FI94257B - Process for the preparation of biocatalysts - Google Patents
Process for the preparation of biocatalysts Download PDFInfo
- Publication number
- FI94257B FI94257B FI895635A FI895635A FI94257B FI 94257 B FI94257 B FI 94257B FI 895635 A FI895635 A FI 895635A FI 895635 A FI895635 A FI 895635A FI 94257 B FI94257 B FI 94257B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- biocatalyst
- acid
- preparation
- bead
- chitosan
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
Abstract
Description
9425794257
Menetelmä biokatalysaattorien valmistamiseksi Förfarande för framställning av biokatalysatorerMethod for the preparation of biocatalysts Förfarande för framställning av biokatalysatorer
Keksintö koskee helmenmuotoisia, mekaanisesti erittäin lujia biokatalysaattoreita, menetelmää niiden valmistamiseksi ja menetelmää orgaanisten aineiden muuntamiseksi keksinnön mukaisten biokatalysaattoreiden avulla.The invention relates to bead-shaped, mechanically very strong biocatalysts, to a process for their preparation and to a process for the conversion of organic substances by means of the biocatalysts according to the invention.
Käsite biokatalyysi käsittää laajassa merkityksessään kaikki katalyysin muodot, joissa aktivoivana aineena on biologinen järjestelmä, esim. kokonaiset solut, solun fragmentit tai soluorganellit, tai se on peräisin biologisesta järjestelmästä, esim. entsyymit. Entsyymit ovat yhdisteitä, yleensä proteiineja tai glykoproteiineja, jotka kiihdyttävät erityisesti biokemiallisia reaktioita alentamalla aktivointienergiaa. Seuraavassa termi biokatalysaat-tori ei merkitse ainoastaan itse aktivoivaa ainetta, vaan voi mahdollisesti käsittää myös komponentteja, joita käytetään aktivoivan aineen immobilisoimiseksi, lujittamiseksi, regeneroimiseksi jne.The term biocatalysis broadly encompasses all forms of catalysis in which the activating agent is a biological system, e.g. whole cells, cell fragments or cell organelles, or is derived from a biological system, e.g. enzymes. Enzymes are compounds, usually proteins or glycoproteins, that specifically accelerate biochemical reactions by lowering activation energy. In the following, the term biocatalyst not only means the activating agent itself, but may possibly also comprise components used to immobilize, strengthen, regenerate the activating agent, etc.
Immobilisoidut, so. liikkuvuutensa suhteen rajoitetut biokatalysaattorit soveltuvat ennen kaikkea teollisiin tarkoituksiin. Immobilisoinnin ansiosta on mahdollista suorittaa katalysoidut prosessit yhtäjaksoisesti ja tois-’! tuvasti, saada aikaan ja ylläpitää korkeita biokatalysaat- toritiheyksiä, saada aikaan korkeita aika-tilasaantoja ja alentaa kuluja tuotteen valmistamiseksi reaktioliuoksesta.Immobilized, i.e. biocatalysts with limited mobility are primarily suitable for industrial purposes. Immobilization makes it possible to carry out the catalyzed processes continuously and secondly. to achieve and maintain high biocatalyst densities, to achieve high time-space yields and to reduce the cost of preparing the product from the reaction solution.
Immobilisointia varten voidaan biokatalyyttinen materiaali sulkea esimerkiksi polymeerisiin päällysaineisiin (matriisiin), puoliläpäisevästä kalvosta koostuviin kap-seleihin tai kuituihin tai ultrasuodatuskalvon taakse, ristikytkeä bi- tai multifunktionaalisten reagenssien kanssa tai kiinnittää epäorgaanisesta aineesta tai luonnollisista tai synteettisistä polymeereistä koostuvaan kantajaan adsorptiolla tai ioni- tai kovalenttisidoksella. Myös näiden menetelmien yhdistelmä on mahdollinen.For immobilization, the biocatalytic material can be enclosed in, for example, polymeric coatings (matrices), semipermeable membrane capsules or fibers or behind an ultrafiltration membrane, crosslinked with a bi- or multifunctional ionic binder or a synergistic or naturally occurring polymeric or natural A combination of these methods is also possible.
2 942572 94257
Immobilisoitaessa on toisaalta tärkeätä, että saadaan aikaan suurin mahdollinen biokatalyyttinen aktiivisuus ja toisaalta hyvä mekaaninen lujuus ja kemiallinen stabiliteetti, mutta samalla myös biokatalysaattorin hyvä läpäisevyys. Yleinen immobilisointimenetelmä on esimerkiksi biologisesti aktiivisen aineen sulkeminen ("entrapment") luonnon polymeraateista, kuten mm. selluloosasta, agaris-ta, gelatiinista tai synteettisistä polymeereistä, kuten mm. polyakryyliamidista, polyuretaanista tai epoksidihart-seista valmistettuun matriisiin. Erityisen hellävaraista on immobilisointi ionotrooppisen geelinmuodostuksen avulla (matriisiaineiden ioninen ristikytkentä), johon soveltuvat päällysmateriaaliksi esimerkiksi luonnon polyanionit, kuten alginaatti, pektiini, karrageeni jne. Tiputtamalla tai suihkuttamalla entsymaattisesti aktiivisesta aineesta koostuvaa suspensiota ja matriisiaineen vesiliuosta vesipitoiseen verkkoutusliuokseen, joka sisältää moniarvoisia vastaioneja, siis esimerkiksi mm. Ca2+, Co2+, Zn2+, Fe2+, Fe3+ ,A13+ muodostuu kelaatteja ja helmenmuotoisia bioka-talysaattoreita.When immobilizing, it is important, on the one hand, to achieve the highest possible biocatalytic activity and, on the other hand, good mechanical strength and chemical stability, but at the same time good permeability of the biocatalyst. A common method of immobilization is, for example, the "entrapment" of a biologically active substance from natural polymers, such as e.g. cellulose, agar, gelatin or synthetic polymers such as e.g. into a matrix made of polyacrylamide, polyurethane or epoxy resins. Immobilization by ionotropic gelation (ionic cross-linking of matrix materials), for example natural polyanions such as alginate, pectin, carrageenan, etc., is particularly gentle by coating or spraying . Ca2 +, Co2 +, Zn2 +, Fe2 +, Fe3 +, A13 + form chelates and bead-shaped biocatalysts.
Orgaanisten polymeerien avulla tapahtuvassa ionotroop-pisessa geelinmuodostuksessa syntyy yleensä vain hyvin pehmeitä, mekaanisesti epävakaita immobilisaatteja, joilla on taipumus paisua tai muuttaa muotoaan, jolloin esimerkik-si ilmenee vaikeuksia käytettäessä niitä täyteainereakto-reissa, joita käytetään usein entsymaattisissa reaktioissa teollisuudessa. Kovettamismenetelmiä, jotka suoritetaan joko jälkikäsittelemällä immobilisaatteja tai esikäsittele-mällä biologisesti aktiivista ainetta ennen hyytelöintiai-neen lisäämistä kulloinkin multifunktionaalisilla verkkout-tajilla, kuten polyaldehydeillä, esim. glutaarialdehydillä, tai isosyanaateilla, esim. heksametyleenidi-isosyanaatilla, voidaan käyttää vain erittäin rajoitetusti niiden soluja ja/tai entsyymejä vahingoittavan vaikutuksen vuoksi. Eräs vaihtoehto on käyttää epäorgaanisia aineita, esim. kuten saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE 35 20 001 kuvatussa me- 3 94257 netelmässä, joka kuvaa entsymaattisen aineen immobilisoin-„ tia silikasoolilla ja alginaatilla. Myös biokatalysaatto- rihelmien kuivausta ja kutistamista käytetään kovetukseen, koska helmet eivät saavuta alkuperäistä kosteusvolyymiaan uudelleen kostuttamisen jälkeen ja pysyvät kovempina. Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE 28 35 875 kuvataan iono-trooppisen geelinmuodostuksen menetelmää käyttämällä poly-anioneja, esim. natriumalginaattia, ja esimerkiksi kalsium-ioneja verkkouttajina, jossa menetelmässä biokatalysaat-torihelmet, joihin on lisätty entsymaattisia aineita, kuivataan korkeintaan 80°C:n lämpötilassa. Sellaisia kuivaus-vaiheita ei kuitenkaan voida käyttää silloin, kun on tarkoitus immobilisoida erittäin herkkiä entsyymejä tai entsyymijärjestelmiä, etenkin eläviä soluja, koska kuivauksessa käytettävät korkeat lämpötilat tai kuiva tila inak-tivoivat solut tai entsyymit.Ionotropic gelation by organic polymers generally produces only very soft, mechanically unstable immobilates that tend to swell or deform, for example with difficulties in use in filler reactors often used in enzymatic reactions in industry. Curing methods carried out either by post-treatment of immobilates or by pretreatment of the biologically active substance before the addition of a gelling agent with in each case multifunctional crosslinkers, such as polyaldehydes, e.g. solutes and or due to the detrimental effect of enzymes. An alternative is to use inorganic substances, e.g. as in the method described in German application DE 35 20 001, which describes the immobilization of an enzymatic substance with silica sol and alginate. Drying and shrinkage of biocatalyst beads are also used for curing because the beads do not reach their original moisture volume after rewetting and remain harder. German application DE 28 35 875 describes a process for ion-tropical gelation using polyanions, e.g. sodium alginate, and for example calcium ions as crosslinkers, in which process biocatalyst beads to which enzymatic substances have been added are dried at a temperature of at most 80 ° C. However, such drying steps cannot be used to immobilize highly sensitive enzymes or enzyme systems, especially living cells, due to the high temperatures used in the drying or the dry state inactivating the cells or enzymes.
