JP2721990B2 - 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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JP2721990B2 JP2972589A JP2972589A JP2721990B2 JP 2721990 B2 JP2721990 B2 JP 2721990B2 JP 2972589 A JP2972589 A JP 2972589A JP 2972589 A JP2972589 A JP 2972589A JP 2721990 B2 JP2721990 B2 JP 2721990B2
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昭一 奈良
恒 山縣
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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。
本発明者等は、先にブレビバクテリウム属に属する微
生物菌体の存在下、エタノールおよびα−ケト酪酸を含
有する水溶液を酵素反応させ該溶液中にL−イソロイシ
ンを生成せしめるに際し、反応液にピルビン酸又はその
塩を添加する方法を提案している(特願昭62−271180
号)。
本発明者等は、ピルビン酸又はその塩に代わる、より
安価な原料等につき鋭意検討した結果、フマル酸又はそ
の塩、L−又はDL−リンゴ酸又はその塩、オキザロ酢酸
又はその塩等の有機酸あるいは、L−又はDL−アスパラ
ギン酸又はその塩、L−又はDL−グルタミン酸又はその
塩等のアミノ酸の添加により高収量でLいイソロイシン
を生成させることを見出し本発明を完成するに到った。
〔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(Brev
ibacterium)属に属する微生物菌体又はその固定化物の
存在下、少なくともエタノールとα−ケト酪酸又はその
塩を含有する水溶液中で酵素反応せしめ、水溶液中にL
−イソロイシンを生成させるに際し、該水溶液にさらに
上記のα−ケト酪酸以外の有機酸および/又はアミノ酸
を添加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。
なお、上記の本発明において、次の各項記載の態様及
びこれらの組み合わせの態様が好ましい。
添加する有機酸(アミノ酸以外のもの)が、フマル酸
又はその塩、リンゴ酸又はその塩、オキザロ酢酸又はそ
の塩或いは乳酸又はその塩である態様。
添加するアミノ酸が、L−アスパラギン酸又はその塩
である態様或いは添加するアミノ酸がL−グルタミン酸
又はその塩である態様。
微生物がブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacte
rium flavum)MJ−233、同MJ−233−AB−41,同MJ−233
−ABT−11,同MJ−233−ABD−21である態様。
酵素反応の行われる水溶液がビオチンを含まない態
様。
〔発明の効果〕
本発明によれば、有機酸および/又はアミノ酸を酵素
反応水溶液に添加することで、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、酵素反応時に用いられるエタ
ノールを含有する水溶液は、醗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、生産管理が
容易である。
〔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〔微工
研条寄第1497号(微工研菌寄 第3068号)〕、ブレビバ
クテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)MJ−2
33−AB−41〔微工研条寄第1498号(微工研菌寄 第3812
号)〕、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacteri
um flavum)MJ−233−ABT−11〔微工研条寄第1500号
(微工研菌寄 第8423号)〕及びブレビバクテリウム・
フラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233−ABD−21
〔微工研条寄第1499号(微工研菌寄 第8055号)〕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(微工研条寄 第1498号)は、(微工研
条寄 第1497号)を親株とし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59−28393号公報3〜4欄参照)。(微工研条寄
第1500号)は、(微工研条寄 第1497号)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(特願昭60−190609号明細書3〜5頁参照)。ま
た、(微工研条寄 第1499号)は(微工研条寄 第1497
号)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)。
これらの微生物の他にブレビバクテリウム・アンモニ
アゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)ATCC 6871、
同ATCC 13745、同ATCC 13746、ブレビバクテリウム・デ
バリカタム(Brevibacterium divaricatum)ATCC 14020
等を用いることもできる。
本発明に用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、又これらを公知の方法で固定化し
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
担体に不溶化させる等がある。
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製に使用する培地の
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、コーンスティープリ
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。
培養は通気攪拌、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の調製には酸、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、少
なくともエタノールと、α−ケト酪酸を含有する水溶液
に、さらに有機酸および/又はアミノ酸を添加して酵素
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0.5〜40容量%、好ましくは1〜20容量%であ
る。
該水溶液は、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更に窒素あるいは
無機塩類を含む水溶液が用いられる。
本発明の方法において、酵素反応系に添加できる窒素
源あるいは無機塩類としては、通常の微生物菌体菌体の
培養に使用される培地に添加されるものから選んで使用
することができる。ただし、この場合、ビオチンを含ま
ないものを用いる必要がある。ビオチンを含有する窒素
源等を使用すると、酵素反応に使用する微生物菌体の増
殖が起こり、このために原料エタノールの使用量が増大
し、副生物のため目的物の分離・精製が煩雑になる等の
問題が生ずる。
本発明に用いられる窒素源の具体例としては、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等が例示
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。
これら窒素源および/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。
この様な反応液の一例を示すと、(NH4)2SO4 2g/l;KH2
PO4 0.5g/l;K2HPO4 0.5g/l;MgSO4・7H2O 0.5g/l;FeSO4
・7H2O 20ppm;MnSO4・4〜6H2O 20ppm含有するpH7.6の
水溶液がある。
上述の様に、本発明に使用される酵素反応の反応液に
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アミノ酸、
ビタミン、糖類等は添加することができる。
本発明の方法においては、有機酸の具体例としては、
フマル酸、L−又はDL−リンゴ酸、オキザロ酢酸、L−
又はDL−乳酸や又はそれらのカルシウム塩、ナトリウム
塩、およびカリウム塩等が例示でき、又アミノ酸として
は、L−又はDL−アスパラギン酸、L−又はDL−グルタ
ミン酸又はそれらのカルシウム塩、ナトリウム塩及びカ
リウム塩等が例示される。これらの有機酸、アミノ酸は
単独でも2種以上混合して用いることもできる。
又、有機酸あるいはアミノ酸の酵素反応時の濃度には
特に制限はないが、一般にはそれぞれ0.1〜20%(wt/vo
l)、好ましくは0.5〜10%(wt/vol)の濃度範囲で使用
するのが適当である。
α−ケト酪酸の反応時の濃度には特に制限はないが、
一般には0.05〜20%(wt/vol)の濃度範囲で使用するの
が適当である。なお、α−ケト酪酸又はその塩の添加
は、一括して添加してもいいし、逐次添加してもかまわ
ない。又、該菌体の使用量も特に制限されるものではな
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。
上記のような反応方法によっ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
交換樹脂処理あるいは、沈澱法等により行うことができ
る。
〔実施例〕
以下の実施例において、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、電気泳動法法の易動
度、微生物定量法による生物活性値より確認した。定量
はロイコノストック・メセンテロイデス(Leuconostoc
mesenteroides)ATCC 8042を用いるマイクロバイオアッ
セイ法と高速液体クロマトグラフィー(島津LC−5A)と
を併用して行った。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%、KH2PO4
0.05%、K2HPO4 0.05%、MgSO4・7H2O 0.05%、CaCl2
2H2O 2ppm、FeSO4・7H2O 2ppm、MnSO4・4〜6H2O 2pp
m、ZnSO4・7H2O 2ppm、NaCl 2ppm、ビオチン 200μg/
l、チアミン・HCl 100μg/l、カザミノ酸 0.1g、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
(Brevibacterium flavum)MJ−233(微工研条寄 第14
97号)を植菌し、無菌的にエタノールを2ml加え、30℃
にて2日間振盪培養を行った。
次に、本培養培地(硫酸アンモニウム2.3%、KH2PO4
0.05%、K2HPO4 0.05%、MgSO4・7H2O 0.05%、FeSO4
7H2O 20ppm、MnSO4・4〜6H2O 20ppm、ビオチン200μg
/l、チアミン・HCl100μg/l、カザミノ酸0.3%、酵母エ
キス0.3%)1000mlを2l容通気攪拌槽に仕込み、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時間培養を行った。
なお、エタノールは、培養中培地の濃度が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。これを脱塩蒸溜水にて2度洗浄して得た菌体を、反
応液〔(NH4)2SO4 2.3%;KH2PO4 0.05%;K2HPO4 0.05
%;MgSO4・7H2O 0.05%;FeSO4・7H2O 20ppm;MnSO4
4〜6H2O 20ppm;チアミン・塩酸100μg/l;α−ケト酪
酸ナトリウム1.0%(pH7.6)〕1,000mlに懸濁後、該懸
濁液を2l容通気攪拌槽に仕込み、これに更にエタノール
20ml及び第1表に示した各有機酸、アミノ酸をそれぞれ
10g/l添加して、回転数300rpm、温度33℃、pH7.6にて15
時間反応を行った。この時の反応液中の溶存酸素濃度は
0.1ppmに保たれた。
各反応終了後、遠心分離(4,000rpm、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、各反応終了後の培養液500mlを、それぞれ強酸
性イオン交換樹脂(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、0.5規定アンモニア水で溶
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た。結果を
第1表に示した。
なお、有機酸、アミノ酸を添加しない反応液を用いた
場合には、L−イソロイシンの生成は3.4g/lであった。
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(微
工研条寄 第1498号)を培養し、また実施例−1と同様
の条件にてそれぞれ反応させた後、上清液中のL−イソ
ロイシンをそれぞれ定量した。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。
なお、有機酸、アミノ酸、を添加しない反応液を用い
た場合には、L−イソロイシンの生成は3.5g/lであっ
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
(微工研条寄 第1500号)を培養し、また実施例−1と
同様の条件にてそれぞれ反応させた後、上清液中のL−
イソロイシンをそれぞれ定量した。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3表に示した。
なお、有機酸、アミノ酸、を添加しない反応液を用い
た場合には、L−イソロイシンの生成は3.4g/lであっ
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
(微工研条寄 第1499号)を培養し、また実施例−1と
同様の条件にてそれぞれ反応させた後、上清液中のL−
イソロイシンをそれぞれ定量した。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
を第4表に示した。
なお、有機酸、アミノ酸、を添加しない反応液を用い
た場合には、L−イソロイシンの生成は3.4g/lであっ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:13) (72)発明者 寺沢 真人 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 (1)

    (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又はその固定化物
    の存在下、少なくともエタノールとα−ケト酪酸又はそ
    の塩を含有する水溶液中で酵素反応せしめ、水溶液中に
    L−イソロイシンを生成させるに際し、該水溶液にさら
    に上記のα−ケト酪酸以外の有機酸および/又はアミノ
    酸を添加することを特徴とするL−イソロイシンの製造
    法。
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