CS213127B1 - Process for the enzymatic production of L-aspartic acid - Google Patents

Process for the enzymatic production of L-aspartic acid Download PDF

Info

Publication number
CS213127B1
CS213127B1 CS698080A CS698080A CS213127B1 CS 213127 B1 CS213127 B1 CS 213127B1 CS 698080 A CS698080 A CS 698080A CS 698080 A CS698080 A CS 698080A CS 213127 B1 CS213127 B1 CS 213127B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
aspartic acid
cells
aspartase
activity
production
Prior art date
Application number
CS698080A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Vladimir Vojtisek
Miroslav Barta
Jiri Netrval
Karel Culik
Jaromir Pirko
Frantisek Svec
Jindrich Chromik
Original Assignee
Vladimir Vojtisek
Miroslav Barta
Jiri Netrval
Karel Culik
Jaromir Pirko
Frantisek Svec
Jindrich Chromik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vladimir Vojtisek, Miroslav Barta, Jiri Netrval, Karel Culik, Jaromir Pirko, Frantisek Svec, Jindrich Chromik filed Critical Vladimir Vojtisek
Priority to CS698080A priority Critical patent/CS213127B1/en
Publication of CS213127B1 publication Critical patent/CS213127B1/en

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Vynález se týká způsobu enzymové výroby kyseliny L-asparagové z fumaranu amonného diskontinuálním, semikontinuálnfm nebo kontinuálním způsobem pomocí spiciálně vyvinutých buněčných katalyzátorů na bázi zesítěné, permeabilizované, popřípadě aktivované biomasy, nebo na bázi navzájem chemicky vázaných mikrobiálních producentů enzymu aspartázyThe invention relates to a method for the enzymatic production of L-aspartic acid from ammonium fumarate in a discontinuous, semi-continuous or continuous manner using specially developed cell catalysts based on cross-linked, permeabilized, or activated biomass, or based on chemically bonded microbial producers of the aspartase enzyme.

Description

Vynález se týká způsobu anzy;.:ové výroby kyseliny L-asparagové, důležité aminokyseliny používané ve stále rostoucí míře ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu; v této sou vislosti stoupá proto i zájem o její ekonomickou velkovýrobu.The invention relates to a method for the enzymatic production of L-aspartic acid, an important amino acid used increasingly in the pharmaceutical and food industries; in this context, there is therefore increasing interest in its economic large-scale production.

Kyselinu asparagovou lze principiálně vyrábět chemickou nebo biologickou cestou.Vzhledem ke skutečnosti, že pro žádané účely je použitelný pouze L-stereoisomer kyseliny asparagové, nabývá průmyslového významu především způsob biologický, který umožňuje selektivní produkci požadovaného isomeru, čímž odpadá složité a nákladné dělení D,L-formy, vznikající chemickou syntézou.Aspartic acid can in principle be produced by chemical or biological means. Due to the fact that only the L-stereoisomer of aspartic acid is usable for the desired purposes, the biological method is gaining industrial importance, which allows for the selective production of the desired isomer, thus eliminating the complex and expensive separation of the D,L-form, which occurs by chemical synthesis.

Biologických cest k přípravě kyseliny L-asparagové je několik» a/fermentace vhodných mikroorganismů, vylučujících kyselinu· do kultivačního media, ze . kterého se pak izoluje, b/jednorázovou submerzní kultuvací se vypěstují buňky mikroorganismů s aspartázovou aktivitou, které se bud s kultivačním mediem nebo po oddělení od kultivačního media suspendují v roztoku substrátu, fumaranu amonného, který je za míchání pri vhodné teplotě po určité době konvertován na kyselinu L-asparagovou. Ta se po oddělení buněk izoluje.There are several biological routes for the preparation of L-aspartic acid: a/fermentation of suitable microorganisms secreting the acid into a culture medium, from which it is then isolated, b/single-shot submerged cultivation of cells of microorganisms with aspartase activity is used to grow them, which are either suspended with the culture medium or after separation from the culture medium in a solution of the substrate, ammonium fumarate, which is converted to L-aspartic acid after a certain period of time under stirring at a suitable temperature. The latter is isolated after separation of the cells.

c/použití izolovaného enzymu aspartázy vázaného na vhodný nosič, d/použití vázaných buněk s aspartázovou aktivitou.c/use of isolated aspartase enzyme bound to a suitable carrier, d/use of bound cells with aspartase activity.

Způsoby zmíněné sub a/ a b/ vyžadují, aby pro každou výrobní šarži byly vypěstovány vždy nové buňky ve velkokapacitních fermentačních tancích, což je záležitost surovinově i energeticky značně náročná, nehledě k tomu, že takto vyrobená kyselina L-asparagová není příliš čistá, poněvadž obsahuje produkty autolýzy nativních buněk produkčních mikroorganismů, vznikajících v průběhu konverze a různé příměsi, pocházející ze zbytků vyfermentováné živné půdy.The methods mentioned under a/ and b/ require that new cells be grown in large-capacity fermentation tanks for each production batch, which is a matter that is very demanding in terms of raw materials and energy, not to mention that the L-aspartic acid produced in this way is not very pure, since it contains autolysis products of native cells of production microorganisms, arising during the conversion, and various impurities originating from the remains of the fermented nutrient medium.

