EP1235636A1 - Verfahren zur aufreinigung von aminosäure-haltigen lösungen durch elektrodialyse - Google Patents

Verfahren zur aufreinigung von aminosäure-haltigen lösungen durch elektrodialyse

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Publication number
EP1235636A1
EP1235636A1 EP00977477A EP00977477A EP1235636A1 EP 1235636 A1 EP1235636 A1 EP 1235636A1 EP 00977477 A EP00977477 A EP 00977477A EP 00977477 A EP00977477 A EP 00977477A EP 1235636 A1 EP1235636 A1 EP 1235636A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
amino acid
electrodialysis
circuit
lysine
containing solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00977477A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Fischer
Christoph Martin
Jürgen Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1235636A1 publication Critical patent/EP1235636A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/08—Lysine; Diaminopimelic acid; Threonine; Valine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/445—Ion-selective electrodialysis with bipolar membranes; Water splitting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids

Definitions

  • the present invention relates to a method for purifying amino acid-containing solutions by electrodialysis, an amino acid-containing solution obtained from a fermentation being used.
  • Amino acids can be fermented from a carbon source, e.g. Molasses and raw sugar are made.
  • the solutions generally obtained in the fermentation contain, in addition to approximately 10% by weight of amino acid, large amounts of impurities, such as e.g. B. also cell mass.
  • the amino acid in its ionic form displaces the corresponding ions of the cation or Anion exchange column and is thus retained by this.
  • the cell mass can be filtered off before or after the ion exchange treatment.
  • the mother liquor obtained after the run still contains about 0.1% by weight of amino acid and a load of about 1 ton of salt, for example ammonium sulfate per ton of amino acid. This solution can be disposed of by dumping, which is also of particular ecological concern due to the high salt load of the solution to be dumped.
  • the mother liquor which essentially contains ammonium sulfate and cell mass, can be worked up by numerous evaporation and filtration stages, the ammonium sulfate being able to be recovered.
  • the mother liquor obtained must continue to be disposed of. In addition, this procedure is very labor intensive and has a high energy consumption.
  • the amino acid retained on the ion exchange resin is eluted, for example, with ammonia water.
  • the eluate is stripped of ammonia, whereby large amounts of ammonia water have to be evaporated.
  • the eluted amino acid is then treated with acid, e.g. B. hydrochloric acid, crystallized and dried.
  • acid e.g. B. hydrochloric acid
  • the amino acid thus obtained with a purity> 98.5% is referred to as a "feed-grade" amino acid.
  • the feed-grade Goods are subjected to a further cleaning procedure, for example an activated carbon treatment and / or repeated crystallization.
  • Electrodialysis is a very elegant cleaning or separation process with the u. a. Mixtures of amino acids can be separated. Such a method is described, for example, in J. Chem. Technol. Biotechnol. 71 (1998), pp. 267ff by Sandeaux et al. described. According to this scientific publication, acidic hydrolysis of animal or human residues, such as. B. feathers or hair obtained protein hydrolyzates first neutralized and decolorized with activated carbon and then subjected to a multi-stage electrodialysis, whereby different fractions of the individual amino acids are obtained.
  • the object of the present invention was to develop an improved method for purifying amino acid To provide fermentation discharges. This has been achieved with the application of electrodialysis to this problem.
  • the present invention relates to a method for purifying amino acid-containing solutions by electrodialysis (d), an amino acid-containing solution obtained from a fermentation for the production of at least one amino acid being used.
  • the present invention also relates to the use of electrodialysis for the purification of amino acid-containing solutions obtained from the fermentation up to an amino acid content of> 98.5% (% by weight).
  • the method according to the invention relates to the purification of amino acid-containing solutions which are obtained from the fermentation.
  • amino acid-containing solutions obtainable by the various fermentation processes can be used.
  • further stages such as treatment with an ion exchanger and / or crystallization, can be carried out, in which case only the resulting mother liquor is treated by means of electrodialysis.
  • the present invention thus also relates to a process which comprises the following additional steps (a) to (c):
  • FIG. 1 describes an embodiment of the present invention in which bipolar membranes are used in a 3-circuit electrodialysis
  • Figure 2 also describes another embodiment of the present invention using 3-circuit electrodialysis
  • FIG. 3 describes an embodiment of the present invention
  • amino acids with positively charged (basic) side groups, e.g. Lysine, arginine, histidine;
  • Amino acids with negatively charged (acidic) side groups such as aspartic acid or glutamic acid
  • amino acids with uncharged, polar or non-polar side groups such as alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, Phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine and glutamine.
  • either the 3-circuit electrodialysis with bipolar membranes is used to purify the amino acid-containing solutions, it being possible to obtain amino acid as the free base or acid or a conventional two-circuit electrodialysis in which the amino acid as a salt, preferably as an amino acid hydrochloride, e.g. B. in the form of lysine hydrochloride.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of this electrodialysis arrangement.
  • an apparatus which has a positive (anode (+)) and a negative (cathode (-)) large-area electrode.
  • the space between these electrodes is divided by a large number of alternately arranged cation (C) and anion (A) exchange membranes into a large number of narrow chambers separated by the membranes, which are also referred to as diluate circuit (II) and concentrate circuit (IV) , divided up.
  • Chambers which have an anion exchange membrane on the cathode side and a cation exchange membrane on the anode side represent the so-called concentrate chambers or concentrate circles, while chambers which have the anion exchange membrane and on the cathode side have the cation exchange membrane, which form diluate chambers or the diluate circuit.
  • the diluate circles are filled with the amino acid-containing solution (2) to be purified, the concentrate circles, on the other hand, with an aqueous electrolyte (4), and the chambers in which the electrodes are located and, if necessary, those directly adjacent to them Adjacent chambers are charged with an electrode rinsing solution, usually a sodium sulfate solution.
  • an electrode rinsing solution usually a sodium sulfate solution.
  • the desired amino acid (5) is obtained as a salt in high purity, e.g. high purity lysine hydrochloride.
