DD295190A5 - PROCESS FOR MICROBIAL PRODUCTION OF GLUCONIC ACID - Google Patents

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DD295190A5 DD34179090A DD34179090A DD295190A5 DD 295190 A5 DD295190 A5 DD 295190A5 DD 34179090 A DD34179090 A DD 34179090A DD 34179090 A DD34179090 A DD 34179090A DD 295190 A5 DD295190 A5 DD 295190A5
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Iske Uwe
Mirko Jechorek
Wolfgang Babel
Norbert Loffhagen
Dietmar Miethe
Roland Mueller
Rolf Dueresch
Carsten Hampel
Hans-Peter Richter
Joerg Schmidt
Torsten Schulze
Gerd Sauter
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Akademie Der Wissenschaften,Institut Fuer Biotechnologie,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen Gluconsäureherstellung durch Oxydation von Glucose mittels Acetobacter methanolicus IMET 11402 (DSM 8167){Substratdosierung; Glucosekonzentration; Glucosesäure; Acetobacter methanolicus; Induktionsphase; Ausbeute; Produktivität}The invention relates to a process for the microbial production of gluconic acid by oxidation of glucose by means of Acetobacter methanolicus IMET 11402 (DSM 8167) {substrate dosage; Glucose concentration; Glucose acid; Acetobacter methanolicus; Induction phase; Yield; Productivity}

Description

Beispiel 1example 1 7h7h 10-30%10-30% Der „Katalysator" Acetobacter methanolicus IMET11402 wird in einem 12-l-Rührfermentor unter folgenden BedingungenThe "catalyst" Acetobacter methanolicus IMET11402 is placed in a 12 L stirred fermentor under the following conditions 320C32 0 C unsteril kontinuierlich kultiviert:cultivated non-sterile continuously: 4,<M,24, <M, 2 Verweilzeit:dwell time: Methanol, C-IimitiertMethanol, C-labeled pO2:pO 2 : Temperatur:Temperature: pH-Wert:PH value: Kohlenstoffquelle:Carbon source:

Die benötigte Biomassesuspension wird dem zur Gluconsäurepröduktion eingesetzten 12-l-Rührfermentor zugesetzt. Bei 3I Anfangsbefüllung beträgt die Biomassekonzentration 3g/l.The required biomass suspension is added to the 12 l stirred fermentor used for gluconic acid production. At 3I initial charge the biomass concentration is 3g / l.

Dem eigentlichen Gluconsäurebildungsprozeß geht eine Wachstumsphase bzw. Induktionsphase des acidophüen methylotrophen Gluconsäureproduzenten voraus. Dazu werden im Produktionsfermentor Ammoniumsulfat, Nähr- und Spurensalze für einen Biomassezuwachs von 3g BTS/I vorgelegt. Gleichzeitig werden 5g/l Glucose zugegeben. Während der Wachstums- bzw. Induktionsphase werden folgende Bedingungen eingehalten:The actual gluconic acid formation process is preceded by a growth phase or induction phase of the acidophilic methylotrophic gluconic acid producer. For this purpose ammonium sulfate, nutrient and trace salts for a biomass increase of 3 g BTS / I are presented in the production fermentor. At the same time 5 g / l glucose are added. During the growth or induction phase, the following conditions are met:

Temperatur: 320CTemperature: 32 ° C

pH-Wert: 4,0pH value: 4.0

pO2: 10-30%pO 2 : 10-30%

Glucose wird nach eier Auszehrung diskontinuierlich zugegeben. Diese Wachstums· bzw. Induktionsphase ist nach 5 Stunden abgeschlossen. Die Biomassekonzentration erreicht einen Wert von 6g/l, und die Stickstoffkonzentration liegt am Ende dieser Phase bei nahezu Omg/I.Glucose is added discontinuously after wasting. This growth or induction phase is completed after 5 hours. The biomass concentration reaches a value of 6g / l, and the nitrogen concentration at the end of this phase is close to Omg / l.

