DE2947740C2 - Fermentationsverfahren zur Herstellung von Xanthan - Google Patents

Fermentationsverfahren zur Herstellung von Xanthan

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DE2947740C2
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • C12P19/06—Xanthan, i.e. Xanthomonas-type heteropolysaccharides
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Description

15
Erfindungsgegenstand ist das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren. Der Anspruch 2 nennt eine Ausgestaltung dieses Verfahrens.
Zahlreiche Veröffentlichungen befassen sich mit der Herstellung hydrophiler Kolloide durch die aerobe Vermehrung von Bakterien der Gattung Xanthomonas in wäßrigen Nährmedien. Die frfiheste Arbeit auf diesem Gebiet erfolgte bei The Northern Regional Research Laboratory of The United States Department of Agriculture, Peoria, Illinois, und ist in der US-PS 30 00 790 beschrieben. Abgewandelte Fermentationsverfahren sind beschrieben in den US-PS 3020206, 33 91060, 34 27 226, 3433 708, 32 71267. 32 51749,30 32 81 329, 34 55 786, 35 65 763, 35 94 280 und 33 91 061.
Die von Xanthomonas produzierten hydrophilen Kolloide sind Polysaccharide, die Manose, Glucose, Giucuronsäure, O-Acetyl-Reste und Acetal-verknQpfte Brenztraubensäure enthalten. Diese Harze und ihre Derivate haben breite Anwendung auf dem Nahrungsmittelsektor und in der Industrie gefunden. Von besonderem Interesse ist die zunehmende Zuspitzung auf die Verwendung von Xanthomonas-Polymeren bei der Verdrängung von öl aus teilweise erschöpften Vorkommen oder Lagerstätten.
Die Kostenfaktoren bei sekundärer und tertiärer Restölgewinnung und die konkurrierende Verwendung von verdünnten Xanthomonas-GesamtbrOhen bei einer solchen Gewinnung zwingen aus wirtschaftlichen Gründen zur Steigerung der Fermentationsausbeute der Xanthomonas-Polymeren. Reduzierte Verschiffungskosten, Lagerkapazitäten für die Fermentationsbrühe und Handhabungskosten sind einige der daraus sich ergebenden Vorteile. Ferner werden verringerte Volumina an Lösungsmittel für die Gewinnung benötigt, wenn die Ausgangskonzentrationen der Fermentationsbrühe bei solchen Verfahren hoch sind, wo Xanthomonas-Harze für Anwendungsgebiete, wie dem Nahrungsmittelsektor, dem industriellen Bereich und der Restöl- gewinnung, gewonnen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fermente· tionsart zu rinden, die eine erhöhte Ausbeut· an Xanthomonas·Biopolymeren (- Xanthan) liefert Gelöst wird diese Aufgabe mit dem erfindungsgemieen μ Verfahren.
Herkömmliche Medien ,für die Produktion von Xanthomonas-Biopolymeren enthalten ein geeignet·· Kohlenhydrat in den wlBrigen Nlhrmeden bei einer Konzentration von etwa 1 bit etwa 5 Gew.-/VoL-%. Geeignete Kohlenhydrate sind z. & Glucoee, Saccharose, Maltose, Fructose, Lactose, bearbeitet», kmrtfcrte Zuckerruben-Molassen, Invertzucker, ftHrttrte, verdünnte Qualitätsstärke oder Gemische dieser Kohlenhydrate. Die bevorzugte Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs ist Glucose, ':
Die Verwendung von Glucose-Könssentrationen Ober 5 Gew.-/Vol-% in einem typischen oxydatjven Xanthomonas-Femwntationsansatz führt zu zu starker Hemmung des Xanthomonas-Wachstums und zur Ansammlung toxischer Nebenprodukte (Säuren), die eine vorzeitige Beendigung der Fermentation, verursachen.
