ITFI980199A1 - PROCESS FOR THE EXTRACTION OF AMINO ACIDS, PRODUCED WITH BIOTECHNOLOGICAL TECHNIQUES, FROM THEIR RESPECTIVE FERMENTATION BROTHS. - Google Patents

PROCESS FOR THE EXTRACTION OF AMINO ACIDS, PRODUCED WITH BIOTECHNOLOGICAL TECHNIQUES, FROM THEIR RESPECTIVE FERMENTATION BROTHS. Download PDF

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Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Processo per l’estrazione di aminoacidi dai rispettivi brodi di fermentazione Patent application for industrial invention entitled: Process for the extraction of amino acids from the respective fermentation broths

Campo dell’invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce ad un processo per l’estrazione di aminoacidi dai rispettivi brodi di fermentazione in cui l aminoacido desiderato viene estratto in forma notevolmente pura e con rese elevate, per trattamento del brode di fermentazione con alcool nbutilico. The present invention refers to a process for the extraction of amino acids from the respective fermentation broths in which the desired amino acid is extracted in a remarkably pure form and with high yields, by treating the fermentation broth with nbutyl alcohol.

Stato dell'arte State of the art

E' noto che gran parte degli aminoacidi oggi largamente utilizzati ai fini industriali viene prodotta per via sintetica ed essenzialmente utilizzando tecniche biotecnologiche. It is known that most of the amino acids widely used today for industrial purposes are produced synthetically and essentially using biotechnological techniques.

in pratica si utilizza un substrato di fermentazione costituito da una soluzione di sali e di zuccheri che vengono miscelati e quindi trasferiti in un fermentatore. in practice, a fermentation substrate is used consisting of a solution of salts and sugars which are mixed and then transferred to a fermenter.

In laboratorio si prepara l’inoculo utilizzando un opportuno ceppo di microrganismi geneticamente modificati in modo da produrre raminoacido desiderato a partire da glucosio o saccarosio e una volta raggiunta la densità ottimale l’inoculo viene alimentato ai fermentatore. Il fermentatore viene quindi alimentato con aria sterile che fornisce l’ossigeno necessario alla crescita dei batteri a spese dei vari nutrienti e dello zucchero presenti. In the laboratory, the inoculum is prepared using an appropriate strain of genetically modified microorganisms in order to produce the desired ruminant acid starting from glucose or sucrose and once the optimal density is reached, the inoculum is fed to the fermenter. The fermenter is then fed with sterile air that provides the oxygen necessary for the growth of bacteria at the expense of the various nutrients and sugar present.

Al fermentatore vengono quindi alimentate varie soluzioni di nutrienti e una soluzione di zucchero che viene metabolizzato dai datteri geneticamente modificati con conseguente produzione di aminoacidi. A questo punto è necessario separare e purificare l'aminoacido desiderato separandolo dagli altri componenti del brodo di fermentazione. Fino ad oggi, la separazione e purificazione veniva effettuata con tecniche di ultrafiltrazione su membrane avvolte o di cromatografia industriale che comportano notevoli investimenti per gli impianti necessari e sono molto lunghe e costose anche perché le rese sono spesso insoddisfacenti. The fermenter is then fed various nutrient solutions and a sugar solution which is metabolized by the genetically modified dates resulting in the production of amino acids. At this point it is necessary to separate and purify the desired amino acid by separating it from the other components of the fermentation broth. Until now, separation and purification was carried out with ultrafiltration techniques on wrapped membranes or industrial chromatography which involve considerable investments for the necessary plants and are very long and expensive also because the yields are often unsatisfactory.

E’ quindi evidente l'importanza ai poter disporre di un processo più semplice che consenta di separare gli aminoacidi dal brodo di fermentazione in forma pura e con rese accettabili. It is therefore evident the importance of having a simpler process that allows to separate the amino acids from the fermentation broth in pure form and with acceptable yields.

