SU1011056A3 - Process for preparing isomaltolose - Google Patents
Process for preparing isomaltolose Download PDFInfo
- Publication number
- SU1011056A3 SU1011056A3 SU803210740A SU3210740A SU1011056A3 SU 1011056 A3 SU1011056 A3 SU 1011056A3 SU 803210740 A SU803210740 A SU 803210740A SU 3210740 A SU3210740 A SU 3210740A SU 1011056 A3 SU1011056 A3 SU 1011056A3
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- cells
- isomaltulose
- sucrose
- activity
- fixed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
О СПAbout SP
oo
№gff 4ff jy#Gff 4ff jy
ffffffff
/fanfye ayMr ftf ftuv/foi / % 2.Способ по п. 1, о т л и ч а щи и с тем, что в качестве изомальтулъзуобразующего микроорганизма используют Erwlnia rhapontic штаммы NCPPB 1578, NCPPB 139, NCPPB 1739 или АТСС 2928i. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что изомальтулозу образующий микроорганизм фиксируют в виде целых клеток. Изобретение-относитс к микробиологическому синтезу веществ и может быть использовано Дл ферментативного получени изомальтулозы из сахарозы , котора может найти применение в пищевой промышленности. Известен способ получени изомаль тулозы из сахарозы микробиологическим способом при ферментации раствора , содержащего от 15 до Q% вес./ /вес. сахарозы. Образующуюс изомальтулозу выдел ют фильтрованием и кристаллизуют fl J, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му эффекту вл етс способ получени изомальтулозы путем ферментативного превращени растворов сахаро зы с использованием изомальтулозуобразующих микроорганизмов, например Protominobacter rubrum или Serratia plymuthica, и последующего выделени и кристаллизации изомальтулозы. Дл ферментации используют раствор с содержанием сухого вещества от 5 до 30%, предпочтительно от 20 до 27% причем сахароза составл ет от 90 до 98 сухих веществ. Кроме Protominobacter rubrum и Serratfa plymuthlса могут быть использованы Serratfa marscescens firwmia carotovora или Leuconostoc mesenterofdes в качестве изомальтулозуобразующего микроорганизма 2. Недостатками указанных способов вл ютс необходимость использовани растворов сахарозы с концентрацией ниже tO i. предпочтительно около 25), недостаточно высока продуктивность изомальтулозуобразующих микроорганизмов , а также протекание 10 Ю- 6 k. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что дл фиксации используют растворимый экстракт целых. или дробленых клеток изомальтулозу образующего микроорганизма, 5. Способ по п. 1, о т л и чающийс тем, что в качестве гел используют альгинатный гель. побочных процессов при аэробной ферментации микроорганизмов, которые привод т к образованию веществ, загр зн ющих изомальтулозу. Цель изобретени - повышение стабильности и продуктивности изомальтулозуобразующих микроорганизмов. Поставленна цель достигаетс согласно способу получени изомальтулозы путем ферментативного преьращени растворов сахарозы с использованием изомальтулозуобрёзующих микро .организмов и последующего выделени и кристаллизации изомальтулозы, изомальтулозуобразующие микроорганизмы фиксируют путем включени в гель и используют дл получени изомальтулозы из растворов, содержащих 40-55% вес/ /об. сахарозы. Кроме того, в качестве изомальТулозуобразующего микроорганизма используют Erwfnia rhaponticf штамма NCPpB 1578, NCPPB 139, NCPPB 1739 или АТСС 29284 Изомальтулозуобразующий микроорганизм фиксируют в виде целых клеток. Дл фиксации используют растворимый экстракт целых или дробленых клеток изомальтулозуобразующего микроорганизма . В качестве гел используют альгинатный гель. В предлагаемом способе используют иммобилизацию дл закреплени фермента или ферментов, образующих ферменативную систему, участвующую в превращении сахарозы в изомальтулозу. Можно использовать ферментативную истему, экстрагированную .из изомальулозуобразующего микроорганизма, на;пример или дробленые клетки мик роорганизма, при этом клетки служат носителем дл ферментативной системы . Некоторое деление целых клеток может происходить после иммобилизации, но желательно, чтобы способ иммобилизации и другие параметры процесса были выбраны таким образом, чтобы деление отсутствовало или было минимальным . Дл иммобилизации ферментной системы могут быть использованы различные способы, но наиболее удобным вл етс задержание в геле, поскольку этот способ пригоден дл иммобилизации ферментативно -активного экстракта клеток, а также целых или дробленых клеток. Подход щие материалы ДЛЯ гел включают альгинат полиакрил амид, агар, смесь ксантановой смолы (смолы лжеакации, каппа-частицы карагенана или смесь каппатчастиц карагенана ), смолы лжеакации, коллаген или ацетатцеллюлозу. Из этих материалов альгинатный гель, в частности гель альгината кальци , дает наилучшие результаты . Можно использовать другие альгинатные гели, например те, которые образуютс с другими металлами Ц группы. Гель альгината кальци характеризуетс высокой скоростью проникающей диффузии сахарозы и низкой скоростью утечки наружу целых клеток и белка. . ,Дополнительным преимуществом вл етс исключительна стабильность изомальтулозуобразующей активности у фик сированных целых клеток. Полупериод активности клеток, задержанных в геле альгината кальци , достигает 10000 ч, причем-8500 ч вл етс типич ной величиной, в то врем как самый длительный полупериод в сравнимых услови х при других способах иммобилизации составл ет ниже 1000 ч. Кроме того, иммобилизаци в альгантном геле не приводит -к существенной потере активности. Дл иммобилизации ферментативной системы самой по себе, либо в целых или в дробленых клетках) в альгантном геле смешивают ферментативную систему с водным раствором растворимого альгината, например альгината натри . Оптимальной процедурой вл етс суспендирование целых клеток с растворимым альгинатом. Концентраци клеток составл ет 1-90% влажного веса к объему, более оптимально 10-40%, еще лучше 20%. Наиболее приемлемые концентрации растворимого альгината дл использовани с целыми клетками или с другими видами ферментативной систему составл ют 1-10% (вес./об.), более п|редпочтительно 5% (. вес./об. Полученную, альгинатную смесь дозируют в раствор соли металла,- с которой растворимый альгинат образует гель о Если гелем вл етс альгинат кальци , то подход щие соли включают хлористый кальций концентрацией 0,011 ,0 М, предпочтительно 0,05-0,5 М или 0,1 М. Температура раствора соли металла при дозировании , предпочтительно около ,- раствор перемешивают. Стабильность фиксированной ферментативной системы увеличиваетс , если раствор соли мetaлла содержит также некоторое количество растворенной сахарозы, например (вес./об. сахарозы, предпочтительно 20%. При дозировании суспензии или другой альгинатной смеси в виде отдельных капель можно получить сферические гранулы гел , удерживащего ферментативную систему. Размер гранул может измен тьс , но дл легкости обращени и дл обеспечени высокой эффективности переноса массы при использовании, желательно использовать гранулы диаметром 3-5 мм. Однако размер и форма имеют мало значени . Можно фиксировать ферментативную систему в блоке гел (который дл использовани навивак т на форму или нарезают на части), либо в микроволокнистых частицах (при использовании условий высокого градиента при дозировании альгинатной смеси). Используют и другие гели. Каппа-карагенан или смесь каппакарагенана сиолы лжеакации используют в таком же способе:, который использовали дл альгината, за тем исключением , что раствор, в который экструдировали клеточную суспензию,представл ет собой смесь IM CaCI и 1 М КС1 при . Агар получают путем кип чени 5% (вес./об.) агара в деионизованйой воде, охлаждают полученный гель до добавл ют суспензию клеток и экструдируют полученную суспензию по капл м в лед ную воду. ,5 Смесь ксантана/смолы лжеакации полумают с noMoutbro методики, что и дл агара, но смолу нагревают до , а гель перед добавлением клеток охлаждают до 60° С. Используют полиакриламид по способу Ч иба ты (Chibate et a1. (Method in Enzymology, , 1976, p. 739). Дл иммобилизации целых или дроб леных клеток изомальтулозупродуциру ющего микроорганизма можно использо вать другие способы иммобилизации. Например, клетки можно физически ад сорбировать на инертном носителе;. ковалентно св зать их с инертным но сителем; агрегировать с помощью поперечно-сшивающего реагента, при этих способах, однако,сохранение ак тивности и стабильность активности ниже. Вместе с тем эти способы иммобилизации обладают другими