HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(i) Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konzentrieren einer
wäßrigen Lösung von Aminosäuren, insbesondere ein Verfahren zum
Konzentrieren von Aminosäuren mit geringer Löslichkeit in
Wasser am isoelektrischen Punkt mittels semipermeabler Membranen.
(ii) Beschreibung des Standes der Technik:
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Umkehrosmosemembranen (nachstehend als "RO-Membranen"
bezeichnet) sind zur Gewinnung und Konzentrierung von Endprodukten in
einer Lösung bei Temperaturen nahe Raumtemperatur anwendbar,
ohne daß eine Phasenänderung auftritt.
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Das Konzentrierungsverfahren unter Verwendung von RO-Membranen,
das viele Vorteile aufweist, wie niedrigeren Energieverbrauch,
zieht die Aufmerksamkeit auf sich, um auf einer Vielzahl von
Gebieten angewandt zu werden. Ein typisches Beispiel ist seine
Verwendung bei der Trennung von extrem niedrigmolekularen
gelösten Stoffen, wie anorganischen Salzen. Die in neuerer Zeit
mannigfaltigen Anwendungen rühren von der Entwicklung von
Verbund-RO-Membranen mit guter Wärme- und
Lösungsmittelbeständigkeit und von Ultrafiltrationsmembranen ähnelnden "lockeren"
("loose") Membranen her, die den Durchgang von extrem
niedrigmolekularen gelösten Stoffen erlauben.
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Ein in Aussicht genommenes Anwendungsgebiet für RO-Membranen
ist die Trennung und Reinigung von Aminosäuren aus durch
Fermentierung, chemische oder enzymatische Synthese erzeugten
verdünnten wäßrigen Lösungen, die zur Zeit durch
Kristallisation,
Ionenaustausch, Elektrodialyse oder
Lösungsmittelextraktion durchgeführt werden.
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Bei den bekannten Verfahren zum Konzentrieren wird in vielen
Fällen eine große Menge Wärmeenergie verbraucht, wie z. B. bei
dem Konzentrationsverfahren durch Wärmeverdampfung und bei
Mehrfach-Verdampfern. Wenn deshalb das Konzentrationsverfahren
unter Anwendung einer RO-Membran auf das Konzentrieren einer
wäßrigen Aminosäurelösung anwendbar wird, sollte es ein
Verfahren mit niedrigerem Energieverbrauch sein.
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Es wird erwartet, daß die RO-Membranen, die bei Lösungen
angewandt werden können, die keine durch die Konzentrierung
verursachten suspendierten Feststoffe enthalten, dazu geeignet sind,
eine verdünnte wäßrige Lösung einer Aminosäure, wie Prolin,
Arginin, Lysin, Natriumglutamat, Serin und Glycin, die alle in
Wasser hochgradig löslich sind, bis zu hohen Konzentrationen zu
konzentrieren, selbst am isoelektrischen Punkt der Aminosäuren.
Für die Praxis wird in einem Arbeitsbeispiel über eine solche
Verwendung von RO-Membranen beispielsweise in dem japanischen
offengelegten Patent No. 152355/1984 berichtet. RO-Membranen
können jedoch nicht wäßrige Lösungen von aromatische Ringe
enthaltenden Aminosäuren, wie Tryptophan, Tyrosin und
Phenylalanin, und Schwefel enthaltende Aminosäuren, wie Cystin und
Methionin, die in Wasser am isoelektrischen Punkt schwach
löslich sind, bis zu hohen Konzentrationen konzentrieren. Dies ist
darauf zurückzuführen, daß die RO-Membran durch die Aminosäure,
die sich nach der Sättigung abscheidet, verstopft wird.
