CH651066A5 - METHOD FOR PRODUCING L-alanine AND MEANS FOR ITS IMPLEMENTATION. - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING L-alanine AND MEANS FOR ITS IMPLEMENTATION. Download PDF

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CH651066A5
CH651066A5 CH5956/81A CH595681A CH651066A5 CH 651066 A5 CH651066 A5 CH 651066A5 CH 5956/81 A CH5956/81 A CH 5956/81A CH 595681 A CH595681 A CH 595681A CH 651066 A5 CH651066 A5 CH 651066A5
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alanine
foam
aspartic acid
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column
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CH5956/81A
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Wayne Elliott Swann
Murray Campbell Fusee
Gary Jim Calton
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Grace W R & Co
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Description

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PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Verfahren zur Herstellung von L-Alanin, gekennzeichnet durch das Inkontaktbringen eines hydrophilen Po-lyäther-Polyurethanschaumes, in dem mindestens 50 Mol.-% der Alkylenoxideinheiten ia den Polyäthersegmenten des Polyurethans Äthylenoxid sind und welcher Schaum einen Mikroorganismus immobilisiert enthält, welcher L-Aspara-ginsäure-ß-dekarboxylase zu bilden imstande ist, mit einem L-Asparaginsäure enthaltenden Substrat. 1. A process for the preparation of L-alanine, characterized by the contacting of a hydrophilic polyether polyurethane foam in which at least 50 mol% of the alkylene oxide units ia the polyether segments of the polyurethane are ethylene oxide and which foam contains a microorganism immobilized, which L- Aspara-ginsäure-ß-decarboxylase is able to form with a substrate containing L-aspartic acid.

2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine wässrige Lösung mit pH 3 bis 11 ist und dass es eine Temperatur von 15 bis 60°C hat. 2. The method according to claim 1, characterized in that the substrate is an aqueous solution with pH 3 to 11 and that it has a temperature of 15 to 60 ° C.

3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroorganismus Pseudomonas dacunhae ist und dass das Substrat Pyridoxal-5-phosphat enthält. 3. The method according to claim 1, characterized in that the microorganism is Pseudomonas dacunhae and that the substrate contains pyridoxal-5-phosphate.

4. Verfahren gemäss Patentansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroorganismus Alcaligenes fae-calis ist. 4. The method according to claim 1, characterized in that the microorganism is Alcaligenes fae-calis.

5. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that it is carried out continuously or batchwise.

6. Hydrophiler Polyäther-Polyurethanschaum als Mittel zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens 50 Mol.-% der Alkylenoxideinheiten in den Polyäthersegmenten des Polyurethans Äthylenoxid enthält und einen Mikroorganismus immobilisiert enthält, welcher L-Asparaginsäure-ß-dekarb-oxylase zu bilden imstande ist. 6. Hydrophilic polyether polyurethane foam as an agent for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it contains at least 50 mol% of the alkylene oxide units in the polyether segments of the polyurethane ethylene oxide and contains a microorganism immobilized which L-aspartic acid-ß-decarburized -oxylase is able to form.

7. Schaum gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90 Mol.-% der Alkylenoxideinheiten darin Äthylenoxid sind. 7. Foam according to claim 6, characterized in that at least 90 mol% of the alkylene oxide units therein are ethylene oxide.

8. Schaum gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum in starrer Ausformung vorliegt. 8. Foam according to claim 6, characterized in that the foam is in rigid form.

9. Schaum gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum in flexibler Ausformung vorliegt. 9. Foam according to claim 6, characterized in that the foam is in a flexible shape.

10. Schaum gemäss Patentansprach 6, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm das Verhältnis der Trockengewichte von Polyurethanpolymer zum Mikroorganismus zwischen 10:1 und 1:10 liegt. 10. Foam according to claim 6, characterized in that in it the ratio of the dry weights of polyurethane polymer to the microorganism is between 10: 1 and 1:10.

11. Schaum gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm als Mikroorganismus Pseudomonas dacunhae oder Alcaligenes faecalis vorliegt. 11. Foam according to claim 6, characterized in that Pseudomonas dacunhae or Alcaligenes faecalis is present in it as a microorganism.

Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von L-Alanin unter Verwendung eines immobilisierten, Asparaginsäuredekarboxylase produzierenden Mikroorganismus, sowie ein Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention described here relates to a process for the preparation of L-alanine using an immobilized microorganism which produces aspartic acid decarboxylase, and to an agent for carrying out this process.

In der folgenden Beschreibung steht Asparaginsäuredekarboxylase für L-Asparaginsäure-ß-dekarboxylase gemäss Enzymklassifikation Nr. 4-1-1-12). In the following description, aspartic acid decarboxylase stands for L-aspartic acid-β-decarboxylase according to enzyme classification No. 4-1-1-12).

