DE102007034258A1

DE102007034258A1 - Processing a coalescence inhibited emulsion comprising components made from complete cell biotransformations like e.g. soluble cell components, comprises mixing the emulsion after biotransformation with carbon dioxide in a container

Info

Publication number: DE102007034258A1
Application number: DE102007034258A
Authority: DE
Inventors: geb. Hannich Gabriele Dr. Sadowski; Andreas Dr. Schmid; Bruno Dr. Bühler; Michael Dipl.-Ing. Görnert; Christoph Brandenbusch
Original assignee: Universitat Dortmund; Technische Universitaet Dortmund
Current assignee: Universitat Dortmund; Technische Universitaet Dortmund
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Processing a coalescence inhibited emulsion comprising components made from complete cell biotransformations such as cells, soluble cell components, organic solvents and/or water, comprises transferring the stable, coalescence inhibited emulsion after the biotransformation, into a container comprising excess amount of carbon dioxide and mixing with carbon dioxide at high pressure and high temperature for a predetermined time duration, where the cells and cell components as wells as the aqueous and the organic phase are separated on their phase boundary surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von koaleszenzgehemmten Emulsionen aus Ganzzell-Biotransformationen mit Kohlendioxid gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a process for working up of coalescence-inhibited Emulsions of whole-cell biotransformations with carbon dioxide according to the preamble of claim 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.For the biocatalytic conversion of apolar organic molecules often becomes an aqueous-organic two-phase system uses [1-5]. This system allows the use and the accumulation of high concentrations poorly water-soluble Substrates and products, wherein the organic phase consisting of an apolar, non-toxic solvent or a Mixture of several solvents as a substrate reservoir and / or serves as a product sink. In addition, the organic phase protects against toxic effects of substrates and products. Furthermore can the characteristic distribution of substrates and products used in the two phases, kinetic product inhibition To prevent equilibrium reactions in the desired Direction to increase the enantioselectivity and to control multi-step reactions.

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].typically, Such two-phase systems are highly emulsified to high mass transfer rates to reach. Promotes the formation of stable emulsions also by high biocatalyst concentrations, especially when whole microbial cells are used. Here are high concentrations macromolecular surface-active substances (lipids, Proteins, polysaccharides, biosurfactants, cell debris) on [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.There in two-phase bioprocesses in addition to product isolation from economic and for environmental reasons also solvent recycling is essential, the two phases must after biotransformation be separated from each other. This phase separation has become stable coalescence-inhibited emulsions, as in the use of whole Microbial cells appear to be difficult. Various Methods for phase separation such as centrifugation, membrane filtration, Filter coalescence, addition of de-emulsifiers or thermal processes gave unsatisfactory results or were apparative as well as temporally very expensive [7]. The complex phase separation is considered a major limitation for the industrial implementation of bi-phase bioprocesses with their great economic as well as ecological Potential. In the field of phase separation in two-phase whole cell biotransformations There is therefore a need for innovation.

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).typically, The systems are derived from biotransformation by centrifugation initially roughly separated. Subsequently, several Filtration and (ultra) centrifugation steps performed to to achieve a sufficient separation. The so very expensive recovered organic phase is then a distillative or subjected to extractive work-up to separate the desired product (However, sufficient phase separation can not be achieved. Therefore, it is not possible, the value-containing organic Phase completely separate from the aqueous phase, which makes further processing considerably more difficult).

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.at Another separation method is attempted after a coarse mechanical Separation of other ingredients to purify the emulsion by distillation, whereby problems by fouling and two-phase in the column occur. In an enzymatic process, the emulsion is passed through Use of hydrolases separated with good results. Except for The latter methods are not all previous methods able to achieve a defined phase separation. A complete Separation of both the cellular components and the aqueous Phase of the organic phase is not yet possible. The separation of the cell mass is of great importance because in subsequent process steps to encrustations or blockages can lead. With the described alternative approaches Furthermore, no permanent separation of the phases can be achieved become. A disadvantage of the previous method is still next the high number of purification steps of possibly necessary use a solvent used for extraction, which is subsequently must be recovered again.

