JP2751862B2 - 発酵法による微生物凝集剤の製造方法 - Google Patents

発酵法による微生物凝集剤の製造方法

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JP2751862B2 JP6973595A JP6973595A JP2751862B2 JP 2751862 B2 JP2751862 B2 JP 2751862B2 JP 6973595 A JP6973595 A JP 6973595A JP 6973595 A JP6973595 A JP 6973595A JP 2751862 B2 JP2751862 B2 JP 2751862B2
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靖浩 野畑
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロードコッカス属細菌
が産生する代謝物を利用した微生物凝集剤の製造方法に
関するものである。本発明の微生物凝集剤は、廃水処理
のおける凝集、発酵残査から有用物を回収などに有効で
あり、環境汚染のない、人体に安全な凝集剤である。
【0002】
【従来の技術】凝集剤は合成高分子系凝集剤(例えば、
ポリアクリルアミド)、無機系凝集剤(例えば、硫酸バ
ンド)、微生物凝集剤に大別される。このうち、現在一
般に広く使用されている凝集剤は、無機系凝集剤、及び
合成高分子系凝集剤である。これらの凝集剤は活性汚泥
法等を用いた廃水処理、土木浚渫工事等への清浄剤、さ
らに上水道、中水道の造水、発酵工業における発酵液と
菌体の分離といった回収、精製工程分野からさらには食
品工業への適用というように各種産業のプロセス、排水
処理に広範囲な分野にわたっている。しかし、無機系凝
集剤は、使用量が大きいこともあり生成する汚泥容量が
大きく、また金属を含んでいる。合成高分子系凝集剤か
らの汚泥は、そのまま外部に排出すると分解されずに土
壌や河川に蓄積されるため、多くは焼却処理を行ってい
るなどいずれも廃棄処分の点で大きな問題をもってい
る。
【0003】微生物凝集剤は、生分解性に優れ、環境で
の蓄積も少ないことから大きな注目を浴びているが、未
だに本格的な実用化に至っていない。その最も大きな問
題点は、微生物凝集剤が、合成高分子系凝集剤、無機系
凝集剤と比較して、その製造コストが高いことにある。
製造コストの低減については今までも各種の検討が行わ
れ、多く報告がある。ロードコッカス属菌体を使用した
微生物凝集剤の産生方法も、例えば、高濃度の蛋白質を
含む水産物加工の食品工場の排水を使用する方法(特開
平03−249909号)、ビール工場で発生する麦芽
根を培地成分として利用する方法(特開平03−382
03号)、血液成分を含む培地を利用する方法(特開平
02ー92273号)、油糧種子を培地成分として使用
する方法(特開平01−211492号)、その他(特
開昭52−148678号、特開昭54−32686
号、特開昭58−183910号、特開昭49−004
685号、特開昭63−126596号、特開昭60−
71009号、特開昭59−24649号、特開昭51
−86189号、特開昭62−250918号、特開昭
62−176510号、特開平02−215387号、
特開平02−90903号など)がある。これらの報告
にみられるロードコッカス属菌体の培養はすべて栄養源
として天然培地成分を用いている。天然培地は、イース
トエキストラクトで代表されるように、無機塩はもちろ
んのことタンパク質、脂質、多糖類など有機質の栄養源
が多種類含まれており、ロードコッカス属だけでなく、
多くの種類の微生物の栄養要求性に対応できる優れた培
地である。しかし逆に、培養中に培地中の特定必須栄養
成分が早く枯渇してしまい、培養が途中で止まってしま
う、また天然物中の亜鉛や、銅などの金属原子によって
も生育が阻害される、さらに生育中に自ら成長阻害物質
を分泌して成長が止まってしまうなどの欠点を有してい
る。このような原因から、培養液から取り出した培養産
出物の生成量が少なく、かつ凝集活性が低くなり、微生
物凝集剤としての生産効率の低い原因の一っになり、こ
れが製造コストの高くなる原因となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来方法の欠点を改善し、ロードコッカス属細菌から効
率よく微生物凝集剤を製造する方法を提供するものであ
る。
【0005】
【問題点を解決するため手段】微生物で凝集剤を生産す
る場合大きな問題点の一つは、培養産生物の濃度が、発
酵後の培養液中に0.1〜1%程度と極めて低いことに
ある。本発明者らは、ロードコッカス属細菌の培養条件
を種々検討した結果、ロードコッカス属細菌の増殖に適
した成分を多くし、該細菌の増殖に妨げとなる成分を除
去するなど培地構成成分を明確に制御することにより、
培養産生物を高濃度で生産できるとの知見を得て本発明
に達したものである。すなわち本発明は、合成培地を用
いた発酵法によるロードコッカス(Rhodcoccus)属細菌
からの微生物凝集剤の製造方法である。ロードコッカス
属細菌の中で、ロードコッカス・エリスロポレス KR
−S−1株(FERM BPー4913号)が最も好ま
しく使用される。
【0006】本発明における合成培地は糖類、リン酸
塩、窒素源、アミノ酸、ビタミンで構成されている。こ
こで合成培地とは、構成成分を明確に制御した培地であ
り、構成成分のうち、糖類、リン酸塩はもちろん、窒素
源、アミノ酸、ビタミンはそれぞれ化学的に単離したも
のを用いている。糖類は、グルコース、フラクトース、
シュークロース、マルトースから選ばれた一種以上であ
り、リン酸塩は、リン酸カリウム塩、リン酸ナトリウム
塩から選ばれた一種以上であり、具体的にはリン酸二水
素ナトリウム(NaH2PO4)、リン酸二水素カリウム
(KH2PO4)、リン酸水素二ナトリウム(Na2HP
4)、リン酸水素二カリウム(K2HPO4)である。
窒素源は、尿素、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウ
ム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、から選ばれた一種
以上であり、アミノ酸は、アルギニン、メチオニン、シ
トルリン、イソロイシン、バリン、フェニルアラニン、
チロシン、トリプトファン、ヒスチジン、グリシン、グ
ルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、アラニン、セ
リン、オルニチンから選ばれた一種以上であり、ビタミ
ンは、ビオチン、リボフラミン、チアミン、ビタミンB
12、ニコチン酸、イノシトール、パントテン酸、フェ
ロキノンから選ばれた一種以上である。
【0007】合成培地中の各成分の濃度は、培地に添加
する水100mlに対して、糖類は、0.1〜50g、
好ましくは5〜30g、更に好ましくは、10〜20g
である。0.1gより少ないと、本発明の特徴を生かす
ことができず、又50gより多いと基質に対しての凝集
活性成分の産生量が低下し、非効率的である。リン酸塩
は、リン酸のカリウム塩、リン酸のナトリウム塩である
が、より好ましくはリン酸カリウムである。その濃度
は、0.01〜10g、好ましくは0.5〜3g、さら
に好ましくは1〜2gである。0.01gより少ないと
本発明の特徴を生かすことができず、又10gより多い
と基質に対しての培養産生量が低下し、非効率的であ
る。窒素源は、0.02〜1g、好ましくは0.03〜
0.5g、さらに好ましくは0.05〜0.1gであ
る。0.02gより少ないと本発明の特徴を生かすこと
ができず、又1gより多いと基質に対しての培養産生量
が低下し、非効率的である。アミノ酸の濃度は、0.0
1〜10g、好ましくは0.05〜1g、さらに好まし
くは0.08〜0.5gである。0.01gより少ない
と、本発明の特徴を生かすことができず、又10gより
多いと基質に対しての培養産生量が低下し、非効率的で
ある。ビタミンの濃度は、0.00001〜0.01
g、好ましくは0.0001〜0.005g、さらに好ま
しくは0.0005〜0.001gである。0.000
01gより少ないと本発明の特徴を生かすことができ
ず、又0.01gより多いと基質に対しての培養産生量
が低下し、非効率的である。また、必要に応じて上記以
外のアミノ酸、ビタミン、塩化ナトリウム、硫酸マグネ
シュウム、あるいは鉄,カルシウム,マンガン、亜鉛,
銅の硫酸塩、塩酸塩、硝酸塩、あるいはモリブデン、タ
ングステンの元素、あるいは化合物を添加してもよく、
これは本発明をなんら制限するものではない。
【0008】従来の技術における培地組成のうち、グル
コース、フラクトースなどの糖類は単一組成物として添
加量も正確に調整でき、カリウム塩、ナトリウム塩のリ
ン酸塩や、尿素、硫酸アンモニウムなどの窒素成分も同
様に正確に添加することができる。しかし、アミノ酸、
タンパク質、あるいはビタミン類は、イーストエキスト
ラクトや、ペプトンなどの天然物を添加するいわゆる天
然培地である。その天然物中のアミノ酸、タンパク質、
ビタミン、金属などの含有成分の内容やその含有量が正
確に制御することができない。グルコースや砂糖なども
天然から分離されるものであるが、単一物質であり、培
地中における添加量を制御できるため、本発明における
概念では天然物には相当しない。
【0009】天然培地の場合、細菌類の生育を促進する
ため培地中の栄養成分、特に糖類の添加量を増やすこと
はできるが、天然物中にある特定のアミノ酸、あるいは
他の特定の必須栄養成分が早く枯渇してしまい、培養が
途中で止まってしまう。また、天然物中の亜鉛や、銅な
どの金属原子によっても生育が阻害されることがある。
さらに、ロードコッカス属細菌は増殖する際に生育阻害
物質も併せて分泌する。この成分は主としてアミノ酸や
ビタミンを消化するさいに発生するものであり、凝集活
性成分である培養産生物の生成量を上げようと天然物成
分の濃度を上げると、生育阻害物質もまた多く産生され
てしまい、培養が途中で止まってしまい、期待するだけ
の培養産出物を得ることができない。以上のように、従
来の技術では培地成分の濃度を上げ、凝集活性の培養産
生物の生成量を上げることは実質的に難しかった。
【0010】本発明におけるロードコッカス属細菌の培
養条件は特に制限するものではないが、振とう培養、ま
たは、通気撹拌深部培養など好気条件下で通常 1〜1
0日行う。培養温度は15〜40℃の範囲が望ましく、
pHは4〜10好ましくは、7〜9が望ましい。本発明
において微生物凝集剤として用いるのは、ロードコッカ
ス属細菌の培養産出物であり、その単離方法は特に制限
するものではない。通常は培養液にアセトン、エタノー
ルなどの水溶性の有機溶剤を多量に加えて析出したもの
を瀘過して取り出すことができる。しかし多くの場合培
養液をそのまま用いることで充分目的が達せられる。
【0011】
【作用】培養産出物の生成量に最も大きな影響をおよぼ
すのは、培地中の栄養成分、特に糖類の量である。とこ
ろが糖類の添加量を単純に増やすだけでは、満たされな
い。共存するアミノ酸など他の栄養成分も重要である。
天然物培地の場合培養が進む過程である栄養成分が早く
枯渇してしまい、培養が途中で止まってしまう。また、
ロードコッカス属細菌は増殖する際に生育阻害物質も併
せて分泌する。この成分は主としてアミノ酸やビタミン
を消化するさいに発生するものであり、培養産出物の生
成量を上げるため天然物成分の濃度を上げると所望の培
養産出物だけでなく生育阻害物質もまた多く産生されて
しまう。そして、やはり培養が途中で止まってしまい、
期待する凝集活性を有する成分のみ高濃度とならない。
また、天然物には、亜鉛や、銅などのその濃度が高くな
るとロードコッカス属細菌の増殖阻害物質が、もともと
含まれており、培地中に添加する濃度もおのずと制限を
受ける。本発明の合成培地を用いることにより、ロード
コッカス属細菌の生育に必要な成分を充分含み、阻害成
分を含まない条件で培養ができるようになった。
【0012】
【実施例】本発明を実施例により更に詳細に説明する。
なお、本発明は以下の実施例によって制限されるもので
はない。 〔培養産出物生成量の測定〕菌体を含む培養液にその5
倍容量のアセトンを添加し、析出物をNo6濾紙を使用
して濾過して捕集し、105℃にて2時間乾燥した後重
量を測定した。
【0013】〔凝集活性の測定〕次の手順で測定した。
尚、ここに用いた吸光度は、光が懸濁液を通過する際の
光路前方への散乱光と一部減衰した透過光の和を透過率
として計測し、この透過率に対する吸光度である。 (1)カオリン(JIS−K8746で規定された粒度
62〜74μm)0.5gを蒸留水90mLに入れて懸
濁液を作り、pH=7.0に調整した。 (2)培養途中あるいは終了後の菌体を含む培養液0.
5mLをとり、ここに蒸留水を加え全体を10mLと
し、上のカオリン懸濁液に加えた。比較のために培養液
を加えず、蒸留水10mLをカオリン懸濁液に加えた。 (3)混合液を100mLのメスフラスコに入れ、4〜
5回倒立撹拌を行ったのち、5分間静置した。(4)メ
スフラスコの上澄み液を50mL分取した後、分光度計
にて、吸光度(550nm)を測定した。 (5)次の式に基づいて凝集活性を求めた。 凝集活性=(1/サンプルの吸光度)−(1/比較液の
吸光度)
【0014】〔テスト 1〕表1に示した組成で調製し
た培地100mL(pH=8.5)を採取し、これを3
00mLの三角フラスコに入れた後、121℃で15分
間オートクレーブにて滅菌を行った。次いで、ロードコ
ッカス・エリスロポレス KR−S−1株(FERM
BPー4913号)を1白金耳接種した後、30℃で7
日間培養を行った(実施例1〜8)。各培養液から培養
産出物の生成量、及び凝集活性を測定した。本発明の合
成培地は、炭素源であるグルコースを12重量%まで濃
くしても菌体は生育し最終的に培養液中に3.2g/1
00mLの培養産出物を得、凝集活性も高かった。天然
物であるイーストエキストラクトを使用した培地(比較
例1〜2)はグルコース濃度を10g/100mL以上
にすると菌体は生育せず、所望の培養産出物を得ること
ができなかった。
【0015】
【表1】 〔テスト 2〕表2に示した組成で調製した培地290
0mL(pH=8.5)を採取し、これを5Lの発酵槽
に入れた後、オートクレーブにて滅菌を行った。培地が
冷した後、ロードコッカス・エリスポレス KR−S−
1株(FERM BPー4913号)、ロードコッカス
・エリスポレス KR−256−2株(FERM P3
923号)のそれぞれの菌株を接種した。500rpm
で回転しつつ、3L/minで通気、30℃にて8日間
培養を行った(実施例9〜11)。培養後、培養産出物
の生成量、凝集活性を測定した。
【0016】その結果、本発明の合成培地では、培地中
の糖類濃度を10g/100mL以上にまで高濃度にし
ても培養産出物を得ることができ、微生物凝集剤として
非常に効率よいことが認められた。
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】本発明の合成培地を用いることにより、
ロードコッカス属細菌の生育に必要な成分を充分含み、
阻害成分を含まない条件で培養ができる。微生物凝集剤
として用いるのは、ロードコッカス属細菌の培養産出物
である。その単離方法は特に制限はなく、通常は培養液
にアセトン、エタノールなどの水溶性の有機溶剤を多量
に加えて析出したものを瀘過して取り出すことができ
る。しかし、多くの場合培養液をそのまま用いること
で、充分目的が達せられる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C12R 1:01) (C12P 1/04 C12R 1:01)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 培地中の水100mlに対して、グルコ
    ース、フラクトースおよびマルトースからなる群から選
    ばれた少なくとも1種類以上の糖類5〜30g、リン酸
    のカリウム塩およびナトリウム塩からなる群から選ばれ
    た少なくとも1種類以上のリン酸塩0.5〜3g、硫酸
    アンモニウムおよび硝酸ナトリウムからなる群から選ば
    れた少なくとも1種類以上の窒素源0.03〜0.5
    g、アルギニン、メチオニン、シトルリンおよびグリシ
    ンからなる群から選ばれた少なくとも1種類以上のアミ
    ノ酸0.05〜1g、並びにビオチン、リボフラミン、
    チアミンおよびニコチン酸からなる群から選ばれた少な
    くとも1種類以上のビタミン0.0001〜0.005
    gを有効成分として含む合成培地を用いた発酵法による
    ロッドコッカス属細菌からの微生物凝集剤の製造方法。
  2. 【請求項2】 ロッドコッカス属が、ロッドコッカス・
    エリスロポレスKR−S−1株(FERM BP−49
    13号)である請求項1記載の微生物凝集剤の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 培地中の水100mlに対して糖類の重
    量が少なくとも10gである請求項1記載の合成培地を
    用いた請求項1記載の微生物凝集剤の製造方法。
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