преиму ществами. Так, при адсорбции клеток на целлюлозе жидкость, полученна после превращени , кристально прозрачна , что свидетельствует о том, что все примеси адсорбированы ДЕАЁцеллюлозой . Иммобилизаци дробленых клеток или растворенных экстрактов ферментативной системы позвол ет полность избежать клеточного делени , происход щего по врем их использовани , благодар чему устран етс рас трескивание гранул и блокировка пор что иногда происходит при делении фиксированных целых клеток внутри гранул гел альгината кальци . Более того, при фиксировании дробленых клеток или растворенных экстрактбз начальна активность вл етс более высокой, что показывает отсутствие неповрежденных мембран стенок клетки, которые могут действовать как барьер, преп тствующий диффузии сахарозы или изомальтулозы . Дробление можно осуществить с помощью шаровой мельницы или другой обработкой целых клеток. Источником ферментативной системы , используемой дл иммобилизации, вл етс изомальтулозупродуцирующий микроорганизм рода Erwinla. Мож но использовать бактерии других родов - Servatia plymuthlca или Ргоtaminobacter rubrum, но первый из названных возможно вл етс патогенным дл человека, а последний склонен продуцировать нежелательный красный пигмент с малым моле566 кул рным весом. Можно использовать мутанты бактерий природного происхождени . Из штаммов, принадлежащих роду Erwinla, желательны штаммы E.phapontici , которые хран тс в Британской Национальюй коллекции растительных патогенных бактерий по регистрационным номерам Л/ СРВ 1578, N СРРВ 139 и N СРРВ 1739. Щтамм«СРРВ 1578 хранитс в Американской коллекции типов культур под регистрационными номерами АТСС 29283., . Штаммы N СРРВ 1578, 139 и 1739 ЯВЛЯЮТСЯ наиболее перспективными, поскольку обладают более высокой специфичностью продуцировани , большей первоначальной активностью и стабильностью по сравнению с другими штаммами Erwinla или с другими штаммами других родов. Способ провод т как непрерывный процесс путем загрузки зафиксированной ферментативной системы в колонну и пропускани субстрата сахарозы в виде раствора через колонку или несколько колонок, установленных параллельно , например, на карусели. Размер колонки больше 20 мл. При обйчном превращении сахарозы в изомальтулозу образуетс некоторое количество двуокиси углерода. При использовании зафиксированных целых клеток легче выводить этот углекислый газ, если жидкость пропускают через колонку вверх. Пропускание жидкости вверх способствует ожижению сло -зафиксированной ферментативной системы и позвол ет избежать уплотнени , которое возможно при пропускании жидкости вниз. В качестве субстрата используют раствор сахарозы,содержащий не менее 301 предпочтительно не менее 40|и лучше всего не менее .об. сахарозы. Стабильность ( измер ема в(эеменем полупериода жизни ферментативной системы синтеза изомальтулозы в зафиксированных клетках увеличиваетс с увеличением концентрации сахарозы, аналогично увеличиваетс концентраци изомальтулозы в конвертированной жидкости. На фиг. 1 изображен график зависимости стабильности зафиксированных клеток от концентрации раствора сахарозы; на фиг. 2 - вли ние концентрации сахарозы на продуктивность зафиксированных клеток. Данные получены при использовании гранул альгината кальци с зафиксированным штаммо E.rhapontici NCPPB 1739. flpH увеличении концентрации сахарозы выше 30-ЛО стабильность и продуктивность существенно возрастают, что обусловлено главным образом свой ством зафиксированной изомальтулозуобразующей ферментативной системы, а не особенност ми способа фиксировани Способ иммобилизации с использование альгината кальци в этом случае дает лучшую стабильность. Кроме того, высока концентраци сахарозы способствует ингибированию делени зафиксированных клеток и пре отвращает микробное заражение, облегчает выделение продукта и уменьшает объем обрабатываемой жидкости. Верхний предел в зкости раствора заключен от 100 до 1000 сП, как правило около 500 сП. Дл способа с использованием клеток , зафиксированных в гранулах гел альгината кальци , концентраци сахарозы в исходном материале состав л ет около 55 (вес./об.). Субстрат не об зательно должен быть раствором чистой сахарозы, вмес то последней можно включить в раствор до 15 (об./об.) мелассы или использовать материал, получаемый на. сахарном заводе, или родственный сироп, причем эт два типа примесей получают при обычном рафинировании сахара., Превращение сахарозы в изомальтулозу провод т при 15 АОС, более ,предпочтительно при 20-35 С, особенно приемлема температура около 30 С; рН раствора сахарозы наиболее предпочтительно около 7. Превращение в изомальтулозу обычно приводит к за кислению среды, но на практике обычно нет необходимости включать стадии дл поддержани значени рН в пределах от 5 до 9. В любом случае образование кислоты обычно уменьшаетс при увеличении концентрации субстрата . . Способ провод т так, чтобы осуществл лось в контролируемой степени превращение сахарозы в изомальтулозу и в сопровождающие продукты. При увеличении времени пребывани сахарозы в контакте с зафиксированной ферментативной системой увеличиваетс степень превращени до практи ческого максимума от 85 до 100% сахарозы преврацаетс в продукты . Однако максимальна продуктивность необ зательно достигаетс при самой высокой степени превращени ,потому что больша пропускна спсГсобность и более высока активность, полученные благодар меньшему времени пребывани , могут ксмпенсировать потери при работе не с максимальным превращением. Таким образом, максимальна про- . дуктивность достигаетс при работе . не с максимальным превращением, а обычно при превращении в продукты от 70 ДО 95. Дл гранул альгината кальци с зафиксированными клетками Erwinia обычно наблюдаетс максимум продуктивности, если работают при превращении от 80 до 90. На фиг. 3 изображен график зависимости продуктивности зафиксированных клеток от исходного процента превращени (т.е. процент превращени проэкстрапрлирован назад к нулевому времени). Данные получены при использовании гранул альгината кальци с зафиксированными клетками E.rhaponitici N СРРВ 1739. Имеетс заметный максимум продуктивности вблизи значени от 85 до 90% степени преварщени сахарозы в изомальтулозу и в сопутствующие продукты . Степень превращени сахарозы в i продукты значительно вли ет на стабильность изомальтулозуобразующей ферментативной системы зафиксированных клеток. Стабильность может экспоненциально возрастать при увеличении степени превращени концентрированного раствора сахарозы. На фиг, А изображен график.зависимости полупериода жизни зафиксированных клеток от исходного процента превращени ( при 55%-м превращении раствора сахарозы). Данные получены при использовании гранул альгината кальци с зафиксированными клетками E.rhapontici N СРРВ 1739. Стабильность возрастает экспоненциально до значени примерно 8500 ч при 90%-м превращении. После получени изомальтулозы ее можно закристаллизовать либо очистить другим образом. Дл пищевых и родственных продуктов можно использовать закристаллизованную изомальтулозу, котора не об зательно должна быть чистой, в некоторых случа х можно использовать незакристаллизованный продукт, соде жащий примеси. Пример 1. Клетки из культу ры Erwinia rhapontici N СРРВ 1578, АТСС 29283) разбавл ют 10 мл фосфат ного буфера. 0,10 мл полученной сус пензии используют дл посева на 200 питательной среды в стериллиэованны конических колбах с перегородками ем костью 500 мл. Состав среды указан в табл. 1. Таблица 1 Количество Компонент ( г/л дистиллированной воды) Сахароза Пептон ( переваренный казеин) М сной экстракт Колбы с посевами тр сут со скоро тью 120 колебаний в мин при 30 С в течение 70 ч, затем собирают биомас су. Клетки собирают в стационарной фазе роста, но можно собирать в логарифмической фазе роста или в фазе смерти. Клетки центрифугируют при 15000 10 мин при 30°С, по |учают примерно 1 г утрамбованных влажных клеток на 100 мл среды (если нужно обработать большие объемы инкулируемой среды, используют центрифужный ротор непрерывного действи , через который прокачивают среду со скоростью 100 мл/мин). Собранные утрамбованные клетки суспендируют в растворе альгината натри 5% (сухого вес./об,J в деионизированной воде с тем, чтобы получить 20% (влажн. вес./об. суспензию клеток ( вес клеток в граммах называют влажным весом (влажн. приблизительно перевести в сухой вес можно путем делени на 5. Активности клеток выражены в расчете на грам влажных клеток). Клеточную суспензию .