EP1427839A1 - Verfahren zur herstellung von phospholipiden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von phospholipiden

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Publication number
EP1427839A1
EP1427839A1 EP02772222A EP02772222A EP1427839A1 EP 1427839 A1 EP1427839 A1 EP 1427839A1 EP 02772222 A EP02772222 A EP 02772222A EP 02772222 A EP02772222 A EP 02772222A EP 1427839 A1 EP1427839 A1 EP 1427839A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pld
phospholipid
general formula
stage
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02772222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Ullrich Hoppe
Dirk BÖKENKAMP
Sinian Huang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cargill Food Ingredients GmbH
Original Assignee
Degussa Food Ingredients GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Degussa Food Ingredients GmbH filed Critical Degussa Food Ingredients GmbH
Publication of EP1427839A1 publication Critical patent/EP1427839A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/08Esters of oxyacids of phosphorus
    • C07F9/09Esters of phosphoric acids
    • C07F9/10Phosphatides, e.g. lecithin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001Amines; Imines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/06Alanine; Leucine; Isoleucine; Serine; Homoserine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/44Preparation of O-glycosides, e.g. glucosides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • C12P7/6436Fatty acid esters
    • C12P7/6445Glycerides
    • C12P7/6481Phosphoglycerides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P9/00Preparation of organic compounds containing a metal or atom other than H, N, C, O, S or halogen

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of phospholipids.
  • Phospholipids also known as lecithins, such as. B. soybean and egg yolk lecithin have long been used in food, cosmetic products, paints, lubricants, magnetic materials, animal feed and medical and agrochemical products.
  • Phosphatidyl acid derivatives which are produced by an enzymatic transphosphatidylation from phospholipids and compounds containing hydroxyl groups, show properties which are superior to those of the starting material.
  • Phospholipase D is used in particular for the hydrolytic production of phosphatidylic acid in the presence of water and, in the presence of a divalent metal ion, phosphatidyl residues can be transferred to an alcoholic compound carrying hydroxyl groups as an acceptor.
  • divalent metal ions are essential for phospholipases D to show corresponding transphosphatidylation activities. Only in the case of transphosphatidylation reactions between identical phospholipid molecules or phosphatidyl glycerol have corresponding activities been detected in the absence of divalent metal ions.
  • the focus is mostly on two-phase systems consisting of an aqueous and an organic phase, since phospholipids are the main natural components of biomembranes and have amphiphilic properties.
  • PLD is also capable of a transesterification reaction in excess of stoichiometric amounts of water
  • organic solvents or detergents are typically used because the lipid substrates used are water-insoluble and these lipids in the form of aqueous liposomal dispersions can only be converted poorly by the enzyme.
  • the prior art is thus represented by two-phase systems, the enzyme being soluble in the aqueous phase and the lipid offered being soluble in the organic solvent; the enzymatic reaction takes place at the phase boundary between water and the organic phase.
  • WO 00/77183 discloses a corresponding process for the enzyme-catalyzed transesterification or hydrolysis of phospholipids, in which the enzyme (including phospholipase D) is dissolved in an aqueous medium which contains a liposomal suspension of phospholipids, water, an alcohol or an alcohol - Derivative as a hydroxyl-bearing component and, if necessary, contains a divalent metal cation. A silica gel is then added to the aqueous medium and the resulting mixture is stirred.
  • phosphatidylic acids The enzymatic production of phosphatidylic acids is described in JP 04267882. Lecithin powder with a specific particle size is homogenized with soybean extracts containing phospholipase C and phospholipase D and then reacted for 24 hours. In this way, approximately 96% of the phospholipids are obtained as phosphatidylic acids.
  • phospholipids are converted with phospholipase D to phosphatidyl acid and a nitrogenous base and hydrolyzed with a further enzyme (phospholipase C, phosphodiesterase or an acid phosphatase) to a diglyceride and a phosphorus base, the reaction with the two enzymes preferably taking place simultaneously. Both reaction steps are carried out in a 2-phase system consisting of buffer and organic solvents such as an alkyl carboxylate, an alkane, hydrocarbons and others.
  • a further enzyme phospholipase C, phosphodiesterase or an acid phosphatase
  • EP-A 1 223 222 describes a process for the exchange of bases on a phospholipid as starting material, in which the phospholipid is exposed to a phospholipase D in the presence of a receptor with hydroxyl groups. In this reaction, which is carried out in an aqueous system, the phospholipid is bound to a carrier material, the receptor component and the phospholipase D are used in free form.
  • European patent 285 421 protects a process for the preparation of a phosphatidic acid derivative by the action of phospholipase D on a phospholipid in the presence of a phosphatidyl residue acceptor. This process is essentially characterized by the activation step of the phospholipase D by an organic solvent, which is carried out in the absence of a divalent metal ion and with which the phospholipase D is excited to carry out the desired transphosphotidylation reaction.
  • a particular disadvantage of the described prior art methods is that either the phospholipids used have to be dissolved in liposomal form or that they have to be bound to appropriate carrier materials before they can be used in order to make them accessible to the PLD.
  • DE-OS 199 17 249 describes a process for the preparation of phosphatidylserine in a purely aqueous single-phase system with the aid of PLD, no more precise information is given on the lecithin used, the pH of the reaction, the temperature actually used or Enzyme source made, which is why reworking is not possible.
  • the object of the present invention is therefore to provide a process for the preparation of phospholipids of the general formula (I)
  • R 1 and R 2 independently of one another for a saturated, mono- or polyunsaturated C 10 .
  • O - C 3 H 5 (OH) 2 means in which the desired products are obtained from a phospholipid mixture with the aid of only phospholipase D (PLD) without the use of organic solvents.
  • the present process has been found to be particularly suitable for the preparation of phosphatidylserine, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylinositol, phosphatidylglycerol or any mixtures thereof, which makes it additionally advantageous compared to the known processes.
  • the present process is also not subject to any restrictions with regard to the starting material, which is why lecithin and, in particular, soybean, rapeseed oil and / or egg yolk lecithins are recommended as preferred phospholipid mixtures.
  • the phospholipid mixture to be used can be used in surprisingly large amounts.
  • the invention provides that the respective phospholipid mixture is used in amounts of 1.0 to 20.0% by weight, based on the overall reaction mixture, with appropriate dispersions having proven to be quite advantageous.
  • the PLD is also not subject to any restrictions, but phospholipases D, which come from Streptomyces, Actinomadura, peanut, carrot and / or cabbage, have proven particularly useful.
  • the present inventive method can be carried out at pH values of the reaction mixture which are between 4.0 and 9.0.
  • a relatively broad range is also possible for the reaction temperature, a reaction temperature between 10 and 60 ° C. being regarded as preferred.
  • the process according to the invention which is carried out in a single-phase, aqueous system, can be carried out in the presence of Ca 2+ -, Mg 2+ - and / or Zn + - Ions are carried out without precipitation reactions, restricted enzyme activities or interactions with the OH group-containing compound occurring.
  • the present invention provides those which are between 1.0 and 100 M.
  • the present invention also takes into account variants in which the PLD are different in the two process stages.
  • the present invention provides as particularly preferred that PLD is used in the first process stage, which originates from Streptomyces chromofuscus, peanut, carrot and / or cabbage. It has also proven to be advantageous if the pH is between 6.5 and 8.0 in the first stage and between 5.0 and 7.5 in the second stage of the process.
  • the PLD used is usually used in free form in the purely aqueous reaction medium.
  • the corresponding PLD or the PLD mixtures used are used in immobilized form, in which case covalent and / or adsorptive types of binding are particularly suitable.
  • Suitable carrier materials for the enzyme are, for example, silica gels, as are used in chromatography columns, but also other inert materials with large surfaces such as diatomaceous earth, activated carbon, bentonites and resins, or else three-dimensionally designed adsorption bodies.
  • the compound of the general formula (II) is in no way to be regarded as critical, but it should preferably be used in concentrations between 0.1 and 5.0 molar.
  • a preferred reaction time according to the invention is a period of between 5 and 20 hours for the first process stage and a duration of 0.5 to 5 hours for the second process stage.
  • the process according to the invention offers a particularly environmentally friendly and easy to carry out process variant, on the basis of which the phospholipid (mixture) obtained can be used as an end product, in particular as a food additive or, for example, also in so-called functional food products without problems and without further processing.
  • no purification steps are necessary with regard to the remaining mother liquor, so that it can be used again immediately with the PLD containing it and without regeneration steps.
  • the phospholipid was prepared according to the invention in two process stages in a single-phase, aqueous system in which, in the first step, phosphatidylic acid was prepared by the enzymatic hydrolysis of the phospholipid component with PLD and in the presence of Ca 2+ ions.
  • the reaction temperature was 35 to 60 ° C.
  • the phospholipase D of microbial origin was used in amounts which corresponded to 50 to 1,500 units / mM phospholipid, the pH of the reaction mixture being between 5.5 and 8.0.
  • the reaction conditions were changed compared to the first process step in such a way that L-serine was added as a component carrying OH groups, in an amount exceeding the amount of phospholipid used.
