WO2000049133A1 - Method for producing l-sorbose - Google Patents

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WO2000049133A1
WO2000049133A1 PCT/EP2000/001370 EP0001370W WO0049133A1 WO 2000049133 A1 WO2000049133 A1 WO 2000049133A1 EP 0001370 W EP0001370 W EP 0001370W WO 0049133 A1 WO0049133 A1 WO 0049133A1
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sorbitol
sorbose
medium
fermentation
culture
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PCT/EP2000/001370
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Anne-Mette Jakobsen
Kirsten Hogh Nielsen
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the production of L-sorbose, which in particular facilitates the industrial production of this substance, and to special non-recombinant microorganisms which can be used particularly advantageously in the context of this production process.
  • L-sorbose is the starting product for the production of 2-keto-L-gulonic acid from which L-ascorbic acid is synthesized on an industrial scale.
  • the production of ascorbic acid or the precursors thereof, e.g. L-sorbose, microbiologically by fermentation offers the advantage of producing the desired product in enantiomerically pure form.
  • EP-A-0 758 679 describes an L-sorbose-producing G. oxydans strain with the designation G624 (deposit number FERM-BP 4415), which can be cultivated in 20% sorbitol medium. After 4 days of cultivation, this strain converted D-sorbitol into L-sorbose in high yield. This strain is also transformed with an expression construct that carries the coding DNA for the enzymes L-sorbose dehydrogenase and L-sorbosone dehydrogenase. The transformant thus obtained is used to produce 2-keto-L-gulonic acid from D-sorbitol. However, the culture medium used for this fermentation only has a D-sorbitol concentration of 5%. A 5-day cultivation is required to complete the implementation.
  • the object of the present invention was therefore to create the conditions for a more efficient fermentative production of L-sorbose.
  • This object was achieved in particular by providing a semi-continuous, fermentative process for the production of L-sorbose from D-sorbitol using microorganisms of the Gluconobacter oxydans species. This task was also solved by providing optimized bacteria of the Gluconobacter oxydans species.
  • a first object of the present invention thus relates to highly tolerant bacteria of the Gluconobacter oxydans species, which are obtainable by conditioning a low-tolerant G. oxydans strain by cultivating it step by step with increasing D-sorbitol Concentration adapted to an increased D-sorbitol concentration in the culture medium.
  • a "highly tolerant" G. oxydans strain which is adapted to high D-sorbitol concentrations according to the invention is present when it can be cultivated in media which have an initial D-sorbitol concentration in the range from about 20 to 40% by weight. %, such as, for example, about 25 to 38% by weight or 28 to 35% by weight, cultivation at a D-sorbitol concentration of less than 20% by weight is natural. lent also possible. When cultivated, such a strain should preferably also ferment the D-sorbitol contained in the medium in high, for example 70 to 100%, yield to L-sorbose.
  • the highly tolerant strains according to the invention are obtainable by conditioning the D-sorbitol concentration in the course of conditioning from initially approximately 5 to 10% by weight to a final concentration in the range from approximately 20 to 40% by weight, e.g. about 25 to 38% by weight or 28 to 35% by weight, gradually increased.
  • Conditioning can be carried out as follows, for example:
  • a sterile, known per se liquid medium suitable for the cultivation of G. oxydans is prepared, the initial D-sorbitol content of which is adjusted such that after inoculation it has a D-sorbitol content of, for example, about 5 to 15% by weight, such as about 10% by weight.
  • Suitable formulations for culture media are described, for example, in "Industrial Microbiology, Hans-Jürgen Rehm, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2nd Edition, p. 500.
  • a 10% sorbitol medium pH 5
  • yeast extract the 0 , 5% by weight of yeast extract and optionally 0.1% by weight of glucose were added This medium is inoculated with a freshly prepared inoculum of an unconditioned G.
  • the oxydans strain and the inoculated medium is cultured at about 30 to 37 ° C. aerobic conditions and, for example, gentle shaking or stirring. The fermentation is continued until no significant L-sorbose formation can be observed. An aliquot is removed from the fermentation broth and inoculated therewith another sterile culture medium of the second cultivation stage, the D Sorbitol content (after inoculation) is higher than the content in the medium of the previous cultivation stage
  • the ratio of inoculum to culture to be inoculated should be in the range from 1: 5 to 1:20, such as 1: 5 to 1:10.
  • the above procedure is repeated with a gradual increase in the sorbitol concentration until a bacterial culture is obtained which grows in the medium with the desired high initial D-sorbitol concentration.
  • the gradual increase in the D-sorbitol concentration can be selected depending on the response of the parent strain to the increase in concentration.
  • the increase can take place in the same or different sizes.
  • a gradual increase in the D-sorbitol concentration can take place in the same 0.5% to 3% steps, such as 1% or 2% steps.
  • bacteria of the type G. oxydans are provided which, in addition to an increased D-sorbitol tolerance, also have an essentially constant, ie stable, high L-sorbose synthesis performance.
  • Bacteria with such a property profile can be obtained by repeating a sorbitol-highly tolerant bacterium as described above at an increased sorbitol concentration, for example in an approximately 25 to 35% by weight D-sorbitol medium, until termination of L-sorbose formation.
  • a satisfactorily "high" L-sorbose synthesis performance is achieved when about 90 to 100 mol%, such as, for example, about 93 to 98 mol%, of the sorbitol used after not more than about 48 hours, in particular after no more than about 36 hours, such as after about 15 to 25 hours or 18 to 22 hours. Since the synthesis performance can be influenced by the culture conditions, the above criteria apply in particular under the following standard conditions: D-sorbitol starting content: 28-30% by weight; pH of the medium: 4.5-5.0; Ventilation 0.5-1.5 1 air / 1 medium / h; Volume ratio of inoculum to culture medium presented about 1: 5 to 1: 6; Standard medium: containing per kg medium
  • a satisfactorily "constant” or “stable” L-sorbose synthesis performance is given according to the invention if the cultivation (preferably under the above standard conditions) is achieved by serially inoculating an aliquot of the culture broth onto freshly prepared culture medium, preferably at a volume ratio of inoculum to culture medium provided about 1: 5 to 1: 6, can be repeated several times, and without a significant decrease in the L-sorbose synthesis performance of the production strain used.
  • a fluctuation of the synthesis performance within the ranges defined above for turnover and duration of the implementation is possible.
  • a constant synthesis performance should be repeated after 1 to 5 times or more, e.g. Vaccination 10 to 50 times or more may be observed.
  • the conditioning methods according to the invention can in principle be carried out with all unconditioned G. oxydans strains. However, the conditioning is preferably carried out using Gluconobacter oxydans NRRL-B72. This strain is in the deposit position (Northern Regional Research Laboratory, USA) is freely available.
  • the present invention relates in particular in the above manner conditioned bacteria of the species G. oxydans which higt befä- ⁇ are to convert, under aerobic conditions D-sorbitol to L-sorbose and wherein the bacterium is also not in the form of individual, paired or short chains mobile, gram-negative rods are present, good growth in semi-solid sorbitol / glucose / yeast extract agar medium and in liquid sorbitol / corn steep liquor medium at a pH of about 3.5 - 6, a temperature of about 25 - 40 ° C. and a D-sorbitol concentration of up to about 40% by weight, such as, for example, over 20 to 40% by weight, in particular about 25 to 35% by weight.
  • a particularly preferred G. oxydans strain obtained on the basis of the above-described conditioning process, starting from NRRL-B72 and obtained under the internal name “2B 3 ", has the following properties:
  • T 25 - 40 ° C, optimum at 32 ° C - pH range: growth at pH 3.5 - 6, optimum at pH 4.5 - 5.0
  • the strain produced thus corresponds to the essential features of G. oxydans according to the information in Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, (9th edition), p. 275 ff. With regard to further non-limiting characteristics, reference can be made to the information in this standard set of provisions.
  • the invention also relates to mutants and variants thereof which have essentially the same properties and are suitable for carrying out the process according to the invention for producing L-sorbose, which is described in more detail in the following sections will be described.
  • suitable methods for producing mutants and variants of the specifically described microorganisms according to the invention include, but are not limited to: mutagenesis by irradiation with ultraviolet light or X-rays; treatment with a chemical mutagen such as nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), methyl methanesulfonate, nitrogen mustard and the like; Gene integration techniques, and transduction using bacteriophages.
  • mutagenesis by irradiation with ultraviolet light or X-rays treatment with a chemical mutagen such as nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), methyl methanesulfonate, nitrogen mustard and the like
  • Gene integration techniques, and transduction using bacteriophages are known from the prior art and are described, for example, in: J.H. Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor, New York (1972); J.H. Miller,
  • the present invention also relates to a process for the semi-continuous, fermentative production of L-sorbose, wherein
  • Culture medium containing sorbitol in a weight ratio of 1: 4 to 1: 8 is inoculated and cultivated until the D-sorbitol reaction is essentially complete; and d) after the reaction has ended, the L-sorbose formed is isolated from the culture broth;
  • the inoculum has, for example, a cell density corresponding to 1 to 10 g of biomass (dry substance) per liter of inoculum.
  • the fermentation cycle comprising steps a) to c) is repeated as often as required until a sufficient amount of L-sorbose has been formed.
  • An "arbitrary" repetition of fermentation cycles in the context of the present invention means e.g. the 1 to 5 times or more, e.g. repeating the fermentation cycle 10 to 50 times or 50 to 200 times.
  • the method according to the invention offers the particular advantage over the prior art that it does not require a new inoculum for inoculating the production culture medium. Rather, the required inoculum can be branched off directly from the culture broth of the previous fermentation cycle, preferably after the end of the D-sorbitol reaction. Surprisingly, it was also found according to the invention that numerous fermentation cycles can be run through, although the initial D-sorbitol concentration is unusually high, for example in the range 25-35% by weight. It is also surprising that each of the fermentation cycles provides L-sorbose in almost quantitative yield, ie in the range of approximately 95-98 mol%, within a reaction time of approximately 15-25 hours, in particular approximately 20 hours, per cycle. The ratio of inoculum to culture medium chosen according to the invention ensures that the production approach is practically no Phase goes through, but rather contains a bakery culture of high vitality.
  • the fermentation temperature is preferably approximately 25-40 ° C., in particular approximately 32-36 ° C.
  • a fermentation temperature of about 35 ° C. which lies between the optimum growth of the bacterium (32 ° C.) and the optimum temperature of the enzymatically catalyzed partial oxidation of D-sorbitol to L-sorbose (36 ° C.), is particularly preferred.
  • temperatures below 25 ° C and above 40 ° C no significant increase in the number of bacteria can be determined.
  • the fermentation it is also preferred to carry out the fermentation with the supply of about 0.5-1.5 liters of atmospheric air per liter of medium and per minute.
  • the bacterial growth and the fermentative conversion of D-sorbitol can be further improved in a known manner by enriching the air with oxygen, for example by up to about 20% by volume.
  • the oxygen transition can also be regulated in a manner known per se by varying the pressure.
  • the oxygen transition is influenced in particular by the stirring performance of the stirring device used. Stirring powers of approximately 0.5 to 4 kW / m 3 of medium are preferred.
  • the blade stirrer is an example of a type of stirrer commonly used.
  • the bacteria preferred according to the invention have an optimum growth at pH 4.5-5.0. With a pH of over 6 to about 7.5, growth and productivity are reversibly prevented, while the pH in the course of the fermentation also briefly values of 3.5 or less, e.g. can take up to about 3.0 without negatively affecting sorbitol oxidation in the current batch as well as growth and productivity in the next fermentation cycle.
  • the sorbitol substrate does not have too high a proportion of D-glucose impurities, since this causes an extraordinary drop in pH during the fermentation due to the oxidation of D-glucose to gluconic acid.
  • the generation time of the microorganisms preferably used according to the invention for fermentation also increases with increasing sorbitol concentration in the medium.
  • the generation time is 3 times longer in a 27% medium than in one 10% medium with otherwise identical fermentation parameters.
  • the generation time increases sharply above a concentration range of about 30-32% by weight of sorbitol.
  • the growth stops at a concentration of about 40% by weight.
  • the bacteria reach optimal bacterial density after inoculation with an inoculum in a ratio of 1: 5.6 (inoculum to culture medium) within about 12 to 18 hours.
  • the oxidation of D-sorbitol to L-sorbose only starts after the culture has reached a certain cell density, such as about 30 to 50% of the final density.
  • the substrate D-sorbitol used should preferably have no contamination of D-mannitol if L-sorbose is to be isolated in crystalline form.
  • D-mannitol is namely converted enzymatically to D-fructose. The latter inhibits the crystallization process in small amounts.
