DE2633076A1 - METHOD OF CARRYING OUT ENZYMATIC REACTIONS USING MICRO-ORGANISMS INCLUDED IN A POLYMERIZATION MATRIX - Google Patents

METHOD OF CARRYING OUT ENZYMATIC REACTIONS USING MICRO-ORGANISMS INCLUDED IN A POLYMERIZATION MATRIX

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DE2633076A1
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Description

PATENTANWÄLTE A. 3RÜNECKERPATENTANWÄLTE A. 3RÜNECKER

W. STOCKMAIRW. STOCKMAIR

K. SCHUMANNK. SCHUMANN

DR REH NAT. ■ DIPL-PHYa DR REH NAT. ■ DIPL-PHYa

P. H. JAKOBP. H. JAKOB

CMPL-tNG.CMPL-tNG.

G. BEZOLDG. BEZOLD

DR BER NAT · DlPL-CHEM.DR BER NAT · DIPL-CHEM.

8 MÜNCHEN8 MUNICH

MAXIMILIANSTRASSEMAXIMILIANSTRASSE

22. Juli 1976 P 10 658 _60July 22, 1976 P 10 658 _60

INSTITUT NATIONAL DE LA EEGHERGHE AGRONOMIQUE (I.N.R.A.) Rue de Grenelle
Paris 7i Frankreich
INSTITUT NATIONAL DE LA EEGHERGHE AGRONOMIQUE (INRA) Rue de Grenelle
Paris 7i France

Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen unter Verwendung von in einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen MikroorganismenProcess for carrying out enzymatic reactions using microorganisms enclosed in a polymer matrix

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen unter Verwendung von in
einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen,
The invention "relates to a method for carrying out enzymatic reactions using in
microorganisms enclosed in a polymer matrix,

Die Bedeutung von enzymatischen Eeaktionen auf technischem Gebiet braucht nicht mehr feetont zu werdens da praktischThe importance of enzymatic Eeaktionen in the technical field does not need to be more feetont s because virtually

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ORIGINALORIGINAL

kein Beispiel für ein Gebiet der organischen Chemie mehr existiert, in dem keine enzymatischen Reaktionen durchgeführt werden. Die Durchführung dieser Reaktionen bringt gedoch bestimmte Probleme mit sich, die bisher nicht völlig zufriedenstellend gelöst worden sind. Nachfolgend werden die Grundarten der Durchführung der enzymatischen Reaktionen zusammenfassend dargestellt, ohne daß ein präzises Beispiel gegeben wird, da diese sehr zahlreich und gut bekannt sind.there is no longer any example of a field of organic chemistry in which enzymatic reactions are not present be performed. Carrying out these reactions, however, poses certain problems that have hitherto been encountered have not been completely satisfactorily resolved. The following are the basic ways of performing the enzymatic Reactions are summarized without giving a precise example, as these are very are numerous and well known.

Die erste Art der Durchführung von enzymatischen Reaktionen besteht darin, daß man die Enzyme aus Mikroorganismen isoliert und sie anschließend entweder in freier Form oder eingeschlossen in Polymerisatmatrizen als einfache Katalysatoren verwendet. Diese Verfahren.sind im allgemeinen sehr umständlich, weil bei einem Großteil derselben die Isolierung des Enzyms eine komplizierte Technik erforderto,Dabei handelt es sich um Verfahren, die für Synthesen in kleinem Maßstabe von Produkten, wie z.B. bestimmten Medikamenten, reserviert sind.The first way of carrying out enzymatic reactions consists in isolating the enzymes from microorganisms and then using them as simple catalysts either in free form or enclosed in polymer matrices. This Verfahren.sind generally very complicated, because in the majority of these are the isolation of the enzyme requires a complicated technique o, It is to methods intended for small scale syntheses of products, such as drugs, reserved.

Eine andere Art der Durchführung von enzymatischen Reaktionen, die insbesondere für die Behandlung von Abströmen, angewendet wird, besteht darin, daß man die Bakterien in einer die abzubauenden Verbindungen enthaltenden Lösung, wachsen läßt, z.B. dem Milchserum von Käsefabriken, die auch die Elemente eines Nährmediums enthält; dabei handelt es sich um eine Gärung (Fermentation) im nicht-stationären Zustand, In diesem Falle kann man eine verhältnismäßig konstante Aktivität aufrechterhalten, weil die toten Mikroorganismen kontinuierlich ersetzt werden. Aber außer den Problemen, die mit der Kultivierung von freien Mikroorganismen zusammenhängen, die dazu führen, daß man im allge-Another way of performing enzymatic reactions, especially for the treatment of effluents, is used, consists in that the bacteria in a solution containing the compounds to be broken down, grows, e.g. the milk serum from cheese factories, which also contains the elements of a nutrient medium; that is what it is fermentation (fermentation) in the non-stationary State, in this case one can maintain a relatively constant activity because of the dead microorganisms are continuously replaced. But besides the problems with the cultivation of free microorganisms that lead to the general

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AL INSPECTEDAL INSPECTED

meinen gezwungen ist, diskontinuierliche Verfahren anzuwenden, gerät das Wachstum häufig genug auch zum Nachteil der enzymatischen Gesamtaktivität der Reaktion.So ist die Ausbeute der Zitronensäuregärung von Aspergillus niger bedingt durch die Abwesenheit von Stickstoff sowie voll anderen Elementen des Milieus.is forced to use discontinuous processes, growth often enough is also a disadvantage the total enzymatic activity of the reaction. So is the yield of citric acid fermentation of Aspergillus niger due to the absence of nitrogen as well as full other elements of the milieu.

Deshalb verwendet man bei bestimmten Arten der Durchführung von enzymatisehen Reaktionen mit freien Mikroorganismen vorzugsweise als Reaktionsmilieu eine Lösung, die das zu behandelnde Produkt enthält, und ein "armes" Nährmedium oder auch kein Nährmedium, um das Wachstum der Mikroorganismen zu bremsen und ihre enzymatisch^ Aktivität zu begünstigen, dabei handelt es sich um eine Gärung (Fermentation) im stationären Zustand^ man stellt jedoch fest, daß die enzymatische Aktivität mit der Zeit ziemlich schnell abnimmt·For this reason, enzymatic reactions with free microorganisms are used in certain ways of carrying out enzymatic reactions preferably a solution containing the product to be treated and a "poor" nutrient medium as the reaction medium or no nutrient medium to slow down the growth of the microorganisms and to promote their enzymatic ^ activity, this is a fermentation in the steady state ^ one finds, however, that the enzymatic activity decreases fairly quickly over time

Bei diesen beiden Ausführungsformen besteht der Hauptnachteil zweifellos darin, daß die Mikroorganismen, insbesondere die Bakterien, Produkte darstellen, die schwierig zu handhaben sind und die insbesondere nicht die Füllungen in den Reaktionskolonnen bilden können,«,In both of these embodiments, the main disadvantage is undoubtedly the fact that the microorganisms, particularly the bacteria, represent products which are difficult to handle and which can not form action columns, the fillings in the R e, in particular, "

Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man Füllungen entwickelt, die aus Mikroorganismen bestehen, die an einem Träger adsorbiert sind. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß es sich dabei um nicht-stationäre Kulturen handelt, die immer noch bestimmte der weiter oben genannten Nachteile aufweisen. Es muß ferner beachtet werden, daß dieser Typ der Füllung, dessen Aktivität an der Oberfläche lokalisiert ist, keinen ebenso großen Wirksamkeitskoeffizienten aufweist wie eine Füllung, deren Aktivität über das gesamte Volumen verteilt ist.In order to eliminate this disadvantage, fillings have been developed that consist of microorganisms that are attached to a Carriers are adsorbed. However, experience has shown that these are non-stationary cultures, which still suffer from certain of the disadvantages mentioned above. It must also be noted that this The type of filling, the activity of which is localized on the surface, does not have an equally large coefficient of effectiveness like a filling, the activity of which is distributed over the entire volume.

