DD251571B5

DD251571B5 - Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Methanol mit Hilfe von Bakterien

Info

Publication number: DD251571B5
Application number: DD29322286A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Babel; Uwe Iske; Mirko Jechorek; Dietmar Miethe
Original assignee: Ufz Leipzighalle Gmbh
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 2000-06-15
Also published as: DD251571A1

Description

Die Erfindung betrifft ein biochemisches Verfahren zur Herstellung von wässerigen formaldehyd- und säurehaltigen Lösungen aus Methanol mit Hilfe von Bakterien.

Verfahren zur Erzeugung von Produkten auf der Basis heterotropher Substrate wie z.B. Glucose und Kohlenwasserstoffe sind bekannt. Produkte wie Gluconsäure (Kinoshita, S. und Tanaka, K. 1977, in Rehm: H. J.

Industrielle Mikrobiologie, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1980: Yamada, K., 1977, Biotechnol.

Bioeng., 19,1563 -1621), L-Lysin (US-A 3 708 395), L-Phenylalanin (US-A 3 818 483), L-Serin (JP 4 629 191), Essigsäure aus Ethanol (Hromtka, O., Ebher, H., 1959, Chem. 51,1279 -1280) und Citronensäure (Khan, A. H., Ghose, T. K., 1973, J. Ferm. Technol., 51, 734 - 741) werden hergestellt.

Diese Verfahren sind effektiv, d. h. sie realisieren hohe spezifische Produktbildungsraten, hohe Produktendkonzentrationen und hohe Ausbeuten werden erreicht. So sind z. B. in einem Verfahren zur mikrobiellen Gluconsäureherstellung aus Glucose nach EP 0 171 447 A1 Gluconsäureendkonzentrationen von 310 g/l bei Produktivitäten von 18 g/l.h und Ausbeuten von 95% möglich.

Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß die verwendeten Rohstoffe teuer und nur begrenzt verfügbar sind, weshalb sie besser für die Synthese höher veredelter Produkte wie beispielsweise Antibiotika, Enzyme (Wirkstoffe im weitesten Sinne) zur Verfügung gestellt werden sollten.

Methanol dagegen ist technisch leicht und in hoher Reinheit herstellbar aus Erdgas, Synthesegas, Kohle und Holz und steht demzufolge nicht nur für rein chemische Stoffwandlungsprozesse, sondern auch für mikrobielle Verfahren zur Verfügung. Es wurde bisher getestet für die mikrobielle Synthese von Aminosäuren (Ogata, K., Izumi, Y., Kawamori, M., Asano, Y., Tani, Y., (1977), J. Ferment. Technol., 55,444; Sahm, H., Wagner, F., 1976, European J. Appl. Microbiol., 2,175; Nakayama, K., Kobata, M., Tanaka, Y., Nomura, T., Katsumata, R., 1975, DE 2 438 206 A1, US-A 3 907 641). Aus C. A. Vol. 92 Nr. 72390 und C. A. Vol. 88 Nr. 85690 ist die Bildung von verschiedenen Produkten mittels Bakterien, die mit Methanol als Substrat wachsen, bekannt.

Technisch realisierte Verfahren zur Produktion auf der Basis von Methanol sind bisher jedoch nicht bekannt geworden. Angaben in bezug auf die Synthese von Gluconsäure aus Methanol fehlen im wissenschaftlichen

Schrifttum wie in Form von Patentschriften. Die hinsichtlich der Synthese von Formiat publizierten Parameter werden mit Mikroorganismen erreicht, die gegenüber Infektionen anfällig sind, da diese Organismen Wachstumskrüppel sind (Schlegel, H, G., Allgemeine Mikrobiologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1976).

Derzeit beschriebene Verfahren (DD 21 887 B1, DD 236 754 A1, DD 238 067 A1) verwenden zwar methylotrophe Bakterien zur Gluconsäureproduktion, wobei als Substrat aber stets Glucose eingesetzt wird.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Methanol als Substrat für weitere Produktsynthesen zu erschließen und entsprechende Verfahren zu entwickeln. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mikroorganismen für die

Produktsynthese auf der Basis von Methanol auszuwählen und sie durch phänotypische Maßnahmen zur Überproduktion bestimmter Produkte zu veranlassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, dass der methylotrophe Bakterienstamm Acetobacter methanolicus, hinterlegt bei der DSMZ₁ Braunschweig, DE unter der Nummer IMET 346 (DSM 7609), sowie die Stamme hinterlegt unter den Nummern IMET B 11070 (DSM 7871) und IMET B 10775 (DSM 7742), auf reinem Methanol oder methanolhaltigen Abwässern oder anderen industriellen Abprodukten aerob, jedoch wachstumslimitiert, bei pH-Werten zwischen 3 und 7 und Gelöstsauerstoffkonzentrationen größer 10% des Sättigungswertes kultiviert werden. Abhängig vom pH-Wert und der Substratkonzentration werden Säuren, im pH-Bereich von 3 bis 4,5 mit Acetobacter methanolicus bevorzugt Gluconsäure in Konzentrationen bis zu 1,2 g/l und im pH-Bereich 4,5 bis 6 dagegen überwiegend Ameisensäure in Konzentrationen bis zu 2,0 g/l synthetisiert. In jedem Falle tritt Formaldehyd auf, wobei mit abnehmendem pH-Wert und steigender Methanolkonzentration die gebildete Formaldehydmenge zunimmt. Formaldehydkonzentrationen bis zu 18 g/l sind realisierbar. Bei den neutrophilen Stämmen erfolgt die Produktakkumulation im Neutralbereich, wobei bevorzugt Gluconsäure (bis 2,2 g/l) und Ameisensäure (bis 5 g/l) gebildet werden. Mit dem Einsatz dieser Bakterien ist es möglich, Gluconsäure aus Methanol herzustellen. Gleichzeitig - abhängig von der Fahrweise - können Ameisensäure und Formaldehyd produziert werden. Mit acidophilen Bakterien zu arbeiten hat den Vorteil, dass der Produzent den sauren pH-Bereich bevorzugt, so dass der Produktbildungsprozess ungeschützt durchgeführt werden kann; und da es sich sowohl bei den acidophilen als auch bei den neutrophilen Stämmen um potentielle SCP-Produzenten handelt, ist eine Kopplung von Produktbildung und SCP-Synthese möglich. Durch die nachfolgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

