DE2507787C2 - Verfahren zur Herstellung von Pullulanase und deren Verwendung zur Stärkehydrolyse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Pullulanase und deren Verwendung zur StärkehydrolyseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des a-l,6-glucosldische Bindungen hydrolyslerenden
Enzyms Pullulanase.
In den letzten Jahren hat man die potentielle kommerzielle Bedeutung von Enzymen erkannt, die In der Lage
sind, a-l,6-glucosidische Stärkebindungen spezifisch zu hydrolysieren. Die konventionellen Amylasen sind nicht
befriedigend wirksam beim Hydrolysleren von 1,6-Stärkeblndungen und bilden häufig unerwünschte Stärkehydrolysatnebenprodukte.
Bei Verwendung von <z-l,6-glucosldlsche Bindungen hydrolyslerenden Enzymen (wie
z. B. Pullulanase) in Verbindung mit anderen Amylasen wäre die Umwandlungssirupindustrie in der Lage, ein
breiteres Spektrum von Stärkehydrolysaten und Umwandlungssirupprodukten herzustellen und außerdem könnten,
wenn Pullulanase bei wirtschaftlich tragbaren Kosten zur Verfügung stünde, Stärkeumwandlungssirupe mit
einer besseren Qualität und einem wesentlich niedrigeren Preis hergestellt werden.
Im allgemeinen wird Pullulanase hergestellt durch Inokulieren und Fermentieren eines assimilierbaren Kohlenstoff, Stickstoff und mineralische Nährstoffe enthallenden Kulturmediums mit Aerobacter aerogenes unter solchen Bedingungen, die für sein Wachstum förderlich sind. In einigen Verfahren kann die Pullulanaseblldung gleichzeitig mit der Zellenvermehrung auftreten. Bei anderen Verfahren tritt die Pullulanaseblldung erst spät In der Wachstumsphase auf. Bei einigen Verfahren wird die Pullulanaseblldung durch Verwendung eines Kulturmediums, das einen Mangel an Saccharldmateriallen aufweist, die für die Pullulanasesynthese als wesent-Hch angesehen werden, absichtlich unterdrückt. Nach einem ausreichenden Wachstum werden die Zellen dann mit einem Kohlehydrat, wie Maltose, Maltotrlose oder Pullulan, zur Pullulanasebildung angeregt.
Im allgemeinen wird Pullulanase hergestellt durch Inokulieren und Fermentieren eines assimilierbaren Kohlenstoff, Stickstoff und mineralische Nährstoffe enthallenden Kulturmediums mit Aerobacter aerogenes unter solchen Bedingungen, die für sein Wachstum förderlich sind. In einigen Verfahren kann die Pullulanaseblldung gleichzeitig mit der Zellenvermehrung auftreten. Bei anderen Verfahren tritt die Pullulanaseblldung erst spät In der Wachstumsphase auf. Bei einigen Verfahren wird die Pullulanaseblldung durch Verwendung eines Kulturmediums, das einen Mangel an Saccharldmateriallen aufweist, die für die Pullulanasesynthese als wesent-Hch angesehen werden, absichtlich unterdrückt. Nach einem ausreichenden Wachstum werden die Zellen dann mit einem Kohlehydrat, wie Maltose, Maltotrlose oder Pullulan, zur Pullulanasebildung angeregt.
Als Klasse haben die bisher in der Pullulanaseblldungsstufe verwendeten Aerobscter aerogenes-Stämme Im
allgemeinen die Eigenschaft, verschiedene Mengen an extrazellulärem Enzym, fest gebundenem Enzym und
oberflächlich gebundenen Enzym zu bilden, wenn verschiedene Kohlehydratquellenmaterialien verwendet
werden. Das Verhältnis von durch einen Aerobacter aerogenes-Organlsmus gebildetem extrazellulärem Enzym
zu zellgebundenem Enzym wird häufig einfach umgekehrt durch Ändern oder Substituieren eines Kohlehydrats
durch ein anderes In dem Fermentationsverfahren. Je nach der jeweils verwendeten Kohlehydratquelle begünstigt
das Fermentatlonsveffahren normalerweise entweder die extrazelluläre Pullulanaseblldung (z. B. mehr als
75%) oder die zellgebundene Pullulanasebllrtung (z. B. etwa 75% oder mehr). Als Klasse sind diese Aerobacter
aerogenes-Organlsmen nicht In der Lage, Pullulanase zu bilden, wenn Dextrose die einzige Kohlehydralquelle
1st.
In »Biochemische Zeitschrift«, 334, 79-95 (1961), weisen H. Bender und K. Wallenfels darauf hin, daß ^
Kohlehydrat-Induzlerstoffe wesentlich für die Pullulanaseblldung sind. Bei dem darin beschriebenen Verfahren |
werden etwa 75 bis etwa 80% der gesamten Pullulanase in fest gebundener, extrazellulärer Form gebildet. In
»Biochemical & Biophysical Research Communications«. Band 22, Nr. 3, Selten 254-261 (1966), haben Wallenfels
et al dann vorgeschlagen, den Organismus In Gegenwart von gleichen Mengen Glucose und Maltose zu
züchten. Dabei haben sie gefunden, daß bei diesem Verfahren die Bildung von extrazellulärer Pullulanase bis
auf einen Wert von etwa 20% oder weniger abnimmt. Die restliche Pullulanase 1st dabei In der Nähe der Oberflüche
des Organismus lokalisiert und kann durch oberflächenaktive Mittel leicht freigesetzt werden.
so Nach den Angaben In den US-Patentschriften 36 54 087, 36 54 088 und 36 54 089 können nach einem 2-Stufen-Verfahren
bessere Pullulanaseausbeuten erzielt werden. In der ersten Stufe wird das Wachstum von
Aerobacter aerogenes durch Kultivieren mit einem nicht-Induzierenden Kohlehydrat, wie Dextrose, begünstigt
ohne merkliche Pullulanasebildung. Nach einer ausreichenden Zellenvermehrung werden die Zellen dann zur
Pullulanaseblldung angeregt. In der US-Patentschrift 36 54 088 1st angegeben, daß bessere Produktionsstufenausbeuten
erhalten werden können, wenn man die Induzierten Zellen mit Amylopectin lnkublert. Im allgemeinen
handelt es sich bei der durch Aerobacter aerogenes in den In den oben genannten US-Patentschriften beschriebenen
Verfahren gebildeten Pullulanase In erster Linie um ein zellgebundenes Enzym (z. B. zu 65 bis 75% oder
mehr).
In anderen Patentschriften sind andere Mikrobenstämme beschrieben, die In der Lage sind, a-D-l.o-glycosidlsche Bindungen hydrolyslerende Enzyme zu bilden. In der US-Patentschrift 35 60 345 1st angegeben, daß jedes beliebige Kohlehydratmaterial mit ar-1,4- oder -1,6-glucosidlschen Bindungen eine geeignete Kohlenstoffquclle für die Synthese von extrazellulären Isoamylasen mittels Pseudomonas amyloderamosa Ist. In dieser Patentschrift ist die Erzielung von extrazellulären Enzymausbeuten von etwa 180 bis etwa 220 Einheiten pro ml durch Inkubieren in Maltose oder lösliche Stärke als einzige Kohlehydratquelle enthaltenden Kulturmedien beschrieben, wobei die Pullulanaseausbeuten bei einem aus Maltose, Ammoniumsalzen und Sojabohnenhydrolysaien bestehenden Medium (mit bis zu 130 Elnheiten/ml) größer sind als In solchen, In denen ein Stärkehydrolysal verwendet wird. In der US-Patentschrift 36 22 460 sind maximale Ausbeuten von etwa 125 «-1,6-Gluco.sldase- j
In anderen Patentschriften sind andere Mikrobenstämme beschrieben, die In der Lage sind, a-D-l.o-glycosidlsche Bindungen hydrolyslerende Enzyme zu bilden. In der US-Patentschrift 35 60 345 1st angegeben, daß jedes beliebige Kohlehydratmaterial mit ar-1,4- oder -1,6-glucosidlschen Bindungen eine geeignete Kohlenstoffquclle für die Synthese von extrazellulären Isoamylasen mittels Pseudomonas amyloderamosa Ist. In dieser Patentschrift ist die Erzielung von extrazellulären Enzymausbeuten von etwa 180 bis etwa 220 Einheiten pro ml durch Inkubieren in Maltose oder lösliche Stärke als einzige Kohlehydratquelle enthaltenden Kulturmedien beschrieben, wobei die Pullulanaseausbeuten bei einem aus Maltose, Ammoniumsalzen und Sojabohnenhydrolysaien bestehenden Medium (mit bis zu 130 Elnheiten/ml) größer sind als In solchen, In denen ein Stärkehydrolysal verwendet wird. In der US-Patentschrift 36 22 460 sind maximale Ausbeuten von etwa 125 «-1,6-Gluco.sldase- j
Einheiten pro ml bei Verwendung von Stärkehydrolysate (mit einem Dextroseäquivalent (D. E.) von 2 bis 15'*) i
und Sojabohnenhydrolysate enthaltenden Kulturmedien und bei Verwendung von Escherichia Litermedia
beschrieben (die darin beschriebenen »Einheiten« wurden mittels eines Jodtests bestimmt, der höhere Einheiten-Werte
liefert als das zur Bestimmung der »Einheiten« hier angewendete Testverfahren). In der kanadischen
Palentschrift 9 01 503 werden Stärkehydrolysate mit einem Dextroseäquivalent (D. E.) von S b:s 40 verwendet,
um die Pullulanasebildung zu erleichtern.