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Die jüngsten Forschungen auf diesem Gebiet haben zur Entwicklung von besser handhaberen und aktiveren Mikroorganismen durch Einschluß desselben in Polymerisatmatrizen geführt, beispielsweise durch Polymerisation einer das Monomere und den Mikroorganismus enthaltenden Lösung· Dadurch werden der Industrie Polymerisatkörnchen zur Verfügung gestellt, die eine ähnliche enzymatische Aktivität wie die darin eingeschlossenen Mikroorganismen aufweisen. Bisher wurden diese Polymerisatkörnchen fast ebenso wie die in den oben beschriebenen Harzen blockierten Enzyme, die darüber hinaus in einer wirtschaftlicheren Form vorliegen, angesehen, wobei angenommen wurde, daß die Aktivität der eingeschlossenen Mikroorganismen im allgemeinen geringer ist als diejenige der blockierten Enzyme. Man nahm nämlich an, daß durch den Einschluß des Mikroorganismus in der Polymerisatmatrix letzterersich nicht entwickeln kann und nur den Vorteil einer besonders bequemen Verwendbarkeit der Enzyme, die er enthält, bietet. Deshalb führt man bei den kontinuierlichen Reaktionen, bei denen blockierte Mikroorganismen enthaltende Polymerisate verwendet werden, dem Reaktor eine lösung zu, die nur das zu behandelnde Produkt enthält. Dabei ist im allgemeinen eine Verringerung der Aktivität der Polymerisatkörnchen am Ende eines bestimmten Zeitraumes zu beobachten, so daß man gezwungen ist, die Füllung des Reaktors zu erneuern«. Recent research in this area have hand Haberen to the development of better and more active microorganisms by inclusion of the same in Polymerisatmatrizen out, for example, by polymerization of a monomer and the microorganism solution containing · This industry made Polymerisatkörnchen available, a similar enzymatic activity as the have trapped microorganisms. Heretofore, these polymer granules have been regarded almost as much as the enzymes blocked in the resins described above which are also in a more economical form, assuming that the activity of the entrapped microorganisms is generally lower than that of the blocked enzymes. This is because it was assumed that the inclusion of the microorganism in the polymer matrix prevents the latter from developing and only offers the advantage that the enzymes it contains can be used particularly conveniently. Therefore, in the continuous reactions in which polymers containing blocked microorganisms are used, the reactor is supplied with a solution which contains only the product to be treated. In general, a decrease in the activity of the polymer granules can be observed at the end of a certain period of time, so that one is forced to renew the filling of the reactor.

Es wurde nun jedoch überraschend festgestellt, daß es möglich ist, enzymatische Reaktionen durchzuführen unter Verwendung von in eine Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen, ohne daß die enzymatische Aktivität"derselben mit der Zeit abnimmt.However, it has now surprisingly been found that it is possible to enzymatic R e perform actions using a polymer matrix enclosed in micro-organisms, without the enzymatic activity "decreases the same time.

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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen zu entwickeln, bei dem die vorstehend geschilderten Nachteile nicht auftreten. The aim of the invention is to develop a method for carrying out enzymatic reactions in the disadvantages outlined above do not occur.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen, bei denen in eine Polymerisatmatrix eingeschlossene Mikroorganismen verwendet werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in einen Reaktor, der die in einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen enthält, kontinuierlich ein Nährmedium für die Mikroorganismen einführt, welches das (die) zu behandelnde(ή) Produkt(e) enthält, und daß man die Reaktionsprodukte kontinuierlich abzieht, wobei man dafür sorgt, daß die eingeschlossenen Mikroorganismen in dem Reaktor verbleiben.The invention is a method for carrying out enzymatic reactions in which in a Polymer matrix enclosed microorganisms are used, which is characterized in that one in a reactor which contains the microorganisms enclosed in a polymer matrix, continuously Introduces nutrient medium for the microorganisms, which contains the (s) to be treated (ή) product (s), and that one the reaction products are continuously withdrawn, ensuring that the trapped microorganisms in remain in the reactor.

Dieses Verfahren ist ' besonders interessant (vorteilhaft), wenn es kontinuierlich durchgeführt wird, d.h. weil man kontinuierlich einen Reaktor beschickt, der eine beliebige Form haben kann, beispielsweise die einer gefüllten Kolonne oder die eines Reaktors mit einem überlauf, mit einem Nährmedium für die Mikroorganismen, welches das (die) zu behandelnde(n) Produkt(e) enthält und bei dem man die Reaktionsprodukte kontinuierlich abzieht, wobei man dafür sorgt, daß die eingeschlossenen Mikroorganismen in dem Reaktor verbleiben.This process is particularly interesting (advantageous) when it is carried out continuously, ie because a reactor is continuously charged, which can have any shape, for example that of a filled column or that of a reactor with an overflow, with a nutrient medium for the microorganisms containing (s) to be treated (s) product (s) and the continuously withdrawing the reaction products in which wherein it is ensured that the entrapped microorganisms in the R e remain actuator.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zahlreiche Vorteile. Einerseits können die in einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen leicht gehandhabt und beispiels-The method according to the invention offers numerous advantages. On the one hand, they can be enclosed in a polymer matrix Microorganisms easily handled and exemplified

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weise als Füllung in den Reaktor eingeführt werden, andererseits unterliegen nach bisheriger Kenntnis die eingeschlossenen Mikroorganismen praktisch keinem·Wachstum und dadurch wird die enzymatisch^ Gesamtaktivität des Milieus nicht verändert, wie dies der Fall ist, wenn man freie Mikroorganismen auf einem Nährmedium kultiviert. Es tritt aber auch keine Verringerung der enzymatischen Aktivität auf, wie das bei Verwendung eines armen Kulturmediums zu beobachten ist. Dieses an sich überraschende Phänomen kann beispielsweise wie nachfolgend angegeben erklärt werden, wobei jedoch die Erfindung keineswegs auf die nachfolgend wiedergegebene theoretische Erklärung beschränkt ist.wisely be introduced into the reactor as a filling, on the other hand As far as we know, the enclosed microorganisms are subject to practically no growth and thereby the total enzymatic activity of the Milieus are not changed, as is the case when free microorganisms are cultivated on a nutrient medium. However, there is also no reduction in the enzymatic activity, as is the case when a poor culture medium is used is to be observed. This phenomenon, which is surprising in itself, can be stated, for example, as follows are explained, but the invention is by no means based on the theoretical explanation given below is limited.

Die in einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen sind aufgrund ihrer sterischen Trennung nicht in der Lage, sich zu vermehren, obgleich ihnen ein Nährmedium zugeführt wird, es wurde jedoch festgestellt, daß diese eingeschlossenen Mikroorganismen einen sehr beachtlichen Grad der Erneuerung ihrer Proteine ("turn-over") aufweisen, wenn man sie mit dem Nährmedium versorgt, was die Aufrechterhaltung der enzymatischen Aktivität erklären könnte. Offensichtlich kann diese Erneuerung der Proteine nicht in einem armen Nährmedium für freie Bakterien im stationären Zustand erfolgen, weil aus diesem Milieu freiwillig bestimmte Elemente entfernt worden sind, die das Wachstum der Mikroorganismen und die Synthese der Proteine begünstigen.The microorganisms enclosed in a polymer matrix are not in because of their steric separation able to multiply despite being supplied with a nutrient medium, but it has been found that these trapped microorganisms a very considerable Degree of renewal of their proteins ("turn-over") show when they are supplied with the nutrient medium, which the Maintaining enzymatic activity could explain this. Obviously, this can renew the proteins do not take place in a poor nutrient medium for free bacteria in the steady state, because from this environment voluntarily Certain elements have been removed that affect the growth of microorganisms and the synthesis of proteins favor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem verwendeten Polymerisat um ein Polyacrylamid. Es ist auch möglich, dieses Verfahren unter Anwendung einer der auf diesem Gebiet bekannten Methoden, beispielsweise derjenigen von Hicks und Updike (1966)>durchzuführen. Selbstverständlich können auch andereAccording to a preferred embodiment of the invention Process is the polymer used a polyacrylamide. It is also possible to perform this procedure using any of those known in the art Methods such as those of Hicks and Updike (1966)> to be carried out. Of course, others can too

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Polymerisate als Polyacrylamid verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie Mikroorganismen einschließen können, ohne daß sie dabei zerstört werden, und vorausgesetzt daß außerdem diese Mikroorganismen ihre enzymatische Aktivität (Wirkung) auf eine Lösung außerhalb der Poly« merisate ausüben können.Polymers are used as polyacrylamide, provided that they can include microorganisms, without them being destroyed in the process, and provided that these microorganisms also have their enzymatic properties Activity (effect) can exert on a solution outside of the polymer.

