CS262239B1 - Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby - Google Patents

Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CS262239B1
CS262239B1 CS874922A CS492287A CS262239B1 CS 262239 B1 CS262239 B1 CS 262239B1 CS 874922 A CS874922 A CS 874922A CS 492287 A CS492287 A CS 492287A CS 262239 B1 CS262239 B1 CS 262239B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
glucose
enzyme
gluconate
enzymes
water
Prior art date
Application number
CS874922A
Other languages
English (en)
Other versions
CS492287A1 (en
Inventor
Vladimir Ing Cerny
Original Assignee
Cerny Vladimir
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cerny Vladimir filed Critical Cerny Vladimir
Priority to CS874922A priority Critical patent/CS262239B1/cs
Publication of CS492287A1 publication Critical patent/CS492287A1/cs
Publication of CS262239B1 publication Critical patent/CS262239B1/cs

Links

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

262238 hub z rodu Aspergillus. Enzymy glukóza-oxidáza a kataláza jsou v mikrobiálníchbuňkách lokalizovány společně v tzv. elek-trokondenzačních mikrozómech — peroxi-zómech. Tato lokalizace obou enzymů vpodbuněčné struktuře buňky má velký vý-znam, neboť glukózaoxidázou generovanýperoxid vodíku je ihned „in šitu“ katalá-zou štěpen na kyslík a vodu. Kdyby totospřažení obou enzymově katalyzovanýchbiochemických reakcí neexistovalo, pak byvznikající a hromadící se peroxid vodíkuza velmi krátkou dobu nevratně denaturo-val vlastní enzym, který jej generuje, cožby ve svých důsledcích vedlo k smrti buň-ky.
Prostřednictvím intaktních, zejména mi-krobiálních buněk obsahujících oba tytoenzymy, lze tedy připravit jednorázovou en-zymovou biotransformací vodného roztokuD-glukózy D-glukonát, resp. jeho soli, neboťvznikající D-glukonová kyselina musí býtběhem reakce kontinuálně neutralizovánaroztokem alkálie, aby nedošlo k silnému sní-žení hodnot pH prostředí, které by vedloke snížení, resp. zastavení enzymové re-akce. Druhou možností je příprava D-glu-konátu z D-glukózy submersní jednorázo-vou kultivací produkčních mikroorganismůve fermentačním tanku. Je pochopitelné, žetuto enzymovou přeměnu D-glukózy je mož-né jednorázově provádět i různě čistými pre-paráty obou rozpustných izolovaných en-zymů.
Tyto postupy však nejsou příliš ekono-mické, neboť pro výrobu D-glukonátu z D-glukózy je třeba fermentačním způsobempřipravit vždy novou šarži buněk. V ojedi-nělých případech lze intaktní mycelium mi-krobiálních buněk použít opakovaně, při-čemž je pochopitelné, že stupeň teoretickékonverze substrátu na požadovaný produktklesá v závislosti na poičtu opakovanýchcyklů použití, neboť intaktní mycelium jesmykovým namáháním v míchaném reak-toru mechanicky destruováno a enzymy seze subtilních struktur buňky uvolňují dovodné fáze, solubilizují a specifická enzy-mová aktivita klesá. Dalším komplikujícímfaktorem, z hlediska enzymové přípravyD-glukonátu z D-glukózy je kvantitativnípoměr glukózaoxidázy a katalázy v pro-dukčních mikrobiálních buňkách. V čs. autorském osvědčení č. 247 531 jepopsána vysokoprodukční mutanta kmeneAspergillus foetidus var. pallidus AN 166,syntetizující vysoké množství glukózaoxi-dázy. Specifická aktivita glukózaoxidázy utohoto kmene je ve srovnání s jinými prů-myslově významnými mikrobiálními kme-ny — producenty tohoto enzymu, 7 až 10-krát vyšší.
