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DE2219671A1 - Process for the enzymatic production of L-tryptophan - Google Patents

Process for the enzymatic production of L-tryptophan

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Publication number
DE2219671A1
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DE
Germany
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tryptophan
enzymatic
serine
fibers
enzyme
Prior art date
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Pending
Application number
DE19722219671
Other languages
German (de)
Inventor
Dino Dr.-Chem. San Donato Milanese; Morisi Franco Dr.-Chem. San Giovanni in Persiceto; Cecere Francesco Dr.-Chem. Monterotondo; Dinelli (Italien). P
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SnamProgetti SpA
Original Assignee
SnamProgetti SpA
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Publication date
Application filed by SnamProgetti SpA filed Critical SnamProgetti SpA
Publication of DE2219671A1 publication Critical patent/DE2219671A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/04Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier entrapped within the carrier, e.g. gel or hollow fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/22Tryptophan; Tyrosine; Phenylalanine; 3,4-Dihydroxyphenylalanine
    • C12P13/227Tryptophan

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Description

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Dr. R. Kfu'r.;; sr :.-:.; . ■ : ν '. !»■;■· .: :.■ ::'ν
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B Munch sn 2- Brciuhaujsiraüe I/Ili B Munch sn 2- Brciuhaujsiraüe I / Ili

53/My
Case 452
53 / My
Case 452

SNAM PROGETTI S.p.A0, Mailand / ItalienSNAM PROGETTI SpA 0 , Milan / Italy

Verfahren zur enzymatischen Herstellung von L-TryptophanProcess for the enzymatic production of L-tryptophan

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Herstellung von L-Tryptophan.The invention relates to a process for enzymatic production of L-tryptophan.

Es ist bekannt, daß diese Aminosäure in der Nahrungsmittelindustrie als Zusatzstoff für Tierfutter und als Vergütungsmittel von Nahrungsmitteln mit niedrigen Proteinmengen (Kartoffelmehl und im allgemeinen Kohlehydrate) sehr wichtig ist. Es ist ebenfalls bekannt, daß es zur Herstellung von ' L-Tryptophan chemische und fermentative Verfahren gibt.It is known that this amino acid is used in the food industry as an additive for animal feed and as a supplement to foods with low protein levels (Potato flour and carbohydrates in general) is very important. It is also known to be used in the manufacture of ' L-tryptophan chemical and fermentative processes there.

Vorn industriellen Standpunkt aus sind die ersteren jedoch wegen der niedrigen Ausbeuten, der teuren Ausgangsmaterialien und weil ein Racemat entsteht wenig wichtig, und bei den letzteren treten, obgleich auf diesem Gebiet viel gearbeitet wird, oft Nachteile auf. Die Wahl von Mikroorganismen, die die Aminosäure zufriedenstellend liefern, ist sehr schwierig,From an industrial point of view, however, the former are because of the low yields, the expensive starting materials and because a racemate is formed little important, and in the the latter, although much work has been done in this area, often suffers from disadvantages. The choice of microorganisms that to supply the amino acid satisfactorily is very difficult,

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und. bei den Verfahren treten immer Unsicherheiten auf. Die Mikroorganismen müssen in Anwesenheit hoher Konzentrationen von Initiatorverbindungen wie Anthranilsäure oder Indol gut wachsen und das sich anreichernde Tryptophan darf die Mikroorganismen nicht nachteilig beeinflussen.and. There are always uncertainties in the procedures. the Microorganisms must be in the presence of high concentrations of initiator compounds such as anthranilic acid or indole grow well and the accumulating tryptophan must not adversely affect the microorganisms.

Es wurde nun ein Verfahren, zur Herstellung von L-Tryptophan gefunden, das die Nachteile der Fermentationsverfahren nicht aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man Indol und Serin mit filamentartigen bzw. faserartigen Strukturen behandelt, die den enzymatischen Komplex umhüllen, der fähig ist, das Tryptophan zu synthetisieren.There has now been a process for making L-tryptophan found that does not have the disadvantages of fermentation processes. The inventive method consists in that treating indole and serine with filament-like or fiber-like structures that envelop the enzymatic complex, who is able to synthesize the tryptophan.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls-verwendet werden, um die Menge an Tryptophan in hydrolysieren Proteinverbindungen zu erhöhen, in denen das Tryptophan nicht enthalten ist. Dabei reicht es aus, den pH-Wert der hydrolysierten Proteinverbindungen auf einen geeigneten Wert einzustellen und die Verbindungen mit der entsprechenden Menge an Indol zuzufügen und die Mischung mit der enzymatischen Faser zu behandeln.The method according to the invention can also be used to increase the amount of tryptophan in hydrolyze protein compounds that do not contain the tryptophan is. It is sufficient to adjust the pH of the hydrolyzed protein compounds to a suitable value and add the compounds with the appropriate amount of indole and the mixture with the enzymatic Treat fiber.

