DE1442166C - Process for the production of fructose by microbiological conversion of sorbitol - Google Patents
Process for the production of fructose by microbiological conversion of sorbitolInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fruktose durch mikrobiologische Umwandlung von Sorbit, wobei man die Umwandlung mit bestimmten fruktosebildenden Mikroorganismen unter Züchtung desselben im Reaktionsmedium durchführt.The invention relates to a process for the production of fructose by microbiological conversion of sorbitol, which is the conversion with certain fructose-forming microorganisms under cultivation the same carried out in the reaction medium.
Die bisher üblichen Verfahren zur Herstellung von Fruktose wurden derart ausgeführt, daß Essigsäurebakterien, wie Acetobacter suboxydans, in einem hauptsächlich aus Mannit zusammengesetztem Medium unter Bildung und Ansammlung von Fruktose im Medium gezüchtet wurden (G. Bartrand: »Anal, de Chimieet Physique«, 3 [VIII], S. 181 [1904]; 1 akahashi und A s a i: »Nogei Kagaku Kaisha« [Journal of the Agricultural Chemical Society of Japan], 9, S. 396 [1935]); daß Zellen eines bestimmten, zur Art Pseudomonas oder Aerobacter gehörenden Mikroorganismus oder eine Enzympräparation der Zellen des Mikroorganismus zu einem Ausgangsmaterial aus Nannose oder Glucose zugefügt wurden, um die Isomerisierung (Stereoisomerisierung) des Materials unter Bildung von Fruktose herbeizuführen (N. G. Valeroni et al.: »Journal of Biological Chemistry«, 218, S. 535 [1956]; O. M. Marshal et al.: »Sciense« 125, S. 648 [1957]; Tsumura und Sato: »Agricultural and Biological Chemistry«, 25, S. 616 [1961]); oder daß zu einem Ausgangsmaterial aus Sorbit eine Enzympräparation, die aus einem bestimmten Essigsäurebakterium extrahiert worden war, und eine die Enzymreaktion beschleunigende Hilfssubstanz zugefügt wurden, wodurch Fruktose sich bildet (J. T. Cummins et al.: »Journal of Biological Chemistry« 224, S. 323 [1957]).The previously common processes for the production of fructose were carried out in such a way that acetic acid bacteria, such as Acetobacter suboxydans, in a medium composed mainly of mannitol were grown with the formation and accumulation of fructose in the medium (G. Bartrand: "Anal, de Chimieet Physique", 3 [VIII], p. 181 [1904]; 1 akahashi and A s a i: "Nogei Kagaku Kaisha" [Journal of the Agricultural Chemical Society of Japan], 9, p. 396 [1935]); that cells of a certain belonging to the species Pseudomonas or Aerobacter Microorganism or an enzyme preparation of the cells of the microorganism to form a starting material from nannose or glucose were added to the isomerization (stereoisomerization) of the Bringing material with the formation of fructose (N. G. Valeroni et al .: »Journal of Biological Chemistry ", 218, p. 535 [1956]; O. M. Marshal et al .: "Sciense" 125, p. 648 [1957]; Tsumura and Sato: "Agricultural and Biological Chemistry", 25, p. 616 [1961]); or that for a starting material made from sorbitol, an enzyme preparation consisting of a specific acetic acid bacterium, and one that accelerates the enzyme reaction Auxiliary substances were added, whereby fructose is formed (J. T. Cummins et al .: »Journal of Biological Chemistry "224, p. 323 [1957]).
Von diesen Verfahren ist das unter Verwendung von Mannit durchgeführte Verfahren außerordentlich teuer, da die Kosten für das Ausgangsmaterial recht hoch sind; das unter Verwendung gezücht;ter Zellen eines bestimmten Mikroorganismus oder einer daraus extrahierten Enzympräparation durchgeführte Verfahren erfordert 2 oder 3 Herstellungsstufen und besitzt darüber hinaus den Nachteil, daß die Ausbeute an Fruktose im allgemeinen verhältnismäßig niedrig ist.Of these methods, the one carried out using mannitol is extraordinary expensive because the cost of the raw material is quite high; that using cultured cells a specific microorganism or an enzyme preparation extracted from it requires 2 or 3 production steps and, moreover, has the disadvantage that the yield in fructose is generally relatively low.
Unter den obengenannten bekannten Verfahren ist dasjenige, das unter Verwendung von Glucose oder Mannose als Ausgangsmaterial durchgeführt wird, mit dem Nachteil behaftet, daß die Inversionsreaktion nicht vollständig abläuft und die gebildete Fruktose von der restlichen Glucose schwierig abzutrennen ist. Wenn jedoch ein Zuckeralkohol, wie Mannit oder Sorbit, als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist die entstehende Fruktose leicht abzutrennen. Daher istAmong the above-mentioned known methods is that using glucose or Mannose is carried out as the starting material, has the disadvantage that the inversion reaction does not run off completely and the fructose formed is difficult to separate from the remaining glucose. However, when a sugar alcohol such as mannitol or sorbitol is used as the starting material, the Easily separate the resulting fructose. thats why
ίο in diesem Zusammenhang die Verwendung des entsprechenden Alkohols vorteilhafter als die Verwendung eines Zuckers.ίο in this context the use of the appropriate Alcohol is more beneficial than using a sugar.
Nach den üblichen Verfahren unter Verwendung von Sorbit als Ausgangsmaterial wird Fruktose erzeugt, indem ein aus den Zellen eines bestimmten Mikroorganismus extrahiertes Enzym, ein Diphosphopyridinnucleotid (DPN) und eine Substanz, wie z. B. Brenztraubensäure, dem Ausgangsmaterial Sorbit zugefügt und mit diesem vermischt wird. Im Gegensatz dazu wird das Verfahren gemäß der Erfindung derart durchgeführt, daß ein aus Sorbit als Kohlenstoffquelle und anderen geeigneten Substratmaterialien bestehendes Medium direkt mit einem bestimmten Mikroorganismus angeimpft und in ihm gezüchtet wird, wobei sich in dem Züchtungsmedium Fruktose bildet, die dann abgetrennt und gewonnen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren weist demnach den entscheidenden technischen Vorteil auf, daß Fruktose in nur einer Stufe erzeugt wird, daß die Gewinnung der Fruktose aus dem Züchtungsmedium verhältnismäßig leicht vonstatten geht und daß die Ausbeute an Fruktose höher ist als bei bisher bekannten Verfahren.Fructose is produced according to the usual processes using sorbitol as a starting material, by using an enzyme extracted from the cells of a particular microorganism, a diphosphopyridine nucleotide (DPN) and a substance such as B. pyruvic acid, the starting material sorbitol is added and mixed with this. In contrast, the method according to the invention becomes such carried out that one consisting of sorbitol as a carbon source and other suitable substrate materials Medium is inoculated directly with a specific microorganism and grown in it, whereby fructose is formed in the cultivation medium, which is then separated off and recovered. The inventive Process therefore has the decisive technical advantage that fructose is in only one stage is generated that the recovery of the fructose from the cultivation medium is proportionate goes easily and that the yield of fructose is higher than in previously known processes.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend inThe present invention is hereinafter described in
näheren Einzelheiten erläutert: Als Fermentationsverfahren unter Verwendung von Sorbit als Kohlenstoffquelle wurden bisher Sorbose-Fermentationen durchgeführt, wobei Acetobacter oder Gluconobacter verwendet wurden. Wie bekannt ist, ist diese Sorbose ein Ausgangsmaterial zur Synthese des Vitamin C.explained in more detail: As a fermentation process using sorbitol as a carbon source Sorbose fermentations were previously carried out, with Acetobacter or Gluconobacter were used. As is known, this sorbose is a starting material for the synthesis of vitamin C.