Es wurde nun erfindungsgemäß gefunden, daß dieses Problem durch die »nach-und-nach«-Zugabe einer assimilierbaren Kohlenstoffquelle, beispielsweise Glucose, im Verlauf der Xanthomonas-Fermentation umgangen werden kann. r
Die allmähliche Zugabe von Glucose zum Fermentationsmedium, das anfangs wenig Glucose enthält oder Glucose-frei ist, ermöglicht nicht nur eine Glucosezugabe letztlich bis zu 7 Gew.-/VoL-%, sondtwi führt zu erheblich erhöhter Xanthankonzentration in der fertigen Fermentationsbrühe (5 Gew.-/VoL-% und 70% Ausbeute, bezogen auf die Gesamtglucose in dem Inoculum der zweiten Stufe und auf die Menge, die dem letzten Fermentator zugesetzt wurde). Dies bedeutet eine Steigerung von mehr als 60%; gegenüber einem herkömmlichen Ansatzverfahren.
Das Fermentationsmedium kann unter den in der Literatur für die Xanthanproduktion beschriebenen ausgewählt werden. Ein bevorzugtes, chemisch definiertes Fermentationsmedium ist in der US-PS 41 19 546 beschrieben.
Die Zugabe von Glucoselösung (etwa 15 bis 50 Gew.-/VoL-%) erfolgt unmittelbar nach der Beimpfung. Die Glucose wird für etwa 0 bis 24 h nach der Beimpfung exponentiell und von etwa 24 bis etwa 120 h mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt Während der frühen Stadien tritt etwas Zuckeransammlung (8 g/l; Spitzen bei etwa 48 h) auf und fällt auf nicht nachweisbare Mengen (etwa 72 h). Andere Nährstoffe können mit der Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs ohne Änderung des Wesens der Erfindung zugeführt werden.
Luft wird in den Produktionsfermentator mit herkömmlichen Mitteln eingeführt Der Sauerstoffbedarf für die Fermentation kann den Anlagenbeschränkungen des Mischens und Sauerstofftransports angepaßt werden, um die Ansammlung toxischer Säure-Nebenprodukte herabzusetzen. Dies kann durch Herabset· zen der Zuführgeschwindigkeit der assimilierbaren Kohlenstoffquelle geschehen, bis der Sauerstoffbedarf der Sauerstofftransportkapazität des Systems besser entspricht
Beispiel 1
Zellen von Xanthomonas campestris NRRL B-1459 aus einer Agar-Schrägkultur wurden in 2,81-Fernbach-Kolben überführt, die jeweils 500ml-Mengen eines Mediums folgender Zusammensetzung enthielten:
Bestandteil
g/l
Glucose
Diammoniumphosphat Kaliumdihydrogenphosphat Magnesiumsulfat enzymatisch abgebautes Kasein
pH - 6,8
10,0 2,0 1,0 0,5
11,0
Nach etwa 22 h Schütteln bei 28" C wurde eine Teilmenge, die ausreicht, um ein 5 Vo|.-/VoL'%iges Inoculum zu liefern, jeweils in eine Reihe von Fernbach-Kolben, die 50OmI eines Mediums der folgenden Zusammensetzung enthielten, überführt:
Durchmesser) und eine Sonde für gelösten Sauerstoff hatte.
Der Fermentator enthielt 5,81 eines Mediums folgender Zusammensetzung;
Bestandteil
g/l
Glucose 30.0
Ammoniumnitrat 1,0
Magnesiumsulfat 0,1
Zitronensäure (wasserfrei) 1,0
Calciumhydroxid 0,1
Eisen(II)sulfat 0,01
Dilcaliumhydrogenphospbat
Kaliumdibydrogenphosphat 0.69
Mangansulfal . 0.03
pH - 6,8
Nach etwa 25 b Schütteln bei 28" C wurde eine Menge, die ausreichie, ein 10%iges Inoculum zu liefern, in einen 141-Microferm-Fermentator überführt, der vierblättrige Flachschaufelturbinen (113 cm bzw. 4,7"
