HU214675B - Eljárás lizin vizes oldat formájában történő elkülönítésére - Google Patents

Abstract

A találmány lizin elkülönítési eljárásával főglalkőzik vizes őldatfőrmájában; a találmány szerinti eljárás az alábbi lépésekből áll: a)fermentlé pH-ját 9 és 11 közti értékre állítják be; b) a fermentlébenlevő ásványi sókat a fermentlé kőncentrálásával és bizőnyős esetekbenhűtésével kikristályősítják; c) az ásványi sókat elkülönítik, abaktériűmőkat is eltávőlítva a fermentléből, ha ezt az a) lépés előttvagy űtán még nem végezték el, és a kristályősítás anyalúgját alkőtó,lizintartalmú vizes őlda őkat összegyűjtik. A kapőtt vizes őldatőkállati takarmányőkhőz használhatók fel. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás lizin vizes oldat formájában fermentléből történő elkülönítésére. A találmány az ilyen oldatok állati takarmányok adalékanyagaként történő felhasználásával is foglalkozik.

A lizin fermentációs előállítása során a lizin kinyerésére főleg kétféle munkamenetet dolgoztak ki ipari méretekben.

Az egyik ilyen munkamenet a lizin kinyerését kristályos, vízmentes lizin-monoklór-hidrát formájában oldja meg.

Ez esetben általában a lizin fermentléből való kinyerésére valamely kationcserélő gyantát alkalmaznak. Ez az eljárás az alábbi főbb lépésekből áll:

1. A fermentlé pH-ját - bizonyos esetben a baktériumok eltávolítása után - a lizin gyantán való adszorpciójához optimális értéktartományba állítják be; ezt a pHbeállítást valamely sav, általában sósav vagy kénsav hozzáadásával végzik.

2. A megsavanyított fermentlevet valamely kationcserélő gyantán engedik át, amely adszorbeálja a lizint, valamint a kationok egy részét, például az ammónium-, kálium-, kalciumionokat, továbbá azokat az aminosavakat, amelyek a fermentlében levő anyagokból származnak, vagy amelyek a fermentáció során keletkeznek. Ezek az ionok csökkentik a gyanták lizinkötő kapacitását, mivel ezek a lizinnel együtt adszorbeálódnak a gyantán. Ezért abból a célból, hogy a lizin kinyerését javítsák, bonyolult és drága technológiákat vesznek igénybe, így több, kationcserélő gyantával töltött oszlopot alkalmaznak sorba kötve.

Szintén az adszorpció javítása céljából a fermentlé pH-ját nagyon savas pH-értékekre, általában 4 pH-érték alá állítják be (lásd például a 2567413 lajstromszámú francia szabadalmi leírást). A fermentációt általában a semleges állapotot megközelítő értékeken hajtják végre, így a pH beállításához nagy mennyiségű sav szükséges.

3. A gyantákra adszorbeált lizin eluálását alkalikus oldattal, általában ammóniaoldattal végzik; ezt a gyanta regenerálása követi.

4. Az eluátumban levő lizint vízmentes lizinmonoklór-hidrát formájában az elvált oldat koncentrálásával, amelynek pH-ját előzőleg 6 alatti értékre állítják be, majd kristályosítással, végül a kapott kristályok felkülönítésével és szárításával nyerik ki.

Az eljárás fő hátránya, hogy drága, mivel

- ez az eljárás viszonylag komplikált és sokféle berendezést, például oszlopot, és gyantát igényel;

- a lizin eluálása nagy mennyiségű vizet igényel;

- nagy mennyiségű víz szükséges a gyanta regenerálásához is;

- az így kialakult maradék vizeket, elsősorban azokat, amelyek a lizin elválásakor és a gyanta regenerálásakor alakultak ki és tele vannak ásványi anyagokkal és/vagy különböző szerves anyagokkal, szennyvízkezelő berendezésben kell kezelni, mielőtt újból felhasználnák vagy kibocsátanák a környezetbe.

Következésképpen a lizin kivonásához az első eljárás szerint nagy energiafogyasztás szükséges.

Ezenkívül ez az eljárás drága a szükséges nagy reagensfogyasztás miatt is.

A másik eljárás a lizin kinyerését olyan vízmentes kompozíció formájában oldja meg, amely tartalmazhatja a biomasszát is és/vagy azokat az alkotórészeket, amelyek a tápközegben találhatók.

Ezek a vízmentes kompozíciók azonban tapadós, ragadós és nagyon higroszkópos szilárd anyagot eredményeznek, amelyet ezért nagyon nehéz kezelni. Ezenkívül ezeknek a vízmentes kompozíciónak a tárolási stabilitása nagyon csekély.

