JP5383959B2 - Erythritol-producing Moniliella strain - Google Patents

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Description

背景background

エリスリトールは、地衣、麻の葉、およびきのこに見られる糖アルコールである。また、ワイン、醤油、または酒(saki)のような、発酵食品における風味成分でもある。(Sasaki, T.(1989) Production technology of erythritol. Nippon Nogeikagaku Kaishi 63: 1130-1132) 。エリスリトールは、4炭素ポリオールであり、甘く(ショ糖の約70-80%)、歯に優しく、カロリー値が非常に低く、発癌性がないといった幾つかの性質を有し、また他のポリオールとは異なり、胃腸の不調を引き起こすことは殆どない(Harald and Brexelles(1993) Starch/Starke 45:400-405)。  Erythritol is a sugar alcohol found in lichens, hemp leaves, and mushrooms. It is also a flavor component in fermented foods, such as wine, soy sauce, or sake. (Sasaki, T. (1989) Production technology of erythritol. Nippon Nogeikagaku Kaishi 63: 1130-1132). Erythritol is a 4-carbon polyol that is sweet (about 70-80% of sucrose), has some properties such as being tooth-friendly, very low in calories and not carcinogenic, and other polyols Is unlikely to cause gastrointestinal upset (Harald and Brexelles (1993) Starch / Starke 45: 400-405).

エリスリトールの伝統的な工業的製造は、高温高圧下において、水素およびニッケルのような触媒を、未加工の原料ショ糖に加えることによってなされる。他の方法では、メソ−酒石酸(Kent, P. W., and Wood, K. R.(1964) J. Chem. Soc. 2493-2497)または、エリスロース(Otey, F. H. and Sloan, J. W. (1961) Ind. Eng. Chem 53:267)のような未加工原料の化学的還元を行って、エリスリトールを得ている。加えて、エリスリトールは微生物によって産生される。このような微生物は、高浸透圧酵母、たとえばピチア、カンジタ、トルロプシス、トリゴノプシス、モニリネラ、オウレバシジウム、およびトリコスポロンspを含む。(Onishi, H. (1967) Hakko Kyokaish 25: 495-506; Hajny et al. (1964) Appl. Microbiol. 12: 240-2461 Hattor, K., and Suzuki, T. (1974) Agric. Biol. Chem. 38: 1203-1208; Ishizuka, H., et al. (1989) J. Ferment. Bioeng. 68: 310-314.)  Traditional industrial production of erythritol is made by adding catalysts such as hydrogen and nickel to raw raw sucrose under high temperature and pressure. Other methods include meso-tartaric acid (Kent, PW, and Wood, KR (1964) J. Chem. Soc. 2493-2497) or erythrose (Otey, FH and Sloan, JW (1961) Ind. Eng. Chem. 53: 267), and erythritol is obtained by chemical reduction of raw materials. In addition, erythritol is produced by microorganisms. Such microorganisms include hyperosmotic yeasts such as Pichia, Candita, Toluropsis, Trigonopsis, Monilinera, Ourevacidium, and Trichosporon sp. (Onishi, H. (1967) Hakko Kyokaish 25: 495-506; Hajny et al. (1964) Appl. Microbiol. 12: 240-2461 Hattor, K., and Suzuki, T. (1974) Agric. Biol. Chem 38: 1203-1208; Ishizuka, H., et al. (1989) J. Ferment. Bioeng. 68: 310-314.)

概要Overview

本発明は、グルコースをエリスリトールに転換する能力が増強されたモニリレラ種の単離株を特徴とする。このような株は、へ少なくとも約35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、または最適な条件下においてはそれ以上の転換率でで、グルコースからエリスリトールを産生することができる。  The invention features an isolate of Monilirela species with an enhanced ability to convert glucose to erythritol. Such strains produce erythritol from glucose with at least about 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, or even higher conversion rates under optimal conditions. can do.

本発明の株は、自然界からのモニリエラ単離株、およびモニリエラ株の突然変異体、たとえばアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション (ATCC) に受付番号PTP-1227、PTA-1228、PTA-1229、PTA-1230、およびPTA-1232を付与されたモニリエラ単離株を含む。特別な突然変異体株の一つは、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションの 受付番号PTA-2862で寄託された単離株、N61188-12である。 The strains of the present invention include Moniliella isolates from nature, and mutants of Moniliella strains such as American Type Culture Collection (ATCC) with accession numbers PTP-1227, PTA-1228, PTA-1229, PTA- 1230, and Moniliella isolates given PTA-1232. One special mutant strain is N61188-12, an isolate deposited with the American Type Culture Collection accession number PTA-2862 .

