DE102008062090A1 - Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden - Google Patents

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Carola Prof. Dr. Griehl
Claudia Grewe
Anja Pfeiffer
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P23/00Preparation of compounds containing a cyclohexene ring having an unsaturated side chain containing at least ten carbon atoms bound by conjugated double bonds, e.g. carotenes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden, wie bspw. Lutein, Canthaxanthin, Adonixanthin und Astaxanthin. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem aufwandgering Carotinoide mit geringem Gehalt an Carotinoidester aus der Biomasse isoliert werden können, wird dadurch gelöst, dass eine phototrophe Kultivierung eines Scenedesmus- oder Tetradesmus-Stammes in einem geeigneten Mineralsalz sowie ein limitierte Nitrat- und Phosphat-Quellen enthaltendes Medium für eine Dauer von 10 bis 14 Tagen bei Temperaturen von 16 bis 35°C im Aziditätsbereich von 6 bis 8 und einem Luft/CO-Gemisch von 2-5% (v/v) und einer Begasungsrate von 2 bis 4 vvm durchgeführt wird, wobei der Scenedesmus- oder Tetradesmus-Stamm nach dem Abschluss der Vorkultivierung bei einer erhöhten Chloridionenkonzentration in einem Bereich von bis zu 0,3 bis 0,5% (w/v) nitrat- und phosphatfreiem Medium in einem Reaktor bei einer erhöhten Lichtintensität von 250 bis 400 µE*m*skultiviert wird, die Carotinoide mit geringem Carotinoidestergehalt enthaltenden Zellen vom Kulturfiltrat abgetrennt, die abgetrennten Zellen aufgeschlossen und die Carotinoide mit geringem Carotinoidestergehalt extrahiert werden und der Extrakt abschließend in die Carotinoide enthaltende Fraktion sowie die verbleibenden Bestandteile des Zelllysats enthaltende Fraktion getrennt wird, wobei die einzelnen Carotinoide durch Chromatographie getrennt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden, wie bspw. Lutein, Canthaxanthin, Adonixanthin und Astaxanthin.
  • Auf dem Gebiet der Carotinoidproduktion werden derzeit hauptsächlich chemische Syntheseverfahren (wie bspw. die chemische Synthese von Astaxanthin, welche 90% der weltweiten Astaxanthinproduktion beträgt und 14 Syntheseschritte umfasst, die zu einem Isomerengemisch führen) sowie Extraktionsverfahren aus Pflanzen (wie bspw. die Extraktion von Lutein aus Tagetes erecta L.) angewendet.
  • Der Nachteil chemischer Syntheseverfahren ist, dass die Carotinoide nicht in enantiomerenreiner Form erhalten werden.
  • Neben den chemischen Syntheseverfahren sind auch zahlreiche Verfahren zur biologischen Produktion oder Aufarbeitung von Carotinoiden, bei denen u. a. Mikroalgen verwendet werden, bekannt (siehe bspw. DE 10 2005 007 885 A1 ; EP 1808483 A1 ; WO 9423057 A1 ; WO 2004070021 A1 ; US 2949700 ; JP 2006240991 , JP 08089279 ).
  • Die Verwendung von Mikroalgen zur Gewinnung von Carotinoiden und Xanthophyllen findet vor allem für die Herstellung von β-Carotin [aus Dunaliella salina mit 100–140 mg β-Carotin/g Trockenmasse (TS) (Del Campo, J. A., Garcia-Gonzalez, M., Guerrero, M. G., 2007, Outdoor cultivation of microalgae for carotenoid production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol, 74/6, 1163–1174)] und für die Herstellung von Astaxanthin [aus Haematococcus pluvalis mit bis zu 40 mg Astaxanthin/g TS (davon 0,4 mg unverestert) (Aflalo, C., Meshulam, Y., Zarka, A., Boussiba, S., 2007, On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green alga Haematocloccus pluvialis. Biotechnology and Bioengineering, 98/1, 300–305), Chlorella zofingiensis mit 1,5 mg Astaxanthin/g TS – hauptsächlich verestert – (Del Campo, J. A., Rodriguez, H., Moreno, J., Vargas, M. Á., Rivas, J., Guerrero, M. G., 2004, Accumulation of astaxanthin and lutein in Chlorella zofingiensis (Chlorophyta). Appl Microbiol Biotechnol, 64, 848–854)] Anwendung.
