DE2366505C2 - Use of the strain Pseudomonas ATCC 21973 for the in situ production of an aminotransferase - Google Patents
Use of the strain Pseudomonas ATCC 21973 for the in situ production of an aminotransferaseInfo
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- DE2366505C2 DE2366505C2 DE19732366505 DE2366505A DE2366505C2 DE 2366505 C2 DE2366505 C2 DE 2366505C2 DE 19732366505 DE19732366505 DE 19732366505 DE 2366505 A DE2366505 A DE 2366505A DE 2366505 C2 DE2366505 C2 DE 2366505C2
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung des Stammes Pseudomonas ATCC 21 973 zur in situ-Herstellung einer Aminotransferase, die thermostabil und gegenüber physikalisch-chemischen Bedingungen eines Umwandlungsmediums unempfindlich ist und Fumarsäure in L-Asparaginsäure mit hoher Geschwindigkeit umzuwandeln vermag, in dem unter aeroben Bedingungen der Mikroorganismus in einem Nährmedium gezüchtet wird, das eine Kohlenstoffquelle, eine Phosphorquelle, eine Stickstoffquelle sowie Oligoelemente enthältThe present invention relates to the use of the strain Pseudomonas ATCC 21 973 for in situ production an aminotransferase, which is thermally stable and resistant to physicochemical conditions Conversion medium is insensitive and fumaric acid to L-aspartic acid at high speed able to convert, in which under aerobic conditions the microorganism is cultivated in a nutrient medium which contains a carbon source, a phosphorus source, a nitrogen source and oligo elements
Die Kohlenstoffquelle besteht vorzugsweise aus Zuckerrübenmelassen oder Zuckerrohrmelassen.The carbon source preferably consists of sugar beet molasses or sugar cane molasses.
Die Erfindung ist im vorstehenden Patentanspruch zusammengefaßtThe invention is summarized in the preceding claim
Aminotransferasen sind Enzyme, die eine Aminogruppe von einem Substrat (Donor) auf ein zweites Substrat (Akzeptor) übertragen. Der Einsatz einer Aminotransferase erfolgt zum Beispiel zur Herstellung von Asparaginsäure aus Fumarsäure. Es sind zwar bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung oder Isolierung von Asparaginsäure aus Naturprodukten bekannt, jedoch sind nur diejenigen Verfahren, die auf eine Bioumwandlung zurückgreifen, in industriellem Maßstab anwendbar. Jedoch sind alle bisher bekanntgewordenen Verfahren mit dem Nachteil behaftet, daß die Reaktionsgeschwindigkeiten gering sind, wobei ihre Durchführung kostspie-Hg ist, so daß sie nur insoweit durchgeführt wurden, als sie zur Herstellung von Produkten führten, die in der Pharmazie eingesetzt werden.Aminotransferases are enzymes that transfer an amino group from one substrate (donor) to a second substrate (Acceptor) transferred. An aminotransferase is used, for example, to produce aspartic acid from fumaric acid. There are already numerous processes for the production or isolation of Aspartic acid is known from natural products, but only those processes that rely on a bio-conversion are known fall back, applicable on an industrial scale. However, all previously known methods are has the disadvantage that the reaction rates are slow, and their implementation is costly is, so that they were only carried out insofar as they led to the manufacture of products that are in the Pharmacy are used.
Die Verwendung von Asparaginsäure als Ausgangsverbindung zur Synthese von verschiedenen Peptiden erschließt dieser Aminosäure sehr interessante Absatzmöglichkeiten. Dies erfordert jedoch für eine Durchführung in industriellem Maßstabe die Verfügbarkeit einer sehr reinen Asparaginsäure, die sich unter wirtschaftlichen Bedingungen herstellen läßt.The use of aspartic acid as a starting compound for the synthesis of various peptides opens up very interesting sales opportunities for this amino acid. However, this requires for implementation on an industrial scale the availability of a very pure aspartic acid, which is under economic Conditions can be established.
Die zur Herstellung von Aminotransferase, welche für die Umwandlung von Fumarsäure in L-Asparaginsäure erforderlich ist, geeignetsten Mikroorganismen erfordern für ihr Wachstum ein komplexes Kulturmedium, das neben einer Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff Quellen für organischen Stickstoff enthält, gewöhnlich Proteinhydrolysate, welche Ausgangsmaterialien mit einer nicht-konstanten Zusammensetzung sind, die relativ teuer sind. Aufgrund dieser Tatsache können die bekannten Verfahren, welche diese Mikroorganismen verwenden, als sehr komplex und wenig geeignet für eine industrielle Herstellung angesehen werden. Ein bekanntes Verfahren, das einen Mikroorganismus dieses Typs verwendet und die vorstehend geschilderten Nachteile aufweist, wird in der FR-PS 13 94 722 beschrieben. Dabei erfolgt die Bioumwandlung der Fumarsäure durch Pseudomonas trifolii. Dieser Mikroorganismus wird in einem aus Glukose und Pepton bestehenden Nährmedium gezüchtet. Die bei 37°C erfolgende Umwandlung in neutralem Medium verläuft sehr langsam.The production of aminotransferase, which is responsible for the conversion of fumaric acid into L-aspartic acid is required, the most suitable microorganisms require a complex culture medium for their growth contains sources of organic nitrogen in addition to a source of assimilable carbon, usually Protein hydrolysates, which are starting materials with a non-constant composition that are relatively are expensive. Due to this fact, the known methods using these microorganisms can can be viewed as very complex and unsuitable for industrial production. A well-known one Method using a microorganism of this type and the disadvantages described above is described in FR-PS 13 94 722. The bioconversion of the fumaric acid takes place here Pseudomonas trifolii. This microorganism grows in a nutrient medium made up of glucose and peptone bred. The conversion which takes place at 37 ° C in a neutral medium is very slow.
