Biotechnologie 2
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Enzymtechnologie

Mit welchen Verfahren kann Ascorbinsäure hergestellt werden? Beschreiben sie kurz die Verfahren.

1. Reichstein Prozess (1934 entwickelt, nur 1 Biotech. Schritt)
  • Nur 1 Schritt mikrobiell, rest chemisch durchgeführt
  • D-Sorbit zu L-Sorbose
    • mit Gluconobacter oxydans (früher Acetobacter suboxydans genannt)
    • Starke Luftzufuhr
    • Reaktion würde chemisch nicht gut funktionieren
  • Anschließend Subterminale Oxidation, kontinuierlich in 2 Stufen, mit Schutzgruppen

  • G.oxydans
    • PQQ-abhängig (Pyrrolochinolinchinon)
    • Sorbit-Dehydrogenase greift hochspezifisch die OH-Gruppe an C5 an
    • 90% Ausbeute von L-Sorbose aus D-Sorbit
    • Kontinuierlich bei >200g/l Substrat geführt

2. 2-KGS-Verfahren (1970 entwickelt)
  • D-Sorbit zu L-Sorbose wie Reichstein
  • L-Sorbose zu 2-Keto-L-Gulonsäure (= 2-Oxo-L-gluconsäure) oxidiert
    • mit Ketogulonicigenium vulgare
  • Anschließend Lactonisierung (chemische Umlagerung) zu L-Ascorbinsäure

  • K.vulgare
    • besitzt mehrere PQQ- oder FAD-abhängige Dehydrogenasen
    • Nicht sehr substrat-spezifisch
    • Daher: in 2 Stufen geführt 1.Reichstein, dann 2-KGS
    • Cokultivierung mit Bakterien (B.megaterium) nötig (Damit die Bakterien die Prozesse durchführen)

  • 2-Keto-L-Gulonsäure
    • Starke organische Säure (pKs 2,5)
    • Kontinuierlich mit NaOH titriert
    • > 100 g/l Na-Salz der 2-Keto-L-Gulonsäure hergestellt

  • Vorteile:
    • Wegfall der Schutzgruppen-Chemie
    • Verminderte Anzahl von Prozessstufen

  • Jüngere Prozessvariante:
    • 2-Keto-L-Gulonsäure direkt aus D-Sorbit in einem Fermenter
    • Reaktionsansatz mit beiden Mirkoorganismen
    • G. oxydans übernimmt Stimulation von K. vulgare
 
3. Einstufiges Verfahren (noch nicht umgesetzt)
  • Mit Erwinia herbicola möglich oder mit rekombinanten G. oxydans
  • Verschiedenste Entwicklungen
  • Nächster Entwicklungsschritt:
    • Chemische Umlagerung von 2-Keto-L-gulonsäure ersetzen. Es wurden bereits passende Dehydrogenasen entdeckt
       
 
Schritte:

 
Biotransformation ist rot unterlegt:
  • Reichstein-VF nur Schritt 2 mikrobiell, restlichen Oxidationen chemisch
  • Seit 1990er KGS-VF: Schritte 3 und 4 auch mikrobiell
  • Mögliche Weiterentwicklung des Prozesses: Direkte Fermentation

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