DE69825024T2

DE69825024T2 - Verfahren zur Herstellung von granuliertem L-Lysin enthaltendem Futterzusatz

Info

Publication number: DE69825024T2
Application number: DE69825024T
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael Stevens; Thomas P. Binder
Original assignee: Archer Daniels Midland Co
Current assignee: Archer Daniels Midland Co
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: TR199802628A3; TW521996B; EP0923878A3; CZ414398A3; PL194210B1; CN1269980A; TR199802628A2; HU9802901D0; ID22079A; DE69825024D1; PL330344A1; ES2224340T3; CZ300262B6; US6756510B1; JPH11253110A; BR9805349A; NO985883L; HK1018680A1; HUP9802901A1; CA2255130A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines granulären L-Lysin-Futterergänzungsmittels aus einer L-lysinhaltigen Fermentationsbrühe, und im genaueren auf die Erzeugung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels, in welchem der Gehalt an L-Lysin nicht allein von der ursprünglichen Konzentration von L-Lysin in der L-Lysin-Fermentationsbrühe abhängig ist.
Hintergrund der Erfindung
Lysin ist eine in der Tierfutterindustrie extensiv verwendete Aminosäure. Die am häufigsten auftretende Form ist L-LysinHCl (L-Lysin monohydrochlorid). Viele Jahre lang wurde L-LysinHCl als Feststoff durch ein Verfahren bestehend aus Fermentation, Aufreinigung, Kristallisation und Trocknung hergestellt. Nach der Fermentation kann die erhaltene Brühe durch Filtration oder Zentrifugation von Zellen befreit werden. Nach der Filtration kann das L-Lysin aus der Fermentationsbrühe durch einen Ionenaustauschschritt wieder gewonnen werden, wobei dieser eine Flüssigkeit erzeugt, die im wesentlichen die freie Base von L-Lysin darstellt. Diese Lösung kann anschließend durch Verdampfung aufkonzentriert werden.
Gewöhnlicherweise wird Salzsäure zur konzentrierten freien Basis von L-Lysin zugegeben, um LysinHCl zu bilden. Diese konzentrierte L-LysinHCl-Lösung wird kristallisiert, um ein Produkt in Form von L-LysinHCl-Dihydrat (L-LysinHCl : 2H₂O) zu bilden. Dieser kristallisierte Feststoff wird anschließend auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1% getrocknet.
Dieses konventionelle Produkt kann Nachteile besitzen. Beispielsweise ist es staubig. Während des Umgangs mit dem Produkt führt der Staub zu einem Verlust wertvollen Materials und verursacht in manchen Fällen eine unvollständige Formulierung. Ebenso sind die Arbeitsbedingungen für Menschen auf Grund des durch L-LysinHCl entstehenden Staubes nicht förderlich für die Gesundheit und schwieriger. Zusätzlich führt das Produkt manchmal während der Lagerung zu Verklumpungen, welche zum Zeitpunkt der Verwendung schwierig aufzulösen sind. Außerdem macht die extensive Verwendung eines Ionenaustauschschrittes dieses Verfahren teuer.
Die direkte Sprühtrocknung einer L-Lysin-Fermentationsbrühe vermeidet die mit dem L-Lysin Hydrochloridverfahren verbunden extensiven Aufreinigungsschritte, insbesondere die Verwendung des teueren Ionenaustauschschrittes. Gleichwohl ist eine gleichmäßige Konzentration von L-Lysin im finalen Trockenprodukt schwierig zu erreichen, da die Konzentration von L-Lysin in einer Fermentationsbrühe bemerkenswert variieren kann. Das Trockenprodukt kann ebenfalls staubig und schwierig zu verwenden sein.
Das Patent 5,431,933 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines aminosäurehaltigen Futterergänzungsmittels, welches „noch immer die meisten der Feststoffanteile in der Fermentationsbrühe enthält". Die Herstellung einer Fermentationsbrühe in industriellen Maßstab mit 40% bis 50% Gehalt an L-Lysin kann vom operativem Standpunkt her nur sehr schwierig erreicht werden. Fermentierer mit Fehlfunktion, Verunreinigung, Spannungsverluste und Bedienungsfehler treten üblicherweise auf und führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Fermentationsmaterial, welches einen Gehalt an L-Lysin von weniger als ungefähr 40% aufweist und daher von geringem Wert ist. Diese Schwierigkeit wird durch die Verunreinigungen begründet, die an den Bestandteilen des Mediums anhaften, und von denen viele nicht aufgereinigt sind und in Bezug auf den Feststoffanteil und den Nährwert von Charge zu Charge variieren. Um Veränderungen im Medium zu vermeiden, wird die Fermentation mit spezifischen und teueren Medien durchgeführt. Solche Überlegungen können zu einem Anstieg des operativen Aufwands führen, welcher notwendig ist, um einen 40%iges bis 50%iges L-Lysin-Produkt herzustellen, was wiederum zu hohen Herstellungskosten führt, welche nicht erwünscht sein mögen. Zusätzlich wird die Brühe zur Herstellung eines Pulvers getrocknet, welches schwierig in der Handhabung ist und zerstörerische Effekte auf die Gesundheit von Arbeitern auf Grund der Inhalation des Staubes besitzen kann.
Ein Verfahren, in welchem ein nicht-staubiges granuläres Tierfutterprodukt gebildet wird, wird in Patent 5,622,710 beschrieben. Die Granulierung wird in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst wird die Fermentationsbrühe zur Erzeugung von Partikeln sprühgetrocknet, welche eine Biomasse enthalten können. Im zweiten Schritt werden die Partikel unter Zuhilfenahme einer kostenintensiven hoch scherenden Mischungsausrüstung in Pellets umgeformt.
Die europäische Patentanmeldung 91460051.5 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines granuliertes L-Lysin staubfrei, und frei-fließend zu machen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines granulären L-LysinHCl-Produkts ausgehend von einer flüssigen Lösung oder Aufschlämmung mittels eines Sprühgranulationsverfahrens. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Bestandteile aus einer Fermentationsbrühe, die L-Lysin enthält, mittels eines Ionenaustauschverfahrens behandelt, um eine reinere L-Lysin-Lösung zu erhalten. Anschließend wird zur reineren L-Lysin-Lösung Salzsäure zugegeben, um L-LysinHCl herzustellen, welches anschließend auf einem bewegten Trocknungstisch mit L-Lysin-Partikeln gesprüht wird. Die L-LysinHCl-Partikel werden anschließend wiedergewonnen, wenn sie eine vorbestimmte Größe erreicht haben.
Die Anmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO/95/23129 beschreibt die Herstellung eines nicht-stöchiometrischen Salzes von L-Lysin in granulärer Form. Diese Veröffentlichung lehrt die Herstellung nicht-stöchiometrischer Salze von L-Lysin, wobei die Menge des Gehalts an L-Lysin im Endprodukt einstellbar ist. Während der Bedarf für Salzsäure geringer ist, werden andere Materialien wie beispielsweise Calciumhydroxid, Schwefelsäure oder Phosphorsäure benötigt. Zusätzlich wird die L-Lysin enthaltende Fermentationsbrühe extensiv einem Ionenaustauschverfahren unterzogen.