  • the diluate circuit which contains the solution to be cleaned (2), e.g. a solution of lysine hydrochloride, a lysine-free mother liquor (3) is obtained.
  • any membranes that are usually used in the context of electrodialysis processes can be used to carry out the process according to the invention.
  • commercially available ion exchange membranes are preferably used. These membranes preferably consist of organic polymers that have ion-active side chains.
  • Cation exchange membranes contain sulfo or carboxyl groups in the Polymer matrix, anion exchange membranes have tertiary or quaternary amino groups as substituents of the polymeric base material.
  • Copolymers of styrene and divinylbenzene are particularly suitable as polymeric base material for the ion exchange membranes.
  • Ion exchange membranes with a capacity of 0.8 to 5, preferably 1.2 to 3.2 milliequivalents per g (meq / g) are preferably used.
  • anion exchange membranes that can be used are: Tokuyama AMI, AM2, AM3, AMX, AMH, AFN, Asahi Glass AMV.
  • Tokuyama CM1, CM2, CMX, CMH and Asahi Glass CMV are examples of cation exchange membranes.
  • Bipolar membranes are laminates made from anion and cation exchange membranes. Compared to monopolar anion or cation exchange membranes, they are characterized by the fact that they catalyze efficient water splitting in the electrical field of electrodialysis and thus serve to simultaneously provide H + and OH ' equivalents.
  • a 3-circuit (chamber) arrangement (3-circuit bipolar electrodialysis) consisting of diluate (II), acid (III) and base (I) circuits is used.
  • the three-circle arrangement is achieved by an alternating sequence of the respective ion exchange membrane (cf. FIG. 1).
  • the electrodialysis is preferably carried out at approximately 10 to approximately 80 ° C., in particular between approximately 20 and approximately 60 ° C.
  • the current density in conventional 2-circuit electrodialysis varies between about 1 and about 1000 A / m, preferably between about 100 and about 800 A / m.
  • the current density varies between approximately 1 and approximately 1,500 A / m, preferably between approximately 200 and approximately 1,000 A / m.
  • Electrodialysis is carried out in the process according to the invention up to a final conductivity of the diluate of approximately 2 mS / cm, in particular approximately 1 mS / cm and below, for example approximately 0.8 or 0.5 mS / cm.
  • all amino acids can be separated in this way if the addition of acid exceeds the isoelectric point in the direction of low pH values and thus imprints a positive excess charge on the amino acid, or if the base is added to the isoelectric point of the amino acid in the direction of higher pH values exceeds and in this way imprints a negative total charge on the amino acid.
  • the amino acid enters the base circle through the cation exchange membrane in the direction of the cathode and accumulates there as the free base. In the latter case, the amino acid migrates in anionic form through the anion exchange membrane towards the anode and into the acid circuit, where it accumulates as free acid.
  • the corresponding salt of the amino acid is always obtained in the concentrate chamber.
  • a solution containing lysine in cationic form H lysine +
  • a solution containing lysine in cationic form H lysine +
  • e.g. B. contains as lysine * HCl
  • Lysine base is released from the protonated lysine then located in the base circle by the hydroxide ions formed on the bipolar membrane.
  • the anions, e.g. B. chloride or sulfate ions are transferred through an anion exchange membrane into the so-called acid circuit chamber and form the corresponding acid with the protons released there on the bipolar membrane.
  • uncharged particles such as e.g. B. cell mass
  • the electrodes are rinsed with an electrolyte solution in a separate circuit.
  • FIG. 1 illustrates this principle of the method. It should be noted that the arrangement shown there represents only one unit of the electrodialysis device used. Such units can be used according to the invention for electrodialysis devices with 1 to 1000 units.
  • AC denotes a bipolar membrane, C a cation exchange membrane and A an anion exchange membrane.
  • the dotted line indicates that the unit shown can be present several times in the electrodialysis apparatus, with "n" indicating the number of repetitions.
  • the acid circuit used is generally the acid corresponding to the resulting lysine-containing solution, for example salt - or sulfuric acid (3) is introduced into the acid circuit (III), the dilution being chosen as high as possible, only sufficient ionic conductivity of the solution having to be ensured at the beginning of electrodialysis.
  • concentrations of 0.5% by weight For use in the base circuit (I), a dilute solution of free lysine (1) is preferably used, which can originate, for example, from a batch that has already been cleaned, and both the solutions introduced into the acid and base circuit can be used in the course of electrodialysis
  • the acid circuit (III) it is possible to fill the acid circuit (III) with 0.5% H 2 SO, the concentration of H 2 SO during electrodialysis can rise to about 10%.
  • the base circle (I) in a concentration of z. B. 0.5% lysine used as a free base solution in general up Concentrated to a concentration of lysine as free base of 10 to 30% (1 ').
  • the acid formed in the acid circuit chamber can in turn serve to produce the lysine salt of the acid from the lysine monohydrate released in the electrodialysis or to acidify the fermentation output for use in electrodialysis.
  • Such an acidified fermentation discharge e.g. B. Lysine * H 2 SO, (2) is introduced using the above-mentioned 3-circuit electrodialysis via the diluate circuit (II), a lysine-free fermentation mother liquor (4) being obtained in the diluate circuit (II).
  • cationic lysine migrates through a cation exchange membrane into the base circuit (I) during electrodialysis, while the counterions reach the acid circuit (III) via an anion exchange membrane.
  • the bipolar membrane which is also present, supplies the acid circuit with H + ions and the base circuit with OH ⁇ ions.
  • the base circuit discharge merely has to be evaporated, the method of spray drying being preferred here.
  • the corresponding salts such as amino acid hydrochloride or sulfate
  • the solution containing amino acid hydrate must be crosslinked with the corresponding acids or alkalis.
  • the lysine thus obtained has a purity of> 98.5% according to the feed grade specification and can, for. B. further purified by simple activated carbon treatment or recrystallization, so that food or pharmaceutical grade lysine is accessible.
  • I ⁇ SO (2 ') ie an acidified fermentation output.