Ezen problémák megoldására a lizint termelő fermentációs közegben olyan adalékanyagok alkalmazását javasolták, amelyek képesek ezek higroszkópos tulajdonságait korlátozni. Ez a megoldás nem teljesen kielégítő, mivel nagy mennyiségű adalékanyagot igényel, következésképpen azt eredményezi, hogy a vízmentes kompozíciók előllítása során viszonylag kis lizin-tartalmú tennék alakul ki.

Azt is javasolták, hogy a lizint termelő fermentációt jól meghatározott körülmények között kell végezni. A 2541867 lajstromszámú francia szabadalmi leírásban a teljes szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva nagy mennyiségű fermentálható anyagból álló szénforrás alkalmazását, vagyis olyan szénforrás alkalmazását javasolják, amely elsősorban szénből és oxigénből álló anyagot tartalmaz. Az ilyen anyag megfelelően nagy tisztasága esetén jól asszimilálódhat; ilyen például a glükóz, szacharóz és a keményítő-hidrolizátumok. Az ilyenfajta munkamenet végrehajtása azonban viszonylag drága, mivel kizárja az olcsó szénfonások, mint a répa- vagy nádcukor-melaszok nagyobb mennyiségben való alkalmazását. Ezenkívül a vízmentesítéshez nagy energiafogyasztást igényel.

Ezenkívül a vízmentesítést speciális körülmények között kell végezni, hogy megakadályozzák a végtermék elbomlását. Ez viszonylag bonyolult munkamenet.

A találmány egyik célja, hogy fermentléből a lizin elkülönítésére szolgáló eljárást hozzunk létre, amely egyszerű, gazdaságos és lizin koncentrált vizes oldatának közvetlen kinyeréséhez vezet.

A találmány egy másik célja a lizin ilyen koncentrált vizes oldatban való elkülönítéséhez az alábbi lépésekből álló munkamenetet javasoljuk:

a) a fermentlé pH-ját 9 és 11 értékek közé állítjuk be;

b) a fermentlében levő ásványi sókat koncentrálással és bizonyos esetekben ennek a lének a hűtésével kikristályosítjuk;

c) az ásványi sókat eltávolítjuk, a fermentléből a baktériumokat eltávolítjuk abban az esetben, ha ez még korábban az a) lépés előtt vagy után nem történt meg, és a lizint tartalmazó vizes oldatot, amely a kristályosítás anyaglúgjával alakul ki, kinyerjük.

Ennek a munkamenetnek az a fő előnye, hogy együtt és egyszerűen teszi lehetővé a fermentáció bizonyos alkotórészeinek, nevezetesen a mikroorganizmusoknak és az ásványi anyagok nagy részének eltüntetését, valamint a kezelt közeg lizin-tartalmának koncentrálását. Ez lehetővé teszi stabil, nagy lizin-tartalmú (25-50 tömeg% közötti) oldatok kinyerését.

HU 214 675 Β

A nyersanyagtól és az alkalmazott reagensektől függően azok az ásványi anyagok, amelyek eltávolíthatók, elsősorban a szulfát-, klorid-, nátrium-, kálium- és ammóniumionok.

A biomasszát szintén eltávolítjuk a fermentléből abból a célból, hogy olyan vizes oldatot kapjunk, amely lizinben dúsított és kielégítő tárolási stabilitása van.

A találmány szerinti munkamenet a lizinben dúsított vizes oldat előállítására nagyon gazdaságos, mivel

- kivitelezéséhez adalékanyagként csak olyan bázis szükséges, mint például NaOH, NH₄OH vagy KOH;

- a vízfogyasztás nagyon csekély vagy egyáltalán nincs;

- speciális berendezés nem szükséges a találmány szerinti eljárás kivitelezéséhez (ez más szavakkal azt jelenti, hogy azok a berendezések, amelyeket fermentációknál általában alkalmaznak, és amelyek egy fermentorból állnak olyan elkülönítő berendezéssel, amely a biomassza és az ásványi anyagok elkülönítésére alkalmas, nem igényelnek semmiféle komplikált adaptációt a találmány szerinti eljárás kivitelezéséhez);

- végül nagy lizin-tartalma és stabilitása miatt a találmány szerinti oldatok ipari előállítása és tartósítása egyszerű és gazdaságos.

A találmány szerinti eljárás másik fontos előnye, hogy nem tartalmaz semmilyen olyan műveletet, amely elbonthatná a lizint, mint például a vízmentesítés, amelyet az ismert műveletekben gyakran végeznek.

A találmány szerinti oldatokat tartalmazó takarmánykompozíciók az állatok növekedése szempontjából éppen olyan hatékonyak, mint a tisztított lizinhidrokloridot tartalmazó kompozíciók.

