JP2006340676A - Method for producing astaxanthin - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing natural astaxanthin useful for the heightening of color of cultured fishes and shellfishes, and also utilized as a health food, more simply than the conventional method of production by using yeast, green algae or the like. <P>SOLUTION: This method for producing the astaxanthin by finding that microorganisms belonging to the genus Brevandimonas produces the astaxanthin in a high selectivity, is provided by culturing the bacteria belonging to the genus Brevandimonas and having a capacity of producing the astaxanthin, and collecting the astaxanthin from its cultured material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、エビ、マダイなどの養殖魚介類の色揚げに有用であり、また抗酸化剤としても利用されるアスタキサンチンの微生物を利用した製造方法に関するものである。   The present invention relates to a production method using astaxanthin microorganisms that are useful for coloring cultured seafood such as shrimps and red sea bream and also used as an antioxidant.

従来より、アスタキサンチンは、サケ、エビ、マダイなどの養殖魚介類の色揚げの目的で広く用いられており、その製造法としてナンキョクオキアミ等の甲殻類からの抽出、酵母の一種ファフィア等の培養、緑藻の一種ヘマトコッカス等の培養、及び有機合成等が知られている。しかし、ナンキョクオキアミ等を用いる場合、その採取、抽出、及び脂質を始めとする夾雑物との分離等において多大な労力を要する(特許文献1)。また、酵母ファフィアの培養物においては、その細胞壁が強固であるため抽出時に細胞壁を分解する操作が必要となり困難である(特許文献2、3)。また、一般的に食品用途に使用されているアスタキサンチンの光学異性体は(3S,3S’)であるのに対しファフィア酵母の生産するアスタキサンチンは(3R,3R’)であり、立体構造が異なる(非特許文献1)。緑藻ヘマトコッカスの培養時には、光合成に欠くことのできない光を供給しなければならず、太陽光採取のための立地条件や人工光供給のための培養装置等の設備が必要(特許文献4)であるだけでなく、混在するクロロフィルとの分離が困難で精製工程が複雑である。細菌を培養した製造方法は、アグロバクテリウム、パラコッカス等の記載があるがいずれも生産性が低く、また、β−カロテンをはじめとする前駆体等の夾雑物が多く工業的な実施は困難である(特許文献5、6、7)。ブレバンディモナス属がアスタキサンチンを生産する報告もあるが、副生成物としてヒドロキシアスタキサンチンを著量蓄積するためアスタキサンチンの選択性は低く(非特許文献2、総カロチノイド中9.9%と記載)、分離が困難な上、アスタキサンチンの生産性が著しく低いと考えられる。一方、新菌E-396株および変異株Y-1071によるアスタキサンチン生産菌の報告があるが、アスタキサンチンの選択性は50%未満であり(特許文献8)、さらにアスタキサンチン選択性の高い菌株が望まれている。また、有機合成法においては、アスタキサンチン が魚介類の飼料や食品として用いられることを考慮すると、反応時に生ずる副生成物等問題が残る。以上のことよりアスタキサンチンの簡易な製造法の開発が望まれている。
特開平02-255771号公報 特開平08-214870号公報 特開平08-000283号公報 国際公開第99/50384号パンフレット 特開平06-165683号公報 特開平07-184668号公報 特開平07-079796号公報 特開2001-352995号公報 Eric A.Johnsonら、“Astaxanthin from Microbial Sources”、Critical Reviews in Biotechnology、アメリカ合衆国、CRC Press、1991年、第11巻、第4号、p.297-329 Akihiro Yokoyamaら、“New trihydroxy-keto-carotenoids isolatedfrom astaxanthin-producing marie bacterium”、Bioscience Biotechnology and Biochemistry、日本農芸化学会、1996年、第60巻、第2号 p200-2003
Conventionally, astaxanthin has been widely used for the coloring of cultured seafood such as salmon, shrimp and red sea bream, and as its production method, extraction from shellfish such as Antarctic krill, cultivation of a kind of yeast such as faffia Culture of a kind of green algae, Hematococcus, and organic synthesis are known. However, when using Antarctic krill, etc., a great deal of labor is required for its collection, extraction, separation from impurities such as lipids (Patent Document 1). Moreover, since the cell wall is strong in the culture | cultivation of yeast Phaffia, operation which decomposes | disassembles a cell wall at the time of extraction is needed, and it is difficult (patent documents 2, 3). In addition, the optical isomer of astaxanthin generally used for food applications is (3S, 3S '), whereas astaxanthin produced by Phaffia yeast is (3R, 3R'), and the steric structure is different ( Non-patent document 1). When cultivating the green alga Haematococcus, it is necessary to supply light that is indispensable for photosynthesis, and it is necessary to have facilities such as site conditions for collecting sunlight and a culture device for supplying artificial light (Patent Document 4). In addition, the purification process is complicated because it is difficult to separate chlorophyll from the mixture. Production methods for cultivating bacteria are described in terms of Agrobacterium, Paracoccus, etc., but all have low productivity, and there are many contaminants such as β-carotene and other precursors, making industrial implementation difficult. Yes (Patent Documents 5, 6, and 7). Although there is a report that the genus Brevundimonas produces astaxanthin, the selectivity of astaxanthin is low because it accumulates a considerable amount of hydroxyastaxanthin as a by-product (Non-patent Document 2, described as 9.9% of total carotenoids), and separation In addition, it is considered that the productivity of astaxanthin is extremely low. On the other hand, astaxanthin-producing bacteria have been reported by the new strain E-396 strain and mutant strain Y-1071. Astaxanthin selectivity is less than 50% (Patent Document 8), and a strain with higher astaxanthin selectivity is desired. ing. Moreover, in the organic synthesis method, considering that astaxanthin is used as a feed or food for seafood, problems such as by-products generated during the reaction remain. From the above, development of a simple production method of astaxanthin is desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 02-255771 Japanese Patent Laid-Open No. 08-214870 Japanese Unexamined Patent Publication No. 08-000283 WO99 / 50384 pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 06-165683 Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-184668 JP 07-079796 JP 2001-352995 Eric A. Johnson et al., “Astaxanthin from Microbial Sources”, Critical Reviews in Biotechnology, USA, CRC Press, 1991, Volume 11, Issue 4, p.297-329 Akihiro Yokoyama et al., “New trihydroxy-keto-carotenoids isolated from astaxanthin-producing marie bacterium”, Bioscience Biotechnology and Biochemistry, Japanese Society for Agricultural Chemistry, 1996, Vol. 60, No. 2, p200-2003

