Способ выделения кето-2-L-гулоновой кислоты из ферментационного сусла Советский патент 1992 года по МПК C12P7/60 

Изобретение относится к области микробиологических процессов, участвующих, в частности, в получении аскорбиновой кислоты.

Кето-2-Ьгулоновая кислота, промежуточное вещество в синтезе аскорбиновой кислоты, обычно присутствует в ферментационном сусле соответствующих микроорганизмов в форме кето-2-1 -гулоната кальция. Для его превращения в аскорбиновую кислоту особенно удобно иметь кето-2- L-гулоновую кислоту в свободной форме (2K-LG-H), или в форме соли натрия (2K-LG- Na), в возможно более чистой форме.

Известен способ получения практически чистого кето-2-1 -гулонзта натрия из ферментационною русла, содержащего ке- то-2-Ьтулонат кальция Однако промышленное применение этого способа не позволяет непосредственно получать чистую кето-2-L- гулоновую кислоту, которая необходима для последующего превращения в аскорбиновую кислоту

Цель изобретения - повышение чистоты выделяемого продукта

Установлено,что практически чистая ке- то-2-1 -гулоновая кислота может быть получена с хорошим выходом из ферментационных сусел. которые содержат кето-2-1 -гулонат кальция, простым и легко воспроизводимым способом

Ферментационные среды приводящие к 2K-LG-H, обычно содержат кроме кето-2-L- гулоновой кислоты в форме соли кальция, нерастворимую биомассу и органические и неорганические примеси, причем неорганические примеси состоят в основном из неорган ических анионов в сочетании с катионами металлов, например ионами натрия, калия или магния

Способ в соответствии с изобретением состоит в реализации следующп последовательных этапов

1)отделение нерастворим i.. веществ от ферментационного суспа

2) деминерализация отфилыоованного сусла,

(Л

VI

VJ

Ю СП

«жА

iCO

3) выделение кето-2-1 -гулоновой кислоты.

Способ может быть реализован непрерывно или периодически.

Биомасса и нерастворимые вещества, которые обычно составляют 1,5-3% от массы всегосусла, могут быть от делены от сусла следующим образом:

центрифугированием после коагулмро- йаиия с помощью коагулянта, например по- лиакриламида;

фильтрованием при пониженном давлении, после коагулирования при помощи такого коагулянта, как полиакриламид, и добавления фильтрующей добавки, такой как древесная мука или диатомовая земля; ультрафильтрованием через соответствующие органические или неорганические мембраны (поливинилдифторовые мембраны или мембраны, образованные Zr02 на углеродной матрице).

Сусло, освобожденное от биомассы и от нерастворимых веществ, подвергают концентрированию или выпариванию при пониженном давлении, при температуре ниже 60°С до объема 1/4-1/3 первоначального объема или с помощью обратного осмоса через полисульфоновую мембрану при температуре около 50°С до половины начального обьема.

Концентрированное сусло обычно подкисляют путем добавления концентрированной серной кислоты в практически стехиометрическом количестве по отношению к кальцию, который присутствует, при температуре не сыше 40°С. Суль IT кальция, который осаждается, отделяют фильт роаанием и промывают водой. Фильтрат, содержащий различные катионы, главными из которых являются неосажденный каль- , натрий, калий и магний, декатионизи- руют и подкисляют при прохождении через колонку с полимерной катионообмениой смолой в кислотном цикле, предпочтительно типа сульфониевой.

Перед концентрированием можно также декатионизировать и подкислить сусло пугем прямого прохождения через катион- ную смолу в кислотной форме, предпочтительно сульфоновую.

Освобожденное от седименгов и катионов, в случае необходимости концентрированное сусло может быть освобождено от анионов в растворе путем прохождения через попимерную анионообменную смолу, предпочтительно типа диалкиламино.

Затем деминерализованный раствор концентрируют выпариванием при пониженном давлении, при температуре ниже 60°С до 70% первоначального обьема. Кристаллизация кето-2- -гулоновой кислоты происходит при дополнительном выпаривании при пониженном давлении, при температуре около 40°С до уменьшения объема на

30-40% и последующем охлаждении кристаллического раствора.

Особенно выгодно осуществлять кристаллизацию непрерывно в кристаллизаторе, который работает при выпаривании при

0 пониженном давлении, при температуре, близкой к 40°С, кристаллизатор оборудован внешним обменником. Получаемые кристаллы отделяют фильтрованием или отжиманием, затем их промывают водой.