Es wurde nunmehr ein neuer Mikroorganismus der Familie Pseudomonodaceae gefunden, welchem nicht mehr die vorstehend geschilderten Nachteile anhaften. Dieser Mikroorganismus vermag unter Einsatz billiger Mittel die Bioumwandlung von Fumarsäure in L-Asparaginsäure mit beträchtlichen Geschwindigkeiten zu bewirken, wobei diese Geschwindigkeiten wesentlich größer sind als die der vorstehend beschriebenen Verfahren. Die erhaltenen Ausbeuten sind sehr hoch, wobei sich das Produkt mit einem hohen Reinheitsgrad in einfacher Weise extrahieren läßt. Herstellung und Reinigung der L-Asparaginsäure sind im deutschen Patent 23 45 271 beschrieben.A new microorganism of the family Pseudomonodaceae has now been found, which is not the disadvantages described above adhere more. This microorganism can use cheaper Means the bio-conversion of fumaric acid to L-aspartic acid at considerable rates effect, these speeds being significantly greater than those of the methods described above. The yields obtained are very high, with the product having a high degree of purity in easy to extract. Production and purification of L-aspartic acid are in the German patent 23 45 271.
Dieser Mikroorganismus wurde in Frankreich bei Nesle im Department Somme (80) aus flüssigen Abwässern einer Anlage isoliert, in der aus Zuckerrüben Zucker hergestellt wird. Er gehört zur Gattung Pseudomonas, muß jedoch als neu angesehen werden, da er sich von den Bakterien dieses Typs durch eine oder mehrere reproduzierbare und stabile Eigenschaften gemäß den Kriterien unterscheidet, die in der Auflage von 1967 von »BERGEY'S MANUAL« beschrieben sind. Diese Eigenschaften sind folgende:This microorganism was found in France near Nesle in the Somme department (80) from liquid waste water a plant that produces sugar from sugar beet. It belongs to the genus Pseudomonas, must however, to be regarded as new because it differs from bacteria of this type by one or more reproducible ones and distinguishes stable properties according to the criteria set out in the 1967 edition of »BERGEY'S MANUAL« are described. These properties are as follows:
Stäbchen: kurz, isoliert oder paarweise, wenig oder nicht beweglichRods: short, isolated or in pairs, little or no mobility
Gramverfärbung: negativ |»Gram discoloration: negative | »
Kolonien: ψ Colonies: ψ
a) Auf Agar-Agar: rund, weißlich bis hell-chamois, glänzend an durchscheinenden Rändern, Durchmesser |$ 3 mm nach 4tägiger Inkubation bei 300C pi a) On agar: Round, whitish to pale chamois, shiny translucent at edges, diameter | $ 3 mm after 4 days of incubation at 30 0 C pi
b) auf Gelatine: rund, weißlich bis gelb, glänzend »'> Einstichein einen Gelatinesockel: keine Verflüssigung f;\b) on gelatine: round, whitish to yellow, shiny Puncture in a gelatin base: no liquefaction f; \
B-Medium von King: Erzeugung eines grünen fluoreszierenden Pigments, das nach 24stündiger Inkubation ^'King's B medium: Creation of a green fluorescent pigment which after 24 hours of incubation ^ '
bei 30° C nicht diffundierbar ist ·',?is not diffusible at 30 ° C · ',?
Milch: nicht alkalinisiert
Nitrat: keine Reduktion zu NitritMilk: not alkalized
Nitrate: no reduction to nitrite
b5 Wachstum auf Glukose, Laktose, Saccharose, Lävulose, Mannit. Glyzerin, ohne Ansäuernb5 growth on glucose, lactose, sucrose, levulose, mannitol. Glycerine, without acidification
Tyrosinmedium: keine Entwicklung
Phenol: nicht angegriffen
Keine Erzeugung von Indol, Schwefelwasserstoff oder GasTyrosine medium: no development
Phenol: not attacked
No generation of indole, hydrogen sulfide or gas
Keine LysindecarboxylaseNo lysine decarboxylase
Aerobie: gutes Wachstum zwischen 30 und 37° CAerobia: good growth between 30 and 37 ° C
Die Isolation des Mikroorganismus kann unter folgenden Bedingungen sowie unter Einhaltung der nachfolgend beschriebenen üblichen Isolations- und Reinigungsmethoden durchgeführt werden.The isolation of the microorganism can take place under the following conditions and in compliance with the following The usual isolation and cleaning methods described are carried out.