DE 196 21 930 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines Tierfutterzusatzes ausgehend von einer Fermentationsbrühe, wobei das Additiv das Fermentationsprodukt umfasst, welches optional mit vorangegangenen Konzentraten und/oder anderen Fermentationsbrühen gemischt ist.
Das Patent 3,089,824 beschreibt die Verwendung eines Fließbetts, zur Herstellung von gepressten Tabletten zur medizinischen Verwendung. Das Verfahren umfasst (1) die Bildung einer Suspension aus Partikeln in Luft, (2) die Behandlung der Partikel, damit diese mit granuliertem Material aufgebaut werden können und (3) Beschichtung der erhaltenen Körnchen mit einem Beschichtungsmittel. In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung wird das granulierende Material atomisiert und in den Luftstrom eines Fließbetts aus inerten Partikeln, wie beispielsweise Sucrose, gesprüht. Die inerten Partikel dienen als Ker ne für das Granulierungsverfahren. Die erhaltenen Körnchen werden mit einem Beschichtungsmittel beschichtet.
Die vorliegende Erfindung, so wie durch die Ansprüche definiert, stellt ein extrem nützliches Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen nicht staubenden granulären L-Lysin-Produktes bereit, in welchem die Konzentration von L-Lysin in Endprodukt durch die Zugabe von L-Lysin kontrolliert wird, welches vor einem Agglomerierungsschritt (z. B. Sprühgranulierungsschritt) zugegeben wird. Gleichwohl gibt es Gelegenheiten, bei denen ein nicht-granuläres L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer einstellbaren Menge an Reinheit von L-Lysin aufgrund besonderer ökonomischer Gründe wünschenswert ist.
Ein Ultrafiltrationsschritt wird verwendet, um eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin und eine zellreiche Brühe aus L-Lysin in der Form eines Permeats und eines Retentats bereit zustellen. Falls die zellreiche Brühe aus L-Lysin verworfen wird, entsteht Abfall. Es sollte daher sorgfältig bedacht werden, entweder die zellreiche Brühe aus L-Lysin zu verwenden oder sorgfältig zu entsorgen. Der Ultrafiltrierungsschritt erhöht weiterhin deutlich die Kosten der Anlage.
Falls die zellreiche Brühe aus L-Lysin als Abfallnebenprodukt behandelt wird, erfordert dies eine primäre und eine sekundäre Abwasserbehandlung. Falls die zellreiche Brühe aus L-Lysin als unbehandeltes Abwasser freigesetzt wird, kann ein zerstörerischer Einfluss auf die Umwelt entstehen.
Zur Vereinfachung der Bezeichnung soll der Begriff „Trockner" verwendet werden, um jede geeignete Trocknungsmöglichkeit, wie beispielsweise Sprühtrockner, Trommeltrockner, Tunneltrockner, Routationstrockner, Blechtrockner und Sprühgranulatoren zu bezeichnen. Weiterhin soll der Begriff „Sprühgranulator" verwendet werden, um ein „Fließbett aus Partikeln" zu beschreiben.
Die Begriffe „Sprühgranulation", „Sprühgranulationsschritt" und „Agglomerierung" werden im folgenden als äquivalente Begriffe angesehen.
Die Bezeichnungen „Rententat" und „zellreiche Brühe aus L-Lysin" werden im folgenden als äquivalente Begriffe angesehen.
Der Begriff „Auftrennung" wird im folgenden verwendet, um die Auftrennung einer L-Lysin-Fermentationsbrühe in zwei Fraktionen zu beschreiben: eine zellreiche Brühe aus L-Lysin und eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin. Es können alle geeigneten Mittel zur Auftrennung oder eine Kombination von Mitteln zur Auftrennung verwendet werden. Die Auftrennung kann durch Filtration (z. B. Ultra- und Mikrofiltrierung), und durch mechanische Verfahren wie beispielsweise Zentrifugation und Dekantierung erreicht werden.
Der Begriff „Ultrafiltration" wird im folgenden verwendet um die Verwendung eines Ultrafilters zur Filtrierung von Zellen aus einer L-Lysin-Fermentationsbrühe zur Bereitstellung einer im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin und eine zellreichen Brühe aus L-Lysin zu beschreiben. Der zur Entfernung der Zellen verwendete Ultrafilter besitzt einen Cutoff bezüglich des Molekulargewichts zwischen etwa 10.000 Dalton und 500.000 Dalton, vorzugsweise etwa 500.000 Dalton.
Der Begriff „neutralisierte freie Base von L-Lysin" wird im folgenden verwendet, um ein Material zu beschreiben, welches die freie Base von L-Lysin enthält und welches unter Verwendung von Gegenionen wie beispielsweise Cl^– und SO₄ ^2– neutralisiert wurde. Die neutralisierte freie Base von L-Lysin wird durch Reaktion von mindestens einer stöchiometrischen Menge einer Säure wie beispielsweise Salzsäure (HCl) oder Schwefelsäure (H₂SO₄) mit der freien Base von L-Lysin erhalten.
Der Begriff „L-Lysin" wird im folgenden verwendet, um mindestens ein geeignetes L-Lysin zu beschreiben, welches allein oder in Verbindung mit mindestens einem anderen geeigneten L-Lysin verwendet wird, ausgewählt aus L-Lysinhydrochlorid und L-Lysinsulfat.
Der Begriff „Endprodukt des L-Lysin-Futterergänzungsmittels" wird im folgenden verwendet, um ein Endprodukt eines Ergänzungsmittels mit einer Reinheit von L-Lysin innerhalb eines Bereiches zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin zu beschreiben, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm. Weiterhin soll der Begriff „Endprodukt des L-Lysin-Futterergänzungsmittels" im folgenden als ein Endprodukt verstanden werden, in welchem das L-Lysin des Endproduktes in seiner neutralisierten Form vorhanden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Gegenstand dieser Erfindung, ein flexibleres Verfahren zur Herstellung einer L-Lysin-Erzeugung bereitzustellen, wobei die Konzentration von L-Lysin im Endprodukt kontrollierbar ist.
Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Erzeugung eines im wesentlichen staubfreien, freifließenden granulären L-Lysins aus einer Fermentationsbrühe. Insbesondere ist ein Gegenstand die Bereitstellung eines einfacheren und ökonomischeren Verfahrens zur Herstellung von granulärem L-Lysin. Es ist tatsächlich ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein im wesentlichen staubfreies Produkt herzustellen, welches keine hochscherenden Mischungsanlagen erfordert. Ein weiterer Gegenstand ist die Bereitstellung eines in einem Schritt getrockneten und granulierten L-Lysin-Produkts, ein Verfahren, das hier als „Agglomerierungsschritt" bezeichnet wird.
