JP2014027887A - Producing method of organic acid - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a producing method of an organic acid which requires no labor for neutralization in a fermentation process and being capable of efficient isolation of an objective organic acid.SOLUTION: The producing method of the organic acid includes: 1. a process of producing the organic acid by fermentation to obtain organic acid containing crude solution having pH 1-5; and 2. a process of isolating the organic acid from the organic acid containing crude solution obtained in process 1 with ion exchange chromatography method. In the ion exchange chromatography, an ion exchange resin is an amphoteric ion exchange resin and eluent is water.

Description

本発明は、有機酸の製造方法に関し、詳細には発酵により生産された有機酸を、発酵液から効率的に単離する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an organic acid, and more particularly to a method for efficiently isolating an organic acid produced by fermentation from a fermentation broth.

有機酸、例えば乳酸、コハク酸等は、医薬、農薬、化粧品等の種々の用途において使用されている。有機酸の製造方法としては、発酵法が古くから用いられている。一般に、有機酸生産菌は生産される有機酸による発酵阻害があるので、発酵液にアルカリを加えてpHを中性付近に調整しながら発酵を行うことが多い。しかし、このような中和操作は煩雑であるし、有機酸塩から有機酸に戻す工程も必要となるため、製造コストが高い。   Organic acids such as lactic acid and succinic acid are used in various applications such as pharmaceuticals, agricultural chemicals and cosmetics. As an organic acid production method, a fermentation method has been used for a long time. In general, since organic acid-producing bacteria have fermentation inhibition by the organic acid produced, fermentation is often performed while adding alkali to the fermentation broth and adjusting the pH to near neutrality. However, such a neutralization operation is complicated, and a process for returning from an organic acid salt to an organic acid is also required, so that the production cost is high.

そこで、酸性条件下で発酵を行うことができる耐酸性を付与された菌、例えば耐酸性微生物を宿主とした形質転換体、を用いて発酵を行うことが提案されている(特許文献1)。この場合、生産される有機酸は、中和塩ではなく酸の形態である。   Thus, it has been proposed to perform fermentation using acid-resistant bacteria that can be fermented under acidic conditions, for example, transformants using acid-resistant microorganisms as hosts (Patent Document 1). In this case, the organic acid produced is in the form of an acid rather than a neutralized salt.

このような有機酸を含む発酵液から有機酸を単離する方法として、両性イオン交換樹脂を用いる方法が知られている(特許文献2)。同方法では、フタルアミド基を有するイオン交換樹脂を硫酸型とし、0.2W%の硫酸で溶離する。この方法によれば、例えばクエン酸を発酵液中のグルコースからきれいに分離することができる。   As a method for isolating an organic acid from a fermentation broth containing such an organic acid, a method using an amphoteric ion exchange resin is known (Patent Document 2). In this method, an ion exchange resin having a phthalamide group is converted to a sulfuric acid type and eluted with 0.2 W% sulfuric acid. According to this method, for example, citric acid can be separated cleanly from glucose in the fermentation broth.

国際公開2011/021629号International Publication No. 2011/021629 特開2009−101353号公報JP 2009-101353 A

しかし、上記両性イオン交換樹脂は、架橋ポリマービーズをフタルイミド誘導体でアミドメチル化した後、けん化して得られる特殊な樹脂であり、工業用には不向きである。また、溶出液から硫酸を除く工程が必要である。さらに、斯かる強酸性下で溶離を行うと、有機酸が反応を起こす場合があり、なかには乳酸等の重合反応を起こしてしまうものもある。   However, the amphoteric ion exchange resin is a special resin obtained by saponifying a crosslinked polymer bead after amide methylation with a phthalimide derivative, and is not suitable for industrial use. Moreover, the process of removing a sulfuric acid from an eluate is required. Furthermore, when elution is performed under such strong acidity, an organic acid may cause a reaction, and some may cause a polymerization reaction such as lactic acid.

そこで、本発明は、より一般的な樹脂を用いることができ、より化学的に安定な条件下で、発酵液から有機酸を単離する方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a method for isolating an organic acid from a fermentation broth under conditions where a more general resin can be used and it is more chemically stable.