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Eine Aminosäure ist ein amphoterer Elektrolyt, der in ein und
demselben Molekül eine Carboxylgruppe (-COOH) und eine
Aminogruppe (-NH&sub2;) aufweist. Jede Aminosäure besitzt ihre
charakteristischen Konstanten, die die Säuredissoziationskonstanten K&sub1;
und K&sub2; sind. Deshalb dissoziiert eine Aminosäure stärker, wenn
der pH-Wert einer wäßrigen Aminosäurelösung vom isoelektrischen
Punkt auf pK&sub1; oder pK&sub2; eingestellt wird, und die
Sättigungslöslichkeit
der Aminosäure steigt stark in dem pH-Wertbereich, der
niedriger als pK&sub1; oder höher als pK&sub2; ist. Aminosäuren mit einer
geringen Löslichkeit in Wasser, wie vorstehend erläutert, sind
neutrale Aminosäuren, und der pH-Wert des isoelektrischen
Punktes beträgt 5 bis 6. Deshalb muß beispielsweise im Falle von
Tryptophan (pK&sub1; = 2,3, pK&sub2; = 9,39), um eine Löslichkeit von
8 bis 10 Gew.-% zu erhalten, der pH-Wert auf einen Bereich von
nicht weniger als 11 oder nicht mehr als 2 festgelegt werden,
was eine pH-Wert-Bedingung ist, die erheblich von den pK&sub1;- und
pK&sub2;-Werten abweicht. Wenn auf diese Weise der pH-Wert auf den
Bereich von weniger als pK&sub1; der Aminosäure oder von mehr als
pK&sub2; eingestellt wird, wird nicht nur eine große Menge an Mittel
zum Einstellen des pH-Wertes benötigt, sondern der pH-Wert der
erhaltenen wäßrigen Lösung zeigt auch eine starke Azidität oder
eine starke Basizität, die über den von der RO-Membran
tolerierbaren Bereich hinausgeht, so daß Probleme hinsichtlich der
Lebensdauer der Membran und der Korrosionsbeständigkeit der
RO-Membranen benutzenden Konzentrierungsvorrichtung auftreten.
Somit ist es für die Praxis schwierig, die Löslichkeit der
Aminosäure durch einfaches Einstellen des pH-Wertes und
anschließendes Durchführen einer starken Konzentrierung durch
Membranen zu erhöhen.
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Weiterhin ist bereits ein Verfahren zum Erhöhen der
Sättigungslöslichkeit durch Steigern der Temperatur und anschließendes
Durchführen einer starken Konzentrierung durch Membranen
vorgeschlagen worden. Für die Erhöhung der Temperatur gibt es jedoch
eine Grenze, weil Aminosäuren keine gute Wärmestabilität
aufweisen, und die Löslichkeit der Aminosäuren ist nicht sehr
temperaturabhängig. Im Falle von Tryptophan steigt beispielsweise
die Löslichkeit bestenfalls um 2%, wenn die Lösungstemperatur
auf 60ºC erhöht wird. Deshalb führt Erhöhen der Temperatur
nicht zu einer hochgradigen Konzentrierung.
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Außerdem halten die meisten in der Praxis verwendeten
RO-Membranen Temperaturen von über 50ºC nicht stand, wenn auch in
neuerer Zeit wärmebeständige Membranen entwickelt wurden. Bei
hohen Temperaturen erleiden sie irreversible Schädigungen, wie
Veränderung der Qualität, was die Nutzungsdauer verkürzt.
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Daraus folgt, daß das Verfahren zum Erhöhen der Löslichkeit
durch Steigern der Temperatur zum Konzentrieren durch Membranen
verschiedene Probleme aufwirft, wie vorstehend erläutert, und
es deshalb zum Konzentrieren von hydrophoben Aminosäuren mit
geringer Löslichkeit am isoelektrischen Punkt nicht angewandt
werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines
Verfahrens zum Konzentrieren einer wäßrigen Lösung von Aminosäuren
mit geringer Löslichkeit in Wasser am isoelektrischen Punkt
mittels semipermeabler Membranen, wie Umkehrosmosemembranen und
Ultrafiltrationsmembranen (nachstehend als "UF-Membranen"
bezeichnet).
