WO2006037461A2

WO2006037461A2 - Verfahren zum isolieren und trennen von kohlenhydraten aus wässrigen medien

Info

Publication number: WO2006037461A2
Application number: PCT/EP2005/010150
Authority: WO
Inventors: Daniela Hameister; Udo Kragl
Original assignee: Universität Rostock
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-04-13
Also published as: DE102004047722B4; DE102004047722A1; WO2006037461A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Isolieren und Trennen von Kohlenhydraten, insbesondere von Monosacchariden, Disacchariden und/oder Oligosacchariden, aus wässrigen Medien, bei dem man mit einem organischen Lösungsmittel oder einer ionischen Flüssigkeit, die jeweils ein Amin enthalten, eine Extraktion durchführt und man das/die Saccharid(e) anschließend durch Rückextraktion gegen Wasser isoliert.

Description

Verfahren zum Isolieren und Trennen von Kohlenhydraten aus wassrigen Medien

Die Aufarbeitung von Wertstoffen aus einer Reaktionslösung, aus Roh- oder Abfallstoffen macht in der Regel einen großen Anteil der Verfahrenskosten aus. Aus diesem Grund wird häufig versucht, möglichst hohe Konzentrationen zu erreichen, um die einzelnen Prozessabschnitte möglichst effektiv zu gestalten. Dies ist im Einzelfall nicht immer möglich, z.B. bei der Gewinnung von Inhaltsstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen oder aus biotechnologischen Produktionsprozessen. Schwierigkeiten treten auch dann auf, wenn gut wasserlösliche Substanzen wie Kohlenhydrate aus wässrigen Lösungen gewonnen werden sollen, ohne daß durch Veränderung der äußeren Gegebenheit eine z.B. selektive Extraktion nach pH-Einstellung mit organischen Lösungsmitteln möglich ist.

In den letzten 30 Jahren stieg das Interesse, nachwachsende Rohstoffe industriell zu nutzen. Kohlenhydrate eignen sich besonders gut als Ausgangsverbindungen, da diese zum einen die größte Verfügbarkeit aufweisen und zum anderen in hoher Reinheit zugänglich sind. Ein wichtiger Rohstoff ist die Glucose, die weltweit in einem Maßstab von ca. 5 Mio. t/a produziert wird. Glucose wird großtechnisch durch enzymatische Hydrolyse aus Stärke hergestellt. Die Hauptanwendungen liegen im Ernährungssektor, als Kohlenstoffquelle für industrielle Fermentation sowie als Rohstoff zur Synthese von Sorbitol [1] .

Die Gewinnung von Kohlenhydraten aus wässrigen Medien (Fermentationsbrühen) stellt aufgrund der großen, irregulären und multivalenten Struktur und der geringen Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln ein Problem dar.

Bisherige Arbeiten beschäftigten sich hauptsächlich mit der Extraktion von Kohlenhydratcarbonsäuren wie zum Beispiel die Gluconsäure oder die Milchsäure [Ref. 1-4] . Hier konnte durch Zusatz eines Carriers zum organischen Lösungsmittel gezeigt werden, dass eine extraktive Gewinnung der Carbonsäuren möglich ist. Kida et al zeigten den selektiven Transport von Monosacchariden durch eine Bulkmembran unter Hilfenahme eines Carriers. Ähnliches stellten Ryan et al in ihren Arbeiten vor. Sie extrahierten verschiedene Zucker unter Zuhilfenahme eines aufwendig zu synthetisierenden zyklischen Rezeptor. Der selektive Transport von Monosacchariden durch eine Lipid- Doppelschicht-Membran' unter Nutzung von Phenylboronsäure als Carrier zeigten Westmark et. al . Bei diesen Arbeiten konnten Monosaccharide aus der wässrigen Phase abgetrennt werden. Der Nachteil dieser Arbeiten liegt zum einen im hohen Zeitaufwand (teilweise bis zu 4 Tagen) und zum anderen an der niedrigen Konzentration der gewonnenen Substanzen [Ref. 5-7] .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und effizientes Verfahren zur Isolierung und/oder Trennung von Kohlenhydraten aus wässrigen Medien bereitzustellen, das vorzugsweise innerhalb kurzer Zeiträume durchführbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren der Ansprüche 1 bis 14 bzw. die Verwendung nach den Ansprüchen 15 bis 17 vorgeschlagen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Isolieren von Kohlenhydraten (Sacchariden) aus wässrigen Medien, bei dem man

