DE2445880C3

DE2445880C3 - Verfahren zur enzymatischen Isomerisierung von Glucose zu Lavulose

Info

Publication number: DE2445880C3
Application number: DE2445880A
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: 1978-07-27
Also published as: DE2445880A1; US3990943A; BE820393A; FR2245765A1; FI57974C; FI57974B; GB1454850A; FI283674A; JPS5058283A; DE2445880B2; JPS547874B2; FR2245765B1

Description

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 50 bis 75°C gearbeitet, und das Enzym wird in eine (wäßrige) Lösung der umzuwandelnden Glucose eingeführt. Diese Lösung enthält geringe Mengen eines oder 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.

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 siie an einen aus einem Kationenaustauscher bestehenden Träger gebunden sind, und daß man unter diesen Bedingungen

κι auf die bei den bekannten Verfahren erforderliche Stabilisierung des pH-Wertes des Reaktionsgemisches verzichten kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Isomerisierung von Glucose zu Lävulose ist somit dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kationenaustauscherharz mit den aktivierenden Kationen belädt, dann die Glucoseisomerase mit dem beladenen Kationenaustauscherharz vermischt und anschließend die umzuwandelnde Glucoselösung kontinuierlich über das erhaltene

:n Gemisch leitet.

Bei einer besonderen Ausführungsforrn 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

ίο die Oberfläche des Harzes Gruppen der Forme!

-SO₃Mg(OH)

(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

■to 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 vorzugsweise abgenutschten Ionenaustauscher. Das hierbei erhaltene

■η 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.-°/o. Die Isomerisierungsreaktion wird bei einer Tempera".ir von 50 bis

v) 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 üblicherweise verwendeten Mengi:n, nämlich in einer Menge von 2 bis 200 Teilen Mg⁺+-Kationen pro Million (ppm) 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.

ho 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

Glucose + Lävulose

beträgt etwa 50%.

Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Beispiel I

Versuch A

30 ml Kationenaustauscherharz mit Carbonsäuregruppen werden durch Behandlung mit Salzsäure aktiviert und dann mit destilliertem Wasser gewaschen. Das Harz wird dann eine Stunde mit 60 ml 15%igem wäßrigem Magnesiumoxyd in Berührung gehalten, worauf der Überschuß des wäßrigen Magnesiumoxyds durch gutes Waschen des Harzes mit Wasser, das mit Magnesiumcarbonat gesättigt ist, entfernt wird.

Das in dieser Weise behandelte Harz wird abgenutscht und mit 565 mg Glucose-isomerase entsprechend 1960 G.I.E, gemischt. Das Gemisch wird in ein stehendes Glasrohr eingeführt, das einen Innendurchmesser von 25 mm hat und von einem Mantel umgeben ist, durch den Wasser, das von einem Thermostaten bei 60^cCgehalten wird, umgewälzt wird.

Durch das mit dem b ehandelten 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 und 0,10 g MgCO₃ 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 50 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 chenrsche Reaktion stattfindet.

Beispiel 2

Durch Behandlung mit Salzsäure werden 30 ml Kationenaustauscherharz mit Sulfonsäuregruppen 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 gemischt und zur Isomerisierung von Glucose zu Lävulose verwendet. Gleich zu Beginn wird ein Umsatz der Glucose von 45% erreicht. Dieser Umsatz beträgt nach eirutr 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Isomerisieren von Glucose zu Lävulose, wobei man eine wäßrige Glucoselösung bei 50 bis 75°C der Einwirkung einer Glucoseisomerase in Gegenwart von Mg⁺ + oder Mg⁺ + und Co⁺ * als aktivierenden Kationen und lonenaustauscherharzen unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kationenaustauscherharz mit den aktivierenden Kationen belädt, dann die Glucoseisomerase mit dem beladenen Kationenaustauscherharz vermischt und anschließend die umzuwandelnde Glucoselösung kontinuierlich über das erhaltene Gemisch leitet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kationenaustauscherharz belädt, das Sulfonsäuregruppen oder Carbonsäuregruppen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das zunächst in der sauren Form vorliegende Harz vorher mit hydratisiertem Magnesiumoxyd sättigt und dann mit einer wäßrigen gesättigten Magnesiumcarbonatlösung wäscht, bevor man es mit der Glucoseisomerase oder mit Zellresten von Mikroorganismen, die dieses Enzym enthalten, mischt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung mit einer Konzentration von nicht mehr als 60 Gew.-°/o verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoseiösung verwendet, die aktivierende Kationen enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glucoselösung verwendet die 2 bis 200 ppm Mg⁺ +-Kationen und 1 bis 100 ppm Co⁺ +-Kationen enthält.