  • This can then be introduced in the next batch as diluate (2 ") into the diluate circuit (II) and cleaned as described above, the other reference numerals in FIG. 2 corresponding to those in FIG. 1.
  • This variant has the advantage that only in the first batch of diluate use, ie the fermentation discharge has to be acidified once and further addition of acid can be dispensed with in the further course of electrodialysis.
  • the present invention also relates to a method as defined above, which comprises:
  • lysine base is obtained, which can either be obtained and sold directly in the form of solid lysine monohydrate by drying, or can first be mixed with hydrochloric acid and then dried, then lysine hydrochloride is obtained.
  • lysine in cationic form e.g. B. lysine hydrochloride to be obtained as a valuable product
  • a so-called conventional electrodialysis without bipolar membranes can also be used. This procedure is shown schematically in FIG. 3.
  • Conventional electrodialysis consists of an alternating arrangement of cation exchange membranes (C) and anion exchange membranes (A).
  • the lysine-containing solution, the lysine in the form of a salt, e.g. B. lysine hydrochloride contains (2) are introduced into the so-called diluate chamber (II).
  • lysine in cationic form passes through the cation exchange membrane (C) into the concentrate circuit (IV).
  • the corresponding counterions, e.g. B. chloride ions migrate from the diluate circuit (II) over the anion exchange membrane (A) into the concentrate circuit.
  • the present invention relates to an integrated process for the production of a free amino acid comprising:
  • the electrodialysis was carried out at a maximum current density of 80 mA / cm 2 with an applied cell voltage of 35 V and a temperature of 50 ° C. After using a current of 25 Ah, a base circle discharge containing 32% by weight of lysine base with a residual chloride content of less than 0.2% by weight was obtained with a lysine yield of 96% of the amount used.
  • Example 2 (Separation of Lysine Hydrochloride from Contaminated Solutions Using Conventional Electrodialysis)
  • the electrodialysis was carried out at a maximum current density of 80 mA / cm 2 with an applied cell voltage of 20 V and a temperature of 50 ° C. After 8 hours of electrodialysis, a base circle discharge containing 29% by weight of lysine hydrochloride was obtained with a yield of> 98%.
  • the iodine color number of a lysine hydrochloride solution adjusted to 10% by weight from the concentrate discharge from the electrodialysis was 1.1. There was also a clear purification of the lysine hydrochloride.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung einer Aminosäure-haltigen Lösung mittels Elektrodialyse, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus der Fermentation zur Herstellung von mindestens einer Aminosäure erhaltene Aminosäure-haltige Lösung eingesetzt wird.

Description

Verfahren zur Aufreinigung von Aminosäure-haltigen Lösungen durch Elektrodialyse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung von Aminosäure-haltigen Lösungen durch Elektrodialyse, wobei eine aus einer Fermentation erhaltene Aminosäure-enthaltende Lösung eingesetzt wird.
Aminosäuren können mittels Fermentation aus einer Kohlenstoffquelle, wie z.B. Melasse und Rohzucker hergestellt werden. Die in der Fermentation im allgemeinen anfallenden Lösungen enthalten neben circa 10 Gew.-% Aminosäure große Mengen Verunreinigungen, wie z. B. auch Zellmasse.
Zur Aufreinigung dieser aus einer Fermentation erhaltenen Lösung zur Gewinnung der Aminosäure in der üblicherweise vermarkteten Form, z.B. als Lysinhydrochlorid sind nach den bislang gemäß des Standes der Technik angewendeten Verfahren zahlreiche Verfahrensschritte notwendig. Dabei fallen in der Regel große Mengen an Salzen, wie z. B. Ammoniumsulfat an. wobei circa 1 kg Ammoniumsulfat pro kg Aminosäure als Wertprodukt generiert wird. Außerdem fallen große Mengen an Abwasser an, die aufgearbeitet und entsorgt werden müssen. Ein bevorzugt kommerziell verwendetes Verfahren zur Aufarbeitung von Aminosäure-Fermentationsausträgen basiert im wesentlichen auf einer Ionentauscherbehandlung. Die Fermentationsausträge werden mit Säure versetzt und dann über eine Kationenaustauschersäule oder eine Anionenaustauschersäule gegeben. Dabei verdrängt die Aminosäure in ihrer ionischen Form die entsprechenden Ionen der Kationen- oder Anionenaustauschersäule und wird so durch diese zurückgehalten. Die Zellmasse kann vor oder nach der Ionenaustauscherbehandlung abfiltriert werden. Die dabei nach Durchlauf erhaltene Mutterlauge enthält noch circa 0,1 Gew.-% Aminosäure sowie eine Fracht von etwa 1 Tonne Salz, z.B. Ammoniumsulfat pro Tonne Aminosäure. Diese Lösung kann durch Verklappung entsorgt werden, was aufgrund der hohen Salzfracht der zu verklappenden Lösung insbesondere auch ökologisch bedenklich ist.
Alternativ dazu kann die im wesentlichen Ammoniumsulfat und Zellmasse enthaltende Mutterlauge durch zahlreiche Eindampf- und Filtrationsstufen aufgearbeitet werden, wobei das Ammoniumsulfat zurückgewonnen werden kann. Die dabei anfallende Mutterlauge muß jedoch weiterhin entsorgt werden. Darüber hinaus ist dieses Prozedere sehr arbeitsintensiv und weist einen hohen Energieverbrauch auf.