0,1 ml-Proben des Abflusses einer Fabrik, in der Zucker aus Zuckerrüben hergestellt wird, werden in einer Petri-Schale ausgebreitet, die ein festes Agar-Agar-Med:um A der folgenden klassischen Zusammensetzung enthält:0.1 ml samples of the drainage from a factory producing sugar from sugar beet are spread out in a Petri dish containing a solid agar-agar-med : um A of the following classic composition:
1010
Die Inkubation erfolgt bei ungefähr 300C. Nach 24- bis 30stündiger Inkubation stellt man das Auftreten von zahlreichen Kolonien festIncubation is established after 24 to 30 hours incubation is to the occurrence of numerous colonies at about 30 0 C.
Jede dieser Kolonien wird entfernt, um durch Ausbreiten auf dem vorstehend geschilderten Medium sowie unter den angegebenen Bedingungen gereinigt zu werden.Each of these colonies is removed by spreading on the medium described above as well to be cleaned under the specified conditions.
Eine mikroskopische Untersuchung reicht aus, um die morphologische Homogenität der Bakterien einer jeden isolierten und gereinigten Pseudomonas-Kolonie zu bestätigen.A microscopic examination is sufficient to determine the morphological homogeneity of a bacteria to confirm each isolated and purified Pseudomonas colony.
Die auf diese Weise erhaltenen Stämme im Zustand einer Reinkultur werden auf dem vorstehend beschriebenen Α-Medium konserviert, und zwar in einem Reagensglas, das in schiefer Position abgekühlt worden ist.The pure culture strains thus obtained are based on that described above Α-medium preserved in a test tube that has been cooled in an oblique position.
Abschließend werden die Stämme auf ihre Fähigkeit untersucht, L-Asparaginsäure zu erzeugen, und zwar durch Züchten in einem Substrat, das Fumarsäure enthält. Die folgende Vergleichslabelle zeigt die Produktionsfähigkeit von 3 Pseudomonas-Stämmen, die während des gleichen Abtrennverfahrens isoliert worden sind (»screening«).Finally, the strains are examined for their ability to produce L-aspartic acid, namely by growing in a substrate containing fumaric acid. The following comparison table shows the production capability of 3 Pseudomonas strains isolated during the same separation procedure ("Screening").
3535 4040
Im Gegensatz zu den bisher bekannten anderen Mikroorganismen, die als Aminotransferase-Erzeuger eingesetzt worden sind, kann sich der erfindungsgemäße Stamm in einem einfachen Medium entwickeln, das sich beispielsweise im wesentlichen aus den Rückständen der Zuckerextraktion zusammensetzt, d. h. aus Rübenzukker- oder Rohrzucker-Melassen, die mit einem mineralischen Phosphorzusatz versehen worden sind, beispielsweise in Form eines Phosphats oder in Form von Phosphorsäure, sowie einen Stickstoffzusatz erhalten haben, beispielsweise in Form von Harnstoff und Ammoniak, wobei ferner einige Oligoelemente zugesetzt worden sind.In contrast to the previously known other microorganisms that are used as aminotransferase producers have been, the strain of the invention can develop in a simple medium that for example essentially composed of the residues of the sugar extraction, d. H. from beet sugar or cane sugar molasses which have been provided with a mineral phosphorus addition, for example in the form of a phosphate or in the form of phosphoric acid, as well as an addition of nitrogen, for example in the form of urea and ammonia, some oligoelements also having been added.
Die Verwendung von Zuckerrübenmelasse oder Zuckerrohrmelasse als Kohlenstoffquelle ist bevorzugt.
H Das folgende Beispiel zeigt, wie sich die Verwendung von Melasse günstig auswirkt.The use of sugar beet molasses or sugar cane molasses as the carbon source is preferred.
H The following example shows how the use of molasses has a beneficial effect.
I Beispiel 1I example 1
b!' Es werden parallel zwei Kulturmedien hergestellt, welche die folgenden Zusammensetzungen besitzen: b! '' Two culture media are produced in parallel, which have the following compositions:
5555
Künstliches Medium (Medium 1)Artificial medium (medium 1)
6060
Nach einem Sterilisieren des Mediums durch Erhitzen während einer Zeitspanne von 20 Minuten auf 121°C wird der pH auf 7 bis 7,2 eingestellt Dazu wird gasförmiges Ammoniak unter sterilen Bedingungen verwendet.After sterilizing the medium by heating to 121 ° C for a period of 20 minutes the pH is adjusted to 7 to 7.2. For this purpose, gaseous ammonia is used under sterile conditions.
Anschließend wird jedes Medium mit einer Salzsuspension des Stammes PO 7111 beimpft. Das Züchten erfolgt in 6 1-Behältern, die 1 I des Mediums enthalten, wobei ein Rührer verwendet wird.Each medium is then inoculated with a salt suspension of the strain PO 7111. The breeding takes place in 6 liter containers containing 1 l of the medium, using a stirrer.