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Die Erfinder haben zur Lösung dieser Aufgabe gründlich
geforscht und gefunden, daß eine Lösung einer Aminosäure mit
geringer Löslichkeit in Wasser am isoelektrischen Punkt mittels
semipermeabler Membranen in Gegenwart eines wasserlöslichen
organischen Lösungsmittels und durch Erhöhen der Löslichkeit
durch Einstellen des pH-Wertes der Lösung stark konzentriert
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Verfahren zum
Konzentrieren einer wäßrigen Lösung einer Aminosäure mit geringer
Löslichkeit in Wasser am isoelektrischen Punkt, welches das
Konzentrieren der wäßrigen Lösung in Gegenwart eines
wasserlöslichen organischen Lösungsmittels mittels einer semipermeablen
Membran umfaßt.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Löslichkeitsabhängigkeit von
L-Tryptophan in ethanolisch-wäßrigen Lösungen unterschiedlicher
Konzentration gegenüber der Temperatur zeigt.
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Löslichkeitsabhängigkeit von
L-Tryptophan in einer 50 (Volumen)-%igen Isopropanol-Wasser-
Lösung gegenüber dem pH-Wert zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bislang war es nahezu unmöglich, eine wäßrige Lösung einer eine
hydrophobe Gruppe, wie einen aromatischen Ring, im Molekül
aufweisenden Aminosäure, die folglich eine niedrige Löslichkeit in
Wasser am isoelektrischen Punkt hat, unter Verwendung einer
semipermeablen Membran zu konzentrieren. Es ist bekannt, daß
das Konzentrieren nur möglich ist, wenn die Lösung erhitzt wird
oder der pH-Wert der Lösung auf einen Wert in der Nähe von pK&sub1;
oder pK&sub2; eingestellt wird. Dies ist vom Standpunkt der
Lebensdauer der semipermeablen Membran und der Stabilität der
Aminosäuren aus gesehen nicht wünschenswert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird es möglich, Aminosäuren mit geringer Löslichkeit
in Wasser am isoelektrischen Punkt mit einer semipermeablen
Membran stark zu konzentrieren, ohne daß eine starke
Verschiebung des pH-Wertes der wäßrigen Lösung vom isoelektrischen
Punkt hinweg stattfindet, indem auf einfache Weise eine richtig
bemessene Menge eines wasserlöslichen organischen
Lösungsmittels zu der wäßrigen Lösung zugesetzt wird. Das Konzentrieren
kann bei annähernd Raumtemperatur durchgeführt werden, ohne daß
eine Phasenänderung stattfindet. Somit wird es durch die
vorliegende Erfindung möglich, die Vorzüge einer semipermeablen
Membran bei annähernd Raumtemperatur in vollem Umfang
auszunutzen, ohne daß beim Konzentrieren einer eine hydrophobe Gruppe
aufweisenden Aminosäure eine Phasenänderung auftritt. Das
Verfahren
der vorliegenden Erfindung ist als wirtschaftlich
hochgradig wertvoll zu betrachten.
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Die Aminosäuren, auf die das Verfahren der vorliegenden
Erfindung anwendbar ist, sind die, die am isoelektrischen Punkt in
Wasser schwach löslich sind. Sie umfassen Aminosäuren oder ihre
Derivate mit einer hydrophoben Gruppe, wie einem aromatischen
Ring oder einem aromatischen Heteroring im Molekül,
beispielsweise Tryptophan, Tyrosin und Phenylalanin. Diese Aminosäuren
mit der hydrophoben Gruppe haben eine sehr geringe Löslichkeit
in Wasser, weil die Funktion der hydrophilen Gruppen, wie der
Carboxylgruppe und der Aminogruppe der Seitenkette, durch die
hydrophobe Gruppe abgeschwächt wird. Die Anwesenheit der
hydrophoben Gruppe macht andererseits die Aminosäure stärker
lipophil. Wegen dieser lipophilen Eigenschaften sind die die
hydrophobe Gruppe aufweisenden Aminosäuren stärker löslich in einer
eine richtige Menge eines wasserlöslichen organischen
Lösungsmittels, wie Alkohole, enthaltenden wäßrigen Lösung. Im
Gegensatz dazu sind wasserlösliche aliphatische Aminosäuren, wie
Glycin, Alanin und Serin, weniger löslich, wenn in ihrer
wäßrigen Lösung Alkohole anwesend sind.
