DE19956239A1 - Recovery of biotechnological products comprises an additional wash step which is carried out with a previously obtained filtration liquid - Google Patents
Recovery of biotechnological products comprises an additional wash step which is carried out with a previously obtained filtration liquidInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von biotechnologischen Wert stoffen aus einer Rohlösung, worin die Biomasse und die wässerige, den Wertstoff enthal tende Lösung voneinander getrennt werden und die Wertstoff-Lösung mittels Ultrafiltration aufkonzentriert wird.The present invention relates to a method for obtaining biotechnological value substances from a raw solution, in which the biomass and the aqueous, contain the valuable substance ting solution are separated from each other and the recyclable material solution by means of ultrafiltration is concentrated.
Biotechnologische Wertstoffe, d. h. biotechnologisch hergestellte Produkte, finden eine ausgedehnte industrielle Anwendung in der pharmazeutischen Industrie und auch in der Lebensmittelindustrie.Biotechnological resources, d. H. biotechnologically manufactured products find one extensive industrial application in the pharmaceutical industry and also in the Food industry.
Zu den biotechnologischen Wertstoffen zählen z. B. Enzyme, die in der Lebensmittelindustrie, z. B. zur Herstellung von Milchprodukten, Getränken und Backwaren, und auch in der Textil industrie als Beizmittel und als Gerbereihilfsstoffe eingesetzt werden. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet von Enzymen sind die Wasch-, Waschhilfs- und Reinigungsmittel. Die Gewinnung von Enzymen erfolgt in der Regel über biotechnologische Verfahren. Ihre Isolierung aus den nach der Herstellung erhaltenen Enzymrohlösungen ist jedoch sehr auf wendig, da sie meist eine große Anzahl von Begleitstoffen enthalten, die sich nur mühsam von den Enzymen abtrennen lassen.The biotechnological materials include B. enzymes used in the food industry, e.g. B. for the production of milk products, beverages and baked goods, and also in the textile industry as a pickling agent and as a tanning agent. Another important one Enzymes are used in detergents, washing aids and cleaning agents. The Enzymes are usually obtained using biotechnological processes. Your However, isolation from the crude enzyme solutions obtained after the preparation is very open manoeuvrable, since they usually contain a large number of accompanying substances, which are difficult to handle get separated from the enzymes.
In der europäischen Patentanmeldung 0 200 032 A2 wird ein Verfahren zur Abtrennung von biotechnologisch hergestellten Wertstoffen aus einer Zellsuspension offenbart, das sich durch Querstrom-Mikrofiltration unter Verwendung poröser polymerer Rohre mit Mikroporen zwischen 0,3 und 0,5 µm und einer auf diesen liegenden trennaktiven Membran mit Mikroporen < 0,1 µm, die zu denen der porösen Rohe in einem Zahlenverhältnis zwischen 0,15 und 0,85 stehen, auszeichnet, über bzw. durch die die Fermenterlösung mit einer Geschwindigkeit < 2 m/s strömt und wobei ein Druckunterschied zwischen Konzentrat- und Permeatseite von weniger als 5 bar herrscht.European patent application 0 200 032 A2 describes a process for the separation of biotechnologically produced materials from a cell suspension, which is characterized by Cross-flow microfiltration using porous polymeric tubes with micropores between 0.3 and 0.5 µm and a separation-active membrane lying thereon Micropores <0.1 µm, which correspond to those of the porous tubes in a number ratio between 0.15 and 0.85 stand out, above or through which the fermenter solution with a Velocity flows <2 m / s and with a pressure difference between concentrate and Permeate side of less than 5 bar prevails.
Weiteren Stand der Technik stellt das Europäische Patent EP 0 564 476 B1 dar, nach dem ein Verfahren zur Herstellung eines Enzymgranulats beansprucht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst die unlöslichen Bestandteile aus der Fermentationsbrühe durch Mikrofiltration entfernt werden, die Fermentationsbrühe anschießend aufkonzentriert und schließlich mit einem bestimmten Zuschlagstoff vermischt wird.The European patent EP 0 564 476 B1, according to which a process for the production of an enzyme granulate is claimed, which thereby is characterized in that initially the insoluble constituents from the fermentation broth are removed by microfiltration, then the fermentation broth is concentrated and finally mixed with a certain aggregate.
