DD236754B1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF GLUCOSE ACID BY BACTERIA - Google Patents

PROCESS FOR THE PREPARATION OF GLUCOSE ACID BY BACTERIA Download PDF

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Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein biotechnisches Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Glukonsäurelösung durch Oxydation von Glukose mit Hilfe von Bakterien.The invention relates to a biotechnical process for the preparation of an aqueous solution of gluconic acid by oxidation of glucose with the aid of bacteria.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Glukonsäure kann im technischen Maßstab mikrobiell unter Verwendung von Schimmelpilzen oder Bakterien, biochemisch mit Hilfe immobilisierter Glucose-Oxidase (und Kataiase) oder elektrochemisch durch Oxydation von Glukose hergestellt werden (s. H.J.Rehm: Industrielle Mikrobiologie, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1967).Gluconic acid can be produced on an industrial scale microbially using molds or bacteria, biochemically with the aid of immobilized glucose oxidase (and catalytase) or electrochemically by oxidation of glucose (see HJ Rehm: Industrial Microbiology, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1967).

Die technische Herstellung von Glukonsäure, die gegenwärtig hauptsächlich in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie angewendet wird, erfolgt fast ausschließlich auf mikrobiellem Wege, wobei meist Stämme von Aspergillus niger benutzt werden. Obwohl die Fähigkeit zur Oxydation von Glukose unter Bildung von Glukonsäure (und H2O2) auch bei Penicillien und Pullularien bekannt ist und verschiedene Aceto-, Gluconbacter- und Pseudomonas-Species Glukose ebenfalls in Glukonsäure umwandeln können, werden in technischen Verfahren Bakterien nicht eingesetzt (s. K.Yamada: Biotechn. Bioeng. 19 [1977] 1563; H.J.Rehm: Industrielle Mikrobiologie. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1980). Die bekannten mikrobiellen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß hohe Glukonsäurekonzentrationen und hohe Ausbeuten erreicht werden. Sie haben alle den Nachteil, daß die Produktionskultur unter sterilen Bedingungen — und nur zum Zwecke der Glukoseoxydation — gewonnen werden und daß sowohl in der Wachstumsphase als auch in der ersten Produktbildungsphase („Gärphase") — bis die Enzymsynthese abgeschlossen ist — Sterilität gewahrt und der pH-Wert durch Titration mit Alkali- oder Erdalkali-Hydroxid zwischen 6 und 7 konstant gehalten werden müssen (s. Patent DE-AS 1817-907). Diese Notwendigkeit zur Neutralisierung bedingt einen weiteren Nachteil insofern, als durch die damit eintretende Viskositätserhöhung erhebliche Schwierigkeiten für den weiteren technischen Prozeß (erhöhter Energieaufwand, Aufarbeitung usw.) entstehen (s. Patent DE AS1817907).The commercial production of gluconic acid, which is currently used mainly in the food and pharmaceutical industries, is almost exclusively microbial, mostly strains of Aspergillus niger being used. Although the ability to oxidize glucose to form gluconic acid (and H 2 O 2 ) is also known in penicillia and pullularia and various aceto, gluconbacter and pseudomonas species can also convert glucose to gluconic acid, bacteria are not used in engineering procedures (see K.Yamada: Biotechn., Bioeng., 19 [1977] 1563; HJ Rehm: Industrial Microbiology, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1980). The known microbial processes are characterized by the fact that high gluconic acid concentrations and high yields are achieved. They all have the disadvantage that the production culture under sterile conditions - and only for the purpose of glucose oxidation - are obtained and that both in the growth phase and in the first product formation phase ("fermentation phase") - until the enzyme synthesis is completed - sterility and preserved the pH value must be kept constant by titration with alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide between 6 and 7 (see Patent DE-AS 1817-907) .This need for neutralization causes a further disadvantage insofar as the increase in viscosity which results therefrom poses considerable difficulties for the further technical process (increased energy consumption, work-up, etc.) arise (see patent DE AS1817907).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Glukonsäure mit geringem technologischen Aufwand zu entwickeln.The object of the invention is to develop a process for the production of gluconic acid with little technological effort.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Glukonsäure unter unsterilen Bedingungen, ohne Neutralisation des Mediums während der Erzeugung des Produzenten und der Produktbildung und ohne Induktionsphase für die Bildung des glukoseoxidierenden Enzymes herzustellen.The invention has for its object to produce gluconic acid under unsterile conditions, without neutralization of the medium during the production of the producer and the product formation and without induction phase for the formation of the glucose-oxidizing enzyme.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem acidophile methylotrophe Bakterienspezies nach bekannten Verfahren auf Methanol oder Glukose kultiviert und als Produzenten für Glukonsäure durch Oxidation von Glukose verwendet werden. Als Mikroorganismen sind erfindungsgemäß alle acidophilen methylotrophen Bakterienspezies geeignet.According to the invention, the object is achieved by culturing acidophilic methylotrophic bacterial species by known methods on methanol or glucose and used as producers of gluconic acid by oxidation of glucose. Suitable microorganisms according to the invention are all acidophilic methylotrophic bacterial species.

Vorteilhafterweise kann der acidophile methylotrophe Stamm Acetobacter methanolicus IMET B 346 verwendet werden.Advantageously, the acidophilic methylotrophic strain Acetobacter methanolicus IMET B 346 can be used.

Andere Stämme, die beispielhaft aufgezählt werden sollen, sind Thiobacillus acidophilus DSM 700 oder Thiobacillus versutus CCM 2505.Other strains to be exemplified are Thiobacillus acidophilus DSM 700 or Thiobacillus versutus CCM 2505.

Die mikrobielle Glukoseoxidation erfolgt im pH-Bereich von 6-1 und bei Temperaturen zwischen 10 und 350C, wobei freie Glukonsäure erhalten wird.The microbial glucose oxidation takes place in the pH range of 6-1 and at temperatures between 10 and 35 0 C, whereby free gluconic acid is obtained.

Die Glukonsäurebildung kann entweder nach Separierung der erzeugten Biomasse vom Fermentationsmedium in einer wäßrigen Glukoselösung vorgenommen werden, was den Vorteil hoher Reinheit des Produktes und geringer Aufarbeitungsoperationen hat, oder direkt nach Auszehrung des Wachstumsmediums (z. B. Methanol, NH3) und Zugabe von Glukose im Fermentationsmedium durchgeführt werden, wobei die Glukosekonzentration 5-20% betragen kann.The formation of gluconic acid can be carried out either after separation of the biomass produced from the fermentation medium in an aqueous glucose solution, which has the advantage of high purity of the product and low workup operations, or directly after exhaustion of the growth medium (eg methanol, NH 3 ) and addition of glucose be carried out in the fermentation medium, wherein the glucose concentration may be 5-20%.

Da der Produzent nach dem Chemostat-Prinzip unter C-Limitation erzeugt wird, sind Verunreinigungen der Glukonsäure durch Intermediate des Stoffwechsels vernachlässigbar klein.Since the producer is produced according to the chemostat principle under C-limitation, impurities of gluconic acid by intermediates of the metabolism are negligibly small.

Die Biomassekonzentration in der Produktionsphase kann im Interesse hoher spezifischer Produktbildungsraten (bis 6g · h~1 · g"1) und Ausbeuten (bis 97%) unter 5g · Γ1, bis hin zu 0,5g · Γ1 gehalten werden. Dies ermöglicht — im Falle der Gewinnung von Glukonsäure für technische Zwecke, z. B. in der Waschmittelindustrie—einfachste Aufarbeitung; eine vorherige Abtrennung der Biomasse ist nicht notwendig.The biomass concentration in the production phase may be in the interest of high specific product formation rates (up to 6 g · h -1 · g "1) be maintained (to 97%) below 5 g · Γ 1, to 0.5 g · Γ 1 and yields. This allows - in the case of the production of gluconic acid for technical purposes, eg in the detergent industry -simple processing, a prior separation of the biomass is not necessary.

