DE4317488C2 - Process for the fermentative production of gluconic acid and microorganisms suitable therefor - Google Patents

Process for the fermentative production of gluconic acid and microorganisms suitable therefor

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Pro­ duktion von Gluconsäure durch Fermentation in zucker­ haltiger wäßriger Flüssigkeit und sie umfaßt dafür ge­ eignete Mikroorganismen.The invention relates to a method for Pro production of gluconic acid by fermentation in sugar containing aqueous liquid and it includes ge suitable microorganisms.

Gluconsäure ist eine multifunktionelle Carbonsäure die aufgrund ihrer physiologischen und chemischen Eigen­ schaften als Säure selbst oder als Salz, insbesondere Natriumsalz, umfängliche Anwendung findet: Sie dient sowohl Reinigungszwecken als auch in der pharmazeuti­ schen, Lebensmittel- und Getränkeindustrie insbesondere als Konservierungsmittel und in der Bauindustrie als Zementzusatz zur Erhöhung von Bruchfestigkeit und Resi­ stenz gegen Frost und Wasser.Gluconic acid is a multifunctional carboxylic acid due to their physiological and chemical properties As acid itself or as a salt, in particular Sodium salt, extensive application finds: It serves both for cleaning purposes and in the pharmaceutical food and beverage industry in particular as a preservative and in the construction industry as Cement additive for increasing breaking strength and Resi Stenz against frost and water.

Gluconsäure kann durch chemische Synthese erhalten wer­ den. Wegen der besseren Selektivität wird jedoch die mikrobielle Produktion bevorzugt, wofür eine Reihe von Mikroorganismen wie Aspergillus und Penicillium, viele Bakterien u. a. Gluconobacter spec., Pseudomonas, Phyto­ monas, Achromobacter, Klepsiella, Zymomonas mobilis und Acetobacter methanolicus bekannt sind. Besonders häufig werden Aspergillus niger und Gluconobacter oxidans an­ gewandt.Gluconic acid can be obtained by chemical synthesis the. Because of the better selectivity, however, the preferring microbial production, for which a number of Microorganisms such as Aspergillus and Penicillium, many Bacteria u. a. Gluconobacter spec., Pseudomonas, Phyto monas, Achromobacter, Klepsiella, Zymomonas mobilis and Acetobacter methanolicus are known. Especially common are Aspergillus niger and Gluconobacter oxidans looking.

Bekannt ist auch seit langem, daß hefeähnliche Pilzkul­ turen wie z. B. Aureobasidium pullulans, die durch Poly­ merbildungen gekennzeichnet sind, geringe Mengen Glu­ consäure bilden (V.V. Pervozvanskii, Microbiology [U.S.S.R.], 8, 149ff. [1939]). Jedoch sind die bislang be­ kannten Gluconsäurebildungsaktivitäten so gering gewe­ sen, daß an eine wirtschaftliche Produktion nicht ge­ dacht wurde.It has long been known that yeast-like mushroom kul tures such as B. Aureobasidium pullulans, which by poly merbildungen are characterized, small amounts Glu  form acid (V.V. Pervozvanskii, Microbiology [U.S.S.R.], 8, 149ff. [1939]). However, the previously be Gluconic acid activities were so low that economic production is not was thought.

Wie aus der zusammenfassenden Darstellung in Ullmann′s Enzyklopädie der Technischen Chemie von 1989, Bd. A12, Seiten 449 ff. hervorgeht, werden jedoch für die fer­ mentative Produktion von Gluconsäure praktisch nur As­ pergillus niger (überwiegend) oder Gluconobacter suboxidans verwendet, obwohl Aspergillus niger wegen Handhabungsschwierigkeiten durch Verstopfungsgefahr einerseits und Aktivitätsrückgang andererseits für eine kontinuierliche Produktion nicht geeignet ist und Glu­ conobacter relativ viel Ketosäure produziert, wodurch die Aufarbeitung erschwert wird.As from the summary in Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry of 1989, Vol. A12, Pages 449 et seq., However, for the fer mentative production of gluconic acid practically only Ace pergillus niger (predominantly) or gluconobacter suboxidans although Aspergillus niger because of Handling difficulties due to the risk of clogging on the one hand and activity decline on the other hand for a continuous production is not suitable and Glu conobacter produces a relatively high amount of keto acid, thereby the work-up is difficult.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß eine ge­ werbliche Gluconsäureproduktion mit Stämmen von Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud durchaus vor­ teilhaft ist, da diese Hefe erstaunlich osmotolerant ist, so daß in wirtschaftlich interessanten Konzentra­ tionsbereichen gearbeitet werden kann, wobei wahlweise durchaus kontinuierlich produziert werden kann, da sich die Hefe unter brauchbaren Bedingungen in kontinuierli­ cher Kultur als langzeitig brauchbarer Gluconsäurepro­ duzent erweist.It has now surprisingly been found that a ge Commercial gluconic acid production with strains of Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud well before Partly because this yeast is amazingly osmotolerant is, so that in economically interesting Konzentra tion areas can be worked, optionally can be produced continuously as is the yeast under usable conditions in continuous culture as a long-term useful Gluconsäurepro doubts proves.

Es wurde ferner gefunden, daß von dieser ubiquitär vor­ kommenden Hefe Produktionsstämme isoliert werden kön­ nen, die eine hohe Selektivität und Produktkonzentra­ tion bei hohen Glucoseumsätzen liefern. Voraussetzung für das wirtschaftlich interessante Verhalten sind ins­ besondere optimierte Eisenionen- und Manganionenge­ halte, die überraschend hoch liegen. It was further found that of this ubiquitous coming yeast production strains can be isolated high selectivity and product concentration supply at high glucose conversions. requirement for the economically interesting behavior are ins special optimized iron ion and manganese ion content hold, which are surprisingly high.  

Das auf diesen Erkenntnissen basierende erfindungs­ gemäße Verfahren zur fermentativen Produktion von Gluconsäure ist daher dadurch gekennzeichnet, daß manThe invention based on these findings fiction Appropriate process for the fermentative production of Gluconic acid is therefore by characterized in that

  • - aus Inkubations-Ansätzen von zerkleinerten Blüten und Stengeln von im Frühjahr bis Sommer gesammel­ ten mitteleuropäischen Wald- und Wiesenblumen isolierbare Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud-Stämme, welche- from incubation approaches of crushed flowers and stems collected from spring to summer Central European forest and meadow flowers isolable Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud tribes, which
  • - in kontinuierlicher Kultur aus Glucose 200 g/l Gluconsäure bei 90% Umsatz und 90% molarer Selektivität bilden,- In continuous culture of glucose 200 g / l Gluconic acid at 90% conversion and 90% molar Form selectivity,
  • - in einem Fe- und Mn-optimierten Medium mit einem N-abhängigen Eisen- und Manganionengehalt im Zulauf, der bei einem N-Gehalt entsprechend 3 g/l NH₄Cl bei 0,5 mM Fe und 0,5 mM Mn liegt;in a Fe and Mn optimized medium with a N-dependent iron and manganese ion content in Feed, which at an N content corresponding to 3 g / l NH₄Cl at 0.5 mM Fe and 0.5 mM Mn;
  • - bei PH-Werten von 4,5 bis 8 und bei Temperaturen von 24-32°C kultiviert- at pH values from 4.5 to 8 and cultured at temperatures of 24-32 ° C.

Zweckmäßigerweise werden in der Hauptblütezeit - insbesondere von März bis Juni - gesammelte Blüten und Stengel von mitteleuropäischen Wald- und Wiesenblumen in zerkleinerter Form im Schüttelkolben angesetzt und als Nährmedium eine saure glucosehaltige Nährlösung verwendet. Vorzugsweise wird mit pH-Werten um 2,5 gearbeitet und für das Ansäuern zweckmäßigerweise Citronensäure verwendet. Die Kulturflüssigkeit sollte relativ hohe Glucosekonzentrationen insbesondere um 100 g/l enthalten, und sie wird insbesondere mit einem Netzmittel wie Tween 40 versetzt. Da die gluconsäure­ bildenden Stämme streng aerob sind, sollte für eine gute Sauerstoffversorgung, insbesondere durch reich­ liches Schütteln, gesorgt werden.Appropriately, in the main flowering period - especially from March to June - collected flowers and Stem of Central European forest and meadow flowers put in crushed form in a shaker flask and as nutrient medium, an acidic glucose-containing nutrient solution used. Preferably, with pH values around 2.5 worked and for the acidification expediently Citric acid used. The culture fluid should relatively high glucose concentrations, in particular by 100 g / l, and she will especially use one Wetting agents such as Tween 40 added. Because the gluconic acid  forming strains are strictly aerobic, should be for one good oxygenation, especially by rich shake, be taken care of.

Auf diese Weise wurden insbesondere die bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellen hin­ terlegten Stämme mit der Hinterlegungsnummer DSM 7085 bis 88 isoliert, die in der Lage sind, im Schüttelkol­ ben Gluconsäurekonzentrationen von ≳ 100 g/l innerhalb von 2 Tagen zu erzeugen.In this way, especially in the German collection of microorganisms and cells  deposited tribes with the accession number DSM 7085 isolated until 88, who are able to in Schüttelkol Gluconic acid concentrations of ≳ 100 g / l within of 2 days to produce.

Die für die Umsetzung brauchbare Zuckerlösung sollte Glucose enthalten oder bilden. So sind Stärkehydroly­ sate, Melasse, Maltose usw. brauchbar.The sugar solution useful for the reaction should Contain or form glucose. So are starch hydrolytes sate, molasses, maltose, etc. usable.

Zweckmäßig sind Glucosekonzentrationen um 150 g/l für die Gluconsäureproduktion, wobei im Batch-Prozeß Berei­ che von 20-400 g/l Glucose nützlich erscheinen, im Fed-batch Prozeß in der Wachstumsphase ebenfalls Kon­ zentration um 150 g/l Glucose vorliegen können und Werte von 100-200 g/l bevorzugt werden, indem insbe­ sondere hochkonzentrierte Lösung nachgeliefert wird, die etwa bis 800 g/l Glucose enthalten kann. Bei der kontinuierlichen Fermentation wird mit Zulaufkonzentra­ tionen von etwa 300-600 g/l gearbeitet, wobei dann Umsätze von 90% und Selektivitäten von 90 Mol%, in günstigen Fällen 95 Mol% erreicht werden.Conveniently, glucose concentrations are around 150 g / l for the gluconic acid production, whereby in the batch process Berei of 20-400 g / l glucose appear useful in the Fed-batch process in the growth phase also Kon can be present around 150 g / l glucose and Values of 100-200 g / l are preferred by insbe especially highly concentrated solution is replenished, which may contain up to 800 g / l of glucose. In the continuous fermentation is with feed concentration worked about 300-600 g / l, and then Sales of 90% and selectivities of 90 mol%, in favorable cases 95 mol% can be achieved.

Vorzugsweise wird der pH-Wert im Fermentationsmedium zwischen 6,0 und 7 gehalten. Die Temperatur sollte zweckmäßigerweise im Bereich von 29-31°C liegen.Preferably, the pH in the fermentation medium kept between 6.0 and 7. The temperature should be suitably in the range of 29-31 ° C.

Die zweckmäßigen Gehalte an Eisen-, Mangan- und Magne­ siumionen im Zulauf hängen vom Stickstoffgehalt des Mediums ab: In einem Medium mit Stickstoffgehalten ent­ sprechend 3 g/l NH₄Cl wird ihre Konzentration insbeson­ dere im Bereich von 0,5-3 mM (für Eisenionen), 2,5- 5 mM (für Manganionen) bzw. 1-2 mM (für Magnesium­ ionen) gewählt.The appropriate levels of iron, manganese and magne ions in the feed depend on the nitrogen content of the Medium off: in a medium with nitrogen contents ent speaking 3 g / l NH₄Cl is their concentration in particular in the range of 0.5-3 mM (for iron ions), 2.5- 5 mM (for manganese ions) or 1-2 mM (for magnesium ions).

