SK280253B6

SK280253B6 - Spôsob oddeľovania lyzínu vo forme vodného roztoku

Info

Publication number: SK280253B6
Application number: SK2341-92A
Authority: SK
Inventors: Pierre Lucq; Christian Domont
Original assignee: Eurolysine (S. A.)
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1999-10-08
Also published as: HU214675B; EP0534865A1; DE69213876T2; FR2679569A1; EP0534865B1; CZ234192A3; FR2679569B1; SK234192A3; DK0534865T3; CZ283213B6; HU9202438D0; ES2092078T3; DE69213876D1; HUT73168A; ATE143054T1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oddeľovania lyzínu vo forme vodného roztoku z fermentačnej pôdy. Získaný roztok nachádza použitie ako prísada do krmiva.

Doterajší stav techniky

Existujú v podstate dve hlavné skupiny postupov izolácie lyzínu, ktoré boli dotiahnuté do priemyslelného rozsahu a ktoré sú vhodné na kombinácie s fermentačnou výrobou lyzínu.

Prvá skupina týchto postupov spočíva v izolácii lyzínu vo forme kryštalického dehydratovaného monohydrochloridu lyzínu. Pri tomto spôsobe sa lyzín z fermentačnej pôdy obvykle získava pri použití katexových živíc. Tento spôsob zahŕňa nasledujúce hlavné stupne:

1. Hodnota pH fermentačnej pôdy sa nastaví, v niektorých prípadoch po odstránení prítomných baktérií, na rozmedzí optimálnych hodnôt pre adsorpciu lyzínu na živici prídavkom kyseliny, obvykle kyseliny chlorovodíkovej alebo kyseliny sírovej.

2. Okyslená fermentačná pôda sa nechá prejsť cez katexovú živicu, ktorá adsorbuje lyzín, ako aj časť katiónov, ako je amónny katión, katión draslíka, katión vápnika a aminokyseliny, ktoré sú odvodené od látok obsiahnutých vo fermentačnej pôde alebo ktoré vzniknú počas fermentácie. Tieto ióny znižujú adsorpčnú kapacitu živice pre lyzín, keďže sa adsorbujú na túto živicu spoločne s lyzínom. S cieľom zlepšiť izoláciu lyzínu je preto nutné sa uchyľovať ku komplikovaným a nákladným technológiám, pri ktorých sa používa niekoľko kolón naplnených katexovou živicou, ktoré sú zapojené do série. Na zlepšenie adsorpcie sa tiež hodnota pH fermentačnej pôdy nastavuje na vysoko kyslé hodnoty', ktoré sú obvykle nižšie ako 4 (pozri napríklad francúzsky patent č. 2 567 413). Vzhľadom na to, že fermentácia obvykle prebieha pri v podstate neutrálnych hodnotách pH, je pre takéto okyslenie potrebné veľké množstvo kyseliny.

3. Elúcia lyzínu adsorbovaného na živici pôsobením alkalického roztoku, obvykle amoniaku, po ktorej sa uskutoční regenerácia živice.

4. Izolácia lyzínu z eluátu vo forme kryštálov dehydratovaného monohydrochloridu lyzínu, ktorá sa uskutoční tak, že sa eluovaný roztok skoncentruje po predbežnom nastavení pH na hodnotu nižšiu ako 6, kde potom sa uskutoční kryštalizácia a nakoniec oddelenie a vysušenie získaných kryštálov.

Hlavnou nevýhodou tohto spôsobu je jeho nákladnosť. Nevýhodami tohto postupuje predovšetkým:

- spôsob je pomerne komplikovaný a vyžaduje mnohé zariadenia, napríklad kolóny s živicami;

- elúcia lyzínu vyžaduje veľké množstvo vody;

- vysoké množstvo vody je potrebné tiež na regeneráciu živice;

- odpadové vody, ktoré pri postupe vznikajú, predovšetkým pri elúcii lyzínu a regenerácii živice, sú znečistené minerálnymi látkami a/alebo rôznymi organickými látkami a je potrebné ich pred novým použitím alebo pred vypustením do okolitého prostredia spracúvať v čistiarni odpadových vôd.

