DE3336051A1

DE3336051A1 - Verfahren zur herstellung von 1,2-propandiol, insbesondere d(-)-1,2-propandiol

Info

Publication number: DE3336051A1
Application number: DE19833336051
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: CPC Maizena GmbH
Current assignee: CPC Maizena GmbH
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-04-25

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von I,l-Propandiol, insbesondere D (-) -1, 2-Propandiol unter Einsatz von Mikroorganismen.
1,2-Propandiol (CH3-CHOH-CH2OH) wird in der chemischen Industrie aus Propylenoxid durch Wasseranlagerung in großtechnischem Maßstab hergestellt und insbesondere in der Nahrungsmittel-, Tabak-, Kosmetik-und Maschinenbauindustrie sowie in der Veterinärmedizin verwendet. Es besteht daher ein Bedarf an einem möglichst wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung dieser Substanz.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol, insbesondere D (-) -1, 2-Propandiol, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung beruht demgemäß auf der Erkenntnis, daß durch Züchten von Clostridium sphenoides DSM 614 in einem herkömmlichen zuckerhaltigen wäßrigen Nährmedium, das phosphatlimitiert ist, bei einem pH unter 6,5 1,2-Propandiol hergestellt werden kann, wobei es sich überwiegend um das Enantiomere D(-)-1,2-Propandiol handelt, das neben geringen Mengen an Lactat etwa 90 % des gebildeten 1,2-Propandiols ausmacht. Außerdem werden geringe Mengen an Äthanol und Acetat gebildet.
Die Erfindung ermöglicht daher die fast selektive Herstellung von D(-)-1,2-Propandiol auf fermentativem Wege.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können übliche Kohlehydrat- bzw. zuckerhaltige Nährmedien eingesetzt werden, die jedoch einen begrenzten Phosphatgehalt aufweisen müssen, der vorzugsweise weniger als 0,5 mM, insbesondere weniger als 0,3 mM und speziell weniger als 0,15 mM beträgt. Ein Beispiel für ein derartiges Medium ist folgendes: 1 ml MgSO4 (1M); 0,5 ml Lösung M (10 mM MnCl2, 30 mM CaCl2, 5 mM CoCl2, 5 mM Na2MoO4); 0,2 ml FeSO4 (0,2 M, gelöst in 0,1 M H2SO4) ; 0,5 g KCl; 10 g NaHCO3; 20 ml einer 10 teigen phosphatausgefällten Hefeextrakt-Lösung; 1 1 H2O; 19,8 g Glucose.H2O.
Das Züchten der erfindungsgemäß eingesetzten Mikroorganismen erfolgt in herkömmlicher Weise, vorzugsweise bei Zimmertemperatur. In zweckmäßiger Weise handelt es sich um eine anaerobe Züchtung, die vorzugsweise unter einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird. Wesentlich ist die Einhaltung eines pH-Wertes von weniger als 6,5 , da oberhalb dieses Wertes keine 1,2-Propandiol-Bildung festgestellt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren bei einem pH-Wert zwischen 3 und 6,5 durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl chargenweise als auch kontinuierlich durchführen, wobei statt der Wasserstoffatmosphäre auch eine Stickstoffatmosphäre verwendet werden kann.
Versuche haben gezeigt, daß andere Clostridien als Clostridium sphenoides DSM 614 nicht in der Lage sind, beim Züchten in zuckerhaltigen Nährmedium 1 , 2-Propandiol zu erzeugen.
Es wurde festgestellt, daß das 1,2-Propandiol bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erst dann gebildet wird, wenn das in dem Medium vorliegende Phosphat verbraucht ist und die Kultur von der log-Phase in die stationäre Phase übergegangen ist. Daher ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieser übergang abzuwarten.
Am geeignesten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Rhamnose und Fucose, da beim Einsatz dieser Substrate in dem Nährmedium die höchsten Konzentrationen an 1,2-Propandiol und die geringsten Konzentrationen an D-Lactat festgestellt wurden.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte 1,2-Propandiol wurde durch seinMassenspektrum, IR-Spektrum, sein gaschromatographisches und dünnschichtchromatographisches Verhalten sowie durch die Ninhydrin-Farbkomplex-Reaktion identifiziert. Dieses Gärungsprodukt ist optisch aktiv und besteht zu über 90 % aus D(-)-1,2-Propandiol.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
Es wird der Verlauf der optischen Dichte (A)1 der Äthanol-(B), der Acetat-(C) und der 1,2-Propandiol-Bildung (D) von C. sphenoides bei Wachstum unter verschiedenen Phosphatkonzentrationen ermittelt.
Der Versuch wird in einem 10 ml Medium durchgeführt, das sich wie folgt zusammensetzt: 1,3 g (NH4)2SO4; 0,6 g NaCl; 0,06 g CaCl2.H2O; 0,2 g MgSO4.7H2O; 0,002 g ZnSO4.7H2O; 0,5 g KCl; 20 ml Hefeextrakt-Lösung (10 %, Phosphat ausgefällt); 1,98 bis 69,4 g Glucose .H2O; 10 g NaHCO3 oder 28,83 g HEPES oder 21,32 g MES.
Wurde NaHCO3 als Puffer verwendet, bestand die Gasatmosphäre aus einem N2/CO2-Gemisch (80/20 %).
Das Medium enthielt eine Phosphatkonzentration von 0,05 mM und der Versuch wurde mit 100 mM Glucose durchgeführt.
Phosphatzugabe: 0 mM (1); 0,15 mM (2); 0,35 mM (3); 1,5 mM (4); 3,5 mM (5); 7,5 mM (6).
Die Messung erfolgt nach 24-stündiger Inkubation.
Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle sowie aus der beigefügten Zeichnung hervor. Einfluß der Phosphatkonzentration auf die Produktbildung von C. sphenoides.
Phosphat- Glucose- Rpodukte (mmol pro 100 mmol Glucose) C-Bilanz zugabe verbrauch Äthanol Acetat 1,2-Pro- L-Lactat pandiol (mM) (mM) 0,00 91,2 87,2 38,2 24,5 3,2 0,76 0,08 80,5 95,9 39,0 23,2 3,4 0,80 0,15 86,9 110,6 31,4 15,0 4,0 0,80 0,22 70,0 121,1 31,1 13,1 3,9 0,84 0,30 75,1 135,0 30,7 7,3 2,7 0,86 0,35 80,6 130,6 25,8 3,6 3,3 0,81 0,55 81,6 140,1 25,8 2,5 4,6 0,86 0,75 83,8 145,0 22,1 2,1 4,4 0,87 1,50 89,8 140,3 22,1 2,7 4,2 0,85 3,00 90,7 160,1 23,0 2,8 3,8 0,93 5,50 83,8 158,2 22,9 2,9 3,9 0,94 7,50 100,0 158,5 27,5 1,5 3,2 0,94 13,50 100,0 160,0 28,0 1,5 2,7 0,95 34,00 98,0 161,4 27,5 2,0 3,2 0,96 a) C-Bilanz errechnet sich aus 1/2 (Äthanol + Acetat + 1,2-Propandiol + L-Lactat) bezogen auf den Vorbrauch von 100 mmol Glucose. Die Messung erfolgte nach /O Stunden inkubation.
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, beeinflußt das Phosphat die Verhältnisse der gebildeten Produkte. Unter Phosphatmangel werden höhere Konzentrationen an Acetat und 1,2-Propandiol auf Kosten von Äthanol produziert. L-Lactat wird nur in geringer Konzentration gebildet und ist von der Phosphatzugabe unabhängig.
Bei einer Phosphatkonzentration bis zu 5 mM werden nach 70-stündiger Inkubation 70 bis 90 mM Glucose, darüber die eingesetzten 100 mM Glucose, fast vollständig vergoren. In diesem Beispiel wird das D-Lactat nicht bestimmt, so daß die C-Bilanz vor allem bei geringen Phosphatkonzentrationen nicht ausgeglichen ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol, insbesondere D(-)-i 2-Propandiol Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von 1,2-Propandiol, insbesondere D(-)-1,2-Propandiol, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem phosphatlimitierten herkömmlichen wäßrigen zuckerhaltigen Nährmedium bei einem pH unter 6,5 Clostridium sphenoides DSM 614 gezüchtet und das gebildete 1,2-Propandiol gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Nährmedium eingesetzten Zucker aus Glucose, Fructose, Mannose, Zellobiose, L-Rhamnose oder L-Fucose bestehen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphatgehalt des verwendeten Mediums auf weniger als 0,5 mM insbesondere 0,3 mM eingestellt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Zimmertemperatur durchgeführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es unter einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird.