JP4806904B2 - Lactic acid production method - Google Patents

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Description

本発明は、乳酸生産方法に関する。   The present invention relates to a method for producing lactic acid.

近年、L−乳酸などの乳酸を、遺伝子組換え酵母を利用して生産することが試みられている。例えば、サッカロマイセス・セレビシエなどの酵母において強力なプロモーターであるピルビン酸脱炭酸酵素(PDC)プロモーターやアルコール脱水素酵素(ADH)プロモーターの制御下で乳酸脱水素酵素(LDH)遺伝子を発現させることが行われている(特許文献1、非特許文献1)。しかしながら、酵母の乳酸生産能をより効果的に利用して安定かつ効率的な工業的乳酸生産には、遺伝子組換え乳酸生産酵母特有の乳酸発酵条件を確立することが重要である。   In recent years, attempts have been made to produce lactic acid such as L-lactic acid using genetically modified yeast. For example, a lactate dehydrogenase (LDH) gene is expressed under the control of a pyruvate decarboxylase (PDC) promoter or an alcohol dehydrogenase (ADH) promoter, which are strong promoters in yeasts such as Saccharomyces cerevisiae. (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). However, it is important to establish lactic acid fermentation conditions peculiar to genetically modified lactic acid-producing yeast for more stable and efficient industrial lactic acid production by more effectively using the lactic acid-producing ability of yeast.

特開2003−164295号JP 2003-164295 A Enzyme and Microbaial Technology 33(2003)p.38−46Enzyme and Microbial Technology 33 (2003) p. 38-46

本発明者らによれば、遺伝子組換え乳酸生産酵母は乳酸生産が強力なプロモーターを用いることによって強力に促進されているものの、発酵条件のわずかな変動により一定期間における乳酸収量が変動すること、すなわち、乳酸生産速度が変動するという不都合があることがわかった。発酵速度が低下して一定量の収量を得るための発酵が遅延化すれば、培養工程の生産管理上不確定なファクターが発生することになり好ましくない。また、発酵速度が低下しているにもかかわらず、一定時間で発酵を終了すれば、培養液中に原料たる糖分が残留することになる。残留糖分は、乳酸精製工程における乳酸比率を低下させるとともに、得られた乳酸を重合して得られるポリ乳酸の着色の一因となる。   According to the present inventors, although the recombinant lactic acid-producing yeast is strongly promoted by using a strong promoter, the lactic acid yield in a certain period varies due to slight fluctuations in fermentation conditions. That is, it was found that there was a disadvantage that the lactic acid production rate fluctuated. If fermentation for reducing the fermentation rate to obtain a certain amount of yield is delayed, an uncertain factor in production control of the culture process is generated, which is not preferable. Moreover, even if fermentation rate is falling, if fermentation is complete | finished in fixed time, the sugar component which is a raw material will remain in a culture solution. Residual sugar content contributes to coloration of polylactic acid obtained by polymerizing the obtained lactic acid as well as reducing the lactic acid ratio in the lactic acid refining process.

そこで、本発明では、遺伝子組換え乳酸生産酵母を培養して乳酸を生産する方法において、効率的に乳酸を生産することを一つの目的とする。また、本発明は、遺伝子組換え乳酸生産酵母を培養して乳酸を生産する方法において、発酵期間、発酵速度、収率などの発酵特性をコントロールすることを他の一つの目的とする。   Therefore, one object of the present invention is to efficiently produce lactic acid in a method for producing lactic acid by culturing a genetically modified lactic acid-producing yeast. Another object of the present invention is to control fermentation characteristics such as fermentation period, fermentation rate, and yield in a method for producing lactic acid by culturing genetically modified lactic acid-producing yeast.

本発明者らは、遺伝子組換え乳酸生産酵母について、その乳酸生産速度の変動や乳酸収量の変動などの原因を検討したところ、酸素移動容量係数(kLa)の変動に大きく依存していることを見出した。kLaは、発酵生産における発酵条件の一つであるが、遺伝子組換え乳酸生産酵母においては特に酸素移動容量係数に感受性が高く、低い酸素移動容量係数領域におけるわずかな差によって、乳酸生産特性、すなわち、乳酸生産速度、乳酸収量が異なってくることがわかった。本発明者らは、これらの知見に基づき、培養期間および一定の培養期間内における乳酸収量を容易に制御できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。   The inventors of the present invention have examined the causes of changes in the lactic acid production rate and lactic acid yield of the genetically modified lactic acid-producing yeast and found that it greatly depends on changes in the oxygen transfer capacity coefficient (kLa). I found it. kLa is one of the fermentation conditions in fermentation production, but it is particularly sensitive to oxygen transfer capacity coefficient in genetically modified lactic acid producing yeast, and lactic acid production characteristics, i.e., due to slight differences in the low oxygen transfer capacity coefficient region, It was found that lactic acid production rate and lactic acid yield were different. Based on these findings, the present inventors have found that the lactic acid yield within the culture period and within a certain culture period can be easily controlled, and have completed the present invention. That is, according to the present invention, the following means are provided.

本発明の一つの形態によれば、乳酸生産方法であって、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に備える遺伝子組換え乳酸生産酵母を培養する培養工程、を備え、前記培養工程においては、酸素移動容量係数(hr−1)が6以上36以下の範囲で培養する工程を備える、乳酸生産方法が提供される。この形態においては、酸素移動容量係数(hr−1)が16以下の範囲で培養することも好ましい一態様であり、酸素移動容量係数(hr−1)が16超の範囲で培養することも好ましい一態様である。さらに、これらの上記いずれかの乳酸生産方法において、前記培養工程においては、酸素移動容量係数(hr−1)を変化させることが好ましい。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing lactic acid, the method comprising culturing a genetically modified lactic acid-producing yeast provided with a gene capable of expressing a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity. In the culturing step, there is provided a lactic acid production method including a step of culturing in a range of oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) of 6 or more and 36 or less. In this embodiment, it is also one preferred embodiment that the oxygen transfer capacity coefficient (hr -1) is cultured in a range of 16 or less, it is also preferable that the volumetric oxygen transfer coefficient (hr -1) is cultured in a range of 16 than It is one mode. Furthermore, in any one of these lactic acid production methods, it is preferable to change the oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) in the culturing step.

また、本発明の他の一つの形態によれば、乳酸生産方法であって、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に備える乳酸生産酵母を培養する培養工程、を備え、前記培養工程において酸素移動容量係数(hr−1)を変化させる、乳酸生産方法が提供される。この形態においては、前記培養工程は、(a)前記乳酸生産酵母を酸素移動容量係数(hr−1)が16以下の範囲で培養する工程と、(b)前記乳酸生産酵母を酸素移動容量係数(hr−1)が16超の範囲で培養する工程と、を含むことが好ましく、さらに、前記(a)工程を実施後に前記(b)工程を実施することが好ましい。 Further, according to another embodiment of the present invention, there is provided a lactic acid production method comprising culturing a lactic acid-producing yeast that is capable of expressing a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity. There is provided a method for producing lactic acid, wherein the oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) is changed in the culturing step. In this embodiment, the culturing step includes (a) culturing the lactic acid-producing yeast in an oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) in the range of 16 or less, and (b) lactic acid-producing yeast in an oxygen transfer capacity coefficient. It is preferable to include the step of culturing in a range where (hr −1 ) exceeds 16, and further, the step (b) is preferably performed after the step (a).

さらにまた、本発明の他の一つの形態によれば、乳酸生産方法であって、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に備える乳酸生産酵母を通気攪拌下で培養する工程を備える、乳酸生産方法が提供される。   Furthermore, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for lactic acid production, which comprises culturing a lactic acid-producing yeast provided with a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity under aeration and agitation. A method for producing lactic acid is provided.

また、本発明の他の一つの形態によれば、乳酸生産方法であって、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に備える乳酸生産酵母を培養液の通気および/または攪拌下、該培養液の溶存酸素量が1mg/L以下の範囲で培養する工程を備える、乳酸生産方法が提供される。この形態においては、前記培養工程における培養液の溶存酸素量が0.5mg/L以下であることがより好ましい態様である。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing lactic acid, wherein a lactic acid-producing yeast comprising a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity is capable of being expressed. Below, a method for producing lactic acid is provided, which comprises a step of culturing in a range where the dissolved oxygen content of the culture solution is 1 mg / L or less. In this embodiment, it is a more preferable embodiment that the dissolved oxygen content of the culture solution in the culturing step is 0.5 mg / L or less.

上記いずれかの乳酸生産方法においては、前記乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子は、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーターの制御下で発現可能に備えられていることも好ましい態様である。さらに、前記乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子は、酵母染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーターの制御下で発現可能に備えられていることが好ましい態様である。さらに、前記乳酸生産酵母は、ピルビン酸脱炭酸酵素および/またはアルコール脱水素酵素活性が低下されていることが好ましい態様であり、酵母染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子が破壊されていることも好ましい態様である。さらにまた、前記乳酸生産酵母は、前記乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を二以上備えていることも好ましい態様である。   In any of the above lactic acid production methods, it is also a preferred aspect that the gene encoding the protein having lactate dehydrogenase activity is provided so as to be expressed under the control of a pyruvate decarboxylase gene promoter. Furthermore, it is a preferable aspect that the gene encoding the protein having lactate dehydrogenase activity is prepared so as to be expressed under the control of a pyruvate decarboxylase gene promoter on the yeast chromosome. Further, in the lactic acid-producing yeast, it is preferable that pyruvate decarboxylase and / or alcohol dehydrogenase activity is reduced, and the pyruvate decarboxylase gene on the yeast chromosome may be disrupted. This is a preferred embodiment. Furthermore, it is also a preferable aspect that the lactic acid-producing yeast is provided with two or more genes encoding a protein having the lactic acid dehydrogenase activity.

本発明の乳酸生産方法は、乳酸脱水素酵素活性を有する遺伝子を発現可能に備える乳酸生産酵母を培養する培養工程、を備えている。本発明の第1の形態においては、前記培養工程においては、酸素移動容量係数(hr−1)が6以上36以下の範囲で培養することを特徴としている。酸素移動容量係数(以下、単にkLaという。)(hr−1)が6以上36以下の範囲において、乳酸生産酵母の乳酸生産速度、乳酸収量、乳酸比率(生産物における乳酸の比率)について好ましい特徴を有する。このためこの範囲内のkLaで乳酸生産酵母を培養することで、効率的な乳酸生産が可能となる。kLa(hr−1)が6未満では、乳酸生産速度が遅くなる傾向があり、kLa(hr−1)が36を超えると乳酸収量が低下する傾向にある。 The lactic acid production method of the present invention includes a culture step of culturing a lactic acid-producing yeast that is capable of expressing a gene having lactate dehydrogenase activity. In the 1st form of this invention, in the said culture | cultivation process, it culture | cultivates in the range whose oxygen transfer capacity coefficient (hr < -1 >) is 6 or more and 36 or less. Preferred features for the lactic acid production rate, lactic acid yield, and lactic acid ratio (lactic acid ratio in the product) of the lactic acid-producing yeast when the oxygen transfer capacity coefficient (hereinafter simply referred to as kLa) (hr −1 ) is in the range of 6 to 36. Have For this reason, efficient lactic acid production becomes possible by cultivating lactic acid-producing yeast with kLa within this range. If kLa (hr −1 ) is less than 6, the lactic acid production rate tends to be slow, and if kLa (hr −1 ) exceeds 36, the lactic acid yield tends to decrease.

