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Verfahren zur Reinigung wäßriger Lysinlösungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Entfernung verschiedener Aminverunreinigungen aus wäßrigen
Lysinlösungen.
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Nach einer bekannten Methode zur Synthese von Lysin wird ein 5-(4-Halogenbutyl)
-hydantoin, z. B. die Chlor- oder Bromverbindung, mit Ammoniak umgesetzt und das
erhaltene Gemisch mit einer wäßrigen Lösung einer starken Säure oder Base hydrolysiert.
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Bei der Umsetzung des Halogenbutylhydantoins mit Ammoniak fallen als
Nebenprodukte verschiedene sekundäre und tertiäre Aminoverbindungen an, die substituierte
Hydantoine darstellen. Bei der hydrolytischen Herstellung des Lysins unterliegen
die obigen Nebenprodukte einer hydrolytischen Umwandlung in Aminosäuren, die das
Lysin verunreinigen. Zu diesen Verunreinigungen gehören im allgemeinen sekundäre
und tertiäre Amine, wie Bis-(5-amino-5-carboxypentyl) -amin und Tris- (5-amino-5-carboxypentyl)
-amin.
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Die Aminverunreinigungen der oben beschriebenen Art werden zusammen
mit dem Lysin bei den meisten Lysinsynthesen gebildet. Da sie keinen Nährwert besitzen,
ist ihre Anwesenheit im Lysin im allgemeinen zu beanstanden. Es ist jedoch keine
praktisch brauchbare Methode bekannt, um kleine Mengen solcher Verunreinigungen
unter Anwendung der üblichen fraktionierten Kristallisation zu entfernen.
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Lysin stellt ein primäres Amin dar, während Bis-(5-amino-5-carboxypentyl)
-amin und Tris- (5-amino-5-carboxypentyl) -amin sekundäre bzw. tertiäre Amine sind.
Da sélcundäre und tertiäre Amine im allgemeinen stärker basisch als die entsprechenden
primären Amine sind, sollte man erwarten, daß sie der Eluierung von einem Kationenaustauschharz,
an welchem sie adsorbiert sind, stärker widerstehen als Lysin.
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Im Gegensatz zu diesen Erwartungen hat sich gezeigt, daß bei Adsorption
von Lysin und den obengenannten Verunreinigungen vom Typ der sekundären und tertiären
Amine die Verunreinigungen bevorzugt vom Harz eluiert werden können, wenn ein geeignetes
Eluierungsmittel verwendet wird. Es wurde ferner gefunden, daß man diese bevorzugte
Eluierung so führen kann, daß die Verunreinigungen vom Lysin abgetrennt werden und
eine hohe Ausbeute an Lysin erhalten wird, das von solchen Verunreinigungen verhältnismäßig
frei ist.
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Auf Grundlage dieser Erkenntnis wird gemäß der Erfindung zur Reinigung
des Lysins eine wäßrige Lysinlösung, die Aminverunreinigungen des obigen Typs enthält,
durch eine Schicht eines Kationenaustauschharzes geleitet, das stark saure funktionelle
Gruppen enthält und in seiner Säure- oder Ammoniumform vorliegt, um sowohl das Lysin
als auch die Verunreinigungen an dem Harz zu adsorbieren, dann die
Verunreinigungen
von dem Harz mittels verdünntem wäßrigem Ammoniak durch einen nicht beladenen Teil
der Harzschicht eluiert, die in der Ammoniakform vorliegt. Das auf dem Harz adsorbiert
bleibende Lysin wird anschließend unter Verwendung der bekannten Eluierungsmittel
eluiert und kann aus dem Eluat in jeder gewünschten Weise gewonnen werden.
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Das bevorzugte Mittel zur selektiven Eluierung der Aminverunreinigungen
von der Harzschicht, an welcher das Lysin und die Verunreinigungen adsorbiert sind,
ist wäßriges 0,1- bis 0,70/oiges Ammoniak.