  • the pH of the reaction mixture in the second process step was between 4.0 and 6.0 and the temperature was 20 to 60 ° C.
  • the starting material was in each case homogenized before start of the reaction in the aqueous phase, then were Ca 2+ - or Mg 2+ ions introduced in concentrations of 100 mM.
  • the PLD used was used in immobilized form according to Röhm (using Eupergit C).
  • the phosphatidylic acid obtained in this way was filtered off from the aqueous phase and washed several times with water, with choline, ethanolamine or inositol and salt portions being washed out. 3.
  • the immobilized PLD remained in the precipitation and was used further.
  • the washed phosphatidyl acid (1 to 2 mmol) was then further converted to phosphatidylserine (PS).
  • PS phosphatidylserine
  • the immobilized PLD could be separated with a sieve and recovered.
  • the phosphatidylic acid thus obtained was filtered off from the aqueous phase after the reaction and washed several times with water, whereby choline, ethanolamine or inositol and salt portions were washed out.
  • the immobilized PLD could be separated and recovered from PA components using a sieve.

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Abstract

Mit dem vorliegenden Verfahren werden Phospholipide der allgemeinen Formel (I), mit Hilfe von ausschliesslich Phospholipase D aus einem Phospholipid-Gemisch und ohne Verwendung organischer Lösemittel hergestellt, indem in wässriger, ungepufferter Phase mit Phospholipase D und mindestens einem zweiwertigen Metallion in einer ersten Stufe Phosphatidylsäure und in einer zweiten Stufe aus Phosphatidylsäure mit mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) R3 OH mindestens ein der allgemeinen Formel (I) entsprechendes Phospholipid hergestellt wird. Als Produkte werden insbesondere Phosphatidylserin, Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinositund/oderPhosphatidylglycerin erhalten. Als Varianten sieht die vorliegende Erfindung vor, dass PLD in beiden Verfahrensstufen identisch oder aber unterschiedlich ist, wobei sich im letzten Fall die pH-Werte für die erste und zweite Verfahrensstufe unterscheiden und insbesondere zwischen 6,5 und 8,0 bzw. zwischcen 5,0 und 7,5 liegen. Mit diesem neuen Verfahren werden Produkte auf einfache Weise in grossen Ausbeuten und mit ausgezeichneter Reinheit erhalten, so dass sie auch für lebensmitteltechnische und/oder pharmazeutische Anwendungen geeignet sind.

Description

Verfahren zur Herstellung von Phospholipiden
Beschreibung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Phospholipiden.
Phospholipide, auch als Lecithine bezeichnet, wie z. B. Soja- und Eigelb- Lecithin, werden seit langem in Lebensmitteln, kosmetischen Produkten, Farben, Schmiermitteln, magnetischen Materialien, Tierfutter sowie medizinischen und agrochemischen Produkten verwendet. Dabei zeigen Phosphatidylsäure-Derivate, d ie durch eine enzymatische Transphosphatidylierung aus Phospholipiden und Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindungen hergestellt werden, zum Teil Eigenschaften, die denen des Ausgangsmaterials überlegen sind.
Phospholipase D (PLD) wird insbesondere zur hydrolytischen Herstellung von Phosphatidylsäure in der Gegenwart von Wasser eingesetzt und bei gleichzeitiger Anwesenheit eines zweiwertigen Metallions können Phosphatidylreste auf eine Hydroxylgruppen tragende alkoholische Verbindung als Akzeptor übertragen werden.
Damit Phospholipasen D entsprechende Transphosphatidylierungs- Aktivitäten zeigen, ist die Gegenwart zweiwertiger Metallionen unumgänglich. LediglichbeiTransphosphatidylierungs-Reaktionenzwischen identischen Phospholipid-Molekülen oder Phosphatidyl-Glycerin wurden auch entsprechende Aktivitäten in Abwesenheit zweiwertiger Metallionen nachgewiesen.
Insbesondere bei Transphosphatidylierungs-Reaktionen zwischen unterschiedlichen Phospholipid-Molekülen ist deshalb darauf zu achten, dass das Reaktionssystem weder Substanzen enthält, die mit diesen zweiwertigen Ionen reagieren, noch dass Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen eingesetzt werden, die ihre entsprechende Reaktivität unter dem Einfluss von zweiwertigen Ionen verlieren.
Ferner ist darauf zu achten, dass beispielsweise in dem am meisten für PLD-Reaktionen eingesetzten pH-Wert-Bereich zwischen 5 und 8 keine Puffer verwendet werden, die mit zweiwertigen Ionen, und insbesondere Kalziumionen, präzipitieren.
