Brevet FR2587337A1 — publié le 19870320

258733? Les aminoacides basiques ont été produits précédemment par séparation d'un mélange d'aminoacides obtenu par décomposition de protéines, et actuellement on les produit principalement par un procédé de fermentation. Même dans le procédé de fermentation, comme des aminoacides neutres et acides sont formés comme sous-produits, l'élimination de ces aminoacides neutres et acides est toujours un gros problème dans la production d'un aminoacide basique et cette séparation/élimination a généralement été effectuée jusqu'à présent en utilisant une résine échangeuse de cations fortement acide. Un problème avec ce procédé à la résine échangeuse d'ions est l'équilibre entre le rendement en aminoacide basique et le taux d'élimination des aminoacides neutres et acides. Dans la production industrielle, comme la réduction de rendement doit être évitée, la liqueur traitée sur résine échangeuse d'ions est inévi- tablement contaminée par ces aminoacides neutres et acides et ces aminoacides sont gênants dans la récupération des cristaux d'amino- acide basique de la liqueur traitée sur résine échangeuse d'ions. La présente invention concerne un procédé qui est simple dans l'étape à la résine échangeuse d'ions et qui peut séparer et éliminer les aminoacides neutres et acides. L'invention est décrite plus en détail ci-dessous. La liqueur contenant des aminoacides basiques est une liqueur contenant de la lysine, de l'arginine, de l'ornithine, de l'histidine, etc. et consiste par exemple en liqueurs de fermentation de ces aminoacides, liqueurs de traitement intermé- diaire dont on sépare ces aminoacides basiques, liqueurs d'hydro- lysats de protéines telles que protéinesde soja, etc., liqueurs de traitement intermédiaire dont on sépare ces aminoacides basiques, etc. Des exemples de liqueurs intermédiaires dont on sépare les aminoacides basiques comprennent les liqueurs de fermentation stérilisées, les liqueurs de dissolution de cristaux bruts, les liqueurs mères de cristallisation, etc. La résine échangeuse de cations fortement acide peut être n'importe lequel des produits classiques du commerce, par exemple, Dowex HCR-W2, Duolite C-20, Diaion SK-1B, Amberlite IR-120 (tous ces noms étant des marques déposées), etc. Elles peuvent être sous la forme d'un sel tel que sel de NH4, de Na, etc. ou bien sous la forme libre. L'adsorption est effectuée par mise en contact de la liqueur contenant l'aminoacide basique avec une résine échangeuse de cations fortement acide à un pH auquel ledit aminoacide basique peut exister sous la forme d'un cation divalent. Ce pH varie selon le type de l'aminoacide basique, mais il n'est en général pas supérieur à environ 4. Dans le cas de la lysine, il n'est pas supérieur à 4,0. On préfère en particulier un pH d'environ 1-2,5 du point de vue de la quantité adsorbée. Lorsque l'on utilise une résine échangeuse d'ions sous forme de sel, la liqueur de départ peut être ajustée à ce pH et envoyée sur la couche de résine échan- geuse d'ions, tandis que, lorsqu'on La fait passer sur une couche de résine échangeuse d'ions contenant une forme libre, le pH optimal pour la liqueur de départ est supérieur parce que des ions hydrogène sont libérés par l'adsorption. Lorsque la résine échan- geuse d'ions est totalement sous forme libre, par exemple, le pH optimal pour une liqueur de fermentation de lysine est d'environ 4-6. La résine échangeuse d'ions ayant adsorbé l'aminoacide basique est ensuite mise en contact avec une liqueur contenant ledit aminoacide basique et un aminoacide neutre ou un aminoacide acide à un pH auquel l'aminoacide basique n'existe pas sous la forme d'un cation divalentmais peut exister sous la forme d'un cation monovalent. L'aminoacide neutre et l'aminoacide acide sont ceux constituant les protéines et ce sont par exemple la glycine, l'alanine, la valine, la thréonine, l'acide glutamique, l'acide aspartique, etc. Les ions inorganiques tels qu'ammonium, sodium, potassium, calcium, magnésium, etc. éluent l'aminoacide basique adsorbé et en conséquence, il est souhaitable qu'ils ne soient pas présents. Des exemples de cette liqueur comprennent une fraction de liqueur dans laquelle un aminoacide neutre et un aminoacide acide ont été élués et qui a été obtenue par passage d'une liqueur de fermentation d'aminoacide basique ou d'une liqueur de traitement intermédiaire dont on sépare l'aminoacide basique à travers une couche de résine échangeuse de cations fortement acide pour adsorber ledit aminoacide basique,et ensuite passage d'un alcali à travers ladite couche de résine échangeuse d'ions,et une liqueur de procédé de cristallisation ne contenant sensiblement pas les ions inorganiques ci-dessus. Dans ce cas, la fraction de liqueur dans laquelle l'amino- acide neutre et l'aminoacide acide ont été élués peut être séparée et récupérée en utilisant par exemple le pH, le poids spécifique, l'indice de réfraction, etc., comme paramètre, mais comme la valeur de ce paramètre varie dans la séparation et la récupération selon la nature de la liqueur de départ, par exemple, il est nécessaire de le déterminer en effectuant une expérience préliminaire. L'instant de séparation et de récupération ne doit pas nécessairement être un instant o les aminoacides neutres et acides ont été complètement élués et l'on peut tolérer leur migration à un degré qui ne gêne pas les étapes suivantes. En utilisant comme éluant de l'ammoniaque aqueuse, soit seule, soit contenant en outre un sel d'ammonium, l'éluat est concentré pour évaporer l'ammoniacpuisaprès réglage du pH par addition d'un acide si nécessaire, concentre, refroidi et cristallisé par exemple par addition d'un solvant organique pour obtenir une liqueur mère, qui est en général la liqueur mère de cristallisation ne contenant sensiblement pas d'ions inorganiques. Le pH auquel t'aminoacide basique n'existe pas sous la forme d'un cation divalentmais peut exister sous la forme d'un cation monovalentvarie selon le type de l'aminoacide basique et, dans le cas de la lysine par exemple, il est de 4,0-10,0. Par mise en contact à ce pH, l'aminoacide basique adsorbé sous forme de cation divalent est transformé en un cation monovalent et en conséquence, la résine échangeuse d'ions devient capable d'adsorber de nouveau l'aminoacide basique. Par contre, dans cette région de pH, comme les aminoacides neutres et acides existent exclusivement sous la forme neutre ou sous la forme anionique, ils ne peuvent pas être adsorbés sur la résine échangeuse de cations fortement acide. En outre, comme les aminoacides neutres et acides qui ont été déjà adsorbés sur la résine échangeuse d'ions quittent également la résine échangeuse d'ions, les aminoacides qui sont adsorbés sur la résine échangeuse d'ions à la fin de cette étape sont principalement composés de l'aminoacide basique. Il va sans dire que la quantité de l'éluant à faire passer doit être dans la gamme dans laquelle l'aminoacide basique ne traverse pas la résine. Lorsque l'on utilise une liqueur contenant un ion inorganique, l'aminoacide basique tend à traverser la couche de résine et la quantité de l'éluant que l'on peut faire passer en sécurité est donc fortement réduite. On peut utiliser n'importe quel éluant classique et l'on utilisepar exemplel'ammoniaque aqueuse, une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, mais aussi ces solutions contenant en outre du chlorure d'ammonium, du chlorure de sodium, etc., à des concen- trations d'environ 0,5-5 N. La séparation de l'aminoacide basique de l'éluat peut être effectuée de manière classique. Par exemple, lorsqu'on utilise l'ammoniaque aqueuse comme éluant, on évapore l'ammoniac par concentrationpuis on ajuste le pH par addition d'acide chlorhydrique,si nécessaire, on concentre encore et on refroidit pour amorcer la cristallisation, avec obtention de cristaux. Dans le procédé de l'invention, comme la pureté en aminoacide basique de l'étuat est élevée, la croissance des cristaux dans l'étape subséquente de cristallisation est bonne et en outre on peut facilement obtenir des cristaux de pureté élevée. De plus, comme la concentration en aminoacide basique dans l'éluat est accrue, on peut économiser l'énergie nécessaire pour la concentration. En particulier, lorsque l'on effectue l'adsorption continue sur colonne et l'élution continue de la colonne en utilisant une liqueur de fermentation d'aminoacide basique comme produit de départ et en utilisant plusieurs colonnes de résine échangeuse d'ions, la fraction d'éluat des aminoacides neutres et acides peut être facilement incorporée dans les opé- rations continues. Exemple 1 On utilise comme échantillon de liqueur une liqueur de fermentation de lysine provenant principalement de mélasses de betterave après élimination des cellules microbiennes et réglage à pH 2. La teneur en lysine dans la liqueur est de 5,0 g/dl, calculée en chlorhydrate de lysine (la quantité de lysine est calculée dans ce qui suit en quantité de chlorhydrate de lysine). Les opérations sur résine sont effectuées en branchant deux colonnes en série, garnies chacune avec 1 l de Diaion SK-1B + (marque déposée) sous la forme NH4 et en faisant passer 2 l de la liqueur depuis le haut de la première colonne à un débit de 20 ml/min. Ensuite, on lave la première colonne avec 1,5 l d'eau pure. On débranche ensuite la première colonne et on branche une troisième colonne à la seconde colonne et on effectue des opérations semblables. On élue la première colonne en y faisant passer 2 l d'ammoniaque 2 N à un débit de 20 ml/min et ensuite on la lave avec a10 2 l d'eau pure. On recueille les fractions d'éluat ayant une con- centration en lysine de 8 g/dl ou plus et on fait passer l'éluat ayant une concentration inférieure à travers la seconde colonne qui est ensuite lavée avec 1,5 I d'eau pure. On répète dix cycles d'opérations sur résine semblables. Afin de confirmer l'effet de cette invention, on met en oeuvre une technique classique sur résine, c'est-à-dire un mode opératoire dans lequel on recueille tout