DE2012675C2

DE2012675C2 - Verfahren zur Gewinnung von Eiweiß

Info

Publication number: DE2012675C2
Application number: DE2012675A
Authority: DE
Inventors: James M. Minneapolis Minn. Attebery; Carl S. Dienst
Original assignee: SWANSON EMERY CARLTON MINNEAPOLIS MINN US
Current assignee: SWANSON EMERY CARLTON MINNEAPOLIS MINN US
Priority date: 1969-03-18
Filing date: 1970-03-17
Publication date: 1981-10-08
Also published as: NL7003762A; BE747494A; DE2012675A1; CH535266A; FR2039603A5; IE34057L; US3547900A; IE34057B1; GB1307899A; ZA701803B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur wirksamen Trennung proteinhaltigen Materials von Materialien mit niedrigerem Molekulargewicht, wie Salzen. In einer Beziehung beschreibt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung genießbaren Proteins aus proteinhaltigen Lösungen von geringem Wert, wie beispielsweiiä Magermilch, Käsewasser, Brauereihefe, Torula-Hefe und anderen Protein enthaltenden, aus Herstellungsverfahren stammenden Rückständen.

Vor wenigen Jahren sind Molekularsiebtrennungs- oder -abtrennungstechniken als brauchbar bei der Fraktionierung von Gemischen aus Materialien mit unterschiedlichen Molekulargewichten und Dimensionen beschrieben worden. Beispielhaft für derartige Techniken steht das Verfahren nach der US-PS 30 02 823, nach dem das Molekularsiebmaterial in Form von Gelkörnchen Substanzen aus der Beschickungslösung selektiv absorbiert. Substanzen mit unterschiedlichen Molekulargewichten werden zwischen den Gelkörnchen und der umgebenden Lösung wegen ihrer unterschiedlichen Fähigkeit, in die Gelkörnchen einzudringen, die von ihren Molekulargewichten abhängt, unterschiedlich verteilt. Das wäßrige Medium, d. h. die Beschickungslösung, in die die Gelkörnchen eingetaucht werden, wird aus der Gelschicht verdrängt, und danach wird die wäßrige Flüssigkeit, normalerweise Wasser, der Schicht zur Verdrängung oder Eluierung der Beschickungslösung aus der Schicht zugeführt. Nachfolgende Fraktionen der verdrängten, aus der Schicht ausfließenden Flüssigkeit (der »Abfluß« oder das »Eluat«) werden gesammelt, wobei man mindestens eine Fraktion mit einem Gehalt an einem größeren Anteil an Substanz von umfangreicher Molekülgröße und wenigstens eine nachfolgende Fraktion mit einem größeren Anteil an Substanz von geringerer Molekülgröße erhält In einem derartigen Verfahren kann man verschiedene Gelmaterialien, beispielsweise Dextrangel, verwenden.
Erst kürzlich sind derartige Molekularsieb-Abtrennungstechniken bei der Abtrennung von genießbarem Protein von Salzen in Magermilch und Käsewasser angewendet worden. Nach der Broschüre »Gel Filtration, A New Way of Recovering Protein From Milk and Whey«, einem Informationsblatt (SIO92E/3) der Verkaufsabteilung der Firma Alfa-Laval Co, wird zuerst Käsewasser auf einen ungefähren Feststoffgehalt von 23% konzentriert und dann einer Schicht von Molekularsiebkörnchen zugeführt Nachdem die Beschickung in der Schicht absorbiert ist, wird Wasser verwendet um die Proteinmoleküle von den festgehaltenen Salzen zu eluieren. Obwohl wirksame Trennungen verwirklicht werden können, hat dieses Verfahren verschiedene Nachteile, einschließlich der Neigung der Beschickung, ein Verstopfen der Schicht, ein Unwirksamwerden des Molekularsiebmaterials usw. zu verursachen.

Jedes Protein hat in einer wäßrigen Lösung einer feststehenden Salzkonzentration und eines bestimmten pH-Wertes eine definierte und charakteristische Lös-

JO lichkeit Unter gegebenen Bedingungen ist die Proteinmenge, die zur Bildung einer gesättigten Lösung im Gleichgewicht gelöst werden kann, von der Menge überschüssigen, ungelösten, in dem Medium suspendiertem Protein unabhängig. Daß die Löslichkeit von

J5 globularem Protein durch den pH-Wert beeinflußt wird, könnte von seinem amphotären Verfahren erwartet werden. Die Löslichkeit liegt beim isoelektrischen Punkt bei einem Minimum und steigt wenn der pH-Wert saurer oder basischer wird. Wenn Proteinmoleküle