ここで用いられる、「突然変異体」の用語は、基準株または親株と比較して、遺伝子構成が、少なくとも一つのヌクレオチドで異なる(たとえば置換、挿入、または欠失など)株をいう。本発明の突然変異体は、多くの方法によって作製することができる。一つの方法は、親株と比較して、エリスリトールへの変換率が高い株を選択することである。その株は、親株のランダムな突然変異誘発によって得ることができる。たとえば、化学的突然変異誘発物質、トランスポゾン、または放射線照射によるものである。加えて、本発明の突然変異体は、組換え核酸配列を含んでいてもよい。たとえば、突然変異体は、付加的な核酸配列(たとえば親株に形質転換、形質導入または挿入された配列)を宿した株であってもよい。この付加的な核酸配列は、普通に、または条件付きで発現されるポリペプチドをコードすることができる。あるいは、付加的核酸配列は、たとえば、アンチセンス、リボソーム、またはその他の核酸配列のような、細胞の生理を変えることができる核酸配列をコードしてよい。その他の例としては、挿入される核酸は、内在性遺伝子に挿入され、その機能を変える(たとえば増強または破壊する)。たとえば、挿入された核酸は、内在性遺伝子を不活化するノックアウト構築物、または内在性遺伝子の転写を増加する人工的なエンハンサー、もしくはプロモーターであってもよい。突然変異は、エリスリトールもしくはマンニトールを輸送、消化または消費する親株の能力を破壊することができる。  As used herein, the term “mutant” refers to a strain that differs in genetic makeup by at least one nucleotide (eg, substitution, insertion, or deletion) compared to a reference strain or a parent strain. The mutants of the present invention can be made by a number of methods. One method is to select a strain that has a higher conversion rate to erythritol than the parent strain. The strain can be obtained by random mutagenesis of the parent strain. For example, by chemical mutagens, transposons, or radiation. In addition, the mutants of the invention may comprise a recombinant nucleic acid sequence. For example, the mutant may be a strain harboring additional nucleic acid sequences (eg, sequences transformed, transduced or inserted into the parent strain). This additional nucleic acid sequence can encode a polypeptide that is normally or conditionally expressed. Alternatively, the additional nucleic acid sequence may encode a nucleic acid sequence capable of altering cell physiology, such as, for example, an antisense, ribosome, or other nucleic acid sequence. As another example, an inserted nucleic acid is inserted into an endogenous gene and alters its function (eg, enhances or destroys). For example, the inserted nucleic acid may be a knockout construct that inactivates the endogenous gene, or an artificial enhancer or promoter that increases transcription of the endogenous gene. Mutations can disrupt the parent strain's ability to transport, digest or consume erythritol or mannitol.

本発明は、エリスリトールの製造方法も特徴とする。この方法には、本発明のモニリエラ株、例えば培養液中の増強された突然変異体を増殖すること;および上清からもしくは細胞塊といった培養液中からエリスリトールを精製することが含まれる。  The invention also features a method for producing erythritol. This method involves growing a Moniliella strain of the invention, eg, an enhanced mutant in the culture; and purifying erythritol from the supernatant or from the culture, such as a cell mass.

本発明の一以上の態様の詳細が、添付の図面および以下の説明に与えられる。本発明におけるその他の特徴、対象、有利点は、これらの説明および図面、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。  The details of one or more aspects of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.

詳細な記述Detailed description

モニリエラ菌は、単純な糖を発酵させて、多くの料理法で風味付けに用いられているエリスリトールを産生することができる。スクリーニングおよび突然変異誘発は、エリスリトール産物の産生量が高効率で得られるモニリエラ改良株を同定するために用いられる。このような株は、大規模なエリスリトール産生には理想的であり、ここに例として記述された方法によって達成できる。  Moniliella can ferment simple sugars to produce erythritol, which is used for flavoring in many cooking methods. Screening and mutagenesis are used to identify improved Moniliella strains that yield erythritol product yields with high efficiency. Such strains are ideal for large-scale erythritol production and can be achieved by the methods described herein as examples.

<エリスリトール産生が増強された株の単離>
モニリエラの単離株は、2000年6月2日に出願された米国特許出願09/585,926号に記載されたようにして、天然資源から得ることができる。たとえば、モニリエラの単離株は、蜂蜜、果物ジャム、および花粉を含む高ショ糖含量の天然資源から得ることができる。各株は、グルコースからエリスリトールへの転換能力、並びにそのさまざまな環境的、および生理的試験に基づいて同定される。ここで用いられる、「グルコースからエリスリトールへの転換率」は、産生されるエリスリトールと消費されるグルコース量によって決定される。その結果として得られた割合は、百分率によって示される。菌株によるグルコースからエリスリトールへの転換率は、以下の方法によって算出することができる。当該株を、先ず50mlフラスコ内に収容した30%グルコースおよび1%酵母抽出液を含む10mlのブロース中において、150rpmのロータリーシェーカーにおいて30℃で6日間培養した(初期細胞濃度1. 105細胞/ml)。そして、培地中のエリスリトール濃度、および培地中のグルコース濃度の両方を測定した。1gのグルコースから0.3gのエリスリトールへの転換は、30%の転換率と称する。形態的な特徴は、4%麦芽抽出液、0.5%酵母抽出液アガー中において、20℃で10日間増殖した後に測定される。Yast, A Taxonomic Study, Editorial by Kurtzman et al。、4th Ed., page 765、Elsevier, Amsterdam(1998)を参照されたい。
<Isolation of strains with enhanced erythritol production>
Moniliella isolates can be obtained from natural sources as described in US patent application Ser. No. 09 / 585,926, filed Jun. 2, 2000. For example, Moniliella isolates can be obtained from high sucrose content natural resources including honey, fruit jam, and pollen. Each strain is identified based on its ability to convert glucose to erythritol and its various environmental and physiological tests. As used herein, “conversion rate of glucose to erythritol” is determined by the amount of erythritol produced and the amount of glucose consumed. The resulting percentage is expressed as a percentage. The conversion rate from glucose to erythritol by the strain can be calculated by the following method. The strain was first cultured in a 10 ml broth containing 30% glucose and 1% yeast extract contained in a 50 ml flask for 6 days at 30 ° C. on a rotary shaker at 150 rpm (initial cell concentration 1.105 cells / ml). ). Then, both the erythritol concentration in the medium and the glucose concentration in the medium were measured. The conversion from 1 g glucose to 0.3 g erythritol is referred to as a 30% conversion. Morphological characteristics are measured after growth for 10 days at 20 ° C. in 4% malt extract, 0.5% yeast extract agar. Yast, A Taxonomic Study, Editorial by Kurtzman et al. 4th Ed., Page 765, Elsevier, Amsterdam (1998).

