EP2964366A1 - Verfahren zur filtration von homopolysacchariden - Google Patents

Verfahren zur filtration von homopolysacchariden

Info

Publication number
EP2964366A1
EP2964366A1 EP14708523.7A EP14708523A EP2964366A1 EP 2964366 A1 EP2964366 A1 EP 2964366A1 EP 14708523 A EP14708523 A EP 14708523A EP 2964366 A1 EP2964366 A1 EP 2964366A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
range
glucans
filtration
symmetrical
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.)
Ceased
Application number
EP14708523.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Therre
Hartwig Voss
Tobias KÄPPLER
Sascha ROLLIE
Stephan Freyer
Bernd Leonhardt
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
Wintershall Holding GmbH
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 Wintershall Holding GmbH filed Critical Wintershall Holding GmbH
Priority to EP14708523.7A priority Critical patent/EP2964366A1/de
Publication of EP2964366A1 publication Critical patent/EP2964366A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/147—Microfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/04—Tubular membranes
    • B01D69/043—Tubular membranes characterised by the tube diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0003—General processes for their isolation or fractionation, e.g. purification or extraction from biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/06—Use of membrane modules of the same kind

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the filtration of aqueous fermentation broths containing glucans and biomass using symmetrical tubular membranes.
  • a deposit In natural oil deposits, petroleum is present in the cavities of porous reservoirs, which are closed to the earth's surface of impermeable cover layers.
  • the cavities may be very fine cavities, capillaries, pores or the like. Fine pore necks, for example, have a diameter of only about 1 ⁇ .
  • a deposit In addition to crude oil, including natural gas, a deposit contains more or less saline water.
  • polysaccharides from glucose are also called glucans.
  • the said branched homopolysaccharides have a
  • Homopolysaccharides of the named structure are secreted by various fungal strains, for example by the filamantos growing Basidiomycet Schizophyllum commune, which precipitates during growth a homopolysaccharide of said structure having a typical molecular weight Mw of about 2 to about 25 * 10 6 g / mol (common name Schizophyllan). Also to be mentioned are secreted by Sclerotium rolfsii
  • Homopolysaccharides of said structure (common name: scleroglucans).
  • EP 271 907 A2 and EP 504 673 A1 disclose methods of fungal strains for producing branched homopolysaccharides from ⁇ -1,3-linked glucose units.
  • the preparation is carried out by discontinuous fermentation of the strains with stirring and aeration.
  • the nutrient medium consists essentially of glucose, yeast extract, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate and water.
  • the polymer is secreted by the fungus into the aqueous fermentation broth and finally an aqueous polymer solution is separated from the biomass-containing fermentation broth, for example by centrifugation or filtration.
  • Schizophyllans is recommended for centrifugation and cross-flow microfiltration (supra, p. 78, para. 10.1).
  • cross-flow microfiltration there is the use of sintered stainless steel membranes with a pore size of 10 ⁇ the company Krebsoege (called today GKN) proposed.
  • WO 2003/016545 A2 discloses a continuous process for the preparation of
  • Scleroglucans using Sclerotium rolfsii for cleaning is a Cross-flow filtration using stainless steel filters of a pore size of 20 ⁇ described at an overflow velocity of at least 7 m / s.
  • WO 201 1/082973 A2 describes the cell separation by means of asymmetric membranes wherein the pore size of the separating layer is 1 ⁇ to 10 ⁇ .
  • Flat membranes or asymmetrical tubular membranes, single-channel modules or multi-channel modules can be used.
  • Fermentation broths are not suitable because the pore size is too small to allow schizophyllan to pass through the pores.
  • GIT suction garzeitung Labor (12/92 pages 1233 - 1238) describes the continuous production of branched glucans with cell recycling. This arrangement is also referred to in the literature as a membrane bioreactor with an external membrane stage. To separate the branched glucans from the fermentation cycle, a cross-flow filtration by means of stainless steel membranes is first proposed, which have a pore size of 200 ⁇ . As a further method for the second purification stage, the authors have unsuccessfully the
  • Fermentation broths can not be operated economically on an industrial scale.
  • Fermentation broths containing biomass and glucans in which a fermentation broth with a high average flow is passed through symmetrical tubular membranes, without the quality of the resulting aqueous solution of glucan is adversely affected, for example in the form of a higher content of cell fracture components.
  • a high average flux indicates that the process of separating glucans from fermentation broths containing biomass and glucan can be operated at a pumping rate that makes the process economical.
  • the above object has been achieved by the provision of a method for separating an aqueous solution of glucans from an aqueous fermentation broth containing glucans and biomass in a filtration plant, wherein symmetrical tubular membranes which are cylindrically shaped and a
  • the present invention therefore relates, in one embodiment, to a process for the separation of an aqueous solution of glucans from an aqueous one
  • Fermentation broth containing glucans and biomass in a filtration plant comprising at least the following steps
  • the symmetrical tube membrane having an inner diameter in the range> 2 mm and 6 mm and a degree of separation in the range of> 0.5 and 45 ⁇ , determined in accordance with ASTM F 795.
  • tubular membranes Symmetrical tubular membranes are called tubular membranes, the one
  • Symmetrical pipe membranes are known in the art and are described inter alia in T. Melin and R. Rautenbach, membrane process (basics of modular and system design), 3rd edition (2007), Springer Verlag, page 20 et seq.
  • a symmetrical tubular membrane which is cylindrically shaped, is a tubular membrane which extends along a longitudinal axis and has a cavity surrounded by walls, which has both a substantially polygonal and a round, i.e., a circular shape.
  • circular or oval may have cross section.
  • FIG. 2 Schematic representation of a filtration plant
  • Figure 3 Representation of a membrane element with hexagonal shaped body
  • FIG. 4 Schematic representation of a filtration plant
  • Glucans are a class of homopolysaccharides whose
  • Monomer component is exclusively glucose.
  • the glucose molecule can be linked in an ⁇ -glycosidic or ⁇ -glycosidic manner, branched out in different degrees or arranged linearly.
  • glucans are selected from the group consisting of cellulose, amylose, dextra n, glycogen, lichenin, laminarin from algae, pachyman from tree fungi and
  • Yeast glucans with ß-1,3-bond Nigeran, mycodextran isolated from fungi ( ⁇ -1,3-glucan, ⁇ -1,4-glucan), curdlan ( ⁇ -1,3-D-glucan), pullulan ( ⁇ -1, 4-linked and 1, 6-linked D-glucan) and schizophyllan ( ⁇ -1, 3-base chain, ⁇ -1, 6-side chain) and pustulan ( ⁇ -1, 6-glucan).
  • the glucan preferably comprises a main chain of ⁇ -1,3-glycosidically linked
  • the side groups consist of a single ß-1, 6 Glycosidically linked glucose unit, which, statistically speaking, every third unit of the main chain is linked to another glucose unit ⁇ -1, 6-glycosidically.
  • Schizophyllan has a structure according to formula (I) wherein n is a number in the range of 2500 to 35,000.
  • the fungal strains are selected from the group consisting of
  • Suitable fungal strains are furthermore mentioned, for example, in EP 271 907 A2 and EP 504 673 A1, in each case claim 1. Particularly preferably, the fungal strains used are
  • This fungal strain secretes a glucan, in which a
  • glucan Main chain of ß-1, 3-glycosidically linked glucose units-statistically seen every third unit of the main chain with another glucose unit ß-1, 6-linked glycose; i.e.
  • the glucan is the so-called
  • Typical schizophyllans have a weight average molecular weight Mw of about 2 to about 25.10 6 g / mol.
  • the fungal strains are fermented in a suitable aqueous medium or nutrient medium.
  • the fungi secrete the above class of glucans into the aqueous medium during fermentation.
  • the fermentation broth is obtained by mixing mushrooms in a suitable aqueous
  • Fermented medium The fungi secrete the above class of glucans into the aqueous fermentation broth during fermentation.
  • fungi may preferably be used in an aqueous nutrient medium, for example
  • the fermentations are driven so that the concentration of the glucans to be produced in the fermentation broth to be filtered is at least 8 g / l.
  • Upper limit is not limited in principle. It results from which viscosity is still manageable with the fermentation apparatus used in each case.
  • the fermentation is in a
  • suitable plant comprising at least one fermentation tank
  • the system is powered by a sidestream constantly or temporarily
  • Concentration than previously, also referred to as retentate, at least in part can be returned to the fermentation tank.
  • the present invention relates to a process for the separation of an aqueous solution of glucans comprising a backbone of ⁇ -1,3-glycosidically linked glucose units and ⁇ -1,6-glycosidically linked side groups from glucose units thereof aqueous Fermentation broth containing glucans comprising a backbone of ⁇ -1, 3-glycosidically linked glucose units and ⁇ -1, 6-glycosidically attached side groups of glucose units, and biomass in a filtration system comprising at least the following steps
  • the symmetrical tube membrane has an inner diameter in the range> 2 mm and ⁇ 6 mm.
  • the present invention relates to a process for the separation of an aqueous solution of glucans having a main chain of ⁇ -1, 3-glycosidically linked glucose units and ⁇ -1, 6-glycose
  • glucose groups comprising attached side groups from an aqueous fermentation broth containing glucans comprising a backbone of ⁇ -1, 3-glycosidically linked glucose units and ⁇ -1, 6-glycosidically linked side groups of glucose units and biomass in a filtration system comprising at least the following steps
  • the symmetrical tube membrane having an inside diameter in the range> 2 mm and 6 mm and a degree of separation in the range of> 0.5 and 45 ⁇ , determined according to ASTM F 795.
  • the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, a
  • Inner diameter as illustrated by the dimension A in Fig. 1, in the range> 3 mm and ⁇ 6 mm, particularly preferably in the range> 2 mm and ⁇ 5 mm and most preferably in the range> 2 mm and ⁇ 4 mm.
  • the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, pores having a pore size d90 in the range> 4 ⁇ and ⁇ 45 ⁇ , particularly preferably the
  • Pipe membrane preferably the symmetrical pipe membrane, pores with a pore size d90 in the range> 4 ⁇ and ⁇ 20 ⁇ , particularly preferably, the pipe membrane, preferably the symmetric pipe membrane, pores having a pore size d90 in the range> 4 ⁇ and ⁇ 9 ⁇ , each determined according to ISO 15901 -1.
  • pore size d90 is known to the person skilled in the art and is determined from a pore size distribution curve of the support material, the "pore size d90" designating that pore size at which 90% of the pore size
  • Pore volume of the material have a pore size ⁇ P orenhold d90.
  • Pore size distribution of a material can be determined, for example, by means of mercury porosimetry and / or gas adsorption methods.
  • the tubular membrane preferably the symmetrical tubular membrane, is preferably made of a material having a degree of separation in the range of> 0.5 and 45 ⁇ , particularly preferably in the range of> 1, 0 and 10 ⁇ , very particularly preferably in the range of > 1, 0 and -i 6.0 ⁇ , and in particular in the range of> 1, 0 and ⁇ 5,0 ⁇ , each determined in accordance with ASTM F 795.
  • the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, a length, as illustrated by the dimension C in Fig. 1, in the range> 0.2 m and ⁇ 1, 5 m, more preferably in the range> 0.2 m and ⁇ 1, 2 m, very particularly preferably in the range of 0.3 m and ⁇ 1.0 m and even more preferably in the range of> 0.3 m and 0.7 m.
  • the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, a
  • Wall thickness as indicated by the dimension B in Fig. 1, in the range> 0.3 mm and ⁇ 3.0 mm, particularly preferably in the range of> 1, 0 mm and ⁇ 2.0 mm. It is advantageous if a tube membrane is selected with the smallest possible wall thickness, since in this embodiment, a higher mean flow compared to a tube membrane with the same outer diameter and higher wall thickness can be achieved.
  • the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, a
  • the tube membranes used according to the invention are configured symmetrically.
  • the tube membranes may preferably be metallic tube membranes or ceramic tube membranes.
  • the tube membranes used preferably the symmetrical tube membranes used, are sintered metal tube membranes, preferably symmetrical sintered metal tube membranes.
  • the tube membranes used are sintered metal tube membranes, preferably symmetrical sintered metal tube membranes.
  • Sintered metal tubular membranes preferably the symmetrical sintered metal tubular membranes, of a material selected from the group consisting of stainless steel, titanium, nickel-copper alloy, nickel-chromium alloy, nickel-iron alloy, nickel-iron-chromium alloy, Bronze and zirconium.