Erfindungsgemäß wurden jedoch verschiedene Proben von Mikroorganismen isoliert und entdeckt, daß diese in einem für ein Fermentationsverfahren geeigneten Medium, in dem Sorbit als Kohlenstoffquelle verwendet wird, Fruktose bilden und anhäufen, wobei gefunden wurde, daß verschiedene Stämme der folgenden Arten diese Oxydationsfähigkeit besitzen. Durch eingehende Untersuchung ihrer mikrobiologischen Eigenschaften wurden diese Stämme als Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens und Pseudomonas borepolis erkannt.According to the invention, however, various samples of microorganisms have been isolated and discovered that these in a medium suitable for a fermentation process, in which sorbitol is used as the carbon source is used to form and accumulate fructose, various strains of the following have been found to be Species have this ability to oxidize. By carefully examining their microbiological Properties of these strains were called Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens and Pseudomonas borepolis recognized.
1. Bacillus megaterium:
Nr. 3—8 C
Nr. 4—3 C
Nr. 6—IA-1
Nr. 7— IA-3
Nr. 11—3 C—3
Nr. 18—5A—2
Nr. 37—3 B (ATCC 15450)1. Bacillus megaterium:
No. 3-8 C
No. 4-3 C
No. 6-IA-1
No. 7- IA-3
No. 11-3 C-3
No. 18-5A-2
No. 37-3 B (ATCC 15450)
2. Pseudomonas fluorescens:2. Pseudomonas fluorescens:
Nr. 52—IC (ATCC 15453)
3. Pseudomonas borepolis:No. 52-IC (ATCC 15453)
3. Pseudomonas borepolis:
Nr. 299—1 B—3 (ATCC 15452)
Nr. 242—9 B—5
Nr. 238—2 B—2No. 299-1 B-3 (ATCC 15452)
No. 242-9 B-5
No. 238-2 B-2
Da entdeckt wurde, daß die obenerwähnte Fähigkeit zur Fruktosebildung jedem der zur Art Pseudo-Since it was discovered that the abovementioned ability to form fructose
3 43 4
monas gehörenden Stämme zueigen ist, obwohl das mikroaeroben Bedingungen Säurebildung. Optimale
Ausmaß dieser Fähigkeit mehr oder weniger stark . Züchtungstemperatur 27 bis 37°C, bei 40°C kein
ausgeprägt ist, wurde der Schluß gezogen, daß diese Wachstum. Optimaler pH-Bereich 6,5 bis 7,2, Wachs-Oxydationsfähigkeit
zu einem gewissen Maße eine tumsbereich 5,5 bis 7.6.
allgemeine Eigenschaft dieser Stämme der Art ist. 5 Die bikrobiologischen Eigenschaften dieses Mikro-monas belonging to tribes, although the microaerobic conditions acidification. Optimal extent of this ability more or less strong. Cultivation temperature 27 to 37 ° C, at 40 ° C is not pronounced, it was concluded that this growth. Optimal pH range 6.5 to 7.2, wax oxidation capacity to a certain extent a range 5.5 to 7.6.
general property of these stems of the species is. 5 The bicrobiological properties of this micro-
AIs Ergebnis weiterer Untersuchungen dieser Fer- Organismus wurden mit denen ähnlicher Mikromentation wurde ein stark fruktosebildender Mikro- Organismen, die in B e r g e y s Manual of Deterorganismus entdeckt, der dem obengenannten Bacillus minative Bacteriology aufgeführt sind, verglichen, megaterium etwas ähnlich ist, der sich jedoch in ein- wobei gefunden wurde, daß der gefundene Mikrozelnen mikrobiologischen Eigenschaften von diesem io Organismus sich von allen bisher bekannten unteroffensichtlich unterscheidet. Das heißt der Mikro- scheidet. Der Mikroorganismus wurde daher als neue Organismus gleicht dem Bacillus megaterium in der Art erkannt und als Bacillus fructosus nov. sp. mikroskopischen Beobachtung und bezüglich der (ATCC 15451) bezeichnet.As a result of further investigations this fer- organism were with those of similar micromentation became a strongly fructose-forming micro-organism, which is mentioned in Bergey's Manual of Deterorganism discovered, compared to the above-mentioned Bacillus minative Bacteriology, megaterium is somewhat similar, which, however, is found in one where the microcells found The microbiological properties of this organism are obviously different from all those previously known. That means the micro separates. The microorganism was therefore considered new Organism resembles the Bacillus megaterium in type and recognized as Bacillus fructosus nov. sp. microscopic observation and referred to in relation to (ATCC 15451).
physiologischen Eigenschaften, unterscheidet sich je- Die Erfindung betrifft daher die Herstellung vonphysiological properties, differs depending on the- The invention therefore relates to the production of
doch von diesem in der Züchtung und bildet in einem 15 Fruktose durch mikrobiologische Umwandlung vonbut from this in the breeding and forms in a 15 fructose by microbiological conversion of
gewöhnlichen Medium keine Sporen. Wenn eine Sorbit, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß manordinary medium no spores. If a sorbitol, which is characterized in that one
Züchtungsflüssigkeit des Mikroorganismus zu sterili- die Umwandlung mit einem fruktosebildenden Mikro-Cultivation liquid of the microorganism to sterile- the conversion with a fructose-forming micro-
siertem Quarzsand (zweimal unter Druck bei 120° C Organismus durchführt, wobei man einen Stamm dersized quartz sand (twice under pressure at 120 ° C organism, using a strain of
3 Stunden sterilisiert) gegeben wird, unter vermin- Gattung Bacillus, Bacillus megaterium ATCC 15450,3 hours sterilized) is given, under vermin genus Bacillus, Bacillus megaterium ATCC 15450,
derten Druck getrocknet und verschlossen wird, um 20 Bacillus fruktosus nov. spez. ATCC 15451 oder derderten pressure is dried and sealed to 20 Bacillus fruktosus nov. spec. ATCC 15451 or the
den Stamm zu erhalten, und 1 Monat bei —40° C Gattung Pseudomonas, Pseudomonas fluorescensto maintain the strain, and 1 month at -40 ° C genus Pseudomonas, Pseudomonas fluorescens
stehengelassen wird, bildet der Mikroorganismus auf ATCC 15453 oder Pseudomonas borepolis ATCCis left to stand, the microorganism forms on ATCC 15453 or Pseudomonas borepolis ATCC
Agarnährbrühe sporenbildende Kolonien. Auf Agar- 15452 im Reaktionsmedium züchtet und die FruktoseAgar broth spore forming colonies. Grow on agar-15452 in the reaction medium and add the fructose
nährbrüche stirbt der Mikroorganismus innerhalb abgetrennt und gewinnt.If the diet breaks down, the microorganism dies within separated and wins.
kurzer Zeit bei Raumtemperatur ab, jedoch ist keine 25 Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindunga short time at room temperature, but is not 25 According to the method of the present invention
Veränderung, wie Herabsetzung der Fruktosebildungs- wird das für die Fermentierung zu verwendendeChange in how fructose is reduced will be used for fermentation
fähigkeit wie im Falle des Bacillus megaterium, zu Medium durch Zusammengeben von 5 bis 10°/0igercapability as in the case of Bacillus megaterium to medium by combining 5 to 10 ° / 0 sodium
beobachten. wäßriger Sorbitlösung, 0,05 bis 0,5% einer organischenobserve. aqueous sorbitol solution, 0.05 to 0.5% of an organic one
Die mikrobiologischen Eigenschaften dieses Mikro- oder anorganischen Stickstoffquelle, wie Hefeextrakt,The microbiological properties of this micro or inorganic nitrogen source, such as yeast extract,
Organismus sind im einzelnen wie folgt: 30 Fleischextrakt, Kaseinhydrolysat, Maisquellflüssigkeit,Organism are as follows: 30 meat extract, casein hydrolyzate, corn steep liquor,
. Nitrat, Ammoniumsalz oder Harnstoff, und geeignete. Nitrate, ammonium salt or urea, and suitable
Mikroskopische Beobachtung . Mengen anorganischer Salze, wie 0,05 bis 0,2%Microscopic observation. Amounts of inorganic salts, such as 0.05 to 0.2%
Stäbchen, 1,0 bis 1,5-4,0 bis 5,0 μ mit runden Kaliumphosphat, 0,05 bis 0,2% Magnesiumsulfat undChopsticks, 1.0 to 1.5-4.0 to 5.0 μ with round potassium phosphate, 0.05 to 0.2% magnesium sulfate and
Enden, einzeln in Paaren oder in kurzen Ketten einer geringen Menge eines anderen SchwermetallsalzesEnds, singly in pairs or in short chains, of a small amount of another heavy metal salt
auftretend. In Mikrobenzellen Körnchen beobachtbar. 35 hergestellt und das auf diese Weise hergetellte Mediumoccurring. Granules observable in microbial cells. 35 produced and the medium produced in this way
Gram-negativ. Nicht säurebeständig. Sporenbildung auf pH 6 bis 8 eingestellt. Nach Sterilisierung desGrief negative. Not acid resistant. Spore formation adjusted to pH 6 to 8. After sterilizing the
abhängig von Bedingungen, jedoch gewöhnlich bilden Mediums und Einverleibung von 1 % getrenntdepending on conditions, however, usually medium and incorporation form 1% separately
sie sich schwer, 0,9 bis 1,2 · 1,0 bis 2,0 μ, liegen um sterilisiertem Calciumcarbonat wird mit dem Mikro-they are difficult, 0.9 to 1.2 · 1.0 to 2.0 μ, are around sterilized calcium carbonate with the micro-
das Zentrum herum oder an Enden, Sporenwand dünn. Organismus angeimpft und der Mikroorganismus imthe center around or at the ends, the spore wall thin. Organism inoculated and the microorganism im
Sporongia nicht geschwollen. 40 Medium gezüchtet.Sporongia not swollen. 40 medium grown.