(a) eine Extraktion des wässrigen Mediums mit einem organischen Lösungsmittel oder einer ionischen Flüssigkeit durchführt, wobei das organische Lösungsmittel oder die ionische Flüssigkeit ein primäres, sekundäres und/oder tertiäres Amin enthält, und man

(b) aus dem organischen Lösungsmittel oder der ionischen Flüssigkeit das/die Kohlenhydrat (e) mit Wasser extrahiert.

Bei dem Kohlenhydrat bzw. den Kohlenhydraten handelt es sich vorzugsweise um ein Monosaccharid/Monosaccharide und/oder ein Disaccharid/Disaccharide und/oder ein Oligosaccharid/ Oligosaccharide.

Bei dem wässrigen Medium handelt es sich vorzugsweise um eine wässrige Lösung, es kann aber auch eine Aufschlämmung oder Rohextrakt sein.

Gegebenenfalls unterzieht man die in Stufe (b) erhaltene wässrige Lösung einer weiteren Aufreinigung und/oder Trennung, beispielsweise durch Chromatographie, Membranverfahren, Eindampfen oder Adsorption.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform unterzieht man die in Stufe (b) erhaltene wässrige Lösung nochmals dem vorgenannten, erfindungsgemäßen Verfahren, um eine weitere Trennung/ Aufreinigung zu erzielen.

Vorteilhafterweise entfernt man aus der in Stufe (b) erhaltenen wässrigen Lösung das Wasser. Geeignete Verfahren, wie z.B. Dünnschichtverdampfung, Rotationsverdampfung, Sprühtrocknung und Gefriertrocknung, sind dem Fachmann gut bekannt. Das vorgenannte Verfahren wird bei einer Temperatur von bis zu etwa 40°C, wie z.B. bei etwa 20⁰C, etwa 30⁰C oder etwa 40°C, durchgeführt. Vorteilhaft ist eine Temperatur von 4O⁰C. Die Selektivität steigt durch niedere Temperaturen, so dass hierfür auch eine Temperatur von 20 ⁰C bevorzugt wird.

Das organische Lösungsmittel wird aus der Gruppe unverzweigter Aliphaten, aliphatischer Alkohole, Ethern, Aromaten oder Mischungen derselben ausgewählt.

Die Gruppe unverzweigter Aliphaten umfasst beispielsweise, n- Hexan, n-Heptan, n-Decan, n-Pentan, n-Butan, Isooctan, Octadecan, 2-Methylpentan, Hexadecan und Heptadecan.

Auch verzweigte Aliphaten und Cycloaliphaten, wie z.B. Cyclohexan kommen in Betracht, ebenso wie cyclische Ketone (z.B. Cyclohexanon) . Dem Fachmann sind entsprechende Lösungsmittel aus den vorgenannten Klassen gut bekannt, und deren Eignung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich leicht überprüfen.

Aliphatische Alkohole sind beispielsweise Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, sek-Butanol, tert-Butanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Methanol, 2-Octanol, 3-Octanol, Isoamylalkohol und Isooctanol einschließlich aller Isoformen.

Ether sind beispielsweise Dimethylether, Diethylether, Dipropylether, Dibutylether, Dipentylether, Dihexylether, Dibenzylether, n-Butylethylether, Diisopropylether, Diisoamylether, einschließlich aller in Bezug auf den Alkylrest denkbaren Isoformen. Auch asymmetrische Ether kommen in Betracht, wie z.B. Methylethylether, Methylpropylether, Methylbutylether, Ethlypropylether, Ethylbutylether, tert. Butylethylether, ebenfalls einschließlich aller in Bezug auf den Alkylrest denkbaren Isoformen, wie z.B. tert-Butylmethylether (MTBE) .