Die Lösung, die in den Re.aktor eingeführt wird und die das zu behandelnde Produkt enthält, enthält außerdem im allgemeinen, wie auf dem Gebiet der Biologie an sich bekannt·, eine Quelle für assimilierbaren Kohlenstoff, wie Kohlehydrate, z.B. Glucose, Fructose, Lactose, Maltose, Saccharose und Pentose, Melasse (Zuckersirup), Stärke und verwertbare Garbonsäuren, eine Quelle für assimilierbaren Stickstoff, wie z.B. organische Stickstoffverbindungen, wie Pepton, Bierhefeextrakte (Hefepilzextrakte), Fleischextrakte, Aminosäuren, oder auch anorganische Stickstoffverbindungen, wie z.B. ein Ammoniumsalz, sowie eine Quelle für anorganische Salze, wie Kaliummonophosphat, Natriumacetat und dgl. Diese Lösung kann außerdem andere Zusätze enthalten, die für das Wachstum der Mikroorganismen erforderlich sind, wie z.B. Vitamine, Oligoelemente und Wachstumsfaktoren. Selbstverständlich kann in bestimmten Fällen das zu behandelnde Produkt auch als Kohlenstoffquelle, Stickstoffquelle und dgl. dienen oder auch bestimmte, für das Wachstum erforderliche Elemente enthalten.The solution that is introduced into the Re.aktor and the the product to be treated contains also generally contains, as is known per se in the field of biology, a source of assimilable carbon, such as carbohydrates, e.g. glucose, fructose, lactose, maltose, Sucrose and pentose, molasses (sugar syrup), starch and usable carboxylic acids, a source of assimilable nitrogen, such as organic nitrogen compounds, such as peptone, brewer's yeast extracts (yeast extracts), meat extracts, amino acids, or inorganic nitrogen compounds, such as an ammonium salt, as well as a source of inorganic salts such as potassium monophosphate, sodium acetate and the like. This solution can also contain other additives required for the growth of the microorganisms such as vitamins, oligo elements and growth factors. Of course, in certain Cases the product to be treated also serve as a carbon source, nitrogen source and the like or also certain, contain elements necessary for growth.

Die anderen Parameter der Reaktion, wie z.B. der pH-Wert und die Temperatur, werden im allgemeinen so eingestellt, wie bei einem ITährmedium für das Wachstum von Mikroorganismen üblich·The other parameters of the reaction, such as the pH value and the temperature, are generally adjusted so that like an IT medium for the growth of microorganisms common·

Bei einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem eingeschlossenen Mikroorganismus um ein Bakterium des Genus Lactobacillus, insbeson-In one of the embodiments of the method according to the invention the trapped microorganism is a bacterium of the genus Lactobacillus, in particular

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dere um Lactobacillus casei oder Lactobacillus delbruckii , der die Herstellung von Milchsäure aus Apfelsäure oder aus Zucker erlaubt·others around Lactobacillus casei or Lactobacillus delbruckii, which allows the production of lactic acid from malic acid or from sugar

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man als Mikroorganismus ein Bakterium des Genus Pseudomonas, insbesondere Pseudomonas aeruginosa, für die Durchführung einer Denitrifikation; zu diesem Zweck setzt man der zu behandelnden Lösung, die Nitrate enthält, Verbindungen zu, die das Wachstum dieses Bakteriums erlauben, insbesondere eine Kohlenstoffquelle.In another embodiment of the method according to the invention if a bacterium of the genus Pseudomonas, in particular Pseudomonas aeruginosa, is used as the microorganism, to carry out denitrification; for this purpose the solution to be treated, which contains nitrates, is added Compounds that allow this bacterium to grow, especially a carbon source.

Bei einer weiteren Ausführungsform de*s erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man zur Durchführung der alkoholischen Gärung als eingeschlossenen Mikroorganismus einen Hefepilz des Genus Saccharomyces oder Schizosaccharomyces, insbesondere Saccharomyces cerevisiae oder Schizosaccharomyces pombe· In diesem Falle führt man dem Reaktor eine Substanz zu, die Zucker enthält, wie z.B. Melassen (Zuckersirupe), Weinmost (mout) oder Fruchtsäfte. Im Falle der Melassen, die kein ausreichendes Nährmedium darstellen, muß man noch eine Stickstoffquelle, wie z.B. Ammoniumsulfat, zusetzen..In a further embodiment of the invention In this process, a yeast fungus is used as an enclosed microorganism to carry out the alcoholic fermentation of the genus Saccharomyces or Schizosaccharomyces, in particular Saccharomyces cerevisiae or Schizosaccharomyces pombe In this case, a substance is fed into the reactor that contains sugar, such as molasses (sugar syrups), Wine must (mout) or fruit juices. In the case of molasses, which are not a sufficient nutrient medium, one must still add a nitrogen source such as ammonium sulfate.

Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwar besonders vorteilhaft, das Verfahren der Erfindung kann aber auch zur Durchführung anderer enzymatischer Reaktionen angewendet werden, bei denen Bakterien, Hefepilze sowie Schimmelpilze verwendet werden können.The preferred embodiments of the method according to the invention described above are particularly advantageous, The method of the invention can also be used to carry out other enzymatic reactions, where bacteria, yeasts and molds can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen, in denen Mutanten von Mikroorganismen verwendet werden, die besonders vorteilhafte enzymatische Ausgangsmaterialien darstellen, die andererseits aber auch im allgemeinen selbstThe method according to the invention is particularly applicable to carry out enzymatic reactions in which mutants of microorganisms are used, especially represent advantageous enzymatic starting materials, which on the other hand also generally themselves

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auf reichen Nährmedien ein ziemlich geringes Wachsttun aufweisen und dennoch unter den erfindungsgemaßen Bedingungen besonders vorteilhafte Ergebnisse liefern.Rather little growth on rich culture media and yet deliver particularly advantageous results under the conditions according to the invention.

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Beispiel 1example 1

Herstellung der in einem Polyacrylamidgel eingeschlossenen Mikroorganismen ■__ Production of the microorganisms enclosed in a polyacrylamide gel ■ __

Die Gele werden nach dem von Hicks und Updike (1966) beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Mikroorganismus wird auf einem Wachstumsmedium (Mhrmedium) (nachfolgend als"reiches Milieu"bezeichnet) kultiviert, welches das zu behandelnde Produkt enthält, um die Synthese des entsprechenden Enzyms einzuleiten. Die Zellen werden anschließend in einem Phosphatpuffer mit einem pH-Wert von 7 gewaschen und zentrifuigert.The gels are made according to that described by Hicks and Updike (1966) Process made. The microorganism is grown on a growth medium (growing medium) (hereinafter referred to as "rich milieu"), which leads to treating product contains to initiate the synthesis of the corresponding enzyme. The cells are subsequently washed in a phosphate buffer with a pH of 7 and centrifuged.

Danach wird die oben genannte Polymerisation wie folgt durchgeführt: der Mikroorganismus wird in einem 0,05 M-Phosphatpuffer (pH 7) bei einer Temperatur von 15 C suspendiert unter Bildung einer Suspension, die auf 100 ml Lösung 8,2 g der Monomeren Acrylamid und ΪΤ,ϊΤ-Methylenbisacrylamid (81 % Acrylamid) und als Katalysator 200 mg Ammoniumpersulfat und 40 Mikroliter N,N,F1 ,N1-Tetramethylendiamin enthält. Die Polymerisation wird in der Weise durchgeführt, daß man die Lösung 1 bis 2 Minuten lang unter Einleiten von Stickstoff bei einer Temperatur von 15°C hält.Thereafter, the above-mentioned polymerization is carried out as follows: the microorganism is suspended in a 0.05 M phosphate buffer (pH 7) at a temperature of 15 C to form a suspension which, for 100 ml of solution, 8.2 g of the monomers acrylamide and Contains ΪΤ, ϊΤ-methylenebisacrylamide (81 % acrylamide) and as a catalyst 200 mg ammonium persulfate and 40 microliters of N, N, F 1 , N 1 -tetramethylene diamine. The polymerization is carried out in such a way that the solution is kept at a temperature of 15 ° C. for 1 to 2 minutes while passing in nitrogen.

Das dabei erhaltene Gel wird mit einer wäßrigen Lösung gründlich gespült, dann zu Teilchen einer Größe von einigen mm zerkleinert, welche die Füllung der in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Reaktoren darstellen.The gel obtained in this way is thoroughly rinsed with an aqueous solution, then into particles a few mm in size comminuted, which represent the filling of the reactors described in the following examples.

Beispiel 2Example 2 Umwandlung von L-Apfelsäure in L-MilchsäureConversion of L-malic acid into L-lactic acid

Bei dem in diesem Versuch verwendeten Reaktor handelt es sich um einen Kolben mit einer Gewebekultur (Celstir),The reactor used in this experiment is a flask with a tissue culture (Celstir),

709807/1150709807/1150

aus dem die Reaktionsprodukte durch überlaufenlassen über ein mit einer Nylon-Membran bedecktes Filter, welches die Teilchen in dem Milieu zurückhält, abgezogen werden. Das Milieu wird unter Verwendung eines darin schwimmenden Magnetstabes gerührt, wodurch vermieden wird, daß die .Polymerisatkörnchen, die auf dem Boden des Reaktors liegen, pulverisiert werden.from which the reaction products overflow through a filter covered with a nylon membrane, which retains the particles in the medium will. The medium is stirred using a magnetic bar floating in it, which prevents that the .Polymerisatkornchen lying on the bottom of the reactor are pulverized.