Die erfindungsgemäße Gluconsäurebildung kann als Batch- oder Fed-batch-Prozeß ablaufen, besonders zweckmäßig erscheint jedoch eine kontinuierliche Fermentation, insbesondere mit Verweilzeiten von 10-40 Std.The gluconic acid formation according to the invention can be used as a batch Run or fed-batch process, particularly appropriate However, a continuous fermentation,  especially with residence times of 10-40 hrs.

Wichtig für die erfindungsgemäße Produktion ist eine gute Versorgung mit Sauerstoff: Bei einer kontinuierli­ chen Produktion sollte der Gelöstsauerstoff verweil­ zeitabhängig z. B. bei 80-150% Sättigung für 13 Std. Verweilzeit liegen, wobei für längere Verweilzeiten hö­ here Sauerstoffsättigungen angemessen sind.Important for the production according to the invention is a good supply of oxygen: In a continuous production of dissolved oxygen should linger time dependent z. At 80-150% saturation for 13 hrs. Residence time, with higher residence times hö here oxygen saturations are appropriate.

Obwohl eine Fermentation im Wirbelschichtreaktor mit geträgerter Biomasse verfahrenstechnisch zweckmäßig sein kann, wird eine Fermentation mit ungeträgerten Mikroorganismen und Biomasserückhaltung bevorzugt. Da­ bei werden höhere Gelöstsauerstoffgehalte von ≳ 200% Sättigung angestrebt.Although a fermentation in the fluidized bed reactor with supported biomass procedurally appropriate can be a fermentation with unsupported Microorganisms and biomass retention preferred. because at higher dissolved oxygen contents of ≳ 200% Saturation sought.

Für die kontinuierliche Produktion erweist sich eine kaskadenförmige Folge von zumindest zwei Fermentern als günstig. Dabei wird in der ersten Stufe mit 120-170% Sauerstoffsättigung und 10-25h, insb. 12-18h Verweil­ zeit und in der zweiten Stufe mit < 360% Sauerstoff­ sättigung und einer Gesamt-Verweilzeit 15 h, insb. von 18-30 h zweckmäßigerweise gearbeitet.For the continuous production proves one Cascade-shaped sequence of at least two fermenters as Cheap. It is in the first stage with 120-170% Oxygen saturation and 10-25h, especially 12-18h dwell time and in the second stage with <360% oxygen saturation and a total residence time of 15 h, in particular of 18-30 h expediently worked.

Neben den bereits genannten Metallionengehalten im Me­ dium ist auch der Phosphatgehalt von Bedeutung: Zweck­ mäßigerweise wird im Zulauf für 0,7 g/l KH₂PO₄ (bei N- gehalten entsprechend 3 g/l NH₄Cl) gesorgt. Bei N-Gehalt entsprechend 1,5 g/l NH₄Cl liegt der KH₂PO₄-Gehalt im Zulauf nützlicherweise bei 0,34-2,4 g/l, insbesondere bei 0,7-2,1 g/l.In addition to the already mentioned metal ion contents in Me dium is also the phosphate content of importance: purpose moderately is in the feed for 0.7 g / l KH₂PO₄ (at N- maintained according to 3 g / l NH₄Cl) taken care of. At N content in accordance with 1.5 g / l NH₄Cl is the KH₂PO₄ content in Feed usefully at 0.34-2.4 g / L, in particular at 0.7-2.1 g / l.

Zink, Kobalt, Kupfer, Calcium, Jod, Chlor, Borsäure und Sulfat- sowie Molybdationen werden im Nährmedium vorge­ sehen, ebenso wie Vitamine wie Thiamin, Biotin, Panto­ thenat und Nicotinsäure sowie Pyridoxin.Zinc, cobalt, copper, calcium, iodine, chlorine, boric acid and Sulphate and molybdenum are present in the nutrient medium see, as well as vitamins such as thiamine, biotin, panto thenat and nicotinic acid as well as pyridoxine.

Durch die Hintereinanderschaltung von zumindest zwei Fermentern, in denen die gleichen Reaktionsbedingungen herrschen, erhält man besonders hohe Umsätze und Glu­ consäureausbeuten. Auf diese Weise wird im ersten Fer­ menter eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute erreicht und in dem oder den nachfolgenden Fermenter(n) ein maximaler Um­ satz und eine maximale Ausbeute erzielt, wobei in der 2. Stufe hohe Sauerstoffsättigungswerte vorteilhaft sind.By the series connection of at least two Fermenters in which the same reaction conditions prevail, one receives particularly high conversions and Glu  consäureausbeuten. This way, in the first Fer menter achieved a high space-time yield and in the or the subsequent fermenter (s) a maximum order set and a maximum yield, wherein in the 2. High oxygen saturation levels are advantageous.

Weitere Besonderheiten ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen.Other special features arise from the following the description by way of examples with reference on the attached drawings.

Dabei dienen die beigefügten Zeichnungen zur Veran­ schaulichung der Abhängigkeiten der Gluconsäureproduk­ tion von einzelnen Parametern, und zwar wurde speziell die kontinuierliche Gluconsäurefermentation untersucht unter Verwendung des Aureobasidium-Stammes DSM 7085 mit der höchsten Aktivität. Im einzelnen zeigenThe attached drawings serve as an example Illustration of the dependencies of gluconic acid produk tion of individual parameters, and that became special investigated the continuous gluconic acid fermentation using the aureobasidium strain DSM 7085 with the highest activity. Show in detail

Fig. 1 und 2 die pH-Abhängigkeit; Fig. 1 and 2, the pH dependence;

Fig. 3 bis 5 den Einfluß der Gelöstsauerstoff­ konzentration; Fig. 3 to 5 the influence of the dissolved oxygen concentration;

Fig. 6 und 7 den Einfluß der Verweilzeit; FIGS. 6 and 7 the influence of the residence time;

Fig. 8 und 9 den Einfluß der Mangankonzentra­ tion; Fig. 8 and 9 tion of Mangankonzentra tion;

Fig. 10 bis 13 den Einfluß der Eisenkonzentra­ tion; Fig. 10 to 13 tion of the Eisenkonzentra tion;

Fig. 14 und 15 den Einfluß des Phosphatgehalts; Fig. 14 and 15 the influence of the phosphate content;

Fig. 16 und 17 den Einfluß des Mg⁺⁺-Gehalts bzw. der Temperatur und Fig. 16 and 17, the influence of the Mg⁺⁺ content or the temperature and

Fig. 18 Kurven für ein Fed-Batch-Experi­ ment. Fig. 18 curves for a fed-batch experiment.

Der Stamm DSM 7085 ist identisch mit dem "Isolat Nr. 70".The strain DSM 7085 is identical to the "isolate No. 70 ".

Die nachfolgenden Versuche wurden weitgehend bei 30°C durchgeführt. Die Organismen sind jedoch auch in der Lage, bei niedrigeren Temperaturen, unter 30°C, zu wach­ sen. The subsequent experiments were largely at 30 ° C. carried out. However, the organisms are also in the Able to wake up at lower temperatures, below 30 ° C sen.  

Beispiel 1example 1 Isolierung von Aureobasidium pullulans (de bary) ArnaudIsolation of Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud

Zur Isolierung der Stämme wurden Wald- und Ackerblumen aus Jülich, Düsseldorf, Heidelberg und Holland zer­ kleinert und in Schüttelkolben eingefüllt, die ein Me­ dium folgender Zusammensetzung enthielten:Forest and field flowers were used to isolate the trunks from Jülich, Düsseldorf, Heidelberg and Holland zer cut down and filled in shake flasks, which is a Me contained the following composition:

Glucose|100 g/lGlucose | 100 g / l Hefeextraktyeast extract 3 g/l3 g / l Citronensäurecitric acid 10 g/l10 g / l Tween 40Tween 40th 2 Tropfen/l2 drops / l 15 Minuten bei 121° autoklaviertAutoclaved at 121 ° for 15 minutes

Der pH-Wert wurde mit Citronensäure auf pH 2,5-2,6 ein­ gestellt. Die Schüttelkolbenansätze wurden bei 30°C auf einer Schüttelmaschine (bei 200 rpm) 1 bzw. 2 Tage in­ kubiert. Sobald eine Trübung in dem Isolierungsmedium zu erkennen war, wurden Proben mit der Impföse, und verdünnte Proben mit dem Trikalskyspatel auf Agar-Plat­ ten vereinzelt. Die Agar-Platten enthielten eines der Screening-medien folgender Zusammensetzung:The pH was adjusted to pH 2.5-2.6 with citric acid posed. The Schüttelkolbenansätze were at 30 ° C. a shaker (at 200 rpm) for 1 or 2 days in cubed. Once a cloudiness in the isolation medium was seen, samples were taken with the loop, and diluted samples with the Trikalsky spatula on agar-plat isolated. The agar plates contained one of the Screening media of the following composition:

Isolierungsmedienisolation media I. MediumI. Medium Glucose|100 g/lGlucose | 100 g / l Hefeextraktyeast extract 5 g/l5 g / l MgSO₄ · 7aqMgSO₄ · 7aq 0,5 g/l0.5 g / l KH₂PO₄KH₂PO₄ 1 g/l1 g / l CaCO₃CaCO₃ 5 g/l bzw. 10 g/l5 g / l or 10 g / l Agaragar 20 g/l20 g / l Thiamin-HClThiamine HCl 0,1 g/l (steril filtriert)0.1 g / l (sterile filtered)

II. MediumII. Medium Glucose|100 g/lGlucose | 100 g / l YBN (yeast base nitrogen)YBN (yeast base nitrogen) 6,7 g/l (steril filtriert) 6.7 g / l (sterile filtered)   CaCO₃CaCO₃ 7 g/l7 g / l Agaragar 20 g/l20 g / l

Die Platten wurden bei 30°C 2-5 Tage inkubiert. Säu­ reproduzierende Mikroorganismen können leicht erkannt werden, denn die gebildete Säure löst das CaCO₃ auf und bildet einen klaren Lysehof. Die säureproduzierenden Mikroorganismen wurden in reiner Kultur auf dem o.a. Medium und dann auf einem Stammhaltungsmedium (Hefe- Malz-Extrakt-Agar für Pilze und Hefen) vereinzelt und bei 30°C 1 bzw. 2 Tage inkubiert. Anschließend wurden die gewonnenen Isolate bei 4°C aufbewahrt und zusätz­ lich in einem 30% Glycerin enthaltenen Medium bei -20°C und -80°C eingefroren. Die wichtigsten Isolate wurden lyophilisiert.The plates were incubated at 30 ° C for 2-5 days. säu reproducing microorganisms can be easily detected be, because the acid formed dissolves the CaCO₃ and forms a clear Lysehof. The acid-producing Microorganisms were grown in pure culture on the o.a. Medium and then on a strain medium (yeast Malt extract agar for mushrooms and yeasts) isolated and incubated at 30 ° C for 1 or 2 days. Subsequently were the recovered isolates are stored at 4 ° C and added in a medium containing 30% glycerol Frozen at -20 ° C and -80 ° C. The main isolates were lyophilized.

Die isolierten Stämme haben eine charakteristische Rosafarbe. Sie sind streng aerob, d. h., sie sind nicht in der Lage, ohne Sauerstoff zu wachsen.The isolated strains have a characteristic Pink colour. They are strictly aerobic, d. they are not able to grow without oxygen.

Koloniemerkmalecolony features

Auf Malzextraktmedium hefeartig-glatt, Rand fransig durch Mycel; anfangs schwach pink, später stellenweise dunkelbraun. Koloniedurchmesser nach 7 Tagen bei 25°C etwa 40 mm.On malt extract medium yeast-like smooth, margin fringed through mycelium; initially pale pink, later in places  dark brown. Colony diameter after 7 days at 25 ° C about 40 mm.

Morphologiemorphology

Hyphen farblos, häufig septiert, anfangs dünnwandig, später stellenweise auch dunkelbraun, dickwandig. Koni­ dienbildende Zellen undifferenziert, interkalar oder terminal. Blastokonidien entstehen simultan in Gruppen, ellipsoid, Größe sehr variabel (3-7 × 7-16 µm), meist mit kurzem Hilum an der Ansatzstelle. Teilweise Bildung von Endokonidien (3 × 6 µm).Hyphen colorless, often septate, initially thin-walled, later in places also dark brown, thick-walled. Koni dienbildende cells undifferentiated, intercalar or terminal. Blastokonidien arise simultaneously in groups, ellipsoid, size very variable (3-7 × 7-16 μm), mostly with short hilum at the attachment site. Partial education of endoconidia (3 × 6 μm).

