrenstechnische Aspekte bei zweiphasigen Bioprozessen," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 202 [0056]
    • - R. G. Mathys, "Bioconversion in two-liquid phase systems: downstream processing," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 174 [0056]
    • - A. Schmid, "Two-liquid phase bioprocess development. Interfacial mass transfer reates and explosion safety," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997 [0056]
    • - S. D. Yeo and A. Akgerman, "Supercritical Extraction of Organic Mixtures from Aqueous-Solutions," Aiche Journal, vol. 36, pp. 1743–1747, Nov 1990 [0056]
    • - N. N. Zaki, R. G. Carbonell, and P. K. Kilpatrick, "A novel process for demulsification of water-in-crude oil emulsions by dense carbon dioxide," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 42, pp. 6661–6672, Dec 10 2003 [0056]

Claims (26)

  1. Verfahren zur Aufarbeitung einer koaleszenzgehemmten Emulsion, aufweisend Bestandteile aus Ganzzell-Biotransformationen wie Zellen, lösliche Zellbestandteile, organische Lösungsmittel und/oder Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Biotransformation stabile, koaleszenzgehemmte Emulsion in einem Behälter mit Kohlendioxid im Überschuss versetzt und bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur für eine vorgebbare Zeitdauer mit dem Kohlendioxid gemischt wird, wonach sich die wässrige und die organische Phase der Emulsion voneinander trennen und sich die Zellen und Zellbestandteile sowohl der wässrigen als auch der organischen Phase im Bereich von deren Phasengrenzflächen getrennt abscheiden und anschließend separiert werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzzell-Biotransformationen unter Verwendung von Mikroorganismen als Katalysatoren ausgeführt werden.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zellen und Zellbestandteile sich am unteren Ende sowohl der wässrigen als auch der organischen Phase abscheiden.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die am unteren Ende der wässrigen und der organischen Phase abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteile getrennt abgezogen und die flüssigen Phasen einer weiteren Aufreinigung, insbesondere zur Gewinnung einer in zumindest einer der Phasen enthaltenen Wertsubstanz, unterzogen werden.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Phase mit den abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteilen sowie die organische Phase mit den abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteilen separat abgezogen und einer weiteren Aufreinigung unterzogen werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschiedenen Zellen und Zellbestandteile durch Sedimentation und/oder Zentrifugieren abgetrennt werden.
  7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Massenanteil Emulsion mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3 Massenanteile Kohlendioxid hinzugegeben werden.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid bei einem Druck oberhalb des Umgebungsdrucks, vorzugsweise oberhalb von 78 bar, besonders bevorzugt oberhalb von 115 bar, der Emulsion zugesetzt und/oder auf diesem Druck beim Mischen mit der Emulsion gehalten wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur, vorzugsweise oberhalb von 31°C, besonders bevorzugt oberhalb von 45°C der Emulsion zugesetzt und/oder bei dieser Temperatur beim Mischen mit der Emulsion gehalten wird.
  10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion mit dem Kohlendioxid für eine vorgebbare Zeitdauer von mindestens 1 Minute, vorzugsweise 2 Minuten gemischt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion in einem Behälter mit dem Kohlendioxid gemischt wird und die Phasen sich in dem gleichen Behälter nach dem Mischen trennen und eine in dem Behälter geschichtete Anordnung der einzelnen Phasen oder Bestandteile bilden, wonach die Phasen oder Bestandteile aus den einzelnen Schichten separat aus dem Behälter abgezogen werden.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion in einem ersten Behälter mit dem Kohlendioxid intensiv gemischt wird und die dadurch hergestellte homogene Mischung aus Emulsion und Kohlendioxid in einen zweiten Behälter verbracht wird, in dem sich die Phasen, vorzugsweise bei langsamem Rühren, trennen und eine in dem zweiten Behälter geschichtete Anordnung der einzelnen Phasen oder Bestandteile bilden, wonach die Phasen oder Bestandteile aus den einzelnen Schichten separat aus dem zweiten Behälter abgezogen werden.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion in einem ersten Behälter mit dem Kohlendioxid intensiv gemischt wird und die homogene Mischung aus Emulsion und Kohlendioxid in einen zweiten Behälter verbracht wird, in dem sich die wässrige und die organische Phase, vorzugsweise bei langsamem Rühren, voneinander trennen und die wässrige und die organische Phase separat aus dem zweiten Behälter in weitere Behälter abgezogen werden, in denen sich dann die Zellen und Zellbestandteile der wässrigen und der organischen Phase sowie das Kohlendioxid wieder voneinander absetzen und abgezogen werden.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Behälter im Vergleich zu Normalbedingungen ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur herrschen und in dem zweiten Behälter die Trennung unter Umgebungsbedingungen abläuft.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und dem zweiten Behälter ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur herrschen.