Die Bakterienentwicklung wird durch Messen der optischen Dichte nach einer Verdünnung auf das 20fache ermittelt Die Entwicklung der Aminotransferaseaktivität wird nach der Methode bestimmt die in »Methods in enzymology« beschrieben wird.Bacterial development is determined by measuring the optical density after diluting it by 20 times determined The development of the aminotransferase activity is determined according to the method described in »Methods in enzymology «.
Man kann feststellen, daß, falls die Bakterienentwicklung beinahe in den beiden Medien identisch ist, die Aminotransferaseaktivitäten dann um 50 bis 60% erhöht sind, wenn der Mikroorganismus in dem Medium 2 gezüchtet wird.It can be noted that if the bacterial development is almost identical in the two media, the Aminotransferase activities are increased by 50 to 60% when the microorganism is in the medium 2 is bred.
Ganz allgemein kann festgestellt werden, daß das zur Erzeugung von Aminotransferase, weiche die Fumarsäure umwandelt, geeignetste Nährmedium etwa folgender Zusammensetzung entspricht:In general it can be stated that the production of aminotransferase soft fumaric acid converts, the most suitable nutrient medium corresponds approximately to the following composition:
15 bis 60 g/l zuckerhaltiger Melassen (ausgedrückt als Gesamtzucker), vorzugsweise 40 g/l, ausgedrückt als Gesamtzucker.15 to 60 g / l of sugary molasses (expressed as total sugar), preferably 40 g / l, expressed as Total sugar.
1 bis 4 g/l Phosphorsäure oder Mineralphosphate (ausgedrückt als Phosphorsäure), vorzugsweise 2 bis 2,6 g/l.1 to 4 g / l phosphoric acid or mineral phosphates (expressed as phosphoric acid), preferably 2 to 2.6 g / l.
0,1 bis 1 g/l Mg (ausgedrückt als Magnesiumsulfat), vorzugsweise 0,4 bis 0,6 g/l Magnesiumsulfat.0.1 to 1 g / l Mg (expressed as magnesium sulfate), preferably 0.4 to 0.6 g / l magnesium sulfate.
0,5 bis 10 g/l Fumarsäure, vorzugsweise 0,9 bis 1,1 g/i.
der pH des auf diese Weise erhaltenen wäßrigen Mediums wird auf 7 bis 8,5, vorzugsweise auf einen Wert in
der Nähe von 7, eingestellt.0.5 to 10 g / l fumaric acid, preferably 0.9 to 1.1 g / l.
the pH of the aqueous medium obtained in this way is adjusted to 7 to 8.5, preferably to a value in the vicinity of 7.
Während der Züchtungszeitspanne, die zwischen 9 und 15 Stunden betragen kann und vorzugsweise zwischen 10 und 12 Stunden schwankt, darf die Temperatur 38° C nicht übersteigen.During the cultivation period, which can be between 9 and 15 hours and preferably between If the temperature fluctuates between 10 and 12 hours, the temperature must not exceed 38 ° C.
Desgleichen verhindert eine Temperatur unterhalb 250C das Wachsen des Mikroorganismus. Eine optimale Bakterienpopulationsdichte wird bei 3O0C erhalten.Likewise, a temperature below 25 0 C prevents the microorganism from growing. An optimal bacterial population density is obtained at 3O 0 C.
Spuren an Oligoelementen können in einer Menge bis 10 ppm entweder in Form von Salzen dem Züchtungsmedium zugesetzt werden, oder man kann in der Weise verfahren, das man übliches, nicht-mineralisiertes Wasser zusetzt, um das Volumen des Mediums auf 1 1 einzustellen.Traces of oligoelements can be added to the culture medium in an amount of up to 10 ppm either in the form of salts, or one can proceed in the manner that is customary, non-mineralized Add water to adjust the volume of the medium to 1 liter.
Die bisher verwendeten Mikroorganismen besitzen die Eigenschaft, daß das von ihnen erzeugte Enzym thermolabil und sehr gegenüber physikalisch/chemischen Einflüssen des Bioumwandlungsmediums empfindlich ist, insbesondere gegenüber dem pH und der Temperatur.The microorganisms used so far have the property that the enzyme they produce thermally unstable and very sensitive to physical / chemical influences of the bioconversion medium especially with respect to pH and temperature.
Eine systematische Untersuchung des Stammes PO 7111 hat gezeigt, daß dieser Mikroorganismus in einem Kulturmedium auf der Basis von Melassen ein Enzym anreichern kann, dessen Aktivität innerhalb breiter so Verfahrensbedingungen zur Bioumwandlung von Fumarsäure wirksam ist. Das gilt insbesondere bezüglich der Temperatur und des pH-Wertes.A systematic investigation of the strain PO 7111 has shown that this microorganism in a Culture medium on the basis of molasses an enzyme can enrich its activity within broader so process conditions for bioconversion of fumaric acid is effective. This is especially true with regard to the Temperature and pH.
Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, daß ein Züchten des Stammes PO 7111 auf Melassen die Bildung eines Mediums zur Folge hat, welches ein Enzym enthält, das für die Aminierung von Fumarsäure in L-Asparaginsäure verantwortlich ist, wobei seine Aktivität mit einer Erhöhung der Umwandlungstemperatur zunimmt. Die Aktivität entfaltet sich innerhalb eines Temperaturbereiches von 20 bis 60°C. Gleichzeitig wurde festgestellt, daß eine Erhöhung des bei der Bioumwandlung eingehaltenen pH-Wertes einen günstigen Einfluß auf die Umwandlungsgeschwindigkeit innerhalb eines pH-Bereiches von 6 bis 12 ausübt.Various studies have shown that breeding of the strain PO 7111 on molasses the Formation of a medium which contains an enzyme that is responsible for the amination of fumaric acid in L-aspartic acid is responsible, with its activity increasing with an increase in the transition temperature increases. The activity develops within a temperature range of 20 to 60 ° C. Simultaneously was found that an increase in the pH value maintained during bioconversion has a beneficial effect exerts on the rate of conversion within a pH range of 6 to 12.
Um den Einfluß dieser zwei Parameter auf die Bioumwandlungsgeschwindigkeit zu untersuchen, wurde der Stamm PO 7111 auf einem Melassenmedium, wie es vorstehend unter Beispiel 1 beschrieben worden ist, gezüchtet. Es wurden 101 dieses Mediums zur Durchführung eines jeden der nachfolgend beschriebenen Beispiele hergestellt.In order to investigate the influence of these two parameters on the rate of bioconversion, the Strain PO 7111 grown on a molasses medium as described in Example 1 above. There were 101 of these media to perform each of the examples described below manufactured.
lungsgeschwindigkeitspeed
Beispiel 2
Einfluß der Temperatur auf die Bioumwand-Example 2
Influence of temperature on the bio-wall
Zu 10 1 der hergestellten Kultur werden 2 kg Ammoniumfumarat zugesetzt, nachdem der pH-Wert auf 8 und die Temperatur auf den ausgewählten Wert eingestellt worden ist. Während der Umwandlung wird der pH2 kg of ammonium fumarate are added to 10 1 of the culture produced after the pH has reached 8 and the temperature has been set to the selected value. During the conversion, the pH
durch Zugabe von gasförmigem Ammoniak auf 8 gehalten.held at 8 by adding gaseous ammonia.
Die Aktivität wird durch Dosierung nach der Methode gemessen, wie sie in »Methods in enzymology«, Band 13, beschrieben wird, und zwar nach lstündiger Reaktion unter Rühren sowie anschließend alle Stunden während einer Zeitspanne von 4 Stunden. Der in der Tabelle angegebene Wert entspricht dem Mittel von fünf auf diese Weise durchgeführten Messungen.The activity is measured by dosing according to the method as described in "Methods in enzymology", Volume 13, after 1 hour of reaction with stirring and then every hour for a period of 4 hours. The value given in the table corresponds to the mean of five measurements made in this way.
Man sieht, daß die Aktivität beinahe linear mit der Bioumwandlungstemperatur zwischen 20 und 500C und dann etwas langsamer zwischen 50 und 60° C ansteigt, wobei sie jedoch auch bei 60° C nicht zerstört ist.It is seen that the activity almost increases linearly with Bioumwandlungstemperatur between 20 and 50 0 C and then more slowly between 50 and 60 ° C, it is not destroyed even at 60 ° C.
Es wird daher die Bioumwandlung zwischen 30 und 6O0C durchgefühlt, vorzugsweise zwischen 50 und 600C und insbesondere zwischen 55 und 57°C, da die optimale Temperatur bei 55 bis 57°C zu liegen scheint.It is thus felt by the bioconversion between 30 and 6O 0 C, preferably between 50 and 60 0 C and especially 55-57 ° C as the optimum temperature appears to be at 55 to 57 ° C.
Einfluß des pH auf die Bioumwandlungsgeschwindigkeit Influence of pH on the rate of biodegradation
Es werden die gleichen Melassenmedien-Fraktionen wie bei der Durchführung des Beispiels 2 verwendet. Die Fraktionen von 10 1 werden in ein Gefäß gegeben, das mit einem Rührer versehen ist, und auf 57°C gehalten. Nachdem 2 kg Diammoniumfumarat zugesetzt worden sind, wird die Bioumwandlungsgeschwindigkeit in der gleichen Weise wie bei der Durchführung des Versuchs 2 verfolgt.The same molasses media fractions as when carrying out Example 2 are used. the Fractions of 10 1 are placed in a vessel equipped with a stirrer and kept at 57 ° C. After 2 kg of diammonium fumarate has been added, the rate of bioconversion becomes in the same way as when carrying out experiment 2.
Die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte stellen das Mittel von fünf aufeinanderfolgend durchgeführten Messungen dar (vgl. Versuch 2).The values given in the following table represent the mean of five consecutive measurements Measurements (see experiment 2).