Toinen ionotrooppisella geelinmuodostuksella valmistettujen kalsiumalginaatti-immobilisaattien haitta huonojen mekaanisten ominaisuuksien lisäksi on niiden edelleen jalostamisessa mahdollisesti käytettävien reaktioväliainei-den rajallisuus. Sellaiset immobilisäätit ovat esimerkiksi kemiallisesti epävakaita tavanomaisissa puskuriliuoksissa olevien ionien, kuten natriumin ja kaliumin, läsnäollessa. Sellaisissa elektrolyyttiliuoksissa, etenkin jos ne ovat erittäin väkeviä, joutuvat kaliumalginaattigeeleissä olevat geeliä kiinnittävät kalsiumionit syrjäytetyiksi, koska natrium- tai vastaavasti kaliumionit kilpailevat alginaat-ti-ioneista. Myös fosfaatti-ionit johtavat vähitellen kalsium-alginaatti-biokatalysaattorihelmien liukenemiseen, koska fosfaatit reagoivat kalsiumin kanssa ja poistavat alginaatilta rakennetta lujittavan aineen. Liukeneminen voidaan estää käyttämällä matriisiaineina polykationeja, esim. kitosaania, jotka ristikytketään moniarvoisten anio-nien, kuten [Fe(CN)6]3”,[Fe(CN)6)]4- polyfosfaattien ym. kanssa. Saksalaiset patenttijulkaisut DE 30 05 632 ja DE 30 05 633 kuvaavat biokatalysaattorihelmien valmistusta 4 94257 kitosaania ja K3(Fe(CN)g):ta käyttämällä. Julkaisussa DE 30 05 632 kuvattu menetelmä sisältää enintään 80°C:n lämpötilassa tapahtuvan kuivausvaiheen helmien kovettamisek-si. Jotta erittäin herkkien entsymaattisten aineiden immo-bilisointi olisi mahdollista, tämä kuivausvaihe ei sisälly julkaisun DE 30 05 633 mukaiseen menetelmään, mistä kuitenkin on seurauksena biokatalysaattorihelmien huonompi mekaaninen lujuus.Another disadvantage of calcium alginate immobilates prepared by ionotropic gelation, in addition to their poor mechanical properties, is the limitation of the reaction media that can be used in their further processing. Such immobilizers are, for example, chemically unstable in the presence of ions such as sodium and potassium in conventional buffer solutions. In such electrolyte solutions, especially if they are highly concentrated, the gel-fixing calcium ions in potassium alginate gels are displaced because sodium or potassium ions, respectively, compete for alginate ions. Phosphate ions also gradually lead to the dissolution of calcium alginate biocatalyst beads because phosphates react with calcium and remove the structure-strengthening agent from alginate. Dissolution can be prevented by using polycations, e.g. chitosan, which are cross-linked with polyvalent anions, such as [Fe (CN) 6] 3 ', [Fe (CN) 6)] 4-polyphosphates and the like, as matrix substances. German patents DE 30 05 632 and DE 30 05 633 describe the preparation of biocatalyst beads using 4 94257 chitosan and K3 (Fe (CN) g). The method described in DE 30 05 632 comprises a drying step at a temperature of up to 80 ° C for curing the beads. In order to be able to immobilize highly sensitive enzymatic substances, this drying step is not included in the process according to DE 30 05 633, which, however, results in poorer mechanical strength of the biocatalyst beads.
Tämän keksinnön tehtävänä on saada aikaan helmenmuotoi-sia biokatalysaattoreita, - jotka ovat mekaanisesti erittäin lujia - joiden stabiliteetti säilyy varmasti myös käytettäessä tavanomaisia biologisia liuoksia ja puskurijärjestelmiä, ja - jotka takaavat erittäin herkän entsymaattisesti aktiivisen aineen entsymaattisen aktiivisuuden säilymisen.The object of the present invention is to provide bead-shaped biocatalysts - which are very mechanically strong - whose stability is guaranteed to be maintained even with the use of conventional biological solutions and buffer systems, and - which ensure that the enzymatic activity of a highly sensitive enzymatically active substance is maintained.
Lisäksi keksinnön tehtävänä on osoittaa sopivia menetelmiä sellaisten biokatalysaattoreiden valmistamiseksi.It is a further object of the invention to provide suitable methods for preparing such biocatalysts.
Erityisen sopiviksi näiden tehtävien ratkaisemiseksi ovat osoittautuneet helmenmuotoiset biokatalysaattorit, jotka sisältävät entsymaattisesti aktiivista ainetta, kationista polyelektrolyyttiä, mieluiten kitosaania, moniarvoisia anioneja ja piihappoa. Sellaisia biokatalysaattoreita valmistetaan hellävaraisella immobilisointimenetel-mällä ionotrooppisen geelinmuodostuksen avulla sekä käyttämällä kiinteässä muodossa olevaa piihappoa.Bead-shaped biocatalysts containing an enzymatically active substance, a cationic polyelectrolyte, preferably chitosan, polyvalent anions and silicic acid have proved to be particularly suitable for solving these tasks. Such biocatalysts are prepared by a gentle immobilization method using ionotropic gel formation as well as using silica in solid form.
Tämä keksintö koskee helmenmuotoisia, mekaanisesti erittäin lujia biokatalysaattoreita, käsittäen entsymaattisesti aktiivista ainetta, kationista polyelektrolyyttiä ja moniarvoisia anioneja, joille on tunnusomaista, että keksinnönmukaiset biokatalysaattorit sisältävät piihappoa.This invention relates to bead-shaped, mechanically very strong biocatalysts comprising an enzymatically active substance, a cationic polyelectrolyte and polyvalent anions, which are characterized in that the biocatalysts according to the invention contain silicic acid.
Keksinnön mukaisille helmenmuotoisille biokatalysaatto-reille on tunnusomaista niiden hyvä mekaaninen lujuus, joka johtuu Dual-geelimatriisirakenteen muodostumisesta. Niillä on näin ollen esimerkiksi hyvät tiivistysominaisuu-det reaktioastiaa täytettäessä ja niitä voidaan käyttää 5 94257 täytemateriaalina esimerkiksi kiinteäkerroksisissa reaktoreissa. Lievien immobilisointiolosuhteiden ansiosta, joihin ei kuulu kuivausvaihetta tai käsittelyä haitallisilla aineilla, nämä keksinnön mukaiset biokatalysaattorit soveltuvat ennen kaikkea erittäin herkälle entsymaattiselle aineelle, etenkin eläville soluille. Tekniikan tasosta tunnettuihin menetelmiin nähden helmenmuotoisten biokata-lysaattoreiden keksinnön mukaisella valmistamisella kiinteässä muodossa olevaa piihappoa käyttäen on se etu, että siinä voidaan välttää aikaa ja työtä vaativia menetelmiä kovettumisvaiheessa käytettävien verkkouttajien esivalmis-tamiseksi. Lisäksi keksinnön mukaisia biokatalysaattoreita voidaan käyttää puskurijärjestelmissä, jotka sisältävät alginaattigeelejä hajottavia ioneja. Niinpä keksinnön mukaisia biokatalysaattoreita voidaan käyttää esimerkiksi liuoksissa, jotka sisältävät fosfaatti-ioneja, esim. hinnaltaan erittäin edullisessa ja siksi teollisiin tarkoituksiin edullisessa tripolyfosfaattipuskurissa. Keksinnön mukaiset helmenmuotoiset biokatalysaattorit soveltuvat orgaanisten aineiden muuntamiseen. Koska niitä voidaan käyttää reaktiohin, jotka vaativat korkeita elektrolyytti-pitoisuuksia, soveltuvat esimerkiksi sellaiset keksinnön mukaiset biokatalysaattorihelmet, jotka sisältävät entsymaattisesti aktiivisena aineena Proteus-suvun bakteeria *; tai oksidoreduktaasia α-hydroksikarboksyylihappojen val mistamiseksi α-ketokarboksyylihapoista, esim. 2-(R)-hyd-roksi-4-fenyy1ivoihappoa 2-okso-4-fenyy1ivoihaposta.The bead-shaped biocatalysts according to the invention are characterized by their good mechanical strength due to the formation of a dual gel matrix structure. Thus, for example, they have good sealing properties when filling the reaction vessel and can be used as a filling material, for example in solid bed reactors. Due to the mild immobilization conditions, which do not include a drying step or treatment with harmful substances, these biocatalysts according to the invention are particularly suitable for highly sensitive enzymatic substances, especially for living cells. Compared to the prior art methods, the preparation of bead-shaped biocatalysts according to the invention using solid silicic acid has the advantage that time-consuming and labor-intensive methods for preparing the crosslinkers used in the curing step can be avoided. In addition, the biocatalysts of the invention can be used in buffer systems containing ions that degrade alginate gels. Thus, the biocatalysts according to the invention can be used, for example, in solutions containing phosphate ions, e.g. in a very low-cost and therefore industrially preferred tripolyphosphate buffer. The bead-shaped biocatalysts according to the invention are suitable for the conversion of organic substances. Since they can be used for reactions which require high electrolyte concentrations, for example, biocatalyst beads according to the invention which contain a bacterium of the genus Proteus * as enzymatically active substance are suitable; or oxidoreductase for the preparation of α-hydroxycarboxylic acids from α-ketocarboxylic acids, e.g. 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid from 2-oxo-4-phenylbutyric acid.
Keksinnön mukaiset helmenmuotoiset biokatalysaattorit ovat mekaanisesti erittäin lujia. Hyvällä mekaanisella lujuudella tarkoitetaan esimerkiksi hyvää painelujuutta, t.s. että keksinnönmukaisissa, keskimäärin n. 3 mm:n kokoisissa biokatalysaattorihelmissä havaitaan korkeintaan 30 - 50 μπι:η, etenkin 40 /m:n muodonmuutos, sen jälkeen kun niihin on kohdistunut 1-5 minuutin ajan 0,01 - 0,03 N:n, etenkin 0,02 N:n kuormitus eikä muodonmuutos lisäänny lainkaan kuormituksen jatkuessa vielä 10-20 minuutin, 6 94257 etenkin 15 minuutin ajan.The bead-shaped biocatalysts according to the invention are very mechanically strong. By good mechanical strength is meant, for example, good compressive strength, i.e. that the biocatalyst beads according to the invention, which have an average size of about 3 mm, do not show more than 30 to 50 μπι: η, in particular 40 / m deformation, after being subjected to a reaction of 0.01 to 0.03 N for 1 to 5 minutes; , especially a load of 0.02 N and no deformation increases at all as the load continues for another 10-20 minutes, 6 94257 especially for 15 minutes.
Keksinnön mukaisten biokatalysaattoreiden sisältämän entsymaattisen aineen laatu määräytyy niiden reaktioiden mukaan, joihin biokatalysaattoreita on tarkoitus käyttää.The nature of the enzymatic substance contained in the biocatalysts according to the invention is determined by the reactions for which the biocatalysts are to be used.
Se koostuu ensi sijassa mikro-organismin kokonaisista soluista, solufragmenteista tai soluorganelleista, entsyymeistä tai mistä tahansa tämän tyyppisten entsymaattisesti aktiivisten aineiden kombinaatiosta.It consists primarily of whole cells, cell fragments or cell organelles of the microorganism, enzymes, or any combination of these types of enzymatically active substances.
Mikro-organismi voi olla prokaryoottista tai eukaryoot-tista laatua. Sopivia mikro-organismeja ovat esimerkiksi - bakteeri, esim. maitohappobakteeri (Leuconostoc. Streptococcus, Lactobacillus), Corvnebacteriuro. Streptomvces. Pseudomonas. Xanthomonas. Bacillus. Clostridium. Escherichia . Proteus jne., - sieni, esim. Mucor. Aspergillus. Penicillium. etenkin hiivat kuten Saccharomvces. Candida jne, - levä, esim. Chlorella. Curvularia jne, tai - kasvisolu, esim. Catharanthus roseus. Daucus carota, Digitalis lanata. Morinda citrifolia jne.The microorganism may be of prokaryotic or eukaryotic quality. Suitable microorganisms are, for example, a bacterium, e.g. lactic acid bacterium (Leuconostoc. Streptococcus, Lactobacillus), Corvnebacteriuro. Streptomyces. Pseudomonas. Xanthomonas. Bacillus. Clostridium. Escherichia. Proteus, etc., - fungus, eg Mucor. Aspergillus. Penicillium. especially yeasts such as Saccharomyces. Candida, etc., - algae, eg Chlorella. Curvularia, etc., or - a plant cell, e.g. Catharanthus roseus. Daucus carota, Digitalis lanata. Morinda citrifolia, etc.
Kokonaisten solujen, solufragmenttien tai soluorganel-lien, ts. kalvoilla päällystettyjen tai kalvojärjestelmistä koostuvien solualayksikköjen (kloroplastien, tylakoidien, mitokondrioiden jne) käyttö entsymaattisesti aktiivisena aineena on edullista, jos katalysoitava reaktio vaatii *; multientsyymijärjestelmää, esim. jos tarvitaan kofaktorei- ta (pyridiini- tai flaviininukleotideja jne), tai jos ka-tabolisen aineen sijasta on tarkoitus valmistaa biosyn-teettistä, esim. sekundääristä, tuotetta, johon tarvitaan monimutkaisia aineenvaihduntaketjuja.The use of whole cells, cell fragments or cell organelles, i.e. cell subunits coated with membranes or consisting of membrane systems (chloroplasts, tylocoids, mitochondria, etc.) as an enzymatically active substance is preferred if the reaction to be catalyzed requires *; a multienzyme system, e.g. if cofactors (pyridine or flavin nucleotides, etc.) are required, or if a biosynthetic, e.g. secondary, product requiring complex metabolic chains is to be prepared instead of a catabolic substance.
Entsymaattisesti aktiiviseksi aineeksi soveltuvat myös eristetyt entsyymit. Tyypillisiä esimerkkejä sellaisista entsyymeistä ovat oksidoreduktaasit (mm. laktaatti-dehydrogenaasi, alkoholidehydrogenaasi, glukoosioksidaa-si), transferaasit, (mm. heksokinaasi, glutamiininitransa-minaasi), lyaasit (mm. fumaraasi, aspartaasi), isomeraasit (mm. glukoosi-isomeraasi, mannoosi-isomeraasi), ligaasit 7 94257 (mm. glutationisyntetaasi, NAD-syntetaasi) jne.Isolated enzymes are also suitable as enzymatically active substances. Typical examples of such enzymes are oxidoreductases (e.g. lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, glucose oxidase), transferases, (e.g. hexokinase, glutamine nitranase), lyases (e.g. fumarase, iserase, ispartase), aspartase, ispartase. isomerase), ligases 7 94257 (e.g. glutathione synthetase, NAD synthetase), etc.
Entsymaattisesti aktiivisena aineena keksinnön mukaiset biokatalysaattorit voivat sisältää myös kuvattujen entsymaattisesti aktiivisten aineiden mitä yhdistelmiä tahansa, esimerkiksi kahden tai useamman mikro-organismilajin tai -kannan kokonaisten solujen yhdistelmän tai kokonaisten solujen ja entsyymien yhdistelmän. Pääajatus on solun biokatalyyttisten ominaisuuksien täydentäminen lisäentsyymeillä, joita solussa ei joko ole lainkaan tai vain hyvin vähän.As the enzymatically active substance, the biocatalysts of the invention may also contain any combination of the enzymatically active substances described, for example a combination of whole cells of two or more species or strains of microorganisms or a combination of whole cells and enzymes. The main idea is to supplement the biocatalytic properties of the cell with additional enzymes that are either absent or very few in the cell.
Erityisen edullisia entsymaattisesti aktiivisia aineita ovat bakteerin tai hiivan, erikoisesti Proteus-suvun bakteerin, mieluiten Proteus vuloaris-laiin ja/tai Proteus mirabilis-laiin bakteerin, kokonaiset solut. Erityisen edullinen on Proteus vulgaris-laji, esim. Proteus vulgaris ATCC 9484. Erityisen edullinen on myös sellainen entsymaattisesti aktiivinen aine, joka sisältää oksidore-duktaasia tai on oksidoreduktaasi.Particularly preferred enzymatically active substances are whole cells of a bacterium or yeast, in particular a bacterium of the genus Proteus, preferably of the species Proteus vuloaris and / or Proteus mirabilis. Particularly preferred is the species Proteus vulgaris, e.g. Proteus vulgaris ATCC 9484. Particularly preferred is also an enzymatically active substance which contains oxidoreductase or is oxidoreductase.
Kationinen polyelektrolyytti on luonnollinen tai synteettinen polymeeri tai kemiallisesti modifioitu luonnollinen polymeeri, esim. protonisoituja aminoryhmiä sisältävä polymeeri, edullisesti kitosaani ([2-amino-2-deoksi-(1 -* 4) —0-D—glukopyranaani; poly(1,4-/3-D-glykopyranoosi-amiini]). Kitosaani on suuren molekyylipainon omaava li-neaarinen polymeeri, joka koostuu glukoosiamiinialayksi-köistä, ja joka saadaan kitiinistä osittaisella deasety-loinnilla väkevän lipeän ja kuumuuden avulla. Kitiiniä esiintyy laajalti levinneenä meren selkärangattomissa eläimissä, hyönteisissä ja sienissä. Kitosaanin valmistukseen käytetään yleensä taskuravuissa, katkaravuissa, hum- mereissa jne olevaa kitiiniä. Keksinnön mukaiset helmen- muotoiset biokatalysaattorit sisältävät edullisesti kito-saania, jonka molekyylipaino on n. 50 000 - n. 3 000 000.The cationic polyelectrolyte is a natural or synthetic polymer or a chemically modified natural polymer, e.g. a polymer containing protonated amino groups, preferably chitosan ([2-amino-2-deoxy- (1- * 4) -O-D-glucopyranane; poly (1,4 Chitosan is a high molecular weight linear polymer composed of glucosamine subunits obtained from chitin by partial deacetylation with concentrated lye and heat. The chitin is widely distributed in the sea, as it is widely distributed in the marine selenium. [3-D-glycopyranose amine]. chitin in crabs, shrimps, lobsters, etc. The bead-shaped biocatalysts of the invention preferably contain chitosan having a molecular weight of about 50,000 to about 3,000,000.
Moniarvoisiksi anioneiksi soveltuvat moniarvoiset epäorgaaniset tai moniarvoiset orgaaniset anionit. Epäorgaanisia anioneja ovat edullisesti ortofosfaatti, metafosfaa- 8 94257 tit, esim. heksametafosfaatti, pyrofosfaatit, polyfosfaa-tit, esim. tri-, tetra- tai oktapolyfosfaatti, tai syano-ferraatit, esim. [Fe(CN)g]4- tai [Fe(CN)g]3”. Erityisen edullinen on tripolyfosfaatti. Orgaanisia anioneja ovat edullisesti polymeeriset orgaaniset karboksylaatit, sulfo-naatit tai hydroksiyhdisteet.Suitable polyvalent anions are polyvalent inorganic or polyvalent organic anions. Inorganic anions are preferably orthophosphate, metaphosphates, e.g. hexametaphosphate, pyrophosphates, polyphosphates, e.g. tri-, tetra- or octapolyphosphate, or cyano-ferrates, e.g. [Fe (CN) g] 4- or [ Fe (CN) g] 3 '. Tripolyphosphate is particularly preferred. Organic anions are preferably polymeric organic carboxylates, sulfonates or hydroxy compounds.
Piihapoksi soveltuu edullisesti saostettu piihappo, erityisen edullisesti sellainen saostettu piihappo, jonka keskimääräinen raekoko on 5 - 50 μτη ja keskimääräinen tilavuuspaino 5 - 100 g/100 ml, etenkin n. 20 - 50 g/100 ml.Suitable silicic acid is preferably precipitated silicic acid, particularly preferably precipitated silicic acid having an average grain size of 5 to 50 μτη and an average bulk density of 5 to 100 g / 100 ml, in particular about 20 to 50 g / 100 ml.
Lisäksi tämä.keksintö koskee menetelmää keksinnön mukaisten helmenmuotoisten, mekaanisesti erittäin lujien biokatalysaattorien valmistamiseksi, jolle menetelmälle on ominaista, että entsymaattisesti aktiivinen aine sekoitetaan kiinteässä muodossa olevan saostetun piihapon, vesipitoisen puskuriliuoksen ja kationisen polyelektrolyytin vesiliuoksen kanssa suspensioksi välttäen vaahdonmuodos-tusta, suspensio pannaan tipoittain vesipitoiseen verkkou-tushauteeseen, joka sisältää moniarvoisia anioneja ja näin syntyneet biokatalysaattorihelmet kutistetaan ja lujitetaan verkkoutushauteessa ja erotetaan mahdollisesti verk-koutushauteesta.The present invention furthermore relates to a process for preparing the pearl-like, mechanically high-strength biocatalysts according to the invention, which process is characterized in that the enzymatically active substance is mixed with an aqueous suspension of precipitated aqueous silica solution to a spray bath containing polyvalent anions and the biocatalyst beads thus formed are shrunk and reinforced in a crosslinking bath and possibly separated from the crosslinking bath.
Vaahdonmuodostuksen estäminen on ratkaisevan tärkeää valmistettaessa suspensiota entsymaattisesti aktiivisesta aineesta, kiinteässä muodossa olevasta saostuneesta piiha-posta, vesipitoisesta puskuriliuoksesta ja kationisen polyelektrolyytin vesiliuoksesta, koska muutoin syntyy mekaanisilta ominaisuuksiltaan huonompia katalysaattorihel-miä. Edullista on estää vaahdonmuodostus sekoittamalla eri komponentit keskenään piihapon läsnäollessa. Muutoin aineiden lisäysjärjestys voi olla mikä tahansa. Edullista on sekoittaa ensin entsymaattinen aine kiinteässä muodossa olevan piihapon kanssa ja vasta sen jälkeen lisätä se vesipitoiseen puskuriliuokseen ja sekoittaa lopuksi kationisen polyelektrolyyttiliuoksen kanssa.Prevention of foaming is crucial in the preparation of a suspension of an enzymatically active substance, a precipitated silica paste in solid form, an aqueous buffer solution and an aqueous solution of a cationic polyelectrolyte, as otherwise catalyst catalysts with poorer mechanical properties are formed. It is preferred to prevent foaming by mixing the various components together in the presence of silicic acid. Otherwise, the order of addition of the substances can be any. It is preferred to first mix the enzymatic substance with the silica in solid form and only then add it to the aqueous buffer solution and finally mix it with the cationic polyelectrolyte solution.
