INDUSTRIELLE MIKROBIOLOGIE

VON

HANS-JORGEN REHM

DOZENT AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE MUNCHEN

DEUTSCHE FORSCHUNGSANST ALT

FUR LEBENSMITTELCHEMIE MUNCHEN

MIT 151 ABBILDUNGEN

UND 78 SCHEMATA

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1967

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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967 Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967

Softcover reprint ofthe hardcover Ist edition 1967

Library of Congress Catalog Card Number 67-21933

Titel-Nr.1409

ISBN 978-3-662-00473-9 ISBN 978-3-662-00472-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-00472-2

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Zum Geleit

Die Mikrobiologie in der Technik hat sich in den letzten Jahrzehnten all­mählich auf viele neue Gebiete ausgedehnt, die sich seit dem 2. Weltkrieg beson­ders stark entwickelt haben. Die Verfahren, die mit Mikroorganismen arbeiten, werden heute überwiegend im Großen angewendet, so daß aus der technischen Mikrobiologie in zunehmendem Maße eine "industrielle Mikrobiologie" entstanden ist. Hier handelt es sich um ein neues Grenzgebiet, in dem die Wissenschaft von den Mikroorganismen als solchen mit der Technologie der für ihre Anwendung erforderlichen Verfahren und den biochemischen Grundlagen zusammenwirkt, auf denen die Leistung der Keime wie die Technik ihrer Anwendung beruht. Hinzu kommen noch Zusammenhänge anderer Art, so mit der Genetik und der Bio­physik, z. B. der Strahlenbiologie. Wenn man bedenkt, wie jedes dieser Gebiete für sich eine Fülle von Forschungsergebnissen aufzuweisen hat, so ergibt sich un­schwer, welche Möglichkeiten für Forschung und Industrie in dem neuen Grenz­gebiet liegen.

Eine Darstellung der Entwicklungen und Beziehungen in deutscher Sprache fehlt, ein Mangel, der schon oft beklagt worden ist. Es ist daher sehr zu begrüßen, daß H.-J. REHM eine industrielle Mikrobiologie schreibt. Ein Werk dieser Art fehlt insbesondere auch für die Ausbildung von Studenten, die, sei es als Biologen, Diplom-Ingenieure oder Chemiker, später in die Betriebe gehen wollen und für die bisher kein Leitfaden und kein Handbuch zur Verfügung steht, weder für den Unterricht noch zum Selbststudium. Häufig erst, wenn eine zusammen­fassende Darstellung vorliegt, pflegen sich die Geister im Streit der Meinungen zu entzünden, was neue Anregungen gibt und schließlich der wissenschaftlichen Er­kenntnis und dem allgemeinen Nutzen gleichermaßen zugute kommt.

Nach diesen überlegungen dürfte REHMs "Industrielle Mikrobiologie" einen nicht unbeträchtlichen Kreis interessierter Leser finden.

Berlin, Februar 1967 S. Windisch

Vorwort

Das vorliegende Buch ist aus Vorlesungen entstanden, die ich in Berlin und München über industrielle Mikrobiologie gehalten habe. Dieses Gebiet ist in sehr rascher Entwicklung begriffen. Besonders in den USA und in Japan wurden in den vergangenen Jahrzehnten wichtige neue Verfahren zur Züchtung von Mikro­organismen und deren Stoffwechselprodukte entwickelt. Die wirtschaftliche Be­deutung von technischen Verfahren, die mit Mikroorganismen durchgeführt wer­den, ist oft außerordentlich groß.

über das Gesamtgebiet der industriellen Mikrobiologie liegt im deutsch­sprachigen Schrifttum nur eine übersetzung einer amerikanischen Ausgabe des Buches von PRESCOTT und DUNN aus dem Jahre 1949 vor. In der Zwischenzeit sind auf diesem Gebiet aber außerordentlich viele Neuentwicklungen gemacht worden, die im vorliegenden Buch zusammenfassend dargestellt werden sollen.