Produkce enzymu katalázy je však s ostatními kmeny kvantitativně srovnatelná.
Tento kmen syntetizuje i enzym /?-D-frukto- furanozidázu-invertázu (EC 3.2.1.26), což umožnilo vypracovat fermentační způsob výroby buď D-glukonátu z D-glukózy po-dle čs. autorského osvědčení č. 250 277nebo, a to zejména, fermentační způsob vý-roby D-glukonátu vedle D-fruktózy ze sa-charózy a meziproduktů její výroby podlečs. autorského osvědčení č. 259 439.
Obsah invertázy v buňkách tohoto pro-dukčního kmene však rovněž nepřesahujeběžně dosahovaných množství, je však do-stačující k jednorázové fermentační výroběD-glukonátu vedle D-fruktózy ze sacharózy.
Ve světové odborné a patentové literatu-ře, zahrnujíce v to i Československo, jsoujiž více jak 15 let patrné snahy o ekono-mizaci výroby O-glukonátu na bázi její vý-roby z D-glukózy pomocí různým způsobemimobilizovaných buněk s glukózaoxidázo-vou a katalázovou aktivitou, nebo těchtoenzymů předem izolovaných a následně i-mobilizovaných nejrůznějšími způsoby imo-bilizace'. Tyto imobilizované biokatalyzáto-ry, ať již na bázi imobilizovaného enzymuneboi buněk, mají oproti výše uvedenýmfermentačním způsobům výroby tu výho-du, že imobilizované biokatalyzátory lzevyužívat mnohonásobně opakovaně nebokontinuálně pro výrobu D-glukonátu z D--glukózy.
Enzym glukózaoxidáza je značně nesta-bilní při pH nad hodnoty 7.0. Stabilitu to-hoto enzymu v závislosti na pH prostředílze významně zvýšit prokřížením bílkovin-ných molekul glutaraldehydem (Solomon asp., Biopolymers, 16, 1 837, 1977). Glukó-zadxidáza je též inhibována a inaktivová-na peroxidem vodíku, přičemž redukovanáforma tohoto enzymu je inaktivována lOOxrychleji než forma oxidovaná [Kleppe, Bio-chemistry, 5, 139, 1966). Greenfield a sp.(Anal. Biochem. 65, 109, 1975) proto ko-imobilizoval katalázu spolu s glukózaoxidá-zou na částice ve vodě nerozpustného no-siče. Karube a sp. (Biotechnol. Bioeng. 19,1233, 1977) imobilizovali glukózaoxidázuna povrchu vlastního mikrobiálního produ-centa — mycelium Aspergillus niger glu-taraldehydem v přítomnosti albuminu a ko-nečně Hertmeier a Dóppner (Biotechnol.Lett. 5, 743, 1983) kolmobilizovali nadby-tek katalázy na povrchu produkčního my-celia Aspergillus niger (obsahující v buň-kách glukózaoxidázu) prokřížením molekulkatalázy glutaraldehydem v přítomnosti al-buminu. Z patentové literatury lze uvést napří-klad různé způsoby imobilizace enzymůglukózooxidázy a katalázy na částice ve vo-dě nerozpustných nosičů syntetického ne-bo přírodního původu organické nebo anor-ganické povahy, které jsou uvedeny v NSRDOS 2 021 149 a DOS 2 214 442, v čs. autors-kých osvědčeních č. 214 096, č. 209 743 ač. 234 059. V těchto případech se jedná okombinaci sorpce těchto enzymů na ve vo-dě nerozpustné částice a jejich následnékovalentní zesítění glutaraldehydem, nebo

