ES2587575T3 - Procedimiento para la obtención de productos que contienen diferentes concentraciones de un compuesto preparado por vía fermentativa - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de productos que contienen al menos una sustancia diana producida de modo fermentativo en varias etapas de procedimiento, en las que a) los microorganismos productores de la sustancia diana deseada se fermentan en un medio adecuado y allí se acumula la sustancia diana, b) a continuación, se separa por completo la biomasa formada durante la fermentación, c) la disolución o suspensión, así obtenida, se concentra mediante la separación de agua y la sustancia diana precipita, en particular se deja que se separe por cristalización, d) la sustancia diana precipitada o bien separada por cristalización se separa, e) la sustancia diana con contenido en disolución separada, designada como aguas madres I, se transforma en la forma de producto deseada, mientras que f) se reduce el contenido en agua de las aguas madres I mediante evaporación y a partir de las aguas madres I concentradas se deja que la sustancia diana se separe por cristalización, los cristales se separan y g) éstos se introducen de nuevo directamente en el proceso después de la separación completa de la biomasa a partir del caldo de fermentación empleado, y h) las aguas madres II obtenidas después de la separación de la sustancia diana se desechan o se devuelven en su totalidad o en parte a las aguas madres I, elaborándose como sustancias dianas Laminoácidos producidos de forma fermentativa.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la obtencion de productos que contienen diferentes concentraciones de un compuesto preparado por v^a fermentativa
La invencion se refiere a un procedimiento para la obtencion de al menos una sustancia diana, elegida de L- aminoacidos, en productos con contenido de diferentes concentraciones, en donde la o las sustancia dianas es (son) preparadas mediante fermentacion.
Los alimentos para animales se complementan, en particular, con aminoacidos o vitaminas de manera correspondiente a la demanda de los animales. Para la complementacion de alimentos para animales, p. ej., con L- treonina, se emplea hasta ahora una L-treonina cristalina con un contenido en sustancia activa > 98%. La L-treonina preparada mediante fermentacion debe ser separada, para el aislamiento de la sustancia pura cristalina de los restantes componentes del caldo de fermentacion bruto en complejas etapas de procedimiento y debe ser llevada a cristalizacion. En este caso debe ser eliminado como desecho un gran numero de productos secundarios y los reactivos necesarios para el tratamiento. Un proceso de aislamiento de este tipo esta ligado, ademas de ello, siempre con una perdida del rendimiento, dado que en las corrientes de desechos no se puede evitar una porcion de L-treonina. Para el uso en piensos no se necesita, sin embargo, una pureza elevada del aminoacido. Ademas, el caldo de fermentacion contiene, a menudo, sustancias valiosas nutritivamente eficaces, de modo que parece conveniente transformar el aminoacido preparado por via fermentativa junto con los otros componentes del caldo de fermentacion en un alimento para animales solido.
Procedimientos para la preparacion fermentativa de L-aminoacidos y su purificacion son conocidos desde hace tiempo. La preparacion de L-treonina se describe, p. ej., en el documento US 4.278.765, la de L-triptofano, L- fenilalanina y L-tirosina en el documento US 5.605.818 y la del acido L-aspartico en el documento DE 1268569.
Procedimientos para la preparacion de aditivos de alimentos para animales con contenido en aminoacidos sobre una base de caldos de fermentacion son conocidos del documento US 4.777.051, del documento EP 0 615 693 B y del documento EP 0 533 039 B.
El documento US 4.777.051 da a conocer un procedimiento de secado por pulverizacion con una etapa de secado adicional dispuesta a continuacion. Disoluciones del triptofano y treonina de diferente origen con un contenido en L- aminoacidos de 20 - 60% en peso, referido al contenido total de solidos, se rodan en una primera etapa para formar un granulado semi-seco con una humedad residual de 5-15%. A continuacion, el granulado humedo se distribuye sobre un secador de cinta transportadora con suelo perforado y se seca finalmente con aire caliente, obteniendose un producto con una humedad residual de aproximadamente 4% en peso.
Conforme al documento EP 0 615 693, la granulacion se lleva a cabo asimismo en un procedimiento de secado de dos etapas.
El caldo de fermentacion se seca por pulverizacion, despues de la separacion de una parte de las sustancias constitutivas, para formar un grano fino que, al menos en un 70% en peso, tiene un tamano maximo de partfcula de 100 pm, y el grano fino, asf obtenido, se constituye en una segunda etapa para formar un granulado que contiene, al menos en parte, 30% en peso de grano fino.