また、本発明の第2の形態においては、前記培養工程においては、kLa(hr−1)を変化させることを特徴としている。前記乳酸生産酵母は、その乳酸生産速度がkLa(hr−1)に依存する傾向が強いため、kLa(hr−1)を調整することで目的とする培養期間での乳酸生産を実現することができる。また、一定の培養期間内において残留糖分を抑制して高い乳酸収量や乳酸比率を得ることができる。 Moreover, in the 2nd form of this invention, kLa (hr < -1 >) is changed in the said culture | cultivation process, It is characterized by the above-mentioned. The lactic acid-producing yeast has a strong tendency to depend on kLa (hr −1 ) for its lactic acid production rate, and thus it is possible to realize lactic acid production in the intended culture period by adjusting kLa (hr −1 ). it can. Moreover, a high lactic acid yield and a lactic acid ratio can be obtained by suppressing the residual sugar content within a certain culture period.

さらに、本発明の第3の形態においては、前記培養工程は、前記乳酸生産酵母を通気攪拌下で培養する工程を備えることを特徴としている。従来この種の酵母や乳酸菌において用いられていない通気攪拌下での培養によって予想外に良好な乳酸収量、乳酸比率を得ることができるとともに、乳酸生産速度も容易に制御できる。   Furthermore, in the 3rd form of this invention, the said culture | cultivation process is equipped with the process of culturing the said lactic acid-producing yeast under aeration stirring. An unexpectedly good lactic acid yield and lactic acid ratio can be obtained by culturing under aeration and agitation which has not been used in this type of yeast or lactic acid bacteria, and the lactic acid production rate can be easily controlled.

さらに、本発明の第4の形態においては、前記培養工程は、前記乳酸生産酵母を培養液の通気および/または攪拌下、該培養液の溶存酸素濃度が1mg/L以下の範囲で培養することを特徴とする。こうした酸素条件で培養することで、予想外に良好な乳酸収量、乳酸比率を得ることができるとともに、乳酸生産速度も容易に制御できる。   Furthermore, in the fourth aspect of the present invention, the culturing step comprises culturing the lactic acid-producing yeast in a range where the dissolved oxygen concentration of the culture solution is 1 mg / L or less under aeration and / or stirring of the culture solution. It is characterized by. By culturing under such oxygen conditions, an unexpectedly good lactic acid yield and lactic acid ratio can be obtained, and the lactic acid production rate can be easily controlled.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(遺伝子組換え乳酸生産酵母)
(酵母)
本発明の乳酸生産形質転換酵母は、外来の乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を有する形質転換酵母である。本乳酸生産酵母を得るための酵母としては、アルコール発酵を行う酵母であって、サッカロマイセス・セレビシエ、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)などのサッカロマイセス属酵母、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、などの酵母を挙げることができる。より好ましくは、サッカロマイセス・セレビシエなどのサッカロマイセス属を始めとする酵母である。好ましい酵母の一例としては、サッカロマイセス・セレビシエIFO2260株や同YPH株を例示できる。
(Gene lactic acid-producing yeast)
(yeast)
The lactic acid-producing transformed yeast of the present invention is a transformed yeast having a gene encoding a protein having an exogenous lactate dehydrogenase activity. Yeast for obtaining this lactic acid-producing yeast is a yeast that carries out alcoholic fermentation, such as Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces genus yeast, Pichia pastoris (Pichia pastoris), etc. Yeast can be mentioned. More preferred are yeasts including Saccharomyces genus such as Saccharomyces cerevisiae. Examples of preferred yeasts include Saccharomyces cerevisiae IFO2260 strain and YPH strain.

なお、本乳酸生産酵母および乳酸生産方法において乳酸とは、L−乳酸、D−乳酸、及びDL−乳酸があるが、これらのいずれであってもよい。   In this lactic acid-producing yeast and lactic acid production method, lactic acid includes L-lactic acid, D-lactic acid, and DL-lactic acid, and any of these may be used.

(ピルビン酸脱炭酸酵素活性あるいはアルコール脱水素酵素活性の低下)
本乳酸生産酵母においては、ピルビン酸脱炭酸酵素(PDC)活性および/またはアルコール脱水素酵素(ADH)活性が低下されていることが好ましい。これらの酵素は、酵母のアルコール発酵経路の酵素であり、アルコール発酵を行う酵母がその染色体上に本来的に有している酵素である。ピルビン酸脱炭酸酵素は、いわゆるオートレギュレーション機構を有する酵素であり、ピルビン酸脱炭酸酵素1〜6等がある。これらのうちいずれか1種あるいは2種以上が破壊されていればよいが、好ましくは最も活性が高いあるいは大量に発現されているピルビン酸脱炭酸酵素1(PDC1)の活性が低下されていることが好ましい。また、アルコール脱水素酵素においても各種の亜種(ADH1〜ADH7)があるが、アルコール脱水素酵素1(ADH1)が大量に発現されている。したがってアルコール脱水素酵素1の活性が低下されていることが好ましい。
(Reduction of pyruvate decarboxylase activity or alcohol dehydrogenase activity)
In the present lactic acid-producing yeast, it is preferable that pyruvate decarboxylase (PDC) activity and / or alcohol dehydrogenase (ADH) activity is reduced. These enzymes are enzymes of the yeast alcohol fermentation pathway, and are enzymes that are inherently present on the chromosome of yeast that performs alcohol fermentation. Pyruvate decarboxylase is an enzyme having a so-called autoregulation mechanism, such as pyruvate decarboxylase 1-6. Any one or two or more of these may be destroyed, but the activity of pyruvate decarboxylase 1 (PDC1), which is most highly active or expressed in large quantities, is preferably reduced. Is preferred. Moreover, although there are various subspecies (ADH1 to ADH7) in alcohol dehydrogenase, a large amount of alcohol dehydrogenase 1 (ADH1) is expressed. Therefore, it is preferable that the activity of alcohol dehydrogenase 1 is reduced.

ピルビン酸脱炭酸酵素活性および/またはアルコール脱水素酵素活性が低下されているとは、人工的な操作によりあるいはスクリーニングによって、野生型よりも低い活性の該酵素が生産されているかあるいは該酵素の生産量が野生型よりも少ないものであることが好ましい。このような酵素活性の低下のための人工的操作としては、この酵素遺伝子を破壊(ノックアウト)することが好ましい。染色体上の特定遺伝子を破壊する手法は、当業者において周知である。   The fact that pyruvate decarboxylase activity and / or alcohol dehydrogenase activity is reduced means that the enzyme having a lower activity than the wild type is produced by artificial manipulation or screening, or the production of the enzyme The amount is preferably less than that of the wild type. As such an artificial operation for reducing the enzyme activity, it is preferable to destroy (knock out) the enzyme gene. Techniques for disrupting specific genes on chromosomes are well known to those skilled in the art.

(乳酸脱水素酵素)
本乳酸生産酵母は、乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子(LDH遺伝子)を保持している。LDH遺伝子は、酵母においては外来性である。乳酸脱水素酵素(LDH)としては、生物の種類に応じてあるいは生体内においても各種同族体が存在する。本発明において使用する乳酸脱水素酵素としては、天然由来のLDHの他、化学合成的あるいは遺伝子工学的に人工的に合成されたLDHも包含している。LDHとしては、好ましくは、ラクトバシルス・ヘルベティカス、ラクトバシルス・カゼイ、クルイベロマイセス・サーモトレランス、トルラスポラ・デルブルッキ、シゾサッカロミセス・ポンビ、リゾプス・オリゼ、B.メガテリウムなどの原核生物もしくはカビなどの真核微生物由来であり、より好ましくは、植物、動物、昆虫などの高等真核生物由来であり、さらに好ましくは、ウシを始めとする哺乳類を含む高等真核生物由来である。例えば、ウシ由来のLDH(L−LDH)である。例えば、ウシ由来のLDHとして配列番号:2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質を挙げることができる。また、かかるLDHをコードするDNAとしては、配列番号:1に記載される塩基配列からなるDNAを挙げることができる。さらに、本発明におけるLDHは、これらのLDHのホモログも包含している。LDHホモログは、天然由来のLDHのアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入および/または付加されたアミノ酸でありかつLDH活性を有しているタンパク質、および、天然由来のLDHとアミノ配列の相同性が少なくとも70%、好ましくは80%以上を有しかつLDH活性を有しているタンパク質を含んでいる。したがってLDH遺伝子として、これらのいずれかのLDHをコードするDNAを用いることができる。本乳酸生産酵母は、LDH遺伝子を少なくとも一つ、好ましくは二以上保持している。より好ましくは三以上保持している。さらに好ましくは四つ以上保持している。
(Lactate dehydrogenase)
This lactic acid-producing yeast holds a gene (LDH gene) encoding a protein having lactate dehydrogenase activity. The LDH gene is exogenous in yeast. As a lactate dehydrogenase (LDH), various homologues exist depending on the kind of organism or in vivo. The lactate dehydrogenase used in the present invention includes not only naturally derived LDH but also LDH synthesized chemically or genetically. As LDH, Preferably, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei, Kluyveromyces thermotolerance, Torlas pora delbrukki, Schizosaccharomyces pombi, Rhizopus oryzae, It is derived from prokaryotes such as megaterium or eukaryotic microorganisms such as mold, more preferably derived from higher eukaryotes such as plants, animals and insects, and more preferably higher eukaryotes including mammals including cattle. It is derived from living things. For example, LDH derived from bovine (L-LDH). For example, a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 can be mentioned as LDH derived from bovine. Examples of the DNA encoding LDH include DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1. Furthermore, LDH in the present invention includes homologues of these LDHs. An LDH homolog is a protein having an LDH activity, which is an amino acid sequence having one or several amino acid substitutions, deletions, insertions and / or additions in the amino acid sequence of naturally occurring LDH, and a naturally occurring LDH It contains a protein having LDH and amino sequence homology of at least 70%, preferably 80% or more and having LDH activity. Therefore, DNA encoding any of these LDHs can be used as the LDH gene. The lactic acid-producing yeast holds at least one, preferably two or more LDH genes. More preferably, three or more are held. More preferably, four or more are held.

(PDCプロモーター)
LDH遺伝子は、強力なプロモーター活性を有するプロモーターの制御下に発現可能に備えられていることが好ましい。例えば、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーター(PDCプロモーター)の制御下に発現可能に備えられていることが好ましい。なかでも、十分に強力なプロモーターであるPDC1プロモーターを用いることが好ましい。より好ましくは、サッカロマイセス属(好ましくはセレビシエ)のPDC1プロモーターである。
(PDC promoter)
The LDH gene is preferably provided so that it can be expressed under the control of a promoter having a strong promoter activity. For example, it is preferable that it is provided so that it can be expressed under the control of a pyruvate decarboxylase gene promoter (PDC promoter). Among these, it is preferable to use the PDC1 promoter which is a sufficiently strong promoter. More preferably, it is a PDC1 promoter of the genus Saccharomyces (preferably Seleviciae).