Claims (1)

  1. 202233 S kovalentní vazbu směsi těchto enzymů narůzným způsobem chemickv aktivované čás-tice různých nosičů. V es. autorském osvědčení č. 231 656 je popsáno kovalentní ze-sítění směsi obou těchto enzymů reaktivní-mi ve vodě rozpustnými polymery. Pokudjde 0' imobilizaci mikrobiálních buněk,zvláště pak imperfektních hub s glukóza-oxidázovou aktivitou, pak způsob imobiliza-ce a biokatalyzátory na bázi celých zesítě-ných a permeabilizovaných buněk, resp. po-let je popsán v čs. autorském osvědčení č.209 265 a způsob imobilizace a biokataly-zátory s těmito aktivitami na bázi buněč-ných agregátů vzniklých pomocí reaktivníchve vodě rozpustných polymerů v čs. au-torském osvědčení č, 231 453. Zmíněné literární a patentové údaje ved-ly k vypracování různých imobilizovanýchbiokatalyzátorů buď na bázi imobilizovu-ných enzymů glukózaoxidázy a katalázy, ne-bo na bázi i mobilizovaných buněk s těmi-to enzymovými aktivitami, s cílem enzymo-vé přeměny D-glukózy na D-glukonát. Nic-méně tyto biokatalyzátory buď vykazovalynízkou specifickou aktivitu, nebo vykazo-valy vysokou specifickou aktivitu s vyso-kým stupněm, stabilizace těchto enzymovýchaktivit, avšak z hlediska průmyslového vy-užití dosahované operační poločasy nedovo-lují reálný předpoklad výroby D-glukonátuz D-glukózy. Operační poločasy těchto biokatalyzáto-rů se pohybují mezi 10 až 20 cykly opako-vaného použití téže násady biokatalyzáto-ru, přičemž se vzrůstající počáteční kon-centrací substrátu (D-glukózy), klesá ope-rační poločas, neboť se generuje vyššímnožství peroxidu vodíku, který glukóza-oxidázu nevratně inaktivuje, není-li koimo·bilizován obrovský přebytek katalázy. Předmětné řešení s cílem překonání u-vedeuých komplikací spočívá v tom, že o-ba klíčové enzymy, glukózaoxidáza a kata-láza, se vzájemně koimobilizují do vzájem-ně kovalentně prokřížené sítě bez použitíve vodě nerozpustných nosičů spolu s bu-něčnými fragmenty a peroxizómy produkč-ních mikroorganismů v takovém poměru av takové formě, aby vznikající peroxid vo-díku byl in šitu, bez difúzuí bariéry a nakterémkoliv místě částice biokatalyzátoru(na povrchu i blíže ke středu částice) i-hned přeměňován na vodu a molekulárníkyslík, při případné a současné koimobili-zaci dalších enzymů, zejména invertázy aglukózaizomerázy, v takovém poměru a tak,aby vzniklý směsný biokatalyzátor mohl býtvyužit nejen pro přípravu D-glukonátu z D--glukózy, ale i. D-glukonátu vedle D-fruk-tózy ze sacharózy, resp. D-glukózy. Předmětný vynález se týká směsného i- mobilizovaného' buněčného a enzymového biokatalyzátoru k přeměně D-glukózy na D- glukonát a k přeměně sacharózy na D-glu- konát a D-fruktózu podle čs. autorského o- 8 svědčení 2. 231 530 který je připravitelný zd -slnto -,r.'venýc’i nebo autolyzovaných smě-sí buněk produkčních mikroorganismů ne-bo rtesinto pováných nebo autolyzovanýchrostlinných nebo živočišných tkání, obsa-hujících enzymy glukózaoxidázu, katalázua popř. invertázu a/nebo glukózaizomerázu,nebo celé buňky a/nebo· podbuněčné části-ce, zejména peroxizómy a buněčné stěny ne-soucí některé z těchto enzymových aktivit,nebo tyto enzymy rozpustné, technické, ne-bo do různého stupně čistoty izolované zrůzných biologických zdrojů, zejména zprodukčních buněk railíroorganismů, jejichzpracováním s vodným roztokem glutaral-dehydu a/nebo polyethyleniminu nebo bíl-kovin mikrobiálního, rostlinného nebo ži-vočišného původu a vodným roztokem glu-taraldeliydu, separací a mechanickou ho-T ' enizací vzniklého produktu a jeho ná-sledným suspendováním v ochlazených or-ganických rozpouštědlech neomezeně mísi-telných s vodou, opětovnou separací a su-šením a konečně jeho promytím vodou ne-bo· pufrem. Předmětný vynález se rovněž týká způso-.bu výroby směsného buněčného a enzymo-vého biokatalyzátoru, který spočívá v tomže do nepřetržitě míchané reakční směsičástic se po úpravě pH v rozmezí hodnot6,0 až 8,0, s výhodou 6,5 až 7.5, přidá vod-ný roztok cluteraldehvdu v rozmezí jehokoncentrací 0,1 až 10 Ob objem/objem, nebo vodný roztok polyethyleniminu nebo vod-ný roztok bílkovin a následně vodný roztokglutaraldehvdu, znovu se upraví pH reakčnísměsi v rozmezí uvedených hodnot a re-akční směs se nepřetržitě míchá po dobu1 rž 5 hodin nebo· ponechá v klidu, načežse částice separují, mechanicky homogeni-zují a za míchání ošetří ochlazeným aceto-nem nebo ethanolem a/nebo jejich směsmis vodou, znovu separují a suší po dobu 1až 24 hodin při teplotě 10 až 40 C:C, potése biokatalyzátor suspenduje ve vodě nebov pufru, několikrát dekantuje a promyje,ponechá nabobtnat a separuje. Měření aktivity glukózaoxidázy (dále jenGOD) bylo prováděno sledováním úbytkukyslíku z reakční směsi kyslíkovým člán-kem na počátku oxidace roztoku D-glukózyv průběhu nepřetržitého míchání. Jednajednotka GOD aktivity (U) je takové množ-ství enzymu, které odpovídá spotřebě jed-noho gmolu kyslíku za minutu v prostředí0,03 M citrátového pufru o pH 5,8 při tep-lotě 30 CC v podmínkách reakční kinetikynultého řádu. Měření aktivity katalázy (dále jen KAT)bylo prováděno manganometrickou titracíúbytku peroxidu vodíku v průběhu nepře-tržitého míchání reakční směsi. Jedna jed-notka KAT aktivity (U) je takové množstvíenzymu, které odpovídá hydrolýze jednoho^molu H2O2 za minutu v prostředí 0,1 Mfosfátového pufru pH 7,1 při teplotě 20 °C
CS874922A 1987-06-30 1987-06-30 Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby CS262239B1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS874922A CS262239B1 (cs) 1987-06-30 1987-06-30 Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS874922A CS262239B1 (cs) 1987-06-30 1987-06-30 Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS492287A1 CS492287A1 (en) 1988-07-15
CS262239B1 true CS262239B1 (cs) 1989-03-14