  • Aber auch die Herstellung von Lutein [aus Muriellopsis sp. mit 4–6 mg/g TS (Blanco, A. M., Moreno, J., Del Campo, J. A., Rivas' J., Guerrero, M. G., 2007, Outdoor cultivation of lutein-rich cells of Muriellopsis sp. in open ponds, Appl. Microbiol Biotechnol, 73/6, 1259–1266), aus Chlorococum sp. mit 7,6 mg/g TS ( EP 1 808 483 A1 ) und aus Dunaliella salina mit 6 mg/g TS (Garcia-Gonzalez, M., Moreno, J., Manzano, J. C., Florencio, F. J., Guerrero, M. G., 2005, Production of Dunaliella salina biomass rich in 9-cis-β-carotene and lutein in a closed tubular photobioreactor. Journal of Biotechnology 115, 81–90)] ist bereits bekannt.
  • Nachteilig bei der biologischen Produktion zur Gewinnung von Carotinoiden und Xanthophyllen vermittels Mikroalgen sind die meist geringen Wachstumsraten sowie die geringen Carotinoidgehalte.
  • Die bisher kommerziell verwendeten Mikroalgen sind in ihrer Carotinoidvielfalt zudem sehr eingeschränkt und erfordern sehr spezifische Kultivierungsbedingungen. Die in Haematococcus pluvialis gebildeten Carotinoide enthalten hauptsächlich Astaxanthin (> 95%), wovon der überwiegende Teil in Form von Fettsäure-Monoestern und -Diestern (> 99%) vorliegt und nur ein geringer Anteil (< 1%) unverestert ist (Lee, Y., Zhang, D., 1999, Production of astaxanthin by Haematococcus. In Chemicals from microalgae (Ed, Cohen, Z.) Taylor & Francis Ltd., London, pp. 173–195). Die Kultivation des Haematococcus pluvialis erfordert auf Grund seiner geringen Wachstumsrate (0,013 h–1), seiner hohen Kontaminationsanfälligkeit und des Bedarfes an Vitaminen im Nährmedium einen hohen Grad an Reinheit und technischem Aufwand sowie viel Zeit zur Produktion des Astaxanthins, dessen Ausbeute bei bis zu 40 mg/g TS liegt.
  • Dunaliella sp., welche hauptsächlich β-Carotin bildet, bietet hingegen höhere Wachstumsraten, benötigt jedoch für ihre maximalen β-Carotinausbeuten hohe Salzgehalte [bis 30% Salz bewirkt einen β- Carotingehalt bis 13% der Trockenmasse (El Baz, F. K., Aboul-Enein, A. M., El-Baroty, G. S., Youssef, A. M., Abdel-Baky, H. H., 2002, Accumulation of antioxidant vitamins in Dunaliella salina. OnLine J Biol Sci, 2/4, 220–223)].
  • EP 1 681 060 A1 offenbart ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von aktiven Wirkstoffen aus Algen (bspw. Haematococcus sp.) und Cyanobakterien, das in einem Photobioreaktor bei konstanter Lichtintensität in zwei Verfahrensschritten (1. Schritt s. g. Grünphase, 2. Schritt s. g. Rotphase) durchgeführt wird. Die Induktion der Produktbildung erfolgt dabei durch Wasserstoffperoxid (chemischen Stress). Die Kultivierung von Haematococcus sp. in der grünen Phase muss dabei insbesondere in geschlossenen Systemen erfolgen, da Haematococcus sp. extrem anfällig für Kontaminationen ist, wobei Schwankungen der Kultivierungsbedingungen (pH-Wert, Temperatur) vermieden werden müssen, da diese nicht toleriert werden.
  • Der Nachteil der bisher bekannten Verfahren ist, dass die Carotinoide (bspw. Lutein, Canthaxanthin, Adonixanthin und Astaxanthin) mit einem hohen Gehalt an Carotinoidestern gewonnen werden (bspw. Haematococcus pluvalis 96% veresterte Produkte).