モニリエラ株の突然変異体は、Ishizuka,et al。(1989) J. Ferment. Bioeng. 68:310-314に記載された方法、またはその変形(U.S. Patent No. 5,036,011参照)の突然変異誘発方法によって得ることができる。N-メチル-Nニトロソグアニジン(NTG)を用いた、モニリエラ細胞における突然変異誘発の一つの変形を以下に説明する。モニリエラ細胞を、30%グルコースおよび1%酵母抽出液を含むブロース中に接種し、30℃のロータリーシェーカー内において150rpmで一晩培養する。この培養液を、10mlの30%グルコースを含むブロース中に1:100で希釈さし、30℃のロータリーシェーカー内において150rpmで一日培養する。培養ブロースを3000rpmで15分間遠心して細胞塊を形成し、上清を捨てる。この細胞塊を、0.1M pH 7.0の滅菌リン酸緩衝溶液(PBS)で洗浄する。上清を遠心し、上清は再び捨てる。150μg/ml NTGと共に、細胞を10分間PBS中に再懸濁する。  The mutant of Moniliella strain is Ishizuka, et al. (1989) J. Ferment. Bioeng. 68: 310-314, or a variant thereof (see U.S. Patent No. 5,036,011). One variation of mutagenesis in Moniliella cells using N-methyl-N nitrosoguanidine (NTG) is described below. Moniliella cells are inoculated into a broth containing 30% glucose and 1% yeast extract and cultured overnight at 150 rpm in a 30 ° C. rotary shaker. The culture is diluted 1: 100 in a broth containing 10 ml of 30% glucose and cultured at 150 rpm in a 30 ° C. rotary shaker for one day. The culture broth is centrifuged at 3000 rpm for 15 minutes to form a cell mass, and the supernatant is discarded. The cell mass is washed with 0.1M pH 7.0 sterile phosphate buffer solution (PBS). Centrifuge the supernatant and discard the supernatant again. Resuspend cells in PBS with 150 μg / ml NTG for 10 minutes.

NTG処理後、モニリエラ細胞をグルコース溶解液中で3時間増殖させる。培養液を適切に希釈し、65%グルコースを含む培地中に接種し、30℃で6時間培養する。コロニーをランダムに選択し、30%グルコースを含むブロース中に接種し、150rpmのロータリーシェーカー内において30℃で一晩培養する。この一晩の培養液の1:100希釈液を用いて30%グルコース(10ml)に接種し、150rpmのロータリーシェーカー内において30℃で4日培養する。そして、この培養液の培地を12000rpmで10分間遠心する。上清を適切に希釈し、DNS法(以下参照)を用いてグルコース残量を測定する。高グルコース消費量(いいかえれば、低グルコース残量)の培養液を更に分析して、エリスリトールの産生量を決定する。以下に記載のHPLC法は、エリスリトール産生量を定量するために用いることができる。エリスリトール産生量の増加を示す培養液は、さらなる確認に付される。たとえば、培養のために個々のコロニーを得、上記のように再び増殖し、再度解析する。選択されたコロニーは、これらの工程に従って、突然変異誘発という次の段階により改善されてもよい。  After NTG treatment, Moniliella cells are grown in glucose lysate for 3 hours. The culture medium is diluted appropriately, inoculated into a medium containing 65% glucose, and cultured at 30 ° C. for 6 hours. Colonies are randomly selected, inoculated into a broth containing 30% glucose, and cultured overnight at 30 ° C. in a rotary shaker at 150 rpm. 30% glucose (10 ml) is inoculated with a 1: 100 dilution of this overnight culture and cultured for 4 days at 30 ° C. in a rotary shaker at 150 rpm. Then, the culture medium is centrifuged at 12000 rpm for 10 minutes. The supernatant is diluted appropriately and the residual glucose is measured using the DNS method (see below). The culture solution with high glucose consumption (in other words, low glucose remaining amount) is further analyzed to determine the amount of erythritol produced. The HPLC method described below can be used to quantify erythritol production. Culture media showing an increase in erythritol production are subjected to further confirmation. For example, individual colonies are obtained for culture, grown again as described above, and analyzed again. Selected colonies may be improved according to these steps by the next step of mutagenesis.

<グルコース残量の測定>
4日間培養後のブロースを回収し、12000rpmを10間遠心する。上清を適切に希釈する。1mlの各希釈溶液を、0.5mlのDNS(ジニトロサリチル酸)試薬に加える。DNS試薬(たとえば、a, 1% 3,5-ジニトロサリチル酸(DNS)。b. 0.2%フェノール;c. 0.05% NaHSO3または0.025%Na2S2O3; d.1%NaOH;e. 0.5%酒石酸四水素カリウム)は、MIller, G.L.(1958)Anol. Chem.31: 425-428に記載された方法にしたがって調製および使用した。この混合物をよく混合し、100℃で5分間培養する。室温下で冷やした後、9mlの水を加え、540nmの吸光度(OD540nm)を測定する。540nmの吸光度を使用し、さまざまな濃度で純粋なグルコースを測定することによって得られた基準曲線と比較することによって、グルコースの濃度を測定した。
<Measurement of residual glucose>
Collect broth after 4 days of culture and centrifuge at 12000 rpm for 10 minutes. Dilute the supernatant appropriately. Add 1 ml of each diluted solution to 0.5 ml DNS (dinitrosalicylic acid) reagent. DNS reagents (eg, a, 1% 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS). B. 0.2% phenol; c. 0.05% NaHSO 3 or 0.025% Na 2 S 2 O 3 ; d.1% NaOH; e. 0.5 % Potassium tetrahydrogen tartrate) was prepared and used according to the method described in MIller, GL (1958) Anol. Chem. 31: 425-428. This mixture is mixed well and incubated at 100 ° C. for 5 minutes. After cooling at room temperature, 9 ml of water is added and the absorbance at 540 nm (OD540 nm) is measured. The concentration of glucose was measured by using an absorbance at 540 nm and comparing to a reference curve obtained by measuring pure glucose at various concentrations.

<エリスリトール濃度の測定>
上清中のエリスリトール量をHPLCおよびTLCによって定量して、たとえば当該株のエリスリトール産生能を測定することができる。HPLC解析は、Ion-300クロマトグラフィーカラムを用い、0.1N硫酸を移動相とし、0.4 ml/minの流速および75℃に設定した温度において、ヒューレットパッカードH4033Aアナライザーによって行われた。TLC解析については、Neissnerらの方法に従った(Neissner, et al. 1980. Herstellung, aanalyse und DC-ternnung von fettsaure erythritpartialestern. FETTE SEIFEN ANSTRICHMITTEL. 82:10-16)。Kieselgel 60F254 (Merck)を4%ホウ酸でリンスした後、使用前に、該ゲルをインキュベーターにおいて105℃で20分間加熱する。展開溶液は、エチルメチルケトン:アセトン:水(100:10:10の量)であり、色発生試薬は、KMnO4濃硫酸溶液である。
<Measurement of erythritol concentration>
The amount of erythritol in the supernatant can be quantified by HPLC and TLC, and for example, the erythritol production ability of the strain can be measured. HPLC analysis was performed with a Hewlett Packard H4033A analyzer using an Ion-300 chromatography column with 0.1N sulfuric acid as the mobile phase, at a flow rate of 0.4 ml / min and a temperature set at 75 ° C. For the TLC analysis, the method of Neissner et al. (Neissner, et al. 1980. Herstellung, aanalyse und DC-ternnung von fettsaure erythritpartialestern. FETTE SEIFEN ANSTRICHMITTEL. 82: 10-16). After rinsing Kieselgel 60F254 (Merck) with 4% boric acid, the gel is heated in an incubator at 105 ° C. for 20 minutes before use. The developing solution is ethyl methyl ketone: acetone: water (amount of 100: 10: 10), and the color generating reagent is KMnO 4 concentrated sulfuric acid solution.

HPLCまたはTLCによって上清から精製されたエリスリトールを抽出によってさらに精製し、その後、減圧下で乾燥する。該さらに精製された生成物、および基準エリスリトールを、Shindouらの方法にしたがってアセチル化する。エリスリトールは、たとえば、Merk、Germanyから商業的に入手可能である。最終生成物は、再精製された産物が基準標品と一致したかどうか測定するために、GC-MSによって解析することができる。  The erythritol purified from the supernatant by HPLC or TLC is further purified by extraction and then dried under reduced pressure. The further purified product and reference erythritol are acetylated according to the method of Shindou et al. Erythritol is commercially available from, for example, Merk, Germany. The final product can be analyzed by GC-MS to determine if the repurified product is consistent with the reference standard.

<エリスリトールの大規模製造>
以下に提供された特殊な例に従って、当業者は、好ましいpH、温度、並びに育成および発酵のための炭素源を同定することによって、モニラエラ突然変異株によるエリスリトール産生量を最適化することができる。同様の解析は、エアレーション、攪拌速度、培養量、および培養時間を最適化するために用いることができる。
<Large-scale production of erythritol>
According to the specific examples provided below, one of ordinary skill in the art can optimize erythritol production by Monellaa mutants by identifying the preferred pH, temperature, and carbon source for growth and fermentation. Similar analysis can be used to optimize aeration, agitation speed, culture volume, and culture time.

