EP1727823A1 - Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates - Google Patents

Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates

Info

Publication number
EP1727823A1
EP1727823A1 EP05716219A EP05716219A EP1727823A1 EP 1727823 A1 EP1727823 A1 EP 1727823A1 EP 05716219 A EP05716219 A EP 05716219A EP 05716219 A EP05716219 A EP 05716219A EP 1727823 A1 EP1727823 A1 EP 1727823A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
trehalose
spec
enrichment
adsorbent
aluminosilicate
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Withdrawn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
EP05716219A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Boy
Markus 401 Bau Haus POMPEJUS
Daniela Klein
Martin VÖLKERT
James Reuben Brown
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 EP1727823A1 publication Critical patent/EP1727823A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/04Disaccharides

Definitions

  • the following invention relates to a method for enriching trehalose from solutions, in which the trehalose is enriched with the aid of an adsorbent.
  • the disaccharide trehalose (-D-glucopyranosyl- ⁇ -D-glucopyranoside) consists of two glucose molecules that are covalently linked to each other via the ⁇ , ⁇ -1,1 bond. Due to their interesting properties in terms of application technology, trephos is of increasing importance for industry. An important area of application is the stabilization of proteins and peptides, for example of enzymes and vaccines. Trehalose is preferred in the food industry. Trehalose is also used as a substitute for sucrose due to its reduced sweetness and its taste-preserving properties. In addition, trehalose has a stabilizing effect during freezing and drying processes. Another area of application is in the cosmetics sector.
  • Trehalose is preferably produced enzymatically or by fermentation using suitable microorganisms (Schiraldi, C, et al. (2002). Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), pages 420-425 ). Trehalose often also forms as a by-product of fermentations that serve to produce other substances (Hüll, SR, Gray, JSS, et al. (1995). Trehalose as a Common üidustrial Fermentation Byproduct. Carbohydrate Research, vol. 266, pages 147-152 ). In contrast to chemical syntheses, fermentations in particular result in heavily contaminated solutions which can contain cells, proteins, lipids or other sugars, for example.
  • the trehalose must therefore be enriched from such heavily contaminated solutions and, depending on the intended use, further purified.
  • No. 5,759,610 describes a process for the purification of trehalose from cultures of microorganisms, comprising the steps of filtration and centrifugation, treatment with activated carbon, deionization, cleaning with ion exchangers, concentration to syrup-like products, further purification by column chromatography, such as ion exchange column chromatography, activated carbon chromatography and silica gel columns chromatography, as well as precipitation with organic solvents such as alcohol and acetone and filtration through suitable membranes, and fermentation by yeast or alkaline treatment in order to remove or degrade any remaining saccharides. For further cleaning, cooling crystallization or spray drying, for example, are proposed. Trehalose is not adsorbed on an adsorbent.
  • JP 07000190 (Tadashi, W., et al.) Describes the isolation of trehalose from solid residues from brewery fermentations.
  • the residue is extracted with alcohol and / or treated with ultrasound in order to extract the trehalose from the residue.
  • the enzyme trehalase present in the residue is inactivated by heat treatment. Cleaning is carried out using ion exchange columns and an activated carbon column, among other things.
  • the trehalose is not adsorbed on the columns.
  • No. 5,441,644 describes a method in which trehalose is purified from a fermentation broth.
  • the process involves, among other things, ultrafiltration and decolorization using activated carbon.
  • the trehalose is not adsorbed on the activated carbon.
  • trehalose as a by-product of fermentation was purified by sequential chromatography over activated carbon and Bio-Gel P-2 (Hüll, SR, Gray, JSS, et al. (1995). Trehalose as a Common Industrial Fermentation Byproduct. Carbohydrate Research, vol. 266, pages 147-152).
  • the method is only a detection method, but not a method that is suitable for use on an industrial scale.
  • a disadvantage of the previous adsorbents is that they have very general adsorption properties and cannot be tailored to the respective process.
  • the object of the present invention is therefore to provide such a method, in particular for use in chromatographic methods. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method which enables trehalose from fermentation broths, in particular from fermentation broths from lysine production, to be enriched.
  • the solution to the problem is based on the known method for enriching trehalose from solutions with the aid of an adsorbent.
  • the process according to the invention is then characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
  • aluminosilicates in particular zeolites
  • aluminosilicates offer the advantage that a larger number of variants can be produced and the adsorbent can thus be better tailored to the separation problem.
  • Trehalose can be made by a variety of known methods. Traditionally, trehalose is produced by fermentative processes, with enzymatic production processes now being established (Schiraldi, C, et al. (2002) Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trend in Biotechnology, vol. 20 (10), p. 420- 425).
  • trehalose synthase-catalyzed Transglycosylation from maltose to trehalose e.g. JP 09098779, KR99029104.
  • enrichment is known to the person skilled in the art. According to the present invention, the term enrichment relates in particular to increasing the proportion of trehalose in relation to undesirable foreign substances. This typically corresponds to the proportion of trehalose in the dry weight of the product.
  • the term enrichment also includes the purification of trehalose.
  • the term cleaning is known to the person skilled in the art.
  • the aim of purification is in particular to achieve a purity of trehalose in which trehalose is essentially free of other substances. In particular, it means trehalose in crystalline form.
  • the solution there are no particular restrictions with regard to the solvents, for example water or acetonitrile.
  • the solution is preferably an aqueous solution.
  • An adsorbent in the sense of the present invention is a solid or gel-like substance, on the surface of which the adsorption of another substance takes place.
  • the term surface also refers to the inner surface of a three-dimensional matrix, for example the inner surfaces of the three-dimensional framework of a zeolite.
  • adsorbents in the context of the present invention are silica gel (silica gel), activated carbon and aluminosilicates.
  • Alumosilicates aluminosilicates
  • aluminosilicates includes, for example, acid-activated bentonites (bleaching earths) and zeolites.
  • Acid-activated bentonites are bentonites whose smectites (swellable clay minerals) have been partially dissolved by acid treatment and which therefore have a high surface area and a large micropore volume.
  • Bentonites are clays that have arisen from the weathering of volcanic ash (tufa) and consist of the minerals montmorillonite and beidelleit (mineral group of the smectites).
  • Zeolites are particularly preferred aluminosilicates in the context of the present invention.
  • zeolites which do not contain aluminum can also be covered by the invention.
  • the stoichiometric ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 (module) is an important parameter of the zeolites.
  • the crystal lattices of the zeolites are made up of SiO 4 and AlO 4 tetrahedra, which are linked via oxygen bridges. This creates a spatial arrangement of identically constructed (adsorption) cavities that are accessible via pore openings or channels that are of equal size to one another. Such crystal lattices are able to act as a sieve, which receives molecules with a smaller cross section than the pore openings in the cavities of the lattice, while larger molecules cannot penetrate. Zeolites are therefore also referred to as molecular sieves. Electrostatic interactions, hydrogen bonds and other intermolecular forces also play a role in adsorption. Many chemical and physical properties of the zeolites depend on the Al content.
  • zeolites according to the present invention refers to both natural and synthetic zeolites.
  • the naturally occurring zeolites are the result of hydrothermal conversion from volcanic glasses or tuff-containing deposits.
  • the natural zeolites can be divided into fiber zeolites (for example mordenite, MOR), leaf zeolites, and the so-called cube zeolites (e.g. faujasite, FAU, and offretite, OFF).
  • the different zeolites are usually assigned three-letter codes (eg MOR, FAU, OFF).
  • the synthetic zeolites are made from SiO 2 -containing (e.g. water glasses, silica fillers, silica sols) and Al 2 O 3 -containing (e.g. aluminum hydroxides, aluminates, kaolins) substances which together with alkali hydroxides (mostly NaOH ) at temperatures above 50 ° in the aqueous phase to form the crystalline zeolites.
  • SiO 2 -containing e.g. water glasses, silica fillers, silica sols
  • Al 2 O 3 -containing e.g. aluminum hydroxides, aluminates, kaolins
  • synthetic zeolites For industrial use as an adsorbent, synthetic zeolites can be subjected to further modifications.
  • the zeolite should preferably have a pore size of at least 7 ⁇ . Pore size and polarity of the zeolite have an influence on the distribution weight e.g. different sugars, e.g. the separation property results in a chromatographic use. Low-aluminum zeolites are generally more polar and therefore primarily suitable for the adsorption of sugars.
  • zeolites can be tailored to a separation problem.
  • the pore size can be influenced by the primary production, the polarity can then be varied by post-treatment by reducing the aluminum content.
  • Preferred zeolites according to the present invention are FAU, BEA and OFF. Advantageous properties of different zeolites in the context of the present invention can be seen from Example 1. OFF is particularly preferred.
  • the enrichment with the aid of the aluminosilicate can basically be done in two different ways.
  • the aluminosilicate can either adsorb the undesired foreign substances so that the trehalose remains in the solution, or it can adsorb the trehalose so that the undesired foreign substances remain in the solution. In both cases it is preferred if the adsorption takes place as selectively as possible.
  • Fixed bed, moving bed and fluidized bed adsorbers can be used as adsorbers.
  • the adsorption can be carried out batchwise or continuously.
  • the number of processing steps required to isolate trehalose is reduced by selective enrichment of the trehalose (in contrast to previous methods for isolating trehalose, in which the often very different undesirable foreign substances are separated step by step).
  • the number of by-product / waste streams is reduced compared to the step-by-step removal of unwanted foreign substances. Due to selective adsorption, the trehalose is already in high purity after a primary enrichment step with the aluminosilicate.
  • the manufacturing costs are reduced due to the reduced number of processing steps and the reduced number of by-product / waste streams.
  • comparatively low-concentration trehalose can be enriched inexpensively by selective enrichment.
  • preferred alumosilicates are therefore alumosilicates, in particular zeolites, to which trehalose is adsorbed, preferably with high selectivity towards undesirable foreign substances present in the solution.
  • the trehalose can be eluted from the aluminosilicate as a further step. Elution takes place, for example, by elution with methanol, ethanol, water, hot water (50-100 ° C), hot methanol (50-65 ° C), hot ethanol (50-80 ° C), or other suitable eluents, for example methylene chloride , Acetonitrile, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMSO (dimethyl sulfoxide), low-chain ketones or low-chain ethers.
  • low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
  • Another embodiment of the invention relates to a method for the enrichment of trehalose, in which the adsorbent is used in the context of a chromatographic separation.
  • the trehalose can be separated from other substances present in the solution by means of the different transit time behavior. This creates fractions with eluates containing the trehalose.
  • chromatography encompasses all known and suitable chromatographic separation processes, for example fixed bed chromatography, moving bed chromatography and simulated moving bed chromatography.
  • the chromatography can be carried out batchwise or continuously.
  • Continuous chromatography can, for example, be nuous Rotating Annular Chromatograph (CRAC), a True Moving Bed Chromatograph (TMBC) or in a Simulated Moving Bed Chromatograph (SMB).
  • CRAC nuous Rotating Annular Chromatograph
  • TMBC True Moving Bed Chromatograph
  • SMB Simulated Moving Bed Chromatograph
  • a further enrichment or purification can be carried out from the eluate containing the trehalose by means of further suitable processes known to the person skilled in the art.
  • trehalose can be further enriched or purified by precipitation. Either desired recyclables or unwanted foreign substances can be precipitated.
  • the precipitation can be initiated, inter alia, by adding a further solvent, adding salts or varying the temperature.
  • the resulting precipitate of solids can be separated off by methods known to the person skilled in the art.
  • solids can be separated by filtration, such as pressure and vacuum filtration.
  • Cake, depth and cross-flow filtrations are possible, for example.
  • Cross-flow filtration is preferred.
  • Microfiltration for separating solids> 0.1 ⁇ m is particularly preferred.
  • centrifugation Another possibility for separating solids is sedimentation and / or centrifugation.
  • Various types of designs can be used for centrifugation, for example tube and basket centrifuges, in particular push-type, inverting filter centrifuges and plate separators.
  • treatment with activated carbon or with ion exchangers can be carried out.
  • ion exchangers anion exchangers and / or cation exchangers
  • Such process steps are known from the prior art (see, for example, US 5,441,644, US 5,858,735, and EP 0555 540 AI).
  • micro and ultrafiltration for example as cake, deep and cross-flow filtrations
  • reverse osmosis asymmetrical and electrically charged membranes
  • Typical materials for diaphragms are cellulose esters, nylon, polyvinyl chloride, acrylonitrile, polypropylene, polycarbonate and ceramics.
  • the membranes can be used, for example, as a plate module, spiral module, tube bundle and hollow fiber module.
