SK44699A3 - Process for the production of l-malic acid - Google Patents
Process for the production of l-malic acid Download PDFInfo
- Publication number
- SK44699A3 SK44699A3 SK44699A SK44699A SK44699A3 SK 44699 A3 SK44699 A3 SK 44699A3 SK 44699 A SK44699 A SK 44699A SK 44699 A SK44699 A SK 44699A SK 44699 A3 SK44699 A3 SK 44699A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- production
- malic acid
- dipodascus
- acid
- strain
- Prior art date
Links
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka spôsobu výroby kyseliny L-jabl£nejThe invention relates to a process for the production of L-malic acid
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Kyselina jablčná (kyselina 2-hydroxybutándiová, GtHeOs, Mw- 134,09) je produkovaná množstvom mikroorganizmov, predovšetkým baktériami, kvasinkami a vláknitými hubami. Kyselina jablčná sa prirodzene nachádza v ovocí, hrozne, banánoch a taktiež v iných vyšších rastlinách, živočíchoch, mikroorganizmoch a pod.. Kyselina L-jablčná má lepšie organoleptické vlastnosti než kyselina citrónová, v potravinárstve sa používa ako okysľovadlo, ochucovadlo v cukrovinkách, ovocných a zeleninových konzervách, nealkoholických nápojoch, v kondenzovanom ovocí, jogurtoch, škrobových pudingoch, ale aj vo vinách. Uplatnenie má tiež v medicíne ako preparát proti hyperanémii a je jedným z komponentov do infúzií (Peleg, Y. a kol.: Appl.Microbiol.Biotechnol. 28, 1988, s.69-75). Okrem potravinárstva a farmácie sa využíva aj pri výrobe čistiacich prostriedkov (patrí medzi dobré zmäkčovadlá), spracovaní kovov, ako chemický intermediát pre organické syntézy (napr. 24, 25-dihydroxycholekalciferol). Kyselina jablčná sa vyskytuje v troch rôznych modifikáciách. Kyseliny D(+) a L(-)-jablčné vykazujú optickú aktivitu, racemická zmes (D,L)-jablčná je opticky inaktívna.Malic acid (2-hydroxybutanedioic acid, GtHeOs, Mw-134.09) is produced by a number of microorganisms, in particular bacteria, yeasts and filamentous fungi. Malic acid is naturally found in fruits, grapes, bananas and also in other higher plants, animals, microorganisms, etc. L-malic acid has better organoleptic properties than citric acid, it is used in the food industry as an acidifier, flavoring in sweets, fruit and canned vegetables, soft drinks, condensed fruits, yoghurts, starch puddings, but also in wines. It is also of use in medicine as a preparation against hyperaemia and is one of the components for infusions (Peleg, Y. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 28, 1988, pp. 69-75). In addition to food and pharmacy, it is also used in the production of detergents (belongs to good plasticizers), metal processing, as a chemical intermediate for organic syntheses (eg 24, 25-dihydroxycholecalciferol). Malic acid is present in three different modifications. D (+) and L (-) - malic acids show optical activity, the racemic (D, L) -malic mixture is optically inactive.
Chemický spôsob prípravy kyseliny jablčnej spočíva v katalytickej izomerizácii kyseliny maleínovej, resp. jej anhydridu. Týmto postupom vzniká racemická zmes D- a Lformy kyseliny jablčnej, pričom je schopná sa štiepiť na dva aktívne (+)- a (-)- izoméry. (Ng,T.K a kol.: Biotechnol. Bioeng. 17, 1986, s.335-363). Kombináciou chemického a biotechnologického spôsobu je možné pripraviť kyselinu O(+) jablčnú z racemickej zmesi v prípade, že L(-) forma kyseliny je utilizovaná zo zmesi prostredníctvom niektorých kmeňov z rodov Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Corynebacterium, Serratia a pod. (Nakayama a kol.: Pat. Jap. 02242699,1990).The chemical process for the preparation of malic acid consists in catalytic isomerization of maleic acid, respectively. its anhydride. This procedure produces a racemic mixture of D- and L-malic acid forms, being able to cleave into the two active (+) - and (-) - isomers. (Ng, T.K et al., Biotechnol. Bioeng. 17, 1986, pp.335-363). By combining the chemical and biotechnological methods, it is possible to prepare O (+) malic acid from a racemic mixture when the L (-) form of the acid is utilized from the mixture by some strains of the genera Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Corynebacterium, Serratia and the like. (Nakayama et al., Pat. Jap. 02242699, 1990).
