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DE1807265B - Process for the biotechnological production of L threonine - Google Patents

Process for the biotechnological production of L threonine

Info

Publication number
DE1807265B
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
threonine
atcc
diaminopimelic acid
sorbitol
culture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Kiyoshi Sagamiha Tanaka Haruo Machida Käse Hiroshi Koganei Nakayama, (Japan)
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.)
KH Neochem Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biotechnischen Herstellung von !.-Threonin durch Züchten von Mikroorganismen in Sorbit als Kohlenstoffquelle und Diaminopimelinsäure und/oder Lysin enthaltenden Nährmedien.The invention relates to a method for the biotechnological production of! .- threonine by cultivation of microorganisms in sorbitol as a carbon source and containing diaminopimelic acid and / or lysine Culture media.

L-Threonin ist als sogenannte essentielle Aminosäure für die Ernährung von Mensch und Tier von Bedeutung. Getreideprotein enthält nur wenig L-Threonin; daher wird !--Threonin als Ergänzungsaminosäure zur Verbesserung des Nährwertes von Getreideprotein verwendet.L-threonine is known as an essential amino acid of importance for the nutrition of humans and animals. Grain protein is low in L-threonine; therefore! - Threonine is used as a supplement amino acid to improve the nutritional value of grain protein used.

Zur Herstellung von L-Threonin sind bisher synthetische und proteolytische Verfahren angewendet worden. Obgleich bereits Versuche zu einer fermentativen Herstellung von L-Threonin unternommen worden sind, waren diese Verfahren im industriellen Maßstab anfangs nicht erfolgreich, insbesondere nicht, wenn ein so kostspieliges Ausgangsmaterial wie t-Homoserin als Ausgangsmaterial verwendet wurde (vgl. USA.-Patentschrift 3 099 064; japanische Patent- Schrift 2986/61 und Sugawaraet al., »Amino Acid Und Nucleic Acid«, Bd. 10, S. 68 [1964]) oder wenn die Anreicherung des Produktes in der Fermentationsflüssigkeit gering war (USA.-Patentschriften 2 937 121 lind 2 937 122).Synthetic and proteolytic processes have so far been used to produce L-threonine. Although attempts have already been made to produce L-threonine by fermentation, these processes were initially unsuccessful on an industrial scale, especially not when such an expensive starting material as t-homoserine was used as the starting material (cf. US Pat. No. 3,099 064;.. Japanese Patent font 2986/61 and Sugawaraet al, "amino Acid and Nucleic Acid", vol 10, p 68 [1964]), or if the enrichment of the product in the fermentation liquid was low (USA. patents 2 937,121 lind 2,937,122).

Aus der britischen Patentschrift 863 765 ist ein Verfahren zur biotechnischen Herstellung von r.-Threonin «lurch aerobe Züchtung von Escherichia coli ATCC 13070 und ATCC 13071 in einem Sorbit oder Mannit ils Kohleistoffqueüe und die üblichen Nährstoffe lowie, bei Verwendung von Escherichia co!i ATCC 13071, 100 bis 140 mg/Liter Diaminopimelinsäure und, |iei Verwendung von Escherichia coli ATCC 13070, lOO bis 250 mg/Liter Diaminopimelinsäure und bis zu IOO mg/Liter i.-Methioninenthaltenden wäßrigen Nähr-•ledium bekannt.From the British patent specification 863 765 a process for the biotechnical preparation of r.-threonine "lurch aerobic cultivation of Escherichia coli ATCC 13070 and ATCC 13071 is Lowie in a sorbitol or mannitol ils Kohleistoffqueüe and the usual nutrients, when using Escherichia co! I ATCC 13071, 100 to 140 mg / liter diaminopimelic acid and, | iei use of Escherichia coli ATCC 13070, 100 to 250 mg / liter diaminopimelic acid and up to 100 mg / liter i.-methionine-containing aqueous nutrient • led known.

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes biotechnisches Verfahren zur Herstellung von L-Threonin.The object of the invention is an improved biotechnological process for the production of L-threonine.

Diese Aufgabe wird beim vorliegenden Verfahren zur biotechnischen Herstellung von L-Threonin durch Züchten von Mikroorganismen in Sorbit, als Kohlenstoffquelle und Diaminopimelinsäure und/oder Lysin enthaltenden Nährmedien bei hierfür üblichen Temperatur- und pH-Verhältnissen dadurch gelöst, daß als Mikroorganismen Bacillus megaterium ATCC 21209, Arthrobacter paraffineus ATCC 21322, Aerobacter arogenes ATCC 21321 oder Serratia marcescens ATCC 21212 eingesetzt werden.This task is carried out in the present process for the biotechnological production of L-threonine Growing microorganisms in sorbitol, as a carbon source and diaminopimelic acid and / or lysine containing nutrient media at temperature and pH conditions customary for this purpose dissolved in that as microorganisms Bacillus megaterium ATCC 21209, Arthrobacter paraffineus ATCC 21322, Aerobacter arogenes ATCC 21321 or Serratia marcescens ATCC 21212 can be used.

