DE1293707B - Verfahren zur Gewinnung von kristallinem Monoatriumglutamat aus einem als Kation hauptsaechlich Ammoniumionen enthaltenden Fermentationsmedium der biotechnischen L-Glutaminsaeureproduktion - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewin- glutamat so hoch ist, daß das Monoammoniumnung von kristallinem Monoatriumglutamat aus glutamat nur in Form sehr feiner Kristalle oder einem als Kation hauptsächlich Ammoniumionen ent- amorpher Festteilchen ausfällt, die eine Abtrennung haltenden Fermentationsmedium der biotechnischen von sehr reinem Monoammoniumglutamat in indu-L-Glutaminsäureproduktion, das dadurch gekenn- 5 striellem Maßstab unmöglich machen, zeichnet ist, daß man das Fermentationsmedium Intensive Untersuchungen der Kristallisationsoder dessen zellfreies Filtrat in an sich bekannter bedingungen, wie Kristallisationstemperatur, Visko-Weise bis zur Sättigung oder Übersättigung an sität des konzentrierten Fermentationsmediums sowie Monoammoniumglutamat einengt, das Konzentrat, der Geschwindigkeit des Kristallwachstums, mit dem bezogen auf dieses, mit etwa 0,5 bis etwa 50 Ge- io Ziel der Kristallisation von sehr reinem Monowichtsprozent Mononatriumglutamatkristallen in an ammoniumglutamat und dessen Überführung in sich bekannter Weise impft, dann im Temperatur- Mononatriumglutamat in industriellem Maßstab bereich von etwa 30 bis etwa 105° C in an sich ergaben, daß es gelingt, das Monoammoniumglutamat bekannter Weise das Monoammoniumglutamat zur sehr leicht in Form sehr reiner, nahezu farbloser Kristallisation bringt, schließlich das kristalline 15 Kristalle abzutrennen, wenn man das praktisch bis Monoammoniumglutamat abtrennt und dieses in be- zur Monoammoniumglutamatsättigung oder -überkannter Weise durch Behandeln mit Natriumhydroxyd, Sättigung konzentrierte Fermentationsmedium mit -carbonat,-bicarbonat od. dgl. in Monoatriumglutamat 0,5 bis 50 Gewichtsprozent — auf das Konzentrat überführt. bezogen — Monoammoniumglutamatkristallen impft

Als Fermentationsmedium wird gemäß Erfindung 20 und danach im Temperaturbereich von etwa 30 bis eine Glutaminsäure enthaltende Flüssigkeit benutzt, etwa 105° C die Kristallisation herbeiführt. Nur bei die man bei der aeroben Kultivierung eines Glutamin- Kombination dieser Maßnahmen gelingt es, das säure produzierenden Mikroorganismus in einem Monoammoniumglutamat in einer Kristallgröße zu Nährmedium erhält, das Kohlenstofflieferanten (z. B. erhalten, die sich nach den in der Industrie üblichen Stärkezucker, Melassen, organische Säuren, wie 25 Methoden, wie Filtration oder Zentrifugieren, von Essigsäure, Kohlenwasserstoffe, wie Kerosin u. dgl.), der Flüssigkeit abtrennen läßt. Die Einhaltung der Stickstofflieferanten (z. B. Ammoniak, Ammonium- Kristallisationstemperaturen von etwa 30 bis etwa salze, Harnstoff, Nitratsalze, Stickstoff enthaltende 105° C ist notwendig, da unterhalb von 30° C die organische Verbindungen u. dgl.), eine geringe Menge Viskosität des Konzentrats rasch ansteigt und die anorganische Salze, Wachstumsfaktoren für die ein- 3° Wachstumsgeschwindigkeit der Monoammoniumgesetzten Mikroorganismen u. dgl. enthält. glutamatkristalle merklich abnimmt und oberhalb von

Nach den vorbekannten, auch industriell durch- etwa 105° C chemische Veränderungen des Monoführbaren Verfahren zur Gewinnung des als Würz- ammoniumglutamats einsetzen, stoff wichtigen Mononatriumglutamats aus Fermen- Ohne Zusatz der angegebenen Menge an Impf-

tationsmedien derartiger Zusammensetzungen wird 35 kristallen fällt das Monoammoniumglutamat, wenn die Glutaminsäure zunächst als freie kristalline Säure es überhaupt kristallisiert, nur in Form sehr feiner, oder als kristallines Salz anorganischer Säuren aus nicht filtrierbarer Kristalle aus. dem Medium abgetrennt und dann erst durch Neu- Im Verfahren gemäß Erfindung kann sowohl das

tralisation in das Endprodukt Mononatriumglutamat Mikroorganismen enthaltende Fermentationsmedium übergeführt. Dies zeigt, daß man es bislang für not- 40 als auch das nach dem Abfiltrieren der Mikrowendig hielt, die Glutaminsäure in diesen Formen Organismen erhaltene klare Filtrat verwendet werden, abzutrennen, wenn man sie in Form sehr reiner, färb- Zur Herbeiführung der Monoammoniumglutamatloser Kristalle erhalten wollte. kristallisation können die allgemein üblichen Tech-

Auch nach dem vorbekannten Verfahren der niken, wie Kühlen und Konzentrieren, benutzt USA.-Patentschrift 2 749 279, das die enzymatische 45 werden. Auch der Zusatz von Ammoniumsalzen, wie L-Glutammsäureproduktion aus «-Ketoglutarsäure in Ammoniumsulfat, -chlorid, hat sich als vorteilhaft Gegenwart von Ammoniumionen durch reduktive erwiesen, da hierdurch auf Grund des allgemeinen Aminierung betrifft, wird die Glutaminsäure in Form Ionen- und Aussalzeffekts die Löslichkeit des der freien Säure isoliert, obgleich sie zunächst im Monoammoniumglutamats in solchen Medien abfertigen Fermentationsmedium am Monoammonium- 50 und damit die Ausbeute an Glutamat zunimmt, glutamat vorliegt. Zur Überführung in Mononatriumglutamat werden

Desgleichen wird nach dem Verfahren der bri- die auf diese Weise erhaltenen Monoammoniumtischen Patentschrift 948 035 die bei der bio- glutamatkristalle in einer wäßrigen Lösung mit technischen Glutaminsäureproduktion zunächst im Natriumhydroxyd, -carbonat, -bicarbonat od. dgl. Kulturmedium in Form von Monoammoniumglutamat 55 versetzt, wodurch die Glutamatkomponente als enthaltene Glutaminsäure nicht in dieser Form, son- Mononatriumglutamat auskristallisiert oder zur dem ohne Zwischenisolierung von freier Glutamin- Kristallisation gebracht wird, während die Aminosäure als Mononatriumsalz isoliert. niumionenkomponente als gasförmiges Ammonik ab-Die Tatsache, das bislang kein Verfahren bekannt- gezogen wird oder als wäßriges Ammoniak in der geworden ist, die Mononatriumglutamatherstellung 60 nach der Kristallisation von Mononatriumglutamat über das in den Fermentationsmedien vorhandene erhaltenen Mutterlauge verbleibt. Die Reaktion von Monoammoniumglutamat zu führen, hat seine Monoammoniumglutamat mitMononatriumhydroxyd, Ursache darin, daß die Viskosität Monoammonium- -carbonat, -bicarbonat od. dgl. kann sowohl in glutamat enthaltender Fermentationsmedien — eine Lösung als auch in einer Aufschlämmung durch-Art wäßriger Ammoniumglutamatlösungen — bei 65 geführt werden. Beim Arbeiten in der Lösung wird der zur Kristallisation notwendigen Konzentration das Mononatriumglutamat — gegebenenfalls nach auf Grund der vorhandenen Verunreinigungen und Konzentrieren der Lösung — zur Kristallisation gedes hohen Übersättigungsgrades an Monoammonium- bracht; beim Arbeiten in der Aufschlämmung müssen

dagegen die Monoammoniumglutamatkristalle zunächst zur Bildung der Aufschlämmung mit einer geeigneten Menge Wasser oder wäßriger Mononatriumglutamatlösung und dann mit Natriumhydroxyd, -carbonat, -bicarbonat od. dgl. versetzt werden, wobei die Monoammoniumglutamatkristalle nach und nach in Lösung gehen, während das Mononatriumglutamat nach und nach in der Aufschlämmung auskristallisiert. Auf diese Weise wird die Reaktionsmischung während der Neutralisation im Zustand der Aufschlämmung gehalten. Da eine solche Kristallisation im Zustand der Aufschlämmung weder eine Lösungs- oder Konzentrationsstufe noch Energie dafür erfordert, ist sie vorteilhafter als die weiter oben beschriebene Kristallisation.

Das Verfahren der Erfindung weist den bekannten Verfahren gegenüber folgende bemerkenswerten Vorteile hinsichtlich der Verfahrensführung und der damit verbundenen Effekte auf:

1. Man bracht dem Fermentationsmedium weder ao zur Einstellung des pH-Wertes auf den isoelektrischen Punkt der Glutaminsäure noch zur Kristallisation der Glutaminsäure in Form eines anorganischen Salzes Säure zuzusetzen, was bei den bekannten Verfahren üblich ist. Hierdurch werden gemäß Erfindung die Produktionskosten für Mononatriumglutamat wesentlich herabgesetzt und sehr reines, nur wenig gefärbtes oder nahezu farbloses kristallines Monoammoniumglutamat ohne Anwendung anorganischer Säuren erhalten.

2. Die gemäß Erfindung erhaltenen Monoammoniumglutamatkristalle sind nur wenig gefärbt oder nahezu farblos, wie oben angegeben wurde, was die Behandlung mit einem leicht zugänglichen Entfärbungsmittel oder Aktivkohle erforderlich macht. Bei den vorbekannten Verfahren, in denen die Glutaminsäure direkt aus dem Fermentationsmedium als freie Säure oder als anorganisches Salz auskristallisiert wird, werden dagegen die Farbsubstanzen mitgefällt, die dann die kristalline Glutaminsäure begleiten. Ihre Entfernung mit Aktivkohle ist kompliziert und damit unwirtschaftlich, da derartige Prozeduren nahe bei dem Neutralpunkt, bei dem diese Farbsubstanzen löslich sind, durchgeführt werden müssen. Im Gegensatz dazu wird die Kristallisation gemäß Erfindung bei oder nahe bei dem Neutralpunkt durchgeführt, bei dem die Farbsubstanzen in Lösung bleiben, so daß praktisch keine Farbsubstanzen das erhaltene kristalline Monoammoniumglutamat begleiten; die Verunreinigungen der erhaltenen Monoammoniumglutamatkristalle durch Farbsubstanzen lassen sich leicht durch Waschen, Umkristallisieren oder durch einfache Behandlung mit sehr wenig entfärbend wirkenden Mitteln oder Aktivkohle, ohne die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage zu stellen, entfernen.

3. Das Ammoniak kann während der Mononatriumglutamatbildung durch Zusatz von Natriumhydroxyd zu Monoammoniumglutamat gemäß Erfindung wiedergewonnen und bei der L-Glutaminsäureproduktion eingesetzt werden. Bei den vorbekannten Verfahren, bei denen das Fermentationsmedium zur Kristallisation der Glutaminsäure als freie Säure oder als Salz einer anorganischen Säure mit einer anorganischen Säure versetzt wird, wird dagegen das in einem solchen Medium enthaltene Ammoniak in ein neutrales Salz, wie Ammoniumchlorid oder -sulfat — je nach der eingesetzten Säure — umgewandelt, so daß deren Wiedergewinnung oder -verwendung nur sehr begrenzt möglich ist.

Die Erfindung betrifft somit ein einfaches, im industriellen Maßstab wirtschaftlich durchführbares Verfahren, Monoammoniumglutamat aus Kulturmedien unter anderem auch in Gegenwart von Verunreinigungen, wie Farbsubstanzen, leicht in sehr reiner Form in größeren Kristallen als Mononatriumglutamat mit oberflächlich nur gering verunreinigten Kristalloberflächen zu isolieren und in an sich bekannter Weise in Mononatriumglutamat überzuführen.

Das Verfahren der Erfindung soll durch folgende Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

2,93 kg zellfreies Kulturmedium der fermentativen Glutaminsäurebildung (Monoammoniumglutamatgehalt: 1,83 kg, Ubersättigungsgrad: 1,03), das bei der aeroben Kultivierung eines Glutaminsäure produzierenden Mikroorganismus unter Verwendung von Stärkezuckern als Kohlenstofflieferanten und Ammoniak als Stickstofflieferanten erhalten und nach Abfiltrieren der Mikroorganismenzellen unter vermindertem Druck eingeengt worden war, wurde mit 200 g kristallinem Monoammoniumglutamat beimpft und bei 50° C eingeengt, um das Monoammoniumglutamat zur Kristallisation zu bringen.

Nach allmählichem Abkühlen des beimpften und konzentrierten Mediums erhielt man 1,15 kg Kristalle mit einem guten Kristallhabitus und einer Größe von 30 bis 80 Maschen. Ein kleiner Teil dieser Kristalle wurde einmal gewaschen und in eine 50,5°/oige wäßrige Lösung übergeführt. Die Färbung dieser Lösung, gemessen durch das Absorptionsvermögen bei der Wellenlänge 420 πΐμ, hatte den Wert 0,7.

1 kg dieser Kristalle wurde zunächst mit 1,75 1 Wasser versetzt und dann 480 g wäßrige 45%ige Natronlauge zugetropft, um Mononatriumglutamat zur Kristallisation zu bringen, während das Ammoniak praktisch quantitativ durch Destillation unter vermindertem Druck wiedergewonnen wurde. Man erhielt 620 g Kristalle von gutem Habitus. Aus der Mutterlauge isolierte man in analoger Weise durch Konzentrationskristallisation weitere 220 g Mononatriumglutamat.

Zum Vergleich beimpfte man 2,1 kg desselben zellfreien Konzentrats des von der fermentativen Glutaminsäurebildung stammenden Kulturmediums mit 150 g kristallinem Monoammoniumglutamat und führte die Kristallisation bei 20° C durch. Die erhaltenen Kristalle waren zu fein, infolgedessen nur unter Schwierigkeiten von der Mutterlauge abzutrennen, und der Grad der Färbung belief sich auf 5,8.

Beispiel 2

5,0 g eines Mediums der fermentativen Glutaminsäureproduktion, das bei der Kultivierung eines Glutaminsäure produzierenden Mikroorganismus unter Verwendung desselben Kohlenstoff- und Stickstofflieferanten wie im Beispiel 1 erhalten worden war, wurde, ohne vorherige Mikroorganismenzellenentfernung bis zu einer Monoammoniumglutamatübersättigung von 1,05 eingeengt. Das erhaltene Konzentrat versetzte man zunächst mit 50 g Impfkristallen, rührte 2 Stunden bei 65° C und destillierte dann zwei Fünftel der Gewichtsmenge des beimpften Konzentrats an Wasser unter vermindertem Druck

Claims (50)

1. 5 6
2. bei weiterer Konzentration ab.
3. Die Temperatur man unter vermindertem Druck, fügte zu 350 g des
4. senkte man innerhalb von 5 Stunden auf 40° C.
5. Beim Konzentrats (Monoammoniumglutamatgehalt 235 g)
6. Zentrifugieren erhielt man 250 g kristallines Mono- 25 g Impfkristalle unter Rühren bei 62° C und kühlte
7. ammoniumglutamat, das einen guten Kristallhabitus das beimpfte Konzentrat 2 Stunden zur Abscheidung
8. aufwies. 5 von kristallinem Monoammoniumglutamat innerhalb
9. Zum Vergleich konzentrierte man 2,5 kg desselben von 6 Stunden nach und nach auf 40° C ab.
10. Man Fermentationsmediums mit 200 g Monoammonium- erhielt 165 g fast farblose Kristalle, die in üblicher glutamat in der gleichen Weise ohne vorherige Mikro- Weise in Mononatriumglutamat übergeführt wurden, organismenzellenentfernung bis auf eine Mono- _R . . . ,
    ammoniumglutamatübersättigung von 1,15 und unter- io .
11. Beispiel
    warf das erhaltene Konzentrat der Kristallisation, 2,1 kg eines von der fermentativen Glutaminsäureohne zuvor Impfkristalle zuzusetzen.
12. Man erhielt eine gewinnung stammenden Mediums, das unter Verviskose Flüssigkeit mit sehr feinteiligem Niederschlag, wendung von zuckerhaltigem Material als Rohdie gesamte Flüssigkeit verfestigte sich bald, so daß materialien hergestellt, mit Ammoniak versetzt es nicht möglich war, sehr reine Kristalle abzu- 15 worden war und 1,740 kg Monoammoniumglutamat trennen.
13. Bei Wiederholung des Verfahrens mit der enthielt, wurden nach der Entfernung der MikroAbweichung, daß man die Mikroorganismenzellen Organismenzellen mit 90 g Ammoniumsulfat versetzt, zuvor aus dem Kulturmedium entfernte, war es eben- konzentriert, danach mit 25 g Impfkristallen beimpft falls nicht möglich, sehr reine Monoammonium- und schließlich bei 50° C unter Rühren der Kristalliglutamatkristalle abzutrennen. so sation unterworfen.
14. Es schieden sich 135 g Mono-
15. Das erhaltene kristalline Monoammoniumglutamat ammoniumglutamatkristalle ab, was einer Ausbeute
16. wurde in der im Beispiel 1 angegebenen Weise in von 65% entsprach.
17. Mononatriumglutamat übergeführt.
18. Bei Wiederholung des Verfahrens, jedoch ohne die
19. . . Mikroorganismenzellen zu entfernen, wurde nahezu
20. Beispiel 3 _a5 das gleiche Ergebnis erzielt.
21. 1,5 kg eines von der fermentativen Glutaminsäure- Das Monoammoniumglutamat wurde in an sich
22. gewinnung stammenden Mediums, das Melassen als bekannter Weise in Mononatriumglutamat über-
23. Kohlenstofflieferanten und Harnstoff als Stickstoff- geführt.
24. lieferanten enthielt und einen Gehalt von 112 g Beisniel 7
25. Monoammoniumglutamat aufwies, wurde auf eine 30
26. Monoammoniumglutamatübersättigung von 1,05 ein- 5,0 kl eines zellfreien, von der fermentativen geengt und der im Beispiel 1 beschriebenen weiteren Glutaminsäuregewinnung stammenden Mediums Aufarbeitung unterworfen.
27. Man erhielt 51 g kristalli- (Gehalt: 330 kg Glutaminsäure und 44 kg Stickstoff nes Monoammoniumglutamat von gutem Kristall- als Ammoniak), das unter Verwendung von zuckerhabitus, das in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise 35 haltigem Material als Kohlenstofflieferant und Harnin Mononatriumglutamat übergeführt wurde. stoff als Stickstofflieferant hergestellt und nach Ent-. ■ λ λ fernung der Mikroorganismenzellen unter verminderßeispiel 4 _tem J)₁₁₁Ck _auf _ej_ne Monoammoniumglutamatüber-
28. 1,1 kg zellfreies Konzentrat eines von der fermen- Sättigung von 1,10 konzentriert worden war, ver-
29. tativen Glutaminsäurebildung stammenden Mediums 40 setzte man mit 30 kg Impfkristallen und engte es bei
30. (mit 705 g Monoammoniumglutamat) — das nach 60° C weiter ein.
31. Kultivierung eines Glutaminsäure produzierenden Die erhaltenen Kristalle trennte man nach Beendi-Mikroorganismus unter Verwendung von Essigsäure gung des Kristallwachstums von der Mutterlauge ab, als Hauptlieferant für Kohlenstoff und Ammonik als wobei man nach dem Waschen 185 kg farblose Stickstofflieferant, Abfiltrieren der Mikroorganismen- 45 Kristalle von gutem Kristallhabitus erhielt,
    zellen aus dem Fermentationsmedium und Konzen- Die Mutterlauge wurde mit den Waschwässern nieren des Filtrats unter vermindertem Druck bei vereinigt, auf eine Monoammoniumglutamatübersätti-5O⁰C erhalten worden war — wurden mit 200 g gung von 1,05 bei 55° C eingeengt, mit 15 kg kristallikristallinem Monoammoniumglutamat beimpft, dann nem Monoammoniumglutamat beimpft und bei 50° C nach und nach unter Rühren auf 35° C abgekühlt 50 weiter eingeengt.
32. Beim Abzentrifugieren erhielt man und die ausgefallenen Kristalle abfiltriert.
33. Man erhielt 105 kg leicht gefärbte Kristalle, die man in eine 580 g (trockene) farblose Monoammoniumglutamat- weitere Konzentrations-Kristallisations-Stufe einkristalle von gutem Kristallhabitus. führte, um die Ausbeute zu erhöhen.
34. Eine Mononatriumglutamataufschlämmung aus Die erhaltenen Monoammoniumglutamatkristalle
35. 1,050 kg gesättigter wäßriger Mononatriumglutamat- 55 werden in an sich bekannter Weise in Mono-
36. lösung und 60 g kristallinem Mononatriumglutamat, ammoniumglutamat übergeführt,
    die bei 50° C gehalten wurde, versetzte man
37. unter Rühren nach und nach mit den erhaltenen Patentanspruch:
38. 580 g Monoammoniumglutamatkristallen und 455 g Verfahren zur Gewinnung von kristallinem
39. Natriumcarbonat, Decahydrat (Na₂CO₃-IOH₂O). 60 Mononatriumglutamat aus einem als Kation
40. Nach 6 Stunden hatten sich 437 g (Trockengewicht) hauptsächlich Ammoniumionen enthaltenden
41. kristallines Mononatriumglutamat abgeschieden.
42. Fermentationsmedium der biotechnischen L-Glut-
43. _B . -ic aminsäureproduktion, dadurch gekenn-
44. ISp zeichnet, daß man das Fermentationsmedium
45. Ein von der Glutaminsäurefermentation stammen- 65 oder dessen zellfreies Filtrat in an sich bekannter
46. des Medium, das bei Verwendung von Petroleum Weise bis zur Sättigung oder Übersättigung an
47. (Kerosin) als Kohlenstofflieferant und Ammoniak als Monoammoniumglutamat einengt, das Konzen-
48. Stickstofflieferant erhalten worden war, konzentrierte trat, bezogen auf dieses, mit etwa 0,5 bis etwa
49. 7 8
50. 50 Gewichtsprozent Monoammoniumglutamat- schließlich das kristalline Monoammonium-

    kristallen in an sich bekannter Weise impft, dann glutamat abtrennt und dieses in bekannter Weise

    im Temperaturbereich von etwa 30 bis etwa durch Behandeln mitNatriumhydroxyd,-carbonat,

    105° C in an sich bekannter Weise das Mono- -bicarbonat od. dgl. in Mononatriumglutamat

    ammoniumglutamat zur Kristallisation bringt, 5 überführt.