JP2010035553A - PRODUCTION METHOD OF BIOMASS KEEPING alpha-GLUCAN CONVERTED FROM PLANT CELL WALL COMPONENT - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを保持する菌体の製造方法に関し、詳しくは、細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上の‘大量の’α−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させることを特徴とする、植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを保持する菌体の製造方法に関する。
また本発明は、前記製造方法から得られたα−グルカンを保持する菌体からグルコースを製造する方法、さらには、前記グルコースからエタノールを製造する方法、に関する。
The present invention relates to a method for producing a microbial cell that retains α-glucan converted from plant cell wall components, and more specifically, a large amount of 'α-glucan of 10% or more per microbial dry weight of the bacterium, The present invention relates to a method for producing a microbial cell that retains α-glucan converted from a plant cell wall component, characterized in that the microbial cell is accumulated in the microbial cell.
Moreover, this invention relates to the method of manufacturing glucose from the microbial cell holding the alpha-glucan obtained from the said manufacturing method, Furthermore, the method of manufacturing ethanol from the said glucose.
食料と競合しないバイオマス利用技術を開発する場合、農産物の一次加工残渣や食品加工廃棄物などの廃棄物資源や、稲わら、もみ殻、麦わら、バガス、雑草、製材残渣、間伐材などの未利用資源、さらには、エネルギー作物の有効利用技術開発が鍵となる。これらの利用においては、植物細胞壁を構成するセルロース、ヘミセルロースやペクチンの利用技術開発が重要となる。
植物細胞壁の各構成糖のうち、グルコースやフラクトースなどの六炭糖は、酵母などの発酵性細菌の基質となりやすく、バイオエタノールや他の種々の発酵生産物の製造原料として用いられている。しかしながら、植物細胞壁中には、上記六炭糖のほかに、アラビノース、ガラクツロン酸、ラムノース、キシロースなどの多様な糖が含まれており、これらは、主として‘ヘミセルロース’や‘ペクチン’などの高分子の構成成分として存在している。
When developing biomass utilization technology that does not compete with food, waste resources such as primary processing residues of agricultural products and food processing waste, and unused rice straw, rice husk, wheat straw, bagasse, weeds, lumber residues, thinned wood, etc. Development of effective utilization technology for resources and energy crops is the key. In these uses, it is important to develop technologies for utilizing cellulose, hemicellulose, and pectin that constitute plant cell walls.
Among the constituent sugars of the plant cell wall, hexose sugars such as glucose and fructose are likely to be substrates for fermentable bacteria such as yeast, and are used as raw materials for production of bioethanol and other various fermentation products. However, the plant cell wall contains various sugars such as arabinose, galacturonic acid, rhamnose, and xylose in addition to the above hexoses, which are mainly macromolecules such as 'hemicellulose' and 'pectin'. It exists as a component of
しかしながら、これらの成分の利用技術は十分に開発されていない。
例えば、‘ヘミセルロース’や‘ペクチン’の構成糖をエタノールに変換する工程では、ヘミセルロースの構成糖である‘キシロース’や‘アラビノース’に対して、発酵性を有する微生物が知られている。しかし、キシロース発酵性酵母Pichia stipitisは、酸素要求性、エタノール低耐性などが問題となり、商業レベルでの発酵技術として完成しておらず、同様にアラビノースをエタノール発酵する微生物の利用性も低く実用化には程遠い状態にある。
また、当該代謝を司る遺伝子を導入した微生物を利用する方法も検討されている。例えば、キシロースやアラビノースなど多様な糖質を資化できる大腸菌へ、エタノール代謝遺伝子導入することにより、KO11と呼ばれるエタノール発酵性大腸菌が作出され、多様な事業に用いられてきた。また、酵母やZymomonas属の細菌などの高濃度エタノール耐性菌に対して、キシロースやアラビノースの代謝経路を司る遺伝子を導入し、エタノール製造効率を向上する試みが数多く行われてきた。
しかしながら、これらの遺伝子組み換え技術を適用する場合、環境への組み換え微生物放出を抑制するためのシステムに対する設備・管理コストが高いものになると懸念される。
However, the utilization technique of these components is not fully developed.
For example, in the process of converting the constituent sugars of “hemicellulose” and “pectin” into ethanol, microorganisms having fermentability are known for “xylose” and “arabinose” which are constituent sugars of hemicellulose. However, the xylose-fermenting yeast Pichia stipitis has problems such as oxygen demand and low ethanol tolerance, and it has not been completed as a fermentation technology at commercial level. It's far away.
In addition, a method using a microorganism into which a gene responsible for the metabolism is introduced has been studied. For example, by introducing an ethanol metabolism gene into Escherichia coli that can assimilate various carbohydrates such as xylose and arabinose, an ethanol-fermenting Escherichia coli called KO11 has been produced and used in various businesses. In addition, many attempts have been made to improve the ethanol production efficiency by introducing genes responsible for the metabolic pathways of xylose and arabinose to high-concentration ethanol-resistant bacteria such as yeast and bacteria belonging to the genus Zymomonas.
However, when these genetic recombination technologies are applied, there is a concern that the equipment and management costs for a system for suppressing the release of recombinant microorganisms to the environment will be high.
現在、‘ヘミセルロース’や‘ペクチン’などの主な利用法としては、機能性食品素材としての用途が存在する。例えば、キシリトール、キシロオリゴ糖、アラビノース、ペクチンオリゴ糖などが開発されており、一部で実用化されている。しかし、その市場は小さく、大量のバイオマス原料から副生する量をカバーできる規模の出口になっていない。このように、ヘミセルロースやペクチンを主体とする細胞壁成分の有効利用技術の開発が求められている。
また、利用性の低い、アラビノース、ガラクツロン酸、ラムノース、キシロースなどの糖を廃棄して堆肥化・メタン発酵に用いる用途も存在するが、産業上、利用性が高く、大量消費が可能な物質に変換することが望ましく、特に、食料、飼料、微生物栄養源、あるいは化学工業原料・燃料などの、通年的に大量消費される物質への変換が望ましい。
このような中で、グリコーゲンなどの「α−グルカン」は、グルコースより構成される多糖類の糖質であり、高等動物をはじめとして極めて多くの生物によって酵素分解される物質として、食料、飼料や微生物栄養源等への利用が期待できる糖質である。
また、α−グルカンは、酵素のみならず、酸処理によっても分解され、グルコースに変換できる。このことは、グルコースからの発酵システムが完成しているような、バイオエタノール等の種々の化学工業原料・燃料の製造におけるグルカンの利用性が高いことを示す。
しかしながら、このような目的で、植物細胞壁成分である低利用性糖質(ヘミセルロースやペクチン)を変換して、α−グルカンを製造する技術の開発は行われておらず、その有効利用技術の開発が期待されている。
At present, the use as a functional food material exists as the main usage of 'hemicellulose' and 'pectin'. For example, xylitol, xylo-oligosaccharides, arabinose, pectin oligosaccharides and the like have been developed and some have been put into practical use. However, the market is small, and it is not an outlet that can cover the amount of by-products from a large amount of biomass feedstock. Thus, development of an effective utilization technique of cell wall components mainly composed of hemicellulose and pectin is required.
In addition, there are uses that have low availability such as arabinose, galacturonic acid, rhamnose, and xylose, but are used for composting and methane fermentation. In particular, it is desirable to convert to substances that are consumed in large quantities throughout the year, such as food, feed, microbial nutrient sources, or chemical industry raw materials and fuels.
Under such circumstances, “α-glucan” such as glycogen is a polysaccharide carbohydrate composed of glucose, and is a substance that is enzymatically degraded by a large number of organisms including higher animals such as food, feed and It is a carbohydrate that can be expected to be used as a microbial nutrient source.
Further, α-glucan is decomposed not only by an enzyme but also by acid treatment, and can be converted to glucose. This indicates that glucan is highly useful in the production of various chemical industrial raw materials and fuels such as bioethanol, in which a fermentation system from glucose has been completed.
However, for this purpose, no technology has been developed to produce α-glucan by converting low-usage carbohydrates (hemicellulose or pectin), which are plant cell wall components, and development of effective utilization technology has not been carried out. Is expected.
グリコーゲンなどのα−グルカンを生産する微生物自体は、数多く知られている。例えば、酵母などの真核生物のほか、Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor, Micropruina glycogenica, Mycobacterium smegmatis, Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, Mesorhizobium lotiなど多くの細菌が生産することが知られている。
これら微生物由来α−グルカンについては、‘グルコース’を含む培地で培養した際には、菌体乾燥重量比で、最大で8.4%、あるいは9%程度蓄積するというデータが得られている(例えば、非特許文献1および2参照)。
しかしこれらの微生物の多くは、活性汚泥法による‘リン酸’の除去法において鍵となる微生物群として基礎研究が行われてきた経緯があり、‘植物細胞壁成分に由来する低利用性の単糖’を変換する技術と関連づけられた研究は行われていない。また、その蓄積量は、実用的には不十分な量である。
また、キシロースやアラビノースなどの単糖を代謝して、グリコーゲンを蓄積する能力を有するEscherichia coliやMicropruina glycogenicaなども存在するが(例えば、非特許文献1および3参照)、これらについても実用面で十分と認められる大量のα−グルカンを蓄積させる技術については検討されていない。また、これらの微生物が、キシロースやアラビノース以外のヘミセルロース、ペクチン等の構成糖を代謝した場合のα−グルカンの蓄積特性についても報告されていない。
Many microorganisms themselves producing α-glucan such as glycogen are known. For example, in addition to eukaryotes such as yeast, it is known that many bacteria such as Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor, Micropruina glycogenica, Mycobacterium smegmatis, Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, Mesorhizobium loti are produced.
Regarding these α-glucans derived from microorganisms, when cultured in a medium containing “glucose”, data has been obtained that accumulates up to about 8.4% or 9% in terms of the dry weight ratio of the cells ( For example, refer
However, many of these microorganisms have a background in which basic research has been conducted as a key group of microorganisms for removing 'phosphoric acid' by the activated sludge method, and 'low-use monosaccharides derived from plant cell wall components. There has been no research associated with technology to convert '. Further, the amount of accumulation is insufficient in practical use.
There are also Escherichia coli and Micropruina glycogenica that have the ability to metabolize monosaccharides such as xylose and arabinose and accumulate glycogen (see, for example, Non-Patent
本発明は、上記従来の課題を解決し、植物細胞壁成分を加水分解することで得られる低利用性の単糖を資化させて、α−グルカンとして‘大量に’蓄積させた細菌の菌体を製造することを、課題とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, assimilates a low-usage monosaccharide obtained by hydrolyzing plant cell wall components, and accumulates a large amount of α-glucan as a bacterial cell It is a problem to manufacture.
本発明者は、植物細胞壁成分を、酸もしくは前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素で処理することによって単糖に加水分解し、;当該単糖を含有する培養液中で、前記単糖をα−グルカンに変換し保持する特定の細菌、特には、Enterobacter cancerogenus(エンテロバクター・キャンセロゲナス) S24 (FERM P-21598)株、Arthrobacter sp.(アルスロバクター・エスピー) 4P-01-A1 (FERM P-21807)株、またはSporosarcina sp.(スポロサルシナ・エスピー) N52 (FERM P-21808)株、あるいはそれらの変異株、を培養して、前記単糖を資化させることにより、;前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上の‘大量の’α−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させること、;ができることを見出し、本発明の完成に至った。 The inventor hydrolyzes a plant cell wall component into a monosaccharide by treating with an acid or an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component; and in a culture solution containing the monosaccharide, -Specific bacteria that convert and retain glucan, especially Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598) strain, Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807) strain, or Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808) strain, or a mutant thereof, and by assimilating the monosaccharide; It was found that “a large amount” of α-glucan of 10% or more per body dry weight can be accumulated in the cells of the bacteria, and the present invention has been completed.
本発明は以下に関するものである。
即ち、請求項1に記載の本発明は、植物細胞壁成分を、酸もしくは前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素で処理することによって単糖に加水分解し、;当該単糖を含有する培養液中で、前記単糖を資化してα−グルカンに変換し保持する性質を有するProteobacteria綱、Actinobacteria綱、またはBacilli綱に属する細菌を培養して、前記単糖を資化させることにより、;前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上のα−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させることを特徴とする、植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項2に記載の本発明は、前記単糖が、D−キシロース、L−アラビノース、D−ガラクツロン酸、L−ラムノース、D−グルクロン酸、D−ガラクトース、および、D−マンノースのうちの、少なくともいずれか一つ以上のものである、請求項1に記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項3に記載の本発明は、前記培養液中における前記単糖を、グルコース換算で当該単糖量の10%以上の量のα―グルカンに変換する、請求項1又は2のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項4に記載の本発明は、前記培養液中における前記単糖の濃度が、0.05%(w/v)以上であり0.5%(w/v)未満である、請求項1〜3のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項5に記載の本発明は、植物細胞壁成分を、酸もしくは前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素で処理することによって加水分解し、当該加水分解物を含有する培養液中でProteobacteria綱、Actinobacteria綱、またはBacilli綱に属する細菌を培養して、前記加水分解物を資化させることにより、;前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上のα−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させることを特徴とする、植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項6に記載の本発明は、前記細菌が、土壌から選抜するにあたり、前記単糖を資化することにより前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上のα−グルカンを前記細菌の菌体内に蓄積させる性質、を指標として、選抜されたものである、請求項1〜5のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項7に記載の本発明は、前記細菌が、Enterobacter属、Arthrobacter属、またはSporosarcina属に属する細菌である、請求項1〜6のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項8に記載の本発明は、前記細菌が、Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598)株、Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807)株、またはSporosarcina sp. N52 (FERM P-21808)株、あるいはそれらの変異株である、請求項1〜7のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項9に記載の本発明は、前記植物細胞壁成分が、ヘミセルロース及び/又はペクチンを主成分とするものである、請求項1〜8のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項10に記載の本発明は、前記植物細胞壁成分が、キシランを主成分とするものである、請求項1〜9のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項11に記載の本発明は、前記α−グルカンが、グリコーゲンを主成分とするものである、請求項1〜10のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項12に記載の本発明は、前記細菌を培養した後、固液分離して菌体を固形分として回収する、請求項1〜11のいずれかに記載のα−グルカンを保持する菌体の製造方法、に関するものである。
また、請求項13に記載の本発明は、請求項1〜12のいずれかに記載の製造方法により得られた、α−グルカンを保持する菌体、に関するものである。
また、請求項14に記載の本発明は、請求項13に記載のα−グルカンを保持する菌体を破壊した後、α−グルカンを、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、プルラナーゼ、アミログルコシダーゼ、α−グルコシダーゼのうち少なくとも一つ以上の酵素で処理することによって、グルコースに加水分解する、グルコースの製造方法、に関するものである。
また、請求項15に記載の本発明は、請求項13に記載のα−グルカンを保持する菌体を、希塩酸または希硫酸を用いて60℃以上の温度で処理することによって、α−グルカンをグルコースに加水分解することを特徴とする、グルコースの製造方法、に関するものである。
また、請求項16に記載の本発明は、請求項14又は15のいずれかに記載の製造方法により得られたグルコースを、エタノール発酵の原料として用いることを特徴とする、エタノールの製造方法、に関するものである。
また、請求項17に記載の本発明は、請求項13に記載のα−グルカンを保持する菌体に含まれるα−グルカン、もしくは、請求項14又は15のいずれかに記載の製造方法により得られたグルコース、を含有する、食料、飼料または微生物栄養源、に関するものである。
The present invention relates to the following.
