HU227235B1 - Process for producing 1,3-propanediol by biotransformation - Google Patents
Process for producing 1,3-propanediol by biotransformation Download PDFInfo
- Publication number
- HU227235B1 HU227235B1 HU0500961A HUP0500961A HU227235B1 HU 227235 B1 HU227235 B1 HU 227235B1 HU 0500961 A HU0500961 A HU 0500961A HU P0500961 A HUP0500961 A HU P0500961A HU 227235 B1 HU227235 B1 HU 227235B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- glycerol
- process according
- enzyme
- enzymes
- coenzymes
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N (+)-propylene glycol Chemical compound C[C@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-VKHMYHEASA-N 0.000 title claims abstract description 10
- YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 1,3-propanediol Substances OCCCO YPFDHNVEDLHUCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 229920000166 polytrimethylene carbonate Polymers 0.000 title claims description 8
- 230000036983 biotransformation Effects 0.000 title 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 95
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 38
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 38
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 13
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 5
- 108010011958 1,3-propanediol dehydrogenase Proteins 0.000 claims description 3
- 101000892220 Geobacillus thermodenitrificans (strain NG80-2) Long-chain-alcohol dehydrogenase 1 Proteins 0.000 claims description 3
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 claims description 3
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000009088 enzymatic function Effects 0.000 claims 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 2
- 241000588923 Citrobacter Species 0.000 claims 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 claims 1
- 241000588914 Enterobacter Species 0.000 claims 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims 1
- 241000204652 Thermotoga Species 0.000 claims 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000013038 irreversible inhibitor Substances 0.000 claims 1
- 230000036963 noncompetitive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 abstract description 29
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 10
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 abstract description 8
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 2
- 229940035437 1,3-propanediol Drugs 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 28
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N NAD zwitterion Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 14
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 11
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 11
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 11
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 9
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 8
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 108010050375 Glucose 1-Dehydrogenase Proteins 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 5
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 5
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 5
- GNGACRATGGDKBX-UHFFFAOYSA-N dihydroxyacetone phosphate Chemical compound OCC(=O)COP(O)(O)=O GNGACRATGGDKBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 4
- AKXKFZDCRYJKTF-UHFFFAOYSA-N 3-Hydroxypropionaldehyde Chemical compound OCCC=O AKXKFZDCRYJKTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108090000698 Formate Dehydrogenases Proteins 0.000 description 3
- 241000588915 Klebsiella aerogenes Species 0.000 description 3
- 229940092559 enterobacter aerogenes Drugs 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 3
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000011535 reaction buffer Substances 0.000 description 3
- HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N Acrolein Chemical compound C=CC=O HGINCPLSRVDWNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000588919 Citrobacter freundii Species 0.000 description 2
- 241000193171 Clostridium butyricum Species 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000204666 Thermotoga maritima Species 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- RXKJFZQQPQGTFL-UHFFFAOYSA-N dihydroxyacetone Chemical compound OCC(=O)CO RXKJFZQQPQGTFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- KLAKIAVEMQMVBT-UHFFFAOYSA-N p-hydroxy-phenacyl alcohol Natural products OCC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 KLAKIAVEMQMVBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000026731 phosphorylation Effects 0.000 description 2
- 238000006366 phosphorylation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- MNIQECRMTVGZBM-UHFFFAOYSA-N 3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine;7h-purin-6-amine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1NC=N2.CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 MNIQECRMTVGZBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000178343 Butea superba Species 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-M D-gluconate Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-M 0.000 description 1
- 101710088194 Dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000588747 Klebsiella pneumoniae Species 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N L-lactic acid Chemical compound C[C@H](O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000013452 biotechnological production Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- JBJSVEVEEGOEBZ-SCZZXKLOSA-K coenzyme B(3-) Chemical compound [O-]P(=O)([O-])O[C@H](C)[C@@H](C([O-])=O)NC(=O)CCCCCCS JBJSVEVEEGOEBZ-SCZZXKLOSA-K 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229940079919 digestives enzyme preparation Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- WBEPJBUBTRUGLX-UHFFFAOYSA-N formic acid;propane-1,2,3-triol Chemical compound OC=O.OCC(O)CO WBEPJBUBTRUGLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229940050410 gluconate Drugs 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 229940116871 l-lactate Drugs 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Az eljárás 1,3-propándiol biotechnológiai úton történő előállítását valósítja meg mikroorganizmus(ok)ból származó enzimkészítmények felhasználásával membránbioreaktorban koenzimregenerálásos módszerrel, miközben a főtermék mellett egyéb hasznos termékek is képződ(het)nek.The process involves the biotechnological production of 1,3-propanediol using enzyme preparations from microorganism (s) in a membrane bioreactor by coenzyme regeneration, while other useful products can be formed in addition to the main product.
Előzmények, háttérHistory background
Az 1,3-propándiol (1,3-PD) költséghatékony gyártása iránt a ’90-es évektől óriási érdeklődés jelentkezett. Ennek oka, hogy tereftálsavval alkotott kopolimerje a politrimetilén-tereftalát (PTT) sokkal előnyösebb tulajdonságokkal rendelkezik bizonyos hagyományos műanyagokénál [polietilén-tereftalát (PÉT), polibutilén-tereftalát (PBT)]. Ez egy nagy rugalmasságú, jól festhető, foltokra rezisztens, kevéssé elektrosztatikus, alaktartó műszál, amelyből szőnyegek, ruhák, filmek, termőplasztikus műanyagok készíthetőek. Az 1,3-PD-t tinták esetében oldószerként, továbbá poliéterek és poliuretánok esetén monomerként lehet felhasználni. Kiterjedt felhasználási lehetőségeinek köszönhetően mára azThere has been tremendous interest in the cost-effective production of 1,3-propanediol (1,3-PD) since the 1990s. This is because its copolymer with terephthalic acid (PTT) has much better properties than certain conventional plastics (polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT)). It is a high-elastic, well-dyed, stain-resistant, low-electrostatic, shape-retaining fiber that can be used to make carpets, clothes, films, thermoplastics. 1,3-PD can be used as a solvent for inks and as a monomer for polyethers and polyurethanes. Thanks to its extensive use, it is now available
1,3-propándiol az egyik legnagyobb gazdasági potenciállal bíró polimer alapanyaggá vált. Származékait az orvostudomány is hasznosítja a szervátültetés után fellépő kilökődés megakadályozására (WO 9822100).1,3-Propanediol has become one of the most economically efficient polymeric starting materials. Its derivatives are also utilized by medicine to prevent rejection after organ transplantation (WO 9822100).