Die erfindungsgemäß verwendeten Mikroorganismen gehören zu den A rten Aerobacter, Serratia, Arthrobacter und Bacillus. Das Wachstum der erfindungsgemäß verwendetenspeziellen Mikroorganismenstämme ist diaminopimelinsäureabhängig. Hinsichtlich ihrer Diaminopimeünsäureabhängigkeit bestehen zwei Möglichkeiten, entweder ist für das Wachstum unbedingt Diaminopimelinsäure erforderlich, oder es ist Diaminopimelinsäure oder Lysin für das Wachstum erforderlich.The microorganisms used according to the invention belong to the types Aerobacter, Serratia, Arthrobacter and Bacillus. The growth of the particular strains of microorganisms used according to the invention is diaminopimelic acid dependent. With regard to their diaminopimeunic acid dependency, there are two possibilities: either diaminopimelic acid is essential for growth or it is diaminopimelic acid or lysine required for growth.

Die erfindungsgemäß verwendeten Nährmedien enthalten als Kohlenstoffquelle Sorbit. Als Stickstoffquelle können verschiedene anorganische oder organische Salze oder Verbindungen verwendet werden, z. B. Harnstoff, Ammoniak oder Ammoniumsalze, wie Ammoniumchlorid, Ammoniumsu!fi< Ammoniumnitrat, Ammoniumacetat, Ammoniumphoshpat, oder natürliche stickstoffhaltige Substanzen, wie Maisquellwasser, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Pepton, Fischmehl, Bouillon, Caseinhydrolysate, Fischpreßsäfte, Reiskleieextrakt usw. Diese Stoffe können einzeln oder als Gemische von zweien oder mehreren verwendet werden. Anorganische Substanzen, die zu dem Medium hinzugegeben werden können, sind z. B. Magnesiumsulfat, Natriumphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat, Kaliummonohydrogenphosphat, Eisensulfat, Manganchlorid, Calciumchlorid, Natriumchlorid, Zinksulfat usw.The nutrient media used according to the invention contain sorbitol as a carbon source. As a nitrogen source various inorganic or organic salts or compounds can be used, z. B. urea, ammonia or ammonium salts such as ammonium chloride, ammoniumsu! Fi < Ammonium nitrate, ammonium acetate, ammonium phosphate, or natural nitrogenous substances such as corn steep water, Yeast extract, meat extract, peptone, fish meal, bouillon, casein hydrolyzate, pressed fish juices, Rice bran extract, etc. These substances can be used singly or as mixtures of two or more will. Inorganic substances that can be added to the medium are e.g. B. Magnesium Sulphate, Sodium phosphate, potassium dihydrogen phosphate, potassium monohydrogen phosphate, iron sulfate, manganese chloride, Calcium chloride, sodium chloride, zinc sulfate, etc.

Die erfindungsgernäß verwendeten Nährmedien müssen entweder Diaminopimelinsäure oder Lysin oder eine diese Stoffe enthaltende Substanz enthalten. Diese Zusatzstoffe können in verschiedenen Konzentrationen angewendet werden; eine Konzentration von etwa 10 bis etwa 300 mg/1 an Diaminopimelinsäure oder Lysin wird im allgemeinen bevorzugt.The nutrient media used according to the invention must either be diaminopimelic acid or lysine or contain a substance containing these substances. These additives can be in different concentrations be applied; a concentration of about 10 to about 300 mg / l of diaminopimelic acid or lysine is generally preferred.

Die Züchtung der Mikroorganismen wird unter aeroben Bedingungen, z. B. aerobem Schütteln der Kultur oder durch Rühren und Belüften einer Submerskultur, bei einer Temperatur von 20 bis 400C und einem pH-Wert von etwa 4,0 bis 9,5 durchgeführt.The cultivation of the microorganisms is carried out under aerobic conditions, e.g. B. aerobic shaking of the culture or by stirring and aerating a submerged culture, carried out at a temperature of 20 to 40 0 C and a pH of about 4.0 to 9.5.

Nach etwa 2 bis 4 Tagen der Züchtung unter diesen Bedingungen sind wesentliche Mengen an L-Threonin in der Fermentationsflüssigkeit produziert und angereichert worden. Nach Abschluß der Züchtung kann das L-Threonin aus der Kulturflüssigkeit mit Hilfe der üblichen Arbeitsweisen gewonnen werden, z. B. durch Behandlung mit einem lonenaustai.scherharz, Extraktion mit Lösungsmitteln, Adsorption, Ausfällung, Chromatographie od. dgl.After about 2 to 4 days of cultivation under these conditions there are substantial amounts of L-threonine has been produced and enriched in the fermentation liquor. After breeding is complete, can the L-threonine can be obtained from the culture liquid using the usual procedures, e.g. B. by Treatment with an ion exchange resin, extraction with solvents, adsorption, precipitation, chromatography or the like.

Beispiel 1example 1

Bacillus megaterium ATCC 21209, ein diaminopimelinsäurcabhängiger Stamm, wird 24 Stunden lang in einem 20 g/l Glucose. 10 g/l Pepton, 10 g/l Hefeextrakt, 2.5 g/l NaCI und 50 mg/1 Diaminopimelinsäure enthaltenden Kulturmedium gezüchtet. Impfkultur wird in einem Verhältnis von 10 Volumprozent in einen 250-ml-Erlenmeycrkolben eingeimpft, der 20 ml eines wäßrigen Fermentationsmediums der folgenden Zusammensetzung enthält: Bacillus megaterium ATCC 21209, a diaminopimelic acid dependent strain, is kept in a 20 g / l glucose for 24 hours. Culture medium containing 10 g / l peptone, 10 g / l yeast extract, 2.5 g / l NaCl and 50 mg / l diaminopimelic acid were grown. Inoculum culture is inoculated in a ratio of 10 percent by volume into a 250 ml Erlenmeyer flask containing 20 ml of an aqueous fermentation medium of the following composition:

30 g/l Sorbit 14 g/l (NH4)äSO4 30 g / l sorbitol 14 g / l (NH 4 ) - SO 4

t g/l KH4PO4 tg / l KH 4 PO 4

0,3 g/l MgSO4 - 7 H4O0.3 g / l MgSO 4 - 7 H 4 O

5 g/l Maisquellwasser 200 mg/1 Diaminopimelinsäure
20 g/l CaCO3
5 g / l corn steep water 200 mg / l diaminopimelic acid
20 g / l CaCO 3

Das Fermentationsmedium wird vor seiner Verwendung sterilisiert.The fermentation medium is sterilized before use.

Die Züchtung wird unter aerobem Schütteln der Kultur bei 30° C 96 Stunden lang durchgeführt. Nach Abschluß der Züchtung beträgt die in der Fermentationsflüssigkeit angereicherte Menge an i--Threonin 3,8 mg/ml.Cultivation is carried out with aerobic shaking of the culture at 30 ° C. for 96 hours. To The completion of the cultivation is the amount of i-threonine accumulated in the fermentation liquid 3.8 mg / ml.

Beispiel 2Example 2

Die in Tabelle 1 genannten diaminopimelinsäureabhängigen Bakterienstämme werden jeweils in einem 20 g/l Glucose, 10 g/l Pepton, 10 g/l Hefeextrakt, 2.5 g/l NaCl und 50 mg/1 Diaminopimelinsäure enthaltenden Kulturmedium gezüchtet. Die Impfkulturen werden in einem Verhältnis von 10 Volumprozent in große Reagenzgläser eingeimpft, die je 10 ml eines Fermentationsinediums der folgenden Zusammensetzung enthalten:The diaminopimelic acid-dependent ones mentioned in Table 1 Bacterial strains are each in a 20 g / l glucose, 10 g / l peptone, 10 g / l yeast extract, Culture medium containing 2.5 g / l NaCl and 50 mg / l diaminopimelic acid was grown. The inoculation cultures are inoculated in a ratio of 10 percent by volume into large test tubes, each 10 ml of one Fermentation mediums contain the following composition:

20 e/1 Sorbit20 e / 1 sorbitol

14 g/l (NH4)2SO4 14 g / l (NH 4 ) 2 SO 4

1 g/l KH2PO4 1 g / l KH 2 PO 4

0,3 g/l MgSO4 · 7 H2O0.3 g / L MgSO 4 · 7 H 2 O

5 g/l Maisquellwasser
100 mg/1 Diaminopimelinsäure
20 g/i CaCO3
5 g / l corn steep water
100 mg / 1 diaminopimelic acid
20 g / l CaCO 3

Das Fermencationsmedium wird vor seiner Verwendung sterilisiert.The fermentation medium is sterilized before use.

