JP4565447B2 - Method for producing carboxylic acid - Google Patents

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Description

本発明は、有機溶媒耐性を有するニトリラーゼ生産微生物及び該微生物のニトリラーゼ活性物質を利用して、ニトリルからカルボン酸を製造する方法に関する   The present invention relates to a nitrilase-producing microorganism having resistance to organic solvents and a method for producing carboxylic acid from nitrile using the nitrilase-active substance of the microorganism.

カルボン酸の製造方法として、ニトリラーゼ酵素を用いてニトリルを加水分解して製造する方法がある。ニトリラーゼはニトリルからカルボン酸に変換し得る有用な酵素であり、種々の微生物から産生されている。例えば、ニトリラーゼ活性物質を産生する微生物として、アースロバクター属に属する微生物が報告されている(特許文献1、2)。
一般に酵素反応は水溶液中で高活性を示すが、有機溶媒存在下では活性が著しく低下するか活性を全く示さないことがある。実際に、水溶性の低いニトリルを原料とする場合、予め有機溶媒を用いて溶解することが望ましいが、上述したアースロバクター属由来のニトリラーゼは有機溶媒に対する耐性を有しない。したがって、既知のアースロバクター属微生物由来のニトリラーゼ酵素は、水溶性の低いニトリルを原料としたカルボン酸の製造手段として適していなかった。
一方、非特許文献1には、シュードモナス属に属する微生物由来のニトリラーゼが炭素数6〜16のアルカン、炭素数6〜11のアルカノールに対して耐性を示すことが報告されているが、該ニトリラーゼが水溶性有機溶媒に対する耐性を示すかは不明である。
特開平11−341979 特開2003−274933 Applied and Environmental Microbiology,69(8),4359−4366(2003)
As a method for producing carboxylic acid, there is a method in which nitrile is hydrolyzed using a nitrilase enzyme. Nitrilase is a useful enzyme capable of converting nitrile to carboxylic acid, and is produced from various microorganisms. For example, microorganisms belonging to the genus Arthrobacter have been reported as microorganisms producing nitrilase active substances (Patent Documents 1 and 2).
In general, an enzyme reaction exhibits high activity in an aqueous solution, but in the presence of an organic solvent, the activity may be significantly reduced or may not show any activity. Actually, when a nitrile having low water solubility is used as a raw material, it is desirable to dissolve in advance using an organic solvent. However, the aforementioned nitrilase derived from the genus Arthrobacter does not have resistance to an organic solvent. Therefore, known nitrilase enzymes derived from microorganisms belonging to the genus Arthrobacter have not been suitable as means for producing carboxylic acids using nitriles with low water solubility as raw materials.
On the other hand, Non-Patent Document 1 reports that a nitrilase derived from a microorganism belonging to the genus Pseudomonas exhibits resistance to alkanes having 6 to 16 carbon atoms and alkanols having 6 to 11 carbon atoms. It is unclear whether it exhibits resistance to water-soluble organic solvents.
JP-A-11-341979 JP 2003-274933 A Applied and Environmental Microbiology, 69 (8), 4359-4366 (2003).

本発明は、有機溶媒に対しても耐性の高いニトリラーゼ生産微生物の提供及び該微生物のニトリラーゼ活性を利用して、ニトリルから効率的にカルボン酸を製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a nitrilase-producing microorganism that is highly resistant to an organic solvent, and to provide a method for efficiently producing a carboxylic acid from a nitrile using the nitrilase activity of the microorganism.

本発明者らは鋭意検討した結果、アースロバクター属に属する新規微生物が、高いニトリラーゼ活性を示すのみならず、望ましい有機溶媒耐性を示すことを見出した。また、該微生物が有機溶媒存在下で高いニトリラーゼ活性を維持し、水溶性の低いニトリルからカルボン酸を製造する手段として有用であることを見出し、本発明に至った。具体的には本発明は以下に示す通りである。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that a novel microorganism belonging to the genus Arthrobacter exhibits not only high nitrilase activity but also desirable organic solvent resistance. Further, the present inventors have found that the microorganism maintains a high nitrilase activity in the presence of an organic solvent and is useful as a means for producing a carboxylic acid from a nitrile having low water solubility, and has reached the present invention. Specifically, the present invention is as follows.

1. アースロバクター エスピー F−73株。
2. アースロバクター エスピー F−73株または該株由来のニトリラーゼ活性を有する酵素活性物質を水系反応液中でニトリルと接触させて該ニトリルから生成されるカルボン酸を回収する、カルボン酸の製造方法。
3. 40%アセトン存在下20℃で60分処理した時のニトリラーゼ活性が10%以上残存するアースロバクター属に属する微生物または該微生物由来のニトリラーゼ活性を有する酵素活性物質を、有機溶媒が添加された水系反応液中でニトリルと接触させて該ニトリルから生成されるカルボン酸を回収する、カルボン酸の製造方法。
4. 水系反応液への有機溶媒の添加濃度が、60%(V/V)以下である、上記3記載の製造方法。
5. 有機溶媒がアルコール類、ケトン類、アミド類、ジメチルスルホキシド、エステル類、ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類またはエーテル類から選択される少なくとも1種以上である、上記3又は4記載の製造方法。
6. アルコール類がメタノール、エタノール、プロパノール、1−オクタノール、1,3−プロパンジオールまたはエチレングリコールのいずれか又は組合せ、
ケトン類がアセトン、
アミド類がジメチルホルムアミド、
エステルが酢酸エチル、
ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素がトルエン、シクロヘキサン、オクタンまたはクロロホルム、
エーテル類が1,4−ジオキサンまたはテトラヒドロフランである、上記5記載の製造方法。
7. ニトリルが、α−ヒドロキシニトリルである、上記2〜6のいずれかに記載の製造方法。
8. ニトリルが、ベンゼン環上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよいマンデロニトリルである、上記2〜6のいずれかに記載のカルボン酸の製造方法。
9. α−ヒドロキシニトリルが、水系反応液中に添加されたアルデヒド及び青酸塩により生成される、上記7記載の製造方法。
10. 水系反応液に添加された有機溶媒が、水系溶媒と二層を形成し得る有機溶媒である、上記9記載の製造方法。
11. アルデヒドが、ベンゼン環上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよいベンズアルデヒドである、上記9記載の製造方法。
12. 有機溶媒が、酢酸エチルである、上記10記載の製造方法。
13. アースロバクター属に属する微生物がアースロバクター エスピー F−73株である、上記2〜12のいずれかに記載の製造方法。
1. Earth Lobacter SP F-73.
2. A method for producing a carboxylic acid, comprising contacting an Arthrobacter sp. F-73 strain or an enzyme active substance having nitrilase activity derived from the strain with a nitrile in an aqueous reaction solution to recover the carboxylic acid produced from the nitrile.
3. An aqueous system in which an organic solvent is added to a microorganism belonging to the genus Arthrobacter having a nitrilase activity of 10% or more when treated at 20 ° C. for 60 minutes in the presence of 40% acetone, or an enzyme active substance having a nitrilase activity derived from the microorganism. A method for producing a carboxylic acid, wherein the carboxylic acid produced from the nitrile is recovered by contacting with a nitrile in a reaction solution.
4). 4. The production method according to 3 above, wherein the concentration of the organic solvent added to the aqueous reaction solution is 60% (V / V) or less.
5). 5. The production according to 3 or 4 above, wherein the organic solvent is at least one selected from alcohols, ketones, amides, dimethyl sulfoxide, esters, hydrocarbons or ethers optionally substituted with halogen. Method.
6). The alcohol is methanol, ethanol, propanol, 1-octanol, 1,3-propanediol, or ethylene glycol, or a combination thereof;
Ketones are acetone,
Amides are dimethylformamide,
The ester is ethyl acetate,
The hydrocarbon optionally substituted with halogen is toluene, cyclohexane, octane or chloroform,
6. The production method according to 5 above, wherein the ether is 1,4-dioxane or tetrahydrofuran.
7). The manufacturing method in any one of said 2-6 whose nitrile is alpha-hydroxy nitrile.
8). The method for producing a carboxylic acid according to any one of 2 to 6 above, wherein the nitrile is mandelonitrile in which a hydrogen atom on the benzene ring may be substituted with a halogen atom.
9. 8. The production method according to 7 above, wherein α-hydroxynitrile is produced from an aldehyde and a cyanate added to the aqueous reaction solution.
10. The production method according to 9 above, wherein the organic solvent added to the aqueous reaction solution is an organic solvent capable of forming two layers with the aqueous solvent.
11. The production method according to 9 above, wherein the aldehyde is benzaldehyde in which a hydrogen atom on a benzene ring may be substituted with a halogen atom.
12. The production method according to 10 above, wherein the organic solvent is ethyl acetate.
13. The production method according to any one of 2 to 12 above, wherein the microorganism belonging to the genus Arthrobacter is the Arthrobacter sp. F-73 strain.