即ち本発明は、下記[1]〜[5]に記載する有機酸の製造方法である:
[1]有機酸の製造方法であって、
1.発酵により有機酸を生産しpHが1〜5である有機酸含有粗液を得る工程、
2.工程1で得られた有機酸含有粗液から有機酸をイオン交換クロマトグラフィー法により単離する工程、
を含み、該イオン交換クロマトグラフィー法におけるイオン交換樹脂が両性イオン交換樹脂であり、且つ、溶離液が水である、製造方法。
That is, the present invention is an organic acid production method described in the following [1] to [5]:
[1] A method for producing an organic acid,
1. Producing an organic acid by fermentation to obtain an organic acid-containing crude liquid having a pH of 1 to 5,
2. A step of isolating an organic acid from the organic acid-containing crude liquid obtained in step 1 by ion exchange chromatography,
And the ion exchange resin in the ion exchange chromatography method is an amphoteric ion exchange resin, and the eluent is water.

[2]該有機酸が乳酸、コハク酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、リンゴ酸、又はフマル酸である、上記[1]記載の製造方法。 [2] The production method of the above-mentioned [1], wherein the organic acid is lactic acid, succinic acid, 3-hydroxypropionic acid, malic acid, or fumaric acid.

[3]該有機酸が乳酸であり、乳酸を生産する微生物が、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)を宿主とし、乳酸脱水素酵素遺伝子が組み込まれ、かつ前記シゾサッカロミセス・ポンベ宿主のピルビン酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子群の一部が欠失または失活している、形質転換体である、上記[1]又は[2]記載の製造方法。 [3] The organic acid is lactic acid, and the microorganism that produces lactic acid has Schizosaccharomyces pombe as a host, a lactate dehydrogenase gene is integrated, and pyrubin of the Schizosaccharomyces pombe host The production method according to [1] or [2] above, which is a transformant in which a part of a gene group encoding acid decarboxylase is deleted or inactivated.

[4]該両性イオン交換樹脂が、下記式(1)で表されるイオン交換基を備える、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の製造方法。
[化1]

−(CH)k−N−(CH)m−COO(1)

(ここで、R及びRは、夫々、独立に炭素数1〜3のアルキル基であり、k及びmは、夫々、独立に1〜4の整数である。)
[5]イオン交換クロマトグラフィーが、擬似移動層方式で行なわれる、上記[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein the amphoteric ion exchange resin includes an ion exchange group represented by the following formula (1).
[Chemical 1]

- (CH 2) k-N + R 1 R 2 - (CH 2) m-COO - (1)

(Here, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and k and m are each independently an integer of 1 to 4).
[5] The production method according to any one of the above [1] to [4], wherein the ion exchange chromatography is performed by a pseudo moving bed method.

本発明の製造方法によれば、発酵工程においてpH調整をする必要が無い。また、汎用樹脂で行うことができるので、工業用途に適する。さらに、水で溶離できるので、追加の除去工程も不要であり、有機酸も化学的に安定である。   According to the production method of the present invention, it is not necessary to adjust pH in the fermentation process. Moreover, since it can carry out with general purpose resin, it is suitable for an industrial use. Further, since it can be eluted with water, no additional removal step is required and the organic acid is chemically stable.

図1は、本発明の方法による、乳酸、グルコース、及びエタノールの溶出曲線の一例である。FIG. 1 is an example of an elution curve of lactic acid, glucose, and ethanol by the method of the present invention. 図2は、図1と同じ方法における、Na、K、Mg、及びCaイオンの溶出曲線の一例である。FIG. 2 is an example of elution curves of Na, K, Mg, and Ca ions in the same method as FIG.

本発明において「発酵」とは、微生物に目的化合物(有機酸)を生産させることを意味する。   In the present invention, “fermentation” means that a target compound (organic acid) is produced by a microorganism.

本発明において、有機酸はカルボキシル基を有する有機化合物であればよく、例えば乳酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、ピルビン酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、および、アジピン酸等が挙げられる。好ましくは乳酸、コハク酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、リンゴ酸、フマル酸、又はマレイン酸であり、なかでも、広い用途を有する点で、乳酸が好ましい。これらの有機酸は、D体、L体、DL体のいずれであってもよく、また、オリゴマー、即ち、重合度2〜15程度のポリマー、を形成していても良い。   In the present invention, the organic acid may be an organic compound having a carboxyl group, such as lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, pyruvic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, fumaric acid, maleic acid, glutaric acid, and Examples include adipic acid. Lactic acid, succinic acid, 3-hydroxypropionic acid, malic acid, fumaric acid, or maleic acid are preferred. Among them, lactic acid is preferred because of its wide use. These organic acids may be any of D-form, L-form and DL-form, and may form an oligomer, that is, a polymer having a polymerization degree of about 2 to 15.

