DD248144B1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF 1,4-ANDROSTADIENE-3,17-DION BY FERMENTATIVE STEROL DEGRADATION - Google Patents

PROCESS FOR THE PREPARATION OF 1,4-ANDROSTADIENE-3,17-DION BY FERMENTATIVE STEROL DEGRADATION Download PDF

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DD248144B1
DD248144B1 DD26643184A DD26643184A DD248144B1 DD 248144 B1 DD248144 B1 DD 248144B1 DD 26643184 A DD26643184 A DD 26643184A DD 26643184 A DD26643184 A DD 26643184A DD 248144 B1 DD248144 B1 DD 248144B1
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Hans-Helmut Grosse
Lutz Blei
Volker Deppmeyer
Michael Menner
Harald Bocker
Claere Hoerhold
Birgit Gottschaldt
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fermentativen Seitenkettenabbau von Sterolen zu 1,4-Androstadien-3,17-dion, welches als Ausgangssubstanz für die Herstellung von Steroidwirkstoffen von Bedeutung ist. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt also in der pharmazeutischen Industrie und in der technischen Mikrobiologie.The invention relates to a process for the fermentative side chain degradation of sterols to 1,4-androstadiene-3,17-dione, which is of importance as starting material for the production of steroidal drugs. The field of application of the invention thus lies in the pharmaceutical industry and in technical microbiology.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß Sterole, wie z.B. Sitosterol, Cholesterol, Stigmasterol, Campesterol und Ergosterol, durch Mikroorganismen aus zahlreichen Gattungen, wie z. B. Arthrobacter, Brevibacterium, Nocardia, Microbacterium, Protaminobacter, Bacillus, Streptomyces, Corynebacterium und insbesondere Mycobacterium u.a., über das Intermediärprodukt 1,4-Androstadien-3,17-dion (im folgenden kurz ADD genannt) abgebaut werden können. Dieses Produkt wird im Fermentationsmedium nur dann angereichert, wenn keine 9a-Hydroxylierung erfolgt. Dies wiederum wird u.a. dadurch erreicht, daß Mikroorganismus-Mutanten mit Defekten in der genannten enzymatischen Leistung zur Fermentation verwendet werden.It is known that sterols, such as e.g. Sitosterol, cholesterol, stigmasterol, campesterol and ergosterol, by microorganisms from many genera, such. B. Arthrobacter, Brevibacterium, Nocardia, Microbacterium, Protaminobacter, Bacillus, Streptomyces, Corynebacterium and especially Mycobacterium et al., About the intermediate product 1,4-androstadiene-3,17-dione (hereinafter referred to as ADD) can be degraded. This product is enriched in the fermentation medium only if no 9a hydroxylation occurs. This in turn is u.a. achieved by using microorganism mutants with defects in said enzymatic power for fermentation.

Das erste Verfahren zur Herstellung von ADD aus Sterolen unter Verwendung von Enzymdefektmutanten (G. D. Searle & Co., US 3684657,1970, Mycobacterium spec. NRRLB-3683) beschreibt bei Einsatz von 1g Sitosterol je Liter Kulturlösung und einer Fermentationszeit von 186 Stunden bis 216 Stunden theoretische Ausbeuten von 40% ADD, bezogen auf den Anteil des bei der Fermentation umgewandelten Sitosterols.The first method of producing ADD from sterols using enzyme-defective mutants (GD Searle & Co., US 3684657, 1970, Mycobacterium spec. NRRLB-3683) describes using 1 g of sitosterol per liter of culture solution and a fermentation time of 186 hours to 216 hours theoretical yields of 40% ADD, based on the proportion of converted in the fermentation sitosterol.

Die von I. Sauerbaum et. al. (1. Europ. Kongress f. Biotechnologie, Interlaken, 1978,139—143) angegebene Fermentation von Sitosterol mit Mycobacterium spec. NRRL B-3683*1 in Gegenwart des unpolaren Adsorbers XAD-2 und des nichtionischen TensidsTween 20, in der 10g Sitosterol je Liter Kulturlösung in 96 Stunden zu 80% der Theorie zu einem Gemisch aus ADD und AD umgewandelt werden, ist als die bisher beste Verfahrenslösung anzusehen. Nach diesen Autoren wird hierbei die Produktbildung durch hohe Gelöstsauerstoffkonzentrationen stimuliert und die ADD-Bildung gegenüber der Bildung von 4-Androsten-3,17-dion (AD) begünstigt, wobei als günstigste Bedingung und damit als untere Grenze eine relative Gelöstsauerstoffsättigung der Kulturbrühe von 50% angegeben wird.The I. Sauerbaum et. al. (1st European Congress for Biotechnology, Interlaken, 1978, 139-143) indicated fermentation of sitosterol with Mycobacterium spec. NRRL B-3683 * 1 in the presence of the nonpolar adsorbent XAD-2 and the nonionic surfactant Tween 20, in which 10g of sitosterol per liter of culture solution are converted to 80% of theory in a mixture of ADD and AD in 96 hours, is the best so far View process solution. According to these authors, the product formation is stimulated by high dissolved oxygen concentrations and the formation of ADD is favored over the formation of 4-androstene-3,17-dione (AD), with the relative best condition and thus the lower limit being a relative dissolved oxygen saturation of the culture broth of 50 % is specified.