Bei dem in diesem Verfahren verwendeten Mikroorganismus handelt es sich um den Stamm Lactobacillus casei, hinterlegt, in der Collection de L-IMRA de Montpellier unter der Nr. CAP^C^i. Diese Bakterien werden auf einem Fährmedium gezüchtet, das die folgende Zusammensetzung hat:The microorganism used in this process is the strain Lactobacillus casei, deposited, in the Collection de L-IMRA de Montpellier under the No. CAP ^ C ^ i. These bacteria are on a culture medium bred, which has the following composition:

Bierhefe extrakt (Difco) 4- gBrewer's yeast extract (Difco) 4- g

Trypton (Difco) 2 gTryptone (Difco) 2 g

KH2PO4 2 gKH 2 PO 4 2 g

Mineralsalζlösung nach Skeegs und Wright* 5 mlMineral salt solution according to Skeegs and Wright * 5 ml

geklärter Tomatensaft 80 mlclarified tomato juice 80 ml

Glucose 10 gGlucose 10 g

DIr-Apfelsäure 8 gDIr-malic acid 8 g

Wasser ad 1 1 pH-Wert eingestellt auf 4,7 mit 10 η IaOHWater ad 1 1 pH adjusted to 4.7 with 10 η IaOH

* MgSO4.7H2O: 40 g/l; MnS04.4H20 : 2 g/l; PeCl5 : 0,4 g/l und reine HCl : 1 ml/l* MgSO 4 .7H 2 O: 40 g / l; MnS0 4 .4H 2 0: 2 g / l; PeCl 5 : 0.4 g / l and pure HCl: 1 ml / l

das 20 Minuten lang bei 1100C sterilisiert worden ist. 1 1 dieses Milieus ergibt nach 48 Stunden 950 mg Bakterien (bezogen auf das Trockengewicht), die für die Herstellung von 50 mg Polymerisatteilchen verwendet werden können, wie in Beispiel 1 beschrieben.which has been sterilized at 110 ° C. for 20 minutes. 1 liter of this medium gives 950 mg of bacteria (based on the dry weight) after 48 hours, which can be used for the production of 50 mg of polymer particles, as described in Example 1.

In den Reaktor wird ein Milieu (A) eingeführt, das die nachfolgend angegebene Zusammensetzung hat:A medium (A) is introduced into the reactor which has the following composition:

709807/1150709807/1150

Bierhefeextrakt (Mfco) Trypton (DIfco) TomatensaftBrewer's yeast extract (Mfco) Tryptone (DIfco) Tomato juice

44th SS. 55 22 gG 8080 mlml 2
1 I
2
1 I.
gG
1 *
8
1 *
8th
SS.
55 mlml 9090 mlml 5050 mgmg adad 1 11 1 3,3,

Glucose
DL-Apfölsäure
glucose
DL maloleic acid

Mineralsalzlösung nach Skeegs und Wright 95 %ige3lthanol
Cycloheximidin
'Wasser
pH-Wert . ■
Mineral salt solution according to Skeegs and Wright 95% ige3lthanol
Cycloheximidine
'Water
PH value . ■

Dabei handelt es sich um ein Uahrmedium des vorstehend beschriebenen Typs, welches die zu behandelnde Verbindung, . d.h. DL-Apfelsäure, und außerdem Cycloheximidin und Äthanol enthält, wobei die beiden zuletzt genannten Verbindungen zugesetzt werden, um Verunreinigungen durch Hefepilze und andere Bakterien zu vermeiden. Bei dem in diesem Versuch angewendeten Verdünnungsgrad ist keine Entwicklung von freien Milchsäurebakterien zu beobachten, so daß die Umwandlung der Apfelsäure allein durch die fixierten Bakterien erfolgt ist. Die Decarboxylierung der Apfelsäure zu der Milchsäure wird nach dem manometrischen Verfahren von Warburg unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 300S durchgeführt; dabei handelt es sich um die folgende Grundreaktion:This is a culture medium of the type described above, which contains the compound to be treated,. ie DL-malic acid, and also contains cycloheximidine and ethanol, the latter two compounds being added in order to avoid contamination by yeasts and other bacteria. At the degree of dilution used in this experiment, no development of free lactic acid bacteria can be observed, so that the conversion of the malic acid took place solely through the fixed bacteria. The decarboxylation of malic acid to lactic acid is carried out after the manometric method by Warburg under a nitrogen atmosphere at a temperature of 30 0 S; this is the following basic reaction:

0
HO - OH - C - OH + Enzym > HO - CH - C - OH + CO0
0
HO - OH - C - OH + enzyme> HO - CH - C - OH + CO 0

j I It ^j I It ^

CH0-C-OH CH3 ° "CH 0 -C-OH CH 3 ° "

Die' enzymatischen Dosierungen der L-Milchsäure und der L-Apfelsäure werden nach den von Barre (1966) und Poux (1969) vorgeschlagenen Verfahren durchgeführt unter Verwendung von Schweinemuskelfleischdehydrogenase-MalatThe 'enzymatic dosages of L-lactic acid and the L-malic acid is determined according to the methods of Barre (1966) and Poux (1969) proposed method performed using pig muscle meat dehydrogenase malate

7 09 807711507 09 80771150

INSPECTEDINSPECTED

(im Handel erhältlich von der Firma Boehringer)* Die enzymatisch^ Dosierung der Glucose wird nach der Methode von Keilin et al (194-8) nach Staub (1963) durchgeführt .(commercially available from Boehringer) * Die enzymatically ^ Dosing of the glucose is according to the method carried out by Keilin et al (194-8) after Staub (1963) .

Parallel dazu werden Versuche durchgeführt, .in denen Nährmedien der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung verwendet werden:At the same time, experiments are carried out in which nutrient media the following composition can be used:

Milieu (B) Tomatensaft Environment (B) tomato juice

24 Glucose . DIr-Apf elsäure 24 glucose. DIr malic acid

Mineralsalzlösung nach Skeegs und Wright 95 %iges Äthanol
Cycloheximidin
Wasser
pH-Wert
Mineral salt solution according to Skeegs and Wright 95% ethanol
Cycloheximidine
water
PH value

Milieumilieu

1010 mlml 55 22 SS. ββ 11 SS. gG 88th gG ββ 55 mlml mlml 9090 mlml mlml 5050 mgmg mgmg adad 1 11 1 1 11 1 3,3, 55 22 -1-1 88th 55 9090 5050 adad 3,3,

Glucose Dlr-ApfelsäureGlucose Dlr-Malic Acid

Mineralsalzlösung nach Skeegs und FrightMineral salt solution according to Skeegs and Fright

95 %iges Äthanol95% ethanol

Cycloheximidin ·Cycloheximidine

Wasserwater

pH-Wert .PH value .

Das Nutzvolumen des verwendeten Reaktors beträgt 150 ml (Volumen der Flüssigkeit + Volumen der Teilchen) und die Beschickungs-Zuflußmenge beträgt 38 ml/Stunde.The useful volume of the reactor used is 150 ml (volume of liquid + volume of particles) and the Feed rate is 38 ml / hour.

Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der beiliegenden Zeichnung graphisch dargestellt, welche den Verlauf derThe results obtained are in the attached Drawing shown graphically showing the course of the

709807711S0709807711S0

L-Apfelsäurekonzentration in dem Abstrom als Funktion der Zeit wiedergibt. Dabei ist festzustellen, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Milieu (A) die Aktivität konstant bleibt oder sogar zunimmt, während bei Verwendung des Milieus (C) nach 5 Tagen . und bei Verwendung des Milieus (B) nach 15 Tagen die Aktivität praktisch bis auf O abgenommen hat.L-malic acid concentration in the effluent as a function reflecting time. It should be noted that when carrying out the method according to the invention with the Environment (A) the activity remains constant or even increases, while when using the environment (C) after 5 days. and when using the milieu (B) after 15 days the activity has practically decreased to 0.

