NO832906L - Adskillelse av mikrobielle polysaccharider som amin-addukter og deres anvendelse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til adskillelse av mikrobielle polysaccharider fra deres vandige oppløsninger ved utfelling i surt medium som addukt i et langkjedet alkylamin, samt de således dannede addukter og deres anvendelse.

Ved hjelp av fermentering fremstilte ekstracellulære mikrobielle polysacchardier har på grunn av deres fremragende egenskaper funnet industriell anvendelse som fortykkere, gelédannere eller suspenderingsmidler, beskyttelseskollo-

ider eller vannbindende midler. Betinget av fremstillings-fremgangsmåten er disse produkter meget dyre, idet de hittil ved kjente omstendelig isoleringsfremgangsmåter bidrar betraktelig til deres høye pris.

Fra US-PS 3.92 8.316 er det kjent å isolere det anioniske heteropolysaccharid som ble dannet ved fermentering ved hjelp av bakterier Xanthomonas campestris NRRL B-1459 -

som vannuoppløselig salt av et primært langkjedet amin fra de surgjorte fortynnede fermenteringsoppløsninger. Fettaminet anvendes herved i en slik mengde at polymerens

alle karboksylgrupper overføres i aminsaltet. Bortsett fra den nødvendige fortynning av fermenteringsmedium som betinger en meget omstendelig opparbeidelse av fremgangs-

måten forsåvid uheldig som det faste fettamin nødvendigvis må anvendes i form av et vannoppløselig salt. Arbeider man ved temperaturer over de frie aminers smeltepunkt så

endrer Xanthanet mer eller mindre sterkt, da esteraktig bundede acetylgrupper reagerer under amiddannelse.

I den publiserte britiske søknad 2.053.945 er det omtalt en lignende fremgangsmåte hvor det til felling av polysaccharid anvendes et polyamin. Også ved denne fremgangsmåte må fermenteringsvæsken fortynnes betraktelig. Hvis det tilsiktes en isolering av aminet fra aminsaltet. angis herfor behandling av det tørre salt med oppløsningen av en sterk base i en væske som ikke oppløser det fri sure polysaccharid som vandig metanol.

Fra US-PS 3.119.812 er det kjent å utfelle det av Xanthomonas campestris NRRL B-1459 dannede polysaccharid med quartære ammoniumsalter fra de fortynnede fermenteringsvæsker. Her er det enten nødvendig med en sterk fortynning eller også en tilsetning av alkalimetallklorider for kvantitativt å utfelle polysaccharider. Pr. vektdel polysaccharid anvendes minst 0,8 vektdeler ammoniumsalt. De således dannede aminaddukter er meget stabile og krever til spaltning flere gangers behandling med kaliumkloridholdig metanol, idet det fåes kalsium-salter. Fremstillingen av det firXanthan krever en ekstra operasjon.

Det er nu funnet en fremgangsmåte til adskillelse av mikrobielle polysaccharider fra deres vandige oppløsninger ved utfelling i surt medium som addukt med et langkjedet alkylamin, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat det anvendes et amin med formel

1 2 3 hvori R betyr alkyl med 10-20 karbonatomer og R og R

som kan være like eller forskjellige, betyr metyl eller etyl.

Det har vist seg overraskende at med de ifølge oppfinnelsen anvendte tertiære aminer er det ikke nødvendig med fortynning av fermentasjonsoppløsningen og heller ingen salt-tilsetning, hvilket betraktelig forenkler opparbeidelsen. Fordelaktig er også at det kan anvendes ved normaltemperatur flytende aminer, hvilket muliggjør noen foretrukkede ut-førelser av fremgangsmåten som er nærmere omtalt i det følgende.

Foretrukkede tertiære aminer for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er:

Spesielt fordelaktig er de lett tilgjengelige dimetyl-fettalkylaminer, spesielt de tekniske produkter, hvis lange alkylrest avleder seg fra olje og fett som kokosfett, soya-olje eller talgfett. Det er likegyldig om i disse tekniske produkter er inneholdt mindre deler alkylenforbindelser. Det er altså ikke nødvendig at de tilsvarende råstoffer respektive aminer er helt gjennomhydrogenert. Det kommer altså også i betraktning tekniske råprodukter som i tillegg gjør fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen billigere.

Fremgangsmåten er egnet til isolering av alle mikrobielle ekstracellulære polysaccharider som har sure grupper. -Hertil nødvendige mikroorganismer er eksempelvis oppført i overnevnte britiske søknad nr. 2.053.945 iv.tabellen på side 1-3. Av teknisk interesse er heteropolysaccharidene som dannes ved fermentering ved hjelp av bakterier av slekten Xanthomonas. Representative stammer hertil er eksempelvis X. begoniae,X. carotae,X.hederae,X.incari, X. malvacearum, X. phaseoli og spesielt X. campestris. Det spesielt av stammenXanthomonas campestrisNRRL B-1459 dannede heteropolysaccharid av glykose-, mannose-,og glukonsyre-enheter i polymermolekyler som dessuten har acetyl- og pyridruesyre-grupper er kjent under navnet Xanthan. Fremstillingen av dette produkt og lignende harpikser er omtalt i det britiske patentsøknad nr. 2.053.945, det deri siterte US-PS 3-406.114 samt US-PS 3.928.316.

Ved denne fermenteringsfremgangsmåte fåes en oppløsning med et innhold fra ca. 0,5 til 4 vekt-% harpiks. I tilfelle av Xanthan velger man hensiktsmessig som utgangsmateriale fermenteringsvæsker med et innhold på ca. 1,8 til 2 vekt-%. I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen blandes den rå fermenteringsvæske umiddelbart med det flytende tertiære amin. Vanligvis kommer det her ikke til en utfelling, hvilket har den fordel at man kan transportere den dannede dispersjon uten vanskelighet, f.eks. innføre i et utfellingsbad, hvor adduktet utfelles i en for den videre forarbeidelse gunstig form, eksempelvis som tråder, bånd, strenger eller i form av dråper.

Hvis det er ønskelig kan ved overnevnte eller en annen ut-førelsesform av oppfinnelsen tertiær amin oppvarmes med fermenteringsvæsken i mer eller mindre lang tid på mer eller mindre høye temperaturer uten at det kommer til en påvirkning av polymeren.

Den nødvendige aminmengde kan svinge innen vide grenser og

er avhengig av typen av den polymere og de øvrige bestand-deler av fermenteringsvæsken. Den gunstigste mengde kan lett fastslås ved et enkelt forforsøk. Vanligvis tilstrekkelig til en kvantitativ utskillelse ca. 5-80 vekt-%, fortrinnsvis 10-40 vekt-% referert til polysaccharidet. Høyere amin-mengder er uten ulempe mulig, medfører imidlertid heller ingen flere fordeler.

Aminmengden kan holdes spesielt lav når den aminholdige polymersuspensjon innføres i et surt fellebad, som inneholder en del av aminet, fortrinnsvis mindre enn halvparten.

Utfellingen av den polymere foregår i surt medium i et pH-område på ca. 2 - 6,5, fortrinnsvis 3,5 - 6,0, spesielt 4,0 - 5,5. For innstilling av dette pH-området, anvendes fortrinnsvis organiske syrer. Foretrukket er lavmolekylære monokarboksylsyrer med inntil 5 karbonatomer som også kan ha hydroksygrupper som eksempelvis maursyre, eddiksyre, propionsyre, glykolsyre eller melkesyre. Eddiksyre er gunstigst, da utfellingsbadoppløsningen er regenererbar ved enkel destillasjon.

Uavhengig om syren til utfelling settes i fermenteringsvæsken eller foreligger i form av fellebad, er det fordelaktig i første rekke å tilblande aminet til fermenteringsvæsken og således de dannede addukter har en meget homogen sammensetning.

Det ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen dannede addukt ad-skilles på vanlig måte, eksempelvis ved dekantering, filtrering eller sentrifugering fra moderluten og alt etter videre forarbeidelse vaskes og eksempelvis sterkt avvannes ved pressing. Man kan således eksempelvis få et produkt som omtrent inneholder 30 vekt-% polysaccharid ved siden av ca. 7 vekt-%

amin, idet resten i det vesentlige er vann.

Fremgangsmåteproduktene lar seg etter kjente metoder, eksempelvis ifølge US-PS 3.9 28.316 spalte polysaccharidet og aminet og tjener således som utgangsmateriale for utvinning av de fri polysaccharider. På den annen side egner fremgangsmåteproduktene seg umiddelbart som fortykningsmiddel for dé for-skjelligste anvendelsesformål. Således solvatiserer de ifølge oppfinnelsen oppnådde addukter i motsetning til Xanthan i lavere alkoholer, spesielt i metanol, under geldannelse og kan derfor tjene som fortykningsmidler for alkoholer. Oppfinnelsen vedrører også selve adduktene som deres anvendelses som fortykningsmidler.

Ved mange anvendelser er det fordelaktig å anvende de fuk-

tige addukter, da produktet ved tørking kan undergå en endring i deres egenskaper. Herved kan solvatiseringsevnen og svekk-barheten sterkt avta.

De fuktige addukter sveller også i vandige oppløsninger av

mange salter som natriumklorid, natriumsulfat, natriumfosfat, kaliumklorid, klasiumklorid, ammoniumklorid, ammoniumbromid, ammoniumsulfat, ammoniumkarbonat, ammoniumformiat, ammonium-acetat eller ammoniumnitrat, idet i noen tilfeller foregår en delvis oppløsning. Det kan også anvendes vandige oppløs-

ninger av saltblandinger eksempelvis en oppløsning med et innhold på 13 vekt-% natriumklorid og 1 vekt-% kalsiumklorid.

I de følgende eksempler refererer prosentangivelser seg til vekt.

