JP2008245537A - Method for producing chemicals by continuous fermentation - Google Patents

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秀樹 澤井
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健 守田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing chemicals by continuous fermentation in which microorganisms and cultured cells are filtered by a separation membrane, a product is collected from a filtrate, and the microorganisms and the cultured cells are recycled to the culture liquid to improve the concentration of the microorganisms and the cells in the fermentation culture liquid, by maintaining the concentration to be high and high material productivity in the continuous fermentation method. <P>SOLUTION: The method for producing the chemicals by the continuous fermentation, by filtering the fermentation culture liquid of the microorganisms or the cultured cells by the separation membrane, collecting the product from the filtrate, holding or returning the unfiltered liquid in or to the fermentation culture liquid, and adding a fermentation raw material to the fermentation culture liquid includes carrying out the filtering treatment, by using a porous separation membrane having ≥1 μm and ≤5 μm average pore diameter as the separation membrane. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、連続発酵法による化学品の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a chemical product by a continuous fermentation method.

微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく(1)回分発酵法(Batch発酵法)および流加発酵法(Fed−Batch発酵法)と(2)連続発酵法に分類することができる。   Fermentation methods, which are substance production methods involving the cultivation of microorganisms and cultured cells, are roughly classified into (1) batch fermentation methods (Batch fermentation methods), fed-batch fermentation methods (Fed-Batch fermentation methods), and (2) continuous fermentation methods. can do.

上記(1)の回分発酵法および流加発酵法は、設備的には簡素であり、短時間で培養が終了し雑菌汚染による被害が少ないという利点がある。しかしながら、時間経過と共に発酵培養液中の生産物濃度が高くなり、浸透圧あるいは生産物阻害等の影響により生産性及び収率が低下してくる。そのため、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持することが困難である。   The batch fermentation method and fed-batch fermentation method of the above (1) are simple in terms of equipment, and have the advantage that the culture is completed in a short time and damage caused by contamination with bacteria is small. However, the product concentration in the fermentation broth increases with the passage of time, and productivity and yield decrease due to the influence of osmotic pressure or product inhibition. Therefore, it is difficult to stably maintain a high yield and high productivity over a long period of time.

上記(2)の連続発酵法は、発酵反応槽内で目的物質が高濃度に蓄積することを回避することによって、長時間にわたって高収率かつ高生産性を維持できるという特徴がある。   The continuous fermentation method (2) is characterized in that a high yield and high productivity can be maintained over a long period of time by avoiding accumulation of the target substance at a high concentration in the fermentation reaction tank.

従来、L−グルタミン酸やL−リジンの発酵について連続培養法が提案されている(非特許文献1参照。)。しかしながら、これらの例では、発酵培養液に原料の連続的な供給を行うとともに、微生物や培養細胞を含んだ発酵培養液を抜き出すために、発酵培養液中の微生物や培養細胞が希釈されることから、生産効率の向上は限定されたものであった。   Conventionally, a continuous culture method has been proposed for fermentation of L-glutamic acid and L-lysine (see Non-Patent Document 1). However, in these examples, in order to continuously supply raw materials to the fermentation broth and extract the fermentation broth containing microorganisms and cultured cells, the microorganisms and cultured cells in the fermentation broth are diluted. Therefore, the improvement of production efficiency was limited.

連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や培養細胞を発酵培養液に保持または還流させることにより、発酵培養液中の微生物や細胞濃度を高く維持する方法が提案されている。   In the continuous fermentation method, microorganisms and cultured cells are filtered through a separation membrane, and the product is recovered from the filtrate, and at the same time, the filtered microorganisms and cultured cells are retained or refluxed in the fermentation broth, A method for maintaining a high cell concentration has been proposed.

例えば、セラミックス膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が開示されている(特許文献1、特許文献2および特許文献3参照。)。しかしながら、開示された技術は、セラミックス膜の目詰りによる濾過流量や濾過効率の低下に問題があり、目詰まり防止のために逆洗浄等を行っている。   For example, a technique for continuous fermentation in a continuous fermentation apparatus using a ceramic membrane is disclosed (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). However, the disclosed technique has a problem in reduction of filtration flow rate and filtration efficiency due to clogging of the ceramic film, and back cleaning or the like is performed to prevent clogging.

また別に、分離膜を用いたコハク酸の製造方法が提案されている(特許文献4参照。)。この技術では、膜分離において高い濾過圧(約200kPa)が採用されている。高い濾過圧はコスト的にも不利であるばかりでなく、濾過処理において微生物や培養細胞が圧力によって物理的なダメージをうけることから、微生物や培養細胞を連続的に発酵培養液に戻す連続発酵法においては適切ではない。   Separately, a method for producing succinic acid using a separation membrane has been proposed (see Patent Document 4). In this technique, a high filtration pressure (about 200 kPa) is employed in membrane separation. The high filtration pressure is not only disadvantageous in terms of cost, but the microorganisms and cultured cells are physically damaged by the pressure during the filtration process, so the continuous fermentation method returns the microorganisms and cultured cells back to the fermentation broth continuously. Is not appropriate.

従来の連続培養は、発酵反応槽に新鮮培地を一定速度で供給し、これと同量の発酵培養液を発酵反応槽外に排出することによって、発酵反応槽内の液量を常に一定に保つ培養法である。従来の回分培養法では初発基質濃度が消費されると培養は終了するが、連続培養では理論的には無限に培養を持続することができる。すなわち、理論的には無限に発酵できる。   In conventional continuous culture, the fresh medium is supplied to the fermentation reactor at a constant rate, and the same amount of fermentation broth is discharged outside the fermentation reactor so that the amount of liquid in the fermentation reactor is always kept constant. It is a culture method. In the conventional batch culture method, the culture is terminated when the initial substrate concentration is consumed, but in the continuous culture, the culture can theoretically be continued indefinitely. That is, in theory, it can be fermented infinitely.

一方、上述従来の連続培養では発酵培養液と共に微生物も発酵反応槽外に排出され、発酵反応槽内の微生物濃度を高く維持することは難しい。そこで、発酵生産を行う場合には発酵を行う微生物を高濃度に保つことができれば、発酵容積当たりの発酵生産効率を向上させることができる。そのためには、微生物を発酵槽内に保持、あるいは還流させる必要がある。微生物を発酵反応槽内に保持あるいは還流させる方法としては、排出された発酵培養液を重力、例えば遠心分離により固液分離し、沈殿物である微生物を発酵反応槽に返送する方法、ろ過することにより固形分である微生物を分離し、発酵培養液上清のみを発酵反応槽外に排出する方法が挙げられる。しかしながら、上記の遠心分離による方法は動力費が高く現実的ではない。また、ろ過による方法は前述のようにろ過するために高い圧力要することから、実験室レベルでの検討がほとんどであった。   On the other hand, in the conventional continuous culture described above, the microorganisms are discharged together with the fermentation broth out of the fermentation reaction tank, and it is difficult to maintain a high microorganism concentration in the fermentation reaction tank. Therefore, when performing fermentation production, fermentation production efficiency per fermentation volume can be improved if the microorganisms to be fermented can be kept at a high concentration. For this purpose, it is necessary to hold or reflux the microorganisms in the fermenter. As a method for retaining or refluxing microorganisms in the fermentation reaction tank, the discharged fermentation broth is subjected to solid-liquid separation by gravity, for example, centrifugation, and the microorganisms as precipitates are returned to the fermentation reaction tank, or filtered. The method of separating the microorganisms which are solid content by this, and discharging only a fermentation culture-medium supernatant outside a fermentation reaction tank is mentioned. However, the above-described method using centrifugation is expensive because of high power cost. Moreover, since the method by filtration requires high pressure to filter as described above, most of the studies have been conducted at the laboratory level.

このように、従来の連続発酵法には様々な問題があり、産業的応用が難しかった。すなわち、連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や培養細胞を発酵培養液に還流させ、発酵培養液中の微生物や細胞濃度を向上させ、かつ、高く維持させることで高い物質生産性を得ることは、依然として困難であり、技術の革新が望まれていた。
特開平5−95778号公報 特開昭62−138184号公報 特開平10−174594号公報 特開2005−333886号公報 Toshihiko Hirao et. al.(ヒラノ・トシヒコ ら)、 Appl. Microbiol. Biotechnol.(アプライド マイクロバイアル アンド マイクロバイオロジー),32,269−273(1989)
As described above, the conventional continuous fermentation method has various problems, and industrial application is difficult. That is, in a continuous fermentation method, microorganisms and cultured cells are filtered through a separation membrane, and the product is recovered from the filtrate. At the same time, the filtered microorganisms and cultured cells are refluxed to the fermentation broth, and the microorganisms and cell concentration in the fermentation broth It is still difficult to obtain high material productivity by improving and maintaining high, and technological innovation has been desired.
JP-A-5-95778 Japanese Patent Laid-Open No. 62-138184 JP-A-10-174594 JP 2005-333886 A Toshihiko Hirao et. Al. (Hirano Toshihiko et al.), Appl. Microbiol. Biotechnol. (Applied Microvials and Microbiology), 32, 269-273 (1989)

そこで本発明の目的は、簡便な操作方法で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵法による化学品の製造方法を提供することである。具体的に、本発明の目的は、連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や培養細胞を培養液に還流させ、発酵培養液中の微生物や細胞濃度を向上させ、かつ、高く維持させることにより高い物質生産性を維持する連続発酵法による化学品の製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a chemical product by a continuous fermentation method that maintains high productivity stably over a long period of time by a simple operation method. Specifically, the object of the present invention is to filter microorganisms and cultured cells through a separation membrane in a continuous fermentation method, collect the product from the filtrate, and at the same time reflux the filtered microorganisms and cultured cells to the culture solution to perform fermentation culture. An object of the present invention is to provide a method for producing a chemical product by a continuous fermentation method in which the concentration of microorganisms and cells in a liquid is improved and maintained at a high level by maintaining a high substance productivity.

本発明は、微生物もしくは培養細胞の発酵培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収し、さらに、未濾過液を前記の発酵培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記の発酵培養液に追加する連続発酵において、分離膜として平均細孔径が1μm以上5μm以下の細孔を有する多孔性分離膜を用い、膜間差圧を0.1kPaから150kPaの範囲にして濾過処理する連続発酵法による化学品の製造方法である。   In the present invention, the fermentation broth of microorganisms or cultured cells is filtered through a separation membrane, the product is recovered from the filtrate, the unfiltered liquid is retained or refluxed in the fermentation broth, and the fermentation raw material is In continuous fermentation to be added to the fermentation broth, a porous separation membrane having pores with an average pore diameter of 1 μm or more and 5 μm or less is used as a separation membrane, and filtration treatment is performed with a transmembrane differential pressure in the range of 0.1 kPa to 150 kPa. It is the manufacturing method of the chemical by the continuous fermentation method.

本発明の連続発酵法による化学品の製造方法によれば、前記の多孔性分離膜の純水透過係数は、2×10-9/m/s/pa以上2×10−6/m/s/pa以下である。 According to the method for producing a chemical product by the continuous fermentation method of the present invention, the pure water permeability coefficient of the porous separation membrane is 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa or more and 2 × 10 −6 m. 3 / m 2 / s / pa or less.

本発明の連続発酵法による化学品の製造方法によれば、前記の多孔性分離膜の平均細孔径が1μm以上5μm以下であり、かつ、多孔性分離膜の平均細孔径の標準偏差が0.5μm以下である。   According to the method for producing a chemical product by the continuous fermentation method of the present invention, the average pore diameter of the porous separation membrane is 1 μm or more and 5 μm or less, and the standard deviation of the average pore diameter of the porous separation membrane is 0. 5 μm or less.

本発明の連続発酵法による化学品の製造方法によれば、前記の多孔性分離膜の膜表面粗さは0.1μm以下の多孔性分離膜であり、前記の多孔性分離膜は多孔質樹脂層を含む多孔性分離膜である。   According to the method for producing a chemical product by the continuous fermentation method of the present invention, the membrane surface roughness of the porous separation membrane is a porous separation membrane of 0.1 μm or less, and the porous separation membrane is a porous resin. A porous separation membrane comprising a layer.

本発明は、発酵培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を発酵培養液に保持または還流させる連続発酵方法による化学品の製造方法おいて、分離膜として、平均細孔径が1μm以上5μm以下の範囲にある多孔性分離膜を用い、一定の膜間差圧で濾過処理することにより安定に低コストで、発酵生産効率を著しく向上させる連続発酵法による化学品の製造方法を提供するものである。   The present invention separates a fermentation broth into a filtrate and a non-filtrate by a separation membrane, collects a desired fermentation product from the filtrate, and retains or refluxs the non-filtrate in the fermentation broth. In the production method, a porous separation membrane having an average pore diameter in the range of 1 μm or more and 5 μm or less is used as a separation membrane, and filtration treatment is performed at a constant transmembrane pressure, so that the fermentation production efficiency is stable and low cost. The present invention provides a method for producing a chemical by a continuous fermentation method that significantly improves the above.

本発明によれば、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵が可能となり、広く発酵工業において発酵生産物である化学品を低コストで安定に生産することが可能となる。   According to the present invention, continuous fermentation that stably maintains high productivity over a long period of time can be performed under simple operation conditions, and chemical products that are fermentation products in a wide range of fermentation industries can be stably produced at low cost. Is possible.

本発明は、微生物もしくは培養細胞の発酵培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収し、さらに、未濾過液を発酵培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を発酵培養液に追加する連続発酵において、分離膜として平均細孔径が1μm以上5μm以下の細孔を有する多孔性分離膜を用い、膜間差圧を0.1kPaから150kPaの範囲にして濾過処理する化学品の製造方法である。   The present invention filters the fermentation broth of microorganisms or cultured cells through a separation membrane, collects the product from the filtrate, holds or refluxs the unfiltered liquid in the fermentation broth, and uses the fermentation raw material as the fermentation broth In a continuous fermentation to be added to the above, a porous separation membrane having pores with an average pore diameter of 1 μm or more and 5 μm or less is used as a separation membrane, and the chemical treatment is filtered with a transmembrane differential pressure in the range of 0.1 kPa to 150 kPa. It is a manufacturing method.

本発明において分離膜として用いられる多孔性分離膜について説明する。まず、本発明で分離膜として用いられる多孔性分離膜の構成について説明する。本発明における多孔性分離膜は、好ましくは被処理水の水質や用途に応じた分離性能と透水性能を有するものである。   The porous separation membrane used as the separation membrane in the present invention will be described. First, the structure of the porous separation membrane used as the separation membrane in the present invention will be described. The porous separation membrane in the present invention preferably has separation performance and water permeability according to the quality of water to be treated and the application.

多孔性分離膜は、阻止性能および透水性能や分離性能、例えば、耐汚れ性の点から、多孔質樹脂層を含む多孔性膜であることが好ましい。多孔質樹脂層を含む多孔性分離膜は、好ましくは、多孔質基材の表面に、分離機能層として作用とする多孔質樹脂層を有している。多孔質基材は、多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与える。   The porous separation membrane is preferably a porous membrane including a porous resin layer from the viewpoint of blocking performance, water permeability performance and separation performance, for example, stain resistance. The porous separation membrane including the porous resin layer preferably has a porous resin layer that acts as a separation functional layer on the surface of the porous substrate. The porous substrate supports the porous resin layer and gives strength to the separation membrane.

本発明で用いられる多孔性分離膜においては、好ましくは多孔質基材の表面に、多孔質樹脂層を有している場合、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。   The porous separation membrane used in the present invention preferably has a porous resin layer on the surface of the porous substrate, and even if the porous resin layer penetrates into the porous substrate, it is porous. It does not matter if the porous resin layer does not penetrate into the porous substrate, and it is selected according to the application.

多孔質基材の平均厚みは、好ましくは50μm以上3000μm以下である。   The average thickness of the porous substrate is preferably 50 μm or more and 3000 μm or less.

多孔質基材の材質は、有機材料および/または無機材料等からなり、有機繊維が望ましく用いられる。好ましい多孔質基材は、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエチレン繊維などの有機繊維を用いてなる織布や不織布であり、より好ましくは、密度の制御が比較的容易であり製造も容易で安価な不織布が用いられる。   The material of the porous substrate is made of an organic material and / or an inorganic material, and an organic fiber is desirably used. A preferred porous substrate is a woven fabric or a nonwoven fabric using organic fibers such as cellulose fiber, cellulose triacetate fiber, polyester fiber, polypropylene fiber and polyethylene fiber, and more preferably, the density control is relatively easy. A non-woven fabric that is easy to manufacture and inexpensive is used.

多孔質樹脂層は、有機高分子化合物からなる有機高分子膜を好適に使用することができる。有機高分子膜の材質としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられる。有機高分子膜は、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。ここで主成分とは、その成分が50重量%以上、好ましくは60重量%以上含有することをいう。有機高分子膜の材質は、溶液による製膜が容易で物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が最も好ましく用いられる。   As the porous resin layer, an organic polymer film made of an organic polymer compound can be preferably used. Examples of the material of the organic polymer film include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyacrylonitrile resin, cellulose resin, and the like. Examples thereof include cellulose triacetate resins. The organic polymer film may be a mixture of resins mainly composed of these resins. Here, the main component means that the component is contained in an amount of 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more. The organic polymer film is made of a polyvinyl chloride resin, a polyvinylidene fluoride resin, a polysulfone resin, a polyethersulfone resin, which is easy to form a film with a solution and has excellent physical durability and chemical resistance. Polyacrylonitrile-based resins are preferable, and polyvinylidene fluoride-based resins or resins containing them as the main components are most preferably used.

ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体も好ましく用いられる。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。   Here, as the polyvinylidene fluoride resin, a homopolymer of vinylidene fluoride is preferably used. Furthermore, as the polyvinylidene fluoride resin, a copolymer of a vinyl monomer copolymerizable with vinylidene fluoride is also preferably used. Examples of vinyl monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and ethylene trichloride fluoride.

本発明で使用される多孔性分離膜は、平均細孔径が1μm以上5μm以下であることが重要である。多孔性分離膜の平均細孔径が、1μm未満であると、発酵に使用される微生物の分泌物や発酵原料中の微粒子による目詰まりが起こりやすい。また、多孔性分離膜の平均細孔径が1μm以上5μm以下であり、さらに好ましくは平均細孔径が1μm以上2μm以下である多孔性分離膜を活用することにより、発酵に使用される微生物や原料由来の微粒子による目詰まりが少ないため、発酵培養液を高い透水性で連続的にろ過しながら発酵を実施することができる。   It is important that the porous separation membrane used in the present invention has an average pore diameter of 1 μm or more and 5 μm or less. When the average pore diameter of the porous separation membrane is less than 1 μm, clogging due to the secretions of microorganisms used for fermentation and the fine particles in the fermentation raw material tends to occur. The average pore diameter of the porous separation membrane is 1 μm or more and 5 μm or less, and more preferably, by utilizing a porous separation membrane having an average pore diameter of 1 μm or more and 2 μm or less, derived from microorganisms or raw materials used for fermentation Therefore, fermentation can be carried out while continuously filtering the fermentation broth with high water permeability.

ここで、平均細孔径は、倍率2,000倍の走査型電子顕微鏡観察における、46μm×52μmの範囲内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。平均細孔径は、膜表面を走査型電子顕微鏡を用いて倍率2,000倍で写真撮影し、10個以上、好ましくは20個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることもできる。細孔が円状でない場合、画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円(等価円)を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求められる。   Here, the average pore diameter can be determined by measuring and averaging the diameters of all the pores that can be observed within a range of 46 μm × 52 μm in a scanning electron microscope observation at a magnification of 2,000 times. The average pore diameter is photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 2,000 times, and 10 or more, preferably 20 or more pores are randomly selected and the diameters of these pores are measured. However, it can also be obtained by number averaging. When the pores are not circular, a circle having an area equal to the area of the pores (equivalent circle) is obtained by an image processing device or the like, and the equivalent circle diameter is obtained by the method of setting the diameter of the pores.

本発明で用いられる多孔性分離膜の平均細孔径の標準偏差σは、0.5μm以下であることが好ましい。平均細孔径の標準偏差σは小さければ小さい方が望ましい。平均細孔径の標準偏差σは、上述の46μm×52μmの範囲内で観察できる細孔数をNとして、測定した各々の直径をXkとし、細孔直径の平均をX(ave)とした下記の(式1)により算出される。   The standard deviation σ of the average pore diameter of the porous separation membrane used in the present invention is preferably 0.5 μm or less. The smaller the standard deviation σ of the average pore diameter, the better. The standard deviation σ of the average pore diameter is the following, where the number of pores that can be observed within the above-mentioned range of 46 μm × 52 μm is N, each measured diameter is Xk, and the average pore diameter is X (ave) Calculated by (Equation 1).

Figure 2008245537
Figure 2008245537

本発明で用いられる多孔性分離膜においては、発酵培養液の透過性が重要な性能の一つである。多孔性分離膜の透過性の指標として、使用前の多孔性分離膜の純水透過係数を用いることができる。本発明において、多孔性分離膜の純水透過係数は、逆浸透膜による25℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ1mで透水量を測定し算出したとき、2×10−9/m/s/pa以上であることが好ましく、純水透過係数が、2×10-9/m/s/pa以上2×10-6/m/s/pa以下であれば、実用的に十分に高い透過水量が得られる。 In the porous separation membrane used in the present invention, the permeability of the fermentation broth is one of the important performances. As an indicator of the permeability of the porous separation membrane, the pure water permeability coefficient of the porous separation membrane before use can be used. In the present invention, the pure water permeability coefficient of the porous separation membrane is 2 × 10 −9 m 3 when calculated by measuring the water permeability at a head height of 1 m using purified water at a temperature of 25 ° C. by a reverse osmosis membrane. / M 2 / s / pa or more, and the pure water permeability coefficient is 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa or more and 2 × 10 −6 m 3 / m 2 / s / pa or less. If so, a sufficiently high amount of permeated water can be obtained practically.

本発明で用いられる多孔性分離膜においては、表面粗さとは表面に対して垂直方向の高さの平均値である。膜表面粗さは、分離膜表面に付着した微生物もしくは培養細胞が、撹拌や循環ポンプによる液流による膜面洗浄効果で剥離しやすくするための因子の一つである。多孔性分離膜の表面粗さは、0.1μm以下であることが好ましい。表面粗さが0.1μm以下であると、膜に付着した微生物もしくは培養細胞が剥がれやすい。   In the porous separation membrane used in the present invention, the surface roughness is an average value of heights in a direction perpendicular to the surface. Membrane surface roughness is one of the factors for facilitating separation of microorganisms or cultured cells adhering to the separation membrane surface due to the membrane surface cleaning effect by stirring and a liquid flow by a circulation pump. The surface roughness of the porous separation membrane is preferably 0.1 μm or less. When the surface roughness is 0.1 μm or less, microorganisms or cultured cells attached to the film are easily peeled off.

さらに好ましくは、多孔性分離膜の膜表面粗さが0.1μm以下であり、平均細孔径が1μm以上5μm以下であり、多孔性分離膜の純水透過係数が2×10−9/m/s/pa以上の多孔性分離膜を使用することにより、膜面洗浄に必要な動力を過度に必要としない運転が、より容易に、可能であることがわかった。多孔性分離膜の表面粗さを、0.1μm以下とすることにより、微生物もしくは培養細胞の濾過において、膜表面で発生する剪断力を低下させることができ、微生物の破壊が抑制され、多孔性分離膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が、より容易に、可能になる。また、多孔性分離膜の表面粗さを、0.1μm以下とすることにより、より低い膜間差圧で連続発酵が実施可能であり、膜が目詰まりした場合でも高い膜間差圧で運転した場合に比べて、洗浄回復性が良好であり、好ましい。目詰まりを抑えることで、安定した連続発酵が可能になることから、多孔性分離膜の表面粗さは小さければ小さいほど好ましい。 More preferably, the membrane surface roughness of the porous separation membrane is 0.1 μm or less, the average pore diameter is 1 μm or more and 5 μm or less, and the pure water permeability coefficient of the porous separation membrane is 2 × 10 −9 m 3 / It has been found that by using a porous separation membrane of m 2 / s / pa or more, an operation that does not require excessive power necessary for membrane surface cleaning can be performed more easily. By setting the surface roughness of the porous separation membrane to 0.1 μm or less, in the filtration of microorganisms or cultured cells, the shearing force generated on the membrane surface can be reduced, the destruction of microorganisms is suppressed, and the porosity is reduced. By suppressing clogging of the separation membrane, stable filtration over a long period of time becomes easier. In addition, by setting the surface roughness of the porous separation membrane to 0.1 μm or less, continuous fermentation can be performed at a lower transmembrane pressure difference, and even when the membrane is clogged, the operation is performed at a higher transmembrane pressure difference. Compared to the case, the cleaning recoverability is good, which is preferable. Since stable continuous fermentation is possible by suppressing clogging, the surface roughness of the porous separation membrane is preferably as small as possible.