Die beobachtete Zunahme der Aktivität bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist sehr allgemein. So ist bei der Milchsäureumwandlung nach 9-monatiger kontinuierlicher Verwendung des Reaktors die Aktivität der Teilchen um mehr als das 5£ache höher als. sie zu Beginn des Versuchs war. Diese Aktivitätszunahme wird in der Weise bestimmt, daß man die in 1 ml Lösung enthaltenen Teilchen isoliert und ihre Aktivität gegenüber einer Milchsäurelösung testet: - am 21.11.1973 betrug diese Aktivität 130 nl C02/ml . Std., - am 13.6.1974- betrug diese Aktivität 750/al GO2ZmI . Std. Dabei handelt es sich selbstverständlich um das bei der Reaktion freigesetzteThe observed increase in activity in the process of the invention is very general. Thus, in the lactic acid conversion, after 9 months of continuous use of the reactor, the activity of the particles is more than five times higher than. it was at the beginning of the experiment. This increase in activity is determined by isolating the particles contained in 1 ml of solution and testing their activity against a lactic acid solution: on 11/21/1973 this activity was 130 nl CO 2 / ml. Hours - on June 13, 1974 - this activity was 750 / al GO 2 ZmI . Std. This is, of course, what is released during the reaction

Die Zunahme der Aktivität kann dadurch erklärt werden, daß das Nährmedium die Umwandlungen in einer Richtung begün^ stigt, die immer günstig für die Reaktion ist. Dies ist ein sehr interessanter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.The increase in activity can be explained by the fact that the nutrient medium promotes the conversions in one direction stigt, which is always favorable to the reaction. This is a very interesting advantage of the method according to the invention.

Beispiel 3Example 3 Umwandlung von L-Apf elsäure in L-MilchsäureConversion of L-malic acid into L-lactic acid

In einen ähnlichen Reaktor wie in Beispiel 2wird eine Lösung (A)- (vgl. Beispiel 2) in einer Beschickungsmenge von 38 ml/Std. eingeführt. Dieser Reaktor läuft seit 10 Monaten mit einer konstanten Produktivität von 14-,4- mMol/1 . Std. und erlaubt die Umwandlung von 1,9 g/l · Std. L-Apfelsäure.In a similar reactor as in Example 2 is a solution (A) - (see Example 2) in a feed rate of 38 ml / hour. introduced. This reactor has been running for 10 months with a constant productivity of 14.4 mmol / 1. Hours. and allows the conversion of 1.9 g / l · hr. L-malic acid.

709807/1150709807/1150

Der Grad der^ P^odukijivität ,wird wie folgt ,errechnet: m _ Q 2The degree of ^ P ^ odukijivity is calculated as follows: m _ Q 2

C = Proiuktfconzentrat ion im. dem Abstrom für ,die.;.-Sya$heseil oder, die Differenz zwisehen des-:Prpöti3£tkonzentration in der Beschickung und :4er; Eroduktkonzentration,im At>~ strom beim Abbau;C = Proiuktfconzentrat ion im. the drain for that. ; .-Sya $ heseil or, the difference between the- : sample concentration in the charge and: 4 ; Product concentration, in atomic stream during degradation;

D = Besöhißkungsmenge;;D = levy amount ;;

ΐν-·βξ"' Volumen der üü-üssigkeit in- demΐν- · βξ "'Volume of the liquid at the same time

Durch VerÄoppiüng^äer--ZellJton-zen^r^'ioiL:-,bÄi der Pjoly sation des': GeIs^kann man in. diesem], speziellen J Produktivität'des ,Eeaktor^ verdoppeln^ Auf;:die^e.^e_ise ist es gelungen, ausgehend von der -gleichen; Ifpjsujpg;-w4..e pbenjj ■;:■;■■.-. durch Erhöhung-der Menge'der. in,; dem Gel: eingeschlp^senen Bakterien-s pro-,' Litei* -undiStuäide^ 7-Ig1--Ajfcf el^säure.^ umzuwandeln. ■By VerÄoppiüng ^ OCE - ZellJton-zen ^ r ^ 'ioiL: - bÄi organization of the Pjoly': Geis ^ can this], special J Produktivität'des, Eeaktor ^ ^ In double in;. : the ^ e. ^ e_ise has succeeded, starting from the same; Ifpjsujpg ; -w4..e pbenjj ■;: ■; ■■ .-. by increasing the amount of. in,; the gel: inculcated bacteria-s pro-, 'Litei * -undiStuäide ^ 7-Ig 1 -Ajfcf el ^ acid. ^ to convert. ■

Dieser Reaktionstyp ist besonders interessant (vorteilhaft) für die» Anwendung:' bei'-der:\,W:ei.nhiöri£i-t,ell^igs -iZja|?..[^erj^tellung^,:; -- ■;This type of reaction is particularly interesting (advantageous) for the »application: 'bei'-der: \ , W: ei.nhiöri £ it, ell ^ igs -iZja |? .. [^ creation ^,:; - ■;

Beispiel: M-- · ; · ■; ':-i ■;-.-·■_■ ::j\.■■-.·-. -.-:-■ 2-5 i:_ ^-■■-?■" ■--.-?·-■_·,,£·.- - -■-. : : Denitrifikation durch Pseudomonas aeruginosa -; ,, Example: M- - · ; · ■; ': -i ■; -.- · ■ _ ■ :: j \. ■■ -. · -. -.-: - ■ 2-5 i: _ ^ - ■■ - ■ "■ --.- · - ■ _ ,, · · £ .- - - ■ -:: denitrification by Pseudomonas aeruginosa -;?. ,,

Das Bakterium wird in einem. Nährme.dium ^Nutrient Broth"), kultiviert, das 5OO mg/1 Kaliumnitrat enthält. Nach 3 Tagen gewinnt mail ein Ifoltimön von, g I1--das;·-,<l g Bakterien, bezogen auf das Trockengewitiht-,:; repräsentiert. :--:, : ■■ ·■ — . ;The bacterium is in one. Nutrient Broth "), cultivated, which contains 500 mg / 1 potassium nitrate. After 3 days, an Ifoltimön of, g I 1 - the; · -, <lg bacteria, based on the dry weight -,:; represents .: - : , : ■■ · ■ -.;

Diese. Bakterien werden 'anachlie^gnd in e^ner Pplymerisat*- matrixnacfc> dem in, Beispiel/ 1: beschriebene^ Erfahren evdThese. Bacteria are 'subsequently in a Pplymerisat * - matrixnacfc> the one described in, Example / 1: ^ Experienced e v d

70980,77 \UO .,70980.77 \ UO.,

schlossen, wobei man 50 ml Teilchen erhält. Zur Durchführung der Reaktion verwendet man einen Reaktor eines Typs, wie er in Beispiel 2 beschrieben worden ist, der ein Volumen von I50 ml hat und dem man ein Milieu der
nachfolgend angegebenen Zusammensetzung zuführt:
closed to obtain 50 ml of particles. To carry out the reaction, a reactor of the type described in Example 2, which has a volume of 150 ml and to which an environment is used, is used
supplies the following composition:

Kaliumnitrat 2 gPotassium nitrate 2 g

Glucose 2 gGlucose 2 g

Mononatriumphosphat 5 gMonosodium phosphate 5 g

Mineralsalzlösung· nach Skeeks und Wright 5 mlMineral salt solution according to Skeeks and Wright 5 ml

Oligoelementlösung (1) 1 mlOligo element solution (1) 1 ml

Wasser ad 1 1 pH-Wert 6,5, eingestellt mit 10 η NaOHWater ad 11 pH 6.5, adjusted with 10 η NaOH

(Ό Oligo elementlösung_:(Ό Oligo element solution_:

Kaliummolybdat 0,05 gPotassium molybdate 0.05 g

Matriumborat - . ' 0,05 gSodium borate -. '0.05 g

lerriferrochlorid 1 Tropfenlerriferrochloride 1 drop

Eobaltnitrat , 0,05 gEobalt nitrate, 0.05 g

Cadmiumsulfat " 0,05 gCadmium sulfate "0.05 g

Kupfersulfat 0,05 gCopper sulfate 0.05 g

Zinksulfat - 0,05 gZinc sulfate - 0.05 g

Mangansulfat 0,05 gManganese sulfate 0.05 g

destilliertes Wasser ad 1 1distilled water ad 1 1

Die Beschickungsmenge beträgt 48 ml/Std. Dabei erhält man die folgenden Ergebnisse: The feed rate is 48 ml / hour. The following results are obtained:

709807/1150709807/1150

Tage Nitratgehalt in dem Abstrom (s/l) 1. Tag 1,03 Days nitrate content in the effluent (s / l) 1st day 1.03

3. Tag 0,983rd day 0.98

4. Tag 0,684th day 0.68

7. Tag7th day

15. Tag 015th day 0

Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß ab dem 7· Tag die Denitrifikatxon der Lösung vollständig ist.From the above results it can be seen that from the 7th day the denitrification of the solution is complete.

Beispiel example 55

Alkoholische Gärung von Traubensaft Alcoholic fermentation of grape juice

Bei dem bei diesem Versuch verwendeten Stamm handelt es sich um den Hefepilz Saccharomyces cerevisiae, der bei der alkoholischen Gärung von Wein isoliert und im I.N.R.A. von Dijon unter der Nr. STV III hinterlegt worden ist.The strain used in this experiment is the yeast Saccharomyces cerevisiae, which is found in the alcoholic fermentation of wine isolated and in the I.N.R.A. has been deposited by Dijon under the number STV III.

Bei dem Nährmedium für den Hefepilz handelt es sich um ein Wickerham-Malz, das 50 g/l Glucose enthält. Nach Stünden gewinnt man die aus 1 1 dieses Milieus stammenden Hefepilze zur Herstellung von 70 ml Polymerisatteilehen nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren.The nutrient medium for the yeast is a Wickerham malt containing 50 g / l glucose. To Stands, the yeast fungi originating from 1 liter of this milieu are obtained for the production of 70 ml of polymer parts according to the procedure given in Example 1.

709807/1150709807/1150

Der Fermentator besteht aus zwei Reaktoren des in Beispiel 2 beschriebenen Typs in Kaskadenform, die jeweils eine Kapazität von 250 ml aufweisen. In den Fermentator führt man weißen Traubensaft mit einem pH-Wert von 3t1 und einem Zuckergehalt von 126 g/l in.einer Menge von 80 ml/Std. ein.The fermenter consists of two reactors of the type described in Example 2 in cascade form, each having a capacity of 250 ml. White grape juice with a pH value of 3 t 1 and a sugar content of 126 g / l in a quantity of 80 ml / hour is fed into the fermenter. a.

Each 1-monatigem Betrieb des Reaktors erhält manEach 1-month operation of the reactor is obtained

- in dem Reaktor 1 0,40 mMol/ml Äthanol,- in the reactor 1 0.40 mmol / ml ethanol,

- in dem Reaktor 2 0,85 mMol/ml Äthanol.- in the reactor 2 0.85 mmol / ml of ethanol.

Der Produktivitätsgard dieser Reaktoren beträgt somit:The productivity guard of these reactors is thus:

- T = 180 mMol/1 χ Std. für den Reaktor 1 und- T = 180 mmol / 1 χ hours for reactor 1 and

- T β 210 mMol/1 χ Std. für den Reaktor 2.- T β 210 mmol / 1 χ hour for reactor 2.

Der Fermentator erlaubt die Gewinnung von 18 g Äthanol pro Liter und Stunde.The fermenter allows the production of 18 g of ethanol per liter and hour.

Vergleichsversuche, die unter Verwendung von freien Zellen bei der normalen Gärung durchgeführt worden sind, haben gezeigt, daß der optimale Produktivitätsgrad 16 mMol Äthanol pro 1 und Std. beträgt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die normale Gärung bei 3O0C abläuft, während die erfindungsgemäße Gärung bei 25°C durchgeführt wird, so daß dadurch die Produktivität noch weiter verbessert werden kann. Außerdem wurden deutliche Unterschiede in bezug auf die Sekundärprodukte bei der Gärung nach dem normalen Verfahren und nach dem erfindungsgeniäßen Verfahren bei ähnlichen Äthanolgehalten beobachtet.Comparative tests carried out using free cells in normal fermentation have shown that the optimum level of productivity is 16 mmol of ethanol per hour and hour. It should be noted that the normal fermentation proceeds at 3O 0 C, while the fermentation according to the invention at 25 ° C is performed, thereby the productivity can be further improved. In addition, significant differences were observed with regard to the secondary products during fermentation according to the normal method and according to the method according to the invention with similar ethanol contents.

709807/1150709807/1150

Zusammensetzung Gärung unter Ver- Gärung unter Verwendung von freien Wendung von einge-Zellen · schlossenen Zellen Composition Fermentation with fermentation using free turning of enclosed cells · enclosed cells

Äthanol (mMol/l) 472 795 388 776Ethanol (mmol / L) 472 795 388 776

Glycerin (g/l) 3,87 4,67 4,18 5,48Glycerin (g / L) 3.87 4.67 4.18 5.48

höhere Alkohole (mg/1) 117 200 70 107higher alcohols (mg / 1) 117 200 70 107

Propanol (mg/l) 6,25 8,15 11,3 14,1Propanol (mg / L) 6.25 8.15 11.3 14.1

Isobutanol (mg/l) 38,8 63 7,8 19Isobutanol (mg / L) 38.8 63 7.8 19

Isoamylalkohole (mg/l) 65,5 122 17,8 40,5Isoamyl alcohols (mg / l) 65.5 122 17.8 40.5

Daraus ist zu ersehen, daß die ÄthanoIbildungsgeschwindigkeit mit dem Faktor 5 multipliziert werden kann.From this it can be seen that the rate of ethanoI formation can be multiplied by a factor of 5.

Beispiel 6Example 6 Alkoholische Gärung von TraubensaftAlcoholic fermentation of grape juice

In diesem Beispiel verwendet man den Hefepilz Schizosaccharomyces pombe, der unter den gleichen Bedingungen wie der Hefepilz Saccharomaces cerevisiae des Beispiels 5 kultiviert worden ist. Man gewinnt 1 1 des Nährmediums für die Herstellung von 70 ml Polymerisatteilchen nach dem Verfahren des Beispiels 1. Der Vorteil dieses Hefepilzes besteht darins daß er nicht nur die Vergärung von Zucker zu Äthanol, sondern auch die Vergärung von Apfelsäure zu Äthanol ermöglicht,In this example, the yeast fungus Schizosaccharomyces pombe, which has been cultivated under the same conditions as the yeast fungus Saccharomaces cerevisiae of Example 5, is used. One gets 1 1 of the nutrient medium for the preparation of 70 ml of polymer particles according to the method of Example 1. The advantage of this yeast is s that it enables not only the fermentation of sugars to ethanol, but also the fermentation of malic acid to ethanol,

Dem Reaktor führt man 250 ml weißen Traubensaft, der 126 g/l Zucker enthält und einen pH-Wert von 3,1 hat, zu. Dieser Traubensaft enthält 12,5mMdl/l Apfelsäure. Die Beschickungsmenge beträgt 47 ml/Std,, die Äthanolkonzentration in dem Reaktor beträgt somit 600 »Mol/ml und der Abstrom enthält nicht mehr als 1,2 mMol/l Apfelsäure. Der Produktivitätsgrad dieses Reaktors beträgt somit 165 mMol/l χ Std·250 ml of white grape juice, which contains 126 g / l sugar and has a pH of 3.1, is fed to the reactor. This grape juice contains 12.5mMdl / l malic acid. The feed rate is 47 ml / hour, the ethanol concentration in the reactor is thus 600 »mol / ml and the effluent contains no more than 1.2 mmol / l malic acid. The level of productivity of this R e is thus actuator 165 mmol / l · h χ

709807/1150709807/1150

Beispiel 7Example 7 Alkoholische Gärung von Zuckerrübensirupen (-melassen)Alcoholic fermentation of sugar beet syrups (molasses)

Bei dem in diesem Beispiel verwendeten Mikroorganismenstamm handelt es sich um den technischen Hefepilz Saccharomyces cerevisiae, der gegen Fluorid resistent ist, hinterlegt bei der Association Interprofessionnelle des Producteurs de Betteraves et d'Alcools de betteraves unter der Nr. COB 24-8.In the case of the microorganism strain used in this example it is the technical yeast fungus Saccharomyces cerevisiae, which is resistant to fluoride, deposited at the Association Interprofessionnelle des Producteurs de Betteraves et d'Alcools de betteraves below the number COB 24-8.

Dieser Hefepilz wird auf einem Nährmedium, kultiviert, das aus 2 1 Wickerham-Malz besteht, das 5° g/l Glucose und 50 mg/1 NaF enthält. Nach 4-8-stündiger Kultivierung entnimmt man die erhaltenen Hefepilze für die Herstellung von 70 ml Polymerisatteilchen. Der verwendete Reaktor ähnelt demjenigen, der in Beispiel 2 verwendet worden ist und weist ein Volumen von 250 ml auf. Man führt ihm eine Lösung der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung zu:This yeast is cultivated on a nutrient medium that consists of 2 1 Wickerham malt, the 5 ° g / l glucose and Contains 50 mg / 1 NaF. Taken after 4-8 hours of cultivation one the yeast obtained for the preparation of 70 ml Polymer particles. The reactor used is similar to that used in Example 2 and has a Volume of 250 ml. One introduces him to a solution of the following specified composition to:

Sirup (Melasse) 286 gSyrup (molasses) 286 g

Ammoniumsulfat 2 gAmmonium sulfate 2 g

NaF 40 mgNaF 40 mg

Wasser ad 1 1Water ad 1 1

pH-Wert 4,5, eingestellt mit Phosphorsäure.pH 4.5, adjusted with phosphoric acid.

