JP2016077262A - Production method of 2,3-butanediol - Google Patents

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匡平 磯部
Kyohei Isobe
匡平 磯部
健司 澤井
Kenji Sawai
健司 澤井
河村 健司
Kenji Kawamura
健司 河村
山田 勝成
Masanari Yamada
勝成 山田
英司 簗瀬
Eiji Yanase
英司 簗瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an economical production method of 2,3-butanediol by a microbial fermentation using biologically safe microorganisms.SOLUTION: The invention provides a production method of 2,3-butanediol comprising a step A of culturing Zymobacter microorganisms, such as Zymobacter palmae having an ability to utilize pentose in a fermentation raw material containing pentose such as xylose; and a step (B) of purifying 2,3-butanediol from the culture medium obtained in the step.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、微生物発酵による2,3−ブタンジオールの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing 2,3-butanediol by microbial fermentation.

2,3−ブタンジオールは(以下、「2,3−BDO」と呼ぶことがある)は、医薬品や化粧品の中間体原料、インク、香水、液晶、殺虫剤、軟化試薬、爆薬、可塑剤などの原料として用いられる有用な化合物であり、具体例として、メチルエチルケトン(非特許文献1)や1,3−ブタジエン(非特許文献2)の原料となりうる。2,3−BDOは工業的には2−ブテンオキシドを過塩素酸水溶液中で加水分解する方法で製造されている。また、近年では石油資源の枯渇や温暖化問題への対応として持続可能な循環型社会への転換が迫られており、化学産業においても、石油原料からバイオマス由来原料へのシフトが盛んに研究されている中で、微生物発酵法による2,3−ブタンジオールの製造方法が注目されつつある。   2,3-butanediol (hereinafter sometimes referred to as “2,3-BDO”) is an intermediate material for pharmaceuticals and cosmetics, ink, perfume, liquid crystal, insecticide, softening reagent, explosive, plasticizer, etc. As a specific example, it can be a raw material for methyl ethyl ketone (Non-Patent Document 1) and 1,3-butadiene (Non-Patent Document 2). 2,3-BDO is industrially produced by a method in which 2-butene oxide is hydrolyzed in an aqueous perchloric acid solution. In recent years, there has been an urgent need to shift to a sustainable recycling society in response to the depletion of petroleum resources and global warming, and the chemical industry is actively researching the shift from petroleum materials to biomass-derived materials. In particular, a method for producing 2,3-butanediol by a microbial fermentation method is drawing attention.

微生物発酵の発酵原料としては、従来の可食バイオマス由来の糖の他、非可食バイオマス由来の糖が注目されている。発酵原料として非可食バイオマス由来の糖を使用する際には、非可食バイオマスに含まれるセルロース、ヘミセルロースなどを糖化酵素によって糖に分解するが、この際にグルコースなどの六炭糖だけではなく、キシロースなどの五炭糖も同時に得られる。そのため、五炭糖を含む原料の効率的な発酵技術の開発が求められている。   As fermentation raw materials for microbial fermentation, in addition to sugars derived from conventional edible biomass, sugars derived from non-edible biomass have attracted attention. When using sugars derived from non-edible biomass as fermentation raw materials, cellulose, hemicellulose, etc. contained in non-edible biomass are decomposed into sugars by saccharifying enzymes. At this time, not only hexose sugars such as glucose are used. In addition, pentose sugars such as xylose can be obtained simultaneously. Therefore, development of an efficient fermentation technology for raw materials containing pentose is required.

五炭糖から2,3−ブタンジオールを効率よく発酵生産する微生物にはKlebsiella oxytoca(非特許文献3)などの腸内細菌が知られている。これらの微生物は発酵に特定のビタミンやアミノ酸等を必要としないため、発酵液から2,3−ブタンジオールを精製する際に必要となる工程が少なくすむという利点がある。しかしながら、これらの微生物には病原性があり、呼吸器感染症などを引き起こすことが知られている。そのため産業的な2,3−ブタンジオール製造を目的としてこれらの発酵菌を大量培養しようとした場合には厳重な管理のための設備が必要であり、コストの増大に繋がる。   Enterobacteria such as Klebsiella oxytoca (Non-patent Document 3) are known as microorganisms that efficiently fermentatively produce 2,3-butanediol from pentose sugars. Since these microorganisms do not require specific vitamins or amino acids for fermentation, there is an advantage that the number of steps required when purifying 2,3-butanediol from the fermentation broth is reduced. However, these microorganisms are pathogenic and are known to cause respiratory infections and the like. Therefore, when it is going to culture these fermenting bacteria in large quantities for the purpose of industrial 2, 3- butanediol production, the installation for strict management is required and it leads to the increase in cost.

一方、生物的に安全であり、かつ五炭糖を2,3−ブタンジオールへと発酵する微生物としては、例えばBacillus licheniformis(非特許文献4)やPaenibacillus polymyxaなどのバチルス科細菌(非特許文献5)を用いる方法が開示されている。しかしながら、これらの微生物を用いる2,3−ブタンジオール発酵では酵母エキスや動物性タンパク加水分解物などの高価な副原料を使用するため、コストが増大する。   On the other hand, as microorganisms that are biologically safe and ferment pentoses to 2,3-butanediol, for example, Bacillus bacteria (Non-patent Document 4) and Paenibacillus polymyxa (Non-patent Document 5). ) Is disclosed. However, in 2,3-butanediol fermentation using these microorganisms, expensive auxiliary materials such as yeast extract and animal protein hydrolyzate are used, which increases costs.

また、ザイモバクター(Zymobacter)属微生物にキシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼをコードする外来遺伝子が導入され、五炭糖を資化する能力を有するザイモバクター属の形質転換微生物が知られている(特許文献1、特許文献2)。しかしながら、この形質転換微生物が、エタノール生産性を有することは、特許文献1及び2に記載されているが、五炭糖を2,3−ブタンジオールへと発酵する能力については記載も示唆もない。   In addition, a transformed microorganism of the genus Zymobacter having the ability to assimilate pentose by introducing a foreign gene encoding xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase and transketolase into a microorganism of the genus Zymobacter is known. (Patent Document 1, Patent Document 2). However, although it is described in Patent Documents 1 and 2 that this transformed microorganism has ethanol productivity, there is no description or suggestion about the ability to ferment pentose to 2,3-butanediol. .

特開2005-261421号公報JP 2005-261421 A 米国特許出願公開2007/0298476号US Patent Application Publication No. 2007/0298476

A.N.Bourns,The Catalytic Action Of Aluminium Silicates,Canadian J.Res.(1947年)A. N. Bourns, The Catalytic Action Of Aluminum Silicates, Canadian J. Org. Res. (1947) Nathan Shlechter,Pyrolysis of 2,3−butylene Glycol Diacetate to Butadiene,Indu.Eng.Chem.905(1945年)Nathan Shlchter, Pyrolysis of 2,3-butylene Glycol Dicarbonate to Butadiene, Indu. Eng. Chem. 905 (1945) Jansen NB, Production of 2,3−butanediol from D−xylose by Klebsiella oxytoca ATCC 8724. Biotechnol Bioeng. 1984 Apr;26(4):362−9.Jansen NB, Production of 2,3-butanediol from D-xylos by Klebsiella oxytoca ATCC 8724. Biotechnol Bioeng. 1984 Apr; 26 (4): 362-9. Wang Q, Metabolic engineering of thermophilic Bacillus licheniformis for chiral pure D−2,3−butanediol production. Biotechnol Bioeng. 2012 Jul;109(7):1610−21.Wang Q, Metabolic engineering of thermophilic Bacillus licheniformis for chiral pure D-2, 3-butanediol production. Biotechnol Bioeng. 2012 Jul; 109 (7): 1610-21. Marwoto B, Metabolic analysis of acetate accumulation during xylose consumption by Paenibacillus polymyxa. Appl Microbiol Biotechnol. 2004 Mar;64(1):112−9.Marwoto B, Metabolic analysis of acetic acid accumulation xyrose consumption by Paenibacillus polymyxa. Appl Microbiol Biotechnol. 2004 Mar; 64 (1): 112-9.

前述のとおり、従来の微生物発酵による五炭糖からの2,3−ブタンジオールの製造方法においては生物的な安全性や副原料のコストが課題であった。そこで本発明は、生物的に安全な微生物を利用した微生物発酵による経済的な2,3−ブタンジオールの製造方法を確立することを目的とする。   As described above, in the conventional method for producing 2,3-butanediol from pentose by microbial fermentation, biological safety and the cost of auxiliary materials have been problems. Accordingly, an object of the present invention is to establish an economical method for producing 2,3-butanediol by microbial fermentation using biologically safe microorganisms.

本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、これまで2,3−ブタンジオール発酵微生物としては知られていなかったザイモバクター(Zymobacter)属細菌が2,3−ブタンジオール発酵能を有すること、さらに、該微生物にキシロース資化性を付与することで上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a genus Zymobacter, which has not been known as a 2,3-butanediol-fermenting microorganism, is capable of fermenting 2,3-butanediol. Furthermore, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by imparting xylose assimilation property to the microorganism, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(13)の通りである。
(1)五炭糖を含む発酵原料中で、五炭糖を資化する能力を有するザイモバクター(Zymobacter)属微生物を培養する工程(工程A)、および
該工程で得られた培養液から2,3−ブタンジオールを精製する工程(工程B)を含む、2,3−ブタンジオールの製造方法。
(2)前記工程Aが通気条件下での培養である、(1)に記載の方法。
(3)前記工程Aが酸素移動容量係数(kLa)9h−1以上の条件での培養である、(1)または(2)に記載の方法。
(4)前記微生物が、キシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼから選ばれる少なくとも1つの酵素をコードする外来遺伝子が導入されたザイモバクター属の形質転換微生物である、(1)から(3)のいずれか1項に記載の方法。
(5)前記微生物が、キシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼをコードする外来遺伝子が導入されたザイモバクター属の形質転換微生物である、(4)に記載の方法。
(6)前記微生物がザイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)である、(1)から(5)のいずれか1項に記載の方法。
(7)前記工程Aの発酵原料に含まれる五炭糖がキシロースである、(1)から(6)のいずれか1項に記載の方法。
(8)前記発酵原料中の総糖に対するキシロースの存在比率が5〜100%である、(1)から(7)のいずれか1項に記載の方法。
(9)前記工程Aが総糖濃度20g/L以上の培地での培養である、(1)から(8)のいずれか1項に記載の方法。
(10)前記発酵原料がバイオマス由来の糖液を含む、(1)から(9)のいずれか1項に記載の方法。
(11)前記工程Bが蒸留工程を含む、(1)から(10)のいずれか1項に記載の方法。
(12)前記蒸留工程前に脱塩処理工程を含む、(11)に記載の方法。
(13)前記脱塩処理工程として少なくともイオン交換処理工程を含む、(12)記載の方法。
That is, the present invention is as follows (1) to (13).
(1) A step of cultivating a microorganism belonging to the genus Zymobacter having the ability to assimilate pentose in a fermentation raw material containing pentose (step A), and from the culture solution obtained in the step 2, The manufacturing method of 2, 3- butanediol including the process (process B) which refine | purifies 3-butanediol.
(2) The method according to (1), wherein the step A is culturing under aerated conditions.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the step A is culturing under a condition of an oxygen transfer capacity coefficient (kLa) 9h −1 or more.
(4) The microorganism is a transformed microorganism of the genus Zymobacter into which a foreign gene encoding at least one enzyme selected from xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase, and transketolase is introduced (1) to ( The method according to any one of 3).
(5) The method according to (4), wherein the microorganism is a transformed microorganism of the genus Zymobacter into which a foreign gene encoding xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase, and transketolase has been introduced.
(6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the microorganism is Zymobacter palmae.
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the pentose contained in the fermentation raw material of Step A is xylose.
(8) The method according to any one of (1) to (7), wherein the abundance ratio of xylose to total sugar in the fermentation raw material is 5 to 100%.
(9) The method according to any one of (1) to (8), wherein the step A is culturing in a medium having a total sugar concentration of 20 g / L or more.
(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein the fermentation raw material includes a biomass-derived sugar solution.
(11) The method according to any one of (1) to (10), wherein the step B includes a distillation step.
(12) The method according to (11), including a desalting treatment step before the distillation step.
(13) The method according to (12), wherein the desalting treatment step includes at least an ion exchange treatment step.

