JP5361037B2 - Method for producing mannosyl erythritol lipid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マンノシルエリスリトールリピッド(以下、単に「MEL」と略記する場合がある。)の生産に要する期間を大幅に短縮させることができるマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a mannosyl erythritol lipid capable of greatly reducing the time required for production of mannosyl erythritol lipid (hereinafter sometimes simply referred to as “MEL”).
マンノシルエリスリトールリピッド(特許文献1参照)は、脂肪酸と糖(マンノースとエリスリトール)が結合した物質である。脂質の性質に由来する親油性と糖の性質に由来する親水性を併せ持つ両親媒性物質であるため界面活性能を有し、生物により生産されることより糖脂質系のバイオサーファクタントの一種である。MELは、界面活性作用を有すると共に抗微生物活性、細胞分化誘導活性(何れも非特許文献1参照 総説)や抗アレルギー活性(特許文献2参照)などが報告されている。また、マンノシルエリスリトールリピッドには生分解性があり、高い安全性を有すると考えられ、食品工業、医薬品工業、化学工業、環境関連分野などへの適用も広く検討されている。このような背景から安価なMELの製造方法の開発が望まれている。 Mannosyl erythritol lipid (see Patent Document 1) is a substance in which a fatty acid and a sugar (mannose and erythritol) are combined. Since it is an amphiphilic substance that has both lipophilicity derived from the properties of lipids and hydrophilicity derived from the properties of sugars, it has surface activity and is a type of glycolipid biosurfactant that is produced by living organisms. . MEL has surface activity and has been reported to have antimicrobial activity, cell differentiation-inducing activity (all of which are reviewed in non-patent document 1), anti-allergic activity (see patent document 2), and the like. In addition, mannosyl erythritol lipid is biodegradable and is considered to have high safety, and its application to the food industry, pharmaceutical industry, chemical industry, environment-related fields, etc. has been widely studied. From such a background, development of an inexpensive MEL manufacturing method is desired.
MELの製造方法については、キャンディダ(Candida)sp.B−7株を用いて5質量%の大豆油から5日間で35g/L(生産速度:0.3g/L/h、原料収率:70質量%)のMELの生産が可能であることが報告されている(非特許文献2及び3参照)。また、キャンディダ アンタークティカ(Candida antarctica)T−34株を用いて8質量%の大豆油から8日間で38g/L(生産速度:0.2g/L/h、原料収率:48質量%)のMELの生産が可能であることが報告されている(非特許文献4及び5参照)。同じく、キャンディダ アンタークティカ(Candida antarctica)T−34株を用いて6日間隔で計3回の逐次油脂流加により24日後に25質量%のピーナッツ油から110g/L(生産速度:0.2g/L/h、原料収率:44質量%)のMELの生産が可能であることが報告されている(非特許文献6参照)。 For the production method of MEL, see Candida sp. It is possible to produce 35 g / L (production rate: 0.3 g / L / h, raw material yield: 70 mass%) of MEL from 5 mass% soybean oil using B-7 strain in 5 days. Have been reported (see Non-Patent Documents 2 and 3). Moreover, 38 g / L (production rate: 0.2 g / L / h, raw material yield: 48 mass%) in 8 days from 8 mass% soybean oil using Candida antarctica ( Candida antarctica ) T-34 strain | stump | stock. ) Has been reported to be possible (see Non-Patent Documents 4 and 5). Similarly, 110 g / L from 25 mass% peanut oil after 24 days of continuous addition of fats and oils at 6 day intervals using Candida antarctica T-34 strain (production rate: 0. 0). 2 g / L / h, raw material yield: 44% by mass) has been reported to be possible (see Non-Patent Document 6).
キャンディダ(Candida)sp.SY−16株を用いて流加培養法により200時間後に18質量%の大豆油から95g/L(生産速度:0.48g/L/h、原料収率:45質量%)のMELの生産が可能であることが報告されている(非特許文献7参照)。また、醤油醸造工程において副産物として生産されるしょうゆ油(あぶら)を原料としてキャンディダ アンタークティカ(Candida antarctica)T−34株を用いて7日間で8質量%のしょうゆ油から17g/L(生産速度:0.1g/L/h、原料収率:21質量%)のMELの生産が可能であることが提案されている(特許文献3参照)。 Candida sp. Production of MEL of 95 g / L (production rate: 0.48 g / L / h, raw material yield: 45% by mass) from 18% by mass soybean oil after 200 hours by fed-batch culture method using SY-16 strain It has been reported that this is possible (see Non-Patent Document 7). In addition, 17 g / L of 8% by mass of soy sauce oil is produced in 7 days using candida antarctica T-34 as a raw material of soy sauce oil produced as a by-product in the soy sauce brewing process. It has been proposed that MEL can be produced at a rate of 0.1 g / L / h and a raw material yield of 21% by mass (see Patent Document 3).
シュードジーマ アフィディス(Pseudozyma aphidis)DSM14930株を用いて油脂の流加培養法により14日間で165g/L(生産速度:0.58g/L/h、原料収率:92質量%)のMELの生産が可能であることが報告されている(非特許文献8参照)。
また、本発明者らは、クルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11株を用いて18質量%の植物油脂から回分培養法により10日間で153g/L(生産速度:0.64g/L/h,原料収率:85質量%)のMELの生産が可能であること、及び、油脂の流加培養法により24日間で40質量%の油脂から307g/L(生産速度:0.53g/L/h,原料収率:77質量%)のMELの生産が可能であることを報告している(特許文献4参照)。
Production of MEL of 165 g / L (production rate: 0.58 g / L / h, raw material yield: 92% by mass) in 14 days by a fed-fed method of fats and oils using Pseudozyma aphidis DSM14930 It has been reported that this is possible (see Non-Patent Document 8).
In addition, the inventors of the present invention have also found that Kurtzmanomyces sp. It is possible to produce MEL of 153 g / L (production rate: 0.64 g / L / h, raw material yield: 85 mass%) in 10 days by batch culture method from 18 mass% of vegetable oil and fat using I-11 strain And the production of MEL of 307 g / L (production rate: 0.53 g / L / h, raw material yield: 77% by mass) from 40% by mass of fats and oils in 24 days by the fed-batch culture method of fats and oils. It is reported that this is possible (see Patent Document 4).
さらに、最近になってPseudozyma rugulosa NBRC 10877を用いて植物油脂とエリスリトールの流加培養により28日間で190g/L(生産速度:0.28g/L/h)のMELの生産(特許文献5参照)、Pseudozyma antarctica KM−34株を用いてグルコースから2.7g/LのMELの生産(特許文献6参照)、Pseudozyma antarctica JCM 10317株を用いてグリセロールから3g/LのMELの生産(特許文献7参照)、Pseudozyma parantarctica JCM 11752株を用いて植物性油脂の流加により14日間で190g/L(生産速度:0.56g/L/h)のMEL生産(特許文献8参照)、Pseudozyma graminicola CBS 10092を用いて大豆油から7日間で13g/LのMEL−C生産(特許文献9参照)が可能であることが報告されている。 Furthermore, recently, production of 190 g / L (production rate: 0.28 g / L / h) of MEL in 28 days by fed-batch culture of vegetable oil and erythritol using Pseudozyma rugulosa NBRC 10877 (see Patent Document 5) Production of 2.7 g / L MEL from glucose using Pseudozyma antarctica KM-34 strain (see Patent Document 6) Production of 3 g / L MEL from glycerol using Pseudozyma antarctica JCM 10317 strain (see Patent Document 7) ), Pseudozyma parantarctica JCM 11752 strain for 14 days by feeding, the vegetable oil with 190 g / L (production speed: MEL production (see Patent Document 8 of 0.56g / L / h)), Pseudozyma g It has been reported that 13 g / L of MEL-C can be produced from soybean oil in 7 days using ramicocola CBS 10092 (see Patent Document 9).
生分解性が高く、低毒性で環境に優しく、新規な生理機能を持つといわれるマンノシルエリスリトールリピッドを食品工業、医薬品工業、化学工業などで広く普及させていくためには、マンノシルエリスリトールリピッドの生産効率を高め、生産コストの低減を図ることが必要である。しかしながら、前記のごとく、マンノシルエリスリトールリピッドの生産速度は低く、その充分な量の製造に10日以上の期間を要しているのが現状である。そこで、更なるマンノシルエリスリトールリピッドの製造期間を短縮できる製造方法の開発が強く望まれている。 In order to widely disseminate mannosyl erythritol lipid, which is said to have high biodegradability, low toxicity, environmental friendliness, and new physiological functions in the food industry, pharmaceutical industry, chemical industry, etc., the production efficiency of mannosyl erythritol lipid It is necessary to increase production and reduce production costs. However, as described above, the production rate of mannosyl erythritol lipid is low, and it takes a period of 10 days or more to produce a sufficient amount thereof. Therefore, development of a production method capable of shortening the production period of further mannosyl erythritol lipid is strongly desired.
本発明は、このような要望に応え、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する新たな微生物を見出し、その培地組成及び培養条件を最適化することによって、製造に要する期間を短縮し、より安価にマンノシルエリスリトールリピッド(MEL)を製造することができる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to meet such demands, solve the above-described problems, and achieve the following objects. That is, the present invention finds a new microorganism having an ability to produce mannosyl erythritol lipid, optimizes the medium composition and culture conditions, thereby shortening the time required for production and reducing mannosyl erythritol lipid (MEL) more inexpensively. It is an object of the present invention to provide a method capable of producing a).
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。即ち、マンノシルエリスリトールリピッド(MEL)のようなバイオサーファクタントは自然界に広く存在する微生物自身が生存するために生産している物質であって、今までに発見されてきたバイオサーファクタント生産微生物は自然界から分離されているという事実に基づき、日本各地から各種の試料を採取し、マンノシルエリスリトールリピッド(MEL)を生産する微生物を分離したところ、新規酵母であるシュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を得た。前記株はマンノシルエリスリトールリピッドの生産菌として優れた特徴を有しており、その培地組成、培養条件、培養方法を検討することにより、マンノシルエリスリトールリピッド(MEL)を効率的に生産できることを知見した。 As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above problems, the following knowledge has been obtained. In other words, biosurfactants such as mannosyl erythritol lipid (MEL) are substances that are produced in order for microorganisms that exist widely in nature to survive, and biosurfactant-producing microorganisms that have been discovered so far are separated from nature. Based on the fact that various samples were collected from various parts of Japan and microorganisms producing mannosylerythritol lipid (MEL) were isolated, a new yeast, Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain ( NITE P-530) was obtained. The strain has excellent characteristics as a mannosyl erythritol lipid producing bacterium, and it has been found that mannosyl erythritol lipid (MEL) can be efficiently produced by examining the medium composition, culture conditions, and culture method.
