DE2361878C2 - Process for the production of cyclodextrin glycosyltransferase - Google Patents
Process for the production of cyclodextrin glycosyltransferaseInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Enzyms Cyclodextrin-Glycosyltransferase unter Anwendung des Bacillus macerans (vgl. hierzu die beiden Patentansprüche).The present invention relates to a method for producing the enzyme cyclodextrin glycosyltransferase using Bacillus macerans (cf. the two claims).
Es ist seit langem bekannt, daß Bacillus macerans ein Enzym erzeugt, das im allgemeinen als Cyclodextrin-Glycosyltransferase (CGT) bezeichnet wird, das aber auch als Bacillus macerans-Amylase, Chardinger-Dextrinogenase und Cyclodextrin-Transglycosidase bekannt ist Dieses Enzym ist in der Lage, Stärke zu einer Reihe von nicht reduzierenden, cyclischen D-GIucosylpolymeren abzubauen, die als Cyclodextrine oder Schardinger-Dextrine bekannt sind. Cyclodextrine sind imstande, Einschlußkomplexe mit einer Vielfalt von anderen Molekülen zu bilden, und diese Eigenschaft ermöglicht die Anwendung bei einer Anzahl von chemisch orientierten Industrien, z. B. bei der Nahrungsmittelindustrie sowie bei der petrochemischen und pharmazeutischen Industrie. Einer der Nachteile für die breite Ausnutzung der Cyclodextrine war in der Vergangenheit die Schwierigkeit das wichtige Umwandlungsenzym CGT herzustellen. Bekannte Verfahren zur Herstellung von CGT umfassen die Züchtung des Bacillus macerans in Medien, die Kartoffelstücke, Kartoffelextrakt Hafermehl oder Weizenkleie enthalten. Diese Verfahren besitzen jedoch den Nacheil, daß lane Züchtungszeiten erforderlich sind (z. B. bis zu zwei Wochen), um das CGT zu erzeugen. Im übrigen sind die angewandten Medien chemisch nicht genau definiert Versuche, CGT in genau definierten Medien zu erzeugen, die frei sind von natürlichen stärkehaltigen Materialien, haben sich bisher als weniger erfolgreich erwiesen.It has long been known that Bacillus macerans produces an enzyme commonly referred to as cyclodextrin glycosyltransferase (CGT), but which is also known as Bacillus macerans amylase, Chardinger dextrinogenase and cyclodextrin transglycosidase. This enzyme is capable of this , Strength to a number of degrade non-reducing, cyclic D-glycosyl polymers known as cyclodextrins or Schardinger dextrins. Cyclodextrins are capable of forming inclusion complexes with a variety of other molecules form, and this property enables application in a number of chemically oriented industries, z. B. in the food industry as well as in the petrochemical and pharmaceutical industries. One of the drawbacks to the widespread use of cyclodextrins in the past has been their difficulty to produce the important conversion enzyme CGT. Known methods of making CGT include the cultivation of Bacillus macerans in media containing potato pieces, potato extract, oatmeal or wheat bran. However, these methods have the disadvantage that long cultivation times are required (e.g. up to two weeks) to generate the CGT. In addition, the media used are not chemically accurate defines attempts to produce CGT in well-defined media that are free of natural starchy Materials, so far have proven to be less successful.
Diese Probleme können überwunden werden durch das in den Ansprüchen gekennzeichnete Verfahren. Der Ausdruck »lösliche Stärke«, wie er hierbei angewandt wird, bedeutet Stärke, die durch die Einwirkung von oxydierden Substanzen, Säuren, Glycerin ode Enzymen modifiziert worden ist, so daß das Produkt in heißem Wasser löslich oder dispergierbar gemacht wird.These problems can be overcome by the method characterized in the claims. The term "soluble starch," as it is used here, means strength produced by the action has been modified by oxidizing substances, acids, glycerine or enzymes, so that the product is in hot Water is made soluble or dispersible.