本発明によれば、微生物発酵にて五炭糖を含む発酵原料から2,3−ブタンジオールを製造する方法において、従来技術に比べて安全かつ経済的に2,3−ブタンジオールを得ることができる。   According to the present invention, in a method for producing 2,3-butanediol from a fermentation raw material containing pentose by microbial fermentation, 2,3-butanediol can be obtained more safely and economically than in the prior art. it can.

工程A:2,3−ブタンジオール発酵工程
本発明の方法では、五炭糖を含む発酵原料を含む培地中で、五炭糖を資化する能力を有するザイモバクター(Zymobacter)属微生物を培養する。
Step A: 2,3-butanediol fermentation step In the method of the present invention, a microorganism belonging to the genus Zymobacter having the ability to assimilate pentose is cultured in a medium containing a fermentation raw material containing pentose.

使用するザイモバクター属細菌は自然環境から単離されたものでもよく、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものでもよい。2,3−ブタンジオールの発酵能を有するザイモバクター属細菌の具体例としては、2,3−ブタンジオール発酵能の観点からザイモバクター・パルメ(Zymobatcer palmae)が好ましく利用される。ザイモバクター・パルメは通常五炭糖を資化しないが、五炭糖の資化に関わる遺伝子を導入することで付与することができる。   The zymobacter genus bacterium used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified in nature by mutation or genetic recombination. As a specific example of the bacterium belonging to the genus Zymobacter having the fermentation ability of 2,3-butanediol, Zymobacter palmae is preferably used from the viewpoint of 2,3-butanediol fermentation ability. Zymobacter palme normally does not assimilate pentose, but can be granted by introducing a gene involved in assimilation of pentose.

本発明で導入する遺伝子としては、アルドペントースをケトペントースに異性化する酵素遺伝子を用いることができる。用いる遺伝子としては、例えばペントースイソメラーゼ、ペントースレダクターゼおよび/またはペントールデヒドロゲナーゼなどが挙げられる。   As a gene to be introduced in the present invention, an enzyme gene that isomerizes aldopentose into ketopentose can be used. Examples of the gene to be used include pentose isomerase, pentose reductase and / or pentol dehydrogenase.

ペントースイソメラーゼは、五炭糖(ペントース)のうち構造異性体であるアルドペントースとケトペントースの異性化を触媒する酵素として定義される。本発明に用いられるペントースイソメラーゼは五炭糖の直接的な異性化を触媒する活性を持っていれば特に限定されないが、例えば、キシロースイソメラーゼ(EC5.3.1.5)やアラビノースイソメラーゼ(EC5.3.1.3)が挙げられる。この中で、例えばキシロースイソメラーゼはキシロース(アルドペントース)のキシルロース(ケトペントース)への、かつ/またはその逆の直接的な異性化を触媒する酵素であり、キシロースケトイソメラーゼとしても知られる。直接的な異性化とは、ペントースレダクターゼおよびペントールデヒドロゲナーゼにより触媒される、糖アルコール中間体を経た2段階転化とは異なり、ペントースイソメラーゼにより触媒される1段階での異性化のことを指す。   Pentose isomerase is defined as an enzyme that catalyzes the isomerization of aldopentose and ketopentose, which are structural isomers of pentose. The pentose isomerase used in the present invention is not particularly limited as long as it has an activity of catalyzing the direct isomerization of pentose. For example, xylose isomerase (EC 5.3.1.5) and arabinose isomerase (EC 5. 3.1.3). Of these, for example, xylose isomerase is an enzyme that catalyzes the direct isomerization of xylose (aldopentose) to xylulose (ketopentose) and / or vice versa, also known as xylose ketoisomerase. Direct isomerization refers to isomerization in one step catalyzed by pentose isomerase, as opposed to two-step conversion via sugar alcohol intermediates catalyzed by pentose reductase and pentol dehydrogenase.

ペントースレダクターゼとは、還元酵素のひとつであり、NADHまたはNADPHを補酵素としてアルドペントースを糖アルコールに変換する活性を有する酵素を意味する。例えば、キシロースレダクターゼは例えばEC1.1.1.307やEC1.1.1.21が該当し、はキシロースをキシリトールに変換する酵素である。アラビノースレダクターゼは例えばEC1.1.1.21が該当し、アラビノースをアラビトールに変換する酵素である。また、前記EC番号で分類される酵素でなくとも、上記活性を有する酵素であれば、本発明中におけるペントースレダクターゼに含まれる。   The pentose reductase is one of the reductases and means an enzyme having an activity of converting aldopentose into a sugar alcohol using NADH or NADPH as a coenzyme. For example, xylose reductase corresponds to, for example, EC 1.1.1.307 and EC 1.1.1.21, and is an enzyme that converts xylose into xylitol. The arabinose reductase corresponds to EC1.1.1.21, for example, and is an enzyme that converts arabinose into arabitol. Moreover, even if it is not the enzyme classified by said EC number, if it is an enzyme which has the said activity, it will be contained in the pentose reductase in this invention.

ペントールデヒドロゲナーゼとは、脱水素酵素のひとつであり、NAD+を補酵素としてペントールをケトペントースに変換する酵素である。例えば、キシリトールデヒドロゲナーゼは例えばEC1.1.1.9やEC1.1.1.10が該当し、キシリトールをキシルロースに変換する酵素である。アラビトールデヒドロゲナーゼは例えばEC1.1.1.11やEC1.1.1.12が該当し、アラビトールをリボースに変換する酵素である。分類上ペントールデヒドロゲナーゼと異なる酵素であっても、上記活性を有する酵素であれば、本発明中におけるペントールデヒドロゲナーゼに含まれるとする。   Pentol dehydrogenase is one of the dehydrogenases and is an enzyme that converts pentol into ketopentose using NAD + as a coenzyme. For example, xylitol dehydrogenase corresponds to, for example, EC 1.1.1.9 or EC 1.1.1.10, and is an enzyme that converts xylitol into xylulose. The arabitol dehydrogenase corresponds to, for example, EC 1.1.1.11 or EC 1.1.1.12. It is an enzyme that converts arabitol into ribose. Even an enzyme that is different from pentol dehydrogenase in terms of classification is included in the pentol dehydrogenase in the present invention as long as it has the above activity.

ペントースレダクターゼとペントールデヒドロゲナーゼが触媒する反応は、ペントースイソメラーゼと同様に、アルドペントースをケトペントースに異性化する。   The reaction catalyzed by pentose reductase and pentol dehydrogenase isomerizes aldopentose into ketopentose, similar to pentose isomerase.

上記のアルドペントースとケトペントースの異性化を触媒する酵素のうち、好ましくはペントースのペントースイソメラーゼ用いることができ、より好ましくはキシロースイソメラーゼを用いることができる。   Of the enzymes catalyzing the isomerization of aldopentose and ketopentose, pentose pentose isomerase can be preferably used, and xylose isomerase can be more preferably used.

用いるキシロースイソメラーゼ遺伝子は特に限定されることはなく、ゲノムDNAのほか、cDNA等であってもよい。また、動物、植物、真菌(酵母、カビ等)、細菌などいずれの生物に由来するものであってもよい。こうした遺伝子に関する情報は、NCBI等のウェブにて公開されているデータベースにて検索を行うことで簡単に知ることができる。例えば、本発明において好ましく用いることができる、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)のキシロースイソメラーゼ遺伝子の塩基配列は、例えば、GenBank Accession No. NC_007779 REGION: 3909650..3910972に記載されている。   The xylose isomerase gene to be used is not particularly limited, and may be cDNA or the like in addition to genomic DNA. Further, it may be derived from any organism such as animals, plants, fungi (yeasts, molds, etc.) and bacteria. Information on such genes can be easily obtained by searching a database published on the web such as NCBI. For example, the base sequence of the Escherichia coli xylose isomerase gene that can be preferably used in the present invention is described in, for example, GenBank Accession No. NC — 007779 REGION: 3909650..3910972.

キシロースイソメラーゼの活性は、キシロース存在下で酵素反応を行い、異性化されたキシルロースをHPLCなどを用いて測定することで確認することができる。キシロースイソメラーゼ活性は、例えば特開2008−79564に開示される方法で測定できる。   The activity of xylose isomerase can be confirmed by carrying out an enzymatic reaction in the presence of xylose and measuring isomerized xylulose using HPLC or the like. Xylose isomerase activity can be measured, for example, by the method disclosed in JP-A-2008-79564.

キシロースイソメラーゼの供与体となる生物としては、例えば、エンテロバクター(Enterobacter)属、エシェリシア(Escherichia)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、エルビニア(Erwinia)属、サルモネラ(Salmonella)属などの腸内細菌科類、アクチノプラネス(Actinoplanes)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属などの放線菌類、あるいはバチルス(Bacillus)属、パエニバチルス(Paenibacillus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、サーモアナエロバクター(Thermoanaerobacter)属、サーマス(Thermus)属、キサントモナス(Xanthomonas)属、リゾビウム(Rhizobium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、クロストリジウム(Clostridium)属、バクテロイデス(Bacteroides)属に属する微生物を用いることができ、好ましくはエシェリシア属に属する微生物であり、さらに好ましくは、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)である。   Examples of organisms to be donors of xylose isomerase include Enterobacteriaceae such as Enterobacter genus, Escherichia genus, Klebsiella genus, Erwinia genus, Salmonella genus, etc. , Actinoplanes genus, Arthrobacter genus, Streptomyces genus actinomycetes, or Bacillus genus, Paenibacillus genus, Lactobacillus genus, Lactobacillus The genus Staphylococcus, Thermoanaerobacter (Thermoan) genus Erobacter, Thermus, Xanthomonas, Rhizobium, Pseudomonas, Clostridium, Bacteroides, Bacteroides can be used, A microorganism belonging to the genus Escherichia, more preferably Escherichia coli.

また本発明で導入する遺伝子としては、ケトペントースのリン酸化を触媒する活性を有する酵素遺伝子を用いることもできる。ケトペントースのリン酸化を触媒する活性を有する酵素としては、例えば、キシルロキナーゼ(EC 2.7.1.17)やリブロキナーゼ(EC 2.7.1.16)が挙げられるが、キシルロキナーゼを好ましく用いることができる。   In addition, as a gene to be introduced in the present invention, an enzyme gene having an activity of catalyzing phosphorylation of ketopentose can also be used. Examples of the enzyme having an activity of catalyzing the phosphorylation of ketopentose include xylulokinase (EC 2.7.1.17) and librokinase (EC 2.7.1.16). Can be preferably used.

用いるキシルロキナーゼ遺伝子は特に限定されることはなく、ゲノムDNAのほか、cDNA等であってもよい。また、動物、植物、真菌(酵母、カビ等)、細菌などいずれの生物に由来するものであってもよい。こうした遺伝子に関する情報は、NCBI等のウェブにて公開されているデータベースにて検索を行うことで簡単に知ることができる。例えば、本発明において好ましく用いることができる、エシェリシア・コリのキシルロキナーゼ遺伝子の塩基配列は、例えば、GenBank Accession No. NC_007779 REGION: 3911044..3912498に記載されている。   The xylulokinase gene to be used is not particularly limited, and may be cDNA or the like in addition to genomic DNA. Further, it may be derived from any organism such as animals, plants, fungi (yeasts, molds, etc.) and bacteria. Information on such genes can be easily obtained by searching a database published on the web such as NCBI. For example, the base sequence of the Escherichia coli xylulokinase gene that can be preferably used in the present invention is described in, for example, GenBank Accession No. NC — 007779 REGION: 3911044..3912498.

キシルロキナーゼの活性は、キシルロース存在下で酵素反応を行い、リン酸化されたキシルロース−5−リン酸をHPLCなどを用いて測定するか、補助的な酵素反応を用いてNADPHの増加などを測定することで確認でき、例えば、Feldmann SD, Sahm H, Sprenger GA. Cloning and expression of the genes for xylose isomerase and xylulokinase from Klebsiella pneumoniae 1033 in Escherichia coli K12. Mol Gen Genet. 1992 Aug;234(2):201−10.に開示される方法により測定できる。   The activity of xylulokinase is measured by measuring the phosphorylated xylulose-5-phosphate using HPLC or by using an auxiliary enzyme reaction in the presence of xylulose. For example, Feldmann SD, Sahm H, Springer GA. Cloning and expression of the genes for xylose isomerase and xylokinase from Klebsiella pneumoniae 1033 in Escherichia coli K12. Mol Gen Genet. 1992 Aug; 234 (2): 201-10. Can be measured by the method disclosed in.