一般に、微生物を用いた発酵生産においては、培地組成及び培養条件によって菌体増殖や目的生産物の収率が大きく影響を受けることが知られている。そこで、前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を用い、MEL生産用培地における酵母エキス、コーンスティープリカー、リン酸2水素カリウム、硫酸マグネシウム、及び無機窒素源の濃度を変えると共に、pH、溶存酸素濃度及び温度の培養条件を変えてMELの生産に与える影響を調べて、MELの生産における最適な培地組成及び培養条件を求めた。 In general, in fermentation production using microorganisms, it is known that the cell growth and the yield of the target product are greatly affected by the medium composition and culture conditions. Therefore, yeast extract, corn steep liquor, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate, and inorganic nitrogen source in the medium for MEL production using the above-mentioned Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530). In addition to changing the concentration, the influence of pH, dissolved oxygen concentration and temperature on the production of MEL by changing the culture conditions was examined to determine the optimal medium composition and culture conditions for MEL production.
また、従来の回分培養では、前培養液を培養槽に接種することにより培養を行ってきた。通常、前培養液は培地に対して10容量%程度接種するが、前培養液中の菌体濃度は高くないために培養開始時の菌体濃度はあまり高くない。このため、MELの生産が開始するまでに1日程度の時間を要している。この期間を誘導期と呼んでいるが、この誘導期を短縮することにより、よりMEL生産に要する培養時間を短縮することができると考えられる。誘導期を短縮するためには、培養開始時の菌体濃度を高くすることが有効である。初発の菌体濃度を高くする手法の1つに繰り返し回分培養があり、この手法は、初発の菌体濃度を高くできること以外にも、前培養が不要、培養槽の洗浄が不要などの利点を有している。
繰り返し回分培養では、前記回分培養と同様の方法で培養を開始し、任意の時間培養を行ってMELを生産した後に菌体を含む培養液の大部分を培養槽外に排出し、一部を培養槽に残して予め滅菌しておいた新たな培地(油脂を含む)を所定量だけ無菌的に加えて、次の回分培養を開始する。以後、このような操作を繰り返すことによりMEL生産に要する培養期間を短縮できる。
Moreover, in the conventional batch culture, it culture | cultivated by inoculating a preculture liquid to a culture tank. Usually, the preculture solution is inoculated to about 10% by volume with respect to the medium. However, since the cell concentration in the preculture solution is not high, the cell concentration at the start of the culture is not so high. For this reason, it takes about one day before MEL production starts. Although this period is called the induction period, it is considered that the culture time required for MEL production can be further reduced by shortening the induction period. In order to shorten the induction period, it is effective to increase the cell concentration at the start of culture. One of the methods for increasing the initial bacterial cell concentration is repeated batch culture. This method has the advantage that, in addition to increasing the initial bacterial cell concentration, there is no need for pre-culture and no washing of the culture tank. Have.
In repeated batch culture, culture is started in the same manner as in the batch culture described above, and after culturing for an arbitrary period of time to produce MEL, most of the culture solution containing the bacterial cells is discharged out of the culture tank, and part of it is discharged. A new medium (including fats and oils) left in the culture tank and sterilized in advance is aseptically added in a predetermined amount, and the next batch culture is started. Thereafter, the culture period required for MEL production can be shortened by repeating such operations.
また、マンノシルエリスリトールリピッドは、後述する構造式(1)において、R1〜R4への水素原子及びアセチル基の結合の数と位置により4種類の物質が報告されている。アセチル基は親油基であり水への溶解度を低下させるため、アセチル基が結合していないマンノシルエリスリトールが望まれている。しかしながら、現在までその存在は知られていたが、生産量は微量であった。ここで、本発明者らは更に、回分培養或いは繰り返し回分培養を行った後の培養液を、最適の温度下に保存することにより、後述する構造式(1)においてR1〜R4にアセチル基が結合していないMEL(後述する構造式(2)で示されるMEL)を製造できることを知見した。 In addition, four types of mannosyl erythritol lipids have been reported depending on the number and position of bonds of hydrogen atoms and acetyl groups to R 1 to R 4 in the structural formula (1) described later. Since the acetyl group is a lipophilic group and decreases the solubility in water, mannosyl erythritol to which no acetyl group is bonded is desired. However, its existence was known until now, but the production amount was very small. Here, the present inventors further store the culture solution after batch culture or repeated batch culture at an optimal temperature, thereby acetylating R 1 to R 4 in the structural formula (1) described later. It has been found that MELs having no group bonded thereto (MELs represented by structural formula (2) described later) can be produced.
従って、前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を用いてマンノシルエリスリトールリピッド(MEL)生産用培地のpH等を制御し、最適な培地組成及び培養条件を設定して回分培養及び繰り返し回分培養を実施することにより、MEL生産に要する培養期間を短縮できることと共に、後述する構造式(1)においてR1〜R4にアセチル基が結合しないマンノシルエリスリトールリピッド(後述する構造式(2)で示されるマンノシルエリスリトールリピッド)を生産できることを見出し、本発明をなすに至った。 Therefore, the pH of the mannosyl erythritol lipid (MEL) production medium is controlled using the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530), and the optimum medium composition and culture conditions are set. In addition, by performing batch culture and repeated batch culture, the culture period required for MEL production can be shortened, and mannosyl erythritol lipid in which R 1 to R 4 are not bonded to R 1 to R 4 in the structural formula (1) described later (structure described later) The inventors have found that mannosyl erythritol lipid represented by the formula (2) can be produced, and have made the present invention.
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、下記の通りである。即ち、
<1> 栄養素と炭素源を含む培養液中でマンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物を培養してマンノシルエリスリトールリピッドを製造する方法において、前記マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物が、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)であることを特徴とするマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<2> マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物が、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)である前記<1>に記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<3> 培養液のpHを5.0〜5.8の範囲に制御して培養を行う前記<1>から<2>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<4> 培養液のpH制御をアンモニアを用いて行う前記<3>に記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<5> 培養液の溶存酸素濃度を1〜5ppmの範囲に制御して培養を行う前記<1>から<4>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<6> 培養液中にコーンスティープリカーを0.1〜4g/L含有させて培養を行う前記<1>から<5>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<7> 炭素源として炭素数6〜24の直鎖脂肪族炭化水素を用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<8> 炭素源として炭素数6〜24の脂肪酸を用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<9> 炭素源として炭素数6〜24の直鎖脂肪族炭化水素基を含むトリグリセリドを用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<10> 炭素源として炭水化物を用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<11> 炭素源として食品廃油を用いる前記<1>から<6>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<12> 炭素源濃度が10〜32質量%の範囲で培養を行う前記<1>から<11>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<13> マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物におけるマンノシルエリスリトールリピッドを生産する上での培地組成及び培養条件が、下記の通りである前記<1>から<12>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
酵母エキス:0.1〜2g/L
コーンスティープリカー:0.1〜4g/L
硝酸アンモニウム:0.1〜1g/L
リン酸2水素カリウム:0.1〜2g/L
硫酸マグネシウム:0.1〜1g/L
炭素源:100〜320g/L
培養液pH:5.0〜5.8
溶存酸素濃度:1〜5ppm
培養温度:26〜32℃
<14> 炭素源濃度が10〜30質量%の範囲で培養を開始し、該培養開始後2〜6日間の培養終了時に菌体とマンノシルエリスリトールリピッドを含む培養液の大部分を培養槽外に排出し、一部を培養槽に残して新たな培地を加えて、次の回分培養を開始し、該操作を繰り返して培養を行う前記<1>から<13>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<15> 更に、培養終了後の培養液を20〜70℃に保持する工程を含み、下記構造式(2)で表される構造を有するマンノシルエリスリトールリピッドを得る前記<1>から<14>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
<16> マンノシルエリスリトールリピッドの生産量が、7質量%以上(70g/L以上)である前記<1>から<15>のいずれかに記載のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法である。
The present invention is based on the above findings by the present inventors, and means for solving the above problems are as follows. That is,
<1> A method for producing mannosyl erythritol lipid by culturing a microorganism having an ability to produce mannosyl erythritol lipid in a culture solution containing a nutrient and a carbon source, wherein the microorganism having the ability to produce mannosyl erythritol lipid comprises a pseudo It is a manufacturing method of mannosyl erythritol lipid characterized by being Zima tsukubaensis ( Pseudozyma tsukubaensis ).
<2> The method for producing a mannosyl erythritol lipid according to <1>, wherein the microorganism having the ability to produce mannosyl erythritol lipid is Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530). .
<3> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <2>, wherein the culture is performed while controlling the pH of the culture solution in a range of 5.0 to 5.8.
<4> The method for producing mannosylerythritol lipid according to <3>, wherein the pH of the culture solution is controlled using ammonia.
<5> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <4>, wherein the culture is performed while controlling the dissolved oxygen concentration of the culture solution in a range of 1 to 5 ppm.
<6> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <5>, wherein the culture is performed by adding 0.1 to 4 g / L of corn steep liquor in the culture solution.
<7> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <6>, wherein a linear aliphatic hydrocarbon having 6 to 24 carbon atoms is used as a carbon source.
<8> The method for producing mannosylerythritol lipid according to any one of <1> to <6>, wherein a fatty acid having 6 to 24 carbon atoms is used as a carbon source.
<9> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <6>, wherein a triglyceride containing a linear aliphatic hydrocarbon group having 6 to 24 carbon atoms is used as a carbon source.
<10> The method for producing a mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <6>, wherein a carbohydrate is used as a carbon source.
<11> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <6>, wherein the waste oil is used as a carbon source.
<12> The method for producing mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <11>, wherein the cultivation is performed in a carbon source concentration range of 10 to 32% by mass.
<13> The mannosyl according to any one of <1> to <12>, wherein the medium composition and culture conditions for producing mannosylerythritol lipid in a microorganism having the ability to produce mannosylerythritol lipid are as follows: This is a method for producing erythritol lipid.
Yeast extract: 0.1-2 g / L
Corn steep liquor: 0.1-4g / L
Ammonium nitrate: 0.1-1 g / L
Potassium dihydrogen phosphate: 0.1-2 g / L
Magnesium sulfate: 0.1-1 g / L
Carbon source: 100-320 g / L
Culture solution pH: 5.0 to 5.8
Dissolved oxygen concentration: 1-5ppm
Culture temperature: 26-32 ° C
<14> Cultivation is started in a carbon source concentration range of 10 to 30% by mass, and most of the culture solution containing the cells and mannosyl erythritol lipid is removed from the culture vessel at the end of the culture for 2 to 6 days after the start of the culture The mannosyl erythritol according to any one of <1> to <13>, wherein the mannosyl erythritol is discharged and left in a culture tank, a new medium is added, the next batch culture is started, and the operation is repeated. It is a manufacturing method of a lipid.
<15> Further, from the above <1> to <14>, the method further comprises a step of maintaining the culture solution after completion of the culture at 20 to 70 ° C. to obtain a mannosylerythritol lipid having a structure represented by the following structural formula (2) It is a manufacturing method of the mannosyl erythritol lipid in any one.