Ein anderer Gegenstand ist die Herstellung von granulärem L-Lysin aus einer Fermentationsbrühe, in welcher die Konzentration von L-Lysin durch die Zugabe von L-Lysin-Monohydrochlorid (im folgenden als „L-Lysin-Hydrochlorid" bezeichnet) einstellbar ist. Ein noch mehr bevorzugter Gegenstand ist die Vermeidung eines extensiven Ionenaustausches der Fermentationsbrühe. Ein weiterer Gegenstand ist die Bereitsstellung eines nicht granulären L-Lysin-Futterergänzungsmittels mit einer einstellbaren Menge an L-Lysin, wobei der Sprühgranulierungsschritt durch alternative Verfahren wie beispielsweise Sprühtrocknung, Trommeltrocknung, Rotationstrocknung, Blechtrocknung und Tunneltrocknung ersetzt wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die oben erwähnten Merkmale sowie weitere Merkmale dieser Erfindung und der Weg zur Erhaltung dieser Merkmale wird klarer werden, und auch die Erfindung selbst wird durch Bezug auf die folgende Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den anhängigen Figuren am besten verstanden werden, so beispielsweise:
1 stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen staubfreien, freifließenden, granulären L-Lysins in der Weise darstellt;
2 stellt ein Fließschema dar, welches die grundlegenden Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem der Ultrafiltrationsschritt optional ist und der Schritt zur Wasserentfernung ausgelassen wurde;
2a stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem eine Vielzahl von Trocknungsmitteln verwendet wird;
3 stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritt in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem es zwei Einspeisungspunkte von L-Lysin gibt;
3a stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem eine konzentrierte zellreiche Brühe für die Zugabe von mehr L-Lysin wiederverwertet werden kann;
4 stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem ein L-Lysin zu einer L-Lysin-Fermentationsbrühe zugegeben wird; und
5 stellt ein Fließbild dar, welches die grundlegenden Schritt in einem Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels zeigt, in welchem ein L-Lysin zu einer konzentrierten Brühe aus L-Lysin hinzugegeben wird.
Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die grundlegenden Schritte in einer Ausführungsform beinhalten ein Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen staubfreien, frei fließenden, granulären L-Lysins (1) mit einer einstellbaren Menge einer Reinheit von L-Lysin in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm. Diese Schritte umfassen: (a) Ultrafiltration einer L-Lysin-Fermentationsbrühe, um ein im wesentlichen zellfreies L-Lysin-Permeat 28 bereitzustellen; (b) Entfernung von Wasser aus dem L-Lysin-Permeat aus Schritt (a), um eine im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin 40 bereitzustellen; (c) Hinzufügen eines L-Lysins, L-Lysinshydrochlorids oder L-Lysinsulfats zu der Brühe aus L-Lysin aus Schritt (b), um eine im wesentlichen zellfreie, angereicherte Brühe aus L-Lysin („SCFELB") 54 bereitzustellen; und (d) Agglomerierung der Brühe aus L-Lysin aus Schritt (c), um ein Futterergänzungsmittel in der Form eines im wesentlichen staubfreien, frei fließenden, granulären L-Lysin-Produkts bei Punkt 96 bereitzustellen.
Die grundlegenden Schritte der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens (2) erzeugt ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer resultierenden Reinheit von L-Lysin in einem Bereich, der theoretisch zwischen etwa 35% und 80% liegt, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm, und noch bevorzugter zwischen etwa 50% und 80% L-Lysin. Der Ultrafiltrationsschritt kann durch einen Zentrifugationsschritt ersetzt werden und der Schritt zur Wasserentfernung kann in einem Verfahren ausgeschlossen werden, welches umfasst: (a) Abtrennung einer L-Lysin-Fermentationsbrühe in zwei Fraktionen durch jegliches geeignete Mittel wie beispielsweise Zentrifugation; eine zellreiche Brühe aus L-Lysin („CRLB") 32 und eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin („SCFLB") 28; (b) Zugabe von L-Lysin, wie beispielsweise L-Lysinhydrochlorid bei 48 zur Brühe aus L-Lysin aus Schritt (a) in einen Mischtank 52, um eine im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin („SCFELB") bereitzustellen, wobei das zugegebene Material in einer Menge vorliegt, welches ein Endprodukt des L-Lysin-Futterergänzungsmittels mit einer Reinheit von L-Lysin in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin erzeugt, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm; (c) Agglomerierung der Brühe aus L-Lysin aus Schritt (b) durch Verwendung eines Sprühgranulators 60, um Partikel aus L-Lysin bereitzustellen; und (d) Sieben der Partikel aus Schritt (c), um das Endprodukt des L-Lysin-Futterergänzungsmittel 96 bereitzustellen.
Alternativ kann die im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii) sprühgetrocknet werden (60 in 2a), um ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel 96 bereitzustellen. Ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel 96 kann ebenfalls durch Tunneltrocknung, Trommeltrocknung, Rotationstrocknung oder Blechtrocknung der im wesentlichen zellfreien angereicherten Brühe aus L-Lysin (62 in 2a) hergestellt werden. Überflüssiges Wasser kann (63 in 2a) bevorzugt durch Verdampfung entfernt werden.
Die grundlegenden Schritte eines Aspekts des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens (3) erzeugt ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer abschließenden Reinheit von L-Lysin, die theoretisch in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% liegt, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm, und noch bevorzugter zwischen etwa 50% und 80% L-Lysin. Die grundlegenden Schritte umfassen: (a) eine L-Lysin-Fermentationsbrühe, aufgetrennt in zwei Fraktionen zur Erzeugung einer im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin („SCFLB") 28 und einer zellreichen Brühe aus L-Lysin („CRLB") 32; (b) Einstellung der Reinheit von L-Lysin der zellreichen Brühe aus L-Lysin aus Schritt (a) zur Herstellung einer angereicherten zellreichen Brühe 52; (c) Entfernung des Wassers aus der angereicherten zellreichen Brühe aus Schritt (b) zur Bereitstellung einer konzentrierten zellreichen Brühe 36; und (d) entweder Trocknung der konzentrierten zellreichen Brühe aus Schritt (c) zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels (96) oder Mischung der konzentrierten zellreichen Brühe aus Schritt (c) mit mehr L-Lysin an Punkt 104 und anschließende Trocknung zur Herstellung eines L-Lsyinfutterergänzungsmittels an Punkt 96. Die konzentrierte zellreiche Brühe kann auf einer Batch oder Semi-Batch Basis, wie in 3a dargestellt, mit mehr L-Lysin gemischt werden.
Die grundlegenden Schritte in einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren (4) zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels mit einer einstellbaren Menge der Reinheit von L-Lysin umfassen: (a) Einstellung der Reinheit von L-Lysin einer L-Lysin-Fermentationsbrühe zur Bereitstellung einer angereicherten L-Lysin-Fermentationsbrühe; und (b) Konvertieren der angereicherten L-Lysin-Fermentationsbrühe aus Schritt (a) in ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel entweder durch Sprühgranulation, Sprühtrocknung, Tunneltrocknung, Blechtrocknung, Rotationstrocknung oder Trommeltrocknung.