Aromatische Kohlenwasserstoffe, die vorliegend in Betracht kommen, sind Toluol, p-Xylol, m-Xylol und o-Xylol.

Erfindungsgemäß geeignet sind auch perfluorierte Kohlenwasserstoffe, wobei sich deren Eignung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vom Fachmann leicht überprüfen lässt.

Insbesondere kommen als organische Lösungsmittel aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Praktikabilität n-Butanol, MTBE, n-Hexan oder Toluol in Frage, sind jedoch nicht darauf beschränkt.

Die Erfindung betrifft gemäß einer erfindungsgemäßen Alternative die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten zur Extraktion von Kohlenhydraten, bevorzugt von Monosacchariden und/oder Disacchariden, aus wässrigen Medien, insbesondere unter Anwendung des hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.

Unter ionischen Flüssigkeiten versteht man bei niedrigen Temperaturen (< 100⁰C) schmelzende Salze, die eine neuartige Klasse von Lösungsmitteln mit nicht-molekularem, ionischem Charakter darstellen. Auch wenn erste Vertreter bereits seit 1914 bekannt sind, werden ionische Flüssigkeiten erst in den letzten 15 Jahren intensiv als Lösungsmittel für chemische Umsetzungen untersucht. Ionische Flüssigkeiten besitzen keinen messbaren Dampfdruck. Dies ist aus verfahrenstechnische Hinsicht ein großer Vorteil, da auf diese Weise die destillative Trennung eines Reaktionsgemisches als effektive Methode zur Produktabtrennung möglich ist. Die bekannten Probleme durch Azeotropbildung zwischen Lösungsmittel und Produkten treten nicht auf. Ionische Flüssigkeiten sind bis über 200⁰C temperaturstabil. Durch eine geeignete Wahl von Kationen und Anionen ist eine stufenweise Einstellung der Polarität und damit eine Abstimmung der Löslichkeitseigenschaften möglich. Die Bandbreite reicht dabei von wassermischbaren ionischen Flüssigkeiten über wassernichtmischbare bis hin zu solchen, die selbst mit organischen Lösungsmitteln zwei Phasen bilden. Ionische Flüssigleiten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können sind beispielsweise in den Publikationen Ref 9-13 genannt, auf die hierin ausdrücklich Bezug genommen wird. Ferner wird noch auf die Datenbanken von Merck (www.ionicliquids-merck.de) und von Solvent Ionnovation (www. solvent-innovation. com) verwiesen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommen solche ionischen Flüssigkeiten in Betracht, die mit Wasser nicht oder nur wenig mischbar sind und die im oben genannten Temperaturbereich, vorzugsweise bei etwa 40⁰C, flüssig sind. Bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten (IL) , vor allem auf Basis des N- Alkylimidazolium Kations [Ref. 8] . Beispielhafte Vertreter sind l-Butyl-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imid BMIM[ (CF₃SO₂)₂N] , l-Ethyl-3-methyl-imidazolium-bis (trifluoro- methyl-sulfonyl) imid[EMIM] [(CF₃SO₂J₂N], 1, 10-Di- (4' -methyl- imidazolium) -decanyl-bis (trifluoromethylsulfonyl) imid [ (MIM)₂Dec] [ (CF₃SO₂) ₂N] , l-Butyl-3-methyl-imidazoliumhexa- fluorophosphat [BMIM] [PF₆], Terrasail™ (von Sachem, Inc., Austin (TX), USA), sowie Mischungen derselben, wobei BMIM[ (CF₃SO₂)₂N] , sowie Mischungen derselben besonders bevorzugt sind.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, dass sich die Carrier (Amine) vollständig in der Ionischen Flüssigkeit lösen. Desweiteren sind die üblichen Bedingungen für eine Extraktion, d.h. eine gute Phasentrennung und eine Nichtmischbarkeit mit Wasser, von der Ionischen Flüssigkeit zu erfüllen. Bei dem eingesetzten Amin handelt es sich um ein alicyclisches Amin, ein aliphatisches Amin oder eine Mischung derselben. Das heisst, dass ein oder mehrere Amine zum Einsatz kommen, wobei es sich um Amine gleichen Typs (z.B. primäre Amine) oder verschiedenen Typs (z.B. Mischung primärer und sekundärer Amine) handeln kann.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete primäre Amine schließen alicyclische primäre Amine (wie z.B. Cyclooctylamin, Cyclohexylamin, Cyclopentylamin, Cyclopropylamin und Cycloheptylamin) , aliphatische primäre Amine (wie z.B. 2- Aminooctan, 2-Aminoheptan, 2-Aminooctan, Dodecylamin, Laurylamin, Octylamin, Butylamin, Ethylamin, Hexylamin und 2- Pentylamin) oder Mischungen derselben ein. Sekundäre Amine schließen Amine wie Dicyclohexylamin, Dibenzylamin, Dibutylamin, Diethylamin, Diisopropylamin, Dimethylamin, N-Methylbutylamin oder N-Methylcyclohexylamin sowie Mischungen derselben ein. Tertiäre Amine schließen Amine wie Trioctylamin, Tridodecylamin, Tributylamin, Triethylamin, Trimethylamin, N,N-Dimethylcyclo- hexylamin, N-Methyldioctylamin, N,N-Dimethylisopropylamin oder N,N-Dimethyloctylamin sowie Mischungen derselben ein. Es kommen auch Mischungen von primären, sekundären und/oder tertiären Aminen untereinander in Betracht.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man das primäre Amin in einem molaren Amin-Zucker-Verhältnis von 2-25