本発明によれば、水溶性ニトリルを原料としてカルボン酸を効率的に製造できるだけでなく、水溶性が低く従来酵素反応に適さなかったニトリルをも効率的に加水分解し、対応するカルボン酸を製造することが可能となる。   According to the present invention, not only can a carboxylic acid be efficiently produced using a water-soluble nitrile as a raw material, but also a nitrile that is low in water solubility and not suitable for conventional enzyme reaction can be efficiently hydrolyzed to produce a corresponding carboxylic acid. It becomes possible to do.

本発明は、有機溶媒耐性を示すニトリラーゼ活性を産生し得るアースロバクター属微生物、具体的には、アースロバクター エスピー F−73株を提供する。ここでニトリラーゼとは、上述した通り、ニトリルを加水分解してカルボン酸に変換する酵素である。本株のニトリラーゼは、従来のニトリラーゼでは見られない水溶性有機溶媒を含めた有機溶媒に対して耐性を示す。そのため、水に難溶なニトリルを基質として効率よく対応するカルボン酸に変換し得る。したがって、本菌株のニトリラーゼ活性を利用すれば、水溶性のニトリルから水に難溶なニトリルという広範囲な基質化合物を原料として、対応するカルボン酸を工業的に製造することが可能となる。   The present invention provides a microorganism belonging to the genus Arthrobacter that can produce nitrilase activity exhibiting resistance to organic solvents, specifically, the Arthrobacter sp. F-73 strain. As described above, the nitrilase is an enzyme that hydrolyzes a nitrile to convert it into a carboxylic acid. The nitrilase of this strain exhibits resistance to organic solvents including water-soluble organic solvents not found in conventional nitrilases. Therefore, it can be efficiently converted into the corresponding carboxylic acid using a nitrile that is hardly soluble in water as a substrate. Therefore, by utilizing the nitrilase activity of this strain, it is possible to industrially produce the corresponding carboxylic acid from a wide range of substrate compounds such as a water-soluble nitrile to a water-insoluble nitrile.

アースロバクター エスピー F−73株は岐阜大学の構内から採取された土壌より分離した新規微生物株であり、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにおいて「FERM P-20349」として寄託されている。本菌株は本アクセッション番号をもとに前記受託機関より入手することができる。   Earth Lobacter SP F-73 strain is a new microbial strain isolated from the soil collected from the campus of Gifu University, and was deposited as “FERM P-20349” at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Organism Depositary. Yes. This strain can be obtained from the trustee based on this accession number.

本発明に用いる微生物を培養するための培地は、その微生物が増殖しうるものであれば特に制限はない。例えば、炭素源としては上記微生物が利用可能な任意の炭素源を使用することができる。具体的には、グルコース、フルクトース、シュクロース、デキストリンなどの糖類、ソルビトール、グリセロールなどのアルコール類、フマール酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸類およびその塩類、パラフィンなどの炭化水素類、トルエン、クレゾール、安息香酸などあるいはこれらの混合物を使用することができる。   The medium for culturing the microorganism used in the present invention is not particularly limited as long as the microorganism can grow. For example, any carbon source that can be used by the microorganism can be used as the carbon source. Specifically, sugars such as glucose, fructose, sucrose and dextrin, alcohols such as sorbitol and glycerol, organic acids such as fumaric acid, citric acid, acetic acid and propionic acid and salts thereof, hydrocarbons such as paraffin, Toluene, cresol, benzoic acid, or the like or a mixture thereof can be used.

窒素源としては例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなどの無機酸のアンモニウム塩、フマル酸アンモニウム、クエン酸アンモニウムなどの有機酸のアンモニウム塩、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、カゼイン加水分解物、尿素、などの無機有機含窒素化合物、あるいはこれらの混合物を使用することができる。他に無機塩、微量金属塩、ビタミン類など、通常の培養に用いられる栄養源を適宜混合して用いることができる。また、必要に応じて微生物の増殖を促進する因子、本発明の目的化合物の生成能力を高める因子、あるいは培地のpH保持に有効なCaCO3などの物質も添加できる。 Examples of nitrogen sources include ammonium salts of inorganic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, ammonium salts of organic acids such as ammonium fumarate and ammonium citrate, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, and casein hydrolysis. Products, inorganic organic nitrogen-containing compounds such as urea, or mixtures thereof. In addition, nutrient sources used in normal culture, such as inorganic salts, trace metal salts, vitamins, and the like can be appropriately mixed and used. If necessary, a factor that promotes the growth of microorganisms, a factor that enhances the ability to produce the target compound of the present invention, or a substance such as CaCO 3 that is effective for maintaining the pH of the medium can be added.

培養方法としては、培地pHは3〜11、好ましくは4〜8、培養温度は15〜60℃、好ましくは20〜45℃で、嫌気的あるいは好気的に、その微生物の生育に適した条件下5〜240時間、好ましくは12〜120時間程度培養する。   As the culture method, the medium pH is 3 to 11, preferably 4 to 8, the culture temperature is 15 to 60 ° C., preferably 20 to 45 ° C., and anaerobic or aerobic conditions suitable for the growth of the microorganism. The culture is performed for about 5 to 240 hours, preferably about 12 to 120 hours.

本発明は、上記アースロバクター エスピー F−73株あるいは該菌株と同等の有機溶媒耐性のニトリラーゼ活性を有するアースロバクター属に属する微生物を利用して、ニトリルからカルボン酸を製造する方法を提供する。   The present invention provides a method for producing a carboxylic acid from a nitrile using the above-mentioned Arthrobacter sp. F-73 strain or a microorganism belonging to the genus Arthrobacter having an organic solvent resistance nitrilase activity equivalent to the strain. .

上記アースロバクター エスピー F−73株が有するニトリラーゼは、後述する実施例に示すように基質を含む緩衝液中にアセトンを0〜60v/v%存在下30度で処理した後、ニトリラーゼ活性は10%以上残存した。したがって、アースロバクター エスピー F-73株と同等の有機溶媒耐性のニトリラーゼ活性とは、一例として示せば40%のアセトン存在下、20℃で60分の条件で処理した時にニトリラーゼ活性が10%以上残存することとすることができる。40%のアセトン存在下、より好ましくは60%のアセトン存在下、20℃で60分の条件で処理した時にニトリラーゼ活性が10%以上残存するものであれば、工業レベルでの製造に好適に利用し得る。   The nitrilase possessed by the above-mentioned Arthrobacter sp. F-73 strain has a nitrilase activity of 10 after treating acetone at 30 ° C. in the presence of 0 to 60 v / v% in a buffer solution containing a substrate as shown in the Examples described later. % Or more remained. Therefore, the organic solvent resistant nitrilase activity equivalent to that of Arthrobacter sp. F-73 is, for example, a nitrilase activity of 10% or more when treated at 20 ° C. for 60 minutes in the presence of 40% acetone. It can be left. If nitrilase activity remains at 10% or more when treated at 20 ° C. for 60 minutes in the presence of 40% acetone, more preferably in the presence of 60% acetone, it is suitably used for production at an industrial level. Can do.

