СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИОНИНА Российский патент 2007 года по МПК C07C319/20 C07C319/28 C07C323/58 

Изобретение относится к способу получения метионина высокой объемной плотности, в котором в гидролизный раствор добавляют смесь, которая включает соединение, которое обладает пенообразующим действием, и соединение, которое влияет на кристаллизацию, и к собственно смеси.

Известно, что получение аминокислот часто сопряжено с затруднениями технологического порядка. Манипуляции с растворами или суспензиями, содержащими аминокислоты, приводят к серьезному вспениванию уже в лабораторных процессах, но больше всего, разумеется, в условиях промышленного получения. Этот нежелательный эффект может привести не только к протеканию процесса получения по создающему серьезные проблемы пути и с плохой производительностью по объему/времени, но в отдельных случаях также к невозможности экономически эффективного получения аминокислоты.

Таким образом, в JP 09000241 говорится, что введение различных добавок из семейства азотсодержащих полиоксиалкиленов в процесс ферментативного получения аминокислот приводит к снижению пенообразования. JP 09000241 относится к приготовлению противовспенивающих смесей, которые включают жиры или масла и продукты взаимодействия жирных кислот или их производных и многоатомных спиртов с алкиленоксидами. Эти смеси приемлемы для применения в процессах ферментации. Известно, что выход при получении лизина и триптофана может быть увеличен, если вместо подсолнечного масла в качестве подавляющих ценообразование добавок использовать силикон. Влияние различных силиконовых масел исследовано путем сравнения в Khim.-Farm.Zh (1972), 6(5), 27-30.

В карбонатном способе, известном из ЕР 0780370, метионин получают при подкислении раствора метионината калия диоксидом углерода в соответствии с уравнением

Обычно метионин осаждают из этих растворов в форме очень плоских лепестков, процесс выделения которых протекает всего лишь с очень низкой скоростью и, следовательно, экономически неэффективен.

Соответственно, были предприняты попытки повлиять на свойства кристаллизации метионина добавлением определенных вспомогательных веществ.

BJP 11-158140 было показано, что применение различных вспомогательных веществ, таких как гидроксиметилпропилцеллюлоза, сорбитанмонолаурат и поливиниловые спирты, влияет на форму кристалла, и объемная плотность метионина, получаемого таким путем, повышается.

Эти соединения добавляют в количестве по меньшей мере 500 част./млн во время кристаллизации, которую проводят непрерывно и осуществляют в две стадии в особых условиях перемешивания. Метионин получают в форме круглых частиц.

В литературе, посвященной существующему уровню техники, какая-либо добавка или смесь добавок, с помощью которых можно одновременно подавить пену, которая образуется на разных стадиях получения метионина, и усовершенствовать форму кристалла метионина, который осаждается, в частности при осуществлении карбонатного способа, не представлена.

В основе настоящего изобретения лежит цель свести к минимальному образование пены в процессе получения метионина и одновременно с этим оказать позитивное влияние на форму кристалла метионина, который осаждается в результате перекристаллизации.

По изобретению предлагается водная смесь, которая включает соединения общей формулы (добавка (1))

в которой символы имеют следующие значения:

n обозначает целое число от 9 до 19, предпочтительно от 15 до 17,

m обозначает распределение в интервале от 1 до 10, где предпочтительный максимум составляет от 5 до 8, в частности от 6 до 7,

х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,

и добавки (2), выбранные из группы, включающей модифицированные целлюлозы, в частности метилцеллюлозу, метилгидроксицеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и натрийкарбоксиметилгидроксипропилцеллюлозу, в массовом соотношении от 1:10 до 10:1, предпочтительно от 1:3 до 3:1.

В предпочтительном варианте в соединениях в соответствии с формулой (1) имеются жирнокислотные компоненты естественного происхождения, которые, в зависимости от значения х, являются насыщенными или ненасыщенными.

Эту смесь целесообразно применять в форме водного раствора или эмульсии с общим содержанием добавок от 1 до 5 мас.%, в частности от 2 до 4 мас.%, в пересчете на общее количество.

Для того чтобы приготовить стабильную эмульсию, необходимо просто обработать смесь обычной лопастной мешалкой. Поскольку гидроксицеллюлозы, растворенные в воде, способны образовывать высоковязкие растворы, для применения целесообразны низкомолекулярные гидроксицеллюлозы с вязкостью (в виде 2%-ного раствора в воде)<300 мПа. Более того, вязкость можно также регулировать посредством степени разбавления.

В предпочтительном варианте водный раствор или эмульсию добавок (1) и (2) с вязкостью в пределах 5 и 5000 мПа в пересчете на 2%-ный раствор добавок в воде, в частности от 10 до 500 мПа, готовят растворением или эмульгированием необходимого количества соединений, соответствующих формулам (1) и (2).

Было установлено, что описанная смесь приемлема для уменьшения пенообразования в технологических растворах, образующихся во время получения метионина, и одновременно с этим обеспечивает образование более крупных кристаллов во время перекристаллизации.