экструдируют по капл м с высоты 10 см в перемешиваемый раствор хлористого кальци С 0,1 М) с температурой 30 С, содержащий 20 (вес./об. сахарозы, котора служит дл стабилизации изомальтулозуобразующей активности клеток. Полученные гранулы перемешивают 1 ч, затем помещают в колонку (30 см высоты, 5 см в диаметре ), снабженную рубашкой охлаждени . Затем готов т раствор сахарозы 55% (вес./об.) в деионизованной воде и довод т рН до 7,0 с помощью 1,0 М МаОН. Сахарный раствор прокачивают вверх через колонку при . При скорости потока сахарозы примерно 0,01 объемов пустой колонки/ч превращение сахарозы в изомальтулозу и другие продукты достигает равновеси . Равновесное состо ние достигаетс через 24 ч, К этому времени активность зафиксированных клеток составл ет примерно 0,2 г продукта /г.влажн. клеток/ч. Стабильность клеток, выраженна как полупериод , составл ет примерно 1 год. Когда скорость потока сахарозы увеличивают так, что превраидение снижаетс до 80, активность составл ет примерно,0,325 г продукта/г влажн.клеток/ч. Собирают элюат колонки, выпаривают примерно до 70 ( вес./об.) , при , затем дают остыть, либо принудительно охлаждают при перемешивании, получа при этом маленькие белые кристаллы . Кристаллы можно выделить быстрее путем затравки охлажденного раствора небольшим количеством сухой изомальтулозы . Кристаллы собирают фильтрованием или центрифугированием и высушивают при и 700 мм рт.ст. в вакуумной печи. Продукт подвергают анализу , а затем испытывают. Кристаллы содержат изомвльтулозы, при этом одна молекула кристаллизационной воды приходитс на молекулу иэомальтулозы , остальное составл ют другие сахара. Трехкратна перекристаллизаци дает чистую изомальтулозу. Если субстрат на 80 превращают в изомальтулозу и сопутствующие продукты , получают 88 г кристаллического продукта на 100 г сахарозного субстрата, а продуктивность колонки составл ет 0,30 т сухого кристаллического продукта/объем колонки/ год. Во врем рабочего использовани количество жизнеспособных клеток из зафиксированных клеток быстро уменьшаетс : количество жизнеспособных клеток достигает нул примерно че рез 500 ч рабочего использовани . После этого периода не остаетс жизнеспособных клеток и не видно инволюциойных форм клеток. Несмотр на/ fanfye ayMr ftf ftuv / foi /% 2. The method according to claim. 1, with the use of Erwlnia rhapontic strains NCPPB 1578, NCPPB 139, NCPPB 1739 or ATCC 2928i as an isomaltu-forming microorganism. 3 The method according to claim. 1, that is, with the fact that the isomaltulose forming the microorganism is fixed in the form of whole cells. The invention relates to the microbiological synthesis of substances and can be used for the enzymatic production of isomaltulose from sucrose, which can be used in the food industry. A known method for producing isomal tulose from sucrose by the microbiological method during the fermentation of a solution containing from 15 to Q% by weight. / /weight. sucrose. The resulting isomaltulose is isolated by filtration and fl J crystallizes. Closest to the inventive and achievable design, a method for producing isomaltulose is obtained by enzymatically transforming sucrose solutions using isomaltulo-forming microorganisms, for example Protominobacter rubrum or Serratia plymuthica, using microorganisms that produce isomaltulose-forming microorganisms, for example, Protominobacter rubrum or Serratia plymuthica. . For fermentation, a solution with a dry matter content of from 5 to 30%, preferably from 20 to 27% is used, with sucrose comprising from 90 to 98 solids. In addition to Protominobacter rubrum and Serratfa plymuthlsa, Serratfa marscescens firwmia carotovora or Leuconostoc mesenterofdes can be used as an isomaltulose-forming microorganism 2. The disadvantages of these methods are the need to use sucrose solutions with a concentration below tO i. preferably about 25), the productivity of isomaltulose-forming microorganisms is not high enough, as well as the flow of 10-10-6 k. The method according to claim. 1, that is, so that a soluble extract of the whole is used for fixation. or crushed cell isomaltulose forming microorganism, 5. The method according to claim. 1, which is based on the fact that an alginate gel is used as a gel. side processes during aerobic fermentation of microorganisms that lead to the formation of substances that contaminate isomaltulose. The purpose of the invention is to increase the stability and productivity of isomaltulose-forming microorganisms. The goal is achieved according to the method of producing isomaltulose by enzymatically converting sucrose solutions using isomaltulose-cutting micro. organisms and the subsequent isolation and crystallization of isomaltulose, isomaltulose-forming microorganisms are fixed by incorporation into a gel and used to obtain isomaltulose from solutions containing 40–55% w / v. sucrose. In addition, Erwfnia rhaponticf of strain NCPpB 1578, NCPPB 139, NCPPB 1739 or ATCC 29284 is used as an isomal tuber-forming microorganism. The isomaltose-forming microorganism is fixed as whole cells. For fixation, a soluble extract of whole or crushed cells of an isomaltulose-forming microorganism is used. As the gel used alginate gel. In the proposed method, immobilization is used to fix the enzyme or enzymes forming the enzyme system involved in the conversion of sucrose to isomaltulose. You can use the enzyme system extracted. from an isomalulose-forming microorganism, for example or crushed microorganism cells, while the cells serve as a carrier for the enzyme system. Some division of whole cells may occur after immobilization, but it is desirable that the immobilization method and other process parameters be chosen in such a way that the division is absent or is minimal. Various methods can be used to immobilize the enzyme system, but gel retention is most convenient, since this method is suitable for immobilizing an enzymatically active cell extract, as well as whole or crushed cells. Suitable gel materials include polyacrylate amide alginate, agar, a mixture of xanthan gum (lacquer gum resin, carrageenan kappa particles or a mixture of carrageenan capparticles), lacquer gum resin, collagen or cellulose acetate. Of these materials, alginate gel, in particular calcium alginate gel, gives the best results. Other alginate gels may be used, for example, those formed with other metals of the C group. Calcium alginate gel is characterized by a high rate of penetrating diffusion of sucrose and a low rate of leakage of whole cells and protein to the outside. . An additional advantage is the exceptional stability of the isomaltulose-forming activity in fixed whole cells. The half-time of the activity of cells retained in the calcium alginate gel is 10,000 hours, with 8500 hours being the typical value, while the longest half-period under comparable conditions for other methods of immobilization is less than 1000 hours. In addition, immobilization in the algante gel does not result in a significant loss of activity. To immobilize the enzyme system by itself, either in whole or in crushed cells, the enzyme system is mixed with an aqueous solution of soluble alginate, for example sodium alginate, in an algante gel. The optimal procedure is to suspend whole cells with soluble alginate. The cell concentration is 1-90% wet weight by volume, more optimally 10-40%, better still 20%. The most acceptable concentrations of soluble alginate for use with whole cells or with other types of enzyme systems are 1-10% (wt. /about. ), more n | preferably 5% (. weight. /about. The resulting alginate mixture is dosed into a solution of a metal salt, with which soluble alginate forms a gel. If the gel is calcium alginate, suitable salts include calcium chloride with a concentration of 0.011, 0 M, preferably 0.05-0.5 M, or 0, 1M. The temperature of the metal salt solution at dosing, preferably about, - the solution is stirred. The stability of the fixed enzyme system is increased if the salt solution of the metal also contains some amount of dissolved sucrose, for example (weight. /about. sucrose, preferably 20%. When dosing a suspension or other alginate mixture in the form of individual drops, it is possible to obtain spherical granules of the gel that holds the enzymatic system. The size of the granules may vary, but