Man Ist daher seit langem auf der Suche nach einem Verfahren, mit dessen Hilfe es möglich ist, hohe
Ausbeulen an Pullulanase in einer leicht abtrennbaren unci verwendbaren Form zu erzielen. Einige Verfahren
liefern nämlich verhältnismäßig hohe Ausbeuten an Pullulanase in einer für die Gewinnung ungeeigneten Form
während andere Verfahren eine leicht gewinnbare Pullulanase In niedrigen Ausbeuten liefern. Obgleich ein
kommerzieller Bedarf für Pullulanase mit einem Preis, der seine Verwendung in Stärkeumwandiungsprozessen
wirtschaftlich rechtfertigen würde, besteht, kann Pullulanase bisher weder zu einem Preis noch in einer Menge
hergestellt werden, wie sie für die Stärkesirup.'ndustrie erforderlich wären. Trotz dieses bestehenden Bedürfnisses
war es bisher nicht möglich, einen Organismus zu finden und zu züchten, der in der Lage ist, hohe Ausbeuten
an Pullulanase unter solchen Verfahrensbedingungen zu liefern, bei denen die Pullulanase leicht und wirtschaftlich
In einer für die kommerzielle Verwendung geeigneten Form abgetrennt werden kann.
Aufgabe der Erfindung 1st es daher ein Verfahren zur Herstellung von Pullulanase bereitzustellen, das innerhalb
eines verhältnismäßig kurzen Zeitraums zu hohen Pullulanaseausbeuten führt, dia leicht und wirtschaftlich
von eirer Kulturbrühe abgetrennt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Pullulanase durch Inkubieren
eines assimilierbaren Kohlenstoff und assimilierbare Stickstoffquellen enthaltenden wäßrigen Nährmediums mit
einem Pullulanase bildenden Mikroorganismus, Inkubieren der Kultur unter aeroben Bedingungen und Gewinnen
eines Pullulanasepräparats aus der Kultur gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Mikroorganismus
Klebslella pneumonlae NRRL-B-5780, Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5783 und/oder Klebsiella pneumonlae
NRRL-B-5784 lnkublert.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen bilden
a) mindestens dreimal mehr Pullulanase, wenn als einzige Kohlenhydratquelle Amylopectin mit einem D. E.
von weniger als 2,0 verwendet wird, als in einem Nährmedium, In oem das Hauptkohlehydrat (bezogen auf
eine äquivalente Kohlehydratgewichtsbasis) eine Kohlehydratquelle aus der Gruppe Maltose, Dextrose,
Lactose und Pullulan 1st;
b) Pullulanase In einem Verhältnis von extrazellulärer Pullulanase zu oberflächlich gebundener Zellenpullulanase
zwischen 2 :3 und weniger als 7:3, wenn der Mikroorganismus in einem Nährmedium gezüchtet
wird, das Amylopectin als einzige Kohlehydratquelle enthält; und
c) Pullulanase In einem Nährmedium, das als einzige Kohlehydratquelle Dextrose enthält, und worin der
Mikroorganismus für einen solchen Zeitraum in einem Nährmedium Inkubiert wird, der ausreicht, um ein
Produktionskulturmedium zu erzeugen, das pro ml Produktionskulturmedium mindestens 350 Einheiten
Pullulanase enthält, wobei das Produktionskulturmedium ein Verhältnis von extrazellulärer Pullulanase zu
oberflächlich gebundener Pullulanase aufweist, das zwischen 2 : 3 und weniger als 7 : 3 liegt.
Im Vergleich zu den Pullulanase bildenden Organismen des Typs, wie er ursprünglich von Wallenfels et a!
beschrieben worden Ist (der hler verwendete Ausdruck »Aerobacter aerogenes« wurde bisher stets zum Identifizieren
des Pullulanase bildenden Organismus des von Wallenfels et al beschriebenen Typs verwendet (möglicherweise
wegen seiner ursprünglichen Charakterisierung, daß er sich »wie Aerobacter verhält«), obgleich ihn
neuere Klassifikationen als Organismus des Genus Klebsiella (Klebsiella pneumonia) bezeichnen, weisen die
erfindungsgemäß Inkubierten Mikroorganismen atypische Stoffwechseleigenschaften auf. Diese Stoffwechselunterschiede
(metabollschen Unterschiede) können dadurch gezeigt werden, daß man in einem wäßrigen Nährmedium,
das (bezogen auf Trockenfeststoffe) aus 2% Bactopepton, 0,5% Ammoniumacetat, 0,05% Natriumeitrat,
0,10% Kallummonohydrogenorthophosphat (K2HPO4), 0,1% Kallumdihydrogenorthophosphat (KH2PO4), 0,05%
Magnesiumsulfat (Epsomsalz), 0,05% Kaliumchlorid, 0,001% EisendUsulfat (Melanterit) und Wasser besteht,
verschiedene Kohlehydratquellenmateriallen verwendet.
Im allgemeinen 1st die Zellenvermehrung (Zellenfortpflanzung) durch die erfindungsgemäß inkubierten
Mikroorganismen für Kohlehydratquellenmaterialien, wie Pullulan, Lactose, Dextrose, Maltose, Malsstärkehydrolysate
mit einem D. E.-Wert von 5 bis 25, gelatinierte Stärke und gelatiniertes Amylopectin, etwa äquivalent.
Der gebildete Pullulanase-Typ wird jedoch definitiv durch das jeweilige Kohlehydratquellenmaterial in dem
Kulturmedium beeinflußt. Dextrose als einziger Kohlehydratnährstoff unterdrückt die Bildung von extrazellulärem
Enzym (beispielsweise um etwa 30%). Andere Kohlehydrate, wie Lactose, Maltose, Maltotriose, Pullulan,
Gelbzahn-Maisstärkehydrolysate, assimilierbare hohe Amylosestärken, als einzige Kohlehydratnährstoffquelle
führen zur Bildung von etwa äquivalenten Mengen an extrazellulärer Pullulanase und oberflächlich gebundener
Pullulanase (bezogen auf eine Einheit).
Wenn Dextrose als einzige Saccharldquelle verwendet wird, bildet Aerobacter aerogenes ATCC 15 050 keine
Pullulanase. Im Gegensatz dazu bilden die erfindungsgemäß Inkubierten Mikroorganismen In einem Kulturmedium,
das Dextrose als einzige Kohlehydratquelle enthält, extrazelluläres Enzym (etwa 10 Pullulanase-Elnhelten
pro ml oder mehr, von denen etwa 30% extrazelluläre Pullulanase sind). In dem oben erwähnten wäßrigen Nährmedium
mit Lactose als ausschließlicher Kohlehydratquelle bilden die erfindungsgemäß Inkubierten Mikroorganismen
mehr als achtmal mehr Pullulanase als Aerobacter aerogenes ATCC 15 050. Kohlehydrat-Induktlonsmittel.
wie Maltose, Maltotriose und Pullulan (die von vielen als wesentlich für die Pullulanasebildung bezeichnet
werden), unterdrücken die Pullanasebildung.
ObElelch die erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen In der Lage sind, In Gegenwart von fermentler-
baren Stärkehydrolysaten Pullulanase zu bilden, werden durch verzweigte Stärlefraktionen mit einem höheren
Molekulargewicht (z. B. Amylopectin) die Pullulanaseausbeuten verbessen. Wie in der Tabelle 1 des weiter
unten folgenden Beispiels 2 angegeben, wird durch gelatiniertes, im wesentlichen nicht-hydrolysiertes Amylopectin
(als einzige Kohlehydratquelle) die Pullulanasebildung optimiert. Im Vergleich dazu verringert eine gelail-5
nierte Maisstärke die Pullulanasebildungsausbeuten, während die Stärkehydrolysate davon iz. B. eine Maisstärke
mit 12 D. E.) das Pullulanasebildungsvermögen noch weiter hemmen. Fermentierbare Zucker (während der
Pullulanasebildungsstufe) unterdrücken das Pullulanasebildungsvermögen.
Eine weitere hervorstechende Eigenschaft der erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen ist das Verhältnis
von extrazellulärer Pullulanase zu lose gebundener Pullulanase, die gebildet werden. Wenn Amylopectin in
ίο der oben genannten Grundkultur verwendet wird, bildet Aerobacter aerogenes eine verhältnismäßig geringe
Menge an extrazellulärem Enzym und eine große Menge an zellengebundener Pullulanase. Umgekehrt führt die
Inkubation der Mikroorganismen mit Amylopectin im allgemeinen zur Bildung eines Pullulanaseeinheltsverhältnisses
von extrazellulärer Pullulanase zu lose gebundener Pullulanase von mehr als 2 : 3 bis weniger als 7 :3 (in
der Regel weniger als 2: 1) bei einer wesentlich geringeren Menge an fest an die Zelle gebundener Pullulanase
15 (z. B. weniger als 20% der Gesamtmenge der gebildeten Pullulanase liegen in der an die Zelle gebundenen Form
vor).
Wegen des hohen Mengenanteils der Pullulanasebildung in der extrazellulären und oberflächlich gebundenen
Form ist die leichte und verhältnismäßig billige Verarbeitung, die bei der Gewinnung der hohen Pulluianaseausbeuten
in einer kommerziell brauchbaren Form auftritt, ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah-20
rens. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfharens kann die Menge an Intrazellulärer
oder intern gebundener Pullulanase (bei der für die Abtrennung normalerweise die Zelle zerstört werden muß)
auf weniger als etwa 10% (vorzugsweise weniger als etwa 5%) der Gesamtmenge der gebildeten Pullulanase
minimalisiert werden. Während der Enzymbildungsstufe wird ein hoher Mengenanteil an Pullulanase durch den
Mikroorganismus in der wäßrigen Kulturmediumsphase in Form eines wasserlöslichen Enzyms gebildet. Die
25 erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen können ein Einheitsverhältnis von extrazelluläref Pullulanase
zu oberflächlich gebundenem Enzym zwischen etwa 3 : 4 und etwa 2 : 1 (vorzugsweise von etwa 1 . 1 bis etwa
3 :2) bilden, wenn als einzige Kohlehydratquelle in dem oben erwähnten wäßrigen Nährkulturmedium ein
Kohlehydratquellenmaterial (in einer Menge von 2%, bezogen auf die Trockenfeststoffe) verwendet wird, das
ausgewählt wird aus gelatiniertem Amylopectin, gelatinierter Maisstärke, Maltose, Lactose, Pullulan und Maito-30
dextrin.