Один важный аспект изобретения состоит в том, что противовспенивающее действие и кристаллизацию можно регулировать изменением соотношений количеств (1) и (2) в смеси.

Пенообразование в значительной мере зависит от состава технологических растворов и других технологических условий, таких как, например, давление и температура.

Смеси в соответствии с изобретением проявляют свои противовспенивающее действие и способствующее росту кристаллов действие уже тогда, когда их добавляют в небольших количествах. Количества от 10 до 500 част./млн в пересчете на метионин уже оказываются активными.

Одновременно с этим установлено, что соединения (1) и (2), используемые в соответствии с изобретением, не оказывают негативного влияния на действие других конкретных соединений.

Напротив, именно при этих условиях взаимодействие (1) и (2) может привести к улучшению кристаллической структуры (см., например, фотоснимок №1703045).

По изобретению также предлагается способ получения метионина, в частности с чистотой от 80 до 100 мас.%, реакцией следующих компонентов: 3-метилмеркаптопропионового альдегида, цианида водорода, аммиака и диоксида углерода или тех компонентов, из которых могут быть получены вышеупомянутые компоненты, необязательно в присутствии воды с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, который характеризуется тем, что до пропускания в нее диоксида углерода водную смесь, которая включает соединения общей формулы

в которой символы имеют следующие значения:

n обозначает целое число от 9 до 19, предпочтительно 15, 17 или 19,

m обозначает распределение в интервале от 1 до 10, где предпочтительный максимум составляет от 5 до 8, в частности от 6 до 7,

х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,

и добавки (2) из группы, включающей модифицированные целлюлозы, в частности метилцеллюлозу, метилгидроксицеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и натрийкарбоксиметилгидроксипропилцеллюлозу, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, предпочтительно от 1:3 до 3:1, в общем количестве от 5 до 5000 част./млн, предпочтительно от 5 до 500 част./млн, в пересчете на метионин (мас.%), содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и в частности с использованием маточного раствора, который в предпочтительном варианте включает упомянутые добавки (1) и (2), кристаллизуют в присутствии кристаллического метионина, необязательно с добавлением дополнительных количеств водной смеси.

В соответствии с изобретением во время осаждения или кристаллизации не вводят высокую энергию перемешивания, которую используют в известной технологии. То же самое применимо и к давлениям СО₂, используемым по известной технологии. Существенным остается только равномерное распределение диоксида углерода, который вводят во время осаждения метионина в гидролизный раствор.

Заявленный способ можно осуществлять проведением непрерывного или периодического процесса.

Во время осаждения метионина с добавлением диоксида углерода из раствора, приготовленного в качестве продукта гидролиза, добавка (1) проявляет противовспенивающее действие, тогда как одновременное присутствие (2) никакого негативного влияния на противовспенивающее действие не оказывает.

В предпочтительном варианте перекристаллизацию проводят по методу, в предпочтительном варианте которого метионин, суспендированный в маточном растворе, перекачиванием вводят в циркуляцию при температуре от 30 до 60°С, и в эту суспензию подмешивают метиониновый раствор, концентрация которого составляет от 70 до 150 г/л, в частности от 90 до 130 г/л, нагретый до температуры от 60 до 110°С, в частности от 80 до 100°С. Метиониновый раствор, упомянутый последним, необязательно составляет от 5 до 20 об.% маточного раствора из процесса получения.

Метионин осаждается с целевой чистотой вследствие охлаждения. На этой стадии перекристаллизации получают метионин с чистотой от 80 до 100 мас.%, в частности от 90 до 100 мас.%, которого не получают в одностадийных способах.

Соотношение между количествами суспензии, вводимой в циркуляцию перекачиванием, и подмешиваемого раствора обычно составляет от 1 до 10:1, в частности от 2 до 6:1, предпочтительно от 3 до 5:1.

Заявленная смесь упрощает осуществление способа в том отношении, что эту же самую смесь, которая включает соединения (1) и (2), можно использовать во время осаждения метионина из гидролизного раствора и перекристаллизации метионина, который выпал в осадок.

Однако компоненты (1) и (2) могут быть также добавлены по отдельности. Компонент (2), в частности, проявляет свои свойства, например, во время кристаллизации.

Изобретение проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1

Осаждение диоксидом углерода

4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир 1 стеариновой кислоты (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1 при одновременном перемешивании вводят в 1 л раствора метионината калия и бикарбоната калия с концентрацией метионина 70 г/л и концентрацией калия 150 г/л, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок. При рН 11 под давлением 2 бара в 2-литровом автоклаве при скорости вращения мешалки 500 об/мин в нее вводят диоксид углерода. Добавление диоксида углерода продолжают при 30°С до тех пор, пока рН не опускается до 8,0. Над реакционной смесью образуется пена высотой 1 см при одновременном выпадении в осадок метионина.