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Wäßriges Ammoniak von sehr geringer Konzentration, wie 0,01 0/o oder
darunter, kann verwendet werden, wird aber im allgemeinen wegen der geringeren Geschwindigkeit,
mit welcher die Eluierung der Verunreinigungen erfolgt, nicht bevorzugt. Wäßriges
Ammoniak von höherer Konzentration als 0,7 0/o, z. B. bis zu 2,0°/o, kann gleichfalls
verwendet werden, aber bei diesen höheren Konzentrationen erfolgt die Trennung zwischen
dem Lysin und den Verunreinigungen nicht so wirksam wie bei Anwendung von wäßrigem
Ammoniak der bevorzugten Konzentration. Bei Ammoniakkonzentrationen von wesentlich
mehr als 2,0°/o ist die Eluierung der Verunreinigungen für praktische Zwecke nicht
genügend selektiv.
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Die Eluierung der Verunreinigungen mit dem verdünnten wäßrigen Ammoniak
soll über einen nicht beladenen Teil der Harzschicht oder eine andere nicht beladene
Harzschicht erfolgen. Im allgemeinen soll
die Länge dieses nicht
beladenen Teils der Schicht zumindest ein Drittel der Länge des Schichtteils betragen,
von dem die Verunreinigungen eluiert werden, d. h. zumindest ein Drittel der Länge
des beladenen Schichtteils. Wenn die Eluierung nicht über eine nicht beladene Harzschicht
von wirksamer Länge erfolgt, so erfolgt die Eluierung der Verunreinigungen nicht
genügend selektiv und tritt ein wesentlicher Lysinverlust im fließenden Eluat auf.
Die wirksame Mindestlänge des nicht beladenen Schichtteils hängt jedoch etwas von
der jeweiligen Korngröße des verwendeten Harzes ab. Mit Harz von sehr geringer TeilchengröBe
kann die Eluierung der Verunreinigungen genügend selektiv sein, wenn sie über einer
Strecke nicht beladener Schicht erfolgt, die wesentlich kürzer als ein Drittel der
Länge des beladenen Schichtteils ist. Bei Harzschichten von handelsüblicher Korngröße,
z. B. im Bereich von 8 bis 40 Maschen/cm, am besten 8 bis 20 Maschen/cm, erfolgt
die Eluierung vorzugsweise über eine nicht beladene Schicht von der 1- bis 2fachen
Länge der beladenen Schicht. Man kann mit größeren Längen an nicht beladener Schicht
arbeiten, erhält aber im allgemeinen keinen weiteren Vorteil.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das
Austauschharzsystem aus zwei oder mehr Harzsäulen. Im Betrieb wird die unreine Lysinlösung
durch die erste Säule nur so lange geleitet, bis diese mit Lysin und den Verunreinigungen
beladen ist. Die letztgenannten werden dann von der ersten Säule über die zweite
Säule so eluiert, daß der größte Teil des Lysins während der Eluierung in die zweite
Säule gelangt, während die Verunreinigungen vom Typ der sekundären und tertiären
Amine von dem durch die zweite Säule strömenden Eluat mitgenommen werden. In einem
solchen System stellt die zweite Säule den unbeladenen Teil der Harzschicht dar,
über den die Eluierung der Verunreinigungen erfolgt.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 579 283 ist es bekannt, aus Mutterlaugen
der Lysin-monohydrochlorid-Kristallisation restliches Lysin zu gewinnen, indem man
diese Mutterlaugen über ein in Ammoniumform befindliches Kationenaustauschharz leitet.
Hierbei bleiben die Verunreinigungen, über deren Natur nichts angegeben ist, in
Lösung, während das Lysin am Harz adsorbiert wird. Das Lysin wird dann durch Eluieren
mit einer nicht näher gekennzeichneten Ammoniaklösung vom Harz entfernt. Nach diesem
Verfahren können nur diejenigen Verunreinigungen entfernt werden, die keinen Amincharakter
haben, denn Amine werden infolge ihrer nahen Verwandtschaft zum Lysin zusammen mit
letzterem adsorbiert und eluiert.