Biokatalysaattorihelmien keksinnön mukaisessa valmis- 9 94257 tuksessa käytetään sellaista entsymaattista ainetta kuin edellä on kuvattu, ts. mikro-organismin kokonaisia soluja, solufragmentteja tai soluorganelleja tai entsyymejä tai näiden yhdistelmää. Kokonaiset solut voivat tällöin olla eläviä, kuolleita tai esimerkiksi lyofilisoituja tai de-hydratoituja. Solujen viljeleminen ravintoalustassa, joka sisältää kaikki lisääntymiselle välttämättömät orgaaniset ja epäorgaaniset ainesosat (C-lähteen, N-lähteen, hivenaineet, kasvuaineet jne), ja solufragmentointi solufragment-tien aikaansaamiseksi tai soluorganellien eristäminen tapahtuvat sinänsä tunnetuilla menetelmillä. Immobilisoita-vat entsyymit ovat esimerkiksi liuenneena, dispergoituna, suspendoituna, emulgoituna tai kuivattuna. Mainittua ja edellä tarkemmin määriteltyä entsymaattisesti aktiivista ainetta käytetään keksinnön mukaiseen menetelmään solu-, solufragmentti- ja soluorganellisedimenttinä, -suodoksena tai -suspensiona tai entsyyminä vesiliuoksessa. Tämän selityksen yhteydessä ilmaisu "vesiliuoksessa" tarkoittaa, että liuos voi sisältää lisäksi epäorgaanisia tai orgaanisia suoloja ja vastaavaa. Kysymyksessä voi olla myös esimerkiksi yleisesti käytetty biologinen puskuri kuten asetaatti-, fosfaatti-, Tris-puskuri.In the preparation of the biocatalyst beads according to the invention, an enzymatic substance as described above is used, i.e. whole cells, cell fragments or cell organelles or enzymes of the microorganism or a combination thereof. The whole cells can then be alive, dead or, for example, lyophilized or dehydrated. Culturing the cells in a culture medium containing all the organic and inorganic constituents necessary for reproduction (C-source, N-source, trace elements, growth media, etc.) and cell fragmentation to obtain cell fragments or isolating cell organelles takes place by methods known per se. The immobilizing enzymes are, for example, dissolved, dispersed, suspended, emulsified or dried. Said and more enzymatically active substance as defined above is used in the process according to the invention as a cell, cell fragment and cell organelle sediment, filtrate or suspension or as an enzyme in aqueous solution. In the context of this specification, the term "in aqueous solution" means that the solution may additionally contain inorganic or organic salts and the like. It may also be, for example, a commonly used biological buffer such as acetate, phosphate, Tris buffer.
Vesipitoiseksi puskuriliuokseksi soveltuu esimerkiksi biologinen puskuri, jonka pH-arvo on 3-7, edullisesti n. 5, esim. fosfaatti-, sitraatti- tai asetaattipuskuri.Suitable aqueous buffer solutions are, for example, a biological buffer having a pH of 3 to 7, preferably about 5, e.g. phosphate, citrate or acetate buffer.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät kationi-set polyelektrolyytit on kuvattu edellä. Edullisin niistä on kitosaani. Käytettäessä kitosaania biokatalysaattori-helmien valmistamiseksi se on saatettava ensin vesiliuokseen, jotta siitä tulisi immobilisointiaineen integroitunut ainesosa. Sitä varten kitosaania, joka on ei-protoni-soituneessa muodossa veteen liukenematon, pannaan laimennettuihin, vesipitoisiin, etenkin orgaanisiin happoihin, esimerkiksi muurahaishappoon, etikkahappoon, palorypäle-happoon, oraenahappoon, sitruunahappoon tai vastaavaan, edullisesti etikkahappoon, jonka pH-arvo on yhtä suuri tai 10 94257 pienempi kuin 7, edullisesti 4 - 5,5 ja kuumennetaan mahdollisesti noin 60°C:seen liukenemisprosessin tukemiseksi. Kitosaaniliuos suodatetaan lopuksi liukenemattomien osien poistamiseksi. Keksinnön mukaisten biokatalysaattorihel-mien valmistamiseksi käytetään mielellään kitosaanin vesipitoista liuosta, jonka viskositeetti on 1000 - 20 000 cP ja pitoisuus 0,5 - 5 % (w/w). Erityisen edullista on käyttää erittäin viskoosin kitosaanin vesipitoista liuosta, jonka viskositeetti on noin 10 000 cP pitoisuuden ollessa noin 1,4 % (w/w).The cationic polyelectrolytes used in the process of the invention have been described above. The most preferred of these is chitosan. When chitosan is used to make biocatalyst beads, it must first be placed in aqueous solution to become an integrated component of the immobilizer. To this end, chitosan, which is insoluble in water in non-protonated form, is added to dilute, aqueous, in particular organic, acids, for example formic acid, acetic acid, pyruvic acid, orenoic acid, citric acid or the like, preferably acetic acid having a high pH or 94257 is less than 7, preferably 4 to 5.5 and is optionally heated to about 60 ° C to support the dissolution process. The chitosan solution is finally filtered to remove insolubles. An aqueous solution of chitosan with a viscosity of 1000 to 20,000 cP and a concentration of 0.5 to 5% (w / w) is preferably used to prepare the biocatalyst beads according to the invention. It is particularly preferred to use an aqueous solution of highly viscous chitosan having a viscosity of about 10,000 cP at a concentration of about 1.4% (w / w).
Näitä aineita käytetään edullisesti siten, että piiha-pon paino-osan suhde kationisen polyelektrolyytin paino-osaan on 1,5 - 50 : 1, erityisen edullisesti noin 15 : 1. Piihapon lopulliset pitoisuudet ylläkuvatussa suspensiossa ovat edullisesti 2 - 15 % (w/w), esim. 10 %. Kationisen polyelektrolyytin lopulliset pitoisuudet ylläkuvatussa suspensiossa ovat edullisesti 0,3 - 1,5 % (w/w), etenkin n. 0,7 %.These substances are preferably used in such a way that the weight ratio of silica to cationic polyelectrolyte is 1.5 to 50: 1, particularly preferably about 15: 1. The final concentrations of silica in the suspension described above are preferably 2 to 15% (w / w ), e.g. 10%. The final concentrations of cationic polyelectrolyte in the suspension described above are preferably 0.3 to 1.5% (w / w), especially about 0.7%.
Keksinnön mukaisten biokatalysaattorihelmien valmistukseen käytettävä piihappo on kuvattu edellä. Sitä käytetään kiinteässä muodossa.The silicic acid used to prepare the biocatalyst beads of the invention has been described above. It is used in solid form.
Verkkoutushauteena käytetään moniarvoisen anionin vesi-liuosta. Mahdolliset anionit on kuvattu edellä. Niitä käytetään happojen muodossa tai suoloina verkkoutushauteeseen, t Ί esim. alkalisuoloina, esim. natrium- tai kaliumsuoloina, li säksi myös ammoniumsuoloina. Edullinen on vesiliuos, johon käytetään tripolyfosforihappoa tai sen suolaa, esim. natrium- tai kaliumtripolyfosfaattia. Verkkoutushauteessa mainitut yhdisteet ovat esimerkiksi pitoisuuksina 0,5 - 10 % . (w/v), edullisesti 1,5 - 3 % (w/v). Verkkoutusliuoksen pH- * arvo on 5 - 10, edullisesti noin 8.An aqueous solution of a polyvalent anion is used as the crosslinking bath. Possible anions are described above. They are used in the form of acids or salts in a crosslinking bath, e.g. alkali salts, e.g. sodium or potassium salts, but also ammonium salts. An aqueous solution using tripolyphosphoric acid or a salt thereof, e.g. sodium or potassium tripolyphosphate, is preferred. The compounds mentioned in the crosslinking bath are, for example, in concentrations of 0.5 to 10%. (w / v), preferably 1.5 to 3% (w / v). The pH of the crosslinking solution is 5 to 10, preferably about 8.
Entsymaattisesti aktiivisesta aineesta, piihaposta, puskuriliuoksesta ja polykationista koostuva suspensio lisätään tipoittain verkkoutusliuokseen samalla sekoittaen, ja tarkoituksenmukaisesti siten, että verkkoutushauteen volyymi on vähintään noin kolme kertaa niin suuri kuin 11 94257 suspension volyymi. Tipoittainen lisääminen tapahtuu käyttämällä pieniaukkoista suutinta, esimerkiksi ruiskua, ruiskun tapaista injektiolaitetta, huokoista levyä tai vastaavaa sopivaa laitetta. Tipat voidaan puhaltaa suuttimen kärjestä käyttämällä paineilmaa, painetyppeä tai vastaavaa. Suspensio voidaan myös ruiskuttaa verkkoutusliuokseen esimerkiksi käyttämällä sumutuslaitetta, edullisesti painesumutus-laitetta.A suspension of the enzymatically active substance, silicic acid, buffer solution and polycation is added dropwise to the crosslinking solution with stirring, and suitably such that the volume of the crosslinking bath is at least about three times the volume of the suspension. The dropwise addition takes place using a small orifice nozzle, for example a syringe, a syringe-like injection device, a porous plate or a similar suitable device. The drops can be blown from the nozzle tip using compressed air, compressed nitrogen or the like. The suspension can also be injected into the crosslinking solution, for example using a spray device, preferably a pressure spray device.
Ylläkuvatulla menetelmällä saadut biokatalysaattorihel-met pidetään kutistumista ja kovettumista varten vähintään noin tunnin, esimerkiksi yön yli, verkkoutushauteessa. Ne erotetaan mahdollisesti verkkoutushauteesta tavanomaisilla, kiinteiden ja nestemäisten faasien erottamiseen sopivilla menetelmillä kuten dekantoimalla, suodattamalla jne. ja ennen niiden jatkokäyttöä suoritetaan fysiologinen pesupro-sessi, esimerkiksi fysiologisella keittosuolaliuoksella.The biocatalyst beads obtained by the process described above are kept for at least about an hour, for example overnight, in a crosslinking bath for shrinkage and curing. They are optionally separated from the crosslinking bath by conventional methods suitable for separating solid and liquid phases, such as decantation, filtration, etc., and are subjected to a physiological washing process, for example with physiological saline, before further use.
Keksinnön kohteena ovat myös keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettavat, mekaanisesti erittäin lujat helmenmuotoiset biokatalysaattorit.The invention also relates to mechanically very strong bead-shaped biocatalysts which can be prepared by the process according to the invention.
Keksintö koskee lisäksi orgaanisten aineiden muunto-menetelmiä, joille on tunnusomaista, että reaktioon käytetään helmenmuotoisia keksinnönroukaisia biokatalysaattorei-ta.The invention furthermore relates to processes for the conversion of organic substances which are characterized in that bead-shaped biocatalysts of the invention are used for the reaction.
Sen mukaan minkälaista immobilisoitua entsymaattisesti '[ aktiivista ainetta käytetään, on mahdollista tuottaa laaja valikoima tuotteita, jotka syntyvät käymisprosesseissa, primääriaineenvaihdunnassa, mikrobien transformaatiossa jne., esimerkiksi - kemikaaleja, esim. sitruunahappoa Aspergillus niaerillä. etanolia Zvmomonas mobilisilla. L-omenahappoa fumaraa- , silla, H2:ta chlorella-klostridi-koimmobilisaateilla, - elintarvikkeita, esim. soijakastiketta Pediococcus halo-philuksella.Depending on the type of immobilized enzymatically active substance used, it is possible to produce a wide range of products resulting from fermentation processes, primary metabolism, microbial transformation, etc., for example - chemicals, e.g. citric acid with Aspergillus niaer. ethanol Zvmomonas mobile. L-malic acid with fumarate, bridge, H2 with chlorella-clostridial coimmobilates, - foods, eg soy sauce with Pediococcus halo-philus.