Ve snaze o ekonomizaci výroby kyseliny L-asparagové byla vypracována řada postupů, při kterých se enzym i buňky s aspartázovou aktivitou svazují bud s vhodným nosičem nebo navzájem, jak je zmíněno sub c/ a d/. Tyto postupy dovolují vícenásobné kontinuální využití enzymu nebo buněk a izolovaná kyselina L-asparagová je velmi čistá /P.Sveo se sp.,Chemické listy 74, 82, 1980 /. Je zřejmé, že využití vázaných buněk má oproti vázanému enzymu řadu výhod, zejména ekonomického charakteru, promítajících se v nižších výrobních nákladech na přípravu vázaného biokatalyzátoru a ve vyšší operační stabilitě. Zatím nejúspěšnějších výsledků bylo dosaženo metodou zachycení nativních živných buněk v gelové matrici, a to buď přímým zabudováním do polymerů rozpustných ve vodě či v organickcýh rozpouštědlech nebo do sítě vznikajícího polymeru, zejména při radikálové kopolymeraci akrylamidu s methylen-bis- akryl -amidem /USA/ pat.spis.č.3 791 926 ; SU pat.spis.č. 659 611 /,kdy bylo dosaženo až 70 %> výtěžku aktivity zmíněným způsobem vázaných mikrobiálních buněk, zejména E.coli. Uvedené způsoby vazby nativních buněk s aspartázovou aktivitou však mají i své nevýhody, zejména skutečnost, že při vícenásobném nebo kontinuálním použití nativní buňky v doméně gelové matrice autolyzují, což se projeví přechodným zvýšením jejich aktivity a posléze postupným poklesem aktivity katalyzátoru následkem vyplavování z gelové matrice, z čehož rezultuje' kratší operační poločas materiálu / T.Tosa se sp.,Appl.Iiicrobiol. 27, 886, 1974 /.In an effort to economize the production of L-aspartic acid, a number of procedures have been developed in which the enzyme and cells with aspartase activity are bound either to a suitable carrier or to each other, as mentioned under c/ and d/. These procedures allow multiple continuous use of the enzyme or cells and the isolated L-aspartic acid is very pure /P. Sveo et al., Chemické listy 74, 82, 1980/. It is obvious that the use of bound cells has a number of advantages over the bound enzyme, especially of an economic nature, reflected in lower production costs for the preparation of the bound biocatalyst and in higher operational stability. So far, the most successful results have been achieved by the method of capturing native nutrient cells in a gel matrix, either by direct incorporation into polymers soluble in water or organic solvents or into the network of the resulting polymer, especially in the radical copolymerization of acrylamide with methylene-bis-acrylamide /USA/ patent no. 3 791 926; SU patent no. 659 611 /, when up to 70%> of the activity yield of microbial cells bound in the aforementioned way was achieved, especially E. coli. However, the above methods of binding native cells with aspartase activity also have their disadvantages, in particular the fact that with multiple or continuous use, native cells in the gel matrix domain autolyze, which is manifested by a temporary increase in their activity and then a gradual decrease in the activity of the catalyst as a result of leaching from the gel matrix, which results in a shorter operational half-life of the material / T. Tosa se sp., Appl. Microbiol. 27, 886, 1974 /.

V citované práci /Chemické listy 74,82,1980/jsou uvedeny rovněž dalěí způsoby vazeb buněk s aspartázovou aktivitou, například použití polyfunkčních síťovacích činidel , zejména 2,4-toluendiisokyanátu a glutardialdehydu, s cílem kovalentního zesítění vnitrobuněčného obsahu jednotlivých mikrobiálních buněk s aspartázovou aktivitou a tím dosažení fixace tohoto enzymu v buňkách s možností jejich opakovaného použití pro přípravu kyseliny L-asparagové. V případě aplikace 2,4-toluendiisokyanátu byla aktivita zesítěných buněk nulová, v případě glutardialdehydu činila aktivita zesítěných buněk v optimálním případě 34 % aktivity výchozí. Z naznačených důvodů nedospěly tyto způsoby vázání buněk do stadia průmyslového využití.The cited work /Chemické listy 74,82,1980/ also presents other methods of binding cells with aspartase activity, for example the use of polyfunctional crosslinking agents, especially 2,4-toluene diisocyanate and glutaraldehyde, with the aim of covalently crosslinking the intracellular content of individual microbial cells with aspartase activity and thus achieving fixation of this enzyme in cells with the possibility of their repeated use for the preparation of L-aspartic acid. In the case of application of 2,4-toluene diisocyanate, the activity of crosslinked cells was zero, in the case of glutaraldehyde, the activity of crosslinked cells was in the optimal case 34% of the initial activity. For the reasons indicated, these methods of binding cells did not reach the stage of industrial use.

Bylo zjištěno, že za selektivníeh. reakčních podmínek zesítění vnitrobuněčného obsahu buněk produkčního mikroorganismu s aspartázovou aktivitou pomocí dialdehydů, zejména glutardialdehydu, lze získat produkt, který po následné permeahilizaci zesítěných buněk fyzikálními nebo fyzikálně-chemickými vlivy, popřípadě kombinací, vykazuje až 70 % aktivityIt was found that under selective reaction conditions of crosslinking the intracellular content of cells of a production microorganism with aspartase activity using dialdehydes, especially glutaraldehyde, a product can be obtained which, after subsequent permeabilization of the crosslinked cells by physical or physicochemical influences, or by a combination, exhibits up to 70% activity.

213 127 aspartázy v zesítěných a permeabilizovaných buňkách. Selektivní aktivací enzymu aspartázy při dalším ošetření těchto buněk lze došáhnout až 100 % původní aktivity. Takto upravené buňky představují katalyzátor, který je použitelný pro anzymovou výrobu kyseliny L-asparagové a který je tak stabilní, že dovoluje dlouhodobý diskontinuální, semikontinuální nebo kontinuální provoz při vysoké počáteční koncentraci substrátu, tj. fumaranu amonného, která se pohybuje na hranici jeho rozpustnosti (1,5 mol)litr/. Izolovaná kyselina L—asparago vá je velmi čistá a použitelná pro obvyklé účely, zejména pro přípravu solí, sloužících ja ko léčiva. Výtěžek čisté kyseliny se pohybuje okolo 95 % teorie. Účinnost enzymové konverze v rozmezí počátečních koncentrací fumaranu amonného 0,5 až 1,5 mol/Litr je 100 %, při zajištění optimálních podmínek, tj.množství katalyzátoru, počáteční koncentrace substrá tu a reakční doby.213 127 aspartase in cross-linked and permeabilized cells. By selective activation of the aspartase enzyme during further treatment of these cells, up to 100% of the original activity can be achieved. The cells modified in this way represent a catalyst that is usable for the enzymatic production of L-aspartic acid and that is so stable that it allows long-term discontinuous, semi-continuous or continuous operation at a high initial substrate concentration, i.e. ammonium fumarate, which is at the limit of its solubility (1.5 mol) liter/. The isolated L-aspartic acid is very pure and usable for common purposes, especially for the preparation of salts serving as drugs. The yield of pure acid is around 95% of theory. The efficiency of enzyme conversion in the range of initial ammonium fumarate concentrations of 0.5 to 1.5 mol/liter is 100%, provided that optimal conditions are provided, i.e. the amount of catalyst, the initial substrate concentration and the reaction time.

