JP4581821B2 - Improved production of optically active 1,2-diols by microbial culture - Google Patents

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

本発明は、医薬、農薬、生理活性物質などに使用される光学活性化合物またはその中間体の合成において、有用なキラルビルディングブロックとなりうる光学活性ハロゲノヒドリン類を含む光学活性1,2−ジオール類の製造方法に関する。より詳しくは、不斉資化分割による光学活性1,2−ジオール類の製造方法に関する。   The present invention relates to the production of optically active 1,2-diols containing optically active halogenohydrins that can be useful chiral building blocks in the synthesis of optically active compounds or their intermediates used in pharmaceuticals, agricultural chemicals, physiologically active substances and the like. Regarding the method. More specifically, the present invention relates to a method for producing optically active 1,2-diols by asymmetric assimilation resolution.

光学活性ハロゲノヒドリン類を含む光学活性1,2−ジオールの微生物を利用する生物学的な製法に関しては、シュードモナス属微生物の休止菌体を用いた光学活性1,2−プロパンジオールの製法(特許文献1)やS体3−ハロゲノ−1,2−プロパンジオールの製法(特許文献2)が知られている。   Regarding a biological production method using a microorganism of optically active 1,2-diol containing optically active halogenohydrins, a method for producing optically active 1,2-propanediol using a resting cell of Pseudomonas microorganisms (Patent Document 1) ) And S-form 3-halogeno-1,2-propanediol (Patent Document 2) are known.

また本発明者らにより、光学活性体を炭素源として資化し増殖する能力を有する微生物を該ラセミ体を単一炭素源とする培地中で培養し、培養終了後に残存する光学活性体を回収する方法(不斉資化分割法)により、1,2−プロパンジオールの光学活性体を製造する方法(特許文献3)や3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学活性体を製造する方法(特許文献4、特許文献5、特許文献6)が開示されている。   Further, the present inventors cultivate a microorganism having the ability to assimilate and proliferate using an optically active substance as a carbon source in a medium containing the racemic body as a single carbon source, and recover the optically active substance remaining after the end of the culture. A method for producing an optically active form of 1,2-propanediol (Patent Document 3) or a method for producing an optically active form of 3-chloro-1,2-propanediol (method of asymmetric associative resolution) (Patent Document 3) Patent Literature 4, Patent Literature 5, and Patent Literature 6) are disclosed.

しかし、上記文献に記載の不斉資化分割法では、用いる培地の品質やロット、特に培地調製時に使用する水質により、微生物による光学活性体の生産能力が大きく変動することが分かってきた。
ここで、一般にミネラル分としてカルシウムは生体成分として重要な元素の一つであり、Ca2+は多くの生命現象の調節に関与していることが知られている。これまでにも、Ca2+濃度を考慮した工業的な微生物培養としては、例えば不飽和脂肪酸の製造のための培養(特許文献7)やトリクロロエチレンの分解のための培養(特許文献8)、エリスリトールの生産のための培養(特許文献9)等で報告されている。しかし、不斉資化分割法による光学活性体の生産における、Ca2+濃度と光学活性体の生産能力との関係、即ちCa2+濃度と反応速度や立体識別性(収率)との関係については全く報告されていない。
特開平6−30790号公報 特開平6−209781号公報 特開2002−253295号公報 特開平3−191795号公報 特開2001−149090号公報 特開平3−191794号公報 再表98/029558号公報 特開平11−46758号公報 特開平11−221092号公報
However, in the asymmetric assimilation method described in the above-mentioned document, it has been found that the ability to produce optically active substances by microorganisms varies greatly depending on the quality and lot of the medium used, especially the water quality used when preparing the medium.
Here, in general, calcium as a mineral component is one of important elements as a biological component, and Ca 2+ is known to be involved in the regulation of many life phenomena. So far, industrial microbial culture considering Ca 2+ concentration includes, for example, culture for production of unsaturated fatty acid (Patent Document 7), culture for decomposition of trichlorethylene (Patent Document 8), erythritol. It has been reported in the culture for the production of (Patent Document 9) and the like. However, in the production of optically active compound by asymmetric assimilation division method, the relationship between the Ca 2+ concentration and optically active form of a production capacity, namely Ca 2+ concentration and the reaction rate and three-dimensional discrimination (yield) and the relationship There is no report about.
JP-A-6-30790 JP-A-6-209781 JP 2002-253295 A Japanese Patent Laid-Open No. 3-191795 JP 2001-149090 A Japanese Patent Laid-Open No. 3-191794 No. 98/029558 JP 11-46758 A JP 11-2221092 A

本発明は、高光学純度の光学活性1,2−ジオール類を、短時間に、高収率で生産することができる光学活性体の製造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 method for producing an optically active substance capable of producing optically active 1,2-diols having high optical purity in a short time and in a high yield.

本発明者らは、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、微生物を用いた不斉資化分割法により光学活性1,2−ジオール類を製造するにあたり、培養開始時の培地中のCa2+濃度を特定範囲に制御することにより光学分割反応の速度、及び光学活性体の収率が著しく向上することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have produced an optically active 1,2-diol by an asymmetric assimilation resolution method using microorganisms. The inventors have found that controlling the Ca 2+ concentration within a specific range significantly improves the speed of the optical resolution reaction and the yield of the optically active substance, thereby completing the present invention.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、下記の光学活性体の製造方法を提供する。   The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following method for producing an optically active substance.

項1.下記の式(1)     Item 1. The following formula (1)

Figure 0004581821
Figure 0004581821

(式中、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、クロロメチル基、又はヒドロキシエチル基を表す。)
で示される化合物のR体又はS体を資化する能力を有する微生物を該化合物のラセミ体を炭素源として含む培地で培養開始時の培地中のCa2+濃度を制御して培養する第1工程と、
得られる培養物より、上記の残存する光学活性体を回収する第2工程とを含む
光学活性体の製造方法。
(In the formula, R represents a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a chloromethyl group, or a hydroxyethyl group.)
A first step of culturing a microorganism having the ability to assimilate the R-form or S-form of the compound represented by the above formula with a racemic isomer of the compound as a carbon source while controlling the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture. When,
A method for producing an optically active substance, comprising: a second step of recovering the remaining optically active substance from the obtained culture.

項2. 第1工程において、培養開始時の培地中のCa2+濃度を、上記式(1)で示される化合物の残存する光学活性体の光学純度が98%e.e.になるまでの時間が130時間以内になるように制御する項1記載の製造方法。 Item 2. In the first step, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture was determined so that the optical purity of the optically active substance in which the compound represented by the above formula (1) remained was 98% e. e. The manufacturing method of claim | item 1 which controls so that time until it may become within 130 hours.

項3. 微生物がシュードモナス属 (Pseudomonas sp.)に属する微生物である項1又は2記載の製造方法。     Item 3. Item 3. The method according to Item 1 or 2, wherein the microorganism is a microorganism belonging to the genus Pseudomonas.

項4. 培養開始時の培地中のCa2+濃度を、3〜40ppmにする項1〜3のいずれかに記載の製造方法。 Item 4. Item 4. The production method according to any one of Items 1 to 3, wherein the Ca 2+ concentration in the medium at the start of culture is 3 to 40 ppm.

項5. 式(1)で示される化合物が1,2−プロパンジオールであり、第1工程において培養開始時の培地中のCa2+濃度を3〜13ppmとし、第2工程においてR体1,2−プロパンジオールを回収する項1〜4のいずれかに記載の製造方法。 Item 5. The compound represented by the formula (1) is 1,2-propanediol, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture is 3 to 13 ppm in the first step, and the R-form 1,2-propanediol in the second step. The manufacturing method in any one of claim | item 1-4 which collect | recovers.