- entsyymejä, esim. amylaaseja Aspergillus nigerillä.- enzymes such as amylases in Aspergillus niger.
- lääkkeitä, esim. penisilliinejä Penicillium chrvsogenu-milla tai 12 94257 - aminohappoja, esim. L-asparagiinihappoa L-aspartaasilla.- drugs, e.g. penicillins with Penicillium chrvsogenum or 12 94257 - amino acids, e.g. L-aspartic acid with L-aspartase.
Edullisia ovat menetelmät a-hydroksikarboksyylihappojen valmistamiseksi α-ketokarboksyylihapoista keksinnönmukais-ten biokatalysaattoreiden avulla, joiden entsymaattisesti aktiivinen aine sisältää oksidoreduktaasia, tai on oksido-reduktaasi, tai koostuu Proteus-suvun bakteerin kokonaisista soluista, etenkin lajien Proteus vulgaris ja/tai Proteus mirabilis, mieluiten Proteus vulgaris. Substraatin pelkistys tapahtuu niin kutsutulla finaalireduktaasil-la, esim. substraatille spesifisellä dehydrogenaasilla. Yleensä finaalireduktaasin tarvitsemat pelkistysekvivalen-tit saadaan koentsyymistä, esim. pyridiininukleotideista, kuten nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi(fosfaatista) (NADH, NADPH) tai flaviininukleotideista kuten flaviini-mononukleotidista (FMNH) tai flaviiniadeniinidinukleoti-dista (FADH). Pelkistetyt nukleotidit puolestaan syntyvät elektronien siirrolla esim. luonnollisten tai synteettisten elektronien välittäjien, joilla on sopiva pelkistys-hapetuspotentiaali, kuten ferredoksiinin tai bipyridinium-johdannaisten, esim. 4,4'-bipyri-diniumjohdannaisen (vio-logeeni) tai 2,2'-bipyridiniumjohdannaisten (esimerkiksi dikvatti-dikationien, kuten dikvattidibromidin tai dikvatti-dikloridin) avulla.Preferred are processes for the preparation of α-hydroxycarboxylic acids from α-ketocarboxylic acids by means of biocatalysts according to the invention, the enzymatically active substance of which contains oxidoreductase or is oxidido reductase, or consists of whole cells of Proteus, especially Proteus vulgaris and Proteus vulgaris. vulgaris. The reduction of the substrate takes place by a so-called final reductase, e.g. a substrate-specific dehydrogenase. In general, the reduction equivalents required for final reductase are obtained from a coenzyme, e.g., pyridine nucleotides such as nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) (NADH, NADPH) or flavin nucleotides such as flavin mononucleotide (FMNH) or flavin adenine ducin Reduced nucleotides, in turn, are generated by electron transfer, e.g., from natural or synthetic electron mediators with suitable reduction-oxidation potential, such as ferredoxin or bipyridinium derivatives, e.g., 4,4'-bipyridinium derivative (viogen) or 2,2'-bipyridine. (for example diquat dications such as diquat dibromide or diquat dichloride).
Erityisen edullinen on menetelmä 2-hydroksi-4-fenyyli-voihapon, erityisesti 2-(R)-hydroksi-4-fenyylivoihapon valmistamiseksi 2-oksi-4-fenyylivoihaposta keksinnön mukaisten biokatalysaattoreiden avulla, joiden entsymaattisesti aktiivinen aine sisältää oksidoreduktaasia tai on oksidoreduktaasi tai koostuu Proteus-suvun, etenkin Proteus vulgaris- ja/tai Proteus mirabilis-lajin, mieluiten • Proteus vulgaris-lajin bakteerin kokonaisista soluista.Particularly preferred is a process for the preparation of 2-hydroxy-4-phenylbutyric acid, in particular 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid, from 2-oxy-4-phenylbutyric acid by means of biocatalysts according to the invention whose enzymatically active substance contains or consists of oxidoreductase or oxidoreductase. From whole cells of the genus Proteus, in particular Proteus vulgaris and / or Proteus mirabilis, preferably • Proteus vulgaris.
2-(R)-hydroksi-4-fenyylivoihappo on arvokas välituote ACE (angiotensin converting enzyme)-inhibiittorien tai niiden esiasteiden valmistamisessa. Tämä tehoaineluokka on viime vuosina saanut kasvavaa huomiota osakseen. Se laajentaa käytettävissä olevien antihypertensiivisten aineiden po- 13 94257 tentiaalia ja siten kohonneen verenpaineen hoitomahdollisuuksia. Erityisen tärkeänä pidetään tällöin ACE-estäjän 3-[[l-etoksikarbonyyli-3-fenyyli-(lS)-propyyli]-amino]-2,3,4,5-tetrahydro-2-okso-lH-l-(3S)-bentsatsepiini-1-etikkahappo-monohydro-kloridin (=Benazepril) valmistusta.2- (R) -Hydroxy-4-phenylbutyric acid is a valuable intermediate in the preparation of ACE (angiotensin converting enzyme) inhibitors or their precursors. This class of active substances has received increasing attention in recent years. It expands the potential of available antihypertensive agents and thus the treatment options for hypertension. Of particular importance is the ACE inhibitor 3 - [[1-ethoxycarbonyl-3-phenyl- (1S) -propyl] amino] -2,3,4,5-tetrahydro-2-oxo-1H-1- (3S) -benzazepine-1-acetic acid monohydrochloride (= Benazepril).
Tämä keksintö koskee erityisesti menetelmää 2-(R)-hyd-roksi-4-fenyylivoihapon valmistamiseksi 2-okso-4-fenyyli-voihaposta, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että keksinnön mukaiset helmenmuotoiset biokatalysaattorit, joiden entsymaattisesti aktiivinen aine koostuu Proteus-suvun, etenkin lajien Proteus vulgaris ja/tai Proteus mirabilis. mieluiten Proteus vulgaris, bakteerin kokonaisista soluista, pannaan kiinteäkerros- tai leijukerrosreaktoriin, mieluummin kiinteäkerrosreaktoriin, jonka läpi johdetaan jatkuvasti 2-okso-4-fenyylivoihapposubstraatin vesiliuosta, jonka pitoisuus on esimerkiksi 50 - 200 mM, formiaatin, esim. alkalimetalliformiaatin, kuten kalium- tai natrium-formiaatin vesiliuosta, jonka pitoisuus on esimerkiksi 100 - 500 mM, sekä elektronien välittäjän, esim. 4,4'-bipyri-diniumjohdannaisen, kuten metyyliviologeenin, karbamoyyli-metyyliviologeenin tai bentsyyliviologeenin, tai 2,2'-bi-pyridinium-johdannaisen, kuten dikvatti-dikationin vesili-osta, jonka pitoisuus on esim. 0,5 - 10 mM. Substraatin pelkistäminen katalysoidaan esimerkiksi Proteus vulgaris-bakteerin sisältämällä 2-oksokarboksyylihapporeduktaasilla (2-hydroksikarboksylaattiviologeeni-oksidoreduktaasilla). Koska tällä entsyymillä on hyvä enantioselektiivisyys, ja tuotteella on syntyessään yli 99,8%:n enantiomeeriylijäämä, on keksinnön mukaisella menetelmällä saadun tuotteen • käytöllä se erityinen etu, että useissa vaiheissa tapahtuvassa ACE-estäjän synteesissä voidaan jo synteesin melko varhaisessa vaiheessa käyttää enantiomeerisesti puhdasta yhdistettä. Yllä kuvatulla menetelmällä on mahdollista saada yli 99%:n saantoja.This invention relates in particular to a process for the preparation of 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid from 2-oxo-4-phenylbutyric acid, which process is characterized in that the bead-shaped biocatalysts according to the invention, the enzymatically active substance of which belongs to the genus Proteus, species Proteus vulgaris and / or Proteus mirabilis. preferably Proteus vulgaris, from whole cells of the bacterium, is placed in a solid bed or fluidized bed reactor, preferably a solid bed reactor through which an aqueous solution of a 2-oxo-4-phenylbutyric acid substrate at a concentration of, for example, 50 to 200 mM, formate, e.g. alkali metal formate, is continuously passed. aqueous formate, for example at a concentration of 100 to 500 mM, and an electron mediator, e.g. a 4,4'-bipyridinium derivative such as methyl viologene, carbamoylmethyl viologene or benzyl viologene, or a 2,2'-bi-pyridinium derivative such as an aqueous solution of diquat dication at a concentration of, for example, 0.5 to 10 mM. Substrate reduction is catalyzed, for example, by 2-oxocarboxylic acid reductase (2-hydroxycarboxylate viivene oxidoreductase) contained in Proteus vulgaris. Since this enzyme has good enantioselectivity and the product has an enantiomeric excess of more than 99.8% when formed, the use of the product obtained by the process of the invention has the particular advantage that an enantiomerically pure compound can be used at a relatively early stage in the ACE inhibitor synthesis. . With the method described above, it is possible to obtain yields of more than 99%.
Seuraavien esimerkkien on tarkoitus valaista keksin- 14 94257 töä, rajoittamatta sitä kuitenkaan vain esitettyihin esimerkkeihin.The following examples are intended to illustrate the invention, but are not limited to the examples shown.
Lyhenteet ee enantiomeeriylijäämä ("enantiomeric excess") HPLC korkeapa ine-nestekromatografi rpm kierrosta minuutissaAbbreviations ee enantiomeric excess HPLC high performance liquid chromatograph rpm rpm
Esimerkki 1: Proteus vulgaris-bakteereita sisältävien helmenmuotoisten biokatalvsaattoreiden valmistusExample 1: Preparation of bead-shaped biocatalysts containing Proteus vulgaris
Proteus vulgaris-bakteeria (ATCC 9484) viljellään täydellisessä kasvualustassa (hiivauutetta 5 g/1, glukoo-simonohydraattia 5 g/1, K2HP04 5 g/1, lihasta peräisin olevaa peptonia 20 g/1, pH-arvo 7) 24 tuntia 37°C:ssa käsittelemällä sitä kevyesti N2-kaasulla. Näin saadut solut kerätään 12°C:ssa Z 41 G-tyyppisessä CEPA-sentri-fugissa (läpisyöttöteho 300 1/h) huuhtelemalla N2:lla kierrosluvun ollessa 20 000 rpm (16 950 g). 400 litrasta viljelynestettä saadaan 580 g bakteerisedimenttiä, jonka kosteuspitoisuus on n. 80%. 1 paino-osa kosteata bakteeri-massaa ja 1 paino-osa piihappoa (Baker-tuote n:o 254; raekoko n. 20 /un, 95% >3 /im, 95% <60 /im; tilavuuspaino n.Proteus vulgaris (ATCC 9484) is cultured in complete medium (yeast extract 5 g / l, glucose simohohydrate 5 g / l, K2HPO4 5 g / l, meat-derived peptone 20 g / l, pH 7) for 24 hours at 37 ° In C by gently treating it with N2 gas. The cells thus obtained are collected at 12 ° C in a Z 41 G-type CEPA centrifuge (throughput 300 l / h) by rinsing with N 2 at 20,000 rpm (16,950 g). From 400 liters of culture medium, 580 g of bacterial sediment with a moisture content of about 80% are obtained. 1 part by weight of moist bacterial pulp and 1 part by weight of silicic acid (Baker product no. 254; grain size approx. 20 [mu] m, 95%> 3 [mu] m, 95% <60 [mu] m; vol. Weight approx.