(d.h. 1 mol Zucker, 2 mol Amin etc.) ein. Die tatsächlich verwendeten Mengen variieren je nach Lösungsmittel und Carrier

(Amin) . Die einzelnen Verhältnisse sind nachfolgend beispielhaft in Tabelle 4 zusammengefaßt.

Sollte die vorhandene Kohlenhydratmenge in der wässrigen Phase nicht bekannt sein, so ist es erforderlich mittels geeigneter Analysenmethoden wie z.B. HPLC die Konzentration der vorhandenen Zucker zu Bestimmen. Vorraussetzung hierfür ist die Kenntnis über die in der wässrigen Phase befindlichen Kohlenhydrate. Danach ist es möglich die entsprechende Aminmenge zu ermitteln.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung dient zum Isolieren von Kohlenhydraten aus wässrigen, kohlenhydrathaltigen Medien. Es ist auch zum Trennen von Monosacchariden und Disacchariden geeignet, da sich im Rahmen der durchgeführten Versuche zeigte, dass sich bei geeigneter Wahl von organischem Lösungsmittel bzw. ionischer Flüssigkeit und primärem Amin sowie der Verfahrensbedingungen (Temperatur, Amin-Anteil) Mono- und Disaccharide unterschiedlich in die nicht-wässrige Phase extrahieren und anschließend bei der Rückextraktion in die wässrige Phase überführen lassen. Auf diese Weise kann eine nahezu quantitative Trennung der Mono- und Disaccharide erreicht werden. Der Fachmann ist aufgrund seines Fachwissens und Fachkönnens in der Lage, im Rahmen von Routineversuchen geeignete Bedingungen für die vorzugsweise quantitative Trennung der im jeweils vorliegenden wässrigen Medium vorhandenen Mono- und Disaccharide zu ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Labormaßstab, beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher Schütteltrichter durchgeführt werden. Im technischen bzw. großtechnischen Maßstab sind dem Fachmann geeignete Vorrichtungen und Apparaturen zur automatisierten flüssig-flüssig-Extraktion bekannt. Die Extraktion kann diskontinuierlich, d.h. unter Isolierung des in Stufe (a) erhaltenen nicht-wässrigen Extrakts, oder kontinuierlich, d.h. unter sofortiger Weiterverarbeitung des in Stufe (a) erhaltenen nicht-wässrigen Extrakts, durchgeführt werden. Besonders bevorzugt sind Gegenstromverfahren in Membranzellen, da sie einen kontinuierlichen Verfahrensbetrieb ermöglichen. In diesem Fall wird das Lösungsmittel oder die ionische Flüssigkeit auf eine inerte Membran aufgezogen (supported liquid membrane) [9,10] Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren in einer Membranzelle durchgeführt werden, die im Gegenstrom betrieben werden kann und in Beispiel 6 näher erläutert ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.

BEISPIELE

Beispiel 1

200 μl der organischen Lösungsmittel (n-Butanol, MTBE, n-Hexan, Toluol) und die Ionische Flüssigkeit (BMIM[CF₃SO₂)2N] ) , nachfolgend auch mit "IL" abgekürzt, wurden mit je 160 μl Cyclooctylamin bzw. 2-Aminooctan versetzt. Die Extraktion wurde in einem Reaktionsgefäß durchgeführt. Die zuckerhaltige (Lactose, Glucose, Galactose) wässrige Phase (0,1 mol/1) wurde zur Amin-Lösungsmittel-Phase gegeben und bei 40 ⁰C, 30 min in einem Thermoschüttler extrahiert. Die wässrige Phase wurden abgetrennt und zur Analyse in die HPLC (High Performance Liquid Chromatography) eingespritzt. Die Versuche wurden sowohl mit den Einzelsubstanzen als auch mit dem Kohlenhydratgemisch durchgeführt. Des weiteren wurden verschiedene Temperaturen (20⁰C, 30⁰C, 40 ⁰C) und pH-Werte für die Extraktion mit BMIM[CF₃SO₂) ₂N] gewählt.

Um die Substanzen wieder aus der Lösungsmittelphase zurückzugewinnen, wurde zuerst die wässrige Phase abgetrennt und mit 1000 μl Wasser die Substanzen rückextrahiert. Dies wurde wieder bei 40 ⁰C und 1000 rpm im Thermoschüttler durchgeführt. Die obere wässrige Phase wurde abgenommen und direkt in die HPLC eingespritzt.

Beispiel 2

Die Ergebnisse der folgenden Versuche sind in den nachfolgend wiedergegebenen und in Bezug genommenen Tabellen und Graphiken dargestellt. Tab. 1: Ergebnisse der Extraktion von Kohlenhydraten

Tab. 2 : Ergebnisse der Extraktion von Lactose, Glucose und Galactose mit Dicyclohexylamin und Trioctylamin

Die Abnahme in % bezieht sich auf die Abnahme an Substanz aus der wässrigen Phase.

Anhand der Figuren ist ein deutlicher Unterschied sowohl bei der Wahl des Lösungsmittels, als auch des Amins zu erkennen. Während sich die Galactose sehr gut mit Butanol, n-Hexan und Toluol (versetzt mit Cyclooctylamin) aus der wässrigen Phase extrahieren läßt, bleibt die Lactose und Glucose unter Verwendung von n-Butanol und MTBE (versetzt mit Cyclooctylamin) als Extraktionsmittel, zu großen Teilen in der wässrigen Phase zurück. Extrahiert man mit BMIM[ (CF3SO2) ₂N] (versetzt mit Cyclooctylamin) , so gewinnt man Lactose, Glucose und Galactose zu fast gleichen Anteilen.

Unter Verwendung von 2-Aminooctan als Carrier (Figur 2), kann eine wesentlich geringere Menge an Kohlenhydraten gewonnen werden. Hier können die einzelnen Substanzen teilweise selektiv aus der wässrigen Phase gewonnen werden. Ein deutlicher Unterschied ist bei der Verwendung von BMIM[ (CF₃SO₂) ₂N] als Lösungsmittel zu erkennen.

Während durch den Zusatz von Cyclooctylamin die Zucker zu fast gleichen Teilen extrahiert werden können, wird durch Zusatzt von 2-Aminooctan die Lactose besser extrahiert als die Glucose und die Galactose bleibt zum größten Teil in der wässrigen Phase zurück.

In Figur 3 und 4 ist gezeigt, dass es eine Temperatur¬ abhängigkeit bei der Extraktion mit BMIM[ (CF₃SO₂) ₂N] und den entsprechenden Carriern (primären Aminen) gibt. Die Extraktion der Kohlenhydrate mit Cyclooctylamin als Carrier zeigt die besten Extraktionsergebnisse bei einer Temperatur von 40⁰C. Bei der Verwendung von 2-Aminooctan sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Temperaturen geringer. Hier werden bei 30°C und 40⁰C ähnliche Ergebnisse erzielt.