A partir del documento EP 0 809 940 B1 se conoce, asimismo, un procedimiento para la granulacion de un aditivo de alimentos para animales sobre la base de un caldo de fermentacion. El procedimiento se caracteriza por que el caldo de fermentacion se granula en un lecho fluido en una etapa, se compacta y se seca, mientras que en el lecho fluido se incorpora por via mecanica, para el ajuste de un diametro deseado del grano y de una densidad aparente deseada, una cantidad de energfa suficiente adicionalmente a la energfa requerida para la creacion del lecho fluido estacionario.
Estos procedimientos tienen en comun, que
a) los microorganismos productores de la sustancia diana deseada se fermentan en un medio adecuado y ailt se acumula (accumulated) la sustancia diana,
b) a continuacion, la biomasa formada durante la fermentacion se separa en su totalidad o en parte,
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c) la disolucion o suspension, asf obtenida, se concentra mediante separacion de agua y
d) a partir de ello, mediante medidas conocidas tales como p. ej., granulacion, granulacion por pulverizacion o granulacion por constitucion se obtiene un producto solido con contenido en esta sustancia diana.
El contenido en sustancia diana del caldo de fermentacion se analiza ventajosamente despues de finalizada la fermentacion, dado que, en virtud de diferentes circunstancias, los rendimientos de los procedimientos de fermentacion pueden oscilar. Estas oscilaciones se compensan (estandarizacion) mediante la adicion de sustancia diana en el caso de concentraciones demasiado bajas en el producto o mediante la adicion de aditivos inertes en el caso de una concentracion elevada. En el caso de estos procedimientos, repercute negativamente sobre los costes de transporte el contenido de sustancias extranas procedentes de la fermentacion en el producto. La ventaja de estos procedimientos estriba en que el producto contiene la cantidad total de la sustancia diana, dado que mediante la separacion de las aguas madres no se manifiesta una perdida de rendimiento tal como la que se necesita en el caso del aislamiento del compuesto diana puro separado por cristalizacion.
Dado que no contienen partes extranas, en el caso de los compuestos diana purificados resultan, referidos a la porcion de sustancia activa, escasos costes de transporte durante el suministro.
Ademas, en el caso del aislamiento del producto diana cristalino se suprime la necesidad arriba descrita de la estandarizacion de la concentracion en el caldo de fermentacion.
Mision de la invencion es proporcionar un procedimiento que evite ampliamente o por completo las perdidas de rendimiento habituales en el tratamiento para dar un producto diana bruto y que posibilite la preparacion de un producto solido y de un producto solido con una menor proporcion de sustancia diana.
Objeto de la invencion es un procedimiento para la preparacion de productos que contienen al menos una sustancia diana producida de modo fermentativo en varias etapas de procedimiento, en las que
a) los microorganismos productores de la sustancia diana deseada se fermentan en un medio adecuado y alit se acumula la sustancia diana,
b) a continuacion, se separa por completo la biomasa formada durante la fermentacion,
c) la disolucion o suspension, asf obtenida, se concentra mediante la separacion de agua y la sustancia
diana precipita, en particular se deja que se separe por cristalizacion,
d) la sustancia diana precipitada o bien separada por cristalizacion se separa,
e) la sustancia diana con contenido en disolucion separada, designada como aguas madres I, se transforma
en la forma de producto deseada, mientras que
f) se reduce el contenido en agua de las aguas madres I mediante evaporacion y a partir de las aguas madres I concentradas se deja que la sustancia diana se separe por cristalizacion, los cristales se separan y
g) estos se introducen de nuevo directamente en el proceso despues de la separacion completa de la biomasa a partir del caldo de fermentacion empleado, y
h) las aguas madres II obtenidas despues de la separacion de la sustancia diana se desechan o se
devuelven en su totalidad o en parte a las aguas madres I, elaborandose como sustancias dianas L- aminoacidos producidos de forma fermentativa.
Las Figuras 1 y 2 reproducen dos variantes diferentes para el tratamiento de las aguas madres I.
De la sustancia diana respectiva queda, en funcion de las condiciones dadas, un resto disuelto en las aguas madres I separadas.