Aus der Literatur sind zahlreiche Dokumente bekannt, die Herstellungsverfahren für Phospholipide unter Verwendung von PLD beschreiben.
Dabei stehen meist Zweiphasen-Systeme, bestehend aus einer wässrigen und einer organischen Phase, im Vordergrund, da Phospholipide als natürliche Hauptbestandteile von Biomembranen amphiphile Eigenschaften aufweisen.
Obwohl PLD auch in überstöchiometrischen Mengen an Wasser zu einer Umesterungsreaktion fähig ist, werden typischerweise organische Lösemittel oder Detergentien eingesetzt, da die verwendeten Lipidsubstrate wasserunlöslich sind und diese Lipide in Form wässriger liposomaler Dispersionen vom Enzym nur schlecht umgesetzt werden können.
Den Stand der Technik stellen somit Zweiphasen-Systeme dar, wobei das Enzym in der wässrigen Phase und das angebotene Lipid im organischen Lösemittel löslich ist; die enzymatische Reaktion vollzieht sich an der Phasengrenze zwischen Wasser und der organischen Phase.
Da die Verwendung von Detergenzien oder organischen Lösemitteln vor allem im Hinblick auf die Herstellung von pharmazeutischen Produkten oder Lebensmitteln mit Problemen behaftet sein kann und unter den genannten Zweiphasen-Bedingungen das nicht immer gewünschte Hydrolyseprodukt Phosphatidylsäure entsteht, wurde nach Möglichkeiten gesucht, PLD katalysierte Umesterungsprozesse auch in rein wässriger Phase durchzuführen.
So ist aus der WO 00/77183 ein entsprechendes Verfahren zur enzymkatalysierten Umesterung oder Hydrolyse von Phospholipiden bekannt, bei denen das Enzym (u. a. Phospholipase D) in einem wässrigen Medium gelöst wird, welches eine liposomale Suspension an Phospholipiden, Wasser, einen Alkohol oder ein Alkohol-Derivat als Hydroxyl tragende Komponente und, falls erforderlich, ein zweiwertiges Metallkation enthält. Anschließend wird zum wässrigen Medium ein Silikagel gegeben und die daraus resultierende Mischung gerührt.
Die enzymatische Herstellung von Phosphatidylsäuren ist in JP 04267882 beschrieben. Dabei werden Lecithinpulver mit spezifischer Partikelgröße mit Sojabohnen-Extrakten homogenisiert, die Phospholipase C und Phospholipase D enthalten und anschließend für 24 Stunden umgesetzt. Auf diese Weise erhält man annähernd 96 % der Phospholipide als Phosphatidylsäuren.
Ein Verfahren zur Herstellung modifizierter Phospholipide ist in EP-PS 399 544 beschrieben. Demgemäß werden Phospholipide mit Phospholipase D zu Phosphatidylsäure und einer stickstoffhaltigen Base umgesetzt und mit einem weiteren Enzym (Phospholipase C, Phosphodiesterase oder einer Säurephosphatase) zu einem Diglycerid und einer Phosphorbase hydrolysiert, wobei die Umsetzung mit den beiden Enzymen bevorzugt gleichzeitig erfolgt. Beide Reaktionsschritte werden in einem 2-Phasen-System bestehend aus Puffer und organischen Lösemittel wie einem Alkylcarboxylat, einem Alkan, Kohlenwasserstoffen und anderen durchgeführt. M. Kamata et al. [Yukagaku, 1993, 42 (4), 297-301 ] beschreiben die quantitative Umsetzung von Phosphatidylcholin-enthaltenden Sojaphospholipiden zu Phosphatidylsäure oder Phosphatidylglycerin mit Hilfe von Phospholipase D. Dabei wird die Hydrolyse des P h o s p h at i dy l c h o l i n s zu r P h o s p h ati d y l s ä u re s ow i e d ie Transphosphatidylierung des Phosphatidylcholins zum Phosphatidylglycerin bei pH-Werten von 5,6 bzw. 4,8 durchgeführt. Zur Vermeidung der kompetitiven Hydrolyse erfolgte die pH-Einstellung mit einem Acetatpuffer.
EP-A 1 223 222 beschreibt ein Verfahren zum Austausch von Basen an einem Phospholipid als Ausgangsmaterial, bei dem das Phospholipid einer Phospholipase D in Gegenwart eines Rezeptors mit Hydroxylgruppen ausgesetzt wird. Bei dieser Reaktion, die in einem wässrigen System ausgeführt wird, ist das Phospholipid an ein Trägermaterial gebunden, die Rezeptor-Komponente und die Phospholipase D werden in freier Form eingesetzt.
