Спосіб виділення продуктів біосинтезу із культуральної рідини

1. Спосіб виділення продуктів біосинте зу із культуральної рідини, який включає процеси ультрафі льтрації, рідинної екстракції, реекстракції газоподібним розчинником із наступним виділенням кристалічної амінокислоти, її солі або інши х продуктів біосинтезу, який відрізняється тим, що процеси екстракції та ультрафі льтрації проводять одночасно в уль трафільтраційній установці, оснащеній анізотропною мембраною, подаючи потоки культуральної рідини та екстрагента протитечією один до одного по різні боки мембрани, виготовленої із гідрофільного полімеру, підтримуючи тиск обох потоків однаковим, проводячи на поверхні мембрани екстракцію амінокислоти або іншого продукту біосинтезу розчином екстрагента в орга A 2 (19) 1 3 44561 4 прототип]. У зазначеному способі процес виділенїї солі або інши х продуктів біосинтезу сепарацією, ня амінокислот та інших продуктів біосинте зу є бафі льтрацією або центрифугуванням, із наступним гатостадійним. Від культуральної рідини відділяпромиванням органічним розчинником і сушінням, ють біомасу кліток продуцента і піддають її ультразгідно із винахо дом, процеси екстракції та ульрафі льтрації для від ділення високомолекулярних фі льтрації проводять одночасно в ультрафільтраречовин, потім пермеат (фільтрат) після ультрафіційній уста новці, оснаще ній анізатропною мембральтрації змішують із розчином екстрагента, переною, подаючи пото ки культуральної рідини та екстмішують, розділяють, далі екстрагент відновлюрагента протитоком один до одного по різні боки ють, обробляючи газоподібним або рідким реекстмембрани, виготовленої із гідрофільного полімеру, рагентом і виділяють амінокислоти та ін ші продукпідтримуючи ти ски обох пото ків однаковими, проти біосинтезу. водячи на поверхні мембрани екстракцію амінокиНедоліком відомого рішення є низька економіслоти або іншо го продукту біосинтезу розчином екчність, тому що при проведенні діалізу отримуєтьстрагента в органічному розчиннику, здійснюючи ся розведений водяний розчин продукту біосинтереекстракцію шляхом пропускання через екстракт зу забруднений до того ж низькомолекулярними газоподібного реекстрагента із наступним віддісполуками, такими як солі, органічні кислоти та ін. ленням кристалічної амінокислоти, її со ли або інВсе це вимагає для отримання цільового продукту шого продукту біосинте зу, при цьому реекстракцію додаткових ви трат на очистку і концентрування, проводять розчином реекстрагента, отриманим що пов'язане із додатковими капвитратам і витразмішуванням екстракта амінокислоти або іншого тами енергоносіїв. Ві домий спосіб є багатостадійпродукту біосинте зу із розчином реекстрагента з ним, складним в апаратному офо рмленні, в якому концентрацією не менше 3%, крім того, реекстракзастосовується наступне обладнання: мікрофі льтцію проводять, про пускаючи розчин реекстрагенраційна та ультрафільтраційна уста новка, реактор та по уста новці для ультрафільтрації, подаючи для змішування, відстійник або рідинний сепарапротитоком до нього по різні боки анізотропної тор, барбатер, фільтр або центрифуга. Застосумембрани екстракт амінокислоти або інший провання такої кількості обладнання вимагає підвищедукт біосинтезу в органічному розчиннику, а аміноного контролю і погодженості процесів, перевитракислоту та ін ші продукти біосинтезу ви діляють упати енергії на змішування і розподіл фаз: органічної рюванням і сушінням реекстрагента. і неорганічної, що підвищує енергоємність виробВ заявленому способі завдяки подачі потоків ництва, займає великі робочі площі, збільшує кількультуральної рідини та екстрагента протитоком