DE2419622A1 - Neue mononatriumcitratmonohydratkristalle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-INO. SCKÖNY/ALD DR.-ING. TH. MEYFR DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL.-ING. SELTING

5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 23. April 1974 Fu/Ax

Takeda Chemical Industries, Ltd..

27 , Doshomachi 2-chome, Higashi-ku, Osaka (Japan).

Neue Mononatriumcitratmonohydratkristalle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft große Kristalle von Mononatriumcitratmonohydrat und ihre Herstellung aus einer Mononatriumcitrat enthaltenden wässrigen Lösung, aus der die Kristalle sich wirksam abtrennen lassen.

Mononatriumcitrat ist eine Verbindung, die als solche oder in Form von freier Citronensäure auf den Gebieten der Nahrungs- und Genußmittel, Arzneimittel und chemischen Produkte Anwendung findet. Zwar ist kürzlich ein Verfahren zur Herstellung von Citronensäure mit Hilfe von Hefen entwickelt worden (z.B. französische Patentschriften 1 571 551, 1 596 056 und 7 002 162), jedoch werden bei diesem Verfahren zwangsläufig gewisse Mengen von (-r)-Isocitronensäure und anderen organischen Säuren als Verunreinigungen gebildet, auch wenn die Kulturbedingungen und andere Faktoren sorgfältig eingestellt und überwacht werden. Mehrere Versuche wurden gemacht, Mononatriumcitrat oder Citronensäure aus Lösungen, die (+)-Isocitronensäure und andere Verunreinigungen enthalten, zu isolieren.'Bei einem der vorgeschlagenen Verfahren wandelt man ebenso wie bei der üblichen Behandlung von Kultur-

409846/1062

medien von Fadenpilzen die Citronensäure im Kulturmedium in Calciumcitrat um, gibt Schwefelsäure zu, um das Calciumcitrat in Citronensäure und Calciumsulfat zu zersetzen, konzentriert diese Cltronensäurelosung, um die Citronensäure in Form von Kristallen abzutrennen, und isoliert die Kristalle aus der Lösung (japanische Patentveröffentliehung 20395/1972).

Bei einem anderen Verfahren gibt man "beispielsweise Natriumhydroxyd zum Kulturmedium, konzentriert das Kulturmedium, um Irinatriumcitrat in Kristallform abzuscheiden, isoliert die Kristalle, unterwirft sie beispielsweise einer Ionenaustauschbehandlung oder Elektrodialyse zur Entfernung des Natriums und isoliert die gebildete Citronensäure. ;

Das Verfahren, bei dem die Zwischenstufe der Bildung von Calciumcitrat eingeschaltet wird, hat jedoch mehrere Nachteile, darunter die Schwierigkeiten, die die Handhabung und Behandlung von Peststoffen, z.B. Calciumcitrat und Calciumsulfat, das als Nebenprodukt gebildet wird, mit sich bringen. Das über das Irinatriumcitrat verlaufende Verfahren hat ebenfalls viele Nachteile. Beispielsweise erfordert dieses Verfahren zwangsläufig den Zusatz einer großen Natriummenge zum Kulturmedium und zur Entfernung des Natriums ziemlich umfangreiche Apparaturen.

In umfangreichen Untersuchungen mit dem Ziel, die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Verfahren auszuschalten, bemühte sich die Anmelderin, für die Gewinnung von Mononatriumcitrat aus Kulturmedien ein großtechnisch vorteilhaftes Verfahren zu entwickeln, das nur die Zugabe einer minimalen Natriummenge zum Kulturmedium erfordert und demgemäß die Abtrennung und Gewinnung des gewünschten Produkts in Form von Mononatriumcitrat ermöglicht, aus dem das Natrium verhältnismäßig leicht abtrennbar ist. Beispielsweise wurde ein Versuch durchge-

40 9 8 46/1062

führt, bei dem man ein Kulturmedium, das Citronensäure und/oder (+)-Isocitronensäure enthielt, mit einer Säure, z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure, oder mit einem Alkali, z.B. Natriumhydroxyd oder Natriumcarbonat, auf einen p„-Wert von etwa 3,0 bis 4,0 einstellte, die Zellen aus dem Kulturmedium abtrennte und das Filtrat in üblicher Weise einengte, um die Citronensäure in Kristallform abzuscheiden. Hierbei wurde gefunden, daß in Abhängigkeit von der zur Einengung angewandten Temperatur wenigstens vier verschiedene Typen von Kristallen gebildet werden. Wenn beispielsweise eine wässrige Lösung von Mononatriumcitrat bei 65°C eingeengt und kristallisiert wird, werden kleine wasserfreie hexagonale Plättchen (nachstehend als γ-Kristalle bezeichnet) erhalten. Bei 55°C ist die Bildung von γ-Kristallen von der Abscheidung großer hexagonaler Platten (nachstehend als ß-Kristalle bezeichnet) und großer Prismen (nachstehend als α-Kristalle bezeichnet) begleitet. Sowohl die α-Kristalle als auch die ß-Kristalle bestehen aus Mononatriumcitratmonohydrat.

