JP2008259451A - Method for preparing organic acid-producing microorganism strain and method for producing organic acid - Google Patents

Method for preparing organic acid-producing microorganism strain and method for producing organic acid Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for obtaining bacterial strain capable of efficiently producing an organic acid. <P>SOLUTION: Disclosed is a method for preparing a bacterial strain having an organic acid-producing ability, wherein a microorganism is cultured by repeating every 2 to 25 min an operation in which pH or dissolved oxygen concentration is decreased under the predetermined value by adding carbon resources when the pH or dissolved oxygen concentration of the culture medium exceeds the predetermined value. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機酸生産効率が向上するように微生物の菌体を調製する方法及び当該方法により調製された菌体を使用して有機酸を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for preparing a microbial cell so that organic acid production efficiency is improved, and a method for producing an organic acid using the microbial cell prepared by the method.

コハク酸などの有機酸を発酵により生産する場合、通常、Anaerobiospirillum(アナエロビオスピリラム)属、Actinobacillus(アクチノバチルス)属等の嫌気性細菌が用いられている(例えば、特許文献1又は2、非特許文献1参照)。嫌気性細菌を用いる場合は、生産物の収率が高いが、その一方では、増殖するために多くの栄養素を要求するために、培地中に多量のCSL(コーンスティープリカー)などの有機窒素源を添加する必要がある。これらの有機窒素源を多量に添加することは培地コストの上昇をもたらすだけでなく、生産物を取り出す際の精製コストの上昇にもつながり経済的でない。   In the case of producing an organic acid such as succinic acid by fermentation, anaerobic bacteria such as Anaerobiospirillum genus and Actinobacillus genus are usually used (for example, Patent Document 1 or 2, non-patent document 1). Patent Document 1). When anaerobic bacteria are used, the yield of the product is high, but on the other hand, a large amount of organic nitrogen sources such as CSL (corn steep liquor) in the medium because it requires many nutrients to grow. Need to be added. Adding a large amount of these organic nitrogen sources not only leads to an increase in culture medium cost, but also increases the purification cost when taking out the product, which is not economical.

また、コリネ型細菌のような好気性細菌を好気性条件下で一度培養し、菌体を増殖させた後、集菌、洗浄し、静止菌体として酸素を通気せずに有機酸を生産する方法も知られている(例えば、特許文献3又は4参照)。この場合、菌体を増殖させるに当たっては、有機窒素の添加量が少なくてよく、簡単な培地で十分増殖できるため経済的ではあるが、目的とする有機酸の生成量、生成濃度、及び菌体当たりの生産速度の向上が十分でなく、改善の余地があった。
米国特許第5,143,834号公報 米国特許第5,504,004号公報 特開平11−113588号公報 特開平11−196888号公報 International Journal of Systematic Bacteriology, vol. 49, p207-216、 1999年
In addition, aerobic bacteria such as coryneform bacteria are once cultured under aerobic conditions, and after growing the cells, they are collected and washed to produce organic acids as a stationary cell without aeration of oxygen. A method is also known (see, for example, Patent Document 3 or 4). In this case, the amount of organic nitrogen added may be small in order to grow the cells, and it is economical because it can be sufficiently grown on a simple medium. The production speed per hit was not enough, and there was room for improvement.
US Pat. No. 5,143,834 US Pat. No. 5,504,004 JP-A-11-113588 JP 11-196888 A International Journal of Systematic Bacteriology, vol. 49, p207-216, 1999

本発明の課題は、有機酸生産効率が向上するように微生物の菌体を調製する方法、及び当該方法により調製された菌体を使用して有機酸を製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for preparing a microbial cell so that the organic acid production efficiency is improved, and a method for producing an organic acid using the microbial cell prepared by the method.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、炭素源の枯渇と充足を短時間で交互に繰り返すように培養を行うことにより、有機酸生産効率が向上した微生物菌体が得られることを見出した。より具体的には、培養液のpHまたは溶存酸素濃度が設定値を超えているときに炭素源を添加してpHまたは溶存酸素濃度を設定値以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返して微生物を培養することによって得られた菌体が、有機酸の生成反応に非常に効率よく使用できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor cultivated microbial cells having improved organic acid production efficiency by culturing so that carbon source depletion and satisfaction are alternately repeated in a short time. It was found that can be obtained. More specifically, the operation of adding a carbon source and lowering the pH or dissolved oxygen concentration below the set value when the pH or dissolved oxygen concentration of the culture solution exceeds the set value is repeated every 2 to 25 minutes. The present inventors have found that the cells obtained by culturing microorganisms can be used very efficiently in the reaction for producing an organic acid, and have completed the present invention.

すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1)有機酸生産能を有する微生物の菌体の調製法であって、培養液のpHが設定値を超えているときに炭素源を添加してpHを設定値以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返して微生物を培養することを特徴とする方法。
(2)有機酸生産能を有する微生物の菌体の調製法であって、培養液の溶存酸素濃度が0.05ppmを超えているときに、炭素源を添加するか、および/または酸素通気量を調節することにより、溶存酸素濃度を0.05ppm以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返して微生物を培養することを特徴とする方法。
(3)炭素源がグルコースまたはシュークロースである、(1)または(2)の方法。
(4)前記繰り返し時間の1/2以下の時間内に炭素源を添加することを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかの方法。
(5)微生物がコリネ型細菌である、(1)〜(4)のいずれかの方法。
(6)(1)〜(5)のいずれかの方法によって調製された微生物の菌体を、有機原料を含む反応液中で有機原料に作用させることによって有機酸を生成させ、該有機酸を採取することを特徴とする有機酸の製造方法。
(7)前記反応液が、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有する、(6)の方法。
(8)有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する、(6)または(7)の方法。
(9)有機酸がコハク酸である、(6)〜(8)のいずれかの方法。
(10)(6)〜(9)のいずれかの方法により有機酸を製造する工程、及び前記工程で得られた有機酸を原料として重合反応を行う工程を含む、有機酸含有ポリマーの製造方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) A method for preparing a cell of a microorganism having an organic acid-producing ability, wherein an operation of adding a carbon source and lowering the pH below a set value when the pH of the culture solution exceeds the set value is 2 to 2. A method comprising culturing a microorganism repeatedly every 25 minutes.
(2) A method for preparing cells of microorganisms capable of producing an organic acid, wherein the carbon source is added and / or the oxygen aeration rate when the dissolved oxygen concentration of the culture solution exceeds 0.05 ppm A method of culturing a microorganism by repeating the operation of lowering the dissolved oxygen concentration to 0.05 ppm or less every 2 to 25 minutes by adjusting.
(3) The method of (1) or (2), wherein the carbon source is glucose or sucrose.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the carbon source is added within a period of ½ or less of the repetition time.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the microorganism is a coryneform bacterium.
(6) An organic acid is produced by allowing the microbial cell prepared by any one of the methods (1) to (5) to act on an organic raw material in a reaction solution containing the organic raw material, A method for producing an organic acid, comprising collecting the organic acid.
(7) The method according to (6), wherein the reaction solution contains carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas.
(8) The method according to (6) or (7), wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere.
(9) The method according to any one of (6) to (8), wherein the organic acid is succinic acid.
(10) A method for producing an organic acid-containing polymer, comprising a step of producing an organic acid by any one of the methods (6) to (9), and a step of carrying out a polymerization reaction using the organic acid obtained in the step as a raw material. .

本発明の方法によって調製された微生物の菌体を使用することにより、コハク酸などの有機酸を効率よく生産することができる。   By using the microbial cells prepared by the method of the present invention, an organic acid such as succinic acid can be efficiently produced.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

1.本発明に使用される微生物
本発明の方法においては、有機酸生産能を有する微生物を使用する。ここで、「有機酸生産能を有する」とは、該微生物を培地中で培養したときに該培地中に有機酸を生成蓄積することができることをいう。
有機酸としては、例えば、乳酸、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、オキザロ酢酸、2−オキソグルタル酸、シス−アコニット酸などのジカルボン酸、クエン酸、イソクエン酸などのトリカルボン酸、ピルビン酸、酢酸などのモノカルボン酸、アミノ酸などが挙げられるが、この中では、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、シス−アコニット酸およびピルビン酸が好ましく、コハク酸が特に好ましい。
1. Microorganism used in the present invention In the method of the present invention, a microorganism having the ability to produce an organic acid is used. Here, “having the ability to produce an organic acid” means that an organic acid can be produced and accumulated in the medium when the microorganism is cultured in the medium.
Examples of organic acids include dicarboxylic acids such as lactic acid, succinic acid, malic acid, fumaric acid, oxaloacetic acid, 2-oxoglutaric acid and cis-aconitic acid, tricarboxylic acids such as citric acid and isocitric acid, pyruvic acid, acetic acid and the like. Among them, succinic acid, malic acid, fumaric acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, cis-aconitic acid and pyruvic acid are preferable, and succinic acid is particularly preferable. preferable.