Als Funktion der Beschickungsmenge erhält man die folgenden Produktivitätsgrade:As a function of the amount charged, the following are obtained Productivity levels:

-T= 286 mMol/1 . Std. . D = 47 ml/Std.-T = 286 mmol / l. Hours. . D = 47 ml / hour

- T = 320 mMol/1 . Std. D * 65 ml/Std.- T = 320 mmol / 1. Hour D * 65 ml / hour

In den vorstehend beschriebenen Beispielen ist für die Umwandlungen keine große Belüftung erforderlich, sondern das Verhalten der Acrylamidteilchen ist in den Gärungskolonnen mit eingeblasener Luft zufriedenstellend. In the examples described above, the Conversions do not require a great deal of ventilation, but the behavior of the acrylamide particles is satisfactory in the fermentation columns with blown air.

709807/1150709807/1150

Die vorstehend beschriebenen Versuche wurden in Reaktoren durchgeführt, weil bei diesen Reaktionen Gase (CO^) freigesetzt v/erden, wenn jedoch keine Gasbildung auftritt, werden sie vorzugsweise in Reaktionskolonnen durchgeführt.The experiments described above were carried out in reactors because gases (CO ^) are released during these reactions v / ground, but if no gas formation occurs, they are preferably carried out in reaction columns.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die Verwendung von in Polymerisatteilchen eingeschlossenen Organismen unter Aufrechterhaltung der Aktivität eines rein enzymatischen Reagens. Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar zur Durchführung von beliebigen enzymatischen Reaktionen, z.B. für die Herstellung von Aminosäuren, für die Synthese von Antibiotika oder für die Synthese von Corticoiden.The present invention permits the use of organisms entrapped in polymerizate particles Maintaining the activity of a purely enzymatic reagent. The inventive method is applicable to Execution of any enzymatic reactions, e.g. for the production of amino acids, for the synthesis of Antibiotics or for the synthesis of corticoids.

Beispiel 8Example 8

Alkoholische Gärung von Weinmost, der für die Herstellung von Bier dient Alcoholic fermentation of wine must, which is used to make beer

Bei dem verwendeten Mikroorganismenstamm handelt es sich um den technischen Hefepilz Saccharomaces cerevisiae, hinterlegt bei der Ecole de Brasserie de Nancy unter der Nr. H 59.The microorganism strain used is the technical yeast Saccharomaces cerevisiae, deposited at the Ecole de Brasserie de Nancy under the number H 59.

Dieser Hefepilz wird auf einem Nährmed^-im kultiviert, das 2 1 Wickerham-Malz mit 10 g/l Glucose f-athält. Nach 48-stündiger Kultivierung entnimmt man die Hefepilze zur Herstellung von 70 ml Polymerisatteilchen, welche die eingeschlossenen Hefepilze enthalten.This yeast is cultivated on a nutrient medium that 2 1 Wickerham malt with 10 g / l glucose f-at. After 48 hours From cultivation, the yeasts are removed to produce 70 ml of polymer particles, which contain the enclosed Contain yeasts.

Der verwendete Reaktor ist mit dem in Beispiel 2 verwendeten identisch und er wird bei Umgebungstemperatur gehalten. Man führt ihm eine Weinmostlösung von 13,74° Plato mit einem pH-Wert von 4,95 zu. Die dabei erzielten Produktivitätsgrade sind die folgenden:The reactor used is identical to that used in Example 2 and is kept at ambient temperature. A wine must solution of 13.74 ° is introduced to him Plato with a pH of 4.95 too. The achieved Productivity levels are the following:

709807/1 1 SO709807/1 1 SO

- für eine Beschickungsmenge von 38 ml/Std.: Φ = 167 mMol/l.Std.- for a feed rate of 38 ml / hour: Φ = 167 mmol / l.h

- für eine Beschickungsmenge von 60 ml/Std.: T = 218 mMol/l.Std.- for a feed rate of 60 ml / hour: T = 218 mmol / l.hour.

Die abgezogene Lösung enthält etwa 80 mg eines höheren Alkohols pro Liter.The withdrawn solution contains about 80 mg of a higher alcohol per liter.

Beispiel 9Example 9 Herstellung von MilchsäureProduction of lactic acid

Bei dem für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Mikroorganismus handelt es sich um den Hefepilz Lactobacillus delbruckii ATCC 9649· Dieser Mikroorganismus wird bei 4-O0C in dem nachfolgend angegebenen Milieu kultiviert: The material used for the implementation of the process micro-organism is the yeast Lactobacillus delbruckii ATCC 9649 · This microorganism is cultured at 4-O 0 C in the medium given below:

entrahmte Milch 100 gskimmed milk 100 g

Bierhefeextrakt 5 gBrewer's yeast extract 5 g

Glucose 100 gGlucose 100 g

Tomatensaft 100 mlTomato juice 100 ml

Wasser ad 1000 mlWater to 1000 ml

pH-Wert 7pH value 7

4- 1 des vorstehend angegebenen Milieus dienen zur Herstellung von 70 ml Teilchen, die das eingeschlossene Bakterium enthalten· Der verwendete Reaktor ist mit dem in Beispiel 2 verwendeten identisch und er wird thermostatisch bei einer Temperatur von 4-50C gehalten und mit 2 η UaOH auf pH 5,8 eingestellt. Diesem Reaktor führt man die folgende Lösung zu:4- 1 of the above medium are used to produce 70 ml of particles which contain the enclosed bacterium. The reactor used is identical to that used in Example 2 and it is kept thermostatically at a temperature of 4-5 ° C. and with 2 η UaOH adjusted to pH 5.8. The following solution is fed to this reactor:

Glucoseglucose nachafter SkeegsSkeegs undand 1OO g/l1OO g / l BierhefeextraktBrewer's yeast extract 20 g/l20 g / l MineralsalzlösungMineral salt solution 77th 0980709807 /11/ 11 und Wright*and Wright * 5 ml/15 ml / 1 5050

Natriumacetat 1 g/lSodium acetate 1 g / l

K3HPO4 2 g/lK 3 HPO 4 2 g / l

Bei einer Beschickungsmenge von 180 ml/l beträgt der Pro« duktivitätsgrad 21,5 g Milchsäure pro Liter.With a charge of 180 ml / l, the degree of productivity is 21.5 g of lactic acid per liter.

Beispiel 10Example 10 Denitrifikation durch HyphomicrobiumDenitrification by Hyphomicrobium

Bei dem in diesem Beispiel verwendeten Mikroorganismenstamm handelt es sich um das Hyphomicrobium-Bakterium Hyphomicrobium W.O. aus dem Pasteur-Institut. Das Bakterium wird 5 Tage lang in 4 1 Milieu kultiviert, das pro 1 enthält:The microorganism strain used in this example is the Hyphomicrobium bacterium Hyphomicrobium W.O. from the Pasteur Institute. The bacterium is cultivated for 5 days in 4 1 milieu, the per 1 contains:

q..7H20 2,13 gq..7H 2 0 2.13 g

_,. 2s04 °»5 ε_ ,. 2 s0 4 ° » 5 ε

MgS04.7H20 0,2 gMgS0 4 .7H 2 0 0.2 g

CaCl2.2H2O 10 mgCaCl 2 .2H 2 O 10 mg

PeS04.7H20 5 mgPeS0 4 .7H 2 0 5 mg

MnSO4.4H2O 2,5 mgMnSO 4 .4H 2 O 2.5 mg

Na2MoO4.2H2O 2,5 mgNa 2 MoO 4 .2H 2 O 2.5 mg

KNO, 5 gKNO, 5 g

Methanol 0,5 %Methanol 0.5%

pH-Wert 6,7pH 6.7

Die Bakterien werden anschließend nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren in eine Polymerisatmatrix eingeschlossen, wobei man 30 ml Teilchen erhält. Der Vorteil dieses Bakteriums besteht darin, daß es die Denitrifikation unter Verwendung von Methanol als Kohlenstoffquelle erlaubt.The bacteria are then enclosed in a polymer matrix according to the procedure given in Example 1, thereby obtaining 30 ml of particles. The advantage of this bacterium is that it is denitrification using methanol as a carbon source permitted.