工程1の発酵は、微生物により有機酸が生産されれば、該有機酸のみが生産されるホモ型発酵であっても、該有機酸以外にエタノール等が生産されるヘテロ型であってもよい。   The fermentation in step 1 may be a homo-type fermentation in which only an organic acid is produced if an organic acid is produced by a microorganism, or a hetero-type in which ethanol or the like is produced in addition to the organic acid. .

微生物は、野生型及び遺伝子組み換え型のいずれのものであってもよい。野生型微生物としては、例えば、ストレプトコッカス属、ペディオコッカス属、ロイコノストック属、及びラクトバチルス属等の乳酸発酵菌;アネロビオスピリリウム属、及びコリネバクテリウム属等のコハク酸発酵菌が挙げられる。   The microorganism may be either wild type or genetically modified. Examples of wild-type microorganisms include lactic acid-fermenting bacteria such as Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc, and Lactobacillus; and succinic acid-fermenting bacteria such as Anerobiospirilium and Corynebacterium It is done.

遺伝子組換え型微生物としては、遺伝子組換え乳酸生産酵母が挙げられ、例えば、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)を宿主とし、乳酸脱水素酵素遺伝子が組み込まれ、かつ該宿主のピルビン酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子群の一部が欠失または失活している、形質転換体(特許文献2)、サッカロミセス属の酵母等の耐酸性微生物を宿主とし、該耐酸性微生物に乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子を導入した形質転換体(特開2001−204464号公報)、及び乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が導入され、かつピルビン酸脱炭酸酵素1をコードする遺伝子を欠失または失活させたサッカロミセス・セレビシエ(出芽酵母)(特開2008−48726号公報)等が挙げられる。これらのうち、pHを中性付近に調整することを必要とせずに高い生産性で乳酸を生産できる点で、シゾサッカロミセス・ポンベを宿主とし、乳酸脱水素酵素遺伝子が組み込まれ、かつ該宿主のピルビン酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子群の一部が欠失または失活している、形質転換体が好ましい。   Examples of the genetically modified microorganisms include genetically modified lactic acid-producing yeasts. For example, Schizosaccharomyces pombe is used as a host, a lactate dehydrogenase gene is integrated, and pyruvate decarboxylation of the host is incorporated. An acid-resistant microorganism such as a transformant (patent document 2) or a yeast of the genus Saccharomyces, in which a part of a gene group encoding the enzyme is deleted or inactivated, and lactate dehydrogenase is used as the host A transformant introduced with a gene encoding sucrose (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-204464), and a gene encoding lactate dehydrogenase introduced, and the gene encoding pyruvate decarboxylase 1 being deleted or inactivated Saccharomyces cerevisiae (budding yeast) (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-48726) and the likeAmong these, Lactobacillus pombe is used as a host, and a lactate dehydrogenase gene is integrated, and the host is capable of producing lactic acid with high productivity without the need to adjust the pH to around neutrality. A transformant in which a part of a gene group encoding the pyruvate decarboxylase is deleted or inactivated is preferable.

発酵に用いる発酵液は、特に限定されず、目的とする有機酸の生産に適するNa、K等の基本的無機塩類、及び炭素源を含めばよい。また必要に応じて、窒素源、及びアミノ酸等の成分を含んでいてもよい。発酵液は、天然、合成または半合成発酵液のいずれであってもよい。炭素源としては、例えば、グルコース、フルクトース、スクロース、マルトース等の糖が挙げられる。窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機酸または有機酸のアンモニウム塩、ペプトン、カザミノ酸、イーストエキス等が挙げられる。無機塩類としては、例えば、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、リン酸二水素カリウム等が挙げられる。さらには、プロテオリピドなどの発酵促進因子などを配合することができる。   The fermented liquor used for fermentation is not particularly limited, and may include basic inorganic salts such as Na and K suitable for the production of the target organic acid, and a carbon source. Moreover, components, such as a nitrogen source and an amino acid, may be included as needed. The fermentation broth may be any of natural, synthetic or semi-synthetic fermentation broth. Examples of the carbon source include sugars such as glucose, fructose, sucrose, and maltose. Examples of the nitrogen source include ammonium salts of inorganic acids or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, and ammonium acetate, peptone, casamino acid, and yeast extract. Examples of inorganic salts include magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, potassium dihydrogen phosphate, and the like. Furthermore, fermentation promoting factors such as proteolipid can be blended.

