Способ получения метионина
В заявке описан способ получения метионина высокой объемной плотности, в котором смесь, которая включает 3-метилмеркаптопропионовый альдегид, цианид водорода, аммиак и диоксид углерода, необязательно в присутствии воды, с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, где до пропускания в полученную смесь диоксида углерода, водную смесь, которая включает соединения общей формулы в которой символы имеют следующие значения:
n обозначает целое число от 9 до 19,
m обозначает распределение в интервале от 1 до 10,
х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,
и добавки (2) в виде модифицированной целлюлозы, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, в общем количестве от 5 до 5000 част./млн в пересчете на метионин, содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и перекристаллизовывают. Задача настоящего изобретения состоит в снижении образования пены в процессе получения метионина и в улучшении формы его кристаллов, достигаемая за счет того, что во время осаждения метионина с добавлением диоксида углерода из раствора, приготовленного в качестве продукта гидролиза, добавка (1) проявляет противовспенивающее действие, тогда как одновременное присутствие (2) никакого негативного влияния на противовспенивающее действие не оказывает. 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.
Изобретение относится к способу получения метионина высокой объемной плотности, в котором в гидролизный раствор добавляют смесь, которая включает соединение, которое обладает пенообразующим действием, и соединение, которое влияет на кристаллизацию, и к собственно смеси.
Известно, что получение аминокислот часто сопряжено с затруднениями технологического порядка. Манипуляции с растворами или суспензиями, содержащими аминокислоты, приводят к серьезному вспениванию уже в лабораторных процессах, но больше всего, разумеется, в условиях промышленного получения. Этот нежелательный эффект может привести не только к протеканию процесса получения по создающему серьезные проблемы пути и с плохой производительностью по объему/времени, но в отдельных случаях также к невозможности экономически эффективного получения аминокислоты.
Таким образом, в JP 09000241 говорится, что введение различных добавок из семейства азотсодержащих полиоксиалкиленов в процесс ферментативного получения аминокислот приводит к снижению пенообразования. JP 09000241 относится к приготовлению противовспенивающих смесей, которые включают жиры или масла и продукты взаимодействия жирных кислот или их производных и многоатомных спиртов с алкиленоксидами. Эти смеси приемлемы для применения в процессах ферментации. Известно, что выход при получении лизина и триптофана может быть увеличен, если вместо подсолнечного масла в качестве подавляющих ценообразование добавок использовать силикон. Влияние различных силиконовых масел исследовано путем сравнения в Khim.-Farm.Zh (1972), 6(5), 27-30.
В карбонатном способе, известном из ЕР 0780370, метионин получают при подкислении раствора метионината калия диоксидом углерода в соответствии с уравнением
Обычно метионин осаждают из этих растворов в форме очень плоских лепестков, процесс выделения которых протекает всего лишь с очень низкой скоростью и, следовательно, экономически неэффективен.
Соответственно, были предприняты попытки повлиять на свойства кристаллизации метионина добавлением определенных вспомогательных веществ.
BJP 11-158140 было показано, что применение различных вспомогательных веществ, таких как гидроксиметилпропилцеллюлоза, сорбитанмонолаурат и поливиниловые спирты, влияет на форму кристалла, и объемная плотность метионина, получаемого таким путем, повышается.
Эти соединения добавляют в количестве по меньшей мере 500 част./млн во время кристаллизации, которую проводят непрерывно и осуществляют в две стадии в особых условиях перемешивания. Метионин получают в форме круглых частиц.
В литературе, посвященной существующему уровню техники, какая-либо добавка или смесь добавок, с помощью которых можно одновременно подавить пену, которая образуется на разных стадиях получения метионина, и усовершенствовать форму кристалла метионина, который осаждается, в частности при осуществлении карбонатного способа, не представлена.
В основе настоящего изобретения лежит цель свести к минимальному образование пены в процессе получения метионина и одновременно с этим оказать позитивное влияние на форму кристалла метионина, который осаждается в результате перекристаллизации.
По изобретению предлагается водная смесь, которая включает соединения общей формулы (добавка (1))
в которой символы имеют следующие значения:
n обозначает целое число от 9 до 19, предпочтительно от 15 до 17,
m обозначает распределение в интервале от 1 до 10, где предпочтительный максимум составляет от 5 до 8, в частности от 6 до 7,
х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,
и добавки (2), выбранные из группы, включающей модифицированные целлюлозы, в частности метилцеллюлозу, метилгидроксицеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и натрийкарбоксиметилгидроксипропилцеллюлозу, в массовом соотношении от 1:10 до 10:1, предпочтительно от 1:3 до 3:1.
