SK500332008A3 - The method for producing D-galactose - Google Patents

The method for producing D-galactose Download PDF

Info

Publication number
SK500332008A3
SK500332008A3 SK50033-2008A SK500332008A SK500332008A3 SK 500332008 A3 SK500332008 A3 SK 500332008A3 SK 500332008 A SK500332008 A SK 500332008A SK 500332008 A3 SK500332008 A3 SK 500332008A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
galactose
medium
lactose
immobilized
glucose
Prior art date
Application number
SK50033-2008A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Michal Rosenberg
Miroslav Gdovin
Zuzana Grosová
Martin Rebroš
Original Assignee
Stu Fakulta Chemickej A Potravinárskej Technológie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stu Fakulta Chemickej A Potravinárskej Technológie filed Critical Stu Fakulta Chemickej A Potravinárskej Technológie
Priority to SK50033-2008A priority Critical patent/SK500332008A3/en
Publication of SK500332008A3 publication Critical patent/SK500332008A3/en

Links

Abstract

Je opísaný spôsob, v ktorom sa imobilizované kvasinky rodu Saccharomyces a imobilizovaný enzým β-galaktozidácia submerzne kultivujú pri teplote 10 až 40 °C, pri hodnote pH 3,0 až 7,0 v prítomnosti 5 až 25 % laktózového média, pričom D-galaktózu je možné pripraviť z vyfermentovaných médií kryštalizáciou.A method is described in which immobilized yeast is immobilized of the genus Saccharomyces and immobilized enzyme β-galactosidation cultures submerged at a temperature of 10 to 40 ° C, at pH 3.0 to 7.0 in the presence of 5 to 25% lactose medium, wherein D-galactose can be prepared from fermented media by crystallization.

Description

Spôsob prípravy D-galaktózy.Process for the preparation of D-galactose.

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu prípravy D-galaktózyThe invention relates to a process for the preparation of D-galactose

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Bezvodá D(+)galaktóza je hexóza (CéHi2O6) s molekulovou hmotnosťou 180,1 g.moľ’. Je to zložka oligosacharidov ako sú laktóza, melibióza arafinóza, taktiež aj glykoproteínov a glykolipidov. Nachádza sa hlavne v hydrolyzovanom mlieku, srvátke a iných produktoch mliekárenského priemyslu, zatiaľ čo veľmi malé množstvo je prítomné aj v materskom mlieku.Anhydrous D (+) galactose is hexose (C 6 H 12 O 6) with a molecular weight of 180.1 g / mol. It is a component of oligosaccharides such as lactose, melibiosis arafinose, as well as glycoproteins and glycolipids. It is mainly found in hydrolysed milk, whey and other dairy products, while a very small amount is also present in breast milk.

Používa sa v biochémii, mikrobiológii, kozmetike, a tiež ako východisková zložka pre výrobu ďalších vzácnych sacharidov, ako sú arabinóza, pentitol, arabinitol, globotrióza, arabitol, galaktitol, xylitol alebo tagatóza. Je používaná ako stabilizátor v injekčných medicínskych roztokoch, hlavne železitých a príbuzných zlúčenín. Tiež sa využíva ako náhrada fenolov v živiciach, vo výrobe kontrastných látok, alebo ako sladidlo s prevenciou zubných ochorení.It is used in biochemistry, microbiology, cosmetics, and also as a starting material for the production of other rare carbohydrates such as arabinose, pentitol, arabinitol, globotriose, arabitol, galactitol, xylitol or tagatose. It is used as a stabilizer in injectable medical solutions, especially ferric and related compounds. It is also used as a substitute for phenols in resins, in the manufacture of contrast agents, or as a sweetener for the prevention of dental diseases.

Proces prípravy D-galaktózy pozostáva z troch hlavných krokov: 1. hydrolýza laktózy, 2. separácia zo zmesi D-galaktózy aD-glukózy, 3. prečistenie D-galaktózy. Jednou z najbežnejších metód výroby je hydrolýza, chemická alebo enzymatická pomocou enzýmu βgalaktozidáza, mliečneho cukru (laktózy) prítomného v mlieku alebo srvátke. Chemická cesta vyžaduje použitie silných kyselín pri vysokých teplotách, čo spôsobuje tvorbu veľkého množstva látok, ktoré vznikajú po hydrolýze makromolekúl a teplotným rozkladom organických látok, čo má za následok problémy pri izolácii čistého produktu.The process for the preparation of D-galactose consists of three main steps: 1. hydrolysis of lactose, 2. separation from a mixture of D-galactose and D-glucose, 3. purification of D-galactose. One of the most common methods of production is hydrolysis, chemical or enzymatic, by the enzyme βgalactosidase, milk sugar (lactose) present in milk or whey. The chemical route requires the use of strong acids at high temperatures, causing the formation of a large number of substances that are formed after the hydrolysis of macromolecules and the thermal decomposition of organic substances, resulting in problems in isolation of the pure product.