項6. 微生物がシュードモナス ニトロレデューセンス(Pseudomonas nitroreducens) DS−S−RP8株(国際寄託番号:FERM BP−7793)である項5記載の製造方法。   Item 6. Item 6. The method according to Item 5, wherein the microorganism is Pseudomonas nitroreducens DS-S-RP8 strain (international deposit number: FERM BP-7793).

項7. 式(1)で示される化合物が3−クロロ−1,2−プロパンジオールを炭素源とする培地であり、第1工程において培養開始時の培地中のCa2+濃度を3〜40ppmとし、第2工程においてS体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを回収する項1〜4のいずれかに記載の製造方法。 Item 7. The compound represented by the formula (1) is a medium using 3-chloro-1,2-propanediol as a carbon source, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture in the first step is 3 to 40 ppm, Item 5. The production method according to any one of Items 1 to 4, wherein S-form 3-chloro-1,2-propanediol is recovered in two steps.

項8. 微生物がシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−SI−5株(国際寄託番号:FERM BP−7080)である項7記載の製造方法。   Item 8. Item 8. The production method according to Item 7, wherein the microorganism is Pseudomonas sp. DS-SI-5 strain (International Deposit Number: FERM BP-7080).

項9. 式(1)で表される化合物が3−クロロ−1,2−プロパンジオールであり、工程1において培養開始時の培地中のCa2+濃度を5〜28ppmとし、第2工程において、R体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを回収する項1〜4のいずれかに記載の製造方法。 Item 9. The compound represented by the formula (1) is 3-chloro-1,2-propanediol, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture in Step 1 is 5 to 28 ppm, and in the second step, the R isomer Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4, wherein 3-chloro-1,2-propanediol is recovered.

項10. 微生物がシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−K−2D1株(国際寄託番号:FERM BP−3096)である項9記載の製造方法。   Item 10. Item 10. The method according to Item 9, wherein the microorganism is a Pseudomonas sp. DS-K-2D1 strain (International Deposit Number: FERM BP-3096).

本発明方法により、光学活性ハロゲノヒドリン類を含む光学活性1,2−ジオール類の製造の、安定かつ高い生産能力が達成された。詳述すれば、不斉資化分割反応により光学活性ハロゲノヒドリン類を含む光学活性1,2−ジオール類を製造するにあたり、高収率で短時間に98%e.e.以上の高光学純度の光学活性体を得ることができるようになった。また、光学活性体の収率及び光学分割反応速度についての生産バッチごとの変動が少なく、安定して大きな生産能力を実現することに成功した。   By the method of the present invention, a stable and high production capacity for the production of optically active 1,2-diols containing optically active halogenohydrins was achieved. More specifically, in the production of optically active 1,2-diols containing optically active halogenohydrins by an asymmetric assimilation resolution reaction, 98% e. e. The optically active substance having the above high optical purity can be obtained. In addition, the yield of the optically active substance and the optical resolution reaction rate were small for each production batch, and a large production capacity was stably realized.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の光学活性体の製造方法は、下記の式(1)   The method for producing an optically active substance of the present invention comprises the following formula (1):

Figure 0004581821
Figure 0004581821

(式中、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、クロロメチル基、又はヒドロキシエチル基を表す。)
で示される化合物のR体又はS体を資化する能力を有する微生物を該化合物のラセミ体を炭素源として含む培地で培養する第1工程と、得られる培養物より、上記の残存する光学活性体を回収する第2工程とを含む方法である。即ち本発明方法は、微生物を用いた不斉資化分割反応により式(1)で表される化合物のS体又はR体を製造する方法である。
また本発明方法では、第1工程において、培養開始時の培地中のCa2+濃度を制御する。このCa2+濃度は、例えば、上記式(1)で示される化合物の残存する光学活性体の光学純度が98%e.e.になるまでの時間が130時間以内になるように制御すればよい。
(In the formula, R represents a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a chloromethyl group, or a hydroxyethyl group.)
A first step of culturing a microorganism having the ability to assimilate the R-form or S-form of the compound represented by the above in a medium containing a racemate of the compound as a carbon source, and the remaining optical activity from the obtained culture. And a second step of recovering the body. That is, the method of the present invention is a method for producing an S form or an R form of the compound represented by the formula (1) by an asymmetric assimilation resolution reaction using a microorganism.
In the method of the present invention, in the first step, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture is controlled. This Ca 2+ concentration is such that, for example, the optical purity of the optically active substance in which the compound represented by the above formula (1) remains is 98% e.e. e. It may be controlled so that the time until it becomes within 130 hours.

本発明方法では、基質を一括して加える回分培養、基質を複数回に分けて加える流加培養、又は、基質を含む培地を連続的に供給して生成物を連続的に排出する連続培養のいずれの方法を採用してもよい。98%e.e.になるまでの「時間」は、回分培養、及び流加培養では、培養時間を指し、連続培養では滞留時間を指す。また、連続培養では、「培養開始時の培地中のCa2+濃度」は、連続培養開始時の培養槽中のCa2+濃度を指す。また、培養中に供給される培地中のCa2+濃度も制御することが好ましく、例えば、供給培地中のCa2+濃度も、培養開始時の培地中のCa2+の許容濃度範囲内にする等の方法により、98%e.e.になるまでの滞留時間が130時間になるように制御すればよい。
原料化合物
不斉資化分割法による光学活性体製造の原料化合物として上記式(1)で表される化合物のラセミ体を使用する。具体的には、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、及び1,2,4−ブタントリオールからなる群より選ばれる化合物のラセミ体を使用する。
In the method of the present invention, batch culture in which the substrate is added all at once, fed-batch culture in which the substrate is added in multiple steps, or continuous culture in which the medium containing the substrate is continuously supplied and the product is continuously discharged. Any method may be adopted. 98% e. e. The “time” until the time indicates the culture time in batch culture and fed-batch culture, and the residence time in continuous culture. In continuous culture, the “Ca 2+ concentration in the medium at the start of culture” refers to the Ca 2+ concentration in the culture tank at the start of continuous culture. In addition, it is preferable to control the Ca 2+ concentration in the medium supplied during the culture. For example, the Ca 2+ concentration in the supplied medium is also within the allowable concentration range of Ca 2+ in the medium at the start of the culture. 98% e.e. e. It may be controlled so that the residence time until it becomes becomes 130 hours.
The racemic isomer of the compound represented by the above formula (1) is used as a raw material compound for producing an optically active substance by the raw material asymmetric assimilation resolution method. Specifically, from the group consisting of 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol, 3-chloro-1,2-propanediol, and 1,2,4-butanetriol Use the racemate of the compound of choice.

これらの化合物は、例えば相当するエポキシドより硫酸酸性下で加水分解することにより製造することができる。エポキシドからジオールを製造する方法は、例えばTetrahedr.Asymm.(1994)Vol.5,No.2,p239-246;及びBull.Soc.Chim.(1926)Vol.39,p699-700に記載されている。
微生物
本発明方法で使用する微生物は、上記式(1)で表される化合物のR体又はS体を選択的に資化する能力を有する微生物である。微生物は、1種を単独で使用してもよく、原料ラセミ体の目的とする光学活性体のみ資化できる微生物であれば2種以上を混合して使用してもよい。
These compounds can be produced, for example, by hydrolysis from the corresponding epoxide under sulfuric acid acidity. Methods for producing diols from epoxides are described, for example, in Tetrahedr. Asymm. (1994) Vol. 5, No. 2, p239-246; and Bull. Soc. Chim. (1926) Vol. 39, p699-700. Yes.
Microorganism The microorganism used in the method of the present invention is a microorganism having the ability to selectively assimilate the R-form or S-form of the compound represented by the above formula (1). One microorganism may be used alone, or two or more microorganisms may be mixed and used as long as the microorganism can assimilate only the target optically active substance of the racemic raw material.

