PL242680B1 - Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych techniką wymuszonej osmozy (FO) - Google Patents
Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych techniką wymuszonej osmozy (FO) Download PDFInfo
- Publication number
- PL242680B1 PL242680B1 PL436082A PL43608220A PL242680B1 PL 242680 B1 PL242680 B1 PL 242680B1 PL 436082 A PL436082 A PL 436082A PL 43608220 A PL43608220 A PL 43608220A PL 242680 B1 PL242680 B1 PL 242680B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- concentration
- alpha
- ketoglutaric acid
- acid
- solution
- Prior art date
Links
- KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-N 2-oxoglutaric acid Chemical compound OC(=O)CCC(=O)C(O)=O KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- HWXBTNAVRSUOJR-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxyglutaric acid Natural products OC(=O)C(O)CCC(O)=O HWXBTNAVRSUOJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 229940009533 alpha-ketoglutaric acid Drugs 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 20
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 13
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 12
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 11
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims description 8
- 230000000065 osmolyte Effects 0.000 claims description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 3
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 3
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- FECNVDHIIJYRIA-UHFFFAOYSA-N 2-oxopentanedioic acid Chemical compound OC(=O)CCC(=O)C(O)=O.OC(=O)CCC(=O)C(O)=O FECNVDHIIJYRIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009292 forward osmosis Methods 0.000 description 27
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 5
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 4
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000011044 succinic acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Substances OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-L 2-oxoglutarate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC(=O)C([O-])=O KPGXRSRHYNQIFN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QISOBCMNUJQOJU-UHFFFAOYSA-N 4-bromo-1h-pyrazole-5-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C=1NN=CC=1Br QISOBCMNUJQOJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 5-aminoisoindole-1,3-dione Chemical compound NC1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186226 Corynebacterium glutamicum Species 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Natural products OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 208000001132 Osteoporosis Diseases 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 1
- 241000187561 Rhodococcus erythropolis Species 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 241000607715 Serratia marcescens Species 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical compound ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000235015 Yarrowia lipolytica Species 0.000 description 1
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 208000029039 cyanide poisoning Diseases 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 230000037149 energy metabolism Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 239000003978 infusion fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M monosodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M 0.000 description 1
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004223 monosodium glutamate Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 239000002417 nutraceutical Substances 0.000 description 1
- 235000021436 nutraceutical agent Nutrition 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000002913 oxalic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036542 oxidative stress Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000022558 protein metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L succinate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC([O-])=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- -1 succinic Chemical class 0.000 description 1
- 150000003444 succinic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000004102 tricarboxylic acid cycle Effects 0.000 description 1