Biotechnologické postupy umožňujú prípravu L-formy kyseliny jablčnej. Biokonverziu fumaran-jablčnan uskutočňujú mikroorganizmy s vysokým obsahom enzýmu fumarázy, ako sú baktérie z rodov Lactobacillus, Brevibacterium, Bacillus, kvasinky z rodov Saccharomyces, Candida, Pichia a vláknité huby z rodov Aspergillus, Rhizopus, Paecilomyces. Tieto mikroorganismy je možné použiť ako voľné alebo imobilizované bunky (s nutnosťou permeabilizácie buniek), prípadne je možné použiť na biokonverziu bezbunkové extrakty z týchto buniek, prípadne purifikovanú fumarázu, čo však predražuje výrobu. Taktiež je treba zamedziť tvorbe vedľajších produktov, predovšetkým kyseliny jantárovej, predinkubáciou buniek v roztoku maionátu sodného alebo prídavkom žlčového extraktu, Čo je taktiež nevýhodné.Biotechnological procedures allow the preparation of the L-form of malic acid. Fumarate malate bioconversion is performed by microorganisms with a high fumarase enzyme content, such as bacteria from the genera Lactobacillus, Brevibacterium, Bacillus, yeasts from the genera Saccharomyces, Candida, Pichia and filamentous fungi from the genera Aspergillus, Rhizopus, Paecilomyces. These microorganisms can be used as free or immobilized cells (with the need for cell permeabilization), or they can be used for bioconversion cell-free extracts from these cells, or purified fumarase, however, which makes production more expensive. The formation of by-products, in particular succinic acid, must also be avoided by pre-incubating the cells in sodium maionate solution or by adding bile extract, which is also disadvantageous.
Na prípravu kyseliny L-jablčnej je možné využiť i klasické sacharidické zdroje, ako sú glukóza, sacharóza, škrobnaté suroviny, pretože vláknité huby sú schopné tvoriť fumaran a následne kyselinu L-jablčnú v aeróbnom režime kultivácie. Tento fakt je možné využiť i pri zmesných kultiváciách, kedy vláknité huby produkujú zo sacharidického substrátu fumaran a baktérie, resp. kvasinky uskutočňujú jeho konverziu na jablčnan. Pri použití sacharidického substrátu je však nevýhodou dlhý čas fermentácie, aeróbny režim kultivácie, nižšie výťažky a tvorba vedľajších produktov ( Takao S. a kol.: J.Ferm.Technol. 85,1976, s.197-204)Conventional carbohydrate sources such as glucose, sucrose, starchy raw materials can also be used to prepare L-malic acid, since filamentous fungi are capable of forming fumaran and subsequently L-malic acid in the aerobic culture mode. This fact can also be used in mixed cultures where filamentous fungi produce fumaran and bacteria, respectively, from the saccharide substrate. yeast converts it to the malate. However, the disadvantage of using a carbohydrate substrate is the long fermentation time, aerobic culture regime, lower yields and by-product formation (Takao S. et al .: J. Ferm.Technol. 85,1976, pp.197-204).
Použitie kvasiniek pri konverzii fumaran-jablčnan je dlhodobo v centre pozornosti predovšetkým pre ich dostupnosť (s možnosťou využitia odpadných kvasiniek z potravinárskych výrob) a potravinársku akceptovateľnosť.The use of yeast in the conversion of fumarate-malate has long been the focus of attention mainly on their availability (with the possibility of using waste yeast from food production) and food acceptability.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstatou prípravy kyseliny L-jablčnej podľa vynálezu je, že sa kvasinky rodu Dipodascus kultivujú vodnom roztoku s obsahom 5-20% (hmôt.) kyseliny filmárovej, teplote 30-50°C, hodnote pH 4,5-8,0. Ako produkčné mikroorganizmy je možné použiť napr. kmene Dipodascus, druhy oventis, tetrasperma, aggregatus, magnusii, pripravené submerznou kultiváciou na médiách s prídavkom fumaranu. Výhodou použitia kvasiniek rodu Dipodascus je 8-10 násobne vyššia aktivita fiunarázy na úrovni intaktných buniek v porovnaní s inými kvasinkami, napr. Saccharomyces cerevisiae. Tento fakt zjednodušuje výrazne prípravu buniek s vyššou aktivitou enzýmu fumarázy, nekladie nároky na umelú permeabilizáciu buniek. Významný je taktiež fakt, že biokonverzia fumaranu na L-jablČnan pomocou kvasiniek rodu Dipodascus je selektívna bez tvorby jantaranu ako sprievodného produktu.The essence of the preparation of L-malic acid according to the invention is that yeasts of the genus Dipodascus are cultured in an aqueous solution containing 5-20% by weight of filmaric acid, at a temperature of 30-50 ° C, a pH of 4.5-8.0. As production microorganisms, e.g. Dipodascus strains, oventis, tetrasperma, aggregatus, magnusii, prepared by submerged culture on fumarate-added media. The advantage of using yeasts of the genus Dipodascus is an 8-10-fold higher level of fiunarase activity at the level of intact cells compared to other yeasts, e.g. Saccharomyces cerevisiae. This fact greatly simplifies the preparation of cells with higher fumarase enzyme activity and does not impose artificial permeabilization of the cells. Also noteworthy is that the bioconversion of fumarate to L-malate by yeasts of the genus Dipodascus is selective without the formation of succinate as a by-product.