例えば、PDC1プロモーターとしては、配列番号:3に記載の塩基配列からなるDNAの他、同等の機能を有する限り、該DNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、該塩基配列において1あるいは2以上の塩基が置換、欠失、付加、及び/又は挿入された配列からなるDNA、あるいは、該DNAとの相同性が70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上であるDNAを用いることができる。すなわち、酵母染色体上のPDC1プロモーターが、同一ではないが同等の機能を有するこれらのプロモーター活性を有するDNAによって相同組換え等を介して置換されていてもよい。   For example, as the PDC1 promoter, in addition to DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions as long as it has an equivalent function, one or more in the base sequence DNA consisting of a sequence in which the bases are substituted, deleted, added and / or inserted, or homology with the DNA is 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, most preferably Can use DNA which is 95% or more. That is, the PDC1 promoter on the yeast chromosome may be replaced by homologous recombination or the like with DNA having these promoter activities that are not identical but have equivalent functions.

本明細書においてストリンジェントな条件とは、50%ホルムアミド存在下でハイブリダイゼーション温度が37℃であるハイブリダイゼーション条件あるいはこれと同様のストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件を意味している。よりストリンジェンシーの高い条件によれば、より相同性の高いDNAを単離できる。かかるハイブリダイゼーション条件としては、例えば、50%ホルムアミド存在下でハイブリダイゼーション温度が約42℃、さらにストリンジェンシーの高い条件としては、50%ホルムアミド存在下で約65℃のハイブリダイゼーション条件を挙げることができる。   In the present specification, the stringent condition means a hybridization condition in which the hybridization temperature is 37 ° C. in the presence of 50% formamide or a hybridization condition having the same stringency as this. According to conditions with higher stringency, DNA with higher homology can be isolated. Such hybridization conditions include, for example, hybridization conditions of about 42 ° C. in the presence of 50% formamide, and conditions of about 65 ° C. in the presence of 50% formamide. .

また、本明細書において、DNAなどの核酸の相同性については、DNAの塩基配列のホモロジーは、遺伝子解析プログラムBLASTなどによって決定することができる。なお、DNAの塩基配列のホモロジーは、遺伝子解析プログラムBLAST(http://blast.genome.ad.jp),FASTA(http://fasta.genome.ad.jp/SIT/FASTA.html)などによって決定することができる。   Further, in this specification, with respect to the homology of nucleic acids such as DNA, the homology of the DNA base sequence can be determined by a gene analysis program BLAST or the like. The DNA base sequence homology is determined by the gene analysis program BLAST (http://blast.genome.ad.jp), FASTA (http://fasta.genome.ad.jp/SIT/FASTA.html), or the like. Can be determined.

(他のプロモーター)
また、LDH遺伝子は、ADH遺伝子のプロモーター(ADHプロモーター)を初めとする他の各種プロモーターの制御下に発現可能に備えることもできる。ADHは既に述べたようにアルコール発酵経路においてPDCのすぐ後段の酵素である。ADHプロモーターとしては、十分に強力なプロモーターであるADH1プロモーターを用いることが好ましい。
(Other promoters)
The LDH gene can also be prepared so as to be expressed under the control of various other promoters including the promoter of the ADH gene (ADH promoter). As already mentioned, ADH is an enzyme immediately after PDC in the alcohol fermentation pathway. As the ADH promoter, it is preferable to use the ADH1 promoter which is a sufficiently strong promoter.

また、この他、LDH遺伝子は、酵母サッカロマイセス・セレビジエの高浸透圧応答7遺伝子(HOR7遺伝子)、グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素2遺伝子(TDH2遺伝子)、ヘキソース輸送タンパク質7遺伝子(HXT7遺伝子)、熱ショックタンパク質30遺伝子(HSP30遺伝子)、チオレドキシンペルオキシダーゼ1遺伝子(AHP1遺伝子)、膜タンパク質1関連遺伝子(MRH1遺伝子)の遺伝子、ホスホグリセレートキナーゼ遺伝子(PGK遺伝子)、グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素3遺伝子(TDH3遺伝子)、ガラクトース1リン酸キナーゼ1遺伝子(GAL1遺伝子)および転写エンハンサー因子1遺伝子(TEF1遺伝子)のプロモーターの制御下に発現可能に導入することもできる。   In addition, the LDH gene includes yeast Saccharomyces cerevisiae hyperosmotic response 7 gene (HOR7 gene), glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase 2 gene (TDH2 gene), and hexose transport protein 7 gene (HXT7 gene). , Heat shock protein 30 gene (HSP30 gene), thioredoxin peroxidase 1 gene (AHP1 gene), membrane protein 1 related gene (MRH1 gene) gene, phosphoglycerate kinase gene (PGK gene), glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenation It can also be introduced so that it can be expressed under the control of the promoters of enzyme 3 gene (TDH3 gene), galactose 1-phosphate kinase 1 gene (GAL1 gene) and transcription enhancer factor 1 gene (TEF1 gene).

なお、これらの他のプロモーターは、酵母の染色体上における各プロモーターと同等の機能を有する限り、該プロモーターのDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、該塩基配列において1あるいは2以上の塩基が置換、欠失、付加、及び/又は挿入された配列からなるDNA、あるいは、ADH1プロモーターとの相同性が70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上であるDNAを用いることができる。   As long as these other promoters have the same function as each promoter on the yeast chromosome, DNA that hybridizes with the DNA of the promoter under stringent conditions, and one or more bases in the base sequence DNA comprising substitution, deletion, addition, and / or inserted sequence, or homology with ADH1 promoter is 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, most preferably 95% or more The DNA can be used.

LDH遺伝子は、酵母染色体外で維持されるプラスミドやYACなどにおいて保持されていてもよいが、好ましくは酵母染色体に組み込まれて保持される。   The LDH gene may be retained in a plasmid or YAC maintained outside the yeast chromosome, but is preferably retained by being incorporated into the yeast chromosome.

LDH遺伝子は、好ましくは、酵母染色体において上記各種プロモーターの制御下に発現可能に備えられている。したがって、上記各種プロモーターとLDH遺伝子とを含む発現カセットを構築して、酵母染色体に導入することができる。また、LDH遺伝子は、酵母染色体上にあるこれらの各種プロモーターの制御下にある内在性遺伝子を破壊するとともに該プロモーターの制御下に発現可能に組み込まれることもできる。また、これらの各種プロモーターの制御下に発現可能に連結したLDH遺伝子を、PDC遺伝子および/またはADH遺伝子を破壊するように酵母染色体に組み込みこともできる。   The LDH gene is preferably provided so that it can be expressed in the yeast chromosome under the control of the above various promoters. Therefore, expression cassettes containing the various promoters and LDH genes can be constructed and introduced into yeast chromosomes. In addition, the LDH gene can be incorporated so as to be able to be expressed under the control of the promoter while destroying the endogenous gene under the control of these various promoters on the yeast chromosome. In addition, the LDH gene operably linked under the control of these various promoters can be incorporated into the yeast chromosome so as to destroy the PDC gene and / or the ADH gene.

さらに、PDCプロモーターやADHプロモーターの制御下にLDH遺伝子を発現可能に備えるようにするには、酵母染色体におけるこれらのプロモーターの本来の位置においてこれらのプロモーターによって制御可能であってかつPDC遺伝子を破壊するように酵母染色体に組み込まれていることが好ましい。こうすることで、PDC活性やADH活性を低下させてアルコール発酵を抑制できるとともに、本来PDC遺伝子発現に作用していた強力なPDCプロモーターやADHプロモーター活性をLDH遺伝子発現にスイッチさせることができる。破壊されそしてそれらのプロモーターがLDH遺伝子の発現に利用される遺伝子は、好ましくはPDC1遺伝子やADH1遺伝子である。最も強力なPDC1プロモーターによって制御されるPDC1遺伝子が破壊されてLDH遺伝子が代わりに発現されることで効果的にPDC活性低下とLDH活性発現とを実現できる。   Furthermore, in order to be prepared so that the LDH gene can be expressed under the control of the PDC promoter or the ADH promoter, the promoter can be controlled by these promoters at the original position of the yeast chromosome and the PDC gene is destroyed. Thus, it is preferably integrated into the yeast chromosome. In this way, alcohol fermentation can be suppressed by reducing PDC activity and ADH activity, and strong PDC promoter and ADH promoter activities that originally acted on PDC gene expression can be switched to LDH gene expression. The genes that are disrupted and whose promoters are utilized for the expression of the LDH gene are preferably the PDC1 gene and the ADH1 gene. The PDC1 gene controlled by the strongest PDC1 promoter is disrupted, and the LDH gene is expressed instead, thereby effectively reducing the PDC activity and expressing the LDH activity.

なお、PDC1遺伝子は、本発明者らが既に開示しているように、オートレギュレーション機構が存在する遺伝子である(特開2003−164295号)。オートレギュレーション機構とは、同じ機能を有する遺伝子が同一生物において複数存在し、通常、そのうちの少なくとも一つは発現しているが、残りは抑制されており、通常発現している遺伝子が破壊などにより機能しなくなった場合にのみ、残りの遺伝子が発現されてその機能を継続する機構を意味している。かかる機構が発現するため、例えば、酵母のPDC1遺伝子が破壊されたとしても、酵母の生理的機能が維持されることになる。このようなオートレギュレーション機構が存在する遺伝子を破壊することで、生物自体の生存、増殖機能を維持することができて、結果として、外来DNAを保持する形質転換体の増殖を維持しながら目的産物を効果的に生産させることができる。   The PDC1 gene is a gene having an autoregulation mechanism as already disclosed by the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-164295). The autoregulation mechanism is that multiple genes with the same function exist in the same organism, and at least one of them is normally expressed, but the rest is suppressed. It means a mechanism in which the remaining genes are expressed and continue their functions only when they stop functioning. Since such a mechanism is expressed, for example, even if the yeast PDC1 gene is disrupted, the physiological function of the yeast is maintained. By destroying the gene in which such an autoregulation mechanism exists, it is possible to maintain the survival and proliferation function of the organism itself, and as a result, the target product while maintaining the growth of the transformant holding the foreign DNA. Can be produced effectively.

なお、明らかなように、PDCプロモーター、ADHプロモーター及び他のプロモーターのDNAは、ゲノムDNAであってもよく、また、化学的に合成されたDNAであってもよい。   As is clear, the DNAs of the PDC promoter, the ADH promoter, and other promoters may be genomic DNA or chemically synthesized DNA.

以上のように、本乳酸生産酵母においては、上記したPDC活性及びADH活性を低下させる態様、各種のLDH遺伝子発現態様を各種組み合わせて採ることができる。好ましい乳酸生産酵母は、染色体上のPDC(好ましくはPDC1)遺伝子が破壊されるとともに破壊された該遺伝子のプロモーターの制御下にLDH遺伝子を発現可能に備えている。同時に、染色体上のADH(好ましくはADH1)遺伝子が破壊されていてもよい。また、この態様において、破壊された該ADH(好ましくはADH1)遺伝子のプロモーターの制御下にLDH遺伝子を発現可能に備えることもできる。こうした乳酸生産酵母においては、好ましくは2以上、より好ましくは4以上、さらに好ましくは6以上、最も好ましくは8以上のLDH遺伝子を染色体上に備えている。   As described above, in the present lactic acid-producing yeast, it is possible to take various combinations of the above-described aspect of reducing the PDC activity and ADH activity and various types of LDH gene expression. A preferred lactic acid-producing yeast has a PDC (preferably PDC1) gene on the chromosome disrupted and an LDH gene that can be expressed under the control of the promoter of the disrupted gene. At the same time, the ADH (preferably ADH1) gene on the chromosome may be disrupted. In this embodiment, the LDH gene can be expressed under the control of the promoter of the disrupted ADH (preferably ADH1) gene. Such lactic acid-producing yeast preferably has 2 or more LDH genes on the chromosome, more preferably 4 or more, still more preferably 6 or more, and most preferably 8 or more.

