Brevet FR2557104A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un procédé de sépara- tion et récupération de lysine par concentration par une membrane d'osmose inverse d'un éluat contenant de la lysine, ledit éluat provenant d'une résine échangeuse de catiorsayant adsorbé la lysine, éluée par l'ammoniaque. La présente invention concerne également un procédé de production de lysine,dans lequel l'ammoniaque filtrée à travers une membrane d'osmose inverse par l'eau est récupérée et recyclée comme agent d'élution de la résine ou comme agent régénérant pour le cycle suivant de traitement par la résine. La lysine est l'un des aminoacides les plus importants comme additif pour aliment du bétail et elle est produite principale- ment par un procédé de fermentation. Comme procédé de traitement du liquide de fermentation de lysine, on a généralement appliqué un procédé utilisant une résine échangeuse de cations fortement acide. Ce procédé,par exemple, con- siste à éluer la lysine avec utilisation d'un éluant bon marché comme l'ammoniaque, après adsorption de la lysine par mise en contact du liquide de fermentation de lysine conditionné à un certain pH, avec une résine échangeuse de cations du type salin, par exemple du type ammonium. Comme procédé pour récupérer la lysine d'un éluat de la résine, un procédé connu consiste à faire cristalliser et à séparer un sel de lysine d'acide minéral (chlorhydrate de lysine, sulfate de lysine, par exemple) par neutralisation par addition d'un acide, après concentration sous pression réduite à une tempéra- ture élevée. Dans ce procédé, il était possible de recycler l'am- moniaque aqueuse diluée obtenue par condensation de vapeur contenant de l'ammoniac comme partie de l'agent éluant de la résine échangeuse de cations. Dans ce procédé, cependant, il y avait un point faible qi réside dans la grande quantité d'énergie thermique nécessaire, telle que la chaleur latente nécessaire à l'évaporation, autre que la chaleur sensible. En outre, il était inévitable que la lyàine réagisse avec d'autres impuretés sous l'effet de la chaleur, ce qui conduisait à une détérioration de la qualité et une réduction du rendement, comme un brunissement du liquide et une décomposition de la lysine. S7104 D'autre part, du point de vue de la conservation de l'environnement, la vapeur d'ammoniac produite est toxique et la récupération par un système réfrigérant n'est pas parfaite. Pour éviter sa décharge dans l'air, des mesures doivent être prises, par exemple par absorption par un liquide acide ou dans un courant d'eau. Un coût élevé était nécessaire pour observer la régulation de la teneur en azote et du pH spécifiés pour l'eau rejetée. L'objet de la présente invention est de proposer un nouveau procédé pour produire la lysine avec un rendement élevé avec une faible quantité d'énergie et une conservation facile de l'environnement, dans un procédé de récupération de la lysine par concentration d'un liquide d'élution d'une résine contenant de la lysine. A la suite de diverses recherches dans ce but, la demanderesse a découvert selon l'invention qu'il est possible d'effectuer la concentration, avec une faible énergie et avec une efficacité élevée, d'un liquide contenant de la lysine avec une membrane d'osmose inverse et en outre de recycler l'ammoniaque aqueuse de perméation comme agent de régénération de la résine ou agent éluant. Autrement dit, dans le procédé dans lequel la lysine est récupérée à partir d'un liquide de fermentation de lysine par traitement par une résine, par exemple, la présente invention consiste en un procédé deproduction de lysine caractérisé en ce que l'on concentre par une membrane d'osmose inverse un liquide contenant de la lysine,en utilisant l'ammoniaque aqueuse comme agent d'élution de la résine, et on récupère et-on recycle l'am- moniaque passant à travers la membrane avec l'eau. Incidemment, l'expression "liquide de fermentation" signifie ci-après non seulement un bouillon de fermentation de L-lysine obtenu par fermentation par un micro-organisme dans un milieu en utilisant