Mit der Glucosezugabe von 10g/l wird der Gluconsäurebildungsprozeß eingeleitet, gleichzeitig wird die Glucosedosierung entsprechend der Glucoseverbrauchsgeschwindigkeit begonnen; um die Glucosekorizentration nahezu konstant zu halten. Nach Erreichen einer Gluconsäurekonzentration von 215g/l wird bis zu einem Glucoseabbau kleiner als 2 g/l fortgesetzt. Die mittlere Produktivität beträgt 16g/l h. Es wird eine Ausbeute von 0,92 g Gluconsäure je g Glucose erreicht.With the glucose addition of 10 g / l, the gluconic acid formation process is initiated, at the same time the glucose dosage is started according to the glucose consumption rate; to keep the glucose concentration almost constant. After reaching a gluconic acid concentration of 215 g / l is continued until a glucose degradation less than 2 g / l. The average productivity is 16g / l h. A yield of 0.92 g of gluconic acid per g of glucose is achieved.

Beispiel 2Example 2

Die Anzucht von Acetobacter methanolicus sowie die Induktionsphase erfolgen analog Beispiel 1. Im Anschluß an die Induktionsphase wird die Glucosekonzentration auf 25g/l angehoben und damit der Gluconsäurebildungsprozeß eingeleitet. Wiederum wird gleichzeitig mit der Glucosedosierung entsprechend der Glucoseverbrauchsgeschwindigkeit begonnen, um die Glucosekonzentration bei 25g/l. Danach wird die Glucosekonzentration auf kleiner als 2g/l zu halten. Die Glucosedosierung erfolgt bis zu einer Gluconsäurekonzentration von 205g/l abgebaut. Die mittlere Produktivität beträgt 25g/l h, die Gluconsäureausbeute 1,04g/g.The cultivation of Acetobacter methanolicus and the induction phase are carried out analogously to Example 1. Following the induction phase, the glucose concentration is increased to 25 g / l and thus initiated the gluconic acid formation process. Again, glucose glucose consumption rate is started simultaneously with glucose dosage to glucose concentration at 25 g / L. After that, the glucose concentration is kept to less than 2g / l. The glucose dosage is degraded up to a gluconic acid concentration of 205g / l. The average productivity is 25 g / l h, the gluconic acid yield 1.04 g / g.

