JP4133822B2 - Ｄ−アラニンの製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、ＤＬ−アラニンに含まれるＬ−アラニンを糸状菌によって資化し、Ｄ−アラニンを製造する方法に関する。
背景技術
Ｄ−アラニンは非天然型アミノ酸であり、医薬または食品添加物原料等の用途が期待される化合物である。Ｄ−アラニンの製造方法としては、有機的な不斉合成や発酵法や酵素法等のようにＤ−アラニン以外の化合物からＤ−アラニンを製造する方法と、ＤＬ−アラニンを原料とし、クロマトグラフィーによる光学分割法、ラセミ体の分別晶析法、選択資化法によるＤ−アラニンのみを回収する方法とがあり、安価なＤＬ−アラニンを原料として簡便に量産できる点で選択資化法の開発が目覚しい。
選択資化法として、例えば特公昭４２−２０６８３号公報には、Ｌ−アラニン酸化能を有する微生物を利用してＤＬ−アラニンからＤ−アラニンおよびピルビン酸を生成させ、これを単離する光学活性アラニンおよびピルビン酸の製造方法が開示されている。該公報で使用するＬ−アラニン酸化能を有する微生物としては、バチルス・リケニホルミス、シュードモナス・エールギノーサ、コリネバクテリウム・オレオフィルス、ミクロコッカス・コングロマータス、シュードモナス・クルシビエのほか、アスペルギルス・ニガー、ペニシリウム・クリソゲナムおよびキャンジダ・トロピカリス、クリプトコッカス・アルビダスサッカロミヤス・サケなどの糸状菌及び酵母に属する菌株を使用している。実施例では、発酵液から遠心分離によって菌体を除去した後に、イオン交換樹脂によってＤ−アラニンとピルビン酸とを得ている。
また、特公平８−８８７８号公報には、ＤＬ−アラニンを単一炭素源および単一窒素源として含有する培地中で、酵母によってＬ−アラニンを資化し、Ｄ−アラニンを採取する方法が開示されている。特定の酵母を特定炭素源および特定窒素源の培地で培養することにより、数十ｇ／Ｌ以上の蓄積濃度でＤ−アラニンが製造できるとしている。
更に、酵母による選択資化法として特開平２−４９５９８号公報には、ＤＬ−アラニンのうちＬ−アラニンのみをピルビン酸を経ることなく選択的に分解し得る微生物によって資化する、Ｄ−アラニンの製造方法が開示されている。
しかしながら、特公昭４２−２０６８３号公報に記載された方法では、アスペルギルス・ニガーなどの糸状菌を使用してＬ−アラニンを資化し、Ｄ−アラニンを得ているが、資化と同時にピルビン酸が生成するため、Ｄ−アラニンのみを分離するには、別個の分離手段が必要となる。特に、該公報の方法ではアルカリ中和を行なっているため副生するピルビン酸が不安定なピルビン酸塩として共存し、このため分解物が発生する。しかも、糸状菌を使用した場合には蓄積濃度が約９ｇ／Ｌと極めて低い値である。
また、特公平８−８８７８号公報および特開平２−４９５９８号公報に記載される方法は、共に酵母を使用するため、発酵液から酵母を分離するのは精密ろ過、限外ろ過、高速遠心分離といった工程を必要とする点で実際には容易でない。
一般に酵母の菌体サイズは１〜５μｍ程度であり、発酵液から酵母菌体を分離するために固液分離に使用される瀘過法では酵母菌体がろ紙を通過するため使用できず、精密瀘過や限外瀘過などの微細孔径を有する特殊分離膜を用いて処理するか、高速遠心分離などの工程を必要とする。特殊分離膜を用いる方法は、通常の瀘過方法に比べて透過速度が遅いため処理時間が長くなる。また、培養液に特殊分離膜を用いて菌体分離する場合には菌体以外の懸濁微粒子、タンパク質、各種微生物代謝物などの成分が膜面に堆積して瀘過効率を低下させるほか、高価な瀘過膜の寿命も低下させる。また、高速遠心分離では装置自体が一般に高価であり、高速で処理するために大きな動力コストも必要となる。
このような状況下、より簡便かつ高収率でＤ−アラニンを製造する選択資化法の開発が望まれる。
発明の開示
本発明は、選択資化法によるＤ−アラニンの製造方法について詳細に検討した結果、糸状菌を用いることでピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンのみが高収率で資化でき、しかも糸状菌を使用するため培地の特定や培養条件、および菌体の分離が極めて簡便であり、培地組成が単純かつ菌体分離が容易であるためその後のＤ−アラニンの精製工程によって高純度の目的物が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化することを特徴とする、Ｄ−アラニンの製造方法を提供するものである。
本発明によれば、糸状菌を使用してＤＬ−アラニンからＤ−アラニンを効率よく製造することができる。特に糸状菌は菌体の分離が容易であるため、目的物であるＤ−アラニンとの分離が簡便である。また、Ｌ−アラニンの資化に際してピルビン酸を副生することがないため、Ｄ−アラニンとの分離操作が不要である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第一は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化することを特徴とする、Ｄ−アラニンの製造方法である。本発明の特徴は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させる点にある。糸状菌は栄養要求性が少なく、しかもその名の示す通り培養条件下で菌糸を発達させるためペレット状、塊状で培養でき、培養液に含まれる菌体の分離が比較的容易だからである。また、ピルビン酸が実質的に副生しないため培養液を中和しても不安定なピルビン酸塩が存在せず、その後のＤ−アラニンの分離が容易である。
まず、基質となるＤＬ−アラニンは、Ｄ−アラニンとＬ−アラニンとが当量づつ含まれる場合に限られず、Ｄ−アラニンが含まれれば両者の比は問わない。但し、選択資化法はＬ−アラニンを資化してＤ−アラニンのみを残存させるものであるから、Ｄ−アラニンが高率で含まれるものを使用することが好ましい。
本発明で好ましく使用できる糸状菌としては、アスペルギルス属、ペニシリウム属、ムコール属、リゾプス属、サーシネラ属、クラドスポリウム属、トリコデルマ属、ユーロティウム属、カエトミウム属、オーレオバシディウム属、ゲオトリカム属、パエシロミセス属に属し、特定培養条件下にＤＬ−アラニンに作用させてＬ−アラニンを資化し、かつピルビン酸を産生しないものである。このような糸状菌としては、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）ＩＡＭ ２５６１、アスペルギルス・タマリ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔａｍａｒｉｉ）ＩＦＯ ４０９９、サーシネラ・ムスカエ（Ｃｉｒｃｉｎｅｌｌａ ｍｕｓｃａｅ）ＩＦＯ ４４５７、クラドスポリウム・クラドスポリオイデス（Ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｕｍ ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｏｉｄｅｓ）ＩＦＯ ４４５９、ムコール・ラセモスス（Ｍｕｃｏｒ ｒａｃｅｍｏｓｕｓ ｆ．ｓｐ．Ｒａｃｅｍｏｓｕｓ）ＩＦＯ ４５８１、トリコデルマ・レッセイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）ＩＦＯ ３１３２６、リゾプス・オリザエ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｒｙｚａｅ）、アスペルギルス・フラバス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）ＩＦＯ ７５９９，ＯＩ−１６４、ペニシリウム・（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＩＦＯ ４６２６，ＩＦＯ ４６４０，ＩＦＯ ６２２３，ＩＦＯ ３２０３０、ムコール・アンビグース（Ｍｕｃｏｒ ａｍｂｉｇｕｕｓ）ＩＦＯ ８０９２、ムコール・サーシネロイデス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ）ＩＦＯ ４５７４が好ましい。本発明では、これら糸状菌の１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