В предпочтительном варианте в соединениях в соответствии с формулой (1) имеются жирнокислотные компоненты естественного происхождения, которые, в зависимости от значения х, являются насыщенными или ненасыщенными.
Эту смесь целесообразно применять в форме водного раствора или эмульсии с общим содержанием добавок от 1 до 5 мас.%, в частности от 2 до 4 мас.%, в пересчете на общее количество.
Для того чтобы приготовить стабильную эмульсию, необходимо просто обработать смесь обычной лопастной мешалкой. Поскольку гидроксицеллюлозы, растворенные в воде, способны образовывать высоковязкие растворы, для применения целесообразны низкомолекулярные гидроксицеллюлозы с вязкостью (в виде 2%-ного раствора в воде)<300 мПа. Более того, вязкость можно также регулировать посредством степени разбавления.
В предпочтительном варианте водный раствор или эмульсию добавок (1) и (2) с вязкостью в пределах 5 и 5000 мПа в пересчете на 2%-ный раствор добавок в воде, в частности от 10 до 500 мПа, готовят растворением или эмульгированием необходимого количества соединений, соответствующих формулам (1) и (2).
Было установлено, что описанная смесь приемлема для уменьшения пенообразования в технологических растворах, образующихся во время получения метионина, и одновременно с этим обеспечивает образование более крупных кристаллов во время перекристаллизации.
Один важный аспект изобретения состоит в том, что противовспенивающее действие и кристаллизацию можно регулировать изменением соотношений количеств (1) и (2) в смеси.
Пенообразование в значительной мере зависит от состава технологических растворов и других технологических условий, таких как, например, давление и температура.
Смеси в соответствии с изобретением проявляют свои противовспенивающее действие и способствующее росту кристаллов действие уже тогда, когда их добавляют в небольших количествах. Количества от 10 до 500 част./млн в пересчете на метионин уже оказываются активными.
Одновременно с этим установлено, что соединения (1) и (2), используемые в соответствии с изобретением, не оказывают негативного влияния на действие других конкретных соединений.
Напротив, именно при этих условиях взаимодействие (1) и (2) может привести к улучшению кристаллической структуры (см., например, фотоснимок №1703045).
По изобретению также предлагается способ получения метионина, в частности с чистотой от 80 до 100 мас.%, реакцией следующих компонентов: 3-метилмеркаптопропионового альдегида, цианида водорода, аммиака и диоксида углерода или тех компонентов, из которых могут быть получены вышеупомянутые компоненты, необязательно в присутствии воды с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, который характеризуется тем, что до пропускания в нее диоксида углерода водную смесь, которая включает соединения общей формулы
в которой символы имеют следующие значения:
n обозначает целое число от 9 до 19, предпочтительно 15, 17 или 19,
m обозначает распределение в интервале от 1 до 10, где предпочтительный максимум составляет от 5 до 8, в частности от 6 до 7,
х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,
и добавки (2) из группы, включающей модифицированные целлюлозы, в частности метилцеллюлозу, метилгидроксицеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу и натрийкарбоксиметилгидроксипропилцеллюлозу, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, предпочтительно от 1:3 до 3:1, в общем количестве от 5 до 5000 част./млн, предпочтительно от 5 до 500 част./млн, в пересчете на метионин (мас.%), содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и в частности с использованием маточного раствора, который в предпочтительном варианте включает упомянутые добавки (1) и (2), кристаллизуют в присутствии кристаллического метионина, необязательно с добавлением дополнительных количеств водной смеси.
В соответствии с изобретением во время осаждения или кристаллизации не вводят высокую энергию перемешивания, которую используют в известной технологии. То же самое применимо и к давлениям СО2, используемым по известной технологии. Существенным остается только равномерное распределение диоксида углерода, который вводят во время осаждения метионина в гидролизный раствор.
Заявленный способ можно осуществлять проведением непрерывного или периодического процесса.
Во время осаждения метионина с добавлением диоксида углерода из раствора, приготовленного в качестве продукта гидролиза, добавка (1) проявляет противовспенивающее действие, тогда как одновременное присутствие (2) никакого негативного влияния на противовспенивающее действие не оказывает.
В предпочтительном варианте перекристаллизацию проводят по методу, в предпочтительном варианте которого метионин, суспендированный в маточном растворе, перекачиванием вводят в циркуляцию при температуре от 30 до 60°С, и в эту суспензию подмешивают метиониновый раствор, концентрация которого составляет от 70 до 150 г/л, в частности от 90 до 130 г/л, нагретый до температуры от 60 до 110°С, в частности от 80 до 100°С. Метиониновый раствор, упомянутый последним, необязательно составляет от 5 до 20 об.% маточного раствора из процесса получения.
Метионин осаждается с целевой чистотой вследствие охлаждения. На этой стадии перекристаллизации получают метионин с чистотой от 80 до 100 мас.%, в частности от 90 до 100 мас.%, которого не получают в одностадийных способах.
Соотношение между количествами суспензии, вводимой в циркуляцию перекачиванием, и подмешиваемого раствора обычно составляет от 1 до 10:1, в частности от 2 до 6:1, предпочтительно от 3 до 5:1.
Заявленная смесь упрощает осуществление способа в том отношении, что эту же самую смесь, которая включает соединения (1) и (2), можно использовать во время осаждения метионина из гидролизного раствора и перекристаллизации метионина, который выпал в осадок.
Однако компоненты (1) и (2) могут быть также добавлены по отдельности. Компонент (2), в частности, проявляет свои свойства, например, во время кристаллизации.
Изобретение проиллюстрировано следующими примерами.
Пример 1
Осаждение диоксидом углерода
4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир 1 стеариновой кислоты (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1 при одновременном перемешивании вводят в 1 л раствора метионината калия и бикарбоната калия с концентрацией метионина 70 г/л и концентрацией калия 150 г/л, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок. При рН 11 под давлением 2 бара в 2-литровом автоклаве при скорости вращения мешалки 500 об/мин в нее вводят диоксид углерода. Добавление диоксида углерода продолжают при 30°С до тех пор, пока рН не опускается до 8,0. Над реакционной смесью образуется пена высотой 1 см при одновременном выпадении в осадок метионина.
Пример 2
Перекристаллизация
60 г метионина при 40°С суспендируют в 300 мл воды и 40 г фильтрата маточного раствора из процесса осаждения диоксидом углерода и образовавшуюся суспензию перекачиванием вводят в циркуляцию. В эту суспензию при одновременном перемешивании вводят 4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир 1 стеариновой кислоты (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок. С целью поддерживать постоянную температуру последовательно подключают теплообменник. В образовавшийся раствор с расходом 1 л раствора/ч добавляют горячий раствор (при 90°С) 180 г метионина в 1170 г воды и 150 г фильтрата маточного раствора из процесса осаждения диоксидом углерода. Перекристаллизация метионина, который предварительно выпадает в осадок, в присутствии 50 част./млн добавок (общее количество) в пересчете на метионин приводит к образованию кристаллов с объемной плотностью 586 г/л.
РЭМ фотоснимок с номером изображения 173029 показывает крупнозернистую кристаллическую структуру конечного продукта, полученного этим путем.
Метионин выпадает в осадок благодаря охлаждению. Добавляют 0,6 л горячего раствора, 500 мл циркулирующей суспензии удаляют и добавляют дополнительные 500 мл горячего раствора. Суспензию фильтруют, твердый материал промывают 300 мл ацетона, сушат в вакуумном сушильном шкафу при 60°С до постоянства массы и определяют объемную плотность.
4%-ную эмульсию гидроксиэтилцеллюлозы, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа (V=200), в воде и эфир стеариновой кислоты 1 (n=18; m=7) в массовом соотношении 1:1 вводят при одновременном перемешивании в этот раствор, который предварительно добавляют по каплям, вследствие чего образуется эмульсия, которая включает 50 част./млн добавок.