ニトリラーゼ活性を有するアースロバクター属の株の単離は、たとえば、実施例に示すような方法に基づいて実施することができる。先ず、アースロバクター属微生物を含む被験試料をニトリル含有培地で培養し、培養物に蓄積するカルボン酸を測定することによって、目的とするニトリラーゼ活性を有する微生物の存在を同定し得る。被験試料は土壌、河川、あるいは湖沼などから採取の材料とすることができる。アースロバクター属に属する微生物を単離・同定する方法は、たとえば、「Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 9th Edition」(Edited by John G. Holt, Williams & Wilkins, Baltimore)を参照することができる。   Isolation of a strain of the genus Arthrobacter having nitrilase activity can be performed, for example, based on a method as shown in the Examples. First, the presence of a microorganism having a target nitrilase activity can be identified by culturing a test sample containing an Arthrobacter microorganism in a nitrile-containing medium and measuring the carboxylic acid accumulated in the culture. The test sample can be a material collected from soil, rivers, or lakes. For a method for isolating and identifying microorganisms belonging to the genus Arthrobacter, for example, “Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 9th Edition” (Edited by John G. Holt, Williams & Wilkins, Baltimore) can be referred to.

次に、単離されたアースロバクター属微生物のニトリラーゼ活性の評価は次のように行うことができる。基質として10mMの2−チオフェンアセトニトリルを含む、50mMリン酸カリ緩衝液(pH7.0)に、酵素標品を加える。酵素標品に代えて、微生物の菌体や、粗精製酵素を用いることもできる。酵素添加後、30℃で10分間反応させる。反応液に3N塩酸に加えて激しく振盪することによって反応を停止し、生成物を分析する。反応生成物は、HPLCによって分析することができる。この測定方法に基づいて、ニトリラーゼ1Uは標準反応液組成において30℃で1分間に1μmolの2−チオフェン酢酸を生成する酵素量とする。   Next, the evaluation of the nitrilase activity of the isolated microorganism belonging to the genus Arthrobacter can be performed as follows. The enzyme preparation is added to 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 10 mM 2-thiopheneacetonitrile as a substrate. Instead of the enzyme preparation, a microbial cell or a crudely purified enzyme may be used. After adding the enzyme, react at 30 ° C. for 10 minutes. The reaction is stopped by vigorously shaking the reaction with 3N hydrochloric acid and analyzing the product. The reaction product can be analyzed by HPLC. Based on this measurement method, 1 U of nitrilase is the amount of enzyme that produces 1 μmol of 2-thiopheneacetic acid per minute at 30 ° C. in the standard reaction solution composition.

単離されたアースロバクター属微生物のニトリラーゼ活性が上述したような有機溶媒耐性を示すかは、ニトリラーゼ活性を測定する反応液中に上述した濃度前後の有機溶媒を添加して反応させ、その際のニトリラーゼ活性の残存率を測定することにより判定し得る。   Whether or not the nitrilase activity of the isolated microorganism belonging to the genus Arthrobacter exhibits resistance to the organic solvent as described above is determined by adding an organic solvent at a concentration before or after the above reaction to the reaction solution for measuring the nitrilase activity. It can be determined by measuring the residual rate of nitrilase activity.

本発明の製造方法では、上述した微生物を生菌体のまま反応液に添加して使用してもよく、または、該微生物由来のニトリラーゼ活性を有する酵素活性物質に処理した後に使用してもよい。酵素活性物質は、広く該微生物由来のニトリラーゼ活性を保持し得るものを意味し、精製された酵素は当然のことながら、界面活性剤、アセトンあるいはトルエンなどの有機溶媒処理によって細胞膜の透過性を変化させた微生物、またはガラスビーズや酵素処理によって菌体を破砕した菌体破砕物、無細胞抽出液もしくはそれを部分精製したものなどが含まれる。通常の酵素精製法によるニトリラーゼ自体の粗精製物や精製物であっても差し支えない。また微生物菌体や精製したニトリラーゼを不溶性の担体や水溶性の担体分子に結合したもの、酵素分子を包括固定することによって得られる固定化酵素等も本発明の酵素活性物質に含まれる。   In the production method of the present invention, the above-mentioned microorganism may be used as it is added to the reaction solution as it is, or may be used after being treated with an enzyme active substance having nitrilase activity derived from the microorganism. . Enzyme-active substances broadly mean those that can retain the nitrilase activity derived from the microorganism, and purified enzymes naturally change the permeability of cell membranes by treatment with surfactants, organic solvents such as acetone or toluene. Or a cell-free extract obtained by crushing the cells by glass beads or enzymatic treatment, a cell-free extract, or a partially purified product thereof. The nitrilase itself may be a crude product or a purified product obtained by an ordinary enzyme purification method. In addition, microbial cells and purified nitrilase bound to an insoluble carrier or a water-soluble carrier molecule, an immobilized enzyme obtained by comprehensively immobilizing enzyme molecules, and the like are also included in the enzyme active substance of the present invention.

本発明の製造方法において、原料となるニトリルは特に限定されず、飽和モノニトリル類、飽和ジニトリル類、α−アミノニトリル類、カルボキシル基を有するニトリル類、不飽和ニトリル類、芳香族ニトリル類及びα−ヒドロキシニトリル類等に広く適用できる。これら具体的な化合物を以下に例示する。
飽和モノニトリル:アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、カプロニトリルなど
飽和ジニトリル類:マロニトリル、サクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリルなど
α−アミノニトリル類:α−アミノプロピオニトリル、α−アミノメチルチオブチロニトリル、α−アミノブチロニトリル、アミノアセトニトリルなど
カルボキシル基を有するニトリル類:シアノ酢酸など
β−アミノニトリル類:アミノ−3−プロピオニトリルなど
不飽和ニトリル類:アクリロニトリル、メタクリロニトリル、シアン化アリル、クロトンニトリルなど
芳香族ニトリル類:ベンゾニトリル、o−、m−またはp−クロロベンゾニトリル、o−、m−またはp−フルオロベンゾニトリル、o−、m−またはp−ニトロベンゾニトリル、p−アミノベンゾニトリル、4−シアノフェノール、o−、m−またはp−トルニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、アニソニトリル、α−ナフトニトリル、β−ナフトニトリル、フタロニトリル、イソフタロニトリル、テレフタロニトリル、シアン化ベンジル、フェニルアセトニトリルなど
α−ヒドロキシニトリル類:α−ヒドロキシ−n−プロピオニトリル、α−ヒドロキシ−n−ブチロニトリル、α−ヒドロキシ−イソブチロニトリル、α−ヒドロキシ−n−ヘキシロニトリル、α−ヒドロキシ−n−ヘプチロニトリル、α−ヒドロキシ−n−オクチロニトリル、α,γ−ジヒドロキシ−β,β−ジメチルブチロニトリル、アクロレインシアンヒドリン、メタアクリルアルデヒドシアンヒドリン、3−クロロラクトニトリル、4−メチルチオ−α−ヒドロキシブチロニトリル、α−ヒドロキシ−α−フェニルプロピオニル、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリル、3−クロロマンデロニトリル、2−チオフェンカルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−ピリジンカルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−ピロールカルボキシアルデヒドシアンヒドリン、2−フルアルデヒドシアンヒドリンまたは2−ナフチルアルデヒドシアンヒドリンなど
In the production method of the present invention, the nitrile as a raw material is not particularly limited, and saturated mononitriles, saturated dinitriles, α-amino nitriles, nitriles having a carboxyl group, unsaturated nitriles, aromatic nitriles and α -Widely applicable to hydroxy nitriles and the like. These specific compounds are illustrated below.
Saturated mononitriles: acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, isovaleronitrile, capronitrile, etc. Saturated dinitriles: malonitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, etc. α-amino nitriles: α-amino Propionitrile, α-aminomethylthiobutyronitrile, α-aminobutyronitrile, aminoacetonitrile, etc. Nitriles having a carboxyl group: Cyanoacetic acid, etc. β-Aminonitriles: Amino-3-propionitrile, etc. Unsaturated nitriles : Acrylonitrile, methacrylonitrile, allyl cyanide, crotonnitrile, etc. Aromatic nitriles: benzonitrile, o-, m- or p-chlorobenzonitrile, o-, m- or p-fluoroben Zonitrile, o-, m- or p-nitrobenzonitrile, p-aminobenzonitrile, 4-cyanophenol, o-, m- or p-tolunitrile, 2,4-dichlorobenzonitrile, 2,6-dichlorobenzonitrile 2,6-difluorobenzonitrile, anisonitrile, α-naphthonitrile, β-naphthonitrile, phthalonitrile, isophthalonitrile, terephthalonitrile, benzyl cyanide, phenylacetonitrile, etc. α-hydroxynitriles: α-hydroxy- n-propionitrile, α-hydroxy-n-butyronitrile, α-hydroxy-isobutyronitrile, α-hydroxy-n-hexonitrile, α-hydroxy-n-heptyronitrile, α-hydroxy-n-octonitrile , Α, γ-dihydroxy-β, β-dimethyl Rubutyronitrile, acrolein cyanohydrin, methacrylaldehyde cyanohydrin, 3-chlorolactonitrile, 4-methylthio-α-hydroxybutyronitrile, α-hydroxy-α-phenylpropionyl, mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile , 3-chloromandelonitrile, 2-thiophenecarboxaldehyde cyanohydrin, 2-pyridinecarboxaldehyde cyanohydrin, 2-pyrrolecarboxaldehyde cyanohydrin, 2-furaldehyde cyanohydrin or 2-naphthylaldehyde cyanohydrin Such

