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Procédé de cristallisation d'acide aminé ou d'acide nucléique.
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e Domaine de l'invention.
La présente invention concerne un procédé de cristallisation d'acides aminés ou d'acides nucléiques, plus particulièrement un procédé de cristallisation au point isoélectrique et un procédé de cristallisation par évaporation.
Etat connu de la technique.
Les cristallisations d'acides aminés et d'acides nucléiques ont été d'habitude exécutées principalement par cristallisation au point isoélectrique, cristallisation par évaporation et cristallisation par refroidissement. La cristallisation au point isoélectrique est un procédé de cristallisation qui comprend l'ajustement du pH d'une solution à peu près au point isoélectrique d'un acide aminé ou d'un acide nucléique. La cristallisation par évaporation est un procédé dans lequel l'eau de la solution est chassée par distillation. La cristallisation par refroidissement est un procédé pour faire baisser la solubilité d'un composé par refroidissement de la solution.
Comme le montre la Fig. 3, la cristallisation au point isoélectrique comprend l'admission d'une solution (a) d'un acide aminé ou d'un acide nucléique et celle d'un acide ou d'un alcali (b) dans une cuve de cristallisation 31 et l'ajustement du pH de cette solution 32 à peu près au point isoélectrique de l'acide aminé ou de l'acide nucléique, de manière à faire baisser la solubilité de l'acide aminé ou de l'acide nucléique et en provoquer la cristallisation. La dispersion de cristaux précipités peut être recueillie au moyen d'une pompe 33.
Comme le montre la Fig. 4, la cristallisation par évaporation comprend l'admission d'une solution d'un acide aminé ou d'un acide nucléique dans un cristallisoir 41, le recyclage de la solution d'acide aminé ou d'acide nucléique
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au moyen d'une pompe de circulation 42 en passant par un échangeur de chaleur 43, le chauffage de la solution dans cet échangeur de chaleur 43 pour évaporer l'eau et faire précipiter les cristaux, puis la collecte du précipité des cristaux à l'aide d'une pompe 44.
Dans les procédés de cristallisation ci-dessus, de grands cristaux sont obtenus en augmentant le degré de sursaturation ou en prolongeant le temps de séjour et ainsi de suite. Toutefois, ces techniques conduisent à une cristallisation instable, nécessitent un appareillage de grandes dimensions et ne sont donc pas idéales.
La cristallisation peut se faire dans un système à marche continue ou un système à marche discontinue.
Considérant le bilan du nombre des cristaux dans les cristallisations à marche continue, on voit que le nombre de germes produits par le choc des cristaux les uns sur les autres ou contre une palette d'agitateur ou bien apparaissant spontanément par unité de temps est égal au nombre de cristaux soustraits. Il en va de même des systèmes à marche discontinue. Par conséquent, lorsque le poids total de cristaux prélevés est égal, le diamètre des cristaux est d'autant plus grand que le nombre des germes est plus petit.
En d'autres termes, en dissolvant sélectivement les microcristaux, le nombre apparent de germes diminue et la sursaturation est exploitée pour accélérer la croissance des cristaux, de sorte que de grands cristaux peuvent être obtenus. Les appareils d'usage traditionnel pour une cristallisation de ce genre sont des cristallisoirs du type DTB et des cristallisoirs du type Krystal-Oslo.
Les procédés de cristallisation à l'aide de cristallisoirs DTB classiques donnent de bons résultats avec certaines substances. Toutefois, en raison de différences dans la vitesse de sédimentation finale des cristaux, il est difficile d'appliquer ces procédés à des systèmes où la concentration des cristaux dans la dispersion est élevée ou dans lesquels une substance est susceptible de former des
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incrustations. La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients ci-dessus et de procurer un procédé pour la cristallisation d'acides aminés ou d'acides nucléiques qui peut donner de manière efficace des cristaux suffisamment grands même si la concentration en cristaux de la dispersion est élevée.
Aperçu de l'invention.
La présente invention comprend la classification d'une dispersion de cristaux à l'aide d'un hydrocyclone, la dissolution des microcristaux classifiés et ensuite le recyclage de la solution résultante à la dispersion des cristaux, de manière à obtenir des cristaux dont le diamètre des particules est grand. Suivant la présente invention, le diamètre des cristaux peut être augmenté en dissolvant les microcristaux résultant de la classification dans un hydrocyclone, puis en recyclant la solution à la dispersion de cristaux, même lorsque la concentration de la dispersion de cristaux est élevée ou même si les cristaux sont formés de substances qui sont susceptibles de former des incrustations.
Par conséquent, le nombre de microcristaux peut être maîtrisé pour maintenir le degré de sursaturation à une valeur élevée, de sorte que de grands cristaux peuvent être précipités efficacement.
Brève description des dessins.