Die isolierten Mikroorganismen können neben der Glucose auch auf Maltose als einziger Kohlenstoffquelle wach­ sen. Diese Eigenschaft kann bei der Nutzung von maltosehaltigen billigen Stärketeilhydrolysaten von In­ teresse sein. Auf Mannitol wachsen sie langsam. Sie lassen sich leicht auf porösem Sinterglas immobilisie­ ren und bieten sich für die kontinuierliche Gluconsäu­ reproduktion mit immobilisierten Zellen an.The isolated microorganisms can in addition to the glucose also awake on maltose as sole carbon source sen. This property can be exploited when using maltose-containing cheap partial starch hydrolysates of In be interesting. On mannitol they grow slowly. you can be easily immobilized on porous sintered glass and offer themselves for the continuous Gluconsäu reproduction with immobilized cells.

Beispiel 2Example 2 Gluconsäureproduktiongluconic acid

Die wie vorstehend isolierten Mikroorganismen wurden im Schüttelkolben untersucht. Zu dem Medium wurde CaCO₃ zur Neutralisierung der gebildeten Säure zugegeben. Das Screening-medium enthielt folgende Komponenten:The microorganisms isolated as above were used in Shake flask examined. To the medium was CaCO₃ added to neutralize the acid formed. The Screening medium contained the following components:

Glucoseglucose 100 bzw. 150 g/l100 or 150 g / l NH₄ClNH₄Cl 0,3 g/l0.3 g / l MgSO₄·7aqMgSO₄ · 7AQ 0,2 g/l0.2 g / l KH₂PO₄KH₂PO₄ 0,3 g/l0.3 g / l Hefeextraktyeast extract 0,05 g/l0.05 g / l Thiamin-HClThiamine HCl 0,1 mg/l0.1 mg / l CaCO₃CaCO₃ 20 bzw. 40 g/l20 or 40 g / l

500 ml-Schüttelkolben, die 50 ml der o.g. Fermenta­ tionslösung enthielten, wurden aus frischen Kulturen der isolierten Stämme mit der Impföse angeimpft und 48 Stunden bei 30°C auf einer Schüttelmaschine bei 200 rpm inkubiert.500 ml shake flask containing 50 ml of the o.g. Fermenta were from fresh cultures of isolated strains inoculated with the loop and 48 Hours at 30 ° C on a shaker 200 rpm incubated.

Die Säurekonzentrationen wurden quantitativ mit einem HPLC-Gerät (RP₁₈-Säule, 2% Acetonitril und 5 mM TBA als Laufmittel, mit 1 ml/min Laufgeschwindigkeit) bei Raumtemperatur gemessen. Die Detektion erfolgte mit einem UV-Detektor bei 210 nm.The acid concentrations were quantified with a HPLC apparatus (RP₁₈ column, 2% acetonitrile and 5 mM TBA as eluent, with 1 ml / min running speed) Room temperature measured. The detection took place with a UV detector at 210 nm.

Mit den Aureobasidium pullulans Isolaten konnten inner­ halb von 2 Tagen mit 0,3 g/l NH₄Cl als Stickstoffquelle abhängig von der eingesetzten CaCO₃-Konzentration Gluconsäurekonzentrationen zwischen 22 und 140 g/l er­ reicht werden. Die besten Ergebnisse wurden mit 40 g/l CaCO₃ bei 150 g/l Anfangsglucosekonzentration erzielt. Eine Auswahl der Isolate wurde hinterlegt unter den Nr. DSM 7085, DSM 7086, DSM 7087 und DSM 7088.With the Aureobasidium pullulans isolates could half of 2 days with 0.3 g / l NH₄Cl as a nitrogen source depending on the CaCO₃ concentration used Gluconic acid concentrations between 22 and 140 g / l he be enough. The best results were with 40 g / l CaCO₃ achieved at 150 g / l initial glucose concentration. A selection of the isolates has been deposited under the no. DSM 7085, DSM 7086, DSM 7087 and DSM 7088.

Beispiel 3Example 3 pH-Einfluß auf die Gluconsäureproduktion mit Aureobasi­ dium-StämmenpH influence on gluconic acid production with aureobasis dium strains

Die isolierten Stämme produzieren Gluconsäure in einem pH-Bereich zwischen 3,5 und 8, bevorzugt werden pH- Werte zwischen 5,5 und 7,5. Das PH-Optimum liegt bei pH 6,5.The isolated strains produce gluconic acid in one pH range between 3.5 and 8, preferably pH Values between 5.5 and 7.5. The PH optimum is included pH 6.5.

Der Stamm DSM 7086 produzierte diskontinuierlich im Kleinfermenter nach 27,5 Stunden 13,74 g/l bei pH 4, 22,63 g/l bei pH 5, 42,51 g/l bei pH 6 und 67,71 g/l Gluconsäure bei pH 7. The strain DSM 7086 produced intermittently in Small fermenter after 27.5 hours 13.74 g / l at pH 4, 22.63 g / l at pH 5, 42.51 g / l at pH 6 and 67.71 g / l Gluconic acid at pH 7.  

Tabelle table

pH-Einfluß auf die Gluconsäureproduktion mit DSM 7086 pH influence on gluconic acid production with DSM 7086

Beispiel 4Example 4 pH-Einfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefermenta­ tion mit DSM 7085pH influence on the continuous gluconic acid fermentation tion with DSM 7085

Das PH-Optimum für das Wachstum und die Produktion mit DSM 7085 wurde in kontinuierlichen Chemostatexperimen­ ten (im gleichen Kleinfermenter) unter sonst gleichen Fermentationsbedingungen untersucht. Die Verweilzeit lag bei konstanter Substratzufuhr abhängig von der ver­ brauchten NaOH zwischen 21,86 und 25,51 Stunden. Um einen steady state-Zustand zu erreichen, wurden mehr als fünf Verweilzeiten benötigt.The PH optimum for growth and production DSM 7085 was used in continuous chemostat experiments (in the same small fermenter) under otherwise the same Fermentation conditions examined. The residence time was at a constant substrate supply dependent on the ver needed NaOH between 21.86 and 25.51 hours. Around To reach a steady state condition became more needed as five residence times.

Fermentationsmediumfermentation medium Glucose|360 g/lGlucose | 360 g / l NH₄ClNH₄Cl 3 g/l (gemessen 761 mg/l Stickstoff)3 g / l (measured 761 mg / l nitrogen) KH₂PO₄KH₂PO₄ 0,7 g/l0.7 g / l MgSO₄·7 aqMgSO₄ · 7 aq 0,35 g/l0.35 g / l CuSO₄·5 aqCuSO₄ · 5 aq 100 µg/l100 μg / l Na₂MoO₄·2 aqNa₂MoO₄ · 2 aq 200 µg/l200 μg / l ZnSO₄·7 aqZnSO₄ · 7 aq 0,01 g/l0.01 g / l CoSO₄·7 aqCoSO₄ · 7 aq 4 mg/l4 mg / l H₃BO₃H₃BO₃ 0,04 g/l0.04 g / l MnSO₄·4a qMnSO₄ · 4a q 5 mM5mM FeSO₄·7 aqFeSO₄ · 7 aq 100 µM100 μM CaCl₂CaCl₂ 0,1 g/l0.1 g / l NaClNaCl 0,1 g/l0.1 g / l KJKJ 0,1 mg/l0.1 mg / l Citronensäurecitric acid 2,5 g/l2.5 g / l Thiamin-HClThiamine HCl 2 mg/l2 mg / l Biotinbiotin 0,25 mg/l0.25 mg / l Pyridoxin-HClPyridoxine HCl 0,625 mg/l0.625 mg / l Ca-D-PantothenatCa D-pantothenate 0,625 mg/l0.625 mg / l Nicotinsäurenicotinic acid 0,5 mg/l0.5 mg / l Temperaturtemperature 30°C30 ° C pH-KorrekturpH correction 22,5% NaOH-Lösung22.5% NaOH solution NH₄Cl und Vitaminlösungen wurden steril filtriertNH₄Cl and vitamin solutions were sterile filtered

Mit dem Stamm DSM 7085 kann Gluconsäure kontinuierlich in einem PH-Bereich zwischen 3,5 und 8 produziert wer­ den (Fig. 1). Die höchste Raum-Zeit-Ausbeute wurde bei pH 6,5 erzielt und betrug bei einer Verweilzeit von 21,86 Stunden 11,64 g/l · h. Die biomassespezifische Pro­ duktivität stieg mit steigendem pH-Wert und betrug bei pH 7 2,08 g/g · h. Die Selektivität (Mol Produkt/Mol umgesetzte Glucose) lag mit Ausnahme von pH 4,5 über 90%, bei pH 5,5 bis 6 lag sie bei nahezu 100%. Der höchste Umsatz (g umgesetzte Glucose/g eingesetzte Glu­ cose) und die höchste Ausbeute (Mol Produkt/Mol einge­ setzte Glucose) wurden bei pH 6,5 erreicht (Fig. 1 u. 2). Gluconic acid can be continuously produced in a pH range between 3.5 and 8 with the strain DSM 7085 ( FIG. 1). The highest space-time yield was achieved at pH 6.5 and was at a residence time of 21.86 hours 11.64 g / l · h. The biomass-specific productivity increased with increasing pH and was at pH 7 2.08 g / g · h. The selectivity (moles of product / mole of converted glucose) was above 90% with the exception of pH 4.5, at pH 5.5 to 6 it was almost 100%. The highest conversion (g glucose / g glucose used) and the highest yield (moles of product / mole of glucose used) were achieved at pH 6.5 ( Figures 1 and 2).

Bei niedrigeren pH-Werten (pH 4,5) war die Selektivi­ tät, Raum-Zeit-Ausbeute und biomassespezifische Produk­ tivität sehr schlecht, jedoch die höchste Biomassekon­ zentration zu beobachten. Die hohe Viskosität der Fer­ mentationslösung ist auf die Bildung von Polymeren zu­ rückzuführen. Aureobasidium-Stämme sind bekannt für die Pullulanbildung. Durch pH-Werte über 4,5 kann die Poly­ merbildung zurückgedrängt werden.At lower pH's (pH 4.5) the selectivi was efficiency, space-time yield and biomass-specific product very poor, but the highest biomass to observe concentration. The high viscosity of Fer ment solution is based on the formation of polymers recirculate. Aureobasidium strains are known for Pullulan. With pH values above 4.5, the poly be forced back.

Beispiel 5Example 5 Sauerstoffeinfluß auf die Gluconsäurefermentation mit Aureobasidium-StämmenOxygen influence on the Gluconsäurefermentation with Aureobasidium strains

Die Sauerstoffversorgung ist ähnlich wie bei Aspergillus niger von großer Bedeutung für die Glucon­ säurefermentation mit den isolierten Stämmen.The oxygen supply is similar to Aspergillus niger of great importance to the glucon acid fermentation with the isolated strains.

Eine direkte Sauerstoffabhängigkeit konnte bei Schüt­ telkolben- und Kleinfermenter-Experimenten beobachtet werden. Ein Isolat von Wiesenblumen aus Holland erreichte 54,17 g/l Gluconsäure im Schüttelkolben ohne Schikanen und 97,8 g/l Gluconsäure im Schüttelkolben mit Schika­ nen. Den Sauerstoffeinfluß verdeutlicht folgende Tabelle.A direct oxygen dependence could at Schüt telcool and small-fermenter experiments become. An isolate of meadow flowers from Holland reached 54.17 g / l gluconic acid in a shake flask without baffles and 97.8 g / l gluconic acid in a shake flask with Schika NEN. The influence of oxygen illustrates the following Table.

