DE2124043A1 - Verfahren zur Herstellung von L-Histidin auf mikrobiologischem Wege - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von L-Histidin auf mikrobiologischem WegeInfo
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Description
" Verfahren zur Herstellung von L-Histidin auf mikrobiologi
schem Wege "
Priorität: 20. Mai 1970, Japan, 1fr. 42 408/70
!-Histidin ist eine basische, zur tierischen Ernährung
essentielle Aminosäure. Deshalb wurde intensiv nach einem verhältnismässig
billigen, in industriellem Masstab durchführbaren Verfaliren zur Herstellung von L-Histidin gesucht.
Bisher sind nur v/enige Verfahren zur Herstellung von L-Kistidin bekannt. So kann z.B. L-Histidin durch Spaltung von synthetisch
hergestelltem DL-Histidin in die optischen Antipoden hergestellt werden. Ferner ist es bekannt, L-Histidin durch Hydrolysieren
von Proteinen zu gewinnen. Diese Verfaliren sind jedoch unwirtschaftlich. '
In der älteren Patentanmeldung P 21 01 903.4 ist ein Verfahren
zur Herstellung von !-Histidin auf mikrobiologischem Wege beschrieben,
wobei Mikroorganismen der Gattungen Brevibactorium,
Corynebacterium, Arthrobacter, Hicrobacterium, Kicrococcus,
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Hocardia, Bacillus und Azotobacter in «inera I-;ähri.iodium fermentiert
v/erden. JJas im liäiirmediura angereicherte L-IIistidin wird
aus dem Hährmedium isoliert. Obwohl dieses Verfahren die Herstellung
von L-Histidin in industriellem Ilasstab und in hohen Ausbeuten erlaubt, sind weitere Ausbeutesteigerungen wünschenswert.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von L-Histidin auf mikrobiologischem Y/ege zur Verfugung
zu stellen, das hohe I-Histidin-Ausbeuten liefert. Diese Aufgabe
wird.durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung
ist somit ein Verfahren zur Herstellung von L-Histidin auf
mikrobiologischem Wege, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man in üblicher V/eise einen L-Histidin-produzierenden Mikroorganismus
in einem Mhrmedium fermentiert, das mindestens eine Kohlenstoff- und mindestens eine Stickstoffquelle in solcher
Menge enthält, dass das Gewichtsverhältnis Stickstoff : Kohlenstoff mindestens 5 ·* 100 beträgt, und das in der Kulturbrühe
angereicherte L-Histidin nach üblichen Methoden isoliert.
Nach dem Verfahren der Erfindung gelingt es, L-Histidin in
industriellem Masstab wirtschaftlich herzustellen.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, dass das Gewichtsverhältnis Kohlenstoff : Stickstoff einen sehr wichtigen
Paktor bei der Herstellung von L-Histidin darstellt.
L-Histidin wird in der Kulturbrühe in gross;r Mengen angereichert,
wenn das Gewichts verhältnis Stickstoff % ¥.j'-ü. tSiStoff
im Hährmedium mindestens 5 s 100 beträgt* Die obere Grenze des
1 ri ® S Z Q / 1 4Ji *s "τ
ι J w w «τ j / ( ^ ^ jj
mm Λ. β(β
21 2Α0Α3
Gewiehtsverhältnisees Stickstoff : Kohle.·.stoff ist durch die
vom jeweiligen Mikroorganismus tolerierten Mengen gegeben. Vorzugsweise
beträgt das Gewicht«verhältnis Stickstoff : liohlenstoff
5 : ICO bis 50 : 100. Dor Ltickat off gehalt des liähri.iodiuniü
im Verfahren der Erfindung ist höher als der gewöhnlich für das Wachstum von HikrοOrganismen erforderliche Stickstoffgehalt.
Der beschriebene, auf einem hohen Stickstoffgehalt des
Nährmediums beruhende Sffekt wird allgemein bei der Fermentation
von I— Histidin-produzierenden Mikroorganismen beobachtet.
Vorzugsweise werden xm /erfahren der Erfindung Mikroorganismen
der Gattungen Brevibacterium, Corynebacterium, Arthrobacter, Kicrococcus, Bacillus, llocardia oder I-iicrobacterium fermentiert,
wobei dea?en taxonomische Einordnung unv/esentlich ist.