上記ニトリルのうち、特に好ましいニトリルとしては、α−ヒドロキシニトリル類を挙げることができ、もっとも好ましいものとしては、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリル、3−クロロマンデロニトリルなど、ベンゼン環上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよいマンデロニトリルが例示できる。   Among the above nitriles, α-hydroxynitriles can be mentioned as particularly preferred nitriles, and most preferred examples include mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile, 3-chloromandelonitrile and the like on the benzene ring. Examples thereof include mandelonitrile in which the hydrogen atom may be substituted with a halogen atom.

上記α−ヒドロキシニトリルを原料とする場合には、単離精製されたものを原料として用いる必要は必ずしもなく、対応するアルデヒドと青酸塩との反応液をそのまま加えて反応液中で生成されるα−ヒドロキシニトリルを原料としても差し支えない。青酸塩としてはアルカリ金属やアルカリ土類金属の青酸塩が用いられ、青酸ナトリウム、青酸化カリウムなどが好ましい例として挙げられる。アルデヒドは、ベンズアルデヒド、2-クロロベンズアルデヒド、3-クロロベンズアルデヒド等、ベンゼン環上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよいベンズアルデヒドを好ましいものとして挙げることができるが、本発明は2-ピリジンカルボキシアルデヒド、3-ピリジンカルボキシアルデヒド、4-ピリジンカルボキシアルデヒド、2-トルアルデヒド、3-トルアルデヒド、4-トルアルデヒド、2-フルアルデヒド、3-フルアルデヒド、2-チオフェンアルデヒド、3-チオフェンアルデヒド、3-インドールカルボキシアルデヒド、2-ピロールカルボキシアルデヒド、3-ピロールカルボキシアルデヒド、2-ピラジンカルボキシアルデヒド等に対しても同様に適用できる。   When the above α-hydroxynitrile is used as a raw material, it is not always necessary to use an isolated and purified material as a raw material, and the α aldehyde produced in the reaction solution by adding the corresponding reaction solution of aldehyde and cyanate as it is. -Hydroxynitrile may be used as a raw material. As the cyanate, alkali metal or alkaline earth metal cyanate is used, and preferred examples include sodium cyanate and potassium blue oxide. As the aldehyde, benzaldehyde in which the hydrogen atom on the benzene ring may be substituted with a halogen atom, such as benzaldehyde, 2-chlorobenzaldehyde, and 3-chlorobenzaldehyde, can be mentioned as a preferable example. Aldehyde, 3-pyridinecarboxaldehyde, 4-pyridinecarboxaldehyde, 2-tolualdehyde, 3-tolualdehyde, 4-tolualdehyde, 2-furaldehyde, 3-furaldehyde, 2-thiophenaldehyde, 3-thiophenaldehyde, 3 It can be similarly applied to indole carboxaldehyde, 2-pyrrole carboxaldehyde, 3-pyrrole carboxaldehyde, 2-pyrazine carboxaldehyde and the like.

本発明のカルボン酸の製造方法を実施するための反応液は、水や緩衝液などの水系反応であっても、有機溶媒が添加された水系反応液であってもよい。上述の通り、本発明のアースロバクター エスピー F−73株あるいはこれと同等のアースロバクター属微生物は、ニトリラーゼ活性を有し、かつこのニトリラーゼ活性は有機溶媒耐性である。したがって、水または緩衝液のような水系反応液を用いて製造を実施することも、有機溶媒が添加された水系反応液で実施することもできる。したがって、基質となるニトリルが水系反応液に溶けにくい場合には、有機溶媒が添加されて水系反応液を用いて基質の溶解度を高めた状態で反応させることが可能となる。このことにより従来の微生物のニトリラーゼを用いた方法では、製造が困難あるいは不効率であった水に難溶なニトリルを原料とするカルボン酸も工業的に製造することが可能となる。   The reaction liquid for carrying out the method for producing a carboxylic acid of the present invention may be an aqueous reaction such as water or a buffer, or an aqueous reaction liquid to which an organic solvent is added. As described above, the Arthrobacter sp. F-73 strain of the present invention or an equivalent Arthrobacter microorganism has nitrilase activity, and the nitrilase activity is resistant to organic solvents. Therefore, the production can be performed using an aqueous reaction solution such as water or a buffer solution, or can be performed using an aqueous reaction solution to which an organic solvent is added. Therefore, when the nitrile serving as the substrate is difficult to dissolve in the aqueous reaction solution, the reaction can be performed in a state where the organic solvent is added and the solubility of the substrate is increased using the aqueous reaction solution. This makes it possible to industrially produce carboxylic acids starting from nitriles which are difficult or inefficient to produce and which are difficult or inefficient to produce water-insoluble nitriles.

水系反応液に添加し得る有機溶媒としては、以下に具体的に例示する水溶性アルコール類、水溶性ケトン類、アミド類、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
水溶性アルコール類:メタノール、エタノール、プロパノール、1,3−プロパンジオール、エチレングリコールなど
水溶性ケトン類:アセトンなど
アミド類:ジメチルホルムアミドなど
Examples of the organic solvent that can be added to the aqueous reaction solution include water-soluble alcohols, water-soluble ketones, amides, and dimethyl sulfoxide specifically exemplified below.
Water-soluble alcohols: methanol, ethanol, propanol, 1,3-propanediol, ethylene glycol and other water-soluble ketones: acetone and other amides: dimethylformamide, etc.

あるいは、水に溶解しにくい有機溶媒を添加し有機溶媒と水系反応液との二層系を用いてもよい。水に溶解しにくい有機溶媒としては、以下に例示するエステル類、ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類、高級アルコール類、エーテル類等が挙げられる。
エステル類:酢酸エチルまたは酢酸ブチルなど
ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類:トルエン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、オクタンまたはクロロホルムなど
高級アルコール類:1−オクタノールなど
エーテル類:1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなど
Alternatively, a two-layer system of an organic solvent and an aqueous reaction solution may be used by adding an organic solvent that is difficult to dissolve in water. Examples of the organic solvent that hardly dissolves in water include esters exemplified below, hydrocarbons optionally substituted with halogen, higher alcohols, ethers, and the like.
Esters: Hydrocarbons optionally substituted with halogen such as ethyl acetate or butyl acetate: Higher alcohols such as toluene, n-hexane, cyclohexane, octane or chloroform: Ethers such as 1-octanol: 1,4-dioxane, Tetrahydrofuran etc.