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Durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens werden dagegen zusätzlich
noch die sekundäre und tertiäre Aminogruppen enthaltenden Verunreinigungen aus den
Lysinlösungen entfernt. Die Abtrennungsmöglichkeit auch dieser Verunreinigungen
beruht auf der überraschenden Tatsache, daß die Aminverunreinigungen mittels verdünnter
Ammoniaklösung eines ganz bestimmten Konzentrationsbereiches selektiv eluiert werden
können. Die nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Lysinlösungen haben daher
gegenüber den nach obiger USA.-Patentschrift behandelten einen wesentlich höheren
Reinheitsgrad.
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In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich Prozentangaben auf
das Gewicht.
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Beispiel 1 3 1 einer wäßrigen Lösung von L-Lysin-L-Glutamat - die
327 g Lysin äquivalent ist -, das Bis- und
Tris- (5-amino-5-carboxypentyl) -aminglutamate
- der Gehalt an sekundärem Amin beträgt etwa 1,6eo vom Gewicht des anwesenden Lysins,
während das tertiäre Amin in beträchtlich geringeren Mengen vorliegt - und andere
Aminglutamatverunreinigungen enthält, wird durch eine Säule eines Kationenaustauschharzes
(NH4+-Form) von 1,83 m Höhe und 4,6 cm Durchmesser geleitet. Als Harz wird ein handelsübliches
sulfoniertes Mischpolymeres von Styrol mit etwa 8 0/o Divinylbenzol von einer Teilchengröße
von 20 bis 40 Maschen/cm verwendet. Die Säule adsorbiert aus der Lösung das Lysin
und die verschiedenen Aminverunreinigungen, während die Glutaminsäurekomponente
in dem Abfluß als Ammoniumglutamat erscheint. Die Säule wird dann mit einer Geschwindigkeit
von 0,23 1/min/dm2 Säulenquerschnitt mit 0,20/oigem wäßrigem Ammoniak eluiert, bis
in dem Abfluß Lysin zu erscheinen beginnt. Hierzu sind 2,26 1 der wäßrigen Ammoniak-Waschlösung
erforderlich. Die abfließende Waschlösung enthält 88°/o der ursprünglich in dem
Lysin anwesenden Aminverunreinigungen.
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Bei Eluierung des von der Säule zurückgehaltenen Lysins mit 20°/oigem
wäßrigem Ammoniak fließt von der Säule eine Lysinlösung ab, die lediglich etwa 0,2
ovo Bis- (5-amino-5-carboxypentyl) -amin, bezogen auf das Gewicht des anwesenden
Lysins, und praktisch kein Tris-(5-amino-5-carboxypentyl) -amin enthält. In der
gereinigten Lysinlösung können bei chromatographischer Untersuchung keine anderen
Verunreinigungen festgestellt werden.
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Das in dem obigen Beispiel verwendete unreine Lysinglutamat wurde
gewonnen, indem man unreines DL-Lysin, das bei der Hydrolyse der Produkte, die bei
der Umsetzung von 5- (4-Chlorbutyl) -hydantoin mit Ammoniak entstehen, erhalten
wird, mit L-Glutaminsåure umsetzte.
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Beispiel 2 Drei senkrechte Säulen (A, B, C) eines Kationenaustauschharzes
(NH,I+-Form) der im Beispiel 1 verwendeten Art von einer Teilchengröße von 8 bis
20 Maschen/cm werden so verbunden, daß die durch Säule A strömende Flüssigkeit entweder
aus deren Boden heraus oder zum Kopf der Säule B und daß die durch Kolonne B strömende
Flüssigkeit entweder aus deren Boden heraus oder zum Kopf der Säule C fließen kann.
Der Durchmesser jeder Säulen, B und C beträgt 5,99 cm, ihre Höhe 1,07, 1,83 bzw.
1,07 m.