Beispiel 1

In einen 2,5-l-Labörrührkesselfermentor wird 1 I einer 7%igen Methanollösung gegeben und mit verdünnter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,2 eingestellt. Diese Methanollösung wird mit Biomasse der Bakterienkultur Acetobacter methanolicus, hinterlegt, unter der Nummer IMET B 346 (DSM 7609), angeimpft. Es wird eine Biomassekonzentration von 6,5 g/l eingestellt und bei einer Temperatur von 32 "C mit einer Rührerdrehzahl von 1200 U/min gerührt.

Die Wahl der Belüftungsrate erfolgt so, dass eine Sauerstoffkonzentration von 10% des Sättigungswertes nicht unterschritten wird. Zur Regelung des pH-Wertes wird eine 10%ige Natronlauge verwendet. Durch Dosierung von Methanol entsprechend der Verbrauchsgeschwindigkeit wird eine Konzentration von 7% + 0,5% im Fermentationsmedium aufrechterhalten.

Nach einer Fermentationsdauer von 12 Stunden werden folgende Produktkonzentrationen gemessen:

Gluconsäure 1,15 g/l

Ameisensäure 0,4 g/l

Formaldehyd 15 g/l

Beispiel 2

In einen 2,5-l-Labörrührkesselfermentor wird 1 I einer 7%igen Methanollösung gegeben und mit verdünnter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 5,0 eingestellt. Diese Methanollösung wird analog Beispiel 1 mit Biomasse der Kultur Acetobacter methanolicus in einer Konzentration von 6,5 g/l angeimpft. Diese Suspension wird bei einer Temperatur von 32 ^eC und einer Rührerdrehzahl von 1200 U/min gerührt und belüftet, so dass die Gelöst-Sauerstoffkonzertträtion im Medium = 10% des Sättigungswertes beträgt. Die Regelung des pH-Wertes erfolgt bei 5,0 mit verdünnter Natronlauge. Methanol wird erst nachgeführt, wenn die aktuelle Konzentration den Wert von 3% unterschritten hat. Nach 12 Stunden wird der Prozess beendet und folgende Produktkonzentrationen bestimmt:

Ameisensäure 1,95 g/l Formaldehyd 1,5 g/l

Beispiel 3

In einen 2,5-l-Rührkesselreaktorwird 11 einer 7%igen Methanollösung mit einem pH-Wert von 7,0 gegeben. Diese Methanollösung wird mit Biomasse der Kultur IMET B 11070 (DSM 7871), angeimpft, so dass sich eine Konzentration von 5,8 g/l einstellt und anschließend analog Beispiel 1 fermentiert. Nach einer Fermentationsdauer von 24 Stunden werden folgende Säurekonzentrationen gemessen: Gluconsäure 2,0 g/l Ameisensäure 4,8 g/l

Beispiel 4

In einen Σ,δ-Ι^ϋίιΗζβ&εείΓβΒΜοΓ wird 1 I einer 7%igen Methanollösung mit einem pH-Wert von 7,5 gegeben. Diese Methanollösung wird mit Biomasse der Kultur IMET B 10775 (DSM 7742), angeimpft, so dass sich eine

Konzentration von 6,8 g/l einstellt und anschließend analog Beispiel 1 fermentiert. Nach einer Fermentationszeit von 24 Stunden werden folgende Säurekonzentrationen gemessen: Gluconsäure 1,1 g/l Ameisensäure 0,9 g/l

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Methanol mit Hilfe von Bakterien, gekennzeichnet dadurch, dass der methylotrophe Bakterienstamm Acetobacter methanolicus IMET B 346 (DSM 7609), der Stamm IMET B 10775 (DSM 7742) oder der Stamm IMET B 11070 (DSM 7871) unter aeroben wachstumslimitierten Bedingungen auf Methanol als Kohlenstoff- und Energiequelle kultiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Stamm Acetobacter methanolicus IMET B 346 bei einem pH-Wert zwischen 3 und 4,5, bevorzugt 4,2, einer Methanolkonzentration von 7% und einer Gelöstsauerstoffkonzentration = 10% bezogen auf den Sättigungswert kultiviert wird, wobei Formaldehyd und Säuren, insbesondere Glukonsäure gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass bei pH-Werten zwischen 4,5 und 6, bevorzugt bei 5,0, die Produktbildungsphase mit einer Methanolkonzentration von 7% gestartet und die Gelöstsauerstoffkonzentration aufwerte größer 10% eingestellt wird, wobei hauptsächlich Ameisensäure gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bei Verwendung des neutrophilen Bakterienstammes IMET B 10775 im pH-Bereich von 5 bis 8, bevorzugt bei 7, und einer Methanol konzentration zwischen 7 und 4% Ameisensäure und Glukonsäure gebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass anstelle von reinem Methanol methanölhaltige Abprodukte als Rohstoff eingesetzt werden.