式(1)の化合物の一方の光学活性体を効率よく資化できる微生物として、シュードモナス属(Pseudomonas sp.)に属する微生物が挙げられる。中でも、シュードモナス・ニトロレデューセンス(Pseudomonas nitroreducens) DS−S−RP8株(国際寄託番号:FERM BP−7793)、シュードモナス属 DS−SI−5株(国際寄託番号:FERM BP−7080)、又はシュードモナス属 DS−K−2D1株(国際寄託番号:FERM BP−3096)が好ましい菌株として挙げられる。   Examples of microorganisms that can efficiently assimilate one optically active compound of the compound of formula (1) include microorganisms belonging to the genus Pseudomonas sp. Among them, Pseudomonas nitroreducens DS-S-RP8 strain (International deposit number: FERM BP-7793), Pseudomonas genus DS-SI-5 strain (international deposit number: FERM BP-7080), or Pseudomonas The genus DS-K-2D1 strain (international deposit number: FERM BP-3096) is a preferred strain.

シュードモナス・ニトロレデューセンス DS−S−RP8株は、1,2−プロパンジオールのS体の選択的資化を効率よく行える株である。シュードモナス属 DS−SI−5株は、3−クロロ−1,2−プロパンジオールのR体の選択的資化を効率よく行える株である。シュードモナス属 DS−K−2D1株は、3−クロロ−1,2−プロパンジオールのS体の選択的資化を効率よく行える株である。   Pseudomonas nitroreducense DS-S-RP8 strain is a strain that can efficiently selectively utilize the S form of 1,2-propanediol. The Pseudomonas genus DS-SI-5 strain is a strain that can efficiently selectively assimilate the R form of 3-chloro-1,2-propanediol. Pseudomonas genus DS-K-2D1 strain is a strain that can efficiently selectively assimilate the S form of 3-chloro-1,2-propanediol.

なお、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、及び1,2,4−ブタントリオールも、一方の光学活性体を特異的に資化できる微生物を用い、培養開始時の培地中のCa2+濃度を制御することにより、光学活性体の生産能力を向上させることができる。
培養条件
種培養として微生物を培養する培地は、使用する微生物が増殖できるものであればよく、特に制限されない。例えばペプトン、酵母エキス、グリセリン等を含む微生物培養のための公知の栄養培地を用いることができる。但し、種培養から光学分割反応を行なうための培地へ持ち込まれるCa2+を予め定量し、不斉資化分割反応における培地中のCa2+濃度が前述した適正範囲になるように考慮する必要がある。
In addition, 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol, and 1,2,4-butanetriol also use microorganisms that can specifically assimilate one of the optically active substances in the medium at the start of culture. The production capacity of the optically active substance can be improved by controlling the Ca 2+ concentration.
The culture medium for culturing the microorganism as the seed culture is not particularly limited as long as the microorganism to be used can grow. For example, a known nutrient medium for culturing microorganisms containing peptone, yeast extract, glycerin and the like can be used. However, it is necessary to quantify in advance the Ca 2+ brought into the medium for performing the optical resolution reaction from the seed culture so that the Ca 2+ concentration in the medium in the asymmetric assimilation resolution reaction is within the appropriate range described above. There is.

不斉資化分割反応に使用する培地は、培養開始時のCa2+濃度を上記範囲に制御できる培地であればよく特に限定されないが、次に示すような最少培地を使用すればCa2+濃度の調整が容易である。 The medium used for the asymmetric assimilation split reaction is not particularly limited as long as the Ca 2+ concentration at the start of the culture can be controlled within the above range, but if a minimal medium as shown below is used, Ca 2+ It is easy to adjust the concentration.

Ca2+源としては、Ca2+を生成する水溶性塩を制限なく使用できるが、好ましくは塩化カルシウムを使用すればよい。なお、培地の調製にはイオン交換水を使用することが好ましく、これにより水に含有されるCa2+量を考慮しなくてよい。 As the Ca 2+ source, a water-soluble salt that generates Ca 2+ can be used without limitation, but calcium chloride is preferably used. In addition, it is preferable to use ion-exchanged water for the preparation of the medium, so that it is not necessary to consider the amount of Ca 2+ contained in the water.

上記式(1)で示される化合物の残存する光学活性体の光学純度が98%e.e.になるまでの時間を130時間以内にするためには、使用する菌株、原料化合物、培養条件などによって異なるが、培地中のCa2+濃度を、通常3〜40ppm程度にすればよい。 The optical purity of the remaining optically active compound of the formula (1) is 98% e.e. e. In order to make the time to reach within 130 hours, although it depends on the strain used, the raw material compound, the culture conditions, etc., the Ca 2+ concentration in the medium may be usually about 3 to 40 ppm.

シュードモナス・ニトロレデューセンス DS−S−RP8株を用いて、例えば1,2−プロパンジオールのラセミ体を不斉資化分割してR体1,2−プロパンジオールを得る場合は、培養開始時のCa2+濃度を3〜13ppm程度とするのが好ましく、9〜12ppm程度とするのがより好ましい。 Pseudomonas nitroredense DS-S-RP8 strain is used, for example, when a racemic form of 1,2-propanediol is asymmetrically resolved to obtain R-form 1,2-propanediol, The Ca 2+ concentration is preferably about 3 to 13 ppm, more preferably about 9 to 12 ppm.

また、シュードモナス属 DS−SI−5株を用いて、例えば3−クロロ−1,2−プロパンジオールのラセミ体を不斉資化分割してS体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを得る場合は、培養開始時の培地中のCa2+濃度を3〜40ppm程度とするのが好ましく、7〜37ppm程度とするのがより好ましい。 Also, using Pseudomonas sp. DS-SI-5 strain, for example, racemic 3-chloro-1,2-propanediol is asymmetrically resolved to obtain S-form 3-chloro-1,2-propanediol. In such a case, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture is preferably about 3 to 40 ppm, more preferably about 7 to 37 ppm.

また、シュードモナス属 DS−K−2D1株を用いて、例えば3−クロロ−1,2−プロパンジオールのラセミ体を不斉資化分割してR体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを得る場合は、培養開始時の培地中のCa2+濃度を5〜28ppm程度とするのが好ましく、9〜27ppm程度とするのがより好ましい。 Also, using Pseudomonas sp. DS-K-2D1 strain, for example, racemic 3-chloro-1,2-propanediol is asymmetrically resolved to obtain R-isomer 3-chloro-1,2-propanediol. In this case, the Ca 2+ concentration in the medium at the start of culture is preferably about 5-28 ppm, more preferably about 9-27 ppm.

上記Ca2+濃度範囲であれば、短時間でかつ収率良く98%e.e.以上の目的光学活性体が得られる。 Within the above Ca 2+ concentration range, 98% e. e. The above target optically active substance is obtained.

本発明において、Ca2+濃度は、ICP発光法により測定した値である。 In the present invention, the Ca 2+ concentration is a value measured by the ICP emission method.

炭素源としては、分割対象となる前記式(1)で示される化合物(以下「基質」ということがある)のラセミ体を使用する。光学分割を効率よく行うために、この基質を単一炭素源とすることが好ましい。   As the carbon source, a racemate of the compound represented by the formula (1) to be resolved (hereinafter sometimes referred to as “substrate”) is used. In order to perform optical resolution efficiently, it is preferable to use this substrate as a single carbon source.

