RU2410435C1 - Способ выделения l-лизина из культуральной жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ выделения L-лизина из культуральной жидкости. Осуществляют подкисление освобожденной от биомассы культуральной жидкости до рН 1,9-2,3. Сорбируют лизин из полученного раствора на сильносшитом полистирольном сульфокатионите до состояния насыщения или близкого к нему. Промывают катионит от указанного раствора водой при температуре 70-85°С и расходе обессоленной воды 1,1-1,3 объема на объем слоя ионита. Проводят элюцию 5% раствором аммиака. Отбирают лизинсодержащую фракцию по достижении рН 6-7. В отобранную лизинсодержащую фракцию вводят серусодержащий антиоксидант в количестве 0,28-0,43%. Осуществляют первичное вакуум-упаривание фракции с концентрированием раствора в 2,3-2,8 раза. Нейтрализуют полученный концентрат соляной кислотой. Адсорбционо осветляют его на макропористом слабоосновном анионите конденсационного типа. Проводят вторичное вакуум-упаривание. Затем кристаллизуют лизин монохлоргидрат. Отделяют кристаллы от маточника и сушат их при температуре 85-90°С. Процесс выделения L-лизина характеризует высокая чистота кристаллического продукта 99,1-100% при уровне необратимых потерь менее 6,1%. 2 з.п. ф-лы.

Description

Уровень техники

L-лизин является одной из незаменимых L-аминокислот и при этом наиболее востребованной из них. Последнее обусловлено прежде всего высокой эффективностью лизина как компонента кормовых рационов для сельскохозяйственных животных. Практическим следствием устойчивого спроса на лизин стало интенсивное развитие целой отрасли с выходом на крупнотоннажное производство продукта кормового назначения.

Основой современного промышленного получения лизина является высокопродуктивный микробный синтез при том, что выделяемый из ферментационной среды продукт (кристаллический лизин монохлоргидрат) содержит не менее 98,5% в случае продукции ведущих производителей. Получение столь концентрированных препаратов во всех случаях предусматривает как глубокую очистку продукта от примесей - с учетом наличия в культуральной жидкости биомассы, минеральных и органических солей, остаточных углеводов, соединений гуминового характера и побочных аминокислот - так и его глубокое концентрирование. При известном разнообразии конечных решений (с включением в общий список, к примеру, методов прямой кристаллизации и экстракции жидкими ионитами) правильно говорить о приоритете именно классического ионного обмена и в этой связи об устоявшейся схеме выделения.

Согласно этой схеме очистка и концентрирование лизина последовательно протекают через процессы микро- (или ультра-)фильтрации исходной среды, ионного обмена, упаривания очищенного раствора лизина под вакуумом, подкисления полученного концентрата соляной кислотой (при задаче получить продукт в виде монохлоргидрата), кристаллизации и сушки. Общим для множества приведенных в литературе описаний является и то, что при осуществлении ионного обмена лизин сорбируют на полистирольном сульфокатионите из подкисленного раствора, далее проводят процедуру водной промывки, а перевод лизина обратно в водную фазу осуществляют аммиачной водой.

Вместе с тем на отдельных этапах такого выделения могут иметь место различия, касающиеся степени подкисления раствора перед сорбцией и защелачивания перед десорбцией. Так, согласно японскому патенту по биосинтезу лизина (Chemical Abstracts 1964-v63-17098d) подкисление лизинсодержащего раствора перед сорбцией ведут достаточно мягко - до pH 3,0. Известен также способ выделения, аналогичный предыдущему (патент США №5 302 521 от 1994 г), согласно которому ферментационную среду перед сорбцией, напротив, подкисляют весьма жестко - до pH 1,5. Согласно еще двум японским патентам по выделению лизина (Chemical Abstracts 1986-v104-184853a и Chemical Abstracts 1988-v107-76094g), исходный раствор может быть подкислен достаточно умеренно - до рН 2,0. Элюцию лизина в обоих этих случаях осуществляют 2N раствором аммиака (3,4% NH₃ в воде), в то же время известно выделение по аналогичной схеме (авт. свид. СССР №214540 от 1968 г), когда аммиачную элюцию ведут более жестко - с использованием 6-8% раствора аммиака.