50 g/100 ml) lietetään 3 paino-osaan 50 mM natriumasetaat-tipuskuria, jonka pH-arvo on 5, ja lisätään lopuksi voimakkaasti sekoittaen 5 paino-osaa l,4%:ista (w/w) erittäin viskoosia kitosaaniasetaattiliuosta (viskositeetti n. 10 000 cP, 20°C:ssa, 10 rpm, pH-arvo säädetty etikkahapolla arvoon 4,5; liukenemattomat ainesosat on siivilöity pois).50 g / 100 ml) is slurried in 3 parts by weight of 50 mM sodium acetate drop buffer, pH 5, and finally 5 parts by weight of a 1.4% (w / w) highly viscous chitosan acetate solution (viscosity n) are added with vigorous stirring. 10,000 cP, at 20 ° C, 10 rpm, pH adjusted to 4.5 with acetic acid; insoluble components filtered off).
! Tämä suspensio (viskositeetti n. 2000 cP) lisätään tipoit-tain kevyesti sekoittaen l,5%:iseen (w/v) natriumtripoly-fosfaattiliuokseen (vähintään kolme kertaa suspension volyymi; pH-arvo on säädetty fosforihapolla arvoon 8,1). Tähän käytetään ruiskua, jonka kanyyliaukon läpimitta on 1,4 mm ja läpisyöttöteho 1 ml/min.) Tipat puhalletaan kanyy- 15 94257 lista painetypellä (pudotusinatka 10 - 15 cm) . Näin syntyy helmenmuotoisia, läpimitaltaan 2-3 mm kokoisia hiukkasia, jotka jätetään kutistumista ja kovettumista varten 2 tunniksi natriumtripolyfosfaattiverkkoutushauteeseen. 100 g:sta suspensiota saadaan n. 40 g helmiä (tilavuuspaino n.! This suspension (viscosity approx. 2000 cP) is added dropwise with gentle stirring to a 1.5% (w / v) sodium tripolyphosphate solution (at least three times the volume of the suspension; the pH has been adjusted to 8.1 with phosphoric acid). A syringe with a cannula orifice diameter of 1.4 mm and a throughput of 1 ml / min is used for this.) The drops are blown into the cannula with pressurized nitrogen (drop angle 10-15 cm). This produces bead-shaped particles with a diameter of 2-3 mm, which are left to shrink and cure for 2 hours in a sodium tripolyphosphate crosslinking bath. About 40 g of beads are obtained from 100 g of suspension (volume weight approx.
80 ml), joiden solupitoisuus on 0,25 g kosteata bakteeri-massaa tai 0,05 g kuivasoluja yhtä helmigrammaa kohti, joita seuraavassa kutsutaan piihapon pitoisuuden suhteen ruiskutetussa suspensiossa "10%:isiksi piihappo-biokatalysaattorihelmiksi".80 ml) with a cell content of 0.25 g of moist bacterial mass or 0.05 g of dry cells per gram of beads, hereinafter referred to as "10% silicic acid biocatalyst beads" in terms of the silica content of the injected suspension.
Vertailun vuoksi valmistetaan "kontrolli-biokataly-saattorihelmiä" ilman piihappoa. Tätä varten lietetään 1 paino-osa kosteata bakteerimassaa 4 paino-osaan nat-riumasetaattipuskuria, jonka pH-arvo on 5 ja sekoitetaan sen jälkeen 5 paino-osaan ylläkuvattua kitosaaniasetaatti-liuosta. Suspenpio lisätään tipoittain edellä kuvatulla tavalla natriumtripolyfosfaattiliuokseen helmenmuotoisten hiukkasten valmistamiseksi.For comparison, "control biocatalyst beads" are prepared without silicic acid. To this end, 1 part by weight of moist bacterial mass is slurried in 4 parts by weight of sodium acetate buffer having a pH of 5 and then mixed with 5 parts by weight of the chitosan acetate solution described above. The suspension is added dropwise to the sodium tripolyphosphate solution as described above to prepare bead-like particles.
"Kontrollibiokatalysaattorihelmien" valmistuksen lie-tevaiheessa muodostuu runsaasti vaahtoa, mitä ei tapahdu valmistettaessa "10%:isiä piihappo-biokatalysaattorihel-miä", koska piihappo vaikuttaa vaahdonehkäisijänä. Vaah-donmuodostuksen vuoksi "kontrollibiokatalysaattorihelmet" ovat kevyempiä kuin helmet, joihin on lisätty piihappoa ja niillä on taipumus nousta verkkoutushauteen pinnalle.In the slurry step of the preparation of "control biocatalyst beads", a large amount of foam is formed, which does not occur in the preparation of "10% silicic acid biocatalyst beads" because silicic acid acts as a defoamer. Due to foam formation, "control biocatalyst beads" are lighter than beads with added silicic acid and tend to rise to the surface of the crosslinking bath.
Esimerkki 2: Biokatalvsaattorihelmien paineluiuuden määrittelyExample 2: Determination of the pressure novelty of biocatalyst beads
Biokatalysaattorihelmien painelujuuden määrittely suoritetaan sen jälkeen kun niitä on säilytetty yhden päivän ajan 4°C:n lämpötilassa natriumtripolyfosfaattiliuoksessa, : jonka pH-arvo on 8,1, termomekaanisissa analyyseissä käytettävällä mittausjärjestelmällä (TA 3000-järjestelmällä, jossa on mittausvalokenno TMA 40, Mettler Instrumente AG, Greifensee, Sveitsi). Kulloinkin kolme kosteassa tilassa olevaa biokatalysaattorihelmeä (läpimitta 3 mm) asetetaan koepöydälle kolmiokulmaan keskenään aivan lähekkäin ja pei- 16 94257 tetään keskiöidysti natriurotripolyfosfaattiliuoksella kostutetulla keramiikkalevyllä (läpimitta 6 mm, vahvuus 0,7 mm, kuivapaino 70 mg), jolle mittaustuntoelin asetetaan. Koekappaleen muodonmuutos (helmien paksuuden pieneneminen ilmoitettu μηκηΗ) mitataan ajan funktiona painamalla keramiikka-levyä 0,02 N:n kuormituksella tasalämpöisesti 30°C:ssa. Tulokset on esitetty taulukossa 1.The compressive strength of the biocatalyst beads is determined after storage for one day at 4 ° C in sodium tripolyphosphate solution, pH 8,1, using a measuring system for thermomechanical analyzes (TA 3000 system with measuring photocell TMA 40, Mettler Instrumente AG , Greifensee, Switzerland). In each case, three wet biocatalyst beads (diameter 3 mm) are placed on the test table at right angles to each other and covered centrally with a ceramic plate (diameter 6 mm, 6 mm, strength. The deformation of the test piece (decrease in bead thickness indicated in μηκηΗ) is measured as a function of time by pressing the ceramic plate under a load of 0,02 N at a constant temperature at 30 ° C. The results are shown in Table 1.
Taulukko 1: Biokatalvsaattorihelmien paineluiuuden määrittely 3 mm:n kokoisten biokatalysaattorihelmien _ muodonmuutos Γμΐηΐ__Table 1: Determination of the pressure novelty of biocatalyst beads - deformation of 3 mm biocatalyst beads Γμΐηΐ__
Aika [min] Kontrolli-biokataly- 10%:isiä piihappo- saattorihelmiä biokatalysaattorihelmiä 0,5 40 10 1 80 20 2 130 30 4 200 40Time [min] Control biocatalyst 10% silica exchange beads biocatalyst beads 0.5 40 10 1 80 20 2 130 30 4 200 40
Taulukosta 1 ilmenee, että "10%:iset piihappo-biokatalysaat-torihelmet ovat olennaisesti painekestävämpiä kuin "kontrol-libiokatalysaattorihelmet". 15 minuutin kuluttua "10%listen piihappo-biokatalysaattorihelmien muodonmuutos ei lisäänny enää juuri lainkaan.Table 1 shows that "10% silica biocatalyst beads are substantially more pressure resistant than" control libocatalyst beads. "After 15 minutes, the deformation of 10% silica biocatalyst beads hardly increases at all.
Esimerkki 3: 2-fR)-hvdroksi-4-fenvvlivoihapon valmistus helmenmuotoisten biokatalvsaattoreiden : avulla laboratoriomittakaavassa 48 ml (kaatotilavuus) "10%:isiä piihappo-biokatalysaat-torihelmiä, jotka valmistetaan 60 g:sta esimerkin 1 mukaista suspensiota, erotetaan natriumtripolyfosfaattiverkkoutus-hauteesta ja ne lisätään 200 ml:aan typellä esikaasutettua liuosta, jossa on 50 mM (1,84% (w/v)) natriumtripolyfosfaat- 17 94257 tipuskuria, jonka pH-arvo on 7, 100 mM kaliumformiaattia ja 1 mM karbamoyylimetyyliviologeeniä (1,l'-dikarbamoyylimetyy-li^ ,4'-dipyridiniumdikationia). Helmiä pidetään tässä pelkistysliuoksessa tyhjiössä kaasun poistumiseen asti kunnes ne muuttuvat kokonaan violetin värisiksi, mikä johtuu Proteus vulgaris-bakteerin sisältämän formiaattidehydroge-naasin aiheuttamasta karbamoyylimetyyliviologeenin pelkistymisestä. Lopuksi helmet pannaan entsyymi-kiinteäkerrosreak-toriin, esim. vaipalla varustettuun lasipylvääseen (sisä-läpimitta 1,6 cm, kerroskorkeus 24 cm, 25°C). Typellä esi-kaasutettua substraattiliuosta (jossa on 50 mM natriumtripo-lyfosfaattipuskuria, jonka pH-arvo on 6,7, 100 mM 2-okso- 4-fenyylivoihappoa, 300 mM kaliumformaattia, 3 mM karbamoyylimetyyliviologeeniä) johdetaan jatkuvasti pylvääseen annos-telupumpun avulla 2,0-3,0 bar'in ylipaineella, läpisyöttöte-hon ollessa ensin 120 ml/h ja myöhemmin 24 ml/h. Reaktiotu-los, joka syntyy pelkistettäessä 2-okso-4-fenyylivoihappo 2-(R)hydroksi-4-fenyylivoihapoksi, joka katalysoidaan Proteus vulgaris-bakteerin sisältämällä 2-oksokarboksyyli-happoreduktaasilla (2-hydroksikarboksylaattiviologeeni-oksidoreduktaasilla), mitataan HPLC-analyysillä (pylväs: Nucleosil C18, hiukkaskoko 5 /un, pituus 12,5 cm, sisäläpi-mitta 4,6 mm; läpisyöttöteho 1,0 ml/min.; ajoaine: 3 tilavuusosaa asetonitriiliä/8 tilavuusosaa 100 mM kalium-fosfaattipuskuria, jonka pH-arvo on 3).Example 3: Preparation of 2-fR) -hydroxy-4-phenylbutyric acid with beaded biocatalysts: on a laboratory scale, 48 ml (pour volume) of "10% silica biocatalyst beads prepared from a suspension of 60 g of the suspension according to Example 1 are separated and added to 200 ml of a nitrogen gasified solution of 50 mM (1.84% (w / v)) sodium tripolyphosphate-17 94257 drop buffer pH 7, 100 mM potassium formate and 1 mM carbamoylmethyl violin (1.1 l). The beads are kept in this reduction solution under vacuum until gas evolution occurs until they turn completely purple due to the formate dehydrogenase of Proteus vulgaris. , e.g. to a glass column with a jacket (inner diameter 1.6 cm, wed height 24 cm, 25 ° C). A nitrogen pre-gasified substrate solution (containing 50 mM sodium tripolyphosphate buffer pH 6.7, 100 mM 2-oxo-4-phenylbutyric acid, 300 mM potassium formate, 3 mM carbamoylmethyl violin) is continuously applied to the column by means of a dosing pump 2, At an overpressure of 0-3.0 bar, with a throughput of 120 ml / h and then 24 ml / h. Reaction result from reduction of 2-oxo-4-phenylbutyric acid to 2- (R) hydroxy-4-phenylbutyric acid catalyzed by 2-oxocarboxylic acid reductase in Proteus vulgaris (2-hydroxycarboxylate viivene analysis) by oxidation reduction column: Nucleosil C18, particle size 5 [mu] m, length 12.5 cm, internal diameter 4.6 mm, throughput 1.0 ml / min, propellant: 3 volumes of acetonitrile / 8 volumes of 100 mM potassium phosphate buffer, pH the value is 3).