また前述したように、本発明方法では、基質を培養開始時に一括して添加する回分培養を行ってもよく、基質を分割して添加する流加培養を行ってもよい。流加培養法としては、例えば、反応の進行によるpHの変動を滴定する酸、アルカリの滴定量、又は反応液中の基質(炭素源)濃度から基質の添加回数及び添加量を判断して、連続的、又は断続的に基質を添加する方法がある(笠井ら著, 生物工学会誌,1997, 75, 255-275)。   Further, as described above, in the method of the present invention, batch culture may be performed in which the substrate is added all at once at the start of the culture, or fed-batch culture in which the substrate is added in divided portions may be performed. As a fed-batch culture method, for example, by determining the number of additions and addition amount of substrate from the acid, alkali titration, or substrate (carbon source) concentration in the reaction solution, which titrates the fluctuation of pH due to the progress of the reaction, There is a method of adding a substrate continuously or intermittently (Kasai et al., Journal of Biotechnology, 1997, 75, 255-275).

また、本発明方法では連続培養を採用することもできる。連続培養としては、例えば、流加培養同様に反応の進行によるpHの変動を滴定する酸、アルカリの滴定量、又は反応液中の基質(炭素源)濃度から基質の添加量を判断して連続的に基質を含む培地を供給し、連続的に排出される光学活性体を含む培養液を得る方法がある(特開2004−041076)。   In the method of the present invention, continuous culture can also be employed. As continuous culture, for example, as in fed-batch culture, the amount of substrate added is judged based on the acid or alkali titration titration of the change in pH due to the progress of the reaction or the substrate (carbon source) concentration in the reaction solution. There is a method of supplying a culture medium containing a substrate and obtaining a culture solution containing optically active substances that are continuously discharged (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-041076).

培地中の基質(炭素源)濃度が余りにも高いと微生物の生育を妨げる場合があり、即ち微生物には基質に対する生育阻害濃度がある。不斉資化分割反応は微生物の生育に伴った反応であり、培養中の培地の基質濃度を微生物の生育を阻害する濃度以下に抑える必要があるが、流加培養法や連続培養法では複数回に分けて基質を添加するため、培養中の培地の基質濃度を生育阻害濃度以下に抑えながら、合計基質投入量を回分培養より多くすることができる。   If the substrate (carbon source) concentration in the medium is too high, the growth of the microorganism may be hindered, that is, the microorganism has a growth inhibitory concentration with respect to the substrate. The asymmetric assimilation split reaction is a reaction accompanied by the growth of microorganisms, and it is necessary to keep the substrate concentration of the medium in culture below the concentration that inhibits the growth of microorganisms. Since the substrate is added in batches, it is possible to increase the total amount of substrate input compared to batch culture while keeping the substrate concentration of the culture medium during cultivation below the growth inhibition concentration.

回分培養の場合は、培養開始時の基質濃度を0.1〜15w/v%程度とするのが好ましく、1〜5w/v%程度とするのがより好ましい。上記範囲であれば、基質又は光学活性体が微生物の生育を妨げることなく、効率よく光学分割を行える。   In the case of batch culture, the substrate concentration at the start of the culture is preferably about 0.1 to 15 w / v%, more preferably about 1 to 5 w / v%. If it is the said range, a substrate or an optically active substance can perform optical resolution efficiently, without preventing the growth of microorganisms.

また、流加培養や連続培養を行う場合は、基質の合計添加量が培地に対して、好ましくは0.1〜15w/v%程度、より好ましくは1〜10w/v%程度となるようにすればよい。また、培養中の培地の基質濃度が好ましくは1〜7w/v%程度、より好ましくは1〜5w/v%程度になるようにすればよい。上記範囲であれば、基質又は光学活性体が微生物の生育を妨げることなく、効率よく光学分割を行える。流加培養の場合、基質は数回程度に分けて添加しても良いが、反応の進行にあわせて適宜添加することにより培養中の基質濃度を上記範囲にすることもできる。反応の進行は、例えばpH、基質濃度、菌体濁度、二酸化炭素排出量等から計量できる。   In addition, when fed-batch culture or continuous culture is performed, the total amount of substrate added is preferably about 0.1 to 15 w / v%, more preferably about 1 to 10 w / v% with respect to the medium. do it. Further, the substrate concentration of the medium during the culture is preferably about 1 to 7 w / v%, more preferably about 1 to 5 w / v%. If it is the said range, a substrate or an optically active substance can perform optical resolution efficiently, without preventing the growth of microorganisms. In the case of fed-batch culture, the substrate may be added in several portions, but the substrate concentration during the culture can be brought to the above range by adding appropriately as the reaction proceeds. The progress of the reaction can be measured from, for example, pH, substrate concentration, microbial turbidity, carbon dioxide emission and the like.

炭素源以外の成分は特に限定されず、微生物の培養に通常用いる成分を使用すればよい。窒素源としては、例えば硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、燐酸アンモニウムなどの無機アンモニウム塩を使用することができる。また、不斉資化分割反応を効果的に進行させるために、無機塩として、燐酸塩、マグネシウム塩、カリウム塩、マンガン塩、鉄塩、亜鉛塩、銅塩等を添加してもよい。さらに、必要に応じて各種消泡剤を添加することもできる。   Components other than the carbon source are not particularly limited, and components usually used for culturing microorganisms may be used. As the nitrogen source, for example, inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium phosphate can be used. Moreover, in order to advance the asymmetric assimilation resolution reaction effectively, phosphates, magnesium salts, potassium salts, manganese salts, iron salts, zinc salts, copper salts and the like may be added as inorganic salts. Furthermore, various antifoaming agents can be added as necessary.

培養中の培地のpHは、例えば4〜10程度、好ましくは5〜9程度とすればよく、通常この範囲内で使用する微生物の至適pH付近とすればよい。不斉資化分割反応の進行に伴い、培地のpHが徐々に低下、あるいは上昇する場合、適当なアルカリ源あるいは酸源を添加して培養液中のpHが至適pH近傍になるようにコントロールすればよい。この添加量は不斉資化分割反応の進行速度に合致するので流加培養を行なう場合、指標にして基質を添加することができる。例えばアルカリ源としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸アンモニウム水溶液などの炭酸アルカリ塩水溶液;水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などの水酸化アルカリ金属塩水溶液;又はアンモニア水溶液等が挙げられる。また酸源としては、塩酸、燐酸などの一般的な酸を用いればよい。培地中のCa2+濃度の変動を避けるためにカルシウム塩を用いないことが好ましい。 The pH of the medium during the culture may be, for example, about 4 to 10, preferably about 5 to 9, and may be about the optimum pH of the microorganism usually used within this range. When the pH of the medium gradually decreases or rises as the asymmetric associative separation reaction proceeds, add an appropriate alkali source or acid source to control the pH in the culture solution to be close to the optimum pH. do it. Since this addition amount matches the advancing rate of the asymmetric assimilation split reaction, the substrate can be added as an index when fed-batch culture is performed. For example, examples of the alkali source include alkali carbonate aqueous solutions such as sodium carbonate aqueous solution, potassium carbonate aqueous solution and ammonium carbonate aqueous solution; alkali hydroxide metal salt aqueous solutions such as sodium hydroxide aqueous solution and potassium hydroxide aqueous solution; or ammonia aqueous solution. As the acid source, a general acid such as hydrochloric acid or phosphoric acid may be used. It is preferable not to use a calcium salt in order to avoid fluctuations in the Ca 2+ concentration in the medium.

また培養温度は、通常15〜40℃程度、好ましくは20〜37℃程度とすればよく、通常この範囲内で使用する微生物の至適温度付近、例えば30℃程度とすればよい。また、使用菌株により異なるが、通常好気的に培養すればよい。   The culture temperature is usually about 15 to 40 ° C., preferably about 20 to 37 ° C., and usually around the optimum temperature of the microorganism used within this range, for example, about 30 ° C. Moreover, although it changes with strains to be used, it may be usually aerobically cultured.