That is, the present invention according to claim 1 hydrolyzes a plant cell wall component into a monosaccharide by treating with an acid or an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component; and in a culture solution containing the monosaccharide. Culturing a bacterium belonging to the Proteobacteria class, Actinobacteria class, or Bacilli class, which has the property of assimilating the monosaccharide and converting it into α-glucan, and assimilating the monosaccharide; A method for producing a microbial cell that retains α-glucan converted from plant cell wall components, characterized in that 10% or more of α-glucan per dry weight of the bacterial cell is accumulated in the microbial cell of the bacterium. It is.
In the present invention according to claim 2, the monosaccharide is selected from the group consisting of D-xylose, L-arabinose, D-galacturonic acid, L-rhamnose, D-glucuronic acid, D-galactose, and D-mannose. The method for producing a microbial cell retaining α-glucan according to
Moreover, the present invention according to claim 3 converts the monosaccharide in the culture solution into α-glucan in an amount of 10% or more of the monosaccharide amount in terms of glucose. The present invention relates to a method for producing a microbial cell retaining the α-glucan.
Further, in the present invention according to claim 4, the concentration of the monosaccharide in the culture solution is 0.05% (w / v) or more and less than 0.5% (w / v). It is related with the manufacturing method of the microbial cell holding the alpha-glucan in any one of claim | item 1-3.
In addition, the present invention according to claim 5 hydrolyzes a plant cell wall component by treating with an acid or an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component, and the Proteobacteria class in a culture solution containing the hydrolyzate. , Culturing bacteria belonging to the Actinobacteria class or the Bacilli class and assimilating the hydrolyzate; by the above-mentioned bacteria, 10% or more of α-glucan per dry weight of the bacteria is contained in the bacteria It is related with the manufacturing method of the microbial cell holding the alpha glucan converted from the plant cell wall component characterized by making it accumulate | store.
Further, in the present invention according to claim 6, when the bacterium is selected from soil, by assimilating the monosaccharide, 10% or more of α-glucan per dry cell weight of the bacterium is obtained. The present invention relates to a method for producing a microbial cell retaining α-glucan according to any one of
Moreover, this invention of Claim 7 is a microbial cell holding the alpha-glucan in any one of Claims 1-6 whose said bacteria are bacteria which belong to Enterobacter genus, Arthrobacter genus, or Sporosarcina genus. Manufacturing method.
The present invention according to claim 8 is characterized in that the bacterium is Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598) strain, Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807) strain, or Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808) strain, or a mutant thereof, and relates to a method for producing a microbial cell retaining α-glucan according to any one of
Moreover, this invention of Claim 9 is a microbe holding the alpha-glucan in any one of Claims 1-8 whose said plant cell wall component is what has hemicellulose and / or pectin as a main component. The present invention relates to a method for manufacturing a body.
Moreover, this invention of
Moreover, this invention of Claim 11 is a manufacturing method of the microbial cell holding the alpha-glucan in any one of Claims 1-10 whose said alpha-glucan has glycogen as a main component. , About.
In addition, the present invention according to
Moreover, this invention of Claim 13 is related with the microbial cell holding the alpha-glucan obtained by the manufacturing method in any one of Claims 1-12.
In the present invention described in
Further, the present invention according to claim 15 is a method of treating α-glucan by treating the bacterial cell retaining α-glucan according to claim 13 at a temperature of 60 ° C. or higher with dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid. The present invention relates to a method for producing glucose, which is hydrolyzed to glucose.
Moreover, this invention of
In addition, the present invention described in
本発明は、植物細胞壁成分を加水分解することで得られる‘低利用性’の単糖を資化させて、α−グルカンとして‘大量に’蓄積させた細菌の菌体を製造すること、を可能とする。
次に、本発明は、植物細胞壁成分を加水分解することで得られる、‘低利用性’の単糖からなる加水分解物を資化させて、α−グルカンとして‘大量に’蓄積させた細菌の菌体を製造すること、を可能とする。
また、本発明は、植物細胞壁成分からグルコースに製造することを可能とし、さらには、植物細胞壁成分からエタノールを製造することを可能とする。
また、本発明によると、エタノール発酵後の廃液の有機物を分解して廃液のBODを低下させながら、有用性の高いグルカン保持菌体を固液分離により回収できる。
また、廃液処理工程、特に活性汚泥処理工程の一部として、BODを低下させながら、グルカン保持菌体を得ることが可能となる。
The present invention comprises assimilating a 'low-utility' monosaccharide obtained by hydrolyzing plant cell wall components to produce bacterial cells that have accumulated 'a large amount' as α-glucan. Make it possible.
Next, the present invention relates to a bacterium obtained by assimilating a hydrolyzate composed of a 'low-utility' monosaccharide obtained by hydrolyzing plant cell wall components and accumulating 'a large amount' as α-glucan. It is possible to produce microbial cells.
In addition, the present invention makes it possible to produce glucose from plant cell wall components, and further to produce ethanol from plant cell wall components.
In addition, according to the present invention, highly useful glucan-carrying cells can be recovered by solid-liquid separation while decomposing the organic matter in the waste liquid after ethanol fermentation to reduce the BOD of the waste liquid.
Moreover, it becomes possible to obtain a glucan holding | maintenance microbial cell, reducing BOD as a part of waste liquid processing process, especially activated sludge processing process.
本発明は、植物細胞壁成分を、酸もしくは前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素で処理することによって単糖に加水分解し、;当該単糖を含有する培養液中で、前記単糖を資化してα−グルカンに変換し保持する性質を有する特定の細菌を培養して、前記単糖を資化させることにより、;前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%以上の‘大量の’α−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させることを特徴とする、植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを保持する菌体の製造方法に関する。 The present invention hydrolyzes a plant cell wall component into a monosaccharide by treating with an acid or an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component; and assimilates the monosaccharide in a culture solution containing the monosaccharide. By culturing a specific bacterium having the property of being converted to α-glucan and retaining it, and assimilating the monosaccharide; 'large amount' of α-glucan of 10% or more per dry weight of the bacterium Is accumulated in the microbial cells of the bacterium, and relates to a method for producing microbial cells retaining α-glucan converted from plant cell wall components.
「α−グルカンを保持する菌体」とは、菌体内や菌体外マトリクスにおいて、α−グルカンを蓄積している菌体をさすものであるが、本発明においては、特に、‘菌体として固液分離時に固形分として回収される画分’において、α−グルカンを蓄積している菌体をさすものである。
‘α−グルカン’は、‘グルコース’を構成糖とする多糖類の糖質であり、人や多くの動植物のみならず、細菌や菌類なども蓄積し、対応する加水分解酵素も有している。このことから、食料、飼料や微生物栄養源等への利用性が高い糖質であると期待される。
“Bacteria that retain α-glucan” refers to cells that have accumulated α-glucan in the bacterial body or in the extracellular matrix. In the fraction 'recovered as a solid content at the time of solid-liquid separation', it refers to the bacterial cells accumulating α-glucan.
'α-glucan' is a polysaccharide sugar composed of 'glucose' as a constituent sugar, and accumulates not only humans and many animals and plants, but also bacteria and fungi, and has a corresponding hydrolase. . For this reason, it is expected to be a carbohydrate that is highly useful for food, feed, microbial nutrients, and the like.
主要なα−グルカンとしては、でん粉、グリコーゲン、プルラン、デキストランなどが知られている。
これらのうち、グリコーゲンは、非晶性であり生分解性が極めて高いことから、利用性が高いと期待される。また、天然のでん粉は、結晶性が高いため、熱変性・糊化して結晶性を低下させて酵素分解性が向上させた後に、利用することができる。
従って、本発明で菌体内に蓄積されるα−グルカンとしては、特に、グリコーゲンであることが、利用性が高い点で好ましい。
なお、セルロース、β−(1→3)−グルカン、β−(1→3)−(1→6)−グルカンなども‘グルコース’を構成糖とするものであるが、これらは「β−グルカン」に分類される糖質であり、対応する加水分解酵素などの面で利用性が低いものである。従って、本発明では、これらβ−グルカンを保持する菌体を対象とするものではない。
As the main α-glucan, starch, glycogen, pullulan, dextran and the like are known.
Of these, glycogen is expected to be highly available because it is amorphous and extremely biodegradable. Natural starch has high crystallinity, and can be used after heat denaturation and gelatinization to lower crystallinity and improve enzyme degradability.
Therefore, the α-glucan accumulated in the microbial cells in the present invention is particularly preferably glycogen from the viewpoint of high availability.
Cellulose, β- (1 → 3) -glucan, β- (1 → 3)-(1 → 6) -glucan, etc. also have “glucose” as a constituent sugar. ”And is low in utility in terms of the corresponding hydrolase and the like. Therefore, the present invention does not target bacterial cells that retain these β-glucans.
本発明でα−グルカンを保持する菌体として用いる「細菌」としては、後述する単糖を資化してα−グルカンに変換し保持する性質を有するProteobacteria綱(class Proteobacteria)、Actinobacteria綱(class Actinobacteria)、またはBacilli綱(class Bacilli)に属する細菌であることを要する。
本発明に用いることができる前記細菌としては、Enterobacter属、Arthrobacter属、またはSporosarcina属、に属する細菌を用いることが望ましい。
さらには、Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598)株、Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807)株、またはSporosarcina sp. N52 (FERM P-21808)株、あるいはそれらの変異株、であることが望ましい。
なお、α−グルカンを生産する微生物自体は、極めて多岐にわたっており、活性汚泥法によるリン酸の回収工程において問題となる未同定の微生物を含むグリコーゲン蓄積微生物群などの他、多くの細菌が知られているが、‘植物細胞壁成分を加水分解することで得られる単糖を資化性’および‘グリコーゲンの大量蓄積能’の両方を同時に満たすものはこれまでに報告されていない。
As the “bacteria” used as a microbial cell that retains α-glucan in the present invention, Proteobacteria class (class Proteobacteria), Actinobacteria class (class Actinobacteria class) having the property of assimilating monosaccharides described later and converting them into α-glucan and retaining them. ), Or a bacterium belonging to the class Bacilli.
As the bacteria that can be used in the present invention, bacteria belonging to the genus Enterobacter, Arthrobacter, or Sporosarcina are preferably used.
Furthermore, Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598) strain, Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807) strain, or Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808) strain, or a mutant thereof, It is desirable to be.
In addition, the microorganisms themselves that produce α-glucan are extremely diverse, and many bacteria are known in addition to a group of glycogen-accumulating microorganisms including unidentified microorganisms that are problematic in the recovery process of phosphoric acid by the activated sludge method. However, nothing has been reported so far that satisfies both “assimilability of monosaccharide obtained by hydrolyzing plant cell wall components” and “mass accumulation capacity of glycogen” at the same time.
「植物細胞壁成分」とは、主に植物細胞壁を構成する多糖類を指すものであり、セルロース、ヘミセルロース、ペクチンを挙げることができる。本発明においては、特に、低利用性の糖質(単糖)を多く含む、ヘミセルロース、ペクチンを対象にするものである。(なお、‘ヘミセルロース’とは、セルロースとペクチンを除いた植物細胞壁を構成する多糖類の総称である。)
低利用性の糖質(単糖)を多く含む‘ヘミセルロース’としては、キシラン(グルクロノキシラン、グルクロノアラビノキシラン、アラビノキシランを含む。)、グルコマンナン、キシログルカンなどが挙げられる。本発明では、具体的に、キシラン、を用いることができる。
低利用性の糖質(単糖)を多く含む‘ペクチン’としては、ホモガラクツロナン、ラムノガラクツロナン、アラビノガラクタン、アラビナン、ガラクタンなどが挙げられる。
The “plant cell wall component” refers to a polysaccharide mainly constituting the plant cell wall, and examples thereof include cellulose, hemicellulose, and pectin. In the present invention, particularly, hemicellulose and pectin containing a large amount of low-usage carbohydrates (monosaccharides) are targeted. ("Hemicellulose" is a generic term for polysaccharides constituting the plant cell wall excluding cellulose and pectin.)
Examples of 'hemicellulose' containing a large amount of low-usage carbohydrates (monosaccharides) include xylan (including glucuronoxylan, glucuronoarabinoxylan, arabinoxylan), glucomannan, xyloglucan, and the like. In the present invention, specifically, xylan can be used.
Examples of 'pectin' containing a large amount of low-usage carbohydrates (monosaccharides) include homogalacturonan, rhamnogalacturonan, arabinogalactan, arabinan, galactan and the like.
これらの植物細胞壁成分(ヘミセルロース、ペクチン)は、D−キシロース、L−アラビノース、D−ガラクツロン酸、L−ラムノース、D−グルクロン酸、D−ガラクトース、D−マンノースなどの低利用性の糖質(単糖)を構成糖として多量に含有するものである。
なお、特に、‘L−アラビノース’は、前記ヘミセルロースやペクチンの多くの種類に含有され、その含有量も多いものである。また、単子葉植物細胞壁、双子葉植物細胞壁や木質系細胞壁に広く存在する点で利点がある。
These plant cell wall components (hemicellulose, pectin) are low-usage carbohydrates such as D-xylose, L-arabinose, D-galacturonic acid, L-rhamnose, D-glucuronic acid, D-galactose, D-mannose ( Monosaccharide) as a constituent sugar in a large amount.
In particular, 'L-arabinose' is contained in many types of hemicellulose and pectin and has a large content. In addition, it is advantageous in that it exists widely in monocotyledonous cell walls, dicotyledonous cell walls and woody cell walls.
本発明において、植物細胞壁成分の原料としては、被子植物、裸子植物、シダ植物、コケ植物、藻類(アオサ藻類、緑藻類、車軸藻類)など、全ての真核性緑色植物の細胞壁成分が利用できる。また、維管束植物においては、根、茎、葉、などあらゆる器官が利用できる。また、資源作物、雑草など、資源としての有用性に関わらず、あらゆるものが利用できるが、好ましくは、低利用性の植物種、器官、収穫物の加工残さなどを用いることが好ましい。
例えば、広葉樹、針葉樹などの木本系植物由来の間伐材や林地残材、穀物の非可食部(茎、もみ殻、芯、根など)、竹、農作物の収穫物由来の加工残渣(例えば、稲わら、麦わら、サトウキビバガス、コーンストーバー、でん粉絞りかす、テンサイ絞りかす、エタノール発酵残渣や蒸留廃液、野菜残渣、ジュース製造工程における浮遊・懸濁物画分、野菜等植物由来の調理廃棄物、など)、食品規格外部分、雑草、双子葉植物茎葉、非維管束植物、淡水で生育する藻や海藻類、クロレラなどの微細藻類、などが挙げられる。
In the present invention, as a raw material for plant cell wall components, cell wall components of all eukaryotic green plants such as angiosperms, gymnosperms, ferns, moss plants, and algae (Aosa algae, green algae, axle algae) can be used. In the vascular plant, all organs such as roots, stems and leaves can be used. In addition, any crops such as resource crops and weeds can be used regardless of their usefulness as resources, but it is preferable to use low-utility plant species, organs, processing residues of crops, and the like.
For example, thinned wood and forest residue from broad-leaved trees, conifers, non-edible parts of grains (stems, rice husks, cores, roots, etc.), bamboo, and processing residues derived from crop crops (for example, , Rice straw, wheat straw, sugarcane bagasse, corn stover, starch pomace, sugar beet pomace, ethanol fermentation residue and distillate waste, vegetable residue, floating / suspension fraction in juice production process, vegetable-derived cooking waste , Etc.), non-food standard parts, weeds, dicotyledonous stems and leaves, non-vascular plants, algae and seaweeds grown in fresh water, and microalgae such as chlorella.