Extrakcia lyzínu podľa tejto prvej metódy vyžaduje v dôsledku toho vysokú spotrebu energie. Postup je tiež nákladný z toho dôvodu, že vyžaduje aj vysokú spotrebu reakčných činidiel.

Druhá skupina postupov spočíva v izolácii lyzínu vo forme odvodenej zmesi, ktorá môže tiež obsahovať biomasu a/alebo rôzne zložky, ktoré sú prítomné vo fermentačnom prostredí. Takéto odvodené zmesi majú však povahu pastovitých, lepivých a veľmi hygroskopických pevných látok, s ktorými je veľmi obťažná manipulácia. Okrem toho, skladovateľnosť takýchto odvodených zmesí je veľmi nízka.

Ako riešenie týchto problémov bolo navrhnuté používať prísady do fermentačných pôd, v ktorých sa vyrába lyzin, ktoré by boli schopné obmedziť hygroskopické vlastnosti získaných látok. Toto riešenie nie je úplne uspokojivé, keďže vyžaduje vysoké množstvo takýchto prísad a v dôsledku toho vedie k tvorbe odvodnených zmesí s pomerne nízkym obsahom lyzínu.

Bolo tiež navrhnuté uskutočňovať fermentačný postup výroby lyzínu pri dobre definovaných podmienkach. Predovšetkým vo francúzskom patente č. 2 541 867 sa doporučuje použitie zdroja uhlíka s vysokým obsahom fermentovaných látok, vzhľadom na celkový obsah sušiny, to znamená zdroja uhlíka obsahujúceho kyslíkatú zlúčeninu uhlíka, ktorá môže byť asimilovaná v dostatočnom stupni čistoty', ako je glukóza, sacharóza a hydrolyzáty škrobu. Postup tohto typu je pomerne nákladný, keďže pri ňom nie je možné používať vo väčšom množstve lacné zdroje uhlíka, ako je melasa z cukrovej repy alebo cukrovej trstiny. Okrem toho, tento postup tiež vyžaduje veľké množstvo energie na odvodňovanie.

Odvodňovanie sa okrem toho musí uskutočňovať pri špecifických podmienkach, aby sa zabránili degradácii konečného produktu. Ide teda o pomerne komplikovaný postup.

Podstata vynálezu

Jednou z úloh tohto vynálezu je vyvinutie spôsobu oddeľovania lyzínu z fermentačnej pôdy, ktorý by bol jednoduchý, hospodárny a ktorý by viedol k priamemu získaniu vodných koncentrovaných roztokov lyzínu.

Ďalšou úlohou tohto vynálezu je vyvinutie spôsobu použitia takýchto vodných koncentrovaných roztokov ako prísad do krmív.

Predmetom vynálezu je spôsob oddeľovania lyzínu vo forme vodného roztoku z fermentačnej pôdy obsahujúceho lyzín, ktorého podstata spočíva v tom, že sa

a) pH fermentačnej pôdy nastaví na hodnotu v rozmedzí od 9 do 11;

b) minerálne soli obsiahnuté vo fermentačnej pôde sa nechajú vykryštalizovať skoncentrovaním a ak je to potrebné, ochladením tejto pôdy;

c) minerálne soli sa oddelia z fermentačnej pôdy;

d) oddelí sa vodný roztok obsahujúci lyzín, ktorý je tvorený kryštalizačnými materskými lúhmi;

pričom uvedený spôsob zahŕňa tiež stupeň odstraňovania mikroorganizmov na produkciu lyzínu z fermentačnej pôdy, ktorý sa zaraďuje buď pred stupeň a), alebo po ňom, alebo za stupeň c).

Hlavnou výhodou tohto postupu j c to, že sa súčasne a jednoducho z fermentačnej pôdy oddelia niektoré zložky, totiž mikroorganizmy a veľká časť minerálnych solí a v spracúvanom prostredí sa zvýši koncentrácia lyzínu. To umožňuje získať stále roztoky s vysokou koncentráciou lyzínu (ktorá leží v rozmedzí od 25 do 50 % hmotnostných).

