DD242055A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von organischen saeuren - Google Patents
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von organischen Saeuren, besonders organischen Genusssaeuren, das es gestattet, organische Saeuren in solcher Qualitaet herzustellen, dass sie sowohl fuer den Einsatz in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie als auch fuer medizinische und biochemische Zwecke geeignet sind. Organische Saeuren produzierende Mikroorganismen werden in geeigneter Weise in eine Kapsel aus Polyelektrolytkomplexen eingeschlossen und mit Naehr- bzw. Produktionsmedium umspuelt. Die Substanzumsetzung findet bei Temperaturen von 4-40C und bei fuer die Produktion der jeweiligen Saeure optimalen p H-Werten statt. Die resultierende, die organische Saeure enthaltende Loesung ueber eine geeignete ionenaustauschaktive Substanz enthaltende Saeule gefuehrt und so vom Produkt befreit. Die vom Produkt befreite Loesung kann mit Substrat versetzt und der erneuten Fermentation zugefuehrt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von organischen Säuren mittels immobilisierter Mikroorganismen, wobei die immobilisierten Mikroorganismen eine kontinuierliche Herstellung organischer Säuren wie beispielsweise Citronensäure, Isocitronensäure, Gluconsäure, a-Ketogularsäure gestatten.
Die Herstellung von Stoffwechselprodukten vermittels immobilisierter lebender Systeme oder Teilen von ihnen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von immobilisierten Mikroorganismen erwiesen, da die Reindarstellung von Enzymen entfällt und auch die Abtrennbarkeit der gewünschten Produkte weniger Probleme aufwirft. Außerdem sind diese Biokatalysatoren oft wiederverwendbar. Es sind auf diese Weise technologische Vorteile gegenüber dem Arbeiten mit freien Mikroorganismen zu erzielen und sie können zu Kosteneinsparungen führen (S. Birnbaum, P.-O- Larsson und K. Mosbach, Solid Phase Biochemistry: Analytical Synthetic Aspects 679-762 [1983]).
Die Fermentation mit freien Mikroorganismen ist entweder im emersen oder submersen Verfahren durchführbar. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht in starker Kontaminationsempfindlichkeit gegenüber Infektionen mit Fremdorganismen und der schlechten Abtrennbarkeit der das gewünschte Fermentationsprodukt enthaltenden Lösung. Eine kontinuierliche Verfahrensführung ist kaum möglich.
Immobilisierung von ganzen Zellen ist im wesentlichen durch inotrope Gelierung von Polysacchariden (z. B. Na-Alginat mit Ca2+) oder durch Polymerisation einer Suspension von Zellen mit einem geeigneten Monomeren (z. B. Acrylamid) zu bewerkstelligen. Die alginatimmobilisierten Zellen können nicht in phosphatpufferhaltigen Systemen verwendet werden, das Acrylamid selbst besitzt erhebliche Toxizität für lebende Systeme.
Es wird beispielsweise ein Verfahren zur Produktion von Citronensäure mit in Polyacrylamidgel immobilisierten Candidalipolytica-Zellen von U.StottmeisterfZ. AIIg. Mikrobiol. 19 [10], 763-765 [1979], vgl. auch R. Berger und G. Langhammer Z.. AIIg. Mikrobiol. 20 [1], 69-72 [1980]) beschrieben. Infolge der schon erwähnten Toxizität des Acrylamide und der Diffusionslimitierung durch das Polymernetzwerk liegen die Ausbeuten an organischer Säure nur bei ca. 5% im Vergleich zu freien Zellen. Zudem treten durch Zellwachstum freie Zellen im Fermentationsmedium auf.