Na základě uvedených poznatků byl vypracován způsob enzymové výroby kyseliny L-aspa ragové podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se vodný roztok fumaranu amonného v koncentraci 0,05 až 1,5 mol/ litr, s výhodou 1,35 mol/litr,s hodnotou pH 6,5 až 9,5, s výhodou 8,5, s přísadou kationtů hořčíku a popřípadě s přísadou neionogenního tenzidu, uvá dí při teplotě 10 až 50 °C, s výhodou 35 až 38 °0, diskontinuálně, semikontinuálně nebo kontinuálně ve styk s katalyzátorem na bázi zesítěné a permeabilizované, popřípadě aktivované biomasy mikrobiálního producenta aspartázy nebo na bázi navzájem chemicky vázaných bu něk tohoto producenta, načež se po ukončené konverzi izoluje z odděleného kapalného po dílu kyselina L-asparagová.Based on the above findings, a method for enzymatic production of L-aspartic acid according to the invention was developed, the essence of which consists in that an aqueous solution of ammonium fumarate in a concentration of 0.05 to 1.5 mol/liter, preferably 1.35 mol/liter, with a pH value of 6.5 to 9.5, preferably 8.5, with the addition of magnesium cations and optionally with the addition of a nonionic surfactant, is brought into contact at a temperature of 10 to 50 °C, preferably 35 to 38 °C, discontinuously, semi-continuously or continuously with a catalyst based on cross-linked and permeabilized, optionally activated biomass of a microbial aspartase producer or on the basis of chemically bonded cells of this producer, after which L-aspartic acid is isolated from the separated liquid portion after the conversion is completed.

Mimo výhodnou možnost opakovaného použití katalyzátoru na bázi vázaných buněk s aspartázovou aktivitou pro anzymovou výrobu kyseliny L-asparagové, je předností způsobu podle vynálezu jeho rychlost, neboť není nutno dbát na úplnou separaci buněčné hmoty do formy pasty a katalyzátor není třeba promývat. Zbytkový objem reakční směsi po biotrans formaci, který zůstává v zahuštěném sedimentu, se ihned vrací dó procesu při zahájení druhého a dalšího cyklu enzymové transformace, jednorázový postup lze tak měnit na semikontinuální postup, kdy po 1 až 2 hodinách je možno cyklus opakovat. Supematant získaný po oddělení katalyzátoru se ihned zpracovává zahřátím na 90 -°C a úpravou pH 60% kyselinou sírovou na hodnotu 2,8, asi po 2 hodináoh stání roztoku pii teplotě 10 až 15 °C se volně vykrystalováná kyselina L-asparagová odfiltruje, promyje studenou vodou a usuší, popřípadě zpracuje dále podle potřeby. Z matečných louhů lze výhodně regenerovat síran amonný, který má, jak známo, mnohostranné použití, nap.-íklad jako hnojivo nebo součást hnojiv či jako součást živných půd pro různé formentační technologie.In addition to the advantageous possibility of repeated use of the catalyst based on bound cells with aspartase activity for the enzymatic production of L-aspartic acid, the advantage of the method according to the invention is its speed, since it is not necessary to ensure complete separation of the cell mass into a paste form and the catalyst does not need to be washed. The residual volume of the reaction mixture after biotransformation, which remains in the thickened sediment, is immediately returned to the process at the start of the second and subsequent enzyme transformation cycles, the one-time procedure can thus be changed to a semi-continuous procedure, where after 1 to 2 hours the cycle can be repeated. The supernatant obtained after separation of the catalyst is immediately processed by heating to 90 -°C and adjusting the pH with 60% sulfuric acid to a value of 2.8, after about 2 hours of standing of the solution at a temperature of 10 to 15 °C, the freely crystallized L-aspartic acid is filtered off, washed with cold water and dried, or further processed as needed. Ammonium sulfate can be advantageously regenerated from mother liquors, which, as is known, has many uses, e.g. as a fertilizer or component of fertilizers or as a component of nutrient media for various fermentation technologies.

Další předností způsobu podle vynálezu je možnost kontinualizace anzymové výroby kyseliny L-asparagové principiálně například tak, že se katalyzátor suspenduje v roztoku substrátu v reakční nádobě, jejíž dno je odděleno semipermeabilním materiálem, s výhodou semipermeabilní membránou vhodné porozity, například z acetátu celulózy s průměrnou distribucí velikosti pórů 0,5 až l,0tfum, načež po dosažení kvantitativní koncerze substrátu na produkt při nepřetržitém míchání či proudění kapaliny, se reguluje přítok čerstvého substrátu tak, aby pod membránou odebíraná reakční kapalina byla kvantitativně zreagována. Ab se póry semipermeabilní membrány neuopávaly sedimentujícím katalyzátorem, lze upravit například horizontální polohou reaktoru s bočním odsáváním za intenzivního míchání reakční směsi nebo umístěním lopatky míchadla těsně nad plochu membrány. Jsou samozřejmě možné i jiné konstrukční úpravy.Another advantage of the method according to the invention is the possibility of continuous enzymatic production of L-aspartic acid, in principle, for example, by suspending the catalyst in the substrate solution in a reaction vessel, the bottom of which is separated by a semipermeable material, preferably a semipermeable membrane of suitable porosity, for example from cellulose acetate with an average pore size distribution of 0.5 to 1.0 microns, after which, after achieving a quantitative concentration of the substrate to the product with continuous stirring or liquid flow, the inflow of fresh substrate is regulated so that the reaction liquid taken from under the membrane is quantitatively reacted. To prevent the pores of the semipermeable membrane from being clogged with the sedimenting catalyst, this can be adjusted, for example, by placing the reactor horizontally with side suction under intensive stirring of the reaction mixture or by placing the stirring blade just above the membrane surface. Of course, other structural adjustments are also possible.