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem aufwandgering Carotinoide (bspw. Lutein, Canthaxanthin, Adonixanthin und Astaxanthin) mit gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziertem Estergehalt und deutlich höherer Ausbeute gewonnen werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Patentanspruchs gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, bei dem Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme bei geringen Anforderungen an das Kultivierungsmedium hohe Wachstumsraten sowie eine hohe Produktbildung [im Bereich von 10 mg Carotinoiden pro Gramm Biomasse] in relativ kurzer Zeit zeigen, wobei ein Carotinoidgehalt von 1% (und mehr) der Trockenmasse erhalten wird, von denen 60–80% unverestert vorliegen (im Vergleich dazu liegt der Anteil unveresterter Carotinoide in Haematococcus pluvalis bei < 1%).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte 1 bis 7:
  • 1. Vor-Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme zur Gewinnung von Biomasse
  • Die Vor-Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme erfolgt in einem Nitrat- und Phosphat-haltigen Mineralsalzmedium für Grünalgen (Setlik 1969, siehe Tabelle) in Schüttelkolben mit einer Animpfdichte von 1 bis 3·103 Z/mL. Grundsätzlich sind alle mineralischen Nährmedien geeignet, die eine Nitrat- und Phosphatquelle als Nährstoffe, sowie Salze wie Kalium, Calcium, Magnesium, Eisen und Spurenelemente wie Zink, Cobalt, Kupfer, Mangan enthalten. Medien, die eine Nitratkonzentration von 0,25 bis 2 g/L bzw. eine Phosphatkonzentration von 0,02 bis 0,2 g/L enthalten, sind zu bevorzugen. Besonders vorteilhaft sind der Einsatz von Nitrat im Konzentrationsbereich von 1,5 bis 2 g/L und der Einsatz von Phosphat im Konzentrationsbereich von 0,15 bis 0,2 g/L. Die verwendeten Mikroalgen benötigen keine Vitaminzusätze (z. B. Vitamin B1, Vitamin B12). Als Kultivierungstemperatur hat sich der Bereich von 22 bis 26°C als optimal erwiesen. Die Algen werden bei kontinuierlicher Beleuchtung (Lichtintensität im Bereich von I = 40 bis 60 μE·m–2·s–1) und bei Schüttlung mit einer Drehzahl im Bereich von 110 rpm über 10 bis 14 Tage kultiviert.
  • 2. Haupt-Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme zur Gewinnung von Biomasse
  • Die Sub-Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme erfolgt ebenfalls in einem Nitrat- und Phosphat-haltigen Mineralsalzmedium für Grünalgen (Setlik 1969, siehe Tabelle), jedoch unter Verwendung von Kohlendioxid in der Belüftung als Kohlenstoffquelle und einer kontinuierlichen Lichtintensität von 60 bis 100 μE·m–2·s–1. Grünalgen der Gattung Scenedesmus/Tetradesmus können erfolgreich vermehrt werden, indem sie mit dem Nährmedium in transparenten Blasensäulen-Reaktoren kultiviert werden, in die am Boden ein komprimiertes Luft/CO2-Gemisch (2–5% CO2) eingetragen wird. Das Höhe/Durchmesser-Verhältnis sollte zwischen 8 und 10 liegen. Die Startkonzentration der Biomasse beträgt 0,08 bis 0,2 g/L TS und die Kultivierung erfolgt bei einer Temperatur von 16 bis 28°C und einem pH-Bereich von 6 bis 8 für die Dauer von 7 bis 10 Tagen. Vorteilhaft beträgt die Begasungsrate 2 bis 4 vvm. Durch diese Kultivierungsart produzieren die Algen in dieser Zeit 3,5 bis 5 g Biomasse (TS) pro L Kulturvolumen mit einem Luteingehalt von 2 bis 6 mg/g TS, maximal zwischen 4,9 bis 7 g TS pro L Kulturvolumen. Die Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme kann grundsätzlich in jedem Reaktor erfolgen, der die Kultur mit Licht und CO2 versorgt. Beispiele hierfür sind Röhren- und Plattenreaktoren gemäß EP 0 402 496 A1 , DE 4 134 813 A1 .
