ES2225499T3 - Procedimiento para separar un aminoacido basico del caldo de fermentacion. - Google Patents
Procedimiento para separar un aminoacido basico del caldo de fermentacion.Info
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Abstract
Un procedimiento para separar un aminoácido básico del caldo de fermentación, que comprende: (a) poner en contacto un caldo de fermentación con resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes en un aparato de lecho móvil simulado, en el que dichas resinas tienen una reticulación inferior al 8%; y (b) eluir dicho aminoácido de dichas resinas de intercambio, de forma que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de fermentación.
Description
Procedimiento para separar un aminoácido básico
del caldo de fermentación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para separar un aminoácido básico de un caldo de
fermentación.
La lisina y otros aminoácidos básicos se usan
ampliamente como suplementos en la alimentación para animales.
Típicamente, la lisina se produce mediante la fermentación de
dextrosa. Además de lisina, el caldo de fermentación contiene una
variedad de impurezas, tales como cuerpos coloreados, azúcares
residuales, sales y otros subproductos. La principal etapa en la
purificación de lisina del caldo de fermentación es la cromatografía
de intercambio iónico (Tanaka y col., patente de EE.UU. nº 4.714.767
(1985), EP 0 377 440, FR 2 666 996, US 5 684 1(ileg)). La
separación cromatográfica se puede llevar a cabo de forma continua o
por lotes usando un lecho fijo o tecnología de lecho móvil simulado
(Van Walsern,H. J. y Thompson, M. C., J. Biotechnol., 59:
127-132 (1997)). Típicamente se usan resinas de
intercambio de cationes ácidos fuertes con un grado elevado de
reticulación.
La tecnología de lecho móvil simulado (LMS) es un
procedimiento eficaz y conveniente de separación cromatográfica del
caldo de fermentación (Broughton, D. B., la patente de EE.UU. nº
2.985.589 (1961)). Cuando en una operación de LMS se usan las
tradicionales resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes, con
un grado elevado de reticulación, la pureza de lisina obtenida es de
sólo 80-85%, con un rendimiento de alrededor de
85-90%. Este bajo nivel de separación obtenido con
las resinas tradicionales de intercambio de cationes ácidos fuertes
que tienen un grado elevado de reticulación puede no ser
satisfactorio para la producción a escala industrial. Por tanto, hay
una necesidad de mejorar la pureza y el rendimiento de lisina
durante la purificación del caldo de fermentación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para separar un aminoácido básico del caldo de
fermentación usando tecnología de lecho móvil simulado, que
comprende poner en contacto el caldo de fermentación con resinas de
intercambio catiónico de ácido fuerte que tienen un grado bajo de
reticulación, y eluyendo los aminoácidos de las resinas de
intercambio.
La figura 1 muestra la configuración de la
columna de separación de aminoácidos en la operación de lecho móvil
simulado.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un aparato para separar aminoácidos básicos de un
caldo de fermentación. Específicamente, la invención se refiere a
separar aminoácidos básicos del caldo de fermentación usando
tecnología de lecho móvil simulado, que comprende: (a) poner en
contacto el caldo de fermentación con resinas de intercambio
catiónico de ácido fuerte, en el que dichas resinas tienen una
reticulación menor del 8%. (b) eluir los aminoácidos básicos de las
resinas de intercambio de forma que los aminoácidos básicos se
separan del caldo de fermentación original.