Die wäßrige Glukonsäurelösung (bis 310g · Γ1) kann durch bekannte Verfahren weiter konzentriert werden.The aqueous solution of gluconic acid (up to 310g · Γ 1 ) can be further concentrated by known methods.

Der Vorteil der Verwendung acidophilermethylotropher Bakterienspezies besteht darin, daß sie als Produzenten für Glukonsäure unsteril auf Methanol als Kohlenstoff- und Energiequelle erzeugt werden können, daß die Produktbildung sofort, d.h. ohne Verzögerung und nicht mit der wie für Aspergillus niger notwendigen Induktionsphase für das Glukos-oxidierende Enzym (DE-AS 1817907, US 3669840) bei dem für das Wachstum optimalen pH-Wert, aber auch im Bereich von pH 4-6 nach Zugabe von Glukose einsetzt, was im Vergleich zu den bekannten technischen Lösungen höhere Raum-Zeit-Ausbeuten ermöglicht (bis 15g · h"1 · Γ1). Das der pH-Bereich der Glukose-Oxidation den für das Wachstum dieser acidophilen Bakterien bei weitem überschreitet, bedingt weitere Vorteile.The advantage of using acidophilermethylotrophic bacterial species is that they can be produced as non-sterile producers of gluconic acid on methanol as carbon and energy source, that the product formation immediately, ie without delay and not with the necessary as for Aspergillus niger induction phase for the glucose-oxidizing Enzyme (DE-AS 1817907, US 3669840) at the optimal pH for growth, but also in the range of pH 4-6 after addition of glucose, which allows higher space-time yields compared to the known technical solutions (up to 15 g · h -1 · Γ 1 ) The fact that the pH range of the glucose oxidation far exceeds that for the growth of these acidophilic bacteria, gives further advantages.

Die Produktbildung kann unsteril durchgeführt werden und Neutralisation ist nicht erforderlich, und somit kann die bei den bekannten mikrobiologischen Verfahren, die Glukonsäure im wesentlichen als Glukonat produzieren, nachteilige Viskositätserhöhung umgangen werden.The product formation can be carried out non-sterile and neutralization is not required, and thus the disadvantageous increase in viscosity in the known microbiological processes which produce gluconic acid substantially as gluconate can be avoided.

Schließlich erübrigen sich für die Gewinnung von Glukonsäure für technische Zwecke wegen der zur Produktion notwendigen geringen Biomassekonzentration aufwendige Operationen zur Abtrennung. Die Produktion von Glukonsäure kann sowohl diskontinuierlich durchgeführt werden.Finally, the production of gluconic acid for technical purposes requires no complex operations for separation because of the low biomass concentration required for production. The production of gluconic acid can be carried out both batchwise.

Im Falle einer bestehenden SCP-Produktion auf der Basis dieser Bakterien ist eine enge Koppelung mit der Glukonsäureproduktion vorteilhaft insofern, als damit der Glukonsäureproduzent sofort zur Verfügung steht.In the case of existing SCP production based on these bacteria, close coupling with gluconic acid production is advantageous in that the gluconic acid producer is immediately available.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel 1example 1

Die zur Produktion von Glukonsäure verwendete Bakterienbiomasse MB 58 IMET B 346 (vgl. Beispiel 5) wurde bei 7000 xg mit einer Τ-23-Zentrifuge von der Kulturflüssigkeit abgetrennt, einmal mit Wasser gewaschen und erneut zentrifugiert. Das Sediment wurde in Wasser suspendiert. Der pH-Wert der Suspension betrug 6,0.The bacterial biomass MB 58 IMET B 346 (see Example 5) used for the production of gluconic acid was separated from the culture fluid at 7000 × g using a Τ-23 centrifuge, washed once with water and centrifuged again. The sediment was suspended in water. The pH of the suspension was 6.0.