  • 3. Kultivierung der Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme zur Gewinnung der Sekundärcarotinoide
  • Gemäß der Erfindung wird die Limitierung der Nitrat- und Phosphat-Quelle im Mineralsalzmedium (modifiziert) zur Anregung der Produktbildung (Sekundärcarotinoide) verwendet. Hierbei hat sich die Verwendung von NaCl im Konzentrationsbereich von 0,3 bis 0,5%, besonders vorteilhaft von 0,4% (w/v), als günstig erwiesen. Grundsätzlich kann die Methode auch mit entionisiertem Wasser als Medium durchgeführt werden. Die kontinuierlich eingesetzte Lichtintensität wird in der beschriebenen Erfindung auf 250 bis 400 μE·m–2·s–1, besonders vorteilhaft auf 350 μE·m–2·s–1 an der Kulturoberfläche erhöht. Diese Stressexposition der Algen induziert die Sekundärcarotinoidbiosynthese. Es wird ebenfalls ein komprimiertes Luft/CO2-Gemisch eingetragen (2–5% CO2 (v/v), Begasungsrate: 3 vvm), die Kultivierung erfolgt in Blasensäulen-Reaktoren im pH-Bereich von 6 bis 8 und einem Temperaturbereich von 20 bis 35°C. Die Startkonzentration der Biomasse beträgt 0,3 g/L TS und die Kultivierungszeit vorteilhaft 10 bis 14 Tage, wonach sich die durch die Produktbildung eintretende orange Färbung der Kultur nicht weiter intensiviert. Durch diese Kultivierungsart produzieren die Algen in dieser Zeit 0,8 bis 1 g Biomasse (TS) pro L Kulturvolumen mit einem Sekundärcarotinoidgehalt von 8 bis 12 mg/g TS, wovon 70 bis 86% der neu synthetisierten Carotinoide (Adonixanthin, Astaxanthin und Canthaxanthin) unverestert vorliegen.
  • 4. Separation der Biomasse
  • Nach Beendigung der Kultivierung erfolgt die Separation der Biomasse aus der Kultursuspension per Zentrifugation bei 4000–6000·g für 4 bis 10 Minuten, vorteilhaft bei 5000·g für 5 Minuten. Im Anschluss wird das Sediment 2mal mit aqua dest. gewaschen und die feuchte Biomasse lyophilisiert (p = 0,3 mbar, T = –80°C). Die Restfeuchte der Biomasse wird mit einer Trocknungswaage (bei 105°C bis zur Gewichtskonstanz) bestimmt. Die so behandelte Biomasse wird in einem zuvor evakuierten Exsikkator mit Stickstoff überschichtet und bei –80°C gelagert.
  • 5. Aufschluss der Biomasse
  • Der Aufschluss der Biomasse zur Freisetzung der intrazellulär vorliegenden Carotinoide erfolgt mechanisch, z. B. durch die Verwendung einer Schwingmühle. Die carotinoidhaltige Biomasse wird im Verhältnis 1:1 (v/v) mit Seesand vermischt und mit einem organischen, lipophilen Lösungsmittel befeuchtet, welches den Aufschlussgrad erhöht. Der Aufschluss erfolgt für 15 bis 30 Minuten, bevorzugt in einer Schwingmühle für 20 Minuten bei einer Frequenz von 30 s–1.
  • 6. Extraktion der Syntheseprodukte
  • Nach dem Zellaufschluss werden die gebildeten Carotinoide mit Hilfe organischer, lipophiler Lösungsmittel extrahiert. Dies erfolgt durch die Zugabe von Lösungsmittel, z. B. Aceton oder Ethylacetat, zur desintegrierten Biomasse und intensives Durchmischen der Suspension. Die Carotinoide lösen sich in der lipophilen Phase, die Suspension wird nachfolgend zentrifugiert und der Überstand dekantiert. Die Extraktion erfolgt solange, bis das Sediment farblos ist, die Überstände werden jeweils nach der Zentrifugation gesammelt und vereinigt. Im Anschluss wird das organische Lösungsmittel mittels Vakuumrotationsverdampfer entfernt und die Carotinoide auf diese Weise aufkonzentriert.