Insbesondere werden zur Herstellung von L-Histidin Mikroorganismen
der Arten Corynebacterium glutamic tun, Brevibacterium
ammoniagenes, Brevibacterium flavum, Arthrobacter citreus,
Bacillus megaterium,' liocardia globerula oder Hiciobacteriiiin
ammoniaphilum fermentiert. Unter den genannten Arten sind die
Stämme
Corynebacterium glutamicum (ATGC 21604),
Corynebacterium glutamicum (ATCC 21607),
Brevibacterium flavum (ATCC 21605),
Arthrobacter citreus (ATCC 21600),
Bacillus megaterium (ATCC 21605),
Nocardia globerula (ATCC 21602) und
besonders bevorzugt.
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Im Verfahren der Erfindung wird L-Hxotidin vori^cwsjso durch
Fermentieren eines L-Histidin-produziorenden J.ikroorgeni^nuo in
einem wässrigen llährmedium unt'er aeroben Bedingungen, z.B. in
Schüttelkultur oder in Submerskultur, hergestellt. Zur ^rzielung
hoher Ausbeuten an L-Histidin wird die Fermentation vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 4-0 C und bei p„-V/er ten in der IJähe
des lieutralpunktes durchgeführt. Die Fermentati onst-emperaturen
und die p^-V/erte können entsprechend dem verwendeten Mikroorganismus
variieren.
Die Zusammensetzung dto Nährmediums und die Fernentationnbe—
dingungen sind mit der Ausnahme, dass das Gewichtsverhältnis Stickstoff : Kohlenstoff mindestens 5 : 100 beträgt, keinen besonderen
Beschränkungen unterworfen. Zu Beginn der Fermentation
muss das Eahrmedium nicht immer die gesamte Menge der Stickstoffquelle enthalten. Die restliche Menge der Stickstoffquelle
kann in diesem Fall dem Nährraedium während der Fermentation
zugesetzt werden.
Im Verfahren der Erfindung können sowohl synthetische als auch komplexe Kährmedien verwendet v/erden, wenn diese die für das
Wachstum des jeweiligen Mikroorganismus erforderlichen Kohlenstoff-
und Stickstoffquellen, anorganische Verbindungen und geringe Mengen notwendiger, zusätzlicher Nährstoffe enthalten.
Als Kohlenstoffquelle können z»B. Kohlehydrate, wie Glucose,
Rohrzucker, Melasse und Stärkehydrolysat-Lösung, und Carbonsäuren, wie Fumarsäure und Essigsäure, verwendet werden. Ferner ·
können bei der Fermentation von Kohlenwasserstoff-assimilierenden microOrganismen Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoff-
1098 49/1223 ·
BAD ORIGINAL.
gemische als hauptsächliche Kortlenstof fquelle verwendet v/erden.
Solche Kohlenwasserstoffe sind z.i3. geradlrottige und verzweigte
Paraffine (Alkane), wie n-Penta-i, n-Octan, η-Dekan, n-Dodekan,
n-Hexadekan, Isopentan und Isooctan, cyclische Paraffine, wie Cyclohexan und Cyclooctan, geradkettig und verzweigte Olefine,
wie Penteri-(2), Hexen-(l), Octen-(l) und 0cten-(2), cyclische
Olefine, wie Cyclohexcn, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie
Benzol, o-Xylol und p-Xylol, deren Geraiache und kohlenwasserstoffgemische,
wie Kerosin, Leichtöle, Schweröle und Paraffin^ öle, d.h. verschiedene Erdölfraktionen, einschliesslich
Rohöl. Das iiährmediura enthält vorzugsweise 1 bis 30 Gewichtsprozent
und insbesondere 10 bis 20 Gewichtsprozent der Kohlenstoffquelle, bezogen auf das Volumen des Nährmediums.
Als Stickstoffquelle können z.B. Verbindungen wie Ammoniumsulfat,
Ammoniumchiorid, Ammoniumnitrat und Harnstoff verwendet
werden. Die Menge der Stickstoffquelle im Iiährmodium wird durch
die Menge der Kohlenstoffquelle bestimmt.