  • the use of liquid membranes is possible. borrowed.
  • the trehalose can both be enriched on the feed side and discharged via the retentate stream and also depleted on the feed side and discharged via the filtrate / permeate stream.
  • a preferred method is crystallization.
  • Crystallization can be achieved for example by cooling, evaporation, vacuum crystallization (adiabatic cooling), reaction crystallization and salting out.
  • Crystallization can e.g. in stirred and unstirred kettles, in the direct contact process, in evaporation crystallizers, in vacuum crystallizers batchwise or continuously e.g. in forced-circulation crystallizers (Swenson forced-circulation crystallizers) or fluidized-bed crystallizers (Oslo-type). Fractional crystallization is also possible.
  • crystallization of trehalose is fundamentally familiar to the person skilled in the art and has been described in detail, including crystallization from aqueous solutions (see also columns 4 and 5 in US Pat. No. 5,441,644).
  • crystallization can be facilitated by prior ultrafiltration.
  • a particularly typical method for the crystallization of trehalose is the cooling crystallization from suitable solvents, for example ethanol, methanol, water, methylene chloride, acetonitrile, NMP, DMSO, low-chain ketones or low-chain ethers.
  • suitable solvents for example ethanol, methanol, water, methylene chloride, acetonitrile, NMP, DMSO, low-chain ketones or low-chain ethers.
  • low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
  • the trehalose is present, for example, in water and is then precipitated by adding a solvent of lower solubility, for example a low-chain alcohol or a low-chain ketone.
  • a solvent of lower solubility for example a low-chain alcohol or a low-chain ketone.
  • low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
  • Crystallization can be accelerated by adding small amounts of trehalose crystals, the trehalose crystals serving as nuclei.
  • Drying is another method for further enrichment of trehalose, in particular for cleaning and packaging.
  • processes for convection drying such as drying ovens, tunnel dryers, belt dryers, disc dryers, jet dryers, Fluid bed dryer, ventilated and rotating drum dryer, and spray drying.
  • a preferred method in the context of the present invention is spray drying.
  • Other processes use contact drying, such as paddle dryers.
  • Heat radiation (infrared) and dielectric energy (microwaves) can also be used for drying.
  • Another area is vacuum or freeze drying. Evaporation is also possible, ie drying that leads to an enrichment but not necessarily to dryness.
  • Another method for the further enrichment of trehalose, in particular for cleaning and packaging, is nanofiltration. All or part of the trehalose is retained on the retentate side and thus enriched.
  • the present invention relates to a process for the enrichment of trehalose from solutions which originate from the enzymatic synthesis of trehalose.
  • Enzymatic trehalose synthesis is known to the person skilled in the art (see, for example, Schiraldi et al. (2002), Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), pages 421-425, and also US Pat. No. 5,919,668 and EP 0990704 A2).
  • the solutions are fermentation broths.
  • Fermentation broths in the sense of the present invention arise in the culture of eukaryotic and prokaryotic cells, in particular of microorganisms (for example bacteria, yeasts or other fungi).
  • microorganisms for example bacteria, yeasts or other fungi.
  • Saccharomyces spec in particular Saccharomyces cerevisiae
  • Bacillus spec Bacillus spec
  • Candida spec especially Candida fermentii
  • Escherichia coli Corynebacterium spec, in particular Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium acetoacidofirum (eg ATCC 13870), Corynebacterium lilium (eg ATCC 15990) and Corynebacterium melaseccola (eg ATCC 17965);
  • Pseudomonas spec Nocardia spec
  • Brevibacterium spec in particular Brevibacterium lactofermentum (eg ATCC 13869), Brevibacterium flavum (eg ATCC 14067), and Brevibacterium divaricatium (eg ATCC 21642)
  • Arthrobacter spec in particular Arthrobacter sulfureis (e.g.
  • ATCC 15170 Arthrobacter citoreus (e.g. ATCC 11624); Aspergillus spec; Streptomyces spec; Microbacterium spec, in particular Mikrobacterium ammoniaphylum (eg ATCC 15354); Pichia spec; Filobasidium spec, in particular Filobasidium floriforme.
  • microorganisms are known to the person skilled in the art, see for example Miyazaki, J.-L, et al. (1996)., Trehalose accumulation by a basidiomycotinous yeast, Filobasidium floriforme. Journal of Fermentation and Bioengineering, vol. 81 (4), pages 315-319.
  • Variants of these strains which are derived by mutation or genetic engineering modification or which have an increased ability to synthesize trehalose can also be used in the context of the present invention.
  • the culture of the microorganisms can also be carried out with the addition of suitable antibiotics, for example to induce the trehalose synthesis by adding a ⁇ -lactam ring antibiotic.
  • the fermentation broth initially contains both the cells and the culture medium.
  • a significant part of the trehalose can accumulate intracellularly. In this case, it makes sense to disrupt the cells used and extract the trehalose using suitable methods.
  • suitable processes for example ultrasound treatment, treatment with detergents, alkaline lysis, and / or extraction with alcohol or trichloroacetic acid are known to the person skilled in the art (JP 07 000 190, US 5,441,644)
  • the fermentation broths generally contain considerable amounts of solids, which should preferably be removed first.
  • the term solids also includes cells and cellular components such as nucleic acids and proteins.
  • cellular components such as nucleic acids and proteins.
  • a breakdown of the trehalose for example by hydrolysis
  • Suitable methods include, for example, alkali treatment, for example Ca (OH) treatment, or heating.
  • any enzymes present with trehalase activity are also inactivated.
  • the solids can then be separated off using suitable processes known to the person skilled in the art. Examples of such processes have already been mentioned above.
  • the present method is also suitable for enriching trehalose from solutions, in particular fermentation broths, in which trehalose is present in low concentrations, in particular less than 15 percent by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth.
  • the concentration of trehalose is typically between 3 and 8% by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth. After separation of another valuable product, for example lysine, the mass fraction of the trehalose can increase to 10-20% by weight, measured on the dry weight of the remaining fermentation broth. If one assumes separation of the biomass as insoluble constituents, then the concentration of the trehalose is 20-40% by weight measured on the dry weight of the fermentation broth.
  • a further embodiment of the invention therefore also relates to a method for the enrichment of trehalose from fermentation broths in which trehalose is present in a concentration of less than 15 percent by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth.
  • Trehalose is also often created as another valuable product.
  • other valuable products such as trehalose are included an environment that complicates the enrichment of other valuable products.
  • An example is high ion concentrations after elution of amino acids from ion exchange matrices). This is particularly problematic in the case of trehalose, since trehalose has no special chemical properties (such as low solubility in aqueous solutions or electrical charge) that are suitable for simple enrichment. Therefore, the trehalose is often disposed of with the waste stream from the fermentation.
  • the present invention therefore relates to a process for the enrichment of trehalose as a further valuable product from fermentation broths from which at least one first valuable product has been or is obtained, comprising the steps of separating solids and enriching the trehalose with the aid of an adsorbent, characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
  • the present method is characterized in that it is particularly tolerant of the properties of the solution in which the trehalose is present.
  • the method according to the invention can therefore also be used if the trehalose is present in an environment which would normally make enrichment more difficult.
  • the solution in which the trehalose is present is treated particularly gently with the present method, so that a further valuable product can also be obtained after the enrichment of the trehalose.
  • the trehalose can therefore be obtained before, after or simultaneously with the first valuable product.
  • Products of value within the meaning of the present invention include, for example, organic acids, proteinogenic and non-proteinogenic amino acids, nucleotides and nucleosides, lipids and fatty acids, diols, carbohydrates, aromatic compounds, vitamins and co-factors, storage materials such as, for example, PHA (polyhydroxyalkanoates) or PHB (poly hydroxybutyrate), as well as proteins and peptides (e.g. enzymes).
  • PHA polyhydroxyalkanoates
  • PHB poly hydroxybutyrate
  • proteins and peptides e.g. enzymes
  • a preferred first product of value according to the present invention is the amino acid lysine.
  • the present invention further relates to that of aluminosilicates, in particular zeolites, in one of the processes mentioned in this description or the exemplary embodiments.
  • Fig. 1 shows the selectivity (s) of zeolites for sucrose (sac) and maltose (malt) relative to trehalose (tre).
  • Fig. 2 shows the selectivity (s) for sucrose (sac) and maltose (malt) relative to trehalose, in relation to the pore size (p) of selected zeolites
  • Space-filling atom-centered spheres are used to represent the van der Waals volumes for the atoms, the radii of the spheres corresponding to the van der Waals radii as defined in the MSI Program Materials Studio.
  • a magnification factor of 0.9 is applied to the van der Waals radii of the atoms in the zeolite pore and a helium atom is then placed in the center of the pore.
  • the enlargement factor for the Helium van der Waals radius is optimized by hand until the enlarged space-filling volume of the helium atom comes into contact with the space-filling volumes of the zeolite pore. This helium enlargement factor is used as the enlargement factor of the pore (pore size).
  • Fig. 3 shows the selectivity (s) for hydrocarbons in relation to the pore size (p) of selected zeolites
  • the molel-dynamic force field simulations are carried out in a microcanonical ensemble at 298 K.
  • the relative times are measured for molecules that are driven by an electrostatic force through a pore in the zeolite structure.
  • the force is generated by fixing the coordinates of a charged hay atom on the opposite side of the pore of the molecule, the molecule then being evenly charged with a corresponding counter charge on each atom.
  • the 5 atoms of trehalose that are closest to the helium are each assigned a charge of -0.3 q, while the helium atom has a charge of +1.5 q.
  • the remaining atoms in the system are uncharged.
  • the selectivity in Figure 1 is calculated according to the following formula:
  • FIG. 1 A graphical representation of the selectivity is shown in FIG. 1. It is clear from FIG. 1 that the individual zeolites have different abilities to separate trehalose from a mixture of sugars. The most versatile seems to be OFF (Offretit), which contains no aluminum and clearly prefers trehalose over the other two sugars. FAU and BEA also show a high relative selectivity for trehalose, but also show a certain selectivity for sucrose and maltose.
  • lysine fermentation broth is mixed with 250 g of solid calcium hydroxide on an ion exchanger. After stirring for 4 hours, the suspension is centrifuged in a laboratory centrifuge at 3000 g for 10 min. Using this procedure, 800 mL of a yellowish supernatant is obtained from the deep brown fermentation broth, which contains 7.6 g of the 8 g of trehalose originally used. 400 g of powdered activated carbon are added to further purify this supernatant. After 12- hourly incubation at RT, the activated carbon is separated off using a pleated filter.
  • Example 2 In contrast to Example 2, the solids formed are separated off by filtration after the calcium hydroxide precipitation. This gives 730 mL of a yellowish-colored filtrate. The rest of the procedure is analogous to Example 2, whereby 8.7 g of dry residue with 66.2% by weight of trehalose can be obtained.
  • lysine fermentation broth is mixed with 100 g of solid calcium hydroxide on an ion exchanger (trehalose content: 11 g / L). After stirring for 4 hours, the suspension is centrifuged in a laboratory centrifuge at 3000 g for 10 min. 20 g of activated carbon are added to the 800 mL of a dark brown supernatant obtained in this way and incubated at RT for 19 h. The activated carbon is separated by filtration. The filtrate contains 8.9 g trehalose. Evaporation in vacuo gives 72.6 g of a dark brown, sticky residue with a trehalose content of 10.4% by weight.
  • trehalose content 11 g / L
  • Example 6 Enrichment of trehalose by adsorption on activated carbon and desorption with methanol 100 mL of a fermentation broth containing trehalose (content 9.76 g / L) are shaken with 10 g activated carbon (CPG 12x40) for 16 h at RT. After suction through a slotted sieve, the activated carbon is shaken with 100 mL methanol for 60 h at RT. After filtering off again, the filtrate is evaporated to dryness on a rotary evaporator. The brown residue of 1.1 g contains 300 mg trehalose (27% by weight).
  • CPG 12x40 activated carbon
  • trehalose solution content 9.25 g L
  • activated carbon is mixed with 300 mL ethanol and stirred under reflux for 15 h.
  • the activated carbon is filtered off hot and the filtrate is cooled to 0-5 ° C., during which the trehalose crystallizes out.
  • suction 1.3 g of trehalose are obtained as light gray crystals, the filtrate is evaporated to dryness on a rotary evaporator and contains 0.1 g of trehalose as white crystals.
  • the activated carbon is shaken for 16 h at RT with 300 mL MeOH, filtered off and the filtrate is concentrated on a rotary evaporator, thereby obtaining a further 0.5 g of trehalose as almost white crystals.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Distillation Of Fermentation Liquor, Processing Of Alcohols, Vinegar And Beer (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for enriching trehalose from solutions, wherein the enrichment is performed with the aid of an adsorbent. The invention is characterized in that the adsorbent is an alumosilicate. The alumosilicate is preferably a zeolite. The invention also relates to the enrichment and purification of trehalose from fermentation broths, more particularly as coupled product from the fermentative production of other value products.

Description

Ver ahren zur Anreicherung von Trehalose mit Hilfe von Alumosilicaten Process for the enrichment of trehalose with the help of aluminosilicate
Die folgende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Lösungen, bei welchem die Trehalose mit Hilfe eines Adsorbens angereichert wird.The following invention relates to a method for enriching trehalose from solutions, in which the trehalose is enriched with the aid of an adsorbent.
Das Disaccharid Trehalose ( -D-Glucopyranosyl-α-D-Glucopyranosid) besteht aus zwei Glucose-Molekülen, die über α,α- 1,1 -Bindung miteinander kovalent verknüpft sind. Treha- lose ist aufgrund ihrer anwendungstechnisch interessanten Eigenschaften von zunehmender Bedeutung für die Industrie. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist die Stabilisierung von Proteinen und Peptiden, beispielsweise von Enzymen und Impfstoffen. Bevorzugte Verwendung findet Trehalose in der Lebensmittelindustrie. Trehalose wird auch als Ersatzstoff für Saccharose aufgrund ihrer reduzierten Süße und ihrer geschmackskonservierenden Ei- genschaften eingesetzt. Darüber hinaus wirkt Trehalose bei Gefrier- und Trocknungsvorgängen stabilisierend. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt im Kosmetikbereich.The disaccharide trehalose (-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranoside) consists of two glucose molecules that are covalently linked to each other via the α, α-1,1 bond. Due to their interesting properties in terms of application technology, trephos is of increasing importance for industry. An important area of application is the stabilization of proteins and peptides, for example of enzymes and vaccines. Trehalose is preferred in the food industry. Trehalose is also used as a substitute for sucrose due to its reduced sweetness and its taste-preserving properties. In addition, trehalose has a stabilizing effect during freezing and drying processes. Another area of application is in the cosmetics sector.
Die Herstellung von Trehalose erfolgt bevorzugt auf enzymatischem Wege oder durch Fermentation mit Hilfe geeigneter Mikroorganismen (Schiraldi, C, et al. (2002). Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), Seiten 420-425). Häufig entsteht Trehalose auch als Nebenprodukt bei Fermentationen, die der Herstellung anderer Substanzen dienen (Hüll, S.R., Gray, J.S.S., et al. (1995). Trehalose as a Common üidustrial Fermentation Byproduct. Carbohydrate Research, vol. 266, Seiten 147- 152). Insbesondere bei Fermentationen entstehen, anders als bei chemischen Synthesen, starke verunreinigte Lösungen, die beispielsweise Zellen, Proteine, Lipide, oder andere Zucker enthalten können.Trehalose is preferably produced enzymatically or by fermentation using suitable microorganisms (Schiraldi, C, et al. (2002). Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), pages 420-425 ). Trehalose often also forms as a by-product of fermentations that serve to produce other substances (Hüll, SR, Gray, JSS, et al. (1995). Trehalose as a Common üidustrial Fermentation Byproduct. Carbohydrate Research, vol. 266, pages 147-152 ). In contrast to chemical syntheses, fermentations in particular result in heavily contaminated solutions which can contain cells, proteins, lipids or other sugars, for example.
Die Trehalose muss also aus solchen stark verunreinigten Lösungen angereichert und, je nach Verwendungszweck, weiter gereinigt werden.The trehalose must therefore be enriched from such heavily contaminated solutions and, depending on the intended use, further purified.
Im Stand der Technik sind verschiedene Anreicherungs- und Reinigungsverfahren für Trehalose bekannt.Various enrichment and purification methods for trehalose are known in the prior art.
US 5,759,610 beschreibt ein Verfahren zur Aufreinigung von Trehalose aus Kulturen von Mikroorganismen, umfassend die Schritte Filtration und Zentrifugation, Behandlung mit Aktivkohle, Deionisierung, Reinigung mit Ionenaustauschern, Konzentration zu sirupartigen Produkten, weitere Aufreinigung durch Säulenchromatographien wie Ionenaustauschersäulen-Chromatographie, Aktivkohle-Chromatographie und Silicagelsäulen-Chromatographie, sowie Präzipitieren mit organischen Lösungsmitteln wie Alkohol und Aceton und Filtrieren über geeignete Membranen, und Fermentation durch Hefe oder alkalische Behandlung, um etwaige verbliebene Saccharide zu entfernen oder abzubauen. Für eine weitere Auf reinigung werden beispielsweise Kühlungskristallisation oder Sprühtrocknung vorgeschlagen. Eine Adsorption von Trehalose an ein Adsorbens erfolgt nicht.No. 5,759,610 describes a process for the purification of trehalose from cultures of microorganisms, comprising the steps of filtration and centrifugation, treatment with activated carbon, deionization, cleaning with ion exchangers, concentration to syrup-like products, further purification by column chromatography, such as ion exchange column chromatography, activated carbon chromatography and silica gel columns chromatography, as well as precipitation with organic solvents such as alcohol and acetone and filtration through suitable membranes, and fermentation by yeast or alkaline treatment in order to remove or degrade any remaining saccharides. For further cleaning, cooling crystallization or spray drying, for example, are proposed. Trehalose is not adsorbed on an adsorbent.
JP 07000190 (Tadashi, W., et al.) beschreibt die Isolierung von Trehalose aus festen Rückständen von Brauerei-Fermentationen. Dabei wird der Rückstand mit Alkohol extrahiert und/oder mit Ultraschall behandelt, um die Trehalose aus dem Rückstand zu extrahieren. Ferner wird das im Rückstand vorhandene Enzym Trehalase durch Hitzebehandlung inaktiviert. Die Reinigung erfolgt unter anderem über Ionenaustauschersäulen und eine Aktivkohlesäule. Die Trehalose wird dabei an den Säulen nicht adsorbiert.JP 07000190 (Tadashi, W., et al.) Describes the isolation of trehalose from solid residues from brewery fermentations. The residue is extracted with alcohol and / or treated with ultrasound in order to extract the trehalose from the residue. Furthermore, the enzyme trehalase present in the residue is inactivated by heat treatment. Cleaning is carried out using ion exchange columns and an activated carbon column, among other things. The trehalose is not adsorbed on the columns.
US 5,441,644 beschreibt ein Verfahren, bei welchem Trehalose aus einer Fermentationsbrü- he gereinigt wird. In dem Verfahren erfolgt unter anderem eine Ultrafiltration und eine Entfärbung mit Hilfe von Aktivkohle. Die Trehalose wird dabei an der Aktivkohle nicht adsorbiert.No. 5,441,644 describes a method in which trehalose is purified from a fermentation broth. The process involves, among other things, ultrafiltration and decolorization using activated carbon. The trehalose is not adsorbed on the activated carbon.
Ein Nachteil der genannten Verfahren scheint zu sein, dass die jeweiligen Adsorbentien lediglich zur Adsorption der unerwünschten Fremdstoffe verwendet werden, nicht jedoch die Trehalose selbst adsorbieren. Da die Extraktions- und Reinigungsschritte an die unterschiedlichen Fremdstoffe angepasst sein müssen, sind sie kompliziert und im industriellen Maßstab nur schwierig anzuwenden. Insbesondere gilt dies für die Reinigung aus Fermentationsbrühen, in welchen der Gehalt an Trehalose gewöhnlich weniger als 15 % des Tro- ckengewichtes beträgt (Schiraldi et al. (2002), Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), Seite 421).A disadvantage of the methods mentioned seems to be that the respective adsorbents are only used for the adsorption of the undesired foreign substances, but do not adsorb the trehalose itself. Since the extraction and cleaning steps have to be adapted to the different foreign substances, they are complicated and difficult to use on an industrial scale. This applies in particular to cleaning from fermentation broths in which the content of trehalose is usually less than 15% of the dry weight (Schiraldi et al. (2002), Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10 ), Page 421).
Gemäß einem anderen Verfahren wurde Trehalose als Nebenprodukt einer Fermentation durch sequenzielle Chromatographie über Aktivkohle und Bio-Gel P-2 gereinigt (Hüll, S.R., Gray, J.S.S., et al. (1995). Trehalose as a Common Industrial Fermentation Byproduct. Car- bohydrate Research, vol. 266, Seiten 147-152). Bei dem Verfahren handelt es sich aber lediglich um ein Nachweisverfahren, nicht jedoch um ein Verfahren, das für die Anwendung im industriellen Maßstab geeignet ist.According to another method, trehalose as a by-product of fermentation was purified by sequential chromatography over activated carbon and Bio-Gel P-2 (Hüll, SR, Gray, JSS, et al. (1995). Trehalose as a Common Industrial Fermentation Byproduct. Carbohydrate Research, vol. 266, pages 147-152). However, the method is only a detection method, but not a method that is suitable for use on an industrial scale.
US 5,441,644 erwähnt neben dem oben beschriebenen Verfahren ein weiteres Verfahren aus dem Stand der Technik, bei welchem eine trehalosehaltige Acetonitril-Lösung einer Silica- gel-Chromatographie unterworfen wird. In der Schrift wird erwähnt, dass diese chromatographischen Verfahren für die Trehalose- Anreicherung oder -Reinigung im industriellen Maßstab jedoch nicht geeignet sind.In addition to the method described above, US Pat. No. 5,441,644 mentions a further method from the prior art, in which a trehalose-containing acetonitrile solution of a silica Gel chromatography is subjected. The document mentions that these chromatographic processes are not suitable for trehalose enrichment or purification on an industrial scale.
Buttersack et al. (Specific Adsorption from Aqueous Phase on Apolar Zeolites, Progress in Zeolite and Microporous Materials, vol. 105, p. 1723-1730, 1997) beschreiben die Bindung bestimmter Mono- und Disaccharide an ausgewählte FAU-, PEA-, und MH-Zeolithe. Für einzelne Disaccharide wurden dabei sehr unterschiedliche Adsorptionseigenschaften gefunden. Trehalose wurde nicht untersucht.Buttersack et al. (Specific Adsorption from Aqueous Phase on Apolar Zeolites, Progress in Zeolite and Microporous Materials, vol. 105, p. 1723-1730, 1997) describe the binding of certain mono- and disaccharides to selected FAU, PEA, and MH zeolites. Very different adsorption properties were found for individual disaccharides. Trehalose has not been studied.
In einer weiteren Arbeit beschreiben Buttersack et al. die Bindung von Disacchariden an unterschiedliche Y-Zeolithe und dealuminierte Y-Zeolithe (Buttersack et al. (1994). Adsorption of Glucose and Fructose containing Disaccharides on Different Faujasites. Studies in Surface Science and Catalysis, vol. 84, p. 1363-1371). Dabei betonten sie die Bedeutung des Fructose-Restes in den untersuchten Disacchariden für die Adsorption an die Zeolithe. Trehalose wurde nicht untersucht und weist auch keinen Fructose-Rest auf.In another work, Buttersack et al. the binding of disaccharides to different Y-zeolites and dealuminated Y-zeolites (Buttersack et al. (1994). Adsorption of Glucose and Fructose containing Disaccharides on Different Faujasites. Studies in Surface Science and Catalysis, vol. 84, p. 1363-1371 ). They emphasized the importance of the fructose residue in the disaccharides investigated for adsorption on the zeolites. Trehalose has not been studied and has no fructose residue.
Ein Nachteil der bisherigen Adsorbentien ist, dass sie sehr allgemeine Adsorptionseigenschaften haben und nicht für das jeweilige Verfahren maßgeschneidert werden können.A disadvantage of the previous adsorbents is that they have very general adsorption properties and cannot be tailored to the respective process.
Daher besteht Bedarf an Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Lösungen unter Verwendung besserer Adsorbentien, insbesondere an Adsorbentien, die sich auf das jeweilige Verfahren maßschneidern lassen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen, insbesondere für den Einsatz in chromatographi- sehen Verfahren. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Anreicherung von Trehalose aus Fermentationsbrühen, insbesondere aus Fermentationsbrühen aus der Lysin-Produktion, ermöglicht.There is therefore a need for processes for enriching trehalose from solutions using better adsorbents, in particular for adsorbents which can be tailored to the particular process. The object of the present invention is therefore to provide such a method, in particular for use in chromatographic methods. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method which enables trehalose from fermentation broths, in particular from fermentation broths from lysine production, to be enriched.
Die Lösung der Aufgabe geht aus von dem bekannten Verfahren zur Anreicherung von Tre- halose aus Lösungen mit Hilfe eines Adsorbens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein Alumosilicat ist.The solution to the problem is based on the known method for enriching trehalose from solutions with the aid of an adsorbent. The process according to the invention is then characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
Gegenüber den nach Stand der Technik verwendeten Adsorbentien (z.B. Aktivkohlen und Ionenaustauschern) bieten Alumosilicate, insbesondere Zeolithe, den Vorteil, dass eine grö- ßere Anzahl von Varianten hergestellt werden kann und dadurch das Adsorbens besser auf das Trennproblem maßgeschneidert werden kann. Trehalose kann durch eine Vielzahl von bekannten Verfahren hergestellt werden. Traditionell wird Trehalose durch fermentative Verfahren erzeugt, wobei mittlerweile auch enzyma- tische Produktionsverfahren etabliert sind (Schiraldi, C, et al. (2002) Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trend in Biotechnology, vol. 20 (10), p. 420-425). In Mikro- Organismen wurden 3 enzymatische Hauptrouten zur Trehalose-Synthese entdeckt: (1) ein Phosphorylase-System in Pilzen und Hefe, (2) ein Glucosyltransferase-Hydrolase-System in mesophilen und extremophilen Bakterien und (3) eine Trehalose-Synthase-katalysierte Transglycosilierung von Maltose zu Trehalose (z.B. JP 09098779, KR99029104).Compared to the adsorbents used according to the prior art (eg activated carbons and ion exchangers), aluminosilicates, in particular zeolites, offer the advantage that a larger number of variants can be produced and the adsorbent can thus be better tailored to the separation problem. Trehalose can be made by a variety of known methods. Traditionally, trehalose is produced by fermentative processes, with enzymatic production processes now being established (Schiraldi, C, et al. (2002) Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trend in Biotechnology, vol. 20 (10), p. 420- 425). Three main enzymatic routes for trehalose synthesis were discovered in microorganisms: (1) a phosphorylase system in fungi and yeast, (2) a glucosyltransferase hydrolase system in mesophilic and extremophilic bacteria, and (3) a trehalose synthase-catalyzed Transglycosylation from maltose to trehalose (e.g. JP 09098779, KR99029104).
Der Begriff der Anreicherung ist dem Fachmann bekannt. Gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff der Anreicherung insbesondere auf die Erhöhung des Anteils von Trehalose im Verhältnis zu unerwünschten Fremdstoffen. Typischerweise entspricht dies dem Anteil von Trehalose am Trockengewicht des Produktes.The term enrichment is known to the person skilled in the art. According to the present invention, the term enrichment relates in particular to increasing the proportion of trehalose in relation to undesirable foreign substances. This typically corresponds to the proportion of trehalose in the dry weight of the product.