<16> The method for producing a mannosyl erythritol lipid according to any one of <1> to <15>, wherein the production amount of mannosyl erythritol lipid is 7% by mass or more (70 g / L or more).
本発明によると、従来における諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する新たな微生物を用い、その培地組成及び培養条件を最適化することによって、製造に要する期間を短縮し、より安価にマンノシルエリスリトールリピッド(MEL)を製造することができる方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to solve the conventional problems and achieve the above-mentioned object, by using a new microorganism having the ability to produce mannosylerythritol lipid, and by optimizing the medium composition and culture conditions, It is possible to provide a method capable of shortening the time required for production and producing mannosyl erythritol lipid (MEL) at a lower cost.
(マンノシルエリスリトールリピッドの製造方法)
本発明のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法は、栄養素と炭素源を含む培養液中でマンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物を培養してマンノシルエリスリトールリピッドを製造する方法であって、前記マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物が、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)であることを特徴とする。
(Manufacturing method of mannosyl erythritol lipid)
The method for producing a mannosyl erythritol lipid according to the present invention is a method for producing a mannosyl erythritol lipid by culturing a microorganism having an ability to produce mannosyl erythritol lipid in a culture solution containing a nutrient and a carbon source. The microorganism having the ability to produce is characterized by being Pseudozyma tsukubaensis .
<マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物>
前記マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物としては、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)を使用する。前記シュードジーマ ツクバエンシスとしては、使用する菌株に特に制限はなく、例えば、TM−181株(NITE P−530)、NBRC1940、ATCC24555、CBS6389などが挙げられるが、これらの中でも、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)が、MELの生産速度が高い点で、特に好ましい。
<Microorganisms capable of producing mannosyl erythritol lipid>
Pseudozyma tsukubaensis is used as the microorganism having the ability to produce the mannosyl erythritol lipid. There is no particular limitation on the strain to be used as the P. matsukubaensis, and examples thereof include TM-181 strain (NITE P-530), NBRC1940, ATCC24555, CBS6389 and the like. Pseudozyma tsukubaensis ) TM-181 strain (NITE P-530) is particularly preferred because of its high production rate of MEL.
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株は、本発明者らにより単離された新規酵母であり、国内寄託機関である独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センターに2008年3月17日に寄託(NITE P−530)されている。なお、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株がマンノシルエリスリトールリピッドの生産菌として優れた特徴を有していることは、従来には全く知られておらず、このことは、本発明者の新知見にかかるものである。 The Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is a novel yeast isolated by the present inventors, and is an independent administrative institution, National Institute for Product Evaluation and Technology, Japan Patent Microbiology Depositary Center. Deposited on Monday (NITE P-530). In addition, it has not been known at all that Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain has an excellent characteristic as a mannosyl erythritol lipid producing bacterium. This is a new finding.
以下、前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株について説明する。 Hereinafter, the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain will be described.
(a)各培地における生育状態
i.コロニー観察
YM寒天培地上で25℃下、7日間の培養において、形成したコロニーは次のような形状を示した。
周縁の形状はほぼ全縁、隆起状態はクッション状、表面の状態は平滑、光沢及び性状は弱い光沢と湿性、色調は桃色味から黄色味を帯びたクリーム色
ii.顕微鏡観察
YM寒天培地上で25℃下、7日間の培養において,栄養細胞は長楕円形であり、極出芽により増殖する。培養開始後3週間後において有性生殖器官の形成は認められない。
(b)生理性状試験
1)生育できる範囲
pH2〜7、温度10〜37℃
2)糖類醗酵試験
グルコースを醗酵しなかった。
3)炭素源資化性試験
6)デンプン類似物質の生成無し。
(c)26SrDNA−D1/D2塩基配列解析
抽出からサイクルシークエンスまでの操作は、各プロトコールに基づいて行った。
1)DNA抽出:DNAeasy Plant Mini Kit(QIAGEN,Hilden,Germany)
2)PCR:puReTaq Ready−To−Go PCR beads(Amersham Biosciences,NJ,USA)
3)サイクルシークエンス:GigDye Terminator v3.1 Kit(Applied Biosystems,CA,USA)
4)使用プライマー:NL1,NL2,NL3及びNL4(O’Donnell,1993)
5)シークエンス:ABI PRISM 3100 Genetic Analyzer System(Applied Biosystems,CA,USA)
6)配列決定:ChromasPro 1.4(Technelysium Pty Ltd.,Tewantin,AUS)
7)相同性検索及び簡易分子系統解析:
ソフトウエア アポロン 2.0
データベース アポロン DB−FU 1.0
国際塩基配列データベース(GenBank/DDBJ/EMBL)
以上の26SrDNA−D1/D2塩基配列解析、簡易形態観察、及び生理・生化学的性状試験の結果より、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)に帰属すると推定した。
(A) Growth state in each medium i. Colony observation In the culture for 7 days at 25 ° C. on YM agar medium, the formed colonies showed the following shapes.
Peripheral shape is almost full edge, raised state is cushion-like, surface state is smooth, gloss and properties are weak gloss and wet, color tone is pink to yellowish cream ii. Microscopic observation In 7 days of culture on a YM agar medium at 25 ° C., vegetative cells are oblong and proliferate by extreme budding. Formation of sexual reproductive organs is not observed 3 weeks after the start of culture.
(B) Physiological property test 1) Range in which growth is possible pH 2-7, temperature 10-37 ° C
2) Sugar fermentation test Glucose was not fermented.
3) Carbon source utilization test
6) No generation of starch-like substances.
(C) 26SrDNA-D1 / D2 nucleotide sequence analysis The operations from extraction to cycle sequencing were performed based on each protocol.
1) DNA extraction: DNAeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Germany)
2) PCR: puReTaq Ready-To-Go PCR beads (Amersham Biosciences, NJ, USA)
3) Cycle sequence: GigDye Terminator v3.1 Kit (Applied Biosystems, CA, USA)
4) Primers used: NL1, NL2, NL3 and NL4 (O'Donnell, 1993)
5) Sequence: ABI PRISM 3100 Genetic Analyzer System (Applied Biosystems, CA, USA)
6) Sequencing: Chromas Pro 1.4 (Technyllium Pty Ltd., Thewantin, AUS)
7) Homology search and simple molecular phylogenetic analysis:
Software Apollon 2.0
Database Apollon DB-FU 1.0
International base sequence database (GenBank / DDBJ / EMBL)
From the results of the above 26S rDNA-D1 / D2 nucleotide sequence analysis, simple morphological observation, and physiological / biochemical property tests, it was estimated to belong to Pseudozyma tsukubaensis .
<培養>
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株の培養には、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、酵母に対して一般に用いられる培地、例えば、YPD培地(例えば、イーストイクストラクト10g、ポリペプトン20g、及びグルコース20gの組成)を使用することができる。また、最適生育pHは5.2であり、生育可能なpH範囲は2〜7である。最適生育温度は30℃であり、生育可能な温度範囲は10〜36℃である。なお、MELの生産性を高めるためには、単にシュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株が生育できるだけでは十分ではなく、培地組成及び培養条件を最適化する必要があり、これら最適条件については後述する。
<Culture>
The culture of the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a YPD medium (for example, a YPD medium (for example, A composition of 10 g yeast extract, 20 g polypeptone, and 20 g glucose) can be used. The optimum growth pH is 5.2, and the pH range in which growth is possible is 2-7. The optimum growth temperature is 30 ° C, and the temperature range in which growth is possible is 10 to 36 ° C. In order to increase the productivity of MEL, it is not sufficient to simply grow the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain, and it is necessary to optimize the medium composition and culture conditions. Will be described later.
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株を培養するための炭素源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、例えば、トリグリセリド、脂肪族炭化水素、脂肪酸、炭水化物等が挙げられる。 The carbon source for culturing the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include triglycerides, aliphatic hydrocarbons, and fatty acids. , Carbohydrates and the like.
前記トリグリセリドとしては、特に制限はなく、植物油脂、動物油脂等が挙げられ、目的に応じて適宜選定することができる。前記植物油脂としては、大豆油、亜麻仁油、菜種油、コーン油、ピーナッツ油、綿実油、ベニバナ油、ごま油、オリーブ油、バーム油等が挙げられ、これらの中でも、亜麻仁油、大豆油、菜種油が好ましい。前記動物油脂としては、牛脂、豚脂、魚脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を適宜混合して用いてもよい。前記トリグリセリドとしては、炭素数6〜24の直鎖脂肪族炭化水素基を含むトリグリセリドが好ましい。なお、植物油脂、動物油脂等としては、てんぷら等を製造した後の食品廃油等も利用可能である。 There is no restriction | limiting in particular as said triglyceride, A vegetable fat and oil, animal fats, etc. are mentioned, According to the objective, it can select suitably. Examples of the vegetable oil include soybean oil, linseed oil, rapeseed oil, corn oil, peanut oil, cottonseed oil, safflower oil, sesame oil, olive oil, balm oil, and among these, linseed oil, soybean oil, and rapeseed oil are preferable. Examples of animal fats include beef tallow, pork tallow, and fish tallow. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types as appropriate. As said triglyceride, the triglyceride containing a C6-C24 linear aliphatic hydrocarbon group is preferable. In addition, as vegetable oils and fats, animal oils and fats, waste food oils after producing tempura and the like can be used.
前記脂肪族炭化水素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができる。前記炭化水素の炭素数は6〜24の範囲であることが好ましく、さらにそれぞれの分子内に1〜3箇所の不飽和結合を含んでいてもよい。例えば、ドデカン、ヘキサデカン、オクタデカンといった飽和炭化水素、或いは1−ペンタデセン(C15H30)、1−ヘプタデセン(C17H34)等の不飽和炭化水素及びその混合物であって、より好ましくは炭素数14〜20の飽和或いは不飽和炭化水素及びその混合物、さらに好ましくはオクタデカンを主成分とする混合物を用いることができる。また、前記脂肪族炭化水素としては、直鎖の脂肪族炭化水素が好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as said aliphatic hydrocarbon, According to the objective, it can select suitably. The hydrocarbon preferably has 6 to 24 carbon atoms, and may further contain 1 to 3 unsaturated bonds in each molecule. For example, saturated hydrocarbons such as dodecane, hexadecane, and octadecane, or unsaturated hydrocarbons such as 1-pentadecene (C 15 H 30 ) and 1-heptadecene (C 17 H 34 ), and mixtures thereof, more preferably It is possible to use 14 to 20 saturated or unsaturated hydrocarbons and mixtures thereof, more preferably mixtures containing octadecane as a main component. Further, the aliphatic hydrocarbon is preferably a linear aliphatic hydrocarbon.