β-galaktozidáza sa nachádza v množstve mikroorganizmov, rastlín a živočíšnych tkanív. Katalyzuje hydrolytický rozklad laktózy na D-glukózu a D-galaktózu. Pre optimálnu aktivitu sa vyžaduje prítomnosť draselných iónov (K+) a horečnatých iónov (Mg2+).β-galactosidase is found in a number of microorganisms, plants and animal tissues. It catalyzes the hydrolytic decomposition of lactose into D-glucose and D-galactose. Potassium ions (K + ) and magnesium ions (Mg 2+ ) are required for optimal activity.

Schopnosť β-galaktozidázy hydrolyzovať laktózu je aplikovaná v potravinárskom priemysle, hlavne na poli mliečnych produktov kvôli nutričným (laktózová intolerancia), technologickým (kryštalizácia) a environmentálnym (znečistenie) problémom spojeným s využitím laktózy. Pridaná hodnota získaná hydrolýzou laktózy spočíva vo zvýšení využiteľnosti hydrolyzovanej laktózy ako potravinového uhľovodíka. Samotná laktóza má limitované použitie pre jej nízku sladkosť, rozpustnosť a stráviteľnosť. Produkty jej hydrolýzy majú tieto vlastnosti omnoho lepšie. Zvýšená sladkosť a rozpustnosť zvyšuje technickú využiteľnosť srvátkových produktov.The ability of β-galactosidase to hydrolyze lactose is applied in the food industry, mainly in the field of dairy products due to nutritional (lactose intolerance), technological (crystallization) and environmental (contamination) problems associated with the use of lactose. The added value obtained by the hydrolysis of lactose consists in increasing the usefulness of hydrolysed lactose as a food hydrocarbon. Lactose itself has limited use because of its low sweetness, solubility and digestibility. Its hydrolysis products have these properties much better. Increased sweetness and solubility increase the technical utility of whey products.

Na prípravu D-galaktózy sa dajú použiť rôzne substráty, pričom je opísaná najmä jej príprava z mlieka alebo mliečneho séra (Pat US2007/0134373 Al). Patent EP 499165 popisuje proces produkcie sirupov, obsahujúcich galaktózu, fruktózu a glukózu z predupravenej srvátky. Iným spôsobom prípravy želaného monosacharidu je izolácia z rastlinných materiálov, či už z homologických galaktózových polymérov (napríklad galaktanu), alebo nehomologických polysacharidov (melibióza, maninotrióza, rafinóza, stachyóza, atď.) (Pat. WO 0063445, Pat. US 2004/0198965 Al). Boli popísané aj rôzne netradičné substráty na prípravu D-galaktózy, ako napríklad extrakt zo smrekovca (Pat. US 1718837) alebo škrupiny orieškov kešu (Ingle: Research and Industry, 21(4), 243-246, 1976.).Various substrates can be used for the preparation of D-galactose, in particular its preparation from milk or milk serum is described (Pat US2007 / 0134373 A1). EP 499165 describes a process for producing syrups containing galactose, fructose and glucose from pre-treated whey. Another method for preparing the desired monosaccharide is by isolation from plant materials, either from homologous galactose polymers (e.g. galactan) or non-homologous polysaccharides (melibiosis, maninotriose, raffinose, stachyosis, etc.) (Pat. WO 0063445, Pat. US 2004/0198965 A1) ). Various non-traditional substrates for the preparation of D-galactose have also been described, such as larch extract (Pat. US 1718837) or cashew nut shells (Ingle: Research and Industry, 21 (4), 243-246, 1976.).

Je známych niekoľko spôsobov prípravy D-galaktózy. V patente US925380 je vodný roztok laktózy hydrolyzovaný kyselinou sírovou pri 100°C. Hrubý preparát D-galaktózy je potom rozpustený v etanole alebo metanole, čím sa odstránia nerozpustné nečistoty a Dgalaktóza je získaná kryštalizáciou. US4156076 približuje proces konverzie laktózy na monosacharidy a ich deriváty použitím oxidatívnej hydrolýzy laktózového roztoku. Získaná D-galaktóza a glukónová kyselina sú potom separované.Several methods for the preparation of D-galactose are known. In US925380, an aqueous lactose solution is hydrolyzed with sulfuric acid at 100 ° C. The crude D-galactose preparation is then dissolved in ethanol or methanol to remove insoluble impurities and Dgalactose is obtained by crystallization. US4156076 discloses the process of converting lactose to monosaccharides and their derivatives using oxidative hydrolysis of a lactose solution. The obtained D-galactose and gluconic acid are then separated.

EP499465 približuje proces produkcie sirupu obsahujúceho D-galaktózu, D-fruktózu a D-glukózu. Tento sirup pripravený zo srvátkového ultrafiltrátu prechádza purifikáciou, desalinizáciou, koncentráciou a hydrolýzou laktózy, izomerizáciou glukózy na fruktózu a purifikáciou a koncentráciou produktu.EP499465 discloses a process for producing a syrup comprising D-galactose, D-fructose and D-glucose. This syrup prepared from whey ultrafiltrate undergoes purification, desalinization, lactose concentration and hydrolysis, glucose isomerization to fructose, and product purification and concentration.