In der bevorzugten Ausführungsform bezieht der Begriff der Anreicherung auch die Reinigung von Trehalose mit ein. Der Begriff der Reinigung ist dem Fachmann bekannt. Im vorliegenden Zusammenhang ist es insbesondere Ziel einer Reinigung, eine Reinheit von Trehalose zu erreichen, bei der Trehalose im Wesentlichen frei von anderen Substanzen ist. Insbesondere ist damit Trehalose in kristalliner Form gemeint.In the preferred embodiment, the term enrichment also includes the purification of trehalose. The term cleaning is known to the person skilled in the art. In the present context, the aim of purification is in particular to achieve a purity of trehalose in which trehalose is essentially free of other substances. In particular, it means trehalose in crystalline form.
Wirtschaftlich sinnvoll ist ein Anreicherungs- oder Reinigungsverfahren nur dann, wenn auch die Ausbeute befriedigend ist. Daher ist es ein weiteres Ziel des vorliegenden Verfahrens, sowohl eine hohe Anreicherung als auch eine hohe Ausbeute zu erreichen.An enrichment or purification process only makes economic sense if the yield is satisfactory. It is therefore a further aim of the present process to achieve both a high concentration and a high yield.
Im Hinblick auf die Lösung gibt es bezüglich der Lösungsmittel keine besonderen Einschränkungen, in Frage kommen beispielsweise Wasser oder Acetonitril. Vorzugsweise ist die Lösung eine wässrige Lösung.With regard to the solution, there are no particular restrictions with regard to the solvents, for example water or acetonitrile. The solution is preferably an aqueous solution.
Ein Adsorbens im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine feste oder gelartige Substanz, auf deren Oberfläche die Adsorption einer anderen Substanz stattfindet. Der Begriff der Oberfläche bezieht sich dabei auch auf die Innenfläche einer dreidimensionalen Matrix, beispielsweise die inneren Oberflächen des dreidimensionalen Gerüstes eines Zeoliths.An adsorbent in the sense of the present invention is a solid or gel-like substance, on the surface of which the adsorption of another substance takes place. The term surface also refers to the inner surface of a three-dimensional matrix, for example the inner surfaces of the three-dimensional framework of a zeolite.
Beispiele für Adsorbentien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Silicagel (Kieselgel), Aktivkohle und Alumosilicate. Alumosilicate (Aluminosilicate) sind dem Fachmann bekannt. Der Begriff der Alumosilicate umfasst beispielsweise säureaktivierte Bentonite (Bleicherden) und Zeolithe.Examples of adsorbents in the context of the present invention are silica gel (silica gel), activated carbon and aluminosilicates. Alumosilicates (aluminosilicates) are known to the person skilled in the art. The term aluminosilicates includes, for example, acid-activated bentonites (bleaching earths) and zeolites.
Säureaktivierte Bentonite (Bleicherden) sind Bentonite, deren Smektite (quellfähige Tonmi- nerale) durch Säurebehandlung partiell aufgelöst wurden und die somit eine hohe Oberfläche und ein großes Mikroporenvolumen aufweisen. Bentonite sind Tone, die durch die Verwitterung vulkanischer Asche (Tuffe) entstanden sind und aus den Mineralen Montmo- rillonit und Beidelleit (Mineralgruppe der Smektite) bestehen.Acid-activated bentonites (bleaching earths) are bentonites whose smectites (swellable clay minerals) have been partially dissolved by acid treatment and which therefore have a high surface area and a large micropore volume. Bentonites are clays that have arisen from the weathering of volcanic ash (tufa) and consist of the minerals montmorillonite and beidelleit (mineral group of the smectites).
Besonders bevorzugte Alumosilicate im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Zeolithe. In diesem Zusammenhang können auch solche Zeolithe unter die Erfindung fallen, die kein Aluminium enthalten.Zeolites are particularly preferred aluminosilicates in the context of the present invention. In this context, zeolites which do not contain aluminum can also be covered by the invention.
Zeolithe sind eine weit verbreitete Gruppe von kristallinen Silicaten, und zwar von wasser- haltigen Alkali bzw. Erdalkali-Alumosilicaten der allgemeinen Formel M2/zO • Al O3 • x SiO2 • y H2O, wobei M = 1- oder mehrwertiges Metall (meist ein Alkali oder Erdalkali- Kardion) H oder NH4U. a., z = Wertigkeit des Kations, x = 1,8 bis etwa 12 und y = 0 bis etwa 8. Das stöchiometrische Verhältnis von SiO2 zu Al2O3 (Modul) ist eine wichtige Kenngröße der Zeolithe.Zeolites are a widespread group of crystalline silicates, specifically of water-containing alkali or alkaline earth aluminosilicates of the general formula M 2 / z O • Al O 3 • x SiO 2 • y H 2 O, where M = 1- or polyvalent metal (usually an alkali or alkaline earth cardion) H or NH 4 U. a., z = valence of the cation, x = 1.8 to about 12 and y = 0 to about 8. The stoichiometric ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 (module) is an important parameter of the zeolites.
Die Kristallgitter der Zeolithe bauen sich aus SiO4 - und AlO4 -Tetraedern auf, die über Sauerstoffbrücken verknüpft sind. Dabei entsteht eine räumlich Anordnung gleich gebauter (Adsorptions-) Hohlräume, die über - untereinander gleich große - Porenöffhungen bzw. Kanäle zugänglich sind. Derartige Kristallgitter vermögen als Sieb zu wirken, welches Mo- leküle mit kleinerem Querschnitt als die Porenöffnungen in die Hohlräume des Gitters aufnimmt, während größere Moleküle nicht eindringen können. Zeolithe werden daher auch als Molekularsiebe bezeichnet. Für die Adsorption spielen auch elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen und andere zwischenmolekulare Kräfte eine Rolle. Viele chemische und physikalische Eigenschaften der Zeolithe sind abhängig vom Al- Gehalt.The crystal lattices of the zeolites are made up of SiO 4 and AlO 4 tetrahedra, which are linked via oxygen bridges. This creates a spatial arrangement of identically constructed (adsorption) cavities that are accessible via pore openings or channels that are of equal size to one another. Such crystal lattices are able to act as a sieve, which receives molecules with a smaller cross section than the pore openings in the cavities of the lattice, while larger molecules cannot penetrate. Zeolites are therefore also referred to as molecular sieves. Electrostatic interactions, hydrogen bonds and other intermolecular forces also play a role in adsorption. Many chemical and physical properties of the zeolites depend on the Al content.
Der Begriff der Zeolithe gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich sowohl auf natürliche als auch auf synthetische Zeolithe.The term zeolites according to the present invention refers to both natural and synthetic zeolites.
Die natürlich vorkommenden Zeolithe sind durch hydrothermale Umwandlung aus vulkanischen Gläsern bzw. Tuff- haltigen Ablagerungen entstanden. Nach ihren Kristallgittern lassen sich die natürlichen Zeolithe einteilen in Faser-Zeolithe (beispielsweise Mordenit, MOR), Blätter-Zeolithe, und die so genannten Würfel-Zeolithe (beispielsweise Faujasit, FAU, und Offretit, OFF). Die unterschiedlichen Zeolithe werden üblicherweise mit Codes aus drei Buchstaben belegt (z.B. MOR, FAU, OFF).The naturally occurring zeolites are the result of hydrothermal conversion from volcanic glasses or tuff-containing deposits. The natural zeolites can be divided into fiber zeolites (for example mordenite, MOR), leaf zeolites, and the so-called cube zeolites (e.g. faujasite, FAU, and offretite, OFF). The different zeolites are usually assigned three-letter codes (eg MOR, FAU, OFF).
Zur Herstellung der synthetischen Zeolithe geht man von SiO2-haltigen (z.B. Wassergläser, Kieselsäure-Füllstoffe, Kieselsole) und von Al2O3-haltigen (z.B. Aluminiumhydroxide, A- luminate, Kaoline) Substanzen aus, die zusammen mit Alkalihydroxiden (meist NaOH) bei Temperaturen von über 50° in wässriger Phase zu den kristallinen Zeolithen umgesetzt werden.The synthetic zeolites are made from SiO 2 -containing (e.g. water glasses, silica fillers, silica sols) and Al 2 O 3 -containing (e.g. aluminum hydroxides, aluminates, kaolins) substances which together with alkali hydroxides (mostly NaOH ) at temperatures above 50 ° in the aqueous phase to form the crystalline zeolites.
Für den technischen Einsatz als Adsorptionsmittel können synthetische Zeolithe weiteren Modifizierungen unterworfen werden.For industrial use as an adsorbent, synthetic zeolites can be subjected to further modifications.
Vorzugsweise sollte der Zeolith eine Porengröße von mindestens 7 Ä aufweisen. Porengrö- ße und Polarität des Zeoliths haben Einfluss auf das Verteilungsgewicht z.B. verschiedener Zucker, wodurch sich z.B. die Trenneigenschaft bei einer chromatographischen Verwendung ergibt. Aluminiumarme Zeolithe sind in der Regel polarer und damit vorrangig zur Adsorption von Zuckern geeignet.The zeolite should preferably have a pore size of at least 7 Å. Pore size and polarity of the zeolite have an influence on the distribution weight e.g. different sugars, e.g. the separation property results in a chromatographic use. Low-aluminum zeolites are generally more polar and therefore primarily suitable for the adsorption of sugars.
Wie bereits beschrieben, können Zeolithe gut auf ein Trennproblem maßgeschneidert werden. Durch die primäre Herstellung kann die Porengröße beeinflußt werden, die Polarität ist dann über eine Nachbehandlung durch Reduzierung des Aluminiumgehaltes variierbar.As already described, zeolites can be tailored to a separation problem. The pore size can be influenced by the primary production, the polarity can then be varied by post-treatment by reducing the aluminum content.
Bevorzugte Zeolithe gemäß der vorliegenden Erfindung sind FAU, BEA und OFF. Jeweils vorteilhafte Eigenschaften unterschiedlicher Zeolithe im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind aus Beispiel 1 ersichtlich. Besonders bevorzugt ist OFF.Preferred zeolites according to the present invention are FAU, BEA and OFF. Advantageous properties of different zeolites in the context of the present invention can be seen from Example 1. OFF is particularly preferred.
Die Anreicherung mit Hilfe des Alumosilicates kann grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen erfolgen. Das Alumosilicat kann entweder die unerwünschten Fremdstoffe adsorbie- ren, so dass die Trehalose in der Lösung verbleibt, oder es kann die Trehalose adsorbieren, so dass die unerwünschten Fremdstoffe in der Lösung verbleiben. In beiden Fällen ist es bevorzugt, wenn die Adsorption möglichst selektiv erfolgt.The enrichment with the aid of the aluminosilicate can basically be done in two different ways. The aluminosilicate can either adsorb the undesired foreign substances so that the trehalose remains in the solution, or it can adsorb the trehalose so that the undesired foreign substances remain in the solution. In both cases it is preferred if the adsorption takes place as selectively as possible.
Als Adsorber können Festbett-, Moving-bed- und Fluidized-bed-Adsorber zur Anwendung kommen. Die Adsorption kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. In der Ausführungsform, in der die Trehalose an das Alumosilicat adsorbiert wird, ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Die Zahl der notwendigen Aufarbeitungsschritte zur Isolierung von Trehalose wird durch selektive Anreicherung der Trehalose reduziert (im Gegensatz zu bisherigen Verfahren zur Isolierung von Trehalose, bei denen die häufig sehr unter- schiedlichen unerwünschten Fremdstoffe Schritt für Schritt abgetrennt werden). Die Anzahl der Nebenprodukt-/Abfallströme wird im Vergleich zum schrittweisen Abtrennen der unerwünschten Fremdstoffe reduziert. Die Trehalose liegt aufgrund selektiver Adsorption bereits nach einem primären Anreicherungsschritt mit dem Alumosilicat in hoher Reinheit vor. Durch die verringerte Anzahl von Aufarbeitungsschritten und die reduzierte Anzahl von Nebenprodukt-/Abfallströmen werden die Herstellungskosten reduziert. Ferner kann auch vergleichsweise gering konzentrierte Trehalose durch selektive Anreicherung kostengünstig angereichert werden.Fixed bed, moving bed and fluidized bed adsorbers can be used as adsorbers. The adsorption can be carried out batchwise or continuously. In the embodiment in which the trehalose is adsorbed on the aluminosilicate there are a number of advantages. The number of processing steps required to isolate trehalose is reduced by selective enrichment of the trehalose (in contrast to previous methods for isolating trehalose, in which the often very different undesirable foreign substances are separated step by step). The number of by-product / waste streams is reduced compared to the step-by-step removal of unwanted foreign substances. Due to selective adsorption, the trehalose is already in high purity after a primary enrichment step with the aluminosilicate. The manufacturing costs are reduced due to the reduced number of processing steps and the reduced number of by-product / waste streams. Furthermore, comparatively low-concentration trehalose can be enriched inexpensively by selective enrichment.
Bevorzugte Alumosilicate sind in dieser Ausführungsform daher Alumosilicate, insbesonde- re Zeolithe, an die Trehalose adsorbiert, vorzugsweise mit hoher Selektivität gegenüber in der Lösung vorhandenen unerwünschten Fremdstoffen binden.In this embodiment, preferred alumosilicates are therefore alumosilicates, in particular zeolites, to which trehalose is adsorbed, preferably with high selectivity towards undesirable foreign substances present in the solution.
Nach Adsorption der Trehalose an das Alumosilicat kann als weiterer Schritt die Trehalose vom Alumosilicat eluiert werden. Das Eluieren geschieht beispielsweise durch Elution mit Methanol, Ethanol, Wasser, heißem Wasser (50-100 °C), heißem Methanol (50-65 °C), heißem Ethanol (50-80 °C), oder anderen geeigneten Elutionsmitteln, beispielsweise Methylenchlorid, Acetonitril, NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon), DMSO (Dimethylsulfoxid), nieder- kettige Ketone oder niederkettige Ether. Niederkettig bedeutet in diesem Zusammenhang eine Kettenlänge von bis zu C10, bevorzugt bis zu C6, besonders bevorzugt bis zu C4.After adsorption of the trehalose on the aluminosilicate, the trehalose can be eluted from the aluminosilicate as a further step. Elution takes place, for example, by elution with methanol, ethanol, water, hot water (50-100 ° C), hot methanol (50-65 ° C), hot ethanol (50-80 ° C), or other suitable eluents, for example methylene chloride , Acetonitrile, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMSO (dimethyl sulfoxide), low-chain ketones or low-chain ethers. In this context, low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Trehalose, bei welchem das Adsorbens im Rahmen einer chromatographischer Auftrennung eingesetzt wird. Bei chromatographischen Verfahren kann die Trehalose über das unterschiedliche Laufzeitverhalten gegenüber anderen in der Lösung vorhandenen Substanzen abgetrennt werden. Dabei entstehen Fraktionen mit Eluaten, die die Trehalose enthalten.Another embodiment of the invention relates to a method for the enrichment of trehalose, in which the adsorbent is used in the context of a chromatographic separation. In chromatographic methods, the trehalose can be separated from other substances present in the solution by means of the different transit time behavior. This creates fractions with eluates containing the trehalose.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff der Chromatographie alle bekannten und geeigneten chromatographischen Trennverfahren, beispielsweise Festbett- Chromatographie, moving bed-Chromatographie und simulated moving bed- Chromatographie. Die Chromatographie kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Eine kontinuierliche Chromatographie kann beispielsweise mit Hilfe eines Conti- nuous Rotating Annular Chromatograph (CRAC), eines True Moving Bed Chromatograph (TMBC) oder in eines Simulated Moving Bed Chromatograph (SMB) durchgeführt werden.For the purposes of the present invention, the term “chromatography” encompasses all known and suitable chromatographic separation processes, for example fixed bed chromatography, moving bed chromatography and simulated moving bed chromatography. The chromatography can be carried out batchwise or continuously. Continuous chromatography can, for example, be nuous Rotating Annular Chromatograph (CRAC), a True Moving Bed Chromatograph (TMBC) or in a Simulated Moving Bed Chromatograph (SMB).