Die Anfangskonzentration der löslichen Stärke in dem flüssigen Medium beträgt vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%/V.The initial concentration of the soluble starch in the liquid medium is preferably 10-20 Wt% / v.
maximale Ausbeuten an trockener Biomasse, die aus dem Verfahren verfügbar sind, im Bereich zwischen 1,5 bismaximum yields of dry biomass available from the process range between 1.5 to 5,0 Gew.-°/o/V liegen, und demgemäß läßt man den Bacillus wachsen, bis er eine Konzentration von 1,5 bis 5,05.0% by weight / o / v, and accordingly the Bacillus is allowed to grow until it has a concentration of 1.5 to 5.0
dem das Wachstum weitgehend gestoppt wird. Gerade bei dieser Stufe wird die CGT rasch erzeugt, und manwhich growth is largely stopped. At this stage in particular, the CGT is generated quickly, and you sollte die Stärkekonzentration nicht zunehmen lassen, bis die gewünschte Menge an CGT vorhanden ist. Dieshould not allow the starch concentration to increase until the desired amount of CGT is present. the
dem das Wachstum des Bacillus durch das Absinken der Stärkekonzentration stark gebremst wird.which the growth of Bacillus is greatly slowed down by the drop in starch concentration.
CGT wird von dem Bacillus in beträchtlichen Mengen erzeugt, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit durch die Verringerung der Konzentration der Stärkelösung auf einen Wert im Bereich von 0,2 bis 10,0 Gew.-%/V eingeschränkt wird.CGT is produced in considerable quantities by the Bacillus when the growth rate increases reducing the concentration of the starch solution to a value in the range from 0.2 to 10.0% by weight / v is restricted.
Obgleich man andere Bedingungen anwenden kann, hat es sich gezeigt, daß eine Temperatur von 32 bis 40° C, z.B. 390C, und ein pH-Wert von 6,5 bis 7,5, z.B. 7,1, sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignen. Das Wachsen des Bacillus ist ein aerober Vorgang, und daher sollten Luft und Sauerstoff bei dem Verfahren während - der Wachstumsstufen des Bacillus zugeführt werden. Vorzugsweise sollte man auch das Medium rühren.Although one can apply other conditions, it has been found that a temperature of 32 to 40 ° C, for example 39 0 C and a pH value of 6.5 to 7.5, for example 7.1, is according to the invention for the Appropriate procedure. The growth of the Bacillus is an aerobic process and therefore air and oxygen should be added to the process during the growth stages of the Bacillus. It is preferable to stir the medium as well.
Das flüssige Medium enthält vorzugsweise als Quellen für Stickstoff und Phosphor Diammoniumhydrogenphosphat und Ammoniumdihydrogenphosphat, wobei die Menge an (NH^)2HPO4 1 bis 20 g/l und die Menge an NH4H2 PO« 0,5 bis 10 g/l beträgt.The liquid medium preferably contains diammonium hydrogen phosphate and ammonium dihydrogen phosphate as sources for nitrogen and phosphorus, the amount of (NH ^) 2 HPO 4 1 to 20 g / l and the amount of NH 4 H 2 PO «0.5 to 10 g / l amounts to.
Die Metalle Magnesium und Calcium und die Spurenelemente Eisen und Mangan werden vorzugsweise in Form ihrer Chloride zugegeben. Die bevorzugte Menge von FeCl2 · 4 H2O beträgt 2 bis 15 mg/1 und die bevorzugte Menge von MnCI2 · 4 H2O 2 bis 20 mg/1. Zusätzlich kann das Medium noch 0,5 bis 5 mg/1 ZnO enthalten.The metals magnesium and calcium and the trace elements iron and manganese are preferably added in the form of their chlorides. The preferred amount of FeCl 2 · 4 H 2 O is 2 to 15 mg / 1 and the preferred amount of MnCl 2 · 4 H 2 O 2 to 20 mg / 1. The medium can also contain 0.5 to 5 mg / l ZnO.
Das Medium enthält das Vitamin Biothin vorzugsweise in eine Menge von 0,5 bis 15 μg/l und das Vitamin Thiamin als Hydrochloric!, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 mg/1.The medium contains the vitamin biothin preferably in an amount of 0.5 to 15 μg / l and the vitamin Thiamine as Hydrochloric !, preferably in an amount of 0.1 to 2 mg / l.