Hydrolýza laktózy zo srvátky na D-glukózu a D-galaktózu je opísaná v US4067748. Laktóza prichádza vo vode do styku spevnou, nerozpustnou, silne kyslou ionovýmennou živicou, tvorenou vybranými prepojenými polystyrénmi alebo vybranými uhľovodíkmi. EP168127 predstavuje proces a zariadenie na kontinuálnu hydrolýzu laktózy na D-glukózu a D-galaktózu využitím prietokového reaktora, v ktorom je imobilizovaný laktázový systém.Hydrolysis of whey lactose to D-glucose and D-galactose is described in US4067748. Lactose comes into contact with a solid, insoluble, strongly acidic ion exchange resin formed by selected interconnected polystyrenes or selected hydrocarbons in water. EP168127 discloses a process and apparatus for the continuous hydrolysis of lactose to D-glucose and D-galactose using a flow reactor in which the lactase system is immobilized.

US3981773 opisuje proces prípravy D-galaktózy a nápojov založených na jej obsahu z roztokov obsahujúcich laktózu. Proces zahŕňa kultiváciu mutantných, nepatogénnych prototrofných kvasiniek alebo baktérii majúcich β-galaktozidovú aktivitu a neutilizujúcich Dgalaktózu, a následnú separáciu D-galaktózy. Tento patent taktiež poukazuje na nutnosť odstránenia proteínov pred fermentáciou. V patente SK281153 je glukózo-galaktózový sirup pripravený kyslou alebo enzymatickou hydrolýzou laktózového roztoku, ktorý je fermentovaný kvasinkami 5. cerevisiae alebo S. oviformis.US3981773 describes a process for preparing D-galactose and beverages based on its content from solutions containing lactose. The process involves culturing mutant, non-pathogenic prototrophic yeasts or bacteria having β-galactoside activity and non-neutralizing Dgalactose, followed by separation of D-galactose. This patent also points out the need to remove proteins before fermentation. In SK281153, a glucose-galactose syrup is prepared by acidic or enzymatic hydrolysis of a lactose solution which is fermented with yeast of 5. cerevisiae or S. oviformis.

Jednou z hlavných výhod technológií s imobilizovanými biokatalyzátormi je značná redukcia ceny procesu spojená s možnosťou opakovaného použitia biokatalyzátora, kontinualizaciou procesu a jednoduchšou izoláciou produktu. Imobilizácia enzýmov a buniek uzatvorením (enkapsuláciou) do gólových nosičov je jedna z metód, ktorá umožňuje zakoncentrovanie biokatalyzátora v nosiči. Táto technika spočíva v uzatvorení biokatalyzátora do prírodných alebo syntetických gélov.One of the main advantages of technologies with immobilized biocatalysts is a significant reduction in the cost of the process coupled with the possibility of re-use of the biocatalyst, process continualization and easier product isolation. Immobilization of enzymes and cells by encapsulation into goal carriers is one method that allows the biocatalyst to be concentrated in the carrier. This technique involves enclosing the biocatalyst in natural or synthetic gels.

Doteraz je známa imobilizácia β-gaiaktozidázy do a na rôzne nosiče, ako sú napríklad alginát, chitozan, lektín, celulóza, bavlnené vlákna, Sepabeads® alebo anorganický nosič (SÍO2.11H2C)). Vhodným spôsobom imobilizácie je uzavretie β-galaktozidázy do poly viny lalkolohového gélu. Ten má v porovnaní s inými nosičmi viaceré výhody. Je hlavne lacný, netoxický, biologicky minimálne odbúrateľný, má výborné fyzikálno-mechanické vlastnosti a vykazuje dlhodobú stabilitu (Pat. DE 198 27 552.8). Imobilizovať sa môžu enzýmy izolované z rôznych mikrobiálnych zdrojov ako sú napríklad Kluyveromyces lactis alebo Aspergillus oryzae.To date, immobilization of β-galactosidase to and on various carriers such as alginate, chitosan, lectin, cellulose, cotton fibers, Sepabeads® or an inorganic carrier (SiO2.11H2C) is known. A suitable method of immobilization is the encapsulation of β-galactosidase into the polyvinyl chloride gel. This has several advantages over other carriers. In particular, it is inexpensive, non-toxic, biologically minimally degradable, has excellent physico-mechanical properties and exhibits long-term stability (Pat. DE 198 27 552.8). Enzymes isolated from various microbial sources such as Kluyveromyces lactis or Aspergillus oryzae can be immobilized.

