JP2020065494A - System for producing trihydroxybenzene - Google Patents

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Abstract

To provide a system for producing THB with high efficiency.SOLUTION: Provided is a system for producing trihydroxybenzene (THB), comprising: a culture tank that holds a liquid medium containing bacteria synthesizing deoxy-scyllo-inosose (DOI) and cultures the bacteria to produce a bacterial culture; and a heating device that is connected to the culture tank and heats the bacterial culture at a high temperature of 80°C or higher to produce a product solution containing trihydroxybenzene (THB).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、トリヒドロキシベンゼン(THB)を製造するためのシステムに関する。   The present invention relates to a system for producing trihydroxybenzene (THB).

デオキシシロイノソース(2−deoxy−scyllo−inosose。DOIと略記される。)は、様々な有用な化学物質へと誘導することができる化合物である。一般に、産業的に有用な化学物質、特に炭素六員環化合物は、化石資源、特に石油を原料として化学的に製造されることが多い。しかしながら、DOIは、特定の酵素を発現する細菌を用いたバイオプロセスにより糖類から合成できることが知られているため(特許文献1〜3)、化石資源依存からの脱却および地球環境保全の観点から、特に魅力的な化学物質である。   Deoxyscylinosose (2-deoxy-scyllo-inosose, abbreviated as DOI) is a compound that can be induced into various useful chemical substances. Generally, industrially useful chemical substances, particularly carbon six-membered ring compounds, are often chemically produced from fossil resources, especially petroleum. However, since it is known that DOI can be synthesized from saccharides by a bioprocess using a bacterium that expresses a specific enzyme (Patent Documents 1 to 3), from the viewpoint of avoiding dependence on fossil resources and protecting the global environment, It is a particularly attractive chemical substance.

すなわち、例えば木材チップのような、セルロースを主成分とする植物材料を、公知の技術によってグルコース等の単糖類に分解し、その単糖類を、上述のバイオプロセスによりDOIに変換することにより、非化石資源を有効利用した化学製品製造を実現することができる。   That is, a plant material mainly composed of cellulose, such as wood chips, is decomposed into a monosaccharide such as glucose by a known technique, and the monosaccharide is converted into a DOI by the bioprocess described above. It is possible to realize chemical product manufacturing that effectively uses fossil resources.

DOIから誘導され得るさらなる中間物質のうち、最も代表的な1つが、トリヒドロキシベンゼン(THB)である。THBは、DOIからの脱水反応(1分子のDOIから合計2分子の水が脱離する)により生成される化合物である。THBはさらに、クエルシトール、カルバグルコース、カテコール、アジピン酸誘導体、ハイドロキノン、トリメトキシベンゼン、トリメトキシ安息香酸フェニルエステル、セサモール等の有用化合物へと誘導することができる。これらのTHB由来有用化合物は、例えば糖尿病治療薬、ナイロン、写真薬、重合抑制剤、Li二次電池添加剤、セルロースフィルム添加剤、抗うつ薬等のアプリケーションに用いることができる(非特許文献1)。   Of the additional intermediates that can be derived from DOI, one of the most representative is trihydroxybenzene (THB). THB is a compound produced by a dehydration reaction from DOI (a total of two molecules of water are eliminated from one molecule of DOI). THB can be further derivatized into useful compounds such as quercitol, carbaglucose, catechol, adipic acid derivatives, hydroquinone, trimethoxybenzene, trimethoxybenzoic acid phenyl ester and sesamol. These THB-derived useful compounds can be used for applications such as antidiabetic agents, nylons, photographic agents, polymerization inhibitors, Li secondary battery additives, cellulose film additives, and antidepressants (Non-Patent Document 1). ).

国際公開第2006/109479号International Publication No. 2006/109479 国際公開第2010/053052号International Publication No. 2010/053052 国際公開第2015/005451号International Publication No. 2015/005451

生物工学、第93巻、533−535、2015年Biotechnology, Volume 93, 533-535, 2015

細菌を用いたバイオプロセスにより合成されたDOIから、THBを得るために、従来は、培養培地の酸性化、遠心分離、濾過、陽イオン交換、陰イオン交換、乾燥、濃縮、メタノール共沸、乾燥、晶析、および濾過乾燥を含む多数の工程を経て精製粉末DOIを取得し、それを水に溶解して、例えば170℃、2時間加熱することによって最終的に製品THBを得るということが行なわれていた。しかしながら、このような多くの工程は、手間と時間がかかり、製造コストを著しく高くしてしまう。製造工程の簡略化、および/または収率の向上によって、THB製造の効率性を改善することが望まれる。   In order to obtain THB from DOI synthesized by a bioprocess using bacteria, conventionally, acidification of culture medium, centrifugation, filtration, cation exchange, anion exchange, drying, concentration, azeotropic distillation with methanol, and drying It is said that the purified powder DOI is obtained through a number of steps including crystallization, crystallization, and filtration drying, and is dissolved in water, and finally the product THB is obtained by heating at 170 ° C. for 2 hours. It was However, many such processes are laborious and time consuming, and significantly increase the manufacturing cost. It is desired to improve the efficiency of THB production by simplifying the production process and / or improving the yield.

本発明は、高い効率でTHBを製造するためのシステムを提供するものである。   The present invention provides a system for producing THB with high efficiency.

本発明者は、DOIを合成した細菌の培養液を直接加熱することにより、高収率でTHBが生成されることを発見した。本発明はこの発見に基づくものである。   The present inventor has discovered that THB is produced in high yield by directly heating a culture solution of a bacterium that synthesizes DOI. The present invention is based on this finding.

本発明は、少なくとも以下の実施形態を含む。
[1]
デオキシシロイノソース(DOI)を合成する細菌を含む液体培地を保持して前記細菌を培養して細菌培養液を生成する、培養槽と、
前記培養槽に接続され、前記細菌培養液を80℃以上の高温で加熱して、トリヒドロキシベンゼン(THB)を含む産物溶液を生成させる、加熱装置と
を含む、
トリヒドロキシベンゼン(THB)を製造するためのシステム。
[2]
前記培養槽は、送液管を介して前記加熱装置に接続されており、前記加熱装置は、前記培養槽から送られてくる前記細菌培養液を前記加熱装置の内部で加熱する、[1]に記載のシステム。
[3]
前記培養槽は、前記細菌培養液から前記細菌の菌体を除去する菌体除去装置を介して前記加熱装置に接続されている、[2]に記載のシステム。
[4]
前記加熱装置は、前記培養槽の内部で前記細菌培養液を加熱する一体型加熱装置である、[1]に記載のシステム。
[5]
前記産物溶液から固形物質および不溶物質を除去する浄化装置をさらに含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のシステム。
[6]
前記産物溶液からトリヒドロキシベンゼン(THB)を分離する分離装置をさらに含む、[1]〜[5]のいずれかに記載のシステム。
[7]
前記分離装置は溶媒抽出装置を含む、[6]に記載のシステム。
[8]
前記培養槽は、培地を撹拌するための撹拌装置、培地を振とうするための振とう装置、培地を曝気するための曝気装置、および培地を加温するための加温装置のうちの1つ以上を有する、[1]〜[7]のいずれかに記載のシステム。
The present invention includes at least the following embodiments.
[1]
A culture tank for holding a liquid medium containing bacteria that synthesize deoxyscylinosose (DOI) and culturing the bacteria to produce a bacterial culture solution;
A heating device connected to the culture tank to heat the bacterial culture at a high temperature of 80 ° C. or higher to generate a product solution containing trihydroxybenzene (THB);
System for producing trihydroxybenzene (THB).
[2]
The culture tank is connected to the heating device via a liquid supply pipe, and the heating device heats the bacterial culture solution sent from the culture tank inside the heating device, [1] The system described in.
[3]
The system according to [2], wherein the culture tank is connected to the heating device via a bacterial cell removing device that removes bacterial cells of the bacteria from the bacterial culture solution.
[4]
The system according to [1], wherein the heating device is an integrated heating device that heats the bacterial culture solution inside the culture tank.
[5]
The system according to any one of [1] to [4], further including a purification device that removes solid substances and insoluble substances from the product solution.
[6]
The system according to any one of [1] to [5], further including a separation device that separates trihydroxybenzene (THB) from the product solution.
[7]
The system according to [6], wherein the separator comprises a solvent extractor.
[8]
The culture tank is one of a stirring device for stirring the medium, a shaking device for shaking the medium, an aeration device for aerating the medium, and a heating device for heating the medium. The system according to any one of [1] to [7], which has the above.

