Способ очистки амнинокислот от минеральных солей Советский патент 1976 года по МПК C07C99/12 

Изобретение относится к усовершенствованному способу очистки аминокислот от минеральный солей. Одним из перспективных способов получения аминокислот является микробиологический синтез. Полученная в результате ферментативного процесса культуральная жидкость, содержащая аминокислоту, после отделения биомассы и других взвесей на сепараторах или иными способами, должна быть очиш;ена от минеральных солей. Широко известен способ очистки аминокислот от минеральных солей путем ионного обмена «а колонках с неподвижным слоем ионита в Н+-форме, в частности, известен способ выделения глутаминовой кислоты. По этому способу культуральную жидкость после отделения биомассы и основных взвесей для отделения основной массы катионов пропускают сначала через одну ионообменную колонку с сильным катионитом в Н+-форме. Собранный раствор после отделения выпавших кристаллов глутаминовой кислоты подают во вторую колонку с тем же катионитом. Пропускание раствора через вторую колонку заканчивается до проскока глутамиповой кислоты. Из второй колонки глутаминовую кислоту десорбируют В%-ным раствором аммиака. В собранной аммиачной фракции растворяют ранее выделенную глутаминовую кислоту, после чего раствор подкисляют до рН 3,2 и отделяют выпавшие кристаллы глутаминовой кислоты. Регенерацию катионита в обеих колонках проводят пропусканием через них 1,5 н. НС1, выход целевого продукта , чистота 90%, скорость подачи раствора 0,21 см/мин. Однако, известный способ обессоливания аминокислоты имеет ряд сун,ественных недостатков, основным из которых является периодичность процесса, так .как очистка ведется в несколько стадий: сорбция па ионите до проскока аминокислоты, десорбция и регенерация ионита; трудность автоматизации процесса; значительные размеры аппаратуры; ограниченные значения концентраций обрабатываемых растворов ввиду ограниченной растворимости некоторых аминокислот и возникающей вследствие этого опасности забивания колонн выпадающей в осадок аминокислотой; ограниченные интервалы скоростей подаваемого в колонну раствора; большие количества используемых ионитов и реактивов, идущих на регенерацию; изменение объема ионита при переходе от одной иоппой формы к другой, что может привести к уменьшению проницаемости слоя и даже к разрыву колонн. С целью создания непрерывного процесса интенсификации процесса, повышения выхода и качества целевого продукта в предлагаемом способе очистку проводят путем противоточ ного ионного обмена с поочередным движени ем обрабатываемого раствора со скоростью 30-90 см/мин через неподвижный плотный слой ионита и перемещением слоя ионита со скоростью 1-8 см/мин при временном прекращении движения раствора. Способ противоточного ионного обмена с движением раствора снизу вверх через уплотненный слой ионита и периодическим опусканием слоя ионита при прекращении встречного движения раствора известен. Однако невозможно было заранее предположить, что этот способ будет эффективен при очистке аминокислот. Процесс очистки аминокислот от минеральных солей оказалось возможным проводить в одну стадию, то есть в виде одной операции в одной колонне. Разделяемую смесь аминокислоты и минеральных солей подают в нижнюю часть противоточной колонны. В верхнюю часть колонны подают катионит в Н+-форме. Средние скорости движения фаз подбирают таким образом, чтобы граница между зоной разделяемых ионов и ионами водорода оставалась неподвижной относительно стенок колонны. Интервалы скоростей исходного раствора и ионита лежат в пределах 30-90 см/мини 1-8 см/мин, соответственно. Величина рН обрабатываемого раствора аминокислоты должна быть на 0,5-1,0 больнле величины рК2, где рК2 -lgK2 (Кг - константа диссоциации аминогруппы данной аминокислоты), обычно рН обрабатываемого раствора имеет значение 6,5-7,0. Аминокислота, которая сорбируется хуже минеральных катионов, накапливается в головной части зоны разделяемой смеси на границе с зоной ионов водорода. Скорость накопления зависит от скорости подачи раствора, содержания в нем аминокислоты и от величины однократного коэффициента разделения. После образования зоны аминокислоты, не содержащей неорганических катионов, можно отбирать раствор чистой аминокислоты из соответствующего участка колонны. Из отобранных кислых растворов аминокислота осаждается известными приемами. Количество выпавщей в осадок аминокислоты можно значительно увеличить, если к раствору добавить спирт или ацетон и смесь охладить. В маточном растворе после удаления кристаллов аминокислоты содержится смесь аминокислоты и НС1. Контроль за положением зоны чистой аминокислоты можно осуществлять, измеряя электропроводность по высоте колонны, т. к. подвижности ионов аминокислоты и Н+ значительно различаются. Выходящий из нижней части колонны катионит, насыщенный, главным образом, неорганическими катионами, после регенерации направляется в верхнюю часть колонны. Таким образом, эффективность данного способа очистки аминокислот от минеральных солей значительно выще известных способов за счет того, что процесс является ненрерывным, одностадийным; отбор продукта вехЦется одновременно с процессом очистки; значения концентраций и скоростей обрабатываемого раствора значительно больще, чем те же величины, используемые в известном способе очистки. В приведенных ниже примерах рассмотрен наиболее трудный случай очистки от NaCl, так как из присутствующих в культуральной жидкости неорганических катионов (Na+, К+, Са-+, Мо2+, и др.) слабее других сорбируются ионы Na+. От других катионов отделить 1 ;утамиповую кислоту значительно легче. Значение рН исходного раствора смеси составляет 6,5-7,0, что соответствует рН культур а л ьн о и ж ид ко сти. lip и мер 1. Модельную смесь глутаминовой кислоты и NaCi с молярным соотношением I : 4, с общей концентрацией 0,17 н., подают в нижнюю часть противоточной колонны диаметром 26 мм с высотой рабочей части 4 м. Очистку глутаминовой кислоты от NaCl ведут на катионите КУ-2Х8 зернением 0,,50 мм в водородной форме. Скорость движения исходного раствора 35 и 83 см/мин, скорость движения ионита 0,91 и 4,40 см/мин соответственно. рН раствора 6,5-7,0. Контроль за ходом процесса разделения осуществляют методом отбора проб по высоте колонны через определенные промежутки времени. Отбираемые пробы анализируют на содержание Н+ глутаминовой кислоты, Na+ и С1-. За время опыта в колонне образуется зона чистой глутаминовой кислоты значительных размеров. Скорость накопления глутаминовой кислоты, рассчитанная из скорости увеличения зоны глутаминовой кислоты, равняется 50 мг-экв/ч и 120 мг-экв/соответственно, для скоростей подаваемого раствора 36 и 83 см/мин, что составляет 98% от потока глутаминовой кислоты с подаваемым раствором. Пример 2. Проводят очистку глутаминовой кислоты от NaCl из раствора, содержащего 0,15 г-экв/л глутаминовой кислоты и 0,60 г-экв/л NaCl. Скорости движения раствора и ионита составляют 40 и 7,95 см/мин соответственно. В этом случае в колонне наблюдается быстое (через 2 ч после начала опыта) образоваие зоны чистой глутаминовой кислоты. В реультате пересыщения раствора в этой зоне ыпадает осадок глутаминовой кислоты. Осаок глутаминовой кислоты практически не лияет на скорость движения раствора. В ижней части колонны, где иони-Г находится в авновесии с исходным раствором, выпадение садка не наблюдается. Осадок глутаминовой ислоты, образовавшийся в зоне чистой глутаиновой кислоты, по мере опускания слоя онита при контакте с раствором исходного остава растворяется и не мешает выводу отработанного ионита из колонны. Отобранная в качестве продукта глутаминовая кислота содержит менее натрия.