  • These tube membranes are available, for example, from GKN Sinter Metals Filters GmbH, Radevormwald, Germany.
  • the cross section of the tube membrane preferably the symmetrical tube membrane, round.
  • the tube membranes preferably the symmetrical tube membranes, are preferably used as so-called mono channel elements.
  • the at least one tube membrane preferably the at least one, preferably forms
  • Tube membrane arranged, a membrane module.
  • the tube membranes can also be used as multi-channel elements.
  • the carrier material forms a shaped body, for example, a round or hexagonal shaped body, as shown by the designation D in Fig. 3, in the channels, as shown by the designation E in Fig. 3, are recessed.
  • the outer diameter of such a shaped body for a membrane module is preferably 5 mm to 100 mm, more preferably 10 mm to 50 mm.
  • the multi-channel elements offer the advantage of larger membrane area with the same space requirements and easier installation. The disadvantage is the compared to the
  • membrane modules may be arranged in parallel or in series in series.
  • Membrane modules arranged one behind the other in series.
  • cross-flow filtration also called cross-flow filtration
  • a flow of the liquid to be filtered is applied parallel to the surface of the membrane used as filtration material, for example by means of a suitable circulating pump.
  • the filter membrane is thus constantly flowed over by a liquid flow, and thereby the formation of deposits on the membrane surface is prevented or at least reduced.
  • all pump types are suitable as pumps. Because of the high viscosity of the fermentation broth, however, positive displacement pumps and especially eccentric screw pumps and rotary piston pumps have proven particularly suitable. Also suitable are centrifugal pumps, channel wheel pumps and pitot pumps.
  • the pipe membranes according to the invention are installed in suitable filter systems.
  • Constructions of suitable filter systems are known in principle to the person skilled in the art.
  • Tubular membranes preferably symmetrical tubular membranes, are used for carrying out the process according to the invention.
  • the retentate is preferably passed through the interior of the channel or channels, and the permeate occurs accordingly outward through the walls of the substrate in the
  • the feed stream is conducted in step b) with an overflow velocity in the range> 0.5 m / s and ⁇ 5 m / s, particularly preferably in the range> 2 m / s and ⁇ 4 m / s.
  • Too low a flow rate is unfavorable because the membrane then clogs quickly, too high a flow rate causes unnecessarily high costs because of the large amount of retentate to be circulated.
  • the temperature at which the feed stream is passed through the at least one tube membrane, preferably the at least one symmetrical tube membrane, is not critical and is preferably between 5 ° C and 150 ° C, preferably between 10 ° C and 80 ° C and most preferably between 15 ° C and 40 ° C. If the separated cells are not to be killed, for example in processes with recycling of the biomass, the temperature should be between 15 ° C and 40 ° C for a while.
  • the preferred apparatus comprises a
  • Circulation pump P1 a filter module F1 and a heat exchanger W1.
  • the pump P1 the abovementioned transverse flow of the liquid is produced over the surface of the tube membrane arranged in the filter apparatus F1.
  • a heat exchanger W1 the system contents can be tempered.
  • Several such filtration systems can be arranged in series or in parallel.
  • the filter apparatus F1 consists of a housing in which at least one tube membrane is introduced. Through the tube membrane, the housing is in a so-called
  • the liquid coming from the pump P1 is the fermentation broth containing biomass and glucan.
  • the feed enters the retentate space via at least one feed.
  • a liquid flow, called concentrate again from the
  • the pressure in the retentate space is higher than the pressure in the permeate space.
  • the pressure difference is called transmembrane pressure.
  • Part of the feed stream passes through the membrane and collects in the permeate space. This passing through part of the liquid, called permeate, represents the separated from biomass glucan solution.
  • the removal of the permeate stream and the retentate stream is carried out continuously, wherein the ratio of the amount of the permeate stream to the amount of the retentate stream is preferably in the range between 0.5 to 20.
  • the transmembrane pressure is preferably 0.1 bar to 1 0 bar, more preferably 0.5 bar to 6 bar, and very particularly preferably 1 bar to 4 bar.
  • the transmembrane pressure is preferably adjusted by bringing the transmembrane pressure in a ramp with a slope preferably between 0.05 bar / h and 2 bar / h to the desired value.
  • the operating time of the membrane filtration plant can optionally be replaced by a regular
  • Backwashing with permeate can be extended.
  • a pressure is applied at regular intervals in the permeate space, which is higher than the pressure in the retentate and for a defined time back a certain amount of permeate pushed back through the membrane in the retentate.
  • This backwashing can, for example, by pressing the permeate space with nitrogen, through a backwash pump or by using a piston system done as it eg under the name
  • the backwashing should be carried out at intervals of 5 minutes to 30 minutes, without the invention being limited to this time cycle.
  • the amount of backwashed permeate is preferably in the range of 0.1 to 5 l / m 2 membrane area, particularly preferably in the range of 0.1 to 2 l / m 2 membrane area.
  • the backwashing pressure is preferably in the range between 1 bar and 10 bar.
  • Cleaning solution at a temperature of from 20 ° C to 100 ° C, more preferably from 40 ° C to 80 ° C treated.
  • acids As a cleaning solution, acids
  • the acid concentration is preferably at a concentration of 1% by weight to 10% by weight. better
  • the concentration of leaches used is preferably between 0.1% by weight and 20% by weight.
  • oxidizing substances such as hydrogen peroxide, hypochlorite, in particular sodium hypochlorite or peracetic acid
  • the concentration of oxidizing substances should be 0.5% by weight to 10% by weight, in particular 1% by weight to 5% by weight.
  • the purification can be carried out with a mixture of hydrogen peroxide and alkali or hydrogen peroxide and hypochlorite.
  • the membranes are cleaned - with the system off - preferably in the installed state in the membrane filtration plant using a cleaning-in-place system (ClP system).
  • the inventive method is characterized in that the cleaning of the tube membranes must be made only when a permeate amount of more than 2000 kg / m 2 membrane area has been obtained. Thus, that allows inventive method long operating times, since the cleaning of the tube membranes can be done at long intervals.
  • a solution of glucans having a ⁇ -1,3-glycosidically linked main chain and ⁇ -1,6-glycosidically attached side groups suitable for tertiary mineral oil production can be prepared in a simple manner which has a concentration of the glucans in the range> 3 g / l and ⁇ 30 g / l, more preferably in the range> 3 g / l and ⁇ 20 g / l, most preferably> 5 g / l and ⁇ 15 g / l.
  • the yield of schizophyllan ie the amount of schizophyllan that can be recovered after filtration based on the amount of schizophyllan in the fermentation broth to be filtered, is preferably between 60% and 80%, more preferably between 65% and 75%.
  • the cross-flow filtration apparatus used is shown in FIG. It consisted of a stirred storage tank B1 with a volume of 4 liters, one
  • Circular piston pump P1 the tube heat exchanger W1, the pressure holding valve V1 and the filter module F1.
  • Cross-flow filtration system tempered to 30 ° C.
  • the filter module was a
  • the length of the membrane tube was 430 mm, the inner diameter was 3 mm and that was 6 mm.
  • Membrane area of the symmetrical tube membrane was 0.00368 m 2 .
  • the wall thickness of the symmetrical tube membrane was 1 .5 mm and the degree of separation, determined according to ASTM F 795, was 3 ⁇ m.
  • the filter module F1 was by means of valves V3 and V2 with permeate in
  • Example 2 The same cross-flow filtration apparatus and the same fermentation broth as in Example 1 were used. 1500 g of the fermentation broth was poured into the container B1 and with a
  • Circulation rate of 75 l / h circulated by the pump P1.
  • the overflow velocity was 2.9 m / s.
  • the transmembrane pressure was 0.8 bar, within 2 h, the transmembrane pressure was increased to 3 bar and for the remaining
  • the permeate was collected and weighed. By means of a state control, fermentation broth was refilled into the container during the filtration so that the content of the B1 was always kept at 1500 g. The filtration was operated for 63 h and collected during this time 10,500 g of permeate. The mean flow up to this time of filtration was 43.4 kg / h / m 2 . The collected permeate was analyzed and a glucan content of 6.7 grams per liter found, the filtration yield was thus 74%.
  • the retentate outgassing was operated at a ratio of produced permeate to discharged retentate equal to 7 to 1.
  • the plant was operated for another 30 hours.
  • 14204 g of permeate and 2032 g of retentate were produced.
  • the mean flow during the entire filtration was 41.5 kg / h / m 2 .
  • Filter load was over 3800 kg / m 2 .
  • the permeate was completely clear and contained no cell debris.
  • Circulation rate of 75 l / h circulated by the pump P1.
  • the overflow velocity was 2.9 m / s.
  • the transmembrane pressure was 0.8 bar, within 4 h, the transmembrane pressure was increased to 3 bar and for the remaining
  • the permeate was collected and weighed. By A level control was added during the filtration fermentation broth in the container so that the contents of B1 was always kept at 1500 g. The filtration was operated for 30 hours and collected during this time 10,500 g of permeate. The mean flow up to this time of filtration was thus 94.7 kg / h / m 2 . The collected permeate was analyzed and a glucan content of 6.2 grams per liter found, the filtration yield was thus 68%. Then the retentate outgassing with a ratio of
  • permeate to discharged retentate equal to 7 to 1 put into operation.
  • the system was operated for another 25 h.
  • 18,284 g of permeate and 2613 g of retentate were produced.
  • the mean flow during the entire filtration was 90.2 kg / h / m 2 .
  • the filter load was over 2600 kg / m 2 .
  • the permeate was completely clear and contained no cell debris.
  • Example 4 The same cross-flow filtration apparatus and the same fermentation broth as in Example 1 were used.
  • the overflow velocity was 2.9 m / s.
  • the transmembrane pressure was 0.8 bar, within 8 h, the transmembrane pressure was increased to 3 bar and for the remaining
  • the permeate was collected and weighed. By means of a state control, fermentation broth was refilled into the container during the filtration so that the content of the B1 was always kept at 1500 g. The filtration was operated for 37 hours and collected during this time 10,500 g of permeate. The mean flow up to this time of filtration was thus 77.4 kg / h / m 2 . The collected permeate was analyzed and a glucan content of 6.3 grams per liter found, the filtration yield was thus 68%. Then the retentate outgassing with a ratio of
  • Example 2 The same cross-flow filtration apparatus and the same fermentation broth as in Example 1 were used. 1500 g of the fermentation broth was poured into the container B1 and with a
  • the cross-flow filtration apparatus used is shown in FIG. 4. It consisted of a stirred double-jacket storage tank B1 with a volume of 120 liters, the eccentric screw pump P1, the tube bundle heat exchanger W1, the pressure-holding valve V1 and the filter module F1.
  • the filter modules F1 were called by means of a B3
  • Backwash apparatus BF100 of the company Pall back at intervals of 900 s each with 100 ml of permeate at a pressure of 10 bar backwashed.
  • the content of the cross-flow filtration system was cooled to 25 ° C. via the double jacket of the container B1 and the heat exchanger W1.
  • the filter module F1 seven symmetrical tubular membranes from GKN Sinter Metals Filters GmbH, Radevormwald, Germany, type SIKA R3 were used.
  • Membrane tubes were 1000 mm, the inner diameter was 6 mm and the outer diameter was 10 mm.
  • the usable membrane area of the symmetrical tubular membranes was 0.132 m 2 .
  • the wall thickness of the symmetrical tube membrane was 2 mm and the degree of separation, determined according to ASTM F 795, was 3 ⁇ .
  • the circulation rate of the pump P1 was set to 2.6 m 3 / h and a
  • the overflow velocity was 3.6 m / s.
  • the transmembrane pressure was increased slowly and after 18 hours was 1.5 bar.
  • Transmembrane pressure was held at this level for the remainder of the experiment.
  • the permeate was collected and weighed.
  • fermentation broth was refilled into the container during the filtration so that the contents of the B1 were always kept at 50 kg.
  • the filtration was operated for 71 hours and 230.8 kg of permeate was collected during this time.
  • the mean flow during filtration was 24.7 kg / h / m 2 .
  • the filter load was 1748 kg / m 2 .
  • the collected permeate was analyzed and a glucan content of 5.3 grams per liter found, the filtration yield was thus 57%.
  • the permeate was completely clear and contained no cell debris.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Filtration von wässrigen Fermentationsbrühen enthaltend Glucane und Biomasse unter Verwendung von symmetrischen Rohrmembranen.

