DE1249286B

DE1249286B - Process for obtaining glutamic acid from fermentation media

Info

Publication number: DE1249286B
Application number: DENDAT1249286D
Authority: DE
Inventors: Kawasakishi Isamu Komori Yoshi Tsuchiya Yo kohama shi Yoshihisa Sugita (Japan)
Original assignee: Ajmomoto Kabushiki Kaisha, Tokio
Publication date: 1967-09-07

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

C07cC07c

C07C tot /22 C07C dead / 22

Deutsche Kl.: 12 q-6/01 German class: 12 q- 6/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1 249 286
A43897IVb/12q
24. August 1963
7. September 19671 249 286
A43897IVb / 12q
August 24, 1963
7th September 1967

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Die Erfindung betrifft ein einfaches, in industriellem Maßstab durchführbares Verfahren zur Isolierung sehr reiner, kristalliner Glutaminsäure in guter Ausbeute aus einem von der Fermentation von Mikroorganismen stammenden, Glutaminsäure enthaltenden Medium (weiter unten Fermentationsmedium genannt). The invention relates to a simple method for isolation which can be carried out on an industrial scale very pure, crystalline glutamic acid in good yield from one of the fermentation of Medium containing glutamic acid derived from microorganisms (referred to below as fermentation medium).

Das Fermentationsmedium enthält gewöhnlich außer Glutaminsäure noch weitere Aminosäuren, organische Säuren, Bakterienzellen, restliche Kohlenhydrate, Ammoniumionen, geringe Mengen anorganischer Ionen u. dgl. Das hat zur Folge, daß nach Einstellung des pH-Wertes eines solchen Fermentationsmediums auf den isoelektrischen Punkt der Glutaminsäure nahezu 1,5 bis 3,0 g Glutaminsäure pro 100 g Mutterlauge in Lösung bleiben und daß es nicht möglich ist, die Glutaminsäure quantitativ in kristalliner Form in dem gewünschten Ausmaß zu isolieren.The fermentation medium usually contains other amino acids in addition to glutamic acid, organic acids, bacterial cells, residual carbohydrates, ammonium ions, small amounts of inorganic ones Ions and the like. As a result, after adjusting the pH of such a fermentation medium to the isoelectric point of glutamic acid, almost 1.5 to 3.0 g of glutamic acid per 100 g of mother liquor remain in solution and that it is not possible to quantitatively reduce the glutamic acid isolate in crystalline form to the extent desired.

Durch Konzentrieren des Fermentationsmediums — um die Ausbeute zu erhöhen — wird aber der Kristallhabitus der Glutaminsäure, die kristallisiert werden soll, merklich beeinträchtigt, und es läßt sich nicht vermeiden, daß der Reinheitsgrad der von der Mutterlauge abgetrennten Kristalle niedrig wird.By concentrating the fermentation medium - to increase the yield - the The crystal habit of the glutamic acid to be crystallized is markedly deteriorated, and it can be do not prevent the degree of purity of the crystals separated from the mother liquor from becoming low.

Zur Umgehung dieser Nachteile sind schon verschiedene Methoden entwickelt worden, beispielsweise Vorbehandlungen, die vor der Kristallisation der Glutaminsäure durchgeführt wurden, wieVarious methods have been developed to circumvent these disadvantages, for example Pretreatments carried out prior to the crystallization of glutamic acid, such as

1. Zusatz einer Mineralsäure zu dem Fermentationsmedium, aus dem die Glutaminsäure gar nicht oder nur teilweise abgetrennt worden war. Erhitzen des Mediums — um die Verunreinigungen zu zersetzen — und Entfernung des gebildeten Niederschlags und1. Addition of a mineral acid to the fermentation medium from which the glutamic acid is cooked was not or only partially separated. Heating the medium - around the impurities to decompose - and removal of the precipitate formed and

2. Behandlung des Fermentationsmediums mit verschiedenen Arten von Ionenaustauscherharzen, um den Reinheitsgrad der Glutaminsäure od. dgl. zu erhöhen.2. Treatment of the fermentation medium with various types of ion exchange resins, to increase the purity of the glutamic acid or the like.

Die Mineralsäurebehandlung hat den Nachteil, daß eine relativ große Säuremenge benötigt wird, in der Erhitzungsstufe ein korrosionswiderstandsfähiger Reaktionsbehälter erforderlich ist, die Glutaminsäurekristalle durch färbend wirkende Substanzen, die von der Säurebehandlung stammen, verunreinigt sind, u. dgl., während die Ionenaustauscherharzbehandlung verhältnismäßig komplizierte Manipulationen erfordert, die Glutaminsäure nach einer solchen Behandlung in relativ geringer Konzentration erhalten wird, u. dgl.The mineral acid treatment has the disadvantage that a relatively large amount of acid is required, A corrosion-resistant reaction vessel is required in the heating stage, the glutamic acid crystals contaminated by coloring substances resulting from the acid treatment are, and the like, relatively complicated manipulations during the ion exchange resin treatment requires the glutamic acid in a relatively low concentration after such a treatment is obtained, and the like.

Verfahren zur Gewinnung von Glutaminsäure
aus FermentationsmedienProcess for obtaining glutamic acid
from fermentation media

Anmelder:Applicant:

Ajinomoto Kabushiki Kaisha, TokioAjinomoto Kabushiki Kaisha, Tokyo

Vertreter:Representative:

Dr. G. W. LotterhosDr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,and Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, patent attorneys,

Frankfurt/M., Annastr. 19Frankfurt / M., Annastr. 19th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Yoshihisa Sugita, Kawasaki-shi;Yoshihisa Sugita, Kawasaki-shi;

Isamu Komori,Isamu Komori,

Yoshi Tsuchiya, Yokohama-shi (Japan)Yoshi Tsuchiya, Yokohama-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Japan vom 25. August 1962 (35 127)Japan August 25, 1962 (35 127)

Die Erfindung basiert auf Untersuchungsergebnissen, wonach gleichzeitig vorhandene Zinkionen die Glutaminsäurekristallisation im Hinblick auf die Tatsachen nicht ungünstig beeinflussen, daß Zinkglutamat in Wasser in einem bestimmten pH-Bereich praktisch unlöslich ist und der Kristallhabitus der Glutaminsäurekristalle merklich verbessert wird, wenn das Verhältnis von Glutaminsäure zu den Verunreinigungen im Fermentationsmedium groß ist, die zu einem neuen Verfahren zur Gewinnung von Glutaminsäure aus Fermentationsmedien führten.The invention is based on research results, according to which zinc ions present simultaneously Glutamic acid crystallization in view of the facts does not adversely affect zinc glutamate is practically insoluble in water in a certain pH range and the crystal habit of the Glutamic acid crystals are noticeably improved when the ratio of glutamic acid to the impurities in the fermentation medium is large, giving rise to a new process for the production of glutamic acid from fermentation media.

Das Verfahren der Erfindung umfaßt zwei Verfahrensstufen. Die erste Verfahrensstufe betrifft hauptsächlich die Kristallisation der freien Glutaminsäure aus dem Fermentationsmedium und die zweite Verfahrensstufe die Kristallisation der restlichen Menge Glutaminsäure als Zinkglutamat aus der nach der Entfernung der Glutaminsäure erhaltenen Mutterlauge.The process of the invention comprises two process steps. The first stage concerns mainly the crystallization of free glutamic acid from the fermentation medium and the second process stage the crystallization of the remaining amount of glutamic acid as zinc glutamate the mother liquor obtained after the glutamic acid has been removed.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt in der Kombination der beiden Verfahrensstufen.The essential feature of the invention lies in the combination of the two process stages.

In der ersten Verfahrensstufe der Erfindung wird der pH-Wert des Fermentationsmediums mit einer Lösung, die Mineralsäure und Zinkglutamat enthält, auf etwa 2,5 bis etwa 4,0 eingestellt. Mit diesem Kunstgriff wird erreicht, daß durch die von dem Zinkglutamat stammende Glutaminsäure das Ver-In the first process stage of the invention, the pH of the fermentation medium is with a Solution containing mineral acid and zinc glutamate adjusted to about 2.5 to about 4.0. With this A trick is achieved that the glutamic acid derived from the zinc glutamate

709 640/543709 640/543

hältnis von Glutaminsäure zu den Verunreinigungen in dem Fermentationsmedium erhöht und durch die Mineralsäure der pH-Wert des Fermentationsmediums, der gewöhnlich bei 7 bis 8 liegt, auf den isoelektrischen Punkt der Glutaminsäure eingestellt wird. Wie bereits weiter oben erwähnt, üben die Zinkionen auf die Kristallisation der Glutaminsäure keinen ungünstigen Einfluß aus, und ihre gleichzeitige Anwesenheit ist nicht nachteilig. Das in der ersten Verfahrensstufe verwendete Zinkglutamat kann gesondert hergestellt werden. Zweckmäßiger ist jedoch, das Zinkglutamat zu benutzen, das in der zweiten Verfahrensstufe gemäß Erfindung erhalten wird, wodurch das wesentliche Merkmal der Erfindung offenbar wird. Zinkglutamatkristalle und Mineralsäure werden gewünschtenfalls vermischt und in Lösung gebracht, bevor sie dem Fermentationsmedium zugesetzt werden. Hierdurch soll partielle Kristallisation der Glutaminsäure bei pH-Werten, bei denen sich Zinkglutamat zersetzt, Verunreinigungen der kristallisierten Glutaminsäure durch diese Zinkglutamatkristalle, Zerstörung des Kristallhabitus der Glutaminsäurekristalle u. dgl. verhindert werden.ratio of glutamic acid to the impurities in the fermentation medium and increased by the Mineral acid the pH of the fermentation medium, which is usually 7 to 8, to the isoelectric point of glutamic acid is set. As mentioned above, they practice Zinc ions have no unfavorable influence on the crystallization of glutamic acid, and their simultaneous Presence is not a disadvantage. The zinc glutamate used in the first stage of the process can be produced separately. However, it is more expedient to use the zinc glutamate contained in the second process stage according to the invention is obtained, whereby the essential feature of the invention becomes apparent. Zinc glutamate crystals and mineral acid are mixed, if desired, and poured into Solution brought before they are added to the fermentation medium. This is intended to be partial Crystallization of glutamic acid at pH values at which zinc glutamate decomposes, impurities of the crystallized glutamic acid through these zinc glutamate crystals, destruction of the crystal habit of the Glutamic acid crystals and the like can be prevented.

In der zweiten Verfahrensstufe der Erfindung wird Zinkglutamat aus der nach der Kristallisation und Abtrennung der Glutaminsäure in der ersten Verfahrensstufe erhaltenen Mutterlauge gewonnen, indem die Mutterlauge auf einen pH-Wert zwischen etwa 5,5 und etwa 7,5 eingestellt wird. Die Löslichkeit des Zinkglutamats ist, wie weiter unten näher angegeben, in diesem pH-Bereich am geringsten. Die im Fermentationsmedium enthaltene Glutaminsäure kann daher nach dem Verfahren zur Gewinnung von Glutaminsäure aus dem Fermentationsmedium gemäß Erfindung, das eine solche Stufe als zweite, Verfahrensstufe umfaßt, erstmalig nahezu vollständig, d. h. bis zu einem von keiner der vorbekannten Methoden erreichten Grad, aus dem Fermentationsmedium isoliert werden. In the second process stage of the invention, zinc glutamate is made from the after crystallization and Separation of the glutamic acid obtained in the first process stage mother liquor obtained by the mother liquor is adjusted to a pH between about 5.5 and about 7.5. The solubility of zinc glutamate is lowest in this pH range, as stated in more detail below. the Glutamic acid contained in the fermentation medium can therefore after the process for the production of Glutamic acid from the fermentation medium according to the invention, which has such a stage as the second, process stage includes, for the first time almost completely, d. H. up to one of none of the previously known Methods reached level can be isolated from the fermentation medium.

Zur Einstellung des pH-Bereichs können Alkalihydroxyde, Ammoniakwasser, gasförmiges oderTo adjust the pH range, alkali hydroxides, ammonia water, gaseous or

ίο flüssiges Ammoniak od. dgl. verwendet werden. Entspricht die in der Mutterlauge vorhandene Zinkionenmenge, die von dem in der ersten Verfahrensstufe zugesetzten Zinkgluiamat stammt, der der in der Mutterlauge enthaltenen Glutaminsäure, dann genügt es gemäß Erfindung, wenn lediglich der pH-Wert eingestellt wird. 1st dagegen der Gehalt an Zinkionen ungenügend, muß er ergänzt werden, beispielsweise durch eine Lösung oder Kristalle wasserlöslicher Zinksalze anorganischer oder organischer Säuren, Doppelzinksalze mit derartigen anorganischen Salzen, wie Ammonium- oder Natriumsulfat od. dgl. Die Einstellung des pH-Wertes sowie die Ergänzung der Zinkionen können in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden. Zinkglutamat ist in Wasser in einem bestimmten pH-Bereich, wie schon weiter oben erwähnt, kaum löslich. Untersuchungen über die Änderung der in der Mutterlauge gelöst verbleibenden Glutaminsäuremenge im Zusammenhang mit Änderungen des pH-Wertes in der zweiten Verfahrensstufe gemäß Erfindung unter Verwendung eines Fermentationsmediums als Ausgangsmaterial führten zu folgendem Ergebnis:ίο liquid ammonia or the like can be used. Is equivalent to the amount of zinc ions present in the mother liquor, which comes from the zinc gluiamate added in the first process stage, which is the one in the mother liquor contained glutamic acid, then it is sufficient according to the invention if only the pH is adjusted. If, on the other hand, the content of zinc ions is insufficient, it must be supplemented, for example by a solution or crystals of water-soluble zinc salts, inorganic or organic Acids, double zinc salts with such inorganic salts as ammonium or sodium sulfate od. The like. The adjustment of the pH value and the addition of zinc ions can be in any Order to be made. Zinc glutamate is like in water in a certain pH range already mentioned above, hardly soluble. Investigations on the change in the mother liquor dissolved remaining amount of glutamic acid in connection with changes in pH the second process stage according to the invention using a fermentation medium as starting material led to the following result:

4,54.5

5,05.0

pH-WertPH value

5,5 i 6,75.5 i 6.7

7,57.5

Glutaminsäurekonzentration (g/100 ecm)Glutamic acid concentration (g / 100 ecm)

3,33.3

1,31.3

0,50.5

0,30.3

0,60.6

5,05.0

Die Tabelle zeigt, daß Zinkglutamat im pH-Bereich von 5,5 bis 7,5 praktisch unlöslich ist und daß es nahezu quantitativ in kristalliner Form und hoher Ausbeute in diesem pH-Bereich isoliert werden kann. Das isolierte Zinkglutamat wird in der ersten Verfahrensstufe des folgenden Ansatzes verwendet, so daß die ursprünglich in dem Fermentationsmedium enthaltene Glutaminsäure in einfacher Weise und praktisch vollständig durch die Kombination der ersten und zweiten Verfahrensstufe gemäß Erfindung isoliert werden kann.The table shows that zinc glutamate is practically insoluble in the pH range from 5.5 to 7.5 that it can be isolated almost quantitatively in crystalline form and in high yield in this pH range can. The isolated zinc glutamate is used in the first process stage of the following approach, so that the glutamic acid originally contained in the fermentation medium in simpler Way and practically completely by the combination of the first and second process stage according to Invention can be isolated.

Da sich die bei der Kristallisation in beiden Verfahrensstufen erhaltenen Kristalle durch einen ausgezeichneten Kristallhabitus auszeichnen, können sie durch Dekantieren oder Zentrifugieren auf Grund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts von den Bakterienzellen abgetrennt werden. Infolge dieser weiter oben beschriebenen Abtrennungsmethoden kann gemäß Erfindung sehr reine Glutaminsäure in hoher Ausbeute und ohne daß zuvor die Bakterienzellen, die sich bekanntlich schlecht filtrieren lassen, aus dem Fermentationsmedium abgetrennt werden müssen, d. h. aus einem Fermentationsmedium gewonnen werden, das noch die Bakterienzellen enthält. Außerdem umfaßt das Verfahren der Erfindung keine lästigen Verfahrensstufen, wie Konzentrieren und Zersetzung, und die erhaltene kristalline Glutaminsäure ist nur ganz geringfügig verfärbt und sehr rein. Zur Isolierung oder Wiedergewinnung der inSince the crystals obtained during the crystallization in both process stages have an excellent Distinguish crystal habit, they can be due to decanting or centrifuging of the different specific gravity can be separated from the bacterial cells. As a result of this Separation methods described above can according to the invention be very pure glutamic acid in high yield and without first removing the bacterial cells, which are known to be difficult to filter, must be separated from the fermentation medium, d. H. obtained from a fermentation medium that still contains the bacterial cells. The method of the invention also encompasses no cumbersome process steps such as concentration and decomposition, and the resulting crystalline glutamic acid is only slightly discolored and very pure. To isolate or recover the in

der Mutterlauge verbleibenden Zinkionen, von denen die Zinkglutamatkristalle in der zweiten Verfahrensstufe abgetrennt worden sind, können folgende Methoden angewandt werden:Zinc ions remaining in the mother liquor, from which the zinc glutamate crystals have been separated in the second process stage, can be carried out using the following methods can be applied:

1. Adsorption und Elution der Zinkionen mittels Ionenaustauscherharzen,1. Adsorption and elution of zinc ions using ion exchange resins,

2. Kristallisation und Abtrennung der Zinkionen als Doppelsalze, wie Ammoniumsulfat — Zinksulfat, Natriumsulfat — Zinksulfat u. dgl.,2. Crystallization and separation of zinc ions as double salts, such as ammonium sulfate - zinc sulfate, Sodium sulphate - zinc sulphate and the like,

3. Fällung und Abtrennung der Zinkionen als Zinkhydroxyd durch Zusatz von Alkali-, Erdalkalihydroxyden u. dgl.3. Precipitation and separation of zinc ions as zinc hydroxide by adding alkali and alkaline earth metal hydroxides and the like

example 1

24,5 kg (feuchte) Zinkglutamatkristalle, die in der zweiten Verfahrensstufe eines früheren Ansatzes erhalten worden waren, wurden mit 78,0 kg 3O°/oiger Schwefelsäure vermischt, und die erhaltene Lösung wurde 5141 (Glutaminsäuregehalt 34,2 kg) eines Fermentationsmediums zugesetzt, um den pH-Wert auf 3,2 einzustellen. Das Fermentationsmedium war bei einem Verfahren erhalten worden, wie es in der Patentanmeldung A 33406 IVa/6b beschrieben ist.24.5 kg (moist) zinc glutamate crystals, which were obtained in the second process stage of an earlier approach had been obtained, 78.0 kg were 30% Sulfuric acid mixed, and the resulting solution became 5141 (glutamic acid content 34.2 kg) one Fermentation medium added to adjust the pH to 3.2. The fermentation medium was has been obtained in a process as described in patent application A 33406 IVa / 6b.

Die kristalline Glutaminsäure wurde durch Zentrifugieren von der Mutterlauge abgetrennt, die noch Bakterienzellen enthielt, mit der gleichen Wassermenge gewaschen und getrocknet, wobei man 34,4 kg trockene Glutaminsäurekristalle vonThe crystalline glutamic acid was separated from the mother liquor by centrifugation, which was still Containing bacterial cells, washed with the same amount of water and dried, whereby one 34.4 kg of dry glutamic acid crystals of

97°/oigem Reinheitsgrad erhielt. Die Zinkionen enthaltende Glutaminsäure-Mutterlauge wurde mit 105 1 wäßriger Zinksulfatlösung (Zinkgehalt 6,35 kg) versetzt und der pH-Wert mit 45°/oigem Natriumhydroxyd auf 6,5 eingestellt. Das Zinkglutamat. das in gut ausgebildeten Kristallen kristallisierte, wurde unter Nutzung der unterschiedlichen Dichte zwischen den Kristallen und den Bakterienzellen abgetrennt, wobei man 24,5 kg (feuchte) Kristalle erhielt, die in der Glutaminsäure-Kristallisationsstufe (erste Verfahrensstufe) des folgenden Ansatzes verwendet wurden.97% purity was obtained. The glutamic acid mother liquor containing zinc ions was with 105 1 aqueous zinc sulphate solution (zinc content 6.35 kg) are added and the pH is adjusted to 45% sodium hydroxide set to 6.5. The zinc glutamate. which crystallized in well-formed crystals separated using the different density between the crystals and the bacterial cells, 24.5 kg of (moist) crystals were obtained, which in the glutamic acid crystallization stage (first process stage) of the following approach were used.

Example 2

Schwefelsäure und 8201 Mutterlauge versetzt, aus der das Mononatriumglutamat auskristallisiert worden war und die 0,41 Glutaminsäure enthielt. Es wurde gut granulierte Glutaminsäure in einer Ausbeute von 1,981 (Trockengewicht) erhalten (Reinheitsgrad 95%).Sulfuric acid and 8201 mother liquor were added, from which the monosodium glutamate was crystallized and which contained 0.41 glutamic acid. It became well granulated glutamic acid in one yield of 1.981 (dry weight) obtained (degree of purity 95%).

Die nach der Abtrennung der Glutaminsäure erhaltene Mutterlauge wurde mit 5801 konzentriertem Ammoniakwasser und 1,5 t Zinksulfat versetzt, um ίο den pH-Wert auf 6,5 einzustellen. Es wurden gut ausgebildete Zinkglutamatkristalle in einer Ausbeute von 1,99 t (feucht) erhalten und in der ersten Verfahrensstufe des nachfolgenden Ansatzes verwendet.The mother liquor obtained after the separation of the glutamic acid was concentrated with 5801 Ammonia water and 1.5 t zinc sulphate were added to ίο adjust the pH value to 6.5. It turned out fine formed zinc glutamate crystals obtained in a yield of 1.99 t (moist) and in the first process stage of the approach below is used.

Es wurde wie im Beispiel 1 verfahren, mit der Ausnahme, daß 39,81 konzentrierte Salzsäure an Stelle von 78,0 kg Schwefelsäure benutzt wurden, wobei man 34,4 kg kristalline L-Glutaminsäure in 97%igem Reinheitsgrad erhielt.The procedure was as in Example 1, with the exception that 39.81 concentrated hydrochloric acid Place of 78.0 kg of sulfuric acid were used, 34.4 kg of crystalline L-glutamic acid in 97% purity received.

Example 3

aoao

34 8001 eines Fermentationsmediums, das nach einem Verfahren erhalten wurde, wie es in der Patentanmeldung A 37261 IVa/6b beschrieben ist, und 1,74 t Glutaminsäure enthielt, wurden, um den pH-Wert auf 3,1 einzustellen, mit einer Lösungsmischung von 1,99 t Zinkglutamat (feucht), das in der zweiten Verfahrensstufe des vorangegangenen Ansatzes erhalten worden war, 71401 2O,4°/oiger34 8001 of a fermentation medium obtained by a method as described in US Pat Patent application A 37261 IVa / 6b is described, and contained 1.74 t of glutamic acid, were to the Adjust the pH to 3.1 with a solution mixture of 1.99 t zinc glutamate (moist), which is in the second process stage of the previous batch had been obtained, 71401 2O.4%

Claims

Claim:

Process for obtaining glutamic acid from a culture medium derived from the fermentation of microorganisms, characterized in that the culture medium is adjusted to a pH of about 2.5 to about 4.0 in the first process stage with a solution containing zinc glutamate and mineral acid and the crystallized glutamic acid is separated off, then in the second process stage after the separation of the glutamic acid, the mother liquor is adjusted to a pH of about 5.5 to about 7.5 and the precipitated crystalline zinc glutamate is separated off.