- 230000003604 ureolytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z roztworów modelowych oraz rzeczywistego płynu pofermentacyjnego, w którym kwas alfa-keloglutarowy obecny w wieloskładnikowych roztworach modelowych oraz rzeczywistym płynie pofermentacyjnym ulega zatężeniu z zastosowaniem techniki wymuszonej osmozy.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem techniki wymuszonej osmozy (ang. forward osmosis) (FO).
Kwas alfa-ketoglutarowy (AKG) podobnie jak kwas cytrynowy, fumarowy czy maleinowy zaliczany jest do grupy kwasów cyklu trikarboksylowego, tzw. cyklu Krebsa (W. Zeng, H. Zhang, S. Xu, F. Fang, J. Zhou, Biores. Resourc., 243, 2017, 1037-1043). Należy również nadmienić, że kwas alfa-ketoglutarowy spełnia istotną rolę w metabolizmie komórkowym (pomost pomiędzy metabolizmem energii i białka), a także stanowi prekursor syntezy glutaminianu i glutaminy (Tugnoli B., Giovagoni G., Piva A., Grilli E., Animals, 10, 2020, 134). Co więcej, kwas alfa-ketoglutarowy zaliczany jest do grupy nutraceutyków tj. ważnej klasy związków pełniących funkcję prozdrowotną i zapobiegających chorobom (Liu L., Chen C., doi.org/10.1007/978- 981 15-0446-4_1). Kwas alfa-ketoglutarowy posiada szereg zastosowań praktycznych w tym jako: składnik płynów infuzyjnych (Khan I., Qayyum S., Maqbool F., Farooqui M-uR., Hayat A., Sharif M., Indian. J. Mar. Sci., 46, 2017, 11), stosowany do wytwarzania środka medycznego użytecznego w profilaktyce i/lub leczeniu stanów chorobowych wywołanych przez bakterie ureolityczne (EP 1 917 959 B1), do ochrony przed zatruciem cyjankami (Kamzolova S. V., Chiglintseva M., N., Lunina J. N., Morgunov I. G, Appl. Microbiol. Biotechnol., 96 (2012) 783-791), do kontroli i zapobiegania stresowi oksydacyjnemu u ludzi i zwierząt (Otto Ch., Yovkova V., Aurich A., Mauersberger S., Barth G., Appl. Microbiol. Biotechno., 95 (2012) 905-917). Dodatkowo, kwas alfa-ketoglutarowy stosowany jako dodatek żywieniowy przyczynia się do rozwoju układu kostnego młodych organizmów, zahamowania procesu osteoporozy u kobiet, wzrostu masy mięśniowej oraz wpływa korzystnie na przyspieszenie procesu gojenia się ran (Grzesiak P., Słupecka-Zielińska M., Woliński J,. Developmental Period Medicine, 20, 2016, 1). Co więcej, w literaturze przedmiotu opisane są przykłady zastosowania kwasu alfa-ketoglutarowego jako substratu w reakcji termicznej polikondensacji do elastomeru tj. poli(triolu alfa-ketoglutaranu) (Barrett D. G, Yousaf M. N., Macromolecules, 41 (2008) 6347-6352) oraz w reakcji syntezy nowych N-heterocyklicznych związków stosowanych w leczeniu chorób nowotworowych (Li Y., Sun L., Feng J., Wu R., Xu Q., Zhang C., Chen N., Xie X., Bioprocess. Biosyst. Eng., 39 (2016) 967-976). Na skalę przemysłową kwas alfa-ketoglutarowy produkowany jest w procesie wieloetapowej syntezy chemicznej z zastosowaniem estrów dietylowych kwasu bursztynowego i szczawiowego z około 75% wydajnością (Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Chen G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 23 (2016) 100). Z drugiej strony, metoda syntezy chemicznej oparta na utlenianiu kwasu glikolowego glutaminianem sodu wymaga zastosowania katalizatora miedziowego, ale także jest mało wydajna i generuje duże ilości niebezpiecznych odpadów (Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Chen G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 23 (2016) 100). Jedną z głównych alternatywnych, przyjaznych dla środowiska metod pozyskiwania kwasu alfa-ketoglutarowego jest jego mikrobiologiczna produkcja z zastosowaniem szczepów bakteryjnych (Arthrobacter paraffineus, Pseudomonas fluorescens, Serratia marcescens, Corynebacterium glutamicum, Bacillus ssp) oraz drożdży Yarrowia Lipolytica (Guo H., Su S., Madzak C., Zhou J., Chen H., Appl. Microbiol. Biotechnol., 100, 9875-9884). Sposób bioprodukcji AKG został szeroko opisany w literaturze światowej oraz licznych patentach (Chemyavskaya O. G., Shishkanova N. V., Il'chenko A. R, Finogenova T. V., Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 152-158, 2000; Holz M., Otto Ch., Kretzschmar A., Yovkova V., Aurich A., Potter M., Marx A., Barth G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 89, 1519-1526, 2011; Yin X., Li J., Shin H-D., Du G., Liu L., Chen J., Biotechnol. Adv., 33, 830-841,2015; Yin X., Madzak C., Du G., Zhou J., Chen J., Appl. Microbiol. Biotechnol., 96, 1527-1537, 96, 2012; Li Y., Sun L., Feng J. Wu R., Xu Q., Zhang C., Chen N., Xie X., Bioprocess. Biosyst. Eng., 39, 967-976, 2016; US 2,776,926). Należy podkreślić, że produktem finalnym każdego procesu biotechnologicznego jest wieloskładnikowa mieszanina (tzw. płyn pofermentacyjny), która oprócz głównego metabolitu zawiera również reszty nieprzereagowanych substratów, biomasę, cukry, poliole oraz sole nieorganiczne będące pozostałością pożywki hodowlanej. Co więcej, stężenia głównych metabolitów płynu pofermentacyjnego zazwyczaj nie przekraczają 10%. W konsekwencji, koszt separacji, zatężania i oczyszczania głównego metabolitu pozyskiwanego na drodze mikrobiologicznej konwersji może stanowić od 50-80% całkowitego kosztu produkcyjnego. Do głównych metod stosowanych w procesie separacji i zatężania głównych produktów fermentacji zaliczyć należy metody klasyczne w tym: destylacja, ekstrakcja rozpuszczalnikowa, wymiana jonowa i strącanie (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; Cao Y., Zhang R., Sun
C., Cheng T., Liu Y., Xian M., BioMed Res. Int., 1-12, 2013; 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). Jednakże, procesy te wymagają dużej ilości niebezpiecznych rozpuszczalników oraz wysokich nakładów energetycznych, co może znacząco wpływać na wzrost całkowitego kosztu procesu izolacji pożądanego metabolitu małocząsteczkowego. Sposoby wydzielania kwasu AKG z zastosowaniem metod klasycznych opisano szeroko w literaturze (Peng X., Zeng W., Xu S., Zha J., Zhou, J., Xu G., Biotechnol Prog., 34, 2018, 1370-1379; Zeng W., Xu S., Du G., Liu S., Zhou J., Biopropc. Biosyst. Eng., 41, 2018, 1519-1527; US 2,724,680). Z drugiej strony, w ostatnich latach obserwowany jest wzrost zainteresowania procesami izolacji i zatężania kwasów organicznych z płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem przyjaznych dla środowiska metod należących do grupy technik membranowych w tym: mikrofiltracji (MF), ultrafiltracji (UF), nanofiltracji (NF), odwróconej osmozy (RO), elektrodializy klasycznej (ED), elektrodializy z membraną bipolarną (EDBM) (Manttari M., Lahti J., Hatakka H., Louhi-Kultanen M., Kallioinen M., A., 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., J. Microbiol. Biotechnol., 26, 1-8, 2016; Jones R. J., Massanet-Nicolau J., Guwy A., Premier G C.,
Dinsdale R. M., Reilly M., Bioresource Technol., 189, 279-284, 2015; Zhang L., Weng H—X., Chen HL., Gao C-J., J. Environ. Sci. (China), 14, 181-187, 2002; US 20140371486 A1; US 20050003499 A1; US 8999171 B2). Warto zaznaczyć, że sposób separacji kwasu alfa-ketoglutarowego z jednoczesnym elektro-zakwaszaniem techniką EDBM został opisany w literaturze przedmiotu i patentach (Szczygiełda M., Prochaska K., J. Membr. Sci., 536, 2017, 37-43; Szczygiełda M. Prochaska K., Sep. Sci. Technol., 55, 2020; Szczygiełda M., Prochaska K., Des. Wat. Treat., 128, 2018, 27-
-33; PL 232558 B1; PL 231635 B1). Co więcej, w ostatnim czasie obserwowany jest wzrost zainteresowania procesem osmozy wymuszonej (ang. Forward Osmosis) (FO) stosowanym jako jeden z etapów separacji i zatężania kwasów organicznych w tym: kwasu bursztynowego, octowego, propionowego oraz mlekowego (Law Y. J., Mohammad A. W., 51,2017, 264-270; Law J. Y., Mohamma A. W., Tee Z. K., Zaman N. K., Jahim J. M., Santanaraj J., Sajab M. S., 583, 2019, 139-151; Garcia-Aguirre J., Morales-Alvarado M., Fotidis I. A., Angelidaki L, Biochem. Eng. J., 155, 2020, 107482; US/2012/0118827 A1; Law Y. J., Mohammad A. W., Int. J. Biomas. Renew., 5, 2016, 813). W procesie FO transport wody przez półprzepuszczalną membranę jest konsekwencją osmotycznej różnicy ciśnień pomiędzy roztworem o niskim zasoleniu (ang. Feed solution), a roztworem silnie skoncentrowanym (osmolit) (ang. Draw solution) (Chen G Q., Artemi A., Lee J., Gras S. L., Kentish S. E., Sep. Purif. Technol., 215, 2019, 652-659; Volpin F., Yu H., Cho J. Lee C. Phuntsho S., Ghaffour N., Vrouwevalder J. S., Shon H. K., J. Hazard. Mater., 378, 2019, 120724; Johnson D. J., Suwileh W. A., Mohammed A. W., Hilal N., Desalination, 434, 2018, 100-120). Ze względu na proekologiczny charakter, niższy koszt operacyjny oraz mniejszą podatność na blokowanie membran (brak ciśnienia hydraulicznego), w porównaniu do tradycyjnych ciśnieniowych procesów membranowych (mikro-, ultra-, nanofiltracja, odwrócona osmoza) proces FO znajduje zastosowanie w obszarze odsalania wody oraz oczyszczania ścieków (Zheng L., Price W. E., He T., Nghiem L. D., Desalination, 476, 2020, 114215;Khan J. A., Shon H. K., Nghiem L. D., Curr. Poll. Rep., 5, 2019, 337-352). Ponadto proces FO jest