JPS62253388A - L−カルニチンの改良された製造方法 - Google Patents

L−カルニチンの改良された製造方法

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JPS62253388A
JPS62253388A JP62079857A JP7985787A JPS62253388A JP S62253388 A JPS62253388 A JP S62253388A JP 62079857 A JP62079857 A JP 62079857A JP 7985787 A JP7985787 A JP 7985787A JP S62253388 A JPS62253388 A JP S62253388A
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JP
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carnitine
solution
dehydrocarnitine
producing
enzyme
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JP62079857A
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ジエローム・スッペ
ジイゼル・オラ
フイリップ・グラ
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Societe National Elf Aquitaine
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Societe National Elf Aquitaine
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/007Carnitine; Butyrobetaine; Crotonobetaine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカルニチン、すなわち4−トリメチルアミノ−
3−ヒドロキシ酪酸の改良された製造方法に関し、特に
生物化学的経路でL−カルニチンを製造する方法に関す
る。
カルニチンは主として生物学的用途、特に薬品、化粧品
および食品の用途に、とりわけ胃およびすい臓分泌の刺
激剤、または抗過脂肪タンパク質剤として利用されてい
る。その化学的製造方法ではラセミ混合物を生成し、一
方、L−立体異性体のみが生物学的に活性なので、特に
興味のある、その製造方法はL−異性体を与える生物学
的方法である。
従って、この化合物の経済的な製造を可能にする製造方
法を見出すことは重要なことである。
本発明による方法を適用することによって興味ある進歩
がもたらされ、生物化学的経路でL−カルニチンを良好
な収率で製造することができる。
L−カルニチンの既知の製造方法は、酵素のカルニチン
デヒドロゲナーゼ(CDH)の存在下に、還元されたニ
コチンアミドアデニンジヌクレオチドNADHによって
デヒドロカルニチンを還元することから成る。得られた
NAD”は適切な還元剤、たとえばグルコース、アルコ
ール、アルデヒド、アルカリ金属、ジチオネートまたは
ホルメートによって、相当するデヒドロゲナーゼの存在
下にN A D Hの形に還元される。
かかる方法は、フランス特許第2398046号に詳細
に記載されている。
特にL−カルニチンの製造は、還元されたニコチンアミ
ドアデニンジヌクレオチドNADHのデヒドロカルニチ
ンへの作用および触媒としてのデヒドロゲナーゼホルメ
ートFDHのギ酸基による形成されたNAD”の還元に
影響される。
この製造の経路は下記のとおりである。
曜 0)1                 < i >
使用したCDHは一般にバクテリア、たとえばハ尼ル垣
懸1Lヱ痕10−の培養抽出物である。CDHは250
g/fの硫酸アンモニウム (飽和の55%)によって
粗抽出物から沈澱せしめられる。
しかしながら、従来技術は極めて多量の酵素をL−カル
ニチンのモル当りに必要とし、かつ時間当りの反応容器
の単位当りの生産性が低いので工業的用途には不適当で
ある。
NAD”還元剤としてのホルメートの使用は、工業的に
魅力はあるが、上記した特許の実施例5に見られるよう
に、今日に至るまで極めて収率が低い。
本発明は、上記した生物化学的方法が工業的に許容され
る割合い内の、著しく少量の酵素によって行ないうろこ
とを見出したことにもとづくものであり、もしも反応媒
体が溶解した塩を含むときには、酵素濃度を更に少なく
することができる。
かかるイオン力(ionic force)の存在は、
本発明における酵素系に安定化効果をもたらし、デヒド
ロカルニチンの還元中の酵素の汚染や死滅を回避する。
すなわち本発明による方法は、反応(1)が起る水系媒
体が少なくとも0.5モル、好ましくは0.6〜3モル
、とりわけ好ましくは0.8〜2.5モルのイオン力を
有する事実によって特徴づけられ、このイオン力は上記
した従来技術では0.3モルを越えなかった。
本発明の好ましい態様においては、デヒドロカルニチン
の溶液が要求される酵素の溶液中に次第にそそぎ込まれ
、従って反応媒体の容積は操作の始めから終りに向って
変化し、イオン力も同様に変化し、上記した制限が少な
くとも反応の終りにおいて達成される。
反応開始の時点においては、酵素の溶液中にイオン化可
能な塩の0.1〜0.4モルのみを有すれば良い。
電解質によって与えられる、反応媒体の成分の安定性へ
の有益な効果にもかかわらず、電解質濃度は成る制限、
特に約3モルの値を越えないことが好ましい。
十分なイオン力は反応媒体液に有機または無機酸または
塩基の種々の塩を溶解することによって得られる。
この塩の選択は、6〜8の間、好ましくは6.8〜7.
