DE2445880A1

DE2445880A1 - Verfahren zur enzymatischen isomerisierung von glucose zu laevulose

Info

Publication number: DE2445880A1
Application number: DE19742445880
Authority: DE
Inventors: Albert Bouniot; Michel Guerineau
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FI57974B; JPS547874B2; DE2445880C3; FR2245765B1; FI283674A; BE820393A; GB1454850A; JPS5058283A; FI57974C; DE2445880B2; FR2245765A1; US3990943A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

S KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 5. September 1974 Eg/pz/124

Rhone-Poulenc S.A., 22 avenue Montaigne, Paris 8e (Frankreich)

Verfahren zur enzymatisehen Isomerisierung von Glucose zu Lävulose

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur enzymatischen Isomerisierung von Glucose zu Lävulose.

Die Isomerisierung von Glucose zu Lävulose in Gegenwart eines geeigneten Enzyms, das gewöhnlich von Mikroorganismen stammt, ist bekannt. Im allgemeinen wird bei diesem Verfahren bei einer Temperatur von 5o bis 75°C gearbeitet, und das Enzym wird in eine (wässrige .) Lösung der umzuwandelnden Glucose eingeführt. Diese Lösung enthält geringe Mengen eines öder mehrerer Metallsalze als Aktivatoren, insbesondere Magnesium- und/oder Kobaltsalze. Der optimale pH-Wert liegt bei etwa 8, pflegt jedoch im Laufe der Reaktion zu fallen. Er wird im allgemeinen entweder durch Zugabe einer Lösung einer alkalisch reagierenden Verbindung, durch Anwesenheit einer geeigneten Puffersubstanz oder durch Anwesenheit einer unlöslichen oder schwerlöslichen · Verbindung, die die entstehende Azidität zu blockieren vermag, beim optimalen Wert.gehalten. Als Beispiele von unlöslichen oder schwerlöslichen Verbindungen, die sich zum Blockieren der entstehenden Azidität eignen, sind Anionenaustauscherharze und Erdalkalicarbonate zu nennen.

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Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die Anwesenheit des Aktivatorkations oder der Aktivatorkationen wesentlich ist, um eine lange Lebensdauer des Enzyms zu gewährleisten, daß das Enzym mit diesen Aktivatorkationen assoziiert bleibt, wenn sie an einen aus einem Kationenaustauscher bestehenden Träger gebunden sind, und daß man unter diesen Bedingungen auf die bei den bekannten Verfahren erforderliche Stabilisierung des pH-Werts des Eeaktionsgemisches verzichten kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Isomerisierung von Glucose zu Lävulose ist somit dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung, insbesondere eine wässrige Glucoselösung der Einwirkung eines geeigneten Enzyms (Glucose-isomerase) in Gegenwart von aktivierenden Kationen (Magnesium oder Magnesium und Kobalt), die an einen aus einem Kationenaustauscher bestehenden Träger gebunden sind, unterwirft.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird als Träger für die Aktivatorkationen ein Kationenaustauscherharz verwendet, das Sulfonsäuregruppen oder Carbonsäuregruppen enthält. Das aktivierende Grundion ist das Magnesiumkation. Vorzugsweise wird somit das zunächst in der sauren Form vorliegende Harz vorher mit hydratisiertem Magnesiumoxyd gesättigt. Eine Festlegung auf diese Theorie ist nicht beabsichtigt, jedoch ist es wahrscheinlich, daß hierbei an die Oberfläche des Harzes Gruppen der Formel -SOJMg(OE) (bei Sulfonsäureharzen) oder Gruppen der Formel -COO-Mg(OH) (bei Carbonsäureharzen) gebunden sind. Der Überschuß des Magnesiumoxyds wird anschließend durch Waschen des Harzes mit Wasser, das mit Magnesiumcarbonat gesättigt ist, entfernt, um die Elution der gebundenen Mg⁺⁺-Ionen zu vermeiden. Anschließend mischt man das Enzym oder die das Enzym enthaltenden Zellreste der Mikroorganismen mit dem in der vorstehend beschriebenen Weise behandelten und

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vorzugsweise abgenutschten Ionenaustauscher. Das hierbei erhaltene Gemisch gibt man in ein Rohr, durch das man kontinuierlich eine wässrige Glucoselösung leitet. Vorzugsweise hat diese Glucoselösung eine Konzentration von nicht mehr als 60 Gew.-%. Die Isomerisierungsreaktion wird bei einer.Temperatur von 50 bis 75 C durchgeführt. Der pH-Wert der Lösung am Austritt des Rohres beträgt 5,0 bis 6,5. Die eingeführte Glucoselösung kann selbst aktivierende Kationen (insbesondere Mg⁺⁺ und Co⁺⁺) in den für diese Art von Reaktion üblieherweiser verwendeten Mengen, nämlich in einer Mean ge von 2 bis 200 Teilen Mg⁺⁺-Kationen pro Million/und 1 bis 100 ppm Co⁺⁺-Kationen enthalten. Es ist zu bemerken, daß die Anwesenheit von Mg⁺⁺-Ionen in der Ausgangslösung die Elution der an den Träger gebundenen aktiven Mg⁺ -Ionen begrenzt.