Az 1,3-PD biológiai és kémiai úton is előállítható. Felfedezésekor (1881) mikroorganizmusok glicerinen történt tenyésztése során nyerték, de a szintetikus eljárások az olcsó kőolajalapú nyersanyagok felhasználásával gazdaságosabbá váltak. A Shell Chemicals által kifejlesztett költséghatékony eljárás során az étilén-oxidot szén-monoxiddal és hidrogénnel reagáltatják nyomás alatt. Ezzel az eljárással a korábbi 4000 t/év kapacitású üzem mellett egy 73 000 t/év kapacitásút is üzembe helyeztek 2000-ben. A Degussa 10 000 t/év kapacitással termeli klasszikus szintetikus technológiával az 1,3-PD-t. Eljárásuk során az akrolein hidrolízisét katalitikus hidrogénezés követi. A DuPont is gyárt ezzel a technológiával 1,3-PD-t, de az évtizedes kutatások eredményeként 2006-ban indítja be új gyárát Loudonban Tennessee államban, ahol biológiai - fermentációs alapú - technológiát fog megvalósítani. A fejlesztések során a természetes törzsekből a glicerin->3-hidroxipropionaldehid->1,3-PD átalakításért és más vad törzsekből a gIükóz->glicerin átalakításért felelős géneket egy génmanipulált baktériumba (Escherichia coli) vitték át, amely így a szokásos cukoralapú fermentáció eredményeként olcsó szénforráson termel 1,3-PD-t (WO9821339).1,3-PD can be produced both biologically and chemically. When it was discovered (1881), it was obtained by culturing microorganisms on glycerol, but synthetic methods became more economical using cheap petroleum-based raw materials. In a cost-effective process developed by Shell Chemicals, ethylene oxide is reacted with carbon monoxide and hydrogen under pressure. In addition to the previous 4,000 t / y plant, this process also put in place a 73,000 t / y capacity track in 2000. With a capacity of 10,000 t / year, Degussa produces 1,3-PD using classic synthetic technology. In their process, the hydrolysis of acrolein is followed by catalytic hydrogenation. DuPont also produces 1,3-PD with this technology, but after decades of research, it will launch a new plant in Loudon, Tennessee, in 2006, where it will implement biological, fermentation-based technology. During the development, the genes responsible for the conversion of glycerol> 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-PD from the natural strains and the glucose to glycerol conversion from other wild strains have been transferred to a gene manipulated bacterium (Escherichia coli), which results in normal sugar-based fermentation. produces 1,3-PD on a cheap carbon source (WO9821339).
Bár sikerült olcsó szénforráson jó hatásfokkal 1,3PD-t előállítani, a kiindulási cukor egy része mindig biomasszává alakul, ezért a nyersanyag egésze sosem alakítható át termékké.Although it has been possible to produce 1,3PD efficiently on a cheap coal source, some of the starting sugar is always converted to biomass, so the whole raw material can never be converted into a product.
Eljárásukban génmanipulált mikroorganizmust használnak (GMO), amelyekkel szemben a társadalom egyre kritikusabb, és így egyre szigorúbb követelményeket támaszt. Ezzel szemben jelen találmány kidolgozói olyan enzimes eljárást mutatnak be, amelyben természetes (esetleg GMO) eredetű enzimekkel végzik a termék előállítását. A nyersanyag pedig egy potenciálisan felhalmozódó, megújuló energiahordozó gyártásakor keletkező melléktermék: a glicerin. Az 1,3-PD fermentációs előállítására kidolgozott eljárás (1998) óta a bioüzemanyagok - például a biodízel - gyártása egyre nagyobb volumenű, és így a melléktermékként képződő glicerin hasznosítására e találmány mutat lehetőséget.They use a genetically manipulated microorganism (GMO) against which society is increasingly critical and thus more demanding. In contrast, the present inventors disclose an enzymatic process in which the product is produced with enzymes of natural (possibly GMO) origin. The raw material is a by-product of the production of a potentially accumulating renewable energy source: glycerol. Since the development of the 1,3-PD fermentation process (1998), the production of biofuels, such as biodiesel, has been increasing in volume, and thus the present invention has the potential to utilize glycerol as a by-product.
A fermentációs biológiai eljárásban is szerepet játszik a GDHt, 1,3-PDOR és a GDH. Ezeket in vitro a koenzimeikkel (B12 és NAD+) összemérve és a reakcióelegyhez glicerint adva szimultán módon 1,3-PD és DHA képződik. A találmány tárgya és lényeges pontja az, hogy az 1,3-PD-képzés második lépcsője redukált nikotinamid-dinukleotid (NADH) koenzimet igényel, amelyből oxidált koenzimet képez az 1,3-PD mellett, ám a GDH az elhasznált koenzimet szintén glicerin jelenlétében visszaredukálja, miközben a glicerin DHA-ná oxidálódik. A DHA szintén széles körben használatos különösen a kozmetikai iparban bőrbarnító ágensként.GDHt, 1,3-PDOR and GDH also play a role in the fermentation biological process. These in vitro koenzimeikkel (NAD + and B 12) were measured and glycerol added to the reaction mixture simultaneously 1,3-PD and DHA was formed. It is an object and an essential point of the invention that the second step of 1,3-PD formation requires a reduced nicotinamide dinucleotide (NADH) coenzyme, from which it forms an oxidized coenzyme with 1,3-PD, but that GDH also utilizes the spent coenzyme in the presence of glycerol. it is reduced back as the glycerol is oxidized to DHA. DHA is also widely used, especially in the cosmetics industry, as a tanning agent.
Ilyen koenzimregenerálásra számos példa ismert, például Obon és munkatársai (1998), akik glükóz-dehidrogenáz és tejsav-dehidrogenáz enzimek NAD(H) regeneráló membrános enzimreakcióját tanulmányozták.There are many examples of such coenzyme regeneration, such as Obon et al. (1998), who studied the NAD (H) regenerative membrane enzyme reaction of glucose dehydrogenase and lactic acid dehydrogenase.
A találmány leírásaDescription of the Invention
Eljárásunkban mikroorganizmusokkal (például: Enterobacter aerogenes, Citrobacter freundii, Clostridium butyricum, Thermotoga maritima, Lactobacillusok) három, a tárgy szerinti eljárásban együttműködő célenzimet állítunk elő: glicerin-dehidratázt (GDHt, E.C.4.2.1.30), 1,3-propándiol-oxi-doreduktázt (1,3PDOR, E.C. 1.1.1.202), és glicerin-dehidrogenázt (GDH, E.C. 1.1.1.6). A GDHt enzim B12 koenzim segítségével (vagy anélkül is) a glicerinből vízelvonással 3-hidroxi-propionaldehidet (3-HPA) képez, amelyet azIn our process, three target enzymes cooperating with microorganisms (e.g., Enterobacter aerogenes, Citrobacter freundii, Clostridium butyricum, Thermotoga maritima, Lactobacillus) are prepared: glycerol dehydrate (GDHt, EC4.2.1.30), 1,3-propanediol -doreductase (1,3PDOR, EC 1.1.1.202), and glycerol dehydrogenase (GDH, EC 1.1.1.6). The enzyme GDHt using B 12 coenzyme (or without) 3-hydroxy-propionaldehyde (3-HPA) to form the dehydration of glycerol, which is the
1,3-PDOR redukált nikotin-adenin-dinukleotid (NADH2) koenzim segítségével 1,3-PD-vé redukál, miközben a koenzim oxidálódik (NAD+-dá). Az oxidált koenzimet bármilyen NAD+-t igénylő enzimes reakcióval egy kapcsolt reakcióban lehet visszaredukálni. Erre példa a glicerin-dehidrogenáz, amely a koenzimet glicerin segítségével redukálja vissza NADH2-vé, miközben a glicerinből 1,3-dihidroxi-aceton (DHA, azaz 1,3-dihidroxipropán-2-on) keletkezik, amelyet a kozmetikai és élelmiszeriparban használnak fel.1,3-PDOR is reduced to 1,3-PD by the co-enzyme reduced nicotine adenine dinucleotide (NADH 2 ), while the coenzyme is oxidized (to NAD + ). The oxidized coenzyme can be reduced in any coupled reaction by any NAD + enzymatic reaction. An example of this is glycerol dehydrogenase, which reduces the coenzyme to NADH 2 using glycerol to form 1,3-dihydroxyacetone (DHA, i.e. 1,3-dihydroxypropan-2-one), which is used in the cosmetics and food industry. are used.
Másik példa a formiát-dehidrogenáz alkalmazása kapcsolt reakciópartnerként. Ilyenkor a glicerin mellett hangyasav betáplálása szükséges, amelyet a keletkező NAD+ segítségével a formiát-dehidrogenáz CO2-dá oxidál, a képződött redukált koenzim pedig ismét részt vehet az 1,3-PD előállításának második lépésében. Ezek a bemutatott példák szerinti kapcsolt enzimes átalakítások mind szakaszos, mind folytonos üzemmódban megvalósíthatóak. Az előbbi egyszerűbb reaktort igényel, de kisebb produktivitású, az utóbbi pedig összetettebb reaktoredényt kíván meg nagyobb produktivitás mellett. Nagy termelőkapacitás eléréséhez mindenképpen előnyösebb a folytonos eljárás. Ehhez célszerű aAnother example is the use of formate dehydrogenase as a coupled reaction partner. This requires addition of glycerol to formic acid, which is oxidized by formate dehydrogenase to CO 2 with the formation of NAD + , and the resulting reduced coenzyme can again be involved in the second step of the production of 1,3-PD. These coupled enzymatic transformations according to the examples presented can be accomplished in both batch and continuous modes. The former requires a simpler reactor but with lower productivity, while the latter requires a more complex reactor vessel with higher productivity. In order to achieve high production capacity, a continuous process is definitely preferable. For this purpose it is advisable to
HU 227 235 Β1 reakciót olyan rendszerben megvalósítani, amelyben az enzimeket és a(z immobilizált) koenzimeket egy folytonos működésű membrán tartja vissza a reaktorban. Erre példa lehet egy olyan rendszer, amelyben hagyományos reaktorban történik a reakció folyamatos hozzátáplálással/elvétellel, de az elvett reakció elegyet egy külső membránmodulon áramoltatjuk át, ahol már csak a kis molekulájú termékek távozhatnak, a visszamaradt enzimeket és koenzimeket pedig visszavezetjük a reaktorba. Egy másik lehetőség a folytonos üzemű technológiára az, ha a reakciót olyan reaktorban végezzük, amelynek egyik falát - célszerűen az alsót - membrán határolja, és ezen keresztül történik a termékelvétel azThe reaction is carried out in a system in which the enzymes and (immobilized) coenzymes are retained by a continuous membrane in the reactor. An example is a system in which the reaction is carried out in a conventional reactor by continuous feed / removal, but the reaction mixture is passed through an outer membrane module where only small molecule products can leave, and the remaining enzymes and coenzymes are recycled to the reactor. Another possibility for continuous operation technology is to carry out the reaction in a reactor with one wall, preferably the lower one, bounded by a membrane and through which the product is removed.
1. ábra szerinti megoldással.1.
Ilyenkor további előny, hogy ha a tartály keverője közel van a membránhoz, így az intenzív keverés csökkenti a koncentráció polarizációjelenségét, és könnyíti a szűrést. Tekintettel arra, hogy a felsorolt mikroorganizmusok többsége fény- és oxigénérzékeny enzimeket tartalmaz, célszerű az anyagáramlást és a reakciót sötétben, valamint nitrogénatmoszférában megoldani.A further advantage is that when the tank mixer is close to the membrane, intensive mixing reduces the concentration polarization phenomenon and facilitates filtration. Given that most of the microorganisms listed contain photosensitive and oxygen sensitive enzymes, it is advisable to solve the material flow and reaction in the dark and under a nitrogen atmosphere.
Az enzimeket a felsorolt (például: Enterobacter aerogenes, Citrobacter freundii, Clostridium butyricum, Thermotoga maritima, Lactobacillusok) mikroorganizmusokkal állítjuk elő intracellulárisan. A fermentléből a sejteket ki kell nyerni szűréssel vagy precipitációval, de a legalkalmasabb a centrifugálás. Ezt követően a kiülepedett sejteket kétszer mosni kell desztillált vízzel, de az optimális a pufferrel mosás. Ehhez bármilyen pH=6 és 9 közötti puffer például foszfátpuffer, vagy imidazolpuffer alkalmas, de legjobb az N-(2-hidroxi-etil)piperazin-N’-(2-etánszulfonsav) (HEPES) puffer pH=7,4-re állítva. Ezután a sejteket szét kell roncsolni akár üveggyönggyel, akár szerves oldószerrel (például aceton, etanol), de legjobb az ultrahangos módszer. A sejtroncsolás után a sejttörmeléket újabb centrifugálással kell eltávolítani. Az így nyert oldat tartalmazza a sejt enzimeinek jelentős részét, ezért a sejtek in vivő szokásos metabolizmusának megfelelő melléktermékek is képződhetnek, hiszen a képződött DHA egy foszforilációval tovább alakulhat. Ennek megakadályozását inhibitormolekula alkalmazásával lehet elérni. A foszforilációt és így a melléktermékképzést segítő ATP azonban szükséges a GDHt enzim regenerálásához is, amelyet egy ATP-függő fehérje végez a sejtekben. Mivel az eljárásban alkalmazott enzimoldat a sejt összes fehérjéinek jelentős hányadát tartalmazza, ezért ezt a javítókomplexet is, amely tehát ATP jelenlétében in vitro is képes javítani az inaktiválódott GDHt enzimet.Enzymes are prepared intracellularly with the microorganisms listed (e.g., Enterobacter aerogenes, Citrobacter freundii, Clostridium butyricum, Thermotoga maritima, Lactobacillus). Cells should be recovered from the fermentation broth by filtration or precipitation, but centrifugation is most appropriate. Subsequently, the sedimented cells should be washed twice with distilled water, but optimal washing with buffer. For this, any buffer between pH 6 and 9 is suitable, for example phosphate buffer or imidazole buffer, but preferably N- (2-hydroxyethyl) piperazine-N '- (2-ethanesulfonic acid) (HEPES) buffer is adjusted to pH 7.4. . The cells should then be disrupted with either glass beads or organic solvents (eg acetone, ethanol), but ultrasound is best. After cell destruction, cell debris must be removed by centrifugation again. The resulting solution contains a significant amount of cellular enzymes, and by-products corresponding to normal in vivo metabolism of cells may be formed, since the DHA formed may be further modified by phosphorylation. This can be prevented by using an inhibitor molecule. However, ATP that promotes phosphorylation and thus byproduct formation is also required for the regeneration of GDHt, an ATP-dependent protein in cells. Since the enzyme solution used in the method contains a significant proportion of the total protein of the cell, it also contains this enhancer complex, which is thus capable of repairing inactivated GDHt enzyme in vitro in the presence of ATP.
A reaktor működési paramétereit az enzimek forrásmikroorganizmusa határozza meg, 30 °C-tól 90 °C-ig, és pH=6,5-től 9,5-ig sötétben, általában levegő kizárásával, mivel a GDHt forrás mikroorganizmustörzstől függően fény- és oxigénérzékeny lehet.Reactor operating parameters are determined by the source microorganism of the enzymes, from 30 ° C to 90 ° C and pH 6.5 to 9.5 in the dark, generally excluding air, since the source of GDHt is photosensitive and oxygen sensitive depending on the microorganism strain. may.
ÁbrajegyzékFigure Index
1. ábra Membrán modult tartalmazó, koenzimregeneráló bioreaktor elrendezés.Figure 1: Coenzyme regeneration bioreactor assembly containing a membrane module.
2. ábra Glicerinkonverzió 1,3-PD-vé és ecetsavvá (P1).Figure 2 Conversion of glycerol to 1,3-PD and acetic acid (P1).
3. ábra Közel 1:1 arányú 1,3-PD és DHA képzés inhibitor jelenlétében (P2).Figure 3: Nearly 1: 1 ratio of 1,3-PD and DHA formation in the presence of inhibitor (P2).
4. ábra Biokonverzió 20-szoros töményítésű enzimkeverék-oldattal (P3).Figure 4 Bioconversion with 20-fold concentrated enzyme mixture solution (P3).
5. ábra 1,3-PD és DHA előállítás folytonos üzemű koenzimregenerálásos reaktorban (P5).Figure 5: Production of 1,3-PD and DHA in a continuous coenzyme regeneration reactor (P5).
PéldákExamples
P1. Glicerin enzimes konverziója 1,3-PD-vé és ecetsavváP1. Enzymatic conversion of glycerol to 1,3-PD and acetic acid
Enterobacter aerogenes fermentációját Németh és munkatársai (2003) szerint végezve - aerob módon, szakaszosan, glükóz és glicerin mint C/E forráson történt tenyésztés után anaerob módon kivitelezett glicerin rátápálálással - mintegy 24 h alatt képződik a szükséges 10-12 g/l sejttömeg. Ezt a tápoldattól el kell választani precipitációval, szűréssel de a legalkalmasabb centrifugálással, majd a kinyert sejteket 2* mosni kell desztillált vízzel vagy pufferrel, optimálisan HEPESpufferrel. Az így kapott sejtszuszpenziót sejtroncsolásnak kell alávetni. Ezt lehet oldószerrel, homogenizátorral végezni, de a legmegfelelőbb az ultrahangos sejtfeltárás. A roncsolás után a sejttörmeléket el kell távolítani optimálisan centrifugálással. A kapott felülúszó a nyers enzimoldat, amely a sejtek valamennyi fehérjéjét tartalmazza valamint egyes tápkomponenseket, koenzimeket is nyomokban. A gyorsabb termékképzés, valamint a kapacitás növelése érdekében célszerű lehet az enzimoldat besűrítése. Erre számos módszer létezik (reverz ozmózis, kicsapás/újraoldás stb.), de legalkalmasabb az ultraszűrés, mert kíméletes a fehérjékkel szemben. Az enzimes reakcióhoz pufferrel fel kell oldani a szükséges glicerint, B12 és NAD+ koenzimeket, majd ugyanilyen térfogatú enzimoldattal kell a reaktorban elegyíteni. Példaként mutatunk be egy 4 g/l kezdeti szubsztrátkoncentrációval, 0,28 g/l NAD+, valamint 0,235 g/l B12 koenzim-koncentrációval végzett kísérletet (2. ábra) A bemért enzimoldat a célenzimeket az alábbi arányban tartalmazta: GDHt: 85 U/l; PDOR: 15 U/l; GDH:1367 U/l fermentlére vonatkoztatva. Az enzimes reakció 24 h után 88%-os konverziót (46%Fermentation of Enterobacter aerogenes according to Németh et al. (2003), after aerobic, intermittent cultivation of glucose and glycerol as a C / E source, yields the required 10-12 g / l cell mass after about 24 h after anaerobically fed glycerol. This must be separated from the medium by precipitation, filtration, but most appropriate centrifugation, and the cells harvested washed twice with distilled water or buffer, optimally with HEPES buffer. The cell suspension thus obtained must be subjected to cell destruction. This can be done with a solvent, a homogenizer, but ultrasonic cell lysis is most appropriate. After destruction, cell debris should be removed by optimal centrifugation. The resulting supernatant is the crude enzyme solution, which contains all the proteins of the cells as well as some nutrient components, coenzymes. Concentration of the enzyme solution may be advisable for faster product formation and capacity increase. There are several methods for doing this (reverse osmosis, precipitation / redissolution, etc.), but ultrafiltration is best because it is gentle on proteins. The enzymatic reaction buffer should be dissolved in glycerin necessary, B 12 and coenzymes NAD + and then being combined in the reactor in the same volume of enzyme solution. EXEMPLARY initial szubsztrátkoncentrációval a 4 g / L, 0.28 g / L NAD +, and 0.235 g / l of an experiment B 12 coenzyme concentration (Figure 2) A weighed quantity of the target enzymes enzyme solution contained the following proportions: GDHt 85 U / l; PDOR: 15 U / l; GDH: 1367 U / l for fermentation broth. The enzymatic reaction after 24 h was 88% conversion (46%
1,3-PD, 10% DHA, és 15% AcOH) eredményezett.1,3-PD, 10% DHA, and 15% AcOH).
P2. Glicerin enzimes konverziója 1,3-PD-vé ésP2. Enzymatic conversion of glycerol to 1,3-PD and
DHA-váDHA
A P1-ben bemutatott módon állítjuk elő a sejteket, amelyeket a tápoldattól el kell választani precipitációval, szűréssel de a legalkalmasabb centrifugálással, majd a kinyert sejteket 2* mosni kell desztillált vízzel vagy pufferrel, optimálisan HEPES-pufferrel. Az így kapott sejtszuszpenziót sejtroncsolásnak kell alávetni. Ezt lehet oldószerrel, homogenizátorral végezni, de a legmegfelelőbb az ultrahangos sejtfeltárás. A roncsolás után a sejttörmeléket el kell távolítani optimálisan centrifugálással. A kapott felülúszó a nyers enzimoldat, amely a sejtek valamennyi fehérjéjét tartalmazza, valamint egyes tápkomponenseket, koenzimeket is nyomokban.Cells are prepared as described in P1, which are separated from the culture medium by precipitation, filtration but most suitably centrifugation, and the cells recovered are washed twice with distilled water or buffer, optimally with HEPES buffer. The cell suspension thus obtained must be subjected to cell destruction. This can be done with a solvent, a homogenizer, but ultrasonic cell lysis is most appropriate. After destruction, cell debris should be removed by optimal centrifugation. The resulting supernatant is a crude enzyme solution containing all the proteins of the cells as well as some nutrient components, coenzymes.
HU 227 235 Β1HU 227 235 Β1
Az enzimes reakcióhoz pufferrel fel kell oldani a szükséges glicerint, B-|2 és NAD+ koenzimeket, majd ugyanilyen térfogatú enzimoldattal kell a reaktorban elegyíteni. A DHA-akkumuláció érdekében az ecetsavképzéshez vezető szükséges DHA->DHAP átalakulást inhibeálni kell a DHA szerkezeti analogonjaival, lehetőleg irreverzíbilisen. Az ATP szükséges a GDHt regenerálásához, ezért nem lehet erről az oldalról gátolni a reakciót. A P 1-ben bemutatott kísérlet alapján matematikai modellezéssel egy tetszőleges (Clha-val jelölt) nem kompetitív módon ható inhibitormolekula koncentrációjának hatását mutatjuk be a reakcióelegy végső összetételére (3. ábra).For the enzymatic reaction, the required glycerol, B-, must be dissolved in buffer 2 and NAD + coenzymes and then mixed with an equal volume of enzyme solution in the reactor. In order to allow DHA accumulation, the required DHA-> DHAP conversion leading to acetic acid formation must be inhibited by structural analogs of DHA, preferably irreversibly. ATP is required for the regeneration of GDH and therefore the reaction cannot be inhibited from this side. Based on the experiment presented in AP 1, mathematical modeling shows the effect of the concentration of an arbitrary (Clha) non-competitively acting inhibitor molecule on the final composition of the reaction mixture (Figure 3).
Az eredmények alapján kijelenthető, hogy bizonyos inhibitorkoncentráció mellett elérhető az alacsony glicerin-és ecetsavkoncentráció melletti közel 1:1 arányúBased on the results, it can be stated that with a certain concentration of inhibitors a low 1: 1 ratio of glycerol and acetic acid can be achieved.
1,3-PD és DHA termékarány.Product ratios of 1,3-PD and DHA.
P3. Glicerin enzimes konverziója nagy mennyiségűP3. The enzymatic conversion of glycerol is high
1,3-PD-vé és DHA-vá1,3-PD and DHA
A P1-ben bemutatott módon állítjuk elő a sejteket, amelyeket a tápoldattól el kell választani precipitációval, szűréssel de a legalkalmasabb centrifugálással, majd a kinyert sejteket 2x mosni kell desztillált vízzel vagy pufferrel, optimálisan HEPES-pufferrel. Az így kapott sejtszuszpenziót sejtroncsolásnak kell alávetni. Ezt lehet oldószerrel, homogenizátorral végezni, de a legmegfelelőbb az ultrahangos sejtfeltárás. A roncsolás után a sejttörmeléket el kell távolítani optimálisan centrifugálással. A kapott felülúszó a nyers enzimoldat, amely a sejtek valamennyi fehérjéjét tartalmazza, valamint egyes tápkomponenseket, koenzimeket is nyomokban. A gyorsabb termékképzés, valamint a kapacitás növelése érdekében célszerű lehet az enzimoldat besűrítése. Erre számos módszer létezik (reverz ozmózis, kicsapás/újraoldás stb.), de legalkalmasabb az ultraszűrés, mert kíméletes a fehérjékkel szemben.Cells are prepared as described in P1, which are separated from the culture medium by precipitation, filtration but most suitably centrifugation, and the cells recovered are washed twice with distilled water or buffer, optimally with HEPES buffer. The cell suspension thus obtained must be subjected to cell destruction. This can be done with a solvent, a homogenizer, but ultrasonic cell lysis is most appropriate. After destruction, cell debris should be removed by optimal centrifugation. The resulting supernatant is the crude enzyme solution containing all the proteins of the cells as well as some nutrient components, coenzymes. Concentration of the enzyme solution may be advisable for faster product formation and capacity increase. There are many methods for doing this (reverse osmosis, precipitation / redissolution, etc.), but ultrafiltration is best because it is gentle on proteins.
Az enzimes reakcióhoz pufferrel fel kell oldani a szükséges glicerint, B12 és NAD+ koenzimeket, majd ugyanilyen térfogatú enzimoldattal kell a reaktorban elegyíteni. így jelentősen magasabb termékkoncentráció érhető el. A P1-P2-ben leírt enzimoldat 20x-os besűrítésével, már 28 h alatt 100 g/l glicerin is teljes egészében átalakítható, amely így több mint 50% 1,3-PD-t eredményez 7% AcOH és 27% DHA mellett.^, ábra).The enzymatic reaction buffer should be dissolved in glycerin necessary, B 12 and coenzymes NAD + and then being combined in the reactor in the same volume of enzyme solution. Thus, significantly higher product concentrations can be achieved. Concentration of the enzyme solution described in P1-P2 at 20 x concentration can completely convert glycerol to 100 g / l within 28 h, resulting in more than 50% 1,3-PD with 7% AcOH and 27% DHA. ^).