Um die Substanzen aus der Lösungsmittelphase zurückzugewinnen, wurde mit Wasser eine Rückextraktion durchgeführt. Figur 5 zeigt am Beispiel von BMIM[ (CF₃SO₂) ₂N] als Lösungsmittel (versetzt mit dem genannten Carrier) , dass die Substanzen wieder zurück in die wässrige Phase gehen.

Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine Rückextraktion der Kohlenhydrate möglich ist. Während Lactose und Glucose zu ca. 15% aus BMIM[ (CF₃SO₂)₂N mit Cyclooctylamin zurückgewonnen wurde, konnte die Galactose zu ca. 60% in die wässrige Phase rückextrahiert werden. Geringere Kohlenhydratmengen konnten aus BMIM[ (CF₃SO₂) ₂N] mit 2-Aminooctan zurückgewonnen werden. Die Galactose erreichte jedoch auch hier etwa 25 %.

Beispiel 3

Die Extraktion verschiedener Zucker wurde über unterschiedliche Zeiträume getestet. Über einen Zeitraum von 180 Minuten wurde der Zuckergehalt nach 5, 10, 30, 60, 120 und 180 Minuten in der wässrigen Phase bestimmt. Dies wurde bei 20⁰C, 30⁰C und 40⁰C durchgeführt. Als geeignet stellt sich im vorliegenden Experiment eine Extraktionszeit von 30 und 60 Minuten heraus.

Beispiel 4

Extraktion weiterer Mono- und Disaccharide

Analytik: Die Analytik der Proben nach der Extraktion der Zucker wurde mittels HPLC durchgeführt. Es wurde die Abnahme der einzelnen Zuckerkonzentrationen in der wässrigen Phase bestimmt und prozentual berechnet. Die Analytik bezieht sich auf alle beschriebenen Versuche. Tab. 3:

< 10 %

+ 10 - 30 %

+ + 30 - 70 % aus der Wasserphase entfernt + + + > 70 %

Beispiel 5:

Tab 4: Beispielhafte Darstellung vorteilhafter Amin-Zucker- Verhaltnisse

Molares Ämxn-Zucker- Molares Amn-Losungsmittel- VerhaXtnis Verhaltnis

Cyclooctylamin+ BMIMf (CF₃SO₂J₂N] 0,1 0,5

16 1,3 20 1,8 2,7

2-Aminooctan + BMIMI(CF₃SOJ₂N] 0,1 0,5

16 1,4 20 2,2 24 3,6

Cyclooctylamin + Butanol 0,03 0,2

16 0,4 20 0,6 24 0,8

2-Armnooctan + Butanol 0,03 0,2

16 0,4 20 0,7 24 1,1

Cyclooctylaπαn + MTBE 0,04 0,2

16 0,5 20 0,8 24 1,1

2-Aπαnooctan + MTBE 0,04 0,2

16 0,6 20 0,9 24 1,5

Cyclooctylamin + n-Hexan 0,05 0,2

16 0,6 20 0,8

24 1,2

2-ftπu.nooctan + n-Hexan 0,05 0,2

16 0,6 20 1

24 1,6

Beispiel 6 :

Membranzelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Gegenstrom.

Die Filtrationszelle ist ein Thin-Channel-Modul, in dem die Flüssigkeit sowohl auf der Retentat- als auch Permeatseite in einem spiralförmigen Kanal entlang der Membran strömt. Die beiden Platten wurden mittels O-Ring und zusätzlich durch Verschraubungen, welche die Boden- und Deckelplatte zusammenpressen, abgedichtet. Das Permeat wird über eine Schlauchpumpe in den Deckel des Moduls gepumpt, wo es dann durch den spiralförmigen Kanal entlang der beschichteten Membran geführt wird. Das Retentat wird dann über einen seitlichen Ausgang aus der Zelle herausgepumpt.

