DE19634410C2 - Process for the enrichment of L-serine from natural product mixtures - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von L-Serin aus Natur­ stoffgemischen.The invention relates to a process for the enrichment of L-serine from nature mixtures of substances.

Serin ist eine Aminosäure von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Sie dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Tryptophan und wird darüber hinaus als Zusatzstoff in Kosmetika und als pharmazeutischer Rohstoff eingesetzt.Serine is an amino acid of considerable economic importance. she serves as a starting material for the production of tryptophan and is beyond used as an additive in cosmetics and as a pharmaceutical raw material.

Von besonderem Interesse ist dabei nicht nur das racemische D,L-Serin, son­ dern vor allem das enantiomerenreine L-Serin, insbesondere als Synthese­ baustein in der biosynthetischen L-Tryptophanproduktion.Of particular interest is not only the racemic D, L-serine, but especially the enantiomerically pure L-serine, especially as a synthesis building block in biosynthetic L-tryptophan production.

L-Serin wird als Schlüsselmetabolit vieler Biosynthesewege sehr schnell ver­ stoffwechselt und ist deshalb auch heute kaum fermentativ in befriedigenden Ausbeuten zu produzieren. Der Stand der Technik zur gezielten Biosynthese aus Methanol und Glycin unter Ausnutzung des mikrobiellen Hydroxymethyl­ transferase-Stoffwechselweges ist von Izumi et al. (Appl. Microbiol. Biotechnol, (1993), 39, 427-432) zusammengefaßt, die biotechnologische Synthese aus Glycerinsäure wird in einer Veröffentlichung von Furuyoshi et al. (Agric. Biol. Chem, (1989), 53, 3075-3076) vorgestellt. Enzymatische Umwandlungsverfah­ ren schlägt die EP 0 213 736 B1 vor.L-serine, as the key metabolite of many biosynthetic pathways, is very quickly metabolized and is therefore hardly fermentative in satisfactory To produce yields. The state of the art for targeted biosynthesis from methanol and glycine using the microbial hydroxymethyl transferase pathway is described by Izumi et al. (Appl. Microbiol. Biotechnol, (1993), 39, 427-432) summarized the biotechnological synthesis Glyceric acid is described in a publication by Furuyoshi et al. (Agric. Biol. Chem, (1989), 53, 3075-3076). Enzymatic conversion process ren proposes EP 0 213 736 B1.

Die FR-PS 1 499 577 schlägt ein Verfahren zur Herstellung von L-Serin vor, in dem chemisch synthetisiertes racemisches D,L-Serin unter Zuhilfenahme von Mikroorganismen in seine Enantiomeren gespalten wird. Das Verfahren setzt eine ausreichend preiswerte Quelle für das D,L-Serin voraus. Nun ist aber das D,L-Serin selbst durch chemische Synthese nur schwer zugänglich und seine Herstellung kaum kostengünstiger als die herkömmlichen extraktiven Herstel­ lungsverfahren für L-Serin.FR-PS 1 499 577 proposes a process for the production of L-serine, in the chemically synthesized racemic D, L-serine with the help of Microorganisms is split into its enantiomers. The procedure continues a reasonably priced source of the D, L-serine ahead. Now that's it D, L-serine itself is difficult to access by chemical synthesis and its Production hardly cheaper than the conventional extractive manufacturers L-serine processing method.

Nach wie vor wird der größte Teil des L-Serins extraktiv aus Proteinhydrolysaten gewonnen, auch diese Verfahren sind jedoch aufwendig und teuer. Geeignete Rohstoffe sind Seidenfibroin und Wollkeratin, Federmehl oder Reiskleber, die einen relativ hohen Serinanteil aufweisen. Aus den mineralsauren Hydrolysaten können Anteile an schwerlöslichen Aminosäuren durch Konzentration und Fäl­ lung abgetrennt werden.Most of the L-serine is still extractive from protein hydrolyzates won, but these processes are complex and expensive. Suitable  Raw materials are silk fibroin and wool keratin, feather flour or rice glue have a relatively high proportion of serine. From the mineral acid hydrolyzates can share in sparingly soluble amino acids by concentration and precipitation be separated.

Das leichtlösliche L-Serin verbleibt im Überstand, und kann durch Ionenaus­ tausch als Gruppe mit den anderen neutralen Aminosäuren angereichert wer­ den - zur vollständigen selektiven Abtrennung ist einzig die Fällung des schwerlöslichen Serinsalzes der p-Hydroxyazobenzol-p-sulfonsäure beschrie­ ben. Aus diesem Salz muß das L-Serin anschließend mit hochgiftigem Barium­ hydroxid wieder freigesetzt werden (Greenstein, Winitz, Chemistry of the Amino Acids, Vol. 3, pp 2202).The easily soluble L-serine remains in the supernatant and can be released by ions exchange as a group with the other neutral amino acids for complete selective separation is only the precipitation of the poorly soluble serine salt of p-hydroxyazobenzene-p-sulfonic acid ben. The L-serine must then be extracted from this salt with highly toxic barium hydroxide are released again (Greenstein, Winitz, Chemistry of the Amino Acids, Vol. 3, pp 2202).

Die FR-PS 1.562.512 beschreibt ein Verfahren zur chromatographischen Tren­ nung von Aminosäuregemischen, in dem die Aminosäuren stufenweise mit ver­ schiedenen Puffersubstanzen von einer Kationenaustauschersäule eluiert wer­ den. Das Verfahren kann im Labormaßstab funktionieren, da hier Austauscher­ materialien hoher Trennschärfe zur Verfügung stehen, und die Kosten für die Puffersubstanzen sowie deren anschließende Abtrennung aus den Aminosäure­ fraktionen keine Rolle spielen. Sowohl die Anwendung analytischer Tauscher­ materialien als auch der Einsatz von Puffersubstanzen wäre jedoch in der tech­ nischen Aminosäureherstellung unwirtschaftlich, so daß dieses Verfahren als Industrieprozeß nicht in Frage kommt.FR-PS 1.562.512 describes a method for chromatographic separation Amination of amino acid mixtures in which the amino acids gradually with ver various buffer substances are eluted from a cation exchange column the. The process can work on a laboratory scale, since this is an exchanger high selectivity materials are available, and the cost of Buffer substances and their subsequent separation from the amino acid fractions don't matter. Both the use of analytical exchangers materials as well as the use of buffer substances would be in the tech African amino acid production uneconomical, so that this process as Industrial process is out of the question.

Die DE 36 30 878 C1 beschreibt eine Serinanreicherung aus Nebenfraktionen der technischen Rübenmelasseentzuckerung. Aus dieser wird mittels Ionen­ ausschlußchromatographie eine Fraktion erhalten, die Serin in 40% in der Troc­ kensubstanz enthält. Das Serin ist teilweise racemisiert. Der Racematanteil läßt sich durch Fällung von D,L-Serin aus der konzentrierten Lösung verringern, die Reinheit der L-Serinfraktion geht dabei entsprechend zurück. Das L-Serin wird jedoch nicht weiter gereinigt, sondern die beschriebene Fraktion als Ausgangs­ lösung in der biokatalytischen L-Tryptophansynthese eingesetzt. Die in der DE 36 30 878 C1 erwähnte Möglichkeit, das im Fällungsüberstand vorhandene L-Serin durch weitere Kristallisationsschritte aufzureinigen, ist wegen der erheblichen Ausbeuteverluste unwirtschaftlich.DE 36 30 878 C1 describes a serine enrichment from side fractions technical beet molasses desugarization. This is made by means of ions exclusion chromatography obtained a fraction, the serine in 40% in the Troc contains substance. The serine is partially racemized. The racemate fraction leaves decrease by precipitation of D, L-serine from the concentrated solution, the The purity of the L-serine fraction decreases accordingly. The L-serine will however, no further purification, but the described fraction as the starting point solution used in biocatalytic L-tryptophan synthesis. The in the DE 36 30 878 C1 mentioned possibility, the existing in the precipitation supernatant  Purification of L-serine by further crystallization steps is due to the considerable loss of yield is uneconomical.

Unverändert ist eine Optimierung der L-Serinanreicherung aus Naturstoffgemi­ schen ein Problem. Zur Verfügung stehende Rohstoffe, wie beispielsweise Me­ lasse, besitzen nur sehr niedrige Konzentrationen von Serin und auch andere natürliche Rohstoffe stellen meistens durch eine hohe Komplexität des Aus­ gangsgemisches sehr hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Auf­ arbeitungsverfahrens.An optimization of the L-serine enrichment from natural material mixture remains unchanged problem. Available raw materials, such as Me have only very low concentrations of serine and others natural raw materials mostly pose a high level of complexity very high demands on the performance of the opening working process.

Gleichwohl ist es natürlich erforderlich, möglichst kostengünstige und leicht verfügbare Verfahren einzusetzen, wobei sich gerade bei enzymatischen und fermentativen Verfahren Probleme ergeben.Nevertheless, it is of course necessary to be as inexpensive and light as possible to use available methods, especially with enzymatic and problems arise in fermentative processes.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Anreicherung von L-Serin vorzu­ schlagen, das mit kostengünstig zur Verfügung stehenden Ausgangsstoffen, insbesondere Naturstoffgemischen, auskommt und gleichwohl bei möglichst hoher Produktausbeute eine ebenfalls kostengünstige Herstellung ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for the enrichment of L-serine propose that with inexpensively available raw materials, in particular natural product mixtures, and at the same time if possible high product yield also enables cost-effective production.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem als Ausgangsstoff ein Naturstoffgemisch mit einem Serinanteil von 5 g bis 20 g/100 g Trockensub­ stanz eingesetzt wird und bei dem in einem Verfahrensschritt an einem stark sauren Kationenaustauscher mittels einer salzhaltigen Lösung eine Ionenver­ drängungschromatographie mit selektiver Elution von neutralen polaren Ami­ nosäuren in eine saure Fraktion erfolgt, in der das Serin angereichert ist, und bei dem nach der Ionenverdrängungschromatographie und der selektiven Elu­ tion der neutralen polaren Aminosäuren eine Entsäuerung der mit Serin ange­ reicherten Fraktion erfolgt.This object is achieved by a process in which a starting material is used Natural substance mixture with a serine content of 5 g to 20 g / 100 g dry sub stamping is used and in which in one process step on a strong acidic cation exchanger using a saline solution an ion exchanger pressure chromatography with selective elution of neutral polar ami no acids in an acidic fraction in which the serine is enriched, and in that after ion displacement chromatography and selective elu tion of the neutral polar amino acids an acidification of the serine enriched fraction.