本発明は、従来の酵母や緑藻等による製造方法より簡便かつ高効率に天然のアスタキサンチンを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide natural astaxanthin in a simpler and more efficient manner than conventional production methods using yeast or green algae.

本発明者らは、アスタキサンチンを生産する微生物について鋭意研究を行ったところ、ブレバンディモナス属に属する微生物がアスタキサンチンを高い選択性をもって生産することを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明のアスタキサンチンの製造方法は、アスタキサンチンを生産する能力を有するブレバンディモナス属細菌を培地中で培養し、培養物からアスタキサンチンを採取することを特徴とするものである。
1)カロチノイド類を生産する細菌において、総カロチノイド中アスタキサンチン含量がヒドロキシアスタキサンチンおよびジヒドロキシアスタキサンチンより高くなるような
アスタキサンチン選択性を有するブレバンディモナス属細菌。
2)カロチノイド類を生産する細菌において、総カロチノイド中アスタキサンチン含量が50%以上となるような生産能力を有するブレバンディモナス属細菌。
3)ブレバンディモナス属細菌が、以下の菌学的性質を示す上記1)または2)記載の
ブレバンディモナス属細菌。
(1) グラム染色陰性
(2) 菌の形態:桿状
(3) 菌体色素:オレンジ色
(4) 生理的性質:カタラーゼ 陽性、オキシダーゼ 陽性、ゼラチン分解性 陽性、
エスクリン加水分解 陽性
(5) グルコース、マルトース及びリンゴ酸資化性
4)ブレバンディモナス属 FERM P−20516菌株。
5)ブレバンディモナス属 FERM P−20515菌株。
6)上記1)〜5)のいずれかに記載のブレバンディモナス属細菌を培地に培養し、培養物からアスタキサンチンを採取することを特徴とするアスタキサンチンの製造方法。
The present inventors conducted extensive research on microorganisms that produce astaxanthin. As a result, they found that microorganisms belonging to the genus Brebandimonas produced astaxanthin with high selectivity, and completed the present invention. That is, the method for producing astaxanthin of the present invention is characterized by culturing Brevundimonas spp. Bacteria having an ability to produce astaxanthin in a medium and collecting astaxanthin from the culture.
1) A bacterium belonging to the genus Brevandimonas that has an astaxanthin selectivity such that the content of astaxanthin in the total carotenoids is higher than that of hydroxyastaxanthin and dihydroxyastaxanthin.
2) A bacterium belonging to the genus Brevundimonas having a production capacity such that the astaxanthin content in total carotenoids is 50% or more in bacteria producing carotenoids.
3) The Brevundimonas spp. Described in 1) or 2) above, wherein the Brevundimonas spp.
(1) Gram staining negative
(2) Fungal form: Spider
(3) Bacterial pigment: Orange
(4) Physiological properties: Catalase positive, oxidase positive, gelatin degradability positive,
Esculin hydrolysis positive
(5) Glucose, maltose and malic acid assimilation 4) Brevandymonas sp. FERM P-20516 strain.
5) Brevundimonas sp. FERM P-20515 strain.
6) A method for producing astaxanthin, comprising culturing the genus Brevundimonas as described in any one of 1) to 5) above in a medium and collecting astaxanthin from the culture.

本発明によれば、従来、ナンキョクオキアミや酵母、緑藻の培養物より得られたアスタキサンチンを、ごく一般的な微生物の培養装置により、高収率で容易に得ることができる。また、バクテリアを使用することによりアスタキサンチンの抽出を容易に行うことが可能となり、また、当該バクテリアはアスタキサンチンを選択的に生産することからその精製も容易になる。   According to the present invention, astaxanthin obtained from a culture of Antarctic krill, yeast, or green algae can be easily obtained in a high yield by using a very general microorganism culture apparatus. Moreover, by using bacteria, it is possible to easily extract astaxanthin, and since the bacteria selectively produce astaxanthin, purification thereof becomes easy.