El procedimiento de la presente invención usa un
aparato de lecho móvil simulado (LMS). El aparato de LMS comprende
varias columnas que contienen resinas intercambiadoras de iones
conectadas en serie como se muestra en la figura 1. Preferentemente,
las localizaciones de los puertos de entrada para la alimentación y
el eluyente, así como los puertos de salida para el producto y el
refinado, se cambian periódicamente en la dirección del flujo del
fluido para simular un movimiento de contracorriente de las resinas
con respecto de los fluidos. Preferentemente se recicla una porción
de la corriente del producto (conocida como corriente de
enriquecimiento) y se devuelve al aparato a través del puerto
siguiente al puerto de salida del producto. Los puertos dividen el
aparato en varias zonas. Preferentemente, el aparato consiste en
tres zonas, a saber, la zona de adsorción, la zona de
enriquecimiento y la zona de elución. La zona de adsorción incluye
las columnas entre la entrada de los nutrientes y el puerto de
salida del refinado. La zona de elución consiste en columnas entre
el puerto de entrada del eluyente y el puerto de salida del
producto. Las columnas entre el puerto de entrada de enriquecimiento
y el puerto de entrada de la nutrición constituyen la zona de
enriquecimiento. Una cuarta zona, conocida como zona de recarga, a
menudo se usa para minimizar el uso de disolvente. Existen algunos
tipos de aparatos de LMS disponibles en el mercado. Estos aparatos
se pueden dividir en dos categorías, a saber, sistema de puerto
móvil y sistema de columna móvil (Barker, P. E. y Deeble, R. E.,
Chromatographia 8: 67-69 (1975)). El sistema
SORBEX, desarrollado por UOP (Universal Oil Products, Inc.), es un
ejemplo de sistema de puerto móvil. Ejemplos de sistemas de columna
móvil son el sistema ADSEP (Morgart, J. R., y Graaskamp, J. M.,
"Continuous Process Scale Chromatography,"Pittsburg
Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy,
artículo nº 230, Nueva Orleans, LA (22 de febrero de 1988)
desarrollado por Illinois Water Treatment (IWT), y el sistema ISEP
(Rossiter, G. J., "ISEP, A moving Bed Contractor for
Chromatographic Separations", Cuarto Talles sobre HPLC
preparativa, Salzburgo, Austria (28 de marzo de 1993) desarrollado
por Advanced Separation Technologies, Inc. (AST).
Una forma de realización preferida de la presente
invención proporciona un procedimiento para separar aminoácidos
básicos del caldo de fermentación. Entre los ejemplos de caldo de
fermentación se incluyen, pero no se limita a ellos, licores o
caldos derivados de melazas de remolacha, melazas de caña o
hidrolizados de almidón o proteína de soja. Todos los caldos de
fermentación pueden estar filtrados o sin filtrar.
La presente invención se refiere a procedimientos
para separar aminoácidos básicos del caldo de fermentación usando
resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes con baja
reticulación. La presente invención se refiere a resinas de
intercambio de cationes ácidos fuertes con una reticulación inferior
al 8%. Más preferentemente, el procedimiento de la presente
invención usa resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes con
una reticulación de 2 a 7%. Más preferentemente, el procedimiento de
la presente invención usa resinas de intercambio de cationes ácidos
fuertes con una reticulación de 4 a 6,5%, preferiblemente 4% o 6,5%.
Entre los ejemplos de resinas de intercambio de cationes ácidos
fuertes con un grado bajo de reticulación se incluyen, pero no se
limitan a ellos, SK104 (Mitsubishi), reticulación del 4% y GC480
(Finex), reticulación del 6,5%.
La presente invención proporciona un
procedimiento para separar aminoácidos básicos del caldo de
fermentación usando un aparato de lecho móvil simulado, que
comprende poner en contacto el caldo de fermentación con resinas de
intercambio de cationes ácidos fuertes con un grado de reticulación
inferior al 8% y una etapa de elución. Preferentemente, la etapa de
elución de la presente invención comprende usar del1% al 7% de
NH_{4}OH, más preferentemente del 2% al 5,1%, más preferentemente
del 2,2%. Una forma de realización preferida de la presente
invención proporciona una etapa de elución que comprende un volumen
de elución inferior 3 volúmenes de lecho. Más preferiblemente, la
etapa de elución de la presente invención comprende un volumen de
elución de 1 a 2 volúmenes de lecho. De la forma más preferible, la
etapa de lución de la presente invención comprende 1, 2 volúmenes de
lecho. El procedimiento de la presente invención, usando resinas de
intercambio de cationes ácidos fuertes con un grado de reticulación
inferior al 8% en un aparato de lecho móvil simulado, no aumenta el
tiempo para la elución de los aminoácidos básicos, en comparación
con resinas con una reticulación mayor.
Otra forma de realización preferida de la
presente invención proporciona un procedimiento para separar
aminoácidos básicos del caldo de fermentación. Como se usa en la
presente memoria descriptiva, el término aminoácido básico se usa
para cualquier aminoácido (natural, sintético o modificado) que
tenga una carga positiva a pH neutro. Preferentemente, los
aminoácidos básicos de la presente invención que se separan del
caldo de fermentación se seleccionan del grupo formado por arginina,
histidina y lisina. Más preferiblemente, la presente invención
proporciona la separación de lisina del caldo de fermentación.