培養は、目的とする光学活性体の光学純度が通常98%e.e.以上となるまで行えばよいが、光学活性体の目的に応じてそれより低い光学純度の時点で反応を停止してもよい。基質の種類、濃度、菌株、培養条件などにより異なるが、24〜130時間程度の培養により通常光学純度98%e.e.以上の光学活性体が得られる。また、余りに長時間培養しても、それ以上は菌が増殖せず、不斉資化分割反応が進行しない、また経済的な生産のためにもこの程度の時間で終了するのがよい。反応の進行に伴う培地pHの変化をモニタリングしたり、目的とする光学活性体の生産量(残存量)や光学純度をガスクロマトグラフィー等により測定して終点を決定するのが好ましい。
光学活性体の回収
この様にして得られた培養液中に残存する光学活性体は一般的な方法で回収すればよい。例えば、培養液から菌体をフィルタープレス、限外ろ過、遠心分離等で除いた後、上清をエバポレーターにより濃縮し、酢酸エチル、ジエチルエーテル等の溶媒で抽出すればよい。さらに、この抽出液を無水硫酸マグネシウム等を用いて脱水した後、減圧下で溶媒を除去することにより、光学活性体のシロップを得ることができる。さらに蒸留、各種クロマトグラフィーのような常法で精製してもよい。
実施例
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例中の%は特に記載のない限りw/v%を示す。
<使用菌株>
下記の実施例で使用したシュードモナス・ニトロレデューセンス(Pseudomonas nitroreducens) DS−S−RP8株(国際寄託番号:FERM BP−7793)、シュードモナス属(Pseudomonas sp.) DS−SI−5株(国際寄託番号:FERM BP−7080)、及びシュードモナス属(Pseudomonas sp.) DS−K−2D1株(国際寄託番号:FERM BP−3096)は、既に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寄託されている。
<Ca 2+ 濃度測定方法>
ICP発光分析装置(日本ジャーレルアッシュ社製ICAP−575マークII)を用いてICP発光法で測定した。装置条件は、出力1.2kw、トーチ+1.0cmとした。積分条件は、短波長3秒、メイン波長3秒、長波長3秒の3回の積分で1測定とした。
In the culture, the optical purity of the target optically active substance is usually 98% e.e. e. The reaction may be carried out until the above is reached, but the reaction may be stopped at a point of lower optical purity depending on the purpose of the optically active substance. Depending on the type, concentration, strain, culture conditions, etc. of the substrate, the optical purity is usually 98% e. e. The above optically active substance is obtained. Moreover, even if it is cultured for an excessively long time, the bacteria will not grow any longer, the asymmetric assimilation / division reaction will not proceed, and it is preferable to complete this time for economical production. It is preferable to determine the end point by monitoring the change in the pH of the medium accompanying the progress of the reaction, or measuring the production amount (residual amount) or optical purity of the target optically active substance by gas chromatography or the like.
Recovery of optically active substance The optically active substance remaining in the culture medium thus obtained may be recovered by a general method. For example, after removing cells from the culture solution by filter press, ultrafiltration, centrifugation, etc., the supernatant is concentrated by an evaporator and extracted with a solvent such as ethyl acetate or diethyl ether. Further, the extract is dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and the like, and then the solvent is removed under reduced pressure, whereby an optically active syrup can be obtained. Further, it may be purified by conventional methods such as distillation and various chromatography.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples,% indicates w / v% unless otherwise specified.
<Used strain>
Pseudomonas nitroreducens DS-S-RP8 strain (international deposit number: FERM BP-7793), Pseudomonas sp. DS-SI-5 strain (international deposit) used in the following examples No .: FERM BP-7080) and Pseudomonas sp. DS-K-2D1 strain (International deposit number: FERM BP-3096) have already been deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Organism Depositary. ing.
<Ca 2+ concentration measurement method>
The measurement was performed by the ICP emission method using an ICP emission analyzer (ICAP-575 Mark II manufactured by Japan Jarrell Ash). The apparatus conditions were an output of 1.2 kW and a torch +1.0 cm. The integration condition was one measurement with three integrations of a short wavelength of 3 seconds, a main wavelength of 3 seconds, and a long wavelength of 3 seconds.

R体1,2−プロパンジオールの生産
121℃で15分間加圧蒸気滅菌した、2%酵母エキス、1%グリセリンを含む栄養培地(pH7.2)100mlを入れた500ml容バッフル付き三角フラスコに、あらかじめ、同組成の寒天栄養培地で培養したシュードモナス・ニトロレデューセンス(Pseudomonas nitroreducens) DS−S−RP8株を白金耳にて少量植菌し、30℃で24時間培養し、種培養液を得た。
Production of R-form 1,2-propanediol Autoclave sterilized at 121 ° C. for 15 minutes with a 500 ml baffle Erlenmeyer flask containing 100 ml of nutrient medium (pH 7.2) containing 2% yeast extract and 1% glycerin, A small amount of Pseudomonas nitroreducens DS-S-RP8 strain previously cultured in an agar nutrient medium having the same composition is inoculated with a platinum loop and cultured at 30 ° C. for 24 hours to obtain a seed culture solution. It was.

Figure 0004581821
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次に、前掲の表1に示す組成の無機成分水溶液2.1Lをイオン交換水で調製し、さらに塩化カルシウムを用いてCa2+濃度を調整し、5L容の培養槽に入れ、ラセミ体1,2−プロパンジオールを100g添加し、121℃で15分間加圧蒸気滅菌してラセミ体1,2−プロパンジオールを単一炭素源とする最少培地を作製した。このようにして、培養開始時にCa2+濃度がそれぞれ3ppm、9ppm、12ppm、及び15ppmになるように調整した4種の最少培地を調製した。これらの最少培地のCa2+濃度のうち、種培養からの持込み量は1ppmである。 Next, 2.1 L of an inorganic component aqueous solution having the composition shown in Table 1 above was prepared with ion-exchanged water, and the Ca 2+ concentration was further adjusted using calcium chloride, and placed in a 5 L culture tank. , 2-propanediol was added in an amount of 100 g, and autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes to prepare a minimal medium using racemic 1,2-propanediol as a single carbon source. In this way, four types of minimal media were prepared that were adjusted to have a Ca 2+ concentration of 3 ppm, 9 ppm, 12 ppm, and 15 ppm, respectively, at the start of culture. Of these Ca2 + concentrations in the minimal medium, the amount brought from seed culture is 1 ppm.

これに前述の最少培地100mlを加え、温度30℃、通気量0.25L/分、回転数500rpmの条件で72〜120時間反応(培養)を行なった。培地pHの測定および制御はpHコントローラーを用いて行ない、25%(w/w)の水酸化ナトリウム水溶液によりpH6.9になるように制御した。培養液中の1,2−プロパンジオールの濃度が上記菌株の生育阻害濃度である5%を超えない様に、反応の進行とともにラセミ体1,2−プロパンジオールを段階的に添加していき、合計200gのラセミ体を添加した。ガスクロマトグラフィーによる光学純度分析の結果、残存するR体1,2−プロパンジオールが99.0%e.e.以上になった時点で反応終了とした。     100 ml of the above-mentioned minimal medium was added thereto, and the reaction (culture) was performed for 72 to 120 hours under the conditions of a temperature of 30 ° C., an aeration rate of 0.25 L / min, and a rotation speed of 500 rpm. The pH of the medium was measured and controlled using a pH controller, and controlled to a pH of 6.9 with a 25% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution. Racemic 1,2-propanediol is added stepwise as the reaction proceeds so that the concentration of 1,2-propanediol in the culture does not exceed 5%, which is the growth inhibitory concentration of the strain. A total of 200 g of racemate was added. As a result of optical purity analysis by gas chromatography, the remaining R-form 1,2-propanediol was found to be 99.0% e.e. e. The reaction was terminated when the above was reached.