Aus dem die Trehalose enthaltenden Eluat kann eine weitere Anreicherung oder Reinigung mittels weiterer geeigneter und dem Fachmann bekannter Verfahren erfolgen.A further enrichment or purification can be carried out from the eluate containing the trehalose by means of further suitable processes known to the person skilled in the art.
Beispielsweise kann eine weitere Anreicherung oder Reinigung von Trehalose durch Fällung erfolgen. Dabei können entweder gewünschte Wertstoffe oder unerwünschte Fremdstoffe ausgefällt werden. Die Fällung kann unter anderem durch Zugabe eines weiteren Lö- sungsmittels, Zugabe von Salzen oder die Variation der Temperatur eingeleitet werden. Der entstehende Niederschlag von Feststoffen kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren abgetrennt werden.For example, trehalose can be further enriched or purified by precipitation. Either desired recyclables or unwanted foreign substances can be precipitated. The precipitation can be initiated, inter alia, by adding a further solvent, adding salts or varying the temperature. The resulting precipitate of solids can be separated off by methods known to the person skilled in the art.
Beispielsweise können Feststoffe durch Filtration, wie Druck- und Vakuumfiltration, abge- trennt werden. Möglich sind beispielsweise Kuchen-, Tiefen- und Cross-flow-Filtrationen. Bevorzugt wird die Cross-flow-Filtration. Besonders bevorzugt wird dabei die Mikrofiltra- tion zur Abtrennung von Feststoffen > 0,1 μm.For example, solids can be separated by filtration, such as pressure and vacuum filtration. Cake, depth and cross-flow filtrations are possible, for example. Cross-flow filtration is preferred. Microfiltration for separating solids> 0.1 μm is particularly preferred.
Eine weitere Möglichkeit zur Abtrennung von Feststoffen besteht in Sedimentation und/oder Zentrifugation. Zur Zentrifugation können verschiedenartige Bauformen eingesetzt werden, beispielsweise Röhren- und Korbzentrifugen, im speziellen Schub-, Stülpfilterzentrifugen und Tellerseparatoren.Another possibility for separating solids is sedimentation and / or centrifugation. Various types of designs can be used for centrifugation, for example tube and basket centrifuges, in particular push-type, inverting filter centrifuges and plate separators.
Als weiterer Anreicherungs- oder Reinigungsschritt kann eine Behandlung mit Aktivkohle oder mit Ionenaustauschern (Anionenaustauschern und/oder Kationenaustauschern) durchgeführt werden. Solche Verfahrensschritte sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe beispielsweise US 5,441,644, US 5,858,735, und EP 0555 540 AI).As a further enrichment or purification step, treatment with activated carbon or with ion exchangers (anion exchangers and / or cation exchangers) can be carried out. Such process steps are known from the prior art (see, for example, US 5,441,644, US 5,858,735, and EP 0555 540 AI).
Weitere Möglichkeiten zur Anreicherung, insbesondere zur Reinigung, bestehen in der An- Wendung von Mikro- und Ultrafiltration (beispielsweise als Kuchen-, Tiefen- und Cross- flow-Filtrationen) sowie in der Reversosmose. Dabei können u.a. mikroporöse, homogene, asymmetrische und elektrisch geladene Membranen eingesetzt werden, die nach bekannten Verfahren erzeugt werden. Typische Werkstoffe für Membtranen sind Celluloseester, Nylon, Polyvinylchlorid, Acrylnitril, Polypropylen, Polycarbonat und Keramik.Additional possibilities for enrichment, in particular for cleaning, are the use of micro and ultrafiltration (for example as cake, deep and cross-flow filtrations) and in reverse osmosis. Among other things, microporous, homogeneous, asymmetrical and electrically charged membranes are used, which are produced by known methods. Typical materials for diaphragms are cellulose esters, nylon, polyvinyl chloride, acrylonitrile, polypropylene, polycarbonate and ceramics.
Der Einsatz der Membranen kann beispielsweise als Plattenmodul, Spiralmodul, Rohrbündel und Hohlfasermodul erfolgen. Daneben ist die Verwendung flüssiger Membranen mög- lieh. Die Trehalose kann sowohl feedseitig angereichert und über den Retentatstrom abgeführt als auch feedseitig abgereichert und über den Filtrat-/Permeatstrom abgeführt werden.The membranes can be used, for example, as a plate module, spiral module, tube bundle and hollow fiber module. In addition, the use of liquid membranes is possible. borrowed. The trehalose can both be enriched on the feed side and discharged via the retentate stream and also depleted on the feed side and discharged via the filtrate / permeate stream.
Zur weiteren Anreicherung von Trehalose, insbesondere der Reinigung und Konfektionie- rung, können verschiedene dem Fachmann bekannte Methoden eingesetzt werden.Various methods known to the person skilled in the art can be used for the further enrichment of trehalose, in particular the cleaning and packaging.
Ein bevorzugtes Verfahren ist dabei die Kristallisation. Kristallisation kann beispielsweise durch Kühlung, Verdampfung, Vakuumkristallisation (adiabate Kühlung), Reaktionskristallisation und Aussalzen erreicht werden. Die Kristallisation kann z.B. in gerührten und unge- rührten Kesseln, im Direkt-Kontakt- Verfahren, in Verdampfungskristallisatoren, in Vakuumkristallisatoren absatzweise oder kontinuierlich z.B. in Zwangsumlauf-Kristallisatoren (Swenson forced-circulation crystaller) oder Wirbelschicht-Kristallisatoren (Oslo-type). Auch fraktionierte Kristallisation ist möglich.A preferred method is crystallization. Crystallization can be achieved for example by cooling, evaporation, vacuum crystallization (adiabatic cooling), reaction crystallization and salting out. Crystallization can e.g. in stirred and unstirred kettles, in the direct contact process, in evaporation crystallizers, in vacuum crystallizers batchwise or continuously e.g. in forced-circulation crystallizers (Swenson forced-circulation crystallizers) or fluidized-bed crystallizers (Oslo-type). Fractional crystallization is also possible.
Die Kristallisation von Trehalose ist dem Fachmann grundsätzlich vertraut und ist, einschließlich der Kristallisation aus wässrigen Lösungen, ausführlich beschrieben worden (siehe auch Spalten 4 und 5 in US 5,441,644). So kann die Kristallisation beispielsweise durch vorherige Ultrafiltration erleichtert werden.The crystallization of trehalose is fundamentally familiar to the person skilled in the art and has been described in detail, including crystallization from aqueous solutions (see also columns 4 and 5 in US Pat. No. 5,441,644). For example, crystallization can be facilitated by prior ultrafiltration.
Eine besonders typische Methode zur Kristallisation von Trehalose ist die Kühlungskristal- lisation aus geeigneten Lösungsmitteln, beispielsweise Ethanol, Methanol, Wasser, Methylenchlorid, Acetonitril, NMP, DMSO, niederkettige Ketone oder niederkettige Ether. Nie- derkettig bedeutet in diesem Zusammenhang eine Kettenlänge von bis zu C10, bevorzugt bis zu C6, besonders bevorzugt bis zu C4.A particularly typical method for the crystallization of trehalose is the cooling crystallization from suitable solvents, for example ethanol, methanol, water, methylene chloride, acetonitrile, NMP, DMSO, low-chain ketones or low-chain ethers. In this context, low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
Eine andere Kristallisationsmethode ist die Fällungskristallisation. Dabei liegt die Trehalose beispielsweise in Wasser vor und wird dann durch Zugabe eines Lösungsmittels geringerer Löslichkeit, beispielsweise eines niederkettigen Alkohols oder eines niederkettigen Ketons, ausgefallt. Niederkettig bedeutet in diesem Zusammenhang eine Kettenlänge von bis zu C10, bevorzugt bis zu C6, besonders bevorzugt bis zu C4.Another crystallization method is precipitation crystallization. The trehalose is present, for example, in water and is then precipitated by adding a solvent of lower solubility, for example a low-chain alcohol or a low-chain ketone. In this context, low-chain means a chain length of up to C10, preferably up to C6, particularly preferably up to C4.
Die Kristallisation kann durch Zugabe geringer Mengen von Trehalose-Kristallen beschleunigt werden, wobei die Trehalose-Kristalle als Kristallisationskeime dienen.Crystallization can be accelerated by adding small amounts of trehalose crystals, the trehalose crystals serving as nuclei.
Weitere Verfahren zur weiteren Anreicherung von Trehalose, insbesondere zur Reinigung und Konfektionierung, ist die Trocknung. Es existieren Verfahren zur Konvektionstrock- nung wie z.B. Trockenöfen, Tunneltrockner, Bandtrockner, Scheibentrockner, Jettrockner, Wirbelschichttrockner, belüftete sowie rotierende Trommeltrockner, und Sprühtrocknung. Ein bevorzugtes Verfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Sprühtrockung. Weitere Verfahren nutzen die Kontakttrocknung, wie z.B. Schaufeltrockner. Ebenso kann Wärmestrahlung (Infrarot) wie auch dielektrische Energie (Mikrowellen) zur Trocknung genutzt werden. Einen weiteren Bereich stellt die Vakuum- bzw. Gefriertrocknung dar. Möglich ist auch die Eindampfung, d.h. eine Trocknung, die zu einer Anreicherung, aber nicht notwendigerweise bis zur Trockne führt.Drying is another method for further enrichment of trehalose, in particular for cleaning and packaging. There are processes for convection drying such as drying ovens, tunnel dryers, belt dryers, disc dryers, jet dryers, Fluid bed dryer, ventilated and rotating drum dryer, and spray drying. A preferred method in the context of the present invention is spray drying. Other processes use contact drying, such as paddle dryers. Heat radiation (infrared) and dielectric energy (microwaves) can also be used for drying. Another area is vacuum or freeze drying. Evaporation is also possible, ie drying that leads to an enrichment but not necessarily to dryness.
Ein weiteres Verfahren zur weiteren Anreicherung von Trehalose, insbesondere zur Reini- gung und Konfektionierung, ist die Nanofiltration. Dabei wird die Trehalose ganz oder teilweise auf der Retentatseite zurückgehalten und damit angereichert.Another method for the further enrichment of trehalose, in particular for cleaning and packaging, is nanofiltration. All or part of the trehalose is retained on the retentate side and thus enriched.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die genannten weiteren Anreicherungsschritte sowohl vor als auch nach der erfindungsgemäßen Behandlung mit dem Alumosilicat erfolgen können.It is obvious to the person skilled in the art that the further enrichment steps mentioned can take place both before and after the treatment with the aluminosilicate according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Lösungen, die der enzymatischen Trehalose-Synthese entstammen. Enzymatische Trehalose-Synthese ist dem Fachmann bekannt (siehe beispielswei- se Schiraldi et al. (2002), Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), Seite 421-425, sowie US 5,919,668 und EP 0990704 A2).In a further embodiment, the present invention relates to a process for the enrichment of trehalose from solutions which originate from the enzymatic synthesis of trehalose. Enzymatic trehalose synthesis is known to the person skilled in the art (see, for example, Schiraldi et al. (2002), Trehalose Production: Exploiting Novel Approaches. Trends in Biotechnology, vol. 20 (10), pages 421-425, and also US Pat. No. 5,919,668 and EP 0990704 A2).
In einer weiteren Ausfuhrungsform sind die Lösungen Fermentationsbrühen.In a further embodiment, the solutions are fermentation broths.
Fermentationsbrühen im Sinne der vorliegenden Erfindung entstehen bei der Kultur von eukaryotischen und prokaryotischen Zellen, insbesondere von Mikroorganismen (beispielsweise Bakterien, Hefen oder andere Pilze).Fermentation broths in the sense of the present invention arise in the culture of eukaryotic and prokaryotic cells, in particular of microorganisms (for example bacteria, yeasts or other fungi).
Bevorzugte Mikroorganismen bei der Synthese von Trehalose sind Saccharomyces spec, insbesondere Saccharomyces cerevisiae; Bacillus spec; Candida spec, insbesondere Candi- da fermentii; Escherichia coli; Corynebacterium spec, insbesondere Corynebacterium glu- tamicum, Corynebacterium acetoacidofirum (z.B. ATCC 13870), Corynebacterium lilium (z.B. ATCC 15990) und Corynebacterium melaseccola (z.B. ATCC 17965); Pseudomonas spec; Nocardia spec; Brevibacterium spec, insbesondere Brevibacterium lactofermentum (z.B. ATCC 13869), Brevibacterium flavum (z.B. ATCC 14067), und Brevibacterium diva- ricatium (z.B. ATCC 21642); Arthrobacter spec, insbesondere Arthrobacter sulfureis (z.B. ATCC 15170), Arthrobacter citoreus (z.B. ATCC 11624); Aspergillus spec; Streptomyces spec; Microbacterium spec, insbesondere Mikrobacterium ammoniaphylum (z.B. ATCC 15354); Pichia spec; Filobasidium spec, insbesondere Filobasidium floriforme.Preferred microorganisms in the synthesis of trehalose are Saccharomyces spec, in particular Saccharomyces cerevisiae; Bacillus spec; Candida spec, especially Candida fermentii; Escherichia coli; Corynebacterium spec, in particular Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium acetoacidofirum (eg ATCC 13870), Corynebacterium lilium (eg ATCC 15990) and Corynebacterium melaseccola (eg ATCC 17965); Pseudomonas spec; Nocardia spec; Brevibacterium spec, in particular Brevibacterium lactofermentum (eg ATCC 13869), Brevibacterium flavum (eg ATCC 14067), and Brevibacterium divaricatium (eg ATCC 21642); Arthrobacter spec, in particular Arthrobacter sulfureis (e.g. ATCC 15170), Arthrobacter citoreus (e.g. ATCC 11624); Aspergillus spec; Streptomyces spec; Microbacterium spec, in particular Mikrobacterium ammoniaphylum (eg ATCC 15354); Pichia spec; Filobasidium spec, in particular Filobasidium floriforme.
Weitere geeignete Mikroorganismen sind dem Fachmann bekannt, siehe beispielsweise Miyazaki, J.-L, et al. (1996)., Trehalose acumulation by a basidiomycotinous yeast, Filobasidium floriforme. Journal of Fermentation and Bioengineering, vol. 81 (4), Seiten 315- 319.Other suitable microorganisms are known to the person skilled in the art, see for example Miyazaki, J.-L, et al. (1996)., Trehalose accumulation by a basidiomycotinous yeast, Filobasidium floriforme. Journal of Fermentation and Bioengineering, vol. 81 (4), pages 315-319.
Varianten dieser Stämme, die durch Mutation oder gentechnische Modifikation abgeleitet sind, oder die eine verstärkte Trehalose-Synthesefahigkeit haben, sind auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar.Variants of these strains which are derived by mutation or genetic engineering modification or which have an increased ability to synthesize trehalose can also be used in the context of the present invention.
Die Kultur der Mikroorganismen kann auch unter Zugabe geeigneter Antibiotika erfolgen, beispielsweise zum Induzieren der Trehalose-Synthese durch Zugabe eines ß-Lactam-Ring- Antibiotikums.The culture of the microorganisms can also be carried out with the addition of suitable antibiotics, for example to induce the trehalose synthesis by adding a β-lactam ring antibiotic.
Die Fermentationsbrühe enthält dabei zunächst sowohl die Zellen, als auch das Kulturmedium. Je nach Art der Fermentation kann ein signifikanter Teil der Trehalose intrazellulär akkumulieren. In diesem Fall ist es sinnvoll, die verwendeten Zellen aufzuschließen und die Trehalose mit geeigneten Verfahren zu extrahieren. Geeignete Verfahren, beispielsweise Ultraschall-Behandlung, Behandlung mit Detergentien, alkalische Lyse, und/oder Extraktion mit Alkohol oder Trichloressigsäure sind dem Fachmann bekannt (JP 07 000 190, US 5,441,644)The fermentation broth initially contains both the cells and the culture medium. Depending on the type of fermentation, a significant part of the trehalose can accumulate intracellularly. In this case, it makes sense to disrupt the cells used and extract the trehalose using suitable methods. Suitable processes, for example ultrasound treatment, treatment with detergents, alkaline lysis, and / or extraction with alcohol or trichloroacetic acid are known to the person skilled in the art (JP 07 000 190, US 5,441,644)
