CH619929A5 - - Google Patents

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CH619929A5
CH619929A5 CH257876A CH257876A CH619929A5 CH 619929 A5 CH619929 A5 CH 619929A5 CH 257876 A CH257876 A CH 257876A CH 257876 A CH257876 A CH 257876A CH 619929 A5 CH619929 A5 CH 619929A5
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CH
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methionine
acyl
ester
acetyl
mixture
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CH257876A
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Clyde Eugene Stauffer
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Procter & Gamble
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    • C12P13/04Alpha- or beta- amino acids
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 45 optisch reinem N-Acyl-L-methionin, aus dem durch chemische Entfernung der N-Acylgruppe L-Methionin erhalten werden kann.
Es ist bekannt, dass N-Acyl-D, L-methionin in seine optischen Antipoden getrennt werden kann, indem man es mit 50 bestimmten optisch aktiven Basen, z.B. Threo-2-amino-(p-methylsulfonylphenyl)-l,3-propandiol, Brucin, Fenchylamin oder Lysin, umsetzt und die diastereomeren Salze aufgrund ihrer verschiedenen physikalischen Eigenschaften, insbesondere ihrer verschiedenen Löslichkeiten, voneinander trennt ss (Vergleiche US-PS 3.845.110). Diese optisch aktiven Basen sind jedoch selbst nur schwierig erhältlich. Darüber hinaus ergeben die genannten Verfahren im allgemeinen keine guten Ausbeuten an N-Acyl-L-methionin mit hoher Reinheit.
Man hat auch schon Enzyme verwendet, die selektiv auf 60 bestimmte Aminosäurederivate einwirken und so optisch aktive Aminosäuren liefern. In der U.S.-PS 3.386.888 ist beispielsweise beschrieben, dass L-Methionin durch Einwirkung von Acylase auf N-Acyl-D, L-methionin erhalten werden kann. Diese enzymatische Methode befriedigt jedoch nicht 65 vollständig. Die verwendete Acylase ist teuer; die Reaktion läuft nur verhältnismässig langsam ab, und das Acylase-Enzym ist instabil.
Durch Einwirkung von Pancreasextrakt (welcher eine von Säugetieren stammende Serinproteinase enthält) auf D, L-Methioninisopropylester kann eine wenigstens teilweise Trennung von Methionin in die Antipoden erreicht werden. In diesem letztgenannten Zusammenhang wird auf Arbeiten von Brenner et al. in Helv. Chim. Acta, Bd. 32, Seiten 333—337
(1949) und Wretlind in Acta Physiol. Scan., Bd. 20, Seite 1
(1950) hingewiesen. Aus Säugetieren gewonnene Enzyme sind jedoch teuer, und aus den genannten Veröffentlichungen geht hervor, dass eine zufriedenstellende optische Reinheit nicht erreicht werden kann. Aus den Veröffentlichungen geht infolgedessen kein kommerziell brauchbares Verfahren zu Herstellung von L-Methionin hervor.
Es ist bekannt, dass mikrobiell gewonnene Serinproteinasen, z. B. Subtilisin Novo und Subtilisin Carlsberg, eine Esterase-Wirkung unterschiedlichen Ausmasses auf verschiedene N-Acyl-L-aminosäureester ausüben. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Arbeiten von Barel et al. in The Jour, of Biolog. Chem., Bd. 243, Seiten 1344—1348 (1968) und Morihara et al. in Arch. Biochem. and Biophy., Bd. 129, Seiten 620-633 (1969) hingewiesen. Diese Veröffentlichungen zeigen, dass Serinproteinasen auf einige der genannten Aminosäurederivate eine hohe Esterase-Wirkung, auf andere jedoch nur eine geringe oder gar keine Esterase-Wirkung ausüben, je nach der besonderen Aminosäure. Aus den genannten Veröffentlichungen ergibt sich kein Hinweis auf die Wirkung von Serinproteinasen auf N-Acyl-L-methioninester oder auf eine Wirkung von Serinproteinasen auf racemische N-Acyl-D, L-aminosäureester.