8の間になければならない媒体のpHによって左右され
る。
使用可能な塩の非限定的例によれば、アルカリ金属、ア
ンモニウムおよびアミンの塩化物、硫酸塩およびリン酸
塩や、かかるカチオンの異なる有機酸の塩、たとえばギ
酸塩、酒石酸塩、アルキルスルホン酸塩、アリールスル
ホン酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、マレイン酸塩、マ
ロン酸塩などを挙げることができる。
かかる電解質の反応媒体への導入は種々の方法で行なう
ことができる。すなわち、反応の始めに酵素の溶液への
添加、上記したように酵素溶液に次第にそそぎ込まれる
デヒドロカルニチンの溶液への添加、デヒドロカルニチ
ンの溶液とは別に反応媒体への直接添加である。
これらの添加様式の二つ、または三つの全てを同時に行
なうこともできる。
塩の形状の、特に塩酸塩の形のデヒドロカルニチンの使
用が便利なので、デヒドロカルニチンの溶液の添加と同
時に、反応媒体中に塩、たとえば塩化物の形成が可能な
塩基の溶液を加えることによって適切なイオン力の実現
化を行なうことができる。この点に関して、反応媒体中
におけるイオンの濃度は、後の溶液中のデヒドロカルニ
チンの塩酸塩または他の塩の濃度に依存することに注目
すべきである。すなわち、イオン力はこの濃度の調整に
よって導くことができる。
本発明によるイオン力の適切な調整の顕著な結果は、酵
素の比率を著しく低下することができたことである。
すなわち、上記したフランス特許の実施例における、処
理されたデヒドロカルニチンのモル当り使用したカルニ
チンデヒドロゲナーゼ(CDI)の3200〜8700
単位の代りに、200〜1000単位、極めてしばしば
400〜900単位、従って5〜10分の1以下の使用
で十分であり、このことは極めて重要な技術的進歩であ
る。
また、イオン力によって実現された酵素の安定性によっ
て、反応時間を延長し、従来技術によって達成されたよ
りも著しく高い収率に到達することが可能である。反応
器の単位容積当り、時間当りの生産量は、この結果極め
て著しく増大した。
反応を40時間以上も継続させることは通常では不可能
であったが、本発明によれば一般的に48時間を越える
ことができ、たとえば100時間も達成することができ
る。
一般的には45〜80時間の間中、反応させることが可
能である。
他の興味ある結果は、L−カルニチンの製造後も、使用
した酵素がその初期活性の大部分を保持することである
従って酵素は新しい製造に再び使用することができる。
好ましくは温度は30℃を越えず、10〜30°Cの間
の範囲である。
本発明の方法に用いる酵素は従来から良く知られており
、従ってその製造について、ここに記述する必要はない
であろう。
ただ、カルニチンデヒドロゲナーゼ(CDH)はフルオ
レスセンス(fluorescens) 、セルギノー
サ(seruginosa)およびプチダ(putid
a)グループ(パストール研究所コレクションl1hC
IP52191)のバクテリアPseudomono培
養物の抽出物から得られることに注目すべきである。
デヒドロゲナーゼホルメート (FDH)は種々の微生
物から、特にCandida、  Kloeckera
Pichia、 Torulopsis等の族の酵母お
よびとりわけCandida bodiiniから既知
の方法で得ることができる。
デヒドロカルニチン(DHC)の水溶液が10℃以上の
温度で不安定であることから、全てのDHCをCDH酵
素の溶液を含む反応器中に導入することは勧められない
好ましい操作の形態は、DHC溶液を十分な低温下で、
たとえば0〜4℃の間で分離された貯蔵器に貯蔵し、反
応の速度に適合するある速度でのみ反応器中に次第に導
入することであり、この結果、DHCは実際には反応器
に導入される速度でL−カルニチンに変換される。
このことは、下記するように本発明の方法の好ましい形
態をもたらす。攪拌器および温度調節器の付いた反応器
に予め決定された容積の、約7のpHに適宜調整された
NADHおよび二つの酵素(CD HおよびFDH)の
溶液が導入される。
次いで本発明によれば、その酵素溶液に少なくとも0.