本発明により、THBを生産する効率が著しく改善される。すなわち、細菌によるDOIの合成からTHB生産までのプロセスの工程数を減少させて著しく簡略化することができ、またそのプロセスの一部または全部を連続的に行うことができる。   The present invention significantly improves the efficiency of producing THB. That is, the number of steps of the process from the synthesis of DOI by the bacterium to the production of THB can be significantly simplified and a part or all of the process can be continuously performed.

図1は、一実施形態に係るTHB製造システムの概略を示す。FIG. 1 shows an outline of a THB manufacturing system according to one embodiment. 図2は、別の実施形態に係るTHB製造システムの概略を示す。FIG. 2 shows an outline of a THB manufacturing system according to another embodiment. 図3は、DOI発酵液(原液)およびそれを加熱したものの外観(a)およびDOI含有量(b)を示す。FIG. 3 shows the appearance (a) and the DOI content (b) of the DOI fermentation liquor (stock solution) and the heated one. 図4は、DOI発酵液から得られたTHB産物溶液(下)、および溶媒抽出後のTHB試料(上)の13C−NMRスペクトルを示す。FIG. 4 shows a 13 C-NMR spectrum of a THB product solution (bottom) obtained from a DOI fermentation broth and a THB sample (top) after solvent extraction.

一側面において、本開示は、デオキシシロイノソース(DOI)を含む細菌培養液を、80℃以上の高温で加熱して、トリヒドロキシベンゼン(THB)を含む産物溶液を取得する工程を含む、トリヒドロキシベンゼン(THB)の製造方法を提供する。   In one aspect, the present disclosure includes the step of heating a bacterial culture containing deoxyscylinosose (DOI) at an elevated temperature of 80 ° C. or higher to obtain a product solution containing trihydroxybenzene (THB). A method for producing hydroxybenzene (THB) is provided.

デオキシシロイノソース(DOI)の構造を下記に示す。
The structure of deoxyscylinosose (DOI) is shown below.

トリヒドロキシベンゼン(THB)の構造を下記に示す。
The structure of trihydroxybenzene (THB) is shown below.

上で示した構造は、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンに相当するが、本実施形態で製造されるTHBには、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンに加えて、1,2,3−トリヒドロキシベンゼン(ピロガロール)も含まれ得る。また、産物溶液にはカテコールも含まれ得る。   Although the structure shown above corresponds to 1,2,4-trihydroxybenzene, the THB produced in this embodiment has 1,2,3 in addition to 1,2,4-trihydroxybenzene. -Trihydroxybenzene (pyrogallol) may also be included. The product solution may also include catechol.

加熱される細菌培養液中のDOIの濃度、すなわち、加熱される前の段階の細菌培養液中のDOIの濃度は、好ましくは1g/L以上であり、より好ましくは10g/L以上であり、さらに好ましくは50g/L以上である。DOIの濃度の上限は特に限定されないが、通常は100g/L以下であり、例えば90g/L以下、または80g/L以下である。   The concentration of DOI in the heated bacterial culture, that is, the concentration of DOI in the bacterial culture before heating is preferably 1 g / L or more, more preferably 10 g / L or more, More preferably, it is 50 g / L or more. The upper limit of the DOI concentration is not particularly limited, but is usually 100 g / L or less, for example, 90 g / L or less, or 80 g / L or less.

細菌培養液は、DOIを合成する細菌を液体培地中でDOI合成条件下で培養した後に得られる、DOIを含有する馴化液体培地である。DOIを合成する細菌の培養に適した液体培地は当業者に知られているか、または当業者が通常の知識に基づいて調製することができ、典型的には、定常期(stationary phase)において10細胞/mL以上、好ましくは10細胞/mL以上の細胞密度での培養をサポートできるものである。当業者に知られるように、細菌培養用の液体培地は通常、炭素源(特に、糖類)、窒素源(アミノ酸など)、ビタミン類、無機塩類などを含む。本実施形態では、上記のように比較的高い細胞密度での培養とDOI合成をサポートできる液体培地でさえあれば、具体的な材料成分が異なっていても同様の結果が得られることが確認されている。グルコース以外の糖類もグルコースに代謝され得るものの、液体培地がグルコースそのものを含んでいると、DOI合成のための基質が直接的に提供されることとなり効率がよいため、好ましい。 Bacterial culture is a conditioned liquid medium containing DOI obtained after culturing bacteria that synthesize DOI in liquid medium under DOI synthesis conditions. Liquid media suitable for culturing bacteria that synthesize DOI are known to those of ordinary skill in the art or can be prepared by those of ordinary skill in the art, and typically 10 in stationary phase. It can support culturing at a cell density of 7 cells / mL or more, preferably 10 8 cells / mL or more. As known to those skilled in the art, a liquid medium for culturing bacteria usually contains a carbon source (in particular, sugar), a nitrogen source (such as amino acid), vitamins, inorganic salts and the like. In the present embodiment, it was confirmed that similar results can be obtained even if the specific material components are different, as long as it is a liquid medium capable of supporting the culture at a relatively high cell density and DOI synthesis as described above. ing. Although sugars other than glucose can also be metabolized to glucose, it is preferable that the liquid medium contains glucose itself because it provides a substrate for DOI synthesis directly and is efficient.

本実施形態の細菌培養液を得るために使用することができる典型的な液体培地の一例は、YE培地であり、これは、水6.5LあたりBD Bacto Tryptone(カゼインの膵消化物)を50〜200g(2×YE培地では104g)、BD Bacto Yeast Extract(酵母の水溶性抽出物)を60〜260g(2×YE培地では130g)、NaClを15〜60g(2×YE培地では32.5g)、グルコースを200〜800g(2×YE培地では377〜390g)、マンニトールを150〜650g(2×YE培地では335g)含み、任意で、アンピシリン等の抗生物質、フィチン酸、消泡剤等の添加物を少量(例えば合計で5g以下)含み得る。フィチン酸は細菌によるDOI生産量を向上させ得る添加成分であり、例えば50%(w/w)フィチン酸水溶液を上記量のYE培地あたり1〜20g添加し得る。
液体培地の別の具体例(CSL培地)は、水52.6kgあたり、CSL(コーンスティープリカー)を150〜700g(標準で325g)、グルコースを1000〜5000g(標準で2010g)、フルクトースを1000〜5000g(標準で2010g)、キシロースを100〜500g(標準で200g)、硫化アンモニウムを50〜500g(標準で170g)、塩化アンモニウムを20〜200g(標準で78.2g)、硫酸マグネシウム7水和物を20〜200g(標準で78.2g)、リン酸水素二カリウムを40〜200g(標準で91g)、リン酸二水素カリウムを40〜200g(標準で91g)、硫酸鉄(II)7水和物を2〜10g(標準で4.55g)含むものである。CSL培地は、水52.6kgあたり、50%(w/w)フィチン酸を40〜200g(標準で91g)さらに含んでもよい。CSL培地は消泡剤を含んでもよい(例えば上記量のCSL培地あたり5〜30gのアデカノール消泡剤)。
培養途中に、培地成分の一部または全部を随時補給してもよい。例えば、培養途中に糖成分を補給することが好ましい。
An example of a typical liquid medium that can be used to obtain the bacterial culture of this embodiment is YE medium, which contains BD Bacto Tryptone (pancreatic digest of casein) 50 per 6.5 L of water. ˜200 g (104 g in 2 × YE medium), 60 to 260 g of BD Bacto Yeast Extract (water-soluble extract of yeast) (130 g in 2 × YE medium), and 15 to 60 g of NaCl (32.5 g in 2 × YE medium). ), Glucose 200-800g (377M-390g in 2xYE medium), mannitol 150-650g (335g in 2xYE medium), and optionally antibiotics such as ampicillin, phytic acid, antifoaming agent, etc. Additives may be included in small amounts (eg, 5 g or less total). Phytic acid is an additive component capable of improving DOI production by bacteria, and for example, 50% (w / w) phytic acid aqueous solution may be added in an amount of 1 to 20 g per the above amount of YE medium.
Another specific example of the liquid medium (CSL medium) is CSL (corn steep liquor) 150 to 700 g (standard 325 g), glucose 1000 to 5000 g (standard 2010 g), fructose 1000 to 1000 per 52.6 kg of water. 5000 g (standard 2010 g), xylose 100-500 g (standard 200 g), ammonium sulfide 50-500 g (standard 170 g), ammonium chloride 20-200 g (standard 78.2 g), magnesium sulfate heptahydrate 20-200 g (standard 78.2 g), dipotassium hydrogen phosphate 40-200 g (standard 91 g), potassium dihydrogen phosphate 40-200 g (standard 91 g), iron (II) sulfate heptahydrate 2 to 10 g (4.55 g as standard) of the product. The CSL medium may further include 50 to 50 g (w / w) phytic acid in an amount of 40 to 200 g (91 g by standard) per 52.6 kg of water. The CSL medium may contain an antifoaming agent (eg 5 to 30 g of adecanol antifoaming agent per the above amount of CSL medium).
During the culture, part or all of the medium components may be supplemented at any time. For example, it is preferable to supplement the sugar component during the culture.