有機溶媒は本発明の加水分解反応を損なわない範囲で適宜添加すればよいが、通常、水系反応液に対して60%(V/V)以下の量が添加できる。例えば、アセトン、メタノール、ジメチルスルホキシド、ヘキサン等の場合は10〜50%(V/V)以下、好ましくは20〜40%(V/V)が添加できる。ジメチルホルムアミド、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、1,3−プロパンジオール等の場合は5〜30%(V/V)以下、好ましくは10〜20%以下の量が添加できる。また、これらの有機溶媒は、酵素活性を損なわない範囲で適宜2種以上を混合して添加しても差し支えない。   The organic solvent may be appropriately added within a range that does not impair the hydrolysis reaction of the present invention. Usually, an amount of 60% (V / V) or less can be added to the aqueous reaction solution. For example, in the case of acetone, methanol, dimethyl sulfoxide, hexane or the like, 10 to 50% (V / V) or less, preferably 20 to 40% (V / V) can be added. In the case of dimethylformamide, ethyl acetate, tetrahydrofuran, 1,3-propanediol, 5 to 30% (V / V) or less, preferably 10 to 20% or less can be added. In addition, these organic solvents may be added in a mixture of two or more as long as the enzyme activity is not impaired.

上述した精製されたα−ヒドロキシニトリルに代えて対応するアルデヒドと青酸塩とを原料として用いる場合には、水系反応液と二層を形成する有機溶媒を添加した二層系を用いることが好ましい。酵素反応の場である水系溶媒中において、アルデヒドやニトリルなど酵素に対して毒性を示す可能性のある化合物の濃度を下げることができ、より効果的に反応を進行させることができる。アルデヒドと青酸塩とを原料に用いる場合、好ましい有機溶媒として酢酸エチル、トルエン等が例示できる。   When the corresponding aldehyde and cyanate are used as raw materials instead of the purified α-hydroxynitrile described above, it is preferable to use a two-layer system in which an aqueous reaction liquid and an organic solvent that forms two layers are added. In the aqueous solvent, which is the site of the enzyme reaction, the concentration of compounds that may be toxic to the enzyme, such as aldehydes and nitriles, can be lowered, and the reaction can proceed more effectively. In the case of using aldehyde and cyanate as raw materials, preferred organic solvents include ethyl acetate and toluene.

反応液中の基質化合物の濃度は、特に制限されないが、たとえばα−ヒドロキシニトリルの場合、通常、0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5.0重量%とすることができる。基質は反応開始時に一括して添加することも可能であるが、反応液中の基質濃度が高くなりすぎないように連続的、もしくは非連続的に添加することが望ましい。   The concentration of the substrate compound in the reaction solution is not particularly limited. For example, in the case of α-hydroxynitrile, it can be usually 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 5.0% by weight. The substrate can be added all at once at the start of the reaction, but it is desirable to add the substrate continuously or discontinuously so that the substrate concentration in the reaction solution does not become too high.

さらに本発明の加水分解反応において、反応液中に界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、0.1〜5.0重量%のTriton X−100、あるいはTween60などが用いられる。   Furthermore, in the hydrolysis reaction of the present invention, a surfactant may be added to the reaction solution. As the surfactant, 0.1 to 5.0% by weight of Triton X-100 or Tween 60 is used.

この基質濃度に対して、本発明のニトリラーゼ活性物質は、たとえば1mU/mL〜100U/mL、好ましくは100mU/mL以上の酵素活性量とすることにより、酵素反応を効率的に進めることができる。酵素活性物質として微生物菌体を利用するときには、基質に対する微生物の使用量は、乾燥菌体として0.01〜5.0重量%相当量とするのが好ましい。酵素や、菌体などの酵素活性物質は、反応液に溶解あるいは分散させることにより、基質と接触させることができる。あるいは、化学結合や包括などの手法によって固定化した酵素活性物質を用いることもできる。更に、基質は透過できるが、酵素分子や菌体の透過を制限する多孔質膜で基質溶液と酵素活性物質を隔てた状態で反応させることもできる。   By setting the nitrilase active substance of the present invention to an enzyme activity amount of, for example, 1 mU / mL to 100 U / mL, preferably 100 mU / mL or higher, the enzyme reaction can be efficiently advanced. When microbial cells are used as the enzyme active substance, the amount of microorganisms used relative to the substrate is preferably 0.01 to 5.0% by weight as dry cells. Enzymes and enzyme active substances such as bacterial cells can be brought into contact with the substrate by dissolving or dispersing them in the reaction solution. Alternatively, an enzyme active substance immobilized by a technique such as chemical bonding or inclusion can be used. Furthermore, although the substrate can permeate, it can be reacted in a state where the substrate solution and the enzyme active substance are separated by a porous membrane that restricts permeation of enzyme molecules and bacterial cells.

反応は、通常、氷点〜50℃、好ましくは10〜30℃で0.1〜100時間行うことができる。反応液のpHは、酵素活性を維持できれば特に限定されないが、通常、5〜10、好ましくは6〜9の範囲で適宜設定すればよい。   The reaction is usually carried out at a freezing point to 50 ° C, preferably 10 to 30 ° C for 0.1 to 100 hours. The pH of the reaction solution is not particularly limited as long as the enzyme activity can be maintained, but it may be appropriately set in the range of usually 5 to 10, preferably 6 to 9.

反応液中でニトリルと本発明の微生物またはその酵素活性物質が接触することにより、ニトリルが加水分解されて対応するカルボン酸が生成し反応液に蓄積する。ここで蓄積したカルボン酸は、反応液から公知の方法によって回収し、精製することができる。具体的には、たとえば、限外ろ過、濃縮、カラムクロマトグラフィー、抽出、活性炭処理、蒸留など通常の方法を組み合せることで回収、精製できる。   When the nitrile and the microorganism of the present invention or the enzyme active substance thereof are contacted in the reaction solution, the nitrile is hydrolyzed to produce the corresponding carboxylic acid and accumulate in the reaction solution. The carboxylic acid accumulated here can be recovered from the reaction solution by a known method and purified. Specifically, for example, it can be recovered and purified by combining ordinary methods such as ultrafiltration, concentration, column chromatography, extraction, activated carbon treatment, and distillation.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例において用いた標準的な測定方法について説明する。
酵素活性の測定方法:
実施例におけるニトリラーゼ活性の標準的な測定方法は次のとおりである。なお、酵素反応の基本反応液組成は次の通りとした:Total volume 2.00 ml:2-Thiopheneacetonitrile 10mM、KPB (pH7.0) 50mM、酵素溶液 0.10 ml、0.85% (w/v) NaClaq 0.90 ml。
酵素反応は、基質化合物である2−チオフェンアセトニトリルの添加で反応を開始し、30℃で10分間行った。3N塩酸を0.1ml添加し、激しく振盪させて、反応を停止させた。反応液中に生成した2−チオフェン酢酸を以下に示すHPLCで定量し、ニトリラーゼ活性を算出した。
反応液のHPLC分析の条件:
・カラム:Wakosil−II 5C18 RS (4.6×150nm)、
・移動相:50mM KHPO(pH2.8)/CHOH=7/3(v/v)
・流速:1.0ml/min.、検出:UV235nm、カラム温度:40℃
上記ニトリラーゼ活性の算出において、ニトリラーゼ1Uは標準反応液組成において30℃で1分間に1μmolの2−チオフェン酢酸を生成する酵素量と定義した。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The standard measurement method used in the following examples will be described.
Method for measuring enzyme activity:
The standard method for measuring nitrilase activity in the examples is as follows. The basic reaction solution composition of the enzyme reaction was as follows: Total volume 2.00 ml: 2-Thiopheneacetonitrile 10 mM, KPB (pH 7.0) 50 mM, enzyme solution 0.10 ml, 0.85% (w / v) NaClaq 0.90 ml.
The enzymatic reaction was started by adding 2-thiopheneacetonitrile as a substrate compound, and was performed at 30 ° C. for 10 minutes. 0.1 ml of 3N hydrochloric acid was added and shaken vigorously to stop the reaction. The 2-thiopheneacetic acid produced | generated in the reaction liquid was quantified by HPLC shown below, and the nitrilase activity was computed.
Conditions for HPLC analysis of the reaction solution:
Column: Wakosil-II 5C18 RS (4.6 × 150 nm),
Mobile phase: 50 mM K 2 HPO 4 (pH 2.8) / CH 3 OH = 7/3 (v / v)
-Flow rate: 1.0 ml / min. , Detection: UV 235 nm, column temperature: 40 ° C.
In the calculation of the nitrilase activity, nitrilase 1U was defined as the amount of enzyme that produced 1 μmol of 2-thiopheneacetic acid per minute at 30 ° C. in the standard reaction solution composition.