Wenn die erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen in dem oben genannten wäßrigen Nährmedium
inkubiert werden, sind sie praktisch frei von schleimigen Polysaccharidmaterialien. Ein übermäßig stark in der
Zelle gebildetes schleimiges Polysaccharld beeinflußt die Ausbeute der abtrennbaren Pullulanase nachteilig. In
den Bildungs- und Abtrennungsstufen erleichtert die Abwesenheit dieses schleimigen Materials die Übertragung
35 und Dispersion der Pullulanase in der wäßrigen Phase des Produktionskulturmedlums. Nach Beendigung der
Pullulanasebildungsstufe wird die oberflächlich gebundene Pullulanase nicht aufgenommen In oder elngeschlos-M
sen durch das in der Zelle gebildete schleimige Material. Diese oberflächlich gebundene, zellgebundene PuIIuIa-
I? nase kann leicht in eine lösliche Form überführt und mit Detergentien daraus freigesetzt werden.
I Die erfindungsgemäß verwendeten Organismen haben die Fähigkeit, mehr als 350 Einheiten Pullulanase pro
I 40 ml Produktionsmedium (auf Basis einer kommerziellen Produktion) zu bilden. Ein spezieller Verfahrensvorteil,
I der diesen Organismen eigen ist, liegt in den Eigenschaften der Pullulanase, welche diese Organismen bilden.
II Die Fähigkeit der Organismen, Pullulanase im wesentlichen in der extrazellulären und In der oberflächlich
I gebundenen Form zu bilden, erleichtert die Abtrennung von mindestens 80% der Gesamtpullulanase in dem
|j Endproduktionsmedium. In einem Produktionskulturmedium, das im wesentlichen aus Amylopectin als
I 45 Kohlehydratquelle besteht, können Ausbeuten an oberflächlich gebundener Pullulanase und extrazellulärer
^ Pullulanase von mindestens 500 Einheiten/ml erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweck-,|
mäßig in einem Nährkulturmedium unter Inkubationsbedingungen durchgeführt, so daß die Pullulanaseausbeui
ten mehr als 750 Einheiten pro ml Kulturmedium betragen und mehr als 85% (beispielsweise etwa 85 bis etwa
I 95% oder mehr) der Gesamtmenge der dadurch gebildeten Pullulanase in der extrazellulären und In der ober-I
so flächlich gebundenen Form vorliegen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegen mehr als 90'*,
* der gesamten Pullulanaseproduktion in diesen beiden Formen vor.
f Die Fähigkeit der Mikroorganismen zur Bildung von Pullulanase wird in Gegenwart eines Produktlonskuliur-
i mediums beträchtlich verbessert, das Amylopectin als Hauptkohlehydratquellenmaterial (bezogen auf das
I Gewicht der Trockenfeststoffe) enthält. Ein Produktionskulturmedium, das Amylose als Hauptkohlehydrai
ti 55 (bezogen auf das Gewicht) enthält, unterdrückt nicht vollständig die Pullulanasebildung, aber die Pullulanase-
ί ausbeuten sind wesentlich geringer als diejenigen bei einem höheren Gehalt an Amylopectin.
U Als Amylopectinquelle können die verschiedensten Stärkesorten verwendet werden. Zu beispielhaften Stärkc-
I Sorten gehören solche mit einem verhältnismäßig hohen Amylopectingehalt (von beispielsweise mehr als 70%).
I Diese Stärkesorten weisen in der Regel eine Gelatinlerungstemperatur von weniger als etwa 80° C auf. Zu
f 6'j Beispielen für Amylopectin enthaltenden Stärkesorten gehören Knollen- und Wurzelstärken [z. B. von Kartoffel.
• Tapioka. Canna. Pfeilwurz und Süßkartoffel (Batate)], die Getreidestärke (z. B. von Mals, Sorghum, Weizen,
i. Reis, ttachsartigem Mais, wachsarilgem Reis und wachsartigem Sorghum), Mischungen davon und dgl. SUlrken,
I die im wesentlichen aus Amylopectin bestehen (z. B. solche mit einem Amylosegehalt von weniger als 10% und
I mehr als 90% Amylopectin), wie wachsartiger Mais, wachsartiges Korn, wachsartiger Sorghum, wachsartiger
I 65 Reis, wachsartige Gerste und Mischungen davon, stellen besonders wirksame Kohlehydrate für die Optimierung
I der Pullulanasebildung dar.
I Wie in den konventionellen Pullulanaseverfahren werden zur Herstellung des Kulturmediums assimilierbare
K Kohlehydrate verwendet. Als assimilierbare Kohlehydratquelie können gelatinierte Stärke und/oder icllwcl.se
liydrolysierte Stärke (ζ. B. mit einer Säure oder einem Enzym dünn gemachte Stärken) in einer Menge verwendet
werden, die ausreicht, um die Umwandlung der Stärkequelle durch die Organismen bei gleichzeitiger PuIIulanascblldung
zu ermöglichen. Stärkehydrolysate mit einer merklichen Menge an fermentierbaren Zuckern
unterdrücken die Pullulanaseblldung. So nimmt vergleichsweise die Pullulanasebildung ab, wenn der D. E.-Wert
des .Stärkehydrolysate zunimmt. Stärkehydrolysate mit einem D. E.-Wert von mehr als 30% unterdrücken
beachtlich die Pullulanaseblldung im Vergleich zu solchen mit einem D. E.-Wert von weniger als 20% oder
weniger als 10%. Verbesserte Pullulanaseausbeuten werden entweder mit nicht-verdünntem Amylopectin oder
mit partiellen Stärkehydrolysaten mit einem D. E.-Wert von weniger als 5,0% erzielt, wobei mit einem angezeigten
Amylopectinsubstrat mit einem D. E.-Wert von weniger als etwa 2,0% optimale Ausbeutert erzielt werden.
Das Produktionskulturmedium sollte eine ausreichende Menge an Kohlehydratquellenmaterialien enthalten,
um den Mikroorganismus, die weitere Vermehrung und die Bildung von Pullulanase darin zu ermöglichen. Im
allgemeinen wird die Pullulanaseherstellung in Gegenwart von Amylopectin in einer Menge durchgeführt, die
ausreicht, um die oben erwähnten Pullulanaseausbeuten zu erzielen. Allgemein wird die Menge des Kohlehydralmaterials
innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Gewichtsteilen Kohlehydrat auf jeweils 100 Gewichtsteile
Wasser In dem Produktionskulturmedium liegen. Amylopectin in einer Menge von mindestens 1 bis 6
Gewichtstellen erhöht sowohl die Geschwindigkeit als auch die Menge der durch die Mikroorganismen gebildeten
Pullulanase. Das Produktionskulturmedium weist zweckmäßig ein Gewichtsverhältnis von Amylopectin- zu
Nicht-Amylopectin-Kohlehydratquellematerial von mindestens 7 : 3 auf. Ein Produktionskulturmedium, das im
wesentlichen frei von anderen Kohlehydraten Ist und 2 bis 4 Gew.-Teile Amylopectin auf jeweils 100 Gew-Teilc
Wasser enthält, liefert außergewöhnlich hohe Pullulanaseausbeuten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Nährmedium verwendet, das als Hauptkohlehydratquelle (bezogen auf das Gesamtgewicht
des Kohlehydrats) Amylopectin enthält und welches das Amylopectin und ein Kohlehydrat aus der Gruppe
Pullulan. Maltose, Dextrose und Lactose in einem Gewichtsverhältnis, bezogen auf die Trockensubstanz, von
mindestens 3 : 1 enthält. Weitere bevorzugte Beispiele sind die Verwendung eines Nährmediums, das im
wesentlichen frei von fermentierbaren Zuckern und Pullulan ist und als Hauptkohlehydratquelle Amylopectin
enthält; die Verwendung einer Kohlehydratquelle, die im wesentlichen vollständig aus Amylopectin besteht;
und die Verwendung eines Gewichtsverhältnisses (bezogen auf das Trockengewicht) von Amylopectinkohlehydraten
zu amylopectlnfrelen Kohlehydraten in dem Nährmedium von mindestens 9:1.
Bei der Herstellung von Pullulanase ist es üblich, eine Impfkultur oder ein Inokulum zu verwenden, um
lebensfähige Organismen für das Pullulanase-Produktionskulturmedium zu erzielen. In der kommerziellen
Praxis enthält die Impfkultur eine hohe Zellpopulation, die zum Inokulieren des Produktionskulturmediums
verwendet wird. Je nach dem jeweils angewendeten Verfahren zur Herstellung der Impfkultur kann die Pullulanasebildung
bei der Entwicklung dieser Impfkultur unterdrückt oder begünstigt werden. Normalerweise wird die
Impfkultur mit den verschiedensten Kohlehydraten kultiviert, die für die Vermehrung (Fortpflanzung) des
Organismus förderlich sind, ungeachtet der Tatsache, ob das Kohlehydrat die Pullulanasebildung hemmt oder
fördert.
Das Produktionskulturmedium kann unter Anwendung konventioneller Impfkulturmethoden mit den lebensfähigen
Mikroorganismen inokuliert werden. Das Impfkulturmedium selbst oder die durch Fortpflanzung daraus
entstandenen Organismen können zum Inokulieren des Produktionskulturmediums verwendet werden. Bei
Verwendung von Amylopectin als Kohlehydratquelle für die Impfkultur kann dieses direkt als Inokulum
verwendet werden, ohne daß dadurch das Gesamtkohlehydratgleichgewicht des Pullulanasebildungskulturmedlums
nachteilig beeinflußt wird.