Ein besonders geeignetes flüssiges Medium zur Anwendung bei dem erfindungsgemäöen Verfahren ist ein solches, das lösliche Stärke, Thiamin, Biotin, Zinkoxid, Ammonium-, Phosphat-, Sulfat-, Chlorid-, Citrat- und br> Molybdat-Ionen sowie Quellen für Magnesium, Calcium, Kalium, Mangan und Eisen einschließt. Dieses Medium ist neu und liegt als solches im Bereich der vorliegenden Erfindung.A particularly suitable liquid medium for use with the erfindungsgemäöen method is one containing soluble starch, thiamine, biotin, zinc, ammonium, phosphate, sulfate, chloride, citrate and b r> molybdate ions as well as sources of magnesium Includes calcium, potassium, manganese and iron. This medium is new and, as such, is within the scope of the present invention.
Das erfindiingsgemäUc Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise enthält das flüssige Medium auch eine kleine Menge, z. B. ö,5 g/l, einer zusätzli-The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously. In the case of discontinuous operation, the liquid medium also contains a small amount, e.g. B. ö, 5 g / l, an additional
chen, leicht assimilierbaren Kohlenstoffquelle, ζ. Β. Maltose.Chen, easily assimilable carbon source, ζ. Β. Maltose.
Bei kontinuierlicher Arbeitsweise soll erfindungsgemäß das Verdünnungsverhältnis unter konstanten Bedingungen vorzugsweise unterhalb 0,5 h-', und vorzugsweise von 0,02 bis 0,1 h~' betragen, um große Ausbeuten an CGT zu erzielen.In the case of continuous operation, according to the invention, the dilution ratio should be under constant conditions preferably below 0.5 h -1, and preferably from 0.02 to 0.1 h -1 in order to achieve high yields To achieve CGT.
Eine besonders bevorzugte kontinuierliche Arbeitsweise besteht in eine zweistufigen Modifikation, wobei die Verdünnungsgeschwindigkeit in der zweiten Stufe geringer ist als in der ersten Stufe, z. B. in der ersten Stufe 0,1 h-' und in der zweiten Stufe 0.C33 h-' beträgtA particularly preferred continuous procedure consists of a two-stage modification, the Dilution rate in the second stage is lower than in the first stage, e.g. B. in the first stage 0.1 h- 'and in the second stage 0.C33 h-'
Die CGT kann aus dem flüssigen Medium duch irgendeine beliebige Maßnahme gewonnen werden. Das Enzym kann z. B. durch Anwendung eines kalten organischen Fällungsmittels wie Aceton ausgefällt werden, oder durch Verdampfen im Vakuum mit anschließender Dialyse und Gefriertrocknung.The CGT can be obtained from the liquid medium by any means. That Enzyme can e.g. B. be precipitated by using a cold organic precipitant such as acetone, or by evaporation in a vacuum with subsequent dialysis and freeze-drying.
Man kann eine Anzahl von Methoden zur Analyse von CGT anwenden, die auf verschiedenen Eigenschaften des Enzyms beruhen. Diese werden unten zusammengefaßtOne can use a number of methods to analyze CGT based on various properties of the enzyme. These are summarized below
1. Amylase(Dextrinisierungs-)Aktivität1. Amylase (dextrinization) activity
Diese Methode wurde zum erstenmal von Manning und Campbell beschrieben (J. biol. ehem., 1961,236,2952) und beruht auf der sich ändernden Farbintensität des Stärke-Jod-Komplexes in Standard Stärkelösungen, die mit dem Enzym behandelt und mit nicht behandelten Kontrollen verglichen wurden. Diese Methode ist jedoch nicht spezifisch für das CGT.This method was first described by Manning and Campbell (J. biol. Former, 1961,236,2952) and is based on the changing color intensity of the starch-iodine complex in standard starch solutions, the treated with the enzyme and compared to untreated controls. However, this method is not specific to the CGT.