キシルロキナーゼの供与体となる生物としては、例えば、エンテロバクター(Enterobacter)属、エシェリシア(Escherichia)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、エルビニア(Erwinia)属、サルモネラ(Salmonella)属などの腸内細菌科細菌、バクテロイデス(Bacteroides)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属などの乳酸菌類、またアクチノプラネス(Actinoplanes)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属などの放線菌類、あるいはバチルス(Bacillus)属、パエニバチルス(Paenibacillus)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、サーモアナエロバクター(Thermoanaerobacter)属、キサントモナス(Xanthomonas)属、リゾビウム(Rhizobium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、クロストリジウム(Clostridium)属、に属する微生物を用いることができ、好ましくは、エシェリシア属に属する微生物であり、さらに好ましくはエシェリシア・コリ(Escherichia coli)である。   Examples of organisms to be donors of xylulokinase include Enterobacteriaceae such as Enterobacter genus, Escherichia genus, Klebsiella genus, Erwinia genus, Salmonella genus, etc. Bacteria, lactic acid bacteria such as Bacteroides genus, Lactobacillus genus, Actinoplanes genus, Arthrobacter genus, Streptomyces genus Streptomyces genus Bacillus fungi, Bacillus genus, Paenibacillus genus, Staphylococcus Occus, Thermoanaerobacter, Xanthomonas, Rhizobium, Pseudomonas, Clostridium, and microorganisms belonging to the genus Clostridium can be used. And more preferably Escherichia coli.

さらに、本発明で導入する遺伝子としてはトランスケトラーゼおよび/またはトランスアルドラーゼ活性を有する酵素遺伝子を用いることもできる。トランスケトラーゼは、キシルロース−5−リン酸およびエリスロース−4−リン酸をフルクトースー6−リン酸およびグリセルアルデヒド−3−リン酸へと変換する反応及びその逆反応、および/またはリボース5−リン酸およびキシルロース5−リン酸をセドヘプツロース−7−リン酸およびグリセルアルデヒド−3−リン酸へと変換する反応及びその逆反応を触媒する酵素と定義される。本発明に用いられるトランスケトラーゼは上記の触媒活性を持っていれば特に限定されないが、例えばEC2.2.1.1が該当する。   Furthermore, as a gene to be introduced in the present invention, an enzyme gene having transketolase and / or transaldolase activity can also be used. Transketolase is a reaction that converts xylulose-5-phosphate and erythrose-4-phosphate to fructose-6-phosphate and glyceraldehyde-3-phosphate, and vice versa, and / or ribose 5- Defined as an enzyme that catalyzes the reaction of converting phosphate and xylulose 5-phosphate into sedoheptulose-7-phosphate and glyceraldehyde-3-phosphate and vice versa. The transketolase used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-mentioned catalytic activity. For example, EC 2.2.1.1 is applicable.

用いるトランスケトラーゼおよび/あるいはトランスアルドラーゼ遺伝子は特に限定されることはなく、ゲノムDNAのほか、cDNA等であってもよい。また、動物、植物、真菌(酵母、カビ等)、細菌などいずれの生物に由来するものであってもよい。こうした遺伝子に関する情報は、NCBI等のウェブにて公開されているデータベースにて検索を行うことで簡単に知ることができる。例えば、本発明において好ましく用いることができる、エシェリシア・コリのトランスケトラーゼ遺伝子の塩基配列は、例えば、GenBank Accession No. NC_007779 REGION: complement(3078300..3080291)に記載されている。また、例えば、本発明において好ましく用いることができる、エシェリシア・コリのトランスアルドラーゼ遺伝子の塩基配列は、例えば、GenBank Accession No. NC_007779 REGION: 8238..9191に記載されている。   The transketolase and / or transaldolase gene to be used is not particularly limited, and may be cDNA or the like in addition to genomic DNA. Further, it may be derived from any organism such as animals, plants, fungi (yeasts, molds, etc.) and bacteria. Information on such genes can be easily obtained by searching a database published on the web such as NCBI. For example, the base sequence of the Escherichia coli transketolase gene that can be preferably used in the present invention is described in, for example, GenBank Accession No. NC — 007779 REGION: complement (3078300..3080291). For example, the base sequence of the Escherichia coli transaldolase gene that can be preferably used in the present invention is described in, for example, GenBank Accession No. NC — 007779 REGION: 8238..9191.

トランスケトラーゼの活性は、キシルロース−5−リン酸およびエリスロース−4−リン酸存在下で酵素反応を行い、生成したグリセルアルデヒド−3−リン酸をHPLCなどを用いて測定するか、補助的な酵素反応を用いてNADHの減少などを測定することで確認でき、例えば、Sprenger GA, Schorken U, Sprenger G, Sahm H. Transketolase A of Escherichia coli K12. Purification and properties of the enzyme from recombinant strains. Eur J Biochem. 1995 Jun 1;230(2):525−32.に開示される方法で測定できる。   The transketolase activity is determined by performing an enzymatic reaction in the presence of xylulose-5-phosphate and erythrose-4-phosphate, and measuring the produced glyceraldehyde-3-phosphate using HPLC or the like. It can be confirmed by measuring the decrease of NADH using a typical enzyme reaction. For example, Sprenger GA, Schorken U, Sprenger G, Sahn H. et al. Transketolase A of Escherichia coli K12. Purification and properties of the enzyme from recombinant strains. Eur J Biochem. 1995 Jun 1; 230 (2): 525-32. Can be measured by the method disclosed in.

トランスアルドラーゼはセドヘプツロース7−リン酸およびグリセルアルデヒド3−リン酸をエリスロース−4−リン酸およびフルクトース−6−リン酸へと変換する反応及びその逆反応を触媒する酵素と定義される。本発明に用いられるトランスケトラーゼは上記の触媒活性を持っていれば特に限定されないが、例えばEC2.2.1.2が該当する。   Transaldolase is defined as an enzyme that catalyzes the reaction of converting sedheptulose 7-phosphate and glyceraldehyde 3-phosphate into erythrose-4-phosphate and fructose-6-phosphate and vice versa. The transketolase used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-mentioned catalytic activity. For example, EC 2.2.1.2 is applicable.

トランスアルドラーゼの活性は、フルクトース−6−リン酸およびエリスロース−4−リン酸存在下で酵素反応を行い、生成したグリセルアルデヒド−3−リン酸をHPLCなどを用いて測定するか、補助的な酵素反応を用いてNADHの減少などを測定することで確認でき、例えば、GA.Sprenger,U.Schorken,G.Sprenger & H.Sahm TransaldolaseB of Escherichia coli K−12:cloning of its gene,talB,and characterization of the enzyme from recombinant strains).J.Bacteriol.,1995,177:20:5930−6)により記載される方法により測定され得る。   Transaldolase activity can be determined by conducting an enzymatic reaction in the presence of fructose-6-phosphate and erythrose-4-phosphate and measuring the resulting glyceraldehyde-3-phosphate using HPLC or the like. Can be confirmed by measuring a decrease in NADH using a simple enzyme reaction, for example, GA. Springer, U., et al. Schorken, G.M. Springer & H.C. Sahm TransolaseB of Escherichia coli K-12: cloning of its gene, talB, and charactarization of the enzyme from recombinant strains). J. et al. Bacteriol. 1995, 177: 20: 5930-6).

トランスアルドラーゼおよび/またはトランスアルドラーゼの供与体となる生物としては、例えば、エンテロバクター(Enterobacter)属、エシェリシア(Escherichia)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、エルビニア(Erwinia)属、サルモネラ(Salmonella)属などの腸内細菌科類、アクチノプラネス(Actinoplanes)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属などの放線菌類、あるいはバチルス(Bacillus)属、パエニバチルス(Paenibacillus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、サーモアナエロバクター(Thermoanaerobacter)属、サーマス(Thermus)属、キサントモナス(Xanthomonas)属、リゾビウム(Rhizobium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、クロストリジウム(Clostridium)属、バクテロイデス(Bacteroides)属に属する微生物を用いることができ、好ましくはエシェリシア属に属する微生物であり、さらに好ましくは、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)である。   Examples of organisms serving as transaldolase and / or donor of transaldolase include, for example, Enterobacter genus, Escherichia genus, Klebsiella genus, Erwinia genus, Salmonella genus, etc. Enterobacteriaceae, Actinoplanes, Arthrobacter, Streptomyces, and other actinomycetes, or Bacillus, Paenibacillus, Lactobacillus, Lactobacillus, Lactobacillus, ) Genus, Staphylococcus genus, Thermore The genus can be used in the genus Thermoanaerobacter, thermus (Thermus), the genus Xanthomonas, the genus Rhizobium, the genus Pseudomonas, the genus Clostridium, and the genus Bacteroides , Preferably a microorganism belonging to the genus Escherichia, and more preferably Escherichia coli.

ザイモバクター属微生物が、五炭糖を資化する能力を有する限り、上記した各遺伝子の少なくともいずれかを導入したものであってよいが、(1)キシロースイソメラーゼ、(2)キシルロキナーゼ並びに(3)トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼの少なくともいずれか一方をコードする外来遺伝子が導入されたものが好ましく、さらには、(1)キシロースイソメラーゼ遺伝子、(2)キシルロキナーゼ並びに(3)トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼの両者をコードする外来遺伝子が導入されたものが好ましい。   As long as the microorganism belonging to the genus Zymobacter has the ability to assimilate the pentose, it may be introduced with at least one of the above genes, but (1) xylose isomerase, (2) xylulokinase and (3 (1) a gene into which a foreign gene encoding at least one of transaldolase and transketolase has been introduced, and (1) a xylose isomerase gene, (2) xylulokinase, and (3) a transaldolase and transketase. Those into which a foreign gene encoding both trase is introduced are preferred.

上記以外の微生物であって、キシロース分解能を有するもの、さらにはプロモーター部位やリボソーム結合部位の異常などによりキシロース分解能は有しないが、そのDNA上にキシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼまたはトランスケトラーゼ遺伝子をコードする微生物も供与体として用いることができる。   Microorganisms other than the above, those having xylose resolving power, and further having no xylose resolving power due to abnormality of promoter site or ribosome binding site, etc., but xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase or transketolase on the DNA Microorganisms encoding genes can also be used as donors.

導入する遺伝子は異なる複数の供与体の遺伝子を組み合わせてもよい。またそれらの遺伝子は宿主となるザイモバクター属細菌内のゲノムDNAに取り込まれてもよいし、ベクター上に存在していてもよい。   The genes to be introduced may be a combination of genes from a plurality of different donors. In addition, these genes may be incorporated into genomic DNA in the host genus Zymobacter or may be present on a vector.

遺伝子の導入方法としては特に制限されないが、ベクター上に存在する遺伝子の導入方法としては、例えば特許文献1および特許文献2に開示される方法を用いることができる。すなわち、市販の大腸菌用のクローニングプラスミドベクター(例えば、pUC118等)のマルチクローニングサイトに各遺伝子を挿入し、これで大腸菌を形質転換して各遺伝子の産物を産生する形質転換体を増殖させる。増殖させた形質転換体から、プラスミドを回収し、導入された各遺伝子を含む領域を切り出し、広宿主域ベクタープラスミド(例えば、pMFY31 (Agric. Biol. Chem., Vol.49(9), 2719-2724, 1985等)のマルチクローニングサイトに挿入した組換えプラスミドベクターでザイモバクター属細菌を形質転換することにより、五炭糖を資化する能力を有するザイモバクター属形質転換体を作出することができる。なお、広宿主域ベクタープラスミドとしては、市販のものを用いることもできる。形質転換方法自体は周知であり、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載されている通り、マグネシウムイオンを含むT培地(2.0重量%グルコース、1.0重量%バクト−酵母エキス、1.0重量%リン酸二水素カリウム、0.2重量%硫酸アンモニウム、0.05重量%硫酸マグネシウム七水塩、pH6.0)等の培地中で培養してコンピテントセルとした後、エレクトロポレーション法のような常法により形質転換を行うことができる。キシロースの資化能を有する形質転換体は、キシロースを唯一の炭素源とする培地中で形質転換処理後の細菌を培養して選択することにより得ることができる。   The method for introducing a gene is not particularly limited, but as a method for introducing a gene present on a vector, for example, methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 can be used. That is, each gene is inserted into a multicloning site of a commercially available cloning plasmid vector for Escherichia coli (for example, pUC118), and a transformant that transforms Escherichia coli to produce a product of each gene is grown. The plasmid was recovered from the grown transformant, the region containing each introduced gene was excised, and a broad host range vector plasmid (for example, pMFY31 (Agric. Biol. Chem., Vol. 49 (9), 2719- 2724, 1985, etc.), a Zymobacter genus transformant having the ability to assimilate pentose can be produced by transforming Zymobacter bacterium with a recombinant plasmid vector inserted into the multicloning site of No. 2724, 1985, etc. As the broad host range vector plasmid, a commercially available one can also be used, and the transformation method itself is well known, for example, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a T medium containing magnesium ions ( 2.0 wt% glucose, 1.0 wt% Bacto-yeast extract, 1.0 wt% potassium dihydrogen phosphate, 0.2 wt% ammonium sulfate, 0.05 wt% magnesium sulfate After culturing in a medium such as heptahydrate (pH 6.0), the cells can be transformed into competent cells and then transformed by conventional methods such as electroporation. The body can be obtained by culturing and selecting the transformed bacteria in a medium containing xylose as the sole carbon source.