Als anorganische Verbindungen können z.B. Kaliumphosphat,
Kaliumhydrogenphosphate, Magnesiumsulfat, Calciurncarbonat und
Mangansulfat verwendet werden. Das Kahrmedium kann
0,0001 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Volumen des Nährmediums, der anorganischen Verbindungen enthalten, i'erner
werden dem Iiährmediura entsprechend den Bedurfnissen des verwendeten
Mikroorganismus z.B. verschiedene Vitamine und Aminosäuren zugesetzt.
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Vorzugsweise wird das Hährinedium mit einer vorher gezüchteten
Vorkultur beimpft. Die Vorkultur wird unter für das V/achstu-ri
les betreffenden Mikroorganismus gunstigen Bedingungen solang©
inkubiert bis eine geeignete Population gewachsen ist. In .allgemeinen
sind dafür etwa 24 Stunden ausreichend. Das mit der Vorkultur beimpfte iiähr medium v/ird dann .solange fermentiert bis
in der Kulturbrühe beträchtliche L-Histidin-Iiengen angereichert
sind. Im allgemeinen wird die Fermentation 2 bis 5 lage durchgeführt,
liach Beendigung der Fermentation v/erden die Zellen des
HikrοOrganismus von der Kulturbrühe abgetrennt. Das L-Histidin
lässt sich aus der zellfreien Kulturbrühe nach bekannten Methoden,
z.B. mit Hilfe eines Ionenaustauschers, leicht isolieren.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Die Prozentangaben sind Ge v/i cht spr ο ζ ent e, bezogen auf das Volumen des llährmediums, wenn
nicht anders angegeben.
Die Fermentation wird unter Verwendung der L-Histidin-produzierenden
Hutante Gorynebacteriuia glutamicum (ATCG 21604) durchgeführt.
Ein Hährmedium, das in 1 Liter 15 Prozent Glucose,
0,15 Prozent KH2PO4, 0,15 Prozent K2HPO4,
0,05 Prozent MgSO4 χ 7H2O, 0,001 Prozent FeSO4 χ 7H2O,
0,001 Prozent I1InSO4 χ 4H2O und 200 pg Biotin
enthält, wird mit dem oben genannten Mikroorganismus beimpft.
Nährmedium
Vor dem Beimpfen wird das /.mit einer Stickstoffquelle versetzt.
Wie aus l'abelle I hervorgeht, wurde bei diesem Versuch
als Stickstoffquelle Ammoniumsulfat bzw.4mmoniumacetat verwendet.
Der Pu-V/ert des iJährmediums wird bei etwa 7,2 gehalten.
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Die Menge der zugefügten. Stickstoff quelle, das ',/achstuni des
I':J.la.*oor~aniFi.iUi3 und die gebildete I— Histiflin-Henge sind aus
'fabelle I ersichtlich.
Aus Tabelle I cent hervor, dass die gebildete L-Histidin-Kenge
relativ gering ist, wenn das Gewichtsverhältnis Stickstoff : Kohlenstoff unter 5 : 100 beträgt. Wenn das Gewichtsverhältnis
Stickstoff : Kohlenstoff 5 :' 100 übersteigt, nimmt das Wachstum des Mikroorganismus bei gleichzeitiger Produktion beträchtlicher·
L-Histidin-I'Iengen nur geringfügig zu.