Katalyzátor na bázi zesítěných a permeabilizovaných buněk je stabilní nejméně 6 měsíců, zvláště je-li skladován ve formě vodné suspenze v přítomnosti 1 M fumaranu amonného při teplotě 1 až 15 °C .The catalyst based on cross-linked and permeabilized cells is stable for at least 6 months, especially when stored in the form of an aqueous suspension in the presence of 1 M ammonium fumarate at a temperature of 1 to 15 °C.

Pro kontinuální způsob enzymové výroby kyseliny L-asparagové je zvláště výhodné použití katalyzátoru na bázi navzájem chemicky vázaných buněk s aspartázovou aktivitou /aspartát-amoniak-lyázovou aktivitou/, připraveného známým způsobem/ čs.autorské osvěd čení č. PV 5145-79/. Tento katalyzátor má výhodné sedimentační a hydrodynamické vlastnosti a je použitelný ve sloupci ve formě pevného nebo fluidního lože, kterým protéká vodný roztok fumaranu amonného, přičemž stupeň konverze lze regulovat množstvím náplně katalyzátoru a průtokovou rychlostí substrátu. Ke kontinuální výrobě lze rovněž pou213 127 kontinuální míchaný reaktor, popřípadě kaskádu kontinuálních míchaných reaktorů zapojených vedle sebe.For the continuous enzymatic production of L-aspartic acid, it is particularly advantageous to use a catalyst based on chemically bound cells with aspartase activity (aspartate-ammonia-lyase activity), prepared in a known manner (Czech Republic, Author's Certificate No. PV 5145-79). This catalyst has advantageous sedimentation and hydrodynamic properties and is usable in a column in the form of a fixed or fluidized bed through which an aqueous solution of ammonium fumarate flows, while the degree of conversion can be regulated by the amount of catalyst charge and the flow rate of the substrate. For continuous production, a continuous stirred reactor or a cascade of continuous stirred reactors connected side by side can also be used.

Pro způsob enzymové výroby kyseliny L-asparagové podle vynálezu lze používat různých mikrobiálních druhů a kmenů syntetizujících enzym aspartázu / aspartát-amaniak-lyázu/, například různých kmenů z rodů Alcaligenes, Escherichia a Corynebacterium, popřípadě vysokoprodukčních mutant různých mikroorganismů.For the method of enzymatic production of L-aspartic acid according to the invention, various microbial species and strains synthesizing the enzyme aspartase /aspartate ammonia lyase/, for example various strains from the genera Alcaligenes, Escherichia and Corynebacterium, or high-production mutants of various microorganisms, can be used.

K produkci mikrobiálních buněk tvorcích výchozí materiál pro katalyzátor s aspartázovou aktivitou jsou výhodné jako hlavní složky živných půd hydrolyzáty rostlinných nebo živočišných hmot, zejména hydrolyzáty arašídové nebo sojové mouky, popřípadě pankreetických zbytků, které mohou nahradit drahé suroviny, jako je pepton, hovězí extrakt, bujón apod. Rostlinné hydrolyzáty stimulují biosyntézu aspartázy během submerzní kultivace produkčních mikroorganismů ve stejném rozsahu jako drahé suroviny živočišného původu.For the production of microbial cells forming the starting material for a catalyst with aspartase activity, hydrolysates of plant or animal matter, especially hydrolysates of peanut or soybean flour, or pancreatic residues, which can replace expensive raw materials such as peptone, beef extract, broth, etc., are preferred as the main components of nutrient media. Plant hydrolysates stimulate aspartase biosynthesis during submerged cultivation of production microorganisms to the same extent as expensive raw materials of animal origin.

Následující příklady provedení způsob podle vynálezu pouze ilustrují, ale nijak neomezují na látky, zařízení, postup nebo podmínky v nich uvedené.The following examples of embodiments of the method according to the invention only illustrate, but are not in any way limiting, the materials, equipment, process or conditions set forth therein.

Příklad 1 a/ Produkční kmen Alcaligenes metalcaligenes byl z čerstvého šikmého agaru naočkován do deseti 500 ml vyrných baněk obsahujících po 100 ml sterilní živné půdy tohoto složení/hmot nost/ objem / » 4 % pepton technický, 0,1 % kvasničný extrakt, 0,5 % prim.fosforečnan drasel ný, 0,05 % kryst.síran hořečnantý, pH 7,2 . Kultivace vegetativního inokula probíhala na rotační třepačce 16 hodin při teplotě 28 °G. Potom bylo inokulum z baněk sterilně slito a připraveno k inokulaci fermentačního tanku.Example 1 a/ The production strain Alcaligenes metalcaligenes was inoculated from fresh slant agar into ten 500 ml flasks containing 100 ml of sterile nutrient medium of the following composition/weight/volume/ » 4% technical peptone, 0.1% yeast extract, 0.5% primary potassium phosphate, 0.05% crystalline magnesium sulfate, pH 7.2. The vegetative inoculum was cultivated on a rotary shaker for 16 hours at a temperature of 28 °C. Then the inoculum was sterilely decanted from the flasks and prepared for inoculation of the fermentation tank.

b/ Produkční kmen Corynebacterium sp.byl z čerstvého šikmého agaru naočkován do deseti 500 ml varných baněk obsahujících po 100 ml sterilní živné půdy stejného složení jako výšej rovněž podmínky a provedení kultivace byly stejné. Získané inokulum bylo též sterilně slito a připra véno k inokulaci fermentačního tanku.b/ The production strain Corynebacterium sp. was inoculated from fresh slant agar into ten 500 ml boiling flasks containing 100 ml of sterile nutrient medium of the same composition as above, the conditions and the cultivation procedure were also the same. The obtained inoculum was also sterilely decanted and prepared for inoculation of the fermentation tank.

o/ Produkční kmen Escherichia coli byl obdobně jako výše naočkován do deseti 500 ml varných baněk obsahujících po 100 ml Sterilní živné půdy stejného složení jako výše. Podmínky kul tivaoe byly shodné s předešlými s tím rozdílem, že kultivační teplota byla 37 °C. Získané inokulum bylo po slití připraveno k inokulaci fermentačního tanku.o/ The production strain of Escherichia coli was inoculated, as above, into ten 500 ml boiling flasks containing 100 ml of sterile nutrient medium of the same composition as above. The cultivation conditions were the same as before, with the difference that the cultivation temperature was 37 °C. The obtained inoculum was prepared for inoculation of the fermentation tank after decantation.

Získanými inokuly bylo naočkováno 150 litrů sterilní živné půdy ve 2001itrových fermentačníoh tancích, jež měla toto složení /hmotnost / objem / s 4 % pepton technický, 0,1 % kvasničný extrakt, 0,5 % prim.fosforečnan draselný, 0,05 % kryst.síran horečnatý. Hodnota pH půdy byla před sterilizací upravena čpavkovou vodou na 7,1. Do tanku očkovaného inokulem E.coli byl přidán sterilní roztok amonné soli kyseliny glutamové o počáteční koncentraci 0,5 % hmotnost / objem.The obtained inocula were inoculated into 150 liters of sterile nutrient medium in 2001-liter fermentation tanks, which had the following composition /weight/volume/ with 4% technical peptone, 0.1% yeast extract, 0.5% primary potassium phosphate, 0.05% crystalline magnesium sulfate. The pH value of the medium was adjusted to 7.1 with ammonia water before sterilization. A sterile solution of ammonium salt of glutamic acid with an initial concentration of 0.5% weight/volume was added to the tank inoculated with the E.coli inocula.

Kultivace produkčních mikroorganismů probíhala za míchání 300 ot/min a vzdušnění 40 litrů vzduohu/min, při teplotě 28 °C po dobu 9 hodin. Kultivace E.coli probíhala při teplotě 37 °C. Po ukončení kultivace byly nativní buňky odstředěny, získané pasty zváženy, stanovena jejich sušina a jejich enzymová aktivita.Cultivation of production microorganisms was carried out with stirring at 300 rpm and aeration at 40 liters of air/min, at a temperature of 28 °C for 9 hours. Cultivation of E. coli was carried out at a temperature of 37 °C. After completion of cultivation, native cells were centrifuged, the obtained pastes were weighed, and their dry matter and enzyme activity were determined.

Produkční kmen Production strain Alcaligenes metalcaligenes Alcaligenes metalcaligenes Corynebacterium sp. Corynebacterium sp. Escherichia coli Escherichia coli Vlhká hmota nat. buněk / g/ Wet mass of nat. cells / g/ 2680 2680 2240 2240 2400 2400 Specifická aktivita /+/ nat.buněk /j /g vlhké hmoty/ Specific activity /+/ nat.cells /j /g wet mass/ 496 496 232 232 360 360

213 127213 127

Produkční kmen Production strain Alcaligenes rne t al oal ige no s Alcaligenes rne t al oal ige no s Corynebacterium sp. Corynebacterium sp. Escherichia coli Escherichia coli Specifická aktivita Specific activity A/ nat .buněk A/ nat .cells 2000 2000 1160 1160 1800 1800 /j/g suché hmoty / /j/g dry matter /

/+/ Jednotka enzymové aktivity aspartázy je takové množství enzymu, které při teplotě 37°C, pH 8,5 a počáteční koncentraci substrátu 1 M vytvoří z fumaranu amonného 1/umol kyseliny L-asparagové za minutu v podmínkách reakční kinetiky nultého řádu. Koncentrace kyseliny L-asparagové byla stanovena chromatografií na tenké vrstvě silikagelu, kvantitativně denzitometrickýra vyhodnocením a manometricky, za použití technického preparátu dekarboxylázy kyseliny L-asparagové získaného z buněk Mycobacterium sp./+/ The unit of enzyme activity of aspartase is the amount of enzyme that, at a temperature of 37°C, pH 8.5 and an initial substrate concentration of 1 M, produces 1 µmol of L-aspartic acid per minute from ammonium fumarate under zero-order reaction kinetics. The concentration of L-aspartic acid was determined by thin-layer chromatography on silica gel, quantitatively by densitometric evaluation and manometrically, using a technical preparation of L-aspartic acid decarboxylase obtained from Mycobacterium sp. cells.

Získaná vlhká buněčná pasta každého z použitého mikrobiálního producenta aspartázy byla v množství po 1 kg rozmíchána odděleně v 3,3 litru vody s přísadou 0,5 mg/ml kryst. síranu hořečnatého, takže vznikly homogenní suspenze s obsahem buněk 0,3 kg/litr.pH suspenzí bylo za míchání upraveno 20% roztokem hydroxidu sodného na 7,0 a byl přidán 25% vodný roztok glutardialdehydu tak, aby jeho výsledná koncentrace v suspenzích činila 0,5 % obj. Reakční směsi byly nepřetržitě míchány po dobu 60 minut při teplotě místnosti, potom byly zředěny přidáním pitné vody na objem asi 35 litrů, promíchány a zesítěné buňky byly odstředěny odděleně do formy vlhkých past.The obtained wet cell paste of each of the microbial aspartase producers used was mixed separately in 3.3 liters of water with the addition of 0.5 mg/ml of crystalline magnesium sulfate, so that homogeneous suspensions with a cell content of 0.3 kg/liter were formed. The pH of the suspensions was adjusted to 7.0 with 20% sodium hydroxide solution while stirring, and a 25% aqueous solution of glutaraldehyde was added so that its final concentration in the suspensions was 0.5% vol. The reaction mixtures were continuously stirred for 60 minutes at room temperature, then they were diluted by adding drinking water to a volume of about 35 liters, mixed, and the cross-linked cells were centrifuged separately into the form of wet pastes.

