DE1203221B - Verfahren zur Abtrennung unloeslicher Stoffe aus l-Glutaminsaeure enthaltender Fermentationsfluessigkeit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C12d

Deutsche Kl.: 6b-16/02

Nummer: 1203 221

Aktenzeichen: A 41092IV a/6 b

Anmeldetag: 5. September 1962

Auslegetag: 21. Oktober 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung unlöslicher Stoffe aus 1-Glutaminsäure enthaltender Fermentationsflüssigkeit, wie sie in einem Gär- oder Fermentationsprozeß gewonnen wird. Insbesondere lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bakterielle Zellen und kolloidale Stoffe, wie Proteine, die in der Gärbrühe enthalten sind, abtrennen.

Es ist ein Verfahren zur Abtrennung von 1-Glutaminsäure aus Fermentationslösung bekannt, bei dem die aus der hydrolisierten Mutterlauge abgetrennten Huminsubstanzen als Filtrationsmittel eingesetzt werden und wobei aus der filtrierten Lösung 1-Glutaminsäurekristalle von 97% Reinheit erhalten werden. Dieses Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es nur auf nicht denaturierte Zellen anwendbar ist und daß es sich bei den Huminsubstanzen um komplexe, in ihrer Zusammensetzung von Fall zu Fall variierende Stoffe handelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt bezüglich des Reinheitsgrades der 1-Glutaminsäurekristalle, was durch Ausführungsbeispiele noch genauer dargelegt werden wird, dieselben Ergebnisse. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, welches nur auf nicht denaturierte Zellen anwendbar ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch im Fall einer anomalen Gärung benutzt werden, d. h. wenn sich die bakteriellen Zellen schon zersetzt und aufgelöst haben. Dadurch läßt sich der Anwendungsbereich beträchtlich vergrößern, denn das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auf alle Gärbrühen anwendbar, und es besteht keine Notwendigkeit mehr, zu prüfen, ob eine normale Gärung vorliegt oder nicht. Weiterhin ist bei dem bekannten Verfahren zu erwarten, daß es sich nicht immer in genau reproduzierbarer Weise durchführen läßt, da es sich bei den verwendeten Huminsubstanzen um kornplexe, in ihrer Zusammensetzung von Fall zu Fall variierende Stoffe handelt. Diesen Nachteil vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß eine chemisch genau definierte Verbindung zur Anwendung gelangt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung unlöslicher Stoffe aus 1-Glutaminsäure enthaltender Fermentationsflüssigkeit unter Einstellung der rohen Fermentationsflüssigkeit auf einen pH-Wert von 6 sowie Erwärmung derselben auf 60 bis 8O⁰C mit anschließender Zentrifugierung ist dadurch gekennzeichnet, daß man der zentrifugierten Flüssigkeit von den Verbindungen Polyoxyäthylenalkylamine und Polyoxyäthylenlauryläther mit hydrophilyophobem Gleichgewicht größer als 15 wenigstens eine zugibt, die Fermentationsflüssigkeit erwärmt und in an sich bekannter Weise abfiltriert. Es werden bevorzugt PoIy-Verfahren zur Abtrennung unlöslicher Stoffe aus 1-Glutaminsäure enthaltender
Fermentationsflüssigkeit

Anmelder:

Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha,

Osaka (Japan)

Vertreter:

Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 22

Als Erfinder benannt:

Sotoo Yamamoto,

Masatoshi Nakayama, Miyazaki-ken (Japan)

oxyäthylenlauryläther mit 10 bis 30 Oxyäthylenmolekülen und als Polyoxyäthylenalkylamine Polyoxyäthylenstearylamine mit 10 bis 30 Oxyäthylenmolekülen oder Polyoxyäthylenoleilamin mit 5 bis 15 Oxyäthylenmolekülen verwendet.

Im allgemeinen enthält eine !-Glutaminsäure enthaltende Gärbrühe bakterielle Zellen und organische, kolloidale Substanzen, beispielsweise kolloidale Proteine, welche hauptsächlich von einem Gärbakterium herrühren. Eine Reinigung einer solchen Gärbrühe ist auf Grund der außerordentlich feinen bakteriellen Zellen und der darin suspendierten Materialien sehr schwierig. Infolgedessen ist es nahezu unmöglich, ein transparentes Zentrifugat aus einer derartigen Gärbrühe zu gewinnen, und zwar selbst dann nicht, wenn in einem konventionellen Sharples-Zentrifugierapparat zentrifugiert oder mit einem Ultrafilter filtriert wird, in welchem eine große Menge an Filtersubstanz, wie Diatomeenerde (Kieselgur), enthalten ist. Die Reinheit der 1-Glutaminsäurekristalle, welche aus einer so gewonnenen Gärbrühe, wie sie zuvor erwähnt wurde, auskristallisiert werden kann, beträgt lediglich etwa 80 bis 85%· Insbesondere ist es sehr schwierig, unter Anwendung eines solchen allgemeinen Filterprozesses hochreine 1-Glutaminsäurekristalle in großtechnischem Maßstabe herzustellen. Aus den oben angegebenen Gründen erwies es sich zur Entfernung dieser kolloidalen Stoffe, welche während des Gärprozesses in der Gärbrühe entstehen, als erforderlich, beispielsweise die Proteine durch Zugabe von Salzsäure in Aminosäuren

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umzusetzen und die Gärbrühe dabei auf eine erhöhte hang mit den angeführten Beispielen der weiteren

Temperatur zu erwärmen. Erläuterung der Erfindung.

Im Verlauf der Erfindung wurden verschiedene Ver- Eine rohe, 1-Glutaminsäure enthaltende Gärbrühe fahren zur Abscheidung bakterieller Zellen und wird mit Salzsäure auf ein pH von 6 neutralisiert und

kolloidaler Proteine aus einer rohen Gärbrühe unter- 5 während 30 Minuten auf 70⁰C erwärmt. Ein großer sucht. Insbesondere erstreckte sich die Untersuchung Teil der bakteriellen Zellen wird anschließend unter über alle Arten von oberflächenaktiven Verbindungen Verwendung einer Sharples-Zentrifuge abzentrifugiert,

und die Wirkung einer Zugabe von oberflächenaktiven wobei sich ein Zentrifugat mit einer Trübung von etwa

Verbindungen auf die Filterfähigkeit der Brühe. Es 650° ergibt. In das Zentrifugat werden 0,05% an PoIy-

wurde gefunden, daß bestimmte spezifische ober- io oxyäthylenlauryläther (Emuigen 147, hergestellt von flächenaktive Verbindungen besonders wirkungsvoll KAO Soap Co.) mit einem hydrophil-lyophoben

sind; nur einige wenige oberflächenaktive Verbin- Gleichgewicht von 16,5 zugegeben und die Mischung

düngen, wie sie im nachstehenden beschrieben werden, während 30 Minuten auf 6O⁰C erwärmt. Hierauf fallen

sind dabei dann extrem wirksam, wenn Rübenmelassen organische, kolloidale Stoffe, welche aus bakteriellen

als Zuckerquellen zur Anwendung kommen oder wenn i₅ Zellen und Entschäumern in Suspension bestehen, aus

bakterielle Zellen sich auf Grund einer anomalen und führen zu einer transparenten, überstehenden

Gärung auflösen, wie dies bei Gärungsmaßnahmen Lösung. Nach Zusatz von 1 Gewichtsprozent an

auftreten kann. Diatomeenerde und anschließender Druckfiltration

Die wirksamen Verbindungen sind Polyoxyäthylen- unter Verwendung eines Ultrafilters ergibt sich in

alkylamine und Polyoxyäthylenlauryläther mit einem 20 kurzer Zeit ein transparentes Filtrat. Das resultierende

hydrophil-lyophobem Gleichgewicht größer als 15. Filtrat ist eine durchsichtige Lösung mit einer Trübung

Der Grund, warum lediglich die genannten ober- kleiner als 10°. In dieser Lösung sind keine festen

flächenaktiven Verbindungen unter zahllosen Arten Suspensionsstoffe mehr enthalten. (In Analogie mit der

von oberflächenaktiven Verbindungen wirksam sind, Trübung von Wasser wird die Trübung allgemein so

ist theoretisch nicht genau bekannt. Es ist jedoch über- 25 definiert, daß die Trübung 1° vorliegt, wenn ein Milli-

raschend, daß nur bei Zugabe der genannten ober- gramm sauren Tons mit 11 Wasser vermischt wird.)

flächenaktiven Verbindungen und anschließender Er- Wenn im Gegensatz zu dem oben beschriebenen

wärmung der zentrifugierten Fermentationsflüssigkeit, Vorgehen dasselbe Zentrifugat mit einer Trübung von

welche vorher auf pH 6 bis 8 eingestellt und auf 60 bis 650°, aus dem ein großer Teil der bakteriellen Zellen

8O⁰C erwärmt wurde, die Proteine aus bakteriellen 30 mit Hilfe einer Sharples-Zentrifuge entfernt war,

Zellen oder Fette aus Entschäumern absorptiv zu- während 30 Minuten auf 6O⁰C erhitzt wird, ohne daß

sammengebracht werden, so daß sie ihre hydrophilen dabei Polyoxyäthylenlauryläther zugegeben wird, geht

Eigenschaften vermindern und sie durch Koagulation die Filtration nur sehr langsam vonstatten, selbst wenn

zur Ausfällung gebracht werden können. Darüber hin- die Filtrierung unter Verwendung von Diatomeenerde

aus sind fast alle kationischen, anionischen und nicht- 35 durchgeführt wird, und zwar in der großen Menge von

ionischen oberflächenaktiven Verbindungen weit weni- 5 Gewichtsprozent. Das resultierende Filtrat weist auf

ger als die genannten oberflächenaktiven Verbin- Grund der suspendierten organischen, kolloidalen

düngen wirksam. Es ist ferner überraschend, daß im Substanzen eine Trübung von 500° auf.
Vergleich mit Polyoxyäthylenoleiläther, Polyoxyäthy-

lencethyläther, Polyoxyoctylphenyläther u. dgl., welche 40 Beispiell
Verbindungen Polyoxyäthylenlauryläther sehr ähnlich

zu sein scheinen, lediglich Polyoxyäthylenlauryläther Eine rohe, 1-Glutaminsäure enthaltende Gärbrühe

die extrem ausgeprägte Wirksamkeit zeigt. wurde mit Salzsäure auf ein pH von 6 herabneutrali-

Von den erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden siert; es wurde während einer Stunde auf 70⁰C eroberflächenaktiven Verbindungen sind Polyoxyäthylen- 45 wäimt; hierauf wurde unter Verwendung einer alkylamine etwas stärker wirksam als Polyoxyäthylen- Sharples-Zentrifuge zentrifugiert und das Zentrifugat lauryläther, und zwar in dem Fall, in dem Rüben- abgeschieden. 125 g Polyoxyäthylenlauryläther mit melassen als Zuckerquellen zur Anwendung kommen, 13 Oxyäthylenmolekülen Emuigen 120, hergestellt von oder in dem Fall, in dem eine anomale Gärung auf KAO Soap Co., wurde in 2501 des Zentrifugates einge-Grund von Bakteriophagen auftritt. Bei dieser anoma- 50 bracht. Das Zentrifugat hatte eine Trübung von 650°. len Gärung lösen sich die bakteriellen Zellen auf und Die resultierende Mischung wurde während 20 Minuverwandeln sich in feste kolloidale Substanzen, welche ten auf 70⁰C erwärmt und anschließend unter Verdie Abtrennung der bakteriellen Zellen schwierig ge- Wendung eines Ultrafilters filtriert; das Ultrafilter stalten, selbst bei Verwendung einer Sharples-Zentri- hatte ein Filterareal von 1 m²; die Filtration erfolgte fuge, so daß die so gewonnene Brühe eine Trübung von 55 unter einem Druck von 1 bis 2 kg/cm². Nach 20 Minumehr als 5000° aufweist. ten war die Filtration beendet. Die Trübung des FiI-

AIs Beispiele für die erfindungsgemäß einsetzbaren trates betrug 20°. Wenn andererseits dasselbe Filtrat

oberflächenaktiven Verbindungen sind Polyoxyäthylen- mit der Trübung von 650° unter denselben Bedin-

oleilamin mit 5 bzw. 15 Oxyäthylenmolekülen sowie gungen filtriert wurde, wobei jedoch kein Polyoxy-

Polyoxyäthylenlauryläther mit 13 bzw. 25 Oxyäthylen- 60 äthylenlauryläther zugegeben war, betrug die für die

molekülen zu nennen. Weiterhin sind insbesondere die Filtration benötigte Zeit 2 Stunden. Die Trübung

folgenden Verbindungen wirksam: Polyoxyäthylen- dieses Filtrates lag bei 400°.
stearylamin mit 10 bis 30 Oxyäthylenmolekülen oder

Polyoxyäthylenoleilamin mit 5 bis 15 Oxyäthylenmole- Beispiel 2

külen oder Polyoxyäthylenlauryläther mit 10 bis 65

30 Oxyäthylenmolekülen. In eine rohe, 1-Glutaminsäure enthaltende Gärbrühe,

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Aus- welche eine besonders feste Emulsion aus bakteriellen

führungsformen der Erfindung dient im Zusammen- Zellen, wie sie bei einer abnormen Gärung auftritt,

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enthielt, wurde Salzsäure eingebracht, so daß sich der pH-Wert auf 6 einstellte. Die resultierende Brühe wurde während 30 Minuten auf 70⁰C erwärmt und anschließend mit Hilfe einer Sharples-Zentrifuge zentrifugiert, so daß sich ein Zentrifugat mit einer Trübung von 5000° ergab. In 2501 des so gewonnenen Zentrifugates wurden 125 g Polyoxyäthylenalkylamin mit einem hydrophil-lyophobem Gleichgewicht von 16,5 (Amiete 310, hergestellt von KAO Soap Co.) eingebracht. Die resultierende Mischung wurde während 20 Minuten auf 70⁰C erwärmt. Nach Zugabe von 1,2 kg Diatomeenerde wurde unter einem Druck von 1 bis 2 kg/cm² mit Hilfe eines Ultrafilters, welches ein Filtergebiet von 1 m² aufwies, filtriert. Nach 20 Minuten war die Filtration beendet. Es ergab sich ein transparentes Filtrat mit einer Trübung von 30°. Wenn auf der anderen Seite dasselbe Zentrifugat mit der Trübung von 5000° unter denselben Bedingungen filtriert wurde, mit der Ausnahme, daß kein Polyoxyäthylenalkylamin zugegeben wurde, war die Filtration ao selbst nach 2 Stunden noch nicht beendet. Darüber hinaus war das Filtrat eine trübe Lösung mit einer Trübung von 3000°. Polyoxyäthylenalkylamin ist also für die Reinigung einer Gärbrühe, welche eine anomale Gärung erfahren hat, sehr wirksam.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung unlöslicher Stoffe aus !-Glutaminsäure enthaltender Fermentationsflüssigkeit unter Einstellung der rohen Fermentationsflüssigkeit auf einen pH-Wert von 6 sowie Erwärmung derselben auf 60 bis 8O⁰C mit anschließender Zentrifugierung, dadurch gekennzeichnet, daß man der zentrifugierten Flüssigkeit von den Verbindungen Polyoxyäthylenalkylamine und Polyoxyäthylenlauryläther mit einem hydrophil-lyophobem Gleichgewicht größer als 15 wenigstens eine zugibt, die Fermentationsflüssigkeit erwärmt und in an sich bekannter Weise abfiltriert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyoxyäthylenalkylamine Polyoxyäthylenstearylamin mit 10 bis 30 Oxyäthylenmolekülen oder Polyoxyäthylenoleilamin mit 5 bis 15 Oxyäthylenmolekülen verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyoxyäthylenlauryläther mit 10 bis 30 Oxyäthylenmolekülen verwendet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 869 948.

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