DE1517831C - Verwendung von Fermentationsflussig keiten zur Gewinnung von Flavinadenindi nucleotid - Google Patents
Verwendung von Fermentationsflussig keiten zur Gewinnung von Flavinadenindi nucleotidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von durch Züchten von 5'-Purinnucleotid produzierenden Mikroorganismen
der Gattungen Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium und Flavobacterium bei
hierfür üblichen Bedingungen erhaltenen Fermentationsflüssigkeiten zur Gewinnung von Flavinadenindinucleotid.
Flavinadenindinucleotid (FAD) wird seit kurzem
— als Vitamin B2 oder wirksame Form von Riboflavin
— als Droge und Zusatz zu Nahrungs- und Futtermitteln verwendet; es besitzt starke biologische
Aktivität und große Löslichkeit in Wasser, was seine Verwendung an Stelle von Riboflavin stark gesteigert
hat.
Die bisherigen biotechnischen Verfahren zur Herstellung von Flavinadenindinucleotid bestehen in der
Extraktion von FAD aus lebenden Zellen oder in der Synthese von FAD aus Riboflavin. Das Verfahren zur
Extraktion von FAD aus Zellkörpern von Eremothecium ashbyii — ein Riboflavin produzierender Mikroorganismus
— wird in der USA.-Patentschrif t2 973 305
beschrieben und dürfte das bisher wirksamste Verfahren zur Herstellung von FAD in industriellem
Maßstab sein. Es hat jedoch den Nachteil, daß FAD in den Mikroorganismenzellen in einem frühen
Züchtungsstadium angereichert wird, weshalb im Laufe der Zeit FAD über Flavinmononucleotid zu
Riboflavin abgebaut wird. Die Gewinnung von FAD aus dem Kulturmedium ist zudem schwierig und
wirft Probleme hinsichtlich der Extraktion des FAD aus den Zellen und der Isolierung des extrahierten
FAD von anderen Flavinkörpern auf.
Nach Biochemical Journal 54,1953, S. 437 ff, können nur unbefriedigende Ausbeuten an FAD erhalten
werden, bestenfalls 0,11 mg je Liter Nährmedium.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Methode zur biotechnischen Herstellung
von Flavinadenindinucleotid zu schaffen, die einfach und wirksam, wirtschaftlich und in industriellem
Maßstab vorteilhaft durchgeführt werden kann. Ferner sollte eine solche Methode die Gewinnung des FAD
nach der Fermentation in hoher Reinheit und guter Ausbeute erlauben.
Die Erfindung besteht nun in der Verwendung von durch Züchten von 5'-Purinnucleotid bildenden Mikroorganismen
der Gattung Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium und Flavobacterium bei
hierfür üblichen Bedingungen erhaltenen Fermentationsflüssigkeiten zur Gewinnung von Plavinadenindinucleotid.
Das Züchten der Mikroorganismenstämme aus den obigen Gattungen selbst ist bekannt. Es wurde nun
gefunden, daß erhebliche Mengen FAD in der Kulturflüssigkeit angereichert werden, wenn man 5'-Purinnucleotid
produzierende Stämme von Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium oder Flavobacterium
unter den gleichen Bedingungen, die zur Herstellung von 5'-Purinnucleotiden verwendet werden, zur Züchtung
einsetzt. Das FAD wird zusammen mit dem 5'-Purinnucleotid produziert und angereichert; es
ist nicht durch andere Flavinkörper verunreinigt, was die Gewinnung von FAD aus den Fermentationsflüssigkeiten besonders einfach und vorteilhaft macht.
ίο Das Verfahren der vorliegenden Erfindung hat den
Vorteil, daß das FAD neben 5'-PurinnucIeotiden hergestellt und leicht von diesen abgetrennt werden kann.
Gegenüber dem Fermentationsverfahren der USA.-Patentschrift 2 973 305 weist das erfindungsgemäße
Verfahren bedeutende Vorteile auf. Die durch die Züchtung erzielbaren Ausbeuten an FAD sind zwar
bei beiden Verfahren numerisch etwa gleich. Während jedoch erfindungsgemäß das FAD außerhalb der
Zellen-in der Fermentationsflüssigkeit angesammelt wird, liegt das FAD bei dem bekannten Verfahren
intrazellulär vor, so daß dort aufwendige Isolierungsund Gewinnungsoperationen notwendig sind, um das
- FAD zu isolieren. Die Gewinnung äes FAD aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Fermentationsflüssigkeiten
gestaltet sich, verglichen mit den umständlichen Extraktions- und Gewinnungsmaßnahmen,
die nach der USA.-Patentschrift erforderlich sind,
verhältnismäßig einfach.