4D vornehmlich entweder als Anionen oder als Kationen existieren, sind die Rücksioßkr&ie hoch und die Moleküle löslicher als beim isoelektrischen Punkt. Beispielsweise ändert sich die Löslichkeit von ß-Lactoglobulin, dem Hauptbestandteil von Käsewasser, als eine Funktion der Salzkonzentration. Durch eine erhöhte Salzkonzentration wird die Löslichkeit in bemerkenswerter Weise erhöht und liegt in der Nähe des isoelektrischen Punktes von einem pH-Wert von 5,2 bis 5,4 bei einem Minimum. Globuline, als eine Klasse von Proteinen, sind in Wasser wenig löslich und ihre Löslichkeit wird in bezeichnender Weise durch die Anwesenheit von Neutralsalzen erhöht. Tatsächlich können Globuline oftmals durch Verdünnen einer Proteinlösung mit destilliertem Wasser ausgefällt werden. Diese Wirkung von Neutralsalzen, beispielsweise von neutralen Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzen, zur Erhöhung der Löslichkeit von Globulin wird als der sogenannte »salting in«-Effekt bezeichnet.
Bei der vorstehend erwähnten bekannten Molekularsiebabtrennung von Milcheiweiß aus Käsewasser wird angenommen, daß das allmähliche Entfernen der Salze aus dem Protein, wenn die Molkebeschickung durch die Schicht des Molekularsiebmaterials bewegt wird, das Unlöslichwerden des Proteins veranlassen kann, und daß diese Wirkung die Neigung nach einer niedrigen Wirksamkeit der Schicht wegen einer Herabsetzung der Durchflußgeschwindigkeit (oder des Aufkommens von höherem Druck in der Trennschicht), das Verstopfen

der Schicht, den längeren Trennungsgang, die weniger wirksame Verwendung des Molekularsiebmaterials usw. erklären kann. In einigen Fällen können diese Probleme die Verwendung einer Molkenzuführung mit einem geringeren Feststoffgehalt (aus der oben genannten Informationsbroschüre ist die Verwendung einer Molkenbeschickung mit 22,8% Trockensubstanz in eine Schicht eines Molekularsiebmaterials von 60 bis 150 cm Höhe bekannt) und/oder eine niedrigere Schichtbeladung, d. h. 30% weniger, erfordern.

Diesen Überlegungen steht jedoch in erster Linie die Frage der Wirtschaftlichkeit entgegen. Der Einsatz möglichst konzentrierter Lösungen in Verbindung mit einer geringen Schichtdicke des Molekularsiebmaterials ist deshalb erwünscht

In der NL-OS 68 03 717 wird nun ein Verfahren zur Gewinnung von Eiweiß aus Molke beschrieben, bei dem ein Molkenkonzentrat und eine Schichtdicke, die dem 2-bis 4facben Gewicht des Molkenkonzentrats entspricht, zum Einsatz gelangen. Dieses Verfahren ist jedoch nur durchführbar, wenn

1) eine rekonstituierte Molke verwendet wird und

2) eine G'eichgewichtseinstellung zwischen der MoI-kenbeschichtung und dem Molekularsiebmaterial erfolgt

Wird bei diesem Verfahren eine übliche Molke eingesetzt, die durch teilweisen Wasserentzug konzentriert worden ist so läßt sich dieses Verfahren nur mit einer höchstens 20prozentigen Molke durchführen, wie das Vergleichsbeispiel lehrt Diesem Verfahren haften jedoch noch die weiteren Nachteile an, daß es eine Gleichgewichtseinstellung von 5 bis 10 Minuten und die zur Verfügungstellung einer Molke erfordert die zuerst zur Trockne eingedampft anschließend rekonstituiert und dann 30 Minuten bis 4 Stunden gealtert werden muß. Aus diesen Gründen ist das Verfahren umständlich und erfordert einen erheblichen Zeitaufwand.

Vorliegender Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den Zeitaufwand bei der Abtrennung von Eiweiß aus Molke zu verringern und gleichzeitig eine breitere Anwendbarkeit zu erzielen.