nisko-energochłonną alternatywą dla klasycznych metod zatężania (odparowanie/ destylacja) (Zohrabian L., Hankins N. P., Field R. W., J. Water Proc. Eng., 33, 2020, 101042; Qasim M., Mohammed F., Aidan A., Darwish N. A., Deslination, 423, 2017, 12-20). Dlatego też, takie rozwiązanie znacząco ogranicza koszty związane z usunięciem nadmiaru wody z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego lub ze strumieni uzyskiwanych na poszczególnych etapach separacji pożądanego metabolitu. Przykładowa koncepcja zatężania bursztynianów z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego w układzie hybrydowym NF - FO została przedstawiona przez J. Y. Law i współ. (Law Y. J., Mohammad A. W., 51,2017, 264-270). Z kolei, w pracy pt. „Recovery of succinic acid from fermentation broth by forward osmosis assisted crystallization process” (Law J. Y, Mohamma A. W., Tee Z. K., Zaman N. K., Jahim J. M., Santanaraj J., Sajab M. S., 583, 2019, 139-151), autorzy przedstawili sposób wydzielania kwasu bursztynowego w układzie sekwencyjnym typu: wirowanie - adsorpcja na węglu aktywnym - wirowanie/filtracja - wymuszona osmoza - zakwaszanie - krystalizacja - suszenie, uzyskując produkt o wysokiej czystości 90,52%. Jednocześnie, cytowani autorzy podkreślają wysokie znaczenie aplikacyjne zaproponowanego rozwiązania w przemyśle bioprocesowym.
Jednakże, należy wyraźnie podkreślić, że nie odnotowano żadnych doniesień wskazujących na zastosowanie procesu wymuszonej osmozy do zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego z roztworów modelowych, a w szczególności rzeczywistych płynów pofermentacyjnych.
Istotą wynalazku jest sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego z roztworów modelowych oraz rzeczywistego płynu pofermentacyjnego otrzymanego w procesie biokonwersji glukozy techniką wymuszonej osmozy (FO). W sposobie według wynalazku jednoskładnikowy modelowy roztwór kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu równym 10 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 5 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, wieloskładnikowy roztwór modelowy zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, albo rzeczywisty płyn pofermentacyjny zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, zatęża się techniką wymuszonej osmozy (FO), z zastosowaniem modułu membranowego wyposażonego w membranę dedykowaną do procesu wymuszonej osmozy wykonanej z tri-octanu celulozy, o łącznej powierzchni aktywnej membrany równej 155 cm2, w określonych warunkach procesowych: zastosowanie roztworu o objętości początkowej równej 1 dm3 oraz pH w zakresie od 2 do 5 (korzystnie 4) jako roztwór zasilający, zastosowanie wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu 4 M i objętości początkowej równej 0,6 dm3 jako roztwór osmotyczny (osmolit), recyrkulowanych w układzie zamkniętym, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 60 dm 3/h oraz temperaturze 25 ± 5°C. Korzystnym jest aby rzeczywisty płyn pofermentacyjny przed poddaniem procesowi zatężania techniką wymuszonej osmozy oczyścić aby usunąć biomasę i związki wielkocząsteczkowe.
Dzięki zastosowaniu sposobu zatężania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
• efektywne usunięcie wody z roztworów modelowych oraz rzeczywistego płynu pofermentacyjnego, • możliwość przyjaznego dla środowiska, nisko-energochłonnego zatężania roztworów modelowych kwasu alfa-ketoglutarowego oraz rzeczywistego płynu pofermentacyjnego.
Wynalazek w przykładowym wykonaniu został zaprezentowany na rysunku gdzie fig. 1 przedstawia wykres usunięcia wody z jednoskładnikowego roztworu kwasu alfa-ketoglutarowego w czasie trwania procesu FO, fig. 2 zmianę stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w jednoskładnikowym roztworze kwasu alfa-ketoglutarowego w czasie trwania procesu FO, fig. 3 usunięcia wody z modelowego płynu pofermentacyjnego zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, fig. 4 zmianę stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w modelowym płynie pofermentacyjnym zawierającym: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, fig. 5 usunięcia wody z rzeczywistego płynu pofermentacyjnego zawierającego: kwas alfaketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, fig. 6 zmianę stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w rzeczywistym płynie pofermentacyjnym zawierającym: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu.