有機酸生産能を有する微生物としては、好気性微生物、通性嫌気性微生物または微好気性微生物を使用することができる。
好気性微生物としては、コリネ型細菌(Coryneform Bacterium)、バチルス(Bacillus)属細菌、リゾビウム(Rhizobium)属細菌、アースロバクター(Arthrobacter)属細菌、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属細菌、ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌、ノカルディア(Nocardia)属細菌、又はストレプトマイセス(Streptomyces)属細菌などが挙げられるが、コリネ型細菌がより好ましい。
コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、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)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌が挙げられる。
As the microorganism having an organic acid-producing ability, an aerobic microorganism, a facultative anaerobic microorganism or a microaerobic microorganism can be used.
The aerobic microorganisms include Coryneform Bacterium, Bacillus genus, Rhizobium genus, Arthrobacter genus, Mycobacterium genus, Rhodococcus Examples include genus bacteria, Nocardia genus bacteria, and Streptomyces genus bacteria, with coryneform bacteria being more preferred.
The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples thereof include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, and bacteria belonging to the genus Arthrobacter. Are those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium, more preferably, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes (Brevibacterium) ammoniagenes) or bacteria classified as Brevibacterium lactofermentum.

本発明に用いる微生物の親株の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス ATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC31831、及びブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, K. H., International Journal of Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株、及びその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株及びMJ−233 AB−41株と同一の株であるものとする。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-1497の受託番号で寄託されている。
Particularly preferred specific examples of the parent strain of the microorganism used in the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium ammoniagenes. ATCC6872, Corynebacterium glutamicum ATCC31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC13869, etc. are mentioned. Brevibacterium flavum is currently classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, KH, International Journal of Systematic Bacteriology) , 1991, vol. 41, p255-260), in the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 strain are respectively Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain. And MJ-233 AB-41 strain.
Brevibacterium flavum MJ-233 was established on April 28, 1975, by the Ministry of International Trade and Industry, Institute of Industrial Science, Microbial Industrial Technology Research Institute (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (305-8566 Japan) Deposited as FERM P-3068 at Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, 1-chome, 1-chome, 1st 6th), transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, and deposited with a deposit number of FERM BP-1497 Has been.

通性嫌気性微生物としては、エシェリヒア(Escherichia)、サルモネラ(Salmonella)、エンテロバクター(Enterobacter)などの属に属する腸内細菌科の細菌が挙げられる。
微好気性微生物としては、アクアスピリラム(Aquaspirillum)、スピリラム(Spirillum)、アソスピリラム(Asospirillum)、オセアノスピリラム(Oceanospirillum)、カンピロバクター(Campylobacter)、ブデロビブリオ(Bdellovibrio)、バンピロビブリオ(Vampirovibrio)などの属に属する微生物などが挙げられる。
Examples of facultative anaerobic microorganisms include bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae belonging to genera such as Escherichia, Salmonella, Enterobacter and the like.
Microaerobic microorganisms include Aquaspirillum, Spirillum, Asospirillum, Oceanospirillum, Campylobacter, Bdellovibrio, and Vampirovibrio (Vampirovibrio) And microorganisms belonging to

本発明の製造方法に用いられる微生物は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合もしくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。
育種により有機酸生産能を付与する手段としては、変異処理、遺伝子組換えなどが挙げられ、各有機酸について生合成酵素遺伝子の発現強化や分解系酵素遺伝子の発現低下など公知の方法を採用することができるが、例えば、コハク酸生産能を付与する場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減するような改変やピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強するような手段などが挙げられる。
The microorganism used in the production method of the present invention is not only a wild strain, but also a mutant strain obtained by normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, or a genetic technique such as cell fusion or gene recombination. Any strain such as a recombinant strain may be used.
Examples of means for imparting organic acid-producing ability by breeding include mutation treatment and gene recombination. For each organic acid, a known method such as enhancement of biosynthetic enzyme gene expression or degradation of degradation enzyme gene expression is employed. For example, in the case of imparting the ability to produce succinic acid, modifications such as those described below that reduce lactate dehydrogenase activity and means for enhancing pyruvate carboxylase activity may be mentioned.

ラクテートデヒドロゲナーゼ(LDHともよぶ)活性が低減するように改変された細菌は、例えば、特開平11−206385号公報に記載されている染色体上での相同組換えによる方法、あるいは、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)等によって構築することができる。なお、「LDH活性が低減された」とは、非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は完全に消失していてもよい。LDH活性が低下したことは、公知の方法(L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239,
4202 (1964))によりLDH活性を測定することによって確認することができる。
Bacteria modified to reduce lactate dehydrogenase (also referred to as LDH) activity can be obtained by, for example, a method using homologous recombination on a chromosome described in JP-A-11-206385 or a method using a sacB gene. (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73). In addition, “LDH activity is reduced” means that LDH activity is reduced as compared to an unmodified strain. LDH activity may be completely lost. The decrease in LDH activity was confirmed by a known method (L. Kanarek and RL Hill, J. Biol. Chem. 239,
4202 (1964)) and can be confirmed by measuring LDH activity.

ピルビン酸カルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)の活性が増強するように改変された細菌は、例えば、特開平11-196888号公報に記載の方法と同様にして、pc遺伝子をプラスミドにより宿主細菌中で高発現させることにより構築することができる。また、相同組換えによって染色体上に組み込んでもよいし、プロモーター置換によってpc遺伝子の発現を増強することもできる。形質転換は、例えば、電気パルス法(Res. Microbiol., Vol.144, p.181-185, 1993)等によって行うことができる。
「PC活性が増強される」とは、PC活性が野生株又は親株等の非改変株に対して、単位菌体重量あたり好ましくは1.5倍以上、より好ましくは3倍以上増加していることをいう。PC
活性が増強されたことは、公知の方法(Magasanikの方法[J.Bacteriol., 158, 55-62, (1984)])によりPC活性を測定することによって確認することができる。
Bacteria modified so that the activity of pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) is enhanced can be obtained, for example, in the same manner as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-196888 by using the plasmid for the pc gene in a host bacterium. It can be constructed by high expression. Moreover, it may be integrated on the chromosome by homologous recombination, or the expression of the pc gene can be enhanced by promoter replacement. Transformation can be performed by, for example, the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993).
“The PC activity is enhanced” means that the PC activity is preferably increased by 1.5 times or more, more preferably by 3 times or more per unit cell weight relative to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. Say. PC
The enhanced activity can be confirmed by measuring the PC activity by a known method (Magasanik's method [J. Bacteriol., 158, 55-62, (1984)]).

pc遺伝子としては、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム由来のpc遺伝子(Peters-Wendisch, P.G. et al. Microbiology, vol.144 (1998) p915-927)を用いることができる。
さらに、コリネバクテリウム・グルタミカム以外のコリネ型細菌、または他の微生物又は動植物由来のpc遺伝子を使用することもできる。特に、以下に示す微生物または動植物由来のpc遺伝子は、その配列が既知(以下に文献を示す)であり、上記と同様にしてハイブリダイゼーションにより、あるいはPCR法によりそのORF部分を増幅することによって、取得することができる。
ヒト [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
マウス[Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
ラット[GENE, 165, 331-332, (1995)]
酵母;サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)
[DDBJ Accession No.; D78170]
バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)
[J.Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]
As the pc gene, for example, a pc gene derived from Corynebacterium glutamicum (Peters-Wendisch, PG et al. Microbiology, vol. 144 (1998) p915-927) can be used.
Furthermore, pc genes derived from coryneform bacteria other than Corynebacterium glutamicum, or from other microorganisms or animals and plants can also be used. In particular, the microorganism or animal or plant-derived pc gene shown below has a known sequence (shown below), and by amplifying the ORF portion by hybridization or PCR as described above, Can be acquired.
Human [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
Mouse [Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
Rat [GENE, 165, 331-332, (1995)]
Yeast; Saccharomyces cerevisiae
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
Schizosaccharomyces pombe
[DDBJ Accession No .; D78170]
Bacillus stearothermophilus
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
Rhizobium etli
[J. Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]