Dies bedeutet bevorzugt, daß aus einem serinhaltigen Naturstoffgemisch die kationischen Bestandteile an einen in einer Säule befindlichen Ionenaustau­ scher gebunden werden und die neutralen polaren Aminosäuren mit einer mine­ ralsalzhaltigen Lösung von dem Kationenaustauscher selektiv als mineralsaure Fraktion verdrängt werden, und daß in dieser Fraktion das Serin und andere Aminosäuren durch Entsäuerung freigesetzt werden.This preferably means that the from a serine-containing natural product mixture cationic components to an ion exchange located in a column and the neutral polar amino acids with a mine ralsalzhaltigen solution from the cation exchanger selectively as mineral acid  Fraction are displaced, and that in this fraction the serine and others Amino acids are released by deacidification.

Alle für die Serinextraktion in Frage kommenden Rohstoffe können neben Ami­ nosäuren in wechselnden Zusammensetzungen anorganische Salze, Kohlenhy­ drate, organische Säuren und Farbstoffe als Hauptverunreinigungen enthalten. Für das Verfahren geeignet sind prinzipiell Rohstoffe, die Serin in 5 bis 20% Gewichtsanteil in Trockensubstanz und andere Aminosäuren in möglichst nicht mehr als 5% Gewichtsanteil je Aminosäure in Trockensubstanz enthalten.All raw materials that can be used for serine extraction can be used in addition to Ami non-acids in changing compositions inorganic salts, coal hy third, organic acids and dyes as main contaminants. In principle, raw materials containing 5 to 20% serine are suitable for the process. Weight percentage in dry matter and other amino acids in not if possible Contain more than 5% by weight per amino acid in dry matter.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere mit einer kosten­ günstig zur Verfügung stehenden Melassefraktion beginnen. Die Hauptkompo­ nenten dieser Melassefraktion lassen sich etwa in den Gruppen Alkalimetallka­ tionen (Natrium, Kalium), Anionen der organischen Säuren, Sacharide, Melasse­ farbstoffe und Aminosäuren zusammenfassen.The method according to the invention can in particular be costly low-cost molasses fraction. The main compo This molasses fraction can be found in the groups Alkalimetallka ions (sodium, potassium), anions of organic acids, saccharides, molasses summarize dyes and amino acids.

Am Anfang der Aufreinigung steht ein Kationenaustausch, da die enthaltenen Kohlenhydrate und organischen Säuren sich im Gegensatz zu den Aminosäuren nicht am Tauscher binden und somit einfach und vollständig vom Produkt abzu­ trennen sind.At the beginning of the purification there is a cation exchange, since the contained ones Carbohydrates and organic acids are in contrast to the amino acids do not bind to the exchanger and can therefore be easily and completely detached from the product are separate.

Komplizierter stellt sich die Abtrennung der zusammen mit dem Produkt vom Trennmaterial aufgenommenen hauptsächlichen kationischen Komponenten dar, also der Fremdaminosäuren, der Alkalimetallionen (Natrium und Kalium) und der Farbstoffe.The separation of the product together with the product is more complicated Mainly cationic components absorbed separating material the foreign amino acids, the alkali metal ions (sodium and potassium) and the dyes.

Bei herkömmlichen Verfahren werden die Aminosäuren durch ein alkalisches Verdrängungsmittel eluiert. Die Regeneration des Tauschers erfolgt mit Mineral­ säure.
In conventional methods, the amino acids are eluted by an alkaline displacement agent. The exchanger is regenerated with mineral acid.

R - SO₃ ^-H₃N⁺ - CHR - COOH + NaOH → R - SO₃ ^-Na⁺ + H₃N⁺ - CHR - COO^- + H₂O
R - SO ₃ ^- H ₃ N ⁺ - CHR - COOH + NaOH → R - SO ₃ ^- Na ⁺ + H ₃ N ⁺ - CHR - COO ^- + H ₂ O

R - SO₃ ^-Na⁺ + HCl → SO₃ ^-H⁺ + NaCl
R - SO ₃ ^- Na ⁺ + HCl → SO ₃ ^- H ⁺ + NaCl

Eine leistungsfähige Trennung von Einzelkomponenten ist nur dann möglich, wenn durch starke Verdünnung des alkalischen Verdrängungsmittels ein hin­ reichend flacher pH-Gradient erzeugt werden kann, um die Aminosäuren und andere Kationen in der Reihenfolge ihrer Bindungsstärke selektiv zu eluieren.Efficient separation of individual components is only possible if by strong dilution of the alkaline displacement agent enough flat pH gradient can be generated to the amino acids and selectively elute other cations in the order of their binding strength.

Im Standardfall, der Anwendung von 1 M NaOH als Verdrängungsmittel, wird diese Bedingung nicht erfüllt. Durch den steilen pH-Gradienten in der Elutions­ front kommt es zu einer unselektiven Elution aller Komponenten. Dadurch wird die mögliche Trennleistung des Harzes nicht vollständig ausgeschöpft.In the standard case, the use of 1 M NaOH as a displacement agent this condition is not met. Due to the steep pH gradient in the elution front there is an unselective elution of all components. This will the possible separation performance of the resin has not been fully exhausted.

Für eine technische Anwendung müssen gute Ergebnisse also auch mit gerin­ ger verdünnten Eluenten erzielt werden können.For a technical application, good results also have to be achieved diluted eluents can be achieved.

Eine wesentlich kostengünstigere und bevorzugte Variante konnte durch die Nutzung von Mineralsalzlösung, z. B. Natriumchlorid (NaCl) als Verdrängungs­ mittel erzielt werden, entsprechend folgender Formel:
A much cheaper and preferred variant could be achieved by using mineral salt solution, e.g. B. sodium chloride (NaCl) can be achieved as a displacement medium, according to the following formula:

R - SO₃ ^-NH₃ ⁺ - CHR - COOH + NaCl → R - SO₃ ^-Na⁺ - Cl^- - H₃N⁺ - CHR - COOHR - SO ₃ ^- NH ₃ ⁺ - CHR - COOH + NaCl → R - SO ₃ ^- Na ⁺ - Cl ^- - H ₃ N ⁺ - CHR - COOH

Die Nutzung einer kochsalzhaltigen Lösung als Verdrängungsmittel gewährlei­ stet ohne Aufwand die Ausbildung eines flachen, sich selbst regulierenden pH- Gradienten, der die selektive graduelle Elution der Komponenten zuläßt.Ensure the use of a saline solution as a displacement agent the formation of a flat, self-regulating pH Gradient that allows the selective gradual elution of the components.

Der pH-Wert des anfallenden Eluates ergibt sich aus den auftretenden Aus­ tauschgleichgewichten. Für diesen bevorzugten Fall ergibt sich der pH-Wert im Eluat hauptsächlich aus den auftretenden Hydrochloriden der Aminosäuren bzw. der freien Salzsäure.The pH value of the eluate obtained results from the occurring out exchange equilibria. For this preferred case, the pH value in Eluate mainly from the occurring hydrochlorides of the amino acids or the free hydrochloric acid.

Die Produktlösung ist dementsprechend stark sauer. Im Gegensatz zu der Ver­ drängung mit Natronlauge können jedoch die adsorbtiv gebundenen Bestand­ teile wie Melasse-Farbstoffe und die hydrophoben Aminosäuren Tyrosin, Valin und Phenylalanin annähernd vollständig von der polaren neutralen Aminosäure Serin abgetrennt werden. The product solution is accordingly very acidic. In contrast to the Ver crowding with sodium hydroxide can, however, adsorb the bound stock parts like molasses dyes and the hydrophobic amino acids tyrosine, valine and phenylalanine almost entirely from the polar neutral amino acid Serine to be separated.  

Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, daß im Anwendungsfall eine stark kochsalzhaltige Restmutterlauge als Verdrängungsmittel kostenfrei zur Verfü­ gung steht, wodurch sich der Chemikalienaufwand für diesen Aufarbeitungs­ schritt erheblich verringert.It is also of particular advantage that a strong application residual mother liquor containing saline as a displacement agent is available free of charge is available, which increases the chemical expenditure for this refurbishment step significantly reduced.

Aus der hohen Säurestärke der erhaltenen Produktlösung ergeben sich neben der höheren Produktreinheit noch weitere Vorteile für die weitere Aufreinigung des Serins. Es ist nämlich ohne Aufwand das weiterhin enthaltene Asparagin durch säurekatalysierte Hydrolyse in die leicht abtrennbare Asparaginsäure überführbar. Eine anschließende Aktivkohlebehandlung führt im sauren Medium zur vollständigen Entfernung der verbliebenen Farbstoffe aus dem Produkt.The high acid strength of the product solution obtained also results in the higher product purity even more advantages for further purification of the serine. It is the asparagine that is still present without any effort by acid-catalyzed hydrolysis into the easily separable aspartic acid transferable. A subsequent activated carbon treatment leads in an acid medium for the complete removal of the remaining dyes from the product.

Als kostengünstig in großen Mengen verfügbare Trennmaterialien für die Ionen­ verdrängungschromatographie wurden u. a. Ionenaustauscher aus dem Bereich der technischen Wasseraufbereitung eingesetzt, welche sich durch ihre Korn­ größenverteilung (0,35 bis 1,2 mm) und ihren günstigen Preis (derzeit etwa DM 3 bis 6/Liter) erheblich von den analytischen Trennmaterialien unterscheiden.As inexpensive ion separating materials available in large quantities displacement chromatography has been u. a. Ion exchangers from the area technical water treatment, which is characterized by its grain size distribution (0.35 to 1.2 mm) and their favorable price (currently about DM 3 to 6 / liter) differ significantly from the analytical separating materials.

Die Auswahl geeigneter Tauscher sollte sowohl unter Betrachtung des optima­ len Selektivitätskoeffizienten als auch des chromatographischen Ionenaus­ tauschverhaltens erfolgen.The selection of suitable exchangers should be taken into account both when considering the optima len selectivity coefficients as well as the chromatographic ions exchange behavior.

Das Verfahren der fraktionierten Elution läßt sich prinzipiell mit jedem stark sau­ ren Kationenaustauscher durchführen, jedoch wurden bei einem Vergleich ver­ schiedener Tauschermaterialien Selektivitätsunterschiede gefunden, die für eine weitere Verbesserung der Trennung genutzt werden konnten. Der pH-Wert der Aufgabelösung hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Bindung der Kationen, sofern er zwischen pH 2,5 und pH 9,0 liegt. Um Ausfällungen zu vermeiden, sollte der Trockensubstanzanteil der Aufgabelösung 30% nicht überschreiten und die Temperatur 60°C bis 80°C betragen. Die Aufgabegeschwindigkeit kann bis zu 3 Bettvolumen pro Stunde, vorzugsweise 1,5 BV/h betragen. We­ sentlichen Einfluß auf die Selektivität der Aminosäureverdrängung hat die Art und Weise der Elution mit anorganischer Neutralsalzlösung. Die Art des ver­ wendeten Alkalimetallsalzes hat wenig Einfluß auf die Trennung, jedoch muß die Salzkonzentration zwischen 2% und 8%, vorzugsweise um 4% liegen; bei zu hoher Salzkonzentration gelangen Alkalimetallionen in die Aminosäurefrak­ tionen, bei zu niedriger Salzkonzentration erhält man stark verdünnte Produktlö­ sungen, die aufwendig konzentriert werden müssen. Einen analogen Einfluß auf die Trennung hat die Aufgabegeschwindigkeit der Salzlösung auf die Säule, die idealerweise zwischen 0,5 BV/h und 1,0 BV/h liegt; bei zu hoher Aufgabege­ schwindigkeit gelangen Alkalimetallionen in die Aminosäurefraktionen, bei zu niedriger Aufgabegeschwindigkeit sinkt die Raum-Zeit-Ausbeute unnötig. Der pH-Wert der Salzlösung sollte idealerweise im Neutralbereich (pH 6 bis 8) lie­ gen, zu hohe pH-Werte verschlechtern die Trennleistung der Elution, insbeson­ dere bezüglich der Abtrennung von Farbstoffen und hydrophoben Aminosäuren, zu niedrige pH-Werte haben wiederum ein Verschleppen von Alkalimetallionen in die Produktlösung zur Folge.The method of fractional elution can in principle be used with anybody perform cation exchanger, however, a comparison was made different exchange materials, selectivity differences found for a further improvement of the separation could be used. The pH of the Feed solution has no significant influence on the binding of the cations, provided it is between pH 2.5 and pH 9.0. To avoid precipitation, the dry matter content of the feed solution should not exceed 30% and the temperature is 60 ° C to 80 ° C. The feed speed can be up to 3 bed volumes per hour, preferably 1.5 BV / h. We Art has a significant influence on the selectivity of amino acid displacement and manner of elution with inorganic neutral salt solution. The type of ver used alkali metal salt has little influence on the separation, but must  the salt concentration is between 2% and 8%, preferably around 4%; in to high salt concentration, alkali metal ions get into the amino acid fracture ions, if the salt concentration is too low, highly diluted product solutions are obtained solutions that have to be concentrated. An analog influence on the separation has the rate at which the saline solution is applied to the column ideally lies between 0.5 BV / h and 1.0 BV / h; if the task is too high alkali metal ions get into the amino acid fractions at lower feed speed unnecessarily reduces the space-time yield. The Ideally, the pH value of the salt solution should be in the neutral range (pH 6 to 8) Too high pH values impair the separation efficiency of the elution, in particular with regard to the separation of dyes and hydrophobic amino acids, if the pH values are too low, alkali metal ions are carried over into the product solution.

Nach der Anreicherung des Serins mittels der beschriebenen Ionenverdrän­ gungschromatographie wird wie dargestellt das Serin in einer sauren Fraktion als mineralsaures Salz, im Falle der Verdrängung mit Natriumchlorid als Serin­ hydrochlorid erhalten. Ist eine weitere Aufreinigung der sauren Produktfraktion nicht erwünscht oder nicht notwendig, kann das Serinhydrochlorid an dieser Stelle des Verfahrens direkt in die freie Aminosäure überführt werden. Dies ge­ schieht entweder nach bekannten Verfahren durch Zugabe von Basen oder durch Neutralisation mit einem basischen Anionenaustauscher, oder aber nach dem weiter unten beschriebenen und in Anspruch 5 dieser Schrift charakterisier­ ten Verfahrensschritt der Mineralsäureabtrennung mittels eines sehr stark sau­ ren Kationenaustauschers.After enrichment of the serine using the described ion displacement Gung chromatography shows the serine in an acidic fraction as shown as mineral acid salt, in the case of displacement with sodium chloride as serine get hydrochloride. Is a further purification of the acidic product fraction undesired or not necessary, the serine hydrochloride can be attached to this Site of the process can be converted directly into the free amino acid. This ge either by known methods by adding bases or by neutralization with a basic anion exchanger, or after that described below and characterized in claim 5 of this document th process step of mineral acid removal using a very strongly acidic ren cation exchanger.

Die von dem Kationenaustauscher erhaltene Serinfraktion kann neben dem Hydrochlorid des Serins auch noch größere Anteile der Hydrochloride anderer neutraler Aminosäuren, insbesondere Glutamin-HCl und Asparagin-HCl enthal­ ten, die sich nur schwer vom Serin abtrennen lassen.The serine fraction obtained from the cation exchanger can in addition to the Hydrochloride of the serine also larger portions of the hydrochlorides of others neutral amino acids, especially glutamine HCl and asparagine HCl that are difficult to separate from serine.

In der sauren Lösung lassen sich diese Aminosäuren jedoch durch einfaches Erhitzen der Lösung leicht und vollständig zu Asparaginsäure und Glutamin­ säure hydrolisieren, die im folgenden leicht abgetrennt werden können. Die Hydrolyse von Asparagin und Glutamin wird bei einer Temperatur von über 80°C, vorzugsweise 95°C, unter Normaldruck in 4 bis 15 h durchgeführt, nied­ rigere Temperaturen bedingen längere Reaktionszeiten oder eine unvollstän­ dige Hydrolyse.In the acidic solution, however, these amino acids can be easily removed Heat the solution slightly and completely to aspartic acid and glutamine Hydrolize acid, which can be easily separated in the following. The  Hydrolysis of asparagine and glutamine is carried out at a temperature above 80 ° C, preferably 95 ° C, carried out under normal pressure in 4 to 15 h, low higher temperatures require longer reaction times or an incomplete one hydrolysis.

Auch lassen sich aus dieser ganzen Lösung gegebenenfalls vorhandene Farb­ bestandteile leicht an eine geeignete Aktivkohle adsorbieren, so daß schon in diesem frühen Aufarbeitungsstadium eine praktisch farblose Serinlösung erhal­ ten wird.Any color that may be present can also be obtained from this entire solution Ingredients easily adsorb to a suitable activated carbon, so that already in receive a practically colorless serine solution at this early work-up stage will.

Die Entfärbung mit Aktivkohle geschieht am vorteilhaftesten in einem Rührbe­ hälter, in dem die Lösung auf 80°C bis 95°C erwärmt und mit 0,5 bis 5%, vor­ zugsweise 1% ihres Trockengewichtsanteils an Aktivkohle versetzt wird. Nach mindestens 0,5 h kann die nun praktisch vollkommen farblose Serinlösung von der Aktivkohle abfiltriert werden. Die zu verwendende Aktivkohle kann prinzipiell von jedem Typ Aktivkohle sein, z. B. Kokosnußschalenkohle, Kohle oder Petro­ leumpechkohle, jedoch ist es für die Entfärbung von Bedeutung, die saure Se­ rinlösung erst nach der Abtrennung der Kohle für die weitere Verarbeitung zu neutralisieren.The best way to decolorize with activated carbon is in a mixer container in which the solution is heated to 80 ° C to 95 ° C and with 0.5 to 5% preferably 1% of their dry weight proportion of activated carbon is added. To the now practically completely colorless serine solution of the activated carbon can be filtered off. The activated carbon to be used can in principle of any type of activated carbon, e.g. B. coconut shell charcoal, coal or petro leech pitch coal, but it is important for decolorization, the acidic Se rin solution only after separation of the coal for further processing neutralize.

Bezüglich der Entsäuerung der Serinlösung konnte überraschend gefunden werden, daß die Hydrochloride der Aminosäuren an einem makroporösen hoch­ sulfonierten Styroldivinylbenzol-Harz, wie es als saurer Festphasenkatalysator in der chemischen Reaktionstechnik eingesetzt wird, in die Aminosäuren und freie Salzsäure gespalten werden können. Die Aminosäuren gehen dabei eine Bin­ dung mit den protonierten Ankergruppen des Tauschermaterials ein, während die freigesetzte Salzsäure im Eluat erhalten wird. Dieses Verfahren ist insbe­ sondere deshalb vorteilhaft, weil die Säure so wiedergewonnen wird und einer erneuten betrieblichen Verwendung zugeführt werden kann. Als Harzmaterialien können z. B. die Kationenaustauscher K 2611 (Bayer), OC VP 1501 (Bayer) oder Amberlyst 35 WET (Rohm & Haas) verwendet werden. Die gebundenen Amino­ säuren lassen sich von diesen Tauschern mit einer verdünnten starken Lauge, zum Beispiel Natronlauge oder Ammoniak, verdrängen. Regarding the deacidification of the serine solution, it was surprisingly found be that the hydrochloride of the amino acids at a macroporous high sulfonated styrene-divinylbenzene resin as used as an acidic solid phase catalyst in chemical reaction technology is used in the amino acids and free Hydrochloric acid can be split. The amino acids go one bin with the protonated anchor groups of the exchange material, while the hydrochloric acid released is obtained in the eluate. This procedure is particularly important especially advantageous because the acid is recovered and one can be used again for operational purposes. As resin materials can e.g. B. the cation exchanger K 2611 (Bayer), OC VP 1501 (Bayer) or Amberlyst 35 WET (Rohm & Haas) can be used. The bound amino acids can be removed from these exchangers with a dilute strong alkali, for example, sodium hydroxide or ammonia.  

Bei geeigneter Verdünnung der Base läßt sich auch hier überraschend eine stufenweise Verdrängung der Aminosäuren erzielen, etwa in der Reihenfolge Asparaginsäure-Threonin-Serin-Glycin-Valin. Durch eine Rückführung der Fraktionen, in denen sich Serin mit den Elutionsbereichen der anderen Ami­ nosäuren überschneidet, kann bei guter Ausbeute an Serin eine zufriedenstel­ lende Abtrennung der Fremdaminosäuren erzielt werden. Das als Nebenfraktion erhaltene Threonin hat ebenfalls bereits eine so hohe Reinheit, daß eine wirtschaftliche Gewinnung auch dieser Aminosäure möglich wird. Die Aufgabe­ lösung auf das Katalyseharz sollte einen Trockensubstanzgehalt zwischen 5 und 15%, vorzugsweise zwischen 5 und 10%, aufweisen, der pH dieser Lösung sollte zwischen 0,5 und 3,0, vorzugsweise um pH 1,5, liegen. Aufgabe pH- Werte unter 1,0 führen zu einer deutlich geringeren Aminosäureaufnahme am Katalyseharz. Den gleichen Effekt hat eine zu hohe Temperatur der Aufgabelö­ sung, so daß die Adsorption sinnvoll nur zwischen 20°C und 50°C durchgeführt wird. Die optimalen Aufgabe- und Elutionsgeschwindigkeiten liegen zwischen 0,5 BV/h und 2,0 BV/h, niedrigere Aufgabegeschwindigkeiten verbessern zwar die Trennschärfe, verringern jedoch die Raum-Zeit-Ausbeute. Gegebenenfalls lassen sich aus der von dem Katalyseharz erhaltenen, nun neutralen Serinfrak­ tion noch unerwünschte Verunreinigungen an Glutaminsäure oder Asparagin­ säure mit Hilfe eines Anionenaustauschers selektiv und vollständig entfernen. Der Anionentauscher wird nach den Vorschriften des Herstellers und vorzugs­ weise im Schwebebettverfahren betrieben, um Verstopfungen der Säule durch mögliche Ausfällungen von Asparaginsäure oder Glutaminsäure vorzubeugen.With a suitable dilution of the base, surprisingly one can be found here as well achieve gradual displacement of the amino acids, approximately in the order Aspartic Acid Threonine Serine Glycine Valine. By returning the Fractions in which serine coincides with the elution areas of the other Ami overlapping nosacids, with a good yield of serine, can be satisfactory separating the foreign amino acids can be achieved. That as a minor fraction Threonine obtained also has such a high purity that a this amino acid can also be obtained economically. The task Solution on the catalytic resin should have a dry matter content between 5 and 15%, preferably between 5 and 10%, the pH of this solution should be between 0.5 and 3.0, preferably around pH 1.5. Task pH Values below 1.0 lead to a significantly lower amino acid uptake on Catalytic resin. Excessive feed oil temperature has the same effect solution, so that the adsorption sensible only between 20 ° C and 50 ° C. becomes. The optimal feed and elution speeds are between 0.5 BV / h and 2.0 BV / h, lower feed speeds do improve the selectivity, but reduce the space-time yield. Possibly can be derived from the now neutral serine fracture obtained from the catalytic resin tion still undesirable impurities in glutamic acid or asparagine Selectively and completely remove acid using an anion exchanger. The anion exchanger is preferred according to the manufacturer's instructions operated in a floating bed process to block the column to prevent possible precipitation of aspartic acid or glutamic acid.

Sollte die erhaltene Serinlösung nicht aus reinem L-Serin bestehen, sondern auch D-Serin als Nebenbestandteil enthalten, wie es zum Beispiel bei Verwen­ dung von Zuckerrübenmelasse als Rohstoff der Fall ist, kann eine Abtrennung des D-Anteils durch Kristallisation des Racemates erfolgen. Die Löslichkeit von D,L-Serin in wässriger Lösung beträgt bei 20°C 4,5 g/100 g H₂O, während die Löslichkeit von reinem L-Serin unter den gleichen Bedingungen 38 g/100 g H₂O beträgt. Da entsprechend den chemischen Löslichkeitsgewichten nicht die Konzentration des D,L-Serins, sondern das Produkt der Konzentrationen vom D- Serin und vom L-Serin ausschlaggebend für die Löslichkeit des D,L-Serins ist, wird durch einen Überschuß an L-Serin die Löslichkeit des D-Serins weiter her­ abgesetzt. Hier wirkt sich die bereits hohe Reinheit der vorliegenden Serinfrak­ tion besonders vorteilhaft aus, denn die Lösung kann bis an die Löslichkeits­ grenze des L-Serins konzentriert werden, ohne daß die Gefahr besteht, Verun­ reinigungen ebenfalls auszukristallisieren. Ein eventuell bei der Kristallisation des D,L-Serins mitgerissener Überschuß an L-Serin kann durch Suspendieren des Sedimentes wieder in Lösung gebracht werden. Auf diese Weise wird das D-Serin bis auf einen geringen Restanteil aus der Lösung abgeschieden und als Nebenprodukt der L-Serinproduktion ein kristallines, bereits sehr sauberes D,L- Serin erhalten. Dieses Racemat ist ebenfalls ein wichtiger pharmazeutischer Rohstoff und seine Isolierung kann einen wesentlichen Beitrag zur Wirtschaft­ lichkeit des Gesamtverfahrens leisten.If the serine solution obtained does not consist of pure L-serine, but also contains D-serine as a secondary component, as is the case, for example, when using beet molasses as a raw material, the D component can be separated off by crystallization of the racemate. The solubility of D, L-serine in aqueous solution is 4.5 g / 100 g H ₂ O at 20 ° C, while the solubility of pure L-serine is 38 g / 100 g H ₂ O under the same conditions. Since, according to the chemical solubility weights, it is not the concentration of D, L-serine, but the product of the concentrations of D-serine and L-serine that is decisive for the solubility of D, L-serine, an excess of L-serine causes the Solubility of D-serine further reduced. Here, the already high purity of the present serine fraction has a particularly advantageous effect, since the solution can be concentrated to the solubility limit of the L-serine without the risk of impurities also crystallizing out. Any excess L-serine entrained in the crystallization of the D, L-serine can be brought back into solution by suspending the sediment. In this way, the D-serine is separated from the solution except for a small residual fraction and a crystalline, already very clean D, L-serine is obtained as a by-product of the L-serine production. This racemate is also an important pharmaceutical raw material and its isolation can make a significant contribution to the economy of the overall process.

Auch wenn eine D-Serin-Abtrennung nicht notwendig ist, weil die Beschaffenheit des verwendeten Rohstoffs dies nicht erforderlich macht, kann die Produkt­ lösung dennoch bis an die Löslichkeitsgrenze des L-Serins konzentriert werden, so daß aus ihr durch Lösungsmittelzugabe das L-Serin in reiner Form kristalli­ siert werden kann. In Versuchen zur Löslichkeit der Aminosäuren in verschie­ denen Lösungsmitteln und Lösungsmittel-/Wassergemischen wurde gefunden, daß die Löslichkeit aller in der Produktlösung in relevanter Menge vorkommen­ den Aminosäuren inklusive des L-Serins in einer verdünnten methanolischen Lösung relativ niedrig (< 5 g/100 g Lösung) liegt. Da nun das Serin in großem Überschuß in dieser Lösung vorhanden ist, läßt sich bei Wahl einer geeigneten Verdünnung zwar die Löslichkeit des L-Serins, jedoch nicht die der verunreini­ genden Aminosäuren überschreiten, so daß in Folge reines L-Serin aus der methanolischen Lösung auskristallisiert werden kann. Die Mutterlauge der Kri­ stallisation kann nach Methanolabtrennung in den Aufreinigungsprozeß zurück­ geführt werden. Die Serinfällung wird vorteilhaft so durchgeführt, daß die Aus­ gangslösung einen Trockengewichtsanteil zwischen 35 und 45%, vorzugsweise zwischen 40 und 45% aufweist, und daß in diese Lösung bei einer Temperatur zwischen 0°C und 60°C, vorzugsweise jedoch zwischen 15°C und 30°C, reines Methanol zu 2 bis 6, vorzugsweise 3,5 bis 4,5, Volumenanteilen ein­ gerührt wird. Zur Vervollständigung der Kristallisation wird die Suspension 12 bis 72 Stunden, vorzugsweise 36 bis 48 Stunden, gerührt und anschließend abfiltriert oder zentrifugiert. Aus der Mutterlauge kann noch das Methanol durch Destillation rückgewonnen werden; der wässrige serinhaltige Destillationsrück­ stand wird an einer früheren Stelle in den Prozeß zurückgeführt.Even if a D-serine separation is not necessary because of the nature the raw material used does not require this, the product solution are still concentrated to the solubility limit of L-serine, so that the L-serine crystallized in pure form from it by adding solvent can be settled. In experiments on the solubility of the amino acids in various which solvents and solvent / water mixtures have been found, that the solubility of all occurs in a relevant amount in the product solution the amino acids including the L-serine in a dilute methanolic Solution is relatively low (<5 g / 100 g solution). Now that the serine in large Excess is present in this solution, if a suitable one is chosen Thinning the solubility of L-serine, but not that of the verunreini exceeding amino acids, so that pure L-serine from the methanolic solution can be crystallized. The Kri mother liquor After methanol removal, the installation can return to the purification process be performed. The serine precipitation is advantageously carried out so that the Aus gangsolution a dry weight fraction between 35 and 45%, preferably has between 40 and 45%, and that in this solution at a temperature between 0 ° C and 60 ° C, but preferably between 15 ° C and 30 ° C, pure methanol to 2 to 6, preferably 3.5 to 4.5, parts by volume is stirred. To complete the crystallization, the suspension 12 to 72 hours, preferably 36 to 48 hours, stirred and then filtered off or centrifuged. The methanol can still pass through from the mother liquor  Distillation can be recovered; the aqueous serine-containing distillation back stand is returned to the process at an earlier point.

Mit der erfindungsgemäßen Ionenverdrängungschromatographie läßt sich die Aminosäure L-Serin aus Naturstoffgemischen in hohem Maße anreichern, unter Zuhilfenahme von einem oder mehreren der beschriebenen weiteren Trenn­ schritte läßt sie sich sogar wirtschaftlich in hoher Reinheit isolieren. Die Auswahl der vorgeschlagenen Trennverfahren richtet sich in hohem Maße nach der in­ dividuellen Zusammensetzung des eingesetzten Naturstoffgemisches und den sich daraus ergebenden spezifischen Trennproblemen. Unabhängig davon, wel­ che und wieviele der Separationsschritte auf die Ionenverdrängungschromato­ graphie folgen, konnte die folgende Reihenfolge als sinnvoll ermittelt werden:With the ion displacement chromatography according to the invention Enrich amino acid L-serine from natural product mixtures to a high degree Using one or more of the further separations described steps, it can even be economically isolated in high purity. The selection the proposed separation process depends to a large extent on the in individual composition of the natural product mixture used and the resulting specific separation problems. Regardless of which and how many of the separation steps on the ion displacement chromato the following sequence could be determined as meaningful:

(a) Asparaginhydrolyse, (b) Aktivkohleentfärbung, (c) Entsäuerung am sauren Katalyseharz, (d) fraktionierte Elution der Aminosäuren vom Katalyseharz, (e) Abtrennung der sauren Aminosäuren am Anionenaustauscher, (f) Abtrennung von D-Serinanteilen durch Racematfüllung, (g) Kristallisation des L-Serins aus methanolischer Lösung.(a) Asparagine hydrolysis, (b) activated carbon decolorization, (c) deacidification with acid Catalytic resin, (d) fractional elution of the amino acids from the catalytic resin, (e) Separation of the acidic amino acids on the anion exchanger, (f) separation of D-serine fractions by racemate filling, (g) crystallization of the L-serine methanolic solution.

Statt das L-Serin mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bis zum Endprodukt aufzureinigen, können auch Zwischenfraktionen vorteilhaft als Serinquelle in der technischen Tryptophanbiosynthese eingesetzt werden. Wie auch bereits in der DE 36 30 878 C1 dargestellt ist, kann Tryptophan biokatalytisch aus Indol und L-Serin erhalten werden. Reines L-Serin kann wegen seines hohen Preises nicht als Edukt für die Biosynthese dienen, sondern es muß eine möglichst preiswerte serinhaltige Rohlösung verwendet werden.Instead of the L-serine with the method according to the invention to the end product intermediate fractions can also be used advantageously as a source of serine in the technical tryptophan biosynthesis can be used. As already in the DE 36 30 878 C1 is shown, tryptophan can be made from indole and biocatalytically L-serine can be obtained. Pure L-serine can because of its high price not serve as a starting material for biosynthesis, but it must be one if possible inexpensive raw solution containing serine can be used.

Die in den bisher technisch zur Verfügung stehenden Rohlösungen vorhande­ nen Verunreinigungen, insbesondere Farbstoffe, Kohlenhydrate und einige Aminosäuren, erschweren aber die Isolierung des synthetisierten Tryptophans aus der Umsatzlösung, so daß zur Erreichung der für die weiteren Verfahrens­ schritte notwendigen Tryptophanreinheit sehr hohe Ausbeuteverluste in Kauf genommen werden müssen. The existing in the technically available raw solutions contaminants, especially dyes, carbohydrates and some Amino acids, but make the isolation of the synthesized tryptophan difficult from the sales solution so that to achieve the for the further process necessary tryptophan purity very high yield losses in purchase must be taken.  

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun in der Lage, aus preiswerten Roh­ stoffen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ionenverdrängungschromatographie und gegebenenfalls mit weiteren, ebenfalls erfindungsgemäßen Separations­ schritten eine Eduktlösung für die Tryptophanbiosynthese zur Verfügung zu stel­ len, wie sie bislang in so hoher Reinheit zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten nicht zugänglich war, und ermöglicht somit eine fast quantitative Tryptophanan­ reicherung aus der Reaktionslösung.The method according to the invention is now able to produce inexpensive raw materials substances with the help of the ion displacement chromatography according to the invention and optionally with further separations, also according to the invention steps to provide a starting material solution for tryptophan biosynthesis len, so far in such high purity at economically reasonable costs was not accessible, thus allowing an almost quantitative tryptophanan enrichment from the reaction solution.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben:Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below:

1. Beispiel1st example

150 l einer durch Ionenausschluß an einem stark sauren Kationenaustauscher gewonnenen Melasseteilfraktion mit einem Gehalt der Aminosäure Serin von 0,43 g/100 g Lösung bzw. 10,5 g/100 g Trockensubstanz und einen D-Serin- Anteil von 25% bezogen auf Gesamtserin sowie 66.000 Einheiten ICUMSA- Farbe werden über 13 l des in einer Ionenaustauschersäule [h: 160 cm] ange­ ordneten stark sauren gelförmigen in H⁺-Form befindlichen Kationenaustau­ schers Lewatit S 100 gegeben. Die vollständige Beladung des Tauschers wird durch einen Leitfähigkeitssabfall am Säulenausgang bestimmt und die Lö­ sungsaufgabe beendet.150 l of a molasses fraction obtained by ion exclusion on a strongly acidic cation exchanger with a content of the amino acid serine of 0.43 g / 100 g solution or 10.5 g / 100 g dry substance and a D-serine content of 25% based on total serine and 66,000 units of ICUMSA paint are added to 13 l of the strongly acidic gel-type cation exchanger Lewatit S 100, which is arranged in an ion exchange column [h: 160 cm] and is in H ⁺ form. The full loading of the exchanger is determined by a drop in conductivity at the column exit and the solution task is ended.

Das enthaltene Serin wird vollständig auf dem Tauscher zurückgehalten. In der Aufgabenlösung enthaltene ungeladene und anionische Bestandteile passieren den Tauscher ungehindert und werden so vom Serin abgetrennt.The serine contained is completely retained on the exchanger. In the Task solution contained uncharged and anionic components pass the exchanger unhindered and are thus separated from the serine.

Durch die Behandlung des Tauschers mit 45 l einer kochsalzhaltigen Lösung mit 4 g NaCl/100 g Lösung, die als Restablauf aus einem anderen Aminosäu­ regewinnungsverfahren vorliegt, werden alle am Tauscher gebundenen Amino­ säuren nacheinander eluiert und durch Fraktionierung vorgetrennt. Das gebun­ dene Serin wird zusammen mit der Aminosäure Asparagin sowie anderen vor­ handenen neutralen, polaren Aminosäuren [hauptsächlich Threonin, Glutamin, Glycin] in der ersten sauren Fraktion gewonnen. Die Größe der Fraktion beträgt 16,4 l, der Seringehalt 2,64 g/100 g Lösung bzw. 34,3 g/100 g Trockensubstanz (TS) und der pH-Wert der Lösung 0,97. Der Farbwert beträgt 9700 Einheiten ICUMSA Farbe.By treating the exchanger with 45 l of a saline solution 4 g NaCl / 100 g solution, which is the residue from another amino acid recovery process, all amino bound to the exchanger acids eluted one after the other and separated by fractionation. The bound dene serine is presented together with the amino acid asparagine as well as others neutral, polar amino acids [mainly threonine, glutamine, Glycine] obtained in the first acidic fraction. The size of the fraction is 16.4 l, the serine content 2.64 g / 100 g solution or 34.3 g / 100 g dry substance  (TS) and the pH of the solution 0.97. The color value is 9700 units ICUMSA color.

Die nachfolgend gewonnene und im folgenden "Rückführfraktion" genannte Fraktion von 31 l enthält als Hauptbestandteil neben 3 g Rohasche/100 g Lösung noch 0,39 g Serin/100 g Lösung.The subsequently obtained and hereinafter referred to as "recycle fraction" The main constituent of 31 l contains 3 g raw ash / 100 g Solution still 0.39 g serine / 100 g solution.

Nach der Aufgabe der Kochsalzlösung werden 8 l einer 4%-igen Natronlauge gefolgt von 32 l Wasser auf den Tauscher gegeben. Das daraus erhaltene Eluat enthält die auf dem Tauscher gebundenen hydrophoben Bestandteile sowie die Farbstoffe.After adding the saline solution, 8 l of a 4% sodium hydroxide solution followed by 32 l of water added to the exchanger. The eluate obtained from it contains the hydrophobic components bound on the exchanger as well as the Dyes.

Durch Aufgabe von 25 l einer 7,2%-igen Salzsäure und anschließender Wä­ sche mit enthärtetem Wasser wird der Tauscher für den nächsten Zyklus vorbe­ reitet.By adding 25 l of a 7.2% hydrochloric acid and subsequent washing With softened water, the exchanger is ready for the next cycle rode.

Nach dem genannten Schema werden drei Zyklen aufgenommen, wobei die er­ haltene serinhaltige Rückführfraktion jeweils zum Herstellen der Kochsalzlösung im nächsten Zyklus verwendet wird.According to the above scheme, three cycles are recorded, the he Retained serine-containing recycle fraction for the preparation of the saline solution is used in the next cycle.

Die in den drei Zyklen gewonnene Serinlösung wird vereinigt. Dabei werden 49 l serinhaltige Lösung mit 7,73 g Trockensubstanz/100 g Lösung und einem pH- Wert von 1,0 erhalten. Die Hauptbestandteile der Lösung sind 3 g Serin/100 g Lösung und 0,58 g Asparagin/100 g Lösung. Das Asparagin wird durch 24- stündige Inkubation bei 97°C vollständig zur Asparaginsäure hydrolysiert.The serine solution obtained in the three cycles is combined. Thereby 49 l serine-containing solution with 7.73 g dry substance / 100 g solution and a pH Obtained a value of 1.0. The main components of the solution are 3 g serine / 100 g Solution and 0.58 g asparagine / 100 g solution. The asparagine is hourly incubation at 97 ° C completely hydrolyzed to aspartic acid.

Nach Aktivkohlebehandlung mit 300 g pulverisierter Kohle CECA CX und 0,5 h Inkubation bei 90°C sowie Filtration werden 48 l der sauren Lösung mit einem Seringehalt von 2,9 g/100 g Lösung bzw. 36,2 g Serin/100 g Trockensubstanz gewonnen. Der Asparaginsäuregehalt beträgt 0,72 g/100 g Lösung, der Farb­ wert 104 Einheiten ICUMSA Farbe.After activated carbon treatment with 300 g powdered carbon CECA CX and 0.5 h Incubation at 90 ° C and filtration are 48 l of the acidic solution with a Serine content of 2.9 g / 100 g solution or 36.2 g serine / 100 g dry substance won. The aspartic acid content is 0.72 g / 100 g solution, the color worth 104 units of ICUMSA color.

Die Entsäuerung der Lösung erfolgt durch Aufgabe auf den extrem hoch sul­ fonierten makroporösen in H⁺-Form befindlichen Kationenaustauscher Amber­ lyst 35 WET. Dabei werden 20 l der sauren Serinlösung mit 1 Bettvolumen (BV)/h über 6,5 l des bei 20°C in einer Ionenaustauschersäule mit d: 10 cm und h: 82 cm befindlichen Ionenaustauschers gegeben.The solution is deacidified by feeding it onto the extremely highly sulphonated macroporous H ⁺ -shaped cation exchanger Amber lyst 35 WET. 20 l of the acidic serine solution with 1 bed volume (BV) / h are added to 6.5 l of the ion exchanger located at 20 ° C. in an ion exchange column with d: 10 cm and h: 82 cm.

Die enthaltenen Aminosäuren werden dabei auf dem Trennmaterial zurückge­ halten, während verdünnte Salzsäure im Auslauf des Tauschers erscheint. Durch Aufgabe von 51 l einer 0,8%-igen Natronlauge werden die Aminosäuren vollständig in einer pH-neutralen Fraktion vom Kationenaustauscher verdrängt. Die gewonnene Serinfraktion weist bei einem Volumen von 73 l einen Gehalt von 1,12 g Serin/100 g Lösung bzw. 48,7 g Serin/100 g Trockensubstanz auf. Insgesamt werden drei Trennzyklen durchgeführt.The amino acids contained are returned on the separating material hold while dilute hydrochloric acid appears in the exchanger outlet. By adding 51 l of a 0.8% sodium hydroxide solution, the amino acids completely displaced from the cation exchanger in a pH-neutral fraction. The serine fraction obtained has a content of 73 l of 1.12 g serine / 100 g solution or 48.7 g serine / 100 g dry substance. A total of three separation cycles are carried out.

Die neutrale, aschefreie Aminosäurelösung wird über 2 l eines in der OH-Form befindlichen stark basischen Anionenaustauschers Amberlite IRA 416 gegeben. Dabei werden 68,4 l Lösung mit einem Seringehalt von 1,15 g/100 g Lösung bzw. 61,5 g/100 g Trockensubstanz erhalten.The neutral, ash-free amino acid solution becomes over 2 l in the OH form given strong basic anion exchanger Amberlite IRA 416. 68.4 l of solution with a serine content of 1.15 g / 100 g of solution or 61.5 g / 100 g dry substance.

Nach Aufkonzentrierung der Lösung auf 47 g Trockensubstanz/100 g Lösung erfolgt die Kristallisation von D,L-Serin innerhalb 72 h bei 20°C. Durch Filtration werden 534 g feuchten D,L-Serins mit 73,6 g Trockensubstanz/100 g Kristall sowie einer Reinheit von 89 g Serin/100 g Trockensubstanz gewonnen. Die aus der Kristallisation hervorgehende Mutterlauge weist einen Seringehalt von 14,8 g/100 g Lösung bzw. 41,9 g/100 g Trockensubstanz auf. Der D-Serin-Anteil in der Lösung beträgt 0,4 g/100 g Serin.After concentration of the solution to 47 g dry substance / 100 g solution D, L-serine crystallizes within 72 h at 20 ° C. By filtration become 534 g moist D, L-serine with 73.6 g dry substance / 100 g crystal and a purity of 89 g serine / 100 g dry substance. From the mother liquor resulting from the crystallization has a serine content of 14.8 g / 100 g solution or 41.9 g / 100 g dry substance. The D-serine content in the solution is 0.4 g / 100 g serine.

1120 g der erhaltenen Mutterlauge werden mit 7,2%-iger Salzsäure auf pH 5,0 eingestellt, bei 20°C mit 4,5 kg Methanol versetzt und zur Kristallisation 48 h unter Rühren bei Raumtemperatur inkubiert. Das erhaltene Kristall wird über Gewebefilter abgetrennt, in 800 g frischem Methanol aufgenommen und nach zwei Tagen Inkubation durch Filtration abgetrennt und trockengesaugt. Dabei werden 215 g Kristall mit 69,7 g Trockensubstanz/100 g Sediment sowie einem Seringehalt von 63,7 g/100 g feuchten Sediments bzw. 91,6 g/100 g Trocken­ substanz gewonnen. 1120 g of the mother liquor obtained are brought to pH 5.0 with 7.2% hydrochloric acid adjusted, mixed with 4.5 kg of methanol at 20 ° C. and crystallized for 48 h incubated with stirring at room temperature. The crystal obtained is over Tissue filter separated, taken up in 800 g of fresh methanol and after two days incubation separated by filtration and sucked dry. there 215 g of crystal with 69.7 g of dry matter / 100 g of sediment and a Serine content of 63.7 g / 100 g wet sediment or 91.6 g / 100 g dry substance gained.  

Einige Teilabschnitte des vorbeschriebenen Verfahrens seien jetzt im folgenden anhand kürzerer Beispiele diskutiert. Diese geben also nicht ein vollständiges Verfahren, sondern nur Teilabschnitte davon an:Some sections of the method described above are now as follows discussed using shorter examples. So these are not complete Procedure, but only subsections thereof:

2. Beispiel2nd example

3200 ml einer durch Ionenausschlußchromatographie vorbereiteten serinhalti­ gen Melasseteilfraktion mit 62000 Einheiten ICUMSA Farbe, 0,375 g Serin/ 100 g Lösung bzw. 10,2 g Serin/100 g Trockensubstanz sowie 0,16 g Roh­ asche/100 g Lösung werden in einer Chromatographiesäule über 400 ml des stark sauren, makroporösen, in H⁺-Form befindlichen Kationenaustauschers Amberlite IR 132 gegeben.3200 ml of a serine-containing molasses fraction prepared by ion exclusion chromatography with 62000 units of ICUMSA color, 0.375 g of serine / 100 g of solution or 10.2 g of serine / 100 g of dry substance and 0.16 g of raw ash / 100 g of solution are in a chromatography column over 400 ml of the strongly acidic, macroporous, H ⁺ -form cation exchanger Amberlite IR 132 was given.

Enthaltene Aminosäuren und andere Kationen sowie Farbstoffe werden dabei vom Ionenaustauscher aufgenommen, während Anionen und nichtionische Verbindungen den Tauscher passieren. Zur Elution der Aminosäuren werden 1200 ml einer 5,3%-igen Kaliumchloridlösung auf den Tauscher gegeben. Dabei werden 595 ml einer Lösung mit Seringehalt von 1,6 g/100 g Lösung bzw. 25,8 g/100 g Trockensubstanz, 7500 Einheiten ICUMSA Farbe und pH 0,98 erhalten.Contained amino acids and other cations as well as dyes absorbed by the ion exchanger while anions and non-ionic Connections pass through the exchanger. To elute the amino acids Place 1200 ml of a 5.3% potassium chloride solution on the exchanger. 595 ml of a solution with a serine content of 1.6 g / 100 g of solution or 25.8 g / 100 g dry substance, 7500 units of ICUMSA color and pH Received 0.98.

3. Beispiel3rd example

15,2 kg einer durch die erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie her­ gestellten serinhaltigen Lösung mit pH 1,0 und einem Seringehalt von 2,6 g/100 g Lösung bzw. 29 g/100 g Trockensubstanz, 0,48 g Asparagin/100 g Lösung sowie 6800 Einheiten ICUMSA Farbe werden zur Asparaginhydrolyse und Ent­ färbung 22 Stunden bei 97°C unter Rühren inkubiert. Nach Abschluß der Inku­ bation werden dem Ansatz 66 g pulverisierte CECA CX Aktivkohle zugesetzt.15.2 kg of a by the displacement chromatography according to the invention provided serine-containing solution with pH 1.0 and a serine content of 2.6 g / 100 g solution or 29 g / 100 g dry substance, 0.48 g asparagine / 100 g solution and 6800 units of ICUMSA color are used for asparagine hydrolysis and ent Coloring incubated for 22 hours at 97 ° C with stirring. After completing the Inku 66 g powdered CECA CX activated carbon are added to the batch.

Nach weiteren 30 Minuten Inkubation erfolgt eine Filtration auf einer mit Gewe­ befilter belegten Saugnutsche. Das Filtrat weist einen Asparagingehalt von 0,05 g Asparagin/100 g Lösung, einen Seringehalt von 2,6 g/100 g Lösung sowie einen Farbstoffgehalt von 500 Einheiten ICUMSA Farbe auf. After a further 30 minutes of incubation, filtration is carried out on a tissue filter-coated suction filter. The filtrate has an asparagine content of 0.05 g asparagine / 100 g solution, a serine content of 2.6 g / 100 g solution and a dye content of 500 units of ICUMSA color.  

4. Beispiel4th example

1200 ml einer durch die erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie, Hydrolyse und Entfärbung vorbereiteten serinhaltigen Lösung mit pH 1 sowie einem Seringehalt von 2,8 g/100 g Lösung bzw. 27,5 g/100 g Trockensubstanz werden zur Mineralsäureabtrennung bei 20°C in einer Ionenaustauschersäule über 400 ml des in der 'Freien Baseform' befindlichen schwach basischen gel­ förmigen Ionenaustauschers Amberlite IRA 68 gegeben. Der Tauscher wird mit 400 ml deionisiertem Wasser nachgewaschen. Der Durchlauf wird gesammelt, 1400 ml des enthaltenen Durchlaufes weisen im Gemisch einen pH-Wert von 5,0 sowie einen Seringehalt von 2,2 g/100 g Lösung bzw. 34,2 g/100 g Troc­ kensubstanz auf.1200 ml of a by the displacement chromatography according to the invention, Hydrolysis and decolorization of prepared serine solution with pH 1 as well a serine content of 2.8 g / 100 g solution or 27.5 g / 100 g dry substance are used to separate mineral acids at 20 ° C in an ion exchange column over 400 ml of the weakly basic gel in the 'free base form' shaped ion exchanger Amberlite IRA 68. The exchanger is with Wash 400 ml of deionized water. The run is collected 1400 ml of the run contained in the mixture have a pH of 5.0 and a serine content of 2.2 g / 100 g solution or 34.2 g / 100 g Troc substance.

5. Beispiel5th example

250 ml einer durch erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie, Hydro­ lyse und Entfärbung vorbereiteten sauren serinhaltigen Lösung mit pH 1,5 und einem Seringehalt von 1,43 g/100 g Lösung bzw. 31 g/100 g Trockensubstanz werden zur Mineralsäureabtrennung bei 20°C auf 50 ml des hochsulfonierten stark sauren makroporösen in H⁺-Form befindlichen Kationenaustauschers Amberlyst 35 WET gegeben. Nach Elution mit 250 ml 0,8%-iger Natronlauge werden 300 ml einer Aminosäurelösung mit pH 6 und einem Seringehalt von 1,15 g/100 g Lösung bzw. 54,2 g/100 g Trockensubstanz gewonnen.250 ml of an acidic serine-containing solution prepared by displacement chromatography, hydrolysis and decolorization according to the invention with pH 1.5 and a serine content of 1.43 g / 100 g of solution or 31 g / 100 g of dry substance are for mineral acid separation at 20 ° C. to 50 ml of the highly sulfonated strongly acidic macroporous cation exchanger Amberlyst 35 WET in H ⁺ form. After elution with 250 ml of 0.8% sodium hydroxide solution, 300 ml of an amino acid solution with pH 6 and a serine content of 1.15 g / 100 g solution or 54.2 g / 100 g dry substance are obtained.

6. Beispiel6th example

2000 g einer durch erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie, Hydro­ lyse und Entfärbung vorbereiteten sauren serinhaltigen Lösung mit pH 1,0, einem Seringehalt von 1,43 g/100 g Lösung bzw. 33,5 g/100 g Trockensub­ stanz sowie 0,47 g Asparagin/100 g Lösung, 0,32 g Threonin/100 g Lösung und 0,1 g Valin/100 g Lösung werden zur Mineralsäure- und Threoninabtren­ nung bei 20°C auf 400 ml des hochsulfonierten stark sauren makroporösen in H⁺-Form befindlichen Kationenaustauschers Amberlyst 35 WET gegeben. Der Tauscher wird mit 400 ml deionisiertem Wasser gewaschen. Zur Elution der Aminosäuren wird eine 0,8%-ige Natronlauge aufgegeben. 2000 g of an acidic serine solution containing pH 1.0, a serine content of 1.43 g / 100 g solution or 33.5 g / 100 g dry substance and 0.47 g asparagine / prepared by displacement chromatography, hydrolysis and decolorization according to the invention. 100 g of solution, 0.32 g of threonine / 100 g of solution and 0.1 g of valine / 100 g of solution are used for mineral acid and threonine removal at 20 ° C. on 400 ml of the highly sulfonated, strongly acidic macroporous H ⁺ -shaped cation exchanger Amberlyst 35 WET given. The exchanger is washed with 400 ml of deionized water. A 0.8% sodium hydroxide solution is added to elute the amino acids.

Das erhaltene Eluat wird fraktioniert, wobei eine Serinfraktion von 1950 ml mit einem Seringehalt vom 0,92 g/100 g Lösung bzw. 53,45 g/100 g Trockensub­ stanz sowie 0,1 g Asparaginsäure/100 g Lösung, 0,1 g Threonin/100 g Lösung und 0,02 g Valin/100 g Lösung erhalten wird.The eluate obtained is fractionated, with a serine fraction of 1950 ml a serine content of 0.92 g / 100 g solution or 53.45 g / 100 g dry sub punch as well as 0.1 g aspartic acid / 100 g solution, 0.1 g threonine / 100 g solution and 0.02 g valine / 100 g solution is obtained.

Bei einer Serinausbeute von 63% wurden damit 70% des sonst durch Ionen­ austausch technisch nicht abtrennbaren Threonins entfernt.With a serine yield of 63%, 70% of that otherwise caused by ions exchange technically inseparable threonine removed.

7. Beispiel7th example

2800 ml einer durch erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie, Hydro­ lyse, Entfärbung und Entsäuerung vorbehandelten neutralen serinhaltigen Lö­ sung mit einem Seringehalt von 0,92 g/100 g Lösung bzw. 53,4 g/100 g Troc­ kensubstanz sowie 0,1 g Asparaginsäure/100 g Lösung werden zur Asparagin­ säureabtrennung bei 20°C mit 100 ml/h auf eine Glassäule gegeben, die mit 50 ml/h in OH-Form befindlichen stark basischen Anionentausches Amberlite IRA 416 gefüllt ist. Der erhaltene Durchlauf enthält keine Asparaginsäure, der Seringehalt beträgt 0,9 g/100 g Lösung bzw. 64,3 g/100 g Trockensubstanz.2800 ml of a by displacement chromatography according to the invention, Hydro lysis, decolorization and deacidification of pretreated neutral serine-containing solution solution with a serine content of 0.92 g / 100 g solution or 53.4 g / 100 g Troc kensubstanz and 0.1 g aspartic acid / 100 g solution become asparagine acid separation at 20 ° C at 100 ml / h on a glass column, the 50 ml / h in OH form of strongly basic anion exchange Amberlite IRA 416 is filled. The run obtained contains no aspartic acid Serine content is 0.9 g / 100 g solution or 64.3 g / 100 g dry substance.

Der Ionenaustauscher wird mit 150 ml 4%-iger Natronlauge regeneriert und mit 350 ml deionisiertem Wasser gewaschen, dabei fallen 590 ml einer Lösung mit 0,47 g Asparaginsäure/100 g Lösung sowie 0,02 g Serin/100 g Lösung an. Die Lösung wird mit 3,6%-iger Salzsäure auf pH 3,0 eingestellt, im Rotationsver­ dampfer auf 100 ml eingedampft und zur Kristallisation 18 h bei 20°C inkubiert. Das erhaltene Kristall wird abgetrennt und getrocknet. Es fallen 2,2 g Aspa­ raginsäure einer Reinheit von 87 g/100 g Trockensubstanz an.The ion exchanger is regenerated with 150 ml of 4% sodium hydroxide solution and with Washed 350 ml of deionized water, 590 ml of a solution coinciding with it 0.47 g aspartic acid / 100 g solution and 0.02 g serine / 100 g solution. The Solution is adjusted to pH 3.0 with 3.6% hydrochloric acid, in a rotary ver evaporated to 100 ml and incubated for 18 h at 20 ° C. for crystallization. The crystal obtained is separated off and dried. 2.2 g of Aspa fall ragic acid with a purity of 87 g / 100 g dry substance.

8. Beispiel8. Example

570 g einer durch erfindungsgemäße Verdrängungschromatographie, Hydrolyse und Entfärbung, Entsäuerung und Asparaginsäureabtrennung vorbehandelten serinhaltigen Lösung mit pH 4,8 und einem Seringehalt von 2,88 g/100 g Lö­ sung bzw. 64,2 g/100 g Trockensubstanz sowie 0,31 g/100 g Threonin, 0,08 g Glycin, 0,24 g/100 g Alanin, 0,21 g/100 g Valin und 0,06 g/100 g Methionin werden zur D,L-Serinkristallisation im Rotationsverdampfer bei 60°C unter Va­ kuum auf 56 g eingeengt. Der Ansatz wird unter Rühren 48 h bei 20°C inkubiert und das erhaltene Kristall abgetrennt. Es werden 15,1 g Feststoff mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30,54% erhalten.570 g of a by displacement chromatography according to the invention, hydrolysis and decolorization, deacidification and aspartic acid separation serine-containing solution with pH 4.8 and a serine content of 2.88 g / 100 g Lö solution or 64.2 g / 100 g dry substance and 0.31 g / 100 g threonine, 0.08 g Glycine, 0.24 g / 100 g alanine, 0.21 g / 100 g valine and 0.06 g / 100 g methionine are used for D, L-serine crystallization in a rotary evaporator at 60 ° C under Va concentrated to 56 g in a vacuum. The mixture is incubated at 20 ° C. with stirring for 48 h  and the crystal obtained was separated. There are 15.1 g of solid with a Moisture content of 30.54% obtained.

Der Gehalt an Aminosäuren im Feststoff beträgt: Threonin 1,69 g/100 g Lö­ sung, Serin 55,88 g/100 g Lösung bzw. 80,5 g/100 g Trockensubstanz, Glycin 0,74 g/100 g Lösung, Alanin 1,72 g/100 g Lösung, Valin 1,21 g/100 g Lösung, Methionin 0,34 g/100 g Lösung. Das Serin besteht zu 52% aus L-Serin sowie zu 48% aus D-Serin.The content of amino acids in the solid is: Threonine 1.69 g / 100 g Lö solution, serine 55.88 g / 100 g solution or 80.5 g / 100 g dry substance, glycine 0.74 g / 100 g solution, alanine 1.72 g / 100 g solution, valine 1.21 g / 100 g solution, Methionine 0.34 g / 100 g solution. The serine consists of 52% L-serine as well 48% from D-serine.

Der Überstand weist einen Serin-Gehalt von 19,2 g/100 g Lösung bzw. 52,98 g /100 g Trockensubstanz und einen D-Serin-Anteil von 0,94 g/100 g Gesamtse­ rin sowie einen Gehalt an Trockensubstanz von 36,37% auf.The supernatant has a serine content of 19.2 g / 100 g solution or 52.98 g / 100 g dry substance and a D-serine content of 0.94 g / 100 g total rin and a dry matter content of 36.37%.

9. BeispielExample 9

Zur biotechnologischen Herstellung von L-Tryptophan aus aufgereinigter L-Se­ rinlösung und Indol werden 38,6 g einer durch erfindungsgemäße Verdrän­ gungschromatographie, Hydrolyse, Entfärbung, Entsäuerung, Asparaginsäure­ abtrennung und D,L-Serinabtrennung vorbereiteten serinhaltigen Lösung mit pH 5, einem Seringehalt von 14,78 g/100 g Lösung bzw. 41,87 g/100 g Troc­ kensubstanz sowie 1,69 g Threonin/100 g Lösung; 3,5 g Alanin/100 g Lösung und 0,6 g Methionin/100 g Lösung mit 42 g feuchter E. coli B 10 Zellen einer L- Tryptophanaseaktivität von 0,7 g Trp/(g BTM *h) und 30 mg Pyridolax-5-Phos­ phat-Monohydrat vereinigt. Der Ansatz wird mit 20 mM Natriumphosphatpuffer pH 8 auf 1 l aufgefüllt und in einem temperierbaren Umsatzbehälter gemischt. Durch Zugabe einer 2,5%-igen Indollösung wird eine Indolkonzentration von 0,2 % eingestellt und die Tryptophansynthese gestartet. Die Indolkonzentration im Ansatz wird mittels HPLC verfolgt und durch Nachdosierung jeweils auf 0,2% nachgestellt.For the biotechnological production of L-tryptophan from purified L-Se rin solution and indole are 38.6 g of a by displacement according to the invention gung chromatography, hydrolysis, decolorization, deacidification, aspartic acid separation and D, L-serine separation with prepared serine-containing solution pH 5, a serine content of 14.78 g / 100 g solution or 41.87 g / 100 g Troc core substance and 1.69 g threonine / 100 g solution; 3.5 g alanine / 100 g solution and 0.6 g methionine / 100 g solution with 42 g moist E. coli B 10 cells of an L- Tryptophanase activity of 0.7 g Trp / (g BTM * h) and 30 mg Pyridolax-5-Phos phat monohydrate combined. The batch is mixed with 20 mM sodium phosphate buffer Make up to pH 8 to 1 l and mix in a temperature-controlled conversion container. By adding a 2.5% indole solution, an indole concentration of 0.2 % set and the tryptophan synthesis started. The indole concentration in the Approach is followed by HPLC and adjusted to 0.2% in each case adjusted.

Nach 4 Stunden Umsatzdauer wird eine L-Tryptophankonzentration von 0,63 g L-Trp/100 g Lösung erreicht. Der Biokatalysator wird durch Zentrifugation abge­ trennt. Die L-Tryptophanlösung wird mit gesättigter Citronensäurelösung auf pH 5 eingestellt, auf 50°C erhitzt mit 1 g Aktivkohle/100 g Lösung (Norit CA 3) versetzt. Die Aktivkohle wird nach 0,5 h Inkubation durch Filtration auf einer Saugnutsche abgetrennt. Die filtrierte Tryptophanlösung wird auf 150 ml einge­ dampft und das Tryptophan über 24 h bei RT auskristallisiert.After 4 hours of conversion, an L-tryptophan concentration of 0.63 g L-Trp / 100 g solution reached. The biocatalyst is removed by centrifugation separates. The L-tryptophan solution is made up with saturated citric acid solution pH 5 adjusted, heated to 50 ° C with 1 g activated carbon / 100 g solution (Norit CA 3) transferred. The activated carbon is after 0.5 h incubation by filtration on a  Separated suction filter. The filtered tryptophan solution is concentrated to 150 ml evaporated and the tryptophan crystallized over 24 h at RT.

Es werden 10,62 g Sediment mit einem Trockensubstanzgehalt von 55,8% sowie einem Tryptophangehalt von 45,98 g/100 g Sediment bzw. 82,4 g/100 g Trockensubstanz erhalten.10.62 g of sediment with a dry matter content of 55.8% and a tryptophan content of 45.98 g / 100 g sediment or 82.4 g / 100 g Preserve dry matter.

Claims (10)

1. Verfahren zur Anreicherung von L-Serin aus Naturstoffgemischen,
bei dem als Ausgangsstoff ein Naturstoffgemisch mit einer Serinreinheit von 5 bis 20 g/100 g Trockensubstanz und einem Trockensubstanzgehalt von 1 bis 40 g Trockensubstanz pro 100 g Lösung eingesetzt wird,
bei dem in einem Verfahrensschritt an einem starksauren Kationenaustau­ scher mittels einer salzhaltigen Lösung eine Ionenverdrängungschromato­ graphie mit selektiver Elution von neutralen polaren Aminosäuren in eine sau­ re Fraktion erfolgt, in der das Serin angereichert ist,
wobei das Naturstoffgemisch bei 20°C bis 90°C mit einem Anfangs-pH-Wert zwischen 2,5 und 9 ein mit einem stark sauren Kationenaustauscher gefülltes Chromatographiesystem passiert, bis der Kationenaustauscher die in der Lösung vorhandenen Kationen nicht mehr vollständig zu binden vermag,
und wobei die neutralen, hydrophilen Aminosäuren mit einer 2%-igen bis 8%- igen Neutralsalz-Lösung selektiv in einer sauren Fraktion von dem Kationenaustauscher verdrängt werden,
wobei in diesem Schritt gegebenenfalls vorhandene Farbstoffe auf dem Kationenaustauscher ausgefällt sowie hydrophobe Bestandteile adsorptiv am Kationenaustauscher gebunden und von den neutralen, hydrophilen Amino­ säuren abgetrennt werden, und
bei dem nach der Ionenverdrängungschromatographie und der selektiven Elution der neutralen polaren Aminosäuren eine Entsäuerung der mit Serin angereicherten Fraktion erfolgt. 1. Process for the enrichment of L-serine from natural product mixtures,
in which a natural substance mixture with a serine purity of 5 to 20 g / 100 g dry substance and a dry substance content of 1 to 40 g dry substance per 100 g solution is used as the starting material,
in which in a process step on a strongly acidic cation exchanger using a saline solution an ion displacement chromatography with selective elution of neutral polar amino acids takes place in an acidic fraction in which the serine is enriched,
wherein the natural product mixture at 20 ° C to 90 ° C with an initial pH between 2.5 and 9 passes a chromatography system filled with a strongly acidic cation exchanger until the cation exchanger is no longer able to completely bind the cations present in the solution,
and the neutral, hydrophilic amino acids with a 2% to 8% neutral salt solution are selectively displaced from the cation exchanger in an acidic fraction,
where in this step any dyes present on the cation exchanger are precipitated and hydrophobic constituents are adsorptively bound to the cation exchanger and separated from the neutral, hydrophilic amino acids, and
in which, after ion displacement chromatography and the selective elution of the neutral polar amino acids, the fraction enriched with serine is deacidified. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angereicherte Serin-Fraktion eine Konzentration von 2 g bis 5 g Trockensubstanz pro 100 g Lösung und eine Temperatur von 70°C bei Aufgabe auf den Kationenaustauscher im Chromatographiesystem besitzt und die Verdrängung der neutralen, hydrophilen Aminosäuren mit einer 4%igen Natriumchlorid-Lösung erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized, that the enriched serine fraction has a concentration of 2 g to 5 g Dry matter per 100 g solution and a temperature of 70 ° C at Has task on the cation exchanger in the chromatography system and the displacement of the neutral, hydrophilic amino acids with a 4% sodium chloride solution.   3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Kationenaustauscher erhaltenen sauren Aminosäurefraktion gegebenenfalls vorliegende Aminosäuren Asparagin und Glutamin durch Erhitzen der Lösung auf 80°C bis 100°C, vorzugsweise 95°C, über einen Zeitraum von mehreren Stunden, vorzugsweise 15 Stunden, zu Asparagin­ säure und Glutaminsäure hydrolisiert werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that in the acidic amino acid fraction obtained from the cation exchanger optionally present amino acids asparagine and glutamine Heating the solution to 80 ° C to 100 ° C, preferably 95 ° C, over a Period of several hours, preferably 15 hours, to asparagine acid and glutamic acid are hydrolyzed. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die saure Lösung durch Behandlung mit einem Adsorbens, vorzugs­ weise mit Aktivkohle, entfärbt wird und
daß die Entfärbung bei 30°C bis 95°C, vorzugsweise 80°C, und während etwa einer Stunde Kontaktzeit stattfindet.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
that the acidic solution is decolorized by treatment with an adsorbent, preferably with activated carbon, and
that the decolorization takes place at 30 ° C to 95 ° C, preferably 80 ° C, and for about an hour contact time. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Kationenaustauscher erhaltene saure Aminosäurefraktion eine Chromatographiesäule passiert, die mit einem sehr stark sauren, in Proto­ nenform befindlichen Kationenaustauscher gefüllt ist, insbesondere einem Katalyseharz,
daß die Aminosäuren an das Tauschermaterial adsorbiert werden, und
daß vorhandene anorganische Säuren nicht gebunden und getrennt gewon­ nen werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
that the acidic amino acid fraction obtained from the cation exchanger passes through a chromatography column which is filled with a very strongly acidic cation exchanger in proton form, in particular a catalytic resin,
that the amino acids are adsorbed on the exchange material, and
that existing inorganic acids are not bound and won separately. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das an das Katalyseharz gebundene Serin nebst anderen Aminosäuren mit einer verdünnten starken Base, vorzugsweise Natronlauge oder Ammo­ niak, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,2 Val pro Liter, als neutrale Lösung eluiert werden, und zwar in einer Reihenfolge (a) saure Aminosäuren und Threonin, (b) Serin, (c) Alanin, (d) verzweigtkettige und aromatische Aminosäuren. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the serine bound to the catalytic resin along with other amino acids with a diluted strong base, preferably sodium hydroxide solution or ammo niak, preferably in a concentration of 0.2 Val per liter, as neutral Solution are eluted in an order (a) acidic amino acids and threonine, (b) serine, (c) alanine, (d) branched chain and aromatic Amino acids.   7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der neutralisierten Serinlösung verbliebene Anteile an sauren Ami­ nosäuren mittels eines basischen Anionenaustauschers quantitativ entfernt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that portions of acidic ami remaining from the neutralized serine solution Nosacids were removed quantitatively using a basic anion exchanger become. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Verfahrensschritt nach der Ionenverdrängungschromatographie und der selektiven Elution eine Abtrennung gegebenenfalls vorhandenen D- Serins durch Kristallisation des D,L-Serins aus wässriger Lösung erfolgt,
wobei aus einer angereicherten Serinfraktion durch Konzentration der Lösung bis an die Löslichkeitsgrenze des L-Serins gegebenenfalls vorhan­ dene Anteile an D-Serin durch Fällung von schwer löslichem D,L-Serin Racemat abgetrennt werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
that in a process step after ion displacement chromatography and selective elution, any D-serine that may be present is separated off by crystallization of the D, L-serine from aqueous solution,
wherein from an enriched serine fraction by concentration of the solution up to the solubility limit of the L-serine any existing proportions of D-serine are separated off by precipitation of poorly soluble D, L-serine racemate. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die neutralisierte Serinlösung mit einer Serinreinheit von mindestens 50% (Gewichtsanteil Serin bezogen auf Trockensubstanz) auf einen pH- Wert zwischen 3,0 und 8,0, vorzugsweise 5,2 und einen Trockensubstanz­ gehalt zwischen 30% und 50% eingestellt und mit 2 bis 5, vorzugsweise 3, Volumenanteilen Methanol versetzt wird, und
daß das in der Lösung als Hauptbestandteil enthaltene Serin auskristallisiert wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
that the neutralized serine solution with a serine purity of at least 50% (weight fraction of serine based on dry substance) is adjusted to a pH value between 3.0 and 8.0, preferably 5.2 and a dry substance content between 30% and 50% and with 2 to 5, preferably 3, parts by volume of methanol is added, and
that the serine contained in the solution as the main component is crystallized out. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabegeschwindigkeit der Salzlösung zwischen 0,5 BV/h und 1,0 BV/h liegt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the feed rate of the saline solution between 0.5 BV / h and 1.0 BV / h.