Ca2+濃度と反応時間、及び収率との関係を後掲の表2に示す。収率は、初期基質(炭素源)濃度に対して残存する光学活性体の割合を示す。表2から明らかなように、Ca2+濃度が3〜12ppmの場合、残存するR体1,2−プロパンジオールの光学純度が99%e.e.を超え、特に9ppmの場合に反応時間が速かった。3ppmの場合、不斉資化分割反応が遅くなり、収率すなわち立体選択性がやや低下したが実用可能な範囲であった。また15ppmの場合、不斉資化分割反応が阻害され、光学純度が98%e.e.以上に到達しなかった。 The relationship between the Ca 2+ concentration, the reaction time, and the yield is shown in Table 2 below. The yield indicates the ratio of the optically active substance remaining with respect to the initial substrate (carbon source) concentration. As is apparent from Table 2, when the Ca 2+ concentration is 3 to 12 ppm, the optical purity of the remaining R-form 1,2-propanediol is 99% e.e. e. The reaction time was fast especially at 9 ppm. In the case of 3 ppm, the asymmetric assimilation resolution reaction was delayed, and the yield, that is, the stereoselectivity, was slightly reduced, but was in a practical range. In the case of 15 ppm, the asymmetric assimilation resolution reaction is inhibited and the optical purity is 98% e.e. e. I did not reach the above.

Figure 0004581821
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培養終了後、菌体を遠心分離で除き、上清をエバポレーターにより濃縮し、ジエチルエーテルで抽出した。ついで、抽出液を無水硫酸マグネシウムにより脱水した後、減圧下で溶媒を除去し1,2−プロパンジオールのシロップを得た。   After completion of the culture, the cells were removed by centrifugation, and the supernatant was concentrated with an evaporator and extracted with diethyl ether. Next, the extract was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed under reduced pressure to obtain 1,2-propanediol syrup.

この1,2−プロパンジオールを、ジクロロメタン中で無水トリフルオロ酢酸を用いてトリフルオロ化した後、アステック社製のキャピラリーカラムG−TA(0.25mm(ID)×30m(長さ))を用いたガスクロマトグラフィーにより光学純度を測定した。分析条件は以下の通りである。
カラム温度:60℃
検出器温度:200℃
キャリアーガス:窒素
流速:0.5ml/min
検出器:FID
スプリット比:200/1
1,2−プロパンジオールのリテンションタイム:R体が11.4分、
S体が17.6分
This 1,2-propanediol was trifluorolated with trifluoroacetic anhydride in dichloromethane, and then a capillary column G-TA (0.25 mm (ID) × 30 m (length)) manufactured by Astec Corporation was used. The optical purity was measured by gas chromatography. The analysis conditions are as follows.
Column temperature: 60 ° C
Detector temperature: 200 ° C
Carrier gas: Nitrogen flow rate: 0.5 ml / min
Detector: FID
Split ratio: 200/1
Retention time of 1,2-propanediol: R-form is 11.4 minutes,
S body is 17.6 minutes

S体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの生産
微生物はシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−SI−5株を用いた。種培養液は、ペプトン、酵母エキス、及びグリセリンの各1%を含む培地、又は2%酵母エキス、1%グリセリンを含む培地を用いた他は、実施例1と同様にして調製した。
The S-form 3-chloro-1,2-propanediol-producing microorganism was Pseudomonas sp. DS-SI-5. The seed culture solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that a medium containing 1% each of peptone, yeast extract, and glycerin, or a medium containing 2% yeast extract and 1% glycerin was used.

次に、ラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを63g添加したこと、および培養開始時(種培養を接種した後)の培地のCa2+濃度がそれぞれ7ppm、20ppm、25ppm、30ppm、37ppm、及び43ppmになるように調整したこと以外は実施例1と同様にして6種の最少培地を調製した。培養開始時の培地のCa2+濃度のうち、種培養からの持込み量は3ppm又は7ppmである。 Next, 63 g of racemic 3-chloro-1,2-propanediol was added, and the Ca 2+ concentration of the medium at the start of culture (after inoculating the seed culture) was 7 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 30 ppm, and 37 ppm, respectively. 6 minimal media were prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration was adjusted to 43 ppm. Of the Ca 2+ concentration in the medium at the start of the culture, the amount brought from the seed culture is 3 ppm or 7 ppm.

これに前述の種培養液100mlを加え、温度30℃、通気量0.25L/分、回転数510rpmの条件で70時間反応(培養)を行なった。pHの測定および制御はpHコントローラーを用いて行ない、脱クロル化反応によるpHの低下を25%(w/w)の水酸化ナトリウム水溶液により滴定し、pH6.9になるように制御した。   100 ml of the aforementioned seed culture solution was added thereto, and a reaction (culture) was performed for 70 hours under the conditions of a temperature of 30 ° C., an aeration rate of 0.25 L / min, and a rotation speed of 510 rpm. The pH was measured and controlled using a pH controller, and the decrease in pH due to the dechlorination reaction was titrated with a 25% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution to control the pH to 6.9.

滴定により添加された水酸化ナトリウムのモル数の1.8倍の割合でラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールをpHコントローラーを用いて連続的に添加し、合計200gのラセミ体を添加したところで添加を停止した(笠井ら著, 生物工学会誌,1997, 75巻, 255-275)(但し、Ca2+濃度43ppmの場合はラセミ体の合計添加量は148g)。培養中のラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの濃度は使用菌株の生育阻害濃度である5%を超えなかった。ガスクロマトグラフィーによる光学純度分析の結果、残存するS体3−クロロ−1,2−プロパンジオールが99.0%e.e.以上となった時点で反応終了とした。 Racemic 3-chloro-1,2-propanediol was continuously added using a pH controller at a ratio of 1.8 times the number of moles of sodium hydroxide added by titration, and a total of 200 g of racemic body was added. Then, the addition was stopped (by Kasai et al., Biotechnology Society, 1997, 75, 255-275) (however, when the Ca 2+ concentration was 43 ppm, the total amount of racemate added was 148 g). The concentration of racemic 3-chloro-1,2-propanediol in the culture did not exceed 5%, which is the growth inhibitory concentration of the strain used. As a result of optical purity analysis by gas chromatography, the remaining S form 3-chloro-1,2-propanediol was found to be 99.0% e.e. e. The reaction was terminated when the time reached above.

Ca2+濃度と反応時間、及び収率との関係を後掲の表3に示す。表3から明らかなように、Ca2+濃度が7〜37ppmの場合、残存するS体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学純度が99%e.e.を超え、特に37ppmの場合、反応時間が速かった。また、43ppmの場合、菌の活性が低下したため、ラセミ体基質(炭素源)を148gしか流加できず、また培養途中で菌が失活したため、光学純度が98%e.e.以上にはならなかった。 The relationship between the Ca 2+ concentration, the reaction time, and the yield is shown in Table 3 below. As is clear from Table 3, when the Ca 2+ concentration is 7 to 37 ppm, the optical purity of the remaining S-form 3-chloro-1,2-propanediol is 99% e.e. e. And especially at 37 ppm, the reaction time was fast. In addition, at 43 ppm, since the activity of the bacterium decreased, only 148 g of the racemic substrate (carbon source) could be fed, and the bacterium was inactivated during the culture, so that the optical purity was 98% e.e. e. It did not become more.

Figure 0004581821
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培養終了後、菌体を遠心分離で除き、上清をエバポレーターにより濃縮し、ジエチルエーテルで抽出した。次いで、抽出液を無水硫酸マグネシウムにより脱水した後、減圧下で溶媒を除去し3−クロロ−1,2−プロパンジオールのシロップを得た。   After completion of the culture, the cells were removed by centrifugation, and the supernatant was concentrated with an evaporator and extracted with diethyl ether. Next, the extract was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed under reduced pressure to obtain 3-chloro-1,2-propanediol syrup.

