DD295190B5 - Process for microbial gluconase production - Google Patents

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DD295190B5 DD34179090A DD34179090A DD295190B5 DD 295190 B5 DD295190 B5 DD 295190B5 DD 34179090 A DD34179090 A DD 34179090A DD 34179090 A DD34179090 A DD 34179090A DD 295190 B5 DD295190 B5 DD 295190B5
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Uwe Iske
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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Ufz Leipzighalle Gmbh
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen Gluconsäureherstellung durch Oxydation von Glucose mittels Acetobacter methanolicus IMET11402 (DSM 8167).The invention relates to a process for the microbial production of gluconic acid by oxidation of glucose by means of Acetobacter methanolicus IMET11402 (DSM 8167).

Die technische Herstellung von Gluconsäure durch Oxydation von Glucose erfolgt mit Hilfe von Schimmelpilzen, z. B.The technical production of gluconic acid by oxidation of glucose is carried out with the help of molds, eg. 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 236 754 A1 und DD 238 067 A1 geschieht. Für die Produktbildung wird der Batch-Betrieb oder Fedbatch-Betrieb im technischen Maßstab bevorzugt, obwohl auch Vorschläge für kontinuierliche Verfahren bekannt sind (DD 253 836 A1). 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-AS 1817 907). So zu verfahren hat den Nachteil, dass die theoretisch mögliche Ausbeute und die organismenspezifische Produktivität nicht erreicht werden können.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 described e.g. in the method according to DD 236 754 A1 and DD 238 067 A1 happens. For product formation, batch operation or fed-batch operation on an industrial scale is preferred, although proposals for continuous processes are also known (DD 253 836 A1). Most methods do not work according to the chemostat principle; Rather, the substrate is offered in portions, with the process usually started at a high concentration and periodically followed by glucose in the course of the process, so that considerable substrate gradients occur (see DE-AS 1817 907). To do so has the disadvantage that the theoretically possible yield and the organism-specific productivity can not be achieved.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die organismenspezifische Leistungsfähigkeit bezüglich Effizienz, Geschwindigkeit und Produktkonzentration voll auszuschöpfen.The object of the invention is to fully exploit the organism-specific performance in terms of efficiency, speed and product concentration.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, dass der Prozess mit einer Glucosekonzentration im Bereich von 15 bis 50 g/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 Glucose 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 Zellschädigung noch nicht signifikant ist. Die aktuelle Glucosekonzentration im Fennentor wird messtechnisch verfolgt. In Frage kommen Off-line- und On-Iine-Prinzipien, basierend auf kolorimetrischen und/oder enzymatischen Methoden.According to the invention, the object is achieved in that the process is started with a glucose concentration in the range of 15 to 50 g / l and it is ensured that the glucose concentration in this region remains constant during the oxidation process. The substrate may be added in solid or liquid form. The subsequent addition of glucose 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 the cell damage is not yet significant. The current glucose concentration in the fens gate is monitored metrologically. In question come off-line and on-line principles, based on colorimetric and / or enzymatic methods.

Beispiel 1example 1

Der „Katalysator" Acetobacter methanolicus IMET11402 (hinterlegt bei der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen unter DSM 8167) wird in einem 12-l-Rührfermentor unter folgenden Bedingungen unsteril kontinuierlich kultiviert:The "catalyst" Acetobacter methanolicus IMET11402 (deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures under DSM 8167) is cultivated continuously in a non-sterile 12-liter stirred fermentor under the following conditions:

Verweilzeit: 7 hResidence time: 7 h

PO2 10-30%PO 2 10-30%

Temperatur: 32 °CTemperature: 32 ° C

pH-Wert: 4,0-4,2pH value: 4.0-4.2

Kohlenstoffquelle: Methanol, C-IimitiertCarbon source: methanol, C-labeled

Die benötigte Biomassesuspension wird dem zur Gluconsäureproduktion eingesetzten 12-l-Rührfermentor zugesetzt. Bei 31 Anfangsbefüllung beträgt die Biomassekonzentration 3 g/l.The required biomass suspension is added to the 12 l stirred fermentor used for the production of gluconic acid. At 31 initial charge, the biomass concentration is 3 g / L.

Dem eigentlichen Gluconsäurebildungsprozess geht eine Wachstumsphase bzw. Induktionsphase des acidophilen methylotrophen Gluconsäureproduzenten voraus. Dazu werden im Produktionsfermentor Ammoniumsulfat, Nähr- und Spurensalze für einen Biomassezuwachs von 3 g BTS/I vorgelegt. Gleichzeitig werden 5 g/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 of glucose are added. During the growth or induction phase, the following conditions are met:

Temperatur 32 "CTemperature 32 "C

pH-Wert 4,0pH 4.0

PO2 10-30%PO 2 10-30%

Glucose wird nach der Auszehrung diskontinuierlich zugegeben. Diese Wachstums- bzw. Induktionsphase ist nach 5 Stunden abgeschlossen. Die Biomassekonzentration erreicht einen Wert von 6 g/l, und die Stickstoffkonzentration liegt am Ende dieser Phase bei nahezu 0 mg/1. Mit der Glucosezugabe von 10 g/l wird der Gluconsäurebildungsprozess eingeleitet, gleichzeitig wird die Glucosedosierung entsprechend der Glucoseverbrauchsgeschwindigkeit begonnen, um die Glucosekonzentration nahezu konstant zu halten. Nach Erreichen einer Glucosesäurekonzentration von 215 g/l wird bis zu einem Glucoseabbau kleiner als g/l fortgesetzt. Die mittlere Produktivität beträgt 16 g/l h. Es wird eine Ausbeute von 0,92 g Gluconsäure je g Glucose erreicht.Glucose is added discontinuously after consumption. This growth or induction phase is completed after 5 hours. The biomass concentration reaches a value of 6 g / l, and the nitrogen concentration at the end of this phase is almost 0 mg / l. 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 glucose acid concentration of 215 g / l is continued until a glucose degradation less than g / l. The average productivity is 16 g / 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 Giucosekonzentration auf 25 g/l angehoben und damit der Glucosesäurebildungsprozess eingeleitet. Wiederum wird gleichzeitig mit der Glucosedosierung entsprechend der Glucoseverbrauchsgeschwindigkeit begonnen, um die Giucosekonzentration bei 25 g/l zu halten. Danach wird die Giucosekonzentration auf kleiner als 2 g/l abgebaut. Die Glucosedosierung erfolgt bis zu einer Giuconsäurekonzentration von 205 g/l. Die mittlere Produktivität beträgt 25 g/l h, die Gluconsäureausbeute 1,04 g/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 raised to 25 g / l and thus initiated the glucose acid formation process. Again, the glucose dosing is started simultaneously with the glucose dosage rate to maintain the glucose concentration at 25 g / L. Thereafter, the glucose concentration is reduced to less than 2 g / l. The glucose dosage takes place up to a Giuconsäure concentration of 205 g / l. The average productivity is 25 g / l h, the gluconic acid yield 1.04 g / g.

VergleichsbeispielComparative example

Biomasseanzucht und Induktionsphase erfolgen analog Beispiel 1. Die Giucosekonzentration im Fermentor wird auf 80 g/l angehoben, um die Giuconsäurekonzentration einzuleiten. Die Giucosekonzentration von 80 g/l wird durch Glucosedosierung bis zu einer Giuconsäurekonzentration von 150 g/l nahezu konstant gehalten. Danach wird die Glucosedosierung gestoppt und die Giucosekonzentration wird wieder auf kleiner als 2 g/l abgebaut. Die mittlere Produktivität beträgt 26 g/l h, die Ausbeute 0,935 g Gluconsäure je g 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 concentration. The glucose concentration of 80 g / l is kept almost constant by glucose dosage up to a giuconic 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 26 g / l h, the yield 0.935 g of gluconic acid per g of glucose.

Claims (2)

Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur mikrobiellen GJuconsäuregewinnung unter Verwendung des Bakterienstammes Acetobacter methanolicus IMET 11402 (DSM 8167), dadurch gekennzeichnet, dass1. A method for microbial GJuconsäuregewinnung using the bacterial strain Acetobacter methanolicus IMET 11402 (DSM 8167), characterized in that - die Biomasse mit Methanol als Kohlenstoffquelle unter Kohlenstofflimitierung erzeugt wird,- the biomass is produced with methanol as carbon source under carbon limitation, - anschließend unter diskontinuierlichem Glucose-Zusatz weitervermehrt wird bis das Wachstum am Ende dieser Phase durch N-Limitierung nahezu Null ist und danach- Then further increased under discontinuous glucose addition until the growth at the end of this phase by N-limitation is almost zero and after - der Produktbildungsprozess unter Glucose-Zuführung erfolgt, wobei mit einer Glucosekonzentration zwischen 15 und 50 g/l gestartet und diese Konzentration über die Dauer des Prozesses durch kontinuierliche Nachdosierung von Glucose konstant gehalten wird.- The product formation process is carried out under glucose, starting with a glucose concentration between 15 and 50 g / l and this concentration is kept constant over the duration of the process by continuous addition of glucose. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glucosekonzentration 20 bis 25 g/l beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the glucose concentration is 20 to 25 g / l.
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