本発明について、以下具体的に説明する。アスタキサンチン生産菌株としては、ブレバンディモナス属に属し、アスタキサンチンを選択的に生産する菌株であれば、いずれの菌株でも用いることができる。ここで、選択的に生産するとは、ヒドロキシアスタキサンチンなどの副生成物よりアスタキサンチンを高収率で生産することを意味する。
また、本発明では、産生される総カロチノイド中、アスタキサンチンの含量が50%以上である生産能力を有する菌株を用いる。
菌株としては、たとえば、自然界より土壌、海水、湖水などを採取し、殺菌水、生理的食塩水等に、懸濁または希釈したのち、シャーレに作成した寒天培地に塗布し、培養温度を20℃〜40℃、好ましくは25℃〜37℃で培養し、得られたコロニーから、赤〜黄色の色素を生産しているコロニーを選択する。選択したコロニーをさらに寒天培地もしくは液体培地で培養した後、菌体を回収し、アセトン、DMSO等の有機溶媒で色素を抽出する。抽出した色素をHPLC等で分析することによりアスタキサンチンを生産する株を取得することができる。また、これらの菌株が人工変異方法、例えば紫外線照射、X線照射、変異誘起剤処理などあるいは自然発生による変異株、また遺伝子操作、細胞融合による変異株でも、アスタキサンチンを選択的に生産するものであればいずれも本発明に用いることができる。
The present invention will be specifically described below. As an astaxanthin-producing strain, any strain can be used as long as it belongs to the genus Brebandimonas and selectively produces astaxanthin. Here, selectively producing means producing astaxanthin in a high yield from by-products such as hydroxyastaxanthin.
Moreover, in this invention, the strain which has the production capacity whose content of astaxanthin is 50% or more is used among the total carotenoids produced.
As a strain, for example, soil, seawater, lake water, etc. are collected from nature, suspended or diluted in sterilized water, physiological saline, etc., and then applied to an agar medium prepared in a petri dish, and the culture temperature is 20 ° C. Culturing is performed at -40 ° C, preferably 25 ° C-37 ° C, and a colony producing a red-yellow pigment is selected from the obtained colonies. The selected colony is further cultured in an agar medium or liquid medium, and then the cells are collected and the pigment is extracted with an organic solvent such as acetone or DMSO. A strain producing astaxanthin can be obtained by analyzing the extracted pigment by HPLC or the like. In addition, these strains selectively produce astaxanthin by artificial mutation methods such as ultraviolet irradiation, X-ray irradiation, mutagen treatment, naturally occurring mutant strains, and mutant strains by gene manipulation and cell fusion. Any of them can be used in the present invention.

具体的には、ブレバンディモナス属に属する菌株をブイヨン培地などの液体培養で培養温度 25℃〜35℃で1〜3日間培養後、遠心分離等で菌体を集め、NTG(N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジンン)50〜500mg/L溶液に懸濁後、25℃〜35℃で10〜120分間振とうする。その後、遠心分離により集菌し、生理的食塩水等で洗浄を行い、適当に希釈してシャーレに作成した普通寒天培地等に塗布し、25℃〜30℃で1〜7日間培養を行う。得られたコロニーを、さらに寒天培地もしくは液体培地で培養した後、菌体を回収し、アセトン、DMSO等の有機溶媒で色素を抽出する。抽出した色素をHPLC等で分析することによりアスタキサンチンを選択的に生産する株を選択する。   Specifically, strains belonging to the genus Brevandimonas are cultured in liquid culture such as bouillon medium at a culture temperature of 25 ° C. to 35 ° C. for 1 to 3 days. (N′-nitro-N-nitrosoguanidine)) After suspension in a solution of 50 to 500 mg / L, shake at 25 ° C. to 35 ° C. for 10 to 120 minutes. Thereafter, the cells are collected by centrifugation, washed with physiological saline or the like, applied to a normal agar medium or the like prepared in a petri dish with appropriate dilution, and cultured at 25 ° C. to 30 ° C. for 1 to 7 days. The obtained colonies are further cultured in an agar medium or a liquid medium, and then the cells are collected, and the pigment is extracted with an organic solvent such as acetone or DMSO. A strain that selectively produces astaxanthin is selected by analyzing the extracted dye by HPLC or the like.