これらの糸状菌をＤＬ−アラニンに作用させてＬ−アラニンを資化する際に、特定培地の選択によってピルビン酸を副生させずにＤ−アラニンのみを分取することができる。
上記糸状菌の栄養源としては、通常使用される例えば炭水化物、窒素源、無機物などの同化できる栄養源を使用できる。例えば炭素源としては、コーンスターチ、コーンミール、デンプン、デキストリン、麦芽、ブドウ糖、グリセリン、シュクロース、糖蜜等が単独で又は混合物として用いられる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、大豆粉、コーンスティープリカー、グルテンミール、肉エキス、脂肉骨粉、酵母エキス、乾燥酵母、綿実粉、ペプトン、ポリペプトン、小麦胚芽、魚粉、ミートミール、脱脂米糠、脱脂肉骨粉、麦芽エキス、コーングルテンミール等の無機又は有機の窒素源を単独で又は混合物として使用できる。無機塩としては、炭酸カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸マグネシウム、臭化ナトリウム、ホウ酸ナトリウム又はリン酸第一カリウム、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム等の各種無機塩が単独でまたは混合物として使用できる。また、必要に応じて、鉄、マンガン、亜鉛、コバルト、モリブデン酸等の重金属を微量添加することもできる。また、加熱滅菌時および培養中における発泡を押さえるため、大豆油、亜麻仁油などの植物油、オクタデカノール等の高級アルコール類、各種シリコン等の消泡剤を添加してもよい。上記のごとき栄養源の配合割合は、特に制限されるものではなく、広範囲に亘って変えることができ、使用する条件によって最適の栄養源の組成および配合割合は、簡単な小規模実験によって容易に決定することができる。
使用する糸状菌やその後の培養条件によって異なるが、本発明では前培養用の培地としては、炭素源０〜１００ｇ／Ｌ、より好ましくは２０〜８０ｇ／Ｌ、窒素源０．５〜５０ｇ／Ｌ、より好ましくは１〜１５ｇ／Ｌ、無機質０．５〜５ｇ／Ｌ、より好ましくは０．６〜２ｇ／Ｌの培養液を使用することが好ましい。
次にこのようにして増殖した糸状菌は、次いで本培養用の培地に植菌してＤ−アラニンを製造させる。この本培養用の培地組成としては、ＤＬ−アラニン１０〜１５０ｇ／Ｌ、Ｌ−アラニンを含んだ窒素源５．０〜７５ｇ／Ｌ、無機塩類０．１〜５ｇ／Ｌである。すなわち、本発明では、前培養においては糖類を添加した培地において糸状菌を増殖させるものの、本培養では糖類を全く添加することなく、Ｄ−アラニンを製造することができるのである。糖類を添加すれば、コストアップになり、かつ糖分の分離工程も必要となり、不利である。しかしながら、本発明は上記組成によって本培養ができるため、精製工程を簡略化でき、しかも培地調製に要する費用を安価なものとすることができる。特に、実質的にＬ−アラニンのみを炭素源および窒素源とし、これに少量の無機塩を添加した培地で行なうことが好ましい。もちろん、上記前培養で用いられる栄養源を添加しても良いが、炭素源としてグルコースなどの糖を添加した場合、糸状菌の生育にＬ−アラニンに優先し糖が利用されるため実際にはＬ−アラニンの資化が遅くなる傾向にある。また、菌による糖の代謝による副産物が生成し、資化されない糖が残存するため、後の精製が困難になる場合がある。また、窒素源として上記前培養で示したものを添加してもよいが、これらは一般的に高価であり、また、培養液の着色の原因になり後の精製を困難にする。すなわち、実質的にＬ−アラニンのみを炭素源および窒素源とし、これに少量の無機塩を添加した培地で行なうことが好ましく、更には、上記した問題点を出さない範囲でより好適に培養を行なうために少量の栄養源を添加してもよい。このように、特定培地に適した糸状菌を利用することで、菌は生育に炭素源および窒素源として実質的にＬ−アラニンのみを利用するためピルビン酸等の副生物が生成しないか、生成しても極めて少量に抑えられ、実質的にＤ−アラニンのみを含む培養液が得られ、精製工程を簡略化でき、培地調製に要する費用を安価なものにすることができる。
なお、本培養培地に添加可能な炭素源としては、コーンスターチ、デンプン、ブドウ糖、シュクロース、糖蜜等の１種または２種以上を用いることができる。窒素源としては、Ｌ−アラニンのみでもよいが、大豆粉、コーンスティープリカー、グルテンミール、肉エキス、脂肉骨粉、酵母エキス、乾燥酵母、ペプトン、ポリペプトン、小麦胚芽等の１種または２種以上を用いることができる。以上の炭素源、窒素源はあくまでも必ずしも加える必要があるものでない。添加される無機塩として好ましいものとして、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウムがある。
また、本培養用の培地は、培養に先立ち滅菌後のｐＨが５〜７前後になるように酸もしくはアルカリを用いてｐＨを調整することが好ましい。
本発明に係る糸状菌の胞子の植菌の方法としては、特に限定されるものでなく、通常、上記胞子を以下に液体中に懸濁し、この懸濁液体をそのまま発酵用の液体培地に接種するなどして植菌する方法などを用いることができる。
上記胞子の懸濁方法としては、例えば、寒天斜面培地上に生育し、該胞子を形成している糸状菌の菌体に液体を加えてミキシングする方法などを用いることができる。なお上記液体としては、通常、無菌水が用いられるが、さらに生化学領域で使用されるものとして、例えば、トゥイーン８０（登録商標）などのトゥイーン系界面活性剤、トリトンＸシリーズ（登録商標）などのトリトン系界面活性剤、アシルソルビタンなどを少量（例えば、液体全体に対し、０．０１〜０．１ｇ／Ｌ）添加した無菌水を用いることもできる。これにより効果的に胞子を無菌水中に分散させることができ均質な懸濁液を得ることができるものである。
かかる培地での本菌株の培養は原則的には、一般のＤ−アミノ酸の製造で通常使用されている液体培養に準じて行うことができる。液体培養の場合は、静置培養、撹拌培養、振盪培養又は通気培養などのいずれを実施してもよい。本発明では、特に振盪培養、深部通気撹拌培養が好ましい。培養においては、好気的な培養が好ましく、空気の導入量は、０．１〜２ｖｖｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．２ｖｖｍである。この様な条件を満たすものとして培養装置に特に制限はないが、空気または純酸素あるいは両者の混合気体を通気しながら撹拌式リアクターあるいはエアリフト式リアクターのいずれかで培養することが好ましい。特に、エアリフト式リアクターは、菌糸が撹拌翼にからみつくことがなく、菌糸自体の破損を防止できる点でも優れている。
更に、培養操作としては、空気または酸素の導入により連続的に、新たな培養液毎に回分式に、または新たな培養液を供給し半回分式に培養してもよい。
一方、基質であるＤＬ−アラニンは、２０〜４００ｇ／Ｌ、特には４０〜２００ｇ／Ｌの濃度で反応液に供給すればよいが、反応開始時に全量を添加してもよく、分割して添加してもよい。この際、基質濃度は、１０〜１５０ｇ／Ｌ、より好ましくは２０〜１００ｇ／Ｌである。１０ｇ／Ｌを下回るとＤ−アラニンの製造効率が低下し、その一方１５０ｇ／Ｌを越えると糸状菌の育成が困難となる場合がある。
培養温度は、本菌株の増殖が実質的に阻害されずＬ−アラニンを資化する範囲であれば特に制限されるものではないが、一般に２０〜４０℃、好ましくは３０〜３５℃の範囲内の温度が好適である。
