CH368187A - Verfahren zur Isolierung von Lysin aus wässrigen Lösungen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Isolierung von Lysin aus wässrigen Lösungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Isolierung von Lysin aus wässrigen Lösungen, die verschiedene Aminverunreinigungen enthalten.



   Gemäss einer bekannten Methode wird Lysin dadurch synthetisiert, dass man ein   5-(4-Halogenbutyl)-    hydantoin (z. B. die Chlor- oder Bromverbindung) mit Ammoniak umsetzt und das erzielte Produktengemisch mit einer wässerigen Lösung einer starken Säure oder Base hydrolysiert. Bei der Umsetzung des Halogenbutylhydantoins mit Ammoniak bilden sich als Nebenprodukte der Umsetzung verschiedene sekundäre und tertiäre Aminoverbindungen, welche substituierte Hydantoine sind. Wird bei der Hydrolyse Lysin erzeugt, so hydrolysieren die genannten Nebenprodukte unter Bildung von weiteren Nebenprodukten, nämlich Aminoverbindungen, welche das Lysin verunreinigen. Diese Verunreinigungen enthalten im allgemeinen sekundäre und tertiäre Amine, wie z. B. Di-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin und Tri (5-amino-5-carboxypentyl)-amin.



   Bei den meisten bekannten Lysinsynthesen bilden sich Verbindungen des obigen Typus. Da sie keinen Nährwert besitzen, ist deren Anwesenheit in Lysin im allgemeinen nachteilig. Allerdings ist bis heute keine Methode bekanntgeworden, gemäss welcher man kleine Mengen dieser Verunreinigungen durch die üblichen fraktionierten Kristallisationsmethoden beseitigen konnte.



   Lysin ist ein primäres Amin, während Di-(5amino-5-carboxypentyl)-amin und Tri-(5-amino-5carboxypentyl)-amin ein sekundäres bzw. tertiäres Amin sind. Da sekundäre und tertiäre Amine im allgemeinen basischer sind als die entsprechenden primären Amine, wäre zu erwarten, dass sie vorzugsweise bzw. selektiv aus diese Amine enthaltenden Lysinlösungen auf einem Kationenaustauschharz adsorbiert würden.



   Entgegen diesen Erwartungen wurde festgestellt, dass beim Durchleiten einer sowohl Lysin als auch die obigen sekundären und tertiären Aminverunreinigungen enthaltenden Lösung durch ein Bett eines Kationenaustauschharzes die Lysinkomponente selektiv und vorzugsweise auf dem Harz adsorbiert wird.



  Es wurde ferner festgestellt, dass diese selektive Adsorption von Lysin als Basis für eine praktische Methode zum Trennen derartiger Verunreinigungen von Lysin dienen kann.



   Demgemäss besteht das erfindungsgemässe Ziel darin, dass man eine wässerige, solche Verunreinigungen enthaltende Lysinlösung durch ein Bett eines Kationenaustauschharzes mit stark sauren funktionellen Gruppen, welches in der Ammoniumform vorliegt, leitet und dieses Durchlassen so lange fortsetzt, bis das Bett vollständig mit Lysin beladen ist, das heisst bis zu einem Punkt, bei welchem wesentliche Lysinmengen in der abfliessenden Flüssigkeit wahrgenommen zu werden beginnen, die man dann für die Weiterverarbeitung sammeln kann. Nachdem das Bett mit Lysin beladen ist, und zwar vorzugsweise nachdem es schwach  überladen  ist, wird das auf dem Bett adsorbierte Lysin beispielsweise mit wässerigem Ammoniak eluiert. Das Gewichtsverhältnis von Lysin zu Verunreinigungen in der so erhaltenen abfliessenden Flüssigkeit wird wesentlich grösser sein als das Verhältnis in der Ausgangslösung.

   Anderseits wird das Gewichtsverhältnis von Lysin zu Verunreinigungen in der aus dem Bett herrührenden, abflie ssenden Flüssigkeit während der das Bett beschickenden Stufe kleiner sein als das Verhältnis der Ausgangslösung. Dies hängt damit zusammen, dass Lysin durch das Harz in erster Linie adsorbiert wird.



  Daraus resultiert beim erfindungsgemässen Verfahren  die Erzeugung einer Lysinlösung, welche bezüglich der Verunreinigungen ärmer ist als die Ausgangslösung.



   Das Kationenaustauschharz kann in Form einer vertikalen Kolonne verwendet werden, durch welche die unreine Lysinlösung so lange geleitet wird, bis das Harz beladen bzw. mit dem Lysin leicht  überladen  ist. Die Lösung wird somit so lange durch die Kolonne geleitet, bis Lysin in merklichen Mengen in der abfliessenden Flüssigkeit wahrgenommen wird. Der Durchgang der Lösung wird vorzugsweise so lange weitergetrieben, bis Lysin in Mengen von etwa   0,1-15014    vorzugsweise von   2-10 /o,    bezogen auf die Menge des der Kolonne zugeführten Lysins, in der abfliessenden Flüssigkeit zu finden ist. Nachdem durch die Kolonne zu Waschzwecken Wasser durchgeleitet worden ist, lässt man ein Eluiermittel durch die Kolonne strömen. Durch getrenntes Sammeln der entstandenen Abwässer erhält man eine Lösung von Lysin und Eluiermittel.