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Ein Säurehydrolysat - unter Verwendung von Salzsäure als Hydrolysierungsmitte1
, das man bei der Umsetzung von 5-(4-Chlorbutyl) -hydantoin mit Ammoniak erhält,
wird über ein schwach basisches Anionenaustauschharz (freie Aminform) geleitet,
wodurch man 5,87 kg einer wäßrigen Lösung von Lysin (240 g), Bis- (5-amino-5-carboxypentyl)
-amin - 5 O/o vom Gewicht des anwesenden Lysins, Tris-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin
- weniger als 1 O/o vom Gewicht des anwesenden Lysins - und verschiedenen anderen
Verunreinigungen einschließlich Ammoniumchlorid und etwas nichthydrolysierte Hydantoine
gewinnt. Diese Lösung leitet man durch die in Reihe geschalteten Säulen A und B,
schaltet dann alle drei Säulen hintereinander und eluiert mit einer Geschwindigkeit
von 0,30 1/min/dm2 Säuleuquerschnitt mit 3,39 1 0,30/einem wäßrigem Ammoniak. In
diesem Punkt beginnt in dem von Säule C erhaltenen Abfluß Lysin zu erscheinen, während
98o der gesamten Bis-und Tris- (5-amino-5-carboxypentyl) -amine von den Säulen eluiert
sind. In diesem Punkt enthält ferner die Säule A ein Gemisch von verschiedenen Aminverunreinigungen
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meistens unvollständig hydrolysierte Hydantoinverbindungen - und etwa 2,8e/o des
ursprünglichen Lysins, die Säule B 91,8ovo des ursprünglichen Lysins, das mit etwa
0,1 O/o Bis-(5-amino-5-carboxypentyl) -amin verunreinigt ist und praktisch kein
Tris- (5-amino-5-carboxypentyl) -amin enthält, und die Säule C 5,40/o des ursprünglichen
Lysins, das mit einer Spur Bis-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin verunreinigt ist.
Die Lysinlösung, die durch Eluierung des adsorbierten Lysins von den Säulen B und
C mit 200/oigem wäßrigem Ammoniak erhalten wird, enthält weniger als 0,1 0/o Bis-
(5-amino-5-carboxypentyl) -amin, bezogen auf das Gewicht des anwesenden Lysins.
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Das oben beschriebene Dreisäulensystem kann so betrieben werden,
daß man zuerst, wie im Beispiel 2 beschrieben, die rohe Lysinlösung zugeführt und
mit verdünntem wäßrigem Ammoniak eluiert und dann das Lysin von der Säule B von
allein konzentriertem wäßrigem Ammoniak eluiert. Im nächsten Zyklus wird die Beschickung
nacheinander den Säulen C, B, A zugeführt und anschließend nur das Lysin wieder
von der Kolonne B mit konzentriertem, z. B. etwa 20°/oigem wäßrigem Ammoniak eluiert.
Beschickung und Eluierung im nächsten Kreislauf entsprechen dem ersten Zyklus. Nach
einigen Arbeitszyklen sammeln sich an den Säulen A und C größere Mengen adsorbierter
Verunreinigungen - hauptsächlich nichthydrolysierte Hydantoine - an, die mit noch
konzentrierterem, z. B. 270/oigem wäßrigem Ammoniak eluiert und nochmals hydrolysiert
werden können, worauf man den Kreislauf des Dreisäulensystems wieder von vorn beginnt.
Auch bei dieser Arbeitsweise ist die Lysinbeladung der Säule B am stärksten, d.
h. der Säule, die zur Gewinnung des Lysins eluiert wird.
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Beispiel 3 Zwei senkrechte Harzsäulen von je 1,83 m Höhe und 5,99
cm Durchmesser, die aus einem Harz -E4+--Form) der im Beispiel 1 verwendeten- Art
von 8 bis 20 Maschen/cm Kornfeinheit bestehen, werden so miteinander verbunden,
daß die flüssige Beschickung die Säulen nacheinander durchfließen kann. Diesem Zweisäulensystem
wird eine unreine wäßrige 4,10/ge Lysinlösung zugeführt, die 180 g Lysin enthält
und deren Zusammensetzung derjenigen der Beschickung von Beispiel 2 entspricht.