培養時間はＬ−アラニンの資化の時間的推移、リアクターの種類などにより総合的に判断すればよい。例えば、上記したアスペルギルス属、ペニシリウム属、ムコール属、リゾプス属、サーシネラ属、クラドスポリウム属、トリコデルマ属、ユーロティウム属、カエトミウム属、オーレオバシディウム属、ゲオトリカム属、パエシロミセス属の糸状菌では、回分式で実施する場合には、２０〜２００時間、より好ましくは４０〜１２０時間で十分にＬ−アラニンを資化することができる。その一方、当該糸状菌は連続操作によってもＬ−アラニン資化活性の低下が少ないため、回分式、半回分式での再使用や連続的使用も可能である。連続使用する場合には、当該菌のＬ−アラニン資化活性を経時的に調べ、適宜培養時間を調整することができる。
本発明では、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化してＤ−アラニン含有溶液を得ることができる。その一方で、このＬ−アラニンの資化に伴いＬ−アラニンがアンモニア、二酸化炭素、シュウ酸、水などに分解する。そこで、資化によって発生するアンモニアを酸類で中和しつつ行い、または資化によって発生するシュウ酸をアルカリで中和しつつ行なうことで、培地のｐＨを糸状菌のＬ−アラニンの資化に適する中性付近、より具体的にはｐＨを４〜８、より好適には５〜７に制御する。この副生物の中和処理は、本発明において使用する糸状菌がピルビン酸を副生しないことで実質的に可能となった。というのも、ピルビン酸はその化学構造から明らかなように極めて脱炭酸によって分解しやすい化合物であり、培地内にピルビン酸が生成される場合には、他の副生物を処理するために中和処理などを行なえば、同時にピルビン酸も中和処理され、アンモニアやシュウ酸の塩と共存する。このピルビン酸塩は分解しやすいため、副生物塩の処理時にも分解し、実質的に副生物を培養液から分離することができないのである。すなわち、本発明によってピルビン酸が副生しない糸状菌を使用することで、その後のＤ−アラニンの精製工程が極めて容易かつ高収率なものとなったのである。なお、本願明細書におけるピルビン酸を「実質的に副生しない」とは、ピルビン酸を全く副生しないか、またはその副生量が、アラニンに対し、０．１モル％以下であることを意味する。
ここで、アンモニアを中和するために使用できる酸類としては、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、シュウ酸、リン酸等があり、特に硫酸、リン酸を使用することが好ましい。硫酸とアンモニアとによって硫酸アンモニウムが発生するが、これはイオン交換樹脂や電気透析によって除去することができる。酸を添加する場合には、濃度２．５〜２５質量％、より好ましくは５〜２０質量％に調製して、培地に含まれるアンモニア量を測定しつつ中和量を滴下すればよい。培養中にｐＨセンサーやｐＨコントローラーを用いて添加することにより、自動的に適切なｐＨの値に維持することもできる。
また、シュウ酸が副生する場合にこれを中和するために使用するアルカリとしては、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、アンモニアガスがあり、特にアンモニア水、水酸化ナトリウムを使用することが好ましい。なお、この目的のため培地を滅菌する前に炭酸カルシウムを添加するかあるいは培養中にｐＨセンサーおよびｐＨコントローラーを用いて水酸化ナトリウム水溶液またはアンモニア水又はアンモニアガスなどを添加し、自動的に適切なｐＨの値に維持することもできる。糸状菌の種類によって、シュウ酸と同時にアンモニアが副生する場合には、このアンモニアによってシュウ酸が中和されるため、不足量のアンモニアを添加することでシュウ酸を中和すればよい。
なお、本発明における「中和」とは、アンモニアに酸類を添加することで、またはシュウ酸にアルカリを添加することでそのアルカリ性または酸性を減ずる操作をいい、必ずしもｐＨが７となることを意味するものではない。上記中和操作によって、培地のｐＨを４〜８、より好適には５〜７に制御する。これによって、使用する糸状菌のＬ−アラニンの資化に適するとともに、副生物をＤ−アラニンと分離することができる。
本発明では、培養液から菌体を分離するには、ろ過や遠心分離、フィルタープレスなどの従来公知の菌体分離方法を行なうことができる。この中でも、培養液に浮遊する菌糸および菌体の分離には、ろ過が簡便で好ましい。
上記のように、本発明ではＤＬ−アラニンに糸状菌を作用させることでＬ−アラニンがアンモニア、二酸化炭素、シュウ酸、水などに分解する一方でピルビン酸を実質的に副生することがない。このため、培養液から菌体を除去した分離液にはＤ−アラニンを主成分とし、培地の調製に使用しこれが分解して残存する微量のアミノ酸等が含まれる程度であり、その後のＤ−アラニンの精製分離が極めて容易である。なお、この分離精製の容易性は、単にピルビン酸との分離の容易性を意味するものではない。上記したように、ピルビン酸は熱等に対して極めて不安定な化合物であり容易に二酸化炭素を発生して分解し、Ｌ−アラニンの資化と共にピルビン酸が副生する場合には、ピルビン酸やピルビン酸塩の分離条件の設定に加え、これらが分解しない緩和な条件を更に選択する必要があり、またはこれらの分解物の分離操作が必要となるからである。例えば、副生物がアンモニアのみであれば、分離液を加熱してアンモニアをガスとして除去することができるが、ピルビン酸が含まれる場合には、このような加熱処理はすることができない。また、熱を掛けない場合としてイオン交換樹脂による分離を行なっても、ピルビン酸は樹脂内で分解し、ｐＨの変化を生じ、Ｄ−アラニンとの分離能が劣化する。しかしながら、本願ではピルビン酸が含まれないためこのようなイオン交換樹脂の分離能低下も少ない。すなわち、本発明ではピルビン酸が副生しないため、菌体分離後のＤ−アラニンを主成分とする分離液からＤ−アラニンを分取することも、極めて簡便になり、収率高くＤ−アラニンを製造することができるのである。
本発明では、菌体を除去した分離液からＤ−アラニンを分取するには、電気透析法、イオン交換樹脂法、イオン交換法・シュウ酸カルシウム・硫酸カルシウム沈殿除去法などで行なうことができ、特に電気透析やイオン交換樹脂法によって効率的にＤ−アラニンを分取できる。本発明では分離液に含まれるアミノ酸はＤ−アラニンが主成分であるため、電気透析によってＤ−アラニンのみを透析膜内に残すことで分離することができる。
また、分離液からＤ−アラニンを分取するためにイオン交換樹脂を使用する場合には、特にアンモニア型イオン交換樹脂を使用し、Ｄ−アラニンを該イオン交換樹脂に吸着させた後にアンモニアで溶離することが好ましい。Ｄ−アラニンを分取できると同時にイオン交換樹脂をアンモニア型に戻すことができ、再使用が簡便となるからである。好ましいイオン交換樹脂としては、三菱化学製の「ダイヤイオンＳＫ１Ｂ」、オルガノ製の「アンバーライトＩＲ−１２０Ｂ」、ダウケミカル製の「ＤＯＷＥＸ ＨＣＲ」や「ＤＯＷＥＸ ＨＧＲ」等がある。
具体的には、電気透析処理に用いたと同じ発酵液を対象とし、これに濃硫酸を添加してｐＨ１に調整する。一方、ガラス製カラムに充填したイオン交換樹脂にアンモニア水を通し、ＮＨ４＋型にし、その後脱イオン水で洗浄する。樹脂量は交換基／アラニンのモル比が１〜６、より好ましくは２〜５になるように調整する。これに発酵液を通すが、この際の通液速度は空間速度が０．２〜５であることが好ましく，より好ましくは０．４〜４である。発酵液を通液後に、水を流し、硫酸を漏出させる。次いで、１モルのアンモニア水を流し、樹脂に吸着したアラニンを溶出させるが、アンモニアを過剰に流すことによって、樹脂を再びＮＨ４＋型にすることができる。なお、溶離液に含まれるアンモニアは加熱によって除去することができる。
また、菌体除去後の分離液に含まれるシュウ酸塩は、水に対する溶解度が低い。このため、Ｄ−アラニンとの溶解度の差を利用した分離方法を行なうことができる。具体的には、シュウ酸塩を沈殿させることで分離することができる。なお、Ｄ−アラニン、Ｌ−アラニンの定量は、ＨＰＬＣによって行なった。
実施例