Daraus ergeben sich für die Prozeßführung im Fermentor Anforderungen, die hinsichtlich Schäumung, Aufrahmung von Substraten und Biomasse, Scherkraft- und Durchmischungsverhältnissen insbesondere bei Anwesenheit von Adsorbern in der Fermentationsbrühe ungünstig sind.This results in requirements for the process control in the fermenter, which are unfavorable in terms of foaming, creaming of substrates and biomass, Scherkraft- and mixing ratios, especially in the presence of adsorbers in the fermentation broth.

*> Nach JP 105289 (Kokai) wurde dieser Mycobacterium spec.-Stamm später als Mycobacterium vaccae klassifiziert.*> According to JP 105289 (Kokai) this Mycobacterium spec. Strain was later classified as Mycobacterium vaccae.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, 1,4-Androstadien-3,17-dion in hohen Ausbeuten aus Sterolen herzustellen.The aim of the invention is to produce 1,4-androstadiene-3,17-dione in high yields from sterols.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 1,4-Androstatien-3,17-dion mittels mikrobieller Transformation von Sterolen zu beschreiben, in welchem hinsichtlich der Fermentationsführung, insbesondere hinsichtlich der Führung der relativen Gelöstsauerstoffsättigung der Kulturbrühe, eine Lösung realisiert wird, die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen vermeidet.The invention has for its object to describe an improved process for the preparation of 1,4-Androstatien-3,17-dione by microbial transformation of sterols, in which with regard to the fermentation, in particular with regard to the guidance of the relative dissolved oxygen saturation of the culture broth, a solution is realized, which avoids the disadvantages of the known technical solutions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in ihrem Grundzug wie folgt gelöst:According to the invention, this object is achieved in its basic feature as follows:

Sterole wie Sitosterol, Cholesterol, Campesterol, Stigmasterol bzw. Ergosterol oder Gemische dieser Sterole werden in Form von Sterol-Tensid-Präparationen eingesetzt, wobei die Sterolkonzentration bezogen auf den Liter FermentationsmediumSterols such as sitosterol, cholesterol, campesterol, stigmasterol or ergosterol or mixtures of these sterols are used in the form of sterol surfactant preparations, the sterol concentration based on the liter of fermentation medium

1 Gramm bis 50 Gramm beträgt. Zur Fermentation werden Mikroorganismen eingesetzt, die zur Steroltransformation unter Bildung des Produkts ADD bzw. des Produktgemisches ADD/AD befähigt sind, beispielsweise solche aus der Gattung Mycobacterium, speziell solche aus der Art Mycobacterium vaccae.1 gram to 50 grams. For fermentation microorganisms are used, which are capable of sterol transformation to form the product ADD or the product mixture ADD / AD, for example those of the genus Mycobacterium, especially those of the species Mycobacterium vaccae.

Die Sterol-Tensid-Präparationen werden nach den an sich bekannten Methoden der Lyophilisierung, Vermahlung oder der Sprühtrocknung gewonnen.The sterol surfactant preparations are obtained by the known methods of lyophilization, grinding or spray drying.

Wie in den Patenten DD-WP 248143 A3 und DD-WP 248145 A3 beschrieben, kommen als Tenside Verbindungen aus der Gruppe der Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Addukte des N,N"-Tetra-(-oxypropylpropyol)-N'-(2-oxypropyl)-diethylentriamins mit Molekulargewichten des Polypropylenglykols um 1400 bis 2000 zur Anwendung.As described in the patents DD-WP 248143 A3 and DD-WP 248145 A3, come as surfactants compounds from the group of polyethylene oxide-polypropylene oxide adducts of N, N "-Tra - (- oxypropylpropyol) -N '- (2-oxypropyl ) -diethylenetriamine having molecular weights of polypropylene glycol around 1400 to 2000 for use.

Die wäßrigen Fermentationsmedien enthalten wenigstens eine Kohlenstoffquelle aus der Kollektion Glycerol, Glucose, Saccharose, Stärke und/oder Melasse usw., weiterhin wenigstens eine Stickstoffquelle aus der Kollektion Hefeextrakt, Harnstoff, Ammoniumsalze und/oder komplexe Medienbestandteile (wie z. B. Maisquellwasser, Pflanzenmehle, Fleischextrakt, Hydrolysate) sowie verschiedene Mineralsalze.The aqueous fermentation media contain at least one carbon source from the collection glycerol, glucose, sucrose, starch and / or molasses, etc., furthermore at least one nitrogen source from the collection yeast extract, urea, ammonium salts and / or complex media components (such as corn steep liquor, plant flours , Meat extract, hydrolysates) and various mineral salts.

Zum Fermentationsmedium wird ein Adsorber gegeben, der vom Typ eines organischen Polymeren ist und polare Gruppen (Copolymerisat aus Styren und Divinytbenzen mit Acrylsäurederivat-Anteil) enthält. Das Mengenverhältnis beträgt zwischenTo the fermentation medium, an adsorbent is added, which is of the organic polymer type and contains polar groups (copolymer of styrene and divinylbenzene with acrylic acid derivative portion). The quantity ratio is between

2 Gramm pro Liter und 200 Gramm pro Liter (siehe wiederum die Schriften DD-WP 248143A3 und DD-WP 248145A3).2 grams per liter and 200 grams per liter (see again the writings DD-WP 248143A3 and DD-WP 248145A3).