V priebehu prípravy buniek sa využívajú miešané reaktory, umožňujúce aeráciu média. Na zaočkovanie produkčného fermentora je výhodné použiť vegetatívne inokulum, ktoré sa získa 12 až 28-hodinovou kultiváciou producenta a dávkuje sa do produkčného fermentora v množstve od 5 do 25% celkového objemu. Do kultivačného média je výhodné pridať kyselinu fumarovú na indukciu enzýmu fumarázy. Kultivácia sa prevádza 24 až 48 hodín a po fermentácii sa bunky odseparujú a použijú na samotnú biokonverziu.Mixed reactors are used to prepare the cells during aeration. To inoculate the production fermenter, it is preferable to use a vegetative inoculum, which is obtained by cultivating the producer for 12 to 28 hours and dosed into the production fermenter in an amount of 5 to 25% of the total volume. It is preferred to add fumaric acid to the culture medium to induce the fumarase enzyme. Cultivation is performed for 24 to 48 hours, and after fermentation, the cells are separated and used for bioconversion alone.
Na samotnú biokonverziu sa použije médium, ktoré obsahuje ako substrát 5-20% (hmôt.) kyseliny filmárovej alebo jej solí, ktoré spadajú tiež v tomto texte do výrazu „kyselina fumarová“. Produktom biokonverzie je kyseliny L-jablčná vo forme zodpovedajúcich solí, ktoré spadajú tiež v tomto texte do výrazu „kyselina jablčná“.For the bioconversion alone, a medium containing 5-20% (w / w) of filmaric acid or its salts, which also fall within the term "fumaric acid", is used as the substrate. The product of bioconversion is L-malic acid in the form of the corresponding salts, which also fall within the term "malic acid".
Médium sa mierne mieša bez nutnosti prevzdušňovania a teplotu je výhodné udržovať v rozmedzí 30-50°C, s výhodou 37°C a pH v rozmedzí 4,5-8,0 s výhodou 7,5. Biotransformácia sa prevádza až do ustálenia rovnováhy fumaran - L-jablčnan. Napr. za 30 hod. kultivácie možno konvertovať 160g/l fumaranu na kyselinu L-jablčnu s výťažkom 9598% teoretickej hodnoty. Treba počítať s určitými odchýlkami v reakčných časoch i vo výťažkoch v závislosti od použitého zariadenia a podmienok kultivácie.The medium is stirred gently without the need for aeration, and the temperature is preferably maintained between 30-50 ° C, preferably 37 ° C, and the pH between 4.5-8.0, preferably 7.5. The biotransformation is carried out until equilibrium of fumaran - L-malate is stabilized. E.g. for 30 hours Cultivation can convert 160g / L of fumaran to L-malic acid in a yield of 9598% of theoretical. Some variations in reaction times and yields should be considered depending on the equipment used and the culture conditions.
Kyselinu L-jablčnú je možné pripraviť z vyfermentovaného média po separácii biomasy, odsotení, odfarbení kryštalizáciou, prípadne inými priemyselnými postupmi (katexy, reverzná osmóza, elektrodialýza, bipoláme membrány a pod.).L-Malic acid can be prepared from fermented medium after separation of biomass, de-separation, decolourisation by crystallization, or other industrial processes (cation exchangers, reverse osmosis, electrodialysis, bipolar membranes, etc.).