以下、実施例をもって本発明を説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、「％」は「質量％」を示す。また、Ｄ，Ｌ−アラニンのＨＰＬＣによる分析条件は、カラム：住化分析センター製「ＯＡ−６１００」、カラム径×カラム長；４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ、移動相：１ｍＭ 硫酸銅水溶液、流速：１ｍｌ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ検出器、波長：２５４ｎｍとした。
（実施例１〜５）
表１に示す組成の前培養培地を所定量三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これに菌株の表２に示す所定量を一白金耳もしくは胞子けん濁液にて植菌し、ロータリーシェイカーで表２に示す条件で培養した。前培養後、表３に示す滅菌した本培養培地（坂口フラスコ）に前培養液を表４に示す所定量植菌してフラスコ培養した。使用した糸状菌を表５に示す。培養終了後に培養液を３６００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して菌体を除去し、上清を一定濃度に希釈してＨＰＬＣにより分析してＬ体、Ｄ体のそれぞれの残存量を求めた。
各前培養培地組成を表１に、その前培養条件を表２に、本培養の培地組成を表３に、本培養条件を表４に示す。また、分離液の分析結果を表５に示す。なお表５において、左欄の数値は実施例１〜５を示し、Ｌ体、Ｄ体の数値は培地に残存するそれぞれの質量（ｇ／Ｌ）を示し、培養の項は培養時間（ｈｒ）を示す。
（実施例６〜９）
実施例１〜５で使用したすべての菌種を常法に従い単胞子分離操作を行い、その中でも優れた活性を示した菌株を選び、これを用いて３Ｌジャーファメンターで培養実験を行った。
表６に示す組成の前培養培地を所定量三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これに表７に示す量の胞子を植菌し、ロータリーシェイカーで表７に示す培養を行なった。前培養後、表８に示す本培養培地を仕込み滅菌した３リットル容ジャーファメンターに前培養液を所定量植菌し、表９に示す条件で通気撹拌培養した。使用した糸状菌を表１０に示す。なお、本培養に際しては、発生するアンモニアは１０％の硫酸水溶液を添加することにより、副生するシュウ酸は４重量％のアンモニア水を添加することによりｐＨを調整して培養を行なった。培養終了後に培養液を３６００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して菌体を除去し、上清を一定濃度に希釈してＨＰＬＣにより分析してＬ体、Ｄ体のそれぞれの残存量を求めた。
各前培養培地組成を表６にその前培養条件を表７に、本培養の培地組成を表８に本培養条件を表９に示す。なお表１０において、左欄の数値は実施例６〜９を示し、Ｌ体、Ｄ体の数値は培地に残存するそれぞれの質量（ｇ／Ｌ）を示し、培養の項は培養時間（ｈ）を示す。
（実施例１０）
デンプン５０ｇ／Ｌ、グルコース１０ｇ／Ｌ、ポリペプトン５ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム１ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム七水和物０．５ｇ／Ｌを含む培地（ｐＨ６．０）１１０ｍｌを５００ｍｌ三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分間オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これにベニシリウム・クリソゲナム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＩＦＯ ４６２６を胞子濃度１×１０６個／ｍＬ−培地で植菌し、ロータリーシェイカーを用いて、３０℃、２２０ｒｐｍで２１時間培養を行なった。一方、ＤＬ−アラニン１５０ｇ／Ｌ、酵母エキス１ｇ／Ｌ、ポリペプトン１ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム１ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム七水和物１ｇ／Ｌ、消泡剤０．５ｍｌ／ｌを含む培地２Ｌを３Ｌミニジャーファーメンターに仕込み、１２１℃、１５分間オートクレーブ滅菌して本培養培地とした。これに先の前培養培地を５％で植菌し、３０℃、１．０ｖｖｍで通気撹拌培養した。なお、本培養中は、１０％硫酸水溶液を添加してｐＨ５．５に調製しながら行なった。１２０時間で培地中のＬ−アラニンは全量資化され、Ｄ−アラニン１４９ｇ、硫酸アンモニウム８１ｇを含む培養液２．２Ｌを得た。
この培養液より透過（桐山製作所製ろ紙Ｎｏ．５Ａ、孔径７．０μｍ）により菌体を除いた。得られた液に硫酸を添加してｐＨ１に調製し、イオン交換樹脂（三菱化学製ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ（ＮＨ４＋型））を充填したカラムにＳＶ＝１で通液し、Ｄ−アラニンを吸着させた。このカラムを十分水洗した後２％アンモニア水でＤ−アラニンを溶出した。この溶出液を活性炭により脱色し、濃縮晶析して精製Ｄ−アラニン１４７ｇを得た。得られたＤ−アラニンは、光学純度９９．９％ｅｅ以上、化学純度９９．９％以上であった。
（実施例１１）
実施例１０の条件で培養、菌体除去を行なった培養液に、２８％アンモニア水を添加してアラニンの等電点であるｐＨ６．０に調製し、次いで電気透析を行ない、電気伝導度が充分に下がったところでサンプル室の液を回収してＤ−アラニン溶液を得た。この溶液を活性炭により脱色処理後、濃縮晶析して精製Ｄ−アラニン１４５ｇを得た。得られたＤ−アラニンは、光学純度９９．９％ｅｅ以上、化学純度９９．９％以上であった。
産業上の利用可能性
本発明は、ＤＬ−アラニンに含まれるＬ−アラニンを糸状菌によって資化し、Ｄ−アラニンを製造する方法であり、糸状菌は、培養液から簡便に分離でき、かつ培養液にはピルビン酸が含まれないため、効率よくＤ−アラニンを製造することができる。
本発明は、ＤＬ−アラニンに含まれるＬ−アラニンを糸状菌によって資化し、Ｄ−アラニンを製造する方法に関する。
背景技術
Ｄ−アラニンは非天然型アミノ酸であり、医薬または食品添加物原料等の用途が期待される化合物である。Ｄ−アラニンの製造方法としては、有機的な不斉合成や発酵法や酵素法等のようにＤ−アラニン以外の化合物からＤ−アラニンを製造する方法と、ＤＬ−アラニンを原料とし、クロマトグラフィーによる光学分割法、ラセミ体の分別晶析法、選択資化法によるＤ−アラニンのみを回収する方法とがあり、安価なＤＬ−アラニンを原料として簡便に量産できる点で選択資化法の開発が目覚しい。
選択資化法として、例えば特公昭４２−２０６８３号公報には、Ｌ−アラニン酸化能を有する微生物を利用してＤＬ−アラニンからＤ−アラニンおよびピルビン酸を生成させ、これを単離する光学活性アラニンおよびピルビン酸の製造方法が開示されている。該公報で使用するＬ−アラニン酸化能を有する微生物としては、バチルス・リケニホルミス、シュードモナス・エールギノーサ、コリネバクテリウム・オレオフィルス、ミクロコッカス・コングロマータス、シュードモナス・クルシビエのほか、アスペルギルス・ニガー、ペニシリウム・クリソゲナムおよびキャンジダ・トロピカリス、クリプトコッカス・アルビダスサッカロミヤス・サケなどの糸状菌及び酵母に属する菌株を使用している。実施例では、発酵液から遠心分離によって菌体を除去した後に、イオン交換樹脂によってＤ−アラニンとピルビン酸とを得ている。
また、特公平８−８８７８号公報には、ＤＬ−アラニンを単一炭素源および単一窒素源として含有する培地中で、酵母によってＬ−アラニンを資化し、Ｄ−アラニンを採取する方法が開示されている。特定の酵母を特定炭素源および特定窒素源の培地で培養することにより、数十ｇ／Ｌ以上の蓄積濃度でＤ−アラニンが製造できるとしている。
更に、酵母による選択資化法として特開平２−４９５９８号公報には、ＤＬ−アラニンのうちＬ−アラニンのみをピルビン酸を経ることなく選択的に分解し得る微生物によって資化する、Ｄ−アラニンの製造方法が開示されている。