5 Кето-2-1-гулоновую кислоту выделяют в форме моногидрата, чистота которого близка к 100%, молекула воды гмдратирования может быть удалена нагревом при пониженном давлении.

0Обычно сушка кристаллов кето-2-Ьтулоновой моногидратной кислоты осуществляется транспортировкой в потоке горячего воздуха.

В соответствии с изобретением кето-25 L-гулоновая кислота может быть также получена после экстрагирования концентрированного сусла и деминерализации при помощи подходящих органических раство,- рителей, которые выбирают из алифатиче0 ских или ароматических углеводородов, которые могут содержать галоген и содержать в растворе алифатический амин, предпочтительно вторичный, имеющий более 20 атомов углерода. Полученный таким обра5 зом органический раствор может быть экстрагирован водным раствором сильной неорганической кислоты, которую выбирают из соляной, серной или азотной, с концентрацией до 0,5-3 н.

0 Полученный водный раствор может быть сконцентрирован до сухого состояния, получают моногидрат кето-2-1-гулоновой 1 ислоты в форме порошка, чистота обычно превышает 90%.

5 Пример 1. А. Используют ферментационное сусло, полученное от культуры бактерий семейства согупе, являющихся продую ом кето-2-1 -гулоновой киспоты, в котором содержится около 1,6% биомассы и

0 нерастворимых и около 10% кето-2-1 -гуло- ната кальция.

Биомассу и нерастворимые можно отделить одним из следующих методов:

1) Пропускают 123 кг ферментационно5 го сусла, содержащею около 2 кг твердых веществ, через мембрану для ультрафильтрации CARBOSEP с пористостью 80000 DA при температуре 40°С. Получается 112 кг пермеата, свободного от нерастворимых продуктов, и 11 кг ретентата, содержащего

полностью все нерастворимые, в котором концентрация кето-2- -гулоната кальция равна его концентрации в пермеате.

Остаток экстрагируют диафильтровани- ем в процессе ультрафильтрования, которое проводится идентично описанному выше, за счет добавления к остатку воды. Диа- фильтрацию прекращают, когда содержание кето-2- -гулоната кальция в объединенном пермеате соответствует сте- пени извлечения не менее 99%.

2)К 500 г сусла при энергичном перемешивании добавляют 20 см водного раствора флокулянта типа полиакриламида FLOERGER 8850 с концентрацией 5 г/л. По- еле нескольких минут контакта добавляют при непрерывном интенсивном перемешивании 10 г древесной муки.

Полученную смесь фильтруют через фильтровальную ткань при пониженном давлении (300 мм рт.ст.; 40 КПа).

Осадок промывают водой в количестве 50 см3. Потери кето-2-Ьтулоната кальция составляют менее 2%. Вес фильтрата, со- держащего 9,4% кето-2-1 -гулоната кальция, 520 г.

3)200 л сусла с содержанием твердых 2,7% коагулируют с помощью 8 л водного раствора флокулянта типа полиакриламида (FLOERGER 8850) с концентрацией 5 г/л и затем вводят непрерывно со скоростью 2000 л/ч в осветительную (фильтрующую)

центрифугу с эквивалентной поверхностью тарелок 7200 м2.

Собирают осветленное сусло с содержанием твердых 0,1 %.

Б. Освобожденное от нерастворимых сусло можно сконцентрировать одним из следующих методов:

1)Концентрируют 225 л свободного от нерастворимых сусла упариванием при пониженном давлении (72 мм рт.ст.; 9,5 КПа) при температуре 47°С до объема 62 л.

Термическая диссоциация - в пределах 0,5%.

2)Концентрируют 60 л свободного от нерастворимых сусла пропусканием через ячейку обратного осмоса с полисульфоно- выми мембранами (PCI2 99) со скоростью 25 л/ч.м при температуре ниже пли равной 50°С до достижения объема 30 л.

В. В колеблющийся реактор с поддерживаемой температурой 75°С, в котором содержится 2 л концентрированного сусла, полученного одним из описанных на стадии Б методов, добавляют концентрированную серную кислоту в количестве, соответствующем в молях общему количеству кальция в реакторе, а именно 100 см3.

Сульфат кальция, осаждающийся в виде дигидрата, отделяют фильтрованием и промывают водой.