, , , Eine geeignete Temperatur für die Züchtung ist,,, Is a suitable temperature for the cultivation
Zuchtungsbeobachtung 25 bJs 350c> dJe Züchtungsdauer für eine unter-Breeding observation 25 bJs 350 c> d Depending on the breeding period for a sub-
Gelatine-Stabkultur: langsame Verflüssigung. getauchte Kultur ist 2 bis 4 Tage, wohingegen beiGelatin rod culture: slow liquefaction. submerged culture is 2 to 4 days, whereas at
Pepton-Agar-Nährbrühe, Kolonien: groß kreisflächig, Oberflächenkulturen 5 bis 10 Tage benötigt werden.Peptone agar broth, colonies: large circular areas, surface cultures 5 to 10 days are needed.
vollständig zusammenhängend, glatt, weich, erhöht, 45 Die Menge an im Züchtungsmedium gebildetercompletely coherent, smooth, soft, raised, 45 The amount of formed in the growth medium
nichtausbreitend, dicht, gelblichbraun. Fruktose wird nach der Zuckerbestimmungsmethodenon-spreading, dense, yellowish-brown. Fructose is made according to the sugar determination method
Pepton-Agar-Nährbrühehänge: Gutes Wachstum, fa- von Bertrand ermittelt, oder nach dem modi-Peptone agar broth slopes: good growth, fa- determined by Bertrand, or according to the modi-
denförmig, glatt, weich, opak, glitzernd, nicht- fizierten Verfahren von Somogyi.Den-shaped, smooth, soft, opaque, glittering, non-fied process by Somogyi.
zusammenhängend, gelblichbraun. Die Feimentationsausbeute, d. h. die bestimmtecoherent, yellowish brown. The fermentation yield, d. H. the definite
Glucose-Agar-Nährbrühehänge: Wachstum ausgrei- 50 Fruktosemenge, erreicht 80 bis 85% bezogen auf dieGlucose-agar-nutrient broth slopes: growth of sufficient amount of fructose, reaches 80 to 85% based on the
fender, weich, glitzernd, kremfarben bis gelb. Menge an eingesetztem Soibit.fender, soft, glittering, cream-colored to yellow. Amount of soibit used.
Pepton-Nährbrühe: Leicht trübe, nicht filmbildend, Die gebildete Fruktose wird aus dem Züchtungs-Peptone nutrient broth: Slightly cloudy, not film-forming, the fructose formed is from the breeding
ausgefällt. medium in folgender Weise gewonnen: Das Züchtungs-Kartoffel: Gutes Wachstum, weich, viskos, glitzernd. medium wird filtriert, um restliches Calciumcarbonat Kartoffel-Α garhänge: Gutes Wachstum, weich, viskos, 55 und Zellen zu entfernen, das Filtrat nach Einstellungfailed. medium obtained in the following way: The breeding potato: Good growth, soft, viscous, glittery. medium is filtered to remove residual calcium carbonate Potato Α garhangs: good growth, soft, viscous, 55 and cells to remove the filtrate after setting
goldgelb. des pH auf den Neutralpunkt unter vermindertemgolden yellow. the pH to neutral under reduced
_.,.,_. Druck auf ein Fünftel des ursprünglichen Volumens_.,., _. Pressure to one fifth of the original volume
Physiologische Eigenschaften eingeengt. Zu dem konzentrierten Filtrat wird nötigen-Physiological properties narrowed. For the concentrated filtrate is necessary
Nitrate werden nicht reduziert. Aus Arabinose, falls Alkohol zugegeben, um restlichen Soibit auszu-Nitrates are not reduced. Made from arabinose, if alcohol is added to make up the remaining soibit.
Xylose, Glucose, Fruktose, Galaktose, Lactose, Rohr- 60 fällen, der abfiltriert wird, worauf der Alkohol durchXylose, glucose, fructose, galactose, lactose, cane precipitate, which is filtered off, whereupon the alcohol passes through
zucker, Maltose, Raffinose, Inulin, Stärke, Dextrin, Destillation entfernt wird. Zu dem konzentriertensugar, maltose, raffinose, inulin, starch, dextrin, distillation is removed. To the concentrated one
Glycerin, Mannit und Sorbit (mit Ammoniumsalzen Filtrat wird bei niedriger Temperatur zwecks BildungGlycerin, mannitol and sorbitol (with ammonium salts filtrate is used at low temperature for the purpose of formation
als Stickstoffquelle) bildet sich Säure, aber kein Gas. von Calciumfruktat Kalkmilch zugesetzt, das dannas a nitrogen source) acid is formed, but no gas. of calcium fructate added to milk of lime, which then
Acetylmethylcarbinol wird nicht gebildet. Methylrot- durch Filtration gewonnen wird. Das CalciumfruktatAcetylmethylcarbinol is not formed. Methyl red is obtained by filtration. The calcium fructate
reaktion positiv. Etwas Schwefelwasserstoffbildung. 65 wird in Wasser suspendiert und Kohlendioxyd einge-reaction positive. Some hydrogen sulfide formation. 65 is suspended in water and carbon dioxide
Keine Indolbildung. Lackmusmilch wird peptonisiert. leitet, um Fruktose freizusetzen; das gebildete Calcium-No indole formation. Litmus milk is peptonized. directs to release fructose; the formed calcium
Katalyse positiv. Aus Sorbit unter aeroben Bedin- carbonat wird abfiltriert. Die wäßrige FruktoselösungCatalysis positive. It is filtered off from sorbitol under aerobic conditions. The aqueous fructose solution
gungen bilden sich große Mengen Fruktose. Unter wird durch Behandlung mit Aktivkohle oder mit einemLarge amounts of fructose are formed. Under is made by treatment with activated charcoal or with a
Ionenaustauschharz gereinigt und dann unter vermindertem Druck konzentriert, um ein Fruktosekristallisat zu erhalten.Purified ion exchange resin and then concentrated under reduced pressure to give fructose crystals to obtain.