Description

Verfahren zur Filtration von Homopolysacchariden
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Filtration von wässrigen Fermentationsbrühen enthaltend Glucane und Biomasse unter Verwendung von symmetrischen Rohrmembranen.
In natürlichen Erdölvorkommen liegt Erdöl in den Hohlräumen poröser Speichergesteine vor, welche zur Erdoberfläche hin von undurchlässigen Deckschichten abgeschlossen sind. Bei den Hohlräumen kann es sich um sehr feine Hohlräume, Kapillaren, Poren oder dergleichen handeln. Feine Porenhälse können beispielsweise einen Durchmesser von nur ca. 1 μηη aufweisen. Neben Erdöl, inklusive Anteilen von Erdgas enthält eine Lagerstätte mehr oder weniger stark salzhaltiges Wasser.
Bei der Erdölförderung unterscheidet man zwischen der primären, sekundären und tertiären Förderung. Bei der primären Förderung strömt das Erdöl nach dem Anbohren der Lagerstätte aufgrund des Eigendrucks der Lagerstätte von selbst durch das Bohrloch an die Oberfläche. Mittels der primären Förderung lassen sich je nach Lagerstättentyp aber meist nur ca. 5 bis 10% der in der Lagerstätte vorhandenen Erdölmenge fördern, danach reicht der Eigendruck nicht mehr zur Förderung. Bei der sekundären Förderung wird der Druck in der Lagerstätte durch die Injektion von Wasser und/oder Dampf aufrecht erhalten, aber auch mit dieser Technik lässt sich das Erdöl nicht vollständig fördern. Zur tertiären Erdölförderung gehören Verfahren, bei denen man geeignete Chemikalien als Hilfsmittel zur Ölförderung einsetzt. Hierzu gehört das so genannte„Polymerfluten". Beim Polymerfluten presst man durch die
Injektionsbohrungen anstelle von Wasser eine wässrige Lösung eines verdickend wirkenden Polymers in die Erdöllagerstätte ein. Hierdurch lässt sich die Ausbeute gegenüber der
Verwendung von Wasser oder Dampf weiter steigern.
Zum Polymerfluten sind eine Vielzahl verschiedener wasserlöslicher Polymere vorgeschlagen worden, und zwar sowohl synthetische Polymere, wie beispielsweise Polyacrylamide oder Acrylamid und andere Monomere enthaltende Copolymere sowie auch wasserlösliche
Polymere natürlichen Ursprungs.
Eine wichtige Klasse von Polymeren natürlichen Ursprungs für das Polymerfluten bilden verzweigte Homopolysaccharide aus Glucose. Polysaccharide aus Glucoseeinheiten werden auch Glucane genannt. Die genannten verzweigten Homopolysaccharide weisen eine
Hauptkette aus ß-1 ,3-verknüpften Glucoseeinheiten auf, von denen -statistisch gesehen- etwa jede dritte Einheit mit einer weiteren Glucoseeinheit ß-1 ,6-glykosidisch verknüpft ist. Wässrige Lösungen derartiger verzweigter Homopolysaccharide besitzen vorteilhafte physikalischchemische Eigenschaften, so dass sie für das Polymerfluten besonders gut geeignet sind.
Homopolysaccharide der genannten Struktur werden von verschiedenen Pilzstämmen sekretiert, beispielsweise von dem filamantös wachsenden Basidiomycet Schizophyllum commune, der während des Wachstums ein Homopolysaccharid der genannten Struktur mit einem typischen Molekulargewicht Mw von ca. 2 bis ca. 25*106 g/mol ausscheidet (Trivialname Schizophyllan). Weiterhin zu nennen sind von Sclerotium rolfsii sekretierte
Homopolysaccharide der genannten Struktur (Trivialname: Scleroglucane).
Verfahren zur Herstellung von verzweigten Homopolysacchariden aus ß-1 ,3-verknüpften Glucoseeinheiten durch Fermentation von Pilzstämmen und anschließende Filtration der Fermentationsbrühe sind bekannt. Allerdings ist bisher der limitierende Faktor bei einem großtechnischen Verfahren zur Fermentation von Homopolysacchariden die Notwendigkeit, große Mengen an Fermentationsbrühe zu filtrieren. Es ist bekannt, dass Glucane schon ab geringen Konzentrationen von 8 g/l hochviskose Gele bilden, die großtechnisch nur schwer gehandhabt werden können. Der große Bedarf an Glucan kann somit nicht befriedigt werden, indem während der Fermentation eine höhere Konzentration an Glucan erhalten wird.
Stattdessen ist es notwendig, die Menge der Fermentationsbrühe an sich zu erhöhen. Somit ergibt sich das Erfordernis, große Mengen an Fermentationsbrühe zu filtrieren. Allerdings sind die bisher bekannten Verfahren zur Filtration nicht geeignet, große Mengen an
Fermentationsbrühe zu filtrieren, da diese nur bei einem mittleren Fluss während der Filtration von maximal 10 kg/h/m2 betrieben werden können.
EP 271 907 A2 und EP 504 673 A1 und offenbaren Verfahren Pilzstämme zur Herstellung von verzweigten Homopolysacchariden aus ß-1 ,3-verknüpften Glucoseeinheiten. Die Herstellung erfolgt durch diskontinuierliche Fermentation der Stämme unter Rühren und Belüftung. Das Nährmedium besteht im Wesentlichen aus Glucose, Hefe-Extrakt, Kaliumdihydrogenphosphat, Magnesiumsulfat und Wasser. Das Polymer wird vom Pilz in die wässrige Fermentationsbrühe sekretiert, und schließlich wird eine wässrige Polymerlösung aus der Biomasse enthaltenden Fermentationsbrühe abgetrennt, beispielsweise durch Zentrifugieren oder Filtrieren.
„Udo Rau,„Biosynthese, Produktion und Eigenschaften von extrazellulären Pilz-Glucanen", Habilitationsschrift, Technische Universität Braunschweig, 1997, Seiten 70 bis 95" beschreibt die Herstellung von Schizophyllan durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Fermentation bei dem die Abtrennung des Schizophyllans mittels Querstromfiltration erfolgen kann. (a.a.O, S. 75). Zur Abtrennung der Zellmasse wurden verschiedene Edelstahlmembranen mit Porenweiten von 0,5 μηη, 2 μηη, 10 μηη und 20 μηη getestet.
"Udo Rau, Biopolymers, Hrsg A. Steinbüchel, Volume 6, Seiten 63 bis 79, Verlag WILEY-VCH, New York, 2002 " beschreibt die Herstellung von Schizophyllan durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Fermentation. Zur Gewinnung des zell- und zellbruchstückfreien
Schizophyllans wird die Zentrifugation und die Querstrom-Mikrofiltration empfohlen (a.a.O., S. 78, Abs. 10.1 ). Für die Querstrom-Mikrofiltration wird dort der Einsatz von gesinterten Edelstahl- Membranen mit einer Porengröße von 10 μηη der Firma Krebsoege (heißt heute GKN) vorgeschlagen.
WO 2003/016545 A2 offenbart ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von
Scleroglucanen unter Verwendung von Sclerotium rolfsii. Zur Reinigung wird eine Querstromfiltration unter Verwendung von Edelstahlfiltern einer Porengröße von 20 μηη bei einer Überströmgeschwindigkeit von mindestens 7 m/s beschrieben.
WO 201 1/082973 A2 beschreibt die Zellabtrennung mittels asymmetrischer Membranen wobei die Porengröße der Trennschicht 1 μηη bis 10 μηη beträgt. Es können Flachmembranen oder asymmetrische Rohrmembranen, Einkanalmodule oder Mehrkanalmodule eingesetzt werden.
In Haarstrick et al. (Bioprocess. Engineering 6 (1991 ) 179-186) wird zur Zellabtrennung eine keramische Rohrmembran "PSK CER Fa. Millipore" mit einer Porengröße von 0,45 μηη bis 1 ,0 μηη verwendet. Diese Rohrmembranen sind für die Abtrennung von Schizophyllan aus
Fermentationsbrühen nicht geeignet, da die Porengröße zu gering ist, um Schizophyllan durch die Poren treten zu lassen.
In Chem.-Ing.-Tech. 63 (1991 ) Nr. 7 Seite A468 wird der Einsatz von Edelstahlgewebe- Flachmembranen zur Abtrennung von Mycelfragmenten aus hochmolekularen
Polymerlösungen empfohlen. In Haarstrick (Mechanische Trennverfahren zur Gewinnung zellfreier, hochviskoser
Polysaccharidlösungen von Schizophyllum commune ATCC 38548", Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 1992) wird Edelstahlgewebe mit einer nominellen Porengröße von 0,5 μηη, 2 μηη, 10 μηη, 100 μηη und 200 μηη, einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Kanallänge von 300 mm zur Zellabtrennung verwendet (Seiten 10 und 63). In Journal of Membrane Science 1 17 (1996), Seiten 237 bis 249, wird die Ultrafiltration von Xanthan aus einer Fermentationsbrühe beschrieben.
In GIT Fachzeitung Labor (12/92 Seite 1233 - 1238) wird eine kontinuierliche Herstellung verzweigter Glucane mit Zellrückführung beschrieben. Diese Anordnung wird in der Literatur auch als Membranbioreaktor mit externer Membranstufe bezeichnet. Zur Abtrennung der verzweigten Glucane aus dem Fermentationskreislauf wird zunächst eine Querstromfiltration mittels Edelstahlmembranen vorgeschlagen, die eine Porengröße von 200 μηη besitzen. Als weitere Methode für die zweite Reinigungsstufe haben die Autoren ohne Erfolg die
Querstromfiltration an keramischen Membranen untersucht. Als Ergebnis aus ihren
Experimenten ziehen sie den Schluss, dass die Querstrom-Mikrofiltration nicht für die
Zellseparation von mycelhaltigen, hochviskosen Kultursuspensionen geeignet ist.
Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Abtrennung von Glucanen aus
Fermentationsbrühen lassen sich großtechnisch nicht wirtschaftlich betreiben.
Es bestand daher der Bedarf nach einem Verfahren zur Abtrennung von Glucanen aus
Fermentationsbrühen enthaltend Biomasse und Glucane, bei dem eine Fermentationsbrühe mit einem hohen mittleren Fluss durch symmetrischen Rohrmembranen geleitet wird, ohne dass die Qualität der erhaltenen wässrigen Lösung von Glucan negativ beeinträchtigt wird, beispielsweise in Form eines höheren Gehalts an Zellbruchbestandteilen. Ein hoher mittlerer Fluss zeigt an, dass das Verfahren zur Abtrennung von Glucanen aus Fermentationsbrühen enthaltend Biomasse und Glucan mit einer Pumpleistung betrieben werden kann, die das Verfahren wirtschaftlich werden lässt.