Sowohl L-Methionin als auch N-Ci-9-Acyl-L-methionin sind wertvolle Nahrungsmittel-Ergänzungsstoffe, so dass ein wirksames Verfahren zu ihrer Herstellung besonders erstrebenswert erscheint. Ein solches hochwirksames Verfahren müsste von der Verwendung leicht zugänglicher und billiger Materialien (z.B. Enzyme) ausgehen und das gewünschte Material in hoher Reinheit, in hoher Ausbeute und mit ausreichender Geschwindigkeit liefern.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von N-Ci-y-Acyl-L-methionin. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von optisch reinem N-Acyl-L-methionin ist dadurch gekennzeichnet, dass man (1) eine Mischung aus N-Acyl-L-methioninester und N-Acyl-D-methioninester der Wirkung eines proteolytischen Enzyms aus der Gruppe der mikrobiell erzeugten Serinproteinasen aussetzt und (2) das gebildete N-Acyl-L-methionin von dem nicht umgesetzten N-Acyl-D-methioninester abtrennt.
Unter der Bezeichnung «optisch reines N-Acyl-L-methionin» wird ein N-Acyl-L-methionin verstanden, welches im wesentlichen frei von dem D-Isomer ist.
Wie jetzt festgestellt werden konnte, üben bestimmte, leicht erhältliche Proteinasen, nämlich mikrobiell erzeugte Serinproteinasen, eine hohe Esterasewirkung auf N-Acyl-L-methionin-ester, jedoch nur eine sehr geringe Esterasewirkung auf N-Acyl-D-methioninester aus. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die hohe Esterasewirkung gegen das L-Isomer durch die Anwesenheit des D-Isomeren nicht aufgehoben wird. Unterwirft man eine Mischung aus N-Acyl-L-methionin-ester und N-Acyl-D-methioninester der Wirkung einer solchen Proteinase, so erhält man eine Mischung aus N-Acyl-D-methioninester und N-Acyl-L-methionin. Das N-Acyl-L-methionin kann aus dem Gemisch leicht mit Hilfe üblicher Methoden abgetrennt werden, z.B. durch Einstellen des pH-Wertes der wässrigen Mischung und Extrahieren derselben mit einem organischen Lösungsmittel wie Chloroform, Äthylacetat oder Butylacetat.
Für die Zwecke der Erfindung lassen sich verschiedene spezifische N-Acyl-D, L-methioninesterderivate heranziehen.
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Vorzugsweise sollen die Verbindungen die nachfolgend erwähnten Acyl- und Estergruppen enthalten.
Die Acylgruppe soll sich vorzugsweise von Fettsäuren mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen ableiten. Insbesondere kann es sich bei der N-Acylgruppe um eine Formyl-, Acetyl-, Propionyl-, Butyroyl-, Valeroyl-, Caproyl-, Önanthoyl-, Caprylyl- oder Pelargonoylgruppe handeln. Die Estergruppe kann sich von verschiedenen Alkoholen mit 1—10 vorzugsweise 1-6 Kohlenstoffatomen ableiten. Beispiele für geeignete Estergruppen sind Methyl. Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sek.-Butyl und Isobutyl. Beispiele für besonders günstige Acylgruppen sind Formyl, Acetyl und Propionyl. Racemischer N-Acetyl-D, L-methioninmethylester wird für das erfindungsgemässe Verfahren am meisten bevorzugt.
Man verwendet für das erfindungsgemässe Verfahren Serinproteinasen, die mikrobiell, d.h. mit Hilfe von Mikroorganismen wie Bakterien, Fungi oder Schimmelpilzen, gewonnen worden sind. Diese Proteinasen sind verhältnismässig billig und als Handelsprodukte erhätlich.
Ein Beispiel für Serinproteinasen, die für die Zwecke der Erfindung brauchbar sind, sind die von dem Mikroorganismus Bacillus subtilis gebildeten Subtilisine.