Die anzuwendenden optimalen Züchtungsbedingungen sind jene, die üblicherweise zur Herstellung von
5'-Purinnucleotiden durch Züchten der genannten Mikroorganismenarten angewendet werden. Für die
Zusammensetzung des Kulturmediums ist entweder ein synthetisches oder natürliches Kulturmedium
brauchbar, solange es die zum Wachstum der verwendeten Mikroorganismen-Stämme notwendigen Nährstoffe enthält. Solche Nährstoffe sind dem Fachmann
wohlbekannt und schließen Substanzen, wie eine Kohlenstoffquelle, eine Stickstoffquelle, anorganische
Vetbindungen u. ä., in angemessenen Mengen, welche von dem verwendeten Stamm benötigt werden, ein.
So mögen als Kohlenstoffquelle als Beispiele Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Saccharose, Maltose,
Lactose, Stärkehydrolysate, Melassen oder andere Kohlenhydrate u. ä. erwähnt werden. Die Kohlenstoffquelle
kann entweder eine Substanz oder eine Mischung zweier oder mehrerer Substanzen sein. Als Stickstoffquelle
können Verwendung finden verschiedene Arten anorganischer oder organischer Salze oder Verbindüngen,
wie z. B. Ammoniak, Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat, Ammoniumkarbonat,
Ammoniumacetat usw., Nitrate, Harnstoff oder andere Stickstoff enthaltende Verbindungen, wie
Peptone, Kaseinhydrolysate, Fleischextrakt, Hefeextrakt, Maisextrakt (cornsteep liquor), zur Branntweinherstellung
verwendete Maische (Distillers solubles), Fischmehl, Reisschalenextrakt u. ä. Stickstoffquelle
kann ebenfalls eine dieser Substanzen oder eine Mischung zweier oder mehrerer sein. Für die anörganischen
Verbindungen, die dem Kulturmedium zugefügt werden, kommen in Frage: Kaliumdihydro-.
genphosphat, Kaliummonohydrogenphosphat, Magnesiumsulfat, Calciumkarbonat, Mangansulfat, Kaliumchlorid,
und auch andere Metallsalze wie die von Zink, Eisen usw. Auch Mutanten aus den erwähnten Gattungen,
die durch Mutationen erzeugende Methoden erhalten wurde, können ebenfalls verwendet werden.
Benötigt der verwendete Mutant einen speziellen Nähr-
1 α
stoff, muß dieser Nährstoff dem Kulturmedium ebenfalls zugefügt werden. Wesentliche Nährstoffe dieses
Typs schließen z. B. Aminosäuren, wie z. B. Asparaginsäure, Glutaminsäure, Threonin, Methionin, usw.
und/oder Vitamine, wie Biotin, Thiamin, Cobalamin usw. ein.
Die Züchtung wird unter aeroben Bedingungen durchgeführt, wie z. B. unter aerobem Schütteln der
Kultur, oder durch Rühren und Belüften einer Submerskultur.DieTemperaturwirdvQrzugsweisezwischen
etwa 20 und 40° C gehalten, der pH zwischen etwa 5,5 und 9,0. Die Züchtung dauert normalerweise 2 bis
10 Tage.
Die Züchtung der zuvor genannten Mikroorganismen unter den oben angegebenen Bedingungen ergab
eine Produktion von FAD mit Ausbeuten im Bereich von 50 bis 150μg/ml Kulturflüssigkeit. Die darin
produzierte FAD-Menge ist der produzierten 5'-Nucleotidmenge proportional. Je mehr 5'-Nucleotid produziert
und angereichert wird, um so mehr FAD wird produziert und angereichert.
Als Beispiel wird in Tabelle 1 der Zusammenhang zwischen 5'-Inosinsäure und FAD, produziert durch
Fermentation mit zwei bestimmten Stämmen von Brevibacterium" ammoniagenes, in Abhängigkeit von
der vergangenen Kulturzeit gezeigt. Annähernd die gleichen Ergebnisse erhält man, wenn andere Stämme
verwendet werden oder wenn andere 5'-Nucleotide produziert und angereichert werden.