本乳酸生産酵母を取得するには、宿主酵母に対して、PDC遺伝子及びADH遺伝子の破壊を行うとともに、LDH遺伝子を発現可能に導入して形質転換することが好ましい。酵母に対してこのような遺伝子修飾を行うには、組換え用DNA構築物を利用する。組換え用DNA構築物は、特に限定しないで、線状等のDNA断片、プラスミド(DNA)、ウイルス(DNA)、レトロトランスポゾン(DNA)、人工染色体(YAC)を、外来遺伝子の導入形態(染色体外あるいは染色体内)等に応じて選択してベクターとしての形態をとることができる。   In order to obtain the lactic acid-producing yeast, it is preferable to transform the host yeast by disrupting the PDC gene and the ADH gene and introducing the LDH gene so that it can be expressed. In order to perform such genetic modification on yeast, a DNA construct for recombination is used. The DNA construct for recombination is not particularly limited, and may be a linear DNA fragment, a plasmid (DNA), a virus (DNA), a retrotransposon (DNA), an artificial chromosome (YAC), a foreign gene introduced form (extrachromosomal). Alternatively, it can be selected according to the intrachromosome etc. and can take the form of a vector.

PDC遺伝子あるいはADH遺伝子の破壊のためのDNA構築物は、これらの遺伝子部位に導入して遺伝子を破壊するために相同組換え用の配列を備えることができる。相同組換え用DNA配列は、破壊しようとするPDC遺伝子及びADH遺伝子であるターゲット部位あるいはその近傍のDNA配列と相同なDNA配列である。相同組換え用DNA配列は、一つのターゲット遺伝子あるいはその近傍の少なくとも1箇所に相同である1の配列を有しており、好ましくは、ターゲット遺伝子あるいはその近傍の少なくとも2箇所にそれぞれ相同な配列を備えている。例えば、2個の相同組換え用DNA配列を、染色体上のターゲット遺伝子の上流側と下流側のDNAとのそれぞれに相同なDNA配列とし、これらの相同組換え用DNA配列の間に遺伝子を破壊するためのDNAを備えるDNA構築物を酵母染色体に相同組換えにより導入することでターゲット部位の遺伝子を破壊することができる。   A DNA construct for disrupting the PDC gene or the ADH gene can be provided with a sequence for homologous recombination in order to introduce the gene into these gene sites and destroy the gene. The DNA sequence for homologous recombination is a DNA sequence that is homologous to the DNA sequence at or near the target site of the PDC gene and ADH gene to be destroyed. The DNA sequence for homologous recombination has one sequence that is homologous to at least one location in the vicinity of one target gene, or preferably, preferably a sequence that is homologous to at least two locations in the vicinity of the target gene. I have. For example, two DNA sequences for homologous recombination are made DNA sequences homologous to the upstream and downstream DNAs of the target gene on the chromosome, and the gene is destroyed between these DNA sequences for homologous recombination. The gene at the target site can be destroyed by introducing a DNA construct comprising DNA for the purpose into the yeast chromosome by homologous recombination.

このような染色体上への組み込みを実現するための相同組換え用DNAの選択は、当業者において周知であり、当業者であれば必要に応じて適切な相同組換え用DNAを選択して相同組換え用DNA構築物を構成することができる。例えば、PDCプロモーターの少なくとも一部と、PDC遺伝子あるいはターミネーターの少なくとも一部とにそれぞれ相同なDNA配列を相同組換え用DNA配列として用いることができる。同様に、ADHプロモーターの少なくとも一部とADH遺伝子あるいはターミネーターの少なくとも一部とにそれぞれ相同なDNA配列を相同組換え用DNA配列として用いることができる。   The selection of DNA for homologous recombination for realizing such integration on a chromosome is well known to those skilled in the art, and those skilled in the art can select appropriate DNA for homologous recombination as needed and perform homologous recombination. Recombinant DNA constructs can be constructed. For example, a DNA sequence homologous to at least part of the PDC promoter and at least part of the PDC gene or terminator can be used as the DNA sequence for homologous recombination. Similarly, a DNA sequence homologous to at least part of the ADH promoter and at least part of the ADH gene or terminator can be used as the DNA sequence for homologous recombination.

PDC遺伝子を破壊するDNA構築物には、PDC遺伝子をターゲットとするための相同組換え用DNAとともにPDC遺伝子を置換可能な形態でLDH遺伝子を有することができる。このようなDNA構築物によれば、PDC遺伝子の破壊とともにPDCプロモーターの制御下にLDH遺伝子を発現可能に導入できる。   The DNA construct that destroys the PDC gene can have the LDH gene in a form that can replace the PDC gene together with DNA for homologous recombination for targeting the PDC gene. According to such a DNA construct, the LDC gene can be introduced so as to be expressed under the control of the PDC promoter together with the destruction of the PDC gene.

また、PDC遺伝子を破壊するとともに、破壊した該PDC遺伝子のプロモーターの制御下にLDH遺伝子を導入することもできるが、相同組換えにより染色体上のPDCプロモーターに替えて同等のプロモーターを導入することもできる。例えば、既に述べたPDC1プロモーターのホモログ等である。   In addition to destroying the PDC gene, the LDH gene can be introduced under the control of the promoter of the disrupted PDC gene, but an equivalent promoter can be introduced instead of the PDC promoter on the chromosome by homologous recombination. it can. For example, the above-mentioned homologue of the PDC1 promoter.

なお、使用するDNA構築物には、CYC1ターミネーターやTDH3ターミネーターなどのターミネーター他、必要に応じてエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)を連結することができる。選択マーカーとしては、特に限定しないで、薬剤抵抗性遺伝子、栄養要求性遺伝子などを始めとする公知の各種選択マーカー遺伝子を利用できる。例えば、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性G418遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ブレオマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、シクロヘキサミド耐性遺伝子等を使用することができる。   In addition, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selectable marker, and a ribosome binding sequence (SD sequence) are linked to the DNA construct to be used, if necessary, in addition to terminators such as CYC1 terminator and TDH3 terminator. be able to. The selectable marker is not particularly limited, and various known selectable marker genes such as drug resistance genes and auxotrophic genes can be used. For example, ampicillin resistance gene, kanamycin resistance G418 gene, hygromycin resistance gene, bleomycin resistance gene, neomycin resistance gene, dihydrofolate reductase gene, chloramphenicol resistance gene, cyclohexamide resistance gene and the like can be used.

(乳酸の生産方法)
本乳酸生産酵母を適当な炭素源の存在下で培養することにより、培養物中にLDH遺伝子の発現産物である乳酸を生成させることができる。本乳酸生産方法によれば、培養系から乳酸を分離する工程を実施することにより、乳酸を得ることができる。なお、本発明において培養物とは、培養上清の他、培養細胞あるいは菌体、細胞若しくは菌体の破砕物を包含している。
(Production method of lactic acid)
By culturing the present lactic acid-producing yeast in the presence of an appropriate carbon source, lactic acid which is an expression product of the LDH gene can be produced in the culture. According to this lactic acid production method, lactic acid can be obtained by carrying out the step of separating lactic acid from the culture system. In the present invention, the culture includes cultured cells or microbial cells, or crushed cells or cells in addition to the culture supernatant.

本発明の乳酸生産酵母の培養にあたっては、酵母の種類に応じて培養方法や培養条件を選択することができる。例えば、ジャーファーメンターを用いた液体培養法を挙げることができ、回分培養、半回分培養などの培養形式を採用できる。また、酵母を培養する培地としては、微生物が資化可能な炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれも使用することができる。炭素源としては、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコールを用いることができる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸もしくは有機酸のアンモニウム塩またはその他の含窒素化合物の他、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー等を用いることができる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウムなどを用いることができる。   In culturing the lactic acid-producing yeast of the present invention, a culture method and culture conditions can be selected according to the type of yeast. For example, a liquid culture method using a jar fermenter can be mentioned, and culture formats such as batch culture and semi-batch culture can be adopted. Moreover, as a medium for cultivating yeast, a natural medium, which contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like that can be assimilated by microorganisms and can efficiently culture transformants, Any of the synthetic media can be used. As a carbon source, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, starch and cellulose, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol can be used. As the nitrogen source, ammonium salt of inorganic acid or organic acid such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, etc. may be used. it can. Examples of inorganic substances that can be used include potassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.

培養温度は、用いる乳酸生産酵母の生育可能な範囲で選択することができ、例えば、約20℃〜約40℃とすることができる。また、培地pHは、pHは2.0〜6.0に保持することが好ましく、必要に応じて産物である乳酸等の中和を行うかあるいは、連続的に乳酸を除去する等の処理を行うこともできる。   The culture temperature can be selected within the range in which the lactic acid-producing yeast to be used can grow, and can be, for example, about 20 ° C. to about 40 ° C. Moreover, it is preferable to maintain the pH of the medium at 2.0 to 6.0, and if necessary, neutralize the product lactic acid or the like, or remove the lactic acid continuously. It can also be done.

また、培養期間は、他の培養条件、特に、後述するようにkLa(hr−1)によって大きく異なるが6〜72時間程度とすることが好ましく、より好ましくは48時間程度とする。 The culture period is preferably about 6 to 72 hours, more preferably about 48 hours, although it varies greatly depending on other culture conditions, in particular, kLa (hr −1 ) as described later.

本乳酸生産方法は、乳酸生産酵母を通気攪拌下で、あるいは微好気状態よりも好気状態で培養することが好ましい。一般に、乳酸菌による乳酸発酵や酵母によるエタノール発酵では、通気を行わない微好気状態で発酵を行う。これに対して、本方法では、酵母による発酵生産においては従来用いられていない通気攪拌によって得られる培養液中の酸素条件を用いることを特徴としている。すなわち、微好気状態よりも好気的な酸素条件で発酵を行うことを特徴としている。乳酸生産酵母については、このような酸素条件下において初めて効率的な乳酸発酵が実現される。特に、遺伝子組換え乳酸生産酵母、なかでも、PDC活性が低下するなどアルコール発酵が抑制された乳酸生産酵母あるいはPDC遺伝子のプロモーター下の制御下においてLDH遺伝子が発現可能に備えられた乳酸生産酵母においては、理由は明らかではないが、こうした酸素条件において初めて実用的な乳酸生産特性を得ることができる。なお、本生産方法においては、微好気状態よりも好気的な状態が得られる限り、通気および攪拌の双方を行うことのほか、通気および攪拌のうち一方のみを行ってもよい。   In this lactic acid production method, the lactic acid-producing yeast is preferably cultured under aeration and aerobic conditions rather than in a slightly aerobic state. In general, in lactic acid fermentation using lactic acid bacteria and ethanol fermentation using yeast, fermentation is performed in a microaerobic state without aeration. On the other hand, the present method is characterized by using oxygen conditions in the culture solution obtained by aeration and agitation which are not conventionally used in the fermentation production by yeast. That is, it is characterized in that the fermentation is performed under an aerobic oxygen condition rather than a microaerobic state. For lactic acid-producing yeast, efficient lactic acid fermentation is realized for the first time under such oxygen conditions. In particular, in a recombinant lactic acid-producing yeast, particularly a lactic acid-producing yeast in which alcohol fermentation is suppressed, such as a decrease in PDC activity, or a lactic acid-producing yeast provided with an LDH gene capable of being expressed under the control of a PDC gene promoter. Although the reason is not clear, practical lactic acid production characteristics can be obtained for the first time under such oxygen conditions. In this production method, as long as an aerobic state is obtained rather than a slightly aerobic state, in addition to performing both aeration and agitation, only one of aeration and agitation may be performed.