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0,5 | Stick stoff, Prozent |
Tabelle | I | 1,8 | V/ach 3 tum, optischev Dichte a; |
L-Lictidin, mrr/jvii l.'ultur· br üb. G |
|
1,0 | 0,11 | Verhältnis Kohlenstoff : Stickstoff |
3,5 | 0,32 | sehr £cring | ||
Stickstoff quelle, Prozent |
2,0 | 0,21 | 100 : | 7,2 | 0,48 | 3,1 | |
3,0 | 0,43 | 100 : | 10,7 | 0,62 | 4,9 | ||
4,0 | 0,64 | 100 : | 14,2 | 0,65 | 5,5 | ||
5,0 | 0,85 | 100 : | 17,5 | 0,65 | 6,0 | ||
6,0 | 1,05 | 100 : | 21,0 | 0,68 | 6,6 | ||
•P cö Ή |
7,0 | 1,26 | 100 : | 24,5 | 0,68 | 5,3 | |
H M |
8,0 | 1,47 | 100 : | 28,0 | 0,68 | 6,3 | |
liura | 9,0 | 1,68 | 100 : | 31,5 | 0,65 | 5,1 | |
W O d |
10,0 | 1,89 | 100 : | 35,0 | 0,68 | 6,4 | |
Ά | 1,0 2,0 |
2,10 | 100 : | 2,9 5,5 |
0,63 • |
5,4 | |
3,0 | 0,18 0,36 |
100 : | 7,9 | 0,42 0,49 |
2,5 3,9 |
||
4,0 | 0,55 | 100 : 100 : |
10,0 | 0,49 | 4,7 | ||
ice tat | 5,0 | 0,73 | 100 : | 12,0 | 0,65 | 4,3 | |
iUElf | 0,91 | 100 : | 0,47 | 5,3 | |||
Pt O β |
100 : | ||||||
bestimmt durch Absorptionsmessung·, Kulturbrühe 50fach verdünnt,
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BAD ORIGINAL
- s - 2124Q43
Es wird eine Vorkultur der L-His tidin-rjroduzierenden Mutant«
Coryncbaeteriurn glutaraicum' (ATCC 21604) hergestellt. Dazu wird
der Mikroorganismus 24 Stunden "bei 30 C in einen 2 Prozent Glucose,
1 Prozent Pepton, 1 Prozent Hefeextrakt und 0,3 Prozent NaCl enthaltenden IIährmedium schüttelnd inkubiert.
Es wird ein ITährnedium hergestellt, das in 1 Liter 15 Prozent
Glucose, 0,15 Prozent K2HPO^, 0,05 Prozent IUI2PO4, 5 Prozent
(iffiJ-SO,, 0,025 Prozent MgSO. χ 7Ho0,
0,001 Prozent FeSO^ χ 7H2O, 0,001 Prozent KnSO^ χ 4H2O,
200 jig Biotin, 2ng Thiamin-hydrochlorid und 2 Prozent CaCO^
enthält und einen p„-Wert von 7,2 aufv/eist. 10 ml dieses ITäiir-
fassenden
mediums werden in einem 25Ο ml/Erlenmeyerkolben mit 1 ml der oben hergestellten Vorkultur beimpft. Die fermentation wird 72 Stunden bei 300C unter Schütteln durchgeführt. Nach dieser Zeit enthält die Kulturbrühe 6,9 mg L-Histidin/ml. Nach Entfernen der Zellen des Mikroorganismus und der übrigen festen Bestandteile aua der Kulturbrühe wird das L-Histidin mit Hilfe eines Ionenaustauschers isoliert. Aus 1 Liter Kulturbrühe werden 5,6 g L-Histidin erhalten.
mediums werden in einem 25Ο ml/Erlenmeyerkolben mit 1 ml der oben hergestellten Vorkultur beimpft. Die fermentation wird 72 Stunden bei 300C unter Schütteln durchgeführt. Nach dieser Zeit enthält die Kulturbrühe 6,9 mg L-Histidin/ml. Nach Entfernen der Zellen des Mikroorganismus und der übrigen festen Bestandteile aua der Kulturbrühe wird das L-Histidin mit Hilfe eines Ionenaustauschers isoliert. Aus 1 Liter Kulturbrühe werden 5,6 g L-Histidin erhalten.
Die Fermentation wird gemäss Beispiel 2 durchgeführt, mit der
Ausnahme, dass zur Herstellung der Vorkultur der L-Histidinproduziorende
Stamm Brevibacterium flavum (ATCC 23 605) verwendet wird. Es werden 6,4 mg L-IIistidin/ml Kulturbrühe erhalten.
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Beispiel 4
Die Fermentation wird, gemäfjs Beispiel 2 durchgeführt. Zur Herstellung
von Vorkulturen werden L-Iiistidin-produzieroncie
von
Ljrovibacterium amraoniagenes, Arthrobacter
citreua (ATOC 21600), Bacillus megaterium (ATCC 2I6O3) und
Corynebacterium glutamicun (ATCC 21607) verwendet. In Tabelle II
sind die in den entsprechenden Kulturbrühen enthaltenen L-Histidin-Mengen zusammengestellt.
