CH659824A5 - METHOD FOR PREVENTING THE REDUCTION OF THE MOTION OF ENZYME IN A ENZYME REACTION in aqueous phase. - Google Patents
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Description
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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Verhinderung der Herabsetzung der Aktivität eines Enzyms durch ein Substrat in einer Enzymreaktion in wässriger Phase, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Reaktionssystem ein mit Wasser nicht mischbares, jedoch mit dem Substrat mischbares organisches Lösungsmittel in solchem Mengenanteil zusetzt, dass die Konzentration des Substrats in der wässrigen Phase unterhalb der Konzentration, bei welcher die Aktivität des Enzyms praktisch aufgehoben würde, gehalten wird. PATENT CLAIM Method for preventing the activity of an enzyme from being reduced by a substrate in an enzyme reaction in the aqueous phase, characterized in that an organic solvent which is immiscible with water but is miscible with the substrate is added to the reaction system in such a proportion that the concentration of the substrate in the aqueous phase below the concentration at which the activity of the enzyme would practically be abolished.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbesserung einer Enzymreaktion in wässriger Phase gerichtet. The present invention is directed to improving an aqueous phase enzyme reaction.
Bei Reaktionen unter Verwendung eines Enzyms ist Wasser das beste Reaktionsmedium für das Enzym und demzufolge werden derartige Reaktionen üblicherweise in wässriger Phase ausgeführt. Einige Substrate zeigen jedoch in Wasser geringe Löslichkeit. Bei Verwendung derartiger Substrate werden verschiedene Massnahmen ergriffen, um sicher zu stellen, dass ein für die Reaktion in wässriger, ein Enzym enthaltender Phase (oft als Enzym enthaltende Flüssigkeit bezeichnet) das benötigte Substrat in genügendem Mengenanteil vorhanden sei, um die Reaktion glatt ausführen zu können. Es ist beispielsweise bekannt, die Reaktion unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels auszuführen. In der JP-AS 34 153/1972 ist offenbart, dass Toluol, Butanol, Ethanol oder Aceton in Verfahren zur Herstellung von L-Tryptophan aus Indol und Serin unter Verwendung eines Bakteriums vom genus Aerobacterium als Reaktionsförderer eingesetzt wird. In der GB-AS 13 134 wird offenbart, dass bei der Oxidation von Decan ein wasserunlösliches Substrat in Gegenwart eines Decan oxidierenden Enzyms, mit Wasser mischbares Dimethylformamid und das Substrat eingesetzt werden. In reactions using an enzyme, water is the best reaction medium for the enzyme and, accordingly, such reactions are usually carried out in the aqueous phase. However, some substrates show poor solubility in water. When using such substrates, various measures are taken to ensure that a substrate required for the reaction in an aqueous phase containing an enzyme (often referred to as an enzyme-containing liquid) is present in a sufficient amount in order to be able to carry out the reaction smoothly . For example, it is known to carry out the reaction using an organic solvent. JP-AS 34 153/1972 discloses that toluene, butanol, ethanol or acetone is used in processes for the production of L-tryptophan from indole and serine using a bacterium from the genus Aerobacterium as a reaction promoter. GB-AS 13 134 discloses that in the oxidation of decane, a water-insoluble substrate in the presence of a decane-oxidizing enzyme, water-miscible dimethylformamide and the substrate are used.
In diesen Methoden werden die organischen Lösungsmittel verwendet, um das Lösen der Substrate in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit zu unterstützen und die Reaktionen zu fördern. In these methods, the organic solvents are used to help dissolve the substrates in the enzyme-containing liquid and to promote the reactions.
In Reaktionen unter Verwendung von Enzymen sollte der Einfluss der Konzentration eines Substrats auf ein Enzym in Betracht gezogen werden. Wenn in einer Enzymreaktion die Konzentration eines Substrats in der Reaktionsphase hoch ist, kann die Aktivität des Enzyms deutlich herabgesetzt werden und die Reaktion verzögern. Es ist bekannt, dass beispielsweise bei der Herstellung von Tryptophan in Gegenwart eines Enzyms unter Verwendung von Anthranil-säure als Vorläufer, die Konzentration von Anthranilsäure in der wässrigen Phase zur Herabsetzung der Aktivität des in der Reaktion verwendeten Enzyms führt, wie in der US-PS 4 363 875 beschrieben; bei der Herstellung von L-DOPA aus L-Serin und Pyrocatechin unter Verwendung von Erwinia herbicola, vermindert die Anwesenheit von Pyrocatechin als ein Substrat in einer hohen Konzentration in der wässrigen Phase die Wirksamkeit des Enzyms, wie in «Agric. Biol. Chem.», Bd. 37, S. 493-499 und 725-735,1973, beschrieben; und in der Herstellung von Tryptophan aus Indol und Serin vermindert Indol als ein Substrat die Aktivität von Trypto-phan-Synthetase, wie von U. Behrendt in «The First European Congress on Biotechnology», 2/186-2/189,1978, beschrieben. In reactions using enzymes, the influence of the concentration of a substrate on an enzyme should be considered. If the concentration of a substrate in the reaction phase is high in an enzyme reaction, the activity of the enzyme can be significantly reduced and the reaction can be delayed. For example, in the manufacture of tryptophan in the presence of an enzyme using anthranilic acid as a precursor, it is known that the concentration of anthranilic acid in the aqueous phase leads to a reduction in the activity of the enzyme used in the reaction, as in the US Pat 4,363,875; in the production of L-DOPA from L-serine and pyrocatechin using Erwinia herbicola, the presence of pyrocatechin as a substrate in a high concentration in the aqueous phase reduces the effectiveness of the enzyme, as described in «Agric. Biol. Chem., Vol. 37, pp. 493-499 and 725-735, 1973; and in the manufacture of tryptophan from indole and serine, indole as a substrate reduces the activity of tryptophan synthetase, as described by U. Behrendt in "The First European Congress on Biotechnology", 2 / 186-2 / 189, 1978 .
Daraus ergibt sich, dass wenn anzunehmen ist, dass in einer Reaktion unter Verwendung eines Enzyms ein Substrat die Wirksamkeit des Enzyms vermindere, die Reaktion solcherart auszuführen wäre, dass die Konzentration des Substrats in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit unterhalb der Konzentration gehalten wird, bei welcher die Aktivität des It follows that if it is believed that in a reaction using an enzyme, a substrate reduces the effectiveness of the enzyme, the reaction would have to be carried out such that the concentration of the substrate in the enzyme-containing liquid is kept below the concentration at which the Activity of
Enzyms herabgesetzt wird (die Inhibierungskonzentration) um glatten Verlauf der Reaktion selbst dann zu ermöglichen, wenn das Substrat in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit vollständig löslich ist. Um Reaktionen dieser Art zu indu-5 strialisieren, muss ein kontinuierlicher Analysator für die kontinuierliche Analyse der Substratkonzentration während der Reaktion entwickelt werden, um die Konzentration des Substrats in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit unterhalb der Inhibitionskonzentration zu halten. Ausserdem wird zur io kontinuierlichen Einleitung des Substrats ein Zuführungssystem benötigt, das mit dem kontinuierlichen Analysator in direkter Verbindung steht. Dadurch werden die Einrichtung und die Reaktionsausführung unvermeidlich komplex. Falls in Reaktionen dieser Art ein grosser Überschuss eines En-15 zyms eingesetzt und die Verbrauchsgeschwindigkeit des Substrats in der Reaktion höher gemacht wird als die Mischgeschwindigkeit des Substrats mit Wasser, kann die Reaktion natürlich bei einer wesentlich niedrigeren Substratkonzentration als der Inhibierungskonzentration ausgeführt wer-20 den. Da jedoch der Mengenanteil des in der Reaktion verbrauchten Enzyms in der Praxis sehr hoch liegt, ist ein derartiges Vorgehen industriell bedeutungslos. Enzyme is lowered (the inhibition concentration) to allow the reaction to proceed smoothly even if the substrate is completely soluble in the liquid containing the enzyme. In order to industrialize reactions of this type, a continuous analyzer for the continuous analysis of the substrate concentration during the reaction must be developed in order to keep the concentration of the substrate in the enzyme-containing liquid below the inhibition concentration. In addition, a feed system is required for the continuous introduction of the substrate, which is directly connected to the continuous analyzer. This inevitably makes the setup and reaction execution complex. If a large excess of an enzyme is used in reactions of this type and the rate of consumption of the substrate in the reaction is made higher than the mixing rate of the substrate with water, the reaction can of course be carried out at a significantly lower substrate concentration than the inhibition concentration . However, since the proportion of the enzyme consumed in the reaction is very high in practice, such a procedure is of no industrial significance.
Aus Indol durch eine Enzym- bzw. Fermentationsreaktion hergestelltes Tryptophan sollte zweckmässig von unre-25 agiertem Indol frei sein, wenn es in Arzneimitteln oder Futtermittelzusätzen zum Einsatz gelangt, da das unreagierte Indol einen unangenehmen Eigengeruch freisetzt. Tryptophan produced from indole by an enzyme or fermentation reaction should expediently be free of unreacted indole if it is used in medicines or feed additives, since the unreacted indole releases an unpleasant odor.
Bisher was als Methode zur Entfernung des unreagierten Indols aus der Reaktionslösung bei der Herstellung von L-30 Tryptophan aus Indol durch eine Enzymreaktion Dampfdestillation bekannt, wie in der JP-AS 800/1982 bekannt. Da jedoch der Dampfdruck von Indol niedriger ist als derjenige von Wasser, wird zur Entfernung von Indol durch Destillation eine grosse Dampfmenge benötigt. Dies erhöht die 35 Energiekosten und eine derartige Methode ist kommerziell nicht zu verantworten. Es besteht daher ein starker Wunsch zur Lösung dieses Problems. So far what has been known as a method for removing the unreacted indole from the reaction solution in the production of L-30 tryptophan from indole by an enzyme reaction steam distillation, as is known in JP-AS 800/1982. However, since the vapor pressure of indole is lower than that of water, a large amount of vapor is required to remove indole by distillation. This increases the energy costs and such a method is not commercially viable. There is therefore a strong desire to solve this problem.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, um die Herabsetzung der Aktivi-40 tät eines Enzyms durch ein Substrat in einer Enzymreaktion in wässriger Phase zu verhindern. It is an object of the present invention to provide an improved method for preventing the activity of an enzyme from being reduced by a substrate in an enzyme reaction in the aqueous phase.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe, im Patentanspruch definierte Verfahren gelöst. This object is achieved by the method according to the invention and defined in the patent claim.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet die folgenden 45 Ausführungsformen: The method according to the invention offers the following 45 embodiments:
(A) Ein Verfahren, das die Ausführung einer Enzymreaktion unter Verwendung von Indol als ein Substrat in einer wässrigen Phase in Gegenwart eines organischen, mit Wasser nicht jedoch mit Indol mischbaren Lösungsmittels umfasst, (A) A method which comprises performing an enzyme reaction using indole as a substrate in an aqueous phase in the presence of an organic but water-immiscible solvent,
so wobei das organische Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch zurückgewonnen und das Enzym entfernt wird, das unreagierte Indol aus der erhaltenen wässrigen Lösung von L-Tryptophan mit dem zurückgewonnenen organischen Lösungsmittel extrahiert und der Extrakt in der Reaktion wie-55 derverwendet wird; und so that the organic solvent is recovered from the reaction mixture and the enzyme is removed, the unreacted indole is extracted from the obtained aqueous solution of L-tryptophan with the recovered organic solvent and the extract is reused in the reaction; and
(B) eine Methode, die eine Enzymreaktion unter Verwendung von Indol als ein Substrat in einer wässrigen Lösung in Gegenwart eines organischen, mit Wasser nicht jedoch mit Indol mischbaren Lösungsmittels umfasst, wobei das unre- (B) a method which comprises an enzyme reaction using indole as a substrate in an aqueous solution in the presence of an organic solvent which is not miscible with water but with indole.
6o agierte Indol als organische Lösungsmittelschicht aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird. 6o acted indole is separated from the reaction mixture as an organic solvent layer.
Das Grundprinzip dieser Erfindung besteht darin, dass die Konzentration eines Substrats in einer wässrigen Phase unterhalb einer bestimmten, festgelegten Konzentration in «s Übereinstimmung mit dem Verteilungsverhältnis des Substrats zwischen einer organischen Lösungsmittelphase, in welcher das Substrat gelöst ist, und der wässrigen Phase gehalten wird. The basic principle of this invention is that the concentration of a substrate in an aqueous phase is kept below a certain fixed concentration in accordance with the distribution ratio of the substrate between an organic solvent phase in which the substrate is dissolved and the aqueous phase.
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Im allgemeinen muss in einer Reaktion, in welcher die Aktivität eines Enzyms durch ein Substrat vermindert wird, die Konzentration des Substrats in einer wässrigen Phase stets niedrig gehalten werden, wobei für diesen Zweck eine Methode zum Einsatz gelangt, in welcher das Substrat auf irgendeine Art dem das Enzym enthaltenden Reaktionssystem entweder kontinuierlich oder ansatzweise in kleinen Anteilen zugesetzt wird. Diese Methode verlangt jedoch für die Kontrolle der Reaktion einen komplexen Betrieb und eine komplizierte Apparatur, sodass bei Zugabe des Substrats zum Reaktionssystem dessen Konzentration in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit niedrig gehalten wird. In general, in a reaction in which the activity of an enzyme is reduced by a substrate, the concentration of the substrate in an aqueous phase must always be kept low, for which purpose a method is used in which the substrate somehow matches the the enzyme-containing reaction system is added either continuously or in small batches. However, this method requires complex operation and equipment to control the reaction, so that when the substrate is added to the reaction system, its concentration in the enzyme-containing liquid is kept low.
Im Gegensatz dazu wird im erfindungsgemässen Verfahren einer Enzym enthaltenden Flüssigkeit ein organisches, mit Wasser nicht jedoch mit einem Substrat mischbares Lösungsmittel zugesetzt, um das Substrat in der organischen Lösungsmittelphase fast vollständig zu lösen. Als Resultat kann die Konzentration des Substrats in der wässrigen Phase in Übereinstimmung mit dem VerteilungsVerhältnis des Substrats zwischen der organischen Lösungsmittelphase und der wässrigen Phase wesentlich unterhalb der Inhibitionskonzentration gehalten werden. Zu diesem Zeitpunkt spielt es keine Rolle, ob das Reaktionsprodukt in der organischen Lösungsmittelphase oder der Enzym enthaltenden Phase gelöst oder ausgefällt wird. In contrast to this, in the process according to the invention, an organic solvent which is not miscible with water but is not miscible with a substrate is added to an enzyme-containing liquid in order to almost completely dissolve the substrate in the organic solvent phase. As a result, the concentration of the substrate in the aqueous phase can be kept substantially below the inhibition concentration in accordance with the distribution ratio of the substrate between the organic solvent phase and the aqueous phase. At this point, it does not matter whether the reaction product is dissolved or precipitated in the organic solvent phase or the enzyme-containing phase.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Substrat in der Enzym enthaltenden Flüssigkeitsphase in Übereinstimmung mit dem Verteilungsverhältnis des Substrats zwischen den beiden Phasen bei fortschreitender Reaktion und Verbrauch des Substrats kontinuierlich aus der organischen Lösungsmittelphase zugeführt. Das organische Lösungsmittel für das Lösen des Substrats kann in einem Guss oder in Unterbrüchen oder kontinuierlich zugesetzt werden, vorausgesetzt, dass die Konzentration des Substrats in der wässrigen Phase unterhalb der Inhibitionskonzentration gehalten werden kann. Nötigenfalls kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats durch Veränderung der Kontaktfläche zwischen oder organischen und der wässrigen Phase verändert werden, beispielsweise durch Rühren. According to the method according to the invention, the substrate in the liquid phase containing the enzyme is continuously fed from the organic solvent phase in accordance with the distribution ratio of the substrate between the two phases as the reaction and consumption of the substrate progress. The organic solvent for dissolving the substrate can be added in one pour or in interruptions or continuously, provided that the concentration of the substrate in the aqueous phase can be kept below the inhibition concentration. If necessary, the movement speed of the substrate can be changed by changing the contact area between or organic and the aqueous phase, for example by stirring.
Im erfindungsgemässen Verfahren können Enzyme einzeln oder in Form eines Gemischs von zwei oder mehreren eingesetzt werden, wovon jedoch mindestens eines von der Art sein sollte, dessen Aktivität durch ein Substrat vermindert wird, wenn es in einer nach konventioneller Methode ausgeführten Enzymreaktion verwendet wird. In the method according to the invention, enzymes can be used individually or in the form of a mixture of two or more, of which at least one should be of the type whose activity is reduced by a substrate when it is used in an enzyme reaction carried out according to a conventional method.
Die im erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Enzyme müssen nicht stets rein und können roh sein. Beispielsweise können die Enzyme durch Zentrifugation aus einer Kulturbrühe eines Enzym produzierenden Mikroorganismus gewonnene Enzyme in Form von lebenden Zellen oder dgl., und durch Einfrieren oder Trocknen der lebenden Zellen erhalten sein; oder weiterverarbeitete Produkte davon, beispielsweise durch Mahlen, Eigenverdauung, Ultraschallbehandlung, Extraktion der Zellen und aus den Extrakten gewonnene Enzyme. The enzymes used in the process according to the invention do not always have to be pure and can be crude. For example, the enzymes may be obtained by centrifugation of enzymes obtained from a culture broth of an enzyme producing microorganism in the form of living cells or the like, and by freezing or drying the living cells; or further processed products thereof, for example by grinding, self-digestion, ultrasound treatment, extraction of the cells and enzymes obtained from the extracts.
Das im erfindungsgemässen Verfahren verwendete organische Lösungsmittel ist mit Substraten, mit Wasser jedoch nicht mischbar. In der Praxis ist es notwendig, in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Enzymen diejenigen organischen Lösungsmittel auszuwählen, welche die Aktivität des jeweiligen Enzyms unter den Reaktionsbedingungen nicht vermindern. The organic solvent used in the process according to the invention is immiscible with substrates, but not with water. In practice it is necessary, depending on the enzymes used in each case, to select those organic solvents which do not reduce the activity of the particular enzyme under the reaction conditions.
Ein für ein bestimmtes Substrat und Enzym brauchbares organisches Lösungsmittel wird ausgewählt und dessen Mengenanteil bestimmt, wie nachstehend beschrieben. Spezifisch werden ein Enzym und ein zu reagierendes Substrat gewählt und die Inhibitionskonzentration des Substrats in einer Enzym enthaltenden Flüssigkeit unter den Reaktionsbedingungen wird gemessen. Dann wird das Verteilungsverhältnis des Substrats zwischen der Enzym enthaltenden Flüssigkeit und dem organischen Lösungsmittel bestimmt und die Konzentration des Substrats im organischen Lösungsmittel vorgeschrieben, die niedriger ist als die vorstehend gemessene Inhibitionskonzentration. An organic solvent useful for a particular substrate and enzyme is selected and the amount thereof is determined as described below. Specifically, an enzyme and a substrate to be reacted are selected, and the inhibition concentration of the substrate in an enzyme-containing liquid under the reaction conditions is measured. Then the distribution ratio of the substrate between the enzyme-containing liquid and the organic solvent is determined and the concentration of the substrate in the organic solvent is prescribed which is lower than the inhibition concentration measured above.
Sobald einmal die Konzentration des Substrats in dem in der Reaktion zu verwendenden organischen Lösungsmittel wie vorstehend beschrieben bestimmt ist, können die Mengenanteile der Enzym enthaltenden Flüssigkeit und des verwendeten organischen Lösungsmittels aus dem Mengenanteil des verwendeten Substrats in Abhängigkeit von der Konzentration des erwünschten, im Reaktionsgemisch angesammelten Reaktionsproduktes bestimmt werden. Once the concentration of the substrate in the organic solvent to be used in the reaction is determined as described above, the amounts of the enzyme-containing liquid and the organic solvent used can be determined from the amount of the substrate used depending on the concentration of the desired one accumulated in the reaction mixture Reaction product can be determined.
Solange also die Konzentration des Substrats in der Enzym enthaltenden Flüssigkeit niedriger gehalten werden kann als die Inhibitionskonzentration, kann das organische Lösungsmittel frei gewählt und dessen Mengenanteil frei bestimmt werden. As long as the concentration of the substrate in the enzyme-containing liquid can be kept lower than the inhibition concentration, the organic solvent can be chosen freely and its proportion can be freely determined.
Im nachstehenden wird das erfindungsgemässe Verfahren unter Bezugnahme auf die Herstellung von L-Tryptophan unter Verwendung von Indol und L- oder DL-Serin als Substrate beispielsweise erläutert. Da bei der Herstellung von L-Tryptophan aus Indol und L-Serin unter Einsatz von Tryp-tophan-Synthetase, Indol die Aktivität von Tryptophan-Synthetase vermindert, muss die Reaktion unter Einhaltung einer niedrigen Konzentration von Indol in Wasser ausgeführt werden. Für diesen Zweck wurden nicht-ionische oberflächenaktive Mittel oder Adsorptionsharze verwendet, wie von Behrendt in «The First European Congress in Biotech-nology», 2/186-189, 1978, beschrieben. Die Reaktion in Gegenwart eines nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittels unterscheidet sich jedoch im Mechanismus von der Reaktion nach dem erfindungsgemässen Verfahren, die zur Hauptsache zwischen zwei Phasen erfolgt, da Indol unter dem Ein-fluss des oberflächenaktiven Mittels in der wässrigen Phase in Form einer Micelle vorliegt. Ausserdem ist diese Methode kommerziell nicht ausführbar, da es schwierig ist, das oberflächenaktive Mittel nach der Reaktion vom Reaktionsprodukt abzutrennen. Die Methode unter Verwendung eines Adsorptionsharzes ist industriell nachteilig, da bei gewissen Adsorptionsharzen von diesen adsorbiertes Indol nicht vollständig abgetrennt werden kann oder das Reaktionsprodukt zur Adsorption auf diesem Harz neigt. In the following the method according to the invention is explained for example with reference to the production of L-tryptophan using indole and L- or DL-serine as substrates. Since in the production of L-tryptophan from indole and L-serine using tryp-tophan synthetase, indole reduces the activity of tryptophan synthetase, the reaction must be carried out while maintaining a low concentration of indole in water. For this purpose, non-ionic surfactants or adsorption resins have been used, as described by Behrendt in "The First European Congress in Biotechnology", 2 / 186-189, 1978. However, the reaction in the presence of a non-ionic surfactant differs in mechanism from the reaction according to the process according to the invention, which mainly takes place between two phases, since indole is present in the form of a micelle in the aqueous phase under the influence of the surfactant . In addition, this method is not commercially viable because it is difficult to separate the surfactant from the reaction product after the reaction. The method using an adsorption resin is industrially disadvantageous because, with certain adsorption resins, indole adsorbed from them cannot be completely separated or the reaction product tends to adsorb onto this resin.
Wenn im Gegensatz dazu eine Lösung von Indol in einem organischen Lösungsmittel einer Serin- und das Enzym enthaltenden wässrigen Lösung zugesetzt und die Reaktion in zwei Phasen ausgeführt wird, kann die Konzentration des in der wässrigen Phase gelösten Indols niedrig gehalten werden und Indol wird in Abhängigkeit von dessen Verbrauch durch die Reaktion automatisch aus der organischen Lösungsmittelphase zugeführt. Die Reaktion verläuft somit glatt. In contrast, when a solution of indole in an organic solvent is added to an aqueous solution containing serine and the enzyme and the reaction is carried out in two phases, the concentration of the indole dissolved in the aqueous phase can be kept low and indole becomes dependent on its consumption is automatically fed from the organic solvent phase by the reaction. The reaction is smooth.
