PL242678B1 - Sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych otrzymanych w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym typu CE - UF - NF – EDBM, w którym rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymany w wyniku biokonwersji glukozy zawierający: kwas alfaketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm3, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm3, etanol o stężeniu 17,5 g/dm3, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się wirowaniu, ultrafiltracji, nanofiltracji oraz elektrodializie z membraną bipolarną.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego.

Kwas alfa-ketoglutarowy występuje w organizmach żywych jako związek pośredni w cyklu kwasów trikarboksylowych oraz w biosyntezie aminokwasów. Związek ten posiada wiele interesujących właściwości chemicznych i funkcjonalnych co umożliwia jego zastosowanie w różnorodnych obszarach (Blonde-Cynober F., Aussel C., Cynober L., Nutrition, 19, 73-75, 2003; Kamzolova S. V., Morgunov I. G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 97, 5517-5525, 2013; Wu N., Yang M., Gaur U. Xu H., Yao Y., Li D., Biomol. Ther., 24, 1-8. 2016; Song Y., Li J., Shin H-D., Liu L., Du G., Chen J., Bioresour. Technol., 219, 716-724, 2016; Bayliak M. M., Lylyk M. P., Shmihel H. V., Sorohynska O. M., Semchyshyn O. I., Storey J. M., Storey K. B., Lushchak V., Comp. Biochem. Physiol., 204, 28-39, 2017). Używany jest w produkcji dodatków do żywności, suplementów diety, farmaceutyków, biodegradowalnych polimerów i preparatów stosowanych w rolnictwie. Ponadto kwas AKG stosuje się jako substrat w biochemicznej diagnostyce np. zapalenia wątroby, zawału mięśnia sercowego, dystrofii mięśniowej i in. Stwierdzone właściwości prozdrowotne kwasu AKG stanowią o możliwości jego stosowania jako dodatku do żywności (często w kompleksach np. z aminokwasami).

Kwas alfa-ketoglutarowy (AKG) jest jednym z kwasów organicznych, stanowiących przykład tzw. zielonych chemikaliów, które mogą być otrzymywane drogą biokonwersji jako efekt metabolizmu drobnoustrojów (Chernyavskaya O. G., Shishkanova N. V., Il'chenko A. P., Finogenova T. V., Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 152-158, 2000; Holz M., Otto C., Kretzschmar A., Yovkova V., Aurich A., Potter M., Marx A., Barth G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 89, 1519-1526, 2011; Yin X., Madzak C., Du G., Zhou J., Chen J., Appl. Microbiol. Biotechnol., 96, 1527-1537, 2012; Rywińska A., Juszczyk P., Wojtanowicz M., Robak M., Lazar Z., Tomaszewska L., Rymowicz W., Biomass Bioenerg., 48, 148-166, 2013; Cybulski K., Rymowicz W., Tomszewska-Hetman L., Rywińska A., Inż. Ap. Chem., 54, 74-76, 2015; Zeng W., Du G., Chen J., Li J., Zhou J., Process Biochem., 50, 1516-1522, 2015; Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Chen G., Appl. Microbiol. Biotechnol. 100, 9875-9884, 2016).

Biotechnologiczna konwersja źródeł węgla (glicerolu, melasy, n-parafin, serwatki, etanolu, i in.) z zastosowaniem mikroorganizmów do małocząsteczkowych związków organicznych, stanowi przyjazną dla środowiska metodą pozyskiwania cennych surowców. Jednakże, powstały w procesie biokonwersji płyn pofermentacyjny jest bardzo złożoną mieszaniną, która obok głównego produktu, np. kwasu AKG zawiera znaczne ilości biomasy oraz szereg zanieczyszczeń, takich jak: reszty nieprzereagowanych substratów, niejonowe związki organiczne oraz liczne sole nieorganiczne. Ponadto, należy podkreślić, że powstały w efekcie biokonwersji kwas karboksylowy (np. AKG) obecny w medium pofermentacyjnym występuje nie w formie kwasowej, a jako sól (najczęściej sodowa) danego kwasu karboksylowego.