Ein Teil des vorhandenen Serins wird dann in Tryptophan umgewandelt. Auf diese Weise kann das eingeschlossene Enzym leicht bei Beendigung der Umsetzung wiedergewonnen werden, und es kann wieder und wieder verwendet werden. Die verwendbaren, faserartigen Strukturen und ein Verfahren zur Einbettung des Enzyms sind in der italienischen Patentschrift 836 462 beschrieben. Nach dieser Patentschrift können die Fasern, die das Enzym umhüllen, aus Polymerlösungen erhalten werden, die Fasern liefern. Die enzymatischen Verbindungen werden dabei in Form sehr kleiner Tropfen in der Größenordnung von Emulsionen dispergiert. Die so erhaltene Emulsion .kann feucht oder trocken versponnen werden, wobei man Fasern erhält, die im Inneren sehr kleine Löcher oder Hohlräume enthalten, worin sich die Enzyme anreichern, die von dem Reaktionsmedium bzw.Some of the serine present is then converted into tryptophan. In this way the trapped enzyme can can be easily recovered upon completion of the reaction, and it can be used again and again. The usable, fibrous structures and a method for embedding the enzyme are in the Italian patent 836 462. According to this patent, the fibers that coat the enzyme can be obtained from polymer solutions that provide fibers. The enzymatic compounds are in the form of very small drops in the order of magnitude dispersed by emulsions. The emulsion obtained in this way .can be spun wet or dry, whereby one Fibers that contain very small holes or cavities in the interior, in which the enzymes accumulate the reaction medium or

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der Reaktionskammer durch eine sehr dünne Membran getrennt sind, die verhindert, daß das Enzym abgeht und sich in der Reaktionsmasse dispergiert, die aberthe reaction chamber are separated by a very thin membrane that prevents the enzyme from coming off and settling in the Reaction mass dispersed, but that

ermöglicht, daß die Aktivität des Enzyms ausgenützt werdenenables the activity of the enzyme to be exploited

Unter den Polymerisaten, die zum Umhüllen der Enzyme verwendet werden können, sollen veresterte Cellulosepolymere, Nitrate, Polyolefine, Polymere und Mischpolymere, die man aus Acrylnitril, Acrylaten, Methacrylaten, Vinylestern, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, Polyamiden, Butyralpolyvinyl und ähnlichen Stoffen erhält, erwähnt werden.Among the polymers used to coat the enzymes can be, esterified cellulosic polymers, nitrates, polyolefins, polymers and copolymers that one made of acrylonitrile, acrylates, methacrylates, vinyl esters, Vinyl chloride, vinylidene chloride, styrene, polyamides, butyral polyvinyl and the like can be mentioned.

Enzyme, die zum Kuppeln von Serin und Indol geeignet sind, können unter Verwendung verschiedener Mikrobenquellen als Ausgangsmaterialien erhalten werden; E.coli, claviceps, neurospora, B. subtilis, Saccharomyces usw.Enzymes suitable for coupling serine and indole, can be obtained using various sources of microbes as starting materials; E. coli, claviceps, neurospora, B. subtilis, Saccharomyces etc.

Die besten Ergebnisse erhält man, wenn man Cellulosetriacetat und das Enzym aus E.coli verwendet. Das eingeschlossene Enzym zeigt eine bemerkenswerte Gebrauchsdauer. Die Aktivität des Enzyms wurde unter Arbeitsbedingungen während 6 Monaten untersucht, und man beobachtete keine Verminderung in der Aktivität.The best results are obtained using cellulose triacetate and the enzyme from E. coli. The trapped enzyme shows a remarkable service life. The activity of the enzyme was maintained under working conditions for 6 months and no decrease in activity was observed.

Diese Tatsache erniedrigt die Kosten für die Katalysatorherstellung beachtlich oder umgeht sie ganz, und dadurch wird das ganze Verfahren wirtschaftlicher. Man kann außerdem sehr reine enzymatische Verbindungen verwenden, die auch wesentlich aktiver sind.This fact lowers the cost of catalyst production considerable or bypasses them altogether, and this makes the whole process more economical. You can also do a lot use pure enzymatic compounds, which are also much more active.

Das eingebettete Enzym diffundiert nicht in die Reaktionsmischung. Daher gibt es keine Schwierigkeit bei seiner Entfernung, und die fertigen Tryptophan-Lösungen enthalten keine Verunreinigungen, die die Extraktion erschweren, wie dies bei demThe embedded enzyme does not diffuse into the reaction mixture. Therefore, there is no difficulty in its removal, and the finished tryptophan solutions do not contain impurities, which complicate the extraction, like this with the