кість обслуговуючого персоналу і витрати на амородин до одного по різні боки мембрани, виготовлетизацію обладнання. ної із гідрофільного полімеру, розширюють функціВ основу ви нахо ду поставлена задача удо скоональні можливості ультрафі льтраційної уста новналення способу ви ділення продуктів біосинтезу ки, проводячи одночасно з процесом ультрафі льтіз культуральної рідини шляхом прове дення (сумірації екстракцію екстраге нта, при цьому органічна і щення) процесу екстракції та ультрафільтрації в водяна фази не перемішуються, в ре зультаті чого одному апараті: в ультрафільтраційній установці, не витрачається зайва енергія на процеси змішуоснаще ної анізатропною мембраною, подаючи повання і розподілу во дяноорганічної емульсії, тому токи культуральної рідини та екстрагента протитощо при пропусканні культуральної рідини по устаком один до одного по різні боки мембрани, вигоновці для ультрафі льтрації, і протитоком до неї ектовленої із гідрофі льного полімеру, підтримуючи страгента, в міжмембранному просторі на поверхні тиски обох потоків однаковими, проводячи на помембрани, просоченої культуральною рідиною, верхні мембрани екстракцію амінокислоти або інвідбувається екстракція амінокислоти або іншого шого продукту біосинте зу розчином екстрагента в продукту біосинтезу розчином екстрагента в оргаорганічному розчиннику, здійснюючи реекстракцію, нічному розчиннику. При цьому виключають витрапропускаючи че рез екстракт газоподібний реекстти на додаткове обладнання, підвищують економірагент із наступним відділенням кристалічної амічність процесу ви ділення продуктів біо синтезу із нокислоти, її со лі або іншо го продукту біосинтезу культуральної рідини, дозволяв ви ключити упа рюсепарацією, фі льтрацією або центрифугуванням, вання розчинів амінокислоти та інши х продуктів із наступним промиванням органічним розчиннибіосинтезу. ком і сушінням, що дозволить скоротити кількість Підтримуючи тиск потоків культуральної рідиобладнання, виключивши із схеми мікрофільтрани та екстрагента однаковими з обох боків мемційну установку, реактор для змішування, відстійбрани, запобігають змішуванню органічної і водяник або рідинний сепаратор, знизити капітальні виної фа зи, причому во дяна фаза утримується за ратрати, спростити контроль і пого дженість процесу, хунок капілярних сил у пористій стр уктурі мембразменшить енергоємність виробництва, скоротить ни і протидіє зміні тиску за рахунок сил поверхнеробочі площі, кількість обслуговуючого персоналу вого натягу. та витрати на аморти зацію обладнання, що, в ціВ результаті прове дення на поверхні мембралому, підвищить економічність процесу біосинте зу. ни екстракції амінокислоти або іншого продукту Поставлена задача ви рішується тим, що в спобіосинтезу розчином екстраге нта в органічному собі виділення продуктів біо синтезу із культуральрозчиннику, на поверхні мембрани, зверненої до ної рідини, який включає процеси ультрафільтраорганічної фази, зменшується концентрація аміноції, рідинної екстракції, реекстракції, яка здійснюкислоти або іншого біосинтезу у порівнянні із конється шляхом пропускання через екстракт газопоцентрацією в куль туральній рідині, що призводить дібного реекстрагента в органічному розчиннику із до постійної дифузії амінокислоти в на прямку орнаступним виділенням кристалічної амінокислоти, ганічного екстрагента через мембрану за рахунок 2 5 44561 6 різниці концентрацій по обидва боки мембрани. біосинтезу. Продукт та кож може бути виділений із Використовуючи розчин реекстрагента, отриекстрагента шля хом пропускання газоподібного маний шляхом змішування екстракта амінокислоти екстрагента че рез екстракт