Es ist darauf hinzuweisen, daß oberhalb eines pH von 8,75 das Medium dazu neigt, Ammoniak freizusetzen. Um einen Ammoniakverlust zu vermeiden, wird das Gefäß unter einem leichten Druck gehalten.It should be noted that above pH 8.75 the medium tends to release ammonia. To avoid loss of ammonia, the vessel is kept under slight pressure.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Geschwindigkeit proportional zu dem pH zwischen 7 und 8,75 und dann langsam zwischen 8,75 und 9,50 ansteigt und sich dann oberhalb dieses Wertes stabilisiert. Daher wird die Bioumwandlung bei einem pH zwischen 8,5 und 10 und vorzugsweise zwischen 9 und 9,5 durchgeführt.The results show that the rate is proportional to the pH between 7 and 8.75 and then slowly rises between 8.75 and 9.50 and then stabilizes above this value. Hence the Bioconversion is carried out at a pH between 8.5 and 10 and preferably between 9 and 9.5.
Eine Untersuchung des Einflusses der Konzentration des umzuwandelnden Substrats, d. h. der Fumarsäure, hat gezeigt, daß die Umwandlungsgeschwindigkeit am günstigsten ist, wenn der Gehalt an Fumarsäure in dem Medium in der Nähe von 10% liegt, die Geschwindigkeit wird jedoch nicht durch den Gehalt an gebildeter L-Asparaginsäure (innerhalb der Sättigungsgrenzen der Lösung) beeinflußt. Daher empfiehlt es sich, daß Verfahren durch aufeinanderfolgende Zugaben des Substrats in der Weise durchzuführen, daß während einer möglichst langen Zeitspanne die Konzentration an Fumarsäure in der Nähe von 10% gehalten wird. Um jedoch in der Lösung, die zur Extraktion der Aminosäure dient, eine zu große Menge an nicht-umgewandeltem Ausgangsprodukt zu vermeiden, wird die Zufuhr während der letzten Stunden des Verfahrens unterbunden.An investigation into the influence of the concentration of the substrate to be converted, i.e. H. of fumaric acid, has shown that the rate of conversion is best when the content of fumaric acid in the Medium is close to 10%, but the speed is not influenced by the content of it formed L-aspartic acid (within the saturation limits of the solution). Hence it is recommended that procedure by successive additions of the substrate to be carried out in such a way that during one The concentration of fumaric acid is kept in the vicinity of 10% for as long as possible. To however too large an amount of unconverted in the solution used to extract the amino acid To avoid starting product, the supply is cut off during the last hours of the process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erzeugung der Aminotransferase, die zur Bioumwandlung erforderlich ist, in der Weise durchgeführt, daß der Stamm PO 7111 aerob in einem Kulturmedium inkubiert wird, welches Zuckerrübenmelasse oder Zuckerrohrmelasse als einzige Kohlenstoffquelle sowie eine begrenzte Menge Fumarsäure als Potentierungsmittel für die Anreicherung von Aminotransferase durch diesen Mikroorganismus enthältAccording to a preferred embodiment, the production of the aminotransferase is necessary for bio-conversion is required, carried out in such a way that the strain PO 7111 is incubated aerobically in a culture medium which beet molasses or cane molasses as the only carbon source as well as a limited one Amount of fumaric acid as a potentiating agent for the accumulation of aminotransferase by this microorganism contains
Ist der optimale Gehalt erreicht worden, dann wird das Züchten unterbunden, worauf das Substrat zur Umwandlung in Asparaginsäure eingesetzt wirdIf the optimal content has been reached, then the cultivation is stopped, whereupon the substrate to Conversion to aspartic acid is used
Die Aktivität des Enzyms wird nicht durch das Vorliegen von anderen Mikroorganismen beeinflußt. Es ist nicht erforderlich, in einem sterilen Medium während der Bioumwandlung der Fumarsäure in L-Asparaginsäure zu arbeiten. The activity of the enzyme is not influenced by the presence of other microorganisms. It is not necessary to work in a sterile medium during the bioconversion of fumaric acid to L-aspartic acid .
Man kann daher ein Substrat verwenden, das keiner speziellen Behandlung unterzogen worden ist Insbesondere kann man eine reine kristallisierte Fumarsäure einsetzen, wie sie in üblicher Weise im Handel erhältlich ist Man kann außerdem ein Fumarat verwenden.It is therefore possible to use a substrate which has not been subjected to any special treatment. In particular, it is possible to use a pure crystallized fumaric acid such as is conventionally commercially available You can also use a fumarate.
Der Feststoff wird ohne vorherige Sterilisation dem Bioumwandlungsmedium in einer solchen Menge zugesetzt, daß eine Konzentration in der Nähe von 10% aufrecht erhalten wirdThe solid is added to the bioconversion medium without prior sterilization in such an amount that a concentration in the vicinity of 10% is maintained
Diese Phase der Bioumwandlung erfolgt ohne Belüftung, um die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zu vermeiden, insbesondere von Oxydationsproduklen der Äthylencarbonsäure. Die angegriffene Substanz ist dann das Diammoniumfumarat, wenn man die Fumarsäure in ein ammoniakalisches Melassenmedium eingeführt hatThis bioconversion phase takes place without aeration in order to avoid the formation of undesirable by-products, in particular oxidation products of the ethylene carboxylic acid. The attacked substance is then the diammonium fumarate, if the fumaric acid has been introduced into an ammoniacal molasses medium
Während der Umwandlung wird die Temperatur vorzugsweise bei 55 bis 57° C und der pH-Wert bei 9 bis 9,5 durch Zugabe von gasförmigem Ammoniak gehalten.During the conversion, the temperature is preferably 55 to 57 ° C and the pH is 9 to 9.5 held by the addition of gaseous ammonia.