加熱される細菌培養液には、細菌細胞が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。すなわち、一実施形態において、加熱される細菌培養液は、細菌を培養した後の液体培地であって、その細菌を含むもの、またはその細菌が除去された後のものである。なお、本明細書において、「溶液」という用語(「水溶液」を含む)は、溶媒とは異なる少なくとも1種の物質が溶解または懸濁された液を意味する。溶液には、不溶性物質や固形物質が懸濁されていてもよい。ここでいう不溶性物質および固形物質には、生物学的な細胞が含まれ得る。   The heated bacterial culture may or may not contain bacterial cells. That is, in one embodiment, the heated bacterial culture is a liquid medium after culturing the bacteria, which contains the bacteria or after the bacteria have been removed. In the present specification, the term “solution” (including “aqueous solution”) means a liquid in which at least one substance different from the solvent is dissolved or suspended. An insoluble substance or a solid substance may be suspended in the solution. The insoluble substance and the solid substance as used herein may include biological cells.

つまり、加熱される細菌培養液、すなわち加熱される前の段階の細菌培養液には、DOIを合成した細菌の菌体が含まれていてもよい。例えば、液体培地中で細菌を培養して糖からDOIを合成させた後に、細菌の除去とDOIの精製を行うことなく、細菌およびDOIを含むその液体培地(すなわち細菌培養液)をそのまま高温で加熱することにより、本実施形態の方法を実施することができる。このような実施態様により、THBの製造と使用済み細菌の不活化/滅菌処理とを同時に行うことができるため、全体的な手順が大幅に簡略化されるだけでなく、バイオセーフティおよび衛生の観点からも有利となる。   That is, the bacterial culture solution to be heated, that is, the bacterial culture solution at the stage before being heated may contain bacterial cells of DOI-synthesized bacteria. For example, after culturing bacteria in a liquid medium to synthesize DOI from sugar, the liquid medium containing the bacteria and the DOI (that is, the bacterial culture solution) is kept at high temperature as it is without removing the bacteria and purifying the DOI. The method of the present embodiment can be carried out by heating. Such an embodiment allows THB to be produced and used bacteria inactivated / sterilized at the same time, which not only greatly simplifies the overall procedure, but also in terms of biosafety and hygiene. Will also be advantageous.

一実施形態において、本方法は、細菌培養液を加熱する段階の前に、DOIを合成する細菌を上記液体培地中でDOI合成条件下で培養する工程をさらに含む。培養後の液体培地が、加熱されるための細菌培養液を提供する。   In one embodiment, the method further comprises culturing the DOI-synthesizing bacteria in the liquid medium under DOI synthesis conditions, prior to the step of heating the bacterial culture. The liquid medium after culturing provides the bacterial broth to be heated.

加熱される細菌培養液は、好ましくは12時間以上、より好ましくは16時間以上の培養を経たものであり得、例えば24時間以上、または32時間以上の培養を経たものであり得る。培養においては、10細胞/mL以下の細胞密度から24時間以内に好ましくは10細胞/mL以上、より好ましくは10細胞/mL以上の細胞密度が達成され得る。DOIを合成する細菌の培養によって、好ましくは1g/L以上、より好ましくは10g/L以上、さらに好ましくは50g/L以上のDOIが細菌培養液中に蓄積する。培養温度は通常は25〜38℃であり、30〜37℃が好ましい。細菌にDOIを合成させるための培養条件は、当業者が通常の知識に基づいて適宜調節することができる。 The bacterial broth to be heated may be one that has been cultured for preferably 12 hours or more, more preferably 16 hours or more, for example, 24 hours or more, or 32 hours or more. In culture, a cell density of preferably 10 7 cells / mL or more, more preferably 10 8 cells / mL or more can be achieved within 24 hours from a cell density of 10 4 cells / mL or less. By culturing a bacterium that synthesizes DOI, preferably 1 g / L or more, more preferably 10 g / L or more, still more preferably 50 g / L or more DOI accumulates in the bacterial culture. The culture temperature is usually 25 to 38 ° C, preferably 30 to 37 ° C. Culture conditions for synthesizing DOI in bacteria can be appropriately adjusted by those skilled in the art based on ordinary knowledge.

DOIを合成する細菌は、当業者に知られており、あるいは、公知の情報に基づいて当業者が同定または取得することができる。そのような細菌種の具体的な例として、大腸菌、バシラス・サーキュランス、バシラス・アミロリケファシエンス、バシラス・サチリス、コリネバクテリウム・グルタミカム、およびゲオバシラス・ステアロサーモフィラスが挙げられるが、これらに限定されない。大腸菌が特に好ましい。細菌は、好ましくは、2−デオキシシロイノソース合成酵素を発現するものである。最も好ましくは、DOIを合成する細菌は、2−デオキシシロイノソース合成酵素を発現する大腸菌である。2−デオキシシロイノソース合成酵素の好ましい例として、Bacillus circulans由来のbtrC遺伝子の産物が挙げられるが(特許文献1)、DOI合成活性が維持されている限り、他の細菌由来の相同的遺伝子産物や、天然配列を改変したものも代用できることが当業者に理解される。そのような遺伝子は、内因的なものでもあり得るが、遺伝子工学的手法により外因的に導入されたものが好ましい。プラスミドベクターの選択、プロモータの選択、コドンの最適化等、遺伝子発現を増加および/または最適化するための手段は当業者に知られている。例えば、プロモータは、恒常的に発現するプロモータであってもよいし、発現誘導可能なプロモータであってもよい。   Bacteria that synthesize DOI are known to those skilled in the art, or can be identified or obtained by those skilled in the art based on known information. Specific examples of such bacterial species include E. coli, Bacillus circulans, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, and Geobacillus stearothermophilus. Not limited to. E. coli is particularly preferred. The bacterium preferably expresses 2-deoxyscylinosose synthase. Most preferably, the bacterium that synthesizes DOI is E. coli that expresses 2-deoxyscylinosose synthase. A preferred example of 2-deoxyscylinosose synthase is a product of the btrC gene derived from Bacillus circulans (Patent Document 1), but as long as DOI synthetic activity is maintained, a homologous gene product derived from another bacterium. It will be understood by those skilled in the art that a modified natural sequence can be substituted. Such a gene may be endogenous, but is preferably exogenously introduced by a genetic engineering technique. Means for increasing and / or optimizing gene expression, such as plasmid vector selection, promoter selection, codon optimization, etc., are known to those of skill in the art. For example, the promoter may be a constitutively expressed promoter or an expression-inducible promoter.

2−デオキシシロイノソース合成酵素が導入される宿主細菌は、その他の遺伝子が改変、追加、または削除されていてもよい。例えば、DOI合成のための基質となるグルコース−6−リン酸を別化合物に代謝してしまう遺伝子であるpgi、zwf、およびpgmのうちの1つ以上もしくは全て、および/または、定常期におけるタンパク質合成抑制に関与する遺伝子であるrmfを破壊した大腸菌を宿主として用いることにより、DOIの収率を増加させることができる(特許文献1)。その場合、マンニトール等、グルコース以外の炭素源を培地に添加することが必要になり得る。しかしながら、例えば、スクロース加水分解酵素の遺伝子(cscA)を大腸菌に追加することにより、栄養源としては安価なスクロースを使用しながらグルコースからのDOI合成を効率よく行わせることができる(特許文献2)。これらの系により、培地1リットルあたり少なくとも数十グラムのDOIを蓄積させることができることが示されている(特許文献1〜3)。   Other genes may be modified, added, or deleted in the host bacterium into which 2-deoxyscylinosose synthase is introduced. For example, one or more or all of pgi, zwf, and pgm, which are genes that metabolize glucose-6-phosphate as a substrate for DOI synthesis into another compound, and / or a protein in stationary phase The yield of DOI can be increased by using, as a host, Escherichia coli in which rmf, which is a gene involved in synthesis suppression, is destroyed (Patent Document 1). In that case, it may be necessary to add a carbon source other than glucose, such as mannitol, to the medium. However, for example, by adding a gene for sucrose hydrolase (cscA) to Escherichia coli, DOI synthesis from glucose can be efficiently performed while using inexpensive sucrose as a nutrient source (Patent Document 2). . It has been shown that these systems can accumulate at least several tens of grams of DOI per liter of medium (Patent Documents 1 to 3).