In den Fermentationsbrühen finden sich in der Regel erhebliche Mengen an Feststoffen, die vorzugsweise zunächst abgetrennt werden sollten.The fermentation broths generally contain considerable amounts of solids, which should preferably be removed first.
Der Begriff der Feststoffe umfasst im vorliegenden Zusammenhang auch Zellen und zelluläre Bestandteile wie Nukleinsäuren und Proteine. Zur Abtrennung von Feststoffen, insbeson- dere von zellulären Bestandteilen, ist es vorteilhaft, diese zunächst zu agglomerieren. Das kann mit beliebigen geeigneten Verfahren erfolgen, allerdings sollte dabei ein Abbau der Trehalose (beispielsweise durch Hydrolyse) weitgehend vermieden werden. Geeignete Methoden umfassen beispielsweise Alkali-Behandlung, beispielsweise Ca(OH) -Behandlung, oder Erhitzen. Vorteilhafterweise werden dabei auch möglicherweise vorhandene Enzyme mit Trehalase- Aktivität inaktiviert. Die Abtrennung der Feststoffe kann dann mit dem Fachmann bekannten geeigneten Verfahren erfolgen. Beispiele für solche Verfahren wurden bereits oben genannt.In the present context, the term solids also includes cells and cellular components such as nucleic acids and proteins. To separate solids, in particular from cellular components, it is advantageous to agglomerate them first. This can be done with any suitable method, however, a breakdown of the trehalose (for example by hydrolysis) should be largely avoided. Suitable methods include, for example, alkali treatment, for example Ca (OH) treatment, or heating. Advantageously, any enzymes present with trehalase activity are also inactivated. The solids can then be separated off using suitable processes known to the person skilled in the art. Examples of such processes have already been mentioned above.
Das vorliegende Verfahren ist auch geeignet, Trehalose aus Lösungen, insbesondere Fer- mentationsbrühen, anzureichern, in denen Trehalose in geringen Konzentrationen vorliegt, insbesondere weniger als 15 Gewichtsprozent gemessen am Trockengewicht der Fermenta- tionsbrühe.The present method is also suitable for enriching trehalose from solutions, in particular fermentation broths, in which trehalose is present in low concentrations, in particular less than 15 percent by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth.
Typischerweise beträgt die Konzentration von Trehalose zwischen 3 und 8 Gew.-% gemes- sen am Trockengewicht der Fermentationsbrühe. Nach Abtrennung eines anderen Wertproduktes, beispielsweise Lysin, kann der Massenanteil der Trehalose auf 10-20 Gew.-% gemessen am Trockengewicht der verbleibenden Fermentationsbrühe steigen. Geht man auch von einer Abtrennung der Biomasse als unlösliche Bestandteile aus, dann beträgt die Konzentration der Trehalose 20-40 Gew.-% gemessen am Trockengewicht der Fermentations- brühe.The concentration of trehalose is typically between 3 and 8% by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth. After separation of another valuable product, for example lysine, the mass fraction of the trehalose can increase to 10-20% by weight, measured on the dry weight of the remaining fermentation broth. If one assumes separation of the biomass as insoluble constituents, then the concentration of the trehalose is 20-40% by weight measured on the dry weight of the fermentation broth.
Daher betrifft eine weitere Ausführungsform der Erfindung auch ein Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Fermentationsbrühen in denen Trehalose in einer Konzentration weniger als 15 Gewichtsprozent gemessen am Trockengewicht der Fermentationsbrühe vor- liegt.A further embodiment of the invention therefore also relates to a method for the enrichment of trehalose from fermentation broths in which trehalose is present in a concentration of less than 15 percent by weight, measured on the dry weight of the fermentation broth.
Bei vielen Fermentationen entstehen mehrere Wertprodukte. Häufig entsteht auch Trehalose als weiteres Wertprodukt. Ein Problem liegt jedoch darin, dass Anreicherungs- oder Reinigungsverfahren für fermentativ hergestellte Substanzen speziell an das jeweilige Wertpro- dukt angepasst ist (wie beispielsweise Reinigung über Ionenaustauscherchromatographie bei Aminosäuren oder organischen Säuren), Nach der Anreicherung des ersten Wertproduktes liegen andere Wertprodukte wie Trehalose nämlich in einer Umgebung vor, die die Anreicherung der weiteren Wertprodukte erschwert. Ein Beispiel sind hohe Ionenkonzentrationen nach Elution von Aminosäuren von Ionenaustauschermatrices). Das ist im Fall von Trehalo- se besonders problematisch, da Trehalose keine speziellen chemischen Eigenschaften hat (wie beispielsweise geringe Löslichkeit in wässrigen Lösungen oder elektrische Ladung), die sich zu einer einfachen Anreicherung eignen. Daher wird die Trehalose häufig mit dem Abfallstrom aus der Fermentation entsorgt.Many fermentations produce several valuable products. Trehalose is also often created as another valuable product. One problem, however, is that the enrichment or purification process for substances produced by fermentation is specially adapted to the respective valuable product (such as cleaning using ion exchange chromatography for amino acids or organic acids). After the enrichment of the first valuable product, other valuable products such as trehalose are included an environment that complicates the enrichment of other valuable products. An example is high ion concentrations after elution of amino acids from ion exchange matrices). This is particularly problematic in the case of trehalose, since trehalose has no special chemical properties (such as low solubility in aqueous solutions or electrical charge) that are suitable for simple enrichment. Therefore, the trehalose is often disposed of with the waste stream from the fermentation.
Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Trehalose als weiteres Wertprodukt aus Fermentationsbrühen aufzuarbeiten, aus denen vorher oder nachher ein erstes Wertprodukt aufgearbeitet wurde oder wird. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zur Anreicherung von Trehalose als einem weiterem Wertprodukt aus Fermentationsbrühen, aus denen mindestens ein erstes Wertprodukt gewonnen wurde oder wird, enthaltend die Schritte Abtrennen von Feststoffen und Anreicherung der Trehalose mit Hilfe eines Adsor- bens, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein Alumosilicat ist.It is therefore a further object of the present invention to process trehalose as a further valuable product from fermentation broths, from which a first valuable product was or is worked up before or after. In a further embodiment, the present invention therefore relates to a process for the enrichment of trehalose as a further valuable product from fermentation broths from which at least one first valuable product has been or is obtained, comprising the steps of separating solids and enriching the trehalose with the aid of an adsorbent, characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es gegenüber den Eigenschaften der Lösung, in der die Trehalose vorliegt, in besonderem Maße tolerant ist. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eingesetzt werden, wenn die Trehalose in einer Umge- bung vorliegt, die die Anreicherung normalerweise erschweren würde.The present method is characterized in that it is particularly tolerant of the properties of the solution in which the trehalose is present. The method according to the invention can therefore also be used if the trehalose is present in an environment which would normally make enrichment more difficult.
Umgekehrt wird die Lösung, in der die Trehalose vorliegt, mit dem vorliegenden Verfahren besonders schonend behandelt, so dass auch nach der Anreicherung der Trehalose ein weiteres Wertprodukt gewonnen werden kann.Conversely, the solution in which the trehalose is present is treated particularly gently with the present method, so that a further valuable product can also be obtained after the enrichment of the trehalose.
Daher kann die Gewinnung der Trehalose vor, nach, oder gleichzeitig mit dem ersten Wertprodukt geschehen.The trehalose can therefore be obtained before, after or simultaneously with the first valuable product.
Wertprodukte im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen beispielsweise organische Säuren, proteinogene und nicht proteinogene Aminosäuren, Nucleotide und Nucleoside, Lipide und Fettsäuren, Diole, Kohlehydrate, aromatische Verbindungen, Vitamine und Co- Faktoren, Speicherstoffe wie beispielsweise PHA (Polyhydroxyalkanoate) oder PHB (Poly- hydroxybutyrate), sowie Proteine und Peptide (beispielsweise Enzyme).Products of value within the meaning of the present invention include, for example, organic acids, proteinogenic and non-proteinogenic amino acids, nucleotides and nucleosides, lipids and fatty acids, diols, carbohydrates, aromatic compounds, vitamins and co-factors, storage materials such as, for example, PHA (polyhydroxyalkanoates) or PHB (poly hydroxybutyrate), as well as proteins and peptides (e.g. enzymes).
Ein bevorzugtes erstes Wertprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Aminosäure Lysin.A preferred first product of value according to the present invention is the amino acid lysine.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf die von Alumosilicaten, insbesondere Zeolithen, in einem der Verfahren, die in dieser Beschreibung oder den Ausführungsbeispie- len genannt sind.The present invention further relates to that of aluminosilicates, in particular zeolites, in one of the processes mentioned in this description or the exemplary embodiments.
In den Ausführungsbeispielen werden weitere Verfahren gezeigt, die geeignet sind, Trehalose aus Fermentationsbrühen aufzureinigen, aus welchen vorher ein anderes Wertprodukt gewonnen wurde.In the exemplary embodiments, further processes are shown which are suitable for purifying trehalose from fermentation broths from which another valuable product has previously been obtained.
Die Zeichnungen und Beispiele dienen der näheren Illustration der Erfindung. Die anliegenden Zeichnungen zeigen inThe drawings and examples serve to illustrate the invention in more detail. The attached drawings show in
Fig. 1 die Selektivität (s) von Zeolithen für Saccharose (sac) und Maltose (malt) relativ zu Trehalose (tre).Fig. 1 shows the selectivity (s) of zeolites for sucrose (sac) and maltose (malt) relative to trehalose (tre).
Fig. 2 die Selektivität (s) für Saccharose (sac) und Maltose (malt) relativ zu Trehalose, in Bezug zur Porengröße (p) ausgewählter ZeolitheFig. 2 shows the selectivity (s) for sucrose (sac) and maltose (malt) relative to trehalose, in relation to the pore size (p) of selected zeolites
Bestimmung der Porengröße: Raumfüllende atomzentrierte Kugeln werden ver- wendet, um die van der Waals- Volumina für die Atome darzustellen, wobei die Radien der Kugeln den van der Waals-Radien entsprechen, wie sie im MSI Program Materials Studio definiert sind. Ein Vergrößerungsfaktor von 0,9 wird auf die van der Waals-Radien der Atome in der Zeolith-Pore angewendet und ein Helium Atom wird dann im Zentrum der Pore platziert. Der Vergrößerungsfak- tor für den Helium van der Waals-Radius wird von Hand optimiert, bis das vergrößerte raumfüllende Volumen des Helium- Atoms mit den raumfüllenden Volumina der Zeolith-Pore in Kontakt kommt. Dieser Helium- Vergrößerungsfaktor wird als Vergrößerungsfaktor der Pore (Porengröße) verwendet.Determination of the pore size: Space-filling atom-centered spheres are used to represent the van der Waals volumes for the atoms, the radii of the spheres corresponding to the van der Waals radii as defined in the MSI Program Materials Studio. A magnification factor of 0.9 is applied to the van der Waals radii of the atoms in the zeolite pore and a helium atom is then placed in the center of the pore. The enlargement factor for the Helium van der Waals radius is optimized by hand until the enlarged space-filling volume of the helium atom comes into contact with the space-filling volumes of the zeolite pore. This helium enlargement factor is used as the enlargement factor of the pore (pore size).
Fig. 3 die Selektivität (s) für Kohlenwasserstoffe in Bezug zur Porengröße (p) ausgewählter ZeolitheFig. 3 shows the selectivity (s) for hydrocarbons in relation to the pore size (p) of selected zeolites
Beispiel 1example 1
Um die Diffusion von Zuckern in verschiedenen Zeolithen quantitativ zu vergleichen, werden theoretische Berechnungen durchgeführt. Dabei werden konventionelle molekulardynamische Simulationen entlang einer Diffusionskoordinate durchgeführt. Dabei wird die Diffusionskoordinate durch eine kleine treibende Kraft bestimmt, die entlang der Achse der weitesten Pore beziehungsweise des weitesten Kanals angelegt wird. Dies simuhert den Effekt eines Konzentrationsgradienten.To compare the diffusion of sugars in different zeolites quantitatively, theoretical calculations are carried out. Conventional molecular dynamic simulations are carried out along a diffusion coordinate. The diffusion coordinate is determined by a small driving force that is applied along the axis of the farthest pore or the farthest channel. This simulates the effect of a concentration gradient.
Zunächst wird untersucht, ob die Simulation qualitativ richtige Ergebnisse liefert. Dazu werden die errechneten Diffusionszeiten für Maltose und Saccharose in FAU und BEA mit experimentellen Messungen verglichen. Gemäß den Berechnungen diffundiert Maltose deutlich langsamer als Trehalose und Saccharose durch FAU (siehe Tabelle 1). Dies ist in Übereinstimmung mit den experimentellen Daten, die zeigen, dass Maltose eine deutlich niedrigere Adsorptionsfähigkeit hat als Saccharose.First, it is examined whether the simulation delivers qualitatively correct results. For this purpose, the calculated diffusion times for maltose and sucrose in FAU and BEA are compared with experimental measurements. According to the calculations, maltose diffuses significantly more slowly than trehalose and sucrose through FAU (see Table 1). This is in Agreement with experimental data showing that maltose has a significantly lower adsorption capacity than sucrose.
Für BEA wird errechnet, dass Saccharose im Rahmen der verwendeten Zeitskala überhaupt nicht durch den Zeolithen wandert (siehe Tabelle 2). Dieser Effekt (keine Adsorption) ist ein allgemeines Kennzeichen für andere 1-2 Fru-Disaccharide, die experimentell gemessen wrrden. Aus diesen Ergebnissen für BEA und FAU wird geschlossen, dass die Berechnung qualitativ korrekte Vorhersagen für die relative „Löslichkeit" von Maltose und Saccharose in FAU und BEA liefert.For BEA it is calculated that sucrose does not migrate through the zeolite at all within the time scale used (see Table 2). This effect (no adsorption) is a general characteristic of other 1-2 Fru-disaccharides that would be measured experimentally. From these results for BEA and FAU it is concluded that the calculation provides qualitatively correct predictions for the relative "solubility" of maltose and sucrose in FAU and BEA.
Zunächst wird eine Liste von Kandidaten für geeignete Zeolithen zur Trennung von Trehalose, von Maltose und Saccharose gebildet (Tabelle 1).First, a list of candidates for suitable zeolites for the separation of trehalose, maltose and sucrose is made (Table 1).