Dann leitet man durch die Säulen mit einer Geschwindigkeit von 0,30 l/min/dm2 Säulenquerschnitt
5,7 1 einer 0,30/oigen wäßrigen Ammoniaklösung, bis im Abfluß Lysin zu erscheinen
beginnt. An dieser Stelle hat die erste Kolonne 80°/o und die zweite Säule 200/0
des ursprünglich zugeführten Lysins zurückgehalten. Die durch Eluieren der beiden
Säulen mit konzentriertem Ammoniak erhaltene Lysinlösung enthält Bis-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin
in einer Menge von 0,3 0/o vom Gewicht des anwesenden Lysins und praktisch kein
Tris-(5-amino-5-carboxypentyl) -amin. Der durch das Hindurchleiten des Q3/oigen
wäßrigen Ammoniaks durch die Säulen gewonnene Abfluß enthält 94°/o der ursprünglich
mit dem Lysin zusammen vorliegenden Bis-und Tris- (5-amino-5-carboxypentyl) -amine.
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Beispiel 4 Zwei senkrechte Harzsäulen von je 1,83 m Höhe und 2,5
cm Durchmesser werden so verbunden, daß die in der einen Säule nach oben oder unten
strömende Beschickung in der zweiten Säule nach abwärts
strömen kann. Das in jeder
Säule vorgesehene Harz (N H4+-Form) hat eine Kornfeinheit von 8 bis 20 Maschen/cm
und gehört dem Typ gemäß Beispiel 1 an. Eine Säure-Lysinhydrolysat-Lösung, die etwa
die gleiche Reinheit wie im Beispiel 2 hat und bis auf eine Salzsäurekonzentration
von 4 ovo verdünnt ist, wird mit einer Geschwindigkeit von 0,33 l/min/dm2 Säulenquerschnitt
in Abwärtsrichtung durch die erste Säule geleitet, bis diese mit Lysin beladen ist.
Hierdurch wird der größte Teil des Harzes der ersten Säule in die Säureform umgewandelt.
Das gebildete Ammoniumchlorid geht in den Abfluß über. Lysin, unvollständig hydrolysierte
Hydantoine, Bis-.und Tris-(5-amino-5-carboxypentyl)-amine und andere Verunreinigungen,
wie a-Amino-e-oxycapronsäure und Pipecolinsäure, werden adsorbiert. Nach Waschen
mit Wasser wird die erste Säule neutralisiert, indem man durch die Säule langsam
mit einer Geschwindigkeit von 0,33 l/min/dm2 Säulenquerschnitt die 1,8fache Raummenge
der Harzschicht - nachfolgend als »Schichtvolumen«, bezeichnet - an 10/obigem wäßrigem
Ammoniak hindurchleitet. Während der Neutralisation bewegt sich eine die Neutralisation
anzeigende, heiße Zone die Säule aufwärts; sobald sie sich dem Kopf der Säule nähert,
ändert man die Konzentration des wäßrigen Ammoniaks auf 0,3 0/o und verbindet die
Säulen so, daß der Abfluß der ersten Säule durch die zweite abwärts strömt. Das
0,30/oige wäß rige Ammoniak wird in einer Menge von 4 Schichtvolumen verwendet.
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Die ersten die zweite Säule durchbrechenden Stoffe sind die cc-Amino-E-oxycapronsäure
und die Pipecolinsäure.
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Folgende Fraktionen enthalten Bis- und Tris-(5-amino-5-carboxypentyl)
-amine in einer Menge, die 4,5 0/o des Grundtiters der anfänglich adsorbierten basischen
Aminosäuren gleich ist. In dem Punkt, in dem Lysin durchzubrechen beginnt, unterbricht
man die Zufuhr des 0,30/obigen wäßrigen Ammoniaks und eluiert das Lysin aus den
beiden Säulen gesondert mit 200/obigem wäßrigem Ammoniak. Die Grundtiter des in
der ersten und zweiten Säule erhaltenen Lysins betragen 5 bzw. 90,5°/o des Grundtiters
der ursprünglich den Säulen zugeführten basischen Aminosäuren.