Ряд источников не только указывает на саму возможность выделения лизина согласно рассматриваемой схеме выделения, как в предыдущих случаях, но и приводит данные по чистоте получаемых при этом препаратов. Так, известен способ выделения из культуральной жидкости, согласно которому при использовании сульфокатионитов КУ-2 и СДВ-3 в NН₄-форме (Л.Я.Арешкина и др. - Прикл. биохим. микробиол. (1965)1(4), 404-5) лизин был получен с довольно неплохой чистотой (95%) - однако лишь после двукратной перекристаллизации. В другом случае выделения лизина (С.Гордиенко и др. - Ж. прикл. хим. (1966) 39 (8), 1845-9) - а именно, при использовании ионитов КУ-2-8 и КУ-2-20, 20% раствора аммиака на стадии элюции и этилового спирта на стадиях кристаллизации и промывки полученных кристаллов - продукт был получен с чистотой 90-93%. Далее та же группа разработчиков (С.Гордиенко и др. - Прикл. биохим. микробиол. (1967) 3 (4), 437-42), проведя двукратную ионообменную очистку, добилась чистоты продукта уже на уровне 92-94%. Более высоких качественных показателей (98-99%), однако, удалось достичь лишь тогда (Р.Аре и др. - Прикл. биохим. микробиол. (1967) 3 (4), 433-6), когда технический продукт подвергли перекристаллизации с активированным углем. Кроме того, о достижении высоких качественных показателей (97-98%) сообщалось в тех случаях, когда выделение лизина велось не из всего аммиачного элюата, а лишь из «богатой» его фракции (с повышенным содержанием продукта при пониженном содержании примесей), а полученные кристаллы тщательно промывались этиловым спиртом (Шолин А.Ф. и др. - Теория и практика сорбц. процессов (1981) 14, 107-10). Таким образом, на практике зачастую требовалось усложнять традиционную схему выделения (введя, к примеру, перекристаллизацию) с тем, чтобы стало возможным получать лизин сравнительно высокой степени очистки.

Вместе с тем, одной из действенных мер в этом плане показало себя введение в раствор тех или иных антиоксидантов с целью воспрепятствовать окислительной деструкции лизина - процессу, ответственному за дополнительное образование примесей, в частности пигментных веществ, в процессе выделения продукта. Известны разработки (Получ. Примен. Аминокислот. Матер. Всес. Совещ.(1968), 127-34; Аре Р. и др. Изв. АН Латв. ССР (1969), 12, 74-83; Авт. свид. СССР 270621 (Кл. C12D) от 1970 г), когда с этой целью предусматривалось в аммиачный элюат после ионного обмена вводить соли трехвалентного фосфора (метафосфаты) в дозировке 0,5-1,5% от содержания лизина. Указывалось, в частности, на то, что такая обработка приводит к снижению потерь продукта в процессе упаривания. Известно в аналогичной связи также использование сульфитных производных. Так, согласно нидерландскому патенту от 1975 г. (с описанием в Chemical Abstracts 1975-v83-176657x) введение бисульфита натрия в культуральную жидкость в дозировке около 0,15% (50 кг на 33-35 м³) позволяет существенно снизить потери продукта при последующем упаривании и распылительной сушке. Соответственно, в японском патенте от 1974 г (с описанием в Chemical Abstracts 1975-v82-129269s) предлагается в препараты для внутривенного введения вводить разного рода сульфитные добавки, способные стабилизировать содержащийся в них лизин.

