DE69214009T2 - Verfahren zur Herstellung von Polysacchariden - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung bzw. Reindarstellung von Polysacchariden, die in Form einer wäßrigen Lösung vorliegen.
• Es sind Verfahren zur Reindarstellung von Polymeren, die als gelöster Stoff in Lösungen auftreten, bekannt, die das Präzipitieren bzw. Ausfällen der Polymere durch Zugabe anderer Lösungsmittel, die mit den Lösungsmitteln für die Polymerlösungen mischbar sind, aber die Polymere nicht lösen, umfassen, um die gereinigten Polymere zu ergeben.
• Es wurde versucht das vorstehende Verfahren auf die Reindarstellung von Xanthan (xanthane gum) anzuwenden, das ein Polysaccharid ist, das durch die Fermentation durch Mikroorganismen erhalten wird. Gemäß diesem Verfahren wird das Xanthan durch Mischen des Kulturmediums, das das Xanthan enthält, mit Isopropanol als hydrophilem Lösungsmittel ausgefällt und abgetrennt. Das Verfahren erfordert jedoch die Anwendung einer großen Menge Isopropanol. Deshalb ist es sehr mühsam, das Isopropanol nach der Ausfällung und der Abtrennung des Xanthans zurückzugewinnen und die Ausgaben, die für die Geräte und Einrichtungen für die Behandlung ausgewandt werden müssen, sind zu hoch. Zudem wird das Xanthan in Form von Fäden (strings) aus der Lösung ausgefällt und wenn ein Rührgerät verwendet wird ist die Durchführung der Reinigungsoperation schwierig, da sich das Xanthan um das Rührgerät wickelt.
• Es wurden verschiedene Techniken vorgeschlagen, um diese Probleme zu lösen. Zum Beispiel offenbart die Geprüfte Japanische Patentschrift (nachstehend wird darauf als "J.P. KOKOKU" Bezug genommen) Nr. Sho 54-14679 ein Verfahren, das die Schritte der Zugabe einer verdünnten wäßrigen Lösung aus Isopropanol zu einem Kulturmedium umfaßt, das Xanthan enthält; und J.P. KOKOKU Nr. Hei 1-4521 offenbart ein Verfahren, das die portionsweise Zugabe von Isopropanol umfaßt. Diese Verfahren liefern als Niederschlag ein Xanthan, das keine Fadenform aufweist, erfordert aber die Verwendung einer großen Menge Isopropanol und dies wiederum erschwert die Rückgewinnung des Isopropanols.
• Ferner offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentschrift (nachstehend wird darauf als "J.P.KOKAI" Bezug genommen) Nr. Hei 2-255801 ein Verfahren zur Reinigung von in den Lösungen anwesenden Polymeren, das das Ausfällen der Polymere in einem Misch- und Rührgerät umfaßt, das mit zwei (d.h. einem oberen und einem unteren) Rührflügeln versehen ist, und die gleichzeitige Pulverisierung der ausgefällten Polymere zu kleinen Massen. Gemäß diesem Verfahren hängt jedoch die Eignung des Rührgeräts zum Pulverisieren der ausgefällten Polymere zu kleinen Massen größtenteils von der Verweilzeit der Polymere in der Apparatur ab und dementsprechend wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit stark beschränkt.
• Die Erfindung wurde zur Lösung der vorstehenden Probleme entwickelt und dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Reindarstellung eines Polysaccharids durch Mischen einer wäßrigen Lösung eines Polysaccharids mit einem hydrophilen organischen Lösungsmittel, das das Polysaccharid nicht löst, um auf diese Weise das Polysaccharidin einer anderen Form als der von Fäden wirkungsvoll auszufällen und es gleichzeitig zu reinigen, zur Verfügung zu stellen.
• Die Erfindung, die zur Verwirklichung der vorstehenden Aufgaben entwickelt wurde, bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Reindarstellung eines Polysaccharids, das die nachstehenden Schritte umfaßt: eine kontinuierliche und gleichzeitige Zufuhr einer wäßrigen Lösung eines Polysaccharids und eines hydrophilen organischen Lösungsmittels, das das Polysaccharid nicht löst, das Mischen dieser beiden Arten von Flüssigkeiten mittels einer rotierenden Turbine, um das Polysaccharid zu präzipitieren, das Schneiden des präzipitierten Polysaccharids mit einer gekoppelten Schneideinrichtung bzw. einer Interlocking-Schneideinrichtung (interlocking cutter), die ein feststehendes Schneidwerkzeug und ein rotierendes Scheidwerkzeug umfaßt, und das kontinuierliche Entnehmen einer Suspension aus fein geschnittenen Polysaccharidteilchen.