Das Kristallisat war positiv gegenüber der Reaktion nach Selivanov; es wurde auf Papier chromatographiert unter Verwendung von Anisidin-hydrochlorid, wobei sich ein gelber Fleck bildete, der für Ketohexosen charakteristisch ist (im Falle einer Aldose ist die Farbe braun), und der Rf-Wert stimmte mit dem von Fruktose überein. Wurde das Kristallisat mit Phenylhydrazin in einem siedenden Wasserbad erwärmt, bildete sich innerhalb von nur 6 Minuten ein Osazon (Sobose bildet kein Osazon, auch nicht bei 15minütigem Erhitzen). Das Osazon zeigte einen Schmelzpunkt von 204 bis 2050C und ist damit mit Fruktoseosazon identisch. Wird das Osazon mit dem aus Fruktose vermischt, zeigt das Gemisch keine Schmelzpunktsdepression. Darüber hinaus wird die wäßrige Lösung des Kristallisats mit Hefe schnell fermentiert (Sorbose wird nicht fermentiert), und wenn das Kristallisat mit Kalk vermischt wird, bildet sich ein Komplexsalz. Auf Grund dieser Tatsachen wurde geschlossen, daß das Kristallisat Fruktose sein muß.The crystals were positive for the Selivanov reaction; it was chromatographed on paper using anisidine hydrochloride, whereby a yellow spot was formed which is characteristic of ketohexoses (in the case of an aldose, the color is brown), and the Rf value agreed with that of fructose. If the crystals were heated with phenylhydrazine in a boiling water bath, an osazon formed within only 6 minutes (sobose does not form an osazon, even if heated for 15 minutes). Osazon had a melting point of 204 to 205 ° C. and is therefore identical to fructoseosazon. If the osazone is mixed with that from fructose, the mixture shows no depression of the melting point. In addition, the aqueous solution of the crystals with yeast is rapidly fermented (sorbose is not fermented), and when the crystals are mixed with lime, a complex salt is formed. On the basis of these facts it was concluded that the crystallizate must be fructose.
Die obige Erläuterung richtet sich auf Teile, die sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fruktose richten, bei dem das gewünschte Produkt aus der Fermentationsflüssigkeit abgetrennt und gewonnen wird. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines fruktosehaltigen Süßungsmittel, das darin besteht, daß man ein Medium mit dem Mikroorganismus animpft und ihn im Medium züchtet, die Züchtung nach 24 bis 72 Stunden unterbricht, d.h.,wenn die Fermentationsausbeute: gebildete Fruktosemenge/Sorbit, etwa 20 bis 50% erreicht hat, die intermediäre Züchtungsflüssigkeit filtriert und das Filtrat durch Behandlung mit Aktivkohle oder ein Ionenaustauschharz reinigt und anschließend konzentriert. In diesem Falle sollte das Medium nur aus anorganischen Salzen bestehen, mit Ausnahme von Sorbit.The above discussion focuses on parts that relate to a process for making fructose set up the desired product from the fermentation liquid separated and recovered. The invention also relates to a method for the preparation of a fructose-containing sweetener, which consists in a medium with the Inoculates microorganism and cultivates it in the medium, interrupting cultivation after 24 to 72 hours, i.e. when the fermentation yield: amount of fructose formed / sorbitol, has reached about 20 to 50%, the intermediate culture liquid is filtered and the filtrate is treated with activated charcoal or a Ion exchange resin cleans and then concentrated. In this case the medium should only consist of inorganic Salts exist, with the exception of sorbitol.
Da die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltene süße Flüssigkeit noch große Mengen an Sorbit enthält, ist sie als feuchtes Süßungsmittel ausgezeichnet verwendbar. Süßungsmittel dieser Art wurden üblicherweise dadurch hergestellt, daß man dem Sorbit absichtlich Glucose oder Saccharose einverleibte. Wenn jedoch Fruktose nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einverleibt wird, ist das erhaltene Gemisch stark süß, so daß es ein ausgezeichnetes feuchtes Süßungsmittel bildet, das einen ausgezeichneten Geschmack hat.Since the sweet liquid obtained by the method described above still large amounts of Contains sorbitol, it is excellent as a moist sweetener. Sweeteners of this type were usually made by deliberately adding glucose or sucrose to the sorbitol incorporated. However, if fructose is incorporated according to the method according to the invention, that is obtained mixture very sweet, so that it forms an excellent wet sweetener that one has excellent taste.
Es wurden darüber hinaus die Zusammensetzung und die Bedingungen des Züchtungsmediums für die Fermentation eingehend untersucht, wobei gefunden wurde, daß in einem Sorbitmedium, das bestimmte Aminosäuren als Stickstoffquelle und bestimmte Schwermetalle enthält, die Fermentation beschleunigt wird und Fruktose in kurzer Zeit mit hoher AusbeuteThe composition and conditions of the culture medium for the Fermentation studied in detail, and it was found that in a sorbitol medium that determined Contains amino acids as a source of nitrogen and certain heavy metals that accelerate fermentation will and fructose in a short time with high yield
ίο gebildet wird.ίο is formed.
Das Verfahren gemäß der Erfindung und die fortschrittlichen Ergebnisse der Untersuchungen, auf die die vorliegende Erfindung basiert, werden nachstehend im einzelnen erläutert:The method according to the invention and the advanced results of the studies on which based on the present invention are explained in detail below:
Bei der Fruktosefermentation ergibt ein Medium, das anorganische Stickstoffverbindungen als Stickstoffquelle enthält, im allgemeinen niedrige Ausbeuten, wohingegen ein Medium, das Maisquellflüssigkeit neben organischen Stickstoffquellen enthält, eine wesentlichIn fructose fermentation, a medium yields inorganic nitrogen compounds as a nitrogen source contains, in general, low yields, whereas a medium containing corn steep liquor besides contains organic nitrogen sources, an essential
ao höhere Fermentationsausbeute und -geschwindigkeit ergibt, Es wird angenommen, daß dieser Effekt auf bestimmte anorganische Salze zurückzuführen ist, die in der Maisquellfiüssigkeit enthalten sind. Ausgehend von dieser Annahme wurden Fermentationsversuche unter Verwendung von Sorbitmedien durchgeführt, die neben verschiedenen Stickstoffquellen eine salzsaure Lösung der Asche aus Maisquellflüssigkeit enthielten, die durch Eindampfen von Maisquellflüssigkeit zur Trockne, Rösten des Rückstandes bei 6000C unter Bildung eines Ascherückstandes und Auflösen des Ascherückstandes in einer kleinen Menge Salzsäure erhalten wurde. Die Grundzusammensetzung der bei diesen Versuchen verwendeten Sorbitmedien war 5% Sorbit, 0,1% KH2PO4 und 0,05% MgSO4-7 H2O; die Medien wurden auf pH 7,2 eingestellt. Die zuzusetzenden Mengen dei verschiedenen Stickstoff liefernden Substanzen wurden vorher ermittelt, so daß eine gleiche Zellfortpflanzungsgeschwindigkeit erhalten wurde. Die Menge an Ascherückstand aus Maisquellflüssigkeit, die zugesetzt wurde, entsprach 0,3% Maisquellflüssigkeit. Die Züchtung wurde in einer Schüttelkultur durchgeführt, als Mikroorganismus wurde Bacillus fructuosus nov. sp. (ATCC 15451) verwendet. Die Bestimmung der gebildeten Fruktosemenge wurde mit Hilfe des modifizierten Verfahrens nach Somogyi durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. This results in higher fermentation yield and speed. It is assumed that this effect is due to certain inorganic salts which are contained in the corn steep liquor. Starting from this assumption, fermentation experiments were conducted using Sorbitmedien containing in addition to various sources of nitrogen a hydrochloric acid solution of ash from corn steep liquid obtained by evaporation of the corn steep liquor to dryness, roasting of the residue at 600 0 C to form an ash residue and dissolving the ash residue in a small amount of hydrochloric acid was obtained. The basic composition of the sorbitol media used in these experiments was 5% sorbitol, 0.1% KH 2 PO 4 and 0.05% MgSO 4 -7 H 2 O; the media was adjusted to pH 7.2. The amounts of the various nitrogen-generating substances to be added were previously determined so that the same cell propagation rate was obtained. The amount of corn steep liquor residue added was equal to 0.3% corn steep liquor. The cultivation was carried out in a shaking culture, as a microorganism Bacillus fructuosus nov. sp. (ATCC 15451) used. The amount of fructose formed was determined using the modified Somogyi method. The results obtained are summarized in Table 1.
Tabelle 1 Fruktoseausbeute (bezogen auf Sorbit)Table 1 Fructose yield (based on sorbitol)
StickstofTquelleNitrogen source
0,1 % Ammoniumacetat .0.1% ammonium acetate.