Die grundlegenden Schritte in einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren (5) zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels in einer ähnlichen Weise zu der in 4 beschriebenen beinhalten weiter den optionalen Schritt der Entfernung von Wasser, bevorzugt durch Verdampfung, aus der L-Lysin-Fermentationsbrühe an Punkt 36 um eine konzentrierte Brühe aus L-Lysin mit etwa zwischen 30% und 70% Feststoffen pro Gewicht bereitzustellen. L-Lysin wird zur konzentrierten Brühe aus L-Lysin an Punkt 48 zugegeben, um eine angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe bereitzustellen. Die angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe kann an Punkt 60 sprühgranuliert werden; sprühgetrocknet an Punkt 61 und sprühgetrocknet, sprühgranuliert, tunnelgetrocknet, blechgetrocknet oder trommelgetrocknet an Punkt 62, um ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer abschließenden Reinheit von L-Lysin theoretisch in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin bereitzustellen, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm, und noch bevorzugter zwischen etwa 50% und 80% L-Lysin.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Während ein Gegenstand dieser Erfindung die Ernte und Prozessierung der Base von L-Lysin aus einer Fermentationsbrühe darstellt, kann die Zusammensetzung und Natur des Fermentationsmediums variieren. Beispielsweise kann jeder geeignete Organismus aus dem Genus von Corynebakterium oder Brevibakterium, der einen hohen L-Lysinanteil erzeugt, verwendet werden, um das Fermentationsmedium zu inokulieren. Vor Inokulation mit dem L-Lysin erzeugenden Bakterium kann das Fermentationsmedium die folgende Zusammensetzung besitzen:

Material	Menge (g/l)
Soja-Hydrolysat	20,0
Ammoniumsulfat	20,0
Harnstoff	3,0
Monokaliumphosphat	1,0
Magnesiumsulfat-Heptahydrat	0,5
Mangansulfat	0,002
Biotin	0,0001
Thiamin-Hydrochlorid	0,0001
Glukose	30,0

Der pH-Wert bei ungefähr 7,2 mit Ammoniumhydroxid eingestellt und beibehalten. Die Temperatur wird bei etwa 32°C beibehalten. Der Nährstoff ist Glukose: (NH₄)₂SO₄ mit einer Glukosekonzentration, die bei etwa 10 g/l beibehalten wird.
Das Fermentationsmedium kann durch Verwendung von mikrobiologischen Standardverfahren, welche Fachleuten in der Mikrobiologie bekannt sind, im Fermentationsbehälter inokuliert werden. Der Fermentationsbehälter sollte mit einem Rührer, einem Ventilationssystem und einer Temperaturkontrollvorrichtung ausgestattet sein, um die Fermentation bei etwa 30°C und bevorzugt bei 32°C zu halten. Die Fermentation wird solange durchgeführt, bis die Konzentration der L-Lysinbase bei etwa 92 g/l (Gramm pro Liter) liegt und die ge samte Menge der trockenen Feststoffe bei etwa 218 g/l liegt. Aseptische Verfahren sollten während des gesamten Fermentationsverfahrens beachtet werden, um eine Kontaminierung der Fermentationsbrühe mit nicht-L-Lysin erzeugenden Organismen zu vermeiden.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt dieser Erfindung, welche am besten in Bezug auf 1 verstanden wird, erzeugt das Verfahren ein im wesentlichen staubfreies, frei fließendes, granuläres L-Lysin aus der Fermentationsbrühe, welche etwa wie folgt beschrieben wird:

(i) Eine L-Lysin enthaltende Fermentationsbrühe in einem Fermenter 20 wird mittels einer Vorrichtung zur Ultrafiltration an Punkt 24 in zwei Fraktionen zur Entfernung von Zellen aufgetrennt, um eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin (an Punkt 28 als „Permeat" in den beigefügten Figuren gezeigt) zu erzeugen. Die zellreiche Brühe aus L-Lysin (hier als Retentatabfall behandelt) wird an Punkt 32 abgeführt. Der zur Entfernung der Zellen verwendete Ultrafilter besitzt eine Molekulargewichts-Cut-Off zwischen 10.000 Dalton und 500.000 Dalton, bevorzugt von etwa 500.000 Dalton.
(ii) Die im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin wird verdampft, um Wasser an Punkt 36 zu entfernen und um eine im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin 28 herzustellen. Bevorzugt besitzt die im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin (als Konzentrat an Punkt 40 dargestellt) zwischen etwa 30% und 70% Feststoffe pro Gewicht. Abwasser wird an Punkt 44 abgeführt. Die Verdampfung wird ungefähr in einem Bereich zwischen 60°C (140°F) und 101°C (214°F), bevorzugt zwischen 62,8°C (145°F) und 68,3°C (155°F) durchgeführt, und der Druck liegt etwa zwischen 0,2 bar (2,9 psia) und 0,76 bar (11 psia) (Vakuum), bevorzugt zwischen 0,2 bar (2,9 psia) bis 0,27 bar (4 psia).
(iii) Die Reinheit von L-Lysin der im wesentlichen zellfreien konzentrierten Brühe aus L-Lysin wird in einem Mischtank 52 eingestellt. Die Einstellung wird durch Zugabe von L-Lysin an Punkt 48 zu einem Mischtank 52 durchgeführt, um eine im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin SCFELB an Punkt 54 bereitzustellen. Das L-Lysin wird in einer Menge zugegeben, welche zu einem Endprodukt des L-Lysin-Futterergänzungsmittels mit einer Reinheit von L-Lysin führt, die theoretisch in einem Bereich von etwa 35% und 80% L-Lysin liegt, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm des Endproduktes des L-Lysin-Futterergänzungsmittels, und noch bevorzugter zwischen 50% und 80% L-Lysin.
(iv) Die im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin wird mit Hilfe einer Düse 56 atomisiert, um ein atomisiertes Spray einer im wesentlichen zellfreien angereicherten Brühe aus L-Lysin bereitzustellen, um ein Filterbett aus L-Lysin-Partikeln in einem Sprühgranulator 60 zu erzeugen. Die L-Lysin-Partikel besitzen eine Partikelgröße von weniger als etwa 177 Mikrons (d. h. Partikel, welche durch ein 80er Netz passieren können) und liegen bevorzugt im Größenbereich von etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons. Das Bett des Sprühgranulators ist bevorzugt ein Fließbett aus L-Lysin-Partikeln und wird bei einer Temperatur zwischen etwa 30°C und 100°C eingesetzt.
(v) Die Position der Düse 56 wird soweit eingestellt, dass es sich gerade über dem Fließbett aus L-Lysin-Partikeln befindet.
(vi) Eine im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin wird auf das Fließbett aus L-Lysin-Partikeln gesprüht, um den Agglomerierungsprozess zu starten.
(vii) Den Agglomerierungsprozess lässt man weiterlaufen, um ein im wesentlichen staubfreies, frei fließendes, granuläres L-Lysin-Produkt in einem Größenbereich zwischen ungefähr 177 Mikrons und 1.190 Mikrons zu erhalten und bevorzugt in einem Größenbereich von etwa zwischen 177 Mikrons bis 420 Mikrons.
(viii) Das Produkt wird aus dem Sprühgranulator an Punkt 64 entfernt, wobei Abwasser vorhanden ist, welches an Punkt 86 in der Form von Wasserdampf im Abdampf des Trockners abzieht.
(ix) Das Produkt wird anschließend am Sieb 72 (bevorzugt ein 80er Netz) auf seine Größe hin gesichtet und sortiert.
(x) Die Körner an Punkt 76, welche zu groß sind, z. B. im Größenbereich von mehr als etwa 1.190 Mikrons liegen, werden in einer Mühle an Punkt 80 auf eine kleinere Partikelgröße gemahlen (z. B. im Größenbereich von weniger als etwa 177 Mikrons) und mit Material vereinigt, welches zu klein ist 84 (z. B. in einem Größenbereich von weni ger als 177 Mikrons), um wiederverwertete L-Lysin-Partikel zu erzeugen (an Punkt 88 als „Wiederbefüllung" in 1 gezeigt) und zum Sprühgranulator 60 als Ausgangsmaterial zurückgeführt, welches als Keim für den Agglomerierungsprozess dient.