Získané pasty byly odděleně suspendovány v 3 až 4 litrech pitné vody na homogenní suspenze, ke kterým byl přidán kryst. síran hořečnatý do koncentrace 1 mg/ml, síran amonný do koncentrace 0,5 ml/litr a neionogenní tenzid do hmotnostní koncentrace 0,1 %# pH suspenzí bylo za míchání upraveno 25% čpavkovou vodou na hodnotu 8,5 a suspenze ve vodní lázni vytemperovány na 30 °C a při této teplotě míchány 3 hodiny. Po této době byly suspenze zředěny desetinásobným objemem pitné vody, promíchány a zesítěné, permaabilizované a aktivované buňky byly odstředěny do formy vlhkých buněčných past.The obtained pastes were separately suspended in 3 to 4 liters of drinking water to form homogeneous suspensions, to which was added crystal magnesium sulfate to a concentration of 1 mg/ml, ammonium sulfate to a concentration of 0.5 ml/liter and nonionic surfactant to a mass concentration of 0.1%# The pH of the suspensions was adjusted with 25% ammonia water to a value of 8.5 while stirring and the suspensions were heated to 30 °C in a water bath and stirred at this temperature for 3 hours. After this time, the suspensions were diluted with a tenfold volume of drinking water, mixed and the cross-linked, permeabilized and activated cells were centrifuged to form wet cell pastes.

Po 100 g získané buněčné pasty každého mikrobiálního producenta bylo suspendováno v litru 1 M vodného roztoku fumaranu amonného s přísadou hořečnatýoh iontů, obsahujícího 0,1 % obj.neionogenního tenzidu, s hodnotou pH 8,5 /čpavková voda/. Suspenze byly míchány při teplotě 37 °C ke 100% konverzi substrátu na produkt /teorie 133,1 mg/ml kyseliny L-asparagové/ došlo u A.metalcaligenes za 2 hodiny , u E.coli za 2,5 hodiny a Corynebacterium sp.za 3 hodiny. Po těchto reakčních dobách byly jednotlivé reakční směsi odstředěny, sedimenty suspendovány ve stejném objemu substrátu jako v cyklu předchozím/ 1 lit// a za stejných reakčních podmínek byly konverze opakovány celkem 13x se stejnou násadou katalyzátoru, přičemž průměrná účinnost konverze byla 99,4 % teorie. Ze supernatantů byla izolována kyserlina L-asparagová zahřátím na . 90 °C, úpravou pH 60% kyselinou sírovou na hodnotu 2,8 a ochlazením. Celkový výtěžek kyseliny L-asparagové činil 1643 g, tj. 95 % teorie. Při kontrolním provedení opakované enzymové konverze substrátu na produkt s použitím nativních buněk týchž producentů aspartázy za stejných reakčních podmínek bylo dosaženo v druhém cyklu 75 % a ve třetím cyklu méně než 50 % konverze, přičemž buňky ve třetím cyklu byly již silně autolyzovány.100 g of the obtained cell paste of each microbial producer was suspended in a liter of 1 M aqueous solution of ammonium fumarate with the addition of magnesium ions, containing 0.1% by volume of non-ionic surfactant, with a pH value of 8.5 (ammonia water). The suspensions were stirred at a temperature of 37 °C until 100% conversion of the substrate to the product (theory 133.1 mg/ml L-aspartic acid) occurred in 2 hours for A. metalcaligenes, 2.5 hours for E. coli and 3 hours for Corynebacterium sp. After these reaction times, the individual reaction mixtures were centrifuged, the sediments were suspended in the same volume of substrate as in the previous cycle (1 liter) and under the same reaction conditions, the conversions were repeated a total of 13 times with the same catalyst charge, with the average conversion efficiency being 99.4% of theory. L-aspartic acid was isolated from the supernatants by heating to . 90 °C, adjusting the pH with 60% sulfuric acid to 2.8 and cooling. The total yield of L-aspartic acid was 1643 g, i.e. 95% of theory. In a control run of repeated enzymatic conversion of the substrate to the product using native cells of the same aspartase producers under the same reaction conditions, 75% conversion was achieved in the second cycle and less than 50% in the third cycle, with the cells in the third cycle already being strongly autolyzed.

Příklad 2Example 2

Stejně jako v příkladu 1 bylo připraveno inokulum kmene A.metalcaligenes, určené k inokulaci půdy ve fermentoru objemu 1 m , do fermentoru bylo naplněno 800 litrů půdy tohoto složení i 240 litrů kyselého hydrolyzátu arašidové mouky s přísadou 0,5 % hmotn.prim.fosforečnanu draselného bylo zředěno pitnou vodou a pH upraveno čpavkovou vodou na hodnotu 7,2.As in example 1, an inoculum of the A. metalcaligenes strain was prepared, intended for inoculation of soil in a fermenter with a volume of 1 m , the fermenter was filled with 800 liters of soil of this composition and 240 liters of acid hydrolysate of peanut flour with the addition of 0.5% by weight of primary potassium phosphate, diluted with drinking water and the pH adjusted to 7.2 with ammonia water.