本発明においては、自然界から多数のスクリーニングを行い、アスタキサンチンを選択的に生産する株を、また、突然変異の誘発により同じくアスタキサンチンを選択的に生産する株を得た。
代表的菌株としてN−5株およびA1−8株の変異株であるM26G−4株が挙げられる。
今回本発明者らが自然界より単離したN−5およびA1−8株について、菌株の同定を16SrDNA及び下記の生化学的性質の分析に基づいて行った。N−5株の16SrDNA配列を、国際塩基配列データバンク(DDBJ)に対する相同性検索の結果、基準株であるBrevundimonas vesicularis LGM2350株に対し相同率99.9%、Brevundimonas nasdae GTC1042株に対し相同率99.8%の高い相同率を示した。生化学性質からはゼラチン加水分解せず、β-ガラクトシダーゼ反応陽性であったことからB.nasdaeに近く、結局いずれに帰属するかは判断困難であった。一方、A1−8株についても、16SrDNA配列を、国際塩基配列データバンク(DDBJ)に対する相同性検索の結果、基準株であるBrevundimonas vesicularisLGM2350株に対し相同率100%、Brevundimonas nasdaeGTC1042株し対し相同率99.9%の高い相同率を示した。生化学性質からはゼラチン加水分解せず、β-ガラクトシダーゼ反応陽性であったことからB.nasdaeに近く、結局いずれに帰属するかは判断が困難であった。従って、いずれの株もブレバンディモナス属に属する菌株であることが判明したが、種の同定までには至らず、Brevundimonas sp. とすることが妥当と考えられた。これらは、独立行政法人産業技術総合研究所に寄託され、各々受託番号 FERM P−20516、FERM P−20515として受託されたものである(受託日平成17年4月26日)。N−5株及びA1−8株の菌学的性質は以下の通りである。
In the present invention, a large number of screenings were performed from nature to obtain a strain that selectively produced astaxanthin, and a strain that also produced astaxanthin by induction of mutation.
Representative strains include the N5 strain and the M26G-4 strain, which is a mutant strain of the A1-8 strain.
The present inventors have identified strains N-5 and A1-8 isolated from nature based on the analysis of 16S rDNA and the following biochemical properties. As a result of homology search with respect to the international nucleotide sequence data bank (DDBJ), the N-5 strain 16S rDNA sequence was found to have a homology of 99.9% with respect to the reference strain Brevundimonas vesicularis LGM2350, and a homology of 99 with Brevundimonas nasdae GTC1042. It showed a high homology rate of 8%. From the biochemical properties, gelatin was not hydrolyzed and β-galactosidase reaction was positive, so it was close to B. nasdae, and it was difficult to determine which one it belongs to. On the other hand, as for the A1-8 strain, as a result of homology search with respect to the international nucleotide sequence data bank (DDBJ), the 16S rDNA sequence was 100% homologous to the reference strain Brerevundimonas vesicularis LGM2350, compared with Brerevundimonas nasdae GTC1042 and 99% homologous. It showed a high homology rate of 9%. From the biochemical properties, gelatin was not hydrolyzed and β-galactosidase reaction was positive. Therefore, it was close to B. nasdae, and it was difficult to determine which was the end. Therefore, it was found that all the strains belonged to the genus Brebandimonas, but the species was not yet identified, and it was considered appropriate to use Brevundimonas sp. These were deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, and were deposited under the accession numbers FERM P-20516 and FERM P-20515, respectively (consignment date April 26, 2005). The mycological properties of the N-5 strain and the A1-8 strain are as follows.

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本発明の製造法においては、上記微生物を一般に微生物の培養に用いられる培地で培養し、産生されるアスタキサンチンを常法により採取する。まず培養法について述べる。ブレバンディモナス属細菌の培養には通常の培養方法を用いることができる。培地としては、資化可能な炭素源、窒素源、無機物及び必要な生育、生産促進物質を程よく含有する培地であれば合成培地、天然培地いずれでも使用可能である。炭素源としては、グルコース、澱粉、デキストリン、マンノース、フルクトース、シュクロース、ラクトース、キシロース、アラビノース、マンニトール、糖蜜などが単独又は組み合わせて用いられる。更に、菌の資化能によっては炭化水素、アルコール類、有機酸なども用いられる。窒素源としては、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、尿素、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、乾燥酵母、コーン・スチープ・リカー、大豆粉、カザミノ酸などが単独又は組み合わせて用いられる。そのほか、食塩、塩化カリウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸銅などの無機塩類や海水を必要に応じて加える。更に、使用菌の生育やアスタキサンチンの生産を促進する微量成分を適当に添加することができる。   In the production method of the present invention, the above microorganisms are cultured in a medium generally used for culturing microorganisms, and the produced astaxanthin is collected by a conventional method. First, the culture method is described. A normal culture method can be used for culturing Brevundimonas bacteria. As a medium, any medium can be used as long as it contains moderately assimilable carbon sources, nitrogen sources, inorganic substances, and necessary growth and production promoting substances. As the carbon source, glucose, starch, dextrin, mannose, fructose, sucrose, lactose, xylose, arabinose, mannitol, molasses and the like are used alone or in combination. Furthermore, hydrocarbons, alcohols, organic acids, and the like are also used depending on the ability of assimilation of bacteria. As the nitrogen source, ammonium chloride, ammonium nitrate, sodium nitrate, urea, peptone, meat extract, yeast extract, dry yeast, corn steep liquor, soy flour, casamino acid and the like are used alone or in combination. In addition, salt, potassium chloride, magnesium sulfate, calcium carbonate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, ferrous sulfate, calcium chloride, manganese sulfate, zinc sulfate, copper sulfate and other inorganic salts and seawater are required. Add as appropriate. Furthermore, trace components that promote the growth of the bacteria used and the production of astaxanthin can be appropriately added.