  • 7. Chromatographische Auftrennung der Syntheseprodukte
  • Die chromatographische Auftrennung der Carotinoide wird zur Identifizierung und Quantifizierung der einzelnen Carotinoide im Carotinoidgemisch durchgeführt. Der in einem organischem Lösungsmittel gelöste Carotinoidextrakt wird durch einen Filter mit der Porengröße 0,2 μm filtriert und mit Hilfe einer HPLC-Anlage analysiert, die mit einer Alltech Grom RP-30 Säule der Abmessungen 250·4 mm, 5 μm Partikelgröße, 100 Å Porenweite, ausgestattet ist. Die Carotinoide werden mittels Diodenarray-Detektor detektiert und quantifiziert. Zur Identifizierung der Carotinoid-Fettsäureester wird eine HPLC-MS-Kopplung eingesetzt. Mit Hilfe der Massenspektrometrie erfolgt die Strukturaufklärung der Carotinoidester.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an hand der Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch beschränkt zu werden.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Die Scenedesmus- bzw. Tetradesmus-Stämme, die von der Stammsammlung der Universität Göttingen (SAG) unter folgenden Stammnummern bezogen wurden:
    • Scenedesmus producto capitatus SAG 21.81,
    • Scenedesmus rubescens SAG 5.95,
    • Scenedesmus pectinatus SAG 2003
    • Tetradesmus wisconsiniensis SAG 3.99
    werden jeweils als einzelner Stamm in einen Erlenmeyerkolben (V = 250 mL) überführt, der mit 100 mL sterilisiertem Setlik-Medium (siehe Tabelle) gefüllt ist. Die Zelldichte beträgt zunächst 1–3·103 Z/mL. Die Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme werden bei einer Temperatur von 25°C, kontinuierlicher Beleuchtung (Lichtintensität I = 50 μE·m–2·s–1) und einer Schüttlung von 110 rpm für 10 Tage kultiviert. Die Subkultivierung erfolgt für 10 Tage in 2 L-Doppelmantel-Glaszylindern (h = 70 cm, d = 8 cm), mit einer Startkonzentration der Biomasse von 0,14 g/L TS, bei 25°C, steriler Belüftung (Filter: 0,45 μm Porendurchmesser) mit einem Luft/CO2-Gemisch (3% CO2 v/v) und einer Begasungsrate von 3 vvm. Die Beleuchtungsintensität beträgt 80 μE·m–2·s–1, es werden 6 OSRAM Leuchtstoffröhren a 36 W (Lichtfarbe Warm White) als Lichtquelle eingesetzt. Zur Stammhaltung werden dem Setlik-Flüssigmedium 1,5% (w/v) Agar zugefügt.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Für die Induktion der Sekundärcarotinoid-Biosynthese in den Mikroalgen werden diese mittels Zentrifugation (5 min bei 5000·g) aus dem Setlik-Medium geerntet und zur Entfernung von Salzrückständen zweimal mit aqua dest. gewaschen. Die Kultivierung unter Sekundärcarotinoidbiosynthese-induzierenden Bedingungen erfolgt mit einer Startkonzentration der Biomasse von 0,34 g/L TS für 14 Tage, wofür die separierten Zellen in einem Mangel-Medium (modifiziertes Setlik-Medium, siehe Tabelle) resuspendiert werden. Zur Herstellung dieses Mangelmediums werden dem Setlik-Medium keine Nitrat- und Phosphatquellen sowie 0,4% (w/v) NaCl zugesetzt (siehe Tabelle). Zusätzlich erfolgt eine Erhöhung der Lichtintensität auf 350 μE·m–2·s–1. Die Kultivierungstemperatur liegt bei 28°C, die Begasungsrate mit einem Luft/CO2-Gemisch (3% CO2 v/v) bei 3 vvm.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Nach Beendigung der Kultivierung werden die Algenkulturen 5 min abzentrifugiert (5000·g), zweimal mit aqua dest. gewaschen und die feuchte Biomasse anschließend lyophilisiert (p = 0,3 mbar, T = –80°C). Zur Isolierung der Carotinoide werden 50 mg lyophilisierte Biomasse mit Seesand versetzt (50:50 v/v), mit einem Glasstab vermischt und mit 1 mL Aceton befeuchtet. Anschließend erfolgt der mechanische Aufschluss der Biomasse in einer Schwingkugelmühle bei einer Frequenz von 30 s–1 für 20 min. Das Homogenisat wird in 5 mL – Schritten mit Aceton extrahiert, bis der Biomasserest farblos ist (fünf Schritte). Die gesammelten Extrakte werden mittels Rotationsvakuumverdampfer (Wasserbadtemperatur 30°C) bis zur Trockene eingeengt. Aufgrund der Licht- und Temperaturempfindlichen Carotinoide werden alle Analysenschritte unter Schwachlicht (< 15 μE·m–2·s–1) und auf Eis durchgeführt. Lösungsmittel werden schnellstmöglich entfernt und eine Lagerung der trockenen Extrakte und Referenzsubstanzen erfolgt unter Stickstoff bei –80°C.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Der carotinoidhaltige trockene Extrakt wird im Rundkolben in 1500 μL Ethylacetat gelöst und vor der HPLC-Analyse durch einen 0,2 μm Spritzenvorsatzfilter filtriert. Die Carotinoid-Analysen werden mit einer HPLC-Anlage, die mit einem Diodenarraydetektor ausgestattet ist, durchgeführt (Hitachi Anlage bestehend aus einem L-7612 Degasser, einer L-6200 Pumpe (Niederdruckgradient), einem L-4500 Diodenarraydetektor, einem L-4000 Integrator und einem AS-4000 Autosampler mit einer 20 μL Probenschleife). Eine konstante Temperierung der Alltech Grom-RP-30-Säule (Abmaße 250·4 mm, Partikelgröße 5 μm, Porengröße 100 Å; Vorsäule: RP-30, 10·4 mm) bei 25°C ist für eine korrekte Quantifizierung der Carotinoide unerlässlich. Die Trennung der synthetisierten Carotinoide erfolgt bei einer Fließgeschwindigkeit der mobilen Phase von 0,6 mL/min und einer Gradientenelution eines Lösungsmittelgemisches aus Ethylacetat, Methanol und Wasser (A: MeOH/H2O (75/25 v/v), B: EtOAc) in 25 min von 70% auf 45% A, in weiteren 25 min auf 10% A, 10 min konstant. Die Detektion der Carotinoide und ihrer Fettsäurederivate erfolgt bei einer Wellenlänge von 470 nm. Für die MS-Analysen wird ein Bruker Esquire 3000 Massenspektrometer (Ionenfalle) mit APCI-(Atmopheric Chemical Ionization)-Quelle verwendet unter folgenden Bedingungen: APCI Temperatur 270°C, Nebulizer 40 psi, Trocknungsgas-Temperatur (Stickstoff) 300°C; Trocknungsgas-Flussrate 8 L/min; Corona-Spannung 4 kV. Die Detektion erfolgt im Massenbereich von 50 bis 2000 m/z im positiven APCI-Modus. Helium wird als Stoßgas zur Strukturaufklärung eingesetzt. Medienzusammensetzung:
    Nährsalz Setlik 1969 mg/L Modifiziertes Setlik-Medium mg/L
    KNO3 2020 -
    KH2PO4 340 -
    MgSO4·7H2O 990 990
    NaCl - 4040
    Fe – EDTA 18,5 18,5
    Ca(NO3)2·4H2O 10,0 10,0
    H3BO3 3,09 3,09
    MnSO4·4H2O 1,2 1,2
    CoSO4 1,4 1,4
    CuSO4·5H2O 1,24 1,24
    ZnSO4 1,43 1,43
    (NH4)6Mo7O24·4H2O 1,84 1,84
  • Bei den Ausführungsbeispielen verwendete Scenedesmus-/Tetradesmus-Stämme der Stammsammlung der Universität Göttingen (SAG):
    • • Scenedesmus producto capitatus SAG 21.81,
    • • Scenedesmus rubescens SAG 5.95,
    • • Scenedesmus pectinatus SAG 2003
    • • Tetradesmus wisconsiniensis SAG 3.99
  • Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, Scenedesmus- bzw. Tetradesmus-Stämme gemäß dem Stand der Technik aus der Natur zu isolieren bzw. in anderen Algen-Stammsammlungen vorhandene Stämme, deren Varianten oder Mutanten mit ähnlichem Carotinoidsyntheseverhalten zu verwenden.
  • Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005007885 A1 [0004]
    • - EP 1808483 A1 [0004, 0006]
    • - WO 9423057 A1 [0004]
    • - WO 2004070021 A1 [0004]
    • - US 2949700 [0004]
    • - JP 2006240991 [0004]
    • - JP 08089279 [0004]
    • - EP 1681060 A1 [0010]
    • - EP 0402496 A1 [0017]
    • - DE 4134813 A1 [0017]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Del Campo, J. A., Garcia-Gonzalez, M., Guerrero, M. G., 2007, Outdoor cultivation of microalgae for carotenoid production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol, 74/6, 1163–1174 [0005]
    • - Aflalo, C., Meshulam, Y., Zarka, A., Boussiba, S., 2007, On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green alga Haematocloccus pluvialis. Biotechnology and Bioengineering, 98/1, 300–305 [0005]
    • - Del Campo, J. A., Rodriguez, H., Moreno, J., Vargas, M. Á., Rivas, J., Guerrero, M. G., 2004, Accumulation of astaxanthin and lutein in Chlorella zofingiensis (Chlorophyta). Appl Microbiol Biotechnol, 64, 848–854 [0005]
    • - Blanco, A. M., Moreno, J., Del Campo, J. A., Rivas' J., Guerrero, M. G., 2007, Outdoor cultivation of lutein-rich cells of Muriellopsis sp. in open ponds, Appl. Microbiol Biotechnol, 73/6, 1259–1266 [0006]
    • - Garcia-Gonzalez, M., Moreno, J., Manzano, J. C., Florencio, F. J., Guerrero, M. G., 2005, Production of Dunaliella salina biomass rich in 9-cis-β-carotene and lutein in a closed tubular photobioreactor. Journal of Biotechnology 115, 81–90 [0006]
    • - Lee, Y., Zhang, D., 1999, Production of astaxanthin by Haematococcus. In Chemicals from microalgae (Ed, Cohen, Z.) Taylor & Francis Ltd., London, pp. 173–195 [0008]
    • - El Baz, F. K., Aboul-Enein, A. M., El-Baroty, G. S., Youssef, A. M., Abdel-Baky, H. H., 2002, Accumulation of antioxidant vitamins in Dunaliella salina. OnLine J Biol Sci, 2/4, 220–223 [0009]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden durch phototrophe Kultivierung eines Scenedesmus- oder eines Tetradesmus-Stammes in einem geeignete Mineralsalze sowie eine limitierte Nitrat- und Phosphat-Quelle enthaltenden Medium für eine Dauer von 7 bis 10 Tagen bei Temperaturen von 16 bis 35°C im Aziditätsbereich von 6 bis 8 und einer Luft/CO2-Gemisch-Begasungsrate von 2 bis 5 vvm, dadurch gekennzeichnet, dass der Scenedesmus- oder Tetradesmus-Stamm nach dem Abschluss der Vorkultivierung bei einer erhöhten Chloridionenkonzentration in einem Bereich von bis zu 3 bis 5 Gramm pro Liter Nitrat- und Phosphat-freiem Medium in einem Reaktor bei einer erhöhten Lichtintensität von 250 bis 400 μE·m–2·s–1 kultiviert wird, dass die Carotinoide enthaltenden Zellen vom Kulturfiltrat abgetrennt, die abgetrennten Zellen aufgeschlossen und die Carotinoide extrahiert werden und das Extrakt abschließend in die Carotinoide enthaltende Fraktion sowie die verbleibenden Bestandteile des Zelllysats enthaltende Fraktion getrennt wird, wobei die einzelnen Carotinoide durch Chromatographie getrennt werden und ein geringer Gehalt an Carotinoidestern zu verzeichnen ist.
  2. Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Scenedesmus-Stamm ein Scenedesmus rubescens-, Scenedesmus producto-capitatus- oder Scenedesmus pectinatus-Stamm eingesetzt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Tetradesmus-Stamm ein Tetradesmus wisconsiniensis-Stamm eingesetzt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass 2–5% CO2 v/v bei der Begasung eingesetzt werden.
  5. Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von Carotinoiden gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die unveresterten Carotinoide Adonixanthin, Astaxanthin, Lutein und Canthaxanthin sind.
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