Beispiel 3Example 3

Biomasseanzucht und Induktionsphase erfolgen analog Beispiel 1. Die Glucosekonzentration Im Fermentor wird auf 80g/l angehoben, um die Gluconsäureproduktion einzuleiten. Die Glucosekonzentration von 80g/l wird durch Glucosedosierung bis zu einer Gluconsäurekonzentration von 150g/l nahezu konstant gehalten. Danach wird die Glucosedosierung gestoppt und die Glucosekonzentration wird wieder auf kleiner als 2g/l abgebaut. Die mittlere Produktivität beträgt 26g/l h, die Ausbeute 0,935g Gluconsäure jeg Glucose.Biomass cultivation and induction phase are carried out analogously to Example 1. The glucose concentration in the fermentor is raised to 80 g / l to initiate the gluconic acid production. The glucose concentration of 80 g / l is kept almost constant by glucose dosage up to a gluconic acid concentration of 150 g / l. Thereafter, the glucose dosage is stopped and the glucose concentration is reduced again to less than 2 g / l. The average productivity is 26g / l h, the yield 0.935g gluconic acid of glucose.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Gluconsäure mittels Bakterien der Art Acetobacter methanolicus IMET 11402, gekennzeichnet dadurch, daß der Produktbildungsprozeß mit einer Glucosekonzentration zwischen 15 und 50g/l, bevorzugt 20 bis 25g/l, gestartet und daß diese Konzentration über die Dauer des Prozesses durch kontinuierliche Nachdosierung von Glucose konstant gehalten wird.Process for the preparation of gluconic acid by means of bacteria of the species Acetobacter methanolicus IMET 11402, characterized in that the product formation process is started with a glucose concentration between 15 and 50 g / l, preferably 20 to 25 g / l, and that this concentration is maintained over the duration of the process by continuous replenishment is kept constant by glucose. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrowellen Gluconsäureherstellung durch Oxydation von Glucose mittels Acetobacter methanolicus IMET11402.The invention relates to a process for the microwave gluconic acid production by oxidation of glucose by means of Acetobacter methanolicus IMET11402. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Die technische Herstellung von Gluconsäure durch Oxydation von Glucose erfolgt mit Hilfe von Schimmelpilzen, z. B. Aspergillus niger, oder Bakterien, bevorzugt mit Spezies der Gattung Acetobacter/Gluconobacter. Im allgemeinen handelt es sich dabei um zweistufige Prozesse. Der „Katalysator" (Biomasse) kann nach dem Batch-Prinzip, aber auch im kontinuierlichen Prozeß nach dem Chemostat-Prinzip erzeugt werden, wie dies z. B. im Verfahren gemäß DD-WP 236754 geschieht. Für die Produktbildung wird der Batch-Betrieb oder Fedbatch-Betrieb im technischen Meßstab bevorzugt, obwohl auch Vorschläge für kontinuierliche Verfahren bekannt sind (DD-WP 253836). Die meisten Verfahren funktionieren nicht nach dem Chemostat-Prinzip; das Substrat wird vielmehr in Portionen angeboten, wobei der Prozeß in der Regel mit einer hohen Konzentration gestartet und im Verlauf des Prozesses periodisch Glucose nachgeführt wird, so daß beträchtliche Substratgradienten auftreten (siehe DE-AS1817907). So zu verfahren hat den Nachteil, daß die theoretisch mögliche Ausbeute und die organismenspezifische Produktivität nicht erreicht werden können.The technical production of gluconic acid by oxidation of glucose is carried out with the help of molds, eg. Aspergillus niger, or bacteria, preferably with species of the genus Acetobacter / Gluconobacter. In general, these are two-stage processes. The "catalyst" (biomass) can be produced according to the batch principle, but also in the continuous process according to the chemostat principle, as is done, for example, in the process according to DD-WP 236754. For product formation, the batch operation or fedbatch operation in the technical dipstick, although proposals for continuous processes are also known (DD-WP 253836) Most processes do not work according to the chemostat principle, but the substrate is offered in portions, the process usually with A high concentration is started and periodically glucose is tracked in the course of the process, so that considerable substrate gradients occur (see DE-AS1817907). This procedure has the disadvantage that the theoretically possible yield and the organism-specific productivity can not be achieved. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Ausbeute und die Produktivität von Verfahren zur bakteriellen Herstellung von Gluconsäure durch Oxydation von Glucose zu erhöhen.The object of the invention is to increase the yield and the productivity of processes for the bacterial production of gluconic acid by oxidation of glucose. Wesen der ErfindungEssence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die organismenspezifische Leistungsfähigkeit bezüglich Effizienz, Geschwindigkeit und Produktkonzentration voll auszuschöpfen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß der Prozeß mit einer Glucosekonzentration im Bereich von 20 bis 50g/l gestartet wird und dafür gesorgt wird, daß während des Oxydationsprozesses die Glucosekonzentration in diesem Bereich konstant bleibt. Das Substrat kann in fester oder flüssiger Form zugesetzt werden. Die Nachdosierung von Gk jose wird in Abhängigkeit von der gewünschten Endkonzentration an Gluconsäure gestoppt. Im Interesse von Restkonzentrationen an Glucose kleiner 2 g/l hat dies zu erfolgen, solange die Zellechädigung noch nicht signifikant ist.The object of the invention is to fully exploit the organism-specific performance in terms of efficiency, speed and product concentration. According to the invention, the object is achieved in that the process is started with a glucose concentration in the range of 20 to 50 g / l and it is ensured that during the oxidation process, the glucose concentration remains constant in this range. The substrate may be added in solid or liquid form. The replenishment of Gk jose is stopped, depending on the desired final concentration of gluconic acid. In the interest of residual concentrations of glucose less than 2 g / l this has to be done as long as cell damage is not yet significant. Die aktuelle Glucosekonzentration im Fermentor wird meßtechnisch verfolgt. In Frage kommen Off-line- und On-Iine-Prinzipien, basierend auf kolorimetrischen und/oder enzymatischen Methoden.The current glucose concentration in the fermentor is monitored by measurement. In question come off-line and on-line principles, based on colorimetric and / or enzymatic methods. AusführungsbelspleleAusführungsbelsplele
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