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Geeignete wasserlösliche organische Lösungsmittel sollten mit
Wasser eine homogene Phase bilden und die Aminosäure in der
Lösung nicht zersetzen und zerstören. Eine kleine Menge dieser
geeigneten Lösungsmittel sollte in der Lage sein, die
Löslichkeit der Aminosäuren zu erhöhen, weil der osmotische Druck der
Lösung von der Menge des Lösungsmittels abhängt. Der osmotische
Druck sollte niedrig sein, um den Durchgang einer großen Menge
Flüssigkeit pro Zeiteinheit und Flächeneinheit der Membran zu
erlauben.
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Geeignete Lösungsmittel sollten nicht zu viele Kohlenstoffatome
enthalten, oder mögliche Substituenten sollten eine nicht zu
kleine Taft-Zahl haben. Aus diesen Gründen sind die bevorzugten
Lösungsmittel aliphatische niedere Alkohole, insbesondere die
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche niederen
Alkohole umfassen Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol
und tert.-Butanol. Die Auswahl sollte auf der Basis, ob das
ausgewählte Lösungsmittel die für das Konzentrieren verwendete
RO-Membran oder UF-Membran quillt oder nicht, getroffen werden.
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Die Menge an in der wäßrigen Lösung anwesendem Lösungsmittel
ist nicht spezifisch eingeschränkt. Eine richtig bemessene
Menge sollte so ausgewählt werden, daß die maximale Löslichkeit
und das maximale Rückhaltevermögen für eine bestimmte
Aminosäure erreicht werden. Es hängt von der Art der Aminosäure, dem
Lösungsmittel und dem Material der für das Konzentrieren
verwendeten RO-Membran oder der UF-Membran ab. Sie beträgt
normalerweise weniger als 60 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 50 Vol.-%.
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Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich, die Löslichkeit einer eine hydrophobe Gruppe, wie
eine aromatische Gruppe, aufweisenden Aminosäure in Wasser zu
erhöhen, indem man der Lösung das vorstehend genannte
wasserlösliche organische Lösungsmittel zusetzt. Es ist sogar
möglich, die Löslichkeit durch Einstellen der das Lösungsmittel
enthaltenden Lösung auf einen pH-Wert oberhalb oder unterhalb
des pH-Wertes des isoelektrischen Punktes der Aminosäure noch
weiter zu erhöhen. Der pH-Wert, der die gewünschte Löslichkeit
ergibt, ist nicht notwendigerweise niedriger als pK&sub1; oder höher
als pK&sub2;; aber er kann näher am pH-Wert des isoelektrischen
Punktes liegen als in dem Fall, in dem die Lösung kein
Lösungsmittel enthält. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die
Löslichkeit bereits durch das Lösungsmittel erhöht worden ist. Es
erübrigt sich zu sagen, daß es möglich ist, die Löslichkeit
durch Senken des pH-Wertes auf unterhalb pK&sub1; oder Erhöhen des
pH-Wertes auf oberhalb pK&sub2;, so lange die Membran dem niedrigen
oder hohen pH-Wert standhält, zu erhöhen, wodurch der Grad der
Konzentrierung erhöht wird.