• Das Reinigungsverfahren der Erfindung kann auf jedes Polysaccharid angewandt werden, solange es in Wasser löslich ist, und Beispiele solcher wasserlöslichen Polysaccharide schließen diejenigen Polysaccharide ein, die aus Pflanzen und Seetang stammen, wie Guaran, Johannisbrotgummi, Tamarindengummi, Taragummi (tara gum), Gummiarabikum, Tragantgummi, Pektin, carrageenan und Alginat, und denjenigen Polysacchariden, die aus Tieren stammen, wie Chitosan (chitosan); und andere Polysaccharide, wie Dextran, Xanthan, Gellangummi (gellan gum), Welangummi (welan gum), Rhamsangummi (rhamsan gum), Pullulan, Curdlan (curdlan), Schizophyllan, Skleroglucan, Levan (levan), Acetan (acetan), Elsinan (elsinan), Mutan (mutan), Succinoglycan (succinoglycan), Nigeran (nigeran) und Hyaluronsäure.
• Isopropylalkohol stellt ein bevorzugtes hydrophiles organisches Lösungsmittel dar, aber Beispiele dafür schließen auch andere Alkohole, wie Methanol und Ethanol; Ether, wie Methylether und Ethylether; Dioxan, Aceton und Tetrahydrofuran ein.
• Die Konzentration der wäßrigen Lösung eines Polysaccharids liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 20 Gewichts-%. Dies deshalb, da bei einer höheren Konzentration als von 20 Gewichts-% das präzipitierte Polysaccharid nicht in feine Teilchen zerschnitten wird, so daß seine Reindarstellung nicht besonders wirksam ist, wohingegen bei einer kleineren Konzentration als 0,5 Gewichts-% der Verlust bei der Gewinnung der Polysaccharide massiv wird und somit nicht bevorzugt ist.
• Das Mischungsverhältnis der wäßrigen Lösung des Polysaccharids zu dem hydrophilen organischen Lösungsmittel, das das Polysaccharid nicht löst, liegt bevorzugt im Bereich von 1:0,8 bis 1:5 (Volumen/Volumen). Dies deshalb, da bei einem Mischungsverhältnis von kleiner 1:0,8 das Polysaccharid nicht fein präzipitiert wird und nicht wiedergewonnen werden kann und es somit zu einem unerwünschten Ergebnis kommt, wohingegen eine überschüßige Menge an wäßriger Lösung vorliegt, wenn das Verhältnis 1:5 übersteigt, und somit unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht bevorzugt ist.
• Wenn eine wäßrige Lösung eines Polysaccharids mit einem hydrophilen organischen Lösungsmittel gemischt wird, das das Polysaccharid nicht löst, wird das Polysaccharid ausgefällt, da die Affinität des organischen Lösungsmittels zu dem Wasser größer als die Affinität davon zu dem Polysaccharid ist. Das ausgefällte Polysaccharid wird mittels einer Interlocking-Schneideinrichtung, die ein feststehendes Schneidwerkzeug und ein rotierendes Schneidwerkzeug umfaßt, in feine Teilchen zerschnitten. Das fein geschnittene Polysaccharid wird in der Flüssigkeit gleichförmig verteilt, und ergibt eine einheitliche Suspension. Das resultierende Polysaccharid weist keine fadenartige Form auf, sondern besteht aus feinen Teilchen, und somit haftet das ausgefällte Polysaccharid nicht an der Verarbeitungsapparatur und/oder bleibt nicht in der Verarbeitungsapparatur zurück. Ferner kann das fein pulverisierte Polysaccharid leicht von der Suspension abgetrennt und entwässert werden. Ferner lösen sich die in dem partikulären Polysaccharid anwesenden Verunreinigungen leicht in der Flüssigkeit und können leicht entfernt werden und dies führt zu einer Verbesserung der Reinigungswirkung in dem Verfahren. Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Reinigung von Polysacchariden und besitzt somit einen hohen industriellen Wert.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform einer Apparatur zeigt, die für die Durchührung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Reindarstellung eines Polysaccharids verwendet wird.
• Das Verfahren der Erfindung wird nachstehend im Detail beschrieben, wobei als Beispiele Ausführungsbeispiele aufgezeigt werden, wobei die Erfindung aber keineswegs auf diese speziellen Ausführungsformen beschränkt ist.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Pumpenmühle (pump mill), die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reindarstellung eines Polysaccharids verwendet wird. Die in Figur 1 gezeigte Pumpenmühle umfaßt einen Antriebsbereich, einen Mischungsbereich und einen Schneidebereich. Der Antriebsbereich (nicht gezeigt) besteht aus einem Motor, der mit der Turbinenwelle 13 verbunden und außerhalb eines zylindrischen Gehäuses 17 angeordnet ist und durch eine Gleitringdichtung 15 vom Inneren des zylindrischen Gehäuses 17 getrennt ist. Der Mischungsbereich und der Schneidebereich sind innerhalb des zylindrischen Gehäuses 17 angeordnet. Das zylindrische Gehäuse 17 ist mit einem Einlaßkanal 1 und einem Auslaßkanal 3 ausgestattet und im Mittelbereich des Gehäuses befindet sich die Turbinenwelle 13. Der Mischungsbereich umfaßt in der Nähe der Einlaßöffnung eine rotierende Turbine 5, die an die Turbinenwelle 13 montiert ist, und ein Leitrad bzw. einen Stator 7, der in dem Bereich angeordnet ist, der zu der rotierenden Turbine 5 gehört. Der Schneidebereich umfaßt eine Interlocking-Schneideinrichtung, die aus einem rotierenden schneidwerkzeug 9, das an die Turbinenwelle 13 montiert und zwischen dem Mischungsbereich und dem Auslaßkanal 3 angeordnet ist, und einem feststehenden Schneidwerkzeug 11 besteht, das benachbart zu dem rotierenden Schneidwerkzeug 9 angeordnet ist und das rotierende Schneidwerkzeug umgibt. Die rotierende Turbine 5 und das rotierende Schneidwerkzeug 9 weisen Spiralformen auf, die in Bezug auf die Achse der Turbinenwelle 13 geneigt sind, damit sie bei der Drehung der Turbinenwelle 13 die Fähigkeit zum Transport aufweisen.
• Zwischen der rotierenden Turbine 5 und dem Stator 7 beziehungsweise zwischen dem rotierenden Schneidwerkzeug und dem feststehenden Schneidwerkzeug treten die Abstände a und b auf. Die Größenordnung dieser Abstände liegt im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 5 mm und bevorzugt in der Größenordnung von ungefähr 1 mm. Wenn der Abstand größer als mm ist, ist eine ausreichende Vermischung der beiden Arten von Flüssigkeiten nicht gewährleistet und es wird eine unzureichende Menge an Polysacchariden ausgefällt. Außerdem werden die ausgefällten Polysaccharide in dem Schneidebereich nicht fein zerschnitten.
• Die Zwischenräume eines jeden Abschnitts und/oder zwischen den Abschnitten in der Pumpenmühle bilden einen Strömungsweg und die Flüssigkeiten strömen entlang einer durch den Pfeil angegebenen Linie von dem Einlaßkanal 1 zu dem Auslaßkanal 3 durch den Strömungsweg.
• Was die Funktion der Pumpenmühle angeht, so dreht sich die Turbinenwelle 13 in die durch den Pfeil angegebene Richtung, wenn der Motor in dem Antriebsbereich die rotierende Turbine 5 und das rotierende Schneidwerkzeug 9 antreibt. Es reicht aus, die Umdrehungszahl auf ein Niveau von 1000 rpm oder höher einzustellen. Wenn eine Lösung aus einem Polysaccharid und ein hydrophiles organisches Lösungsmittel, das das Polysaccharid nicht löst, durch den Einlaßkanal gleichzeitig der Pumpenmühle zugeführt werden, werden die beiden Arten von Flüssigkeiten durch die Wirkung der rotierenden Turbine 5 gemischt. Die gemischte Flüssigkeit wird desweiteren dadurch gemischt, daß sie, wenn sie den Raum a passiert, zusammengedrückt wird, und als Ergbenis wird das Polysaccharid ausgefällt. Das auf dieser Stufe ausgefällte Polysaccharid liegt in Fadenform vor, wird aber zusammen mit der Flüssigkeit durch den Raum a in den Raum b des Schneidebereichs überführt und durch die Interlocking-Schneideinrichtung, die in dem Schneidebereich ein rotierendes Schneidwerkzeug 9 und eine feststehende Schneideinrichtung 11 umfaßt, in feine Teilchen zerschnitten. Die in dem Raum b gebildeten partikulären Polysaccharide liegen in Form einer Mischung mit der Flüssigkeit vor und werden deshalb durch den Auslaßkanal 3 in Form einer Suspension abgegeben. Die Pumpenmühle weist die Fähigkeit auf die gemischte Flüssigkeit und diese partikulären Polysaccharide anzusaugen und abzugeben und somit werden sie kontinuierlich von dem Einlaßkanal 1 zu dem Auslaßkanal 3 transportiert, ohne daß ein Teil davon zurückbleibt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reindarstellung eines Polysaccharids wird nachstehend unter Bezugnahme auf die nachstehenden, nicht einschränkenden Arbeitsbeispiele detaillierter erklärt.