Um die in der beschichteten Membran vorhandenen Stoffe rückzugewinnen, wird ein entsprechendes Lösungsmittel über eine Kolbenpumpe in den Boden des Moduls gepumpt, wo es dann durch den Kanal entlang der Membran geführt wird und die in der Membran befindlichen Stoffe herauszieht. Das substanzhaltige Lösungsmittel wird ebenfalls über einen seitlichen Ausgang aus der Zelle befördert.

Eine bevorzugte Membranzelle der Erfindung ist in Fig. 16 dargestellt. Referenzen:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Isolieren von Kohlenhydraten aus wässrigen Medien, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) eine Extraktion des wässrigen Mediums mit einem organischen Lösungsmittel oder einer ionischen Flüssigkeit durchführt, wobei das organische Lösungsmittel oder die ionische Flüssigkeit ein Amin enthält,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin ein primäres, sekundäres und/oder tertiäres Amin ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenhydrat/die Kohlenhydrate ein Monosaccharid/Monosaccharide, ein Disaccharid/Disaccharide und/oder ein Oligosaccharid/Oligosaccharide ist/sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die in Stufe (b) erhaltene wässrige Lösung einer weiteren Aufreinigung und/oder Trennung unterzieht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die in Stufe (b) erhaltene wässrige Lösung nochmals einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 unterzieht.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man aus der in Stufe (b) erhaltenen wässrigen Lösung das Wasser entfernt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Verfahren bei einer Temperatur von etwa 4O⁰C durchführt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel aus der Gruppe unverzweigter Aliphaten, aliphatischer Alkohole, Ethern, Aromaten oder Mischungen derselben ausgewählt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel n-Hexan, n-Heptan, n-Decan, n- Pentan, n-Butan, Isooctan, Octadecan, 2-Methylpentan, Hexadecan, Heptadecan, Cyclohexan, Cyclohexanon, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, sek-Butanol, tert- Butanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Methanol, 2- Octanol, 3-Octanol, Isoamylalkohol, Isooctanol, Dimethylether, Diethylether, Dipropylether, Dibutylether, Dipentylether, Dihexylether, Dibenzylether, n- Butylethylether, Diisopropylether, Diisoamylether, Methylethylether, Methylpropylether, Methylbutylether, Ethlypropylether, Ethylbutylether, tert. Butylethylether, Toluol, p-Xylol, m-Xylol, o-Xylol und/oder ein perfluorierter Kohlenwasserstoff ist.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3- methyl-imidazoliumbis (trifluoromethylsulfonyl) imid BMIM[ (CF₃SO₂)₂N] , l-Ethyl-3-methyl-imidazolium- bis (trifluoro-methyl-sulfonyl) imid[EMIM] [ (CF₃SO₂)₂N] , 1, 10- Di- (4'-methyl-imidazolium) -decanyl-bis (trifluoro¬ methylsulfonyl) imid [ (MIM)₂DeC] [ (CF₃SOs)₂N] und/oder 1- Butyl-3-methyl-imidazoliumhexa-fluorophosphat [BMIM] [PFg] ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin ein alicyclisches Amin, ein aliphatisches Amin oder eine Mischung derselben ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Amin Cyclooctylamin, Cyclohexylamin, Cyclopentylamin, Cyclopropylamin, Cycloheptylamin, 2- Aminooctan, 2-Aminoheptan, 2-Aminooctan, Dodecylamin, Laurylamin, Octylamin, Butylamin, Ethylamin, Hexylamin und 2-Pentylamin, Dicyclohexylamin, Dibenzylamin, Dibutylamin, Diethylamin, Diisopropylamin, Dimethylamin, N- Methylbutylamin, N-Methylcyclohexylamin, Trioctylamin, Tridodecylamin, Tributylamin, Triethylamin, Trimethylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, N-Methyldioctylamin, N,N- Dimethylisopropylamin und/oder N,N-Dimethyloctylamin ist.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das Amin in einem molaren Amin- Zucker-Verhältnis von 2-25 einsetzt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren zum Trennen von Monosacchariden und Disacchariden ist.

15. Verwendung von ionischen Flüssigkeiten zur Extraktion von Kohlenhydraten aus wässrigen Medien.

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenhydrate Monosaccharide, Disaccharide und/oder Oligosaccharide sind.

17. Verwendung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14 ist.