l'éluat et on ne le recycle pas à l'étape d'adsorption, pendant dix cycles successifs. On élimine la fraction de queue de l'éluat ayant une valeur de sucre de 1 ou moins. Les propriétés des éluats recueillis dans le dixième cycle sont indiquées dans le tableau I ci-après (la pureté en azote est la proportion de l'azote dérivé de la lysine dans l'azote organique déterminé par analyse élémentaire). TABLEAU I Procédé de Pureté en Concentration en traitement azote, % lysine, (g/dl) Procédé de l'invention 97,1 11,6 Procédé 86,1 6,0 classique 8,, Le rendement en lysine dans l'étape sur résine est d'environ 98 % dans l'un ou l'autre procédé. Exemple 2 On utilise comme échantillon une liqueur de fermentation d'arginine en partant principalement de mélasses de canne à sucre après élimination des cellules microbiennes et réglage à pH 2. La teneur en arginine dans la liqueur est de 4,0 g/dl. Ensuite, on effectue le traitement de manière semblable à l'exemple 1, sauf que l'on utilise 3 l de la liqueur au lieu de 2 I et 6 l d'ammo- niaque 1 N au lieu de 2 l d'ammoniaque 2 N.et que l'on recueille les fractions d'éluat ayant une concentration en arginine de 2,5 g/dl ou plus. Les propriétés de l'éLuat recueilli dans le dixième cycle sont indiquées dans le tableau II (la pureté en azote est la proportion de l'azote dérivé de l'arginine à l'azote organique déterminé par analyse élémentaire). TABLEAU II Procédé de Pureté en Concentration en traitement azote, % arginine, (g/dl) Procédé de 85,0 4,4 l'invention Procédé 83,0 3,5 classique 83,0 Le rendement en arginine dans l'étape sur résine est de 94 % dans l'un ou l'autre procédé. Exemple 3 On recueille l'éluat du procédé classique dans l'exemple 1, on le concentre,puis on le règle à pH 5 par addition d'acide chlorhydrique, on concentre à nouveau et on refroidit et on sépare les cristaux pour préparer une liqueur mère. Le taux de cristallisation est d'environ 50 %. La liqueur mère a une concentration en lysine de 34,2 g/dl et une pureté en azote de 72,1 %. On fait passer deux portions de 4 l de la même liqueur qu'à l'exemple 1 à travers deux colonnes garnies chacune avec 1 l de résine Diaion SK-1B (marque déposée) sous forme NH4, respec- tivement à un débit de 40 ml/min, et ensuite on lave avec 1,5 l d'eau pure respectivement. On laisse une colonne telle quelle et on fait passer à travers l'autre colonne de résine une dilution 5 fois de la liqueur mère, on lave avec 1 l d'eau pure,puis on élue avec 2 l d'ammoniaque 2 N et on lave avec 2 I d'eau pure. On rejette la fraction de queue de chaque éluat ayant une valeur en sucre de I ou moins. Les résultats sont indiqués dans le tableau III ci-dessous. TABLEAU III Quantité de lysine Procédé de Pureté en Concentration en adsorbée sur la résine traitement azote, % lysine, (g/dl) (g/l de résine) Procédé de 95,5 7,9 146 l'invention Procédé 903 70 123 classique 90,3 Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illus- tration et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifi- cations et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la séparation d'un aminoacide basique, caractérisé en ce que l'on met en contact une liqueur contenant un aminoacide basique avec une résine échangeuse de cations for- tement acide à un pH o ledit aminoacide basique peut exister sous la forme d'un cation divalent,pour adsorber au moins une partie de l'aminoacide basique sous la forme d'un cation divalent, on met ensuite en contact ladite résine échangeuse d'ions avec une liqueur contenant ledit aminoacide basique et un aminoacide neutre ou un aminoacide acide à un pH auquel l'aminoacide basique n'existe pas sous la forme d'un cation divalent mais peut exister sous la forme d'un cation monovalent, puis on fait passer un éluant à travers ladite résine échangeuse d'ions pour éluer l'aminoacide basique et on sépare et on récupère l'aminoacide basique de l'éluat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liqueur contenant l'aminoacide basique est une liqueur de fermentation d'aminoacide basique ou une liqueur de traitement intermédiaire dont on sépare l'aminoacide basique et la liqueur contenant ledit aminoacide basique et un aminoacide neutre ou un aminoacide acide ne contient sensiblement pas de cations inorganiques. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la liqueur contenant ledit aminoacide basique-et un aminoacide neutre ou un aminoacide acide et également ne contenant sensiblement pas de cations inorganiques est soit une fraction de liqueur dans laquelle l'aminoacide neutre et l'aminoacide acide ont été élués et qui a été obtenue par passage d'une liqueur de fermentation d'aminoacide basique ou d'une liqueur de traitement intermédiaire dont on sépare l'aminoacide basique à travers une couche de résine échangeuse de cations fortement acide pour adsorber ledit aminoacide basique et ensuite passage d'alcali à travers ladite couche de résine échangeuse d'ions, soit une liqueur mère de cristallisation ne contenant sensiblement pas de cations inorganiques.