Für die Zwecke der Erfindung wird insbesondere das von Bacillus subtilis Carlsberg gebildete Subtilisin verwendet.
Dieser Stamm ist ein bekannter Subtilisin bildender Stamm, dessen Aminosäuresequenz von Smith et al. in «The Complete Amino Acid Sequence of Two Types of Subtilisin, BPN' and Carlsberg», J. of Biol. Chem. Bd. 241,25. Dezember 1966, Seite 5974, beschrieben worden ist. Dieses Subtilisin ist durch ein Tyrosin:Tryptophan-Verhältnis von etwa 13:1 gekennzeichnet.
Ein von einer durch Röntgenstrahlung gebildeten Mutanten von Bacillus subtilis erzeugtes Subtilisin ist ebenfalls für die Zwecke der Erfindung geeignet. Die Mutante kann nach dem in der US-PS 3.031.380 beschriebenen Verfahren zur Bestrahlung von Bacillus subtilis mit Röntgenstrahlen gewonnen werden. Das erwähnte Enzympräparat kann in üblicher Weise hergestellt werden. In der genannten Patentschrift ist ein Verfahren beschrieben, gemäss welchem man Bacillus subtilis wenigstens eine halbe Stunde lang der Einwirkung von Röntgenstrahlen mit einer Bestrahlungsdosis von etwa 24 bis 50 Röntgen aussetzt, danach aus der bestrahlten Kolonie einen Stamm selektiert, der nicht begeisselte Zellen aufweist, die rauhe, gezackte, gefleckte und mattweisse Kolonien bilden, den Stamm abtrennt und in ein Kulturmedium überimpft, welches aus Weizenkleie und Maismehl besteht, die Kultur wenigstens 40 Stunden unter praktisch ständiger Belüftung inkubiert und schliesslich die Kultur trocknet.
Im folgenden werden noch weitere Beispiele für brauchbare Serinproteinasen aufgeführt: von Aspergillus oryzae erzeugte Serinproteinasen [Verfahren zur Herstellung und Abtrennung dieser Enzyme sind dem Fachmann bekannt; vergleiche z.B. Subramamian et al., Biochemistry, Bd. 3, No. 12, Seiten 1861-1874 (1964) und Misaki et al., Agr. Biol. Chem., Bd. 34, No. 9, Seiten 1383-1392 (1970)]; von Streptomyces griseus (ATCC 3463) erzeugte Serinproteinasen. [Diese Serinproteinasen sind im Handel unter der Bezeichnung «Pronase» von der Firma Kaken Chemical Co., Japan, erhältlich. Verfahren zur Herstellung und Abtrennung der Proteinasen sind bekannt; vergleiche in diesem Zusammenhang Narahashi et al., The Journal of Biochemistry, Bd. 62, No. 6, Seiten 633-641 (1967)] und von Aspergillus sydowi erzeugte Serinproteinasen [Methoden zur Herstellung und Abtrennung dieser Serinproteinasen sind bekannt; vergleiche beispielsweise Danno et al., Agr. Biol. Chem., Bd. 31, No. 10, Seiten 1151— 1158(1967)].
Weitere Beispiele für brauchbare, mikrobiell erzeugte Serinproteinasen sind eine von Aspergillus gebildete alkalische
Proteinase (E.C. 3.4.21.15), Alternaria-Endopeptidase (E.C. 3.4.21.16) und Arthrobacter-Serinproteinase (E.C. 3.4.21.17). Diese speziellen Enzyme sind mit Hilfe der systematischen E.C.-Nomenklatur definiert (siehe «Enzyme Nomenclature», Commission of Biochemical Nomenclature, Elsevier Publishing Company, Amsterdam 1973, U.S. Library of Congress Card No. 73-78247).
