DE68921163T2

DE68921163T2 - Isolierung von L-Phenylalanin aus dessen racemischen Mischungen.

Info

Publication number: DE68921163T2
Application number: DE68921163T
Authority: DE
Inventors: William E Gardner; Gene E Dr Kidman
Original assignee: Nutrasweet Co
Current assignee: Nutrasweet Co
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-12-13
Also published as: EP0373583A3; ES2068233T3; EP0373583B1; US4847409A; CA2004887A1; KR0160757B1; ATE118470T1; CA2004887C; DE68921163D1; KR900009996A; JPH02243636A; EP0373583A2; IE893996L; JP2714461B2; GR3015077T3; IE66004B1

Description

Aminosäuren sind wichtige Nahrungsmittelzusätze sowohl für menschliche als auch für tierische Diäten, und ihre Herstellung und Reinigung ist für zahlreiche Lebensmittelindustrien entscheidend geworden. Viele Aminosäuren sind entweder chemisch hergestellt worden oder durch Fermentationsverfahren, die die Trennung und Isolierung der gewünschten Aminosäuren von der Brühe erfordern.
Viele Aminosäuren liegen als zwei optisch aktive Enantiomere vor, die L- und die D-Isomeren. Bei vielen Anwendungen wird es oft bevorzugt, die beiden aus ihrem racemischen Gemisch, das während des chemischen Verfahrens hergestellt wurde, zu trennen. Beispielsweise L-Phenylalanin ist eine Komponente des bekannten Dipeptidsüßstoffs Aspartam, in der Technik bekannt als alpha-L-Aspartyl-L- phenylalaninmethylester (APM). Es ist außerdem bekannt, daß, wenn das Dipeptid aus den beiden L-Isomeren von Asparaginsäure und Phenylalanin zusammengesetzt ist, es süß ist, während ihre D-L, L-D, D-D usw. Enantiomeren es nicht sind. Außerdem sind alle Enantiomeren, die D-Phenylalanin enthalten, als Süßstoffe wertlos.
Aspartam kann synthetisiert werden durch irgendeines der verschiedenen biochemischen Prozesse, jedoch enthalten diese eine Kupplungsreaktion, wodurch Asparaginsäure mit entweder Phenylalanin oder dessen Methylester verbunden wird. Somit muß das Fertigprodukt von seinen Enantiomeren und jeglichem nicht umgesetzten Phenylalanin und Asparaginsäure getrennt werden. Es ist wirtschaftlich vorteilhaft, das L-Phenylalanin zu konservieren durch Hydrolyse der nicht süßen Ester und Gewinnung des Phenylalanins. Jedoch wird während der verschiedenen chemischen Verfahrensstufen, die zur Herstellung von APM angewandt werden, um das übrig gebliebene Phenylalanin zu gewinnen, ein Teil des Phenylalanins racemisiert. Wenn dieses Phenylalanin somit gewonnen wird, enthält es etwas vom D-Isomer. Da das D-Isomer bei der Herstellung des Dipeptidsüßstoffs nicht verwendet werden kann, würde es zweckmäßig sein, in der Lage zu sein, dieses L-Phenylalaninisomer so wirtschaftlich wie möglich aus dem racemischen Gemisch abzutrennen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, reine L-Isomeren einer Aminosäure aus dem racemischen Gemisch zu kristallisieren und zu isolieren, wenn das Racemat mehr vom L-Isomer als von der D-Form enthält. Insbesondere ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, reines L-Phenylalanin aus einem racemischen Gemisch zu erhalten, das sowohl die L- als auch die D-Formen enthält. Verschiedene Methoden zur Trennung der L- und D-Isomeren sind bekannt und werden im allgemeinen als Spaltung bezeichnet. Die bekannteste Methode zur Spaltung von D,L-Gemischen umfaßt die Vereinigung derselben mit einer optisch aktiven Verbindung, bekannt als ein Spaltungsmittel, gefolgt durch fraktionelle Kristallisation des dabei entstehenden Gemischs der Verbindungen (Diastereoisomeren) in Lösung. Für die praktische Spaltung ist es erforderlich, eine Kombination von Spaltungsmittel und Lösungsmittel zu finden, die gutes Kristallisationsverhalten ergibt zusammen mit einem ausgesprochenen Unterschied in der Löslichkeit zwischen den Diastereoisomeren. Beispiele dieser Technik, die zur Spaltung einer Aminosäure angewandt wird, befinden sich in US-Patent 2 556 907, Emmick, R. und US 2 657 230, Rogers, A. Diese Patente diskutieren Methoden zur Spaltung von D,L-Lysin, worin optisch aktive Glutaminsäure als das Spaltungsmittel verwendet wird.
In jüngerer Zeit wurde Phenylalanin gespalten durch enzymatische Hydrolyse seiner Diastereoisomeren. Das Enzym Chymotrypsin hydrolisiert L-Phenylalaninester selektiv. Somit wird L-Phenylalanin aus einem Gemisch von D,L-Phenylalaninester gewonnen. Ein Beispiel dieses Verfahrens ist Eur. Pat. Anmeldung EP-A-171 862, Empie, M., (8/17/84).
