DE69909077T2

DE69909077T2 - Membranfiltration

Info

Publication number: DE69909077T2
Application number: DE69909077T
Authority: DE
Inventors: Jan Gerard KWANT; Johannes Pieter DE ZWARTE
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: DE69909077D1; ATE243739T1; BR9909584A; KR20010042679A; CN1223670C; US6515115B1; CN1297475A; KR100594482B1; PT1071744E; EP1071744B1; RU2247773C2; AU3709199A; PL343401A1; PL188119B1; WO1999053015A1; JP2002511243A; ES2201708T3; EP1071744A1; ID26894A; SI1071744T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Isolieren eines gewünschten wasserlöslichen Produktes aus einer Fermentationsbrühe.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage spielen Fermentationsverfahren zum Herstellen chemischer Verbindungen in der Chemie eine zunehmende Rolle. Da diese Art von Verfahren hochselektiv und umweltfreundlich ist und zu hohen Produktausbeuten führt, werden selbst industrielle Herstellungen in dieser Weise durchgeführt.
Nachdem eine Fermentation beendet ist, muß das gewünschte Produkt aus der Fermentationsbrühe isoliert werden. Konventionell wird dies erst durch das Abtrennen der wässerigen Phase von dem Zellmaterial in einem Kuchenfiltrationsschritt durchgeführt, gefolgt von einer Extraktion oder Adsorption des Produktes aus dem Filtrat. Jedoch wird ein derartiger Kuchenfiltrationsschritt oftmals von einem bedeutenden Verlust des gewünschten Produktes begleitet. Dies geschieht hauptsächlich aufgrund der Tatsache, daß der Filterkuchen nicht ausreichend ausgewaschen werden kann, und daß eine ziemlich große Menge des Produktes in dem Filtergewebe übrigbleibt. In der Praxis wird beobachtet, daß die Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit des Filtrationsverfahrens stark von der Qualität der Fermentationsbrühe abhängt. Außerdem werden in der Fermentationsbrühe vorliegende "gelöste" Proteine und Zellabfälle nicht ausreichend durch die Kuchenfiltration aus der wässerigen Phase der Fermentationsbrühe entfernt. Dies hat zur Folge, daß anschließende Folgeverfahren unter Kontamination mit Proteinen leiden und deren Leistungsfähigkeit nachläßt.
Um die obigen Probleme bei dem Verarbeitungsverfahren von Fermentationsbrühen zu überwinden, ist es vorgeschlagen worden, Gebrauch von anderen Filtrationsverfahren, wie beispielsweise Membranfiltration, zu machen. Die Membranen, die für diese Zwecke verwendet werden, sind normalerweise polymere Membranen, wie Polysulfonmembranen.
Der Vorteil der Membranfiltration ist, daß durch die Konstruktion weniger Produkt verloren geht und ein reineres Filtrat (Permeat) erhalten wird. Das Permeat enthält bedeutend weniger Proteine und/oder Rückstände von Zellmaterial als das Filtrat, das in einer konventionellen Kuchenfiltrationstechnik erhalten wird. Infolgedessen kann der Extraktionsschritt vorteilhafter durchgeführt werden und die Gesamtwirksamkeit des Verfahrens wird erhöht.
In der ostdeutschen Patentanmeldung DD-A-277 088 wird ein Verfahren zum Isolieren von Benzylpenicillin aus einer mikrobiologischen Brühe beschrieben. Das Verfahren beinhaltet einen konventionellen Kuchenfiltrationsschritt, um die Biomasse zu entfernen, und einen anschließenden Ultrafiltrationsschritt, worin die Proteine, die in dem Filtrat der ersten Filtration vorliegen, abgetrennt werden. Das Produkt der Ultrafiltration wird auf 5% seines Volumens konzentriert und das gewünschte Benzylpenicillin wird durch Extraktion daraus isoliert.