ここで、多孔性分離膜の膜表面粗さは、下記の原子間力顕微鏡装置(AFM)を使用して、下記の条件で測定することができる。
<装置>原子間力顕微鏡装置(Digital Instruments(株)製Nanoscope IIIa)
<条件>
・探針:SiNカンチレバー(Digital Instruments(株)製)
走査モード コンタクトモード(気中測定)
水中タッピングモード(水中測定)
・走査範囲:10μm、25μm 四方(気中測定)
5μm、10μm 四方(水中測定)
・走査解像度:512×512。
・試料調製:測定に際し膜サンプルは、常温でエタノールに15分浸漬後、RO水中に24時間浸漬し洗浄した後、風乾し用いた。RO水とは、ろ過膜の一種である逆浸透膜(RO膜)を用いてろ過し、イオンや塩類などの不純物を排除した水を指す。RO膜の孔の大きさは、概ね2nm以下である。
Here, the membrane surface roughness of the porous separation membrane can be measured under the following conditions using an atomic force microscope (AFM) described below.
<Apparatus> Atomic force microscope apparatus (Nanoscope IIIa manufactured by Digital Instruments)
<Conditions>
-Probe: SiN cantilever (manufactured by Digital Instruments)
Scan mode Contact mode (in-air measurement)
Underwater tapping mode (underwater measurement)
・ Scanning range: 10μm, 25μm square (measurement in air)
5μm, 10μm square (underwater measurement)
Scanning resolution: 512 × 512.
Sample preparation: Membrane samples were immersed in ethanol at room temperature for 15 minutes, then immersed in RO water for 24 hours, washed, and then air-dried. The RO water refers to water that has been filtered using a reverse osmosis membrane (RO membrane), which is a type of filtration membrane, and impurities such as ions and salts are excluded. The pore size of the RO membrane is approximately 2 nm or less.

膜表面粗さdroughは、上記、原子間力顕微鏡装置(AFM)により各ポイントのZ軸方向の高さから、下記の(式2)により算出する。   The film surface roughness “dr” is calculated by the following (formula 2) from the height of each point in the Z-axis direction by the atomic force microscope (AFM).

Figure 2008245537
Figure 2008245537

本発明で用いられる多孔性分離膜の形状は、好ましくは平膜または中空糸膜である。多孔性分離膜の形状が平膜の場合、その平均厚みは用途に応じて選択される。多孔性分離膜の形状が平膜の場合の平均厚みは、好ましくは、20μm以上5000μm以下であり、より好ましくは50μm以上2000μm以下である。   The shape of the porous separation membrane used in the present invention is preferably a flat membrane or a hollow fiber membrane. When the shape of the porous separation membrane is a flat membrane, the average thickness is selected according to the application. The average thickness when the shape of the porous separation membrane is a flat membrane is preferably 20 μm or more and 5000 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 2000 μm or less.

本発明で用いられる多孔性分離膜が中空糸膜の場合、中空糸の内径は、好ましくは200μm以上5000μm以下であり、膜厚は、好ましくは20μm以上2000μm以下である。また、有機繊維または無機繊維を筒状にした織物や編物を中空糸の内部に含んでいても良い。   When the porous separation membrane used in the present invention is a hollow fiber membrane, the inner diameter of the hollow fiber is preferably 200 μm or more and 5000 μm or less, and the film thickness is preferably 20 μm or more and 2000 μm or less. Further, a woven fabric or a knitted fabric in which organic fibers or inorganic fibers are formed in a cylindrical shape may be included in the hollow fiber.

次に、本発明で用いられる多孔性分離膜の作成法の概要を例示して説明する。まず、多孔性分離膜のうち、平膜の作成法の概要について説明する。   Next, the outline of the method for producing the porous separation membrane used in the present invention will be exemplified and described. First, an outline of a method for producing a flat membrane among the porous separation membranes will be described.

多孔質基材の表面に、樹脂と溶媒とを含む原液の被膜を形成すると共に、その原液を多孔質基材に含浸させる。その後、被膜を有する多孔質基材の被膜側表面のみを、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させると共に多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を形成する。   A film of a stock solution containing a resin and a solvent is formed on the surface of the porous base material, and the porous base material is impregnated with the stock solution. Thereafter, only the coating-side surface of the porous substrate having a coating is brought into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to solidify the resin and form a porous resin layer on the surface of the porous substrate.

上記の原液は、樹脂を溶媒に溶解させて調整する。原液の温度は、製膜性の観点から、通常、5〜120℃の温度の範囲内で選定することが好ましい。   The stock solution is prepared by dissolving the resin in a solvent. In general, the temperature of the stock solution is preferably selected within a temperature range of 5 to 120 ° C. from the viewpoint of film forming properties.

溶媒は、樹脂を溶解するものであり、樹脂に作用してそれらが多孔質樹脂層を形成するのを促すものである。溶媒としては、N−メチルピロリジノン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、γ−ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、フタル酸ジメチル、プロピレングリコールメチルエーテール、プロピレンカーボネート、ジアセトンアルコール、グリセロールトリアセテート、アセトンおよびメチルエチルケトンなどを用いることができる。中でも、樹脂の溶解性の高いN−メチルピロリジノン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)が好ましく用いられる。溶媒は、これらを単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いても良い。   The solvent dissolves the resin and acts on the resin to encourage them to form a porous resin layer. As the solvent, N-methylpyrrolidinone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, Tetramethylurea, trimethyl phosphate, cyclohexanone, isophorone, γ-butyrolactone, methyl isoamyl ketone, dimethyl phthalate, propylene glycol methyl ether, propylene carbonate, diacetone alcohol, glycerol triacetate, acetone and methyl ethyl ketone can be used. Among these, N-methylpyrrolidinone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), and dimethyl sulfoxide (DMSO), which have high resin solubility, are preferably used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびグリセリンなどの溶媒以外の成分を溶媒に添加しても良い。溶媒に非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、樹脂を溶解しない液体である。非溶媒は、樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水やメタノールおよびエタノールなどのアルコール類を用いることができる。中でも、非溶媒として価格の点から水やメタノールが好ましく用いられる。溶媒以外の成分および非溶媒は、混合物であってもよい。   For example, components other than solvents such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and glycerin may be added to the solvent. Non-solvents can also be added to the solvent. The non-solvent is a liquid that does not dissolve the resin. The non-solvent acts to control the pore size by controlling the rate of solidification of the resin. As the non-solvent, water, alcohols such as methanol and ethanol can be used. Of these, water and methanol are preferably used as the non-solvent from the viewpoint of cost. Components other than the solvent and the non-solvent may be a mixture.

上記の原液には、開孔剤を添加することもできる。開孔剤は、凝固浴に浸漬された際に抽出されて、樹脂層を多孔質にする作用を持つものである。開孔剤を添加することにより、平均細孔径の大きさの制御することができる。開孔剤は、凝固浴への溶解性の高いものであることが好ましい。開孔剤としては、例えば、塩化カルシウム、炭酸カルシウムおよびシリカなどの無機塩を用いることができる。また、開孔剤として、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールおよびポリアクリル酸などの水溶性高分子化合物や、グリセリンを用いることができる。   A pore opening agent may be added to the stock solution. The pore-opening agent is extracted when immersed in the coagulation bath, and has a function of making the resin layer porous. By adding a pore opening agent, the average pore size can be controlled. The pore-opening agent is preferably one having high solubility in the coagulation bath. As the pore opening agent, for example, inorganic salts such as calcium chloride, calcium carbonate and silica can be used. As the pore opening agent, polyoxyalkylenes such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, water-soluble polymer compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral and polyacrylic acid, and glycerin can be used.

次に、多孔性分離膜のうち、中空糸膜の作成法の概要について説明する。   Next, an outline of a method for producing a hollow fiber membrane among the porous separation membranes will be described.

中空糸膜は、樹脂と溶媒からなる原液を二重管式口金の外側の管から吐出するとともに、中空部形成用流体を二重管式口金の内側の管から吐出して、冷却浴中で冷却固化して作製することができる。   The hollow fiber membrane discharges a stock solution composed of a resin and a solvent from the outer tube of the double-tube base, and discharges a hollow portion forming fluid from the inner tube of the double-tube base in a cooling bath. It can be produced by cooling and solidifying.

上記の原液は、上述の平膜の作成法で述べた樹脂を20重量%以上60重量%以下の濃度で、上述の平膜の生成法で述べた溶媒に溶解させることにより調整することができる。また、中空部形成用流体には、通常気体もしくは液体を用いることができる。また、得られた中空糸膜の外表面に、新たな多孔性樹脂層をコーティング(積層)することもできる。積層は中空糸膜の性質、例えば、親水・疎水性や細孔径等を所望の性質に変化させるために行うことができる。積層される新たな多孔性樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた原液を、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させることによって作製することができる。その樹脂の材質は、例えば、上述有機高分子膜の材質と同様のものを好ましく用いることができる。また、積層の方法は特に限定されず、原液に中空糸膜を浸漬してもよいし、中空糸膜の表面に原液を塗布してもよく、積層後、付着した原液の一部を掻き取ったり、エアナイフを用いて吹き飛ばしすることで積層量を調整することもできる。   The above stock solution can be prepared by dissolving the resin described in the above-described method for producing a flat film in a solvent described in the above-described method for producing a flat film at a concentration of 20% by weight or more and 60% by weight or less. . Moreover, a gas or a liquid can be normally used for the hollow portion forming fluid. In addition, a new porous resin layer can be coated (laminated) on the outer surface of the obtained hollow fiber membrane. Lamination can be performed to change the properties of the hollow fiber membrane, for example, hydrophilicity / hydrophobicity, pore diameter, and the like to desired properties. A new porous resin layer to be laminated can be produced by bringing a stock solution obtained by dissolving a resin in a solvent into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to coagulate the resin. As the material of the resin, for example, the same material as that of the organic polymer film can be preferably used. The method of lamination is not particularly limited, and the hollow fiber membrane may be immersed in the stock solution, or the stock solution may be applied to the surface of the hollow fiber membrane, and after lamination, a part of the deposited stock solution is scraped off. Or the amount of stacking can be adjusted by blowing off with an air knife.

本発明で用いられる多孔性分離膜は、樹脂などの部材を用いて中空糸膜の中空部を接着・封止し、支持体に設置することによって分離膜エレメントとすることができる。   The porous separation membrane used in the present invention can be made into a separation membrane element by adhering / sealing the hollow portion of the hollow fiber membrane using a member such as a resin and setting it on a support.

本発明で用いられる多孔性分離膜は、支持体と組み合わせることによって分離膜エレメントとすることができる。支持体として支持板を用い、その支持板の少なくとも片面に、本発明で用いられる多孔性分離膜を配した分離膜エレメントは、本発明で用いられる多孔性分離膜を有する分離膜エレメントの好適な形態の一つである。透水量を大きくするために、支持板の両面に多孔性分離膜を配することも分離膜エレメントの好ましい態様である。   The porous separation membrane used in the present invention can be made into a separation membrane element by combining with a support. A separation membrane element having a porous separation membrane used in the present invention is suitable for a separation membrane element in which a porous separation membrane used in the present invention is disposed on at least one surface of the support plate as a support. One of the forms. In order to increase the amount of water permeation, it is also a preferred embodiment of the separation membrane element to dispose a porous separation membrane on both sides of the support plate.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法は、膜間差圧を0.1kPaから150kPaの範囲にして濾過処理することが有効である。発酵培養液をろ過するために、150kPaより高い膜間差圧で濾過処理すると、圧力を加えるための動力費が高くなり、化学品を製造するときの経済効果が低下する傾向がある。また、150kPaより高い膜間差圧を加えることによって微生物あるいは培養細胞が破砕されることが多くなり、化学品を生産する能力が低下する。また、0.1kPaより低い膜間差圧では、発酵培養液の透過水量が十分得られない場合が多く化学品を製造するときの生産性が低下する傾向がある。本発明の化学品の製造方法では、ろ過圧力である膜間差圧を好ましくは0.1kPaから150kPaの範囲とすることにより、発酵培養液の透過水量が多く、微生物あるいは培養細胞の破砕による化学品製造能力の低下もないことから、化学品を生産する能力を高く維持することが可能である。膜間差圧は、好ましくは0.1kPa以上50kPa以下の範囲であり、さらに好ましくは0.1kPa以上20kPa以下の範囲である。上記の膜間差圧0.1kPa以上150kPa以下の範囲を外れた場合、微生物および培地成分の目詰まりが急速に発生し、透過水量の低下を招き、連続発酵運転に不具合を生じることがある。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, it is effective to perform filtration treatment with a transmembrane pressure difference in the range of 0.1 kPa to 150 kPa. When filtration is performed at a transmembrane pressure difference higher than 150 kPa in order to filter the fermentation broth, the power cost for applying the pressure increases, and the economic effect when producing chemicals tends to decrease. In addition, when a transmembrane pressure higher than 150 kPa is applied, microorganisms or cultured cells are often crushed, and the ability to produce chemicals decreases. In addition, when the transmembrane pressure is lower than 0.1 kPa, the permeated water amount of the fermentation broth is often not sufficiently obtained, and the productivity when producing a chemical product tends to decrease. In the method for producing a chemical product of the present invention, the transmembrane differential pressure, which is the filtration pressure, is preferably in the range of 0.1 kPa to 150 kPa, so that the amount of permeated water in the fermentation broth is large and the chemistry caused by disruption of microorganisms or cultured cells Since there is no decline in product manufacturing capacity, it is possible to maintain a high ability to produce chemical products. The transmembrane pressure difference is preferably in the range of 0.1 kPa to 50 kPa, more preferably in the range of 0.1 kPa to 20 kPa. When the transmembrane pressure difference is outside the range of 0.1 kPa or more and 150 kPa or less, clogging of microorganisms and medium components may occur rapidly, resulting in a decrease in the amount of permeate and a problem in continuous fermentation operation.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法は、発酵原料を使用する。本発明で使用される発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物である化学品を良好に生産させ得るものであればよい。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention uses a fermentation raw material. The fermentation raw material used in the present invention may be any material that promotes the growth of microorganisms to be cultured and can favorably produce a chemical product that is a target fermentation product.

本発明で使用される発酵原料は、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸、およびビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する通常の液体培地が好ましく用いられる。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトースおよびラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリンなどが使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩およびマンガン塩等を適宜添加することができる。   As the fermentation raw material used in the present invention, a normal liquid medium suitably containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and if necessary, organic micronutrients such as amino acids and vitamins is preferably used. As a carbon source, sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose and lactose, starch saccharified solution containing these sugars, sweet potato molasses, sugar beet molasses, high acid molasses, organic acids such as acetic acid, alcohols such as ethanol, And glycerin and the like are used. Nitrogen sources include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other supplementary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysates, casein degradation products, other amino acids, vitamins, Corn steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, and the like can be appropriately added.

本発明で使用される微生物が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加することができる。また、消泡剤を必要に応じて使用することができる。   When the microorganism used in the present invention requires a specific nutrient for growth, the nutrient can be added as a preparation or a natural product containing it. Moreover, an antifoamer can be used as needed.

本発明において、発酵培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液のことを言う。追加する発酵原料の組成は、目的とする化学品の生産性が高くなるように、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。   In the present invention, the fermentation culture liquid refers to a liquid obtained as a result of growth of microorganisms or cultured cells as fermentation raw materials. You may change suitably the composition of the fermentation raw material to add from the fermentation raw material composition at the time of a culture | cultivation start so that productivity of the target chemical product may become high.

本発明では、発酵培養液中の糖類濃度は5g/l以下に保持されることが好ましい。本発明において、発酵培養液中の糖類濃度を5g/l以下に保持することが好ましい理由は、培養液の引き抜きによる糖類の流失を最小限にするためである。   In the present invention, the saccharide concentration in the fermentation broth is preferably maintained at 5 g / l or less. In the present invention, the reason why it is preferable to keep the saccharide concentration in the fermentation broth at 5 g / l or less is to minimize the loss of saccharide due to withdrawal of the broth.

微生物の培養は、通常、pH4−8、温度20−40℃の範囲で行われる。培養液のpHは、無機の酸または有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウムおよびアンモニアガスなどによって、通常、pH4−8範囲内のあらかじめ定められた値に調節される。酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を例えば21%以上に保つ、あるいは培養を加圧する、攪拌速度を上げる、あるいは通気量を上げるなどの手段を用いることができる。   The culture of microorganisms is usually performed in the range of pH 4-8 and temperature 20-40 ° C. The pH of the culture solution is usually adjusted to a predetermined value within the pH 4-8 range by an inorganic acid or an organic acid, an alkaline substance, urea, calcium carbonate, ammonia gas, or the like. If it is necessary to increase the oxygen supply rate, oxygen can be added to the air to maintain the oxygen concentration at, for example, 21% or higher, or the culture can be pressurized, the agitation rate can be increased, or the aeration rate can be increased. it can.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、培養初期にBatch培養またはFed−Batch培養を行って、微生物濃度を高くした後に、連続培養(引き抜き)を開始しても良い。本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、微生物の濃度を高くした後に、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、適当な時期から原料培養液の供給および培養物の引き抜きを行うことが可能である。原料培養液供給と培養物の引き抜きの開始時期は必ずしも同じである必要はない。また、原料培養液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, batch culture or fed-batch culture may be performed at the initial stage of culture to increase the microorganism concentration, and then continuous culture (pulling) may be started. In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, after increasing the concentration of microorganisms, high-concentration cells may be seeded, and continuous culture may be performed at the start of culture. In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, it is possible to supply a raw material culture solution and extract a culture from an appropriate time. The starting times of the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture are not necessarily the same. Further, the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture may be continuous or intermittent.

原料培養液には菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。発酵培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、発酵培養液の環境が微生物または培養細胞の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが、効率よい生産性を得るのに好ましい。発酵培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、一例として、乾燥重量として、5g/L以上に維持することで良好な生産効率が得られる。   Nutrients necessary for cell growth may be added to the raw material culture solution so that the cell growth is continuously performed. It is efficient to maintain the concentration of microorganisms or cultured cells in the fermentation broth at a high level as long as the environment of the fermentation broth is not appropriate for the growth of the microorganisms or cultured cells and does not increase the rate of death. It is preferable for obtaining productivity. For example, good production efficiency can be obtained by maintaining the concentration of microorganisms or cultured cells in the fermentation broth at 5 g / L or more as a dry weight.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、必要に応じて発酵反応槽内から微生物または培養細胞を引き抜くことができる。例えば、発酵反応槽内の微生物または培養細胞濃度が高くなりすぎると、分離膜の閉塞が発生しやすくなることから、それらを引き抜くことにより閉塞から回避することができる。また、発酵反応槽内の微生物または培養細胞濃度によって化学品の生産性能が変化することがあり、生産性能を指標として微生物または培養細胞を引き抜くことで生産性能を維持させることも可能である。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, microorganisms or cultured cells can be extracted from the fermentation reaction vessel as necessary. For example, if the concentration of microorganisms or cultured cells in the fermentation reaction tank becomes too high, the separation membrane is likely to be clogged, so that it can be avoided by drawing them out. In addition, the production performance of chemical products may change depending on the concentration of microorganisms or cultured cells in the fermentation reaction tank, and the production performance can be maintained by extracting microorganisms or cultured cells using the production performance as an index.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、菌体を増殖させつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵反応槽の数は問わない。本発明の連続発酵による化学品の製造方法では、連続培養操作は、通常、単一の発酵反応槽で行うことが培養管理上好ましい。発酵反応槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることも可能である。この場合、複数の発酵反応槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても発酵生産物の高生産性は得られる。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the continuous culture operation performed while growing fresh cells having fermentation production ability is a continuous culture method for producing a product while growing cells, The number of fermentation reaction tanks does not matter. In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the continuous culture operation is usually preferably performed in a single fermentation reaction tank in terms of culture management. It is also possible to use a plurality of fermenters because the capacity of the fermentation reaction tank is small. In this case, high productivity of the fermentation product can be obtained even if continuous fermentation is performed by connecting a plurality of fermentation reaction tanks in parallel or in series by piping.

次に、本発明の連続発酵による化学品の製造方法に用いることができる微生物あるいは培養細胞について説明する。本発明の連続発酵による化学品の製造方法で使用される微生物や培養細胞としては、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、大腸菌およびコリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞および昆虫細胞などが挙げられる。使用される微生物や培養細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。   Next, microorganisms or cultured cells that can be used in the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention will be described. Examples of microorganisms and cultured cells used in the method for producing chemicals by continuous fermentation of the present invention include yeasts such as baker's yeast often used in the fermentation industry, bacteria such as Escherichia coli and coryneform bacteria, filamentous fungi, and actinomycetes. Examples include fungi, animal cells and insect cells. The microorganism or cultured cell used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified in nature by mutation or genetic recombination.

本発明の化学品の連続発酵による製造方法で製造される化学品としては、上記の微生物や培養細胞が培養液中に生産する物質であれば制限はない。本発明の連続発酵による化学品の製造方法で製造される化学品としては、アルコール、有機酸、アミノ酸および核酸など発酵工業において大量生産されている物質を挙げることができる。例えば、アルコールとしては、エタノール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールおよびグリセロールなどが挙げられ、有機酸としては、酢酸、乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸およびクエン酸などが挙げられ、核酸であれば、イノシン、グアノシンなどのヌクレオシド、イノシン酸、グアニル酸などのヌクレオチドなどが挙げられ、またカダベリンなどのジアミン化合物を挙げることができる。また、本発明は、酵素、抗生物質および組換えタンパク質のような物質の生産に適用することも可能である。   The chemical product produced by the production method by continuous fermentation of the chemical product of the present invention is not limited as long as it is a substance produced by the microorganism or cultured cell in the culture solution. Examples of the chemical product produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention include substances that are mass-produced in the fermentation industry, such as alcohols, organic acids, amino acids, and nucleic acids. For example, the alcohol includes ethanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, and glycerol. The organic acid includes acetic acid, lactic acid, pyruvic acid, succinic acid, malic acid, itaconic acid, and citric acid. Examples of the nucleic acid include nucleosides such as inosine and guanosine, nucleotides such as inosinic acid and guanylic acid, and diamine compounds such as cadaverine. The present invention can also be applied to the production of substances such as enzymes, antibiotics and recombinant proteins.

次に、本発明の連続発酵による化学品の製造方法に用いることができる微生物あるいは培養細胞について、具体的な化学品を例示しながら説明する。   Next, microorganisms or cultured cells that can be used in the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention will be described with reference to specific chemical products.

本発明の連続発酵による化学品の連続発酵による製造方法において、L−乳酸の生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としては、L−乳酸を生産することが可能な微生物であれば制限はない。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the microorganism or cultured cell that can be used for the production of L-lactic acid is not limited as long as it is a microorganism that can produce L-lactic acid. .