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Das aus der zweiten Säule eluierte Lysin enthält weniger als 0,1 bis
Bis-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin und keine meßbare Menge an Tris-(5-amino-5-carboxypentyl)
-amin.
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Beispiel 5 Mit zwei senkrechten Säulen eines Kationenaustauschharzes
der im Beispiel 1 verwendeten Art wird gereinigtes Lysin aus einem verdünnten Säurehydrolysat
gewonnen, das dem im Beispiel 4 beschriebenen entspricht. Jede der beiden Säulen
hat den gleichen Durchmesser und eine Höhe von 2,44 m. Das Harz befindet sich in
beiden Säulen anfänglich in der Ammoniumform. Es werden Mittel vorgesehen, um jeder
Säule flüssige Beschickung zuzuführen, den Abfluß jeder Säule verwerfen zu können,
den Abfluß der ersten Säule durch die zweite Säule zu führen und vom Abfluß der
zweiten Säule verschiedene Schnitte zu nehmen und der ersten Säule im Kreislauf
wieder zuzuführen.
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Im ersten Arbeitszyklus werden 0,5 Schichtvolumen 40/oige Salzsäure,
0,4 Schichtvolumen Wasser, 4 bis 6 Schichtvolumen des verdünnten Säurehydrolysates,
0,4 Schichtvolumen Wasser und 0,35 Schichtvolumen eines Schnittes (A), der in einem
früheren Zyklus aus dem Abfluß der zweiten Säule gewonnen wurde, nacheinander in
der angegebenen Reihenfolge der ersten Säule mit einer Geschwindigkeit von etwa
1,22
1/min/dm2 Säulenquerschnitt zugeführt. Das a5chichtvolumen« stellt das Volumen der
ersten Säule - r2 h, wobei h die Schichthöhe bedeutet -des Zweisäulensystems dar.
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Während des Hindurchl eitens dieser Beschickungsströme wird der Abfluß
der ersten Säule verworfen.
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Vor der Zufuhr von Schnitt A befindet sich das Harz in der ersten
Säule vorwiegend in der Säureform, und der Abfluß ist sauer, während nach der Zufuhr
des Schnittes A die erste Säule teilweise wieder in die Ammoniumform umgewandelt
ist. Nach der Zufuhr des Schnittes A werden die beiden Säulen so verbunden, daß
der Abfluß der ersten Säule als Beschikkung für die zweite Säule dient. Dann wird
der ersten Säule 0,9t/oiges wäßriges Ammoniak zugeführt, bis der Abfluß basisch
wird. In diesem Punkt werden den beiden Säulen nacheinander mit einer Geschwindigkeit
von 0,68 l/min/dm2 Säulenquerschnitt 1,1 Schichtvolumen 0,20/oiges wäßriges Ammoniak,
hierauf 0,66 Schichtvolumen eines Schnittes B mit 0,81 l/min/dm2, 0,84 -Schichtvolumen
eines Schnittes C mit 1,22 1/min/dm2, 0,8 Schichtvolumen 200/obige! wäßriges Ammoniak
mit 0,41 l/min/dm2 und 0,4 Schichtvolumen Wasser mit 0,41 l/min/dm2 zugeführt. Die
Schnitte B und C stellen weitere Schnitte dar, die, wie später beschrieben, in einem
früheren Kreislauf aus dem Abfluß der zweiten Säule gewonnen wurden.
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In diesem Punkt wird die Verbindung - zwischen den zwei Säulen unterbrochen,
die erste Säule gewaschen und der Waschauszug verworfen, rückgespült, dann abtropfen
gelassen, um sie für den nächsten Arbeitszyklus vorzubereiten.