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Príklad 1Example 1
Pripraví sa 120 ml kultivačného média v 500 ml kultivačnej banke (sterilizácia 20 min pri 121°C). Kultivačné médium obsahuje v 1 litri destilovanej vody kvasničný extrakt 5 g, peptón pre bakteriológiu 2 g, (NH4)2HPO4 0,2 g, KC10,2 g, (NH4)2SO4 0,5 g, MgSC>4.7H2O 0.2 g, glukóza 20 g (pH 6,0-6,5). Takto pripravené médium sa zaočkuje kultúrou kvasiniek Dipodascus magnusii CCM 8235 a kultivuje sa 24 hodín na závesnej rotačnej trepačke pri teplote 28°C. Po skončení kultivácie biomasa kvasiniek sa oddelí od média centrifugáciou (5500 ot/min, 15 min), dvakrát sa premyje 0,05 M fosfátovým tlmivým roztokom (pH 7,5) a opäť sa scentrifuguje (5500 ot/min, 15 min). Biomasa sa rozsuspenduje do 30 ml 0,05 M fosfátového tlmivého roztoku (pH 7,5) a použije sa na konverziu IM fumaranu sodného (resp. amónneho) na jablčnan sodný (resp. amónny). Biokonverzia fumaranu, pripraveného v 0,05 M fosfátovom tlmivom roztoku (pH 7,5), prebieha v bioreaktore pri teplote 37°C za stáleho miešania. Po 42 hod konverzie reakčná zmes obsahuje 111,2 g/1 kyseliny L-jablčnej, čo predstavuje 83,1 % výťažnosti.120 ml of culture medium is prepared in a 500 ml culture flask (sterilized for 20 min at 121 ° C). The culture medium contains 5 g yeast extract per liter of distilled water, 2 g peptone for bacteriology, (NH4) 2HPO4 0.2 g, KC10.2 g, (NH4) 2SO4 0.5 g, MgSC> 4.7H2O 0.2 g, glucose 20 g (pH 6.0-6.5). The medium thus prepared is inoculated with a yeast culture of Dipodascus magnusii CCM 8235 and cultured for 24 hours on a rotary shaker at 28 ° C. After cultivation, the yeast biomass is separated from the medium by centrifugation (5500 rpm, 15 min), washed twice with 0.05 M phosphate buffer (pH 7.5) and centrifuged again (5500 rpm, 15 min). The biomass is suspended in 30 ml of 0.05 M phosphate buffer (pH 7.5) and used to convert IM of sodium (ammonium) fumarate to sodium (ammonium) fumarate, respectively. The bioconversion of the fumaran prepared in 0.05 M phosphate buffer (pH 7.5) is carried out in a bioreactor at 37 ° C with stirring. After 42 hours of conversion, the reaction mixture contained 111.2 g / L of L-malic acid, which represents 83.1% yield.
Príklad 2Example 2
Biokonverzia kyseliny fumarovej na kyselinu jablčnú sa uskutočňuje podľa príkladu 1. s tým rozdielom, že na konverziu sa použije 1 M roztok fumaranu amonného. Po 42 hodinách konverzie bola dosiahnutá 85,5% výťažnosť kyseliny jablčnej.The bioconversion of fumaric acid to malic acid is carried out according to Example 1, except that a 1 M ammonium fumarate solution is used for the conversion. After 42 hours of conversion, 85.5% malic acid recovery was achieved.
Biokonverzia kyseliny fumarovej na kyselinu jablčnú sa uskutočňuje podľa príkladu 1.The bioconversion of fumaric acid to malic acid is carried out according to Example 1.
Zloženie kultivačného média i podmienky sú analogické ako v príklade 1 s tým rozdielom, že na biokonverziu použijeme kmeň Dipodascus ovetensis CCY 30-2-6. Po 48 hod. sa dosiahne výťažnosť kyseliny jablčnej 105,2g/l, čo predstavuje 78,5% výťažnosti.The composition of the culture medium and the conditions are analogous to Example 1 except that the strain Dipodascus ovetensis CCY 30-2-6 is used for bioconversion. After 48 hrs. yield of malic acid of 105.2 g / l is achieved, which represents 78.5% yield.