В то же время другие разработчики, полагая, что основная проблема состоит в недостаточной очистке продукта от изначально присутствующих окрашенных примесей, ввели в традиционную схему адсорбционное осветление, проводимое вслед за ионным обменом. Так, известны способы (два патента ГДР с описанием в Chemical Abstracts 1988-у107-38362к и 1988-v108-220581d), согласно которым аммиачные элюаты лизина, полученные по завершении стадии ионного обмена, осветляют на слабоосновном анионите Вофатит AD-41 в C1-форме - с получением, в конечном счете (после дополнительной обработки), продукта 98,5% чистоты. В отечественном патенте (Пат. РФ №2 140 902 от 1999 г) те же аммиачные элюаты осветляют и одновременно обессоливают на высокоосновным анионите АВ-17-2П, сорбированный при этом лизин вымывают из колонки большим количеством воды. Говоря о недостатках этой группы способов, нужно сказать следующее. Способствуя повышению качества продукта, адсорбционное осветление аммиачных элюатов, вместе с тем, обуславливает известное удлинение цикла выделения при том, что зачастую осветляющее действие адсорбента от цикла к циклу способно ощутимо снижаться. Когда же в дополнение к этому ради высокой чистоты продукта приходится вводить очистку активированным углем, промывку кристаллов спиртом, перекристаллизацию и т.д., технология выделения в целом оказывается чрезмерно громоздкой.

В стремлении избежать подобной многостадийности, приводящей к удорожанию лизина, ведущие разработчики отрасли все же оказались сориентированы именно на традиционную схему как таковую, изыскивая в этих рамках возможности получения кондиционного продукта, с одной стороны, и реализации современных промышленных приемов, с другой. При этом патентные приоритеты, как показал поиск, заявлялись не на полный цикл выделения продукта, а только лишь на ту или иную часть этого цикла.

Так, известен способ от Eastman Kodac Со. (ЕР №0337440 В1 от 1993 г.), согласно которому выделение лизина, осуществляемое в контексте классической ионообменной схемы, рассматривало в качестве конечного продукта жидкий полупродукт традиционной схемы - так называемый элюатный лизин. При таком сравнительно коротком цикле выделения наиболее существенное в технологии ионного обмена состояло в том, что при сорбции сульфокатионит насыщали лизином, а при десорбции начавшуюся аммиачную элюцию на ранней стадии прерывали на полчаса - с получением в итоге элюата с относительно высокой концентрацией продукта.

Что касается фирмы AECI Ltd., технология выделения лизина оказалась представлена в двух патентах, один из которых (РСТ Int. Appl. WO 9514.002 (Кл. С07С 227/38) от 1995 г.) сосредоточился на стадии ионного обмена, тогда как другой - на стадии сушки продукта (РСТ Int. Appl. WO 9523.129 (Cl. С07С 229/00) от 1995 г). Предложение по стадии ионного обмена состояло в том, чтобы аммиачный элюат не сразу направлять на выпарку, а прежде пропустить через еще одну колонку с сульфокатионитом в Н-форме: контаминантные катионы в этом случае, включая калий, сорбируются, тогда как основная масса лизина проходит в эффлюент не задерживаясь. Продемонстрировав на приводимых примерах высокую глубину очистки лизина от калия, авторы отметили низкую зольность получаемых в конечном счете препаратов и вместе с тем указали на возможность получения кондиционного продукта, не прибегая к стадии кристаллизации. В отношении сушки предусматривалось осуществлять гранулирование в псевдокипящем слое, при температуре на входе в пределах 75-122°С и с использованием в качестве мелкодисперсного гранулята солевой формы лизина. При этом в качестве жидкофазной компоненты (впрыскиваемой в реактор) применялась аналогичная форма продукта, но уже в смеси с лизином-основанием. Производимый по такой технологии продукт в качественном отношении должен был представлять собой гибрид солевой формы и основания, который сами разработчики квалифицировали как «нестехиометрическую соль лизина».