2. Cyclodextrin-Glycosy!transferase(CT)-Aktivität 2. Cyclodextrin glycosyl transferase (CT) activity
Die Methode von Thoma et al. (Analyt Biochem, 1965,13,91) zur Messung der Aktivität von Glycolsyltransferase beruht auf der Fähigkeit des Enzyms, «-Cyclodextrin an ein nicht reduzierendes Co-substrat, «-Methylglucosid, zu kuppeln, wobei man lineare «-Methyl-maltooligosaccharide erhält, die nicht zurückgeführt werden können. Diese Saccharide werden dann mit Pankreas-dr-Amylase hydrolysiert und die erhaltenen Zucker werden mit üblichen Methoden gemessen. Die Methode erfordert die Abwesenheit des Enzyms Cyclo-dextrinase, das das «-Cyclodextrin zu reduzierenden Zuckern in Abwesenheit des Co-substrates abbauen würde.The method of Thoma et al. (Analyt Biochem, 1965, 13, 91) for measuring the activity of glycolsyl transferase is based on the ability of the enzyme, «-cyclodextrin to a non-reducing co-substrate,« -methylglucoside, to couple, whereby one receives linear «-Methyl-maltooligosaccharide, which are not recycled can. These saccharides are then hydrolyzed with pancreatic dr-amylase and the resulting sugars become measured by common methods. The method requires the absence of the enzyme cyclo-dextrinase, which the -cyclodextrin to be reduced sugars would degrade in the absence of the co-substrate.
3. Cyclodextrin-Synthetase(CS)-Aktivität3. Cyclodextrin synthetase (CS) activity
Die von Tilden und Hudson beschriebene Methode (J. Bact, 1942, 43, 527) ist ein verbreitet angewandtes spezfisches Verfahren zur Bestimmung von CGT. Die Fähigkeit des Enzyms, Stärke in Cyclodextrine umzuwandeln, wird angewandt, indem man Proben mit Jodlösung auf einem Mikroskopierglas in Abständen vermischt und die Ränder des verdampfenden Tropfens unter einem Mikroskop mit geringer Vergrößerung die Anwesenheit des charakteristischen Komplexes von «-Cyclodextrin-Jod prüft. Weitere praktische Einzelheiten der Methoden 1 bis 3 werden auch von Lane und Pirt (J. Appl. Chem. BiotechnoL, 1971,21,330) beschrieben.The method described by Tilden and Hudson (J. Bact, 1942, 43, 527) is a widely used one specific method for determining CGT. The ability of the enzyme to convert starch into cyclodextrins, is used by mixing samples with iodine solution at intervals on a microscope glass and the edges of the evaporating droplet under a low magnification microscope indicate the presence of the characteristic complex of -cyclodextrin-iodine. More practical details of the methods 1 to 3 are also described by Lane and Pirt (J. Appl. Chem. BiotechnoL, 1971, 21, 330).
4. Eine weitere und neue Methode zur Bestimmung der CS-Aktivität von CGT-Zubereitungen wurde entwikkelt, um die vorhergenannte Methode 3 zu ersetzen, die mühsam und zeitraubend ist. Diese Methode zur Messung der Fähigkeit von CGT, Stärke in Cyclodextrine ab, die Hydrolyse von Estern zu katalysieren. Das Verfahren ist folgendes:4. Another and new method for determining the CS activity of CGT preparations has been developed, to replace the aforementioned method 3, which is tedious and time consuming. This method for Measurement of the ability of CGT, starch in cyclodextrins, to catalyze the hydrolysis of esters. That The procedure is as follows:
Eine 3,3%ige Lösung von standardisierter, löslicher Stärke von hoher Qualität wird hergestellt aus 9 Teilen 0.055 m Phosphat-Puffer pH 6,2, und 1 Teil 5 χ 10~3 m CaC^ wird zugegeben, wenn die Lösung kalt ist. Je 4,5 cm3 Stärkelösungen und 0,5 cm3 Stärkeiösungen und 0,5 cm3 CGT-Zubereitung werden auf 40° C äquilibriert und gemischt. Nach 10 Minuten wurden 1,5 cm3 entfernt und mit 3,0 cm3 0,3 m CO3-2ZHCOrPuffer, pH 10,6 vermischt 3 cm3 dieser Mischung wurden in eine Küvette (1 cm Lichtweg) gegeben und auf 25 gebracht. 