前記植物細胞壁成分は、‘酸’もしくは‘前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素’で処理することによって‘単糖’に加水分解された後、前記細菌に資化させることができる(植物細胞壁成分加水分解工程)。
なお、本加水分解工程において、前記植物細胞壁成分を完全に単糖に加水分解できない場合においても、当該加水分解物が‘細菌自体の酵素により単糖に分解できる大きさの糖’の状態になっていれば、前記細菌に資化させることが可能となる。好ましくは、本工程の加水分解処理により、‘単糖’の状態に加水分解することが望ましい。
また、軽度の‘酸処理’による加水分解を行った後に、さらに‘酵素処理’加水分解を行うことで、熱酸に対する安定性が低いガラクツロン酸などを、効率良く回収することもできる。
The plant cell wall component can be assimilated by the bacterium after being hydrolyzed to a “monosaccharide” by treating with “acid” or “an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component” (plant cell wall component) Hydrolysis step).
In this hydrolysis step, even when the plant cell wall component cannot be completely hydrolyzed to a monosaccharide, the hydrolyzate is in a state of 'a sugar of a size that can be decomposed into a monosaccharide by the enzyme of the bacterium itself'. If so, the bacteria can be assimilated. Preferably, it is desirable to hydrolyze to a “monosaccharide” state by the hydrolysis treatment in this step.
Moreover, after performing hydrolysis by mild “acid treatment”, galacturonic acid having low stability against thermal acid can be efficiently recovered by further performing “enzyme treatment” hydrolysis.
ここで、前記植物細胞壁成分の加水分解を行う際の酸処理は、蟻酸、酢酸水溶液、クエン酸などの有機酸水溶液、希塩酸、希硫酸、希硝酸などを用いて行うことができる。具体的には、例えば0.05%〜60%程度、望ましくは0.5%〜10%程度の希硫酸を用いて行うことができる。
なお、当該酸処理を行う場合には、60℃以上の加熱を行うことにより、当該処理を効率化することができる。さらに、酸処理の後に酵素処理を行うことにより、酸処理の条件を穏和にして、酸の使用量やpH変化を抑えることができる。
Here, the acid treatment when the plant cell wall component is hydrolyzed can be performed using an organic acid aqueous solution such as formic acid, acetic acid aqueous solution or citric acid, dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid or dilute nitric acid. Specifically, for example, it can be carried out using dilute sulfuric acid of about 0.05% to 60%, desirably about 0.5% to 10%.
In addition, when performing the said acid treatment, the said process can be made efficient by heating at 60 degreeC or more. Furthermore, by performing the enzyme treatment after the acid treatment, the acid treatment conditions can be moderated, and the amount of acid used and pH change can be suppressed.
また、前記植物細胞壁成分を加水分解する酵素での処理は、キシラナーゼ、β−グルカナーゼ、β−D−キシロシダーゼ、α−L−アラビノフラノシダーゼ、α−D−ガラクトシダーゼ、β−D−ガラクトシダーゼ、α−L−グルクロニダーゼ、β−マンノシダーゼ、β−マンナナーゼ、グルコマンナナーゼ、ポリガラクツロナーゼ、ペクトリアーゼ、エンドアラビナナーゼ、フェルロイルエステラーゼ、アセチルキシランエステラーゼ、α−L−ラムノシダーゼ、ペクチンメチルエステラーゼ、などの酵素を用いて行うことができる。
これらの酵素群のうち、どの酵素を用いるかは、原料の糖組成や構造特性によるが、例えば、キシランでは、キシラナーゼ、β−D−キシロシダーゼ、α−L−アラビノフラノシダーゼ、α−L−グルクロニダーゼなどを用いることにより、効率的に行うことができる。
当該酵素処理により加水分解を行う際には、‘前記細菌自体の生産する酵素を用いる’方法や、‘他の生物が生産した酵素を添加する’方法などが考えられる。
‘前記細菌自体の生産する酵素を用いる’方法で行う場合、前記細菌に、外来の分解酵素遺伝子を導入し、分解酵素を生産させることができる。
また、‘他の生物が生産した酵素を添加する’方法で行う場合、予め植物細胞壁成分を前処理(例えば、弱アルカリ処理)に供することで、加水分解の効率を向上させることができる。なお、前処理として弱アルカリで処理することで、細胞壁成分を修飾するアセチル基やメチル基などを除去するとともに、リグニンやフェルラ酸などの分子と多糖との結合を切断することができる。
The treatment with an enzyme that hydrolyzes the plant cell wall component is performed by xylanase, β-glucanase, β-D-xylosidase, α-L-arabinofuranosidase, α-D-galactosidase, β-D-galactosidase, α -Using enzymes such as L-glucuronidase, β-mannosidase, β-mannanase, glucomannanase, polygalacturonase, pectinase, endoarabinanase, feruloyl esterase, acetyl xylan esterase, α-L-rhamnosidase, pectin methyl esterase Can be done.
Which of these enzymes is used depends on the sugar composition and structural characteristics of the raw material. For example, in xylan, xylanase, β-D-xylosidase, α-L-arabinofuranosidase, α-L- By using glucuronidase or the like, it can be carried out efficiently.
When hydrolyzing by the enzyme treatment, a method of “using an enzyme produced by the bacterium itself” or a method of “adding an enzyme produced by another organism” can be considered.
In the case of using the method “using an enzyme produced by the bacterium itself”, an exogenous degrading enzyme gene can be introduced into the bacterium to produce a degrading enzyme.
Moreover, when performing by the method of 'adding an enzyme produced by another organism', the efficiency of hydrolysis can be improved by subjecting the plant cell wall component to pretreatment (for example, weak alkali treatment) in advance. In addition, by treating with weak alkali as a pretreatment, it is possible to remove acetyl groups, methyl groups, and the like that modify cell wall components, and to cleave bonds between molecules such as lignin and ferulic acid and polysaccharides.
なお、当該工程(植物細胞壁成分加水分解工程)を酵素処理で行う場合においては、下記の‘培養資化工程’と同一の反応系で‘並行複反応’として行うことも可能である。 In addition, when performing the said process (plant cell wall component hydrolysis process) by an enzyme process, it is also possible to carry out as a "parallel multiple reaction" by the same reaction system as the following "culture utilization process".
上記工程後に得られる、植物細胞壁成分から加水分解された‘単糖’は、前記細菌を、当該単糖を含有する培養液中で培養することにより、資化させ(培養資化工程)、‘大量の’α−グルカンを、前記細菌の菌体内に蓄積させることができるものである。 The 'monosaccharide' hydrolyzed from the plant cell wall component obtained after the above step is assimilated by culturing the bacterium in a culture solution containing the monosaccharide (culture assimilation step), A large amount of 'α-glucan can be accumulated in the cells of the bacteria.
本工程においては、‘前記単糖を含んだ’培養液中で、前記細菌を培養することにより、前記細菌に資化させることができる。
本工程に用いる培養液としては、前記細菌の生育に適したものであれば如何なるものでも用いることができる。例えば、M9培地、YE培地、LB培地、YP培地などを用いることができる。
また、本工程の培養条件としては、前記細菌の生育に適した条件であれば如何なる条件でも行うことができる。例えば、10〜45℃、120〜200回転数/分、8〜72時間、の条件で効率的に行うことができる。
In this step, the bacterium can be assimilated by culturing the bacterium in a culture solution 'containing the monosaccharide'.
As the culture solution used in this step, any culture solution can be used as long as it is suitable for the growth of the bacteria. For example, M9 medium, YE medium, LB medium, YP medium and the like can be used.
In addition, the culture conditions in this step can be any conditions as long as they are suitable for the growth of the bacteria. For example, it can carry out efficiently on the conditions of 10-45 degreeC, 120-200 rotation speed / min, 8-72 hours.
なお、本工程において用いる培地に含有させる基質である‘単糖’の濃度としては、菌体の生育が可能である限り高い濃度で行うことができる。
当該基質濃度は、生育が可能である限り‘高濃度’で行う方が、回収できるα−グルカンの総保持量が増加するので好ましい。しかし、基質濃度を高濃度にするほど、生育効率が低下するとともに、基質あたりのα−グルカンへの変換効率が低下する。
従って、‘基質の有効利用’の観点から見た場合、基質濃度が1%(w/v)前後未満で行うことが望ましく、好ましくは0.5%(w/v)未満、さらに好ましくは0.2%(w/v)以下であることが望ましい。また、回収される総保持量の点をも同時に考慮すると、0.05%(w/v)以上であることが望ましい。
In addition, as a density | concentration of the "monosaccharide" which is a substrate contained in the culture medium used at this process, it can carry out at a high density | concentration as long as a microbial cell can grow.
The substrate concentration is preferably “high concentration” as long as growth is possible because the total retained amount of α-glucan that can be recovered increases. However, the higher the substrate concentration, the lower the growth efficiency and the lower the conversion efficiency to α-glucan per substrate.
Therefore, from the viewpoint of 'effective use of the substrate', it is desirable that the substrate concentration is less than about 1% (w / v), preferably less than 0.5% (w / v), more preferably 0. .2% (w / v) or less is desirable. In view of the total amount of collected recovered at the same time, it is preferably 0.05% (w / v) or more.
本培養資化工程後の前記細菌は、前記細菌の菌体乾燥重量あたり10%、好ましくは、20%以上の‘保持率’で、α−グルカンが前記細菌の菌体内に蓄積され保持されたものである。
また、本培養資化工程後の前記細菌は、培養液中に含有させた前記‘単糖’のα−グルカンへの‘変換率’(蓄積されたα−グルカンから遊離したグルコース量/培養前の培養液中のアラビノース量×100)が、10%以上であるものが好ましい。
なお、ここで、α−グルカンの‘保持率’(保持量)および‘変換率’は、α−グルカンを構成する糖質(単糖)であるグルコース量を測定して、その値から換算して計算した値(グルコース換算での値)である。
The bacterium after the main culture assimilation step has an α-glucan accumulated and retained in the microbial cells at a 'retention rate' of 10%, preferably 20% or more per dry weight of the bacterium. Is.
In addition, the bacterium after the main culture assimilation step is the “conversion rate” of the “monosaccharide” contained in the culture solution into α-glucan (the amount of glucose released from the accumulated α-glucan / before the culture). The amount of arabinose in the culture solution × 100) is preferably 10% or more.
Here, “retention rate” (retention amount) and “conversion rate” of α-glucan are determined by measuring the amount of glucose, which is a carbohydrate (monosaccharide) constituting α-glucan, and converting it from the value. (Calculated in terms of glucose).
培養資化工程の終了後、得られた前記菌体は、固液分離して、培養液を除去することで、‘菌体’を固形分として回収することができる。(菌体回収工程)
固液分離の方法としては、如何なる方法でも行うことができるが、例えば、遠心分離によって行うことができる。
After completion of the culture assimilation step, the obtained microbial cells are separated into solid and liquid, and the microbial cells can be recovered as a solid content by removing the culture solution. (Cell recovery process)
As a method of solid-liquid separation, any method can be used. For example, it can be performed by centrifugation.
以上の工程を経ることで、「植物細胞壁成分から変換されたα−グルカンを‘大量に’保持する菌体」を製造することができる。
このようなα−グルカン保持菌体を製造することにより、溶液中の低利用性の単糖を、利用性の高いα−グルカンに変換して濃縮することが可能となる。
なお、通常、単糖のような低分子糖質を濃縮する際には、加熱蒸発または減圧濃縮を行うか、RO膜などを用いた濾過濃縮が行われるが、本発明の方法は、公知の微生物学研究やバイオプロセスにおいて用いられる方法、例えば自然沈降、遠心分離や膜分離等による回収が可能であることから、基質の変換物が蓄積した菌体を簡単に濃縮・回収することができる。
By passing through the above steps, a “bacterial body that retains“ a large amount ”of α-glucan converted from plant cell wall components” can be produced.
By producing such α-glucan-carrying cells, it is possible to convert a low-usage monosaccharide in a solution into highly-usable α-glucan and concentrate it.
Normally, when concentrating a low molecular weight carbohydrate such as a monosaccharide, it is performed by heating evaporation or vacuum concentration, or by filtration concentration using an RO membrane or the like, but the method of the present invention is publicly known. Since it can be collected by methods used in microbiological research and bioprocesses, such as natural sedimentation, centrifugation, membrane separation, etc., bacterial cells in which substrate conversion products have accumulated can be easily concentrated and collected.
当該α−グルカン保持菌体は、懸濁液、粉末、菌体ペレット等の形で、あるいは破砕物や加水分解物等の形で、炭水化物給源として食料、飼料または微生物栄養源として利用することができる。
当該菌体に保持されるα−グルカンは、ヒトや動物、微生物のもつ消化酵素によって分解することができるため、極めて利用価値の高いものである。
また、当該菌体に保持されるα−グルカンは、菌体細胞壁は物理的に破壊されるか、菌体死後に自己溶解するか、酵素的あるいは化学的に破壊されることにより、加水分解を効率化させることができる。
食料に用いる際には、本発明に用いる菌が有害な物質を生産しないことが重要となる。また、前述したとおり、糖以外の栄養源としての利用性を考慮することができる。
The α-glucan-carrying bacterial cells can be used in the form of suspensions, powders, bacterial cell pellets, etc., or in the form of crushed materials or hydrolysates, and can be used as food, feed or microbial nutrient sources as carbohydrate sources. it can.
Since α-glucan retained in the cells can be decomposed by digestive enzymes possessed by humans, animals, and microorganisms, it is extremely useful.
In addition, α-glucan retained in the cells can be hydrolyzed by destroying the cell walls physically, self-dissolving after cell death, or enzymatically or chemically destroying them. It can be made efficient.
When used in food, it is important that the bacteria used in the present invention do not produce harmful substances. Moreover, as above-mentioned, the utility as nutrient sources other than sugar can be considered.
上記工程を経て得られたα−グルカンを‘大量に’保持する菌体は、保持されたα−グルコースを加水分解することで、「グルコース」を効率よく生成させることができる(グルコース生成工程)。
本グルコース生成工程は、i)前記α−グルカンを加水分解する酵素で処理する方法、もしくは、ii)前記α−グルカンを保持する菌体を希塩酸または希硫酸を用いて加熱処理する方法、により行うことができる。
もしくは、i)とii)を組み合わせて方法で行うことも可能である。
Bacteria that retain α-glucan obtained in the above steps in a “large amount” can efficiently generate “glucose” by hydrolyzing the retained α-glucose (glucose generating step). .
This glucose production step is carried out by i) a method of treating with the enzyme that hydrolyzes the α-glucan, or ii) a method of heat-treating the cells holding the α-glucan using dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid. be able to.