Es ist nun gefunden worden, daß ohne Gleichgewichtseinstellung zwischen Molke und Molekularsiebmaterial eine Eiweißabtrennung von Salzen auch beim Einsatz konzentrierter Frischmolke erfolgen kann.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von Eiweiß aus einer wäßrigen Lösung, die neben Eiweiß gelöste Stoffe mit niedrigerem Molekulargewicht als das Eiweiß enthält, indem man die Lösung als Beschickung in die Schicht eines Molekularsiebmaterials mit einer Porengröße, die die Durchdringung lediglich der Moleküle mit kleinerem Molekulargewicht als das Eiweiß gestattet und auch deren Absorption ermöglicht, einbringt und anschließend das Eiweiß selektiv durch Elution aus der Schicht gewinnt

F i g. 1 zeigt in graphischer Darstellung die Ultraviolettabsorption und den Leitwert des Eluats gegenüber dem Elutionsvolumen.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Schichtbeladung gegenüber dem Prozentsatz des wiedergewonnenen Gesamteiweißes, bevor sich der Salzhöchstwert zu entwickeln beginnt.

Fig.3 ist eine graphische Darstellung von Gramm Protein, Gramm Gesamtfeststoffe und Leitwert, des Eluats gegenüber dem Elutionsvolumen.

F i g. 4 stellt eine graphische Darstellung der Reinheit des eluierten Proteins und des Leitwerts des Eluats gegenüber dem EUnionseolumendar,

Fi g. 5 IF4 eine graphische Darstellung der Ultraviolett-Absorption und des Leitwerts des Eluats gegenüber dem Elutionsvolumen,

F i g, 6 zeigt eine graphische Darstellung der prozentualen Durchlässigkeit und des Leitwerts des Eluats gegenüber dem Elutionsvolumen,
F i g. 7 zeigt eine graphische Darstellung des Prozentsatzes des durch Zentrifugieren entfernten Ultraviolett-Absorptionsmaterials und des Leitwerts des Eluats gegenüber dem Elutionsvolumen.

F i g. 8 ist eine graphische Darstellung der Schichttiefe gegenüber der prozentualen Proteinausbeute, wenn die Salzfront aus der Schicht auszutreten beginnt.

Erfindungsgemäß verwendet man eine dünne Schicht von Molekularsiebteilchen, die Protein von den Salzmolekülen abtrennen können, wobei die Schichtdikke (oder Schichthöhe) 10 bis 100, vorzugsweise 10 bis 60 mm und die Schichtbeladung (d. h. das Verhältnis des Volumens der Beschickung der proteinhaltigen Flüssigkeit zum Gesamtschichtvolumen, ei: schließlich sowohl der Teilchen- als auch der Schichtlücken, ausgedrückt in ⁰Zo) oberhalb 25 bis 65%, vorzugsweise 30 bis 50% und am meisten bevorzugt oberhalb 30%, betragen. Obwohl der Feststoffgehalt der flüssigen Beschickungslösung nur hinr-ichtlich einer ausreichenden Viskosität begrenzt wird, die die Beschickung durch die Schicht des Molekularsiebmaterials hindurchtreten läßt (das von

jo der Größe der Molekularsiebteilchen, der Packung der Schicht den Druckabfallbedingungen usw. abhängt), weisen die Beschickungslösungen einen Feststoffgehalt von ungefähr 23 bis ungefähr 45%, vorzugsweise mindestens 25% auf. wenn man Käsewasser verwendet Dieses »Dünnschichttt-Verfahren verbessert die betriebliche Nutzleistung beim Proteinabtrennungsverfahren, wobei die Fähigkeit zur Herstellung einer hohen Proteinausbeute oder Proteinreinheit beibehalten wird. Durch Verändern des Gesamtvolumens des gesammelten Eluats, wenn es aus der Schicht austritt, ist es möglich, die prozentuale Proteinausbeute oder die prozentuale Proteinreinheit zu steuern, d. h. die Menge deb wiedergewonnenen Proteins bezüglich der Gesamtfeststoffe in dem Eluat. Diese Steuerung kann man zweckmäßigerweise durch Messen oder Überwachen des Leitwerts des Eluats, der ein Anzeichen für die Salzkonzentration darstellt, oder durch Messung der Ultraviolett-Absorption vervollständigen, die — wie später beschrieben wird — ein Anzeichen für die Proteinkonzentration ist

Bei der Arbeitsweise des Verfahrens führt man eine wäßrige proteinhaltige Beschickungslösung in eine Schicht eines Molekularsiebmaterials mit einer Porengröße ein, die lediglich Moleküle, die kleiner als das Profin sind, in die Poren eindringen läßt und jene kleineren Moleküle im Molekularsiebmaterial einfängt, treibt das gelöste Protein durch die Schicht in die Flüssigkeit außerhalb des Molekularsiebmaterials, eluiert das Protein selektiv aus der Schicht und gewinnt das im Eluat enthaltene Protein. Bei den Dünnschichten vorliegender Erfindung ist es wichtig, die Beschickung sorgfältig auf die Schicht zu bringen, um die Bildung von Kanälen oder ein Zerbrechen der Schicht zu vermeiden. Die Verwendung einer perforierten Vertiilerplatte ist

fei eine Maßnahme, um den Zusammenhang der Schicht aufrechtzuerhalten und um die Beschickungslösung gleichmäßig mit dei Cingangsoberfläche der Schicht in Berührung zu bringen, obwohl verschiedene Techniken

in zahlreichen Ausführungsformen angewendet werden können, beispielsweise Zentrifuge, Säule, Vakuum- oder Druckfilter usw.