(xi) Das im wesentlichen staubfreie, frei fließende, granuläre L-Lysin-Produkt im Größenbereich von etwa 177 Mikrons bis 1.190 Mikrons (an Punkt 92 als „177–1.190 Mikronpartikel" dargestellt) passiert das Siedeverfahren und ist als Endprodukt als Punkt 96 akzeptabel. Gleichwohl liegt der bevorzugte Bereich bei etwa 177 Mikrons bis 420 Mikrons, welcher besser zu packen ist und die Versandkosten reduziert.

Die bevorzugte Konzentration von L-Lysin des anfänglichen Einspeisungsstroms der L-Lysin-Fermentationsbrühe beträgt etwa 90 g/l L-Lysin gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm.
Gleichwohl kann die Konzentration von L-Lysin von einem Lauf der Fermentation zur nächsten variieren. Die Verwendung einer Fermentationsbrühe, welche etwa 90 g/l L-Lysin enthält bedeutet daher, dass andere geeignete Konzentration an L-Lysin in der Fermentationsbrühe akzeptabel sind. Gleichwohl sollte die Konzentration von L-Lysin in der Fermentationsbrühe nicht unter etwa 30 g/l betragen. Wie in Schritt (iii) oben beschrieben, kann die gewünschte Endkonzentration an L-Lysin durch Zugabe von L-Lysin erhalten werden.
Obwohl die Ultrafiltration das bevorzugte Verfahren zur Gewinnung der im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin ist, bedeutet dieses nicht, dass andere Verfahren nicht verwendet werden können. Die Zellen könnten ebenfalls durch mechanische Auftrennungsverfahren wie beispielsweise Zentrifugation, entfernt werden. Andere geeignete Verfahren schließen Mikrofiltration und Dekantierung mit ein.
Die Erfindung sieht die Entfernung von Zellen aus der L-Lysin enthaltenden Fermentationsbrühe durch verschiedene andere Verfahren vor. Beispielsweise könnte die Fermentationsbrühe 20 in gleichen Teilen aufgespalten werden und etwa 50% zentrifugiert und die verbleibenden 50% ultrafiltriert werden, wobei der Ertrag beider Verfahren zur Zellentfernung kombiniert wird, um eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin zu erzeugen. Diese Flexibilität wird die Handhabung der Erfindung in einer industriellen Umgebung steigern.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass es eine Beziehung zwischen der Mündungsgröße der Düse 56, der Fließrate und der Drucküberwachung gibt. Während die bevorzugte Düsengröße 0,15621 cm (0,0615") beträgt, können verschiedene andere Düsen ebenfalls zur Bereitstellung des Sprays verwendet werden. Das Design von Düsen, wie sie von Spraying Systems Co., PO Box 7900, Wheaton, IL 60189-7900, USA (Tel.: 630-665-5000) vertrieben werden, funktioniert besonders gut, um ein feines Spray zu erzeugen. Der Sprühgranulator kann von Glatt Air Techniques, 20 Spear Road, Ramsey, NJ 07446-1288, USA (Tel.: 201-825-8700) bezogen werden.
Die Erfahrung legt ebenfalls nahe, dass die Herstellung von Körnchen aus L-Lysin in industriellem Maßstab die Verwendung verschiedener Düsen erfordert, um eine angereicherte Brühe aus L-Lysin zu atomisieren und auf ein verhältnismäßig größeres Bett perkolierender Partikel aus L-Lysin zu sprühen.
Das perkolierende Bett aus Partikeln sollte L-Lysin-Partikel einer ausreichend geringen Größe umfassen, so dass diese als Keime für den Agglomerierungsprozess dienen. Bevorzugt ist die Größe der L-Lysin-Partikel kleiner als etwa 177 Mikrons und liegrt bevorzugt zwischen etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons.
Im Agglomerierungsverfahren wachsen die Keimpartikel gleichzeitig in ihrer Größe und werden getrocknet, wenn sie mit dem angereicherten L-Lysin-Permeat aufgesprüht werden. Das Agglomerierungsverfahren wird durch Bindemittel unterstützt, die inherent in der angereicherten Brühe aus L-Lysin enthalten sind, und zwar: L-Lysin-Fermentationsbrühe, L-Lysinhydrochlorid, L-Lysinsulfat und Wasser. Ein Binder wird als eine Substanz definiert, welche die klebrige Komponente bereitstellt, um die Keime im Agglomerierungsverfahren in die Lage zu versetzen, an Größe zuzunehmen.
Die Quelle der für die Erzeugung und das Aussäen des Fließbetts aus L-Lysin im Sprühgranulator ist nicht problematisch, obwohl die bevorzugte Quelle entweder aus der Atomisierung der im wesentlichen zellfreien angereicherten Brühe aus L-Lysin erhalten wird, wie sie in Schritt (iv) oben beschrieben wurde, oder aus recycelten L-Lysin-Partikeln, wie sie in Schritt (x) oben beschrieben wurden und wie an Punkt 88 in 1 gezeigt.
Alternativ könnte das Fließbett aus L-Lysin-Partikeln durch Atomisierung oder Sprühtrocknung aus jedem der folgenden Produkte erzeugt werden: eine L-Lysin enthaltende Fermentationsbrühe aus Schritt (i), ein im wesentlichen zellfreies L-Lysinpermeat aus Schritt (i), eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin, erzeugt durch Zentrifugation einer L-Lysin enthaltenden Fermentationsbrühe aus Schritt (i), eine im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii) oder jede Kombination der vorgenannten Produkte. Zusätzlich könnte aufgereinigtes L-Lysinhydrochlorid und die freie Base von L-Lysin als Quelle für L-Lysin-Partikel verwendet werden, um das Fließbett aus L-Lysin-Partikeln zu erzeugen und als Keim im Agglomerierungsverfahren zu dienen.
Während die genaue Quelle der L-Lysin-Partikel zur Herstellung des Fließbetts aus L-Lysin-Partikeln und der Keim für das Agglomerierungsverfahren nicht allzu problematisch ist, sind die L-Lysin-Partikel bevorzugt kleiner als etwa 177 Mikrons im Bezug auf ihre Größe und liegen bevorzugt zwischen etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons. Zusammengefasst schließen geeignete Quellen zur Herstellung der L-Lysin-Partikel mit ein: eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin erhalten aus der Zentrifugation einer L-Lysin enthaltenden Fermentationsbrühe aus Schritt (i), ein im wesentlichen zellfreies L-Lysin-Permeat aus Schritt (i), eine im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii), und eine im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (iii). Jede dieser Quellen oder jegliche Kombination dieser Quellen kann durch die Düse 56 im Sprühgranulator 60 atomisiert werden, um die L-Lysin-Partikel zu erzeugen. Alternativ können L-Lysin-Partikel durch getrennte Sprühtrocknung und einer möglichen Lagerung für die spätere Verwendung aus jedem der folgenden Produkte hergestellt werden: eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin erhalten durch Zentrifugation der L-Lysinhaltigen Fermentationsbrühe aus Schritt (i), ein im wesentlichen zellfreies L-Lysinpermeat aus Schritt (i), eine im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii), eine und im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (iii). Vor ihrer Verwendung als L-Lysin-Partikel müssen die sprühgetrockneten Produkte gesiebt werden, um Klumpen zu entfernen und Partikel in einem Größenbereich von weniger als etwa 177 Mikrons (bevorzugt zwischen etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons) zu erhalten.