Sauerstoffeinfluß auf den GlucoseverbrauchOxygen influence on glucose consumption Belüftungventilation Glucoseverbrauch nach 48 h (g/l)Glucose consumption after 48 h (g / l) 1. Schüttelkolben ohne Schikanen1. Shake flasks without baffles 5757 2. Schüttelkolben mit Schikanen2. Shake flasks with baffles 100100 3. N₂ (Kleinfermenter)3. N₂ (small fermenter) 0,70.7 4. 0,3 vvm (Luftsauerstoff)4. 0.3 vvm (atmospheric oxygen) 9,89.8 5. 1,4 vvm (Luftsauerstoff)5. 1.4 vvm (atmospheric oxygen) 22,522.5

Bei Fermentationen mit weiteren Isolaten im Kleinfer­ menter (mit Magnetrührer) war eine Sauerstoffversorgung mit Luft nicht ausreichend für eine optimale Gluconsäu­ reproduktion. In den folgenden Experimenten wurde des­ wegen mit reinem Sauerstoff gearbeitet, um die bessere Sauerstoffversorgung im Rührkessel zu simulieren.For fermentations with other isolates in Kleinfer menter (with magnetic stirrer) was an oxygen supply with air not sufficient for optimal Gluconsäu reproduction. In the following experiments, the because of working with pure oxygen to the better To simulate oxygen supply in the stirred tank.

Beispiel 6Example 6 Sauerstoffeinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäure­ fermentation mit DSM 7085Oxygen influence on the continuous gluconic acid fermentation with DSM 7085

Der Sauerstoffeinfluß wurde im Rührkessel (Biostat E von Braun-Diessel) im kontinuierlichen Prozeß mit dem Produktionsstamm DSM 7085 bei Verweilzeiten zwischen 12 und 13 Stunden genauer untersucht. Bei den verschie­ denen Versuchen wurde das Luft/Sauerstoff-Verhältnis variiert. Die Zusammensetzung des Fermentationsmediums entsprach abgesehen von einer auf 0,5 mM erhöhten Eisenkonzentration und einer Kupfersulfatkonzentration von 1 mg/l im wesentlichen Beispiel 4.The influence of oxygen was measured in a stirred tank (Biostat E von Braun-Diessel) in the continuous process with the Production strain DSM 7085 with residence times between 12 and examined in detail for 13 hours. In the various The experiments were the air / oxygen ratio varied. The composition of the fermentation medium except for one increased to 0.5mM Iron concentration and a copper sulfate concentration of 1 mg / L substantially Example 4.

Die Gelöstsauerstoffkonzentration beeinflußt sowohl das Wachstum (Fig. 3), als auch die Gluconsäureproduktion (Fig. 5) und verschiedene Größen wie Umsatz, Raum-Zeit- Ausbeute, biomassespezifische Produktivität (Fig. 4), Selektivität und Ausbeute.The dissolved oxygen concentration affects both growth ( Figure 3) and gluconic acid production ( Figure 5) and various quantities such as turnover, space-time yield, biomass-specific productivity ( Figure 4), selectivity and yield.

Mit DSM 7085 kann Gluconsäure zwischen 40 und 360% Gelöstsauerstoff produziert werden (100% entsprechen Sauerstoffsättigung mit Luftsauerstoff). Die bio­ massespezifische Produktivität stieg linear mit stei­ gender Gelöstsauerstoffkonzentration und betrug bei einer Verweilzeit von 13,29 Stunden und Gelöstsauer­ stoffkonzentration von 360% 3,2 g/g · h.With DSM 7085, gluconic acid can be between 40 and 360% Dissolved oxygen will be produced (100% equivalent Oxygen saturation with atmospheric oxygen). The bio Mass-specific productivity rose linearly with stei gender dissolved oxygen concentration and was at a residence time of 13.29 hours and dissolved acid substance concentration of 360% 3.2 g / g · h.

Das Wachstum steigt in einem Bereich zwischen 39 und 77% und sinkt wieder bei höheren Gelöstsauerstoffkon­ zentrationen. Eine Korrelation wird im CO₂ der Abluft beobachtet. Die optische Dichte korreliert nicht mit der Biomassekonzentration und nimmt bei Erhöhung der Sauerstoffkonzentration im Fermenter von 39% bis auf 360% linear ab. Dies ist auf die Pelletbildung (niedrigere optische Dichte) bei höheren Sauerstoffkon­ zentrationen zurückzuführen und kann eine Schutzfunk­ tion haben (Fig. 3).The growth increases in a range between 39 and 77% and decreases again at higher dissolved oxygen concentrations. A correlation is observed in the CO₂ of the exhaust air. The optical density does not correlate with the biomass concentration and decreases linearly from 39% to 360% when the oxygen concentration in the fermenter is increased. This is due to pelletization (lower optical density) at higher oxygen concentrations and may have a protective function ( Figure 3).

Die Raum-Zeit-Ausbeute erreichte bei 122% Gelöstsauer­ stoff bei einer Verweilzeit von 12,71 Stunden ihr Maxi­ mum mit 16,57 g/l · h (Fig. 4). Die Selektivität lag im gesamten Gelöstsauerstoffbereich über 90%. Bei diesen kurzen Verweilzeiten konnten über 200 g/l Gluconsäure kontinuierlich produziert werden. Der Einsatz höherer Glucosekonzentrationen und eine Biomasserückhaltung mit Mikrofiltration ermöglicht bei hohen Gelöstsauerstoffkonzentrationen die Maximierung der Gluconsäurekonzentration bei kurzen Verweilzeiten. Eine Alternative ist die Züchtung des Mikroorganismus in einem Kleinfermenter bei optimalen Wachstumssauerstoff­ konzentrationen und die kontinuierliche Zuführung mit dem Produktionsmedium in einen zweiten Produktionsfer­ menter mit hohen Gelöstsauerstoffkonzentrationen. Eine Stickstofflimitierung kann die spezifischen Größen posi­ tiv beeinflussen.The space-time yield reached at 122% dissolved oxygen with a residence time of 12.71 hours, their maximum with 16.57 g / l · h ( Figure 4). The selectivity was over 90% in the total dissolved oxygen range. With these short residence times over 200 g / l gluconic acid could be produced continuously. The use of higher glucose concentrations and biomass retention with microfiltration allows maximizing gluconic acid concentration with short residence times at high dissolved oxygen concentrations. An alternative is to cultivate the microorganism in a small fermenter at optimum growth oxygen concentrations and to continuously feed the production medium into a second high-oxygen-content production fermenter. Nitrogen limitation can positively influence the specific parameters.

Beispiel 7Example 7 Kontinuierliche Gluconsäurefermentation mit DSM 7085 bei verschiedenen Verweilzeiten (X/D-Diagramm)Continuous gluconic acid fermentation with DSM 7085 at different residence times (X / D diagram)

Das Fermentationsmedium entsprach im wesentlichen Beispiel 4:The fermentation medium corresponded substantially Example 4:

Fermentationsmediumfermentation medium Glucoseglucose 110 g/l und 249-300 g/l110 g / l and 249-300 g / l NH₄ClNH₄Cl 3 g/l3 g / l KH₂PO₄KH₂PO₄ 0,7 g/l0.7 g / l MgSO₄·7 aqMgSO₄ · 7 aq 0,35 g/l0.35 g / l CuSO₄·5 aqCuSO₄ · 5 aq 100 µg/l100 μg / l ZnSO₄·7 aqZnSO₄ · 7 aq 0,01 g/l0.01 g / l CoSO₄·7 aqCoSO₄ · 7 aq 0,004 g/l0.004 g / l H₃BO₃H₃BO₃ 0,04 g/l0.04 g / l MnSO₄·4 aqMnSO₄ · 4 aq 0,5 mM0.5 mM FeSO₄·7 aqFeSO₄ · 7 aq 0,5 mM0.5 mM CaCl₂CaCl₂ 0,1 g/l0.1 g / l NaClNaCl 0,1 g/l0.1 g / l KJKJ 0,1 mg/l0.1 mg / l Na₂MoO₄·2aqNa₂MoO₄ · 2aq 200 µg/l200 μg / l Citronensäurecitric acid 2,5 g/l2.5 g / l Temperaturtemperature 30°C30 ° C pH-WertPH value 6,56.5 Arbeitsvolumenworkload 500 ml500 ml Korrekturmittelcorrection means 22,5% NaOH22.5% NaOH

Bei der kontinuierlichen Gluconsäurebildung mit DSM 7085 kann man beim Einsetzen einer Glucosekonzentration von 360 g/l bei kurzen Verweilzeiten von etwa 10- 12 Stunden über 200 g/l Gluconsäure über längere Zeit produzieren (Fig. 6). Bei Anwendung höherer Glucosekonzentrationen kann die Gluconsäurekonzentra­ tion maximiert werden. Die Gluconsäurekonzentration korreliert mit dem Verlauf der Biomassekonzentration und sinkt bei Verkürzung der Verweilzeit. Umgekehrt verhält sich die Glucosekonzentration.In continuous gluconic acid formation with DSM 7085, upon ingestion of a glucose concentration of 360 g / L with short residence times of about 10-12 hours, over 200 g / L gluconic acid can be produced for a prolonged time ( Figure 6). By using higher glucose concentrations, gluconic acid concentration can be maximized. The gluconic acid concentration correlates with the course of the biomass concentration and decreases with shortening of the residence time. Conversely, the glucose concentration behaves.

Die Raum-Zeit-Ausbeute steigt erst bei Verkürzung der Verweilzeit bis auf 10,77 Stunden linear und bricht dann bei noch kürzeren Verweilzeiten zusammen. Die bio­ massespezifische Produktivität steigt im gesamten Be­ reich bei Verkürzung der Verweilzeit (Fig. 7). Der Um­ satz und die Ausbeute (Mol Produkt/Mol eingesetzte Glu­ cose) sinken ähnlich wie die Gluconsäurekonzentration bei Verkürzung der Verweilzeit. Die Selektivität liegt im gesamten Bereich über 90%. Um die Gluconsäurekonzentration zu maximieren ist es günstiger, bei Verweilzeiten von über 20 Stunden und mit hohen Glucosekonzentrationen zu arbeiten.The space-time yield only increases linearly when the residence time is reduced to 10.77 hours and then collapses at even shorter residence times. The bio mass-specific productivity increases throughout Be with shortening of the residence time ( Fig. 7). The conversion and the yield (moles of product / mole of glucose used) fall in a similar way to the gluconic acid concentration while shortening the residence time. The selectivity is over 90% in the entire range. In order to maximize gluconic acid concentration, it is better to work at residence times of over 20 hours and at high glucose concentrations.

Im X/D-Diagramm mit 110 g/l Glucose im Zulauf steigt erst die Gluconsäurekonzentration bei Verkürzung der Verweilzeit und sinkt wieder bei sehr kurzen Verweil­ zeiten. Bei längeren Verweilzeiten wird die gebildete Gluconsäure umgesetzt und Fumarsäure als Nebenprodukt gebildet.In the X / D diagram with 110 g / l glucose in the feed increases first the gluconic acid concentration with shortening of the Residence time and decreases again at very short dwell times. For longer residence times, the formed Gluconic acid reacted and fumaric acid as a byproduct educated.

Beispiel 8Example 8 Eisen- und Mangan-Einfluß auf die diskontinuierliche GluconsäurefermentationIron and manganese influence on the discontinuous Gluconic Acid

Mit Mangan- und Eisenionen kann man das Wachstum und die Gluconsäureproduktion steuern. Mit einem definier­ ten Minimalmedium konnte bei Eisen- und Manganmangel mit einem charakteristischen pelletartigen Wachstum bei einem Umsatz von fast 100% eine Selektivität von 98% erreicht werden.With manganese and iron ions you can grow and control gluconic acid production. With a definier Minimal medium was found to be deficient in iron and manganese with a characteristic pellet-like growth a turnover of almost 100% a selectivity of 98% be achieved.

Der Einfluß von Eisen ist jedoch nicht so groß wie beim Mangan. Der Stamm DSM 7085 zeigte eine ähnliche Glucon­ säureproduktion bei Eisenkonzentrationen zwischen 50 und 500 µM, bei einer NH₄Cl-Konzentration von 0,3 g/l. However, the influence of iron is not as great as in the case of Manganese. Strain DSM 7085 showed a similar glucone Acid production at iron concentrations between 50 and 500 μM, at a NH₄Cl concentration of 0.3 g / l.  