  • Another advantage according to the invention can be seen in the fact that the production method according to the invention can be carried out using a comparatively simple, inexpensive nutrient or culture medium. This preferably contains per kg of liquid medium:
  • the culture medium is sterilized in a manner known per se before inoculation.
  • the pH of the medium is set to 5.5, for example with approximately 70-80% acetic acid, before sterilization.
  • the pH is only controlled by the calcium carbonate added.
  • An additional control such as by adding sodium hydroxide solution to the ongoing fermentation process, is not necessary.
  • the pH of the culture is approximately 5.5-6 and during the log phase (logarithmic multiplication of the bacteria) of growth, the pH falls to a range of approximately 4.0-4.5 .
  • further components can be added to the nutrient medium used according to the invention if necessary.
  • one or more other carbon sources may be included, such as Starch hydrolysates, cellulose hydrolysates or molasses; and alcohols such as glycerin.
  • One or more nitrogen sources may also be included, e.g. Ammonia, ammonium salts of inorganic or organic acids, such as ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium phosphate, ammonium sulfate and ammonium acetate; Urea; Nitrate and nitrite salts and other nitrogenous materials such as amino acids, meat extract, peptone, fish meal, fish hydrolysates, casein hydrolyzates, soybean hydrolyzates, yeast extract, dried yeast, ethanol yeast distillate, soybean meal, cottonseed meal and the like.
  • Ammonia ammonium salts of inorganic or organic acids, such as ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium phosphate, ammonium sulfate and ammonium acetate
  • Urea Nitrate and nitrite salts and other nitrogenous materials such as amino acids, meat extract, peptone, fish meal, fish hydrolysates, casein hydrolyzates, soybean hydrolyzates
  • inorganic salts such as e.g. Salts of potassium, calcium, sodium, magnesium, manganese, iron, cobalt, zinc, copper and other trace elements as well as phosphoric acid.
  • Suitable trace elements and growth factors can also be added individually or in combination, e.g. Coenzyme A, pantothenic acid, biotin, thiamine, riboflavin, flavin mononucleotide, flavin adenine dinucleotide and other vitamins, amino acids such as cysteine, sodium thiosulfate, p-aminobenzoic acid, niazinamide and the like. These can be used in pure form or in the form of natural materials which contain these substances.
  • the preferred fermentation technique used in each case depends primarily on the size of the batch. While an aerobic shake culture is suitable in principle for smaller batches, fermentation under submerged aerobic conditions is preferred for carrying out the process according to the invention on an industrial scale.
  • the conversion of D-sorbitol is monitored in a conventional manner, for example by HPLC analysis of a sample taken.
  • a suitable HPLC column of the type OA KC 7.8 x 300 mm, from Merck, Mobile Phase 0.05 N sulfuric acid, 0.4 ml / min flow rate is suitable for determining the L-sorbose content.
  • the L-sorbose formed is isolated continuously or batchwise using conventional methods.
  • the resulting culture broth is first concentrated in a conventional manner, if appropriate after separating the cell mass, for example by filtration or centrifugation. Concentration takes place, for example, by evaporation at elevated temperature, such as 50 to 80 ° C, and reduced pressure, such as 0.01 to 0.1 bar.
  • the crystals which precipitate are filtered and, if necessary, recrystallized. Further purification steps, such as solvent extraction, chromatography, precipitation or salting out, can be used individually or in combination if necessary.
  • Corn steep liquor 50% dry matter 240 g (about 200 ml) ammonium sulfate 22.2 g
  • the laboratory cultures of Gluconobacter oxydans are stored in slant agar glasses with this solid medium.
  • the inoculation cultures for the initial inoculation of the fermenter are produced on this solid medium in Roux bottles immediately before inoculation.
  • Sorbitol syrup 70% by weight dry matter 75.0 g (about 5% sorbitol) corn steep liquor / salt mixture 7.5 g
  • Agar agar powder 25.0 g Demineralized water 1 000 ml
  • Sorbitol syrup, corn steep liquor / salt mixture and water are mixed together, heated to 60 ° C. and filtered.
  • the agar powder is then slowly added to the boiling filtrate.
  • the warm medium is then distributed to the culture vessels (9 ml each 30 ml inclined agar glass and 100 ml each 650 ml Roux bottle).
  • the tubes are then closed and autoclaved at 121 ° C for 20 minutes.
  • This medium is used to check the purity of the culture during fermentation.
  • the medium is suitable for the growth of G. oxydans and is unsuitable for most of the commonly occurring contaminating microorganisms.
  • G. oxydans forms characteristic curved, round, whitish-yellow, shiny cultures after 1 to 2 days of incubation at 32 ° C.
  • Sorbitol syrup 70% by weight dry substance 75.0 g (about 5% sorbitol)
  • Sorbitol syrup, yeast extract and glucose are mixed together and then mixed with water.
  • the pH is adjusted to 5.3-5.4 using 12% by weight acetic acid.
  • the agar powder is slowly added to the boiling mixture.
  • the still warm medium is distributed on glass bottles with screw caps and autoclaved for 20 minutes at 121 ° C. After cooling to about 50 ° C, the medium is distributed to sterile plastic petri dishes.
  • This medium is used to check the purity of the culture during fermentation. It is a nutrient medium for most commonly occurring contaminating microorganisms. It is not suitable for the growth of G. oxydans. After 2 days of incubation at 32 ° C, G. oxydans forms faintly visible fuzzy colonies on this medium. No growth is usually observed. Meat extract 3.0 g
  • the medium was produced in analogy to medium c) above. Only the pH is set to 7.
  • Sorbitol syrup (70% dry matter; corresponding to 400 kg sorbitol) is diluted with tap water and mixed with the corn steep liquor. Then add the mineral salts, pre-dissolved or suspended in tap water. Then the pH is adjusted to 5.5 with 70-80% acetic acid. Finally, add the anti-foaming agent. The medium is sterilized in a manner known per se at 141 ° C. for 2 minutes.
  • the pre-cultures of G. oxydans are stored in the form of agar cultures (medium b) at 5 ° C.
  • medium b medium b
  • five new agar cultures are prepared from an agar culture by incubation at 32 ° C. for 2 days.
  • the bacteria from eight such agar cultures are used to inoculate the same medium in Roux bottles.
  • bacteria of an agar culture are suspended in 2 x 5 ml of sterile 0.9% saline. The suspension is transferred to a Roux bottle.
  • a total of eight inoculated bottles are incubated at 32 ° C for two days and stored at 5 ° C if necessary.
  • the 50 m 3 fermenter is filled with 15,000 kg of production medium (compare example 1 medium e)), but the sorbitol concentration is only 15% by weight and the content of corn steep liquor and mineral salts has been doubled).
  • the temperature of the medium is set at 35 ° C.
  • a 200 ml inoculum prepared according to Example 2 is transferred sterile to the fermenter.
  • the fermenter is aerated with 1600 - 1800 m 3 of sterile air per hour.
  • the pressure in the fermenter is about 1.3 atm.
  • the initial pH is about 5.5 - 6.0.
  • the fermentation time in this first step is about 30 to 40 hours.
  • the resulting culture broth is either worked up to isolate the L-sorbose formed or used as an inoculum for the second fermentation stage.
  • a second 50 m 3 fermenter is filled with 33,000 kg of sterile production medium (28% by weight sorbitol) and inoculated with 6,400 liters of inoculum (corresponding to 7,000 kg of culture from the first fermentation step).
  • the ratio of inoculum to production medium is 1: 4.7. It is then fermented over a period of about 18 to 22 hours until the sorbitol concentration has dropped to less than 0.1% by weight.
  • the L-sorbose yield is about 8.3 kg / m 3 fermenter volume per hour.
  • Another inoculum of 6,400 liters is branched off from the fermentation broth obtained for the next fermentation cycle. The remaining amount of fermentation broth is processed to isolate L-sorbose.
  • a fermentation broth obtained by a process according to Example 3 comprises about 25 to 26% by weight of L-sorbose, less than about 0.1% by weight of D-sorbitol, residues from the growth medium (dissolved or suspended) and 1 to 2 g Bacterial mass per liter.
  • the fermentation broth is kept at about 50 ° C to avoid further growth of the bacteria and loss of sorbose.
  • the fermentation broth is concentrated in a first concentration step to a sorbose content of approximately 42% by weight at a temperature in the range from 60 to 80 ° C. and a pressure of 0.02 bar in a conventional falling film evaporator.
  • a second step further concentration takes place in a conventional long tube evaporator at 57 ° C and a pressure of 0.02 bar.
  • This second evaporation step leads to oversaturation of the concentrated L-sorbose solution.
  • the crystal content is in the range from about 30 to 50% by volume.
  • the crude crystal suspension obtained in this way is then transferred to a conventional sedimentation container. After a while, a very dense crystal suspension forms in its bottom area, which is essentially free of bacterial mass. This is separated from the supernatant, centrifuged, washed with water and dried at about 90 ° C. to a residual moisture content of less than 0.1% by weight.
  • the mother liquor obtained, the washing liquid and the supernatant from the sedimentation container can then, as described above, be worked up further, if appropriate, after combining with the fermentation broth from another batch.
  • the total yield, based on the D-sorbitol used, is usually in the range from about 89 to 92 mol% after complete working up.
  • the product produced in this way serves as a starting product for the production of L-ascorbic acid.
  • a sterile, agar-free liquid medium (850 ml total volume in a 2 l culture vessel) is produced analogously to medium c) above (cf. Example 1) and has a D-sorbitol content of approximately 10% by weight.
  • This medium is inoculated with 150 ml of a freshly prepared inoculum of an unconditioned G. oxydans strain.
  • the inoculated medium (pH 5) is incubated at 32 ° C under aerobic conditions (atmospheric air) and vigorous shaking (80 rpm). The fermentation is continued until no significant L-sorbose formation can be observed. A volume of 150 ml is withdrawn from the fermentation broth and inoculated therewith another sterile culture medium, the D-sorbitol content of which is 11% by weight. The above procedure is repeated with a gradual (1% increment) increase in sorbitol concentration until a bacterial culture is obtained which grows in about 30% by weight D-sorbitol medium.
  • the G. oxydans culture obtained in this way can then be inoculated serially in 30% by weight D-sorbitol medium (150 ml inoculum to 850 ml medium) in order to further optimize the L-sorbose synthesis performance.
  • Optimal synthesis performance is achieved when about 90 to 98 mol% of the sorbitol used has been converted after about 24 hours of cultivation.

Abstract

The invention relates to bacteria of the Gluconobacter oxydans species that are highly tolerant with respect to D-Sorbite, a method for the production thereof and a method for semi-continuous fermentative production of L-Sorbose from D-Sorbite.

Description

Verfahren zur Herstellung von L-SorboseProcess for the production of L-sorbose
Beschreibungdescription
Die-vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von L-Sorbose, welches insbesondere die großtechnische Produktion dieser Substanz erleichtert, sowie spezielle nicht-rekombinante Mikroorganismen, welche im Rahmen dieses Her- Stellungsverfahrens besonders vorteilhaft einsetzbar sind.The present invention relates to an improved process for the production of L-sorbose, which in particular facilitates the industrial production of this substance, and to special non-recombinant microorganisms which can be used particularly advantageously in the context of this production process.
L-Sorbose ist Ausgangsprodukt für die Herstellung von 2-Keto-L- gulonsäure aus welcher L-Ascorbinsäure in technischem Maßstab synthetisiert wird. Die Herstellung von Ascorbinsäure bzw. der Vorstufen davon, wie z.B. von L-Sorbose, auf mikrobiologischem Weg durch Fermentation bietet den Vorteil, das gewünschte Produkt in enantiomerenreiner Form herzustellen.L-sorbose is the starting product for the production of 2-keto-L-gulonic acid from which L-ascorbic acid is synthesized on an industrial scale. The production of ascorbic acid or the precursors thereof, e.g. L-sorbose, microbiologically by fermentation offers the advantage of producing the desired product in enantiomerically pure form.