Die auf dem Ionenaustauscherharz zurückgehaltene Aminosäure wird z.B. mit Ammoniakwasser eluiert. Das anfallende Eluat wird durch Strippung vom Ammoniak befreit, wobei große Mengen Ammoniakwasser verdampft werden müssen. Die eluierte Aminosäure wird dann mit Säure, z. B. Salzsäure versetzt, kristallisiert und getrocknet. Die so erhaltene Aminosäure mit einer Reinheit > 98,5% wird als „Feed-grade"-Aminosäure bezeichnet. Um noch weniger verunreinigte, sogenannte ..Food- bzw. Pharma-grade-Arninosäure" zu erhalten, muß die Feed-grade-Ware einem weiteren Reinigungsprozedere unterworfen werden, z.B. einer Aktivkohle-Behandlung und/oder abermaliger Kristallisation. Weitere Details bezüglich der oben beschriebenen Reinigungsverfahren gemäß des Standes der Technik sind dem PERP-Report 5357 zu entnehmen. Die hierin verwendeten Spezifikationen „food-grade" und „pharma-grade" beziehen sich auf die entsprechenden Reinheitsanforderungen gemäß der US-FDA, wobei hier der entsprechende Standard für Lysin-HCL entsprechend oder analog verstanden werden soll. Demgemäß bezieht sich auch der hierin verwendete Begriff „mit hoher Reinheit" auf den ..food-grade"- oder „pharma-grade"- Standard gemäß US- FDA für Lysin, der diesbezüglich ebenfalls entweder entsprechend oder analog angewendet wird.
Bei der Elektrodialyse handelt es sich um ein sehr elegantes Reinigungs- bzw. Trennverfahren mit dem u. a. Gemische von Aminosäuren aufgetrennt werden können. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise im J. Chem. Technol. Biotechnol. 71 (1998), S. 267ff von Sandeaux et al. beschrieben. Gemäß dieser wissenschaftlichen Publikation werden durch saure Hydrolyse von Tierresten oder menschlichen Resten, wie z. B. Federn oder Haaren erhaltene Proteinhydrolysate zunächst neutralisiert und mit Aktivkohle entfärbt und anschließend einer mehrstufigen Elektrodialyse unterworfen, wobei verschiedene Fraktionen der einzelnen Aminosäuren erhalten werden.
Ein Verfahren zur Abtrennung amphoterer Verbindungen aus wäßrigen Lösungen mittels einer 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen wird in der WO 91/02584 beschrieben.
Ein Fermentationsverfahren zur Herstellung von Milchsäure durch eine Kombination von Mikrofϊltration, Umkehrosmose und Elektrodialyse wird in der US 5,002,881 beschrieben. Ein weiteres Verfahren zur Abtrennung von organischen Säuren aus Fermentationsbrühen mittels Anionentauschermembranen und Gewinnung der freien Säure durch bipolare Membranen ist in der US 4,882,277 offenbart.
Wie sich aus obiger Zusammenfassung des Standes der Technik ergibt, wurde die Aufreinigung von Aminosäuren aus Fermentationsausträgen bislang lediglich mittels ökologisch nachteiliger und/oder kostspieliger Verfahren durchgeführt.
Demgemäß lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Aufreinigung von Aminosäure aus Fermentationsausträgen zur Verfügung zu stellen. Dies wurde mit der Anwendung der Elektrodialyse auf dieses Problem erreicht.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufreinigung von Aminosäure-haltigen Lösungen durch Elektrodialyse (d), wobei eine aus einer Fermentation zur Herstellung mindestens einer Aminosäure erhaltene Aminosäure-haltige Lösung eingesetzt wird.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, zahlreiche, gemäß den Verfahren des Standes der Technik unabdingbare, Verfahrensschritte zu vermeiden. Es werden dabei nicht zwangsläufig große Mengen an Amrnoniumsulfat oder anderen
Fremdsalzen generiert. Bei geeigneter Durchführung der Elektrodialyse ist es ferner möglich, Aminosäure in Form der freien Base oder freien Säure zu gewinnen. Ferner ist es möglich hohe Aminosäureausbeuten von vorzugsweise > 90%, weiter bevorzugt > 95 % bezogen auf die eingesetzte Aminosäuremenge bei hohen Stromdichten und damit entsprechend hohen Kapazitäten der
Elektrodialyse, zu erhalten. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung der Elektrodialyse zur Aufreinigung von aus der Fermentation erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösungen bis zu einem Aminosäure-Gehalt von > 98,5% (Gew.-%).
Wie oben ausgeführt, bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf die Aufreinigung von Aminosäure-haltigen Lösungen, die aus der Fermentation erhalten werden. Dabei können im allgemeinen alle durch die verschiedenen Fermentationsverfahren erhältlichen Aminosäure-haltigen Lösungen eingesetzt werden. Dabei können zwischen dem eigentlichen Fermentationsverfahren und der Elektrodialyse weitere Stufen, wie z.B. die Behandlung mit einem Ionentauscher und/oder eine Kristallisation durchgeführt werden, wobei dann lediglich die resultierende Mutterlauge mittels Elektrodialyse behandelt wird. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, das die folgenden zusätzlichen Stufen (a) bis (c) umfaßt:
(a) Behandeln einer aus der Fermentation zur Herstellung von mindestens einer Aminosäure erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung mittels eines Ionenaustauschers,
(b) Kristallisation einer in (a) erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung, wobei eine Aminosäure-haltige Mutterlauge erhalten wird, und
(c) Einbringen der in (b) erhaltenen Aminosäure-haltigen Mutterlauge in eine Elektrodialyse-Einrichtung.
Dabei können neben den erwähnten Verfahrensstufen auch weitere Stufen, wie z.B. eine Filtration vor der Stufe (a), durchgeführt werden.
Figur 1 beschreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der in einer 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen gearbeitet wird;
Figur 2 beschreibt ebenfalls eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer 3-Kreis-Elektrodialyse;
Figur 3 beschreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Verwendung einer konventionellen 2-Kreis-Elektrodialyse.
Als Aminosäuren lassen sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens im
Prinzip alle Aminosäuren einsetzen. Dies umfaßt z.B. Aminosäuren mit positiv geladenen (basischen) Seitengruppen, wie z.B. Lysin, Arginin, Histidin;
Aminosäuren mit negativ geladenen (sauren) Seitengruppen, wie z.B. Asparaginsäure oder Glutaminsäure; und Aminosäuren mit ungeladenen, polaren oder unpolaren Seitengruppen, wie z.B. Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin, Glycin, Serin, Threonin, Cystein, Tyrosin, Asparagin und Glutamin.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden zur Aufreinigung der Aminosäure-haltigen Lösungen entweder die 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen angewendet, wobei es damit möglich ist, Aminosäure als freie Base oder Säure zu gewinnen oder eine konventionelle Zwei-Kreis-Elektrodialyse, in der die Aminosäure als Salz, vorzugsweise als Aminosäurehydrochlorid, z. B. in Form von Lysinhydrochlorid, anfällt.