Wegen der aufwendigen Herstellung und Isolierung von biotechnologischen Wertstoffen be steht ein ständiger Bedarf nach Verbesserung der Verfahren und Erhöhung der Ausbeute dieser Produkte.Because of the complex production and isolation of biotechnological materials there is a constant need to improve processes and increase yield of these products.
Der vorliegenden Erfindung lag demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfah ren zur Gewinnung von biotechnologischen Wertstoffen zur Verfügung zu stellen, worin die Wertstoffe mit hoher Ausbeute erhalten werden können.The present invention was accordingly based on the object of an improved method to provide for the extraction of biotechnological resources, in which the Recyclables can be obtained in high yield.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine deutliche Verbesserung der Wertstoff ausbeute erhalten werden kann, wenn man im Anschluss an die Kultivierung oder Fermentation die durch Separation der Kultur-, bzw. Fermenterbrühe abgetrennten Fest stoffe, bzw. Feststoffkonzentrate mit dem Filtrat wäscht, welches aus der Aufkonzentrierung der separierten Flüssigkeit erhalten wird. Durch das Nachwaschen der abgetrennten Feststoffkonzentrate können darin wasserlösliche Wertstoffe, insbesondere extrazelluläre Wertstoffe herausgelöst und der Wertstofflösung zugeführt werden.Surprisingly, it was found that there was a significant improvement in the recyclable material yield can be obtained if one follows the cultivation or Fermentation the solid separated by separation of the culture or fermentation broth washes substances or solid concentrates with the filtrate, which results from the concentration the separated liquid is obtained. By washing the separated Solid concentrates can contain water-soluble valuable substances, especially extracellular ones Valuable materials are extracted and added to the valuable materials solution.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Gewinnung von biotechnologisch hergestellten Wertstoffen aus Kultur- und/oder Fermenterlösungen, welches das Trennen der Biomasse von einer wässerigen, den Wertstoff enthaltenden Lösung bzw. Dispersion und anschließendes Filtrieren und Aufkonzentrieren der Wertstoff haltigen Lösung mittels Ultrafiltration umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Feststoffe oder Feststoffkonzentrate einem Waschschritt unterzogen werden, wobei als Waschflüssigkeit das Filtrat aus der Aufkonzentrierungsstufe verwendet wird.The present invention accordingly relates to a method for obtaining biotechnologically produced materials from culture and / or fermenter solutions, which separates the biomass from an aqueous one containing the valuable substance Solution or dispersion and then filtering and concentrating the valuable substance containing solution by means of ultrafiltration, characterized in that the separated solids or solid concentrates are subjected to a washing step, the filtrate from the concentration stage being used as the washing liquid.
Ein Vorteil ist, dass die bei der Aufkonzentrierung anfallende Flüssigkeit nicht verworfen, sondern im Kreis geführt werden kann. Die anfallende Waschflüssigkeit kann, nachdem sie als Waschwasser für das abgetrennte Feststoffkonzentrat eingesetzt worden ist, dem Verfahren der Ultrafiltration wieder zugeführt und nach Aufkonzentrierung der Wertstofflösung erneut als Waschflüssigkeit gewonnen werden. Mit der Kreislauffahrweise des Filtrates der Ultrafiltration ist auch eine mehrstufige Waschung der Biomasse realisierbar.One advantage is that the liquid obtained during the concentration process is not discarded, but can be guided in a circle. The resulting washing liquid can, after it has been used as wash water for the separated solid concentrate, the Process of ultrafiltration fed again and after concentration of the valuable substance solution can be obtained again as washing liquid. With the circulatory procedure of the filtrate Ultrafiltration can also be used to wash the biomass in several stages.
Als biologische Wertstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beliebige Produkte zu verstehen, die durch biotechnologische Prozessen hergestellt werden können und als Kultur- bzw. Fermenterlösungen anfallen, wobei die Wertstoffe aus diesen Lösungen durch Filtrati onsverfahren gewonnen werden können. Beispiele sind biotechnologisch herstellbare pharmazeutische Wirkstoffe sowie Enzyme.Any desired products can be used as biological resources in the sense of the present invention understand that can be produced by biotechnological processes and as cultural or fermenter solutions are obtained, the valuable substances from these solutions being filtered ons can be won. Examples are biotechnologically producible active pharmaceutical ingredients and enzymes.
Als Enzyme kommen in erster Linie die aus Mikroorganismen, wie Bakterien oder Pilzen, ge wonnenen Proteasen, Lipasen, Amylasen und/oder Cellulasen in Frage, wobei von Bacillus- Arten erzeugte und/oder abgeleitete Proteasen sowie ihre Gemische mit Amylasen bevorzugt sind. Sie werden in an sich bekannter Weise durch Fermentationsprozesse aus geeigneten Mikroorganismen gewonnen, die zum Beispiel in den deutschen Offenlegungsschriften DE 19 40 488, DE 20 44 161, DE 22 01 803 und DE 21 21 397, den US-amerikanischen Patentschriften US 3 632 957 und US 4 264 738 sowie der europäischen Patentanmeldung EP 006 638 beschrieben sind. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Isolierung der sehr aktiven Proteasen der sogenannten zweiten Generation verwendet werden, zu denen beispielsweise Savinase® und aus der internationalen Patentanmeldung WO 91/2792 bekannte Enzyme gehören.The primary enzymes are those from microorganisms such as bacteria or fungi proteases, lipases, amylases and / or cellulases in question, with Bacillus Specially produced and / or derived proteases and their mixtures with amylases are preferred are. They are made in a manner known per se by suitable fermentation processes Microorganisms obtained, for example in DE 19 40 488, DE 20 44 161, DE 22 01 803 and DE 21 21 397, the United States US Pat. Nos. 3,632,957 and 4,264,738 and the European patent application EP 006 638 are described. The method according to the invention can be particularly advantageous used to isolate the very active proteases of the so-called second generation , for example Savinase® and from the international patent application WO 91/2792 include known enzymes.
Üblicherweise werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die als Wertstoffrohlösungen bei Fermentationsprozessen anfallenden Brühen extrazellulärer Wertstoffe eingesetzt.Usually, the as Raw materials solutions from fermentation processes resulting from extracellular broths Recycled materials used.
In einer ersten Verfahrensstufe werden die unlöslichen Begleit- oder Feststoffe, einschließlich der Zeltrümmer und/oder der intakten Bakterien, im Folgenden auch Biomasse genannt, abgetrennt. Dazu hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man der Wertstoffrohlösung wasserlösliche Alkali- und/oder Erdalkalisalze zusetzt. Beispiele für ge eignete Salze sind die wasserlöslichen Na-, K- und Ca-Salze, vorzugsweise deren Halogenide. Diese Salze können insbesondere in einer Menge bis zu 1 Gew-%, vorzugsweise von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Wertstoffrohlösung, zugesetzt werden. Anschließend erfolgt die Abtrennung der Biomasse mittels einer Zentrifuge, vorzugsweise über einen Tellerseparator.In a first stage of the process, the insoluble accompanying or solids, including the cell debris and / or the intact bacteria, hereinafter also called biomass, severed. It has proven to be particularly advantageous if the Raw material solution adds water-soluble alkali and / or alkaline earth salts. Examples of ge suitable salts are the water-soluble Na, K and Ca salts, preferably their Halides. These salts can be used in particular in an amount of up to 1% by weight, preferably from 0.1 to 1% by weight, based on the raw material solution, are added. The biomass is then separated off, preferably by means of a centrifuge via a plate separator.
Eine Verbesserung des Abtrennens der unlöslichen Biomasse kann dadurch erreicht werden, daß in einem nächsten Verfahrensschritt die in der Zentrifuge abgetrennte Flüssigkeit einer Mikrofiltration unterzogen wird. In einer möglichen Ausführungsform wird die Mikrofiltration als Sterilfiltration durchgeführt. Die Mikrofiltration wird bevorzugt als Querstrom-Mikrofitration durchgeführt. Durch die Mikrofiltration wird gewährleistet, dass die Feststoffe und Mikro organismen, d. h. die Biomasse, vollständig von der Wertstofflösung abgetrennt werden.An improvement in the separation of the insoluble biomass can be achieved by that in a next step the liquid separated in the centrifuge Is subjected to microfiltration. In one possible embodiment, the microfiltration is as Sterile filtration performed. Microfiltration is preferred as cross-flow microfitration carried out. Microfiltration ensures that the solids and micro organisms, d. H. the biomass are completely separated from the resource solution.