  16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Biotransformation und vor der Trennung der Emulsion in die einzelnen Phasen eine direkte Aufarbeitung der Emulsion zur Gewinnung einer Wertsubstanz aus der Emulsion erfolgt.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufarbeitung einen Extraktionsschritt zur Gewinnung einer Wertsubstanz, vorzugsweise aus der organischen Phase der Emulsion beinhaltet.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertsubstanz direkt aus der aufgearbeiteten Emulsion herausgetrennt und separat und/oder mit Verunreinigungen gemeinsam abgezogen wird.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass nur die extrahierte Wertsubstanz und die organischen Lösemittel sowie Kohlendioxid aus der Emulsion heraus getrennt und separat abgezogen werden.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufarbeitung überkritisches Kohlendioxid für eine Extraktion der Wertsubstanz in die Emulsion eingeleitet wird, wonach die extrahierte Wertsubstanz und Verunreinigungen aus der Emulsion abgezogen und weiter aufgearbeitet werden.
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Restemulsion in einer der direkten Extraktion der Wertsubstanz nachfolgenden Trennung unter Zugabe von Kohlendioxid weiter aufgetrennt und die Bestandteile der Restemulsion getrennt abgezogen werden.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertsubstanz und ggf. mit der Wertsubstanz heraus getrennte andere Substanzen der Emulsion oder das Kohlendioxid einer weiteren Aufarbeitung derart zugeführt wird, dass die Wertsubstanz und die anderen Substanzen getrennt und das Kohlendioxid zurück gewonnen wird.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von Wertsubstanz und Kohlendioxid durch vorzugsweise schnelle Druckabsenkung der aus der Emulsion heraus getrennten Bestandteile vorgenommen wird.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trennung der Emulsion mittels Kohlendioxid eine Aufarbeitung nur der Phase mit den darin vorhandenen Zellbestandteilen durch ein Trennverfahren erfolgt, bei dem die Wertsubstanz und/oder Kohlendioxid von dem Lösungsmittel getrennt wird.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennverfahren eine Extraktion mittels überkritischen Kohlendioxid durchgeführt wird.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennverfahren zur Trennung der Wertsubstanz aus einer organischen Phase ohne biogene Bestandteile mindestens ein Verfahrensschritt mittels Chromatographie, Kristallisation, Destillation, Adsorption, Absorption, Membranverfahren oder Filtration oder Kombinationen dieser Methoden verwendet wird.
DE102007034258A 2007-07-21 2007-07-21 Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid Withdrawn DE102007034258A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007034258A DE102007034258A1 (de) 2007-07-21 2007-07-21 Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid
DE102007059389A DE102007059389A1 (de) 2007-07-21 2007-12-06 Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen Gasen
PCT/DE2008/001177 WO2009012754A2 (de) 2007-07-21 2008-07-20 Verfahren zur aufarbeitung von koaleszenzgehemmten emulsionen aus ganzzell-biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen gasen, insbesondere mit kohlendioxid
US12/452,769 US8431358B2 (en) 2007-07-21 2008-07-20 Method for processing coalescence-inhibited emulsions from whole-cell biotransformations with compressed or supercritical gases
EP08784358A EP2170481A2 (de) 2007-07-21 2008-07-20 Verfahren zur aufarbeitung von koaleszenzgehemmten emulsionen aus ganzzell-biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen gasen, insbesondere mit kohlendioxid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007034258A DE102007034258A1 (de) 2007-07-21 2007-07-21 Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007034258A1 true DE102007034258A1 (de) 2009-01-22

Family

ID=40149101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007034258A Withdrawn DE102007034258A1 (de) 2007-07-21 2007-07-21 Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007034258A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007059389A1 (de) 2007-07-21 2009-06-10 Universität Dortmund Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen Gasen
EP2870988A1 (de) 2013-11-06 2015-05-13 Technische Universität Dortmund Verfahren zur Aufarbeitung von stabilen Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mittels Phaseninversion