Der nachfolgende Abschnitt gibt einen kurzen Überblick über diese beiden Elektrodialysemethoden.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete konventionelle Zwei-Kreis- Elektrodialyse ist an sich bekannt und wird u.a. in der EP-B-0 381 134 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der konventionellen Zwei-Kreis-Elektrodialyse voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung miteinbezogen wird.
Eine Prinzipskizze dieser Elektrodialyseanordnung zeigt Fig. 3.
Bei dieser Elektrodialyse- Variante wird eine Apparatur eingesetzt, die eine positive (Anode (+)) und eine negative (Kathode (-)) großflächige Elektrode aufweist. Der Raum zwischen diesen Elektroden wird durch eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten Kationen(C)- und Anionen(A)-Austauschermembranen in eine Vielzahl schmaler, durch die Membranen voneinander getrennter Kammern, die man auch als Diluatkreis (II) und Konzentratkreis (IV) bezeichnet, aufgeteilt. Dabei stellen Kammern, die kathodenseitig eine Anionenaustauschermembran und anoden- seitig eine Kationenaustauschermembran haben, die sog. Konzentratkammern oder Konzentratkreise dar, während Kammern, die anodenseitig die Anionen- austauschermembran und kathodenseitig die Kationenaustauschermembran haben, die Diluatkammern bzw. den Diluatkreis bilden.
Zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens werden die Diluatkreise mit der aufzureinigenden Aminosäure-haltigen Lösung (2), die Konzentratkreise hingegen mit einem wässrigen Elektrolyt (4) befüllt, und die Kammern, in denen sich die Elektroden befinden und ggf. noch die unmittelbar an diese angrenzenden Nachbarkammern werden mit einer Elektrodenspüllösung, in der Regel einer Natriumsulfatlösung, beaufschlagt.
Unter dem Einfluß der an die Elektroden angelegten Spannung wandern Ionen durch die für sie durchlässige Membran aus dem Diluatkreis hinaus in den Konzentrationskreis. Durch die folgende, für die entsprechende Ionensorte undurchlässige Membran, ist eine Weiterwanderung nicht möglich und das Ion verbleibt damit im Konzentratkreis. Die Flüssigkeiten in dem Diluat, Konzentrat und Elektrodenkreisen werden in getrennten Kreisläufen umgepumpt, ggf. unter Einschaltung von Reservoiren. Bei dieser Anordnung fallt im Konzentratkreis die gewünschte Aminosäure (5) als Salz in hoher Reinheit an, wie z.B. hochreines Lysinhydrochlorid. Im Diluatkreis, der mit der zu reinigenden Lösung (2), z.B. einer Lösung von Lysinhydrochlorid, beaufschlagt wird, fallt eine Lysin-freie Mutterlauge (3) an.
Es können prinzipiell beliebige, üblicherweise im Rahmen von Elektrodialyseverfahren benutzten Membranen zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Bei der im Rahmen des vorliegenden Verfahrens durchgeführten Elektrodialyse werden vorzugsweise handelsübliche Ionenaustauschermembranen eingesetzt. Diese Membranen bestehen vorzugsweise aus organischen Polymeren, die ionenaktive Seitenketten aufweisen. Kationenaustauschermembranen enthalten Sulfo- oder Carboxylgruppen in der Polymermatrix, Anionenaustauschermembranen weisen tertiäre oder quartäre Aminogruppen als Substituenten des polymeren Grundmaterials auf. Besonders geeignet als polymeres Grundmaterial für die Ionenaustauschermembranen sind Copolymerisate von Styrol und Divinylbenzol. Vorzugsweise werden Ionenaustauschermembranen mit einer Kapazität von 0,8 bis 5, vorzugsweise 1,2 bis 3,2 Milliäquivalenten pro g (meq/g) eingesetzt. Als verwendbare Anionenaustauschermembranen sind beispielsweise zu nennen: Tokuyama AMI, AM2, AM3, AMX, AMH, AFN, Asahi Glass AMV. Als Kationenaustauschermembranen sind Tokuyama CM1, CM2, CMX, CMH und Asahi Glass CMV bei- spielhaft zu nennen.
In Abänderung zur aus der EP-B 0 381 134 bekannten konventionellen 2-Kreis- Elektrodialyse kann auch eine Membrananordnung unter Verwendung von bipolaren Membranen eingesetzt werden. Bipolare Membran stellen Laminate aus Anionen- und Kationenaustauschermembranen dar. Sie zeichnen sich gegenüber monopolaren Anionen- bzw. Kationenaustauschermembranen dadurch aus, im elektrischen Feld der Elektrodialyse eine effiziente Wasserspaltung zu katalysieren und dienen somit zur gleichzeitigen Bereitstellung von H+- und OH'-Äquivalenten.
Verwendung findet dabei eine 3 -Kreis(Kammer)- Anordnung (3 -Kreis bipolare Elektrodialyse), bestehend aus Diluat(II)-, Säure(III)- und Base(I)-Kreis. Die 3- Kreis- Anordnung wird durch alternierende Aufeinanderfolge der jeweiligen Ionenaustauschermembran erzielt (vgl. hierzu Fig. 1).
Die Elektrodialyse wird vorzugsweise bei etwa 10 bis etwa 80°C, insbesondere zwischen etwa 20 und etwa 60°C durchgeführt. Die Stromdichte bei der konventionellen 2-Kreis-Elektrodialyse variiert dabei zwischen etwa 1 und etwa 1000 A/m , vorzugsweise zwischen etwa 100 und etwa 800 A/m . Bei der 3-Kreis bipolaren Elektrodialyse variiert die Stromdichte zwischen etwa 1 und etwa 1.500 A/m , vorzugsweise zwischen etwa 200 und etwa 1.000 A/m .