La Fig. 1 est une vue schématique d'un appareil de cristallisation pour la mise en pratique d'une forme de réalisation du procédé pour cristalliser un acide aminé ou un acide nucléique conformément à l'invention, qui s'applique à la cristallisation au point isoélectrique ; la Fig. 2 est une vue schématique d'un appareil de cristallisation pour la mise en pratique d'une autre forme de réalisation du procédé pour cristalliser un acide aminé ou un acide nucléique conformément à l'invention qui
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s'applique à la cristallisation par évaporation ; .. la Fig. 3 est une vue schématique d'un appareil de cristallisation utilisé pour la cristallisation au point
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isoélectrique traditionnelle ; la Fig. 4 est une vue schématique d'un appareil de cristallisation utilisé pour la cristallisation par évaporation traditionnelle.
Dans les figures, les chiffres de référence ont les significations suivantes :
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<tb> 1 <SEP> cristallisoir,
<tb> 4,25 <SEP> hydrocyclone,
<tb> 6... <SEP> cuve <SEP> de <SEP> dissolution <SEP> des <SEP> microcristaux,
<tb> 21... <SEP> cristallisoir,
<tb> 23,26... <SEP> échangeur <SEP> de <SEP> chaleur.
<tb>
Description détaillée des formes de réalisation préférées.
Le procédé de cristallisation d'acides aminés ou d'acides nucléiques conforme à la présente invention est mis en pratique, lors de la cristallisation d'un acide aminé ou d'un acide nucléique, en dissolvant les microcristaux obtenus par classification d'une dispersion de ces cristaux dans un hydrocyclone, puis en ramenant ou recyclant la solution résultante à la dispersion de cristaux, de manière à obtenir des cristaux d'acide aminé ou d'acide nucléique dont le diamètre des particules est plus grand.
La source de la solution d'acide aminé ou d'acide nucléique utilisée suivant l'invention peut être l'une quelconque d'entre une solution de fermentation, une solution de réaction enzymatique, une solution de synthèse et une solution obtenue au cours de la purification de ces mêmes solutions.
Les microcristaux dont il est question dans la présente invention sont des cristaux ayant un diamètre de 80% sinon moins du diamètre moyen des particules dans la dispersion de cristaux d'acide aminé ou d'acide nucléique.
Aux fins de l'invention, un diamètre moyen des particules est de 20 à 1000 Mm. Par exemple, un diamètre moyen des particules pour le glutamate sodique est de 100 à 800 Mm et celui de la guanosine est de 30 à 500 Mm.
Différents moyens peuvent être utilisés avec
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avantage pour dissoudre les microcristaux, par exemple une addition d'un acide ou d'un alcali aux microcristaux pour déplacer le pH de la dispersion à l'écart du point isoélectrique de l'acide aminé ou de l'acide nucléique, le chauffage des microcristaux et ainsi de suite. La dispersion de cristaux bruts classifiés dans un hydrocyclone peut être recyclée au cristallisoir d'acide aminé ou d'acide nucléique ou bien peut être recueillie telle quelle pour la collecte des cristaux.
Dans le procédé de cristallisation d'un acide aminé ou d'un acide nucléique conforme à la présente invention, un volume correspondant à 5 à 500% par heure, sur la base du volume total de la dispersion de cristaux dans une cuve de cristallisation, est transféré à un hydrocyclone. Après que les microcristaux classifiés par l'hydrocyclone ont été complètement dissous, la solution est recyclée à la dispersion de cristaux et le nombre des microcristaux est limite pour maintenir le degré de sursaturation à une valeur élevée aux fins d'accélérer la croissance des cristaux et de précipiter ainsi efficacement de grands cristaux.
Une forme de réalisation du procédé de cristallisation d'un acide aminé ou d'un acide nucléique conforme à la présente invention, qui est appliquée à la cristallisation au point isoélectrique, est expliquée avec référence à la Fig. 1.
La Fig. 1 représente un appareil de cristallisation pour appliquer le procédé de cristallisation au point isoélectrique d'un acide aminé ou d'un acide nucléique conforme à l'invention. A la Fig. 1, le chiffre 1 désigne une cuve de cristallisation contenant une solution 2 d'un acide aminé ou d'un acide nucléique amenée à peu près au point isoélectrique de l'acide aminé ou de l'acide nucléique par un acide ou un alcali. Cette cuve de cristallisation 1 est raccordée, par une pompe de circulation 3, à un hydrocyclone 4 situé au-dessus de la
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surface du liquide dans la cuve de cristallisation 1.