і фільтрування осаду, або інший продукт біосинтезу із розчином реекстщо випав, продукту, а також реекстракцією розчирагента із концентрацією не менше 3%, досягають ном реекстрагента в аналогічному описаному визниження витрат на наступне упарювання реекстще способі, причому реекстрагент пропускаємо рагента і прискорення процесу реекстракції. За знавсередині порожнистих во локон, а екстракт у міжчена концентрація є мінімально необхідною для волоконному просторі. цього процесу. Процес проводять при рециркуляції обох рідин В результаті проведення реекстракції шляхом в установці, причому тиск обох потоків підтримупропускання розчину реекстрагента по установці ють однаковим і в межах, які визначаються в заледля ультрафільтрації, подаваючи протито ком до жності від ді аметра пор в опорному ша рі і поверхнього по різні боки анізотропної мембрани екстневого натягу обох рі дин за формулою: ракт амінокислоти або інший продукт біосинтезу в р = 2 G/r органічному розчиннику, відбувається процес, зводе: р - різниця тисків, G - поверхневий натяг, r ротний екстракції. Це дозволяє максимально під- радіус отво рів (пор). вищи ти концентрацію продукту біосинтезу за рахуПри зниженні вмісту амінокислот або інши х нок збільшення кількості теоретичних ступенів експродуктів біосинтезу в культуральній рідині до затракції, в результаті чого скорочуються витрати на даної величини, направляють культуральну рідину упарювання реекстрагента. на подальшу переробку або ути лізацію, екстракт Виділення амінокислоти та інших продуктів амінокислоти або інших продуктів біосинтезу в орбіосинтезу упарюванням і сушінням реекстраге нта ганічному розчиннику направляють на реекстракцідозволяє виключити їх складні процеси виділення, ю. Реекстракцію проводимо пропускаючи через екотримати більш дешевий продукт, якщо ви моги до стракт газоподібний реекстрагент, а кристалічну його чи стоти незначні. амінокислоту, яка виділилась, або інші продукти Спосіб здійснюється таким чином. біосинтезу відділяємо фільтрацією, центрифугуПо установці для ультрофі льтрації, фільтруючі ванням або сепарацією. Осад амінокислоти, її со лі елементи якої виконані у вигляді поволоконного або інших продуктів біосинтезу промиваємо органімодуля з анізотропним по своїй структурі селектичним роз чинником і сушимо. Реекстракцію також вним шаром діаметром пор 5 - 500нм, опорним можна проводити розчином ре екстрагента, перешаром із діаметром пор 1 - 100мкм, стійким в діамішуючи його з екстрактом і розділяючи, або про пазоні рН - 13 до органічних розчинників пропускапускаючи екстракт по установці для ультрафі льтють потік культуральної рідини всередині порожнирації впродовж анізатропних мембран, а екстрастих волокон, а в міжволоконному просторі через гент пропускаючи в міжмембранному просто рі провихо ди перміата пропускають протито ком розчинетитоком до реекстрагента, упарюючи реекстрагент ний в органічному, який не змішується з водою, орі піддаючи розчин амінокислоти або іншо го продукганічному розчиннику екстрагент, селективний для ту біосинте зу ви сушуванню або кристалізації. даного продукту біосинтезу. Якщо розглянути проВ якості екстрагента можна застосовувати розцес для поволоконної установки, то всередині почини в органічному розчиннику катіонітів і аніонітів. рожнистих во локон пропускають культуральну ріЕкстрагент для амінокислот та інших продуктів дину, а в міжволоконному просторі пропускають біосинтезу відбирають із групи, яка складається із: реекстрагент, причому селективний шар мембрани 1. Четвертинний амонієвий іон, який має форповинен бути розташо ваний на внутрішній поверхмулу:**STR7**R.1, R.2, R.3 і R.4 