100ml der Suspension (1,4g/l Trockenmasse) und 20g Glukose wurden in einen 500ml Schütte! ко I be η gegeben und bei 30°C 40 Stunden unter unsterilen Bedingungen geschüttelt. Die mittels Titration bzw. spektrophotometrisch nach H. U. Bergmeyer (Methoden der enzymatischen Analyse, Berlin, Akademie-Verlag, 1970) bestimmte Glukonsäurekonzentration betrug 206,8g/l; dies entspricht einer Ausbeute von 97,5%. Die Restglukose betrug 2,6%, die spezifische Produktbildungsrate lag bei 3,7g · g"1 · h"1 und die Produktivität bei 5,2g · Γ1 · h"1.100ml of the suspension (1.4g / l dry weight) and 20g glucose were placed in a 500ml chute! ко I be η given and shaken at 30 ° C for 40 hours under unsterile conditions. The gluconic acid concentration determined by titration or spectrophotometrically according to HU Bergmeyer (Methods of Enzymatic Analysis, Berlin, Akademie-Verlag, 1970) was 206.8 g / l; this corresponds to a yield of 97.5%. The residual glucose was 2.6%, the specific product formation rate was 3.7 g · g "1 · h" 1 and the productivity of 5.2 g · Γ 1 · h '1.

Beispiel 2Example 2

Zu 4I einer Suspension von MB 58 IMET B 346-Bakterien in Wasser (50g/l Bakterientrockenmasse, pH-Wert 4,2) wurden in einem Rührkesselreaktor von 151 Gesamtvolumen zu Beginn 800g Glukosemonohydrat (Ausgangskonzentration an Glukose 15,4%) nach 21 und 35 Stunden weitere 500g Glukosemonohydrat zugegeben.To 4 l of a suspension of MB 58 IMET B 346 bacteria in water (50 g / l bacterial dry mass, pH 4.2) 800 g of glucose monohydrate (starting concentration of glucose 15.4%) after 21 and 35 hours further 500g glucose monohydrate added.

Folgende Prozeßparameter wurden eingehalten:The following process parameters were adhered to:

Rührerdrehzahl: 800U/min Belüftungsrate: 10l/hStirrer speed: 800 rpm Ventilation rate: 10 l / h

Temperatur: 300CTemperature: 30 ° C

Eine Regelung des pH-Wertes erfolgt nicht.A regulation of the pH value does not take place.

Nach 11 Stunden wurden mittels spektrophotometrischer Messung (vgl. Beispiel 1) 161 g/l Glukonsäure ermittelt. Zu diesem Zeitpunkt betrugen die spezifische Produktbildungsrate 2,9g g"1 · h~\ die Produktivität 14,6g und die Ausbeute 92%. Nach 52 Stunden wurden 310g/l Glukonsäure bestimmt. Die Restglucose im Fermentationsmedium war <0,1%. Dies entspricht einer durchschnittlichen Produktivität von 6,0g Γ1 · h~\ einer durchschnittlichen spezifischen Produktbildungsrate von 1,15g · g~1 · h"1 und einer Ausbeute von 89,9%. Der zur Oxydation der Glukose benötigte Sauerstoffbedarf betrug in den ersten 20 Stunden 0,12g Sauerstoff/g Glukonsäure und stieg in den folgenden 30 Stunden auf 0,16g Sauerstoff/g Glukonsäure an.After 11 hours, 161 g / l gluconic acid were determined by spectrophotometric measurement (see Example 1). At this time, the specific product formation rate was 2.9 g- 1, the productivity was 14.6 g and the yield was 92%, and 310 g / l gluconic acid was determined after 52 hours, and the residual glucose in the fermentation medium was <0.1% corresponds to an average productivity of 6.0 g Γ 1 · h · an average specific product formation rate of 1.15 g · g · 1 · h -1 and a yield of 89.9%. The oxygen requirement for the oxidation of the glucose was 0.12 g oxygen / g gluconic acid in the first 20 hours and increased to 0.16 g oxygen / g gluconic acid in the following 30 hours.