Molekulardynamische Simulationen werden dann mit diesen Zeolithen für alle 3 Zucker durchgeführt. Auf diese Weise kann die relative Selektivität der Zucker im Hinblick auf die Diffusion durch die entsprechenden Kanäle berechnet werden.Molecular dynamics simulations are then carried out with these zeolites for all 3 sugars. In this way, the relative selectivity of the sugars with regard to diffusion through the corresponding channels can be calculated.
Die molel ilardynamischen Kraftfeldsimulationen werden in einem mikrokanonischen Ensemble bei 298 K durchgeführt. Die relativen Zeiten werden für Moleküle gemessen, die durch eine elektrostatische Kraft durch eine Pore in der Zeolithenstruktur getrieben werden. Die Kraft wird dadurch generiert, dass die Koordinaten eines geladenen Heüumatoms auf der gegenüberliegenden Seite der Pore des Moleküls fixiert werden, wobei das Molekül dann gleichmäßig auf jedem Atom mit einer entsprechenden Gegenladung beladen wird. Zum Beispiel wird den 5 Atomen der Trehalose, die dem Helium am nächsten sind, jeweils eine Ladung von -0,3 q zugeordnet, während das Heliumatom eine Ladung von +1,5 q hat. Die verbleibenden Atome in dem System sind ungeladen. Die Selektivität in Fig. 1 wird gemäß der folgenden Formel berechnet:The molel-dynamic force field simulations are carried out in a microcanonical ensemble at 298 K. The relative times are measured for molecules that are driven by an electrostatic force through a pore in the zeolite structure. The force is generated by fixing the coordinates of a charged hay atom on the opposite side of the pore of the molecule, the molecule then being evenly charged with a corresponding counter charge on each atom. For example, the 5 atoms of trehalose that are closest to the helium are each assigned a charge of -0.3 q, while the helium atom has a charge of +1.5 q. The remaining atoms in the system are uncharged. The selectivity in Figure 1 is calculated according to the following formula:
Selektivität = ?7>eftαtoe , wobei tZucker= 8000 ps, wenn tZucker > 8000 ps ^ZackerSelectivity = ? 7> eftαtoe , where t sugar = 8000 ps, if t sugar > 8000 ps ^ Zacker
Die errrechneten Diffusionszeiten für die Zucker sind in Tabelle 2 aufgelistet.The calculated diffusion times for the sugars are listed in Table 2.
Tabelle 2:Table 2:
Eine graphische Darstellung der Selektivität ist in Fig. 1 dargestellt. Aus Fig. 1 wird deutlich, dass die einzelnen Zeolithe unterschiedliche Fähigkeiten haben, Trehalose aus einer Mischung von Zuckern zu trennen. Am vielseitigsten scheint OFF (Offretit) zu sein, welches kein Aluminium enthält und Trehalose deutlich gegenüber den anderen beiden Zuckern bevorzugt. FAU und BEA zeigen ebenfalls eine hohe relative Selektivität für Trehalose, zeigen aber auch eine gewisse Selektivität für Saccharose und Maltose.A graphical representation of the selectivity is shown in FIG. 1. It is clear from FIG. 1 that the individual zeolites have different abilities to separate trehalose from a mixture of sugars. The most versatile seems to be OFF (Offretit), which contains no aluminum and clearly prefers trehalose over the other two sugars. FAU and BEA also show a high relative selectivity for trehalose, but also show a certain selectivity for sucrose and maltose.
Beispiel 2Example 2
Anreicherung von Trehalose durch Fällung mit Calciumhydroxid, Zentrifugation anschließender Aktivkohlebehandlung und Trocknung des RückstandesEnrichment of trehalose by precipitation with calcium hydroxide, centrifugation followed by activated carbon treatment and drying of the residue
1 L Lysin-Fermentationsbrühe werden nach Abtrennung des Lysins auf einem Ionentau- scher mit 250 g festem Calciumhydroxid versetzt. Nach 4-stündigem Rühren wird die Suspension in einer Laborzentrifuge 10 min mit 3000 g zentrifugiert. Durch dieses Vorgehen werden aus der tiefbraunen Fermentationsbrühe 800 mL eines gelblich gefärbten Überstands gewonnen, der 7,6 g der ursprünglich eingesetzten 8 g Trehalose enthält. Zur weiteren Reinigung dieses Überstandes werden 400 g pulverisierte Aktivkohle zugegeben. Nach 12- stündiger Inkubation bei RT wird die Aktivkohle über einen Faltenfilter abgetrennt. Dabei werden 650 mL eines leicht gelblichen Filtrats gewonnen, welches insgesamt 6,3 g Trehalose enthält. Abschließend wird das Filfrat gefriergetrocknet. Der verbliebende Rückstand von 9,7 g hat einen Trehalosegehalt von 64,9 Gew%.After the lysine has been separated off, 1 l of lysine fermentation broth is mixed with 250 g of solid calcium hydroxide on an ion exchanger. After stirring for 4 hours, the suspension is centrifuged in a laboratory centrifuge at 3000 g for 10 min. Using this procedure, 800 mL of a yellowish supernatant is obtained from the deep brown fermentation broth, which contains 7.6 g of the 8 g of trehalose originally used. 400 g of powdered activated carbon are added to further purify this supernatant. After 12- hourly incubation at RT, the activated carbon is separated off using a pleated filter. 650 ml of a slightly yellowish filtrate are obtained, which contains a total of 6.3 g of trehalose. Finally, the filtrate is freeze-dried. The remaining residue of 9.7 g has a trehalose content of 64.9% by weight.
Beispiel 3Example 3
Anreicherung von Trehalose durch Fällung mit Calciumhydroxid, Filtration, anschließender Aktivkohlebehandlung und Trocknung des RückstandesEnrichment of trehalose by precipitation with calcium hydroxide, filtration, subsequent activated carbon treatment and drying of the residue
Im Gegensatz zu Beispiel 2 werden nach der Calciurnhydroxidfällung die gebildeten Feststoffe durch Filtration abgetrennt. Dadurch werden 730 mL eines gelblich gefärbten Filtra- tes gewonnen. Das weitere Vorgehen erfolgt analog zu Beispiel 2, wodurch 8,7 g Trockenrückstand mit 66,2 Gew% Trehalosegehalt gewonnen werden können.In contrast to Example 2, the solids formed are separated off by filtration after the calcium hydroxide precipitation. This gives 730 mL of a yellowish-colored filtrate. The rest of the procedure is analogous to Example 2, whereby 8.7 g of dry residue with 66.2% by weight of trehalose can be obtained.
Beispiel 4Example 4
Anreicherung von Trehalose durch thermisch induzierte Fällung, Cross-Flow-Filtration, anschließende Aktivkohlebehandlung und Trocknung des RückstandesEnrichment of trehalose by thermally induced precipitation, cross-flow filtration, subsequent activated carbon treatment and drying of the residue
Beispiel 5Example 5
Anreicherung von Trehalose durch Fällung mit Calciumhydroxid, Zentrifugation anschließender Aktivkohlebehandlung und Trocknung des Rückstandes (Brühe aus neuer Aufarbeitung)Enrichment of trehalose by precipitation with calcium hydroxide, centrifugation followed by activated carbon treatment and drying of the residue (broth from new work-up)
1 L Lysin-Fermentationsbrühe werden nach Abtrennung des Lysins auf einem Ionentau- scher (Trehalosegehalt: 11 g/L) mit 100 g festem Calciumhydroxid versetzt. Nach 4- stündigem Rühren wird die Suspension in einer Laborzentrifuge 10 min mit 3000 g zentri- fugiert. Zu den hierdurch erhaltenen 800 mL eines dunkelbraun gefärbten Überstands werden 20 g Aktivkohle gegeben und 19 h bei RT inkubiert. Die Aktivkohle wird durch Filtra- tion abgetrennt. Das Filfrat enthält 8.9 g Trehalose. Durch Eindampfen im Vakuum werden 72.6 g eines dunkelbraunen, klebrigen Rückstands mit einem Trehalosegehalt von 10.4 Gew.-% erhalten.After the lysine has been separated off, 1 l of lysine fermentation broth is mixed with 100 g of solid calcium hydroxide on an ion exchanger (trehalose content: 11 g / L). After stirring for 4 hours, the suspension is centrifuged in a laboratory centrifuge at 3000 g for 10 min. 20 g of activated carbon are added to the 800 mL of a dark brown supernatant obtained in this way and incubated at RT for 19 h. The activated carbon is separated by filtration. The filtrate contains 8.9 g trehalose. Evaporation in vacuo gives 72.6 g of a dark brown, sticky residue with a trehalose content of 10.4% by weight.
Beispiel 6 Anreicherung von Trehalose durch Adsorption auf Aktivkohle und Desorption mit Methanol 100 mL einer Trehalose enthaltenden Fermentationsbrühe (Gehalt 9.76 g/L) werden mit 10 g Aktivkohle (CPG 12x40) 16 h bei RT geschüttelt. Nach Absaugen über eine Schlitzsiebnutsche wird die Aktivkohle mit 100 mL Methanol 60 h bei RT geschüttelt. Nach erneutem Abfiltrieren wird das Filtrat am Rotationsverdampfer zur Trockne eingeengt. Der brau- ne Rückstand von 1.1 g enthält 300 mg Trehalose (27 Gew.-%).Example 6 Enrichment of trehalose by adsorption on activated carbon and desorption with methanol 100 mL of a fermentation broth containing trehalose (content 9.76 g / L) are shaken with 10 g activated carbon (CPG 12x40) for 16 h at RT. After suction through a slotted sieve, the activated carbon is shaken with 100 mL methanol for 60 h at RT. After filtering off again, the filtrate is evaporated to dryness on a rotary evaporator. The brown residue of 1.1 g contains 300 mg trehalose (27% by weight).
Beispiel 7Example 7
Anreicherung von Trehalose durch Adsorption auf Aktivkohle und Desorption mit Ethanol unter KühlungskristallisationEnrichment of trehalose by adsorption on activated carbon and desorption with ethanol under cooling crystallization
300 mL einer Trehaloselösung (Gehalt 9.25 g L) werden mit 20 g Aktivkohle 18 h bei RT geschüttelt. Nach Absaugen über eine Schlitzsiebnutsche wird die Aktivkohle mit 300 mL Ethanol versetzt und 15 h unter Rückfluß gerührt. Die Aktivkohle wird heiß abfiltriert und das Filtrat auf 0-5 °C abgekühlt, wobei die Trehalose auskristallisiert. Nach Absaugen wer- den 1.3 g Trehalose als leicht graue Kristalle erhalten, das Filtrat wird am Rotationsverdampfer bis zur Trockne eingeengt und enthält 0.1 g Trehalose als weiße Kristalle.300 mL of a trehalose solution (content 9.25 g L) are shaken with 20 g activated carbon at RT for 18 h. After suction through a slotted sieve, activated carbon is mixed with 300 mL ethanol and stirred under reflux for 15 h. The activated carbon is filtered off hot and the filtrate is cooled to 0-5 ° C., during which the trehalose crystallizes out. After suction, 1.3 g of trehalose are obtained as light gray crystals, the filtrate is evaporated to dryness on a rotary evaporator and contains 0.1 g of trehalose as white crystals.
Die Aktivkohle wird nach der Filtration 16 h bei RT mit 300 mL MeOH geschüttelt, abfiltriert und das Filtrat am Rotationsverdampfer eingeengt, dadurch werden weitere 0.5 g Tre- halose als fast weiße Kristalle erhalten.After filtration, the activated carbon is shaken for 16 h at RT with 300 mL MeOH, filtered off and the filtrate is concentrated on a rotary evaporator, thereby obtaining a further 0.5 g of trehalose as almost white crystals.
Beispiel 8Example 8
Anreicherung von Trehalose durch Adsorption auf Kieselgel und Desorption mit MethanolEnrichment of trehalose by adsorption on silica gel and desorption with methanol
100 mL einer Trehalose enthaltenden Fermentationsbrühe (Gehalt 14 g/L) werden mit 10 g Kieselgel (MR3482) 19 h bei RT geschüttelt. Nach Absaugen über eine Glasfilternutsche wird das Kieselgel mit 100 mL Methanol 16 h bei RT geschüttelt. Nach erneutem Abfiltrieren wird das Filtrat am Rotationsverdampfer zur Trockne eingeengt. Der braune Rückstand von 1.5 g enthält 110 mg Trehalose (7 Gew.-%). 100 ml of a fermentation broth containing trehalose (content 14 g / L) are shaken with 10 g of silica gel (MR3482) at RT for 19 h. After suctioning off through a glass suction filter, the silica gel is shaken with 100 mL methanol for 16 h at RT. After filtering off again, the filtrate is evaporated to dryness on a rotary evaporator. The brown residue of 1.5 g contains 110 mg trehalose (7% by weight).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Lösungen, bei welchem die Anreicherung mit Hilfe eines Adsorbens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein Alumosilicat ist.1. A process for the enrichment of trehalose from solutions, in which the enrichment is carried out with the aid of an adsorbent, characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alumosilicat ein Zeolith ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the aluminosilicate is a zeolite.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trehalose an das Alumosilikat adsorbiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the trehalose is adsorbed on the aluminosilicate.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus FAU, BEA, DON, EMT, CFI, MOR, MAZ, und OFF.4. The method according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the zeolite is selected from the group consisting of FAU, BEA, DON, EMT, CFI, MOR, MAZ, and OFF.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens im Verlauf eines chromatographischen Verfahrens eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the adsorbent is used in the course of a chromatographic process.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung aus einer enzymatischen Trehalose-Synthese stammt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the solution comes from an enzymatic trehalose synthesis.
7. Verfahren zur Anreicherung von Trehalose aus Fermentationsbrühen, enthaltend die Schritte Abtrennen von Feststoffen und Anreicherung der Trehalose mit Hilfe eines Adsorbens, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein Alumosilicat ist.7. A process for the enrichment of trehalose from fermentation broths, comprising the steps of separating solids and enriching the trehalose with the aid of an adsorbent, characterized in that the adsorbent is an aluminosilicate.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Alumosilicat ein Zeolith ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the aluminosilicate is a zeolite.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Fermentationsbrühe mindestens ein weiteres Wertprodukt außer Trehalose abgetrennt wird.9. The method according to claim 7, characterized in that at least one other product of value apart from trehalose is separated from the fermentation broth.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fermentationsbrühe aus einer Fermentation mit mindestens einem Mikroorganismus aus der Gruppe bestehend aus Saccharomyces spec, Candida spec, Escherichia coli, Corynebacterium spec, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas spec, Nocardia spec, Brevibacterium spec, Arthrobacter spec, Stereptomyces spec, Microbacterium spec, Aspergillus spec, Bacillus spec, Pichia spec. und Filobasidium spec. stammt.10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the fermentation broth from a fermentation with at least one microorganism from the group consisting of Saccharomyces spec, Candida spec, Escherichia coli, Corynebacterium spec, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas spec, Nocardia spec, Brevibacterium spec, Arthrobacter spec, Stereptomyces spec, Microbacterium spec, Aspergillus spec, Bacillus spec, Pichia spec. and Filobasidium spec. comes.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trehalose in der Fermentationsbrühe in einer Konzentration von weniger als 15 Gewichtsprozent gemessen am Trockengewicht der Fermentationsbrühe vorliegt.11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the trehalose is present in the fermentation broth in a concentration of less than 15 percent by weight measured on the dry weight of the fermentation broth.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkoh- lebehandlung, Ultrafiltration, und Ionenaustauscherbehandlung umfasst. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the method comprises at least one further step from the group consisting of activated carbon treatment, ultrafiltration, and ion exchange treatment.
EP05716219A 2004-03-18 2005-03-18 Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates Withdrawn EP1727823A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004013736A DE102004013736A1 (en) 2004-03-18 2004-03-18 Process for the enrichment of trehalose using aluminosilicates
PCT/EP2005/002936 WO2005090375A1 (en) 2004-03-18 2005-03-18 Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1727823A1 true EP1727823A1 (en) 2006-12-06