2モルのイオン力を与えるように塩が添加される。
10℃と30℃の間、特に20℃に保たれたこの溶液に
攪拌しながら、低温下に保存された特別の容器から導か
れたデヒドロカルニチン(DHC)の水溶液が徐々に加
えられる。
少なくとも下記反応の速度をほぼ知って、DHC溶液の
導入を、DHCまたは少なくともその大部分が溶液中に
導入される速度で変換されるように調節する。
CDH DHC+  NADII  −−÷  L一方ルニチン
 十 NAD     (2)好ましくは、DHCはそ
の塩酸塩DHC−HCIまたは CI−MeJ”−GHz−C−CHt−COOHI の形であり、導入されたDHCの酸度を中和するのに十
分な塩基溶液の量が同時に反応器中にそそぎ込まれる。
塩基溶液は、たとえばNaOH,KOH,NaC00C
Hsなどであり、より好ましくはアンモニアであり、こ
れは媒体のイオン力にとって極めて好ましいNH4,C
Iを与える。
使用した水溶液中のDHC濃度は広い制限範囲にわたる
が、最もしばしばは0.2〜2モルの範囲である。
この要因の一つの理由は、イオン力の調整との関係にお
いて説明される。
全てのDHCが反応器中に導入されたときに、形成され
たL−カルニチンの媒体含有量が決定される。次いで既
知の技術に従って、その分離、精製が行なわれる。
本発明を下記する非限定的実施例によって説明する。
実施例1 下記成分を含む水溶液50rnlを250cc容積の反
応器中に導入した。
Pseudon+ona putidaから導かれた、
比活性度55υ/■を有するカルニチンデヒドロゲナー
ゼ酵素CDHの40U。
NAD”の2ミリモル。
Candida bodiini酵母(EC1,2,1
,2,;BOEHRINGERMANNHEIMにより
販売)から導かれたデヒドロゲナーゼホルメートFDH
の40U。
リン酸塩NazHPOa/KHzPO4(p H7,5
)の50ミリモル。
ギ酸アンモニウムHCOONH,の150ミリモル。
クロラムフェニコールの6■。
この出発溶液中に、攪拌しながら1.2m!/hの割合
いで下記水溶液をそそぎ込んだ。
DHC塩酸塩の0.8モルおよびギ酸の0.8モル。
この水溶液は、この水溶液が4℃に保持されていた貯蔵
容器から導かれたものである。
反応器における温度は30℃に調整した。
DCH溶液の導入と同時に、反応媒体のpHを2 N 
NH,011溶液の注入によって7に調整した。
70時間後、反応容器中の溶液の容積は15〇−であり
、L−カルニチンの濃度は428ミリモルであった。
従って、操作バランスは下記のとおりである。
DHCの0.0672モルを使用。
L−カルニチンの0.0642モル(10,3g)が形
成され、収率は96%。
この結果、下記のことが得られる。
初期イオン力  0.20モル 最終イオン力  0.96モル DHCのモル当りのCDI単位数  595実施例2 生物学的変換の過程中の容積増加限界を求めるために、
デヒドロカルニチン、ギ酸およびアンモニアのより高濃
度溶液を使用した。一方、NAD”の濃度を低下させた
すなわち、50m/反応器に下記を含む溶液を仕込んだ
NazHPOa/に11zPO450ミリモル、pHニ
ア、5゜NAD” 0.2ミリモル。 HCOONH第
150ミリモル。
クロラムフェニコール 6■。
概要を下記するようにして精製したC D Hの40U
Candida bodiiniから導かれたF D 
HBOEHRINIJR−MANNHEIMの25U。
P、Putidaから抽出されたCDIを硫酸アンモニ
ウム(55%飽和)で沈澱させ、遠心分離し、固形物を
再びpH7,5の50ミリモルリン酸塩緩衝液に再び溶
解させた。
得られた溶液を同一の緩衝液に対して16時間透析した
共に1.6モルの濃度のデヒドロカルニチンおよびギ酸
を含む、4℃に保持された溶液を反応器に供給した。
供給割合は0.6m(/hであった。
反応器の温度を30℃に、また8Nアンモニアの制御さ
れた添加によってpHを7.5に保持した。48時間後
に、最終容積90m1および500ミリモルのL−カル
ニチン濃度または収率98%が得られた。
初期イオン力 −一−−−−−−−・−・−・ 0.2
0最終イオンカ m=−−−−−−−−・−・・ 1.