   Verwendet man ein flüchtiges Eluiermittel, wie z. B. wässeriges Ammoniak, so kann man das Eluiermittel aus der abfliessenden Flüssigkeit verflüchtigen lassen, wobei man eine Lysinlösung grösseren Reinheitsgrads als die unreine Anfangslösung erhält.



   In den folgenden Beispielen sind die Prozentsätze gewichtsmässig angegeben.



   Beispiel 1
Eine   200/obige    wässerige Lösung von Lysinglutamat, enthaltend 1,90/0 (bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Lysins) Di-(5-amino-5carboxypentyl)-amin und Tri-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin sowie andere Aminverunreinigungen, wird durch eine 213,5 cm lange Kolonne eines Kationenaustauschharzes (NH   +Form)    bei Zimmertemperatur mit einer Geschwindigkeit von 0,33   llminldm2    Kolonnenquerschnitt geleitet. Als Harz verwendet man ein handelsübliches sulfoniertes Styrolmischpolymerisat mit etwa   8 lo    Divinylbenzol, welches eine lichte Maschenweite von   0,8P0,30    mm aufweist.

   Die Lösung wird so lange durch die Kolonne geleitet, bis die Kolonne mit Lysin beladen ist und etwa 100/o des zugeführten Lysins in die abfliessende Flüssigkeit gelangt ist, worauf die Kolonne mit Wasser gewaschen wird. Eluiert man nachträglich das durch das Harz adsorbierte Lysin mit Hilfe einer   29 obigen    wässerigen Ammoniaklösung, so enthält die anfallende, abfliessende Lösung Lysin, welches mit Diund Tri-(5-amino-5-carboxypentyl)-aminen verunreinigt ist, und zwar in einer Menge, welche lediglich   0,90/0    des vorhandenen Lysins entspricht.



   Wird in einem ähnlichen Experiment die unreine Lösung nur so lange zugegeben, bis die Harzkolonne mit Lysin beladen, jedoch nicht in einem wesentlichen Ausmass  überladen  ist, das heisst, bis kein wesentlicher Lysingehalt in der abfliessenden Flüssigkeit feststellbar ist, enthält die durch nachträgliches Eluieren des Harzes mit wässerigem Ammoniak erhaltene Lysinlösung die obigen Aminverunreinigungen in einer Menge, welche   1,4u/0    des vorhandenen Lysins entspricht, dies im Vergleich zu   1,90/(r    Lysingehalt in der ursprünglichen Lösung.

   Diese Resultate zeigen, dass unter wesentlicher Senkung der Menge an Verunreinigungen eine Reinigung in wesentlich grösserem Ausmass erreicht wird, wenn man die Zugabe der unreinen Lösung fortsetzt, bis etwa   10 /o    des Lysins durch die Harzkolonne, ähnlich wie in Beispiel 1, gesickert sind.



   Handelt es sich bei der zu reinigenden, unreinen Lysinlösung um eine Lysinglutamatlösung, so geht die Glutaminsäurekomponente als Ammoniumglutamat in die ausfliessende Flüssigkeit über, worin die Verunreinigungen vom sekundären und tertiären Amintypus in bezug auf das Lysin angereichert sind.



  Die Erfindung ist gleicher Weise wirksam zur Reinigung von unreinen Lösungen, in welchen das Lysin, anstatt als Salz mit Glutaminsäure, als freies Lysin zugegen ist.



   Beispiel    2   
Eine wässerige Lysinlösung, welche etwa   3 0/o    Lysin und 3   u/o    Ammoniumchlorid sowie Di-(5-amino5-carboxypentyl)-amin in einer Menge, welche etwa 7   Gew. i/o,    bezogen auf das vorhandene Lysin, entspricht, nebst einer beträchtlich kleineren Menge Tri (5-amino-5-carboxypentyl)-amin enthält, wird durch eine 244 cm lange Harzkolonne ähnlicher Art wie in Beispiel 1 mit einer Geschwindigkeit von 0,33   l;minjdm2    Kolonnenquerschnitt geleitet. Der Durchlass der Lösung erfolgt, bis die Kolonne mit Lysin beladen ist und etwa   20/o    des zugegebenen Lysins in die abfliessende Flüssigkeit übergegangen ist.

   Die Kolonne wird dann mit Wasser gewaschen und das auf der Kolonne adsorbierte Lysin mit   200/obiger    wässeriger Ammoniaklösung eluiert, wobei man eine abfliessende Flüssigkeit erhält, welche   2,5 ovo    Di-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin, bezogen auf das Gewicht des in der abfliessenden Flüssigkeit vorhandenen Lysins, enthält.