Die Zeitdauer der Fermentation beträgt 24 Stunden bis 192 Stunden. Es wird unter aeroben Bedingungen bei Temperaturen von 200C bis 450C und pH-Werten im Bereich von pH6 bis pH8 kultiviert.The duration of the fermentation is 24 hours to 192 hours. It is cultured under aerobic conditions at temperatures of 20 0 C to 45 0 C and pH values in the range of pH6 to pH8.

Die Durchführung der Fermentation erfolgt im Rührfermentor oder in Fermentoren mit anderen Umwälzungsprinzipien, z. B. in Air-Lift-Fermentoren.The fermentation is carried out in Rührfermentor or in fermentors with other Umwälzungsprinzipien, z. B. in air-lift fermentors.

Für den jeweils verwendeten Fermentor ist eine apparative Charakterisierung vorzunehmen, diese erfolgt für den erfindungsgemäßen Zweck mit Hilfe der Sauerstoff-Transportrate in Abhängigkeit von Belüftung und Umwälzung. Die Messung der Sauerstoff-Transportrate wird in an sich bekannter Weise durchgeführt.For the fermenter used in each case an apparatus characterization is carried out, this is done for the purpose of the invention using the oxygen transport rate as a function of ventilation and circulation. The measurement of the oxygen transport rate is carried out in a conventional manner.

Für den zur Steroltransformation eingesetzten Mikroorganismus werden in Vorversuchen in an sich bekannter Weise (siehe z. B.For the microorganism used for the sterol transformation are used in preliminary experiments in a conventional manner (see, eg.

F.Bergter, Wachstum von Mikroorganismen, G. Fischer Verlag Jena, 1983)F.Bergter, Growth of Microorganisms, G. Fischer Verlag Jena, 1983)

- die Ertragskoeffizienten für die Biomasse aus den bestimmenden Substraten,the yield coefficients for the biomass from the determining substrates,

- die spezifische Wachstumsrate und- the specific growth rate and

- die spezifische Sauerstoff-Aufnahmerate- the specific oxygen uptake rate

bestimmt. Weiterhin wird während des Fermentationsprozesses die relative Gelöstsauerstoffsättigung als pGyWert der Fermentationsbrühe auf an sich bekannte Weise kontinuierlich gemessen.certainly. Furthermore, during the fermentation process, the relative dissolved oxygen saturation is continuously measured as the pGy value of the fermentation broth in a manner known per se.

Für die zu Beginn des Fermentationsprozesses ablaufende Phase des Biomassewachstums ist auf der Grundlage der für den eingesetzten Fermentor voranstehend ermittelten Abhängigkeit der Sauerstoff-Transportrate der Arbeitspunkt für das Regime von Belüftung und Umwälzung der Fermentationsbrühezu wählen. Es ist in diesem Zusammenhang nun erfindungswesentlich, durch dieses Regime die relative Gelöstsauerstoffsättigung der Fermentationslösung,.gemessen als pO2-Wert, nach 0,5 Stunden bis 45 Stunden, vorzugsweise nach 1,0 Stunden bis 6 Stunden, unter das 5%-Niveau bis 30%-Niveau, vorzugsweise unter das 15%-Niveau, abzusenken und wenigstens 10 Stunden bei diesem Niveau zu halten. Diese Vorschrift stützt sich auf den Befund, daß der oxidative Prozeß der Bildung von 1,4-Androstadien-3,17-dion durch mikrobielle Transformation von Sterolen oder Sterolgemischen, vorzugsweise von Sterolgemischen mit Sitosterol als Hauptkomponente, mit überraschend hoher Ausbeute realisierbar ist, obwohl die relative Gelöstsauerstoffsättigung der Kulturbrühe im Verlauf der Fermentation nach Abfall vom Sättigungswert 100 % zeitweise oder ständig weniger als 10% beträgt. Mit dieser Sauerstoff auszehrung tritt ein für die Erzielung hoher ADD-Bildungsraten günstiger physiologischer Zustand der Biomasse ein.For the phase of biomass growth proceeding at the beginning of the fermentation process, the operating point for the regime of aeration and circulation of the fermentation broth is to be selected on the basis of the dependence of the oxygen transport rate determined above for the fermentor used. In this context, it is essential to the invention, by this regime, the relative dissolved oxygen saturation of the fermentation solution, measured as pO 2 value, after 0.5 hours to 45 hours, preferably after 1.0 hours to 6 hours, below the 5% level to lower to 30% level, preferably below the 15% level, and to keep at least 10 hours at this level. This protocol is based on the finding that the oxidative process of formation of 1,4-androstadiene-3,17-dione can be achieved by microbial transformation of sterols or sterol mixtures, preferably sterol mixtures with sitosterol as the main component, with surprisingly high yield, although the relative dissolved oxygen saturation of the culture broth in the course of the fermentation after falling from the saturation value is 100% temporarily or constantly less than 10%. With this oxygen consumption enters a favorable for the achievement of high ADD formation rates physiological state of the biomass.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren in der Phase der stationären Biomasse hinsichtlich des Sauerstofftransports, d. h. hinsichtlich Belüftung und Umwälzung der Fermentationsbrühe, in einem auf der Basis einer pO2-Sollwertregelung entstehenden Impulsregime durchgeführt. Der pO2-Sollwert wird aus dem Bereich von 5% bis 30% gewählt; vorzugsweise wird er auf 10% eingestellt.In a preferred embodiment, the process is carried out in the stationary biomass phase with regard to the oxygen transport, ie with respect to aeration and circulation of the fermentation broth, in a pulse regime based on a pO 2 setpoint control. The pO 2 set point is chosen from the range of 5% to 30%; preferably it is set to 10%.