Cuando se usa junto con tecnología de LMS, las
resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes con un grado bajo
de reticulación poseen propiedades ventajosas de capacidad dinámica
superior, velocidades de reacción de intercambio más rápidas y
separación máxima más elevada que las resinas de separación de
aminoácidos básicos convencionales con una reticulación elevada. El
efecto combinado de las propiedades únicas de las resinas de
intercambio de cationes ácidos fuertes con un grado bajo de
reticulación permite a estas resinas separar aminoácidos básicos,
específicamente lisina, del caldo de fermentación con más eficacia.
Las operaciones que usan un aparato de lecho móvil simulado que
utilizan resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes con un
grado bajo de reticulación tiene como resultado un rendimiento más
elevado y proporciones de concentración mayores en comparación con
las operaciones que usan resinas con un grado de reticulación más
alto. Además, las operaciones que usan un aparato de lecho móvil
simulado que utilizan resinas de intercambio de cationes ácidos
fuertes con un grado bajo de reticulación muestran claramente una
separación mejorada con un mayor rendimiento y una pureza más
elevada, en comparación con los experimentos que usan resinas con un
grado de reticulación más elevado. Una forma de realización
preferida de la presente invención proporciona un procedimiento para
la separación de lisina de un caldo de fermentación, que tiene como
resultado un aminoácido básico de una pureza del 85% o mayor. Más
preferiblemente, la pureza del aminoácido básico del procedimiento
de separación es del 86% al 100%, más preferiblemente del 85%, 93% o
95%. Una forma de realización preferida de la presente invención
proporciona un procedimiento para la separación de lisina de un
caldo de fermentación que resulta en un rendimiento del producto del
94% o mayor del aminoácido básico. Más preferentemente, el
rendimiento del producto aminoácido básico es del 98% o mayor, más
preferentemente del 98% o del 100%.
Los experimentos que usan un aparato de lecho
móvil simulado que utilizan resinas de intercambio de cationes
ácidos fuertes con un grado bajo de reticulación muestran claramente
unas proporciones de concentración mejoradas, en comparación con los
experimentos que usan resinas con un grado de reticulación más
elevado. Una forma de realización preferida de la presente invención
proporciona un procedimiento para separar un aminoácido básico de un
caldo de fermentación, que da como resultado una proporción de la
concentración del aminoácido básico de 0,8 a 2,0. Más
preferentemente, la proporción de la concentración del aminoácido
básico es de 1,0 a 1,8. Como se usa en la presente memoria
descriptiva, el término proporción de la concentración se define
como la concentración del aminoácido básico en el producto dividida
por la concentración del aminoácido básico en la alimentación.
Los siguientes ejemplos son sólo ilustrativos y
no pretenden limitar el alcance de la invención definido por las
reivindicaciones adjuntas.
Todas las patentes y publicaciones a las que se
hace referencia en la presente memoria descriptiva se incorporan
expresamente como referencia.
Las resinas usadas en este trabajo se dividieron
en dos categorías en función del grado de reticulación. En la
primera categoría se incluyeron las resinas con un nivel de
reticulación del 8% y mayor, se denominan resinas HX (reticulación
elevada). Tradicionalmente, estas resinas se usan en procedimientos
de separación de lisina. Ejemplos de resinas HX son C100/1633
(Purolite) y T311 (Thermax). En la segunda categoría estaban las
resinas con un nivel de reticulación inferior al 8% y se denominaban
resinas LX (reticulación baja). Los ejemplos de resinas LX son SK104
(Mitsubishi) y GC480 (Finex).
Operación con lecho móvil simulado. Se llevaron a
cabo experimentos de lecho móvil simulado (LMS) en 12 columnas
cargadas con 300 ml de resinas de intercambio de cationes fuertes y
dispuestas en serie con la configuración que se muestra en la figura
1. Los caudales de agua y NH_{2}OH al 14,5% fueron de 6 cc/min y
33 cc/min respectivamente. Por tanto, la concentración de la
solución de NH_{4}OH fue del 2,2% para eluir la lisina adsorbida.
Para todos los experimentos se usó una etapa de 9 minutos,
equivalente a un caudal de la resina de 33,3 ml/min. Las operaciones
se llevaron a cabo a temperatura ambiente. El caldo de fermentación
filtrado, con aproximadamente 120 g/l de lisina-HCl,
se usó como material de alimentación. Los caudales de la corriente
de alimentación y del producto se manipularon para alcanzar las
separaciones deseables.