for ease of handling and to ensure high mass transfer efficiency when used, it is desirable to use granules with a diameter of 3-5 mm. However, size and shape are of little value. It is possible to fix the enzymatic system in a gel block (which is wound onto the mold for use or cut into pieces) or in microfiber particles (using high gradient conditions when dosing the alginate mixture). Use other gels. Kappa-carrageenan or a mixture of kappacaragenan xiolues are used in the same way: as used for alginate, with the exception that the solution in which the cell suspension was extruded is a mixture of IM CaCI and 1 M KCl at. Agar is obtained by boiling 5% (wt. /about. ) agar in deionized water, cool the resulting gel until a cell suspension is added and the resulting suspension is extruded dropwise into ice water. , 5 A mixture of xanthan / pitch of a false anguish half over with the noMoutbro method, as for agar, but the resin is heated to, and the gel is cooled to 60 ° C before adding the cells. Polyacrylamide is used according to the method of Ch iba you (Chibate et a1. (Method in Enzymology, 1976, p. 739). Other methods of immobilization can be used to immobilize whole or fragmented cells of an isomaltulose-producing microorganism. For example, cells can be physically adsorbed on an inert carrier; bind them covalently to an inert carrier; to aggregate using a cross-linking reagent, with these methods, however, the preservation of activity and activity stability is lower. However, these methods of immobilization have other advantages. Thus, when cells are adsorbed on cellulose, the liquid obtained after transformation is crystal clear, which indicates that all impurities are adsorbed by DEAyocellulose. Immobilization of crushed cells or dissolved extracts of the enzyme system allows you to completely avoid cell division occurring during their use, thereby eliminating the cracking of the granules and blocking the pores that sometimes occur when the division of fixed whole cells inside the granules of calcium alginate gel. Moreover, when fixing crushed cells or dissolved extracts, the initial activity is higher, which indicates the absence of intact cell wall membranes that can act as a barrier to the diffusion of sucrose or isomaltulose. Crushing can be done using a ball mill or other processing of whole cells. The source of the enzyme system used for immobilization is isomaltulose producing microorganism of the genus Erwinla. Bacteria of other genera, Servatia plymuthlca or Protaminobacter rubrum, may be used, but the first of these may be pathogenic to humans, and the latter tends to produce unwanted red pigment with a low molecular weight. Bacteria of natural origin can be used. From strains belonging to the genus Erwinla, E. strains are desirable. phapontici stored in the British National Collection of Plant Pathogenic Bacteria by registration numbers L / SRV 1578, N CPPB 139 and N CPPB 1739. The SRPM 1578 code is stored in the American Type Culture Collection under the ATCC number 29283. , Strains N СРРВ 1578, 139 and 1739 ARE the most promising because they have a higher production specificity, greater initial activity and stability compared to other strains of Erwinla or with other strains of other genera. The method is carried out as a continuous process by loading a fixed enzyme system into a column and passing sucrose substrate as a solution through a column or several columns installed in parallel, for example, on a carousel. Column size greater than 20 ml. When potassium sucrose is converted to isomaltulose, some amount of carbon dioxide is formed. When using fixed whole cells, it is easier to remove this carbon dioxide if the liquid is passed up through the column. Passing up the fluid promotes the fluidization of the bed of the fixed enzyme system and avoids the compaction that is possible by passing the fluid down. As a substrate, a sucrose solution containing at least 301, preferably at least 40 | and, best of all, at least is used. about. sucrose. Stability (measured in (by the half life period of the enzymatic system for the synthesis of isomaltulose in fixed cells increases with increasing sucrose concentration, similarly the concentration of isomaltulose in the converted fluid increases. FIG. 1 shows a plot of the stability of the fixed cells versus the concentration of sucrose solution; in fig. 2 — The effect of sucrose concentration on the productivity of fixed cells. Data obtained using calcium alginate granules with a fixed strain E. rhapontici NCPPB 1739. The flpH increase in sucrose concentration above 30-LO stability and productivity increase significantly, which is mainly due to the property of the fixed isomaltulose-forming enzyme system, and not the features of the fixation method. The immobilization method with the use of calcium alginate in this case gives better stability. In addition, a high concentration of sucrose contributes to the inhibition of the division of fixed cells and prevents microbial contamination, facilitates the release of the product and reduces the volume of the treated fluid. The upper viscosity limit of the solution is from 100 to 1000 cP, usually around 500 cP. For the method using cells fixed in granules of a calcium alginate gel, the sucrose concentration in the starting material is about 55 (wt. /about. ). The substrate does not necessarily have to be a solution of pure sucrose, instead of the latter can be included in the solution up to 15 (vol. /about. a) molasses or use the material obtained on. sugar refinery, or a related syrup, and these two types of impurities are obtained with the usual refining of sugar. The conversion of sucrose to isomaltulose is carried out at 15 AOC, more, preferably at 20-35 ° C, a temperature of about 30 ° C is particularly acceptable; The pH of the sucrose solution is most preferably about 7. Conversion to isomaltulose usually results in acidification of the medium, but in practice it is usually not necessary to include steps to maintain the pH in the range of 5 to 9. In any case, the formation of acid usually decreases with increasing substrate concentration. . The method is carried out in such a way that sucrose is converted to isomaltulose and the accompanying products in a controlled manner. With an increase in the residence time of sucrose in contact with a fixed enzymatic system, the degree of conversion increases to a practical maximum of 85 to 100% sucrose is converted into products. However, maximum productivity is not necessarily achieved at the highest degree of conversion, because high throughput capacity and higher activity, obtained due to shorter residence time, can compensate for losses when operating with non-maximum conversion. Thus, the maximum pro-. The performance is achieved during operation. not with the maximum transformation, but usually when turning into products from 70 to 95. For calcium alginate granules with fixed Erwinia cells, a maximum productivity is usually observed when working in a conversion from 80 to 90. FIG. 3 shows a plot of the productivity of the fixed cells versus the initial percent conversion (t. e. the conversion rate is extracted back to zero time). The data were obtained using calcium alginate granules with fixed E. cells. rhaponitici N CPPB 1739. There is a noticeable maximum productivity near the value from 85 to 90% of the degree of sucrose to isomaltulose and related products. The degree of conversion of sucrose to i products significantly affects the stability of the isomaltulose-forming enzyme system of fixed cells. Stability may increase exponentially with increasing conversion of the concentrated sucrose solution. FIG. A depicts a graph. the dependence of the half-life of the fixed cells on the initial percent conversion (at 55% conversion of the sucrose solution). The data were obtained using calcium alginate granules with fixed E. cells. rhapontici N CPPB 1739. Stability increases exponentially to a value of about 8500 hours at a 90% conversion. After isomaltulose is obtained, it can be crystallized or otherwise purified. For food and related products, crystallized isomaltulose can be used, which need not necessarily be clean; in some cases, an uncrystallized product can be used that contains impurities. Example 1 Cells from Erwinia rhapontici culture N CPPB 1578, ATCC 29283) were diluted with 10 ml of phosphate buffer. 