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.The separation of aqueous-organic biphasic systems under discussion here is described below by way of example by the separation of coalescence-inhibited emulsions from biphasic whole-cell biotransformations, for example in apolar solvents. The reaction mixture present here after biotransformation does not separate spontaneously and after prolonged standing is essentially as in 1 presented before. The mixture is optically composed of three phases, with a milky organic / aqueous emulsion forming the upper phase (I), which in addition to the organic solvent contains the educt, by-products and the product. Furthermore, this emulsion also contains dissolved components and surfactants (salts, nutrients, lipids, proteins, polysaccharides, biosurfactants). The second optically identifiable phase (II) is an aqueous phase in which the necessary nutrients for cultivation (which are also partially present in the emulsion) are located and from which the cells / biomass (III) settle in a third phase.

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.The complexity of the present reaction mixture becomes even clearer when ver seeks to separate the two-phase system by conventional methods such as centrifugation. So you get even after long centrifugation in 2 illustrated appearance. After prolonged centrifugation of the mixture 1 the influence of the macromolecular surface-active substances present in the emulsion (lipids, proteins, polysaccharides, biosurfactants, cell debris) is clearly recognizable. While the cells contained in the aqueous phase settle at the bottom of the vessel (IV), and the aqueous phase (III) has a sharp upper phase interface, in the emulsion (phase I in 1 ) only an insufficient separation into an organic phase (I) and an inter- or emulsion phase (II) are observed.

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.There are various applications known in which a fumigation of an emulsion of oil and water by means of CO _{2 was used} to separate the two components oil and water. So is about from the DE 40 28 904 C1 or the DE 197 54 756 C1 In each case, such a method is known in which so-called. Cooling lubricant for cooling machine processing processes after use are processed in this way. However, such emulsions are very easy to separate, since these are only relatively unstable simple emulsions of two quite differently behaving substances and usually no emulsifying stabilizing components of biochemical nature are included.

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.Also in petrochemical processes occur often "oil in water" emulsions [10, 11], the example of about from the US 6 566 410 B1 are known. Similar applications are from the DE 101 14 920 A1 for the extraction of organic monomers known.

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.It methods are still known in which by means of carbon dioxide Extractions of biomaterials are made in single phase Substance mixtures are present (and have impurities). at however, carbon dioxide serves as a carrier in such processes chemical substances that perform the appropriate extraction and therefore these methods can not deal with segregation multiphase mixtures of substances are compared.

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.task the present invention is therefore to provide a method with which the components of coalescence-inhibited emulsions Whole cell biotransformations are so separated That can be a clean and in terms of mass flow efficient separation in a short time.

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.The Solution of the problem of the invention arises from the characterizing features of claim 1 in Interaction with the characteristics of the generic term. Further advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