13CDH単位/DHCモル −−−−−−−・・−・
 868実施例3 下記の初期条件の溶液11をはじめに用いて、L−カル
ニチンの合成を行なった。
NaJP04/KHzPO450ミリモル、 pHニア
、5゜HCO□NH,150ミリモル。
NAD        O,6ミリモル。
り■ラムフェニコール       120■。
概略実施例2と同様にして精製したCDH800U。
FDH500UまたはBOEHRINGER−MANN
HEIMによって販売されたりイオフィリセート (l
yoρhi1isate)750ng。
反応器に実施例1と同様の0.8モル溶液を0.4−7
分の割合いで供給した。反応器に取付けられた調整器を
用い、2NアンモニアによってpHを7.5に保った。
また温度を30℃に維持した。機械的な撹拌によって反
応系を均一化した。
67時間の後、3.21の容積が得られ、390ミリモ
ルのL−カルニチン濃度または収率97%が得られた。
この実施例においては、下記結果が得られた。
初期イオン力 −・−−−−−−−−−−−・−0,2
0最終イオンカ −・・−・−・−一一一一一・ 0.
86CDI車位/DHCモルの比率 ・・−・−・62
2反応器中定在在するCDHの測定結果は、704Uま
たは88%の残存活性を与えた。
FDHでは、測定結果は384Uまたは80%の残存活
性を与えた。NAD”は酵素手段によって全体としてN
ADHに変形され、次いで分光測光法によって340ミ
リモルと測定された。希釈を考慮すれば0.2ミリモル
が得られ、これは100%の活性に相当する。
実施例4 1j2の溶液から出発して、L−カルニチンの合成を下
記の初期条件で行なった。
リン酸塩緩衝液 50ミリモル、  pHニア、5゜H
CO□N+(、0,5モル。
NAD        O,4ミリモル。
CDI+  8200.実施例2のように精製。
FDII  5030. Pichia Pa5tor
isの培養物から抽出し、硫酸アンモニウム(飽和の5
0%)で沈澱させ、遠心分離し、残渣を pH7,5のリン酸塩緩衝液の50ミリモル中に再溶解
し、得られた溶液を同一 の緩衝液に対して16時間、透析した。
反応器に実施例2と同じDHC溶液を12m/hの割合
いで供給した。
49時間後に、1.7!Mの容積およびL−カルニチン
の526 ミリモル濃度または収率98%が得られた。
CDIおよびFDHについて残留活性を測定したところ
、459Uおよび111Uを夫々与えた。
この製造の間の反応媒体のイオン力は下記のとおりであ
った。
反応開始時   0.505 反応終了時   1.363 またC D H/D CHモル比率は872単位1モル
であった。
この製造によって、最終液体容積のl当り、時間当り1
.72gのL−カルニチンが得られた。
塩(ギ酸塩、リン酸塩、塩化アンモニウム)によって与
えられたイオン力は十分に高められて、全てのバクテリ
ア汚染を妨げ、クロラムフェニコールのような抗バクテ
リア剤なしで操作することができた。
実施例5 L−カルニチンのより高い最終濃度を得る目的で、下記
組成の溶液50m/をはじめに反応器に供給した。
リン酸塩緩衝液 50ミリモル、  pHニア、5゜N
AD”        0.4ミリモル。
HCO,NH,0,5モル。
ICO□NH4,0,5モル。
CDH:実施例2におけるようにして精製した80U。
FD)I  F実施例4のようにして精製した50U。
反応器に3.2モルのギ酸と混合した3、2モルのデヒ
ドロカルニチンの水溶液を時間当り0.55−の割合い
で供給し、反応器中のpHをアンモニアによって7.5
に保持した。
47時間後に82r111の最終容積および880ミリ
モルのL−カルニチン濃度または収率87%が得られた
CDHおよびFDHの活性は夫々21Uおよび10Uで
あった。
この試験におけるイオン力は初期に0.505モル、終
了期には2.3モルであった。
CDH単位/DHCモルの比率は967であり、最終容
積のl当り時間当り3gが得られた。
この増加した生産性が収率のわずかな低下の犠牲で得ら
れることが確立された。
実施例4におけるように、全てのバクテリア汚染を防止
する、媒体のより高いイオン力によって抗バクテリア剤
を必要としないことが正当化された。
実施例6 DHC+ギ酸混合物の溶液を0.1モルのみとした以外
は実施例3と同様に操作をした。媒体のイオン力は希釈
が生物学的変換の間の塩の添加を埋め合わせたので、初
期における0、20モルから、67時間の反応後には0
.16モルに変化した。
L−カルニチンの収率は60℃以上ではなく、酵素の残
存活性は媒体の汚染によってゼロとなった。
生産量は最終容積のl当り0.07g/hであった。
実施例7 初期ギ酸塩濃度を0.15モルの代りに3.0モルとし
た以外は、実施例1と同様に反応を行なった。
DHCの溶液はHCOOI+を含まなかった。
初期のイオン力3.05モルは末期には3.45モルに
変化した。収率は40%であった。汚染は発生しなかっ
たが、CDHの活性はその初期値の15%に低下した。
生産量は最終容積のl当り1.03g/hであった。
実施例のまとめ 下記の表に上述した実施例の主要結果をまとめた。
下記の略号を用いた。
F、i、i  −・−・−l当りのモルで示した初期イ
オン力。
F、i、f  −−−−−−・−モルで示した最終イオ
ン力。
CDH/DHC−−−−−・DHCのモル当り用いたC
DHの単位数。
Rdt、%−・−・消費したDHCに対するし−カルニ
チンの収率。
Prod、・−・−最終溶液のl当り、時間当り得られ
たL−カルニチンのダ ラム。
実施例NI   F、i、i   F、i、f   C
DII/DIICRdt、χ  Prodl    0
.20  0.96  595  96  0.982
   0.20  1.13  868  98  1
.673   0.20  0.86  622  9
7  0.934    Q、5(11,368729
B   1.725  0.50 2.30  .96
7  87  3.06   0.20  0.16 
 4975  60  0.077   3.05  
3.45  595  40  1.03゛ 実施例1
〜5は最適条件の場合を明らかに示し、一方、実施例6
および7はイオン力が極めて低い(実施例6)か、また
は極めて高い(実施例7)場合の収率の低下を示す。
一方、実施例5は操作の速度のある限界を示す。より急
速な生産(3g/ 12 /h)が収率(87%)の低
下の犠牲において得られる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、カルニチンデヒドロゲナーゼ(CDH)の存在下に
    ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)に
    よってデヒドロカルニチンを還元し、形成されたNAD
    ^+をデヒドロゲナーゼホルメート(FDH)の作用下
    にホルメートによって還元するL−カルニチンの製造方
    法であり、反応媒体を構成する水溶液が少なくとも0.
    5モルのイオン力を有することを特徴とするL−カルニ
    チンの改良された製造方法。 2、反応媒体のイオン力が少なくとも操作の末期におい
    て0.6〜3モルである特許請求の範囲第1項記載のL
    −カルニチンの改良された製造方法。 3、デヒドロカルニチンの水溶液が酵素の溶液中に次第
    にそそぎ込まれ、反応媒体が操作の初期において0.1
    〜0.4モルの、末期においては0.8〜2.5モルの
    イオン力を有する特許請求の範囲第1項記載のL−カル
    ニチンの改良された製造方法。 4、イオン力が主としてギ酸アンモニウムによって形成
    される特許請求の範囲第1項、第2項または第3項記載
    のL−カルニチンの改良された製造方法。 5、デヒドロカルニチンが塩酸塩の形において用いられ
    、反応媒体がアンモニアによって中和され、ギ酸の溶液
    がこの媒体にデヒドロカルニチンの溶液と同時にそそぎ
    込まれる特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または
    第4項記載のL−カルニチンの改良された製造方法。 6、反応媒体が全体として用いられたデヒドロカルニチ
    ンのモル当り200〜1000単位のCDH酵素を含む
    特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項または
    第5項記載のL−カルニチンの改良された製造方法。 7、デヒドロカルニチンの溶液が0.2〜2モルの濃度
    を有する特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4
    項、第5項または第6項記載のL−カルニチンの改良さ
    れた製造方法。 8、デヒドロカルニチンの溶液が酵素の溶液中に到着し
    た割合いでデヒドロカルニチンがL−カルニチンに変換
    される速度で、この溶液が酵素の溶液中にそそぎ込まれ
    る特許請求の範囲第7項記載のL−カルニチンの改良さ
    れた製造方法。
JP62079857A 1986-04-04 1987-04-02 L−カルニチンの改良された製造方法 Pending JPS62253388A (ja)

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CA (1) CA1282428C (ja)
DE (3) DE240422T1 (ja)
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