Der Umsatz der Glucose in der austretenden Lösung hängt von der Durchflußmenge der Lösung durch das Reaktionsrohr ab. Die durch das chemische Gleichgewicht gegebene Grenze für das Verhältnis Glucose beträgt etwa 50 %. Glucose + Lävulose

Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Versuch A

30 ml Kationenaustauscherharz mit Carbonsäuregruppen ; (Amberlite IRC 50, Hersteller Rohm & Haas) werden ^; durch Behandlung mit Salzsäure aktiviert und dann mit i destilliertem Wasser gewaschen. Das Harz wird dann eine j Stunde mit 60 ml 15%igem wässrigem Magnesiumoxyd in Berührung gehalten, worauf der Überschuß des wässrigen Magnesiumoxyds durch gutes Waschen des Harzes mit j Wasser, das mit Magnesiumcarbonat gesättigt ist,

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entfernt wird.

Das in dieser Weise behandelte Harz wird abgenutscht und mit 565 mg Glucose-isomerase (Nagase) entsprechend I960 G.I.U. gemischt. Das Gemisch wird in ein stehendes Glasrohr eingeführt, das einen Innendurchmesser von 25 nuo hat und von einem Mantel umgeben ist, durch den Wasser, das von einem Thermostaten bei 60°C gehalten wird, umgewälzt wird.

Durch das mit dem behandelten Harz und dem Enzym gefüllte · Rohr werden stündlich 3 ml einer wässrigen Lösung geleitet, die 30 Gew.-% Glucose und außerdem pro Liter 0,26 g CoCl₂ undo,10 g MgCO₅ enthält. Der pH-Wert der Lösung am Austritt des Rohres beträgt etwa 5»7 und der Umsatz von Glucose zu Lävulose 43 %.

Nach einer Versuchsdauer von 500 Stunden sind die Ergebnisse unverändert. Auch nach einer Versuchsdauer von 1500 Stunden unter den gleichen Bedingungen liegt der Umsatz noch bei 22 %.

Versuch B

Zum Vergleich werden 30 ml des gleichen Harzes IRC in der gleichen Weise wie beim Versuch A behandelt, wobei jedoch anschließend kein Enzym zugesetzt wird. Das behandelte und abgenutschte Harz wird in ein gleiches Glasrohr wie beim Versuch A gegeben, worauf eine gleiche Glucoselösung unter den gleichen Bedingungen wie beim Versuch A behandelt wird. Der Umsatz von Glucose zu Lävulose bleibt immer unter 1 %. Die Lösung hat am Austritt des Rohres einen pH-Wert von 5,5.

Dieser Versuch zeigt, daß beim Verfahren gemäß der Erfindung eine enzymatische Reaktion und keine chemische Reaktion stattfindet.

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Beispiel 2

Durch Behandlung mit Salzsäure werden 30 ml Kationenaustauscherharz mit SuIfonsäuregruppen (Allassion CS) aktiviert. Anschließend wird es in genau der gleichen Weise und unter den gleichen Bedingungen wie bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Versuch A behandelt, mit Glucose-isomerase (Nagase) gemischt und zur Isomerisierung von Glucose zu Lävulose verwendet. Gleich zu Beginn wird ein Umsatz der Glucose von 4-5 % erreicht. Dieser Umsatz beträgt nach einer Laufzeit von 300 Stunden noch 43 %. Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt anschließend schneller ab als bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Versuch A. Der pH-Wert der Lösung am Austritt des Reaktionsrohres liegt zwischen 5 und 5»5·

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Claims

Patentansprüche

T. Kontinuierliches Verfahren zur Isomerisierung von Glucose zu Lävulose, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung, insbesondere eine wässrige Glucoselösung der Einwirkung einer Glucose-isomerase in Gegenwart von aktivierenden Kationen, die an einen aus einem Kationenaustauscher bestehenden Träger gebunden sind, unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als aktivierende Kationen Mg⁺⁺- oder Mg⁺⁺- und Co ⁺-Kationen verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger ein Kationenaustauscherharz verwendet, das SuIfonsäuregruppen oder Carbonsäuregruppen enthält.

4·. Verfahren nach Anspruch 1 bis $, dadurch gekennzeichnet, ■ daß man das zunächst in der sauren Form vorliegende Harz vorher mit hydratisiertem Magnesiumoxyd sättigt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit hydratisiertem Magnesiumoxyd gesättigte Harz mit Wasser, das mit Magnesiumcarbonat gesättigt ist, wäscht, dann mit der Glucose-isomerase oder mit Zellresten von Mikroorganismen, die dieses Enzym enthalten, mischt und die umzuwandelnde Glucoselösung über das erhaltene Gemisch leitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung mit einer Konzentration von nicht mehr als 60 Gew.-% verwendet.

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung verwendet, die aktivierende Kationen enthält.

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δ. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 > dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung verwendet« die 2 bis 200 ppm Mg^-Kationen und 1 bis 100 ppm Co⁺⁺-Kationen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isomerisierungsreaktion der Glucose bei einer Temperatur von 50 bis 75°C durchführt.

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