die Ausbeute optimal ist, wird die Masse einer Trennoperation unterzogen, wobei man auf die üblichen und bekannten Trennmethoden zurückgreifen kann, beispielsweise auf ein Zentrifugieren, Filtrieren etc., um die Mikroorganismen sowie alle anderen unlöslichen Verbindungen zu beseitigen.the yield is optimal, the mass is subjected to a separation operation, using the usual and can use known separation methods, for example centrifugation, filtration, etc., to the Eliminate microorganisms and all other insoluble compounds.
Man erhält auf diese Weise eine konzentrierte Lösung von Asparaginsäure, aus welcher die Aminosäure in bekannter Weise entfernt wird, beispielsweise durch ^solubilisierung durch Veränderung des pH-Wertes bis zum isoelektrischen Punkt.In this way, a concentrated solution of aspartic acid is obtained, from which the amino acid in is removed in a known manner, for example by ^ solubilization by changing the pH up to to the isoelectric point.
Das unter diesen Bedingungen erhaltene kristallisierte Produkt ist von einer Reinheit, die für industrielle Zwecke ausreicht; es kann jedoch vorteilhaft sein, weiter bis zur Gewinnung eines Produktes zu reinigen, das den pharmazeutischen Normen entspricht, und zwar durch einfache Umkristallisation nach einer Entfärbung.The crystallized product obtained under these conditions is of a purity suitable for industrial use Purposes is sufficient; however, it may be advantageous to further purify until a product is obtained which conforms to pharmaceutical standards by simple recrystallization after decolorization.
Die optimalen Bedingungen der Züchtung des Stammes PO 7111 werden in industriellen Maßstäben bei der Betriebsweise einer Pilot-Anlage eingehalten, welche die Gewinnung von 1 m3 einer Kultur ermöglicht, die reich an Aminotransferase ist.The optimal conditions for the cultivation of the strain PO 7111 are maintained on an industrial scale in the operation of a pilot plant, which enables the production of 1 m 3 of a culture which is rich in aminotransferase.
Herstellung der KulturMaking the culture
In einer Gärungseinrichtung, die mit einem Rührer und einer Heizvorrichtung versehen ist, werden 1000 1 eines Mediums hergestellt, das folgende Zusammensetzung besitzt:In a fermentation device equipped with a stirrer and a heating device, 1000 l made of a medium with the following composition:
Vor dem Sterilisieren wird der pH auf 7 unter Verwendung von Ammoniak eingestellt. Das Sterilisieren wird durch Erhitzen auf 123°C während einer Zeitspanne von 30 Minuten durchgeführt.Before sterilization, the pH is adjusted to 7 using ammonia. The sterilization will carried out by heating to 123 ° C for a period of 30 minutes.
Das auf diese Weise hergestellte Medium wird mit 201 der Vorkultur des Pseudomonas-Stammes PO 7111 beimpft.The medium produced in this way is mixed with 201 of the preculture of the Pseudomonas strain PO 7111 inoculates.
Das Züchten wird in sterilem Medium bei einer gesteuerten Temperatur unter Rühren sowie unter Belüften durchgeführt.The cultivation is carried out in sterile medium at a controlled temperature with stirring as well as with aeration carried out.
Die ausgewählten Verfahrensbedingungen sind wie folgt:The selected process conditions are as follows:
Temperatur: 300CTemperature: 30 0 C
Rühren: 100 UpmAgitation: 100 rpm
Belüftungsgeschwindigkeit: 0,8 Volumen/Volumen/MinuteAeration speed: 0.8 volume / volume / minute
Nach 1 lstündigem Züchten hat die Bakterienpopulation 10'° Bakterien/ml erreicht, der pH beträgt 8,95. Die enzymatische Aktivität ist daher maximal.After 1 hour of cultivation, the bacterial population has reached 10 ° bacteria / ml, the pH is 8.95. the enzymatic activity is therefore maximal.
Der Stamm PO 7111 wurde unter der Nr. ATCC 21 973 hinterlegt bei der »American Type Culture Collection«, und unter der Nr. Ferm-P-No. 2269 bei der japanischen »Agency of Industrial Science and Technology, Research Institute« jetzt »Fermentation Research Institute«.The strain PO 7111 was deposited under the number ATCC 21 973 with the "American Type Culture Collection", and under the number Ferm-P-No. 2269 at the Japanese Agency of Industrial Science and Technology, Research Institute "now" Fermentation Research Institute ".