Proponowanych jest wiele metod separacji, które mogą być zastosowane do wydzielania małocząsteczkowych związków organicznych z pofermentacyjnych roztworów wodnych, m.in.: krystalizacja: Gebauer D., Kellermeier M., Gale J. D., Bergstrom L., Colfen H., Chem. Soc. Rev., 43, 2348-2371, 2014; Li Q., Wang D., Wu Y., Li W. L., Zhang Y. J., Xing J. M., Su Z. G., Sep. Purif. Technol,, 72, 294-300, 2010, adsorpcja: Nam H-G., Park K-M., Lim S. S., Mun S., J. Chemi. Eng. Data., 56, 464-471, 2011, strącanie: Cao Y., Zhang R., Sun C., Cheng T., Liu Y., Xian M., BioMed Res. Int., 1-12, 2013, czy też metody ekstrakcyjne: de Souza Moraes L., de Araujo Kronemberger F., Conceięao Ferraz H., Habert A. C., J. Ind. Eng. Chem., 21,206-211,2015; Zhang W., Liu X., Fan H., Zhu D., Wu X., Huang X., Tang J., Ind. Crop. Prod., 86, 231-238, 2016: Huh Y. S., Jun Y-S., Hong Y. K., Song H., Lee S. Y., Hong W. H., Process. Biochem., 41, 1461-1465, 2006; CN 1887843 A; US 5168055 A. Jednakże, ze względu na konieczność stosowania dodatkowych substancji chemicznych, np. rozpuszczalników organicznych, techniki te mogą mieć niekorzystny wpływ na środowisko naturalne. Liczne doniesienia literaturowe wskazują, że zastosowanie technik membranowych pozwala na efektywne i bezodpadowe pozyskanie cennych surowców biokonwersji (Manttari M., Lahti J., Hatakka H., Louhi-Kultanen M., Kallioinen M., A Feasibility Study of a Novel Electro-Membrane Based Process to Acidify Kraft Black Liquor and Extract Lignin, J. Mem. Sci., 490, 84-91,2015; Li Q-Z., Jiang X-L., Feng X-J., Wang J-M., Sun Ch., Zhang H-B., Xian M., Liu H-Z., Recovery Processes of Organic Acids from Fermentation Broths in the Biomass-Based Industry, J. Microbiol. Biotechnol., 26, 1-8, 2016; Jones R. J., Massanet-Nicolau J., Guwy A., Premier G. C., Dinsdale R. M., Reilly M., Removal and recovery of inhibitory volatile fatty acids from mixed acid fermentations by conventional electrodialysis, Bioresource Technol., 189, 279-284,

2015; Zhang L., Weng H-X., Chen H-L., Gao C-J., Remove volatile organie compounds (VOCs) with membrane separation techniques, J. Environ. Sci. (China), 14, 181-187, 2002; US 20140371486 A1; US 20050003499 A1; US 8999171 B2.