Resultados. Las resinas HX y LX se evaluaron en
el sistema de LMS a dos niveles de capacidad de procesamiento. El
nivel más elevado (NE) de procesamiento se refiere a
8,0-8,4 gal/día de alimentación El nivel más bajo
(NB) de procesamiento se refiere a 5,4-6,1 gal/día
de alimentación. La tabla I compara la eficacia de las resinas HX y
LX en la separación de lisina de los caldos de fermentación cuando
el LMS funcionó al nivel NE.
La tabla I muestra que las resinas LX produjeron
rendimientos significativamente más elevados que las resinas HX. Las
proporciones de la concentración que se alcanzan con las reinas LX
también fueron mayores que las alcanzadas con las resinas HX, y la
concentración de lisina en el producto, obtenida de las resinas LX,
fue superior que la corriente de alimentación. Esto es un beneficio
significativo ya que reducirá el coste de la evaporación
posterior.
Cuando se usó el LMS al nivel NB con las resinas
LX, parte de la corriente del producto se recicló y mezcló con la
alimentación fresca en la proporción de 1:2 en volumen. La velocidad
tasa de reciclaje fue de 2,7-3,0 gal/día, mientras
que la velocidad de la alimentación fresca fue de
5,4-6,1 gal/día. Por tanto, con esta disposición, se
añadió la misma cantidad de alimentación fresca al sistema de LMS
con ambas resinas LX y HX. La tabla II compara la eficacia de las
resinas HX y LX en la separación de lisina de los caldos de
fermentación cuando el LMS funcionó al nivel NB.
La tabla II muestra que las resinas LX produjeron
el producto lisina con un rendimiento mayor y una pureza superior en
comparación con las resinas HX. Más significativamente, los valores
de la proporción de la concentración que se alcanzan con las resinas
LX fueron considerablemente mayores que los valores conseguidos con
las resinas HX. Los procedimientos de LMS tradicionales siempre
tienen como resultado una concentración decreciente de lisina en la
corriente del producto, sin embargo, el uso de resinas con un grado
bajo de reticulación aumenta las proporciones de la concentración en
la corriente del producto. Como antes, la capacidad dinámica
superior y la tasa de captación más rápida de las resinas LX han
permitido velocidades de fluido mayores en la zona de adsorción del
sistema de LMS con pérdidas mínimas de lisina en la corriente de
desechos. Asimismo, en el caso de las resinas LX, la corriente de
reciclaje relativamente pura añadida a la alimentación fresca
disminuyó el nivel de impureza global de la alimentación mixta.
Todos estos factores juntos contribuyeron a las mejoras
significativas en la separación de lisina del caldo de fermentación,
en términos de mayor rendimiento y pureza del producto lisina.
Claims (14)
1. Un procedimiento para separar un aminoácido
básico del caldo de fermentación, que comprende:
- a)
- poner en contacto un caldo de fermentación con resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes en un aparato de lecho móvil simulado, en el que dichas resinas tienen una reticulación inferior al 8%; y
- b)
- eluir dicho aminoácido de dichas resinas de intercambio, de forma que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de fermentación.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dichas resinas de intercambio de cationes ácidos fuertes tienen
una reticulación del 2% al 7%.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dicha etapa de elución comprende usar un volumen de elución
inferior a 3 volúmenes de lecho.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que dicha etapa de elución comprende usar un volumen de elución de 1
volumen de lecho a 2 volúmenes de lecho.
5. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que dicha etapa de elución comprende usar un volumen de elución de
1, 2 volúmenes de lecho.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dicha etapa de elución comprende usar de 1% a 7% de
NH_{4}OH.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el
que dicha etapa de elución comprende usar 2% a 5% de NH_{4}OH.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de fermentación
con una pureza superior al 85%.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el
que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de fermentación
con una pureza superior al 90%.
10. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de
fermentación a una proporción de la concentración de 0,8 a 2,0.
11. El procedimiento de la reivindicación 10, en
el que dicho aminoácido básico se separa de dicho caldo de
fermentación a una proporción de la concentración de 1,0 a 1,8.
12. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el aminoácido básico se selecciona del grupo formado por
aminoácidos básicos naturales, aminoácidos básicos sintéticos y
aminoácidos básicos modificados.
13. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el aminoácido básico se selecciona del grupo formado por
lisina, arginina e histidina.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que dicho aminoácido es lisina.
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