Samalla tavalla "kontrollibiokatalysaattorihelmiä" (kaatotilavuus 49 ml, 60 g:sta esimerkin 1 mukaista suspensiota) käytetään 2-okso-4-fenyylivoihapon pelkistykseeen. Tällöin on välttämätöntä supistaa helmikerrosta pylväsadap-terilla, koska suurin osa helmistä kelluu, jolloin pylvää-: seen syntyy tyhjätiloja.Similarly, "control biocatalyst beads" (pour volume 49 ml, from 60 g of the suspension according to Example 1) are used for the reduction of 2-oxo-4-phenylbutyric acid. In this case, it is necessary to shrink the bead layer with a column adapter, since most of the beads float, creating voids in the column.
Tuottavuusmäärittelyn tulokset on esitetty taulukossa 2.The results of the productivity definition are shown in Table 2.
18 9425718 94257
Taulukko 2: 2-(R)-hydroksi-4-fenvvlivoihapon valmistus kiinteäkerrosreaktorissa helmenmuotoisten biokatalvsaattoreiden avulla fsaanto)Table 2: Preparation of 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid in a solid bed reactor using bead-shaped biocatalysts (yield)
Saanto kiinteäkerrosreaktorissa 25°C:ssa Läpisyöttöteho kontrolli- 10%:isiä piihappo- [ml/h] biokatalysaattorihelmiä biokatalysaattori- _ . ___,_helmiä_ 120 60 % 70 % 24 96 % > 99,5%Yield in a fixed bed reactor at 25 ° C Feed throughput control 10% silica [ml / h] biocatalyst beads biocatalyst. ___, _ beads_ 120 60% 70% 24 96%> 99.5%
Taulukosta 2 ilmenee, että "kontrollibiokatalysaatto-rihelmillä" on selvästi huonompi tuottavuus kuin "10%:isillä piihappo-biokatalysaattorihelmillä".Table 2 shows that "control biocatalyst beads" have clearly lower productivity than "10% silicic acid biocatalyst beads".
Helmien lisääntyvän tiivistymisen vuoksi kontrolli-entsyymireaktorin jatkuva käyttö ei ole mahdollista, koska pylväs tukkeutuu jo päivän käytön jälkeen läpisyöttötehon ollessa 24 ml/h. "10%:isiä piihappo-biokatalysaattorihelmiä" käytettäessä jatkuva käyttö samoissa olosuhteissa ei sitä vastoin tuota mitään ongelmia.Due to the increasing condensation of the beads, continuous operation of the control enzyme reactor is not possible, as the column becomes clogged after only one day of use at a throughput of 24 ml / h. In contrast, when "10% silica biocatalyst beads" are used, continuous use under the same conditions does not present any problems.
• Esimerkki 4: 2-(R)-hvdroksi-4-fenvvlivoihapon valmistus helmenmuotoisten biokatalvsaattoreiden avulla pilot-mittakaavassa ia tuotteen eristäminen "10%:isten piihappo-biokatalysaattorihelmien" valmistaminen tapahtuu 573 g:sta esimerkin 1 mukaista bakteerisedi-‘ menttiä, jolloin tippojen muodostukseen kuitenkin käytetään ruiskun sijasta laitetta, jossa on hammaspyöräpumppu (läpisyöttöteho 1,4 1/h; paine n. 0,5 bar) ja 7-suihkeinen suihku, jonka kapillaarikoko on 0,6 mm. Tippumistiheyden nostamiseksi tai tippakoon säätämiseksi on jokaisessa kapillaarissa erillinen ilmanpoistokanava. Kutistumisen ja kovet- 19 94257 tumisen jälkeen 3%:isessa (w/v) natriumtripolyfosfaatti-liuoksessa saadaan 573 g:sta bakteerisedimenttiä n. 4 1 (kaatotilavuus) helmiä.• Example 4: Preparation of 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid using bead-shaped biocatalysts on a pilot scale and isolation of the product The preparation of "10% silicic acid biocatalyst beads" takes place from 573 g of the bacterial cement according to Example 1, however, instead of a syringe, a device with a gear pump (throughput 1.4 l / h; pressure approx. 0.5 bar) and a 7-spray jet with a capillary size of 0.6 mm is used for the formation. To increase the drip frequency or adjust the drip size, each capillary has a separate duct. After shrinkage and curing in 57% (w / v) sodium tripolyphosphate solution, 573 g of bacterial sediment give about 4 l (pour volume) of beads.
2-(R)-hydroksi-4-fenyylivoihappo valmistetaan samalla tavalla kuin esimerkissä 3. Saadut 4 1 (kaatotilavuus) ”10%:isiä piihappo-biokatalysaattorihelmiä” erotetaan nat-riumtripolyfosfaatti-verkkoutushauteesta ja lisätään 6 l:aan typellä kaasukäsiteltyä liuosta, jossa on 100 mM (3,68%) natriumtripolyfosfaattia, jonka pH-arvo on 7, 100 mM kaliumformiaattia ja 1 mM karbamoyylimetyyliviologeeniä. Helmet pidetään tässä pelkistysliuoksessa tyhjiössä kaasun poistumiseen asti kunnes helmet ovat muuttuneet kokonaan violetin värisiksi. Lopuksi helmet pannaan kromatografiapyl-vääseen (sisäläpimitta 11,3 cm, pohjapinta-ala 100 cm2 , pituus 60 cm, kerroskorkeus 40 cm). Typellä kaasukäsitelty substraattiliuos (100 mM natriumtripolyfosfaattipuskuria, jonka pH-arvo on 6,7, 112,2 mM 2-okso-4-fenyylivoihappoa, 300 mM kaliumformiaattia, l mM karbamoyylimetyyliviologeeniä) steriilisuodatetaan ja johdetaan jatkuvasti pylvään läpi annostelupumpulla 2,0 - 3,0 bar'in ylipaineella, läpi-syöttötehon ollessa ensin 2,5 1/h. HPLC-menetelmällä mitattu saanto on > 99,5%. Pylväs on toiminnassa huoneen lämpötilassa, t.s. n. 23 - 26,5°C:ssa, keskeytymättä yötä päivää.2- (R) -Hydroxy-4-phenylbutyric acid is prepared in the same manner as in Example 3. The resulting 4 L (pour volume) of “10% silicic acid biocatalyst beads” is separated from a sodium tripolyphosphate crosslinking bath and added to 6 L of a nitrogen-treated solution. is 100 mM (3.68%) sodium tripolyphosphate at pH 7, 100 mM potassium formate and 1 mM carbamoylmethyl violin. The beads are kept in this reduction solution under vacuum until the gas escapes until the beads have completely turned purple. Finally, the beads are applied to a chromatography column (inner diameter 11.3 cm, bottom area 100 cm 2, length 60 cm, layer height 40 cm). The nitrogen gas-treated substrate solution (100 mM sodium tripolyphosphate buffer pH 6.7, 112.2 mM 2-oxo-4-phenylbutyric acid, 300 mM potassium formate, 1 mM carbamoylmethyl violin) is sterile filtered and passed continuously through a column with a dosing pump 2.0, At an overpressure of 0 bar, the throughput first being 2.5 1 / h. The yield measured by HPLC is> 99.5%. The column is in operation at room temperature, i. at about 23-26.5 ° C, without interruption overnight.
Saanto kontrolloidaan päivittäin HPLC-analyysillä • ja se pidetään säätelemällä pumpun nopeutta saantoarvoissa > 99,5 %. 25 päivän kuluttua on yhteensä n. 800 1 reaktio-liuosta reagoinut (keskimääräinen saanto on 99,6 % ja läpisyöttöteho on noin 1 1/h.The yield is monitored daily by HPLC analysis • and is maintained by controlling the pump speed at yield values> 99.5%. After 25 days, a total of about 800 l of reaction solution has reacted (average yield 99.6% and throughput capacity about 1 1 / h.