Príprava D-galaktózy spôsobom, podľa predkladaného vynálezu, je založená na vedení procesu produkcie simultánnou sacharifikáciou a fermentáciou imobilizovanými biokatalyzátormi, pri ktorej hydrolýza laktózy a selektívna fermentácia vygenerovanej glukózy je realizovaná v jednom reaktore vtom istom čase. Vedenie procesu v systéme SSF umožňuje zníženie nákladov a zrýchlenie procesu prípravy D-galaktózy. Znížia sa náklady potrebné na fermentačné zariadenia, na obstaranie enzýmu (imobilizovaný enzým sa využíva opakovane) a substrátov pre rast mikroorganizmu, ktorý je tiež opakovane využitý imobilizovaný v matrici, čo uľahčuje čistenie produktu vynechaním centrifugačného kroku na odstránenie biomasy. Zrýchlenie a zefektívnenie prípravy D-galaktózy v systéme SSF sa dosiahne skrátením času potrebného na nárast mikroorganizmu, znížením inhibície enzýmu produktom súbežnou utilizáciou vznikajúcej glukózy a zakoncentrovaním biokatalyzátorov imobilizáciou.The preparation of D-galactose by the method of the present invention is based on the production process by simultaneous saccharification and fermentation by immobilized biocatalysts, in which the lactose hydrolysis and the selective fermentation of the glucose generated are carried out in a single reactor at the same time. Process control in the SSF system allows cost reduction and acceleration of the D-galactose preparation process. The costs required for fermentation equipment, for procuring the enzyme (immobilized enzyme is reused) and substrates for growth of the microorganism, which is also reused immobilized in the matrix, will be reduced, which facilitates product purification by omitting the centrifugation step to remove biomass. Acceleration and streamlining of the preparation of D-galactose in the SSF system is achieved by reducing the time required for growth of the microorganism, reducing enzyme inhibition by the product by concomitant utilization of the resulting glucose and concentrating the biocatalysts by immobilization.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Podstatou spôsobu výroby D-galaktózy podľa vynálezu je, že sa submerzne kultivuje imobilizovaný enzým β-galaktozidáza a imobilizované kvasinky, ktoré selektívne konvertujú D-glukózu na etanol a neskvasujú D-galaktózu, s výhodou rodu Saccharomyces, vo vodnom živnom médiu pri teplote 10 až 40°C, hodnote pH 3,0 až 7,0 v médiu v prítomnosti laktózy v koncentrácii 5 až 25 % hmôt., pričom po skončení kultivácie a separácii vyfermentovaného média sa D-galaktóza získa kryštalizáciou. Ako produkčné mikroorganizmy je možné použiť kvasinky produkujúce etanol, ktoré neskvasujú D-galaktózu, s výhodou kmeňa Saccharomyces oviformis S5. Tento kmeň je uložený na Oddelení biochemickej technológie FCHPT STU Bratislava a vykazuje vysokú selektivitu konverzie D-glukózy na etanol pri minimálnej tvorbe organických kyselín a ďalších nežiadúcich látok.The essence of the process for the production of D-galactose according to the invention is that immobilized β-galactosidase enzyme and immobilized yeast are selectively cultured which selectively convert D-glucose to ethanol and do not ferment D-galactose, preferably of the genus Saccharomyces, in an aqueous nutrient medium at 10 to 40 ° C, a pH of 3.0 to 7.0 in the medium in the presence of lactose at a concentration of 5 to 25% by weight, whereby D-galactose is obtained by crystallization upon completion of the culture and separation of the fermented medium. Ethanol-producing yeasts that do not ferment D-galactose, preferably the Saccharomyces oviformis S5 strain, can be used as production microorganisms. This strain is deposited at the Department of Biochemical Technology FCHPT STU Bratislava and shows high selectivity of D-glucose to ethanol conversion with minimal formation of organic acids and other undesirable substances.

Na imobilizáciu je možné využiť vhodné matrice, ako sú alginát, pektín, chitozan, apod. Vhodné je použitie polyvinylalkoholu s jeho výhodami. Prípravu kvasiniek pred mobilizáciou je možné uskutočniť štandardnými postupmi kultivácie na tuhých alebo v tekutých kultivačných médiách. V kvapalných médiách je výhodné opakovaným pasážovaním navodiť vhodný fyziologický stav producenta, ktorý sa dosahuje na konci exponenciálnej fázy rastu. Pripravená biomasa sa separuje od tekutého podielu napr. centrifugáciou a prenesie sa do roztoku polyvinylalkoholu. Pri príprave imobilizovanej β-galaktozidázy sa komerčne dostupný enzým pridáva do roztoku polyvinylalkoholu. Suspenzia sa vhodným spôsobom prenesie na tuhú podložku a následne sa sieťovanie gélu prevedie sušením v teplotnom rozsahu 15 - 60 °C . Imobilizáty sa následne vytvrdzujú vo vodnom roztoku síranu sodného (draselného v prípade enzýmu) a skladujú vo vhodnom skladovacom médiu.Suitable matrices such as alginate, pectin, chitosan, and the like can be used for immobilization. It is suitable to use polyvinyl alcohol with its advantages. Yeast preparation prior to mobilization can be accomplished by standard solid or liquid culture medium procedures. In liquid media, it is advantageous to induce a suitable physiological state of the producer at the end of the exponential growth phase by repeated passage. The prepared biomass is separated from the liquid fraction e.g. by centrifugation and transferred to the polyvinyl alcohol solution. To prepare immobilized β-galactosidase, a commercially available enzyme is added to the polyvinyl alcohol solution. The suspension is suitably transferred to a solid support, followed by crosslinking of the gel by drying over a temperature range of 15-60 ° C. The immobilisates are then cured in aqueous sodium sulfate (potassium in the case of enzyme) solution and stored in a suitable storage medium.