10 μΐ einer Lösung von 3,5-Dimethylphenylacetat oder 1 -Naphthylacetat (3 χ 10~2 m) in Acetonitril werden in den Innenteil der Küvette gegeben. Die Küvette wird dann dreimal so schnell wie möglich umgekehrt und in ein registrierendes Spectrophotometer gebracht, das bei 25° gehalten wird. Darauf wird die Hydrolyse des Esters bei 240 oder 330 nm verfolgt. Die beobachtete Geschwindigkeitskonstante für die Reaktion erster Ordnung (ko) wird aus dem Ausdruck errechnet:A 3.3% solution of standardized, soluble, high quality starch is made from 9 parts of 0.055 M phosphate buffer pH 6.2, and 1 part 5 χ 10 -3 M CaC ^ is added when the solution is cold. Per 4.5 cm 3 and 0.5 cm 3 starch solutions Stärkeiösungen and 0.5 cm 3 CGT preparation are equilibrated at 40 ° C and mixed. After 10 minutes, 1.5 cm 3 is removed and mixed with 3.0 cm 3 were 0.3 m CO 3 - 2 ZHCOrPuffer, pH mixed 10.6 3 cm 3 of this mixture was placed in a cuvette (1 cm light path), and to 25 brought. 10 μΐ of a solution of 3,5-dimethylphenyl acetate or 1-naphthyl acetate (3 × 10 ~ 2 m) in acetonitrile are placed in the inner part of the cuvette. The cuvette is then inverted three times as quickly as possible and placed in a registering spectrophotometer held at 25 °. The hydrolysis of the ester is then followed at 240 or 330 nm. The observed rate constant for the first order reaction (k o ) is calculated from the expression:
worin S0, S, und S1x Absorbention unmittelbar nach Zugabe des Esters nach t Minuten, bzw. am Ende der Reaktion sind.where S 0 , S, and S 1x are absorption immediately after addition of the ester after t minutes or at the end of the reaction.
Die Berechnung wird für fünf Werte von 5, und t wiederholt, worauf man den Durchschnittswert für ko erhält. Die Konstante erster Ordnung für die Grundgeschwindigkeit der Hydrolyse des Esters in Abwesenheit von Cyclodextrin (ku) wird gemessen, indem man CGT durch destilliertes Wasser in der Mischung ersetzt. Der WertThe calculation is repeated for five values of 5, and t , whereupon the average value for k o is obtained. The first order constant for the base rate of hydrolysis of the ester in the absence of cyclodextrin (k u ) is measured by replacing CGT with distilled water in the mixture. The value
für -—— wurde dann errechnet. Die Konzentration von Cyclodextrinen [CD] in der Küvette erhält man dann aus einer Eichkurve k _k gegen T^™. die gebildet wird, indem man Lösungen von getrocknetem, chromatographisch reinem «-Cyclodextrin von 10~2 m bis 5 χ \0~< in in 3% Van Linge Stärke anwendet. Die Einheit der CS-Aktivität wird definiert als diejenige, die eine Gesamtheit von 1 m von «-Cyclodextrin unter den Prüfbedingungen erzeugt.for -—— was then calculated. The concentration of cyclodextrins [CD] in the cuvette is then obtained from a calibration curve k _ k versus T ^ ™. which is formed by using solutions of dried, chromatographically pure -cyclodextrin from 10 ~ 2 m to 5 χ \ 0 ~ < in in 3% Van Linge starch. The unit of CS activity is defined as that which produces a total of 1 m of α-cyclodextrin under the test conditions.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin in den folgenden Beispielen erläutert.The process according to the invention is further illustrated in the following examples.
Beispiel 1 (nachgereicht) Herstellung der Impfkuitur(Inocula)Example 1 (submitted later) Production of the vaccination culture (inocula)
Bacillus macerans NCIB 9368 wurde auf Nährglucose-Agar gegeben und bei 37°C 2 Tage lang inkubiert. Etwa fünf Kolonien wurden auf ein Medium gebracht, das aus 1,5 g zerquetschtem Weizen und 0,6 g Calciumcarbonat in 45 cm3 Wassex bestand, 5 Tage lang bei 37°C inkubiert und dann bei Zimmertemperatur zur Verwendung als Stammkultur aufbewahrt.Bacillus macerans NCIB 9368 was placed on nutrient glucose agar and incubated at 37 ° C. for 2 days. About five colonies were placed on a medium consisting of 1.5 g of crushed wheat and 0.6 g of calcium carbonate in 45 cm 3 of water, incubated at 37 ° C for 5 days, and then stored at room temperature for use as a stock culture.