Zusammensetzung des Mediums Composition of the medium

Medium zum EiseneinflußMedium to iron influence w.o.Where. MnSO₄ · 4 aqMnSO₄ · 4 aq 0,5 mM0.5 mM FeSO₄ · 7 aqFeSO₄ · 7 aq 50, 100, 250 und 500 µM50, 100, 250 and 500 μM

Eine Manganlimitierung (10 µM Eisen und 0 µM Mangan in der Fermentationslösung) führte ähnlich wie bei der Eisenlimitierung zu einer Selektivität von 98% bei einem Umsatz von fast 100%. Nach 54 Stunden konnten mit dem o.a. Medium 147 g/l Gluconsäure produziert wer­ den. Charakteristisch war hier ebenfalls ein pelletar­ tiges Wachstum. Ohne Mangan und ohne Eisen konnten nach 54 Stunden nur 32 g/l, mit 0 µM Eisen und 10 µM Mangan 118,86 g/l und mit 10 µM Eisen und 0 µM Mangan 147,07 g/l Gluconsäure gebildet werden.Manganese limitation (10 μM iron and 0 μM manganese in the fermentation solution) led similar to the Iron limitation to a selectivity of 98% a turnover of almost 100%. After 54 hours could with the o.a. Medium 147 g / l gluconic acid who produces the. Characteristic here was also a pelletar constant growth. Without manganese and without iron could after Only 32 g / l for 54 hours, with 0 μM iron and 10 μM manganese  118.86 g / L and with 10 μM iron and 0 μM manganese 147.07 g / l of gluconic acid are formed.

Bei Erhöhung der Mangankonzentration konnte das Wachs­ tum und die Produktion beschleunigt werden. Mit 0,25 mM Mangan und ohne Eisen wurden nach 24 Stunden 29,08 g/l, mit 0,5 mM 44,27 g/l und mit 2 mM 35,67 g/l Gluconsäure gebildet. Mit 10 µM Mangan wurden nach 24 Stunden nur 11 g/l gebildet. Die Selektivität lag über 90%.When increasing the manganese concentration, the wax could growth and production. With 0.25 mM Manganese and iron were 29.08 g / l after 24 hours, with 0.5 mM 44.27 g / l and with 2 mM 35.67 g / l gluconic acid educated. With 10 μM manganese were only after 24 hours 11 g / l formed. The selectivity was over 90%.

Beispiel 9Example 9 Manganeinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefer­ mentation mit DSM 7085Manganese influence on the continuous gluconic acid mentation with DSM 7085

Der Manganeinfluß wurde in kontinuierlichen Fermenta­ tionen im Kleinfermenter genauer untersucht. Bei diesen Experimenten wurde ein Medium wie in Beispiel 4 be­ nutzt, nur daß die Mangankonzentration nach jedem steady state variiert wurde. Dabei wurden Mangankonzen­ trationen zwischen 0,25 und 7,5 mM eingesetzt. Bis zum Erreichen des jeweiligen steady states waren mindestens 5 Verweilzeiten erforderlich.The manganese influence was in continuous fermentation tions in the small fermenter. In these Experiments were a medium as in Example 4 be uses, except that the manganese concentration after each steady state was varied. This manganese concertos were concentrations between 0.25 and 7.5 mM. Until the Reaching the respective steady states were at least 5 residence times required.

Medienzusammensetzungmedia composition Glucose|360 g/lGlucose | 360 g / l NH₄ClNH₄Cl 3 g/l3 g / l KH₂PO₄KH₂PO₄ 0,7 g/l0.7 g / l MgSO₄·7 aqMgSO₄ · 7 aq 0,35 g/l0.35 g / l ZnSO₄·6 aqZnSO₄ · 6 aq 0,01 g/l0.01 g / l CuSO₄·5 aqCuSO₄ · 5 aq 1 mg/l1 mg / l CoSO₄·7 aqCoSO₄ · 7 aq 4 mg/l4 mg / l H₃BO₃H₃BO₃ 0,04 g/l0.04 g / l CaCl₂CaCl₂ 0,1 g/l0.1 g / l NaClNaCl 0,1 g/l0.1 g / l KJKJ 0,1 mg/l0.1 mg / l FeSO₄·7 aqFeSO₄ · 7 aq 0,1 mM0.1 mM MnSO₄·5 aqMnSO₄ · 5 aq 0,25-7,5 mM0.25-7.5 mM Temperaturtemperature 30°C30 ° C pH-WertPH value 6,56.5 Arbeitsvolumenworkload 500 ml500 ml SKESKE 13001300 Verweilzeitdwell ca. 18 h; < 20 habout 18 h; <20 h (Vitaminzusatz wie in Beispiel 4)(Vitamin addition as in Example 4)

Bei der kontinuierlichen Gluconsäurefermentation mit DSM 7085 kann Gluconsäure bei Mangankonzentrationen zwischen 0 und über 7,5 mM Mangan produziert werden. Das Optimum liegt im Bereich von 2,75 bis 5 mM. Mit An­ stieg der Mangankonzentration von 0,25 bis auf 5 mM Mangan steigt die Biomasse und sinkt wieder bei weite­ rer Erhöhung. Bei Verweilzeiten über 20 Stunden wird die Glucose mit 5 mM Mangan weitgehend verbraucht und gebildete Gluconsäure z. Teil umgesetzt (Fig. 9). Bei den niedrigeren Verweilzeiten konnte gezeigt werden, daß mit 5 mM Mangan die höchste Gluconsäurekonzentration von 260 g/l kontinuierlich produziert werden kann (s. Fig. 8). Oberhalb und unterhalb dieser Mangankonzentra­ tion sinkt die Gluconsäurekonzentration und beträgt bei 0,25 mM Mn nur 92,73 g/l (Fig. 8). In continuous gluconic acid fermentation with DSM 7085, gluconic acid can be produced at manganese concentrations between 0 and over 7.5 mM manganese. The optimum is in the range of 2.75 to 5 mM. As the manganese concentration increases from 0.25 to 5 mM manganese, the biomass increases and decreases again at a further increase. At residence times over 20 hours, the glucose is largely consumed with 5 mM manganese and formed gluconic acid z. Part implemented ( Fig. 9). At the lower residence times it could be shown that with 5 mM manganese the highest gluconic acid concentration of 260 g / l can be produced continuously (see Fig. 8). Above and below this Mangankonzentra tion, the gluconic acid concentration decreases and is at 0.25 mM Mn only 92.73 g / l ( Figure 8).

Beispiel 10Example 10

Eiseneinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefermen­ tation mit DSM 7085Iron influence on the continuous Gluconsäurefermen with DSM 7085

Fermentationsmediumfermentation medium wie in Beispiel 9, mitas in Example 9, with NH₄Cl|3 g/lNH₄Cl | 3 g / l MnSO₄·4 aqMnSO₄ · 4 aq 5 mM5mM FeSO₄·7 aqFeSO₄ · 7 aq 0,1 bis 2 mM0.1 to 2 mM

Bei der kontinuierlichen Gluconsäureproduktion waren die Unterschiede über ein weites Spektrum der Eisenkon­ zentrationen (von 0,1 bis 2 mM) ähnlich wie bei der diskontinuierlichen Gluconsäurebildung nicht so groß. Man kann mit 0 bis über 2 mM Eisen kontinuierlich Gluconsäure produzieren, bevorzugt werden Konzentratio­ nen zwischen 0,1 und 1 mM Eisen.In the continuous gluconic acid production were the differences across a wide spectrum of iron con concentrations (from 0.1 to 2 mM) similar to the discontinuous gluconic acid formation is not so great. One can with 0 to over 2 mM iron continuously Concentration of gluconic acid is preferred between 0.1 and 1 mM iron.

Der Eiseneinfluß wurde in Chemostatexperimenten bei Verweilzeiten von ca. 13 und 18 Stunden untersucht. Das verwendete Medium wurde im Beispiel 10 angegeben. Bei einer Verweilzeit von ca. 18 h und bei fast vollständi­ gem Umsatz wurden keine meßbaren Effekte beobachtet (Fig. 10), jedoch nur bei der kürzeren Verweilzeit (kein vollständiger Umsatz; Fig. 11).The influence of iron was investigated in chemostat experiments with residence times of about 13 and 18 hours. The medium used was given in Example 10. At a residence time of about 18 hours and at almost complete conversion, no measurable effects were observed ( Figure 10), but only at the shorter residence time (no complete conversion, Figure 11).

Über einen Konzentrationsbereich zwischen 0,1 und 2 mM Eisen wurden im Vergleich zum Manganeinfluß keine großen Unterschiede im Wachstum und in der Gluconsäure­ produktion beobachtet.Over a concentration range between 0.1 and 2 mM Iron was not compared to manganese big differences in growth and in gluconic acid production observed.

Fig. 11 zeigt den Eiseneinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefermentation bei einer Verweilzeit von ca. 18 h: 5,96 g/l Biomasse wurden mit 0,1 mM Eisen und 7,4 g/l mit 2mN Fe gebildet. Im gesamten Bereich wurde Stickstoff im Fermenter gemessen. Die Reststickstoff­ konzentration im Fermenter lag mit 0,1 mM Fe bei 197 mg/l und mit 2 mM bei 201 mg/l. Fig. 11 shows the influence of iron on the continuous gluconic acid fermentation with a residence time of about 18 h: 5.96 g / l of biomass were formed with 0.1 mM iron and 7.4 g / l with 2mN Fe. Nitrogen in the fermenter was measured throughout. The residual nitrogen concentration in the fermenter was 0.1 mg Fe at 197 mg / l and 2 mM at 201 mg / l.

Die maximale Gluconsäurekonzentration wurde mit 1 mM Eisen erreicht und lag bei 223,25 g/l. Mit 0,1 mM Fe wurden 181,95 g/l und mit 2 mM 215,66 g/l Gluconsäure gebildet. Die maximale Raum-Zeit-Ausbeute und maximale spezifische Produktivität wurden ebenfalls mit 1 mM Fe er­ zielt und lagen bei einer Verweilzeit von 13,28 h je­ weils bei 16,81 g/(l · h) und 2,46 g/(g · h). Mit 0,1 mM Eisen wurden bei einer Verweilzeit von 13,71 h eine Raum-Zeit-Ausbeute von 14,47 g/(l · h) und eine spezi­ fische Produktivität von 1,82 g/(g · h) erreicht (Fig. 12).The maximum gluconic acid concentration was reached with 1 mM iron and was 223.25 g / l. With 0.1 mM Fe, 181.95 g / l and with 2 mM 215.66 g / l gluconic acid were formed. The maximum space-time yield and maximum specific productivity were also achieved with 1 mM Fe and were at a residence time of 13.28 h each Weil at 16.81 g / (lh) and 2.46 g / (g · H). With 0.1 mM iron, a space-time yield of 14.47 g / (lh) and a specific productivity of 1.82 g / (gh) were achieved with a residence time of 13.71 h ( Fig. 12).

Signifikante Unterschiede in Abhängigkeit von der ein­ gesetzten Eisenkonzentration wurden bei dieser kurzen Verweilzeit (kein voller Umsatz) überraschenderweise bei der Produktselektivität (Mol Produkt/Mol umgesetzte Glucose) beobachtet. Mit steigender Eisenkonzentration von 0,1 mM bis auf 2 mM stieg kontinuierlich die Pro­ duktselektivität. Die Selektivität lag mit 0,1 mM bei 84,26% und mit 2 mM Eisen bei 98%. Bei Eisenkonzen­ trationen von über 0,5 mM lag die Selektivität über 90% (Fig. 13).Significant differences in iron concentration were observed at this short residence time (no full conversion), surprisingly at product selectivity (mole of product / mole of converted glucose). As the iron concentration increased from 0.1 mM to 2 mM, product selectivity increased continuously. The selectivity was 84.26% with 0.1 mM and 98% with 2 mM iron. At iron concentrations of more than 0.5 mM, the selectivity was above 90% ( FIG. 13).