P4. Glicerin enzimes konverziója tiszta 1,3-PD-véP4. Enzymatic conversion of glycerol to pure 1,3-PD
A P1-ben bemutatott módon állítjuk elő a sejteket, amelyeket a tápoldattól el kell választani precipitációval, szűréssel de a legalkalmasabb centrifugálással, majd a kinyert sejteket 2* mosni kell desztillált vízzel vagy pufferrel, optimálisan HEPES-pufferrel. Az így kapott sejtszuszpenziót sejtroncsolásnak kell alávetni. Ezt lehet oldószerrel, homogenizátorral végezni, de a legmegfelelőbb az ultrahangos sejtfeltárás. A roncsolás után a sejttörmeléket el kell távolítani optimálisan centrifugálással. A kapott felülúszó a nyers enzimoldat, amely a sejtek valamennyi fehérjéjét tartalmazza, valamint egyes tápkomponenseket, koenzimeket is nyomokban. Ha szükséges itt is sűríthetjük az enzimoldatot.Cells are prepared as described in P1, which are separated from the culture medium by precipitation, filtration but most suitably centrifugation, and the cells recovered are washed twice with distilled water or buffer, optimally with HEPES buffer. The cell suspension thus obtained must be subjected to cell destruction. This can be done with a solvent, a homogenizer, but ultrasonic cell lysis is most appropriate. After destruction, cell debris should be removed by optimal centrifugation. The resulting supernatant is a crude enzyme solution containing all the proteins of the cells as well as some nutrient components, coenzymes. If necessary, the enzyme solution can be concentrated here as well.
Az enzimes reakcióhoz pufferrel fel kell oldani a szükséges glicerint hangyasavat, B-|2 és NAD+ koenzimeket, valamint a formiát-dehidrogenázt, majd ugyanilyen térfogatú enzimoldattal kell a reaktorban elegyíteni. így csak 1,3-PD lesz a kész reakcióelegyben, de a reakció közben biztosítani kell a CO2 szabad eltávozását, mert ellenkező esetben megnő a nyomás, ami visszaszoríthatja a koenzimregeneráló reakciót. így 62% PD képződik 7% AcOH és 29% CO2 mellett.For the enzymatic reaction, the necessary glycerol formic acid, B-1, must be dissolved in buffer 2 and NAD + coenzymes, as well as formate dehydrogenase, must be mixed in the reactor with the same volume of enzyme solution. Thus, only 1,3-PD will be present in the finished reaction mixture, but free CO 2 must be assured during the reaction, otherwise pressure will increase which may suppress the coenzyme regeneration reaction. Thus, 62% PD is formed with 7% AcOH and 29% CO 2 .
P5. Glicerin enzimes konverziója 1,3-PD-vé ésP5. Enzymatic conversion of glycerol to 1,3-PD and
DHA-vá folytonos üzemeltetésű membránreaktorbanTo DHA in a continuously operated membrane reactor
A P1-ben bemutatott módon állítjuk elő a sejteket, amelyeket a tápoldattól el kell választani precipitációval, vagy szűréssel, de a legalkalmasabb centrifugálással, majd a kinyert sejteket 2x mosni kell desztillált vízzel vagy pufferrel, optimálisan HEPES-pufferrel. Az így kapott sejtszuszpenziót sejtroncsolásnak kell alávetni. Ezt lehet oldószerrel, homogenizátorral végezni, de a legmegfelelőbb az ultrahangos sejtfeltárás. A roncsolás után a sejttörmeléket el kell távolítani optimálisan centrifugálással. A kapott felülúszó a nyers enzimoldat, amely a sejtek valamennyi fehérjéjét tartalmazza, valamint egyes tápkomponenseket, koenzimeket is nyomokban.Cells are prepared as described in P1, which must be separated from the medium by precipitation or filtration, but most suitably centrifuged, and the cells recovered are washed twice with distilled water or buffer, optimally with HEPES buffer. The cell suspension thus obtained must be subjected to cell destruction. This can be done with a solvent, a homogenizer, but ultrasonic cell lysis is most appropriate. After destruction, cell debris should be removed by optimal centrifugation. The resulting supernatant is a crude enzyme solution containing all the proteins of the cells as well as some nutrient components, coenzymes.
Az enzimes reakcióhoz pufferrel fel kell oldani a szükséges glicerint, B12 és NAD+ koenzimeket, majd ugyanilyen térfogatú enzimoldattal kell a reaktorban elegyíteni. Az DHA-akkumuláció érdekében az ecetsavképzéshez szükséges DHA->DHAP átalakulást inhibeálni kell a DHA szerkezeti analogonjaival lehetőleg irreverzíbilisen. Az ATP szükséges a GDHt regenerálásához, ezért nem lehet erről az oldalról gátolni a reakciót. A folytonos üzem csak akkor kivitelezhető hatékonyan, ha a koenzimeket a reaktorban tartjuk. A 1,5 kDa-os membrán a B12 koenzimet már jó arányban tartja vissza, viszont a kisebb NAD+ koenzimet ilyenkor érdemes immobilizálni, például PEG-hez az ATP-t pedig poliszacharidhoz például agarózhoz (5. ábra).The enzymatic reaction buffer should be dissolved in glycerin necessary, B 12 and coenzymes NAD + and then being combined in the reactor in the same volume of enzyme solution. For DHA accumulation, the conversion of DHA to DHAP required for acetic acid formation should be inhibited as irreversibly as possible with structural analogs of DHA. ATP is required for the regeneration of GDH and therefore the reaction cannot be inhibited from this side. Continuous operation can only be carried out efficiently if the coenzymes are kept in the reactor. The 1.5 kDa membrane coenzyme B 12 has been retained in a good proportion, but the smaller coenzyme NAD + in this case should be immobilized, such as PEG ATP and polysaccharide such as agarose (Figure 5).
Az eredmények mutatják, hogy 8 g/l glicerinbetáplálás mellett sűrítés nélkül is be tud állni egy a folytonos üzemre jellemző állandósult állapot, amelyben az elfolyó lé 3,8 g/l 1,3PD-t és 3,7 g/l DHA-t tartalmaz a koenzimek teljes visszatartása és DHAK-inhibitor alkalmazása esetén. Az enzimoldat sűrítésével nagyobb koncentrációjú glicerinoldat gyorsabban beálló állandósult állapot után átalakítható ugyanilyen termékaránnyal.The results show that, with 8g / l glycerol feed, a steady-state steady state can be achieved without concentrating, where the effluent juice is 3.8g / l 1.3PD and 3.7g / l DHA contains total coenzyme retention and DHAK inhibitor. By concentrating the enzyme solution, a higher concentration of glycerol solution can be converted to the same product ratio after a quicker, steady state.