Wenn eine gleiche wässrige Lösung von Mononatriumcitrat bei 40⁰C eingeengt und schnell auf 10 bis 2O⁰C gekühlt wird, scheiden sich kleine wasserfreie kubische Kristalle (nachstehend als δ-Kristalle bezeichnet) ab. Diese verschiedenen Kristalle sind in Fig.1 bis Fig.4 dargestellt. Diese Abbildungen sind zeichnerische Darstellungen von Mikroskopaufnahmen und zeigen die α-, ß-, γ- bzw. (^-Kristalle. (Die Aufnahme, die der IPig.1 zu Grunde liegt, wurde bei 30-facher Vergrößerung gemacht, und die Aufnahmen, die der Fig.2, Pig.3 und Fig.4 zu Grunde liegen, wurden bei 60-facher Vergrößerung gemacht.) Diese Kristalle haben die folgenden einmaligen RöntgenbeugungsCharakteristiken bei X= 1,542 1 (CuKa-Linie, 40 kV, 80 mA, Ni-Filter):

409 8 46/TOB?-

	α-Kristalle	Relative Intensitäten	ti	4 -	2419622	Relative In tensitäten
-	Zwischen- ehenen- abstand d	stark	sehr schwach		ß-Kriatalle	stark
7,8	mittel	mittel		Zwischen- ehenen- ahstand d	sehr schwach
6,4	η	sehr schwach		7,0	Il
5,4	schwach	schwach		5,9	schwach
4,1	Il	It		5,4	mittel
4,0	sehr stark			5,3	sehr schwach
3,89	sehr schwach	sehr schwach		5,2	schwach
3,79	mittel	mittel		4,5	It
3,71	schwach	schwach		4,3	It
3,58	mittel	mittel -		4,2	mittel
3,49	schwach	sehr schwach		3,66	schwach
3,35	Il	sehr schwach		3,54	It
3,30	sehr schwach	mittel		3,42	sehr schwach
3,25	mittel	Il		3,13	mittel "
3,18	schwach		3,10	sehr schwach
2,92	sehr schwach		3,04	schwach
2,77	schwach		2,97	M "
2,70	Il		2,93	It
2,60		2,88	η
2,55		2,71	H
2,45		2,64
2,42		2,30
2,36
2,34
2,29			£-Kristalle
Y-Kristalle			sehr stark
6,8			mittel
5,1		7,3	It
4,2		5,8	It
3,87		5,0
3,74		4,7	sehr schwach
3,61.		4,6	mittel
3,46		4,4	Il
3,36		3,65
	3,60

409 8 4.6/106

7-Kristalle	Relative Intensi täten	A-Kristalle	Relative In tensitäten
Zwischen- ebenen- abstand d	schwach	Zwischen- ebenen- abstand d	mittel
3,10	sehr schwach	3,55	schwach
2,94	sehr schwach	3,46	schwach
2,87	sehr schwach	3,38	mittel
2,73	sehr schwach	3,08	sehr schwach
2,70	sehr schwach	2,95	sehr schwach
2,54	schwach	2,93	schwach
2,49	mittel	2,80	schwach
2,41	sehr schwach	2,71	mittel
2,37 -	schwach	2,68	sehr schwach
2,35		2,56	sehr schwach
		2,41	schwach
		2,37	schwach
	2,30

Die Anmelderin bemühte sich ferner, ein Verfahren zur selektiven Abtrennung von α-Kristallen zu entwickeln, die sich von allen vorstehend genannten Typen von Kristallen am leichtesten aus Lösungen abtrennen und am leichtesten im technischen Maßstab handhaben und behandeln lassen.

Die γ-Kristalle von Mononatriumcitrat sind beständiger als die cc-, ß- und δ-Kristalle. Wenn man sie als solche stehen läßt, wandeln sich die α-, ß- und ^-Kristalle spontan in γ-Kristalle um. Dies bedeutet, daß es trotz der vorstehenden Peststellung schwierig ist, α-Kristalle allein zu isolieren. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bei Durchführung der Kristallisation im Temperaturbereich von 20 bis 6O⁰C und bei Einstellung der Übersättigung der Lösung auf wenigstens 155$ der Sättigungslöslichkeit (Gew.-/VoI = g/l) der α-Kristalle von Mononatriumcitrat bei 20 bis 60⁰C Kristalle gebildet werden, die fast ausschließlich α-Kristalle sind. Diese

4Ö9 8 46 /1 06 2 "" "

Tatsache ist völlig überraschend, da eher zu erwarten war, daß die Übersättigung die Bildung von γ-Kristallen, die von allen Kristallen die größte Stabilität haben, begünstigt. Weitere Untersuchungen im Anschluß an die vorstehende Feststellung führten zur vorliegenden Erfindung.

Gegenstand der Erfindung sind somit erstens Kristalle von Mononatriumcitratmonohydrat, insbesondere α-Kristalle, die sich wirksam aus der Lösung abtrennen lassen, zweitens ein Verfahren zur selektiven Kristallisation von Mononatriumcitratmonohydrat und drittens die Abtrennung des Citrats vom (+)-Isocitrat. i

Gemäß der Erfindung wird Mononatriumcitratmonohydrat in Form von Kristallen von einer wässrigen Mononatriumcitratlösung bei einer Temperatur von 20 bis 60 C abgetrennt, während die Konzentration des Mononatriumcitrats bei der Sättigungslöslichkeit (Gew./VoL) der γ-Kristalle von Mononatriumcitrat bei dieser Temperatur gehalten wird.

Das Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß der Erfindung ist eine wässrige Lösung, die Mononatriumcitrat enthält. Eine solche wässrige Lösung kann beispielsweise nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren erhalten werden. Wie in. der französischen Patentschrift 7 003 025 beschrieben, wird ein zellfreier Extrakt, der aus einem Kulturmedium eines Bakteriums, z.B. eines Stamms der Gattung Corynebacterium, erhalten worden ist, mit Natrium enthaltendem Alkali oder einer Säure, z.B. Schwefelsäure oder Salzsäure, so eingestellt, daß die Lösung wenigstens 1 Mol ÜFatriumion, bezogen auf gelöste Citronensäure, enthält und die 'Lösung einen Pg-Wert von etwa 3,0 bis 4,0, vorzugsweise von etwa 3,4 bis 3,6 hat (in diesem Pjj-Bereich liegen das Citration und das Natrium in praktisch äq^uimolaren Anteilen in der Lösung vor).

In der vorstehend genannten wässrigen Lösung kann das Mononatriumcitrat entweder als solches oder zu Ionen disso-

4Ö9846/1062"

ziiert oder in Formen wie der freien Säure und teilweise als Dinatriumsalz vorliegen. So lange jedoch im wesentlichen ein molares Äquivalent Natriumion pro Mol Citronensäure vorhanden ist, kann die Iiösung als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden«

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird Mononatriumcitrat aus einer wässrigen Lösung von Mononatriumcitrat abgetrennt, indem die Lösung "bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 60⁰C eingeengt wird, wobei die Kristallisationsgeschwindigkeit so geregelt wird, daß die Konzentration des Mononatriumcitrats in der Lösung nicht weniger als 15fi$ und vorzugsweise 155 bis 300$ der Sättigungslöslichkeit (Gew./Vol.) der γ-Kristalle von Mononatriumcitrat beträgt. · ' ;

Der vorstehend genannte geeignete G-rad der Übersättigung und die Temperaturbedingungen wurden aus den Ergebnissen des nachstehend beschriebenen Versuchs I bestimmt. !

Versuch I i

Während eine wässrige Lösung von Mononatriumcitrat bei konstanter Temperatur gehalten wurde, wurden α-Kristalle von Mononatriumcitrat als Impfkristalle zugesetzt. Teile der geimpften Lösung wurden so eingeengt, daß sich Kristalle bei verschiedenen Übersättigungsgraden abtrennten. Die Morphologie jedes erhaltenen kristallinen Produkts wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle genannt.

8X6 7ΊΌΒ2

	von	der	Tabelle 1	Kristall-	120	150 155	180	200	250	300	350
					Y	Y α	α	α	αδ	αδ	$
Beziehung			-gungssrad von Mononatriumcitrat	Y	Y α	α	α	αγ	αδ	S
formen			(γ-Kristalle), f>
	20	Kristallisationsbedingungen zu den	100	Y	Y α	α	: α	αγ	γ	γ
	30	Mononatriumcitrat	Y	Y	γ α	α	αΒγ	βγ	γ	γ
		Übersätt:i _	Y	Y	Y α	αΒγ	βγ	γ	γ	γ
Kri-	40			Y	γ γ	Y	γ	γ	γ	γ
stal-	50		Y
lisa-	60		Y
tions-	70		Y
tempe-			Y
ratur, On
U

Die Beziehung des G-rades der Sättigungslöslichkeit (gfl, Gew./Vol.) von Mononatriumcitrat (7-Kristalle) zur Temperatur ergibt sich aus Tabelle

Tabelle 2

Beziehung des Grades der Sättigungslöslichkeit (g/1* Gew./ VoI) von Mononatriumcitrat (7-Kristalle) zur Temperatur

Temperatur, ⁰C Sättigungslöslichkeit (g/l)

von Mononatriumcitrat (7-Kristalle)

10 150

20 180

30 220

40 275

45 305

50 330

60 388

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, daß große Prismen (α-Kristalle) sich selektiv abscheiden, wenn der Grad der Übersättigung der Mononatriumcitratlösung nicht geringer ist als 155$ und die Kristallisationstemperatur aus dem Bereich von 20° bis 60⁰C gewählt wird.