Weitere Einzelheiten der für eine Molekularsieb-Abtrennung verwendbaren Ausrüstung sind in der Literatur beschrieben. Wie in jedem Abtrennungsverfahren mittels Molekularsieben müssen Mittel zur Probeentnahme und Sammlung des Eluats vorgesehen sein. Bei den verhältnismäßig kurzzeitigen Dünnschichtcyclen ist es sogar noch wesentlicher, daß das Auffangen des Eluats im wesentlichen augenblicklich beendet werden kann, um eine optimale Fraktionierung zu erreichen.

Bei der Schicht kamm man beliebiges Molekularsiebmatcrials verwenden, das nicht das in der Flüssigkeit enthaltene Protein abbaut oder zerstört und das Moleküle, die kleiner als Protein sind, selektiv einfängt. Ein Molekularsieb mit einer Abtrennungsgrenze für kugelförmige Proteine von einem Molekulargewicht von 5000 bis 30 000 wird für die Abtrennung von Lactose und Salzbestandteilen von Molkenprotein besonders bevorzugt, da ungefähr 76% des Käsewasserproteins ein Molekulargewicht oberhalb 30 000 besitzt. Eines der am meisten zufriedenstellenden Molekularsiebmaicrialien ist ein stabiles, modifiziertes Dextrangel. das aus vernetzten linearen Makromolekülen von Polysaccharidketten in einer dreidimensionalen Vernetzung besteht. Derartige modifizierte Dextranmolckularsiebe und ihre Herstellung sind in den US-PS 30 42 667 und 32 08 994 sowie in der im De/ember 1966 erschienenen Broschüre »Sephadex-Gel Filtration in Theory and Practice« der Firma Pharmacia Fine Chemicals of Uppsala. Schweden, beschrieben. Dextrangelmolekularsiebmaterialien sind unter dem eingetragenen Warenzeichen »Sephadex« der Firma Pharmacia Fine Chemicals, Inc. erhältlich. Für die Proteinabtrennung sind Dextrangele verwendbar, die nachfolgend als »Gel A« bzw. als »Gel B« bezeichnet werden. Unter »Gel A« wird ein Handelsprodukt verstanden, das eine ungefähre Grenze für die vollständige Abtrennung von Molekulargewichten von ungefähr 5000 aufweist, während man unter »Gel B« ein Handelsprodukt vnrctpht Hac <*in<» !in<ypfäkrf> C*rf*mi> fi'tr Hia unllctHn^inn gen. Salz enthaltenden Lösungen durch eine Vorbehandlung verbessert werden, um unlösliche Produkte und Materialien von höherem Molekulargewicht als das Protein, insbesondere Lipoide und/oder Lactose zu entfernen, falls als Beschickung ein Milchderivat verwendet wird. Es sind zahlreiche Verfahren zur Entfernung von Lactose bekannt, beispielsweise durch Kristallisation oder Ausfällung, wie aus den US-PS 20 88 606.21 16 931.21 29 222. 24 77 558. 27 68 912 und 27 78 750 hervorgeht. In ähnlicher Weise sind Techniken für die Entfernung von Lipoiden oder Casein-LJ-poid-Komplcxe bekannt, wie aus der US-PS 26 06 181 zu ersehen ist.

Aufgrund der mit Schichtdicken von 5 bis 40 mm erhaltenen Ergebnisse fand man, daß Leitwertmessungen an der aus der Schicht eluierten Flüssigkeit effektiv mit den Konzentrationen des Materials von niedrigem Molekulargewicht (im wesentlichen Salze und lactose) übereinstimmen. F i g. I veranschaulicht das Beispiel des Elutionsverhältnisses von Eiweiß (dagestellt durch die Ultraviolett-Adsorption bei 280 nm) und von Material mit niedrigem Molekulargewicht (dargestellt durch den Leitwert) bei einer 30 mm dicken Schicht eines Molekularsiebrnaterials vom Gel B bei Verwendung einer 25%igen Schichtbeladung und von 112 ml Weißkäsemolke (40 Gew.-% Gesamtfeststoffe und zur Entfernung von Lipoiden und Lactose vorbehandelt und aus einem sprühgetrockneten Molkenpulver gewonnen) und anschließender Zugabe von Wasser. Das Material mit niedrigem Molekulargewicht (hier auch als »Salz« bezeichnet) erscheint bei einem Gesamtelutionsvolumen von 297 ml.