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Fermentationsverfahren der Fall ist. Bei dem Fermentationsverfahren werden auch große Mengen anderer Aminosäuren, vor allem Alanin und Valin, gebildet und außerdem enthält das Medium" noch andere Verunreinigungen. Das Enzym verwertet nur die L-Form von Serin, und man kann daher in der Reaktionsmischung D,L-Ser±n verwenden. Das nicht verbrauchte D-Serin kann in hohen Ausbeuten wiedergewonnen und nach einem chemischen Verfahren racemisiert und dann wieder recyclisiert werden.Fermentation process is the case. In the fermentation process It also produces large amounts of other amino acids, especially alanine and valine, and it also contains the Medium "and other impurities. The enzyme only utilizes the L-form of serine, and you can therefore use D, L-Ser ± n in the reaction mixture. The unused D-serine can be recovered in high yields and racemized by a chemical process and then recycled again will.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, die Mikroorganismen, die für die mikrobiologische Herstellung von L-Tryptophan erforderlich sind, besonders zu behandeln und zu konservieren bzw. zu schützen,· und außerdem kann man als Nährelemente, die in dem Medium enthalten sind, beliebige Stoffe verwenden. Ein anderer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit, daß man kontinuierlich arbeiten kann. Dadurch wird die Anlage vereinfacht, und die Kosten des Verfahrens werden erniedrigt. Bei dem Fermentierungsverfahren sind im allgemeinen komplizierte Vorrichtungen, mit denen man rühren, belüften, die Masse sterilisieren kann, erforderlich, und außerdem müssen die physikalischen Variablen des Verfahrens genau kontrolliert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren reicht es aus, eins oder mehrere Stahlsäulen oder Kunststoffmaterial und eine Pumpe zu verwenden. Man kann ebenfalls bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ansatzweise arbeiten, indem man das Substrat mit dem Enzym während der erforderlichen Zeit behandelt, die Produkte entfernt und neues Substrat zu den enzymatischen Fasern zugibt, die so für eine unbeschränkte Zahl von Arbeitszyklen verwendet werden können.In the method according to the invention, it is not necessary to use the microorganisms that are used for microbiological production of L-tryptophan are required to be specially treated and preserved or to protect, and also any substances can be used as nutrient elements contained in the medium. Another great benefit of the Process according to the invention is the possibility that one can work continuously. This simplifies the system, and the cost of the procedure is reduced. The fermentation process is generally complicated Devices with which one can stir, ventilate, sterilize the mass are required, and also must the physical variables of the process are precisely controlled. In the method according to the invention, it is sufficient to use one or more steel columns or plastic material and a pump. You can also with the invention Procedure work on a batch basis by treating the substrate with the enzyme for the required time removes the products and adds new substrate to the enzymatic fibers, so for unlimited Number of duty cycles can be used.

Arbeitet man kontinuierlich , so ist es möglich, von einer .Seite aus die durch die enzymatischen Fasern katalysierte Umsetzung durchzuführen und an der anderen Seite kann man das hergestellte L-Tryptophan gemäß bekannten Verfahren, bei-If one works continuously, it is possible from one .On the side to carry out the conversion catalyzed by the enzymatic fibers and on the other side one can the L-tryptophan produced according to known methods, both

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spielsweise durch Absorption an aktivem Kohlenstoff oder Anionenaustauschharzen oder durch einfache Kristallisation, wenn die Sättigungsbedingungen erreicht sind,.entfernen.for example by absorption on active carbon or Remove anion exchange resins or by simple crystallization when saturation conditions are reached.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken.The following examples illustrate the invention without it however, to be limited.

Beispiel 1 . . Example 1 . .

Man verwendete 70 g E.coli-Zellen, die in einem Davis-Minimummedium gezüchtet waren. Sie wurden zu niedrigen Mengen Indol in 14O ml Phosphatpuffer (1(T2 M EDTA, 1(T^ M Pyridoxalphosphat, pH = 7,8) zugefügt. Die Suspension wurde, dann einer Überschallbehandlung unterworfen und dann zentrifugiert. 70 g of E. coli cells grown in Davis minimum medium were used. They were added to small amounts of indole in 140 ml of phosphate buffer (1 (T 2 M EDTA, 1 (T 1 M pyridoxal phosphate, pH = 7.8). The suspension was then subjected to supersonic treatment and then centrifuged.

Das Gefäß wurde 3 Minuten auf 530C erwärmt und dann wurde erneut zentrifugiert. Die Proteine, die bei 00C in Ammoniumsulfat beim Sättigungszustand im Bereich zwischen 0,30 und 0,50 ausgefällt wurden, wurden in einem .Phosphatpuffer (1O~2 M EDTA, 2 χ 10"2 M DL-Serin, 4 χ 10"4 M Pyridoxalphosphat, 30% Vol/Vol Glycerin) gelöst.The vessel was heated to 53 ° C. for 3 minutes and then centrifuged again. The proteins were precipitated at 0 0 C in ammonium sulfate at the saturation state in the range from 0.30 to 0.50 were prepared in a .Phosphatpuffer (1O ~ 2 M EDTA, 2 χ 10 "2 M DL-serine, 4 χ 10 " 4 M pyridoxal phosphate, 30% vol / vol glycerine) dissolved.