本方法の培養工程において得ようとする酸素条件は、使用する乳酸生産酵母が乳酸発酵可能なあるいは乳酸発酵を促進可能な程度であればよい。例えば、かかる酸素条件は、例えば、kLa(hr−1)として表現することができる。kLa(hr−1)は、通気攪拌培養時において、単位時間に気相から液相へ酸素を移動させ溶存酸素を生成させる能力を示すものであり、以下の式(1)で表すことができる。また、kLa(hr−1)(以下、単にkLaと略す。)は、通気攪拌培養時において、気相から供給される酸素と微生物によって消費される酸素とによって表される培養液中の酸素の収支式(2)において用いられる(生物工学実験書、日本生物工学会編、培風館、p.310(1992))。 The oxygen condition to be obtained in the culturing step of the present method is not limited as long as the lactic acid-producing yeast to be used is capable of lactic acid fermentation or can promote lactic acid fermentation. For example, such an oxygen condition can be expressed as, for example, kLa (hr −1 ). kLa (hr −1 ) indicates the ability to transfer dissolved oxygen from the gas phase to the liquid phase per unit time during aeration and agitation culture, and can be expressed by the following formula (1). . In addition, kLa (hr −1 ) (hereinafter simply abbreviated as kLa) is a ratio of oxygen in the culture medium represented by oxygen supplied from the gas phase and oxygen consumed by microorganisms during aeration and agitation culture. It is used in the balance equation (2) (Biotechnical Experiment Manual, edited by Japanese Society for Biotechnology, Baifukan, p. 310 (1992)).

dC/dt=kLa×(C*−C) (1)
dC/dt=kLa×(C*−C)−Q02×X (2)
ここで、C:培養液中の溶存酸素濃度DO(ppm)、C*:微生物による酸素の消費がない場合の気相と平衡の溶存酸素濃度DO(ppm)、X:菌体濃度(g/L)、Q02:比呼吸速度(mgO2/(g・cell・h)kLa:酸素移動容量係数(hr−1)である。
dC / dt = kLa × (C * −C) (1)
dC / dt = kLa × (C * −C) −Q02 × X (2)
Here, C: dissolved oxygen concentration DO (ppm) in the culture solution, C *: dissolved oxygen concentration DO (ppm) in equilibrium with the gas phase when oxygen is not consumed by microorganisms, X: bacterial cell concentration (g / L), Q02: specific respiration rate (mgO2 / (g · cell · h) kLa: oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ).

通気攪拌培養装置におけるkLaは、亜硫酸酸化法(バッチ法・連続法)、気体置換法(Gassing out法(スタティック法、ダイナミック法))、排気ガス分析法などで測定できる(前掲生物工学実験書、p311等)。以下に、気体置換法(ダイナミック法)によるkLaの測定の一例を示す。通気攪拌培養装置に水あるいは使用する培地をいれ、これらの液体中の酸素を窒素ガスにより置換するかあるいは亜硫酸ナトリムをほぼ飽和濃度に達する程度に加えることなどにより脱酸素するかして該液体の酸素濃度を低下させる。次いで、かかる液体中に溶存酸素濃度電極を差し込み、通気速度、攪拌速度および温度を設定して所定の通気攪拌下での溶存酸素の上昇過程を測定する。ここで、式(1)より、下記式(3)が導かれるため、通気した時間に対して、C*−Cの対数をプロットすることで、kLaを求めることができる。
In(C*−C)=−kLa×t (3)
KLa in aeration and agitation culture equipment can be measured by sulfite oxidation method (batch method / continuous method), gas displacement method (Gassing out method (static method, dynamic method)), exhaust gas analysis method, etc. p311 etc.). Below, an example of the measurement of kLa by the gas substitution method (dynamic method) is shown. Place the water or medium to be used in the aeration and agitation culture apparatus, and replace the oxygen in these liquids with nitrogen gas or deoxygenate such as by adding sodium sulfite to a nearly saturated concentration. Reduce oxygen concentration. Next, a dissolved oxygen concentration electrode is inserted into the liquid, and the aeration rate, agitation rate, and temperature are set, and the rising process of the dissolved oxygen under a predetermined agitation agitation is measured. Here, since the following formula (3) is derived from the formula (1), kLa can be obtained by plotting the logarithm of C * -C against the aerated time.
In (C * -C) = − kLa × t (3)

本発明においては、いくつかの通気条件と攪拌条件とを組み合わせた通気攪拌条件を設定して、これらの各種通気攪拌条件とkLaとの関係を予め求めた上、使用する通気攪拌培養装置についてkLaが6以上36以下となる通気攪拌条件を予め設定することが好ましい。各種の通気攪拌条件に対するkLaは、各通気攪拌条件に設定した通気攪拌培養装置を上記記載の方法に従って運転し、溶存酸素濃度の上昇過程と平衡溶存酸素濃度とを測定することで求めることができる。   In the present invention, aeration and agitation conditions that combine several aeration conditions and agitation conditions are set, the relationship between these various aeration and agitation conditions and kLa is obtained in advance, and the aeration and agitation culture apparatus used is kLa. It is preferable to set in advance the aeration and stirring conditions such that is 6 or more and 36 or less. The kLa for various aeration and agitation conditions can be obtained by operating the aeration and agitation culture apparatus set for each aeration and agitation conditions according to the above-described method and measuring the rising process of the dissolved oxygen concentration and the equilibrium dissolved oxygen concentration. .

kLaが6以上36以下の範囲においては、乳酸生産酵母の乳酸生産速度、乳酸収量および残留糖分について好ましい培養特性を得ることができるため、安定して効率的な乳酸生産が実現できる。また、このkLaの範囲内で変化させて培養工程を実施することで、所望の培養期間で乳酸収量や残留糖分の好ましいレベルを確保して培養を終了させることができる。また、乳酸生産酵母はkLaがこの範囲内で低い場合には、乳酸生産速度が遅くなる傾向があり、kLaが高い場合には、乳酸生産速度が速くなる傾向がある。したがって、例えば、比較的長い培養期間を設定する場合には、このkLa範囲において相対的に低いkLaを設定することができ、比較的短い培養期間を設定する場合には、相対的に高いkLaを設定することができる。   When kLa is in the range of 6 or more and 36 or less, preferable culture characteristics can be obtained with respect to the lactic acid production rate, lactic acid yield and residual sugar content of the lactic acid-producing yeast, so that stable and efficient lactic acid production can be realized. Further, by carrying out the culturing step while changing within the range of kLa, the culturing can be completed while securing a preferable level of lactic acid yield and residual sugar content in a desired culturing period. In addition, lactic acid-producing yeast tends to have a low lactic acid production rate when kLa is low within this range, and tends to increase the lactic acid production rate when kLa is high. Thus, for example, when setting a relatively long culture period, a relatively low kLa can be set in this kLa range, and when setting a relatively short culture period, a relatively high kLa can be set. Can be set.

例えば、kLaが16以下で培養することにより、最終的な乳酸収量を増大させることができる。kLaが16以下の場合には、おおよそLDH遺伝子のコピー数によらずに良好な最終乳酸収量を得ることができることが本発明者らより確認されている。また、このような傾向はkLaが小さいほど顕著である。さらに、kLaが小さいほど乳酸比率が高くなる傾向がある。一方、kLaが16超で培養することにより、乳酸生産速度を向上させることができる。乳酸生産速度を向上させることで、培養工程時間を制御することが可能となる。より顕著に乳酸生産速度を向上させるには、kLaを18以上とすることが好ましく、kLaを20以上とすることがより好ましく、kLaが22以上であることが一層好ましい。   For example, the final lactic acid yield can be increased by culturing at a kLa of 16 or less. It has been confirmed by the present inventors that when the kLa is 16 or less, a good final lactic acid yield can be obtained regardless of the LDH gene copy number. Moreover, such a tendency is more remarkable as kLa is smaller. Furthermore, the lactic acid ratio tends to increase as kLa decreases. On the other hand, lactic acid production rate can be improved by culturing with kLa exceeding 16. By increasing the lactic acid production rate, it is possible to control the culture process time. In order to improve the lactic acid production rate more remarkably, kLa is preferably 18 or more, kLa is more preferably 20 or more, and kLa is more preferably 22 or more.

培養工程においては、kLaを一定とすることもできるが、培養工程においてkLaを変化させることもできる。すなわち、予め異なるkLaによる培養期間を設定しておくこともできるし、kLaを一定に設定して開始した培養工程における乳酸濃度や糖分濃度のモニタリング結果に応じて、異なるkLaの培養期間を新たに追加設定したりもできる。さらに、予め異なるkLaの培養工程を設定しておいてもよいし、こうした培養工程においても培養のモニタリング結果に応じてそれぞれの培養工程時間を変化させてもよい。このような培養工程におけるkLaの調整により、都合のよい培養工程時間内に好ましい乳酸収量や乳酸比率を得ることができる。   In the culturing step, kLa can be constant, but in the culturing step, kLa can also be changed. That is, a culture period with different kLa can be set in advance, or a different culture period of different kLa can be newly set according to the monitoring result of the lactic acid concentration and the sugar concentration in the culture process started by setting kLa constant. You can also make additional settings. Furthermore, different kLa culture processes may be set in advance, and also in such a culture process, the time of each culture process may be changed according to the monitoring result of the culture. By adjusting kLa in such a culture process, a preferable lactic acid yield and lactic acid ratio can be obtained within a convenient culture process time.

例えば、kLa一定の培養工程におけるモニタリングにおいて所定時点における残留糖分および/または乳酸濃度が予定値を下回る場合には、kLaをより高く、好ましくは16超、さらに好ましくは18以上、より好ましくは20以上、一層好ましくは22以上に変化させることで、培養工程時間を大きく延長することなく好ましい残留糖分および/または乳酸収量を確保できる。   For example, when the residual sugar content and / or lactic acid concentration at a predetermined time point is lower than the predetermined value in monitoring in a constant culture process of kLa, kLa is higher, preferably more than 16, more preferably 18 or more, more preferably 20 or more. More preferably, by changing to 22 or more, a preferable residual sugar content and / or lactic acid yield can be secured without greatly extending the culture process time.

培養工程には、kLaが16以下の第1の培養期間と、kLaが16超の第2の培養期間とを備えることができる。kLaが16以下であるとき、kLaが16超の範囲内にあるときよりも乳酸生産酵母の乳酸生産速度は遅いがその速度が持続される傾向にあり、最終的な乳酸収量や乳酸比率を向上させることができる。kLaは14以下であることがより好ましく、さらに好ましくは11以下である。kLaが14以下さらに11以下とすることでかかる傾向が顕著になるからである。なお、第1の培養期間におけるkLaは6以上であれば、乳酸生産速度が遅くなりすぎることがないため好ましい。一方、kLaが16超の範囲にあるとき、最終的な乳酸収量が低下する傾向にはあるものの乳酸生産速度は早い傾向にあるため、第2の培養期間を設定することで、培養期間を短縮することができる。kLaは18以上であることがより好ましく、さらに好ましくは20以上であり、一層好ましくは22以上である。なお、第2の培養期間における上限は36以下であれば、乳酸収量を大きく低下させることがない。   The culturing step may include a first culturing period in which kLa is 16 or less and a second culturing period in which kLa is greater than 16. When kLa is 16 or less, the lactic acid production rate of lactic acid-producing yeast is slower than that when kLa is in the range of more than 16, but the rate tends to be sustained, and the final lactic acid yield and lactic acid ratio are improved. Can be made. kLa is more preferably 14 or less, and still more preferably 11 or less. This is because when kLa is set to 14 or less and further 11 or less, such a tendency becomes remarkable. In addition, it is preferable that kLa in the first culture period is 6 or more because the lactic acid production rate does not become too slow. On the other hand, when kLa is in the range of more than 16, the final lactic acid yield tends to decrease, but the lactic acid production rate tends to be fast. Therefore, setting the second culture period shortens the culture period. can do. kLa is more preferably 18 or more, still more preferably 20 or more, and still more preferably 22 or more. In addition, if the upper limit in a 2nd culture period is 36 or less, a lactic acid yield will not be reduced significantly.

このように、異なるkLa領域での培養期間をそれぞれ備えることで、所望の培養期間、高い乳酸収量および乳酸比率、低い残留糖分を適宜得ることができる。異なるkLa領域での培養工程を組み合わせる場合、より低いkLa領域の培養工程を実施し、より高い領域の培養工程を実施することが好ましい。こうすることで、乳酸収量と乳酸生産速度の双方のバランスを容易に図ることができる。例えば、上記した第1の培養期間を実施後に上記第2の培養期間を実施することが好ましい。こうした順序で異なるkLaの培養期間を実施することで、培養期間、乳酸収量、乳酸比率および残留糖分等について好ましい特性を得ることができるとともに、培養工程の状況変化に対応することが容易となる。なお、異なるkLa領域の培養工程を備える場合、2種のkLaによる各培養工程を備えるほか、3種以上のkLaの各培養工程を備えることもできる。   Thus, by providing each with culture periods in different kLa regions, a desired culture period, a high lactic acid yield and lactic acid ratio, and a low residual sugar content can be obtained as appropriate. When combining the culture process in a different kLa area | region, it is preferable to implement the culture process of a lower kLa area | region, and to implement the culture | cultivation process of a higher area | region. By doing so, it is possible to easily balance both lactic acid yield and lactic acid production rate. For example, the second culture period is preferably performed after the first culture period described above. By performing different kLa culture periods in this order, favorable characteristics can be obtained with respect to the culture period, lactic acid yield, lactic acid ratio, residual sugar content, and the like, and it becomes easy to cope with changes in the culture process. In addition, when providing the culture process of a different kLa area | region, in addition to each culture process by 2 types of kLa, each culture process of 3 or more types of kLa can also be provided.

また、本培養工程において得ようとする酸素条件は、乳酸生産酵母の培養工程における培養液の溶存酸素量として表現することもできる。乳酸生産酵母の培養工程においては、溶存酸素量は、1mg/L以下であることが好ましい。1mg/L以下であると乳酸の収量を一定以上に確保できるからである。より好ましくは0.5mg/L以下である。0.5mg/L以下であると、高い乳酸収率が得られるからである。なお、こうした溶存酸素濃度下においても微好気状態よりも好気状態であることが好ましい。こういった酸素条件は、培養液を通気のみでもまた攪拌のみでも得られることがあり、これらを双方組み合わせることによっても得ることができる。培養液の溶存酸素量は、培養工程全体を通じて上記濃度以下であることが好ましい。また、溶存酸素量の測定は、培養槽の酸素条件を代表できるような測定位置および測定個所における測定値から得られる数値を用いることが好ましい。   The oxygen condition to be obtained in the main culture process can also be expressed as the dissolved oxygen amount of the culture solution in the culture process of lactic acid-producing yeast. In the lactic acid-producing yeast culture step, the amount of dissolved oxygen is preferably 1 mg / L or less. This is because the yield of lactic acid can be secured above a certain level when it is 1 mg / L or less. More preferably, it is 0.5 mg / L or less. It is because a high lactic acid yield is obtained as it is 0.5 mg / L or less. In addition, it is preferable that it is aerobic state rather than a microaerobic state also in such dissolved oxygen concentration. Such oxygen conditions may be obtained by aeration or agitation of the culture medium, and can also be obtained by combining both of them. It is preferable that the dissolved oxygen amount in the culture solution is not more than the above concentration throughout the entire culture process. Moreover, it is preferable to use the numerical value obtained from the measured value in the measurement position and measurement location which can represent the oxygen condition of a culture tank for the measurement of dissolved oxygen amount.

培養終了後、培養物から乳酸あるいはその塩を分離するには、通常の乳酸精製手段を使用することができる。例えば、酵母内に生産された場合は、常法により菌体を超音波破壊処理、摩砕処理、加圧破砕などに細胞を破壊して,遺伝子産物を細胞と分離することができる。この場合、必要に応じてプロテアーゼを添加する。また、菌体外に乳酸が生産された場合には、この培養液等を、ろ過、遠心分離などにより固形分を除去する。   In order to separate lactic acid or a salt thereof from the culture after completion of the culture, an ordinary lactic acid purification means can be used. For example, when produced in yeast, the cells can be disrupted by ultrasonic disruption treatment, grinding treatment, pressure disruption, etc., and the gene product can be separated from the cells by conventional methods. In this case, protease is added as necessary. Further, when lactic acid is produced outside the cells, the solid content is removed from the culture solution by filtration, centrifugation, or the like.

これらの粗抽出画分に対しては、従来公知の各種精製分離法等を利用して、乳酸を精製することができる。また、必要に応じて、当該粗抽出画分及びその精製物に対してエステル化等を行うことにより、各種の乳酸誘導体を得ることができる。   For these crudely extracted fractions, lactic acid can be purified using various conventionally known purification separation methods. Moreover, various lactic acid derivatives can be obtained by performing esterification etc. with respect to the said crude extraction fraction and its refined | purified material as needed.

以下に、本発明の具体例を記載するが、本発明を以下の具体例に限定する趣旨ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の態様で実施できる。なお、以下の実施例においては、kLaは特に断りのない限りkLa(hr−1)を意味している。 Although the specific example of this invention is described below, it is not the meaning which limits this invention to the following specific example, and can be implemented with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention. In the following examples, kLa means kLa (hr −1 ) unless otherwise specified.

(乳酸生産形質転換酵母の作製)
LDH遺伝子(ウシL−LDH由来)を導入したサッカロマイセス・セレビシエを、本発明者らが既に構築したpBTrp−PDC1−LDHKCBベクター(特開2003−259878号公報に記載)を用いて調製した。本ベクターは、酵母の12番染色体上のPDC1遺伝子をターゲットとする染色体導入型ベクターであり、染色体上のPDC1プロモーターをコードするDNA配列とPDC1遺伝子の下流側との相同組換え部位とを有している(図1)。このベクターが染色体上のPDC1遺伝子に導入されれば、PDC1プロモーターの制御下においてLDH遺伝子が発現されることになる。なお、酵母への遺伝子導入法は、Itoらの手法(Ito, H., Y. Fukuda, K.Murata and A. Kimura, Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations J. Bacteriol. Vol.153, p163-168)に従った。すなわち、宿主である酵母IFO2260株(社団法人発酵研究所に登録されているサッカロマイセス。セレビジエ菌株)のトリプトファン合成能を欠損した株を、10mlYPD培地にて30℃で対数増殖期まで培養を行い、集菌およびTEバッファによる洗浄を行い、次に、0.5mlTEバッファと0.5ml 0.2Mの酢酸リチウムを加え、30℃にて1時間の振とう培養を行った後に、染色体導入型ベクターであるpBTrp−PDCl−LDHKCBベクターを、制限酵素ApaIおよびSacI(いずれも宝酒造)で処理して、これを添加した。
(Production of lactic acid-producing transformed yeast)
Saccharomyces cerevisiae into which the LDH gene (derived from bovine L-LDH) was introduced was prepared using the pBTrp-PDC1-LDHKCB vector (described in JP-A No. 2003-259878) already constructed by the present inventors. This vector is a chromosomal transfer vector that targets the PDC1 gene on chromosome 12 of yeast, and has a DNA sequence encoding the PDC1 promoter on the chromosome and a homologous recombination site downstream of the PDC1 gene. (Fig. 1). If this vector is introduced into the PDC1 gene on the chromosome, the LDH gene will be expressed under the control of the PDC1 promoter. In addition, the gene introduction method to yeast is the method of Ito et al. (Ito, H., Y. Fukuda, K. Murata and A. Kimura, Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations J. Bacteriol. Vol.153, p163 -168). That is, a strain lacking the ability to synthesize tryptophan of yeast IFO2260 strain (Saccharomyces cerevisiae strain registered in the Fermentation Research Institute), which is the host, is cultured in 10 ml YPD medium at 30 ° C. until the logarithmic growth phase. After washing with bacteria and TE buffer, and then adding 0.5 ml TE buffer and 0.5 ml 0.2 M lithium acetate and shaking culture at 30 ° C. for 1 hour, it is a chromosome transfer type vector The pBTrp-PDCl-LDHKCB vector was treated with restriction enzymes ApaI and SacI (both from Takara Shuzo) and added.

本酵母懸濁液を30℃で30分振とう培養後、150μlの70%ポリエチレングリコール4000(和光純薬)を加え、よく攪拌した。さらに、30℃にて1時間振とう培養した後、42℃にて5分間ヒートショックを与え、菌体を洗浄した後、200μlの水に懸濁したものをトリプトファン選択培地に塗沫した。   After shaking this yeast suspension at 30 ° C. for 30 minutes, 150 μl of 70% polyethylene glycol 4000 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred well. Furthermore, after shaking culture at 30 ° C. for 1 hour, heat shock was applied at 42 ° C. for 5 minutes to wash the cells, and the suspension in 200 μl of water was smeared on a tryptophan selective medium.

得られたコロニーを新たなトリプトファン選択培地に画線培養し、安定性が確認できた選抜株について、遺伝子導入の有無をPCR解析によって確認した。安定したトリプトファン合成能を有し、かつ、これらのプライマーのもとでPCR増幅が確認できたものを、LDHKCB遺伝子が適切に導入された形質転換株(2コピー体)と判断した。この2コピー体は、図2に示すように、酵母の12番染色体のPDC1遺伝子を上記染色体導入型ベクターのDNAにて置換したものである。   The obtained colonies were streaked in a new tryptophan selection medium, and the selected strains that were confirmed to be stable were confirmed by PCR analysis for the presence or absence of gene transfer. Those having stable tryptophan synthesis ability and PCR amplification confirmed under these primers were judged as transformants (2 copies) into which the LDHKCB gene was appropriately introduced. As shown in FIG. 2, the 2-copy body is obtained by replacing the PDC1 gene of yeast chromosome 12 with the DNA of the chromosomal transfer vector.