Пример 3. Очистка а-аланина от примеси NaCl. Обработке подвергают растворы общей концентрации 0,2 моль с мольным соотношением аминокислоты и NaCl I : 4. рН исходного раствора составляет 7,55. Скорость подачи раствора 40 см/мин, скорость движения ионита 1,95 см/мин. Контроль за процессом очистки осуществляют методом отбора проб. После образования в колонне зоны чистой аминокислоты из этой зоны отбирают продукт, анализ которого показал отсутствие (;10-%) в аминокислоте ионоБ Na+ и С1.

Пример 4. В условиях примера 3 проводят очистку изоленцина от NaCl. Концентрация исходного раствора составляет 0,2 моль, мольное соотношение аминокислоты и NaCl- 1 :4. рН исходного раствора 6,50. Отобранный продукт содержит менее ионов Na± и

ClПример 5. В условиях примера 3 проводят выделение валииа из раствора с общей концентрацией 0,2 моль содержащего помимо аминокислоты примесь NaCl в отношении аминокислота: NaCl, равном 1:4. рН исходного раствора составляет 6,50. Как и в предыдущих случаях, отобранная из зоны чистого продукта аминокислота не содержит ионов Na+ и С1Формула изобретения

Способ очистки аминокислот от минеральных солей путем пропускания исходного раствора через слой катионита в Н+ - форме, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, повыщения выхода и качества целевого продукта, очистку проводят путем противоточного ионного обмена с поочередным движением обрабатываемого раствора со скоростью 30-90 см/мин через неподвижный плотный слой ионита и перемещением слоя ионита со скоростью 1-8 см/мин при временном прекращении движения раствора.