Mit dem europäischen Patent 285 421 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Phosphatidsäure-Derivats durch Einwirken von Phospholipase D auf ein Phospholipid in Anwesenheit eines Phosphatidylrest-Azeptors geschützt. Gekennzeichnet ist dieses Verfahren im Wesentlichen durch den Aktivierungsschritt der Phospholipase D durch ein organisches Lösemittel, der in Abwesenheit eines zweiwertigen Metallions durchgeführt wird und mit dem die Phospholipase D angeregt wird, die gewünschte Transphosphotidylierungsreaktion durchzuführen.
Bei den beschriebenen Verfahren des Standes der Technik ist insbesondere nachteilig, dass entweder die eingesetzten Phospholipide in liposomaler Form in Lösung gebracht werden müssen, oder aber dass sie vor deren Einsatz erst an entsprechende Trägermaterialien gebunden werden müssen, um sie der PLD zugänglich zu machen. Zwar ist aus DE-OS 199 17 249 ein Verfahren zur Herstellung von Phosphatidylserin in einem rein wässrigen Einphasensystem mit Hilfe von PLD beschrieben, es werden jedoch keine genaueren Angaben zum verwendeten Lecithin, dem pH-Wert der Reaktion, zur tatsächlich angewendeten Temperatur oder aber zur Enzymquelle gemacht, weshalb eine Nacharbeitung nicht möglich ist.
Schließlich ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 231 213 ein Verfahren zur Herstellung von Phosphatiden bekannt, das zwar sowohl in ausschließlich wässriger Phase und in Gegenwart von PLD durchgeführt wird, gemäß den Beispielen ist es aber zwingend erforderlich geeignete Puffer einzusetzen, um die gewünschten pH-Bedingungen gewährleisten zu können.
Für die vorliegende Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Phospholipiden der allgemeinen Formel (I)
bereitzustellen, worin
R1 und R2 unabhängig voneinander für einen gesättigten, einfach oder mehrfach ungesättigten C10.30-Acylrest stehen und O — CH2 — CH — COOH
R3 =
NH2
O _ CH2 — CH2 — N(CH3)3
O — CH2 — CH2 — NH2
O — C3H5(OH)2 (Glycerin) bedeutet, bei dem mit Hilfe von ausschließlich Phospholipase D (PLD) aus einem Phospholipid-Gemisch die gewünschten Produkte ohne Verwendung organischer Lösemittel gewonnen werden.
Gelöst wurde diese Aufgabe mit einem entsprechenden Verfahren, bei dem in wässriger, ungepufferter Phase mit Phospholipase D (PLD) und mindestens einem zweiwertigen Metallion in einer ersten Stufe Phosphatidylsäure (PA) und in einer zweiten Stufe aus Phosphatidylsäure mit mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) R3 — H, wobei R3 die bereits für Formel (I) angegebene Bedeutung besitzt, mindestens ein Phospholipid der allgemeinen Formel (I) hergestellt wird. Als Verbindungen der Formel (II) kommen Serin, Cholin, Ethanolamin, Inosit und Glycerin (gebunden über eines der drei Sauerstoffatome) in Frage.
Überraschend hat sich in der Praxis herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das über die Zwischenstufe einer Phosphatidylsäure ausgeführt wird, die gewünschten Phospholipide in großer Reinheit und Ausbeute erhalten werden, ohne dass dabei die eingesetzten Phospholipide einer komplizierten Vorbehandlung unterworfen, Trägermaterialien aus dem Reaktionsgemisch nach erfolgter Reaktion abgetrennt, oder aber Phasenübergangsbedingungen eingehalten werden müssen.
Das vorliegende Verfahren hat sich insbesondere zur Herstellung von Phosphatidylserin, Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinosit, Phosphatidylglycerin oder beliebigen Mischungen daraus als geeignet gezeigt, was es gegenüber den bekannten Verfahren zusätzlich vorteilhaft macht.
Auch bzgl. des Ausgangsmaterials ist das vorliegende Verfahren keinerlei Beschränkung unterworfen, weshalb als bevorzugt anzusehende Phospholipid-Gemische Lecithin und hier insbesondere Soja-, Rapsöl- und/oder Eigelb-Lecithine empfohlen werden.
Obwohl als Reaktionsmedium ausschließlich Wasser verwendet wird, kann das einzusetzende Phospholipid-Gemisch in überraschend großen Mengen verwendet werden. Diesbezüglich sieht die Erfindung vor, dass das jeweilige Phospholipid-Gemisch in Mengen von 1 ,0 bis 20,0 Gew.-% bezogen auf das Gesamtreaktionsgemisch eingesetzt wird, wobei sich entsprechende Dispersionen als durchaus vorteilhaft erwiesen haben.
Auch die PLD ist keinen Beschränkungen unterworfen, doch haben sich Phospholipasen D, die aus Streptomyces, Actinomadura, Erdnuss, Karotte und/oder Kohl stammen besonders bewährt.
Entgegen der weithin geltenden Auffassung, dass das pH-Optimum für Phospholipasen bei pH-Werten zwischen 6 und 7 liegen, kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren bei pH-Werten des Reaktionsgemisches durchgeführt werden, die zwischen 4,0 und 9,0 liegen. Auch für die Reaktionstemperatur ist ein relativ breiter Bereich möglich, wobei eine Reaktionstemperatur zwischen 10 bis 60 °C als bevorzugt anzusehen ist.
Während aus den bislang bekannten Verfahren immer wieder Schwierigkeiten mit den verwendeten zweiwertigen Metallionen bekannt wurden, kann das erfindungsgemäße Verfahren, das in einem einphasigen, wässrigen System durchgeführt wird, in Gegenwart von Ca2+-, Mg2+- und/oder Zn +-lonen durchgeführt werden, ohne dass dabei Ausfällungsreaktionen, eingeschränkte Enzymaktivitäten oder Wechselwirkungen mit der eingesetzten OH-Gruppen enthaltenden Verbindung auftreten.
Als bevorzugte Metallionen-Konzentration sieht die vorliegende Erfindung solche vor, die zwischen 1 ,0 und 100 M liegen.
Besonders gute Umsatzergebnisse lassen sich mit PLD-Mengen erzielen, die zwischen 0, 1 bis 1 .000 Units/g eingesetztem Phospholipid(-Gemisch) liegen.
Dass das erfindungsgemäße Verfahren äußerst problemlos durchgeführt werden kann, zeigt neben den bereits genannten Reaktionsbedingungen auch die Tatsache, dass die in der ersten und zweiten Verfahrensstufe eingesetzte PLD identisch sein kann, weshalb die vorliegende Erfindung diese Variante als besonders bevorzugt ansieht. In diesem Fall sind PLD- Varianten besonders geeignet, die aus Streptomyces species und/oder Actinomadura species stammen.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt aber auch Varianten, in denen die PLD in den beiden Verfahrensstufen unterschiedlich sind. In diesem Fall sieht die vorliegende Erfindung als besonders bevorzugt vor, dass in der ersten Verfahrensstufe PLD eingesetzt wird, die aus Streptomyces chromofuscus, Erdnuss, Karotte und/oder Kohl stammt. Dabei hat es sich als ebenfalls vorteilhaft erwiesen, wenn der pH-Wert in der ersten Stufe zwischen 6,5 und 8,0 und in der zweiten Verfahrensstufe zwischen 5,0 und 7,5 liegt.
Üblicherweise wird die eingesetzte PLD in freier Form im rein wässrigen Reaktionsmedium eingesetzt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es aber vorteilhaft sein, wenn die entsprechende PLD oder die eingesetzten PLD- Mischungen in immobilisierter Form verwendet werden, wobei sich dann insbesondere kovalente und/oder adsorptive Bindungsarten anbieten. Geeignete Trägermaterialien für das Enzym sind bspw. Silicagele, wie sie in Chromatographiesäulen eingesetzt werden, aber auch andere inerte Materialien mit großen Oberflächen wie Kieselgur, Aktivkohle, Bentonite und Harze oder aber dreidimensional gestaltete Adsorptionskörper.
Auch die dritte gemäß Erfindung für die Herstellungsreaktion vorgesehene Komponente, die Verbindung der allgemeinen Formel (il) ist in keiner Weise als kritisch anzusehen, doch sollte sie vorzugsweise in Konzentrationen zwischen 0, 1 und 5,0 molar eingesetzt werden.
Als bevorzugte Reaktionsdauer ist erfindungsgemäß für die erste Verfahrensstufe ein Zeitraum zwischen 5 und 20 Stunden vorgesehen und für die zweite Verfahrensstufe eine Dauer von 0,5 bis 5 Stunden.
Zwar wird das angestrebte Produkt aufgrund der einfachen Verfahrensführung in einem einphasigen System in besonders guter Qualität und großer Reinheit erhalten, doch kann für spezielle Anwendungsoder Weiterverarbeitungsfälle das erhaltene Phospholipid oder das dieses enthaltende Gemisch durch eine alkoholische Extraktion aufgereinigt werden, was von der vorliegenden Erfindung ebenfalls berücksichtigt wird. Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine besonders umweltfreundliche und einfach durchzuführende Verfahrensvariante angeboten, aufgrund der das erhaltene Phospholipid(-Gemisch) als Endprodukt insbesondere als Lebensmittelzusatz oder bspw. auch in sogenannten Functional Food-Produkten ohne Probleme und ohne weitere Aufarbeitung eingesetzt werden kann. Zudem sind keinerlei Aufreinigungsschritte im Hinblick auf die zurückbleibende Mutterlauge notwendig, so dass diese mit der sie enthaltenden PLD und ohne Regenerierungsschritte sofort wieder eingesetzt werden kann.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Phospholipiden.
Beispiele
In den nachfolgenden Beispielen erfolgte die Phospholipid-Herstellung erfindungsgemäß in zwei Verfahrensstufen in einem einphasigen, wässrigen System, bei dem im ersten Schritt Phosphatidylsäure durch die enzymatische Hydrolyse der Phospholipid-Komponente mit PLD und in Gegenwart von Ca2+-lonen hergestellt wurde. Die Reaktionstemperatur betrug 35 bis 60 °C, die Phospholipase D mikrobiellen Ursprungs wurde in Mengen eingesetzt, die 50 bis 1 .500 Units/mM Phospholipid entsprachen, wobei der pH-Wert der Reaktionsmischung zwischen 5,5 und 8,0 lag.
Im zweiten Verfahrensschritt wurden die Reaktionsbedingungen gegenüber dem ersten Verfahrensschritt dahingehend geändert, dass L-Serin als OH- Gruppen tragende Komponente zugesetzt wurde und zwar in einer die eingesetzte Phospholipid-Menge übersteigenden Menge. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches lag im zweiten Verfahrensschritt zwischen 4,0 und 6,0 und die Temperatur betrug 20 bis 60 °C. Als Ausgangsmaterial diente ein Phospholipid-Gemisch, enthaltend Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylinosit, das in Mengen von 15 bis 175 mM verwendet wurde. Besonders geeignet hat sich als Ausgangsmaterial Epicuron® 100 P der Firma Lucas Meyer (jetzt Degussa Texturant Systems Deutschland GmbH & Co. KG), bestehend aus 20 bis 25 Gew.-% Phosphatidylcholin, 1 8 bis 23 Gew.-% Phosphatidylethanolamin und 1 2 bis 1 5 Gew.-% Phosphatidylinosit, sowie Epicuron® 1 30 (Quelle: siehe oben), mit 30 bis 35 Gew.-% Phosphatidylcholin, 1 5 bis 20 Gew.-% Phosphatidylethanolamin und 8 bis 1 3 Gew.-% Phosphatidylinosit.
Das Ausgangsmaterial wurde jeweils vor Reaktionsbeginn gut in der wässrigen Phase homogenisiert, sodann wurden Ca2 +- oder Mg2+-lonen in Konzentrationen von 100 mM eingebracht.
Die verwendete PLD wurde in immobilisierter Form gemäß Röhm (unter Verwendung von Eupergit C) eingesetzt.
Beispiel 1
1 . Zuerst wurden eine Suspension des Phospholipid-Gemisches (2,26 mmol) und CaCI2 (10 mmol) in 100 ml Wasser mit NaOH (0, 1 M) auf pH = 6,5 bis 7,5 eingestellt. Dann wurde die Reaktion mit PLD (1 .000 bis 1 .500 Units) unter Rühren für 1 6 Stunden bei 40 °C durchgeführt. Nach 5 Stunden lag die Ausbeute an Phosphatidylsäure bei 90 % des Endwertes, was mit Hilfe der HPLC- Methode festgestellt wurde.
2. Die so erhaltene Phosphatidylsäure wurde nach der Reaktion aus der wässrigen Phase abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen, wobei Cholin, Ethanolamin bzw. Inosit und Salz-Anteile ausgewaschen wurden. 3. Die immobilisierte PLD verblieb im Niederschlag und wurde weiter benutzt.
4. Die gewaschene Phosphatidylsäure (1 bis 2 mmol) wurde dann weiter zu Phosphatidylserin (PS) umgewandelt. Dazu wurde die Lösung (10 mM, in Wasser) zuerst mit Salzsäure (0, 1 mol/l) auf pH = 5,5 eingestellt, die Temperatur bei 30 °C gehalten und CaCI2 (100 mM) sowie L-Serin in 10-fachem Überschuss der Lösung zugesetzt.