Brevibactei^ium amr.ioniagenes 5,9
Arthrobacter citreus (ATCC 21600) 3,4
Bacillus megaterium (ATCC 21603) 4,8
Corynebactcrium glutar;iicuia (ATCC 21607) 4,5
Beispiel 5
Die Fermentation v/ird unter Verwendung der L-Histidin-produzie
renden Kutante iiocardia globorula (ATCC 21602) durchgeführt.
Zur Herstellung einer Vorkultur wird ein iiähriaediun, das
2 Prozent Sorbit, 1 Prozent Fleischextrakt, 1 Prozent Pepton, 0,5 Prozent Hefeextrakt und 0,3 Prozent liaCl enthält, mit dem
genannten Mikroorganismus beimpft. Das beimpfte Nährmedium
wird 24 Stunden bei 30 C unter Schütteln inkubiert.
in 1 Liter Es wird ein IJährmediua hergestellt, dass/10 Prozent n-Paraffin
(C11-C13), 5 Prozent (IJH^SO^, 0,2 Prozent K2
0,2 Prozent KH2PO,, 0,1 Prozent MgSO4 x. TiI2O,
0,001 Prozent FeSO4 χ 7H2O, 0,001 Prozent 1-InSO4 x
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0,001 Prozent ZiiSO, x 7H2O, 5 ni£ lihiij-in-hydrochlorid,
0,3 Prozent liefe extrakt und 2 Prozent OaOO... enthält. Der
pH-v.rert des liälu'iaediunis v/ird auf 7,2 eingestellt. 10 ml dieses
f·.; ;.>;-enden
Nährm3diuae v/erden in einen 250 π i/iJrlenn-r/f.rkolben nit 1 ml
der oben hergestellten Vorkultur beimpft. Uie Fermentation vird
5 Tage bei 30°C unter Schütteln durchgeführt. I,rach dieser Zeit
enthält die Kulturbrühe 3,8 'mg L-Hiatidin/ial.
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Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von !-Histidin auf mikrobiologischem
Wege, dadurch gekennzeichnet, dass man in üblicher V/eise einen L-Histidin-produzierenuen
Mikroorganismus in einem iiährraedium fermentiert, das mindestens
eine Kohlenstoff- und mindestens eine Stickstoi'fquelle in solcher
Menge enthält, dass das Gewichtsverhältnis Stickstoff :
Kohlenstoff mindestens 5 : ICO beträgt, und das in der Kulturbrühe
angereicherte !-Histidin nach üblichen I-Iethoden isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Mikroorganismus der Gattung Brevibacterium,
Corynebacterium, Arthrobacter, Hicrococcus, Bacillus, Kocardia
oder Mierobacterium fermentiert.
3. Verfahren'nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
■ dass man einen Mikroorganismus der Art Corynebacterium
glutamicum, Brevibacterium amnioniagenes, Brevibacterium flavum,
Arthrobacter citreus, Bacillus megaterium, Iiocardia globerula
W oder Kicrobacterium ainmoniaphilum fermentiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Corynebacterium glutamicum (ATCC 21604),
Corynebacterium glutamicum (ATCC 21607),
Brevibacterium flavum (ATCC 21605),
Arthrobacter eitreus (ATCC 21600), Bacillus megaterium
oder
(ATCC 21603; /iiocardia globerula (ATCC 21602) fermentiert.
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~ 13 " "2*1 2^04 3
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ^ekeimseiclinet,
dass man die Fermentation in einen ITährraediura durchführt, das
1 "bis 30 Gev/ichtsprozent der Kohlenstoff quelle und ü,OCGl bis
10 Gev/ichtsprosent anorganische Verbindungen, boao^cn auf das
Volumen des liährmediums, enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fermentation in einem llährmedium durchführt, dac
10 bis 20 Gewichtsprozent der Kohlenstoffquelle, bezogen auf
das Volumen des'!lährrnediums, enthält.
109849/1223
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