Die speziellen Methoden zur Regelung des Grades der Übersättigung einer solchen Mononatriumcitratlösung seien als

" "' 409 8467106 2 -

Beispiel beschrieben. Bei kontinuierlicher Kristallisation kann der Grad der Übersättigung durch Einstellung von Variablen wie Konzentrierungsgeschwindigkeit, Zuführung der Vorratslösung und Geschwindigkeit des Abzuges des Kristallbreies geregelt werden. Beim Chargenverfahren kann die notwendige Regelung durch Einstellung der Konzentrierungsgeschwindigkeit vorgenommen werden. Zu diesem Zweck ist es wichtig, die Konzentration von Mononatriumcitrat in der Lösung zu·überwachen und auf die Morphologie der gebildeten Kristalle zu achten.

Während normalerweise die Kristallisationstemperatur möglichst hoch sein sollte, damit die Kristallisation technisch und wirtschaftlich vorteilhaft durchgeführt werden kann, darf die Temperatur nicht höher sein als 60⁰C. Oberhalb von 60⁰C wird die Lösung mit zunehmender Konzentrierung immer breiartiger, so daß die Trennung von Feststoff und Flüssigkeit zunehmend schwieriger wird. Besonders zweckmäßig sind Temperaturen von nicht mehr als 50 C und nicht niedriger als die Temperaturschwelle, unterhalb derer nicht mehr technisch und wirtschaftlich vorteilhaft gearbeitet werden kann, z.B. 20⁰C. Die optimale Temperatur wird somit aus dem Bereich zwischen etwa 30° und 50⁰C gewählt.

In der Praxis des Verfahrens gemäß der Erfindung wird als Ausgangsmaterial auch eine wässrige Lösung verwendet, die Mononatrium(+)-isocitrat außer Mononatriumcitrat enthält. Diese Lösung ist beispielsweise durch Kultivieren eines Stammes der Gattung Candida nach dem in der französischen Patentschrift 7 002 162 beschriebenen Verfahren erhältlich. Im Laufe der von der Anmelderin durchgeführten Untersuchungen wurde jedoch gefunden, daß die Anwesenheit von Mononatrium(+)-isocitrat (oder (+)-Isocitronensäure) die Bildung der gewünschten Kristalle von Mononatriumcitratmonohydrat (α-Kristalle) nachteilig beeinfluß und auch unter den vorstehend genannten optimalen Kristallisations-

'""■"■ 4098Τ6/Ϊ06Γ ~

bedingungen für Mononatriumcitratmonohydrat gleichzeitig unerwünschte γ- oder ^-Kristalle gebildet werden. Um den Einfluß von Mononatrium(+)-isocitrat zu untersuchen, wurde der nachstehend beschriebene Versuch II durchgeführt.

Versuch II

Gemische verschiedener Mengen von Mononatrium(+)-isocitrat mit einer Lösung von Mononatriumcitrat (165$ Übersättigung, Gew./Vol.) wurden bei 45 C eingeengt (Sättigungslöslichkeit von α-Kristallen von Mononatriumcitrat 305 g/l). Nach Zusatz von Prismen (α-Kristalle) von Mononatriumcitrat als Impfkristalle wurde jedes Gemisch weiter eingeengt, worauf die Formen der gebildeten Kristalle untersucht wurden. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 3 genannt. ;

Tabelle 3

Versuch Nr.	Mononatrium citrat in der lösung, g/l	Mononatrium- (+)-isoci- trat in der Lösung, g/l	Konfiguration der Mononatriumcitrat- kristalle
1	500	0	α-Kristalle
2	500	25	α-Kristalle
3	500	50	α- und ß-Kristalle
4	500	100	ß-Kristalle
5 6 7	500 500 500	250 500 750	ß- und γ-Kristalle ß- und ^-Kristalle (S-Kr ist alle

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, ändert sich die Kristallkonfiguration des Mononatriumcitrats mit steigender Konzentration an Mononatrium(+)-isocitrat.

Weitere Untersuchungen führten jedoch zu der Feststellung, daß durch entsprechende Regelung der Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat entsprechend der Konzentration des gleichzeitig anwesenden Mononatrium(+)-

iCT98T87T0~62

isocitrats α—Kristalle von Mononatriumcitrat erfolgreich auch aus lösungen, die Mononatrium(+)-isocitrat enthalten, isoliert werden können.

Die geeignete Kristallisationsgeschwindigkeit wurde durch den nachstehend "beschriebenen Versuch III ermittelt.

Versuch III

Testlösungen wurden eingeengt, während die Konzentration an Mononatrium(+)-isocitrat konstant und der Grad der Übersättigung mit Mononatriumcitrat "bei wenigstens 155$ gehalten wurde, α-Kristalle von Mononatriumcitrat als Impfkristalle zugesetzt und die Lösungen bei Temperaturen von nicht mehr als 5O⁰C gehalten wurden, so daß Mononatriumcitrat bei verschiedenen Kristallisationsgeschwindigkeiten abgeschieden wurde. Die Konfigurationen und die Abtrennbarkeit und Filtrierbarkeit der gebildeten Kristalle wurden untersucht. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 4 genannt.