Jedoch erfordern die vorstehend genannten bekannten Methoden eine zusätzliche Stufe neben derjenigen der Fermentation, die die Verwendung eines Spaltungsmittels umfaßt, in einer chemischen oder enzymatischen Reaktion oder irgeneiner Kombination davon, um ein Derivat von Phenylalanin zu bilden, um das gewünschte Isomer zu isolieren.
Die vorliegende Erfindung gestattet die Trennung des L-Isomers von dem racemischen Gemisch und in der gleichen Stufe seine Reinigung von anderen Aminosäuren, Salzen usw. ohne das Erfordernis eines Spaltungsmittels, der anschließenden Bildung eines Derivates der infrage kommenden Aminosäure und ohne enzymatische Reaktion.
Ein Verfahren für die selektive Kristallisierung des L-Isomers von einem D,L- Gemisch von Phenylalaninisomeren wird beschrieben.
Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mutterflüssigkeit beschrieben, die reich an L-Phenylalanin ist, durch Kristallisation und Trennung der Isomeren des Racemats und anschließende selektive Krisallisierung von L-Phenylalanin aus dieser Flüssigkeit. Reines L-Phenylalanin kann aus Racemat unter einem Vakuum bei Temperaturen zwischen etwa 5,0ºC und 65,0ºC kristallisiert werden, wenn nach der Kristallisation das D-Phenylalanin etwa 7,0 % oder weniger des in der Lösung verbliebenen Gesamtphenylalanins beträgt. Ein Racematkristall, das aus etwa 50 % D- und 50 % L-Phenylalanin zusammengesetzt ist, kann aus dem Racemat kristallisiert werden bei vorstehender Temperatur, wenn nach der Kristallisation das D-Phenylalanin etwa 7,0 % oder mehr des in der Lösung verbliebenen Gesamtphenylalanins beträgt. Die Kristallisationsbedingungen müssen langsames Kristallwachstum und Kristalldigestion umfassen, um die gewünschte Zusammensetzung der Kristalle aus reinem L-Phenylalanin oder 50 % Racemat sicherzustellen. Wenn das Verhältnis des D-Isomers zum Gesamtphenylalanin etwa 7,0 % oder mehr beträgt, ist die weitere Ausfällung von L-Phenylalanin, das mit weniger als 7,0 % D-Phenylalanin verunreinigt ist, möglich zwischen etwa 5,0ºC und 55,0ºC, wenn die Lösung mit reinem L-Phenylalanin geimpft wird, gefolgt durch eine Digerierungszeit und anschließender langsamer Kristallisation.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, daß die D- und L-Isomeren von Phenylalanin sich vereinigen unter Bildung von racemischen Kristallen von Phenylalanin, die nur halb so löslich sind wie jedes der beiden Isomere alleine. Die Gegenwart von überschüssigem L-Phenylalanin reduziert die Löslichkeit des D,L-Phenylalaninkomplexes. Überraschenderweise besteht ein Limit für diesen Effekt, und das Limit erscheint bei etwa dem gleichen relativen Verhältnis von D-Phenylalanin zum Gesamtphenylalanin (D/T) unter einem Bereich von Lösungstemperaturen oder Lösungskonzentrationen des Gesamtphenylalanins. Dieses Phänomen wird bezeichnet als "das Umitverhältnis" oder der "gleiche Sättigungspunkt". Bei diesem Limit kann der physikalische Zustand der Lösung beschrieben werden als gesättigt seiend mit L-Phenylalanin und dem D,L-Phenylalaninkomplex.
Überraschenderweise fallen bei relativ geringen Mengen von D-Phenylalanin, unterhalb des limitverhältnisses, reine L- Phenylalaninkristalle aus bei Verdampfungskristallisation. Dies setzt sich fort, bis die relative Lösungskonzentration von D-Phenylalanin steigt bis etwa 7,0 % des Gesamtphenylalanins in der Lösung (D/T = 7,0 %). Reines L-Phenylalanin kann aus dem Racemat unter einem Vakuum kristallisiert werden bei Temperaturen zwischen etwa 5,0ºC und 65,0ºC, wenn vor der Kristallisation das D/T weniger als 7,0 % ist und nach der Kristallisation das D/T etwa 7,0 % in Lösung ist.
Bei höheren relativen Konzentrationen von D-Phenylalanin im racemischen Gemisch, d.h. wo das D/T größer als 7,0 % ist, fällt ein racemisches D,L-Kristall aus bei Verdampfungskristallisation bis die relative Konzentration von D-Phenylalanin auf etwa 7,0 % reduziert ist. Ein Racematkristall, das sich aus etwa 50 % D- und 50 % L-Phenylalanin zusammensetzt, kann aus dem Racematgemisch zwischen etwa 5,0ºC und 100ºC kristallisiert werden, wenn vor der Kristallisation das D/T über 7,0 % und nach der Kristallisation das D/T größer als oder gleich etwa 7,0% in Lösung ist. Um die gewünschte Zusammensetzung der Kristalle aus reinem L-Phenylalanin oder des 550%igen Racemats sicherzustellen, soll die Krisallisation und die Kristalldigerierung bei einer geringen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Figur 1 erläutert die Anreicherung von L-Phenylalanin in der Lösungsphase durch Ausfällung des Racemats. Unterschiedliche Gewichtsanteile von Phenylalanin wurden Wasser zugesetzt, und das Wasservolumen wurde auf 1 Liter gebracht