Die anfallende Wertstofflösung enthält die hergestellten Wertstoffe in relativ niedrigen Konzentrationen. Das Aufkonzentrieren dieser Lösung kann durch Ultrafiltration und anschließendes Eindampfen der Lösung erreicht werden.The resulting recyclable solution contains the manufactured recyclables in relatively low amounts Concentrations. This solution can be concentrated by ultrafiltration and subsequent evaporation of the solution can be achieved.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, enthält die in den einzelnen Trennschritten abgetrennte Biomasse noch Restmengen an Wertstoffen. Erfindungsgemäß wird die Ausbeute an aktiven Wertstoffen dadurch erhöht, dass die Feststoffkonzentrate (Biomasse) einem Waschschritt unterzogen werden, wobei als Waschflüssigkeit das Filtrat aus der Aufkonzentrierungsstufe verwendet wird.As already explained above, contains the one separated in the individual separation steps Biomass still residual amounts of valuable materials. According to the invention, the yield of active Recyclable materials increased in that the solid concentrate (biomass) a washing step are subjected, the washing liquid being the filtrate from the concentration stage is used.
Dieser Waschprozess hat den Vorteil, dass auch Restmengen an biotechnologisch herge stellten Wertstoffen aus der abgetrennten Biomasse isoliert werden können, wodurch die Ausbeute an gewonnenen Wertstoffen erhöht werden kann. Dadurch, dass als Waschflüssig keit das bei der Ultrafiltration anfallende Filtrat eingesetzt wird, ist es nicht erforderlich, zu sätzliche Waschflüssigkeit, z. B. Wasser, aus externen Quellen zuzufügen. Die Waschflüssig keit wird zur Isolierung der ausgewaschenen Wertstoffe der in den Trennschritten erhaltenen Wertstofflösung zugeführt und einer Aufkonzentrierung unterworfen. Es erfolgt also eine Kreislauffahrweise der Waschflüssigkeit, die nach Aufkonzentration als Filtrat aus der Ultrafil tration gewonnen und wieder eingesetzt wird.This washing process has the advantage that there are also residual amounts of biotechnological products provided recyclable materials can be isolated from the separated biomass, whereby the Yield of recovered materials can be increased. Because as a washing liquid If the filtrate used in ultrafiltration is used, it is not necessary to additional washing liquid, e.g. B. Add water from external sources. The washing liquid speed is used to isolate the washed-out valuable materials obtained in the separation steps Recyclable solution supplied and subjected to concentration. So there is a Circulation mode of the washing liquid, which after concentration as a filtrate from the Ultrafil tration won and used again.
Durch diese Kreislauffahrweise können Ausbeuten an biotechnologisch hergestellten Wert stoffen von über 90% erreicht werden.This circular procedure allows yields of biotechnologically produced value substances of over 90% can be achieved.
Die Biomasse wird nach dem erfindungsgemäßen Waschschritt als wasserhaltiger Feststoff erhalten und kann in an sich bekannter Weise, üblicherweise nach einer Sterilisation, zu Düngemitteln verarbeitet werden.After the washing step according to the invention, the biomass becomes a water-containing solid obtained and can in a manner known per se, usually after sterilization Fertilizers are processed.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Wertstoffkonzentrat kann der weite ren Verarbeitung zugefügt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sie zu Granulaten verarbeitet, die sich gut in andere Produkte einarbeiten lassen.The valuable substance concentrate obtained by the process according to the invention can be the wide one processing can be added. In a preferred embodiment, they become Processed granules that can be easily incorporated into other products.
Werden beispielsweise Enzyme durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnen, so wird das erhaltene Enzymkonzentrat in einer bevorzugten Ausführungsform zu Enzymgranulaten weiterverarbeitet. Die erhaltenen Enzymkonzentrate können mit Zuschlagsstoffen vermischt und in an sich bekannter Weise, z. B. nach dem in dem europäischen Patent EP 0 564 476 B1 beschriebenen Verfahren, in Enzymgranulate überführt werden.If, for example, enzymes are obtained by the process according to the invention, then the enzyme concentrate obtained in a preferred embodiment to enzyme granules processed further. The enzyme concentrates obtained can be mixed with additives and in a manner known per se, e.g. B. according to the European Patent EP 0 564 476 B1 described methods are converted into enzyme granules.
Eine Fermentercharge, die Protease als Wertstoff enthielt, wurde mit einer 30%igen CaCl2- Lösung auf den pH-Wert von 7,5 eingestellt. Der so eingestellte Fermenterbrei wies einen Trockensubstanzgehalt von 16% bei einer Proteaseaktivität von 33 000 PE/g auf, wie sie nach von Raay, Saran und Verbeek, gemäß der Veröffentlichung "Zur Bestimmung der proteolytischen Aktivität in Enzymkonzentraten und enzymhaltigen Wasch-, Spül- und Reini gungsmitteln" in Tenside (1970), Bd. 7, S. 125-132, bestimmbar ist.A fermenter batch containing protease as a valuable substance was adjusted to a pH of 7.5 using a 30% strength CaCl 2 solution. The fermentation slurry thus set had a dry matter content of 16% with a protease activity of 33,000 PE / g, as described by Raay, Saran and Verbeek, according to the publication "For determining the proteolytic activity in enzyme concentrates and enzyme-containing washing, rinsing and Cleaning agents "in Tenside (1970), Vol. 7, pp. 125-132, can be determined.
Bei einer Produkttemperatur von 20°C wurden 6 m3 des eingestellten Fermenterbreies in einem Tellerseparator der Fa. Westfalia, Typ HFA 65, in eine Klarphase (4,5 m3) und eine die Biomasse enthaltende, schwere Phase (1,5 m3) aufgetrennt. Die Klarphase enthielt dabei den Wertstoff in gelöster Form. In einer nachgeschalteten Ultrafiltration wurde die Enzymlösung auf ein Volumen von ca. 6,5% einkonzentriert. Das Filtrat der Ultrafiltration enthielt die ge lösten Salze und an Enzymaktivität 600 PE/g Enzym. Mit diesem Filtrat wurde das Sediment der Separatorstufe aufgeschlämmt und erneut zentrifugiert. Der Klarlauf wurde ebenfalls der Ultrafiltration zugeführt.At a product temperature of 20 ° C, 6 m 3 of the fermenter slurry set were placed in a plate separator from Westfalia, type HFA 65, in a clear phase (4.5 m 3 ) and a heavy phase (1.5 m 3 ) separated. The clear phase contained the valuable substance in dissolved form. The enzyme solution was concentrated to a volume of approximately 6.5% in a downstream ultrafiltration. The filtrate from the ultrafiltration contained the dissolved salts and 600 PE / g enzyme in enzyme activity. The sediment from the separator stage was slurried with this filtrate and centrifuged again. The clear run was also fed to ultrafiltration.
Die verbliebene Biomasse enthielt nur noch 5% der anfangs enthaltenen Enzymmenge.The remaining biomass contained only 5% of the amount of enzyme initially contained.
In diesem Beispiel wurde eine Ausbeute von 95% Enzym erreicht.
Start: 6 m3 eingestellter Fermenterbrei mit 33.000 PE/g
Ende: 0,39 m3 Konzentrat der Ultrafiltration mit 535.000 PE/g
Ausbeute Enzym: 95%In this example, a yield of 95% enzyme was achieved.
Start: 6 m 3 set fermenter pulp with 33,000 PE / g
End: 0.39 m 3 concentrate of ultrafiltration with 535,000 PE / g
Yield enzyme: 95%
Als Vergleich wurde Protease nach dem in der EP 0 564 476 beschriebenen Verfahren gewonnen. Die Ausbeute betrug 90%, war also deutlich geringer als die, die mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wurde.As a comparison, protease was used according to the method described in EP 0 564 476 won. The yield was 90%, which was significantly lower than that with the Process according to the present invention has been achieved.
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