Man züchtet«! Inocula aus der Stammkultur entweder in einem konischen 250- oder 2000-cm3-Kolben, der ίο 10 cm3 bzw. 100 cm3 des Mediums enthielt. Die Stammkultur (5 Vol.-°/o/V) wurde in den Kolben gegeben, der bei 37°C auf einer rotierenden Schüttelvorrichtung mit 200 UpM inkubiert wurde. Die Kultur wurde dann als Impfstoff (5 Vol.-%/V) für die Züchtungen des Bacillus angewandt.One breeds «! Inocula from the stock culture either in a conical 250 or 2000 cm 3 flask containing ίο 10 cm 3 or 100 cm 3 of the medium. The stock culture (5% v / v) was added to the flask, which was incubated at 37 ° C on a rotating shaker at 200 rpm. The culture was then used as a vaccine (5% v / v) for the cultures of Bacillus.
Das Wachsturnsmedium, das bei den folgenden Züchtungen von B. macerans angewandt wurde, wird als DM bezeichnet und hat die in Tabelle I angegebene Zusammensetzung.The growth medium used in the following cultivations of B. macerans is called DM and has the composition given in Table I.
a) Diskontinuierliche Züchtungena) Discontinuous breeding
Eine »CeCaw-l-ermentorapparatur mit einem Betriebsvolumen von 2 Litern wurde mit dem Medium gefüllt das mit einer Kultur von B. macerans geimpft wurde. Die Temperatur während der Züchtung wurde bei 39°C und das pH bei 7,1 duch Zugabe von 1 m H2SO4 oder 3 oder 5 m NaOH gehalten.A CeCaw fermenter apparatus with an operating volume of 2 liters was filled with the medium which had been inoculated with a culture of B. macerans. The temperature during the cultivation was kept at 39 ° C and the pH at 7.1 by adding 1 M H 2 SO 4 or 3 or 5 M NaOH.
Die Kultur wurde durch Rühren bei 1200 UpM und Einleiten von Luft in den oberen Raum des Fermentors von 600 cmVmin belüftet. Schäumen wurde durch Zugabe von Polypropylenglykol unterdrücktThe culture was started by stirring at 1200 rpm and blowing air into the upper space of the fermentor of 600 cmVmin ventilated. Foaming was suppressed by adding polypropylene glycol
b) Kontinuierliche (Chemostat) Züchtungenb) Continuous (chemostat) breeding
Diese wurden unter ähnlichen Bedingungen wie die diskontinuierlichen Züchtungen durchgeführt mit der Ausnahme, daß das Betriebsvolumen des Fermentors 1,25 Liter betrug und die Luft mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min eingeleitet wurde. Das angewandte Verdünnungsverhältnis war 0,05 oder 0,03 h~'.These were carried out under similar conditions as the discontinuous cultivations with the Except that the operating volume of the fermenter was 1.25 liters and the air was at one speed of 1 l / min was introduced. The dilution ratio used was 0.05 or 0.03 h ~ '.