細菌がDOIを合成した後の液体培地(細菌培養液)には、2−デオキシシロイノソース(DOI)のほか、以下のものから選ばれる1つまたは複数の関連化合物が少量(例えば、合計で、2−デオキシシロイノソース(DOI)の重量の20%以下、15%以下、10%以下、または5%以下)含まれ得る:1−epi−DOI、α,β−不飽和ケトン、(+)vibo−クエルシトール、およびscyllo−クエルシトール。   In the liquid medium (bacterial culture solution) after the bacteria have synthesized DOI, 2-deoxyscylinosose (DOI) and one or more related compounds selected from the following are contained in small amounts (for example, in total). , 20% or less, 15% or less, 10% or less, or 5% or less by weight of 2-deoxycylinosose (DOI)): 1-epi-DOI, α, β-unsaturated ketone, (+ ) Vibo-quercitol, and scyllo-quercitol.

細菌が含まれたままの状態で細菌培養液の加熱を行ってもよいが、加熱を行う前に細菌の菌体を細菌培養液から除去する工程を加えてもよい。この工程により、加熱された菌体から放出される多量の不溶物質が産物溶液の純度を低下させたり反応を阻害したりする可能性を回避することができる。細菌培養液から細菌の菌体を除去する工程において使用される技術は、当業者が公知のものから適宜選択することができ、例えばフィルター濾過および遠心分離が挙げられる。フィルター濾過は比較的単純な機構で行うことができるため好ましい。   The bacterial culture may be heated while the bacteria are still contained, but a step of removing bacterial cells of the bacteria from the bacterial culture may be added before heating. By this step, it is possible to avoid the possibility that a large amount of insoluble substance released from the heated microbial cell may reduce the purity of the product solution or inhibit the reaction. The technique used in the step of removing bacterial cells from the bacterial culture can be appropriately selected from those known by those skilled in the art, and examples thereof include filter filtration and centrifugation. Filter filtration is preferable because it can be performed by a relatively simple mechanism.

菌体を除去するためには、カットオフが1μm以下の濾過フィルター、例えば0.2μm孔径の濾過フィルターを使用することができる。孔径の異なる複数の濾過フィルターを組み合わせてもよい。フィルターの孔径を選択することにより、加熱前の細菌培養液から菌体以外のものも除去することもできる。例えば、適切なフィルター濾過により、細菌培養液から、THB合成に不要な成分を除去しておくことによって、加熱後の産物溶液におけるTHB純度を改善させ得る。THB合成に不要な成分を、塩析によって除去することもできる。   In order to remove the bacterial cells, a filter having a cutoff of 1 μm or less, for example, a filter having a pore size of 0.2 μm can be used. A plurality of filtration filters having different pore sizes may be combined. By selecting the pore size of the filter, it is possible to remove other than the bacterial cells from the bacterial culture solution before heating. For example, THB purity in the product solution after heating can be improved by removing components unnecessary for THB synthesis from the bacterial broth by appropriate filtration. Unnecessary components for THB synthesis can also be removed by salting out.

細菌培養液を加熱する「高温」の温度は、80℃以上である。80℃未満であると、DOIの変換反応自体は起こり得るが十分な変換効率が得られないと考えられる。高温の温度は好ましくは90℃以上、より好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上、さらに好ましくは140℃以上、特に好ましくは160℃以上、最も好ましくは170℃以上である。   The “hot” temperature for heating the bacterial culture is 80 ° C. or higher. If the temperature is lower than 80 ° C., the DOI conversion reaction itself may occur, but it is considered that sufficient conversion efficiency cannot be obtained. The high temperature is preferably 90 ° C or higher, more preferably 100 ° C or higher, more preferably 130 ° C or higher, further preferably 140 ° C or higher, particularly preferably 160 ° C or higher, most preferably 170 ° C or higher.

上記高温について、上限は特に限定されないが、通常は300℃以下、あるいは200℃以下である。高温は、典型的には130〜180℃である。高温を、大気圧を超える高圧と組み合わせてもよい。そのような高圧は例えば1MPa以下、0.8MPa以下、0.5MPa以下、または0.2MPa以下である。   The upper limit of the high temperature is not particularly limited, but is usually 300 ° C. or lower, or 200 ° C. or lower. The elevated temperature is typically 130-180 ° C. High temperatures may be combined with high pressures above atmospheric pressure. Such high pressure is, for example, 1 MPa or less, 0.8 MPa or less, 0.5 MPa or less, or 0.2 MPa or less.

高温における細菌培養液の加熱の時間は、使用する温度や望まれるTHB収量によっても異なり得るが、通常は少なくとも30秒間、好ましくは少なくとも1分間、より好ましくは少なくとも2分間、より好ましくは少なくとも5分間、より好ましくは少なくとも10分間、さらに好ましくは少なくとも30分間である。1時間以上、2時間以上、または4時間以上加熱を行ってもよい。加熱は、上記の時間に渡って連続してもよいし、断続的な加熱によって高温に達する累積時間が上記の時間であってもよい。加熱の時間の上限は特に限定されないが、例えば24時間以下、4時間以下、2時間以下、1時間以下、30分間以下、または10分間以下である。   The heating time of the bacterial culture at elevated temperature may vary depending on the temperature used and the desired THB yield, but is usually at least 30 seconds, preferably at least 1 minute, more preferably at least 2 minutes, more preferably at least 5 minutes. , More preferably at least 10 minutes, even more preferably at least 30 minutes. The heating may be performed for 1 hour or more, 2 hours or more, or 4 hours or more. The heating may be continuous over the above time, or the cumulative time of reaching a high temperature by intermittent heating may be the above time. The upper limit of the heating time is not particularly limited, but is, for example, 24 hours or less, 4 hours or less, 2 hours or less, 1 hour or less, 30 minutes or less, or 10 minutes or less.

細菌培養液を高温で加熱することは、当業者に知られる技術を用いて達成することができ、例えば、細菌培養液中に熱気(蒸気)もしくは熱液を注入すること、細菌培養液を固体熱源に接触させること、細菌培養液を含む容器もしくは管の内壁を加熱すること、細菌培養液に通電すること、および/または細菌培養液にマイクロ波を適用することによって達成することができる。   Heating the bacterial culture at an elevated temperature can be accomplished using techniques known to those skilled in the art, such as injecting hot air (steam) or hot liquid into the bacterial culture, solidifying the bacterial culture. It can be achieved by contacting with a heat source, heating the inner wall of the vessel or tube containing the bacterial culture, energizing the bacterial culture and / or applying microwaves to the bacterial culture.

細菌培養液の加熱時の雰囲気は、空気、窒素およびアルゴンのような不活性ガス、またはこれらの混合物であることが好ましい。細菌培養液の加熱時の雰囲気は、実質的な水素(H)非含有雰囲気であることが好ましい。実質的な水素非含有雰囲気は、例えば水素体積濃度が1ppm未満である。また、細菌培養液の加熱は、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金、イリジウム、ニッケル、コバルト、銅のような金属触媒ないし還元触媒の実質的な非存在下で行うことが好ましい。 The atmosphere during heating of the bacterial culture is preferably air, an inert gas such as nitrogen and argon, or a mixture thereof. The atmosphere during the heating of the bacterial culture is preferably a substantially hydrogen (H 2 ) -free atmosphere. The substantially hydrogen-free atmosphere has, for example, a hydrogen volume concentration of less than 1 ppm. The heating of the bacterial culture is preferably carried out in the substantial absence of a metal catalyst or reduction catalyst such as palladium, rhodium, ruthenium, platinum, iridium, nickel, cobalt and copper.

「産物溶液」とは、細菌培養液の加熱後に得られる、THBが溶解または懸濁された溶液を意味する。   "Product solution" means a solution in which THB is dissolved or suspended, which is obtained after heating the bacterial culture.

産物溶液から不純物を除去するために、フィルター濾過処理または遠心分離処理を行ってもよい。特に、細菌の菌体を含んだ細菌培養液を加熱した場合には、変性した菌体に由来する不溶物が産物溶液に多量含まれ得るので、これらの処理が特に有意義になり得る。   Filtering or centrifugation may be performed to remove impurities from the product solution. In particular, when a bacterial culture solution containing bacterial cells is heated, a large amount of insoluble matter derived from the modified bacterial cells may be contained in the product solution, and thus these treatments may be particularly significant.