Une sortie 4a, du côté gros cristaux, de cet hydrocyclone 4 communique avec la surface du liquide dans la cuve de cristallisation 1 et une sortie 4b, du côté microcristaux, communique avec une cuve 6 de dissolution des microcristaux par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 5. La cuve 6 de dissolution des microcristaux est équipée d'une conduite d'admission 7 pour un acide (ou un alcali) débitant un acide (ou un alcali) au-dessus de la surface du liquide et est raccordée à une conduite d'alimentation 8 pour débiter la solution résultante dans la cuve de cristallisation 1.
La cuve de cristallisation 1 est également munie d'une conduite 9 pour amener la solution d'acide aminé ou d'acide nucléique au-dessus de la surface du liquide et simultanément elle est raccordée par une pompe d'évacuation 11 à une conduite d'évacuation 10 pour évacuer la dispersion de cristaux précipités.
Pour la cristallisation d'acides aminés ou d'acide nucléiques à l'aide du cristallisoir décrit cidessus, une solution d'acide aminé ou d'acide nucléique est introduite sous agitation dans la cuve de cristallisation 1 par la conduite 9. La dispersion de cristaux précipités est évacuée par la pompe 3 et envoyée à l'hydrocyclone 4.
La dispersion de cristaux alimentant l'hydrocyclone 4 est classifiée en un courant qui est riche en gros cristaux et en un courant qui est riche en microcristaux. Le courant riche en gros cristaux est recyclé à la cuve de cristallisation 1 par la sortie 4a du côté gros cristaux et le courant riche en microcristaux est amené de la sortie 4b du côté microcristaux par la conduite d'alimentation 5 à la cuve 6 pour la dissolution des microcristaux.
Le courant riche en microcristaux est amené à la cuve 6 pour la dissolution de microcristaux et simultanément un acide (ou un alcali) est débité pour amener le pH de la solution à l'écart du point isoélectrique de l'acide aminé ou de l'acide nucléique, de façon que les microcristaux se
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dissolvent. La solution des microcristaux est renvoyée à la cuve de cristallisation 1 par la conduite d'alimentation 8. Par la répétition de ces opérations, le nombre de microcristaux est soumis à une régulation pour que le degré de sursaturation dans la cuve de cristallisation 1 puisse être maintenu de façon stable à une valeur élevée, de sorte que la croissance des cristaux est rapide et que de grands cristaux peuvent être précipités efficacement.
La dispersion de cristaux dans laquelle de grands cristaux ont été précipités est évacuée par la pompe d'évacuation 11.
Une autre forme de réalisation du procédé de cristallisation d'acides aminés ou d'acides nucléiques conforme à l'invention, appliquée au procédé de cristallisation par évaporation, est expliquée avec référence à la Fig. 2.
La Fig. 2 est une vue d'un appareil de cristallisation utilisé dans le procédé de cristallisation par évaporation pour appliquer le procédé de l'invention.
A la Fig. 2, le chiffre de référence 21 désigne un cristallisoir dans lequel est accumulée une solution d'acide aminé ou d'acide nucléique. Ce cristallisoir 21 communique, au niveau de sa partie de fond, par une première pompe 22 avec un premier échangeur de chaleur 23 et communique aussi, par une seconde pompe 24, avec la sortie 25a du côté microcristaux d'un hydrocyclone 25 et un second échangeur de chaleur 26. L'hydrocyclone 25 est muni d'une conduite d'évacuation 27 à sa sortie 25b du côté gros cristaux.
Pour la cristallisation d'un acide aminé ou d'un acide nucléique à l'aide de l'appareil décrit ci-dessus, les première et seconde pompes 22 et 24 sont actionnées pour faire circuler la solution d'acide aminé ou d'acide nucléique. Par conséquent, la solution d'acide aminé ou d'acide nucléique est chauffée par le premier échangeur de chaleur 23 et de l'eau s'évapore dans le cristallisoir pour faire précipiter des cristaux. Simultanément, la solution
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d'acide aminé ou d'acide nucléique recyclée par la seconde pompe 24 est classifiée dans l'hydrocyclone 25 en un courant riche en microcristaux et en un courant riche en gros cristaux. Le courant riche en microcristaux est envoyé au second échangeur de chaleur 26.
La solution contenant les microcristaux qui est amenée au second échangeur de chaleur 26 est chauffée pour la dissolution de microcristaux.
Ensuite, la solution est envoyée à la cuve de cristallisation 21.
Le courant contenant les gros cristaux sortant de l'hydrocyclone 25 est évacué par la conduite d'évacuation 27 pour donner des cristaux de grand diamètre uniforme. Dans ce cas, les cristaux se trouvent concentrés du côté gros cristaux de l'hydrocyclone 25, de sorte que la vitesse de cristallisation augmente, tandis que la concentration en cristaux dans le cristallisoir 21 se maintient à une faible valeur.
Après la description générale de la présente invention, une compréhension plus détaillée peut en être obtenue avec référence à certains exemples spécifiques donnés ci-après à titre d'illustration uniquement et ne visant à aucune limitation, sauf indication contraire.