Beispiel 1
• Ein Kulturmedium, das Xanthan in einer Konzentration von 3 Gewichts-% enthielt, und eine Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 1000 l/Std. aufwies, und eine Isopropanollösung mit einem Wassergehalt von 15 Gewichts-%, die eine Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 1500 l/Std. aufwies, wurden gleichzeitig durch den Einlaßkanal 1 in die vorstehend diskutierte Pumpenmühle eingeleitet, wobei die Drehzahl der rotierenden Turbine 5 und des rotierenden Schneidwerkzeugs auf 2000 rpm und der Abstand b auf 1 mm eingestellt wurde. Eine Suspension, die kontinuierlich durch den Auslaßkanal 3 entnommen wurde, enthielt kein fadenförmiges Polysaccharid und war einheitlich. Die Suspension wurde ferner den nachfolgenden Schritten des Trennens, Entwässerns und Waschens zugeführt, um Xanthanteilchen mit hoher Reinheit zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
• Unter Verwendung eines herkömmlichen Behälters, der mit einem Rührgerät ausgestattet war, als Apparatur, wurden das in dem vorstehenden Beispiel verwendete Kulturmedium, das Xanthan enthielt, mit einer Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 10 l/Std. und Isopropanol mit einer Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 15 l/Std. gleichzeitig in die Apparatur eingeleitet, wobei das Rührgerät mit 1000 rpm betrieben wurde. Das ausgefällte Polysaccharid lag in Form von Fäden vor, die sich um einen Rührflügel des Apparats wickelten und die Reinigungsoperation erschwerten.
Beispiel 2
• Eine wäßrige Lösung, die Johannisbrotgummi in einer Konzentration von 3 Gewichts-% enthielt und eine Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 1000 l/Std. aufwies, und eine Isopropanollösung mit einem Wassergehalt von 15 Gewichts-% und einer Strömungszufuhrgeschwindigkeit von 1500 l/Std. wurden durch einen Einlaßkanal 1 gleichzeitig und kontinuierlich in eine Pumpenmühle eingeleitet, die bei gleicher Drehzahl von rotierender Turbine 5 und rotierendem Schneidwerkzeug betrieben wurde. Eine Suspension, die kontinuierlich durch den Auslaßkanal 3 entnommen wurde, enthielt kein fadenförmiges Polysaccharid und war einheitlich. Die Suspension wurde ferner den nachfolgenden Schritten des Trennens, des Entwässerns und des Waschens zugeführt und ergab Johannisbrotteilchen mit hoher Reinheit.

Claims (6)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Reindarstellung eines Polysaccharids, das die nachstehenden Schritte umfaßt: eine kontinuierliche und gleichzeitige Zufuhr einer wäßrigen Lösung eines Polysaccharids und eines hydrophilen organischen Lösungsmittels, das das Polysaccharid nicht löst, das Mischen dieser beiden Arten von Flüssigkeiten mit einem Mischungsverhältnis von wäßriger Lösung des Polysaccharids zu hydrophilem organischen Lösungsmittel von 1:0,8 bis 1:5 (Vol./Vol.) mittels einer rotierenden Turbine, um das Polysaccharid zu präzipitieren, das Schneiden des präzipitierten Polysaccharids mit einer Interlocking-Schneideinrichtung, die ein feststehendes Schneidwerkzeug und ein rotierendes Scheidwerkzeug umfaßt, und das kontinuierliche Entnehmen einer Suspension aus fein geschnittenen Polysaccharidteilchen, wobei die Abstände zwischen der rotierenden Turbine und einem Stator und zwischen dem rotierenden Schneidwerkzeug und dem feststehenden Schneidwerkzeug jeweils 0,1 bis 5 mm betragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Polysaccharid ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus denjenigen Elementen ausgewählt ist, die aus Pflanzen und Seetang stammen, wie Guaran, Johannisbrotgummi, Tamarindengummi, Taragummi, Gummiarabikum, Tragantgummi, Pektin, Carrageenan und Alginat, und denjenigen Elementen, die aus Tieren stammen, wie Chitosan; und anderen Polysacchariden, wie Dextran, Xanthan, Gellangummi, Welangummi, Rhamsangummi, Pullulan, Curdlan, Schizophyllan, Skleroglucan, Levan, Acetan, Elsinan, Mutan, Succinoglycan, Nigeran und Hyaluronsäure.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das hydrophile organische Lösungsmittel ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus Isopropylalkohol, anderen Alkoholen, wie Methanol und Ethanol; Ethern, wie Methylether und Ethylether; Dioxan, Aceton und Tetrahydrofuran ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die wäßrige Lösung des Polysaccharids ein Nährmedium ist, das Xanthan (xanthane gum) enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Konzentration der wäßrigen Lösung des Polysaccharids im Bereich von 0,5 bis 20 Gewichts-% liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das hydrophile organische Lösungsmittel in Form einer Mischung mit Wasser zugeführt wird.