Descrizione dettagliata del'invenzione Detailed description of the invention

La presente invenzione consente di superare i problemi suddetti per mezzo di un processo in cui il broao di fermentazione viene raffreddato a 2°-3°C ed estratte con opportune quantità di alcool n-butilico, si ottiene così l’estrazione selettiva del’aminoacido voluto che viene poi recuperato in forma notevolmente pura e con ottime rese. The present invention allows to overcome the aforesaid problems by means of a process in which the fermentation broao is cooled to 2 ° -3 ° C and extracted with suitable quantities of n-butyl alcohol, thus the selective extraction of the amino acid is obtained. wanted that it is then recovered in a remarkably pure form and with excellent yields.

Il processo secondo la presente invenzione si è rivelato particolarmente interessante per la separazione dai rispettivi brodi di fermentazione per la produzione di : triptofano, treonina, arginina. The process according to the present invention has proved to be particularly interesting for the separation from the respective fermentation broths for the production of: tryptophan, threonine, arginine.

Secondo il processo oggetto deila presente invenzione, :i brodo di fermentazione prelevato dai fermentatore viene trattato, se la concentrazione di aminoacido presente nel brodo è inferiore a 6-7 gr/lt. con soluzioni basiche (ad esempio NaOH 10%) fino a pH nettamente basico (normalmente pH 12 -13) in modo da stabilizzare la soluzione e quindi concentrato sotto vuoto a temperature non superiori a 52°C fino a circa un quarto del volume iniziale. According to the process object of the present invention, the fermentation broth taken from the fermenter is treated if the amino acid concentration present in the broth is lower than 6-7 g / l. with basic solutions (for example 10% NaOH) up to a clearly basic pH (normally pH 12 -13) in order to stabilize the solution and then concentrated under vacuum at temperatures no higher than 52 ° C up to about a quarter of the initial volume.

Il brodo è quindi trattalo con una soluzione acida (ad esempio una soluzione acquosa di HCI 1 :1 ) fino al raggiungimento del pH del punto isoelettrico dell'aminoacido da estrarre. The broth is then treated with an acid solution (for example an aqueous solution of HCI 1: 1) until the pH of the isoelectric point of the amino acid to be extracted is reached.

Qualora la concentrazione dell’aminoacido nel brodo iniziale sia superiore al valore sopra indicato - si procede direttamente a! trattamento acido sopra descritto continuando poi come segue, il brodo cosi ottenuto viene estratto con alcool n-butilico Preferibilmente l'estrazione è eseguita in più riprese aggiungendo dopo ogni estrazione la quantità di acqua assorbita dall’alcool in modo da mantenere costante il volume del brodo da trattare nelle successive estrazioni. If the amino acid concentration in the initial broth is higher than the value indicated above - proceed directly to! acid treatment described above, then continuing as follows, the broth thus obtained is extracted with n-butyl alcohol Preferably the extraction is carried out in several stages by adding after each extraction the amount of water absorbed by the alcohol in order to keep the volume of the broth constant to be treated in subsequent extractions.

li rapporto fra la quantità di alcool totale utilizzata per le varie estrazioni ed ii liquido di partenza è compresa fra 0.6 i e 1 : 1 (v/v). Le varie fasi alcoliche vengono quindi riunite e concentrate sotto vuoto a temperature comprese fra 52°-65°C, in modo da eliminare l’acqua che distilla come azeotropo. The ratio between the amount of total alcohol used for the various extractions and the starting liquid is between 0.6 i and 1: 1 (v / v). The various alcoholic phases are then combined and concentrated under vacuum at temperatures between 52 ° -65 ° C, in order to eliminate the water that distills as azeotrope.

A seguito dell’eliminazione dell'acqua laminoacido desiderato precipita nell’alcool in cui è insolubile in forma notevolmente pura. Following the elimination of the water, the desired acid precipitates into the alcohol in which it is insoluble in a remarkably pure form.