Die vorstehend genannten Aufgabe wurde gelöst durch die Zurverfügungstellung eines Verfahrens zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane und Biomasse in einer Filtrationsanlage, wobei symmetrische Rohrmembranen, die zylinderförmig ausgestaltet sind und einen
Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweisen, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher in einer Ausführungsform auf ein Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen aus einer wässrigen
Fermentationsbrühe enthaltend Glucane und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte
a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die
Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine Rohrmembran, die zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, wobei die Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher in einer weiteren Ausführungsform auf ein Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte
a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die
Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, die zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, wobei die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher in einer weiteren Ausführungsform auf ein Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte
a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die
Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, die zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, wobei die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm und einen Trenngrad im Bereich von > 0,5 und ^ 45 μηη, bestimmt gemäß ASTM F 795, aufweist. Durch die Verwendung von Rohrmembranen, bevorzugt symmetrischen Rohrmembranen, die Poren besitzen und einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweisen, ist es möglich die Abtrennung der Glucane aus der Fermentationsbrühe wirtschaftlich durchzuführen, da nur eine Membranfläche von 10 bis 15 m2 benötigt wird, um 1 t Glucanlösung pro Stunde zu erhalten.
Als symmetrische Rohrmembranen werden Rohrmembranen bezeichnet, die eine
Porenverteilung aufweisen, die über den ganzen Querschnitt der Membranwand im
Wesentlichen gleichbleibend ist. Symmetrische Rohrmembranen sind dem Fachmann bekannt und werden unter anderem in T. Melin und R. Rautenbach, Membranverfahren (Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung), 3. Auflage (2007), Springer Verlag, Seite 20 ff. beschrieben.
Eine symmetrische Rohrmembran die zylinderförmig ausgestaltet ist, ist eine Rohrmembran, die sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen von Wänden umgebenen Hohlraum aufweist, der sowohl einen im Wesentlichen vieleckigen als auch einen runden, d.h.
kreisförmigen oder ovalen, Querschnitt aufweisen kann.
Verzeichnis der Abbildungen
Figur 1 Darstellung einer Rohrmembran
Figur 2 Schematische Darstellung einer Filtrationsanlage Figur 3 Darstellung eines Membranelements mit hexagonalem Formkörper
Figur 4 Schematische Darstellung einer Filtrationsanlage
Bei Glucanen handelt es sich um eine Klasse von Homopolysacchariden, deren
Monomerbaustein ausschließlich Glucose ist. Das Glucose-Molekül kann α-glykosidisch oder ß-glykosidisch verknüpft, unterschiedlich stark verzweigt oder linear angeordnet sein.
Bevorzugt werden Glucane ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Amylose, Dextra n , Glycogen, Lichenin, Laminarin aus Algen, Pachyman aus Baumpilzen und
Hefeglucane mit ß-1 ,3-Bindung; Nigeran, ein aus Pilzen isoliertes Mycodextran (a-1 ,3-Glucan, a-1 ,4-Glucan), Curdlan (ß-1 ,3-D-Glucan), Pullulan (a-1 ,4-gebundenes und a-1 ,6-gebundenes D-Glucan) und Schizophyllan (ß-1 ,3-Grundkette, ß-1 ,6-Seitenkette) und Pustulan (ß-1 ,6- Glucan).
Bevorzugt umfasst das Glucan eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften
Glucoseeinheiten sowie ß-1 , 6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus
Glucoseeinheiten. Bevorzugt bestehen die Seitengruppen aus einer einzigen ß-1 ,6- glykosidisch angebundenen Glucoseeinheit, wobei -statistisch gesehen- jede dritte Einheit der Hauptkette mit einer weiteren Glucoseeinheit ß-1 ,6-glykosisch verknüpft ist.
Schizophyllan weist eine Struktur gemäß der Formel (I) auf, wobei n für eine Zahl im Bereich von 2500 bis 35 000 steht.
(I) Derartige Glucane sekretierende Pilzstämme sind dem Fachmann bekannt.
Vorzugsweise werden die Pilzstämme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Schizophyllum commune, Sclerotium rolfsii, Sclerotium glucanicum, Monilinia
fructigena, Lentinula edodes und Botrytis cinera. Geeignete Pilzstämme sind weiterhin beispielsweise in EP 271 907 A2 sowie EP 504 673 A1 , jeweils Anspruch 1 , genannt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den eingesetzten Pilzstämmen um
Schizophyllum commune oder Sclerotium rolfsii und ga nz besonders bevorzugt um Schizophyllum commune. Dieser Pilzstamm sekretiert ein Glucan, bei dem an eine
Hauptkette aus ß-1 ,3-glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten -statistisch gesehen- jede dritte Einheit der Hauptkette mit einer weiteren Glucoseeinheit ß-1 ,6-glykosisch verknüpft ist; d.h. bevorzugt handelt es sich bei dem Glucan um das so genannte
Schizophyllan.
Typische Schizophyllane weisen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von ca. 2 bis ca. 25 ■ 106 g/mol auf.
Die Pilzstämme werden in einem geeigneten wässrigen Medium bzw. Nährmedium fermentiert. Die Pilze sekretieren im Zuge der Fermentation die oben genannte Klasse von Glucanen in das wässrige Medium.
Verfahren zur Fermentation der oben genannten Pilzstämme sind dem Fachmann prinzipiell bekannt, beispielsweise aus EP 271 907 A2, EP 504 673 A1 , DE 40 12 238 A1 , WO 03/016545 A2 sowie "Udo Rau, "Biosynthese, Produktion und Eigenschaften von extrazellulären Pilz- Glucanen", Habilitationsschrift, Technische Universität Braunschweig, 1997". Diese Dokumente beschreiben jeweils auch geeignete wässrige Medien bzw.
Nährmedien. Die Fermentationsbrühe wird erhalten, indem Pilze in einem geeigneten wässrigen
Nährmedium fermentiert werden. Die Pilze sekretieren im Zuge der Fermentation die oben genannte Klasse von Glucanen in die wässrige Fermentationsbrühe.
Verfahren zur Fermentation derartiger Pilzstämme sind dem Fachmann prinzipiell bekannt, beispielsweise aus EP 271 907 A2, EP 504 673 A1 , DE 40 12 238 A1 , WO
2003/016545 A2 sowie "Udo Rau, "Biosynthese, Produktion und Eigenschaften von extrazellulären Pilz- Glucanen", Habilitationsschrift, Technische Universität Braunschweig, 1997", welche jeweils auch geeignete Nährmedien nennen. Bevorzugt können die Pilze beispielsweise in einem wässrigen Nährmedium bei einer
Temperatur von 15 °C bis 40°C, bevorzugt 25 °C bis 30°C, bevorzugt unter Belüftung und Bewegung, beispielsweise mit einem Rührer, kultiviert werden.
Bevorzugt wird die Fermentationen so gefahren, dass die Konzentration der herzustellenden Glucane in der zu filtrierenden Fermentationsbrühe mindestens 8 g/l beträgt. Die
Obergrenze ist nicht prinzipiell beschränkt. Sie ergibt sich daraus, welche Viskosität mit der jeweils verwendeten Fermentationsapparatur noch handhabbar ist.
Aus der Fermentationsbrühe, welche gelöste Glucane sowie Biomasse (pilzliche Zellen sowie ggf. Zellbestandteile) enthält, wird schließlich eine wässrige, Glucane enthaltende Lösung durch Querstrom-Mikrofiltration nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
abgetrennt, wobei eine wässrige Fermentationsbrühe verbleibt, in der die Biomasse eine höhere Konzentration aufweist als vorher. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Fermentation in einer
geeigneten Anlage, welche mindestens einen Fermentationsbehälter umfasst,
durchgeführt. Der Anlage wird über einen Seitenstrom ständig oder zeitweise
Fermentationsbrühe entnommen und daraus eine wässrige, Glucane enthaltende Lösung durch Querstrom-Mikrofiltration nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennt. Die verbliebene wässrige Fermentationsbrühe, in der die Biomasse eine höhere
Konzentration aufweist als vorher, auch als Retentatfluss bezeichnet, kann zumindest zu einem Teil wieder in den Fermentationsbehälter zurückgeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen, die eine Hauptkette aus ß- 1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen, aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane, die eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen, und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte
a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die
Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, die
zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, die eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen,
wobei die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweist.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen, die eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch
darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen, aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane, die eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen, und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte
a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die
Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, die
zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, die eine Hauptkette aus ß-1 ,3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen,
wobei die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm und einen Trenngrad im Bereich von > 0,5 und ^ 45 μηη, bestimmt gemäß ASTM F 795, aufweist.
Bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, einen
Innendurchmesser, wie durch die Abmessung A in Fig. 1 verdeutlicht, im Bereich > 3 mm und < 6 mm auf, besonders bevorzugt im Bereich > 2 mm und ^ 5 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich > 2 mm und ^ 4 mm.
Bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, Poren mit einer Porengröße d90 im Bereich > 4 μηη und ^ 45 μηη, besonders bevorzugt weist die
Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, Poren mit einer Porengröße d90 im Bereich > 4 μηη und ^ 20 μηη, besonders bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, Poren mit einer Porengröße d90 im Bereich > 4 μηη und ^ 9 μηη, jeweils bestimmt gemäß ISO 15901 -1 , auf. Der Begriff„Porengröße d90" ist dem Fachmann bekannt. Er wird aus einer Porengrößenverteilungskurve des Trägermaterials ermittelt, wobei die "Porengröße d90" diejenige Porengröße bezeichnet, bei der 90 % des
Porenvolumens des Materials eine Porengröße ^ P orengröße d90 aufweisen. Die
Porengrößenverteilung eines Materials kann beispielsweise mittels Quecksilberporosimetrie und/oder Gasadsorptionsmethoden bestimmt werden.
Bevorzugt ist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, aus einem Material hergestellt, das einen Trenngrad im Bereich von > 0,5 und ^ 45 μηη, besonders bevorzugt im Bereich von > 1 ,0 und ^ 10 μηη, ganz besonders bevorzugt im Bereich von > 1 ,0 und -i 6,0 μηη, und insbesondere im Bereich von > 1 ,0 und ^ 5,0 μηη, aufweist, bestimmt jeweils gemäß ASTM F 795.
Bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, eine Länge, wie durch die Abmessung C in Fig. 1 verdeutlicht, im Bereich > 0,2 m und < 1 ,5 m auf, besonders bevorzugt im Bereich > 0,2 m und < 1 ,2 m, ganz besonders bevorzugt im Bereich ä 0,3 m und < 1 ,0 m und noch weiter bevorzugt im Bereich > 0,3 m und ^ 0,7 m.
Bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, eine
Wandstärke, wie durch die Abmessung B in Fig. 1 verdeutlicht, im Bereich > 0,3 mm und ^ 3,0 mm auf, besonders bevorzugt im Bereich im Bereich > 1 ,0 mm und ^ 2,0 mm. Es ist vorteilhaft, wenn eine Rohrmembran mit möglichst geringer Wandstärke gewählt wird, da bei dieser Ausgestaltung ein höherer mittlerer Fluss im Vergleich zu einer Rohrmembran mit gleichem Außendurchmesser und höherer Wandstärke erreicht werden kann.
Bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, einen
Durchströmbarkeitskoeffizienten α im Bereich zwischen 0,15■ 10"12 m2 bis 1 ,80■ 10"12 m2 gemäß DIN ISO 4022 auf. Ebenfalls bevorzugt weist die Rohrmembran, bevorzugt die symmetrische Rohrmembran, einen Durchströmbarkeitskoeffizienten ß im Bereich zwischen 0,06■ 10-12 m2 und 1 ,7■ 10"12 m2 gemäß DIN ISO 4022 auf.
Bevorzugt sind die erfindungsgemäß verwendeten Rohrmembranen symmetrisch ausgestaltet.
Bei den Rohrmembranen, bevorzugt den symmetrischen Rohrmembranen, kann es sich bevorzugt um metallische Rohrmembranen oder um keramische Rohrmembranen handeln. Bevorzugt handelt es sich bei den eingesetzten Rohrmembranen, bevorzugt den eingesetzten symmetrischen Rohrmembranen, um Sintermetall-Rohrmembranen, bevorzugt symmetrische Sintermetall-Rohrmembranen. Bevorzugt bestehen die
Sintermetall-Rohrmembranen, bevorzugt die symmetrischen Sintermetall-Rohrmembranen, aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelstahl, Titan, Nickel- Kupfer-Legierung, Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Eisen-Legierung, Nickel-Eisen-Chrom- Legierung, Bronze und Zirkonium. Diese Rohrmembranen sind beispielweise erhältlich von GKN Sinter Metals Filters GmbH, Radevormwald, Deutschland. Bevorzugt ist der Querschnitt der Rohrmembran, bevorzugt der symmetrischen Rohrmembran, rund (d.h.
kreisförmig oder oval) oder vieleckig, beispielsweise viereckig oder sechseckig, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt der Rohrmembran, bevorzugt der symmetrischen Rohrmembran, rund.
Bevorzugt werden die Rohrmembranen, bevorzugt die symmetrischen Rohrmembranen, als sogenannte Monokanalelemente eingesetzt.
Bevorzugt bildet die wenigstens eine Rohrmembran, bevorzugt die wenigstens eine
symmetrische Rohrmembran, mit 2 bis 15.000 weiteren Rohrmembranen, die parallel zu der wenigstens einen Rohrmembran, bevorzugt der wenigstens einen symmetrischen
Rohrmembran, angeordnet sind, ein Membranmodul.
Die Rohrmembranen, bevorzugt die symmetrischen Rohrmembranen, können auch als Mehrkanalelemente eingesetzt werden. Bei Mehrkanalelemente bildet das Trägermaterial einen Formkörper, beispielsweise einen runden oder sechseckigen Formkörper, wie durch die Bezeichnung D in Fig. 3 dargestellt, in den Kanäle, wie durch die Bezeichnung E in Fig. 3 dargestellt, eingelassen sind. Der Außendurchmesser eines derartigen Formkörpers für ein Membranmodul beträgt bevorzugt 5 mm bis 100 mm, beson d ers bevorzugt 10 mm bis 50 mm. Die Mehrkanalelemente bieten den Vorteil der größeren Membranfläche bei gleichem Platzbedarf und der einfacheren Montage. Nachteilig ist die im Vergleich zu den
Einkanalelementen schwierigere Fertigung der Mehrkanalelemente selbst.
Mehrere Membranmodule können parallel oder hintereinander in Reihe angeordnet sein.
Bevorzugt sind 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, besonders bevorzugt 3, 4, 5 oder 5
Membranmodule hintereinander in Reihe angeordnet.
Bei der Querstrom-Filtration, auch Cross-Flow-Filtration genannt, wird - beispielsweise durch eine geeignete Umwälzpumpe - eine Strömung der zu filtrierenden Flüssigkeit parallel zur Oberfläche der als Filtrationsmaterial eingesetzten Membran aufgebracht. Die Filtermembran wird also ständig von einem Flüssigkeitsstrom überströmt, und hierdurch wird die Bildung von Ablagerungen auf der Membranoberfläche verhindert oder zumindest vermindert. Als Pumpe sind prinzipiell alle Pumpentypen geeignet. Wegen der hohen Viskosität der Fermentationsbrühe haben sich aber insbesondere Verdrängerpumpen und ganz besonders Exzenterschneckenpumpen und Kreiskolbenpumpen bewährt. Ebenfalls geeignet sind Kreiselpumpen, Kanalradpumpen und Pitot-Pumpen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erfi ndungsgemäßen Rohrmembranen in geeignete Filteranlagen eingebaut. Konstruktionen geeigneter Filteranlagen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Rohrmembranen, bevorzugt symmetrische Rohrmembranen, verwendet. Bei Rohrmembranen wird das Retentat bevorzugt durch das Innere des Kanals oder der Kanäle geleitet, und das Permeat tritt dementsprechend nach außen durch die Wände des Trägermaterials in den
Permeatraum aus. Weniger bevorzugt ist es, wenn sich Retentat außerhalb des Kanals oder der Kanäle befindet, und sich das Permeat im Inneren des Kanals oder der Kanäle sammelt.
Bevorzugt erfolgt das Leiten des Feedstroms in Schritt b) mit einer Überströmgeschwindigkeit im Bereich > 0,5 m/s und ^ 5 m/s, besonders bevorzugt im Bereich > 2 m/s und ^ 4 m/s. Eine zu niedrige Strömungsgeschwindigkeit ist ungünstig, da die Membran dann schnell verstopft, eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit verursacht wegen der großen umzuwälzenden Menge an Retentat unnötig hohe Kosten.
Die Temperatur, bei der der Feedstrom durch die wenigstens eine Rohrmembran, bevorzugt die wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, geleitet wird, ist nicht kritisch und liegt bevorzugt zwischen 5 °C und 150°C, be s o n d e rs bevorzugt z w i s c h e n 10 °C und 80 °C und ganz besonders bevorzugt zwischen 15 °C und 40°C. Wenn die abgetrennten Zellen nicht abgetötet werden sollen, also beispielsweise bei Verfahren mit Rückführung der Biomasse, sollte die Temperatur z w i s c h e n 15 °C und 40°C liegen.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß zu verwendenden
Filtratationsanlage ist in Fig. 2 dargestellt. Die bevorzugte Apparatur umfasst eine
Umwälzpumpe P1 , ein Filtermodul F1 und einen Wärmetauscher W1. Mittels der Pumpe P1 wird die oben erwähnte Querströmung der Flüssigkeit über die Oberfläche der im Filterapparat F1 angeordneten Rohrmembran erzeugt. Mit einem Wärmetauscher W1 kann der Anlageninhalt temperiert werden. Mehrere solcher Filtrationsanlagen können in Reihe oder parallel angeordnet sein.
Der Filterapparat F1 besteht aus einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Rohrmembran eingebracht ist. Durch die Rohrmembran wird das Gehäuse in einen sogenannten