0.10 ml of the obtained suspension is used for seeding on 200 nutrient medium in sterilely conical flasks with 500 ml partition walls. The composition of the medium is given in table. one. Table 1 Quantity Component (g / l distilled water) Sucrose Peptone (digested casein) Meat flask extract with crops three days with a speed of 120 oscillations per minute at 30 ° C for 70 hours, then biomass is collected. Cells are harvested in the stationary growth phase, but can be harvested in the logarithmic growth phase or in the death phase. The cells are centrifuged at 15,000 for 10 minutes at 30 ° C, about 1 g of packed wet cells per 100 ml of medium are taken into account (if large volumes of the medium to be injected are treated, a centrifuge rotor is used through which the medium is pumped at a rate of 100 ml / min) . Collected tamped cells are suspended in a solution of sodium alginate 5% (dry weight. / v, J in deionized water in order to obtain 20% (wet. weight. /about. cell suspension (cell weight in grams is called wet weight (wet. approximately converted to dry weight by dividing by 5. Cell activities are expressed per gram of wet cells). Cell suspension. extruded dropwise from a height of 10 cm into a stirred solution of calcium chloride C 0.1 M) with a temperature of 30 C, containing 20 (wt. /about. sucrose, which serves to stabilize the isomaltulose-forming activity of cells. The resulting granules are stirred for 1 h, then placed in a column (30 cm in height, 5 cm in diameter) equipped with a cooling jacket. Then a sucrose solution of 55% is prepared (wt. /about. ) in deionized water and adjusted to pH 7.0 with 1.0 M NaOH. The sugar solution is pumped up through the column at. When the flow rate of sucrose is about 0.01 volumes of an empty column / h, the conversion of sucrose to isomaltulose and other products reaches equilibrium. The equilibrium state is reached after 24 hours. By this time, the activity of the fixed cells is about 0.2 g of product / g. wet cells / h Cell stability, expressed as a half period, is about 1 year. When the sucrose flow rate is increased so that the conversion is reduced to 80, the activity is about 0.325 g product / g wet. cells / h Collect the eluate column, evaporated to about 70 (weight. /about. ), then, allowed to cool, or forcibly cooled with stirring, thus obtaining small white crystals. The crystals can be isolated more quickly by priming the cooled solution with a small amount of dry isomaltulose. The crystals are collected by filtration or centrifugation and dried at 700 mm Hg. Art. in a vacuum oven. The product is analyzed and then tested. The crystals contain isomviltulose, with one molecule of water of crystallization per molecule of isomaltulose, the rest being other sugars. Recrystallization three times gives pure isomaltulose. If the substrate is converted to isomaltulose and related products by 80, 88 g of crystalline product per 100 g of sucrose substrate are obtained, and the productivity of the column is 0.30 tons of dry crystalline product / column volume / year. During working use, the number of viable cells from the fixed cells quickly decreases: the number of viable cells reaches zero after about 500 hours of working use. After this period, no viable cells remain and no involuntary cell forms are visible. In spite of
11101110
сравнительно быструю потерю жизнеспособности , изомальтулЬзуобра зующа активность зафиксированных клеток спадает не:зависино и намного медленнее с временем полураспада 35 дн .relatively rapid loss of viability, the isomaltyl forming activity of the fixed cells does not decrease: it is dependent and much slower with a half-life of 35 days.
Это показывает, что жизнеспрсобные клетки не нужны дл образовани изомальтулозы, и, что возможно имеетс единственный стабильный фермент , который превращает сахарозу в изомальтулозу, дл которого не требуетс рециркулирование кофакторов или непрерывна регенераци источников энергии. Это подтвёрждаетс опытом , когда в качестве субстрата используют в 55%-ной (вес./объем) сахарозе 0,1 г/л хлорамфеникола, который ингибирует синтез белка. Активность синтеза изомальтулозы не измен етс , но деление клеток прекращаетс , даже при добавлен|/1и питательных веществ.This shows that viable cells are not needed for the formation of isomaltulose, and that there may be a single stable enzyme that converts sucrose to isomaltulose, for which rectifier cofactors or continuous regeneration of energy sources is not required. This is confirmed by the experience of using as a substrate 55% (w / v) sucrose 0.1 g / l chloramphenicol, which inhibits protein synthesis. The activity of isomaltulose synthesis does not change, but cell division stops, even with added nutrients.
Можно вызвать новый рост клеток Erwinia на месте посредством подачи питательных веществ в виде свежей стерильной среды даже при использовании их в колонке непрерывно в течение долгого времени; изомальтулозуобразующа активность падает о небольшой доли от ее первоначального значени . 8 этих опытах среду прокачи вают вверх через колонку со скоростью 0,01 сзбъемов пустой колонки/ч. Значительные количества СП выдел ютс при этом клетками, зафиксированными в гранулах, значение рН отработанной среды, вымываемой из колонки, падает до ,, наблюдаетс увеличение числа жизнеспособных клеток, как в гранулах так и в отработанной среде, причем анализ азота, как отработанной среды, так и гранул клеток, показал, что происходит рост клеток. После возврата назад к сахарозе в качестве субстрата изональтулозуобразующа активность гранул возрастает в некоторых случа х до уровней, превышающих первоначальную активность . Нет доказательств образовани фермента в исходных клетках, но есть факт, что регенераци вызвана исключительно ростом к-леток. Степень восстановлени активности гранул пропорциональ на числу жизнеспособных клеток, оставшихс непосредственно перед добавлением питательных веществ, и никакого восстановлени активности не наблюдают в гранулах, которые использовали в течение столь длительных пе05612It is possible to induce new growth of Erwinia cells in place by supplying nutrients in the form of a fresh, sterile medium, even when used in a column continuously for a long time; isomaltulose-forming activity falls about a small fraction of its original value. In these eight experiments, the medium was pumped up through the column at a rate of 0.01 from the empty column / h. Significant amounts of SP are released in this case by the cells fixed in the granules, the pH value of the spent medium washed out from the column drops to, an increase in the number of viable cells is observed, both in the granules and in the spent medium, and the analysis of nitrogen as the spent medium and granule cells, showed that cell growth occurs. After returning back to sucrose as a substrate, the isonutulose-forming activity of the granules increases in some cases to levels higher than the initial activity. There is no evidence of the formation of the enzyme in the original cells, but there is a fact that regeneration is caused solely by the growth of the k-let. The degree of restoration of the activity of the granules is proportional to the number of viable cells remaining immediately before the addition of nutrients, and no recovery of activity is observed in the granules that have been used for such long periods of time.
риодов времени, что все зафиксированные клетки сделались жизнеспособными (500 ч/:Time periods that all fixed cells became viable (500 h /:
После рабочего использовани регенерированных клеток в течение последующего периода активность колонки можно активировать аналогичным способом не менее 3-х раз. Возможность регенерации колонок с зафиксированными клетками обеспечивает теоретически бесконечную стабильность колонки и говорит о том, что возраст зафиксированных клеток не зависит от пропускной способности субстрата.After the working use of the regenerated cells during the subsequent period, the activity of the column can be activated in a similar way at least 3 times. The possibility of regeneration of columns with fixed cells provides a theoretically infinite stability of the column and suggests that the age of the fixed cells does not depend on the carrying capacity of the substrate.
$ Вместо подачи питательных веществ непосредственно после использовани гранул в течение некоторого периода времени питательную среду можно подать в колонку непосредственно после фиксировани . В этих опытах медленный рост клеток Erwinia происходит на месте. Когдафиксируют 1 ( влажн. вес,/об.) клеточный материал гранул, наблюдают 30-кратное увеличение числа жизнеспособных клеток, причем рост клеток происходит с временем удвоени б ч до окоьчани опыта, обусловленного сильным ослаблением струк- I туры альгинатного гел . Когда клеткиInstead of supplying nutrients directly after using the pellets for a certain period of time, the nutrient medium can be fed to the column immediately after fixation. In these experiments, the slow growth of Erwinia cells occurs in situ. When 1 (wet. Weight, / about.) Cell material of granules is fixed, a 30-fold increase in the number of viable cells is observed, and cell growth occurs with a doubling time of 6 hours before expiration of the experiment, caused by a strong weakening of the structure of the alginate gel. When cells
используют таким образом, при частом восстановлении активности посредством обеспечени условий дл роста клеток , внутренн стабильность ферментативной системы меньша , чем в том случае, когда не происходит рост клеток. Таким образом, фермент вл етс намного стабильнее, когда клетка находитс в псевдопокое или в состо НИИ сохранени , чем когда ей дают возможность делитьс .used in this way, with frequent restoration of activity by providing conditions for cell growth, the internal stability of the enzyme system is less than when cell growth does not occur. Thus, the enzyme is much more stable when the cell is in a pseudo-latency or in a state of conservation, than when it is allowed to divide.
Пример 2. Используют основную методику примера 1 с дополнительной стадией, в которой собранные клетки дроб т шаровой мельницей в течение 90 мин при перед фиксированием. Исходна активность гранул така же, как и при использовании целых клеток в примере 1, но полупериод жизни составл ет примерно 170 дней.Example 2. The basic procedure of Example 1 is used with an additional stage in which the collected cells are crushed with a ball mill for 90 minutes with prior fixation. The initial activity of the granules is the same as when whole cells are used in Example 1, but the half life is approximately 170 days.
Пример Зо Способ осуществл ют по примеру 1, использу другие штаммы изомальтулозуобразующих микроорганизмов , в частности Erwinia rhapontici (N СРРВ 1578, 139 и 1739 и АТСС 2928А), Erwinia caratovora var atroseptica N СРРВ 139, Erwinia dissolvens (N CPPB 1862 и 2209), Prota .minobacter rubrum (CBS 57, 77) Servatia masscescens (N CIB 8285)иExample 3 The method is carried out as in example 1 using other strains of isomaltulose-forming microorganisms, in particular Erwinia rhapontici (N CPPB 1578, 139 and 1739 and ATCC 2928A), Erwinia caratovora var atroseptica N CPPB 139, Erwinia dissolvens and N CPPP. Prota .minobacter rubrum (CBS 57, 77) Servatia masscescens (N CIB 8285) and
13И) 1105613I) 11056
Serratia plymuthica (АТСС 15928). Измер ют специфичность, активность и стабильность зафиксированных штаммов . Затем, принима во внимание патогенность микроорганизмов и тенден- j цию продуцировать полимер или пигмент , исследуемые штаммы оценивают на пригодность их использовани в способе по примеру 1.Serratia plymuthica (ATCC 15928). The specificity, activity and stability of the fixed strains are measured. Then, taking into account the pathogenicity of microorganisms and the tendency to produce a polymer or pigment, the strains under study are evaluated for suitability for their use in the method of Example 1.
В табл. 2 приведена пригодность Ю штаммов дл получени изомальтулозы. Таблица 2In tab. Figure 2 shows the suitability of Yu strains for the production of isomaltulose. table 2
II
При год-: With year-:
Штамм ностьStrain
E.rhaponticI NCPPB 1578E.rhaponticI NCPPB 1578
F..rhapontlc NCPPB 139 E.rhapontlci NCPPB 1739F..rhapontlc NCPPB 139 E.rhapontlci NCPPB 1739
E.rhapontlci ATCC 2928 +-Ы-+E.rhapontlci ATCC 2928 + -Y- +
E.carotovora var atroseptlca NCPPB 139E.carotovora var atroseptlca NCPPB 139
E.dissolvens NCPPB 1862 E.dissolvens NCPPB 2209 Serratia plymuthicaE.dissolvens NCPPB 1862 E.dissolvens NCPPB 2209 Serratia plymuthica
1592815928
ATCCATCC
Serratia marscescensSerratia marscescens
NCIB8285 +NCIB8285 +
Protaminobacter rubrum CBS.57.77 +Protaminobacter rubrum CBS.57.77 +
Пример . Осуществл ют способ по примеру 1, использу концентрацию сахарозы от 12,5 до 60( вес./ /об.). Активности и полупериоды жизни были измерены при исходном проценте превращени , равном %.An example. The method of Example 1 is carried out using a sucrose concentration of 12.5 to 60 (w / v). Activities and half-lives were measured at baseline percent conversion equal to%.
В табл. 3 приведено вли ние концентрации сахарозы на образований изомальтулозы.In tab. Figure 3 shows the effect of sucrose concentration on isomaltulose formations.
Таблица 3Table 3
- И- and
Продолжение табл. 3Continued table. 3
0 Изменение концентрации сахарозы вли ет на производительность фиксирующих колонок. Концентраци сахарозы вли ет на активность зафиксированных клеток, причем концентрации0 A change in sucrose concentration affects the performance of the fixing columns. The sucrose concentration affects the activity of the fixed cells, with the concentration
5 свыше примерно 0 ( вес./об. оказывает ингибируклцее действие. Стабильность (т.е. полупериод жизни) зафиксированных клеток существенно возрастает при увеличении концентрации сахарозы выше тех значений концентрации , которые использовали в предыдущих работах. Увеличение стабильности зафиксированных клеток при увеличении концентрации сахарозы перевешивает уменьшение активности , поэтому продуктивность колонки возрастает с увеличением концентрации сахарозы.5 above about 0 (w / v. Has inhibitory effect. Stability (i.e. half life) of the fixed cells increases significantly with increasing sucrose concentration above those used in previous studies. Increasing the stability of fixed cells with increasing sucrose concentration outweighs the decrease in activity, so the productivity of the column increases with increasing sucrose concentration.
На равновесное отношение продуктов к сахарозе сильно вли ет концентраци сахарозы в субстрате, причем наибольшее равновесное значение было получено при использовании (вес./об.) сахарозы. Таким образом, при использовании сахарозы равновесное отношение продуктов к сахарозе составл ет 13,2:1, что соotBeTCTByeT 93% превращени в продукты .The equilibrium ratio of products to sucrose is strongly influenced by the concentration of sucrose in the substrate, with the highest equilibrium value obtained using sucrose (w / v). Thus, when sucrose is used, the equilibrium ratio of products to sucrose is 13.2: 1, which is BeotTTByeT 93% conversion to products.
Пример 5. Способ осуществл ют по примеру 1, использу клетки Erwinla rhapontic N СРРВ 1578, зафиксированные другими способами иммобилизации.Example 5. The method is carried out as in Example 1 using Erwinla rhapontic N CPPB 1578 cells fixed by other immobilization methods.