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um L-Alanin aus der L-Asparaginsäure oder ihren Salzen mittels enzy-matischer Reaktion von Asparaginsäuredekarboxylase auf die genannten Ausgangsverbindungen bekannt. Beispielsweise kann L-Alanin dadurch erhalten werden, dass ein Mikroorganismus kultiviert wird, welcher Asparaginsäure-karboxylase zu bilden imstande ist. Die Kultivierung geschieht in einer Kulturbrühe, welche anschliessend mit der L-Asparaginsäure umgesetzt wird (publizierte JP-Patentan-meldung Nr. 7560/1971). Andererseits kann L-Alanin erhalten werden, indem ganze Zellen, welche Asparaginde-karboxylaseaktivität aufweisen, mit L-Asparaginsäuresalze oder Ester umgesetzt werden. Die Enzyme können aber auch vorerst extrahiert und erst dann mit den Ausgangsverbindungen in Kontakt gebracht werden (Biochimica et Biophisica Acta, volume 67, 1963). Das in den oben beschriebenen Verfahren erhaltene L-Alanin enthält jedoch verfahrensinhärenterweise Enzyme, Enzymreste, Zellen, Zellbestandteile, Bestandteile aus der Kulturbrühe und weitere Verunreinigungen wie Proteine. Dementsprechend müssen den obigen Herstellungsverfahrensschritte Reinigungsschritte angeschlossen werden, um ein L-Alanin von hoher Reinheit zu erhalten. Ebenso kommt es bei den obengenannten Umsetzungen oft vor dass die Reaktionslösung nach Abschluss der Umsetzung aufgekocht oder angefeuert werden muss, um das Enzym oder den Mikroorganismus auszufällen. Der ausgefallene Feststoff wird dann abfiltriert. Dies bedeutet, dass das Enzym oder der Mikroorganismus dann nur einmal verwendet werden kann. Various methods are known for producing L-alanine from L-aspartic acid or its salts by means of an enzymatic reaction of aspartic acid decarboxylase on the starting compounds mentioned. For example, L-alanine can be obtained by cultivating a microorganism capable of producing aspartic acid carboxylase. The cultivation takes place in a culture broth, which is then reacted with the L-aspartic acid (published JP patent application No. 7560/1971). On the other hand, L-alanine can be obtained by reacting whole cells which have asparagine carboxylase activity with L-aspartic acid salts or esters. However, the enzymes can also be extracted for the time being and only then brought into contact with the starting compounds (Biochimica et Biophisica Acta, volume 67, 1963). However, the L-alanine obtained in the above-described processes inherently contains enzymes, enzyme residues, cells, cell components, components from the culture broth and other impurities such as proteins. Accordingly, the above manufacturing process steps must be followed by purification steps to obtain a high purity L-alanine. Likewise, in the above-mentioned reactions, it often happens that the reaction solution has to be boiled or fired after the reaction has ended in order to precipitate the enzyme or the microorganism. The precipitated solid is then filtered off. This means that the enzyme or microorganism can then only be used once.

Um die genannten Nachteile auszuschalten, ist die Immobilisierung von Mikroorganismen, welche L-Asparagin-dekarboxylase zu bilden vermögen, in polymeren Trägerstoffen vorgeschlagen worden. Die US-Patentschrift 3 989 128 zum Beispiel beschreibt diese Immobilisierung in semipermeablen Polyacrylamidmembranen. Die US-Patentschrift 3 458 400 andererseits beschreibt die enzymati-sche Umsetzung von L-Asparaginsäure zu L-Alanin unter Einsatz von Pseudomonas dacunhae oder Achromobacter pestifer als Mikroorganismen, welche Aparaginsäuredekar-boxylase zu bilden imstande sind. In order to eliminate the disadvantages mentioned, the immobilization of microorganisms which are capable of forming L-asparagine decarboxylase in polymeric carriers has been proposed. For example, U.S. Patent 3,989,128 describes this immobilization in semi-permeable polyacrylamide membranes. US Pat. No. 3,458,400, on the other hand, describes the enzymatic conversion of L-aspartic acid to L-alanine using Pseudomonas dacunhae or Achromobacter pestifer as microorganisms which are capable of forming decar-boxylase aspartic acid.

Auch die Immobilisierung von Mikroorganismen in hydrophilen Polyurethanschäumen ist schon vorgeschlagen worden. Die US-Patentschrift 3 905 923 (Erfinder: Klug) und die US-Patentanmeldung Serial Nr. 362 488 vom 21. Mai 1973 (Erfinder Louis L. Wood et al) mit dem Titel «Herstellung und Verwendung von an Polyurethan gebundenen Enzymen) ist ein Beispiel einer solchen Veröffentlichung. Die Immobilisierung von Enzymen an Polyurethanen wird auch in der US-Patentschrift 3 672 955 (Erfinder Stanley) speziell in Kolonne 5, Zeilen 27 bis 35, beschrieben. Hydrophile Polymere sind auch als Träger für andere Chemikalien, beispielsweise Bakteriostaten und Fungiziden, vorgeschlagen; siehe dazu die US-Patentschrift 3 975 350 (Erfinder: Hudgin). Es ist ebenfalls bekannt, Bakterienzellen in hydrophoben Polyurethanen zu immobilisieren; siehe das Beispiel 4 der GB-Patentschrift 953 414. Die Immobilisierung einer grossen Zahl von Enzymen in hydrophilen Polyurethanen wird auch in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 849 999 (Erfinder Hartdegen et al) vom 9. November 1977 mit dem Titel «Immobilisiertes biologisches Material» gelehrt. The immobilization of microorganisms in hydrophilic polyurethane foams has also been proposed. U.S. Patent 3,905,923 (inventor: Klug) and U.S. Patent Application Serial No. 362,488 dated May 21, 1973 (inventor Louis L. Wood et al) entitled "Preparation and Use of Enzymes Bound to Polyurethane) an example of such a publication. The immobilization of enzymes on polyurethanes is also described in US Pat. No. 3,672,955 (inventor Stanley), especially in column 5, lines 27 to 35. Hydrophilic polymers have also been proposed as carriers for other chemicals, for example bacteriostats and fungicides; see US Pat. No. 3,975,350 (inventor: Hudgin). It is also known to immobilize bacterial cells in hydrophobic polyurethanes; see Example 4 of UK Patent 953,414. Immobilization of a large number of enzymes in hydrophilic polyurethanes is also described in U.S. Patent Application Serial No. 849,999 (inventor Hartdegen et al) dated November 9, 1977, entitled "Immobilized Biological Material »taught.