In dem Produktionskulturmedium sollte ein assimilierbares Stickstoffquellenmaterial in einer Menge vorhanden
sein, die ausreicht, um die Bildung von Pullulanase zu ermöglichen. Das Stickstoffquellenmaterial kann vor
dem Inokulieren eingeführt werden oder es kann portionsweise während der Vermehrung (Fortpflanzung) und
während des Pulluianasebildungscyclus zugegeben werden. Während der anfänglichen Produktionsstufen wird
die Stickstoffquelle hauptsächlich für das Zellenwachstum verwendet. Während der späteren Inkubationsstufen
wird die Stickstoffquelle hauptsächlich für die Bildung von Pullulanase verwendet. Die Menge des Stickstoffquellenmaterials
kann beträchtlich variieren, in der Regel Hegt sie jedoch innerhalb des Bereiches von 2 bis 15
Gew.-Teilen, bezogen auf Trockenfeststoffe, auf jeweils 100 Gew.-Teile des Wassers des Produktionskulturmediums.
Als assimilierbares Stickstoffquellenmateria] können in dem erfindungsgemäßen Venahrsn organisd.c, JAz^-
stoff enthaltende Zusammensetzungen verwendet werden. Typische organische Stickstoffquellen vom wasserlöslichen
Typ Sind z. B. Harnstoff, Pepton, Fleisch, Hefeextrakte, Maisquellwasser, Caseinhydrolysate, Fischmehl,
Pflanzenhydrolysate (z. B. Weizen, Kleie, Reis, Korn, Protein), Aminosäuren (z. B. Glycin, Glutaminsäure,
Asparaginsäure, Alanin) und Mischungen davon.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Malsquellwasser als assimilierbare, organische Stickstoffquelle
verwendet. Jedoch hemmt eine übermäßige oder unzureichende Menge des als einzige organische Stickstoffquelle
verwendeten Maisquellwassers die Pullulanasebildung. So unterdrückt beispielsweise ein Produktionskulturmedium,
das mehr als 6 Gew.-Teile Maisquellwasser (bezogen auf Trockenfeststoffe) enthält, die Pullulanase- en
bildung. Wenn weniger als etwa 2 Gew.-Teile Maisquellwasser (bezogen auf Trockenfeststoffe) ausschließlich als
assimilierbare organische Stickstoffquellen verwendet werden, enthält das Kulturmedium im allgemeinen genügend
Stickstoff, um das Zellwachstum aufrechtzuerhalten, jedoch wird die Pullulanasebildung dadurch wesentlich
beeinträchtigt. Wenn es erwünscht ist, als ausschließliche Stickstoffquelle Maisquellwasser zu verwenden,
werden normalerweise hohe Pullulanaseausbeuten erzielt, wenn die Menge der vorhandenen Trockenfeststoffe
des M aisquell wassers 2 bis 5 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile des ProdukUonskulturmediumwassers beträgt. Bei
etwa 4 Gew.-Teilen Malsquellwasser, bezogen auf Trockenfeststoffe, werden optimale Pullulanasebildungsergebnisse
erzielt.
Die Kombination aus einer assimilierbaren anorganischen Stickstoffquelle und einer assimilierbaren organischen
Stickstoffquelle in dem Produktlonskullurmedium erhöht, wie gefunden wurde, welter die Gesamtproduktion
von Pullulanase durch die Organismen. Üblicherweise können wasserlösliche Stickstoffquellen als anorganische
Stickstoffergänzung verwendet werden. Es können Ammoniak, Ammoniumsalze (z. B. Ammoniumchlorid
Ammoniumnitrat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumacetat, Ammoniumsulfat, Ammonlumphosphal), die
Alkallmetallnitrate (z.B. Natriumnitrat), Mischungen davon und andere ähnliche wasserlösliche Salze als
beispielhafte ergänzende anorganische Stlckstoffquelienmaterlallen verwendet werden.
Das Überwiegende Stickstoffquellenmaterial (bezogen auf das Gewicht) In dem Produktlonskulturmedlum Ist
normalerweise ein organisches Stickstoffquellenmaterial. Die Gewichtsverhältnisse von organischen Stlckstollquellenmateriallen
zu anorganischen Stlckstoffquelienmaterlallen liegen in der Regel Innerhalb des Bereiches
von weniger als 1:1 bis zu etwa 15:1 oder höher. Verbesserte Pullulanaseausbeuten werden erzielt bei einem
Gewichtsverhältnis von organischem Stickstoff zu anorganischem Stickstoff von 3:1 bis weniger als 10: I,
vorzugsweise von 4 : 1 bis 6 : 1. n ., ,
Im allgemeinen kann die Menge der wasserlöslichen Stickstoffsalze innerhalb des Bereiches von 0,25 bis
J Qpw -Teilen pro 100 Gew-Teile Wasser des Produktionskulturmediums liegen. Dle_ assimilierbaren Ammoniumsalze'sind"
besonders gut geeignet als anorganisches Stickstoffquellenmateriai. Bevorzugte anorganisc.e
Stickstoffquellen für die Optimierung der Pullulanaseausbeuten sind Ammoniumacetat und Ammon umsullat.
Die Gesamtmenge der ausgebildeten Pullulanase bleibt verhältnismäßig konstant über 1 Gew.-% des Wertes der
anorganischen Stickstoffquelle. Die wasserlöslichen Stickstoffe enthaltenden Salze sind In einer Menge von 0,5
bis 1 Gew.-Tellen (vorzugsweise von etwa 0,75 Gew.-Tellen) besonders wirksam In bezug auf die Erhöhung
sowohl die Produktionsgeschwindigkeit als auch der Ausbeuten.
Spurenmengen von Elsen, wie sie üblicherweise in Kulturmedien verwendet werden, um die Zellenfortpllanzung
aufrechtzuerhalten, sind Im allgemeinen weniger wirksam als solche, denen eine geringe Menge eines
Überschusses von assimilierbarem Eisen zugesetzt worden sind. Zur Optimierung der Pullulanaseblldung ist es
daher wichtig daß mindestens während der Pullulanasebildungsstufe des Verfahrens das Produktlonsku turmedlum
an einer wirksamen Menge eines assimilierbaren Eisens angereichert wird, die ausreicht, um einen
meßbaren Effekt auf die Pullulanaseblldung zu haben.
Die zur Erzielung der maximalen Pullulanaseblldung durch die erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen
erforderliche Menge an zugesetztem (ergänzendem) Elsen hängt teilweise von dem jeweiligen Mutantenstamm
ab. Klebslella pneumoniae NRRL-B-5783 eignet sich In Abwesenheit von zugesetztem (ergänzendem
Elsen nicht für die wirksame Bildung von Pullulanase. Obgleich Klebslella pneumoniae NRRL-B-5780 und
Klebslelle pneumoniae NRRL-B-5784 eine beträchtliche Menge Pullulanase In Abwesenheit von ergänzendem
Eisen bilden, liegen diese Ausbeuten beträchtlich unterhalb Ihres Optimums. Der Einfluß von assimilierbarem
Elsen auf die Produktionskapazität dieser Mutanten wird in den welter unten folgenden Beispielen näher erläu-
Das EisendDionen [z. B. ElsendDsulfat] als Elsenquelle enthaltende Produktlonskulturmedlum verbessert die
Pullulanaseausbeuten gegenüber denjenigen, die nur Eisen(III)lonen [z. B. Eisen(III)chlorld] enthalten Das
erforderliche assimilierbare Elsen kann aus den verschiedensten konventionellen Quellen stammen Beispiele tür
geeignete EisendD-Verblndungen sind die EisendDsalze von Acetat-, Carbonat-, Cltrat-, Lactat-, Nitrat-, bullat-,
Sulfit- und Thiosulfatanionen, Mischungen davon und dgl. Andere Materlallen, die von Natur aus Spurenmengen
an Elsenionen enthalten, wie z. B. Maisquellwasser, und an EisendD- oder EisendID-Verblndungen reiches
Leitungswasser können ebenfalls als Elsenquelle verwendet werden. Ein Produktlonskulturrnediurn, das mehr
als 1.0, zweckmäßigerweise mehr als 2,0, z. B. vorzugsweise etwa 3,0 bis etwa 5,0 mg EisendDionen pro Liter ^
Produktionskulturmedium enthält, verbessert die Gesamtpullulanaseproduktlon. |
Während der Puilulanaseblldungsstufe sollte das Kulturmedium bei einem pH-Wert von 6,0 bis 8 gehalten w
werden Etwas oberhalb pH 8,0 hört die Pullulanaseblldung auf und unterhalb pH 7,2 wird sie gehemmt
Während der Anfangsstufen der Bildung bleibt der pH-Wert Im allgemeinen verhältnismäßig konstant wahrend
der späteren Stufen steigt er jedoch mit einer hohen Geschwindigkeit beträchtlich an. Um das Produktionskulturmedium
auf seinem optimalen Bildungs-pH-Werl zu halten, sollten Puffer oder eine neutralisierende Saure in
einer zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes auf einem Wert zwischen etwa 7,5 bis weniger als etwa 8 0 ausreichenden
Menge verwendet werden, insbesondere während des letzten Teils der Inkubation. Konventionelle
neutralisierende "Säuren, wie Schwefelsäure, Citronensäure, Chlorwasserstotlsaure, Miicnsaurc oa.pele.caurc.
Kohlensäure, Essigsäure und Phosphorsäure, können verwendet werden, um den pH-Wert au! eine geeignete
Höhe einzustellen und ihn dabei zu halten.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen vermehren sich innerhalb eines verhältnismäßig breiten
Temperaturbereiches ohne einen merklichen Unterschied in bezug auf die Wachstumsgeschwindigkeit (Wachstumsrate)
Während der Anfangsstufen der Pullulanasebildung enthält das Produktlonskulturmedlum normalerweise
nicht mehr als Spurenmengen an Pullulanase. Die Organismen vermehren sich etwa mit einer äquivalenten
Geschwindigkeit über den Bereich von 20 bis 400C. Eine optimale Pullulanasebildung ist jedoch temperaturabhängig.
Bei Temperaturen unterhalb 25° C oder oberhalb 35° C 1st die Pullulanaseblldung beeinträchtigt.