Po sterilizaci / 120 °C, 30 minut / byla živná půda ochlazena na 28 °C, aseptioky přidán roztok 400 g kryst.síranu hořečnatého ve 2 litrech vody a půda naočkována připraveným Vegetativním inokulem A.metalcaligenes. Kultivace probíhala 16 hodin při teplotě 20 °C ,After sterilization / 120 °C, 30 minutes / the nutrient medium was cooled to 28 °C, a solution of 400 g of crystalline magnesium sulfate in 2 liters of water was added aseptically and the medium was inoculated with the prepared vegetative inoculum of A. metalcaligenes. Cultivation was carried out for 16 hours at a temperature of 20 °C,

213 127 za míchání 300 ot/min a vzdušnění 300 lítrů/min. Po ukončení kultivace byly buňky odstředěny do formy vlhké pasty. Byla získáno 10 kg vlhké pasty nativních buněk/ 2,5 kg sušiny /s specifická aktivita činila 400 j/min/g vlhké hmoty, resp.1800 j/min/g sušiny buněk.’ kg vlhké buněčné pasty byla homogenně suspendováno ve 33 litrech pitné vody, pH bylo upraveno 20% roztokem hydroxidu sodného na 7,0, za míchání byl přidán 25% vodný roztok glutardialdehydu do koncentrace 0,5 % /hmotnost/ objem/. Zesítění buněk trvalo 60 minut při teplotě místnosti za stálého míchání. Potom byla suspenze zředěna 350 litry pitné vody a buňky byly isolovány odstředěním. Bylo získáno 9,6 kg vlhké hmoty zesítěných buněk o specifické aktivitě 136 j/min/g vlhké hmoty.213 127 with stirring at 300 rpm and aeration at 300 liters/min. After the end of the cultivation, the cells were centrifuged into a wet paste. 10 kg of wet paste of native cells/ 2.5 kg of dry matter were obtained /with specific activity of 400 U/min/g of wet mass, respectively 1800 U/min/g of dry matter of cells.’ kg of wet cell paste was homogeneously suspended in 33 liters of drinking water, the pH was adjusted to 7.0 with 20% sodium hydroxide solution, a 25% aqueous solution of glutaraldehyde was added with stirring to a concentration of 0.5% /weight/volume/. Crosslinking of the cells took 60 minutes at room temperature with constant stirring. Then the suspension was diluted with 350 liters of drinking water and the cells were isolated by centrifugation. 9.6 kg of wet mass of cross-linked cells with a specific activity of 136 U/min/g of wet mass were obtained.

Celé množství zesítěných buněk bylo suspendováno v 1,35 M vodném roztoku fumaranu amonného na celkový objem 30 litrů, pH upraveno na 8,5, obsah síranu horečnatého na 1 mg/ ml a přidán neionogenní tenzid v množství 0,1 %/ hmotnost/objem/. Po dobu 48 hodin probíhala při teplotě 30 °C permeabilizace a aktivizace suspenze zesítěných buněk. Poté byly buňky odstředěny do formy vlhké pasty.Bylo získáno 7,1 kg vlhké buněčné pasty zesítěných, permeabilizovaných a aktivovaných buněk o specifické aktivitě 350 j/min/g velhké hmoty .The entire amount of cross-linked cells was suspended in a 1.35 M aqueous solution of ammonium fumarate to a total volume of 30 liters, the pH was adjusted to 8.5, the magnesium sulfate content to 1 mg/ml and a non-ionic surfactant was added in an amount of 0.1%/ weight/volume/. The cross-linked cell suspension was permeabilized and activated for 48 hours at a temperature of 30 °C. The cells were then centrifuged to form a wet paste. 7.1 kg of wet cell paste of cross-linked, permeabilized and activated cells with a specific activity of 350 U/min/g bulk mass was obtained.

Ze supernátantu byla izolována kyselina L-asparagová ve výtěžku 85 % teorie. Poněvadž produkt nebyl čistý, byl rekrystalován a bylo získáno 79,6 % teorie čisté kyseliny L-asparagové.L-aspartic acid was isolated from the supernatant in a yield of 85% of theory. Since the product was not pure, it was recrystallized and 79.6% of theory of pure L-aspartic acid was obtained.

Získaná buněčná pasta byla dále použita k semikontinuální výrobě kyseliny L-asparagové.The obtained cell paste was further used for semi-continuous production of L-aspartic acid.

Do stolitrového reaktoru bylo předloženo 95 litrů 1,35 M vodného roztoku fumaranu o pH 8,5, obsahujícího 1 mg/ml síranu horečnatého. Roztok substrátu byl za míchání vytemperován na 37 °C a přidáno 5 kg vlhké hmoty buněčného katalyzátoru. Po 3 hodinách reakce za míchání byl fumaran amonný/kvantitativně konvertován na aspartát amonný/teoretiský výtě žek 179, 7 mg/ml kyseliny L-asparagové/. Po první skončené konverzi byl katalyzátor oddělen odstředěním a znovu použit pro enzymovou transformaci fumaranu amonného, celkem 20krát, přičemž vždy po pátém cyklu bylo doplněno 0,5 kg pasty katalyzátoru k náhradě manipulač nich ztrát. Ze supernatantu byla izolována postupem podle příkladu 1 kyselina L-asparagová s celkovým výtěžkem 90 % teorie a obsahem účinné látky 99,7 % hmotn.95 liters of 1.35 M aqueous fumarate solution with pH 8.5, containing 1 mg/ml magnesium sulfate, were introduced into a 100-liter reactor. The substrate solution was heated to 37 °C with stirring and 5 kg of wet mass of the cell catalyst was added. After 3 hours of reaction with stirring, ammonium fumarate was quantitatively converted to ammonium aspartate (theoretical yield 179.7 mg/ml L-aspartic acid). After the first completed conversion, the catalyst was separated by centrifugation and reused for the enzymatic transformation of ammonium fumarate, a total of 20 times, with 0.5 kg of catalyst paste being added after each fifth cycle to compensate for handling losses. L-aspartic acid was isolated from the supernatant by the procedure according to Example 1 with a total yield of 90% of theory and an active substance content of 99.7% by weight.

