PL242678B1 - Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system - Google Patents

Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system Download PDF

Info

Publication number
PL242678B1
PL242678B1 PL435404A PL43540420A PL242678B1 PL 242678 B1 PL242678 B1 PL 242678B1 PL 435404 A PL435404 A PL 435404A PL 43540420 A PL43540420 A PL 43540420A PL 242678 B1 PL242678 B1 PL 242678B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
concentration
alpha
acid
ketoglutaric acid
post
Prior art date
Application number
PL435404A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL435404A1 (en
Inventor
Mateusz Szczygiełda
Krystyna Prochaska
Original Assignee
Politechnika Poznanska
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 Politechnika Poznanska filed Critical Politechnika Poznanska
Priority to PL435404A priority Critical patent/PL242678B1/en
Publication of PL435404A1 publication Critical patent/PL435404A1/en
Publication of PL242678B1 publication Critical patent/PL242678B1/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych otrzymanych w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym typu CE - UF - NF – EDBM, w którym rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymany w wyniku biokonwersji glukozy zawierający: kwas alfaketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się wirowaniu, ultrafiltracji, nanofiltracji oraz elektrodializie z membraną bipolarną.The subject of the application is a method of separation of alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real post-fermentation fluids obtained as a result of bioconversion of glucose in an integrated system type CE - UF - NF - EDBM, in which the real post-fermentation liquid obtained as a result of bioconversion of glucose containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm3, lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm3, acetic acid at a concentration of 1.1 g/dm3, 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm3, ethanol at a concentration of 17.5 g /dm3, and pH values from 2.4 to 3.7 are subjected to centrifugation, ultrafiltration, nanofiltration and electrodialysis with a bipolar membrane.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego.The subject of the invention is a method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real post-fermentation fluids using an integrated membrane system.

Kwas alfa-ketoglutarowy występuje w organizmach żywych jako związek pośredni w cyklu kwasów trikarboksylowych oraz w biosyntezie aminokwasów. Związek ten posiada wiele interesujących właściwości chemicznych i funkcjonalnych co umożliwia jego zastosowanie w różnorodnych obszarach (Blonde-Cynober F., Aussel C., Cynober L., Nutrition, 19, 73-75, 2003; Kamzolova S. V., Morgunov I. G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 97, 5517-5525, 2013; Wu N., Yang M., Gaur U. Xu H., Yao Y., Li D., Biomol. Ther., 24, 1-8. 2016; Song Y., Li J., Shin H-D., Liu L., Du G., Chen J., Bioresour. Technol., 219, 716-724, 2016; Bayliak M. M., Lylyk M. P., Shmihel H. V., Sorohynska O. M., Semchyshyn O. I., Storey J. M., Storey K. B., Lushchak V., Comp. Biochem. Physiol., 204, 28-39, 2017). Używany jest w produkcji dodatków do żywności, suplementów diety, farmaceutyków, biodegradowalnych polimerów i preparatów stosowanych w rolnictwie. Ponadto kwas AKG stosuje się jako substrat w biochemicznej diagnostyce np. zapalenia wątroby, zawału mięśnia sercowego, dystrofii mięśniowej i in. Stwierdzone właściwości prozdrowotne kwasu AKG stanowią o możliwości jego stosowania jako dodatku do żywności (często w kompleksach np. z aminokwasami).Alpha-ketoglutaric acid occurs in living organisms as an intermediate in the cycle of tricarboxylic acids and in the biosynthesis of amino acids. This compound has many interesting chemical and functional properties, which allows it to be used in various areas (Blonde-Cynober F., Aussel C., Cynober L., Nutrition, 19, 73-75, 2003; Kamzolova S. V., Morgunov I. G., Appl. Microbiol . Biotechnol., 97, 5517-5525, 2013; Wu N., Yang M., Gaur U. Xu H., Yao Y., Li D., Biomol. Ther., 24, 1-8. 2016; Song Y. ., Li J., Shin H-D., Liu L., Du G., Chen J., Bioresour. Technol., 219, 716-724, 2016; Bayliak M. M., Lylyk M. P., Shmihel H. V., Sorohynska O. M., Semchyshyn O. I., Storey J.M., Storey K.B., Lushchak V., Comp. Biochem. Physiol., 204, 28-39, 2017). It is used in the production of food additives, dietary supplements, pharmaceuticals, biodegradable polymers and preparations used in agriculture. In addition, AKG acid is used as a substrate in the biochemical diagnostics of, for example, hepatitis, myocardial infarction, muscular dystrophy, and others. The proven health-promoting properties of AKG acid make it possible to use it as a food additive (often in complexes, e.g. with amino acids).