Ze względu na dużą ilość składników obecnych w rzeczywistych roztworach pofermentacyjnych skuteczne i efektywne wydzielanie małocząsteczkowych związków organicznych jest problematyczne, a niekiedy wręcz niemożliwe do zrealizowania przy zastosowaniu jednej techniki separacji. Obecność zarówno biomasy, jak i wielu różnych związków organicznych oraz nieorganicznych soli, szczególnie magnezowych i wapniowych, skłania do prowadzenia procesów separacji w wieloetapowych układach zintegrowanych, np. mikrofiltracja - nanofiltracja; elektrodializa - nanofiltracja - dializa Donnana; ultrafiltracja - elektrodializa bipolarna - ewaporacja - destylacja - krystalizacja próżniowa; nanofiltracja - elektrodializa bipolarna - ekstrakcja reaktywna (T. K. Mai, S. Rodtong, Y. Baimark, J. Rarey, A. Boontawan, Membrane-based purification of optically pure D-lactic acid from fermentation broth to poly(D-lactide) polymer, Journal of Membrane Science, 551, 2018, 180-190; P. Khunnonkwao, K. Jantama, S. Kanchanatawee, S. Galier, H. Roux-de Balmann, A two steps membrane process for the recovery of succinic acid from fermentation broth, Separation and Purification Technology, 207, 2018, 451-460; N. Phanthumchinda, S. Thitiprasert, S. Tanasupawat, S. Assabumrungrat, N. Thongchul, Process and cost modeling of lactic acid recovery from fermentation broths by membrane-based process, Process Biochemistry, 68, 2018, 205-213; W. Cao, Y. Wang, J. Luo, J. Yin, Y. Wan, Improving α, ω-dodecanedioic acid productivity from n-dodecane and hydrolysate of Candida cells by membrane integrated repeated batch fermentation, Bioresource Technology, 260, 2018, 9-15; P. Pal, R. Kumar, J. Nayak, S. Banerjee, Fermentative production of gluconic acid in membrane-integrated hybrid reactor system: Analysis of process intensification, Chemical Engineering & Processing: Process Intensification 122, 2017, 258-268; N. Thi, H. Thuy, A. Boontawan, Production of very-high purity succinic acid from fermentation broth using microfiltration and nanofiItration-assisted crystallization, Journal of Membrane Science, 524, 2017, 470-481; C. Jiang, Y. Wang, T. Xu, Membranes for the recovery of organic acids from fermentation broths. Membrane Technologies for Biorefining, Book chapter, 2016, pp. 135-161; C.J. Davey, A. Havill, D. Leak, D.A. Patterson, Nanofiltration and reverse osmosis membranes for purification and concentration of a 2,3-butanediol producing gas fermentation broth, Journal of Membrane Science, 518, 2016, 150-158; M. J. Woźniak, K. Prochaska, Fumaric acid separation from fermentation broth using nanofiltration (NF) and bipolar electrodialysis (EDBM), Separation and Purification Technology, 125, 2014, 179-186; K. Prochaska, K. Staszak, M. J. Woźniak-Budych, M. Regel-Rosocka, M. Adamczak, M. Wiśniewski, J. Staniewski, Bioresource Technol., 167, 219-225, 2014).

Jak dotąd nie odnotowano żadnych doniesień wskazujących na zastosowanie wieloetapowych zintegrowanych układów membranowych do wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego.

Istotą wynalazku jest sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym typu: wirowanie (CE) - ultrafiltracja (UF) - nanofiltracja (NF) - elektrodializa z membraną bipolarną (EDBM). W sposobie według wynalazku w pierwszej kolejności rzeczywisty płyn pofermentacyjny zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się wirowaniu w celu usunięcia biomasy oraz cząstek stałych.

Proces wirowania prowadzi się przy szybkości 4 000 obr/min, uzyskując rozdział płynu pofermentacyjnego od biomasy oraz cząstek stałych.

Następnie roztwór płynu pofermentacyjnego pozbawionego biomasy otrzymanego po wirowaniu poddaje się procesowi ultrafiltracji, który prowadzi się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej kDa i powierzchni aktywnej 320 cm² w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 0,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm³/h.

Oczyszczony i klarowny roztwór permeatu uzyskany po procesie ultrafiltracji poddaje się w dalszej kolejności nanofiltracji, którą przeprowadza się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 1000 Da i powierzchni aktywnej 123 cm² w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 1,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm³/h.

Podczas etapu separacji nanofiltracyjnej następuje częściowe oddzielenie produktu od zanieczyszczeń wielkocząsteczkowych (proteiny, cukry) oraz jonów nieorganicznych będących pozostałością pożywki hodowlanej.

Następnie oczyszczony roztwór permeatu uzyskany po procesie nanofiltracji poddaje się separacji jako diluat w procesie elektrodializy z membraną bipolarną, którą przeprowadza się stosując stos elektrodialityczny wyposażony w 10 membran bipolarnych, 10 membran anionowymiennych oraz 1 membranę kationowymienną, każda o powierzchni aktywnej równej 207 cm² w określonych warunkach procesowych: obecność roztworu kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm³ w komorze koncentratu, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 100 dm³/h, wartość gęstości prądu 115 A/m² oraz w temperaturze 25±2°C. Korzystnym jest, aby roztwór koncentratu uzyskany po procesie elektrodializy z membraną bipolarną poddać zatężaniu oraz krystalizacji do formy stałej kwasu alfa-ketoglutarowego.