Kultur zeit |
Brevibacterium ammoniagenes | FAD | ATCC - | L9183 |
(Std.) | ATCC 6872 | fag/ml) | 5'-Inosin- | FAD |
5'-Inosin- | säure | ^g/ml) | ||
säure | 14,8 | (mg/ml) | ||
(mg/ml) | 44,9 - | 0,9 | 14,1 | |
24 | 1,2 | 83,1 | 2,5 | 40,0 |
36 ' | 2,5 | 96,6 | 3,9 | 53,5 |
48 | 5,3 | 104,4 | 6,8 | 85,7 |
60 | 8,2 | 117,0 | 8,8 | 114,6 |
72 | 8,6 | 118,0 | 8,9 | 116,8 |
84 | 10,6 | |||
96 | 12,7 |
Nach Beendigung der Kultur können das 5'-Purinr
nucleotid und FAD aus der Fermentationsflüssigkeit auf einfache Weise durch Anwendung eines der üblichen
Verfahren, wie Trennung über ein Ionenaustauscherharz, Chromatographie, Lösungsmittelextraktion, Anwendung
von Aktivkohle u. ä. abgetrennt werden. Das so gewonnene FAD kann weiterhin auf übliche
Weise gereinigt werden und gibt bei Kristallisation ein Produkt hoher Reinheit.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.
Wenn nicht anders erwähnt, bedeuten die angegebenen Prozentgehalte Gewichtsprozent pro
Liter Wasser.
B eispiel 1
Brevibacterium ammoniagenes ATCC 6872 wird als Ausgangsstamm verwendet und 24 Stunden lang in
einem Kulturmedium, enthaltend 2% Glucose, 1% Pepton, 1% Hefeextrakt und 0,25% NaCl, gezüchtet.
Von diesem Anzuchtmedium werden 10 Volumprozent in ein Fermentationsmedium eingeimpft, welches
die folgenden Stoffe in 11 Wasser enthielt:
5
5
100 g Glucose,
6 g Harnstoff,
10 g K2HPO4,
1OgKH2PO4, :... .
6 g Harnstoff,
10 g K2HPO4,
1OgKH2PO4, :... .
ίοgMgSO4·7H2O, ..; :..
0,1 g CaCl2 · 2 H2O,
10 mg Ca-Pantothenat,
10 mg Ca-Pantothenat,
2 mg Thiaminhydrochlorid,
30 μg Biotin.
30 μg Biotin.
19-ml-Anteile der wäßrigen Lösung, die die Kulturmediumbestandteile
außer Harnstoff enthielt, werden getrennt in einzelne 250 ml konische Kolben gegossen.
Die Kolben werden im Autoklav bei etwa 1 kg/cm2 Druck 15 Minuten lang sterilisiert. Danach wird zu
jedem |. Kolben 1 ml einer getrennt sterilisierten 12%igen Harnstofflösung gegeben, wonach die Einimpfung
der Anzuchtkultur vorgenommen wird.
Die Züchtung wird unter aerobem Schütteln bei 3O0C durchgeführt.
Die Züchtung wird unter aerobem Schütteln bei 3O0C durchgeführt.
Die Züchtung dauert 48 Stunden, dann wird dem - Züchtungsmedium Hypoxanthin in einer Menge von
5 mg/ml zugegeben. Nach weiteren 48 Stunden Kulturzeit waren in der Fermentationsflüssigkeit 12,7 mg
5'-Inosinsäure pro Milliliter und 118,0 μg FAD pro
Milliliter produziert und angereichert worden.
11 der" entstandenen Kulturflüssigkeit wird filtriert
und die Mikroorganismen daraus entfernt. Das Filtrat wird auf pH = 8,0 eingestellt. Es wird dann in eine
Austauschersäule übergeführt, welche mit 200 ml Diaion SA 21A, einem stark basischen Ionenaustauscherharz,
gefüllt ist, das mit ausreichend Salzsäure behandelt und mit Wasser bis zur-Neutralität gewaschen
wurde. Nach Waschen der Säule mit Wasser wird die Trennung erreicht mit 11 einer wäßrigen Lösung die
0,02 η an Salzsäure und 1 m an Natriumchlorid ist. Dadurch werden die 5'-Inosinsäure und Flavinmononucleotid
vollständig von der Säule entfernt. Das Harz wird dann mit einer wäßrigen Lösung von
0,02 η Salzsäure und 1 m Natriumchlorid behandelt, und etwa 500 ml nur FAD enthaltender Ausflußlösung
werden gewonnen. Diese Lösung enthält 82,0 mg FAD. . '
Die Ausflußlösung mit dem FAD wird mit Ammoniumsulfat·
gesättigt und mit Phenol extrahiert. Der phenolischen Lösung wird eine ausreichende Menge
Äthyläther zugefügt. Sodann wird mit Wasser rückextrahiert. Die gewonnene wäßrige Lösung wird bei
50° C auf etwa 10 ml konzentriert. Man fügt eine ausreichende Menge Äthanol hinzu und läßt die Lösung
stehen. Das ausgefällte FAD wird mittels einer Zentrifuge abgetrennt. Das erhaltene FAD wird getrocknet
und seine Aktivität mit einer Apo-(D)-Aminosäureoxidase
gemessen. Gewonnen werden 61,7 mg FAD mit einer Reinheit von 82%· Dieses FAD enthält nur
zu vernachlässigende Verunreinigungen mit Flavinderivaten. Eine höhere Reinheit des FAD kann leicht
durch Wiederholen der oben beschriebenen Ionenaustauschchromatographie erreicht werden.