Wegen dieser Temperaturabhängigkeit ist es zweckmäßig (mindestens während der letzten Stufe der Bildung),
die Temperatur der Kultur innerhalb dieses engen Bereichs zu halten. Optimale Pullulanaseausbeuten werden
erzielt, wenn das Produktlonskulturmedlum bei etwa 28° C gehalten wird. Es 1st jedoch bevorzugt, die optimale
Temperatur sowohl für die Vermehrung als auch für die Pullulanaseblldungsstufen zu verwenden.
Ein typisches Pullulanaseverfahren, in dem verschiedene Aerobacter aerogenes-Stämme (z.B. ATCC 15
und ATCC 8724) verwendet werden, benötigt normalerweise meher als 35 Stunden zur Erzielung optimaler
Ausbeuten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können optimale Pullulanaseausbeuten (mehr als
Einheiten/m!) leicht innerhalb eines wesentlich kürzeren Zeltraums erzielt werden. Der mit der Inokulation mil
einer Klcbslella-Impfkultur beginnende gesamte Produktionscyclus bis zu seinem Ende kann auf etwa 20 bis
etwa 25 Stunden verkürzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können gewünschtenfalls auch andere Nährstoffe, Mineralien, Salze
und andere Fermentationshilfsmittel (wie sie z. B. üblicherweise In anderen Pullulanasebildungsverfahren angewendet
werden) In dem Produktlonskulturmedium verwendet werden. Wie andere Pullulanase bildende Organlsmcn
benötigen auch die erfindungsgemäß verwendeten Klebslella-Organlsmen naszierenden Sauerstoff für die
Pullulanaseblldung. Für diesen Zweck können konventioneile Fermentations-, Rühr- und Belüftungseinrlchtun
gen zur Einführung von naszlerendem Sauerstoff In ähnliche Organismen vom aeroben Typ verwendet werden.
Nach Beendigung der Pullulanasebildungsfermentation kann die Pullulanase auf die verschiedenste Weise abgetrennt
werden. Da die erfindungsgemäß verwendeten Klebslella-Organlsmen eine Gärbrühe mit einem hohen
Prozentsatz an darin enthaltener extrazellulärer Pullulanase und sehr locker gebundener Pullulanase bilden, ist
eine zusätzliche Verarbeitung erforderlich, um die Pullulanase in eine kommerziell brauchbare Form zu überführen.
Pullulanaseausbeuten von mehr als 85% der gesamten Pullulanasebildung können i>. ·:>..ί abgetrennt werden
durch Behandeln des Produktionskulturmediums mit einem oberflächenaktiven Mittel. Die anfängliche Behänd- i$
lung mit dem oberflächenaktiven Mittel überführt den größten Teil des oberflächlich gebundenen Enzyms in
eine wasserlösliche Form und erleichtert die Abtrennung desselben zusammen mit der darin enthaltenen extrazellulären
Pullulanase. Die durch das oberflächenaktive Mittel freigesetzte Pullulanase und das darin enthaltene
extrazelluläre Enzym können eingeengt (z. B. durch Trocknen im Vakuum bei einer verhältnismäßig tiefen
Temperatur oder durch Ultrafiltrieren) und kommerziell verwendet werden. Flüssige Pullulanasekonzentrate mit
einer Pullulanasekonzentratlon von mehr als 2000, vorzugsweise mehr als etwa 3000 Einheiten pro ml können
auf diese Welse leicht hergestellt werden, wobei die Gärbrühe als flüssiger Träger fungiert. Gewünschtenfalls
können Zellenbruchstücke und unlösliche Bestandteile von der Fermentationsbrühe abgetrennt werden. Alternativ
kann das Produktionsmedium nacheinander (1) mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt werden, um
das oberflächlich gebundene Enzym freizusetzen, (2) es können die unlöslichen Bestandteile da.on abgetrennt
werden, (3) die Pullulanase kann mit üblichen Zusätzen aus der flüssigen Phase ausgefällt werden und (4) die
Pullulanase kann getrocknet werden. Wenn eine vollständigere Abtrennung (Gewinnung) der Pullulanase
gewünscht Ist, kann der zelluläre Rückstand wiederholt mit oberflächenaktiven Mitteln behandelt oder alternativ
einer Lysis unterworfen werden. Durch die erfindungsgemäß eingesetzten Klebsiella-Organismen wird nur
wenig, falls überhaupt, intrazelluläre Pullulanase gebildet.
Das oberflächlich gebundene Enzym wird durch konventionelle Zusätze und Methoden zur Freisetzung der
locker gebundenen mlkroblellen Enzyme leicht in eine wasserlösliche Form überführt. Kommerziell ist es
vorteilhaft, die oberflächlich gebundene Pullulanase ohne Lysis freizusetzen. Es können konventionelle oberflächenaktive
Mittel (z. B. Natrlumlaurylsulfat und ein Alkylphenoxypolyäthoxyäthanol) in einer Menge verwendet
werden, die ausreicht, um das oberflächlich gebundene Enzym, ohne daß eine wesentliche zelluläre Lysis desselben
auftritt, auf wirksame Weise freizusetzen. Ein konventionelles, Pullulanase freisetzendes, nicht-ionisches
oberflächenaktives Mittel in einer Menge, die ausreicht, um ein Produktionskulturmedium zu liefern, das 0,1 bis
0,5 Vol.-% enthält, unter Rühren desselben für einen Zeltraum von etwa 5 bis etwa 20 Stunden eignet sich für
die Freisetzung von oberflächlich gebundenem Enzym. Eine längere Behandlung mit dem oberflächenaktiven
Mittel bei höheren Konzentrationen (beispielsweise 25 Stunden lang oder mehr bei 0,5%) kann zu einer Lysis
desselben führen.
Im folgenden werden einige bevorzugte Möglichkeiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben. Beisplelsweies wird so gearbeitet, daß die Kohlehydratquelle in dem Nährmedium im wesentlichen
vollständig aus einem Amylopectin mit einem D.E.-Wert von weniger als 2,0% besteht und daß die Inkubation
des Nährmediums bei einer Temperatur von 25° C bis weniger als 35° C für einen Zeitraum durchgeführt wird,
der ausreicht, um eine Pullulanaseausbeute von mindestens 500 Pullulanaseeinheiten pro ml des Produktionskulturmediums zu erzielen. Günstig Ist es auch, wenn die Inkubation des inokulierten Nährmediums für einen
solchen Zeitraum fortgesetzt wird, der ausreicht, um mindestens 690 Pullulanaseeinheiten pro ml des Produkllonskulturmedlums
zu bilden. Gemäß einem weiteren Beispiel arbeitet man mit einem Nährmedium, das bezogen
auf 100 Gew.-Teile des Kulturmediums, 0,25 bis 2 Gew.-Teile eines assimilierbaren Ammoniumsalzes und
3 bis 4 Gew.-Telle Maisquellwasser enthält. Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt
worden daß das Nährmedium, bezogen auf 100 Gew.-Teile Nährmedium, 1 bis 6 Gew.-Telle Amylopectin, 2 bis
!5 Gew.-Telle einer Stickstoffquelle, die eine assimilierbare organische Slickstoffquelle und eine assimilierbare
anorganische Stickstoffquelle In einem Gewichtsverhältnis innerhalb des Bereiches von 1:1 bis 15:1 enthält,
und eine wirksame Menge Eisen(II)ionen enthält, die in Kombination mit dem assimilierbaren Amylopectin und
der assimilierbaren Stickstoffquelle ein Nährmedium ergeben, welches den Organismus in die Lage versetzt,
mindestens 500 Einheiten Pullulanase pro ml Nährmedium zu bilden, wobei die Inkubation des Nährmediums
bei einer Temperatur von 25 bis 35° C für einen Zeitraum durchgeführt wird, der ausreicht, um ein Produktionskullurmedium
mit mindestens 500 Pullulanaseeinheiten pro ml Produktionskulturmedium zu bilden. Bei dieser
Durchführungsform ist es besonders günstig, wenn das Nährmedium, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Nährmediums,
3 bis 5 Gew.-Teile Malsquelhvasser. 0,25 bis 2 Gew.-Teile eines assimilierbaren, wasserlöslichen anorganischen
Stickstoffsalzes und 2 bis 5 mg Eisen(II)ionen pro Liter Nährmedium enthält, wobei bevorzugt
das assimilierbare, wasserlösliche anorganische Salz im wesentlichen vollständig aus einem assimilierbaren
Ammoniumsalz besteht.
Unter Verwendung von Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780 als Pullulanase bildendem Organismus wurde
eine Produktionskultur hergestellt, die pro ml der Kulturmediumsbrühe 790 Einheiten Pullulanase bildete
Es wurde ein Inokulum-Nährmedlum hergestellt, das bestand aus (bezogen auf das Gewicht) 2,0% wachsartiger
Malsstärke [handelsübliche, körnige wachsartige Maisstärke (100% Amylopectin) mit einer mittleren Brookfield-Viskosität
von etwa 2000 mPa · s (Spindel Nr. 3, 20 Upm bei 66° C und einem Trockenfeststoffgehalt von
40 bis 45%) und einem D.E. von weniger als 1%, die mit Säure verdünnt war], 2,0% handelsübliches Pepton-Präparat,
0,5% Ammoniumacetat, 0,0596 Natriumcltrat (Na3C6H5O7 · 2H2O), 0,196 K2HPO1, 0,1% KH2PO4, 0,05%
in MgSO4-7H2O, 0,05% KCl, 0,001% FeSO4-OH2O und Wasser. Dieses Medium wurde hergestellt, indem man
nacheinander das Natriumcltrat, die anderen Mineralsalze, das Pepton und schließlich die wachsartige Maisstärke
zusetzte. Die dabei erhaltene Mischung wurde dann unter Rühren auf einem "Wasserdampfbad erhitzt zur
Herstellung eines homogenen Kulturmediums, das eine gründlich eingeteigte wachsartige Malsstärke enthielt.
