JP5051727B2 - 耐熱性エタノール生産酵母及びこれを用いたエタノール生産方法 - Google Patents
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Description
Ayutthaya,Ratchaburi,Suphanburi,Uthaithaniにあるサトウキビプランテーションや精糖工場から採集した。これらのサンプルを、0.05% 硫酸アンモニウム、4% エタノール(v/v)を含むサトウキビ糖蜜培養液(5−8% total sugars)に入れ、35℃の温度条件下で、振とう機(Gallenkamp Orbital Incubator,Leicester,UK)にかけ、170rpmで3日間培養した。3日後、この培養液(微生物を含む)を一部取って同じ組成の寒天培地上にまき、35℃で培養した。寒天培地上に現れた酵母のコロニー72個をピックアップし、保存用としてYPD寒天培地(1% イーストエクストラクト,2% ペプトン,2% グルコース,2% 寒天)に移して8℃にて保存した。
Brunswick Scientific,USA)を用い、110 strokes/分で振とう培養を行った。
40℃、48時間後におけるエタノール濃度(グラフC)は、3−1042株が7.23%と最も高い値を示し、しかもこの値は37℃における7.43%と比べても遜色のない数字であった。この値はまた、1時間・1l(リットル)あたりのエタノール生産性(g/l・hで表される)にも反映されており、37℃における生産性が1.03g/l・hであるのに対して40℃では1.51g/l・hと高い値を示した。他の3株については、48時間後におけるエタノール濃度は6.43−6.85%であった。
45℃における各株のエタノール生産能(グラフD)は、40℃に比べて低い傾向が見られた。4株で最も高い値を示したのは40℃と同様3−1042株であり、エタノール濃度で4.93%、生産性で1.17g/l・hの値であった。また、40℃、45℃においては、30℃、37℃に比べて、エタノール濃度が最大値となる時間が早めにシフト(36−48時間)しているという特徴が見られた。以後の培養液組成の検討、ラージスケールでのエタノール生産性については、このDMKU3−1042株を用いることとした。下記表2に、それぞれの温度条件下における4株のエタノール濃度と生産性をまとめた。
総糖濃度については、37℃、40℃ともに糖濃度に比してエタノールの最終濃度が増加し、22%で最大値となった。しかし24%では下がったため、22%付近が最適な糖濃度であると考えられた。糖濃度22%,54時間後におけるエタノール濃度は37℃で8.29%、エタノール生産性は1.54g/l・hであり、収率(糖濃度から推計される理論値に対する割合)は73.9%であった。40℃においては、糖濃度22%でエタノール濃度が最大(6.88%)となり、最大値に到達するまでの時間も37℃よりも短かったが、最大の生産性(1.42g/l・h)と収率(72.6%)は糖濃度16%で記録された。
図3、図4はそれぞれ30℃と45℃における3−1042株(▲)とKU1株(■)の増殖曲線を示し、縦軸はOD660値を、横軸は培養開始からの時間経過(hour)を表す。図3から明らかなように、30℃では両株の増殖はほとんど同じ推移を示した。一方45℃ではKU1株はほとんど増殖が見られず、これに対して3−1042株では30℃と同じかやや早い増殖が見られた。
図5、図6はそれぞれ30℃と45℃における3−1042株(△)とKU1株(□)のエタノール生産をグラフ化したもので、縦軸は培養液中のエタノール濃度(% v/v;1%がw/v換算では0.8%に相当)を、横軸は培養開始からの時間経過を表す。図5に示されるように、30℃における3−1042株のエタノール生産能は、6時間までの最初期の立ち上がりこそ若干遅れるものの、12時間後にはKU1株と同じ水準まで上昇し、その後の推移もKU1株と同様であった。すなわち、エタノール生産という基本的な性質については、3−1042株はSaccharomyces cerevisiaeの標準的な株と比べても遜色ないという事が示された。45℃においては、KU1株では増殖の悪さを反映して培養液中に少量(0.4%程度)のエタノールしか含まれないのに対して、3−1042株では6時間後以降、30℃と同等またはそれ以上のエタノール(1%以上)が含まれており、この温度における3−1042株のエタノール生産能はS.cerevisiaeの標準的な株の2倍以上であって、高い温度条件下における3−1042株の有用性が示された。
minute)でエアレーション、(3)300rpmで振とう+最初の12時間だけ0.2vvmでエアレーション、(4)最初の12時間は300rpmで振とう+0.2vvmでエアレーション、以降は150rpmで振とうのみ、で培養を行った。
下記表5にこれらの各条件におけるエタノール生産能を比較して示す。最も低い値を示したのは振とうのみの(1)で、エタノール濃度、生産性、収率ともに4条件中最低であった。反対に最も高かったのは振とう+継続的エアレーションの(2)で、エタノール濃度4.96%、生産性1.3g/l・h、収率57.1%をそれぞれ示した。また培養液中の細胞密度の指標であるOD660の値を見ると、(1)は5.83と最も低く、大量培養系においては、振とうのみでは十分な酵母の増殖が見られず、その結果としてエタノールの濃度も上昇しないという事を示した。この事は、連続的なエアレーションを行った(2)が最も高いOD660値(12.73)を示した事でも裏付けられ、本発明の提供する耐熱性エタノール生産酵母を用いたエタノール発酵においては、振とうに加えて適度なエアレーションが有効である事を示している。
Claims (15)
- 40℃以上の温度条件におけるエタノール発酵能力を有するKluyveromyces marxianus種の耐熱性エタノール生産酵母を、10〜100mMの糖アルコールを含有する培養液で培養することを特徴とするエタノール生産方法。
- 糖アルコールが、ソルビトールであることを特徴とする請求項1記載のエタノール生産方法。
- 耐熱性エタノール生産酵母が、40−49℃の温度条件下におけるエタノール発酵能力を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のエタノール生産方法。
- 耐熱性エタノール生産酵母が、寄託番号NITE BP−283、NITE BP−289、NITE BP−290、又はNITE BP−291で表される酵母であることを特徴とする請求項3に記載のエタノール生産方法。
- 培養液が、15−25%の糖分を含有する培養液であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- 培養液が、主成分として15−25%の糖分を含有し、補助成分として0.01−0.5%のアンモニウム塩、0.01−0.5%のカリウム塩、0.01−0.5%のマグネシウム塩のうち少なくとも1種類を含む培養液を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- 培養液が、主成分として18−24%の糖分を含有し、補助成分として0.05−0.1%の硫酸アンモニウムと、0.025−0.1%のリン酸カリウムを含有し、pHが4.8−5.2に調整された培養液を用い、30−40℃の温度条件下で酵母を培養することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- 培養液が、主成分として16−22%の糖分を含有し、補助成分として0.05−0.1%の硫酸アンモニウムと、0.05−0.15%の硫酸マグネシウムを含有し、pHが5.3−5.7に調整された培養液を用い、40℃以上の温度条件下で酵母を培養することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- 150−450rpmの振とうと、0.1−0.3vvmのエアレーションを行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- サトウキビ搾り汁を原料とすることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のエタノール生産方法。
- 寄託番号がNITE BP−283で表されることを特徴とする耐熱性エタノール生産酵母。
- 寄託番号がNITE BP−289で表されることを特徴とする耐熱性エタノール生産酵母。
- 寄託番号がNITE BP−290で表されることを特徴とする耐熱性エタノール生産酵母。
- 寄託番号がNITE BP−291で表されることを特徴とする耐熱性エタノール生産酵母。
- 請求項14〜17のいずれかに記載の耐熱性エタノール生産酵母において、1または複数個の遺伝子を改変または導入して得られる形質転換体。
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