Способ получения фуран-2-карбоновой кислоты

 

Изобретение относится к биотехнологии и касается способа получения фуран-2-карбоновой кислоты (ФКК) биотрансформацией фурфурола (Ф) или фурфурилового спирта (ФС) дрожжами. Цель изобретения - ускорение процесса и удешевление целевого продукта. Способ осуществляют путем раздельного проведения стадий накопления биомассы дрожжей-биотрансформаторов Ф или ФС и биотрансформации Ф или ФС в ФКК. СНАЧАЛА ПРОВОДЯТ ВЫРАЩИВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ В ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ НА СРЕДЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ УГЛЕВОДЫ (У) И МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ. ЗАТЕМ ЧЕРЕЗ СУСПЕНЗИЮ ДРОЖЖЕЙ НЕПРЕРЫВНО ПРОПУСКАЮТ Ф ИЛИ ФС. КОНЦЕНТРАЦИЯ Ф ИЛИ ФС 0,1-3,5%. Концентрация У в среде на стадии биотрансформации 0,001-0,05%. Условия биотрансформации: температура 37°С, рН среды 6, условия аэрации. Предпочтительно проводить биотрансформацию с использованием дрожжевых клеток, иммобилизованных на пузырьках пены на границе раздела фаз газ-жидкость, или при рециркуляции биомассы, полученной после отделения ее от жидкой фазы. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Щ) С 12 Р 7/40 1 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 1) 4327004/30-13 (22) 19.10.87 (46) 30.08.90. Бюп. Р 32 (71) Научно-производственное гидролизное объединение Гидролизпром (72) И.И.Балашевич, И.М.Голубков, В.Д.Немировский, 10 ° M,Ïîëÿê, А.И.Сизов и M.Ñ.Ôðèä (53) 663.18:547.72 (088.8) (56) Патент Японии 1! - 44-20389, кл. 36/2/П, 1969, Патент Японии N- 48 †33, кч. С 12 Р 7/40, 1973. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРАН-2-КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ (57) Изобретение относится к биотехнологии и касается способа получения фуран-2-карбоновой кислоты (ФКК) биотрансформацией фурфурола (Ф) или фурфурипового спирта (ФС) дрожжами.

Цель изобретения — ускорение процесса и удешевление целевого продукта.

Изобретение относится к биотехнологии и касается способа получения фуран-2-карбоновой кислоты биотрансформацией фурфурола или фурфурилового спирта дрожжами, Цель изобретения — ускорение процесса и удешевление целевого продукта эа счет предотвращения ннгибирующего действия веществ, участвующих в отдельных стадиях процесса получения фуран-2-карбоновой кислоты, Превращение фурфурола в фуран-2карбоновую кислоту происходит путем его восстановления в фурфуриловый

„„SU„„1588757 А1

Способ осуществляют путем раздельного проведения стадий накопления биомассы дрожжей-биотрансформаторов Ф или ФС и биотрансформации Ф или ФС в ФКК. Сначала проводят выращивание дрожжей в оптимальных условиях на среде, содержащей углеводы (У) и минеральные соли. Затем через суспензию дрожжей непрерывно пропускают

Ф или ФС. Концентрация Ф или ФС 0,1

3,5%. Концентрация У в среде на стадии биотрансформации 0,001 — 0,05%.

Условия биотрансформацж: температура 37 С, рН среды 6, условия аэра.ции. Предпочтительно проводить биотрансформацию с использованием дрожжевых клеток, иммобипиэованных на пузырьках пены на границе раздела фаз газ — жидкость, или при рециркуляции биомассы, полученной после отделения ее от жидкой фазы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. спирт и последующего окисления фурфурилового спирта в. фуран-2-карбоновую кислоту. Установлено, что окисление фурфурипового спирта ингибируется, если в среде содержится более 0,05% утлеводов, являюшихся источником углеродного питания для дрожжейбиотрансформаторов. Кроме того,нали-. чие в среде более 0,2% фурйурола ингибирует потребление углеводов дрожжами и рост дрожжей, необходимых для осуществления биотрансформации.

Предотвращение ингибирующего действия фурфурола на стадии накопле1588757

3 ния биомассы дрожжей и ингибирующего действия углеводов на стадии биотрансформации фурфурола или Аурфурилового спирта в Ьуран-2-карбоновую

5 кислоту достигается разделением этих стадий и проведением биотрансформации в среде, содержание углеврдов в которой не превышает 0,05 ..