Family

ID=34962035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05716219A Withdrawn EP1727823A1 (en) 2004-03-18 2005-03-18 Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates

Country Status (15)

Country Link
US (1) US20080108113A1 (en)
EP (1) EP1727823A1 (en)
JP (1) JP2007535504A (en)
KR (1) KR20060133022A (en)
CN (1) CN1696139A (en)
AR (1) AR048180A1 (en)
AU (1) AU2005223347A1 (en)
BR (1) BRPI0508863A (en)
CA (1) CA2559574A1 (en)
DE (1) DE102004013736A1 (en)
NO (1) NO20064549L (en)
RU (1) RU2006136504A (en)
TW (1) TW200604205A (en)
WO (1) WO2005090375A1 (en)
ZA (1) ZA200607727B (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5338770B2 (en) * 2010-08-19 2013-11-13 学校法人北里研究所 Method for producing anhydrous trehalose
CN108130350B (en) * 2018-01-26 2021-08-24 通辽梅花生物科技有限公司 Preparation method of high-content trehalose
CN108774273B (en) * 2018-08-24 2021-06-25 湖南汇升生物科技有限公司 Trehalose crystallization process
EP4214326A2 (en) * 2020-09-21 2023-07-26 Lygos, Inc. Continuous ion exchange and esterification of fermented malonic acid

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9400368A (en) * 1993-02-02 1994-08-23 Ajinomoto Kk Process for isolation and purification of trehalose
DK0625578T4 (en) * 1993-05-06 2004-08-02 Suedzucker Ag Sweetener, method of manufacture thereof, and use thereof
JP3633648B2 (en) * 1993-07-20 2005-03-30 株式会社林原生物化学研究所 Maltose / trehalose converting enzyme, its production method and use
DE19614609A1 (en) * 1996-04-15 1997-10-16 Episucres Sa Single step preparation of cetoses, preferably fructose, from sugar solutions
JPH11116588A (en) * 1997-10-16 1999-04-27 Hayashibara Biochem Lab Inc Production of trehalose and sugar alcohol
CN1137128C (en) * 2001-02-28 2004-02-04 中国科学院微生物研究所 Process for preparing mycose from fermented waste
US6773512B2 (en) * 2001-12-31 2004-08-10 Danisco Sweeteners Oy Method for the recovery of sugars
US20050202139A1 (en) * 2003-11-05 2005-09-15 Corbin David R. Recovery of isoflavones from aqueous mixtures using zeolites or molecular sieves

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005090375A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2005223347A1 (en) 2005-09-29
RU2006136504A (en) 2008-04-27
ZA200607727B (en) 2008-05-28
US20080108113A1 (en) 2008-05-08
NO20064549L (en) 2006-12-13
WO2005090375A1 (en) 2005-09-29
AR048180A1 (en) 2006-04-05
CA2559574A1 (en) 2005-09-29
CN1696139A (en) 2005-11-16
TW200604205A (en) 2006-02-01
KR20060133022A (en) 2006-12-22
DE102004013736A1 (en) 2005-10-06
JP2007535504A (en) 2007-12-06
BRPI0508863A (en) 2007-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202017007249U1 (en) Separation of oligosaccharides from the fermentation broth
DE202017007248U1 (en) Separation of oligosaccharides from the fermentation broth
EP0627490B1 (en) Method for the preparation of long-chain inulin
DE202015009775U1 (en) Separation of 2'-FL from a fermentation broth
EP0550448B1 (en) Process for producing rhamnose from rhamnolipids
DE202015009782U1 (en) Separation of 2'-O-fucosyllactose from fermentation broth
DE60016770T2 (en) PROCESS FOR THE SEPARATION OF 1,3-PROPANELIUM OR GLYCERINE OR A MIXTURE THEREOF FROM A BIOLOGICAL MIXTURE
US4692514A (en) Process for separating ketoses from alkaline- or pyridine-catalyzed isomerization products
EP1727823A1 (en) Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates
DE60100642T2 (en) Process for the manufacture of a product with a high content of 2-O-Alpha-D-Glucopyranosyl-L-ascorbic acid
DE69631689T2 (en) CRYSTALLINE 1-KESTOSES AND METHOD OF PREPARING THEM
DE60002020T2 (en) Process for producing high purity xylitol
US20220251131A1 (en) Process for the purification of lacto-n-neotetraose
DE3541807A1 (en) PURIFICATION OF L-PHENYLALANINE
DE60010787T2 (en) Process for the preparation of high purity alpha crystalline anhydrous dextrose
DE3529228C2 (en) Crystalline maltopentose and method of making the same
US4880920A (en) Process for separating ketoses from alkaline-or pyridine-catalyzed isomerization products
EP0979806A1 (en) Process for selective enrichment and separation of aroma molecules by adsorption
KR101860796B1 (en) Purification method for ascorbic acid glycoside
DE3329218C2 (en) Process for the purification of S-adenosyl-L-methionine
CA1292988C (en) Process for separating psicose from another ketose
CN114008222B (en) Liquid phase separation of disaccharides by adsorption onto FAU zeolites having Si/Al atomic ratios less than 1.5
CZ202593A3 (en) Isolating process of crystalline alpha, alpha-trehalose
EP0306541B1 (en) Process for obtaining daunorubicin-hydrochloride from fermentation broths
MXPA06010474A (en) Method for enriching trehalose with the aid of alumosilicates

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20061018

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070118

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: BASF SE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20091001