FR2621325A1 - Improved process for preparing L-carnitine - Google Patents

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Abstract

Process for preparing L-carnitine by reducing dehydrocarnitine by means of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), in the presence of carnitine dehydrogenase (CDH), the NAD<+> formed being reduced by a formate under the effect of a formate dehydrogenase (FDH); the aqueous solution which constitutes the reaction medium has an ionic strength of at least 0.5 M.

Description

Procédé perfectionné de préparation de L-carnitine. Improved process for preparing L-carnitine.

L'invention concerne un procédé perfectionné pour la préparation de la carnitine, c'est-à-dire de l'acide triméthylamino-4 hydroxy-3 butyrique, et en particulier de la
L-carnitine, par voie biochimique.
The invention relates to an improved process for the preparation of carnitine, i.e., 4-trimethylamino-3-hydroxy-butyric acid, and in particular of
L-carnitine, biochemically.

La carnitine est principalement employée pour des applications biologiques, notamment pharmacologiques, cosmétiques et alimentaires, en particulier comme stimulant de la sécrétion gastrique et pancréatique, ou comme antihyperlipo protéinique.Comme les méthodes chimiques de sa préparation conduisent à des mélanges racémiques, alors que seul le stéréoisomère L est biologiquement actif, c'est surtout le procédé biochimique de préparation qui est intéressant, parce qu'il fournit l'isomérie L. Il est donc important de disposer d'un procédé de préparation permettant l'obtention économique de ce composé. C'est l'avantage intéressant qu'apporte le procédé suivant l'invention ; il permet de produire, par voie biochimique, la L-carnitine avec bons rendements, pratiquement sans contamination par microorganismes.Carnitine is mainly used for biological applications, in particular pharmacological, cosmetic and food, in particular as stimulant of gastric and pancreatic secretion, or as antihyperlipo protein. As the chemical methods of its preparation lead to racemic mixtures, while only the L stereoisomer is biologically active, it is above all the biochemical preparation process which is of interest, because it provides the L isomerism. It is therefore important to have a preparation process which makes it possible to obtain this compound economically. This is the advantageous advantage afforded by the process according to the invention; it allows the biochemical production of L-carnitine in good yields, practically without contamination by microorganisms.

Un procédé connu de préparation de la L-carnitine consiste à réduire la déhydrocarnitine au moyen du nicotinamide adénine dinucléotide réduit, NADH, en présence de l'enzyme carnitine déshydrogénase (CDH) ; le NAD+ qui en résulte est réduit à son tour à l'état de NADH par un réducteur approprié, par exemple glucose, alcool, aldéhyde, dithionate de métal alcalin ou un formiate, en présence d'une déshydrogénase cor-e~- -Idante. Un tel procédé est notamment décrit dans I. et français publié sous le Nu 2 398 046.A known process for the preparation of L-carnitine consists of reducing dehydrocarnitine by means of the reduced nicotinamide adenine dinucleotide, NADH, in the presence of the enzyme carnitine dehydrogenase (CDH); the resulting NAD + is in turn reduced to the state of NADH by a suitable reducing agent, for example glucose, alcohol, aldehyde, alkali metal dithionate or a formate, in the presence of a dehydrogenase cor-e ~ - -Idante . Such a process is in particular described in I. and French published under No. 2 398 046.

En particulier la préparation de la L-carnitine est effec tuée par l'action du nicotinamide adénine dinucléotide réduit, NADH, sur la déhydrocarnitine, et réduction du NAD formé, au moyen du groupe formique avec de la formiate déshydrogénase FDH comme catalyseur.In particular, the preparation of L-carnitine is effected by the action of the reduced nicotinamide adenine dinucleotide, NADH, on dehydrocarnitine, and reduction of the NAD formed, by means of the formic group with formate dehydrogenase FDH as catalyst.

Le schéma de synthèse est alors

Figure img00020001
The synthesis scheme is then
Figure img00020001

(L-carnitine) CDH = carnitine déshydrogénase
La CDH utilisée provient en général d'un extrait de culture bactérienne, par exemple de Pseudomona putida. Elle est précipitée au sulfate d'ammonium a 250 g par litre d'extrait brut (55% de la saturation).
(L-carnitine) CDH = carnitine dehydrogenase
The CDH used is generally obtained from an extract of a bacterial culture, for example from Pseudomona putida. It is precipitated with ammonium sulfate at 250 g per liter of crude extract (55% of saturation).

Cependant la technique antérieure se prétait mal à des applications industrielles, surtout à cause de très fortes quantités d'enzymes qu'elle exigeait par mole de L-carnitine à produire, et des productivités faibles par unité de capacité des réacteurs, par heure. L'utilisation de formiate comme réducteur du NAD , tentante industriellement, a conduit jusqu'à présent à des rendements très bas, comme on peut le voir dans l'exemple 5 du brevet cité plus haut.However, the prior art did not lend itself well to industrial applications, above all because of the very high quantities of enzymes which it required per mole of L-carnitine to be produced, and the low productivities per unit capacity of the reactors, per hour. The use of formate as a reducing agent for NAD, industrially tempting, has so far led to very low yields, as can be seen in Example 5 of the patent cited above.

La présente invention résulte de la constatation que le procédé biochimique susindiqué peut être réalisé avec des quantités d 'enzymes considérablement réduites, ramenées à des proportions industriellement acceptables, si le milieu réactionnel contient des sels dissous, dont la concentration dépasse un certain minimum.The present invention results from the observation that the above-mentioned biochemical process can be carried out with considerably reduced quantities of enzymes, brought to industrially acceptable proportions, if the reaction medium contains dissolved salts, the concentration of which exceeds a certain minimum.

La présence d'une telle force ionique exerce un effet sta bilisateur sur le système enzymatique présent, évitant sa contamination et destruction au cours de la réduction de la déhydrocarnitine.The presence of such an ionic force exerts a stabilizing effect on the enzymatic system present, avoiding its contamination and destruction during the reduction of dehydrocarnitine.

Ainsi, le procédé suivant l'invention est-il caractérisé le le fait que le milieu aqueux, dans lequel a lieu la au cours ?biâconversion réaction (1), présente/une force ionique d'au moins 0,5 M et de préférence 0,6 à 3M, les forces ioniques de 0,8 à 2,5 M étant particulièrement favorables ; dans la technique antérieure citée, elles ne dépassaient pas 0,3 M.Thus, the process according to the invention is characterized by the fact that the aqueous medium, in which the biâconversion reaction (1) takes place, has / an ionic strength of at least 0.5 M and preferably 0.6 to 3M, ionic strengths of 0.8 to 2.5 M being particularly favorable; in the cited prior art, they did not exceed 0.3 M.

Dans la forme préférée de l'invention, où une solution de déhydrocarnitine est versée progressivement dans une solution des enzymes requises, et que - par conséquent - le volume du milieu réactionnel varie du début à la fin de 1' opération, la force ionique, variant en même temps, doit atteindre les limites sus indiquées au moins à la fin de la réaction. Quant au début, il peut n'y avoir, dans la solution des enzymes, que 0,1 à 0,4 M de sels ionisables.In the preferred form of the invention, where a solution of dehydrocarnitine is gradually poured into a solution of the required enzymes, and - consequently - the volume of the reaction medium varies from the start to the end of the operation, the ionic strength, varying at the same time, must reach the limits indicated above at least at the end of the reaction. As for the beginning, there may be, in the solution of the enzymes, only 0.1 to 0.4 M of ionizable salts.

Malgré l'effet bénéfique, sur la stabilité des composants du milieu réactionnel, qu'exercent les électrolytes, il est préférable que la concentration de ceux-ci ne déprisse pas certaines limites, notamment la valeur d'environ 3M.Despite the beneficial effect, on the stability of the components of the reaction medium, exerted by the electrolytes, it is preferable that the concentration of the latter does not deprive certain limits, in particular the value of approximately 3M.

La force ionique adéquate peut etre obtenue par la dissolution dans les liquides du milieu réactionnel de différents sels d'acides et bases organiques ou inorganiques.The adequate ionic strength can be obtained by dissolving in the liquids of the reaction medium various salts of organic or inorganic acids and bases.

Le choix en est conditionné par le pH du milieu, qui doit être compris entre 6 et 8 et, de préférence, entre 6,8 et 7,8. A titre d'exemples non limitatifs de sels utilisables, on peut citer les chlorures, sulfates et phosphates de métaux alcalins, d'- rium ou d'amines, ou bien des sels de tels cations avec efférents acides organiques, comme formiates, tartrates, alkyl-sulfonates, aryl-sulfonates, phtalates, citrates, maléates, malonates ou autres. The choice is conditioned by the pH of the medium, which must be between 6 and 8 and, preferably, between 6.8 and 7.8. By way of nonlimiting examples of salts which can be used, mention may be made of chlorides, sulphates and phosphates of alkali metals, of rium or of amines, or of salts of such cations with efferent organic acids, such as formates, tartrates, etc. alkyl-sulfonates, aryl-sulfonates, phthalates, citrates, maleates, malonates or others.

L'introduction de l'électrolyte dans le milieu réaction nel peut avoir lieu de différentes manières : au départ, dans la solution des enzymes ; dans la solution de dXhydro- carnitine que l'on verse progressivement dans la précédente; directement dans le milieu réactionnel, séparement de la solution de déhydrocarnitine. Deux de ces iodes ou les trois à la fois peuvent étre pratiqués conjointement.The introduction of the electrolyte into the reaction medium can take place in different ways: initially, in the solution of the enzymes; in the dXhydro-carnitine solution which is gradually poured into the previous one; directly in the reaction medium, separately from the dehydrocarnitine solution. Two or all three of these iodines can be used together.

Comme il est commode d'employer la déhydrocarnitine sous la forme d'un sel, notamment de chlorhydrate, la réalisation de la force ionique appropriée peut s'opérer par l'introduction d'une solution de base, dans le milieu réactionnel, simultanément avec celle de la solution de déhydrocarnitine,ce qui conne lieu à la formation d'un sel, chlorure par exemple. Il est & noter a ce propos que la concentration en ions dans le milieu réactionnel dépend naturellement de celle du chlorhydrateou autre sel de déhydrocarnitine dans la solution de cette dernière. Ainsi peut-on agir sur la force ionique par l'ajustement-de cette concentration.As it is convenient to use dehydrocarnitine in the form of a salt, in particular of hydrochloride, the achievement of the appropriate ionic strength can be effected by the introduction of a base solution, into the reaction medium, simultaneously with that of the dehydrocarnitine solution, which conne takes place in the formation of a salt, chloride for example. It should be noted in this connection that the concentration of ions in the reaction medium naturally depends on that of the hydrochloride or other salt of dehydrocarnitine in the solution of the latter. So we can act on the ionic strength by adjusting this concentration.

Le résultat remarquable du réglage adéquat de la force ionique, suivant l'invention, est d'abord la possibilité de diminuer considérablement la proportion d'enzymes ; ainsi, au lieu de 3200 à 8700 unités de carnitine déshydrogénase (CDH) utilisée par mole de dehydrocarnxtine traitée, dans les exemples du brevet français cité plus haut, il suffit de 200 à 1000 unités, et le plus souvent de 400 a 900 U, donc environ 5 a 10 fois moins, ce qui constitue un progrès technique-très important. En outre, grâce à la stabilité des enzymes assurée par la force ionique, on peut prolonger de beaucoup le temps de la reaction et arriver ainsi à des rendements beaucoup plus élevés que ne le permettrait la technique antérieure. La production horaire, par unité de volume de réacteur, est ainsi très fortement accrue. The remarkable result of the adequate adjustment of the ionic strength, according to the invention, is first of all the possibility of considerably reducing the proportion of enzymes; thus, instead of 3200 to 8700 units of carnitine dehydrogenase (CDH) used per mole of dehydrocarnxtine treated, in the examples of the French patent cited above, only 200 to 1000 units, and most often 400 to 900 U, are sufficient, therefore about 5 to 10 times less, which constitutes a very important technical progress. In addition, thanks to the stability of the enzymes provided by the ionic strength, the reaction time can be greatly prolonged and thus achieve much higher yields than would be possible in the prior art. Hourly production, per unit of reactor volume, is thus greatly increased.

Alors qu'il n'était guère possible de laisser la réaction se poursuivre plus de 40 heures, la présente invention permet de dépasser largement 48 heures et atteindre par exemple une centaine d'heures. On peut en général travailler durant 45 à 80 heures.While it was hardly possible to allow the reaction to continue for more than 40 hours, the present invention makes it possible to go well beyond 48 hours and to reach, for example, around one hundred hours. You can usually work 45 to 80 hours.

Un autre résultat intéressant est que les enzymes employées conservent encore la majeure partie de leur activité initiale, après une préparation de L-carnitine ; elles peuvent ainsi être réutilisées pour une nouvelle opération.Another interesting result is that the enzymes used still retain most of their initial activity, after preparation of L-carnitine; they can thus be reused for a new operation.

De préférence, la température ne dépasse pas 3O0C , elle peut varier entre 10" et 3O0C. Preferably, the temperature does not exceed 3O0C, it can vary between 10 "and 3O0C.

Les enzymes, employées dans le procédé de l'invention, sont bien connues dans l'art, il n'y a donc pas lieu de décrire ici leur préparation. On notera seulement que la carnitine déshydrogénase (CDH) peut etre obtenue à partir de l extrait des cultures bactériennes de Pseudomona des groupes fluorescens, seruginosa et surtout putida (collection de l'institut Pasteur nO CIP 52191).The enzymes used in the process of the invention are well known in the art, there is therefore no need to describe their preparation here. It will only be noted that carnitine dehydrogenase (CDH) can be obtained from the extract of the bacterial cultures of Pseudomona of the fluorescent, seruginosa and especially putida groups (collection of the Pasteur institute no. CIP 52191).

La formiate déshydrogénase (FDH) peut etre obtenue à partir de divers micro-organismes, de la façon connue, et en particulier à partir des levures des genres Candida,
Kloeckera, Pichia, Torulopsis etc. et surtout à partir de
Candida bodiini.
Formate dehydrogenase (FDH) can be obtained from various microorganisms, in the known manner, and in particular from yeasts of the genera Candida,
Kloeckera, Pichia, Torulopsis etc. and especially from
Candida bodiini.

Etant donné la fragilité des solutions aqueuses de déhydrocarnitine (DHC) aux températures supérieures à 100C, il ntest pas recommandable de mettre d'emblée la totalité de
DHC dans le réacteur contenant une solution d'enzyme CDH.
Given the fragility of aqueous solutions of dehydrocarnitine (DHC) at temperatures above 100C, it is not advisable to immediately put all of the
DHC in the reactor containing a solution of CDH enzyme.

Le mode opératoire préféré consiste à conserver la solution de DRC dans un réservoir à part, à température suffi sament basse, par exemple' entre O et 4iC, et n'en introduire progressivement, dans le réacteur, qu'un certain courant compatible avec la vitesse de réaction, de façon à ce que la DHC soit pratiquement.convertie en L-carnitine au fur et à mesure de son arrivée dans le réacteur.The preferred procedure consists in keeping the DRC solution in a separate tank, at a sufficiently low temperature, for example between 0 and 4iC, and gradually introducing into the reactor only a certain current compatible with the temperature. reaction rate, so that DHC is practically converted into L-carnitine as it enters the reactor.

Cela conduit à la forme préférée du procédé de l'invention suivante. Dans un réacteur, muni de moyens d'agitation et de réglage de la température, on introduit un volume déterminé d'une solution de NADH et des deux enzymes, CDR et
FDH, convenablement tamponnée à un pH voisin de 7.
This leads to the preferred form of the process of the following invention. In a reactor, equipped with means for stirring and regulating the temperature, a determined volume of a solution of NADH and the two enzymes, CDR and
FDH, suitably buffered to a pH in the region of 7.

On y ajoute également, selon l'invention, un sel de manière à ce que la force ionique de la solution d'enzymes soit d'au moins 0,2 M.A salt is also added, according to the invention, so that the ionic strength of the enzyme solution is at least 0.2 M.

A cette solution maintenue entre 10 et 30 OC, en particulier à 200C, on ajoute progressivement, sous agitation, une solution aqueuse de déhydrocarnitine, venant d'un réservoir spécial où cette solution de DRC est stockée à basse température.Connaissant, au moins approximativement, la vitesse de la réaction (2) DRC + NADH

Figure img00060001
To this solution maintained between 10 and 30 ° C., in particular at 200 ° C., is gradually added, with stirring, an aqueous solution of dehydrocarnitine, coming from a special tank where this DRC solution is stored at low temperature. , the reaction rate (2) DRC + NADH
Figure img00060001

L-carnitine + NAD on règle le débit de la solution de telle manière que la DRC soit, au moins en majeure partie, convertie au fur et à mesure de son arrivée dans la solution
De préférence, la DRC étant sous la forme de son chlorhydrate DHC.HCl, soit

Figure img00060002

on fait couler simultanément, dans le réacteur, un débit de solution basique, juste pour neutraliserl'acidité de la DRC introduite ; la solution basique peut etre par exemple de NaOH, KOH, CH3COONa etc. et, plus particulièrement de l'ammoniaque qui donne du NR4Cl bien favorable à la force ionique du milieu. L-carnitine + NAD the flow rate of the solution is adjusted so that the DRC is, at least for the most part, converted as it arrives in the solution
Preferably, the DRC being in the form of its hydrochloride DHC. HCl, or
Figure img00060002

a flow of basic solution is simultaneously run into the reactor, just to neutralize the acidity of the DRC introduced; the basic solution can be for example NaOH, KOH, CH3COONa etc. and, more particularly ammonia which gives NR4Cl which is very favorable to the ionic strength of the medium.

La concentration en DHC de la solution aqueuse,utilisée, peut varier entre les larges limites, maiselle est le plus souvent de l'ordre de 0,2 à 2 M ; une des incidences de ce facteur est expliquée plus haut au sujet du réglage de la force ionique.The DHC concentration of the aqueous solution used can vary between wide limits, but is most often of the order of 0.2 to 2 M; one of the consequences of this factor is explained above with regard to the adjustment of the ionic strength.

Lorsque la totalité de DRC a été introduite dans le réacteur, on détermine la teneur du milieu en la L-carnitine formée ; on procéde ensuite à la séparation et la purification de celle-ci selon la technique connue.When all of the DRC has been introduced into the reactor, the content of the medium in the L-carnitine formed is determined; the latter is then separated and purified according to the known technique.

L'invention est illutrée par les exemples non limitatifs qui suivent.The invention is illustrated by the nonlimiting examples which follow.

EXEMPLE 1
Dans un réacteur de 250 ml de capacité on a placé 50 ml d'une solution aqueuse renfermant les composants suivants
40 U d'enzyme carnitine déshydrogénase CDR
présentant une activité spécifique de 55U/my
provenant du Pseudomona putida
2mM de NAD+ ;
40 U de formiate déshydrogénase, FDH, provenant de
la levure Candida bodiini (EC 1.2.1.2. ; ven
due par BOEHRINGER MANNHEIM)
50mM de phosphates HNa2P04/KH2P04 (pH 7,5)
150mM de formiate d'ammonium HCOONH4
6mg de chloramphénicol
Dans cette solution de départ on a fait couler, sous agitation, à raison de 1,2 ml/h, une solution aqueuse
0,8 M de chlorhydrate de DRC et
0,8 M d'acide formique provenant d'un réservoir dans lequel cette solution était stockée à 40C.
EXAMPLE 1
In a reactor of 250 ml capacity was placed 50 ml of an aqueous solution containing the following components
40 U of CDR carnitine dehydrogenase enzyme
with a specific activity of 55U / ml
from Pseudomona putida
2mM NAD +;
40 U of formate dehydrogenase, FDH, from
the yeast Candida bodiini (EC 1.2.1.2 .; fri
due by BOEHRINGER MANNHEIM)
50mM of HNa2P04 / KH2P04 phosphates (pH 7.5)
150mM ammonium formate HCOONH4
6mg of chloramphenicol
Into this starting solution was poured, with stirring, at a rate of 1.2 ml / h, an aqueous solution
0.8 M DRC hydrochloride and
0.8 M formic acid from a tank in which this solution was stored at 40C.

La température dans le réacteur était réglée à 300C. The temperature in the reactor was set at 300C.

Simultanément avec l'introduction de la solution de DHC, on ajustait le pH du milieu réactionnel à la valeur de 7, par l'injection d'un solution 2N de NH4OH
Après 70 heures, le volume de solution dans le réacteur est de 150 ml et sa concentration en L-carnitine 428 mM.
Simultaneously with the introduction of the DHC solution, the pH of the reaction medium was adjusted to the value of 7, by the injection of a 2N solution of NH4OH
After 70 hours, the volume of solution in the reactor is 150 ml and its L-carnitine concentration 428 mM.

Le bilan de l'opération se présente donc comme suit
0,0672 mole de DRC mis en oeuvre,
0,0642 " de L-carnitine formée (10,3g)
soit rendement de 96 X
Ce résultat est obtenu avec
force ionique au départ 0,20M
I' Il à la fin 0,96M
nombre d'unités CDR
par mole de DRC 595
EXEMPLE 2
Cherchant à limiter l'augmentation de volume au cours de la bioconversion, on a mis en oeuvre des réactifs en solutions plus concentrées en déhydrocarnitine, acide formique et ammoniaque. D'autre part, on a réduit la concentration en NAD+.
The results of the operation are therefore as follows
0.0672 mole of DRC used,
0.0642 "of L-carnitine formed (10.3g)
or yield of 96 X
This result is obtained with
ionic strength at the start 0.20M
I 'He at the end 0.96M
number of CDR units
per mole of DRC 595
EXAMPLE 2
Seeking to limit the increase in volume during the bioconversion, reagents were used in more concentrated solutions of dehydrocarnitine, formic acid and ammonia. On the other hand, the concentration of NAD + has been reduced.

Ainsi a-t-on chargé dans le réacteur 50 ml de solution contenant
HNa2PO4/KH2PO4 50 mM pH : 7,5
NAD + 0,2 mM HCOONH4 150mM
6 mg chloramphénicol
40 U de CDR sommairement purifiée comme décrit
ci-après
25U de FDH BOEHRINGER-tiANNHEIM provenant de
la Candida bodiini .
50 ml of solution containing
HNa2PO4 / KH2PO4 50 mM pH: 7.5
NAD + 0.2 mM HCOONH4 150mM
6 mg chloramphenicol
40 U of CDR summarily purified as described
below
25U of FDH BOEHRINGER-tiANNHEIM from
Candida bodiini.

La CDH, extraite de P. Putida, avait été précipitée au sulfate d'ammonium (55 X de la saturation), centrifugée et le culot redissous dans le tampon phosphate 50mM pH : 7,5 ; la solution obtenue dialysée pendant 16 h contre ce meme tampon.CDH, extracted from P. Putida, had been precipitated with ammonium sulfate (55 X saturation), centrifuged and the pellet redissolved in 50 mM phosphate buffer pH: 7.5; the solution obtained dialyzed for 16 h against this same buffer.

Le réacteur était alimenté avec une solution maintenue à 40C, contenant la déhydrocarnitine et l'acide formique à la concentration, l'un et l'autre, de 1,6 M. Le débit était de 0,6 ml/h. La température du réacteur maintenue à 300C et le pH 7,5 par addition contrôlée d'ammoniaque 8N. Après 48 heures, on atteint un volume final de 90 ml et une concentration en L-Carnitine de 500 mM, soit un rendement de 98 x.The reactor was fed with a solution maintained at 40 ° C., containing dehydrocarnitine and formic acid at a concentration, both of them, of 1.6 M. The flow rate was 0.6 ml / h. The temperature of the reactor maintained at 300C and the pH 7.5 by controlled addition of 8N ammonia. After 48 hours, a final volume of 90 ml and a L-Carnitine concentration of 500 mM is reached, ie a yield of 98 ×.

La force ionique au début était de 0,20
La force ionique à la fin était de 1,13 Unités CDH/mole DRC ,, 863
EXEMPLE 3
La synthèse de L-carnitine a été effectuée avec, au départ, 1 litre de solution , dans les conditions initiales suivantes
sa2HPO4/KH22o4 50 mM pH : 7,5
RCO2NR4 150 mM
NAD+ 0,6 mM
120 mg de chloramphénicol
CDR 800 U sommairement purifiée comme
dans l'exemple 2
FDH 500 U soit 750 mg du lyophilisat
commercialisé par Boehringer-Mannheim.
The ionic strength at the start was 0.20
The ionic strength at the end was 1.13 CDH Units / mole DRC ,, 863
EXAMPLE 3
The synthesis of L-carnitine was carried out with, initially, 1 liter of solution, under the following initial conditions
sa2HPO4 / KH22o4 50 mM pH: 7.5
RCO2NR4 150 mM
NAD + 0.6 mM
120 mg of chloramphenicol
CDR 800 U summarily purified as
in example 2
FDH 500 U or 750 mg of the lyophilisate
marketed by Boehringer-Mannheim.

Le réacteur était alimenté par la meme solution 0,8 M que dans l'exemple 1, avec un débit de 0,4 ml/min. Le pH était maintenu à 7,5, par un système régulateur adapté au réacteur, avec de l'ammoniaque 2 N ; la température était fixée à 300C. Une agitation mécanique assurait l'homogénéisation de l'ensemble. The reactor was fed with the same 0.8 M solution as in Example 1, with a flow rate of 0.4 ml / min. The pH was maintained at 7.5, by a regulatory system suitable for the reactor, with 2N ammonia; the temperature was set at 300C. Mechanical stirring ensured the homogenization of the whole.

Après 67 h on a atteint un volume de 3.2 1 et une concentration en L-carnitine de 390 mM soit un rendement de 97 %.After 67 h, a volume of 3.2 1 was reached and an L-carnitine concentration of 390 mM, ie a yield of 97%.

Dans cet exemple on a travaillé avec
une force ionique initiale de 0,20
une force ionique finale de ........... 0,86
un rapport unités CDH/moles DRC 622
Le dosage de la CDH présente dans le réacteur donne 704 U soit 88 X d'activité résiduelle. Pour la FDH le dosage donne 384 U soit 80 X d'activité résiduelle. Le NAD+ a été intégralement transformé en NADH par voie enzymatique, puis dosé spectrophotométriquement à 340 mm. On obtient 0,2 mM ce qui , compte tenue de la dilution, correspond à 100 X d'activité.
In this example we worked with
an initial ionic strength of 0.20
a final ionic strength of ........... 0.86
a ratio of CDH units / moles DRC 622
The determination of the CDH present in the reactor gives 704 U or 88 X of residual activity. For FDH, the assay gives 384 U, ie 80 X of residual activity. The NAD + was completely transformed into NADH by the enzymatic route, then assayed spectrophotometrically at 340 mm. 0.2 mM is obtained which, taking into account the dilution, corresponds to 100 × activity.

EXEMPLE 4
En partant d'un litre de -solution,on a effectué la synthèse de la L-carnitine avec les conditions initiales suivantes
tampon phosphate 50 mM pH 7,5
HCO2NH4 0,5 M
Lu
NAD 0, 4 mM
CDH 820 U purifiée comme dans l'exemple 2
FDH 503 U extraite d'une culture de Pichia
Pastoris, précipitée au sulfate d'ammonium
(50 X de la saturation), centrifugée et le cu
lot redissous dans du tampon phosphate 50 mM
pH 7,5 , la solution obtenue dialysée 16 h con
tre ce même tampon.
EXAMPLE 4
Starting from one liter of solution, the synthesis of L-carnitine was carried out with the following initial conditions
50 mM phosphate buffer pH 7.5
HCO2NH4 0.5 M
Read
NAD 0.4 mM
CDH 820 U purified as in example 2
FDH 503 U extracted from a Pichia culture
Pastoris, precipitated with ammonium sulphate
(50 X saturation), centrifuged and cu
batch redissolved in 50 mM phosphate buffer
pH 7.5, the solution obtained dialyzed for 16 hours con
be this same buffer.

Le réacteur était alimenté par la même solution de DRC que dans l'exemple 2, avec un débit de 12 ml/h.The reactor was fed with the same DRC solution as in Example 2, with a flow rate of 12 ml / h.

Après 49 h on atteint un volume de 1,75 litres et une concentration en L-carnitine de 526 mM, soit un rendement de 98 %. Le dosage des activités résiduelles en CDH et FDH a donné respectivement 459 U et 111 U.After 49 h, a volume of 1.75 liters is reached and an L-carnitine concentration of 526 mM, ie a yield of 98%. The determination of the residual activities in CDH and FDH gave respectively 459 U and 111 U.

Au cours de cette préparation la force ionique du milieu réactionnel était
au départ 0,505
à la fin- 1,363 et le rapport CDH/mol DRC = 872 unités/mol
La production ressort à 1,72 g de L-carnitine par heure, par litre de volume liquide final.
During this preparation the ionic strength of the reaction medium was
at the start 0.505
at the end - 1.363 and the CDH / mol DRC ratio = 872 units / mol
The production is 1.72 g of L-carnitine per hour, per liter of final liquid volume.

La force ionique , imposée par les sels (formiate, phosphate, chlorure d'ammonium) s'est révelée suffisante pour retarder toute contamination bactérienne et permettre le travail sans antibactériens tels que le chloramphénicol.The ionic strength, imposed by the salts (formate, phosphate, ammonium chloride) has proved sufficient to delay any bacterial contamination and allow work without antibacterials such as chloramphenicol.

EXEMPLE 5
Dans le but d'atteindre une concentration finale en L-carnitine plus élevée, un réacteur a été initialement chargé de 50 ml de solution
tampon phosphate 50 mM pH 7,5
NAD 0,4 mM
HCO2NH4 0,5 M
CDR : 80 U purifiée comme à l'exemple 2
FDH : 50 U purifiée comme à l'exemple 4
Le réacteur était alimenté par une solution aqueuse de déhydrocarnitine DRC 3,2 M, mélangée à de l'acide formique 3,2 M, avec un débit de 0,55 ml/h, le pH dans le réacteur étant maintenu à 7,5 au moyen d'ammoniaque.
EXAMPLE 5
In order to achieve a higher final L-carnitine concentration, a reactor was initially charged with 50 ml of solution.
50 mM phosphate buffer pH 7.5
0.4 mM NAD
HCO2NH4 0.5 M
CDR: 80 U purified as in example 2
FDH: 50 U purified as in example 4
The reactor was fed with an aqueous solution of 3.2 M dehydrocarnitine DRC, mixed with 3.2 M formic acid, with a flow rate of 0.55 ml / h, the pH in the reactor being maintained at 7.5. by means of ammonia.

Après 47 h on atteint un volume final de 82 ml et une concentration en L-carnitine de 880 mM soit un rendement de 87 x. Les activités en CDR et FDH étaient respectivement de 21 U et 10 U. After 47 h, a final volume of 82 ml is reached and an L-carnitine concentration of 880 mM, ie a yield of 87 ×. CDR and FDH activities were 21 U and 10 U respectively.

Les forces ioniques étaient dans cet essai : au départ 0,505 M, à la fin 2,3 M.The ionic forces were in this test: initially 0.505 M, at the end 2.3 M.

Rapport unités CDH/moles DRC = 967 et la production 3 g/h par litre de volume final ; on peut constater que cette productivité augmentée a été obtenue au prix d'une légère baisse du rendement.Ratio of CDH units / moles DRC = 967 and production 3 g / h per liter of final volume; it can be seen that this increased productivity was obtained at the cost of a slight decrease in yield.

Comme dans l'exemple 4 l'absence d'antibactérien est justifiée par la force ionique encore plus élevée du milieu, ce qui retarde toute contamination bactérienne.As in Example 4, the absence of antibacterial is justified by the even higher ionic strength of the medium, which delays any bacterial contamination.

EXEMPLE 6
On opère de la meme façon que dans l'exemple 3, mais la solution de mélange de DRC + acide formique n'est que 0,1
M. La force ionique du milieu passe de 0,20 M de début à 0,16 M après 67 heures de réaction, car la dilution compense largement l'ajout de sels en cours de la bioconversion.
EXAMPLE 6
The procedure is the same as in Example 3, but the mixture solution of DRC + formic acid is only 0.1
M. The ionic strength of the medium goes from 0.20 M at the start to 0.16 M after 67 hours of reaction, because the dilution largely compensates for the addition of salts during the bioconversion.

Le rendement en L-carnitine n'est plus que de 60%, et les activités résiduelles en enzymes sont nulles du fait d' une contamination du milieu. La production est de 0,07 g/h, par litre de volume final.The yield of L-carnitine is no longer than 60%, and the residual enzyme activities are zero due to contamination of the medium. The production is 0.07 g / h, per liter of final volume.

EXEMPLE 7
La réaction est mise en route comme dans l'exemple 1, mais avec une concentration initiale de formiate de 3,0 M au lieu de 0,15 M. La solution de DRC ne contient alors pas de HCOOH.
EXAMPLE 7
The reaction is started as in Example 1, but with an initial formate concentration of 3.0 M instead of 0.15 M. The DRC solution then does not contain HCOOH.

La force ionique de 3,05 M au départ passe à 3,45 M à la fin. Le rendement est de 40%. Aucune contamination ne s' est produite, mais l'activité de la CDR baisse à 15% de sa valeur initiale. La production est de 1,03 g/h x 1 de volume final. The ionic strength of 3.05 M at the start increases to 3.45 M at the end. The yield is 40%. No contamination has occurred, but the CDR activity drops to 15% of its initial value. The production is 1.03 g / h x 1 final volume.

R6caritulation des exemples. Raritulation of the examples.

Dans le tableau ci-après on a reporté les principaux résultats des exemples qui précèdent. Les abréviations suivantes sont adoptées
F.i.i ..... force ionique initiale,
en moles par litre F.i.f " Il " finale,en M.
The main results of the above examples are shown in the table below. The following abbreviations are adopted
Fii ..... initial ionic strength,
in moles per liter Fif "Il" final, in M.

CDH/DHC.... nombre d'unités CDH em
ployées par mole de DHC.
CDH / DHC .... number of CDH em units
folded per mole of DHC.

Rdt. X rendement en L-carnitine sur
la DHC consommée.
Rdt. X yield of L-carnitine on
the DHC consumed.

Prod. ... g de L-carnitine obtenue
par heure, par litre de solu
tion finale.
Prod. ... g of L-carnitine obtained
per hour, per liter of solu
final tion.

Exemple n F.i.i F.i.f CDH/DHC Rdt.% Prod.Example n F.i.i F.i.f CDH / DHC Yield% Prod.

1 0,20 0,96 595 96 0,98
2 0,20 1,13 868 98 1,67
3 0,20 0,86 622 97 0,93
4 0,50 1,36 872 98 1,72
5 0,50 2,30 967 87 3,0
6 0,20 0,16 4975 60 0,07
7 3,s5 3,45 595 40 1,03
Les exemples 1 à 5 représentent visiblement des cas optimaux, alors que les exemples 6 et 7 montrent une chute du rendement lorsque la force ionique est trop faible (ex.6) ou trop forte (ex.7).
1 0.20 0.96 595 96 0.98
2 0.20 1.13 868 98 1.67
3 0.20 0.86 622 97 0.93
4 0.50 1.36 872 98 1.72
5 0.50 2.30 967 87 3.0
6 0.20 0.16 4975 60 0.07
7 3, s5 3.45 595 40 1.03
Examples 1 to 5 visibly represent optimal cases, while Examples 6 and 7 show a drop in yield when the ionic strength is too low (e.g. 6) or too high (e.g. 7).

D'autre part, l'exemple 5 indique une certaine limite à la vitesse de l'opération : une production assez forte (3g/l.h.) est obtenue au prix d'une baisse de rendement (87 X). On the other hand, Example 5 indicates a certain limit to the speed of the operation: a fairly high production (3 g / l.h.) Is obtained at the cost of a drop in yield (87 X).

Claims (8)

RevendicationsClaims 1. Procédé de préparation de la L-carnitine par réduction de la déhydrocarnitine au moyen de nicotinamide adénine dinucléotide (NADH), en présence de carnitine déshydrogénase (CDH), le NAD+ formé étant réduit par un formiate sous l'effet d'une formiate déshydrogénase (FDH), ca- ractérisé en ce que la solution aqueuse, constituant le milieu réactionnel, présente,au cours de bioconversion, une force ionique d'au moins 0.5 M.1. Process for preparing L-carnitine by reduction of dehydrocarnitine by means of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), in the presence of carnitine dehydrogenase (CDH), the NAD + formed being reduced by a formate under the effect of a formate dehydrogenase (FDH), charac- terized in that the aqueous solution, constituting the reaction medium, has, during bioconversion, an ionic strength of at least 0.5 M. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la force ionique du milieu réactionnel est de 0,6 à 3 M, au moins à la fin de l'opération.2. Method according to claim 1, characterized in that the ionic strength of the reaction medium is 0.6 to 3 M, at least at the end of the operation. 3. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel une solution aqueuse de déhydrocarnitine est versée progressivement dans une solution des enzymes, caractérisé en ce que le milieu réactionnel présente une force ionique de 0,1 à 0,4 M au départ et 0,8 à 2,5 M à la fin de l'opération.3. Method according to claim 1, wherein an aqueous solution of dehydrocarnitine is gradually poured into a solution of the enzymes, characterized in that the reaction medium has an ionic strength of 0.1 to 0.4 M at the start and 0.8 to 2.5 M at the end of the operation. 4. Procédé suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la force ionique est formée principalement par du formiate d'ammonium.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ionic strength is formed mainly by ammonium formate. 5. Procédé suivant une des revendications 1 à 4, dans lequel la déhydrocarnitine est prise sous la forme de chlorhydrate, le milieu réactionnel étant neutralisé avec de l'ammoniaque, caractérisé en ce qu'une solution d'acide formique est versé dans ce milieu en même temps que la solution de déhydrocarnitine.5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the dehydrocarnitine is taken in the form of hydrochloride, the reaction medium being neutralized with ammonia, characterized in that a solution of formic acid is poured into this medium. together with the dehydrocarnitine solution. 6. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu réactionnel contient 200 à 1000 unités d'enzyme CDR par mole de déhydrocarnitine employée au total. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction medium contains 200 to 1000 units of CDR enzyme per mole of dehydrocarnitine employed in total. 7. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de déhydrocarnitine a une concentration de 0,2 à 2 M.7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dehydrocarnitine solution has a concentration of 0.2 to 2 M. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que cette solution est versée dans la solution des enzymes avec une vitesse telle que la déhydrocarnitine soit convertie en L-carnitine au fur et à mesure de son arrivée dans la solution enzymatique. 8. Method according to claim 7, characterized in that this solution is poured into the solution of the enzymes with a speed such that the dehydrocarnitine is converted into L-carnitine as it arrives in the enzymatic solution.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2398046A1 (en) * 1977-07-18 1979-02-16 Inst Francais Du Petrole L-CARNITINE ENZYMATIC SYNTHESIS
EP0095950A1 (en) * 1982-05-06 1983-12-07 Institut Français du Pétrole Preparation of glucose dehydrogenase
FR2596756A1 (en) * 1986-04-04 1987-10-09 Elf Aquitaine CARNITINE PURIFICATION PROCESS

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