Tabelle 4

Konzentration von Mononatrium(+)- isocitrat im Kri stallisationsbrei, g/l	Kristallisationsgeschwindigkeit Mononatriumcitrat, g/l Stunde 25 50 75 100 150 200 300 400	0	0	0	0	0	0 0	von 600
O	0	0	0	0	0	0	0 0	0
50	O	0	0	0	0	X	X X	X
100	0	0	0	X	X	X
150	0	0	X	X
200	0	X	X
250	0

In der Tabelle bedeutet ¹¹O" das Auftreten von überwiegend prismaförmigen Kristallen (α-Kristalle), die sich gut abtrennen und abfiltrieren lassen. "X" bedeutet das Auftreten von überwiegend plättchenförmigen Kristallen (γ-Kristalle) oder Würfeln (^-Kristalle), die sich schlecht

4Ö98A6/1Ö62

abtrennen und abfiltrieren lassen.

Die Ergebnisse in der vorstehenden Tabelle zeigen, daß auch bei erhöhter Konzentration an Mononatrium(+)-isocitrat α-Kristalle, die sich gut abtrennen und abfiltrieren lassen, durch Senkung der Kristallisationsgeschwindigkeit des Mononatriumcitrats erhalten werden können.

Die Beziehung der Konzentration von Mononatrium(+)-isocitrat im Kristallisationssystem zur höchsten Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat, die die Bildung von α-Kristallen begünstigt, ist im wesentlichen linear, wenn die beiden Variablen auf logarithmischem Papier gezeichnet werden. Die ungefähre G-leichung für diese Gerade lautet

Y = 219OOOX"¹*⁵⁵ (1)

Hierin ist Y die maximale zulässige Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat (g/l Std.) und X die Konzentration von Mononatrium(+)-isocitrat im Kristallisationsbrei.

Um α-Kristalle von Mononatriumcitratmonohydrat aus einer wässrigen Lösung zu isolieren, die sowohl Mononatriumcitrat als auch Mononatrium(+)-isocitrat enthält, ist es somit außer der Beachtung der vorstehend genannten Kristallisationsbedingungen notwendig, die Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat (g/l Std.) unter der aus &leichung (1) bestimmten zulässigen maximalen Kristallisationsgeschwindigkeit Y zu halten.

Die erhaltenen Mononatriumcitrat-Monohydrat-Kristalle können aus der wässrigen Lösung mit üblichen Verfahren wie Zentrifugation oder Filtration abgetrennt werden.

Die Abtrennbarkeit von α-Kristallen aus der Lösung und ihre Größenverteilung werden durch den folgenden Versuch IV veranschaulicht.

Versuch IV

Die in der beschriebenen V/eise gebildeten α- und γ-Kristalle wurden als nasse Kristalle durch Glasfiltration isoliert. Die Menge des anhaftenden Wassers (Gew.-$) und die Größenverteilung der Kristalle sind in der folgenden Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Wassermenge, Gew.-

Teilchengrößenverteilung in Gew.-$

über
420 -

210 - 42Ou 105 - 210 u

44 - 105 unter 44 M

α-Kristalle	γ-Kristalle
3,8 ung	24,6
14,4	0
10,8	5,9
38,2	14,4
24,7	31,0
10,8	35,2
1,1	13,5

100$

1005ε

Diese Ergebnisse zeigen, daß die α-Kristalle im Durchschnitt größer sind und sich leichter vom V/asser abtrennen lassen als γ-Kristalle.

Beispiel 1

Auf die in der französischen Patentschrift 7 003 025 beschriebene Weise wird Corynebacterium sp.4i6(lF0-12729) (ATCC-21459) 64 Stunden bei 32⁰C in einem 200 1-Fermentationstank gezüchtet, der 100 1 eines Hahrmediums (p_H 7,0) der folgenden Zusammensetzung enthält: 4$ einer Erdölfraktion, die 92^ η-Paraffine mit 10 bis 12 C-Atomen enthält, 0,2$ KH₂PO₄, 0,05$ MgSO₄.7 H₂O, 0,002$ MnSO₄.7 H₂O, 0,02$ FeSO₄.7 H₂O, 0,4$ ITH₄Cl, 0,1$ Hefeextrakt und 0,1$ CaCO^. Während der Kultivierung wird der p_H-Wert des Kulturmediums mit NaOH bei 6,5 gehalten. Hierbei werden 41,4 mg Citronensäure pro ml Kulturmedium erhalten.

409846/1062

100 1 Kulturmedium werden mit einer Filterpresse filtriert, die mit einem Filterhilfsmittel vorbeschichtet ist, wobei 95 1 Filtrat erhalten werden. Dem Filtrat wird ein stark saures Kationenaustauschharz (Amberlite 200 C, H-Form, Hersteller Rohm & Haas Go., USA) in einer solchen Menge zugesetzt, daß der p^-Wert auf 3,5 erniedrigt wird. Nach der Entfernung des Harzes werden 50 g Aktivkohle zugesetzt, worauf filtriert wird. Die Kohle wird gewaschen und die Waschflüssigkeit dem Filtrat zugesetzt. Die hierbei erhaltene entfärbte klare Lösung in einer Menge von 105 1 (41,7 mg Mononatriumcitrat/ml) wird "bei 50 C unter vermindertem Druck eingeengt, wobei 7,5 1 eines Konzentrats erhalten wird (eine Lösung, die mit 177$ der Sättigungslöslichkeit von γ-Kristallen von Mononatriumcitrat bei 50⁰C (330 mg/ml) übersättigt ist). \

Die Lösung wird mit 30 g Mononatriumcitratmonohydrat in Form von Prismen (α-Kristalle) geimpft und bei einer konstanten Temperatur von 50 C sachte gerührt, wobei α-Kristalle sich abzuscheiden beginnen. Die Kristalle werden von Zeit zu Zeit untersucht. Sobald kleine hexagonale Plättchen, d.h. γ-Kristalle, festgestellt werden, wird das System zentrifugiert, um die Kristalle aus der Lösung zu isolieren. Diese Kristalle, die insgesamt 600 g wiegen, sind It. Röntgenbeugungsbild und Mikroskopaufnahme α-Kristalle.

Beispiel 2

Unter Verwendung von Citronensäure oder Natriumhydroxyd werden 4 1 einer 25,5$igen wässrigen Lösung von Mononatriumcitrat auf Ptt 3,5 eingestellt. Die Lösung wird dann unter vermindertem Druck bei 50⁰C auf 1,72 1 eingeengt (übersättigte Lösung entsprechend 180$ der 330 mg/ml betragenden Sättigungslöslichkeit von γ-Kristallen von Mononatriumcitrat bei 5O⁰C). Die Lösung wird mit 5 g α-Kristallen von Mononatriumcitrat geimpft und, während sie bei 50 C gehalten wird, sachte gerührt, wobei a-Kri-

1fXr9 ö 4 ο/TQoZ '■" '" ~"

stalle sich abzuscheiden beginnen. Die Kristalle werden von Zeit zu Zeit untersucht. Sobald kleine hexagbnale Plättchen oder α-Kristalle festgestellt werden, wird die Lösung zur Isolierung der Kristalle zentrifugiert. Das Röntgenbeugungsbild und die Mikroskoaufnahme dieser insgesamt 120 g wiegenden Kristalle ergeben, daß es sich um α-Kristalle handelt.

In der gleichen V/eise werden 4 1 einer 25,5$igen wässrigen Lösung von Mononatriumcitrat auf p™ 3,5 eingestellt und bei 50⁰C unter vermindertem Druck auf 2,2 1 eingeengt (14056 Übersättigung bei 50⁰C) und dann mit 5 g Prismen (α-Kristalle) von Mononatriumciträtmonohydrat geimpft. Das System wird bei einer konstanten Temperatur von 50 C sachte gerührt, wobei sich nur γ-Kristalle abscheiden. α-Kristalle werden nicht erhalten. ;

Beispiel 3 ^l

4 Liter einer 25,5$igen wässrigen Lösung von Mononatriumcitrat wird auf p_H 3,5 eingestellt und bei 50⁰C unter vermindertem Druck auf 2,2 1 eingeengt (eine übersättigte Lösung entsprechend 210$ der 220 mg/ml betragenden Sättigungslöslichkeit von Mononatriumcitrat bei 30 C). Hach Abkühlung auf 30⁰C wird die Lösung mit 5 g α-Kristallen von Mononatriumcitrat geimpft und das Gemisch bei konstanter Temperatur von 30⁰C sachte gerührt, wobei die Abscheidung von großen Prismen, d.h. von α-Kristallen, beginnt. Die Kristalle werden in bestimmten Zeitabständen untersucht, und sofort nach der Peststellung von kleinen hexagonalen Plättchen, d.h. von γ-Kristallen, wird das Gemisch zur Isolierung -der Kristalle zentrifugiert. Diese Kristalle, die insgesamt 260 g wiegen, sind nach ihrem Röntgenbeugungsbild und der Mikroskopaufnahme α-Kristalle.

In der gleichen V/eise werden 4 1 einer 25,5$igen wässrigen Lösung von Mononatriumcitrat auf p„ 3,5 eingestellt und auf 1,5 1 eingeengt (309$ Übersättigung bei 30⁰C). In

409846/1 062

diesem Fall scheiden sich ^-Kristalle leicht ab. Auch wenn α-Kristalle erhalten werden, sind sie äußerst klein. Wenn dagegen die Lösung nur auf 3,3 1 eingeengt wird (I4O70 Übersättigung bei 3O⁰C), scheiden sich γ-Kristalle ab.

Beispiel 4

In ein Kristallisationsgefäß, das 1 1 einer wässrigen Lösung enthält, die 530 g Mononatriumcitrat enthält, werden 5 g α-Kristalle von Mononatriumcitrat als Impfkristalle gegeben. Unter Zuführung der gleichen Lösung in das Gefäß in einer Menge von 800 ml/Stunde wird die Einengung und Kristallisation unter Vakuum bei 40 bis 50 C fortgesetzt, während die Verdampfungsgeschwindigkeit auf 760 ml/Std. eingestellt wird.

Nach einer Stunde wird die Einengung abgebrochen, und die gebildeten Kristalle werden abfiltriert, mit einer geringen Wassermenge gespült und getrocknet. Hierbei werden 440 g Mononatriumcitrat in Form von Prismen erhalten. Das Röntgenbeugungsbild und die Mikroskopaufnahme ergeben, daß diese Kristalle α-Kristalle sind.

Beispiel 5

In einem Nahrmedium, das 8$ n-Hexadecan, 0, 5/£ (NH^)₂SO₄, 0,05$ MgSO₄.7 H₂O, 0,0255^ KH₂PO₄, 50 γ/1 Thiaminhydrochlorid und 0,1$ Schaumverhütungsmittel enthielt, wurde Candida lipolytica (ΙΙΌ-1566) (ATCC 20324) 72 Stunden bei 28°C kultiviert, während der p_H-Wert des Kulturmediums mit einer JJatriumhydroxydlösung bei 3»5 gehalten wurde. 100 1 des in der beschriebenen Weise erhaltenen zellfreien Kulturmediums, das 80 g Mononatriumcitrat/1 und 5 g Mononatrium(+)-isocitrat/l enthielt, wurden auf 15 1 einer konzentrierten Lösung (p_H 3,4) eingeengt, die pro Liter 533 g Mononatriumcitrat (165$ Übersättigung bei 45°C) und 33 g Mononatrium(+)-isocitrat enthielt.

"~4098£67T062

Mit 5 g prismaförmigen Kristallen von Mononatriurneitrat wurde 1 1 der in der beschriebenen Weise hergestellten konzerrtrierten Lösung geimpft, worauf die Einengung und Kristallisation bei 40 bis 50⁰C durchgeführt wurde, während die gleiche lösung in einer Menge von 800 ml/Std. in das Kristallisationsgefäß eingeführt und die Verdampfungsgeschwindigkeit auf 760 ml/Stunde eingestellt wurde. Unter diesen Bedingungen kristallisierte Mononatriumcitrat in einer Menge von stündlich 426 g/l. Die kritische Konzentration des Mononatrium(+)isocitrats, die die Abscheidung von Prismen von Mononatriumcitrat aus der Lösung bei der genannten Kristallisationsgeschwindigkeit ermöglichte, betrug gemäß Gleichung (1) 62,7 g/l. Demgemäß wurde die Einengung nach 1,13 Stunden abgebrochen. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Konzentration von Mononatrium(+)-isocitrat in der Kristallisationsmutterlauge 62,7 g/l /T62,7 - 33): (33 χ 0,8) = 1,13.7· Die gebildeten Kristalle wurden abfiltriert, mit einer geringen Viassermenge gewaschen und getrocknet. Hierbei wurden 500 g Mononatriumcitrat als prismenförmige Kristalle erhalten. Die Analyse dieser Kristalle ergab 92,0$ Mononatriumcitrat (α-Kristalle) 0,05$ Mononatrium(+)-isocitrat und 7,7$ Wasser.

Die Mutterlauge, deren Pjr-tfert 3,2 betrug, enthielt pro Liter 553 g Mononatriumcitrat und 64 g Mononatrium(+)-isocitrat.

Zum Vergleich wurde die Einengung unter vermindertem Druck 1,5 Stunden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt. In diesem Pail gelangten wesentliche Mengen von plättchenförmigen Kristallen in das Kri3tallprodukt, das sich nicht gut filtrieren ließ. Die Analyse der Kristalle ergab 89,3$ Mononatriumcitrat und 1,6$ Mononatrium(+)-isocitrat.

409 8 46 /"10 6 2"

- 13 -

Beispiel 6

Die bei dem in Beispiel 5 "beschriebenen Versuch erhaltene Mutterlauge (165$ Übersättigung bei 45°C) wurde durch Zusatz von 10 g Kohlepulver entfärbt. Mit einer wässrigen Natriumhydroxydlösung wurde 1 1 der Lösung auf ρ_Η 3,6 eingestellte Dieser Lösung wurden 5 g Impfkristalle zugesetzt, worauf die Eindampfung unter vermindertem Druck und die Kristallisation bei 4-0 bis 5O⁰C fortgesetzt wurden, während die gleiche Mutterlauge kontinuierlich dem Kristallisationssystem zugeführt wurde. Die Menge der zugeführten Mutterlauge und die Verdampfungsgeschwindigkeit wurden in der in Tabelle 6 angegebenen Weise eingestellt.

	75 75 75 25	Tabelle	6	Kristallisa tionsge schwindigkeit von Monona- triumcitrat, g/l Std.
Zeit Stunden	Zuführung der Mutter lauge ml/Std.	Verdampfungs- geschwindig keit, ml/Std.	320 213 160 133 108
0-0,25 0,25-0, 0,75-1, 1,75-2, 2,75-4,	600 400 300 250 200	575 480 290 240 190

Die Beziehung der Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat unter diesen Bedingungen zur zulässigen maximalen Kristallisationsgeschwindigkeit, die die Bildung von prismenförmigen Kristallen begünstigt, bestimmt aus der Konzentration von Mononatrium(+)-isocitrat im Kristallisationssystem, ist in der Abbildung graphisch dargestellt. Nach der Kristallisation wurden die Kristalle abfiltriert, wobei 738 g Mononatriumcitrat in Form von Prismen erhalten wurden. Die Analyse dieser Kristalle ergab 91,9$ Mononatriumcitrat, 0,4$ Mononatrium(+)-isocitrat und 7,6$ Wasser. Die Mutterlauge (p_H 3,7) enthielt

pro Liter 54-9 g Mononatriurneitrat und 144 g Mononatrium-(+)-isocitrat.

Beispiel 7

Zu 1 Liter der bei dem in Beispiel 6 "beschriebenen Versuch erhaltenen Mutterlauge (165$ Übersättigung bei 45 C) wurden 5 g α-Kristalle von Mononatriurneitrat als Impfkristalle gegeben. Die Kristallisation wurde allmählich unter Kühlung so durchgeführt, daß die maximal zulässige Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat

115 g/l Std. nicht überschritten wurde. Die gebildeten Kristalle wurden abfiltriert, wobei 410 g prismenförmige Kristalle von Mononatriumcitrat erhalten wurden. Die Analyse dieser Kristalle ergab 92,156 Mononatriumcitrat (α-Kristalle), 0,9^ Mononatrium (+)-isocitrat und 6,0% Wasser. Die Mutterlauge (p_R 3,9) enthielt pro Liter 205g Mononatriumcitrat und l40 g Mononatriumisocitrat. Die Ausbeute an Mononatriumcitrat (α-Kristalle) aus der in _t diesem Maße eingeengten Lösung betrug 88,5 5S.

Beispiel 8

In einen Kristallisationstank wurden 30 1 der auf die in Beispiel 5 beschriebene Weise erhaltenen Mutterlauge gegeben. Nach Zusatz von 50 g Impfkristallen wurden die Eindampfung und Kristallisation unter vermindertem Druck durchgeführt (Verdampfungsgeschwindigkeit 16,5 l/Std.), während die in Beispiel 5 beschriebene konzentrierte Lösung in einer Menge von stündlich 30 1 zugeführt und der Kristallbrei in einer Menge von 17 l/Std. abgezogen wurde (12,2 l/Std. als Mutterlauge der Kristallisation).

Die Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumcitrat zu diesem Zeitpunkt betrug 330 g/l Std., und die Konzentration des Mononatriumisocitrats in der Mutterlauge lag konstant bei 64 g/l. (Die zulässige maximale Kristallisationsgeschwindigkeit bei dieser Konzentration des Mononatriumisocitrats betrug 405 g/l Std., bestimmt gemäß Gleichung (1).

A09 8 46 / 1 062

Die Eindampfung und Kristallisation unter vermindertem Druck wurden 3 Stunden fortgesetzt. Die abgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert. Hierbei wurden 31,8 kg prismenförmige Kristalle erhalten, die sich gut abtrennen und filtrieren ließen.

409 84 6/ 1062

Claims (4)

Patentansprüche

1) Prismenförmige Kristalle von Mononatriumcitratmonohydrat mit den folgenden Röntgenbeugungscharakteristiken bei A- = 1,542 unter Verwendung einer CuK -Linie bei 40 kV, 80 mA und mit Ki-PiIter:

Zwischenebenenabstand d, Relative Intensitäten S 7,8 stark 6,4 mittel 5,4 η 4,1 schwach 4,0 H 5,89 sehr stark 5,79 sehr schwach 5,71 mittel 5,58 schwach 5,49 mittel 5,35 schwach 5,50 5,25 sehr schwach 5,18 mittel 2,92 schwach 2,77 sehr schwach 2,70 schwach 2,60 H 2,55 >ll 2,45 sehr schwach 2,42 mittel 2,56 sehr schwach 2,34 schwach 2,29 It

409846/1062

2) Verfahren zur Kristallisation von Mononatriumeitratmonohydrat, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Lösung, die Mononatriumcitrat enthält, eindampft, während man die Lösung "bei einer Temperatur zwischen 20° und 6O⁰C und einer Konzentration von Mononatriumcitrat von nicht weniger als 155$ (Gew./Vol.) der Sättigungslöslichkeit von γ-Kristallen von Mononatriumcitrat hei dieser Temperatur hält.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration von Mononatriumeitrat bei nicht mehr als 3OO?4 (G-ew./Vol.) der Sättigungslöslichkeit von γ-Kristallen von Mononatriumeitrat hei dieser Temperatur hält.

4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man hei Einsatz von wässrigen Lösungen, die sowohl Mononatriumeitrat als auch Mononatrium(+)-isocitrat enthalten, die Kristallisationsgeschwindigkeit von Mononatriumeitrat (g/l Std.) unter der maximalen zulässigen Kristallisationsgeschwindigkeit Y hält, die aus der Gleichung

Y = 219.OOOX"¹'⁵³ ,

in der X die Konzentration von Mononatrium(+)-isocitrat in der Lösung ist, bestimmt worden ist.

409846/1062