DE2951177A1

DE2951177A1 - Verfahren zur reinigung von durch fermentation erzeugten dicarbonsaeuren

Info

Publication number: DE2951177A1
Application number: DE19792951177
Authority: DE
Inventors: Akira Taoka; Seiichi Uchida; Akio Watanabe
Original assignee: Bio Research Center Co Ltd
Current assignee: Bio Research Center Co Ltd
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1980-07-24
Also published as: GB2043052A; FR2445374A1; CA1136159A; BE880865A; JPS5592691A; JPS6159720B2; GB2043052B

Description

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IHR ZEICHEN:

mein zeichen. Kelly-135 18. Dezember 1979

Bio Research Center Company, Ltd.

Verfahren zur Reinigung von durch Fermentation erzeugten Dicarbonsäuren

Die Erfindung betrifft die Reinigung von langkettigen Dicarbonsäuren, insbesondere Dicarbonsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen.

In jüngerer Zeit wurde ein Verfahren zur Herstellung von langkettigen Dicarbonsäuren aus Kohlenwasserstoffen (wie Normalparaffinen) als Substrat durch Fermentation unter Anwendung von Mikroorganismen, wie Hefen, Fungi oder Bakterien, entwickelt.

Bisher wurden durch Fermentation in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte langkettige Dicarbonsäuren (nach-

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J.

stehend "Dicarbonsäuren" genannt) im allgemeinen durch folgende Verfahrensstufen gewonnen:

1) die Zellen in der Gärbrühe werden nach einer Fest/Flüssig-Trennmethode, wie durch Zentrifugierung oder Filtration, abgetrennt;

2) Dicarbonsäuren oder deren Salze werden durch Ansäuern oder Alkalischmachen der vorgenannten, Dicarbonsäuren enthaltenden Brühe ausgefällt; und

3) die ausgefällten Dicarbonsäuren oder deren Salze werden von der Brühe abgetrennt, getrocknet und gewonnen.

Bei der Herstellung von Dicarbonsäuren durch Fermentation kann jedoch die Bildung von 0,2 bis 6 Gew.-% Verunreinigungen nicht verhindert werden, obwohl der Anteil der Verunreinigungen in Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Mikroorganismus und den Züchtungsbedingungen variiert. Man nimmt an, dass diese Verunreinigungen vom Mikroorganismus ausgeschiedene Stoffwechselabfälle und von den Zellen selbst abgestossene Substanzen darstellen. Solche Verunreinigungen können ferner durch das Verfahren zur Gewinnung von Dicarbonsäuren aus der vorgenannten Fermentationsbrühe nicht abgetrennt werden. Die Reinigung stellt daher ein grosses Problem bei der Herstellung von Dicarbonsäuren durch Fermentation dar.

Zur Analyse der Dicarbonsäuren in der Brühe erfolgt herkömmlicherweise eine Abtrennung der Produkte von der Brühe, gegebenenfalls nach Abtrennung der Zellen. Wenn diese Methode jedoch auf die Reinigung der genannten Dicarbonsäuren angewandt wird, treten Probleme auf, wie eine geringe Löslichkeit der Dicarbonsäuren in Diäthyläther, der geringe Flammpunkt von Diäthyläther und die Notwendigkeit einer grosstechnischen Extraktionsvorrichtung. Sowohl vom wirtschaftlichen als auch vom verfahrenstechnischen Standpunkt

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(zur Verhinderung von Unglücksfällen) eignet sich dieses Verfahren nicht für den grosstechnischen Massstab.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die genannten Gesichtspunkte gemacht. Das Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein vorteilhaftes Verfahren zur Reinigung von durch Fermentation erzeugten Dicarbonsäuren zu schaffen.

Die durch Fermentation erzeugten Dicarbonsäuren, welche nach der erfindungsgemässen Methode gereinigt werden sollen, haben 10 bis 18 Kohlenstoffatome.

Erfindungsgemäss wird bzw. werden die konzentrierte oder getrocknete, Dicarbonsäuren enthaltende Fermentationsbrühe, von der Zellen abgetrennt wurden, oder rohe Dicarbonsäuren oder deren Salze, welche durch Ansäuern oder Alkalischmachen der zellfreien Fermentationsbrühe erhalten wurden, in einem niederen aliphatischen Alkohol oder Tetrahydrofuran oder einer wässrigen Lösung einer dieser Substanzen gelöst, damit die Dicarbonsäuren durch Abtrennung von Verunreinigungen gereinigt werden. Es ist zweckmässig, von den vorgenannten Substanzen rohe Dicarbonsäuren oder deren Salze, welche durch Ansäuern oder Aussalzen ausgefällt wurden, zu verwenden. Was Salze von Dicarbonsäuren betrifft, ist es notwendig, dass diese Salze im niederen aliphatischen Alkohol oder Tetrahydrofuran löslich sind. Das Kaliumsalz von Tridekandisäure kann beispielsweise nach der erfindungsgemässen Methode gereinigt werden, während sich das Calcium- und Magnesiumsalz aufgrund ihrer geringen Löslichkeit in den genannten Lösungsmitteln nicht für das erfindungsgemässe Reinigungsverfahren eignen.