Kwas alfa-ketoglutarowy (AKG) jest jednym z kwasów organicznych, stanowiących przykład tzw. zielonych chemikaliów, które mogą być otrzymywane drogą biokonwersji jako efekt metabolizmu drobnoustrojów (Chernyavskaya O. G., Shishkanova N. V., Il'chenko A. P., Finogenova T. V., Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 152-158, 2000; Holz M., Otto C., Kretzschmar A., Yovkova V., Aurich A., Potter M., Marx A., Barth G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 89, 1519-1526, 2011; Yin X., Madzak C., Du G., Zhou J., Chen J., Appl. Microbiol. Biotechnol., 96, 1527-1537, 2012; Rywińska A., Juszczyk P., Wojtanowicz M., Robak M., Lazar Z., Tomaszewska L., Rymowicz W., Biomass Bioenerg., 48, 148-166, 2013; Cybulski K., Rymowicz W., Tomszewska-Hetman L., Rywińska A., Inż. Ap. Chem., 54, 74-76, 2015; Zeng W., Du G., Chen J., Li J., Zhou J., Process Biochem., 50, 1516-1522, 2015; Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Chen G., Appl. Microbiol. Biotechnol. 100, 9875-9884, 2016).Alpha-ketoglutaric acid (AKG) is one of the organic acids, an example of the so-called. green chemicals that can be obtained by bioconversion as a result of microbial metabolism (Chernyavskaya O. G., Shishkanova N. V., Il'chenko A. P., Finogenova T. V., Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 152-158, 2000; Holz M., Otto C. , Kretzschmar A., Yovkova V., Aurich A., Potter M., Marx A., Barth G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 89, 1519-1526, 2011; Yin X, Madzak C., Du G ., Zhou J., Chen J., Appl. Microbiol. Biotechnol., 96, 1527-1537, 2012; Rywińska A., Juszczyk P., Wojtanowicz M., Robak M., Lazar Z., Tomaszewska L., Rymowicz W., Biomass Bioenerg., 48, 148-166, 2013; Cybulski K., Rymowicz W., Tomszewska-Hetman L., Rywińska A., Eng. Ap. Chem., 54, 74-76, 2015; Zeng W. ., Du G., Chen J., Li J., Zhou J., Process Biochem., 50, 1516-1522, 2015; Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Chen G., Appl. Microbiol. Biotechnol. 100, 9875-9884, 2016).

Biotechnologiczna konwersja źródeł węgla (glicerolu, melasy, n-parafin, serwatki, etanolu, i in.) z zastosowaniem mikroorganizmów do małocząsteczkowych związków organicznych, stanowi przyjazną dla środowiska metodą pozyskiwania cennych surowców. Jednakże, powstały w procesie biokonwersji płyn pofermentacyjny jest bardzo złożoną mieszaniną, która obok głównego produktu, np. kwasu AKG zawiera znaczne ilości biomasy oraz szereg zanieczyszczeń, takich jak: reszty nieprzereagowanych substratów, niejonowe związki organiczne oraz liczne sole nieorganiczne. Ponadto, należy podkreślić, że powstały w efekcie biokonwersji kwas karboksylowy (np. AKG) obecny w medium pofermentacyjnym występuje nie w formie kwasowej, a jako sól (najczęściej sodowa) danego kwasu karboksylowego.Biotechnological conversion of carbon sources (glycerol, molasses, n-paraffins, whey, ethanol, etc.) with the use of microorganisms to low-molecular organic compounds is an environmentally friendly method of obtaining valuable raw materials. However, the post-fermentation fluid formed in the bioconversion process is a very complex mixture, which, apart from the main product, e.g. AKG acid, contains significant amounts of biomass and a number of impurities, such as: residues of unreacted substrates, non-ionic organic compounds and numerous inorganic salts. In addition, it should be emphasized that the carboxylic acid (e.g. AKG) formed as a result of bioconversion present in the post-fermentation medium is not in the acid form, but as a salt (usually sodium) of a given carboxylic acid.