індивідуально-аліні порожнистого волокна для збільшення поверхні фа тичні вуглеводневі групи, які містять від 1 до контакту із во дяною та органічною фазою. В реприблизно 22 вуглецевих ато ма і де, R.1, R.2, R.3, зультаті цього відбуваються наступні процеси: R.4 разом мають мінімум 25 вуглецевих ато мів, і, культуральна рідина відділяється від біомаси і випринаймні, три з чотирьох R, групи- принаймні міссокомолекулярних речовин на селекти вному ша рі тять чотири вуглецевих а тома; поволоконної мембрани і просочує опорний шар 2. Четвертинний фосфонієвий іон, який має мембрани. З поверхні опорного ша ру мембрани фо рмулу: **STR8**, де R.1, R.2, R.3 і R.4 визначені відбувається екстракція продукту біосинтезу екстяк вище згадані; рагентом. Тому що в результаті екстракції концен3. Третинний сульфо нієвий іон, який має фортрація продукту біосинте зу зменшується, за рахумулу: **STR9**, де R.1, R.2 і R.3 - алі фатичні радинок різниці концентрацій відбувається його дифукали, як визначено попередньо, ( від 1 до 22 вуглезія із культуральної рідини і поступове перенесенцевих атомів), де R.1, R.2 і R.3 разом мають мініня в органічну фазу екстрагента. Через те; що мамум 24 вуглецевих ато ма і де, принаймні, дві з цих теріал мембрани гідрофі льний, культуральна рідигруп містять мінімум 6 вуглецевих а томів. на за рахунок капілярних сил міцно утримується в 4. Органічна сульфокислота, відібрана із грустінці порожнистих во локон і не змішується з екстпи, що складається із органічних сульфо кислот, які рагентом. Для ультрафільтраційної уста новки момають фо рмулу:**STR11**,де R.5 і R.6 - аліфа тичні жна застосовувати плоскорамні, трубчасті, поволовуглеводневі групи, що індивідуально мають від 6 конні, рулонні елементи. Ви користовуючи порождо приблизно 22 вуглецевих ато ма, де R.5, R.6 ранисті волокна досягають максимальної поверхні зом містять при наймі 18 вуглецевих ато мів, і оргаконтакту між культуральною рідиною та екстрагеннічні сульфо кислоти, які мають структурну формутом. Далі екстрагент може бути перероблений за лу: * *STR12**, де R.7 і R.8 - аліфа тичні вуглеводнезвичайною методикою для відділення продуктів ві групи, які містять від 4 до приблизно 22 вуглеце 3 7 44561 8 вих ато ма: де R.7, R.8 або сульфо група може зналітр, Протитечією у міжкапілярному просторі прохо дитись у положеннях 1 - 8 на ароматичних кільпускають 15 літрів розчину дінонілнафталінсульцях, і де R.7 і R.8 ра зом мають принаймні 18 вуглефо кислоти в гексані із вмістом дінонілнафталінсуцевих атомів. льфо кислоти 200 грам на літр. Після циркуляції 5. Діалкілові ефіри фосфо рної кислоти, ві діобох розчинів протягом двох го дин збираємо гекбрані із групи, яка складається із діалкілових е фісановий розчин дінонілнафталінсульфокислоти рів фо сфорної кислоти, які мають формулу STR насичений лізином в ємність із мішалкою, сороч12, де R.1 ї R.2 - аліфа тичні вуглеводневі ради какою для підігрівання і барботером для пропусканли, що містять від 1 до 22 вуглецевих атома, і раня газу. Нагріва ють до 50°С розчин і пропускають зом мають мінімум 14 вуглеводневих ато ма. при перемішуванні газоподібний аміак протягом 30 Будь-яка нерозчинена у во ді рідина може вихви лин, потім фільтрують лізин, який виділився. користовуватись в якості органічного розчинника Промивають лізин гексаном і сушать. При цьому для екстрагента. Зви чайно для цього використовуотримують 640 грам лізину. ються аліфа тичні та аромати чні вуглеводні. Алі фаЕкономія енергоносіїв у порівнянні із прототитичні вуглеводні типа алканів, включаючи циклоалпом складає 75кВт час/тонну лізину. Ви трати реакани і галогенні алкани; галогеновані алкани, які гентів знижуються на 200мл сульфо екстраге нта на застосовуються, мають мінімум два вуглецевих 1 тонну лі зину. Економічний ефект складає атома; ароматичні вуглеводні, які можуть бути ви50грн/тонни лізину (250тис. на рік при випуску 5тикористані, включаючи бензол, і похі дні типа толуос.