Beispielsweise kann die im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii) verwendet werden, um das Bett aus perkolierenden Keimpartikeln bei Punkt 60 zu erzeugen. Die im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin kann mit Hilfe der Düse 56 im Sprühgranulator 60 atomisiert werden, um das perkolierende Bett an Keimpartikeln zu erzeugen. Alternativ kann die im wesentlichen zellfreie konzentrierte Brühe aus L-Lysin getrennt davon sprühgetrocknet werden. Vor ihrer Verwendung als L-Lysin-Partikel kann die sprühgetrocknete konzentrierte Brühe aus L-Lysin gesiebt werden, um Klumpen zu entfernen und um Partikel im Größenbereich von weniger als etwa 177 Mikrons (bevorzugt zwischen etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons) zu erhalten.
Ein weiteres Beispiel einer geeigneten Quelle der L-Lysin-Partikel wäre trockenes, aufgereinigtes L-Lysinhydrochloridpulver, welches durch im Stand der Technik bekannte Verfahren erhalten werden kann. Dieses trockene Pulver kann als eine Quelle für L-Lysin-Partikel verwendet werden, oder alternativ kann das trockene Pulver gesiebt werden, um Klumpen zu entfernen und auf Partikel mit einer Größe von weniger als etwa 177 Mikrons sortiert zu werden (bevorzugt im Größenbereich zwischen etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons).
Wenn sich einmal das Agglomerierungsverfahren selbst aufrecht erhält, hat die Erfahrung gezeigt, dass die Partikel für das Fließbett 60 aus den wiederverwerteten Partikeln an Punkt 88 in das Fließbett des Sprühgranulators 60 unter Verwendung von Partikeln an Punkt 84 kommen, welche zu klein sind, oder unter Verwendung von Körnchen, die zu groß sind und an Punkt 80 zu einer kleineren Größe gemahlen wurden. Die Erfahrung hat ebenfalls gezeigt, dass das Agglomerierungsverfahren entweder als Batch-Verfahren oder auf einer Semi-kontinuierlichen Basis durchgeführt werden kann. Das Batch-Verfahren wird bevorzugt.
Während die bevorzugte Konzentration von L-Lysin im anfänglichen Einspeisungsstrom in der Fermentationsbrühe etwa 90 g/l L-Lysin beträgt, gemessen als Prozent freier Base pro Kilogramm, wird es für Fachleute klar sein, dass die Konzentration von L-Lysin von einem Lauf der Fermentation zum nächsten variieren kann. Die Verwendung einer Fermentationsbrühe, welche etwa 90 g/l L-Lysin enthält, soll daher nicht dahingehend gedeutet werden, dass andere geeignete Konzentrationen von L-Lysin in der Fermentationsbrühe ausgeschlossen sind. Die gewünschte Endkonzentration an L-Lysin kann durch Zugabe von L-Lysin beispielsweise in der Form von L-LysinHCl an Punkt 48 erreicht werden, und wie in Schritt (iii) oben beschrieben. Gleichwohl sollte die Konzentration von L-Lysin in der Fermentationsbrühe nicht unter 30 g/l liegen.
Eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung zur Erzeugung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels wird in 2 gezeigt.

(i) Eine L-Lysin enthaltende Fermentationsbrühe wird in einem Fermenter an Punkt 20 in zwei Fraktionen an Punkt 24 aufgetrennt, um eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin („SCFLB") 28 und eine zellreiche Brühe aus L-Lysin („CRLB") 32 zu erzeugen. Die zellreiche Brühe aus L-Lysin (als E2 in 2 gezeigt) kann, wie in der dritten Ausführungsform von 3 beschrieben, prozessiert werden. Alle geeigneten Mittel, wie beispielsweise Ultrafiltration oder Zentrifugation, können an Punkt 24 eingesetzt werden, um die Aminosäure-Fermentationsbrühe aufzutrennen.
(ii) Die Reinheit von L-Lysin der im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin wird durch Zugabe einer effektiven Menge an L-Lysin an Punkt 48 (2) zur im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin in einem Mischungstank an Punkt 52 eingestellt, um eine im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin („SCFELB") bereitzustellen. Die Menge der an Punkt 48 zugegebenen Menge an L-Lysin hängt von der Konzentration des L-Lysin in der im wesentlichen zellfreien Brühe aus L-Lysin ab, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm. Gleichwohl sollte die Menge an L-Lysin ausreichend sein, um sicherzustellen, dass sich die Endkonzentration an L-Lysin im Endprodukt in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin befindet, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm des Endproduktes des L-Lysin-Futterergänzungsmittels.
(iii) Die im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin wird optional durch eine Düse 56 atomisiert, um ein atomisiertes Spray einer im wesentlichen zellfreien angereicherten Brühe aus L-Lysin bereitzustellen, und um ein perkolierendes Bett an L-Lysin-Partikeln in einem Sprühgranulator 60 zu erzeugen. Die L-Lysin-Partikel besitzen eine Partikelgröße von weniger als etwa 177 Mikrons (d. h. Partikel, welche durch ein 80er Netz passieren können), bevorzugt in einem Größenbereich von etwa 100 Mikrons und 177 Mikrons. Das Bett des Sprühgranulators ist bevorzugt ein Fließbett aus L-Lysin-Partikeln und wird bei einer Temperatur zwischen etwa 30°C und 100°C eingesetzt. Alternativ kann die im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin aus Schritt (ii) in 2 sprühgetrocknet werden, um ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel bereitzustellen. Ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel kann ebenfalls durch Tunneltrocknung, Trommeltrocknung, Rotationstrocknung oder Blechtrocknung der im wesentlichen zellfreien angereicherten Brühe aus L-Lysin (62 in 2a) erzeugt werden. Überschüssiges Wasser wird (63 in 2a) bevorzugt durch Verdampfung entfernt.
(iv) Die Position der Düse 56 (2) wird so eingestellt, dass sie sich gerade über dem Fließbett aus L-Lysin-Partikeln des Sprühgranulators befindet.
(v) Die im wesentlichen zellfreie angereicherte Brühe aus L-Lysin wird auf das Fließbett aus L-Lysin-Partikeln des Sprühgranulators gesprüht, um das Agglomerierungsverfahren zu starten.
(vi) Man lässt das Agglomerierungsverfahren weiterlaufen um das im wesentlichen staubfreie, frei fließende granuläre L-Lysin-Produkt in einem Größenbereich zwischen ungefähr 177 Mikrons und 1.190 Mikrons zu erzeugen, bevorzugt in einem Größenbereich von etwa 177 Mikrons bis 420 Mikrons.
(vii) Das Produkt wird vom Sprühgranulator an Punkt 64 entfernt, wobei Abwasser an Punkt 68 in der Form von Wasserdampf im Sprühgranulatordampf abfließt.