Das Buch ist in erster Linie für Mikrobiologen, Biologen, Biochemiker, Chemiker, Lebensmittelchemiker und Techniker gedacht, die sich in der Industrie mit mikrobiologisch-technischen Problemen befassen müssen. Sie sollen sich an Hand des Buches über den gegenwärtigen Stand der industriellen Mikrobiologie informieren können und auf detaillierte Probleme hingewiesen werden, in die sie sich mit Hilfe der zitierten Spezialliteratur einarbeiten können. Es wurde bei der Stoffauswahl immer versucht, eine übersicht über das Gesamtgebiet zu erreichen.

Für die Auswahl der Verfahren war nicht nur die gegenwärtige wirtschaft­liche Bedeutung bestimmend, sondern in vielen Fällen auch besonders metho­disches Interesse. Dem Leser sollen auf diese Weise Anregungen für künftige technische Möglichkeiten vermittelt werden.

Für die Durchführung von Fermentationen mit Mikroorganismen und beson­ders für die Entwicklung neuer Verfahren ist die Kenntnis der Biosynthese der Stoffwechselprodukte häufig von größter Bedeutung. Aus diesem Grunde wurden wichtige Ergebnisse über biochemische Reaktionen bei der Biosynthese oder beim Abbau von Stoffwechselprodukten in den entsprechenden Kapiteln beschrieben. Art- und Gattungsnamen wurden im allgemeinen unverändert aus der Literatur übernommen. Ältere geschichtlich interessante Arbeiten, besonders aus dem vori­gen Jahrhundert, wurden zwar erwähnt, jedoch nicht mit Zitaten belegt. Die Kapitel über Wein und Bier wurden nur sehr kurz abgefaßt, da hierüber aus­gezeichnete Zusammenstellungen in deutscher Sprache existieren. Die Literatur wurde bis Mitte 1966 berücksichtigt.

Allen Kollegen, die mir bei der Herstellung des Buches mit wertvollen Rat­schlägen und Hinweisen behilflich waren, möchte ich meinen Dank sagen, beson­ders den Professoren und Doktoren BÖTTICHER, HARTMANN , KANDLER, SCHIL­LINGER, SCHLEGEL, THALER und vor allem Herrn Prof. SOUCI. Ganz besonders danke ich Fräulein K. AXT für die Anfertigung von Zeichnungen und Formelschemata sowie für die Mithilfe beim Lesen der Korrekturen. Meinem Vater bin ich für das Lesen der Korrekturen sehr dankbar, meinem Bruder für die Hilfe bei der Be­schaffung von Literatur. Dem Verlag danke ich für die gute Zusammenarbeit.

Ich bitte alle Fachkollegen um kritische Hinweise im Interesse der weiteren Entwicklung des Buches, denn es ist dem Einzelnen nicht mehr möglich, sämt­liche Tatsachen und Verfahren auf diesem großen Gebiet zu überblicken.

Möge das Buch zur weiteren Entwicklung der industriellen Mikrobiologie bei­tragen.

München, Mai 1967 Hans- J ürgen Rehm

Inhaltsverzeichnis A. Allgemeiner Teil

Kapitel 1 Geschichtlicher Überblick über die Entwicklung industriell wichtiger mikro· biologischer Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kapite12 Technisch wichtige Bakterienarten . . . . . . . . . . . . . . . . a) Allgemeines S. 5 - b) Industriell wichtige Bakterienfamilien S. 10

Kapitel 3 Technisch wichtige Pilz arten . . . . . . a) Allgemeines S. 20 - b) Systematik S. 21

1. Technisch wichtige Hefearten . . . . . . . a) Allgemeines S. 24 - b) Systematik S. 24 - c) Entwicklungszyklen S. 25 -­d) Wichtige Eigenschaften der Hefen S. 27

11. Technisch wichtige Schimmelpilze . . . . . . . . . . . . . . . . . IH. Wirtschaftlich und industriell interessante Pilze mit ]'ruchtkörperbildung

Kapitel4 Technisch wichtige Algenarten . . . Kapite15 Wichtige mikrobiologische Verfahren

1. Oberflächenverfahren . . . 11. Submersverfahren . . . . . . . . .

IH. Kontinuierliche Verfahren . . . . . a) Einstuf1ge kontinuierliche Systeme S. 45 - b) Mehrstufige kontinuierliche Systeme S. 46 - c) Weitere kontinuierliche Systeme S. 46 - d) Einteilung kontinuierlicher Systeme S. 47 - e) Grundlagen der kontinuierlichen Mikro­organismenzucht S. 48