-r Asche -r ashes
0,2% Hefeextrakt 0.2% yeast extract
+ Asche + Ashes
0,3 % Casate 0.3% casate
~j- Asche ~ j- ashes
0,3% Fleischextrakt ....0.3% meat extract ....
; Asche ; ash
0,15% Pepton 0.15% peptone
; Asche ; ash
0,3% iVlai.sqiicllllüssigkeit0.3% iVlai.sqiicllliquid
Aus den Ergebnissen des obigen Versuchs kann man erkennen, daß die Zugabe von Ascherückstand allein zur Beschleunigung der Fermentation im Hinblick z. B. auf die durch Verv/endung anorganischer S tick stoff quellen erreichbaren Werte nicht ausreicht, obwohl Ascherückstand aus Maisquellflüssigkeit offensichtlich einen hervorragenden fermentationsbeschleunigenden Einfluß zeigt. Wenn Casate (ein enzymatisches Hydrolysat des Kasein, hergestellt von der Toyo Vitamin Co. Ltd.) in Verbindung mit Asche verwendet wurde, ist die Ausbeute höher als bei alleiniger Verwendung von" Maisquellflüssigkeit. Es wurde daher der Schluß gezogen, daß bei der Fruktosefermentierung auch Aminosäuren einen fermentationsbeschleunigenden Effekt ergeben, neben den t5 bestimmten anorganischen Salzen.From the results of the above experiment it can be seen that the addition of ash residue alone to accelerate fermentation with regard to z. B. to the use of inorganic The values that can be achieved by nitrogen swelling are not sufficient, although ash residue from corn steep liquor is evident shows an excellent fermentation-accelerating influence. When Casate (an enzymatic Casein hydrolyzate, manufactured by Toyo Vitamin Co. Ltd.) in association with ash was used, the yield is higher than when using "corn steep liquor alone. Es It was therefore concluded that in fructose fermentation amino acids also have a fermentation-accelerating effect Effect, in addition to the inorganic salts determined by t5.
Daraufhin wurde die oben erwähnte salzsäure Lösung des Ascherückstandes aus Maisquellflüssigkeit mit einem Ionenaustauschharz behandelt, um die Lösung in eine Kationen- und eine Anionenfraktion zu unterteilen. Beide Fraktionen wurden dem Fermentationstest unterworfen, wobei gefunden wurde, daß nur die Kationenfiaktion diesen fermentationsbeschleunigenden Einfluß ausübt, die Anionenfraktion dagegen überhaupt nicht. Gestützt auf diese Erkenntnisse wurden Fermentationen durchgeführt, wobei Media verwendet wurden, die als Stickstoffquelle Casate enthielten, welches die günstigen Ergebnisse bei den Versuchen der Tabelle 1 lieferte, und denen geringe Mengen verschiedener Schwermetallsalze zugesetzt wurden. Als Ergebnis wurde gefunden, daß Medien, die ein Salz eines Schwermetalls, wie etwa Mangan, Kobalt, Kupfer oder Zink enthalten, praktisch die gleichen Ergebnisse zeigen, als wenn dem Medium gelöster Ascherückstand zugesetzt wird. Die Beziehung zwischen den zugesetzten Mengen an Schwermetallsalzen und der Fruktoseausbeute wird in Tabelle 2 für Mangan gezeigt. Die in Tabelle 2 aufgeführten Werte wurden jeweils durch 48stündige Züchtung erhalten.Then the above-mentioned hydrochloric acid solution of the ash residue from corn steep liquor treated with an ion exchange resin to break the solution into a cation and an anion fraction to subdivide. Both fractions were subjected to the fermentation test, and it was found that that only the cation fraction exerts this fermentation-accelerating influence, the anion fraction but not at all. Based on these findings, fermentations were carried out, wherein Media were used that contained Casate as a nitrogen source, which resulted in favorable results the tests in Table 1, and added small amounts of various heavy metal salts became. As a result, it was found that media containing a heavy metal salt such as manganese Containing cobalt, copper or zinc, show practically the same results as if the medium dissolved ash residue is added. The relationship between the amounts of heavy metal salts added and the fructose yield is shown in Table 2 for manganese. Those listed in Table 2 Values were each obtained by culturing for 48 hours.
Aus den in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnissen geht hervor, daß bei der Fruktosefermentierung der optimale Konzentrationsbereich für Mangan bei etwa 0,3 bis 100 ppm liegt. Andere Metalle zeigten jedoch einen verhältnismäßig engen Bereich für die optimale Konzentration, d. h. 0,5 bis 1 ppm.From the results shown in Table 2 it can be seen that the optimum in fructose fermentation The concentration range for manganese is about 0.3 to 100 ppm. However, other metals showed one relatively narrow range for optimal concentration, i.e. H. 0.5 to 1 ppm.
Da die fermentationsbeschleunigende Wirkung der Metalle somit festgestellt war, wurden Fermentationsversuche durchgeführt, um den synergistischen Effekt von Aminosäuren und Metallsalzen auf die Fermentationsbeschleunigung zu untersuchen, wobei Medien verwendet wurden, die verschiedene Stickstoff liefernde Substanzen enthielten, und denen MnSO4 · 4 H2O zugesetzt wurde, so daß die Mn-Konzentration 1 ppm betrug. Die Versuche wurden in praktisch der gleichen Weise wie im Falle der Tabelle 1 durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Since the fermentation-accelerating effect of metals was thus established, fermentation tests were carried out to investigate the synergistic effect of amino acids and metal salts on fermentation acceleration, using media which contained various nitrogen-supplying substances and to which MnSO 4 · 4 H 2 O was added so that the Mn concentration was 1 ppm. The experiments were carried out in practically the same manner as in the case of Table 1. The test results are summarized in Table 3.
Tabelle 3 Fruktoseausbeute (bezogen auf Sorbit)Table 3 Fructose yield (based on sorbitol)
Stickstoffquelle 24 Std.Nitrogen source 24 hours
Züchtungsdauer
48 Std.Breeding period
48 hours
72 Std.72 hours
0,1 °/o
0,2%
0,4 %
0,2%0.1%
0.2%
0.4%
0.2%
0,12%
0,4%0.12%
0.4%
0,02%
0,08%
0,05%
0,06%0.02%
0.08%
0.05%
0.06%
Ammoniumacetat ...Ammonium acetate ...
+ Mn + Mn
Casate Casate
+ Mn... + Mn ...
Glutaminsäure Glutamic acid
+ Mn : + Mn:
Asparaginsäure Aspartic acid
+ Mn + Mn
Asparaginsäure Aspartic acid
Glutaminsäure Glutamic acid
+ Mn + Mn
Argininhydrochlorid .Arginine hydrochloride.
Prolin Proline
+ Mn + Mn
Argininhydrochlorid .Arginine hydrochloride.
Prolin Proline
Asparaginsäure Aspartic acid
Glutaminsäure Glutamic acid
Glutaminsäure + Mn
Maisqueilflüssigkeit . ·.Glutamic acid + Mn
Corn swelling liquor. ·.
3
7
43
7th
4th
43
243
2
25
625th
6th
2424
4
304th
30th
3232
45
2545
25th
12
30
15
81
14
51
10
4812th
30th
15th
81
14th
51
10
48
16
5016
50
19
5619th
56
80
5180
51
17 56 2817 56 28
20 80 19 7920 80 19 79
23 7723 77
26 8026 80
2323
7676
309 025/112309 025/112
Als Ergebnis dieser Versuche wurde gefunden, daß wirksame Aminosäuren Arginin, Prolin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Alanin, Leucin und Valin sind. Von diesen wurden L-Glutaminsäure, L-Asparaginsäure, L-Arginin, und L-Prolin als besonders fermentationsbeschleunigend erkannt. Wenn diese vier Aminosäuren einzeln verwendet werden, ist die erreichte Fermentationsgeschwindigkeit etwas geringer als im Falle der Casate, wenn jedoch zwei oder mehrere dieser Aminosäuren gleichzeitig verwendet werden, ist die Fermentationsgeschwindigkeit praktisch die gleiche im Falle der Casate.As a result of these experiments it was found that effective amino acids arginine, proline, aspartic acid, Are glutamic acid, alanine, leucine and valine. Of these, L-glutamic acid, L-aspartic acid, L-arginine and L-proline as particularly accelerating fermentation recognized. If these four amino acids are used individually, this is the one achieved Fermentation speed slightly slower than in the case of the Casate, but if two or more of these amino acids are used at the same time, the fermentation rate is practically that same in the case of the Casate.