Alternatively, i) and ii) can be combined and performed.
i )‘前記α−グルカンを加水分解する酵素で処理する方法’は、前記α−グルカンを保持する菌体を破壊した後、前記α−グルカンを加水分解する酵素を処理することで行うことができる。
本方法において、前記α−グルカンを保持する‘菌体の破壊’は、例えば、自己溶解処理、リゾチームなどの溶菌酵素処理、界面活性剤処理、酸またはアルカリによる溶解処理、浸透圧処理、60℃以上の高温処理、高圧処理、凍結破砕処理、超音波破砕処理、ビーズミルなどを用いた物理的破砕処理などによる方法を用いることができる。破壊した菌体破壊物は、遠心分離などで沈殿部を回収することで、‘α−グルカン含有画分’として回収することができる。回収した当該画分は、反応液に懸濁溶解することで、酵素反応を行うことができる。
本方法において、前記α−グルカンを加水分解する酵素としては、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、プルラナーゼ、アミログルコシダーゼ、α−グルコシダーゼなどを用いることができる。好ましくは、‘α−アミラーゼおよびプルラナーゼ’もしくは‘α−アミラーゼおよびアミログルコシダーゼ’の組合せを同時に用いることが好適であり、さらには、‘α−アミラーゼ、プルラナーゼおよびアミログルコシダーゼ’の3種類の組合せを同時に用いることがより好適である。
酵素の反応条件としては、各酵素の反応に好適な反応液および温度や時間条件で行うことができる。具体的には、‘α−アミラーゼ、プルラナーゼおよびアミログルコシダーゼ’の3種類の組合せを同時に用いる場合、例えば、pH4.5〜6.5付近の酢酸ナトリウムバッファーを用いて、37〜50℃で、30分〜24時間の反応を行うことができる。
i) 'The method of treating with the enzyme that hydrolyzes α-glucan' is carried out by destroying the cells holding the α-glucan and then treating the enzyme that hydrolyzes the α-glucan. it can.
In the present method, the destruction of the microbial cells retaining the α-glucan is, for example, autolysis treatment, lysis enzyme treatment such as lysozyme, surfactant treatment, acid or alkali lysis treatment, osmotic pressure treatment, 60 ° C. The above-described methods such as high-temperature treatment, high-pressure treatment, freeze crushing treatment, ultrasonic crushing treatment, and physical crushing treatment using a bead mill can be used. The disrupted bacterial cell destruction product can be recovered as an “α-glucan-containing fraction” by recovering the precipitate portion by centrifugation or the like. The collected fraction can be suspended and dissolved in a reaction solution to carry out an enzyme reaction.
In the present method, α-amylase, β-amylase, pullulanase, amyloglucosidase, α-glucosidase and the like can be used as the enzyme that hydrolyzes α-glucan. Preferably, it is preferable to use the combination of 'α-amylase and pullulanase' or 'α-amylase and amyloglucosidase' at the same time, and furthermore, the combination of three types of 'α-amylase, pullulanase and amyloglucosidase' at the same time. It is more preferable to use it.
The reaction conditions for the enzyme can be a reaction solution suitable for the reaction of each enzyme, and temperature and time conditions. Specifically, when three types of combinations of 'α-amylase, pullulanase and amyloglucosidase' are used at the same time, for example, using a sodium acetate buffer having a pH of around 4.5 to 6.5 at 37 to 50 ° C, The reaction can be carried out for minutes to 24 hours.
ii)‘前記α−グルカンを保持する菌体を希塩酸または希硫酸を用いて加熱処理する方法’は、前記α−グルカンを保持する菌体を希塩酸もしくは希硫酸を用いて60℃以上、好ましく100℃以上で処理することで、行うことができる。
希塩酸または希硫酸の濃度としては、0.01%〜9%程度のものを用いることができる。また、処理時間としては、10分〜120分程度で行うことができる。
ii) “The method of heat-treating the bacterial cells holding the α-glucan with dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid” is performed at 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. with the dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid. It can be performed by treating at a temperature of ° C or higher.
The concentration of dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid can be about 0.01% to 9%. Moreover, as processing time, it can carry out in about 10 minutes-120 minutes.
本グルコース生成工程を経ることで、前記菌体に保持されていたα−グルカンから、グルコースを生成された溶液(加水分解液)を得ることができる。
当該溶液に含まれるグルコースは、食料、飼料または微生物栄養源として利用することができる。また、さらには、グルコースを原料とする様々な発酵工程、特には、酵母によるエタノール発酵に利用することが可能となる。
By passing through this glucose production | generation process, the solution (hydrolysis solution) which produced | generated glucose can be obtained from the alpha-glucan currently hold | maintained at the said microbial cell.
The glucose contained in the solution can be used as a food, feed or microbial nutrient source. Further, it can be used for various fermentation processes using glucose as a raw material, in particular, ethanol fermentation using yeast.
酵母によるエタノール発酵は、得られたグルコースを用いる方法であれば、如何なる方法であっても行うことができる。
具体的には、前記グルコース生成工程で得られた加水分解液(好ましくは酵素反応液)を添加して、酵母によりエタノール発酵を行うことで、エタノールを生成することができる。
なお、前記グルコース生成工程で得られた加水分解液が、前記酵素反応液である場合、酵素を失活させた後(例えば70℃以上の加熱処理や酸処理を行った後)に、酵母によるエタノール発酵を行うことが望ましい。
また、前記グルコース生成工程で得られた加水分解液が、希硫酸もしくは希塩酸による処理したものである場合、酸の中和、もしくは、グルコースを分離回収した後に、酵母によるエタノール発酵を行うことが望ましい。
Ethanol fermentation by yeast can be performed by any method as long as it uses the obtained glucose.
Specifically, ethanol can be produced by adding the hydrolysis liquid (preferably an enzyme reaction liquid) obtained in the glucose production step and performing ethanol fermentation with yeast.
In addition, when the hydrolysis liquid obtained at the said glucose production | generation process is the said enzyme reaction liquid, after inactivating an enzyme (for example, after performing a heat processing and an acid treatment above 70 degreeC), it depends on yeast. It is desirable to perform ethanol fermentation.
In addition, when the hydrolyzate obtained in the glucose production step is treated with dilute sulfuric acid or dilute hydrochloric acid, it is desirable to carry out ethanol fermentation with yeast after neutralization of acid or separation and recovery of glucose. .
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.
〔Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598)株について〕
<実施例1> S24株の選抜と同定
(1)菌株の選抜
‘植物細胞壁成分’を酸や酵素により加水分解することで得られる‘単糖’を資化してα−グルカンとして大量に蓄積する能力、を有する微生物の選抜するため、アラビノースを資化してα−グルカンとして大量に蓄積する能力、を有する微生物の選抜を行った。
なお、アラビノースは、‘植物細胞壁成分’を酸や酵素により加水分解した際に、多量に得られる単糖の一つである。
まず、土壌試料0.1mgを1ml滅菌水で懸濁し、適宜希釈して0.2%アラビノースを含むM9寒天培地(M9培地の組成を表1に示す)に撒いて、30℃で一晩培養した。次いで、培養後に寒天培地上で得られたコロニーを、爪楊枝で取って1%アラビノース含んだM9液体培地に植菌し、30℃、120回転/分の条件で14時間培養を行った。
その後、得られた‘菌体培養液’0.1mlを取って、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部である菌体を得た。
この得られた‘菌体’に、0.1mlの9%希硫酸を加え、100℃1時間処理した。その後、NaOHで中和し、15000×gで5分間遠心した。
そして、得られた上清0.01mlを取って、グルコースC−IIテストワコー(和光純薬工業株式会社製)を用いてグルコース量を測定した。このなかで、旺盛に生育し、グルカンを大量に蓄積した菌株(本測定において、グルコース量の測定値の高い菌株)を分離し、S24株とした。
[About Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598) strain]
<Example 1> Selection and identification of S24 strain (1) Selection of strains Utilizing 'monosaccharide' obtained by hydrolyzing 'plant cell wall component' with acid or enzyme to accumulate in large quantities as α-glucan In order to select microorganisms having the ability, the microorganisms having the ability to assimilate arabinose and accumulate in large quantities as α-glucan were selected.
In addition, arabinose is one of the monosaccharides obtained in large quantities when the “plant cell wall component” is hydrolyzed with an acid or an enzyme.
First, 0.1 mg of a soil sample is suspended in 1 ml of sterilized water, diluted as appropriate, and placed on an M9 agar medium containing 0.2% arabinose (the composition of the M9 medium is shown in Table 1) and cultured at 30 ° C. overnight. did. Subsequently, the colonies obtained on the agar medium after the cultivation were picked with a toothpick and inoculated into an M9 liquid medium containing 1% arabinose, and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
Thereafter, 0.1 ml of the obtained “bacterial cell culture solution” was taken and centrifuged at 7000 × g for 5 minutes to remove the medium, and then the bacterial cell as a precipitation part was obtained.
0.1 ml of 9% dilute sulfuric acid was added to the obtained “bacteria” and treated at 100 ° C. for 1 hour. Then, it neutralized with NaOH and centrifuged for 5 minutes at 15000 × g.
And 0.01 ml of obtained supernatants were taken and the amount of glucose was measured using glucose C-II test Wako (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Among them, a strain that grew vigorously and accumulated a large amount of glucan (in this measurement, a strain with a high measured glucose level) was isolated and designated strain S24.
(2)菌体の性質(DNA配列)
分離された菌株S24について電子顕微鏡観察を行ったところ、0.5〜0.6×1〜2μmの桿菌であった。
次に、培養した菌体からゲノム抽出を行い、サーマルサイクラーでプライマー(27F〔配列番号1〕と1522R〔配列番号2〕)を用いて16SrDNAをコードする塩基配列をPCR法により増幅した。このPCR産物について、4つのシーケンス用プライマー(S24-1 seq F01〔配列番号3〕,S24-1 seqF02〔配列番号4〕,S24-1 seqR01〔配列番号5〕,S24-1 seqR02〔配列番号6〕)を用いて、DNAシークエンサーによって解析した結果、S24株の16SrDNAをコードする遺伝子は、下記の配列番号7に示す1533塩基対からなることが確認された。
この配列と、Ribosomal Database Project II(http://rdp.cme.msu.edu/index.jsp)より取得した配列を、配列解析ソフトであるGENETYX-WIN(Genetyx社)を用いて解析した結果、本発明におけるS24株の16SrDNAの部分配列〔配列番号7〕は、Enterobacter cancerogenusの標準株(LMG2693株)の配列と、99.3%の相同性を示した。
(2) Characteristics of bacterial cells (DNA sequence)
When the isolated strain S24 was observed with an electron microscope, it was 0.5-0.6 × 1-2 μm bacilli.
Next, genome extraction was performed from the cultured cells, and the base sequence encoding 16S rDNA was amplified by PCR using primers (27F [SEQ ID NO: 1] and 1522R [SEQ ID NO: 2]) with a thermal cycler. For this PCR product, four sequencing primers (S24-1 seq F01 [SEQ ID NO: 3], S24-1 seqF02 [SEQ ID NO: 4], S24-1 seqR01 [SEQ ID NO: 5], S24-1 seqR02 [SEQ ID NO: 6] As a result of analysis using a DNA sequencer, it was confirmed that the gene encoding 16S rDNA of the S24 strain consists of 1533 base pairs shown in SEQ ID NO: 7 below.
As a result of analyzing this sequence and the sequence obtained from Ribosomal Database Project II (http://rdp.cme.msu.edu/index.jsp) using the sequence analysis software GENETYX-WIN (Genetyx), The partial sequence [SEQ ID NO: 7] of 16S rDNA of S24 strain in the present invention showed 99.3% homology with the sequence of the standard strain of Enterobacter cancerogenus (LMG2693 strain).
この菌について、菌学的性質を詳細に調べたところ、形状(桿菌:0.5〜0.6×1〜2μm)、グラム染色(−)、Voges-Proskauer(VP)テスト(+)、Indole生産性(−)、グルコース発酵性(+)、ラクトース分解性(+)、尿素分解性(−)、DNase(−)、硝酸還元性(+)、クエン酸利用性(+)、リジンデカルボシキラーゼ(−)、ONPG(+)、アルギニンジハイドロラーゼ(+)、オルニチンデカルボキシラーゼ(+)、硫化水素産生性(−)、ゼラチン利用性(−)、グルコース利用性(+)、D−マンニトール利用性(+)、イノシトール利用性(−)、D−ソルビトール利用性(+)、L−ラムノース利用性(+)、ショ糖利用性(+)、D−メリビオース利用性(+)、L−アラビノース利用、などの性質を示すものであった。
このことから、本発明におけるS24株は、Enterobacter属に属する細菌であることが明らかになり、Enterobacter cancerogenus S24とした。
なお、本菌株は、独立行政法人産業技術総合研究所(茨城県つくば市東1−1−1つくばセンター中央第6)の特許生物寄託センターに「Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598)」として寄託されている。
When the bacteriological properties of this bacterium were examined in detail, the shape (gonococcus: 0.5 to 0.6 × 1 to 2 μm), Gram stain (−), Voges-Proskauer (VP) test (+), Indole Productivity (−), glucose fermentability (+), lactose degradability (+), urea degradability (−), DNase (−), nitrate reduction (+), citric acid availability (+), lysine decarbo Cyclase (-), ONPG (+), arginine dihydrolase (+), ornithine decarboxylase (+), hydrogen sulfide productivity (-), gelatin availability (-), glucose availability (+), D- Mannitol availability (+), inositol availability (-), D-sorbitol availability (+), L-rhamnose availability (+), sucrose availability (+), D-melibiose availability (+), L -It also shows properties such as arabinose use It was.
This revealed that the S24 strain in the present invention was a bacterium belonging to the genus Enterobacter, and was designated Enterobacter cancerogenus S24.
This strain has been deposited as “Enterobacter cancerogenus S24 (FERM P-21598)” at the Patent Organism Depository Center of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba Center Central 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture). ing.
<実施例2> S24株が保持するグルカンの種類の同定
まず、1%アラビノースを含むM9液体培地(組成を表1に示す)20mlに、実施例1で得られた Enterobacter cancerogenus S24株 (FERM P-21598)を接種し、30度、120回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液10mlを、(500ml容三角フラスコに入った)1%アラビノースを含むM9培地100mlに接種し、30℃、120回転/分の条件で14時間培養を行った。
その後、得られた菌体培養液を、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部を水で洗浄して再度遠心分離し、沈殿部である菌体を得た。
この‘菌体’に対して5mlのDMSOを加えて、100℃で1時間処理することで、加水分解を行った。この液に40mlエタノールを加え、4℃で一晩静置した後、10000×g、30分間の遠心分離を行った。
そして、得られた沈澱部を40mlのエタノールで一回洗浄した後、再度遠心分離して沈殿部を回収し、これを60℃で乾燥させることによって、‘グルカン含有画分’を得た。
<Example 2> Identification of type of glucan retained by S24 strain First, 20 ml of M9 liquid medium (composition is shown in Table 1) containing 1% arabinose was added to Enterobacter cancerogenus S24 strain (FERM P) obtained in Example 1. -21598), and precultured by shaking overnight at 30 degrees and 120 rpm.
10 ml of this preculture was inoculated into 100 ml of M9 medium containing 1% arabinose (into a 500 ml Erlenmeyer flask) and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
Then, after centrifuging the obtained microbial cell culture solution at 7000xg for 5 minutes and removing a culture medium, the precipitation part was wash | cleaned with water and centrifuged again, and the microbial cell which is a precipitation part was obtained.
Hydrolysis was performed by adding 5 ml of DMSO to this 'bacteria' and treating at 100 ° C for 1 hour. 40 ml ethanol was added to this solution, and the mixture was allowed to stand at 4 ° C. overnight, and then centrifuged at 10,000 × g for 30 minutes.
The obtained precipitate was washed once with 40 ml of ethanol and then centrifuged again to collect the precipitate, which was dried at 60 ° C. to obtain a “glucan-containing fraction”.