IV. Isolierung der Stoffwechselprodukte und Mikroorganismen

B. Spezielle Verfahren, die vorwiegend mit Bakterien durchgeführt werden

1 5

20

24

32 35 37 ;{9 39 42 44

50

Kapitel6 Essigsäure und weitere Leistungen von Acetobacter-Arten. . . . . . . . 56 1. Herstellung von Essigsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

a) Allgemeines S. 56 -- b) Mikroorganismen S. 57 - c) Biochemie S. 58 --d) Herstellungstechnik S. 60 - e) Verarbeitung des fertigen Essigs S. 67 --f) Schädlinge S. 68 - g) Verwendung S. 68

11. Weitere wichtige oxydative Leistungen von Acetobacter-Arten. . . . . . . 68 a) Allgemeines S. 68 - b) Herstellung von Sorbose S. 70 - c) Herstellung von 5-Ketogluconsäure S. 71 - d) Herstellung von Dihydroxyaceton S. 74 --e) Weitere Oxydationen S. 74

Kapitel7 Milchsäure und Produkte mit Milchsäurebakterien . . . . . . . . . . . 76 1. Herstellung von Milchsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

a) Allgemeines S. 76 - b) Mikroorganismen S. 76 - c) Chemie S. 77 - d) Bio­chemie S. 78 - e) Herstellungstechnik S. 79 -- f) Sonstige Herstellungs­verfahren S. 86 - g) Anwendung S. 86

H. Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln mit Hilfe von Milchsäurebakterien 86 IH. Herstellung von Propionsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Kapitel 8 Polysaccharide ....... _ . . . . . . . . _ . . . . _ . . . . 104 a) Geschichtliches S. 104 - b) Mikroorganismen S. 104 - c) Chemie und Biosynthese S. 105 - d) Herstellungstechnik S. 107 - e) Anwendung der Polysaccharide S. 112

Kapitel 9 2,3-Butandiol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 a) Allgemeines S. 114 -- b) Mikroorganismen S. 114 -- c) Biochemie 1:). 115 --d) Herstellungstechnik S.119 - e) Aufarbeitung des 2,3-Butandiols S. 121 -f) Verwendung S. 121

KapitellO Aceton-Butanol und weitere Verfahren mit Clostridien . . . . . . . . . 122 I. Aceton-Butanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ 122

a) Allgemeines S. 122 - b) Chemie S. 122 - c) Mikroorganismen S. 124 --d) Biosynthese von Aceton, Butanol und Buttersäure S. 125 - e) Her­stellungstechnik S. 128 - f) Kontrolle der Gärung S. 133 - g) Gärungs­nebenprodukte S. 134 - h) Anwendung von Aceton und Butanol S. 134

VIII Inhaltsverzeichnis

II. Butanol-Isopropanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 a) Allgemeines S. 134 - b) Mikroorganismen S. 135 - c) Biochemie S. 135 -d) Verlauf der Gärung S. 135

III. Herstellung von Isopropanol aus Aceton . . . . . . . . . . . . .. 135 IV. Aceton-Äthanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 136

a) Allgemeines, Mikroorganismen S. 136 - b) Herstellungstechni~ S. 13(i V. Wirtschaftliche Bedeutung der Aceton-, Butanol-,Isopropanol- und Athanol­

Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 VI. Buttersäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

a) Allgemeines S. 137 -- b) Mikroorganismen S. 137 - c) Chemie und Bio­chemie S. 138 - d) Herstellungstechnik S. 138 - e) Wirtschaftliche Be­deutung S. 139

Kapitelll Weitere Verfahren mit Bakterien 141 I. Bildung organischer Säuren durch Bakterien 141