Den i eksemplene anvendte Xanthanfermenteringsoppløsning

ble dannet som følger:

Som produktstamme tjene Xanthomonas campestris NRRL B-1459. Til forkulturen ble det overpodet en agarkultur i et glukose-peptan-medium og deri dyrket i rystekolbe ved 30°C. Denne kultur tjente som inoculum (3%) for en 10 liters fermenterer, hvis næringsmedium inneholdt 3-5% glukose eller saccharose. 0,15 - 0,25% maiscellevann, 0,1 - 0,2% natriumnitrat, 0,1% dikaliumfosfat og 0,05% magnesiumsulfat-hydrat. Den podede fermenterer ble holdt på 2 8°C og luftet under omrøring (400 omdreininger/min.) med 10 liter luft/min. Etter ca. 36

timer inneholder fermenteringsmediet 18 - 20 g Xanthan/liter.

Eksempel 1

1 liter av en fermenteringsoppløsning med et innhold på

20 g Xanthan ble blandet med 10 kokosfettalkyl-dimetylamin (omtrentlig C-kjedefordeling: C1Q2%, C1257%, C1423%,

C^g 11%, C^g 7%) under omrøring. Den dannede dispersjon ble likeledes under omrøring langsomt innført en blanding av

100 ml avionisert vann og 25 ml 2N eddiksyre. Herved utskilte adduktet seg i form av små fiberaktige flate kaker ved addukt-dannelsen første rekke partiklenes indre ende var fullstendig, men etter etteromrøring fullstendiggjorde seg, hvilket sås i

sterk skrumping av utfellingen. Adduktet ble frafiltrert, ettervasket med avionisert vann og avvannet i en filterduk i en kurvpresse. Den således dannede presskake inneholdt ved siden av 35 - 40 g vann, 20 g Xanthan og ca. 5,4 g amin.

Det fuktige produkt var ikke oppløselig i avionisert vann, men delvis oppløselig i en vandig oppløsning som inneholdt

19% natriumklorid og 1% kalsiumklorid, idet adduktet sterkt svellet opp i denne oppløsning.

Eksempel 2

I 100 g av en Xanthan-oppløsning med et polysaccharidinnhold på 1,8% ble det innrørt 0,85 g talgfettalkyl-dimetylamin (C-kjedefordeling i talgfettalkylresten: ca. 5% C-^/ 30% C-^, 65% C-^g) . Etter tilsetning av 2,5 g 2N eddiksyre koagulerte

den dannede dispersjon og adduktet skilte seg i form av i første rekke sterkt svellede flate småkaker som imidlertid etter omrøring hurtig deso"lvatiserte. Addukte ble frafiltrert, vasket med avionisert vann og awannet ved avpressing. Det ble dannet 6,2% av en fuktig presskake som inneholdt 1,8 g Xanthan og 0,43 g amin.

Eksempel 3

Eksempel 2 ble gjentatt med den modifikasjon at som amin

ble det anvendt 0,85 g soyafettalkyl-dimetylamin (C-kjedefordeling i soyaalkylresten: ca. 2% C14, 15% C^g, 83% Clg). Det ble dannet 6,4 g av en fuktig presskake som inneholdt

1,8 g Xanthan og 0,4 6 g amin.

Eksempel 4

Eksempel 2 ble gjentatt med den modifikasjon at som amin ble det anvendt 0,85 g stearylmetyl-etylamin og istedenfor eddiksyre 3 g 2N melkesyre. Man får 6,2 g fuktig presskake som ved siden av 1,8 g Xanthan inneholder 0,47 g amin.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til adskillelse av mikrobielle polysaccharider fra deres vandige oppløsninger ved utfelling i surt medium som addukt med en lagkjedet alkylamin, karakterisert ved at det anvendes et amin med formel

1 2 hvori R betyr alkyl med 10 til 20 karbonatomer og R og R 3 som er like eller forskjellige, betyr metyl eller etyl.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at utfellingen foregår i et pH-område på 2 - 6,5.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at utfellingen foregår i et pH-område på 3,5 - 6.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at utfellingen foregår i et pH-område på 4,0 - 5,5.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at utfellingen foregår ved hjelp av lavere alifatiske monokarboksylsyre eller hydroksykarboksylsyrer.

6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at det anvendes 5 til 80 vekt-% amin, referert til polysaccharid.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det anvendes 10 - 40 vekt-% amin referert til polysaccharid.

8. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at aminet tilsettes til oppløsningen av polysaccharidet og deretter foretas utfellingen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den aminholdige polysaccharidoppløsning innføres i et surt fellingsbad.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at en del av minet tilsettes til det sure fellebad.

11. Addukt av et mikrobielt polysaccharid og et amin med formel NR <1> R <2> R <3> , hvori R <1> betyr alkyl med 10 til 20 karbonatomer og R 2 og R 3 er like eller forskjellige og betyr metyl eller etyl.

12. Anvendelse av addukte ifølge krav 11 som fortykningsmiddel.

13. Anvendelse av adduktet ifølge krav 11 til fremstilling av de fri" polysaccharider.