Retentatraum und einen Permeatraum getrennt. Die von der Pumpe P1 kommende Flüssigkeit, Feed genannt, ist die Fermentationsbrühe, die Biomasse und Glucan enthält. Der Feed tritt über mindestens einen Zulauf in den Retentatraum ein. Durch mindestens einen Ablauf tritt ein Flüssigkeitsstrom, Konzentrat genannt, wieder aus dem
Retentatraum aus. Der Druck im Retentatraum ist höher als der Druck im Permeatraum. Die Druckdifferenz wird Transmembrandruck genannt. Ein Teil des Feedstromes tritt durch die Membran hindurch und sammelt sich im Permeatraum. Dieser hindurch tretende Teil der Flüssigkeit, Permeat genannt, stellt die von Biomasse getrennte Glucan- Lösung dar. Bevorzugt erfolgt das Zuführen des Feedstroms in Schritt a) und die
Entnahme des Permeatstroms in Schritt c) kontinuierlich, wobei die kontinuierliche Entnahme des Permeatstroms durch regelmäßige Rückspülvorgänge unterbrochen werden kann.
Bevorzugt erfolgt die Entnahme des Permeatstroms und des Retentatstroms kontinuierlich, wobei das Verhältnis der Menge des Permeatstroms zur Menge des Retentatstroms bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 bis 20 liegt. Der Transmembrandruck beträgt bevorzugt 0,1 bar bis 1 0 bar, besonders bevorzugt 0,5 bar bis 6 bar, und ganz beson d ers bevorzugt 1 bar bis 4 bar. Der Transmembrandruck wird bevorzugt eingestellt, indem der Transmembrandruck in einer Rampe mit einer Steigung bevorzugt zwischen 0,05 bar/h und 2 bar/h auf den gewünschten Wert gebracht wird.
Die Betriebszeit der Membranfiltrationsanlage kann optional durch eine regelmäßige
Rückspülung mit Permeat verlängert werden. Dazu wird in regelmäßigen Abständen im Permeatraum ein Druck angelegt, der höher ist als der Druck im Retentatraum und für eine definierte Zeit eine bestimmte Menge an Permeat rückwärts durch die Membran in den Retentatraum zurückgedrückt Dieses Rückspülen kann beispielsweise durch das Aufpressen des Permeatraumes mit Stickstoff, durch eine Rückspülpumpe oder durch das Verwenden eines Kolbensystems erfolgen, wie es z.B. unter der Bezeichnung
"BACKPULSE DECOLMATEUR BF 100" von der Firma Pall, Bad Kreuznach, vertrieben wird. Die Rückspülung sollte im Abstand von 5 Minuten bis zu 30 Minuten erfolgen, ohne dass die Erfindung auf diesen Zeittakt beschränkt sein soll. Die Menge an zurückspülten Permeat liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5 l/m2 Membranfläche, b e s o n d e r s bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2 l/m2 Membranfläche. Der Rückspüldruck liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1 bar und 10 bar.
Je nach der Qualität des eingesetzten Fermentationsaustrages kann es erforderlich sein, die verwendeten Rohrmembranen zu gegebener Zeit zu reinigen. Die Reinigung der Rohrmembranen kann erfolgen, indem man die Membranen mit einer geeigneten
Reinigungslösung bei einer Temperatur b e v o r z u g t von 20 °C bis 100 °C, besonders bevorzugt von 40°C bis 80°C behandelt. Als Reinigungslösung können Säuren
(Mineralsäuren wie beispielsweise Phosphorsäure, Salpetersäure oder organische Säuren wie beispielsweise Ameisensäure) verwendet werden. Die Säurekonzentration liegt bevorzugt bei einer Konzentration von 1 Gew. % bis 10 Gew. %. Bessere
Reinigungswirkungen werden in der Regel durch den Einsatz von Laugen (z.B.
Natronlauge, Kalilauge) erzielt. Die Konzentration verwendeter Laugen liegt bevo rzugt zwischen 0,1 Gew. % und 20 Gew. %. Durch die Zugabe von oxidierend wirkenden Stoffen, wie beispielsweise Wasserstoffperoxid, Hypochlorit, insbesondere Natriumhypochlorit oder Peressigsäure kann die Reinigungswirkung deutlich verbessert werden. Die Konzentration der oxidierend wirkenden Stoffe sollte 0,5 Gew. % bis 10 Gew. % betragen, insbesondere 1 Gew. % bis 5 Gew. % . Besonders bevorzugt kann die Reinigung mit einer Mischung aus Wasserstoffperoxid und Lauge oder Wasserstoffperoxid und Hypochlorit vorgenommen werden. Die Reinigung der Membranen erfolgt -bei abgestellter Anlage- bevorzugt im in der Membranfiltrationsanlage eingebauten Zustand mit Hilfe eines Cleaning-in-Place- Systems (ClP-System). Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Reinigung der Rohrmembranen erst erfolgen muss, sobald eine Permeatmenge von mehr als 2000 kg/m2 Membranfläche erhalten worden ist. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren lange Betriebszeiten, da die Reinigung der Rohrmembranen in großen Abständen erfolgen kann.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine für die tertiäre Erdölförderung geeignete Lösung von Glucanen mit einer ß-1 ,3-glykosidisch verknüpften Hauptkette sowie ß-1 ,6-glykosidisch darangebundenen Seitengruppen auf einfache Art hergestellt werden, die eine Konzentration der Glucane im Bereich > 3 g/l und ^ 30 g/l, besonders bevorzugt im Bereich > 3 g/l und ^ 20 g/l, ganz besonders bevorzugt > 5 g/l und ^ 15 g/l , enthält. Die Ausbeute an Schizophyllan, also die Menge an Schizophyllan, die nach der Filtration gewonnen werden kann bezogen auf die Menge des Schizophyllans in der zu filtrierenden Fermentationsbrühe, liegt bevorzugt zwischen 60 % und 80 %, besonders bevorzugt zwischen 65 % und 75%. Durch die Zugabe von während oder am Ende der Filtration im Zuge einer sogenannten Diafiltration kann die Ausbeute an Schizophyllan weiter gesteigert werden.
Beispiele Beispiel 1
Die verwendete Querstrom-Filtrationsapparatur ist in der Fig. 2 dargestellt. Sie bestand aus einem gerührten Vorlagebehälter B1 mit einem Volumen von 4 Litern, einer
Kreiskolbenpumpe P1 , dem Rohr-Wärmetauscher W1 , dem Druckhalteventil V1 und dem Filtermodul F1 . Über den Wärmetauscher W1 wurde der Inhalt der
Querstromfiltrationsanlage auf 30°C temperiert. In dem Filtermodul wurde eine
symmetrische Rohrmembran der GKN Sinter Metals Filters GmbH, Radevormwald,
Deutschland, Typ SIKA R3 eingesetzt. Die Länge des Membranrohres war 430 mm, der Innendurchmesser war 3 mm und der war 6 mm. Die für die Filtration nutzbare
Membranfläche der symmetrischen Rohrmembran betrug 0,00368 m2. Die Wandstärke der symmetrischen Rohrmembran betrug 1 .5 mm und der Trenngrad, bestimmt gemäß ASTM F 795, war 3 μηη. Das Filtermodul F1 wurde mittels der Hähne V3 und V2 mit Permeat im
Abstand von jeweils 700 s mit jeweils 6 ml Permeat zurückgespült, der Druck der Druckluft betrug 8 bar.
Für die Versuche wurde Schizophyllum commune verwendet, und zwar wurde das
Schizophyllan wie in "Udo Rau, Biopolymers, Hrsg A. Steinbüchel, Verlag WILEY-VCH, Volume 6, Seiten 63 bis 79" beschrieben in einer Batch-Fermentation hergestellt. Die Fermentationszeit betrug 72 Stunden. Die Fermentationsbrühe wurde analysiert und enthielt 8,0 g/l Schizophyllan.
1510 g dieser Fermentationsbrühe (=Feed) wurde in den Behälter B1 eingefüllt und mit einer Umwälzmenge von 75 l/h mittels der Pumpe P1 umgewälzt. Die Überströmgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Beim Öffnen des Permeatablaufventils betrug der Transmembrandruck 0,5 bar, innerhalb von 5 h wurde er auf 3 bar erhöht und für die restliche Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, so dass der Inhalt des B1 immer auf 1500 g gehalten wurde. Die Filtration wurde 34 h lang betrieben und in dieser Zeit 10.500 g Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss während der Filtration war 83,7 kg/h/m2. Die Filterbelastung war über 2800 kg/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 6,5 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 70 %. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke. Beispiel 2
Es wurde die gleiche Querstrom-Filtrationsapparatur und die gleiche Fermentationsbrühe wie im Beispiel 1 verwendet. 1500 g der Fermentationsbrühe wurde in den Behälter B1 eingefüllt und mit einer
Umwälzmenge von 75 l/h mittels der Pumpe P1 umgewälzt. Die Überströmgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Beim Öffnen des Permeatablaufventils betrug der Transmembrandruck 0,8 bar, innerhalb von 2 h wurde der Transmembrandruck auf 3 bar erhöht und für die restliche
Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, so dass der Inhalt des B1 immer auf 1500 g gehalten wurde. Die Filtration wurde 63 h lang betrieben und in dieser Zeit 10.500 g Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss bis zu diesem Zeitpunkt der Filtration war 43,4 kg/h/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 6,7 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 74 %.
Dann wurde die Retentatausschleusung mit einem Verhältnis von produziertem Permeat zu ausgeschleustem Retentat gleich 7 zu 1 in Betrieb genommen. Die Anlage wurde weitere 30 h betrieben. Während der gesamten Filtration wurden 14204 g Permeat und 2032 g Retentat erzeugt. Der mittlere Fluss während der gesamten Filtration war 41 ,5 kg/h/m2. Die
Filterbelastung war über 3800 kg/m2. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke.
Beispiel 3
Es wurde die gleiche Querstrom-Filtrationsapparatur und die gleiche Fermentationsbrühe wie im Beispiel 1 verwendet.
1500 g der Fermentationsbrühe wurde in den Behälter B1 eingefüllt und mit einer