[実施例1]有機溶媒耐性を有するニトリラーゼ生産微生物の単離
各種ニトリルを含有した培地で集積培養して、ニトリル分解菌の中から特に分解能力の高い菌株として岐阜大学の構内から採取された土壌より分離したF−73株を選択した。
[Example 1] Isolation of a nitrilase-producing microorganism having resistance to organic solvents Soil collected from a premises of Gifu University as a strain having a particularly high decomposing ability among nitrile-degrading bacteria after accumulating in a medium containing various nitriles The more isolated F-73 strain was selected.

本菌株よりDNAを抽出し、16S rRNAに対応する16S rDNAの塩基をPCR法によって増幅して、最初の1469塩基の相同性を既知のArthrobacter属各種の Type strain とMicroSeqのデータベースで比較したところ、最も値の高い種はArthrobacter protophormlae DSM 20618であり、それとの16S rDNAの相同性は95.71%であったところから、最終的に本菌をArthrobacter sp.と同定した。   When DNA was extracted from this strain, the base of 16S rDNA corresponding to 16S rRNA was amplified by PCR, and the homology of the first 1469 bases was compared in the database of known type strains of various types of Arthrobacter and MicroSeq. The species with the highest value is Arthrobacter prototype protein DSM 20618, and the homology of 16S rDNA with it was 95.71%, so this bacterium was finally identified as Arthrobacter sp. Was identified.

なお、以下の実施例では、特に理がない限り、本菌株の培養は、次の通り行った。以下の組成からなる前培養培地 5mlを試験管(25×200mm)に分注し、シリコン栓をしてオートクレーブで滅菌した。放冷後、菌株を一白金耳植菌し、28℃で1日間振盪培養した。次に、500ml坂口フラスコに分注しオートクレーブで滅菌した以下の組成からなる本培養培地20mlに、前培養後の培養物を移し換えた。28℃で5日間振盪培養した。
前培養培地(pH7.0):
ポリペプトン 5.0g、肉エキス 5.0g、NaCl 2.0g、酵母エキス 0.5g、蒸留水 1.0L。
本培養培地(pH7.0):
2−チオフェンアセトニトリル 1.5ml、ラクト−ス 1.0g、酵母エキス 1.0g、MgSO7HO 0.2g、KHPO 1.0g、蒸留水 1.0L。
In the following examples, the strain was cultured as follows unless otherwise specified. 5 ml of a preculture medium having the following composition was dispensed into a test tube (25 × 200 mm), sealed with a silicon stopper, and sterilized by an autoclave. After standing to cool, the strain was inoculated with one platinum ear and cultured with shaking at 28 ° C. for 1 day. Next, the culture after pre-culture was transferred to 20 ml of the main culture medium having the following composition which was dispensed into a 500 ml Sakaguchi flask and sterilized by autoclaving. The culture was shaken at 28 ° C. for 5 days.
Pre-culture medium (pH 7.0):
Polypeptone 5.0 g, meat extract 5.0 g, NaCl 2.0 g, yeast extract 0.5 g, distilled water 1.0 L.
Main culture medium (pH 7.0):
2-thiophene acetonitrile 1.5 ml, lactose 1.0 g, yeast extract 1.0 g, MgSO 4 7H 2 O 0.2 g, K 2 HPO 4 1.0 g, distilled water 1.0 L.

[実施例2]ニトリラーゼ活性の測定
Arthrobacter sp. F−73を前培養培地A(ペプトン 0.5g、肉エキス 0.5g、NaCl 0.2g、酵母エキス 0.05g、蒸留水 100ml、pH7.0)4ml/試験管で一日間、28℃で培養した後に本培養培地B(酵母エキス 1.0g、グルタミン酸Na 4.0g、KHPO 1.0g、MgSO・7HO 0.5g、イソバレロニトリル 3ml、蒸留水 1 L、pH7.0)40ml/500ml坂口フラスコで28℃、三日間培養した。
[Example 2] Measurement of nitrilase activity Arthrobacter sp. Pre-culture medium A (peptone 0.5 g, meat extract 0.5 g, NaCl 0.2 g, yeast extract 0.05 g, distilled water 100 ml, pH 7.0) 4 ml / test tube for 1 day at 28 ° C. After culturing, the main culture medium B (yeast extract 1.0 g, glutamic acid Na 4.0 g, KH 2 PO 4 1.0 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, isovaleronitrile 3 ml, distilled water 1 L, pH 7. 0) The cells were cultured at 28 ° C. for 3 days in a 40 ml / 500 ml Sakaguchi flask.

培養液を遠心分離して菌体を集菌し、反応液C(基質 20mM、リン酸カリウム緩衝液pH7.0 50mM)2ml/試験管で30℃で反応した。反応は3Nの塩酸を添加して止めて、上清をHPLCで分析した。総活性は培養液1mlあたりの菌体が生成する生成物の一分あたりの生成速度(μmol/ml/min)で表した。
2−チオフェンアセトニトリル、1−ナフチルアセトニトリル、プロピオニトリル、n−ブチロニトリル、n−バレロニトリル、アクリロニトリル、クロトノニトリル、2−シアノフラン、シアノピラジン、3−チオフェンアセトニトリル、3−インドールアセトニトリル、ベンジルシアニド、3−トリルアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ヒドロキシ−4−チオメチルブチロニトリル、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリルを基質として、それぞれの対応するカルボン酸の生成を測定した。結果を表1に示した。

Figure 0004565447
The culture was centrifuged to collect the cells, and reacted at 30 ° C. in 2 ml / test tube of reaction solution C (substrate 20 mM, potassium phosphate buffer pH 7.0 50 mM). The reaction was stopped by adding 3N hydrochloric acid, and the supernatant was analyzed by HPLC. The total activity was expressed as the production rate per minute (μmol / ml / min) of the product produced by the cells per 1 ml of the culture solution.
2-thiopheneacetonitrile, 1-naphthylacetonitrile, propionitrile, n-butyronitrile, n-valeronitrile, acrylonitrile, crotononitrile, 2-cyanofuran, cyanopyrazine, 3-thiopheneacetonitrile, 3-indoleacetonitrile, benzylcyanide, 3-tolylacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-hydroxy-4-thiomethylbutyronitrile, mandelonitrile and 2-chloromandelonitrile are used as substrates, respectively. The formation of carboxylic acid was measured. The results are shown in Table 1.
Figure 0004565447

[実施例3] 有機溶媒耐性の評価
実施例2の反応液に終濃度が最大60%(v/v)になるようにアセトンを添加して、反応温度20℃とした以外は実施例2と同様にして反応を行った。表3に示したようにアセトン濃度60%でも、10%以上のニトリラーゼ活性が残存することがわかった。比較のため同様に培養したAlcaligenes faecalis JM3を用いて反応を行ったが、表2に示したようにアセトン濃度30%以上で活性はみられなくなった。

Figure 0004565447
[Example 3] Evaluation of resistance to organic solvent Example 2 except that acetone was added to the reaction solution of Example 2 so that the final concentration was 60% (v / v) at maximum so that the reaction temperature was 20 ° C. The reaction was conducted in the same manner. As shown in Table 3, it was found that 10% or more of nitrilase activity remained even at an acetone concentration of 60%. For comparison, the reaction was carried out using Alcaligenes faecalis JM3 cultured in the same manner. As shown in Table 2, the activity was not observed when the acetone concentration was 30% or more.
Figure 0004565447

[実施例4] 有機溶媒耐性の評価
実施例1の反応液に終濃度が20%、40%(v/v)になるように有機溶媒(アセトン、メタノール、n−ヘキサンまたはDMSO)を添加して、実施例3と同様な条件で反応を行った。それぞれ表3〜6に示したように有機溶媒濃度40%でも活性があることが示された。

Figure 0004565447
Figure 0004565447
Figure 0004565447
Figure 0004565447
[Example 4] Evaluation of organic solvent resistance An organic solvent (acetone, methanol, n-hexane or DMSO) was added to the reaction solution of Example 1 so that the final concentration was 20% and 40% (v / v). The reaction was carried out under the same conditions as in Example 3. As shown in Tables 3 to 6, the activity was shown even at an organic solvent concentration of 40%.
Figure 0004565447
Figure 0004565447
Figure 0004565447
Figure 0004565447

[実施例5] 有機溶媒を添加した2−クロロマンデル酸生産
実施例2の培養菌体48mgを反応液(2−クロロマンデロニトリル 40mM、リン酸カリ緩衝液(pH8.0)100mM、有機溶媒20%v/v)2.0ml/試験管で22時間、30℃で反応した。結果を表7に示した。アセトン、DMF、1,3−プロパンジオール、THFを添加した系で光学純度が高くなった。

Figure 0004565447
[Example 5] 2-Chloromandelic acid production with addition of organic solvent 48 mg of the cultured bacterial cells of Example 2 were added to the reaction solution (2-chloromandelonitrile 40 mM, potassium phosphate buffer (pH 8.0) 100 mM, organic solvent) (20% v / v) The reaction was carried out at 2.0 ° C./test tube for 22 hours at 30 ° C. The results are shown in Table 7. The optical purity increased in a system in which acetone, DMF, 1,3-propanediol, and THF were added.
Figure 0004565447

[実施例6]DMFを添加した系での光学活性2−クロロマンデル酸生産
実施例2の培養菌体580mg(乾燥菌体)を反応液(2−クロロマンデロニトリルは初発40mM、逐次20mM添加で計240mM、bisulfite 20mM、リン酸カリ緩衝液pH8.0 100mM、有機溶媒 20%v/v)10ml/試験管で160rpm、30℃の条件で24時間反応した。収率は61.7%、光学純度93.8%eeの(R)−2−クロロマンデル酸が得られた。
[Example 6] Production of optically active 2-chloromandelic acid in a system to which DMF was added 580 mg (dried cells) of cultured cells of Example 2 were added to the reaction solution (2-chloromandelonitrile was initially added at 40 mM and successively 20 mM added). The total reaction was 240 mM, bisulfite 20 mM, potassium phosphate buffer pH 8.0 100 mM, organic solvent 20% v / v) 10 ml / reaction in a test tube at 160 rpm and 30 ° C. for 24 hours. (R) -2-chloromandelic acid having a yield of 61.7% and an optical purity of 93.8% ee was obtained.

[実施例7] DMFを添加した反応系での光学活性マンデル酸生産
実施例6と同様に培養菌体580mg(乾燥菌体)を反応液(クロロマンデロニトリルは初発40mM、逐次20mM添加で計280mM、リン酸カリ緩衝液pH8.0 100mM、有機溶媒 20%v/v)10ml/試験管で160rpm、30℃の条件で24時間反応した。収率は81.1%、光学純度93.4%eeの(R)−マンデル酸が得られた。
[Example 7] Production of optically active mandelic acid in a reaction system to which DMF was added In the same manner as in Example 6, 580 mg (dried cells) of cultured cells were added to the reaction solution (chloromandelonitrile was initially added at 40 mM and successively added at 20 mM). 280 mM, potassium phosphate buffer pH 8.0 100 mM, organic solvent 20% v / v) The reaction was carried out for 24 hours under conditions of 10 ml / test tube and 160 rpm at 30 ° C. The yield was 81.1%, and (R) -mandelic acid having an optical purity of 93.4% ee was obtained.

[実施例8] 酢酸エチルを添加した系での光学活性クロルマンデル酸生産
実施例6同様に培養菌体580mg(乾燥菌体)を反応液(クロロマンデロニトリルは初発100mM、2.5時間、4.5時間、6.5時間後に逐次100mM添加で計400mM、トリス塩酸緩衝液pH9.0 50mM、酢酸エチル 10%v/v)10ml/試験管で160rpm、30℃の条件で9時間反応した。収率は92%、光学純度98.5%eeの(R)−2−クロロマンデル酸が得られた。124mgの(R)−2−クロロマンデル酸を含有する反応終了液を減圧下、酢酸エチルを除き、15000rpm、10分間、遠心分離を行い、菌体と残存した基質を除いた。NaHCOと酢酸エチルと塩酸を加え、酢酸エチルに抽出した後、減圧下脱溶媒を行ったところ、収率89%で110mgの光学純度99.3%eeの(R)−2−クロロマンデル酸の結晶が得られた。NMR分析の結果、標品と一致した。
[Example 8] Optically active chlormandelic acid production in a system to which ethyl acetate was added In the same manner as in Example 6, 580 mg (dried cells) of cultured cells were added to the reaction solution (chloromandelonitrile was initially 100 mM, 2.5 hours, After 4.5 hours and 6.5 hours, 100 mM was added in succession for a total of 400 mM, Tris-HCl buffer pH 9.0 50 mM, ethyl acetate 10% v / v) 10 ml / reacted in a test tube at 160 rpm and 30 ° C. for 9 hours. . The yield was 92%, and (R) -2-chloromandelic acid having an optical purity of 98.5% ee was obtained. The reaction-terminated liquid containing 124 mg of (R) -2-chloromandelic acid was subjected to centrifugation at 15000 rpm for 10 minutes under reduced pressure to remove the cells and the remaining substrate. NaHCO 3 , ethyl acetate and hydrochloric acid were added, and the mixture was extracted into ethyl acetate, followed by desolvation under reduced pressure. As a result, 110 mg of (R) -2-chloromandelic acid having an optical purity of 99.3% ee was obtained in 89% yield. Crystal was obtained. NMR analysis agreed with the standard.

[実施例9] 酢酸エチル添加した系での2-クロロベンズアルデヒドとKCN からの光学活性クロロマンデル酸青酸
2-クロロベンズアルデヒド 200 mM, KCN 200 mM, リン酸カリウム緩衝液(pH 7.0) 100 mM, 20%(v/v) 酢酸エチルを含む反応液に実施例1の培養菌体 (乾燥重量18.0 mg)を添加して、20℃で24時間振反応させた結果、135 mM(25.2 g/L)のR-2-クロロマンデル酸を生成し、そのe.e.は100%を示した。
[Example 9] Optically active chloromandelic acid cyanide from 2-chlorobenzaldehyde and KCN in a system to which ethyl acetate was added
2-Chlorobenzaldehyde 200 mM, KCN 200 mM, potassium phosphate buffer (pH 7.0) 100 mM, 20% (v / v) The cultured cells of Example 1 (dry weight 18.0 mg) in a reaction solution containing ethyl acetate As a result of shaking reaction at 20 ° C. for 24 hours, 135 mM (25.2 g / L) of R-2-chloromandelic acid was produced, and the ee thereof was 100%.