大規模にエリスリトールを産生するために、グリセロール中に維持された0.2mlのモニリエラ細胞を500mlフラスコ中の50mlブロースに加え、30℃のロータリーシェーカー内において150rpmで約24時間インキュベートする。この培養液から、2mlを第二の500mlフラスコ内の50mlブロースに接種する。第二の培養液は、150rpmのロータリーシェーカー内において30℃で48時間培養する。この第二の培養液ブロースを、5Lの発酵機(NBS.Edison, New Jersey, USA)内の 2Lのブロースに接種する。培養条件は以下の通りである。エアレーション:1VVM;攪拌速度:500rpm;温度:30℃;培養期間:5-7日。  To produce erythritol on a large scale, 0.2 ml of Moniliella cells maintained in glycerol is added to 50 ml broth in a 500 ml flask and incubated for about 24 hours at 150 rpm in a 30 ° C. rotary shaker. From this culture, 2 ml is inoculated into a 50 ml broth in a second 500 ml flask. The second culture is incubated for 48 hours at 30 ° C. in a rotary shaker at 150 rpm. This second broth is inoculated into a 2L broth in a 5L fermenter (NBS. Edison, New Jersey, USA). The culture conditions are as follows. Aeration: 1 VVM; Agitation speed: 500 rpm; Temperature: 30 ° C .; Culture period: 5-7 days.

これらの目的では、ブロースには、30%、35%、40%、45%、50%グルコースと共に、1%酵母抽出液を含んでいてよい。加えて、消泡剤としてKM72およびKM72F (ShinEtsu, Shin-Etsu Chemocal Co., Ltd.6-1, Ohtemachi 2-Tyoume, Chiyodaku, tokyo, Japan)が用いることができる。For these purposes, the broth may contain 1% yeast extract along with 30%, 35%, 40%, 45%, 50% glucose. In addition, KM72 and KM72F (ShinEtsu, Shin-Etsu Chemocal Co., Ltd. 6-1, Ohtemachi 2-Tyoume, Chiyodaku, Tokyo, Japan) can be used as antifoaming agents.

<エリスリトールの精製>
発酵機からの培地を延伸して、細胞塊から培養上清を分離する。上清は、活性炭(たとえば、地域の供給者から選られるものとして、粉末炭)上にまくことによって脱色される。脱色された上清を、陽イオン交換樹脂、DAISON, WA30 (Mitubishi)および陰イオン交換樹脂、AMBERLITE IR120NA (Rohm and Company) 上を連続通過させることにより、脱塩及び脱タンパクする。選られた溶液を、次の器具によって濃縮される:EYELA Rotary Vacuum Evapolator N-N Series; EYELA Waterbath SB-450; およびEYELA, Aspirator A-3(Tokyo Rikakiki Co. LTD)。濃縮された溶液を、室温において結晶化させる。任意に、結晶を洗浄し、または水性アルコールおよび水(たとえば4℃において)中でで再結晶化して、痕跡量の不純物を除去する。
<Purification of erythritol>
The culture medium from the fermenter is stretched to separate the culture supernatant from the cell mass. The supernatant is decolorized by plating on activated carbon (eg, powdered charcoal, as selected from local suppliers). Desalted and deproteinized by continuously passing the decolored supernatant over cation exchange resin, DAISON, WA30 (Mitubishi) and anion exchange resin, AMBERLITE IR120NA (Rohm and Company). The selected solution is concentrated by the following instrument: EYELA Rotary Vacuum Evapolator NN Series; EYELA Waterbath SB-450; and EYELA, Aspirator A-3 (Tokyo Rikakiki Co. LTD). The concentrated solution is crystallized at room temperature. Optionally, the crystals are washed or recrystallized in aqueous alcohol and water (eg, at 4 ° C.) to remove trace impurities.