本発明の連続発酵による化学品の製造方法において、L−乳酸の生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としては、好ましくは乳酸菌を用いることができる。ここで乳酸菌とは、消費したグルコースに対して対糖収率として50%以上の乳酸を産生する原核微生物として定義することができる。好ましい乳酸菌としては、例えば、ラクトバシラス属(Genus Lactobacillus)、ペディオコッカス属(Genus Pediococcus)、テトラゲノコッカス属(Genus Tetragenococcus)、カルノバクテリウム属(Genus Carnobacterium)、バゴコッカス属(Genus Vagococcus)、ロイコノストック属(Genus Leuconostoc)、オエノコッカス属(Genus Oenococcus)、アトポビウム属(Genus Atopobium)、ストレプトコッカス属(Genus Streptococcus)、エンテロコッカス属(Genus Enterococcus)、ラクトバシラス属(Genus Lactococcus)、およびバシラス属(Genus Bacillus)に属する乳酸菌が挙げられる。それらの中でも、乳酸の対糖収率が高い乳酸菌を選択して乳酸の生産に好ましく用いることができる。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, a lactic acid bacterium can be preferably used as the microorganism or cultured cell that can be used for the production of L-lactic acid. Here, lactic acid bacteria can be defined as prokaryotic microorganisms that produce 50% or more of lactic acid in terms of sugar yield with respect to consumed glucose. Preferred lactic acid bacteria include, for example, Lactobacillus genus, Pediococcus genus, Tetragenococcus genus, Carnobacterium genus, Genus Carnobacterium Vus Genus Leuconostoc, Genus Oenococcus, Genus Atopobium, Streptococcus, Genus Enterococcus L, Genus Enterococcus L, Genus Enterococcus L, Genus Enterococcus L ), And lactic acid bacteria belonging to the genus Bacillus (Genus Bacillus). Among them, a lactic acid bacterium having a high yield of lactic acid with respect to sugar can be selected and preferably used for the production of lactic acid.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法においては、更に乳酸の中でも、L−乳酸の対糖収率の高い乳酸菌を選択して乳酸の生産に好ましく用いることができる。L−乳酸とは、乳酸の光学異性体の一種であり、その鏡像体であるD−乳酸と明確に区別することができる。L−乳酸の対糖収率が高い乳酸菌としては、例えば、ラクトバシラス・ヤマナシエンシス(Lactobacillus yamanashiensis)、ラクトバシラス・アニマリス(Lactobacillus animalis)、ラクトバシラス・アジリス(Lactobacillus agilis)、ラクトバシラス・アビアリエス(Lactobacillus aviaries)、ラクトバシラス・カゼイ(Lactobacillus casei)、ラクトバシラス・デルブレッキ(Lactobacillus delbruekii)、ラクトバシラス・パラカゼイ(Lactobacillus paracasei)、ラクトバシラス・ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトバシラス・ルミニス(Lactobacillus ruminis)、ラクトバシラス・サリバリス(Lactobacillus salivarius)、ラクトバシラス・シャーピイ(Lactobacillus sharpeae)、ラクトバシラス・デクストリニクス(Pediococcus dextrinicus)、およびラクトバシラス・ラクティス(Lactococcus lactis)などが挙げられ、これらを選択して、L−乳酸の生産に用いることが可能である。   In the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, among lactic acid, a lactic acid bacterium having a high yield of L-lactic acid with respect to sugar can be selected and preferably used for the production of lactic acid. L-lactic acid is a kind of optical isomer of lactic acid and can be clearly distinguished from D-lactic acid which is an enantiomer thereof. Examples of lactic acid bacteria having a high yield of L-lactic acid to sugar include, for example, Lactobacillus yamanashiensis, Lactobacillus animalis, Lactobacillus agilis, Lactobacillus agilis, Lactobacillus aviaries, and Lactobacillus aviaries.・ Lactobacillus casei, Lactobacillus delbruekii, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus ruminis, Lactobacillus ruminiacti, Lactobacillus ruminisacti (Lactobacillus sharpeae), Lactococcus dextrinicus, and Lactococcus lactis And the like can be selected and used for the production of L-lactic acid.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法によりL−乳酸を製造する場合、人為的に乳酸生産能力を付与、あるいは増強した微生物または培養細胞を用いることができる。例えば、L−乳酸脱水素酵素遺伝子(以下、L−LDHと言うことがある)を導入して、L−乳酸生産能力を付与、あるいは増強した微生物または培養細胞を用いることができる。L−乳酸生産能力を付与、あるいは増強させる方法としては、従来知られている薬剤変異による方法も用いることができる。更に好ましくは、微生物がL−LDHを組み込むことによりL−乳酸生産能力が増強した組換え微生物が挙げられる。   When L-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, microorganisms or cultured cells having artificially imparted or enhanced lactic acid production ability can be used. For example, it is possible to use microorganisms or cultured cells in which an L-lactic acid dehydrogenase gene (hereinafter sometimes referred to as L-LDH) has been introduced to impart or enhance L-lactic acid production ability. As a method for imparting or enhancing L-lactic acid production ability, a conventionally known method using drug mutation can also be used. More preferably, a recombinant microorganism whose L-lactic acid production ability is enhanced by incorporating L-LDH into the microorganism can be mentioned.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でL−乳酸を製造する場合、組換え微生物の宿主としては、原核細胞である大腸菌、乳酸菌および真核細胞である酵母などが好ましく、特に好ましい宿主は酵母である。酵母のうち、好ましい酵母はサッカロマイセス属(Genus Saccharomyces)に属する酵母であり、更に好ましい酵母はサッカロマイセス・セレビセ(Saccharomyces cerevisiae)である。   When L-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the host of the recombinant microorganism is preferably a prokaryotic cell such as Escherichia coli, a lactic acid bacterium, or a eukaryotic cell such as yeast. Yeast. Among the yeasts, a preferable yeast is a yeast belonging to the genus Saccharomyces, and a more preferable yeast is Saccharomyces cerevisiae.

本発明で使用されるL−LDHとしては、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)とピルビン酸を、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)とL−乳酸に変換する活性を持つタンパク質をコードしていれば限定されない。例えば、L−乳酸の対糖収率の高い乳酸菌由来のL−LDHを用いることができる。好適にはほ乳類由来L−LDHを用いることができる。このうちホモ・サピエンス(Homo sapiens)由来、およびカエル由来のL−LDHを用いることができる。カエルの中でもコモリガエル科(Pipidae)に属するカエル由来のL−LDHを用いることが好ましく、コモリガエル科に属するカエルの中でも、アフリカツメガエル(Xenopus laevis)由来のL−LDHを好ましく用いることができる。   L-LDH used in the present invention encodes a protein having an activity of converting reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and pyruvate into oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) and L-lactic acid. If it does, it is not limited. For example, L-LDH derived from lactic acid bacteria having a high yield of L-lactic acid with respect to sugar can be used. Preferably, mammal-derived L-LDH can be used. Among these, L-LDH derived from Homo sapiens and frog can be used. Among the frogs, L-LDH derived from frogs belonging to the family Pipidae is preferably used, and among frogs belonging to the family Frogidae, L-LDH derived from Xenopus laevis can be preferably used.

本発明で用いられるヒトまたはカエル由来のL−LDHには、遺伝的多型性や変異誘発などによる変異型の遺伝子も含まれる。遺伝的多型性とは、遺伝子上の自然突然変異により遺伝子の塩基配列が一部変化しているものである。また、変異誘発とは、人工的に遺伝子に変異を導入することをいう。変異誘発は、例えば、部位特異的変異導入用キット(Mutan-K(タカラバイオ社製))を用いる方法や、ランダム変異導入用キット(BD Diversify PCR Random Mutagenesis(CLONTECH社製))を用いる方法などがある。また、本発明で使用されるヒトまたはカエル由来のL−LDHは、NADHとピルビン酸をNAD+とL−乳酸に変換する活性を持つタンパク質をコードしているならば、塩基配列の一部に欠失または挿入が存在していても構わない。   The human or frog-derived L-LDH used in the present invention includes genetic polymorphisms and mutant genes caused by mutagenesis. Genetic polymorphism is a partial change in the base sequence of a gene due to a natural mutation on the gene. Mutagenesis refers to artificially introducing a mutation into a gene. Mutagenesis is, for example, a method using a site-directed mutagenesis kit (Mutan-K (Takara Bio) or a random mutagenesis kit (BD Diversify PCR Random Mutagenesis (CLONTECH)). There is. In addition, human- or frog-derived L-LDH used in the present invention lacks a part of the base sequence as long as it encodes a protein having an activity of converting NADH and pyruvate into NAD + and L-lactic acid. There may be lost or inserted.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でL−乳酸を製造する場合、製造された濾過・分離発酵液に含まれるL−乳酸の分離・精製は、従来知られている濃縮、蒸留および晶析などの方法を組み合わせて行うことができる。方法としては、例えば、濾過・分離発酵液のpHを1以下にしてからジエチルエーテルや酢酸エチル等で抽出する方法、イオン交換樹脂に吸着洗浄した後に溶出する方法、酸触媒の存在下でアルコールと反応させてエステルとし蒸留する方法、およびカルシウム塩やリチウム塩として晶析する方法などが挙げられる。好ましくは、濾過・分離発酵液の水分を蒸発させた濃縮L−乳酸溶液を蒸留操作にかけることができる。ここで、蒸留する際には、蒸留原液の水分濃度が一定になるように水分を供給しながら蒸留することが好ましい。L−乳酸水溶液の留出後は、水分を加熱蒸発することにより濃縮し、目的とする濃度の精製L−乳酸を得ることができる。留出液としてエタノールや酢酸等の低沸点成分を含むL−乳酸水溶液を得た場合は、低沸点成分をL−乳酸濃縮過程で除去することが好ましい態様である。蒸留操作後、留出液について必要に応じて、イオン交換樹脂、活性炭およびクロマト分離等による不純物除去を行い、さらに高純度のL−乳酸を得ることもできる。   When L-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the separation / purification of L-lactic acid contained in the produced filtered / separated fermentation broth is conventionally known concentration, distillation and crystallization. A combination of methods such as analysis can be performed. As a method, for example, a method of extracting the pH of a filtered / separated fermentation broth to 1 or less and then extracting with diethyl ether or ethyl acetate, a method of elution after adsorbing and washing to an ion exchange resin, and an alcohol in the presence of an acid catalyst Examples thereof include a method of reacting and distilling as an ester, and a method of crystallizing as a calcium salt and a lithium salt. Preferably, the concentrated L-lactic acid solution obtained by evaporating water from the filtered / separated fermentation broth can be subjected to a distillation operation. Here, when distilling, it is preferable to distill while supplying water so that the water concentration of the undistilled stock solution is constant. After distilling the L-lactic acid aqueous solution, the water can be concentrated by heating and evaporating to obtain purified L-lactic acid having a target concentration. When an L-lactic acid aqueous solution containing a low-boiling component such as ethanol or acetic acid is obtained as a distillate, it is a preferred embodiment that the low-boiling component is removed during the L-lactic acid concentration process. After the distillation operation, impurities can be removed from the distillate by ion exchange resin, activated carbon, chromatographic separation, or the like, if necessary, to obtain higher purity L-lactic acid.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でD−乳酸を製造する場合、D−乳酸生産に用いることが出来る微生物あるいは培養細胞としてはD−乳酸を生産することが可能な微生物であれば制限はない。D−乳酸生産に用いることが出来る微生物あるいは培養細胞は、例えば、野生型株では、D−乳酸を合成する能力を有するラクトバシラス属(Lactobacillus)、バシラス属(Bacillus)属およびペディオコッカス(Pediococcus)に属する微生物が挙げられる。   When D-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, microorganisms that can be used for D-lactic acid production or microorganisms that can produce D-lactic acid are limited. There is no. Examples of microorganisms or cultured cells that can be used for D-lactic acid production include, for example, in the wild type strain, Lactobacillus, Bacillus, and Pediococcus having the ability to synthesize D-lactic acid. And microorganisms belonging to

本発明の化学品の連続発酵による製造方法でD−乳酸を製造する場合、野生型株のD−乳酸デヒドロゲナーゼ(以下、D−LDHともいうことがある。)の酵素活性を増強していることが好ましい。酵素活性を増強させる方法としては、従来知られている薬剤変異による方法も用いることができる。更に好ましくは、微生物がD−乳酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を組み込むことによりD−乳酸デヒドロゲナーゼの酵素活性を増強した組換え微生物が挙げられる。   When D-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product according to the present invention by continuous fermentation, the enzyme activity of wild-type D-lactate dehydrogenase (hereinafter sometimes referred to as D-LDH) is enhanced. Is preferred. As a method for enhancing the enzyme activity, a conventionally known method using drug mutation can also be used. More preferably, a recombinant microorganism in which the enzyme activity of D-lactate dehydrogenase is enhanced by incorporating a gene encoding D-lactate dehydrogenase.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でD−乳酸を製造する場合、組換え微生物の宿主としては、原核細胞である大腸菌、乳酸菌および真核細胞である酵母などが好ましく、特に好ましくは酵母である。   When D-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the host of the recombinant microorganism is preferably a prokaryotic cell such as Escherichia coli, a lactic acid bacterium, or a eukaryotic cell such as yeast. It is.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でD−乳酸を製造する場合、D−乳酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子が、ラクトバチルス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)、およびペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)、およびバシラス・ラエボラクティカス(Bacillus laevolacticus)由来の遺伝子であることが好ましく、更に好ましくはバシラス・ラエボラクティカス(Bacillus laevolacticus)由来の遺伝子である。   When D-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the gene encoding D-lactate dehydrogenase is Lactobacillus plantarum (Lactobacillus plantarum) and Pediococcus acidilactici ( It is preferably a gene derived from Pediococcus acidilactici) and Bacillus laevolacticus, more preferably a gene derived from Bacillus laevolacticus.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でD−乳酸を製造する場合、濾過・分離発酵液に含まれるD−乳酸の分離・精製は、従来知られている濃縮、蒸留および晶析などの方法を組み合わせて行うことができる。方法としては、例えば、濾過・分離発酵液のpHを1以下にしてからジエチルエーテルや酢酸エチル等で抽出する方法、イオン交換樹脂に吸着洗浄した後に溶出する方法、酸触媒の存在下でアルコールと反応させてエステルとし蒸留する方法、およびカルシウム塩やリチウム塩として晶析する方法などが挙げられる。   When D-lactic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, separation / purification of D-lactic acid contained in the filtered / separated fermentation broth includes conventionally known concentration, distillation and crystallization. A combination of methods can be performed. As a method, for example, a method of extracting the pH of a filtered / separated fermentation broth to 1 or less and then extracting with diethyl ether or ethyl acetate, a method of elution after adsorbing and washing with an ion exchange resin, and alcohol in the presence of an acid catalyst Examples thereof include a method of reacting and distilling as an ester, and a method of crystallizing as a calcium salt and a lithium salt.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でD−乳酸を製造する場合、好ましくは、濾過・分離発酵液の水分を蒸発させた濃縮D−乳酸溶液を蒸留操作にかけることができる。ここで、蒸留する際には、蒸留原液の水分濃度が一定になるように水分を供給しながら蒸留することが好ましい。D−乳酸水溶液の留出後は、水分を加熱蒸発することにより濃縮し、目的とする濃度の精製D−乳酸を得ることができる。留出液として低沸点成分(エタノール、酢酸等)を含むD−乳酸水溶液を得た場合は、低沸点成分をD−乳酸濃縮過程で除去することが好ましい態様である。蒸留操作後、留出液について必要に応じて、イオン交換樹脂、活性炭およびクロマト分離等による不純物除去を行い、さらに高純度のD−乳酸を得ることもできる。   When producing D-lactic acid by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, preferably, a concentrated D-lactic acid solution obtained by evaporating water from the filtered / separated fermentation liquid can be subjected to a distillation operation. Here, when distilling, it is preferable to distill while supplying water so that the water concentration of the undistilled stock solution is constant. After distilling off the D-lactic acid aqueous solution, the water can be concentrated by heating to evaporate to obtain purified D-lactic acid having a target concentration. When a D-lactic acid aqueous solution containing a low-boiling component (ethanol, acetic acid, etc.) is obtained as a distillate, it is a preferred embodiment that the low-boiling component is removed during the D-lactic acid concentration process. After the distillation operation, impurities can be removed from the distillate by ion exchange resin, activated carbon, chromatographic separation, or the like, if necessary, to obtain higher purity D-lactic acid.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でコハク酸を製造する場合、コハク酸の生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としてはコハク酸を生産することが可能な微生物であれば特に制限はない。コハク酸の生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としては、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属やアクチノバシラス(Actinobacillus)属に属する細菌を好適に利用することができる。具体的には、米国特許第5143833号明細書に記載のアナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス(Anaerobiospirillum succiniciproducens)やJames B. Mckinlay (ジェームズ B.マッキンリー)らが開示しているアクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)を挙げることができる(Appl. Microbiol. Biotechnol.(アプライド マイクロバイアル アンド マイクロバイオロジー),71,6651−6656 (2005)。また、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属やブレビバクテリウム(Brevibacterium)属などのコリネ型細菌(Coryneform bacterium)、および大腸菌(Escherichia)なども利用可能である。コリネ型細菌では、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、およびブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)などが好適である。   When succinic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, there is no particular limitation as long as it is a microorganism that can be used for producing succinic acid or a microorganism that can produce succinic acid as cultured cells. Absent. As microorganisms or cultured cells that can be used for the production of succinic acid, bacteria belonging to the genus Anaerobiospirillum or the genus Actinobacillus can be preferably used. Specifically, Anaerobiospirillum succiniciproducens and Actinobacillus succinogenes disclosed in US Pat. No. 5,143,833 are disclosed by Anaerobiospirillum succiniciproducens and James B. Mckinlay. (Actinobacillus succinogenes) (Appl. Microbiol. Biotechnol. (Applied Microvial and Microbiology), 71, 6651-6656 (2005). Moreover, Corynebacterium genus and Brevibacterium (Brevibacterium) Coryneform bacteria such as genus) and Escherichia are also available, including Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, and Brevibacterium lactofermentum and the like are preferable.

また、微生物としては、遺伝子組換えによって、コハク酸の生産能力が改善された微生物を用いることができ、これによりコハク酸の生産性を向上させることも可能である。このような微生物としては、例えば、特開2005−27533号公報に記載の乳酸脱水素酵素(lactate dehydrogenase)を欠損したブレビバクテリウム・フラバムMJ233AB−41(FERM BP−1498)や、前記の非特許文献1に記載のコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、米国特許第5770435号明細書に記載のピルビン酸・ギ酸開裂酵素(pyruvate formate lyase)と乳酸脱水素酵素(lactate dehydrogenase)の欠損株である大腸菌AFP111株などを使用することができる。   Moreover, as the microorganism, a microorganism whose succinic acid production ability has been improved by genetic recombination can be used, thereby improving the productivity of succinic acid. Examples of such microorganisms include Brevibacterium flavum MJ233AB-41 (FERM BP-1498) lacking lactate dehydrogenase described in JP-A-2005-27533, and the above non-patents. Corynebacterium glutamicum described in Document 1 and pyruvate formate lyase and lactate dehydrogenase deficient strains described in US Pat. No. 5,770,435 Escherichia coli AFP111 strain and the like can be used.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法でコハク酸を製造する場合、コハク酸の分離・精製は、通常のコハク酸の精製法を適用することができる。例えば、特開2005−333886号公報に記載されている水分解電気透析処理と減圧濃縮・晶析を組み合わせた精製法を好適に用いることができる。   When succinic acid is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, an ordinary purification method of succinic acid can be applied to the separation and purification of succinic acid. For example, a purification method combining water-splitting electrodialysis treatment and vacuum concentration / crystallization described in JP-A-2005-333886 can be suitably used.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で1,3−プロパンジオールを製造する場合、1,3−プロパンジオールの生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としては、1,3−プロパンジオールを生産することが可能な微生物であれば特に制限はない。1,3−プロパンジオールの生産に用いることができる微生物あるいは培養細胞としては、例えば、野生型株ではグリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有するクレブシエラ(Klebsiella)属、クロスツリジウム(Clostridium)属、およびラクトバシルス(Lactobacillus)属に属する微生物が挙げられる。   When 1,3-propanediol is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, 1,3-propanediol is used as a microorganism or cultured cell that can be used for production of 1,3-propanediol. If it is microorganisms which can be produced, there will be no restriction | limiting in particular. Examples of microorganisms or cultured cells that can be used for the production of 1,3-propanediol include, for example, the genus Klebsiella having the ability to synthesize 1,3-propanediol from glycerol, clostridium ( Examples include microorganisms belonging to the genus Clostridium and the genus Lactobacillus.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で1,3−プロパンジオールを製造する場合、微生物は、(a)グリセロールデヒドラターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;(b)グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子をコードする少なくとも1つの遺伝子;および(c)3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを1,3−プロパンジオールに転換する非−特異的触媒活性をコードする少なくとも1つの遺伝子を含んでいることが好ましい。本発明では、更に好ましくは、微生物は、組換え微生物で1,3−プロパンジオールを生産可能にすることが挙げられる。   When 1,3-propanediol is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the microorganism comprises (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol dehydratase activity; (b) glycerol dehydratase reactivation. Preferably comprises at least one gene encoding an activator; and (c) at least one gene encoding a non-specific catalytic activity that converts 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol. . In the present invention, more preferably, the microorganism is a recombinant microorganism capable of producing 1,3-propanediol.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で1,3−プロパンジオールを製造する場合、グリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有する微生物は、好ましくは、クレブシエラ(Klebsiella)、クロスツリジウム(Clostridium)、ラクトバシルス(Lactobacillus)、シトロバクテル(Cytrobacter)、エンテロバクテル(Enterobacter)、アエロバクテル(Aerobacter)、アスペルギルス(Aspergillus)、サッカロミセス(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)、チゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)、ピチア(Pichia)、クルイベロミセス(Kluyveromyces)、カンジダ(Candida)、ハンセヌラ(Hansenula)、デバリオミセス(Debaryomyces)、ムコル(Mucor)、トルロプシス(Torulopsis)、メチロバクテル(Methylobacter)、サルモネラ(Salmonella)、バシルス(Bacillus)、アエロバクテル(Aerobacter)、ストレプトミセス(Streptomyces)、エッシェリシア(Eschericia)及びシュードモナス(Pseudomonas)より成る群から選ばれる組換え微生物で、更に好ましくはエッシェリシア(Eschericia)である。   When 1,3-propanediol is produced by the method for producing a chemical by continuous fermentation according to the present invention, the microorganism having the ability to synthesize 1,3-propanediol from glycerol is preferably Klebsiella, Clostridium, Lactobacillus, Cytrobacter, Enterobacter (Aerobacter), Aerobacter (Aerobacter), Aspergillus (Aspergillus), Saccharomyces (Saccharomyces) Pichia, Kluyveromise (Kluyveromyces), Candida, Hansenula, Debaryomyces, Mucor, Toluropsis, Methylobacter, Salmonella, Ms. A recombinant microorganism selected from the group consisting of Streptomyces, Escherichia and Pseudomonas, and more preferably Escherichia.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で1,3−プロパンジオールを製造する場合、組換え微生物は、グルコースから効率よく1,3−プロパンジオールを生産することができるようにする改良を行った方が好ましい。組換え微生物は、例えば、(a)グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;及び(b)グリセロール−3−ホスファターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子を含んだ組換え微生物であることが好ましい。 更にグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子がdhaレギュロンから単離されるorfXおよびorfZによりコードされる遺伝子を含んだ組換え微生物であることが好ましい。更には、組換え微生物は、グリセロールキナーゼ活性および/またはグリセロールデヒドロゲナーゼ活性および/またはトリオースリン酸イソメラーゼ活性を欠失した組換え微生物であることが好ましい。   When 1,3-propanediol is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the recombinant microorganism is improved so that 1,3-propanediol can be efficiently produced from glucose. Is preferable. The recombinant microorganism comprises, for example, (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity; and (b) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphatase activity. A recombinant microorganism containing a gene is preferred. Furthermore, the glycerol dehydratase reactivating factor is preferably a recombinant microorganism containing genes encoded by orfX and orfZ isolated from the dha regulon. Furthermore, the recombinant microorganism is preferably a recombinant microorganism that lacks glycerol kinase activity and / or glycerol dehydrogenase activity and / or triose phosphate isomerase activity.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で1,3−プロパンジオールを製造する場合、濾過・分離発酵液に含まれる1,3−プロパンジオールの分離・精製は、濃縮、晶析させて行うことができる。例えば、特開平−35785号公報に記載されている減圧濃縮・晶析を用いた精製法を好適に用いることができる。   When 1,3-propanediol is produced by the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, separation and purification of 1,3-propanediol contained in the filtered / separated fermentation liquid is performed by concentration and crystallization. be able to. For example, a purification method using vacuum concentration / crystallization described in JP-A-35785 can be suitably used.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法に従って、連続発酵をおこなった場合、従来の回分発酵と比較して、高い体積生産速度が得られ、極めて効率のよい発酵生産が可能となる。ここで、連続培養における生産速度は、次の式(3)で計算される。   When continuous fermentation is carried out according to the method for producing a chemical product by continuous fermentation of the present invention, a high volumetric production rate is obtained compared to conventional batch fermentation, and extremely efficient fermentation production is possible. Here, the production rate in continuous culture is calculated by the following equation (3).

Figure 2008245537
Figure 2008245537

また、回分培養での発酵生産速度は、原料炭素源をすべて消費した時点の生産物量(g)を、炭素源の消費に要した時間(h)とその時点の培養液量(L)で除して求められる。   The fermentation production rate in batch culture is calculated by dividing the amount of product (g) at the time when all the raw carbon source is consumed by the time (h) required for consumption of the carbon source and the amount of culture solution (L) at that time. Is required.

次に、本発明の化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置について、図を用いて説明する。   Next, the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の連続発酵による化学品の製造方法で用いられる膜分離型連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。図1は、分離膜エレメントが、発酵反応槽の外部に設置された代表的な例である。   FIG. 1 is a schematic side view for explaining an example of a membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical by continuous fermentation according to the present invention. FIG. 1 is a typical example in which the separation membrane element is installed outside the fermentation reaction tank.

図1において、膜分離型の連続発酵装置は、発酵反応槽1と膜分離層12と差圧制御装置3で基本的に構成されている。ここで、分離膜エレメント2には、多孔性分離膜が組み込まれている。この多孔性分離膜としては、例えば、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することが好適である。また、膜分離槽12は、発酵培養液循環ポンプ11を介して発酵反応槽1に接続されている。   In FIG. 1, a membrane separation type continuous fermentation apparatus basically includes a fermentation reaction tank 1, a membrane separation layer 12, and a differential pressure control device 3. Here, the separation membrane element 2 incorporates a porous separation membrane. As the porous separation membrane, for example, a separation membrane and a separation membrane element disclosed in International Publication No. 2002/064240 are suitably used. The membrane separation tank 12 is connected to the fermentation reaction tank 1 via a fermentation culture medium circulation pump 11.