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.The invention is based on a process for working up a coalescence-inhibited emulsion comprising constituents of whole-cell biotransformations such as cells, soluble cell constituents, organic solvents and / or water. In accordance with the invention, such a process is further developed in that the coalescence-inhibited emulsion which is stable after the biotransformation is admixed with carbon dioxide in excess in a container and mixed at elevated pressure and elevated temperatures for a prescribable period of time, after which the aqueous and the organic Separate phase of the emulsion and separate the cells and cell components of both the aqueous and the organic phase in the range of their interfaces or phase interfaces and then separated. After the addition of carbon dioxide, preferably in excess (for example of about 3 parts by mass of compressed carbon dioxide per part by mass of emulsion) and preferably under a pressure of, for. B. about 115 bar and at a temperature of z. B. about 45 ° C, the emulsion for 2 minutes is mixed intensively with the carbon dioxide. The higher the temperature used here, the higher the pressure should be. After switching off the mixer, a sharp separation of the aqueous and organic phase is then observed, whereby cell constituents at the interfaces of the phases (for example also at an interface to a container or the like) both at the lower end of the aqueous phase and the organic phase deposit. These cell components can now be easily separated, as they sediment faster, in contrast to the original emulsion. Even after the pressure release, the phases separate quickly again after repeated mixing. The valuable product-containing, organic phase can then be worked up efficiently, for example by supercritical extraction. The process according to the invention offers an enormous potential for separating emulsions from biocatalytic processes (such as, for example, whole-cell biotransformations using microorganisms as catalysts) and working them up at low cost and at low cost. It can be achieved by using compressed carbon dioxide as a solvent high efficiency in further process steps. The effect of carbon dioxide is probably based primarily on a purely physical interaction with the constituents of the emulsion, which leads to a selective separation of the phases (and components) of the emulsion and thus the otherwise severely separable mixture of the phases (and constituents) makes technically meaningful separable in the first place. The method proposed here for working up emulsions from whole cell biotransformations with compressed carbon dioxide thereby provides a considerable improvement in the purification of the reaction mixtures described. After just a short mixing (2 min) of the emulsion with the carbon dioxide, this turns into 3 illustrated phase behavior. After the carbon dioxide has been compressed into the reaction mixture, not only can the cells (IV) located in the aqueous phase (III) settle at the bottom of the vessel, but also the cell fragments / macromolecules in the interphase / emulsion phase (II) at the phase interface between an organic phase (I) and an aqueous phase (III). This is done after switching off the stirrer within a very short time (typically less than 2 minutes). The volume ratio of organic to aqueous phase is advantageously 1: 1. The separation state obtained by working up with compressed carbon dioxide remains even after relaxation and outgassing of the carbon dioxide (and remixing) obtained, so that a subsequent separation can take place both at atmospheric pressure and under elevated pressure. For reasons of energy efficiency, however, it may be useful here to prefer a further separation under increased pressure. This is mainly due to the fact that in addition to conventional separation processes for the purification of the desired product from the organic phase and extraction with compressed carbon dioxide comes into question.

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.From It is particularly advantageous that the cells and cell constituents themselves at the bottom of both the aqueous and the organic Phase out. This makes device technology easy targeted removal of these components (phases and solids) reach the emulsion and a corresponding carryover not avoid desired components in the individual fractions. In particular, these separate phases may be another Purification in particular for obtaining one in at least one be subjected to the phases contained value substance. As a valuable substance is to look at any substance within the emulsion, the one represents the desired result of the biocatalytic process and for appropriate use in customary technical quantities are made available should.

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.Of course It is also conceivable that from the segregated emulsion too the aqueous phase with the deposited cells and cell components and the organic phase with the deposited cells and cell components withdrawn separately and each separated for further purification for example by sedimentation or the like for obtaining the Cells or cell components can be subjected.

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.In a first conceivable embodiment, the emulsion in so-called. Batch operation be mixed with the carbon dioxide in a container, whereupon the phases are in the same container after the Mixing and a layered arrangement in the container of the individual phases or constituents, after which the phases or components from the individual layers separately from the container subtracted from. This is only a single container for mixing the emulsion with the carbon dioxide and for separation required of the individual fractions, whereby the device technical Effort is minimized.

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.For a continuous separation is in another embodiment also possible that the emulsion in a first container is mixed intensively with the carbon dioxide and the resulting produced homogeneous mixture of emulsion and carbon dioxide in a second Container is spent, in which the phases, preferably with slow stirring, separate and one in the second container layered arrangement of the individual phases or constituents, after which the phases or constituents from the individual layers be withdrawn separately from the second container. However, that is this solution is technically problematic because the levels in the second container and thus the position of the phase interfaces must be kept constant.

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.In Another conceivable embodiment of this problem the emulsion is in a first container with the carbon dioxide mixed thoroughly and the homogeneous mixture of emulsion and carbon dioxide spent in a second container in which the aqueous and the organic phase, preferably with slow stirring, separate from each other, after which the aqueous and the organic Phase separately from the second container in more containers be subtracted, in which then the cells and cell components the aqueous and the organic phase and the carbon dioxide to separate to let. This can be the problems of process control be reduced or avoided.

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.Conceivable It is also the case that in the first container an increased Pressure and an elevated temperature prevail and in the second Container the separation takes place under ambient conditions. Depending on the emulsion to be processed, it may also make sense be, if in both containers an increased pressure and an elevated temperature prevail.

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.Regarding the integration of the separation according to the above Procedure into an overall process for obtaining the individual fractions The emulsion may be useful if after biotransformation and before the separation of the emulsion into the individual phases a direct Working up of the emulsion to obtain a valuable substance takes place. This can be an early separation of the valuable substance be brought about, which is gentle on material and after which a simple separation of the solid components of the Emulsion or recycling of the solvent can be done.

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.Conceivable it is here that the workup is an extraction step for Obtaining a valuable substance, preferably from the organic phase of Emulsion includes. Such extractions, even using supercritical Carbon dioxide are basically known and serve z. B. often for the recovery of individual substances from plant components as in the spice production. This can be in further Design the valuable substance separated directly from the emulsion and separately and / or with impurities withdrawn together. It makes sense here, if only the extracted Wertsubstanz and the organic solvents as well as carbon dioxide from the emulsion Separated and separated separately to be in a targeted Work-up a complete separation of the valuable substance with recovery of solvent and carbon dioxide bring about.

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.From It is also advantageous if the residual emulsion in one of the direct Extraction of the substance of value subsequent separation with addition further separated by carbon dioxide and the components of the residual emulsion be deducted separately.

Auch hierdurch können erneut benutzbare Substanzen gezielt wiedergewonnen werden.Also As a result, reusable substances can be specifically recovered become.

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.Conceivable It is in particular that the separation of valuable substance and carbon dioxide by rapid pressure reduction of the separated out of the emulsion Ingredients is made. This is the guest of the carbon dioxide the mixture with the valuable substance and can in very pure form and be recovered in an energetically simple way.

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.Conceivable It is also that after the separation of the emulsion by means of carbon dioxide a workup of only the phase with the cell components present therein is carried out by a separation process in which the valuable substance and / or Carbon dioxide to be separated from the solvent.

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.When Separation process can be about an extraction by means of supercritical Carbon dioxide be performed. This can already be done carbon dioxide used in cell / emulsion separation also for Extraction can be used. This can be after the easily recover recovered extraction by reducing the pressure and use it again in the process.

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.alternative for workup containing an extraction can be used as a separation process for separating the valuable substance from an organic phase without biogenic Constituents also at least one process step from chromatography, Crystallization, distillation, adsorption, absorption, membrane processes or filtration or combinations of these methods.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the invention Procedure shows the drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch nach der Biotransformation und nach Settling, 1 Typical arrangement of the phases in a reaction mixture after biotransformation and after settling,

2 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch gemäß 1 nach längerer Zentrifugation, 2 Typical arrangement of the phases in a reaction mixture according to 1 after prolonged centrifugation,

3 – typische Anordnung der Phasen in einem Reaktionsgemisch nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens 3 Typical arrangement of the phases in a reaction mixture after the application of the method according to the invention

4 – eine erste bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion, 4 A first preferred embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention for separating the coalescence-inhibited emulsion,

5 – eine andere bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion in zwei Schritten, 5 Another preferred embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention for separating the coalescence-inhibited emulsion in two steps,

6 – eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung der koaleszenzgehemmten Emulsion, 6 A further preferred embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention for separating the coalescence-inhibited emulsion,

7 – eine erste Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung nach erfolgter Extraktion des Wertproduktes, 7 A first possibility for the realization of the product processing by emulsion separation after the extraction of the desired product,

8 – eine andere Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung vor einer Extraktion des Wertproduktes, 8th Another possibility for the realization of the product processing by emulsion separation before an extraction of the desired product,

9 – eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Produktaufarbeitung durch Emulsionstrennung vor einer Isolation des Wertproduktes durch einen/mehrere weitere(n) Trennschritt(e), 9 - Another way to implement the product processing by emulsions separation from an isolation of the desired product by one or more further separation step (s),

10 – Extraktionsverhalten der Emulsion für eine Beispiellösung. 10 - Extraction behavior of the emulsion for a sample solution.