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Wenn während dieser Arbeitsgänge die Säulen miteinander verbunden
sind, wird der Abfluß der zweiten Säule verworfen, bis in ihm Lysin zu erscheinen
beginnt. Der verworfene Abfluß (3 Schichtvolumen) enthält iiber 904/o der-organischen
Verunreinigungen, die ursprünglich zusammen mit dem Lysin in der Hydrolysatbeschickung
enthalten sind. Zu den so verworfenen Verunreinigungen gehören die gesamte Pipecolinsäure,
der größte Teil der a-Amino-E-oxycapronsäure und etwa 80o der Bis- und Tris-(5-
amino -5- carboxypentyl) -amin-Verunreinigungen.
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Nach dem ersten Auftreten von Lysin in dem Abfluß der zweiten Säule
wird der Abfluß in verschiedene Schnitte unterteilt und aufbewahrt.
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Der erste aus dem Abfluß gewonnene Schnitt von 0.35 Schichtvolumen
enthält 1 O/o N H3, eine kleine Menge Lysin und eine mäßige Menge an organischen
Verunreinigungen. Er dient als »SchnittA« für den nächsten Arbeitszyklus.
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Der zweite Schnitt- von 1;32 Schichtvolumen enthält etwa 8 8e/o Nie3,
den gröRtenTeil des Lysins und Spuren an-organischen Verunreinigungen. Die Hälfte
dieses Schnittes dient als »SchnittB« für den nächsten Zyklus, während der Rest
abgezogen wird. Das Lysin wird aus dem Abfluß in einer Ausbeute von mehr als 98elO
und einer Reinheit von 99°/o erhalten.
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Der dritte aus dem Abfluß genommene Schnitt von 0,84o Schichtvolumen
enthält eine kleine Menge Lysin und etwa 140in Ammoniak. Er dient als »Schnitt C«
für den nächsten Zyklus.
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Die beiden Säulen sind miteinander verbunden, während der gesamte
erste und zweite Schnitt genommen wird, aber nur während eines Teils der Sammlung
des dritten Schnittes. Der größte Teil des dritten Schnittes wird gesammelt, während
die Verbindung zwischen den beiden-Säulen unterbrochen ist und der zweiten Säule
Wasser zugeführt wird.
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Nach dem Nehmen dieser Schnitte wird die zweite Säule gewaschen und
der Waschauszug verworfen, rückgespült und abtropfen gelassen, um sie für den nächsten
Zyklus vorzubereiten. Bei mehrmaliger Wiederholung der obigen Arbeitszyklen erhält
man entsprechende Ergebnisse.
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Die Rückführung des Schnittes A bietet den Vorteil, daß die erste
Säule nach Zuführung des Säurehydrolysates teilweise neutralisiert wird. Die Kreislaufführung
der Schnitte B und C ist vorteilhaft, da sie durch ihren verhältnismäßig hohen Ammoniakgehalt
das Lysin eluieren.
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Die Strömungsgeschwindigkeiten der Lösungen in den Harzsäulen sind
nicht kritisch, sollen aber im allgemeinen nicht so hoch sein, daß in der Säule
eine Kanalbildung erfolgt. Insbesondere soll eine Kanalbildung vermieden werden,
wenn mit dem verdünnten wäßrigen Ammoniak Verunreinigungen so eluiert werden sollen,
daß keine Verringerung des Wirkungsgrades erfolgt, mit dem die- Verunreinigungen
abgetrennt werden. Strömungsgeschwindigkeiten von 0,41 bis 0,81 l/min/dm2 Säulenquerschnitt
sind geeignet, man kann aber auch mit niedrigeren und höheren Geschwindigkeiten,
z. B. bis zu etwa 1,22 l/min/dm2- oder mehr, arheiten.