Dzięki zastosowaniu sposobu separacji i zatężania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

• wstępne oczyszczenie rzeczywistego płynu pofermentacyjnego z pozostałości materiału biologicznego i związków wielkocząsteczkowych po procesie fermentacji oraz całkowitą redukcję mętności roztworu w procesie wirowania oraz ultrafiltracji;

• częściową separację kwasu alfa-ketoglutarowego od związków wielkocząsteczkowych (proteiny, cukry) oraz soli nieorganicznych znajdujących się w roztworze w procesie nanofiltracji;

• całkowite wydzielenie kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego w procesie elektrodializy z membraną bipolarną;

• konwersję soli kwasu alfa-ketoglutarowego do kwasu alfa-ketoglutarowego dzięki zastosowaniu membran bipolarnych;

• otrzymanie wysokiej czystości kwasu alfa-ketoglutarowego o dużym stężeniu w wieloetapowym procesie separacji: typu CE - UF - NF - EDBM w układzie zintegrowanym.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został zaprezentowany na rysunku gdzie fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu zintegrowanego; fig. 2 przedstawia wykres zmiany strumienia permeatu w czasie procesu ultrafiltracji płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7; fig. 3 przedstawia wykres zmiany strumienia permeatu w czasie procesu nanofiltracji płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7; fig. 4 przedstawia budowę i konfigurację zastosowanego stosu elektrodialitycznego; fig. 5 przedstawia wykres zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w komorze koncentratu w czasie trwania EDBM rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ (pH 2,8, gęstość prądu 115 A/m²); fig. 6 przedstawia wykres zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w komorze koncentratu w czasie trwania EDBM rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ (pH 2,4, gęstość prądu 115 A/m²).

Istotę wynalazku ilustrują następujące przykłady:

Przykład 1

Etap 1

Ultrafiltracja rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ oraz pH od 2,4 do 3,7 po procesie wirowania (oczyszczanie i klarowanie rzeczywistego płynu pofermentacyjnego).

Roztwór rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy, o objętości 20 dm³, po wcześniejszym odwirowaniu biomasy stanowiącej odpad po procesie konwersji mikrobiologicznej, zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddano separacji w procesie ultrafiltracji. Proces ultrafiltracji prowadzono w układzie wyposażonym w membranę ceramiczną, przy ciśnieniu transmembranowym równym 0,2 MPa, przy natężeniu przepływu nadawy wynoszącym 350 dm ³/h, w temperaturze 30±2°C przez ok. 10 godzin. W wyniku ultrafiltracji separowany roztwór został rozdzielony na dwie frakcje o objętości: 15 dm³ - permeat oraz 5 dm³ - koncentrat. Uzyskany permeat po ultrafiltracji poddano separacji techniką nanofiltracji. Zmianę strumienia permeatu uzyskanego w czasie procesu ultrafiItracji przedstawiono na fig. 2.

Etap 2

Nanofiltracja rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ oraz pH od 2,4 do 3,7 (częściowe usuwanie protein, cukrów oraz jonów nieorganicznych).

Roztwór rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego po procesie wstępnego wirowania i ultrafiltracji, o objętości 15 dm³, zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddano separacji w procesie nanofiltracji. Proces nanofiltracji prowadzono w układzie wyposażonym w membranę ceramiczną, przy ciśnieniu transmembranowym równym 1,2 MPa, przy natężeniu przepływu nadawy wynoszącym 350 dm³/h, w temperaturze 30±2°C przez ok. 4 godziny. W wyniku nanofiltracji separowany roztwór został rozdzielony na dwie frakcje o objętości: 7 dm³ - permeat oraz 8 dm³ - koncentrat. Uzyskany permeat po nanofiltracji poddano separacji techniką elektrodializy z membraną bipolarną. Zmianę strumienia permeatu uzyskanego w czasie procesu nanofiltracji przedstawiono na fig. 3.

Etap 3

Elektrodializa z membraną bipolarną rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ (pH 2,8, gęstość prądu 115 A/m²) (badanie wpływu wyjściowego stężenia AKG).