Die Einwirkung des proteolytischen Enzyms auf die Mischung aus N-Acyl-D-methioninester und N-Acyl-L-methioninester erfolgt am besten in einem wässrigen Medium, dessen pH-Wert auf etwa 5 bis etwa 10, vorzugsweise etwa 7 bis 8, gehalten wird, bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 60°C. Vorzugsweise wird die Temperatur im Bereich von etwa 20 bis 40°C gehalten.
Wegen der hochselektiven Esteraseaktivität der erfindungs-gemäss eingesetzten proteolytischen Enzyme in bezug auf N-Acyl-L-methioninester in Mischungen von N-Acyl-D-methio-ninester und N-Acyl-L-methioninester sind nur sehr kleine Mengen des proteolytischen Enzyms erforderlich, um rasch N-Acyl-L-methionin zu erzeugen. Beispielsweise werden wäss-rige Lösungen verwendet, die das Enzym in Mengen von etwa 0,0005 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,005 bis 0,5 Gew.-%, enthalten (die genannten Enzymmengen beziehen sich auf reines kristallines Enzym).
Die verwendete Menge der Mischung von N-Acyl-D-methioninester und N-Acyl-L-methioninester in der wässrigen Lösung beträgt im allgemeinen wenigstens etwa 5 Gew.-%. Vorzugsweise setzt man grössere Mengen ein, beispielsweise Mengen bis zum Maximum der Löslichkeit der Mischung aus D- und L-Ester in dem wässrigen Medium und mehr (Mengen, die die maximale Löslichkeit übersteigen, können verwendet werden, weil der L-Ester durch die Einwirkung des Enzyms verbraucht wird und dadurch weiterer L-Ester in Lösung gehen kann).
Die Geschwindigkeit der Einwirkung des Enzyms auf das Material hängt von der Konzentration sowohl des Enzyms als auch des Esters in der Lösung ab. In dieser Hinsicht sind die Verhältnisse bei dem Gemisch der Methylester ziemlich günstig, weil dieses eine gute Löslichkeit in Wasser hat (etwa 20 Gew.-% bei pH 7,5 und 25°C).
Da das Gemisch der Methylester das bevorzugte Ausgangsmaterial für das erfindungsgemässe Verfahren ist, wird im folgenden im Beispiel 1 eine detaillierte Beschreibung der Erfindung unter Verwendung dieses Materials gegeben.
Beispiel 1
Teil. A. Herstellung von N-Acetyl-D,L-methioninmethylester
100 g D,L-Methionin wurden mit 500 ml Methanol, welche 30 g NaOH enthielten, vermischt, so dass sich eine rührbare Auf schlämmung ergab. Zu dieser Mischung wurden dann langsam unter Rühren 1,5 Moläquivalente (bezogen auf D,L-Methionin) Essigsäureanhydrid gegeben. Die Mischung wurde kontinuierlich gerührt, bis sich eine klare Lösung gebildet hatte. Es handelte sich dabei um eine klare Lösung von N-Acetyl-D,L-methionin in Methanol.
Zu dieser Lösung wurde unter weiterem Rühren so viel wasserfreie H2SO4 gegeben, dass das NaOH neutralisiert und die Lösung schwach angesäuert wurde. Unter diesen Bedingungen wurde das N-Acetyl-D,L-methionin in N-Acetyl-D,L-methioninmethylester übergeführt. Das verbleibende Methanol und das Methylacetat, das durch Umsetzung der restlichen Essigsäure bzw. des restlichen Essigsäureanhydrids mit Methanol gebildet wurde, wurden entfernt, indem man die Mischung im Vakuum erwärmte. Der Rückstand wurde mit Chloroform aufgeschlämmt und filtriert, um das Natriumsulfat zu entfernen. Die Ester-Chloroform-Lösung wurde dann mit Wasser gewaschen, um etwa noch vorhandene Salze zu entfernen. Die salzfreie Ester-Chloroform-Lösung wurde im Vakuum
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erwärmt, um das Chloroform zu entfernen. Das verbleibende Material war N-Acetyl-D,L-methioninmethylester.