Die optimale Verweilzeit für die jeweils eingesetzte Glucosekonzentration ist für eine optimale Produktion von großer Bedeutung und sollte berücksichtigt werden, da bei sehr langen Verweilzeiten die gebildete Gluconsäure teilweise umgesetzt wird.The optimal residence time for each used Glucose concentration is for optimal production Of great importance and should be taken into account at very long residence times, the gluconic acid formed partially implemented.

Mehr als 250 g/l Gluconsäure wurden mit allen der un­ tersuchten Eisenkonzentrationen gebildet bei einer Ver­ weilzeit von ca. 18 h. Die höchste Gluconsäurekonzen­ tration von 260,94 g/l wurde mit 0,1 mM Eisen gemessen. Mit 2 mM Eisen wurden 252,35 g/l Gluconsäure gebildet (Fig. 11). Die Selektivität sank mit steigender Eisen­ konzentration wegen des fortgesetzten Gluconsäurever­ brauchs.More than 250 g / l of gluconic acid were formed with all the investigated iron concentrations at a residence time of about 18 h. The highest gluconic acid concentration of 260.94 g / l was measured with 0.1 mM iron. With 2 mM iron, 252.35 g / l gluconic acid was formed ( Figure 11). The selectivity decreased with increasing iron concentration because of the continued Gluconsäurever consumption.

Fig. 12: Eiseneinfluß auf die spezifische Produkti­ vität (BSP) und Raum-Zeit-Ausbeute (RZA) bei einer Verweilzeit von ca. 13 Stunden. Fig. 12: Iron influence on the specific productivity (BSP) and space-time yield (RZA) with a residence time of about 13 hours.

Fig. 13: Eiseneinfluß auf die Produktselektivität bei einer Verweilzeit von ca. 13 Stunden. Fig. 13: Iron influence on the product selectivity with a residence time of about 13 hours.

Beispiel 11Example 11 Stickstoffeinflußnitrogen influence

Eine Stickstofflimitierung ist ebenfalls von großer Be­ deutung. Die Gluconsäureproduktion im diskontinuierli­ chen Prozeß mit den isolierten Stämmen ist ein Drei- Phasenprozeß und verläuft ähnlich wie eine typische Wachstumskurve mit einer lag-Phase, gefolgt von einer akkumulierenden log-Phase und einer stationären Produk­ tionsphase. Die maximale logarithmische Gluconsäurepro­ duktion setzte bei allen untersuchten Isolaten unmittelbar nach dem Verbrauch des Stickstoffs ein.Nitrogen limitation is also of great importance interpretation. Gluconic acid production in discontinuous process with the isolated strains is a three- Phase process and is similar to a typical one Growth curve with a lag phase followed by a lag phase accumulating log phase and a stationary product tion phase. The maximum logarithmic gluconic acid pro production was used on all isolates examined immediately after the consumption of nitrogen.

Unter Phosphorlimitierung mit 0,1 g/l KH₂PO₄ wurde der Stickstoffeinfluß in Kleinfermentern bei 30°C und pH 6,5 untersucht. Dabei wurden 0,5 g/l, 1 g/l, 2 g/l so­ wie 4 g/l NH₄Cl in vier Parallelfermentationen unter sonst gleichen Bedingungen eingesetzt. Interessanter­ weise wurde auch trotz übriggebliebenem Stickstoff bei den höheren N-Konzentrationen noch Gluconsäure produ­ ziert. Die Gluconsäureproduktion mit den isolierten Mikroorganismen ist wachstumsgekoppelt. Die besten spe­ zifischen Produktivitäten wurden bei der niedrigsten N- Konzentration (0,5 g/l NH₄Cl) ermittelt. Bei der höchsten N-Konzentration (4 g/l NH₄Cl) wurde das beste Wachstum und überraschenderweise eine bessere Produkti­ vität als bei den mittleren Konzentrationen (1 g/l und 2 g/l) beobachtet.Under Phosphorlimitierung with 0.1 g / l KH₂PO₄ was the Nitrogen influence in small fermenters at 30 ° C and pH 6.5 examined. In this case, 0.5 g / l, 1 g / l, 2 g / l were so as 4 g / l NH₄Cl in four parallel fermentations under otherwise used the same conditions. Interestingly Wise was also despite remaining nitrogen at the higher N concentrations still gluconic acid produ ed. The gluconic acid production with the isolated Microorganisms are growth-linked. The best spe specific productivities were recorded at the lowest Concentration (0.5 g / l NH₄Cl) determined. In the highest N concentration (4 g / l NH₄Cl) was the best Growth and, surprisingly, a better product than at the medium concentrations (1 g / l and  2 g / l).

Beispiel 12Example 12

Im fed-batch Prozeß konnten mit DSM 7085 innerhalb von zwei Tagen über 400 g/l Gluconsäure produziert werden. Die Selektivität lag ähnlich wie bei der kontinuierli­ chen Fermentation über 90%. Nach der Wachstumsphase wurde eine 75%ige Glucoselösung periodisch in den Fer­ menter zugeführt.In the fed-batch process could with DSM 7085 within over two days 400 g / l gluconic acid are produced. The selectivity was similar to that of the continuous fermentation over 90%. After the growth phase a 75% glucose solution was periodically added to the Fer supplied.

Mediumzusammensetzung medium composition

Der Stamm DSM 7085 konnte auch bei einer Glucosekon­ zentration von 360 g/l wachsen. Erst nach einer verlän­ gerten lag-Phase begann die log-Phase. Es ist also mög­ lich hohe Glucosekonzentrationen einzusetzen.The strain DSM 7085 could also at a Glucosekon concentration of 360 g / l grow. Only after a delay The lag phase started the log phase. So it is possible high glucose concentrations.

Sinnvollerweise fängt man jedoch mit Glucosekonzentra­ tionen von etwa 150 g/l an und gibt eine hochkonz. Glu­ coselösung bzw. Glucose in fester Form dem Fermenter zu.It makes sense, however, to start with glucose concentration of about 150 g / l and gives a highly conc. Glu coselösung or glucose in solid form to the fermenter to.

Beispiel 13Example 13 Phosphoreinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefer­ mentation A. pullulans DSM 7085Phosphorus influence on the continuous Gluconsäurefer mentation A. pullulans DSM 7085

Bei der Untersuchung zum Phosphoreinfluß wurde ein Me­ dium analog Beispiel 10, jedoch mit der halbierten Menge an Stickstoff, Vitaminen und Spurenelementen und mit 0,25 mM Eisen, verwendet. Die Versuche wurden bei Ver­ weilzeiten von ca. 12,5 und 17 Stunden durchgeführt. Der Phosphor-Effekt wurde deutlicher bei der kürzeren Verweilzeit.In the study on the influence of phosphorus, a Me dium analogous to Example 10, but with the halved Amount of nitrogen, vitamins and trace elements and with 0.25 mM iron. The experiments were carried out at Ver times of about 12.5 and 17 hours. The phosphor effect became clearer at the shorter Dwell time.

In Fig. 14 ist der Phosphoreinfluß auf die Gluconsäurefermentation bei einer Verweilzeit von ca. 13 h dargestellt. Mit steigender KH₂PO₄-Konzentration nimmt die Biomassekonzentration kontinuierlich ab. Mit 0,35 g/l KH₂PO₄ (dieses entspricht der Ausgangskonzen­ tration) wurden 4,47 g/l und mit 2,1 g/l KH₂PO₄ 1,91 g/l Biomasse gebildet. Mit steigender KH₂PO₄-Kon­ zentration von 0,35 g/l bis auf 1,4 g/l stieg kontinuierlich die Gluconsäurekonzentration. Mit 1,4 g/l KH₂PO₄ wurde die höchste Produktkonzentration von 191,35 g/l erreicht und sank wieder bei höheren KH₂PO₄-Konzentrationen. Mit 0,35 g/l KH₂PO₄ wurden zum Vergleich 158,99 g/l und mit 2,1 g/l 138,36 g/l Glucon­ säure kontinuierlich gebildet (Fig. 14). FIG. 14 shows the influence of phosphorus on the gluconic acid fermentation with a residence time of about 13 hours. With increasing KH₂PO₄ concentration, the biomass concentration decreases continuously. With 0.35 g / l KH₂PO₄ (this corresponds to the Ausgangskonzen concentration) were 4.47 g / l and formed with 2.1 g / l KH₂PO₄ 1.91 g / l biomass. With increasing KH₂PO₄ con centration of 0.35 g / l up to 1.4 g / l continuously increased the gluconic acid concentration. With 1.4 g / l KH₂PO₄ the highest product concentration of 191.35 g / l was reached and dropped again at higher KH₂PO₄ concentrations. With 0.35 g / l KH₂PO₄ were compared for comparison 158.99 g / l and with 2.1 g / l 138.36 g / l gluconic acid continuously formed ( Fig. 14).

Die maximale Raum-Zeit-Ausbeute wurde ebenfalls mit 1,4 g/l KH₂PO₄ erreicht und lag bei 15,43 g/(l · h). Mit 0,35 g/l wurde eine Raum-Zeit-Ausbeute von 12,62 g/(l · h) ermittelt. Die biomassespezifische Produktivität stieg mit steigender Phosphorkonzentration kontinuierlich. Bei 0,35 g/l KH₂PO₄ betrug sie 2,82 g/(g.h) und bei 2,1 g/l KH₂PO₄ 5,78 g/(g · h) (Fig. 15). Eine höhere Phosphorkonzentration ist also im Gegensatz zum Literaturstand, wobei niedrigere optimalen Phosphorkonzentrationen bei Aspergillus niger angegeben werden (RÖHR & KUBICEK, 1983), bei Aureobasidium pullulans vom Vorteil für eine höhere biomassespezifische Produktivität, Raum-Zeit-Ausbeute und Produktkonzentration.The maximum space-time yield was also achieved with 1.4 g / l KH₂PO₄ and was 15.43 g / (l · h). At 0.35 g / l, a space-time yield of 12.62 g / (lh) was determined. The biomass-specific productivity increased continuously with increasing phosphorus concentration. At 0.35 g / l KH₂PO₄ it was 2.82 g / (gh) and at 2.1 g / l KH₂PO₄ 5.78 g / (g · h) ( Fig. 15). A higher phosphorus concentration is therefore in contrast to the literature, with lower optimal phosphorus concentrations are given as Aspergillus niger (RÖHR & KUBICEK, 1983), in Aureobasidium pullulans advantage for a higher biomass specific productivity, space-time yield and product concentration.

Mit steigender KH₂PO₄-Konzentration bis auf 1,05 g/l stieg bei einer Verweilzeit von ca. 17 h die Gluconsäurekonzentration und sank wieder bei höheren KH₂PO₄-Konzentrationen. Mit 0,35 g/l KH₂PO₄ (dies entspricht der Ausgangskonzentration) wurden bei einer Verweilzeit von etwa 17 Stunden 200 g/l Gluconsäure kontinuierlich gebildet. Mit 1,05 g/l wurde unter sonst gleichen Bedingungen ca. 270 g/l Gluconsäure gebildet. Große Unterschiede im Wachstum wurden nicht beobachtet. Die höchste Raum-Zeit-Ausbeute wurde mit 1,05 g/l KH₂PO₄ erreicht und betrug 15,31 g/l · h.With increasing KH₂PO₄ concentration up to 1.05 g / l rose at a residence time of about 17 h the Gluconic acid concentration and decreased again at higher KH₂PO₄ concentrations. With 0.35 g / l KH₂PO₄ (this corresponds to the initial concentration) 200 g / l gluconic acid were at a residence time of about 17 hours continuously formed. At a rate of 1.05 g / l, approximately 270 g / l gluconic acid was formed under otherwise identical conditions. Great differences in growth were not observed. The highest space-time yield was 1.05 g / l KH₂PO₄ reached and was 15.31 g / l · h.