本実施例では、さらに、図2に示す酵母染色体(7番染色体および12番染色体)の所定位置への染色体導入型ベクターを、上記pBTrp−PDCl−LDHKCBベクターに準じてそれぞれ構築し、既に得られた2コピー体に対して導入し形質転換を行い、6コピー体、8コピー体および10コピー体を作製した。   In this example, the chromosomal introduction vectors to the predetermined positions of the yeast chromosomes (Chromosome 7 and Chromosome 12) shown in FIG. 2 were further constructed according to the pBTrp-PDCl-LDHKCB vector, respectively. 2 copies were introduced and transformed to produce 6 copies, 8 copies and 10 copies.

(発酵試験1)
通気攪拌式の培養装置(千代田化工社製TFLシリーズ、ジャー容量1L)における各種の通気攪拌条件において、回分法にて発酵試験を行うとともに、各通気攪拌条件に対するkLaを、窒素ガスを用いるダイナミック法により求めた。発酵試験は、表1に示す通気攪拌条件下で行った。
(Fermentation test 1)
In various aeration and agitation conditions in an aeration and agitation type culture apparatus (TFL series, Chiyoda Kako Co., Ltd., jar capacity: 1 L), a fermentation test is performed by a batch method, and kLa for each aeration and agitation conditions is a dynamic method using nitrogen gas. Determined by The fermentation test was performed under the aeration stirring conditions shown in Table 1.

実施例1で作製したT167−10B株(LDH8コピー体)を、YPD培地100mlバッフル付き三角フラスコを80rpmで24時間振とう培養後、菌体を遠心分離により回収し前培養菌体とした。ケーンジュースを蒸留水で希釈して糖濃度を15wt%としたケーンジュース培地(121℃、30分で加熱滅菌)500mLに、この前培養菌体を初発菌体濃度がOD600=1〜3となるように接種し、温度32℃に設定し表1に示す各種の通気攪拌条件下で培養した。なお、培養中、中和剤としてアンモニア水を用いて随時pHを4.8〜5.4の間に調整した。培養開始後24時間、36時間および48時間で培養液を採取して、乳酸濃度を測定した。乳酸濃度の測定は、酵素センサー(王子計測機器、バイオセンサBF−4)を用いて行った。   The T167-10B strain (LDH8 copy) produced in Example 1 was cultured in a YPD medium 100 ml baffled Erlenmeyer flask with shaking at 80 rpm for 24 hours, and the cells were collected by centrifugation to obtain precultured cells. The pre-cultured cells have an initial cell concentration of OD600 = 1 to 3 in 500 mL of cane juice medium (121 ° C., heat sterilized at 30 minutes) diluted with distilled water to a sugar concentration of 15 wt%. The inoculation was carried out as described above, and the temperature was set to 32 ° C. and the cells were cultured under various aeration and stirring conditions shown in Table 1. During the cultivation, the pH was adjusted between 4.8 and 5.4 at any time using ammonia water as a neutralizing agent. The culture solution was collected at 24 hours, 36 hours and 48 hours after the start of the culture, and the lactic acid concentration was measured. The lactic acid concentration was measured using an enzyme sensor (Oji Scientific Instruments, Biosensor BF-4).

発酵試験後、溶存酸素電極を用いるダイナミック法により各発酵条件におけるkLaを測定した。まず、発酵試験に採用した同一の通気攪拌条件および温度条件下で水500mLを投入し、溶存酸素電極(メトラートレド製Tタイプ)を挿入し、窒素ガスを十分に水中に吹き込んで電極値が最低値となった時点で溶存酸素電極のゼロ校正を行い、窒素ガスから空気に通気ガスを変更して培養装置の運転を開始し、溶存酸素濃度の経時変化を測定してkLaを求めた。得られたkLaを併せて表1に示す。また、kLaを横軸に乳酸濃度を縦軸にしてプロットした結果を図3に示す。   After the fermentation test, kLa in each fermentation condition was measured by a dynamic method using a dissolved oxygen electrode. First, 500 mL of water was added under the same aeration and stirring conditions and temperature conditions used in the fermentation test, a dissolved oxygen electrode (T type made by METTLER TOLEDO) was inserted, and nitrogen gas was sufficiently blown into the water to minimize the electrode value. When the value was reached, zero calibration of the dissolved oxygen electrode was performed, the aeration gas was changed from nitrogen gas to air, the operation of the culture apparatus was started, and the change over time in the dissolved oxygen concentration was measured to obtain kLa. The obtained kLa is also shown in Table 1. FIG. 3 shows the results plotted with kLa as the horizontal axis and the lactic acid concentration as the vertical axis.

Figure 0004806904
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図3に示すように、kLaが高い場合に乳酸生産速度は速くなるが、kLaが36.0を超えると最終的な乳酸収量が低下する傾向にあった。また、kLaが低い場合には初期の乳酸生産速度が遅く、kLaが7.2より小さくなるとその傾向が強かった。さらに、kLaが6.0以上で36.0以下においては試験した培養期間においてはおおよそ安定した乳酸収量が得られ残留糖分もほとんどないが、kLaが18.0程度であるとき最も生産性が高かった。   As shown in FIG. 3, the lactic acid production rate increases when kLa is high, but the final lactic acid yield tends to decrease when kLa exceeds 36.0. In addition, when kLa was low, the initial lactic acid production rate was slow, and when kLa was smaller than 7.2, the tendency was strong. Furthermore, when kLa is 6.0 or more and 36.0 or less, a stable lactic acid yield is obtained and there is almost no residual sugar in the tested culture period, but the highest productivity is obtained when kLa is about 18.0. It was.

以上のことから、乳酸生産酵母は、40以下の低いkLa領域における一定のkLa範囲内において好ましい乳酸生産特性を発揮することがわかった。一方、このkLa範囲内においても、乳酸生産速度が大きく変化し、一定の培養期間内における乳酸収量や残留糖分に大きく影響することがわかった。   From the above, it was found that the lactic acid-producing yeast exhibits preferable lactic acid production characteristics within a certain kLa range in a low kLa region of 40 or less. On the other hand, it was found that even within this kLa range, the lactic acid production rate greatly changed and greatly affected the lactic acid yield and residual sugar content within a certain culture period.

(発酵試験2)
次に、同一のkLaとなる各種の通気攪拌条件を設定して発酵試験を行い、乳酸生産酵母のkLa依存性を確認した。kLaと通気攪拌条件との関係を表2に示す。発酵試験は、表2に示す各種の通気攪拌条件を用いて行う以外は発酵試験1と同様に行った。結果を図4に示す。
(Fermentation test 2)
Next, fermentation tests were performed under various aeration and stirring conditions that resulted in the same kLa, and the kLa dependency of lactic acid-producing yeast was confirmed. Table 2 shows the relationship between kLa and aeration stirring conditions. The fermentation test was performed in the same manner as the fermentation test 1 except that the various aeration stirring conditions shown in Table 2 were used. The results are shown in FIG.

Figure 0004806904
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図4に示すように、kLaが18となる各種の通気攪拌条件で発酵試験を行った結果は、通気攪拌条件にかかわらずほぼ同一の乳酸生産特性を示した。これらの結果は、乳酸生産酵母の発酵特性が、通気や攪拌のそれぞれに依存せず、これらについて設定された条件によって得られる単位時間に気相から液相へ酸素を移動させ溶存酸素を生成させる能力に依存するものであることを支持した。   As shown in FIG. 4, the results of the fermentation test under various aeration stirring conditions with kLa of 18 showed almost the same lactic acid production characteristics regardless of the aeration stirring conditions. These results show that the fermentation characteristics of lactic acid-producing yeast do not depend on aeration or agitation, and oxygen is transferred from the gas phase to the liquid phase to generate dissolved oxygen in the unit time obtained according to the conditions set for these. He supported that it was dependent on ability.

(発酵試験3)
本発酵試験では、乳酸生産酵母として実施例1で作製したPDC1p−LDH2コピー体、6コピー体および10コピー体を用いて、これらの各種乳酸生産酵母に対して各種のkLa(6、11、16、22および29)を設定して乳酸発酵を行い、LDHコピー数あるいはkLaと発酵特性との関係を確認した。発酵試験は、これらの乳酸生産酵母を用い、発酵用培地として初発糖濃度が10wt%となるように蒸留水で希釈したケーンジュース培地を用いて所定のkLaで最大72時間まで発酵を行った以外は、発酵試験1と同様に行った。なお、乳酸濃度に加えて、エタノール濃度およびグルコース濃度を、酵素センサー(王子計測機器、バイオセンサBF−4)を用いて測定した。なお、kLaと通気攪拌条件との関係は以下のとおりである。
(Fermentation test 3)
In this fermentation test, PDC1p-LDH2 copy bodies, 6 copy bodies and 10 copy bodies prepared in Example 1 were used as lactic acid-producing yeast, and various kLa (6, 11, 16) were used for these various lactic acid-producing yeasts. , 22 and 29) were set to conduct lactic acid fermentation, and the relationship between LDH copy number or kLa and fermentation characteristics was confirmed. The fermentation test uses these lactic acid-producing yeasts, except that fermentation was performed at a predetermined kLa up to 72 hours using a Kane juice medium diluted with distilled water so that the initial sugar concentration was 10 wt% as a fermentation medium. Was conducted in the same manner as in the fermentation test 1. In addition to the lactic acid concentration, the ethanol concentration and the glucose concentration were measured using an enzyme sensor (Oji Scientific Instruments, Biosensor BF-4). In addition, the relationship between kLa and aeration stirring conditions is as follows.

kLa 通気量(L/分) 攪拌速度(rpm)
6 0.3 60
11 0.3 150
16 0.3 230
22 0.3 270
29 0.3 290
kLa Aeration rate (L / min) Stirring speed (rpm)
6 0.3 60
11 0.3 150
16 0.3 230
22 0.3 270
29 0.3 290

発酵48時間までの最大乳酸収量と該最大乳酸収量時におけるエタノール量、グルコース量および乳酸比率(%)(ただし、乳酸比率(%)=乳酸濃度/(乳酸濃度+2×エタノール濃度)×100とした。)を表3〜表5に示し、各種乳酸生産酵母についての最大72時間までの乳酸生産量のグラフを図5〜図7に示す。   Maximum lactic acid yield up to 48 hours of fermentation and ethanol amount, glucose amount and lactic acid ratio (%) at the maximum lactic acid yield (where lactic acid ratio (%) = lactic acid concentration / (lactic acid concentration + 2 × ethanol concentration) × 100) ) Is shown in Tables 3 to 5, and graphs of lactic acid production amounts up to 72 hours for various lactic acid-producing yeasts are shown in FIGS.