前記脂肪酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができる。前記脂肪酸の炭素数は6〜24の範囲であることが好ましく、さらにそれぞれの分子内に1〜3箇所の不飽和結合を含んでいてもよい。例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸といった飽和脂肪酸、或いはミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等の不飽和脂肪酸及びその混合物であって、より好ましくは炭素数14〜20の飽和或いは不飽和脂肪酸及びその混合物、さらに好ましくはリノール酸及びリノール酸を主成分とする混合物を用いることができる。 There is no restriction | limiting in particular as said fatty acid, According to the objective, it can select suitably. The fatty acid preferably has 6 to 24 carbon atoms, and may further contain 1 to 3 unsaturated bonds in each molecule. For example, saturated fatty acids such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, or unsaturated fatty acids such as myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and mixtures thereof, more preferably 14 to 20 saturated or unsaturated fatty acids and mixtures thereof, more preferably, linoleic acid and linoleic acid as a main component can be used.
前記炭水化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができる。例えば、グルコース、マンノース、グリセロール、マンニトール等の単糖とその誘導体、ショ糖、麦芽糖、乳糖等のオリゴ糖及びその混合物であって、好ましくは単糖、さらに好ましくはグルコースである。 There is no restriction | limiting in particular as said carbohydrate, According to the objective, it can select suitably. For example, monosaccharides such as glucose, mannose, glycerol, mannitol and derivatives thereof, oligosaccharides such as sucrose, maltose, lactose, and mixtures thereof, preferably monosaccharides, more preferably glucose.
中でも、前記炭素源としては植物油脂が好ましく、亜麻仁油、大豆油、菜種油が特に好ましい。前記炭素源の含有量は、培地中、10〜32質量%が好ましく、14〜30質量%が特に好ましい。 Among these, vegetable oils are preferable as the carbon source, and linseed oil, soybean oil, and rapeseed oil are particularly preferable. As for content of the said carbon source, 10-32 mass% is preferable in a culture medium, and 14-30 mass% is especially preferable.
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株を培養するための栄養素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、例えば、酵母エキス、麦芽エキス、肉エキス、ポリペプトン、コーンスティープリカー、硝酸アンモニウム、尿素、硝酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫安、リン酸2水素カリウム、リン酸1水素カリウム、硫酸マグネシウム等が挙げられ、酵母エキス、コーンスティープリカー、硝酸アンモニウム、リン酸2水素カリウム、硫酸マグネシウムなどが好ましい。 The nutrient for culturing the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include yeast extract, malt extract, meat extract, Polypeptone, corn steep liquor, ammonium nitrate, urea, sodium nitrate, ammonium chloride, ammonium sulfate, potassium dihydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate, magnesium sulfate, etc., yeast extract, corn steep liquor, ammonium nitrate, dihydrogen phosphate Potassium, magnesium sulfate and the like are preferable.
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株を培養するための無機窒素源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、例えば、硝酸アンモニウム、尿素、硝酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫安等が挙げられ、これらの中でも、硝酸アンモニウム、尿素が好ましい。 The inorganic nitrogen source for culturing the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include ammonium nitrate, urea, sodium nitrate, Examples thereof include ammonium chloride and ammonium sulfate. Among these, ammonium nitrate and urea are preferable.
前記シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株を用いてマンノシルエリスリトールリピッドを生産する場合の好適な培地組成及び培養条件としては、以下の通りである。酵母エキスは、0.1〜2g/Lが好ましく、1g/Lが特に好ましい。コーンスティープリカーは、0.1〜4g/Lが好ましく、2g/Lが特に好ましい。硝酸アンモニウムは、0.1〜1g/Lが好ましく、0.5g/Lが特に好ましい。リン酸2水素カリウムは、0.1〜2g/Lが好ましく、0.4g/Lが特に好ましい。硫酸マグネシウムは、0.1〜1g/Lが好ましく、0.2g/Lが特に好ましい。植物油脂等の炭素源は、100〜320g/Lが好ましく、140〜300g/Lが特に好ましい。溶存酸素濃度は、1〜5ppmが好ましく、3〜5ppmが特に好ましい。培養温度は、26〜32℃が好ましく、30℃が特に好ましい。pHは、5.0〜5.8が好ましく、5.2が特に好ましい。なお、培養液のpH調整は、菌体の栄養素となり得るアンモニアを用いて行うことが好ましい。 Suitable medium composition and culture conditions for producing mannosyl erythritol lipid using the Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain are as follows. The yeast extract is preferably 0.1 to 2 g / L, particularly preferably 1 g / L. The corn steep liquor is preferably 0.1 to 4 g / L, particularly preferably 2 g / L. As for ammonium nitrate, 0.1-1 g / L is preferable and 0.5 g / L is especially preferable. The potassium dihydrogen phosphate is preferably 0.1 to 2 g / L, particularly preferably 0.4 g / L. Magnesium sulfate is preferably 0.1 to 1 g / L, particularly preferably 0.2 g / L. 100-320 g / L is preferable and, as for carbon sources, such as vegetable oil, 140-300 g / L is especially preferable. The dissolved oxygen concentration is preferably 1 to 5 ppm, particularly preferably 3 to 5 ppm. The culture temperature is preferably 26 to 32 ° C, particularly preferably 30 ° C. The pH is preferably from 5.0 to 5.8, particularly preferably 5.2. In addition, it is preferable to adjust pH of a culture solution using ammonia which can become a nutrient of a microbial cell.
本発明のマンノシルエリスリトールリピッド(MEL)の製造方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、例えば、グルコース20g/L、酵母エキス1g/L、硝酸アンモニウム1g/L、リン酸2水素カリウム0.5g/L、及び硫酸マグネシウム0.5g/Lの組成の液体培地4mLが入った試験管にシュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行う。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日間振とう培養を行う。更に、これを所定量の油脂と酵母エキス1g/L、コーンスティープリカー2g/L、硝酸アンモニウム0.5g/L、リン酸2水素カリウム0.4g/L、及び硫酸マグネシウム0.2g/Lの組成の液体培地1.4Lが入ったジャーファメンターに接種して、30℃で1.5L/分の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始する。なお、pHは、pHメーターで測定できる。溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度メーターで測定できる。 The production method of mannosyl erythritol lipid (MEL) of the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, glucose 20 g / L, yeast extract 1 g / L, ammonium nitrate 1 g / L, phosphorus 1 Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530) is added to a test tube containing 4 mL of a liquid medium having a composition of potassium dihydrogenate 0.5 g / L and magnesium sulfate 0.5 g / L. Inoculate platinum ears and incubate at 30 ° C for 1 day with shaking. This is inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days. Furthermore, this is a composition of a predetermined amount of fat and oil and yeast extract 1 g / L, corn steep liquor 2 g / L, ammonium nitrate 0.5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 g / L, and magnesium sulfate 0.2 g / L. Inoculate a jar fermenter containing 1.4 L of liquid medium and start main culture at 30 ° C. with an aeration rate of 1.5 L / min and an agitation rate of 800 rpm. The pH can be measured with a pH meter. The dissolved oxygen concentration can be measured with a dissolved oxygen concentration meter.
−回分培養−
回分培養では、培養途中で油脂などの炭素源の供給は行わないで、1日に2乃至3回培養液を無菌的に採取して、培養液中の各成分を経時的に測定する。MEL、トリグリセリド、ジグリセリド、炭化水素、及び脂肪酸については、採取した培養液に酢酸エチルを加えて激しく振とうした後に静置し、上清の酢酸エチル層を回収し、この酢酸エチル溶液をイアトロスキャン(ヤトロン社製)のロッドにチャージして、所定の方法により各成分を定量分析する。
-Batch culture-
In batch culture, carbon sources such as fats and oils are not supplied during the culture, and the culture solution is aseptically collected 2 to 3 times a day, and each component in the culture solution is measured over time. For MEL, triglyceride, diglyceride, hydrocarbon, and fatty acid, add ethyl acetate to the collected culture and shake vigorously, collect the supernatant ethyl acetate layer, and add this ethyl acetate solution to The rod of Scan (manufactured by Yatron) is charged, and each component is quantitatively analyzed by a predetermined method.
ここで、前記回分培養においては、培養液のpHを5.0〜5.8の範囲に制御し、培養液中に無機窒素源を含有させ、該無機窒素源が、硝酸アンモニウム及び尿素のいずれかであることが好ましい。この場合、初発炭素源濃度が10〜32質量%の範囲で培養を行うことが好ましく、10〜30質量%の範囲で培養を行うことがより好ましい。 Here, in the batch culture, the pH of the culture solution is controlled in the range of 5.0 to 5.8, the culture solution contains an inorganic nitrogen source, and the inorganic nitrogen source is either ammonium nitrate or urea. It is preferable that In this case, it is preferable to perform the culture in the range of the initial carbon source concentration of 10 to 32% by mass, and it is more preferable to perform the culture in the range of 10 to 30% by mass.
−繰り返し回分培養−
前記回分培養では、前培養液を培養槽に接種することにより培養を行う。通常、前培養は培地に対して10容量%程度接種するが、前培養液中の菌体濃度は高くないために培養開始時の菌体濃度はあまり高くない。このため、MELの生産が開始するまでに1日程度の時間を要する。この期間を誘導期と呼んでいるが,この誘導期を短縮することにより,より短時間でMELを生産することができると考えられる。誘導期を短縮するためには,培養開始時の菌体濃度を高くすることが有効である。初発の菌体濃度を高くする手法の1つに繰り返し回分培養があり、この手法は,初発の菌体濃度を高くできること以外に、前培養が不要、培養槽の洗浄が不要などの利点を有している。
-Repeated batch culture-
In the batch culture, culturing is performed by inoculating a preculture medium into a culture tank. Usually, preculture is inoculated with about 10% by volume with respect to the medium. However, since the cell concentration in the preculture is not high, the cell concentration at the start of the culture is not so high. For this reason, it takes about one day before MEL production starts. Although this period is called the induction period, it is considered that MEL can be produced in a shorter time by shortening the induction period. In order to shorten the induction period, it is effective to increase the cell concentration at the start of culture. One of the methods for increasing the initial bacterial cell concentration is repeated batch culture, and this method has the advantages that the initial bacterial cell concentration can be increased and that pre-culture is unnecessary and the culture tank is not required to be washed. doing.
繰り返し回分培養では、前記回分培養と同様の方法で培養を開始し、任意の時間培養を行ってMELを生産した後に菌体を含む培養液の大部分を培養槽外に排出し、一部を培養槽に残して予め滅菌しておいた新たな培地(油脂を含む)を所定量だけ無菌的に加えて,次の回分培養を開始する。以後、このような操作を繰り返す。 In repeated batch culture, culture is started in the same manner as in the batch culture described above, and after culturing for an arbitrary period of time to produce MEL, most of the culture solution containing the cells is discharged out of the culture tank, and a part of A new medium (including fats and oils) that has been sterilized in advance while remaining in the culture tank is aseptically added in a predetermined amount, and the next batch culture is started. Thereafter, such an operation is repeated.