709807/1UO709807 / 1UO

Dem 250 ml-Reaktor des Beispiels 2 wird das gleiche Milieu wie das Nährmedium zugeführt, das jedoch kein (HEL)2S(V mehr enthält und dessen Gehalt an KtTO, auf 3 g· pro 1 gebracht worden ist. Dieser Reaktor wird 2 Monate lang mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von 40 ml/Std· betrieben· Bei der umwandlung der Nitrate in Stickstoff erhält man eine Produktivität von 20 mg Stickstoffprodukten pro Liter und pro Stunde.The same medium as the nutrient medium is fed to the 250 ml reactor of Example 2, but it no longer contains (HEL) 2 S (V and its KtTO content has been brought to 3 g · per 1. This reactor is 2 months operated for a long time at a feed rate of 40 ml / hour. When converting the nitrates into nitrogen, a productivity of 20 mg nitrogen products per liter and per hour is obtained.

Beispiel 11Example 11 Umwandlung von Milch in JoghurtConverting milk into yogurt

Bei den in diesem Beispiel verwendeten Mikroorganismen-Stämmen Lctobacillus bulgaricus und Streptococcus thermophilus handelt es sich um Stämme, die von den Laboratoires VISBT in lyophilisierter Form stammen und die Stunden lang in 3 1 des Milieus "Milch digeriert mit Papain" mit der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung (bezogen auf 1 l) regeneriert werden:In the case of the microorganism strains Lctobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus used in this example are strains that come from Laboratoires VISBT in lyophilized form and that For hours in 3 liters of the "Milk digested with papain" milieu with the composition given below (based on 1 l) can be regenerated:

Papain 1 gPapain 1 g

Milchpulver $0 gMilk powder $ 0 g

Glucose 2 gGlucose 2 g

Tomantensaft 100 mlTomato juice 100 ml

Trypton 4 gTryptone 4 g

Bierhefeextrakt 6 gBrewer's yeast extract 6 g

NaH2PO4 6 g pH-Wert 7, eingestellt mit NaOH.NaH 2 PO 4 6 g pH 7, adjusted with NaOH.

Die Bakterien werden anschließend in einer Polyacrylamid-Matrix (vgl. Beispiel 1) eingeschlossen, wobei 40 ml Teilchen erhalten werden.The bacteria are then placed in a polyacrylamide matrix (see Example 1) included, whereby 40 ml of particles are obtained.

In einen 180 ml-Reaktor, der bei einer Temperatur von 400GIn a 180 ml reactor, which is at a temperature of 40 0 G

709807/1150709807/1150

gehalten wird, wird die angerührte Milch (Milchpulver + Wasser) eingeführt, wobei die Zuführungsmenge mit einem pH-Wertregulator gesteuert wird, dessen Grenzwert pH 4,8 beträgt (damit die Milch nicht in dem Reaktor koaguliert). Der Reaktor wird 10 Tage lang betrieben, wobei die mittlere Beschickungsmenge 120 ml/Std. beträgt und die Acidität der Milch liegt bei 83° Dornic.is held, the mixed milk (milk powder + water) is introduced pH regulator is controlled, the limit value of which is pH 4.8 (so that the milk does not coagulate in the reactor). The reactor is operated for 10 days with an average feed rate of 120 ml / hour. and the acidity the milk is at 83 ° Dornic.

Beispiel 12Example 12 Klärung durch anaerobe VerdauungClarification through anaerobic digestion

Die für diesen Versuch verwendeten Mikroorganismen werden aus einer anaeroben Kläranlage der Stadt Dijon gewonnen· Die Abwasser (Schlämme) werden filtriert und anschließend zentrifugiert, um die Mikroorganismen zu konzentrieren. Man arbeitet wie in dem vorhergehenden Beispiel, wobei man 170 ml eingeschlossene Teilchen in einen 300 ml-Reaktor einführt, der bei 35°C iind bei einem pH-Wert von 7»2 gehalten wird.The microorganisms used for this experiment are obtained from an anaerobic wastewater treatment plant in the city of Dijon The wastewater (sludge) is filtered and then centrifuged to concentrate the microorganisms. The procedure is as in the previous example, 170 ml of entrapped particles being placed in a 300 ml reactor which is kept at 35 ° C at a pH of 7 »2 will.

Das zu klärende Milieu hat einen DCO von I7 700 und die nachfolgend angegebene Zusammensetzung:The milieu to be clarified has a DCO of I7 700 and the following specified composition:

lösliche Stärke 8 gsoluble starch 8 g

Glucose 1 gGlucose 1 g

Bierhefeextrakt 3 βBrewer's yeast extract 3 β

Pepton 4- gPeptone 4- g

(HH4)2S04 · 0,5 g(HH 4 ) 2 S0 4 x 0.5 g

KH2PO4 0,57 SKH 2 PO 4 0.57 S

1 g1 g

:7H2O 100 mg: 7H 2 O 100 mg

CaCl2.2H2O 7,5 mgCaCl 2 .2H 2 O 7.5 mg

MnSO4 10 mgMnSO 4 10 mg

PeOl5.6H2O 0,5 mlPeOl 5 .6H 2 O 0.5 ml

PH-wert 7 709807/1150PH value 7 709807/1150

Bei einer Beschickungsmenge von 40 ml/Std. erhält man am Ausgang einen Roh-D.C.O. von 5800, wobei die bei diesem Verfahren verwendeten Zucker einen Anthrongehalt von 9 »4- s/l bis 0,47 g/l aufweisen. Durch Gaschromatographie wird die Bildung von Methan nachgewiesen.With a feed rate of 40 ml / hour. you get at the output a raw D.C.O. from 5800, the at In this process, sugars used an anthrone content from 9 »4- s / l to 0.47 g / l. By gas chromatography the formation of methane is detected.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.Although the invention has been explained in more detail above with reference to preferred embodiments, it is It goes without saying for the person skilled in the art that it is by no means restricted to it, but that this is done in many ways Aspects can be changed and modified without thereby departing from the scope of the present invention is left.

Patentansprüche:Patent claims:

709807/1150709807/1150

Claims (1)

PatentansprücheClaims Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen, bei denen in eine Polymerisatmatrix eingeschlossene Mikroorganismen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man in einen Reaktor, der die in einer Polymerisatmatrix eingeschlossenen Mikroorganismen enthält, kontinuierlich ein ÜTährmedium für die Mikroorganismen einführt, welches das (die) zu behandelnde(ή) Produkt(e) enthält, und daß man die Reaktionsprodukte kontinuierlich abzieht, wobei man dafür sorgt, daß die eingeschlossenen Mikroorganismen in dem Reaktor zurückbleiben.Process for carrying out enzymatic reactions, in which microorganisms enclosed in a polymer matrix are used, characterized in that that one in a reactor which contains the microorganisms enclosed in a polymer matrix, continuously Introduces a culture medium for the microorganisms that contains the product (s) to be treated, and that the reaction products are continuously withdrawn, ensuring that the trapped microorganisms remain in the reactor. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisatmatrix eine Polyacrylamidmatrix verwendet.2. The method according to claim 1, characterized in that the polymer matrix is a polyacrylamide matrix used. >3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als eingeschlossenen Mikroorganismus ein Bakterium oder einen Hefepilz verwendet.> 3 · Method according to claim 1 and / or 2, characterized in that that a bacterium or a yeast is used as the enclosed microorganism. 4-, Verfahren nach Anspruch 3 » dadurch gekennzeichnet, daß man als eingeschlossenen Mikroorganismus Bakterien des Genus Lactobacillus oder Pseudomonas verwendet.4-, method according to claim 3 »characterized in that bacteria of the genus Lactobacillus or Pseudomonas are used as the enclosed microorganism. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als eingeschlossenen Mikroorganismus Hefepilze des Genus Saccharomyces oder Schizosaccharomyces verwendet.5. The method according to claim 3, characterized in that that the included microorganism is yeast of the genus Saccharomyces or Schizosaccharomyces used. 6. Verfahren nach Anspruch 3 und/oder 4·, dadurch gekennzeichnet, daß man als eingeschlossenen Mikroorganismus Lactobacillus casei, Lactobacillus delbruckii oder Pseudomonas aeruginosa verwendet.6. The method according to claim 3 and / or 4, characterized in, that Lactobacillus casei, Lactobacillus delbruckii or Pseudomonas aeruginosa is used. 709807/1150709807/1150 7o Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als eingeschlossenen Mikroorganismus Saccharomyces cerevisiae oder Schizosaccharomyces pombe verwendet.7o method according to claim 5, characterized in that that one uses Saccharomyces cerevisiae or Schizosaccharomyces pombe as the enclosed microorganism. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man als Mikroorganismus eine Mutante mit geringem Wachstum verwendet.8. The method according to at least one of claims 1 to 7 » characterized in that a mutant with low growth is used as the microorganism. 9v Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5» 7 und 8 zur Herstellung von Äthylalkohol aus Zucker enthaltenden Lösungen·9v application of the method according to one of claims 1, 2, 3, 5 »7 and 8 for the production of ethyl alcohol from Solutions containing sugar 709807/1 150709807/1 150
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