11. Bildung von Alkoholen, Zuckern und sonstigen Produkten 143 III. Massen zucht zur Gewinnung von Bakterienzellen 144

C. Antibiotica Kapitel 12 Allgemeines über Antibiotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

a) Allgemeines S. 146 - b) Methoden zur Isolierung von Antibioticabildnern S. 146 - c) Untersuchung der selektiv isolierten Stämme S. 147 - d) Defini-tion der antimikrobiellen Wirkung S. 149 - e) Identifizierung unbekannter Antibiotica S. 152 - f) Toxicität eines Antibioticums S. 154 - g) Anforderun-gen an Antibiotica und Antibioticabildner S. 154 - h) Z:üchtung von Anti­bioticabildnern S. 155 --. i) Haltung von Produktions stämmen S. 156 -k) Technik der Antibioticaherstellung R. 156

Kapitel 13 Wichtige Antibiotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 I. Penicilline und Cephalosporine .................... 159

a) Allgemeines S. 159 - b) Mikroorganismen H. 161 - c) Chemie S. 161 -d) Biosynthese der Penicilline und Cephalosporine S. 169 -- e) Herstellungs­technik der Penicilline S. 173 - f) Anwendung 179

II. Streptomycin und wichtige Oligosaccharidantibiotica . . . . . . . . . . . 180 a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 180 - b) Chemie S. 182 --c) Biosynthese S. 183 - d) Herstellungstechnik S. 185 -- c) Aufarbeitung von Streptomycin S. 187 - f) Anwendung S. 188 - g) Weitere wichtige Oligosaccharidantibiotica S. 189

III. Novobiocin ............................. 192 a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 192 - b) Chemie H. 193 -c) Biosynthese S. 194 - d) Herstellungstechnik S. 195 - c) Anwendung S. 196

IV. Griseofulvin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 a) Allgemeines und Mikroorganismen S.197 - b) Chemie S. 198 -- c) Bio­chemie S. 198 - d) Herstellungstechnik S. 199 - e) Aufarbeitung S. 201

V. ChJoramphenicol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 202 - b) Chemie tl. :wa -c) Synthese S. 204 - d) Biosynthese S. 205 -- e) Herstellungstechnik S. 207 ---f) Anwendung S. 207

VI. Tetracycline ............................ 208 a) Allgemeines und Mikroorganismen S. 208 -- b) Antimikrobielle Wirkung S. 210 - c) Chemie S. 210 - d) Biosynthese S. 213 - e) Herstellungstechnik S. 215 - f) Aufarbeitung der Tetracycline S. 218 - g) Verwendung der T('tra­cycline S. 218

VII. Macrolide Antibiotica ........................ 220 a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 220 -- b) Chemie S. 221 --e) Biosynthese S. 225 - d) Herstellungstechnik S. 228 - e) Anwendung S. 229

VIII. Polyene Antibiotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 230 - b) Chemie und Bio­chemie S. 232 - c) Herstellungstechnik S. 233 - d) Anwendung S. 234

IX. Siderochrome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 X. Polypeptide Antibiotica ..... ....... . . . . . . 236

a) Allgemeines und antimikrobielle Wirkung S. 236 -- b) Chemie S. 238 -c) Biosynthese S. 242 - d) Herstellungstechnik S. 245 - e) Anwendung S.247

Inhaltsverzeichnis IX

D. Spezielle Verfahren, die vorwiegend mit Hefen durchgeführt werden Kapitel 14 Bier und bierähnliche Getränke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

a) Allgemeines S. 249 -- b) Mikroorganismen S. 249 - c) Wichtige bio· chemische Vorgänge bei der Bierherstellung S. 249 - d) Technische Her­stellung von Bier S. 254 - e) Biertypen S. 269 - f) Bierähnliche alkoholische Getränke S. 271

Kapitel 15 Äthanol ............................. 274 a) Mikroorganismen S. 274 - b) Chemie S. 274 - c) Herstellungstechnik auf gärungsphysiologischem Wege S. 275 - d) Vorbereitung der Substrate S. 277 - e) D~r Maischprozeß S. 278 - f) Gärung S. 279 - g) Aufarbeitung S. 280 - h) Athanolherstellung aus Produkten cellulosehaItiger Substrate S. 280 - i) Kontinuierliche Äthanolgewinnung S. 283 - k) Fuselöle S. 284 -I) Besondere Brennereierzeugnisse S. 285 - m) Verwendung S. 286