Bei einer gegebenen Schichtbeladung gehen das Protein und die Salzmoleküle ohne Rücksicht auf die eigentliche Schichttiefe durch eine Dünnschicht in einem festen Verhältnis zueinander hindurch, das sich auf ihre Molekulargewichte und die ihr eigenenen Geschwindigkeiten in der mobilen Phase bezieht. F i g. 2 zeigt die Wirkung auf die Gesamtproteingewinnung in % (bevor das Salz aus der Schicht austritt) von verschiedenen Schichtbeladungen bei Schichtdicken von 10 und 30 mm und unter Verwendung einer

:— ι-: — ι

Abtrennung von Molekulargewichten von oberhalb 30 000 besitzt. Trockenes Gel A kann zur Bildung eines Gels über einen Zeitraum von Stunden ungefähr 2.5mal seines Gewichts an Wasser aufnehmen. Das Gel B kann ungefähr 5mal seines Gewichts an Wasser aufnehmen. Molekularsiebmaterialien in der Größenordnung von 50 bis 300 um. trocken gemessen, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Molke besonders nützlich, wobei man normalerweise bevorzugte Ergebnisse mit einem Größenbereich von ungefähr 50 bis 150 μπι erhält.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auf beliebige wäßrige proteinhaltige Lösungen anwendbar ist, die gelöstes Materia! von niedrigerem Molekulargewicht als das Protein (wie beispielsweise Salze) enthalten, sind Magermilch und Käsewässer, beispielsweise Quarkmolke (Weißkäsemolke) und Cheddarkäsemolke, bei geringen Kosten leicht verfügbar und deshalb bei dem »Dünnschichtw-Verfahren mit Vorteil anzuwenden. Man kann auch Brauereihefe. Sojamolke, tierisches Blut. Protein aus mikrobiologischem Prozessen enthaltende Fermentationsmedien und Torula-Hefe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeln.

In den meisten Fällen kann die Wirksamkeit der Eiweißabtrennung mittels Molekularsieben aus wäßri-Oberhalb ungefähr 65% Schichtbeladung fängt die *'< Leistungsfähigkeit der Schicht zur Trennung der Proteinmoleküle vom Salz an geringer zu werden. obwohl die Abtrennungswirksamkeit im wesentlichen unabhängig von der Schichtbeladung über einen Bereich von 20 bis 65% ist. Man kann daraus schließen. V) daß. wenn Protein und Salz in der Molkebeschickung im gleichen Verhältnis anwesend sind, die Proteingewinnung in % im wesentlichen die gleiche innerhalb dieser Schichtbeladungsgrenzen ist.

.. Elutionsbeispiele bei den Schichten

Es werden in einer Reihe von Versuchen mit einem 30 mm dicken Dextrangel (GeIB. 50 bis 150 μπι Teilchendurchmesser) unter Verwendung von 112 ml (40 Gew.-% Festbestandteile, gleiche Beschickung, wie

»in sie vorher bei den Daten in den F i g. 1 und 2 verwendet wurde) von Weißkäsemolke (25%ige Schichtbeladung) mit anschließender Elution mit Wasser durchgeführt Der Querschnitt der Schicht beträgt 5027 cm². Wie aus Fig.3 zu sehen ist. beginnt das Protein sofort

hi auszutreten, wenn sich der Feststoffgehalt in den Eiuatproben erhöht Im wesentlichen wird das gesamte Protein eluiert wenn der Leitwert der angesammelten und vereinigten Eiuatproben ungefähr 3675 uS erreicht.

Die Reinheit des Proteins bei einem Leitwert von 3675 JiS beträgt 55 Gew.-%, wie aus F i g. 4 hervorgeht.