В табл. показано вли ние способа фиксировани активности изомальтулозуобразующих микроорганизмов на активность и полупериод жизни . 15101 Таблица k Альгинат кальци 0,325 8500 ЕАЕ-целлюлоза 0,583 «00 Полиакриламид 0,13 570 Клетки, агрегированные глутаровым альдегидом 0,153 О Каппа-каррагенан/смола лжеакации 0,2бЗ 37,5 Костный уголь 0,01 25 Агар 0,3 27 Ксантан/смола лжеакации 0,10 8 Пример 6. М-метил-М -нитро-N-нитрозогуанидин (, 100 мг/мл ) раствор ют в 25 мл 0,10 М цитратного буфера при рН 6,0 при инкубировании в вод ной бане при 37°С в течение 20 мин. Этот раствор затем добавл ют к 50 мл профильтрованного питательного бульона, содержащего примерно 1 г свежесобранных клеток Е. rhapontici N СРРВ 1578. Затем клетки инкубируютIn tab. The effect of the method of fixing the activity of isomaltulose-forming microorganisms on the activity and half life is shown. 15101 Table k Calcium alginate 0.325 8500 EAE-cellulose 0.583 "00 Polyacrylamide 0.13 570 Cells aggregated with glutaraldehyde 0.153 O Kappa-carrageenan / pseudoactivity 0.2bZ 37.5 Bone char 0.01 25 Agar 0.3 27 Xanthan / pitch lacquer resin 0.10 8 Example 6. M-methyl-M-nitro-N-nitrosoguanidine (100 mg / ml) is dissolved in 25 ml of 0.10 M citrate buffer at pH 6.0 while incubating in a water bath at 37 ° C for 20 min. This solution is then added to 50 ml of the filtered nutrient broth containing approximately 1 g of freshly harvested E. rhapontici N CPPB 1578 cells. The cells are then incubated
0,441 0.441
52,4 0,389 54,4 0,354 56,6 10 S 15 20 25 JQ 52.4 0.389 54.4 0.354 56.6 10 S 15 20 25 JQ
Таблица 5Table 5
59,52 52,53 47,77 616 30 мин при в вод ной бане, потом их собирают и суспендируют в k% сахарозной среде табл. 1) в.течение ночи при С. Аликвоты (0,1 мл) помещают на 1,5% (вес.об.) агаровые чашки, содержащие сахарозу k% (вес./ /об.) , триптон 0,41 ( вес./об. и пептбн 1% ( вес./об., значение рН кото- , рых было доведено до 7,0, инкубирование провод т ч при . Отдельные колонии затем пересаживают в колбы дл встр хивани и провод т культивирование в течение 48 ч при при встр хивании при 120 об/мин, затем клетки собирают, подвергают Ticпытанию и анализу. Мутантные штаммы менее специфичны, чем первоначальные клетки, несмотр на то, что они продуцируют изомальтулозу. Пример 7. Способ осуществл ют по примеру 1, использу аль- , гинатный гель, содержащий зафиксированные клетки СРРВ 1578, который либо превращают в гель в блоке и нарезают на фрагменты, либо превращают в гель в виде непрерывного шнура и используют в намотанном на стержень виде или в виде нарезаных сегментов. При использовании в колонке эти зафиксированные клетки не про вл ют заметного различи в активности или стабильности по сравнению с клетками, зафиксированными в сферических гранулах . Пример 8. Пример 3 показыает ,-что наиболее пригодными вл тс штаммы Е.rhapontici. Последуюее сравнение провод т в стандартизированных услови х, использу каждый из трех штаммов Е.rhapontici, зафикированных в альгинате кальци . В табл. 5 приведена продуктивность разных штаммов Е.rhapontici. 17 Пример 9. Ферментативную систему, ответственную за превращение сахарозы в изомальтулозу, экстрагируют растворителем из клеток Erwlnia rhapontici N СРРВ 1578, использу четыре разлиных способа, в частности встр хивание по Микле (Mickle), осмотический шок, ультразвуковую обработку или обработку де тергентом. Дл встр хивани по Микле 2 г навески свежесобранных клеток встр хивают с 2 г сухого песка и с 2 мл дистиллированной воды 20 мин при комнатной температуре, использу ус тановку дл встр хивани Микле. Дл способа осмотического шока г навески клеток суспендируют в 10 мл деионизованной воды 30 мин при . Дл ультразвуковой обработки 2 г навески клеток суспендируют в 15 мл деионизованной воды и обрабатывают59.52 52.53 47.77 616 30 min while in a water bath, then they are collected and suspended in a k% sucrose medium table. 1) overnight at C. Aliquots (0.1 ml) are placed on 1.5% (w / v) agar plates containing sucrose k% (w / v), tryptone 0.41 (weight 1% (wt./about., the pH of which was raised to 7.0, the incubation is carried out h. Separate colonies are then transplanted into shake flasks and cultured for 48 when shaken at 120 rpm, then the cells are harvested, subjected to Ticking and analysis. Mutant strains are less specific than the original cells, despite the fact that they produce isomaltulose. This is carried out as in Example 1 using an al-, gynat gel containing fixed cells CPBB 1578, which is either gelled in a block and cut into fragments, or gelled as a continuous cord and used in a form wound onto a rod or sliced segments When used in a column, these fixed cells do not show a noticeable difference in activity or stability compared to cells fixed in spherical granules. Example 8. Example 3 shows that strains of E.rhapontici are the most suitable. The subsequent comparison is carried out under standardized conditions using each of the three E. rhapontici strains fixed in calcium alginate. In tab. 5 shows the productivity of different strains of E.rhapontici. 17 Example 9. The enzyme system responsible for the conversion of sucrose to isomaltulose is extracted with a solvent from Erwlnia rhapontici N CPPB 1578 cells, using four different methods, such as Mickle shaking, osmotic shock, ultrasonic treatment or processing of detangent. To shake in mikle, 2 g of freshly harvested cells are shaken with 2 g of dry sand and 2 ml of distilled water for 20 minutes at room temperature, using a shaker of mikle. For the osmotic shock method, a portion of the cell suspension is suspended in 10 ml of deionized water for 30 minutes at. For ultrasound treatment, 2 g of the suspension of cells is suspended in 15 ml of deionized water and treated
0,63 0,567 0,0940.63 0.567 0.094
0,70 0, 0,0380.70 0, 0.038
0,63 05Т 0, 0,16 - 0, Из результатов, приведенных в табл. 6, Видно, что при встр хивании по Микле в поверхностный слой попадает примерно 5% активности клеток, а остальна активность св зана с клеточными осколками„ Растворимый фе ментный экстракт, т.е. поверхностный слой, обладает активностью 0,09 г продукта/мл/ч, удельной активностью 0,0027,г продуктов/мг белка/ч и показывают двенадцёть различных белковых полос при анализе с помощью полиакриламидного гелевого электрофореза о Ферментативную систему можно более эффективно экстрагировать с по0 ,,60,00290.63 05T 0, 0.16 - 0, From the results given in table. 6, It can be seen that, upon shaking by Mikle, about 5% of the cell activity gets into the surface layer, and the remaining activity is associated with cell fragments. The soluble enzyme extract, i.e. surface layer, has an activity of 0.09 g of product / ml / h, specific activity of 0.0027, g of products / mg of protein / h and show twelve different protein bands when analyzed using polyacrylamide gel electrophoresis. The enzyme system can be more efficiently extracted from 0 ,, 60,0029
0,2533,00,08i«40,2533,00,08i «4
0,00561,990,00280,00561,990,0028
0,92 618 ультразвуком 30 мин, использу генератор диаметром насадки 2,5 см. Дл обработки детергентом исполь-, зуют 10 мл водного раствора Тритона Х-10П (0,15% o6./o6.J , чтобы обработать 0,5 г клеток. После каждой соответствующей обработки полученные суспензии подвергают центрифугированию при 17000 в течение 30 мин при Клетки или клеточные осколки и поверхностный слой жидкости затем по отдельности фиксируют на гранулах альгината кальци , использу общий метод примера 1. Затем гранулы подвергают испытанию по отношению к 55% (вес./об.) сахарозе дл определени активности синтеза изомальтулозы. В табл. 6 Приведена активность изомальтулозуобразующих микроорганизмов при разных способах разрушени клеток. Таблица 6 мощью осмотического шока клеток. С помощью этого способа экстрагируют примерно 9% клеточной активности, причем экстракт имеет активность 0,253 г продуктов/мл/ч и удельную активность 0, г продукта/мг белка/ч . Более того, электрофорез в пОлиакриламидном геле показывает только дес ть белковых полос. Сравнительно высока чистота такого ферментативного экстракта веро тно обусловлена тем, что клетки не разрываютс под действием осмотического шока . Ферментативна система св зана с мембраной и/или заключена в клет1910 ке, причем более веро тным местом расположени вл етс периплазмическое пространство, особенно в силу того, что осмотический шок вл етс самым лучшим способом экстракции , а также потому, что такие св за ные с периплазмическим пространством ферменты, как кисла фосфотаза, также были экстрагированы при обработке осмотическим шоком. Из данных табл. 6 следует, что дробленые клетки обладают наибольшей активностью. Это, веро тно, вызвано устранением преп тстви дл диффузионного переноса субстрата, создаваемого стенками и мембраной не поврежденной клетки. Однако нет существенного различи активностей клеток, подвергнутых осмотическому шоку, нежизнеспособных клеток и свежих жизнеспособных клеток, что нагл дно показывает что здесь не действует активна транспортна система дл притока сахарозы внутрь клетки , поскольку така система была бы зависима о,т интегрального метаболизма целой клетки и она могла бы быть, по-видимому, утрачена при осмотическом шоке клеток. ; Дальнейшее исследование свободного от клеток ферментного экстракта, полученного осмотическим шоком, показало , что он имеет оптимальное зна чение рН,.