V závislosti od použitých surovín a reakčných činidiel sú odstraňovanými minerálnymi látkami predovšetkým síranové a chloridové ióny, ióny sodíka, draslíka a amónia.

Z fermentačnej pôdy sa tiež odstraňuje biomasa. aby sa získal vodný roztok s vysokou koncentráciou lyzínu, ktorý by mal uspokojivú skladovateľnosť.

Pri spôsobe podľa vynálezu sa koncentrované vodné roztoky lyzínu získavajú veľmi hospodárnym spôsobom. Je to tak predovšetkým z týchto dôvodov:

- Ako prísada sa používa len báza, ako je hydroxid sodný, hydroxid amónny alebo hydroxid draselný.

- Spotreba vody je veľmi nízka alebo dokonca nulová.

- Na uskutočňovanie spôsobu podľa vynálezu nie je potrebné žiadne zvláštne zariadenie. Inými slovami, musí byť k dispozícii zariadenie, ktoré sa obvykle používa pri fermentačných postupoch, zahŕňa fermcntor a prostriedok na oddeľovanie biomasy a minerálnych látok. Toto zariadenie nemusí byť pre realizáciu spôsobu podľa vynálezu komplikovaným spôsobom prispôsobované.

- Vďaka vysokému obsahu lyzínu a vysokej stabilite vzniknutého roztoku je jeho priemyselné využitie a skladovanie veľmi jednoduché a hospodárne.

Ďalšou dôležitou výhodou spôsobu podľa vynálezu je to, že nezahŕňa žiadnu operáciu, pri ktorej by mohlo dôjsť k degradácii lyzínu, ako je odvodňovanie (dehydratácia), ktoré sa pri známych postupoch často používa.

Krmivové zmesi obsahujúce roztoky vyrobené spôsobom podľa vynálezu sú, pokiaľ ide o rast zvierat, rovnako účinné, ako zmesi obsahujúce prečistený hydrochlorid lyzínu.

Okrem vysokej skladovateľnosti majú koncentrované roztoky lyzínu vyrobené spôsobom podľa vynálezu tieto vlastnosti:

- Vysoký obsah lyzínovej bázy, ktorý, vztiahnuté na lyzín vo voľnom stave, to znamená neutralizovaný lyzín, je aspoň 25 % hmotnostných, ak sa ako uhľovodíkový zdroj pre realizáciu fermentácie použije melasa získaná z cukrovej repy alebo cukrovej trstiny.

- Vysoký hmotnostný pomer lyzínovej bázy k celkovej sušine, ktorý je obvykle aspoň 35 % hmotnostných.

- Vodné roztoky s vysokou koncentráciou lyzínovej bázy, získané spôsobom podľa vynálezu, sú kvapaliny, ktoré je možné ľahko miešať s krmivami. Okrem toho je možné pridávať roztoky podľa vynálezu ku kompozitným krmivám vždy tak, že obsah lyzínu zodpovedá konkrétnej potrebe zvierat.

Oddeľovanie lyzínu sa musí uskutočňovať pri hodnote pH v rozmedzí od 9 dol 1, keďže inak by dochádzalo k zrážaniu lyzínu. Pri prednostnom spôsobe realizácie sa lyzín oddeľuje z fermentačnej pôdy, v ktorej bol vyrobený, pri hodnote pH nastavenej do rozmedzia 9,5 až 10. Pri hodnotách pH v tomto rozmedzí sa dosiahli najvyššie koncentrácie lyzínu.

Pre ciele tohto vynálezu sa všeobecne môžu použiť všetky fermentačné pôdy, ktoré sa podľa známeho stavu techniky používajú na produkciu lyzínu. Výhodne sa používa fermentačná pôda získaná fermentáciou zdroja dusíka a zdroja uhlíka pomocou mikroorganizmu poskytujúceho vysoký výťažok lyzínu, ktorý napríklad patrí k druhu Brevibacterium alebo Corynebacterium. Ako zdroj uhlíka sa prednostne používa melasa z cukrovej repy alebo cukrovej trstiny, alebo zdroje uhlíka s vysokým obsahom fermentovaných látok, ako je glukóza, sacharóza, škrobové hydrolyzáty alebo zmes dvoch, alebo viac uvedených rôznych zdrojov uhlíka.