Proponowanych jest wiele metod separacji, które mogą być zastosowane do wydzielania małocząsteczkowych związków organicznych z pofermentacyjnych roztworów wodnych, m.in.: krystalizacja: Gebauer D., Kellermeier M., Gale J. D., Bergstrom L., Colfen H., Chem. Soc. Rev., 43, 2348-2371, 2014; Li Q., Wang D., Wu Y., Li W. L., Zhang Y. J., Xing J. M., Su Z. G., Sep. Purif. Technol,, 72, 294-300, 2010, adsorpcja: Nam H-G., Park K-M., Lim S. S., Mun S., J. Chemi. Eng. Data., 56, 464-471, 2011, strącanie: Cao Y., Zhang R., Sun C., Cheng T., Liu Y., Xian M., BioMed Res. Int., 1-12, 2013, czy też metody ekstrakcyjne: de Souza Moraes L., de Araujo Kronemberger F., Conceięao Ferraz H., Habert A. C., J. Ind. Eng. Chem., 21,206-211,2015; Zhang W., Liu X., Fan H., Zhu D., Wu X., Huang X., Tang J., Ind. Crop. Prod., 86, 231-238, 2016: Huh Y. S., Jun Y-S., Hong Y. K., Song H., Lee S. Y., Hong W. H., Process. Biochem., 41, 1461-1465, 2006; CN 1887843 A; US 5168055 A. Jednakże, ze względu na konieczność stosowania dodatkowych substancji chemicznych, np. rozpuszczalników organicznych, techniki te mogą mieć niekorzystny wpływ na środowisko naturalne. Liczne doniesienia literaturowe wskazują, że zastosowanie technik membranowych pozwala na efektywne i bezodpadowe pozyskanie cennych surowców biokonwersji (Manttari M., Lahti J., Hatakka H., Louhi-Kultanen M., Kallioinen M., A Feasibility Study of a Novel Electro-Membrane Based Process to Acidify Kraft Black Liquor and Extract Lignin, J. Mem. Sci., 490, 84-91,2015; Li Q-Z., Jiang X-L., Feng X-J., Wang J-M., Sun Ch., Zhang H-B., Xian M., Liu H-Z., Recovery Processes of Organic Acids from Fermentation Broths in the Biomass-Based Industry, J. Microbiol. Biotechnol., 26, 1-8, 2016; Jones R. J., Massanet-Nicolau J., Guwy A., Premier G. C., Dinsdale R. M., Reilly M., Removal and recovery of inhibitory volatile fatty acids from mixed acid fermentations by conventional electrodialysis, Bioresource Technol., 189, 279-284,Many separation methods are proposed that can be used to separate low molecular weight organic compounds from post-fermentation aqueous solutions, including: crystallization: Gebauer D., Kellermeier M., Gale J. D., Bergstrom L., Colfen H., Chem. Soc. Rev., 43, 2348-2371, 2014; Li Q., Wang D., Wu Y., Li W. L., Zhang Y. J., Xing J. M., Su Z. G., Sep. Purif. Technol, 72, 294-300, 2010, adsorption: Nam H-G., Park K-M., Lim S. S., Mun S., J. Chemi. Eng. Data., 56, 464-471, 2011, precipitation: Cao Y., Zhang R., Sun C., Cheng T., Liu Y., Xian M., BioMed Res. Int., 1-12, 2013, or extraction methods: de Souza Moraes L., de Araujo Kronemberger F., Conceiào Ferraz H., Habert A. C., J. Ind. Eng. Chem., 21,206-211,2015; Zhang W., Liu X., Fan H., Zhu D., Wu X., Huang X., Tang J., Ind. crop. Prod., 86, pp. 231-238, 2016: Huh Y. S., Jun Y-S., Hong Y. K., Song H., Lee S. Y., Hong W. H., Process. Biochem., 41, 1461-1465, 2006; CN 1887843A; US 5,168,055 A. However, due to the use of additional chemicals, e.g. organic solvents, these techniques may have adverse environmental impacts. Numerous literature reports indicate that the use of membrane techniques allows for the effective and waste-free acquisition of valuable bioconversion raw materials (Manttari M., Lahti J., Hatakka H., Louhi-Kultanen M., Kallioinen M., A Feasibility Study of a Novel Electro-Membrane Based Process to Acidify Kraft Black Liquor and Extract Lignin, J. Mem. Sci., 490, 84-91, 2015; Li Q-Z., Jiang X-L., Feng X-J., Wang J-M., Sun Ch., Zhang H-B., Xian M., Liu H-Z., Recovery Processes of Organic Acids from Fermentation Broths in the Biomass-Based Industry, J. Microbiol. Biotechnol., 26, 1-8, 2016; Jones R. J., Massanet-Nicolau J., Guwy A. , Premier G. C., Dinsdale R. M., Reilly M., Removal and recovery of inhibitors of volatile fatty acids from mixed acid fermentations by conventional electrodialysis, Bioresource Technol., 189, 279-284,

2015; Zhang L., Weng H-X., Chen H-L., Gao C-J., Remove volatile organie compounds (VOCs) with membrane separation techniques, J. Environ. Sci. (China), 14, 181-187, 2002; US 20140371486 A1; US 20050003499 A1; US 8999171 B2.2015; Zhang L., Weng H-X., Chen H-L., Gao C-J., Remove volatile organic compounds (VOCs) with membrane separation techniques, J. Environ. sci. (China), 14, 181-187, 2002; US 20140371486 A1; US 20050003499 A1; US 8999171 B2.