Fig. 14 Phosphoreinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäurefer­ mentation bei einer Verweilzeit von ca. 13 Stunden Fig. 14 Phosphor influence on the continuous Gluconsäurefer mentation at a residence time of about 13 hours

Fig. 15 Phosphoreinfluß auf die biomassespezifische Produktivi­ tät und Raum-Zeit-Ausbeute bei einer Verweilzeit von ca. 13 Stunden. Fig. 15 phosphorus influence on the biomass specific productivity and space-time yield at a residence time of about 13 hours.

Beispiel 14Example 14 Magnesium-Einfluß auf die kontinuierliche Glucon­ säurefermentation mit DSM 7085Magnesium influence on the continuous glucon acid fermentation with DSM 7085

Der Magnesiumeinfluß wurde in Chemostatexperimenten bei einer Verweilzeit von ca. 20 Stunden untersucht. Das Medium entspricht Beispiel 10 (mit 1,4 g/l KH₂PO₄, 450 G/l Glucose, 5 mM Mangan, 1 mM Eisen etc.).The influence of magnesium was investigated in chemostat experiments with a residence time of about 20 hours. The Medium corresponds to Example 10 (with 1.4 g / l KH₂PO₄, 450 g / l glucose, 5 mM manganese, 1 mM iron, etc.).

Fig. 16 zeigt die Verläufe von der Biomasse-, Glucose- und Gluconsäurekonzentration bei verschiedenen Magnesiumkonzentrationen. Ein starker Einfluß von Magnesium auf das Wachstum von Aureobasidium pullulans wurde bei diesen Experimenten beobachtet. Bei Magnesiumkonzentrationen von 0,8 bis 1 mM blieb die Biomasse unverändert. Mit steigender Magnesiumkonzentration jedoch von 1 mM bis auf 3 mM Magnesium wurde jedoch ein starker kontinuierlicher Anstieg der Biomasse bis auf einen Faktor um 2,17 beobachtet. Mit 1 mM Magnesium wurden 11,26 g/l und mit 3 mM 24,45 g/l Biomasse kontinuierlich gebildet (Fig. 16). Bei der hohen Biomasse war die Gelöstsauerstoffkonzentration im Glasfermenter trotz Belüftung mit reinem Sauerstoff nicht ausreichend für eine optimale Gluconsäureproduktion. Fig. 16 shows the progressions of the biomass, glucose and gluconic acid concentration at various magnesium concentrations. A strong influence of magnesium on the growth of Aureobasidium pullulans was observed in these experiments. At magnesium concentrations of 0.8 to 1 mM, the biomass remained unchanged. However, as the magnesium concentration increased from 1 mM to 3 mM magnesium, a strong continuous increase in biomass was observed to a factor of 2.17. 11.26 g / l were continuously formed with 1 mM magnesium and 24.45 g / l biomass with 3 mM ( FIG. 16). Despite the ventilation with pure oxygen, the dissolved oxygen concentration in the glass fermenter was insufficient for optimal production of gluconic acid in the case of the high biomass.

Keine signifikanten Unterschiede wurden in der Gluconsäurekonzentration beobachtet. Die Gluconsäurekonzentration steigt mit sinkender Mg-Konzentration und erreicht maximale Konzentrationen von weniger als 200 g/l. Die spezifische Produktivität nimmt mit steigender Magnesiumkonzentration ab. Die Magnesiumkonzentration von 1,42 mM, die bei allen anderen Experimenten eingesetzt wurde, liegt im optimalen Konzentrationsbereich.No significant differences were observed in the gluconic acid concentration. The Gluconic acid concentration increases with decreasing Mg concentration and reaches maximum concentrations of less than 200 g / l. The specific productivity decreases with increasing magnesium concentration. The Magnesium concentration of 1.42 mM, which was used in all other experiments, is optimal Concentration range.

Aus den Gluconsäure- und Glucosekonzentrationen in Fig. 15 wird eine Verschlechterung der Selektivität bei Magnesiumkonzentration von über 2 mM wegen der hohen Biomasse ersichtlich. Überraschenderweise sind jedoch die Selektivitäten auch bei niedrigen Magnesiumkonzentrationen von weniger als 1 mM ebenfalls sehr schlecht. Nach Literaturangaben sind niedrige Magnesiumkonzentrationen vom Vorteil für die Synthese von FAD des Cofaktors der Glucoseoxidase und damit für die optimale Gluconsäureproduktion. Nach unseren Erkenntnissen wirken sich jedoch niedrige Magnesiumkonzentrationen negativ auf die Produktselektivität und damit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses aus.From the gluconic acid and glucose concentrations in Fig. 15, a deterioration in selectivity at magnesium concentration of over 2 mM becomes apparent due to the high biomass. Surprisingly, however, the selectivities are also very poor even at low magnesium concentrations of less than 1 mM. According to references, low magnesium concentrations are of advantage for the synthesis of FAD of the cofactor of glucose oxidase and thus for optimal production of gluconic acid. According to our findings, however, low magnesium concentrations have a negative effect on the product selectivity and thus the economic efficiency of the process.

Fig. 16 Magnesiumeinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäure­ fermenation. Fig. 16 Magnesium influence on the continuous gluconic fermenation.

Beispiel 15Example 15 Temperatureinfluß auf die Kontinuierliche Glucon­ säurefermentation mit DSM 7085Temperature influence on the continuous glucon acid fermentation with DSM 7085

Der Einfluß der Temperatur auf die kontinuierliche Gluconsäurebildung mit Aureobasidium pullulans DSM 7085 wurde in Chemostat-Experimenten bei einer Verweilzeit von ca. 12-13 h mit einem definierten Medium analog Beispiel 10, jedoch mit mit 1 mM Eisen, 1,4 g/l KH₂PO₄ und 360 g/l Glucose, untersucht.The influence of temperature on the continuous gluconic acid formation with Aureobasidium pullulans DSM 7085 was in a chemostat experiments at a residence time of about 12-13 h with a defined medium analog Example 10, but with 1 mM iron, 1.4 g / l KH₂PO₄ and 360 g / l glucose examined.

Alle vorstehenden Versuche wurden weitgehend bei 30°C durchgeführt. Die Organismen sind jedoch auch in der Lage, bei niedrigeren Temperaturen zu wachsen und zu produzieren. Unterschiedliche Temperaturoptima konnten für Wachstum und Produktion ermittelt werden.All the above experiments were carried out largely at 30 ° C. However, the organisms are also in the Able to grow and produce at lower temperatures. Different temperature optima could be identified for growth and production.

In Fig. 17 sind die Verläufe von Biomasse-, Glucose- und Gluconsäurekonzentration in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Ein kontinuierlicher Anstieg der Biomassekonzentration wurde mit abnehmender Temperatur beobachtet. So betrug die Biomasse bei 31°C sowie 30°C 12,45 g/l und bei 27°C 14,8 g/l. Eine Temperaturerhöhung von nur einem °C (von 31°C auf 32°C) bewirkte einen drastischen Einbruch der Biomassekonzentration. Die höchsten Produktkonzentrationen wurden bei Temperaturen zwischen 29°C und 31°C erreicht. 234,53 g/l Gluconsäure wurden bei 29°C, 232,19 g/l bei 30°C und 223,5 g/l bei 31°C kontinuierlich gebildet. Bei 32°C sank drastisch die Produktkonzentration und lag im steady state nur noch bei 78,09 g/l. Eine kontinuierliche Abnahme der Produktkonzentration wurde bei Temperaturen unter 29°C beobachtet (Fig. 17). FIG. 17 shows the courses of biomass, glucose and gluconic acid concentration as a function of the temperature. A continuous increase in biomass concentration was observed with decreasing temperature. The biomass was 12.45 g / l at 31 ° C and 30 ° C and 14.8 g / l at 27 ° C. A temperature rise of just one ° C (from 31 ° C to 32 ° C) caused a drastic decline in the biomass concentration. The highest product concentrations were achieved at temperatures between 29 ° C and 31 ° C. 234.53 g / l gluconic acid were continuously formed at 29 ° C, 232.19 g / l at 30 ° C and 223.5 g / l at 31 ° C. At 32 ° C, the product concentration dropped drastically and at steady state was only 78.09 g / l. A continuous decrease in product concentration was observed at temperatures below 29 ° C ( Figure 17).

Die Glucosekonzentration im Fermenter lag zwischen 66,21 g/l bei 30°C und 290,13 g/l bei 32°C. Die maximale Raum-Zeit-Ausbeute und biomassespezifische Produktivität wurde bei 29-30°C erreicht.The glucose concentration in the fermenter was between 66.21 g / l at 30 ° C and 290.13 g / l at 32 ° C. The maximal Space-time yield and biomass-specific productivity was achieved at 29-30 ° C.

Fig. 17 Temperatureinfluß auf die kontinuierliche Gluconsäure­ fermentation einer Verweilzeit von ca. 12 h Fig. 17 Temperature influence on the continuous gluconic fermentation of a residence time of about 12 h

Fed batch-FermentationFed batch fermentation

In einem Fed Batch-Experiment konnte eine maximale Gluconsäurekonzentration von 504 g/l g/l erreicht werden. Die Glucose wurde weitgehend umgesetzt (Fig. 18). Die Verzögerung des Anstiegs der Gluconsäurekonzentration über 450 g/l ist auf technische Probleme (z. B. Verdünnungseffekte, Substratzugabe) zurückzuführen.In a fed batch experiment, a maximum gluconic acid concentration of 504 g / lg / l was achieved. The glucose was largely reacted ( Figure 18). The delay in the increase in gluconic acid concentration above 450 g / l is due to technical problems (eg dilution effects, substrate addition).

Fig. 18 Fed batch Gluconsäurefermentation mit A. pullulans. Fig. 18 Fed batch Gluconsäurefermentation with A. pullulans.

Beispiel 16Example 16 Prozeßoptimierung der Kontinuierlichen Gluconsäure­ fermentationProcess Optimization of Continuous Gluconic Acid fermentation 16.1. Kontinuierliche Gluconsäurefermentationen unter optimierten Bedingungen16.1. Continuous gluconic acid fermentations under optimized conditions

Mit dem optimierten Medium (analog Beispiel 10, jedoch mit 1 mM Eisen, 1,4 g/l KH₂PO₄ und 450 g/l Glucose) konnten bei pH 6,5, Sauerstoffsättigung von ca. 155% sowie 30°C bei einer Verweilzeit von 21 Stunden 315 g/l und von 25 Stunden 330 g/l Gluconsäure kontinuierlich im Rührkessel (3 l) gebildet werden. Die Biomasse lag im steady state bei 6,8 g/l.With the optimized medium (analogous to Example 10, however with 1 mM iron, 1.4 g / l KH₂PO₄ and 450 g / l glucose) could at pH 6.5, oxygen saturation of about 155% and 30 ° C at a residence time of 21 hours 315 g / l and from 25 hours 330 g / l gluconic acid continuously be formed in a stirred tank (3 l). The biomass was at steady state at 6.8 g / l.

Durch Verlängerung der Verweilzeit und mit höheren Glucosekonzentrationen kann die Gluconsäurekonzentra­ tion maximiert werden. Bei Gluconsäurekonzentrationen von über 300 g/l ist jedoch eine starke Produktinhi­ bierung zu verzeichnen.By extending the residence time and with higher Glucose concentrations may be the gluconic acid concentration be maximized. At gluconic acid concentrations above 300 g / l, however, is a strong product ingredient to register.