nach Auflösung der Probe. Die Lösungen wurden auf etwa 50ºC abgekühlt und dann filtriert. Das in den Versuch eingebrachte Phenylalanin war 17,35 % D-Phenylalanin (d.h. eine hohe D-Isomerkonzentration). Die x-Achse stellt den Prozentanteil des Phenylalanins dar, das aus der Lösung ausgefallen war. Die y-Achse ist die spezifische Drehung des Phenylalanins in der resultierenden Lösungsphase. Die resultierende Lösungskonzentration von Phenylalanin war in allen Fällen etwa gleich und betrug etwa 45 g/l. Dies belegt die Existenz des gleichen Sättigungspunktes oder des Limitverhältnisses von DIT in Lösung, da die spezifische Drehung des Phenylalanins in Lösung steigt je mehr Phenylalanin ausfällt, jedoch nur bis zu einem gewissen Punkt.
In Figur 2 war die Ausgangslösung am gleichen Sättigungspunkt. Die spezifische Drehung (S.R.) des Phenylalanins in der festen Phase kann verglichen werden mit derjenigen in der Lösungsphase. Bei niedrigen Verdampfungsverhältnissen ist die spezifische Drehung des Phenylalanins in jeder Phase die gleiche. Die Zusammensetzung der flüssigen und festen Phasen sollte somit gleich bleiben, da eine Lösung am gleichen Sättigungspunkt konzentriert wird. Eine unerwartete Beobachtung besteht darin, daß eine Racemisierung erfolgt mit weiterer Konzentration. Außerdem ist das Ausmaß der Racemisierung proportional dem Ausmaß der Verdampfung. Die S.R. der Lösungsphase ändert sich nicht mit dem Ausmaß der Verdampfung, was die Existenz eines gleichen Sättigungspunkt oder Limitverhältnisses von D/T beweist.
Wenn D/T etwa 7,0 % beträgt, behält die weitere Ausfällung von Phenylalanin aus der Lösung die relative Lösungskonzentration der Isomeren bei. Somit wird eine racemische Lösung mit einem enantiomeren Überschuß von L-Phenylalanin entweder reines L-Phenylalanin, ein Racemat, das aus 50 % D- und 50 % L-Phenylalanin zusammengesetzt ist, oder ein Gemisch der beiden Kristallzusammensetzungen produzieren.
Die Zusammensetzung der Kristallphase könnte jedoch durch kinetische Faktoren bewirkt sein. Wenn nur wenige oder keine Racematkristalle vorliegen, auf denen sich der Kristallisationsprozeß aufbauen kann, jedoch ein Überschuß an L-Phenylalaninkristallen vorliegt, dann erfolgt eine Phenylalaninkristallisation und die relative Konzentration von D-Phenylalanin in Lösung wird steigen. Die Digerierung in Gegenwart von reinen L-Phenylalaninimpfkristallen begünstigt die Kristallisation von L-Phenylalanin und eine Steigerung der relativen Konzentration von D-Phenylalanin in Lösung. Wenn das Verhältnis von D- zum Gesamtphenylalanin etwa 7,0 % beträgt, ist eine weitere Ausfällung von L-Phenylalanin mit weniger als 7,0 % D-Phenylalanin möglich zwischen etwa 5,0ºC und 55,0ºC, wenn die Lösung mit reinem L-Phenylalanin geimpft wird, gefolgt durch Digerierung und dann langsame Kristallisation.
Durch Kombinieren von Verfahren von 1) Ausfällen von reinem L-Phenylalanin, 2) Ausfällen eines Racemats, das aus 50 % D- und 50 % L-Phenylalanin zusammengesetzt ist und 3) selektive Kristallisation ist es möglich, überschüssiges L-Phenylalanin abzutrennen aus einem weniger als 50 % Racemat, so daß das Ergebnis der Abtrennung fast 50 % Racemat einerseits und fast reines L-Phenylalanin andererseits ist. Es ist somit möglich, Racemat herzustellen bei jeder geringeren Menge an D-Phenylalanin.
Ein Modell vom Verhältnis des D-Phenylalanins im Ausgangsmaterial zu D-Phenylalanin im Kristallprodukt und zu D-Phenylalanin in der Mutterflüssigkeit besteht in der folgenden Gleichung. Wenn das Ausgangsmaterial ein sehr niedriges D/T aufweist, kann diese Gleichung verwendet werden, um vorauszusagen, wieviel L-Phenylalanin ausgefällt werden kann, bevor es unannehmbar durch D-Phenylalanin verunreinigt wird aufgrund weiterer Ausfällung. Bei sehr hohem D/T kann vorausgesagt werden, wieviel Racemat ausgefällt werden kann, um die L-Phenylalaninanreicherung der Mutterflüssigkeit zu maximieren.
% Dt = % Dp(% P) + 0,07(%S),
worin
% Dt = relativer Prozentanteil an D-Phenylalanin im Ausgangsmaterial,
% Dp = relativer Prozentanteil von D-Phenylalanin im Produkt,
% P = Prozentanteil des Ausgangsmaterials im Produkt
% S = Prozentanteil des in der Lösung zurückbleibenden Ausgangsmaterials
0,07 = die Schätzung des relativen Prozentanteils an D-Phenylalanin am gleichen Sättigungspunkt.