Figure 0004806904
Figure 0004806904
Figure 0004806904
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Figure 0004806904
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表3〜表5および図5〜図7に示すように、LDHのコピー数の観点からは、コピー数が多いほど乳酸生産速度は低下するが、乳酸収量や乳酸比率は増大する傾向にあった。また、LDHコピー数によりkLaに対する感受性が異なり、LDHコピー数が多いほど、kLaによって乳酸生産速度が大きく変化する傾向があることわかった。すなわち、LDHコピー数が多くなるほど、kLaが大きいときに乳酸生産速度が向上する傾向にあり、kLaが小さいときに乳酸生産速度が低下する傾向にあった。一方、kLaの観点からは、kLaが小さいほど、最終的な乳酸収量および乳酸比率が増大する傾向があることがわかった。以上のことから、乳酸生産酵母は、乳酸生産速度、乳酸収量および乳酸比率についてkLaに影響を受けるとともに、これらの影響は乳酸収量の大きいLDHのマルチコピー体においてより大きいことがわかった。したがって、乳酸生産酵母においては所望の乳酸生産特性を得るにはkLaの制御が有効であり、特にLDHのマルチコピー体については、kLaの制御によって発酵時間などのプロセス管理を容易に行いうることがわかった。   As shown in Tables 3 to 5 and FIGS. 5 to 7, from the viewpoint of LDH copy number, the lactic acid production rate decreased as the copy number increased, but the lactic acid yield and lactic acid ratio tended to increase. . In addition, it was found that the sensitivity to kLa varies depending on the LDH copy number, and that the lactic acid production rate tends to vary greatly with kLa as the LDH copy number increases. That is, as the LDH copy number increases, the lactic acid production rate tends to increase when kLa is large, and the lactic acid production rate tends to decrease when kLa is small. On the other hand, from the viewpoint of kLa, it was found that the smaller the kLa, the higher the final lactic acid yield and the lactic acid ratio. From the above, it was found that lactic acid-producing yeast is affected by kLa in terms of lactic acid production rate, lactic acid yield, and lactic acid ratio, and these effects are greater in LDH multicopy bodies having a high lactic acid yield. Therefore, control of kLa is effective for obtaining desired lactic acid production characteristics in lactic acid-producing yeast, and especially for LDH multi-copy, process management such as fermentation time can be easily performed by control of kLa. all right.

(発酵試験4)
本発酵試験は、kLaを培養工程において変化させたときの乳酸生産特性に与える影響を確認した。kLaが10.8の通気攪拌条件(通気量:0.3L/分、攪拌速度:150rpm)で発酵を開始し、6時間経過後および12時間経過後にkLaを18.0(通気量:0.3L/分、攪拌速度:240rpm)に切り換えて最大55時間培養した点、およびケーンジュースを初発糖濃度15wt%とした培地を用いる点以外は、発酵試験1と同様に発酵試験を行った。結果を図8に示す。
(Fermentation test 4)
In this fermentation test, the effect of changing kLa in the culturing process on the lactic acid production characteristics was confirmed. Fermentation was started under the aeration and stirring conditions (aeration rate: 0.3 L / min, agitation speed: 150 rpm) with a kLa of 10.8, and after 6 hours and 12 hours, kLa was 18.0 (aeration rate: 0.0. 3 L / min, stirring speed: 240 rpm) The fermentation test was conducted in the same manner as in the fermentation test 1 except that the culture was performed for a maximum of 55 hours and a medium in which cane juice had an initial sugar concentration of 15 wt% was used. The results are shown in FIG.

図7に示すように、kLaを18.0に切り換えた以降において乳酸生産速度は明らかに速くなり、糖分を消費するまでの発酵時間を5〜10時間早めることができた。すなわち、培養工程の途中においてkLaを切り換えしたときにおいても、切り換え後のkLaに応じた乳酸生産酵母の乳酸生産特性が発現されることがわかった。このことから、培養工程中にkLaを変化させて乳酸生産速度を調整することにより、一定以上の乳酸収量や乳酸比率を確保しつつ乳酸生産酵母を用いた乳酸生産工程の培養期間を調整できることがわかった。以上のことは、乳酸生産速度がkLaに高度に依存していることを支持しており、同時に、kLaの制御あるいは培養工程におけるkLaの変化が、乳酸生産速度を調整して糖を消費するまでの発酵終了時間を制御するのに有効であることを支持している。   As shown in FIG. 7, the lactic acid production rate was clearly increased after switching kLa to 18.0, and the fermentation time until consuming the sugar content could be accelerated by 5 to 10 hours. That is, it was found that even when kLa was switched during the culturing process, the lactic acid production characteristics of the lactic acid-producing yeast corresponding to kLa after the switching were expressed. From this, by adjusting the lactic acid production rate by changing kLa during the culturing process, it is possible to adjust the culturing period of the lactic acid producing process using lactic acid producing yeast while ensuring a lactic acid yield and lactic acid ratio above a certain level. all right. The above supports the fact that the lactic acid production rate is highly dependent on kLa, and at the same time, the control of kLa or the change of kLa in the culture process adjusts the lactic acid production rate and consumes sugar. It supports that it is effective in controlling the fermentation end time.

(発酵試験5)
本発酵試験では、乳酸生産酵母として実施例1で作製したPDC1p−LDH10コピー体を用いて、この乳酸生産酵母に対して2種類のkLa(16および29)を設定して乳酸発酵を行い、発酵中、溶存酸素電極(メトラートレド製Tタイプ)を用いて溶存酸素濃度を測定した。発酵試験は、所定のkLaで発酵を行った以外は、発酵試験1と同様に行った。各kLa条件での発酵液の乳酸濃度と溶存酸素濃度についての測定結果を図9および図10に示す。
(Fermentation test 5)
In the present fermentation test, using the PDC1p-LDH10 copy produced in Example 1 as a lactic acid-producing yeast, two types of kLa (16 and 29) were set for the lactic acid-producing yeast, and lactic acid fermentation was performed. In the middle, the dissolved oxygen concentration was measured using a dissolved oxygen electrode (T type manufactured by METTLER TOLEDO). The fermentation test was performed in the same manner as the fermentation test 1 except that the fermentation was performed at a predetermined kLa. The measurement results for the lactic acid concentration and dissolved oxygen concentration of the fermentation broth under each kLa condition are shown in FIG. 9 and FIG.

図9および図10に示すように、溶存酸素濃度は、発酵試験を通じて1ppm以下であり、乳酸生産量に優れるkLa=16の条件においては、発酵試験を通じて0.5ppm以下であった。   As shown in FIGS. 9 and 10, the dissolved oxygen concentration was 1 ppm or less throughout the fermentation test, and was 0.5 ppm or less throughout the fermentation test under the condition of kLa = 16, which is excellent in lactic acid production.

pBTrp−PDCl−LDHKCBベクターの構造を示す図。The figure which shows the structure of pBTrp-PDCl-LDHKCB vector. 実施例1で作製したLDH遺伝子導入酵母である2コピー体、6コピー体、8コピー体および10コピー体における染色体上のLDH遺伝子導入部位を示す図。The figure which shows the LDH gene introduction | transduction site | part on the chromosome in 2 copy body, 6 copy body, 8 copy body, and 10 copy body which are the LDH gene transfer yeast produced in Example 1. FIG. kLaを横軸に乳酸濃度を縦軸にしてプロットしたグラフ図。The graph which plotted kLa on the horizontal axis and the lactic acid concentration on the vertical axis. kLa(18)一定の異なる通気攪拌条件下での乳酸生産量の変化を示すグラフ図。kLa (18) is a graph showing changes in the amount of lactic acid produced under constant aeration stirring conditions. LDH2コピー体について異なるkLa下での乳酸生産量の変化を示すグラフ図。The graph which shows the change of the lactic-acid production amount under different kLa about LDH2 copy body. LDH6コピー体について異なるkLa下での乳酸生産量の変化を示すグラフ図。The graph which shows the change of the lactic acid production amount under different kLa about LDH6 copy body. LDH10コピー体について異なるkLa下での乳酸生産量の変化を示すグラフ図。The graph which shows the change of the lactic acid production amount under different kLa about LDH10 copy body. 培養工程中にkLaを変化させた場合の乳酸生産量の変化を示すグラフ図。The graph which shows the change of the lactic-acid production amount at the time of changing kLa during a culture | cultivation process. 発酵試験5における溶存酸素濃度の変化を示す図。The figure which shows the change of the dissolved oxygen concentration in the fermentation test 5. FIG. 発酵試験5における乳酸濃度の変化を示す図。The figure which shows the change of the lactic acid density | concentration in the fermentation test 5. FIG.

Claims (10)

乳酸生産方法であって、
乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を酵母染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーターの制御下において発現可能に備える乳酸生産酵母を培養する培養工程、
を備え、
前記培養工程は、酸素移動容量係数(hr−1)が6以上36以下の範囲で培養する工程を備える、乳酸生産方法。
A method for producing lactic acid,
A culture step of culturing a lactic acid-producing yeast comprising a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity so that the gene can be expressed under the control of a pyruvate decarboxylase gene promoter on the yeast chromosome ,
With
The said culture | cultivation process is a lactic acid production method provided with the process of culture | cultivating in the range whose oxygen transfer capacity coefficient (hr < -1 >) is 6 or more and 36 or less.
前記培養工程は、酸素移動容量係数(hr−1)が16以下の範囲で培養することを含む、請求項1に記載の乳酸生産方法。 The lactic acid production method according to claim 1, wherein the culturing step includes culturing in a range where an oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) is 16 or less. 前記培養工程は、酸素移動容量係数(hr−1)が16超の範囲で培養することを含む、請求項1に記載の乳酸生産方法。 The lactic acid production method according to claim 1, wherein the culturing step includes culturing in a range where an oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) exceeds 16. 前記培養工程において酸素移動容量係数(hr−1)を変化させる、請求項1〜3のいずれかに記載の乳酸生産方法。 The lactic acid production method according to any one of claims 1 to 3, wherein an oxygen transfer capacity coefficient (hr -1 ) is changed in the culturing step. 前記培養工程は、
(a)前記遺伝子組換え乳酸生産酵母を酸素移動容量係数(hr−1)が16以下の範囲で培養する工程と、
(b)前記遺伝子組換え乳酸生産酵母を酸素移動容量係数(hr−1)が16超の範囲で培養する工程と、
を含む、請求項4に記載の乳酸生産方法。
The culture step includes
(A) culturing the genetically modified lactic acid-producing yeast in an oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) of 16 or less;
(B) culturing the genetically modified lactic acid-producing yeast in an oxygen transfer capacity coefficient (hr −1 ) exceeding 16;
The lactic acid production method of Claim 4 containing this.
前記(a)工程を実施後に前記(b)工程を実施する、請求項5に記載の乳酸生産方法。   The lactic acid production method according to claim 5, wherein the step (b) is performed after the step (a). 前記培養工程は、前記乳酸精査酵母の培養液の通気および/または攪拌下で酸素を供給して該培養液の溶存酸素量が1mg/L以下の範囲で培養する工程である、請求項1〜6のいずれかに記載の乳酸生産方法。   The said culture | cultivation process is a process of supplying oxygen under aeration and / or stirring of the culture solution of the said lactic acid examination yeast, and culturing in the range whose dissolved oxygen amount of this culture solution is 1 mg / L or less. The method for producing lactic acid according to any one of 6. 前記培養工程における培養液の溶存酸素量は0.5ppm以下である、請求項7に記載の乳酸生産方法。   The method for producing lactic acid according to claim 7, wherein the amount of dissolved oxygen in the culture solution in the culturing step is 0.5 ppm or less. 前記乳酸生産酵母は、ピルビン酸脱炭酸酵素および/またはアルコール脱水素酵素活性が低下されている、請求項1〜8いずれかに記載の乳酸生産方法。   The lactic acid-producing yeast according to any one of claims 1 to 8, wherein the lactic acid-producing yeast has reduced pyruvate decarboxylase and / or alcohol dehydrogenase activity. 前記乳酸生産酵母は、前記乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を二以上備えている、請求項1〜9のいずれかに記載の乳酸生産方法。   The lactic acid-producing yeast according to any one of claims 1 to 9, wherein the lactic acid-producing yeast comprises two or more genes encoding a protein having the lactic acid dehydrogenase activity.
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