CS236178B1 - Způsob izomerace D-glukozy mikroorganismem s glukosoisomerasovou aktivitou - Google Patents

Abstract

Vynález spočívá v tom, že se D-glukosa isomeruje mikroorganismem v peletové formě. Po ošetřeni pelet tepelným šokem, dochází k dalšímu zvýšení glukosoisomerásové aktivity a současně k její stabilizaci. Další zvýšení glukosoisomerásové aktivity je možno dosáhnout parciální destrukcí buněčných stěn jodistanovým oxidačním štěpením vicinálních diolů v buněčné stěně Obsazených polysacharidů. Stabilitu glukosoisomerásy v takto upravených peletách je možno zvýšit prokrížením bifunkčními činidly s výhodou pomocí glutaraldehydu.

Description

Vynález se týká způsobu isomerace D-glukosy mikroorganismem s glukosaisomerasovou aktivitou pro přípravu fruktosového sirupu.

Fruktosový sirup se získává enzymovou isomerací D-glukosy na D-fruktosu. Lze jej s výhodou použít jako náhradu sacharosy téměř ve všech potravinářských výrobcích, zejména pro výrobu nealkoholických nápojů a sirupů, mražených smetanových krémů, alkoholických nápojů, cukrovinek,konzervárenských výrobků, pekárenských výrobků a všech výrobků se sníženou kalorickou hodnotou. Sladivost fruktosového sirupu je v porovnání se sacharosou 1,2 krát vyšší.

Kromě přímého použití jako sladidla lze fruktosový sirup použit na výrobu čisté D-fruktosy, která může nahradit D-glukosu jako sladidlo při. určitých typech onemocnění /žlučníková dieta, onemocnění srdce a krevního oběhu/.

Surovinu pro přípravu fruktosového sirupu tj. D-glukosu, lze získat hydrolysou /enzymovou nebo chemickou/ levných škrobnatých surovin např. bramborového, kukuřičného, obilného, rýžového škrobu. Vycházíme-li ze škrobnatých surovin, obsahuje fruktosový sirup 42 až 45 % D-fřuktosy, 50 až 52 % D-glukosy a 4 až 6 % oligosacharidůo Rovnováhu reakce lze posunout směrem k D-fruktose přídavkem činidel, která reagují se vznikajícím produktem, to je D-fruktosou.

Průmyslově byla výroba fruktosového sirupu zahájena v USA v roce 1967. V současné době tvoří 50 až 40 % z celkové spotřeby sladidel v USA a přitom je o 15 až 25 % levnější než sacharosa.

Ve světovém měřítku se počítá se vzrůstem výroby fruktosového sirupu z 5,2 mil. tun v r.1981 na 5,6 mil. tun v roce 1985.

236 178

V průmyslovém měřítku ee ieomeraee D-^glukqsy Drovádí heterogen nimi katalysatory připravenými imobilizaci bud isolovaného enzymul, nebo celých buněk mikroorganismů produkujících giukdlaisomeraeu.

Zdrojem glukoeaieomeraey jsou převážně bakterie rodů Bacillus, Streptomycee, Arthrobacter a další.

Při imobilišáci celých buněk odpadá mnohdy velmi nákladná extrakce a čištění enzymu, prakticky nedochází ke ztrátám enzymové aktivity, stabilita získaných preparátů je vysoká. Další výhodou je celková nízká cena katalyaatoru.

Nevýhodou použití imobilizované isolované glukosaisomerasy je, vedle již uvedené technické i ekonomické náročnosti isolace, cena nosiče i technická náročnost vlastní imobilizace.

Při aplikaci imobilizovaných celých buněk je limitujícím faktorem získání kmenů e nadprodukcí glukoeaieomeraey. U mikroorganismů s vláknitou strukturou je ale omezená možnost způsobu imobilizace postupy běžně používanými při imobilizaci jednobuněčných mikroorganismů.

Zabudováním mikroorganismů do matrice gelu je též poněkud snížena aktivita glukoeaieomeraey v získaném biokatalyeatoru vlivem ztíženého prostupu substrátu přes vrstvu gelu.

Způsoben podle vynálezu ee ieomeruje D-glukosa mikroorganismem v peletové formě, který vykazuje výrazně vyšší glukoaaiaomeraaovou aktivitu v porovnání se stejným mikroorganismem ve vláknité formě. Rigidní struktura pelet dává možnost použití v kontinuálním procesu bez další úpravy.

Ieomeraee ee provádí při 60 až 65 °C při 50 až 40 % hmot. substrátu po dobu 12 až 24 hod.

Paletová forma se získá kultivací bakterií rodu Streptomycee při 25 až 50 °C na mediu obsahujícím xylosu a glukosu v koncentraci 2 až 4 % hmot. po dobu 48 až 72 hod.