培養法としては、液体培養法、特に攪拌培養法が最も適している。培養温度は20〜40℃、特に25〜37℃が適当であり、培養中の培地のpHはアンモニア水や炭酸アンモニウム溶液などを添加して、4〜10、特に6〜8に維持することが望ましい。液体培養で通常1〜7日培養を行うと、目的物質のアスタキサンチンが菌体中に生成蓄積される。培養物中の生成量が最大に達したときに培養を停止する。   As the culture method, a liquid culture method, particularly a stirring culture method is most suitable. The culture temperature is suitably 20 to 40 ° C., particularly 25 to 37 ° C., and the pH of the medium during the culture can be maintained at 4 to 10, particularly 6 to 8 by adding aqueous ammonia or ammonium carbonate solution. desirable. When cultured for 1 to 7 days in liquid culture, the target substance astaxanthin is produced and accumulated in the cells. The culture is stopped when the production amount in the culture reaches the maximum.

培養物からのアスタキサンチンの単離精製は、微生物代謝生産物をその培養物から単離精製するために常用される方法に従って行われる。例えば、培養物を濾過により培養濾液と菌体に分け、菌体を有機溶剤 (例えば、ヘキサン、ベンゼン、クロロホルム、アセトン、エーテル、酢酸エチルなど) で抽出する。ついで濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、ゲル濾過 (SephadexLH-20)等でアスタキサンチンを分離、精製する。なお、培養、精製操作中のアスタキサンチンの動向は薄層クロマトグラフィーによるアスタキサンチン の赤色を目安として追跡することができる。   Isolation and purification of astaxanthin from the culture is performed according to a commonly used method for isolating and purifying a microbial metabolic product from the culture. For example, the culture is separated into a culture filtrate and cells by filtration, and the cells are extracted with an organic solvent (eg, hexane, benzene, chloroform, acetone, ether, ethyl acetate, etc.). Next, after concentration, astaxanthin is separated and purified by silica gel column chromatography, gel filtration (Sephadex LH-20) or the like. The trend of astaxanthin during culturing and purification operations can be traced using astaxanthin red color as a guide by thin layer chromatography.

菌体内のカロチノイドを定量分析するためのカロチノイド抽出方法は、下記、[カロチノイドを分析するための抽出方法]に示す。   The carotenoid extraction method for quantitative analysis of carotenoids in the microbial cells is shown in [Extraction method for analyzing carotenoids] below.

アスタキサンチンおよびアスタキサンチン前駆体の同定、定量は、HPLCによる市販品との溶出時間を比較することおよび、フォトダイオードアレイ検出器による可視光吸収スペクトルの比較することにより行うことができる。具体的な方法は、下記、[HPLC分析条件1]に示す。   Astaxanthin and astaxanthin precursor can be identified and quantified by comparing the elution time with a commercial product by HPLC and by comparing the visible light absorption spectrum by a photodiode array detector. A specific method is shown in [HPLC analysis condition 1] below.

ヒドロキシアスタキサンチンの同定は、LC/MS分析法でおよびHPLC分離ピークの可視光吸収スペクトルの分析で行うことができる。LC/MS分析は、(表1)に示す条件で行うことが出来る。また、HPLC分析の具体的な方法は、下記、[HPLC分析条件2]に示す。   Hydroxyastaxanthin can be identified by LC / MS analysis and by analyzing the visible light absorption spectrum of the HPLC separation peak. The LC / MS analysis can be performed under the conditions shown in (Table 1). A specific method of HPLC analysis is shown in [HPLC analysis condition 2] below.

アスタキサンチンの立体異性体および光学異性体の同定はSaleh Abu-lafiらのキラルHPLC法(Enantiomer,Vol.2,p17-25)による。具体的には、下記、[HPLC分析条件3]に示す。   The stereoisomers and optical isomers of astaxanthin were identified by a chiral HPLC method (Enantiomer, Vol. 2, p17-25) by Saleh Abu-lafi et al. Specifically, it is shown in [HPLC analysis condition 3] below.

[カロチノイドを分析するための抽出方法]
培養液2mlを採り、遠心分離を行い菌体を回収し、得られた湿菌体にDMSO 0.3mlを加え、50℃、1時間抽出を行う。その後、アセトニトリル/メタノール/イソプロピルアルコール(85/10/5)混合溶媒を0.3ml加え、遠心分離により上清を抽出液として得る。
[Extraction method for analyzing carotenoids]
Take 2 ml of the culture solution, collect the cells by centrifugation, add 0.3 ml of DMSO to the obtained wet cells, and extract at 50 ° C. for 1 hour. Thereafter, 0.3 ml of a mixed solvent of acetonitrile / methanol / isopropyl alcohol (85/10/5) is added, and the supernatant is obtained as an extract by centrifugation.

[HPLC分析条件1]
分離カラムとしてCAPCELL PAC C18(3μm 4.6mmφ×35mm 資生堂)を使用し、アセトニトリル/メタノール/イソプロピルアルコール(85/10/5)の溶離液を流速 1.0ml/minで通液する。検出はフォトダイオードアレイ検出器を使用し、478nmクロマトチャートより得られるピークの溶出時間および可視光吸収パターンを測定し、市販の試薬と比較することにより同定、定量を行うことが出来る(図1)。
[HPLC analysis condition 1]
Using CAPCELL PAC C18 (3 μm 4.6 mmφ × 35 mm Shiseido) as a separation column, an eluent of acetonitrile / methanol / isopropyl alcohol (85/10/5) is passed at a flow rate of 1.0 ml / min. For detection, a photodiode array detector is used, and the elution time and visible light absorption pattern of a peak obtained from a 478 nm chromatographic chart are measured, and identification and quantification can be performed by comparing with a commercially available reagent (FIG. 1). .

[HPLC分析条件2]
分離カラムとしてCAPCELL PAC C18(3μm 4.6mmφ×35mm 資生堂)を使用し、アセトニトリル/水(90/10)の溶離液を流速 1.0ml/minで通液する。検出はフォトダイオードアレイ検出器を使用し、478nmクロマトチャートより得られるピークの溶出時間および可視光吸収パターンを測定することにより同定、定量を行うことが出来る(図2)。
[HPLC analysis condition 2]
Using CAPCELL PAC C18 (3 μm 4.6 mmφ × 35 mm Shiseido) as a separation column, an acetonitrile / water (90/10) eluent is passed at a flow rate of 1.0 ml / min. Detection can be carried out using a photodiode array detector, and identification and quantification can be performed by measuring the elution time of the peak obtained from the 478 nm chromatograph and the visible light absorption pattern (FIG. 2).

[HPLC分析条件3]
分離カラムとしてSumichiral OA-2000を使用し、n−ヘプタン:塩化メチレン:イソプロピルアルコール(70/25/5)の溶離液を流速1.0ml/minで通液する。検出はフォトダイオードアレイ検出器を使用し、478nmクロマトチャートおよび得られるピークの可視光吸収パターンを測定する。
上記、HPLCで標準品として用いたカロチノイドおよびヒドロキシアスタキサンチンの構造式を示す。
[HPLC analysis condition 3]
Sumichiral OA-2000 is used as a separation column, and an eluent of n-heptane: methylene chloride: isopropyl alcohol (70/25/5) is passed at a flow rate of 1.0 ml / min. Detection uses a photodiode array detector to measure the 478 nm chromatograph and the visible light absorption pattern of the resulting peak.
The structural formulas of carotenoid and hydroxyastaxanthin used as standard products in the above HPLC are shown.

Figure 2006340676
Figure 2006340676

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。
[実施例1]
Nutrient agar(Difco社製)スラント培地にブレバンディモナス N−5株(FERM P−20516)を移植し、30℃、48時間培養後、Nutrient Broth(Difco社製)を500ml容三角フラスコに100ml分注しオートクレーブ殺菌を行った培地に一白菌耳植菌し、30℃で、48時間培養を行った。培養終了液を遠心分離し、菌体を回収したのち、上記、[カロチノイドを分析するための抽出方法]に従い、抽出した。抽出液をLC/MSにて分析することにより、アスタキサンチンおよび、ヒドロキシアスタキサンチンを生産していることを確認した(図3)。なお、LC/MSの分析条件を表1に示す。さらに、抽出液を前述[HPLC分析条件1]、[HPLC分析条件2]により分析を行った。市販アスタキサンチン、アスタキサンチン前駆体と比較し、溶出時間、可視光吸収スペクトルが一致することを確認すると同時に、アスタキサンチン、アスタキサンチン前駆体、ヒドロキシアスタキサンチンの定量を行った。結果を表2に示す。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but it goes without saying that the scope of the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
Brevandimonas N-5 strain (FERM P-20516) was transplanted into a slant medium of Nutrient agar (manufactured by Difco), cultured at 30 ° C. for 48 hours, and then Nutrient Broth (manufactured by Difco) in 100 ml portion in a 500 ml Erlenmeyer flask. Poured ears were inoculated into the medium that had been sterilized by autoclaving and cultured at 30 ° C. for 48 hours. After centrifuging the culture-terminated solution and collecting the cells, the cells were extracted according to the above [Extraction method for analyzing carotenoids]. It was confirmed that astaxanthin and hydroxyastaxanthin were produced by analyzing the extract with LC / MS (FIG. 3). LC / MS analysis conditions are shown in Table 1. Further, the extract was analyzed according to the above-mentioned [HPLC analysis condition 1] and [HPLC analysis condition 2]. Compared to commercially available astaxanthin and astaxanthin precursor, it was confirmed that the elution time and the visible light absorption spectrum coincided, and at the same time, astaxanthin, astaxanthin precursor and hydroxyastaxanthin were quantified. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
実施例1と同様にN−5株を培養した培養終了液100mlを遠心分離し、集菌した菌体を凍結乾燥した。乾燥菌体から色素を酢酸エチル5mlで抽出し、抽出液を得た。溶媒をヘキサンで充填したシリカゲルカラム(シリカゲル60、メルク株式会社製 20mm径×200mm高さ)に抽出液をチャージし、50mlヘキサンで洗浄した後、ヘキサン/アセトン(60/40)で溶出し、溶出液を5mlごとのフラクションに分画し、[HPLC分析条件1]で分析することにより、アスタキサンチンの画分を得た。さらに、アスタキサンチン画分を[HPLC分析条件3]にて分析することにより、アスタキサンチンの立体構造が(3S,3'S)-3,3'-ジヒドロキシ-β,β-カロチン-4,4'-ジオンであることを確認した(図4)。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, 100 ml of the culture end solution in which the N-5 strain was cultured was centrifuged, and the collected cells were lyophilized. The pigment was extracted from the dried cells with 5 ml of ethyl acetate to obtain an extract. The extract was charged in a silica gel column (silica gel 60, 20 mm diameter x 200 mm height manufactured by Merck & Co., Inc.) filled with hexane as a solvent, washed with 50 ml hexane, and then eluted with hexane / acetone (60/40). The liquid was fractionated into 5-ml fractions and analyzed under [HPLC analysis condition 1] to obtain astaxanthin fractions. Further, by analyzing the astaxanthin fraction under [HPLC analysis condition 3], the three-dimensional structure of astaxanthin is (3S, 3'S) -3,3'-dihydroxy-β, β-carotene-4,4'-dione. It was confirmed (FIG. 4).

[実施例3]
Nutrient agar(Difco社製)スラント培地にブレバンディモナス A1−8株を移植し、30℃、48時間培養後、Nutrient Broth(Difco社製)を500ml容三角フラスコに100ml分注し、オートクレーブ殺菌を行った培地に一白菌耳植菌し、30℃で、48時間培養を行った。得られた培養終了液を遠心分離し、菌体を得た。得られた菌体を100mM リン酸カリウム緩衝液(pH7)2mlに10個/mLになるよう懸濁し、さらにNTG(N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジンン)を250mg/L濃度になるよう添加し、30℃、1時間振とうすることにより変異処理を施した。この菌体懸濁液から遠心分離により菌体を集め、100mMリン酸カリウム緩衝液(pH7)でよく洗浄し、Nutrient agar培地に平板あたり100〜300胞子になるように希釈し、塗布した。30℃、4日間培養した後、得られたコロニーをさらにNutrient brothに移植し、30℃、48時間培養したのち、遠心分離により菌体を得た。得られた菌体を凍結乾燥し、メタノールで色素を抽出後、TLC(シリカゲル60,TLCアルミニウムプレート(メルク社製)展開溶媒 ヘキサン:アセトン=60:40)によりモノヒドロキシアスタキサンチン(Rf値 0.25)およびジヒドロキシアスタキサンチン(Rf値 0.15)のスポットがなくなり、アスタキサンチン(Rf値 0.4)のスポットが濃くなった菌株としてM26G−4株を得た。
[Example 3]
Brevandimonas A1-8 strain is transplanted to a slant medium of Nutrient agar (Difco), and after culturing at 30 ° C for 48 hours, 100 ml of Nutrient Broth (Difco) is dispensed into a 500 ml Erlenmeyer flask and autoclaved. One white fungus ear was inoculated into the culture medium and cultured at 30 ° C. for 48 hours. The obtained culture end solution was centrifuged to obtain bacterial cells. The obtained microbial cells were suspended in 2 ml of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7) to a concentration of 10 6 cells / mL, and NTG (N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine) was further added at 250 mg / L. It added to the density | concentration, and the mutation process was performed by shaking at 30 degreeC for 1 hour. The bacterial cells were collected from this bacterial cell suspension by centrifugation, washed thoroughly with 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7), diluted to 100 to 300 spores per plate in Nutrient agar medium, and applied. After culturing at 30 ° C. for 4 days, the obtained colonies were further transplanted into Nutrient broth, cultured at 30 ° C. for 48 hours, and then centrifuged to obtain bacterial cells. The obtained bacterial cells were freeze-dried, and the pigment was extracted with methanol, and then monohydroxyastaxanthin (Rf value 0.25) with TLC (silica gel 60, TLC aluminum plate (Merck), developing solvent hexane: acetone = 60: 40). ) And dihydroxyastaxanthin (Rf value 0.15) were eliminated, and the M26G-4 strain was obtained as a strain in which the astaxanthin (Rf value 0.4) spot became dark.

[実施例4]
実施例1と同様に培養を行う際、菌株として、実施例3で取得したM26G−4株を使用し、培養を行った。培養終了液を遠心分離し、菌体を回収したのち、上記、[カロチノイドを分析するための抽出方法]に従い、抽出したのち、[HPLC分析条件1][HPLC分析条件2]により分析を行い、アスタキサンチン、アスタキサンチン前駆体、ヒドロキシアスタキサンチンの定量を行った。結果を表2に示す。
[Example 4]
When culturing in the same manner as in Example 1, the M26G-4 strain obtained in Example 3 was used as a strain and culture was performed. After centrifuging the culture end solution and collecting the bacterial cells, the cells were extracted according to the above [Extraction method for analyzing carotenoid], and then analyzed according to [HPLC analysis condition 1] [HPLC analysis condition 2]. Astaxanthin, astaxanthin precursor, and hydroxyastaxanthin were quantified. The results are shown in Table 2.

[比較例]
実施例1と同様に培養を行う際、A1−8株、Brevundimonas aurantiaca (DMSZ 4731)、B. bacteroides (DMSZ4726)、B. Subvibrioides (DMSZ4735)、B. valiabilis (DMSZ7237)、B. vesicularis (DMSZ7233)、またはB. vesicularis (DMSZ7226)株を使用し培養を行った。培養終了液を遠心分離し、菌体を回収したのち、上記、[カロチノイドを分析するための抽出方法]に従い、抽出を行い抽出液を得た。[HPLC分析条件1][HPLC分析条件2]により分析を行い、アスタキサンチン、アスタキサンチン前駆体、ヒドロキシアスタキサンチンの定量を行った。結果を表2に示す。
一般的なブレバンディモナス属菌株は本発明の菌株と比較し、発酵生産時のアスタキサンチン選択性が低いことがわかる。
[Comparative example]
When culturing in the same manner as in Example 1, A1-8 strain, Brevundimonas aurantiaca (DMSZ4731), B. bacteroides (DMSZ4726), B. Subvibrioides (DMSZ4735), B. valiabilis (DMSZ7237), B. vesicularis (DMSZ7233) Or B. vesicularis (DMSZ7226) strain was used for cultivation. After centrifuging the culture-terminated solution and recovering the cells, extraction was performed according to the above [Extraction method for analyzing carotenoids] to obtain an extract. [HPLC analysis condition 1] Analysis was performed according to [HPLC analysis condition 2], and astaxanthin, astaxanthin precursor, and hydroxyastaxanthin were quantified. The results are shown in Table 2.
It can be seen that general Brevundimonas spp. Have lower astaxanthin selectivity during fermentation production than the strains of the present invention.

Figure 2006340676
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Figure 2006340676
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本発明は、アスタキサンチンの製造方法にかかわるものであり、アスタキサンチンはエビ、マダイなどの養殖魚介類の色揚げに有用であり、また近年、健康食品として利用される。   The present invention relates to a method for producing astaxanthin. Astaxanthin is useful for coloring cultured seafood such as shrimp and red sea bream, and has recently been used as a health food.

アスタキサンチンおよびアスタキサンチン前駆体の[HPLC分析条件1]によるHPLC分析チャートHPLC analysis chart of astaxanthin and astaxanthin precursor by [HPLC analysis condition 1] アスタキサンチンおよびヒドロキシアスタキサンチンの[HPLC分析条件2]によるHPLC分析チャートHPLC analysis chart of astaxanthin and hydroxyastaxanthin by [HPLC analysis condition 2] 実施例1における抽出液のLC/MS分析チャートLC / MS analysis chart of the extract in Example 1 実施例1における抽出液の[HPLC分析条件3]によるHPLC分析チャートHPLC analysis chart according to [HPLC analysis condition 3] of the extract in Example 1

Claims (6)

カロチノイド類を生産する細菌において、総カロチノイド中アスタキサンチン含量がヒドロキシアスタキサンチンおよびジヒドロキシアスタキサンチンより高くなるようなアスタキサンチン選択性を有するブレバンディモナス属細菌。   A bacterium belonging to the genus Brevandimonas having an astaxanthin selectivity such that the content of astaxanthin in total carotenoids is higher than that of hydroxyastaxanthin and dihydroxyastaxanthin in the carotenoid-producing bacteria. カロチノイド類を生産する細菌において、総カロチノイド中アスタキサンチン含量が50%以上となるような生産能力を有するブレバンディモナス属細菌。   A bacterium belonging to the genus Brevundimonas having a production capacity such that the astaxanthin content in total carotenoids is 50% or more in bacteria producing carotenoids. ブレバンディモナス属細菌が、以下の菌学的性質を示す請求項1または2記載のブレバンディモナス属細菌。
(1) グラム染色陰性
(2) 菌の形態:桿状
(3) 菌体色素:オレンジ色
(4) 生理的性質:カタラーゼ 陽性、オキシダーゼ 陽性、ゼラチン分解性 陽性、
エスクリン加水分解 陽性
(5) グルコース、マルトース及びリンゴ酸資化性
Brevundimonas spp. According to claim 1 or 2, wherein the Brevundimonas spp.
(1) Gram staining negative
(2) Fungal form: Spider
(3) Bacterial pigment: Orange
(4) Physiological properties: Catalase positive, oxidase positive, gelatin degradability positive,
Esculin hydrolysis positive
(5) Glucose, maltose and malate utilization
ブレバンディモナス属 FERM P−20516菌株。   Brevundimonas sp. FERM P-20516 strain. ブレバンディモナス属 FERM P−20515菌株。   Brevandimonas sp. FERM P-20515 strain. 請求項1〜5のいずれかに記載のブレバンディモナス属細菌又はその変異体を培地中で培養し、培養物からアスタキサンチンを採取することを特徴とするアスタキサンチンの製造方法。   A method for producing astaxanthin, comprising culturing the Brevundimonas bacterium or mutant thereof according to any one of claims 1 to 5 in a medium and collecting astaxanthin from the culture.
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