(viii) Das Produkt wird anschließend gesichtet und auf seine Größe am Sieb 72 sortiert (bevorzugt mit einem 80er Netz).
(ix) Die Körnchen an Punkt 76, welche zu groß sind (d. h. im Größenbereich von mehr als etwa 1.190 Mikrons liegen), werden in einer Mühle an Punkt 80 auf eine kleinere Partikelgröße gemahlen (d. h. im Größenbereich von weniger als etwa 177 Mikrons) und mit Materialien kombiniert, welche zu klein sind 84 (d. h. im Größenbereich von weniger als etwa 177 Mikrons liegen), um wiederverwertete L-Lysin-Partikel an Punkt 88 (2) zu erzeugen; diese werden zum Sprühgranulator 60 als Ausgangsmaterial zurückgeführt um als Keime im Agglomerierungsverfahren zu dienen.
(x) Das im wesentlichen staubfreie, frei fließende, granuläre, „177–1.190 Mikronpartikel" L-Lysin-Produkt mit einer Reinheit von L-Lysin in einem Bereich zwischen etwa 35 und 80% L-Lysin, gemessen als Prozent freier Base pro Kilogramm und ein Größenbereich von etwa 177 Mikrons bis 1.190 Mikrons bei Punkt 92 passieren das Siebverfahren und ist als Endprodukt an Punkt 96 geeignet. Vom Standpunkt der Massendichte aus liegt die bevorzugte Produktgröße in einem Bereich zwischen etwa 177 Mikrons und 420 Mikrons.

Eine dritte Ausführungsform (3) dieser Erfindung erzeugt ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel.

(i) Eine L-Lysin-Fermentationsbrühe im Fermenter 20 wird in zwei Fraktionen an Punkt 24 aufgetrennt um eine im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin („SCFLB") 28 und eine zellreiche Brühe aus L-Lysin („CRLB") 32 zu erzeugen. Die im wesentlichen zellfreie Brühe aus L-Lysin (als E1 dargestellt) kann, wie in der zweiten Ausführungsform von 2 beschrieben prozessiert werden. Alle geeigneten Mittel zur Abtrennung der L-Lysin-Fermentationsbrühe, wie beispielsweise Ultrafiltration oder Zentrifugation, können verwendet werden. Vor Abtrennung der L-Lysin-Fermentationsbrühe kann L-Lysin optional direkt zur Fermentation von L-Lysin zugegeben werden. Die durch einen geeigneten Rührtankreaktor („STR") eines Fermentationsgefäßes erzeugte Bewegung würde den notwendigen Grad der Durchmischung erzeugen, um eine gleichmäßige Konzentration von L-Lysin in der L-Lysin-Fermentationsbrühe sicherzustellen.
(ii) Die Reinheit von L-Lysin der zellreichen Brühe aus L-Lysin wird durch Zugabe einer effektiven Menge an L-Lysin zur zellreichen Brühe aus L-Lysin in einem Mischtank an Punkt 52 eingestellt, um eine angereicherte zellreiche Brühe („ECRB") 55 bereitzustellen. Die Menge an L-Lysin, welche an Punkt 48 zugegeben wird, hängt von der Konzentration an L-Lysin in der zellreichen Brühe aus L-Lysin ab, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm. Gleichwohl sollte die Menge so ausreichend sein, um sicherzustellen, dass sich die Endkonzentration von L-Lysin im Endprodukt in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin, gemessen als Prozent freier Base pro Kilogramm, liegt.
(iii) Aus der angereicherten zellreichen Brühe wird durch Verdampfung an Punkt 36 Wasser entfernt, um eine konzentrierte zellreiche Brühe („CCRB") zu erzeugen. Bevorzugt besitzt die konzentrierte zellreiche Brühe zwischen etwa 20% und 70% Feststoffe pro Gewicht.
(iv) Die konzentrierte zellreiche Brühe wird an Punkt 62 getrocknet, um ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel 96 mit einer Reinheit von L-Lysin in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin bereitzustellen, gemessen als Prozent freier Base pro Kilogramm.

Alternativ wird die konzentrierte zellreiche Brühe mit mehr L-Lysin in einem zweiten Mischtank an Punkt 104 gemischt und anschließend an Punkt 62 getrocknet. Falls diese Ausführungsform in einem Batch-Verfahren oder auf einer Semi-Batch-Basis durchgeführt wird, ist es eher wünschenswert lediglich einen Mischtank 52 durch Wiederverwertung der konzentrierten zellreichen Brühe und Rückführung an Punkt 108 in den Mischtank 52 zu verwenden, wie in 3a beschrieben.
Eine vierte Ausführungsform dieser Erfindung (4) schließt ein Verfahren zur Erzeugung eines Lysin-Futtergänzungsmittels mit einer Reinheit von Lysin in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin mit ein, gemessen als Prozent freier Base pro Kilogramm.

(i) Die Reinheit von L-Lysin der L-Lysin-Fermentationsbrühe im Fermenter 20 wird durch Zugabe einer effektiven Menge an L-Lysin an Punkt 84 zu einem Mischtank an Punkt 52 eingestellt, um eine angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe („ELFB") bereitzustellen. Die Menge an L-Lysin, welche an Punkt 84 zugegeben wird, hängt von der Konzentration an L-Lysin in der L-Lysin-Fermentationsbrühe ab, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm. Die Menge sollte gleichwohl ausreichend sein, um sicherzustellen, dass sich die Endkonzentration an L-Lysin im Endprodukt in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin bewegt, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm.
(ii) In Abhängigkeit der Position des Fließventils 112 wird die angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe entweder in ein granuläres L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit Hilfe eines Sprühgranulators 60 (d. h. agglomeriert) konvertiert oder in ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit Hilfe eines Sprühtrockners 61 konvertiert. Das Wasser wird an Punkt 63 entfernt, bevorzugt durch Verdampfung.

Eine fünfte Ausführungsform dieser Erfindung (5) schließt ein Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels mit ein, welches im wesentlichen mit dem in der vierten Ausführungsform beschriebenen Verfahren übereinstimmt, mit dem optionalen Schritt der Entfernung von Wasser, bevorzugt durch Verdampfung, aus der L-Lysin-Fermentationsbrühe an Punkt 36, um eine konzentrierte Brühe aus L-Lysin mit zwischen etwa 30% und 70% Feststoffen pro Gewicht bereitzustellen. Einer so konzentrierten Brühe aus L-Lysin wird an Punkt 48 L-Lysin zugegeben, um eine angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe bereitzustellen. Die angereicherte L-Lysin-Fermentationsbrühe kann an Punkt 60 sprühgranuliert werden, an Punkt 61 sprühgetrocknet, und an Punkt 62 sprühgetrocknet, sprühgranuliert, tunnelgetrocknet, blechgetrocknet oder trommelgetrocknet, um ein L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer Reinheit von L-Lysin im Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin bereitzustellen, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm.