comme source de carbone,par exemple la mélasse de betterave, la mélasse de canne à sucre, l'amidon, le glucose ou leursmélanges,mais également un liquide de réaction de L- et/ ou D-lysine formé par uweenzyme ou un micro-organisme. Dans le procédé de la présente invention, il va sans dire que la lysine adsorbée sur une résine échangeuse de cations ne peut pas être limitée à une lysine obtenue par le procédé de fermentation ci-dessus mentionné, mais peut être une lysine obtenue par un procédé de synthèse. La lysine peut être adsorbée sur une résine échangeuse de cations par l'une ou l'autre technique et il n'y a pas de limitation quant à la résine échangeuse de cations. L'élution de la lysine adsorbée sur une résine échangeuse de cations par l'ammoniaque aqueuse peut être effectuée par une technique appropriée. L'ammoniaque aqueuse peut être ajoutée avec un sel d'ammonium tel que chlorure d'ammonium, sulfate d'ammonium, etc. comme agent supplémentaire. L'un quelconque de ceux-ci est tout à fait évident pour l'homme de l'art. Comme membrane d'osmose inverse, une membrane utilisée dans la pratique (domestique ou extérieure) peut être utiliséemais elle est nécessairement résistante aux alcalis. Comme matériaux de membranes on peut citer,par exemple,les polyéthers/amides, le polyacrylonitrile, la polybenzimidazolone, les amides aromatiques, etc. Comme type de membranes d'osmose inverse, les membranes du type membrane plane, du type tubulaire, du type en spirale, du type à fibres creuses, etc existent dans le commerce et l'un ou l'autre de ces types peut être utilisé. En ce qui concerne les performances de la membrane, on utilise des membranes ayant untaux d'inhibition de NaCl de plus de 90 %, de préférence plus de 95 %. La pression et la température de traitement dans la concentration par osmose inverse sont de préférence les plus élevées possibles, à l'intérieur des limites de la qualité de la membrane et de la structure modulaire, mais il n'y a pas d'autres limitations particulières. On opère normalement sous une pression de 20-60 bars et à une température de 3060 C. La concentration peut être effectuée jusqu'au point o le degré de concentration est décidé par la pression osmotique du liquide visé, la qualité de la membrane et la pression limite de la structure modulaire; selon le besoin, il est possible d'obtenir facilement un degré de concentration approprié pour la cristallisation de la lysine, si l'on effectue une faible concentration supplémentaire sous pression réduite. On peut utiliser l'eau ou l'ammoniaque traver- sant la membrane comme agent de régénération ou d'élution de la résine, par recyclage dans le procédé à la résine, tel quel ou, si nécessaire, après réglage de la concentration par addition d'ammoniac liquide. Il n'y a pas jusqu'à présent d'exemple dans lequel on utilise comme dans la présente invention une substance traversant une membrane d'osmose inverse avec de l'eau. La récupération de la lysine à partir du concentré par osmose inverse peut être effectuée par une technique courante; par exemple par addition d'un acide minéral tel qu'acide chlorhy- drique et cristallisation par concentration ou refroidissement. Ensuite, la lysine peut être récupérée sous forme d'un sel de lysine d'acide minéral satisfaisant pour l'alimentation. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 On ajuste à pH 2 par l'acide sulfurique à 98 Z un liquide de fermentation de lysine obtenu en utilisant une mélasse de betterave comme source de carbone et du sulfate d'ammonium comme source d'azote, et on le fait passer à travers une résine échangeuse de cations forte ("SK-1B" type NH4+ , Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.). On obtient 300 ml d'éluat de la résine par élution par l'ammoniaque aqueuse à 3,4 Z après adsorption. A ce moment, la concentration de lysine est de 7,0 % en poids, la concentration en ammoniac est de 1,8 % en poids et le pH est de 10,0. Cet éluat est concentré à une température de 40 C et sous une pression de 40 bars pendant 25 heures, avec un système d'osmose inverse muni d'une membrane d'osmose inverse "PBIL TL-198" (type membrane plane de 0,0025 m2 faite en polybenzimidazolone par Teijin, Ltd.) Lorsque le degré de concentration atteint 3,1 fois, on prélève 95 ml de concentré et 201 ml de liquide filtré et on les analyse en obtenant les résultats indiqués dans le tableau 1. TABLEAU 1 Concentration de Concentration pH lysine (% en d'ammoniac poids) (Z en poids) Liquide filtré 0,2 0,2 10,5 Concentrat 21,6 5,2 9,9 Autrement dit, le taux d'inhibition de l'ammoniac est de 92%, le taux d'inhibition de la lysine est de 98% et les autre cations (K+, Na+, Ca+, g++) sont inhibés à 99% ou plus. On ajoute de l'ammoniac liquide à ce liquide filtré pour préparer à nouveau de l'ammoniaque aqueuse à 3,4 %; par adsorption sur la résine et élution par la même technique que mentionné précédemment, on obtient 300 ml d'un liquide d'élution de la résine. A ce moment,la concentration de lysine est de 7,1 % en poids, la concentration en ammoniac est de 1,8 Z en poids et le pH de 10,1. On soumet cet éluat à la concentration par osmose inverse dans les mêmes conditions que mentionné précédemment; lorsque le taux de concentration a augmenté à 3,0 fois pour la concentration de 24 heures, on prélève 98 ml de concentrat et 199 ml de liquide filtré et on les analyse en obtenant les résul- tats indiqués dans le tableau 2. TABLEAU 2 Concentration de Concentration pH lysine (Z en d'ammoniac poids) (% en poids) Liquide filtré 0,2 0,2 10,6 Concentrat 21,1 5,0 9,8 Autrement dit, le taux d'inhibition de l'ammoniac à 91 Z, l'inhibition de la lysine est de 98 Z et les autres cations (K, Na, Ca, Mg+) sont inhibés à 99 Z ou plus. L'énergie consommée pendant une série d'essais est seulement celle pour la conservation de la chaleur d'un liquide, la circulation du liquide et la pressurisation, contribuant à une forte réduction de la consommation d'énergie; outre cet avantage, il est possible d'éviter complètement la formation de vapeur d'ammoniac et la décharge d'eau contenant de l'ammoniaque qui se produisaient jusqu'à présent dans un procédé par évaporation. Exemple 2 En utilisant un liquide de fermentation de lysine obtenu de la même manière qu'à l'exemple 1, on effectue une adsorption de la même manière et on élue la lysine adsorbée par un mélange liquide d'ammoniaque aqueuse à 3,4 % et de chlorure d'ammonium à 10,5 % dans le rapport 1:1 en volume, en obtenant ainsi 300 ml d'éluat de la résine. A ce moment,la concentration de lysine est de 6,3 Z en poids, la concentration d'ammoniaque est de 1,7 Z en poids et le pH est de 9,5. On concentre cet éluat pendant 25 heures à une température de 40 C et sous une pression de 40 bars en utilisant un système d'osmose inverse muni d'une membrane d'osmose inverse "HR-95" du type membrane plane de 0, 0025 m2 fabriquée par Denmark Sugar Manufacturing Co (DDS). Lorsque le taux de concentration a augmenté jusqu'à 3,5 fois, on prélève 85 ml de concentrat et 213 ml de liquide filtré et on les analyse avec les résultats indiqués dans le tableau 3 TABLEAU 3 Concentration de Concentration pH lysine (Z en d'ammoniac poids) (Z en poids) Liquide filtré 0,4 0,5 10,1 Concentrat 21,1 4,7 9,3 Autrement dit le taux d'inhibition de l'ammoniac est de 79 %, le taux d'inhibition de la lysine est de 95 Z et les autres cations (K+, Na+, Ca++, Mg++) sont inhibés à 99 % ou plus. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illustra- tion et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifications et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de lysine caractérisé en ce que l'on concentre par une membrane d'osmose inverse un éluat contenant de la lysine obtenu à partir d'une résine échangeuse de cations chargée de lysine par adsorption en utilisant de l'ammoniaque aqueuse comme agent d'élution de la résine. 2. Perfectionnement au procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recycle à nouveau l'ammoniac dans le liquide filtré à travers la membrane d'osmose inverse, comme agent de régénération de la résine ou agent d'élution pour le cycle suivant de traitement par la résine.