EXEMPLE 1. -.
On obtient des cristaux d'acide glutamique ayant un diamètre moyen des particules de 60 Mm en prenant pour la concentration en acide glutamique, pour la quantité entrante de solution de fermentation d'acide glutamique ayant un pH de 7,0, pour la quantité entrante d'acide chlorhydrique concentré, pour la quantité chargée dans le cristallisoir, pour la température de cristallisation et pour la quantité soutirée des valeurs de 10 g par litre, 5 m3 par heure, 0,5 m3 par heure, 100 m3 par heure, 200C et 5,5 m3 par heure, respectivement.
On obtient des cristaux d'acide glutamique ayant un diamètre moyen des particules de 100 Mm en portant la quantité de dispersion de cristaux recyclée à l'hydrocyclone
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à 15 m3 par heure, en utilisant 25 hydrocyclones ayant chacun un diamètre de 20 mm et une longueur de 160 mm, faisant passer 30% de la dispersion des cristaux entrante du côté microcristaux et 70% du côté gros cristaux, en mélangeant le courant contenant les microcristaux avec de l'acide chlorhydrique concentré dans la cuve de dissolution des microcristaux de 0,5 m3 et en recyclant le mélange au cristallisoir, les autres conditions étant identiques à celles décrites ci-dessus.
EXEMPLE 2.-
On obtient des cristaux de guanosine ayant un diamètre moyen des particules de 50 Mm en prenant pour la concentration de la guanosine, la quantité entrante de solution de guanosine ayant un pH de 12 à une température de 70oC, la quantité entrante d'acide chlorhydrique concentré, la quantité chargée dans le cristallisoir et la quantité soutirée des valeurs de 20%, 1 m3 par heure, 0,05 m3 par heure, 20 m3 par heure. et 1, 2 m3 par heure, respectivement.
On obtient des cristaux de guanosine ayant un diamètre moyen des particules de 80 Mm en portant la quantité de dispersion de cristaux recyclée à l'hydrocyclone à 3 m3 par heure, en utilisant 5 hydrocyclones ayant chacun un diamètre de 20 mm et une longueur de 160 mm, en faisant passer 20% de la dispersion des cristaux entrante du côté microcristaux et 80% du côté gros cristaux, en mélangeant le courant contenant les microcristaux avec de l'acide chlorhydrique concentré dans la cuve de dissolution des microcristaux de 0,2 m3, en recyclant le mélange au cristallisoir et en refroidissant la dispersion soutirée, les autres conditions étant identiques à celles décrites ci-dessus.
Une autre forme de réalisation de l'invention, qui est appliquée à la cristallisation par évaporation continue du glutamate de-sodium (MSG) dans un appareil illustré à la Fig. 2, est expliquée ci-après.
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EXEMPLE 3.-
On obtient des cristaux de MSG ayant un diamètre moyen des particules de 500 Mm dans les conditions normales de travail en prenant pour la quantité chargée dans le cristallisoir, la quantité entrante de solution de MSG à 40 g par dl et la quantité d'eau évaporée des valeurs de 5 m3, 2 m3 par heure et 1 m3 par heure, respectivement.
On obtient des cristaux de MSG ayant un diamètre moyen des particules de 800 m en exécutant la cristallisation à l'aide d'un hydrocyclone ayant un diamètre de 100 mm et une longueur de 300 mm, en faisant passer 90% de la dispersion de cristaux entrante du côté microcristaux et 10% du côté gros cristaux, les autres conditions étant identiques à celles décrites ci-dessus.
EXEMPLE 4.-
Par cristallisation avec évaporation en marche continue de la lysine (Lys), on obtient des cristaux de Lys
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ayant un diamètre moyen de particules de cm au départ de cristaux ayant un diamètre moyen des particules de 400 jim dans les conditions normales de travail. On prend pour la quantité chargée dans le cristallisoir, la quantité entrante de solution de Lys à 50 g par dl et la quantité d'eau évaporée des valeurs de 1. mm3, 1, 6 m3 par heure et 0, 6 m3 par heure, respectivement.
EXEMPLE 5.-
Dans le cas où le procédé est appliqué à la cristallisation de la L-phénylalanine, on obtient des cristaux de L-Phe ayant un diamètre moyen des particules de 600 Mm à partir de cristaux ayant un diamètre moyen des particules de 400 Mm obtenus dans les conditions normales de travail. On prend pour la quantité chargée dans le cristallisoir, la quantité entrante de solution de L-Phe à 3 g par dl et la quantité d'eau évaporée des valeurs de 10 m3, 2,5 m3 par heure et 1,5 m3 par heure, respectivement.
Bien que divers. modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi
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que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.