so Vergleichsversuchso comparison experiment
Die Wirksamkeit des Stammes ATCC 21 973 im Vergleich zu Pseudomonas trifolii ATCC 14 537, ATCC 12 287 und B-26-9-PY-5 gemäß FR-PS 13 94 722 zeigt folgendes:The effectiveness of the ATCC 21 973 strain compared to Pseudomonas trifolii ATCC 14 537, ATCC 12 287 and B-26-9-PY-5 according to FR-PS 13 94 722 shows the following:
Beispiel der
FR-PS 13 94 722Example of
FR-PS 13 94 722
Eingesetzte Fumarsäure MengeAmount of fumaric acid used
Erhaltene Asparaginsäure
MengeObtained aspartic acid
lot
AusbeuleBulge
ATCC 14537ATCC 14537
ATCC 14537ATCC 14537
ATCC 14537ATCC 14537
ATCC 14537ATCC 14537
ATCC 12287ATCC 12287
B26-9-PY-5B26-9-PY-5
Erfindung
ATCC 21973invention
ATCC 21973
75 g/l75 g / l
50 g/l50 g / l
100 g/l100 g / l
120 g/l120 g / l
75 g/l75 g / l
75 g/l75 g / l
100») g/l100 ») g / l
86 g/l86 g / l
57,3 g/l
100,25 g/l
134,88 g/l57.3 g / l
100.25 g / l
134.88 g / l
48 g/l48 g / l
83 g/l
211 g/l83 g / l
211 g / l
lOOmol-%
100mol-%
87,5 mol-%
98 mol-%
57 mol-%
98,8 mol-%
95 mol-%100 mol%
100 mol%
87.5 mol%
98 mol%
57 mol%
98.8 mol%
95 mol%
*) Die Konzentration wird im Verlaufe der Bioumwandlung stets auf 100 g/l (10%) gehalten, indem man Fumarsäure zusetzt.*) During the bioconversion, the concentration is always kept at 100 g / l (10%) by adding fumaric acid.
Wenn man die Beispiele 1, 2, 5 und 6 der FR-PS 13 94 722 mit der Erfindung vergleicht, sieht man, daß bei praktisch gleich langer Bioumwandlung und bei einer Ausbeute von praktisch 100% gemäß FR-PS 13 94 722 wesentlich verdünntere Lösungen erhalten werden.If you compare Examples 1, 2, 5 and 6 of FR-PS 13 94 722 with the invention, you can see that in practically the same length of bioconversion and with a yield of practically 100% according to FR-PS 13 94 722 much more dilute solutions can be obtained.
In den Beispielen 3 und 4, wo gemäß FR-PS 13 94 722 konzentriertere Lösungen eingesetzt werden, benötigt man eine mehr als doppelt so lange Umwandlungszeit, um zu vergleichbaren Ausbeuten zu kommen.In Examples 3 and 4, where more concentrated solutions are used according to FR-PS 13 94 722, are required a conversion time that is more than twice as long in order to achieve comparable yields.
Das Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung ergibt, daß die verbliebene Fumarsäure 0,7% beträgt, das sind 3,6%, bezogen auf eingesetzte Fumarsäure, was mit dem Wert 4% gemäß Tabelle 1 der FR-PS 13 94 722 gut vergleichbar ist.Example 4 of the present invention shows that the remaining fumaric acid is 0.7% that is 3.6%, based on the fumaric acid used, which is good with the value 4% according to Table 1 of FR-PS 13 94 722 is comparable.
Schließlich ist es für die industrielle Herstellung wichtiger, daß man relativ hochkonzentrierte Lösungen einsetzt und solche in verhältnismäßig kurzer Zeit erhalten kann, als daß man auf 100% Ausbeute arbeitet und daher wesentlich längere Zeiten oder verdünntere Lösungen benötigt. Man kann gemäß der Erfindung stets mit einer 10%igen Lösung arbeiten und erhält in verhältnismäßig kurzer Zeit eine Ausbeute von 95 mol-% eine über 20%ige Lösung von recht reiner Asparaginsäure.After all, it is more important for industrial production to use relatively highly concentrated solutions uses and such can be obtained in a relatively short time than that you work on 100% yield and therefore much longer times or more dilute solutions are required. According to the invention, you can always use it work a 10% solution and get a yield of 95 mol% in a relatively short time 20% solution of quite pure aspartic acid.
Claims (1)
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FR7231655A FR2197979A1 (en) | 1972-09-07 | 1972-09-07 | Amino-transferase producing strain pseudomonas PO 7111 - for prodn of aspartic acid from fumaric acid |
FR7243684A FR2209841A2 (en) | 1972-12-08 | 1972-12-08 | Amino-transferase producing strain pseudomonas PO 7111 - for prodn of aspartic acid from fumaric acid |
Publications (1)
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DE19732345271 Expired DE2345271C2 (en) | 1972-09-07 | 1973-09-07 | Process for the production of L-aspartic acid from fumaric acid |
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NL (1) | NL184913C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1973
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- 1973-09-07 DE DE19732366505 patent/DE2366505C2/en not_active Expired
- 1973-09-07 DE DE19732345271 patent/DE2345271C2/en not_active Expired
- 1973-09-07 NL NL7312344A patent/NL184913C/en not_active IP Right Cessation
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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NICHTS-ERMITTELT * |
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NL7312344A (en) | 1974-03-11 |
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