Bei anderen ähnlichen Versuchsreihen wird die Ultraviolett-Absorption bei 280 μιη, und die prozentuale Durchlässigkeit der Eluatproben sowohl vor als auch nach einem 90minütigen Zentrifugieren mit 2400 U/ Min. gemessen. Wie bereits oben erwähnt, bezieht sich die Ultraviolett-Absorption unmittelbar auf die Proteinkonzeturjtion und die prozentuale Durchlässigkeit umgekehrt auf die Menge unlöslichen Eiweißes. Es ist aus den in den Fig.5 bis 7 angegebenen Daten ersichtlich, daß ein bemerkenswerter Teil dm vor dem Salz aus der Schicht eluierten Proteins in einem Ausmaß unlöslich wird, daß es aus der zentrifugierten Lösung ausfallen kann. In der Zentrifuge werden beträchtliche Mengen eines weißen Niederschlages beobachtet. Wie aus F i g. 8 hervorgeht, reicht unter den gleichen Bedingungen eine Schichtdicke vnn ungefähr 90 mm aus. um eine ungefähr 80%ige Proteinausbeule zu liefe" {gemessen durch Ultraviolett Absorption bei 280 μηι). bevor das Salz beginnt, aus der Schicht auszutreten. Der Austritt der Salzfront wird als Wendepunkt oder als »halbe Höhe« des ansteigenden Astes der Salzelutionskurvc bezeichnet, wie auf Seite 48 der oben genannten Broschüre »Sephadex-Gel Filtration in Theory and Practice«, berichtet wird.

Obwohl die prozentuale Proteinausbeute ohne cmc bemerkenswerte Änderung der Proteinreinheit bis zu einer Schichtdicke von ungefähr 90 bis 100 mm ansteigt, wird eine Schichtdicke im unteren Teil dieses Bereiches, d.h. 10 bis 60mm, bevorzugt, wenn keine hohe Proteii iusbeute erwünscht wird, oder wenn das Eluat im Kreislauf geführt oder — üblicherweise nach Aufkonzentrierung — in eine andere Dünnschicht vom Molekularsiebmaterial für eine weitere Auftrennung überführt wird. Eine größere Schichtdicke (d. h. oberhalb 100 mm) ergibt unter diesen Bedingungen eine größere Proteinunlöslichkeit innerhalb der Schicht selbst, was zu einer Herabsetzung der Proteindurchflußgeschwindigkeit (und demgemäß zu einer Herabsetzung der Abtrennung vom Salz) und zu einer Verstopfung der Schicht und/oder zur Förderung einer Kanalausbildung durch die Schicht hindurch führen kann. Irgendwelche Kette oder Lipoide in der Molkebeschickung können weiterhin die gewünschte Auftrennung bei Schichtdikken oberhalb ungefähr 100 mm erschweren.

Die Fließgeschwindigkeiten durch die erfindungsgemäßen Dünnschichten können in Abhängigkeit von Faktoren, wie beispielsweise der Schichtdicke, des freien Schichtvolumens, der Viskosität der flüssigen Beschickung usw. in weiten Grenzen schwanken. Im allgemeinen jedoch sind Fließgeschwindigkeiten unter ungefähr 8,5 cm/Sekunde am vorteilhaftesten, wobei Fließgeschwindigkeiten um ungefähr 3 cm/Sekunde bei einer 30 mm dicken Schicht bevorzugt sind.

Vergleichsversuche über die Wirkung der Schichtdicke

Die Tabellen I und Il zeigen Vergleichsergebnisse hinsichtlich der Wirkung der Schichtdicke bei Molkebe-

ii> handlung. In den Versuchen I bis 10 sind übliche Schichtdicken verwendet worden, während in den Versuchen 11 bis 13 die erfindiingsgemäßen Dünnschichten Verwendung fanden. In den Versuchen Il bis 13 hat man eine Schicht von quadratischem Querschnitt

ι' (70,87 cm χ 70,87 cm) verwendet. In den Versuchen I bis 12 hat man eine Käsewasserbeschickung verwendet, und zwar mit einem Feststoffgehall von ungefähr 23% bei den Versuchen I bis 10 und mit einem Feststoffgehalt von ungefähr 40% bei den Versuchen 11 und 12. Die

»n Beschicken"?" ~/.\i den V**r^cllr'h'ⁱn 1 I ¹¹H^ ! 2 wurHpn ?μγ Entfernung von Lipoiden und Lactose penetriert. Bei Versuch 13 verwendete man rohe Weißkäsemolke mit 23% Feststoffen als Beschickung.

Die Ergebnisse der Versuche 1 bis 10 wurden aus dem

-"> oben genannten Informationsbulletin der Verkaufsabteilung der Firma Alfa-Laval entnommen.