Weitere einschlägige Referenzen umfassen: Other relevant references include:

Sonomoto et al; Agric. Biol. Chem., 44 (5), Seiten 1119 bis 1126, 1980. In dieser Arbeit werden Steroidkonversio-nen ausgeführt unter Einsatz von Bakterienzellen, die in Polyurethanen eingeschlossen sind. Polyurethane werden aus Urethanpräpolymeren erhalten. Sonomoto et al; Agric. Biol. Chem., 44 (5), pages 1119 to 1126, 1980. In this work steroid conversions are carried out using bacterial cells which are enclosed in polyurethanes. Polyurethanes are obtained from urethane prepolymers.

Fukui et al, Biochimie, 1980, 62, Seiten 381 bis 386. In dieser Arbeit wird die Verwendung von Enzymen beschrieben, welche in photo-vernetzbaren Präpolymeren und Urethanpräpolymeren immobilisiert sind und zur Herstellung von L-Aminosäuren geeignet sind. Auch die Immobilisierung von Bakterienzellen unter Verwendung von Urethanpräpolymeren wird beschrieben. Fukui et al, Biochimie, 1980, 62, pages 381 to 386. This work describes the use of enzymes which are immobilized in photocrosslinkable prepolymers and urethane prepolymers and are suitable for the preparation of L-amino acids. The immobilization of bacterial cells using urethane prepolymers is also described.

In einer unlängst abgehaltenen «Gordon Research Conference» vom August 1980 ist über die Immobilisierung von ganzen Zellen unter Verwendung von Urethanpräpolymeren diskutiert worden. Beispiele solcher Zellen sind genetisch manipulierte E. coli, die grosse Mengen von Penicil-linamidase enthalten. An der gleichen Konferenz wurde A recent Gordon Research Conference in August 1980 discussed the immobilization of whole cells using urethane prepolymers. Examples of such cells are genetically manipulated E. coli that contain large amounts of penicil linamidase. At the same conference

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auch berichtet von Biotransformationssystemen für die Herstellung von L-Serin und L-Tryptophan. also reported biotransformation systems for the production of L-serine and L-tryptophan.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von L-Alanin ist im vorangehenden Patentanspruch 1 charakterisiert. The inventive method for the production of L-alanine is characterized in the preceding claim 1.

Bevorzugterweise enthalten die Polyäthersegmente des Polymethans mindestens 90 Mol.-% an Äthylenoxideinheiten. Je nach Menge des eingesetzten Vernetzungsmittels kann der Schaum als starrer Körper oder als flexibles Mittel vorliegen. Bezogen auf das Trockengewicht des eingesetzten Mikroorganismus liegt das Gewichtsverhältnis des Polyurethanpolymeren zum Mikroorganismus im Schaum normalerweise zwischen 1:10 und 10:1, bevorzugterweise zwischen 2:1 und 4:1. Vor der Zugabe der Kultur zum Präpolymeren kann das Trockengewicht des Mikroorganismus in der Kultur durch Abdampfen der flüssigen Phase der Kultur bestimmt werden. Dieses Abdampfen geschieht bei einer geeigneten Temperatur, beispielsweise bei 50°C. Anschliessend wird, wenn eine derartige Kultur mit dem Präpolymer geschäumt wird, 10 bis 90% des Mikroorganismus im Schaum eingeschlossen und immobilisiert. The polyether segments of the polymethane preferably contain at least 90 mol% of ethylene oxide units. Depending on the amount of crosslinking agent used, the foam can be present as a rigid body or as a flexible agent. Based on the dry weight of the microorganism used, the weight ratio of the polyurethane polymer to the microorganism in the foam is normally between 1:10 and 10: 1, preferably between 2: 1 and 4: 1. Before adding the culture to the prepolymer, the dry weight of the microorganism in the culture can be determined by evaporating the liquid phase of the culture. This evaporation takes place at a suitable temperature, for example at 50 ° C. Then, when such a culture is foamed with the prepolymer, 10 to 90% of the microorganism is enclosed in the foam and immobilized.

In frisch zubereiteten derartigen Schäumen sind Auswaschraten von Enzymzellen von normalerweise unter 25 Gew.-% der eingesetzten Kultur beobachtet worden. Im allgemeinen nimmt diese Auswaschrate mit dem Beladungsgrad des Schaums zu. Auch wenn während der Zumischung in der Masse Klumpen verbleiben, d.h. wenn der Mischungsgrad ungenügend ist, steigt der anschliessende Auswaschgrad. Unter dem Ausdruck «Immobilisierung» wird in dieser Schrift die Tatsache verstanden, dass die Mikroorganismen im Schaum zurückbehalten werden und nicht beim Kontaktieren des Schaumes mit einem wässrigen Medium daraus herausgespült werden. Es wird angenommen, dass die Mikroorganismen so im Schaum eingeschlossen werden, dass sie dort praktisch immobilisiert werden. Es ist auch anzunehmen, dass während des Schäumungsprozesses zwischen den Isocyanatgruppen des Präpolymeren und zwischen Gruppen auf der Oberfläche des Mikroorganismus, zum Beispiel Aminogruppen, Verbindungen hergestellt werden. In freshly prepared foams of this type, washout rates of enzyme cells of normally less than 25% by weight of the culture used have been observed. In general, this wash-out rate increases with the degree of loading of the foam. Even if lumps remain in the mass during the admixture, i.e. if the degree of mixing is insufficient, the subsequent degree of washout increases. In this document, the term “immobilization” means the fact that the microorganisms are retained in the foam and are not rinsed out of the foam when it comes into contact with an aqueous medium. It is assumed that the microorganisms are enclosed in the foam in such a way that they are practically immobilized there. It is also believed that during the foaming process, connections are made between the isocyanate groups of the prepolymer and between groups on the surface of the microorganism, for example amino groups.