Что касается фирмы ADM (Archer-Daniels-Midland Co.) - признанного лидера отрасли - при патентовании способа выделения лизина ионный обмен и сушка также оказались разделены при том, что ионный обмен оказался представлен не в одном, а в двух патентах. Так, в более раннем из них (ЕР 1106602 А1 (Кл. С07С 227/40) от 2001 г.) было предложено традиционный ионообменный процесс осуществлять в режиме противотока - желательно в варианте с движущимися колоннами (карусельного типа). Что касается характера хроматографических материалов, отвечающих такой технико-инженерной организации процесса, предусматривалось использование полистирольных сульфокатионитов с разной степенью сшивки, из которых особое предпочтение отдавалось сорбенту Dowex XUS 40406.00. Наряду с перечисленным предлагалось биомассу удалять методом ультрафильтрации, полученный пермеат подкислять серной кислотой до рН 3-5, а в качестве десорбента использовать аммиачную воду с концентрацией 1-5%. Соответственно, при проведении процесса выделения оптимальным образом, содержание примесей в аммиачном элюате не должно было превышать 4%. В более позднем патенте (ЕР 1 268 399 В1 (Кл. С07С 227/40) от 2004 г.) предлагалось в том же противоточном процессе использовать сульфокатиониты с низкой степенью сшивки - ниже обычных 8% ДВБ - поскольку в противном случае, как указывалось, чистота продукта в элюате составляла лишь 80-85%. В соответствии с патентом приемлемой считалась степень сшивки от 4,0 до 6,5% ДВБ, а в качестве подходящих сорбентов назывались SK 104 (от Мицубиши - с 4% ДВБ) и GC480 (от Файнекс - с 6,5% ДВБ). Из приведенных примеров следовало, что благодаря переходу с традиционных сульфокатионитов на среднесшитые чистота продукта повысилась с 84-85 до 93-95%; что касается других параметров выделения, в указанном патенте была приведена оптимальная концентрация аммиачной воды (в качестве десорбента) - 2,2% - а также ее расход, составивший 1,2 объема на 1 объем слоя ионита в колонне. Патент, относящийся к сушке продукта (ЕР 491638 (Кл. С07С 227/10) от 1992 г.), предусматривал, аналогично предыдущей разработке (от AECI Ltd.), получение гранулированного продукта методом распылительной сушки в кипящем слое при том, что лизин получался в виде монохлоргидрата и ряда других производных солевого характера. Стоит отметить, что при детальном изложении технической стороны дела (с перечислением видов сушилок, с указанием дисперсности загружаемого и выгружаемого материала и т.д.), преимущества технологии в отношении качества высушенного лизина в указанном патенте, тем не менее, не прозвучали.

С учетом совокупности данных, представленных выше, с одной стороны, и признаков предлагаемой нами технологии, с другой стороны, в качестве прототипа настоящему изобретению выбран процесс отечественных разработчиков от 1982 г. (Казачук Д.Н. и др. Хим. Технол. (Киев - 1982 г.), 5, 23-4).

Данный способ выделения L-лизина из культуральной жидкости включает сорбцию лизина из освобожденного от биомассы подкисленного раствора на сильносшитом полистирольном сульфокатионите, промывку последнего от указанного раствора водой, элюцию 5% раствором аммиака с отбором лизинсодержащей фракции, первичное вакуум -упаривание, нейтрализацию полученного концентрата соляной кислотой, адсорбционное осветление на макропористом слабоосновном анионите конденсационного типа и вторичное вакуум-упаривание с последующей кристаллизацией лизина монохлоргидрата, отделением кристаллов от маточника и сушкой кристаллов.

При состоявшемся выборе были приняты во внимание следующие родственные признаки:

- в случае прототипа также имеет место полный цикл выделения, осуществленный в русле традиционной схемы и с использованием в качестве ионообменника сильносшитого (8% ДВБ) полистирольного сульфокатионита;

- аналогично нашему случаю указанная схема дополняется адсорбционным осветлением; это последнее осуществляется вслед за ионообменной очисткой и нейтрализацией полученного далее щелочного раствора соляной кислотой, аналогично предусматривая использование слабоосновного макропористого осветляющего анионита конденсационного типа;

- вследствие использования в процессе упомянутой солянокислой нейтрализации в сочетании с адсорбционным осветлением упаривание лизинсодержащего раствора также осуществляется в два приема - до и после проведения этих двух процессов;

- конечный продукт также является кристаллическим лизином монохлоргидратом с содержанием основного вещества не менее 98,5%; получаемый соответственно, после отделения кристаллов, маточник также направляется в следующий цикл выделения.