Umwälzmenge von 75 l/h mittels der Pumpe P1 umgewälzt. Die Überströmgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Beim Öffnen des Permeatablaufventils betrug der Transmembrandruck 0,8 bar, innerhalb von 4 h wurde der Transmembrandruck auf 3 bar erhöht und für die restliche
Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, so dass der Inhalt des B1 immer auf 1500 g gehalten wurde. Die Filtration wurde 30 h lang betrieben und in dieser Zeit 10.500 g Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss bis zu diesem Zeitpunkt der Filtration war also 94,7 kg/h/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 6,2 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 68 %. Dann wurde die Retentatausschleusung mit einem Verhältnis von
produziertem Permeat zu ausgeschleustem Retentat gleich 7 zu 1 in Betrieb genommen. Die Anlage wurde weitere 25 h betrieben. Während der gesamten Filtration wurden 18284 g Permeat und 2613 g Retentat erzeugt. Der mittlere Fluss während der gesamten Filtration war 90,2 kg/h/m2. Die Filterbelastung war über 2600 kg/m2. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke.
Beispiel 4 Es wurde die gleiche Querstrom-Filtrationsapparatur und die gleiche Fermentationsbrühe wie im Beispiel 1 verwendet.
1500 g der Fermentationsbrühe wurde in den Behälter B1 eingefüllt und mit einer
Umwälzmenge von 75 l/h mittels der Pumpe P1 umgewälzt. Die Überströmgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Beim Öffnen des Permeatablaufventils betrug der Transmembrandruck 0,8 bar, innerhalb von 8 h wurde der Transmembrandruck auf 3 bar erhöht und für die restliche
Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, so dass der Inhalt des B1 immer auf 1500 g gehalten wurde. Die Filtration wurde 37 h lang betrieben und in dieser Zeit 10.500 g Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss bis zu diesem Zeitpunkt der Filtration war also 77,4 kg/h/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 6,3 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 68 %. Dann wurde die Retentatausschleusung mit einem Verhältnis von
produziertem Permeat zu ausgeschleustem Retentat gleich 7 zu 1 in Betrieb genommen. Die Anlage wurde weitere 25 h betrieben. Während der gesamten Filtration wurden 16723 g
Permeat und 2692 g Retentat erzeugt. Der mittlere Fluss während der gesamten Filtration war 73,0 kg/h/m2. Die Filterbelastung war über 4500 kg/m2. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke. Beispiel 5
Es wurde die gleiche Querstrom-Filtrationsapparatur und die gleiche Fermentationsbrühe wie im Beispiel 1 verwendet. 1500 g der Fermentationsbrühe wurde in den Behälter B1 eingefüllt und mit einer
Umwälzmenge von 75 l/h mittels der Pumpe P1 umgewälzt. Die Überströmgeschwindigkeit betrug 2,9 m/s. Beim Öffnen des Permeatablaufventils betrug der Transmembrandruck 0,8 bar, innerhalb von 16 h wurde der Transmembrandruck auf 3 bar erhöht und für die restliche Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, so dass der Inhalt des B1 immer auf 1500 g gehalten wurde. Die Filtration wurde 39 h lang betrieben und in dieser Zeit 10.800 g Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss bis zu diesem Zeitpunkt der Filtration war also 75,7 kg/h/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 6,5 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 71 %. Dann wurde die Retentatausschleusung mit einem Verhältnis von
produziertem Permeat zu ausgeschleustem Retentat gleich 7 zu 1 in Betrieb genommen. Die Anlage wurde weitere 31 h betrieben. Während der gesamten Filtration wurden 16689 g
Permeat und 2388 g Retentat erzeugt. Der mittlere Fluss während der gesamten Filtration war 64,6 kg/h/m2. Die Filterbelastung war über 4500 kg/m2. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke. Beispiel 6
Die verwendete Querstrom-Filtrationsapparatur ist in der Fig. 4 dargestellt. Sie bestand aus einem gerührten Doppelmantel-Vorlagebehälter B1 mit einem Volumen von 120 Liter, der Exzenterschneckenpumpe P1 , dem Rohrbündel-Wärmetauscher W1 , dem Druckhalteventil V1 und dem Filtermodul F1 . Das Filtermodule F1 wurden mittels einer B3 genannten
Rückspülapparatur BF100 der Fa. Pall im Abstand von jeweils 900 s mit jeweils 100 ml Permeat mit einem Druck von 10 bar zurückgespült. Über den Doppelmantel des Behälters B1 und den Wärmetauscher W1 wurde der Inhalt der Querstromfiltrationsanlage auf 25°C gekühlt. In dem Filtermodul F1 wurden sieben symmetrische Rohrmembranen der GKN Sinter Metals Filters GmbH, Radevormwald, Deutschland, Typ SIKA R3 eingesetzt. Die Länge der
Membranrohre war 1000 mm, der Innendurchmesser war 6 mm und der Außendurchmesser war 10 mm. Die für die Filtration nutzbare Membranfläche der symmetrischen Rohrmembranen betrug 0,132 m2. Die Wandstärke der symmetrischen Rohrmembran betrug 2 mm und der Trenngrad, bestimmt gemäß ASTM F 795, war 3 μηη.
Für die Versuche wurde Schizophyllum commune verwendet, und zwar wurde das
Schizophyllan wie in "Udo Rau, Biopolymers, Hrsg A. Steinbüchel, Verlag WILEY-VCH, Volume 6, Seiten 63 bis 79' beschrieben in einer Batch-Fermentation hergestellt. Die Fermentationszeit betrug 96 Stunden. Der Gehalt an Schizophyllan in der Fermentationsbrühe war 7,6 Gramm Schizophyllan pro Liter. 50 kg dieser Fermentationsbrühe (=Feed) wurde in den Behälter B1 (Fig. 4) eingefüllt.
Dann wurde die Umwälzmenge der Pumpe P1 auf 2,6 m3/h eingestellt und ein
Transmembrandruck von 0,7 bar angelegt. Die Überströmgeschwindigkeit war 3,6 m/s. Der Transmembrandruck wurde langsam erhöht und betrug nach 18h 1 ,5 bar. Der
Transmembrandruck wurde für die restliche Versuchsdauer bei diesem Wert gehalten. Das Permeat wurde gesammelt und gewogen. Durch eine Standregelung wurde während der Filtration Fermentationsbrühe so in den Behälter nachgefüllt, dass der Inhalt des B1 immer auf 50 kg gehalten wurde. Die Filtration wurde 71 h lang betrieben und in dieser Zeit 230,8 kg Permeat gesammelt. Der mittlere Fluss während der Filtration war 24,7 kg/h/m2.
Die Filterbelastung war 1748 kg/m2. Das gesammelte Permeat wurde analysiert und ein Glucangehalt von 5,3 Gramm pro Liter gefunden, die Filtrationsausbeute betrug also 57 %. Das Permeat war vollständig klar und enthielt keine Zellbruchstücke.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur Abtrennung einer wässrigen Lösung von Glucanen aus einer wässrigen Fermentationsbrühe enthaltend Glucane und Biomasse in einer Filtrationsanlage umfassend wenigstens die folgenden Schritte a) Zuführen eines Feedstroms enthaltend die wässrige Fermentationsbrühe in die Filtrationsanlage,
b) Leiten des Feedstroms durch wenigstens eine symmetrische Rohrmembran, die zylinderförmig ausgestaltet ist und Poren aufweist,
c) Entnahme eines Permeatstroms enthaltend die wässrige Lösung von Glucanen, dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 2 mm und ^ 6 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische Rohrmembran einen Innendurchmesser im Bereich > 3 mm und ^ 6 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Glucane eine Hauptkette aus ß-1 , 3- glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten sowie ß-1 ,6-glykosisch darangebundenen Seitengruppen aus Glucoseeinheiten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische Rohrmembran Poren mit einer Porengröße d90 im Bereich > 4 μηη und ^ 45 μηη bestimmt gemäß ISO 15901 -1 aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der symmetrischen Rohrmembran im Bereich > 0,2 m und < 1 ,5 m liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiten des Feedstroms in Schritt b) mit einer Überströmgeschwindigkeit im Bereich > 0,5 m/s und ^ 5 m/s erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische Rohrmembran eine Wandstärke im Bereich > 0,3 mm und ^ 3 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische Rohrmembran aus einem Material hergestellt ist, das einen Trenngrad im Bereich von > 0,5 und ^ 45 μηη aufweist, bestimmt gemäß ASTM F 795.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine symmetrische Rohrmembran mit 1 bis 15.000 weiteren symmet- rischen Rohrmembranen, die parallel zu der wenigstens einer symmetrischen Rohrmembran angeordnet sind, ein Membranmodul bildet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Membranmodule hintereinander in Reihe angeordnet sind.
1 1 . Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen des Feedstroms in Schritt a) kontinuierlich erfolgt. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Permeatstroms in Schritt c) kontinuierlich erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die wässrige Lösung Glucane in einer Konzentration im Bereich > 3 g/l und < 30 g/l enthält.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmembrandruck 0,1 bar bis 1 0 bar beträgt, wobei der Transmembrandruck bevorzugt eingestellt wird, indem der Transmembrandruck in einer Rampe mit einer Steigung zwischen 0,05 bar/h und 2 bar/h auf den gewünschten Wert gebracht wird.
EP14708523.7A 2013-03-05 2014-02-26 Verfahren zur filtration von homopolysacchariden Ceased EP2964366A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14708523.7A EP2964366A1 (de) 2013-03-05 2014-02-26 Verfahren zur filtration von homopolysacchariden