Beispielsweise, wenn das Ausgangsmaterial 3,0 % D-Phenylalanin enthält und 1,5 % D-Phenylalanin im Produkt annehmbar sein würde, würde es möglich sein, etwa 73 % vom Ausgangsmaterial als Produkt zu lösen und wieder auszufällen. In einer anderen Ausführungsform kann, wenn das Ausgangsmaterial 30% D-Phenylalanin enthält und das Racemat voraussichtlich 47% D-Phenylalanin enthalten würde, die Gewinnung von einer L-Phenylalanin angereicherten Lösung bei 7,0% maximiert werden durch Lösen und Ausfällen von 77,5% des Ausgangsmaterials als Racematprodukt.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist die Gewinnung einer L-Phenylalaninangereicherten Fraktion aus einem racemischen Gemisch durch selektive Kristallisation. Das racemische Gemisch könnte eine L-Phenylalanin angereicherte Mutterflüssigkeit sein, die hergestellt werden könnte wie im zweiten Beispiel im vorstehenden Paragraphen. Diese Methode umfaßt die Zugabe einer L-Phenylalaninimpfung und einen Zeitabschnitt zur Digerierung der Impfkristalle. Diese Methode begünstigt die Anreicherung von L-Phenylalanin im Niederschlag und beeinflußt die relative Wachstumsgeschwindigkeit der beiden Kristalle.
Figur 3 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung, wie die vorstehenden Methologien in einem wirtschaftlichen Verfahren kombiniert werden können. Das Ausgangsmaterial ist D,L-Phenylalanin, das aus einer Aspartam (APM)-Mutterflüssigkeit gewonnen wurde. Das D,L-Phenylalanin wird in den Lösungstank gegeben und mit irgendeiner im Kreislauf geführten Mutterflüssigkeit kombiniert. Die Lösung wird auf einen Temperaturbereich von etwa 60ºC-100ºC erhitzt, vorzugsweise auf den oberen Bereich von 95ºC - 100ºC, um sicherzustellen, daß der größte Teil des L-Phenylalanins in der Lösung gelöst ist. Es ist dann möglich, L-Phenylalanin aus einem anderenfalls etwa 50% D-Phenylalaninracemat herauszulösen, ohne das Racemat vollständig zu lösen. Wenn die Lösung abgekühlt ist, wird das Racemat entfernt unter Hinterlassung einer L-Phenylalanin-angereicherten Mutterflüssigkeit. Die Temperatur, bei der das Racemat entfernt wird, sollte etwa die gleiche sein, wie diejenige des Kristallisierers während der Digerierungsperiode. Darco-Kohle kann gegebenenfalls zugesetzt werden und mit der Lösung im Lösungstank vermischt werden. Die Kohle kann mit dem Racemat entfernt werden und beide können entfernt werden durch irgendeine Standardfiltrationsvorrichtung, wie die bekannte Darkopresse. Die Kohlebehandlung der Mutterflüssigkeit entfernt Verunreinigungen, die die Kristallisation stören können oder die Qualität des L-Phenylalaninproduktes verringern können.
Die in den Lösungstank zu füllende Phenylalaninmenge muß berechnet werden, indem man die D-Phenylalaninkonzentration sowohl vom Ausgangsmaterial als auch von der im Kreislauf geführten Mutterflüssigkeit berücksichtigt. Die D/T dieser kombinierten Quellen ist %D in folgender Gleichung. Das Racemat, das entfernt wird, um die mit L-Phenylalanin angereicherte Mutterflüssigkeit herzustellen, ist der DL-Verlust in der Gleichung. Dieser Prozentanteil ist außerdem die Menge an Phenylalanin, die über derjenigen liegt, die erforderlich ist, um die im Kristallisator erwünschte Lösungskonzentration zu erzielen, die in den Lösungstank gefüllt werden muß. Diese Gleichung stammt von der vorhergehenden Gleichung, wo die Mutterflüssigkeit auf einen Gehalt von 7,0 % D-Phenylalanin veranschlagt wird und das Racemat auf einen Gehalt von 47% D-Phenylalanin veranschlagt wird. DL-Verlust % = ((%D x 100) - 700)/40
Wenn beispielsweise das Ausgangsmaterial 30% D-Phenylalanin und Racemat aufweist, fallen 57,5% des Materials als Racemat aus. Das ist wie in vorstehendem Beispiel. Wenn die Digerierungstemperatur 50,0ºC beträgt, dann ist die gewünschte Lösungskonzentration etwa 45 g/l. Somit ist die in den Lösungstank zu füllende Konzentration 106 g/l.
Bevor die mit L-Phenylalanin angereicherte Mutterflüssigkeit in den Kristallisator überführt wird, sollten der Kristallisator und die Überführungsleitungen schwach über die Digerierungstemperatur erhitzt werden, da jegliches plötzliches Abkühlen irgendeines Teils oder einer Portion der Racematlösung die Bildung des falschen Kristalltyps zur Folge haben kann.
Die Mutterflüssigkeit wird dann, nachdem sie in den Kristallisator überführt wurde, mit einer großzügigen Dosis an reinen L-Phenylalaninkristallen geimpft, um die Ausfällung von reinem L-Phenylalanin aus der Lösung einzuleiten. Danach folgt die Zugabe eines Tween-Tensids und eine Digerierungsperiode. Die Digerierungstemperatur ist vorzugsweise etwa 45,0ºC bis 65,0ºC, kann jedoch im Bereich von etwa 20,0ºC bis 65,0ºC liegen. Die Digerierung verbessert die Reinheit des L-Phenylalanins, das anschließend aus der Lösung auskristallisiert. Das Tween entfernt einen Teil des eingeschlossenen Wassers. Die Kristalle bilden sich durch langsames Abkühlen der Lösung.