Ziel der Erfindung ist es, in einfacher und ökonomischer Weise eine kontinuierliche Produktion organischer Säuren, vorzugsweise organischer Genußsäuren vermittels immobilisierter Mikroorganismen durchzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, organische Säuren, vorzugsweise organische Genußsäuren, mit Hilfe eingekapselter Mikroorganismen zu produzieren und dieselbe vermittels geeigneter ionenaustauschender Substanzen selektiv aus dem Produktionsmedium zu entfernen.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß organische Säuren produzierende Mikroorganismen in bekannter Weise in eine Kapsel aus Polyelektrolytkomplexen eingeschlossen werden und diese Kapseln in ein für die Fermentation der jeweiligen Säure geeignetes Medium überführt werden. Die Fermentation erfolgt entweder anaerob oder aerob in der Weise, daß ein steriler Luftstrom durch die die Kapseln enthaltende Lösung geleitet wird. Das organische Säure enthaltende Medium wird über eine Säule mit ionenaustauschaktiven Substanzen, wie z. B. schwach basische Ionenaustauscher, geleitet und auf diese Weise die organische Säure selektiv entfernt. Das vom Produkt befreite Medium wird wiederum mit Substrat versetzt und erneut der Fermentation zugeführt. Durch den Entzug der Säuren entfällt das Einstellen des pH-Wertes auf den für die Herstellung der jeweiligen Säure optimalen Wert. Durch den Einschluß in Kapseln sind die produzierenden Mikroorganismen vor Fremdeinflüssen geschützt. Im Falle einer mikrowellen Kontamination des Reaktionsmediums können die eingekapselten Mikroorganismen leicht abgetrennt und einem erneuten Fermentationsprozeß unterworfen werden; d. h. es entfällt die Anzucht von neuen produzierenden Zellen, wie es im Falle der Verwendung freier Zellen notwendig wäre. Die Fermentation kann bis zum Erreichen der natürlichen Lebenszeit der Mikroorganismen geführt werden. Beliebige Unterbrechungen bei adäquater Aufbewahrung der Kapseln sind ebenfalls möglich.
— ü — £t£ U33
Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Herstellung von Citronensäure näher erläutert werden.
1 ml Suspension von Yarrowia lipolytica EH 59 (= 1 mg Hefetrockenmasse) wird mit 1 ml 2% Cellulosesulfat in Wasser gemischt und in eine 2%ige wäßrige Lösung von Polydimethyldiallylammoniumchlorid getropft und 2 Minuten sanft gerührt. Die die Zellen enthaltenden Kapseln werden abgetrennt und mit sterilem Leitungswasser gewaschen.
450 der nach obiger Vorschrift dargestellten Kapseln werden in 250 ml Produktionsmedium nach BEHRENS (Die Nahrung 21, 525-530 [1977]) suspendiert und steril belüftet. Die Fermentation wird bei 30cC durchgeführt. Das Medium wird über eine einen schwach basischen Ionenaustauscher vom Wofatit-Typ enthaltende Säule geführt und nach dem Passieren der Säule wieder der Fermentation zugeführt. Bei Verarmung des Mediums an Substrat (z. B. Glucose) wird dieses nachdosiert. Die lonenaustauschersäule kann zwecks Elution der Citronensäure aus dem Kreislauf entfernt werden.
Prog eingesetzter Glucose sind von den Zellen 0,7 g Citronensäure produziert worden.
Analog Beispiel 1 werden Zellen von Acetobacter suboxydans eingeschlossen und der Fermentation mit Glucose als Substrat unterworfen. Das Produkt Gluconsäure wird analog abgetrennt und nach Elution als Ca-Gluconat isoliert.
Analog Beispiel 1 werden Zellen von Yarrowia lipolytica EH 59 immobilisiert und einer Fermentation in der Weise unterworfen, daß Glucose in einem thiaminfreien Medium zugesetzt wird, der pH-Wert der Fermentationslösung zwischen 2 und 4 gehalten und die a-Ketoglutarsäure mit geeigneten Ionenaustauschern entfernt wird.
Claims (3)
- Patentansprüche:1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von organischen Säuren, vorzugsweise organischen Genußsäuren, gekennzeichnet dadurch, daß organische Säuren produzierende Mikroorganismen in eine semipermeable Membran aus Polyelektrolytkomplexen eingeschlossen und einer aeroben oder anaeroben Fermentation unterworfen werden, wobei zur kontinuierlichen Verfahrensführung dem ausgezehrten Medium ständig Substrat zugeführt wird und die entstehende organische Säure an anionenaustauschaktive Substanzen gebunden wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fermentation bei Temperaturen von 00C bis zur oberen . Stabilitätsgrenze der Mikroorganismen und bei pH-Werten von 2.0—7.5 durchgeführt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fermentation bei Substratkonzentrationen von 0,5% bis zur Stabilitätsgrenze der semipermeablen Kapseln durchgeführt wird.
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| DD28211285A DD242055A1 (de) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von organischen saeuren |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4877728A (en) * | 1988-03-28 | 1989-10-31 | Miles Inc. | Biotransformation of L-tyrosine and L-phenylalanine to 2,5-dihydroxyphenylacetic acid followed by polymerization to melanin pigments |
-
1985
- 1985-10-28 DD DD28211285A patent/DD242055A1/de unknown
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Expiry date: 20051029 |