Ein Membranfiltrationsverfahren zur Brühenfiltration umfaßt normalerweise drei Schritte. In der Praxis, insbesondere in einem kontinuierlichen Verfahren, kann der Übergang von einem Schritt zum anderen nicht so eindeutig erkennbar sein. Oftmals passiert es, daß zwei oder sämtliche dieser Schritte gleichzeitig durchgeführt werden. Jedoch ist es der Klarheit wegen nützlich, diesen Unterschied zu finden. Der erste Schritt ist eine Konzentration der Zusammensetzung, die zu filtrieren ist. Ein derartiger Konzentrationsschritt kann durch Zirkulieren der Brühe entlang der Membranoberfläche, während ein Druckgradient über der Oberfläche aufrechterhalten wird, vorteilhaft durchgeführt werden (oft als Querstromfiltration bezeichnet). In dem zweiten Schritt wird das erhaltene konzentrierte Produkt während der Querstromfiltration in einem Dialyseschritt gewaschen. Dies bedeutet, daß ein Lösungsmittelstrom zu der Zirkulationsströmung der Brühe zugegeben wird. Falls das filtrierte Produkt eine Fermentationsbrühe ist, wird dieses Lösungsmittel im allgemeinen Wasser sein. In dem dritten Schritt wird das erhaltene filtrierte Permeat außerdem während der Querstromfiltration auf ein geeignetes Ausmaß konzentriert.
In einem Verfahren, umfassend einen Membranfiltrationsschritt, ist es notwendig, die Strömungsbedingungen des Retentats (der Rückstand der Filtration) entlang der Membran durch Anwenden einer hohen Querstromgeschwindigkeit (d. h. eine lineare Fließgeschwindigkeit parallel zur Ebene der Membran) zu kontrollieren, um den Fluß (Leistungsfähigkeit) des Verfahrens zu maximieren. Jedoch entstehen in der Praxis eine Vielzahl an Problemen bei dem Versuch, einen schnellen Strom des Retentats, nach dem es konzentriert worden ist, aufrechtzuerhalten. Diesen Problemen begegnet man insbesondere, falls eine Fermentationsbrühe, die hohe Gehalte (3 bis 10%) an Zellabfällen und Proteinen aufweist, zu filtrieren ist.
Aufgrund einer hohen Viskosität, die bei hohen Konzentrationsfaktoren beobachtet wird, erhöht sich der axiale Druckverlust, der ein Maß für die in dem Verfahren benötigte Energie ist, ebenfalls. Bei Anwendungen im großen Umfang werden Zentrifugalpumpen angewendet und deren Leistungsfähigkeit verringert sich infolge des erhöhten axialen Druckverlustes. Aufgrund der pseudoplastischen Beschaffenheit der enthaltenen Materialien erhöht sich die Viskosität unter diesen Bedingungen noch mehr, was wiederum die Flußverringerung weiter verstärkt. Außerdem wird viel Wärme erzeugt, was in Fällen, in denen das gewünschte Produkt bei hohen Temperaturen instabil ist, nicht erwünscht ist. Um die Temperatur niedrig zu halten und den Produktabbau zu vermeiden, ist daher ein großes und teures Kühlgerät notwendig.
Es wird ebenso erwünscht, die Zeit, die zur Vollendung des Filtrationsverfahrens benötigt wird, zu minimieren, um den Abbau und die Kontamination des gewünschten Produktes zu verhindern. Die erhältlichen Maßnahmen, um die Filtrationszeit zu minimieren, erhöhen die Filtermembranoberfläche oder verlangen eine Erhöhung spezifischer Kapazität. Die spezifische Kapazität zeigt, wie viel das gewünschte Produkt einen bestimmten Oberflächenbereich der Membran pro Zeiteinheit (l/m²·h) durchdringt. Diese Kapazität kann durch Anlegen eines hohen Transmembrandruckes erhöht werden, was die Triebkraft hinter der Filtration ist. Ein Nachteil des Anlegens eines hohen Transmembrandruckes ist, daß es normalerweise zu einer höheren Retention des gewünschten Produktes führt, d. h. eine große Menge des Produktes, die die Membran nicht durchdringt, was zu einem ineffizienten Verfahren führt. Außerdem kann die Anwendung von röhrenartigen polymeren Membranen in derartigen Fällen nicht möglich sein, da sich diese Art von Membran zu sehr unter diesen Bedingungen abnutzt.
Es ist kürzlich herausgefunden worden, daß die obigen Probleme unter Verwendung einer Keramikmembran und durch Kontrollieren der Verfahrensbedingungen in einer überraschenden Weise überwunden werden können.
Die Verwendung von Keramikmembranen ist im Stand der Technik für unterschiedliche Abtrennungen von gewünschten Produkten aus einer Fermentationsbrühe berichtet worden.
In EP 0 522 517 A1 wird eine α-Aluminiumoxid-mikroporöse Membran für die Abtrennung von Methylglucosid aus einer Fermentationsbrühe beschrieben. In einem ersten Schritt wird die Brühe konzentriert, wonach das wasserunlösliche Methylglucosid durch die Zugabe von Methanol gelöst wird, wonach die Methylglucosidenthaltende Lösung über die Membran geführt und das Antibiotikum gewonnen wird.
Eine ähnliche Technik wird in US-Patent Nr. 5,616,595 für die Abtrennung von Cyclosporin A aus einer Fermentationsbrühe beschrieben.
EP-A-0 363 896 offenbart ein Verfahren zur Anreicherung von ausgewählten Proteinen aus Protein-enthaltenden Fluiden mittels mehreren Querstrom-Ultrafiltrationsschritten unter Verwendung einer Metalloxid-Ultrafiltrationsmembran.
RU-C-2 090 598 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Wein, umfassend einen Schritt der tangentialen Mikrofiltration.
US-A-5,716,526 offenbart ein Verfahren zur Abtrennung von Liposomen oder Lipidkomplexen aus fluidem Medium, basierend auf tangentialer Stromfiltration unter Verwendung von Keramikmembranen.
US-A-5,503,750 offenbart ein kontinuierliches Querstrom-Filtrationsverfahren zur Gewinnung von Milchsäure aus einer Fermentationsbrühe.
EP-A-0 327 342 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Erythritol durch Kultivieren von Erythritol-produzierenden Organismen, was den Schritt des Kultivierens einer Fermentationsbrühe in einem Behälter während des Aufrechterhaltens der Konzentration von Zellen bei einem konstanten Niveau durch Zirkulieren der Brühe durch eine Keramikmembran mittels Zentrifugalkraft und das Zurückführen der konzentrierten Flüssigkeit zu dem Behälter umfaßt.
Keines der oben genannten Dokumente offenbart oder schlägt ein Isolationsverfahren, basierend auf Querstromfiltration, vor, welches das Anlegen von zwei unterschiedlichen Transmembrandrücken umfaßt, wobei der anfängliche Transmembrandruck niedriger als der zweite Transmembrandruck ist und der zweite Transmembrandruck mindestens 1,5 bar beträgt.
Außerdem bezieht sich keines der oben genannten Dokumente auf das Problem, die hohe Retention des gewünschten Produktes durch die Membran aufgrund der hohen Transmembrandruckwerte, die während der Filtration verwendet werden, zu vermeiden.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Isolieren eines gewünschten wasserlöslichen Produktes aus einer Fermentationsbrühe, worin die Brühe entlang einer Keramikmembran zirkulierend geführt wird und worin ein Transmembrandruck von mindestens 1,5 bar angelegt wird, wodurch eine das wasserlösliche Produkt enthaltende wässerige Lösung die Membran durchtritt und nachfolgend gesammelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass eine sehr kurze Filtrationszeit ohne das bekannte Problem hoher Retention des gewünschten Produktes realisiert werden kann. Daher ist das vorliegende Filtrationsverfahren äußerst effizient. Überraschenderweise kann ein hoher Transmembrandruck in einem erfindungsgemäßen Verfahren angelegt werden, ohne dabei einer hohen Retention des gewünschten Produktes zu begegnen. Ebenso kann die Temperatur bei einem gewünschten Wert entsprechend kontrolliert werden, ohne dabei zu Viskositätsproblemen und zum Abbau des oftmals thermisch instabilen gewünschten Produktes zu führen. Außerdem ist es in einem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, eine konventionelle Filtration der Fermentationsbrühe vor deren Unterziehen der Membranfiltration durchzuführen, wie es in DD-A-277 088 beschrieben worden ist.
Die Fermentationsbrühe kann aus jedem Fermentationsverfahren erhalten werden. In einem derartigen Verfahren wird ein geeigneter Mikroorganismusstamm durch Zugabe einer Kohlenstoffquelle, einer Stickstoffquelle, anderer Nährstoffe und Luft zu der Brühe fermentiert. Typische Arbeitsvorgänge und Rezepturen können in der Literatur gefunden werden. Nachdem das Fermentationsverfahren auf ein gewünschtes Ausmaß vervollständigt worden ist, wird die Brühe Zellmaterial sowie Proteine und das gewünschte Produkt umfassen. Ebenso können verschiedene Kontaminanten vorliegen. Es wird bevorzugt, daß die Brühe aus einem Fermentationsverfahren erhalten wird, worin eine antiinfektiöse Verbindung hergestellt wird. Beispiele derartiger Verbindungen sind verschiedene β-Lactame und Verbindungen, wie Erythromycin und Nystatin.