ここで、前記繰り返し回分培養においては、培養液のpHを5.0〜5.8の範囲に制御し、培養液中に無機窒素源を含有させ、該無機窒素源が、硝酸アンモニウム及び尿素のいずれかであることが好ましい。この場合、初発炭素源濃度が10〜36質量%の範囲で培養を行うことが好ましく、14〜30質量%の範囲で培養を行うことがより好ましい。培養時間は2〜6日間が好ましい。また、該培養槽内に残す培養液量を培養液全体の6〜35容量%として、次の回分培養を開始することが好ましい。 Here, in the repeated batch culture, the pH of the culture solution is controlled in the range of 5.0 to 5.8, the culture solution contains an inorganic nitrogen source, and the inorganic nitrogen source is any one of ammonium nitrate and urea. It is preferable that In this case, it is preferable to perform the culture in the range of the initial carbon source concentration of 10 to 36% by mass, and it is more preferable to perform the culture in the range of 14 to 30% by mass. The culture time is preferably 2 to 6 days. Moreover, it is preferable that the next batch culture is started by setting the amount of the culture solution remaining in the culture tank to 6 to 35% by volume of the entire culture solution.
<マンノシルエリスリトールリピッド>
本発明のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法により得られるマンノシルエリスリトールリピッドは、下記構造式(1)で表される化合物である。
<Mannosyl erythritol lipid>
Mannosyl erythritol lipid obtained by the method for producing mannosyl erythritol lipid of the present invention is a compound represented by the following structural formula (1).
前記構造式(1)において、R1〜R4は、互いに同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アセチル基、又は炭素原子数1〜20、好ましくは3〜20の飽和若しくは不飽和の脂肪族アシル基を表す。 In the structural formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different from each other, and may be a hydrogen atom, an acetyl group, or a saturated or unsaturated group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 3 to 20 carbon atoms. Represents a saturated aliphatic acyl group.
−R1〜R4にアセチル基が結合していないマンノシルエリスリトールリピッドの製造−
マンノシルエリスリトールリピッドは、前記構造式(1)において、R1〜R4への水素原子及びアセチル基の結合の数と位置により4種類の物質が報告されている。ここで、アセチル基は親油基であり水への溶解度を低下させるため、中でも、アセチル基の無いマンノシルエリスリトールリピッドが望まれている。
このアセチル基の無いマンノシルエリスリトールリピッドは、下記構造式(2)で示される。(前記構造式(1)と前記構造式(2)とでは、R1〜R4の種類が異なる。)
As for mannosyl erythritol lipid, four types of substances have been reported in the structural formula (1) depending on the number and position of bonds of hydrogen atoms and acetyl groups to R 1 to R 4 . Here, since the acetyl group is a lipophilic group and decreases the solubility in water, a mannosyl erythritol lipid having no acetyl group is desired.
This mannosyl erythritol lipid without an acetyl group is represented by the following structural formula (2). (In the structural formula (1) and the structural formula (2), the types of R 1 to R 4 are different.)
しかしながら、前記構造式(2)で表されるアセチル基の無いMELは、現在までその存在は知られていたが、生産量は微量であった。
そこで、本発明者らは更に、前記のように回分培養或いは繰り返し回分培養を行った後のMEL含有培養液を、任意の温度下に保存することにより、前記構造式(1)においてR1〜R4にアセチル基が結合していないMEL(前記構造式(2)で示されるMEL)を製造できることを見出した。方法は以下の通りである。
However, although MEL having no acetyl group represented by the structural formula (2) has been known to date, its production amount was very small.
Therefore, the present inventors further store the MEL-containing culture solution after performing batch culture or repeated batch culture as described above at an arbitrary temperature, whereby R 1 to R 1 in the structural formula (1) are stored. It was found that MEL in which an acetyl group is not bonded to R 4 (MEL represented by the structural formula (2)) can be produced. The method is as follows.
培養を行った後のMEL含有培養液を10〜70℃の温度の恒温槽に入れて保温する。一定期間毎に等容積量の酢酸エチルで脂質成分を抽出し、TLCプレートにチャージし、クロロホルム:メタノール:水=65:15:2(容積比)で展開する。展開終了後、オルシノール硫酸試薬でMELの存在を確認する。ここで、MEL含有培養液の保存温度は、20〜70℃が好ましく、30〜50℃が特に好ましい。保存時間は、2〜30日が好ましく、3〜20日が特に好ましい。 The culture solution containing MEL after culturing is placed in a thermostatic bath at a temperature of 10 to 70 ° C. and kept warm. The lipid component is extracted with an equal volume of ethyl acetate at regular intervals, charged onto a TLC plate, and developed with chloroform: methanol: water = 65: 15: 2 (volume ratio). After completion of the development, the presence of MEL is confirmed with an orcinol sulfate reagent. Here, the storage temperature of the MEL-containing culture solution is preferably 20 to 70 ° C, particularly preferably 30 to 50 ° C. The storage time is preferably 2 to 30 days, and particularly preferably 3 to 20 days.
一定温度で保存したMEL含有培養液に等容量の酢酸エチルで脂質成分を抽出し、エバポレーターを用いて酢酸エチルを留去し、脂質成分を回収する。この脂質成分を等量のクロロホルムに溶解し、これをシリカゲルクロマトグラフィーにかけ、クロロホルム、クロロホルム:酢酸エチル溶液(4:1)、アセトン、メタノールの順で溶出させる。各溶液をTLCプレートにチャージし、クロロホルム:メタノール:水=65:15:2(容積比)で展開する。展開終了後、オルシノール硫酸試薬でMELの存在を確認する。アセチル基が結合していないと思われるMEL成分の含まれる溶出液を集め、溶媒を留去してアセチル基が結合していないと思われるMEL成分を得た。得られたMEL成分を再度クロロホルム1mLに溶解し、イアトロビーズカラムクロマトグラフィーにかけ、クロロホルム:メタノール=95:5(容積比)で溶出させ、TLCで単一のバンドを示す糖脂質成分を単離する。 The lipid component is extracted with an equal volume of ethyl acetate into the MEL-containing culture solution stored at a constant temperature, and the ethyl acetate is distilled off using an evaporator to recover the lipid component. This lipid component is dissolved in an equal amount of chloroform, and this is subjected to silica gel chromatography, and eluted with chloroform, chloroform: ethyl acetate solution (4: 1), acetone and methanol in this order. Each solution is charged on a TLC plate and developed with chloroform: methanol: water = 65: 15: 2 (volume ratio). After completion of the development, the presence of MEL is confirmed with an orcinol sulfate reagent. The eluate containing the MEL component that is thought to be free of acetyl groups was collected, and the solvent was distilled off to obtain the MEL component that was thought to be free of acetyl groups. The obtained MEL component is again dissolved in 1 mL of chloroform, subjected to iatrobead column chromatography, eluted with chloroform: methanol = 95: 5 (volume ratio), and a glycolipid component showing a single band is isolated by TLC. To do.
マンノース残基上のアシル基の結合位置の同定は、過ヨウ素酸酸化糖脂質のNMRによる解析で行うことができる。1H−NMRスペクトルでは、一般に糖のH−2〜H−6のプロトンは3.5ppm付近にまとまって検出されるが、水酸基の水素がアシル基とエステル結合すると、そのα−プロトンのシグナルは低磁場にシフトすることが知られている。本MELにおいても脂肪酸の結合によると考えられる低磁場シフトした2つのプロトンシグナルが観測されたことから、このMELは、2分子のアシル基が結合していると同定できる。さらに、2分子の−COCH2−の存在を示すシグナルが観測されたが、アセチル基(−COCH3)の存在を示すシグナルは観測されなかったことより、マンノースに結合しているアシル基は、2つの脂肪酸であると同定できる。 Identification of the binding position of the acyl group on the mannose residue can be performed by analysis of periodate oxidized glycolipid by NMR. In the 1H-NMR spectrum, the protons of sugars H-2 to H-6 are generally detected in the vicinity of 3.5 ppm, but when the hydrogen of the hydroxyl group is ester-bonded to the acyl group, the signal of the α-proton is low. It is known to shift to a magnetic field. In this MEL, two proton signals shifted by a low magnetic field, which are thought to be due to the binding of fatty acids, were observed, so that this MEL can be identified as having two molecules of acyl groups bound. Furthermore, although a signal indicating the presence of two molecules of —COCH 2 — was observed, but no signal indicating the presence of an acetyl group (—COCH 3 ) was observed, the acyl group bonded to mannose was It can be identified as two fatty acids.
以上説明したような、本発明のマンノシルエリスリトールリピッドの製造方法によれば、前記マンノシルエリスリトールリピッドを、好ましくは7質量%以上(70g/L以上)、より好ましくは20質量%以上(200g/L以上)、更に好ましくは20〜40質量%(200〜400g/L)の高濃度に、短期間で製造することができる。 According to the method for producing the mannosyl erythritol lipid of the present invention as described above, the mannosyl erythritol lipid is preferably 7% by mass or more (70 g / L or more), more preferably 20% by mass or more (200 g / L or more). ), More preferably 20 to 40% by mass (200 to 400 g / L) at a high concentration in a short period of time.
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the following Example at all.
(実施例1:マンノシルエリスリトールリピッド生産微生物株の選択)
本実施例1では、マンノシルエリスリトールリピッドを短時間で効率的に生産できる微生物株を選択した。
(Example 1: Selection of mannosylerythritol lipid-producing microorganism strain)
In Example 1, a microbial strain capable of efficiently producing mannosyl erythritol lipid in a short time was selected.
糖脂質生産量の高い微生物8菌株(TM−179、TM−180、TM−181、TM−182、TM−183、TM−184、TM−185、TM−186)について、以下のように培養を行った。なお、前記各菌株は、特開2005−104837号の段落番号〔0023〕、〔0049〕等に記載の方法に従い、本発明者らにより自然界から分離されたものである。グルコース20g/L、酵母エキス1g/L、硝酸アンモニウム1g/L、リン酸2水素カリウム0.5g/L、及び硫酸マグネシウム0.5g/Lの組成の液体培地(以下、前培養用培地と略する)4mLが入った試験管に当該菌株を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行った。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日振とう間培養を行った。更に、これを18質量%の大豆油と酵母エキス1g/L、硝酸アンモニウム1g/L、リン酸2水素カリウム0.5g/L、及び硫酸マグネシウム0.5g/Lの組成の液体培地1.4Lが入ったジャーファメンターに接種して、30℃で1.5L/分の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始した。なお、pHは、pHコントローラーを用いて14質量%のアンモニアを供給することにより5.4に保持した。1日に2乃至3回培養液を無菌的に採取した培養液に酢酸エチルを加えて激しく振とうした後に静置し、上清の酢酸エチル層を回収し、この酢酸エチル溶液をイアトロスキャン(ヤトロン社製)のロッドにチャージして、経時的に培養液中の各成分を測定した。各菌株におけるMEL生産量とこの濃度に達するために要した培養時間を、参考菌株としてのクルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11株(FERM P−18126)の結果と共に表3に示す。 For 8 microorganisms with high glycolipid production (TM-179, TM-180, TM-181, TM-182, TM-183, TM-184, TM-185, TM-186) went. In addition, each said strain was isolate | separated from nature by the present inventors according to the method as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-104837, paragraph number [0023], [0049] etc. A liquid medium having a composition of glucose 20 g / L, yeast extract 1 g / L, ammonium nitrate 1 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.5 g / L, and magnesium sulfate 0.5 g / L (hereinafter abbreviated as preculture medium) ) One platinum loop of the strain was inoculated into a test tube containing 4 mL and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day. This was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of the medium having the same composition, and cultured at 30 ° C. for 2 days with shaking. Furthermore, the liquid medium 1.4L of the composition of 18% by weight soybean oil and yeast extract 1 g / L, ammonium nitrate 1 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.5 g / L, and magnesium sulfate 0.5 g / L The jar fermenter was inoculated and main culture was started at 30 ° C. with an aeration rate of 1.5 L / min and a stirring speed of 800 rpm. The pH was maintained at 5.4 by supplying 14% by mass of ammonia using a pH controller. The culture solution is aseptically collected 2 to 3 times a day. Ethyl acetate is added to the culture solution aseptically shaken and allowed to stand, and the supernatant ethyl acetate layer is recovered. A rod (manufactured by Yatron) was charged and each component in the culture solution was measured over time. The amount of MEL produced in each strain and the culture time required to reach this concentration were determined as the reference strain Kurtzmanomyces sp. It shows in Table 3 with the result of I-11 strain (FERM P-18126).