Elektrodializie z membraną bipolarną poddano rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymanego po procesie wstępnego oczyszczania technikami wirowania, ultrafiltracji oraz nanofiltracji zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 15 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ oraz pH 2,8. Roztwór separowany w objętości 1,5 dm³ wprowadzono do komory diluatu, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory koncentratu w objętości 1,5 dm³ zawierał kwas alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm³ i pH ok. 2,5. Proces EDBM prowadzony był w elektrodializerze wyposażonym w stos membranowy składający się z 10 membran anionowymiennych, 10 membran bipolarnych oraz jednej membrany kationowymiennej o powierzchni aktywnej każdej z membran równej 207 cm², przy stałej wartości gęstości prądu równej 115 A/m². Proces prowadzono przez 35 min, przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 100 dm³/h, w temperaturze 27°C. Uzyskane zmiany stężenia kwasu alfaketoglutarowego w czasie prowadzenia procesu EDBM w komorze koncentratu przedstawiono na fig. 5.

Przykład 2

Przykład odnosi się jedynie do wariantowego etapu EDBM (Etap 3). Elektrodializa z membraną bipolarną rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ (pH 2,4, gęstość prądu 135 A/m²) (badanie wpływu wyjściowego stężenia AKG).

Elektrodializie z membraną bipolarną poddano rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymanego po procesie wstępnego oczyszczania technikami wirowania, ultrafiltracji oraz nanofiltracji zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³ oraz pH 2,4. Roztwór separowany o objętości 1,5 dm³ wprowadzono do komory diluatu, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory koncentratu (1,5 dm³) zawierał kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 1 g/dm³ i pH ok. 2,5. Proces EDBM prowadzony był w elektrodializerze wyposażonym w stos membranowy składający się z 10 membran anionowymiennych, 10 membran bipolarnych oraz jednej membrany kationowymiennej o powierzchni aktywnej każdej z membran równej 207 cm², przy stałej wartości gęstości prądu równej 115 A/m². Proces prowadzono przez 60 min, przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 100 dm³/h, w temperaturze 25°C. Uzyskane zmiany stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w czasie prowadzenia procesu EDBM w komorze koncentratu przedstawiono na fig. 6

Claims (2)

1. Sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w wyniku biokonwersji glukozy w układzie zintegrowanym, znamienny tym, że rzeczywisty płyn pofermentacyjny otrzymany w wyniku biokonwersji glukozy zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu od 5 do 25 g/dm³, kwas mlekowy o stężeniu 8,5 g/dm³, kwas octowy o stężeniu 1,1 g/dm³, 1,2-propanediol o stężeniu 0,2 g/dm³, etanol o stężeniu 17,5 g/dm³, oraz wartości pH od 2,4 do 3,7 poddaje się w pierwszej kolejności wirowaniu przy szybkości 4 000 obr/min, uzyskując rozdział płynu pofermentacyjnego od biomasy oraz cząstek stałych, następnie roztwór płynu pofermentacyjnego pozbawionego biomasy otrzymanego po wirowaniu poddaje się procesowi ultrafiltracji, który prowadzi się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 50 kDa i powierzchni aktywnej 320 cm² w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 0,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm³/h, po czym oczyszczony permeat poddaje się nanofiltracji, którą przeprowadza się z zastosowaniem membran ceramicznych o granicznej masie molowej 1000 Da i powierzchni aktywnej 123 cm² w temperaturze 30±2°C i przyłożonym ciśnieniu transmembranowym 1,2 MPa oraz natężeniu przepływu nadawy 350 dm ³/h, w dalszej kolejności oczyszczony roztwór permeatu uzyskany po procesie nanofiltracji poddaje się separacji jako diluat w procesie elektrodializy z membraną bipolarną, którą przeprowadza się stosując stos elektrodialityczny wyposażony w 10 membran bipolarnych, 10 membran anionowymiennych oraz 1 membranę kationowymienną, każda o powierzchni aktywnej równej 207 cm² w określonych warunkach procesowych: obecność roztworu kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 1 g/dm³ w komorze koncentratu, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 100 dm³/h, wartość gęstości prądu 115 A/m² oraz w temperaturze 25±2°C.

2. Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że roztwór koncentratu uzyskany po procesie elektrodializy z membraną bipolarną poddaje się zatężaniu oraz krystalizacji do formy stałej kwasu alfa-ketoglutarowego.