тонн лізину /рік). лу, ксилолу і кумолу. Та кож підхо дять нерозчинні у Приклад 2. Через плоскорамну уста новку для воді ефіри, кетони, спирти. Крім того під хо дять ультрафі льрації з анізотропними мембранами забудь-які суміші цих речовин, нерозчинні у во ді, і всі втовшки 100мкм, селекти вним шаром із молекулярідкі фракції нафти. рне-масовою межею затримання 10000 Дальтон, До сумішей можуть бути додані модифікатори загальною поверхнею мембран 1м 2 пропускають для зміни або поліпшення вилучення амінокислот всередині капілярів 20 літрів культуральної рідини та інших продуктів біосинтезу. Це можуть бути: продуцента три птофа на із вмістом триптофана 30 спирти, які містять від 10 до 13 вуглецевих ато мів, грам на літр. Протитоком у міжкапілярному простоалкіліровані феноли. рі пропускають 30 літрів розчину три каприлметі лаВ якості реекстрагента можуть застосовувати монію хлориду в ге ксані із вмістом трикаприлметігазоподібний -аміак, газоподібний хлористий воламонію хлориду 100 грам/літр. Після циркуляції день, сірчану і фосфорну кислоту, а також розчини обох розчинів протягом двох го дин збирають гекцих речовин із концентрацією не менше 3%. сановий розчин трикаприлметілажжію хлориду наВ якості вихі дного продукту - для виділення сичений триптофаном в ємність із мішалкою, соропродуктів біосинте зу можна використовува ти кульчкою для підігрівання і барботером для пропускантуральні рідини продуцентів аміно кислот, та ких як ня газу. Нагріва ють до 50°С розчин і пропускають гліцин, аланін, валін, лейцин, ізолейцин, пролін, при перемішуванні газоподібний хлористий водень фе нілаланін, триптофан, метіонін, серін, треонін, протягом 30 хвилин, потім фільтрують гідрохло рид цистеїн, тирозін, аспарагін, глутамін, аспарагінова трипто фану, який виділився. Промивають сіль і сукислота, глутамінова кислота, лізин аргінин, оксипшать. Отримують 580 грам триптофа нагідрохлориролін, оксилізин, d-аланін, гамма аміномасляна киду. При цьому економія енергоносіїв у порівнянні із слота. Та кож у процесі можуть бути ви ділені будь-прототипом складає 75кВт год. на тонну лізину. які аміно кислоти. В якості вихі дної сировини можЗниження витрат реагентів досягає 300мл екстрана використовувати також культуральні рідини гента. Економічний ефект складає 40грн/тонну продуцентів лимонної, ітаконової, молочної та інтрипто фану. ших моно і полікарбонових кислот. Таким чином, впроваджуючи у ви робництво Приклади виконання способу. пропонований спосіб виділення продуктів біосинПриклад 1. Через установку для ультрафі льттезу із культуральної рідини, забезпечують компарації на порожнистих волокнах із анізотропними ктність установки, високу ефективність технології волокнами, із розташованим на внутрішній поверхіз підви щеною економічністю процесу за рахунок ні волокна селективним шаром, із молекулярно-скорочення капіта льних і енергети чних ви трат, а масовою межею затримання 30 000 Дальтон, загатакож зниження трудомісткості. Економічна ефекльною поверхнею мембран 1м 2 пропускають всетивність складає 350тис. на рік при випуску 5тис.редині капілярів 10 літрів культуральної рідини тонн лізину монохло ргідрату на рік. продуцента лізину із вмістом лізину 70 грам на ДП “Український інститут промислової власності “(Укрпатент) Україна, 04119, Київ-119, вул. сім‘ї Хо хлових, 15 (044) 456-20-90 4