菌株によりMEL生産量とこの濃度に達するために要した培養時間に違いがあった。TM−179、TM−181、TM−182、TM−183は、いずれも130g/L以上のMELを生産したが、最も培養に要する期間が短かったのはTM−181であった。 Depending on the strain, there was a difference in MEL production and the incubation time required to reach this concentration. TM-179, TM-181, TM-182, and TM-183 all produced 130 g / L or more of MEL, but TM-181 had the shortest period required for culture.
TM−181株は、クルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11株(FERM P−18126)に比較してMEL生産量は7g/L低い値であったが、生産に要する時間は144時間であり、96時間(4日)生産に要する時間を短縮できた。 The TM-181 strain is available from Kurtzmanomyces sp. MEL production was 7 g / L lower than I-11 strain (FERM P-18126), but the time required for production was 144 hours, shortening the time required for production for 96 hours (4 days) did it.
このTM−181株は、26SrDNA−D1/D2塩基配列解析、簡易形態観察、及び生理・生化学的性状試験等の結果から、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)に帰属すると推定され(詳細は前記の通り)、本発明者らにより、国内寄託機関である独立行政法人 製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センターに2008年3月17日に寄託(NITE P−530)された。
本実施例1における結果から、以降の実施例については、マンノシルエリスリトールリピッド生産微生物株として、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を用いることとした。
This TM-181 strain is estimated to belong to Pseudozyma tsukubaensis from the results of 26S rDNA-D1 / D2 nucleotide sequence analysis, simple morphological observation, physiological and biochemical property tests, etc. As described above, the present inventors made a deposit (NITE P-530) on March 17, 2008 in the Patent Microorganism Deposit Center of the National Institute of Technology and Evaluation, a domestic depositary organization.
From the results in this Example 1, for the following examples, Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530) was used as the mannosylerythritol lipid-producing microorganism strain.
(実施例2:培地成分の最適濃度の決定)
本実施例2では、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)におけるマンノシルエリスリトールリピッドの生産効率を高めるための培地成分の最適濃度を決定した。
(Example 2: Determination of optimum concentrations of medium components)
In Example 2, the optimum concentration of medium components for increasing the production efficiency of mannosyl erythritol lipids in Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530) was determined.
培地成分の酵母エキス、コーンスティープリカー、硝酸アンモニウム、リン酸2水素カリウム、及び硫酸マグネシウムの各培地成分の最適濃度を決定するため、各成分について6〜8段階に濃度を変えて以下のように回分培養を行った。前培養用培地の4mLが入った試験管に当該菌株を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行った。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日間振とう培養を行った。更に、これを18質量%の大豆油と酵母エキス1g/L、硝酸アンモニウム1g/L、リン酸2水素カリウム0.5g/L、及び硫酸マグネシウム0.5g/Lの組成を基準として、酵母エキス(0〜4g/L)、コーンスティープリカー(0〜6g/L)、硝酸アンモニウム(0〜4g/L)、リン酸2水素カリウム(0〜4g/L)、及び硫酸マグネシウム(0〜4g/L)の濃度を6〜8段階に変えた液体培地1.4Lが入ったジャーファメンターに接種して、30℃で1.5L/分の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始した。なお、pHは、pHコントローラーを用いて14質量%のアンモニアを供給することにより、5.4に保持した。1日に2乃至3回培養液を無菌的に採取した培養液に酢酸エチルを加えて激しく振とうした後に静置し、上清の酢酸エチル層を回収し、この酢酸エチル溶液をイアトロスキャン(ヤトロン社製)のロッドにチャージして、経時的に培養液中の各成分を測定した。
その結果、酵母エキス1g/L、コーンスティープリカー2g/L、硝酸アンモニウム0.5g/L、リン酸2水素カリウム0.4g/L、及び硫酸マグネシウム0.2g/Lが最適濃度であった。
In order to determine the optimal concentration of each medium component of yeast extract, corn steep liquor, ammonium nitrate, potassium dihydrogen phosphate, and magnesium sulfate as medium components, the concentration of each component is changed in 6 to 8 stages and batched as follows: Culture was performed. One platinum loop of the strain was inoculated into a test tube containing 4 mL of the preculture medium, and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day. This was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of the medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days. Furthermore, based on the composition of 18% by weight soybean oil and yeast extract 1 g / L, ammonium nitrate 1 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.5 g / L, and magnesium sulfate 0.5 g / L, yeast extract ( 0-4 g / L), corn steep liquor (0-6 g / L), ammonium nitrate (0-4 g / L), potassium dihydrogen phosphate (0-4 g / L), and magnesium sulfate (0-4 g / L) Was inoculated into a jar fermenter containing 1.4 L of a liquid medium in which the concentration of 6 to 8 was changed, and main culture was started at 30 ° C. with an aeration rate of 1.5 L / min and an agitation rate of 800 rpm. In addition, pH was hold | maintained at 5.4 by supplying 14 mass% ammonia using a pH controller. The culture solution is aseptically collected 2 to 3 times a day. Ethyl acetate is added to the culture solution aseptically shaken and allowed to stand, and the supernatant ethyl acetate layer is recovered. A rod (manufactured by Yatron) was charged and each component in the culture solution was measured over time.
As a result, yeast extract 1 g / L, corn steep liquor 2 g / L, ammonium nitrate 0.5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 g / L, and magnesium sulfate 0.2 g / L were the optimum concentrations.
(実施例3:pH、溶存酸素濃度、培養温度の最適条件の決定)
本実施例3では、シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)におけるマンノシルエリスリトールリピッドの生産効率を高めるためのpH、溶存酸素濃度、培養温度の最適条件を決定した。
(Example 3: Determination of optimum conditions of pH, dissolved oxygen concentration, culture temperature)
In Example 3, the optimum conditions of pH, dissolved oxygen concentration, and culture temperature were determined to increase the production efficiency of mannosylerythritol lipid in Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530).
pH、溶存酸素濃度、培養温度の最適条件を決定するため、これらの3つの条件について3〜7段階に変えて回分培養を行った。なお、培養液のpHは、pHメーターにより測定し、アンモニアを滴下することにより所定のpHに制御した。溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度メーターにより測定し、回転数を自動的に制御することにより所定の溶存酸素濃度に制御した。その結果、pH5.2、溶存酸素濃度3〜5ppm、培養温度30℃が最適条件であった。これらのうち、pH、及び、溶存酸素濃度の最適条件の決定方法の詳細を以下に示す。 In order to determine the optimum conditions of pH, dissolved oxygen concentration, and culture temperature, batch culture was performed by changing these three conditions to 3 to 7 stages. The pH of the culture solution was measured with a pH meter and controlled to a predetermined pH by dropping ammonia. The dissolved oxygen concentration was measured with a dissolved oxygen concentration meter and controlled to a predetermined dissolved oxygen concentration by automatically controlling the rotation speed. As a result, pH 5.2, dissolved oxygen concentration 3 to 5 ppm, and culture temperature 30 ° C. were the optimum conditions. Among these, the details of the method for determining the optimum conditions of pH and dissolved oxygen concentration are shown below.
−基本培養条件−
前培養用培地4mLが入った試験管にシュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行った。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日間振とう培養を行った。更に、これを所定量の植物油脂(亜麻仁油あるいは大豆油)と酵母エキス1g/L、コーンスティープリカー2g/L、硝酸アンモニウム0.5g/L、リン酸2水素カリウム0.4g/L、及び硫酸マグネシウム0.2g/Lの組成の液体培地(以下、本培養用培地と略する)1.4L(回分培養)及び4.6L(繰り返し回分培養)が入ったジャーファメンターに接種して、30℃で1.5L/分(回分培養)及び5L/分(繰り返し回分培養)の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始した。
-Basic culture conditions-
One platinum loop of Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530) was inoculated into a test tube containing 4 mL of the preculture medium, and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day. This was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of the medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days. Furthermore, this is made up of a predetermined amount of vegetable oil (linseed oil or soybean oil) and yeast extract 1 g / L, corn steep liquor 2 g / L, ammonium nitrate 0.5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 g / L, and sulfuric acid. Inoculate a jar fermentor containing 1.4 L (batch culture) and 4.6 L (repeated batch culture) of a liquid medium (hereinafter abbreviated as main culture medium) having a composition of magnesium 0.2 g / L, and 30 The main culture was started at a temperature of 1.5 L / min (batch culture) and 5 L / min (repetitive batch culture) at 800 ° C. and a stirring speed of 800 rpm.
−回分培養−
回分培養では、培養途中において植物油脂(亜麻仁油あるいは大豆油)の供給を行わないで、1日に1乃至2回培養液を無菌的に採取して、培養液中の各成分を経時的に測定した。MEL、トリグリセリド、ジグリセリド、及び脂肪酸は、採取した培養液に酢酸エチルを加えて激しく振とうした後、静置し、上清の酢酸エチル層を回収した。この酢酸エチル溶液をイアトロスキャン(ヤトロン社製)のロッドにチャージして所定の方法により各成分を定量分析した。
-Batch culture-
In batch culture, vegetable oil (linseed oil or soybean oil) is not supplied during the cultivation, and the culture solution is aseptically collected once or twice a day. It was measured. MEL, triglyceride, diglyceride, and fatty acid were added to ethyl acetate in the collected culture and shaken vigorously, and then allowed to stand to recover the supernatant ethyl acetate layer. This ethyl acetate solution was charged into an Iatroscan (Yatron) rod and each component was quantitatively analyzed by a predetermined method.