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.In the 4 to 10 various processes are shown with which an emulsion resulting from a biotransformation can be separated into its individual constituents, whereby this process is also particularly suitable for industrial use.

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.In the presented method, the cell suspension from a biotransformation (phases I, II and III of 1 ) are placed directly in a pressure vessel ( 6 ) and heated to about 45 ° C. Subsequently, carbon dioxide is added to the emulsion with a suitable device until the carbon dioxide content based on the total mass is about 75%. The pressure of the mixture is increased to about 115-120 bar and intensively mixed for at least two minutes. After switching off the stirrer, the desired phase and cell separation in the pressure vessel, as this in 3 is shown schematically. Here, the phase IV represents an amount of cells separated from the aqueous phase III. Subsequently, the system obtained can be subjected to a simple separation in one or two settler units and / or the organic phase can be fed directly to a subsequent supercritical extraction with carbon dioxide to get the actual value product out of it.

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).It could be observed that the phase separation is maintained even after draining the carbon dioxide. Thus, a significantly improved and faster phase separation can then be observed even at atmospheric pressure and room temperature. The cell constituents formerly in the emulsion (phase I in 1 and phase II in 2 ) are now located at the phase interface between the aqueous phase (phase II in 1 and phase III in 2 ) and organic phase (Phase I in 2 and 3 ) and can be easily separated (Phase II and for the cells 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.investigations at the interphase between organic phase and aqueous Phase have shown that a change is noticeable is. So is already at 100x magnification under the microscope to detect that in the emulsion before treatment with carbon dioxide an agglomeration of the cell components at the Phase interface takes place. After treatment with compressed carbon dioxide, this is under the microscope at the same magnification no longer detect. On the contrary, there are sharp phase boundaries before, whereby the probable cell components homogeneous in the lower Area of the organic phase I are present.

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.By Use of compressed carbon dioxide can after the separation the emulsion is carried out an extraction of the valuable substance provided that the value substance under the given conditions dissolves in carbon dioxide.

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.The described processing of the emulsion with carbon dioxide can be carried out in one or more steps. In the 4 to 6 possible variants are sketched for this.

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.The separation of the coalescence-inhibited emulsion by a mixer-settler unit, as in 4 is shown, is technically problematic control, since the levels and thus the position of the phase interfaces must be kept constant, but comes with a few containers. For this purpose, the reaction mixture is added together with carbon dioxide under elevated pressure and elevated temperature in a pressure vessel M1 and thoroughly mixed there. Subsequently, the homogeneous emulsion is placed in container B1, where with slow stirring with the motor-driven mixer M sets a phase separation. The respective phases can then be deducted directly to subject them to further purification.

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.A simpler control can be achieved by dividing the phase separation after the mixer M again and separating only the organic phase with cell fragments / macromolecules from the aqueous phase with cells / biomass. Subsequently, the solid components from the respective phases are deposited by sedimentation. This procedure is in 5 outlined. Herein, the reaction mixture is added together with carbon dioxide under elevated pressure and elevated temperature in a pressure vessel M1 and thoroughly mixed there. Subsequently, the homogeneous emulsion is placed in container B1, where, with further stirring, a phase separation between organic phase with cell fragments / macromolecules and aqueous phase with cells / biomass sets. The respective phases can then be transferred to the containers B2-B4. In the containers B3 and B4, the solids are separated by sedimentation.

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.In addition to the continuous operation in a mixer-settler unit, batch operation in a single container is also conceivable in which first the reaction mixture is mixed for a certain time with the addition of compressed carbon dioxide and after switching off the stirrer / homogenizer M the gravimetric separation is waited. Here, too, the respective phases can be deducted directly afterwards (see 6 ). The reaction mixture is combined with carbon dioxide placed under elevated pressure and temperature in a pressure vessel and mixed intensively for a certain time. Subsequently, the stirrer / homogenizer M is turned off / slowed down, so that sets a phase separation. The respective phases can then be deducted directly to subject them to further purification.

Mit den durch eine der drei Varianten erhaltenen reinen Fraktionen kann nun weiter verfahren werden.With the pure fractions obtained by one of the three variants can now continue to proceed.