Teil B. Herstellung von N-Acetyl-L-methionin
Es wurde eine wässrige Lösung hergestellt, die 20 Gew.-% N-Acetyl-D,L-methioninmethylester enthielt. Der pH-Wert wurde durch Zugabe von einnormalem NaOH auf etwa 7,5 eingestellt. Zu dieser Lösung wurden langsam 0,04 Gew.-% kristallines Subtilisin Carlsberg, bezogen auf die wässrige Lösung, gegeben; Subtilisin Carlsberg ist im Handel unter der Bezeichnung «Alcalase» erhältlich. Während der Zugabe dieser Proteinase wurde die Lösung kontinuierlich gerührt, und der pH-Wert wurde durch automatische Zugabe von einnormalem NaOH mit Hilfe eines automatischen Titriergeräts konstant gehalten (das Titriergerät war ein üblicher Radiometer - «pH-Stat»), Wenn keine weitere Zugabe von NaOH mehr erforderlich ist, um den pH-Wert konstant zu halten, ist die Reaktion beendet. Im vorliegenden Fall war dies nach etwa 30 Minuten der Fall.
Die erhaltene Mischung aus N-Acetyl-D-methioninmethyl-ester und N-Acetyl-L-methionin wurde wie folgt getrennt. Die wässrige Mischung wurde durch Zugabe von NaOH auf einen pH-Wert von 10 bis 11 eingestellt. Danach wurde die wässrige Mischung mit Chloroform extrahiert. Zu diesem Zweck wurde die Mischung mit dem gleichen Volumen Chloroform versetzt. Die entstandene Mischung wurde kurz geschüttelt. Das mit Wasser nicht mischbare Chloroform setzte sich beim Stehen als separate Schicht ab. Die Wasser- und Chloroformschichten wurden getrennt. Die beschriebene Chloroformextraktion wurde noch zweimal wiederholt.
Die abgetrennten Chloroformschichten, die den N-Acetyl-D-methioninmethylester enthielten, wurden vereinigt. Das Chloroform wurde durch Erwärmen der Lösung im Vakuum entfernt. Der verbleibende N-Acetyl-D-methioninmethylester kann zu Wasser oder Methanol, die NaOH enthalten, gegeben und so lange erhitzt werden, dass der D-Methylester racemi-siert wird. Der entstandene D,L-Methylester kann in den Prozess zurückgeführt werden.
Die wässrige Schicht, die das N-Acetyl-L-methionin enthielt, wurde durch Zugabe von H2SO4 auf einen pH-Wert von 2 oder darunter angesäuert. Die angesäuerte wässrige Schicht wurde mit Chloroform extrahiert, indem man sie mit der gleichen Volumenmenge Chloroform versetzte und kurz schüttelte. Danach liess man das Chloroform und das Wasser sich in zwei Schichten trennen. Die Chloroformschicht wurde von der wässrigen Schicht getrennt. Diese Chloroformextraktion wurde noch zweimal wiederholt.
Die abgetrennten Chloroformschichten wurden vereinigt.
Die Chloroformlösung wurde unter Vakuum gelinde erwärmt, um das Chloroform zu entfernen. Das auf diese Weise gewonnene N-Acetyl-L-methionin wies eine optische Reinheit von über 95 % auf.
s Das vorstehend beschriebene Beispiel erläutert eine mögliche Arbeitsweise zur Herstellung von N-Acetyl-L-methionin; es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, dass auch andere Methoden zur Herstellung von N-Acyl-D,L-methionin-estern und zur Trennung von Mischungen aus N-Acyl-D-10 methioninester und N-Acyl-L-methionin angewandt werden können.
Beispiel 2
Wird in Beispiel 1, Teil B, als Serinproteinase Subtilisin ls BPN, BPN' oder eine durch Aspergillus oryzae gebildete Serinproteinase verwendet, so werden gleiche oder entsprechende Ergebnisse erzielt, d.h. N-Acetyl-L-methionin wird schnell gebildet, der N-Acetyl-D-methioninmethylester bleibt unbeeinflusst, und die beiden Verbindungen können rasch 20 getrennt werden, so dass man optisch reines N-Acetyl-L-methionin erhält.