Hneď ako je koncentrácia uhlíkového zdroja dostatočne nízka, fermentácia sa zastaví a môže sa uskutočniť oddelenie lyzínu vo forme vodného roztoku. Fermentácia sa obvykle uskutočňuje pri pH blízkom neutrálnemu a lyzín je v tomto prípade v podstate v stave jednomocného katiónu, to znamená vo forme soli, obvykle sulfátu alebo hydrochloridu.

Pri prednostnej realizácii tohto vynálezu sa v prvom stupni odstránia suspendované látky, predovšetkým mikroorganizmy, ultrafiltráciou, mikrofiltráciou, odstredením alebo filtráciou.

Potom sa hodnota pH vyčereného roztoku nastaví do rozmedzia 9 až 11, prednostne 9,5 až 10, prídavkom zásady, ako je hydroxid sodný, hydroxid draselný a hydroxid amónny. Aby sa získali minerálne soli, ktoré by bolo možné použiť ako poľné hnojivá, výhodne sa používa ako zásada hydroxid draselný alebo hydroxid amónny, alebo zmes týchto dvoch zásad.

Potom nasleduje druhý stupeň, ktorý spočíva v kryštalizácii minerálnych soli, indukovanej skoncentrovaním a v niektorých prípadoch ochladením vyčereného roztoku. Koncentrovanie sa uskutočňuje v zhode so známymi technológiami, ktoré sa na tento cieľ používajú v tomto odbore. Volia sa také spôsoby, pri ktorých je možné sa vyhnúť degradácii zlúčenín obsiahnutých vo výslednom vodnom roztoku. Vhodným spôsobom, ktorý sa pri koncentrovaní roztokov podľa vynálezu používa, je vákuové odparovanie v odparkách.

Počas tohto stupňa sa z roztoku vylúčia všetky soli, ktorých rozpustnosť je nižšia ako rozpustnosť lyzínu. Zo solí, ktoré je možné týmto spôsobom odstraňovať, je možné uviesť soli týchto iónov: SO₄ ²’, Cľ, Na⁺, K⁺ a NH₄ ⁺. Kryštály takto vzniknutých minerálnych soli je možné oddeľovať napríklad odstreďovaním alebo filtráciou. Počas oddeľovania minerálnych solí vzniknutých pri koncentrovaní roztoku sa zachytáva materský lúh z kryštalizácie, ktorý obsahuje lyzín.

Príklady realizácie vynálezu

Príklad 1

Roztok lyzínu sa vyrába pri použití fermentačnej pôdy zhotovenej zo škrobového hydrolyzátu (sirup s vysokým obsahom glukózy), ako zdroja uhlíka, ktorý obsahuje 10 % hmotnostných melasy z cukrovej repy a 90 % hmotnostných glukózy.

Fermentačný postup pri použití mikroorganizmu produkujúceho lyzín a škrobového hydrolyzátu (roztoku glukózy), ako zdroja uhlíka, vedie k získaniu fermentačnej pôdy s nasledujúcimi vlastnosťami:

lyzínová báza/celková sušina 50 % sulfát 3 % pH 7

Potom sa hodnota pH fermentačnej pôdy nastaví na 10 prídavkom roztoku hydroxidu draselného a pôda s upraveným pH sa odstredí, aby sa odstránila biomasa. Po odstránení baktérií sa pôda skoncentruje vákuovým odparovaním a pri 60 °C sa získa suspenzia kryštálov síranu draselného. Vzniknutá suspenzia kryštálov sa ochladí na 10 °C v kryštalizátore, aby sa dosiahlo dobré vylúčenie minerálnych solí. Vylúčené minerálne soli sa oddelia odstredením a získaný roztok lyzínovej bázy je možné charakterizovať týmito parametrami:

- svetlohnedá kvapalina
- hustota:	1,30 g/cnr
-pH:	10
- obsah lyzínovej bázy:	45%
- percentné zloženie:
sušina:	70%
proteíny:	6%
minerálne látky:	5,8 %

z ktorých 1,5 % tvoria síranové ióny.