Die Schäume können dadurch erhalten werden, dass die Kulturen mit den Mikroorganismen, welche L-Aspara-ginsäuredekarboxylase zu bilden imstande sind, direkt mit einem Urethanpräpolymer in Anwesenheit von genügend Wasser unter Bedingungen, die zu Schäumen führen, gemischt werden. Normalerweise ist das Wasser der Organismuskultur genügend; dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die genannten Kulturen 10 bis 90 Gew.-% Wasser enthalten. Bedingt durch die Anwesenheit von Wasser wird das Präpolymer schäumen und gleichzeitig den Mikroorganismus im Schaum einschliessen und immobilisieren. Um die Immobilisierung zu optimieren, sollte der pH der wässrigen Phase der Kultur zwischen 3 und 11 liegen, bevorzugterweise liegt er über 7. Während der Immobilisierung beträgt das Gewichtsverhältnis zwischen Präpolymer und Wasser im allgemeinen 2:1 bis 1:2, bevorzugterweise 3:2 bis 2:3. Wenn das Wasser der Kultur nicht genügt, wird vor oder während der Vermischung Wasser zugegeben. The foams can be obtained by mixing the cultures with the microorganisms capable of producing L-aspartic decarboxylase directly with a urethane prepolymer in the presence of enough water under conditions that cause foaming. Usually the water of the organism culture is sufficient; this is the case, for example, if the cultures mentioned contain 10 to 90% by weight of water. Due to the presence of water, the prepolymer will foam and at the same time enclose and immobilize the microorganism in the foam. In order to optimize the immobilization, the pH of the aqueous phase of the culture should be between 3 and 11, preferably it is above 7. During the immobilization, the weight ratio between prepolymer and water is generally 2: 1 to 1: 2, preferably 3: 2 to 2: 3. If the water is not sufficient for the culture, water is added before or during mixing.

Nach der Zumischung der Kultur läuft die Schäumungs-reaktion im allgemeinen innerhalb von 5 bis 10 Minuten ab. Der Schaum wird dann ausgehärtet zu seiner Schlussausformung, die sowohl starr wie flexibel sein kann. Diese Aushärtung dauert nochmals 5 bis 10 Minuten. Wenn die hergestellten Schaummassen sehr gross dimensioniert sind, können sowohl Schäumungszeiten wie auch Aushärtungszeiten wesentlich grösser sein. After the culture has been mixed in, the foaming reaction generally proceeds within 5 to 10 minutes. The foam is then cured to its final shape, which can be both rigid and flexible. This curing takes another 5 to 10 minutes. If the foam masses are very large, both the foaming times and the curing times can be significantly longer.

Diejenigen Mikroorganismen, welche Asparaginsäuredekarboxylase zu bilden imstande sind und daher im erfin- Those microorganisms which are able to form aspartic acid decarboxylase and therefore in the invention

dungsgemässen Verfahren eingesetzt werden können, umfassen Stämme von: methods according to the invention can include strains of:

Alcaligenes faecalis Pseudomonas dacunhae Clostridium perfrigines Nocaradia globurela Desulfovibrio desulfuricans Achormobacter pestifer. Alcaligenes faecalis Pseudomonas dacunhae Clostridium perfrigines Nocaradia globurela Desulfovibrio desulfuricans Achormobacter pestifer.

Die Liste stellt Beispiele der erfindungsgemässen einzusetzenden Mikroorganismen dar. The list represents examples of the microorganisms to be used according to the invention.

Alle die in der obigen Liste aufgeführten Mikroorganismen sind von Kulturkollektionsstellen frei erhältlich. Die Stämme daraus, welche L-Asparaginsäuredecarboxylase zu bilden imstande sind, können bestimmt werden durch Konsultierung der entsprechenden Beschreibungen der Sammlungen; beispielsweise dem ATCC Katalog. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die vorliegend beschriebene Erfindung nicht auf die obigen spezifischen Mikroorganismen beschränkt ist; die Erfindung umfasst vielmehr alle L-Asparagindekarboxylase produzierenden Mikroorganismen. All of the microorganisms listed in the list above are freely available from culture collection points. The strains derived from which L-aspartic acid decarboxylase are capable of being formed can be determined by consulting the corresponding descriptions of the collections; for example the ATCC catalog. However, it should be noted that the present invention described is not limited to the above specific microorganisms; rather, the invention encompasses all L-asparagine decarboxylase-producing microorganisms.

L-Alanin kann nun erfindungsgemäss dadurch erhalten werden, dass der präparierte Schaum mit L-Asparaginsäure kontaktiert wird. Normalerweise wird die L-Asparaginsäu-re in Form einer 0,1 bis 1,5 molaren, wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 3 und 7 eingesetzt. Zur Einstellung des geeigneten pH-Wertes können Ammoniumhydroxid, Phosphorsäure und andere Verbindungen verwendet werden. According to the invention, L-alanine can now be obtained by contacting the prepared foam with L-aspartic acid. The L-aspartic acid is normally used in the form of a 0.1 to 1.5 molar aqueous solution with a pH between 3 and 7. Ammonium hydroxide, phosphoric acid and other compounds can be used to adjust the appropriate pH.