Die Züchtung jedes der Stämme wird unter aerooem Schütteln bei 280C 96 Stunder lang durchgeführt. Nach 96 Stunden sind die in der Tabelle angegebenen Mengen an i.-Threonin von den verwendeten Stämmen in den jeweiligen Fermentationsflüssigkeiten angereichert worden.The cultivation of each of the strains is carried out under 96 Stunder long aerooem shaking at 28 0 C. After 96 hours, the amounts of i.-threonine given in the table have been accumulated in the respective fermentation liquids by the strains used.

Verwendeier StammUse trunk

Erhaltene Menge an u-ThreoninAmount of u-threonine received

3,8 mg/ml
4,3 mg/ml
3.8 mg / ml
4.3 mg / ml

Aerobacter aerogenes ATCC 21321
Serratia marcescens ATCC 21212
Aerobacter aerogenes ATCC 21321
Serratia marcescens ATCC 21212

Beispiel 3Example 3

Arthrobacter paraffineus ATCC 21322, ein diaminopimelinsäureabhängiger Stamm, wird in ein Kulturmedium eingeimpft, das 2°/0 Sorbit, l°/0 Fleischextrakt, 1 °/ü Pepton, 0,5 °/0 Hefeextrakt und 0,3 % NaCl enthält. Die Züchtung wird 24 Stunden bei 300C durchgeführt, um eine Impfkultur zu erhalten.
2 ml der erhaltenen Impfkultur werden in einen 250-ml-ErlenmeyerkoIben eingeimpft, der 20 .nl eines sterilisierten Fermentationsmediums der folgenden Zusammensetzung enthält:
Arthrobacter paraffineus ATCC 21322, a diaminopimelinsäureabhängiger strain is inoculated to a culture medium containing 2 ° / 0 sorbitol, l ° / 0 meat extract, 1 ° / ü peptone, 0.5 ° / 0 yeast extract and 0.3% NaCl. The cultivation is carried out for 24 hours at 30 0 C, to obtain a seed culture.
2 ml of the resulting inoculum are inoculated into a 250 ml Erlenmeyer flask containing 20 nl of a sterilized fermentation medium of the following composition:

30 g/l Sorbit30 g / l sorbitol

20 g/l (NH4)2SO4 20 g / l (NH 4 ) 2 SO 4

2 g/l KH„PO4 2 g / l KH "PO 4

2 g/l KoHPO4 2 g / l KoHPO 4

1 g/l MgSO4 · 7 H2O
a5 10 mg/i FeSO4 · 7 H,0
1 g / l MgSO 4 · 7 H 2 O
a5 10 mg / i FeSO 4 · 7 H, 0

10 mg/1 MnSO4 ■ 7 HoO
10 mg/1 ZnSO4
10 mg / 1 MnSO 4 ■ 7 HoO
10 mg / 1 ZnSO 4

5 rr.g/1 Thiamin5 rr.g / 1 thiamine

3 g/l Hefeextrakt
20 g/l CaCO3
3 g / l yeast extract
20 g / l CaCO 3

100 mg/1 mesG-Diaminopimelinsäure100 mg / 1 mesG-diaminopimelic acid

Die Züchtung wird dann unter aerobem SchüttelnThe culture is then carried out with aerobic shaking

der Kultur bei 3O0C 96 Stunden lang durchgeführt.the culture at 3O 0 C for 96 hours performed.

Als Ergebnis sind in der erhaltenen Fermentationsflüssigkeit 4,9 mg/ml ι -Threonin angereichert worden.As a result, 4.9 mg / ml ι-threonine have been enriched in the fermentation liquid obtained.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur biotechi.ischen Herstellung von L-Threonin durch Züchten von Mikroorganismen in Sorbit als Kohlenstoffquelle und Diaminopimelinsäure und/oder Lysin enthaltenden Nährmedien bei hierfür üblichen Temperatur- und pH-Verhältnissen, dadurchgekennzeichn e t, daß man als MikroorganismenProcess for the biotechnological production of L-threonine by growing microorganisms in sorbitol as a carbon source and diaminopimelic acid and / or nutrient media containing lysine at the temperature and pH conditions customary for this purpose, marked thereby e t that you can call it microorganisms Bacillus megaterium ATCC 21209,
Arthrobacter paraffineus ATCC 21322,
Aerobacter aerogenes ATCC 21321,
Serratia marcescens ATCC 21212
Bacillus megaterium ATCC 21209,
Arthrobacter paraffineus ATCC 21322,
Aerobacter aerogenes ATCC 21321,
Serratia marcescens ATCC 21212
einsetzt.begins.

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