Die erhaltene Lösung enthielt 32 mg Proteine pro ml und 110 Einheiten, die in der Lage waren, Tryptophan pro rag Protein zu synthetisieren (1 Einheit ist die Enzymmenge, die bei 250C und während 30 Minuten die Bildung von 0,1 mMol L-Tryptophan katalysiert).The solution obtained contained 32 mg proteins per ml and 110 units, which were able to synthesize tryptophan per rag protein (1 unit is the amount of enzyme which at 25 0 C and during 30 minutes the formation of 0.1 mmol L- Tryptophan catalyzed).

Getrennt wurden 20 g Cellulosetriacetat (Fluka A.G., Chemische Fabrik, Buchs, Schweiz) unter Rühren in 265 g Methylenchlorid (Carlo Erba S.p.A, Mailand) gelöst. 30 ml der enzymatischen Lösung wurden zu der zuvor erwähnten Polymerlösung zugefügt. Die beiden Phasen wurden durch starkes Rühren bei O0C während 30 Minuten emulgiert. Die Emulsion wurde in einen kleinen Tiegel gegeben, bei O0C aufbewahrt und dann unter Stickstoffdruck versponnen und in Toluol bei ZimmertemperaturSeparately, 20 g of cellulose triacetate (Fluka AG, Chemische Fabrik, Buchs, Switzerland) were dissolved in 265 g of methylene chloride (Carlo Erba SpA, Milan) with stirring. 30 ml of the enzymatic solution was added to the aforementioned polymer solution. The two phases were emulsified by vigorous stirring at 0 ° C. for 30 minutes. The emulsion was placed in a small crucible, stored at 0 ° C. and then spun under nitrogen pressure and in toluene at room temperature

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koaguliert. Das Filament wurde im Vakuum zur Entfernung des Toluols getrocknet. Es wurde in einen 2 Liter zylindrischen Reaktor gegeben, mit Wasser bei 250C bedeckt und dann wurde der Reaktor um die eigene Achse rotiert. 10 g der enzymati-, sehen Fasern und 1 1 der Reaktionsmischung wurden in den zuvor erwähnten Reaktor eingefüllt, wobei die Reaktionsmischung 20 mg/ml DL-Serin, 2 mg/ml Pyridoxalphosphat in einem 0,01m Phosphatpuffer bei einem pHrWert von 7,8 enthielt. coagulates. The filament was dried in vacuo to remove the toluene. It was placed in a 2 liter cylindrical reactor, covered with water at 25 ° C. and then the reactor was rotated around its own axis. 10 g of the enzymatic, see fibers and 1 l of the reaction mixture were introduced into the aforementioned reactor, the reaction mixture being 20 mg / ml DL-serine, 2 mg / ml pyridoxal phosphate in a 0.01 M phosphate buffer at a pH value of 7.8 contained.

Wegen der niedrigen Löslichkeit wurde Indol zerkleinert und als Feststoff zugefügt. Die enzymatische Faser wurde mit der Reaktionsmischung während 8 Stunden kontaktiert. Dann wurde die Flüssigkeit entfernt und durch frische Reaktionsmischung ersetzt. Es wurden einige Arbeitszyklen durchgeführt, wobei man die gleichen Fasern verwendete. Die Reaktionsmischung enthielt am Ende des Zyklus 7,9 g L-Tryptophan. Nach 150 Zyklen waren die bei jedem Zyklus gebildeten L-Tryptophan-Mengen praktisch konstant und betrugen 7,7 g.Because of its low solubility, indole was crushed and added as a solid. The enzymatic fiber was contacted with the reaction mixture for 8 hours. then the liquid was removed and replaced with fresh reaction mixture. Some work cycles have been carried out using the same fibers. The reaction mixture contained 7.9 g of L-tryptophan at the end of the cycle. After 150 cycles, the amounts of L-tryptophan formed in each cycle were practically constant and amounted to 7.7 g.

Beispiel 2Example 2

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wurden Fasern hergestellt, wobei man 20 g Cellulosetriacetat und 40 ml Glycerin-Wasser-Mischung, die 90 mg/ml Proteine mit einer spezifischen Aktivität von 110 Einheiten/mg enthielt, verwendete.Fibers were produced according to the method of Example 1, using 20 g of cellulose triacetate and 40 ml of a glycerine-water mixture, containing 90 mg / ml proteins with a specific activity of 110 units / mg was used.

Man erhielt eine Faser, die 180 mg Proteine bei 19 800 Einheiten/g Cellulosetriacetat enthielt. Verwendete man den gleichen Reaktor wie in Beispiel 1 und behandelte 10 g der zuvor erwähnten Fasern bei 25°C und unter Rühren bei 1 1 Reaktionsraischung, die eine ähnliche Zusammensetzung wie die von Beispiel 1 besaß, so waren nach 8 Stunden 15 g L-Tryptophan in der Lösung vorhanden. Das gebildete Tryptophan und •nicht umgesetztes Serin wurden an Ionenaustauschharz adsorbiert und durch Änderung des pH-Wertes getrennt eluiert.A fiber was obtained containing 180 mg of proteins at 19,800 units / g Cellulose triacetate contained. Using the same reactor as in Example 1 and treated 10 g of the previously mentioned fibers at 25 ° C and with stirring at 1 1 reaction mixture, which has a similar composition as the of Example 1, 15 g of L-tryptophan were present in the solution after 8 hours. The formed tryptophan and • unreacted serine was adsorbed on ion exchange resin and eluted separately by changing the pH value.