In einer einen Stamm einer Mutante von Escherichia coli enthaltenden Flüssigkeit beträgt die Inhibitionskonzentration von Indol etwa 800 ppm. Organische Lösungsmittel, welche Indol in der wässrigen Phase in niedrigerer als der Inhibitionskonzentration verteilen, sind beispielsweise Toluol, Chlorbenzol, Ethylcitrat, Methylisobutylketon und Anisol. Wenn beispielsweise eine 20 gew.-%ige Lösung von Indol in Toluol verwendet wird, löst sich Indol in einer einen Stamm einer Mutante von Escherichia coli enthaltenden Flüssigkeit in einer Konzentration von weniger als 720 ppm und die Reaktion kann unter Einhaltung einer niedrigeren als der vorstehend genannten Inhibitionskonzentration von Indol ausgeführt werden. Die Konzentration von Indol in einer Enzym enthaltenden Flüssigkeit unter Reaktionsbedingungen kann niedriger als 800 ppm gehalten werden, wenn die Kon- In a liquid containing a strain of a mutant of Escherichia coli, the inhibition concentration of indole is about 800 ppm. Organic solvents which distribute indole in the aqueous phase at a lower concentration than the inhibition are, for example, toluene, chlorobenzene, ethyl citrate, methyl isobutyl ketone and anisole. For example, if a 20% by weight solution of indole in toluene is used, indole dissolves in a liquid containing a strain of a mutant of Escherichia coli at a concentration of less than 720 ppm and the reaction can be carried out while maintaining a lower than that above mentioned inhibition concentration of indole. The concentration of indole in an enzyme-containing liquid under reaction conditions can be kept below 800 ppm if the con-
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zentration von Indol in anderen Lösungsmitteln bei Ethylci- die Grenzfläche zwischen der wässrigen und der organischen trat 40 Gew.-%, bei Methylisobutylketon 50 Gew.-%, bei Lösungsmittelphase undeutlich und es ist oft schwierig, das Anisol 30 Gew.-% bzw. bei Monochlorbenzol 20 Gew.-% organische Lösungsmittel, in welchem das unreagierte extrabeträgt. hierte Indol gelöst ist, abzutrennen. Um diese Erscheinung Nach einer typischen Ausführungsform des erfindungsge- 5 zu vermeiden, ist es üblich, an erster Stelle das organische mässen Verfahrens kann L-Tryptophan hergestellt werden Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch zurückzugewin-durch Kultivierung eines Stamms einer Mutante von Esche- nen. Dies kann beispielsweise durch übliche Destillation aus-richia coli, indem ein für Tryptophanase unzulänglicher geführt werden. Danach kann das im Reaktionsgemisch, aus Stamm einer Mutante von L-Tryptophan benötigenden welchem das organische Lösungsmittel entfernt wurde, entEscherichia coli, eine Kohlenstoff-, eine Stickstoffquelle und 10 haltene Enzym entfernt werden. concentration of indole in other solvents with ethylci- the interface between the aqueous and the organic occurred 40% by weight, with methyl isobutyl ketone 50% by weight, with the solvent phase indistinct and it is often difficult to isolate the anisole 30% by weight or in the case of monochlorobenzene, 20% by weight of organic solvents in which the unreacted is extra. indole is dissolved to separate. In order to avoid this phenomenon, according to a typical embodiment of the invention, it is customary, in the first place the organic method, L-tryptophan can be prepared to recover solvent from the reaction mixture by cultivating a strain of a mutant ash tree. This can be done, for example, by customary distillation from richia coli, in that one is inadequate for tryptophanase. Thereafter, entEscherichia coli, a source of carbon, nitrogen and 10, can be removed from the reaction mixture, which requires a mutant of L-tryptophan and which has removed the organic solvent.
anorganische Salze enthaltendes Kulturmedium bei 28-40 °C Es gibt keine besondere Einschränkung der Art der Ent-und einem pH-Wert von 6-8 aeroben Bedingungen unterzo- fernung des in der Reaktion verwendeten Enzyms aus dem gen wird, die mikrobiellen Zellen entweder wie in der Kul- Reaktionsgemisch. Eine industriell wirksame Methode um-turbrühe oder nach Abtrennung aus dem Kulturmedium in fasst Zugabe eines Mineralöls zum Reaktionsgemisch, aus einer Pyridoxalphosphat, L-Serin und anorganisches Mate- 15 welchem das organische Lösungsmittel entfernt wurde, wo-rial enthaltenden Lösung suspendiert werden, dann eine Lö- bei der pH-Wert des Reaktionsgemischs auf 2-5 gestellt sung von Indol in einem mit Indol jedoch nicht mit Wasser wird, soweit benötigt Erwärmung des Reaktionsgemischs mischbaren Lösungsmittel bei einem pH-Wert von 7,5-9,5, zur Förderung der Ausflockung des Enzyms und Entfernung vorzugsweise 8-9, in einem Guss oder kontinuierlich zugege- des ausgeflockten Enzyms, beispielsweise durch Filtration, ben und die Reaktion bei 20-40 °C ausgeführt wird. 20 Nötigenfalls kann das Reaktionsgemisch nach Entfer- culture medium containing inorganic salts at 28-40 ° C. There is no particular restriction on the nature of the removal and a pH of 6-8 aerobic conditions with the enzyme used in the reaction being separated from the gene that the microbial cells either like in the Kul reaction mixture. An industrially effective method, such as a broth or after separation from the culture medium, includes adding a mineral oil to the reaction mixture, a pyridoxal phosphate, L-serine and inorganic mate- ry which has had the organic solvent removed and the solution containing the suspension suspended, then one Solve the pH of the reaction mixture at 2-5 solution of indole in an indole but not with water, if necessary heating the reaction mixture miscible solvent at a pH of 7.5-9.5 to promote flocculation of the enzyme and removal preferably 8-9, in one pour or continuously added flocculated enzyme, for example by filtration, and the reaction is carried out at 20-40 ° C. 20 If necessary, the reaction mixture after removal
Zu diesem Zeitpunkt verwendbare organische Lösungs- nung des Enzyms konzentriert werden. Zur wirksamen Exmittel sind beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe traktion und Abtrennung des unreagierten Indols aus dem und deren Derivate, wie Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Nitro- Reaktionsgemisch wird es bevorzugt, L-Tryptophan ohne benzol, Acetophenon; aliphatische Ester mit mindestens 6 dessen Ausfallung in Form von Kristallen in gelöstem Zu-C-Atomen, wie n-Butylacetat, Isoamylacetat, Ethylbutyrat, 25 stand zu erhalten. Wenn L-Tryptophan aus wässriger Lö-Isobutylacetat; aliphatische Ketone mit mindestens 6 C-Ato- sung kristallisiert wird, schliesst dies das unreagierte Indol men, wie Methylisobutylketon, Diisobutylketon, Diisopro- mit einer ähnlichen Molekülstruktur und auf Grund dessen pylketon, Methyl-n-amylketon, Di-n-propylketon; Zitronen- gleichzeitiger Kristallisation ein. Aus diesem Grund sollte in säureester, wie Acetyltriethylcitrat, Acetyltributylcitrat, Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur die Konzen- Organic solution of the enzyme that can be used at this time are concentrated. For example, aromatic hydrocarbon traction and separation of the unreacted indole from the and their derivatives, such as benzene, toluene, chlorobenzene, nitro reaction mixture, it is preferred to use L-tryptophan without benzene, acetophenone; aliphatic esters with at least 6 whose precipitation in the form of crystals in dissolved carbon atoms, such as n-butyl acetate, isoamyl acetate, ethyl butyrate, 25 were obtained. If L-tryptophan from aqueous Lö isobutyl acetate; If aliphatic ketones are crystallized with at least 6 carbon atoms, this includes the unreacted indole, such as methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, diisopro with a similar molecular structure and, due to this, pyl ketone, methyl n-amyl ketone, di-n-propyl ketone; Lemon simultaneous crystallization. For this reason, in acid esters such as acetyl triethyl citrate, acetyl tributyl citrate, the concentration should be
Triethylcitrat, Tributylcitrat; Weinsäureester; Apfelsäure- 30 tration des durch das organische Lösungsmittel zu extrahie-ester; Ether, wie Anisol. renden Reaktionsgemischs so eingestellt werden, dass das L- Triethyl citrate, tributyl citrate; Tartaric acid esters; Malic acid 30 extraction of the organic solvent to extract ester; Ethers, such as anisole. of the reaction mixture so that the L-
Der eingesetzte Mengenanteil an organischem Lösungs- Tryptophan in gelöstem Zustand verbleibt. The amount of organic solution tryptophan used remains in the dissolved state.
mittel variiert in Abhängigkeit von dessen Art, da er be- Das unreagierte Indol wird aus dem Reaktionsgemisch, medium varies depending on its type, since it is the unreacted indole is from the reaction mixture,
stimmt wird durch das Verteilungsverhältnis von Indol zwi- aus welchem das Enzym entfernt wurde, mittels eines organischen einer Enzym enthaltenden Flüssigkeitsphase und einer 35 sehen Lösungsmittels extrahiert. Das organische Lösungsorganischen Phase unter den Reaktionsbedingungen und der mittel kann zweckmässig aus denjenigen ausgewählt werden, eingesetzten Menge Indol. Üblicherweise wird er solcherart die in der Reaktion verwendet werden. Üblicherweise wird bestimmt, dass die Konzentration von Indol in der Enzym das gleiche organische Lösungsmittel verwendet, wie in der enthaltenden Flüssigkeit weniger als 800 ppm beträgt, indu- Reaktion, sodass das aus der Reaktion zurückgewonnene or-striell bevorzugt weniger als 750 ppm. 40 ganische Lösungsmittel für diesen Zweck eingesetzt werden is determined by the distribution ratio of indole between which the enzyme has been removed, extracted using an organic liquid phase containing an enzyme and a solvent. The organic organic solvent phase under the reaction conditions and the medium can be appropriately selected from the amount of indole used. Usually it will be used in the reaction. Usually, it is determined that the concentration of indole in the enzyme uses the same organic solvent as that in the containing liquid is less than 800 ppm, indu reaction, so that the ortrially recovered from the reaction is preferably less than 750 ppm. 40 ganic solvents can be used for this purpose
Das Reaktionsprodukt L-Tryptophan fallt in der Enzym kann. Das Lösungsmittel braucht jedoch nicht das gleiche zu enthaltenden Flüssigkeit in Form von Kristallen aus. Unter sein wie dasjenige, das in der Reaktion verwendet wurde und den eingesetzten Reaktionsbedingungen beeinträchtigen die- es kann ein beliebiges der für die Tryptophan produzierende se Kristalle den Verlauf der Reaktion in keiner Weise. In der Reaktion bzw. die Extraktion wirksamen Lösungsmittel ausvorstehend beschriebenen Methode kann als Substrat DL- 45 gewählt werden. The reaction product L-tryptophan falls in the enzyme can. However, the solvent does not need to use the same liquid to be contained in the form of crystals. Under the one used in the reaction and the reaction conditions used, any one of the crystals producing the tryptophan cannot affect the course of the reaction in any way. Solvents which are effective in the reaction or extraction from the method described above can be chosen as the substrate DL-45.