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.For the entire process of recovering the valuable substance while at the same time as complete as possible recovery of the process substances, it may be useful to separate the emulsion before or after a further work-up, for. As an extraction of the desired product. Alternatives to carrying out a product workup from the biotransformation to the pure value product are in the 7 to 9 shown.

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.This in 7 The process shown here has the advantage that the desired product can be extracted directly from the emulsion. Based on the biotransformation, the emulsion is transferred directly to an extraction. Here is, for. B. by compressed carbon dioxide under elevated pressure and elevated temperature, the product of value directly extracted. By lowering the pressure, the value product precipitates and the carbon dioxide can be recycled. The remaining emulsion is subjected to the described phase separation with compressed carbon dioxide, whereby in further steps a simple separation of the solid constituents, as well as a recycling of the solvent can take place.

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 werdenHowever, the mass flow supplied to the extraction is large. Previous separation of the aqueous phase, which typically contains virtually no desired product, can reduce this mass flow considerably, which can lead to a more efficient work-up, as described in US Pat 8th is shown. Starting from the biotransformation, the emulsion is subjected to the described phase separation with compressed carbon dioxide, the aqueous phase being separated off with cells / biomass. The remaining organic phase is subjected to a further purification step (eg, extraction with compressed CO ₂ ) in which the solids contained in the organic phase are separated by sedimentation

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.As an alternative to workups containing an extraction, if the organic phase is present after the phase separation with compressed carbon dioxide free of bio genes substances, other separation methods or any combination thereof for the isolation of the desired product possible. Various methods are suitable for this purpose, such as chromatography, crystallization, distillation, adsorption, absorption, membrane processes, and filtration. Generally this variant is in 9 shown. Based on the biotransformation, the emulsion is subjected to the described phase separation with compressed carbon dioxide, whereby the aqueous phase is separated with cells / biomass. The remaining organic phase is subjected to a further purification step in which the solids contained in the organic phase are separated by sedimentation. Subsequently, the pure organic phase thus obtained is subjected to one / more further separation step (s) to obtain the desired product.

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.In the 10 is exemplified the extraction behavior of the emulsion when using the method according to the invention. Plotted is the concentration of the specified substances in the organic phase. It can be seen that the emulsion treated with 75% by mass of CO _2, in contrast to the original emulsion, has a substantially reduced concentration of the valuable substance styrene oxide.

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.considered was exemplified by a two-phase system after phase separation according to the previously proposed method. This consisted of an aqueous phase, as well as bis-2 (ethylhexyl) phthalate as the main component of the organic phase, in addition to the value product Styrene oxide also octane, styrene and 2-phenylethanol were present. Both phases were before or after treatment with carbon dioxide by means of Gas chromatography analyzed. The concentration of the valuable substance Styrene oxide in the organic phase went through the treatment with Carbon dioxide strongly back; in the aqueous phase Styrene oxide could not be detected at all. Styrene oxide was apparently extracted into the carbon dioxide-rich phase.

Referenzenreferences

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Process for working up a coalescence-inhibited emulsion comprising components of whole-cell biotransformations such as cells, soluble cell constituents, organic solvents and / or water, characterized in that the coalescence-inhibited emulsion stable after the biotransformation in a container is admixed with carbon dioxide in excess and at elevated pressure and elevated temperature for a predetermined period of time is mixed with the carbon dioxide, after which separate the aqueous and the organic phase of the emulsion from each other and separate the cells and cell components of both the aqueous and the organic phase in the region of their phase boundaries separately and then separated ,

Process according to claim 1, characterized characterized in that the whole cell biotransformations using be carried out by microorganisms as catalysts.

Method according to one of the claims 1 or 2, characterized in that cells and cell components at the bottom of both the watery and the Separate organic phase.

A method according to claim 3, characterized characterized in that at the lower end of the aqueous and the organic phase deposited cells and cell components withdrawn separately and the liquid phases of another Purification, in particular for obtaining one in at least one the phases contained Wertsubstanz be subjected.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the aqueous phase with the separated cells and cell components as well as the organic Phase with the separated cells and cell components separately deducted and subjected to further purification.