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4028904C1 (en) 1990-09-12 1992-07-16 Synthesechemie Dr. Penth Gmbh, 6600 Saarbruecken, De Dissociating used coolant or lubricant - comprises saturating with carbon di:oxide under pressure to separate organic and aq. phase
WO1992013051A1 (de) * 1991-01-15 1992-08-06 Koch, Berthold Verfahren zum spalten von emulsionen od. dgl.
DE19754756C1 (de) 1997-12-10 1999-04-22 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung einer ölhaltigen, wäßrigen Emulsion
DE19926577A1 (de) * 1999-06-11 2000-12-14 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Emulsionsspaltung
DE10114920A1 (de) 2001-03-26 2002-10-10 Joachim Brimmer Ingenieurbuero Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion von organischen Monomeren aus einem Reaktionsgemisch
DE19806355C2 (de) * 1998-02-10 2003-04-03 Der Gruene Punkt Duales Syst Thermisches Trennverfahren für vermischte Polymere
US6566410B1 (en) 2000-06-21 2003-05-20 North Carolina State University Methods of demulsifying emulsions using carbon dioxide
US20050176140A1 (en) * 2004-02-10 2005-08-11 Benedict Daniel J. Method and apparatus for cell culture using a two liquid phase bioreactor
DE102005007174A1 (de) * 2005-02-16 2006-08-24 Cognis Ip Management Gmbh Verwendung von PIT-Emulsionen in biokatalytischen Reaktionen

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4028904C1 (en) 1990-09-12 1992-07-16 Synthesechemie Dr. Penth Gmbh, 6600 Saarbruecken, De Dissociating used coolant or lubricant - comprises saturating with carbon di:oxide under pressure to separate organic and aq. phase
WO1992013051A1 (de) * 1991-01-15 1992-08-06 Koch, Berthold Verfahren zum spalten von emulsionen od. dgl.
DE19754756C1 (de) 1997-12-10 1999-04-22 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung einer ölhaltigen, wäßrigen Emulsion
DE19806355C2 (de) * 1998-02-10 2003-04-03 Der Gruene Punkt Duales Syst Thermisches Trennverfahren für vermischte Polymere
DE19926577A1 (de) * 1999-06-11 2000-12-14 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Emulsionsspaltung
US6566410B1 (en) 2000-06-21 2003-05-20 North Carolina State University Methods of demulsifying emulsions using carbon dioxide
DE10114920A1 (de) 2001-03-26 2002-10-10 Joachim Brimmer Ingenieurbuero Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion von organischen Monomeren aus einem Reaktionsgemisch
US20050176140A1 (en) * 2004-02-10 2005-08-11 Benedict Daniel J. Method and apparatus for cell culture using a two liquid phase bioreactor
DE102005007174A1 (de) * 2005-02-16 2006-08-24 Cognis Ip Management Gmbh Verwendung von PIT-Emulsionen in biokatalytischen Reaktionen

Non-Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Kollmer, "Verfahrenstechnische Aspekte bei zweiphasigen Bioprozessen," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 202
A. Schmid, "Two-liquid phase bioprocess development. Interfacial mass transfer reates and explosion safety," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997
B. Bühler and A. Schmid, "Process implementati<?page 8?>on aspects for biocatalytic hydrocarbon oxyfunctionalization," Journal of Biotechnology, vol. 113, pp. 183-210, SEP 30 2004
G. J. Salter and D. B. Kell, "Solvent selection for whole-cell biotransformations in organic media," Critical Reviews in Biotechnology, vol. 15, pp. 139-177, 1995
H. M. Van Sonsbeek, H. H. Beeftink, and J. Tramper, "Two-liquid-phase bioreactors," Enzyme and Microbial Technology, vol. 15, pp. 722-729, Sep 1993
M. D. Lilly, "Two-liquid-phase biocatalytic reactions," Journal of Chemical Technology and Biotechnology, vol. 32, pp. 162-169, 1982
N. N. Zaki, R. G. Carbonell, and P. K. Kilpatrick, "A novel process for demulsification of water-in-crude oil emulsions by dense carbon dioxide," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 42, pp. 6661-6672, Dec 10 2003
P. Nikolova and O. P. Ward, "Whole cell biocatalysis in nonconventional media," Journal of Industrial Microbiology, vol. 12, pp. 76-86, FEB 1993
PENTH,Bernd: Emulsionsspaltung mit Kohlensäure. In : Umwelt Magazin,März 1991, S.68,69;
PENTH,Bernd: Emulsionsspaltung mit Kohlensäure. In: Umwelt Magazin,März 1991, S.68,69;; *
R. G. Mathys, "Bioconversion in two-liquid phase systems: downstream processing," in Institute of Biotechnolgy Zurich: Swiss Federal Institute of Technology, 1997, p. 174
R. Leon, P. Fernandes, H. M. Pinheiro, and J. M. S. Cabral, "Whole-cell biocatalysis in organic media," Enzyme and Microbial Technology, vol. 23, pp. 483-500, DEC 15 1998
S. D. Yeo and A. Akgerman, "Supercritical Extraction of Organic Mixtures from Aqueous-Solutions," Aiche Journal, vol. 36, pp. 1743-1747, Nov 1990