1160 1 reaktiossa syntynyttä reaktioliuosta sekoitetaan 250 l:aan etikkaesteriä ja säädetään 114 1:11a 42,5%:ista * ortofosforihappoa pH-arvoon 2,6. 2-(R)-hydroksi-4-fenyyli-voihappo uutetaan etikkaesteriin 94 %:n saannolla. Vesifaasiin jäänyt 2-(R)-hydroksi-4-fenyylivoihappo uutetaan vielä kaksi kertaa kulloinkin 120 1:11a etikkaesteriä. Näiden kolmen uuttamisvaiheen jälkeen 2-(R)-hydroksi-4-fenyylivoihapon uutuminen on täydellinen (99,8%). Kolmen etikkaesterifaasin 20 94257 yhdistämisen jälkeen (yhteisvolyymi 450 1) ja kun on lisätty 250 1 etikkaesteriä ja tislattu 470 1 liuotinta, liuos suodatetaan kirkkaaksi yksilevysuodattimella. 50 1 etikka-esteriä käytetään suodattimen huuhtelemiseen ja lisätään kirkkaaseen liuokseen. Kun on tislattu 200 1 liuotinta, on liuoksen lopputilavuus 80 1. Tähän liuokseen lisätään 400 1 sykloheksaania ja 200 1 liuotinta tislataan. Kiteytyneen aineen sentrifugoinnin ja kuivauksen jälkeen tyhjiössä 20 -25°C:ssa vakiopainoon asti saadaan 23,4 kg kiteistä 2-(R)-hydroks i-4-fenyy1ivo ihappoa.1160 l of the reaction solution formed in the reaction are mixed with 250 l of ethyl acetate and 114 l of 42.5% * orthophosphoric acid are adjusted to pH 2.6. 2- (R) -Hydroxy-4-phenylbutyric acid is extracted into the ethyl acetate in 94% yield. The 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid remaining in the aqueous phase is extracted twice more with 120 l of ethyl acetate each time. After these three extraction steps, the extraction of 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid is complete (99.8%). After combining the three ethyl acetate phases 20 94257 (total volume 450 l) and adding 250 l of ethyl acetate and distilling off 470 l of solvent, the solution is filtered clear with a single-plate filter. 50 L of vinegar ester is used to rinse the filter and added to the clear solution. After distilling off 200 l of solvent, the final volume of the solution is 80 1. To this solution is added 400 l of cyclohexane and 200 l of solvent are distilled off. After centrifugation of the crystallized material and drying in vacuo at 20-25 ° C to constant weight, 23.4 kg of crystalline 2- (R) -hydroxy-4-phenylbutyric acid are obtained.
Enantiomeerisen puhtauden kontrolloimiseksi liuotetaan näyte kiteistä happoa absoluuttiseen etanoliin ja saatetaan reagoimaan kloorivetykaasun kanssa 24 tunnin ajan huoneen lämpötilassa. Alkoholin tislauksen ja lyhyen kaasunpoiston jälkeen suurtyhjiössä jäljelle jää vaalean keltainen öljy, joka analysoidaan kiraalisessa pylväässä (sisäläpimitta 250 x 4,6 mm, läpisyöttö 1 ml/min, kiinteä faasi Chiralcel OD [Stehelin, Basel], tyyppi OD-5-1520925, liikkuva faasi: 90 % heksaania - 10 % isopropanolia - 0,1 % dietyyliamiinia) HPLC-analyysillä 25°C:ssa, 32 bar'in paineella. Analysoitavat aineet ovat 1 mg/ml:n pitoisuuksina pyörrehauteessa (ruiskutusmäärä 10 μΐ). Mittaus (scanning) suoritetaan 210 nm:n aallonpituudella, analysointi pinta-alavertailulla käyttäen ulkoista standardia. Saatu ee-arvo on > 99,8 %.To control the enantiomeric purity, a sample of the crystalline acid is dissolved in absolute ethanol and reacted with hydrogen chloride gas for 24 hours at room temperature. After distillation of the alcohol and brief degassing under high vacuum, a pale yellow oil remains which is analyzed on a chiral column (inner diameter 250 x 4.6 mm, throughput 1 ml / min, solid phase Chiralcel OD [Stehelin, Basel], type OD-5-1520925, mobile phase: 90% hexane - 10% isopropanol - 0.1% diethylamine) by HPLC analysis at 25 ° C, 32 bar. The substances to be analyzed are present in concentrations of 1 mg / ml in a vortex bath (injection volume 10 μΐ). Measurement (scanning) is performed at 210 nm, analysis by area comparison using an external standard. The ee value obtained is> 99.8%.
44
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH440388 | 1988-11-28 | ||
CH440388 | 1988-11-28 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI895635A0 FI895635A0 (en) | 1989-11-24 |
FI94257B true FI94257B (en) | 1995-04-28 |
FI94257C FI94257C (en) | 1995-08-10 |
Family
ID=4275485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI895635A FI94257C (en) | 1988-11-28 | 1989-11-24 | Process for the preparation of biocatalysts |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0371408B1 (en) |
JP (1) | JP3042691B2 (en) |
AT (1) | ATE107691T1 (en) |
CA (1) | CA2003767A1 (en) |
DE (1) | DE58907947D1 (en) |
DK (1) | DK173712B1 (en) |
ES (1) | ES2055779T3 (en) |
FI (1) | FI94257C (en) |
IE (1) | IE63088B1 (en) |
PT (1) | PT92400B (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IL100096A (en) * | 1991-11-20 | 1996-03-31 | Univ Ramot | Method for entrapment of active materials in chitosan |
DE69231314T2 (en) * | 1991-12-23 | 2001-05-17 | Genzyme Ltd., Haverhill | SYNTHESIS OF HOMOCHIRAL 2-HYDROXIC ACIDS |
US6852904B2 (en) | 2001-12-18 | 2005-02-08 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Cellulose fibers treated with acidic odor control agents |
US6767553B2 (en) | 2001-12-18 | 2004-07-27 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Natural fibers treated with acidic odor control/binder systems |
CN105879913B (en) * | 2016-04-28 | 2018-07-17 | 东华大学 | A kind of chitosan film catalysis material of loaded metal ion and preparation method thereof |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1586364A (en) * | 1976-06-17 | 1981-03-18 | Atomic Energy Authority Uk | Porous inorganic materials |
DE2835875C2 (en) * | 1978-08-16 | 1981-11-26 | Joachim Prof. Dr. Klein | Process for the production of biocatalysts with high mechanical strength and high loading of enzymatically active substance and pearly biocatalyst |
DE3005632C2 (en) * | 1980-02-15 | 1985-06-05 | Joachim Prof. Dr. Klein | Process for the production of biocatalysts with high mechanical strength and high load of enzymatically active substance |
DE3005633C2 (en) * | 1980-02-15 | 1985-11-07 | Joachim Prof. Dr. Klein | Process for the production of pearl-shaped biocatalysts with extremely sensitive enzymatically active substance |
ZA827728B (en) * | 1981-11-17 | 1983-08-31 | Nestle Sa | A process for the production of enzymatically active biocatalysts and the products obtained |
GB2129809B (en) * | 1982-10-06 | 1986-06-04 | Novo Industri As | Method for production of an immobilized enzyme preparation by means of a crosslinking agent |
JPS60120987A (en) * | 1983-12-05 | 1985-06-28 | Kikkoman Corp | Production of immobilized microbial cell or enzyme |
DE3417899A1 (en) * | 1984-05-15 | 1985-11-28 | Wagner, Fritz, Prof. Dr., 3300 Braunschweig | Process for the production of biocatalysts in bead form and for increasing the throughput capacity and apparatus for carrying it out |
DE3704478C1 (en) * | 1987-02-13 | 1988-07-28 | Metallgesellschaft Ag | Spherical biocatalyst and process for its manufacture |
-
1989
- 1989-11-24 ES ES89121754T patent/ES2055779T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-24 FI FI895635A patent/FI94257C/en not_active IP Right Cessation
- 1989-11-24 EP EP89121754A patent/EP0371408B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-24 CA CA002003767A patent/CA2003767A1/en not_active Abandoned
- 1989-11-24 PT PT92400A patent/PT92400B/en not_active IP Right Cessation
- 1989-11-24 DE DE58907947T patent/DE58907947D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-24 AT AT89121754T patent/ATE107691T1/en not_active IP Right Cessation
- 1989-11-27 IE IE377389A patent/IE63088B1/en not_active IP Right Cessation
- 1989-11-27 JP JP1304938A patent/JP3042691B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-27 DK DK198905965A patent/DK173712B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0371408B1 (en) | 1994-06-22 |
DK596589D0 (en) | 1989-11-27 |
CA2003767A1 (en) | 1990-05-28 |
JPH02190187A (en) | 1990-07-26 |
FI94257C (en) | 1995-08-10 |
PT92400A (en) | 1990-05-31 |
ATE107691T1 (en) | 1994-07-15 |
FI895635A0 (en) | 1989-11-24 |
DE58907947D1 (en) | 1994-07-28 |
DK596589A (en) | 1990-05-29 |
ES2055779T3 (en) | 1994-09-01 |
IE893773L (en) | 1990-05-28 |
IE63088B1 (en) | 1995-03-22 |
JP3042691B2 (en) | 2000-05-15 |
DK173712B1 (en) | 2001-07-16 |
EP0371408A3 (en) | 1991-01-16 |
PT92400B (en) | 1996-06-28 |
EP0371408A2 (en) | 1990-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chibata et al. | Biocatalysis: immobilized cells and enzymes | |
Ramakrishna et al. | Microbial fermentations with immobilized cells | |
Wilson et al. | Encapsulation of crosslinked penicillin G acylase aggregates in lentikats: evaluation of a novel biocatalyst in organic media | |
EP0222462B1 (en) | Novel immobilized biocatalysts and their preparation and use | |
Linko et al. | Industrial applications of immobilized cells | |
Abian et al. | Preparation of artificial hyper-hydrophilic micro-environments (polymeric salts) surrounding enzyme molecules: New enzyme derivatives to be used in any reaction medium | |
JP2018196382A (en) | Biodegradable immobilized enzyme and method for producing the same | |
Romero‐Fernández et al. | General overview on immobilization techniques of enzymes for biocatalysis | |
Brodelius | Industrial applications of immobilized biocatalysts | |
Fernández-Lorente et al. | Immobilization of proteins on glyoxyl activated supports: dramatic stabilization of enzymes by multipoint covalent attachment on pre-existing supports | |
Abbott | Immobilized cells | |
FI95047C (en) | Process for the preparation of R or S enantiomers of 2-hydroxy-4-phenylbutyric acid | |
Rouf et al. | Cell immobilization: an overview on techniques and its applications in food industry | |
FI94257B (en) | Process for the preparation of biocatalysts | |
Chibata et al. | Immobilized living microbial cells | |
Alvaro et al. | Penicillin G acylase from Kluyvera citrophila new choice as industrial enzyme | |
Torres‐Bacete et al. | Stabilization of penicillin V acylase from Streptomyces lavendulae by covalent immobilization | |
Gestrelius | Immobilized nonviable cells for use of a single or a few enzyme steps | |
Oda et al. | Asymmetric reduction of benzil to (S)-benzoin with Penicillium claviforme IAM 7294 in a liquid-liquid interface bioreactor (LL IBR) | |
Wang et al. | Immobilization of (S)-mandelate dehydrogenase and its catalytic performance on stereoselective transformation of mandelic acid | |
Powell | Immobilized biocatalyst technology | |
EP0195304A2 (en) | Stabilization of intracellular enzymes | |
IL92451A (en) | Bioacatalysts and processes for the manufacture thereof | |
Sikora et al. | Production of co-immobilized dextransucrase and dextranase preparations and their application in isomalto-oligosaccharides synthesis | |
US5597704A (en) | Bioconversion of cephalosporin C to glutaryl-7-aminocephalosporanic acid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: NOVARTIS AG |
|
MM | Patent lapsed |
Owner name: NOVARTIS AG |