Wie oben ausgeführt, hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Fruktose zum Ziel, indem man ein Medium, das durch Zugabe einer oder mehrerer Aminosäuren, die L-Glutaminsäure, !--Asparaginsäure, L-Arginin oder L-Prolin sein können, und diese Aminosäuren enthaltender Substanzen, wie Zersetzungsprodukten von Proteinen, Pfianzenextrakten, und Mikrobenzellextrakten und weiterhin durch Zugabe einer geringen Menge einer odei mehrerer anorganischer Substanzen, insbesondere Mangan-, Kobalt-, Kupfer- und Zinksalzen, zu einem Sorbitmedium hergestellt ist, mit einem Mikroorganismus der Bacillus-Art, der Bacillus megaterium oder Bacillus fructosus nov. sp. sein kann, animpft und diesen Mikroorganismus züchtet, wodurch in dem Medium Fruktose gebildet und angehäuft wird, und indem man die Fruktose aus dem Medium gewinnt.As stated above, the present invention aims at a process for the production of fructose, by adding one or more amino acids, L-glutamic acid,! - aspartic acid, L-arginine or L-proline, and substances containing these amino acids, such as Decomposition products of proteins, plant extracts, and microbial cell extracts and continue through Addition of a small amount of one or more inorganic substances, in particular manganese, Cobalt, copper and zinc salts, made into a sorbitol medium, with a microorganism of the Bacillus species, the Bacillus megaterium or Bacillus fructosus nov. sp. can be, inoculated and cultivates this microorganism, whereby fructose is formed and accumulated in the medium, and by recovering the fructose from the medium.
Die Menge an Aminosäure, die dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Medium zugesetzt wird, liegt innerhalb des gleichen Mengenbereichs der Stickstoffquellen, der einem üblichen Fermentationsmedium zugesetzt wird. Liegt die Aminosäuremenge im Überschuß vor, erniedrigt sich auf Grund übermäßiger Zellfortpflanzung die Fermentationsausbeute. Darüber hinaus ist die Aminosäuremenge von der Konzentration an Sorbit abhängig, der Kohlenstoffquelle. Die geeignete Aminosäuremenge liegt bei etwa 0,6%, wenn das Medium eine Sorbitkonzentration von 15% hat und Casate als Stickstoffquelle enthält; sie liegt bei etwa 2 bis 3% im Falle eines Mediums mit einer Sorbitkonzentration von unter 15%.The amount of amino acid added to the medium used in the present invention is within the same range of amounts of nitrogen sources that is added to a conventional fermentation medium. Is the amount of amino acids in excess, the fermentation yield is reduced due to excessive cell reproduction. In addition, the amount of amino acids depends on the concentration of sorbitol, the source of carbon. The suitable amount of amino acid is about 0.6% when the medium has a sorbitol concentration of 15% and Casate as a nitrogen source contains; it is around 2 to 3% in the case of a medium with a sorbitol concentration below 15%.
Je 50 ecm eines Mediums, das einen pH-Wert von 7,2 hatte und aus 5% Sorbit, 0,1% Caseinhydrolysat, 0,1% Ammoniumchlorid, 0,1% Kaliumphosphat und 0,05 % Magnesiumsulfat bestand, wurden in 500-ccm-Schüttelkolben eingefüllt und sterilisiert. Zu jedem Medium wurde 1% getrennt sterilisiertes Calciumcarbonat zugefügt. Das Medium wurde mit einem Stamm des Bacillus megaterium Nr. 37—3 B (ATCC 15450) angeimpft und bei 300C unter Schütteln gezüchtet. Nach 3 Tagen Züchtungsdauer erreichte die Fruktosebildung ein Maximum von 51 % bezogen auf Sorbit.50 ecm each of a medium that had a pH value of 7.2 and consisted of 5% sorbitol, 0.1% casein hydrolyzate, 0.1% ammonium chloride, 0.1% potassium phosphate and 0.05% magnesium sulfate were used in 500 -ccm shake flask filled and sterilized. 1% separately sterilized calcium carbonate was added to each medium. The medium was inoculated with a strain of the Bacillus megaterium no. 37-3 B (ATCC 15450) grown at 30 0 C with shaking. After 3 days of cultivation, fructose formation reached a maximum of 51% based on sorbitol.
Nach Beendigung der Züchtung wurde das Züchtungsmedium zwecks Entfernung des Calciumcarbonate und der Zellen filtriert und auf pH 7,0 eingestellt. 1 Liter des Mediums wurde unter vermindertem Druck auf ein Volumen von 200 ecm konzentriert. Die konzentrierte Brühe wurde auf unter 5°C abgekühlt. Zu dem abgekühlten Konzentrat wurden unter Rühren 50 ecm einer 20%igen Caiciumoxydmilch, die gleichfalls auf unter 5UC abgekühlt war, zugesetzt.After the completion of the cultivation, the cultivation medium was filtered to remove calcium carbonate and cells and adjusted to pH 7.0. 1 liter of the medium was concentrated under reduced pressure to a volume of 200 ecm. The concentrated broth was cooled to below 5 ° C. To the cooled concentrate with stirring, 50 cc of a 20% Caiciumoxydmilch, which had also been cooled to below 5 U C, is added.
wobei sich eine Aufschlämmung von Calciumfrukta bildete. Das Calciumfruktat wurde abgesaugt und de: erhaltene Filterkuchen mit auf unter 5° C abgekühltem Wasser gewaschen. Daran anschließend wurde das Cakiumfruktat in 200 ecm kaltem Wasser suspendiert und nach Einstellung des pH auf etwa 7,0 Kohlendioxyd eingeleitet, wobei Calciumcarbonat sich abschied. Der Niederschlag wurde durch Filtration entfernt, wodurch eine freie Fruktoselösung erhalten wurde.whereby a slurry of calcium fructa was formed. The calcium fructate was sucked off and de: The filter cake obtained is washed with water cooled to below 5 ° C. After that the Cakiumfruktat was suspended in 200 ecm cold water and after adjusting the pH to about 7.0 Carbon dioxide introduced, with calcium carbonate separated. The precipitate was collected by filtration removed to give a free fructose solution.
Die Lösung wurde mit Salzsäure auf pH 4,5 eingestellt und durch Zugabe von Aktivkohle entfärbt und dann mit einem Ionenaustauscher behandelt, um anorganische Substanzen zu entfernen. Die erhaltene farblose durchsichtige Flüssigkeit hatte einen Fruktosegehalt von 5,2% und ein Volumen von etwa 400 ecm. Die Flüssigkeit wurde unter vermindertem Druck eingeengt; es wurden etwa 10 g kristalliner Fruktose erhalten.The solution was adjusted to pH 4.5 with hydrochloric acid and decolorized by adding activated charcoal and then treated with an ion exchanger to remove inorganic substances. The received colorless transparent liquid had a fructose content of 5.2% and a volume of about 400 ecm. The liquid was concentrated under reduced pressure; it became about 10 g of crystalline fructose receive.
20 B e i s ρ i e! 2 20 B ice ρ ie! 2
Ein Medium, das die gleiche Zusammensetzung und das gleiche Volumen wie in Beispiel 1 aufwies, wurde mit einem Stamm Pseudomonas borepolis Nr. 299—IB-3 (ATCC 15452) angeimpft und der Mikroorganismus bei 300C 3 Tage lang gezüchtet, wobei ein Maximum von 36% Fruktose, bezogen auf Sorbit, gebildet wurde.A medium having the same composition and the same volume as in Example 1 was-IB-299 3 inoculated with a strain of Pseudomonas borepolis no. (ATCC 15452) and cultured, the microorganism at 30 0 C for 3 days, with a maximum of 36% fructose, based on sorbitol, was formed.