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Die Löslichkeit einer Aminosäure in Wasser kann durch Zusetzen
des wasserlöslichen organischen Lösungsmittels zu der Lösung
und durch Einstellen des pH-Wertes der Lösung, wie vorstehend
erläutert, erhöht werden. Die erhöhte Löslichkeit ist allein
nicht ausreichend, um die effektive Konzentrierung einer
Aminosäure zu erreichen. Die für das Konzentrieren verwendete
RO-Membran oder UF-Membran sollte in der Lage sein, den Durchgang
von so viel Aminosäure wie möglich zu verhindern und den
Durchgang von so viel Flüssigkeit wie möglich zu erlauben.
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Die für das Konzentrieren verwendete RO-Membran ist nicht
besonders eingeschränkt, so lange sie dem in der wäßrigen
Lösung vorhandenen Lösungsmittel standhält. Die für das
Entsalzen verwendete herkömmliche RO-Membran ist jedoch für das
Verfahren nach der Erfindung nicht geeignet, weil sie nicht nur
ein hohes Rückhaltevermögen (von mehr als 90%) für Salz hat,
sondern auch ein hohes Rückhaltevermögen (mehr als 80%) für
das erfindungsgemäß offenbarte wasserlösliche Lösungsmittel
besitzt. Dieses hohe Rückhaltevermögen führt zum Konzentrieren
des Lösungsmittels ebenso wie der Aminosäure. Diese
Konzentrierung erhöht den osmotischen Druck der wäßrigen Lösung und
vermindert umgekehrt extrem den Durchgang der Flüssigkeit und
macht es erforderlich, den Betriebsdruck zu erhöhen. Um diese
Situation zu vermeiden und den Durchgang von Flüssigkeit bei
einem niedrigen Betriebsdruck zu erhöhen, ist es wünschenswert,
eine RO-Membran zu verwenden, die den Durchgang von so viel
Aminosäure wie möglich hemmt, aber den Durchgang an
Lösungsmittel nur in begrenztem Maße hemmt. Somit sollte eine bevorzugte
RO-Membran ein Rückhaltevermögen von höher als 80% für die
Aminosäure und ein Rückhaltevermögen von weniger als 50% für
das Lösungsmittel haben.
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Die RO-Membranen mit den vorstehend spezifizierten
charakteristischen Eigenschaften werden im allgemeinen als "lockere"
("loose") RO-Membranen bezeichnet. Sie umfassen die
RO-Membranen mit einem Rückhaltevermögen von höher als 90% für Kochsalz
in einer wäßrigen 1000 bis 5000 ppm Kochsalzlösung bei 25ºC.
Für die Verwertung der vorliegenden Erfindung ist es zu
bevorzugen, daß das Rückhaltevermögen des Kochsalzes nicht höher als
90% und nicht niedriger als 30% ist. Sie sind als Polyamid-
Verbundmembran (NF40HF von Film Tec), aromatische Polyamid-
Verbundmembran (NF40, NF50 und NF70 von Film Tec),
Polyvinylalkohol-Verbundmembran (NTR-7250 von Nitto Denko), Polysulfon-
Verbundmembran (MGR-5 von Mitsubishi Rayon Engineering),
Polysulfon-Verbundmembran (U90-G5 von Desalination) und vernetzte
Polyamid-Verbundmembran (UTC-20 und UTC-40 von Toray) im Handel
erhältlich. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete
RO-Membran ist nicht auf diese beschränkt.
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Die UF-Membranen hemmen den Durchgang an gelösten Stoffen mit
höherem Molekulargewicht als die RO-Membranen, jedoch erlauben
sie den nahezu freien Durchgang des Lösungsmittels. Die
Konsequenz ist, daß UF-Membranen durch die Konzentrierung des
Lösungsmittels keine Erhöhung des osmotischen Druckes
verursachen. Wegen der ihnen eigentümlichen Struktur erlauben
UF-Membranen auch den Durchgang von gelösten Stoffen mit einem
Molekulargewicht nahe dem der genannten Aminosäuren. Mit anderen
Worten, UF-Membranen erzeugen nicht den Molekularsiebeffekt für
die Aminosäure und bewirken keine effektive Konzentrierung.
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Ein Weg zur Erhöhung des Rückhaltevermögens für die Aminosäuren
ist die Verwendung einer UF-Membran mit festgelegten positiven
oder negativen Ladungen an der Oberfläche und die Verschiebung
des pH-Wertes der zu konzentrierenden wäßrigen Lösung vom
isoelektrischen Punkt hinweg, was zur Folge hat, daß die
Aminosäure in Säure- und Base-Ionen dissoziiert, so daß die Ladungen
auf der UF-Membran die Aminosäure-Ionen abstoßen. Eine positiv
geladene UF-Membran ist für eine wäßrige Aminosäurelösung
geeignet, in der der pH-Wert auf einen Wert eingestellt ist,
der höher ist als der isoelektrische Punkt.
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Eine negativ geladene UF-Membran wird aus Polysulfon,
Polystyrolsulfonsäure, Polysaccharid u. dgl. hergestellt. Eine
positiv geladene UF-Membran wird aus aromatischem Polyamid oder
durch Einführen von quaternären Ammoniumgruppen in die Membran
hergestellt. Die für die Konzentrierung von Aminosäuren
geeignete aufgeladene UF-Membran kann gelöste Stoffe mit einem
Molekulargewicht von weniger als 1000 fraktionieren.
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Obwohl auch im Falle von RO-Membranen eine elektrische Ladung
an der Oberfläche der Membranen nicht unbedingt erforderlich
ist, erhöht die elektrostatische Abstoßung zwischen
Aminosäureionen und der Membranladung beträchtlich das Rückhaltevermögen
der Membran. Deshalb erübrigt es sich zu sagen, daß es möglich
ist, durch Verwendung einer geladenen "lockeren" RO-Membran
einen hohen Konzentrierungsgrad zu erreichen, wenn die Lösung
das Lösungsmittel enthält und ihr pH-Wert auf einen Wert
eingestellt wird, der in Abhängigkeit von der Ladung höher oder
niedriger ist als der isoelektrische Punkt.
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Die folgenden Beispiele dienen lediglich der Erläuterung und
sollten nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefaßt werden.
Bezugsbeispiel 1:
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Die Löslichkeit von L-Tryptophan, das einen Indolring aufweist,
der ein aromatischer Heteroring ist, in einer
ethanolisch-wäßrigen Lösung wurde auf die übliche Weise bei 20 bis 75ºC
gemessen. Der pH-Wert der wäßrigen Lösung wurde auf den
isoelektrischen Punkt (5,89) eingestellt, und die wäßrige Lösung wurde
aus destilliertem Wasser und Ethanol von Reagensqualität
bereitet. Das Ergebnis ist in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 stehen die
Buchstaben a, b, c und d für die Löslichkeitskurven von
L-Tryptophan bei Ethanollösungen der nachstehend angegebenen
unterschiedlichen Zusammensetzungen.
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a: Ethanol: 0 Destilliertes Wasser: 100 (Volumenteile)
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b: Ethanol: 30 Destilliertes Wasser: 70
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c: Ethanol: 50 Destilliertes Wasser: 50
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d: Ethanol: 70 Destilliertes Wasser: 30
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Es ist anzumerken, daß die Löslichkeit von L-Tryptophan
zunimmt, wenn die Temperatur von 20ºC auf 75ºC ansteigt.