B e i s ρ i e 1 2
Micrococcus glutamicus ATCC 19185 wird als Saatstamm verwendet. Dieser Mikroorganismus wird
1 Oi/ Ö J 1
24 Stunden lang bei 30° C in einem Anzuchtmedium, enthaltend 29/0 Glucose, l°/0 Pepton, 1% Fleischextrakt,
0,3% NaCl und .20 μg Biotin, gezüchtet. 10 Volumprozent dieses Anzuchtsaatmediums werden
in das folgende Fermentationsmedium eingeimpft, wobei die angegebenen Mengen pro Liter Wasser zu
verstehen sind:
70 g Glucose,
6 g Harnstoff,
1 g KH2PO4,
3 g K2HPO4,
0,03 g MgSO4 · 7 H2O,
0,01 g FeSO4 · 7 H2O,
5 g Casaminosäure,
30 μg Biotin,
30 μg Biotin,
5 mg Thiaminhydrochlorid,
10 mg Calciumpantothenat,
20 mg Adenin, 20 mg Guanin.
10 mg Calciumpantothenat,
20 mg Adenin, 20 mg Guanin.
B ei sρi el 6
Als Saatstamm wird Brevibacterium linens ATCC 9175 verwendet, und die Züchtung wird wie im Beispiel
1 beschrieben ausgeführt, außer daß dem Fermentatiönsmedium
2 mg Adenin pro Milliliter an Stelle von Hypoxanthin zugefügt werden. In der Fermentationsflüssigkeit
wurden 8,2 mg 5'-Adenylsäure und 59,7 μg FAD pro Milliliter angereichert.
Bei spi el 5
Derselbe Saatstamm, wie im Beispiel 4 beschrieben, wird unter den gleichen Bedingungen und in den
gleichen Medien wie im Beispiel 1 gezüchtet, außer daß an Stelle von Hypoxanthin dem Kulturmedium
1 mg Guanin pro Milliliter zugegeben werden. Nach 96 Stunden kontinuierlicher Züchtung waren in der
Kulturflüssigkeit 5,2 mg 5'-Guanylsäure pro Milliliter und 82,3 μg FAD pro Milliliter angereichert.
Micrococcus freudenreichii ATCC 8459 wird als Saatstamm verwendet und die Züchtung unter den
gleichen Bedingungen und in den gleichen Medien wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Hypoxanthin
wird dem Kulturmedium in der Menge von 2 mg/ml zugegeben. Nach 96 Stunden Kulturzeit
waren in der Fermentationsflüssigkeit 9,7 mg 5'-Inosin-
ao säure pro Milliliter und 98,3 μg FAD pro Milliliter
angereichert.
Die Menge von 6 g Harnstoff pro Liter Kulturmedium wird als 40°/0ige wäßrige Lösung, die getrennt
hergestellt und sterilisiert wurde, zugefügt. Der pH" der Lösung wird vor der Sterilisation auf 7,5 eingestellt.
. Das Fermentationsmedium wird zu 30-ml-Anteilen
in einzelne 250-ml-Kolben konischer Form gegossen.
Die Züchtung wird unter aerobem Schütteln bei 30°C durchgeführt. Nach 96 Stunden Kulturzeit
werden in der Fermentationsfiüssigkeit 10,7 mg 5'-Inosinsäure pro Milliliter und 113,7 [ig FAD pro Milliliter
gefunden. Diese können aus dieser wie im Beispiel 1 beschrieben abgetrennt werden.
' B e i s ρ i e 1 3
Brevibacterium ammoniagenes ATCC 6872 wird als Saatstamm verwendet. Die Züchtung wird 110 Stunden
lang unter den gleichen Bedingungen und im gleichen Medium, wie im Beispiel 2 beschrieben, durchgeführt.
Als Ergebnis fanden sich in der Kulturflüssigkeit 11,2 mg 5'-Inosinsäure pro Milliliter und 121,2 μg
FAD pro Milliliter.
