JP2582806B2 - L−イソロイシンの製造法 - Google Patents

L−イソロイシンの製造法

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誠 後藤
昭一 奈良
和通 四方
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、酵素法によるL−イソロイシンの製造法に
関するものである。
本発明によればL−又はDL−α−ヒドロキシ酪酸か
ら、高収量で効率よくL−イソロイシンを製造すること
ができる。
L−イソロイシンは必須アミノ酸として、人間および
動物の栄養上重要な役割りをするアミノ酸であり、医
薬、食品、飼料添加剤等としてその需要が近年急激に増
加しつつある。
公知技術 L−イソロイシンの工業的製造法としては、他のアミ
ノ酸の場合と同様に立体異性体が存在する為、化学合成
法ではL体のみの製造は困難であり、主に醗酵法により
生産が行われている。醗酵法としてはDL−α−アミノ酪
酸、スレオニン等のL−イソロイシンの前駆物質を使用
する方法(特公昭43−8709号、同40−2880号公報等)、
前駆物質を特に加えない所謂直接醗酵法(特公昭38−70
91号、特開昭49−93586号公報等)がある。一方酵素法
としては、アンモニウムイオンまたはイソロイシン以外
のL−若しくはDL−アミノ酸の存在下に、D−、L−、
またはDL−α−ケト−β−メチルバレリアン酸からL−
イソロイシンを製造する方法(特公昭46−29789号公
報)、アンモニウムイオンまたはイソロイシン以外のL
−若しくはDL−アミノ酸の存在下に、D−イソロイシン
あるいはD−アロイソロイシンの単独もしくは混合物、
又はこれらとその光学異性体との適宜混合物に作用させ
てL−イソロイシンを製造する方法(特公昭46−29788
号公報)、セラチア(Serratia)属細菌の固定化物を用
いてグルコースとD−スレオニンからL−イソロイシン
を製造する方法(日本醗酵工学会大会講演要旨集p.47〜
48昭和52年度)等が報告されている。しかしながらこれ
らの方法は、原料費が嵩むとか収率が低い課題を抱えて
いる。
発明の要旨 本発明は、ビオチン要求性のブレビバクテリウム(Br
evibacterium)属に属する微生物菌体もしくはその固定
化物の存在下、L−又はDL−α−ヒドロキシ酪酸又はそ
の塩を、少なくともエタノールを含有する水溶液にて酵
素反応させて該溶液中にL−イソロイシンを生成せし
め、これからL−イソロイシンを採取することを特徴と
するL−イソロイシンの製造法を提供するものである。
発明の効果 本発明によれば、工業的に安価に製造されるL−又は
DL−ヒドロキシ酪酸又はその塩から、高収量で効率よく
L−イソロイシンが製造できる。本発明の方法におい
て、酵素反応時の水溶液として好ましく用いられるエタ
ノールを含有する水溶液は、発酵法の場合に用いられる
培地の滅菌等煩雑な操作が必要でないので、生産管理は
容易である。
本発明の方法は、従来このような酵素法によるL−又
はDL−ヒドロキシ酪酸からのL−イソロイシンの生産
は、報告が無く又実施されてもいなく、本発明は新規な
方法である。
発明の具体的説明 本発明に使用される微生物は、ビオチン要求性のブレ
ビバクテリウム(Brevibacterium)属に属するものであ
り、好ましくはエタノール資化性のものである。このな
かにはL−イソロイシン生産菌が含まれる。本発明に使
用される微生物菌体としては例えば、ブレビバクテリウ
ム・フラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233(FERM
BP−1497)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevib
acterium flavum)MJ−233−AB−41(FERM BP−149
8)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium
flavum)MJ−233−ABT−11(FERM BP−1500)及びブレ
ビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)M
J−233−ABD−21(FERM BP−1499)等であり、これら
の菌が本発明に好適に用いられる。
なお、上記の(FERM BP−1498)は、(FERM BP−14
97)を親株としてDL−α−アミノ酪酸耐性を積極的に付
与されたエタノール資化性微生物である(特公昭59−28
398号公報3〜4欄参照)。(FERM BP−1500)は、(F
ERM BP−1497)を親株としたL−α−アミノ酪酸トラ
ンスアミナーゼ高活性変異株である(特開昭62−51998
号公報参照)。また、(FERM BP−1499)は(FERM BP
−1497)を親株としたD−α−アミノ酪酸デアミナーゼ
高活性変異株である(特開昭61−177993号公報参照)。
これらの微生物菌体の他にブレビバクテリウム・アン
モニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)ATCC687
1、同ATCC13745、同ATCC13746、ブレビバクテリウム・
デバリカタム(Brevibacterium divaricatum)ATCC1402
0等を用いることもできる。
本発明に見いられるビオチン要求性のブレビバクテリ
ウム属に属する微生物菌体は、微生物菌体そのままで用
いることもできるし、又これらを公知の手法で固定化し
た固定化物を使用することもできる。この固定化手法と
しては、菌体をアクリルアミド等の重合性モノマーを用
いたり、アルギン酸塩あるいはカラギーナン等の適当な
担体に固定化させる等がある。
本発明の方法に使用される上記のビオチン要求性のブ
レビバクテリウム属に属する微生物菌体の調製に使用す
る培地は、特に限定されるものではなく一般の微生物に
使用されるものでよい。中でも好ましいものは、エタノ
ールを主炭素源とする培地である。
本発明に使用する微生物菌体の調整に使用する培地の
窒素源としてはアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化ア
ンモニウム、硝酸アンモニウム、尿素等を単独若しくは
混合して用いることが出来る。
無機塩としては、リン酸一水素カリウム、リン酸二水
素カリウム、硫酸マグネシウム等が用いられる。この他
に菌の生育及びL−イソロイシン生成に必要であれば、
ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンステイープリ
カー、カザミノ酸、各種ビタミン等の栄養素を培地に添
加し用いる。
培養は通気撹拌、振盪等の好気的条件下で行い、培養
温度は20〜40℃、好ましくは25〜35℃で行う。培養途中
のpHは5〜10、好ましくは7〜8付近にて行い、培養中
のpHの調整には酸、アルカリを添加して行う。
培養開始時のエタノール濃度は好ましくは1〜5容量
%、更に好ましくは2〜3容量%が適する。培養期間は
2〜9日間、最適期間は4〜7日間である。
このようにして得られた培養物から菌体を集めて、水
又は適当な緩衝液で洗浄し、本発明の方法の酵素反応に
使用する。
本発明の方法においては、上記で調製された微生物菌
体(ここには、その固定化物も含まれる)の存在下、L
−又はDL−α−ヒドロキシ酪酸又はその塩を、少なくと
もエタノールを含有する水溶液にて酵素反応させる。こ
こで該水溶液に添加されるエタノールの濃度は0.5〜4.0
容量%、好ましくは1〜2.0容量%である。
L−又はDL−α−ヒドロキシ酪酸又はその塩の酵素反
応における使用濃度は、一般に0.1〜20%(wt/vol)が
好ましい。
本発明の方法において、酵素反応に用いる水溶液は、
上記の様にエタノールを含有する水あるいはリン酸又は
トリス塩酸等の緩衝液を用いることもできるが、好まし
くはエタノールを含みこれに更に公知の窒素源及び無機
塩を含有するものが用いられる。これらの窒素源及び無
機塩を反応系に添加するとL−イソロイシンの生成量が
向上するので好ましい。これらの窒素源及び無機塩に
は、ビオチンが含まれないことが必要で、ビオチンがこ
れらに含まれていると反応系で微生物の増殖が起り、原
料エタノールが浪費され又、微生物の増殖による副生成
物等の分離・精製等が煩雑になるので好ましくない。
本発明に用いられる窒素源としては、アンモニア、塩
化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウ
ム、リン酸アンモニウム等の無機窒素源が好ましく例示
でき、また無機塩としては、リン酸一水素カリウム、リ
ン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガ
ン、硫酸鉄等が例示される。これらの無機窒素源、無機
塩は、単独でも2種以上混合して用いることもできる。
これら無機窒素源及び/又は無機塩の水溶液としての
濃度は、通常の微生物菌体の培養に使用される培地と同
程度の範囲でよく、特に限定されない。
上述の様に、本発明に使用される酵素反応の水溶液に
は、ビオチン又はビオチンを含む天然物は含有されな
い。ビオチンの含有されないことの明らかな化学構造公
知のアミノ酸、ビタミン、糖類等は添加することはでき
る。
本発明の方法においては、酵素反応に用いられる前記
の微生物菌体の使用量は、特に限定されるものではない
が、一般に1〜50%(wt/vol)の濃度で使用することが
出来る。
本発明において、酵素反応は、約20〜約50℃、好まし
くは約30〜約40℃の温度で、通常約10〜約72時間行われ
る。
上記酵素反応は、反応に用いられるエタノールを含有
する水溶液中の溶存酸素濃度が0.05ppm以上、8ppm以下
となる様に、反応系中に空気もしくは酸素を、連続又間
歇的に供給して行うのが好ましい。
上記のような反応方法によつて得られる反応液中に生
成したL−イソロイシンの分離・精製は、公知のイオン
交換樹脂処理法あるいは、沈殿法等により行うことがで
きる。
実施例 以下の実験例において、L−イソロイシンの定性は、
ペーパークロマトグラフのRf値、電気泳動法の移動度、
微生物定量法による生物活性値により確認した。定量は
ロイコノストツク・メセンテロイデス(Leuconostoc me
senteroides)ATCC8042を用いるマイクロバイオアツセ
イ法と高速液体クロマトグラフイー(島津LC−5A)とを
併用して行つた。また、下記の実験例において%と表し
たのは重量%を意味する。
実施例−1 培地(尿素0.4%、硫酸アンモニウム1.4%、KH2PO40.
05%、K2HPO40.05%、MgSO4・7H2O0.05%、CaCl2・2H2O
2ppm、FeSO4・7H2O2ppm、MnSO4・4〜6H2O2ppm、ZnSO4
・7H2O2ppm、NaCl2ppm、ビオチン200μg/、チアミン
・HCl100μg/、カザミノ酸0.1%、酵母エキス0.1%)
100mlを500ml容三角フラスコに分注、滅菌(滅菌後pH7.
0)した後ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacter
ium flavum)MJ−233(FERM BP−1497)を植菌し、無
菌的にエタノールを2ml加え、30℃にて2日間振盪培養
を行つた。
次に、本培養培地(硫酸アンモニウム2.3%、KH2PO
40.05%、K2HPO40.05%、MgSO4・7H2O0.05%、FeSO4・7
H2O20ppm、MnSO4・nH2O20ppm、ビオチン200μg/、チ
アミン・HCl100μg/、カザミノ酸0.3%、酵母エキス
0.3%)の1000mlを2容通気撹拌槽に仕込み、滅菌(1
20℃、20分間)後、エタノールの20mlと前記前培養物の
20mlを添加して、回転数1000rpm、通気量1vvm、温度33
℃pH7.6にて48時間培養を行つた。
尚、エタノールは、培養中培地の温度が2容量%を越
えないように、約1〜2時間ごと断続的に添加した。
培養終了後、培養物500mlから遠心分離にて集菌し
た。これを脱塩蒸留水にて2度洗浄して得た菌体を、反
応液〔(NH42SO42g/;KH2PO40.5g/;KH2PO40.5g/
;MgSO4・7H2O0.5g/;FeSO4・7H2O20ppm;MnSO44〜6H2
O20ppm;チアミン−塩酸100μg/、DL−α−ヒドロキシ
酪酸10g/(pH7.6)〕の1000mlに懸濁後、該懸濁液を
2容通気撹拌槽に仕込み、エタノール20mlを添加し
て、回転数300rpm、溶存酸素濃度0.1ppm、温度33℃、pH
7.6にて15時間反応を行つた。
反応終了後、遠心分離(4000rpm、15分間、4℃)に
て除菌した上清液中のL−イソロイシンを定量した。
また、反応終了後の反応液500mlを、強酸性陽イオン
交換樹脂(H+型)のカラムに通してL−イソロイシンを
吸着させ、水洗後、0.5Nアンモニア水で溶出させたの
ち、L−イソロイシン画分を濃縮し、冷エタノールでL
−イソロイシンの結晶を析出させ、精製した。結果を第
1表に示した。
実施例−2 実施例−1と同様の条件にてブレビバクテリウム・フ
ラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233−AB−41(FE
RM BP−1498)を培養し、また実施例−1と同様の条件
にて反応させた上清液中のL−イソロイシンを定量し
た。また、実施例−1と同様にしてL−イソロイシンの
結晶を析出させた。結果は第2表に示した。
実施例−3 実施例−1と同様の条件にてブレビバクテリウム・フ
ラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233−ABT−11(F
ERM BP−1500)を培養し、また実施例−1と同様の条
件にて反応させた上清液中のL−イソロイシンを定量し
た。また、実施例−1と同様にしてL−イソロイシンの
結晶を析出させ、精製した。結果は第3表に示した。
実施例−4 実施例−1と同様の条件にてブレビバクテリウム・フ
ラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233−ABD−21(F
ERM BP−1499)を培養し、また実施例−1と同様の条
件にて反応させた後上清液中のL−イソロイシンを定量
した。また、実施例−1と同様にしてL−イソロイシン
の結晶を析出させ、精製した。結果を第4表に示した。
実施例−5 実施例−1と同様の条件にてブレビバクテリウム・フ
ラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233(FERM BP−
1497)を培養し、培養物100mlから遠心分離にて集菌
後、これを硫酸アンモニウム0.5g、DL−α−ヒドロキシ
酪酸0.5g、エタノール1mlを含む0.1Mリン酸緩衝液(pH
7.6)50mlに懸濁し振盪しながら30℃、48時間反応を行
つた。
反応終了後、遠心分離にて除菌した上清液中に、L−
イソロイシンが0.9mg/ml蓄積された。
上記上清液40mlから、実施例−1と同様の操作にてL
−イソロイシンの結晶を析出させたところ、20mgの粗結
晶を得た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奈良 昭一 茨城県稲敷郡阿見町中央8丁目3番1号 三菱油化株式会社中央研究所内 (72)発明者 四方 和通 茨城県稲敷郡阿見町中央8丁目3番1号 三菱油化株式会社中央研究所内 (72)発明者 湯川 英明 茨城県稲敷郡阿見町中央8丁目3番1号 三菱油化株式会社中央研究所内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビオチン要求性のブレビバクテリウム(Br
    evibacterium)属に属する微生物菌体もしくはその固定
    化物の存在下、L−又はDL−α−ヒドロキシ酪酸又はそ
    の塩を、少なくともエタノールを含有する水溶液にて酵
    素反応させて該溶液中にL−イソロイシンを生成せし
    め、これからL−イソロイシンを採取することを特徴と
    するL−イソロイシンの製造法。
  2. 【請求項2】該ブレビバクテリウム(Brevibacterium)
    属に属する微生物がエタノール資化性を有するものであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の製造
    法。
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