16.2 Kontinuierliche Gluconsäurefermentation mit Bio­ masserückhaltung mittels Mikrofiltration16.2 Continuous gluconic acid fermentation with Bio Mass retention by microfiltration

Eine gute Alternative zur Beschleunigung der Maxi­ mierung der Produktkonzentration bietet die partielle Biomasserückhaltung mittels Mikrofiltration (cross over filtration). Die Biomasserückhaltung mittels Mikrofil­ tration ermöglicht eine Wachstumsentkopplung der Ver­ weilzeit. Sie ermöglicht auch die Durchführung des Pro­ zesses bei höheren, toxischen für das Wachstum, Sauer­ stoffkonzentrationen, wobei auch die höchsten spezifi­ schen Produktivitäten erreicht werden. Bei einer Ver­ weilzeit von ca. 23 Std., 290% Sauerstoffsättigung und mit 23 g/l akkumulierter Biomasse (ca. 80% Mikrofil­ tratanteil) konnten 375 g/l Gluconsäure bei vollständi­ gem Umsatz kontinuierlich gebildet werden. Bei 19 Std. Verweilzeit und mit 25 g/l Biomasse wurden 370 g/l Gluconsäure ebenfalls bei vollständigem Umsatz (Glucose nicht meßbar) kontinuierlich produziert. Eine Verkür­ zung der Verweilzeit scheint nach den o.a. Ergebnissen möglich.A good alternative for accelerating the maxi The product concentration offers the partial Biomass retention using microfiltration (cross over filtration). The biomass retention using microfil tration makes it possible to decouple the growth of Ver because time. It also allows the implementation of the Pro at higher, toxic for growth, acid substance concentrations, with the highest productivity. In a Ver time of about 23 hours, 290% oxygen saturation and with 23 g / l accumulated biomass (about 80% microfil trypsin content), 375 g / l gluconic acid were completely according to sales are formed continuously. At 19 hours Residence time and with 25 g / l biomass were 370 g / l Gluconic acid also at complete conversion (glucose not measurable) produced continuously. A shortening The residence time seems to be the same after the o.a. results possible.

16.3 Kaskadierung von zwei Fermentern16.3 Cascading of two fermenters

Eine weitere alternative Prozeßführung ist die Kaskadierung von zwei oder mehr als zwei Fermentern. Dadurch wird eine Verteilung der Verweilzeit ermöglicht, wobei verschiedene Optima, z. B. für Wachstum und Produktion unabhängig voneinander eingestellt werden können. Bei dieser Versuchsreihe wurden zwei Rührkessel-Fermenter mit einem Gesamtarbeitsvolumen von etwa 4,5 1 benutzt. Das verwendete Medium entsprach Beispiel 9, aber mit 450 bzw. 600 g/l Glucose, 1 mM Fe, 5 mM Mn, 1,4 g/l KH₂PO₄.Another alternative process control is the cascading of two or more than two fermenters. Thereby a distribution of the residence time is possible, with different optima, z. For growth and production can be adjusted independently of each other. In this series of experiments, two stirred tank fermenters were used used with a total working volume of about 4.5 1. The medium used corresponded to Example 9, but with 450 and 600 g / l glucose, 1 mM Fe, 5 mM Mn, 1.4 g / l KH₂PO₄.

Der erste Fermenter wurde bei einer Sauerstoffsättigung zwischen 120 bis 180% und der zweite von über 300% betrieben.The first fermenter was at an oxygen saturation between 120 to 180% and the second of more than 300% operated.

Die Verweilzeit lag in der ersten Stufe bei ca. 22 Stunden und in der zweiten insgesamt bei 37 Stunden. In der ersten Stufe wurde die maximale Raum-Zeit-Ausbeute bei einem Umsatz von über 60%, sowie ein schnelles Wachstum, und in der zweiten die maximale Gluconsäurekonzentration angestrebt. 366 g/l Gluconsäure und eine Biomasse von 5,3 g/l wurden im ersten Fermenter und 433 g/l Gluconsäure und eine Biomasse von 7,8 g/l im zweiten vorübergehend im Versuch mit 600 g/l Glucose gemessen.The residence time was about 22 hours in the first stage and 37 hours in the second. In the first stage was the maximum space-time yield at a conversion of over 60%, as well as a fast Growth, and in the second, the maximum gluconic acid concentration sought. 366 g / l gluconic acid and a Biomass of 5.3 g / l were in the first fermenter and 433 g / l gluconic acid and a biomass of 7.8 g / l im second temporarily in the experiment with 600 g / l glucose.

Im Versuch mit 450 g/l Glucose wurden im ersten Fermenter bei einer Verweilzeit von 22 h 305 g/l Gluconsäure, 5,9 g/l Biomasse und 70 g/l Glucose und im zweiten bei einer Gesamtverweilzeit von 38 h und vollständigem Umsatz 350 g/l Gluconsäure und 8,1 g/l Biomasse gemessen.In the experiment with 450 g / l glucose 305 g / l gluconic acid were in the first fermenter with a residence time of 22 h, 5.9 g / l biomass and 70 g / l glucose and in the second with a total residence time of 38 h and complete Sales 350 g / l gluconic acid and 8.1 g / l biomass measured.

Bei einer weiteren Verkürzung der Verweilzeiten konnten bei 19,5 h Verweilzeit in der 1. Stufe 272 g/l und bei einer Gesamtverweilzeit von 30,8 h in der zweiten Stufe 370 g/l Gluconsäure kontinuierlich gebildet werden.In a further shortening of the residence time was at 19.5 h residence time in the 1st stage 272 g / l and at a total residence time of 30.8 h in the second stage 370 g / l gluconic acid are continuously formed.

Beispiel 17Example 17

In einem weiteren Versuch wurde mit einem Fermentationsmedium gemäß Beispiel 4, jedoch halbkonzentriert und mit 360 g/l Glucose; 1,5 g/l NH₄Cl; 0,5 mg/l ZnSO₄·6 aq; 0,5 mg/l CuSO₄·5aq; 2,5 mM Mn; 1 mM Fe; 1 mM Mg und 1,4 g/l KH₂ PO₄ in kontinuierlicher Fermentation ohne Biomasserückhaltung (mit 3,9 g/l Biotrockenmasse im steady state) bei 29-30°C und pH 6,5 sowie 21 h Verweilzeit eine Gluconsäurekonzentration von 305 g/l mit einer molaren Selektivität < 98% bei einem Glucose-Umsatz von < 95% erhalten.In another experiment, using a fermentation medium according to Example 4, but half-concentrated and with 360 g / l glucose; 1.5 g / l NH₄Cl; 0.5 mg / l ZnSO₄ · 6 aq; 0.5 mg / l CuSO₄ · 5aq; 2.5mM Mn; 1mM Fe; 1 mM Mg and 1.4 g / l KH₂ PO₄ in continuous Fermentation without biomass retention (with 3.9 g / l dry biomass in steady state) at 29-30 ° C and pH 6.5 and 21 h residence time a gluconic acid concentration of 305 g / l with a molar Selectivity <98% at a glucose conversion of <95%.

Claims (14)

1. Verfahren zur Produktion von Gluconsäure durch Fermentation in zuckerhaltiger wäßriger Flüssig­ keit, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • - aus Inkubations-Ansätzen von zerkleinerten Blüten und Stengeln von in der Hauptblütezeit gesammel­ ten mitteleuropäischen Wald- und Wiesenblumen isolierbare Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud-Stämme, welche
  • - in kontinuierlicher Kultur aus Glucose 200 g/l Gluconsäure bei 90% Umsatz und 90% molarer Selektivität bilden,
  • - in einem Fe- und Mn-optimierten Medium mit einem N-abhängigen Eisen- und Manganionengehalt im Zulauf, der bei einem N-Gehalt entsprechend 3 g/l NH₄Cl bei 0,5 mM Fe und 0,5 mM Mn liegt;
  • - bei pH-Werten von 4,5 bis 8 und bei Temperaturen von 24-32°C kultiviert.
1. A process for the production of gluconic acid by fermentation in sugar-containing aqueous liquid speed, characterized in that
  • isolatable Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud strains isolated from incubation approaches of crushed flowers and stems of Central European forest and meadow flowers collected during the main flowering period
  • - form in continuous culture of glucose 200 g / l gluconic acid at 90% conversion and 90% molar selectivity,
  • in an Fe and Mn-optimized medium with an N-dependent iron and manganese ion content in the feed, which is at an N content corresponding to 3 g / l NH₄Cl at 0.5 mM Fe and 0.5 mM Mn;
  • - Cultured at pH values of 4.5 to 8 and at temperatures of 24-32 ° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen der Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud-Stämme mit den Hinterlegungsnummern DSM 7085, DSM 7086, DSM 7087 oder DSM 7088 verwendet. 2. The method according to claim 1, characterized, that one of the Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud tribes with accession numbers DSM 7085, DSM 7086, DSM 7087 or DSM 7088 used.   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem pH-Wert zwischen 6 und 7 und bei einer Temperatur von 29-31°C gearbeitet wird.3. The method according to claim 1, characterized, that at a pH between 6 and 7 and at a temperature of 29-31 ° C is worked. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mit N-abhängigen Eisen-, Mangan- und Magne­ siumionengehalten im Zulauf gearbeitet wird, die bei einem N-Gehalt entsprechend 3 g/l NH₄Cl bei 0,5-3 mM Fe; 2,5-5 mM Mn bzw. 1-2 mM Mg liegen.
4. The method according to claim 1, characterized
that working with N-dependent iron, manganese and Magne siumionengehalten in the feed, which at an N content corresponding to 3 g / l NH₄Cl at 0.5-3 mM Fe; 2.5-5 mM Mn or 1-2 mM Mg.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Zulauf für 0,7 g/l KH₂PO₄ sorgt.5. The method according to claim 1, characterized, that ensures in the feed for 0.7 g / l KH₂PO₄. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fermentation kontinuierlich mit Verweil­ zeiten von 10-40 h durchgeführt wird.6. The method according to claim 1, characterized, that the fermentation continuously with dwell times of 10-40 h is performed. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer mit steigender Verweilzeit zuneh­ menden Sauerstoffsättigung gearbeitet wird, wobei bei 13 h Verweilzeit Werte zwischen 80 und 150%, insbesondere um 120% Sauerstoffsättigung gewählt werden.7. The method according to claim 6, characterized, that increases with one with increasing residence time with oxygen saturation being worked at 13 h residence time values between 80 and 150%, chosen in particular by 120% oxygen saturation become. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit ungeträgerten Mikroorganismen und Bio­ masserückhaltung gearbeitet wird. 8. The method according to claim 6, characterized, that with unsupported microorganisms and bio water retention is worked.   9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß man in zumindest zwei kaskadenförmig angeord­ neten Fermentern arbeitet.9. The method according to claim 6, characterized that in at least two cascaded angeord Neten fermenters works. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe mit 120-170% Sauer­ stoffsättigung und 10-25 h, insb. 12-18 h Ver­ weilzeit und in der zweiten Stufe mit < 360% Sauerstoffsättigung und einer Gesamt-Verweilzeit 15 h, insb. von 18-30 h gearbeitet wird.10. The method according to claim 9, characterized, that in a first stage with 120-170% acid saturation and 10-25 h, especially 12-18 h Ver while and in the second stage with <360% Oxygen saturation and a total residence time  15 h, esb. 18-30 h is worked. 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fermentation mit Glucose-Zulaufkon­ zentrationen von 300-600 g/l durchführt.11. The method according to claim 6, characterized, that the fermentation with glucose Zulaufkon concentrations of 300-600 g / l. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fermentation im Wirbelschichtreaktor mit geträgerter Biomasse durchführt.12. The method according to any one of claims 1 to 7 and 9 to 11, characterized, that the fermentation in a fluidized bed reactor carried out with supported biomass. 13. Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud-Stämme, die in kontinuierlicher Kultur bei 90% Umsatz und 90% molarer Selektivität aus Glucose 200 g/l Gluconsäure bilden, isoliert aus Inkubations- Ansätzen von zerkleinerten Blüten und Stengeln von im Frühjahr bis Sommer gesammelten mitteleuropäi­ schen Wald- und Wiesenblumen in zitronensaurer Lösung bei pH 2,5 mit 100 g/l Glucose unter Netzmittelzusatz und reichlicher Sauerstoffver­ sorgung durch Schütteln.13. Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud strains, which in continuous culture at 90% sales and  90% molar selectivity from glucose 200 g / l Gluconic acid, isolated from incubation Batches of crushed flowers and stems of in the spring to summer collected Central Europe forest and meadow flowers in citric acid Solution at pH 2.5 with 100 g / l glucose under Wetting agent additive and ample Sauerstoffver Care by shaking. 14. Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud-Stämme DSM 7085, DSN 7086, DSM 7087 und DSM 7088.14. Aureobasidium pullulans (de bary) Arnaud strains DSM 7085, DSN 7086, DSM 7087 and DSM 7088.
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