Die bisher verwendeten fermentativen Verfahren zur L-Sorbose-Her- Stellung sind jedoch mit mehreren Nachteilen verbunden. Ein erster gravierender Mangel bisher bekannter Verfahren besteht darin, dass das Ausgangsprodukt, D-Sorbit, in relativ geringer Konzentration nämlich im Bereich von nur etwa 1 - 15 Gew.% eingesetzt werden konnte. Die L-Sorbosekonzentration nach Beendigung der Fermentation war selbst bei vollständiger Umsetzung entsprechend gering. Einen zweiten gravierenden Nachteil stellte die Notwendigkeit dar, dass die Umsetzung diskontinuierlich, d.h. in Batch-Fahrweise, durchgeführt werden musste. Dies bedeutet, dass für jede Produktionscharge zunächst in mehreren Stufen eine neue Impfkultur (Inokulum) herzustellen ist. Dies ist besonders ar- beits- und zeitaufwendig und stellt für die großtechnische Produktion von L-Sorbose einen gravierenden Nachteil dar. Hauptursache für diese Nachteile ist, dass die zur Fermentation verwendeten Mikroorganismen, vor allem Bakterien der Art Gluconobacter oxydans, unter den Bedingungen einer Fermentation in technischem Maßstab, wie hohe D-Sorbit-Konzentration, kostengünstiges wenig aufwendiges Nährmedium, pH-Schwankungen im Bereich von etwa 3 bis 7, Schwankungen in der SauerstoffVersorgung im Bereich von 0,1 bis 1,5 1 02/l Medium/h nur eine äußerst begrenzte Lebensdauer be- sitzen. Weiterhin sind Abweichungen der Reaktionsbedingungen von den Idealparametern, insbesondere in großen Fermentern für eine Verkürzung der Lebensdauer von Bakterienkultur verantwortlich. Häufig ist ein Großteil der verwendeten Bakterien am Ende der Fermentation nicht mehr lebens- bzw. vermehrungsfähig. Um für das nächste Reaktions-Batch ideale Startbedingungen zu schaffen, d.h. ein Inokulum mit hoher Zelldichte bereitstellen zu können, ist deshalb gemäß Stand der Technik die erneute Aufzucht eines frischen Inokulums erforderlich.However, the fermentative processes used up to now to produce L-sorbose have several disadvantages. A first serious shortcoming of previously known processes is that the starting product, D-sorbitol, could be used in a relatively low concentration, namely in the range of only about 1-15% by weight. The L-sorbose concentration after the end of the fermentation was correspondingly low even when the reaction was complete. A second serious disadvantage was the necessity that the implementation had to be carried out discontinuously, ie in batch mode. This means that a new vaccine culture (inoculum) must first be prepared in several stages for each production batch. This is particularly laborious and time-consuming and represents a serious disadvantage for the large-scale production of L-sorbose. The main reason for these disadvantages is that the microorganisms used for the fermentation, especially bacteria of the Gluconobacter oxydans type, under the conditions of a fermentation on a technical scale, such as high D-sorbitol concentration, inexpensive, inexpensive nutrient medium, pH fluctuations in the range from about 3 to 7, fluctuations in the oxygen supply in the range from 0.1 to 1.5 1 0 2 / l medium / h have an extremely limited lifespan. Furthermore, deviations of the reaction conditions from the ideal parameters, especially in large fermenters, are responsible for shortening the lifespan of bacterial culture. Often, a large part of the bacteria used is no longer viable or reproductive at the end of fermentation. In order to create ideal starting conditions for the next reaction batch, ie to be able to provide an inoculum with a high cell density therefore, according to the state of the art, a new rearing of a fresh inoculum is required.
Die EP-A-0 758 679 beschreibt einen L-Sorbose produzierenden G. oxydans-Stamm mit der Bezeichnung G624 (Hinterlegungsnummer FERM- BP 4415), der in 20 %igem Sorbit-Medium kultivierbar ist. Nach 4-tägiger Kultivierung hat dieser Stamm D-Sorbit in hoher Ausbeute in L-Sorbose überführt. Dieser Stamm wird außerdem mit einem Expressionskonstrukt transformiert, das die kodierende DNA für die Enzyme L-Sorbose Dehydrogenase und L-Sorboson Dehydrogenase trägt. Der so erhaltene Transformant wird zur Produktion von 2-Keto-L-gulonsäure aus D-Sorbit verwendet. Das zu dieser Fermentation eingesetzte Kulturmedium weist jedoch lediglich eine D- Sorbit-Konzentration von 5% auf. Eine 5-tägige Kultivierung ist erforderlich, um die Umsetzung zu beenden. Insgesamt ist somit festzustellen, das die aus der EP-A-0 758 679 bekannten Bakterien weder im Hinblick auf D-Sorbittoleranz noch im Hinblick auf L- Sorbose-Syntheseleistung zufriedenstellende Eigenschaften besitzen. Die Verwendbarkeit der darin beschriebenen Mikroorganismen zur halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Umsetzung von D- Sorbit wird ebenfalls nicht vorgeschlagen.EP-A-0 758 679 describes an L-sorbose-producing G. oxydans strain with the designation G624 (deposit number FERM-BP 4415), which can be cultivated in 20% sorbitol medium. After 4 days of cultivation, this strain converted D-sorbitol into L-sorbose in high yield. This strain is also transformed with an expression construct that carries the coding DNA for the enzymes L-sorbose dehydrogenase and L-sorbosone dehydrogenase. The transformant thus obtained is used to produce 2-keto-L-gulonic acid from D-sorbitol. However, the culture medium used for this fermentation only has a D-sorbitol concentration of 5%. A 5-day cultivation is required to complete the implementation. Overall, it can thus be stated that the bacteria known from EP-A-0 758 679 have neither satisfactory properties with regard to D-sorbitol tolerance nor with regard to L-sorbose synthesis performance. The usability of the microorganisms described therein for the semi-continuous or continuous conversion of D-sorbitol is also not suggested.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, die Voraussetzungen für eine effizientere fermentative Herstellung von L-Sorbose zu schaffen.The object of the present invention was therefore to create the conditions for a more efficient fermentative production of L-sorbose.
Diese Aufgabe wurde insbesondere gelöst durch Bereitstellung eines halbkontinuierlichen, fermentativen Verfahrens zur Herstellung von L-Sorbose aus D-Sorbit unter Verwendung von Mikroorga- nismen der Art Gluconobacter oxydans . Weiterhin wurde diese Aufgabe gelöst durch Bereitstellung optimierter Bakterien der Art Gluconobacter oxydans .This object was achieved in particular by providing a semi-continuous, fermentative process for the production of L-sorbose from D-sorbitol using microorganisms of the Gluconobacter oxydans species. This task was also solved by providing optimized bacteria of the Gluconobacter oxydans species.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft somit gegenüber D-Sorbit hochtolerante Bakterien der Art Gluconobacter oxydans, die dadurch erhältlich sind, dass man einen niedrigtoleranten G. oxydans-Stamm konditioniert, indem man diesen stufenweise durch Kultivierung bei von Stufe zu Stufe ansteigender D- Sorbit-Konzentration an eine erhöhte D-Sorbit-Konzentration im Kulturmedium adaptiert.A first object of the present invention thus relates to highly tolerant bacteria of the Gluconobacter oxydans species, which are obtainable by conditioning a low-tolerant G. oxydans strain by cultivating it step by step with increasing D-sorbitol Concentration adapted to an increased D-sorbitol concentration in the culture medium.
Ein erfindungsgemäßer "hochtoleranter", d.h. an hohe D-Sorbit- Konzentrationen adaptierter, G. oxydans-Stamm liegt vor, wenn dieser in Medien kultivierbar ist, die eine D-Sorbit-Anfangskon- zentration im Bereich von etwa 20 bis 40 Gew.-%, wie z.B. etwa 25 bis 38 Gew.-% oder 28 bis 35 Gew.-%, aufweisen Eine Kultivierung bei D-Sorbit-Konzentration von weniger als 20 Gew.-% ist natür- lieh ebenfalls möglich. Vorzugsweise sollte ein solcher Stamm außerdem bei Kultivierung das im Medium enthaltene D-Sorbit in hoher, z.B. 70 bis 100 %iger, Ausbeute zu L-Sorbose fermentieren.A "highly tolerant" G. oxydans strain which is adapted to high D-sorbitol concentrations according to the invention is present when it can be cultivated in media which have an initial D-sorbitol concentration in the range from about 20 to 40% by weight. %, such as, for example, about 25 to 38% by weight or 28 to 35% by weight, cultivation at a D-sorbitol concentration of less than 20% by weight is natural. lent also possible. When cultivated, such a strain should preferably also ferment the D-sorbitol contained in the medium in high, for example 70 to 100%, yield to L-sorbose.
Beispielsweise sind die erfindungsgemäßen hochtoleranten Stämme dadurch erhältlich, dass man die D-Sorbit-Konzentration im Verlauf der Konditionierung von anfänglich etwa 5 bis 10 Gew.-% auf eine Endkonzentration im Bereich von etwa 20 bis 40 Gew.-%, wie z.B. etwa 25 bis 38 Gew.-% oder 28 bis 35 Gew.-%, stufenweise er- höht. Die Konditionierung kann man beispielsweise wie folgt durchführen:For example, the highly tolerant strains according to the invention are obtainable by conditioning the D-sorbitol concentration in the course of conditioning from initially approximately 5 to 10% by weight to a final concentration in the range from approximately 20 to 40% by weight, e.g. about 25 to 38% by weight or 28 to 35% by weight, gradually increased. Conditioning can be carried out as follows, for example:
Man stellt ein steriles, für die Kultivierung von G. oxydans geeignetes, an sich bekanntes Flüssigmedium her, dessen D-Sorbit- Anfangsgehalt so eingestellt ist, dass es nach dem Animpfen ein D-Sorbitgehalt von beispielsweise etwa 5 bis 15 Gew.-%, wie z.B. etwa 10 Gew.-%, aufweist. Geeignete Rezepturen für Kulturmedien sind beispielsweise beschrieben in "Industrielle Mikrobiologie, Hans-Jürgen Rehm, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2. Auflage, S. 500. Beispielsweise könnte eine 10%iges Sorbitmedium (pH 5) verwendet werden, dem 0,5 Gew.-% Hefeextrakt und gegebenenfalls 0,1 Gew.-% Glucose zugesetzt wurden. Dieses Medium inokuliert man mit einer frisch hergestellten Impfkultur eines nichtkonditionierten G. oxydans-Stammes. Das angeimpfte Medium kultiviert man bei etwa 30 bis 37 °C unter aeroben Bedingungen und z.B. leichtem Schütteln oder Rühren. Die Fermentation wird solange fortgesetzt, bis keine nennenswerte L-Sorbosebildung mehr zu beobachten ist. Aus der Fermentationsbrühe entnimmt man ein Aliquot und inokuliert damit ein weiteres zwischenzeitlich herge- stelltes steriles Kulturmedium der zweiten Kultivierungsstufe, dessen D-Sorbitgehalt (nach dem Überimpfen) höher ist als der Gehalt im Medium der vorausgegangenen Kultivierungsstufe. Das Verhältnis von Inokulum zu anzuimpfender Kultur sollte etwa im Bereich von 1:5 bis 1:20, wie z.B. 1:5 bis 1:10, liegen. Man wie- derholt die obige Prozedur unter schrittweiser Erhöhung der Sorbitkonzentration solange, bis man eine Bakterienkultur erhält, die im Medium mit der gewünschten hohen D-Sorbit-Anfangskonzentration wächst. Die stufenweise Erhöhung der D-Sorbitkonzentration kann abhängig vom Ansprechen des Ausgangsstamms auf die Kon- zentrationserhöhung gewählt werden. Außerdem kann die Erhöhung in gleichen oder unterschiedlich grossen Stufen erfolgen. Beispielsweise kann eine stufenweise Erhöhung der D-Sorbit-Konzentration in gleichen 0,5%- bis 3%-Stufen, wie z.B. 1%- oder 2%-Stufen, erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Bakterien der Art G. oxydans bereitgestellt, die neben einer erhöhten D-Sorbit-Toleranz auch eine im Wesentlichen konstante, d.h. stabile, hohe L- Sorbose-Syntheseleistung aufweisen. Bakterien mit solchem Eigen- schaftsprofil sind dadurch erhältlich, dass man ein wie oben beschriebenes, Sorbit-hochtolerantes Bakterium wiederholt bei erhöhter Sorbit-Konzentration, wie z.B. in einem etwa 25 bis 35 gew.-%igem D-Sorbit-Medium, bis zur Beendigung der L-Sorbosebil- dung kultiviert.A sterile, known per se liquid medium suitable for the cultivation of G. oxydans is prepared, the initial D-sorbitol content of which is adjusted such that after inoculation it has a D-sorbitol content of, for example, about 5 to 15% by weight, such as about 10% by weight. Suitable formulations for culture media are described, for example, in "Industrial Microbiology, Hans-Jürgen Rehm, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2nd Edition, p. 500. For example, a 10% sorbitol medium (pH 5), the 0 , 5% by weight of yeast extract and optionally 0.1% by weight of glucose were added This medium is inoculated with a freshly prepared inoculum of an unconditioned G. oxydans strain and the inoculated medium is cultured at about 30 to 37 ° C. aerobic conditions and, for example, gentle shaking or stirring. The fermentation is continued until no significant L-sorbose formation can be observed. An aliquot is removed from the fermentation broth and inoculated therewith another sterile culture medium of the second cultivation stage, the D Sorbitol content (after inoculation) is higher than the content in the medium of the previous cultivation stage The ratio of inoculum to culture to be inoculated should be in the range from 1: 5 to 1:20, such as 1: 5 to 1:10. The above procedure is repeated with a gradual increase in the sorbitol concentration until a bacterial culture is obtained which grows in the medium with the desired high initial D-sorbitol concentration. The gradual increase in the D-sorbitol concentration can be selected depending on the response of the parent strain to the increase in concentration. In addition, the increase can take place in the same or different sizes. For example, a gradual increase in the D-sorbitol concentration can take place in the same 0.5% to 3% steps, such as 1% or 2% steps. According to a further embodiment, bacteria of the type G. oxydans are provided which, in addition to an increased D-sorbitol tolerance, also have an essentially constant, ie stable, high L-sorbose synthesis performance. Bacteria with such a property profile can be obtained by repeating a sorbitol-highly tolerant bacterium as described above at an increased sorbitol concentration, for example in an approximately 25 to 35% by weight D-sorbitol medium, until termination of L-sorbose formation.