Family

ID=5393034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS874922A CS262239B1 (cs) 1987-06-30 1987-06-30 Směsný in&bU&zwaný buněčný a ensyniový biokatalyzátor k přeměně D-glukózy na D-glukonát a k přeměně sacharózy na D-glnkonát a D-fruktózu a způsob jeho výroby

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS262239B1 (cs)

Also Published As

Publication number Publication date
CS492287A1 (en) 1988-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
May et al. Oxidoreductase enzymes in biotechnology: current status and future potential
Araya et al. Design of combined crosslinked enzyme aggregates (combi-CLEAs) of β-galactosidase and glucose isomerase for the one-pot production of fructose syrup from lactose
Betancor et al. Co-immobilized coupled enzyme systems in biotechnology
Yoo et al. Fundamentals of enzyme engineering
Klibanov et al. The regeneration of coenzymes using immobilized hydrogenase
AU4361889A (en) Biocatalysts
Ziehr et al. Continuous production of L‐phenylalanine by transamination
Torres‐Bacete et al. Stabilization of penicillin V acylase from Streptomyces lavendulae by covalent immobilization
El-Shora et al. Immobilization and thermostability of manganese peroxidase from Trichoderma harzianum
Jamil et al. Effect of immobilization parameters on the immobilization of cyclodextrin glucanotranferase on hollow fiber membrane
Uchida et al. Continuous production of NADP by immobilized Achromobacter aceris cells
Nishio et al. Conversion of d-xylose into xylitol by immobilized cells of Candida pelliculosa and Methanobacterium sp. HU
US3753861A (en) Binding enzymes to carbonyl polymers
Busto An experiment illustrating the effect of immobilisation on enzyme properties
Okamoto et al. Fibrin membrane endowed with biological function. V. Multienzyme complex of uricase, catalase, allantoinase and allantoicase
Ram et al. Enhancement of starch conversion efficiency with free and immobilized pullulanase and α‐1, 4‐glucosidase
IE63088B1 (en) Biocatalysts and processes for the manufacture thereof
Hartmeier Coimmobilization of enzymes and whole cells
JPH01144996A (ja) カルニチンヒドロリアーゼの分離方法およびl(−)−カルニチン合成への利用
Lowe et al. The application of coenzyme-dependent enzymes in biotechnology
Simionescu et al. XV. Hydrolases immobilized on Biozan R
SU744002A1 (ru) Способ получени иммобилизованных ферментов
Streitenberger et al. Microencapsulation of Aerococcus viridans with catalase and its application for the synthesis of dihydroxyacetone phosphate
SU1041567A1 (ru) Способ получени водорастворимого иммобилизованного протеолитического комплекса
Čukelj Immobilization of a whole cell catalyst for cellodextrin production