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Auf diese Weise konnte man 98% L-Tryptophan und 90% des restlichen Serins gewinnen. Das wiedergewonnene Serin wurde durch chemische Verfahren racemisiert und erneut für die Synthese von L-Tryptophan gemäß dem beschriebenen Verfahren eingesetzt.This way you could get 98% L-tryptophan and 90% des win remaining serine. The recovered serine was racemized by chemical methods and again for the Synthesis of L-tryptophan according to the method described used.

Beispiel 5Example 5

Man verwendete eine Vorrichtung, die eine Glassäule mit einem inneren Durchmesser von 4 cm und eine Länge von 50 cm besaß und die mit einem Thermostat ausgerüstet war. Die Zu- und Ablaßleitungen wurden mit einem Reaktor, der mit einem Rührer ausgerüstet war, verbunden. Eine peristaltische Pumpe, die · eine Strömung zwischen 0 und 1000 ml/min besaßt, wurde in die Einlaßleitung eingebaut. In die Säule füllte man 10 g der gleichen Faser wie sie in Beispiel 2 verwendet worden war, und dann leitete man durch die Säule 2 1 der Reaktionsmischung, die eine ähnliche Zusammensetzung wie die der Beispiele 1 und 2 besaß, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 600 ml/min.A device was used that had a glass column with a had an inner diameter of 4 cm and a length of 50 cm and which was equipped with a thermostat. The inlet and outlet pipes were connected to a reactor equipped with a stirrer. A peristaltic pump that had a flow between 0 and 1000 ml / min, was installed in the inlet line. In the column was filled 10 g of the the same fiber as used in Example 2, and then passed through the column 2 1 of the reaction mixture, which had a similar composition to that of Examples 1 and 2, with a flow rate of 600 ml / min.

In den Reaktor, dessen Inhalt gerührt wurde, fügte man anteilig Indol. Nach 8 Stunden betrug die Tryptophan-Konzentration in der Reaktionsmischung 8 mg/ml; 1 1 dieser Mischung wurde entfernt und durch 1 1 frische Reaktionsmischung ersetzt. Die Lösung, die aus dem System entfernt wurde, wurde im Vakuum konzentriert, wobei eine Fraktion des vorhandenen Tryptophane ausfiel. Die Lösung, die kein Tryptophan mehr enthielt, wurde recyclisiert, wobei allmählich eine vollständige Umwandlung des L-Serins stattfand. Die Lösung mit dem restlichen D-Serin wurde gewonnen und einer chemischen Behandlung unterworfen und racemisiert und erneut verwendete Auf diese Weise war es möglich, ungefähr 80% des racemischen Serins in L-Tryptophan umzuwandeln.A proportion of indole was added to the reactor, the contents of which were being stirred. After 8 hours the tryptophan concentration was in the reaction mixture 8 mg / ml; 1 1 of this mixture was removed and replaced by 1 1 fresh reaction mixture. The solution that was removed from the system was saved in the Concentrated vacuum, with a fraction of the tryptophane present precipitated. The solution that is no longer tryptophan was recycled, gradually complete conversion of the L-serine took place. The solution with the remaining D-serine was recovered and subjected to chemical treatment and racemized and reused In this way it was possible to convert approximately 80% of the racemic serine into L-tryptophan.

Beispiel 4Example 4

Man verwendete eine hydrolysierte Proteinverbindung, die man aus Casein und Ochsenblut (50:50, ausgedrückt durch das Ge-One used a hydrolyzed protein compound that one from casein and ox blood (50:50, expressed by the

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wicht) erhalten hatte und die 5,4 Gew.Teile L-Serin enthielt. weight) and which contained 5.4 parts by weight of L-serine.

100 g der hydrolysierten Verbindungen wurden in 500 ml 0,1m Phosphatpuffer gelöst, und der pH-Wert wurde auf 7,8 eingestellt. Zu der Lösung fügte man 2 mg Pyridoxalphosphat und leitete die Lösung dann durch die Säule von Beispiel 3, die bei 250C gehalten wurde, bis eine 20%ige Umwandlung von L-Serin in L-Tryptophan stattgefunden hatte.100 g of the hydrolyzed compounds were dissolved in 500 ml of 0.1 M phosphate buffer and the pH was adjusted to 7.8. 2 mg of pyridoxal phosphate were added to the solution and the solution was then passed through the column of Example 3, which was kept at 25 ° C. until a 20% conversion of L-serine into L-tryptophan had taken place.

Die Lösung wurde dann zum Schluß durch eine automatische Analysiervorrichtung für Aminosäuren analysiert und man fand, daß die L-Tryptophan-Menge'4 mg/ml betrug.The solution was then finally analyzed by an automatic amino acid analyzer and man found that the amount of L-tryptophan was 4 mg / ml.

Beispiel 5Example 5

In der beigefügten Zeichnung ist ein vereinfachtes Schema eines kontinuierlichen Verfahrens für die enzymatische Synthese von L-Tryptophan dargestellt, wobei man als Ausgangsmaterialien Indol und DL-Serin verwendete.In the accompanying drawing is a simplified scheme of a continuous process for enzymatic Synthesis of L-tryptophan shown using indole and DL-serine as starting materials.

Die Reaktionsmischung wurde auf diskontinuierliche Weise im Reaktionsgefäß 5 hergestellt, wobei die Mischung DL-Serin, Indol, Pyridoxalphosphat und Wasser, das mit 0,1m Kaliumphosphat auf einen pH-Wert von 7,8 gepuffert war, enthielt. Die Reaktionsmischung wurde über die Leitungen 1, 2, 3 und in das Reaktionsgefäß 5 eingeleitet und in diesem Gefäß stark gerührt, um die Lösung der Reaktionsteilnehmer zu erleichtern. Das Reaktionsgefäß 5 war mit einem Mantel versehen. Mit Hilfe der Pumpe 6 wurde die erhaltene Reaktionsmischung über die Leitung 7 in das Reaktionsgefäß 8 geleitet, aus dem sie kontinuierlich in den Reaktor 12 eingeführt wurde. In dem Reaktor 12 befand sich das in den Fasern eingeschlossene Enzym.The reaction mixture was prepared in a discontinuous manner in reaction vessel 5, the mixture being DL-serine, Indole, pyridoxal phosphate, and water buffered with 0.1M potassium phosphate to a pH of 7.8. The reaction mixture was introduced via lines 1, 2, 3 and into the reaction vessel 5 and into this vessel stirred vigorously to facilitate the dissolution of the reactants. The reaction vessel 5 was jacketed Mistake. With the aid of the pump 6, the reaction mixture obtained was fed into the reaction vessel 8 via the line 7 passed, from which it was continuously introduced into the reactor 12. In the reactor 12 was in the Fibers trapped enzyme.

Die Fasern lagen nicht sehr dicht aufeinander, so daß das Enzym eine gute katalytische Aktivität entfalten konnte. EsThe fibers were not very close together so that the enzyme could exhibit good catalytic activity. It

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ist vorteilhaft, 10 bis 100 kg Fasern pro 1 nr Reaktorvolumen zu verwenden.it is advantageous to use 10 to 100 kg of fibers per 1 nr reactor volume to use.

Die Geschwindigkeit, mit der das L-Serin verwertet wurde, nahm bei fortlaufender Umsetzung ab. Deshalb ist es wünschenswert, mit einer Umwandlung von 60 bis 70% bzw. 60 und 70% zu arbeiten, um eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit zu vermeiden und das nicht umgesetzte DL-Serin zu recyclisieren.The rate at which the L-serine was utilized decreased as the conversion continued. It is therefore desirable to work with a conversion of 60 to 70% or 60 and 70% in order to avoid a slow reaction rate and to recycle the unreacted DL-serine.

Im folgenden werden die Materialmengen eines durchgeführten Beispiels, bezogen auf 1 kg Fasern, angegeben.The following are the material quantities of a carried out Example, based on 1 kg of fibers.

Durch die Pumpe 9 wurden eingeführt: .Through the pump 9 were introduced:.

120 g/h DL-Serin
50,8 g/h Indol
120 g / h DL-serine
50.8 g / h indole

6 mg/h Pyridoxalphosphat
30 kg/h Wasser
6 mg / h pyridoxal phosphate
30 kg / h water

0,3 Mol/h Kaliumphosphat
Aus dem Reaktor 12 wurden entnommen:
0.3 mol / h potassium phosphate
The following were taken from reactor 12:

6060 g/hg / h D-SerinD-serine 2020th g/hg / h L-SerinL-serine 7878 g/hg / h L-TryptophanL-tryptophan 66th g/hg / h IndolIndole 3030th kg/hkg / h Wasserwater 66th mg/hmg / h Pyridoxalpho sphatPyridoxalpho sphat 0,30.3 Mol/hMoles / h KaliumphosphatPotassium phosphate

Die Pumpe 10, die das Reaktionsmedium·zuführte, bewirkte, daß in dem Reaktor 12 die Masse schnell zirkulierte und daß das System homogen war und in dem ganzen Reäc tor eine niedrige Indol-Konzentration aufrechterhalten wurde.The pump 10, which supplied the reaction medium, caused that in the reactor 12 the mass circulated rapidly and that the system was homogeneous and in the whole Reäc tor one low indole concentration was maintained.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Pumpe 10 betrug ungefähr 1 m /h pro kg Faser. Eine pH-Regulierung erfolgte nicht, da der pH-Wert bei fortlaufender Umsetzung sich nicht wesentlich änderte.The flow rate of the pump 10 was approximately 1 m / h per kg of fiber. There was no pH regulation since the pH value does not change significantly with continued implementation changed.

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Aus der wäßrigen Lösung, die man aus dem Reaktor 12 entnahm, wurde das Indol durch eine Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion entfernt. Toluol kann als Lösungsmittel verwendet werden. Die Umsetzung kann auch in einem System mit · einer Mischvorrichtung und einer Absitzvorrichtung bei einer oder mehreren Stufen durchgeführt werden.The aqueous solution withdrawn from the reactor 12 became indole by liquid-liquid extraction removed. Toluene can be used as a solvent. The implementation can also be carried out in a system with a mixing device and a settling device can be carried out at one or more stages.

Entsprechend dem in der Zeichnung dargestellten Schema wurde das Indol in dem Reaktionsgefäß 13 durch Toluol, das durch die Leitung 30 eingeführt wurde, extrahiert, und dann wurden die beiden flüssigen Phasen in der Trennvorrichtung 14 getrennt, Über die Leitung 31 wurde das Lösungsmittel wiedergewonnen. Dieses wurde dann in eine Reinigungsanlage geführt.According to the scheme shown in the drawing was the indole in the reaction vessel 13 was extracted by toluene introduced through the line 30, and then were The two liquid phases were separated in the separating device 14. The solvent was recovered via the line 31. This was then fed into a cleaning system.

Über die Pumpe 15 wurde die wäßrige Phase, die Serin und Tryptophan enthielt, in die Trennvorrichtung 16 geleitet, um Tryptophan zu gewinnen. Die Tryptophan-Serin-Trennung kann entweder durch Ionenaustauschverfahren oder durch Absorption an aktivem Kohlenstoff durchgeführt werden. Im ersteren Fall kann man beispielsweise die wäßrige Lösung, die Tryptophan und Serin enthält, über eine Säule leiten, die mit Amberlite IR 118 (H*-Form; Rohm and Haas Co.,USA) gefüllt ist.The aqueous phase, which contained serine and tryptophan, was passed into the separating device 16 via the pump 15, to get tryptophan. The tryptophan serine separation can be carried out either by ion exchange methods or by Active carbon absorption can be carried out. In the former case, for example, the aqueous solution which contains tryptophan and serine, pass through a column filled with Amberlite IR 118 (H * -form; Rohm and Haas Co., USA) is filled.

An dem Harz werden beide Verbindungen absorbiert. Das Harz wird dann zuerst mit einer 0,2m wäßrigen Lösung von NH^Cl eluiert, wobei man das Serin gewinnt, und dann wird es ein zweites Mal mit einer 0,2m wäßrigen Lösung von Ammoniakeluiert, wobei man Tryptophan gewinnt.Both compounds are absorbed on the resin. The resin is then first with a 0.2m aqueous solution of NH ^ Cl eluted, recovering the serine, and then eluted a second time with a 0.2m aqueous solution of ammonia, where tryptophan is obtained.

Man kann auch entsprechend dem Schema von Fig. 1 Tryptophan von dem Serin abtrennen, indem man die wäßrige Lösung, die man aus 14 erhält, in eine Säule, die mit aktivem Kohlenstoff (16) gefüllt ist, leitet. Das Tryptophan wird adsorbiert, während die Lösung, die das ganze als Ausgangsmaterial verwendete D-Serin und das nicht umgesetzte L-Serin enthält, über die Leitung 17 in den Reaktor 18 geleitet wird.You can also separate tryptophan from the serine according to the scheme of Fig. 1 by the aqueous solution that obtained from 14, in a column containing active carbon (16) is filled, conducts. The tryptophan is adsorbed while the solution is the whole as the starting material D-serine used and the unreacted L-serine contains, via the line 17 into the reactor 18 is passed.

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Man kann mehrere Säulen in paralleler Schaltung verwenden, um das Absorptionsverfahren kontinuierlich durchzuführen* Die Absorption des Tryptophane wird in der einen Säule durchgeführt, wobei die anderen Säulen für die Elution des TryptoT phans und für Waschen mit entmineralisiertem Wasser zur Verfügung stehen, das über die Leitung 20 eingeführt und über die Leitung 32 entfernt wird,. Die Elution des Tryptophane wird mit einer Wasser-Alkohol-Lösung (50 Gew.%, pH = 8) durchgeführt. Diese Lösung wird über die Leitung 19 eingeleitet. Über die Leitung 21 vdrd die Tryptophanlösung gewonnen und in dem Reaktionsgefäß 22 homogenisiert. Die Lösung enthält ebenfalls Spuren von Pyridoxalphosphat. Über die Pumpe 23 wird die Lösung in die Verdampfungsvorrichtung 24 geleitet, wo sie im Vakuum bei 400C konzentriert wird. Über die Leitung 25 wird sie in das Kristallisationsgefäß 27 geleitet, nachdem man sie über den Austauscher 26 geführt hatte.One can more columns in a parallel circuit use to the absorption process be carried out continuously * The absorption of the tryptophans, in the performed a column, the other column for the elution of the Trypto T Phan and washing with demineralized water are available, which on the Line 20 is inserted and removed via line 32 ,. The tryptophane is eluted with a water-alcohol solution (50% by weight, pH = 8). This solution is introduced via line 19. The tryptophan solution obtained via line 21 vdrd and homogenized in reaction vessel 22. The solution also contains traces of pyridoxal phosphate. Via the pump 23 the solution is passed into the evaporation apparatus 24 where it is concentrated in vacuo at 40 0 C. It is passed via the line 25 into the crystallization vessel 27 after it has been passed over the exchanger 26.

In dem Reaktionsgefäß 27 wird das Tryptophan ausgefällt, indem man den pH-Wert auf 5,9 einstellt und bei diesem Wert reguliert. Die Suspension wird dann zentrifugiert, ein Teil des Wassers wird über die Leitung 28 in 22 recyclisiert, ein Teil des Wassers wird entfernt, um ein Ansammeln von Verunreinigungen zu vermeiden. Die feuchten Kristalle werden dann im Vakuum getrocknet.The tryptophan is precipitated in the reaction vessel 27 by adjusting the pH to 5.9 and at this Value regulated. The suspension is then centrifuged, part of the water is recycled via line 28 to 22, some of the water is removed to prevent contamination from building up. The wet crystals will be then dried in vacuo.

Die DL-Serinlösung, die man aus 16 erhält, wird in den Reaktor' 18 racemisiert, indem man unter Druck auf 86O0C erwärmt. Die DL-Serinlösung wird in dem Austauscher 29 abgekühlt und in den Tank 33 geleitet, wo sie zur Herstellung von Reaktionsmedium zur Verfügung steht, das in 5 eingesetzt wird. Um das Ansammeln von Verunreinigungen zu vermeiden, ist in 29 eine Auslaßöffnung, aus der man Material entnehmen kann, vorgesehen.The DL-serine solution obtained from 16 is racemized in the reactor 18 by heating to 86O 0 C under pressure. The DL-serine solution is cooled in the exchanger 29 and passed into the tank 33, where it is available for the production of reaction medium which is used in FIG. In order to avoid the accumulation of contaminants, an outlet opening from which material can be taken is provided in 29.

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Claims (5)

- 12 Patentansprüche - 12 claims Verfahren zur enzymatisehen Herstellung von L-Tryptophan, dadurch gekennzeichnet, daß. man Indol und Serin mit filamentartigen Strukturen, die einen enzymatischen Komplex umhüllen, der in der Lage ist, Tryptophan zu synthetisieren, kontaktiert.Process for the enzymatic production of L-tryptophan, characterized in that. one indole and Serine with filament-like structures enveloping an enzymatic complex capable of synthesizing tryptophan, contacted. 2. Verfahren zur enzymatisehen Herstellung von L-Tryptophan gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym unter Verwendung verschiedener Mikrobenquellen wie E.ι coli, claviceps, neurospora, B.subtilis, Saccharomyces als Ausgangsmaterialien erhalten wird.2. Process for the enzymatic production of L-tryptophan according to claim 1, characterized in that the enzyme using various sources of microbes such as E. coli, claviceps, neurospora, B.subtilis, Saccharomyces as starting materials. 3. Verfahren zur enzymatisehen Herstellung von L-Tryptophan gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym ein solches verwendet, das man erhält, wenn man E. coli als Ausgangsmaterial verwendet.3. Process for the enzymatic production of L-tryptophan according to claim 2, characterized in that the enzyme used is one which is obtained when E. coli is used as the starting material. 4. Verfahren zur enzymatisehen Herstellung von L-Tryptophan gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, die den enzymatischen Komplex umhüllen, unter Verwendung von Polymerisaten, die Fasern ergeben, hergestellt werden wie veresterte Cellulose polymere, veresterte Celluloseniträte,Niträte,Polyolefine, Acrylnitrilpolymere und Mischpolymere, Acrylate, Methacrylate, Vinylester, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol und Polyamide .4. Process for the enzymatic production of L-tryptophan according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers, which the enzymatic Cover complex, using polymers that result in fibers, such as esterified cellulose polymers, esterified cellulose nitrates, nitrates, polyolefins, acrylonitrile polymers and mixed polymers, acrylates, methacrylates, vinyl esters, vinyl chloride, vinylidene chloride, styrene and polyamides . 5. Verfahren zur enzymatischen Herstellung von L-Tryptophan gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser, die den enzymatischen Komplex umhüllt, Cellulosetriacetat enthält bzw. daraus besteht.5. A method for the enzymatic production of L-tryptophan according to claim 4, characterized in that the fiber that envelops the enzymatic complex contains or consists of cellulose triacetate. 209847/ 1176209847/1176
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