Die dabei sich bildenden L-Phenylalaninkristalle werden zentrifugiert und aus der Mutterflüssigkeit entfernt wenn sie auf etwa 15,0ºC - 25,0ºC, vorzugsweise 20,0ºC abgekühlt wurde, und die Kristalle werden, wenn sie ausfallen, entfernt. Versäumt man, die Kristalle auf diese Art und Weise zu entfernen, kann eine unhandliche dicke Schlämme entstehen. Während der Kristallisation wird die Mutterflüssisgkeit von der Zentrifuge im Kreislauf zurück in den Kristallisator geführt, um die Kristallgewinnung zu maximieren. Wenn die Kristallisation komplett ist und keine weiteren Kristalle gewonnen werden können, wird die Mutterflüssigkeit im Kreislauf für die nächste Füllung in den Lösungstank geführt. Bevor man dieses Verfahren wiederholt, ist es wichtig, den Kristallisator, Zentrifuge und Arbeitsleitungen auszuwaschen, um jegliche zurückbleibenden Kristalle zu entfernen. Die Waschflüssigkeit kann verworfen werden. Die Gegenwart jeglicher rückständiger Kristalle kann anschließend die selektive Kristallisation stören.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Gewinnung von L-Phenylalanin aus dem Racemat und L-Phenylalanin aus der Fermentationsbrühe. Das L-Phenylalanin wird gewonnen durch Verdampfungskristallisation und anschließende Wiederauflösung, Behandlung des aufgelösten Phenylalanins mit Kohle, um jegliche Verunreinigungen zu entfernen, und Umkristallisation. Jede Kristallisation hinterläßt eine Mutterflüssigkeit, die vollständig oder teilweise verworfen wird. Die verworfene Flüssigkeit kann verwendet werden als ein Abzapfstrom für D-Phenylalanin. Die maximal erforderte Abzapfmenge ist derart, daß das gesamte D-Phenylalanin, das während der Gewinnung produziert wurde und dem Gewinnungsstrom zugesetzt wurde, mit der verworfenen Flüssigkeit einfließt. Dies kann erreicht werden, wenn das D-Phenylalanin in der verworfenen Flüssigkeit nicht über 7,0% des Gesamtphenylalanins in diesem Strom liegt (d.h. D/T< =7,0%). Unter einigen Bedingungen kann das D/T der Mutterflüssigkeit höher sein.
Reines L-Phenylalanin kann außerdem aus der Mutterflüssigkeit gewonnen werden durch Umwandlung des als ein Racemat vorliegenden Phenylalanins in sein Salz. Dadurch steigt die Löslichkeit des 50% D-Phenylalaninracemats. Beispielsweise steigt die Löslichkeit des Racemats unter jeder der folgenden Bedingungen:
1) wenn NaOH verwendet wird, um einer 50% Racematlösung einen hohen pH-Wert zu geben,
2) NaHCO&sub2; zugesetzt und erhitzt wird, um ein Natriumsalz des 50% Racemats herzustellen oder
3) Essigsäure verwendet wird, um einer 50% Racematlösung einen niederen PH-Wert zu geben.
Als ein Natriumsalz ist das Racemat zweimal so löslich wie reines L-Phenylalanin unter den gleichen Bedingungen. Eine hohe Konzentration des Salzes kann außerdem diese offensichtliche Steigerung der Racematlöslichkeit verursachen.
Jedoch ist ohne selektive Kristallisation überschüssiges L-Phenylalanin, das unter den im vorstehenden Paragraphen beschriebenen Bedingungen ausgefällt wurde, nicht rein und hat gewöhnlich nur ein schwach reduziertes D/T, verglichen zu dem D/T der Lösungen vor der Kristallisation.
Durch Anwendung der Prinzipien der selektiven Kristallisation kann überschüssiges L-Phenylalanin als reines L-Phenylalanin ausfallen und das D/T des Abfallstroms kann 7,0% übersteigen. Während der Verdampfungskristallisation eines niedrigen D/T-Racemats in Gegenwart einer hohen Konzentration von Ammoniumsulfat, kann das Durchschnitts D/T der Mutterflüssigkeit steigen, wenn die Salzkonzentration steigt, und reines L-Phenylalanin kann gewonnen werden. Allerdings wird die Gesamtlöslichkeit des Phenylalanins in der Mutterflüssigkeit ebenfalls abnehmen. Der Nachteil dieses höheren D/T in der Mutterflüssigkeit besteht darin, daß diese Lösungen weniger stabil werden, wenn das D/T steigt und somit plötzlich 50% Racemat ausfallen kann, um andererseits reines L-Phenylalanin zu verunreinigen. Deshalb ist es selbst bei selektiver Kristallisation am besten, wenn das Mutterflüssigkeits-D/T nicht im Überschuß über viel mehr als 7,0% liegt (d.h. D/T< =15,0%).
Die nachstehenden Beispiele dienen der besseren Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Sie dienen nur dem Zweck der Erläuterung, und es ist nicht beabsichtigt, das Wesen und den Rahmen der Erfindung, wie er in den nachstehenden Ansprüchen wiedergegeben ist, zu begrenzen.