−培養液のpH選定−
次に、MEL生産に及ぼす培養液のpHの影響を調べるため、初発油脂濃度を18質量%として、pHコントローラーを用いて培養期間中のpH5.0〜5.8の間で一定の値に保持して培養を行った。なお、pHを調整するために用いるアルカリ溶液としては、菌体の栄養素となり得るアンモニア(14質量%アンモニア溶液)を使用した。
各pHにおけるMEL生産量とこの濃度に達するために要した培養時間を表4に示す。pHが5.0〜5.8、特にpH5.2に制御して培養することがMELの生産効率を高める上で効果的であることが認められた。
-PH selection of culture solution-
Next, in order to investigate the influence of the pH of the culture solution on MEL production, the initial fat concentration is set to 18% by mass and maintained at a constant value between pH 5.0 and 5.8 during the culture period using a pH controller. And cultured. In addition, as the alkaline solution used for adjusting the pH, ammonia (14% by mass ammonia solution) that can serve as nutrients for the cells was used.
Table 4 shows the amount of MEL produced at each pH and the incubation time required to reach this concentration. It was confirmed that culturing by controlling the pH to 5.0 to 5.8, particularly pH 5.2 is effective in increasing the production efficiency of MEL.
−培養液の溶存酸素濃度(DO)の選定−
次に、MEL生産に及ぼす培養液の溶存酸素濃度の影響を調べるため、初発油脂濃度を20質量%としてDOを1、3、5ppmに制御して培養を行った。この時、溶存酸素濃度は溶存酸素濃度メーターにより測定し、回転数を自動的に制御することにより所定の溶存酸素濃度に制御した。各溶存酸素濃度におけるMEL生産量とこの濃度に達するために要した培養時間を表5に示す。DOを3〜5に制御して培養することがMELの生産効率を高める上で効果的であることが認められた。
-Selection of dissolved oxygen concentration (DO) of culture solution-
Next, in order to examine the influence of the dissolved oxygen concentration of the culture solution on the MEL production, the initial fat and oil concentration was 20% by mass and the DO was controlled to 1, 3, and 5 ppm, and the culture was performed. At this time, the dissolved oxygen concentration was measured with a dissolved oxygen concentration meter and controlled to a predetermined dissolved oxygen concentration by automatically controlling the rotation speed. Table 5 shows the amount of MEL produced at each dissolved oxygen concentration and the incubation time required to reach this concentration. It was confirmed that culturing with DO controlled to 3 to 5 is effective in increasing the production efficiency of MEL.
(実施例4:最適油脂濃度の決定)
上記実施例3のようにして設定した基本培養条件において、初発油脂濃度を表6に示すように変化させて、MEL生産に与える初発油脂濃度の影響を検討した。MELの効率生産を考慮すると、更なる高濃度化が望まれる。このためには、初発の油脂濃度を増加させる必要がある。そこで、油脂濃度を10から36質量%まで変化させて培養を行った。各培養におけるMEL生産量とこの濃度に達するために要した培養時間を表6に示す。
(Example 4: Determination of optimum fat concentration)
Under the basic culture conditions set as in Example 3 above, the initial fat concentration was changed as shown in Table 6 to examine the influence of the initial fat concentration on MEL production. Considering efficient production of MEL, further higher concentration is desired. For this purpose, it is necessary to increase the initial fat concentration. Therefore, culturing was carried out while changing the oil and fat concentration from 10 to 36% by mass. Table 6 shows the amount of MEL produced in each culture and the culture time required to reach this concentration.
初発油脂濃度の増加により、MEL生産量は増加し、30質量%で220g/LのMELを126時間で生産した。34質量%以上では生産量は急激に低下した。現在、MEL生産量は、クルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11を用いた流加回分培養法による307g/Lが最も高い。シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株での回分培養では221g/Lが最高値であるが、流加回分培養法を用いることにより、さらに高濃度のMELをより短時間で生産できると考えられる。 With the increase in the initial oil and fat concentration, the MEL production amount increased, and 220 g / L of MEL was produced in 126 hours at 30% by mass. At 34% by mass or more, the production amount dropped rapidly. Currently, MEL production is measured by Kurtzmanomyces sp. The highest is 307 g / L by fed-batch culture using I-11. In batch culture with Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain, 221 g / L is the highest value, but by using fed-batch culture method, it is possible to produce MEL at a higher concentration in a shorter time. Conceivable.
なお、参考として、クルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11株は、初発油脂濃度20質量%とした場合に240時間で153g/LのMELを生産し、油脂濃度をこれ以上に増加させてもMEL生産量は増加しなかった。シュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株は、クルツマノマイセス(Kurtzmanomyces)sp.I−11株よりも69g/L高いMEL生産量で114時間短い時間で生産できた。 For reference, Kurtzmanomyces sp. The I-11 strain produced MEL of 153 g / L in 240 hours when the initial oil and fat concentration was 20% by mass, and the MEL production amount did not increase even when the oil and fat concentration was further increased. Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain is a strain of Kurtzmanomyces sp. The MEL production was 69 g / L higher than that of the I-11 strain, and production was possible in 114 hours.
(実施例5:繰り返し回分培養)
前培養用培地4mLが入った試験管に当該菌株を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行った。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日間振とう培養を行った。更に、これを18質量%の亜麻仁油と本培養用培地4.6Lが入ったジャーファメンターに4本(合計0.4L)接種して、30℃で5L/分の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始した。なお、pHは、pHコントローラーを用いて14質量%のアンモニアを供給することにより5.2に保持して、1回目の回分培養を96時間行った。植物油脂(亜麻仁油)は、菌体が分泌したリパーゼにより急速に脂肪酸とグリセロールに分解された。生成した中間代謝物である脂肪酸は、細胞内に取り込まれて代謝され、菌体とMELが生産された。
2回目の回分培養は、攪拌羽根の回転を停止させ、4.3Lの培養液を試料採取管を通じてジャーファメンターから引き抜き、0.7Lをジャーファメンター内に残した。直ちに、予め滅菌しておいた18質量%の亜麻仁油を含む本培養用培地4.3Lを接種口からジャーファメンターに無菌的に流し込み、回転羽根を800rpmの攪拌速度で培養を開始した。pHは、pHコントローラーを用いて14量%のアンモニアを供給することにより5.2に保持した。
3回目以降の回分培養は、上記のような操作を繰り返し、培養時間を次第に短くして、計10回の回分培養を繰り返した。この時、各回分培養での残存培養液量は表7に示すように0.3〜1.75Lの範囲で変化させると共に引き抜いた培養液と同量の滅菌した新たな培地を加えた。また、1日に2乃至3回培養液を無菌的に採取した培養液に酢酸エチルを加えて激しく振とうした後に静置し、上清の酢酸エチル層を回収し、この酢酸エチル溶液をイアトロスキャン(ヤトロン社製)のロッドにチャージして、経時的に培養液中の各成分を測定した。
表7に示したように、10回の培養何れも原料の油脂を完全に分解し、生成した脂肪酸をほぼ消費して約130g/LのMELを安定に生産でき、菌株の生産能力の低下はなかった。また、培養液を随時顕微鏡で観察した結果、バクテリアなどの雑菌は観察されず、雑菌汚染もなかった。これらのことより、さらに長期間の培養も可能であると考えられた。
(Example 5: repeated batch culture)
One platinum loop of the strain was inoculated into a test tube containing 4 mL of the preculture medium, and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day. This was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of the medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days. In addition, 4 jars (total 0.4 L) were inoculated into 4.6 liters of 18% by weight flaxseed oil and main culture medium, and the aeration rate was 5 L / min at 30 ° C. and stirring at 800 rpm. The main culture was started at a speed. The pH was maintained at 5.2 by supplying 14% by mass of ammonia using a pH controller, and the first batch culture was performed for 96 hours. Vegetable oil (linseed oil) was rapidly decomposed into fatty acids and glycerol by lipase secreted by the cells. The generated intermediate metabolite, fatty acid, was taken up into the cell and metabolized to produce bacterial cells and MEL.
In the second batch culture, the rotation of the stirring blade was stopped, and 4.3 L of the culture solution was drawn from the jar famenter through the sampling tube, and 0.7 L was left in the jar famenter. Immediately, 4.3 L of a main culture medium containing 18% by mass of linseed oil, which had been sterilized in advance, was aseptically poured into the jar fermenter from the inoculation port, and culture was started at a stirring speed of 800 rpm. The pH was maintained at 5.2 by supplying 14% ammonia by volume using a pH controller.
In the third and subsequent batch cultures, the above operation was repeated, and the culture time was gradually shortened to repeat the batch culture for a total of 10 times. At this time, as shown in Table 7, the amount of the remaining culture solution in each batch culture was changed in the range of 0.3 to 1.75 L, and the same amount of a sterilized fresh medium as the extracted culture solution was added. Also, add ethyl acetate to the culture solution collected aseptically 2 to 3 times a day, shake it vigorously and let it stand, collect the supernatant ethyl acetate layer. A Toroscan (Yatron) rod was charged and each component in the culture was measured over time.
As shown in Table 7, all of the 10 cultures completely decomposed the fats and oils of the raw material, and the produced fatty acids were almost consumed, and about 130 g / L of MEL could be stably produced. There wasn't. Moreover, as a result of observing the culture solution with a microscope as needed, no bacteria such as bacteria were observed, and there was no contamination with bacteria. From these facts, it was considered that culture for a longer period was possible.
1回目の回分培養では、MELを開始するまでに要する時間(誘導時間)に18時間を要した。2回目以降は、誘導時間は短縮された。このように誘導時間が短縮されたのは、1回目の培養では振とうフラスコからの培養液を接種したために培養槽中の初発の菌体が低濃度であるのに対して、2回目以降では新たな回分培養開始時の菌体濃度が高くなっているためである。新たな回分培養開始時のMEL及び菌体濃度は、残液率に影響される。また、MEL生産を開始した後、何れの培養においてもMEL濃度はほぼ直線的に増加した。その後、MEL濃度は最高生産量に達する前からその増加の程度は次第に低下していった。なお、MEL生産速度は、培養の経時変化よりMELがほぼ直線的に増加する部分の傾きから最小自乗法により計算した。初発のMEL濃度が高い(=残存培養液の量が多い)と最高生産量に達するまでの時間が短くなり、2回目以降は、何れも72時間(3日)で130g/Lに達した。なかでも、10回目の培養(残液率:0.35)では60時間(2.5日)で130g/Lに達した。これは、残液率を高くすることにより培養槽内の菌体濃度を高くできたことによるものと考えられる。また、リパーゼとMELが培養の最初から相当量存在するために油脂の分解が促進され、脂肪酸の細胞への取り込みが促進されたと考えられる。 In the first batch culture, it took 18 hours to start MEL (induction time). From the second time on, the induction time was shortened. The induction time was shortened in this way because the first bacterial cells in the culture tank were low in concentration since the first culture was inoculated with the culture solution from the shake flask. This is because the cell concentration at the start of a new batch culture is high. The MEL and cell concentration at the start of a new batch culture are affected by the residual liquid rate. Moreover, after starting MEL production, the MEL concentration increased almost linearly in any culture. Thereafter, the level of increase in MEL concentration gradually decreased before reaching the maximum production. The MEL production rate was calculated by the method of least squares from the slope of the portion where the MEL increased almost linearly with the aging of the culture. When the initial MEL concentration was high (= the amount of the remaining culture solution was large), the time required to reach the maximum production amount was shortened, and from the second time, the amount reached 130 g / L in 72 hours (3 days). Especially, in the 10th culture (residual liquid ratio: 0.35), it reached 130 g / L in 60 hours (2.5 days). This is considered to be because the bacterial cell concentration in the culture tank was increased by increasing the residual liquid ratio. Moreover, since lipase and MEL are present in a considerable amount from the beginning of the culture, it is considered that the decomposition of fats and oils was promoted, and the uptake of fatty acids into cells was promoted.