c) Zweistufige (Chemostat-)Züchtungenc) Two-stage (chemostat) breeding
Zwei Fermentoi:en vom »Porton-Typ« mit Arbeitsvolumina von 1 Liter bzw. 3 Liter wurden für die erste bzw. zweite Stufe angewandt Der Fermentor der ersten Stufe wurde bei 1200 UpM gerührt und mit einer Geschwin-Two fermenters of the »porton type« with working volumes of 1 liter and 3 liters were used for the first and second stage applied The fermentor of the first stage was stirred at 1200 rpm and rotated at a speed
digkeit von 2 l/min belüftet Die Luft diente auch zum Transport der Kultur aus der ersten in die zweite Stufe. Das DM-Medium wurde zu der ersten Stufe in zwei getrennten Strömen gegeben, wobei die eine Lösung die Phosphate und K2SO* enthielt und die andere die Stärke, Vitamine und anorganische Salze. Der zweite Fermentor wurde gerührt mit 900 UpM, und das Verdünnungsverhältnis in der zweiten Stufe wurde durch Überwachung des Flusses; des Mediums in die erste Stufe und des Flusses der Kultur von der ersten Stufe zu einemaerated rate of 2 l / min. The air was also used to transport the culture from the first to the second stage. The DM medium was added to the first stage in two separate streams, one solution containing the phosphates and K 2 SO * and the other containing the starch, vitamins and inorganic salts. The second fermentor was stirred at 900 rpm and the dilution ratio in the second stage was determined by monitoring the flow; the medium in the first stage and the flow of culture from the first stage to one
Abfallbehälter geregelt Die Differenz zwischen diesen beiden ergab die Menge, die in die zweite Stufe durch den Luftstrom gebracht wird. Die Bedingungen von pH-Wert,Temperatur und Schaumkontrolle wurden bereits oben in (a) beschrieben.Waste container regulated The difference between these two resulted in the amount that went through in the second stage the airflow is brought. The conditions of pH, temperature, and foam control have already been set described in (a) above.
oben beschriebenen Methoden geprüft. Zusätzlich wurde die Konzentration der trockenen Biomase und die Reststärkekonzentration bestimmt.methods described above. In addition, the concentration of the dry biomase and the Determined residual starch concentration.
a) Die Ergebnisse, die in typischen diskontinuierlichen Züchtungen erhalten wurden, sind in den F i g. 1 bis 3 angegeben. Diese zeigen die Veränderungen mit der Zeit, der Ausbeute an trockener Biomasse, Reststärkekonzenlration und CGT(Amylase) Aktivität bei eine Reihe von Züchtungen unter Verwendung von Ausgangskon- ■> zentrationen von Stärke von 6,10,20 bzw. 30 g/l.a) The results obtained in typical discontinuous cultivations are shown in FIGS. 1 to 3 specified. These show the changes over time, the yield of dry biomass, residual starch concentration and CGT (amylase) activity in a number of cultivars using starting con - ■> strength concentrations of 6, 10, 20 or 30 g / l.
Die nachstehenden Punkte gehen aus diesen Ergebnissen hevor.The following points emerge from these results.
1) Biomasse-Ausbeuten unter Anwendung dieses Mediums überschreiten nicht rund 5 g/l,1) Biomass yields using this medium do not exceed around 5 g / l,
2) eine wesentliche CGT-Aktivität tritt nicht auf, bis die Stärkekonzentration des Mediums auf ein niedriges Maß reduziert worden ist,2) Substantial CGT activity does not occur until the starch concentration of the medium is low Level has been reduced,
3) die größte CGT-Aktivität wird bei Anwendung einer anfänglichen Stärkekonzentration von 20 g/l beobachtet. 3) the greatest CGT activity is observed using an initial starch concentration of 20 g / l.
b) Die Ergebnisse der Chemostat-Züchtungen bei verschiedenen Verdünnungsverhältnissen unter Anwendung einer Ausgangskonzentration von 10 g/l sind in F i g. 4 zusammengestellt. Man erkennt dabei deutlich, daß die CGT-Aktivität rasch ansteigt, wenn das Vedünnungsverhältnis unter 0,5 h~' reduziert wird. Die Figuren in Tabelle Il zeigen die Wirkung von verschiedenen anfänglichen Stärkekonzenrationen auf die CGT-Aktivität in Chemostat-Kulturen und beweisen die größere CGT-Aktivität, die mit der größeren anfänglichen Stärkekonzentration verbunden ist.b) The results of the chemostat cultivations at different dilution ratios using an initial concentration of 10 g / l are shown in FIG. 4 compiled. One can clearly see that the CGT activity increases rapidly when the dilution ratio is reduced below 0.5 h ~ '. The figures in Table II shows the effect of various initial strength concentrations on CGT activity in Chemostat cultures and evidences the greater CGT activity that comes with the greater initial starch concentration connected is.
c) Die Ergebnisse der typischen Zweistufen-Chemostat-Züchtungen werden in Tabelle III angegeben. D\ undc) The results of the typical two step chemostat cultivations are given in Table III. D \ and
Eh bedeuten die Verdünnungsverhältnisse in den ersten und zweiten Fermentoren, und F zeigt eine zusätzliche | Eh mean the dilution ratios in the first and second fermentors, and F shows an additional |
Zuführung von Stärke bei einer Geschwindigkeit von 0,08 g/g trockene Biomasse χ h zu der zweiten Stufe. Folgende Schlüsse können unter Bezugnahme auf die Ergebnisse in den Tabellen II und III gezogen werden.Feeding starch at a rate of 0.08 g / g dry biomass χ h to the second stage. The following conclusions can be drawn with reference to the results in Tables II and III.