Zu jedem von fünf 500 ml-DeLong-Kolben mit einem Leitblech am Boden wurden 100 ml des Inokulum-Medlums
und 1 Tropfen eines Antischaummittel zugegeben und dann wurde 15 Minuten lang bei 121°C sterilisiert.
Die sterilisierten Medien wurden mit Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780 (Schrägagar) in okuliert und 16
Stunden lang bei 28° C und 265 UpM auf einem New Brunswlck-Rotatlonsschüttler Inkubiert zur Herstellung j
des Impfinokulums für das Produktionskulturmedium. I
Es wurde ein Pullanasebildungs-Nährmedium hergestellt durch (1) Auflösen von 60 Gew.-Teilen Natrlumcl-
M trat (Na)C6H5OT 2H2O) in 1000 Gew.-Tellen (1 1) Leitungswasser (2O0C), (2) langsames Zugeben (unter
Rühren) von 350 Gew.-Teilen Malsquellwasser (bezogen auf Trockenfeststoffe, nachfolgend abgekürzt mit d.s.b.)
und (3) Einstellen des pH-Wertes auf 6,3 durch Zugabe einer 50%lgen Kallumhydroxldlösung.
Dann wurde ein pastenförmiges wachsartiges Maispräparat getrennt davon hergestellt durch (1) langsames
Zugeben unter Rühren von 350 Gew.-Tellen einer wachsartigen Maisstärke mit einer niedrigen Viskosität zu
5000 Gew.-Teilen (5 1) Wasser und sorgfältiges Einteigen der wachsartigen Malsstärke durch Erhitzen auf 96" C
und (2) Zugeben von 50 Gew.-Teilen Kaliumchlorid und 70 Gew.-Teilen Ammoniumsulfat zu dem pastenförmlgen
Stärkemedium.
Die oben angegebene Natriumcitrat-Maisquellenwasser-Lösung und das wäßrige pastenförmige Stärkemedium
(bei 96° C) wurden dann unter Zugabe von heißem Leitungswasser miteinander gemischt zur Herstellung eines
wäßrigen 10 1-Produktionskulturmedlums, das in eine Fermentlervorrichtung mit einer Kapazität von 14 I eingeführt
und 45 Minuten lang bet 121° C in einem Autoklaven behandelt wurde. Es wurde eine sterile, 0,036
molare, angesäuerte ElsendDsulfatlösung, gelöst in 0,08 m Chlorwasserstoffsäurelösung, hergestellt, um ergänzende
ElsendDionen zu liefern und es wurden 20 ml der dabei erhaltenen ElsendDsulfatlösung (20 ml) In der
Fermentiervorrichtung gelöst unter Bildung eines Produktionsnährmediums, das 4,0 mg EisendDlonen [20 mg
ElsendDsulfat] pro Liter des wäßrigen Produktionsmediums enthielt.
Das vorstehend beschriebene wäßrige Produktionsmedium wurde dann mit den Impfinokulum (Anfangs-pH-Wert
6,3) inokuliert und dann bei 28° C und einer Rührergeschwindigkeit von 550 UpM und einer Belüftungsgeschwindigkeit von 6 Volumentellen Luft pro Volumenteil der Fermentationsbrühe pro Minute (v.v.m.) 23
Stunden lang inkubiert. Die Schaumentwicklung (nur ein Problem unmittelbar beim Beginn der Fermentation)
wurde durch automatische Zugabe eines Entschäumungsmittels unterdrückt. Während der anfänglichen 9 Stunden
der Fermentation stieg der pH-Wert allmählich auf 7,75 an und wurde innerhalb des Produktlonscycius mit
einer wäßrigen 14 M Essigsäurelösung (8O96lge Essigsäure) mittels einer automatischen Meß- und Dosiereinrichtung
dabei gehalten. Nach 23stündigen Fermentieren wurden die optimalen Pulluianaseausbeuten (790 Einheiten
Pullulanase pro ml Fermentationsbrühe) erzielt.
Bei der Bestimmung der Ausbeuten an extrazellulärer Pullulanase, oberflächlich gebundener Pullulanase und
interzellulärer Pullulanase wurde das nachfolgend angegebene Pullulanase-Testverfahren angewendet:
Bei dem Pullulanase-Testverfahren handelt es sich um eine Modifikation des Dinitrosalicylsäure (DNSA)-Verfahrens
von E. H. Fisher und E. A. Stein, 1958, »J. Biol. Chem.«, 232, 867-879, das nachfolgend beschrieben
wird.
Verwendete Reagentien
DNSA-Reagens: Das 3,5-DinitrosalIcylsäure-Reagens wurde wie von Fisher und Stein 1958 beschrieben Irisch
hergestellt:
L Zuerst wurden 20,0 g DNSA zu 400 ml destilliertem Wasser zugegeben,
2. dazu wurde unter Rühren eine NaOH-Lösung (32,0 g Natriumhydroxid d.s.b. In 300 ml destilliertem
Wasser) zugegeben; diese Lösung sollte klar sein, wenn sie das nicht ist, muß man sie langsam erwärmen,
bis sie klar ist,
*n 3. langsam und portionsweise wurden dann 600,0 g Kaliumnatrlumtartrat zugegeben,
*n 3. langsam und portionsweise wurden dann 600,0 g Kaliumnatrlumtartrat zugegeben,
4. es wurde destilliertes Wasser bis zu einem Endvolumen von 2,01 zugegeben,
5. die Lösung Avurde durch ein großes gesintertes Glasfilter filtriert.
Acetaispuffen 0,1 M-pH 5,0-Acetatpuffer (Natriumacetat und Essigsäure).
o5 Substrat: Eine 1,0 gew.-%ige wäßrige Pullulanaselösung.
o5 Substrat: Eine 1,0 gew.-%ige wäßrige Pullulanaselösung.
Testverfahren
Eine 0,5 ml-Portion elnei Pullulanase-Testprobe wurde in festgelegten Zeltintervallen zu 4,5 ml eines
lcmpcraturäqulllbrierter PuHulansubstrats (2,0 ml 0,01 M-pH 5,0-Acetatpuffer und 2,5 ml Pullulanlösung) in
18 mm· 150 mm großen Teströhrchen zugegeben. Nach 0-, 6- und 12minütiger Inkubation wurde 1,0 ml der
Dlgcstlonsmlschung zu 1,0 ml DNSA-Reagens (unter gründlichem Mischen) zugegeben, um die Digestionsrcakl'on
zu stoppen. Durch 5,0minütiges Erhitzen der Röhrchen in einem 100° C-Wasserbad entwickelte sich
dann eine Farbe. Unmittelbar nach dem Erhitzen wurden die Röhrchen 5 Minuten lang in kaltem Wasser
('70C) abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurden 10,0ml destilliertes Wasser (200C) zugegeben und jedes
Röhrchen wurde gründlich durchgemischt.
Die Menge der entwickelten Farbe wurde mit einem Bausch und Lomb-Spectronlc 70-Spektrophotometer als
Prozentsatz der Transmission bei 545 nm (1ST545) gegen eine Reagens-Blindprobe für 100% T bestimmt. Der
Prozentsatz der Transmissionwerte wurde nach der folgenden Formel in die Absorption umgewandelt:
A545 = 2 - log % T545
Die Änderung der Absorption pro Zeiteinheit (A545) wurde durch das Maltoseäquivalent im mg aus einer
geeichten Standard-Maltosekurve ausgedrückt.
Definition einer Pullulanaseeinhelt
Eine Einheit Pullulanase ist definiert als die Menge Enzym, die 1 mg Maltoseüqulvalent pro ml Aufschluß aus
einer 0,5%Igen Pullulanlösung in 60 Minuten bei 45° C und einem pH-Wert von 5,0 bildet. Basierend auf dem
Pullulanasetestverfahren können die Einheiten Pullulanase pro ml des Produktionskulturmediums nach der
folgenden Gleichung bestimmt werden:
Einheiten/ml =
mg Maltose 1 ml Aufschluß
60 Min.
Digestierzeit
der Testprobe
(in Min.)
1 ml
0,5 ml
(verdünnte
Testprobe)
(verdünnte
Testprobe)
Endvolumen in der Verdünnungsblindprobe
zu der Verdünnungsblindprobe zugegebene ml
Zur Bestimmung der Menge der extrazellulären Pullulanase In dem Produktionskulturmedium wurde eine
gleichförmige 5 ml-Pullulanase-Testprobe (eine homogene Mischung von unlöslichen und löslichen Bestandteilen
des Ferments) aus der Fermentlervorrichtung entnommen. Diese Probe wurde entnommen, während die
Fermentiervorrichtung In Betrieb gehalten wurde. Die Testprobe wurde mit einer Zentrifugalkraft von 7500 g
5 Minuten lang zentrifugiert. Die dabei erhaltene überstehende Flüssigkeit, welche die extrazelluläre Pullulanase
enthielt, wurde durch Dekantieren von den abzentrifugierten unlöslichen Bestandteilen vorsichtig abgetrennt.
Bei diesem vorstehend beschriebenen Pullulanasetestverfahren wies das Produktionskulturmedium einen extrazelluläre-.
t\,|lulanasegehalt von 390 Einheiten/ml Produktionsbrühe auf. Während der Rührer der Fementiervorrichtung
in Betrieb gehalten wurde (550 UpM), wurden 40 ml eines nicht-Ionischen oberflächenaktiven
Mittels der Fermentlervorrichtung zugegeben. Das nlcht-lonlsche oberflächenaktive Mittel und das Produktlonskullurmedlum
wurden In der Fermentiervorrichtung bei 55OUpM 12 Stunden lang ständig gerührt, um die
locker gebundene Pullulanase in eine wasserlösliche Form zu überführen. Die Kulturbrühe, welche die wasserlösliche
Pullulanase enthielt, wurde dann zentrifugiert und nach dem gleichen Testverfahren, wie es zur Herstellung
der Testprobe der extrazellulären Pullulanase angewendet wurde, abgetrennt. Die dabei erhaltene überstehende
Flüssigkeit enthielt, wie gefunden wurde, 720 Einheiten Pullulanase pro ml Produktionskulturmedium
(umfassend sowohl extrazelluläre als auch durch einer oberflächenaktives Mittel löslich gemachte Pullulanase).