Die pO2-Sollwertregelung bei einem Sollwert von beispielsweise 10% wird hier wirksam, um das Ansteigen der relativen Gelöstsauerstoffsättigung der Fermentationsbrühe in der Phase der stationären Biomasse zu unterdrücken.The pO 2 setpoint control at a setpoint of, for example, 10% here becomes effective in order to suppress the increase in the relative dissolved oxygen saturation of the fermentation broth in the stationary biomass phase.

Für das Impulsregime von Belüftung und Umwälzung (z. B. Rührfermentordrehzahl) werden in Koinzidenz beider Größen die zwei ZuständeFor the pulsed regime of aeration and recirculation (eg, agitator rotor speed), the two states coincide in both quantities

- reduzierter bzw. gestoppter Lufteintrag und verminderte Umwälzung für pO2-lstwert > p02-Sollwert,- Reduced or stopped air entry and reduced circulation for pO 2 -value> p0 2 setpoint,

- Lufteintrag und aktivierte Umwälzung für pO2-lstwert < pO2-Sollwert gewählt.- Air intake and activated circulation selected for pO 2 -value <pO 2 setpoint.

Die Änderungsbereiche von Umwälzungsparameter und Lufteintrag sind aus der Sauerstofftransport-Charakteristik des jeweils eingesetzten Fermentorszu bestimmen.The change ranges of recirculation parameters and air intake are to be determined from the oxygen transport characteristics of the fermenter used in each case.

Im Extremfall ist diese Ausführungsform dahingehend modifiziert, daß das Impulsregime bereits in der Phase des Biomassewachstums wirksam wird. Diese Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß der pO2-Wert der Fermentationsbrühe unmittelbar nach Fermentationsbeginn infolge Zuluftstop unter das Sollwertniveau, beispielsweise unter das 10% Niveau, abfällt, womit die рОг-Sollwertregelung mittels koinzidierender Intensivierung von Belüftung und Umwälzung bei Sollwertunterschreitung frühzeitig beginnt. Mit dieser Prozeßführung werden in besonders vorteilhafter Weise Aufrahmungs- und Schäumungsprobleme vermieden und günstige Kontakt- und Durchmischungsbedingungeri für die Festphasen (Adsorber, Sitosterol, Biomasse) gewährleistet. Gleichzeitig werden hohe ADD-Ausbeuten realisiert. Bei Durchführung des Verfahrens im technischen Maßstab, beispielsweise im 10m3-Rührfermentor, wird das voranstehende Impulsregime entsprechend der vorteilhaften technischen Realisierung modifiziert. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind dannIn extreme cases, this embodiment is modified in such a way that the pulse regime already becomes effective in the phase of biomass growth. This process variant is characterized in that the pO 2 value of the fermentation broth immediately after the start of fermentation as a result of Zuluftstop below the setpoint level, for example, below the 10% level, whereby the рОг setpoint control by means of coincident intensification of ventilation and circulation at setpoint below begins early. With this process control creaming and foaming problems are avoided in a particularly advantageous manner and ensures favorable contact and Durchmischungsbedingungeri for the solid phases (adsorber, sitosterol, biomass). At the same time high ADD yields are realized. When carrying out the process on an industrial scale, for example in the 10m 3 -Rührfermentor, the above pulse regime is modified according to the advantageous technical realization. Preferred embodiments are then

- kontinuierliche, beispielsweise lineare Anhebung der Drehzahl bis zu einer festgelegten Obergrenze bei Unterschreitung des pO2-Sollwerts und Intensivierung des Lufteintrags beginnend mit dem Erreichen des oberen Drehzahl-Plateaus; Drehzahlabsenkung und Reduzierung bzw. Stop des Lufteintrags bei Überschreitung des pO2-Sollwerts oder- Continuous, for example, linear increase of the speed up to a specified upper limit when falling below the pO 2 setpoint and intensification of air intake starting with the achievement of the upper speed plateau; Speed reduction and reduction or stop of the air entry when exceeding the pO 2 setpoint or

- Beibehaltung einer durchgängig konstanten Drehzahl und Durchführung des Impulsregims nur für die Fermentorzuluft. Die verfahrensgemäße Lösung hat folgende Vorteile:- Maintaining a consistently constant speed and execution of the pulse regime only for the fermentor supply air. The procedural solution has the following advantages:

Durch die Entwicklung des vorliegenden Verfahrens zur Herstellung von ADD über den mikrobiellen Sterolabbau, welches während langer Abschnitte der Prozeßdauer durch niedrige Werte der relativen Gelöstsauerstoffsättigung der Fermentationsbrühe gekennzeichnet ist, werden hohe Produktausbeuten bei gleichzeitig verbesserter Fermentationsführung ohne Schäumung und Aufrahmung von Biomasse, Adsorber und Sitosterol gewährleistet. Ein zusätzlicher Vorteil wird in der Einsparung von bereitzustellender Fermentorzuluft und Elektroenergie gesehen.The development of the present process for the production of ADD via microbial sterol degradation, which is characterized by low levels of relative dissolved oxygen saturation of the fermentation broth during long stretches of the process, ensures high product yields with simultaneously improved fermentation regime without foaming and creaming of biomass, adsorbent and sitosterol , An additional advantage is seen in the savings of fermenter supply air and electrical energy to be provided.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll an Beispielen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail by way of examples:

Beispiel 1example 1

Aus einer Konserve des Stammes Mycobacterium vaccae NRRI B-3683 wird die Impfkultur für die ADD-Fermentation kultiviert. Im ersten Schritt dazu wird eineSchrägagarkultur mittels viertägiger Bebrütung bei 350C angelegt. Der Nähragar hat je Liter Aqua dest. die Zusammensetzung: Glycerol 20g, Bacto-Pepton 5g, Fleischextrakt 3g, Agar agar 15g. Sein pH-Wert wird im flüssigen Zustand vor der Sterilisation auf 7,0 eingestellt; die Sterilisation dauert 20 Minuten bei 1210C. Anschließend erfolgen zwei submerse Vorkulturstufen. Für die erste submerse Vorkultur wird die Schrägagarkultur mit 5 ml des Kultivierungsmediums für die beiden submersen Vorkulturstufen abgeschwemmt. Dieses Medium hat je Liter Aqua dest. die Zusammensetzung: Hefeextrakt 10g, Glycerol 10g, KH2PO40,5g, K2HPO40,5g, (NH4J2HPO41,5g, MgSO4 · 7H2O 0,2g, FeSO4 · 7H2O 0,01 g, ZnSO4 7H2O 0,002g mit pH-Wert-Einstellung auf 7,0 vor der Sterilisation für 20 Minuten bei 1210C.From a preserve of the strain Mycobacterium vaccae NRRI B-3683, the seed culture for the ADD fermentation is cultivated. In the first step, a Sägägagarkultur by means of four-day incubation at 35 0 C is created. The nutrient agar has per liter of distilled water. the composition: glycerol 20g, bacto-peptone 5g, meat extract 3g, agar agar 15g. Its pH is adjusted to 7.0 in the liquid state before sterilization; the sterilization takes 20 minutes at 121 0 C. Subsequently, two submerse Vorkulturstufen done. For the first submerged preculture, the slant culture is washed off with 5 ml of the culture medium for the two submerged preculture stages. This medium has per liter of distilled water. the composition: yeast extract 10g, glycerol 10g, KH 2 PO 4 0.5g, K 2 HPO 4 0.5g, (NH 4 J 2 HPO 4 1.5g, MgSO 4 .7H 2 O 0.2g, FeSO 4 .7H 2 O 0.01 g, ZnSO 4 7H 2 O 0.002 g with pH adjustment to 7.0 before sterilization for 20 minutes at 121 0 C.

Aus der Abschwemmung werden 500 ml fassende Rundkolben beimpft, die je 50 ml des letztgenannten Mediums enthalten und 36 Stunden bei 28°C auf dem Rundschwingtisch geschüttelt werden. Jeweils 5ml der ersten Vorkultur dienen zur Beimpfung von Rundkolben der zweiten Vorkulturstufe mit den Füllbedingungen wie in der ersten Vorkulturstufe, die ebenfalls 36 Stunden bei 28°C geschüttelt werden.From the flooding 500 ml round-bottomed flasks are inoculated, each containing 50 ml of the latter medium and shaken for 36 hours at 28 ° C on the rotary table. Each 5ml of the first preculture are used to inoculate round bottom flask of the second preculture stage with the filling conditions as in the first precultivation stage, which are also shaken for 36 hours at 28 ° C.