導入遺伝子をゲノムDNAに取り込ませる場合には、例えばKirill A. Datsenko and Barry L. Wanner. One−step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K−12 using PCR products Proc Natl Acad Sci U S A. Jun 6, 2000; 97(12): 6640-6645.に開示される方法を用いることができる。   In the case where the transgene is incorporated into genomic DNA, for example, Kirill A. et al. Datsenko and Barry L. Wanner. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products Proc Natl Acad Sci USA. Jun 6, 2000; 97 (12): 6640-6645. Can be used.

本発明で使用される発酵原料は五炭糖を含むが、五炭糖の他に六炭糖を含んでいてもよい。   Although the fermentation raw material used by this invention contains pentose, it may contain hexose in addition to pentose.

五炭糖とは、糖を構成する炭素の数が5つのものであり、ペントース(Pentose)とも呼ばれる。1位にアルデヒド基をもつアルドペントースと2位にケトン基をもつケトペントースがある。アルドペントースとしては、キシロース、アラビノース、リボース、リキソースが挙げられ、ケトペントースとしては、リブロース、キシルロースが挙げられる。本発明で用いる五炭糖としては、微生物が資化できるものであればいずれでも良いが、自然界での存在割合や入手のしやすさなどの観点から、好ましくはキシロース、アラビノースであり、より好ましくはキシロースである。   The pentose sugar has five carbons constituting the sugar, and is also called pentose. There are aldopentoses with an aldehyde group at the 1-position and ketopentoses with a ketone group at the 2-position. Examples of aldopentose include xylose, arabinose, ribose, and lyxose. Examples of ketopentose include ribulose and xylulose. The pentose used in the present invention may be any pentose as long as it can assimilate microorganisms, but is preferably xylose or arabinose, more preferably from the viewpoint of the natural ratio or availability. Is xylose.

六炭糖とは、糖を構成する炭素の数が6つのものであり、ヘキソース(Hexose)とも呼ばれる。1位にアルデヒド基をもつアルドースと2位にケトン基をもつケトースがある。アルドースとしては、グルコース、マンノース、ガラクトース、アロース、グロース、タロースなどが挙げられ、ケトースとしては、フルクトース、プシコース、ソルボースなどが挙げられる。本発明で用いる六炭糖としては、微生物が資化できるものであればいずれでも良いが、自然界での存在割合や入手のしやすさなどの観点から、好ましくはグルコース、マンノース、ガラクトースであり、より好ましくはグルコースである。   The hexose has 6 carbons constituting the sugar and is also called hexose. There are aldoses with an aldehyde group at the 1-position and ketoses with a ketone group at the 2-position. Examples of aldose include glucose, mannose, galactose, allose, growth, and talose. Examples of ketose include fructose, psicose, and sorbose. The hexose used in the present invention may be any as long as it can assimilate microorganisms, but from the viewpoint of the natural ratio, availability, etc., preferably glucose, mannose, galactose, More preferred is glucose.

五炭糖と六炭糖を含む発酵原料に関しては特に限定されないが、六炭糖と五炭糖を両方含むことが知られているセルロース含有バイオマス由来糖液が好ましく使用される。セルロース含有バイオマスには、バガス、スイッチグラス、コーンストーバー、稲わら、麦わらなど草木系バイオマスと、樹木、廃建材などの木質系バイオマスなどを例として挙げることができる。セルロース含有バイオマスは、糖が脱水縮合した多糖であるセルロースあるいはヘミセルロースを含有しており、こうした多糖を加水分解することで発酵原料として利用可能な糖液が製造される。セルロース含有バイオマス由来糖液の調製方法自体は周知であり、どのような方法であってもよく、こうした糖の製造方法としては、濃硫酸を使用してバイオマスを酸加水分解して糖液を製造する方法(特表平11−506934号公報、特開2005−229821号公報)、バイオマスを希硫酸で加水分解処理した後に、さらにセルラーゼなどの酵素処理することより糖液を製造する方法が開示されている(A.Adenら、“LignocellulosicBiomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co−Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover”NREL Technical Report(2002))。また酸を使用しない方法として、250〜500℃程度の亜臨界水を使用しバイオマスを加水分解して糖液を製造する方法(特開2003−212888号公報)、またバイオマスを亜臨界水処理した後に、さらに酵素処理することにより糖液を製造する方法(特開2001−95597号公報)、バイオマスを240〜280℃の加圧熱水で加水分解処理した後に、さらに酵素処理することにより糖液を製造する方法(特許3041380号公報)が開示されている。以上のような処理の後、得られた糖液を精製してもよい。その方法は、例えばWO2010/067785に開示されている。   Although it does not specifically limit regarding the fermentation raw material containing pentose sugar and hexose sugar, The cellulose containing biomass origin sugar liquid known to contain both hexose sugar and pentose sugar is used preferably. Examples of the cellulose-containing biomass include plant biomass such as bagasse, switchgrass, corn stover, rice straw, and straw, and woody biomass such as trees and waste building materials. Cellulose-containing biomass contains cellulose or hemicellulose, which is a polysaccharide obtained by dehydrating and condensing sugar, and a sugar solution that can be used as a fermentation raw material is produced by hydrolyzing such a polysaccharide. The method for preparing a cellulose-containing biomass-derived sugar solution is well known, and any method may be used. Such a sugar is produced by acid hydrolysis of biomass using concentrated sulfuric acid to produce a sugar solution. A method for producing a sugar solution by hydrolyzing biomass with dilute sulfuric acid and further treating with an enzyme such as cellulase, etc. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-506934, JP-A-2005-229821) (A. Aden et al., “Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Optimized Co-Current Dirty Acid Physiology Hydrology and Enzymological Hydrology.) tober "NREL Technical Report (2002)). As a method not using acid, a method of hydrolyzing biomass using subcritical water at about 250 to 500 ° C. to produce a sugar solution (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-212888), or treating biomass with subcritical water Later, a method for producing a sugar solution by further enzyme treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-95597), a biomass solution by hydrolyzing biomass with pressurized hot water at 240 to 280 ° C. and then further enzyme treatment Is disclosed (Japanese Patent No. 3041380). After the treatment as described above, the obtained sugar solution may be purified. The method is disclosed in WO2010 / 067875, for example.

混合糖に含まれる五炭糖と六炭糖の重量比率は特に制限はないが、混合糖中の五炭糖と六炭糖の重量比率として(五炭糖):(六炭糖)と表すと、1:9〜9:1が好ましい。これは、混合糖としてセルロース含有バイオマス由来糖液を想定した場合の糖比率である。   The weight ratio of the pentose and hexose contained in the mixed sugar is not particularly limited, but the weight ratio of the pentose and hexose in the mixed sugar is expressed as (pentose): (hexose). And 1: 9 to 9: 1 are preferred. This is a sugar ratio when a cellulose-containing biomass-derived sugar solution is assumed as a mixed sugar.

本発明に使用する発酵原料に含まれる総糖濃度は特に制限されず、生産効率の観点から、微生物による2,3−BDOの生産を阻害しない範囲であれば可能な限り高い濃度であることが好ましい。具体的には、培地である発酵原料中の総糖濃度は、15〜500g/lが好ましく、20〜300g/lがより好ましい。総糖濃度が15g/l以下であると、五炭糖からの収率向上の効果が低下してしまうことがある。また、総糖濃度が低いと2,3−BDOの生産効率も低下してしまう。   The total sugar concentration contained in the fermentation raw material used in the present invention is not particularly limited. From the viewpoint of production efficiency, it may be as high as possible as long as it does not inhibit the production of 2,3-BDO by microorganisms. preferable. Specifically, the total sugar concentration in the fermentation raw material that is a medium is preferably 15 to 500 g / l, and more preferably 20 to 300 g / l. When the total sugar concentration is 15 g / l or less, the effect of improving the yield from pentose may be reduced. Moreover, if the total sugar concentration is low, the production efficiency of 2,3-BDO will also decrease.

本発明に使用する発酵原料に含まれる六炭糖濃度は、上記の総糖濃度、五炭糖と六炭糖の割合の範囲において特に限定されないが、本発明の2,3−BDOの製造方法を用いれば、六炭糖を濃度5g/L以上含む混合糖液においても良好な収率を得ることができる。   The concentration of hexose contained in the fermentation raw material used in the present invention is not particularly limited within the above-mentioned total sugar concentration and the range of the ratio of pentose and hexose, but the method for producing 2,3-BDO of the present invention Can be used to obtain a good yield even in a mixed sugar solution containing hexose at a concentration of 5 g / L or more.

発酵原料には、前記糖の他、2,3−ブタンジオール発酵微生物の発酵に好ましく作用するような炭素源、窒素源、無機塩類、並びに必要に応じてアミノ酸およびビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有させてもよい。また、発酵を効率よく行うことを目的に適宜消泡剤を含有させてもよい。   As a fermentation raw material, in addition to the sugar, a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and organic micronutrients such as amino acids and vitamins as needed that favorably act on fermentation of 2,3-butanediol-fermenting microorganisms are appropriately used. You may make it contain. Moreover, you may contain an antifoamer suitably for the purpose of performing fermentation efficiently.

窒素源の具体例としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、アミノ酸、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば、油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩、亜鉛塩等を適宜添加使用することができる。五炭糖の発酵により2,3−ブタンジオールを製造するためには、これらのうち、コーンスティープリカー、硫酸アンモニウムやリン酸一水素アンモニウムのようなアンモニウム塩、リン酸二水素カリウム、リン酸一水素カリウム、リン酸一水素アンモニウムのようなリン酸塩、塩化カルシウムのようなカルシウム塩、硫酸第一鉄のような鉄塩、硫酸マンガンのようなマンガン塩、硫酸亜鉛のような亜鉛塩、硫酸マグネシウムのようなマグネシウム塩、EDTA2ナトリウムのようなEDTA又はその塩を含むことが好ましい。   Specific examples of the nitrogen source include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, amino acids, and other auxiliary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysate, casein digest, corn Steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, zinc salts and the like can be appropriately added and used. In order to produce 2,3-butanediol by pentose fermentation, among these, corn steep liquor, ammonium salts such as ammonium sulfate and ammonium hydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, hydrogen phosphate monobasic Phosphate such as potassium, ammonium monohydrogen phosphate, calcium salt such as calcium chloride, iron salt such as ferrous sulfate, manganese salt such as manganese sulfate, zinc salt such as zinc sulfate, magnesium sulfate It is preferable to contain EDTA such as magnesium salt, EDTA disodium or a salt thereof.

その他、微生物の生育に応じてニコチン酸を培地に適宜添加使用してもよく、また、消泡剤を適宜添加使用してもよい。   In addition, nicotinic acid may be appropriately added to the medium depending on the growth of microorganisms, and an antifoaming agent may be appropriately added and used.

培養温度は、微生物が生育する範囲であれば特に限定されないが、通常、温度が20〜50℃、好ましくは25〜40℃の範囲で行われる。   The culture temperature is not particularly limited as long as microorganisms grow, but the temperature is usually 20 to 50 ° C, preferably 25 to 40 ° C.

培養時の培地pHは、無機あるいは有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウム、アンモニアガスなどによって、通常、pH4〜8の範囲内に維持されるが、pH5〜7に調節して培養を行うことが好ましく、pH5以上6未満がより好ましい。   The culture medium pH at the time of culture is usually maintained within the range of pH 4 to 8 with inorganic or organic acids, alkaline substances, urea, calcium carbonate, ammonia gas, etc., but is adjusted to pH 5 to 7 and cultured. It is preferable that pH is 5 or more and less than 6.

微生物の培養形態には特に制限はなく、バッチ培養、流加発酵、連続培養などで行うことができる。   There is no restriction | limiting in particular in the culture | cultivation form of microorganisms, It can carry out by batch culture, fed-batch fermentation, continuous culture, etc.

本発明では通気条件下で微生物を培養することが好ましい。本発明における通気とは、培養槽の内部に酸素を含む気体を流入させることを意味する。通気方法としては特に制限はないが、例えば、培養液中に酸素を含んだ気体を通過させる方法のほかに、培養液上の空気層を、酸素を含む気体で置換する上面通気も含まれる。また、上面通気には培養槽に酸素を含む気体を吹き込む方法のほかに、大気開放された状態で培養液を攪拌することで培養液上に空気の流れを生じさせ、培養液中に酸素を供給する方法も含まれる。本発明では、培養液中に酸素を含んだ気体を通過させる方法によって通気することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to culture microorganisms under aerated conditions. The aeration in the present invention means that a gas containing oxygen flows into the culture tank. Although there is no restriction | limiting in particular as an aeration method, For example, the upper surface ventilation | gas_flowing which replaces the air layer on a culture solution with the gas containing oxygen other than the method of allowing the gas containing oxygen to pass through in a culture solution is also included. In addition to the method of blowing oxygen-containing gas into the culture tank for the top ventilation, the culture fluid is stirred in an open atmosphere to generate an air flow over the culture fluid, so that oxygen is introduced into the culture fluid. A method of supplying is also included. In the present invention, aeration is preferably performed by a method of allowing a gas containing oxygen to pass through the culture solution.

微生物の培養における培地への酸素供給条件は、通気と攪拌とを組み合わせることで適宜設定でき、常圧で30℃の水を対象とした場合の酸素移動容量係数kLa(h−1)(以下、単にkLaと略す。)で表される。kLaとは、通気攪拌時において、単位時間に気相から液相へ酸素を移動させ溶存酸素を生成させる能力を示すものであり、以下の式(1)で定義される。(生物工学実験書、日本生物工学会編、培風館、p.310(1992))。
dC/dt=kLa×(C−C)・・・式(1)。
ここで、C:培養液中の溶存酸素濃度DO(ppm)、C:微生物による酸素の消費がない場合の気相と平衡の溶存酸素濃度DO(ppm)、kLa:酸素移動容量係数(hr−1)である。上記式(1)より、下記式(2)が導かれるため、通気した時間に対して、C−Cの対数をプロットすることで、kLaを求めることができる。
In(C−C)=−kLa×t・・・式(2)。
Conditions for supplying oxygen to the culture medium in the culture of microorganisms can be appropriately set by combining aeration and agitation, and an oxygen transfer capacity coefficient kLa (h −1 ) (hereinafter, referred to as 30 ° C. water at normal pressure). Simply abbreviated as kLa). kLa indicates the ability to move dissolved oxygen from the gas phase to the liquid phase per unit time during aeration stirring, and is defined by the following formula (1). (Biotechnological Experiments, Japan Biotechnology Society, Bafukan, p. 310 (1992)).
dC / dt = kLa × (C * −C) (1)
Here, C: dissolved oxygen concentration DO (ppm) in the culture solution, C * : dissolved oxygen concentration DO (ppm) in equilibrium with the gas phase when oxygen is not consumed by microorganisms, kLa: oxygen transfer capacity coefficient (hr -1 ). Since the following equation (2) is derived from the above equation (1), kLa can be obtained by plotting the logarithm of C * -C against the aerated time.
In (C * −C) = − kLa × t (2).

本発明でのkLaは気体置換法(ダイナミック法)により測定される数値である。気体置換法(ダイナミック法)とは、溶存酸素濃度電極を差し込んだ通気攪拌培養装置に水を入れ、これらの液体中の酸素を窒素ガスにより置換して該液体の酸素濃度を低下させ、次に窒素ガスを圧縮空気に切り替え、所定の通気速度、攪拌速度および温度下での溶存酸素の上昇過程を測定することによりkLaを計算する方法である。   KLa in the present invention is a numerical value measured by a gas displacement method (dynamic method). In the gas displacement method (dynamic method), water is put into an aeration and agitation culture apparatus into which a dissolved oxygen concentration electrode is inserted, and oxygen in these liquids is replaced with nitrogen gas to reduce the oxygen concentration of the liquid, This is a method of calculating kLa by switching the nitrogen gas to compressed air and measuring the rising process of dissolved oxygen under a predetermined aeration rate, stirring rate and temperature.

本発明での培養時に設定するkLaは特に制限されないが、好ましくは9h−1以上である。kLaの上限は、特に限定されないが、好ましくは200h−1以下である。 The kLa set in the culture in the present invention is not particularly limited, but is preferably 9h −1 or more. The upper limit of kLa is not particularly limited, but is preferably 200 h −1 or less.

2,3−ブタンジオール発酵工程で得られる培養液には、2,3−ブタンジオールの他、発酵原料由来の不純物や発酵副産物であるエタノールなどが含まれるため、後段のプロセスおいて培養液に含まれる2,3−ブタンジオールを精製する必要がある。   The culture solution obtained in the 2,3-butanediol fermentation step contains 2,3-butanediol as well as impurities derived from fermentation raw materials and ethanol as a fermentation byproduct. It is necessary to purify the 2,3-butanediol contained.

精製工程
2,3−ブタンジオール培養液からの2,3−ブタンジオールの精製工程は特に制限はなく、当業者に公知の手法によって実施すればよいが、本発明では2,3−ブタンジオール培養液を蒸留する工程を含むことが好ましい。
Purification Step The 2,3-butanediol purification step from the 2,3-butanediol culture solution is not particularly limited and may be carried out by a technique known to those skilled in the art. In the present invention, the 2,3-butanediol culture is performed. It is preferable to include a step of distilling the liquid.

2,3−ブタンジオール培養液の蒸留では、2,3−ブタンジオールは蒸気側から回収される。蒸留法は特に限定されないが、一般的に適応される単蒸留や精密蒸留、常圧蒸留や減圧蒸留のいずれでもよく、薄膜蒸留装置や棚段式蒸留装置、充填式蒸留装置などから選択することができる。また、回分式であっても連続式であっても本発明に適用できる。中でも好ましくは、減圧蒸留であり、沸点を下げることができるため、不純物の発生を抑制することができる。具体的には、加熱温度が60℃以上150℃以下で行うのが好ましい。60℃未満の場合は減圧度を著しく下げる必要があるため、工業レベルでは装置の維持が非常に困難となる。また、150℃より高くなる場合には、2,3−ブタンジオール溶液中に残存する微量の糖などが分解し、着色性物質の副生が起こるため好ましくない。そのため、上記加熱温度範囲で2,3−ブタンジオールが留出するよう、減圧度を調節するのがよい。   In distillation of 2,3-butanediol culture, 2,3-butanediol is recovered from the vapor side. The distillation method is not particularly limited, but any of simple distillation, precision distillation, atmospheric distillation, and vacuum distillation, which are generally applicable, may be selected from a thin film distillation apparatus, a plate distillation apparatus, a packed distillation apparatus, or the like. Can do. Moreover, it is applicable to this invention even if it is a batch type or a continuous type. Among them, vacuum distillation is preferable, and the boiling point can be lowered, so that generation of impurities can be suppressed. Specifically, the heating temperature is preferably 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. When the temperature is lower than 60 ° C., the degree of decompression needs to be remarkably lowered, so that it is very difficult to maintain the apparatus at an industrial level. On the other hand, when the temperature is higher than 150 ° C., a trace amount of sugar remaining in the 2,3-butanediol solution is decomposed, and coloring substances are produced as by-products, which is not preferable. Therefore, it is preferable to adjust the degree of vacuum so that 2,3-butanediol distills within the heating temperature range.

なお、2,3−ブタンジオール培養液をそのまま蒸留工程に供してもよいが、蒸留工程に先立ち、脱塩工程や濃縮工程に供することが好ましい。   In addition, although the 2,3-butanediol culture solution may be directly subjected to the distillation step, it is preferably subjected to a desalting step or a concentration step prior to the distillation step.

脱塩工程の具体例としては、イオン交換処理が挙げられる。イオン交換処理は、イオン交換体を用いて2,3−ブタンジオール培養液中のイオン成分を除去する方法である。イオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換膜、イオン交換繊維、イオン交換紙、ゲルイオン交換体、液状イオン交換体、ゼオライト、炭質イオン交換体、モンモリロン石を用いることができるが、本発明ではイオン交換樹脂を用いた処理が好ましく採用される。   A specific example of the desalting step is an ion exchange treatment. The ion exchange treatment is a method for removing ion components in the 2,3-butanediol culture solution using an ion exchanger. As the ion exchanger, ion exchange resin, ion exchange membrane, ion exchange fiber, ion exchange paper, gel ion exchanger, liquid ion exchanger, zeolite, carbonaceous ion exchanger, montmorillonite can be used. A treatment using an ion exchange resin is preferably employed.

イオン交換樹脂にはその官能基の違いにより、強アニオン交換樹脂、弱アニオン交換樹脂、強カチオン交換樹脂、弱カチオン交換樹脂、キレート交換樹脂などがある。例えば、強アニオン交換樹脂は、オルガノ株式会社製の“アンバーライト”IRA410J、IRA411、IRA910CTや三菱化学株式会社製の“ダイヤイオン”SA10A、SA12A、SA11A、NSA100、SA20A、SA21A、UBK510L、UBK530、UBK550、UBK535、UBK555などから選定される。また、弱アニオン交換樹脂は、オルガノ株式会社製の“アンバーライト”IRA478RF、IRA67、IRA96SB、IRA98、XE583や三菱化学株式会社製の“ダイヤイオン”WA10、WA20、WA21J、WA30などがある。一方、強カチオン交換樹脂は、オルガノ株式会社製の“アンバーライト”IR120B、IR124、200CT、252の他、三菱化学株式会社製の“ダイヤイオン”SK104、SK1B、SK110、SK112、PK208、PK212、PK216、PK218,PK220、PK228などがあり、弱カチオン交換樹脂としては、オルガノ株式会社製の“アンバーライト”FPC3500、IRC76や三菱化学株式会社製の“ダイヤイオン”WK10、WK11、WK100、WK40Lなどから選定することができる。   Ion exchange resins include strong anion exchange resins, weak anion exchange resins, strong cation exchange resins, weak cation exchange resins, and chelate exchange resins, depending on the functional groups. For example, strong anion exchange resins include “Amberlite” IRA410J, IRA411, IRA910CT manufactured by Organo Corporation and “Diaion” SA10A, SA12A, SA11A, NSA100, SA20A, SA21A, UBK510L, UBK530, UBK550 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. , UBK535, UBK555, etc. Examples of weak anion exchange resins include “Amberlite” IRA478RF, IRA67, IRA96SB, IRA98, and XE583 manufactured by Organo Corporation and “Diaion” WA10, WA20, WA21J, and WA30 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. On the other hand, strong cation exchange resins include “Amberlite” IR120B, IR124, 200CT, 252 manufactured by Organo Corporation and “Diaion” SK104, SK1B, SK110, SK112, PK208, PK212, PK216 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. , PK218, PK220, PK228, etc., and weak cation exchange resins selected from “Amberlite” FPC3500, IRC76 manufactured by Organo Corporation, “Diaion” WK10, WK11, WK100, WK40L manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, etc. can do.

本発明では、イオン交換樹脂としてアニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を併用することが好ましく、中でも、多様なイオンを除去することができる強アニオン樹脂および強カチオン樹脂を用いる方がよい。また、アニオン交換樹脂は水酸化ナトリウムなどの希アルカリ性水溶液により再生し、OH型として用いることが好ましく、カチオン交換樹脂の場合は、塩酸などの希酸性水溶液により再生し、H型として用いることが好ましい。イオン交換樹脂による脱塩方法はバッチ法でもカラム法でもよく、効率的に脱塩出来る方法であれば特に制限はない。しかしながら、製造プロセスにおいては、繰り返し利用が容易なカラム法が好ましく採用される。通液速度は通常、SV(空間速度)で制御され、SV=2〜50が好ましく、より高度に精製できるSV=2〜10で通液することが好ましい。樹脂はゲル型でもポーラス型、ハイポーラス型、MR型などの種類が市販されており、これらイオン交換樹脂の形状はいずれでもよく、溶液の品質に合わせて最適な形状を選択すればよい。   In the present invention, it is preferable to use an anion exchange resin and a cation exchange resin in combination as the ion exchange resin, and among them, it is better to use a strong anion resin and a strong cation resin capable of removing various ions. The anion exchange resin is preferably regenerated with a dilute alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide and used as an OH type. In the case of a cation exchange resin, it is preferably regenerated with a dilute acidic aqueous solution such as hydrochloric acid and used as an H type. . The desalting method using an ion exchange resin may be a batch method or a column method, and is not particularly limited as long as it is a method capable of efficiently desalting. However, in the manufacturing process, a column method that can be easily used repeatedly is preferably employed. The liquid passing speed is usually controlled by SV (space velocity), SV = 2 to 50 is preferable, and it is preferable to pass the liquid at SV = 2 to 10 which can be purified to a higher degree. Various types of resins such as gel type, porous type, high porous type, and MR type are commercially available, and these ion exchange resins may have any shape, and an optimal shape may be selected in accordance with the quality of the solution.

また、ナノ濾過膜処理も脱塩工程の具体例として挙げられる。2,3−ブタンジオール培養液のナノ濾過膜処理は、例えば特開2010−150248号公報にも開示されているように、2,3−ブタンジオール培養液をナノ濾過膜に通じて濾過することによって透過液側に2,3−ブタンジオール、非透過液側に無機塩、糖類および着色成分を効率的に分離することができる。   In addition, nanofiltration membrane treatment is a specific example of the desalting step. The nanofiltration membrane treatment of the 2,3-butanediol culture solution is performed by filtering the 2,3-butanediol culture solution through the nanofiltration membrane as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-150248. Thus, 2,3-butanediol can be efficiently separated on the permeate side, and inorganic salts, saccharides, and coloring components can be efficiently separated on the non-permeate side.

ナノ濾過膜の素材としては、ピペラジンポリアミドやポリアミド、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエステルなどのポリマー系素材のほか、セラミックスなどの無機材料が用いられている。また、ナノ濾過膜は一般にスパイラル型の膜エレメントの他、平膜や中空糸膜として使用されるが、本発明で用いるナノ濾過膜は、スパイラル型の膜エレメントが好ましく使用される。   In addition to polymer materials such as piperazine polyamide, polyamide, cellulose acetate, polyvinyl alcohol, polyimide, and polyester, inorganic materials such as ceramics are used as materials for the nanofiltration membrane. The nanofiltration membrane is generally used as a flat membrane or a hollow fiber membrane in addition to the spiral membrane element, but the nanofiltration membrane used in the present invention is preferably a spiral membrane element.

本発明で用いられるナノ濾過膜エレメントの好ましい具体例としては、例えば、酢酸セルロース系のナノろ過膜であるGE Osmonics社製ナノ濾過膜の“GEsepa”、ポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のNF99またはNF99HF、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のNF−45、NF−90、NF−200またはNF−400、あるいは東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜エレメントSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610が挙げられ、中でも好ましくはポリアミドを機能層とするアルファラバル社製ナノ濾過膜のNF99またはNF99HF、架橋ピペラジンポリアミドを機能層とするフィルムテック社製ナノ濾過膜のNF−45、NF−90、NF−200またはNF−400、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜モジュールSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610であり、さらに好ましくは架橋ピペラジンポリアミドを主成分とする、東レ株式会社製のUTC60を含む同社製ナノ濾過膜エレメントSU−210、SU−220、SU−600またはSU−610である。   Preferable specific examples of the nanofiltration membrane element used in the present invention include, for example, “GEsepa” of a nanofiltration membrane manufactured by GE Osmonics, which is a cellulose acetate-based nanofiltration membrane, and a nanolayer manufactured by Alfa Laval, which uses polyamide as a functional layer. NF99 or NF99HF of filtration membrane, NF-45, NF-90, NF-200 or NF-400 of Nanotec membrane manufactured by Filmtec Co., Ltd. with functional layer of cross-linked piperazine polyamide, or UTC60 manufactured by Toray Industries, Inc. Nanofiltration membrane element SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 can be mentioned. Among them, NF99 or NF99HF of a nanofiltration membrane made of Alfa Laval Corporation having a functional layer of polyamide, and a functional layer of crosslinked piperazine polyamide are preferable. Nanofiltration made by Filmtech NF-45, NF-90, NF-200 or NF-400 of the company, nano-filtration membrane module SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 manufactured by Toray Industries, Inc. Preferably, the nanofiltration membrane element SU-210, SU-220, SU-600 or SU-610 made by the same company including UTC60 made by Toray Industries, Inc., which is mainly composed of a crosslinked piperazine polyamide.

ナノ濾過膜による濾過は、圧力をかけてもよく、その濾過圧は、0.1MPa以上8MPa以下の範囲で好ましく用いられる。濾過圧が0.1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるおそれがある。また、濾過圧が0.5MPa以上7MPa以下で用いれば、膜透過流束が高いことから、2,3−ブタンジオール発酵液を効率的に透過させることができ、膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことからより好ましく、1MPa以上6MPa以下で用いることが特に好ましい。   The nanofiltration membrane may be filtered, and the filtration pressure is preferably used in the range of 0.1 MPa to 8 MPa. If the filtration pressure is lower than 0.1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane may be damaged. Moreover, if the filtration pressure is 0.5 MPa or more and 7 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the 2,3-butanediol fermentation solution can be efficiently permeated and the membrane damage can be affected. It is more preferable because of its low property, and it is particularly preferable to use at 1 MPa or more and 6 MPa or less.

ナノ濾過膜に通じて濾過する2,3−ブタンジオール溶液の2,3−ブタンジオールの濃度は特に限定されないが、高濃度であれば透過液中に含まれる2,3−ブタンジオール濃度も高いため、濃縮する際のエネルギー削減ができ、コスト削減にも好適である。   The concentration of 2,3-butanediol in the 2,3-butanediol solution filtered through the nanofiltration membrane is not particularly limited, but if the concentration is high, the concentration of 2,3-butanediol contained in the permeate is also high. Therefore, energy can be reduced when concentrating, which is suitable for cost reduction.

脱塩工程においては、イオン交換処理またはナノ濾過膜処理のいずれかであってもよく、それらを併用してもよいが、少なくともイオン交換処理をすることが好ましい。また、イオン交換処理とナノ濾過膜処理を併用する場合の順序は特に制限はないが、2,3−ブタンジオール培養液をナノ濾過膜処理して透過液側から得られる無機塩が低減した2,3−ブタンジオール培養液をイオン交換処理することが好ましい。これにより、ナノ濾過膜を一部通過する無機塩や有機酸をイオン交換樹脂で除去することで、無機塩類の除去率を上げることができる。   In the desalting step, either ion exchange treatment or nanofiltration membrane treatment may be used, and these may be used in combination, but at least ion exchange treatment is preferred. In addition, there is no particular limitation on the order in the case where ion exchange treatment and nanofiltration membrane treatment are used in combination, but the inorganic salt obtained from the permeate side is reduced by nanofiltration membrane treatment of 2,3-butanediol culture solution 2 It is preferable to ion-exchange the 3-butanediol culture solution. Thereby, the removal rate of inorganic salts can be raised by removing the inorganic salt and organic acid which pass a part of nanofiltration membrane with an ion exchange resin.

2,3−ブタンジオール培養液の濃縮方法としては当業者が公知の一般的な方法でよく、例えば、逆浸透膜を用いる方法や、エバポレーターによる加熱濃縮などが挙げられるが、逆浸透膜を用いる方法が好ましく適用される。   As a method for concentrating the 2,3-butanediol culture solution, a general method known to those skilled in the art may be used. For example, a method using a reverse osmosis membrane or a heat concentration using an evaporator may be used. The method is preferably applied.

逆浸透膜を用いる方法は、2,3−ブタンジオール溶液を逆浸透膜に通じて濾過することで透過液側に水を透過させ、2,3−ブタンジオールを膜の非透過液側に保持することで濃縮する方法である。本発明で好ましく使用される逆浸透膜としては、酢酸セルロール系のポリマーを機能層とした複合膜(以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう)またはポリアミドを機能層とした複合膜(以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう)が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族および/または芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマーまたは架橋ポリマーが挙げられる。膜形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸型など適宜の形態のものが使用できる。   In the method using a reverse osmosis membrane, the 2,3-butanediol solution is filtered through the reverse osmosis membrane to allow water to permeate the permeate side and keep 2,3-butanediol on the non-permeate side of the membrane. It is a method of concentrating by doing. As a reverse osmosis membrane preferably used in the present invention, a composite membrane using a cellulose acetate-based polymer as a functional layer (hereinafter also referred to as a cellulose acetate-based reverse osmosis membrane) or a composite membrane using a polyamide as a functional layer (hereinafter, Polyamide-based reverse osmosis membrane). Here, as the cellulose acetate-based polymer, organic acid esters of cellulose such as cellulose acetate, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate, cellulose butyrate and the like, or a mixture thereof and those using mixed esters can be mentioned. It is done. The polyamide includes a linear polymer or a crosslinked polymer having an aliphatic and / or aromatic diamine as a monomer. As the membrane form, an appropriate form such as a flat membrane type, a spiral type, and a hollow fiber type can be used.

本発明で使用される逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ株式会社製ポリアミド系逆浸透膜モジュールである低圧タイプのSU−710、SU−720、SU−720F、SU−710L、SU−720L、SU−720LF、SU−720R、SU−710P、SU−720Pの他、高圧タイプのSU−810、SU−820、SU−820L、SU−820FA、同社酢酸セルロース系逆浸透膜SC−L100R、SC−L200R、SC−1100、SC−1200、SC−2100、SC−2200、SC−3100、SC−3200、SC−8100、SC−8200、日東電工株式会社製NTR−759HR、NTR−729HF、NTR−70SWC、ES10−D、ES20−D、ES20−U、ES15−D、ES15−U、LF10−D、アルファラバル製RO98pHt、RO99、HR98PP、CE4040C−30D、GE製“GESepa”、Filmtec製BW30−4040、TW30−4040、XLE−4040、LP−4040、LE−4040、SW30−4040、SW30HRLE−4040などが挙げられる。   Specific examples of the reverse osmosis membrane used in the present invention include, for example, low pressure type SU-710, SU-720, SU-720F, SU-710L, SU-, which are polyamide-based reverse osmosis membrane modules manufactured by Toray Industries, Inc. 720L, SU-720LF, SU-720R, SU-710P, SU-720P, high pressure type SU-810, SU-820, SU-820L, SU-820FA, the company's cellulose acetate reverse osmosis membrane SC-L100R, SC-L200R, SC-1100, SC-1200, SC-2100, SC-2200, SC-3100, SC-3200, SC-8100, SC-8200, NTR-759HR, NTR-729HF, NTR manufactured by Nitto Denko Corporation -70 SWC, ES10-D, ES20-D, ES20-U, ES15-D, ES1 -U, LF10-D, Alfa Laval RO98pHt, RO99, HR98PP, CE4040C-30D, GE "GESepa", Filmtec BW30-4040, TW30-4040, XLE-4040, LP-4040, LE-4040, SW30- 4040, SW30HRLE-4040, and the like.

逆浸透膜による濃縮は、圧力をかけて行うが、その濾過圧は、1MPaより低ければ膜透過速度が低下し、8MPaより高ければ膜の損傷に影響を与えるため、1MPa以上8MPa以下の範囲であることが好ましい。また、濾過圧が1MPa以上7MPa以下の範囲であれば、膜透過流束が高いことから、2,3−ブタンジオール溶液を効率的に濃縮することができる。膜の損傷に影響を与える可能性が少ないことから最も好ましくは、2MPa以上6MPa以下の範囲である。低濃度の2,3−ブタンジオール溶液においては、逆浸透膜を用いる方法が低コストであるため好ましい。   Concentration with a reverse osmosis membrane is carried out under pressure, but if the filtration pressure is lower than 1 MPa, the membrane permeation rate decreases, and if it is higher than 8 MPa, the membrane damage is affected, so in the range of 1 MPa to 8 MPa. Preferably there is. Moreover, if the filtration pressure is in the range of 1 MPa or more and 7 MPa or less, the membrane permeation flux is high, so that the 2,3-butanediol solution can be concentrated efficiently. Most preferably, it is in the range of 2 MPa or more and 6 MPa or less because there is little possibility of affecting the film damage. In a low concentration 2,3-butanediol solution, a method using a reverse osmosis membrane is preferable because of its low cost.

その他、上記工程に先立ち、2,3−ブタンジオール培養液に含まれる菌体を分離する工程を含むことが好ましい。菌体の分離工程としては、例えば遠心分離、ろ過分離などの方法を用いることができる。これらの方法はどちらか一方のみでもよいし、組み合わせてもよい。   In addition, it is preferable to include the process of isolate | separating the microbial cell contained in a 2, 3- butanediol culture solution prior to the said process. As the cell separation step, for example, a method such as centrifugation or filtration separation can be used. Only one of these methods may be used or a combination thereof may be used.

本発明によって製造される2,3−ブタンジオールは高純度であることを特徴とする。2,3−ブタンジオールに含まれる不純物を測定する方法としては、ガスクロマトグラフィー(GC)による純度測定や高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いたUV検出による純度測定などを併用して評価することができ、これらは全検出ピーク面積中の2,3−ブタンジオール面積の比率で評価するため、比率が高いほど2,3−ブタンジオールが高純度であることを意味する。   The 2,3-butanediol produced according to the present invention is characterized by high purity. As a method for measuring impurities contained in 2,3-butanediol, evaluation is performed by using purity measurement by gas chromatography (GC) or purity measurement by UV detection using high performance liquid chromatography (HPLC). Since these are evaluated by the ratio of the area of 2,3-butanediol in the total detection peak area, the higher the ratio, the higher the purity of 2,3-butanediol.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.

特許文献1及び特許文献2に記載された形質転換株細胞内での4種の酵素遺伝子の発現を確認した。なお、この形質転換株は、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターにブダペスト条約に基づき2004年6月30日から寄託されており、その受託番号はFERM BP−10048である。この形質転換株は、特許文献2が米国特許第7,569,379号となっているため、既に分譲可能となっている。   The expression of four kinds of enzyme genes in the transformant cells described in Patent Document 1 and Patent Document 2 was confirmed. This transformed strain has been deposited with the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, based on the Budapest Treaty since June 30, 2004, and the deposit number is FERM BP-10048. This transformed strain is already available for sale because Patent Document 2 is US Pat. No. 7,569,379.

参考例1 kLa測定
培養装置(エイブル株式会社製、ジャー容量1.5L)に溶存酸素電極(エイブル株式会社製)を挿入して各通気攪拌条件に対する溶存酸素濃度を測定し、窒素ガスを用いるダイナミック法によりkLaを求めた。まず、培養槽に水1Lを投入し、水温を30℃に調整しながら一定の速度で攪拌して窒素ガスを十分に水中に吹き込み、電極値が最低値となった時点で溶存酸素電極のゼロ校正を行った。そののち通気ガスを窒素ガスから所定の通気速度の空気あるいは窒素ガスに切り替えてからの溶存酸素濃度の経時変化を測定してkLaを求めた。得られた各通気攪拌条件に対するkLaを表1に示す。
Reference Example 1 kLa Measurement Dynamic in which dissolved oxygen electrode (manufactured by Able Co., Ltd.) is inserted into a culture apparatus (manufactured by Able Co., Ltd., Able Co., Ltd.), the dissolved oxygen concentration is measured for each aeration stirring condition, and nitrogen gas is used KLa was determined by the method. First, 1L of water is added to the culture tank, and the water temperature is adjusted to 30 ° C while stirring at a constant speed. Nitrogen gas is sufficiently blown into the water, and when the electrode value reaches the minimum value, the dissolved oxygen electrode is zero. Calibration was performed. Thereafter, the change in dissolved oxygen concentration over time after switching the aeration gas from nitrogen gas to air or nitrogen gas at a predetermined aeration rate was measured to obtain kLa. Table 1 shows kLa for each aeration stirring condition obtained.

Figure 2016077262
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実施例1〜5:kLa
<2,3−ブタンジオール発酵>
キシロース資化を付与したザイモバクター属微生物としては、特許文献1及び2に開示されているZymobacter palmae[pMFY31−xt]を用いた。Zymobacter palmae[pMFY31−xt]は、キシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼをコードする外来遺伝子が導入された広宿主域組換えプラスミドベクターでZymobacter palmaeを形質転換することにより作出された公知の形質転換体であり、上記の通り、ブダペスト条約に基づきFERM BP−10048の受託番号で寄託されており、分譲可能となっているものである。Z.palmae[pMFY31−xt]を、100μg/mLのアンピシリンを含むTX培地(40g/L Xylose, 10g/L Yeast extract, 10g/L KHPO、 2g/L (NHSO、 0.5g/L MgSO・7HO、 pH6.0)を5mL入れた試験管にて30℃で24時間静置培養を行った。その培養液を、TX培地を50mL入れた三角フラスコに全量添加したのち、30℃で24時間静置培養を行った。その培養液を表2に示す組成の2,3−ブタンジオール発酵培地1Lに全量添加し、pH5.5となるように水酸化カリウムで中和しながら温度30℃で表1に記載の通気・攪拌条件にて培養を行った。培養中に適宜培養液を採取し、キシロース濃度および2,3−ブタンジオール濃度を測定した。
Examples 1 to 5: kLa
<2,3-butanediol fermentation>
Zymobacter palmae [pMFY31-xt] disclosed in Patent Documents 1 and 2 was used as a microorganism of the genus Zymobacter imparted with xylose utilization. Zymobacter palmae [pMFY31-xt] was created by transforming Zymobacter palmae with a broad host range recombinant plasmid vector introduced with foreign genes encoding xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase and transketolase It is a publicly known transformant and, as described above, is deposited under the accession number of FERM BP-10048 based on the Budapest Treaty and can be sold. Z. palmae [pMFY31-xt] was added to TX medium (40 g / L Xylose, 10 g / L Yeast extract, 10 g / L KH 2 PO 4 , 2 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 100 μg / mL ampicillin. Static culture was performed at 30 ° C. for 24 hours in a test tube containing 5 mL of 5 g / L MgSO 4 .7H 2 O, pH 6.0). The whole amount of the culture solution was added to an Erlenmeyer flask containing 50 mL of TX medium, followed by stationary culture at 30 ° C. for 24 hours. The culture solution was added to 1 L of 2,3-butanediol fermentation medium having the composition shown in Table 2 and neutralized with potassium hydroxide so as to have a pH of 5.5. Culturing was performed under stirring conditions. During the cultivation, the culture solution was appropriately collected and the xylose concentration and 2,3-butanediol concentration were measured.

Figure 2016077262
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以下に高速液体クロマトグラフィー(HPLC、株式会社島津製作所製)によるそれぞれの濃度測定条件を示す。発酵後の2,3−ブタンジオール濃度、糖濃度、発酵収率は以下の測定方法によって求めた。   Each concentration measurement condition by high performance liquid chromatography (HPLC, manufactured by Shimadzu Corporation) is shown below. The 2,3-butanediol concentration, sugar concentration, and fermentation yield after fermentation were determined by the following measurement methods.

2,3−ブタンジオール濃度測定
カラム:Shodex Sugar SH1011(昭和電工株式会社製)
カラム温度:65℃
移動相:0.05M 硫酸水溶液、0.6mL/min
検出:RI。
2,3-butanediol concentration measurement column: Shodex Sugar SH1011 (manufactured by Showa Denko KK)
Column temperature: 65 ° C
Mobile phase: 0.05 M sulfuric acid aqueous solution, 0.6 mL / min
Detection: RI.

糖濃度測定
カラム:Asahipak NH2P50 4E(昭和電工株式会社製)
カラム温度:30℃
移動相:水:アセトニトリル=1:3、0.6mL/min
検出:RI。
Sugar concentration measuring column: Asahipak NH2P50 4E (Showa Denko KK)
Column temperature: 30 ° C
Mobile phase: water: acetonitrile = 1: 3, 0.6 mL / min
Detection: RI.

発酵収率
上述のHPLC分析により測定した2,3−ブタンジオール濃度および糖濃度より、下式を用いて算出した。
発酵収率(%)=100×{(培養液中2,3−ブタンジオール濃度)−(培地中2,3−ブタンジオール濃度)}/{(培地中糖濃度)−(培養液中糖濃度)}。
Fermentation yield It calculated using the following formula from the 2,3-butanediol concentration and sugar concentration measured by the above-mentioned HPLC analysis.
Fermentation yield (%) = 100 × {(2,3-butanediol concentration in culture medium) − (2,3-butanediol concentration in medium)} / {(sugar concentration in medium) − (sugar concentration in culture medium) )}.

培養液中のキシロース濃度が最も0に近くなった時点での、培養液中の2,3−ブタンジオールおよびキシロース濃度、発酵収率を表3に示す。得られた2,3−ブタンジオール培養液を回収し、4℃、8000rpmで15分間遠心したのち上清を精密ろ過膜(東レ株式会社製)にてろ過し、菌体を除去した。上記工程を2回行い、計2Lの2,3−ブタンジオール培養液を得た。   Table 3 shows the concentrations of 2,3-butanediol and xylose and the fermentation yield in the culture solution when the xylose concentration in the culture solution is closest to zero. The obtained 2,3-butanediol culture was collected and centrifuged at 4 ° C. and 8000 rpm for 15 minutes, and then the supernatant was filtered through a microfiltration membrane (manufactured by Toray Industries, Inc.) to remove the cells. The above process was performed twice to obtain a total of 2 L of 2,3-butanediol culture solution.

<2,3−ブタンジオール培養液のイオン交換精製>
上述の発酵試験により得られた培養液について、イオン交換処理による残留イオンの除去を行った。強アニオン交換樹脂IRA120J(株式会社オルガノ製)および強カチオン交換樹脂IR410(株式会社オルガノ製)を用い、それぞれ1N水酸化ナトリウムおよび1N塩酸によってOH型およびH型に再生して使用した。樹脂量は各種無機塩と有機酸との総量とイオン交換樹脂の交換容量が等量になるように算出した。前述のイオン交換樹脂をカラムに充填し、アニオン交換、カチオン交換の順に通液速度SV=5で通液した。
<Ion-exchange purification of 2,3-butanediol culture solution>
About the culture solution obtained by the above-mentioned fermentation test, the residual ion was removed by the ion exchange process. Using strong anion exchange resin IRA120J (manufactured by Organo Co., Ltd.) and strong cation exchange resin IR410 (manufactured by Organo Co., Ltd.), they were regenerated and used in 1H sodium hydroxide and 1N hydrochloric acid, respectively. The amount of resin was calculated so that the total amount of various inorganic salts and organic acids and the exchange capacity of the ion exchange resin were equal. The above-described ion exchange resin was packed in a column, and the anion exchange and the cation exchange were carried out in this order at a liquid passing speed SV = 5.

<2,3−ブタンジオールの蒸留精製>
イオン交換処理した2,3−ブタンジオール溶液は、薄膜濃縮装置 MF−10(東京理化器械株式会社製)によって水を除去した。この時、減圧度は30hPa、加熱温度は60℃で水を蒸発させた。濃縮した2,3−ブタンジオール溶液を減圧蒸留(5mmHg)し、精製2,3−ブタンジオールを得た。蒸留後の2,3−ブタンジオールの
GC純度、蒸留収率は以下の測定方法によって求めた。
<Distillative purification of 2,3-butanediol>
Water was removed from the ion-exchanged 2,3-butanediol solution using a thin film concentrator MF-10 (manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.). At this time, water was evaporated at a reduced pressure of 30 hPa and a heating temperature of 60 ° C. The concentrated 2,3-butanediol solution was distilled under reduced pressure (5 mmHg) to obtain purified 2,3-butanediol. The GC purity and distillation yield of 2,3-butanediol after distillation were determined by the following measuring method.

GC純度
蒸留後の2,3−ブタンジオールをガスクロマトグラフィー(GC、株式会社島津製作所製)を用いて分析し、全検出ピーク面積中の2,3−ブタンジオールピーク面積の比率から、下式によって算出した。
GC純度(%)=100×(2,3−ブタンジオールピーク面積)/(全検出ピーク面積)。
ガスクロマトグラフィーの分析条件を以下に示す。
カラム:RT−BDEXM(0.25mm×30m、Restek社製)
カラム温度:75℃
気化室、検出器温度:230℃
キャリアガス:He
線速度:35cm/sec
検出:水素炎イオン化検出器(FID)。
GC purity 2,3-butanediol after distillation was analyzed using gas chromatography (GC, manufactured by Shimadzu Corporation). From the ratio of the peak area of 2,3-butanediol in the total detected peak area, Calculated by
GC purity (%) = 100 × (2,3-butanediol peak area) / (total detection peak area).
The analysis conditions for gas chromatography are shown below.
Column: RT-BDEXM (0.25 mm × 30 m, manufactured by Restek)
Column temperature: 75 ° C
Vaporization chamber, detector temperature: 230 ° C
Carrier gas: He
Linear velocity: 35 cm / sec
Detection: Flame ionization detector (FID).

蒸留収率
HPLC分析で測定した2,3−ブタンジオール濃度と仕込み液量から算出した蒸留前の2,3−ブタンジオール仕込み量と、蒸留後の留出液量と上述のGC純度から算出した2,3−ブタンジオール回収量から、下式により計算した。
蒸留収率(%)=100×{(蒸留後の留出液量)×(GC純度)}/{(蒸留前2,3−ブタンジオール濃度)×(蒸留前の仕込み液量)}。
Distillation Yield Calculated from 2,3-butanediol concentration before distillation calculated from 2,3-butanediol concentration measured by HPLC analysis and the amount of charged liquid, the amount of distillate after distillation and the above-mentioned GC purity From the recovered amount of 2,3-butanediol, calculation was made according to the following formula.
Distillation yield (%) = 100 × {(distilled liquid amount after distillation) × (GC purity)} / {(2,3-butanediol concentration before distillation) × (charged liquid amount before distillation)}.

2,3−ブタンジオール総収率
発酵工程の結果より算出した発酵収率および精製工程の結果より算出した蒸留収率から、下式により計算した。結果を表3に示す。
2,3−ブタンジオール総収率(g/g糖)=(発酵収率)/100×(蒸留収率)/100。
The total yield of 2,3-butanediol was calculated from the fermentation yield calculated from the result of the fermentation step and the distillation yield calculated from the result of the purification step, according to the following formula. The results are shown in Table 3.
Total yield of 2,3-butanediol (g / g sugar) = (fermentation yield) / 100 × (distillation yield) / 100.

Figure 2016077262
Figure 2016077262

実施例6〜9:pH
Z.palmae[pMFY31−xt]を、実施例1〜5記載の方法にて培養した。フラスコ培養した培養液を表2に示す組成の2,3−ブタンジオール発酵培地1Lに添加し、pHがそれぞれ4.5、4.8、6.1、6.5のいずれかとなるように水酸化カリウムで中和しながら通気速度0.2vvm、攪拌速度400rpm、温度30℃で培養を行った。培養中に適宜培養液を採取し、キシロース濃度および2,3−ブタンジオール濃度を実施例1〜5記載の方法にて測定した。培養液中のキシロース濃度が最も0に近くなった時点での、培養液中の2,3−ブタンジオールおよびキシロース濃度、発酵収率を表4に示す。発酵試験後の2,3−ブタンジオール培養液を回収し、4℃、8000rpmで15分間遠心したのち上清を精密ろ過膜(東レ株式会社製)にてろ過し、菌体を除去した。上記工程を2回行い、計2Lの2,3−ブタンジオール培養液を得た。得られた培養液について、実施例1〜5記載の方法にて脱塩および蒸留処理を行い、精製2,3−ブタンジオールを得た。蒸留後の2,3−ブタンジオールのGC純度、蒸留収率を実施例1〜5記載の方法によって求めた結果を表4に示す。
Examples 6-9: pH
Z. palmae [pMFY31-xt] was cultured by the method described in Examples 1-5. The culture broth cultured in a flask was added to 1 L of 2,3-butanediol fermentation medium having the composition shown in Table 2, and water was added so that the pH was 4.5, 4.8, 6.1, or 6.5, respectively. While neutralizing with potassium oxide, the cells were cultured at an aeration rate of 0.2 vvm, an agitation rate of 400 rpm, and a temperature of 30 ° C. The culture solution was appropriately collected during the culture, and the xylose concentration and 2,3-butanediol concentration were measured by the methods described in Examples 1-5. Table 4 shows the concentrations of 2,3-butanediol and xylose in the culture solution and the fermentation yield when the xylose concentration in the culture solution is closest to zero. The 2,3-butanediol culture solution after the fermentation test was collected and centrifuged at 4 ° C. and 8000 rpm for 15 minutes, and then the supernatant was filtered through a microfiltration membrane (manufactured by Toray Industries, Inc.) to remove the cells. The above process was performed twice to obtain a total of 2 L of 2,3-butanediol culture solution. The obtained culture solution was desalted and distilled by the methods described in Examples 1 to 5 to obtain purified 2,3-butanediol. Table 4 shows the results of determining the GC purity and distillation yield of 2,3-butanediol after distillation by the methods described in Examples 1-5.

Figure 2016077262
Figure 2016077262

実施例10〜12:糖濃度
Z.palmae[pMFY31−xt]を、実施例1〜5記載の方法にて培養した。フラスコ培養した培養液をキシロース濃度がそれぞれ5.0、15、100g/Lのいずれかとなるように調整した表2に示す組成の2,3−ブタンジオール発酵培地1Lに添加し、pHが5.5となるように水酸化カリウムで中和しながら通気速度0.2vvm、攪拌速度400rpm、温度30℃で培養を行った。培養中に適宜培養液を採取し、キシロース濃度および2,3−ブタンジオール濃度を実施例1〜5記載の方法にて測定した。培養液中のキシロース濃度が最も0に近くなった時点での、培養液中の2,3−ブタンジオールおよびキシロース濃度、発酵収率を表5に示す。発酵試験後の2,3−ブタンジオール培養液を回収し、4℃、8000rpmで15分間遠心したのち上清を精密ろ過膜(東レ株式会社製)にてろ過し、菌体を除去した。上記工程を2回行い、計2Lの2,3−ブタンジオール培養液を得た。得られた培養液について、実施例1〜5記載の方法にて脱塩および蒸留処理を行い、精製2,3−ブタンジオールを得た。蒸留後の2,3−ブタンジオールのGC純度、蒸留収率を実施例1〜5記載の方法によって求めた結果を表5に示す。
Examples 10-12: Sugar concentration palmae [pMFY31-xt] was cultured by the method described in Examples 1-5. The culture broth cultured in a flask was added to 1 L of 2,3-butanediol fermentation medium having the composition shown in Table 2 adjusted so that the xylose concentration was 5.0, 15, or 100 g / L, respectively, and the pH was 5. The cells were cultured at aeration rate of 0.2 vvm, stirring speed of 400 rpm, and temperature of 30 ° C. while neutralizing with potassium hydroxide so as to be 5. The culture solution was appropriately collected during the culture, and the xylose concentration and 2,3-butanediol concentration were measured by the methods described in Examples 1-5. Table 5 shows the concentrations of 2,3-butanediol and xylose and the fermentation yield in the culture solution when the xylose concentration in the culture solution is closest to zero. The 2,3-butanediol culture solution after the fermentation test was collected and centrifuged at 4 ° C. and 8000 rpm for 15 minutes, and then the supernatant was filtered through a microfiltration membrane (manufactured by Toray Industries, Inc.) to remove the cells. The above process was performed twice to obtain a total of 2 L of 2,3-butanediol culture solution. The obtained culture solution was desalted and distilled by the methods described in Examples 1 to 5 to obtain purified 2,3-butanediol. Table 5 shows the results of determining the GC purity and distillation yield of 2,3-butanediol after distillation by the methods described in Examples 1-5.

Figure 2016077262
Figure 2016077262

実施例13〜15:五炭糖比率
Z.palmae[pMFY31−xt]を、実施例1〜5記載の方法にて培養した。フラスコ培養した培養液をキシロースおよびグルコースの濃度(g/L)がそれぞれ(40:20)、(20:40)、(2.5:40)のいずれかとなるように調整した表2に示す組成の2,3−ブタンジオール発酵培地1Lに添加し、pHが5.5となるように水酸化カリウムで中和しながら通気速度0.2vvm、攪拌速度400rpm、温度30℃で培養を行った。培養中に適宜培養液を採取し、糖濃度および2,3−ブタンジオール濃度を実施例1〜5記載の方法にて測定した。培養液中の糖濃度が最も0に近くなった時点での、培養液中の2,3−ブタンジオールおよび糖濃度、発酵収率を表6に示す。発酵試験後の2,3−ブタンジオール培養液を回収し、4℃、8000rpmで15分間遠心したのち上清を精密ろ過膜(東レ株式会社製)にてろ過し、菌体を除去した。上記工程を2回行い、計2Lの2,3−ブタンジオール培養液を得た。得られた培養液について、実施例1〜5記載の方法にて脱塩および蒸留処理を行い、精製2,3−ブタンジオールを得た。蒸留後の2,3−ブタンジオールのGC純度、蒸留収率を実施例1〜5記載の方法によって求めた結果を表6に示す。
Examples 13-15: pentose sugar ratio Z. palmae [pMFY31-xt] was cultured by the method described in Examples 1-5. The composition shown in Table 2 was prepared by adjusting the concentration of the xylose and glucose (g / L) to (40:20), (20:40), or (2.5: 40) in the culture solution cultured in the flask. Was added to 1 L of 2,3-butanediol fermentation medium and cultured at an aeration rate of 0.2 vvm, an agitation rate of 400 rpm, and a temperature of 30 ° C. while neutralizing with potassium hydroxide so that the pH was 5.5. The culture solution was appropriately collected during the culture, and the sugar concentration and 2,3-butanediol concentration were measured by the methods described in Examples 1-5. Table 6 shows the 2,3-butanediol and sugar concentrations in the culture solution and the fermentation yield when the sugar concentration in the culture solution is closest to zero. The 2,3-butanediol culture solution after the fermentation test was collected and centrifuged at 4 ° C. and 8000 rpm for 15 minutes, and then the supernatant was filtered through a microfiltration membrane (manufactured by Toray Industries, Inc.) to remove the cells. The above process was performed twice to obtain a total of 2 L of 2,3-butanediol culture solution. The obtained culture solution was desalted and distilled by the methods described in Examples 1 to 5 to obtain purified 2,3-butanediol. Table 6 shows the results of determining the GC purity and distillation yield of 2,3-butanediol after distillation by the methods described in Examples 1-5.

Figure 2016077262
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本発明の方法により得られる2,3−ブタンジオールは(2,3−BDO)は、医薬品や化粧品の中間体原料、インク、香水、液晶、殺虫剤、軟化試薬、爆薬、可塑剤などの原料として有用な化合物である。   2,3-butanediol (2,3-BDO) obtained by the method of the present invention is a raw material for pharmaceutical and cosmetic intermediate materials, inks, perfumes, liquid crystals, insecticides, softening reagents, explosives, plasticizers, etc. As a useful compound.

Claims (13)

五炭糖を含む発酵原料中で、五炭糖を資化する能力を有するザイモバクター(Zymobacter)属微生物を培養する工程(工程A)、および
該工程で得られた培養液から2,3−ブタンジオールを精製する工程(工程B)を含む、2,3−ブタンジオールの製造方法。
A step of culturing a microorganism belonging to the genus Zymobacter having the ability to assimilate pentose in a fermentation raw material containing pentose (Step A), and 2,3-butane from the culture solution obtained in the step A method for producing 2,3-butanediol, comprising a step of purifying a diol (step B).
前記工程Aが通気条件下での培養である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the step A is culturing under aerated conditions. 前記工程Aが酸素移動容量係数(kLa)9h−1以上の条件での培養である、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the step A is culturing under conditions of an oxygen transfer capacity coefficient (kLa) of 9h -1 or more. 前記微生物が、キシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼから選ばれる少なくとも1つの酵素をコードする外来遺伝子が導入されたザイモバクター属の形質転換微生物である、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。   The microorganism according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is a transformed microorganism of the genus Zymobacter into which a foreign gene encoding at least one enzyme selected from xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase, and transketolase is introduced. 2. The method according to item 1. 前記微生物が、キシロースイソメラーゼ、キシルロキナーゼ、トランスアルドラーゼおよびトランスケトラーゼをコードする外来遺伝子が導入されたザイモバクター属の形質転換微生物である、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the microorganism is a transformed microorganism of the genus Zymobacter into which a foreign gene encoding xylose isomerase, xylulokinase, transaldolase and transketolase has been introduced. 前記微生物がザイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)である、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the microorganism is Zymobacter palmae. 前記工程Aの発酵原料に含まれる五炭糖がキシロースである、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the pentose contained in the fermentation raw material of Step A is xylose. 前記発酵原料中の総糖に対するキシロースの存在比率が5〜100%である、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein an abundance ratio of xylose to total sugar in the fermentation raw material is 5 to 100%. 前記工程Aが総糖濃度20g/L以上の培地での培養である、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the step A is culturing in a medium having a total sugar concentration of 20 g / L or more. 前記発酵原料がバイオマス由来の糖液を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the fermentation raw material includes a biomass-derived sugar solution. 前記工程Bが蒸留工程を含む、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the step B includes a distillation step. 前記蒸留工程前に脱塩処理工程を含む、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, comprising a desalting treatment step before the distillation step. 前記脱塩処理工程として少なくともイオン交換処理工程を含む、請求項12記載の方法。   The method according to claim 12, comprising at least an ion exchange treatment step as the desalting treatment step.
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