Fermentačné médium obsahuje laktózu v množstve 5-25 %. Do média sa pridávajú minerálie a výživové komponenty podporujúce vitalitu kvasiniek a produkciu etanolu. V priebehu samotnej fermentácie sa hodnota pH udržiava prídavkom roztoku KOH na požadovanej hodnote koncentrácie. Kultivácia prebieha bez prevzdušňovania, médium sa mierne mieša, čo podporuje uvoľňovanie oxidu uhličitého a urýchľuje kvasenie. Imobilizované biokatalyzátory sa do produkčného fermentora dávkujú v množstve od 5 do 20 % celkového objemu.The fermentation medium contains lactose in an amount of 5-25%. Mineral and nutrient components are added to the medium to support yeast vitality and ethanol production. During the fermentation itself, the pH is maintained at the desired concentration by the addition of KOH solution. The cultivation takes place without aeration, the medium is mixed gently, which promotes the release of carbon dioxide and accelerates fermentation. The immobilized biocatalysts are fed to the production fermenter in an amount of from 5 to 20% of the total volume.

Fermentácia sa uskutočňuje až do vyčerpania D-glukózy z média. Vyfermentované médium, ktoré je možné odoberať jednorázovo, postupne i priebežne sa po skončení fermentácie oddelí od imobilizátov napr. filtráciou. Imobilizáty sa následne použijú na ďalšiu fermentáciu alebo sa uchovávajú v skladovacom médiu pri 4°C. Na skladovanie imobilizátov je možné použiť aj bežné produkčné médium s obsahom 2 % hmôt. glukózy.Fermentation is carried out until D-glucose is depleted from the medium. The fermented medium, which can be collected once, gradually and continuously, is separated from the immobilizates, e.g. filtration. The immobilisates are then used for further fermentation or stored in a storage medium at 4 ° C. Conventional production medium containing 2% by weight can also be used for the storage of immobilisates. glucose.

D-galaktózu je možné pripraviť z vyfermentovaného média po separácii imobilizovaných biokatalyzátorov bežnými priemyselnými postupmi (dekolorizácia, odsolenie, kryštalizácia a pod.). Vyprodukovaný etanol v priebehu kultivácie, ktorý je možné z vyfermentovaného média získať bežnými priemyslovými postupmi, ako napr. destiláciou alebo extrakciou, sa môže použiť v priebehu kryštalizácie D-galaktózy.D-galactose can be prepared from the fermented medium after separation of the immobilized biocatalysts by conventional industrial processes (decolorization, desalting, crystallization, etc.). The ethanol produced during the cultivation, which can be obtained from the fermented medium by conventional industrial processes, such as e.g. distillation or extraction may be used during the crystallization of D-galactose.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Pripraví sa 800 ml roztoku laktózy s koncentráciou 200 g.dm' laktózy v 0,1 M fosfátovom (draselnom) tlmivom roztoku s pH 6,5. Pridá sa 1,2 ml β-galaktozidázy s aktivitou 85 U.mľ1. Po 12 hodinách hydrolýzy pri teplote 30 °C je laktóza hydrolyzovaná na viac ako 95 %. Zvyšková koncentrácia laktózy je pod 10 g.dm 3.800 ml of a lactose solution of 200 g.dm < -1 > of lactose in 0.1 M phosphate (potassium) buffer at pH 6.5 are prepared. Was added 1.2 ml of β-galactosidase activity 85 U.ml first After 12 hours of hydrolysis at 30 ° C, the lactose is hydrolyzed to more than 95%. The residual lactose concentration is below 10 g.dm 3 .

K vzniknutému glukózo-galaktózovému sirupu (obsah D-glukózy a D-galaktózy je po 95 g.dm'3) sa pridajú soli akvasničný extrakt na nasledovné koncentrácie: 3 g.dm'3 kvasničného extraktu, 1 g.dm'3 (NH4)2SO4, 0,5 g.dm'3 MgSC>4.7H2O a vysterilizuje sa pri 120 °C 20 minút. 100 ml glukózového inokulačného média (100 g.dm'3 glukózy, 5 g.dm'3 kvasničného extraktu, 1 g.dm'3 (NH4ESO4, 1 g.dm'3 KH2PO4, 0,5 gdm'3 MgSO4.7H2O, pH je nastavené na 6,5) v 250 ml kultivačných bankách sa očkuje kvasinkami Saccharomyces zo šikmého agaru a kultivuje staticky za občasného premiešania 24 hodín pri 30 °C. Takto pripravená submerzná kultúra produkčného mikroorganizmu sa použije ako inokulum. Pripravený sterilný obohatený glukózo-galaktózový sirup sa očkuje 80 ml (10 %, v/v) inokulačného média. Fermentácia sa uskutočňuje pri 30 °C bez prevzdušňovania a pretlaku, médium sa mierne mieša (150 ot.min'1). Po 36 hodinách fermentácie obsahuje fermentačné médium menej ako 1 g.dm'3 glukózy a okolo 45 g.dm'3 etanolu. Množstvo D-galaktózy sa v priebehu kultivácie nemení.To the resulting glucose-galactose syrup (the content of D-glucose and D-galactose is 95 g.dm < 3 > ), the salts of the yeast extract are added to the following concentrations: 3 g.dm < 3 > 12SO4, 0.5 g.dm < 3 > MgSO4 > 4.7H2O and sterilized at 120 [deg.] C. for 20 minutes. 100 ml glucose inoculum medium (100 g.dm- 3 glucose, 5 g.dm- 3 yeast extract, 1 g.dm- 3 (NH4ESO4, 1 g.dm- 3 KH2PO4, 0.5 gdm- 3 MgSO4.7H2O, The pH is adjusted to 6.5) in 250 ml culture flasks inoculated with Saccharomyces slant agar and cultured statically with intermittent stirring for 24 hours at 30 ° C. The thus produced submerged culture of the producing microorganism is used as an inoculum. syrup is seeded with 80 ml (10%, v / v) inoculum medium. the fermentation was carried out at 30 ° C without aeration and the excess pressure, the medium was gently stirred (150 rpm in 1). After 36 hours of fermentation, the fermentation medium below 1 g.dm < 3 > of glucose and about 45 g.dm < -3 > of ethanol The amount of D-galactose does not change during cultivation.