Ze względu na dużą ilość składników obecnych w rzeczywistych roztworach pofermentacyjnych skuteczne i efektywne wydzielanie małocząsteczkowych związków organicznych jest problematyczne, a niekiedy wręcz niemożliwe do zrealizowania przy zastosowaniu jednej techniki separacji. Obecność zarówno biomasy, jak i wielu różnych związków organicznych oraz nieorganicznych soli, szczególnie magnezowych i wapniowych, skłania do prowadzenia procesów separacji w wieloetapowych układach zintegrowanych, np. mikrofiltracja - nanofiltracja; elektrodializa - nanofiltracja - dializa Donnana; ultrafiltracja - elektrodializa bipolarna - ewaporacja - destylacja - krystalizacja próżniowa; nanofiltracja - elektrodializa bipolarna - ekstrakcja reaktywna (T. K. Mai, S. Rodtong, Y. Baimark, J. Rarey, A. Boontawan, Membrane-based purification of optically pure D-lactic acid from fermentation broth to poly(D-lactide) polymer, Journal of Membrane Science, 551, 2018, 180-190; P. Khunnonkwao, K. Jantama, S. Kanchanatawee, S. Galier, H. Roux-de Balmann, A two steps membrane process for the recovery of succinic acid from fermentation broth, Separation and Purification Technology, 207, 2018, 451-460; N. Phanthumchinda, S. Thitiprasert, S. Tanasupawat, S. Assabumrungrat, N. Thongchul, Process and cost modeling of lactic acid recovery from fermentation broths by membrane-based process, Process Biochemistry, 68, 2018, 205-213; W. Cao, Y. Wang, J. Luo, J. Yin, Y. Wan, Improving α, ω-dodecanedioic acid productivity from n-dodecane and hydrolysate of Candida cells by membrane integrated repeated batch fermentation, Bioresource Technology, 260, 2018, 9-15; P. Pal, R. Kumar, J. Nayak, S. Banerjee, Fermentative production of gluconic acid in membrane-integrated hybrid reactor system: Analysis of process intensification, Chemical Engineering & Processing: Process Intensification 122, 2017, 258-268; N. Thi, H. Thuy, A. Boontawan, Production of very-high purity succinic acid from fermentation broth using microfiltration and nanofiItration-assisted crystallization, Journal of Membrane Science, 524, 2017, 470-481; C. Jiang, Y. Wang, T. Xu, Membranes for the recovery of organic acids from fermentation broths. Membrane Technologies for Biorefining, Book chapter, 2016, pp. 135-161; C.J. Davey, A. Havill, D. Leak, D.A. Patterson, Nanofiltration and reverse osmosis membranes for purification and concentration of a 2,3-butanediol producing gas fermentation broth, Journal of Membrane Science, 518, 2016, 150-158; M. J. Woźniak, K. Prochaska, Fumaric acid separation from fermentation broth using nanofiltration (NF) and bipolar electrodialysis (EDBM), Separation and Purification Technology, 125, 2014, 179-186; K. Prochaska, K. Staszak, M. J. Woźniak-Budych, M. Regel-Rosocka, M. Adamczak, M. Wiśniewski, J. Staniewski, Bioresource Technol., 167, 219-225, 2014).Due to the large amount of components present in real post-fermentation solutions, effective and efficient separation of low molecular weight organic compounds is problematic, and sometimes even impossible to achieve using a single separation technique. The presence of biomass as well as many different organic compounds and inorganic salts, especially magnesium and calcium salts, induce separation processes in multi-stage integrated systems, e.g. microfiltration - nanofiltration; electrodialysis - nanofiltration - Donnan dialysis; ultrafiltration - bipolar electrodialysis - evaporation - distillation - vacuum crystallization; nanofiltration - bipolar electrodialysis - reactive extraction (T. K. Mai, S. Rodtong, Y. Baimark, J. Rarey, A. Boontawan, Membrane-based purification of optically pure D-lactic acid from fermentation broth to poly(D-lactide) polymer, Journal of Membrane Science, 551, 2018, 180-190 P. Khunnonkwao, K. Jantama, S. Kanchanatawee, S. Galier, H. Roux-de Balmann, A two steps membrane process for the recovery of succinic acid from fermentation broth , Separation and Purification Technology, 207, 2018, 451-460, N. Phanthumchinda, S. Thitiprasert, S. Tanasupawat, S. Assabumrungrat, N. Thongchul, Process and cost modeling of lactic acid recovery from fermentation broths by membrane-based process , Process Biochemistry, 68, 2018, 205-213;W. Cao, Y. Wang, J. Luo, J. Yin, Y. Wan, Improving α, ω-dodecanedioic acid productivity from n-dodecane and hydrolysate of Candida cells by membrane integrated repeated batch fermentation, Bioresource Technology, 260, 2018, 9-15 P. Pal, R. Kumar, J. Nayak, S. Banerjee, Fermentative production of gluconic acid in membrane-integrated hybrid reactor system: Analysis of process intensification , Chemical Engineering & Processing: Process Intensification 122, 2017, 258-268; N. Thi, H. Thuy, A. Boontawan, Production of very-high purity succinic acid from fermentation broth using microfiltration and nanofiItration-assisted crystallization, Journal of Membrane Science, 524, 2017, 470-481; C. Jiang, Y. Wang, T. Xu, Membranes for the recovery of organic acids from fermentation broths. Membrane Technologies for Biorefining, Book chapter, 2016, pp. 135-161; C.J. Davey, A. Havill, D. Leak, D.A. Patterson, Nanofiltration and reverse osmosis membranes for purification and concentration of a 2,3-butanediol producing gas fermentation broth, Journal of Membrane Science, 518, 2016, 150-158; M. J. Woźniak, K. Prochaska, Fumaric acid separation from fermentation broth using nanofiltration (NF) and bipolar electrodialysis (EDBM), Separation and Purification Technology, 125, 2014, 179-186; K. Prochaska, K. Staszak, M. J. Woźniak-Budych, M. Regel-Rosocka, M. Adamczak, M. Wiśniewski, J. Staniewski, Bioresource Technol., 167, 219-225, 2014).

Jak dotąd nie odnotowano żadnych doniesień wskazujących na zastosowanie wieloetapowych zintegrowanych układów membranowych do wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych.So far, there have been no reports indicating the use of multi-stage integrated membrane systems for the separation of alpha-ketoglutaric acid from real fermentation liquors.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego.The subject of the invention is a method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real post-fermentation fluids using an integrated membrane system.

Istotą wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym typu: wirowanie (CE) - ultrafiltracja (UF) - nanofiltracja (NF) - elektrodializa z membraną bipolarną (EDBM). W sposobie według wynalazku w pierwszej kolejności rzeczywisty płyn pofermentacyjny zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się wirowaniu w celu usunięcia biomasy oraz cząstek stałych.The essence of the invention is a method of separating alpha-ketoglutaric acid from a real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion in an integrated system of the type: centrifugation (CE) - ultrafiltration (UF) - nanofiltration (NF) - electrodialysis with a bipolar membrane (EDBM). In the method according to the invention, in the first place, the actual post-fermentation liquid containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid with a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid with a concentration of 1.1 g/dm 3 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 and pH values from 2.4 to 3.7 are centrifuged to remove biomass and solid particles.

Proces wirowania prowadzi się przy szybkości 4 000 obr/min, uzyskując rozdział płynu pofermentacyjnego od biomasy oraz cząstek stałych.The centrifugation process is carried out at a speed of 4,000 rpm, achieving separation of the fermentation fluid from biomass and solid particles.