При этом способ-прототип состоит в следующем. Культуральную жидкость отделяют от взвешенных частиц, подкисляют соляной кислотой до рН 1,5 и полученный раствор подают на колонну с сульфокатионитом КУ-2-8 в аммонийной форме. По завершении процесса сорбции производят водную промывку и затем проводят элюцию 5%-ным раствором аммиака. Далее аммиак из элюата удаляют вакуум-упариванием при 60-65°С и остаточном давлении 0,75 атм, концентрируя раствор до содержания сухих веществ 25-30%. Для осветления полученного концентрата его подкисляют до рН 4,9 и следом пропускают через колонну со смолой ИА-1р из расчета 1,5-2,0 объема раствора на 1 объем смолы. В результате удаляется порядка 95% пигментных веществ. Элюат со смолы вытесняют подкисленной до рН 4,9 обессоленной водой, после чего проводят повторное упаривание до содержания сухих веществ 35-50%. Этот повторный концентрат обрабатывают активированным углем при 75-80°С до обесцвечивания раствора, после чего уголь отфильтровывают и на фильтре промывают горячей обессоленной водой. Фильтрат и промывные воды объединяют, подкисляют до рН 4,9, далее упаривают уже в третий раз - до содержания сухих веществ 58-60% - и при охлаждении и перемешивании в течение 24 часов кристаллизуют солянокислый L-лизин. Выпавшие мелкие кристаллы отфильтровывают, промывают спиртом и сушат при температуре 50°С. Маточный раствор после довыделения из него продукта (через вакуум-упаривание и кристаллизацию) присоединяют к культуральной жидкости следующего цикла выделения. Чистота полученного продукта, согласно авторам разработки, составляет 99,0-99,5%.

Наряду с высокой степенью очистки конечного продукта существенным достоинством способа-прототипа является удачный выбор смолы для адсорбционного осветления - упомянутый выше ионит отечественного производства ИА-1р. Следует в этой связи отметить, что указанный сорбент и его аналоги (макропористые слабоосновные аниониты конденсационного типа в модификациях ИА-1ф, ИА-2 м и т.д.), во-первых, отличаются повышенной осветляющей способностью, во-вторых, обладают не менее ценным свойством - при промышленном использовании, от цикла к циклу практически полностью восстанавливать эту свою способность после обычной регенерирующей обработки щелочными агентами.

Вместе с тем, основные недостатки способа-прототипа следующие:

- ионообменная очистка лизина от примесей и последующее адсорбционное осветление проводятся недостаточно эффективно, в связи с чем очистка продукта от примесей на заключительном этапе выделения (после адсорбционного осветления) вынуждена быть излишне громоздкой - ввиду необходимости дополнительного осветления раствора лизина углем, дополнительной фильтрации, дополнительных упариваний и т.д.;

- значительна возможность образования примесей непосредственно из лизина по механизмам окислительной деструкции - прежде всего в четырех процессах упаривания, предусмотренных по завершении стадии ионообменной очистки;

- высокий примесный фон в растворе, из которого осаждаются кристаллы лизина, делает необходимой этанольную промывку последних с тем, чтобы кристаллические препараты обладали чистотой на уровне 99,0-99,5%; в связи с этим становится актуальной рекуперация этанола из маточника, что ведет к еще большему усложнению технологии в целом.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа выделения, позволяющего получать лизин монохлоргидрат высокой чистоты с высоким выходом и при этом более простого, чем способ-прототип.

Сущность изобретения

Указанная задача решается тем, что выделение ведут, последовательно осуществляя сорбцию лизина из освобожденного от биомассы подкисленного раствора на сильносшитом полистирольном сульфокатионите, промывку последнего от указанного раствора водой, элюцию 5% раствором аммиака с отбором лизинсодержащей фракции, первичное вакуум-упаривание, нейтрализацию концентрата соляной кислотой, адсорбционное осветление на макропористом слабоосновном анионите конденсационного типа, вторичное вакуум-упаривание с последующей кристаллизацией лизина монохлоргидрата, отделением кристаллов от маточника и сушкой кристаллов. При этом новый способ отличает то, что перед сорбцией подкисляют непосредственно культуральную жидкость, доведя рН до 1,9-2,3, после отделения биомассы сорбцию лизина на сульфокатионите ведут до состояния насыщения или близкого к нему, промывку водой ведут при температуре 70-85°С и расходе обессоленной воды 1,1-1,3 объема на объем слоя ионита, отбор лизинсодержащей фракции аммиачного элюата производят по достижении рН 6-7, в отобранную лизинсодержащую фракцию вводят серусодержащий антиоксидант - сульфит натрия или дитионит натрия - в количестве 0,28-0,43%, первичное упаривание ведут с концентрированием раствора в 2,3-2,8 раза, а сушку кристаллов лизина монохлоргидрата осуществляют до постоянного веса при температуре 85-90°С.

Тем самым известный способ (прототип) дополняется рядом признаков, которые в силу совокупного воздействия снижают, с одной стороны, примесный фон, с другой стороны, уровень окислительной деструкции продукта на заключительном этапе выделения. Как следствие, указанный этап становится технологически более компактным, уменьшившись до обычных кристаллизации, отделения кристаллов (без их промывки) и сушки. Одновременно снижаются и необратимые потери продукта при том, что в плане чистоты достигается показатель столь же высокий, что и в прототипе.

При указанных выше отличительных признаках предлагаемого способа соответствующие факторы, призванные обусловить решающее снижение примесного фона и одновременно необратимых потерь продукта, состоят в следующем.

Проведение сорбции лизина на сульфокатионите до состояния насыщения или до состояния, близкого к насыщению, причем из раствора, имеющего рН в пределах 1,9-2,3: действие двух указанных признаков состоит в том, что дополнительно сорбируясь на ионите, лизин одновременно вытесняет из него в выходящий раствор ранее поглощенные примесные катионы; в то же время среда с указанным диапазоном рН является оптимально подкисленной для того, чтобы при эффективной сорбции лизина поглощение катионов минеральных солей не было бы слишком большим.

Осуществление последующей промывки колонны с сорбентом горячей водой из расчета 1,2±0,1 объема на объем слоя сорбента в колонне: действие данного признака (по сути, усиленной промывки) состоит в том, чтобы осуществить, по возможности, полное удаление неионогенных компонентов исходной среды из гелевой фазы ионита.

Начало отбора лизинсодержащей фракции на этапе десорбции лизина в момент выхода на нейтральные значения рН (порядка 6-7): действие данного признака состоит в том, чтобы, по возможности, наиболее полно освободиться от примесей (пигментов и катионов минеральных солей), элюируемых непосредственно перед лизином; сам же продукт десорбируется при щелочных значениях рН (выше 7).

Введение в отобранную лизинсодержащую фракцию серусодержащего антиоксиданта (сульфита или дитионита): действие данного признака состоит в уменьшении окислительной деструкции лизина при последующей выпарке раствора и, соответственно, в снижении всех тех негативных проявлений, что такую деструкцию сопровождают (потери лизина, повышение примесного фона, затрудненное кристаллоосаждение и т.д.).

Сгущение основной фракции в 2,3-2,8 раза перед тем, как прервать процесс вакуум-упаривания (на солянокислое подкисление и адсорбционное осветление): действие данного признака состоит в том, чтобы при достаточно глубокой отгонке аммиака одновременно обеспечить эффективную работу осветляющего адсорбента, возможную лишь в случае достаточно разбавленных водой, текучих растворов, но не сиропов.

Осуществление сушки влажных кристаллов лизина монохлоргидрата до постоянного веса при температуре 85-90°С: действие данного признака состоит в том, чтобы избежать излишней деструкции продукта, обусловленной слишком жесткими условиями, и одновременно сделать процесс не слишком затянутым по времени, что имело бы место в случае сушки при более низких температурах.

Наряду с тем, что совокупность перечисленных признаков обеспечивает высокую чистоту продукта и пониженный уровень его необратимых потерь в процессе выделения, эта же совокупность в значительной мере устраняет недостатки, присущие прототипу, -прежде всего тем, что делает использование активированного угля и этилового спирта излишними, а сам заключительный этап выделения более простым. Существенно, что при очевидном ресурсосбережении сами по себе изменения, введенные в технологию, не сопряжены с использованием дополнительного оборудования, сколько-нибудь значительными затратами труда, энергии и материальных средств.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Способ, согласно настоящему изобретению, осуществляют путем проведения полного цикла выделения L-лизина из культуральной жидкости следующим образом.

Пример 1

Для очистки от биомассы культуральную жидкость с концентрацией лизина 99,5 г/л подкисляют 50% серной кислотой до рН 1,9 и подвергают ультрафильтрации через циркониево-керамический модуль с отсечением 30 kD при температуре 12-16°С и давлении 2,0-2,5 бар с последующей диафильтрацией в том же режиме. Основной фильтрат (с концентрацией лизина 94 г/л) и диафильтрат (с концентрацией лизина 38 г/л) собирают в две отдельные емкости.

При общей продолжительности процесса 7,5 часов необратимые потери продукта на стадии составили 4,2%.

Ионообменную очистку проводят на сульфокатионите КУ-2-8 в Н-форме, помещенном в две одинаковые узкие (17×1) колонки. Процессы сорбции и десорбции ведут при комнатной температуре, тогда как водную промывку при 82-85°С (температура воды, подаваемой в головную колонку). При осуществлении сорбции лизина через обе колонки пропускают сначала половину диафильтрата, а следом также половину основного фильтрата, оставшиеся оба раствора оставив на другой опыт (см.ниже пример 2).

В итоге лизин достаточно полно сорбировался на головной колонке и частично на второй, так и не появившись при этом в выходящем растворе. При промывке расход обессоленной воды составил 1,1 объема на объем смолы в одной колонке.

По завершении водной промывки головную колонку отсоединяют и в ее случае проводят элюцию 5% раствором аммиака, пропустив этот раствор в дозировке 1,4 объема на объем смолы. Первые 0,56 объема элюата, не содержащие лизина, сливают в трап, тогда как по достижении рН значения 6,0 последующий раствор отбирают уже как лизинсодержащую фракцию аммиачного элюата. Завершив в полном объеме пропускание аммиачной воды, следом в той же дозировке подают обессоленную воду, продолжив при этом отбор основной фракции. Доведя объем последней до 1,6 объема, последующий выходящий раствор собирают уже как заключительную фракцию аммиачного элюата.

Последняя содержала около 4% десорбированного лизина.

Получение образцов кристаллического продукта, осуществленное на втором этапе выделения, состояло в том, что в основную фракцию аммиачного элюата вносят 0,43% сульфита натрия, а последующую обработку обоих растворов осуществляют следующим образом:

-упаривают под вакуумом при остаточном давлении в пределах 0-0,02 бар в 2,8 раза,

-после подкисления полученного концентрата соляной кислотой до рН 6,0 этот нейтральный раствор пропускают через колонку со смолой ИА-1р с последующей водной промывкой,

- осветленный раствор (основной фильтрат вместе с промывкой) упаривают при том же остаточном давлении в 3,2 раза, еще теплый концентрат, содержавший лизин в концентрации 580 г/л, подкисляют соляной кислотой до рН 4,4 и помещают на 6 часов в холодильник (4°С);

- выпавшие кристаллы тщательно отжимают от маточника на вакуум-фильтре и далее, разложив тонким слоем на поддоне, подвергают сушке при температуре 85-86°С в течение 20 минут.