Bezugsbeispiel 2:
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Die Löslichkeit von L-Tryptophan (pK&sub1; = 2,38, pK&sub2; = 9,39,
pI = 5,89) gegenüber einer wäßrigen Lösung von Isopropanol wurde bei
40ºC und bei pH 9,5 auf übliche Weise gemessen. Die wäßrige
Lösung wurde aus destilliertem Wasser und Isopropanol von
Reagensqualität bereitet. Der pH-Wert der Lösung wurde mit
Chlorwasserstoffsäure von Reagensqualität und Ammoniakwasser
eingestellt. Das Ergebnis ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 stehen
die Buchstaben a und b für die Löslichkeitskurven von
L-Tryptophan bei Isopropanollösungen der nachstehend angegebenen
unterschiedlichen Zusammensetzungen.
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a: Isopropanol: 50 Destilliertes Wasser: 50 (Volumenteile)
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b: Isopropanol: 0 Destilliertes Wasser: 100
Beispiel 1:
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Sechs Liter einer 15 Gew.-% Isopropanol und 1 Gew.-%
L-Tryptophan enthaltenden wäßrigen Lösung, die mit
Chlorwasserstoffsäure von Reagensqualität auf einen pH-Wert von 3,0 eingestellt
war, wurde mit einer Polyamid-Verbundmembran (HR98, ein Produkt
von DDS) der Umkehrosmose bei 40ºC unter 40 kg/cm² unterzogen.
(Diese Membran ist flach und hat eine effektive Fläche von
0,07 m² und ein Rückhaltevermögen von 99,3% für Salz im Falle von
0,2%iger Kochsalzlösung). Die konzentrierte Lösung und die
durchgelaufene Flüssigkeit wurden in den Kreislauf
zurückgegeben. Die Menge an durchgelaufener Flüssigkeit (pro
Flächeneinheit
der Membran und pro Zeiteinheit) betrug 4,1 l/m²·h. Das
Rückhaltevermögen für L-Tryptophan betrug 98,5%. Das
Rückhaltevermögen für Isopropanol betrug 79,0%.
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Dasselbe Verfahren, wie vorstehend erläutert, wurde mit einer
aromatischen Polyamid-Verbundmembran (NF40HF, ein Produkt von
Film Tec) wiederholt. (Diese Membran ist flach und hat eine
effektive Fläche von 0,07 m² und ein Rückhaltevermögen von 58,7%
für Salz im Falle von 0,2%iger Kochsalzlösung). Die Menge
der durchgelaufenen Flüssigkeit betrug 48,3 l/m²·h. Das
Rückhaltevermögen für L-Tryptophan betrug 89,7%. Das
Rückhaltevermögen für Isopropanol betrug 19,6%.
Beispiel 2:
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Zwanzig Liter einer 15 Gew.-% Isopropanol und 1 Gew.-%
L-Tryptophan enthaltenden wäßrigen Lösung, die mit
Chlorwasserstoffsäure von Reagensqualität auf einen pH-Wert von 2,5 eingestellt
war, wurde zum Konzentrieren der Umkehrosmose mit einer
aromatischen Polyamid-Verbundmembran (NF40HF, ein Produkt von Film
Tec) bei 40ºC und einem Druck von 40 kg/cm² unterzogen. (Diese
Membran ist flach und hat eine effektive Fläche von 0,108 m²).
Der Arbeitsgang wurde chargenweise 9 Stunden durchgeführt. Die
Menge der konzentrierten Lösung (die 6,0 Gew.-% L-Tryptophan
und 21,5% Isopropanol enthielt) betrug 2,9 l. Die Menge der
durchgelaufenen Flüssigkeit (die 0,43 Gew.-% L-Tryptophan und
14,5% Isopropanol enthielt) betrug 17,1 l.