(実施例6:構造式(1)においてR1からR4にアセチル基が結合しないマンノシルエリスリトールリピッド(=構造式(2)で示されるマンノシルエリスリトールリピッド)の製造方法)
前培養用培地4mLが入った試験管に当該菌株を1白金耳接種し、30℃で1日間振とう培養を行った。これを同じ組成の培地100mLの入った坂口フラスコに接種して、30℃で2日間振とう培養を行った。更に、これを18質量%の亜麻仁油と本培養用培地1.4Lが入ったジャーファメンターに接種して、30℃で1.5L/分の通気速度と800rpmの撹拌速度で本培養を開始した。培養期間中、pHコントローラーを用いてpHを5.2に保持しつつ4日間培養を行い、MEL含有培養液を作製した。MEL含有培養液が20〜70℃となるように、温度計で測定しながら恒温槽に入れて保温した。一定期間毎に試料を採取して等容積量の酢酸エチルで脂質成分を抽出し、TLCプレートにチャージし、クロロホルム:メタノール:水=65:15:2(容積比)で展開した。展開終了後、オルシノール硫酸試薬でMELの存在を確認した。結果を図1に示す。
(Example 6: Mannosylerythritol lipid in which an acetyl group is not bonded to R 1 to R 4 in Structural Formula (1) (= Mannosyl erythritol lipid represented by Structural Formula (2)))
One platinum loop of the strain was inoculated into a test tube containing 4 mL of the preculture medium, and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day. This was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of the medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days. Furthermore, this was inoculated into a jar fermenter containing 18% by mass of flaxseed oil and main culture medium 1.4L, and the main culture was started at 30 ° C with an aeration rate of 1.5 L / min and an agitation rate of 800 rpm. did. During the culture period, a MEL-containing culture solution was prepared by culturing for 4 days while maintaining the pH at 5.2 using a pH controller. The MEL-containing culture solution was kept in a thermostat while being measured with a thermometer so that the MEL-containing culture solution was 20 to 70 ° C. Samples were taken at regular intervals, lipid components were extracted with an equal volume of ethyl acetate, charged on a TLC plate, and developed with chloroform: methanol: water = 65: 15: 2 (volume ratio). After the development, the presence of MEL was confirmed with an orcinol sulfate reagent. The results are shown in FIG.
図1は、培養液を7日間所定の温度で保存したものである。レーン番号の1は保存開始前、2は30℃、3は20℃、4は40℃、5は50℃、6は60℃、7は70℃で保存した。図中、スポットが大きいものほどMELの存在量が多い。保存開始前は、アセチル基が1つ結合したMELのみであったが、7日間の保存後、アセチル基が1つ結合したMEL(図1中、上のスポット)は減少し、アセチル基が無いと推定されるMELのスポット(図1中、下のスポット)が大きくなった。レーン3の20℃ではアセチル基が1つ結合したMELの方がスポット(上のスポット)は大きいが、レーン2、4、5の30〜50℃では、アセチル基が1つ結合したMELのスポットはほとんど無く、ほぼ全てがアセチル基が無いと推定されるMELのスポット(下のスポット)となった。レーン6と7の60と70℃では両方のスポットが小さくなった。このような結果から、MEL含有培養液の保存温度は、20〜70℃が好ましく、特に30〜50℃が好ましいことがわかる。 FIG. 1 shows a culture solution stored at a predetermined temperature for 7 days. Lane number 1 was stored before storage, 2 was 30 ° C., 3 was 20 ° C., 4 was 40 ° C., 5 was 50 ° C., 6 was 60 ° C., and 7 was 70 ° C. In the figure, the larger the spot, the greater the amount of MEL present. Before the start of storage, there was only MEL with one acetyl group bound, but after storage for 7 days, MEL with one acetyl group bound (the upper spot in FIG. 1) decreased and there was no acetyl group. The MEL spot (lower spot in FIG. 1) estimated to be larger. At 20 ° C in lane 3, the spot (upper spot) is larger for the MEL with one acetyl group bonded, but at 30-50 ° C in lanes 2, 4, and 5, the MEL spot with one acetyl group bonded There were almost no MEL spots, and almost all were MEL spots (bottom spots) presumed to have no acetyl group. Both spots were smaller at 60 and 70 ° C in lanes 6 and 7. From these results, it can be seen that the storage temperature of the MEL-containing culture solution is preferably 20 to 70 ° C, particularly preferably 30 to 50 ° C.
<糖脂質の単離>
一定温度で保存したMEL含有培養液に等容量の酢酸エチルの酢酸エチルで脂質成分を抽出し、酢酸エチルをエバポレーターを用いて留去し、脂質成分を回収した。この脂質成分を等量のクロロホルムに溶解し、これをシリカゲルクロマトグラフィーにかけ、クロロホルム、クロロホルム:酢酸エチル溶液(4:1)、アセトン、メタノールの順で溶出させた。各溶液をTLCプレートにチャージし、クロロホルム:メタノール:水=65:15:2(容積比)で展開した。展開終了後、オルシノール硫酸試薬でMELの存在を確認した。アセチル基が結合していないと思われるMEL成分の含まれる溶出液を集め、溶媒を留去してアセチル基が結合していないと思われるMEL成分を得た。得られたMEL成分を再度クロロホルム1mLに溶解し、イアトロビーズカラムクロマトグラフィーにかけ、クロロホルム:メタノール=95:5(容積比)で溶出させ、TLCで単一のバンドを示す糖脂質成分を単離した。
<Isolation of glycolipid>
The lipid component was extracted with an equal volume of ethyl acetate in an MEL-containing culture solution stored at a constant temperature, and the ethyl acetate was distilled off using an evaporator to recover the lipid component. This lipid component was dissolved in an equal amount of chloroform and subjected to silica gel chromatography, and eluted with chloroform, chloroform: ethyl acetate solution (4: 1), acetone and methanol in this order. Each solution was charged on a TLC plate and developed with chloroform: methanol: water = 65: 15: 2 (volume ratio). After the development, the presence of MEL was confirmed with an orcinol sulfate reagent. The eluate containing the MEL component that is thought to be free of acetyl groups was collected, and the solvent was distilled off to obtain the MEL component that was thought to be free of acetyl groups. The obtained MEL component is again dissolved in 1 mL of chloroform, subjected to iatrobead column chromatography, eluted with chloroform: methanol = 95: 5 (volume ratio), and a glycolipid component showing a single band is isolated by TLC. did.
<糖脂質の構造決定>
アシル基の結合位置は、過ヨウ素酸酸化糖脂質のNMRにより解析した。対照としてマンノースに2つのアセチル基と脂肪酸が結合したマンノシルエリスルトールリピッド(MEL:4,6−ジ−O−アセチル−2,3−ジ−O−アルカノイル−β−D−マンノピラノシル1−4−meso−エリスリトール)を用いた。
4.0ppmより低磁場側のシグナルから、マンノースが確認された。これらのシグナルに加えて、高磁場の領域には、アシル基の特性を示すシグナルが観測されており、それぞれ−COCH2−基の−CH2−プロトンシグナルと同定できることから、2分子の脂肪酸が存在していることがわかる。一方、アセチル基(−COCH3)のメチルプロトンの存在を示すシグナルは観測されなかったことより、マンノースにアセチル基は結合していないと同定できた。結果を図2に示す。なお、この化合物は慣例的にMEL−Dと呼ばれている。
<Determination of glycolipid structure>
The binding position of the acyl group was analyzed by NMR of periodate oxidized glycolipid. As a control, mannosylerythritol lipid in which two acetyl groups and a fatty acid are bonded to mannose (MEL: 4,6-di-O-acetyl-2,3-di-O-alkanoyl-β-D-mannopyranosyl 1-4) meso-erythritol).
Mannose was confirmed from the signal on the lower magnetic field side than 4.0 ppm. In addition to these signals, signals indicating the properties of acyl groups are observed in the high magnetic field region, and can be identified as —CH 2 —proton signals of —COCH 2 groups, respectively. You can see that it exists. On the other hand, since no signal indicating the presence of the methyl proton of the acetyl group (—COCH 3 ) was observed, it was identified that the acetyl group was not bound to mannose. The results are shown in FIG. This compound is conventionally called MEL-D.
本発明によると、マンノシルエリスリトールリピッドを生産する能力を有する微生物としてシュードジーマ ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)TM−181株(NITE P−530)を用い、その培地組成及び培養条件を最適化することによって、バイオサーファクタントの一種であるマンノシルエリスリトールリピッドの生産に要する時間を大幅に向上させることができた。更に、本発明では、アセチル基が結合していないマンノシルエリスリトールリピッドの大量生産をも可能とした。本発明により得られるマンノシルエリスリトールリピッドは、例えば、食品工業、医薬品工業、化学工業、環境関連分野などで好適に利用可能である。 According to the present invention, by using Pseudozyma tsukubaensis TM-181 strain (NITE P-530) as a microorganism capable of producing mannosyl erythritol lipids, by optimizing the medium composition and culture conditions, The time required for the production of mannosyl erythritol lipid, a kind of biosurfactant, was greatly improved. Furthermore, the present invention enables mass production of mannosylerythritol lipids to which no acetyl group is bonded. The mannosyl erythritol lipid obtained by the present invention can be suitably used, for example, in the food industry, pharmaceutical industry, chemical industry, environment-related fields, and the like.
Claims (15)
酵母エキス:0.1〜2g/LYeast extract: 0.1-2 g / L
コーンスティープリカー:0.1〜4g/LCorn steep liquor: 0.1-4g / L
硝酸アンモニウム:0.1〜1g/LAmmonium nitrate: 0.1-1 g / L
リン酸2水素カリウム:0.1〜2g/LPotassium dihydrogen phosphate: 0.1-2 g / L
硫酸マグネシウム:0.1〜1g/LMagnesium sulfate: 0.1-1 g / L
炭素源:100〜320g/LCarbon source: 100-320 g / L
培養液pH:5.0〜5.8Culture solution pH: 5.0 to 5.8
溶存酸素濃度:1〜5ppmDissolved oxygen concentration: 1-5ppm
培養温度:26〜32℃Culture temperature: 26-32 ° C
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