Пример 2

Перекристаллизация

60 г метионина при 40°С суспендируют в 300 мл воды и 40 г фильтрата маточного раствора из процесса осаждения диоксидом углерода и образовавшуюся суспензию перекачиванием вводят в циркуляцию. В эту суспензию при одновременном перемешивании вводят 4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир 1 стеариновой кислоты (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок. С целью поддерживать постоянную температуру последовательно подключают теплообменник. В образовавшийся раствор с расходом 1 л раствора/ч добавляют горячий раствор (при 90°С) 180 г метионина в 1170 г воды и 150 г фильтрата маточного раствора из процесса осаждения диоксидом углерода. Перекристаллизация метионина, который предварительно выпадает в осадок, в присутствии 50 част./млн добавок (общее количество) в пересчете на метионин приводит к образованию кристаллов с объемной плотностью 586 г/л.

РЭМ фотоснимок с номером изображения 173029 показывает крупнозернистую кристаллическую структуру конечного продукта, полученного этим путем.

Метионин выпадает в осадок благодаря охлаждению. Добавляют 0,6 л горячего раствора, 500 мл циркулирующей суспензии удаляют и добавляют дополнительные 500 мл горячего раствора. Суспензию фильтруют, твердый материал промывают 300 мл ацетона, сушат в вакуумном сушильном шкафу при 60°С до постоянства массы и определяют объемную плотность.

4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир стеариновой кислоты 1 (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1 вводят при одновременном перемешивании в этот раствор, который предварительно добавляют по каплям, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок.

Пример 3

Другие эксперименты

Результаты других экспериментов, которые проводят в соответствии с примерами 1 и 2, сведены в таблицу 1. Под этой таблицей представлены изменения, внесенные в условия экспериментов.

Таблица 1Эксперимент №Соединение (1)Добавка (2) (вязкость)Смеси (част./млн)Массовое соотношение (1):(2)Высота пены (см)Объемная плотность (г/л)1----154202n=18, m=7-160-14703-гидроксиметилцеллюлоза (200)50-116204n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (200)501:115865n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (300)4001:125866n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (300)4002:125717n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (300)4001:135818n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (300)501:135729n=18, m=7гидроксиметилцеллюлоза (300)4001:22576

Эксперимент 1:71 г/л метионина и 175 г/л калия в растворе,

Эксперимент 8: вязкость добавки 2 при 25°С составляет от 75 до 150 мПа.

Смеси (част./млн): концентрация смеси в гидролизной смеси.

Для документального подтверждения преимуществ результатов, которые достигаются с применением настоящего изобретения, прилагаются РЭМ фотоснимки.

Установлено, что без введения добавок (1) и (2) в результате перекристаллизации получают тонкодисперсный метионин (фотоснимок №170867).

Применение соединения (1), которое в общем обладает противовспенивающим действием, также приводит к отсутствию существенного укрупнения зернистости кристаллической структуры (фотоснимок №170875).

Оптимальные результаты в соответствии с изобретением отмечают только тогда, когда добавки (2) используют совместно с (1) (фотоснимок №173029).

Сопоставление с фотоснимком №173045 показывает, что применение только одних (2) уже приводит к результатам, которые превосходят достигаемые по известной технологии, но добавление (1) оказывает еще более улучшающее действие.

Таблица 2Фотоснимок №Добавка/названиеОбщее количество добавокОбъемная плотностьУвеличение173029Добавка (2) (ГЭЦ) (n-18; m=7)50 част./млн586 г/л100:1173045Добавка(2) (ГЭЦ)50 част./млн620 г/л100:1170875Соединение (1) (n=18; m=7)160 част./млн470 г/л100:1170867Без (1) и (2)-420 г/л100:1

В заявке описан способ получения метионина высокой объемной плотности, в котором смесь, которая включает 3-метилмеркаптопропионовый альдегид, цианид водорода, аммиак и диоксид углерода, необязательно в присутствии воды, с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, где до пропускания в полученную смесь диоксида углерода, водную смесь, которая включает соединения общей формулы в которой символы имеют следующие значения:

n обозначает целое число от 9 до 19,

m обозначает распределение в интервале от 1 до 10,

х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,

и добавки (2) в виде модифицированной целлюлозы, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, в общем количестве от 5 до 5000 част./млн в пересчете на метионин, содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и перекристаллизовывают. Задача настоящего изобретения состоит в снижении образования пены в процессе получения метионина и в улучшении формы его кристаллов, достигаемая за счет того, что во время осаждения метионина с добавлением диоксида углерода из раствора, приготовленного в качестве продукта гидролиза, добавка (1) проявляет противовспенивающее действие, тогда как одновременное присутствие (2) никакого негативного влияния на противовспенивающее действие не оказывает. 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.

1. Способ получения метионина реакцией следующих компонентов: 3-метилмеркаптопропионового альдегида, цианида водорода, аммиака и диоксида углерода, необязательно в присутствии воды, с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, где до пропускания в нее диоксида углерода водную смесь, которая включает соединения общей формулы

в которой символы имеют следующие значения:

n обозначает целое число от 9 до 19,

m обозначает распределение в интервале от 1 до 10,

х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,

и добавки (2) в виде модифицированной целлюлозы, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, в общем количестве от 5 до 5000 ч./млн в пересчете на метионин, содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и перекристаллизовывают.