Serin verwendet werden. In diesem Fall kann unter Verwen- Die vorstehend beschriebene Rückgewinnungsmethode dung von kultivierten Zellen von Pseudomonas putida ist besonders nützlich bei der Herstellung von L-Tryptophan Serine can be used. In this case, the method of recovering cultured cells from Pseudomonas putida described above is particularly useful in the production of L-tryptophan
(MT-10 182) oder Pseudomonas punctata (MT-10 243) als durch eine Enzymreaktion unter Verwendung von Indol als Serin-Racemase, L-Tryptophan in hoher Ausbeute ohne ein Substrat, da das zurückgewonnene Indol wiederverwen-Verminderung der Aktivität des Enzyms durch das organi- so det werden kann. Im allgemeinen wird das Enzym etc., das sehe Lösungsmittel erhalten werden. in der Reaktion zur Herstellung von L-Tryptophan durch ei- (MT-10 182) or Pseudomonas punctata (MT-10 243) as by an enzyme reaction using indole as serine racemase, L-tryptophan in high yield without a substrate since the recovered indole reuse-reducing the activity of the enzyme by that can be organized. In general, the enzyme, etc., see solvent will be obtained. in the reaction to produce L-tryptophan by a
Es ist von hoher kommerzieller Bedeutung, dass L-Tryp- ne Enzymreaktion verwendet wird, aus dem Reaktionsge-tophan ohne jegliches Problem aus chemisch synthetisiertem misch durch eine allgemeine Methode entfernt und dann das DL-Serin und Indol in Gegenwart von zwei Arten von Enzy- L-Tryptophan isoliert. Bei der Verwendung der zurückge-men unter Verwendung leicht erhältlicher organischer Lö- 55 wonnenen, das unreagierte Material enthaltenden Lösung als sungsmittel hergestellt werden kann. solche, wird oft die Aktivität des Enzyms inhibiert, was in It is of great commercial importance that L-Trypne's enzyme reaction is used, from which reaction geophane is removed from chemically synthesized mix by any method without any problem, and then the DL-serine and indole in the presence of two types of enzyme. L-tryptophan isolated. With the use of the returned, readily available organic solvent containing 55 the unreacted material as a solvent can be prepared. such, the activity of the enzyme is often inhibited, which in
Das nach dem vorstehend beschriebenen Vorgehen er- der industriellen Herstellung zu ernsthaften Problemen führt, haltene Reaktionsgemisch enthält das resultierende L-Tryp- Wenn jedoch das unreagierte Indol nach der vorstehend be-tophan, das unreagierte Rohmaterial, das organische Lö- schriebenen Rückgewinnungsmethode mit dem organischen sungsmittel, das Enzym, etc.. Vorzugsweise wird dieses Re- «o Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch extrahiert wird, aktionsgemisch nach einer der vorstehend unter (A) bzw. (B) kann der Gehalt an Indol in den L-Tryptophankristallen beschriebenen Ausführungsformen behandelt. vermindert werden und das mit dem organischen Lösungs- The reaction mixture which leads to serious problems after the above-described procedure for industrial production contains the resulting L-tryp. However, if the unreacted indole according to the above be-tophan, the unreacted raw material, the organic recovery method using the organic method solvent, the enzyme, etc. Preferably, this solvent is extracted from the reaction mixture, action mixture according to one of the embodiments described under (A) or (B), the content of indole in the L-tryptophan crystals can be treated. be reduced and that with the organic solution
Nach der Ausführungsform (A) wird die nachstehende mittel extrahierte Indol in Form der erhaltenen Lösungsmit-Gewinnungsmethode angewendet: Zuerst wird das organi- tellösung in der nächsten Reaktion ohne Isolation des extra-sche Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch zurückge- 65 hierten Indols aus der Lösung wiederverwendet werden, wo-wonnen und das Enzym entfernt. Wenn das Reaktionsge- bei die Reaktion ohne Verminderung der Aktivität des En-misch, in welchem das Enzym und das organische Lösungs- zyms verläuft. According to embodiment (A), the following medium-extracted indole is used in the form of the solvent recovery method obtained: first, the organ solution is reused in the next reaction without isolating the extra-solvent from the reaction mixture be where-won and the enzyme removed. When the reaction mixture is the reaction without reducing the activity of the mixture in which the enzyme and the organic solution enzyme run.
mittel zusammen enthalten sind, heftig gerührt wird, wird Der eingesetzte Mengenanteil an organischem Lösungs- are contained together, is stirred vigorously, the amount of organic solvent used
mittel zur Extraktion des unreagierten Indols variiert in Abhängigkeit vom Yerteilungsverhältnis von Indol zwischen der organischen Lösungsmittelphase und der wässrigen Phase und auch der reaktiven Umsetzung von Indol. Da jedoch Enzyme festgesetzter spezifischer Aktivitäten im Handel erhältlich sind und die Umsetzung der Reaktion konstant ist, kann der für die Extraktion einzusetzende Mengenanteil organischen Lösungsmittels leicht bestimmt werden. Means for extracting the unreacted indole varies depending on the distribution ratio of indole between the organic solvent phase and the aqueous phase and also the reactive reaction of indole. However, since enzymes of specified specific activities are commercially available and the reaction of the reaction is constant, the amount of organic solvent to be used for the extraction can be easily determined.
Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Betriebs der Extraktion des unreagierten Indols und diese kann nach einer konventionellen Methode erfolgen. Im allgemeinen wird dem Reaktionsgemisch nach der Entfernung des Enzyms ein zweckentsprechender Mengenanteil des organischen Lösungsmittels zugesetzt und das Gemisch zur vollständigen Kontaktierung der wässrigen mit der organischen Phase gerührt. Wie bereits erwähnt, wird es bevorzugt, das Reaktionsgemisch in solchem Zustand zu erhalten, dass keine L-Tryptophankristalle ausfallen. Industriell ist es wirksam, die Extraktion in erwärmtem Zustand auszuführen, um die Löslichkeit von L-Tryptophan in Wasser zu erhöhen. Nach gleichmässiger Kontaktierung der beiden Phasen wie vorstehend beschrieben, wird das Gemisch zur Trennung in eine wässrige und eine organische Lösungsmittelphase stehengelassen. Die Extraktion kann ansatzweise ausgeführt werden, wird jedoch industriell kontinuierlich nach einer Ge-genstrom-Extraktionsmethode ausgeführt. There are no particular restrictions on the operation of extracting the unreacted indole, and this can be done by a conventional method. In general, an appropriate proportion of the organic solvent is added to the reaction mixture after removal of the enzyme, and the mixture is stirred to completely contact the aqueous phase with the organic phase. As already mentioned, it is preferred to maintain the reaction mixture in such a state that no L-tryptophan crystals precipitate out. It is industrially effective to carry out the extraction in a heated state in order to increase the solubility of L-tryptophan in water. After uniform contacting of the two phases as described above, the mixture is left to separate into an aqueous and an organic solvent phase. The extraction can be carried out batchwise, but is carried out industrially continuously according to a countercurrent extraction method.
Das das extrahierte, unreagierte Indol enthaltende organische Lösungsmittel wird in der folgenden Reaktion wieder verwendet, nachdem nötigenfalls frisches Lösungsmittel oder frisches Indol zugesetzt oder anderes Lösungsmittel beigemischt wurde. The organic solvent containing the extracted, unreacted indole is reused in the following reaction after adding fresh solvent or fresh indole, if necessary, or adding other solvent.
Diese Methode ist von grosser industrieller Bedeutung, da das unreagierte Indol wirksam zurückgewonnen werden kann, selbst wenn die Umsetzung von Indol durch Fluktuierung der Dichte des Enzyms, die bei Enzymreaktionen oft vorkommt, variiert. Ausserdam kann, selbst wenn das extrahierte und rückgewonnene Indol als solches wiederverwendet wird, die Reaktion ohne Verminderung der Aktivität des Enzyms ausgeführt werden. This method is of great industrial importance because the unreacted indole can be recovered effectively, even if the conversion of indole varies by fluctuating the density of the enzyme, which often occurs in enzyme reactions. In addition, even if the extracted and recovered indole is reused as such, the reaction can be carried out without reducing the activity of the enzyme.
Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Rückgewinnungsmethode kann das unreagierte Indol wirksam extrahiert und rückgewonnen werden, auch aus einem nach konventioneller Methode erhaltenen, L-Tryptophan enthaltenden Reaktionsgemisch. Using the recovery method described above, the unreacted indole can be extracted and recovered efficiently, even from a reaction mixture containing L-tryptophan obtained by the conventional method.
Nach der Ausführungsform (B) wird das das resultierende L-Tryptophan, unreagiertes Material, organisches Lösungsmittel und Enzym enthaltende Reaktionsgemisch zuerst in eine organische Lösungsmittelphase und eine wässrige Phase aufgetrennt. Die unreagiertes Material enthaltende organische Lösungsmittelphase wird rückgewonnen. Dann wird aus der wässrigen Phase, d.h. dem L-Tryptophan enthaltenden Reaktionsgemisch, zur Gewinnung von L-Tryptophan das Enzym entfernt. Wenn Enzym und organisches Lösungsmittel zusammen im Reaktionsgemisch vorliegen, wird die Grenzfläche zwischen der wässrigen und der organischen Lösungsmittelphase oft undeutlich und deren Trennung kann schwierig werden. In einem solchen Fall kann die Trennung nach einer bekannten Methode erfolgen, beispielsweise durch Behandlung des Reaktionsgemischs in einem Zentrifugalseparator. Wiederholung der Extraktion und Trennung unter Einsatz des verwendeten organischen Lösungsmittels erhöht die Wirkung der Entfernung von Indol. According to embodiment (B), the reaction mixture containing the resulting L-tryptophan, unreacted material, organic solvent and enzyme is first separated into an organic solvent phase and an aqueous phase. The organic solvent phase containing unreacted material is recovered. Then the aqueous phase, i.e. the reaction mixture containing L-tryptophan, the enzyme is removed to obtain L-tryptophan. If enzyme and organic solvent are present together in the reaction mixture, the interface between the aqueous and organic solvent phases often becomes indistinct and their separation can be difficult. In such a case, the separation can be carried out by a known method, for example by treating the reaction mixture in a centrifugal separator. Repetition of extraction and separation using the organic solvent used increases the effect of indole removal.
Beim Trennvorgang kann das L-Tryptophan in der wässrigen Lösung in kristalliner Form ausfallen, wobei jedoch die Wirkung der Extraktion des unreagierten Indols in gelöstem Zustand besser ist. During the separation process, the L-tryptophan can precipitate in crystalline form in the aqueous solution, but the effect of the extraction of the unreacted indole in the dissolved state is better.
Zweckmässig liegt die Temperatur zum Zeitpunkt der Trennung unterhalb des Siedepunktes des organischen Lö659 824 The temperature at the time of separation is expediently below the boiling point of the organic Lö659 824
sungsmittels und falls Wasser und organisches Lösungsmittel ein Azeotrop bilden, unterhalb dessen Siedepunkt. Die abgetrennte und rückgewonnene Indollösung kann ohne jegliche Probleme direkt in der nächstfolgenden Reaktion wiederverwendet werden. solvent and if water and organic solvent form an azeotrope below its boiling point. The separated and recovered indole solution can be reused directly in the next reaction without any problems.
Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Methode der Entfernung des Enzyms aus dem Reaktionsgemisch nach der Abtrennung der das unreagierte Indol enthaltenden organischen Lösungsmittelphase. Eine industriell wirksame Entfernungsmethode umfasst Zugabe einer Mineralsäure zum nach der Entfernung der organischen Lösungsmittelphase verbliebenen Reaktionsgemisch, um den pH-Wert des Gemischs auf 2-5 zu stellen, Erwärmung soweit als nötig zur Anregung der Ausflockung des Enzyms und Entfernung der ausgeflockten Masse, beispielsweise durch Filtration. Durch Konzentration des solchermassen vom Enzym befreiten Reaktionsgemischs kann L-Tryptophan erhalten werden. There is no particular restriction on the method of removing the enzyme from the reaction mixture after separating the organic solvent phase containing the unreacted indole. An industrially effective removal method comprises adding a mineral acid to the reaction mixture remaining after the removal of the organic solvent phase in order to adjust the pH of the mixture to 2-5, heating as far as necessary to stimulate the flocculation of the enzyme and removing the flocculated mass, for example by Filtration. L-tryptophan can be obtained by concentrating the reaction mixture thus freed from the enzyme.
In der vorstehend beschriebenen Methode wandert das unreagierte Indol im Reaktionsgemisch wirksam in das organische Lösungsmittel. Das das unreagierte Indol enthaltende organische Lösungsmittel kann in der nächstfolgenden Reaktion eingesetzt werden, nachdem nötigenfalls frisches Lösungsmittel oder ein Gemisch davon mit frischem Indol zugesetzt wurde. In the method described above, the unreacted indole in the reaction mixture effectively migrates into the organic solvent. The organic solvent containing the unreacted indole can be used in the next reaction after fresh solvent or a mixture thereof with fresh indole has been added, if necessary.