Beispiel 3Example 3

Zu 121 einer Suspension von MB 58 IMET B 346-Bakterien in Wasser (1 g/l Bakterientrockenmasse, pH-Wert 4,5) wurden in einen Rührkesselreaktor von 3Ol Gesamtvolumen 2,4kg Glukosemonohydrat, nach 21 Stunden 1,2 kg und nach 31 Stunden 0,6kg Glukosemonohydrat zugegeben. Der Versuch wurde durchgeführt analog wie im Beispiel 2 beschrieben.To a suspension of MB 58 IMET B 346 bacteria in water (1 g / l bacterial dry mass, pH 4.5) was added to a stirred tank reactor of 3 liters total volume 2.4 kg glucose monohydrate, after 21 hours 1.2 kg and after 31 Hours 0.6kg glucose monohydrate added. The experiment was carried out analogously as described in Example 2.

Folgende Werte wurden ermittelt:The following values were determined:

nach 21 Stunden gebildete Glukonsäure: 121,5 g/l Ausbeute: 95,4%Gluconic acid formed after 21 hours: 121.5 g / l Yield: 95.4%

Produktivität: 5,7-l"1-h"1 Productivity: 5.7-l " 1 -h" 1

spezifische Produktbildungsrate: 5,7 g · g"1 · h"1 specific product formation rate: 5.7 g · g " 1 · h" 1

Restglukose: 44%Residual glucose: 44%

nach 44,5 Stunden gebildete Glukonsäure: 210 g/lgluconic acid formed after 44.5 hours: 210 g / l

Ausbeute: 91,1%Yield: 91.1%

Restglukose: 5%Residual glucose: 5%

durchschnittliche Produktivität: 4,7 · Γ1 · h"1 average productivity: 4.7 · Γ 1 · h " 1

durchschnittliche spezifischeaverage specific

Produktbildungsrate: 4,7g-g"1'h"1 Product formation rate: 4,7g-g " 1 'h" 1

Beispiel 4Example 4

Zu einer wäßrigen Glukoselösung analog Beispiel 2 wird 1 g/l MB 58 IMET B 346 Bakterienbiomasse gegeben und bei gleichen Prozeßparametern fermentiert. Nach Erreichen einer Glukonsäurekonzentration von ca. 100 g/l wird erneut 1 g Biomasse/l zugesetzt. Der Zusatz von weiteren 1 g Biomasse/l erfolgt nach Erreichen einer Säurekonzentration von 250 g/l. Nach einer Gesamtfermentationsdauer von 60 Stunden wird der Produktbildungsprozeß bei einer Säurekonzentration von 359g/l entsprechend einer Raum-Zeit-Ausbeute von 5,98g/l · h beendet. Die substratbezogene Ausbeute beträgt 89,8% und der durchschnittliche Sauerstoffbedarf 0,12g/g Säure.To an aqueous glucose solution analogous to Example 2, 1 g / l MB 58 IMET B 346 bacterial biomass is added and fermented at the same process parameters. After reaching a gluconic acid concentration of about 100 g / l again 1 g biomass / l is added. The addition of another 1 g of biomass / l takes place after reaching an acid concentration of 250 g / l. After a total fermentation period of 60 hours, the product formation process is terminated at an acid concentration of 359 g / L corresponding to a space-time yield of 5.98 g / Lh. The substrate yield is 89.8% and the average oxygen requirement is 0.12 g / g acid.

Beispiel 5Example 5

IneinenLaborrührkesselfermentorvon 121 Bruttovolumenmit6 Blattscheibenrührernwerden51 einesNährmediumsfolgender Zusammensetzung gegeben:In a laboratory stirred tank fermentor of 121 gross volumes with 6 leaf disc stirrers are added 51 of a nutrient medium following the composition:

NH4CINH 4 Cl 2,0 g/l2.0 g / l H3BO3 H 3 BO 3 7,0mg/l7.0 mg / l K2HPO4 K 2 HPO 4 0,6 g/l0.6 g / l FeCI2 7 H2OFeCl 2 7 H 2 O 4,2 mg/l4.2 mg / l MgSO4 7 H2OMgSO 4 .7H 2 O 0,4 g/l0.4 g / l CaCI2-6 H2OCaCl 2 -6H 2 O 7,2mg/l7,2mg / l CuSO4-5H2OCuSO 4 -5H 2 O 2,4 mg/12.4 mg / 1 Na2MoO4-2 H2ONa 2 MoO 4 -2H 2 O 7,8 mg/l7.8 mg / l CoSO4-5H2OCoSO 4 -5H 2 O 0,6 mg/10.6 mg / l ZnCI2-7 H2OZnCl 2 -7H 2 O 6,0 mg/l6.0 mg / l MnSO4-4 H2OMnSO 4 -4H 2 O 4,7 mg/14.7 mg / 1 Hefeextrakt 0,1 %Yeast extract 0.1%