Beispiele von β-Lactamen sind in dieser Hinsicht β-Lactame, worin der β-Lactamkern an eine geeignete Seitenkette gebunden ist, wie Penicillin G, Penicillin V, Isopenicillin N, Adipyl-7-aminocephalosporansäure, Adipyl-7-aminodesacetoxycephalosporansäure, Clavulansäure, Cephalosporin C, Ampicillin, Amoxycillin, Cephalexin, Cephaclor und Cephadroxyl. Möglicherweise sind ebenso β-Lactamkerne, wie 6-Aminopenicillansäure (6-APA), 7-Aminocephalosporansäure (7-ACA), 3-Chlor-7-aminodesacetoxydes-methylcephalosporansäure (3-CI, 7-ACCA), 7-Aminodesacetylcephalosporansäure (7-ADAC) und 7-Aminodesacetoxy cephalosporansäure (7-ADCA), geeignet. Am stärksten bevorzugt werden Fermentationsbrühen, die aus Verfahren zur Herstellung von Penicillin G, Penicillin V, Cephalosporin C, Isopenicillin N, Acyl-7-ADCA oder Acyl-7-ACA erhalten werden. Es ist herausgefunden worden, daß ein Filtrierverfahren von einer dieser Fermentationsbrühen aus den Vorteilen der Erfindung bedeutend profitiert. Selbst wenn viele von diesen Fermentationsbrühen thermisch instabile Produkte umfassen, ist herausgefunden worden, daß in einem erfindungsgemäßen Verfahren diese thermisch instabilen Produkte aus der Brühe ohne bedeutenden Produktverlust isoliert werden können.
Die Membran, die gemäß der Erfindung verwendet wird, ist eine Keramikmembran. Dies bedeutet, daß sie ein anorganisches Material umfaßt. Bevorzugte Materialien sind Metalloxide, wie α-Aluminiumoxid, γ-Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. Die Verwendung von Membranen aus diesen Materialien führt zu äußerst effizienten Filtrationsverfahren, worin nur sehr kleine Mengen des gewünschten Produktes verloren gehen, wenn überhaupt, und worin das gewünschte Produkt in sehr hoher Reinheit erhalten wird.
Vorzugsweise wird eine Keramikmembran verwendet, die eine durchschnittliche Porengröße von 4 bis 100 nm, stärker bevorzugt 20 bis 50 nm, aufweist. Bei der Verwendung einer Membran mit einer Porengröße innerhalb dieser Bereiche ist festgestellt worden, daß sie zu einem hochselektiven und effizienten Membranfiltrationsverfahren führt.
Während der Zirkulierung der Brühe entlang der Membran (Querstromfiltration) wird sie konzentriert, da erhöhte Mengen an Fluiden, die in der Brühe vorliegen, durch die Membran permeieren. Ein geeignetes Ausmaß der Konzentration beträgt das 1,5-, vorzugsweise das 2-fache. Diese Konzentration kann am vorteilhaftesten bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise bei einer Temperatur von höher als 20°C, stärker bevorzugt von höher als 30°C, durchgeführt werden. Die obere Grenze der Temperatur während der Konzentration wird aus praktischen Gründen im allgemeinen 50°C, vorzugsweise 45°C, betragen.
Erfindungsgemäß ist herausgefunden worden, daß die Viskosität der Brühe keine inakzeptabel hohe Werte erreicht. Wenn der Konzentrationsfaktor zwei ist, sind typische Maximumwerte 337 mPa·s bei einer Scherung von 100 s^–1, 197 mPa·s bei einer Scherung von 500 s^–1 und 156 mPa·s bei einer Scherung von 1000 s^–1. Daher wird keine zusätzliche teure Vorrichtung benötigt, um die Zirkulation bei einer ausreichenden Querstromgeschwindigkeit durchzuführen.
Es ist möglich, daß die Querstromgeschwindigkeit eine leichte Schwankung während des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt und Werte von 2 bis 4 m/s erreicht. Jedoch wird diese Geschwindigkeit vorzugsweise bei einem Wert von zumindest 5, stärker bevorzugt 6 m/s, aufrechterhalten. Es wird bevorzugt, daß die obere Grenze dieser Geschwindigkeit 10, stärker bevorzugt 8 m/s ist. Wenn diese Geschwindigkeit innerhalb des spezifizierten Bereiches ausgewählt wird, weist das Filtrationsverfahren eine sehr hohe Leistungsfähigkeit auf. Es ist kürzlich als möglich nachgewiesen worden, die Geschwindigkeit hoch zu halten, selbst wenn die Konzentration zu einem großen Ausmaß durchgeführt wird.
Nachdem das Retentat auf das gewünschte Ausmaß konzentriert worden ist, wird es bevorzugt, Wasser zu der zirkulierenden Brühe (Dialyse) zuzugeben. Vorzugsweise wird eine derartige Menge an Wasser zugegeben, daß die Brühe um das 1,5- bis 4-fache, stärker bevorzugt das 2- bis 3-fache, verdünnt wird. Durch diese Zugabe von Wasser zu dem Retentat wird die Ausbeute und folglich die Wirksamkeit des Filtrationsverfahrens erhöht. Mengen des gewünschten Produktes in dem Retentat können noch durch diesen Verdünnungsschritt, der die Zugabe von Wasser zu dem Retentat umfaßt, gewonnen werden.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß eine sehr kurze Verfahrenszeit ohne das Auftreten des bekannten Problems hoher Retention des gewünschten Produktes erreicht werden kann. Daher ist der Transmembrandruck gemäß der Erfindung höher als 1,5 bar. Im Rahmen der Erfindung wird der Transmembrandruck als Differenz im Durchschnitt auf der Retentatseite und dem durchschnittlichen Druck der Permeatseite der Membran definiert. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Transmembrandruck 2,5 bis 7,5, vorzugsweise 4 bis 6 bar.
Gemäß einer äußerst bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist der Transmembrandruck anfangs niedriger als der oben spezifizierte Druck. Geeignete anfängliche Transmembrandrücke werden zwischen 1 und 2,5 bar ausgewählt. Der Zeitraum, während dieser anfängliche Transmembrandruck angelegt wird, ist relativ kurz. Im allgemeinen wird dieser Zeitraum nicht länger als 10%, vorzugsweise nicht länger als 8% der Gesamtfiltrationszeit sein. In den meisten praktischen Fällen wird dieser Zeitraum in Abhängigkeit der Menge an zu filtrierender Fermentationsbrühe ungefähr 10 Minuten betragen.
Diese Ausführungsform ist darin vorteilhaft, dass die Verschmutzung der Membran bedeutend weniger auftritt, als wenn der eventuell gewünschte hohe Transmembrandruck ab Beginn des Verfahrens angelegt wird. Aufgrund dessen wird die Lebensdauer der Membran erhöht, d. h., der Zeitraum, worin dieselbe Membran verwendet werden kann, ohne gereinigt zu werden, wird erhöht. Die Leistungsfähigkeit des Filtrationsverfahrens ist ebenso höher und die Selektivität größer. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß diese Vorteile aufgrund einer Proteingelschicht auf der Retentatseite der Membran erreicht wird, die sich während der Anfangsperiode, in der ein niedriger Transmembrandruck angelegt wird, ablagert.
Der Eingangsdruck des Retentats in einem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Abhängigkeit des Schrittes während des Verfahrens zwischen 1 und 8 bar variieren. Der axiale Druckverlust des Retentats wird ebenfalls in Abhängigkeit des Schrittes während des Verfahrens zwischen 0 und 3,5 bar variieren. Der spezielle Fluß kann von 200 l/m²·h·bar bis 50 l/m²·h·bar und zurück zu 200 l/m²·h·bar während des Verlaufs des Verfahrens variieren.
Auf der Permeatseite der Membran wird normalerweise ein kontinuierlicher Fluß aufrechterhalten, um das Permeat zu sammeln, und insbesondere liegt das gewünschte Produkt darin vor. Nachdem das Permeat gesammelt worden ist, kann es vorteil hafterweise konzentriert werden. Bevorzugte Konzentrationsmaße des Permeats betragen das 1,5- bis 7-, stärker bevorzugt das 2- bis 5-fache. Um das gewünschte Produkt, das in dem konzentrierten Permeat vorliegt, zu gewinnen, werden im allgemeinen konventionelle Verarbeitungsverfahren durchgeführt. Ein geeignetes Beispiel eines derartigen Verarbeitungsverfahrens ist eine Extraktion.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Es wird vorzugsweise als kontinuierliches Verfahren durchgeführt.
Die Erfindung wird außerdem durch die folgenden, nicht-einschränkenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1
156 kg einer Penicillin-Fermentationsbrühe wurden aus einem Rührbeschickungsbehälter in ein Membranfiltrations-(MF-)-System eingespeist. Dieses System umfaßte eine Membranlox^®SCT 3P19-Membran mit einer ungefähren Oberfläche von 0,9 m² und einer durchschnittlichen Porengröße von 50 nm.
Das System wurde entlüftet und das Filtrationsverfahren begann bei folgenden Bedingungen:

Temperatur 21°C

Zirkulationsfluß-Beschickungsbehälter 2,5 m³/h

Zirkulationsfluß-Filtrationskreislauf (Querstromgeschwindigkeit betrug 6 m/s). 35 m³/h
Nachdem 65 l des Permeats entfernt wurden (α = 1,67 (Konzentrationsfaktor), β = 0,4 (Verdünnungsfaktor)), verringerte sich der Zirkulationsfluß des Filtrationskreislaufes auf 17 m³/h, was 2,9 m/s Querstromgeschwindigkeit entspricht. Der Permeatfluß verringerte sich auf 70 l/m²h bei einem Transmembrandruck von 4 bar. Der Konzentrationsfaktor betrug 1,67. Weitere Konzentration war nicht möglich. Die Diafiltration wurde begonnen, wobei α konstant gehalten wurde, die Querstromge schwindigkeit erhöhte sich wieder auf 5,5 m/s, der Permeatfluß blieb konstant bei 72 l/m²·h. Der Verdünnungsfaktor betrug 1,72.
Die gesamte Verfahrenszeit betrug 250 Minuten.
Beispiel 2
154 kg einer Penicillin-Fermentationsbrühe wurden aus einem Rührbeschickungsbehälter in dasselbe MF-System eingespeist, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde.
Das System wurde entlüftet und das Filtrationsverfahren begann bei folgenden Bedingungen:

Temperatur 40°C

Zirkulationsfluß-Beschickungsbehälter 2,5 m³/h

Zirkulationsfluß-Filtrationskreislauf (Querstromgeschwindigkeit betrug 6 m/s). 35 m³/h
Nachdem 74 l des Permeats entfernt wurden (α = 1,92, β = 0,48) verringerte sich der Zirkulationsfluß des Filtrationskreislaufes nur leicht auf 26 m³/h. Der Permeatfluß verringerte sich bei einem Konzentrationsfaktor von 2,0 und einem Transmembrandruck von 4 bar auf 94 l/m²h.
Direkt nach dem Beginn der Diafiltration, bei der a konstant gehalten wurde, erhöhte sich die Querstromgeschwindigkeit erneut auf 5,9 m/s, und der Permeatfluß wurde bei 110 l/m²h kontrolliert. Der Verdünnungsfaktor betrug 1,85.
Die gesamte Verfahrenszeit betrug 180 Minuten.
Beispiel 3
177 kg einer Penicillin-Fermentationsbrühe wurden aus einem Rührbeschickungsbehälter in dasselbe MF-System eingespeist, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde.
Das System wurde entlüftet und das Filtrationsverfahren begann bei folgenden Bedingungen:

Temperatur 36°C

Zirkulationsfluß-Beschickungsbehälter 2,5 m³/h

Zirkulationsfluß-Filtrationskreislauf (Querstromgeschwindigkeit betrug 6 m/s). 35 m³/h
Nachdem 90 l des Permeats entfernt wurden (α = 2,04, β = 0,51) betrug der Zirkulationsfluß 6 m/s. Der Permeatfluß von 511 l/m²h zu Beginn der Konzentration verringerte sich auf 124 l/m²h am Ende der Konzentration. Der Konzentrationsfaktor betrug 2,04 und der Transmembrandruck betrug 5 bar.
Nach Beginn der Diafiltration, bei der a konstant gehalten wurde, erhöhte sich der Permeatfluß langsam und wurde bei 255 l/m²h kontrolliert. Der Transmembrandruck fiel langsam auf 3,8 bar am Ende des Verfahrens ab. Der Verdünnungsfaktor betrug 2,02.
Die gesamte Verfahrenszeit betrug 134 Minuten.

Claims

Verfahren zum Isolieren eines gewünschten wasserlöslichen Produkts aus einer Fermentationsbrühe, worin die Brühe über eine Keramikmembran Querstrom-filtriert wird, wodurch ein erster anfänglicher Transmembrandruck und daraufhin ein zweiter Transmembrandruck angelegt wird, wodurch der zweite Transmembrandruck von mindestens 1,5 bar angelegt wird und wodurch der erste Transmembrandruck niedriger als der zweite Transmembrandruck ist, woraufhin eine das wasserlösliche Produkt enthaltende wäßrige Lösung die Membran durchtritt und daraufhin gesammelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Brühe während der Querstrom-Filtration über die Membran bei einer Temperatur zwischen 20 und 50°C konzentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur von 30 bis 45°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Querstrom-Geschwindigkeit von 5 bis 10 m/s beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramikmembran ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metalloxiden, umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramikmembran eine durchschnittliche Porengröße von 4 bis 100 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Transmembrandruck 2,5 bis 7,5 bar beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste anfängliche Transmembrandruck 1 bis 2,5 bar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin Wasser zu der Querstrom-filtrierten Brühe gegeben wird, sobald die Brühe 1,5-fach konzentriert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin eine solche Menge an Wasser zugegeben wird, daß die Brühe 1,5- bis 4-fach verdünnt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Filtern der Brühe ein Permeat erhalten wird, welches 1,5- bis 7-fach konzentriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fermentationsbrühe aus einem Fermentationsverfahren erhalten wird, worin eine antiinfektiöse Verbindung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die anti-infektiöse Verbindung aus der Gruppe, bestehend aus Erythromycin, Nystatin, Adipyl-7-aminocephalosporansäure, Adipyl-7-aminodesacetoxycephalosporansäure, Penicillin G, Penicillin V, Cephalosporin C und Isopenicillin N, ausgewählt ist.