この‘グルカン含有画分’を、α-アミラーゼ(メガザイム社製)、プルラナーゼ(Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.製)、アミログルコシダーゼ(メガザイム社製)を用いて分解実験を行ことで、当該グルカンの酵素分解特性を調べ、グルカンの種類を同定した。
まず、この‘グルカン含有画分’0.21mgに対して、50mMのMOPSバッファー(pH7.0)を0.05ml、15Uのα−アミラーゼを加えて、総量0.105mlとして、50℃で30分間反応させたものを、反応液A(‘α−アミラーゼ処理区’)とした。
また、この反応液Aを0.05ml取り分け、50mMの酢酸ナトリウムバッファー(pH5.5)を0.05ml、1Uのプルラナーゼを加えて、総量0.105mlとして、50℃で30分間反応させたものを、反応液B(‘α−アミラーゼ+プルラナーゼ処理’)とした。
また、この反応液Aを0.05ml取り分け、200mMの酢酸ナトリウムバッファー(pH4.5)を0.05ml、2Uのアミログルコシダーゼを加えて、総量0.11mlとして、50℃で30分間反応させたものを、反応液C(‘α−アミラーゼ+アミログルコシダーゼ処理’)とした。
また、この反応液Aを0.05ml取り分け、200mMの酢酸ナトリウムバッファー(pH4.5)を0.05ml、15Uのα−アミラーゼ、2Uのアミログルコシダーゼ、1Uのプルラナーゼを加えて総量0.115mlとして、50℃で30分間反応させたものを、反応液D(‘α−アミラーゼ+アミログルコシダーゼ+プルラナーゼ処理’)とした。
そして、これら反応液A〜Dにおけるグルコース量(当該グルカンが加水分解されて遊離したグルコース量)を、グルコースC−IIテストワコーにより定量した。
This 'glucan-containing fraction' is subjected to a degradation experiment using α-amylase (manufactured by Megazyme), pullulanase (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.), amyloglucosidase (manufactured by Megazyme), The degradation characteristics were examined and the type of glucan was identified.
First, 0.05 ml of 50 mM MOPS buffer (pH 7.0) and 15 U α-amylase were added to 0.21 mg of this “glucan-containing fraction” to make a total volume of 0.105 ml at 50 ° C. for 30 minutes. The reaction product was designated as reaction solution A ('α-amylase-treated section').
Further, 0.05 ml of this reaction solution A was separated, 0.05 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.5) was added, and 1 U pullulanase was added to make a total volume of 0.105 ml, which was reacted at 50 ° C. for 30 minutes. Reaction solution B ('α-amylase + pullulanase treatment').
In addition, 0.05 ml of this reaction solution A was separated, 0.05 ml of 200 mM sodium acetate buffer (pH 4.5) was added, and 2 U of amyloglucosidase was added to make a total volume of 0.11 ml, which was reacted at 50 ° C. for 30 minutes. Was used as a reaction solution C ('α-amylase + amyloglucosidase treatment').
Further, 0.05 ml of this reaction solution A was separated, 0.05 ml of 200 mM sodium acetate buffer (pH 4.5), 15 U α-amylase, 2 U amyloglucosidase, and 1 U pullulanase were added to make a total amount of 0.115 ml. A reaction solution D ('α-amylase + amyloglucosidase + pullulanase treatment') was reacted at 50 ° C for 30 minutes.
Then, the amount of glucose in these reaction liquids A to D (the amount of glucose released by hydrolysis of the glucan) was quantified with a glucose C-II test Wako.
また、この‘グルカン含有画分’0.5mgに対して、0.1mlの9%希硫酸を加えて100℃で1時間処理することで加水分解(‘硫酸処理’)を行い、NaOH水溶液で中和した後、15000×gで5分間の遠心分離を行った。そして、得られた上清0.01mlを取って、グルコースCII−テストワコー(和光純薬工業株式会社製)を用いて、グルカンから遊離する‘総グルコース量’を測定した。
そして、上記、各反応液A〜Dから遊離したグルコース量の測定値について、‘希硫酸処理’で測定された総グルコース量(定量されたグルコース換算のグルカン量)を100とした場合の相対値を計算した。結果を図1に示す。
In addition, 0.1 ml of 9% dilute sulfuric acid was added to 0.5 mg of this “glucan-containing fraction” and treated at 100 ° C. for 1 hour to perform hydrolysis (“sulfuric acid treatment”). After neutralization, centrifugation was performed at 15000 × g for 5 minutes. Then, 0.01 ml of the obtained supernatant was taken, and the total amount of glucose released from glucan was measured using Glucose CII-Test Wako (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
Then, the measured value of the amount of glucose released from each of the reaction solutions A to D is a relative value when the total glucose amount (quantified glucose-converted glucan amount) measured by the “dilute sulfuric acid treatment” is set to 100. Was calculated. The results are shown in FIG.
その結果、図1に示したように、前記した3種類の酵素で同時に処理(反応液D:‘α−アミラーゼ+アミログルコシダーゼ+プルラナーゼ処理’)することにより、‘総グルコース量’と同量のグルコース、が遊離することが明らかになった。
なお、アミラーゼ単独での処理(反応液A)や、アミラーゼとプルラナーゼの組合せでの処理(反応液B)では、グルコース遊離量は極めて少なかった。また、アミラーゼとアミログルコシダーゼの組合せでの処理(反応液C)では、‘総グルコース量’の約7割しか、グルコースが遊離しなかった。
このような酵素分解特性から、S24株が保持するグルカンは、‘α-グルカン’の一種である‘グリコーゲン’であると同定された。
As a result, as shown in FIG. 1, the same amount as the “total glucose amount” was obtained by simultaneously treating with the above-described three kinds of enzymes (reaction solution D: “α-amylase + amyloglucosidase + pullulanase treatment”). It became clear that glucose was released.
In addition, the amount of glucose released was very small in the treatment with amylase alone (reaction solution A) or the treatment with a combination of amylase and pullulanase (reaction solution B). In addition, in the treatment with the combination of amylase and amyloglucosidase (reaction solution C), only about 70% of the “total glucose amount” released glucose.
From such enzymatic degradation characteristics, the glucan retained by the S24 strain was identified as 'glycogen' which is a kind of 'α-glucan'.
<実施例3> S24株のα−グルカン保持
まず、1%アラビノースを含むM9液体培地(組成を表1に示す)5mlに、実施例1で得られたS24株 (FERM P-21598)を接種し、30度、120回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この‘前培養液’を7000×gで5分間遠心分離し、沈殿部として回収される菌体を10mMリン酸バッファー(pH7.3)で2回洗浄を行って‘沈殿部’を得、10mMリン酸バッファー5mlに懸濁した。
この‘懸濁液’1mlを1%アラビノースを含むM9培地10mlに接種し、30℃、120回転/分の条件で14時間培養を行った。
その後、得られた‘菌体培養液’0.1mlを取って、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部である菌体を得た。
<Example 3> Retaining α-glucan of S24 strain First, 5 ml of M9 liquid medium (composition is shown in Table 1) containing 1% arabinose was inoculated with S24 strain (FERM P-21598) obtained in Example 1. Then, pre-culture was performed by culturing overnight at 30 degrees and 120 rpm.
This 'pre-culture solution' is centrifuged at 7000 × g for 5 minutes, and the cells recovered as a precipitate are washed twice with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3) to obtain a “precipitate”. It was suspended in 5 ml of phosphate buffer.
1 ml of this “suspension” was inoculated into 10 ml of M9 medium containing 1% arabinose and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
Thereafter, 0.1 ml of the obtained “bacterial cell culture solution” was taken, centrifuged at 7000 × g for 5 minutes to remove the medium, and then the bacterial cell as a precipitation part was obtained.
この‘菌体’に0.1mlの9%希硫酸を加え、100℃で1時間処理することで、加水分解を行った。これをNaOH水溶液で中和した後、15000×gで5分間の遠心分離を行った。
そして、得られた上清0.01mlを取って、グルコースCII−テストワコー(和光純薬工業株式会社製)を用いて、グルコース量を測定した。なお、菌体に蓄積されていたα−グルカンの保持量は、1mlの菌体培養液から検出されたグルコース量(mg)に換算して測定した。また、α−グルカンの保持率を計算した。結果を表2に示す。
Hydrolysis was carried out by adding 0.1 ml of 9% dilute sulfuric acid to the 'cells' and treating at 100 ° C for 1 hour. This was neutralized with an aqueous NaOH solution, and then centrifuged at 15000 × g for 5 minutes.
Then, 0.01 ml of the obtained supernatant was taken, and the amount of glucose was measured using Glucose CII-Test Wako (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The amount of α-glucan retained in the cells was measured in terms of the amount of glucose (mg) detected from 1 ml of the cell culture solution. In addition, the retention rate of α-glucan was calculated. The results are shown in Table 2.
その結果、1mlの菌体培養液からグルコース換算で‘0.52mg’のα−グルカンが得られることが分かった。1ml培養液中の乾燥菌体重量は2.65mgであることから、α−グルカンの保持率は菌体乾燥重量の‘19.6%’を占めことが明らかになった。 As a result, it was found that “0.52 mg” of α-glucan in terms of glucose was obtained from 1 ml of the bacterial cell culture solution. Since the dry cell weight in 1 ml culture was 2.65 mg, it was revealed that the retention rate of α-glucan accounted for ‘19 .6% ’of the cell dry weight.
<実施例4> S24株の糖質の資化性
まず、実施例3で用いた1%アラビノースを含むM9液体培地の代わりに、表3で示す各単糖(L−アラビノース、D−キシロース、D−ガラクトース、D−ガラクツロン酸、L−ラムノース、D−グルコン酸)を炭素源として1%含むM9液体培地を用いたこと以外は、実施例3に記載の方法と同様にして、S24株の前培養および培養(30℃、120回転/分の条件で14時間の培養)を行い、菌体培養液を調製した。
その後、得られた各菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べ、そして、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。結果を表3に示す。
<Example 4> Utilization of carbohydrates of S24 strain First, instead of the M9 liquid medium containing 1% arabinose used in Example 3, each monosaccharide shown in Table 3 (L-arabinose, D-xylose, D-galactose, D-galacturonic acid, L-rhamnose, D-gluconic acid) was used in the same manner as in Example 3 except that an M9 liquid medium containing 1% as a carbon source was used. Pre-culture and culture (culture for 14 hours under the conditions of 30 ° C. and 120 rpm) were carried out to prepare a cell culture solution.
Thereafter, the obtained bacterial cell cultures were examined in the same manner as described in Example 3 by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell cultures into the amount of glucose, and the bacterial cells. The retention of α-glucan per dry weight was examined. The results are shown in Table 3.
その結果、表に示したように、S24株はL−アラビノース、D−キシロース、D−ガラクトース、L−ラムノース、D−ガラクツロン酸、D−グルコン酸を資化して、菌体乾燥重量の10%を越える保持率でα−グルカンを菌体に蓄積することが分かった。
また、L−アラビノースを炭素源とした時のグルカン保持量やグルカン保持率が一番高いことが分かった。
As a result, as shown in the table, the S24 strain assimilated L-arabinose, D-xylose, D-galactose, L-rhamnose, D-galacturonic acid, D-gluconic acid, and 10% of the dry weight of the cells. It was found that α-glucan accumulates in cells with a retention rate exceeding.
It was also found that the amount of glucan retention and glucan retention when L-arabinose was used as the carbon source was the highest.
<実施例5> α−グルカン生産に対する単糖基質の濃度の影響
まず、実施例3に記載の方法と同様にして、S24株の前培養を行い、10mMリン酸バッファー(pH7.3)への懸濁液を調製した。その1mlを、表4に記載の各濃度のアラビノース含むM9培地10mlに接種した。そして、30℃、120回転/分の条件で14時間培養した。
その後、得られた各菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べ、そして、基質である単糖(アラビノース)がα−グルカンへ変換した‘変換率’(蓄積されたα−グルカンから遊離グルコース量/培養前の培養液中のアラビノース量×100)を、グルコース換算で計算した。結果を表4に示す。
<Example 5> Effect of concentration of monosaccharide substrate on α-glucan production First, S24 strain was pre-cultured in the same manner as described in Example 3 to 10 mM phosphate buffer (pH 7.3). A suspension was prepared. 1 ml of the solution was inoculated into 10 ml of M9 medium containing each concentration of arabinose described in Table 4. And it culture | cultivated for 14 hours on the conditions of 30 degreeC and 120 rotation / min.
Thereafter, for each of the bacterial cell culture solutions obtained, the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution was converted into the amount of glucose in the same manner as in Example 3, and the substrate was used. The 'conversion rate' in which a certain monosaccharide (arabinose) was converted to α-glucan (the amount of free glucose accumulated from α-glucan / the amount of arabinose in the culture solution before culture × 100) was calculated in terms of glucose. The results are shown in Table 4.
その結果、表に示したように、基質であるアラビノース濃度が0.5%の時、アラビノースのα−グルカンへ変換した変換率は‘8.9%’であり、基質であるアラビノース濃度が0.2%の時、変換率は‘22%’であった。
従って、この培養条件において効率的にα−グルカンを菌体に保持させるためには、培養液中における基質である単糖の濃度を、0.5%より低くすること、特には0.2%以下にすること、が有効であることが明らかになった。
As a result, as shown in the table, when the concentration of arabinose as the substrate was 0.5%, the conversion rate of arabinose converted to α-glucan was '8.9%', and the concentration of arabinose as the substrate was 0. At 2%, the conversion rate was '22% '.
Therefore, in order to efficiently retain α-glucan in the cells under these culture conditions, the concentration of the monosaccharide as a substrate in the culture solution should be lower than 0.5%, particularly 0.2%. The following has proved effective.
<実施例6> キシラン加水分解物のα−グルカンへの変換
ヘミセルロースの一種であるキシラン(Birchwood xylan、Sigma製)の酵素処理による加水分解物を基質とした場合の、S24株によるα−グルカンへの変換および蓄積能を調べた。
まず、実施例3に記載の方法と同様にして、S24株の前培養を行い、10mMリン酸バッファー(pH7.3)で2回洗浄して、沈殿部を得た。
これに、「‘0.2%キシラン’および‘キシラン分解酵素(Bio-Feed Wheat L (0.47mg/ml Novozymes製)0.01ml)’を含んだM9培地」0.5mlを添加して懸濁し、40℃ 、120回転/分の条件で14時間培養した。
なお、前記沈殿部を、‘キシラン分解酵素を含まず’に「‘0.2%キシランを含む’M9培地0.5ml」に懸濁し、同様に培養したものを、対照とした。
その後、得られた各菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。また、実施例5に記載の方法に準拠して、α−グルカンへ変換した‘変換率’を、グルコース換算で計算した。結果を表5に示す。
<Example 6> Conversion of xylan hydrolyzate to α-glucan When hydrolyzate obtained by enzymatic treatment of xylan (Birchwood xylan, manufactured by Sigma), which is a kind of hemicellulose, is used as a substrate, to α-glucan by S24 strain The conversion and accumulation ability of was investigated.
First, in the same manner as described in Example 3, the S24 strain was pre-cultured and washed twice with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3) to obtain a precipitate.
To this, 0.5 ml of “M9 medium containing“ 0.2% xylan ”and“ xylan-degrading enzyme (Bio-Feed Wheat L (0.47 mg / ml Novozymes) 0.01 ml) ”” was added and suspended. The cells were cultured at 40 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
The precipitate was suspended in “0.5 ml of M9 medium containing 0.2% xylan” in “not containing xylan-degrading enzyme” and cultured in the same manner as a control.
Thereafter, in the same manner as the method described in Example 3, each obtained bacterial cell culture solution was examined by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. Further, according to the method described in Example 5, the “conversion rate” converted into α-glucan was calculated in terms of glucose. The results are shown in Table 5.