Пример 3
Другие эксперименты
Результаты других экспериментов, которые проводят в соответствии с примерами 1 и 2, сведены в таблицу 1. Под этой таблицей представлены изменения, внесенные в условия экспериментов.
| Таблица 1 | ||||||
| Эксперимент № | Соединение (1) | Добавка (2) (вязкость) | Смеси (част./млн) | Массовое соотношение (1):(2) | Высота пены (см) | Объемная плотность (г/л) |
| 1 | - | - | - | - | 15 | 420 |
| 2 | n=18, m=7 | - | 160 | - | 1 | 470 |
| 3 | - | гидроксиметилцеллюлоза (200) | 50 | - | 11 | 620 |
| 4 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (200) | 50 | 1:1 | 1 | 586 |
| 5 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (300) | 400 | 1:1 | 2 | 586 |
| 6 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (300) | 400 | 2:1 | 2 | 571 |
| 7 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (300) | 400 | 1:1 | 3 | 581 |
| 8 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (300) | 50 | 1:1 | 3 | 572 |
| 9 | n=18, m=7 | гидроксиметилцеллюлоза (300) | 400 | 1:2 | 2 | 576 |
Эксперимент 1:71 г/л метионина и 175 г/л калия в растворе,
Эксперимент 8: вязкость добавки 2 при 25°С составляет от 75 до 150 мПа.
Смеси (част./млн): концентрация смеси в гидролизной смеси.
Для документального подтверждения преимуществ результатов, которые достигаются с применением настоящего изобретения, прилагаются РЭМ фотоснимки.
Установлено, что без введения добавок (1) и (2) в результате перекристаллизации получают тонкодисперсный метионин (фотоснимок №170867).
Применение соединения (1), которое в общем обладает противовспенивающим действием, также приводит к отсутствию существенного укрупнения зернистости кристаллической структуры (фотоснимок №170875).
Оптимальные результаты в соответствии с изобретением отмечают только тогда, когда добавки (2) используют совместно с (1) (фотоснимок №173029).
Сопоставление с фотоснимком №173045 показывает, что применение только одних (2) уже приводит к результатам, которые превосходят достигаемые по известной технологии, но добавление (1) оказывает еще более улучшающее действие.
| Таблица 2 | ||||
| Фотоснимок № | Добавка/название | Общее количество добавок | Объемная плотность | Увеличение |
| 173029 | Добавка (2) (ГЭЦ) (n-18; m=7) | 50 част./млн | 586 г/л | 100:1 |
| 173045 | Добавка(2) (ГЭЦ) | 50 част./млн | 620 г/л | 100:1 |
| 170875 | Соединение (1) (n=18; m=7) | 160 част./млн | 470 г/л | 100:1 |
| 170867 | Без (1) и (2) | - | 420 г/л | 100:1 |
1. Способ получения метионина реакцией следующих компонентов: 3-метилмеркаптопропионового альдегида, цианида водорода, аммиака и диоксида углерода, необязательно в присутствии воды, с получением 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина и его превращением в метионин, где до пропускания в нее диоксида углерода водную смесь, которая включает соединения общей формулы
в которой символы имеют следующие значения:
n обозначает целое число от 9 до 19,
m обозначает распределение в интервале от 1 до 10,
х обозначает 1, -1, -3, -5, причем 2n+х составляет не меньше 1,
и добавки (2) в виде модифицированной целлюлозы, вводят в гидролизный раствор, приготовленный из 5-(2-метилмеркаптоэтил)гидантоина при массовом соотношении от 1:10 до 10:1, в общем количестве от 5 до 5000 ч./млн в пересчете на метионин, содержащийся в растворе, и метионин, который из него осаждается, растворяют и перекристаллизовывают.
2. Способ по п.1, в котором используют соединения (1), у которых n соответствует 16, 18 или 19.
3. Способ по п.1, в котором используют соединения (1), у которых максимальное значение m составляет от 5 до 8.
4. Способ по п.3, в котором используют соединения (1), у которых максимальное значение m составляет 6 или 7.
5. Способ по п.1, в котором используют соединение (1), у которого n обозначает 18, а m обозначает 7.
6. Способ по п.1, в котором в качестве добавки (2) используют гидроксиэтилцеллюлозу.
7. Способ по п.1, в котором в качестве добавки (2) используют гидроксиэтилцеллюлозу, которая в виде 2%-ного раствора обладает вязкостью 200 мПа.
8. Способ по п.1, в котором водную смесь, включающую (1) и (2), используют в форме поддающейся перекачке эмульсии в воде.
9. Способ по п.1, в котором водную смесь, включающую (1) и (2), используют в форме 2-5%-ной эмульсии в воде.
10. Способ по п.1, в котором водную смесь, включающую (1) и (2), используют в концентрации от 10 до 450 ч./млн от общей концентрации добавок в пересчете на концентрацию метионина.
11. Способ по п.1, в котором во время перекристаллизации вновь в необходимом количестве добавляют водную смесь.