Le rese sono normalmente dell'ordine del 75 - 80% (calcolato sulla quantità di prodotto inizialmente presente nel brodo -di fermentazione, misurata con HPLC) e ia purezza del’aminoacido cosi raccolto è ael 98.5% e oltre. The yields are normally of the order of 75 - 80% (calculated on the amount of product initially present in the fermentation broth, measured with HPLC) and the purity of the amino acid thus collected is 98.5% and above.

Se necessario si può proceaere aa una ulteriore purificazione aei prodotto raccolto per ricristallizzazione utilizzando gli adatti solventi. La presente invenzione verrà ora meglio illustrata alla luce dei seguente esempio. If necessary, further purification of the product collected by recrystallization can be carried out using suitable solvents. The present invention will now be better illustrated in the light of the following example.

Esempio Example

Prodotto di partenza: brodo di fermentazione per la produzione di triptofano ottenuto per trattamento per circa 40 h. di saccarosio con ceppi di Escherichia coli modificato (ceppo K12W3110). Starting product: fermentation broth for the production of tryptophan obtained by treatment for about 40 h. of sucrose with modified Escherichia coli strains (strain K12W3110).

Liquido marrone, maleodorante. Brown, foul-smelling liquid.

Un litro dei brodo di fermentazione sopra indicato è stato portato a pH 12.4 aggiungendo NaGH 10% sotto agitazione One liter of the fermentation broth indicated above was brought to pH 12.4 by adding 10% NaGH while stirring

La soluzione è stata quindi concentrata sotto vuoto (25-30 mm Hg) con una pompa ad anello liquido e a temperatura inferiore ai 52°C fino ad un quarto circa del suo volume (circa 250 mi). The solution was then concentrated under vacuum (25-30 mm Hg) with a liquid ring pump and at a temperature below 52 ° C to about a quarter of its volume (about 250 ml).

Il pH è stato quindi portato a pH 5.9 (punto isoelettrico del triptofano) con una soluzione acquosa (1 :1 ) di HCI. The pH was then brought to pH 5.9 (isoelectric point of tryptophan) with an aqueous solution (1: 1) of HCI.

Il brodo cosi trattato è stato estratto con 250 mi di alcool n-butilico (due volte, 125 mi di alcool per ogni estrazione) aggiungendo l acqua assorbita nella prima estrazione in modo da tenere costante il volume di soluzione da estrarre. The broth thus treated was extracted with 250 ml of n-butyl alcohol (twice, 125 ml of alcohol for each extraction) by adding the water absorbed in the first extraction in order to keep the volume of solution to be extracted constant.

Le due frazioni di alcool n-butilico sono state riunite e concentrate sotto vuoto (circa 20 mmHg). The two n-butyl alcohol fractions were combined and concentrated under vacuum (about 20 mmHg).

La miscela azeotropica alcool n-butilico/acqua distilla tra 52°-62°C e via via che l’acqua è eiiminata precipita il triptofano. The azeotropic n-butyl alcohol / water mixture distills between 52 ° -62 ° C and as the water is eliminated, the tryptophan precipitates.

Dopo eliminazione totale dell'acqua, si distilla ancora fino a lasciare circa 100 cc di liquido e si raccoglie per filtrazione il triptofano precipitato (6,5 gr). After total elimination of the water, it is still distilled to leave about 100 cc of liquid and the precipitated tryptophan (6.5 g) is collected by filtration.

Resa: circa 80%, titolo: 98,5% (vedi NMR allegato, Figura 1 ). Yield: about 80%, titer: 98.5% (see attached NMR, Figure 1).