しかしながら、特公昭４２−２０６８３号公報に記載された方法では、アスペルギルス・ニガーなどの糸状菌を使用してＬ−アラニンを資化し、Ｄ−アラニンを得ているが、資化と同時にピルビン酸が生成するため、Ｄ−アラニンのみを分離するには、別個の分離手段が必要となる。特に、該公報の方法ではアルカリ中和を行なっているため副生するピルビン酸が不安定なピルビン酸塩として共存し、このため分解物が発生する。しかも、糸状菌を使用した場合には蓄積濃度が約９ｇ／Ｌと極めて低い値である。
また、特公平８−８８７８号公報および特開平２−４９５９８号公報に記載される方法は、共に酵母を使用するため、発酵液から酵母を分離するのは精密ろ過、限外ろ過、高速遠心分離といった工程を必要とする点で実際には容易でない。
一般に酵母の菌体サイズは１〜５μｍ程度であり、発酵液から酵母菌体を分離するために固液分離に使用される瀘過法では酵母菌体がろ紙を通過するため使用できず、精密瀘過や限外瀘過などの微細孔径を有する特殊分離膜を用いて処理するか、高速遠心分離などの工程を必要とする。特殊分離膜を用いる方法は、通常の瀘過方法に比べて透過速度が遅いため処理時間が長くなる。また、培養液に特殊分離膜を用いて菌体分離する場合には菌体以外の懸濁微粒子、タンパク質、各種微生物代謝物などの成分が膜面に堆積して瀘過効率を低下させるほか、高価な瀘過膜の寿命も低下させる。また、高速遠心分離では装置自体が一般に高価であり、高速で処理するために大きな動力コストも必要となる。
このような状況下、より簡便かつ高収率でＤ−アラニンを製造する選択資化法の開発が望まれる。
発明の開示
本発明は、選択資化法によるＤ−アラニンの製造方法について詳細に検討した結果、糸状菌を用いることでピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンのみが高収率で資化でき、しかも糸状菌を使用するため培地の特定や培養条件、および菌体の分離が極めて簡便であり、培地組成が単純かつ菌体分離が容易であるためその後のＤ−アラニンの精製工程によって高純度の目的物が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化することを特徴とする、Ｄ−アラニンの製造方法を提供するものである。
本発明によれば、糸状菌を使用してＤＬ−アラニンからＤ−アラニンを効率よく製造することができる。特に糸状菌は菌体の分離が容易であるため、目的物であるＤ−アラニンとの分離が簡便である。また、Ｌ−アラニンの資化に際してピルビン酸を副生することがないため、Ｄ−アラニンとの分離操作が不要である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第一は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化することを特徴とする、Ｄ−アラニンの製造方法である。本発明の特徴は、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させる点にある。糸状菌は栄養要求性が少なく、しかもその名の示す通り培養条件下で菌糸を発達させるためペレット状、塊状で培養でき、培養液に含まれる菌体の分離が比較的容易だからである。また、ピルビン酸が実質的に副生しないため培養液を中和しても不安定なピルビン酸塩が存在せず、その後のＤ−アラニンの分離が容易である。
まず、基質となるＤＬ−アラニンは、Ｄ−アラニンとＬ−アラニンとが当量づつ含まれる場合に限られず、Ｄ−アラニンが含まれれば両者の比は問わない。但し、選択資化法はＬ−アラニンを資化してＤ−アラニンのみを残存させるものであるから、Ｄ−アラニンが高率で含まれるものを使用することが好ましい。
本発明で好ましく使用できる糸状菌としては、アスペルギルス属、ペニシリウム属、ムコール属、リゾプス属、サーシネラ属、クラドスポリウム属、トリコデルマ属、ユーロティウム属、カエトミウム属、オーレオバシディウム属、ゲオトリカム属、パエシロミセス属に属し、特定培養条件下にＤＬ−アラニンに作用させてＬ−アラニンを資化し、かつピルビン酸を産生しないものである。このような糸状菌としては、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）ＩＡＭ ２５６１、アスペルギルス・タマリ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔａｍａｒｉｉ）ＩＦＯ ４０９９、サーシネラ・ムスカエ（Ｃｉｒｃｉｎｅｌｌａ ｍｕｓｃａｅ）ＩＦＯ ４４５７、クラドスポリウム・クラドスポリオイデス（Ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｕｍ ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｏｉｄｅｓ）ＩＦＯ ４４５９、ムコール・ラセモスス（Ｍｕｃｏｒ ｒａｃｅｍｏｓｕｓ ｆ．ｓｐ．Ｒａｃｅｍｏｓｕｓ）ＩＦＯ ４５８１、トリコデルマ・レッセイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ）ＩＦＯ ３１３２６、リゾプス・オリザエ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｒｙｚａｅ）、アスペルギルス・フラバス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）ＩＦＯ ７５９９，ＯＩ−１６４、ペニシリウム・（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＩＦＯ ４６２６，ＩＦＯ ４６４０，ＩＦＯ ６２２３，ＩＦＯ ３２０３０、ムコール・アンビグース（Ｍｕｃｏｒ ａｍｂｉｇｕｕｓ）ＩＦＯ ８０９２、ムコール・サーシネロイデス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ）ＩＦＯ ４５７４が好ましい。本発明では、これら糸状菌の１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
これらの糸状菌をＤＬ−アラニンに作用させてＬ−アラニンを資化する際に、特定培地の選択によってピルビン酸を副生させずにＤ−アラニンのみを分取することができる。
上記糸状菌の栄養源としては、通常使用される例えば炭水化物、窒素源、無機物などの同化できる栄養源を使用できる。例えば炭素源としては、コーンスターチ、コーンミール、デンプン、デキストリン、麦芽、ブドウ糖、グリセリン、シュクロース、糖蜜等が単独で又は混合物として用いられる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、大豆粉、コーンスティープリカー、グルテンミール、肉エキス、脂肉骨粉、酵母エキス、乾燥酵母、綿実粉、ペプトン、ポリペプトン、小麦胚芽、魚粉、ミートミール、脱脂米糠、脱脂肉骨粉、麦芽エキス、コーングルテンミール等の無機又は有機の窒素源を単独で又は混合物として使用できる。無機塩としては、炭酸カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸マグネシウム、臭化ナトリウム、ホウ酸ナトリウム又はリン酸第一カリウム、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム等の各種無機塩が単独でまたは混合物として使用できる。また、必要に応じて、鉄、マンガン、亜鉛、コバルト、モリブデン酸等の重金属を微量添加することもできる。また、加熱滅菌時および培養中における発泡を押さえるため、大豆油、亜麻仁油などの植物油、オクタデカノール等の高級アルコール類、各種シリコン等の消泡剤を添加してもよい。上記のごとき栄養源の配合割合は、特に制限されるものではなく、広範囲に亘って変えることができ、使用する条件によって最適の栄養源の組成および配合割合は、簡単な小規模実験によって容易に決定することができる。