Die anschließende Fermentor-Hauptkultur erfolgt über 94 Stunden mit einem Startvolumen (einschließlich Vorkultur und Sitosterol, ohne Adsorber) von 2,51 in einem Edelstahl-Glas-Rührfermentor mit 4,51 Bruttovolumen bei 310C. Die Beimpfungsmenge aus der zweiten Vorkulturstufe bildet 10% des Startvolumens. Zum Liter Fermentationsbrühe werden 140g Adsorber vom Typ eines Copolymerisate aus Styren und Divinylbenzen mit Acrylsäurederivat-Anteil zugesetzt. Der Adsorber wird vorher mit Methanol ausgewaschen und mit Wasser gespült. Die untere Grenze für den Korndurchmesser beträgt 0,4mm. Das Fermentationsmedium der Hauptkultur hat folgende Zusammensetzung je Liter Aqua dest: Harnstoff 0,125 g, Glucose 5g, KH2PO4 2g, K2HPO4 8g, (NH4J2 SO3 3g, MgSO4 7H2O 0,2g, FeSO4 · 7H2O 0,01 g, ZnSO4 · 7H2O 0,002g. Vor der Sterilisation wird der pH-Wert auf 7,0 eingestellt. Die Sterilisation erfolgt durch Autoklavierung des das Medium einschließlich der notwendigen Adsorbermenge enthaltenden Fermentergefäßes während 60 Minuten bei 121 °C. Die Sitosterolpräparation wird zweimal 60 Minuten im Dampftopf sterilisiert und in einem Schritt mit der Beimpfung in den auf 310C rückgekühlten Fermentor eingebracht. Je Liter Fermentationsbrühe werden 15g Sitosterol eingesetzt, dessen Präparation durch Naßvermahlung mit 10% eines Tensids aus der Gruppe der Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Addukte des N,N"-Tetra-(-Oxypropylpropyol)-N'-(2-Oxypropyl)-diethylentriamins mit Molekulargewichten des Polypropylenglycols um 1400 bis 2000 in einer Kolloidmühle erfolgt. Die Hauptkultur-Fermentation wird unter den zu Beginn eingestellten konstanten Bedingungen von 0,331 Luft je Liter Fermentationsbrühe und Minute bei 450 Umdrehungen je Minute (6-Blatt-Rührer) für Belüftung und Rührung durchgeführt. Während der Fermentation wird die relative Gelöstsauerstoffsättigung als pO2-Wert (100%-Eichung in der unbeimpften gerührten und belüfteten Fermentationsbrühe) gemessen und registriert; durch Probenahme werden die Kinetik der Biomasse und der ADD-Bildung ermittelt. Bei Beendigung der Fermentation liegt die Ausbeute an ADD bei 5,1 g/l. Die Kinetiken für ADD, Biomasse und pO2-Wertsind in Tabelle 1 zusammengefaßt.The subsequent Fermentor main culture is carried out over 94 hours with a start volume (including pre-culture and sitosterol without adsorber) of 2.51 in a stainless steel glass-Rührfermentor 4.51 gross volume at 31 0 C. The amount of inoculum from the second Vorkulturstufe forms 10 % of startup volume. To the liter fermentation broth, 140 g adsorber of the type of a copolymer of styrene and divinylbenzene with acrylic acid derivative content are added. The adsorber is previously washed out with methanol and rinsed with water. The lower limit for the grain diameter is 0.4mm. The fermentation medium of the main culture has the following composition per liter of distilled water: urea 0.125 g, glucose 5 g, KH 2 PO 4 2 g, K 2 HPO 4 8 g, (NH 4 J 2 SO 3 3g, MgSO 4 .7H 2 O 0.2 g, FeSO 4 4 · 7H 2 O 0.01 g, ZnSO 4 · 7H 2 O 0.002 g Before sterilization, the pH is adjusted to 7.0 The sterilization is carried out by autoclaving the fermenter vessel containing the medium including the necessary amount of adsorber for 60 minutes at 121 ° C. the Sitosterolpräparation is sterilized twice 60 minutes steam pot and introduced in one step with the inoculation in the rear, cooled to 31 0 C fermentor. per liter of fermentation broth 15g sitosterol are used, the preparation obtained by wet grinding with 10% of a surfactant from Group of the polyethylene oxide-polypropylene oxide adducts of N, N "-Tra - (- oxypropylpropyol) -N '- (2-oxypropyl) -diethylenetriamine with molecular weights of the polypropylene glycol around 1400 to 2000 in a colloid mill Main culture fermentation is carried out under the initially set constant conditions of 0.331 of air per liter of fermentation broth and minute at 450 revolutions per minute (6-blade stirrer) for aeration and agitation. During fermentation, the relative dissolved oxygen saturation is measured and recorded as the pO 2 value (100% calibration in the uninoculated stirred and aerated fermentation broth); Sampling determines the kinetics of biomass and ADD formation. Upon completion of the fermentation, the yield of ADD is 5.1 g / l. The kinetics for ADD, biomass and pO 2 values are summarized in Table 1.

Beispiel 2Example 2

Es wird wie im Beispiel 1 vorgegangen, um die Vorkultur für die ADD-Fermentation zu erhalten. Die Hauptkultur wird in einem Edelstahl-Glas-Rührfermentor mit 4,51 Bruttovolumen bei 28°C durchgeführt. Hinsichtlich der 2,51 betragenden Menge des Startvolumens sind 250 ml Impfkultur der zweiten Vorzuchtstufe und 7g/l Sitosterolpräparation inbegriffen, deren Vorbereitung und Zugabe wie im Beispiel 1 abläuft.The procedure is as in Example 1 to obtain the preculture for the ADD fermentation. The main culture is carried out in a 4.51 gross volume stainless steel glass stirred fermentor at 28 ° C. With regard to the amount of the starting volume of 2.51, 250 ml of seed culture of the second preemergence stage and 7 g / l of sitosterol preparation are included, the preparation and addition of which proceed as in Example 1.