Następnie roztwór płynu pofermentacyjnego pozbawionego biomasy otrzymanego po wirowaniu poddaje się procesowi ultrafiltracji, który prowadzi się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej kDa i powierzchni aktywnej 320 cm2 w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 0,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm3/h.Then, the biomass-free fermentation fluid solution obtained after centrifugation is subjected to the ultrafiltration process, which is carried out using ceramic membranes with a limiting molar mass of kDa and an active surface of 320 cm 2 at a temperature of 30±2°C and an applied transmembrane pressure of 0.2 MPa and a flow rate of feed 350 dm 3 /h.

Oczyszczony i klarowny roztwór permeatu uzyskany po procesie ultrafiltracji poddaje się w dalszej kolejności nanofiltracji, którą przeprowadza się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 1000 Da i powierzchni aktywnej 123 cm2 w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 1,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm3/h.The purified and clear permeate solution obtained after the ultrafiltration process is then subjected to nanofiltration, which is carried out using ceramic membranes with a limiting molar mass of 1000 Da and an active surface of 123 cm2 at a temperature of 30±2°C and an applied transmembrane pressure of 1.2 MPa and feed flow rate of 350 dm 3 /h.

Podczas etapu separacji nanofiltracyjnej następuje częściowe oddzielenie produktu od zanieczyszczeń wielkocząsteczkowych (proteiny, cukry) oraz jonów nieorganicznych będących pozostałością pożywki hodowlanej.During the nanofiltration separation stage, the product is partially separated from macromolecular impurities (proteins, sugars) and inorganic ions that are the remains of the culture medium.

Następnie oczyszczony roztwór permeatu uzyskany po procesie nanofiltracji poddaje się separacji jako diluat w procesie elektrodializy z membraną bipolarną, którą przeprowadza się stosując stos elektrodialityczny wyposażony w 10 membran bipolarnych, 10 membran anionowymiennych oraz 1 membranę kationowymienną, każda o powierzchni aktywnej równej 207 cm2 w określonych warunkach procesowych: obecność roztworu kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm3 w komorze koncentratu, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 100 dm3/h, wartość gęstości prądu 115 A/m2 oraz w temperaturze 25±2°C. Korzystnym jest, aby roztwór koncentratu uzyskany po procesie elektrodializy z membraną bipolarną poddać zatężaniu oraz krystalizacji do formy stałej kwasu alfa-ketoglutarowego.Then, the purified permeate solution obtained after the nanofiltration process is separated as a diluate in the process of electrodialysis with a bipolar membrane, which is carried out using an electrodialysis stack equipped with 10 bipolar membranes, 10 anion exchange membranes and 1 cation exchange membrane, each with an active surface of 207 cm 2 in specific process conditions: the presence of a solution of alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 1 g/dm 3 in the concentrate chamber, the flow rate of working solutions equal to 100 dm 3 /h, the value of the current density 115 A/m 2 and at a temperature of 25±2°C. It is preferable that the concentrate solution obtained after the process of electrodialysis with a bipolar membrane is subjected to concentration and crystallization to the solid form of alpha-ketoglutaric acid.

Dzięki zastosowaniu sposobu separacji i zatężania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Thanks to the method of separation and concentration according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:

• wstępne oczyszczenie rzeczywistego płynu pofermentacyjnego z pozostałości materiału biologicznego i związków wielkocząsteczkowych po procesie fermentacji oraz całkowitą redukcję mętności roztworu w procesie wirowania oraz ultrafiltracji;• preliminary purification of the actual post-fermentation fluid from the remains of biological material and macromolecular compounds after the fermentation process and complete reduction of the turbidity of the solution in the process of centrifugation and ultrafiltration;

• częściową separację kwasu alfa-ketoglutarowego od związków wielkocząsteczkowych (proteiny, cukry) oraz soli nieorganicznych znajdujących się w roztworze w procesie nanofiltracji;• partial separation of alpha-ketoglutaric acid from macromolecular compounds (proteins, sugars) and inorganic salts in the solution in the nanofiltration process;

• całkowite wydzielenie kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego w procesie elektrodializy z membraną bipolarną;• complete separation of alpha-ketoglutaric acid from the actual post-fermentation fluid in the process of electrodialysis with a bipolar membrane;

• konwersję soli kwasu alfa-ketoglutarowego do kwasu alfa-ketoglutarowego dzięki zastosowaniu membran bipolarnych;• conversion of salts of alpha-ketoglutaric acid to alpha-ketoglutaric acid by using bipolar membranes;