使用する糸状菌やその後の培養条件によって異なるが、本発明では前培養用の培地としては、炭素源０〜１００ｇ／Ｌ、より好ましくは２０〜８０ｇ／Ｌ、窒素源０．５〜５０ｇ／Ｌ、より好ましくは１〜１５ｇ／Ｌ、無機質０．５〜５ｇ／Ｌ、より好ましくは０．６〜２ｇ／Ｌの培養液を使用することが好ましい。
次にこのようにして増殖した糸状菌は、次いで本培養用の培地に植菌してＤ−アラニンを製造させる。この本培養用の培地組成としては、ＤＬ−アラニン１０〜１５０ｇ／Ｌ、Ｌ−アラニンを含んだ窒素源５．０〜７５ｇ／Ｌ、無機塩類０．１〜５ｇ／Ｌである。すなわち、本発明では、前培養においては糖類を添加した培地において糸状菌を増殖させるものの、本培養では糖類を全く添加することなく、Ｄ−アラニンを製造することができるのである。糖類を添加すれば、コストアップになり、かつ糖分の分離工程も必要となり、不利である。しかしながら、本発明は上記組成によって本培養ができるため、精製工程を簡略化でき、しかも培地調製に要する費用を安価なものとすることができる。特に、実質的にＬ−アラニンのみを炭素源および窒素源とし、これに少量の無機塩を添加した培地で行なうことが好ましい。もちろん、上記前培養で用いられる栄養源を添加しても良いが、炭素源としてグルコースなどの糖を添加した場合、糸状菌の生育にＬ−アラニンに優先し糖が利用されるため実際にはＬ−アラニンの資化が遅くなる傾向にある。また、菌による糖の代謝による副産物が生成し、資化されない糖が残存するため、後の精製が困難になる場合がある。また、窒素源として上記前培養で示したものを添加してもよいが、これらは一般的に高価であり、また、培養液の着色の原因になり後の精製を困難にする。すなわち、実質的にＬ−アラニンのみを炭素源および窒素源とし、これに少量の無機塩を添加した培地で行なうことが好ましく、更には、上記した問題点を出さない範囲でより好適に培養を行なうために少量の栄養源を添加してもよい。このように、特定培地に適した糸状菌を利用することで、菌は生育に炭素源および窒素源として実質的にＬ−アラニンのみを利用するためピルビン酸等の副生物が生成しないか、生成しても極めて少量に抑えられ、実質的にＤ−アラニンのみを含む培養液が得られ、精製工程を簡略化でき、培地調製に要する費用を安価なものにすることができる。
なお、本培養培地に添加可能な炭素源としては、コーンスターチ、デンプン、ブドウ糖、シュクロース、糖蜜等の１種または２種以上を用いることができる。窒素源としては、Ｌ−アラニンのみでもよいが、大豆粉、コーンスティープリカー、グルテンミール、肉エキス、脂肉骨粉、酵母エキス、乾燥酵母、ペプトン、ポリペプトン、小麦胚芽等の１種または２種以上を用いることができる。以上の炭素源、窒素源はあくまでも必ずしも加える必要があるものでない。添加される無機塩として好ましいものとして、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウムがある。
また、本培養用の培地は、培養に先立ち滅菌後のｐＨが５〜７前後になるように酸もしくはアルカリを用いてｐＨを調整することが好ましい。
本発明に係る糸状菌の胞子の植菌の方法としては、特に限定されるものでなく、通常、上記胞子を以下に液体中に懸濁し、この懸濁液体をそのまま発酵用の液体培地に接種するなどして植菌する方法などを用いることができる。
上記胞子の懸濁方法としては、例えば、寒天斜面培地上に生育し、該胞子を形成している糸状菌の菌体に液体を加えてミキシングする方法などを用いることができる。なお上記液体としては、通常、無菌水が用いられるが、さらに生化学領域で使用されるものとして、例えば、トゥイーン８０（登録商標）などのトゥイーン系界面活性剤、トリトンＸシリーズ（登録商標）などのトリトン系界面活性剤、アシルソルビタンなどを少量（例えば、液体全体に対し、０．０１〜０．１ｇ／Ｌ）添加した無菌水を用いることもできる。これにより効果的に胞子を無菌水中に分散させることができ均質な懸濁液を得ることができるものである。
かかる培地での本菌株の培養は原則的には、一般のＤ−アミノ酸の製造で通常使用されている液体培養に準じて行うことができる。液体培養の場合は、静置培養、撹拌培養、振盪培養又は通気培養などのいずれを実施してもよい。本発明では、特に振盪培養、深部通気撹拌培養が好ましい。培養においては、好気的な培養が好ましく、空気の導入量は、０．１〜２ｖｖｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．２ｖｖｍである。この様な条件を満たすものとして培養装置に特に制限はないが、空気または純酸素あるいは両者の混合気体を通気しながら撹拌式リアクターあるいはエアリフト式リアクターのいずれかで培養することが好ましい。特に、エアリフト式リアクターは、菌糸が撹拌翼にからみつくことがなく、菌糸自体の破損を防止できる点でも優れている。
更に、培養操作としては、空気または酸素の導入により連続的に、新たな培養液毎に回分式に、または新たな培養液を供給し半回分式に培養してもよい。
一方、基質であるＤＬ−アラニンは、２０〜４００ｇ／Ｌ、特には４０〜２００ｇ／Ｌの濃度で反応液に供給すればよいが、反応開始時に全量を添加してもよく、分割して添加してもよい。この際、基質濃度は、１０〜１５０ｇ／Ｌ、より好ましくは２０〜１００ｇ／Ｌである。１０ｇ／Ｌを下回るとＤ−アラニンの製造効率が低下し、その一方１５０ｇ／Ｌを越えると糸状菌の育成が困難となる場合がある。
培養温度は、本菌株の増殖が実質的に阻害されずＬ−アラニンを資化する範囲であれば特に制限されるものではないが、一般に２０〜４０℃、好ましくは３０〜３５℃の範囲内の温度が好適である。
培養時間はＬ−アラニンの資化の時間的推移、リアクターの種類などにより総合的に判断すればよい。例えば、上記したアスペルギルス属、ペニシリウム属、ムコール属、リゾプス属、サーシネラ属、クラドスポリウム属、トリコデルマ属、ユーロティウム属、カエトミウム属、オーレオバシディウム属、ゲオトリカム属、パエシロミセス属の糸状菌では、回分式で実施する場合には、２０〜２００時間、より好ましくは４０〜１２０時間で十分にＬ−アラニンを資化することができる。その一方、当該糸状菌は連続操作によってもＬ−アラニン資化活性の低下が少ないため、回分式、半回分式での再使用や連続的使用も可能である。連続使用する場合には、当該菌のＬ−アラニン資化活性を経時的に調べ、適宜培養時間を調整することができる。
本発明では、ＤＬ−アラニン含有溶液に糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化してＤ−アラニン含有溶液を得ることができる。その一方で、このＬ−アラニンの資化に伴いＬ−アラニンがアンモニア、二酸化炭素、シュウ酸、水などに分解する。そこで、資化によって発生するアンモニアを酸類で中和しつつ行い、または資化によって発生するシュウ酸をアルカリで中和しつつ行なうことで、培地のｐＨを糸状菌のＬ−アラニンの資化に適する中性付近、より具体的にはｐＨを４〜８、より好適には５〜７に制御する。この副生物の中和処理は、本発明において使用する糸状菌がピルビン酸を副生しないことで実質的に可能となった。というのも、ピルビン酸はその化学構造から明らかなように極めて脱炭酸によって分解しやすい化合物であり、培地内にピルビン酸が生成される場合には、他の副生物を処理するために中和処理などを行なえば、同時にピルビン酸も中和処理され、アンモニアやシュウ酸の塩と共存する。このピルビン酸塩は分解しやすいため、副生物塩の処理時にも分解し、実質的に副生物を培養液から分離することができないのである。すなわち、本発明によってピルビン酸が副生しない糸状菌を使用することで、その後のＤ−アラニンの精製工程が極めて容易かつ高収率なものとなったのである。なお、本願明細書におけるピルビン酸を「実質的に副生しない」とは、ピルビン酸を全く副生しないか、またはその副生量が、アラニンに対し、０．１モル％以下であることを意味する。
ここで、アンモニアを中和するために使用できる酸類としては、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、シュウ酸、リン酸等があり、特に硫酸、リン酸を使用することが好ましい。硫酸とアンモニアとによって硫酸アンモニウムが発生するが、これはイオン交換樹脂や電気透析によって除去することができる。酸を添加する場合には、濃度２．５〜２５質量％、より好ましくは５〜２０質量％に調製して、培地に含まれるアンモニア量を測定しつつ中和量を滴下すればよい。培養中にｐＨセンサーやｐＨコントローラーを用いて添加することにより、自動的に適切なｐＨの値に維持することもできる。
また、シュウ酸が副生する場合にこれを中和するために使用するアルカリとしては、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、アンモニアガスがあり、特にアンモニア水、水酸化ナトリウムを使用することが好ましい。なお、この目的のため培地を滅菌する前に炭酸カルシウムを添加するかあるいは培養中にｐＨセンサーおよびｐＨコントローラーを用いて水酸化ナトリウム水溶液またはアンモニア水又はアンモニアガスなどを添加し、自動的に適切なｐＨの値に維持することもできる。糸状菌の種類によって、シュウ酸と同時にアンモニアが副生する場合には、このアンモニアによってシュウ酸が中和されるため、不足量のアンモニアを添加することでシュウ酸を中和すればよい。
なお、本発明における「中和」とは、アンモニアに酸類を添加することで、またはシュウ酸にアルカリを添加することでそのアルカリ性または酸性を減ずる操作をいい、必ずしもｐＨが７となることを意味するものではない。上記中和操作によって、培地のｐＨを４〜８、より好適には５〜７に制御する。これによって、使用する糸状菌のＬ−アラニンの資化に適するとともに、副生物をＤ−アラニンと分離することができる。
本発明では、培養液から菌体を分離するには、ろ過や遠心分離、フィルタープレスなどの従来公知の菌体分離方法を行なうことができる。この中でも、培養液に浮遊する菌糸および菌体の分離には、ろ過が簡便で好ましい。
上記のように、本発明ではＤＬ−アラニンに糸状菌を作用させることでＬ−アラニンがアンモニア、二酸化炭素、シュウ酸、水などに分解する一方でピルビン酸を実質的に副生することがない。このため、培養液から菌体を除去した分離液にはＤ−アラニンを主成分とし、培地の調製に使用しこれが分解して残存する微量のアミノ酸等が含まれる程度であり、その後のＤ−アラニンの精製分離が極めて容易である。なお、この分離精製の容易性は、単にピルビン酸との分離の容易性を意味するものではない。上記したように、ピルビン酸は熱等に対して極めて不安定な化合物であり容易に二酸化炭素を発生して分解し、Ｌ−アラニンの資化と共にピルビン酸が副生する場合には、ピルビン酸やピルビン酸塩の分離条件の設定に加え、これらが分解しない緩和な条件を更に選択する必要があり、またはこれらの分解物の分離操作が必要となるからである。例えば、副生物がアンモニアのみであれば、分離液を加熱してアンモニアをガスとして除去することができるが、ピルビン酸が含まれる場合には、このような加熱処理はすることができない。また、熱を掛けない場合としてイオン交換樹脂による分離を行なっても、ピルビン酸は樹脂内で分解し、ｐＨの変化を生じ、Ｄ−アラニンとの分離能が劣化する。しかしながら、本願ではピルビン酸が含まれないためこのようなイオン交換樹脂の分離能低下も少ない。すなわち、本発明ではピルビン酸が副生しないため、菌体分離後のＤ−アラニンを主成分とする分離液からＤ−アラニンを分取することも、極めて簡便になり、収率高くＤ−アラニンを製造することができるのである。
本発明では、菌体を除去した分離液からＤ−アラニンを分取するには、電気透析法、イオン交換樹脂法、イオン交換法・シュウ酸カルシウム・硫酸カルシウム沈殿除去法などで行なうことができ、特に電気透析やイオン交換樹脂法によって効率的にＤ−アラニンを分取できる。本発明では分離液に含まれるアミノ酸はＤ−アラニンが主成分であるため、電気透析によってＤ−アラニンのみを透析膜内に残すことで分離することができる。
また、分離液からＤ−アラニンを分取するためにイオン交換樹脂を使用する場合には、特にアンモニア型イオン交換樹脂を使用し、Ｄ−アラニンを該イオン交換樹脂に吸着させた後にアンモニアで溶離することが好ましい。Ｄ−アラニンを分取できると同時にイオン交換樹脂をアンモニア型に戻すことができ、再使用が簡便となるからである。好ましいイオン交換樹脂としては、三菱化学製の「ダイヤイオンＳＫ１Ｂ」、オルガノ製の「アンバーライトＩＲ−１２０Ｂ」、ダウケミカル製の「ＤＯＷＥＸ ＨＣＲ」や「ＤＯＷＥＸ ＨＧＲ」等がある。
具体的には、電気透析処理に用いたと同じ発酵液を対象とし、これに濃硫酸を添加してｐＨ１に調整する。一方、ガラス製カラムに充填したイオン交換樹脂にアンモニア水を通し、ＮＨ４＋型にし、その後脱イオン水で洗浄する。樹脂量は交換基／アラニンのモル比が１〜６、より好ましくは２〜５になるように調整する。これに発酵液を通すが、この際の通液速度は空間速度が０．２〜５であることが好ましく，より好ましくは０．４〜４である。発酵液を通液後に、水を流し、硫酸を漏出させる。次いで、１モルのアンモニア水を流し、樹脂に吸着したアラニンを溶出させるが、アンモニアを過剰に流すことによって、樹脂を再びＮＨ４＋型にすることができる。なお、溶離液に含まれるアンモニアは加熱によって除去することができる。
また、菌体除去後の分離液に含まれるシュウ酸塩は、水に対する溶解度が低い。このため、Ｄ−アラニンとの溶解度の差を利用した分離方法を行なうことができる。具体的には、シュウ酸塩を沈殿させることで分離することができる。なお、Ｄ−アラニン、Ｌ−アラニンの定量は、ＨＰＬＣによって行なった。
実施例
以下、実施例をもって本発明を説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。なお、「％」は「質量％」を示す。また、Ｄ，Ｌ−アラニンのＨＰＬＣによる分析条件は、カラム：住化分析センター製「ＯＡ−６１００」、カラム径×カラム長；４．６ｍｍφ×１５０ｍｍ、移動相：１ｍＭ 硫酸銅水溶液、流速：１ｍｌ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ検出器、波長：２５４ｎｍとした。
（実施例１〜５）
表１に示す組成の前培養培地を所定量三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これに菌株の表２に示す所定量を一白金耳もしくは胞子けん濁液にて植菌し、ロータリーシェイカーで表２に示す条件で培養した。前培養後、表３に示す滅菌した本培養培地（坂口フラスコ）に前培養液を表４に示す所定量植菌してフラスコ培養した。使用した糸状菌を表５に示す。培養終了後に培養液を３６００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して菌体を除去し、上清を一定濃度に希釈してＨＰＬＣにより分析してＬ体、Ｄ体のそれぞれの残存量を求めた。
各前培養培地組成を表１に、その前培養条件を表２に、本培養の培地組成を表３に、本培養条件を表４に示す。また、分離液の分析結果を表５に示す。なお表５において、左欄の数値は実施例１〜５を示し、Ｌ体、Ｄ体の数値は培地に残存するそれぞれの質量（ｇ／Ｌ）を示し、培養の項は培養時間（ｈｒ）を示す。
実施例１〜５で使用したすべての菌種を常法に従い単胞子分離操作を行い、その中でも優れた活性を示した菌株を選び、これを用いて３Ｌジャーファメンターで培養実験を行った。
表６に示す組成の前培養培地を所定量三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これに表７に示す量の胞子を植菌し、ロータリーシェイカーで表７に示す培養を行なった。前培養後、表８に示す本培養培地を仕込み滅菌した３リットル容ジャーファメンターに前培養液を所定量植菌し、表９に示す条件で通気撹拌培養した。使用した糸状菌を表１０に示す。なお、本培養に際しては、発生するアンモニアは１０％の硫酸水溶液を添加することにより、副生するシュウ酸は４重量％のアンモニア水を添加することによりｐＨを調整して培養を行なった。培養終了後に培養液を３６００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して菌体を除去し、上清を一定濃度に希釈してＨＰＬＣにより分析してＬ体、Ｄ体のそれぞれの残存量を求めた。
各前培養培地組成を表６にその前培養条件を表７に、本培養の培地組成を表８に本培養条件を表９に示す。なお表１０において、左欄の数値は実施例６〜９を示し、Ｌ体、Ｄ体の数値は培地に残存するそれぞれの質量（ｇ／Ｌ）を示し、培養の項は培養時間（ｈ）を示す。
デンプン５０ｇ／Ｌ、グルコース１０ｇ／Ｌ、ポリペプトン５ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム１ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム七水和物０．５ｇ／Ｌを含む培地（ｐＨ６．０）１１０ｍｌを５００ｍｌ三角フラスコに分注し、１２１℃、１５分間オートクレーブ滅菌して前培養培地とした。これにベニシリウム・クリソゲナム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）ＩＦＯ ４６２６を胞子濃度１×１０６個／ｍＬ−培地で植菌し、ロータリーシェイカーを用いて、３０℃、２２０ｒｐｍで２１時間培養を行なった。一方、ＤＬ−アラニン１５０ｇ／Ｌ、酵母エキス１ｇ／Ｌ、ポリペプトン１ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム１ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム七水和物１ｇ／Ｌ、消泡剤０．５ｍｌ／ｌを含む培地２Ｌを３Ｌミニジャーファーメンターに仕込み、１２１℃、１５分間オートクレーブ滅菌して本培養培地とした。これに先の前培養培地を５％で植菌し、３０℃、１．０ｖｖｍで通気撹拌培養した。なお、本培養中は、１０％硫酸水溶液を添加してｐＨ５．５に調製しながら行なった。１２０時間で培地中のＬ−アラニンは全量資化され、Ｄ−アラニン１４９ｇ、硫酸アンモニウム８１ｇを含む培養液２．２Ｌを得た。
この培養液より透過（桐山製作所製ろ紙Ｎｏ．５Ａ、孔径７．０μｍ）により菌体を除いた。得られた液に硫酸を添加してｐＨ１に調製し、イオン交換樹脂（三菱化学製ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ（ＮＨ４＋型））を充填したカラムにＳＶ＝１で通液し、Ｄ−アラニンを吸着させた。このカラムを十分水洗した後２％アンモニア水でＤ−アラニンを溶出した。この溶出液を活性炭により脱色し、濃縮晶析して精製Ｄ−アラニン１４７ｇを得た。得られたＤ−アラニンは、光学純度９９．９％ｅｅ以上、化学純度９９．９％以上であった。
（実施例１１）
実施例１０の条件で培養、菌体除去を行なった培養液に、２８％アンモニア水を添加してアラニンの等電点であるｐＨ６．０に調製し、次いで電気透析を行ない、電気伝導度が充分に下がったところでサンプル室の液を回収してＤ−アラニン溶液を得た。この溶液を活性炭により脱色処理後、濃縮晶析して精製Ｄ−アラニン１４５ｇを得た。得られたＤ−アラニンは、光学純度９９．９％ｅｅ以上、化学純度９９．９％以上であった。
産業上の利用可能性
本発明は、ＤＬ−アラニンに含まれるＬ−アラニンを糸状菌によって資化し、Ｄ−アラニンを製造する方法であり、糸状菌は、培養液から簡便に分離でき、かつ培養液にはピルビン酸が含まれないため、効率よくＤ−アラニンを製造することができる。
Claims (6)
- ＤＬ−アラニン含有溶液にアスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、アスペルギルス・タマリ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔａｍａｒｉｉ）、サーシネラ・ムスカエ（Ｃｉｒｃｉｎｅｌｌａ ｍｕｓｃａｅ）、アスペルギルス・フラバス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、ペニシリウム・クリソゲニウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）、ムコール・アンビグース（Ｍｕｃｏｒ ａｍｂｉｇｕｕｓ）、ムコール・サーシネロイデス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ｖａｒ ｏｒｙｚａｅ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｐａｒａｓｉｔｉｃｕｓ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ｖａｎ Ｔｉｅｇｈｅｍのいずれか１種以上である糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化することを特徴とする、Ｄ−アラニンの製造方法。
- ＤＬ−アラニン含有溶液にアスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、アスペルギルス・タマリ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔａｍａｒｉｉ）、サーシネラ・ムスカエ（Ｃｉｒｃｉｎｅｌｌａ ｍｕｓｃａｅ）、アスペルギルス・フラバス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、ペニシリウム・クリソゲニウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）、ムコール・アンビグース（Ｍｕｃｏｒ ａｍｂｉｇｕｕｓ）、ムコール・サーシネロイデス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ ｖａｒ ｏｒｙｚａｅ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｐａｒａｓｉｔｉｃｕｓ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ ｖａｎ Ｔｉｅｇｈｅｍのいずれか１種以上である糸状菌を作用させてピルビン酸を実質的に副生することなくＬ−アラニンを資化してＤ−アラニン含有溶液を得る工程、該Ｄ−アラニン含有溶液に含まれる糸状菌を分離して分離液を得る工程、および該分離液からＤ−アラニンを分取する工程とを含む、Ｄ−アラニンの製造方法。
- 該Ｄ−アラニン含有液を得る工程が、資化によって発生するアンモニアを酸類で中和しつつ行うもの、または資化によって発生するシュウ酸をアルカリで中和しつつ行うものである、請求項２記載の製造方法。
- 該分離液からＤ−アラニンを分取する工程が、電気透析またはイオン交換樹脂を用いるものである、請求項２または３記載の製造方法。
- 該イオン交換樹脂がアンモニア型陽イオン交換樹脂である、請求項４記載の製造方法。
- 糸状菌が、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、アスペルギルス・タマリ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔａｍａｒｉｉ）、アスペルギルス・フラバス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、ペニシリウム・クリソゲニウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｈｒｙｓｏｇｅｎｕｍ）、ムコール・アンビグース（Ｍｕｃｏｒ ａｍｂｉｇｕｕｓ）、ムコール・サーシネロイデス（Ｍｕｃｏｒ ｃｉｒｃｉｎｅｌｌｏｉｄｅｓ）、サーシネラ・ムスカエ（Ｃｉｒｃｉｎｅｌｌａ ｍｕｓｃａｅ）のいずれか１種以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
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