Das Fermentationsmedium der Hauptkultur hat je Liter Aqua dest. die Zusammensetzung: Harnstoff 0,25g, Glucose 5g, (NH4)2SO4 3g, KH2PO41 g, K2HPO44g, MgSO4 · 7H2O 0,2g, FeSO4 7H2O 0,01 g, ZnSO4 · 7H2O 0,002g. Weiterhin werden zum Liter Fermentationsbrühe 60g des Adsorbers von Beispiel 1 zugegeben. Die Sterilisationsbedingungen sind mit Ausnahme der längeren Sterilisationszeit von 90 Minuten mit denen im Beispiel 1 identisch.The fermentation medium of the main culture has per liter of distilled water. the composition: urea 0.25 g, glucose 5 g, (NH 4 ) 2 SO 4 3 g, KH 2 PO 4 1 g, K 2 HPO 4 4 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.2 g, FeSO 4 7H 2 O 0, 01 g, ZnSO 4 .7H 2 O 0.002 g. Furthermore, 60 g of the adsorber of Example 1 are added to the liter of fermentation broth. The sterilization conditions are identical to those in Example 1 with the exception of the longer sterilization time of 90 minutes.

Die Hauptkultur-Fermentation beginnt im Zustand der Gelöstsauerstoffsättigung der Fermentationsbrühe, der auch zur Eichung der p02-Sonde benutzt wird. Als Regelschwelle für den pO2-Wert werden 10% eingestellt. Die Startdrehzahl beträgt 450 min"1 die Luftzufuhr wird nach der Eichung der рОг-Sonde unterbrochen.The main culture fermentation begins in the state of dissolved oxygen saturation of the fermentation broth, which is also used to calibrate the pO 2 probe. The control threshold for the pO 2 value is 10%. The starting speed is 450 min " 1 the air supply is interrupted after the calibration of the рОг sensor.

Es erfolgt innerhalb von 0,5 Stunden der Abfall des pO2-Wertes auf 10% durch Sauerstoffauszehrung infolge der Sauerstoffaufnahme durch die anwachsende Biomasse. Bei Unterschreitung der pO2-Regelschwelle wird die Drehzahl auf 700min"1 erhöht und koinzidierend der Zuluftweg freigegeben, den dann die Luftmenge von 0,331 je Liter Fermentationsbrühe und Minute durchströmt. Nach Erhöhung des pO2-Wertes über 10%erfolgt die Rücksetzung der Prozeßbedingungen auf 450min"1 und Zuluftstop.Within 0.5 hours, the drop in the pO 2 value to 10% occurs as a result of oxygen depletion as a result of the uptake of oxygen by the growing biomass. If the pO 2 control threshold is undershot, the speed is increased to 700 min -1 and the air supply path is coincidentally released, which then flows through the air quantity of 0.331 per liter of fermentation broth and minute After increasing the pO 2 value above 10%, the process conditions are reset 450min " 1 and Zuluftstop.

Dieses Impulsregime zur Einhaltung des pOrSollwerts von 10% hat den prozeßtechnisch außerordentlich wichtigen Effekt, daß keine Aufrahmung von Biomasse und Substraten und keine Schäumung zustande kommt. Außerdem ergibt sich ein eingeschränkter Luftbedarf. Nach 92 Stunden Fermentationszeit liegt die Ausbeute an ADD bei 1,87 g/l; nach 164 Stunden (Ende der Fermentation) liegen 3,01 g/l ADD vor. Der Plateauwert der Biotrockenmasse von etwa 2,6g/l wird um dieThis pulse regime for compliance with the theoretical setpoint value of 10% has the process-technically extremely important effect that no creaming of biomass and substrates and no foaming is achieved. In addition, there is a limited need for air. After 92 hours fermentation time, the yield of ADD is 1.87 g / l; after 164 hours (end of the fermentation) there are 3.01 g / l ADD. The plateau value of the dry biomass of about 2.6 g / l is around the

30. Fermentationsstunde erreicht. Ab der 130. Fermentationsstunde steigt der pO2-Wert auf etwa 20% an, obwohl ohne Lufteintrag und bei 450 min"1 gearbeitet wird.30th fermentation hour reached. From the 130th fermentation hour, the pO 2 value rises to about 20%, although it works without air and at 450 min -1 .

Tabelle 1: Kinetiken für ADD, Biotrockenmasse und pO2-Wert bei Nichtanwendung einer p02-Sollwertregelung (Prozeßbedingungen gemäß Ausführungsbeispiel 1)Table 1: Kinetics for ADD, dry biomass and pO 2 value for non-application of a pO 2 setpoint control (process conditions according to embodiment 1)

ADD (g/l)ADD (g / l)

Biotrockenmasse (g/l)Dry biomass (g / l)

pO2(%)pO 2 (%)

0(n.B.) 11 22 24 30 35 43 46 50 52 55 60 70 940 (n.b.) 11 22 24 30 35 43 46 50 52 55 60 70 94

pO2-lstwert < 10%für 10 Stunden pO2-lstwert < 20% für 20 StundenpO 2 -value <10% for 10 hours pO 2 -value <20% for 20 hours