好ましくは、糖としてグルコースを用いる。発酵初期の発酵液(100質量%)中のグルコース濃度は1質量%以上が好ましく、1〜25質量%がより好ましく、2〜16質量%がさらに好ましい。発酵によりグルコース濃度が低下するため、必要によりグルコースを添加して発酵を継続することが好ましい。発酵終期のグルコース濃度は1質量%以下となってもよい。また、有機酸を単離しながら発酵液を循環させて連続的に発酵を行う場合には上記グルコース濃度を維持することが好ましい。グルコース濃度を2質量%以上とすることにより、有機酸の生産性がより向上する。また、発酵液中のグルコースを16質量%以下とすることにより、有機酸の生産効率がより向上する。   Preferably, glucose is used as the sugar. The glucose concentration in the fermentation liquid (100% by mass) in the early stage of fermentation is preferably 1% by mass or more, more preferably 1 to 25% by mass, and further preferably 2 to 16% by mass. Since the glucose concentration is reduced by fermentation, it is preferable to continue the fermentation by adding glucose as necessary. The glucose concentration at the end of fermentation may be 1% by mass or less. In addition, it is preferable to maintain the glucose concentration in the case where fermentation is continuously performed by isolating the organic acid while isolating the organic acid. By setting the glucose concentration to 2% by mass or more, the productivity of the organic acid is further improved. Moreover, the production efficiency of an organic acid improves more by making glucose in a fermentation liquid into 16 mass% or less.

また、生産性を高くするために、高密度発酵を行うことが好ましい。高密度発酵では、発酵液中の形質転換体の初発菌体濃度を乾燥菌体重量換算値で表して0.1〜50g/Lとすることが好ましく、0.2〜40g/Lとすることがより好ましい。初発菌体濃度を高くすることにより短時間で高い生産性を達成できる。また、初発菌体濃度があまりに高すぎると菌体の凝集や精製効率の低下などの問題が生じるおそれがある。なお、後述の実施例等で示す菌体濃度は、日本分光社製可視紫外分光器V550によって測定した波長660nmの光の吸光度(OD660)から換算した値である。660nmにおけるOD=1は、酵母乾燥重量の0.2g/L、湿重量の0.8g/Lに相当する。   Moreover, in order to raise productivity, it is preferable to perform high-density fermentation. In high-density fermentation, the initial bacterial cell concentration of the transformant in the fermentation broth is preferably 0.1 to 50 g / L, expressed as a dry cell weight conversion value, and 0.2 to 40 g / L. Is more preferable. High productivity can be achieved in a short time by increasing the initial cell concentration. In addition, if the initial bacterial cell concentration is too high, there is a possibility that problems such as bacterial cell aggregation and reduction in purification efficiency may occur. In addition, the cell density | concentration shown by the below-mentioned Example etc. is the value converted from the light absorbency (OD660) of the light of wavelength 660nm measured by the JASCO Corporation visible ultraviolet spectrometer V550. OD = 1 at 660 nm corresponds to a yeast dry weight of 0.2 g / L and a wet weight of 0.8 g / L.

発酵には公知の酵母発酵方法を用いることができ、例えば循環発酵、攪拌発酵等により行うことができる。発酵温度は、23〜37℃であることが好ましい。また、発酵時間は適宜決定することができる。発酵は、回分発酵であってもよく、連続発酵であってもよい。例えば、回分発酵で発酵を行った後、菌体を発酵液から分離して、有機酸を含む発酵液を取得することができる。また、連続発酵法では、例えば、発酵中の発酵槽から発酵液の一部を抜き出し、抜き出した発酵液から有機酸を分離するとともに、有機酸を分離した残りの発酵液にグルコースや新たな発酵液を加えて発酵槽に戻すことを繰り返して、連続的に発酵する方法が挙げられる。連続発酵を行うことにより、有機酸の生産性がより向上する。   For fermentation, a known yeast fermentation method can be used, and for example, it can be carried out by circulating fermentation, stirring fermentation or the like. It is preferable that fermentation temperature is 23-37 degreeC. Moreover, fermentation time can be determined suitably. The fermentation may be batch fermentation or continuous fermentation. For example, after performing fermentation by batch fermentation, the bacterial cells can be separated from the fermentation broth to obtain a fermentation broth containing an organic acid. In the continuous fermentation method, for example, a part of the fermented liquid is extracted from the fermenter during fermentation, and the organic acid is separated from the extracted fermented liquid, and glucose or new fermentation is separated into the remaining fermented liquid from which the organic acid has been separated. The method of adding a liquid and returning to a fermenter repeatedly and fermenting continuously is mentioned. By performing continuous fermentation, the productivity of the organic acid is further improved.

生産された有機酸を含む有機酸含有粗液は、pHが1〜5であり、好ましくは1.5〜4、特に好ましくは1.5〜3.5である。本発明の有機酸の製造方法では、発酵液への有機酸の蓄積によりpHが低くなっても、pH調整を行わずに有機酸を生産する。すなわち、発酵液のpHが低くなった後も、そのまま発酵を継続する連続発酵により有機酸を製造する。有機酸の生産性を高くするために、発酵液のpHが3.5以下になった後であっても、さらに発酵を継続することが好ましい。特に、上述のシゾサッカロミセス・ポンベの形質転換体は、耐酸性が優れているため、生産された有機酸を含む発酵液のpHを調整することなく発酵を継続することができる。   The organic acid-containing crude liquid containing the produced organic acid has a pH of 1 to 5, preferably 1.5 to 4, particularly preferably 1.5 to 3.5. In the method for producing an organic acid of the present invention, the organic acid is produced without adjusting the pH even when the pH is lowered due to the accumulation of the organic acid in the fermentation broth. That is, the organic acid is produced by continuous fermentation that continues fermentation even after the pH of the fermentation broth is lowered. In order to increase the productivity of the organic acid, it is preferable to continue the fermentation even after the pH of the fermentation liquid becomes 3.5 or less. In particular, the above-mentioned transformant of Schizosaccharomyces pombe has excellent acid resistance, and thus can continue fermentation without adjusting the pH of the produced fermentation broth containing an organic acid.

工程2では、工程1で得られる有機酸を含む有機酸含有粗液から、有機酸を、イオン交換クロマトグラフィー法により単離する。該有機酸含有粗液は、クロマトグラフィーに付する前に、遠心分離またはろ過等の処理に付し、菌体等の固形分を分離することが好ましい。また、必要に応じて、水を追加して希釈、或いは水を除去して濃縮してもよい。   In step 2, the organic acid is isolated from the organic acid-containing crude liquid containing the organic acid obtained in step 1 by ion exchange chromatography. The organic acid-containing crude liquid is preferably subjected to a treatment such as centrifugation or filtration before being subjected to chromatography to separate solids such as bacterial cells. Moreover, you may concentrate by adding water, diluting, or removing water as needed.

該イオン交換クロマトグラフィー法は、固定相として両性イオン交換樹脂を用い、溶離液として水を用いる。両性イオン交換樹脂は、架橋共重合体、例えばスチレン/ジビニルベンゼン共重合体、を樹脂母体とし、この樹脂母体に結合されたアニオン交換基とカチオン交換基とを有する。樹脂母体は、ゲル型であってもマクロポーラス型であってもよい。アニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルアミノ基が挙げられる。カチオン交換基としては、有機酸イオンよりも弱酸であるカルボキシル基、及び、上述のアニオン交換基と組み合わされたベタイン構造を形成している基が挙げられる。また両性イオン交換樹脂としては、強塩基性イオン交換体に、アクリル酸を含浸させて重合させた、スネークケイジ型と呼ばれる樹脂であってもよい。   The ion exchange chromatography method uses an amphoteric ion exchange resin as a stationary phase and water as an eluent. The amphoteric ion exchange resin uses a cross-linked copolymer such as a styrene / divinylbenzene copolymer as a resin matrix, and has an anion exchange group and a cation exchange group bonded to the resin matrix. The resin matrix may be a gel type or a macroporous type. Examples of the anion exchange group include a trimethylammonium group, a dimethylhydroxyethylammonium group, and a dimethylamino group. Examples of the cation exchange group include a carboxyl group that is weaker than an organic acid ion and a group that forms a betaine structure in combination with the above-described anion exchange group. Further, the amphoteric ion exchange resin may be a resin called a snake cage type in which acrylic acid is impregnated into a strongly basic ion exchanger and polymerized.

該イオン交換樹脂の粒径は、平均粒径(D50)で、50μm〜2mmが好ましく、0.2〜1.3mmがより好ましい。粒径分布は、均一なイオン交換がしやすい点で、狭い方が好ましく、予め篩分けして粒度を揃えたイオン交換樹脂を用いてもよい。また、該イオン交換樹脂の交換容量は、0.1〜10meq/g樹脂が好ましく、0.5〜5meq/g樹脂がより好ましい。
両性イオン交換樹脂としては、下記イオン交換基が、アクリル系又はスチレン系の架橋共重合体の樹脂母体に結合された両性イオン交換樹脂が好ましい。
[化2]

−(CH)k−N−(CH)m−COO(1)

上式(1)において、R及びRは、夫々、独立に炭素数1〜3のアルキル基であり、k及びmは、夫々、独立に1〜4の整数である。左端のアルキレン基を介して、該イオン交換基が樹脂母体に結合されている。より好ましくは、R及びRがメチル基であり、k及mが1である。このような両性イオン交換樹脂としては、例えば、ダイヤイオンAMP03(三菱化学社製)がある。
The particle size of the ion exchange resin is an average particle size (D 50 ), preferably 50 μm to 2 mm, and more preferably 0.2 to 1.3 mm. The particle size distribution is preferably narrow in view of easy uniform ion exchange, and an ion exchange resin having a uniform particle size by sieving in advance may be used. Moreover, 0.1-10 meq / g resin is preferable and the exchange capacity of this ion exchange resin has more preferable 0.5-5 meq / g resin.
The amphoteric ion exchange resin is preferably an amphoteric ion exchange resin in which the following ion exchange group is bonded to a resin matrix of an acrylic or styrene cross-linked copolymer.
[Chemical formula 2]

- (CH 2) k-N + R 1 R 2 - (CH 2) m-COO - (1)

In the above formula (1), R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and k and m are each independently an integer of 1 to 4. The ion exchange group is bonded to the resin matrix through the leftmost alkylene group. More preferably, R 1 and R 2 are methyl groups, and k and m are 1. An example of such an amphoteric ion exchange resin is Diaion AMP03 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

溶離液として用いる水は、脱イオン水、蒸留水、純水のいずれであってもよい。水の比抵抗は1〜10MΩ・cmが好ましい。また、溶離を行う温度は、5〜80℃が好ましく、15〜35℃がより好ましい。   The water used as the eluent may be deionized water, distilled water, or pure water. The specific resistance of water is preferably 1 to 10 MΩ · cm. Further, the elution temperature is preferably 5 to 80 ° C, more preferably 15 to 35 ° C.

クロマトグラフィーは、回分固定層方式、移動層方式、擬似移動層方式のいずれであってもよい。回分固定層方式では、イオン交換樹脂を充填したカラムに、有機酸含有粗液を供給した後、溶離液を適切な速度で供給して、成分を分離する。移動層方式では、イオン交換樹脂を、有機酸含有粗液中の有機酸と、不純物成分、夫々、の移動速度の中間の速度で、溶離液の流れと逆の方向に移動させて行う。擬似移動層方式は、複数のカラムを円環状に接続したものを用い、有機酸粗液の供給、有機酸の取り出し口を所定の周期で、溶離液の流れ方向に一カラム分移動することにより行う。溶離液を追加することなく、連続的に単離を行うことができる点で、擬似移動層方式が好ましい。   Chromatography may be any of a batch fixed bed method, a moving bed method, and a simulated moving bed method. In the batch fixed bed method, an organic acid-containing crude liquid is supplied to a column packed with an ion exchange resin, and then an eluent is supplied at an appropriate rate to separate components. In the moving bed system, the ion exchange resin is moved in the direction opposite to the flow of the eluent at a speed intermediate between the moving speed of the organic acid and the impurity component in the organic acid-containing crude liquid. The simulated moving bed method uses a plurality of columns connected in an annular shape, and moves the organic acid crude liquid supply and organic acid take-out port by one column in the eluent flow direction at a predetermined cycle. Do. The pseudo moving bed method is preferable in that the isolation can be continuously performed without adding an eluent.

溶離液の空塔速度(SV:Superficial Velocity)は、回分固定層方式の場合、0.1〜10hr−1が好ましい。また、送液圧力は0.1〜2MPaが好ましい。 The superficial velocity (SV) of the eluent is preferably 0.1 to 10 hr −1 in the case of the batch fixed bed method. Further, the liquid feeding pressure is preferably 0.1 to 2 MPa.

有機酸含有粗液の負荷は、上記範囲のSVで、イオン交換樹脂の総容量に対して、有機酸量が0.1〜0.2倍量となる量を通液することにより行う。
負荷後、溶離液である水を上記範囲のSVで通液すると、例えば図1に示すように、
流出液量(B.V.)、即ちイオン交換樹脂ベッドの体積に対する通液容積で、約0.4〜0.9で、有機酸含有粗液中の非電解質成分、例えばグルコース、及び中性塩、例えば塩化ナトリウムが溶出し、その後、有機酸が溶出し始める。リン酸イオン等の多価イオンは、イオン交換樹脂に吸着されて、ほとんど溶出されない。溶出液の画分を分取して、酵素センサー、電導度計、ICP等の分析手段で溶出成分をモニタしながら、有機酸の溶出を検出し、回収することができる。
The organic acid-containing crude liquid is loaded by passing an amount of the organic acid in an amount of 0.1 to 0.2 times the total capacity of the ion exchange resin in the SV in the above range.
After loading, when eluent water is passed through SV in the above range, for example, as shown in FIG.
Non-electrolyte components such as glucose and neutral salts in organic acid-containing crude liquid at a effluent volume (BV), i.e., through volume with respect to the volume of the ion exchange resin bed, of about 0.4 to 0.9. Sodium chloride elutes and then the organic acid begins to elute. Multivalent ions such as phosphate ions are adsorbed on the ion exchange resin and hardly eluted. The fraction of the eluate is collected, and the elution of the organic acid can be detected and collected while monitoring the elution component with an analytical means such as an enzyme sensor, a conductivity meter, or ICP.

以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<乳酸含有粗液の調製>
特許文献2(WO2011/021629)に記載された方法で、形質転換体(ASP2782)を得た。該形質転換体をD12液体培地(グルコース12%)に植菌して、温度32℃、振盪速度100rpmの条件下で20時間発酵させたところ、乳酸濃度85.7g/Lの発酵液(pH2.3)が得られた。該発酵液を、遠心分離(12000 G、5 分間)に付し、上澄みを乳酸含有粗液として得た。
<Preparation of lactic acid-containing crude liquid>
A transformant (ASP2782) was obtained by the method described in Patent Document 2 (WO2011 / 021629). When the transformant was inoculated into D12 liquid medium (glucose 12%) and fermented for 20 hours under the conditions of a temperature of 32 ° C. and a shaking speed of 100 rpm, a fermentation solution (pH 2. 3) was obtained. The fermentation broth was subjected to centrifugation (12000 G, 5 minutes), and the supernatant was obtained as a lactic acid-containing crude liquid.

<イオン交換クロマトグラフィー>
直径10mmのクロマト用カラムに純水を入れ、予め純水に浸漬して膨潤させた両性イオン交換樹脂(ダイアニオンAMP03、三菱化学社製)10mlを加えて、樹脂ベッドを作り、純水の液面を樹脂ベッドの上端に合わせた。該樹脂ベッドの上部に、乳酸含有粗液1mlを添加した後、SVを1hr−1に調整して純水を通液し、溶出液を1mlずつ分取した。各画分を適宜純水で希釈して、乳酸、グルコース、エタノールを各酵素センサーで、Na、K、Mg、CaをICPで、及びリン酸イオンをイオン交換クロマトグラフィーで、夫々、定量した。流出液量(B.V.)を横軸とし、濃度を縦軸としてプロットして得られた、乳酸、グルコース、エタノールの溶出曲線を図1に、Na、K、Mg、及びCaイオンの溶出曲線を図2に、夫々、示す。ただしリン酸イオンは検出されなかったのでプロットを省略した。
<Ion exchange chromatography>
Add pure water to a chromatographic column with a diameter of 10 mm, add 10 ml of amphoteric ion exchange resin (Dianion AMP03, manufactured by Mitsubishi Chemical Corp.) swollen by immersion in pure water in advance to make a resin bed, and the level of pure water Was aligned with the top edge of the resin bed. After adding 1 ml of a lactic acid-containing crude liquid to the upper part of the resin bed, the SV was adjusted to 1 hr −1 and pure water was passed through, and 1 ml of the eluate was fractionated. Each fraction was appropriately diluted with pure water, and lactic acid, glucose, and ethanol were quantified with each enzyme sensor, Na, K, Mg, and Ca were ICP, and phosphate ions were ion exchange chromatography. The elution curves for lactic acid, glucose, and ethanol obtained by plotting the effluent volume (BV) on the horizontal axis and the concentration on the vertical axis are shown in FIG. 1, and the elution curves for Na, K, Mg, and Ca ions are shown. 2 shows each. However, since no phosphate ion was detected, the plot was omitted.

溶出液を2mlずつ分取したことを除き、実施例1と同様にして、クロマトグラフィーを行ったところ、実施例1と同様の溶出曲線を、再現性良く得ることができた。   Chromatography was carried out in the same manner as in Example 1 except that 2 ml of the eluate was collected. As a result, the same elution curve as in Example 1 could be obtained with good reproducibility.

図1、2から分かるように、発酵液中の乳酸をその他の成分と明確に分離することができた。また、溶出液を1H−NMRで分析したところ、いずれの実施例においても、オリゴマー状の乳酸は、検出されなかった。   As can be seen from FIGS. 1 and 2, lactic acid in the fermentation broth could be clearly separated from the other components. Moreover, when the eluate was analyzed by 1H-NMR, oligomeric lactic acid was not detected in any of the examples.

本発明の方法によれば、一般的なイオン交換樹脂を用いて、化学的に安定な条件下で、発酵液から有機酸を単離することができる。   According to the method of the present invention, an organic acid can be isolated from a fermentation broth under a chemically stable condition using a general ion exchange resin.

Claims (5)

有機酸の製造方法であって、
1.発酵により有機酸を生産しpHが1〜5である有機酸含有粗液を得る工程、
2.工程1で得られた有機酸含有粗液から有機酸をイオン交換クロマトグラフィー法により単離する工程、
を含み、該イオン交換クロマトグラフィー法におけるイオン交換樹脂が両性イオン交換樹脂であり、且つ、溶離液が水である、製造方法。
A method for producing an organic acid, comprising:
1. Producing an organic acid by fermentation to obtain an organic acid-containing crude liquid having a pH of 1 to 5,
2. A step of isolating an organic acid from the organic acid-containing crude liquid obtained in step 1 by ion exchange chromatography,
And the ion exchange resin in the ion exchange chromatography method is an amphoteric ion exchange resin, and the eluent is water.
該有機酸が乳酸、コハク酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、リンゴ酸、又はフマル酸である、請求項1記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the organic acid is lactic acid, succinic acid, 3-hydroxypropionic acid, malic acid, or fumaric acid. 該有機酸が乳酸であり、乳酸を生産する微生物が、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)を宿主とし、乳酸脱水素酵素遺伝子が組み込まれ、かつ前記シゾサッカロミセス・ポンベ宿主のピルビン酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子群の一部が欠失または失活している、形質転換体である、請求項1又は2記載の製造方法。   The organic acid is lactic acid, and a microorganism that produces lactic acid has Schizosaccharomyces pombe as a host, a lactate dehydrogenase gene is integrated therein, and pyruvate decarboxylation of the Schizosaccharomyces pombe host. The production method according to claim 1 or 2, which is a transformant in which a part of a gene group encoding the enzyme is deleted or inactivated. 該両性イオン交換樹脂が、下記式(1)で表されるイオン交換基を備える、請求項1〜3のいずれか1項記載の製造方法。
[化1]

−(CH)k−N−(CH)m−COO(1)

(ここで、R及びRは、夫々、独立に炭素数1〜3のアルキル基であり、k及びmは、夫々、独立に1〜4の整数である。)
The manufacturing method of any one of Claims 1-3 with which this amphoteric ion exchange resin is equipped with the ion exchange group represented by following formula (1).
[Chemical 1]

- (CH 2) k-N + R 1 R 2 - (CH 2) m-COO - (1)

(Here, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and k and m are each independently an integer of 1 to 4).
イオン交換クロマトグラフィーが、擬似移動層方式で行なわれる、請求項1〜4のいずれか1項記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion exchange chromatography is performed by a pseudo moving bed system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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