Diese Rückgewinnungsmethode ist aus dem gleichen Grund wie in der Ausführungsform (A) besonders nützlich bei der Herstellung von L-Tryptophan durch eine Enzymreaktion unter Verwendung von Indol als ein Substrat. Das erfindungsgemässe Verfahren ist von grosser industrieller Bedeutung, da L-Tryptophan hoher Reinheit und frei von Indol erhalten und das Ausgangsmaterial Indol zurückgewonnen und wiederverwendet werden kann. This recovery method is particularly useful in the production of L-tryptophan by an enzyme reaction using indole as a substrate for the same reason as in the embodiment (A). The process according to the invention is of great industrial importance since L-tryptophan is of high purity and free from indole and the starting material indole can be recovered and reused.
In den nachstehenden Beispielen wird die Erfindung spezifisch erläutert. The invention is specifically explained in the examples below.
Beispiel 1 example 1
In einem 300 ml Kolben mit Rührer wurden 9,27 g L-Se-rin, 3 g Ammoniumsulfat, 10 mg Pyridoxalphosphat und 82,5 g Wasser gefüllt und gut gerührt. Der pH-Wert des Gemisches wurde mit wässriger Ammoniaklösung konz. auf 8,5 gestellt und die Temperatur auf 35 °C erhöht. Dann wurden 3 g eines feuchten Cremekuchens von kultivierten Zellen von Escherichia coli (MT-10 242) enthaltend Tryptophan-Syn-thetase und danach 68,9 g einer Lösung von 6,89 g Indol in 68,9 g Acetyltributyleitrat zugegeben. Die Reaktion wurde während 48 h ausgeführt und das Reaktionsgemisch mit einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid auf ein Gesamtvolumen von 300 ml gestellt, um das resultierende L-Tryptophan vollständig zu lösen. Die Lösung wurde mittels eines Trenntrichters in eine wässrige und eine organische Lösungsmittelphase getrennt. Ein Teil der wässrigen Phase wurde in einem Zentrifugalseparator behandelt, um die mikrobiellen Zellen zu sedimentieren. Die überstehende klare Flüssigkeit wurde gesammelt und die Konzentration von L-Tryptophan durch Flüssigchromatographie bestimmt und die Ausbeute ermittelt. Bezogen auf Indol betrug die Ausbeute 96,5 mol%. 9.27 g of L-Se-rin, 3 g of ammonium sulfate, 10 mg of pyridoxal phosphate and 82.5 g of water were introduced into a 300 ml flask equipped with a stirrer and stirred well. The pH of the mixture was concentrated with aqueous ammonia solution. set to 8.5 and the temperature increased to 35 ° C. Then 3 g of a moist cream cake of cultured cells from Escherichia coli (MT-10 242) containing tryptophan synthetase and then 68.9 g of a solution of 6.89 g of indole in 68.9 g of acetyl tributyl acetate were added. The reaction was carried out for 48 hours and the reaction mixture was made up to a total volume of 300 ml with a 5% by weight aqueous solution of sodium hydroxide to completely dissolve the resulting L-tryptophan. The solution was separated into an aqueous and an organic solvent phase using a separating funnel. Part of the aqueous phase was treated in a centrifugal separator to sediment the microbial cells. The supernatant clear liquid was collected and the concentration of L-tryptophan was determined by liquid chromatography and the yield was determined. The yield was 96.5 mol% based on indole.
Das vorstehend beschriebene Vorgehen wurde mit den Ausnahmen wiederholt, dass der jeweilige Mengenanteil des organischen Lösungsmittels und das Verteilungsverhältnis in der wässrigen Phase variiert wurden, wie in Tabelle 1 angegeben, welche auch die jeweils erhaltenen Resultate enthält. The procedure described above was repeated with the exceptions that the respective proportion of the organic solvent and the distribution ratio in the aqueous phase were varied, as indicated in Table 1, which also contains the results obtained in each case.
Bei vergleichsweiser Wiederholung der vorstehenden Reaktion, jedoch ohne Zugabe des organischen Lösungsmittels, betrug die Konzentration von Indol in der den Mikroorganismus enthaltenden Flüssigkeit 3000 ppm und die Ausbeute an L-Tryptophan 47 mol%. Aus diesem Versuch geht her- When the above reaction was repeated by comparison but without adding the organic solvent, the concentration of indole in the liquid containing the microorganism was 3000 ppm and the yield of L-tryptophan was 47 mol%. From this attempt
5 5
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
659 824 659 824
6 6
vor, dass es für die Herstellung von L-Tryptophan wichtig ist, ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel zuzusetzen und die Konzentration von Indol in der den Mikroorganismus enthaltenden Flüssigkeit niedrig zu halten. Spezifisch wurde bei Ausführung der Reaktion in Wasser ohne Zusatz eines organischen Lösungsmittels die Konzentration von Indol in der wässrigen Phase 3000 ppm und die Ausbeute an L-Tryptophan, bezogen auf Indol, betrug 47 mol%. Im Gegensatz dazu stieg die Ausbeute an L-Tryptophan, wenn als organisches Lösungsmittel Butylcitrat zugegeben und die Konzentration an Indol in der wässrigen Phase bei 790 ppm gehalten wurde, deutlich auf 95 mol%, bezogen auf Indol. Bei Einhaltung einer Konzentration von Indol in der wässrigen Phase von 1070 ppm (höher als 800 ppm), sank die Ausbeute an L-Tryptophan gegenüber derjenigen bei einer Konzentration des Indols von 800 ppm um etwa 10% ab. suggests that it is important for the production of L-tryptophan to add a water-immiscible organic solvent and to keep the concentration of indole in the liquid containing the microorganism low. Specifically, when the reaction was carried out in water without adding an organic solvent, the concentration of indole in the aqueous phase was 3000 ppm and the yield of L-tryptophan based on indole was 47 mol%. In contrast, the yield of L-tryptophan when butyl citrate was added as the organic solvent and the concentration of indole in the aqueous phase was kept at 790 ppm increased significantly to 95 mol%, based on indole. When the concentration of indole in the aqueous phase was 1070 ppm (higher than 800 ppm), the yield of L-tryptophan decreased by about 10% compared to that at a concentration of indole of 800 ppm.
trägt. Wie dargestellt betrug, wenn die Reaktion bei einer In-dolkonzentration von nicht mehr als 720 ppm begonnen wurde, die Ausbeute an L-Tryptophan etwa 90 mol%, sank jedoch auf 82 mol% ab, wenn die Reaktion bei einer Indol-5 konzentration von 920 ppm begonnen wurde. wearing. As shown, when the reaction was started at an indole concentration of not more than 720 ppm, the yield of L-tryptophan was about 90 mol%, but decreased to 82 mol% when the reaction was at an indole-5 concentration 920 ppm was started.
Tabelle 2 Mengenanteil io Toluol, g Table 2 Amount of toluene, g
15 115 57,5 38,3 15 115 57.5 38.3
Konzentration Indol in der Toluol-lösung Gew.-% Concentration of indole in the toluene solution% by weight
10 20 30 10 20 30
Konzentration Indol in der wässrigen Phase zu Beginn der Reaktion, ppm Concentration of indole in the aqueous phase at the start of the reaction, ppm
450 720 920 450 720 920
Ausbeute L-Tryptophan, bezogen auf Indol, mol% Yield L-tryptophan, based on indole, mol%
91.2 91.2
89.3 89.3
82.4 82.4
Tabelle 1 Table 1
Mengen amounts
Konzentra Concentra
Konzentra Concentra
Ausbeute L- Yield L-
anteil tion Indol im tion Indol in Proportion Indole in Indole in
Tryptophan, Tryptophan,
organisches organischen der Enzym ent bezogen auf organic organic based on the enzyme
Lösungs Solution
Lösungs haltenden Flüs Solution-holding rivers
Indol, mol% Indole, mol%
mittel mittel (*1) medium medium (* 1)
sigkeit (*2), liquidity (* 2),
- -
(*D,g (* D, g
Gew.-% % By weight
ppm ppm
68,9 68.9
10 10th
160 160
96,5 96.5
34,45 34.45
20 20th
400 400
96,3 96.3
27,56 27.56
25 25th
520 520
95,8 95.8
22,97 22.97
30 30th
660 660
96,2 96.2
19,69 19.69
35 35
790 790
95,0 95.0
15,31 15.31
45 45
1070 1070
86,3 86.3
-(*3) - (* 3)
- -
3000 3000
47 47
(*1): Acetyltributylcitrat (* 1): Acetyl tributyl citrate
(*2): Im frühen Stadium der Reaktion (* 2): In the early stage of the reaction
(*3): Ohne organisches Lösungsmittel (* 3): Without organic solvent
Beispiel 2 Example 2
6,8 g (Festkörpergehalt 1,7 g) eines feuchten Cremekuchens von Escherichia coli (MT-10 242), enthaltend Trypto-phan-Synthetase, und 3,4 g (Festkörpergehalt 0,85 g) Pseudomona putida (MT-10 182), enthaltend Serin-Racemase, wurden in Wasser suspendiert und das Gesamtvolumen der Suspension auf 20 ml gestellt. 6.8 g (solids content 1.7 g) of a moist cream cake from Escherichia coli (MT-10 242) containing tryptophan synthetase and 3.4 g (solids content 0.85 g) Pseudomona putida (MT-10 182 ) containing serine racemase were suspended in water and the total volume of the suspension was adjusted to 20 ml.
In einen 300 ml Kolben wurde eine wässrige Lösung von 11,3 g DL-Serin, 6,0 g Ammoniumsulfat, 10 mg Pyrodoxal-phosphat und 66 g Wasser eingefüllt und der pH-Wert der wässrigen Lösung wurde mit wässriger Ammoniaklösung konz. auf 8,5 gestellt, wonach die vorstehend beschriebene Suspension von mikrobiellen Zellen in den Kolben gegeben wurde. An aqueous solution of 11.3 g of DL-serine, 6.0 g of ammonium sulfate, 10 mg of pyrodoxalphosphate and 66 g of water was introduced into a 300 ml flask and the pH of the aqueous solution was concentrated with aqueous ammonia solution. at 8.5, after which the suspension of microbial cells described above was added to the flask.
Das Kolbeninnere wurde bei 35 °C gehalten und mit 57,2 g einer Lösung von 11,5 g Indol in Toluol versetzt. Die Reaktion wurde während 48 h bei 35 °C ausgeführt. Zu Beginn der Reaktion betrug die Konzentration an Indol in der wässrigen Phase 720 ppm. The inside of the flask was kept at 35 ° C. and 57.2 g of a solution of 11.5 g of indole in toluene were added. The reaction was carried out at 35 ° C for 48 hours. At the start of the reaction, the concentration of indole in the aqueous phase was 720 ppm.
Das Reaktionsprodukt wurde analysiert, wie in Beispiel 1 beschrieben und die Analyse ergab eine Ausbeute an L-Tryptophan von 89,3 mol%, bezogen auf Indol. The reaction product was analyzed as described in Example 1 and the analysis showed a yield of L-tryptophan of 89.3 mol%, based on indole.
Zur Bestimmung der Auswirkung der Konzentration von Indol in der wässrigen Phase wurde das vorstehend beschriebene Vorgehen mehrmals mit der Ausnahme wiederholt, The procedure described above was repeated several times to determine the effect of the concentration of indole in the aqueous phase, with the exception that
dass der jeweilige Mengenanteil Toluol variiert wurde, wie in Tabelle 2 angegeben, in welcher auch die jeweils erhaltene Ausbeute an L-Tryptophan angeführt ist. that the respective proportion of toluene was varied, as indicated in Table 2, in which the yield of L-tryptophan obtained in each case is also given.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Inhibitionskonzentration von Indol in der wässrigen Phase etwa 800 ppm be- It can be seen from Table 2 that the inhibition concentration of indole in the aqueous phase is about 800 ppm.
2o Beispiel 3 2o Example 3
Nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehen wurden DL-Serin und Indol in Gegenwart kultivierter Zellen von Escherichia coli (MT-10 232) und Pseudomonas punctata (MT-10 243) ausgeführt. According to the procedure described in Example 2, DL-serine and indole were carried out in the presence of cultivated cells from Escherichia coli (MT-10 232) and Pseudomonas punctata (MT-10 243).
25 Als organisches Lösungsmittel wurde Methylisobutylketon eingesetzt und die Reaktion solcherart ausgeführt, dass die Konzentration an Indol in der wässrigen Phase zu Beginn der Reaktion 760 ppm betrug. 25 Methyl isobutyl ketone was used as the organic solvent and the reaction was carried out in such a way that the concentration of indole in the aqueous phase was 760 ppm at the start of the reaction.
Nach Ausführung der Reaktion während 48 h bei 35 °C 30 betrug die Ausbeute an L-Tryptophan 98,6 mol%, bezogen auf Indol. After the reaction had been carried out for 48 hours at 35 ° C. 30, the yield of L-tryptophan was 98.6 mol%, based on indole.
Zur Bestimmung der Auswirkung der Indolkonzentra-tion in der wässrigen Phase wurde der Mengenanteil Methylisobutylketon variiert und die jeweilige Veränderung der 35 Ausbeute an L-Tryptophan variiert, wie in Tabelle 3 angegeben, die auch die jeweiligen Werte der Ausbeute enthält. To determine the effect of the indole concentration in the aqueous phase, the amount of methyl isobutyl ketone was varied and the respective change in the yield of L-tryptophan was varied, as indicated in Table 3, which also contains the respective values of the yield.
Es ist ersichtlich, dass durch Einhaltung einer Konzentration von Indol in der wässrigen Phase von weniger als 800 ppm bei Verwendung von Methylisobutylketon, L-Trypto-40 phan in einer Ausbeute von mehr als 99 mol% erhalten werden kann. It can be seen that by maintaining a concentration of indole in the aqueous phase of less than 800 ppm when using methyl isobutyl ketone, L-trypto-40 phane can be obtained in a yield of more than 99 mol%.
45 Tabelle 3 45 Table 3
Mengen amounts
Konzentra Concentra
Konzentra Concentra
Ausbeute anteil tion Indol in tion Indol in Yield share of indole in indole in
L-Tryptophan. L-tryptophan.
Keton, g der Keton- Ketone, g the ketone
der wässrigen bezogen auf the watery based on
lösung solution
Phase zu Be Phase to Be
Indol, mol% Indole, mol%
50 50
Gew.-% % By weight
ginn der Re start the re
aktion, ppm action, ppm
115 115
10 10th
80 80
99,8 99.8
57,5 57.5
20 20th
190 190
99,9 99.9
ss 38,3 SS 38.3
30 30th
340 340
99,8 99.8
28,75 28.75
40 40
510 510
99,6 99.6
23,0 23.0
50 50
720 720
98,6 98.6
60 Beispiel 4 60 Example 4
Nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehen wurden DL-Serin und Indol in Gegenwart von Escherichia coli (MT-10 242) und Pseudomonas putida (MT-10 182) unter Verwendung von Anisol als organisches Lösungsmittel und 65 Einhaltung einer Konzentration von Indol in der wässrigen Phase von weniger als 300 ppm zur Reaktion gebracht. Following the procedure described in Example 2, DL-serine and indole in the presence of Escherichia coli (MT-10 242) and Pseudomonas putida (MT-10 182) using anisole as an organic solvent and maintaining a concentration of indole in the aqueous Phase of less than 300 ppm reacted.
Nach Reaktion während 48 h bei 35 °C betrug die Ausbeute an L-Tryptophan 95 mol%, bezogen auf Indol. After reaction for 48 h at 35 ° C., the yield of L-tryptophan was 95 mol%, based on indole.
7 7
659 824 659 824
Beispiel 5 Example 5
In einen 200 ml Reaktionsbehälter wurden 20 g DL-Serin, 1,0 g Ammoniumacetat, 0,2 g Natriumbisulfat, 0,1 g EDTA und eine Kulturbrühe von Erwinia herbicola (ATCC 21 434) eingefüllt. 20 g of DL-serine, 1.0 g of ammonium acetate, 0.2 g of sodium bisulfate, 0.1 g of EDTA and a culture broth of Erwinia herbicola (ATCC 21 434) were introduced into a 200 ml reaction container.
Die Kulturbrühe wurde hergestellt durch Kultivierung von Erwinia herbicola unter Belüftung bei 28 C während 28 h in einem Kulturmedium aus 0,2% L-Tyrosin, 0,2% K2HP04, 0,1% MgS04 • 7H20, 2 ppm FeS04 • 7H2, 0,01% Pyridoxin-hydrochlorid, 0,6% Glycerin, 0,5% Succinsäure, 0,1% DL-Methionin, 0,2% DL-Alankin, 0,05% Glycin, 0,1% L-Phenylalanin und 12 ml Sojabohnenprotein-hydro-lysat. The culture broth was prepared by culturing Erwinia herbicola with aeration at 28 ° C. for 28 hours in a culture medium composed of 0.2% L-tyrosine, 0.2% K2HP04, 0.1% MgS04 • 7H20, 2 ppm FeS04 • 7H2, 0 , 01% pyridoxine hydrochloride, 0.6% glycerol, 0.5% succinic acid, 0.1% DL-methionine, 0.2% DL-alankine, 0.05% glycine, 0.1% L-phenylalanine and 12 ml soybean protein hydrolyzate.
Dann wurde eine Lösung von 0,7 g Pyrocatechin in Toluol in den Reaktionsbehälter gefüllt und die Konzentration is von Pyrocatechin in Wasser auf unterhalb 3000 ppm gestellt. Unter diesen Bedingungen wurde die Reaktion bei 37 °C und dem pH-Wert 8 während 48 h ausgeführt. Der Mengenanteil an akkumuliertem L-DOPA betrug 30 g/1. Then a solution of 0.7 g pyrocatechin in toluene was poured into the reaction container and the concentration of pyrocatechin in water was set below 3000 ppm. Under these conditions, the reaction was carried out at 37 ° C and pH 8 for 48 hours. The amount of L-DOPA accumulated was 30 g / l.
20 20th
Beispiel 6 Example 6
Escherichia coli enthaltende mikrobielle Zellen wurden bei 30 C und dem pH-Wert 7 in Gegenwart von Monokali-umphosphat, Dikaliumphosphat, Ammoniumsulfat, Calci-umchlorid, Eisensulfat, Hefeextrakt und Polypepton unter 25 Einblasen von Luft in das Kulturmedium und Zugabe von Glukose und Indol kultiviert. Daneben wurden Pseudomonas putida enthaltende mikrobielle Zellen in einem ähnlichen Kulturmedium bei 30 C und dem pH-Wert 7 unter Einblasen von Luft und Zugabe von Glukose kultiviert. Innert 40 h 30 erreichten diese mikrobiellen Zellen eine Konzentration von 30-35 g/1. Mittels eines Hochgeschwindigkeits-Zentrifugalse-parators wurden sie in Form eines Cremekuchens mit einem Wassergehalt von 80-85% erhalten. Microbial cells containing Escherichia coli were cultivated at 30 ° C. and pH 7 in the presence of monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, ammonium sulfate, calcium chloride, iron sulfate, yeast extract and polypeptone while blowing air into the culture medium and adding glucose and indole . In addition, microbial cells containing Pseudomonas putida were cultured in a similar culture medium at 30 ° C. and pH 7 with the blowing in of air and the addition of glucose. These microbial cells reached a concentration of 30-35 g / l within 40 h 30. Using a high-speed centrifugal separator, they were obtained in the form of a cream cake with a water content of 80-85%.
In einen Kolben wurden 77,3 g DL-Serin, 10,5 g Ammo- 35 niumsulfat und 486 g Wasser gefüllt und der pH-Wert des Gemischs wurde mit 29%iger wässriger Ammoniaklösung auf 8,5 gestellt. Dann wurden 51,2 g des Cremekuchens von Escherichia coli und 23,2 g des Cremekuchens von Pseudomonas putida zugegeben und das gesamte Gemisch wurde gut gerührt. Weiterhin wurden 392 g einer Lösung von 78,4 g Indol in Toluol zugesetzt und die Reaktion wurde bei 35 C während 40 h ausgeführt. Durch Flüssigchromatographie wurde im Reaktionsgemisch ein Gehalt von 129,8 g L-Tryptophan ermittelt, was einer Ausbeute von 95,0 mol%, bezogen auf Indol, entspricht. 77.3 g of DL-serine, 10.5 g of ammonium sulfate and 486 g of water were placed in a flask and the pH of the mixture was adjusted to 8.5 with 29% strength aqueous ammonia solution. Then 51.2 g of the cream cake from Escherichia coli and 23.2 g of the cream cake from Pseudomonas putida were added and the whole mixture was stirred well. Furthermore, 392 g of a solution of 78.4 g of indole in toluene were added and the reaction was carried out at 35 ° C. for 40 hours. A content of 129.8 g of L-tryptophan was determined in the reaction mixture by liquid chromatography, which corresponds to a yield of 95.0 mol%, based on indole.
Toluol wurde abdestilliert und das Reaktionsgemisch durch Wasserzugabe auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 4,2 Gew.-% gestellt. Der pH-Wert des Gemischs wurde mit 98%iger Schwefelsäure auf 4,0 gestellt und dann mit 27 g Aktivkohle versetzt. Dann wurde die Temperatur auf 95 °C erhöht und das Gemisch während 1 h bei 95-98 °C gehalten und dann zur Entfernung der Zellen, zusammen mit der Aktivkohle, heiss filtriert. Bei 80 °C wurde dem Filtrat das zurückgewonnene Toluol zugesetzt und gut gerührt. Toluene was distilled off and the reaction mixture was adjusted to a concentration of L-tryptophan of 4.2% by weight by adding water. The pH of the mixture was adjusted to 4.0 with 98% sulfuric acid and then mixed with 27 g of activated carbon. Then the temperature was raised to 95 ° C and the mixture was held at 95-98 ° C for 1 h and then hot filtered to remove the cells along with the activated carbon. The recovered toluene was added to the filtrate at 80 ° C. and stirred well.
Dann wurde das Rühren eingestellt und das Gemisch stehengelassen, wobei es sich in eine obere Toluolschicht und eine untere wässrige Schicht aufteilte. Die Toluolschicht wurde entfernt und der wässrigen Schicht ein gleich grosser Mengenanteil Toluol wie vorstehend angegeben zugegeben und die Extraktion wiederholt. Then the stirring was stopped and the mixture was allowed to stand, dividing into an upper toluene layer and a lower aqueous layer. The toluene layer was removed and an equal amount of toluene as stated above was added to the aqueous layer and the extraction repeated.
Nach der ersten Extraktion betrug die Konzentration von Indol in der wässrigen Schicht 55 ppm und nach der zweiten Extraktion 4 ppm. After the first extraction, the concentration of indole in the aqueous layer was 55 ppm and after the second extraction 4 ppm.
Die wässrige Schicht wurde auf eine Konzentration von L-Tryptophan von 10 Gew.-% eingedickt und dann auf 20 C gekühlt. Die ausgefällten Kristalle von L-Tryptophan wurden abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es wurden 100 g L-Tryptophan einer Reinheit von 99.5% mit einem Indolgehalt von 0 ppm isoliert. Bei Wiederverwendung der rückgewonnen Toluollösung von Indol in einer nachfolgenden Reaktion nach Zusatz von frischem Toluol ergab sich keine Auswirkung auf die Ausbeute an L-Trypto-phan und die Reaktion verlief glatt. Die Versuchsanordnung und die dabei erhaltenen Resultate sind in Tabelle 4 zusam-mengefasst. The aqueous layer was thickened to a concentration of L-tryptophan of 10% by weight and then cooled to 20 ° C. The precipitated crystals of L-tryptophan were filtered off, washed with water and dried. 100 g of L-tryptophan with a purity of 99.5% and an indole content of 0 ppm were isolated. When the recovered toluene solution of indole was reused in a subsequent reaction after adding fresh toluene, there was no effect on the yield of L-tryptophane and the reaction proceeded smoothly. The experimental setup and the results obtained are summarized in Table 4.
1 Tabelle 4 1 Table 4
Recyclierungszahl der extrahierten Toluolschicht Recycling number of the extracted toluene layer
Ausbeute L-Tryptophan, bezogen auf Indol, mol% Yield L-tryptophan, based on indole, mol%
95,0 95.0
98.3 98.3
98.6 97,0 98.6 97.0
95.4 95.4
98.7 98.7
Je 316 g jedes der Reaktionsgemische enthaltend 500 ppm bzw. 2000 ppm unreagiertes Indol, wurden bei 80 C mit je 27,6 g Toluol extrahiert und das jeweilige Verhältnis zwischen der Anzahl Extraktionen und der Konzentration von in der wässrigen Phase zurückgebliebenem Indol festgestellt. Die Versuchsanordnung und die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 5 zusammengefasst. 316 g of each of the reaction mixtures containing 500 ppm and 2000 ppm of unreacted indole were extracted at 80 ° C. with 27.6 g of toluene and the respective relationship between the number of extractions and the concentration of indole remaining in the aqueous phase was determined. The experimental setup and the results obtained are summarized in Table 5.
40 40
Tabelle S Konzentration Indol in der wässrigen Phase zu Beginn der Reaktion, ppm Table S Concentration of indole in the aqueous phase at the start of the reaction, ppm
2000 299 54 500 45 18 2000 299 54 500 45 18
Anzahl Extraktionen Number of extractions
Konzentration Indol im Wasser nach Extraktion, ppm Indole concentration in water after extraction, ppm
299 54 9,8 45 18 3 299 54 9.8 45 18 3
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
Beispiel 7 Example 7
Durch Reaktion von L-Serin und Indol in Wasser und Diisobutylketon bei 35 °C und pH-Wert 8,5 in Gegenwart von nach dem in Beispiel 6 beschriebenen Vorgehen kultivierten Zellen von Escherichia coli mit einer Ausbeute von 98,3 mol%, bezogen auf Indol, L-Tryptophan hergestellt. Das Reaktionsgemisch wurde zur Entfernung von Diisobutylketon destilliert und dann in einem Zentrifugalseparator behandelt, wobei ein L-Tryptophan und die mikrobiellen Zellen enthaltender feuchter Cremekuchen erhalten wurde. By reaction of L-serine and indole in water and diisobutyl ketone at 35 ° C. and pH 8.5 in the presence of cells from Escherichia coli cultivated according to the procedure described in Example 6 with a yield of 98.3 mol%, based on Indole, L-tryptophan manufactured. The reaction mixture was distilled to remove diisobutyl ketone and then treated in a centrifugal separator to obtain an L-tryptophan and the moist cream cake containing the microbial cells.
Der erhaltene Cremekuchen wurde in Wasser gegeben und mit Wasser auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 0,8 Gew.-% verdünnt. Das kristalline L-Tryptophan wurde in Wasser gelöst und die Lösung bei Zimmertemperatur durch eine Ultrafiltrationsmembran filtriert, um die mikrobiellen Zellen zu entfernen, wonach die Konzentration an Indol in der wässrigen Phase 90 ppm betrug. Dann wurde ein Fünftel des Volumens der wässrigen Phase Diisobutylketon zugesetzt, das Gemisch gerührt und dann zur Auftrennung in zwei Schichten stehengelassen. Die Diisobutylketon-Schicht wurde entfernt und die gleiche Extraktionsbehandlung unter Verwendung des gleichen Mengenanteils Diisobutylketon wie in der vorgängigen Behandlung wiederholt. The cream cake obtained was placed in water and diluted with water to a concentration of L-tryptophan of 0.8% by weight. The crystalline L-tryptophan was dissolved in water and the solution was filtered through an ultrafiltration membrane at room temperature to remove the microbial cells, after which the concentration of indole in the aqueous phase was 90 ppm. Then a fifth of the volume of the aqueous phase diisobutyl ketone was added, the mixture was stirred and then left to separate in two layers. The diisobutyl ketone layer was removed and the same extraction treatment was repeated using the same amount of diisobutyl ketone as in the previous treatment.
659 824 659 824
8 8th
Nach der ersten Extraktion betrug die Konzentration an Indol in der wässrigen Schicht 32 ppm und nach der zweiten Extraktion 2 ppm. After the first extraction, the concentration of indole in the aqueous layer was 32 ppm and after the second extraction 2 ppm.
Die Indol enthaltende Diisobutylketon-Schicht wurde nach Zusatz des benötigten Mengenanteils Indol in einer nachfolgenden Reaktion verwendet, wobei keinerlei Probleme auftraten. The indole-containing diisobutyl ketone layer was used in a subsequent reaction after addition of the required amount of indole, and no problems arose.
Beispiel 8 Example 8
Durch Reaktion von DL-Serin und Indol bei 35 °C und pH-Wert 8,5 während 48 h in Wasser und Benzol in Gegenwart von nach dem in Beispiel 6 beschriebenen Vorgehen kultivierten Escherichia coli und Pseudomonas punctata wurde mit einer Ausbeute von 93,7 mol%, bezogen auf Indol, L-Tryptophan hergestellt. By reaction of DL-serine and indole at 35 ° C. and pH 8.5 for 48 h in water and benzene in the presence of Escherichia coli and Pseudomonas punctata cultured according to the procedure described in Example 6, the yield was 93.7 mol%, based on indole, L-tryptophan.
Dann wurde das Reaktionsgemisch zur Entfernung von Benzol destilliert und danach mit Wasser auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 4,2 Gew.-% verdünnt. Das verdünnte Gemisch wurde mittels Salzsäure auf den pH-Wert 3,5 gestellt und dann mit 15 Gew.-%, bezogen auf den Gehalt an L-Tryptophan, Aktivkohle versetzt, dann während 1 h auf 95-98 °C erwärmt und danach bei der gleichen Temperatur während 1 h durch eine Filterpresse filtriert. Dem Filtrat wurde bei 80 °C Benzol zugesetzt, das Gemisch gerührt und dann zur Auftrennung in zwei Schichten stehengelassen. Zugesetzt wurde das in der vorstehend genannten Destillation zurückgewonnene Benzol. Die gleiche Extraktionsbehandlung wurde unter jeweiligem Zusatz eines gleichen Mengenanteils von frischem Benzol noch zweimal wiederholt. Die Konzentration an Indol in der wässrigen Phase betrug vor der Extraktion 1850 ppm, nach der ersten Extraktion 265 ppm, nach der zweiten Extraktion 43 ppm und nach der dritten Extraktion 4,6 ppm. Nach Konzentration und Kristallisation des Reaktionsgemischs wurde in einer Ausbeute von 69,8 mol%, bezogen auf Indol, L-Tryptophan einer Reinheit von 99,7% mit einem Gehalt an Indol von 2,1 ppm erhalten. Then the reaction mixture was distilled to remove benzene and then diluted with water to a concentration of L-tryptophan of 4.2% by weight. The diluted mixture was adjusted to pH 3.5 by means of hydrochloric acid and then 15% by weight, based on the content of L-tryptophan, activated carbon was added, then heated to 95-98 ° C. for 1 h and then at filtered at the same temperature for 1 h through a filter press. Benzene was added to the filtrate at 80 ° C., the mixture was stirred and then left to separate in two layers. The benzene recovered in the above distillation was added. The same extraction treatment was repeated twice with the addition of an equal amount of fresh benzene. The concentration of indole in the aqueous phase was 1850 ppm before the extraction, 265 ppm after the first extraction, 43 ppm after the second extraction and 4.6 ppm after the third extraction. After concentration and crystallization of the reaction mixture, a purity of 99.7% with an indole content of 2.1 ppm was obtained in a yield of 69.8 mol%, based on indole, of L-tryptophan.
Die zurückgewonnene Lösung von Indol in Benzol wurde nach Zusatz eines benötigten Mengenanteils von frischem Indol in einer nachfolgenden Reaktion verwendet, wobei keinerlei Probleme auftraten. The recovered solution of indole in benzene was used in a subsequent reaction after adding a required amount of fresh indole, and no problems were encountered.
Beispiel 9 Example 9
In einem 300 ml Kolben wurde ein Gemisch von 11,3 g DL-Serin, 6,0 g Ammoniumsulfat, 10 mg Pyridoxalphos-phat und 66 g dest. Wasser bei 35 °C gut gerührt und die erhaltene Lösung mittels 29 gew.-%iger wässriger Ammoniaklösung auf den pH-Wert 8,5 gestellt. A mixture of 11.3 g of DL-serine, 6.0 g of ammonium sulfate, 10 mg of pyridoxalphosphate and 66 g of dist. Water stirred well at 35 ° C and the solution obtained was adjusted to pH 8.5 by means of 29% by weight aqueous ammonia solution.
Dann wurden der Lösung 4,0 g eines Cremekuchens, enthaltend Escherichia coli und 2,5 g eines Cremekuchens, enthaltend Pseudomonas putida, die beide nach dem in Beispiel 6 beschriebenen Vorgehen kultiviert und gewonnen worden waren, zugesetzt und das Gemisch wurde zur Dispergierung der beiden Cremekuchen bei 35 °C gut gerührt. Then, 4.0 g of a cream cake containing Escherichia coli and 2.5 g of a cream cake containing Pseudomonas putida, both of which were cultured and obtained according to the procedure described in Example 6, were added to the solution, and the mixture was used to disperse the two Cream cake well stirred at 35 ° C.
Dann wurde eine Lösung von 11,5 g Indol in 26,8 g Di-isobutylketon zugesetzt und das Gemisch während 40 h bei 35 °C mit 90/min. gerührt. A solution of 11.5 g of indole in 26.8 g of di-isobutyl ketone was then added and the mixture was run at 35 ° C. at 90 rpm for 40 h. touched.
Nach der Reaktion wurde das Rühren abgebrochen und das Reaktionsgemisch zur Auftrennung in zwei Schichten stehengelassen. Die obere Diisobutylketon-Schicht wurde entfernt und dann wurde ein gleicher Mengenanteil wie vorstehend genannt, Diisobutylketon zugesetzt und das Gemisch während 30 min. bei 90/min. gerührt und danach zur Rückgewinnung der Diisobutylketon-Schicht wie vorstehend beschrieben stehengelassen. After the reaction, the stirring was stopped and the reaction mixture was left to separate in two layers. The top diisobutyl ketone layer was removed and then an equal amount as mentioned above, diisobutyl ketone was added and the mixture was added for 30 min. at 90 / min. stirred and then left to recover the diisobutyl ketone layer as described above.
Es wurde gefunden, dass das nach der Reaktion im Reaktionsgemisch verbliebene unreagierte Indol in der ersten Extraktion mit Diisobutylketon zu einem Ausmass von 85% It was found that the unreacted indole remaining in the reaction mixture after the reaction in the first extraction with diisobutyl ketone to an extent of 85%
und in der zweiten Extraktion mit Diisobutylketon zu einem Ausmass von 99% zurückgewonnen worden war, wobei die Mengenanteile Indol mittels Gaschromatographie bestimmt wurden. and in the second extraction with diisobutyl ketone had been recovered to an extent of 99%, the proportions of indole being determined by means of gas chromatography.
Bei Verwendung des zurückgewonnenen Diisobutylke-tons nach Zusatz eines benötigten Mengenanteils Indol in einer nachfolgenden Reaktion ergaben sich keinerlei Probleme. When using the recovered diisobutyl ketone after adding a required amount of indole in a subsequent reaction, there were no problems.