Ein Vergleich der Versuche 7 bis 9 mit den Versuchen Il bis 13 veranschaulicht den Unterschied in den Betriebsergebnissen bei Verwendung von annähernd

u> dem gleichen Oberflächenbereich des Molekularsiebmaterials in der Schicht (Gel B). Beispielsweise bei Schichten mit einem Oberflächenbereich von 5023 cm² (d. h. Versuche 8 und 11 bis 13) und bei 2.36 Cyclen/Stunde zeigen die Versuche unter Verwendung von

r> Dünnschichten (d. h. Versuche 11 bis 13) ein Anwachsen in kg Eiweiß/Stunde/500 Liter Schichtvolumen von 18% auf ungefähr 500% gegenüber der zu Vergleichszwecken verwendeten üblichen Schicht (d. h. Versuch 8). in Abhängigkeit von der Beschickungszusammenset-

«I zung. Der Anstieg in kg Eiweiß/kg Harz/Stunde erstreckt sich von 644% auf 3500%. Durch geeignete Auswahl der Eluatfraktion kann die Proteinreinheit des aus der Dünnschicht erhaltenen Produkts so hoch wie jene einer dickeren Schicht sein. Da die Zykienzani/

⁴"> Stunde bei dünneren Schichten bedeutend leichter erhöht werden kann, vergrößern sich demgemäß die Vorteile.

Es ist klar ersichtlich, daß das Dünnschichtverfahren eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber dem

^Vl üblichen Verfahren darstellt und die für einen wirtschaftlichen Erfolg so wichtige zusätzliche Flexibilität und Wirksamkeit bietet.

Tabelle	I	Höhe	Schicht	Beschic	Ober	Beschik-	Ober	Dicke der	Ober	Höhe/
Ver	Durch		volumen	kung/	fläche	kungs-	fläche/	flüssigen	fläche/	Durch
such	messer			Zyklus		volumen	Beschik-	Beschik-	Schicht	messer
				als %			kung	kung	liefe
				Schicht
		cm	Liter	volumen	CTTV	(cm'xlO³)	(cnr/Liter)	cm
Nr.	cm	60	75	25.4	1255	19	66.0	15.1	21.0	1.50
1	40	100	125	24.8		31	40.5	24.7	12.6	2JO
2	40	150	185	25.4		47	26.7	37.5	8.4	3.80
3	40	60	170	25.3	2 810	43	64.0	15.3	46.8	1.00
4	60

10

Forlset/ιιημ	Durch	Höhe	Schicht-	Beschik-	Ober	Beschik-	Ober	Dicke der	Ober	Höhe/
Ver	messer		vnlumen	kung/	fläche	kungs-	fläche/	flüssigen	fläche/	Durch
such				Zyklus		vnlumen	Be?chik-	Beschik-	Schicht	messer
				als "A			kung	kung	tiefe
				Schicht
	cm	cm	Liter	volumen	cm²	(cm'xlO³)	(cm'/Liler)	cm
Nr.	60	100	280	25,0		70	40,2	24,9	28,1	1,67
5	60	150	420	25,0		105	26,8	37,4	18,8	2,50
6	80	60	300	25,0	5 020	75	67,0	14.9	83,7	0.75
7	80	KH)	500	25,0		125	40.2	24.9	50,2	1,25
8	80	150	750	25,1		188	26.7	37.5	33.5	1.88
9	180	100	2 500	25,0	25 450	625	40.7	24.6	254.5	0.56
10	70,87*)	3	15,1	30,0	5 023	4,53	I 109	0.902	1.674	0,042
Il	70.87*)	4	20.1	30.0	5 023	6,03	833	1,20	1,256	0.056
\|2	*7f)87>**	1	15.1	30.0	5 023	4.53	I 109	0,902	1.674	0.042
η

*) 7(1.87 cm Kiinlenliingc des Qu.iilr.its

Tabelle Il

Versuch Nr.

Durchmesser, cm

Höhe, cm

kg Trockenharz pro Schicht kg Beschickung pro Zyklus kg Protein pro Zyklus kg Feststoffe pro Zyklus kg Feststoffe/kg Harz pro Zyklus kg Protein/kg Harz pro Zyklus Zyklen pro Stunde

kg Feststoffe/kg Harz pro Stunde kg Protein/kg Harz pro Stunde

kg Protein/Stunde pro 500 Liter Schichtvolumen

Kg Fesisioffe/Stunüe pru 5uG Liici

Schichtvolumen

40	40	40	60	60	60
60	100	150	60	100	150
15	25	37	34	56	84
20,4	33,3	50,5	46,2	75,3	112,9
0.51	0,83	1.26	1,16	1,88	2,82
4.65	7,59	11.5	10,5	17,2	25,7
0.31	0,30	0,31	0,31	0,31	0,31
0,034	0,033	0,034	0,034	0,034	0,034
5,90	2.81	1.57	4,53	2,50	1,29
1,83	0,84	0,49	1,40	0.78	0,40
0,200	0,096	0,053	0.154	0,027	0,014