Это позволяет повысить концентрацию 10 фурфурола (фурфуриловога спирта) в среде до 3,5Х ускоряет процесс накопления биомассы и удешевляет продукт, Способ получения фуран-2-карбоновой кислоты осуществляется следующим образом.

Накопление биомассы дрожжей проводят путем непрерывного культивирования дрожжей на среде Ридер с 2,0Х 20 глюкозы или на гидролизате древесины с PB 2,0 при 37 С и рН 4,4-4,6.

После накопления достаточного количества биомассы (10 г/л сухой биомассы) и снижения концентрации угле- 25 водов в среде до 0,05 и менее Аерментер, в котором культивируют дрожжи, переводят на режим биотрансформации фурфурола или фурАурилового спирта и подают в него непрерывно указанные соединения так, чтобы концентрация их в среде равнялась 0,1

3,5Х. Биотрансформацяо проводят при следующих условиях: температура 37 С, о р Н 6, О, аэр ация (р ас ход воздуха 1 л/л мин). При низких концентрациях фурАурола или фурфурилового спирта в среду добавляют минеральную соль (NaCl, КС1, Иа ЯО ) для обеспечения изотоничности среды. 40

Предпочтительно проводить биотрансформацию фурфурола или АурАурилового спирта с использованием иммобилизованных дрожжевых клеток. Иммобилизацию осуществляют на пузырьках пены 45 на поверхности раздела фаэ газ — жидкость. Пригоден также прием рециркуляпии биомассы после отделения ее от жидкой фазы, Показатели, полученные при использовании различных штаммов дрожжей, приведены в табл, 1 и 2.

Способ дает одинаковые результаты со следующими штаммами дрожжей:

Candida guilliermondii - штаммы

У-241, У-248, У-242; Candida tropicalis — штампы У-696, У-8, У-161; Candida utilis — штаммы У-13, У-15, У-270; Torulopsis вр. « штамма

У-!31, У-19, У-259; Hansenula anomala — штаммы У-249, У-250, У-251;

Saccharomyces sp. — штаммы У-28, У-197, У-243 и др.

Пример 1. Дрожжи Candida tropicalis У-696 вносят в ферментатор и проводят непрерывное аэробное культивирование на гидролиэате древесины с РВ 2, содержанием, г/л: (11Н ) ЯО

4; Рд О 0,5; KCl 0,5.. При достижении концентрации биомассы в ферментаторе 10 г/л и снижении концентрации

PB до 0,05Х начинают подачу раствора фурфурола в концентрации 1,5, Процесс биотрансАормац ы осуществляют, при иммобилизации клеток на пузырьках пены на поверхности раздела фаз гаэ— жидкость. Из нижней зоны ферментатора отбирают культуральную жидкость беэ биомассы. Процесс биотрансформации ведут при 37 С и рН 6,0. Скорость подачи раствора фурфурола составляет Д 0,2 ч ". Концентрация

NaCl в растворе фурфурола 0,5 г/л.

Процесс биотрансформации непрерывно осуществляют в течение 120 ч. Выход целевого продукта 95 .

Пример 2. Дрожжи Hansenula

anomala У = 249 культивируют на гидролизате древесины и проводят последующий процесс биотрансформац и фурфурола аналогично примеру 1. При этом выход продукта составляет 91 0Х.

Пример 3. Дрожжи Pichia sp. культивируют на среде Ридер с 2 глюкозы в непрерывных условиях при 37 С и рН 5,0, После достижения концентрации биомассы в ферментаторе 10 г/л и остаточной концентрации глюкозы

0,02Х в ферментатор непрерывно подают раствор фурфурола 1,5 . и NaCl

0,5 гл/л. Осуществляют рециркуляцию биомассы, отделенной в проточном фильтрующем устройстве. Скорость подачи раствора фурфурола составляет

Д 0,2 ч-" .Процесс трансформации осуществляют в течение 100 ч. Выход продукта 80 ..

Пример 4, Дрожжи Torulopsis

sp. У-131 культивируют на среде Ридер с 2 глюкозы и проводят последующий процесс биотрансформации фурфурола аналогично примеру 3. Длительность процесса трансформации составляла 72 ч. Выход продукта 90Х.

Пример 5. Дрожжи S.Cerevisiae

У-28 культивируют на среде Ридер с

2 . глюкозы и проводят последующий

7С Таблица1

Показатели процесса биотрансформации фурфурола

Концентр ац ия фурфурола,Х

Штаммы дрожжей

Технологические показатели

Hans enul a S accharomyces

anomala cerevisial

У-24 9 У-28

Candida Torulopsis

tropica sp.

1is У-131

У-6 96

2,8

2,8 2,8

100iO 100,О

0,05

2,8

100,0

100,0

0,58

0,58

0,58

0,58

0,012

0,012

0,012

0,012

0,10

5,8

100,0

5,8

100,0

5,8

100,0

5,8

100iO

1,2

1,2

1,2

I 2

0,024

°

0,024

0,024

74,7

91,0

0,024

1,5

64,3

76,0

75,6

90,0

79,8

95,0

15 7

13,5

16,6

15,1

0,26

0,30

0i 31

0,33

3,0

82,0

51 0

82,0

51,0

144,0

85,7

120,0

71,4 процесс биотрансформации фурфурола аналогично примеру 3. Длительность биотрансформации 72 ч. Выход продукта 76Х.

Формула и з о б р е т е н и я

1, Способ получения фуран-2-карбоновой кислоты, включающий накопление биомассы дрожжей-биотрансформаторов фурфурола или фурфурипового спирта в оптимальных условиях на питательной среде, содержащей углеводы и минеральные соли, и биотрансформацию фурфурапа или фурфурипового спирта с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и удешевления целевого продукта, накопление биомассы дрожжей-биотранс" форматоров и биотрансформацию Ayphyрола или фурфурилового спирта провоПродуктивность, г/сут

Выход, Х

Производительность, г/л, ч

Активность, г/г.ч

Продуктивность, г/сут

Выход, Х

Производительность, г/л. ч

Активность, г/r ч

Продуктивность, г/сут

Выход, X

Производительность,г/л ч

Активность, г/r ч

Продуктивность,г/сут

Выход, Х

88757 6 дят раздельно, сначала выращивают дрожжи, а по достижении содержания углеводов в среде 0,001-0,05Х через

5 полученную дрожжевую суспензию непре" рывно пропускают фурфурол или фурфуриловый спирт при,концентрации их . в среде 0,1-3,5Х и процесс биотрансформации проводят при 37 С и рН 6 s условиях аэрации, I

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс биотран- . сформациН фурфурола или фурфурипово15 го спирта проводят с использованием дрожжевых клеток, иммобилизованных на пузырьках пены на поверхности pasдела фаз газ — жидкость, 3. Способ по п.l о т zt и ч а юшийся тем, что биомассу дрожжей, отделенную от жидкой фазы после проведения биотрансформации,рециркулируют на стадию биотрансАовмаиии.

1588757

Продолжение табл, Концентац ия рурфуропа,%

Технологические показатели

Штаммы дрожжей

Torulopsis

sp °

У-131

Candida

trope ca

lis

У-6 96

Напя enu I a

anomala

У-24 9

Saccharomyces

cerevi sial

У-28

Производительность, г/л ч

Активность, г/r. ч

30,0

12,0

12,0

25,0

0,32

0,32

0,60

0,50

3,5

32,0

8,5

32,0

8,5

96,0

44,5

48,0

22,3

20,0 10,0

0,40 0,20

5,0

0,11

5,0

0,11

Т а бл и ц а 2

Показатели--процесса трансформации фурфурилового спирта

Концентрация фурилового спирта,7

Технологические п ок аз атели

111таммы дрожжей

Candida

tropicalis

У-696

Torulopsis

spф

Hansenula Saccharomyces

anomala cerevisial

У-131

У-249

У-28

0,05

2,7

100,0

2,7

100,0

2,7

100,0

2,7

100,0

0,10

5,5

100,0

5,5

100,0

5,5

100,0

5,5

100,0

1,5

79,2

96,3

74,7

91,0

75,7

92,0

64,3

76,0

3 5

48,0

22,3

96,0

44,5

37,0

8,5

37,0

8,5

3i0

14212

86,4

119,3

72,5

82,0

51,0

82,0

51 0

Редактор Н. Киштулинец

Заказ 2516 Тираж 479 Подписное

ВНИИПИ Государственного " митета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, . .осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1l It

Производственно-издатс пьскнй комбинат . Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Продуктивность г/сут

Выход,7..

Проиэводител1ность, г/л ° ч

Активность, г/г ч

Продуктивность, г/сут

Выход, %

Продуктивность, г/сут

Выход, 7.

Продуктивность, г/сут

Выход, 7

Продуктивность, r/сут

Выход, 7.

Продуктивност ь, г/сут

Выход,%

Составитель Г. Голева

Техред, Л.Олийнык Корректор Л.Патай