Bunková hmota mikroorganizmu sa odstráni z média centrifugáciou. Po odfarbení a odstránení zvyškových minerálií a organických kyselín perkoláciou cez kolóny vymieňača katiónov a aniónov sa roztok D-galaktózy zahustí na sirup a vykryštalizuje v prítomnosti etanolu. Takto pripravená D-galaktóza vysokej čistoty obsahuje menej ako 1 % nečistôt.The cell mass of the microorganism is removed from the medium by centrifugation. After discoloration and removal of residual minerals and organic acids by percolation through cation exchange anion exchange columns, the D-galactose solution is concentrated to a syrup and crystallized in the presence of ethanol. The high purity D-galactose thus prepared contains less than 1% impurities.

Príklad 2Example 2

Imbolizované kvasinky v PVA géli sa pripravia nasledovným spôsobom. Inokulum sa pripraví v dvoch krokoch propagácie biomasy. V prvom kroku sa 50 ml glukózového inokulačného média, rovnakého zloženia ako v príklade 1, v 100 ml Erlenmeyerovej banke inokuluje S. cerevisiae zo šikmého agaru a kultivuje staticky (24 h) pri 30 °C. Takto pripravená biomasa je použitá ako inokulum (5 %, v/v) do 250 ml inokulačného média (500 ml Erlenmeyerova banka) a kultivuje sa pri rovnakých podmienkach. Biomasa sa separuje v exponenciálnej fáze centrifugáciou (2000 ot.min'1, 15 min) aje rozsuspendovaná vo fyziologickom roztoku.The immobilized yeast in the PVA gel was prepared as follows. The inoculum is prepared in two steps of biomass propagation. In a first step, 50 ml of glucose inoculum medium of the same composition as in Example 1 is inoculated in a 100 ml Erlenmeyer flask from slanted agar and cultured statically (24 h) at 30 ° C. The biomass thus prepared is used as an inoculum (5%, v / v) in a 250 ml inoculation medium (500 ml Erlenmeyer flask) and cultured under the same conditions. The biomass is separated in the exponential phase by centrifugation (2000 rpm in 1, 15 minutes) and is resuspended in saline.

Pripraví sa roztok PVA, ktorý obsahuje 100 g PVA (polyvinylalkohol), 60 g PEG (polyetylénglykol) na 790 ml destilované vody. Do takto pripraveného roztoku sa pridá 50 ml homogénnej suspenzie biomasy tak, aby výsledná koncentrácia buniek bola 0,7 g buniek na 1 dm3 gélu. Takto pripravená zmes buniek v PVA roztoku sa nakvapká na tvrdý podklad a následne sa polyvinylalkohol sieťuje v prúde suchého vzduchu v gradiente teploty. Potom sa imobilizáty prenesú do vytvrdzovacieho roztoku síranu sodného (0,1 M) na 30 až 60 minút.A PVA solution is prepared containing 100 g of PVA (polyvinyl alcohol), 60 g of PEG (polyethylene glycol) per 790 ml of distilled water. 50 ml of a homogeneous suspension of biomass are added to the solution thus prepared so that the final cell concentration is 0.7 g of cells per dm 3 gel. The mixture of cells in the PVA solution thus prepared is dropped onto a hard support and subsequently the polyvinyl alcohol crosslinks in a dry air stream in a temperature gradient. The immobilizates are then transferred to a sodium sulfate curing solution (0.1 M) for 30 to 60 minutes.

oabout

Biomasa imobilizovaná v PVA géli je propagovaná v bioreaktore s 3 dm propagačného média a 600 g imobilizátov pri 30°C a miešaním 200 otmin1. Po dosiahnutí utilizácie glukózy 95 %, médium je odseparované a imobilizáty sú premyté sterilnou destilovanou vodou a následne vložené do čerstvého propagačného média. Po 8 cykloch je koncentrácia biomasy v imobilizátoch 160 mg.g'1.The biomass immobilized in PVA gel is propagated in a bioreactor of 3 dm propagation medium and 600 g of immobilisates at 30 DEG C. and stirring 200 otmin first When glucose utilization reaches 95%, the medium is separated and the immobilisates are washed with sterile distilled water and then placed in fresh propagation medium. After 8 cycles, the biomass concentration in the immobilisates is 160 mg.g -1 .

Imobilizovaný enzým: Pri imobilizácii enzýmu sa na 1 dm3 PVA roztoku pridá 50 ml enzýmu. Sušenie prebieha rovnako ako pri imobilizácii kvasiniek. Ako vytvrdzovací roztok je však použitý 0,1 M síran draselný. Takto pripravené imobilizáty sa prenesú do 0,1 M draselného fosfátového tlmivého roztoku.Immobilized enzyme: When immobilizing the enzyme, 50 ml of enzyme are added per 1 dm 3 of PVA solution. Drying is the same as for yeast immobilization. However, 0.1 M potassium sulfate is used as the curing solution. The immobilizates thus prepared are transferred to 0.1 M potassium phosphate buffer.

Pripraví sa 800 ml sterilného laktózového média so zložením: 200 g laktózy, 1 g kvasničného extraktu, 1 g (NH^SCh, 1 g KH2PO4 a 0,5 g MgSCLTThO na jeden liter destilovanej vody a pH sa upraví na 6,5. Pridá sa 40 g (5 %, w/v) imobilizovaných kvasiniek (S. cerevisiae), upraví sa pH v médiu a udržiava automatickým prídavkom 2 M roztoku KOH. Pridá sa 60 g (7,5 %, w/v) imobilizovaného enzýmu. Proces sa uskutočňuje pri 30°C bez prevzdušňovania a pretlaku, médium sa mierne mieša (150 ot.min'1). Po 15 hodinách je laktóza hydrolyzovaná na viac ako 95 % a zvyšková koncentrácia glukózy je menšia ako 1 g.dm'3.800 ml of sterile lactose medium is prepared having the following composition: 200 g lactose, 1 g yeast extract, 1 g (NH4 SCh, 1 g KH2PO4 and 0.5 g MgSCLTThO per liter distilled water and the pH is adjusted to 6.5. 40 g (5%, w / v) of immobilized yeast (S. cerevisiae), adjusted the pH in the medium and maintained by the automatic addition of a 2 M KOH solution, and 60 g (7.5%, w / v) of immobilized enzyme were added. the process is carried out at 30 ° C without aeration and the excess pressure, the medium was gently stirred (150 rpm in 1). After 15 h, the lactose hydrolyzed to more than 95%, and the residual glucose concentration of less than 1 g.dm '3.

Zvyšky bunkovej hmoty mikroorganizmu sa odstránia z média pomocou aktívneho uhlia. Ďalej prebieha izolácia D-galaktózy ako v príklade 1.The cell mass residues of the microorganism are removed from the medium by means of activated carbon. Furthermore, D-galactose is isolated as in Example 1.

Príklad 3Example 3

K 800 ml sterilného laktózového média sa pridá 70 g (8,75 %, w/v) imobilizovaných kvasiniek (S. cerevisiae), upraví sa pH v médiu a udržiava automatickým prídavkom 2 M roztoku KOH. Pridá sa 105 g (13,13 %, w/v) imobilizovaného enzýmu. Zloženie médií, podmienky fermentácie a izolácia D-galaktózy sú analogické ako v príklade 2. Po 9 hodinách je laktóza hydrolyzovaná na viac ako 95 % a zvyšková koncentrácia glukózy je menšia ako 1 g.dm’3.To 800 ml of sterile lactose medium is added 70 g (8.75%, w / v) of immobilized yeast (S. cerevisiae), the pH in the medium is adjusted and maintained by the automatic addition of 2 M KOH solution. 105 g (13.13%, w / v) of immobilized enzyme are added. The composition of the media, the fermentation conditions and the isolation of D-galactose are analogous to Example 2. After 9 hours, the lactose is hydrolyzed to more than 95% and the residual glucose concentration is less than 1 g.dm < -3 >.