<エリスリトール純度の確認>
精製された生成物の化学的同一性を確認するために、精製された生成物のNMRスペクトルを標準品、たとえば、Merck Co.(NJ,USA)または他の商業的供給業者から購入したエリスリトールのNMRスペクトルと比較する。サンプルを、100% D2Oに溶解し、NMRスペクトロメーター(BrukerAM-500, Germany)上に置く。次の条件を、1HNMRスペクトルについて用いる: 400.135 MHz;パルス長:4.0μs;取り込時間:1.245秒;パルスディレイ:1秒;化学シフト: D2Oを0 ppmとした。次の条件は、13C NMRスペクトルに用いられた:100.536 MHz;パルス長:5.0μs;取り込時間:0.623秒;パルスディレイ:2 秒;化学シフト:10mM DSSを0 ppmとした。当業者は、次の特定の例の手引きに基づき、本発明の突然変異菌を得てエリスリトールを製造し、広範囲にそれを使用できるが、以下の例は単に説明のためのものであって、本発明の範囲を限定しない。ここで引用されたすべての刊行物は、その全体が本明細書の一部として援用される。
<Confirmation of erythritol purity>
To confirm the chemical identity of the purified product, the NMR spectrum of the purified product is obtained from a standard product such as Mercury Co. (NJ, USA) or other commercial supplier of erythritol. Compare with NMR spectrum. Samples are dissolved in 100% D 2 O and placed on an NMR spectrometer (Bruker AM-500, Germany). The following conditions are used for the 1 HNMR spectrum: 400.135 MHz; pulse length: 4.0 μs; acquisition time: 1.245 seconds; pulse delay: 1 second; chemical shift: D 2 O was 0 ppm. The following conditions were used for the 13C NMR spectrum: 100.536 MHz; pulse length: 5.0 μs; acquisition time: 0.623 seconds; pulse delay: 2 seconds; chemical shift: 10 mM DSS at 0 ppm. Those skilled in the art can obtain the mutants of the present invention to produce erythritol and use it extensively based on the guidance of the following specific examples, but the following examples are for illustrative purposes only: The scope of the present invention is not limited. All publications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

【実施例】
<モニリエラ突然変異体の単離>
エリスリトール産生菌のモニリエラPTA-1230に対して、上記の方法により、NGTを用いて突然変異を誘発させた。一つの段階で単離された改変エリスリトール産生菌を次の段階のための親株として使用するようにして、工程を繰り返した。N61188-12突然変異株(ATCC寄託番号PTA-2862)は6段階の突然変異誘発を行った後に単離された。
【Example】
<Isolation of Moniliera mutant>
The erythritol-producing bacterium Moniliella PTA-1230 was mutagenized using NGT by the method described above. The process was repeated with the modified erythritol producing bacterium isolated in one step used as the parent strain for the next step. The N61188-12 mutant (ATCC deposit no. PTA-2862 ) was isolated after six stages of mutagenesis.

N61188-12突然変異株、および親株のPTA-1230を、35%グルコースおよび1%酵母抽出液を含むブロース中において、25℃、30℃、34℃、および150rpmのロータリーシェーカー内において37℃で6日間培養した。  N61188-12 mutant strain and the parent strain PTA-1230 in a broth containing 35% glucose and 1% yeast extract at 37 ° C. in a rotary shaker at 25 ° C., 30 ° C., 34 ° C., and 150 rpm. Cultured for days.

これらの各温度において、グルコースからエリスリトールへの転換率は、それぞれN61188-12突然変異株では43.9%、61.4%、17.8%、および2.2%であり、また親株のPTA-1230においては18,9%、30.5%、17.9%、および7.7%であった。25℃および30℃において、N61188-12突然変異株のエリスリトール産生量は、少なくともPTA-1230の場合の二倍は多かった。N61188-12突然変異株で観測された61.4%の産生量は、予想外であったが、それは、グルコースからエリスリトールへの完全な変換における理論値の上限値である68%にかなり近く目立ったためである。At each of these temperatures, the conversion of glucose to erythritol was 43.9%, 61.4%, 17.8%, and 2.2% for the N61188-12 mutant, respectively, and 18,9% for the parent PTA-1230 30.5%, 17.9%, and 7.7%. At 25 ° C. and 30 ° C., the erythritol production of the N61188-12 mutant was at least twice that of PTA-1230. The 61.4% yield observed in the N61188-12 mutant was unexpected, as it stood fairly close to the theoretical upper limit of 68% for the complete conversion of glucose to erythritol. is there.

確認の目的で、上記の方法を用いたN61188-12突然変異株の発酵培養液から、純粋なエリスリトールを得た。N61188-12から得られた純粋なエリスリトールを、上記の核磁気共鳴によって解析した。そのスペクトルは、基準エリスリトールのスペクトルと同一であったので、回収、精製および結晶化された生成物は本物のエリスリトールであることが示された。  For confirmation purposes, pure erythritol was obtained from the fermentation broth of N61188-12 mutant strain using the above method. Pure erythritol obtained from N61188-12 was analyzed by nuclear magnetic resonance as described above. Its spectrum was identical to that of the reference erythritol, indicating that the recovered, purified and crystallized product was genuine erythritol.

<エリスリトール産生条件の最適化>
エリスリトール産生量を、pH、温度(上記参照)および炭素源を変化させた条件下において、親株PTA-1230およびN61188-12株においてを同時に測定した。
<Optimization of erythritol production conditions>
Erythritol production was measured simultaneously in parental strains PTA-1230 and N61188-12 under conditions with varying pH, temperature (see above) and carbon source.

PH:
親株PTA-1230およびN61188-12株を、さまざまなpHに調節された、35%グルコースおよび1%酵母抽出液を含むブロース中において、150rpmのロータリーシェーカーを用いて30℃で6日間培養した。3.0、4.0、5.0、6.0、および7.0のpHにおいて、PTA-1230のエリスリトールの産生量は、それぞれ31.2%、39.3%、38.4%、34.4%、および34.2%であったが、N61188-12株のエリスリトール産生量は、それぞれ56.6%、59.4%、58.5%、60.3%、および57.3%であった。
PH:
Parental strains PTA-1230 and N61188-12 were cultured at 30 ° C. for 6 days in a broth containing 35% glucose and 1% yeast extract adjusted to various pHs using a rotary shaker at 150 rpm. The erythritol production of PTA-1230 was 31.2%, 39.3%, 38.4%, 34.4%, and 34.2% at pH of 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, and 7.0, respectively. The erythritol production was 56.6%, 59.4%, 58.5%, 60.3%, and 57.3%, respectively.