Der Schaum mit dem immobilisierten Mikroorganismus wird mit der Substratlösung in Kontakt gebracht und die Mischung wird bei Temperaturen zwischen 15 und 60°C unter Rühren solange inkubiert, bis die Umsetzung abgeschlossen ist. Nach Abschluss der Umsetzung wird der Schaum abgetrennt und kann unter Kühlen bis zur nächsten Verwendung gelagert werden. Das L-Alanin wird aus dem Substrat mittels konventioneller Methoden gewonnen. Alternativ kann die enzymatische Reaktion in einer Kolonne ausgeführt werden, d.h. das Verfahren geschieht kontinuierlich. Beispielsweise wird der Schaum in eine Kolonne gepackt und zwar in einer derartigen Raumdichte, um das Durchfliessen des Substrates zu ermöglichen. Die Substratlösung, wiederum mt einem pH zwischen 3 und 7 und die L-Asparaginsäure enthaltend, wird bei einer Temperatur von 15 bis 60°C und unter einer geeigneten Durchflussgeschwindigkeit über die Kolonne gegeben. Als Ausfluss wird eine L-alaninhaltige Lösung erhalten. Diese Lösung kann, falls nötig, umgepumpt werden. Das L-Alanin kann daraus entsprechend der Methode des weiter unten folgenden Beispiels 4 gewonnen werden. The foam with the immobilized microorganism is brought into contact with the substrate solution and the mixture is incubated at temperatures between 15 and 60 ° C. with stirring until the reaction is complete. After completion of the reaction, the foam is separated off and can be stored under cooling until the next use. The L-alanine is obtained from the substrate using conventional methods. Alternatively, the enzymatic reaction can be carried out in a column, i.e. the process is ongoing. For example, the foam is packed into a column in such a density to allow the substrate to flow through. The substrate solution, again with a pH between 3 and 7 and containing the L-aspartic acid, is passed through the column at a temperature of 15 to 60 ° C. and under a suitable flow rate. A solution containing L-alanine is obtained as the outflow. If necessary, this solution can be pumped around. The L-alanine can be obtained therefrom according to the method of Example 4 below.

Die zur Herstellung des Polyurethanschaums zu verwendenden Urethanpräpolymere werden beispielsweise folgender-massen erhalten: ein Polyoxyalkylenpolyol wird mit einem Überschuss von Polyisocyanat, beispielsweise Toluoldiiso-cyanat, umgesetzt. Vor der Umsetzung sollte das Polyol ein mittleres Zahlenmolekulargewicht zwischen 200 und 20 000, bevorzugterweise zwischen 600 und 6 000 aufweisen. Die Hydroxylfunktionalität des Polyols und die entsprechende Isocyanatfunktionalität nach der Umsetzung liegt zwischen 2 und 8. Falls Schäume aus Präpolymeren mit einer Isocyanatfunktionalität von ungefähr 2 gebildet werden, ist das erhaltene Produkt im wesentlichen linear und hat nicht die Zugfestigkeit eines entsprechenden vernetzten Materials. Daher wird ein Hydroxygruppengehalt von mehr als 2 pro Molekel angestrebt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Mischungen von Diolen und Triolen oder höher funktio- The urethane prepolymers to be used to produce the polyurethane foam are obtained, for example, as follows: a polyoxyalkylene polyol is reacted with an excess of polyisocyanate, for example toluenediiso cyanate. Before the reaction, the polyol should have an average number molecular weight between 200 and 20,000, preferably between 600 and 6,000. The hydroxyl functionality of the polyol and the corresponding isocyanate functionality after the reaction is between 2 and 8. If foams are formed from prepolymers with an isocyanate functionality of approximately 2, the product obtained is essentially linear and does not have the tensile strength of a corresponding cross-linked material. Therefore, a hydroxyl group content of more than 2 per molecule is aimed for. This can be achieved by mixing mixtures of diols and triols or higher

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45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

651066 651066

4 4th

neller Polyole mit Di- oder Polyisocyanaten umgesetzt werden. neller polyols are implemented with di- or polyisocyanates.

Beispiele von einsetzbaren Polyolen (für die Umsetzung mit den Polyisocyanaten) umfassen: (A) im wesentlichen lineare Polyole, beispielsweise erhalten durch Umsetzung von Äthylenoxid mit Äthylenglykol als Initiator. Mischungen von Äthylenoxid mit anderen Alkylenoxiden können ebenfalls verwendet werden; der Molanteil von Äthylenoxid muss jedoch mindestens 50 Mol.-% betragen. Wenn die linearen Polyäther Mischungen von Äthylenoxiden mit beispielsweise Propylenoxid sind, kann das Polymer sowohl ein Random- oder ein Blockpolymer sein. Die Endgruppen können dann entweder Oxyäthylen oder Oxypro-pylen sein. Examples of usable polyols (for the reaction with the polyisocyanates) include: (A) essentially linear polyols, for example obtained by reacting ethylene oxide with ethylene glycol as an initiator. Mixtures of ethylene oxide with other alkylene oxides can also be used; however, the molar proportion of ethylene oxide must be at least 50 mol%. If the linear polyethers are mixtures of ethylene oxides with, for example, propylene oxide, the polymer can be either a random or a block polymer. The end groups can then be either oxyethylene or oxypropylene.

Eine zweite Gruppe von Polyolen (B) umfassen diejenigen mit einer Hydroxyfunktionalität von 3 oder mehr. Solche Polyole werden normalerweise durch Umsetzung von Alkylenoxiden mit polyfunktionalen Initiatoren wie Trimethylolpropan, Pentaerythritol, usw. erhalten. Bei der Gewinnung der Polyole der Gruppe B sind die eingesetzten Alkylenoxide entweder Äthylenoxid oder Mischungen von Äthylenoxid mit anderen Alkylenoxiden. A second group of polyols (B) include those with a hydroxy functionality of 3 or more. Such polyols are normally obtained by reacting alkylene oxides with polyfunctional initiators such as trimethylolpropane, pentaerythritol, etc. When the group B polyols are obtained, the alkylene oxides used are either ethylene oxide or mixtures of ethylene oxide with other alkylene oxides.