• otrzymanie wysokiej czystości kwasu alfa-ketoglutarowego o dużym stężeniu w wieloetapowym procesie separacji: typu CE - UF - NF - EDBM w układzie zintegrowanym.• obtaining high purity alpha-ketoglutaric acid with high concentration in a multi-stage separation process: type CE - UF - NF - EDBM in an integrated system.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został zaprezentowany na rysunku gdzie fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu zintegrowanego; fig. 2 przedstawia wykres zmiany strumienia permeatu w czasie procesu ultrafiltracji płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7; fig. 3 przedstawia wykres zmiany strumienia permeatu w czasie procesu nanofiltracji płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7; fig. 4 przedstawia budowę i konfigurację zastosowanego stosu elektrodialitycznego; fig. 5 przedstawia wykres zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w komorze koncentratu w czasie trwania EDBM rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 (pH 2,8, gęstość prądu 115 A/m2); fig. 6 przedstawia wykres zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w komorze koncentratu w czasie trwania EDBM rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 (pH 2,4, gęstość prądu 115 A/m2).The invention in an exemplary embodiment is presented in the drawing where Fig. 1 shows a schematic diagram of an integrated system; Fig. 2 shows a graph of changes in the permeate stream during the ultrafiltration process of the post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid with a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 , and pH values from 2.4 to 3.7; Fig. 3 shows a graph of changes in the permeate stream during the nanofiltration process of the post-fermentation liquid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid with a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 , and pH values from 2.4 to 3.7; Figure 4 shows the construction and configuration of the electrodialytic stack used; Fig. 5 shows the graph of the change in the concentration of alpha-ketoglutaric acid in the concentrate chamber during the EDBM of the actual post-fermentation liquid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 15 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/ dm3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/ dm3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/ dm3 (pH 2.8, current density 115 A/ m2 ); Fig. 6 shows the graph of the change in the concentration of alpha-ketoglutaric acid in the concentrate chamber during the EDBM of the actual post-fermentation liquid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/ dm3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/ dm3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/ dm3 (pH 2.4, current density 115 A/ m2 ).

Istotę wynalazku ilustrują następujące przykłady:The essence of the invention is illustrated by the following examples:

Przykład 1Example 1

Etap 1Level 1

Ultrafiltracja rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 oraz pH od 2,4 do 3,7 po procesie wirowania (oczyszczanie i klarowanie rzeczywistego płynu pofermentacyjnego).Ultrafiltration of the real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid with a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid with a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 and pH from 2.4 to 3.7 after the centrifugation process (purification and clarification of the actual post-fermentation fluid).

Roztwór rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy, o objętości 20 dm3, po wcześniejszym odwirowaniu biomasy stanowiącej odpad po procesie konwersji mikrobiologicznej, zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddano separacji w procesie ultrafiltracji. Proces ultrafiltracji prowadzono w układzie wyposażonym w membranę ceramiczną, przy ciśnieniu transmembranowym równym 0,2 MPa, przy natężeniu przepływu nadawy wynoszącym 350 dm 3/h, w temperaturze 30±2°C przez ok. 10 godzin. W wyniku ultrafiltracji separowany roztwór został rozdzielony na dwie frakcje o objętości: 15 dm3 - permeat oraz 5 dm3 - koncentrat. Uzyskany permeat po ultrafiltracji poddano separacji techniką nanofiltracji. Zmianę strumienia permeatu uzyskanego w czasie procesu ultrafiItracji przedstawiono na fig. 2.A solution of the actual post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion, with a volume of 20 dm 3 , after prior centrifugation of the biomass constituting the waste after the microbiological conversion process, containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid with a concentration of 8, 5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 , and pH values from 2, 4 to 3.7 were separated by ultrafiltration. The ultrafiltration process was carried out in a system equipped with a ceramic membrane, at a transmembrane pressure of 0.2 MPa, with a feed flow rate of 350 dm 3 /h, at a temperature of 30±2°C for about 10 hours. As a result of ultrafiltration, the separated solution was separated into two fractions with a volume of 15 dm 3 - permeate and 5 dm 3 - concentrate. The obtained permeate after ultrafiltration was separated using the nanofiltration technique. The change in the permeate stream obtained during the ultrafiltration process is shown in Fig. 2.

Etap 2Stage 2

Nanofiltracja rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 oraz pH od 2,4 do 3,7 (częściowe usuwanie protein, cukrów oraz jonów nieorganicznych).Nanofiltration of the real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid with a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid with a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 and pH from 2.4 to 3.7 (partial removal of proteins, sugars and inorganic ions).

Roztwór rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego po procesie wstępnego wirowania i ultrafiltracji, o objętości 15 dm3, zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddano separacji w procesie nanofiltracji. Proces nanofiltracji prowadzono w układzie wyposażonym w membranę ceramiczną, przy ciśnieniu transmembranowym równym 1,2 MPa, przy natężeniu przepływu nadawy wynoszącym 350 dm3/h, w temperaturze 30±2°C przez ok. 4 godziny. W wyniku nanofiltracji separowany roztwór został rozdzielony na dwie frakcje o objętości: 7 dm3 - permeat oraz 8 dm3 - koncentrat. Uzyskany permeat po nanofiltracji poddano separacji techniką elektrodializy z membraną bipolarną. Zmianę strumienia permeatu uzyskanego w czasie procesu nanofiltracji przedstawiono na fig. 3.A solution of the actual fermentation fluid obtained after the initial centrifugation and ultrafiltration process, with a volume of 15 dm 3 , containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 , and pH values from 2.4 to 3.7 were separated in the process nanofiltration. The nanofiltration process was carried out in a system equipped with a ceramic membrane, at a transmembrane pressure of 1.2 MPa, with a feed flow rate of 350 dm 3 /h, at a temperature of 30±2°C for about 4 hours. As a result of nanofiltration, the separated solution was separated into two fractions with a volume of 7 dm 3 - permeate and 8 dm 3 - concentrate. The permeate obtained after nanofiltration was separated by electrodialysis with a bipolar membrane. The change in the permeate stream obtained during the nanofiltration process is shown in Fig. 3.