Beispiel 3
Wird in Beispiel 1, Teil B, als D,L-Ester der Methyl-, 25 Äthyl-, Propyl- oder Isopropylester von N-Formyl-D,L-methionin, der Äthyl-, Propyl- oder Isopropylester von N-Acetyl-D,L-methionin oder der Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Isopropylester von N-Propionyl-D,L-methionin verwendet, so lassen sich gleiche oder ähnliche Resultate erzielen, d.h. man 30 gewinnt ein optisch reines N-Formyl-, N-Acetyl- oder N-Propionyl-L-methionin, welches von dem N-Formyl-, N-Acetyl- bzw. N-Propionyl-D-methioninester abgetrennt werden kann.
Das mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens gewon-35 nene N-Acyl-L-methionin kann in einfacher Weise in L-Methionin übergeführt werden. Beispielsweise kann man es bei erhöhten Temperaturen mit verdünnter Salzsäure behandeln; man kann es zu diesem Zweck in zweinormaler Salzsäure lösen und die Lösung eine Zeitlang auf etwa 80 bis 100°C 40 erwärmen.
Das L-Methionin ist ein bekanntes Handelsprodukt. NC1-9-Acyl-L-methionine sind besonders geeignet, um proteinhaltige Nahrungsmittel, die zu wenig schwefelhaltige Aminosäuren enthalten, zu ergänzen; hierzu wird auf die US-PS 3 878 305 45 verwiesen. Aus diesem Grunde werden erfindungsgemäss vorzugsweise N-Ci-9-Acyl-L-methionine, insbesondere N-Formyl-L-methionin, N-Acetyl-L-methionin und N-Propionyl-L-methionin, hergestellt.
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Claims (9)

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  1. (1) eine wässrige Lösung einer Mischung aus N-Acetyl-D- 25 methioninmethylester und N-Acetyl-L-methioninmethylester der Einwirkung eines proteolytischen Enzyms aus der Gruppe der mikrobiell erzeugten Serinproteinasen bei einem pH-Wert in Bereich von 5 bis 10 aussetzt und
    (1) eine Mischung aus N-Acyl-L-methioninester und N-Acyl-D-methioninester der Wirkung eines proteolytischen Enzyms aus s der Gruppe der mikrobiell erzeugten Serinproteinasen aussetzt und
    1. Verfahren zur Herstellung von optisch reinem N-Acyl-L-methionin, dadurch gekennzeichnet, dass man
  2. 2) das gebildete N-Acetyl-L-methionin abtrennt. 30
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, io dass die Acylgruppe 1 bis 9 Kohlenstoffatome enthält.
    (2) das gebildete N-Acyl-L-methionin von dem nicht umgesetzten N-Acyl-D-methioninester abtrennt.
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    PATENTANSPRÜCHE
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Estergruppe sich von einem Alkohol mit 1 bis 10 Kohlenstoff atomen ableitet.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch is gekennzeichnet, dass man als proteolytisches Enzym Subtilisin Carlsberg oder Subtilisin BPN verwendet.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mischung aus N-Acyl-L-methioninester und N-Acyl-D-methioninester N-Acetyl-D,L-methionin- 20 methylester verwendet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von optisch reinem N-Acetyl-L-methionin, dadurch gekennzeichnet,
    dass man
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass man die Umsetzung bei einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 8 und bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 60 °C durchführt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 35 dass man als Serinproteinase Subtilisin Carlsberg oder Subtilisin BPN verwendet.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    dass man als Proteinase Subtilisin Carlsberg verwendet und eine Temperatur im Bereich von 20 bis 40°C anwendet. 40
CH257876A 1975-03-03 1976-03-02 CH619929A5 (de)

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