上述したようなpc遺伝子を含むDNA断片を、適当なプラスミド、例えば宿主細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むプラスミドベクターに導入することにより、宿主細菌内でpc遺伝子の高発現が可能な組換えプラスミドを得ることができる。ここで、上記組み換えプラスミドにおいて、pc遺伝子を発現させるためのプロモーターはpc遺伝子の転写を開始させるための塩基配列であればいかなるプロモーターであっても良いが、例えば、tacプロモーターや、trcプロモーター、TZ4プロモーターなどが挙げられる。
コリネ型細菌に遺伝子を導入するために使用できるプラスミドの具体例としては、例えば、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11等を挙げることができる。それらの中でもコリネ型細菌の宿主−ベクター系で用いられるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子とコリネ型細菌内でプラスミドの安定化機能を司る遺伝子とを有するものが好ましく、例えば、プラスミドpCRY30、pCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KEおよびpCRY3KX等が好適に使用される。
その他の有機酸生産菌も上記同様の手法で、生合成酵素遺伝子の発現を増強させたり、分解系酵素遺伝子の発現を低下させたりすることによって構築することができる。
上記で例示した有機酸について、野生株、変異株、遺伝子組み換え株などの有機酸生産菌が数多く知られており、いずれの有機酸生産菌も本発明の方法において使用できる。
By introducing a DNA fragment containing the pc gene as described above into an appropriate plasmid, for example, a plasmid vector containing at least a gene that controls replication and replication of the plasmid in the host bacterium, high expression of the pc gene in the host bacterium can be achieved. Possible recombinant plasmids can be obtained. Here, in the above recombinant plasmid, the promoter for expressing the pc gene may be any promoter as long as it is a base sequence for initiating transcription of the pc gene. For example, tac promoter, trc promoter, TZ4 Examples include promoters.
Specific examples of plasmids that can be used for introducing genes into coryneform bacteria include, for example, plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. Plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX described in the specification gazette; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; pAM330 described in JP-A-58-66779 PHM1519 described in JP-A-58-77895; pAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; described in JP-A-58-35197 of CG2; may be mentioned pCG4 and pCG11 like described in JP-57-183799 publication. Among them, plasmid vectors used in the host-vector system of coryneform bacteria have a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria and a gene responsible for the plasmid stabilization function in coryneform bacteria. For example, plasmids pCRY30, pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX are preferably used.
Other organic acid-producing bacteria can also be constructed by enhancing the expression of the biosynthetic enzyme gene or decreasing the expression of the degradation enzyme gene in the same manner as described above.
Regarding the organic acids exemplified above, many organic acid producing bacteria such as wild strains, mutant strains, and genetically modified strains are known, and any organic acid producing bacteria can be used in the method of the present invention.

2.微生物菌体の調製法
本発明においては、上記のような有機酸生産微生物を、培地中で、培地のpHまたは溶存酸素濃度の上昇と降下のサイクルが2〜25分ごとに繰り返されるように培養することによって、有機酸の製造に適した菌体を調製する。
すなわち、有機酸生産微生物を培養する場合、炭素源として培地に添加した糖質(グルコース、フルクトース、ショ糖など)が消費されると培地のpH降下や溶存酸素濃度の降下または実質的にゼロである状態が維持されるが、さらに炭素源の消費が進み枯渇に至ると炭素源の枯渇に伴って培地のpHおよび溶存酸素濃度が上昇する。このpHまたは溶存酸素濃度の上昇を指標にして炭素源の添加、または酸素供給を短時間で行い、pHまたは溶存酸素濃度の上昇と降下のサイクルが2〜25分ごとに繰り返されるように調節する。なお、上昇と降下のサイクルの1サイクルあたりの時間は2〜25分であればよく、毎回同じ間隔で繰り返される必要はない。
通常は、初発培地に菌体をシードし、炭素源の枯渇が見られたら上記サイクルを繰り返す。サイクルを繰り返して培養する時間は、有機酸の製造に適した菌体が得られる時間であればよいが、例えば、6〜40時間であることが好ましい。
2. In the present invention, the organic acid-producing microorganism as described above is cultured in the medium so that the cycle of increasing or decreasing the pH or dissolved oxygen concentration of the medium is repeated every 2 to 25 minutes. By doing so, the microbial cell suitable for manufacture of an organic acid is prepared.
That is, when organic acid-producing microorganisms are cultured, if the sugar (glucose, fructose, sucrose, etc.) added to the medium as a carbon source is consumed, the pH of the medium is decreased, the dissolved oxygen concentration is decreased or substantially zero. Although a certain state is maintained, if the consumption of the carbon source further progresses to depletion, the pH of the medium and the dissolved oxygen concentration increase with the depletion of the carbon source. Using this increase in pH or dissolved oxygen concentration as an indicator, carbon source addition or oxygen supply is performed in a short time, and the cycle of increasing or decreasing pH or dissolved oxygen concentration is adjusted every 2 to 25 minutes. . In addition, the time per cycle of the ascending and descending cycle may be 2 to 25 minutes, and does not need to be repeated at the same interval each time.
Usually, the cells are seeded in the initial medium, and the above cycle is repeated when the carbon source is depleted. The time for culturing by repeating the cycle may be a time for obtaining microbial cells suitable for the production of an organic acid, but is preferably 6 to 40 hours, for example.

2−1.pHで制御する場合
本発明の第1の形態では、あらかじめpHの基準となる値を設定しておき、培地のpHがその設定値を超えているときに、炭素源を添加してpHを設定値以下に低下させる操作を2〜25分ごとに繰り返す。
ここで、pHの設定値は、微生物が生育でき、炭素源の枯渇時に該設定値を超えるpHの上昇が見られる値であればよいが、通常、pH6〜8の間であり、培養開始時の培地のpHの値に設定することもできる。また、窒素源などとして培地にアンモニアなどのアルカリを添加する場合は、アルカリを添加した時のpHの上昇は考慮せず、炭素源の枯渇によってpHが上昇した時のみに炭素源を加えるか、あるいは、アルカリを連続的に添加してpHを一定値以下に低下しないように制御する場合は、そのアルカリ制御値を設定値とし、その設定値を超えているときに炭素源を添加する。
炭素源は、pHが該設定値を超えている間に添加すればよく、設定値を超えた直後でなくともよい。そして、炭素源の添加のタイミングは、添加する炭素源濃度やサイクルの間隔などによっても調整されるが、好ましくは、設定値より0.05以上pHが高くなったときに添加することが好ましい。
例えば、アルカリ添加によるpH制御値(設定値)をpH7.50とし、pH7.50を0.05以上超えたら(pHが7.55以上になったら)炭素源を添加するような形態が例示される。
2-1. In the case of controlling by pH In the first embodiment of the present invention, a reference value for pH is set in advance, and when the pH of the medium exceeds the set value, the pH is set by adding a carbon source. The operation of lowering the value below is repeated every 2 to 25 minutes.
Here, the set value of pH may be a value that allows growth of microorganisms and a pH increase exceeding the set value when the carbon source is depleted, but is usually between pH 6 and 8, at the start of culture. The pH value of the medium can also be set. Also, when adding an alkali such as ammonia to the medium as a nitrogen source or the like, do not consider the increase in pH when the alkali is added, or add the carbon source only when the pH increases due to the depletion of the carbon source, Or when adding alkali continuously and controlling so that pH does not fall below a fixed value, the alkali control value is made into a set value, and when it exceeds the set value, a carbon source is added.
The carbon source may be added while the pH exceeds the set value, and may not be immediately after the set value is exceeded. The timing of adding the carbon source is also adjusted by the concentration of the carbon source to be added, the cycle interval, and the like, but it is preferable to add it when the pH is higher than the set value by 0.05 or more.
For example, a mode in which the pH control value (set value) by adding alkali is set to pH 7.50, and when the pH exceeds 7.50 or more (when the pH becomes 7.55 or more), the carbon source is added is exemplified. The

炭素源の添加量は、炭素源を添加してから、設定値以下に下降したpHが再度上昇して設定値を超えるまでの間隔が2〜25分になるような量であり、その具体的な量は、前記間隔、酸素供給量、培地中のアルカリの量などによっても異なるが、添加時の培地中の炭素源濃度が0.2〜4g/Lとなるように添加することが好ましい。
添加する炭素源の種類は微生物が資化できるものであればよいが、グルコースまたはシュークロースが好ましい。
炭素源は、pHが設定値を超えているときに添加されるが、間欠的に添加することが好ましく、前記間隔の1/2以下の時間内に添加することがより好ましく、前記間隔の1/3以下の時間内に添加することがさらに好ましい。例えば、炭素源添加の間隔を3分とする場合、炭素源は1分間以内に添加することが好ましい。
pHで制御する場合、培養中の通気量は特に制限されない。
The addition amount of the carbon source is an amount such that the interval from the addition of the carbon source until the pH that has fallen below the set value rises again and exceeds the set value is 2 to 25 minutes. The amount varies depending on the interval, the oxygen supply amount, the amount of alkali in the medium, etc., but it is preferable to add such that the carbon source concentration in the medium at the time of addition is 0.2 to 4 g / L.
The type of carbon source to be added is not particularly limited as long as it can be assimilated by microorganisms, but glucose or sucrose is preferable.
The carbon source is added when the pH exceeds the set value, but is preferably added intermittently, more preferably added within a time of ½ or less of the interval, and 1 of the interval. More preferably, it is added within a time of / 3 or less. For example, when the carbon source addition interval is 3 minutes, the carbon source is preferably added within 1 minute.
When controlling by pH, the amount of aeration during culture is not particularly limited.

2−2.溶存酸素濃度で制御する場合
本発明の第2の形態では、培地の溶存酸素濃度が0.05ppmを超えているときに、炭素源を添加するか、および/または、酸素供給量を制御して、溶存酸素濃度を0.05
ppm以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返す。
2-2. In the case of controlling by the dissolved oxygen concentration In the second embodiment of the present invention, when the dissolved oxygen concentration of the medium exceeds 0.05 ppm, the carbon source is added and / or the oxygen supply amount is controlled. , Dissolved oxygen concentration 0.05
The operation of lowering to ppm or less is repeated every 2 to 25 minutes.

炭素源の添加量は、炭素源を添加してから、0.05ppm以下に下降した溶存酸素濃度が再度0.05ppmを超えるまでの間隔が2〜25分になるような量であり、その具体的な量は、前記間隔、酸素供給量、培地中のアルカリの量などによっても異なるが、添加直後の培地中の炭素源濃度が0.2〜4g/Lとなるように添加することが好ましい。
添加する炭素源の種類は微生物が資化できるものであればよいが、グルコースまたはシュークロースが好ましい。
炭素源は、溶存酸素濃度が0.05ppmを超えているときに添加されるが、間欠的に添加することが好ましく、前記間隔の1/2以下の時間内に添加することが好ましく、前記間隔の1/3以下の時間内に添加することがさらに好ましい。例えば、炭素源添加の間隔を3分とする場合、その間の最初の1分間以内に添加することが好ましい。
この場合、培養中の通気量は、炭素源が枯渇していない時に溶存酸素濃度が0.05ppm以下になりうる酸素供給量にしておくことが好ましい。
The amount of carbon source added is such that the interval from when the carbon source is added until the dissolved oxygen concentration that has fallen below 0.05 ppm again exceeds 0.05 ppm is 2 to 25 minutes. The specific amount varies depending on the interval, the oxygen supply amount, the amount of alkali in the medium, etc., but is preferably added so that the carbon source concentration in the medium immediately after addition is 0.2 to 4 g / L. .
The type of carbon source to be added is not particularly limited as long as it can be assimilated by microorganisms, but glucose or sucrose is preferable.
The carbon source is added when the dissolved oxygen concentration exceeds 0.05 ppm, but it is preferably added intermittently, preferably within a period of 1/2 or less of the interval. More preferably, it is added within 1/3 or less of the above. For example, when the carbon source addition interval is 3 minutes, it is preferable to add the carbon source within the first minute.
In this case, it is preferable that the aeration amount during the culture be an oxygen supply amount at which the dissolved oxygen concentration can be 0.05 ppm or less when the carbon source is not depleted.

一方、酸素供給量で培地の溶存酸素濃度をコントロールする場合、溶存酸素濃度が0.05ppmを超えているときに、通気量および/または撹拌速度を制限するなどして酸素供給量を下げて、溶存酸素濃度を0.05ppm以下に下げ、2〜25分後に、元の酸素供給量に上げて溶存酸素濃度を上昇させるという方法が挙げられる。
この場合、炭素源は、炭素源の枯渇が生じるような速度で添加するとよい。
On the other hand, when controlling the dissolved oxygen concentration of the medium with the oxygen supply amount, when the dissolved oxygen concentration exceeds 0.05 ppm, the oxygen supply amount is reduced by limiting the aeration amount and / or the stirring speed, etc. There is a method in which the dissolved oxygen concentration is lowered to 0.05 ppm or less, and after 2 to 25 minutes, the dissolved oxygen concentration is increased by raising the original oxygen supply amount.
In this case, the carbon source may be added at a rate such that carbon source depletion occurs.

なお、上記のpHまたは溶存酸素濃度の上昇を指標にする場合のいずれにおいても、結果としてpHまたは溶存酸素濃度の上昇と降下のサイクルが繰り返されるように培養が行われればよく、毎回、pHまたは溶存酸素濃度をモニターしながら炭素源を添加する必要はない。   In any case where the increase in pH or dissolved oxygen concentration is used as an indicator, the culture may be performed so that the cycle of increase or decrease in pH or dissolved oxygen concentration is repeated as a result. There is no need to add a carbon source while monitoring the dissolved oxygen concentration.

なお、上記の菌体調製培養に使用される培地は、炭素源以外の成分を含んでもよく、微生物の培養に用いられる通常の培地成分を用いることができる。例えば、硫酸アンモニウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等の無機塩からなる組成に、肉エキス、酵母エキス、ペプトン等の天然栄養源を添加した一般的な培地を用いることができる。
培養温度は、通常、25℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃である。
上記のようにして調製された菌体を、下記の有機酸生成反応に使用する。
菌体調製培養後の菌体は、培養液のまま以下の有機酸生産反応に使用してもよいし、遠心分離、膜分離等によって回収した後に、有機酸生産反応に使用してもよい。
In addition, the culture medium used for said microbial cell preparation culture | cultivation may contain components other than a carbon source, and the normal culture medium component used for culture | cultivation of microorganisms can be used. For example, a general medium in which a natural nutrient source such as meat extract, yeast extract or peptone is added to a composition composed of inorganic salts such as ammonium sulfate, potassium phosphate and magnesium sulfate can be used.
The culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C.
The microbial cell prepared as described above is used in the following organic acid production reaction.
The cells after the cell preparation and culture may be used in the following organic acid production reaction as they are in the culture solution, or may be used for the organic acid production reaction after being collected by centrifugation, membrane separation, or the like.

3.有機酸の製造方法
本発明の有機酸の製造方法は、上記の方法によって調製された微生物の菌体を、有機原料を含有する反応液中で有機原料に作用させて有機酸を生成させ、これを採取することを特徴とする有機酸の製造方法である。製造しうる有機酸の種類及び好ましい有機酸の例は上述したとおりである。
3. Method for Producing Organic Acid The method for producing an organic acid according to the present invention is a method for producing an organic acid by allowing the microbial cell prepared by the above method to act on an organic raw material in a reaction solution containing the organic raw material. Is a method for producing an organic acid. Examples of organic acids that can be produced and examples of preferred organic acids are as described above.

本発明では微生物の菌体の処理物を使用することもできる。菌体の処理物としては、例えば、菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体等が挙げられる。   In the present invention, a processed product of microbial cells can also be used. Examples of the treated product of cells include immobilized cells obtained by fixing cells with acrylamide, carrageenan, and the like.

有機酸の製造に用いる有機原料としては、上記微生物が資化して有機酸を生成させうる炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース又はシュークロースが好ましく、特にグルコースが好ましい。   The organic raw material used for the production of the organic acid is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the above microorganisms to produce an organic acid. Carbohydrates such as starch and cellulose; fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerin, mannitol, xylitol, and ribitol are used, and among these, glucose or sucrose is preferable, and glucose is particularly preferable.

また、上記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用される。これらの発酵性糖質は、単独でも組み合わせても使用できる。上記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、有機酸の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利であり、通常、5〜30%(W/V)、好ましくは10〜20%(W/V)の範囲内で反応が行われる。また、反応の進行に伴う上記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行っても良い。   Moreover, the starch saccharified liquid, molasses, etc. containing the said fermentable saccharide | sugar are also used. These fermentable carbohydrates can be used alone or in combination. The concentration of the organic raw material used is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible within the range that does not impede the production of organic acid, usually 5 to 30% (W / V), preferably 10 to 20%. The reaction is carried out within the range of (W / V). Further, additional addition of organic raw materials may be performed in accordance with the decrease of the organic raw materials as the reaction proceeds.

上記有機原料を含む反応液としては特に限定されず、例えば、微生物を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよい。反応液は、窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、微生物が資化してコハク酸を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加することができる。また、反応時の発泡を抑えるために、培養液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが望ましい。   The reaction solution containing the organic raw material is not particularly limited, and may be, for example, a medium for culturing microorganisms or a buffer solution such as a phosphate buffer solution. The reaction solution is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by microorganisms to produce succinic acid. Various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract, corn steep liquor and the like can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, factors that promote growth such as vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, and amino acids can be added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is desirable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the culture solution.

反応液には、例えば上記した有機原料、窒素源、無機塩などのほかに、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガス(炭酸ガス)を含有させることが好ましい。炭酸イオン又は重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムなどから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸又はこれらの塩或いは二酸化炭素ガスから供給することもできる。炭酸又は重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。そして、炭酸イオン、重炭酸イオンは、1~500mM、好ましくは2~300mM、さらに好ましくは3〜200mMの濃度で添加する。二酸化炭素ガスを含有させる場合は、溶液1L当たり50mg〜25g、好ましくは100mg〜15g、さらに好ましくは150mg〜10gの二酸化炭素ガスを含有させる。   The reaction solution preferably contains carbonate ions, bicarbonate ions, or carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) in addition to the organic raw material, nitrogen source, inorganic salt, and the like. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, etc., which can also be used as a neutralizing agent. It can also be supplied from these salts or carbon dioxide gas. Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include magnesium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate. Carbonate ions and bicarbonate ions are added at a concentration of 1 to 500 mM, preferably 2 to 300 mM, more preferably 3 to 200 mM. When carbon dioxide gas is contained, 50 mg to 25 g, preferably 100 mg to 15 g, more preferably 150 mg to 10 g of carbon dioxide gas is contained per liter of the solution.

反応液のpHは、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を添加することによって調整することができる。有機酸生産反応におけるpHは、通常、pH5〜10、好ましくはpH6〜9.5の範囲であり、反応中も必要に応じて反応液のpHはアルカリ性物質、炭酸塩、尿素などによって上記範囲内に調節する。   The pH of the reaction solution can be adjusted by adding sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide or the like. The pH in the organic acid production reaction is usually in the range of pH 5 to 10, preferably pH 6 to 9.5, and the pH of the reaction solution is within the above range depending on the alkaline substance, carbonate, urea, etc. as necessary during the reaction. Adjust to.

有機酸生産反応時の温度は、通常、25℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃である。反応に用いる菌体の量は、特に規定されないが、1〜700g/L、好ましくは10〜500g/L、さらに好ましくは20〜400g/Lである。反応時間は1時間〜168時間が好ましく、3時間〜72時間がより好ましい。   The temperature during the organic acid production reaction is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. Although the quantity of the microbial cell used for reaction is not prescribed | regulated in particular, it is 1-700 g / L, Preferably it is 10-500 g / L, More preferably, it is 20-400 g / L. The reaction time is preferably 1 hour to 168 hours, more preferably 3 hours to 72 hours.

有機酸生成反応は、通気、攪拌して行ってもよいが、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行ってもよい。例えば、容器を密閉して無通気で反応させる、窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させる、二酸化炭素ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法によって嫌気的雰囲気下にすることができる。   The organic acid generation reaction may be performed with aeration and stirring, but may be performed in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. For example, an anaerobic atmosphere may be obtained by a method such as sealing a container and reacting without aeration, supplying an inert gas such as nitrogen gas to react, or venting an inert gas containing carbon dioxide gas. it can.

以上のような反応により、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸又はピルビン酸などの有機酸が反応液中に生成蓄積する。反応液中に蓄積した有機酸は、常法に従って、反応液より採取することができる。具体的には、例えば、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除
去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化あるいはカラムクロマトグラフィーにより精製するなどして、有機酸を採取することができる。
By the reaction as described above, an organic acid such as succinic acid, fumaric acid, malic acid or pyruvic acid is generated and accumulated in the reaction solution. The organic acid accumulated in the reaction solution can be collected from the reaction solution according to a conventional method. Specifically, for example, after removing solids such as bacterial cells by centrifugation, filtration, etc., desalting with an ion exchange resin or the like, and crystallization from the solution or purification by column chromatography, etc. Acid can be collected.

さらに本発明においては、上記した方法によりコハク酸などの有機酸を製造した後に、得られた有機酸を原料として重合反応を行うことにより有機酸含有ポリマーを製造することができる。近年、環境に配慮した工業製品が数を増す中、植物由来の原料を用いたポリマーに注目が集まってきており、特に、本発明において製造されるコハク酸は、ポリエステルやポリアミドといったポリマーに加工されて用いる事が出来る。コハク酸含有ポリマーとして具体的には、ブタンジオールやエチレングリコールなどのジオールとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリエステル、ヘキサメチレンジアミンなどのジアミンとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリアミドなどが挙げられる。
また、本発明の製造法により得られる有機酸または該有機酸を含有する組成物は食品添加物や医薬品、化粧品などに用いることができる。
Furthermore, in this invention, after manufacturing organic acids, such as a succinic acid, by the above-mentioned method, an organic acid containing polymer can be manufactured by performing a polymerization reaction using the obtained organic acid as a raw material. In recent years, with the increase in the number of environmentally friendly industrial products, attention has been focused on polymers using plant-derived raw materials. In particular, succinic acid produced in the present invention is processed into polymers such as polyester and polyamide. Can be used. Specific examples of succinic acid-containing polymers include succinic acid polyesters obtained by polymerizing diols such as butanediol and ethylene glycol and succinic acid, succinic acid polyamides obtained by polymerizing diamines such as hexamethylenediamine and succinic acid, and the like. Is mentioned.
The organic acid obtained by the production method of the present invention or the composition containing the organic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<ピルビン酸カルボキシラーゼ(PC)増強株の作製>
(A)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノムDNAの抽出
A培地[尿素 2g、(NH42SO4 7g、KH2PO4 0.5g、K2HPO4 0.5g、MgSO4・7H2O 0.5g、FeSO4・7H2O 6mg、MnSO4・4−5H2O6mg、ビオチン 200μg、チアミン 100μg、イーストエキストラクト 1g、カザミノ酸 1g、グルコース 20g、蒸留水1Lに溶解]10mLに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株を対数増殖期後期まで培養し、遠心分離(10000g、5分)により菌体を集めた。得られた菌体を10mg/mLの濃度にリゾチームを含む10mM NaCl/20mMトリス緩衝液(pH8.0)/1mM EDTA・2Na溶液0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロフォルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取し、酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合した。遠心分離(15,000×g、2分)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAに10mMトリス緩衝液(pH7.5)−1mM EDTA・2Na溶液5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
<Preparation of pyruvate carboxylase (PC) -enhanced strain>
(A) Extraction of genomic DNA of Brevibacterium flavum MJ233 strain A medium [urea 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 0.5 g O, 6 mg FeSO 4 .7H 2 O, 6 mg MnSO 4 · 4-5H 2 O, 200 μg biotin, 100 μg thiamine, 1 g yeast extract, 1 g casamino acid, 20 g glucose, 1 L distilled water] in 10 mL, Brevi The bacterial flavum strain MJ-233 was cultured until the late logarithmic growth phase, and the cells were collected by centrifugation (10000 g, 5 minutes). The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0) / 1 mM EDTA · 2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. To this lysate, add an equal amount of phenol / chloroform solution, shake gently at room temperature for 10 minutes, and then centrifuge (5,000 × g, 20 minutes, 10-12 ° C.) to obtain a supernatant. The fraction was collected and sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice as much ethanol was added and mixed. The precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol and then air-dried. To the obtained DNA, 5 mL of a 10 mM Tris buffer (pH 7.5) -1 mM EDTA · 2Na solution was added and left overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)PCプロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.BA000036のCgl0689)を基に設計した合成DNA(配列番号1および配列番号2)を用いたPCRによって行った。尚、配列番号1のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で1分らなるサイクルを35回繰り返した。但し、1
サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は4分とした。増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.9kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、これをPC遺伝子N末端断片とした。
(B) Construction of a plasmid for PC promoter substitution The DNA fragment of the N-terminal region of the pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in (A) above as a template and the entire genome sequence was reported. This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) designed based on the sequence of the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (Cgl0689 of GenBank Database Accession No. BA00000036). The DNA of SEQ ID NO: 1 used was phosphorylated at the 5 ′ end. Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 1 minute was repeated 35 times. However, 1
The heat retention at 94 ° C. in the cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 4 minutes. Confirmation of the amplified product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 0.9 kb. Recovery of the target DNA fragment from the gel was carried out using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN), and this was used as the PC gene N-terminal fragment.

一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片はプラスミドpMJPC1(特開2005−95169)を鋳型とし、配列番号3および配列番号4に記載の合成DNAを用いたPCRにより調製した。尚、配列番号4のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒分らなるサイクルを25回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。 On the other hand, a TZ4 promoter fragment constitutively highly expressed from Brevibacterium flavum MJ233 strain is a PCR using the plasmid pMJPC1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) as a template and the synthetic DNAs described in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4. It was prepared by. The DNA of SEQ ID NO: 4 was phosphorylated at the 5 ′ end. Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 25 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes. The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN), and this was used as the TZ4 promoter fragment.

上記にて調製したPC遺伝子N末端断片とTZ4プロモーター断片を混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、制限酵素PstIで切断し、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離し、約1.0kbのDNA断片をQIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて回収し、これをTZ4プロモーター::PC遺伝子N末端断片とした。さらにこのDNA断片と大腸菌プラスミドpHSG299(宝酒造製)をPstIで切断して調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mL カナマシンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素PstIで切断することにより、約1.0kbの挿入断片が認められ、これをpMJPC17.1と命名した。   The PC gene N-terminal fragment prepared above and the TZ4 promoter fragment were mixed, and ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo), cleaved with restriction enzyme PstI, separated by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.0 kb was isolated from QIAQuick Gel Extraction Kit (Manufactured by QIAGEN) was used as a TZ4 promoter :: PC gene N-terminal fragment. Further, this DNA fragment and E. coli plasmid pHSG299 (Takara Shuzo) were mixed with DNA prepared by cutting with PstI, and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was cleaved with the restriction enzyme PstI, whereby an inserted fragment of about 1.0 kb was recognized, and this was named pMJPC17.1.

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子の5’上流領域のDNA断片の取得は、実施例1(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号5および配列番号6)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム
染色により可視化することにより行い、約0.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。回収したDNA断片は、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した後、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて大腸菌ベクターpUC119(宝酒造製)のSmaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mL アンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを、配列番号7および配列番号6で示した合成DNAをプライマーとしたPCR反応に供した。反応液組成:上記プラスミド1ng、Ex−TaqDNAポリメラーゼ(宝酒造社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.2μM各々プライマー、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で50秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。このようにして挿入DNA断片の有無を確認した結果、約0.7kbの増幅産物を認めるプラスミドを選抜し、これをpMJPC5.1と命名した。
The DNA fragment in the 5 ′ upstream region of the pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in Example 1 (A) as a template and the entire genome sequence reported. It was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) designed based on the sequence of the gene of Glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Database Accession No. BA00000036). Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes. The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.7 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). The recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo), and then ligated kit ver. 2 (Takara Shuzo) was used to bind to the SmaI site of E. coli vector pUC119 (Takara Shuzo), and Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the resulting plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was subjected to a PCR reaction using the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 6 as primers. Composition of reaction solution: 1 ng of the above plasmid, Ex-Taq DNA polymerase (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.2 μM each primer, 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 50 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes. As a result of confirming the presence or absence of the inserted DNA fragment in this way, a plasmid that recognized an amplification product of about 0.7 kb was selected and named pMJPC5.1.

次に、上記pMJPC17.1およびpMJPC5.1をそれぞれ制限酵素XbaIで切断後混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。これを制限酵素SacIおよび制限酵素SphIで切断したDNA断片を0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離し、約1.75kbのDNA断片をQIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて回収した。このPC遺伝子の5’上流領域とN末端領域の間にTZ4プロモーターが挿入されたDNA断片を、sacB遺伝子を含むプラスミドpKMB1(特開2005−95169)をSacIおよびSphIで切断して調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマシンおよび50μg/mLX−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIで切断することにより、約1.75kbの挿入断片が認められ、これをpMJPC17.2と命名した(図1)。   Next, the above-mentioned pMJPC17.1 and pMJPC5.1 were cleaved with restriction enzyme XbaI and mixed, and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. The DNA fragment cleaved with restriction enzyme SacI and restriction enzyme SphI was separated by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.75 kb was prepared by QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN Gel Extraction Kit). ). A DNA fragment in which the TZ4 promoter is inserted between the 5 ′ upstream region and the N-terminal region of the PC gene, Mixed and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes SacI and SphI, an insert fragment of about 1.75 kb was observed, which was named pMJPC17.2 (FIG. 1).

(C)PC増強株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH(特開2005−95169)の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pMJPC17.3のプラスミドDNA用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,53,159,1970)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res.Microbiol.、Vol.144, p.181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体をカナマイシン 25μg/mLを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5g、グルコース 20g、及び寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。この培地上に生育した株は、pMJPC17.2がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのPC遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。次に、上記相同組み換え株をカナマイシン25μg/mLを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当
分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組み換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。この様にして得られた株の中には、そのPC遺伝子の上流にpMJPC17.2に由来するTZ4プロモーターが挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。PC遺伝子がプロモーター置換型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて液体培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、PC遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびPC遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号8および配列番号9)を用いて分析すると、プロモーター置換型では678bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDHと命名した。
(C) Preparation of PC-enhanced strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) was obtained using the plasmid DNA of pMJPC17.3 using the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 53 , 159, 1970) and re-prepared from E. coli strain JM110. The Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993), and the resulting transformant contained 25 μg / mL of kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water] was smeared. Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pMJPC17.2 cannot replicate in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the PC gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination with the kanamycin, the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome. Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was removed by the second homologous recombination and sucrose-insensitive sucrose strains were obtained. Among the strains thus obtained, those in which the TZ4 promoter derived from pMJPC17.2 is inserted upstream of the PC gene and those that have returned to the wild type are included. Confirmation of whether the PC gene is promoter-substituted type or wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by liquid culture in LBG medium to direct PCR reaction and detecting the PC gene. . When analyzed using primers (SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9) for PCR amplification of the TZ4 promoter and PC gene, a 678 bp DNA fragment should be observed in the promoter-substituted form. As a result of analyzing the sucrose-insensitive strain by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH.

(D)ピルベートカルボキシラーゼ酵素活性の測定
上記(C)で得られた形質転換株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株をグルコース2%、カナマイシン25mg/Lを含むA培地100mLで終夜培養を行った。得られた菌体を集菌後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)50mLで洗浄し、同組成の緩衝液20mLに再度懸濁させた。懸濁液にをSONIFIER 350(BRANSON製)で破砕し、遠心分離した上清を無細胞抽出液とした。得られた無細胞抽出液を用いピルベートカルボキシラーゼ活性を測定した。酵素活性の測定は100mM Tris/HCl緩衝液(pH7.5)、 0.1mg/10mlビオチン、5mM 塩化マグネシウム、50mM 炭酸水素ナトリウム、5mM ピルビン酸ナトリウム 、5mM アデノシン3リン酸ナトリウム、0.32 mM NADH、20units/1.5mlリンゴ酸デヒドロゲナーゼ(WAKO製、酵母由来)及び酵素を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に1μmolのNADHの減少を触媒する酵素量とした。ピルベートカルボキシラーゼの発現を強化した無細胞抽出液における比活性は 0.1U/mg蛋白質であった。尚、親株であるMJ233/△LDH株を同様に培養した菌体では、本活性測定方法検出限界以下であった。
以下、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株を有機酸生産菌として菌体調製用培養、および有機酸生産反応に用いた。
(D) Measurement of pyruvate carboxylase enzyme activity The transformant Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain obtained in (C) above was overnight in 100 mL of A medium containing 2% glucose and 25 mg / L kanamycin. Culture was performed. The obtained cells were collected, washed with 50 mL of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and resuspended in 20 mL of the same composition. The suspension was crushed with SONIFIER 350 (manufactured by BRANSON), and the centrifuged supernatant was used as a cell-free extract. The pyruvate carboxylase activity was measured using the obtained cell-free extract. Enzyme activity was measured at 100 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), 0.1 mg / 10 ml biotin, 5 mM magnesium chloride, 50 mM sodium bicarbonate, 5 mM sodium pyruvate, 5 mM adenosine triphosphate, 0.32 mM NADH, 20 units / The reaction was carried out at 25 ° C. in a reaction solution containing 1.5 ml malate dehydrogenase (manufactured by WAKO, derived from yeast) and the enzyme. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol of NADH per minute. The specific activity of the cell-free extract with enhanced pyruvate carboxylase expression was 0.1 U / mg protein. In addition, in the cells cultured in the same manner as the parent strain MJ233 / ΔLDH strain, it was below the detection limit of this activity measurement method.
Hereinafter, the Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was used as an organic acid-producing bacterium for microbial cell preparation culture and organic acid production reaction.

[実施例1]
<種培養>
尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:5g、カザミノ酸:5g、及び蒸留水:1000mLの培地100mLを500mLの三角フラスコにいれ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mLを添加し、上記で構築したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDHを接種して24時間30℃にて種培養した。
[Example 1]
<Seed culture>
Urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg, sulfuric acid Manganese hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 5 g, casamino acid: 5 g, and distilled water: 100 mL of a medium of 1000 mL are placed in a 500 mL Erlenmeyer flask at 120 ° C. for 20 minutes. Heat sterilized. This was cooled to room temperature, 4 mL of a 50% aqueous glucose solution sterilized in advance was added, and Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH constructed above was inoculated and seed-cultured at 30 ° C. for 24 hours.

<本培養>
硫酸アンモニウム:1.0g、リン酸1カリウム:1.5g、リン酸2カリウム1.5g、塩化カリウム:1.67g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・水和物:40mg、D−ビオチン:1.0mg、塩酸チアミン:1.0mg、酵母エキス10g、消泡剤(CE457:日本油脂製):1.0g及び蒸留水:1000mLの培地400mLを1Lの発酵糟に入れ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やした後、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液:5mLを添加し、これに前述の種培養液を20mL加えて、30℃に保温した。pHは9.3%アンモニア水を用いて7.0以下にならないように保ち、通気は毎分300mL、攪拌は毎分600回転で20時間本培養を行った。溶存酸素濃度は培養開始直後から
徐々に低下し、培養開始後4.5時間でほぼ0となった。その後、培養開始後6.5時間で溶存酸素濃度が上昇したため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を667μL添加したところ、再び急速に低下し、ほぼ0となった。約23分後同様に溶存酸素濃度の上昇が観察されため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を667μL添加し再び低下させた。以後、約23分毎に同様の上昇が見られたが、その都度同様の方法で低下させた。培養20時間後のOD660は78.0であった。このとき(培養開始後20時間まで)のpHと溶存酸素濃度の経時変化を図2に示した。
<Main culture>
Ammonium sulfate: 1.0 g, monopotassium phosphate: 1.5 g, dipotassium phosphate 1.5 g, potassium chloride: 1.67 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate, heptahydrate Product: 40 mg, manganese sulfate / hydrate: 40 mg, D-biotin: 1.0 mg, thiamine hydrochloride: 1.0 mg, yeast extract 10 g, antifoaming agent (CE457: manufactured by NOF Corporation): 1.0 g and distilled water: 400 mL of 1000 mL of medium was placed in a 1 L fermentor and sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. After cooling to room temperature, 5 mL of 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added, and 20 mL of the seed culture solution was added thereto, and the mixture was kept at 30 ° C. The pH was maintained at 7.0% or less using 9.3% ammonia water, main culture was performed at 300 mL / min for aeration and 600 rpm for 20 hours with stirring. The dissolved oxygen concentration gradually decreased immediately after the start of the culture, and became almost 0 after 4.5 hours from the start of the culture. Thereafter, since the dissolved oxygen concentration increased 6.5 hours after the start of the culture, when 667 μL of a 72% glucose aqueous solution sterilized in advance was added, it rapidly decreased again and became almost zero. Since an increase in the dissolved oxygen concentration was observed after about 23 minutes, 667 μL of a 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added and lowered again. Thereafter, a similar increase was observed about every 23 minutes, but it was reduced by the same method each time. The OD660 after 20 hours of culture was 78.0. FIG. 2 shows changes over time in pH and dissolved oxygen concentration at this time (up to 20 hours after the start of culture).

<有機酸生産培養>
リン酸1アンモニウム:84.4mg、リン酸2アンモニウム:75.8mg、塩化カリウム149.1mg、硫酸マグネシウム・7水和物:0.2g、硫酸第一鉄・7水和物:8mg、硫酸マンガン・水和物:8mg、D−ビオチン:80μg、塩酸チアミン:80μg及び蒸留水:200mLの培地を500mLの三角フラスコに入れ、120℃、20分加熱滅菌した。室温まで冷やした後、1Lのジャーファーメンターに入れた。この懸濁液200mLに上記の本培養により得られた培養液90mL、あらかじめ滅菌した72%グルコース溶液:75mL、滅菌水:125mLを添加して混合し、35℃に保温した。pHは炭酸アンモニウム:154g、28%アンモニア水:239ml、蒸留水:650mLの水溶液を用いて7.6に保ち、毎分200回転で攪拌しながら有機酸生産反応を行った。反応開始後13時間における生産コハク酸濃度は32.5g/L、生産リンゴ酸濃度は3.1g/L、生産フマル酸濃度は0.2g/L、生産酢酸濃度は2.2g/Lであった。
<Organic acid production culture>
Monoammonium phosphate: 84.4 mg, diammonium phosphate: 75.8 mg, potassium chloride 149.1 mg, magnesium sulfate heptahydrate: 0.2 g, ferrous sulfate heptahydrate: 8 mg, manganese sulfate Hydrate: 8 mg, D-biotin: 80 μg, thiamine hydrochloride: 80 μg and distilled water: 200 mL of medium was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask and sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. After cooling to room temperature, it was placed in a 1 L jar fermenter. To 200 mL of this suspension, 90 mL of the culture solution obtained by the above main culture, 72% glucose solution sterilized in advance: 75 mL, and 125 mL of sterilized water were added and mixed, and kept at 35 ° C. The pH was maintained at 7.6 using an aqueous solution of ammonium carbonate: 154 g, 28% aqueous ammonia: 239 ml, distilled water: 650 mL, and an organic acid production reaction was performed while stirring at 200 rpm. At 13 hours after the start of the reaction, the production succinic acid concentration was 32.5 g / L, the production malic acid concentration was 3.1 g / L, the production fumaric acid concentration was 0.2 g / L, and the production acetic acid concentration was 2.2 g / L. It was.

[実施例2]
実施例1と同様にして種培養と本培養(菌体調製)を行ったところ、溶存酸素濃度は培養開始直後から徐々に低下し、培養開始後4.5時間でほぼ0となった。その後、培養開始後6.5時間で上昇したため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を50μL添加したところ、再び急速に低下し、ほぼ0となった。約2分後同様に溶存酸素濃度の上昇が観察されため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を50μL添加し再び低下させた。以後、約2分毎に同様の上昇が見られたが、その都度同様の方法で低下させた。培養20時間後のOD660は82.9であった。
こうして得られた培養液を用いて上記と同様に有機酸生産反応を行ったところ、反応開始後13時間におけるコハク酸濃度は27.3g/L、生産リンゴ酸濃度は2.0g/L、生産フマル酸濃度は0.2g/L、生産酢酸濃度は4.5g/Lであった。
[Example 2]
When seed culture and main culture (bacterial cell preparation) were performed in the same manner as in Example 1, the dissolved oxygen concentration gradually decreased immediately after the start of the culture, and became almost zero 4.5 hours after the start of the culture. Thereafter, since it increased 6.5 hours after the start of culture, when 50 μL of a 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added, it rapidly decreased again and became almost zero. Since an increase in dissolved oxygen concentration was observed after about 2 minutes, 50 μL of a 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was added and lowered again. Thereafter, a similar increase was observed about every 2 minutes, but it was reduced by the same method each time. The OD660 after 20 hours of culture was 82.9.
When the organic acid production reaction was carried out in the same manner as described above using the culture solution thus obtained, the succinic acid concentration at 13 hours after the start of the reaction was 27.3 g / L, the production malic acid concentration was 2.0 g / L, and the production The fumaric acid concentration was 0.2 g / L, and the production acetic acid concentration was 4.5 g / L.

[比較例1]
実施例1と同様にして種培養と本培養(菌体調製)を行ったところ、溶存酸素濃度は培養開始直後から徐々に低下し、培養開始後4.5時間でほぼ0となった。その後、培養開始後6.5時間で上昇したため、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液を0.21μL/秒で連続的に添加した。この後溶存酸素濃度は大部分の時間2ppm以上であった。培養20時間後のOD660は72.3であった。
こうして得られた培養液を用いて上記と同様に有機酸生産反応を行ったところ、反応開始後13時間におけるコハク酸濃度は15.5g/L、生産リンゴ酸濃度は1.2g/L、生産フマル酸濃度は0.1g/L、生産酢酸濃度は1.9g/Lであった。
[Comparative Example 1]
When seed culture and main culture (bacterial cell preparation) were performed in the same manner as in Example 1, the dissolved oxygen concentration gradually decreased immediately after the start of the culture, and became almost zero 4.5 hours after the start of the culture. Then, since it rose 6.5 hours after the start of culture, a 72% aqueous glucose solution sterilized in advance was continuously added at 0.21 μL / second. After this, the dissolved oxygen concentration was more than 2 ppm for most of the time. The OD660 after 20 hours of culture was 72.3.
When the organic acid production reaction was carried out in the same manner as described above using the culture solution thus obtained, the succinic acid concentration at 13.5 hours after the start of the reaction was 15.5 g / L, the production malic acid concentration was 1.2 g / L, and the production The fumaric acid concentration was 0.1 g / L, and the production acetic acid concentration was 1.9 g / L.

[比較例2]
実施例1に準じて種培養と本培養(菌体調製)を行った。ただし、本培養においては、あらかじめ滅菌した72%グルコース水溶液:50mLを添加し、これに前述の種培養液を20mL加えて、30℃に保温した。pHは9.3%アンモニア水を用いて7.0以下にならないように保ち、通気は毎分300mL、攪拌は毎分600回転で本培養を行った。溶存酸素濃度は培養開始直後から徐々に低下し、培養4.5時間でほぼ0となったが、
そのまま、培養開始後20時間まで培養した。培養20時間後のOD660は51.3であった。
こうして得られた培養液を用いて上記と同様に有機酸生産反応を行ったところ、反応開始後13時間におけるコハク酸濃度は16.9g/L、生産リンゴ酸濃度は0.4g/L、生産フマル酸濃度は0g/L、生産酢酸濃度は2.2g/Lであった。
[Comparative Example 2]
In accordance with Example 1, seed culture and main culture (bacterial cell preparation) were performed. However, in the main culture, 72 mL of a 72% glucose aqueous solution previously sterilized was added, and 20 mL of the aforementioned seed culture solution was added thereto, and the mixture was kept at 30 ° C. The main culture was performed using 9.3% ammonia water so that the pH was not lower than 7.0, aeration was 300 mL / min, and stirring was 600 rpm. The dissolved oxygen concentration gradually decreased immediately after the start of culture, and became almost 0 after 4.5 hours of culture.
The culture was continued for 20 hours after the start of culture. The OD660 after 20 hours of culture was 51.3.
When the organic acid production reaction was performed in the same manner as described above using the culture solution thus obtained, the succinic acid concentration at 16.9 hours after the start of the reaction was 16.9 g / L, the production malic acid concentration was 0.4 g / L, and the production The fumaric acid concentration was 0 g / L and the production acetic acid concentration was 2.2 g / L.

プラスミドpMJPC17.2の構築手順を示す図。下線の数字は当該配列番号の配列からなるプライマーを示す。The figure which shows the construction procedure of plasmid pMJPC17.2. The underlined number indicates a primer consisting of the sequence of SEQ ID NO. 実施例1における培地のpHと溶存酸素濃度の経時変化を示すグラフ。The graph which shows the time-dependent change of pH of the culture medium in Example 1, and dissolved oxygen concentration.

Claims (10)

有機酸生産能を有する微生物の菌体の調製法であって、培養液のpHが設定値を超えているときに炭素源を添加してpHを設定値以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返して微生物を培養することを特徴とする方法。 A method for preparing cells of a microorganism having an organic acid-producing ability, wherein an operation of adding a carbon source and lowering the pH below a set value when the pH of the culture solution exceeds the set value is performed every 2 to 25 minutes And culturing the microorganism repeatedly. 有機酸生産能を有する微生物の菌体の調製法であって、培養液の溶存酸素濃度が0.05ppmを超えているときに、炭素源を添加するか、および/または酸素通気量を調節することにより、溶存酸素濃度を0.05ppm以下に下げる操作を2〜25分ごとに繰り返して微生物を培養することを特徴とする方法。 A method for preparing cells of microorganisms capable of producing an organic acid, wherein a carbon source is added and / or an oxygen aeration rate is adjusted when the dissolved oxygen concentration in a culture solution exceeds 0.05 ppm Thus, the microorganism is cultured by repeating the operation of lowering the dissolved oxygen concentration to 0.05 ppm or less every 2 to 25 minutes. 炭素源がグルコースまたはシュークロースである、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the carbon source is glucose or sucrose. 前記繰り返し時間の1/2以下の時間内に炭素源を添加することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon source is added within a period of ½ or less of the repetition time. 微生物がコリネ型細菌である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the microorganism is a coryneform bacterium. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法によって調製された微生物の菌体を、有機原料を含む反応液中で有機原料に作用させることによって有機酸を生成させ、該有機酸を採取することを特徴とする有機酸の製造方法。 An organic acid is produced by allowing the microorganism cells prepared by the method according to any one of claims 1 to 5 to act on the organic raw material in a reaction solution containing the organic raw material, and collecting the organic acid A method for producing an organic acid, comprising: 前記反応液が、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有する、請求項6に記載の方法。 The method according to claim 6, wherein the reaction liquid contains carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas. 有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する、請求項6または7に記載の方法。 The method according to claim 6 or 7, wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere. 有機酸がコハク酸である、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the organic acid is succinic acid. 請求項6〜9のいずれか一項に記載の方法により有機酸を製造する工程、及び前記工程で得られた有機酸を原料として重合反応を行う工程を含む、有機酸含有ポリマーの製造方法。 The manufacturing method of an organic acid containing polymer including the process of manufacturing an organic acid by the method as described in any one of Claims 6-9, and the process of performing a polymerization reaction using the organic acid obtained at the said process as a raw material.
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