·..; B e i sp i el 4
' Brevibacterium ammoniagenes ATCC 6872 wird als Saatstamm verwendet, und die Züchtung wird wie im
Beispiel 1 beschrieben ausgeführt, außer daß dem Kulturmedium an Stelle von Hypoxanthin 1 mg Adenin
pro Milliliter zugegeben werden. Die Züchtung wird 96 Stunden lang ununterbrochen durchgeführt. Als
Ergebnis fanden sich in der Fermentationsflüssigkeit 8,3 mg 5'7Adenylsäure pro Milliliter und 101,2 μg FAD
pro Milliliter. '
Corynebacterium acetoglutamicum ATCC 15806 wird als Saatstamm verwendet und die Züchtung wie
im Beispiel 1 beschrieben ausgeführt. Der Fermentationslösung wird eine Menge von 2 mg Xanthin pro
Milliliter zugesetzt. Nach Beendigung der Züchtung fanden sich 7,2 mg 5'-Xanthylsäure pro Milliliter und
62,4 μg FAD pro Milliliter der Kulturflüssigkeit.
. Corynebacterium hydrocarboclastus ATCC 15592 wird als Saatstamm verwendet, und die Züchtung wird
wie im Beispiel 1 beschrieben ausgeführt. Der Kulturflüssigkeit wird 1 mg Hypoxanthin pro Milliliter zugesetzt.
Nach Beendigung der Züchtung werden pro Milliliter der Fermentationsflüssigkeit 8,9 mg 5'-Inosinsäure
und 53,5 μg FAD gefunden.
♦ * ■ ■ ·
♦ * ■ ■ ·
Beispiel 10 '
Flavobacterium arborescens ATCC 4358 wird als Saatstamm verwendet und die Züchtung unter den
gleichen Bedingungen und in den gleichen Medien wie im Beispiel 1 beschrieben ausgeführt. Als Ergebnis
sind pro Milliliter der Fermentationsfiüssigkeit 7,2 rag '5'-Inosinsäure und 61,3 μ£ FAD angereichert.
Flavobacterium devorans ATCC 10829 wird als Saatstamm verwendet. Die Züchtung wird in der
gleichen Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt. Als Ergebnis finden sich pro Milliliter der Fermentationsflüssigkeit 8,9 mg 5'-Inosinsäufe und 98,3 μg FAD angereichert.
"
Die zehn in Tabelle 2 aufgeführten Mikroorganismenstämme wurden als Einsaat-Mikroorganismen
verwendet und wie im Beispiel 1 gezüchtet. 10 Volumprozent der erhaltenen Einsaatkulturen wurden in die
einzelnen Fermentationsrnedieri eingeimpft, welche 10°/0 Glucose, 0,6 °/o Harnstoff, 1% K2HPO4, 1%
KH2PO4, l°/o MgSO4, 0,01 % CaCl2 und 0,02 °/0 Hefeextrakt
enthielten, und zwar bei einem pH-Wert von 8,0. Nach 36stündiger Züchtung wurde zum Medium
Adenin gegeben, um die Adeninkonzentration auf
5 mg/ml zu bringen. Danach wurde die Züchtung weitere 48 Stunden fortgesetzt, wodurch Adenylsäure
und FAD gebildet wurden und in der Fermentationsflüssigkeit sich ansammelten.
Tabelle 2 | Adenyl säure*) mg/ml |
FAD y/ml |
Verwendete Stämme | 8,9 5,2 . 6,7 10,6 10,2 8,7 7,8 6,3 8,1 5,8 |
102 78 91 107 103 92 96 80 115 90 |
Brevibacterium ammoniagenes ATCC 6871 ATCC 15 187 Brevibacterium helvolum ATCC 11822 Micrococcus glutamicus ATCC 14305 '...- ATCC 14306 ATCC 14619 ·. ATCC 14620 Flavobacterium harrisoni ATCC 14589 Flavobacterium flavescens" ATCC 14231 Flavobacterium sulfureum ATCC 14232 |
||
*) Das daneben produzierte Adenosindiphosphat und Adenosintriphosphat
sind inbegriffen und in Adenylsäure umgerechnet.
309 625/164
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von durch Züchten von 5'-Purinnukleotid bildenden Mikroorganismen der Gattung Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium und Flavobacterium bei hierfür üblichen Bedingungen erhaltenen Fermentationsflüssigkeiten zur Gewinnung von Flavinadenindinukleotid.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4894265 | 1965-08-13 | ||
JP4894265 | 1965-08-13 | ||
DEK0060007 | 1966-08-12 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1517831A1 DE1517831A1 (de) | 1970-01-29 |
DE1517831C true DE1517831C (de) | 1973-06-20 |
Family
ID=
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