Su concentracion se puede controlar, p. ej., a traves de las relaciones conocidas para las distintas sustancias entre temperatura, concentracion y comportamiento en disolucion. La cantidad de sustancia diana disuelta en las aguas
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madres debena ajustarse de modo que el producto solido obtenido a partir de estas aguas madres I presente un contenido en sustancia diana, atractivo para el usuario, de 40 a 85% en peso, preferiblemente de 60 a 85% en peso de la masa seca (secada a 80-90°C). Junto a ello, se obtienen, p. ej., de la etapa e) de la Fig. 1, una sustancia diana pura con un contenido de aprox. 98 a 99% en peso de la masa seca que se transforma, de manera conocida, en un granulado o en una forma de partfcula por lo demas deseada. Un procedimiento para la preparacion de granulados de L-treonina puros se describe, p. ej., en el documento WO 2005/00675. En el caso de otro procedimiento, se prepara una suspension de los cristales puros, a partir de la cual se generan a continuacion granulados.
Las aguas madres I separadas se transforman, en una variante, en un producto que contiene los otros componentes disueltos del caldo de fermentacion adicionales, no separados durante la separacion de la biomasa junto a la sustancia diana. En este caso, estas aguas madres se concentran mediante evaporacion de agua, y la sustancia diana precipita de manera correspondiente al comportamiento en disolucion condicionado por sus propiedades ffsico-qmmicas. Energeticamente, es mas favorable separar en este punto del procedimiento agua, con el fin de no solicitar al subsiguiente proceso de granulacion con agua a separar solo bajo un elevado coste (etapas 6, 7, 8 en la Fig. 1).
En una variante, la suspension que se forma se muele en humedo y se granula. Sin embargo, tambien se pueden emplear otros procedimientos para la granulacion. El contenido en sustancia diana de este granulado que contiene otros componentes del caldo de fermentacion, se puede aumentar al valor deseado en el producto final mediante la adicion de la sustancia diana en forma solida o disuelta, cuando el contenido en las aguas madres I no alcance este valor. La sustancia diana se anade a las aguas madre I preferiblemente antes de su concentracion mediante evaporacion de agua en la cantidad deseada (en la etapa 6 en la Fig. 1). En este caso, se trata preferiblemente del solido separado en la separacion solido-lfquido (etapa 3).
En una variante de acuerdo con la invencion, las aguas madres I se concentran asimismo mediante evaporacion de agua, pero la sustancia diana precipita preferiblemente mediante cristalizacion por enfriamiento y se separa de las aguas madres II asf resultantes (etapa 8 en la Fig. 2).
Estas se desechan o se devuelven en parte a las aguas madres I. En este caso, se evita que productos secundarios se acumulen de forma perturbadora en el circuito.
Los cristales que resultan durante este tratamiento no son adecuados, por lo general, como producto de venta. Se les introduce, en una variante del procedimiento preferida, directamente despues de la separacion de la biomasa, del caldo de la fermentacion, durante o despues de la concentracion del caldo de fermentacion libre entonces de biomasa de nuevo al procedimiento y, de esta forma, se aumenta la concentracion de la sustancia diana en este caldo. Conforme a la Fig. 2, el retorno al proceso tiene lugar segun la etapa 1 en la etapa 2.
Las relaciones cuantitativas de las corrientes parciales se pueden explicar en el siguiente ejemplo, en el que tiene lugar la preparacion de una sustancia diana pura y de un producto que contiene a esta sustancia diana en un 80% en peso, referido a la masa seca. Despues de la separacion de la biomasa se obtiene, p. ej., un filtrado que en 100 kg de masa seca contiene 90 kg de la sustancia diana, p. ej., L-treonina, y 10 kg de componentes solidos del caldo de fermentacion. Esto se puede comprobar facilmente mediante analisis. Las relaciones de disolucion en el filtrado se ajustan de manera que de la sustancia diana se separen por cristalizacion 50 kg. Los restantes 40 kg se encuentran entonces con los 10 kg de producto secundario en las aguas madres. A partir de ello, a traves del procedimiento mostrado en la Fig. 1, se puede obtener un producto seco al 80% en peso. Una separacion de este tipo de las corrientes cuantitativas que conducen a productos con diferentes contenidos en sustancia diana se designa como disociacion del producto.
El procedimiento de acuerdo con la invencion es adecuado para L-aminoacidos preparables por via fermentativa que se pueden separar mediante cristalizacion o precipitacion del caldo de fermentacion liberado de la biomasa, en particular L-treonina, L-homoserina, L-triptofano, L-valina, L-arginina, L-metionina, L-leucina, L-isoleucina y L- tirosina, pero en particular, L-treonina. Tambien se puede elaborar de acuerdo con la invencion L-lisina producida de forma fermentativa. El procedimiento no esta limitado por el genero, familia o especie de los microorganismos empleados.
Microorganismos productores de las sustancias diana, empleados de acuerdo con la invencion, se eligen preferiblemente de los generos Corynebacterium, Bacillus, Escherichia, Aspergillus, Lactobacillus, en particular de las cepas Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtillis, Escherichia coli o Aspergillus niger.