Etap 3Stage 3

Elektrodializa z membraną bipolarną rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 (pH 2,8, gęstość prądu 115 A/m2) (badanie wpływu wyjściowego stężenia AKG).Electrodialysis with a bipolar membrane of a real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 15 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 (pH 2.8, current density 115 A/m 2 ) (testing the effect of the initial AKG concentration).

Elektrodializie z membraną bipolarną poddano rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymanego po procesie wstępnego oczyszczania technikami wirowania, ultrafiltracji oraz nanofiltracji zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 oraz pH 2,8. Roztwór separowany w objętości 1,5 dm3 wprowadzono do komory diluatu, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory koncentratu w objętości 1,5 dm3 zawierał kwas alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm3 i pH ok. 2,5. Proces EDBM prowadzony był w elektrodializerze wyposażonym w stos membranowy składający się z 10 membran anionowymiennych, 10 membran bipolarnych oraz jednej membrany kationowymiennej o powierzchni aktywnej każdej z membran równej 207 cm2, przy stałej wartości gęstości prądu równej 115 A/m2. Proces prowadzono przez 35 min, przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 100 dm3/h, w temperaturze 27°C. Uzyskane zmiany stężenia kwasu alfaketoglutarowego w czasie prowadzenia procesu EDBM w komorze koncentratu przedstawiono na fig. 5.The actual post-fermentation fluid obtained after the initial purification by centrifugation, ultrafiltration and nanofiltration techniques was subjected to electrodialysis with a bipolar membrane, containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 15 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1 .1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 and pH 2.8. The solution separated in a volume of 1.5 dm 3 was introduced into the diluate chamber, while the solution introduced into the concentrate chamber in a volume of 1.5 dm 3 contained alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 1 g/dm 3 and a pH of about 2.5. The EDBM process was carried out in an electrodialyser equipped with a membrane stack consisting of 10 anion exchange membranes, 10 bipolar membranes and one cation exchange membrane with an active area of 207 cm 2 for each membrane, at a constant current density of 115 A/m 2 . The process was carried out for 35 minutes, with a constant flow rate of working solutions equal to 100 dm 3 /h, at a temperature of 27°C. The obtained changes in the concentration of alpha-ketoglutaric acid during the EDBM process in the concentrate chamber are shown in Fig. 5.

Przykład 2Example 2

Przykład odnosi się jedynie do wariantowego etapu EDBM (Etap 3). Elektrodializa z membraną bipolarną rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 (pH 2,4, gęstość prądu 135 A/m2) (badanie wpływu wyjściowego stężenia AKG).The example only applies to the variant EDBM step (Step 3). Electrodialysis with a bipolar membrane of a real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 (pH 2.4, current density 135 A/m 2 ) (testing the effect of the initial AKG concentration).

Elektrodializie z membraną bipolarną poddano rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymanego po procesie wstępnego oczyszczania technikami wirowania, ultrafiltracji oraz nanofiltracji zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3 oraz pH 2,4. Roztwór separowany o objętości 1,5 dm3 wprowadzono do komory diluatu, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory koncentratu (1,5 dm3) zawierał kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 1 g/dm3 i pH ok. 2,5. Proces EDBM prowadzony był w elektrodializerze wyposażonym w stos membranowy składający się z 10 membran anionowymiennych, 10 membran bipolarnych oraz jednej membrany kationowymiennej o powierzchni aktywnej każdej z membran równej 207 cm2, przy stałej wartości gęstości prądu równej 115 A/m2. Proces prowadzono przez 60 min, przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 100 dm3/h, w temperaturze 25°C. Uzyskane zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w czasie prowadzenia procesu EDBM w komorze koncentratu przedstawiono na fig. 6The actual post-fermentation fluid obtained after the initial purification by centrifugation, ultrafiltration and nanofiltration techniques was subjected to electrodialysis with a bipolar membrane, containing: alpha-ketoglutaric acid at a concentration of 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1 .1 g/dm 3 , 1,2-propanediol with a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol with a concentration of 17.5 g/dm 3 and pH 2.4. The separated solution with a volume of 1.5 dm 3 was introduced to the diluate chamber, while the solution introduced to the concentrate chamber (1.5 dm 3 ) contained alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 1 g/dm 3 and a pH of about 2.5. The EDBM process was carried out in an electrodialyser equipped with a membrane stack consisting of 10 anion exchange membranes, 10 bipolar membranes and one cation exchange membrane with an active area of 207 cm 2 for each membrane, at a constant current density of 115 A/m 2 . The process was carried out for 60 minutes, with a constant flow rate of working solutions equal to 100 dm 3 /h, at a temperature of 25°C. The obtained changes in the concentration of alpha-ketoglutaric acid during the EDBM process in the concentrate chamber are shown in Fig. 6

Claims (2)

1. Sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym, znamienny tym, że rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymany w wyniku biokonwersji glukozy zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się w pierwszej kolejności wirowaniu przy szybkości 4 000 obr/min, uzyskując rozdział płynu pofermentacyjnego od biomasy oraz cząstek stałych, następnie roztwór płynu pofermentacyjnego pozbawionego biomasy otrzymanego po wirowaniu poddaje się procesowi ultrafiltracji, który prowadzi się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 50 kDa i powierzchni aktywnej 320 cm2 w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 0,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm3/h, po czym oczyszczony permeat poddaje się nanofiltracji, którą przeprowadza się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 1000 Da i powierzchni aktywnej 123 cm2 w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 1,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm 3/h, w dalszej kolejności oczyszczony roztwór permeatu uzyskany po procesie nanofiltracji poddaje się separacji jako diluat w procesie elektrodializy z membraną bipolarną, którą przeprowadza się stosując stos elektrodialityczny wyposażony w 10 membran bipolarnych, 10 membran anionowymiennych oraz 1 membranę kationowymienną, każda o powierzchni aktywnej równej 207 cm2 w określonych warunkach procesowych: obecność roztworu kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm3 w komorze koncentratu, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 100 dm3/h, wartość gęstości prądu 115 A/m2 oraz w temperaturze 25±2°C.1. A method of separating alpha-ketoglutaric acid from a real post-fermentation fluid obtained as a result of glucose bioconversion in an integrated system, characterized in that the real post-fermentation liquid obtained as a result of glucose bioconversion containing: alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 5 to 25 g/dm 3 , lactic acid at a concentration of 8.5 g/dm 3 , acetic acid at a concentration of 1.1 g/dm 3 , 1,2-propanediol at a concentration of 0.2 g/dm 3 , ethanol at a concentration of 17.5 g/dm 3 , and pH values from 2.4 to 3.7 are first subjected to centrifugation at a speed of 4,000 rpm, obtaining separation of the post-fermentation liquid from biomass and solid particles, then the solution of post-fermentation liquid without biomass obtained after centrifugation is subjected to the ultrafiltration process, which is carried out using ceramic membranes with a critical molar mass of 50 kDa and an active surface of 320 cm 2 at a temperature of 30±2°C and an applied transmembrane pressure of 0.2 MPa and a feed flow rate of 350 dm 3 /h, after which the purified permeate is subjected to nanofiltration which is carried out using ceramic membranes with a limiting molar mass of 1000 Da and an active surface of 123 cm 2 at a temperature of 30±2°C and an applied transmembrane pressure of 1.2 MPa and a feed flow rate of 350 dm 3 /h, followed by a purified solution of the permeate obtained after the nanofiltration process is separated as a diluate in the process of electrodialysis with a bipolar membrane, which is carried out using an electrodialytic stack equipped with 10 bipolar membranes, 10 anion exchange membranes and 1 cation exchange membrane, each with an active surface of 207 cm 2 under specific process conditions: the presence of a solution of alpha-ketoglutaric acid with a concentration of 1 g/dm 3 in the concentrate chamber, the flow rate of working solutions equal to 100 dm 3 /h, the value of the current density 115 A/m 2 and at a temperature of 25±2°C. 2. Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że roztwór koncentratu uzyskany po procesie elektrodializy z membraną bipolarną poddaje się zatężaniu oraz krystalizacji do formy stałej kwasu alfa-ketoglutarowego.2. The method according to claim, characterized in that the concentrate solution obtained after the process of electrodialysis with a bipolar membrane is subjected to concentration and crystallization to the solid form of alpha-ketoglutaric acid.
PL435404A 2020-09-21 2020-09-21 Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system PL242678B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL435404A PL242678B1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL435404A PL242678B1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL435404A1 PL435404A1 (en) 2022-03-28
PL242678B1 true PL242678B1 (en) 2023-04-03

Family

ID=80855565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL435404A PL242678B1 (en) 2020-09-21 2020-09-21 Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL242678B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL435404A1 (en) 2022-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abels et al. Membrane processes in biorefinery applications
Kumar et al. Production and purification of glutamic acid: A critical review towards process intensification
CN102264911B (en) The manufacture method of lactic acid and poly(lactic acid)
Wang et al. Novel membrane-based biotechnological alternative process for succinic acid production and chemical synthesis of bio-based poly (butylene succinate)
WO2012077697A1 (en) Method for producing concentrated aqueous sugar solution
KR20100024915A (en) Lactic acid production method
US8859808B2 (en) Method for obtaining lactic acid with a high degree of purity from fermentative liquor
WO2011111451A1 (en) Method for producing pure sugar solution, and method for producing chemical product
CA2275758A1 (en) Fermentative production and isolation of lactic acid
JPWO2012077698A1 (en) Method for producing concentrated sugar aqueous solution
Börgardts et al. Integrated bioprocess for the simultaneous production of lactic acid and dairy sewage treatment
JP5262011B2 (en) Lactic acid production method and production apparatus
Szczygiełda et al. Downstream separation and purification of bio-based alpha-ketoglutaric acid from post-fermentation broth using a multi-stage membrane process
KR101975187B1 (en) Method of preparaing diol
PL242678B1 (en) Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) from real digestate fluids using an integrated membrane system
JP2013255457A (en) Method for producing concentrated sugar solution and ethanol
JP2010142191A (en) Method for producing succinate
Jiang et al. Membranes for the recovery of organic acids from fermentation broths
Persson et al. Conversion of sodium lactate to lactic acid with water-splitting electrodialysis
JP2009142265A (en) Method for producing lactic acid
JPWO2015068769A1 (en) Method for producing purified soybean oligosaccharide liquid
Lithourgidis et al. Bio-succinic acid production, up to pilot scale, by fermentation of industrial candy waste with Actinobacillus succinogenes 130Z and its downstream purification process
Maamo Influence of the sugars present in grass silage model solution on lactic acid recovery through nanofiltration process
PL242680B1 (en) Method of concentration of alpha-ketoglutaric acid (AKG) from model and real digestate liquids by forward osmosis (FO)
PL235896B1 (en) Method of separating alpha-ketoglutaric acid (AKG) out of actual post-fermentation liquids by bipolar membrane electrodialysis