Příklad 3Example 3

290 g vlhké hmoty chemicky vázaných buněk s aspartázovou aktivitou připravených podle čs. autorského osvědčení č. /PV 5145-79/, bylo naplněno do skleněného sloupce o velikosti x 20 cm, vybaveného temperovaným pláštěm. Konverze substrátu na produkt byla prováděna kontinuálním způsobem. Rychlostí 150 ml/h protékal sloupcem 1 M vodný roztok fumaranu amonného o pH 8»5, obsahující 1 mg/ml síranu horečnatého. Kapalina vtékající do sloupce s pevným ložem katalyzátoru/průtok shora dolů/i vlastní sloupec byly temperovány na 37 °C . Po průtoku sloupcem bylo dosaženo za uvedených podmínek kvantitativní konverze fumaranu amonného na aspartát amonný/133,1 mg/ml kyseliny L-asparagové/a výtěžek izolované kyseliny L-asparagové činil 88 % teorie, s obsahem účinné látky 99,8 % hmotn. V průběhu 110 hodin /5 dnů/ nepřetržitého provozu/sloupcem proteklo 16,5 litru substrátu, který byl konvertován na produkt se 100% účinností/nebyl pozorován pokles specifické aktivity katalyzátoru.290 g of wet mass of chemically bound cells with aspartase activity prepared according to Czechoslovak author's certificate No. /PV 5145-79/, was filled into a glass column of size x 20 cm, equipped with a tempered jacket. The conversion of the substrate to the product was carried out continuously. A 1 M aqueous solution of ammonium fumarate with pH 8»5, containing 1 mg/ml magnesium sulfate, flowed through the column at a rate of 150 ml/h. The liquid flowing into the column with a fixed catalyst bed/flow from top to bottom/and the column itself were tempered to 37 °C. After flow through the column, quantitative conversion of ammonium fumarate to ammonium aspartate/133.1 mg/ml L-aspartic acid/was achieved under the specified conditions, and the yield of isolated L-aspartic acid was 88% of theory, with an active substance content of 99.8% by weight. During 110 hours /5 days/ of continuous operation/ 16.5 liters of substrate flowed through the column, which was converted to product with 100% efficiency/ no decrease in the specific activity of the catalyst was observed.

Claims (1)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION Způsob enzymové výroby kyseliny L-asparagové vyznačující se tím, že se vodný roztok fumaranu amonného o koncentraci 0,05 až 1,5 mol/litr, s výhodou 1,35 molAitr, s hodnotou pHProcess for the enzymatic production of L-aspartic acid, characterized in that an aqueous solution of ammonium fumarate having a concentration of 0.05 to 1.5 mol / liter, preferably 1.35 mol / liter, of pH 6,5 až 9,5 , s výhodou 8,5, s přísadou kationtů hořčíku a popřípadě s přísadou neionogenního tenzidu, uvádí při teplotě 10 až 50 °C, s výhodou 35 až 38 °C, diskontinuálně, semikontinuálně nebo kontinuálně ve styk s katalyzátorem na bázi zesítěné a permaabilizované, popřípadě aktivované bipmasy mikrobiálního producenta aspartázy nebo na bázi navzájem chemicky vázaných buněk tohoto producenta, načež se po ukončené konverzi izoluje z odděleného kapalného podílu kyselina L-asparagová.6.5 to 9.5, preferably 8.5, with the addition of magnesium cations and optionally with the addition of a non-ionic surfactant, contacted at a temperature of 10 to 50 ° C, preferably 35 to 38 ° C, discontinuously, semi-continuously or continuously with a catalyst based on a cross-linked and permaabilized or activated bipmas of the microbial aspartase producer or on the basis of the chemically coupled cells of this producer, after which L-aspartic acid is isolated from the separated liquid fraction after the conversion.
CS698080A 1980-10-15 1980-10-15 Process for the enzymatic production of L-aspartic acid CS213127B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS698080A CS213127B1 (en) 1980-10-15 1980-10-15 Process for the enzymatic production of L-aspartic acid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS698080A CS213127B1 (en) 1980-10-15 1980-10-15 Process for the enzymatic production of L-aspartic acid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS213127B1 true CS213127B1 (en) 1982-03-26

Family

ID=5418074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS698080A CS213127B1 (en) 1980-10-15 1980-10-15 Process for the enzymatic production of L-aspartic acid

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS213127B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cooney Bioreactors: design and operation
WO1995017505A1 (en) Strain of rhodococcus rhodochrous producing nitrile hydratase
JP2664648B2 (en) Method for producing L-aspartic acid
CN109153966A (en) Produce the biological technique method and related new strains of acrylamide
KR100198039B1 (en) Method for preparing L-glutamic acid by fermentation
Yamada et al. l-Serine production by a glycine-resistant mutant of methylotrophic Hyphomicrobium methylovorum
EP0206904B1 (en) Process for the enzymatic production of l-alpha amino acids from alpha keto acids
Ziehr et al. Continuous production of L‐phenylalanine by transamination
US4745059A (en) Process for the preparation of L-phenylalanine
CN109536542A (en) The preparation method of 1,5- pentanediamine
CN101691555B (en) Method for producing L-ornithine by transforming free cell or immobilized cell micro-organism
Nampoothiri et al. Immobilization of Brevibacterium cells for the production of L-glutamic acid
Chibata et al. Immobilized cells: Historical background
CN110129387B (en) Method for preparing nicotinamide by composite material immobilized corynebacterium propionate
EP0032987B1 (en) Thermophilic aspartase, processes for producing, culture used, and l-aspartic acid preparation process using the same
Purane et al. Gluconic acid production from golden syrup by Aspergillus niger strain using semiautomatic stirred-tank fermenter
Chibata Production of useful chemicals using cells immobilized with polyacrylamide and carrageenan
RU2174558C1 (en) Method of l-aspartic acid producing
Hua et al. Continuous biocatalytic resolution of dl-pantolactone by cross-linked cells in a membrane bioreactor
Garza et al. Optimization of aspartate ammonia lyase production by Bacillus cereus
SU1239146A1 (en) Method of producing bacterial amylase
Alexandria Review and evaluation of immobilized algae systems for the production of fuels from microalgae
PL80325B1 (en)
Vojtšek et al. Preparation of l‐aspartic acid by means of immobilized Alcaligenes metalcaligenes cells
JPH01108988A (en) Production of pyroracemic acid