Eine weitere, beispielhafte Gruppe der einzusetzenden Polyole (C) umfasst die linearen, verzweigten polyfunktionalen Polyole wie in den Gruppen R und B weiter oben, zusammen mit einem Initiator oder Verzweigungsagens. Ein spezifisches Beispiel aus der Gruppe C ist eine Mischung von Polyäthyenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1 000 mit Trimethylolpropan, Trimethylol-äthan oder Glycerin. Diese Mischung kann anschliessend mit einem Überschuss an Polyisocyanat umgesetzt werden, um so ein Präpolymer zu erhalten, welches erfindungsge-mäss eingesetzt werden kann. Andererseits können auch lineare oder Verzweigt-Polyole (z.B. Polyäthylenglykol) separat mit einem Überschuss an Polyisocyanat reagiert werden. Der Initiator, beispielsweise das Trimethylolpropan, kann auch getrennt davon mit dem Polyisocyanat umgesetzt werden. Die beiden vorbehandelten Materialien können anschliessend dann kombiniert werden, um so das Präpolymere zu bilden. Another exemplary group of the polyols (C) to be used comprises the linear, branched polyfunctional polyols as in groups R and B above, together with an initiator or branching agent. A specific example from group C is a mixture of polyethylene glycol with an average molecular weight of 1,000 with trimethylolpropane, trimethylolethane or glycerin. This mixture can then be reacted with an excess of polyisocyanate in order to obtain a prepolymer which can be used according to the invention. On the other hand, linear or branched polyols (e.g. polyethylene glycol) can also be reacted separately with an excess of polyisocyanate. The initiator, for example trimethylolpropane, can also be reacted separately with the polyisocyanate. The two pretreated materials can then be combined to form the prepolymer.

Geeignete Polyisocyanate und Initiatoren sind zum Beispiel diejenigen, die in der US-Patentschrift 3 903 232 beschrieben sind. Die Initiatoren sind normalerweise wasserlösliche oder Wasser dispergierbare Vernetzungsmittel, wie sie in der gleichen US-Patentschrift beschrieben sind. Suitable polyisocyanates and initiators are, for example, those described in U.S. Patent 3,903,232. The initiators are usually water-soluble or water-dispersible crosslinking agents as described in the same US patent.

Zur Herstellung des Präpolymers A werden zwei Moläquivalente Polyäthylenglykol mit einem mittleren Zahlenmolekulargewicht von 1000 und 0,66 Moläquivalente von Trimethylolpropan gemischt. De Mischung wird nun bei 100 bis 110°C und bei einem Druck von 5 bis 15 Torr getrocknet, um das Wasser zu entfernen. Die erhaltene, getrocknete Mischung wird langsam, während ungefähr 1 Stunde, in einen Rührbehälter gegeben, welcher 5,52 Moläquivalente Toluoldiisocyanat enthält. Die Temperatur wird während der Zugabe bei 60°C gehalten; nach Beendigung der Zugabe wird 3 Stunden lang weiter gerührt. Nun werden nochmals 0,78 Moläquivalente Toluoldiisocyanat zugegeben, wobei wiederum gerührt wird. Auch nach dieser Zugabe wird noch 1 Stunde lang bei 60°C weiter gerührt. Die Reaktionsmischung enthält nun einen 5% igen molaren Überschuss an Toluoldiisocyanat. Alle Hydroxylgruppen reagieren mit Isocyanat und es erfolgen Kettenverlängerungen wegen der Vernetzung der Polyole mit dem Toluoldiisocyanat. To prepare prepolymer A, two molar equivalents of polyethylene glycol with an average number molecular weight of 1000 and 0.66 molar equivalents of trimethylolpropane are mixed. The mixture is now dried at 100 to 110 ° C and at a pressure of 5 to 15 torr to remove the water. The resulting dried mixture is slowly added to a stirred container containing 5.52 molar equivalents of toluene diisocyanate for about 1 hour. The temperature is maintained at 60 ° C during the addition; after the addition is complete, stirring is continued for 3 hours. A further 0.78 molar equivalents of toluene diisocyanate are then added, with stirring again. Even after this addition, stirring is continued at 60 ° C. for 1 hour. The reaction mixture now contains a 5% molar excess of toluenediisocyanate. All hydroxyl groups react with isocyanate and chain extensions occur because of the crosslinking of the polyols with the toluenediisocyanate.

Beispiel 1 example 1

Zellen von Alcaligenes faecalis (ATCC Nr. 25 094) wurden mit 5 g Präpolymer A, dessen Herstellung weiter oben beschrieben ist, gemischt. 8 g Zellenkultur wurden dabei eingesetzt. Das Trockengewicht der Zellen in der Kultur betrug 1 g. Durch das Wasser in der Kultur entstand ein flexibler, hydrophiler Polyurethanschaum, welcher in ungefähr 15 Minuten aushärtete. Die Kulturzellen waren im Schaum selber oder auf der Oberfläche davon ein- bzw. angeschlossen. Alcaligenes faecalis cells (ATCC No. 25 094) were mixed with 5 g of prepolymer A, the preparation of which was described above. 8 g of cell culture were used. The dry weight of the cells in the culture was 1 g. The water in the culture created a flexible, hydrophilic polyurethane foam that cured in about 15 minutes. The culture cells were included or connected in the foam itself or on the surface thereof.

Beispiel 2 Example 2

Der Schaum aus dem Beispiel 1 wurde in eine Kolonne gegeben und oben und unten je mit einem Millipore-Filter abgedeckt. Am unteren Ende der Kolonne wurde ein Behälter mit 50 g L-Asparaginsäure in Kontakt mit der Kolonne befestigt. Nun wurden von unten her 4 lt einer Lösung mit 40 ml NH4OH und 10 ml Tween 80 mit einem pH von 10 (eingestellt mit 50%iger H3P04) durch die 11-Asparaginsäure und dann durch die Kolonne gepresst. Die Lösungstemperatur lag bei ungefähr 25°C und die Durchflussgeschwindigkeit bei ungefähr 0,67 ml pro Minute. Während der ersten 40 Durchflussstunden ergaben sich 0,90 mg/ml L-Alanin im Ausfluss, dies entspricht einer Produktionsmenge von 0,60 mg/Min. Anschliessend wurde die Durchflussgeschwindigkeit auf 0,34 ml/Min. reduziert, wodurch die Konversionsgeschwindigkeit auf 1,62 mg/ml stieg. Bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 0,17 ml pro Minute stieg die Umsetzung auf 2,66 mg/ml. The foam from Example 1 was placed in a column and covered with a Millipore filter at the top and bottom. At the bottom of the column, a container with 50 g of L-aspartic acid was attached in contact with the column. Now 4 l of a solution with 40 ml of NH4OH and 10 ml of Tween 80 with a pH of 10 (adjusted with 50% H3P04) were pressed through the 11-aspartic acid and then through the column. The solution temperature was about 25 ° C and the flow rate was about 0.67 ml per minute. During the first 40 hours of flow, there was 0.90 mg / ml L-alanine in the outflow, which corresponds to a production rate of 0.60 mg / min. The flow rate was then reduced to 0.34 ml / min. reduced, which increased the conversion rate to 1.62 mg / ml. At a flow rate of 0.17 ml per minute, the conversion rose to 2.66 mg / ml.