равное 7,0, оптимальную тёмпературу и обладает макси ,1альной активностью дл 35% Свес./об раствора сахарозы. TOT фактJ что оптимальна концентраци субстрата дл растворимой ферментативной сис6 ° . темы ниже, чем. дл свободных клеток 55) или дл зафиксированных -клеток , по-ёидимому, отражает изменение внутренних свойств ферментативной системы, завис щей от локализации. Когда ферментативную систему, экстрагированную- встр хиванием по Микле, используют на ( вес./об. сахарозе , зафиксированный фермент обладает исходной активностью 0,0067 г продукта/г гранул/ч и имеет полу11ериод жизни 620 ч, обеспечива первоначальную степень превращени 81,5%. Таким образом, использование предлагаемого изобретени позвол ет резко увеличить стабильность и продуктивность изомальтулозуобразующей сист-емы , как 3d счет ее иммобилизации в геле, так и благодар использованию новых штаммов микроорганизмов рода Erwinia, применению более концентрированных растворов сахарозы и более полному превращению сахарозы в целевой продукт. Так, иммобилизаци в геле альгината кальци позвол ет увеличить врем полужизни клеток от нескольких до 8500 ч, а использование 5 и 55%-х растворов сахарозы приводит к 1,510-кратному увеличению стабильности клеток по сравнению с опытами, в которых примен ют 35%-ые растворы, без существенного изменени активности системы. Кроме того, изобретение позвол ет использовать изомальтулозуобразующую систему микроорганизмов без культивировани и размножени самих микроорганизмов.0.92 618 ultrasound for 30 minutes using a 2.5 cm nozzle generator. For treating with a detergent, use 10 ml of an aqueous solution of Triton X-10P (0.15% o6./o6.J to treat 0.5 g After each appropriate treatment, the resulting suspensions are centrifuged at 17000 for 30 minutes with the cells or cellular fragments and the surface layer of the liquid is then individually fixed on the calcium alginate granules using the general method of Example 1. Then the granules are tested against 55% ( wt./about. sucrose to determine activity of isomaltulose synthesis. Table 6 shows the activity of isomaltulose-forming microorganisms with different methods of cell destruction. Table 6. Using osmotic shock of cells. About 9% of cell activity is extracted using this method, the extract has an activity of 0.253 g of products / ml / h and specific activity 0, g product / mg protein / h. Moreover, electrophoresis in a polyacrylamide gel shows only ten protein bands. The relatively high purity of such an enzyme extract is probably due to the fact that the cells do not rupture under the action of osmotic shock. The enzyme system is membrane bound and / or enclosed in a cell, and the periplasmic space is more likely to be located, especially since osmotic shock is the best method of extraction, and also because The periplasmic space of the enzymes, such as acid phosphatase, was also extracted by treatment with osmotic shock. From the data table. 6 it follows that crushed cells have the greatest activity. This is probably caused by the elimination of obstacles for diffusive transfer of the substrate created by the walls and membrane of an intact cell. However, there is no significant difference in the activities of cells subjected to osmotic shock, non-viable cells and fresh viable cells, which shows that the active transport system for sucrose influx into the cell does not work here, since such a system would be dependent on the integral metabolism of the whole cell and it could have been apparently lost in osmotic shock cells. ; Further investigation of the cell-free enzyme extract obtained by osmotic shock showed that it has an optimal pH value, equal to 7.0, optimal temperature and has a maximal activity for 35% Suspension / about sucrose solution. TOT FactJ is the optimum substrate concentration for soluble enzyme systems. topics lower than. for free cells 55) or for fixed β-cells, apparently, reflects a change in the intrinsic properties of the enzyme system, depending on localization. When the enzyme system, extracted by shaking by Mikle, is used on (w / v sucrose, the fixed enzyme has an initial activity of 0.0067 g of product / g of granules / h and has a half life of 620 h, ensuring an initial conversion rate of 81.5 Thus, the use of the proposed invention dramatically increases the stability and productivity of the isomaltulose-forming system, both the 3d through its immobilization in the gel, and through the use of new strains of microorganisms of the genus Erwinia, the use of more e, concentrated sucrose solutions and more complete conversion of sucrose to the desired product. Thus, immobilization of calcium alginate in the gel allows to increase the half-life of cells from several to 8500 hours, and the use of 5 and 55% solutions of sucrose results in a 1.510-fold increase in cell stability compared with experiments in which 35% solutions are used, without a significant change in the activity of the system. Furthermore, the invention allows the use of the isomaltulose-forming system of microorganisms without culturing and tim microorganisms themselves.
fSfS
ejej
I ajI aj
аг ar
tff 4O s6 it тtff 4O s6 it t
vWtfPMMV Л$4М|ЛАМ19 . tfWIlJiAMivWtfPMMV L $ 4M | LAM19. tfWIlJiAMi
AKAK
SS
« I"I
It /It /
ll ll
i i
§ t 15 § t 15
4ff ffff dO т4ff ffff dO t
/7/у уу АЛГ7 / /ff ffaffjv& / 7 / y yy ALG7 / / ff ffaffjv &
0fff.0fff.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU803210740A SU1011056A3 (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Process for preparing isomaltolose |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU803210740A SU1011056A3 (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Process for preparing isomaltolose |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1011056A3 true SU1011056A3 (en) | 1983-04-07 |
Family
ID=20929247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU803210740A SU1011056A3 (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Process for preparing isomaltolose |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1011056A3 (en) |
-
1980
- 1980-11-25 SU SU803210740A patent/SU1011056A3/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4670387A (en) | Fermentative production of isomaltulose | |
Chhetham et al. | Isomaltulose production using immobilized cells | |
JP5455244B2 (en) | Method for producing galactooligosaccharides by free cells | |
US3764475A (en) | Enzymatic hydrolysis of cellulose to soluble sugars | |
JP6813493B2 (en) | Immobilized cells and their manufacturing method | |
Taniguchi et al. | High concentration cultivation of Bifidobacterium longum in fermenter with cross-flow filtration | |
JPS6215198B2 (en) | ||
CN116716231B (en) | Escherichia coli and application thereof in fermentation production of tryptophan | |
SU1011056A3 (en) | Process for preparing isomaltolose | |
CA1277273C (en) | Recovery of microorganisms having ice nucleating activity | |
Cheetham | [40] Production of isomaltulose using immobilized microbial cells | |
US6716617B1 (en) | Fermentation method with continuous mass cultivation of ciliates (protozoa) for producing biogenous valuable substances | |
RU2174558C1 (en) | Method of l-aspartic acid producing | |
NO753005L (en) | ||
CH666049A5 (en) | BACTERIOLYTIC ENZYME AND PROCESS FOR PREPARING THE SAME. | |
SU1594216A1 (en) | Method of producing immobilized cells displaying fermenting activity | |
CN1648242A (en) | Permeable cell trehalose synthease and its preparation and use | |
SU457342A1 (en) | Method of preparing antibiotics | |
JPS606195A (en) | Immobilized microbial gel and production of alcohol using the same | |
JPS615789A (en) | Process for reaction by immobilized biocatalyst | |
SU410082A1 (en) | ||
JPH0632614B2 (en) | Immobilized microorganism and its use | |
JPH01132394A (en) | Heat treatment of immobilized cell | |
US4184919A (en) | Method of gelling microbial mycelia | |
JPS6043956B2 (en) | Alcohol manufacturing method |