Als niederen aliphatischen Alkohol kann man erfindungsgemäss Methanol, Äthanol, n-Propanol oder Isopropanol verwenden. Die Löslichkeit der die gewünschten Produkte darstel-

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lenden Dicarbonsäuren in diesen niederen aliphatischen Alkoholen, in Tetrahydrofuran oder in deren wässrigen Lösungen ist hoch, während sich die vorgenannten Verunreinigungen in diesen Lösungsmitteln nur wenig lösen. Ausserdem haben diese Lösungsmittel folgende Vorteile: sie verleihen den gelösten Dicarbonsäuren eine gute Fiitrierbarkeit, erlauben eine sichere Handhabung, entfalten keine korrosive Wirkung gegenüber der Vorrichtung und beeinflussen die Qualität der Produkte selbst dann nicht, wenn ein Spurenanteil nach der Reinigung in den Dicarbonsäuren verbleibt.

Was die Löslichkeit selbst betrifft, könnte man Methylketon, Essigsäure, Furfural, Dioxan, Laurinsäure oder Dimethylsulfoxid verwenden, jedoch sind diese Lösungsmittel unzweckmässig, weil sie die genannten Vorteile (d.h. eine gute Filtrierbarkeit, Sicherheit, Nicht-Korrosivität und geringe Beeinflussung der Qualität der als Rückstand verbleibenden gereinigten Produkte) nicht aufweisen.

Von den niederen aliphatischen Alkoholen haben insbesondere Methanol und Äthanol nicht nur die vorgenannten Vorteile, sondern sie erleichtern auch die Abdampfung des Lösungsmittels nach der Reinigung der Produkte und fraktionierende Destillation zur Gewinnung der Produkte. Wenn Methanol oder Äthanol in wässriger Lösung verwendet werden, ist im ersteren Fall ein Anteil von 100 Gewichtsteilen gegenüber höchstens 40 Gewichtsteilen Wasser und im letzteren Fall ein Anteil von 100 Gewichtsteilen gegenüber höchstens 67 Gewichtsteilen Wasser zweckmässig.

Zur Lösung der konzentrierten oder getrockneten Brühe, von der Zellen abgetrennt wurden, oder der rohen Dicarbonsäuren oder ihrer Salze, welche durch Ausfällung im genannten Alkohol oder dessen wässriger Lösung erhalten wurden, kann man 2,5 kg auf 10 kg Methanol (15 kg für eine 70prozentige

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wässrige Alkohollösung) und 3,8 kg auf 7,5 kg Äthanol (12 kg für eine 60prozentige wässrige Alkohollösung) verwenden. Es ist vorteilhaft, das Gemisch zur Beschleunigung der Auflösung auf 40 bis 50⁰C zu erwärmen.

Die durch die vorgenannte Auflösung erhaltene, Dicarbonsäuren enthaltende Alkohollösung wird zur Herausfiltration der in der Lösung enthaltenen Verunreinigungen durch ein mit Sanden und Diatomeenerde gefülltes zylindrisches Gefäss hindurchlaufen gelassen. Die erhaltene Lösung wird weiter durch ein technisches Filterpapier filtriert, wonach man diese Filterschicht und das Filterpapier mit Alkohol wäscht, anschliessend den Alkohol mit der filtrierten Lösung vermischt und schliesslich Alkohol und Wasser aus der gemischten Lösung, in herkömmlicher Weise abdampft, um gereinigte Dicarbonsäuren zu erhalten.

Das Verfahren zur Abtrennung der Verunreinigungen beschränkt sich nicht auf die vorgenannte Filtration. Man kann generell die herkömmliche Fest/Flüssig-Trennmethode anwenden.

Erfindungsgemäss kann man ausser der vorgenannten Abdampfung von Alkohol und Wasser zur Gewinnung der Dicarbonsäuren eine andere Methode anwenden, bei der man Wasser oder eine verdünnte Lösung von Mineralsäure, beispielsweise eine wässrige Lösung von 1 kg Methanol mit einem Gehalt von 0,2 kg Dicarbonsäuren (Methanol/Wasser = 9:1), mit 3,6 bis 7,2 kg V/asser versetzt, um die Dicarbonsäuren durch Verminderung der Löslichkeit auszufällen, und anschliessend die Produkte von der wässrigen Lösung abtrennt.

Diese Methode hat den Vorteil, dass sie die Explosionsgefahr bei der Trocknung der Dicarbonsäuren verhindert, weil die von der Lösung abgetrennten Produkte vor der Trocknung durch Vaschen mit Wasser alkoholfrei gemacht werden, und

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andererseits der Alkohol leicht rückgevinnbar ist, da er keine in der Lösung verbleibende Festsubstanz darstellt.

Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Man löst 10 kg von durch Fermentation hergestellter roher Tridekandisäure (mit einem Gehalt von 2,1 Gew.-% Wasser) in 50 Liter Methanol (enthaltend 3,5 Gev.-% Wasser) bei 45°C. Die erhaltene Lösung wird durch eine Sandschicht hindurchlaufen gelassen, welche in ein zylindrisches Gefäss mit einem Innendurchmesser von 20 cm und einer Tiefe von 5 cm abgefüllt ist. Anschliessend filtriert man durch ein technisches Filterpapier, um unlösliche Substanzen zu entfernen. Die Sandschicht und das Filterpapier werden mit 10 Liter Methanol (enthaltend 3,5 Gew.-% Wasser) gewaschen. Das vorgenannte Filtrat und die Waschlösung werden vermischt, wonach man das Wasser und Methanol, welche im Gemisch enthalten sind, durch Erhitzen des Gemisches abdampft. Die Menge der erhaltenen gereinigten Tridekandisäure (mit 0,3 Gew.-% Wasser) beträgt 9,2 kg. Der Stickstoffgehalt in der rohen Tridekandisäure und der gereinigten Tridekandisäure werden nach der Kjeldahl-Analysenmethode bestimmt. Der Stickstoffgehalt der rohen Tridekandisäure beträgt 0,49 Gew.-% (3,3 % als Protein) und jener der gereinigten Tridekandisäure 0,02 Gew.-Jt (weniger als 0,13 % als Protein), jeweils bezogen auf das Trockengewicht der Probe.

Beispiel 2

In 8,1 Liter Äthanol (7,9 Gew.-% Wasser) werden 2 kg von durch Fermentation erzeugter roher Tridekandisäure (4,6 Gew.-% Wasser) bei 48 C gelöst. Die Lösung wird durch eine Sandschicht, die in ein zylindrisches Gefäss mit einem Innendurchmesser von 6 cm und einer Tiefe von 5 cm abge-

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füllt ist, hindurchlaufen gelassen. Die filtrierte Lösung wird weiter durch ein technisches Filterpapier filtriert. Die Sandschicht und das Filterpapier werden mit 2,5 Liter Äthanol (enthaltend 7,9 Gew.-% Wasser) gewaschen; anschliessend vermischt man den Waschalkohol mit dem vorgenannten Filtrat, um Äthanol abzudampfen. Als Resultat erhält man 1,81 kg (0,2 Gew.-% Wassergehalt) gereinigte Tridekandisäure. Die Stickstoffgehalte der rohen Tridekandisäure und der gereinigten Tridekandisäure betragen 0,37 Gew.-% bzw. weniger als 0,02 Gew.-#, jeweils bezogen auf das Trockengewicht der Probe.

Beispiel 3

10 kg Tridekandisäure (43,8 Gew.-% Wasser), welche aus einer Fermentationsbrühe erhalten wurden, die nach Abtrennung der Zellen angesäuert und durch eine Filterpresse filtriert wurde, werden zur Abtrennung unlöslicher Substanzen gemäss der Methode von Beispiel 1 in 25 Liter Methanol (weniger als 2 Gew.-% Wasser) gelöst. 34 Liter des Gemisches aus dem Waschalkohol und dem Filtrat werden zur Ausfällung der Tridekandisäure mit 60 Liter Wasser versetzt. Der Niederschlag wird unter Druck bei Raumtemperatur abfiltriert, mit Wasser gewaschen und bei 60°C getrocknet. Man erhält 4,9 kg gereinigte Tridekandisäure (weniger als 0,4 Gew.-% Wasser). Die Stickstoffgehalte der rohen Tridekandisäure und der gereinigten Tridekandisäure betragen 0,32 Gew.-% bzw. weniger als 0,02 Gew.-%.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

' 1J Verfahren zur Reinigung von langkettigen Dicarbonsäuren, wobei man die langkettigen Dicarbonsäuren oder deren Salze in einem niederen aliphatischen Alkohol, in Tetrahydrofuran oder in einer wässrigen Lösung mindestens einer der genannten Substanzen löst und unlösliche Substanzen von der Lösung abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als niederen aliphatischen Alkohol Methanol verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als niederen aliphatischen Alkohol Äthanol verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Lösung eines niederen aliphatischen Alkohols verwendet, welche 100 Gewichtsteile Methanol und weniger als 40 Gewichtsteile Wasser umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Lösung eines niederen aliphatischen Alkohols verwendet, welche 100 Gewichtsteile Äthanol und weniger als 67 Gewichtsteile Wasser umfasst.
6. Verfahren zur Reinigung von durch Fermentation erzeugten langkettigen Dicarbonsäuren, wobei Wasser oder eine wässrige Lösung von Mineralsäure zu den langkettigen Dicarbonsäuren in der Lösung gegeben werden, aus welcher die unlöslichen Substanzen nach der Methode gemäss Anspruch 1 bis 6 entfernt wurden, wobei man die langkettigen Dicarbonsäuren ausfallen lässt und von der Lösung abtrennt.

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ORIGINAL INSPECTED