Príklad 4Example 4

Postup fermentácie je rovnaký ako v príklade 2. Po skončení prvej SSF (15 h, 95 % hydrolýza laktózy,) sú imobilizáty opakovane použité v ďalších cykloch. Vyfermentované médium sa odseparuje a pridá sa čerstvé sterilné laktózové médium. Po piatich konverziách je dĺžka konverzie stabilná a relatívna aktivita enzýmu neklesá. V 4 dm3 vyfermentovaného média sa za 75 h pripraví približne 320 g D-galaktózy. Po 310 hodinách (20 konverzií) v tomto systéme sa z 15 dm3 vyfermentovaného média pripraví približne 1,3 kg D-galaktózy. Pokles relatívnej aktivity imobilizovaných systémov je menší ako 5 %.The fermentation procedure is the same as in Example 2. After completion of the first SSF (15 h, 95% lactose hydrolysis,) the immobilizates are reused in subsequent cycles. The fermented medium is separated and fresh sterile lactose medium is added. After five conversions, the conversion time is stable and the relative activity of the enzyme does not decrease. Approximately 320 g of D-galactose is prepared in 4 dm 3 of fermented medium in 75 h. After 310 hours (20 conversions) in this system, approximately 1.3 kg of D-galactose was prepared from 15 dm 3 of fermented medium. The relative activity decrease of the immobilized systems is less than 5%.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Vynález je využiteľný pri výrobe D-galaktózy, ktorá má široké použitie v biochémii, mikrobiológii, kozmetike, ako aj východisková zložka pre výrobu ďalších vzácnych sacharidov. Tiež slúži ako sladidlo, stabilizátor v injekčných medicínskych roztokoch alebo náhrada fenolov v živiciach.The invention is useful in the production of D-galactose, which has wide application in biochemistry, microbiology, cosmetics, as well as a starting component for the production of other rare carbohydrates. It also serves as a sweetener, stabilizer in injectable medical solutions, or a replacement of phenols in resins.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Spôsob výroby D-galaktózy, vyznačujúci sa tým, že sa submerzne kultivuje imobilizovaný enzým β-galaktozidáza a imobilizované kvasinky selektívne konvertujú D-glukózu na etanol a neskvasujú D-galaktózu, s výhodou rodu Saccharomyces vo vodnom živnom médiu pri teplote 10 až 40 °C, hodnote pH 3,0 až 7,0 v médiu v prítomnosti laktózy v koncentrácii 5 až 25 % hmôt., pričom po skončení kultivácie a separácii vyfermentovaného média sa D-galaktóza oddelí od etanolu kryštalizáciou.Process for the production of D-galactose, characterized in that immobilized β-galactosidase enzyme is cultivated submerged and the immobilized yeast selectively convert D-glucose to ethanol and do not ferment D-galactose, preferably of the genus Saccharomyces in an aqueous nutrient medium at a temperature of 10 to 40 ° C, a pH of 3.0 to 7.0 in the medium in the presence of lactose at a concentration of 5 to 25% by weight, wherein after the cultivation and separation of the fermented medium, D-galactose is separated from ethanol by crystallization. 2. Spôsob výroby podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m, že sa imobilizovaný enzým β-galaktozidáza a imobilizované kvasinky oddelia od tekutého podielu a použijú opakovane na produkciu D-galaktózy v ďalších fermentačných cykloch.A method according to claim 1, characterized in that the immobilized β-galactosidase enzyme and the immobilized yeast are separated from the liquid fraction and reused for the production of D-galactose in further fermentation cycles. 3. Spôsob výroby podľa nároku 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že na produkciu D-galaktózy sa použije kmeň Saccharomyces oviformis S5.Production method according to claims 1 and 2, characterized in that the strain Saccharomyces oviformis S5 is used for the production of D-galactose.
SK50033-2008A 2008-09-30 2008-09-30 The method for producing D-galactose SK500332008A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50033-2008A SK500332008A3 (en) 2008-09-30 2008-09-30 The method for producing D-galactose

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50033-2008A SK500332008A3 (en) 2008-09-30 2008-09-30 The method for producing D-galactose

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500332008A3 true SK500332008A3 (en) 2010-04-07

Family

ID=42063639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50033-2008A SK500332008A3 (en) 2008-09-30 2008-09-30 The method for producing D-galactose

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK500332008A3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103667090A (en) * 2013-12-12 2014-03-26 大连工业大学 Saccharomyces cerevisiae and preparation method for high-purity D-galactose from microbes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103667090A (en) * 2013-12-12 2014-03-26 大连工业大学 Saccharomyces cerevisiae and preparation method for high-purity D-galactose from microbes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9139856B2 (en) Process for production of galactooligosaccharides (GOS)
JP5337773B2 (en) Production of lactic acid from pentose-containing substrates
CA1336584C (en) Process and apparatus for manufacturing ethanol, glycerol, succinic acid and distiller's dry grain and solubles
US5229276A (en) Process for preparing trehalulose and isomaltulose
FI58513B (en) REFERENCE TO A FRUIT FRAMSTAELLNING AV ETT STABILT GLUCOSISOMERASENZYMKONCENTRAT
KR20120003976A (en) Process for purifying difructose-dianhydride iii
US20070037266A1 (en) Process for producing erythritol
JPS6013677B2 (en) Enzymatic transfructosylation method of sucrose
US7083955B2 (en) Preparation of lactic acid from a pentose-containing substrate
EP0384534B1 (en) A process for the fermentative oxidation of reducing disaccharides
SK500332008A3 (en) The method for producing D-galactose
CN1219071C (en) Method for producing yeast extracellular trehalose by two step fermentation method
CN102634463B (en) Saccharomycete producing xylitol and applicaton of saccharomycete
CN113234609A (en) Special strain for synthesizing fructo-oligosaccharide and method for synthesizing fructo-oligosaccharide by using special strain
CN100360667C (en) Permeable cell trehalose synthease and its preparation and use
KR101447534B1 (en) Method for producing fermentable sugar solution containing less toxic acetate from lignocellulosic biomass
US4927757A (en) Production of substantially pure fructose
SK281153B6 (en) Method of preparation d-galactose and ethanol
KR0180986B1 (en) Preparation process of xylitol by microbial fermentation from hydrolysate
FI95145B (en) Process for producing bacterial cellulose from vegetable carbohydrate-containing material using submersion in a bioreactor
RU2605635C1 (en) METHOD FOR PRODUCING AN ENDO-INULINASE AND SUCRASE ENZYME PREPARATION BY CULTIVATION OF RECOMBINANT MYCELIAL FUNGUS PENICILLIUM CANESCENS Sopp INUA3 STRAIN
KR930001883B1 (en) Process for high density fructose
CN116024275A (en) Xylitol preparation process
JPH0419835B2 (en)
JPH10248560A (en) Immobilized enzyme and production of trehalose

Legal Events

Date Code Title Description
FC9A Refused patent application