DE4126997A1

DE4126997A1 - Verbessertes verfahren zur fermentativen herstellung von (gamma)-lactonen

Info

Publication number: DE4126997A1
Application number: DE19914126997
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Meyer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1993-02-18

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von als Aromastoffe begehrten γ-Lactonen, insbesondere von γ-Decalacton, auf fermentativem Weg.

γ-Lactone von γ-Hydroxy-carbonsäuren, wie γ-Hydroxy-octansäure und γ-Hydroxy-decansäure haben wertvolle organoleptische Eigenschaften und sind daher als Aromen und Duftstoffe sehr gefragt. So besitzt γ-Octalacton einen fruchtigen, kokosähnlichen Geruch und Geschmack, während γ-Deca lacton einen fruchtigen, pfirsich-ähnlichen Geschmack und Geruch aufweist. Die Isolierung der genannten Lactone aus Früchten oder Blättern durch Extraktion und Destillation ist technisch nicht sinnvoll, da sie hierin nur in extrem niedrigen Konzentrationen enthalten sind. Bessere Herstel lungsmöglichkeiten ergeben sich aus der Tatsache, daß diese Lactone als Metaboliten verschiedener Mikroorganismen aufgefunden wurden.

So ist aus US 45 60 656 ist ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem γ-Decalacton durch Fermentieren mit Mikroorganismen, die fähig sind, Rizinusöl hydrolytisch zu spalten und eine β-Oxidation des gebildeten Hydrolysates zu gewährleisten, in Gegenwart von Rizinusöl und anschließende Lactonisierung der so gebildeten γ-Hydroxy-decansäure bekannt.

Weiterhin ist aus EP 2 58 993 ein mikrobielles Verfahren zur Herstellung von γ-Hydroxy-decansäure aus Rizinusöl und dessen Lactonisierung zu optisch aktivem γ-Decalacton bekannt. Auch hierbei erfolgt die Lacto nisierung durch Ansäuern der erhaltenen Kulturbrühe auf einen pH-Wert von 1,5 und anschließendes Erhitzen auf 120°C.

Ferner ist aus WO 89/12 104 ein mikrobielles Verfahren zur Herstellung von γ- und δ-Lactonen durch Fermentieren von verschiedenen Arten von Pilzen der Gattung Mucor in einem geeigneten Medium enthaltend organische Carbon säuren oder deren Derivate, wie Ester oder Amide, und anschließende Extraktion bekannt.

Nachteilig an den genannten Verfahren ausgehend von Rizinusöl ist, daß während der Spaltung des Rizinusöls durch die Mikroorganismen Glyceride (d. h. Ricinolsäure-Glycerin-Derivate, wie Monoricino1säureglycerid) gebildet werden, die sich wie Emulgatoren oder Seifen verhalten und zu einer starken Schaumbildung im Fermenter führen. Durch die Schaumbildung ergeben sich große Probleme beim Belüften des Fermentansatzes. Außerdem ergeben sich Probleme bei der Isolierung des Wertproduktes durch Extraktion aus der Kulturbrühe, da durch Emulsionsbildung eine optimale Phasentrennung unmöglich gemacht wird.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung die Verfahren zur fermentativen Herstellung von γ-Lactonen so zu verbessern, daß eine derartige Schaum bildung und Emulsionsbildung verhindert wird.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Schaumbildung- und Emulsionsbildungsprobleme fast völlig verhindert werden können, wenn man als Substrat nicht Rizinusöl, sondern Ricinolsäurealkylester verwendet.

Die durch die Schaum- bzw. Emulsionsbildung bedingten Probleme sind so gravierend, daß es sich in jedem Fall lohnt, den zusätzlichen Schritt der Esterherstellung durchzuführen.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur mikrobiellen Her stellung von γ-Decalacton unter Verwendung von Mikroorganismen, die zur Spaltung von Ricinolsäureestern und zur β-Oxidation der bei der Spaltung gebildeten Ricinolsäure unter aeroben Bedingungen befähigt sind und Lactonisierung der dabei gebildeten 4-Hydroxy-decansäure im sauren pH-Bereich, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Ricinolsäure alkylester, vorzugsweise Ricinolsäureethyl- oder Ricinolsäurebutylester anstelle von Ricinusöl oder Ricinolsäure als Substrat verwendet.

Als Mikroorganismen sind für das erfindungsgemäße Verfahren alle diejenigen Mikroorganismen geeignet, mit deren Hilfe man aus Rizinusöl γ-Decalacton herstellen kann. Genannt seien beispielsweise Pilzkulturen von Aspergillus oryzae, Geotrichium klebahnii, Yarrowia lipolytica und Hansenula saturnus, wie sie in US 45 60 656 beschrieben werden.

Als Ricinolsäurealkylester verwendet man im allgemeinen die Ester von Ricinolsäure mit Alkanolen mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere 2 oder 4 C-Atomen. Mit besonderem Vorteil verwendet man Ricinolsäureethylester. Die Ricinolsäurealkylester können aus Rizinusöl und den entsprechenden Alkanolen durch enzymatische oder chemische Umesterung oder durch Veresterung von Ricinolsäure mit den entsprechenden Alkanolen gewonnen werden.

Das Lactonisieren der bei dem mikrobiellen Prozeß erhaltenen γ-Hydroxy decansäure erfolgt im allgemeinen durch Erwärmen der diese Säure ent haltenden Kulturbrühe bei einem pH-Wert unterhalb von 7 auf Temperaturen von 60 bis 130°C.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet man im allge meinen wie es aus den bekannten Verfahren, beispielsweise US 45 60 656, bekannt ist, nur daß man anstelle von Rizinusöl oder Ricinolsäure erfin dungsgemäß Ricinolsäurealkylester als Substrat einsetzt. Im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß US 45 60 656 läßt sich die Fermentation in Fermentern, also unter technischen Bedingungen, mit Ricinolsäurealkylestern wesentlich besser durchführen, da die sehr starke Schaumbildung weitgehend unter bleibt, ja sogar gewisse Antischaumwirkung zu beobachten ist. Zusätzlich ergibt sich durch das Fehlen von Monoglyzeriden, die Emulgatoreigen schaften besitzen, eine wesentlich bessere Extrahierbarkeit, da zusammen mit dem Extraktionsmittel keine stabilen, schlecht extrahierbaren und schlecht trennbaren Emulsionen entstehen und die Trennung von organischer und wäßriger Phase so wesentlich besser durchführbar ist.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann γ-Decalacton auf mikro biellem Wege vorteilhaft hergestellt werden, ohne daß die Belüftung des Fermentationsansatzes durch Schaumbildung wesentlich beeinträchtigt wird und ohne daß die Isolierung des Produktes durch Emulsionsbildung erschwert wird.

Beispiel

10 Liter eines wäßrigen Mediums, enthaltend 5 g/l Hefeextrakt (Wachstums mittel), 1 g/l KH₂PO₄, 0,5 g/l MgSO₄, 0,05 g/l MnSO₄, 0,2 g/l Tween 80, 1 g/l Antischaummittel (Silikonentschäumer ASM 30) und 70 g/l Ricinol säureethylester (pH-Wert = 7,0) wurde in einem 14 l-Fermenter mit 200 ml einer Vorkultur des Pilzes Yarrowia lipolytica beimpft und bei 28°C mit 500 Upm und 0,5 Volumenteile Luft/Fermentervolumen und Minute (vvm) Belüftung inkubiert, wobei kaum Schaumbildung zu beobachten war. Nach 70 Stunden Fermentationszeit waren 5,1 g/l 4-Hydroxy-decansäure im Medium enthalten. Das Medium wurde bei einem pH-Wert von 2,0 auf Temperaturen von 90°C erwärmt. Anschließend wurde das durch Lactonisierung gebildete γ-Decalacton durch Extraktion mit Methyl-tert.-butylether (3facher Überschuß) aus dem Medium isoliert. Auch die Extraktion erfolgte ohne Erschwerung durch Schaum- und Emulsionsbildung. Der organische Extrakt wurde durch Abdampfen vom Lösungsmittel befreit. Im erhaltenen Rückstand waren 46,1 g γ-Decalacton enthalten.

Claims

1. Verfahren zur mikrobiellen Herstellung von γ-Decalacton unter Ver wendung von Mikroorganismen, die zur Spaltung von Ricinolsäureestern und zur β-Oxidation der bei der Spaltung gebildeten Ricinolsäure unter aeroben Bedingungen befähigt sind, und anschließende Lactonisierung der dabei gebildeten 4-Hydroxy-decansäure im sauren pH-Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ricinolsäurealkylester anstelle von Ricinusöl oder Ricinolsäure als Substrat verwendet.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Ricinol säureethylester als Substrat verwendet.