Die Gehaltsbestimmung an L-Alanin wurde mittels des Technicon-Autoanalysers unter Einsatz von L-Aminosäure-oxidase ausgeführt. Das L-Alanin wird dabei zur entsprechenden a-Ketosäure, Ammoniak und H202 umgesetzt. Das entstandene Peroxid wird mit 2,4-Dichlorphenol und 4-Ami-noantipyren umgesetzt, in Anwesenheit der entsprechenden Peroxidase. Das resultierende Reaktionsprodukt, ein Chi-noneimin-Farbstoff, wurde colorimetrisch bei 505 nm bestimmt. The L-alanine content determination was carried out by means of the Technicon auto-analyzer using L-amino acid oxidase. The L-alanine is converted to the corresponding a-keto acid, ammonia and H202. The peroxide formed is reacted with 2,4-dichlorophenol and 4-aminotanipyrene in the presence of the corresponding peroxidase. The resulting reaction product, a chi-noneimine dye, was determined colorimetrically at 505 nm.

Beispiel 3 Example 3

Schaum, wie er im Beispiel 1 hergestellt worden ist, Foam as produced in example 1,

wurde zerkleinert und dann in eine Kolonne gepackt. Die Kolonne wies einen Doppelmantel auf. Die Temperatur wurde durch Durchleiten von Wasser im genannten Doppelmantel eingestellt. Das Substrat wurde mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 0,67 ml pro Minute durchgeleitet. Es bestand aus 500 ml entionisiertem Wasser, welches 10 ml einer konzentrierten NH4OH-Lösung und 2,5 ml Tween 80 enthielt. Das Substrat trat, vor Eintritt in die gepackte Kolonne, durch einen Behälter, der 53 g feste L-Asparaginsäure bei Raumtemperatur enthielt. Beim Durchtritt durch die Kolonne wurde das Substrat auf 27°C aufgewärmt und anschliessend, vor Rückkehr in den Substratbehälter, wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Im genannten Behälter lag die feste L-Asparaginsäure vor. Durch den Kontakt der beiden Substanzen bildete sich ein Lösungsgewicht in der Vorlage aus. Das Substrat wurde kontinuierlich durch die Kolonne gegeben. Das Verfahren wurde bei Temperaturen von 37 und 50°C wiederholt. Der Lauf bei 27°C dauerte 20 Stunden, derjenige bei 37°C 72 und der letzte bei 50°C etwa 24 Stunden. Die Umsetzungsgeschwindigkeit für die Bildung von L-Alanin wurde gleich bestimmt wie im Beispiel 2; sie betrug bei 27°C 112,5 mg/h, bei 37°C 334 mg/h und bei 50°C 0 mg/h. was crushed and then packed into a column. The column had a double jacket. The temperature was set by passing water through the double jacket mentioned. The substrate was passed at a flow rate of 0.67 ml per minute. It consisted of 500 ml of deionized water, which contained 10 ml of a concentrated NH4OH solution and 2.5 ml of Tween 80. The substrate, before entering the packed column, passed through a container containing 53 g solid L-aspartic acid at room temperature. When passing through the column, the substrate was warmed to 27 ° C. and then, before returning to the substrate container, cooled again to room temperature. The solid L-aspartic acid was present in the container mentioned. Through the contact of the two substances, a solution weight was formed in the template. The substrate was continuously passed through the column. The process was repeated at temperatures of 37 and 50 ° C. The run at 27 ° C lasted 20 hours, the one at 37 ° C 72 and the last at 50 ° C for about 24 hours. The rate of conversion for the formation of L-alanine was determined in the same way as in Example 2; it was 112.5 mg / h at 27 ° C, 334 mg / h at 37 ° C and 0 mg / h at 50 ° C.

Beispiel 4 Example 4

26 g Zellen von Pseudomonas dacunhae (ATCC Nummer 21 192) wurden mit 20 g Präpolymer A gemäss Beispiel 1 gemischt; die Mischung wurde anschliessend geschäumt und ausgehärtet. Der Schaum wurde nun in Würfel von ungefähr 1 cm3 Grösse geschnitten und in eine 100 cm3 Kolonne gegeben. Ein Substrat von ungefähr 0,5 m 26 g cells of Pseudomonas dacunhae (ATCC number 21 192) were mixed with 20 g prepolymer A according to Example 1; the mixture was then foamed and cured. The foam was then cut into cubes approximately 1 cm3 in size and placed in a 100 cm3 column. A substrate of approximately 0.5 m