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La produccion acoplada de acuerdo con la invencion, en la que se obtiene una fraccion de la sustancia diana en una
forma pura, preferiblemente cristalina y en otra fraccion que contiene componentes secundarios de la fermentacion y
la sustancia diana, esta ligada con las siguientes ventajas:
- Prevencion de perdidas de rendimiento ligadas con la unica orientacion a la sustancia diana pura mediante el tratamiento insuficiente de las aguas madres.
- Prevencion de elevados costes de transporte que resultan cuando el procedimiento solo esta orientado a la preparacion de un producto con contenido de todos los componentes secundarios de la fermentacion, en el que para largos canales de comercializacion se utiliza preferiblemente la forma de producto cristalina y pura de la produccion acoplada.
- Estandarizacion sencilla del contenido en sustancia activa en la porcion de producto provista de componentes secundarios mediante un control adecuado del proceso (es decir, no es necesaria adicion alguna de una sustancia inerte).
- Costes de energfa reducidos en comparacion con un procedimiento con la preparacion de un unico producto que contenga los componentes secundarios de la fermentacion, dado que el secado de gran consumo de energfa y la granulacion solo se aplica a una corriente parcial en el proceso.
Explicacion de las figuras que reproducen a modo de ejemplo el procedimiento:
Fig. 1: Disociacion del producto
1 separacion de la biomasa, preferiblemente mediante ultrafiltracion
2 concentracion por evaporacion y separacion por cristalizacion, eventualmente en una etapa
3 separacion solido-lfquido (aguas madres I)
4 tratamiento de los cristales separados, p. ej., granulacion y secado
5 Sustancia diana pura
6 concentracion por evaporacion y separacion por cristalizacion de las aguas madres I separadas
7 separacion de la suspension resultante: molienda en humedo
8 granulacion
9 producto 2: que contiene sustancia diana y componentes secundarios del caldo de fermentacion
Fig. 2: Obtencion de producto cristalino
1 separacion de la biomasa mediante ultrafiltracion
2 incorporacion de los cristales de 9
3 concentracion por evaporacion y separacion por cristalizacion, eventualmente en una etapa
4 separacion solido-lfquido (aguas madres I)
5 tratamiento de los cristales separados, p. ej., mediante granulacion y secado
6 producto I: sustancia diana pura
7 concentracion por evaporacion y separacion por cristalizacion de las aguas madres (I)
8 eventualmente, tambien separacion por cristalizacion, mediante cristalizacion por refrigeracion
9 separacion solido-Kquido
10 retorno de una corriente parcial de las aguas madres II formadas en este caso segun 7.
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Claims (4)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la preparacion de productos que contienen al menos una sustancia diana producida de modofermentativo en varias etapas de procedimiento, en las quea) los microorganismos productores de la sustancia diana deseada se fermentan en un medio adecuado y ailf se acumula la sustancia diana,b) a continuacion, se separa por completo la biomasa formada durante la fermentacion,c) la disolucion o suspension, asf obtenida, se concentra mediante la separacion de agua y la sustanciadiana precipita, en particular se deja que se separe por cristalizacion,d) la sustancia diana precipitada o bien separada por cristalizacion se separa,e) la sustancia diana con contenido en disolucion separada, designada como aguas madres I, se transforma en la forma de producto deseada, mientras quef) se reduce el contenido en agua de las aguas madres I mediante evaporacion y a partir de las aguas madres I concentradas se deja que la sustancia diana se separe por cristalizacion, los cristales se separan yg) estos se introducen de nuevo directamente en el proceso despues de la separacion completa de la biomasa a partir del caldo de fermentacion empleado, yh) las aguas madres II obtenidas despues de la separacion de la sustancia diana se desechan o sedevuelven en su totalidad o en parte a las aguas madres I, elaborandose como sustancias dianas L- aminoacidos producidos de forma fermentativa.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que a las aguas madres I se anade sustancia diana pura.
- 3. Procedimiento segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que en el caso de la sustancia diana se trata de compuestoselegidos del grupo L-treonina, L-homoserina, L-triptofano, L-valina, L-arginina, L-metionina, L-leucina, L-isoleucina yL-tirosina.
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el quea) L-treonina se prepara mediante fermentacion conforme a la reivindicacion 1 a) a 1 d) y se separa,b) la L-treonina separada se granula y se obtiene un granulado con un contenido en L-treonina de aprox. 98 a99% en peso.
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