その結果、‘0.2%キシラン’に加えて‘キシラン分解酵素’を培養液に加えて培養を行うことにより、キシランが加水分解され、この加水分解物を基質として、S24株の菌体内にα−グルカンが蓄積され保持されることが示された。また、当該反応は、並行副反応的に行うことが可能であることが示された。
また、培地中のキシラン(キシランの加水分解物)のα−グルカンへの変換率は12.5%であった。
As a result, by adding “xylan-degrading enzyme” to the culture solution in addition to “0.2% xylan”, xylan is hydrolyzed, and this hydrolyzate is used as a substrate in the cells of S24 strain. It was shown that α-glucan is accumulated and retained. Moreover, it was shown that this reaction can be carried out in parallel side reactions.
The conversion rate of xylan (hydrolyzed xylan) in the medium into α-glucan was 12.5%.
<実施例7> アラビノキシラン加水分解物のα−グルカンへの変換
小麦から抽出したヘミセルロースの一種であるアラビノキシラン(Megazyme製)の酵素処理による加水分解物を基質とした場合の、S24株によるα−グルカンへの変換および蓄積能を調べた。
まず、実施例3に記載の方法と同様にして、S24株の前培養を行い、10mMリン酸バッファー(pH7.3)で2回洗浄して、沈殿部を得た。
これに、「‘0.2%アラビノキシラン’および‘アラビノキシラン分解酵素(Pectinex Ultra SPL(9500 U/ml, Novozymes)0.01ml、Celluclast 1.5L(700 U/g, sigma)0.01ml、Viscozyme L(Batch KTN02157, Novozymes)0.01ml)’を含んだM9培地」0.5mlを添加して懸濁し、40℃、120回転/分の条件で14時間培養した。
なお、前記沈殿部を、‘アラビノキシランを含まず’に「‘前記アラビノキシラン分解酵素を含む’M9培地0.5ml」に懸濁し、同様に培養したものを、対照とした。
その後、得られた各菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。また、実施例5に記載の方法に準拠して、α−グルカンへ変換した‘変換率’を、グルコース換算で計算した。結果を表6に示す。
<Example 7> Conversion of arabinoxylan hydrolyzate to α-glucan α-glucan produced by S24 strain using a hydrolyzate obtained by enzymatic treatment of arabinoxylan (manufactured by Megazyme), a kind of hemicellulose extracted from wheat. The ability to convert and accumulate was investigated.
First, in the same manner as described in Example 3, the S24 strain was pre-cultured and washed twice with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3) to obtain a precipitate.
To this, “0.2% arabinoxylan” and “arabinoxylan degrading enzyme (Pectinex Ultra SPL (9500 U / ml, Novozymes) 0.01 ml, Celluclast 1.5 L (700 U / g, sigma) 0.01 ml, Viscozyme L (Batch KTN02157 , Novozymes) 0.01 ml) 'M9 medium "was added and suspended in 0.5 ml, and cultured at 40 ° C. under 120 rpm for 14 hours.
The precipitate was suspended in “without arabinoxylan” and suspended in “0.5 ml of M9 medium containing the arabinoxylan-degrading enzyme” and cultured in the same manner as a control.
Thereafter, in the same manner as the method described in Example 3, each obtained bacterial cell culture solution was examined by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. Further, according to the method described in Example 5, the “conversion rate” converted into α-glucan was calculated in terms of glucose. The results are shown in Table 6.
その結果、‘アラビノキシラン’に加えて‘前記分解酵素’を培養液に加えて培養を行うことにより、アラビノキシランが加水分解され、この加水分解物を基質として、S24株の菌体内にα−グルカンが蓄積され保持されることが示された。また、当該反応は、並行複反応的に行うことが可能であることが示された。
また、培地中のアラビノキシラン(アラビノキシランの加水分解物)のα−グルカンへの変換率は23%であった。
As a result, arabinoxylan is hydrolyzed by adding 'decomposition enzyme' to the culture medium in addition to 'arabinoxylan', and arabinoxylan is hydrolyzed, and α-glucan is formed in the cells of S24 strain using the hydrolyzate as a substrate. It was shown to be accumulated and retained. Moreover, it was shown that the reaction can be performed in parallel and multiple reactions.
Moreover, the conversion rate of arabinoxylan (hydrolysis product of arabinoxylan) in the medium into α-glucan was 23%.
<実施例8> アラビナン加水分解物のα−グルカンへの変換
ペクチンの一種であるアラビナン(Megazyme製)の加水分解物を基質とした場合の、S24株によるα−グルカンへの変換および蓄積能を調べた。
まず、2%アラビナン(Megazyme製)を含む2%硫酸水溶液を、100℃で1時間加熱処理した後、CaCO3でpH6.0に中和した。そして、10000×gで10分間遠心分離した後、得られた上清を0.2μmフィルターでフィルター減菌し、‘アラビナン酸処理物を含む溶液(最終糖濃度2%)’を得た。
次いで、実施例3に記載の方法と同様にして、S24株の前培養を行い、10mMリン酸バッファー(pH7.3)で2回洗浄して、沈殿部を得た。
これに、「前記‘アラビナン加水分解物を含む溶液(最終糖濃度2%)’および‘ペクチン分解酵素(Pectinex Ultra SP-L(9500 U/ml, Novozymes)0.01ml)’を含んだM9培地」0.5mlを添加して懸濁し、40℃ 、120回転/分の条件で14時間培養した。
なお、「‘(酸処理による加水分解を行わなわずに前記フィルター滅菌した)2%アラビナン水溶液’および‘ペクチン分解酵素(Pectinex Ultra SP-L(9500 U/ml, Novozymes)0.01ml)’を含んだM9培地」0.5mlを添加して懸濁し、同様に培養したものを、対照とした。
その後、得られた各菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。また、実施例5に記載の方法に準拠して、α−グルカンへ変換した‘変換率’を、グルコース換算で計算した。結果を表7に示す。
<Example 8> Conversion of arabinan hydrolyzate to α-glucan The ability to convert and accumulate into α-glucan by S24 strain when a hydrolyzate of arabinan (manufactured by Megazyme), a kind of pectin, was used as a substrate. Examined.
First, a 2% aqueous sulfuric acid solution containing 2% arabinan (manufactured by Megazyme) was heat-treated at 100 ° C. for 1 hour, and then neutralized to pH 6.0 with CaCO 3 . Then, after centrifuging at 10,000 × g for 10 minutes, the obtained supernatant was sterilized by filtration with a 0.2 μm filter to obtain a “solution containing arabinic acid-treated product (final sugar concentration 2%)”.
Next, in the same manner as described in Example 3, the S24 strain was precultured and washed twice with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3) to obtain a precipitate.
To this, "M9 medium containing the above-mentioned 'arabinan hydrolyzate-containing solution (final sugar concentration 2%)' and 'pectin-degrading enzyme (Pectinex Ultra SP-L (9500 U / ml, Novozymes) 0.01 ml)" 0.5 ml was added and suspended, and cultured at 40 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
In addition, “'(filter sterilized without acid treatment and 2% arabinan aqueous solution)” and “pectin-degrading enzyme (Pectinex Ultra SP-L (9500 U / ml, Novozymes) 0.01 ml)” are included. "M9 medium" 0.5 ml was added and suspended, and the same culture was used as a control.
Thereafter, in the same manner as the method described in Example 3, each obtained bacterial cell culture solution was examined by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. Further, according to the method described in Example 5, the “conversion rate” converted into α-glucan was calculated in terms of glucose. The results are shown in Table 7.
その結果、‘2%アラビナン’に加えて‘ペクチン加水分解酵素’を培養液に加えて培養を行う場合においては、アラビナンを前もって硫酸処理することが好適であることが示された。当該流酸処理を行うことにより、アラビナンが顕著に加水分解され、この加水分解物を基質としてS24株の菌体内にα−グルカンが蓄積され保持されることが示された。
また、培地中のアラビナン(アラビナンの加水分解物)のα−グルカンへの変換率は20.5%であった。
As a result, it was shown that in the case where “pectin hydrolase” was added to the culture solution in addition to “2% arabinan”, the arabinan was preferably treated with sulfuric acid in advance. By performing the flowing acid treatment, arabinan was significantly hydrolyzed, and α-glucan was accumulated and retained in the cells of the S24 strain using the hydrolyzate as a substrate.
The conversion rate of arabinan (arabinan hydrolyzate) into α-glucan in the medium was 20.5%.
<実施例9> 低利用性単糖からのエタノールの生成
まず、1%アラビノースを含むM9液体培地(組成を表1に示す)100mlに、実施例1で得られたS24株 (FERM P-21598)を接種し、30度、120回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液(全量)を、(5000ml容三角フラスコに入った)1%アラビノースを含むM9培地1000mlに接種し、30℃、120回転/分の条件で14時間培養を行った。
その後、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べ、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。
この菌体のα−グルカン保持率は、菌体乾燥重量あたり‘11.4%’であった。
<Example 9> Production of ethanol from low-utilization monosaccharide First, S24 strain (FERM P-21598) obtained in Example 1 was added to 100 ml of M9 liquid medium (composition is shown in Table 1) containing 1% arabinose. ) Was inoculated, and precultured by shaking culture overnight at 30 degrees and 120 rpm.
This preculture solution (total amount) was inoculated into 1000 ml of M9 medium containing 1% arabinose (into a 5000 ml Erlenmeyer flask) and cultured at 30 ° C. and 120 rpm for 14 hours.
Thereafter, in the same manner as in Example 3, the amount of α-glucan retained per 1 ml of the cell culture broth was converted into the amount of glucose, and the retention rate of α-glucan per cell dry weight was determined. It was.
The α-glucan retention rate of this microbial cell was “11.4%” per microbial cell dry weight.
次に、得られた菌体培養液200mlを、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部を水で洗浄して再度遠心分離し、沈殿部である菌体を得た。
次いで、この‘菌体’に対して、50mMのMOPSバッファー(pH7.0)を5mlと、α−アミラーゼ(メガザイム社製)を0.15mlと、を加えて、100℃で15分間反応させた。
次に、この反応液に、100mM酢酸ナトリウム(pH5.5)を5mlと、プルラナーゼ(Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.製)を0.15mlと、アミログルコシダーゼ(メガザイム社製)を0.15mlと、を加え、50℃で1時間反応させた。この反応液を凍結した後、減圧濃縮を行い、総液量を1mlとしたものを‘酵素反応液’とした。
なお、この‘酵素反応液’におけるグルコース量(当該菌体に蓄積されていたα−グルカンが加水分解されて遊離したグルコース量)を、グルコースC−IIテストワコーにより定量した。
Next, 200 ml of the obtained bacterial cell culture solution is centrifuged at 7000 × g for 5 minutes to remove the medium, and then the precipitate is washed with water and centrifuged again to obtain the bacterial cell that is the precipitate. It was.
Next, 5 ml of 50 mM MOPS buffer (pH 7.0) and 0.15 ml of α-amylase (manufactured by Megazyme) were added to the “bacteria” and reacted at 100 ° C. for 15 minutes. .
Next, 5 ml of 100 mM sodium acetate (pH 5.5), 0.15 ml of pullulanase (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.), and 0.15 ml of amyloglucosidase (manufactured by Megazyme) were added to this reaction solution. In addition, the mixture was reacted at 50 ° C. for 1 hour. The reaction solution was frozen and then concentrated under reduced pressure, and the total amount of the solution was 1 ml was designated as “enzyme reaction solution”.
The amount of glucose in this “enzyme reaction solution” (the amount of glucose liberated by hydrolysis of α-glucan accumulated in the cells) was quantified with a glucose C-II test Wako.
次に、この‘酵素反応液’を100℃で1時間加熱し、酵母Saccharomyces cerevisiaeにより発酵実験を行った。
まず、YPD培地で一晩前培養した酵母S. cerevisiaeを(NBRC224)を、7000×gで5分間遠心分離し、10mMリン酸バッファー(pH7.3)で2回洗浄を行って、沈殿部を得た。
この酵母の沈殿部に、前記‘酵素反応液’0.5mlを、最終OD(光路長1cmのセルを用いた時の600nmの濁度)が1.0になるように添加して懸濁し、30℃、120回転/分の条件で24時間培養することで、エタノール発酵を行った。
なお、得られた‘エタノール発酵液’中に生成されたエタノールは、HPLC(LC Prominence、島津製作所)を用いて、表8に示す条件で分析することで、定量した。また、基質である培地中の単糖がエタノールへ変換された‘変換率’を計算した。結果を表9に示す。
Next, this “enzyme reaction solution” was heated at 100 ° C. for 1 hour, and a fermentation experiment was performed using the yeast Saccharomyces cerevisiae.
First, yeast S. cerevisiae (NBRC224) pre-cultured overnight in YPD medium was centrifuged at 7000 × g for 5 minutes, washed twice with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3), and the precipitate was removed. Obtained.
In this yeast precipitation part, 0.5 ml of the above-mentioned “enzyme reaction solution” was added and suspended so that the final OD (turbidity at 600 nm when using a cell with an optical path length of 1 cm) was 1.0, Ethanol fermentation was performed by culturing for 24 hours at 30 ° C. and 120 rpm.
In addition, the ethanol produced | generated in the obtained "ethanol fermentation liquid" was quantified by analyzing on the conditions shown in Table 8 using HPLC (LC Prominence, Shimadzu Corporation). In addition, the “conversion rate” in which the monosaccharide in the substrate medium was converted to ethanol was calculated. The results are shown in Table 9.
その結果、上記方法で得られたS24株菌体の‘酵素反応液’を原料にして、酵母発酵を行うことで、エタノールが生産されることが示された。また、前記‘酵素反応液’に含まれていた(α−グルカンが酵素分解された)グルコースの74%がエタノールに変換されることが示された。 As a result, it was shown that ethanol was produced by performing yeast fermentation using the 'enzyme reaction solution' of S24 strain obtained by the above method as a raw material. Further, it was shown that 74% of glucose contained in the “enzyme reaction solution” (the α-glucan was enzymatically decomposed) was converted to ethanol.
〔Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807)株について〕
<実施例10> 4P−01−A1株の選抜と同定
(1)菌株の選抜
上記菌株の他に、アラビノースを資化してα−グルカンとして大量に蓄積する能力、を有する微生物の選抜を行った。
まず、土壌試料0.1mgを1ml滅菌水で懸濁し、適宜希釈して0.1%アラビノースを含んだ0.2×YP(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract,pH 6.8)の2%寒天培地に撒いて、30℃で一晩培養した。次いで、培養後に寒天培地上で得られたコロニーを、爪楊枝で取って、96穴のプレートを用いて、0.6mlの1%アラビノースを含んだ0.2×YP液体培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract,pH 6.8)に植菌し、30℃、120回転/分の条件で24時間培養を行った。
その後、得られた‘菌体培養液’0.1mlを取って、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部である菌体を得た。
この得られた‘菌体’に、0.05mlのBugBuster protein extraction reagent(Novagen)を加え、30℃、15分間で処理し、細胞分解を行った。その後0.05mlの酵素液「‘0.25μl Liquozyme SC (Amylase) (Novozyme)’と‘0.25μl Spirizyme Fuel (AMG) (Novozyme)’を含んだ50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH 5.0)」を加え、50℃で1時間処理した。酵素反応後、5000×g、10分間遠心し、上清画分10μlを取って、グルコース量を測定し、α−グルカンを大量蓄積する菌の選抜を行った。その中からα−グルカンを大量蓄積する菌株を分離し、4P−01−A1株とした。
[Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807) strain]
<Example 10> Selection and identification of 4P-01-A1 strain (1) Selection of strains In addition to the above strains, microorganisms having the ability to assimilate arabinose and accumulate in large quantities as α-glucans were selected. .
First, 0.1 mg of soil sample was suspended in 1 ml of sterilized water, diluted appropriately and 0.2% YP (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, pH 6.8) 2% agar medium containing 0.1% arabinose. And cultured at 30 ° C. overnight. Subsequently, the colonies obtained on the agar medium after the culture were picked up with a toothpick, and using a 96-well plate, 0.2 × YP liquid medium (0.4% Tryptone, 0.2% containing 0.6 ml of 1% arabinose) was used. % Yeast extract, pH 6.8), and cultured for 24 hours at 30 ° C. and 120 rpm.
Thereafter, 0.1 ml of the obtained “bacterial cell culture solution” was taken and centrifuged at 7000 × g for 5 minutes to remove the medium, and then the bacterial cell as a precipitation part was obtained.
0.05 ml of BugBuster protein extraction reagent (Novagen) was added to the obtained “bacteria” and treated at 30 ° C. for 15 minutes to perform cell degradation. Then 0.05 ml of enzyme solution “50 μM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing“ 0.25 μl Liquozyme SC (Amylase) (Novozyme) ”and“ 0.25 μl Spirizyme Fuel (AMG) (Novozyme) ”was added, and 50 Treated for 1 hour at ° C. After the enzyme reaction, the mixture was centrifuged at 5000 × g for 10 minutes, 10 μl of the supernatant fraction was taken, the amount of glucose was measured, and bacteria that accumulate a large amount of α-glucan were selected. Among them, a strain that accumulates a large amount of α-glucan was isolated and designated 4P-01-A1 strain.
(2)菌体の性質(DNA配列)
分離された菌株4P−01−A1について、培養した菌体からゲノム抽出を行い、サーマルサイクラーでプライマー(27F〔配列番号1〕と1522R〔配列番号2〕)を用いて16SrDNAをコードする塩基配列をPCR法により増幅し、配列の解析を行った。
そして、次の4つのプライマー(27F〔配列番号1〕,1522R〔配列番号2〕,800R〔配列番号8〕,800R-F〔配列番号9〕)を用いたことを除いて、実施例1と同様にしてDNAシークエンサーによって解析した結果、4P−01−A1株の16SrDNAをコードする遺伝子は、下記の配列番号10に示す1472塩基対からなることが確認された。
この配列と、DDBJ−16S rRNAのデータベース中の配列とをBLAST検索により比較解析した結果、本発明における4P−01−A1株の16SrDNAの部分配列〔配列番号10〕は、Arthrobacter nitroguaiacolicus (AJ512504) の標準株(CCM4924株)の配列と、99、2%の相同性を示した。
このことから、本発明における4P−01−A1株は、Arthrobacter属に属する細菌であることが明らかになった。
なお、本菌株は、独立行政法人産業技術総合研究所(茨城県つくば市東1−1−1つくばセンター中央第6)の特許生物寄託センターに「Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807)」として寄託されている。
(2) Characteristics of bacterial cells (DNA sequence)
The isolated strain 4P-01-A1 was subjected to genome extraction from the cultured cells, and a base sequence encoding 16S rDNA was obtained using primers (27F [SEQ ID NO: 1] and 1522R [SEQ ID NO: 2]) with a thermal cycler. Amplification was performed by PCR, and the sequence was analyzed.
Then, Example 1 was used except that the following four primers (27F [SEQ ID NO: 1], 1522R [SEQ ID NO: 2], 800R [SEQ ID NO: 8], 800R-F [SEQ ID NO: 9]) were used. Similarly, as a result of analysis using a DNA sequencer, it was confirmed that the gene encoding 16S rDNA of the 4P-01-A1 strain consists of 1472 base pairs shown in SEQ ID NO: 10 below.
As a result of comparative analysis of this sequence and the sequence in the database of DDBJ-16S rRNA by BLAST search, a partial sequence [SEQ ID NO: 10] of 4P-01-A1 strain in the present invention was found to be the Arthrobacter nitroguaiacolicus (AJ512504). It showed 99% and 2% homology with the sequence of the standard strain (CCM4924 strain).
This revealed that the 4P-01-A1 strain in the present invention is a bacterium belonging to the genus Arthrobacter.
In addition, this strain is registered in the Patent Organism Depositary Center of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba Center Central 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture) “Arthrobacter sp. 4P-01-A1 (FERM P-21807 ) ".
<実施例11> 4P−01−A1株が保持するグルカンの種類の同定
1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)5mlに、実施例10で得られた4P−01−A1株 (FERM P-21807)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
得られた前培養液を10mMリン酸緩衝液(pH7.3)で洗浄した後、1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)、100mlで30℃、250回転/分で24時間培養して、菌体培養液を調製した。
この得られた菌体培養液30mlを、遠心で集菌し、1mlの50mM MOPS(pH7.0)で100℃10分間処理し、細胞の溶菌を行った。そして、20000×g、5分間遠心した後、上清をグルカン含有画分として回収した。このグルカン含有画分に対して、実施例2に記載の方法と同様にして、グルカンの種類を同定した。結果を図2に示す。
<Example 11> Identification of type of glucan retained by 4P-01-A1 strain Obtained in Example 10 in 5 ml of 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose 4P-01-A1 strain (FERM P-21807) was inoculated and precultured by shaking overnight at 30 ° C. and 250 rpm.
The obtained preculture was washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3), 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose, 100 ml at 30 ° C., 250 ° The cells were cultured for 24 hours at a rotation / minute to prepare a cell culture solution.
30 ml of the obtained bacterial cell culture solution was collected by centrifugation and treated with 1 ml of 50 mM MOPS (pH 7.0) at 100 ° C. for 10 minutes to lyse the cells. Then, after centrifugation at 20000 × g for 5 minutes, the supernatant was collected as a glucan-containing fraction. For this glucan-containing fraction, the type of glucan was identified in the same manner as in the method described in Example 2. The results are shown in FIG.
図に示したように、アミラーゼ単独での処理(反応液A)では、グルコース遊離量は極めて少なかった。また、アミラーゼとプルラナーゼの組合せでの処理(反応液B)では、‘総グルコース量’の約7割、アミラーゼとアミログルコシダーゼの組合せでの処理(反応液C)では、‘総グルコース量’の約4割しか、グルコースが遊離しなかった。
それに対して、3種類の酵素で同時に処理(反応液D:‘α−アミラーゼ+アミログルコシダーゼ+プルラナーゼ処理’)することにより、‘総グルコース量’と同量のグルコース、が遊離することが明らかになった。
このような酵素分解特性から、4P−01−A1株が保持するグルカンは、‘α-グルカン’の一種である‘グリコーゲン’であると同定された。
As shown in the figure, in the treatment with amylase alone (reaction solution A), the amount of released glucose was extremely small. In addition, in the treatment with the combination of amylase and pullulanase (reaction solution B), about 70% of the “total glucose amount”, and in the treatment with the combination of amylase and amyloglucosidase (reaction solution C), about “total glucose amount”. Only 40% of glucose was released.
On the other hand, it is clear that the same amount of glucose as 'total glucose amount' is released by simultaneous treatment with three kinds of enzymes (reaction solution D: 'α-amylase + amyloglucosidase + pullulanase treatment'). became.
From such enzymatic degradation characteristics, the glucan retained by the 4P-01-A1 strain was identified as “glycogen” which is a kind of “α-glucan”.
<実施例12> 4P−01−A1株のα−グルカン保持
1%アラビノースを含む0.2×YP液体培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract,pH 6.8)5mlに、実施例10で得られた4P−01−A1株 (FERM P-21807)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液0.2mlを、1%アラビノースを含むYP液体培地10mlに接種し、30℃、250回転/分の条件で24時間培養を行った。
その後、得られた菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。結果を表10に示す。
<Example 12> α-glucan retention of 4P-01-A1 strain Obtained in Example 10 in 5 ml of 0.2 × YP liquid medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, pH 6.8) containing 1% arabinose. 4P-01-A1 strain (FERM P-21807) was inoculated and precultured by shaking overnight at 30 ° C. and 250 rpm.
0.2 ml of this preculture was inoculated into 10 ml of YP liquid medium containing 1% arabinose, and cultured for 24 hours at 30 ° C. and 250 rpm.
Thereafter, the obtained bacterial cell culture solution was examined in the same manner as in Example 3 by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. The results are shown in Table 10.
その結果、1mlの菌体培養液からグルコース換算で‘0.49mg’のα−グルカンが得られることが分かった。そして、α−グルカンの保持率は菌体乾燥重量の‘19.5%’を占めことが明らかになった。 As a result, it was found that “0.49 mg” of α-glucan was obtained in terms of glucose from 1 ml of the bacterial cell culture solution. And it became clear that the retention rate of α-glucan accounted for ‘19 .5% ’of the dry weight of the cells.
<実施例13> 4P−01−A1株の糖質の資化性
1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)5mlに、実施例10で得られた4P−01−A1株 (FERM P-21807)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液を10mMリン酸緩衝液(pH7.3)で洗浄した後、0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, 1%の各種糖質を含んだ培地10mlで 30℃、250回転/分で24時間培養を行った。
その後、得られた菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。結果を表11に示す。
<Example 13> 4P-01-A1 strain carbohydrate assimilation 4P obtained in Example 10 in 5 ml of 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose -01-A1 strain (FERM P-21807) was inoculated and precultured by shaking culture overnight at 30 ° C and 250 rpm.
This preculture was washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3), then washed with 10 ml of a medium containing 0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, 1% of various carbohydrates at 30 ° C., 250 rpm for 24 rpm. Time culture was performed.
Thereafter, the obtained bacterial cell culture solution was examined in the same manner as in Example 3 by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. The results are shown in Table 11.
その結果、表に示したように、4P−01−A1株は、セロビオース、L−アラビノース、D−キシロース、D−ガラクツロン酸、D−グルコン酸、L−ラムノース、を資化して、菌体乾燥重量の13〜24.8%の保持率でα−グルカンを菌体に蓄積することが分かった。
また、L−アラビノースを炭素源とした時のグルカン保持率が一番高いことが分かった。
As a result, as shown in the table, 4P-01-A1 strain assimilated cellobiose, L-arabinose, D-xylose, D-galacturonic acid, D-gluconic acid, L-rhamnose, and dried the cells. It was found that α-glucan was accumulated in the cells with a retention rate of 13 to 24.8% by weight.
It was also found that the glucan retention rate was highest when L-arabinose was used as the carbon source.
〔Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808)株について〕
<実施例14> N52株の選抜と同定
(1)菌株の選抜
上記菌株の他に、アラビノースを資化してα−グルカンとして大量に蓄積する能力、を有する微生物の選抜を行った。
まず、土壌試料0.1mgを1ml滅菌水で懸濁し、適宜希釈して0.1%アラビノースを含んだYP(2% Tryptone, 1% Yeast extract)の2%寒天培地に撒いて、30℃で一晩培養した。次いで、培養後に寒天培地上で得られたコロニーを、爪楊枝で取って、0.1%アラビノースを含んだYP液体培地(2% Tryptone, 1% Yeast extract)に植菌し、30℃、120回転/分の条件で24時間培養を行った。
その後、得られた‘菌体培養液’0.1mlを取って、7000×gで5分間遠心分離して培地を除去した後、沈殿部である菌体を得た。
この得られた‘菌体’に、0.1mlの9%希硫酸を加え、100℃で1時間処理した。その後NaOHで中和し、15000×gで5分間遠心した。
得られた上清0.01mlを取って、グルコースC−IIテストワコー(和光純薬工業株式会社製)を用いてグルコース量を測定した。このなかで、生育が早く、グルカンを蓄積した菌株(本測定においてグルコース量の多い菌株)を分離し、N52株とした。
[About Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808) strain]
<Example 14> Selection and identification of N52 strain (1) Selection of strains In addition to the above strains, microorganisms having the ability to assimilate arabinose and accumulate in large quantities as α-glucans were selected.
First, 0.1 mg of a soil sample is suspended in 1 ml of sterilized water, diluted appropriately, and spread on a 2% agar medium of YP (2% Tryptone, 1% Yeast extract) containing 0.1% arabinose at 30 ° C. Cultured overnight. Next, the colonies obtained on the agar medium after the cultivation were picked with a toothpick and inoculated into a YP liquid medium (2% Tryptone, 1% Yeast extract) containing 0.1% arabinose, and rotated at 30 ° C. and 120 rpm. The culture was performed for 24 hours under the conditions of / min.
Thereafter, 0.1 ml of the obtained “bacterial cell culture solution” was taken and centrifuged at 7000 × g for 5 minutes to remove the medium, and then the bacterial cell as a precipitation part was obtained.
To the obtained 'cells', 0.1 ml of 9% dilute sulfuric acid was added and treated at 100 ° C for 1 hour. Thereafter, the mixture was neutralized with NaOH and centrifuged at 15000 × g for 5 minutes.
0.01 ml of the obtained supernatant was taken and the amount of glucose was measured using Glucose C-II Test Wako (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Among them, a strain that grew quickly and accumulated glucan (a strain having a large amount of glucose in this measurement) was isolated and designated as N52 strain.
(2)菌体の性質(DNA配列)
分離された菌株N52について、培養した菌体からゲノム抽出を行い、サーマルサイクラーでプライマー(27F〔配列番号1〕と1522R〔配列番号2〕)を用いて16SrDNAをコードする塩基配列をPCR法により増幅し、配列の解析を行った。
そして、次の6つのプライマー(27F〔配列番号1〕,1522R〔配列番号2〕,N52-F01〔配列番号11〕,N52-F02〔配列番号12〕,N52-R01〔配列番号13〕,N52-R02〔配列番号14〕)を用いたことを除いて、実施例1と同様にしてDNAシークエンサーによって解析した結果、N52株の16SrDNAをコードする遺伝子は、下記の配列番号15に示す1544塩基対からなることが確認された。
この配列と、DDBJ−16S rRNAのデータベース中の配列とをBLAST検索により比較解析した結果、本発明におけるN52株の16SrDNAの部分配列〔配列番号15〕は、Sporosarcina ginsengisoli の標準株(Gsoil 1433株)の配列と、99.7%の相同性を示した。
このことから、本発明におけるN52株は、Sporosarcina属に属する細菌であることが明らかになり、Sporosarcina sp. N52とした。
なお、本菌株は、独立行政法人産業技術総合研究所(茨城県つくば市東1−1−1つくばセンター中央第6)の特許生物寄託センターに「Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808)」として寄託されている。
(2) Characteristics of bacterial cells (DNA sequence)
The isolated strain N52 is subjected to genome extraction from the cultured cells, and the PCR is used to amplify the base sequence encoding 16S rDNA using primers (27F [SEQ ID NO: 1] and 1522R [SEQ ID NO: 2]) with a thermal cycler. The sequence was analyzed.
Then, the following six primers (27F [SEQ ID NO: 1], 1522R [SEQ ID NO: 2], N52-F01 [SEQ ID NO: 11], N52-F02 [SEQ ID NO: 12], N52-R01 [SEQ ID NO: 13], N52 As a result of analysis using a DNA sequencer in the same manner as in Example 1 except that -R02 [SEQ ID NO: 14] was used, the gene encoding 16S rDNA of the N52 strain was 1544 base pairs shown in SEQ ID NO: 15 below. It was confirmed to consist of
As a result of comparative analysis of this sequence and the sequence in the database of DDBJ-16S rRNA by BLAST search, the partial sequence [SEQ ID NO: 15] of N52 strain in the present invention is a standard strain of Sporosarcina ginsengisoli (Gsoil 1433 strain). And 99.7% homology with the sequence.
This revealed that the N52 strain in the present invention is a bacterium belonging to the genus Sporosarcina and was designated Sporosarcina sp. N52.
The strain is deposited as “Sporosarcina sp. N52 (FERM P-21808)” at the Patent Organism Depositary of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba Center Central 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture). Has been.
<実施例15> N52株が保持するグルカンの種類の同定
1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)5mlに、実施例14で得られたN52株(P−21808)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液を10mMリン酸緩衝液(pH 7.3)で洗浄した後、2% Tryptone, 1% Yeast extract, 1%アラビノースよりなる培地100ml中で、30℃、250回転/分で24時間培養した。
得られた菌体培養液35mlを遠心で集菌し、1mlの50mM MOPS(pH 7.0)で100℃10分間処理し、細胞の分解を行った。そして、20000×gで5分間遠心した後、上清をグルカン含有画分として回収した。このグルカン含有画分に対して実施例2に記載の方法と同様にして、グルカンの種類を同定した。結果を図3に示す。
<Example 15> Identification of the type of glucan retained by the N52 strain In 5 ml of 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose, the N52 strain (P -21808) was inoculated, and precultured by shaking overnight at 30 ° C. and 250 rpm.
This preculture was washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3) and then cultured in 100 ml of a medium consisting of 2% Tryptone, 1% Yeast extract, 1% arabinose at 30 ° C., 250 rpm for 24 hours. .
35 ml of the obtained bacterial cell culture solution was collected by centrifugation and treated with 1 ml of 50 mM MOPS (pH 7.0) at 100 ° C. for 10 minutes to decompose the cells. Then, after centrifugation at 20000 × g for 5 minutes, the supernatant was collected as a glucan-containing fraction. The kind of glucan was identified in the same manner as in Example 2 for this glucan-containing fraction. The results are shown in FIG.
図に示したように、アミラーゼ単独での処理(反応液A)では、グルコース遊離量は極めて少なかった。また、アミラーゼとプルラナーゼの組合せでの処理(反応液B)では、‘総グルコース量’の約7割、アミラーゼとアミログルコシダーゼの組合せでの処理(反応液C)では、‘総グルコース量’の約2割しか、グルコースが遊離しなかった。
それに対して、3種類の酵素で同時に処理(反応液D:‘α−アミラーゼ+アミログルコシダーゼ+プルラナーゼ処理’)することにより、‘総グルコース量’とほぼ同量のグルコース、が遊離することが明らかになった。
このような酵素分解特性から、N52株が保持するグルカンは、‘α-グルカン’の一種である‘グリコーゲン’であると同定された。
As shown in the figure, in the treatment with amylase alone (reaction solution A), the amount of released glucose was extremely small. In addition, in the treatment with the combination of amylase and pullulanase (reaction solution B), about 70% of the “total glucose amount”, and in the treatment with the combination of amylase and amyloglucosidase (reaction solution C), about “total glucose amount”. Only 20% of the glucose was released.
On the other hand, it is clear that the same amount of glucose as 'total glucose amount' is released by simultaneous treatment with three kinds of enzymes (reaction solution D: 'α-amylase + amyloglucosidase + pullulanase treatment'). Became.
From such enzymatic degradation characteristics, the glucan retained by the N52 strain was identified as “glycogen” which is a kind of “α-glucan”.
<実施例16> N52株のα−グルカン保持
1%アラビノースを含むYP液体培地(2% Tryptone, 1% Yeast extract)5mlに、実施例14で得られたN52株(P−21808)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液0.2mlを、1%アラビノースを含むYP液体培地10mlに接種し、30℃、250回転/分の条件で24時間培養を行った。
その後、得られた菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。結果を表12に示す。
<Example 16> α-glucan retention of N52 strain 5 ml of YP liquid medium (2% Tryptone, 1% Yeast extract) containing 1% arabinose was inoculated with the N52 strain (P-21808) obtained in Example 14. Pre-culture was performed by shaking culture overnight at 30 ° C. and 250 rpm.
0.2 ml of this preculture was inoculated into 10 ml of YP liquid medium containing 1% arabinose, and cultured for 24 hours at 30 ° C. and 250 rpm.
Thereafter, the obtained bacterial cell culture solution was examined in the same manner as in Example 3 by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. The results are shown in Table 12.
その結果、1mlの菌体培養液からグルコース換算で2.39mgのα−グルカンが得られることが分かった。1ml培養液中の乾燥菌体重量は8.58mgであることから、α−グルカンの保持率は菌体乾燥重量の27.9%を占めことが明らかになった。 As a result, it was found that 2.39 mg of α-glucan was obtained in terms of glucose from 1 ml of the cell culture solution. Since the dry cell weight in 1 ml culture was 8.58 mg, it was revealed that the retention rate of α-glucan accounted for 27.9% of the dry cell weight.
<実施例17> N52株の糖質の資化性
1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)5mlに、実施例14で得られたN52株(P−21808)を接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。
この前培養液を、10mMリン酸緩衝液(pH7.3)で洗浄した後、0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, そして1%の各種糖質を含んだ培地10mlで、30℃、250回転/分で24時間培養した。
その後、得られた菌体培養液について、実施例3に記載の方法と同様にして、菌体培養液1mlあたりのα−グルカンの保持量をグルコース量に換算して調べた。また、菌体乾燥重量あたりのα−グルカンの保持率を調べた。結果を表13に示す。
<Example 17> Glucose assimilation of N52 strain The N52 strain (P-) obtained in Example 14 was added to 5 ml of 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose. 21808) was inoculated and precultured by shaking overnight at 30 ° C. and 250 rpm.
This preculture was washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3), and then 10 ml of a medium containing 0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract, and 1% of various carbohydrates at 30 ° C., 250 rpm / Incubated for 24 hours in minutes.
Thereafter, the obtained bacterial cell culture solution was examined in the same manner as in Example 3 by converting the amount of α-glucan retained per 1 ml of the bacterial cell culture solution into the amount of glucose. In addition, the retention rate of α-glucan per dry cell weight was examined. The results are shown in Table 13.
その結果、表に示したように、N52株は、セロビオース、L−アラビノース、D−キシロース、D−ガラクツロン酸、D−グルコン酸、L−ラムノース、を資化して、菌体乾燥重量の26〜36%の保持率でα−グルカンを菌体に蓄積することが分かった。
また、L−アラビノース、D−キシロース、D−グルコン酸を炭素源とした時のグルカン保持率が特に高いことが分かった。
As a result, as shown in the table, the N52 strain assimilated cellobiose, L-arabinose, D-xylose, D-galacturonic acid, D-gluconic acid, L-rhamnose, It was found that α-glucan was accumulated in the cells with a retention rate of 36%.
It was also found that the glucan retention rate was particularly high when L-arabinose, D-xylose, and D-gluconic acid were used as the carbon source.
<実施例18> N52株によるカンショ蒸留残渣の処理
カンショをエタノール発酵した後の残渣を用いて、α−グルカンへの変換を行った。
カンショ(品種:ダイチノユメ)3kgを粉砕後、ジェットクッカー(株式会社ノリタケエンジニアリング(NCP-250/20-3/3))で液化処理し、ジャーファーメンター(5L容)を用いて、30℃、pH5の条件で5日間、酵母S. cerevisiaeを(NBRC224)株を用いてエタノール発酵を行った。なお、その際の培地組成は、Srichuwong S. et al., 2009, Biomass and Bioenrgy, 33: 890-898. において、バレイショで最適化された組成を適用した。
その後、得られたもろみ全体を、EYELA社製溶媒再生装置(SR-2000)を用いて、99℃で蒸留を行い、蒸留残渣のエタノール濃度を0.18%とした。この蒸留残渣(50ml)を15000rpmで10分間遠心した後、上清液を0.2μmのフィルターに通して滅菌することにより、‘蒸留廃液’を得た。
<Example 18> Treatment of sweet potato distillation residue by N52 strain Using the residue after ethanol fermentation of sweet potato, it was converted into α-glucan.
After pulverizing 3 kg of sweet potato (variety: Daiichinoume), liquefying it with a jet cooker (Noritake Engineering Co., Ltd. (NCP-250 / 20-3 / 3)), using a jar fermenter (5L), 30 ° C, pH 5 The yeast S. cerevisiae was subjected to ethanol fermentation using the strain (NBRC224) for 5 days under the conditions described above. In addition, the composition optimized in potato in Srichuwong S. et al., 2009, Biomass and Bioenrgy, 33: 890-898.
Thereafter, the entire mash obtained was distilled at 99 ° C. using a solvent regenerator (SR-2000) manufactured by EEYLA to make the ethanol concentration of the distillation residue 0.18%. This distillation residue (50 ml) was centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes, and then the supernatant was passed through a 0.2 μm filter to sterilize to obtain a “distillation waste liquid”.
次いで、実施例14で得られたN52株を、1%アラビノースを含む0.2×YP培地(0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract)10mlに接種し、30℃、250回転/分の条件で一晩振とう培養することで前培養を行った。その後、菌体を10mMリン酸緩衝液(pH7.3)で洗浄し、得られた洗浄菌体を少量の滅菌水に懸濁し、濁度(OD600)の値が120の‘菌体懸濁液’を得た。 Next, the N52 strain obtained in Example 14 was inoculated into 10 ml of 0.2 × YP medium (0.4% Tryptone, 0.2% Yeast extract) containing 1% arabinose, and the conditions were 30 ° C. and 250 rpm. Pre-culture was performed by overnight shaking culture. Thereafter, the cells are washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.3), and the obtained washed cells are suspended in a small amount of sterilized water, and the cell suspension with a turbidity (OD600) value of 120 is used. 'I got.
そして、前記カンショ由来の蒸留廃液50mlを、200mlの三角フラスコに移した後、添加後OD600が1になるよう前記N52の菌体懸濁液を添加して菌体を接種し、30℃、250回転/分で72時間培養した。
なお、培養途中でサンプリングし、菌体乾燥重量及び菌体内蓄積したα−グルカン量を、実施例3に記載の方法と同様にして測定した。
また、培養液中に含まれる主要な単糖と二糖の量については、イオンクロマトグラフィー〔Dionex ICS-3000(Dionex Corp., Sunnyvale, CA)、カラム:Carbo-Pac PA1、カラム温度:20度、検出器:パルスド・アンペロメトリック検出器、流速:1ml/min.〕により行った。そして、単糖はについては水で30分間分離を行い、また、二糖及びGalAについては、150mM NaOHと150mM NaOH-185 mM sodium acetateでグラジジェントをかけて15分間分離を行った。そして、カラムの洗浄は、150mM NaOH-500mM sodium acetateで15分、カラムの再生は150 mM NaOH,12分行った。
‘菌体乾燥重量’と‘α−グルカン保持量’の測定結果を図4に示す。
また、蒸留廃液(培養液)中に含まれる主要な残存単糖と二糖の量の測定結果を図5に示す。(なお、図5において、「GalA」はガラクツロン酸、「Cellobiose」はセロビオース、「Gal」はガラクトース、「Ara」はアラビノース、「Glc」はグルコース、「Rha」はラムノース、「Xyl」はキシロース、「Fructose」はフルクトース、「Man」はマンノース、を示す。)
また、カンショ蒸留廃液からのグルカンの生産工程に係る数値データをまとめた結果を表14に示す。
And after transferring 50 ml of the above-mentioned distillation waste liquid derived from sweet potato to a 200 ml Erlenmeyer flask, the cell suspension of N52 was added to inoculate the microbial cell suspension so that OD600 would be 1 after addition, and 30 ° C., 250 ° C. Incubate for 72 hours at rev / min.
In addition, it sampled in the middle of culture | cultivation, and the microbial cell dry weight and the amount of (alpha)-glucan accumulated in the microbial cell were measured similarly to the method as described in Example 3.
Moreover, about the quantity of main monosaccharide and disaccharide contained in a culture solution, ion chromatography [Dionex ICS-3000 (Dionex Corp., Sunnyvale, CA), column: Carbo-Pac PA1, column temperature: 20 degree | times] , Detector: pulsed amperometric detector, flow rate: 1 ml / min.]. Monosaccharides were separated with water for 30 minutes, and disaccharides and GalA were separated with 150 mM NaOH and 150 mM NaOH-185 mM sodium acetate for 15 minutes. The column was washed with 150 mM NaOH-500 mM sodium acetate for 15 minutes, and the column was regenerated with 150 mM NaOH for 12 minutes.
FIG. 4 shows the measurement results of “bacterial cell dry weight” and “α-glucan retention amount”.
Moreover, the measurement result of the quantity of main residual monosaccharide and disaccharide contained in the distillation waste liquid (culture liquid) is shown in FIG. (In FIG. 5, “GalA” is galacturonic acid, “Cellobiose” is cellobiose, “Gal” is galactose, “Ara” is arabinose, “Glc” is glucose, “Rha” is rhamnose, “Xyl” is xylose, "Fructose" indicates fructose and "Man" indicates mannose.)
Table 14 shows the results of summarizing numerical data relating to the production process of glucan from sweet potato waste liquor.
その結果、図4に示したとおり、培養時間の経過とともに菌体乾燥重量と菌体内グルカン保持量は増大し、培養48時間後に最大になった。また、図5が示すように、培養48時間までには、カンショ由来の蒸留廃液に含まれていた主な残存単糖と二糖は、完全に資化されたことが明らかとなった。
これらの結果から、カンショ蒸留廃液からのグルカンの生産工程において、蒸留廃液に含まれた主な残存単糖と二糖(9.3mg/ml)は、N52菌株により資化され、4.3mg/mlのグルカンが生産されることが示された。また、菌体のグルカン保持率は32%であることが分かった。
As a result, as shown in FIG. 4, the dry weight of bacterial cells and the amount of retained glucan in the cells increased with the passage of the culture time, and reached the maximum after 48 hours of culture. Further, as shown in FIG. 5, it was clarified that the main remaining monosaccharide and disaccharide contained in the waste liquid derived from sweet potato were completely assimilated by 48 hours of cultivation.
From these results, in the production process of glucan from sweet potato waste liquor, the main residual monosaccharide and disaccharide (9.3 mg / ml) contained in the distillate waste are assimilated by the N52 strain, and 4.3 mg / ml. It was shown that ml glucan was produced. Moreover, it was found that the glucan retention rate of the bacterial cells was 32%.
本発明は、生物系産業において副生する資源の有効利用技術に関するものである。利用性の低い糖質等の資源、特に植物細胞壁成分を、多くの生物がエネルギー源として利用できるα−グルカンに変換することにより、資源の有効利用が可能となるのみならず、食料、飼料や発酵産業における新たな可能性を提供することができる。
さらに本発明は、α−グルカンの蓄積機構の解明を目的とした代謝学研究を推進するとともに、微生物育種研究や遺伝子組み換え技術を活用した分子育種研究を加速することにより、α−グルカン生産性の向上が実現する。
また、廃液処理工程において、BODを低下させながら、グルカン保持菌体を得ることが可能となる。
The present invention relates to a technology for effectively using resources by-produced in the biological industry. By converting resources such as carbohydrates, which have low utility, especially plant cell wall components, to α-glucan that can be used as an energy source by many organisms, not only can resources be used effectively, but food, feed, It can provide new possibilities in the fermentation industry.
Furthermore, the present invention promotes metabolic studies for the purpose of elucidating the accumulation mechanism of α-glucan, and accelerates molecular breeding studies utilizing microbial breeding and genetic recombination techniques, thereby improving α-glucan productivity. Improvement is realized.
In addition, in the waste liquid treatment step, it is possible to obtain glucan-carrying cells while reducing BOD.
FERM P−21598
FERM P−21807
FERM P−21808
FERM P-21598
FERM P-21807
FERM P-21808
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