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Die Temperatur stellt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens keinen kritischen Faktor dar. - Temperaturen unterhalb Raumtemperatur
können angewendet werden, bieten aber keine Vorteile. Höhere Temperaturen bis zu
den Normalsiedepunkten der Lösungen bzw. höhere Temperaturen, wenn man unter Druck
arbeitet, können gleichfalls angewendet werden. Die in den Beispielen beschriebenen
Versuche wurden bei etwa Raumtemperatur ausgeführt.
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Wie oben beschrieben, soll die Konzentration des wäßrigen Ammoniaks,
das zur selektiven Eluierung der Aminverunreinigungen verwendet wird und das Lysin
auf dem Harz zurückläßt, 2,0°/o nicht überschreitet Wäßriges Ammoniak höherer Konzentration,
z.B. von 5 bis zu 29 0/o, wird vorzugsweise zur anschließenden Eluierung des Lysins
verwendet, um die Eluierungszeit zu verkürzen und eine übermäßige Verdünnung der
gereinigten Lysinlösung zu vermeiden. Wäßriges Ammoniak, dessen Konzentration in
diesem Bereich liegt, aber etwa 20°/o nicht übersteigt, eluiert Lysin bevorzugt
vor denjenigen Verunreinigingen, die stärker als das Lysin adsorbiert sind, wie
die kleinen Mengen an nichthydrolysierten Hydantoinverunreinigungen. Da die letztgenannten
dazu neigen, sich - im allgemeinen im vorderen Teil des Harzsystems - anzusammeln,
können sie periodisch mit stärker konzentriertem, z. B. mehr als etwa 25 0/iigem
wäßrigem Ammoniak eluiert werden. Auf diese Weise können durch Lenkung der Konzentration
des Eluieruugsmittels in den verschiedenen Eluierungsstufen die weniger fest adsorbierten
Verunreinigungen, wie Bis- und Tris-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin, das Lysin und
die obengenannten fester adsorbierten Verunreinigungen leicht und gesondert eluiert
werden.
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Für die erfindungsgemäßen Zwecke eignet sich jedes der üblichen Kationenaustauschharze,
das stark saure funktionelle Gruppen, wie Sulfonsäure-, Phosphinsäure- oder Phosphonsäuregruppen,
besitzt. Das Harz kann zu Anfang die Säure-(H+) wie Ammonium- (N H+) Form haben.
Wenn es anfänglich in der Säureform vorliegt, erfolgt während der Eluierungen mit
wäßrigem Ammoniak eine Umwandlung in die Ammoniumf-orm. Bevorzugt werden die Harze
vom
Sulfonsäuretyp, wie die sulfonierten Kohlen, die sulfonierten Phenol-Aldehyd-Harze
und die kernsulfonierten aromatischen Kohlenwasserstoffharze.
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Die kernsulfonierten aromatischen vernetzten Kohlenwasserstoffharze,
wie die sulfonierten Mischpolymeren aus einem Monovinylbenzol und einem Polyvinylbenzol,
insbesondere sulfonierte Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymere, die ein Äquivalent
von 4 bis 16ovo Divinylbenzol enthalten, das als Netzmittel dient, werden am meisten
bevorzugt. Das Harz wird in zerteilter Form verwendet, im allgemeinen arbeitet man
mit den üblichen Korngrößen von etwa 8 bis 40 Maschen/cm, am besten 8 bis 20 Maschen/cm.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können wäßrige Lysinlösungen
beliebiger Herkunft, die solche Verunreinigungen enthalten, in wirksamer Weise gereinigt
werden.
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PArENTANspROcHE: 1. Verfahren zur Reinigung wäßriger Lysinlösungen,
die Aminverunreinigungen einschließlich Bis-(5-amino - 5- carboxypentyl) -amin und
Tris-(5- amino - 5- carboxypentyl) - amin enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Lysinlösung durch eine Schicht eines stark sauren Kationenaustauschharzes
leitet, die sekundären und tertiären Amine von dem Harz selektiv mit etwa 0,01-
bis 20/oigem wäßrigem Ammoniak eluiert und anschließend das Lysin vom Harz eluiert.