Die Elektrodialyse wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu einer Endleitfähigkeit des Diluats von etwa 2 mS/cm, insbesondere etwa 1 mS/cm und darunter, beispielsweise etwa 0,8 oder 0,5 mS/cm, betrieben. Prinzipiell lassen sich auf diese Weise alle Aminosäuren abtrennen, wenn man durch Zugabe von Säure den isoelektrischen Punkt in Richtung niedriger pH- Werte überschreitet und der Aminosäure so eine positive Überschußladung aufprägt oder durch Zugabe von Base den isoelektrischen Punkt der Aminosäure in Richtung höhere pH- Werte überschreitet und der Aminosäure auf diese Art eine negative Gesamtladung aufprägt. Im ersten Fall tritt die Aminosäure durch die Kationenaustauschermembrane in Richtung Kathode in den Basekreis ein und fällt als freie Base dort an. Im letzten Fall wandert die Aminosäure in anionischer Form durch die Anionenaustauschermembrane in Richtung Anode in den Säurekreis, wo sie als freie Säure anfallt.
Bei Verwendung der konventionellen Elektrodialyse wird stets das entsprechende Salz der Aminosäure in der Konzentratkammer erhalten.
Nachfolgend wird die Aufreinigung mittels Elektrodialyse am Beispiel von Lysin, einer Aminosäure mit positiv geladener (basischer) Seitengruppe ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. Die dort beschriebene Verfahrensweise läßt sich jedoch analog auf alle übrigen, oben erwähnten Aminosäuren übertragen.
Bei der Verwendung einer 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen wird eine Lösung, die Lysin in kationischer Form (H Lysin+), z. B. als Lysin*HCl enthält, in die Diluatkammer der Elektrodialyse eingebracht und anschließend durch eine Kationenaustauschermembran in den sogenannten Basekreis überführt. Aus dem sich dann im Basekreis befindlichen, protonierten Lysin wird durch die an der bipolaren Membran gebildeten Hydroxidionen Lysin-Base freigesetzt. Die Anionen, z. B. Chlorid- oder Sulfationen, werden durch eine Anionenaustauscher- membran in die sogenannte Säurekreiskammer überführt und bilden mit den dort an der bipolaren Membran freigesetzten Protonen die entsprechende Säure. In der Diluatkammer bleiben ungeladene Teilchen, wie z. B. Zellmasse, zurück, so daß es gleichzeitig zu einer Aufreinigung von Lysin kommt. Die Elektroden werden, um unerwünschte Reaktionen der Lösungskomponenten zu vermeiden, mit einer Elektrolytlösung in einem gesonderten Kreislauf gespült.
Figur 1 verdeutlicht dieses Verfahrensprinzip. Dabei ist zu beachten, daß die dort dargestellte Anordnung lediglich eine Einheit der verwendeten Elektrodialyse- vorrichtung darstellt. Derartige Einheiten können erfmdungsgemäß zu Elektrodialyse- Vorrichtungen mit 1 bis 1000 Einheiten eingesetzt werden. Dabei bezeichnet AC eine bipolare Membran, C eine Kationenaustauschermembran und A eine Anionenaustauschermembran. Die gepunktete Linie zeigt an, daß die gezeigte Einheit in der Elektrodialyse- Vorrichtung mehrmals vorhanden sein kann, wobei „n" die Zahl der Wiederholungen angibt. Als Säurekreiseinsatz wird im allgemeinen die der anfallenden Lysin-haltigen Lösung entsprechende Säure, z. B. Salz- oder Schwefelsäure (3) in den Säurekreis (III) eingeführt. Dabei wird die Verdünnung möglichst hoch gewählt, es muß lediglich eine ausreichende ionische Leitfähigkeit der Lösung zu Beginn der Elektrodialyse sichergestellt werden. Im allgemeinen werden Konzentrationen von 0,5 Gew.-% eingesetzt. Für den Einsatz im Basekreis (I) wird vorzugsweise eine verdünnte Lösung von freiem Lysin (1) eingesetzt, die beispielsweise aus einem bereits auf gereinigtem Batch stammen kann. Sowohl die in den Säure- als auch Basekreis eingeführten Lösungen können im Rahmen der Elektrodialyse aufgereinigt werden. So ist es beispielsweise möglich, den Säurekreis (III) mit einer 0,5%-igen H2SO zu befüllen, wobei die Konzentration des H2SO während der Elektrodialyse bis auf etwa 10% ansteigen kann. Im Basekreis (I) wird die in einer Konzentration von z. B. 0,5% eingesetzte Lysin als freie Base enthaltende Lösung im allgemeinen bis zu einer Konzentration an Lysin als freier Base von 10 bis 30% (1') aufkonzentriert. Die in der Säurekreiskammer gebildete Säure kann dabei wiederum zur Herstellung des Lysinsalzes der Säure aus dem in der Elektrodialyse freigesetzten Lysinmonohydrat oder zum Ansäuern des Fermentationsaustrags für den Einsatz in der Elektrodialyse dienen. Ein derartiger angesäuerter Fermentationsaustrag, z. B. Lysin * H2SO , (2) wird bei Verwendung der genannten 3-Kreis-Elektrodialyse über den Diluatkreis (II) eingebracht, wobei im Diluatkreis (II) eine Lysin-freie Fermentationsmutterlauge (4) erhalten wird. Wie oben bereits angedeutet, wandert während der Elektrodialyse kationisches Lysin durch eine Kationenaustauschermembran hindurch in den Basekreis (I), während die Gegenionen über einen Anionenaustauschermembran in den Säurekreis (III) gelangen. Die ebenfalls vorhandene bipolare Membran versorgt den Säurekreis mit H+-Ionen und den Basekreis mit OH~-Ionen.