0 0,910 0.91

2,422.42

4,41 5,104,41 5,10

0,965 2,240.965 2.24

100100

100100

1010

1010

2020

5050

8383

100100

Tabelle 2: Kinetiken für ADD, Biotrockenmasse und pO2-Wert bei Zulaufstop nach Fermentationsbeginn und nachfolgender Anwendung einer pO2-Sollwertregelung (Sollwert 10%; sonstige Prozeßbedingungen gemäß Ausführungsbeispiel 2)Table 2: Kinetics for ADD, dry biomass and pO 2 value at feedstop after start of fermentation and subsequent application of a pO 2 setpoint control (target value 10%, other process conditions according to embodiment 2)

ADD (g/l)ADD (g / l)

Biotrockenmasse (g/l)Dry biomass (g / l)

pO2(%)pO 2 (%)

0(n. B.) 0,25 0,5 21 44 68 92 128 1640 (n.b.) 0.25 0.5 21 44 68 92 128 164

0,2210.221

0,8240.824

1,4471,447

1,8671,867

2,792.79

3,013.01

1,68 2,44 2,55 2,59 2,54 2,031.68 2.44 2.55 2.59 2.54 2.03

100 80 10100 80 10

10 2010 20

d.h. die pO2-Sollwertregelung setzte ab 0,5h ein.ie the pO 2 setpoint control started from 0.5h.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Androstadien-3,17-dion durch fermentativen Sterolabbau bei aeroben Kultivierungsbedingungenfürzum Sterol-Seitenkettenabbau befähigte Mikroorganismen, beispielsweise für solche aus der Gattung Mycobacterium, speziell der Art Mycobacterium vaccae, in wäßrigen Fermentationsmedien, die wenigstens eine Kohlenstoffquelle, wenigstens eine Stickstoffquelle sowie neben Mineralsalzen eine St^rol-Tensid-Präparation und einen partikulär vorliegenden polaren Adsorber vom Typ eines organischen Polymeren enthalten, deren Acidität während der 24 Stunden bis 192 Stunden bei Temperaturen zwischen 20°C und 450C durchgeführten Fermentation im Bereich pH 6 bis pH8 liegt, gekennzeichnet dadurch, daß man die relative Gelöstsauerstoffsättigung der Fermentationslösung, gemessen als pO2-Wert, über das Regime von Belüftung und Umwälzung dieser Lösung nach 0,5 Stunden bis 45 Stunden unter das 5%- bis 30%-Niveau absenkt und wenigstens 10 Stunden bei diesem Niveau hält.1. A process for preparing 1,4-androstadiene-3,17-dione by fermentative sterol degradation at aerobic culture conditions for microorganisms capable of sterol side-chain degradation, for example those of the genus Mycobacterium, especially of the species Mycobacterium vaccae, in aqueous fermentation media containing at least one Carbon source, at least one nitrogen source and in addition to mineral salts, a styrene-surfactant preparation and a particulate present polar adsorber type of organic polymer whose acidity during the 24 hours to 192 hours at temperatures between 20 ° C and 45 0 C carried out fermentation is in the range of pH 6 to pH 8, characterized in that the relative dissolved oxygen saturation of the fermentation solution, measured as pO 2 value, via the regime of aeration and circulation of this solution after 0.5 hours to 45 hours below the 5% to 30 % Level lowers and at least 10 hours at this m level holds. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die relative Gelöstsauerstoffsättigung nach 1 Stunde bis 6 Stunden unter das 15%-Niveau absenkt.2. The method according to claim 1, characterized in that one lowers the relative dissolved oxygen saturation after 1 hour to 6 hours below the 15% level. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß man nach Absenkung der relativen Gelöstsauerstoffsättigung auf einen Niveauwert obiger Kennzeichnung diesen als Sollwert für die restliche Fermentationsdauer beibehält.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that, after lowering the relative dissolved oxygen saturation to a level value of the above labeling retains this as the desired value for the remaining fermentation period. 4. Verfahren gemäß Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß man die relative Gelöstsauerstoffsättigung auf das 10%-Niveau absenkt und dieses als Sollwert für die restliche Fermentationsdauer beibehält.4. The method according to claim 2 and 3, characterized in that one lowers the relative dissolved oxygen saturation to the 10% level and this maintains as the set value for the remaining fermentation period. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß man nach Absenkung der relativen Gelöstsauerstoffsättigung auf einen Niveauwert obiger Kennzeichnung eine Belüftung und Umwälzung der Fermentationslösung in Koinzidenz erfassende Sollwert-Regelung zur Aufrechterhaltung dieses Niveauwertes anwendet.5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one applies after lowering the relative dissolved oxygen saturation to a level value above labeling a ventilation and circulation of the fermentation solution in coincidence detected setpoint control to maintain this level value. 6. Verfahren gemäß Anspruch 2 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß man nach Absenkung der relativen Gelöstsauerstoffsättigung auf das 10%-Niveau eine Belüftung und Umwälzung der Fermentationslösung in Koinzidenz erfassende Sollwert-Regelung zur Aufrechterhaltung dieses Niveauwertes anwendet.6. The method according to claim 2 and 5, characterized in that one applies after lowering the relative dissolved oxygen saturation to the 10% level ventilation and circulation of the fermentation solution in coincidence detected setpoint control for maintaining this level value.
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