Tabelle II (Fortsetzung)

Versuch Nr.	7	X	9	10	Il	12	13
Durchmesser, cm	80	80	80	180	70,87*)	70,87*)	70,87*)
Höhe, cm	60	100	150	100	3	4	3
kg Trockenharz pro Schicht	60	100	150	500	1.51	2,01	1,51
kg Beschickung pro Zyklus	80,6	134,4	202,1	671,9	5,35	7,12	4.80
kg Protein pro Zyklus	2,02	3,36	5,05	16,8	0.58	0.77	0,12
kg Feststoffe pro Zyklus	18,4	30,6	46,1	153,2	2,30	3,06	1,09
kg Feststoffe/kg Harz pro Zyklus	0,31	0,31	0,31	0,31	1,52	1,52	0,722
kg Protein/kg Harz pro Zyklus	0,034	0,034	0,034	0,034	0,384	0,383	0,079
Zyklen pro Stunde	4,13	2,36	1,22	2,38	-	-	-
kg Feststoffe/kg Harz pro Stunde	1,28	0,73	0,38	0,74	1.85 (a) 3,04 (b) 3,59 (C) 4,56 (d) 6,08 (e)	1,85 (a) 3,04 (b) 349 (C) 446 (d) 6,08 (e)	0,881 (a) 1,44 (b) 1,70 (C) 2,17 (d) 2,89 (e)

Il 12

Versuch Nr. 7 8 ') 10 Il 12 13

kg Protein/kg flarz pro Stunde 0,044 0,025 0,013 0.025

kg Protein/Slunde pro 500 Liter - 7,92

Schichtvolumen

kg FcststuffWStunde pm 500 Liter - 72.2

Schichtvolumen

*) 70.87 cm Kanlenlängc des Quadrats

(a) bei 1.22 Zyktcn/Stundc

(b) - bei 2 Zyklen/Stunde (C) - bei 2.36 /yklen/Slundc

(d) - bei 3 Zyklen/Slunde

(e) - bei 4 Zyklen/Slunde

0.47	(a)	0,47	(a)	0,096	(a)
0,77	(b)	0,77	(b)	0,158	(b)
0.91	(C)	0,91	(C)	0,186	(C)
1.15	(d)	1,15	(d)	0,237	(d)
1,54	(e)	1,54	(e)	0.316	(e)
23,6	(a)	23,4	(a)	4,83	(a)
38,6	(b)	38,3	(b)	7,94	(b)
45.6	(O	45,3	(C)	9.37	(O
57.9	(d)	57,5	(d)	11.92	(d)
77,2	(e)	76,6	(e)	15,9	(C)
93,	6 (M)	92,	8 (a)	44.0	(a)
153.	2 (b)	152,	3 (b)	72.2	(b)
179.	8 (Ο	179,	6 (O	85.0	,c)
229,	8 (d)	228,	4 (d)	108,2	(d)
306.	4 (e)	304.	5(e)	144.3	(e)

Hierzu 3 Blatt /.ei

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Gewinnung von Eiweiß aus einer wäßrigen Lösung, die neben Eiweiß gelöste Stoffe mit niedrigerem Molekulargewicht als das Eiweiß enthält, indem man die Lösung als Beschickung in die Schicht eines Molekularsiebmaterials mit einer Porengröße, die die Durchdringung lediglich der Moleküle mit kleinerem Molekulargewicht als das Eiweiß gestattet und auch deren Absorption ermöglicht, einbringt und anschließend das Eiweiß durch Elution aus der Schicht gewinnt, dadurch gekennzeichnet, daß man von einer Beschikkungslösung ausgeht, die einen Feststoffgehalt von ungefähr 23 bis zu ungefähr 45% aufweist, ausgenommen rekonstituierte Molke, die Schicht mit einer Dicke von ungefähr 10 bis ungefähr 100 mm einsetzt und daß das Volumen der Beschickungslösung über 25% aber nicht mehr als ungefähr 65% des Schichtvolumens beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schichtdicke von ungefähr 10 bis ungefähr 60 mm verwendet

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Beschickungslösung ein Milchderivat verwendet, aus dem ein wesentlicher Teil der Lactose und der Lipoide entfernt worden sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gesamtvolumens der Lösung zum Volumen der Schicht etwa 30 bis 50% beträgt