Beispiel 1

Ein racemisches Gemisch, enthaltend 30% des D-Isomers, wurde in fünfzehn (15) Liter Wasser gelöst zu einer Konzentration von 30 g/l bei einer Temperatur von 80ºC und einem pH-Wert von etwa 4,5. Bei diesem pH-Wert überwiegt die nicht hydratisierte Form des L-Phenylalaninisomers. Die Lösung wurde in den Kristallisator gefüllt, und für jeweils 5 Liter Lösung wurden 3,750 Liter Wasser durch Verdampfen bei 55ºC unter Vakuum entfernt. Das Konzentrat wurde dann auf 50ºC abgekühlt und filtriert unter Bildung einer phenylalaninreichen Mutterflüssigkeit. Die Mutterflüssigkeit von drei auf diese Weise hergestellten Beschickungen wurde kombiniert, und 1 Liter Wasser wurde dem zugesetzt. Eine zweite Verdampfungskristallisation wurde dann bei 80ºC unter Vakuum durchgeführt, bis 2,75 Liter Wasser entfernt worden waren. Ein Gramm L-Phenylalanin wurde zugesetzt als Impfkristall für die Kristallisation, nachdem weitere 2,4 Liter Wasser durch Verdampfung entfernt worden waren. Dieses Endkonzentrat wurde filtriert und die Kristalle, die ausgefallen waren aus der Lösung, wurden entfernt.
Die erste Beschickung der aus der Lösung abfiltrierten Kristalle wog 273,85 g und hatte eine spezifische Drehung von -13,5. Man fand, daß diese aus dem D,L-Isomer zusammengesetzt war, wie erwartet. Die zweite Beschickung der aus der Lösung ausgefallenen Kristalle wog 46,17 g und hatte eine spezifische Drehung von -32,3. Man fand, daß das aus 99,7% reinem L-Phenylalanin zusammengesetzt war.