Dieses Nährmedium ermöglicht einen Organismenzuwachs von 5g/l.This nutrient medium allows an organism increase of 5g / l.

Nach Einstellung eines pH-Wertes von 4,1 und einer Temperatur von 320C wird das Fermentationsmedium mit der Kultur-MB 58 IMET B 346 angeimpft, so daß sich eine Startkonzentration von ca. 0,5g Biomasse/l ergibt. Das Medium wird mit einer Belüftungsrate von 1001/h begast und mit 1200U/min gerührt. Durch Zusatz von 15g Methanol/l wird der Wachstumsprozeß gestartet und die Methanolkonzentration durch portionsweise Zugabe im Bereich zwischen 0,2 und 0,4% gehalten. Die Regulierung des pH-Wertes erfolgt mittels 5%iger Natronlauge. Nach Erreichen einer Biomassekonzentration von ca. 5,5g/l, limitiert durch den Stickstoffgehalt des Fermentationsmediums, wird der diskontinuierliche Wachstumsprozeß beendet und dem biomassehaltigen stickstofffreien Fermentationsmedium 200g/l Glukose zugesetzt. Gleichzeitig wird die Rührerdrehzahl auf 800U/min und die Belüftungsrate auf 40l/h reduziert.After setting a pH of 4.1 and a temperature of 32 0 C, the fermentation medium is inoculated with the culture MB 58 IMET B 346, so that there is a starting concentration of about 0.5 g biomass / l. The medium is gassed at a ventilation rate of 1001 / h and stirred at 1200 rpm. By addition of 15 g of methanol / l of the growth process is started and the methanol concentration is maintained by adding portions in the range between 0.2 and 0.4%. The regulation of the pH is carried out by means of 5% sodium hydroxide solution. After reaching a biomass concentration of about 5.5 g / l, limited by the nitrogen content of the fermentation medium, the discontinuous growth process is terminated and added to the biomass-containing nitrogen-free fermentation medium 200g / l glucose. At the same time, the stirrer speed is reduced to 800 rpm and the aeration rate to 40 l / h.

Nach einer Produktbildungsdauer von 20 und 30 Std. werden jeweils weitere 125g Glukose/l dem Fermentationsmedium zugesetzt. Die erreichte Glukonsäureendkonzentration beträgt nach 44 Stunden 308g/l entsprechend einer Ausbeute von 89% und einer Raum-Zeit-Ausbeute von 7,0g Säure/l · hAfter a product formation time of 20 and 30 hours, in each case a further 125 g of glucose / l are added to the fermentation medium. The final gluconic acid concentration reached is 308 g / l after 44 hours, corresponding to a yield of 89% and a space-time yield of 7.0 g acid / lh

Der zur Glukoseoxydation benötigte durchschnittliche Sauerstoffbedarf beträgt 0,13g 02/g Säure.The average oxygen demand required for glucose oxidation is 0.13 g 0 2 / g acid.

Beispiel 6Example 6

In einen 3Ol Membranrührkesselreaktor werden 121 wäßrige Glukoselösung (lOOg/l) gegeben und mit 7 g/l Bakterienmasse MB58 IMET B346 angeimpft.121 ml of glucose aqueous solution (100 g / l) are introduced into a 3 l stirred-tank reactor in the reactor and inoculated with 7 g / l of MB58 IMET B346 bacterial mass.