Tárolási stabilitásán kívül a találmány szerinti munkamenetből kapott, lizinben dúsított vizes oldat az alábbi tulajdonságokkal bír:

- nagy lizin bázis tartalom, amely például lizin bázisban kifejezve (a lizin bázis a lizin szabad állapotában, vagyis semlegesítve) legalább 25 tömeg%-os, amikor a fermentáció kivitelezéséhez alkalmazott szénhidrát-forrás cukorrépa- vagy cukomádmelasz;

- a szárazanyag-alapon nagy lizin bázis tömegarány, általában legalább 35 tömeg%;

- a találmány szerinti, lizin bázisban dúsított vizes oldatok olyan folyadékok, amelyek könnyen adagolhatok az állati takarmányhoz.

Ezenkívül a találmány szerinti oldatok hozzáadását az állatitakarmány-kompozíciókhoz mindig úgy lehet elvégezni, hogy a lizin-tartalom az állatok tényleges szükségletének feleljen meg.

A lizin elkülönítését 9 és 11 pH-értékek között kell elvégezni, különben a lizin kicsapódása jut előtérbe.

Az egyik előnyös kiviteli mód szerint a lizin elkülönítését a lizin-termelő fermentléből úgy végezzük, hogy a fermentlé pH-ját 9,5 és 10 értékek közé állítjuk be. A legnagyobb lizin koncentrációkat ezeknél az értékeknél kapjuk.

Általában bármely fermentlé, amelyről ismert, hogy lizint tartalmaz, alkalmas a találmány szerinti eljáráshoz. Előnyösen olyan fermentlevet választhatunk, amely valamely nitrogén- és szénforrás olyan mikroorganizmus segítségével végzett fermentálásával keletkezett, amely jelentős lizin-termelő és például a Brevibacterium vagy Corynebacterium nemzetségbe tartozik. A választott szénforrás előnyösen cukorrépavagy cukomádmelasz, vagy olyan szénforrás, amelyben a fermentálható anyagok, például glükóz, szacharóz, keményitőhidrolizátum, nagy mennyiségben van jelen; alkalmazható a fentebb említett különböző szénforrásokból kettőnek vagy többnek a keveréke is.

Amikor a szénforrás koncentrációja már megfelelően alacsony, a fermentációt leállítjuk, és elvégezhetjük a lizin elkülönítését a vizes oldatban; a fermentációt általában a semlegest közelítő pH-értékeknél végezhetjük hatékonyan, ekkor a lizin lényegében egyértékű kation állapotban van só formájában, mégpedig általában szulfát vagy hidroklorid formájában.

A találmány előnyös kiviteli módja szerint az első lépésben a szuszpenzióban levő anyagokat, elsősorban a mikroorganizmusokat például ultraszűréssel, mikroszűréssel, centrifugálással vagy egyszerű szűréssel eltávolítjuk.

Ezután a derített oldat pH-ját 9 és 11 közötti értékre, előnyösen 9,5 és 10 közötti értékre állítjuk be valamely bázis, például NaOH, KOH vagy NH₄0H hozzáadásával.

Előnyösen bázisként KOH-t vagy NH₄OH-t vagy ezek keverékét alkalmazzuk azért, hogy olyan ásványi sókat kapjunk, amelyeket hasznosan alkalmazhatunk műtrágyákban.

• Ezután a második lépésben az ásványi sók kristályosítása következik koncentrálással és bizonyos esetekben a derített oldat hűtésével.

A koncentrálást általában olyan technikákkal végezzük, amelyek jól ismertek az ilyenfajta művelethez.

Az említett koncentrálás kiviteli módját úgy választjuk ki, hogy elkerüljük a végső vizes oldatban levő vegyületek elbomlását.

így például a koncentrálást elvégezhetjük vákuumbepárló berendezések alkalmazásával.

Ezen lépés során az összes só, amelynek oldhatósága a lizin oldhatóságánál kisebb, eltávolítódik.

A találmány szerinti eljárás segítségével eltávolítható sók például az SO₄ ²~, Cl~, Na⁺, K⁺, NH₄+ ionok sói. A koncentrálás során keletkező ásványi sók kristályait például centrifugálással vagy szűréssel távolíthatjuk el.

Az ásványi sók eltávolítása során a kristályosítás lizint tartalmazó anyalúgjait összegyűjtjük.

A találmány szerinti eljárást a következő példákkal szemléltetjük.

1. példa

Lizinoldat készítése keményitőhidrolizátum szénforráson (nagy glükóz-tartalmú szirup) - amely 10 tömeg% cukorrépamelaszt és 90 tömeg% glükózt tartalmaz - kialakított fermentléből.