   Beispiel 3
Man wiederholt das Beispiel 2 mit dem Unterschied, dass man den Durchlass der unreinen Lösung durch die Kolonne dann unterbricht, wenn erst 10/o des zugegebenen Lysins in die abfliessende Flüssigkeit übergegangen ist. In diesem Falle enthält die Lysinlösung, welche man nach dem Eluieren des adsorbierten Lysins aus der Kolonne mittels   200/obigem    wässerigem Ammoniak erhält,   5,40/0    Di-(5-amino-5carboxypentyl)-amin, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Lysins.



   Als Mittel zum Eluieren von Lysin aus dem Harz wird man vorzugsweise wässeriges Ammoniak verwenden. Die Konzentration einer solchen Lösung kann beträchtlich schwanken, wird jedoch im allgemeinen zwischen etwa 5 und etwa   29e/o    liegen. Man kann auch schwächer konzentrierte Lösungen verwenden, doch benötigt man dann längere Eluierzeiten und erhält dabei übermässig verdünnte Lysin  lösungen. Auch höher konzentrierte wässerige   Ammo-    niaklösungen lassen sich verwenden.



   Die bei der Durchführung der Erfindung zur Anwendung gelangende Temperatur ist nicht kritisch.



  Temperaturen unterhalb der Zimmertemperatur lassen sich gleichfalls anwenden, bieten jedoch keinen Vorteil. Auch höhere Temperaturen bis den Temperaturen der normalen Siedepunkte der Lösungen (ja selbst sogar höhere Temperaturen, sofern unter Druck gearbeitet wird) können verwendet werden.



  Die in den obigen Beispielen beschriebenen Vorgänge wurden durchwegs bei etwa Zimmertemperatur durchgeführt.



   Für die erfindungsgemässen Zwecke eignen sich beliebige, übliche Kationenaustauschharze mit stark sauren funktionellen Gruppen, wie z. B. die Sulfonsäure-, Phosphonsäure- oder phosphonige Säuregruppen ( phosphonic acid or phosphonous acid groups ). Die bevorzugten Harze sind jene der   Sullon-    säuretypen, z. B. der sulfonierten Kohlen, der sulfonierten Phenolaldehydharze und der kernständig sulfonierten, aromatischen Kohlenwasserstoffharze.



  Vor allem werden vorgezogen die kernständig sulfonierten, vernetzten, aromatischen Kohlenwasserstoffharze, wie z. B. die sulfonierten Mischpolymerisate eines Monovinylbenzols und eines   PolyvinylbenzolsM    insbesondere die sulfonierten Styrol-Divinylbenzol Mischpolymerisate mit einem äquivalent von   4-16  /o    Divinylbenzol, welches als Vernetzungsmittel wirkt.



  Das Harz wird in zerkleinerter Form verwendet, wobei man eine Partikelgrösse mit einer lichten Maschenweite von   0,84-0,149    mm und insbesondere von 0,84 bis 0,3 mm im allgemeinen verwendet.



   Die vorliegende Erfindung liefert ein einfaches und praktisches Verfahren zur Steigerung der Reinheit von Lysinlösungen. Insbesondere wenn man besonders reine Lysinlösungen zu erhalten wünscht, kann man die aus der ersten Harzbehandlung gemäss Erfindung erhaltene, teilweise gereinigte Lösung vom Eluiermittel, das heisst Ammoniak, abtrennen und die   Harzbehandlung    wiederholen, wodurch das Lysin durch eine erneute selektive Adsorption durch das Harz weitergereinigt wird. Derartige Behandlungen lassen sich mehrmals wiederholen, bis man ein Produkt des gewünschten Reinheitsgrades erhält. Im allgemeinen genügen 1 oder 2 selektive Adsorptionen auf einem kationen aktiven Austauschharz, und zwar insbesondere dann, wenn die behandelte Lösung etwa   2-150/0    mehr Lysin enthält, als durch das Harzbett adsorbiert wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Isolierung von Lysin aus wässerigen Lösungen, welche noch andere Aminverbindungen, zumindest Di-(5-amino-5-carboxypentyl)amin und Tri-(5-amino-5-carboxypentyl)-amin, enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass man solche Lösungen durch ein Bett eines stark sauren Kationenaustauschharzes in der Ammoniumform so lange leitet, bis das Bett vollständig mit Lysin beladen ist, und dass man das Lysin eluiert.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lysinlösung durch ein Bett eines stark sauren Kationenaustauschharzes in der Ammoniumform so lange leitet, bis 0,1-15 0/o an Lysin, bezogen auf die Menge Lysin, die mit der Ausgangslösung dem Bett zugeführt wurde, in der abfliessenden Lösung vorliegen, worauf man wässerige Ammoniaklösung durch das Bett leitet und die ausfliessende Lysinlösung, welche in bezug auf die genannten Verunreinigungen ärmer ist als die Ausgangslösung, sammelt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Eluieren des Lysins eine mindestens 50/obige wässerige Ammoniaklösung verwendet.

   3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ausgangslösung so lange durchleitet, bis 2-10 /o, an Lysin in der abfliessenden Lösung vorliegen.

   4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kationenaustauschharz ein kernständig sulfoniertes, aromatisches, vernetztes Kohlenwasserstoffharz verwendet.