図1において、培地供給ポンプ7によって培地を発酵反応槽1に投入し、必要に応じて、攪拌機5で発酵反応槽1内の発酵培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置4によって必要とする気体を供給することができる。この時、供給した気体を回収リサイクルして再び気体供給装置4で供給することができる。また必要に応じて、pHセンサ・制御装置9およびpH調整溶液供給ポンプ8によって発酵液のpHを調整し、また必要に応じて、温度調節器10によって発酵培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。さらに、装置内の発酵液は、発酵液循環ポンプ11によって発酵反応槽1と膜分離槽12の間を循環する。発酵生産物を含む発酵培養液は、分離膜エレメント2によって微生物と発酵生産物に濾過・分離され、装置系から取り出すことができる。   In FIG. 1, a culture medium is put into the fermentation reaction tank 1 by a medium supply pump 7, the fermentation culture solution in the fermentation reaction tank 1 is stirred with a stirrer 5 as necessary, and a gas supply device 4 is used as necessary. Can supply the required gas. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again by the gas supply device 4. If necessary, the pH of the fermentation broth is adjusted by the pH sensor / control device 9 and the pH adjusting solution supply pump 8, and the temperature of the fermentation broth is adjusted by the temperature controller 10 as necessary. Fermentative production with high productivity can be performed. Furthermore, the fermentation liquid in the apparatus is circulated between the fermentation reaction tank 1 and the membrane separation tank 12 by the fermentation liquid circulation pump 11. The fermentation broth containing the fermentation product is filtered and separated into microorganisms and fermentation product by the separation membrane element 2 and can be taken out from the apparatus system.

また、濾過・分離された微生物は、装置系内にとどまることにより装置系内の微生物濃度を高く維持でき、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント2による濾過・分離には膜分離槽12の水面との水頭差圧によって、特別な動力を使用することなく実施可能であるが、必要に応じて、レベルセンサ6および差圧制御装置3によって、分離膜エレメント2の濾過・分離速度および装置系内の発酵培養液量を適当に調節することができる。必要に応じて、気体供給装置4によって必要とする気体を膜分離槽12内に供給することができる。この時、供給した気体を回収リサイクルして再び気体供給装置4で供給することができる。分離膜エレメント2による濾過・分離は、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより濾過・分離することもできる。また、培養槽で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することができる。培養槽で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することにより、常にフレッシュで化学品の生産能力の高い微生物または培養細胞による連続発酵が可能となり、高い生産性能を長期間維持した連続発酵が可能となる。   Moreover, the microorganisms filtered and separated remain in the apparatus system, so that the microorganism concentration in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible. Here, the filtration / separation by the separation membrane element 2 can be performed without using any special power due to the water head differential pressure with respect to the water surface of the membrane separation tank 12. The pressure control device 3 can appropriately adjust the filtration / separation speed of the separation membrane element 2 and the amount of the fermentation broth in the device system. If necessary, the required gas can be supplied into the membrane separation tank 12 by the gas supply device 4. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again by the gas supply device 4. The filtration / separation by the separation membrane element 2 can be performed by suction filtration using a pump or the like, or by pressurizing the inside of the apparatus system as necessary. In addition, microorganisms or cultured cells can be cultured for continuous fermentation in a culture tank, and supplied to the fermentation tank as necessary. By culturing microorganisms or cultured cells for continuous fermentation in a culture tank and supplying them into the fermentation tank as needed, continuous fermentation with microorganisms or cultured cells that are always fresh and have a high production capacity for chemicals is possible, resulting in high production. Continuous fermentation with long-term performance is possible.

次に、図2は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。本発明の化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが発酵反応槽の内部に設置された代表的な一例を図2の概要図に示す。   Next, FIG. 2 is a schematic side view for explaining an example of another membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention. Of the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product of the present invention, a typical example in which a separation membrane element is installed inside a fermentation reaction tank is shown in the schematic diagram of FIG.

図2において、膜分離型の連続発酵装置は、発酵反応槽1と差圧制御装置3で基本的に構成されている。発酵反応槽1内の分離膜エレメント2には多孔性膜が組み込まれている。この多孔性分離膜としては、例えば、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することができる。分離膜エレメントに関しては、追って詳述する。   In FIG. 2, the membrane separation type continuous fermentation apparatus basically includes a fermentation reaction tank 1 and a differential pressure control apparatus 3. A porous membrane is incorporated in the separation membrane element 2 in the fermentation reaction tank 1. As this porous separation membrane, for example, a separation membrane and a separation membrane element disclosed in WO2002 / 064240 can be used. The separation membrane element will be described in detail later.

次に、図2の膜分離型の連続発酵装置による連続発酵の形態について説明する。   Next, the form of continuous fermentation by the membrane separation type continuous fermentation apparatus of FIG. 2 will be described.

培地供給ポンプ7によって、培地を発酵反応槽1に連続的もしくは断続的に投入する。培地は、投入前に必要に応じて加熱殺菌、加熱滅菌あるいはフィルターを用いた滅菌処理を行うことができる。発酵生産時には、必要に応じて、発酵反応槽1内の攪拌機5で発酵反応槽1内の発酵培養液を攪拌する。発酵生産時には、必要に応じて、気体供給装置4によって必要とする気体を発酵反応槽1内に供給することができる。発酵生産時は、必要に応じて、pHセンサ・制御装置9およびpH調整溶液供給ポンプ8によって発酵反応槽1内の発酵培養液のpHを調整し、必要に応じて、温度調節器10によって発酵反応槽1内の発酵培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。ここでは、計装・制御装置による発酵培養液の物理化学的条件の調節に、pHおよび温度を例示したが、必要に応じて、溶存酸素やORPの制御、オンラインケミカルセンサーなどの分析装置により、発酵培養液中の化学品の濃度を測定し、発酵培養液中の化学品の濃度を指標とした物理化学的条件の制御を行うことができる。また、培地の連続的もしくは断続的投入は、好ましくは、上記計装装置による発酵液の物理化学的環境の測定値を指標として、培地投入量および速度を適宜調節する。   The culture medium is pumped continuously or intermittently into the fermentation reaction tank 1 by the culture medium supply pump 7. The medium can be sterilized by heat sterilization, heat sterilization, or sterilization using a filter as necessary before charging. At the time of fermentation production, the fermentation culture solution in the fermentation reaction tank 1 is agitated by the agitator 5 in the fermentation reaction tank 1 as necessary. At the time of fermentation production, the gas required by the gas supply device 4 can be supplied into the fermentation reaction tank 1 as necessary. During fermentation production, if necessary, the pH of the fermentation broth in the fermentation reaction tank 1 is adjusted by the pH sensor / control device 9 and the pH adjustment solution supply pump 8, and the fermentation is performed by the temperature controller 10 as necessary. By adjusting the temperature of the fermentation broth in the reaction tank 1, fermentation production with high productivity can be performed. Here, the pH and temperature are exemplified for the adjustment of the physicochemical conditions of the fermentation broth by the instrumentation / control device. However, if necessary, the dissolved oxygen and ORP are controlled by an analyzer such as an online chemical sensor, The concentration of the chemical in the fermentation broth can be measured, and the physicochemical conditions can be controlled using the concentration of the chemical in the fermentation broth as an index. In addition, the continuous or intermittent input of the medium is preferably performed by appropriately adjusting the amount and speed of the medium input using the measured value of the physicochemical environment of the fermentation broth by the instrumentation apparatus as an index.

図2において、発酵培養液は、発酵反応槽1内に設置された分離膜エレメント2によって、微生物と発酵生産物が濾過・分離され、発酵生産物が装置系から取り出される。また、濾過・分離された微生物が装置系内に留まることにより装置系内の微生物濃度を高く維持することができ、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント2による濾過・分離は発酵反応槽1の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を使用することなく実施可能であるが、必要に応じて、レベルセンサ6および差圧制御装置3によって、分離膜エレメント2の濾過・分離速度およびよび発酵反応槽1内の発酵培養液量を適当に調節することができる。上記の分離膜エレメントによる濾過・分離には、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより、濾過・分離することもできる。また、別に準備した培養槽で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することができる。培養槽で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することにより、常にフレッシュで化学品の生産能力の高い微生物または培養細胞による連続発酵が可能となり、高い生産性能を長期間維持した連続発酵が可能となる。   In FIG. 2, microorganisms and fermentation products are filtered and separated from the fermentation broth by the separation membrane element 2 installed in the fermentation reaction tank 1, and the fermentation products are taken out from the apparatus system. In addition, since the filtered and separated microorganisms remain in the apparatus system, the microorganism concentration in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible. Here, the filtration / separation by the separation membrane element 2 is performed by the water head differential pressure with respect to the water surface of the fermentation reaction tank 1 and can be performed without using any special power. The pressure control device 3 can appropriately adjust the filtration / separation speed of the separation membrane element 2 and the amount of the fermentation broth in the fermentation reaction tank 1. For the filtration / separation by the separation membrane element, filtration / separation can be performed by suction filtration using a pump or the like, or pressurizing the inside of the apparatus system, if necessary. In addition, microorganisms or cultured cells can be cultured for continuous fermentation in a separately prepared culture tank, and supplied to the fermentation tank as necessary. By culturing microorganisms or cultured cells for continuous fermentation in a culture tank and supplying them into the fermentation tank as needed, continuous fermentation with microorganisms or cultured cells that are always fresh and have a high production capacity for chemicals is possible, resulting in high production. Continuous fermentation with long-term performance is possible.

本発明の化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置で好ましく用いられる分離膜エレメントについて、図面に基づいて説明する。本発明の化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置では、好ましくは、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを用いることができる。   The separation membrane element preferably used in the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product of the present invention will be described based on the drawings. In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product of the present invention, preferably, a separation membrane and a separation membrane element disclosed in WO2002 / 064240 can be used.

本発明で用いられる分離膜エレメントの形態は、好適な形態の例である国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを、以下に図面を用いてその概略を説明する。図3は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。 分離膜エレメントは、図3に示すように、剛性を有する支持板13の両面に、流路材14と前記の分離膜15をこの順序で配し構成されている。支持板13は、両面に凹部16を有している。分離膜15は、発酵培養液をろ過する。流路材14は、分離膜15で濾過された透過水を効率よく支持板13に流すためのものである。支持板13に流れた透過水は、支持板13の凹部16を通り、排出手段である集水パイプ17を介して連続発酵装置外部に取り出される。   The form of the separation membrane element used in the present invention will be outlined below with reference to the drawings of the separation membrane and the separation membrane element disclosed in WO 2002/064240, which is an example of a preferred embodiment. To do. FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining one embodiment of the separation membrane element used in the present invention. As shown in FIG. 3, the separation membrane element is configured by arranging the flow path material 14 and the separation membrane 15 in this order on both surfaces of a rigid support plate 13. The support plate 13 has recesses 16 on both sides. The separation membrane 15 filters the fermentation broth. The flow path member 14 is for efficiently flowing the permeated water filtered by the separation membrane 15 to the support plate 13. The permeated water that has flowed to the support plate 13 passes through the recess 16 of the support plate 13 and is taken out of the continuous fermentation apparatus via a water collecting pipe 17 that is a discharge means.

次に、図4に示す別の態様の分離膜エレメントについて説明する。図4は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの例を説明するための断面説明図である。   Next, another embodiment of the separation membrane element shown in FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of another separation membrane element used in the present invention.

分離膜エレメントは、図4に示すように、中空糸膜で構成された分離膜束18は部樹脂封止層19および下部樹脂封止層20よって束状に接着・固定化されている。下部樹脂封止層20による接着・固定化は中空糸膜の中空部を封止しており、発酵培養液の漏出を防ぐ構造になっている。一方、上部樹脂封止層19は中空糸膜の内孔を封止しておらず、集水パイプ22に透過水が流れる構造となっている。この分離膜エレメントは、支持フレーム21を介して連続発酵装置内に設置することが可能である。分離膜束18によって濾過された透過水は、中空糸膜の中空部を通り、集水パイプ22を介して発酵培養槽の外部に取り出される。透過水を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。   In the separation membrane element, as shown in FIG. 4, a separation membrane bundle 18 formed of a hollow fiber membrane is bonded and fixed in a bundle by a partial resin sealing layer 19 and a lower resin sealing layer 20. Adhesion / fixation by the lower resin sealing layer 20 seals the hollow portion of the hollow fiber membrane and has a structure that prevents leakage of the fermentation broth. On the other hand, the upper resin sealing layer 19 does not seal the inner hole of the hollow fiber membrane, and has a structure in which permeate flows through the water collecting pipe 22. This separation membrane element can be installed in the continuous fermentation apparatus via the support frame 21. The permeated water filtered by the separation membrane bundle 18 passes through the hollow portion of the hollow fiber membrane and is taken out of the fermentation culture tank via the water collecting pipe 22. As power for taking out the permeated water, a method such as a water head differential pressure, a pump, suction filtration with a liquid or gas, or pressurization in the apparatus system can be used.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置の分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作に耐性の部材であることが好ましい。発酵装置内が滅菌可能であれば、連続発酵時に好ましくない微生物による汚染の危険を回避でき、より安定した連続発酵が可能となる。分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作の条件である、121℃の温度で15分間の処理に耐性であることが好ましい。分離膜エレメント部材としては、例えば、ステンレス、アルミニウムなどの金属、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、PVDF、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂およびポリサルホン系樹脂等の樹脂を好ましく選定することができる。   The member constituting the separation membrane element of the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention is preferably a member resistant to high-pressure steam sterilization operation. If the inside of the fermentation apparatus can be sterilized, the risk of contamination by undesirable microorganisms during continuous fermentation can be avoided, and more stable continuous fermentation is possible. The member constituting the separation membrane element is preferably resistant to the treatment for 15 minutes at a temperature of 121 ° C., which is the condition of the high-pressure steam sterilization operation. Examples of separation membrane element members include metals such as stainless steel and aluminum, polyamide resins, fluorine resins, polycarbonate resins, polyacetal resins, polybutylene terephthalate resins, PVDF, modified polyphenylene ether resins, and polysulfone resins. These resins can be preferably selected.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置では、分離膜エレメントを発酵槽外に設置しても良いし、発酵反応槽内に設置しても良い。分離膜エレメントを発酵反応槽外に設置する場合には、別途膜分離槽を設けてその内部に分離膜エレメントを設置することができ、発酵反応槽と膜分離槽の間を発酵培養液を循環させながら、分離膜エレメントにより発酵培養液を連続的にろ過することができる。   In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the separation membrane element may be installed outside the fermentation tank or in the fermentation reaction tank. When the separation membrane element is installed outside the fermentation reaction tank, a separate membrane separation tank can be provided and the separation membrane element can be installed inside it, and the fermentation broth is circulated between the fermentation reaction tank and the membrane separation tank. The fermentation broth can be continuously filtered by the separation membrane element.

本発明の連続発酵による化学品の製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離槽は、高圧蒸気滅菌可能なことが望ましい。膜分離槽が高圧蒸気滅菌可能にすることにより、雑菌による汚染回避が容易である。   In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing a chemical product by continuous fermentation according to the present invention, the membrane separation tank is preferably capable of high-pressure steam sterilization. By allowing the membrane separation tank to be autoclaved, it is easy to avoid contamination with germs.

以下、本発明をさらに詳細に説明するために、上記の化学品としてL−乳酸、D−乳酸、コハク酸および1,3−プロパンジオールを選定し、それぞれの化学品を生産する能力のある微生物あるいは培養細胞による、図1および図2に示す連続発酵装置を用いた連続発酵の具体的な実施形態について、実施例を挙げて説明する。   Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, L-lactic acid, D-lactic acid, succinic acid and 1,3-propanediol are selected as the above-mentioned chemical products, and microorganisms capable of producing each chemical product. Alternatively, specific embodiments of continuous fermentation using cultured cells using the continuous fermentation apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to examples.

実施例では、図1に示す連続発酵装置を使用した場合、発酵反応槽の容積は2Lのものを用い、膜分離槽容積は0.5Lのもので、連続発酵試験では、本装置内の発酵培養液容量が2Lとなるように調整した。図2に示す連続発酵装置を使用した場合、発酵反応槽容積は2Lであり、連続発酵試験では本装置内の発酵液容量が1.5Lとなるように調整した。   In the examples, when the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 is used, the fermentation reaction tank has a volume of 2 L, the membrane separation tank has a volume of 0.5 L, and in the continuous fermentation test, the fermentation in this apparatus. The culture medium volume was adjusted to 2L. When the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 was used, the fermentation reactor volume was 2 L, and in the continuous fermentation test, the fermentation liquid volume in the apparatus was adjusted to 1.5 L.

(参考例1)L−乳酸生産能力を持つ酵母株の作製
L−乳酸生産能力を持つ酵母株を下記のようにして造成した。ヒト由来LDH遺伝子を酵母ゲノム上のPDC1プロモーターの下流に連結することにより、L−乳酸生産能力を持つ酵母株を造成した。ポリメラーゼ・チェーン・リアクション(PCR)には、KOD-Plus-polymerase(東洋紡)を用い、付属の取扱説明に従って行った。
(Reference Example 1) Production of yeast strain having L-lactic acid production ability A yeast strain having L-lactic acid production ability was constructed as follows. A yeast strain capable of producing L-lactic acid was constructed by linking a human-derived LDH gene downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome. For polymerase chain reaction (PCR), KOD-Plus-polymerase (Toyobo) was used according to the attached instruction manual.

ヒト乳ガン株化細胞(MCF−7)を培養回収後、TRIZOL Reagent(Invitrogen社製)を用いてtotal RNAを抽出し、得られたtotal RNAを鋳型としてSuperScript Choice System(Invitrogen社製)を用いた逆転写反応によりcDNAの合成を行った。これらの操作の詳細は、それぞれ付属のプロトコールに従った。得られたcDNAを続くPCRの増幅鋳型とした。   After culturing and recovering human breast cancer cell line (MCF-7), total RNA was extracted using TRIZOL Reagent (Invitrogen), and SuperScript Choice System (Invitrogen) was used with the obtained total RNA as a template. CDNA was synthesized by reverse transcription reaction. Details of these operations followed the attached protocol. The obtained cDNA was used as an amplification template for subsequent PCR.

上記の操作で得られたcDNAを増幅鋳型とし、配列番号1および配列番号2で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたKOD-Plus-polymeraseによるPCRによりL−ldh遺伝子のクローニングを行った。各PCR増幅断片を精製し末端をT4 Polynucleotide Kinase(TAKARA社製)によりリン酸化後、pUC118ベクター(制限酵素HincIIで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの)にライゲーションした。ライゲーションは、DNA Ligation Kit Ver.2(TAKARA社製)を用いて行った。ライゲーションプラスミド産物で大腸菌DH5αを形質転換し、プラスミドDNAを回収することにより各種L−ldh遺伝子(配列番号3)がサブクローニングされたプラスミドを得た。得られたL−ldh遺伝子が挿入されたpUC118プラスミドを制限酵素XhoIおよびNotIで消化し、得られた各DNA断片を酵母発現用ベクターpTRS11(図5)のXhoI/NotI切断部位に挿入した。このようにして、ヒト由来L−ldh遺伝子発現プラスミドpL−ldh5(L−ldh遺伝子)を得た。なお、ヒト由来のL−ldh遺伝子発現ベクターである上記pL−ldh5は、プラスミド単独で独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターにFERM AP−20421として寄託した(寄託日:平成17年2月21日)。   The L-ldh gene was cloned by PCR using KOD-Plus-polymerase using the cDNA obtained by the above operation as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 as a primer set. Each PCR amplified fragment was purified and the end was phosphorylated with T4 Polynucleotide Kinase (manufactured by TAKARA), and then ligated to a pUC118 vector (cut with the restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (manufactured by TAKARA). Escherichia coli DH5α was transformed with the ligation plasmid product, and plasmid DNA was collected to obtain a plasmid in which various L-ldh genes (SEQ ID NO: 3) were subcloned. The obtained pUC118 plasmid into which the L-ldh gene was inserted was digested with restriction enzymes XhoI and NotI, and the resulting DNA fragments were inserted into the XhoI / NotI cleavage sites of the yeast expression vector pTRS11 (FIG. 5). In this manner, a human-derived L-ldh gene expression plasmid pL-ldh5 (L-ldh gene) was obtained. The above-described pL-ldh5, which is a human-derived L-ldh gene expression vector, was deposited as a FERM AP-20421 at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, alone as a plasmid (deposit date: February 2005). May 21).

ヒト由来LDH遺伝子を含むプラスミドpL−ldh5を増幅鋳型とし、配列番号4および配列番号5で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより、1.3kbのヒト由来LDH遺伝子およびサッカロミセス・セレビセ由来のTDH3遺伝子のターミネーター配列含むDNA断片を増幅した。また、プラスミドpRS424を増幅鋳型として、配列番号6および配列番号7で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより1.2kbのサッカロミセス・セレビセ由来のTRP1遺伝子を含むDNA断片を増幅した。それぞれのDNA断片を1.5%アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた1.3kb断片、1.2kb断片を混合したものを増幅鋳型とし、配列番号4および配列番号7で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCR法によって得られた産物を1.5%アガロースゲル電気泳動して、ヒト由来LDH遺伝子およびTRP1遺伝子が連結された2.5kbのDNA断片を常法に従い調整した。この2.5kbのDNA断片で出芽酵母NBRC10505株を常法に従いトリプトファン非要求性に形質転換した。   By PCR using the plasmid pL-ldh5 containing the human-derived LDH gene as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 as a primer set, a 1.3-kb human-derived LDH gene and Saccharomyces cerevisiae derived A DNA fragment containing the terminator sequence of the TDH3 gene was amplified. In addition, a DNA fragment containing the TRP1 gene derived from Saccharomyces cerevisiae of 1.2 kb was amplified by PCR using the plasmid pRS424 as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 as a primer set. Each DNA fragment was separated by 1.5% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method. A product obtained by the PCR method using a mixture of the 1.3 kb fragment and the 1.2 kb fragment obtained here as an amplification template and the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 7 as a primer set is 1 . 2.5% agarose gel electrophoresis was carried out to prepare a 2.5 kb DNA fragment linked with human-derived LDH gene and TRP1 gene according to a conventional method. Saccharomyces cerevisiae strain NBRC10505 was transformed with this 2.5 kb DNA fragment in a conventional manner so as not to require tryptophan.

得られた形質転換細胞がヒト由来LDH遺伝子を酵母ゲノム上のPDC1プロモーターの下流に連結されている細胞であることの確認は、下記のように行った。まず、形質転換細胞のゲノムDNAを常法に従って調製し、これを増幅鋳型とした配列番号8および配列番号9で表されるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとしたPCRにより0.7kbの増幅DNA断片が得られることで確認した。また、形質転換細胞が乳酸生産能力を持つかどうかは、SC培地(METHODS IN YEAST GENETICS 2000 EDITION、 CSHL PRESS)で形質転換細胞を培養した培養上澄に乳酸が含まれていることを、下記に示す条件でHPLC法により乳酸量を測定することにより確認した。
・カラム:Shim-Pack SPR-H(島津社製)
・移動相:5mM p−トルエンスルホン酸(流速0.8mL/min)
・反応液:5mM p−トルエンスルホン酸、20mM ビストリス、0.1mM EDTA・2Na(流速0.8mL/min)
・検出方法:電気伝導度
・温度:45℃。
Confirmation that the obtained transformed cells were cells in which the human-derived LDH gene was linked downstream of the PDC1 promoter on the yeast genome was performed as follows. First, genomic DNA of a transformed cell was prepared according to a conventional method, and a 0.7 kb amplified DNA fragment was obtained by PCR using the oligonucleotides represented by SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9 as a primer set. Confirmed by being. In addition, whether or not the transformed cells have lactic acid production ability is determined by the fact that lactic acid is contained in the culture supernatant obtained by culturing the transformed cells in SC medium (METHODS IN YEAS GENETIC 2000 EDITION, CSHL PRESS). It confirmed by measuring the amount of lactic acid by HPLC method on the conditions shown.
・ Column: Shim-Pack SPR-H (manufactured by Shimadzu Corporation)
-Mobile phase: 5 mM p-toluenesulfonic acid (flow rate 0.8 mL / min)
Reaction solution: 5 mM p-toluenesulfonic acid, 20 mM Bistris, 0.1 mM EDTA · 2Na (flow rate 0.8 mL / min)
-Detection method: electrical conductivity-Temperature: 45 ° C.

また、L−乳酸の光学純度測定は、次の条件でHPLC法により測定した。
・カラム:TSK-gel Enantio L1(東ソー社製)
・移動相 :1mM 硫酸銅水溶液
・流速:1.0ml/min
・検出方法 :UV254nm
・温度 :30℃。
The optical purity of L-lactic acid was measured by the HPLC method under the following conditions.
・ Column: TSK-gel Enantio L1 (manufactured by Tosoh Corporation)
-Mobile phase: 1 mM aqueous copper sulfate-Flow rate: 1.0 ml / min
・ Detection method: UV254nm
-Temperature: 30 degreeC.

また、L−乳酸の光学純度は次式で計算される。
・光学純度(%)=100×(L−D)/(L+D)
(ここで、LはL−乳酸の濃度、DはD−乳酸の濃度を表す。)。
Moreover, the optical purity of L-lactic acid is calculated by the following formula.
Optical purity (%) = 100 × (LD) / (L + D)
(Here, L represents the concentration of L-lactic acid, and D represents the concentration of D-lactic acid).

HPLC分析の結果、4g/LのL−乳酸が検出され、D−乳酸は検出限界以下であった。以上の検討により、この形質転換体がL−乳酸生産能力を持つことが確認された。得られた形質転換細胞を酵母SW−1株として、続く実施例に用いた。   As a result of HPLC analysis, 4 g / L of L-lactic acid was detected, and D-lactic acid was below the detection limit. From the above examination, it was confirmed that this transformant has L-lactic acid production ability. The obtained transformed cells were used in subsequent examples as yeast strain SW-1.

(参考例2)多孔性分離膜の作製(その1)
本発明で用いられる多孔性分離膜のうち、平膜の作成について説明する。ポリフッ化ビニリデン15.9重量%、塩化リチウム0.9重量%、水3.7重量%およびポリビニルピロリドン2.3重量%を、溶媒のジメチルアセトアミド(DMAC)77.2重量%に加えて混合し十分に溶解させ樹脂原液を調製した。次に、得られた樹脂原液を25℃の温度に冷却した後、あらかじめガラス板上に貼り付けて置いた、ポリエステル繊維製不織布に塗布し、相対湿度が80%の空気に2分間放置し、直ちに50℃の温度の温水浴中に5分間浸漬して、多孔質樹脂層が形成された多孔質基材を得た。得られた分離膜の多孔質樹脂層表面を、倍率1,500倍で走査型電子顕微鏡観察を行った。観察できる細孔すべての直径の平均は、2.0μmであった。
Reference Example 2 Production of Porous Separation Membrane (Part 1)
Of the porous separation membrane used in the present invention, the creation of a flat membrane will be described. Polyvinylidene fluoride (15.9 wt%), lithium chloride (0.9 wt%), water (3.7 wt%) and polyvinylpyrrolidone (2.3 wt%) were added to the solvent dimethylacetamide (DMAC) (77.2 wt%) and mixed. The resin stock solution was prepared by sufficiently dissolving. Next, after cooling the obtained resin undiluted solution to a temperature of 25 ° C., it was applied to a non-woven fabric made of polyester fiber, which was previously stuck on a glass plate, and left in air with a relative humidity of 80% for 2 minutes, Immediately immersed in a warm water bath at a temperature of 50 ° C. for 5 minutes, a porous substrate on which a porous resin layer was formed was obtained. The surface of the porous resin layer of the obtained separation membrane was observed with a scanning electron microscope at a magnification of 1,500 times. The average diameter of all the pores that can be observed was 2.0 μm.

次に、上記の分離膜について、純水透過係数を評価した結果、3.0×10−63/m2・s・Paであった。純水透過係数の測定は、逆浸透膜で調製した25℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ1mで行った。このようにして作製した多孔性分離膜は、本発明に好適に用いることができた。 Next, as a result of evaluating the pure water permeability coefficient of the separation membrane, it was 3.0 × 10 −6 m 3 / m 2 · s · Pa. The pure water permeability coefficient was measured using purified water having a temperature of 25 ° C. prepared with a reverse osmosis membrane at a head height of 1 m. The porous separation membrane thus produced could be suitably used in the present invention.

(参考例3)多孔性分離膜の作製(その2)
本発明で用いられる多孔性分離膜のうち、中空糸膜の作成について説明する。疎水性シリカ(アエロジェルR−972)14.8容量%、フタル酸ジオクチル48.5容量%およびフタル酸ジブチル4.4容量%をミキサーで混合し、これにポリフッ化ビニリデン32.3容量%を添加し良く混合した。これを、二軸押出し機に中空糸状紡糸口を付けた中空糸製造装置を用いて中空糸状に成形した。成形された中空糸を1,1,1−トリクロロエタン中に浸漬した後、乾燥させた。次いで、50%エタノール水溶液に30分間、次いで水中に30分間浸漬させた。さらに、60℃の温度の20%NaOH水溶液に1時間浸漬してシリカ粒子を溶出させた後、良く水洗し乾燥した。
Reference Example 3 Production of Porous Separation Membrane (Part 2)
Of the porous separation membrane used in the present invention, the production of a hollow fiber membrane will be described. 14.8% by volume of hydrophobic silica (Aerogel R-972), 48.5% by volume of dioctyl phthalate and 4.4% by volume of dibutyl phthalate were mixed in a mixer, and 32.3% by volume of polyvinylidene fluoride was added thereto. And mixed well. This was formed into a hollow fiber shape using a hollow fiber production apparatus in which a hollow fiber spinneret was attached to a twin screw extruder. The formed hollow fiber was immersed in 1,1,1-trichloroethane and then dried. Subsequently, it was immersed in 50% ethanol aqueous solution for 30 minutes and then in water for 30 minutes. Furthermore, after being immersed in a 20% NaOH aqueous solution at a temperature of 60 ° C. for 1 hour to elute the silica particles, they were thoroughly washed with water and dried.

得られたポリフッ化ビニリデン多孔性分離膜の外表面の細孔径を走査型電子顕微鏡観察によって観察した結果、細孔の直径の平均は、1.6μmであった。この多孔性分離膜の純水透過係数を評価した結果、6×10-8/m/s/paであった。純水透過係数の測定は、逆浸透膜で調製した25℃の精製水を用い、ヘッド高さ1mで行った。 As a result of observing the pore diameter on the outer surface of the obtained polyvinylidene fluoride porous separation membrane with a scanning electron microscope, the average pore diameter was 1.6 μm. As a result of evaluating the pure water permeability coefficient of this porous separation membrane, it was 6 × 10 −8 m 3 / m 2 / s / pa. The pure water permeability coefficient was measured using purified water at 25 ° C. prepared with a reverse osmosis membrane at a head height of 1 m.

(実施例1)酵母を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その1)
参考例1で作製した酵母SW−1株を用いて、図1の連続発酵装置と表1に示す組成の酵母乳酸発酵培地によってL−乳酸の製造を行った。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性膜を用いた。実施例1における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:60平方cm
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽通気量:0.05(L/min)
・膜分離槽通気量:0.3(L/min)
・発酵反応槽攪拌速度:100(rpm)
・pH調整:1N NaOHによりpH5に調整
・乳酸発酵培地供給速度:50〜300ml/hr.の範囲で可変制御
・発酵液循環装置による循環液量:0.1(L/min)
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜50時間 :0.1kPa〜50kPa以下で制御
50時間〜100時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
100時間〜150時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 1) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using yeast (part 1)
Using the yeast SW-1 strain prepared in Reference Example 1, L-lactic acid was produced using the continuous fermentation apparatus of FIG. 1 and the yeast lactic acid fermentation medium having the composition shown in Table 1. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 1 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane-Membrane separation element effective filtration area: 60 square cm
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min)
-Aeration rate of membrane separation tank: 0.3 (L / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 100 (rpm)
-PH adjustment: adjusted to pH 5 with 1N NaOH-Lactic acid fermentation medium supply rate: 50-300 ml / hr. In the range of circulated fluid volume by variable control and fermentation fluid circulation device: 0.1 (L / min)
・ Membrane permeate flow control: Flow rate control by transmembrane pressure difference (50 hours after the start of continuous fermentation: Control at 0.1 kPa to 50 kPa or less)
50 hours to 100 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 100 hours to 150 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

生産物である乳酸の濃度の評価には、上記の参考例1に示したHPLCを用い、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   The HPLC shown in Reference Example 1 was used for the evaluation of the concentration of lactic acid as a product, and “glucose test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used for the glucose concentration measurement. It was.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

まず、SW−1株を試験管で5mlの乳酸発酵培地で一晩振とう培養し培養液を得た(前々々培養)。得られた培養液を新鮮な乳酸発酵培地100mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図1に示す連続発酵装置の1.5Lの乳酸発酵培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度の調整、pHの調整を行い、発酵培養液循環ポンプ11を稼働させることなく、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、発酵培養液循環ポンプ11を稼働させ、前培養時の運転条件に加え、膜分離槽12を通気し、乳酸発酵培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵培養液量を2Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるL−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により、膜間差圧が0.1kPa以上150kPa以内となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたL−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。   First, the SW-1 strain was cultured with shaking in a 5 ml lactic acid fermentation medium overnight in a test tube to obtain a culture solution (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 100 ml of a fresh lactic acid fermentation medium, and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture). The culture solution is inoculated in a 1.5 L lactic acid fermentation medium of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, the fermentation reaction tank 1 is stirred with the attached stirrer 5, the aeration rate of the fermentation reaction tank 1 is adjusted, and the temperature The pH was adjusted, and the culture was performed for 24 hours without operating the fermentation broth circulation pump 11 (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, the fermentation broth circulation pump 11 is operated, in addition to the operating conditions during pre-culture, the membrane separation tank 12 is vented, and the lactic acid fermentation medium is continuously supplied. Continuous culture was performed while controlling the amount of permeated water so that the amount of the fermentation broth was 2 L, and L-lactic acid was produced by continuous fermentation. Control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane pressure difference so that it was 0.1 kPa or more and 150 kPa or less by the differential pressure control device 3. The produced L-lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately.

150時間の連続発酵試験を行った結果を表2に示す。図1に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   Table 2 shows the results of a 150-hour continuous fermentation test. By the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, stable production of L-lactic acid by continuous fermentation was possible.

(実施例2)酵母を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その2)
図2に示す連続発酵装置と表1に示す組成の乳酸発酵培地を用い、L−乳酸の製造を行った。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。実施例2における運転条件は、特に断らない限り次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽通気量:0.05(L/min)
・乳酸発酵培地供給速度:50〜300ml/hr.の範囲で可変制御
・発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:1N NaOHによりpH5に調整
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜100時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
100時間〜140時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
140時間〜180時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 2) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using yeast (part 2)
Using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 and a lactic acid fermentation medium having the composition shown in Table 1, L-lactic acid was produced. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 2 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Separation membrane: Polyvinylidene fluoride filtration membrane ・ Membrane separation element Effective filtration area: 120 square cm
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min)
Lactic acid fermentation medium supply rate: 50 to 300 ml / hr. Variable control within the range of-Stirring speed of fermentation reaction tank: 800 (rpm)
-PH adjustment: adjusted to pH 5 with 1N NaOH-Membrane permeate flow rate control: Flow rate control by transmembrane differential pressure (100 hours after starting continuous fermentation: control from 0.1 kPa to 50 kPa or less 100 hours to 140 hours: 0.1 kPa to Control at 100 kPa or less 140 hours to 180 hours: Control at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

・菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃、20minの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
-Bacteria: All the culture tanks containing the separation membrane element and the working medium were autoclaved at 121 ° C for 20 minutes and autoclaved at high pressure.

微生物に上記の参考例1で造成した酵母SW−1株を用い、培地には表1に示す組成の乳酸発酵培地を用い、生産物であるL−乳酸の濃度の評価には上記の参考例1に示したHPLCを用い、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   The yeast SW-1 strain prepared in the above Reference Example 1 is used as the microorganism, the lactic acid fermentation medium having the composition shown in Table 1 is used as the medium, and the above Reference Example is used for evaluating the concentration of L-lactic acid as a product. 1 was used, and “glucose test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used for measuring the glucose concentration.

まず、SW−1株を試験管で5mlの乳酸発酵培地で一晩振とう培養し培養液を得た(前々々培養)。得られた培養液を新鮮な乳酸発酵培地100mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図2に示した膜分離型の連続発酵装置の1.5Lの乳酸発酵培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって400rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度の調整、pHの調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、乳酸発酵培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵液量が1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるL−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により、膜間差圧が0.1kPa以上150kPa以内となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたL−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、L−乳酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたL−乳酸対糖収率、L−乳酸生産速度を表2に示した。   First, the SW-1 strain was cultured with shaking in a 5 ml lactic acid fermentation medium overnight in a test tube to obtain a culture solution (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 100 ml of a fresh lactic acid fermentation medium, and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture). The culture broth was inoculated in a 1.5 L lactic acid fermentation medium of the membrane separation type continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 400 rpm by the attached stirrer 5. The amount of aeration was adjusted, the temperature was adjusted, and the pH was adjusted, followed by culturing for 24 hours (preculture). Immediately after the completion of the pre-culture, the lactic acid fermentation medium is continuously supplied and continuously cultured while controlling the amount of permeate through the membrane so that the amount of fermentation liquid in the membrane separation type continuous fermentation apparatus is 1.5 L. -Production of lactic acid was carried out. Control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane pressure difference so that it was 0.1 kPa or more and 150 kPa or less by the differential pressure control device 3. The produced L-lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. In addition, Table 2 shows L-lactic acid versus sugar yield and L-lactic acid production rate calculated from input glucose calculated from L-lactic acid and glucose concentration.

80時間の発酵試験を行った、図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   By the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, which was subjected to a fermentation test for 80 hours, stable production of L-lactic acid by continuous fermentation was possible.

(比較例1)回分発酵によるL−乳酸の製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的な回分発酵を行い、そのL−乳酸生産性を評価した。表1に示す乳酸発酵培地を用い、図1の膜分離型の連続発酵装置の発酵反応槽1のみを用いた回分発酵試験を行った。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。この比較例1でも、微生物として上記の参考例1で造成した酵母SW−1株を用い、生産物であるL−乳酸の濃度の評価には、上記の参考例1に示したHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。比較例1の運転条件を以下に示す。
・発酵反応槽容量:2(L)
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽通気量:0.05(L/min)
・発酵反応槽攪拌速度:100(rpm)
・pH調整:1N NaOHによりpH5に調整。
(Comparative example 1) Production of L-lactic acid by batch fermentation The most typical batch fermentation was performed as a fermentation form using microorganisms, and the L-lactic acid productivity was evaluated. Using the lactic acid fermentation medium shown in Table 1, a batch fermentation test was conducted using only the fermentation reaction tank 1 of the membrane-separated continuous fermentation apparatus of FIG. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. Also in this Comparative Example 1, the yeast SW-1 strain constructed in the above Reference Example 1 was used as a microorganism, and the HPLC shown in the above Reference Example 1 was used for evaluation of the concentration of L-lactic acid as a product. For evaluation and measurement of the glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. The operating conditions of Comparative Example 1 are shown below.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 100 (rpm)
-PH adjustment: Adjust to pH 5 with 1N NaOH.

まず、SW−1株を試験管で5mlの乳酸発酵培地で一晩振とう培養した(前々培養)。前々培養液を新鮮な乳酸発酵培地100mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間振とう培養した(前培養)。前培養液を膜分離型の連続発酵装置の1Lの乳酸発酵培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって100rpmで攪拌し、発酵反応槽1を通気した。温度の調整とpHの調整を行い、発酵培養液循環ポンプ11を稼働させることなく、回分発酵培養を行った。このときの菌体増殖量は、600nmでの吸光度で14であった。回分発酵の結果を表2に示す。   First, the SW-1 strain was cultured with shaking in a 5 ml lactic acid fermentation medium overnight in a test tube (pre-culture). The culture solution was inoculated into 100 ml of fresh lactic acid fermentation medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (pre-culture). The preculture liquid was inoculated into 1 L of a lactic acid fermentation medium of a membrane separation type continuous fermentation apparatus, the fermentation reaction tank 1 was stirred at 100 rpm by the attached stirrer 5, and the fermentation reaction tank 1 was aerated. Temperature adjustment and pH adjustment were performed, and batch fermentation culture was performed without operating the fermentation culture medium circulation pump 11. The amount of bacterial cell growth at this time was 14 in terms of absorbance at 600 nm. The results of batch fermentation are shown in Table 2.

Figure 2008245537
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上記の結果から、図1および図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、L−乳酸の生産速度が大幅に向上したことがわかる。   From the above results, it can be seen that the production rate of L-lactic acid was greatly improved by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIGS.

(実施例3)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その1)
図1に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。
(Example 3) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 1)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG.

コハク酸の製造におけるコハク酸およびグルコースは、特に断らない限り次の方法で測定した。コハク酸は、発酵培養液の遠心上清について、HPLC(島津 LC10A、RIモニター:RID-10A、カラム:アミネックスHPX-87H)で分析した。カラム温度は50℃の温度で、0.01N HSOでカラムを平衡化した後、サンプルをインジェクションし、0.01N HSOで溶出して分析を行った。グルコースは、グルコースセンサー(BF−4、王子計測機器社製)を用いて測定した。 Unless otherwise specified, succinic acid and glucose in the production of succinic acid were measured by the following methods. Succinic acid was analyzed by HPLC (Shimadzu LC10A, RI monitor: RID-10A, column: Aminex HPX-87H) for the supernatant of the fermentation broth. The column temperature was 50 ° C., and the column was equilibrated with 0.01N H 2 SO 4 , and then the sample was injected and eluted with 0.01N H 2 SO 4 for analysis. Glucose was measured using a glucose sensor (BF-4, manufactured by Oji Scientific Instruments).

使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例3における運転条件は、特に断らない限り次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:60平方cm
・温度調整:39(℃)
・発酵反応槽CO通気量:10(mL/min)
・膜分離槽CO通気量:100(mL/min)
・発酵反応槽攪拌速度:100(rpm)
・pH調整:2M NaCOでpH6.4に調整
・コハク酸発酵培地供給速度:50〜300ml/hr.の範囲で可変制御
・発酵培養液循環装置による循環液量:0.1(L/min)
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 3 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane-Membrane separation element effective filtration area: 60 square cm
・ Temperature adjustment: 39 (℃)
Fermentation reaction tank CO 2 aeration amount: 10 (mL / min)
-Membrane separation tank CO 2 aeration rate: 100 (mL / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 100 (rpm)
· PH Adjustment: 2M Na 2 adjusted to CO 3 at pH 6.4 · succinic acid fermentation medium feed rate: 50 to 300 / hr. Circulated fluid volume by variable control / fermentation culture fluid circulation device in the range: 0.1 (L / min)
・ Membrane permeate flow control: Flow control by transmembrane pressure difference.

(連続発酵開始後〜100時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
100時間〜130時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
130時間〜150時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(After start of continuous fermentation to 100 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 100 hours to 130 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 130 hours to 150 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

この実施例3では、コハク酸の生産能力のある微生物として、アナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス(Anaerobiospirillum succiniciproducens)ATCC53488株によるコハク酸の連続製造を行った。20g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、3g/L KHPO、1g/L NaCl、1g/L (NHSO、0.2g/L MgCl、および0.2g/L CaCl・2HOからなる種培養用培地100mLを、125mL容三角フラスコに入れ加熱滅菌した。嫌気グローブボックス内で、30mM NaCO 1mLと180mM HSO 0.15mLを加え、さらに、0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaSからなる還元溶液0.5mLを加えた後、ATCC53488株を接種し、39℃の温度で一晩静置培養した(前々培養)。図1に示す連続発酵装置の1.5Lのコハク酸発酵培地(表3)に、0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaS・9HOからなる還元溶液5mLを加えた後、前々培養液50mLを植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって200rpmで攪拌し、発酵反応槽1のCO通気量の調整、温度の調整およびpHの調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。 In this Example 3, succinic acid was continuously produced by Anaerobiospirillum succiniciproducens ATCC53488 as a microorganism capable of producing succinic acid. 20 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 3 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, 1 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.2 g / L MgCl 2 , and 0 100 mL of a seed culture medium consisting of .2 g / L CaCl 2 .2H 2 O was placed in a 125 mL Erlenmeyer flask and sterilized by heating. In an anaerobic glove box, 1 mL of 30 mM Na 2 CO 3 and 0.15 mL of 180 mM H 2 SO 4 were added, and 0.5 mL of a reducing solution consisting of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S was added. Then, ATCC53488 strain was inoculated and left to stand overnight at a temperature of 39 ° C. (pre-culture). To a 1.5 L succinic acid fermentation medium (Table 3) of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 is added 5 mL of a reducing solution composed of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S · 9H 2 O. After that, 50 mL of the culture solution was inoculated in advance, the fermentation reaction tank 1 was stirred at 200 rpm with the attached stirrer 5, the CO 2 aeration amount of the fermentation reaction tank 1 was adjusted, the temperature was adjusted, and the pH was adjusted. Culture was performed for 24 hours (pre-culture).

Figure 2008245537
Figure 2008245537

前培養完了後直ちに、コハク酸発酵培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵液量が2Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるコハク酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により、膜間差圧が0.1kPa以上150kPa以内となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたコハク酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表4に示した。   Immediately after completion of the pre-culture, succinic acid fermentation medium is continuously supplied, and continuous culture is performed while controlling the amount of membrane permeate so that the amount of fermentation liquid in the membrane separation type continuous fermentation apparatus becomes 2 L. Succinic acid by continuous fermentation Was manufactured. Control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane pressure difference so that it was 0.1 kPa or more and 150 kPa or less by the differential pressure control device 3. The produced succinic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 4 shows the production rate of succinic acid and the yield of succinic acid calculated from the succinic acid and glucose concentrations.

(実施例4)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その2)
図2に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。この実施例4における運転条件は、特に断らない限り次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
・温度調整:39(℃)
・発酵反応槽CO通気量:10(mL/min)
・コハク酸発酵培地供給速度:50〜300ml/hrの範囲で可変制御
・発酵反応槽攪拌速度:600(rpm)
・pH調整:2M NaCOでpH6.4に調整
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
(Example 4) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 2)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. The operating conditions in Example 4 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Separation membrane: Polyvinylidene fluoride filtration membrane ・ Membrane separation element Effective filtration area: 120 square cm
・ Temperature adjustment: 39 (℃)
Fermentation reaction tank CO 2 aeration amount: 10 (mL / min)
-Succinic acid fermentation medium supply speed: Variable control in the range of 50-300 ml / hr-Fermentation reactor agitation speed: 600 (rpm)
- pH Adjustment: 2M Na 2 CO 3 at pH6.4 to adjust and membrane permeate flow control: flow rate control by the transmembrane pressure.

(連続発酵開始後〜120時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
120時間〜160時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
160時間〜210時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃、20minの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
(After continuous fermentation starts ~ 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 120 hours to 160 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 160 hours to 210 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).
Sterilization: All of the culture tank containing the separation membrane element and the used medium were autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes under high pressure steam sterilization.

この実施例4ではコハク酸の生産能力のある微生物として、アナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス(Anaerobiospirillum succiniciproducens)ATCC53488株によるコハク酸の連続製造を行った。20g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、3g/L KHPO、1g/L NaCl、1g/L (NHSO、0.2g/L MgCl、および0.2g/L CaCl・2HOからなる種培養用培地100mLを、125mL容三角フラスコに入れ加熱滅菌した。嫌気グローブボックス内で、30MmNaCO1mLと180mMHSO 0.15mLを加え、さらに、0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaSからなる還元溶液0.5mLを加えた後、ATCC53488株を接種し、39℃の温度で一晩静置培養した(前々培養)。 In Example 4, succinic acid was continuously produced by Anaerobiospirillum succiniciproducens ATCC53488 as a microorganism capable of producing succinic acid. 20 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 3 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, 1 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.2 g / L MgCl 2 , and 0 100 mL of a seed culture medium consisting of .2 g / L CaCl 2 .2H 2 O was placed in a 125 mL Erlenmeyer flask and sterilized by heating. In an anaerobic glove box, add 1 mL of 30 mM Na 2 CO 3 and 0.15 mL of 180 mM H 2 SO 4, and then add 0.5 mL of a reducing solution consisting of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S. After that, the ATCC53488 strain was inoculated and left to stand overnight at a temperature of 39 ° C. (pre-culture).

図2に示す連続発酵装置の1.5Lのコハク酸発酵培地(表3)に、0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaS・9HOからなる還元溶液5mLを加えた後、前々培養液50mLを植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって600rpmで攪拌し、発酵反応槽1のCO通気量の調整、温度の調整およびpHの調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。 To a 1.5 L succinic acid fermentation medium (Table 3) of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 is added 5 mL of a reducing solution composed of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S · 9H 2 O. After that, 50 mL of the culture solution was inoculated before, the fermentation reaction tank 1 was stirred at 600 rpm with the attached stirrer 5, the CO 2 aeration amount of the fermentation reaction tank 1 was adjusted, the temperature was adjusted, and the pH was adjusted. Culture was performed for 24 hours (pre-culture).

前培養完了後直ちに、コハク酸発酵培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵液量が1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるコハク酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により、膜間差圧が0.1kPa以上150kPa以内となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵液中の生産されたコハク酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表4に示した。   Immediately after completion of the pre-culture, the succinic acid fermentation medium is continuously supplied, and the continuous culture is carried out while controlling the amount of permeated water in the membrane separation type continuous fermentation apparatus so that the amount of the fermentation liquid becomes 1.5 L. Succinic acid was produced. Control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane pressure difference so that it was 0.1 kPa or more and 150 kPa or less by the differential pressure control device 3. The produced succinic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 4 shows the production rate of succinic acid and the yield of succinic acid calculated from the succinic acid and glucose concentrations.

(比較例2)回分培養によるコハク酸の製造
アナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス(Anaerobiospirillum succiniciproducens)の回分発酵によるコハク酸製造は、次のようにして行った。
(Comparative Example 2) Production of succinic acid by batch culture Succinic acid production by batch fermentation of Anaerobiospirillum succiniciproducens was performed as follows.

20g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、3g/L KHPO、1g/L NaCl、1g/L (NHSO、0.2g/L MgCl、0.2g/L CaCl・2HOからなる種培養用培地100mLを、125mL容三角フラスコに入れ加熱滅菌した。嫌気グローブボックス内で、30MmNaCO1mLと180mMHSO 0.15mLを加え、さらに、0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaSからなる還元溶液0.5mLを加えた後、アナエロビオスピリラム サクシニシプロデュセンス(Anaerobiospirillum succiniciproducens)ATCC53488を接種し、39℃の温度で一晩静置培養した。表3に示す発酵培地1Lを、ミニジャーファメンター(ABLE社製、BMJ型、2L)に加え、120℃の温度で20分間の加熱滅菌をした。 20 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 3 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, 1 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.2 g / L MgCl 2 , 0.00 100 mL of a seed culture medium consisting of 2 g / L CaCl 2 · 2H 2 O was placed in a 125 mL Erlenmeyer flask and sterilized by heating. In an anaerobic glove box, add 1 mL of 30 mM Na 2 CO 3 and 0.15 mL of 180 mM H 2 SO 4, and then add 0.5 mL of a reducing solution consisting of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S. Thereafter, Anaerobiospirillum succiniciproducens ATCC53488 was inoculated and cultured at 39 ° C. overnight. 1 L of fermentation medium shown in Table 3 was added to a mini jar fermenter (manufactured by ABLE, BMJ type, 2 L), and sterilized by heating at a temperature of 120 ° C. for 20 minutes.

COガスをスパージャーから、10mL/minで通気し、3MNaCO溶液10mLを加えた後、硫酸溶液でpHを6.8に調整した。0.25g/L システイン・HCl、0.25g/L NaS・9HOからなる還元溶液5mLを加えた後、上記の種培養液50mL接種し、撹拌速度200rpm、温度は39℃、2MNaCO溶液でpH6.4に調整しながら培養を行った。その結果を表4に示す。 CO 2 gas was passed through the sparger at 10 mL / min, 10 mL of 3M Na 2 CO 3 solution was added, and then the pH was adjusted to 6.8 with a sulfuric acid solution. After adding 5 mL of a reducing solution consisting of 0.25 g / L cysteine · HCl and 0.25 g / L Na 2 S · 9H 2 O, inoculate 50 mL of the above seed culture solution, stirring speed 200 rpm, temperature is 39 ° C., 2 M Na Cultivation was performed while adjusting the pH to 6.4 with 2 CO 3 solution. The results are shown in Table 4.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

図1および図2に示す発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、コハク酸の生産速度が大幅に向上した。   The production method of the chemical product of the present invention using the fermentation apparatus shown in FIGS. 1 and 2 significantly improved the production rate of succinic acid.

(実施例5)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その3)
図1に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。コハク酸およびグルコース濃度の測定は、実施例3と同様の方法で行った。使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜には上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例5における運転条件は、下記の膜透過水量制御以外は、実施例3と同様である。
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
(Example 5) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 3)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The succinic acid and glucose concentrations were measured in the same manner as in Example 3. The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 5 are the same as those in Example 3 except for the following membrane permeation water amount control.
・ Membrane permeate flow control: Flow control by transmembrane pressure difference.

(連続発酵開始後〜120時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
120時間〜160時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
160時間〜185時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(After continuous fermentation starts ~ 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 120 hours to 160 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 160 hours to 185 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

この実施例5では、コハク酸の生産能力のある微生物として、アクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)ATCC55618株を用いたコハク酸の連続製造を行った。表5に示すアクチノバシラス用コハク酸発酵培地75mLとMgCO4.0gを、100mL容シーラム試験管に加え、COでガス置換した後、加熱滅菌した。あらかじめ、ATCC55618株の菌体懸濁液7.5mLを接種し、37℃の温度で24時間培養して種培養を調製した(前々培養)。図1に示す連続発酵装置に1.5Lのコハク酸発酵培地(表5)を仕込み、前々培養液75mLを植菌した。発酵反応槽1のCO通気量を75mL/min、分離膜槽CO通気量を150mL/minとし、温度を39℃、5.5M NaCOでpHを6.8に調整しながら連続培養を行うこと以外は、実施例3の培養と同様に連続培養を行った。適宜、膜透過発酵液中の生産されたコハク酸濃度および残存グルコース濃度を測定し、コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表6に示した。 In Example 5, succinic acid was continuously produced using Actinobacillus succinogenes ATCC 55618 as a microorganism capable of producing succinic acid. 75 mL of succinic acid fermentation medium for Actinobacillus and 4.0 g of MgCO 3 shown in Table 5 were added to a 100 mL sea ram test tube, and the gas was replaced with CO 2 , followed by heat sterilization. In advance, 7.5 mL of a cell suspension of ATCC 55618 strain was inoculated and cultured at a temperature of 37 ° C. for 24 hours to prepare a seed culture (pre-culture). The continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 was charged with 1.5 L of succinic acid fermentation medium (Table 5), and 75 mL of the culture solution was inoculated in advance. The CO 2 aeration rate in the fermentation reaction tank 1 was 75 mL / min, the separation membrane tank CO 2 aeration rate was 150 mL / min, and the temperature was adjusted to 6.8 at 39 ° C. and 5.5 M Na 2 CO 3 while adjusting the pH to 6.8. Continuous culture was performed in the same manner as in Example 3 except that culture was performed. The produced succinic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately, and the succinic acid production rate and the succinic acid production yield calculated from the succinic acid and glucose concentrations are shown in Table 6.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

(実施例6)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その4)
図2に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。コハク酸およびグルコース濃度の測定は、実施例3と同様の方法で行った。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例6における運転条件は、下記の膜透過水量制御以外は実施例4と同様である。
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
(Example 6) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 4)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. The succinic acid and glucose concentrations were measured in the same manner as in Example 3. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 6 are the same as those in Example 4 except for the following membrane permeation water amount control.
・ Membrane permeate flow control: Flow control by transmembrane pressure difference.

(連続発酵開始後〜120時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
120時間〜165時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
165時間〜190時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(After continuous fermentation starts ~ 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 120 hours to 165 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 165 hours to 190 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

この実施例6ではコハク酸の生産能力のある微生物として、アクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)ATCC55618株を用いたコハク酸の連続製造を行った。アクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)によるコハク酸の連続製造では、発酵反応槽CO通気量を75mL/minとし、pH調整を5.5M NaCOでpH6.8に調整すること以外は、実施例4の連続培養と同様に行った。 In Example 6, succinic acid was continuously produced using Actinobacillus succinogenes ATCC 55618 as a microorganism capable of producing succinic acid. In the continuous production of succinic acid by Actinobacillus succinogenes, the fermentation reactor CO 2 aeration rate is 75 mL / min, and the pH is adjusted to 5.5 with Na 2 CO 3. Was performed in the same manner as the continuous culture in Example 4.

まず、表5に示すアクチノバシラス用コハク酸発酵培地75mLとMgCO4.0gを、100mL容シーラム試験管に加え、COでガス置換した後、加熱滅菌した。あらかじめ、凍結保存していたATCC55618株の菌体懸濁液7.5mLを接種し、37℃の温度で24時間培養して種培養を調製した(前々培養)。図2に示す連続発酵装置に1.5Lのコハク酸発酵培地(表5)を仕込み、前々培養液75mLを植菌し、pHを6.8に調整しながら、24時間培養を行った(前培養)。前培養が終了後、表5のコハク酸発酵培地の連続供給を行い、図2の膜分離型の連続発酵装置の発酵液量が1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続発酵によるコハク酸の製造を行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたコハク酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表6に示した。 First, 75 mL of succinic acid fermentation medium for Actinobacillus and 4.0 g of MgCO 3 shown in Table 5 were added to a 100 mL sea ram test tube, gas-substituted with CO 2 , and then heat sterilized. A seed suspension was prepared by inoculating 7.5 mL of a cell suspension of ATCC 55618 strain that had been cryopreserved in advance and culturing at 37 ° C. for 24 hours (pre-culture). A continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 was charged with 1.5 L of a succinic acid fermentation medium (Table 5), inoculated with 75 mL of a culture solution in advance, and cultured for 24 hours while adjusting the pH to 6.8 ( Pre-culture). After completion of the pre-culture, the succinic acid fermentation medium shown in Table 5 is continuously supplied, and the amount of the permeated water in the membrane-separated continuous fermentation apparatus shown in FIG. Succinic acid was produced by fermentation. The produced succinic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 6 shows the production rate of succinic acid and the yield of succinic acid calculated from the succinic acid and glucose concentrations.

(比較例3)回分培養によるコハク酸の製造(その2)
アクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)を用いた回分発酵によるコハク酸製造は次のようにして行った。表5に示すアクチノバシラス用コハク酸発酵培地50mLとMgCO4.0gを、100mL容シーラム試験管に加え、COでガス置換した後、加熱滅菌した。あらかじめ、凍結保存していたアクチノバシラス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinofenes)ATCC55618の菌体懸濁液5mLを接種し、37℃の温度で24時間培養して種培養を調製した。表5に示す発酵培地1LをpH6.8に調整後、ミニジャーファメンター(ABLE社製、BMJ型、2L)に加え、120℃の温度で20分間加熱滅菌した。COガスをスパージャーから50mL/minで通気し、温度を39℃の温度に調整した。上記種培養50mLを接種し、付属の撹拌羽根を用いて600rpmで撹拌しながら、5.5M NaCOでpHを6.8に調整しながら培養した。その結果を表6に示す。
(Comparative Example 3) Production of succinic acid by batch culture (Part 2)
Succinic acid production by batch fermentation using Actinobacillus succinogenes was performed as follows. 50 mL of succinic acid fermentation medium for Actinobacillus and 4.0 g of MgCO 3 shown in Table 5 were added to a 100 mL sea ram test tube, and the gas was replaced with CO 2 , followed by heat sterilization. A seed culture was prepared by inoculating 5 mL of a cell suspension of Actinobacillus succinofenes ATCC 55618, which had been cryopreserved in advance, and culturing at 37 ° C. for 24 hours. After adjusting 1 L of the fermentation medium shown in Table 5 to pH 6.8, it was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes in addition to a mini jar fermenter (manufactured by ABLE, BMJ type, 2 L). CO 2 gas was bubbled through the sparger at 50 mL / min and the temperature was adjusted to 39 ° C. 50 mL of the above seed culture was inoculated and cultured while adjusting the pH to 6.8 with 5.5 M Na 2 CO 3 while stirring at 600 rpm using the attached stirring blade. The results are shown in Table 6.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

図1および図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、コハク酸の生産速度が大幅に向上した。   The production method of the chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIGS. 1 and 2 significantly improved the production rate of succinic acid.

(実施例7)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その5)
図1に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。コハク酸およびグルコース濃度の測定は実施例3と同様の方法で行った。使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜には上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例7における運転条件は、下記の膜透過水量制御以外は、実施例3と同様である。
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜140時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
140時間〜180時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
180時間〜200時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 7) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 5)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The succinic acid and glucose concentrations were measured in the same manner as in Example 3. The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in this Example 7 are the same as those in Example 3 except for the following membrane permeation water amount control.
-Membrane permeated water amount control: Flow rate control by transmembrane pressure (After continuous fermentation up to 140 hours: Control at 0.1 kPa to 50 kPa or less 140 hours to 180 hours: Control at 0.1 kPa to 100 kPa or less 180 hours to 200 hours: Control at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

この実施例7では、コハク酸の生産能力のある微生物として、大腸菌B株(Escherichia coli B)ATCC11303株を用いたコハク酸の連続製造を行った。大腸菌によるコハク酸製造では、12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、および0.2g/L MgClからなる種培養用培地150mLを200mL容三角フラスコに入れ、pHを6.8に調整した。MgCO7.5gを添加した後、加熱滅菌し、室温まで冷却した後、嫌気グローブボックス内で、ATCC11303株を接種し、37℃の温度で一晩静置培養した(前々培養)。図1に示す連続発酵装置に、12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、および0.2g/L MgClからなるコハク酸発酵培地1.5Lを仕込み、前々培養液150mLを植菌した。培養温度を37℃とした以外は、実施例3と同様の条件でコハク酸の連続発酵を行った。 In Example 7, succinic acid was continuously produced using Escherichia coli B strain ATCC 11303 as a microorganism capable of producing succinic acid. In the production of succinic acid by E. coli, a seed culture medium consisting of 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, and 0.2 g / L MgCl 2 150 mL was placed in a 200 mL Erlenmeyer flask and the pH was adjusted to 6.8. After 7.5 g of MgCO 3 was added, the mixture was sterilized by heating, cooled to room temperature, inoculated with ATCC11303 strain in an anaerobic glove box, and allowed to stand overnight at a temperature of 37 ° C. (pre-culture). Succinic acid comprising 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, and 0.2 g / L MgCl 2 is added to the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The fermentation medium 1.5L was prepared and 150 mL of culture solution was inoculated beforehand. Continuous fermentation of succinic acid was performed under the same conditions as in Example 3 except that the culture temperature was 37 ° C.

24時間培養の前培養後、表7に示すコハク酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵培養液量が2Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養を行った。   After the 24-hour culture, the succinic acid fermentation medium shown in Table 7 was continuously supplied, and the continuous culture was performed while controlling the amount of membrane permeate so that the amount of the fermentation broth in the continuous fermentation apparatus was 2L.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたコハク酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表8に示した。   The produced succinic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 8 shows the production rate of succinic acid and the yield of succinic acid calculated from the succinic acid and glucose concentrations.

(実施例8)連続発酵によるコハク酸の連続製造(その6)
図2に示す連続発酵装置を用いたコハク酸の製造を行った。使用する培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。コハク酸およびグルコース濃度の測定は、実施例3と同様の方法で行った。分離膜には上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例8における運転条件は、下記の膜透過水量制御以外は、実施例4と同様である。
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜70時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
70時間〜90時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
90時間〜110時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 8) Continuous production of succinic acid by continuous fermentation (part 6)
Succinic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The medium used was autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 15 minutes. The succinic acid and glucose concentrations were measured in the same manner as in Example 3. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 8 are the same as those in Example 4 except for the following membrane permeation water amount control.
・ Membrane permeate flow control: Flow control by transmembrane pressure difference (70 hours after the start of continuous fermentation: control at 0.1 kPa to 50 kPa or less)
70 hours to 90 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 90 hours to 110 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

この実施例8ではコハク酸の生産能力のある微生物として大腸菌B株(Escherichia coli B)ATCC11303株を用いたコハク酸の連続製造を行った。12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、および0.2g/L MgClからなる種培養用培地150mLを200mL容三角フラスコに入れ、pHを6.8に調整した。MgCO7.5gを添加した後、加熱滅菌し、室温まで冷却した後、ATCC11303株を接種し、37℃の温度で一晩静置培養した(前々培養)。図2に示す連続発酵装置に、12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、および0.2g/L MgClからなるコハク酸発酵培地1.5Lを仕込み、前々培養液150mLを植菌した。温度を37℃とし、5.5M NaCOでpHを6.8に調整しながら、24時間培養を行った(前培養)。前培養が終了後、表7に示すコハク酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵培養液量が1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養した。コハク酸およびグルコース濃度から算出されたコハク酸生産速度およびコハク酸の生成収率を、表8に示した。 In Example 8, succinic acid was continuously produced using Escherichia coli B strain ATCC 11303 as a microorganism capable of producing succinic acid. 150 mL seed culture medium consisting of 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, and 0.2 g / L MgCl 2 in a 200 mL Erlenmeyer flask The pH was adjusted to 6.8. After addition of MgCO 3 7.5 g, heat sterilized, cooled to room temperature, inoculated with ATCC11303 strain was overnight static culture at a temperature of 37 ° C. (pre-preculture). Succinic acid comprising 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, and 0.2 g / L MgCl 2 is added to the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The fermentation medium 1.5L was prepared and 150 mL of culture solution was inoculated beforehand. The temperature was 37 ° C., and the culture was performed for 24 hours while adjusting the pH to 6.8 with 5.5 M Na 2 CO 3 (pre-culture). After completion of the preculture, the succinic acid fermentation medium shown in Table 7 was continuously supplied, and the culture was continuously performed while controlling the amount of permeated water so that the amount of the fermentation broth in the continuous fermentation apparatus was 1.5L. Table 8 shows the production rate of succinic acid and the yield of succinic acid calculated from the succinic acid and glucose concentrations.

(比較例4)回分培養によるコハク酸の製造(その3)
大腸菌(Escherichia coli)を用いた回分発酵によるコハク酸製造は、次のようにして行った。
(Comparative Example 4) Production of succinic acid by batch culture (part 3)
Succinic acid production by batch fermentation using Escherichia coli was performed as follows.

12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、および0.2g/L MgClからなる種培養用培地100mLを1250mL容三角フラスコに入れ、pHを6.8に調整した。MgCO5gを添加した後、加熱滅菌し、室温まで冷却した後、嫌気グローブボックス内で、大腸菌B株(Escherichia coli B)ATCC11303株を接種し、37℃の温度で一晩静置培養した。12g/L グルコース、10g/L ポリペプトン、5g/L 酵母エキス、1g/L KHPO、1g/L NaCl、0.2g/L MgClからなる発酵培地1LをpH6.8に調整後、ミニジャーファメンター(ABLE社製、BMJ型、2L)に加え、加熱滅菌(120℃、20分)した。COガスをスパージャーから50mL/minで通気し、温度を37℃に調整した。上記種培養100mLを接種し、付属の撹拌羽根を用いて600rpmで撹拌し、5.5M NaCOでpHを6.8に調整しながら培養した。発酵培養液中のグルコース濃度が、20g/Lを越えないように、100g/Lグルコース溶液200mLを少量ずつ追加しながら培養を行った。その結果を表8に示す。 100 mL of seed culture medium consisting of 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, and 0.2 g / L MgCl 2 in a 1250 mL Erlenmeyer flask The pH was adjusted to 6.8. After addition of MgCO 3 5 g, heat sterilized, cooled to room temperature, in an anaerobic glove box was inoculated with E. coli B strain (Escherichia coli B) ATCC11303 strain was overnight static culture at a temperature of 37 ° C.. After adjusting 1 L of fermentation medium consisting of 12 g / L glucose, 10 g / L polypeptone, 5 g / L yeast extract, 1 g / L K 2 HPO 4 , 1 g / L NaCl, 0.2 g / L MgCl 2 to pH 6.8, mini In addition to a jar fermenter (made by ABLE, BMJ type, 2 L), it was heat sterilized (120 ° C., 20 minutes). CO 2 gas was passed through the sparger at 50 mL / min, and the temperature was adjusted to 37 ° C. 100 mL of the above seed culture was inoculated, stirred at 600 rpm using the attached stirring blade, and cultured while adjusting the pH to 6.8 with 5.5 M Na 2 CO 3 . Cultivation was performed while adding 200 mL of a 100 g / L glucose solution little by little so that the glucose concentration in the fermentation broth did not exceed 20 g / L. The results are shown in Table 8.

Figure 2008245537
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図1および図2に示す発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、コハク酸の生産速度が大幅に向上した。   The production method of the chemical product of the present invention using the fermentation apparatus shown in FIGS. 1 and 2 significantly improved the production rate of succinic acid.

(実施例9)連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造(その1)
図1の連続発酵装置と表9に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、1,3−プロパンジオールの製造を行った。
(Example 9) Production of 1,3-propanediol by continuous fermentation (part 1)
1,3-propanediol was produced using the continuous fermentation apparatus of FIG. 1 and a 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 9.

まず、生産物である1,3−プロパンジオールの単離、同定および測定法について説明する。   First, the isolation, identification and measurement methods of the product 1,3-propanediol will be described.

HPLCによりグリセロールの1,3−プロパンジオールへの転換を確認した。分析は標準的方法およびクロマトグラフィーの技術分野における熟練者に利用可能な材料を用いて行った。1つの適した方法として、Shodex SH−1011P プレカラム(6mmx50mm)を接続したWaters Maxima 820 HPLCシステムを使用して、UV(210nm)およびRIによる検出を行った。50℃の温度で温度制御されたShodex SH−1011カラム(8mmx300mm、Waters,Milford,MAから購入)上に、移動相として0.01N H2SO4を用い、0.5mL/分の流量で試料を注入した。定量的分析を行う場合、外部標準として既知量のトリメチル酢酸を用いて試料を調製した。グルコース(RI検出)、グリセロール、1,3−プロパンジオール(RI検出)およびトリメチル酢酸(UVおよびRI検出)の保持時間は、それぞれおよそ15分、20分、26分および35分であった。 Conversion of glycerol to 1,3-propanediol was confirmed by HPLC. Analyzes were performed using standard methods and materials available to those skilled in the chromatographic arts. As one suitable method, detection by UV (210 nm) and RI was performed using a Waters Maxima 820 HPLC system connected to a Shodex SH-1011P precolumn (6 mm × 50 mm). Samples at a flow rate of 0.5 mL / min on a Shodex SH-1011 column (8 mm x 300 mm, purchased from Waters, Milford, MA) temperature controlled at 50 ° C. using 0.01N H 2 SO 4 as the mobile phase. Injected. For quantitative analysis, samples were prepared using a known amount of trimethylacetic acid as an external standard. The retention times for glucose (RI detection), glycerol, 1,3-propanediol (RI detection) and trimethylacetic acid (UV and RI detection) were approximately 15 minutes, 20 minutes, 26 minutes and 35 minutes, respectively.

GC/MSにより1,3−プロパンジオールの生産を確認した。GC/MSは、標準的方法用いて行った。例えば、Hewlett Packard 5971 Series質量選択的検出器(EI)およびHP−INNOWaxカラム(長さ30m、内径0.25mm、フィルム厚さ0.25ミクロン)に連結されたHewlett Packard 5890 Series IIガスクロマトグラフを用いた。生成した1,3−プロパンジオールの保持時間及び質量スペクトルを1,3−プロパンジオール標準品(m/e:57,58)のそれらと比較した。   The production of 1,3-propanediol was confirmed by GC / MS. GC / MS was performed using standard methods. For example, using a Hewlett Packard 5890 Series II gas chromatograph coupled to a Hewlett Packard 5971 Series mass selective detector (EI) and HP-INNOWax column (length 30 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 microns). It was. The retention time and mass spectrum of the 1,3-propanediol produced were compared with those of the 1,3-propanediol standard (m / e: 57,58).

試料の誘導体化は、次のように行った。1.0mLの試料(例えば培養上澄み液)に30μLの濃(70%v/v)過塩素酸を加え、混合した後、試料を凍結乾燥した。ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド:ピリジンの1:1混合物(300μL)を、凍結乾燥した試料に加え、強く混合し、65℃の温度において1時間置いた。遠心により不溶物を除いて上清を回収した。得られる液体は2相に分かれ、その上相を分析に用いた。得られた1,3−プロパンジオールのトリメチルシリル化誘導体試料をDB−5カラム(48m、内径0.25mm、フィルム厚さ0.25μm;J&W Scientificから)上でクロマトグラフィーにかけ、1,3−プロパンジオールトリメチルシリル化誘導体の保持時間および質量スペクトルを、基準の標準試料から得た保持時間および質量スペクトルと比較した。1,3−プロパンジオールのトリメチルシリル化誘導体の質量スペクトルは205、177、130および115AMUの特徴的イオンを含有する。   Sample derivatization was performed as follows. 30 μL of concentrated (70% v / v) perchloric acid was added to a 1.0 mL sample (eg, culture supernatant), mixed, and then the sample was lyophilized. A 1: 1 mixture of bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide: pyridine (300 μL) was added to the lyophilized sample, mixed vigorously and placed at a temperature of 65 ° C. for 1 hour. The insoluble material was removed by centrifugation, and the supernatant was collected. The resulting liquid was divided into two phases, and the upper phase was used for analysis. The resulting trimethylsilylated derivative sample of 1,3-propanediol was chromatographed on a DB-5 column (48 m, ID 0.25 mm, film thickness 0.25 μm; from J & W Scientific) to give 1,3-propanediol. The retention time and mass spectrum of the trimethylsilylated derivative were compared to the retention time and mass spectrum obtained from a reference standard sample. The mass spectrum of the trimethylsilylated derivative of 1,3-propanediol contains 205, 177, 130 and 115 AMU characteristic ions.

培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例9における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:60平方cm
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽CO通気量:10(mL/min)
・膜分離槽CO通気量:100(mL/min)
・反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整
(連続発酵開始後〜100時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
100時間〜130時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
130時間〜170時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)
・滅菌:分離膜エレメントを含む発酵培養槽および使用培地は総て121℃の温度で20minのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 9 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane-Membrane separation element effective filtration area: 60 square cm
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reaction tank CO 2 aeration amount: 10 (mL / min)
-Membrane separation tank CO 2 aeration rate: 100 (mL / min)
-Reaction vessel stirring speed: 800 (rpm)
-PH adjustment: adjusted to pH 7.0 with 5N NaOH (after continuous fermentation starts to 100 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 100 hours to 130 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 130 hours to 170 hours: 0 .Control at 1 kPa to 150 kPa or less)
Sterilization: Fermentation culture tank and separation medium including separation membrane element are all autoclaved for 20 minutes at a temperature of 121 ° C. High pressure steam sterilization. Membrane permeate flow rate control: Flow rate control by transmembrane pressure difference.

微生物としてクレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用い、培地には表9に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、生産物である1,3−プロパンジオールの濃度の評価は上述のHPLC法により測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain is used as the microorganism, 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 9 is used as the medium, and evaluation of the concentration of 1,3-propanediol as the product is performed by the HPLC method described above. It was measured by. For measurement of glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

Figure 2008245537
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まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を、試験管で5mlの1,3−プロパンジオール生産培地で一晩振とう培養した(前々々培養)。得られた培養液を新鮮な1,3−プロパンジオール生産培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図1に示した膜分離型連続発酵装置の1.5Lの1,3−プロパンジオール生産培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度調整、pH調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、発酵液循環ポンプを稼働させ、前培養時の運転条件に加え、膜分離槽12を通気し、1,3−プロパンジオール生産培地(グリセロール濃度は100g/L)の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量を2Lとなるよう膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵液中の生産された1,3−プロパンジオール濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、1,3−プロパンジオールおよび投入グリセロールから算出された1,3−プロパンジオール生産速度を表10に示した。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured overnight in a test tube with 5 ml of 1,3-propanediol production medium (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol production medium, and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask at 30 ° C. for 24 hours (pre-culture). The culture solution was inoculated in a 1.5 L 1,3-propanediol production medium of the membrane separation type continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5; The aeration amount of the fermentation reaction tank 1, the temperature adjustment, and the pH adjustment were performed, and the culture was performed for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, the fermentation liquid circulation pump is operated, in addition to the operating conditions during pre-culture, the membrane separation tank 12 is vented, and 1,3-propanediol production medium (glycerol concentration is 100 g / L) is continuously supplied. Then, continuous culture was performed while controlling the amount of permeated water in the continuous fermentation apparatus so that the amount of the fermentation broth became 2 L, and 1,3-propanediol was produced by continuous fermentation. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The produced 1,3-propanediol concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were appropriately measured. Table 1 shows the production rate of 1,3-propanediol calculated from 1,3-propanediol and input glycerol.

170時間の発酵試験を行った結果、図1に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定した1,3−プロパンジオールの連続発酵による製造が可能であった。   As a result of a 170-hour fermentation test, stable production of 1,3-propanediol by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG.

(実施例10)連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造(その2)
図2の連続発酵装置と表9に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、1,3−プロパンジオールの製造を行った。
(Example 10) Production of 1,3-propanediol by continuous fermentation (part 2)
1,3-propanediol was produced using the continuous fermentation apparatus of FIG. 2 and a 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 9.

培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材としては、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例10における運転条件は、特に断らない限り、以下のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽通気量:0.6(L/min)COガス
・発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃、20minの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 10 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Separation membrane: Polyvinylidene fluoride filtration membrane ・ Membrane separation element Effective filtration area: 120 square cm
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reaction tank aeration: 0.6 (L / min) CO 2 gas fermentation reaction tank stirrer speed: 800 (rpm)
・ PH adjustment: pH 7.0 adjusted with 5N NaOH ・ Sterilization: All culture tanks containing separation membrane elements and culture media used are autoclaved at 121 ° C. for 20 min. ・ High pressure steam sterilization ・ Membrane permeate control: by transmembrane pressure difference Flow control.

(連続発酵開始後〜100時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
100時間〜130時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
130時間〜180時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(After start of continuous fermentation to 100 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 100 hours to 130 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 130 hours to 180 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

微生物としてクレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用い、培地には表9に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、生産物である1,3−プロパンジオールの濃度の評価はHPLC法により測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain is used as the microorganism, 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 9 is used as the medium, and the concentration of the product 1,3-propanediol is evaluated by the HPLC method. did. For measurement of glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を試験管で5mlの1,3−プロパンジオール生産培地で一晩振とう培養した(前々々培養)。得られた培養液を新鮮な1,3−プロパンジオール生産培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図2に示した膜分離型連続発酵装置の1.5Lの1,3−プロパンジオール生産培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度の調整、pHの調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、1,3−プロパンジオール生産培地(グリセロール濃度は100g/L)の連続供給を行い、膜一体型連続発酵装置の発酵液量を1.5Lとなるよう膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵液中の生産された1,3−プロパンジオール濃度および残存グルコース濃度を実施例9に示した方法に従って測定した。また、該1,3−プロパンジオール、及び投入グリセロールから算出された1,3−プロパンジオール生産速度を表10に示した。180時間の発酵試験を行った結果、図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定した1,3−プロパンジオールの連続発酵による製造が可能であった。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured in a test tube with shaking overnight in 5 ml of 1,3-propanediol production medium (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol production medium, and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask at a temperature of 30 ° C. for 24 hours (pre-culture). The culture solution was inoculated in a 1.5 L 1,3-propanediol production medium of the membrane-separated continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5; The aeration amount of the fermentation reaction tank 1, the temperature, and the pH were adjusted and cultured for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, 1,3-propanediol production medium (glycerol concentration is 100 g / L) is continuously supplied, and the amount of membrane permeate is controlled so that the amount of fermentation liquid in the membrane-integrated continuous fermentation apparatus becomes 1.5 L. The culturing was continued, and 1,3-propanediol was produced by continuous fermentation. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The produced 1,3-propanediol concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were appropriately measured according to the method shown in Example 9. Table 10 shows the production rate of 1,3-propanediol calculated from the 1,3-propanediol and input glycerol. As a result of the 180-hour fermentation test, stable production of 1,3-propanediol by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG.

(比較例5)フェドバッチ発酵による1,3−プロパンジオールの製造
微生物を用いた発酵形態としてよく実施されるフェドバッチ発酵を2L容のジャーファーメンターを用いて行い、1,3−プロパンジオール生産性を評価した。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。この比較例5では、微生物としてクレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用い、生産物である1,3−プロパンジオールの濃度の評価は、実施例9に示した方法に従ってHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。比較例5の運転条件を以下に示す。
・発酵反応槽容量:2.0(L)
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽通気量:0.4(L/min)COガス
・発酵反応槽攪拌速度:300(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整。
(Comparative Example 5) Production of 1,3-propanediol by fed-batch fermentation Fed-batch fermentation, which is often performed as a fermentation form using microorganisms, is carried out using a 2 L jar fermenter, and the 1,3-propanediol productivity is increased. evaluated. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. In Comparative Example 5, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was used as a microorganism, and the concentration of 1,3-propanediol as a product was evaluated using HPLC according to the method shown in Example 9, and the glucose concentration For the measurement, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. The operating conditions of Comparative Example 5 are shown below.
・ Fermentation reactor capacity: 2.0 (L)
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reaction tank aeration rate: 0.4 (L / min) CO 2 gas Fermentation reaction tank stirring speed: 300 (rpm)
-PH adjustment: Adjust to pH 7.0 with 5N NaOH.

まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を試験管で5mlの1,3−プロパンジオール生産培地で一晩振とう培養した(前々培養)。前々培養液を新鮮な1,3−プロパンジオール生産培地50mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間振とう培養した(前培養)。前培養液をジャーファーメンターの1Lの1,3−プロパンジオール生産培地に植菌した。1,3−プロパンジオール生産培地(グリセロール濃度は500g/L)を用い、グリセロール濃度を0g/Lから10g/Lになるように連続的に供給し、フェドバッチ発酵を行った。その結果を表10に示す。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured overnight in a test tube with 5 ml of 1,3-propanediol production medium (pre-culture). The culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol production medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (preculture). The preculture was inoculated into 1 L of 1,3-propanediol production medium of a jar fermenter. 1,3-propanediol production medium (glycerol concentration is 500 g / L) was continuously supplied so that the glycerol concentration was changed from 0 g / L to 10 g / L, and fed-batch fermentation was performed. The results are shown in Table 10.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

図1および図2に示す発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、1,3−プロパンジオールの生産速度が大幅に向上した。   The production rate of 1,3-propanediol was greatly improved by the method for producing a chemical product of the present invention using the fermentation apparatus shown in FIGS. 1 and 2.

(実施例11)乳酸菌を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その1)
図1に示す連続発酵装置を用いたL−乳酸の製造を行った。培地には表11に示すL−乳酸菌乳酸発酵培地を用い、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜としては参考例2で作製した多孔性膜を用いた。この実施例11における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:60平方cm
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽N通気量:10(mL/min)
・膜分離槽N通気量:100(mL/min)
・発酵反応槽攪拌速度:600(rpm)
・pH調整:8N アンモニア水溶液によりpH6.5に調整
(連続発酵開始後〜70時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
70時間〜120時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
120時間〜165時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃の温度で20minのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御。
(Example 11) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using lactic acid bacteria (part 1)
L-lactic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. L-lactic acid bacteria lactic acid fermentation medium shown in Table 11 was used as the medium, and the mixture was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane, the porous membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 11 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane-Membrane separation element effective filtration area: 60 square cm
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reaction tank N 2 aeration rate: 10 (mL / min)
Membrane separation tank N 2 aeration: 100 (mL / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 600 (rpm)
-PH adjustment: adjusted to pH 6.5 with 8N aqueous ammonia solution (70 hours after the start of continuous fermentation: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less)
70 hours to 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 120 hours to 165 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less)
・ Sterilization: The culture tank containing the separation membrane element and the medium to be used are all autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 20 minutes by high-pressure steam sterilization. Membrane permeate flow rate control: flow rate control by transmembrane pressure difference.

原核微生物として、ラクトコッカス ラクティス(Lactococcus lactis)JCM7638株を用い、培地には表11に示す組成の乳酸菌乳酸発酵培地を用いた。発酵液に含まれるL−乳酸は、参考例1と同様の方法で評価した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   Lactococcus lactis JCM7638 strain was used as a prokaryotic microorganism, and a lactic acid bacteria lactic acid fermentation medium having the composition shown in Table 11 was used as the medium. L-lactic acid contained in the fermentation broth was evaluated by the same method as in Reference Example 1. For measurement of glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

まず、ラクトコッカス ラクティス JCM7638株を、試験管で表11に示す5mlの窒素ガスでパージした乳酸発酵培地で24時間、37℃の温度で静置培養した(前々々培養)。得られた培養液を窒素ガスでパージした新鮮な乳酸発酵培地50mlに植菌し、48時間、37℃の温度で静置培養した(前々培養)。前々培養液を、図1に示す連続発酵装置の窒素ガスでパージした1.5Lの乳酸発酵培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって600rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整と37℃の温度に温度調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、乳酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量を2Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるL−乳酸の製造を行った。このとき、気体供給装置から窒素ガスを発酵反応槽内に供給し、排出されたガスを回収して再度発酵反応槽に供給した。すなわち、窒素ガスを含む気体のリサイクル供給を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産されたL−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、L−乳酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたL−乳酸対糖収率とL−乳酸生産速度を表12に示した。   First, the Lactococcus lactis JCM7638 strain was statically cultured at a temperature of 37 ° C. for 24 hours in a lactic acid fermentation medium purged with 5 ml of nitrogen gas shown in Table 11 in a test tube (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh lactic acid fermentation medium purged with nitrogen gas, and statically cultured at a temperature of 37 ° C. for 48 hours (pre-culture). The culture solution was inoculated in a 1.5 L lactic acid fermentation medium purged with nitrogen gas from the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 600 rpm by the attached stirrer 5. The amount of aeration was adjusted and the temperature was adjusted to a temperature of 37 ° C., followed by culturing for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, the lactic acid fermentation medium is continuously supplied, and the continuous fermentation apparatus is controlled to control the amount of permeated water so that the amount of the fermentation liquor is 2 L, and L-lactic acid is produced by continuous fermentation. It was. At this time, nitrogen gas was supplied from the gas supply device into the fermentation reaction tank, and the discharged gas was recovered and supplied again to the fermentation reaction tank. That is, recycling supply of gas containing nitrogen gas was performed. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The produced L-lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 12 shows the L-lactic acid versus sugar yield and the L-lactic acid production rate calculated from the input glucose calculated from the L-lactic acid and glucose concentrations.

165時間の発酵試験を行った結果、連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   As a result of the 165-hour fermentation test, stable production of L-lactic acid by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using a continuous fermentation apparatus.

(実施例12)乳酸菌を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その2)
図2に示す連続発酵装置を用いたL−乳酸の製造を行った。培地には表11に示す乳酸菌乳酸発酵培地を用い、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例12における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽通気量:50(mL−窒素/min)
・発酵反応槽攪拌速度:600(rpm)
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃の温度で20minのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・pH調整:8N アンモニア水溶液によりpH6.5に調整
・透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜85時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
85時間〜120時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
120時間〜190時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 12) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using lactic acid bacteria (part 2)
L-lactic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. A lactic acid bacteria lactic acid fermentation medium shown in Table 11 was used as the medium, and the mixture was autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 12 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Separation membrane: Polyvinylidene fluoride filtration membrane ・ Membrane separation element Effective filtration area: 120 square cm
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
-Aeration volume of fermentation reaction tank: 50 (mL-nitrogen / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 600 (rpm)
・ Sterilization: Culture tank containing separation membrane element and all used media are autoclaved for 20 min at a temperature of 121 ° C. ・ High pressure steam sterilization ・ pH adjustment: adjusted to pH 6.5 with 8N ammonia aqueous solution ・ Permeate control: transmembrane difference Flow control by pressure (up to 85 hours after the start of continuous fermentation: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less
85 hours to 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 120 hours to 190 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less).

原核微生物として、ラクトコッカス ラクティス(Lactococcus lactis)JCM7638株を用い、前培養までは実施例11と同様に行った。前培養完了後直ちに、培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量を1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるL−乳酸の製造を行った。このとき、気体供給装置から窒素ガスを発酵反応槽内に供給し、排出されたガスを回収して再度発酵反応槽に供給した。すなわち、窒素ガスを含む気体のリサイクル供給を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵液中の生産されたL−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、L−乳酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたL−乳酸対糖収率とL−乳酸生産速度を、表12に示した。   Lactococcus lactis JCM7638 strain was used as a prokaryotic microorganism, and the same procedures as in Example 11 were performed until preculture. Immediately after completion of the pre-culture, the medium is continuously supplied, and the continuous fermentation is performed while controlling the amount of permeated water so that the amount of the fermentation broth in the continuous fermentation apparatus is 1.5 L, and L-lactic acid is produced by continuous fermentation. It was. At this time, nitrogen gas was supplied from the gas supply device into the fermentation reaction tank, and the discharged gas was recovered and supplied again to the fermentation reaction tank. That is, recycling supply of gas containing nitrogen gas was performed. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The L-lactic acid concentration produced and the residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured as appropriate. Table 12 shows the L-lactic acid versus sugar yield and the L-lactic acid production rate calculated from the input glucose calculated from the L-lactic acid and glucose concentrations.

190時間の発酵試験を行った結果、図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   As a result of the 190-hour fermentation test, stable production of L-lactic acid by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG.

(比較例6)回分発酵によるL−乳酸の製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的な回分発酵を2L容のジャーファーメンターを用いて行い、そのL−乳酸生産性を評価した。培地には表11に示す培地を用い、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。この比較例6では、原核微生物としてラクトコッカス ラクティス JCM7638株を用い、生産物であるL−乳酸の濃度の評価は、上記の参考例1に示した方法を用いて評価し、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。この比較例6の運転条件を以下に示す。
・発酵反応槽容量:2(L)
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽通気量:50(mL−窒素/min)
・発酵反応槽攪拌速度:200(rpm)
・pH調整:8N アンモニア水溶液によりpH6.5に調整。
(Comparative Example 6) Production of L-lactic acid by batch fermentation The most typical batch fermentation as a fermentation form using microorganisms was performed using a 2 L jar fermenter, and the L-lactic acid productivity was evaluated. The medium shown in Table 11 was used as the medium, and autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. In Comparative Example 6, Lactococcus lactis JCM7638 strain was used as a prokaryotic microorganism, and the concentration of L-lactic acid as a product was evaluated using the method shown in Reference Example 1 above. Used was “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The operating conditions of Comparative Example 6 are shown below.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
-Aeration volume of fermentation reaction tank: 50 (mL-nitrogen / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 200 (rpm)
-PH adjustment: pH adjusted to 6.5 with 8N aqueous ammonia solution.

まず、ラクトコッカス ラクティス JCM7638株を、試験管で表11に示す5mlの窒素ガスでパージした乳酸発酵培地で24時間、37℃の温度で静置培養した(前々培養)。得られた培養液を窒素ガスでパージした新鮮な乳酸発酵培地50mlに植菌し、48時間、37℃の温度で静置培養した(前培養)。前培養液をジャーファーメンターの1Lの表11に示す連続・回分発酵培地に植菌し、回分発酵を行った。回分発酵の結果を、表12に示す。   First, the Lactococcus lactis JCM7638 strain was statically cultured at a temperature of 37 ° C. for 24 hours in a lactic acid fermentation medium purged with 5 ml of nitrogen gas shown in Table 11 in a test tube (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh lactic acid fermentation medium purged with nitrogen gas, and statically cultured at a temperature of 37 ° C. for 48 hours (preculture). The preculture was inoculated into 1 L of a jar fermenter in a continuous / batch fermentation medium shown in Table 11, and batch fermentation was performed. The results of batch fermentation are shown in Table 12.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

図1および図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、L−乳酸の生産速度が大幅に向上することを明らかにすることができた。   It was clarified that the production rate of L-lactic acid was greatly improved by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 and FIG.

(参考例4)バシラス・ラエボラクティカス JCM2513の染色体DNAの調製
バシラス・ラエボラクティカス JCM2513を、GYP培地(特開2003−088392号公報に記載のGYP培地)100mlに接種し、30℃の温度で24時間培養して培養物を得た。得られた培養物を3000rpmで15分間、遠心分離処理し湿潤菌体0.5gを得た後、該湿潤菌体から、斎藤、三浦の方法(Biochem.Biophys.Acta.,72,619(1963))により染色体DNAを得た。次いで、この染色体DNA60μgおよび制限酵素Sau3AI、3ユニットを10mMトリス−塩酸緩衝液(50mMNaCl、10mM MgSO4および1mM ジチオスレイトール含有(pH 7.4))に各々混合し、温度37℃で30分間反応させた。反応終了液を常法により、フェノール抽出処理し、エタノール沈澱処理してSau3AIで消化されたバシラス・ラエボラクティカス JCM2513の染色体DNA断片50μgを得た。
(Reference Example 4) Preparation of chromosomal DNA of Bacillus laevolacticus JCM2513 Bacillus laevolacticus JCM2513 was inoculated into 100 ml of GYP medium (GYP medium described in JP-A-2003-088392) at 30 ° C. The culture was obtained by culturing at temperature for 24 hours. The obtained culture was centrifuged at 3000 rpm for 15 minutes to obtain 0.5 g of wet cells, and from the wet cells, the method of Saito and Miura (Biochem. Biophys. Acta., 72, 619 (1963 )) To obtain chromosomal DNA. Next, 60 μg of this chromosomal DNA and 3 units of restriction enzyme Sau3AI were mixed with 10 mM Tris-HCl buffer (containing 50 mM NaCl, 10 mM MgSO 4 and 1 mM dithiothreitol (pH 7.4)), and reacted at a temperature of 37 ° C. for 30 minutes. I let you. The reaction-terminated solution was subjected to phenol extraction treatment by an ordinary method, ethanol precipitation treatment, and 50 μg of a chromosomal DNA fragment of Bacillus laevolacticus JCM2513 digested with Sau3AI.

(参考例5)プラスミドベクターDNAを利用したバシラス・ラエボラクティカス JCM2513の遺伝子ライブラリーの作製
エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)で自律複製可能なプラスミドベクターDNA(pUC19)20μgおよび制限酵素BamHI200ユニットを、50mMトリス−塩酸緩衝液(100mMNaClおよび10mM硫酸マグネシウム含有(pH7.4))に混合し、温度37℃で2時間反応させて消化液を得、該消化液を常法によりフェノール抽出し、更にエタノール沈澱処理を行った。その後、プラスミドベクター由来のDNAフラグメントが再結合することを防止するため、バクテリアルアルカリホスファターゼ処理により、DNA断片の脱リン酸化を行い、常法によりフェノール抽出処理し、更にエタノール沈澱処理を行った。
(Reference Example 5) Preparation of gene library of Bacillus laevolacticus JCM2513 using plasmid vector DNA Plasmid vector DNA (pUC19) capable of autonomous replication in Escherichia coli (pUC19) and a restriction enzyme BamHI200 unit, It was mixed with 50 mM Tris-HCl buffer solution (containing 100 mM NaCl and 10 mM magnesium sulfate (pH 7.4)) and reacted at a temperature of 37 ° C. for 2 hours to obtain a digested solution. A precipitation treatment was performed. Thereafter, in order to prevent the DNA fragment derived from the plasmid vector from recombining, the DNA fragment was dephosphorylated by a bacterial alkaline phosphatase treatment, followed by phenol extraction treatment by an ordinary method, and further ethanol precipitation treatment.

このBamHIで消化されたpUC19を1μg、上記の参考例4で得られたSau3AIで消化されたバシラス・ラエボラクティカス JCM2513の染色体DNA断片1μg、および2ユニットのT4DNAリガーゼ(宝酒造(株)製)を、66mM塩化マグネシウム、10mMジチオスレイトールおよび10mMATPを含有する66mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5)に添加し、温度16℃で16時間反応させ、DNAを連結させた。次いで、得られたDNA混合物で、常法によりエシェリヒア・コリJM109を形質転換し、これを50μg/mlのアンピシリンナトリウムを含むLB寒天培地上にまき、約20,000個のコロニーを得、遺伝子ライブラリーとした。約20,000個のコロニーより、組換えDNAの回収を行なった。回収の方法は、上記に示した斎藤、三浦の方法に従った。   1 μg of this BamHI-digested pUC19, 1 μg of the chromosomal DNA fragment of Bacillus laevolacticus JCM2513 digested with Sau3AI obtained in Reference Example 4 above, and 2 units of T4 DNA ligase (Takara Shuzo Co., Ltd.) Was added to 66 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 66 mM magnesium chloride, 10 mM dithiothreitol and 10 mM ATP, and reacted at a temperature of 16 ° C. for 16 hours to ligate DNA. Next, Escherichia coli JM109 was transformed with the obtained DNA mixture by a conventional method, and this was spread on an LB agar medium containing 50 μg / ml ampicillin sodium to obtain about 20,000 colonies. It was rally. Recombinant DNA was recovered from about 20,000 colonies. The method of recovery was according to the method of Saito and Miura shown above.

(参考例6)D−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のスクリーニング用宿主の作製
バシラス・ラエボラクティカス JCM2513株のD−LDH遺伝子のスクリーニングを、機能相補によって行った。その原理の詳細は、「(Dominique, G., Appl. Environ. Microbiol., United States, (1995), 61, 266-272.)」に記載されている。すなわち、エッシェリシア・コリのD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性およびピルビン酸ギ酸リアーゼ酵素活性を欠失した株の嫌気条件下での生育を回復させる遺伝子をスクリーニングする手法である。キリルらの方法(Kirill, A., Proc. Natl. Acad. Sci., United States, (2000), 97, 6640-6645)によって、エッシェリシア・コリのD−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(ldhA)およびピルビン酸ギ酸リアーゼ遺伝子(pflBおよびpflD)を破壊欠失した株を作製した。このようにして作製した株を、エシェリヒア・コリ TM33株(E.coli ΔldhA ΔpflB::Km ΔpflD::Cm)と命名し、D−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のスクリーニング用宿主とした。
Reference Example 6 Preparation of a Host for Screening for D-Lactate Dehydrogenase Gene Screening of the D-LDH gene of Bacillus laevolacticus JCM2513 strain was performed by functional complementation. Details of the principle are described in “(Dominique, G., Appl. Environ. Microbiol., United States, (1995), 61, 266-272.)”. That is, it is a method of screening a gene that restores growth under anaerobic conditions of a strain lacking Escherichia coli D-lactate dehydrogenase enzyme activity and pyruvate formate lyase enzyme activity. By the method of Kirill et al. (Kirill, A., Proc. Natl. Acad. Sci., United States, (2000), 97, 6640-6645), Escherichia coli D-lactate dehydrogenase gene (ldhA) and pyruvate formate Strains from which the lyase genes (pflB and pflD) were deleted by deletion were prepared. The strain thus prepared was named Escherichia coli TM33 strain (E. coli ΔldhA ΔpflB :: Km r ΔpflD :: Cm r ) and used as a screening host for the D-lactate dehydrogenase gene.

(参考例7)D−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のスクリーニング
エシェリヒア・コリ TM33株を、50μg/mlのカナマイシン硫酸塩および15μg/mlのクロラムフェニコールを含むLB培地100mlに接種し、温度37℃で24時間培養し、培養物を得た。このようにして得られた培養物を、3,000rpmで15分間遠心分離処理し、湿潤菌体0.8gを得た。得られた湿潤菌体を10%グリセロール溶液10mlで3度洗浄した後、10%グリセロール溶液0.1mlに懸濁しコンピテントセルとした。このコンピテントセルに、参考例5で得られたバシラス・ラエボラクティカス JCM2513株の遺伝子ライブラリーを1μl加え、電気穿孔法の常法に従い導入した株を50μg/mlのアンピシリンナトリウムを含むM9GP寒天培地(M9培地+0.4%グルコース+0.2%ペプトン)上にまき、嫌気条件下で生育可能であった株を数株得た。
(Reference Example 7) Screening of D-lactate dehydrogenase gene Escherichia coli TM33 strain was inoculated into 100 ml of LB medium containing 50 μg / ml kanamycin sulfate and 15 μg / ml chloramphenicol, and the temperature was 37 ° C. for 24 hours. The culture was obtained. The culture thus obtained was centrifuged at 3,000 rpm for 15 minutes to obtain 0.8 g of wet cells. The obtained wet cells were washed 3 times with 10 ml of 10% glycerol solution and then suspended in 0.1 ml of 10% glycerol solution to obtain a competent cell. To this competent cell, 1 μl of the gene library of Bacillus laevolacticus JCM2513 obtained in Reference Example 5 was added, and the strain introduced according to the conventional method of electroporation was added to M9GP agar containing 50 μg / ml ampicillin sodium. Several strains were obtained which were seeded on a medium (M9 medium + 0.4% glucose + 0.2% peptone) and were able to grow under anaerobic conditions.

(参考例8)D−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を含有するDNAの塩基配列の解析
上記で得られた組換えDNAを含有するエシェリヒア・コリ TM33/pBL2から、常法に従いプラスミドを調製し、得られた組換えDNAを用い塩基配列の決定を行った。塩基配列の決定は、Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオケミカル社製)を用いSangerの方法に従って行った。得られたD−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子を含むDNAの塩基配列は、2,995塩基対あった。この配列についてGenetyx(ソフトウェア開発株式会社製)を用いてオープン・リーディング・フレーム検索を行い、1,011塩基対のD−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のDNA配列(配列番号10)を仮決定した。
(Reference Example 8) Analysis of base sequence of DNA containing D-lactate dehydrogenase gene Plasmids were prepared from Escherichia coli TM33 / pBL2 containing the recombinant DNA obtained above according to a conventional method, and the obtained set The nucleotide sequence was determined using the replacement DNA. The base sequence was determined using the Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biochemical) according to the method of Sanger. The base sequence of the DNA containing the obtained D-lactate dehydrogenase gene was 2,995 base pairs. This sequence was subjected to open reading frame search using Genetyx (Software Development Co., Ltd.) to tentatively determine the DNA sequence (SEQ ID NO: 10) of the 1,011 base pair D-lactate dehydrogenase gene.

(参考例9)D−乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子発現ベクターの作製
バシラス・ラエボラクティカスから、D−LDH遺伝子をクローニングした。D−LDH遺伝子は、全てPCR法によりクローニングを行い、同様の方法で発現ベクターに導入している。クローニング方法を、次に示す。
(Reference Example 9) Preparation of D-lactate dehydrogenase gene expression vector The D-LDH gene was cloned from Bacillus laevolacticus. All of the D-LDH genes are cloned by the PCR method and introduced into the expression vector by the same method. The cloning method is as follows.

バシラス・ラエボラクティカスを培養し遠心回収後、UltraClean Microbial DNA Isolation Kit(MO BIO社製)を用いてゲノムDNAの抽出を行った。詳細な操作方法は、付属のプロトコールに従った。得られたゲノムDNAを続くPCRの鋳型とした。上記で得られたDNAを鋳型として、それぞれPCRによりD−LDH遺伝子のクローニングを行った。PCR増幅反応には、Taqの50倍の正確性を持つとされるKOD−Plus−polymerase(東洋紡社製)を用いた。反応バッファーおよびdNTPmixなどは、付属のものを使用した。D−LDH遺伝子増幅用プライマー(配列番号11、12)は、5末端側にはXhoI認識配列、3末端側にはNotI認識配列がそれぞれ付加されるようにして作製した。   After Bacillus laevoralticus was cultured and collected by centrifugation, genomic DNA was extracted using UltraClean Microbial DNA Isolation Kit (manufactured by MO BIO). The detailed operation method followed the attached protocol. The obtained genomic DNA was used as a template for subsequent PCR. The D-LDH gene was cloned by PCR using the DNA obtained above as a template. For the PCR amplification reaction, KOD-Plus-polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), which is said to be 50 times more accurate than Taq, was used. The attached reaction buffer and dNTPmix were used. D-LDH gene amplification primers (SEQ ID NOs: 11 and 12) were prepared such that an XhoI recognition sequence was added to the 5 terminal side and a NotI recognition sequence was added to the 3 terminal side, respectively.

各PCR増幅断片を精製し末端をT4 Polynucleotide Kinase(TAKARA社製)によりリン酸化後、pUC118ベクター(制限酵素HincIIで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの)にライゲーションした。ライゲーションは、DNA Ligation Kit Ver.2(TAKARA社製)を用いて行った。エシェリヒア・コリ DH5αに形質転換し、プラスミドDNAを回収することにより、D−LDH遺伝子がサブクローニングされたプラスミドが得られた。この各D−LDH遺伝子が挿入されたpUC118ベクターを制限酵素XhoIおよびNotIで切断し、得られた各DNA断片を酵母発現用ベクターpTRS11(図5)のXhoI/NotI切断部位に導入した。このようにして作製したD−LDH遺伝子発現ベクターをpTM63と示す。   Each PCR amplified fragment was purified, and the end was phosphorylated with T4 Polynucleotide Kinase (manufactured by TAKARA), and then ligated to pUC118 vector (cleaved with restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver. 2 (manufactured by TAKARA). By transforming into Escherichia coli DH5α and recovering the plasmid DNA, a plasmid in which the D-LDH gene was subcloned was obtained. The pUC118 vector into which each D-LDH gene was inserted was cleaved with restriction enzymes XhoI and NotI, and the resulting DNA fragments were introduced into the XhoI / NotI cleavage sites of the yeast expression vector pTRS11 (FIG. 5). The D-LDH gene expression vector thus prepared is designated as pTM63.

(参考例10)D−LDH遺伝子発現ベクターの酵母への導入
参考例9で得られたpTM63を酵母サッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株に形質転換した。形質転換は、YEASTMAKER Yeast Transformation System(CLONTECH社製)を用いた酢酸リチウム法により行った。詳細は、付属のプロトコールに従った。宿主とするサッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株はウラシル合成能を欠損した株であり、pTM63の持つURA3遺伝子の働きにより、ウラシル非添加培地上でpTM63の導入された形質転換体の選択が可能である。
Reference Example 10 Introduction of D-LDH Gene Expression Vector into Yeast pTM63 obtained in Reference Example 9 was transformed into the yeast Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain. Transformation was performed by the lithium acetate method using YEASTMAKER Yeast Transformation System (CLONTECH). For details, the attached protocol was followed. The Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain used as a host is a strain lacking the ability to synthesize uracil. By the action of the URA3 gene of pTM63, it is possible to select a transformant introduced with pTM63 on a uracil-free medium.

このようにして得られた形質転換体へのD−LDH遺伝子発現ベクター導入の確認は、ウラシル非添加の液体培地で培養した形質転換株から、ゲノムDNA抽出キットGenとるくん(TAKARA社製)によりプラスミドDNAを含むゲノムDNAを抽出し、これを鋳型としてPreMix Taq(TAKARA社製)を用いたPCRにより行った。プライマーには、D−LDH遺伝子をクローニングした際に用いたプライマーを使用した。その結果、全ての形質転換体において、D−LDH遺伝子が導入されていることが確認された。pTM63が導入されたサッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株を以下、NBRC10505/pTM63株と示す。   Confirmation of D-LDH gene expression vector introduction into the transformant thus obtained was performed using a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by TAKARA) from a transformant cultured in a liquid medium without uracil. Genomic DNA including plasmid DNA was extracted, and this was performed by PCR using PreMix Taq (manufactured by TAKARA) as a template. The primer used when cloning the D-LDH gene was used. As a result, it was confirmed that the D-LDH gene was introduced into all the transformants. The Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain into which pTM63 has been introduced is hereinafter referred to as NBRC10505 / pTM63 strain.

(実施例13)連続発酵によるD−乳酸の製造(その1)
図1に示す連続発酵装置と表13に示す組成のD−乳酸生産培地を用い、D−乳酸の製造を行った。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例13における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:60平方cm
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽空気通気量:10(mL/min)
・膜分離槽空気通気量:100(mL/min)
・発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH5.0に調整
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃の温度で20minのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜100時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
100時間〜125時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
125時間〜175時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 13) Production of D-lactic acid by continuous fermentation (part 1)
Using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 and the D-lactic acid production medium having the composition shown in Table 13, D-lactic acid was produced. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 13 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane-Membrane separation element effective filtration area: 60 square cm
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Air flow rate of fermentation reaction tank: 10 (mL / min)
-Membrane separation tank air flow rate: 100 (mL / min)
・ Fermentation reactor stirring speed: 800 (rpm)
・ PH adjustment: pH 5.0 adjusted with 5N NaOH ・ Sterilization: Culture tanks containing separation membrane elements and used media are all sterilized by autoclaving at a temperature of 121 ° C. for 20 minutes ・ Membrane permeation control: transmembrane difference Flow control by pressure (100 to 100 hours after start of continuous fermentation: control at 0.1 kPa to 50 kPa or less 100 hours to 125 hours: control at 0.1 kPa to 100 kPa or less 125 hours to 175 hours: control at 0.1 kPa to 150 kPa or less) .

微生物としてNBRC10505/pTM63株を用い、生産物であるD−乳酸の濃度の評価は参考例1と同様のHPLC法により測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   The NBRC10505 / pTM63 strain was used as the microorganism, and the concentration of the product D-lactic acid was evaluated by the same HPLC method as in Reference Example 1. For measurement of glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

まず、NBRC10505/pTM63株を、試験管で5mlのD−乳酸生産培地で一晩振とう培養し培養液を得た(前々々培養)。得られた培養液を、新鮮なD−乳酸生産培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図1に示す連続発酵装置の1.5LのD−乳酸生産培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度調整、pH調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。   First, NBRC10505 / pTM63 strain was shaken overnight in a test tube with 5 ml of D-lactic acid production medium to obtain a culture solution (pre-culture). The obtained culture broth was inoculated into 50 ml of a fresh D-lactic acid production medium, and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture). The culture solution is inoculated in a 1.5 L D-lactic acid production medium of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, the fermentation reaction tank 1 is stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5, and the aeration amount of the fermentation reaction tank 1 Adjustment, temperature adjustment, and pH adjustment were performed for 24 hours (pre-culture).

前培養完了後直ちに、発酵培養液循環ポンプ11を稼働させ、前培養時の運転条件に加え、膜分離槽12を通気し、D−乳酸生産培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵培養液量が2Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるD−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵液中の生産された乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。175時間の連続発酵試験を行った結果を、表14に示す。膜分離型の連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したD−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   Immediately after completion of the pre-culture, the fermentation broth circulating pump 11 is operated, in addition to the operating conditions during pre-culture, the membrane separation tank 12 is vented, the D-lactic acid production medium is continuously supplied, and the fermentation culture of the continuous fermentation apparatus Continuous culture was performed while controlling the amount of membrane permeate so that the liquid volume was 2 L, and D-lactic acid was produced by continuous fermentation. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The produced lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. The results of a 175 hour continuous fermentation test are shown in Table 14. Stable production of D-lactic acid by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using a membrane separation type continuous fermentation apparatus.

(実施例14)連続発酵によるD−乳酸の製造(その2)
図2に示す発酵装置と表13に示す組成のD−乳酸生産培地を用い、D−乳酸の製造を行った。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、上記の参考例2で作製した多孔性分離膜を用いた。この実施例14における運転条件は、特に断らない限り、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2(L)
・使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽通気量:0.2(L/min)空気
・発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH5.0に調整
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃の温度で20minのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御
(連続発酵開始後〜120時間:0.1kPa〜50kPa以下で制御
120時間〜145時間:0.1kPa〜100kPa以下で制御
145時間〜170時間:0.1kPa〜150kPa以下で制御)。
(Example 14) Production of D-lactic acid by continuous fermentation (part 2)
D-lactic acid was produced using the fermentation apparatus shown in FIG. 2 and the D-lactic acid production medium having the composition shown in Table 13. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, the porous separation membrane prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 14 are as follows unless otherwise specified.
・ Fermentation reactor capacity: 2 (L)
・ Separation membrane: Polyvinylidene fluoride filtration membrane ・ Membrane separation element Effective filtration area: 120 square cm
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Fermentation reactor aeration rate: 0.2 (L / min) air-Fermentation reactor agitation speed: 800 (rpm)
・ PH adjustment: pH 5.0 adjusted with 5N NaOH ・ Sterilization: Culture tanks containing separation membrane elements and used media are all sterilized by autoclaving at a temperature of 121 ° C. for 20 minutes ・ Membrane permeation control: transmembrane difference Flow control by pressure (starting continuous fermentation up to 120 hours: controlled at 0.1 kPa to 50 kPa or less 120 hours to 145 hours: controlled at 0.1 kPa to 100 kPa or less 145 hours to 170 hours: controlled at 0.1 kPa to 150 kPa or less) .

微生物として、NBRC10505/pTM63株を用い、培地に表13に示す組成のD−乳酸生産培地を用い、生産物であるD−乳酸の濃度の評価は上記の参考例1と同様のHPLC法により測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。   As the microorganism, NBRC10505 / pTM63 strain was used, and a D-lactic acid production medium having the composition shown in Table 13 was used as the medium. The concentration of the product D-lactic acid was evaluated by the same HPLC method as in Reference Example 1 above. did. For measurement of glucose concentration, “Glucose Test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

まず、NBRC10505/pTM63株を、試験管で5mlのD−乳酸生産培地で一晩振とう培養し培養液を得た(前々々培養)。得られた培養液を、新鮮なD−乳酸生産培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前々培養)。   First, NBRC10505 / pTM63 strain was shaken overnight in a test tube with 5 ml of D-lactic acid production medium to obtain a culture solution (pre-culture). The obtained culture broth was inoculated into 50 ml of a fresh D-lactic acid production medium, and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture).

前々培養液を、図2に示す連続発酵装置の1.5LのD−乳酸生産培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度の調整およびpHの調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、D−乳酸生産培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵培養液量が1.5Lとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるD−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置3により行った。適宜、膜透過発酵液中の生産されたD−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、D−乳酸および投入グルコースから算出されたD−乳酸生産速度を、表14に示した。   The culture solution is inoculated in a 1.5 L D-lactic acid production medium of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, the fermentation reaction tank 1 is stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5, and the aeration amount of the fermentation reaction tank 1 , Temperature and pH were adjusted and cultured for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, D-lactic acid production medium is continuously supplied and continuously cultured while controlling the amount of permeated water so that the fermentation culture volume of the continuous fermentation apparatus is 1.5 L. D- by continuous fermentation Lactic acid was produced. The control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by the differential pressure control device 3. The produced D-lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. Table 14 shows the D-lactic acid production rate calculated from D-lactic acid and input glucose.

170時間の発酵試験を行った結果、図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、安定したD−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。   As a result of a 170-hour fermentation test, stable production of D-lactic acid by continuous fermentation was possible by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG.

(比較例7)回分発酵によるD−乳酸の製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的な回分発酵を2L容のジャーファーメンターを用いて行い、そのD−乳酸生産性を評価した。培地は、121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。この比較例7では、微生物としてNBRC10505/pTM63株を用い、生産物であるD−乳酸の濃度の評価はHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーC”(登録商標)(和光純薬社製)を用いた。この比較例7の運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量:2.0(L)
・温度調整:30(℃)
・発酵反応槽通気量:0.2(L/min)空気
・発酵反応槽攪拌速度:300(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH5.0に調整。
(Comparative Example 7) Production of D-lactic acid by batch fermentation The most typical batch fermentation as a fermentation form using microorganisms was performed using a 2 L jar fermenter, and the D-lactic acid productivity was evaluated. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. In Comparative Example 7, the NBRC10505 / pTM63 strain was used as the microorganism, the concentration of the product D-lactic acid was evaluated using HPLC, and the glucose concentration was measured by “Glucose Test Wako C” (registered trademark). ) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. The operating conditions of Comparative Example 7 are as follows.
・ Fermentation reactor capacity: 2.0 (L)
・ Temperature adjustment: 30 (℃)
-Fermentation reactor aeration rate: 0.2 (L / min) air-Fermentation reactor agitation speed: 300 (rpm)
-PH adjustment: Adjust to pH 5.0 with 5N NaOH.

まず、NBRC10505/pTM63株を試験管で5mlのD−乳酸生産培地で一晩振とう培養した(前々培養)。前々培養液を新鮮なD−乳酸生産培地50mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間、30℃の温度で振とう培養した(前培養)。前培養液をジャーファーメンターの1.0LのD−乳酸生産培地に植菌した。D−乳酸生産培地を用い、回分発酵を行った。その結果を表14に示す。   First, NBRC10505 / pTM63 strain was cultured with shaking in a 5 ml D-lactic acid production medium overnight in a test tube (pre-culture). The culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh D-lactic acid production medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask at 30 ° C. for 24 hours (preculture). The preculture was inoculated into a 1.0 L D-lactic acid production medium of a jar fermenter. Batch fermentation was performed using a D-lactic acid production medium. The results are shown in Table 14.

Figure 2008245537
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図1および図2に示す連続発酵装置を用いた本発明の化学品の製造方法により、D−乳酸の生産速度が大幅に向上することを明らかにすることができた。   It has been clarified that the production rate of D-lactic acid is greatly improved by the method for producing a chemical product of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 and FIG.

(実施例15) 中空糸膜を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その1)
分離膜として、上記の参考例3で作製した中空糸状多孔性分離膜を使用して作製した有効濾過面積が120平方cmの図4に示す分離膜エレメントを用い、実施例1と同様のL−乳酸連続発酵試験を行った。その結果を、比較例1の結果とともに表15に示す。安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であった。連続発酵の全期間中の膜間差圧は、2kPa以下で推移した。
(Example 15) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using a hollow fiber membrane (part 1)
The separation membrane element shown in FIG. 4 having an effective filtration area of 120 square cm produced using the hollow fiber-like porous separation membrane produced in Reference Example 3 was used as the separation membrane. A lactic acid continuous fermentation test was conducted. The results are shown in Table 15 together with the results of Comparative Example 1. Production of stable L-lactic acid by continuous fermentation was possible. The transmembrane pressure difference during the entire period of continuous fermentation was maintained at 2 kPa or less.

(実施例16)中空糸膜を用いた連続発酵によるL−乳酸の製造(その2)
分離膜に、上記の参考例3で作製した中空糸状多孔性分離膜を使用して作製した有効濾過面積が120平方cmの図4に示す分離膜エレメントを用い、実施例2と同様のL−乳酸連続発酵試験を行った。その結果を、比較例1と共に表15に示す。安定したL−乳酸の連続発酵による製造が可能であることが確認できた。
(Example 16) Production of L-lactic acid by continuous fermentation using a hollow fiber membrane (part 2)
The separation membrane element shown in FIG. 4 having an effective filtration area of 120 square centimeters produced using the hollow fiber porous separation membrane produced in Reference Example 3 above was used as the separation membrane. A lactic acid continuous fermentation test was conducted. The results are shown in Table 15 together with Comparative Example 1. It was confirmed that production of stable L-lactic acid by continuous fermentation was possible.

Figure 2008245537
Figure 2008245537

本発明の連続発酵法による化学品の製造方法は、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵が可能であり、広く発酵工業において発酵生産物である化学品を低コストで安定に生産することが可能であり有用である。   The method for producing a chemical product by the continuous fermentation method of the present invention is capable of continuous fermentation that maintains high productivity stably over a long period of time under simple operating conditions, and is a chemical product that is a fermentation product widely in the fermentation industry. Can be produced stably at low cost and is useful.


図1は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の例を説明するための概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view for explaining an example of a membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention. 図2は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の例を説明するための概略側面図である。FIG. 2 is a schematic side view for explaining an example of another membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention. 図3は、本発明で用いられる分離膜エレメントの例を説明するための概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of the separation membrane element used in the present invention. 図4は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの例を説明するための断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of another separation membrane element used in the present invention. 図5は、酵母用発現ベクターpTRS11のフィジカルマップを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a physical map of the expression vector pTRS11 for yeast.

符号の説明Explanation of symbols

1 発酵反応槽
2 分離膜エレメント
3 差圧制御装置
4 気体供給装置
5 攪拌機
6 レベルセンサ
7 培地供給ポンプ
8 pH調整溶液供給ポンプ
9 pHセンサ・制御装置
10 温度調節器
11 発酵培養液循環ポンプ
12 膜分離槽
13 支持板
14 流路材
15 分離膜
16 凹部
17 集水パイプ
18 分離膜束
19 上部樹脂封止層
20 下部樹脂封止層
21 支持フレーム
22 集水パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fermentation reaction tank 2 Separation membrane element 3 Differential pressure control device 4 Gas supply device 5 Stirrer 6 Level sensor 7 Medium supply pump 8 pH adjustment solution supply pump 9 pH sensor / control device 10 Temperature controller 11 Fermentation culture medium circulation pump 12 Membrane Separation tank 13 Support plate 14 Channel material 15 Separation membrane 16 Recessed portion 17 Water collecting pipe 18 Separation membrane bundle 19 Upper resin sealing layer 20 Lower resin sealing layer 21 Support frame 22 Water collection pipe

Claims (12)

微生物もしくは培養細胞の発酵培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収し、さらに、未濾過液を前記の発酵培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記の発酵培養液に追加する連続発酵において、前記の分離膜として平均細孔径が1μm以上5μm以下の細孔を有する多孔性分離膜を用いて濾過処理することを特徴とする連続発酵による化学品の製造方法。   The fermentation broth of microorganisms or cultured cells is filtered through a separation membrane, the product is recovered from the filtrate, and the unfiltered liquid is retained or refluxed in the fermentation broth, and the fermentation raw material is used as the fermentation broth. In the continuous fermentation added to the above, a method for producing a chemical product by continuous fermentation, wherein the separation membrane is filtered using a porous separation membrane having pores having an average pore diameter of 1 μm or more and 5 μm or less. 多孔性分離膜の膜間差圧を0.1kPa以上150kPa以下の範囲にして濾過処理する請求項1記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 1, wherein the transmembrane pressure difference of the porous separation membrane is set in the range of 0.1 kPa to 150 kPa. 多孔性分離膜の純水透過係数が2×10-9/m/s/pa 以上 2×10-6/m/s/pa以下である請求項1または2記載の連続発酵による化学品の製造方法。 The continuous water according to claim 1 or 2, wherein a pure water permeability coefficient of the porous separation membrane is 2 x 10 -9 m 3 / m 2 / s / pa or more and 2 x 10 -6 m 3 / m 2 / s / pa or less. A method for producing chemicals by fermentation. 多孔性分離膜の平均細孔径が1μm以上2μm以下であり、かつ、多孔性分離膜の平均細孔径の標準偏差が0.5μm以下である請求項3記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 3, wherein the average pore size of the porous separation membrane is 1 µm or more and 2 µm or less, and the standard deviation of the average pore size of the porous separation membrane is 0.5 µm or less. 多孔性分離膜の膜表面粗さが0.1μm以下の多孔性分離膜である請求項3または4記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 3 or 4, wherein the membrane surface roughness of the porous separation membrane is a porous separation membrane of 0.1 µm or less. 多孔性分離膜が多孔質樹脂層を含む多孔性分離膜である請求項3〜5のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to any one of claims 3 to 5, wherein the porous separation membrane is a porous separation membrane comprising a porous resin layer. 多孔質樹脂層が有機高分子化合物からなる多孔質樹脂層である請求項6記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 6, wherein the porous resin layer is a porous resin layer made of an organic polymer compound. 多孔質樹脂層の材質がポリフッ化ビニリデンである請求項7記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 7, wherein the material of the porous resin layer is polyvinylidene fluoride. 微生物もしくは培養細胞の発酵培養液および発酵原料が糖類を含む請求項1〜8のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to any one of claims 1 to 8, wherein the fermentation broth of the microorganism or cultured cell and the fermentation raw material contain saccharides. 化学品が、有機酸もしくはアルコールである請求項1〜9に記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 1, wherein the chemical product is an organic acid or an alcohol. 有機酸が、L−乳酸、D−乳酸またはコハク酸である請求項10記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical product by continuous fermentation according to claim 10, wherein the organic acid is L-lactic acid, D-lactic acid or succinic acid. アルコールが1,3−プロパンジオールである請求項10記載の連続発酵による化学品の製造方法。   The method for producing a chemical by continuous fermentation according to claim 10, wherein the alcohol is 1,3-propanediol.
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