Príklad 4Example 4
Biokonverzia kyseliny filmárovej na kyselinu jablčnú sa uskutočňuje podľa príkladu 1. Zloženie kultivačného média i podmienky sú analogické ako v príklade 1 s tým rozdielom, že na biokonverziu použijeme kmeň Dipodascus tetrasperma CCY 52-4-1. Doba fermentácie a dosiahnuté výťažky sú analogické ako v príklade 2..The bioconversion of filmaric acid to malic acid is carried out according to Example 1. The composition of the culture medium and the conditions are analogous to Example 1 except that the strain Dipodascus tetrasperma CCY 52-4-1 is used for bioconversion. The fermentation time and the yields obtained are analogous to Example 2.
Príklad 3Example 3
Príklad 5Example 5
Biokonverzia kyseliny filmárovej na kyselinu jablčnú sa uskutočňuje podľa príkladu i. Zloženie kultivačného média i podmienky sú analogické ako v príklade 1 s tým rozdielom, že na biokonverziu použijeme kmeň Dipodascus aggregatus CCY 52-5-1. Po 42 hod kultivácie bola dosiahnutá výťažnosť kyseliny jablčnej 81,5% .The bioconversion of filmaric acid to malic acid is carried out according to Example i. The composition of the culture medium and the conditions are analogous to Example 1 except that the strain Dipodascus aggregatus CCY 52-5-1 is used for bioconversion. After 42 hours of cultivation, the yield of malic acid was 81.5%.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability
Vynález je využiteľný pri výrobe kyseliny L-jablčnej, alebo jej solí, ktoré majú široké použitie v potravinárstve, farmácii, chemickom priemysle a ďalších oblastiach.The invention is useful in the production of L-malic acid, or salts thereof, which are widely used in the food, pharmaceutical, chemical, and other fields.
7^ M c7 ^ M c
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK446-99A SK283235B6 (en) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Preparation method for L-malic acid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK446-99A SK283235B6 (en) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Preparation method for L-malic acid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK44699A3 true SK44699A3 (en) | 2000-10-09 |
SK283235B6 SK283235B6 (en) | 2003-04-01 |
Family
ID=20433555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK446-99A SK283235B6 (en) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | Preparation method for L-malic acid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK283235B6 (en) |
-
1999
- 1999-04-06 SK SK446-99A patent/SK283235B6/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK283235B6 (en) | 2003-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Biological conversion of wood hydrolysate to succinic acid by Anaerobiospirillum succiniciproducens | |
Anastassiadis et al. | Gluconic acid production | |
Carta et al. | Production of fumaric acid by fermentation of enzymatic hydrolysates derived from cassava bagasse | |
Saha et al. | Biotechnological production of mannitol and its applications | |
Anastassiadis et al. | Citric acid production patent review | |
AU754069B2 (en) | Low PH lactic acid fermentation | |
JP2011004764A (en) | Preparation of lactic acid from pentose-containing substrate | |
Yadav et al. | Naringinase: microbial sources, production and applications in food processing industry | |
Lende et al. | Review on production of citric acid by fermentation technology | |
Hronska et al. | Microbial production of specialty C4 dicarboxylic acids from maleic anhydride. | |
CA2582969A1 (en) | Process for producing 4-vinylguaiacol by biodecarboxylation of ferulic acid | |
Purane et al. | Gluconic acid production from golden syrup by Aspergillus niger strain using semiautomatic stirred-tank fermenter | |
US7083955B2 (en) | Preparation of lactic acid from a pentose-containing substrate | |
Singh et al. | Fermentation strategies for organic acid production | |
US9834797B2 (en) | Fermentation based on hydrolyzed corn and/or sugar cane mash to produce propionic acid | |
Vinche et al. | Chitosan: A valuable byproduct of ethanolic fermentation by Rhizopus oryzae | |
EP0520027A1 (en) | Process for the production of natural long-chain alcohols | |
SK44699A3 (en) | Process for the production of l-malic acid | |
DK171744B1 (en) | Process for the preparation of pyruvic acid | |
US4734368A (en) | Process for the bioconversion of fumarate to L-malate | |
Humphrey et al. | Industrial fermentation: principles, processes, and products | |
JPS60110298A (en) | Production of polyol by fermentation of sugars in industrialscale | |
CN108753854B (en) | Method for co-production fermentation of fumaric acid and vanillin | |
Kumar et al. | Microbial Organic Acids Production: Utilizing Waste Feedstocks | |
Ganne | Production of Citric Acid by Aspergillus niger MTCC 282 in Submerged Fermentation Using Colocassia antiquorunn Kishore Kumar Ganne, Venkata Ratna Ravi Kumar Dasari and Hanumantha Rao Garapati Department of Chemical Engineering, Center for Biotechnology |