この3−クロロ−1,2−プロパンジオールを2−プロパノールに溶解させ、12.5N水酸化ナトリウム水溶液でグリシドールに変換後、アステック社製のキャピラリーカラムA−PH(0.25mm(ID)×30m(長さ))を用いたガスクロマトグラフィーにより光学純度を測定した。測定条件は以下の通りである。
カラム温度:45℃
検出器温度:200℃
キャリアーガス:ヘリウム
流速:0.5ml/min
検出器:FID
スプリット比:100/1
グリシドールのリテンションタイム:
R体が33.8分、S体が35.2分
This 3-chloro-1,2-propanediol was dissolved in 2-propanol, converted to glycidol with a 12.5N aqueous sodium hydroxide solution, and then capillary column A-PH (0.25 mm (ID) × 30 m (Astech) The optical purity was measured by gas chromatography using length)). The measurement conditions are as follows.
Column temperature: 45 ° C
Detector temperature: 200 ° C
Carrier gas: Helium flow rate: 0.5 ml / min
Detector: FID
Split ratio: 100/1
Glicidol retention time:
R form is 33.8 minutes, S form is 35.2 minutes

R体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの生産
微生物としてシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−K−2D1株を用いた。種培養液は、ペプトン、酵母エキス、及びグリセリンを各1%を含む培地を用いた他は、実施例1と同様にして調製した。
Pseudomonas (Pseudomonas sp.) DS-K-2D1 strain was used as an R-form 3-chloro-1,2-propanediol-producing microorganism. The seed culture solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that a medium containing 1% each of peptone, yeast extract, and glycerin was used.

次に、ラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを63g添加したこと、および培養開始時の培地のCa2+濃度がそれぞれ3ppm、9ppm、15ppm、及び27ppmになるように調整したこと以外は実施例1と同様にして4種の最少培地を調製した。培養開始時の培地のCa2+濃度のうち、種培養からの持込み量は3ppmである。 Next, except that 63 g of racemic 3-chloro-1,2-propanediol was added and that the Ca 2+ concentration of the medium at the start of culture was adjusted to 3 ppm, 9 ppm, 15 ppm, and 27 ppm, respectively. In the same manner as in Example 1, four types of minimal media were prepared. Of the Ca 2+ concentration of the culture medium at the start of the culture, the amount brought in from the seed culture is 3 ppm.

これに前述の種培養液100mlを加え、温度30℃、通気量0.25L/分、回転数450rpmの条件で70時間反応(培養)を行なった。pHの測定および制御はpHコントローラーを用いて行ない、脱クロル化反応によるpHの低下を25%(w/w)の水酸化ナトリウム水溶液により滴定し、pH6.9になるように制御した。   100 ml of the aforementioned seed culture solution was added thereto, and a reaction (culture) was performed for 70 hours under the conditions of a temperature of 30 ° C., an aeration rate of 0.25 L / min, and a rotation speed of 450 rpm. The pH was measured and controlled using a pH controller, and the decrease in pH due to the dechlorination reaction was titrated with a 25% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution to control the pH to 6.9.

実施例2と同様に、滴定した水酸化ナトリウムのモル数の1.35倍の割合でラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを連続的に添加していき、合計160gのラセミ体を添加したところで添加を停止した(但し、Ca2+濃度3ppmの培地では139g)。培養中のラセミ体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの濃度は使用菌株の生育阻害濃度である5%を超えなかった。ガスクロマトグラフィーによる光学純度分析の結果、残存するR体3−クロロ−1,2−プロパンジオールが99.0%e.e.以上になった時点で反応終了とした。 In the same manner as in Example 2, racemic 3-chloro-1,2-propanediol was continuously added at a ratio of 1.35 times the number of moles of sodium hydroxide titrated, and a total of 160 g of racemic body was obtained. When it was added, the addition was stopped (however, 139 g in a medium having a Ca 2+ concentration of 3 ppm). The concentration of racemic 3-chloro-1,2-propanediol in the culture did not exceed 5%, which is the growth inhibitory concentration of the strain used. As a result of optical purity analysis by gas chromatography, the remaining R-form 3-chloro-1,2-propanediol was found to be 99.0% e.e. e. The reaction was terminated when the above was reached.

Ca2+濃度と反応時間、及び収率との関係を後掲の表4に示す。 The relationship between the Ca 2+ concentration, the reaction time, and the yield is shown in Table 4 below.

表4から明らかなように、Ca2+濃度が9〜27ppmの場合、残存するR体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学純度が99%e.e.を超え、特に、9ppmの場合、反応時間が速かった。また、3ppmの場合は、培養開始後45時間以降、基質の分解に伴い生成するクロルイオンと中和に要する水酸化ナトリウムとのモル比率が一定せずに変動し、効果的な流加反応ができなかった。そのため、反応途中で残存基質の光学純度が99%e.e.になり、炭素源が不足し、所定のラセミ体基質を流加添加して光学分割することができずに反応が停止した。結果的に139g(当初予定の160gの87%)しか分割できなかった。また、流加する基質の水酸化ナトリウムに対するモル比を上げた場合には、反応副生成物であるグリシドール(T.Suzuki et al, Appl.Microbiol.Biotechnol., 1993, 40, 273-278)の濃度が上昇し、菌体の生育、及び不斉資化分割反応を阻害した。Ca2+濃度と反応結果を表4に示す。 As is apparent from Table 4, when the Ca 2+ concentration is 9 to 27 ppm, the optical purity of the remaining R-form 3-chloro-1,2-propanediol is 99% e.e. e. In particular, in the case of 9 ppm, the reaction time was fast. In the case of 3 ppm, after 45 hours from the start of the culture, the molar ratio of chloro ions generated as a result of decomposition of the substrate and sodium hydroxide required for neutralization fluctuates in a constant manner, and an effective fed-batch reaction occurs. could not. Therefore, the optical purity of the remaining substrate during the reaction is 99% e.e. e. The carbon source was insufficient, the predetermined racemic substrate was fed and added, and the reaction was stopped without optical resolution. As a result, only 139 g (87% of the initially planned 160 g) could be divided. When the molar ratio of the fed substrate to sodium hydroxide is increased, the reaction byproduct glycidol (T. Suzuki et al, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1993, 40, 273-278) The concentration increased, and the growth of bacterial cells and the asymmetric assimilation resolution reaction were inhibited. Table 4 shows the Ca 2+ concentration and the reaction results.

Figure 0004581821
Figure 0004581821

培養液中のR体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学純度は、実施例2のR体の場合と同様にして測定した。   The optical purity of R-form 3-chloro-1,2-propanediol in the culture was measured in the same manner as in the R-form of Example 2.

連続培養
121℃で15分間、加圧蒸気滅菌したグリセリン10g/l、酵母エキス10g/l、ペプトン10g/lを含む液体培地100ml(pH7.2)を入れた500ml容バッフル付き三角フラスコに、あらかじめ同栄養培地プレートで生育させたシュードモナスsp.DS−S−RP8株の菌体を1白金耳分植菌し、30℃で24時間培養を行ない種培養液を得た。
Continuous culture at 121 ° C. for 15 minutes, in a 500 ml baffled Erlenmeyer flask containing a liquid medium containing 10 g / l of glycerin autoclaved, 10 g / l of yeast extract, and 10 g / l of peptone (pH 7.2) in advance. Pseudomonas sp. Grown on the nutrient medium plate. A cell of DS-S-RP8 was inoculated into one platinum loop and cultured at 30 ° C. for 24 hours to obtain a seed culture solution.