1) Wenn man in der ersten Stufe bei einem Vedünnungsverhältnis arbeitet, das die maximale Biomasse-Produktivität ergibt (g Biomase/I χ h), werden in der zweiten Stufe zu vernachlässigende CGT-Aktivitäten erzeugt,1) When working in the first stage at a dilution ratio that gives the maximum biomass productivity results (g biomase / I χ h), CGT activities are negligible in the second stage generated,
2) die CGT-Aktivität wird um 57% für Ο, =0,1 h-' und £»2 = 0,033 h-' erhöht, wenn eine zusätzliche Stärkezugabe in der zweiten Stufe erfolgt.2) the CGT activity is increased by 57% for Ο, = 0.1 h- 'and £ »2 = 0.033 h-' when additional starch is added takes place in the second stage.
;s- Anfängliche Stärkekonzentration g/l; s- Initial starch concentration g / l
50 cm3 einer Lösung mit 10 g Na2HPO* und 4 g KH2PO* die auf ein pH von 7,0 eingestellt ist, wurden zu einem Liter der überstehenden Lösung von der Kultur bei 2° gegeben. Die Lösung wurde auf —3° C gekühlt und heftig gerührt, während 1,5 Volumina kalten Acetons (2°C) enthaltend Essigsäure langsam zugegeben wurden. Die Menge Essigsäure, die in einer Versuchsfällung bestimmt wurde, reichte aus, um den pH-Wert am Ende auf 6,5 bis 6,6 zu drücken. Man ließ den Niederschlag 10 Minuten lang absitzen. Die klare Flüssigkeit wurde abgedrückt und der ausgefällte Anteil durch kurzes Zentrifugieren bei 2° gesammelL Der Niederschlag wurde dreimal mit 10 cm3 0,01 m-Phosphat-Puffer von pH 6,2 extrahiert der 5 χ 10~4 jn CaCl2 enthielt und der Extrakt wurde bei 2° gegen den gleichen Puffer dialysiert Dabei wurden Ausbeuten bis zu 91 % erhalten.50 cm 3 of a solution with 10 g of Na 2 HPO * and 4 g of KH 2 PO *, which is adjusted to a pH of 7.0, were added to one liter of the supernatant solution from the culture at 2 °. The solution was cooled to -3 ° C and stirred vigorously while 1.5 volumes of cold acetone (2 ° C) containing acetic acid were slowly added. The amount of acetic acid, which was determined in a test precipitation, was sufficient to push the pH down to 6.5 to 6.6 at the end. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes. The clear liquid was pressure tested and the precipitated fraction by brief centrifugation at 2 ° gesammelL The precipitate was washed three times with 10 cm 3 of 0.01 M phosphate buffer of pH 6.2 extracts the 5 χ 10 ~ 4 jn CaCl 2 and The extract was dialyzed at 2 ° against the same buffer. Yields of up to 91% were obtained.
verhältnis
(n-1)Dilution
relationship
(n- 1 )
10
Biomasse (g/l) Amylase CS
Aktivität AktivitätInitial starch concentration g / l
10
Biomass (g / l) amylase CS
Activity activity
Biomasse (g/l)13th
Biomass (g / l)
AktivitätAmylase
activity
AktivitätCS
activity
0,05
Tabelle0.03
0.05
Tabel
III3.6 270 26.3
III
4,33.6
4.3
416660
416
(h-1)Dilution ratio
(h- 1 )
(0 Elapsed time
(0
(Amylase)CGT activity
(Amylase)
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- 1973-12-12 JP JP13788573A patent/JPS5721305B2/ja not_active Expired
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