S výhodou je možno mikroorganismy ve formě pelet podrobit tepelnému šoku při teplotě 50 až 120 °C, kdy dochází k dalšímu zvýšení glukosoisomeráaové aktivity a současně k její stabilizaci.

238 17fl

Dalšího zvýšení glukpsoisomerésové aktivity obsažené v mikro organismech v peletové formě je možno dosáhnout parciální destruk cí buněčných stěn jodistanovým oxidačním štěpením vicínálních diolů v buněčné stěně obsažených polysacharidů.

Stabilitu glukosoisomerásy je možno v takto upravených peletách déle zvýšit překřížením bifunkčními činidly s výhodou pomocí glutaraldehydu. Použitím mikroorganismů s glukosoisomerásovou aktivitou v peletové formě při výrobě fruktosového sirupu odpadá pracná isolace enzymu glukosoisomerásy a jeho imobilizaoe na nosiče. Rovněž aktivita glukosoisomerásy je vyšší než při použití čistého enzymu, eventuelně buněk navázaných na nosič. Paletová forma mikroorganismů umožňuje jejich snadnou separaci po isomerace.

Vynález je dokumentován příklady.

Příklad 1

Kolona o rozměrech 1,8 x 20 cm byla naplněna 20 g vlhkých čistých pelet, vykazujících glúkosaisomerasovou aktivitu 4,25 ukat/g. suchých buněk. Na kolonu je aplikován kontinuálně vzorek ve .formě 40% roztoku D-glukosy v Britton-Robinsonově tlumivém roztoku s přídavkem 0,1 mol/1 MgSO4.7H2O. Průtok kolonou byl 30 ml/hod. V eluátu byl zjištěn 32 % obsah D-fruktosy.

Příklad 2

Čisté pelety byly zahřátý na'70 °C po dobu 10 minut. K získanému preparátu o aktivitě 5,4 ukat/g suchých buněk v množství 20 g bylo přidáno 250 ml 40% roztoku D-glukosy v Britton-Robinsonově tlumivém roztoku o pH 8,5 s 0,1 mol/1 MgSO4»7 H^O. Po odstředěni byl v supernatantu zjištěn 35 % obsah D-fruktosy.

Příklad 3

K čistým peletám v množství 10 g bylo přidáno 8 ml 25% glutaraldehydu. Získaný preparát vykazoval aktivitu 4,8 ukat/g sušiny. Takto upravený preparát byl použit ke konverzi D-glukosy na D-fruktosu způsobem popsaným v příkladu 1. V eluátu byla stanovena 35% obsah D-fruktosy.

K čistým peletám upraveným tepelným šokem /viz příklad 2/ v množství 10 g bylo přidáno 8 ml 25% glutaraldehydu. U získaného biokatalyzátoru byla zjištěna aktivita 7,33 ukat/g suchého nosiče Takto upravený preparát byl použit ke konverzi D-glukosy postupem dle příkladu 2. Zjištěný obsah D-í’ruktosy byl 38 %.

Příklad 5

K čistým peletám bylo přidáno 0,05 mol/1 NaI04 v poměru 0,5' ml/1 g, Po 6 h oxidace při 4 °C bylo k získanému preparátu přidáno na 10 g buněk 100 mg albuminu a 1 ml 25% glutaraldehydu. Výsledný preparát o aktivitě 8,3 uKat byl použit Ke konverzi D-gluko sy způsobem popsaným v příkladě 1. V eluátu byl zj*ištěn obsah D-fruktosy 39 %.

Příklad 6

- Čisté pelety byly upraveny tepelným šokem /viz příklad 1/ a poté zpracovány dle přikladu 5. Získaný biokatalysátor o aktivitě

12,5 UKat/g sušiny je použit pro konverzi D-glukosy způsobem popsaným v bodě 2. V supeřnatantu byl stanoven 41% obsah D-fruktosy

236 178

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob isomerace D-glukosy mikroorganismem s glukosoisomerósovou aktivitou,vyznačující se tím, že se isomerace D-glukosy provádí mikroorganismem rodu Streptomyces v peletové formě, která se získá kultivací při 25 až 30 ^ÓC na médiu obsahujícím xylosu a glukosu v koncentraci 2 až 4 % hmot· po dobu 48 až 72 hod, přičemž isomerace se provádí při 60 až 65 °C při 50 až 40 % hmot. substrátu po dobu 12 až 24 hod.
2. 2. Způsob podle bodu 1,vyznačující se tím, že se pelety mikroorganismu upraví tepelným šokem při teplotě od 50 až 120 °C.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2,vyznačující se-tím, že se mikroorganismus v peletové formě podrobí parciální destrukcí buněčných stěn, například jodistanovým oxidačním štěpením.
4. 4. Způsob podle bodů 1,2a 3,vyznačující se tím, že se na mikroorganismus v peletové formě působí bifunkčními činidly, například glutaraldehydem.