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

651066 651066

L-Asparaginsäure wurde durch die Kolonne gegeben. Der pH des Substrates wurde durch Zugabe von H2S04 auf 5,3 eingestellt; derselbe enthielt auch 10 mg/lt Pyridoxal--5-phosphat und 2,5 g/lt Tween 80. Die Durchflussgeschwindigkeit betrug 0,65 ml/min, was zu einer Umsetzung von L-Asparaginsäure zu L-Alanin (analysiert wie im Beispiel 2) von 14 bis 17 mg/ml ergab. Das Substrat wurde nicht umgewälzt, d.h. es floss nur einmal durch die Kolonne. Nachdem 700 cm3 durch die Kolonne geflossen waren, wurde das L-Alanin aus der Austrittslösung isoliert. Dazu wurde das Substrat auf 85°C erwärmt, der pH desselben auf 5,5 gebracht und schliesslich die Lösung auf 15°C abgekühlt. Dabei fielen sowohl die L-Asparaginsäure wie auch das L-Alanin aus. Die abgetrennten Feststoffe wurden in entionisiertem Wasser aufgenommen, wobei L-Alanin in Lösung ging. Die nicht aufgelöste L-Asparaginsäure wurde abfiltriert. Unter Vakuum wurde nun das Wasser aus der Lösung abgedampft und man erhielt Kristalle von L-Alanin. Die Ausbeute an Rohprodukt betrug 151,4 g. L-Aspartic acid was passed through the column. The pH of the substrate was adjusted to 5.3 by adding H2S04; it also contained 10 mg / lt of pyridoxal-5-phosphate and 2.5 g / lt of Tween 80. The flow rate was 0.65 ml / min, which led to a conversion of L-aspartic acid to L-alanine (analyzed as in the example 2) from 14 to 17 mg / ml. The substrate was not circulated, i.e. it only flowed through the column once. After 700 cm 3 had flowed through the column, the L-alanine was isolated from the exit solution. For this purpose, the substrate was heated to 85 ° C., the pH of the latter was brought to 5.5, and finally the solution was cooled to 15 ° C. Both the L-aspartic acid and the L-alanine failed. The separated solids were taken up in deionized water, with L-alanine going into solution. The undissolved L-aspartic acid was filtered off. The water was then evaporated from the solution under vacuum and crystals of L-alanine were obtained. The yield of crude product was 151.4 g.

Beispiel 5 Example 5

Das Verfahren gemäss Beispiel 4 wurde ungefähr 2 Wochen lang betrieben. Anschliessend wurde mit der gleichen Kolonne ein anderes Substrat umgesetzt. Dieses neue Substrat war 1 Molar bezüglich L-Asparaginsäure und enthielt zusätzlich 125 cm3 NH4OH/lt. Der pH des neuen Substrates wurde durch Zugabe von 60%iger H2S04 auf 5,3 The process according to Example 4 was carried out for approximately 2 weeks. Another substrate was then reacted with the same column. This new substrate was 1 molar with respect to L-aspartic acid and additionally contained 125 cm3 NH4OH / lt. The pH of the new substrate was brought to 5.3 by adding 60% H2S04

eingestellt. Die Durchflussgeschwindigkeit betrug 0,65 ml pro Minute. Die anfängliche Umsetzungsgeschwindigkeit betrug ungefähr 14 mg/ml. Nun wurde ein drittes Substrat eingesetzt und zwar eins, welches nur 0,05 Molar war in be-5 zug auf L-Asparaginsäure pro lt. Die Konversionsgeschwindigkeit erniedrigte sich zu 4 bis 5 mg/ml. set. The flow rate was 0.65 ml per minute. The initial rate of reaction was approximately 14 mg / ml. Now a third substrate was used, one that was only 0.05 molar in relation to L-aspartic acid per liter. The conversion rate decreased to 4 to 5 mg / ml.

Andere, neue Ansätze mit Substraten, die 1 Molar waren bezüglich L-Asparaginsäure ergaben Umsetzungsgeschwindigkeiten von 27 bis 32 mg/ml. Bei Umwälzen der io Flüssigkeit wurden Umsetzungen von 45 bis 50 mg/ml erreicht. Durch Zugabe von Pyridoxal-5-Phosphat (12,5 mg/lt) wurden durchschnittliche Umsetzungen von ungefähr 36 mg/ml erhalten. Anschliessende Ansätze ohne Pyrid-oxal-5-phosphat aber mit Umwälzungen ergaben 45 mg/ml 15 L-Alanin. Nachdem die gleiche Kolonne ungefähr 45 Tage lang in Betrieb gewesen war, fiel der Umsetzungsgrad auf ungefähr 16 ml/ml. In dieser Zeit wurde jedoch hauptsächlich ohne die Zugabe von Pyridoxal-5-phosphat gearbeitet, und, bei neuerlicher Zugabe der genannten Ver-20 bindung (12,5 mg/ml) stieg die Umsetzungsgeschwindigkeit wiederum auf 40 mg/ml. Bei Umwälzungen dieses neuen Substrates während 24 Tagen erhöhte sich zum einen der pH des Substrates auf ungefähr 8,7, was einer Konversionsrate von über 90% entspricht. Der Gehalt an L-Ala-25 nin in der Lösung wurde gemäss dem Verfahren aus dem Beispiel 2 festgestellt. Am Schluss stand eine Umsetzung von L-Asparaginsäure zu L-Alanin von 94% fest. Other new approaches with substrates that were 1 molar with respect to L-aspartic acid gave conversion rates of 27 to 32 mg / ml. When the io liquid was circulated, conversions of 45 to 50 mg / ml were achieved. By adding pyridoxal-5-phosphate (12.5 mg / lt), average conversions of approximately 36 mg / ml were obtained. Subsequent batches without pyrid oxal-5-phosphate but with circulation gave 45 mg / ml 15 L-alanine. After the same column had been in operation for about 45 days, the degree of conversion fell to about 16 ml / ml. During this time, however, the work was carried out mainly without the addition of pyridoxal-5-phosphate, and, when the compound (12.5 mg / ml) mentioned was added again, the reaction rate rose again to 40 mg / ml. When this new substrate was circulated for 24 days, the pH of the substrate rose to approximately 8.7, which corresponds to a conversion rate of over 90%. The content of L-Ala-25 nin in the solution was determined according to the procedure from Example 2. In the end, the conversion of L-aspartic acid to L-alanine was 94%.

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