Beispiel 3:
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Sechs Liter einer 15 Gew.-% Isopropanol und 1 Gew.-%
L-Tryptophan enthaltenden wäßrigen Lösung, die mit Ammoniakwasser von
Reagensqualität auf pH 9,5 eingestellt war, wurde mit einer
zusammengesetzten aromatischen Polyamidmembran (NF70, ein
Produkt von Film Tec) der Umkehrosmose bei 40ºC unter 15 kg/cm²
unterzogen. (Diese Membran ist flach und hat eine effektive
Fläche von 0,07 m² und ein Rückhaltevermögen von 84,1% für
Salz im Falle einer 0,2%igen Kochsalzlösung). Die
konzentrierte Lösung und die durchgelaufene Flüssigkeit wurden in den
Kreislauf zurückgegeben. Die Menge an durchgelaufener
Flüssigkeit (pro Flächeneinheit der Membran und pro Zeiteinheit)
betrug 10,4 l/m²·h. Das Rückhaltevermögen für L-Tryptophan
betrug 90,6%. Das Rückhaltevermögen für Isopropanol betrug
16,0%.
Beispiel 4:
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Eine 20 Gew.-% Isopropanol und 0,6 Gew.-% L-Tryptophan
enthaltende wäßrige Lösung wurde durch Hindurchleiten von Ammoniakgas
auf einen pH-Wert von 10,0 eingestellt und auf 40ºC gehalten.
Unter Verwendung eines spiralförmigen RO-Membranmoduls SU-210S
(hergestellt von Toray Ltd.), das aus einer Verbundmembran aus
vernetztem Polyamid (effektive Oberfläche der Membran: 7 m²,
Rückhaltevermögen für Salz bei einer wäßrigen 1500-ppm-Lösung
von NaCl: 60,5%) aufgebaut war, wurden 760 l der obigen
wäßrigen Lösung der Konzentrierung im chargenweisen Verfahren
unter den Bedingungen eines Druckes von 30 kg/cm² und einer
Temperatur von 40ºC unterzogen. Nach 3 Stunden wurden 45 l der
konzentrierten Lösung (L-Tryptophan 6,3 Gew.-%, Isopropanol
22,4 Gew.-%) und 715 l der durchgelaufenen Flüssigkeit
(L-Tryptophan 0,24 Gew.-%, Isopropanol 19,8 Gew.-%) erhalten.
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Die chargenweise Konzentrierung wurde unter denselben
Bedingungen, wie vorstehend erläutert, durchgeführt, mit der
Ausnahme, daß in der ursprünglichen wäßrigen Lösung kein
Isopropanol enthalten war. Nach 2,5 Stunden vom Beginn des
Arbeitsganges an schied sich in der konzentrierten Lösung L-Tryptophan
ab, so daß es unmöglich wurde, den Vorgang fortzusetzen. Zu
diesem Zeitpunkt betrug die Konzentration an in der
konzentrierten Lösung gelöstem L-Tryptophan 3,8 Gew.-%.
Beispiel 5:
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Unter Verwendung einer RO-Membran NF40HF (hergestellt von Film
Tec Company), die aus einer Polyamid-Verbundmembran mit
positiver Ladung aufgebaut war (effektive Oberfläche der ebenen
Membran: 0,108 m²), wurde eine 15 Gew.-% tert.-Butanol und 1 Gew.-%
L-Tryptophan (pI = 5,89, pK&sub1; = 2,38, pK&sub2; = 9,39) enthaltende
wäßrige Lösung der Messung auf das Rückhaltevermögen für
gelöste Stoffe in einem vollständig umlaufenden Verfahren unter den
Bedingungen eines Druckes von 40 kg/cm² und einer Temperatur
von 40ºC unterzogen, wobei der pH-Wert mittels
Chlorwasserstoffsäure von Spezialgualität zwischen 7,3 und 1,8 variiert
wurde.
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In dem Fall, daß der pH-Wert 1,8 beträgt, was niedriger ist als
pK&sub1; und wobei L-Tryptophan nahezu zu Kationen dissoziiert ist,
beträgt das Rückhaltevermögen für L-Tryptophan 85,0%.
Andererseits, falls der pH-Wert 5,9 beträgt, was annähernd dem
isoelektrischen Punkt entspricht und wobei L-Tryptophan gering
dissoziiert ist, beträgt das Rückhaltevermögen 69,5%.