A method according to claim 5, characterized characterized in that the deposited cells and cell constituents be separated by sedimentation and / or centrifugation.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that per mass fraction Emulsion at least 2, preferably at least 3 parts by mass of carbon dioxide be added.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the carbon dioxide at a pressure above the ambient pressure, preferably above of 78 bar, more preferably above 115 bar, added to the emulsion and / or kept at this pressure when mixing with the emulsion becomes.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the carbon dioxide at temperatures above ambient, preferably above 31 ° C, more preferably above 45 ° C added to the emulsion and / or at this temperature during mixing is held with the emulsion.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the emulsion with the carbon dioxide for a predetermined period of at least 1 minute, preferably 2 minutes is mixed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the emulsion in a container is mixed with the carbon dioxide and the phases are in the same Separate container after mixing and one in the container layered arrangement of the individual phases or constituents, after which the phases or constituents from the individual layers be removed separately from the container.

Method according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the emulsion in a first Container with the carbon dioxide is mixed intensively and the homogeneous mixture of emulsion and carbon dioxide produced thereby is spent in a second container in which the Separate phases, preferably with slow stirring, and a layered in the second container arrangement of individual phases or constituents, after which the phases or Components from the individual layers separately from the second Be withdrawn container.

Method according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the emulsion in a first Container with the carbon dioxide is mixed intensively and the homogeneous mixture of emulsion and carbon dioxide in a second Container in which the aqueous and the organic phase, preferably with slow stirring, separate from each other and the aqueous and the organic Phase separately from the second container in more containers be subtracted, in which then the cells and cell components the aqueous and the organic phase and the carbon dioxide again set down and deducted from each other.

Method according to one of claims 12 or 13, characterized in that in the first container in comparison to normal conditions increased pressure and elevated temperature prevail and in the second vessel, the separation proceeds under ambient conditions.

Method according to one of the claims 12 or 13, characterized in that in the first and the second Container an increased pressure and increased Temperature prevail.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that after biotransformation and before the separation of the emulsion in the individual phases of a direct workup of the Emulsion for obtaining a valuable substance from the emulsion takes place.

A method according to claim 16, characterized characterized in that the workup comprises an extraction step for Obtaining a valuable substance, preferably from the organic phase the emulsion includes.

Method according to one of the claims 16 or 17, characterized in that the valuable substance directly separated from the reclaimed emulsion and separately and / or With impurities is deducted together.

Method according to one of the claims 16 or 17, characterized in that only the extracted value substance and the organic solvents as well as carbon dioxide from the Separate emulsion and peeled separately.

Method according to one of the claims 16 to 19, characterized in that for processing supercritical Carbon dioxide for extraction of valuable substance in the Emulsion is introduced, after which the extracted Wertsubstanz and Impurities removed from the emulsion and further worked up become.

Method according to one of the claims 16 to 20, characterized in that the residual emulsion in a the direct extraction of the valuable substance subsequent separation further separated with the addition of carbon dioxide and the constituents of Residual emulsion are withdrawn separately.

Method according to one of the claims 16 to 21, characterized in that the valuable substance and optionally with the substance of value separated out other substances of the emulsion or the carbon dioxide fed to a further workup such is that the Wertsubstanz and the other substances separated and the carbon dioxide is recovered.

Method according to one of the claims 16 to 22, characterized in that the separation of valuable substance and carbon dioxide by preferably rapid pressure reduction of made from the emulsion separated components.

Method according to one of the claims 16 to 23, characterized in that after the separation of the emulsion By means of carbon dioxide, a work-up only the phase with the therein existing cell constituents by a separation process, at the valuable substance and / or carbon dioxide from the solvent is disconnected.

A method according to claim 24, characterized characterized in that as a separation method extraction by means of supercritical Carbon dioxide is carried out.

A method according to claim 24, characterized characterized in that as a separation process for the separation of the valuable substance from an organic phase without biogenic components at least a process step by means of chromatography, crystallization, Distillation, adsorption, absorption, membrane processes or filtration or combinations of these methods is used.