Содержание кето-2-Ьтулоновой кислоты в фильтрате и объединенных промывных водах составляет 99,5 мол.% от исходного. Степень удаления кальция равна 95%. Г. Пропускают 3 л полученного на стадии В фильтрата (смешанного с водами от промывания осадка сульфата кальция) через колонну высотой 80 см и диаметром 5 см, содержащую 1,6 л сильной катионообмен- ной смолы (Amberlite IPC 120) в кислотной форме.

После промывания получают 5.5 л сусла с содержанием серы в золе менее 1% в расчете на кето-2-Ьтулоновую кислоту, находящуюся в растворе.

Степень регенерации кето-2-1 -гулоно- вой кислоты выше 99,5%.

Д. Пропускают 0,4 о сусла, полученного на стадии Г через колонну высотой 10 см и диаметром41,4 см со слабой анионообмен- ной смолой (Amberlite IRA 93) с целью умень- шить содержание серной кислоты в подкисленном сусле в 10 раз.

Потери кето-2- -гулоновой кислоты не превышает 2% от введенного количества.

Е, 5000 г сусла, полученного на стадии Д, концентрируют упариванием, так чтобы получить 3430. г раствора с содержанием кето-2- -гулоновой кислоты 1170 г и примесей 255 г.

Полученный таким образом концентрат подвергают далее частичному концентрированию при пониженном давлении (40 мм рт.ст.; 5,3 КПа) и температуре 40°С до веса 2010г. Это дополнительное концентрирование вызывает кристаллизацию гидрата ке- то-2- -гулоновой кислоты. Кристаллическую массу охлаждают до 25°С. Кристаллы отделяют фильтрованием и промывают водой. Таким образом получают 930 г гидрата кето- 2-1-гулоновой кислоты с чистотой выше 99% и содержанием серы в золе ниже 0,1 %. Выход 73%.

Маточник от фильтрования кристаллов объединяют с промывными водами и затем концентрируют при пониженном давлении (40 мм рт.ст,; 5,3 КПа) до веса 710 г После охлаждения кристаллы отделяют фильтрованием и промывают водой. Получают таким образом 285 г моногидрата кето-2 -гулоно- вой кислоты 89% чистоты.

Влажные кристаллы (5,8% воды) моногидрата кето-2-1 -гулоновой кислоты чистотой выше 99% (9400 г) высушивают в циркуляционной сушилке с пневматическим транспортом, носитель-воздух, нагретый до 75°С, время пребывания 3 с.

Так получают 8850 г моногидрата кето- 2-1-гулоновой кислоты. Моногидрат кето-2- L-гулоновой кислоты можно обезводить нагреванием в течение нескольких часов при 40°С и пониженном давлении (5 мм рт.ст.; 0,67 кПа).

Пример 2. Приводят в контакт в течение 0,5 ч при 50°С 1 л свободного от твердых и от катионов сусла, содержащего 80 г кето-2-Ьгулоновой кислоты чистотой 84%, и 1 л раствора 260 г вторичного алифатического амина с 26 атомами углерода в смеси алифатических углеводородов с числом атомов углерода 10-16 (в керосине).

При концентрировании раствора досуха получают 81,5 г кристаллического продукта, в котором содержится 89% моногидрата ке- то-2-1 -гулоновой кислоты.

Формула изобретения Способ выделения кето-2-1 -гулоновой кислоты из ферментационного сусла, содержащего кальциевую соль кето-2-1 -гулоновой кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты выделяемого продукта, содержащиеся в ферментационном сусле нерастворимые вещества

отделяют центрифугированием или фильтрованием в присутствии флокулянта и фильтрующей добавки или ультрафильтрацией, фильтрат концентрируют, подкисляют его серной кислотой, взятой в стехиометрическом количестве по отношению к содержанию кальция в фильтрате, отделяют осадок сульфата кальция фильтрованием, затем пропускают фильтрат через катионооб- менную колонну в кислотном цикле и через

анионообменную колонну, деминерализованный раствор или концентрируют упариванием с последующей кристаллизацией, или подвергают экстракции смесью углеводородов , содержащей вторичный

алифатический амин с 26 атомами углерода, с последующей реэкстракцией водным раствором азотной кислоты и концентрированием досуха полученного водного раствора.

Изобретение относится к способу выделения кето-2-1 -гулоновой кислоты из ферментационного сусла, содержащего главным образом кальциевую соль кето-2-L- гулоновой кислоты, путем проведения следующих последовательных операций.. 1) отделение нерастворимых веществ 2) деминерализация профильтрованного сусла, 3) выделение кето-2- -гулоновой кислоты Степень чистоты получаемого продукта 89%