Nach Beendigung der Züchtung wurden etwa 1,5 Liter des gezüchteten. Mediums gesammelt, filtriert, neutralisiert und unter vermindertem Druck auf ein Volumen von etwa 100 ecm konzentriert. Zu der eingeengten Brühe wurde ein Überschuß an Alkohol zugegeben, um restlichen Sorbit auszufällen, der durch Filtration entfernt wurde. Das Filtrat wurde zwecks Entfernung des Alkohols destilliert. Die übrigbleibende Flüssigkeit wurde auf unter 5°C abgekühlt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unter Bildung von Calciumfruktat, Freisetzung der Fruktose, Behandlung mit Aktivkohle und Ionenaustauschharz gereinigt, wodurch 400 ecm einer 5,5%igen Fruktoselösung erhalten wurden. Aus dieser Lösung wurden etwa 11g kristalliner Fruktose erhalten.After the completion of the cultivation, about 1.5 liters of the cultivated one was obtained. Medium collected, filtered, neutralized and concentrated under reduced pressure to a volume of about 100 ecm. To the narrowed An excess of alcohol was added to the broth to precipitate residual sorbitol which had passed through Filtration was removed. The filtrate was distilled to remove the alcohol. The remaining one Liquid was cooled to below 5 ° C and placed in the same way as in example 1 with formation of calcium fructate, release of fructose, treatment Purified with activated charcoal and ion exchange resin, creating 400 ecm of a 5.5% fructose solution were obtained. About 11 g of crystalline fructose were obtained from this solution.
45 B e i s ρ i e 1 345 B e i s ρ i e 1 3
Je 50 ecm eines Mediums von pH 7,0, das aus 5% Sorbit, 0,4%- Maisquellflüssigkeit, 0,1% Kaliumphosphat und 0,05% Magnesiumsulfat bestand, wurden in 500-ccm-Schüttelkolben gefüllt und sterilisiert. Jedes Medium wurde mit 0,2% getrennt sterilisiertem Calciumcarbonat versehen. Das auf diese Weise hergestellte Medium wurde mit Bacillus fructosus r.ov. sp. (ATCC 15451) angeimpft und bei 300C unter Schütteln gezüchtet. Nach 3 Tagen Züchtungsdauer erreichte die gebildete Menge an Fruktose 85%, bezogen auf Sorbit.50 ecm each of a medium of pH 7.0, which consisted of 5% sorbitol, 0.4% corn steep liquor, 0.1% potassium phosphate and 0.05% magnesium sulfate, were filled into 500 ccm shake flasks and sterilized. Each medium was provided with 0.2% separately sterilized calcium carbonate. The medium prepared in this way was mixed with Bacillus fructosus r.ov. sp. (ATCC 15451) inoculated and grown at 30 0 C with shaking. After 3 days of cultivation, the amount of fructose formed reached 85%, based on sorbitol.
Das gezüchtete Medium wurde zwecks Entfernung von Caiciumcarbonat und Zellen filtriert und auf pH 7,0 eingestellt. Es wurde 1 Liter des Filtrats gesammelt und unter vermindertem Druck auf ein Volumen von 200 ecm eingeengt. Die konzentrierte Brühe wurde auf unter 5" C abgekühlt. Zu der gekühlten Flüssigkeit wurden unter Rühren 150 ecm einer 20%igen Caiciumoxydmilch, die gleichfalls unter 5°C abgekühlt war, zugesetzt, wobei eine Aufschlämmung von Calciumfruktat gebildet wurde. DasThe cultured medium was filtered and drained to remove calcium carbonate and cells pH 7.0 adjusted. 1 liter of the filtrate was collected and reduced under reduced pressure Volume restricted to 200 ecm. The concentrated broth was cooled to below 5 "C. To the cooled one 150 ecm of a 20% calcium oxide milk, which is also under 5 ° C was added, forming a slurry of calcium fructate. The
Calciumfruktat wurde abgesaugt und der erhaltene Filterkuchen mit Wasser, das auf unter 50C abgekühlt war, gewaschen. Anschließend wurde das Calciumfruktat in 200 ecm kaltem Wasser suspendiert und nach Einstellung des pH auf 7,0 Kohlendioxyd eingeleitet, wodurch Calciumcarbonat niedergeschlagen wurde. Der Niederschlag wurde durch Filtration entfernt, so daß eine freie Fruktoselösur.g erhalten wurde.Calcium fructate was filtered off with suction and the filter cake obtained was washed with water which had cooled to below 5 ° C. The calcium fructate was then suspended in 200 ecm of cold water and, after the pH had been adjusted to 7.0, carbon dioxide was passed in, whereby calcium carbonate was precipitated. The precipitate was removed by filtration to give a free fructose solution.
Die Lösung wurde auf pH 4,5 mit Salzsäure eingestellt, und unter Zusatz von Aktivkohle entfärbt und außerdem zur Entfernung anorganischer Substanzen mit einem Ionenaustauschharz behandelt. Die erhaltene farblose durchsichtige Flüssigkeit wies einen Fruktosegehalt von 9,2 °/„ auf und hatte ein Volumen von etwa 400 ecm. Die Flüssigkeit wurde unter vermindertem Druck destilliert; es wurden etwa 21 g kristalliner Fruktose erhalten.The solution was adjusted to pH 4.5 with hydrochloric acid and decolorized with the addition of activated charcoal also treated with an ion exchange resin to remove inorganic substances. The colorless transparent liquid obtained had a Fructose content of 9.2% and had a volume of about 400 ecm. The liquid was taking distilled under reduced pressure; about 21 g of crystalline fructose were obtained.
B e i s ρ i e 1 4B e i s ρ i e 1 4
Der gleiche Stamm wie in Beispiel 3 wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 unter Verwendung eines aus 5%· Sorbit, 0,1 °/0 Ammoniumacetat oder Ammoniumchlorid, 0,1 °/o Kaliumphosphat, 0,05% Magnesiumsulfat und 0,1% CaCO3 bestehenden Mediums vom pH 7,0 unter Schütteln gezüchtet. Nach 48 Stunden Züchtungsdauer wurde die Züchtung unterbrochen, wobei die Fermentationsausbeute 42% erreichte. Die Züchtungsflüssigkeit wurde gesammelt, filtriert, der Behandlung mit Aktivkohle und- der Ionenaustauschharz-Behandlung unterworfen und dann zu einer farblosen, durchsichtigen viskosen Lösung mit einem Sorbitgehalt von etwa 30% konzentriert, die einen ausgezeichneten Geschmack hatte.The same strain as in Example 3 in the same manner as in Example 3 using a 5% · sorbitol, 0.1 ° / 0 ammonium acetate or ammonium chloride, 0.1 ° / o potassium phosphate, 0.05% magnesium sulfate, and 0 , 1% CaCO 3 existing medium of pH 7.0 cultured with shaking. After 48 hours of cultivation, the cultivation was stopped, and the fermentation yield reached 42%. The culture liquid was collected, filtered, subjected to the treatment with activated carbon and the ion exchange resin treatment, and then concentrated into a colorless, transparent, viscous solution having a sorbitol content of about 30% and having an excellent taste.
B e i s ρ i e 1 5B e i s ρ i e 1 5
75Og Sorbit, 30g Casate, 5g KH2PO4, 2,5g MgSO4 ■ 7 H2O und 0,05 g MnSO4 · 4 H2O wurden in destilliertem Wasser zu 5 Liter Lösung aufgelöst, die dann bei 120° C 10 Minuten sterilisiert wurde. Das auf diese Weise hergestellte Medium wurde in einen 10 Liter fassenden Fermenter zusammen mit 50 g getrocknetem und sterilisiertem Calciumcarbonat und 200 ecm einer Impflösung eingefüllt, die durch 6stündige Züchtung unter Schütteln des Bacillus fructosus nov. sp. (ATCC 15451) in einem Medium erhalten wurde, das aus 2% Sorbit, 0,5% Maisquellflüssigkeit und 1 % CaCO3 bestand. Die Züchtung des Mikroorganismus wurde unter aeroben Bedingungen bei 3O0C unter Rühren (430 UpM) und Belüftung (1 Liter je Minute) durchgeführt.75Og sorbitol, 30g Casate, 5 g KH 2 PO 4, 2.5 g MgSO 4 ■ 7H 2 O and 0.05 g of MnSO 4 · 4 H 2 O were dissolved in distilled water to 5 liters of solution, which then at 120 ° C Was sterilized for 10 minutes. The medium prepared in this way was poured into a 10 liter fermenter together with 50 g of dried and sterilized calcium carbonate and 200 ecm of an inoculation solution, which was cultivated for 6 hours while shaking the Bacillus fructosus nov. sp. (ATCC 15451) in a medium consisting of 2% sorbitol, 0.5% corn steep liquor and 1% CaCO 3 . The cultivation of the microorganism was aerobically at 3O 0 C with stirring (430 rpm) and aeration is performed (1 liter per minute).