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361772569P 2013-03-05 2013-03-05
EP13157826 2013-03-05
EP14708523.7A EP2964366A1 (de) 2013-03-05 2014-02-26 Verfahren zur filtration von homopolysacchariden
PCT/EP2014/053747 WO2014135417A1 (de) 2013-03-05 2014-02-26 Verfahren zur filtration von homopolysacchariden

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2964366A1 true EP2964366A1 (de) 2016-01-13

Family

ID=47877817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14708523.7A Ceased EP2964366A1 (de) 2013-03-05 2014-02-26 Verfahren zur filtration von homopolysacchariden

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160002363A1 (de)
EP (1) EP2964366A1 (de)
CN (1) CN105008026B (de)
CA (1) CA2898253A1 (de)
RU (1) RU2656157C2 (de)
WO (1) WO2014135417A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016087521A1 (en) 2014-12-04 2016-06-09 Wintershall Holding GmbH Method for preparing an aqueous solution of beta-glucan
BR112019020305A2 (pt) * 2017-03-28 2020-04-28 Cargill Inc beta-glucana refinada, e, métodos de tratamento de uma formação subterrânea e de formação de uma beta-glucana refinada.
EP3549958A1 (de) * 2018-04-04 2019-10-09 Clariant International Ltd Verfahren zur reinigung komplexer biozusammensetzungen

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013185A (en) * 1997-09-25 2000-01-11 Rhodia Inc. Recovery and reuse of nonionic surfactants from aqueous solutions
JP2002112800A (ja) * 2000-10-04 2002-04-16 Kurita Water Ind Ltd デンプン糖化液精製装置
US7820194B2 (en) * 2001-12-21 2010-10-26 Alcon, Inc. Combinations of viscoelastics for use during surgery
RU2271675C1 (ru) * 2004-09-06 2006-03-20 Сергей Юрьевич Беглов Способ получения пектина
CN100422347C (zh) * 2006-02-07 2008-10-01 三达膜科技（厦门）有限公司 基于全膜法的结晶葡萄糖制造方法
FR2945043B1 (fr) * 2009-04-30 2019-07-26 Roquette Freres Procede de purification de polymeres de glucose destines aux solutions de dialyse peritoneale
AU2010341022A1 (en) * 2009-12-17 2012-07-19 Wintershall Holding GmbH Method for producing homopolysaccharides
CN102586361B (zh) * 2011-12-31 2014-04-09 三达膜科技（厦门）有限公司 一种葡萄糖的制造方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2014135417A1 *
UDO RAU ED - VANDAMME ET AL: "Schizophyllan", 1 January 2002, BIOPOLYMERS / POLYSACCHARIDES II: POLYSACCHARIDES FROM EUKARYOTES, VERLAG WILEY-VCH, NEW YORK, US, PAGE(S) 63 - 79, ISBN: 978-3-527-30227-7, XP009512242 *
UDO RAU: "Passage", 1 January 1997, BIOSYNTHESE, PRODUKTION UND EIGENSCHAFTEN VON EXTRAZELLULÄREN PILZ-GLUCANEN, HABILITATIONSSCHRIFT, TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG, SHAKER, DE, PAGE(S) 70 - 95, ISBN: 978-3-8265-2929-0, XP009512244 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2656157C2 (ru) 2018-05-31
RU2015141944A (ru) 2017-04-07
US20160002363A1 (en) 2016-01-07
CA2898253A1 (en) 2014-09-12
CN105008026A (zh) 2015-10-28
WO2014135417A1 (de) 2014-09-12
CN105008026B (zh) 2017-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2513324B1 (de) Verfahren zur herstellung von homopolysacchariden
EP0200032B1 (de) Verfahren zur Abtrennung von biotechnologisch hergestellten Wertstoffen durch Querstrom-Mikrofiltration
EP2675866B1 (de) Verfahren zur erdölförderung aus erdöllagerstätten mit hoher lagerstättentemperatur
DE4204708A1 (de) Filtrationssystem
DE3139249A1 (de) Enzymatisches verfahren zur klaerung von xanthan-harzen zur verbesserung ihrer spritzfaehigkeit und filtrierbarkeit
DE2828684C2 (de) Wasserlösliche verdickend wirkende Komposition auf Basis von Polysacchariden
EP0307737B1 (de) Verfahren zur Abtrennung von biotechnologisch hergestellten Wertstoffen aus einer Fermenterbrühe durch Querstrom-Mikro-und/oder Ultrafiltration
EP2964366A1 (de) Verfahren zur filtration von homopolysacchariden
WO2001085757A2 (de) Reinigung von proteineinschlusskörpern durch querstrom-mikrofiltration
DE69909077T2 (de) Membranfiltration
WO2008019941A1 (de) Verfahren zur abtrennung und aufkonzentrierung von biomasse
EP3227451A1 (de) Verfahren zur herstellung einer wässrigen lösung aus beta-glucan
EP3597045A1 (de) Verfahren zur herstellung von süssmolke
EP0292888A2 (de) Verfahren zur Abtrennung fester Partikel verschiedener Grösse aus viskosen Flüssigkeiten
EP0195094A1 (de) Verfahren zur fermentativen Erzeugnung oganischer Lösungsmittel wie Butanol, Azeton, insbesondere von Ethanol
DE102010048422B4 (de) Verfahren zur Produktisolierung und Substratzufuhr in einem Bioreaktor
DE10159914B4 (de) Verfahren zur selektiven Anreicherung von natürlichen extrazellulären polymeren Substanzen, Anordnung zur Durchführung und Anwendungen des Verfahrens
bei der Trocknung Aufarbeitung (Downstream Processing)
WO2006050625A2 (de) Verfahren zur abtrennung von bakterien aus einer fermentationsbrühe

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: 20151005

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20171004

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: BASF SE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

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

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20220603