Istotę wynalazku ilustrują następujące przykłady:
Przykład 1
Wymuszona osmoza jednoskładnikowego modelowego roztworu kwasu-alfa ketoglutarowego o stężeniu 10 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4.
Procesowi wymuszonej osmozy poddano jednoskładnikowy modelowy roztwór kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 10 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4. Roztwór zatężany wprowadzono do zbiornika zasilającego, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory osmolitu zawierał chlorek sodu o stężeniu 4 M. Proces FO prowadzono z zastosowaniem modułu membranowego wyposażonego w płaską membranę dedykowaną do procesu FO, o łącznej powierzchni aktywnej równej 155 cm 2. Membrana płaska w procesie FO zorientowana była warstwą aktywną do roztworu zasilającego. Proces FO prowadzono w układzie zamkniętym z recyrkulacją roztworów roboczych, przez 180 min. przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 60 dm3/h, w temperaturze 25 ± 5°C. Zmiana stopnia usunięcia wody z roztworu zasilającego oraz zmiana stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w roztworze zasilającym w czasie prowadzenia procesu FO została przedstawiona na fig. 1 oraz fig. 2.
Przykład 2
Wymuszona osmoza wieloskładnikowego roztworu modelowego zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4.
Procesowi wymuszonej osmozy poddano wieloskładnikowy roztwór modelowy zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4. Roztwór zatężany wprowadzono do zbiornika zasilającego, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory osmolitu zawierał chlorek sodu o stężeniu 4 M. Proces FO prowadzono z zastosowaniem modułu membranowego wyposażonego w płaską membranę dedykowaną do procesu FO o łącznej powierzchni aktywnej równej 155 cm2. Membrana płaska w procesie FO zorientowana była warstwą aktywną do roztworu zasilającego. Proces FO prowadzono w układzie zamkniętym z recyrkulacją roztworów roboczych, przez 180 min. przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 60 dm3/h, w temperaturze 25 ± 5°C. Zmiana stopnia usunięcia wody z roztworu zasilającego oraz zmiana stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w roztworze zasilającym w czasie prowadzenia procesu FO została przedstawiona na fig. 3 oraz fig. 4.
Przykład 3
Wymuszona osmoza rzeczywistego płynu pofermentacyjnego zawierającego: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4.
Procesowi wymuszonej osmozy poddano rzeczywisty płyn pofermentacyjny zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3, objętości 1 dm3 oraz pH 4. Roztwór zatężany wprowadzono do zbiornika zasilającego, podczas gdy roztwór wprowadzany do komory osmolitu zawierał chlorek sodu o stężeniu 4 M. Proces FO prowadzony z zastosowaniem modułu membranowego wyposażonego w płaską membranę dedykowaną do procesu FO o łącznej powierzchni aktywnej równej 155 cm2. Membrana płaska w procesie FO zorientowana była warstwą aktywną do roztworu zasilającego. Proces FO prowadzono w układzie zamkniętym z recyrkulacją roztworów roboczych, przez 900 min, przy stałym natężeniu przepływu roztworów roboczych równym 60 dm3/h, w temperaturze 25 ± 5°C. Zmiana stopnia usunięcia wody z roztworu zasilającego oraz zmiana stężenia kwasu alfa-ketoglutarowego w roztworze zasilającym w czasie prowadzenia procesu FO została przedstawiona na fig. 5 oraz fig. 6.
Claims (2)
1. Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG), z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem techniki wymuszonej osmozy, znamienny tym, że jednoskładnikowy modelowy roztwór kwasu alfa-ketoglutarowego o stężeniu 10 g/dm3, wieloskładnikowy roztwór modelowy zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 5,3 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,0 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 14,9 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, albo rzeczywisty płyn pofermentacyjny zawierający: kwas alfa-ketoglutarowy o stężeniu 10 g/dm3, kwas mlekowy o stężeniu 10,5 g/dm3, kwas octowy o stężeniu 1,5 g/dm3 oraz etanol o stężeniu 16,2 g/dm3 oraz wartości pH w przedziale od 2 do 4 regulowanej poprzez dodatek wodorotlenku sodu, zatęża się techniką wymuszonej osmozy (FO), z zastosowaniem modułu membranowego wyposażonego w membranę dedykowaną do procesu wymuszonej osmozy wykonanej z tri-octanu celulozy o łącznej powierzchni aktywnej membrany równej 155 cm2, w określonych warunkach procesowych: zastosowanie roztworu o objętości początkowej równej 1 dm3 oraz pH w zakresie od 2 do 4 (korzystnie 4) jako roztwór zasilający, zastosowanie wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu 4 M i objętości początkowej równej 0,6 dm3 jako roztwór osmotyczny (osmolit), recyrkulowanych w układzie zamkniętym, natężenie przepływu roztworów roboczych równe 60 dm3/h oraz temperaturze 25 ± 5°C.
2. Sposób według zastrzeżenia, znamienny tym, że rzeczywisty płyn pofermentacyjny przed zatężaniem z zastosowaniem procesu wymuszonej osmozy oczyszcza się aby usunąć biomasę i związki wielkocząsteczkowe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436082A PL242680B1 (pl) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych techniką wymuszonej osmozy (FO) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436082A PL242680B1 (pl) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych techniką wymuszonej osmozy (FO) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL436082A1 PL436082A1 (pl) | 2022-05-30 |
| PL242680B1 true PL242680B1 (pl) | 2023-04-03 |
Family
ID=81751152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL436082A PL242680B1 (pl) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Sposób zatężania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z modelowych oraz rzeczywistych płynów pofermentacyjnych techniką wymuszonej osmozy (FO) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242680B1 (pl) |
-
2020
- 2020-11-25 PL PL436082A patent/PL242680B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL436082A1 (pl) | 2022-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hülber-Beyer et al. | Low-waste fermentation-derived organic acid production by bipolar membrane electrodialysis—An overview | |
| JP6032012B2 (ja) | ２，３−ブタンジオールの製造方法 | |
| US20120118827A1 (en) | Method of concentrating low titer fermentation broths using forward osmosis | |
| US20130245320A1 (en) | Method for obtaining lactic acid with a high degree of purity from fermentative liquor | |
| KR20120132556A (ko) | 숙신산 디암모늄을 함유하는 발효액으로부터 숙신산을 제조하는 방법 | |
| Kumar et al. | Fermentative production of poly (γ-glutamic acid) from renewable carbon source and downstream purification through a continuous membrane-integrated hybrid process | |
| CN109504720B (zh) | 谷氨酸的绿色生产工艺 | |
| Zhao et al. | Lactic acid recovery from fermentation broth of kitchen garbage by esterification and hydrolysis method | |
| CN101891591A (zh) | 一种从发酵液中分离提取1,3-丙二醇的方法 | |
| Lech et al. | Batch electrodialysis of lactic acid obtained from LAB fermentation | |
| KR20130057540A (ko) | 젖산의 정제 방법 | |
| CN103468753B (zh) | 一种在黑曲霉发酵生产葡萄糖酸钠过程中的节水方法 | |
| CN101974151A (zh) | 一种生物基尼龙聚丁内酰胺的制备方法 | |
| KR20130025411A (ko) | 디아미노부탄（ｄａｂ）, 석신산 디니트릴（ｓｄｎ） 및 석신아미드（ｄａｍ）의 제조 방법 | |
| JP5458565B2 (ja) | コハク酸塩の製造方法 | |
| US20110201054A1 (en) | Process for improved recovery of fermentation products from intracellular and extracellular presence | |
| CN101492366B (zh) | 从发酵液中提取富马酸的方法 | |
| KR20230030600A (ko) | 아세트산을 발효액 또는 발효 폐액으로부터 회수 및 재사용하는 방법 | |
| KR20150098093A (ko) | 히드록시카르복실산의 암모늄 염으로부터 불포화 산을 제조하는 방법 | |
| JP6994805B2 (ja) | １，５－ジアミノペンタンの精製方法 | |
| JP4316992B2 (ja) | 乳酸エチル製造方法 | |
| Mishra et al. | Role of downstream processing for production and purification of fermentation-based products produced via whole-cell biotransformation | |
| PL242678B1 (pl) | Sposób wydzielania kwasu alfa-ketoglutarowego (AKG) z rzeczywistych płynów pofermentacyjnych z zastosowaniem zintegrowanego układu membranowego | |
| CN219670514U (zh) | 一种五倍子酸的提取浓缩装置 | |
| CN116162665B (zh) | 一种由d,l-草铵膦反应液制备l-草铵膦的方法及装置 |