Die folgenden Beispiele stellen spezifische jedoch nicht beschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar:
Beispiel 1 – Vergleichsbeispiel
400 Liter Fermentationsbrühe mit einer Konzentration von L-Lysin von 92 g/l (Gramm pro Liter) L-Lysinbase und 218 g/l gesamten trockenen Feststoffen wurden aus einem L-Lysin-Fermentationslauf geerntet. Dieses Material wurde ultrafiltriert und auf eine Konzentration von 235 g/l in der Form von L-Lysinsulfat (gemessen als freie Base) 493 g/l trockene Feststoffe eingedampft.
5.150 ml (Milliliter) dieses Konzentrats wurden auf einem Glatt WSG 5 Sprühgranulator getrocknet. Die Eingangstemperatur der Glatteinheit wurde zwischen 93°C und 124°C, bevorzugt über 120°C gehalten. Die Ausgangstemperatur wurde zwischen 40°C und 80°C bevorzugt zwischen 60°C und 65°C gehalten. Die Betttemperatur wurde zwischen 70°C und 92°C, bevorzugt zwischen 71°C und 74°C gehalten. Der Luftfluss wurde zwischen 433 m (1.300 Fuß) und 1.333 m (4.000 Fuß) pro Minute gehalten, bevorzugt zwischen 433 m (1.300 Fuß) und 500 m (1.500 Fuß) pro Minute. Die Luft zur Atomisierung über eine Düse betrug zwischen 3,45 bis 4,83 bar (50 bis 70 Pfund pro Inches im Quadrat). Ungefähr 2.500 ml des Konzentrats wurden mit Hilfe der Düse bei der höchsten Einstellung aufgesprüht, um ein Bett aus einem Material zu bilden, auf welchem die Agglomerierung stattfindet. Die Düse wurde auf eine Position runtergefahren, die gerade über dem perkolierenden Material des Bettes liegt und die Agglomerierung wurde mit den verbleibenden 2.650 ml des Konzentrats durchgeführt. Dies ergab ein granuliertes Produkt, welches die in Tabelle 1 angedeutete Zusammensetzung besitzt.
Tabelle 1
Beispiel 2
Eine Lysin-Fermentationsbrühe, die wie oben in Beispiel 1 beschrieben ultrafiltriert und aufkonzentriert wurde, wurde in einem Verhältnis von 4 : 1 (Lysinbasis) mit gereinigtem L-Lysinsulfat (erzeugt als freie Base und eingestellt auf einen pH-Wert von 6 mit schwefliger Säure unter Erhalt von L-Lysinsulfat) gemischt. Die Mischung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, sprühgetrocknet. Das Verfahren wurde mit einer 3 : 2 Mischung, einer 2 : 3 Mischung, einer 1 : 4 Mischung und direkt mit L-Lysinsulfat wiederholt. Die granulierten Produkte besaßen die in Tabelle 2 angedeuteten Zusammensetzungen.
Tabelle 2
Beispiel 3
Eine Lysinfermentationsbrühe, die wie oben in Beispiel 1 beschrieben ultrafiltriert und aufkonzentriert wurde, wurde in einem Verhältnis 4 : 1 (Lysinbasis) mit reinem L-Lysinhydrochlorid gemischt. Die Mischung wurde sprühgranuliert, wie in Beispiel 1 oben beschrieben. Das Verfahren wurde mit einer 3 : 2 Mischung, einer 2 : 3 Mischung, einer 4 1 Mischung und mit L-Lysinhydrochlorid direkt wiederholt. Die granulierten Produkte besaßen die in Tabelle 3 angedeuteten Zusammensetzungen.
Tabelle 3
Man kann feststellen, dass das Mischen der konzentrierten und ultrafiltrierten L-Lysin-Fermentationsbrühe aus Beispiel 1 mit L-Lysinsulfat oder L-Lysinhydrochlorid, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben, ein granuläres Produkt mit gesteigertem Gehalt an L-Lysin erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Erfindung kann der Gehalt an L-Lysin in einer L-Lysin-Fermentationsbrühe ebenfalls vor dem Agglomerierungsschritt einfach eingestellt werden. Natürliche Variationen in der Konzentration von L-Lysin, welche zwischen einer L-Lysin-Fermentation zur nächsten L-Lysin-Fermentation auftreten, erfordern daher keinen extensiven Ionenaustausch, um ein Endprodukt mit der erforderlichen Reinheit für die Verwendung zu erhalten (d. h. als Futtermittelzusatz). Der bevorzugte Grad der Reinheit des granulären L-Lysin-Endprodukts liegt in einem Bereich zwischen etwa 35% und 80% L-Lysin, gemessen als Prozent der freien Base pro Kilogramm.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines L-Lysin-Futterergänzungsmittels, umfassend: (a) die Bestimmung der Konzentration von L-Lysin, gemessen als Prozentanteil der freien Base pro kg Trockenmasse in einer L-Lysin-haltigen Fermentationsbrühe; (b) das Hinzufügen eines reinen L-Lysins, das aus L-Lysinhydrochlorid und L-Lysinsulfat ausgewählt ist, zu besagter L-Lysin-haltiger Fermentationsbrühe, wobei besagtes hinzugefügtes L-Lysin in einer Menge vorliegt, die ein fertiges L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer L-Lysinreinheit in einem Bereich zwischen 35% bis 80% L-Lysin ergibt, gemessen als Prozentanteil der freien Base pro kg des fertigen L-Lysin-Futterergänzungsmittels; und (c) das wesentliche Trocknen der angereicherten L-Lysinbrühe, um das fertige L-Lysin-Futterergänzungsmittel zur Verfügung zu stellen.
Das Verfahren von Anspruch 1, worin das L-Lysin zu einer konzentrierten L-Lysin-haltigen Fermentationsbrühe hinzugefügt wird.
Das Verfahren von Anspruch 1, worin das wesentliche Trocknen von Schritt (c) das endgültige L-Lysin-Futterergänzungsmittel mit einer L-Lysinreinheit im Bereich zwischen 35% und 80% L-Lysin, gemessen als Prozentanteil der freien Base pro kg, zur Verfügung stellt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, worin die konzentrierte Fermentationsbrühe durch das Verdampfen einer L-Lysin-haltigen Fermentationsbrühe zum Entfernen von Wasser hergestellt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die Verdampfung zwischen 60°C (140°F) und 101°C (214°F) durchgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die Verdampfung in einem Temperaturbereich von 60°C (140°F) und 101°C (214°F) und in einem Vakuum zwischen 0,2 bar (2,9 Psia) und 0,76 bar (11 Psia) durchgeführt wird, um eine konzentrierte L-Lysinbrühe zur Verfügung zu stellen, die zwischen 30 Gew.-% und 70 Gew.-% Feststoffe aufweist.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der wesentliche Trocknungsschritt (c) aus Trommeltrocknen, Sprühtrocknen, Rotationstrocknen, Blechtrocknen, Tunneltrocknen und Sprühgranulation ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, worin der wesentliche Trocknungsschritt (c) Sprühgranulation ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die Sprühgranulation die Schritte des Sprühens und Atomisierens der angereicherten L-Lysin-haltigen Fermentationsbrühe auf ein Fließbett von L-Lysinpartikeln umfasst, welche aus sprühgetrockneter angereicherter L-Lysin-haltiger Fermentationsbrühe gebildet wurden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, worin die L-Lysinpartikel in einem Größenbereich zwischen ungefähr 100 Mikrometer und 177 Mikrometer liegen.