Kapitel 16 Glycerin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 a) Allgemeines und Mikroorganismen S. 287 - b) Chemie S. 287 - c) Bio­chemie S. 288 - d) Verfahren zur Glycerinherstellung mit Sulfit S. 291 -e) Alkalische Glycerinherstellungsverfahren ohne Sulfitzusatz S. 292 -f) Glycerinherstellung mit osmophilen Hefen S. 293 - g) Glycerinherstellung mit Bakterien S. 293 - h) Aufarbeitung S. 293 - i) Verwendung S. 294

Kapitel17 Wein und Sekt .......................... 295 1. Wein ................................ 295

a) Allgemeines S. 295 - b) Mikroorganismen S.295 - c) Biochemie der Weinherstellung S. 296 - d) Technik der Weinbereitung S. 298 - e) Fehler des Weines S. 304 - f) Weinarten und weinähnliche Getränke S. 304 -g) Wirtschaftliche Bedeutung S. 305

11. Sekt (Schaumwein) .................... 305 a) Allgemeines S. 305 - b) Technik der Sektherstellung S. 306

Kapitel 18 Backhefe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 a) Allgemeines S. 310 - b) Mikroorganismen S. 311 - c) Biochemie S. 311 -d) Technik der Backhefeherstellung S. 312 - e) Schädlinge der Backhefe­erzeugung S. 322 - f) Trockenhefe S. 322 - g) Merkmale und Anwendung S.323

Kapitel19 Nähr- und Futterhefe ....................... 324 a) Allgemeines S. 324 - b) Mikroorganismen zur Eiweißherstellung S. 325 -c) Biochemie S. 326 - d) Rohstoffe zur technischen Herstellung von Hefen S. 327 - e) Verlauf des Herstellungsprozesses für Nähr- und Futterhefe S. 328 - f) Aufarbeitung der Hefen S. 333 - g) Verwendung S. 335

Kapitel20 Weitere Verfahren mit Hefen . . . . . . . . . . . 338 1. Reduktionen mit Hilfe von Hefen . . . . . . . . . . 338

H. Bildung von Polyalkoholen durch Hefen . . . . . . 340 IH. Bildung höherer Alkohole aus Aminosäuren durch Hefen 341 IV. Bildung weiterer organischer Verbindungen durch Hefen 342 V. Vergärung von Zucker durch Hefen als Reinigungsverfahren 343

E. Spezielle Verfahren, die vorwiegend mit Pilzen durchgeführt werden Kapitel 21 Citronensäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

a) Allgemeines S. 345 - b) Mikroorganismen S. 345 - c) Chemie S. 345 --d) Biochemie S. 346 -- e) Herstellungstechnik S. 347 - f) Aufarbeitung S. 351 - g) Anwendung S. 351

Kapitel 22 Gluconsäure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 a) Allgemeines S. 352 - b) Mikroorganismen S. 353 - c) Chemie und Bio­chemie S. 353 - d) Herstellungstechnik S. 354 - e) Anwendung S. 356 -f) Weitere Aldonsäuren aus Pilzen S. 356

Kapitel 23 Gibberelline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 a) Allgemeines S. 357 - b) Chemie S. 358 - c) Biosynthese S. 359 - d) Her­stellungstechnik S. 359 - e) Anwendung S. 361

Kapitel 24 Alkaloide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 I. Mutterkornalkaloide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

a) Allgemeines S. 362 - b) Mikroorganismen S. 363 - c) Chemie S. 365 -d) Biosynthese der Mutterkornalkaloide S. 367 - e) Herstellungstechnik S. 369 - f) Isolierung der Alkaloide S. 371 - g) Anwendung S. 372

H. Psilocybin und Psilocin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

x Inhaltsverzeichnis

Kapitel25 Weitere Stoffwechsel produkte (bes. organische Säuren) mit geringer Be-deutung aus Pilzen 374

I. Milchsäure 374 11. Oxalsäure. . . . . 375

III. Fumarsäure. . . . . 375 a) Allgemeines S. 375 - b) Chemie und Biochemie S. 376 -~ c) Herstellungs­technik S. 376 - d) Anwendung S. 377

IV. Äpfelsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 V. Itaconsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

a) Allgemeines S. 379 - b) Chemie und Biochemie S. 379 - c) Herstellungs­technik S. 379 - d) Anwendung S. 380

VI. Aconitsäure . . . . . . . . . . . . . . 380 VII. Isocitronensäure und Alloisocitroncnsäure. . 381

VIII. Kojisäure. . . . . . . . . . . . . . . . . 381 a) Allgemeines S. 381 - b) Chemie und Biochemie S. 381 - c) Herstellungs­technik S. 382 - d) Anwendung S. 382

IX. D-Araboascorbinsäure :~83 X. Gallussäure . . . . . . 383

XI. Ustilaginsäure. . . . . . . . 384 XII. Weitere Verbindungen aus Pilzen 385

Kapitel 26 Züchtung von Pilzen mit Fruchtkörpern :188 a) Allgemeines S. 388 - b) Champignonwcht auf festem Substrat S. 389 ~ c) Zucht weiterer Pilze auf erdhaltigem Substrat S. 396 - d) Zucht von Pilzen auf Holz S. 397 - e) Zucht von Mykorrhizapilzen S. 399 _. f) Frucht­körperbildung höherer Pilze im Submersverfahren S. 399

F. Weitere 8pezielle Verfahren mit Mikroorganismen

Kapitel 27 Algenzucht und mikrobiologische Probleme der Raumfahrt . . . . . . . 402 I. Verfahren zur Algenzucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

a) Allgemeines S. 402 - b) Arten S. 403 - c) Allgemeine Verfahren zur Massenzucht von Algen S. 403 - d) Schädlinge S. 406 - e) Algenzucht in Abwässern S. 406 - f) Energiegewinnung unter Verwendung von Algen S. 407 - g) Anwendung und Bedeutung der Algenmassenzucht S. 408

11. Mikrobiologische Probleme der Raumfahrt . . . . . . . . . . . . . . . 409

Kapitel 28 Fette. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 a) Allgemeines S. 413 ~- b) Chemie S. 414 - c) Biochemie S. 414 _. d) Technik der mikrobiologischen Fettherstellung S. 417 - e) Verwendung und Möglich­keiten zur technischen Produktion 425

Kapitel 29 Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 I. Herstellung von Glutaminsäure . . . . . . . . . . . . . . . . 427

a) Allgemeines S. 427 - b) Enzymatische Zerlegung von DL-Glutaminsäure S. 428 - c) Mikrobiologisch-biochemische Synthese von L-Glutaminsäure S. 429 - d) Biochemie der fermentativen Glutaminsäurebildung S. 431 -e) :Fermentation S. 434 - f) Aufarbeitung S. 435 - g) Anwendung von Glutaminsäure 435

11. Herstellung von Lysin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435 a) Allgemeines S. 435 - b) Biochemie der L-Lysinherstellung S. 436 -c) Technik der L-Lysinherstellung S. 438 - d) Fermentative Herstellung von L-Lysin S. 439

III. L-Alanin . 439 IV. L-Valin . . . 440 V. L-Isoleucin . 441

VI. L·Homoserin 442 VII. L-Threonin . 442

VIII. L-Asparaginsäure 443 IX. L-Ornithin 443 X. L-Tryptophan . . 444

a) Biosynthese von Tryptophan aus Indol bzw. Anthranilsäure S. 444 -b) Biosynthese von Tryptophan aus Indolbrenztraubensäure S. 444

XI. L-Phenylalanin und Tyrosin. . . . . . . . . . 445 XII. Weitere Aminosäuren und ähnliche Verbindungen ............ 446

Inhaltsverzeichnis XI

Kapitel30 Nucleinsäuren, Nucleotide, Nucleoside und Nucleotidbasen . . . . . . . 449 a)AllgemeinesS.449 - b) Chemie S.450 - c)BiochemieS.451 - d)Mikro­organismen S. 456 - e) Gewinnung von Nucleinsäuren S. 456 - f) Gewin­nung von Produkten aus Nucleinsäuren durch chemischen Abbau S. 456 -g) Gewinnung von Produkten aus Nucleinsäuren durch Mikroorganismen S. 458 - h) Weitere Methoden zur Gewinnung von Nucleotiden und Nucleo­siden S. 461 - i) Anwendung der Nucleotide und Nucleoside S. 467

Kapitel 31 Enzyme .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 a) Allgemeines S. 469 - b) Allgemeine Verfahren zur Gewinnung von Enzy­men für technische Zwecke S. 471 - c) Herstellungstechnik wichtiger Enzyme S. 475 - d) Anwendung mikrobiologisch hergestellter Enzyme S. 484 -e) Gewinnung von Enzymen für analytische Zwecke S. 487

Kapitel 32 Vitamine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 1. Herstellung von ß-Carotin (Provitamin A) ............... 492

a) Allgemeines S. 492 - b) Mikroorganismen S. 493 - c) Chemische Eigen­schaften S. 493 - d) Biosynthese S. 494 - e) Herstellungstechnik S. 497

II. Herstellung von Vitamin B. (Riboflavin) . . . . . . . . . . . . . . . . 498 a) Allgemeines S. 498 - b) Mikroorganismen S. 499 - c) Chemie S. 500 -d) Biosynthese S. 501 - e) Herstellungstechnik S. 503 - f) Riboflavin­bildung mit Ashbya gossypii S. 503 - g) Riboflavinbildung mit Eremothe­cium ashbyii S. 504 - h) Anwendung S. 504 - i) Herstellung von B.-5'­phosphat S. 505

III. Herstellung von Cobamiden (Vitamine der Bu-Gruppe) .......... 505 a) Allgemeines S. 505 - b) Mikroorganismen S. 505 - c) Chemie der Cobamide S. 506 - d) Biosynthese natürlich vorkommender Cobamide S. 509 e) Biosynthese nicht natürlich vorkommender Cobamide S. 511 - f) Her­stellungstechnik reiner Cobamide S. 511 - g) Herstellung von angereicherten Cobamidpräparaten S. 514 - h) Herstellung von Cobamiden aus Faul­schlamm S. 514 - i) Anwendung und wirtschaftliche Bedeutung S. 515

Kapitel 33 Mikrobiologische Transformationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 1. Transformation von Steroiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

a) Allgemeines S. 518 - b) Chemie der Steroidumwandlungen S. 520 -c) Biochemie der mikrobiologischen Steroidtransformationen S. 530 --d) Mikroorganismen S. 531 - e) Herstellungstechnik S. 353 - f) Anwendung mikrobieller Transformationen S. 535

II. Mikrobielle Transformation von cardialen Aglyconen, Alkaloiden und sonstigen Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 538

Kapitel34 Gewebekultur und Verfahren mit Gewebekulturen ........... 546 1. Zucht isolierter Pflanzenzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546

a) Allgemeines S. 546 - b) Technik der Herstellung von Stamm-Kulturen S.547

II. Zucht isolierter tierischer Zellen . . . . . . . . . . . . 548 a) Allgemeines S. 548 - b) Technik der Zellkultur S. 549

III. Herstellung von Produkten mit Hilfe der Gewebekultur ........ 553 a) Allgemeines S. 553 - b) Vaccine aus Hühnerembryonen S. 554 - c) Her­stellung von Poliomyelitis-Vaccinen vom Salk-Typus S. 554 - d) Her­stellung avirulenter Poliomyelitis-Viren zur Impfung S. 555 - e) Herstellung weiterer Vaccine aus Viren S. 556 - f) Herstellung von Interferon S. 556 -g) Herstellung weiterer Produkte mit Gewebekulturen S. 558 - h) Ver­wendung von Gewebekulturen zur Testung von tumor- uns virushemmenden Substanzen S. 558

Kapitel 35 Mikrobiologie der Lebensmittel .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 560 1. Lebensmittelverderbende Mikroorganismen . . . . . . . . . . . . . . . 560

a) Nahrungsmittelvergiftende und pathogene Mikroorganismen S. 5tH -b) Nahrungsmittelverderbende Mikroorganismen S. 563

II. Möglichkeiten zur Verhinderung des mikrobiellen Verderbs von Lebensmitteln 563 a) Physikalische Verfahren S. 564 - b) Chemische Verfahren S. 565

III. Herstellung von Nahrungsstoffen mit Hilfe von Mikroorganismen ..... 568 a) Lebensmittel, die vorwiegend mit Hilfe von Bakterien hergestellt werden S. 568 - b) Lebensmittel, die vorwiegend mit Hilfe von Pilzen hergestellt werden S. 569 - c) Lebensmittel, die mit Hilfe verschiedener Mikroorganis-men hergestellt werden S. 570 - d) Nahrungsmittel aus Rohöl S. 573

XII Inhaltsverzeichnis

Kapitel 36 Herstellung radioaktiv markierter Substanzen mit Hilfe von Mikroorganismen 576 a) Allgemeines S. 576 - b) Herstellungsmethoden S. 576 - c) Wichtige radioaktiv markierte Verbindungen aus Mikroorganismen S. 578

Kapitel 37 Biologische Abwasserbeseitigung und Methanbildung . . . . . . . . . . 581 a) Herkunft und Zusam!pensetzung der Abwässer S. 581 - b) Entwässerungs­anlagen S. 582 - c) Ubersicht über die Technik der Abwasserreinigung S. 582 -- d) Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser S. 586 - e) Schlammbehandlung und Schlammbeseitigung S. 592 - f) Mikro· organismen in den Reinigungsanlagen (Tropf- und Füllkörpern) S. 596 --g) Besondere Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen im Abwasser S. 598 - h) Methanbildung durch Mikroorganismen S. 602

Kapitel38 Materialzerstörung und Abbau wichtiger Produkte durch Mikroorganismen 605 a) Allgemeines S. 605 - b) Abbau und Zerstörung von Holz- und Cellulose­produkten S. 606 - c) Abbau von Kohlenwasserstoffen, Erdöl, Fetten und fetten Ölen S. 610 - d) Abbau weiterer chemischer Verbindungen durch Mikroorganismen S. 613

Kapitel39 Weitere wichtige Verfahren mit Mikroorganismen 615 I. Mikroorganismen bei der Tabakfermentation 616

II. Mikroorganismen bei der Lederherstellung 616 III. Mikroorganismen bei der Flachsröste . . . . . . . 617 IV. Mikroorganismen bei der Kakao- und Kaffeeherstellung . 618 V. Industrielle Bedeutung sulfatreduzierender Bakterien... 619

VI. Mikroorganismen bei der "Futterverpilzung durch Selbsterhitzung" 620 VII. Die Bedeutung der Mikroorganismen für die Analytik . . . . . . 621

VIII. Gewinnung von elektrischer Energie mit Hilfe von Mikroorganismen 621 IX. Mikroorganismen in Aerosolen (Aerobiologie) . . . . . . . . . . 623

a) Mikroorganismen in natürlichen Aerosolen S. 624 - b) Mikroorganismen in künstlichen Aerosolen S. 624 - c) Schutz gegen Mikroorganismen in Aero­solen S. 625

Bibliographie

Sachverzeichnis

627

629

Allgemeine Abkürzungen, die im Text verwendet werden

AMP, CMP, GMP, IMP, UMP = Adenosin-, Cytosin-, Guanosin-, Inosin-, Uridinmonophos­

ADP, CDP, GDP, IDP, UDP ATP, CTP, GTP, ITP, UTP CoA,CoASH DH DNS EMP FAD,FADH2

NAD+, NADH + H+ NADP+, NADPH + H+

Pa PP RNS TCS TPP

phat = Adenosin-, Cytosin-, Guanosin-, Inosin-, Uridindiphosphat = Adenosin-, Cytosin-, Guanosin-, Inosin-, Uridintriphosphat = CoenzymA = Dehydrogenase = Desoxyribonucleinsäure = EMBDEN-MEYERHOF-PARNAS = Flavin-adenin-dinucleotid (oxydiert und reduziert) = Nicotinamid-adenin-dinucleotid (oxydiert und reduziert) = Nicotinamid-adenin-dinucleotid-phosphat (oxydiert und re-

duziert) = anorganisches Phosphat = Pyrophosphat = Ribonucleinsäure = Tricarbonsäurecyclus = Thiamin-pyrophosphat