Um aus dem im Basekreis als freie Base anfallenden Lysin z.B. festes Lysinmonohydrat zu erhalten, muß der Basekreisaustrag lediglich eingedampft werden, wobei hier das Verfahren der Sprühtrocknung bevorzugt ist. Um die entsprechenden Salze, wie z.B. Aminosäurehydrochlorid oder -sulfat zu erhalten, muß die Aminosäurehydrat-haltige Lösung mit den entsprechenden Säuren oder Laugen vernetzt werden. Das so erhaltenen Lysin weist eine Reinheit von > 98,5% entsprechend der Feed-grade-Spezifikation auf und kann z. B. durch einfache Aktivkohlebehandlung oder Umkristallisation weiter gereinigt werden, so daß auch Food- oder Pharma-grade-Lysin zugänglich ist. Alternativ dazu kann man auch auf eine weitgehend vollständige Abtrennung des Lysins aus dem Diluatkreislauf verzichten oder eine fraktionierende Elektrodialyse durchführen und so ohne weitere Maßnahmen Food- bzw. Pharma-grade-Lysin erhalten. Dabei wird die Aminosäure bis zu einem gewissen Abreicherungsgrad aus dem Diluat abgetrennt und dabei mit hoher Stromausbeute überfuhrt; Verunreinigungen werden dabei weitgehend zurückgehalten. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Dabei wird die Lysin-haltige Lösung aus der Fermentation in nicht angesäuerter Form (3'), in der Lysin in Form des Monohydrats vorliegt, in den Säurekreis (III) eingeführt. Dadurch erhält man Lysin in einer kationischen Form, z. B. als Lysin!iΗ SO (2'), also einen angesäuerten Fermentationsaustrag. Dieser kann dann im nächsten Batch als Diluat (2") in den Diluatkreis (II) eingebracht und wie oben beschrieben aufgereinigt werden, wobei die übrigen Bezugszeichen in Fig. 2 denen der Fig. 1 entsprechen. Diese Variante hat den Vorteil, daß lediglich im ersten Batch der Diluateinsatz, d. h. der Fermentationsaustrag einmalig angesäuert werden muß und im weiteren Verlauf der Elektrodialyse auf weitere Zugabe von Säure verzichtet werden kann.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren wie oben definiert, das umfaßt:
(dl) Einbringen der aus der Fermentation erhaltenen aminosäurehaltigen Lösung in den Säurekreis oder Basekreis einer 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen (A), wobei die Aminosäure in kationischer Form im Säurekreis oder in basischer Form im Basekreis erhalten wird; und
(d2) Einbringen der in (dl) erhaltenen Aminosäure in kationischer oder anionischer Form in den Diluatkreis einer weiteren 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen (B) unter Erhalt von Aminosäure als freie Base im Basekreis oder Säurekreis.
Wie ausgeführt, wird bei der Verwendung der 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolarer Membran zunächst freie Lysin-Base gewonnen, die entweder in Form von festem Lysinmonohydrat durch Trocknung direkt gewonnen werden und verkauft werden kann oder aber zunächst mit Salzsäure versetzt und anschließend getrocknet wird, wobei dann Lysinhydrochlorid erhalten wird. Sofern Lysin in kationischer Form, z. B. Lysinhydrochlorid, als Wertprodukt erhalten werden soll, kann auch eine sogenannte konventionelle Elektrodialyse ohne bipolare Membranen zum Einsatz kommen. Diese Verfahrensweise ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Eine konventionelle Elektrodialyse besteht aus einer alternierenden Anordnung von Kationenaustauschermembranen (C) und Anionenaustauschermembranen (A). In einer derartigen Anordnung kann die Lysin-haltige Lösung, die Lysin in Form eines Salzes, z. B. Lysinhydrochlorid, enthält (2) in die sogenannte Diluatkammer (II) eingebracht werden. Während der Elektrodialyse gelangt Lysin in kationischer Form über die Kationenaustauschermembran (C) in den Konzentratkreis (IV). Die entsprechenden Gegenionen, z. B. Chloridionen, wandern aus dem Diluatkreis (II) über die Anionenaustauschermembran (A) in den Konzentratkreis. Dabei erhält man in der Konzentratkammer gereinigtes Lysinsalz, z. B. Lysinhydrochlorid (5), während in der Diluatkammer ungeladene Verunreinigungen (3) zurückbleiben.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein integriertes Verfahren zur Herstellung von einer freien Aminosäure umfassend:
(I) Herstellung einer Aminosäure-haltigen Lösung durch Fermentation ausgehend von einer geeigneten Kohlenstoffquelle, vorzugsweise
Melasse, Rohzucker oder einem Gemisch von beiden, sowie
(II) Behandlung der in (I) erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung mittels eines Verfahrens wie oben definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der Elektrodialyse zur Aufreinigung von Lysin-haltigen Lösungen bietet gegenüber den Verfahren des Standes der Technik insbesondere Vorteile:
1. Der apparative Aufwand ist deutlich geringer;
2. Es fallen keine Fremdsalze an, die aufwendig entsorgt werden müssen; 3. Aminosäuren können direkt in Form ihrer freien Basen oder Säuren gewonnen werden.
4. Es fallen vergleichsweise geringe Mengen an Abwasser an.
5. Es muß kein Ammoniak und gemäß Fig. 2 auch keine Säure zur Aufarbeitung der Fermentationsausträge eingesetzt werden.
Im folgenden soll nunmehr die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen erläutert werden.
BEISPIELE
Beispiel 1 (Abtrennung von Lysin aus verunreinigter Lösung mittels 3-Kreis- Elektrodialyse mit bipolaren Membranen zur Gewinnung der freien Lysin-Base)
In einer Elektrodialysezelle, bestehend aus einer alternierenden Anordnung von Kationentauscher (Tokuyama CMX)-, Anionentauscher (Tokuyama AM3)- und bipolaren Membranen (Aqualytics polysulfone) entsprechend Figur 1 mit 10 Kammern, wurde als Diluatkreiseinsatz 2 kg einer 40 Gew.-%-igen Lysinhydrochloridlösung (feed-grade Qualität) eingesetzt.
Die Elektrodialyse wurde bei einer maximalen Stromdichte von 80 mA/cm2 bei einer angelegten Zellspannung von 35 V und einer Temperatur von 50°C durchgeführt. Nach einem Stromeinsatz von 25 Ah erhielt man einen Basekreisaustrag enthaltend 32 Gew.-% Lysin-Base mit einem Restchloridgehalt unter 0,2 Gew.-% bei einer Lysinausbeute von 96% des Einsatzes. Die Iodfarbzahl einer auf 10 Gew.-% eingestellten Lysinhydrochloridlösung entsprechend dem Diluateinsatz betrug 14, die eines entsprechend eingestellten, Lysin-Base enthaltenden Basekreisaustrages betrug 1,85. Es kam folglich zu einer deutlichen Aufreinigung bei gleichzeitiger Freisetzung der Lysin-Base. Beispiel 2 (Abtrennung von Lysinhydrochlorid aus verunreinigten Lösungen mittels konventioneller Elektrodialyse)
In einer Elektrodialysezelle, bestehend aus einer alternierenden Anordnung von Kationentauscher (Tokuyama CMX)- und Anionentauschermembranen (Tokuyama AM3) entsprechend Figur 3 mit 5 Kammern, wurde als Diluatkreiseinsatz 1 kg einer 40 Gew.-%-igen Lysinhydrochloridlösung (feed- grade Qualität) eingesetzt. Als Konzentratkreiseinsatz wurden 0,5 kg einer 0,5 Gew.-%-igen Lysinhydrochloridlösung eingesetzt.
Die Elektrodialyse wurde bei einer maximalen Stromdichte von 80 mA/cm2 bei einer angelegten Zellspannung von 20 V und einer Temperatur von 50°C durchgeführt. Nach 8 Stunden Elektrodialysedauer erhielt man einen Basekreisaustrag enthaltend 29 Gew.-% Lysinhydrochlorid mit einer Ausbeute des Einsatzes von > 98%. Die Iodfarbzahl einer auf 10 Gew.-% eingestellten Lysinhydrochloridlösung aus dem Konzentratkreisaustrag der Elektrodialyse betrug 1,1. Es kam ebenfalls zu einer deutlichen Aufreinigung des Lysinhydrochlorids .
Bezugszeichenliste
I Basekreis AC bipolare Membran
II Diluatkreis C Kationentauschermembran
III Säurekreis A Anionentauschermembran
IV Konzentratkreis n weitere Einheiten
Figur 1 :
(1) Lysin - freie Base (0,5%)
( r ) Lysin - freie Base ( 10 - 30%)
(2) Lysin * H SO4 (angesäuerter Fermenteraustrag) (4) Lysin - freien Fermenteraustrag (3) H2SO4 (0,5%)
(3") H2SO4 (5 - 10%)
Figur 2:
(1) Lysin - freie Base (V) Lysin - freie Base (höherer Konzentration)
(2 ) Lysin x H SO4 (angesäuerter Fermenteraustrag)
(2 ) Lysin x H2SO4 (ex Säurekreis aus vorherigem Batch)
(3 Λ ) Lysin (Fermenteraustrag)
(4) Lysin - freier Fermenteraustrag
Figur 3:
(4) Lysin in kationischer Form (gelangt über C in IV)
(5) Lysin x HCL (rein)
(2) Lysin * HCL (verunreinigt) (3) Lysin - freie Mutterlauge

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufreinigung einer Aminosäure-haltigen Lösung mittels Elektrodialyse (d), dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer Fermentation zur Herstellung von mindestens einer Aminosäure erhaltene Aminosäure-haltige Lösung eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure-haltige Lösung mittels einer 3-Kreis-Elektrodialyse mit bipolaren Membranen aufgereinigt und die Aminosäure als freie Aminosäure erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure-haltige Lösung mittels einer konventionellen Elektrodialyse behandelt wird und die Aminosäure als Aminosäuresalz erhalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure-haltige Lösung mindestens eine Aminosäure aufweist, die ausgewählt werden unter: Lysin, Arginin, Histidin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin, Glycin, Serin, Threonin, Cystein, Tyrosin, Asparagin und Glutamin. - U
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure-haltige Lösung als Aminosäure Lysin in kationischer Form enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das umfaßt:
(dl) Einbringen der aus der Fermentation erhaltenen Aminosäure- haltigen Lösung in den Säurekreis oder Basekreis einer 3-Kreis- Elektrodialyse mit bipolaren Membranen (A), wobei die Aminosäure in kationischer Form im Säurekreis oder in basischer
Form im Basekreis erhalten wird; und
(d2) Einbringen der in (dl) erhaltenen Aminosäure in kationischer oder anionischer Form in den Diluatkreis einer weiteren 3-Kreis- Elektrodialyse mit bipolaren Membranen (B) unter Erhalt von
Aminosäure als freie Base im Basekreis oder Säurekreis.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das zusätzlich folgende weitere Schritte umfaßt, die zwischen Fermentation und der Aufreinigung mittels Elektrodialyse durchgeführt werden:
(a) Behandeln einer aus der Fermentation zur Herstellung von mindestens einer Aminosäure erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung mittels eines Ionenaustauschers,
(b) Kristallisation einer in (a) erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung, wobei eine Aminosäure-haltige Mutterlauge erhalten wird, und
(c) Einbringen der in (b) erhaltenen Aminosäure-haltigen Mutterlauge in eine Elektrodialyse-Einrichtung.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure in einer Reinheit > 98,5% (Gew.-%) erhalten wird.
Integriertes Verfahren zur Herstellung von einer freien Aminosäure umfassend:
(I) Herstellung einer Aminosäure-haltigen Lösung durch Fermentation ausgehend von einer geeigneten Kohlenstoffquelle, vorzugsweise Melasse, Rohzucker oder einem Gemisch von beiden, sowie
(II) Behandlung der in (I) erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösung mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8.
10. Verwendung der Elektrodialyse zur Aufreinigung von aus der Fermentation erhaltenen Aminosäure-haltigen Lösungen bis zu einem
Aminosäure-Gehalt von > 98,5% (Gew.-%).
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