Zur Bestimmung der von der erfindungsgemäß verwendeten Mutante NRRL-B-5780 gebildeten Gesamtpullulanase
wurde eine erschöpfende Pullulanaseextraktlon ohne Lysis der Zellen durchgeführt. Das bei der erschöpfenden
Extraktion der Pullulanase aus dem Produktionsferment angewendete Verfahren war das folgende:
1. 100 ml der Fermentationsbrühe wurden In einen 500 ml-Erlenmeyerkolben eingeführt und es wurden
0,5 ml eines oberflächenaktiven Mittels zugegeben,
2. der Kolben wurde dann 20 Stunden lang in einem Rotationsschüttler gerührt (bei 265 UpM und 28° C),
3. die Pullulanasetestproben wurden dann entnommen, wobei der Pullulanasetest nach dem vorstehend
beschriebenen Pullulanaseprobetestverfahren durchgeführt wurde,
4. die unlöslichen Bestandteile wurden durch Zentrifugieren (wie oben angegeben) und Dekantieren von der
Flüssigkeit abgetrennt,
5. der unlösliche, abzentrlfugierte Rückstand wurde zweimal mit 100 ml destilliertem Wasser gewaschen,
wobei der Pullulanasetest mit dem dabei erhaltenen Waschwasser durchgeführt wurde,
6. die gewaschenen, abzentrifugierten Feststoffe wurden dann in einen 500 ml-Erlemeyerkolben eingeführt,
der 0,4 g des oberflächenaktiven Mittels und 100 ml destilliertes Wasser enthielt,
7. die Stufen 2 bis 6 wurden nacheinander wiederholt, bis der Pullulanasetest in der Stufe (3) eine Pullulanaseausbeute
von weniger als 0,5 Pullulanaseeinhelten/ml anzeigte.
Der Anfangstest für die Pullulanase in der Stufe (3) mit der FermentatlonsbrQhe entsprach hinsichtlich seines
Wertes den oben erwähnten 720 Elnhelten/ml. Ein Hauptanteil der danach bestimmten Gesamtpullulanase
wurde unmittelbar In dem nächsten Extraktlonscyclus mit einem oberflächenaktiven Mittel [d. h. in der Stufe
(6)3 erhalten, woran sich die- Stufen (2) und (3) anschlossen. Danach zeigten die sich daran anschließenden
Pullulanasetests der Stufe (3) beträchtlich niedrigere Pullulanaseelnheltswerte. Die Gesamtmenge der Pullulanaseelnheiten,
die bei der erschöpfenden Pullulanaseextraktlon ermittelt wurden, betrug 70 Einheiten/ml der
Fermentationsbrühe. Auf diese Welse betrug die Gesamtpullulanaseausbeute sowoii! an extrazellulärer Pullulanase
als auch an oberflächlich gebundener Pullulanase 790 Einheiten/ml des Produktionskulturmediums. Wegen
der zu Beglan durch eine einzige Extraktionsstufe mit einem oberflächenaktiven Mittel erzielten hohen gewlnnbaren
Ausbeuten (von 720 Elnheiien/ml) werden die nachfolgende Solubilisierung und Behandlung der Zellenbruchstücke
mit dem oberflächenaktiven Mittel beim kommerziellen Betrieb am zweckmäßigsten weggelassen.
Das Verhältnis von extrazelluiärer Pullulanase zu oberflächlich gebundener Pullulanase betrug 39:40.
Nach Beendigung der vorstehend beschriebenen erschöpfenden Pullulanaseextraktlon wurde der unlösliche
Zellenrückstand [aus der Stufe (5)] einer Ultraschallbehandlung unterworfen, um eine Lysis herbeizuführen. Das
dabei erhaltene zellenfreie Lysat wurde auf Pullulanase hin untersucht und es wurde gefunden, daß es keine
enthielt.
Dieses Beispiel wurde wiederholt unter Verwendung von Klebslella pneumonlae NRRL-B-5783 In einem
Produktionsdurchgang und von Klebsiella pneumonlae NRRL-B-5784 In einem anderen Produktionsdurchgang.
Der NRRL-B-5783-Stamm lieferte 690 Elnhelten/ml und der NRRL-B-5784-Stamm lieferte 744 Elnhelten/ml,
wie nach dem oben beschriebenen Testverfahren ermittelt wurde. Der Produktlonskulturbrühe-Test zeigte an,
daß diese beiden Klebsiella-Stämme Pullulanase In praktisch der gleichen Form wie der NRRL-B-5780-Stamm
lieferten. Keiner dieser Stämme lieferte eine meßbare Menge von Intrazellulärem Enzym. Wie bei NRRL-B-5780
lag die durch den Organismus gebildete Pullulanase Im wesentlichen In extrazellulärer und oberflächlich gebundener
Form In praktisch den gleichen Mengenverhältnissen wie bei dem NRRL-B-5780-Stamm vor.
Dieses Beispiel erläutert den Einfluß verschiedener Kohlehydratquellenmaterlallen auf die Pullulanaseblldung.
Das Kulturmedium war das gleiche wie das Inokulationsmedium In Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß
als Kohlehydratquelle die In der folgenden Tabelle I angegebenen Materlallen verwendet wurden. Die Versuchsproben wurden 36 Stunden lang inkubiert. Zu Vergleichszwecken wurde Aerobactor aerogenes 15050 unter äquivalenten
Inkubationsbedingungen ebenfalls jedem Versuch unterworfen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind In
der folgenden Tabelle I zusammengefaßt.
35 Tabelle I
Ver- Kohlehydrat in dem Produktionskulturmedium such in Gew.-%, bezogen auf das Gesatntgewicht des
Nr. Kulturmediums
Aerobacter aerogenes
ATCC 15050
ATCC 15050
Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780
extrazelluläre Ausbeute extrazeliulSre Ausbeute Pullulanase in % Pullulanase in %
1 2% wachsartige Maisstärke a) mit mittlerer
Viskosität
2 2% wachsartige Maisstärke b) mit niedriger
Viskosität
3 2% pastenförmige Perlstärke c)
4 2% Pullulan
5 2% wachsförmige Stärke d)
6 2% Maltose
7 1,5% Maltose + 0,5% wachsartige Maisstärke Ό mit mittlerer Viskosität
8 1% Maltose + 1% wachsartige Maisstärke a)
mit mittlerer Viskosität
9 0,5% Maltose + 1,5% wachsartige Maisstärke a) mit mittlerer Viskosität
10 0,25% Maltose + 1,75% wachsartige Maisstärke a) mit mittlerer Viskosität
11 2% Dextrose
12 2% Lactose
13 1% Lactose + 1% wachsartige Maisstärke a)
mit mittlerer Viskosität
14 2% Amylose
21 | 2,5 | 52 | 100 |
22 | 2,5 | 50 | 86 |
20 | 2,2 | 48 | 67 |
33 | 13,2 | 47 | 11,9 |
20 | 3,8 | 49 | 85,5 |
35 | 17,6 | 51 | . 12,6 |
30 | 11,3 | 50 | 15,1 |
30 | 10,7 | 50 | 15,7 |
20 | 3,8 | 51 | 25,2 |
21 | 3,1 | 48 | 55,3 |
0 | 0,0 | 30 | 3,1 |
23 | 2,5 | 51 | 18,2 |
21 | 2,5 | 53 | 18,2 |
0,0
0,0
Fortsetzung
Ver- Kohlehydrat in dem Produktionskulturmedium such in Gew.-T^ bezogen auf das Gesarotgewicht des
Nr. Kulturmediums
Aerobacter aerogenes ATCC 15050 |
Ausbeute in% |
Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780 |
Ausbeute in% |
extrazellulära Pullulanase |
6,0 | extrazelluläre Pullulanase |
24,5 |
19 | 4,4 | 47 | 61,6 |
14 | 0,0 | 47 | 0,0 |
0 | 0 |
2% Maltodextrine)
2% Getreidestärke ·) mit 12 D.E.