Analog Beispiel 3 werden nach 21 Std. und 31 Std. 1,2kg bzw. 0,6kg Glukose dem Fermentationsmedium zugesetzt. Die Rührerdrehzehl und die Belüftungsrate während des Produktionsbildungsprozesses beträgt 100U/min bzw. 1,41/min. Nach einer Fermentationszeit von 45 Stunden ist eine Glukonsäurekonzentration von 215g/l erreicht. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die kontinuierliche Zudosierung einer 25,0%igen wäßrigen Glukoselösung mit einer Verweilzeit von 20 Stunden. Nach ca. 1,5 Verweilzeitperioden stellt sich ein stationärer Prozeßzustand bei einer durchschnittlichen Glukonsäurekonzentration von 227 g/l, entsprechend einer Produktivität von 11,3g Säure/l h ein. Das glukonsäurehaltige wäßrige Fermentationsmedium wird zellfrei aus dem Reaktor über ein geeignetes Membranfilter kontinuierlich abgezogen. Zu diesem Zweck wird mit Beginn der kontinuierlichen Betriebsweise der Reaktordruck auf 0,5M Pa erhöht. Die Glukoserestkonzentration in der zellfreien wäßrigen Glukonsäurelösung beträgt S0,5%.Analogously to Example 3, 1.2 kg or 0.6 kg of glucose are added to the fermentation medium after 21 hours and 31 hours. The stirrer rotation rate and the aeration rate during the production-forming process are 100 rpm and 1.41 rpm, respectively. After a fermentation time of 45 hours, a gluconic acid concentration of 215 g / l is reached. At this time, the continuous metered addition of a 25.0% aqueous glucose solution with a residence time of 20 hours. After about 1.5 residence time periods, a steady-state process state occurs with an average gluconic acid concentration of 227 g / l, corresponding to a productivity of 11.3 g acid / l h. The gluconic acid-containing aqueous fermentation medium is removed cell-free from the reactor via a suitable membrane filter continuously. For this purpose, the reactor pressure is increased to 0.5 M Pa at the beginning of the continuous operation. The glucose residual concentration in the cell-free aqueous gluconic acid solution is 0.5%.

Nach einer kontinuierlichen Prozeßführung von ca. 300 Stunden wird der Prozeß unterbrochen und mitfrischer Biomasse erneut gestartet.After a continuous process of about 300 hours, the process is interrupted and restarted with fresh biomass.

Die Rückhaltung derfür den Gludoseoxydationsprozeß erforderlichen Biomasse bzw. Enzymkonzentration kann darüber hinaus durch Trägerfixierung bzw. Immobilisierung nach einem der bekannten Verfahren erfolgen.The retention of the biomass or enzyme concentration required for the glutose oxidation process can also be achieved by carrier immobilization or immobilization according to one of the known methods.

Eine periodische Erneuerung der Biomasse kann vermieden werden, wenn die zur Produktbildung erforderliche Biomasse analog einem 2stufigen Verfahren dem Prozeß kontinuierlich zugeführt wird. In diesem Falle wird jedoch zur Gewinnung einer zellfreien wäßrigen Glukonsäurelösung ein nachgeschalteter Aufarbeitungsprozeß erforderlich.A periodic renewal of the biomass can be avoided if the required for product formation biomass is continuously fed to the process analogous to a two-step process. In this case, however, a downstream work-up process is required to obtain a cell-free aqueous gluconic acid solution.

Beispiel 7Example 7

Zu 41 einer 15%igen Glukoselösung werden 25g/l der Bakterienkultur Thiobacillus versutus CCM 2505, kultiviert auf Methanol als einzigster Kohlenstoff- und Energiequelle, gegeben und analog Beispiel 2 fermentiert.To a 15% glucose solution 25 g / l of the bacterial culture Thiobacillus versutus CCM 2505, cultured on methanol as the sole source of carbon and energy, and fermented analogously to Example 2.

Nach 35 Stunden wird eine Glukonsäurekonzentration von 142g/l, entsprechend einer Produktivität von 4,05g Säure/l h und einer Ausbeute bezogen auf Glukose von 94,0%. Die Restglukosekonzentration beträgt 0,85g/l.After 35 hours, a gluconic acid concentration of 142 g / l, corresponding to a productivity of 4.05 g acid / l h and a yield based on glucose of 94.0%. The residual glucose concentration is 0.85 g / l.