Nach ostündiger Züchtung begann die Fruktosebildung, und nach 72 Stunden erreichte die Konzentration 123 mg/ccm. Danach begann die gebildete Menge abzunehmen, die Züchtung wurde daher unterbrochen. Die Züchtungsflüssigkeit wurde zwecks Entfernung von Zellen und Calciumcarbonat in einem Klärgefäß behandelt und die erhaltene durchsichtige Flüssigkeit unter vermindertem Druck auf ein Volumen von etwa 2 Liter konzentriert. Das Konzentrat wurde dann nacheinander mit Centranol 291 (Entfärbungsharz), Amberlite IR 120 (stark saurer Kationenaustauscher auf Polystyrolsulfonsäure-Basis, von Rohm & Haas Co., V. St. A.), Amberlite TRA-68 (schwach basisches Anionenaustauscherharz auf PoIystyrol-tertiär-Aminbasis, von Rohm & Haas Co., V. St. A.) und einem Gemisch aus Amberlite TR 120 und Amberlite IRA 411 (stark basischer Anionenaustauscher auf Polystyrol-Basis mit quartären Ammoniumgruppen, von der Rohm & Haas Col, V. St. A.)After an hour of cultivation, the formation of fructose began, and after 72 hours the concentration reached 123 mg / cc. After that, the educated began Decrease in quantity, the breeding was therefore interrupted. The culture liquid was used for Removal of cells and calcium carbonate treated in a clarifier and the obtained transparent Liquid concentrated under reduced pressure to a volume of about 2 liters. The concentrate was then successively with Centranol 291 (decolorizing resin), Amberlite IR 120 (strongly acidic cation exchanger based on polystyrene sulfonic acid, from Rohm & Haas Co., V. St. A.), Amberlite TRA-68 (weakly basic anion exchange resin based on polystyrene tertiary amine, von Rohm & Haas Co., V. St. A.) and a mixture of Amberlite TR 120 and Amberlite IRA 411 (strongly basic anion exchanger based on polystyrene with quaternary ammonium groups, from Rohm & Haas Col, V. St. A.)
ίο behandelt, um anorganische Salze, organische Säuren, Protein und färbende Substanzen zu entfernen. Es wurden 3,3 Liter der behandelten Lösung einschließlich Waschlösung erhalten, die 18,2% Fruktose enthielten. Die Flüssigkeit wurde unter vermindertem Druck weiter auf ein Volumen von etwa 1 Liter zu einem viskosen Sirup eingeengt. Die sirupöse Flüssigkeit wurde mit Methanol und 2 g Fruktose-Impfkristallen innig vermischt und das Gemisch an einem kühlen Ort aufbewahrt, um Kristalle sich bilden zu lassen. Die Kristalle wurden durch Filiration abgetrennt und getrocknet, wobei eine Ausbeute von 420 g erhalten wurde.ίο treated to remove inorganic salts, organic acids, Remove protein and staining substances. There were 3.3 liters of the treated solution inclusive Wash solution obtained containing 18.2% fructose. The liquid was reduced under Pressure further concentrated to a volume of about 1 liter to a viscous syrup. The syrupy liquid was intimately mixed with methanol and 2 g of fructose seed crystals and the mixture on a kept in a cool place to allow crystals to form. The crystals were separated by filtration and dried, yielding 420 g.
Die Kristalle waren positiv gegenüber der Reaktion nach Selivanov und wurden papierchromatographiert unter Verwendung von Anisidinhydrochlorid, wobei sich Flecken mit gelber Farbe bildeten, die für Ketohexosen charakteristisch sind (im Falle einer Aldose ist die Farbe braun), der Rf-Wert stimmte mit dem für Fruktose überein. Wurden die Kristalle zusammen mit Phenylhydrazin auf dem siedenden Wasserbad erwärmt, bildete sich innerhalb von nur 6 Minuten ein Osazon (Sorbose bildet auch bei 15minütigem Erhitzen kein Osazon). Das Osazon hatte einen Schmelzpunkt von 204 bis 205° C und war mit dem Osazon der Fruktose identisch. Wenn das Osazon mit dem der Fruktose vermischt wurde, zeigt das entstehende Gemisch keine Schmelzpunktsdepression. Auf Grund dieser Tatsachen wurde festgestellt, daß die Kristalle aus Fruktose bestanden.The crystals were positive to the Selivanov reaction and were paper chromatographed using anisidine hydrochloride, forming spots of yellow color, which are for ketohexoses are characteristic (in the case of an aldose, the color is brown), the Rf value agreed with that for Fructose. The crystals were placed on a boiling water bath along with phenylhydrazine When heated, an osazone formed within just 6 minutes (sorbose also forms after 15 minutes Do not heat Osazon). The osazon had a melting point of 204-205 ° C and was with the Osazon identical to fructose. If the osazon was mixed with that of the fructose, that shows resulting mixture no melting point depression. On the basis of these facts, it was found that the Crystals consisted of fructose.
750 g Sorbit, 30 g Casate, 5 g KH2PO4, 2,5 g MgSO4 · 7 H2O und 0,05 g MnSO4 · 4 H2O wurden in destilliertem Wasser zu 5 Liter Lösung aufgelöst, die dann· bei 120°C 10 Minuten sterilisiert wurden. Unter Verwendung des derart hergestellten Mediums wurde Bacillus megaterium Nr. 37—3 B (ATCC 15450) in einem Fermenter in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 fermentiert. Nach 92 Stunden Züchtungsdauer erreichte der ermittelte Gehalt an Fruktose 118 mg/ml. Das fermentierte Medium wurde zwecks Entfernung von Zellen zentrifugiert, mit Salzsäure auf pH 6,5 eingestellt und der sich bildende Niederschlag durch Filtration entfernt. Das Filtrat wurde konzentriert und mit Ionenaustauschharzen behandelt, wobei etwa 3 Liter einer durchsichtigen Flüssigkeit mit einem Fruktosegehalt von 19,3% erhalten wurden. Die Flüssigkeit wurde unter vermindertem Druck weiter eingeengt auf ein Volumen von etwa 1 Liter. Die konzentrierte Flüssigkeit wurde mit Methanol und 2 g Fruktose-Impfkristallen vermischt und an einem kühlen Ort zur Auskristallisation der Fruktose gestellt. Ausbeute: 395 g.750 g sorbitol, 30 g Casate, 5 g KH 2 PO 4 , 2.5 g MgSO 4 · 7 H 2 O and 0.05 g MnSO 4 · 4 H 2 O were dissolved in distilled water to make 5 liters of solution, which then · Have been sterilized at 120 ° C for 10 minutes. Using the medium thus prepared, Bacillus megaterium No. 37-3 B (ATCC 15450) was fermented in a fermenter in the same manner as in Example 5. After 92 hours of cultivation, the fructose content found reached 118 mg / ml. The fermented medium was centrifuged to remove cells, adjusted to pH 6.5 with hydrochloric acid and the precipitate which formed was removed by filtration. The filtrate was concentrated and treated with ion exchange resins to obtain about 3 liters of a transparent liquid having a fructose content of 19.3%. The liquid was further concentrated under reduced pressure to a volume of about 1 liter. The concentrated liquid was mixed with methanol and 2 g of fructose seed crystals and placed in a cool place for the fructose to crystallize out. Yield: 395 g.
Claims (3)
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