") wie im Beispiel 1 verwendet
h) eine körnige Maisstärke (100% Amylopectin) mit einer niedrigen Viskosität, die mit Säure verdünnt ist, die in der Regel charakterisiert
ist durch eine Brookfield-Viskosität von etwa 500 mPa · s (Spindel Nr. 2, 20 UpM, 66° C bei einem Trockenfeststoirgehalt von 40 bis
45%) und einen D.E.-Wert von weniger als 1%
Ό nicht-hyd'olysierte, pastenförmige Perlstärke
J) nichl-hydrolysierte, pastenförmige wachsartige Maisstärke
e) Saccharidverteilung: D.P., - 3,1%, D.P.2 - 5,65%, D.P.3 - 7,38%, D.P., - 5,14%, D.P.s - 4,86%, D.P.6 - 9,81%, D.P.7 und s - 13,82%,
Ό nicht-hyd'olysierte, pastenförmige Perlstärke
J) nichl-hydrolysierte, pastenförmige wachsartige Maisstärke
e) Saccharidverteilung: D.P., - 3,1%, D.P.2 - 5,65%, D.P.3 - 7,38%, D.P., - 5,14%, D.P.s - 4,86%, D.P.6 - 9,81%, D.P.7 und s - 13,82%,
D.P., - 3,09%, D.P.iot - 47,15%
r) Saccharidverteilung: D.P-i - 0,6%, D.P.2 - 3,3%, D.P.3 - 6,1%, D.P.< - 4,0%, D.P.5 - 4,5%, D.P.6 - 6,4%. D.P.7 - 5,7%, D.P.8 - 4,0%,
r) Saccharidverteilung: D.P-i - 0,6%, D.P.2 - 3,3%, D.P.3 - 6,1%, D.P.< - 4,0%, D.P.5 - 4,5%, D.P.6 - 6,4%. D.P.7 - 5,7%, D.P.8 - 4,0%,
D.P ., - 3,0%, D.P.io - 2,6%, D.P.n-30 - 18,2%, D.P.3(k - 41,56%
Die Im Versuch Nr. 1 der vorstehenden Tabelle I angegebenen Ergebnisse für Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780
sind auf diejenigen des Beispiels 1 bezogen. Zu Vergleichszwecken beziehen sich die In der Tabelle angegebene
Ausbeuten in % auf diejenigen von NRRL-B-5780 im Versuch Nr. 1. Wie In den Versuchen Nr. 6, 7, 8,
9 und 10 angegeben, Inhibierte die Erhöhung der Konzentration der Maltose in dem Produktionskulturmedium
die Pullulanasebildung bei NRRL-B-5780. Umgekehrt wurde die Pulluianasebildung bei Aerobacter aerogenes
ATCC 15050 beträchtlich erhöht (vgl. z. B. die Versuche Nr. 6, 7, 8, 9 und 10) In Gegenwart von Maltose. Die
■höchste Pullulanaseausbeute für Aerobacter aerogenes ATCC 15050 (Versuch Nr. 6) wurde mit Maltose allein
erzielt, diese Ausbeute betrug jedoch nur 17,6% der Ausbeute von NRRL-B-5780 im Versuch Nr. 1. Im Gegensatz
dazu ergab NRRL-B-5780 nur 11,9% der Ausbeute im Versuch Nr. 1, wenn als einzige Kohlehydratquelle
2% Maltose verwendet wurden. Pullulan hatte als einzige Kohlehydratquelle einen ähnlichen Unterdrückungseffekt bei Klebsiella pneumoniae NRRL-B-5780, während die Pullulanasebildung durch Aerobacter aerogenes
ATCC 15050 dadurch erhöht wurde (vgl. Versuch Nr. 3). Im allgemeinen war Aerobacter aerogenes ATCC
15050 zu einer wirksamen Pullulanasebildung nicht Imstande, wenn Stärke oder Stärkehydrolysate mit einem
verhältnismäßig hohen Polymerisationsgrad als Hauptkohlehydratquelle verwendet wurde (wurden) (vgl. z. B.
die Versuche Nr. 1 bis 3, 5, 9, 10 und 15). Dagegen hatte die erfindungsgemäß verwendete Mutante ein
beträchtlich größeres Pullulanasebldlungsvermögen in Gegenwart von pasienförmlgen Stärken und insbesondere
In einem Produktionskulturmedium, das eine hohe Konzentration an Amylopectin enthielt.
Wie aus dem Versuch Nr. 11 hervorgeht, war Aerobacter aerogenes ATCC 15050 zur Pullulanasebildung
nlchl imstande, wenn Dextrose als einzige Kohlehydratquelle verwendet wurde, während Klebsiella pneumoiae
unter den Produktionsbedingungen dieses Beispiels eine geringe Menge Pullulanase bildete. Mit Ausnahme des
Versuchs Nr. 11 (d. h. der Verwendung von Dextrose als einzigem Kohlehydrat) bildete Klebsiella pneumoniae
NRRL-B-5780 etwa 47 bis etwa 53% extrazelluläre Pullulanase (bei dem übrigen Anteil handelte es sich Im
wesentlichen um die erforderlich gebundene Form), während Aerobacter aerogenes ATCC 15050 in jedem der
Versuche 35% oder weniger extrazelluläre Pullulanase bildete.
Wie oben erwähnt, benötigen die Pullulanase bildenden Organismen vom Aerobacter aerogenes-Typ Im allgemeinen
ein Kohlehydrat-Induziermittel zur Erzielung optimaler Pullulanaseausbeuten. Die erfindungsgemäß
verwendeten Mutanten werden durch diese Kohlehydrat-Induziermittel unterdrückt.
Ein Slärkesubstrat mit einem niedrigen D.E.-Wert und einem hohen Amylopectingehalt verbessert die Pullulanasebildung
mit NRRL-B-5780. Dies zeigen die mit NRRL-B-5780 erzielten Ausbeuten In den Versuchen
Nr. 1,2 und 5. Die Viskositätseigenschaften dieser Stärkesubstrate mit hohem Amylopectingehalt (bei einer
Pastenmenge von 40 bis 45%) betragen jeweils etwa 5000 cP, 2000 cP und eine extrem hohe Viskosität. Wie ein
Vergleich zwischen den prozentualen Ausbeuten der Versuche Nr. 1, 2 und 3 !n der Tabelle I zeigt, fördern
Kuliurmedlumsubstrate mit einem hohen Amylopectingehalt stärker die Pullulanasebildung als pastenförmige
Pcrlstärke. In den Versuchen Nr. 15 und 16 wurden der Amylopectlnantell der Stärke übermäßig hydrolysiert
und sie enthielt auch Kohlehydratquellenmaterialien mit einem verhältnismäßig hohen Prozentsatz an niedrigen
D.P.-Saccharlden, welche das Pullulanasebildungsvermögen hemmten.
Erhöhte Pullulanaseausbeuten werden erzielt, wenn das Produktionskulturmedium zusätzliche (ergänzende)
EisendI)Ionen enthält. Mit Ausnahme der angegebenen verschiedenen Mengen an Elsen(II)lonen, des Malsquellenwassers
und der Inkubationszelt, wie sie in der nachfolgenden Tabellen angegeben sind, erfolgte in diesem
Beispiel die Pullulanasebildung auf die gleiche Welse wie In Beispiel 1. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in
der folgenden Tabelle II zusammengefaßt.
Ii
Tabelle Π
Versuch Nr.
% Maisquellwasser
Fe++ in mg/1
Ausbeute in Einheiten Zeit in
pro ml Kulturmedium Stunden
18 19 20
1" 21 22 23
4,0 | 3,0 |
3,5 | 4,0 |
3,0 | 4,4 |
3,0 | 0,0 |
3,5 | 4,4 |
3,5 | 6,4 |
744
790
730
656
780
775
790
730
656
780
775
28,0 26,0 27,0 28,0 27,5 27,5
'S Wie aus dem Vergleich der Versuche Nr. 20 und 21 in der vorstehenden Tabelle hervorgeht, führte die
Verwendung von zusätzlichen Eisen(II)lonen [das hier verwendete Maisquellwasser enthielt 0,7 Eisen(II)lonen]
pro Liter zu einer mehr als 10«igen Erhöhung der Pullulanaseausbeuten. Beim Vergleich stellt die Ausbeute
VGn 656 Einheiten pro ml in dem Versuch Nr. 21 noch eine überlegene Ausbeute gegenüber denjenigen dar, die
mit Aerobacter aerogenes erzielt wurden. Wie ein Vergleich der Ausbeuten in den Versuchen Nr. 19, 20, 22 und
2« 23 zeigt, führte eine Erhöhung der EisenODionen auf mehr als 4,0 mg/1 zu höheren Ausbeuten als diejenigen,
die ohne zusätzliche Eisen(II)ionen erzielt wurden, jedoch wurden die Ausbeuten nicht über diejenige der
Versuche Nr. 19 hinaus srhöht.
Die erfindungsgemäß verwendeten Organismen sind dadurch charakterisiert, daß sie mehr Pullulanaseelnhelten
bilden, wenn Amylopectin als einziges Kohlehydrat verwendet wird, als wenn ein Kohlehydrat aus der
Gruppe Maltose, Dextrose, Lactose und Pullulan als einzige Kohlehydratquelle verwendet wird. Bei der Bestimmung
der vergleichenden Pullulanaseausbeuten mit diesen verschiedenen Kohlehydraten als einzige Kohlehydratquelle
sollten Produktionskulturmedien unter den in Beispiel 1 angegebenen Produktlonsinkubatlonsbcdlngungen
verwendet werden, jedoch mit der Ausnahme, daß ein anderes spezielles einziges Kohlehydralquellenmaterial
verwendet wird. Die Fähigkeit zur Pullulanasebildung in Gegenwart von Dextrose als einziger
Kohlehydratquelle kann ebenfalls unter Verwendung der in Beispiel 1 angegegebenen Medien und Produktionskultur bestimmt werden. Die Puliulanaseeinheiten pro ml Produktionskulturmedien werden nach dem In
Beispiel 1 angegebenen Pullulanasetestverfahren (-bestimmungsverfahren) ermittelt. Die Menge der extrazellulären
Pullulanase wird bestimmt auf der Grundlage der Menge der wasserlöslichen Pullulanase in dem Produktionsmedium
vor der Freisetzung der locker gebundenen Pullulanase daraus (z. B. vor der Freisetzung mit
einem oberflächenaktiven Mittel), wie in Beispiel 1 angegeben. Die oberflächlich gebundene Pullulanase wird
nach dem Pullulanasetest durch Extraktion derselben mit einem oberflächenaktiven Mittel wie In Beispiel 1
bestimmt (einschließlich der Einheiten pro ml Produktionsmedium durch erschöpfende Extraktion mit einem
oberflächenaktiven Mittel ohne Lysis). Das Verhältnis von extrazellulärer Pullulanase zu oberflächlich gebundener
Pullulanase (bezogen auf eine Einheit pro ml Produktionsbrühe) wird ebenfalls nach dem In Beispiel 1
40 beschriebenen Testverfahren bestimmt.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Pullulanase durch Inkubieren eines assimilierbaren Kohlenstoff und assimilierbare
Stickstoffquellen enthaltenden wäßrigen Nährmediums mit einem Pullulanase bildenden Mikroorganismus,
Inkubieren der Kultur unter aeroben Bedingungen und Gewinnen eines Pullulanasepräparats aus
der Kulturbrühe, dadurch gekennzeichnet, daß man als Mikroorganismus Klebslella pneumonlae
NRRL-B-5780, Klebsieila pneumonlae NRRL-B-5783 und/oder Klebsiella pneumonlae NRRL-B-5784 inkubiert.
2. Verwendung der nach Anspruch I erhaltenen Pullulaiiase zur Stärkehydrolyse.
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