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la separazione di aminoacidi, prodotti con tecniche biotecnologiche, dal rispettivo brodo di fermentazione per estrazione con alcool n-butilico. CLAIMS 1. Process for the separation of amino acids, produced with biotechnological techniques, from the respective fermentation broth by extraction with n-butyl alcohol. 2. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui il brodo di fermentazione è trattato con soluzione acida fino al raggiungimento de! pH del punto isoelettrico dell'aminoacido da estrarre. 2. Process according to claim 1 wherein the fermentation broth is treated with acid solution until reaching pH of the isoelectric point of the amino acid to be extracted. 3. Processo seconde la rivendicazione 2 in cui l'estrazione con alcool n-butilico è eseguita in più riprese. 3. Process according to claim 2 in which the extraction with n-butyl alcohol is carried out in several stages. 4. Processo secondo la rivendicazione 3 in cui il rapporto fra il volume totale di alcool n-butilico utilizzato per le successive estrazioni ed volume di liquido di partenza è compreso fra 0.6 : 1 e 1 : Ί . 4. Process according to claim 3 wherein the ratio between the total volume of n-butyl alcohol used for the subsequent extractions and the volume of starting liquid is between 0.6: 1 and 1:. 5. Processo secondo le rivendicazioni 3 e 4 in cui dopo ogni estrazione si aggiunge al liquido da estrarre la quantità di acqua sottratta con l'estrazione precedente 5. Process according to claims 3 and 4 in which after each extraction the quantity of water subtracted from the previous extraction is added to the liquid to be extracted 6. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui: il brodo di fermentazione (contenente raminoacido desiderato in quantità inferiori al 6-7gr/lt) prelevato dal fermentatore e raffreddato a 2°-3°C viene trattato con soluzioni basiche fino a pH nettamente basico e quindi concentrato sotto vuoto a temperature non superiori a 52°C fino a circa un quarto del volume iniziale; il brodo è quindi trattato con una soluzione acida fino al raggiungimento del pH del punto isoeiettrico dell'aminoacido da estrarre; il brodo cosi ottenuto viene estratto a più riprese con alcool n-butilico; le varie fasi alcooliche vengono quindi riunite e concentrate sotto vuoto a temperature comprese fra 52°-65°C, fino a totale eliminazione dell’acqua: raminoacido è raccolto per filtrazione ed eventualmente purificato per cristallizzazione. 6. Process according to claim 1 wherein: the fermentation broth (containing the desired ramin acid in quantities lower than 6-7gr / lt) taken from the fermenter and cooled to 2 ° -3 ° C is treated with basic solutions up to a clearly basic pH and then concentrated under vacuum at temperatures not exceeding 52 ° C up to about a quarter of the initial volume; the broth is then treated with an acid solution until the pH of the isoelectric point of the amino acid to be extracted is reached; the broth thus obtained is extracted several times with n-butyl alcohol; the various alcoholic phases are then combined and concentrated under vacuum at temperatures between 52 ° -65 ° C, until the water is completely eliminated: ramin acid is collected by filtration and possibly purified by crystallization. 7, Processo secondo la rivendicazione Tm cui: il brodo di fermentazione (contenente l'aminoacido desiderato in quantità superiori a 6-7 gr/lt) prelevato aal fermentatore e raffreddato a 2°-3 °C viene trattato direttamente con una soluzione cada fino ai raggiungimento del pH dei punto isoeleitrco dell aminoacido aa estrarre proseguendo quindi seccndo quanto riportato netta rivendicazione 6. 7, Process according to claim Tm wherein: the fermentation broth (containing the desired amino acid in quantities greater than 6-7 gr / lt) taken from the fermenter and cooled to 2 ° -3 ° C is treated directly with a solution until the pH of the amino acid isoeleitic point is reached to extract, then proceeding according to what is reported in clear claim 6. 8. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'aminoacido contenuto nei brodo di fermentazione è triptofano. 8. Process according to claim 1 wherein the amino acid contained in the fermentation broth is tryptophan. 9, Processo secondo la rivendicazione 1 in cu l'aminoacido contenuto nel brodo di fermentazione e treomna. 9. Process according to claim 1 wherein the amino acid contained in the fermentation broth is treomna. 10. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l'aminoacido contenuto nel brodo di fermentazione è arginina. 10. Process according to claim 1 wherein the amino acid contained in the fermentation broth is arginine.
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