Eine erfindungsgemäß zufriedenstellend "hohe" L-Sorbose-Synthese- leistung ist erreicht, wenn etwa 90 bis 100 Mol.-%, wie z.B etwa 93 bis 98 Mol.-%, des eingesetzten Sorbits nach nicht mehr als etwa 48 Stunden, insbesondere nach nicht mehr als etwa 36 Stun- den, wie z.B. nach etwa 15 bis 25 Stunden oder 18 bis 22 Stunden, umgesetzt sind. Da die Syntheseleistung von den Kulturbedingungen beeinflusst werden kann, gelten obige Kriterien insbesondere unter folgenden Standardbedingungen: D-Sorbitanfangsgehalt: 28-30 Gew.-%; pH-Wert des Mediums: 4,5-5,0; Belüftung 0,5-1,5 1 Luft/1 Medium/h; Volumenverhältnis von Inokulum zu vorgelegtem Kulturmedium etwa 1:5 bis 1:6; Standardmedium: enthaltend je kg MediumA satisfactorily "high" L-sorbose synthesis performance is achieved when about 90 to 100 mol%, such as, for example, about 93 to 98 mol%, of the sorbitol used after not more than about 48 hours, in particular after no more than about 36 hours, such as after about 15 to 25 hours or 18 to 22 hours. Since the synthesis performance can be influenced by the culture conditions, the above criteria apply in particular under the following standard conditions: D-sorbitol starting content: 28-30% by weight; pH of the medium: 4.5-5.0; Ventilation 0.5-1.5 1 air / 1 medium / h; Volume ratio of inoculum to culture medium presented about 1: 5 to 1: 6; Standard medium: containing per kg medium
Maisquellwasser, 50% Trockensubstenz 4,354 gCorn steep liquor, 50% dry substance 4.354 g
Ammoniumsulfat 0,495 g Diammoniumphosphat 0,124 gAmmonium sulfate 0.495 g diammonium phosphate 0.124 g
Magnesiumsulfat, Heptahydrat 0,082 gMagnesium sulfate, heptahydrate 0.082 g
Calciumcarbonat 0,472 gCalcium carbonate 0.472 g
Antischaummittel 0,150 gAntifoam 0.150 g
Eine erfindungsgemäß zufriedenstellend "konstante" oder "stabile" L-Sorbose-Syntheseleistung ist gegeben, wenn die Kultivierung, (vorzugsweise unter obigen Standardbedingungen), durch serielles Überimpfen eines Aliquots der Kulturbrühe auf frisch hergestelltes Kulturmedium, vorzugsweise bei einem Volumenverhältnis von Inokulum zu vorgelegtem Kulturmedium etwa 1:5 bis 1:6, mehrmals wiederholbar ist, und zwar ohne wesentliche Abnahme der L-Sorbose-Syntheseleistung des eingesetzten ProduktionsStamms. Eine Schwankung der Syntheseleistung innerhalb der oben definierten Bereiche für Umsatz und Dauer der Umsetzung ist dabei möglich. Eine konstante Syntheseleistung sollte noch nach 1- bis 5-maliger oder öfterer, wie z.B. 10- bis 50-maliger oder öfterer Überimpfung, beobachtbar sein.A satisfactorily "constant" or "stable" L-sorbose synthesis performance is given according to the invention if the cultivation (preferably under the above standard conditions) is achieved by serially inoculating an aliquot of the culture broth onto freshly prepared culture medium, preferably at a volume ratio of inoculum to culture medium provided about 1: 5 to 1: 6, can be repeated several times, and without a significant decrease in the L-sorbose synthesis performance of the production strain used. A fluctuation of the synthesis performance within the ranges defined above for turnover and duration of the implementation is possible. A constant synthesis performance should be repeated after 1 to 5 times or more, e.g. Vaccination 10 to 50 times or more may be observed.
Die erfindungsgemäßen Konditionierungsmethoden sind grundsätzlich mit allen nicht-konditionierten G. oxydans Stämmen durchführbar. Vorzugsweise führt man die Konditionierung aber mit Gluconobacter oxydans NRRL-B72 durch. Dieser Stamm ist bei der Hinterlegungs- stelle (Northern Regional Research Laboratory, USA) frei erhältlich.The conditioning methods according to the invention can in principle be carried out with all unconditioned G. oxydans strains. However, the conditioning is preferably carried out using Gluconobacter oxydans NRRL-B72. This strain is in the deposit position (Northern Regional Research Laboratory, USA) is freely available.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in obiger Weise konditionierte Bakterien der Art G. oxydans, welche befä- higt~~sind, unter aeroben Bedingungen D-Sorbit in L-Sorbose umzuwandeln und wobei das Bakterium außerdem in Form einzelner, paarweiser oder kurzer Ketten nicht beweglicher, Gram-negativer Stäbchen vorliegt, gutes Wachstum in halbfestem Sorbit/Glucose/He- feextrakt-Agarmedium und in flüssigem Sorbit/Maisquellwassermedium bei einem pH-Wert von etwa 3,5 - 6, einer Temperatur von etwa 25 - 40°C und einer D-Sorbit-Konzentration von bis zu etwa 40 Gew.%, wie z.B. bei über 20 bis 40 Gew.-%, insbesondere bei etwa 25 bis 35 Gew.-%, zeigt.The present invention relates in particular in the above manner conditioned bacteria of the species G. oxydans which higt befä- ~~ are to convert, under aerobic conditions D-sorbitol to L-sorbose and wherein the bacterium is also not in the form of individual, paired or short chains mobile, gram-negative rods are present, good growth in semi-solid sorbitol / glucose / yeast extract agar medium and in liquid sorbitol / corn steep liquor medium at a pH of about 3.5 - 6, a temperature of about 25 - 40 ° C. and a D-sorbitol concentration of up to about 40% by weight, such as, for example, over 20 to 40% by weight, in particular about 25 to 35% by weight.
Ein besonders bevorzugter, in Anlehnung an oben beschriebenes Konditionierungsverfahren, ausgehend von NRRL-B72 erhaltener und unter der internen Bezeichnung "2B3" geführter G. oxydans-Stamm besitzt folgende Eigenschaften:A particularly preferred G. oxydans strain obtained on the basis of the above-described conditioning process, starting from NRRL-B72 and obtained under the internal name "2B 3 ", has the following properties:
1. Morphologische Eigenschaften von 2B3 :1. Morphological properties of 2B 3 :
- Gram-Färbung: negativ- Gram staining: negative
- Zellform: Stäbchen- Cell shape: chopsticks
- Zellgröße: 1 - 2 μm - Auftreten der Zellen: einzeln, paarweise oder in kurzen Ketten- Cell size: 1 - 2 μm - Appearance of the cells: individually, in pairs or in short chains
- Beweglichkeit: negativ- Agility: negative
- Sporenbildung: negativ- Spore formation: negative
- Kolonien: a) Auf Fleischextrakt/Peptonagar (pH 7,0): nach 2-tägiger Inkubation erscheinen hin und wieder schwach sichtbare, verschwommene, dünnschichtige Kolonien, b) Nach 2-tägiger Inkubation auf Sorbit/Glucose/Hefeextrak- tagar (pH 5) erscheinen gewölbte, runde Kolonien in Form und Größe eines Stecknadelkopfes. Die Kolonien sind weißlich gelb und glänzend.- Colonies: a) On meat extract / peptone agar (pH 7.0): after 2 days of incubation, faintly visible, blurred, thin-layered colonies sometimes appear, b) After 2 days of incubation on sorbitol / glucose / yeast extract tagar (pH 5) vaulted, round colonies appear in the shape and size of a pin head. The colonies are whitish yellow and shiny.
2. Physiologische Eigenschaften:2. Physiological properties:
- Wachstumstemperatur: T = 25 - 40°C, Optimum bei 32°C - pH-Bereich: Wachstum bei pH 3,5 - 6, Optimum bei pH 4,5 - 5,0- Growth temperature: T = 25 - 40 ° C, optimum at 32 ° C - pH range: growth at pH 3.5 - 6, optimum at pH 4.5 - 5.0
- aerob- aerobic
- Catalase: positiv- Catalase: positive
- Oxidase: negativ - Nitrat-Reduktion: negativ- Oxidase: negative - Nitrate reduction: negative
- Gelatine-Verflüssigung: negativ- Gelatin liquefaction: negative
- H2S-Bildung: negativ - Indolproduktion: negativ- H 2 S formation: negative - Indole production: negative
- Ethanoloxidation zu Essigsäure: positiv- Ethanol oxidation to acetic acid: positive
- Stärke: nicht hydrolysiert- Starch: not hydrolyzed
- Glycerin, D-Mannit, Sorbit: utilisiert - Lactat-Oxidation: negativ- Glycerin, D-mannitol, sorbitol: used - Lactate oxidation: negative
- Acetat-Oxidation zu C02 und H20: negativ- Acetate oxidation to C0 2 and H 2 0: negative
Der erzeugte Stamm stimmt somit mit den wesentlichen Merkmalen von G. oxydans gemäß den Angaben in Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, (9. Auflage), S. 275 ff. überein. Bezüglich weiterer nichtlimitierender Charakteristika kann auf die Angaben in diesem Standardbestimmungswerk verwiesen werden.The strain produced thus corresponds to the essential features of G. oxydans according to the information in Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, (9th edition), p. 275 ff. With regard to further non-limiting characteristics, reference can be made to the information in this standard set of provisions.
Zusätzlich zu den oben konkret beschriebenen Bakterien der Art G. oxydans sind Gegenstand der Erfindung auch Mutanten und Varianten davon, die im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften besitzen und sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von L-Sorbose, welches in den folgenden Abschnitten noch näher beschrieben werden wird, eignen.In addition to the bacteria of the species G. oxydans specifically described above, the invention also relates to mutants and variants thereof which have essentially the same properties and are suitable for carrying out the process according to the invention for producing L-sorbose, which is described in more detail in the following sections will be described.
Beispiele für geeignete Methoden zur Herstellung von Mutanten und Varianten der konkret beschriebenen erfindungsgemäßen Mikroorganismen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Mutagenese durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder Röntgenstrahlen; die Behandlung mit einem chemischen Mutagen, wie Nitrosoguanidin (N-Methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidin) , Methylmethansulfonat, Stickstofflost und dergleichen; Genintegrationstechniken, und Transduktion mit Hilfe von Bakteriophagen. Diese Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise beschrieben in: J.H. Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor, New York (1972); J.H. Miller, A Short Course in Bacterial Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1991); M. Singer and P. Berg, Genes & Genomes, University Science Books, Mill Valley, CaliforniaExamples of suitable methods for producing mutants and variants of the specifically described microorganisms according to the invention include, but are not limited to: mutagenesis by irradiation with ultraviolet light or X-rays; treatment with a chemical mutagen such as nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), methyl methanesulfonate, nitrogen mustard and the like; Gene integration techniques, and transduction using bacteriophages. These methods are known from the prior art and are described, for example, in: J.H. Miller, Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor, New York (1972); J.H. Miller, A Short Course in Bacterial Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1991); M. Singer and P. Berg, Genes & Genomes, University Science Books, Mill Valley, California
(1991); J. Sambrook, E.F. Fritsch and T. Maniatis, Molecular Clo- ning; A Laboratory Manual, 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989); P.B. Kaufman et al., Handbook of Molecular and Cellular Methods in Biology and Medicine, CRC Press, Boca Raton Florida (1995); Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, B.R. Glick and J.E. Thompson, Hrsg., CRC Press, Boca Raton, Florida (1993); und P.F. Smith-Keary, Molecular Genetics of Eschirichia coli, The Guilford Press, New York, NY (1989). Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur halbkontinuierlichen, fermentativen Herstellung von L-Sorbose, wobei man(1991); J. Sambrook, EF Fritsch and T. Maniatis, Molecular Cloning; A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989); PB Kaufman et al., Handbook of Molecular and Cellular Methods in Biology and Medicine, CRC Press, Boca Raton Florida (1995); Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, BR Glick and JE Thompson, ed., CRC Press, Boca Raton, Florida (1993); and PF Smith-Keary, Molecular Genetics of Eschirichia coli, The Guilford Press, New York, NY (1989). The present invention also relates to a process for the semi-continuous, fermentative production of L-sorbose, wherein
a) mit einem Bakterium der Art Gluconobacter oxydans ein erstes D-Sorbit enthaltendes Kulturmedium inokuliert und kultiviert, bis die D-Sorbit-Umsetzung im Wesentlichen beendet ist; b) nach Beendigung der Umsetzung aus der Hauptmenge der so erhaltenden Kulturbrühe die gebildete L-Sorbose isoliert; c) mit der verbleibenden Menge der Kulturbrühe ein zweites D-a) inoculated with a bacterium of the Gluconobacter oxydans type and contained a first culture medium containing D-sorbitol until the D-sorbitol reaction was essentially complete; b) after the reaction has ended, the L-sorbose formed is isolated from the main amount of the culture broth thus obtained; c) with the remaining amount of the culture broth a second D-
Sorbit enthaltendes Kulturmedium in Gewichtverhältnis von 1 :4 bis 1:8 inokuliert und kultiviert, bis die D-Sorbit-Umsetzung im Wesentlichen beendet ist; und d) nach Beendigung der Umsetzung die gebildete L-Sorbose aus der Kulturbrühe isoliert;Culture medium containing sorbitol in a weight ratio of 1: 4 to 1: 8 is inoculated and cultivated until the D-sorbitol reaction is essentially complete; and d) after the reaction has ended, the L-sorbose formed is isolated from the culture broth;
und wobei die D-Sorbit-Anfangskonzentration nach Inokulation der Kulturmedien jeweils bis zu etwa 40 Gew.-% beträgt. Das Inokulum besitzt beispielsweise eine Zelldichte entsprechend 1 bis 10 g Biomasse (Trockensubstanz) pro Liter Inokulum.and wherein the initial D-sorbitol concentration after inoculation of the culture media is in each case up to about 40% by weight. The inoculum has, for example, a cell density corresponding to 1 to 10 g of biomass (dry substance) per liter of inoculum.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der die Schritte a) bis c) umfassende Fermentationszyklus beliebig oft wiederholt, bis eine ausreichende Menge L- Sorbose gebildet wurde. Unter einer "beliebigen" Wiederholung von Fermentationszyklen im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man z.B. die 1- bis 5-malige oder öftere wie z.B. die 10- bis 50-malige oder 50- bis 200-malige Wiederholung des Fermentations- zyklus .According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the fermentation cycle comprising steps a) to c) is repeated as often as required until a sufficient amount of L-sorbose has been formed. An "arbitrary" repetition of fermentation cycles in the context of the present invention means e.g. the 1 to 5 times or more, e.g. repeating the fermentation cycle 10 to 50 times or 50 to 200 times.
Daraus wird ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Stand der Technik den besonderen Vorteil bietet, kein neues Inokulum für die Animpfung des Produktionskulturmediums zu erfordern. Vielmehr kann das erforderliche Inokulum direkt aus der Kulturbrühe des vorausgegangenen Fermentationszyklus, vorzugsweise nach Beendigung der D-Sorbit-Umsetzung, abgezweigt werden. Überraschenderweise wurde erfindungsgemäß außerdem festgestellt, dass zahlreiche Fermentationszyklen durchlaufen werden können, obwohl die D-Sorbit-Anfangskonzentration ungewöhnlich hoch, wie z.B. im Bereich 25 - 35 Gew.-%, ist. Weiterhin ist überraschend, dass jeder der Fermentationszyklen L-Sorbose in nahezu quantitativer Ausbeute d.h. im Bereich von etwa 95 - 98 Mol.-% innerhalb einer Reaktionszeit je Zyklus von etwa 15 - 25 Stunden, insbesondere etwa 20 Stunden liefert. Durch den erfin- dungsgemäß gewählte Verhältnis von Inokulum zu Kulturmedium wird gewährleistet, dass der Produktionsansatz praktisch keine lag- Phase durchläuft, sondern vielmehr eine Bakerienkultur hoher Vitalität enthält.It can be seen from this that the method according to the invention offers the particular advantage over the prior art that it does not require a new inoculum for inoculating the production culture medium. Rather, the required inoculum can be branched off directly from the culture broth of the previous fermentation cycle, preferably after the end of the D-sorbitol reaction. Surprisingly, it was also found according to the invention that numerous fermentation cycles can be run through, although the initial D-sorbitol concentration is unusually high, for example in the range 25-35% by weight. It is also surprising that each of the fermentation cycles provides L-sorbose in almost quantitative yield, ie in the range of approximately 95-98 mol%, within a reaction time of approximately 15-25 hours, in particular approximately 20 hours, per cycle. The ratio of inoculum to culture medium chosen according to the invention ensures that the production approach is practically no Phase goes through, but rather contains a bakery culture of high vitality.
Die Fermentationstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 25 - 40°C insbesondere etwa 32 - 36°C. Besonders bevorzugt ist eine Fer- mentätionstemperatur von etwa 35°C, welche zwischen dem Wachstumsoptimum des Bakteriums (32°C) und dem Temperaturoptimum der enzy- matisch katalysierten Partialoxidation von D-Sorbit zu L-Sorbose (36°C) liegt. Bei Temperaturen von weniger als 25°C und über 40°C ist keine nennenswerte Vermehrung der Bakterien feststellbar.The fermentation temperature is preferably approximately 25-40 ° C., in particular approximately 32-36 ° C. A fermentation temperature of about 35 ° C., which lies between the optimum growth of the bacterium (32 ° C.) and the optimum temperature of the enzymatically catalyzed partial oxidation of D-sorbitol to L-sorbose (36 ° C.), is particularly preferred. At temperatures below 25 ° C and above 40 ° C, no significant increase in the number of bacteria can be determined.
Während nach einer Unterschreitung von 25°C bei anschließendem Erwärmen Wachstum und Produktivität wieder auf Normalwerte steigen, führt eine Erhöhung der Temperatur auf über 40°C zu einer permanenten Schädigung von Wachstum und Produktivität der Bakterien.While after a drop below 25 ° C with subsequent heating, growth and productivity return to normal values, an increase in temperature to over 40 ° C leads to permanent damage to the growth and productivity of the bacteria.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist außerdem die Durchführung der Fermentation unter Zufuhr von etwa 0,5 - 1,5 Liter atmosphärischer Luft pro Liter Medium und pro Minute. Das Bakterienwachstum und die fermentative Umsetzung von D-Sorbit können in an sich bekann- ter Weise durch Anreicherung der Luft mit Sauerstoff, z.B. um bis zu etwa 20 Vol.%, weiter verbessert werden. Der SauerstoffÜbergang ist außerdem in an sich bekannter Weise durch Variation des Drucks regulierbar. In gerührten Fermentern wird der Sauerstoff- Übergang insbesondere von der Rührleistung der verwendeten Rühr- Vorrichtung, beeinflusst. Rührleistungen von etwa 0,5 bis 4 kW/m3 Medium sind bevorzugt. Als Beispiel für einen üblicherweise verwendeten Rührertypus ist der Blattrührer zu nennen.According to the invention, it is also preferred to carry out the fermentation with the supply of about 0.5-1.5 liters of atmospheric air per liter of medium and per minute. The bacterial growth and the fermentative conversion of D-sorbitol can be further improved in a known manner by enriching the air with oxygen, for example by up to about 20% by volume. The oxygen transition can also be regulated in a manner known per se by varying the pressure. In stirred fermenters, the oxygen transition is influenced in particular by the stirring performance of the stirring device used. Stirring powers of approximately 0.5 to 4 kW / m 3 of medium are preferred. The blade stirrer is an example of a type of stirrer commonly used.
Wie bereits erwähnt, besitzen die erfindungsgemäß bevorzugten Bakterien ein Wachstumsoptimum bei pH 4,5 - 5,0. Bei einem pH- Wert von über 6 bis etwa 7 , 5 werden Wachstum und Produktivität reversibel unterbunden, während der pH-Wert im Laufe der Fermentation kurzfristig auch Werte von 3,5 oder weniger, wie z.B. bis etwa 3,0 einnehmen kann, ohne die Sorbitoxidation im laufenden Ansatz sowie Wachstum und Produktivität im nächsten Fermentationszyklus negativ zu beeinflussen.As already mentioned, the bacteria preferred according to the invention have an optimum growth at pH 4.5-5.0. With a pH of over 6 to about 7.5, growth and productivity are reversibly prevented, while the pH in the course of the fermentation also briefly values of 3.5 or less, e.g. can take up to about 3.0 without negatively affecting sorbitol oxidation in the current batch as well as growth and productivity in the next fermentation cycle.
Weiterhin ist vorzugsweise zu beachten, dass das Sorbit-Substrat keinen zu hohen Anteil an D-Glucose-Verunreinigungen besitzt, da dies im Verlauf der Fermentation zu einem außergewöhnlichen Abfall des pH-Wertes aufgrund der Oxidation von D-Glucose zu Glu- consäure bewirkt.Furthermore, it should preferably be noted that the sorbitol substrate does not have too high a proportion of D-glucose impurities, since this causes an extraordinary drop in pH during the fermentation due to the oxidation of D-glucose to gluconic acid.
Die Generationszeit der erfindungsgemäß bevorzugt zur Fermenta- tion eingesetzten Mikroorganismen nimmt mit zunehmender Sorbit- Konzentration im Medium ebenfalls zu. So ist die Generationszeit beispielsweise 3-mal länger in einem 27%igen Medium als in einem 10%igem Medium bei ansonsten gleichen Fermentationsparametern. Oberhalb eines Konzentrationsbereiches von etwa 30 - 32 Gew.% Sorbit nimmt die Generationszeit stark zu. Das Wachstum stoppt bei einer Konzentration von etwa 40 Gew.%. In einem 27%igen Sor- bitmedium erreichen die Bakterien innerhalb von etwa 12 bis 18 Stunden optimale Bakteriendichte nach Animpfen mit einem Inokulum in einem Verhältnis von 1:5,6 (Inokulum zu Kulturmedium). Die Oxidation von D-Sorbit zu L-Sorbose startet erst, nachdem die Kultur eine gewisse Zelldichte, wie z.B. etwa 30 bis 50 % der Enddichte, erreicht hat.The generation time of the microorganisms preferably used according to the invention for fermentation also increases with increasing sorbitol concentration in the medium. For example, the generation time is 3 times longer in a 27% medium than in one 10% medium with otherwise identical fermentation parameters. The generation time increases sharply above a concentration range of about 30-32% by weight of sorbitol. The growth stops at a concentration of about 40% by weight. In a 27% sorbent medium, the bacteria reach optimal bacterial density after inoculation with an inoculum in a ratio of 1: 5.6 (inoculum to culture medium) within about 12 to 18 hours. The oxidation of D-sorbitol to L-sorbose only starts after the culture has reached a certain cell density, such as about 30 to 50% of the final density.
Vorzugsweise sollte das eingesetzte Substrat D-Sorbit keine Verunreinigung an D-Mannitol aufweisen, wenn L-Sorbose in kristalliner Form zu isolieren ist. D-Mannitol wird nämlich enzymatisch zu D-Fructose umgesetzt. Letzteres inhibiert in geringen Mengen den Kristallisationsprozess .The substrate D-sorbitol used should preferably have no contamination of D-mannitol if L-sorbose is to be isolated in crystalline form. D-mannitol is namely converted enzymatically to D-fructose. The latter inhibits the crystallization process in small amounts.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist darin zu sehen, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unter Verwendung eines vergleichsweise einfachen, kostengünstigen Nähr- oder Kulturmediums durchführbar ist. Vorzugsweise enthält dieses je kg Flüssigmedium:Another advantage according to the invention can be seen in the fact that the production method according to the invention can be carried out using a comparatively simple, inexpensive nutrient or culture medium. This preferably contains per kg of liquid medium:
a) etwa 100 - 300 g D-Sorbit b) etwa 4 - 5 g Maisquellwasser (50% Trockensubstanz) c) etwa 0,4 - 0,6 g (NH4)2S0 d) etwa 0,1 - 0,15 g (NH4)2HP0 e) etwa 0,06 - 0,1 g MgS04 x 7H20 f) etwa 0,5 - 0,9 g CaC03 und gegebenenfalls g) eine wirksame Menge Antischaummittel .a) about 100 - 300 g D-sorbitol b) about 4 - 5 g corn steep liquor (50% dry matter) c) about 0.4 - 0.6 g (NH 4 ) 2 S0 d) about 0.1 - 0.15 g (NH 4 ) 2 HP0 e) about 0.06 - 0.1 g MgS0 4 x 7H 2 0 f) about 0.5 - 0.9 g CaC0 3 and optionally g) an effective amount of anti-foaming agent.
Das Kulturmedium wird vor dem Animpfen in an sich bekannter Weise sterilisiert. Dazu wird vor der Sterilisation der pH-Wert des Mediums, z.B. mit etwa 70 - 80%iger Essigsäure, auf 5,5 einge- stellt. Während der Fermentation wird der pH-Wert lediglich durch das zugesetzte Calciumcarbonat kontrolliert. Eine zusätzliche Kontrolle, wie z.B. durch Zudosierung von Natronlauge in den laufenden Fermentationsprozess, ist nicht erforderlich. Während der Anfangsphase des Wachstums beträgt der pH-Wert der Kultur etwa 5,5 - 6 und während der log-Phase (logarithmisches Vermehrung der Bakterien) des Wachstums fällt der pH-Wert auf einen Bereich von etwa 4,0 - 4,5 ab. Ergänzend zu den oben genannten wesentlichen und für eine Fermentation an sich vollkommen ausreichenden Komponenten können dem erfindungsgemäß verwendeten Nährmedium erforderlichenfalls weitere Komponenten zugesetzt werden.The culture medium is sterilized in a manner known per se before inoculation. For this purpose, the pH of the medium is set to 5.5, for example with approximately 70-80% acetic acid, before sterilization. During the fermentation, the pH is only controlled by the calcium carbonate added. An additional control, such as by adding sodium hydroxide solution to the ongoing fermentation process, is not necessary. During the initial phase of growth, the pH of the culture is approximately 5.5-6 and during the log phase (logarithmic multiplication of the bacteria) of growth, the pH falls to a range of approximately 4.0-4.5 . In addition to the above-mentioned essential components which are completely sufficient for fermentation per se, further components can be added to the nutrient medium used according to the invention if necessary.
So können beispielsweise eine oder mehrere weitere Kohlenstoffquellen enthalten sein, wie z.B. Stärkehydrolysate, Cellulose-Hy- drolysate oder Melasse; und Alkohole, wie Glycerin.For example, one or more other carbon sources may be included, such as Starch hydrolysates, cellulose hydrolysates or molasses; and alcohols such as glycerin.
Außerdem können zusätzlich eine oder mehrere Stickstoffquellen enthalten sein, wie z.B. Ammoniak, Ammoniumsalze anorganischer oder organischer Säuren, wie Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat, Ammoniumphosphat, Ammoniumsulfat und Ammoniumacetat; Harnstoff; Nitrat und Nitritsalze und andere stickstoffhaltigen Materialien, wie Aminosäuren, Fleischextrakt, Pepton, Fischmehl, Fischhydroly- sate, Caseinhydrolysate, Sojabohnenhydrolysate, Hefeextrakt, getrocknete Hefe, Ethanol-Hefedestillat, Sojabohnenmehl, Baumwollsamenmehl und dergleichen.One or more nitrogen sources may also be included, e.g. Ammonia, ammonium salts of inorganic or organic acids, such as ammonium chloride, ammonium nitrate, ammonium phosphate, ammonium sulfate and ammonium acetate; Urea; Nitrate and nitrite salts and other nitrogenous materials such as amino acids, meat extract, peptone, fish meal, fish hydrolysates, casein hydrolyzates, soybean hydrolyzates, yeast extract, dried yeast, ethanol yeast distillate, soybean meal, cottonseed meal and the like.
Außerdem können zusätzlich anorganische Salze enthalten sein, wie z.B. Salze von Kalium, Calcium, Natrium, Magnesium, Mangan, Eisen, Cobalt, Zink, Kupfer und andere Spurenelemente sowie Phosphorsäure .In addition, inorganic salts, such as e.g. Salts of potassium, calcium, sodium, magnesium, manganese, iron, cobalt, zinc, copper and other trace elements as well as phosphoric acid.
Geeignete Spurenelemente und Wachstumsfaktoren können ebenfalls einzeln oder in Kombination zugesetzt werden, wie z.B. Coenzym A, Pantothensäure, Biotin, Thiamin, Riboflavin, Flavinmononukleotid, Flavinadenindinukleotid und andere Vitamine, Aminosäuren, wie Cy- stein, Natriumthiosulfat, p-Aminobenzosäure, Niazinamid und der- gleichen. Diese können in reiner Form oder in Form natürlicher Materialien, welche diese Substanzen enthalten, eingesetzt werden.Suitable trace elements and growth factors can also be added individually or in combination, e.g. Coenzyme A, pantothenic acid, biotin, thiamine, riboflavin, flavin mononucleotide, flavin adenine dinucleotide and other vitamins, amino acids such as cysteine, sodium thiosulfate, p-aminobenzoic acid, niazinamide and the like. These can be used in pure form or in the form of natural materials which contain these substances.
Die jeweils eingesetzte bevorzugte Fermentationstechnik richtet sich in erster Linie nach der Größe des Ansatzes. Während für kleinere Ansätze eine aerobe Schüttelkultur prinzipiell geeignet ist, ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im industriellen Maßstab eine Fermentation unter submersen aeroben Bedingungen bevorzugt.The preferred fermentation technique used in each case depends primarily on the size of the batch. While an aerobic shake culture is suitable in principle for smaller batches, fermentation under submerged aerobic conditions is preferred for carrying out the process according to the invention on an industrial scale.
Die Umsetzung von D-Sorbit wird in herkömmlicher Weise, z.B. durch HPLC-Analyse einer entnommenen Probe, überwacht. Zur Bestimmung des L-Sorbose-Gehalts eignet sich z.B. einen HPLC-Säule des Typs OA KC 7,8 x 300 mm, Fa. Merck, Mobile Phase 0,05 N Schwefelsäure, 0,4 ml/min Flussrate. Die Isolierung der gebildeten L-Sorbose wird mit Hilfe herkömmlicher Methoden, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Die anfallende Kulturbrühe wird zunächst, gegebenenfalls nach Abtrennen der Zellmasse beispielsweise durch Filtration oder Zentrifugation, in herkömmlicher Weise aufkonzentriert. Aufkonzentrieren erfolgt beispielsweise durch Eindampfen bei erhöhter Temperatur, wie z.B. 50 bis 80 °C, und vermindertem Druck, wie z.B. 0,01 bis 0,1 bar. Die ausfallenden Kristalle werden filtriert und gegebenenfalls umkristallisiert. Weitere Reinigungs- schritte, wie z.B. Lösungsmittelextraktion, Chromatographie, Prä- zipitation oder Aussalzen, können erforderlichenfalls einzeln oder in Kombination angewendet werden.The conversion of D-sorbitol is monitored in a conventional manner, for example by HPLC analysis of a sample taken. A suitable HPLC column of the type OA KC 7.8 x 300 mm, from Merck, Mobile Phase 0.05 N sulfuric acid, 0.4 ml / min flow rate is suitable for determining the L-sorbose content. The L-sorbose formed is isolated continuously or batchwise using conventional methods. The resulting culture broth is first concentrated in a conventional manner, if appropriate after separating the cell mass, for example by filtration or centrifugation. Concentration takes place, for example, by evaporation at elevated temperature, such as 50 to 80 ° C, and reduced pressure, such as 0.01 to 0.1 bar. The crystals which precipitate are filtered and, if necessary, recrystallized. Further purification steps, such as solvent extraction, chromatography, precipitation or salting out, can be used individually or in combination if necessary.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden experimentellen Teil beschrieben.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention is described in the following experimental section.
Beispiel 1: Herstellung verschiedener Nährmedien:Example 1: Preparation of various nutrient media:
a) Maisquellwasser/Salzmischunga) Corn steep liquor / salt mixture
Maisquellwasser, 50% Trockensubstanz 240 g (etwa 200 ml) Ammoniumsulfat 22,2 gCorn steep liquor, 50% dry matter 240 g (about 200 ml) ammonium sulfate 22.2 g
Diammoniumphosphat 6,6 g Magnesiumsulfat, Heptahydrat 3,6 gDiammonium phosphate 6.6 g magnesium sulfate, heptahydrate 3.6 g
Calciumcarbonat 48,6 gCalcium carbonate 48.6 g
Zur Herstellung werden mit Ausnahme von Calciumcarbonat sämtliche Bestandteile miteinander vermischt und der pH-Wert wird auf etwa 6 mit 25%iger Natriumhydroxydlösung eingestellt. Anschließend gibt man Calciumcarbonat hinzu. Der pH-Wert wird erneut überprüft und erforderlichenfalls auf 6,5 eingestellt.With the exception of calcium carbonate, all components are mixed with one another and the pH is adjusted to about 6 with 25% strength sodium hydroxide solution. Calcium carbonate is then added. The pH is checked again and adjusted to 6.5 if necessary.
b) Sorbit/Maisquellwasser/Salz-Agarb) Sorbitol / corn steep liquor / salt agar
Die Laborkulturen von Gluconobacter oxydans werden in Schräg- agargläsern mit diesem festen Medium aufbewahrt. Die Impfkul- turen für die Erstbeimpfung des Fermenters werden auf diesem festen Medium in Roux-Flaschen unmittelbar vor Inokulation hergestellt.The laboratory cultures of Gluconobacter oxydans are stored in slant agar glasses with this solid medium. The inoculation cultures for the initial inoculation of the fermenter are produced on this solid medium in Roux bottles immediately before inoculation.
Sorbitsirup, 70 Gew.% Trockensubstanz 75,0 g (etwa 5% Sorbit) Maisquellwasser/Salzmischung 7,5 gSorbitol syrup, 70% by weight dry matter 75.0 g (about 5% sorbitol) corn steep liquor / salt mixture 7.5 g
Agar Agar-Pulver 25,0 g Entmineralisiertes Wasser 1 000 mlAgar agar powder 25.0 g Demineralized water 1 000 ml
Sorbitsirup, Maisquellwasser/Salz-Gemisch und Wasser werden miteinander vermischt, auf 60°C erwärmt und filtriert. An- schließend gibt man das Agar Agar-Pulver langsam zu dem siedenden Filtrat. Das warme Medium verteilt man anschließend auf die Kulturgefäße (9 ml je 30 ml-Schrägagargläschen und 100 ml je 650 ml Roux-Flasche) . Die Gefäße werden anschließend verschlossen und 20 Minuten bei 121°C autoklaviert.Sorbitol syrup, corn steep liquor / salt mixture and water are mixed together, heated to 60 ° C. and filtered. The agar powder is then slowly added to the boiling filtrate. The warm medium is then distributed to the culture vessels (9 ml each 30 ml inclined agar glass and 100 ml each 650 ml Roux bottle). The tubes are then closed and autoclaved at 121 ° C for 20 minutes.
c) Sorbit/Glucose/Hefeextrakt-Agar (pH 5)c) Sorbitol / glucose / yeast extract agar (pH 5)
Dieses Medium verwendet man zur Überprüfung der Reinheit der Kultur während einer Fermentation. Das Medium eignet sich für das Wachstum von G. oxydans und ist ungeeignet für die meisten der üblicherweise auftretenden kontaminierenden Mikroorganismen. G. oxydans bildet darauf charakteristische gewölbte, runde weißlich-gelbe glänzende Kulturen nach 1 bis 2 Tagen Inkubation bei 32°C.This medium is used to check the purity of the culture during fermentation. The medium is suitable for the growth of G. oxydans and is unsuitable for most of the commonly occurring contaminating microorganisms. G. oxydans forms characteristic curved, round, whitish-yellow, shiny cultures after 1 to 2 days of incubation at 32 ° C.
Sorbitsirup, 70 Gew.% Trockensubstanz 75,0 g (etwa 5% Sorbit)Sorbitol syrup, 70% by weight dry substance 75.0 g (about 5% sorbitol)
Glucose 1,0 gGlucose 1.0 g
Hefeextrakt 5,0 g Agar Agar-Pulver 15,0 gYeast extract 5.0 g agar agar powder 15.0 g
Entmineralisiertes Wasser 1 000 mlDemineralized water 1 000 ml
Sorbitsirup, Hefeextrakt und Glucose werden miteinander vermischt und anschließend mit Wasser versetzt. Der pH-Wert wird auf 5,3 - 5,4 mit Hilfe von 12 Gew.%iger Essigsäure eingestellt. Das Agar Agar-Pulver gibt man langsam zur siedenden Mischung hinzu. Das noch warme Medium wird auf Glasflaschen mit Schraubverschluss verteilt und 20 Minuten bei 121°C autoklaviert. Nach Abkühlen auf etwa 50°C wird das Medium auf sterile Kunststoff-Petrischalen verteilt.Sorbitol syrup, yeast extract and glucose are mixed together and then mixed with water. The pH is adjusted to 5.3-5.4 using 12% by weight acetic acid. The agar powder is slowly added to the boiling mixture. The still warm medium is distributed on glass bottles with screw caps and autoclaved for 20 minutes at 121 ° C. After cooling to about 50 ° C, the medium is distributed to sterile plastic petri dishes.
d) Fleischextrakt/Pepton-Agar (pH 7)d) meat extract / peptone agar (pH 7)
Dieses Medium wird zur Überprüfung der Reinheit der Kultur während einer Fermentation verwendet. Es stellt ein Nährmedium für die meisten üblicherweise auftretenden kontaminierenden Mikroorganismen dar. Es eignet sich nicht für das Wachstum von G. oxydans. Nach 2-tägiger Inkubation bei 32°C bildet G. oxydans auf diesem Medium allenfalls schwach sieht- bare unscharfe Kolonien. Normalerweise wird kein Wachstum festgestellt. Fleischextrakt 3,0 gThis medium is used to check the purity of the culture during fermentation. It is a nutrient medium for most commonly occurring contaminating microorganisms. It is not suitable for the growth of G. oxydans. After 2 days of incubation at 32 ° C, G. oxydans forms faintly visible fuzzy colonies on this medium. No growth is usually observed. Meat extract 3.0 g
Pepton 5,0 gPeptone 5.0 g
Agar Agar-Pulver 15,0 gAgar agar powder 15.0 g
Entmineralisiertes Wasser 1 000 mlDemineralized water 1 000 ml
Die Herstellung des Mediums erfolgte in Analogie zu obigem Medium c). Lediglich der pH-Wert wird auf 7 eingestellt.The medium was produced in analogy to medium c) above. Only the pH is set to 7.
e) Produktionsmediume) production medium
Rezeptur für 1 000 kg eines 28%igen Sorbitmediums (Dichte 1 097 kg/m3) :Recipe for 1,000 kg of a 28% sorbitol medium (density 1,097 kg / m 3 ):
Maisquellwasser, 50% Trockensubstenz 4,354 kgCorn steep liquor, 50% dry substance 4.354 kg
Ammoniumsulfat 0,495 kg Diammoniumphosphat 0,124 kgAmmonium sulfate 0.495 kg diammonium phosphate 0.124 kg
Magnesiumsulfat, Heptahydrat 0,082 kgMagnesium sulfate, heptahydrate 0.082 kg
Calciumcarbonat 0,472 kgCalcium carbonate 0.472 kg
Antischaummittel 0,150 kgAnti-foaming agent 0.150 kg
Sorbitsirup (70% Trockensubstanz; entsprechend 400 kg Sorbit) wird mit Leitungswasser verdünnt und mit dem Maisquellwasser versetzt. Anschließend gibt man die Mineralsalze, vorgelöst bzw. suspendiert in Leitungswasser hinzu. Dann stellt man den pH-Wert mit 70 - 80%iger Essigsäure auf 5,5 ein. Schließlich setzt man das Antischaummittel hinzu. Das Medium wird in an sich bekannter Weise 2 Minuten bei 141°C sterilisiert.Sorbitol syrup (70% dry matter; corresponding to 400 kg sorbitol) is diluted with tap water and mixed with the corn steep liquor. Then add the mineral salts, pre-dissolved or suspended in tap water. Then the pH is adjusted to 5.5 with 70-80% acetic acid. Finally, add the anti-foaming agent. The medium is sterilized in a manner known per se at 141 ° C. for 2 minutes.
Beispiel 2: Herstellung einer Impfkultur von G. oxydansExample 2: Preparation of a vaccine culture of G. oxydans
Die Vorkulturen von G. oxydans werden in Form von Agar-Kulturen (Medium b) bei 5°C aufbewahrt. Aus einer Agar-Kultur werden mit Hilfe einer sterilen Impföse fünf neue Agar-Kulturen durch 2-tä- gige Inkubation bei 32°C hergestellt. Die Bakterien von acht sol- eher Agar-Kulturen werden zur Animpfung des gleichen Mediums in Roux-Flaschen verwendet. Hierzu suspendiert man Bakterien einer Agar-Kultur in 2 x 5 ml steriler 0,9%iger Kochsalzlösung. Die Suspension überführt man in eine Roux-Flasche. Insgesamt acht angeimpfte Flaschen werden zwei Tage bei 32°C inkubiert und gegebe- nenfalls bei 5°C aufbewahrt. Die in zwei Roux-Flaschen gewachsenen Bakterien werden in 2 x 50 ml steriler 0,9%iger Kochsalzlösung suspendiert und in ein steriles Glasgefäß überführt. Diese Kultur dient als Inokulum für die Sorbit-Fermentation in einem 50 m3 Fermenter. Die Zelldichte des Inokulums beträgt etwa 109 Bakterien pro ml. Beispiel 3: Fermentation von D-SorbitThe pre-cultures of G. oxydans are stored in the form of agar cultures (medium b) at 5 ° C. With the help of a sterile inoculation loop, five new agar cultures are prepared from an agar culture by incubation at 32 ° C. for 2 days. The bacteria from eight such agar cultures are used to inoculate the same medium in Roux bottles. For this, bacteria of an agar culture are suspended in 2 x 5 ml of sterile 0.9% saline. The suspension is transferred to a Roux bottle. A total of eight inoculated bottles are incubated at 32 ° C for two days and stored at 5 ° C if necessary. The bacteria grown in two Roux bottles are suspended in 2 x 50 ml of sterile 0.9% saline and transferred to a sterile glass jar. This culture serves as an inoculum for sorbitol fermentation in a 50 m 3 fermenter. The cell density of the inoculum is approximately 10 9 bacteria per ml. Example 3: Fermentation of D-Sorbitol
a) Erster Fermentationsschritta) First fermentation step
Der 50 m3 Fermenter wird mit 15 000 kg Produktionsmedium gefüllt (vergleiche Beispiel 1 Medium e)), wobei jedoch die Sorbit-Konzentration nur 15 Gew.% beträgt und der Gehalt an Maisquellwasser und Mineralsalzen verdoppelt worden ist). Die Temperatur des Mediums wird auf 35°C eingestellt. Eine gemäß Beispiel 2 hergestellte 200 ml-Impfkultur wird steril in den Fermenter überführt. Der Fermenter wird mit 1600 - 1800 m3 steriler Luft pro Stunde belüftet. Der Druck im Fermenter beträgt etwa 1,3 atm.. Der anfängliche pH-Wert liegt bei etwa 5,5 - 6,0. Die Fermentationsdauer in diesem ersten Schritt beträgt etwa 30 bis 40 Stunden. Am Ende der Fermentation ist der pH-Wert auf etwa 4,0 - 4,5 gefallen. Die anfallende Kulturbrühe wird entweder zur Isolierung der gebildeten L-Sorbose aufgearbeitet oder als Inokulum für die zweite Fermentationsstufe verwendet.The 50 m 3 fermenter is filled with 15,000 kg of production medium (compare example 1 medium e)), but the sorbitol concentration is only 15% by weight and the content of corn steep liquor and mineral salts has been doubled). The temperature of the medium is set at 35 ° C. A 200 ml inoculum prepared according to Example 2 is transferred sterile to the fermenter. The fermenter is aerated with 1600 - 1800 m 3 of sterile air per hour. The pressure in the fermenter is about 1.3 atm. The initial pH is about 5.5 - 6.0. The fermentation time in this first step is about 30 to 40 hours. At the end of the fermentation, the pH dropped to about 4.0-4.5. The resulting culture broth is either worked up to isolate the L-sorbose formed or used as an inoculum for the second fermentation stage.
b) Zweiter Fermentationsschrittb) Second fermentation step
Ein zweiter 50 m3 Fermenter wird mit 33 000 kg sterilem Produktionsmedium (28 Gew.% Sorbit) befüllt und mit 6 400 Liter Inokulum (entsprechend 7 000 kg Kultur aus dem ersten Fermentationsschritt) angeimpft. Das Verhältnis von Inokulum zu Produktionsmedium beträgt 1 : 4,7. Anschließend wird über einen Zeitraum von etwa 18 bis 22 Stunden fermentiert, bis die Sorbit-Konzentration auf weniger als 0,1 Gew.% abgesunken ist. Die L-Sorbose-Ausbeute liegt bei etwa 8,3 kg/m3 Fermen- tervolumen pro Stunde. Aus der erhaltenen Fermentationsbrühe wird für den nächsten Fermentationszyklus ein weiteres Inokulum von 6 400 Litern abgezweigt. Die restliche Menge Fermentationsbrühe wird zur Isolierung von L-Sorbose aufgearbei- tet.A second 50 m 3 fermenter is filled with 33,000 kg of sterile production medium (28% by weight sorbitol) and inoculated with 6,400 liters of inoculum (corresponding to 7,000 kg of culture from the first fermentation step). The ratio of inoculum to production medium is 1: 4.7. It is then fermented over a period of about 18 to 22 hours until the sorbitol concentration has dropped to less than 0.1% by weight. The L-sorbose yield is about 8.3 kg / m 3 fermenter volume per hour. Another inoculum of 6,400 liters is branched off from the fermentation broth obtained for the next fermentation cycle. The remaining amount of fermentation broth is processed to isolate L-sorbose.
Beispiel 4: Isolierung von L-SorboseExample 4: Isolation of L-Sorbose
Eine nach einem Verfahren gemäß Beispiel 3 angefallene Fermentationsbrühe umfasst etwa 25 bis 26 Gew.-% L-Sorbose, weniger als etwa 0,1 Gew.-% D-Sorbit, Rückstände aus dem Wachstumsmedium (gelöst bzw. suspendiert) sowie 1 bis 2 g Bakterienmasse pro Liter. Die Fermentationsbrühe wird bei etwa 50°C gehalten, um weiteres Wachstum der Bakterien und Verlust an Sorbose zu vermeiden. Zunächst wird die Fermentationsbrühe in einem ersten Konzentrationsschritt auf einen Sorbosegehalt von etwa 42 Gew.-% bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 80°C und einem Druck von 0,02 bar in einem herkömmlichen Fallfilmverdampfer aufkonzentriert. In ei- nem zweiten Schritt erfolgt eine weitere Aufkonzentrierung in einem herkömmlichen Langrohrverdampfer bei 57°C und einem Druck von 0,02 bar. Durch diesen zweiten Verdampfungsschritt erreicht man eine Übersättigung der aufkonzentrierten L-Sorbose-Lösung. Der Kristallgehalt liegt im Bereich von etwa 30 bis 50 Vol.-%. Die auf diese Weise erhaltene rohe Kristallsuspension wird dann in einen herkömmlichen Sedimentierbehälter überführt. In dessen Bodenbereich bildet sich nach einiger Zeit eine sehr dichte Kristallsuspension aus, welche im Wesentlichen frei ist von Bakterienmasse. Diese wird vom Überstand abgetrennt, zentrifugiert, mit Wasser gewaschen und bei etwa 90°C auf einen Restfeuchtegehalt von weniger als 0,1 Gew.-% getrocknet.A fermentation broth obtained by a process according to Example 3 comprises about 25 to 26% by weight of L-sorbose, less than about 0.1% by weight of D-sorbitol, residues from the growth medium (dissolved or suspended) and 1 to 2 g Bacterial mass per liter. The fermentation broth is kept at about 50 ° C to avoid further growth of the bacteria and loss of sorbose. First, the fermentation broth is concentrated in a first concentration step to a sorbose content of approximately 42% by weight at a temperature in the range from 60 to 80 ° C. and a pressure of 0.02 bar in a conventional falling film evaporator. In a second step, further concentration takes place in a conventional long tube evaporator at 57 ° C and a pressure of 0.02 bar. This second evaporation step leads to oversaturation of the concentrated L-sorbose solution. The crystal content is in the range from about 30 to 50% by volume. The crude crystal suspension obtained in this way is then transferred to a conventional sedimentation container. After a while, a very dense crystal suspension forms in its bottom area, which is essentially free of bacterial mass. This is separated from the supernatant, centrifuged, washed with water and dried at about 90 ° C. to a residual moisture content of less than 0.1% by weight.
Die anfallende Mutterlauge, die Waschflüssigkeit sowie der Überstand aus dem Sedimentierbehälter können dann, wie oben beschrie- ben, gegebenenfalls nach Vereinigung mit der Fermentationsbrühe aus einem anderen Ansatz weiter aufgearbeitet werden.The mother liquor obtained, the washing liquid and the supernatant from the sedimentation container can then, as described above, be worked up further, if appropriate, after combining with the fermentation broth from another batch.
Die Gesamtausbeute, bezogen auf das eingesetzte D-Sorbit liegt nach vollständiger Aufarbeitung gewöhnlich im Bereich von etwa 89 bis 92 Mol.-%. Das auf diese Weise hergestellte Produkt dient als Ausgangsprodukt für die Herstellung von L-Ascorbinsäure.The total yield, based on the D-sorbitol used, is usually in the range from about 89 to 92 mol% after complete working up. The product produced in this way serves as a starting product for the production of L-ascorbic acid.
Beispiel 5 : Konditionierung von Gluconobacter oxydansExample 5: Conditioning Gluconobacter oxydans
a) Man stellt analog zu obigem Medium c) (vgl. Beispiel 1) ein steriles, Agar-freies Flüssigmedium (850 ml Gesamtvolumen in einem 2 1 Kulturgefäß) her, das einen D-Sorbitgehalt von etwa 10 Gew.-% aufweist. Dieses Medium inokuliert man mit 150 ml einer frisch hergestellten Impfkultur eines nichtkonditio- nierten G. oxydans-Stammes.a) A sterile, agar-free liquid medium (850 ml total volume in a 2 l culture vessel) is produced analogously to medium c) above (cf. Example 1) and has a D-sorbitol content of approximately 10% by weight. This medium is inoculated with 150 ml of a freshly prepared inoculum of an unconditioned G. oxydans strain.
Das angeimpfte Medium (pH 5) inkubiert man bei 32 °C unter aeroben Bedingungen (atmosphärische Luft) und kräftigem Schütteln (80 Upm) . Die Fermentation wird solange fortgesetzt, bis keine nennenswerte L-Sorbosebildung mehr zu beobachten ist. Aus der Fermentationsbrühe entnimmt man ein Volumen von 150 ml und inokuliert damit ein weiteres zwischenzeitlich hergestelltes steriles Kulturmedium, dessen D-Sor- bitgehalt 11 Gew.-% beträgt. Man wiederholt die obige Prozedur unter schrittweiser ( 1%-Schritte) Erhöhung der Sorbitkon- zentration solange, bis man eine Bakterienkultur erhält, die in etwa 30 gew.-%igem D-Sorbitmedium wächst.The inoculated medium (pH 5) is incubated at 32 ° C under aerobic conditions (atmospheric air) and vigorous shaking (80 rpm). The fermentation is continued until no significant L-sorbose formation can be observed. A volume of 150 ml is withdrawn from the fermentation broth and inoculated therewith another sterile culture medium, the D-sorbitol content of which is 11% by weight. The above procedure is repeated with a gradual (1% increment) increase in sorbitol concentration until a bacterial culture is obtained which grows in about 30% by weight D-sorbitol medium.
Die so erhaltene, an hohe Sorbitkonzentrationen adaptierte G. oxydans-Kultur kann anschließend zur weiteren Optimierung der L-Sorbose-Syntheseleistung seriell in 30 gew.-%iges D-Sorbitmedium (150 ml Inokulum auf 850 ml Medium) überimpft werden. Eine optimale Syntheseleistung ist erreicht, wenn etwa 90 bis 98 Mol.-% des eingesetzten Sorbits nach etwa 24-stündiger Kultivierung umgesetzt sind. The G. oxydans culture obtained in this way, adapted to high sorbitol concentrations, can then be inoculated serially in 30% by weight D-sorbitol medium (150 ml inoculum to 850 ml medium) in order to further optimize the L-sorbose synthesis performance. Optimal synthesis performance is achieved when about 90 to 98 mol% of the sorbitol used has been converted after about 24 hours of cultivation.

Claims

Patentansprüche claims
1. D-Sorbit-hochtolerantes Bakterium der Art Gluconobacter oxy- dans, dadurch erhältlich, dass man einen niedrigtoleranten1. D-sorbitol high-tolerance bacterium of the Gluconobacter oxydans species, obtainable by having a low-tolerance
G. oxydans-Stamm konditioniert, indem man diesen stufenweise durch Kultivierung bei von Stufe zu Stufe ansteigender D-Sorbit-Anfangskonzentration an eine erhöhte D-Sorbit-Konzentration im Kulturmedium adaptiert.G. oxydans strain is conditioned by gradually adapting it to an increased D-sorbitol concentration in the culture medium by cultivation with increasing D-sorbitol concentration from stage to stage.
2. Bakterium erhältlich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die D-Sorbit-Konzentration von anfänglich etwa 5 bis 10 Gew.-% auf eine Endkonzentration von etwa 25 bis 38 Gew.-% stufenweise erhöht.2. Bacteria obtainable according to claim 1, characterized in that the D-sorbitol concentration is increased in stages from an initial approximately 5 to 10% by weight to a final concentration of approximately 25 to 38% by weight.
3. Bakterium erhältlich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen stabilen L-Sorbose-Syntheseleistung.3. Bacteria obtainable according to one of the preceding claims, further characterized by an essentially stable L-sorbose synthesis performance.
4. Bakterium erhältlich nach Anspruch 3, dadurch erhältlich, dass man das Sorbit-tolerante Bakterium wiederholt bei erhöhter Sorbit-Konzentration bis zur Beendigung der L-Sorbosebil- dung kultiviert.4. Bacterium obtainable according to claim 3, obtainable by repeatedly cultivating the sorbitol-tolerant bacterium at an increased sorbitol concentration until the L-sorbose formation has ended.
5. Bakterium erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei man die Konditionierung mit Gluconobacter oxydans NRRL-B72 durchführt.5. Bacteria obtainable according to one of claims 1 to 4, wherein the conditioning is carried out with Gluconobacter oxydans NRRL-B72.
6. Bakterium erhältlich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es a) unter aeroben Bedingungen D-Sorbit in L-Sorbose umwandelt; b) in Form einzelner, paarweiser oder kurzer Ketten nicht beweglicher, Gram-negativer, nicht-sporenbildender Stäb- chen vorliegt; und c) gutes Wachstum auf Sorbit/Glucose-Hefeextrakt-Agarmedium und Sorbit/Maisquellwasser-Medium bei einem pH-Wert von 3,5 - 6, einer Temperatur von 25 - 40°C und einer D-Sorbitkonzentration von bis zu etwa 38 Gew.% zeigt. 6. Bacteria obtainable according to one of the preceding claims, characterized in that it a) converts D-sorbitol into L-sorbose under aerobic conditions; b) is in the form of single, pair-wise or short chains of immobile, gram-negative, non-spore-forming rods; and c) good growth on sorbitol / glucose yeast extract agar medium and sorbitol / corn steep liquor medium at a pH of 3.5-6, a temperature of 25-40 ° C and a D-sorbitol concentration of up to about 38% by weight .% shows.
7. Verfahren zur halbkontinuierlichen, fermentativen Herstellung von L-Sorbose dadurch gekennzeichnet, dass man a) mit einem Bakterium der Art Gluconobacter oxydans ein erstes D-Sorbit enthaltendes Kulturmedium inokuliert und7. A process for the semi-continuous, fermentative production of L-sorbose, characterized in that a) inoculating a first culture medium containing D-sorbitol with a bacterium of the type Gluconobacter oxydans and
5 kultiviert, bis die D-Sorbit-Umsetzung im Wesentlichen beendet ist; b) nach Beendigung der Umsetzung aus der Hauptmenge der so erhaltenden Kulturbrühe die gebildete L-Sorbose isoliert; c) mit der verbleibenden Menge der Kulturbrühe ein zweites 0 D-Sorbit enthaltendes Kulturmedium im Gewichtsverhältnis von 1:4 bis 1:8 inokuliert und kultiviert, bis die D-Sorbit-Umsetzung im Wesentlichen beendet ist; und d) nach Beendigung der Umsetzung die gebildete L-Sorbose aus der Kulturbrühe isoliert; 5 wobei die D-Sorbit-Anfangskonzentration nach Inokulation der Kulturmedien jeweils bis zu etwa 38 Gew.% beträgt.5 cultured until the D-sorbitol conversion is substantially completed; b) after the reaction has ended, the L-sorbose formed is isolated from the main amount of the culture broth thus obtained; c) with the remaining amount of the culture broth inoculated and cultivated a second culture medium containing 0 D-sorbitol in a weight ratio of 1: 4 to 1: 8 until the D-sorbitol reaction has essentially ended; and d) after the reaction has ended, the L-sorbose formed is isolated from the culture broth; 5 where the initial D-sorbitol concentration after inoculation of the culture media is in each case up to about 38% by weight.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den die Schritte a) bis c) umfassenden Fermentationszyklus 0 beliebig oft wiederholt.8. The method according to claim 7, characterized in that the fermentation cycle 0 comprising steps a) to c) is repeated as often as desired.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fermentationstemperatur etwa 25 - 40°C beträgt. 59. The method according to any one of claims 7 and 8, characterized in that the fermentation temperature is about 25 - 40 ° C. 5
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des frisch inokulierten Kulturmediums auf etwa pH 5 - 6 eingestellt wird und während der Fermentation auf nicht weniger als etwa pH 3,5 sinkt. 010. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the pH of the freshly inoculated culture medium is adjusted to about pH 5-6 and drops to not less than about pH 3.5 during the fermentation. 0
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fermentation unter Zufuhr von etwa 0,5 bis 1 , 5 Liter atmosphärischer Luft pro Liter Medium pro Minute durchführt.11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that one carries out the fermentation with the supply of about 0.5 to 1.5 liters of atmospheric air per liter of medium per minute.
3535
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Inokulation über einen Zeitraum von etwa 15 bis 30 Stunden kultiviert.12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that culturing after the inoculation over a period of about 15 to 30 hours.
40 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Kulturmedium einsetzt, das je Kilogramm Medium umfasst: a) etwa 100 - 300 g D-Sorbit b) etwa 4 - 5 g Maisquellwasser (50% Trockensubstanz) 45 c) etwa 0,4 - 0,6 g (NH4)2S04 d) etwa 0,1 - 0,15 g (NH4)2HP04 e) etwa 0,06 - 0,1 g MgS04 x 7H20 f ) etwa 0 , 5 - 0 , 9 g CaC03 g) eine wirksame Menge Antischaummittel.13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that a culture medium is used which comprises per kilogram of medium: a) about 100-300 g of D-sorbitol b) about 4-5 g of corn steep liquor (50% dry matter) 45 c) about 0.4 - 0.6 g (NH 4 ) 2 S0 4 d) about 0.1 - 0.15 g (NH 4 ) 2 HP0 4 e) about 0.06 - 0.1 g MgS0 4 x 7H 2 0 f) about 0.5-0.9 g CaCO 3 g) an effective amount of anti-foaming agent.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass man ein Bakterium gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 6 einsetzt.14. The method according to any one of claims 7 to 13, characterized in that one uses a bacterium as defined in one of claims 1 to 6.
15. Verfahren zur Herstellung von 2-Keto-L-gulonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man a) D-Sorbit mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 14 fermentativ in L-Sorbose überführt und b) die auf diese Weise hergestellte L-Sorbose in situ oder nach Zwischenisolierung in herkömmlicher Weise in 2-Keto- L-gulonsäure überführ .15. A process for the preparation of 2-keto-L-gulonic acid, characterized in that a) D-sorbitol is fermentatively converted into L-sorbose using a process according to one of claims 7 to 14 and b) the L prepared in this way -Sorbose in situ or after intermediate isolation in a conventional manner in 2-keto-L-gulonic acid.
16. Verwendung eines Bakteriums nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von L-Ascorbinsäure aus D-Sorbit.16. Use of a bacterium according to any one of claims 1 to 6 for the production of L-ascorbic acid from D-sorbitol.
17. Verfahren zur Herstellung D-Sorbit-hochtoleranter Bakterien, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Bakterium der Art Gluconobacter oxydans wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 angegeben konditioniert. 17. A method for producing D-sorbitol-highly tolerant bacteria, characterized in that a bacterium of the species Gluconobacter oxydans is conditioned as indicated in one of claims 1 to 5.
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