Beispiel 2

Mehrere L-Phenylalanin-Reinigungsversuche wurden durchgeführt gemäß dem Gewinnungsverfahren, wie es in Figur 4 dargestellt wird. Das D,L-Racemat wurde in den Lösungstank gefüllt bei den relativen D-Phenylalaninkonzentrationen, wie nachstehend für drei getrennte Versuchschargen dargelegt wird. Jede Charge wurde dann erfindungsgemäß behandelt durch 4 Zyklen. Die aufgeführten Zahlen bedeuten Gramm, die relative D-Phenylalaninkonzentration im Ausgangsmaterial wird in Klammern wiedergegeben. Eingabe Zyklus Charge Kreislauf Mit Darco-Presse ausgeblasen Impfung (L-phe) Gesamt Ausstoß D-Phe in der reinen L-Phe-Gewinnungs-Fraktion
a, b und c stellen Gramm des im Kreislauf geführten Phenylalanins dar. Zyklus 1 hatte kein im Kreislauf geführtes Phenylalanin in der Anfangsbeschickung.
Aus vorstehenden Daten ist klar ersichtlich, daß eine Gewinnung von im wesentlichen reinem L-Phenylalanin durch die erfindungsgemäßen Verfahren erwartet werden kann. Mit einem Ausgangsmaterial, das einen extremen Überschuß an enantiomerem L-Phenylalanin enthält, ist es möglich, das Prinzip des gleichen Sättigungspunktes anzuwenden, der das D-Phenylalanin in Lösung hält, während im wesentlichen reines L-Phenylalanin ausgefällt wird. Wenn das Ausgangsmaterial weniger relative Konzentrationen an L-Phenylalanin enthält, ist es möglich, den gleichen Sättigungspunkt anzuwenden, um das racemische D,L-Kristall aus der Lösung auszufällen, unter Hinterlassung der mit L-Phenylalanin angereicherten Mutterflüssigkeit. Das gewünschte L-Isomer kann dann gereinigt und isoliert werden aus der Mutterflüssigkeit durch selektive Kristallisation.

Claims

1. Ein Verfahren zur Isolierung einer im wesentlichen reinen L-Phenylalanin-Fraktion aus einem racemischen Gemisch von Phenylalanin mit einem hohen L/D-Isomerenverhältnis, umfassend folgende Stufen:

a) Lösen dieses Racemats zu einer Lösung;

b) Eindampfen dieser Lösung ausreichend lange, um im wesentlichen reines L-Phenylalanin langsam auszufällen, bis die relative Konzentration von D-Phenylalanin in Lösung 7,0% erreicht;

c) L-Phenylalanin selektiv kristallisieren durch langsames Beimpfen der Lösung mit einer ausreichenden Menge L-Phenylalanin-Kristallen, um weitere Ausfällung von L-Isomerkristall anzuregen;

d) Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur, die ausreicht, um diese L-Isomer- Kristalle langsam zu digerieren;

e) Abkühlung dieses Gemischs, um im wesentlichen reine L-Phenylalanin-Kristalle wieder-auszufällen und

f) Abtrennen dieser Kristalle von der Lösung.

2. Das Verfahren von Anspruch 1, worin dieses L/D-Isomerenverhältnis mindestens 93:7 beträgt.

3. Das Verfahren von Anspruch 2, worin dieses racemische D,L-Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60ºC bis 100ºC gelöst wird.

14. Das Verfahren von Anspruch 3, worin diese Lösung im Kreislauf geführte Mutterflüssigkeit ist.

5. Das Verfahren von Anspruch 4, worin diese Lösung langsam unter Vakuum verdampf wird bei einer Temperatur von etwa 40ºC bis 80ºC.

6. Das Verfahren von Anspruch 5, worin diese Temperatur etwa 45ºC bis 55ºC beträgt.

7. Das Verfahren von Anspruch 6, worin das L-Phenylalanin-Kristall langsam digeriert wird durch Erhitzen dieses Gemischs auf eine Temperatur von etwa 20ºC bis 65ºC.

8. Das Verfahren von Anspruch 7, worin diese Temperatur etwa 45ºC bis 65ºC beträgt.

9. Das Verfahren von Anspruch 7, das weiter die Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes vor dieser Wiederausfällung der im wesentlichen reinen L-Phenylalanin-Kristalle umfaßt.

10. Ein Verfahren zur Isolierung einer im wesentlichen reinen Phenylalanin-Fraktion aus einem racemischen Gemisch von Phenylalanin mit einem niedrigen L/D-Isomerenverhältnis, umfassend die folgenden Stufen:

a) Lösen dieses Racemats zu einer Lösung;

b) Eindampfen dieser Lösung ausreichend lange, um ein racemisches D,L-Phenylalanin-Kristall auszufällen, bis die relative Konzentration von D-Phenylalanin in Lösung 7,0 % erreicht;

c) Abtrennen dieses Niederschlags von der Lösung;

d) das zurückbleibende L-Phenylalanin in Lösung selektiv kristallisieren durch langsames Beimpfen der Lösung mit einer ausreichenden Menge L-Phenylalanin-Kristallen, um weitere Ausfällung anzuregen;

e) Erhitzen der Lösung auf eine Temperatur, die ausreicht, um die L-Phenylalanin- Kristalle zu digerieren;

f) Abkühlen dieser Lösung, um im wesentlichen reine L-Phenylalanin-Kristalle wieder-auszufällen und

g) Abtrennen dieser Kristalle von der Lösung.

11. Das Verfahren von Anspruch 10, worin die relative Konzentration von D-Phenylalanin in diesem racemischen D,L-Gemisch etwa 8,5 bis 50,5 % beträgt.

12. Das Verfahren von Anspruch 11, worin dieses racemische D,L-Gemisch zu einer Lösung gelöst wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60ºC bis 100ºC.

13. Das Verfahren von Anspruch 12, worin diese Lösung unter Vakuum bei einer Temperatur von etwa 40ºC bis 60ºC eingedampft wird.

14. Das Verfahren von Anspruch 13, worin diese Temperatur etwa 45ºC bis 55ºC beträgt.

15. Das Verfahren von Anspruch 14, worin diese L-Phenylalanin-Kristalle langsam digeriert werden durch Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur von etwa 20ºC bis 65ºC.

16. Das Verfahren von Anspruch 15, worin diese Temperatur etwa 45ºC bis 65ºC beträgt.

17. Das Verfahren von Anspruch 11, worin diese Lösung im Kreislauf geführte Mutterflüssigkeit ist.

18. Das Verfahren von Anspruch 17, worin diese im Kreislauf geführte Mutterflüssigkeit aus einer vorangegangenen selektiven L-Phenylalanin-Kristallisation gewonnen wird.

19. Das Verfahren von Anspruch 17, worin diese im Kreislauf geführte Mutterflüssigkeit aus einer Aspartam-Synthesereaktion gewonnen wird.

20. Das Verfahren von Anspruch 11, das weiterhin die Zugabe eines Metallsalzes zu diesem racemischen Gemisch umfaßt.

21. Das Verfahren von Anspruch 20, worin das Metallsalz Natriumhydroxid ist.

22. Das Verfahren von Anspruch 20, worin das Metallsalz Natriumcarbonat ist.

23. Das Verfahren von Anspruch 11, weiter umfassend die Zugbe von Essigsäure zu diesem racemischen D,L-Gemisch.

24. Ein Verfahren zur Isolierung einer im wesentlichen reinen L-Phenylalanin-Fraktion aus einem racemischen Gemisch von Phenylalanin, umfassend folgende Stufen.

a) Lösen dieses Racemats zu einer Lösung;

b) Ausfällen eines ersten Kristalltyps, bis die relative Konzentration von D-Phenylalanin in Lösung etwa 7,0 % erreicht;

c) L-Phenylalanin selektiv kristallsieren durch langsames Beimpfen der Lösung mit einer ausreichenden Menge L-Phenylalanin-Kristallen, um weitere Ausfällung von L-Isomerkristall anzuregen;

d) Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur, die ausreicht, um diese L-Isomerkristalle langsam zu digerieren;

e) Abkühlen dieses Gemischs, um im wesentlichen reine L-Phenyalanin-Kristalle wieder-auszufällen und

f) Abtrennen dieser Kristalle von der Lösung.

25. Das Verfahren von Anspruch 24, worin dieses Racemat zur Lösung gelöst wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60ºC bis 100ºC.

26. Das Verfahren von Anspruch 25, worin dieser erste Kristalltyp ausgefällt wird durch Abkühlen dieser Lösung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 40ºC bis 60ºC.

27. Das Verfahren von Anspruch 25, worin dieses racemische Gemisch ein hohes L/D-Isomerenverhältnis aufweist.

28. Das Verfahren von Anspruch 27, worin dieser erste Kristalltyp sich aus im wesentlichen reinem Phenylalanin zusammensetzt.

29. Das Verfahren von Anspruch 25, worin dieses racemische Gemisch ein niedriges L/D-Isomerenverhältnis aufweist.

30. Das Verfahren von Anspruch 29, worin dieser erste Kristalltyp sich aus D,L-Phenylalanin-Racemat zusammensetzt.

31. Das Verfahren der Ansprüche 28 oder 30, worin das L-Phenylalanin-Kristall langsam digeriert wird durch Erhitzen dieses Gemischs auf eine Temperatur von etwa 20ºC bis 65ºC.

32. Das Verfahren von Anspruch 31, worin diese Temperatur etwa 45ºC bis 65ºC beträgt.

33. Das Verfahren von Anspruch 32, worin dieses reine L-Phenylalanin wieder-ausgefällt wird durch Abkühlen dieser Lösung auf einen Temperaturbereich von etwa 40ºC bis 60ºC.

34. Das Verfahren von Anspruch 33, weiter umfassend die Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes vor dieser Wiederausfällung, der im wesentlichen reinen L-Phenylalanin-Kristalle.