A lizintermelő mikroorganizmust és szénforrásként keményítőhidrolizátumot (glükóz-oldatot) alkalmazó fermentációs eljárás olyan fermentlé kialakításához vezet, amely a következő jellemzőkkel bír:

HU 214 675 Β lizin bázis/teljes szárazanyag 50% szulfát 3% pH 7

A fermentlé pH-ját ezután 10-re állítjuk be káliumhidroxid oldat hozzáadásával.

Az így beállított fermentlevet centrifugáljuk, hogy a biomasszát eltávolítsuk.

A baktériumok eltávolítása után a fermentlevet vákuumbepárlással koncentráljuk és ilyen módon káliumszulfát kristályok 60 °C hőmérsékletű szuszpenzióját kapjuk.

A kristályszuszpenziót 10 °C hőmérsékletre hűtjük egy kristályosítóberendezésben, hogy biztosítsuk az ásványi sók jó kiválását.

Az ásványi sók eltávolítását centrifugálással végezzük; az alábbi, lizinbázis-tartalmú oldatot kapjuk;

- halványbama folyadék;

- sűrűség: 1,30;

- pH: 10;

- lizinbázis-tartalom: 45%;

- százalékos összetétel:

- szárazanyag: 70%

- fehérje: 6% ásványi anyagok: 5,8%, ezen belül szulfátion 1,5%.

Az oldat stabilitását ellenőrizzük; a lizinveszteség 1% alatt van egy hónapos, szobahőmérsékleten végzett tárolás után (a szobahőmérséklet -5 °C és 20 °C közötti értéktartományt jelent).

Sem bakteriológiai minőségromlás, sem üledék kiválása nem észlelhető;

Ez az oldat tehát minden szempontból jó időbeli stabilitással rendelkezik.

2. példa

Lizinoldat előállítása olyan fermentléből, amely szénforrásként 100 tömeg% cukorrépamelaszon alakult ki Azonos fermentációs munkamenetet végzünk, mint az 1. példában, de szénforrásként cukorrépamelaszt alkalmazunk a lizintermelő mikroorganizmusok biokonverziójához.

A kapott fermentlé az alábbi összetételű:

- lizin bázis/teljes szárazanyag: 25%

- szulfát: 3,8%

-kálium: 1,3%

-pH: 7

A fermentlé pH-ját 9,50-re állítjuk be ammónia hozzáadásával.

Az így beállított fermentlevet tangenciális mikroszűrő berendezésben kezeljük abból a célból, hogy elkülönítsük a szuszpenzióban levő anyagokat.

Az ilyen módon kapott, baktériumoktól megszabadított fermentlevet vákuumbepárlással koncentráljuk és 10 °C hőmérsékletre hűtjük abból a célból, hogy a kálium-szulfát és ammónium-szulfát keveréke kikristályosodjék.

Az ásványi sók kristályainak elkülönítése után olyan lizinbázis-oldathoz jutunk, amely az alábbi jellemzőkkel bír:

- halványbama folyadék;

- sűrűség: 1,35;

- pH: 9,5;

- lizinbázis-tartalom: 25%;

- százalékos összetétel:

- szárazanyag: 70%

- fehérje: 16%

- ásványi anyagok: 7%, amelyen belül a szulfátion 2,4%.

Az oldat stabilitását ellenőrizzük; a lizinveszteség 1% alatt van egy hónapos, szobahőmérsékleten végzett tárolás után (a szobahőmérséklet -5 °C és 20 °C közti értéktartományt jelent). Sem bakteriológiai minőségromlás, sem üledék kiválása nem észlelhető.

Ez az oldat tehát minden szempontból jó időbeli stabilitással bír.

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás lizin elkülönítésére vizes oldat formájában, azzal jellemezve, hogy

   i) a fermentlé pH-ját 9 és 11 közötti értékre állítjuk be, ii) a fermentlében levő ásványi sókat a fermentlé koncentrálásával és adott esetben hűtésével kikristályosítjuk, iii) az ásványi sókat elkülönítjük, a baktériumokat kívánt esetben eltávolítjuk, és a kristályosítás anyalúgját alkotó, lizintartalmú vizes oldatokat összegyűjtjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az i) lépésben a fermentlé pH-ját 9,5 és 10 értékek közé állítjuk be.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az i) lépésben a fermentlé pH-ját KOH vagy NH₄OH segítségével állítjuk be.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az iii) lépésben az alábbi tulajdonságokkal rendelkező oldatot állítjuk elő:

   - lizinbázis-tartalom legalább 25 tömeg%,

   - lizinbázis-tömegarány a teljes szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva legalább 35%.

   Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest A kiadásért felel: Gyurcsekné Philipp Clarisse osztályvezető