5. Unter Rühren wurde daraufhin die Reaktion 10 Stunden laufen gelassen, wobei die Ausbeute von PS nach 4 Stunden bereits bei 40 % des Endwertes lag.
6. Nach der Reaktion wurde die Lösung mit Hexan/Isopropanol extrahiert und das PS wurde durch Aceton-Fällung aufgereinigt.
7. Die immobilisierte PLD konnte aufgrund ihrer Partikel-Größe mit einem Sieb abgetrennt und wiedergewonnen werden.
Beispiel 2
1 . Zuerst wurden eine Suspension des Phospholipidgemisches (2,26 mmol) und CaCI2 (10 mmol) in 100 ml Wasser mit NaOH (0, 1 M) auf pH = 7 eingestellt. Dann wurde die Reaktion mit PLD (1 .000 bis 1 .500 Units) unter Rühren für 1 6 Stunden bei 50 °C durchgeführt. Nach 5 Stunden lag die Ausbeute an Phosphatidylsäure bei 90 % des Endwertes, was mit Hilfe der HPLC- Methode festgestellt wurde.
2. Die so erhaltene Phosphatidylsäure wurde nach der Reaktion aus der wässrigen Phase abfiltriert und mehrmals mit Wasser gewaschen, wobei Cholin, Ethanolamin bzw. Inosit und Salz-Anteile ausgewaschen wurden.
3. Die immobilisierte PLD konnte wegen ihrer Partikelgröße durch ein Sieb von PA-Anteilen getrennt und wiedergewonnen werden.
4. Die weiteren Schritte zur PS-Herstellung wurden gemäß Beispiel 1 (Schritte 4 bis 7) durchgeführt.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung von Phospholipiden der allgemeinen Formel (I)
worin R1 und R2 unabhängig voneinander für einen gesättigten, einfach oder mehrfach ungesättigten C10.30-Acylrest stehen und R3 = O — CHa — CH — COOH
NH2
O — CH2 — CH2 — NH2
O — C3H5(OH)2 (Glycerin) bedeutet, mit Hilfe von ausschließlich Phospholipase D aus einem Phospholipid-Gemisch und ohne Verwendung organischer Lösemittel, dadurch gekennzeichnet, dass in wässriger, ungepufferter Phase mit Phospholipase D (PLD) und mindestens einem zweiwertigen Metallion in einer ersten Stufe Phosphatidylsäure (PA) und in einer zweiten Stufe aus Phosphatidylsäure mit mindestens einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) R3 — H, in der R3 die oben angegebene Bedeutung hat, mindestens ein Phospholipid der allgemeinen Formel (I) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Phosphatidylserin, Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinosit und/oder Phosphatidylglycerin erhalten werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Phospholipid-Gemisch Lecithin und besonders bevorzugt Soja-, Rapsöl- und/oder Eigelb-Lecithin eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phospholipid-Gemisch in Mengen von 1 ,0 bis 20,0 Gew.-% bezogen auf das Gesamtreaktionsgemisch und besonders bevorzugt als Dispersion eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die PLD aus Streptomyces, Actinomadura, Erdnuss, Karotte und/oder Kohl stammt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Reaktionsgemisches zwischen 4,0 und 9,0 liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur 10 bis 60 °C beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiwertiges Metallion Ca2+, Mg2+ und/oder Zn2+ eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallionen-Konzentration zwischen 1 ,0 und 100 mM beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die PLD in Mengen von 0,1 bis 1.000 Units/g eingesetztem Phospholipid verwendet wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten und zweiten Verfahrensstufe eingesetzte PLD identisch ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die PLD aus Streptomyces species und/oder Actinomadura species stammt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die PLD in den beiden Verfahrensstufen unterschiedlich ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verfahrensstufe PLD aus Streptomyces chromofuscus, Erdnuss, Karotte und/oder Kohl stammt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der ersten Stufe zwischen 6,5 und 8,0 und in der zweiten Stufe zwischen 5,0 und 7,5 liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die PLD in immobilisierter Form eingesetzt wird, besonders bevorzugt in kovalenter und/oder adsorptiver Bindungsart.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der allgemeinen Formel (II) in Konzentrationen zwischen 0,1 und 5,0 molar eingesetzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsdauer der ersten Verfahrensstufe 5 bis 20 Stunden und die der zweiten Verfahrensstufe 0,5 bis 5 Stunden beträgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Phospholipid(-Gemisch) durch eine alkoholische Extraktion auf gereinigt wird.
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