Získaný roztok sa skúša na stabilitu a po šesťmesačnom skladovaní pri teplote okolia (v rozmedzí od -5 do 20 °C) je strata lyzínu nižšia ako 1 % hmotnostné. Nedochádza k žiadnemu zhoršeniu bakteriologických vlastností, ani sa netvorí usadenina. Konštatuje sa vysoká úroveň dlhodobej stálosti vo všetkých ohľadoch.

Príklad 2

Vyrobí sa roztok lyzínu pri použití fermentačnej pôdy, ktorá je zložená zo 100 % hmotnostných melasy z cukrovej repy, ako zdroja uhlíka.

Použije sa rovnaký typ fermentačného postupu ako v príklade 1, pri ktorom sa zdroj uhlíka tvorený melasou s cukrovej repy prevádza bikonverziou pomocou produkčného mikroorganizmu na lyzín. Získaná fermentačná pôda má toto zloženie:

- lyzínová báza/celková sušina: 25 %

- sulfát: 3,8 %

-draslík: 1,3%

-pH: 7

Potom sa hodnota pH fermentačnej pôdy nastaví prídavkom amoniaku na 9,50. Všetky látky, suspendované v pôde s upravenou hodnotou pH sa oddelia spracovaním v tangenciálnom mikrofiltračnom zariadení. Pôdy, zbavená baktérií, ktorá sa takto získa, sa skoncentruje vákuovým odparovaním a ochladí na 10 °C, pričom vykryštalizuje zmes síranu draselného a síranu amónneho. Po oddelení kryštalických minerálnych solí sa získa roztok lyzínovej bázy, ktorý má tieto vlastnosti:

- svetlohnedá farma
- hustota:	1,35 g/cm³
-pH;	9,5
- obsah lyzínovej bázy:	25 %
- percentné zloženie:
sušina:	70%
proteíny:	16%
minerálne látky:	7%

z ktorých 2,4 % tvoria síranové ióny.

Získaný roztok sa skúša na stabilitu a po šesťmesačnom skladovaní pri teplote okolia (v rozmedzí od -5 do 20 °C) je strata lyzínu nižšia ako 1 % hmotnostné. Nedochádza k žiadnemu zhoršeniu bakteriologických vlastnosti, ani sa netvorí usadenina. Konštatuje sa vysoká úroveň dlhodobej stálosti vo všetkých ohľadoch.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa nastavovanie pH uskutočňuje pri použití hydroxidu draselného alebo hydroxidu amónneho.

4. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že sa fermentačná pôdy skoncentruje a minerálne soli a mikroorganizmy sa odstránia v rozsahu zodpovedajúcom obsahu lyzínovej bázy vo výslednom roztoku aspoň 25 % hmotnostných a obsahu lyzínovej bázy v sušine výsledného roztoku aspoň 35 % hmotnostných.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob oddeľovania lyzínu vo forme vodného roztoku z fermentačnej pôdy obsahujúceho lyzín, vyznačujúci sa tým, že sa

a) pH fermentačnej pôdy nastaví na hodnotu v rozmedzí od 9 do 11;

b) minerálne soli obsiahnuté vo fermentačnej pôde nechajú vykry štalizovať skoncentrovaním a ak je to potrebné, ochladením tejto pôdy;

c) minerálne soli oddelia z fermentačnej pôdy;

d) oddelí vodný roztok obsahujúci lyzín, ktorý je tvorený kryštalizačnými materskými lúhmi;

pričom uvedený spôsob zahrnuje tiež stupeň odstraňovania mikroorganizmov na produkciu lyzínu z fermentačnej pôdy, ktorý sa zaraďuje buď pred stupeň a), alebo po ňom, alebo za stupeň c).
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že sa pH fermentačnej pôdy nastavuje do rozmedzia od 9,5 do 10.