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007059389A1 (de) 2007-07-21 2009-06-10 Universität Dortmund Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen Gasen
EP2870988A1 (de) 2013-11-06 2015-05-13 Technische Universität Dortmund Verfahren zur Aufarbeitung von stabilen Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mittels Phaseninversion
US10343130B2 (en) 2013-11-06 2019-07-09 Technische Universitaet Dortmund Method for processing of stable emulsions from whole-cell biotransformations by means of phase inversion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2545149B1 (de) Lipidabtrennung aus suspensionen
WO1996006138A1 (de) Verfahren zur extraktion natürlicher carotinoid-farbstoffe
EP2315825B1 (de) Zellaufschluss pflanzlicher oder tierischer ausgangsmaterialien mittels kombination von sprühverfahren und dekompression zur selektiven extraktion und abscheidung intrazellulärer wertstoffe
DE2138428B2 (de) Verfahren zur gegebenenfalls gleichzeitigen Gewinnung von reinen n-Paraffinen und Mineralölen mit tiefem Stockpunkt
EP2195107A1 (de) Verfahren zur gewinnung von aromatischen kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffgemisch
WO2009043754A1 (de) Verfahren zur gewinnung von aromatischen kohlenwasserstoffen aus einem kohlenwasserstoffgemisch
EP2170481A2 (de) Verfahren zur aufarbeitung von koaleszenzgehemmten emulsionen aus ganzzell-biotransformationen mit komprimierten oder überkritischen gasen, insbesondere mit kohlendioxid
EP3234082B1 (de) Verfahren zur extraktion von ölhaltigen bestandteilen aus kaffeebohnen und/oder reststoffen der kaffeeproduktion
EP2366759A1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus Ölsand
DE102009034949A1 (de) Verfahren zur Aufbereitung einer Suspension
DE2637553A1 (de) Oelemulsionsbearbeitung
DE102007034258A1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid
DE69112441T2 (de) Verfahren zur Raffinierung von Mischungen erhalten durch Behandlung eines fetthaltigen Milieus mit Cyclodextrin und enthaltenen Komplexen von Cyclodextrin mit fettsäureartigen lipophilen Verbindungen.
EP0568791A2 (de) Verfahren zur Aufbereitung von Verpackungsmaterialien
EP2166878B1 (de) Naturstoffextraktion
WO2023041680A1 (de) Verfahren zur reinigung eines synthetischen rohölstroms
EP2870988B1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von stabilen Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mittels Phaseninversion
EP1847587B1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von Altölen zu Schmierölen mit hohem Viskositätsindex
EP3077073B1 (de) Abtrennung von ionischen flüssigkeiten in koalesziervorrichtungen
AT365626B (de) Verfahren zur aufarbeitung von, insbesondere in form stabiler emulsionen bzw. dispersionen vorliegenden, gemischen
DE2047162C2 (de) Verfahren zum Auftrennen eines Gemisches von Verbindungen durch Flüssig-Flüssig-Extraktion
EP3666863B1 (de) Verfahren zum reinigen von kunststoffpartikel enthaltenden abfallfetten und -ölen
DE1792638A1 (de) Verfahren zum Agglomerieren von in einer Fluessigkeit suspendierten festen Teilchen
EP0997456B1 (de) Verfahren zur Rückgewinnung von Cumolhydroperoxid aus hydroperoxidhaltigem Wasser
DE3433611A1 (de) Verfahren zur abtrennung von zellmasse

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20140527

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee