JP3090761B2 - Production method of optically active lactic acid - Google Patents
Production method of optically active lactic acidInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光学活性乳酸の生物学
的製造法に関する。光学活性乳酸は、光学活性医農薬の
キラルセンターとして使用され、とりわけ、D−乳酸に
ついては光学活性除草剤の中間体であるL−2−クロロ
プロピオン酸の原料として需要が見込まれている。ま
た、光学活性乳酸のポリマーの用途開発に関する研究も
多く、医療用材料などとして将来的な利用が期待されて
いる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biological method for producing optically active lactic acid. BACKGROUND ART Optically active lactic acid is used as a chiral center for optically active medical and agricultural chemicals. In particular, demand for D-lactic acid is expected as a raw material for L-2-chloropropionic acid, which is an intermediate of an optically active herbicide. In addition, there are many studies on the development of applications of optically active lactic acid polymers, and their future use as medical materials is expected.
【0002】[0002]
【従来の技術と問題点】従来、生物学的方法によるDL
−ラクトニトリルから乳酸を製造する方法に関しては、
バシルス属、バクテリジウム属、ミクロコッカス属また
はブレビバクテリウム属の細菌を用いる方法(特公昭58
-15120号公報参照)、コリネバクテリウム属の細菌を用
いる方法(特開昭61-56086号公報参照) 、コリネバクテ
リウム属、ノカルディア属、バシルス属、バクテリジウ
ム属、ミクロコッカス属またはブレビバクテリウム属の
細菌を用いる方法(特開昭61-162191 号公報参照)およ
びシュードモナス属、アースロバクタ−属、アスペルギ
ルス属、ペニシリウム属、コクリオボラス属またはフザ
リウム属の微生物を用いる方法(特開昭63-222696号公
報参照) などが知られている。しかし、これらの方法は
ラセミ体の乳酸製造に関するものであり、光学活性乳酸
の製造に関するものではない。2. Description of the Related Art Conventionally, DL by a biological method
-For the method of producing lactic acid from lactonitrile,
A method using a bacterium belonging to the genus Bacillus, Bacterium, Micrococcus or Brevibacterium (Japanese Patent Publication No.
-15120), a method using a bacterium belonging to the genus Corynebacterium (see JP-A-61-56086), a genus Corynebacterium, a genus Nocardia, a bacillus, a bacterium, a genus Micrococcus or Brevibacterium. (See JP-A-61-162191) and a method using microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, Arthrobacter, Aspergillus, Penicillium, Cochliobolus or Fusarium (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-222696). Publications) are known. However, these methods relate to the production of racemic lactic acid, not to the production of optically active lactic acid.
【0003】一方、光学活性オキシ酸の製造法について
は、L−α−オキシ酸の製造方法(特公昭54-14668号公
報参照)および光学活性α−置換有機酸の製造方法(特
開平2-84198 )として、それぞれトロプシス属の酵母お
よびアルカリゲネス属、シュードモナス属、ロドシュー
ドモナス属、コリネバクテリウム属、アシネトバクター
属、バシルス属、マイコバクテリウム属、ロドコッカス
属またはキャンディダ属に属する微生物を用いる方法が
知られている。しかしながら、これらの方法はラセミ体
の原料から直接優位量の光学活性体を製造するものでは
なく、しかもDL−ラクトニトリルからの光学活性乳酸
の製造に関する具体例も無く、光学活性乳酸が効率よく
高い光学純度で製造し得るかどうかは全く不明である。On the other hand, as for the method for producing an optically active oxyacid, a method for producing an L-α-oxyacid (see Japanese Patent Publication No. 54-14668) and a method for producing an optically active α-substituted organic acid (Japanese Patent Application Laid-Open No. 84198), a method using a yeast belonging to the genus Tropsis and a microorganism belonging to the genus Alcaligenes, Pseudomonas, Rhodopseudomonas, Corynebacterium, Acinetobacter, Bacillus, Mycobacterium, Rhodococcus or Candida, respectively. Have been. However, these methods do not directly produce a dominant amount of optically active lactic acid from a racemic raw material, and there is no specific example relating to the production of optically active lactic acid from DL-lactonitrile. Whether it can be produced with optical purity is completely unknown.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする問題点】本発明者らは、上述
の状況に鑑み、DL−ラクトニトリルから光学活性乳酸
の工業的に有利な製造法を開発すべく鋭意検討した。そ
の結果、極性溶媒中でDL−ラクトニトリルにニトリル
不斉加水分解活性を有する特定の微生物を作用させるこ
とにより、効率よく光学活性乳酸を得ることができるこ
とを見出した。ラクトニトリルは極性溶媒中でアセトア
ルデヒドと青酸との間で解離平衡する性質があるため結
果的にラセミ化反応がおこること、このラセミ化様式と
微生物の有するニトリル不斉加水分解酵素とを共役させ
ることにより、DL−ラクトニトリルから直接優位量の
目的とする光学活性乳酸を製造することができ、化学量
論的に全ての原料を目的とする光学活性乳酸に変換する
ことも可能である。本発明はこれらの知見に基づくもの
である。DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above situation, the present inventors have intensively studied to develop an industrially advantageous method for producing optically active lactic acid from DL-lactonitrile. As a result, they have found that optically active lactic acid can be efficiently obtained by allowing a specific microorganism having a nitrile asymmetric hydrolysis activity to act on DL-lactonitrile in a polar solvent. Lactonitrile has the property of dissociation equilibrium between acetaldehyde and hydrocyanic acid in polar solvents, resulting in a racemization reaction, and conjugation of this racemization mode with the nitrile asymmetric hydrolase of microorganisms Thus, a dominant amount of the desired optically active lactic acid can be directly produced from DL-lactonitrile, and all the raw materials can be stoichiometrically converted to the desired optically active lactic acid. The present invention is based on these findings.
【0005】すなわち、本発明は、アルカリゲネス(Alc
aligenes) 属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)
属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属またはオブ
サムバクテリウム(Obsumbacterium)属に属し、DL−ラ
クトニトリルに対し立体選択的なニトリル加水分解活性
を有する微生物または該処理物を、極性溶媒中で、DL
−ラクトニトリルに作用させることにより、原料のDL
−ラクトニトリルから直接優位量のD−乳酸またはL−
乳酸を生成せしめることを特徴とする光学活性乳酸の製
造法、である。[0005] That is, the present invention relates to an alkaline gene (Alc
aligenes), Corynebacterium
A microorganism belonging to the genus, Microbacterium or Obsumbacterium and having a nitrile hydrolysis activity stereoselective for DL-lactonitrile, or a treated product thereof, in a polar solvent,
-By acting on lactonitrile, the raw material DL
-A significant amount of D-lactic acid or L- directly from lactonitrile
A method for producing optically active lactic acid, characterized by producing lactic acid.
【0006】本発明で使用する微生物は、具体的には、
アルカリゲネス(Alcaligenes) sp.BC20〔微工研菌寄第1
1264 号〕、コリネバクテリウム フラベセンス(Coryne
ba-cterium flavescens) IAM 1642、ミクロバクテリウ
ム ラクティカム(Microbac-terium lacticum) IAM 164
0 およびオブサムバクテリウム プロテウス(Obsumb-ac
terim proteus) ATCC 12841 が挙げられ、またこれらの
変異株を用いることもできる。[0006] The microorganism used in the present invention is, specifically,
Alcaligenes (Alcaligenes) sp.BC20
No. 1264), Corynebacterium flavesense (Coryne
ba-cterium flavescens) IAM 1642, Microbac-terium lacticum IAM 164
0 and Obsambacterium proteus (Obsumb-ac
terim proteus) ATCC 12841, and these mutants can also be used.
【0007】これらの微生物のうち、コリネバクテリウ
ム フラベセンス IAM 1642 、ミクロバクテリウム ラ
クティカム IAM 1640 およびオブサムバクテリウム プ
ロテウス ATCC 12841 は公知であり、各々東京大学応用
微生物研究所(IAM) およびアメリカン タイプカルチャ
ー コレクション(ATCC)から容易に入手することができ
る。[0007] Among these microorganisms, Corynebacterium flavescens IAM 1642, Microbacterium lacticum IAM 1640 and Osbacterium proteus ATCC 12841 are known, and are each of the Institute of Applied Microbiology (IAM) of the University of Tokyo and American Type Culture Collection. (ATCC).
【0008】アルカリゲネス sp. BC20 〔微工研菌寄第
11264 号〕は本出願人により自然界から新たに分離され
たものであり、上記寄託番号にて工業技術院 微生物技
術研究所(微工研)に寄託されており、その菌学的性質
は以下の通りである。[0008] Alkaligenes sp. BC20
No. 11264] was newly isolated from the natural world by the present applicant, and has been deposited with the Institute of Industrial Science and Technology, Microbiological Research Institute (Microtechnical Laboratory) under the above deposit number, and its bacteriological properties are as follows: It is on the street.
【0009】 BC20菌株 形 態 桿 菌 グラム染色性 − 芽 胞 − 運動性 + 鞭 毛 周 毛 オキシダ−ゼ + カタラ−ゼ + OF アルカリ化 3-ケトラクトースの産生 − キノン系 Q−8Strain BC20 morphology Bacillus Gram stain-spore-motility + flagellar peroxidase + catalase + OF Production of alkalized 3-keto lactose-quinone Q-8
【0010】以上の菌学的性質をBergey's Manual of S
ystematic Bacteriology 1986 、に従って分類するとBC
20菌株はアルカリゲネス属に属する細菌と同定された。The above mycological properties are described in Bergey's Manual of S
ystematic Bacteriology 1986, classified according to BC
Twenty strains were identified as bacteria belonging to the genus Alcaligenes.
【0011】次に本発明の一般的実施態様について説明
する。本発明に使用される微生物の培養には、通常資化
しうる炭素源、窒素源および微生物の生育に必要な無機
栄養素を含有する培地が用いられる。例えば、炭素源と
してグルコ−ス、グリセロ−ル、シュ−クロ−ス等、窒
素源として酵母エキス、ペプトン、硫酸アンモニウム
等、無機栄養源としてりん酸水素二カリウム、塩化マグ
ネシウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、硫酸マンガ
ン、硫酸亜鉛等が使用される。また、培養の初期または
中期に生育を大きく阻害しない濃度のニトリル類(2−
クロロプロピオニトリル、アセトニトリル、プロピオニ
トリル、ノルマルブチロニトリル、イソブチロニトリ
ル、ベンゾニトリル、ベンジルシアナイド、3−シアノ
ピリジン等)、これらニトリルに対応するアミド類、ラ
クタム類(ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクタム
等)などを添加することは、より高い酵素活性が得られ
るので好ましい。Next, a general embodiment of the present invention will be described. For cultivation of the microorganism used in the present invention, a medium containing a carbon source, a nitrogen source, and inorganic nutrients necessary for the growth of the microorganism is used. For example, glucose, glycerol, sucrose and the like as carbon sources, yeast extract, peptone, ammonium sulfate and the like as nitrogen sources, dipotassium hydrogen phosphate, magnesium chloride, calcium chloride and secondary chloride as inorganic nutrient sources. Iron, manganese sulfate, zinc sulfate and the like are used. In addition, the nitriles (2-
Chloropropionitrile, acetonitrile, propionitrile, normal butyronitrile, isobutyronitrile, benzonitrile, benzyl cyanide, 3-cyanopyridine, etc.), amides and lactams corresponding to these nitriles (ε-caprolactam, (γ-butyrolactam, etc.) is preferred because higher enzyme activity can be obtained.
【0012】培養は、好気的条件下でpH 4〜10、温度20
〜90℃、培養時間24〜96時間で、それぞれの微生物に適
した範囲に制御しつつ行えばよい。The culture is carried out under aerobic conditions at a pH of 4 to 10 and at a temperature of 20
What is necessary is just to carry out at -90 degreeC and culture time for 24-96 hours, controlling in the range suitable for each microorganism.
【0013】DL−ラクトニトリルの加水分解反応は、
上記培養条件により得た微生物の菌体またはその処理物
(菌体の破砕物、粗・精製酵素、固定化菌体・酵素等)
を、極性溶媒中で、DL−ラクトニトリ ルと接触させ
ればよく、これによりDL−ラクトニトリルから優位量
(50〜100%)の目的とするD−乳酸またはL−乳酸を高
収率で得ることができる。極性溶媒としては、代表的に
は水、生理食塩水、りん酸緩衝液等の水性媒体であり、
その他メタノ−ル、エタノ−ル等の低級アルコ−ル、ジ
メチルホルムアミド、ジオキサン等の有機溶媒も適宜上
記水性媒体に混合使用することができる。尚、本加水分
解反応はDL−ラクトニトリルの代わりにアセトアルデ
ヒドと青酸を使用しても行うことができる。The hydrolysis reaction of DL-lactonitrile is as follows:
Microbial cells obtained under the above culture conditions or processed products thereof (crushed cells, crude / purified enzymes, immobilized cells / enzymes, etc.)
May be brought into contact with DL-lactonitrile in a polar solvent, whereby a predominant amount (50 to 100%) of the desired D-lactic acid or L-lactic acid is obtained from DL-lactonitrile in high yield. be able to. As the polar solvent, typically, an aqueous medium such as water, physiological saline, and phosphate buffer,
In addition, organic solvents such as lower alcohols such as methanol and ethanol, dimethylformamide and dioxane can be appropriately mixed and used in the above aqueous medium. In addition, this hydrolysis reaction can also be performed using acetaldehyde and hydrocyanic acid instead of DL-lactonitrile.
【0014】通常、反応液中のDL−ラクトニトリルは
0.01〜10重量%、DL−ラクトニトリルに対する微生物
の使用量は乾燥菌体量として0.01〜5重量%、pHは3〜
12、好ましくは6〜10、反応温度は氷点〜70℃、好まし
くは10〜50℃で、0.5 〜72時間反応させればよい。Usually, DL-lactonitrile in the reaction solution is
0.01 to 10% by weight, the amount of the microorganism used for DL-lactonitrile is 0.01 to 5% by weight as a dry cell amount, and the pH is 3 to
The reaction may be carried out at 12, preferably 6 to 10 and a reaction temperature of freezing point to 70 ° C, preferably 10 to 50 ° C, for 0.5 to 72 hours.
【0015】反応液からの目的とする光学活性乳酸の単
離には、遠心分離等により菌体を除去後、濃縮、電気透
析、イオン交換、抽出、晶析など公知の方法を利用する
ことができる。For isolating the desired optically active lactic acid from the reaction solution, known methods such as concentration, electrodialysis, ion exchange, extraction, and crystallization are used after removing the cells by centrifugation or the like. it can.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、DL−ラクトニトリル
から直接優位量(50〜100%)の目的とする光学活性乳酸
を製造することができ、化学量論的に全ての原料を目的
とする光学活性乳酸に変換することも可能であり、極め
て効率のよい光学活性乳酸の製造法を提供し得る。According to the present invention, the desired optically active lactic acid can be directly produced from DL-lactonitrile in a predominant amount (50 to 100%). It is also possible to convert to optically active lactic acid, and to provide a very efficient method for producing optically active lactic acid.
【0017】[0017]
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。The present invention will be described below in detail with reference to examples.
【0018】実施例1 (1) 培 養 下記培地10ml(φ22mm試験管中)に表−1に示す菌株を
接種し、30℃、2日間振とう培養を行った。Example 1 (1) Cultivation The strains shown in Table 1 were inoculated into 10 ml of the following medium (in a φ22 mm test tube) and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days.
【0019】培地 (pH 7.2) グリセロール 20 g 酵母エキス 3 g 2-クロロプロピオニトリル 1 g りん酸水素二カリウム 3 g 塩化マグネシウム 0.2 g 塩化カルシウム 40 mg 硫酸マンガン・4水塩 4 mg 塩化第二鉄・7水塩 0.7 mg 硫酸亜鉛・7水塩 0.1 mg 蒸留水 1000 mlMedium (pH 7.2) Glycerol 20 g Yeast extract 3 g 2-Chloropropionitrile 1 g Dipotassium hydrogen phosphate 3 g Magnesium chloride 0.2 g Calcium chloride 40 mg Manganese sulfate tetrahydrate 4 mg Ferric chloride・ 7-hydrate 0.7 mg zinc sulfate ・ 7-hydrate 0.1 mg distilled water 1000 ml
【0020】(2) 加水分解反応 得られた培養液から菌体を遠心分離にて回収し30mMりん
酸緩衝液(pH 7.0)で洗浄し、沈澱した菌体を同りん酸緩
衝液5mlに再懸濁した。これに終濃度10mMのDL−ラク
トニトリルを添加し、30℃で24時間反応させた。反応終
了後、反応液を遠心分離して菌体を除去した後、上清液
を三菱化成株式会社製MCI-GEL-CRS10Wを充填剤とするカ
ラム、あるいはD乳酸およびL乳酸脱水素酵素とニコチ
ンアミドアデニンジヌクレオチドを用いる酵素法により
乳酸の定量とその光学純度を測定した。結果を表−1に
示した。(2) Hydrolysis reaction The cells were collected from the obtained culture by centrifugation, washed with 30 mM phosphate buffer (pH 7.0), and the precipitated cells were reconstituted in 5 ml of the same phosphate buffer. Suspended. DL-lactonitrile having a final concentration of 10 mM was added thereto, and reacted at 30 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was centrifuged to remove the cells, and the supernatant was subjected to a column containing MCI-GEL-CRS10W manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation as a packing material, or D-lactic acid and L-lactic acid dehydrogenase and nicotine. Lactic acid was quantified and its optical purity was measured by an enzymatic method using amide adenine dinucleotide. The results are shown in Table 1.
【0021】[0021]
【表1】 注) 光学純度は、D体を基準とし、100%eeで全てD体
を、-100%ee で全てL体の組成であることを示す。[Table 1] Note) The optical purity is based on the D-form, 100% ee indicates that the composition is all D-form, and -100% ee indicates that the composition is all L-form.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI (C12P 41/00 C12R 1:01) Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI (C12P 41/00 C12R 1:01)
Claims (1)
ネバクテリウム(Cory-nebacterium)属、ミクロバクテリ
ウム(Microbacterium)属またはオブサムバクテリウム(O
bsumbacterium)属に属し、DL−ラクトニトリルに対し
立体選択的なニトリル加水分解活性を有する微生物また
は該処理物を、極性溶媒中で、DL−ラクトニトリルに
作用させることにより、原料のDL−ラクトニトリルか
ら直接優位量のD−乳酸またはL−乳酸を生成せしめる
ことを特徴とする光学活性乳酸の製造法。1. The genus Alcaligenes, the genus Cory-nebacterium, the genus Microbacterium or the bacterium Osam
bsumbacterium) belonging to the genus, and a microorganism having a stereoselective nitrile hydrolysis activity for DL-lactonitrile or the treated product is allowed to act on DL-lactonitrile in a polar solvent to obtain DL-lactonitrile as a raw material. A method for producing an optically active lactic acid, characterized in that a superior amount of D-lactic acid or L-lactic acid is produced directly from the product.
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