В итоге были получены кристаллы лизина монохлоргидрата с содержанием основного вещества 100,3%, а также маточник с концентрацией лизина 304,5 г/л; с учетом этих показателей необратимые потери лизина на втором этапе выделения составили 1,3%. В целом по выделению (с учетом стадии ультрафильтрации - см. выше) необратимые потери лизина составили 5,5%.

Пример 2

Для сорбции продукта на сульфокатионите КУ-2-8 колонку, бывшую в предыдущем опыте головной, сделали на этот раз хвостовой, а бывшую хвостовую головной. Дальнейшее выделение лизина проведено на ультрафильтрате и диафильтрате от предыдущего опыта следующим образом.

Через указанные две колонки пропускают сначала неиспользованный ранее диафильтрат, а следом неиспользованный основной фильтрат.

Последний предварительно был объединен с маточником от предыдущего опыта, вследствие чего рН основного фильтрата поднялась с 1,9 до 2,3.

Водную промывку отсоединенной головной колонны проводят 1,3 объемами обессоленной воды при температуре 70-73°С, а элюцию - раствором аммиака с концентрацией 5,0%. Отобрав первые 0,60 объема элюата, не содержащие лизина, далее, по достижении рН 6,7, производят отбор уже лизинсодержащей фракции. Доведя объем последней, как и в предыдущем случае, до 1,6 объема, последующий раствор собирают уже отдельно.

Получение образцов кристаллического продукта на втором этапе выделения проводят аналогично примеру 1 при том, что

- в основную фракцию аммиачного элюата вносят 0,28% дитионита натрия,

- в результате первичного упаривания полученный раствор концентрируют в 2,3 раза, после чего подкисляют до рН 5,3,

- вторично упаренный раствор, содержащий лизин в концентрации 530 г/л, перед кристаллизацией подкисляют до рН 4,9,

- отжатые от маточника кристаллы высушивают при 89-90°С в течение 15 минут.

В итоге были получены кристаллы лизина монохлоргидрата с содержанием основного вещества 99,1%, а также маточник с концентрацией лизина 281,0 г/л; с учетом этих показателей необратимые потери лизина на втором этапе выделения составили 1,9%. В целом по выделению (с учетом стадии ультрафильтрации) необратимые потери лизина составили 6,1%.

При достижении этих показателей выделение лизина, как и в примере 1, было проведено без очистки активированным углем, спиртовой промывки кристаллов и двух дополнительных упариваний лизинсодержащего раствора - то есть существенно более простым образом, чем в способе-протототипе.

Claims (3)

1. Способ выделения L-лизина из культуральной жидкости, включающий сорбцию лизина из освобожденного от биомассы подкисленного раствора на сильносшитом полистирольном сульфокатионите, промывку последнего от указанного раствора водой, элюцию 5%-ным раствором аммиака с отбором лизинсодержащей фракции, первичное вакуум-упаривание, нейтрализацию концентрата соляной кислотой, адсорбционное осветление на макропористом слабоосновном анионите конденсационного типа, вторичное вакуум-упаривание с последующей кристаллизацией лизина монохлоргидрата, отделением кристаллов от маточника и сушкой кристаллов, отличающийся тем, что перед сорбцией подкисляют непосредственно культуральную жидкость до рН 1,9-2,3, после отделения биомассы сорбцию лизина на сульфокатионите ведут до состояния насыщения или близкого к нему, промывку водой ведут при температуре 70-85°С и расходе обессоленной воды 1,1-1,3 объема на объем слоя ионита, отбор лизинсодержащей фракции аммиачного элюата производят по достижении рН 6-7, в отобранную лизинсодержащую фракцию вводят серусодержащий антиоксидант в количестве 0,28-0,43%, первичное вакуум-упаривание ведут с концентрированием раствора в 2,3-2,8 раза, а сушку кристаллов лизина монохлоргидрата осуществляют при температуре 85-90°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве серусодержащего антиоксиданта используют сульфит натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве серусодержащего антиоксиданта используют дитионит натрия.