Eine Regelung des pH-Wertes erfolgte nicht. Am Ende des Prozesses betrug der pH-Wert des Mediums 1,9.A regulation of the pH value did not take place. At the end of the process, the pH of the medium was 1.9.

Beispiel 8Example 8

100ml einer Suspension, die 10g Glukose und 5 g Biomasse der Bakterienkultur Thiobacillus acidophilus DSM 700 enthält, wird in einen 500ml Schüttelkolben gegeben und bei 320C auf einer Schüttelapparatur kultiviert. Die Bakterienkultur wurde vorher unsteril auf Methanol als Substrat kultiviert und durch Zentrifugation vom Fermentationsmedium getrennt. Der pH-Wert der Suspension im Schüttelkolben betrug zu Beginn der Kultivierung 6,1. Nach einer Kultivierungszeit von 50 Stunden wurde titrimetrisch eine freie Glukonsäurekonzentration von 91 g/l ermittelt. Das entspricht einer Produktivität von 1,8g/l h und einer Ausbeute von 91 %. Die Restglukosekonzentration lag bei 1 g/l. Der pH-Wert am Ende der unsterilen Kultivierungsphase lag bei 2,3.100 ml of a suspension containing 10 g of glucose and 5 g biomass of the bacterial culture Thiobacillus acidophilus DSM 700 is placed in a 500 ml shake flask and cultured at 32 0 C on a shaker. The bacterial culture was previously cultivated non-sterile on methanol as a substrate and separated from the fermentation medium by centrifugation. The pH of the suspension in the shake flask was 6.1 at the beginning of the cultivation. After a cultivation time of 50 hours, a free gluconic acid concentration of 91 g / l was determined titrimetrically. This corresponds to a productivity of 1.8 g / lh and a yield of 91%. The residual glucose concentration was 1 g / l. The pH at the end of the non-sterile cultivation phase was 2.3.

Claims (5)

Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Glukonsäure mittels Bakterien, gekennzeichnet dadurch, daß Glukose mittels acidophiler methylotropher Bakterien unter unsterilen Bedingungen, sowohl für die Erzeugung des Produzenten als auch bei der Produktbildung, und ohne Neutralisation während der Produktbildung in einem pH-Bereich zwischen 6 und 1 und bei Temperaturen zwischen 10 und 350C zu freier Glukonsäure oxidiert wird, wobei die Produktbildung mit Zellkonzentrationen 0,5g 1~1 durchgeführt wird.1. A process for the production of gluconic acid by means of bacteria, characterized in that glucose by means of acidophilic methylotrophic bacteria under unsterile conditions, both for the production of the producer and in the product formation, and without neutralization during product formation in a pH range between 6 and 1 and at temperatures between 10 and 35 0 C to free gluconic acid is oxidized, wherein the product formation with cell concentrations of 0.5 g 1 ~ 1 is performed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung des Bakterienstammes Acetobacter methanolicus IMET B 346.2. The method according to claim 1, characterized by the use of the bacterial strain Acetobacter methanolicus IMET B 346th 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung des Bakterienstammes Thiobacillus acidophilus DSM 700.3. The method according to claim 1, characterized by the use of the bacterial strain Thiobacillus acidophilus DSM 700th 4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung des Bakterienstammes Thiobacillus versutus CCM 2505.4. The method according to claim 1, characterized by the use of the bacterial strain Thiobacillus versutus CCM 2505. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2-4, gekennzeichnet dadurch, daß die Produktbildung entweder durch Zugabe von Glukose zum Wachstumsmedium, das den Produzenten enthält, oder durch Zugabe des Produzenten zu einer wäßrigen Glukoselösung erfolgt.5. The method of claim 1 and any one of claims 2-4, characterized in that the product formation takes place either by adding glucose to the growth medium containing the producers, or by adding the producer to an aqueous glucose solution.
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