Uestundteil g/l
Ammoniumnitrat 1,0
Magnesiumsulfat 0.01
Zitronensäure (wasserfrei) 1,0
Dinatriumhydrogenphosphat 1,0
Mangansulfat 0,03
Eisen(II)su!fat 0,01
Calciumhydroxid 0,01
pH - 6.8
Eine sterile Glucoselösung (511 g in einem Gesamtvolumen von 1335 ml Wasser) wurde dem Fermentator (Inkubationstemperatur 28° C) bei folgendem, von einem automatischen Zeitmesser gesteuertem Frogrammschema zugeführt:
Zeitmesser ein
(S)
Zeitmesser aus (S) Zuführgeschwindigkeit
(cm' h)
Insgesamt angesammeltes
Zufuhrmaterial
(cmJ)
9
10
Il
12
13
14
15
16
17
18
19-92
92-127
5,0
5,2
4,9
4,9
5,0
5,0
5,0
7,0
7,0
7,0
7,0
8,0
9,0
9,0
9,0
10,0
10,0
12,0
12,0
12,0
12,0
59,3 54,8 45.8 40,7 36,9 32.9 29,0 35,9 30,5 25.7 25.0 23.4 19.3 15,8 14,2 11,2 8,9 7,4 6,8 6,8 12.0 1.49
1.66
1,86
2.06
2,29
2,53
2.82
3.13
3,58
4.11
4,65
5.33
6.11
6,97
7.93
9.06
11.0
11,9
12.3
12.3
9,6
0,00
1.49
3.15
5.01
7,07
9.36 11.9 14.7 17,8 21,4 25.5 30.2 35.5 41.6 48.6 56.5 65.6 76.6 88,5
100.8-998,7 998,7-1335
Während der Fermentation wurde der pH-Wert mit 10% NaOH und 10% H2SO4 zwischen 6,5 und 6,9 gesteuert. Gelöster Sauerstoff wurde nach dem folgenden Fermentator-Geschwindigkeitsprogramm gesteuert:
Zeit
Zeit
(h)
Geschwindigkeit (UpM)
Belüftung (l/min)
400 450 470
600
670
720
750
4,0
30
31
32
33
34
35
45
50
Geschwindigkeit (UpM)
830
860
910
970 1000
900 1000 1012 (max.)
Belüftung (l/min)
Die Fermentation erfolgte für insgesamt 136 h, vorauf keine nachweisbare Glucosemenge mehr vorlag.
5 6
Die Xanthankonzentratiorv war 5,1 GeW1-ZYoI,-^ mit ; ... . Beispiel 2
70%iger Ausbeute (bezogen auf die Inoculum-Glucose ν , . :■:-
der zweiten Stufe und Gesamtglucose, ,die...dein . Das Verfahren des Beispiels 1 (wijn unter
Fermentator zugesetzt wurde), D|e Endviskosität war Glucose durch Saccharose, ,Fructqsej Inertzupker,
42,75 Pa · s (42 750 cP), gemessen mit einem Brookfield- 5 Maltose, Lactose, Stärke, Stfrjqihydrojysate oder deren
Viskometer bei 12 UpM, Gemische wiederholt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Xanthomonas-Biopolymeren durch aerobes Vermehren eines Mikroorganismus der Gattung Xanthomonas in einem wäßrigen Nährmedium, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Nährmedium nach und nach eine Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs bis zu insgesamt mehr als 5 Gew.-/VoL-% zugesetzt wird.
DE2947740A 1978-11-30 1979-11-27 Fermentationsverfahren zur Herstellung von Xanthan Expired DE2947740C2 (de)

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US96495178A 1978-11-30 1978-11-30
US06/080,195 US4282321A (en) 1978-11-30 1979-10-09 Fermentation process for production of xanthan

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DE2947740A1 DE2947740A1 (de) 1980-07-03
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NO153975C (no) 1986-06-25
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AU514983B2 (en) 1981-03-12
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GB2037791A (en) 1980-07-16
GB2037791B (en) 1982-09-15
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DD147551A5 (de) 1981-04-08
CA1134301A (en) 1982-10-26
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NO793883L (no) 1980-06-02

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