Beispiel 10 Example 10
Die in Beispiel 9 beschriebene Reaktion wurde mit den Ausnahmen wiederholt, dass unter Verwendung von 45,7 g Toluol bei einer Tourenzahl von 640/min. gerührt wurde. Nach der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch, da es eine einheitliche Emulsion darstellte, in einem Zentrifugalseparator behandelt, um die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten sichtbar zu machen. The reaction described in Example 9 was repeated with the exceptions that using 45.7 g of toluene at a speed of 640 / min. was stirred. After the reaction, since the reaction mixture was a uniform emulsion, it was treated in a centrifugal separator to make the interface between the two layers visible.
Die obere Toluolschicht wurde entfernt, dann Toluol in gleichem Mengenanteil wie zu Beginn zugesetzt und die Extraktion des unreagierten Indols wiederholt. The upper toluene layer was removed, then toluene was added in the same amount as at the beginning and the extraction of the unreacted indole was repeated.
Es wurde gefunden, dass das nach Abschluss der Reaktion im Reaktionsgemisch zurückgebliebene unreagierte Indol in der ersten Extraktion mit Toluol zu einem Ausmass von 87% und in der zweiten Extraktion mit Toluol zu einem Ausmass von 99,9% zurückgewonnen worden war. It was found that the unreacted indole remaining in the reaction mixture after the completion of the reaction was recovered to an extent of 87% in the first extraction with toluene and to an extent of 99.9% in the second extraction with toluene.
Das zurückgewonnene, Indol enthaltende Toluol wurde nach Zusatz eines benötigten Mengenanteils Indol in einer nachfolgenden Reaktion verwendet, wobei keinerlei Probleme auftraten. The recovered toluene containing indole was used in a subsequent reaction after adding a necessary amount of indole, and no problems were encountered.
Beispiel 11 Example 11
Die in Beispiel 9 beschriebene Reaktion wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass 14,3 g Ethylcitrat verwendet wurden. Nach der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in Form einer einheitlichen Emulsion kontinuierlich durch einen Zentrifugalseparator geschickt, um es in eine wässrige Schicht und eine Ethylcitratschicht aufzutrennen. Der wässrigen Schicht wurde ein gleicher Mengenanteil Ethylcitrat wie in der Reaktion zugesetzt und das erhaltene Gemisch wurde erneut durch kontinuierliche Behandlung in einem Zentrifugalseparator in eine wässrige und eine organische Schicht aufgetrennt. The reaction described in Example 9 was repeated with the exception that 14.3 g of ethyl citrate was used. After the reaction, the reaction mixture was continuously passed through a centrifugal separator in the form of a uniform emulsion to separate it into an aqueous layer and an ethyl citrate layer. The same amount of ethyl citrate as in the reaction was added to the aqueous layer, and the resulting mixture was again separated into an aqueous and an organic layer by continuous treatment in a centrifugal separator.
An einem Muster der wässrigen Schicht wurde durch Hochleistungs-Flüssigchromatographie ermittelt, dass L-Tryptophan in einer Ausbeute von 99,7 mol%, bezogen auf Indol, gebildet worden war. Using a sample of the aqueous layer, it was determined by high-performance liquid chromatography that L-tryptophan had been formed in a yield of 99.7 mol%, based on indole.
Das Reaktionsgemisch wurde mit Wasser auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 4,2 Gew.-% verdünnt und mit Schwefelsäure auf den pH-Wert 3,5 gestellt. Dann wurden 15 Gew.-% pulverisierte Aktivkohle, bezogen auf das Gewicht von L-Tryptophan, zugegeben und das Gemisch wurde während 1 h auf 90 C erwärmt. Nach vollständiger Lösung der L-Tryptophan-Kristalle wurde die Lösung bei der gleichen Temperatur abgenutscht, um die mikrobiellen Zellen, zusammen mit der Aktivkohle, zu entfernen. The reaction mixture was diluted with water to a concentration of L-tryptophan of 4.2% by weight and adjusted to pH 3.5 with sulfuric acid. Then 15% by weight of powdered activated carbon, based on the weight of L-tryptophan, was added and the mixture was heated to 90 ° C. over 1 hour. After the L-tryptophan crystals had completely dissolved, the solution was sucked off at the same temperature in order to remove the microbial cells, together with the activated carbon.
Das heisse Filtrat wurde auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 10 Gew.-% konzentriert, auf 10 °C gekühlt und dann auf den pH-Wert 5,9 gestellt. Die ausgefällten, schuppenartigen Kristalle wurden abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. The hot filtrate was concentrated to a concentration of L-tryptophan of 10% by weight, cooled to 10 ° C. and then adjusted to pH 5.9. The precipitated, scale-like crystals were filtered off, washed with water and dried.
Mit einer Ausbeute von 74,5 mol%, bezogen auf Indol, wurde L-Tryptophan einer Reinheit von 99,4% mit einem Gehalt an Indol von 1,2 ppm isoliert. With a yield of 74.5 mol%, based on indole, L-tryptophan with a purity of 99.4% and an indole content of 1.2 ppm was isolated.
Das zurückgewonnene, Indol enthaltende Ethylcitrat wurde nach Zusatz eines benötigten Mengenanteils Indol in einer nachfolgenden Reaktion verwendet, die glatt verlief und in welcher keinerlei Auswirkung auf die Ausbeute an L-Tryptophan auftrat. The recovered ethyl citrate containing indole was used after adding a required amount of indole in a subsequent reaction which proceeded smoothly and in which there was no effect on the yield of L-tryptophan.
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
Beispiel 12 Example 12
Nach dem in Beispiel 9 beschriebenen Vorgehen wurden Zellen, enthaltend Escherichia coli und Zellen, enthaltend Pseudomonas putida kultiviert und in einem Super-Zentrifu-galseparator behandelt, wobei Cremekuchen der beiden Mikroorganismen mit einem Wassergehalt von je 75% erhalten wurden. According to the procedure described in Example 9, cells containing Escherichia coli and cells containing Pseudomonas putida were cultivated and treated in a super centrifuge separator, cream cakes of the two microorganisms each having a water content of 75% being obtained.
Eine wässrige Lösung, enthaltend 77,3 g DL-Serin und 10,5 g Ammoniumsulfat in 486 g Wasser, wurde mit 29 gew.-%iger wässriger Ammoniaklösung auf den pH-Wert 8,5 gestellt und mit 51,2 g des Escherichia coli enthaltenden Cremekuchens und 23,2 g des Pseudomonas putida enthaltenden Cremekuchens versetzt, durch Rühren dispergiert und mit 392 g einer Lösung von 78,4 g Indol in Toluol versetzt. Die Reaktion wurde während 48 h bei 35 °C ausgeführt. An aqueous solution containing 77.3 g of DL-serine and 10.5 g of ammonium sulfate in 486 g of water was adjusted to pH 8.5 with 29% by weight aqueous ammonia solution and with 51.2 g of Escherichia coli-containing cream cake and 23.2 g of Pseudomonas putida-containing cream cake, dispersed by stirring and mixed with 392 g of a solution of 78.4 g of indole in toluene. The reaction was carried out at 35 ° C for 48 hours.
Nach der Reaktion wurde ein Teil des Reaktionsgemischs mittels Zentrifugalseparator in eine Toluolschicht und eine wässrige Schicht aufgetrennt. In der wässrigen Schicht erfolgte eine kristalline Ausfallung von L-Trypto-phan, die durch Zugabe eines Alkalis gelöst wurde, wonach die wässrige Schicht zur Entfernung der mikrobiellen Zellen durch ein Membranfilter filtriert wurde. Zur Bestimmung von L-Tryptophan wurde das Filtrat einer Hochleistungs-Flüssigchromatographie unterzogen, wobei eine Ausbeute von L-Tryptophan im Reaktionsgemisch von 99,3 mol%, bezogen auf Indol, festgestellt wurde. After the reaction, a part of the reaction mixture was separated into a toluene layer and an aqueous layer by means of a centrifugal separator. In the aqueous layer, crystalline precipitation of L-tryptophan occurred, which was dissolved by adding an alkali, after which the aqueous layer was filtered through a membrane filter to remove the microbial cells. To determine L-tryptophan, the filtrate was subjected to high-performance liquid chromatography, a yield of L-tryptophan in the reaction mixture of 99.3 mol%, based on indole, being found.
Ein anderer Teil des Reaktionsgemischs wurde mittels Zentrifugalseparator in eine wässrige Schicht und eine Toluolschicht aufgetrennt. Mittels Gaschromatographie wurde in der Toluolschicht eine Konzentration an zurückgebliebenem unreagiertem Indol von 2,3 ppm festgestellt. Another part of the reaction mixture was separated into an aqueous layer and a toluene layer by means of a centrifugal separator. A concentration of unreacted indole of 2.3 ppm was found in the toluene layer by means of gas chromatography.
Bei Verwendung der Indol enthaltenden Toluollösung nach Zusatz eines benötigten Mengenanteils von frischem Indol in einer nachfolgenden Reaktion, verlief diese glatt und es trat keinerlei Auswirkung auf die Ausbeute an L-Tryptophan auf. When using the indole-containing toluene solution after adding a required amount of fresh indole in a subsequent reaction, the reaction proceeded smoothly and there was no effect on the yield of L-tryptophan.
659 824 659 824
Die Versuchsanordnung und die dabei erhaltenen Resultate sind in Tabelle 6 zusammengefasst. The experimental setup and the results obtained are summarized in Table 6.
Tabelle 6 5 Anzahl Recyclierungen der zurückgewonnenen Toluolschicht io 0 Table 6 5 Number of recyclings of the recovered toluene layer io 0
1 1
2 2nd
3 3rd
4 4th
15 5 15 5
Ausbeute L-Tryptophan. bezogen auf Indol. mol% Yield L-tryptophan. based on indole. mol%
99.3 98,5 98,9 99,2 98,2 99.3 98.5 98.9 99.2 98.2
99.4 99.4
Die durch Zentrifugalseparation zurückgewonnene wässrige Schicht wurde mit Wasser auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 4,2 Gew.-% verdünnt und mit 98 gew.-20 %iger Schwefelsäure auf den pH-Wert 4,0 gestellt, dann mit 27 g pulverisierter Aktivkohle vermischt und das Gemisch auf 98 -C erwärmt und dann zur Lösung der ausgefällten Kristalle von L-Tryptophan während 1 h bei 98-100 C gehalten. The aqueous layer recovered by centrifugal separation was diluted with water to a concentration of L-tryptophan of 4.2% by weight and adjusted to pH 4.0 with 98% by weight-20% sulfuric acid, then pulverized with 27 g Activated carbon mixed and the mixture heated to 98 -C and then kept at 98-100 C for 1 h to dissolve the precipitated crystals of L-tryptophan.
Die mikrobiellen Zellen wurden zusammen mit der Aktivkohle durch Heissfiltration entfernt. Das Filtrat wurde auf eine Konzentration an L-Tryptophan von 15 Gew.-% konzentriert, wobei das L-Tryptophan in Form von schuppenartigen Kristallen ausgefällt wurde. Die Kristalle wurden bei 10 °C abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet, wobei in einer Ausbeute von 81,3 mol%, bezogen auf Indol, hellgelbe, schuppenartige Kristalle von L-Tryptophan einer Reinheit von 99,2% erhalten wurden. Die erhaltenen Kristalle von L-Tryptophan zeigten eine spezifische Drehung von —31,8°, einen Schwermetallgehalt von weniger als 20 ppm, einen Verbrennungsrückstand von 0,02 Gew.-% und einen Ammoniumgehalt von 0,01 Gew.-%. The microbial cells were removed together with the activated carbon by hot filtration. The filtrate was concentrated to a concentration of L-tryptophan of 15% by weight, the L-tryptophan being precipitated in the form of scale-like crystals. The crystals were filtered off at 10 ° C., washed with water and dried, with a yield of 81.3 mol%, based on indole, of pale yellow, scale-like crystals of L-tryptophan of 99.2% purity. The crystals of L-tryptophan obtained showed a specific rotation of -31.8 °, a heavy metal content of less than 20 ppm, a combustion residue of 0.02% by weight and an ammonium content of 0.01% by weight.
25 25th
30 30th
35 35
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