IrodalomjegyzékReferences
1. Róbert Paul, Wenger, Roland, and Cottens, Sylvain: Use fór 1,3-propanediol derivatives to prevent rejection after organ transplantation. Szabadalom (WO 9822100) 1999.Róbert Paul, Wenger, Roland, and Cottens, Sylvain: Use of 1,3-Propanediol Derivatives to Prevent Rejection after Organ Transplantation. Patent (WO 9822100) 1999.
2. Gatenby A. et. al.: Methods fór the production of2. Gatenby A. et al. al .: Methods for the production of
1,3-propanediol by recombinant organisms. Szabadalom (WO9821339) 1998.1,3-propanediol by a recombinant organism. Patent (WO9821339) 1998.
3. Obon, J. M. Manjon, A. Iborra, J. L.: Retention and regeneration of native NAD(H) in noncharged ult43. Obon, J.M. Manjon, A. Iborra, J.L .: Retention and Regeneration of NAD (H) in Noncharged Ult4
HU 227 235 Β1 rafiltration membráné reactors: application to L-lactate and gluconate production (1998) Biotechnology and Bioengineering 57(5) 510.HU 227 235 Β1 Rafiltration membrane reactors: application to L-lactate and gluconate production (1998) Biotechnology and Bioengineering 57 (5) 510.
4. Németh, Á. Kupcsulik, B. Sevella, B.: 1,3-Propanediol oxidoreductase production with Klebsiella pneumoniae DSM2026 World Journal of Microbiology and Biotechnology 19(7) 659 (2003).4. Németh, Á. Kupcsulik, B. Sevella, B.: 1,3-Propanediol oxidoreductase production with Klebsiella pneumoniae DSM2026 World Journal of Microbiology and Biotechnology 19 (7) 659 (2003).
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HU0500961A HU227235B1 (en) | 2005-10-19 | 2005-10-19 | Process for producing 1,3-propanediol by biotransformation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HU0500961A HU227235B1 (en) | 2005-10-19 | 2005-10-19 | Process for producing 1,3-propanediol by biotransformation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HU0500961D0 HU0500961D0 (en) | 2005-12-28 |
HUP0500961A2 HUP0500961A2 (en) | 2008-04-28 |
HU227235B1 true HU227235B1 (en) | 2010-11-29 |
Family
ID=89986351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU0500961A HU227235B1 (en) | 2005-10-19 | 2005-10-19 | Process for producing 1,3-propanediol by biotransformation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
HU (1) | HU227235B1 (en) |
-
2005
- 2005-10-19 HU HU0500961A patent/HU227235B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HU0500961D0 (en) | 2005-12-28 |
HUP0500961A2 (en) | 2008-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Katsyv et al. | Overcoming energetic barriers in acetogenic C1 conversion | |
Kaur et al. | Advances in biotechnological production of 1, 3-propanediol | |
Angenent et al. | Chain elongation with reactor microbiomes: open-culture biotechnology to produce biochemicals | |
Sun et al. | Advances in bioconversion of glycerol to 1, 3-propanediol: prospects and challenges | |
Yuryev et al. | Coupled chemo (enzymatic) reactions in continuous flow | |
Dürre et al. | C1-carbon sources for chemical and fuel production by microbial gas fermentation | |
Saxena et al. | Microbial production and applications of 1, 2-propanediol | |
Maiti et al. | A re-look at the biochemical strategies to enhance butanol production | |
JP7110283B2 (en) | Systems and methods for controlling metabolite production in microbial fermentation | |
KR101317447B1 (en) | Alcohol production process | |
US8227217B2 (en) | Methods and genetically engineered micro-organisms for the combined production of PDO, BDO and PHP by fermentation | |
Akkoyunlu et al. | Membrane bioreactors for the production of value-added products: Recent developments, challenges and perspectives | |
Kratzer et al. | Whole-cell bioreduction of aromatic α-keto esters using Candida tenuis xylose reductase and Candida boidinii formate dehydrogenase co-expressed in Escherichia coli | |
CN109182410B (en) | Enzymatic preparation method of (S) -N-Boc-3-hydroxypiperidine | |
Li et al. | Enzymatic cascades for efficient biotransformation of racemic lactate derived from corn steep water | |
KR101655939B1 (en) | Method to synthesize formic acid from CO2 using methylotrophic bacteria | |
CN109609426B (en) | Method for producing 1, 3-propylene glycol by using methanol/formaldehyde and glucose as cosubstrates | |
Woo et al. | An overview on cell and enzyme immobilization for enhanced biohydrogen production from lignocellulosic biomass | |
EP1945785B1 (en) | Process for preparing 1,1,1-trifluoroisopropanol predominantly comprising one enantiomer | |
Liu et al. | Integrative electrochemical and biological catalysis for the mild and efficient utilization of renewable electricity and carbon resources | |
Patil et al. | Agro-waste valorization for sustainable economy of sugar mills in India | |
Wagner et al. | Next-generation feedstocks methanol and ethylene glycol and their potential in industrial biotechnology | |
Avci et al. | The effects of cell recycling on the production of 1, 3-propanediol by Klebsiella pneumoniae | |
ES2683208T3 (en) | Procedure for the production of fructose | |
CA3056592A1 (en) | Improved method for using electrochemical bioreactor module with recovery of cofactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees |