DK141667B - Fremgangsmåde til fremstilling af gæringspolysaccharider med ikkefibrøs struktur. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 141667 m) \Ra/ DANMARK <«> c 12 r 19/oe «(21) Anwgninq nr. 244S/?4 (22) Indtovarat den 5· Oej 1974 (23) Ubed« 5· Baj 1974 (44) Ansegn Ingen fremlagt eg . „ . „ fren4»ggsL»kri^oemi«ggjortd^ 19· maj 1980

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) PHoritet begwet ta d«

4. maj 1975# 7516148, FR

(71) RHONE-POULENG S.A., 22 avenue Montaigne, Paris 8e, FR.

(72) Opfinder: Albert Bouniot, 31 avenue du Conmandant-Bernier, Melle (Deux-Sevres), FR.

(74) Fuldmeegtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Fremgangsmåde til fremstilling af gæringspolyBaccharider med ikke-fibrøs struktur.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde fil fremstilling af gæringspolysaccharider med ikke-fibrøs struktur ved udfældning af polysaccharidet fra den væske, hvor det er dannet af Xanthomonas carapestris eller Arthrobacter viscosus, ved hjælp af et flydende udfældningsmiddel, fraskillelse af det udfældede polysaccharid fra moderluden, vaskning af polysaccharidet med et vandigt organisk vaskemiddel og påfølgende tørring og pulverisering af det vaskede polysaccharid.

Det er kendt sædvanligvis at isolere polysaccharidet fra de forgærede væsker, hvori det er dannet, ved at udfælde det ved tilsætning til denne væske af et flydende udfældningsmiddel, især en alkohol med lav molekylvægt, såsom methanol, ethanol, isopropanol el- 2 UT6G7 ler tert.-butanol eller en blanding af sådanne alkoholer indbyrdes og/eller med mindst én anden organisk væske, f.eks. en blanding af tert.-butanol og acetone. Det sædvanligvis mest anvendte middel hertil er isopropanol. Der kan også anvendes et ikke-alkoholisk, flydende udfældningsmiddel, f.eks. acetone alene, eller enhver anden, egnet, organisk væske eller en blanding af sådanne væsker. Udfældningen gennemføres i almindelighed med doser på 4-5-βθ vægt-# af udfældningsmidlet i mediet.

Det således udfældede polysaccharid har i almindelighed form af temmelig lange fibre. Efter at de er blevet skilt fra moderluden, kan disse fibre på kendt måde renses ved vaskning, idet de omrøres i en vis mængde af en væske på basis af et egnet, organisk vaskemiddel. Naturligvis tilstræbes det at vælge denne væske således, at polysaccharidfibrene er uopløselige deri, og at den størst mulige mængde urenheder er opløselige deri. For nemheds skyld vælges i så stor udstrækning som muligt til udførelse af denne vask en væske, der er identisk eller analog med den, der er anvendt til at frembringe udfældningen.

Ved disse operationer anvendes alkoholerne eller de andre flydende organiske vaskemidler, sædvanligvis sådan som de sædvanligvis fremstilles ved industriel destillation, dvs. enten i vandfri form eller, hvad der er det hyppigste, tilnærmelsesvis i form af deres vandige azeotroper. Således anvendes f.eks. ethanol med en koncentration på ca. 95,6 vol-#, isopropanol med en koncentration på ca.

87,8 vol-# etc.

Derefter skilles polysaccharidet fra vaskevæsken, og det tørres og pulveriseres, f.eks. således, at der fås et pulver med en partikelstørrelse på mellem 50 og ^00 μ.

Det således fremstillede pulver har imidlertid i almindelighed dårlige strømningsegenskaber, dets tilsyneladende.densitet er lille, og det har en temmelig stor sammentrykkelighed. Disse egenskaber er meget generende ved transporten og håndteringen af pulveret ved den industrielle anvendelse og medfører forskellige ulemper: ophobning i tragte, støvning etc. Disse ting skyldes først og fremmest, at pulveret består af små fibre.

Det har ifølge den foreliggende opfindelse vist sig muligt at fremstille gæringspolysaccharider i form af et ikke-fibrøst pulver, der derimod består af små korn og derfor har gode strømningsegenskaber. For at opnå dette resultat er det tilstrækkeligt at anvende et passende ikke for meget, ikke for lidt vandholdigt, organisk vaske- 3 141667 middel valgt blandt isopropanol og tert.butanol til vaskning af polysaccharidfibrene, der er fremstillet ved udfældning fra den forgærede væske.

I det følgende forstås der ved vægtindhold af organisk middel i vaskevæsken forholdet mellem vægten af dette middel og den samlede vægt af organisk vaskemiddel + vand i den betragtede vaskevæske.

Det har vist sig, at hvis vaskevæsken har et vægtindhold af organisk middel lig med det, der svarer til opløselighedsgræn-sen for polysaccharidet i vaskemediet, eller et vægtindhold af organisk middel, der ikke er mere end en vis værdi (8% for isopropanol og 9% for tert.butanol) over den, der svarer til denne opløselighedsgrænse, er polysaccharidfibrene, når de er vasket, meget bløde og vanskelige at tømre og klumper sammen.

Hvis vaskevæsken har et vægtindhold af organisk middel fra nævnte 8 eller 9% til en vis højere værdi (25% for isopropanol og 28% for tert.butanoi) over den, der svarer til opløse1ighedsgræn-sen for polysaccharidet i vaskemediet, tørrer polysaccharid-fibrene efter at være blevet vasket uden vanskeligheder, og det tørrede og pulveriserede produkt har en komet og ikke fibrøs struktur.

Hvis vaskevæsken har et vægtindhold af organisk middel på mere end nævnte 25 eller 28% over den værdi, der svarer til oplø-selighedsgrænsen for polysaccharidet i vaskemediet, har det pulveriserede produkt efter vaskning og tørring en fibrøs og ikke kornet struktur.

Ifølge det foregående angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde af den i indledningen nævnte art, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at det organiske vaskemiddel vælges blandt isopropanol og tert.butanol, og at den vandige væske, der anvendes til vaskningen, har et vægtindhold af dette organiske vaskemiddel fra 8% til 25% over den værdi, der svarer til opløse-lighedsgrænsen for polysaccharidet i vaskevæsken, ved anvendelse af isopropanol som organisk vaskemiddel, og fra 9% til 28% over den værdi, der svarer til opløselighedsgrænsen for polysaccharidet i vaskevæsken, ved anvendelse af tert.butanol som organisk vaskemiddel.

141687 4

At det er nødvendigt at have et begrænset indhold af organisk vaskemiddel for at opnå et pulver med kornet struktur, kan forklares ved, at koncentrationen af vand i det faste stof i så fald er tilstrækkelig meget større end koncentrationen af vand i den omgivende væske til, at det organiske vaskemiddel, der fortrinsvis fordamper, ved tørringen efterlader en gel (med dannelse af en meget tæt gel) af polysaccharid, hvilket medfører en ødelæggelse af polysaccharidets fiberstruktur.

Det vil heraf forstås, at det nøjagtige, optimale indhold af organisk vaskemiddel indenfor det optimale område, der er defineret ovenfor, afhænger af udformningen af og betingelserne under tørringen (kontinuerligt, diskontinuerligt, under vakuum, etc.)

Indholdet af organisk middel, der svarer til opløseligheds-grænsen for polysaecharidet i vaskemediet varierer efter omstændighederne. Det afhænger f.eks. af vaskevæskens natur, gæringens natur, betingelserne under gæringen etc. I praksis må det for en given arbejdsmåde bestemmes i forvejen.

Ligeledes må det optimale område for vaskevæskens indhold af organisk middel, der er defineret ovenfor, for en given arbejdsmåde bestemmes i forvejen ligesom det nøjagtige optimale indhold i hvert enkelt tilfælde, da værdierne af disse arbejdsfaktorer ikke er ens for begge vaskevæsker og heller ikke for alle arbejdsbetingelser. De varierer i virkeligheden med forskellige faktorer, især vaskevæskens natur, gæringens natur og betingelserne under gæringen, naturen af forskellige stoffer, der kan adsorberes af polysaccharidet eller bindes til det, vasketemperaturen, koncentrationen (af tørstof) i vaskezonen, kontakttiden med vaskevæsken, den eventuelle tilstedeværelse af fremmedstoffer (nødvendige tilsætningsstoffer), de betingelser, der anvendes ved tørringen og den endelige pulverisering, og den endelige kornstørrelse.

Por et givet organisk vaskemiddel er det hensigtsmæssigt at foretage forudgående prøver for at finde det optimale område for vægtindholdet af dette middel. Det har vist sig praktisk og virkningsfuldt at udføre disse prøver som beskrevet i afsnittene a) og b) herunder: 5 141667 a) Hvis et organisk vaskemiddel, der desuden også kan tjene til udfældning af polysaccharidet fra udgangsvæsken, skal undersøges, bestemmes først opløselighedsgrænsen for polysaccharidet, idet der deraf fremstilles en gel, f.eks. med ca. 1 vægt-# af polysaccharidet i destilleret vand, hvorefter der i løbet af mindre end 5 minutter under omrøring ved den ønskede temperatur til ca. 2 liter af denne gel sættes det betragtede organiske vaskemiddel, indtil polysaccharidet fælder ud. Det er derefter let at beregne vandkoncentrationen i forhold til den totale mængde vand + organisk middel i udfældningsøjeblikket. Fortrinsvis udføres derefter endnu en analog prøve, hvorved denne vandkoncentration kan bestemmes mere præcist.

b) I et følgende trin udføres parallelle vaskeforsøg med ud fældede fibre af polysaccharidet, der er frisk frafiltrerede, idet der som vaskevæsker til de forskellige parallelle forsøg anvendes blandinger af vand og organisk vaskemiddel med progressivt voksende indhold af dette middel, f.éks. 5 #» 10 15 %» 20 #, 25 # etc.

(eller alternativt progressivt aftagende indhold af vand i forhold til den totale mængde vand + organisk middel, hvorved de tilsvarende indhold af dette middel kan bestemmes) over det vægtindhold af organisk vaskemiddel, der svarer til opløselighedsgrænsen, der er bestemt ved hjælp af forsøgene a). Vaskningerne udføres under anvendelse af de arbejdsbetingelser (temperatur, koncentration af tørstof, kontakttid etc.) som påtænkes anvendt i praksis. Efter hvert vaskeforsøg fraskilles, tørres, knuses og eventuelt sigtes de fremstillede fibre under de betingelser og med den apparattype, der påtænkes anvendt i praksis. De fremstillede partikler fra hvert forsøg undersøges i mikroskop, og deres strømningsegenskaber måles, fortrinsvis ved hjælp af en prøve, der er beskrevet senere i eksempel 1. På denne måde bestemmes de optimale arbejdsbetingelser, der skal anvendes ved vaskningen, i afhængighed af de andre betingelser ved den samlede polysaccharldfremstillingsproces.

De foretrukne, almindelige betingelser for udførelsen i praksis af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er præciseret i det følgende:

Fortrinsvis udføres vaskningen ifølge opfindelsen ved en temperatur på 0 til 50°C, især ved en temperatur på 25 til 35°C, idet kontakttiden mellem polysaccharidet og vaskevæsken varierer fra 3 minutter til 1 time. Det er særlig hensigtsmæssigt at vælge det organiske vaskemiddel identisk med det organiske middel i 6 U1667 væsken, der har været anvendt til at frembringe udfældningen.

Arbejdsmåden, der anvendes ved udførelse af vaskningen, er uden betydning. Det er lige så godt at arbejde kontinuerligt som diskontinuerligt og lige så godt at anvende en beholder med mekanisk omrøring som et modstrøms-kontaktapparat etc. Fortrinsvis arbejdes der med en mængde vaskevæske på mindst 5 kg, især 40 til 150 kg eller mere, pr. kg polysaccharid.

Det organiske vaskemiddel kan genvindes ved destillation ved kendte metoder af den væske, der fremkommer ved vaskningen.

Det er muligt at regulere destillationsapparaturets funktion således, at der genvindes en vandig alkohol med det indhold, der er nødvendigt for, at den uændret kan genanvendes ved en ny vaskeproces. Det er imidlertid mere enkelt at genvinde alkoholen i den i industrien sædvanlige, koncentrerede form og derefter fortynde den til det ønskede indhold ved tilsætning af vand. Hertil anvendes fortrinsvis destilleret vand eller kildevand eller vand med tilsætning af visse ønskværdige forbindelser, såsom et egnet kemisk middel, et affarvende tilsætningsstof etc.'

De følgende eksempler illustrerer udførelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Eksempel 1:

Forsøg A) I en beholder forsynet med mekanisk omrøring (turbine) fyldes 10 liter af den væske, der fremkommer ved forgæring med Xanthomonas eampestris af et vandigt substrat, der indeholder sukker som forgærbart materiale. Dette vandige substrat indeholdt 20 g sukker pr. liter og er forgæret i 60 timer.

Denne væske omrøres med turbinen med 500 omdr./minut ved en temperatur på 25°C, og der tilsættes i løbet af 5 minutter, idet der stadig omrøres, 21 liter vandig isopropanol med en temperatur på 25°C og et alkoholindhold på 83 vægt-$ (densitet: 0,822), hvilket medfører udfældning af polysaccharidet fra væsken i form af fibre.

Det vægtindhold af alkohol, der svarer til opløseligheds-grænsen for polysaccharidet i udfældningsmediet er her ca. 53 %.

Det udfældede, fibrøse polysaccharid frafiltreres og føres tilbage i beholderen, hvor der tilsættes yderligere 10 liter 83 s isopropanol som vaskevæske. Denne arbejdsmåde er ikke en vasketek- 1A16 6 7 7 nik ifølge den foreliggende opfindelse, da vaskevæskens vægtindhold af alkohol er ca. 30 % (= 83 - 53) over den værdi, der svarer til op-løselighedsgrænsen for polysaccharidet. Det viser sig således ved udførelse af passende bestemmelser, at opløselighedsgrssnsen i vaskemediet er nær den, den var i udfældningsmediet.

Beholderens indhold omrøres med 500 omdr./minut i 10 minutter, hvorefter det vaskede polysaeeharid frafiltreres. De fremstillede fibre udspredes på en tørrerist, og de tørres i 1/2 time med en luftstrøm ved en temperatur på 85°C. Der fås 140 g polysaeeharid med maksimalt 7 #'s fugtighed. Det pulveriseres i en mølle til en sigtekomstørrelse på 1 mm. Det hvidlige pulver, der til slut fremkommer, har en tilsyneladende densitet på 0,42 i ikke-presset til- •3 stand og på 0,57 i presset tilstand. Hvis 50 era af pulveret fyldes i en kolbe med en diameter på 30 mm, der i bunden har et cirkulært hul med en diameter på 5 ram, passerer der gennem dette hul, hvis der ikke rystes, kun ca. 1 enr af dette pulver. Ved mikroskopisk undersøgelse ved 50 ganges forstørrelse viser det sig, at pulveret består af små fibre.

Forsøg B) På samme måde som i forsøg A) udfældes et fibrøst polysaeeharid fra 10 liter af den samme gæringsvæske.

Efter den første frafiltrering føres bundfaldet tilbage i beholderen, hvor der yderligere tilsættes 10 liter 65 $'s isopropanol (densitet ved 25°C: 0,870), der er fremstillet ved fortynding af 85 #’s isopropanol med vand. Denne arbejdsmåde svarer til teknikken ifølge den foreliggende opfindelse, idet vægtindholdet af alkohol i vaskevæsken ikke er mere end ca. 12 # (= 65 - 53) over den værdi, der svarer til opløselighedsgrænsen for polysaccharidet.

Der omrøres, frafiltreres og tørres som i eksempel A. Det fremstillede polysaeeharid indeholder 7 % fugtighed. Det pulveriseres som i eksempel A. Det hvidlige pulver, der fremkommer til slut, har en tilsyneladende densitet på 0,66 i ikke-presset tilstand og på 0,83 i presset tilstand. Hvis det underkastes strømningsprøven, der er beskrevet i forsøg A, passerer der gennem hullet i kolben, uden at der rystes, ca. 40 cirr* pulver. Ved mikroskopisk undersøgelse ved 50 ganges forstørrelse viser det sig, at pulveret består af små korn, der ligner knust glas.

141667

Eksempel 2;

Forsøg C) I en kolbe forsynet med mekanisk omrøring (turbine) fyldes 10 liter af en væske, der er fremkommet ved forgæring med Arthrobacter viscosus af et vandigt substrat, der indeholder glucose som forgærbart materiale- Dette vandige substrat indeholdt 15 g glucose pr. liter og er forgæret i 90 timer.

Massen omrøres med turbinen med 500 omdr./minut ved en temperatur på 25°C, og der tilsættes i løbet af 5 minutter, idet omrøringen stadig fortsættes, 10 kg vandig tert.-butanol med en temperatur på 25°C og med et indhold af alkohol på 96,5 vægt-$, hvilket medfører udfældning af polysaccharidet fra væsken i form af fibre.

Det vægtindhold af alkohol, der svarer til opløselighedsgrænsen for polysaccharidet i udfældningsmediet, er her ca. 49 %.

Det udfældede polysaccharid behandles derefter som beskrevet i eksempel 1 forsøg A, men med den forskel, at vaskningen udføres med 96,5 fo's tert.-butanol i stedet for med 83 s isopropanol. Denne arbejdsmåde er således ikke en vasketeknik ifølge den foreliggende opfindelse, da vaskevæskens vægtindhold af alkohol er ca. 47,5 % (= 96,5 - 49) over den værdi, der svarer til opløselighedsgrænsen for polysaccharidet. Det viser sig således her som i eksempel 1 ved passende bestemmelser, at polysaccharidets opløselighedsgrænse i vaskemediet er nær den, den var i udfældningsmediet.