[比較例1] 有機溶媒非添加の水系での光学活性クロルマンデル酸生産
実施例8同様に培養菌体580mg(乾燥菌体)を反応液(クロロマンデロニトリルは初発100mM、2.5時間に逐次100mM添加で計200mM、トリス塩酸緩衝液pH9.0 50mM)10ml/試験管で160rpm、30℃の条件で21.5時間反応した。収率は78%、光学純度85.9%eeの(R)−2−クロロマンデル酸が得られた。実施例7の酢酸エチルを添加した系と比較して蓄積量、収率、光学純度とも低かった。
[Comparative Example 1] Optically active chlormandelic acid production in an aqueous system to which no organic solvent was added In the same manner as in Example 8, 580 mg (dried cells) of cultured cells were added to the reaction solution (chloromandelonitrile was initially 100 mM for 2.5 hours). The reaction was continued for 21.5 hours under the conditions of 10 ml / test tube at 160 rpm and 30 ° C. with a total of 200 mM added in succession at 100 mM and Tris-HCl buffer pH 9.0 50 mM). (R) -2-chloromandelic acid having a yield of 78% and an optical purity of 85.9% ee was obtained. Compared to the system in which ethyl acetate was added in Example 7, the accumulated amount, yield, and optical purity were low.

[比較例2] 酢酸エチル添加しない系での2-クロロベンズアルデヒドとKCN からの光学活性クロロマンデル酸青酸
酢酸エチルを添加しない以外は実施例9と同様に反応させた結果、2-クロロベンズアルデヒドはほとんど反応系に溶解せず反応はほとんど進行しなかった。その生成量は2 mMであり、その光学純度は73%e.e.であった。
Comparative Example 2 Optically active chloromandelic acid hydrocyanic acid from 2-chlorobenzaldehyde and KCN in a system without addition of ethyl acetate The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that ethyl acetate was not added. As a result, almost no 2-chlorobenzaldehyde was obtained. The reaction hardly proceeded without dissolving in the reaction system. The amount produced was 2 mM, and the optical purity was 73% ee.

本発明の有機溶媒耐性のニトリラーゼ微生物を利用することにより、反応に使用し得る反応液が、水系反応液、水溶性有機溶媒を添加した水系反応液、水系反応液に溶解しない有機溶媒を添加したニ層系などと広がり、これにより基質として使用し得るニトリルも水溶性ニトリルから、水に難溶なニトリルまで広範囲に対応することが可能となった。そのため、本発明の微生物を用いることにより、従来、ニトリラーゼを利用した製造では困難であったカルボン酸を含むより多くのカルボン酸を工業的に製造することが可能となる。   By utilizing the organic solvent-resistant nitrilase microorganism of the present invention, a reaction solution that can be used for the reaction is an aqueous reaction solution, an aqueous reaction solution to which a water-soluble organic solvent is added, or an organic solvent that is not dissolved in the aqueous reaction solution. As a result, the nitrile that can be used as a substrate can be used in a wide range from a water-soluble nitrile to a nitrile that is hardly soluble in water. Therefore, by using the microorganism of the present invention, it becomes possible to industrially produce more carboxylic acid including carboxylic acid, which has conventionally been difficult to produce using nitrilase.

Claims (8)

受託番号FERM P-20349で表されるアースロバクター エスピー F−73(Arthrobacter sp. F-73)株。 Arthrobacter sp. F-73 strain represented by accession number FERM P-20349 . 受託番号FERM P-20349で表されるアースロバクター エスピー F−73(Arthrobacter sp. F-73)株または該株由来のニトリラーゼ活性を有する酵素活性物質を水系反応液中でニトリルと接触させて該ニトリルから生成されるカルボン酸を回収する、カルボン酸の製造方法であって、ニトリルが、2−チオフェンアセトニトリル、n−バレロニトリル、アクリロニトリル、2−シアノフラン、3−チオフェンアセトニトリル、3−インドールアセトニトリル、ベンジルシアニド、3−トリルアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリルからなる群より選択される、方法 An Arthrobacter sp. F-73 (Arthrobacter sp. F-73) strain represented by accession number FERM P-20349 or an enzyme active substance having nitrilase activity derived from the strain is contacted with nitrile in an aqueous reaction solution A method for producing a carboxylic acid, which recovers a carboxylic acid produced from a nitrile, wherein the nitrile is 2-thiopheneacetonitrile, n-valeronitrile, acrylonitrile, 2-cyanofuran, 3-thiopheneacetonitrile, 3-indoleacetonitrile, benzyl A process selected from the group consisting of cyanide, 3-tolylacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile . 受託番号FERM P-20349で表されるアースロバクター エスピー F−73(Arthrobacter sp. F-73)株または該由来のニトリラーゼ活性を有する酵素活性物質を、有機溶媒が添加された水系反応液中でニトリルと接触させて該ニトリルから生成されるカルボン酸を回収する、カルボン酸の製造方法であって、ニトリルが、2−チオフェンアセトニトリル、アクリロニトリル、2−シアノフラン、3−チオフェンアセトニトリル、3−インドールアセトニトリル、ベンジルシアニド、3−トリルアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリルからなる群より選択され、有機溶媒がアルコール類、ケトン類、アミド類、ジメチルスルホキシド、エステル類、ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類またはエーテル類から選択される少なくとも1種以上であって、かつ、
アルコール類がメタノール、エタノール、プロパノール、1−オクタノール、1,3−プロパンジオールまたはエチレングリコールのいずれか又は組合せ、
ケトン類がアセトン、
アミド類がジメチルホルムアミド、
エステルが酢酸エチル、
ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素がトルエン、シクロヘキサン、オクタンまたはクロロホルム、
エーテル類が1,4−ジオキサンまたはテトラヒドロフランである、方法
Accession number FERM ground represented by P-20349 Arthrobacter sp F-73 (Arthrobacter sp. F -73) strain or the enzymatic active substance having nitrilase activity derived from the strain, the aqueous reaction solution an organic solvent is added A carboxylic acid produced from the nitrile by contacting with the nitrile in the process, wherein the nitrile is 2-thiopheneacetonitrile, acrylonitrile, 2-cyanofuran, 3-thiopheneacetonitrile, 3-indoleacetonitrile Benzylcyanide, 3-tolylacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile, the organic solvent is an alcohol or ketone Amides, dimethyl sulfoxide, ethanol Ethers, comprising at least one selected from may also hydrocarbons substituted with halogen or ether, and,
The alcohol is methanol, ethanol, propanol, 1-octanol, 1,3-propanediol, or ethylene glycol, or a combination thereof;
Ketones are acetone,
Amides are dimethylformamide,
The ester is ethyl acetate,
The hydrocarbon optionally substituted with halogen is toluene, cyclohexane, octane or chloroform,
A process wherein the ethers are 1,4-dioxane or tetrahydrofuran .
水系反応液への有機溶媒の添加濃度が、60%(V/V)以下である、請求項3記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 3 whose addition density | concentration of the organic solvent to an aqueous reaction liquid is 60% (V / V) or less. ニトリルが、マンデロニトリルまたは2−クロロマンデロニトリルである、請求項2〜のいずれかに記載のカルボン酸の製造方法。 The method for producing a carboxylic acid according to any one of claims 2 to 4 , wherein the nitrile is mandelonitrile or 2-chloromandelonitrile . マンデロニトリルまたは2−クロロマンデロニトリルが、水系反応液中に添加されたそれぞれベンズアルデヒドまたは2−クロロベンズアルデヒドと青酸塩とから生成される、請求項記載の製造方法。 6. The production method according to claim 5 , wherein mandelonitrile or 2-chloromandelonitrile is produced from benzaldehyde or 2-chlorobenzaldehyde and a cyanate respectively added to the aqueous reaction solution. 水系反応液に添加された有機溶媒が、水系溶媒と二層を形成し得る有機溶媒である、請求項記載の製造方法。 The manufacturing method of Claim 6 whose organic solvent added to the aqueous reaction liquid is an organic solvent which can form a two-layer with an aqueous solvent. 有機溶媒が、酢酸エチルである請求項記載の製造方法。 The production method according to claim 7 , wherein the organic solvent is ethyl acetate.
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