本実施形態の方法は、産物溶液からTHBを分離する工程をさらに含んでいてもよい。THBの分離は、公知の手法を適宜使用することができる。好ましくは、溶媒抽出によって、産物溶液からTHBが抽出される。溶媒抽出は1回以上繰り返してもよい。抽出溶媒としては酢酸エチルまたは酢酸メチルが好ましく、特に酢酸エチルが好ましいが、必ずしもこれらに限定されない。抽出に使用される抽出溶媒の体積は産物溶液の体積以上であることが好ましい。溶媒抽出は、当業者に理解されるように、産物溶液と有機溶媒を混合した後に有機層と水層とに分離し、THBを含有する有機層を回収することにより行われ得る。水溶性の塩を産物溶液に加えて溶媒抽出を行ってもよい。例えば、飽和濃度未満の塩化ナトリウムを産物溶液に加えてから溶媒抽出を行うと収率が改善され得る。また、酸、例えば塩酸を産物溶液に加えてpHを低下させてから溶媒抽出を行うと収率が改善され得る。pHは2未満とすることが好ましく、1.5未満とすることがより好ましく、1未満とすることがさらに好ましい。分離後のTHB試料に不溶物が含まれている場合には、例えばフィルター濾過により不溶物を除くことができる。   The method of this embodiment may further include a step of separating THB from the product solution. A known method can be appropriately used for the THB separation. Preferably THB is extracted from the product solution by solvent extraction. The solvent extraction may be repeated once or more. As the extraction solvent, ethyl acetate or methyl acetate is preferable, and ethyl acetate is particularly preferable, but not limited thereto. The volume of the extraction solvent used for extraction is preferably equal to or larger than the volume of the product solution. Solvent extraction can be carried out by mixing the product solution with an organic solvent and then separating into an organic layer and an aqueous layer and recovering an organic layer containing THB, as will be understood by those skilled in the art. Water-soluble salts may be added to the product solution for solvent extraction. For example, adding less than saturated concentration of sodium chloride to the product solution followed by solvent extraction may improve yield. Also, the yield may be improved by adding an acid, such as hydrochloric acid, to the product solution to lower the pH before solvent extraction. The pH is preferably less than 2, more preferably less than 1.5, even more preferably less than 1. When the THB sample after separation contains insoluble matter, the insoluble matter can be removed by, for example, filter filtration.

分離後のTHB試料は、不溶物と溶媒を除いた後の乾燥重量でTHB含量が好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上である。また、分離後のTHB試料は、不溶物と溶媒を除いた後の乾燥重量でカテコール含量が好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、特に好ましくは1.5%以下である。   The THB sample after separation has a THB content of preferably 50% or more, more preferably 60% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, in particular, by dry weight after removing insoluble matter and solvent. It is preferably 90% or more. The THB sample after separation has a catechol content of preferably 5% or less, more preferably 3% or less, still more preferably 2% or less, and particularly preferably 1.5% by dry weight after removing the insoluble matter and the solvent. % Or less.

(a)細菌の培養によるDOIの合成の段階から高温での加熱によるTHBの生成の段階まで、および/または(b)THBの生成の段階からTHBの分離の段階までは、連続的に実行され得る。これらの段階をバッチごとに実行してもよい。   The steps from (a) the synthesis of DOI by culturing the bacteria to the production of THB by heating at high temperature and / or (b) the production of THB to the isolation of THB are carried out continuously. obtain. These steps may be performed batch by batch.

別の側面において、本開示は、DOIを合成する細菌を含む液体培地を保持して前記細菌を培養して細菌培養液を生成する、培養槽と、前記培養槽に接続され、前記細菌培養液を80℃以上の高温で加熱して、トリヒドロキシベンゼン(THB)を含む産物溶液を生成させる、加熱装置とを含む、トリヒドロキシベンゼン(THB)を製造するためのシステムを提供する。   In another aspect, the present disclosure provides a culture tank that holds a liquid medium containing DOI-synthesizing bacteria and cultures the bacteria to produce a bacterial culture, and the bacterial culture connected to the culture tank. Is heated at a high temperature of 80 ° C. or higher to produce a product solution containing trihydroxybenzene (THB), and a heating device is provided to provide a system for producing trihydroxybenzene (THB).

このシステムは、本開示の前述の側面に係る方法を実施することに適したものである。すなわち、本明細書において、方法の実施形態についての説明内容が、システムの実施形態についても適用され得、その逆も然りである。例えば、液体培地は、上述したように典型的には定常期において10細胞/mL以上、好ましくは10細胞/mL以上の細胞密度での培養をサポートできるものである。細菌についても上述したとおりである。 This system is suitable for performing the method according to the aforementioned aspects of the present disclosure. That is, what is described herein for method embodiments may be applied to system embodiments and vice versa. For example, the liquid medium is capable of supporting culture at a cell density of 10 7 cells / mL or more, preferably 10 8 cells / mL or more, typically in the stationary phase as described above. The bacteria are also as described above.

培養槽には、細菌の培養に適した条件を提供するための付属設備が備えられていてもよい。例えば、培養槽は、培地を撹拌するための撹拌装置、培地を振とうするための振とう装置、培地を曝気するための曝気装置、および培地を加温するための加温装置のうちの1つ以上を有していてもよい。培養槽には、新鮮な液体培地の成分の一部または全部を培養槽内に供給する液体培地供給ラインが接続されていてもよい。一実施形態において、この液体培地供給ラインは、切換え弁を有しており、培養槽が液体培地供給ラインと後述する送液管との間で切り替わって接続できるようになっている。   The culture tank may be equipped with auxiliary equipment for providing conditions suitable for culturing bacteria. For example, the culture tank is one of a stirring device for stirring the culture medium, a shaking device for shaking the culture medium, an aeration device for aerating the culture medium, and a heating device for heating the culture medium. It may have more than one. A liquid medium supply line may be connected to the culture tank to supply a part or all of the components of the fresh liquid medium into the culture tank. In one embodiment, the liquid culture medium supply line has a switching valve so that the culture tank can be switched and connected between the liquid culture medium supply line and a liquid feeding pipe described later.

培養槽は、送液管を介して加熱装置に接続され得る。この場合の加熱装置は、培養槽から送られてくる液を加熱装置の内部で加熱するものである。例えば、加熱装置は、内部に連続的な加熱通路が備えられており、この加熱通路を通過する細菌培養液が加熱されるという構造であってもよい。加熱通路は例えば、通過する細菌培養液に熱気もしくは熱液を注入すること、または、通路の内壁もしくは通路内に配置された固体熱源を熱することによって、液体培地を加熱し得るが、可能な加熱方法はこれらに限定されない。熱気は例えば加熱された空気、水蒸気、または窒素である。熱液は例えば加熱された水または新鮮な液体培地である。加熱通路中の加熱温度、保持時間、および流速は任意に調節することができる。加熱通路は、異なる温度に設定できる複数の加熱ゾーンを有していてもよい。加熱装置は、加熱されてTHBが生成された産物溶液を回収するための取出し口が備えられていてもよい。   The culture tank can be connected to the heating device via a liquid supply tube. The heating device in this case heats the liquid sent from the culture tank inside the heating device. For example, the heating device may have a structure in which a continuous heating passage is provided inside and the bacterial culture solution passing through the heating passage is heated. The heating passage can heat the liquid culture medium, for example, by injecting hot air or a hot liquid into the passing bacterial culture, or by heating the inner wall of the passage or a solid heat source arranged in the passage, The heating method is not limited to these. Hot air is, for example, heated air, steam, or nitrogen. The hot liquid is, for example, heated water or fresh liquid medium. The heating temperature, holding time, and flow rate in the heating passage can be adjusted arbitrarily. The heating passage may have a plurality of heating zones that can be set at different temperatures. The heating device may be provided with an outlet for collecting the product solution that is heated to produce THB.

培養槽は、細菌培養液から細菌の菌体を除去する菌体除去装置を介して加熱装置に接続されていてもよい。菌体除去装置は、濾過フィルター、または遠心分離機を含み得る。菌体を除去するための濾過フィルターを含む菌体除去装置が好ましい。孔径の異なる複数の濾過フィルターを菌体除去装置に備えさせてもよく、菌体以外の不要成分をこの段階で除去することもできる。菌体除去装置は送液管の途中に備えられていてもよい。   The culture tank may be connected to the heating device via a bacterial cell removing device that removes bacterial cells of the bacteria from the bacterial culture solution. The microbial cell removal device may include a filtration filter or a centrifuge. A bacterial cell removal device including a filtration filter for removing bacterial cells is preferable. A plurality of filtration filters having different pore sizes may be provided in the bacterial cell removing device, and unnecessary components other than bacterial cells may be removed at this stage. The bacterial cell removing device may be provided in the middle of the liquid feeding pipe.

送液管は、菌体除去装置、液を移送するためのポンプ、過剰な内部圧力(例えば10bar以上)を防ぐための安全弁、および流速を調節するための流速調節装置のうちの1つ以上を有し得る。これらの付属設備の種類および数ならびに液流の方向に対する配置順序は、当業者が適宜決定することができる。   The liquid transfer tube includes one or more of a bacterial cell removal device, a pump for transferring the liquid, a safety valve for preventing excessive internal pressure (for example, 10 bar or more), and a flow rate control device for controlling the flow rate. Can have. Those skilled in the art can appropriately determine the type and number of these auxiliary equipments and the arrangement order in the direction of liquid flow.

あるいは、加熱装置は、培養槽そのものの内部で細菌培養液を加熱する、一体型加熱装置であってもよい。この場合の加熱は、例えば培養槽の内部に熱気もしくは熱液を注入すること、または、培養槽の内壁もしくは培養槽内に配置された固体熱源を熱することにより達成され得るが、可能な加熱方法はこれらに限定されない。熱気は例えば加熱された空気、水蒸気、または窒素である。熱液は例えば加熱された水または新鮮な液体培地である。   Alternatively, the heating device may be an integrated heating device that heats the bacterial culture solution inside the culture tank itself. The heating in this case can be achieved, for example, by injecting hot air or a hot liquid into the inside of the culture tank, or by heating the inner wall of the culture tank or a solid heat source arranged in the culture tank, but possible heating is possible. The method is not limited to these. Hot air is, for example, heated air, steam, or nitrogen. The hot liquid is, for example, heated water or fresh liquid medium.

加熱装置による加熱温度および加熱時間については、上記THBの製造方法の実施形態について説明したとおりである。   The heating temperature and the heating time by the heating device are as described in the embodiment of the THB manufacturing method.

加熱装置(一体型加熱装置の場合は、それが備えられた培養槽を含む)には、産物溶液から固形物質および不溶物質を除去する浄化装置が接続されていてもよい。浄化装置は、例えば、濾過フィルターまたは遠心分離機を有し得る。加熱された細菌培養液が細菌の菌体を含んでいた場合には、変性した菌体に由来する不溶物が産物溶液に多量含まれ得るので、この浄化装置によって、その不溶物を除去することができる。孔径の異なる複数の濾過フィルターを浄化装置に備えさせてもよい。同様に、加熱装置は、液の温度を下げるための冷却装置に接続されていてもよい。高温での加熱後の液は例えば室温まで冷却され、冷却装置はこの冷却を促進することができる。   The heating device (including the culture tank provided with the heating device in the case of an integrated heating device) may be connected to a purifying device for removing solid substances and insoluble substances from the product solution. The purification device can have, for example, a filtration filter or a centrifuge. If the heated bacterial culture contains bacterial cells, the product solution may contain a large amount of insoluble matter derived from denatured bacterial cells. You can The purification device may be provided with a plurality of filtration filters having different pore sizes. Similarly, the heating device may be connected to a cooling device for reducing the temperature of the liquid. The liquid after heating at a high temperature is cooled to, for example, room temperature, and the cooling device can accelerate this cooling.

さらに、加熱装置(一体型加熱装置の場合は、それが備えられた培養槽を含む)は、産物溶液からTHB産物を分離する、分離装置に接続されていてもよい。分離装置は、上述した浄化装置の下流に接続されることが好ましい。分離装置は、例えば遠心抽出機、ミキサーセトラー、マイクロリアクター、フローリアクター、およびパルスカラム等の、公知の溶媒抽出装置を含み得る。溶媒抽出装置は、THBを含有する有機層を排出する有機層排出口を有し得る。溶媒抽出装置は、さらに、水層を排出する水層排出口を有し得る。   Further, the heating device (including the fermentor in which it is provided in the case of an integrated heating device) may be connected to a separation device that separates the THB product from the product solution. The separation device is preferably connected downstream of the purification device described above. Separation devices may include known solvent extraction devices such as centrifugal extractors, mixer settlers, microreactors, flow reactors, pulse columns and the like. The solvent extraction device may have an organic layer outlet for discharging an organic layer containing THB. The solvent extraction device may further have a water layer outlet for discharging the water layer.

加熱装置は送液管を介して分離装置に接続されていてもよい。この送液管も、上述したような、ポンプ、安全弁、冷却装置、浄化装置、流速調節装置等の付属設備を任意の数および配置順序で有し得る。   The heating device may be connected to the separation device via a liquid supply pipe. This liquid supply pipe may also have an auxiliary equipment such as a pump, a safety valve, a cooling device, a purifying device, and a flow rate adjusting device as described above in any number and arrangement order.

本実施形態のシステムは、全体が1つの装置として統合されていてもよい。   The entire system of the present embodiment may be integrated as one device.

さらなる側面において、本開示は、本実施形態のTHB製造システムを用いてTHBを製造する方法を提供する。   In a further aspect, the present disclosure provides a method of manufacturing THB using the THB manufacturing system of this embodiment.

本実施形態に係るシステムの一例を図1に示す。この例のシステム100では、DOIを合成する細菌101および液体培地102が培養槽103に保持されており、培養槽103中で培養が行われる。すなわち液体培地102は細菌培養液102’となる。培養槽103は、切換え弁104によって、液体培地供給ライン105または送液管106のいずれかに接続できるようになっている。送液管106は、濾過フィルターを有する菌体除去装置107、液(すなわちフィルター濾過後の細菌培養液102’)を移送するためのポンプ108、過剰な内部圧力(例えば10bar以上)を防ぐための安全弁109、および流速を調節するための流速調節装置110を備えており、加熱装置111に接続されている。加熱装置111の内部では、細菌培養液は加熱通路112を通過し、その際に加熱される。この例では、加熱装置111内には3つの加熱ゾーン113A,B,Cが設けられ、それぞれ1つ以上の加熱通路を有して、互いに異なる温度で液体培地を加熱できるようになっている。高温での加熱を経た細菌培養液は、THBを含む産物溶液となり、取出し口114から加熱装置111を出る。取出し口114は、産物溶液を冷却する冷却装置115と、濾過フィルターを有し産物溶液から固形物質および不溶物質を除去する浄化装置116とを介して、遠心抽出機を含む分離装置117に接続されている。分離装置117は、産物溶液に有機溶媒(例えば酢酸エチル)を加えて抽出を行って、有機層118および水層119を排出する。THBは有機層118中に分離されている。   FIG. 1 shows an example of a system according to this embodiment. In the system 100 of this example, the bacteria 101 that synthesize DOI and the liquid medium 102 are held in the culture tank 103, and the culture is performed in the culture tank 103. That is, the liquid medium 102 becomes a bacterial culture liquid 102 '. The culture tank 103 can be connected to either the liquid medium supply line 105 or the liquid feeding pipe 106 by a switching valve 104. The liquid feed pipe 106 is a bacterial cell removal device 107 having a filtration filter, a pump 108 for transferring the liquid (ie, the filtered bacterial culture liquid 102 '), and an excessive internal pressure (for example, 10 bar or more) for preventing it. A safety valve 109 and a flow rate adjusting device 110 for adjusting the flow rate are provided and are connected to the heating device 111. Inside the heating device 111, the bacterial culture solution passes through the heating passage 112 and is heated at that time. In this example, three heating zones 113A, 113B, 113C are provided in the heating device 111, each having one or more heating passages so that the liquid culture medium can be heated at different temperatures. The bacterial culture solution that has been heated at a high temperature becomes a product solution containing THB, and exits the heating device 111 from the outlet 114. The outlet 114 is connected to a separation device 117 including a centrifugal extractor via a cooling device 115 for cooling the product solution and a purification device 116 having a filtration filter for removing solid substances and insoluble substances from the product solution. ing. The separation device 117 performs extraction by adding an organic solvent (eg, ethyl acetate) to the product solution and discharges the organic layer 118 and the aqueous layer 119. THB is separated in the organic layer 118.

本実施形態に係るシステムの別の一例を図2に示す。この例のシステム200でも、DOIを合成する細菌201および液体培地202が培養槽203に保持されており、培養槽203中で培養が行われる。すなわち液体培地202は細菌培養液202’となる。培養槽203には、一体型加熱装置211が備えられている。一体型加熱装置211は、培養槽203の内部に熱気220を注入することによって、培養後の液体培地202すなわち細菌培養液202’を高温に加熱する。従って、細菌培養液202’は、培養槽203の中で、THBを含む産物溶液に変換される。培養槽203は、切換え弁204によって、液体培地供給ライン205または送液管206のいずれかに接続できるようになっている。送液管206は、産物溶液を移送するためのポンプ208、過剰な内部圧力を防ぐための安全弁209、産物溶液を冷却する冷却装置215、濾過フィルターを有し産物溶液から固形物質および不溶物質を除去する浄化装置216、および流速を調節するための流速調節装置210を備えており、遠心抽出機を含む分離装置217に接続されている。分離装置217は、産物溶液に有機溶媒(例えば酢酸エチル)を加えて抽出を行って、有機層218および水層219を排出する。THBは有機層218中に分離されている。   FIG. 2 shows another example of the system according to the present embodiment. Also in the system 200 of this example, the bacteria 201 that synthesize DOI and the liquid medium 202 are held in the culture tank 203, and the culture is performed in the culture tank 203. That is, the liquid medium 202 becomes a bacterial culture fluid 202 '. The culture tank 203 is equipped with an integrated heating device 211. The integrated heating device 211 heats the liquid culture medium 202 after culture, that is, the bacterial culture liquid 202 ′ to a high temperature by injecting hot air 220 into the culture tank 203. Therefore, the bacterial culture solution 202 ′ is converted into a THB-containing product solution in the culture tank 203. The culture tank 203 can be connected to either the liquid medium supply line 205 or the liquid feeding pipe 206 by a switching valve 204. The liquid supply pipe 206 has a pump 208 for transferring the product solution, a safety valve 209 for preventing an excessive internal pressure, a cooling device 215 for cooling the product solution, and a filtration filter for removing solid substances and insoluble substances from the product solution. It has a purifying device 216 for removal and a flow rate adjusting device 210 for adjusting the flow rate, and is connected to a separating device 217 including a centrifugal extractor. The separator 217 adds an organic solvent (for example, ethyl acetate) to the product solution to perform extraction, and discharges the organic layer 218 and the aqueous layer 219. THB is separated in the organic layer 218.

2−デオキシシロイノソース合成酵素(btrC遺伝子産物)を発現する大腸菌をDOI合成条件下で2×YE培地中で培養した後の細菌培養液(以下、DOI発酵液という)を約80℃で不活化処理する際に、DOI発酵液の変色が見られ、発明者らは、このDOI発酵液中でDOIからTHBへの変換反応が起こった可能性を推測した。図3は、pH6またはpH3におけるDOI発酵液(原液)、ならびに、それを95℃で30分間加熱したもの、105℃で30分間加熱したもの、132℃で20分間加熱したもの、および132℃で1分間加熱したものの外観(a)およびDOI含有量(b)を示す。DOI発酵液の変色に伴ってDOI含有量の減少が見られており、THBの生成が示唆された。これらの加熱試料を、液体クロマトグラフィー(カラム:YMC−Pac ODS−AQ、溶出液:10mM酢酸水溶液/アセトニトリル=3/97、検出器:蒸発光散乱型検出器)および質量分析で分析したところ、THBが生成されていたことが確認された。例えば、DOI発酵液を132℃で20分間加熱した試料では、DOIの約30%がTHBに変換され、約50%が他の脱水物に変換されていたことが明らかになった。   After culturing Escherichia coli expressing 2-deoxyscylinosose synthase (btrC gene product) in 2 × YE medium under DOI synthesis conditions, the bacterial culture (hereinafter referred to as DOI fermentation broth) is kept at about 80 ° C. During the activation treatment, discoloration of the DOI fermentation broth was observed, and the present inventors speculated that the conversion reaction from DOI to THB may have occurred in this DOI fermentation broth. FIG. 3 shows DOI fermentation liquor (stock solution) at pH 6 or pH 3 and what was heated at 95 ° C. for 30 minutes, at 105 ° C. for 30 minutes, at 132 ° C. for 20 minutes, and at 132 ° C. The external appearance (a) and DOI content (b) of what was heated for 1 minute are shown. A decrease in the DOI content was observed with the discoloration of the DOI fermentation liquor, suggesting the production of THB. When these heated samples were analyzed by liquid chromatography (column: YMC-Pac ODS-AQ, eluent: 10 mM aqueous acetic acid solution / acetonitrile = 3/97, detector: evaporative light scattering detector) and mass spectrometry, It was confirmed that THB had been produced. For example, in the sample obtained by heating the DOI fermentation broth at 132 ° C. for 20 minutes, it was revealed that about 30% of DOI was converted to THB and about 50% was converted to other dehydrated product.

次に、図1に示されるものと本質的に同様の槽・加熱装置を用いて、異なる試験条件下で、精製DOI水溶液(DOI濃度70g/L)と、DOI発酵液(0.2μmMF膜で濾過したもの;DOI濃度59.1g/L)とを加熱し、加熱後の液に含まれる化合物を分析して、結果を比較した。このDOI発酵液は、上述のようにbtrC遺伝子を発現する大腸菌を、CSL培地中で32〜40時間培養して得たものである。分析結果を下記表1に示す。   Next, a purified DOI aqueous solution (DOI concentration 70 g / L) and a DOI fermentation broth (0.2 μm MF membrane) were used under different test conditions using a tank and a heating device essentially similar to those shown in FIG. The filtered product; the DOI concentration of 59.1 g / L) was heated, and the compounds contained in the liquid after heating were analyzed to compare the results. This DOI fermentation broth was obtained by culturing Escherichia coli expressing the btrC gene in the CSL medium for 32 to 40 hours as described above. The analysis results are shown in Table 1 below.

表1において、精製DOI水溶液試料およびDOI発酵液試料に関して試験条件が同じものは、同じ行に示している。DOI残率は、加熱前試料に含まれていたDOIの何%が加熱後に残存していたかを表し、1,2,4−THB変換率は、加熱前試料に含まれていたDOIの何%が1,2,4−THBに変換されたかを表す(一脱水物変換率も同様)。なお、同様の実験で、1,2,3−THBの生成も確認されている(データは示していない)。例えば「160℃30秒 5回繰り返し」という記載は、160℃において30秒間の加熱を5回繰り返したことを意味し、すなわち試料が累積時間2.5分間に渡り160℃で加熱されたことを意味する。   In Table 1, those having the same test conditions for the purified DOI aqueous solution sample and the DOI fermentation liquid sample are shown in the same row. The DOI residual rate represents what percentage of the DOI contained in the sample before heating remained after heating, and the 1,2,4-THB conversion rate was the percentage of DOI contained in the sample before heating. Is converted to 1,2,4-THB (monohydrate conversion rate is also the same). In the same experiment, the production of 1,2,3-THB was also confirmed (data not shown). For example, the description “160 ° C. 30 seconds repeated 5 times” means that heating at 160 ° C. for 30 seconds was repeated 5 times, that is, the sample was heated at 160 ° C. for a cumulative time of 2.5 minutes. means.

表1の結果から、加熱の累積時間が長ければ長いほど変換量が増加すること(例えば、精製DOI水溶液の試料2〜4を比較)、および、加熱温度が高い方が変換効率が向上すること(例えば、DOI発酵液の試料2と5、試料3と6、または試料4と7を比較)が見て取れる。   From the results of Table 1, the longer the cumulative time of heating, the more the conversion amount increases (for example, comparing samples 2 to 4 of the purified DOI aqueous solution), and the higher the heating temperature, the higher the conversion efficiency. (Eg compare DOI fermentation broth samples 2 and 5, samples 3 and 6, or samples 4 and 7).

重要なことに、同じ加熱条件下では、精製DOI水溶液と比べてDOI発酵液において著しく高い効率でDOIからTHBへの変換が達成された。すなわち、精製DOI水溶液試料2におけるTHB変換率は2.33%であったのに対し、同じ加熱条件のDOI発酵液試料5におけるTHB変換率は27.19%であった。同様に、精製DOI水溶液試料3のTHB変換率は5.23%であったのに対しDOI発酵液試料6のTHB変換率は43.40%であり、精製DOI水溶液試料4のTHB変換率は9.55%であったのに対しDOI発酵液試料7のTHB変換率は54.66%であった。DOI発酵液の試料7では、160℃の高温において、累積5分間という比較的短時間の加熱で50%を超えるTHB変換率が達成された。材料成分が異なる液体培地を用いても同様の結果が得られることから、細菌の増殖をサポートできる液環境そのものがTHB変換反応について何らかの触媒作用を提供していると推測される。   Importantly, under the same heating conditions, the conversion of DOI to THB was achieved with significantly higher efficiency in the DOI fermentation broth compared to the purified DOI aqueous solution. That is, the THB conversion rate in the purified DOI aqueous solution sample 2 was 2.33%, while the THB conversion rate in the DOI fermentation liquid sample 5 under the same heating conditions was 27.19%. Similarly, the THB conversion rate of the purified DOI aqueous solution sample 3 was 5.23%, while the THB conversion rate of the DOI fermentation liquid sample 6 was 43.40%, and the THB conversion rate of the purified DOI aqueous solution sample 4 was The THB conversion rate of DOI fermentation liquor sample 7 was 54.66%, whereas it was 9.55%. In the DOI fermented liquor sample 7, at a high temperature of 160 ° C., a THB conversion rate of more than 50% was achieved by heating for a relatively short time of 5 minutes in total. Since similar results are obtained even when liquid media having different material components are used, it is speculated that the liquid environment itself capable of supporting bacterial growth provides some catalytic action for the THB conversion reaction.

フィルター濾過して細菌を除去したDOI発酵液を加熱した場合の方が、フィルター濾過していないDOI発酵液を加熱した場合よりもTHB収率が向上し、さらに塩析処理をフィルター濾過に組み合わせた場合にはTHB収率がさらに向上した(データは示していない)。   When the DOI fermented liquor from which the bacteria were removed by filtration was heated, the THB yield was improved more than when the DOI fermented liquor not filtered was heated, and salting out treatment was combined with the filtration. In some cases THB yields were further improved (data not shown).

別の実験において、THB水溶液、DOI水溶液の加熱によって得られたTHB産物含有溶液、またはDOI発酵液の加熱によって得られた産物溶液に対し、酢酸エチルを抽出溶媒として用いて、THBの溶媒抽出を試験した。1回目の溶媒抽出で大部分のTHBを回収できることが確認された。溶媒抽出前に、THB産物溶液に塩酸を加えてpHを2未満に低下させた場合、または、飽和濃度未満の塩化ナトリウムをTHB産物溶液に加えた場合には、THBの回収率が向上することが観察された。抽出に先立つTHB生成反応の条件および程度によって、最終的に抽出されるTHBの収率は異なってくる。DOI水溶液を175℃の高温で少なくとも3時間加熱して反応を進行させて得たTHB産物含有溶液を用いた例では、抽出後の有機溶媒層に溶解していた有機化合物溶質の大部分(70重量%以上、場合によっては90重量%以上)がTHBであり、不純物の大部分は水層に残ることが確認された。この結果は、溶媒抽出がTHB精製効果を有することを示すものである。マイクロリアクターを用いた抽出においても高い収率でTHBが回収され、細菌培養液の加熱からTHBの分離まで、あるいはDOI合成細菌の培養によるDOI合成から細菌培養液の加熱を経てTHBの分離までを連続的に実施できることが原理的に証明された。   In another experiment, THB aqueous solution, a THB product-containing solution obtained by heating an aqueous DOI solution, or a product solution obtained by heating a DOI fermentation broth was subjected to solvent extraction of THB using ethyl acetate as an extraction solvent. Tested. It was confirmed that most of THB can be recovered by the first solvent extraction. The recovery of THB is improved when hydrochloric acid is added to the THB product solution to lower the pH to less than 2 before solvent extraction or when less than saturated sodium chloride is added to the THB product solution. Was observed. The yield of THB finally extracted varies depending on the conditions and the degree of the THB production reaction prior to the extraction. In the example using the THB product-containing solution obtained by heating the DOI aqueous solution at a high temperature of 175 ° C. for at least 3 hours to proceed the reaction, most of the organic compound solutes (70%) dissolved in the organic solvent layer after extraction (70 It was confirmed that THB was contained in an amount of more than 70% by weight, and in some cases, more than 90% by weight, and most of impurities remained in the aqueous layer. This result shows that the solvent extraction has a THB purification effect. THB is recovered in high yield even in the extraction using a microreactor, from the heating of the bacterial culture to the separation of THB, or from the DOI synthesis by culturing the DOI synthetic bacteria to the separation of THB via the heating of the bacterial culture. It was proved in principle that it can be carried out continuously.

DOI合成細菌の培養によるDOI合成から、細菌培養液(DOI発酵液)の加熱を経て、溶媒抽出によるTHBの分離までを連続的に行った一例を以下に記述する。
DOI合成細菌を培養して得たDOI発酵液150mL(DOI濃度:60g/L)を、170℃の条件下2時間反応させて、DOIをTHBに変換させた。次いで、得られたTHB含有反応液をメンブレンフィルター(0.45μm)で濾過し、THB産物溶液を調製した(図4下に13C−NMRスペクトルを示す)。その後、YMC社製ミキサ(Deneb Helix型)を用いて、THB産物溶液(1mL/min)と酢酸エチル(1mL/min、1.5mL/min、2mL/min、および3mL/minの4条件)を送液し、それぞれ溶出液を取り出した(溶出時間1分間)。得られた溶出液の酢酸エチル層を分液後、減圧濃縮しTHB収量を求めた(実験はすべて三連で実施した)。その結果を下記表2にまとめた。THB産物溶液と酢酸エチルの比が1:1の場合のTHB収率は平均74.7%であった。酢酸エチルの比率が高くなるに連れて収率は向上する傾向を示し、THB産物溶液と酢酸エチルの比を1:3とした場合は平均86.9%であった。得られたTHB抽出試料の13C−NMRスペクトルを図4上に示す。
An example in which DOI synthesis by culture of DOI synthetic bacteria, heating of a bacterial culture solution (DOI fermentation solution), and separation of THB by solvent extraction are continuously performed will be described below.
150 mL of DOI fermentation broth (DOI concentration: 60 g / L) obtained by culturing DOI synthetic bacteria was reacted for 2 hours at 170 ° C. to convert DOI to THB. Next, the obtained THB-containing reaction solution was filtered with a membrane filter (0.45 μm) to prepare a THB product solution ( 13 C-NMR spectrum is shown in the lower part of FIG. 4). Then, using a YMC mixer (Deneb Helix type), THB product solution (1 mL / min) and ethyl acetate (1 mL / min, 1.5 mL / min, 2 mL / min, and 3 mL / min, four conditions) were used. The solution was sent and the eluate was taken out (elution time 1 minute). The ethyl acetate layer of the obtained eluate was separated and concentrated under reduced pressure to obtain THB yield (all experiments were carried out in triplicate). The results are summarized in Table 2 below. The THB yield was 74.7% on average when the ratio of the THB product solution to ethyl acetate was 1: 1. The yield tended to increase as the ratio of ethyl acetate increased, and it was 86.9% on average when the ratio of the THB product solution and ethyl acetate was 1: 3. The 13 C-NMR spectrum of the obtained THB extracted sample is shown in FIG.

Claims (8)

デオキシシロイノソース(DOI)を合成する細菌を含む液体培地を保持して前記細菌を培養して細菌培養液を生成する、培養槽と、
前記培養槽に接続され、前記細菌培養液を80℃以上の高温で加熱して、トリヒドロキシベンゼン(THB)を含む産物溶液を生成させる、加熱装置と
を含む、
トリヒドロキシベンゼン(THB)を製造するためのシステム。
A culture tank for holding a liquid medium containing bacteria that synthesize deoxyscylinosose (DOI) and culturing the bacteria to produce a bacterial culture solution;
A heating device connected to the culture tank to heat the bacterial culture at a high temperature of 80 ° C. or higher to generate a product solution containing trihydroxybenzene (THB);
System for producing trihydroxybenzene (THB).
前記培養槽は、送液管を介して前記加熱装置に接続されており、前記加熱装置は、前記培養槽から送られてくる前記細菌培養液を前記加熱装置の内部で加熱する、請求項1に記載のシステム。   The culture tank is connected to the heating device via a liquid supply pipe, and the heating device heats the bacterial culture solution sent from the culture tank inside the heating device. The system described in. 前記培養槽は、前記細菌培養液から前記細菌の菌体を除去する菌体除去装置を介して前記加熱装置に接続されている、請求項2に記載のシステム。   The system according to claim 2, wherein the culture tank is connected to the heating device via a bacterial cell removing device that removes bacterial cells of the bacteria from the bacterial culture solution. 前記加熱装置は、前記培養槽の内部で前記細菌培養液を加熱する一体型加熱装置である、請求項1に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the heating device is an integrated heating device that heats the bacterial culture solution inside the culture tank. 前記産物溶液から固形物質および不溶物質を除去する浄化装置をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシステム。   5. The system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a purifier that removes solids and insolubles from the product solution. 前記産物溶液からトリヒドロキシベンゼン(THB)を分離する分離装置をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシステム。   The system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a separation device for separating trihydroxybenzene (THB) from the product solution. 前記分離装置は溶媒抽出装置を含む、請求項6に記載のシステム。   7. The system of claim 6, wherein the separator comprises a solvent extractor. 前記培養槽は、培地を撹拌するための撹拌装置、培地を振とうするための振とう装置、培地を曝気するための曝気装置、および培地を加温するための加温装置のうちの1つ以上を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシステム。
The culture tank is one of a stirring device for stirring the medium, a shaking device for shaking the medium, an aeration device for aerating the medium, and a heating device for heating the medium. The system according to any one of claims 1 to 7, having the above.
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