実施例1の表1に示す無機成分水溶液1L(pH6.9)をイオン交換水で調製し、さらに塩化カルシウムを用いてCa2+濃度を10ppmに調製し、さらに単一炭素源としてラセミ体1,2−プロパンジオールを40g添加した最少培地を入れた2L容の培養槽を121℃で15分間、加圧蒸気滅菌した。これに、実施例1と同様にして調整した種培養液40mlを加え、温度30℃、通気量0.1L/分、回転数500rpmの条件で15時間、回分培養を行ったところ、15時間後の時点で菌体濁度は8.6OD(660nmでの濁度)で、その時の1,2−プロパンジオール濃度は2.2% であった。なお、pH の測定および制御は連動させたpH コントローラーを用いて行い、3 N の水酸化ナトリウム水溶液によりpH6.9に制御した。 1 L (pH 6.9) of an inorganic component aqueous solution shown in Table 1 of Example 1 was prepared with ion-exchanged water, Ca 2+ concentration was further adjusted to 10 ppm using calcium chloride, and racemic 1, A 2 L culture tank containing a minimal medium supplemented with 40 g of 2-propanediol was autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. To this, 40 ml of seed culture solution prepared in the same manner as in Example 1 was added, and batch culture was performed for 15 hours under the conditions of a temperature of 30 ° C., an aeration rate of 0.1 L / min, and a rotation speed of 500 rpm. At that time, the cell turbidity was 8.6 OD (turbidity at 660 nm), and the 1,2-propanediol concentration at that time was 2.2%. The pH was measured and controlled using a linked pH controller, and the pH was controlled to 6.9 with a 3N aqueous sodium hydroxide solution.

次に連続培養に移り、上記に示す10ppmのCa2+を含む無機成分水溶液1L(pH6.9)を入れた2L容の培養槽を121℃で15分間、加圧蒸気滅菌後、一槽目と接続した。一槽目、二槽目とも、温度、通気量、pH等の条件は回分培養時と同じ条件で行った。さらに、上記に示す10ppmのCa2+を含む無機成分水溶液と同じ水溶液に単一炭素源としてラセミ体1,2−プロパンジオールを100g/L加え、連続培養時の供給培地とした。1槽目の菌体濁度を11OD(660nmでの濁度)に保つように培地供給流量を調節して連続培養を行った。結果として、培地供給量0.0159L/時間で定常状態となった。このときの滞留時間は126時間であった。一槽目の1,2−プロパンジオール濃度は6.8%、比増殖速度μは0.0159(時間−1)、比基質消費速度νは0.048(g/OD・時間・L)に維持された。このとき、二槽目の菌体濁度は14OD(660nmでの濁度)、1,2−プロパンジオール濃度は3.8%であった。実施例1と同様の方法で二槽目から流出する培養液中の1,2−プロパンジオールの光学純度を測定したところ、98%e.e.以上のR体1,2−プロパンジオールであった。 Next, the culture was transferred to continuous culture. A 2 L culture tank containing 1 L (pH 6.9) of an inorganic component aqueous solution containing 10 ppm of Ca 2+ as described above was sterilized by autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. Connected. In the first and second tanks, the conditions such as temperature, aeration volume, pH, etc. were the same as in batch culture. Furthermore, 100 g / L of racemic 1,2-propanediol as a single carbon source was added to the same aqueous solution as the inorganic component aqueous solution containing 10 ppm of Ca 2+ as described above to obtain a supply medium for continuous culture. Continuous culture was performed by adjusting the medium supply flow rate so that the microbial turbidity in the first tank was maintained at 11 OD (turbidity at 660 nm). As a result, a steady state was obtained at a medium supply rate of 0.0159 L / hour. The residence time at this time was 126 hours. In the first tank, the 1,2-propanediol concentration was 6.8%, the specific growth rate μ was 0.0159 (hour- 1 ), and the specific substrate consumption rate ν was 0.048 (g / OD · time · L). Maintained. At this time, the cell turbidity in the second tank was 14 OD (turbidity at 660 nm), and the 1,2-propanediol concentration was 3.8%. When the optical purity of 1,2-propanediol in the culture broth flowing out from the second tank was measured in the same manner as in Example 1, it was found to be 98% e.e. e. The above R-isomer 1,2-propanediol.

Claims (6)

1,2−プロパンジオールのS体を資化する能力を有するシュードモナス属 (Pseudomonas sp.)に属する微生物を、1,2−プロパンジオールのラセミ体を単一炭素源として含む培地で培養開始時の培地中のCa 2+ 濃度を3〜13ppmとして培養する第1工程と、
得られる培養物より、残存するR体1,2−プロパンジオールを回収する第2工程とを含む
R体1,2−プロパンジオールの光学活性体の製造方法。
A microorganism belonging to the genus Pseudomonas sp. Having the ability to assimilate the S form of 1,2-propanediol was cultured at the start of culture in a medium containing a racemic form of 1,2-propanediol as a single carbon source. A first step of culturing at a Ca 2+ concentration of 3 to 13 ppm in the medium ;
A second step of recovering the remaining R-form 1,2-propanediol from the obtained culture.
A process for producing an optically active form of R-form 1,2-propanediol .
微生物がシュードモナス ニトロレデューセンス(Pseudomonas nitroreducens) DS−S−RP8株(国際寄託番号:FERM BP−7793)である請求項1記載の製造方法。 The method according to claim 1, wherein the microorganism is Pseudomonas nitroreducens DS-S-RP8 strain (International deposit number: FERM BP-7793). 3−クロロ−1,2−プロパンジオールのR体を資化する能力を有するシュードモナス属 (Pseudomonas sp.)に属する微生物を、3−クロロ−1,2−プロパンジオールのラセミ体を単一炭素源として含む培地で培養開始時の培地中のCa 2+ 濃度を3〜40ppmとして培養する第1工程と、
得られる培養物より、残存するS体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを回収する第2工程とを含む
S体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学活性体の製造方法。
A microorganism belonging to the genus Pseudomonas having the ability to assimilate the R form of 3-chloro-1,2-propanediol is obtained by using a racemic form of 3-chloro-1,2-propanediol as a single carbon source. A first step of culturing at a Ca 2+ concentration of 3 to 40 ppm in the culture medium at the start of the culture in a medium containing
A second step of recovering the remaining S-form 3-chloro-1,2-propanediol from the resulting culture.
A method for producing an optically active substance of S-form 3-chloro-1,2-propanediol .
微生物がシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−SI−5株(国際寄託番号:FERM BP−7080)である請求項3記載の製造方法。 The production method according to claim 3, wherein the microorganism is a Pseudomonas sp. DS-SI-5 strain (International Deposit Number: FERM BP-7080). 3−クロロ−1,2−プロパンジオールのS体を資化する能力を有するシュードモナス属 (Pseudomonas sp.)に属する微生物を、3−クロロ−1,2−プロパンジオールのラセミ体を単一炭素源として含む培地で培養開始時の培地中のCa 2+ 濃度を5〜28ppmとして培養する第1工程と、
得られる培養物より、残存するR体3−クロロ−1,2−プロパンジオールを回収する第2工程とを含む
R体3−クロロ−1,2−プロパンジオールの光学活性体の製造方法。
A microorganism belonging to the genus Pseudomonas having the ability to assimilate the S form of 3-chloro-1,2-propanediol is obtained by using a racemic form of 3-chloro-1,2-propanediol as a single carbon source. A first step of culturing at a Ca 2+ concentration of 5 to 28 ppm in the culture medium at the start of the culture in a medium containing
A second step of recovering the remaining R-form 3-chloro-1,2-propanediol from the resulting culture.
Process for producing optically active form of R-form 3-chloro-1,2-propanediol .
微生物がシュードモナス属(Pseudomonas sp.)DS−K−2D1株(国際寄託番号:FERM BP−3096)である請求項5記載の製造方法。 The production method according to claim 5, wherein the microorganism is a Pseudomonas sp. DS-K-2D1 strain (international deposit number: FERM BP-3096).
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