グルコース濃度:
20%、30%、35%、40%、および50%グルコースと共に1%酵母抽出液を含む培養ブロースを調製した。PTA-1230およびN61188-12株の両者を、上記ブロース中において、150rpmのロータリーシェーカーを用いて30℃で6日間培養した。これらの各グルコース濃度において、PTA-1230のエリスリトールの産生量は、それぞれ40.6%、37.1%、34.5%、29.4%、および19.2%であったが、N61188-12株のエリスリトール産生量は、それぞれ56.6%、57.5%、62.8%、55.6%および35.8%であった(表10)。PTA-1230株における最適な産生量は、20%グルコース溶液のときであり、グルコース濃度が増加すると産生量は減少した。
Glucose concentration:
Culture broths containing 1% yeast extract with 20%, 30%, 35%, 40%, and 50% glucose were prepared. Both PTA-1230 and N61188-12 strains were cultured in the broth at 30 ° C. for 6 days using a rotary shaker at 150 rpm. At each of these glucose concentrations, the erythritol production of PTA-1230 was 40.6%, 37.1%, 34.5%, 29.4%, and 19.2%, respectively, whereas the erythritol production of the N61188-12 strain was 56.6%, respectively. %, 57.5%, 62.8%, 55.6% and 35.8% (Table 10). The optimal production amount in the PTA-1230 strain was when the glucose solution was 20%, and the production amount decreased as the glucose concentration increased.

N61188-12株における最適な産生量は、35%グルコースブロースのときであった。その他のグルコース濃度、たとえば20%、30%、および40%グルコース溶液の場合に得られた産生量は相互に似ているが、50%グルコース溶液から得られたものは、35.8%に減少した。高グルコース濃度、たとえば、40%および50%の場合、N61188-12株におけるエリスリトール産生量は、PTA-1230株のほぼ二倍であった。これらの結果は、野生型PTA-1230株と比較して、N61188-12株のエリスリトール産生能力が予想外に改善されたことを示す。The optimum production in the N61188-12 strain was at 35% glucose broth. The yields obtained with other glucose concentrations, such as 20%, 30%, and 40% glucose solutions, were similar to each other, but those obtained from 50% glucose solutions were reduced to 35.8%. At high glucose concentrations, eg, 40% and 50%, erythritol production in the N61188-12 strain was almost double that of the PTA-1230 strain. These results indicate that the erythritol production ability of the N61188-12 strain was unexpectedly improved compared to the wild type PTA-1230 strain.

炭素源:
35%のグルコース、マルトデキストリン、マルトース、ショ糖、フルクトース、またはラクトースのいずれか、および窒素源として1%酵母抽出液を含む培養ブロースを調製した。PTA-1230およびN61188-12株の両者は、上記ブロース中において、150rpmロータリーシェーカーを用いて30℃で6日間培養した。グルコース、マルトデキストリン、マルトース、ショ糖、フルクトース、またはラクトースのそれぞれにおいて、PTA-1230株は、120.8、44.5、0、154.0、111.0、および0g/Lのエリスリトールを産生したが、N61188-12株は、220.0、15.1、22.8、239.4、211.4、および0g/Lを産生した。これらの結果は、どちらの菌株においても、ショ糖が最高の効率を持ち、次にグルコース、そしてフルクトースであることを示した。注目すべきは、PTA-1230株は、マルトースおよびラクトースを利用してエリスリトールを産生できないが、N61188-12株は、エリスリトールを産生するためにマルトースを利用できるが、ラクトースは利用できないことである。PTA-1230株において、炭素源としてショ糖を用いた場合のエリスリトール産生量は、グルコースを用いた場合よりも27.5%高かったが、PTA-1230株では、同条件下において9%だけしか高くなかった。
Carbon source:
A culture broth was prepared containing 35% glucose, maltodextrin, maltose, either sucrose, fructose, or lactose, and 1% yeast extract as the nitrogen source. Both PTA-1230 and N61188-12 were cultured in the broth at 30 ° C. for 6 days using a 150 rpm rotary shaker. In each of glucose, maltodextrin, maltose, sucrose, fructose, or lactose, the PTA-1230 strain produced 120.8, 44.5, 0, 154.0, 111.0, and 0 g / L erythritol, while the N61188-12 strain 220.0, 15.1, 22.8, 239.4, 211.4, and 0 g / L. These results indicated that sucrose had the highest efficiency in both strains, followed by glucose and fructose. It should be noted that the PTA-1230 strain cannot use maltose and lactose to produce erythritol, whereas the N61188-12 strain can use maltose to produce erythritol but not lactose. In the PTA-1230 strain, erythritol production was 27.5% higher when sucrose was used as the carbon source, but it was only 9% higher in the PTA-1230 strain under the same conditions. It was.

副産物の蓄積:
前記の炭素源において、代謝副産物であるグリセロール、ペンチトール、およびアルコールの濃度をモニターした。たとえば、グルコースを炭素源として用いた場合、PTA-1230株の培養ブロース中のグリセロール、およびペンチトールの濃度はそれぞれ35.4および17.2g/Lであったのに対して、N61188-12株の培養ブロース中においては、グリセロールは存在せず、ペンチトールの含量は3.8g/Lであった。その他の炭素源における結果は、表1に記されている。
Byproduct accumulation:
In the carbon source, the concentrations of metabolic byproducts glycerol, pentitol, and alcohol were monitored. For example, when glucose is used as the carbon source, the concentration of glycerol and pentitol in the culture broth of the PTA-1230 strain was 35.4 and 17.2 g / L, respectively, whereas the culture broth of the N61188-12 strain was In it, there was no glycerol and the pentitol content was 3.8 g / L. The results for other carbon sources are listed in Table 1.

炭素源としてグルコースを用いたPTA-1230株の発酵の間に、アルコールは産生されなかった。しかし、その他の炭素源においては、PTA-1230株およびN61188-12株の両者とも、植え付け後5日間でアルコールを産生した。しかし、6日目には、アルコールは消費された。唯一の例外は、N61188-12株の培養にフルクトースが用いられた場合であり、6日目においても、いくらかアルコールが残留した(0.7g/L)。総合すると、これらの結果は、N61188-12株の培養においてショ糖の使用した場合には、副産物の蓄積を伴わずに、エリスリトールへの転換能力が高いという結果を示している。No alcohol was produced during fermentation of strain PTA-1230 using glucose as the carbon source. However, in other carbon sources, both PTA-1230 and N61188-12 strains produced alcohol 5 days after planting. However, on the sixth day, alcohol was consumed. The only exception was when fructose was used to culture the N61188-12 strain, and some alcohol remained (0.7 g / L) even on day 6. Collectively, these results indicate that when sucrose is used in the culture of the N61188-12 strain, the ability to convert to erythritol is high without accumulating by-products.

Figure 0005383959
各炭素源は35%で存在し;窒素源は1% 酵母抽出液であり;インキュベーションは150rpmで6日間であった。
Figure 0005383959
Each carbon source was present at 35%; the nitrogen source was 1% yeast extract; incubation was for 6 days at 150 rpm.

突然変異体N61188-12株のおおまかな特性:
PTA-1230株および突然変異体N61188-12株を、さまざまな条件下で増殖させて比較した。それら細胞の形態は、実質的に同じであった。しかし、プレート上の突然変異体株は、PTA-1230株のわずか4分の1の大きさに増殖しただけであった。注目すべきことに、二つの株は異なった生理学的特性を持っている。これらの差違は、異なった糖を発酵および消化するという菌の能力が反映されている。突然変異体N61188-12株はガラクトースを発酵することができるが(表2)、PTA-1230株はできない。加えて、N61188-12株は、PTA-1230株とは対照的に、エリスリトールおよびマンニトールを消化することができない(表3)。
Rough characteristics of the mutant N61188-12 strain:
Strain PTA-1230 and mutant N61188-12 were grown and compared under various conditions. The cell morphology was substantially the same. However, the mutant strain on the plate grew to only a quarter of the size of the PTA-1230 strain. Of note, the two strains have different physiological characteristics. These differences reflect the ability of the fungus to ferment and digest different sugars. Mutant N61188-12 can ferment galactose (Table 2), but not PTA-1230. In addition, the N61188-12 strain cannot digest erythritol and mannitol in contrast to the PTA-1230 strain (Table 3).

Figure 0005383959
Figure 0005383959
細胞密度:
温度、pH、炭素源、およびグルコース濃度といったさまざまな条件下において、N61188-12株の培養ブロースの濁度(A660)は、PTA-1230株より少ない。全てにおいて(炭素源としてマルトースおよびラクトースを除く)、N61188-12株の培養ブロースの濁度は、PTA-1230株の31%から77%の間であった。ほとんどの場合、N61188-12株の濁度は、PTA-1230株の50%より少なかった。このように、N61188-12株は、細胞の成長に当てられる炭素源の比率を低下させ、その代わりに、より多くの比率の炭素源をエリスリトールに変換させたと推定される。
Figure 0005383959
Figure 0005383959
Cell density:
Under various conditions such as temperature, pH, carbon source, and glucose concentration, the turbidity (A660) of the culture broth of N61188-12 strain is less than that of PTA-1230 strain. In all (except maltose and lactose as carbon sources), the turbidity of the culture broth of the N61188-12 strain was between 31% and 77% of the PTA-1230 strain. In most cases, the turbidity of the N61188-12 strain was less than 50% of the PTA-1230 strain. Thus, it is estimated that the N61188-12 strain reduced the proportion of the carbon source devoted to cell growth, and instead converted a larger proportion of the carbon source to erythritol.

<その他の態様>
本発明の多くの態様を説明してきた。それでもなお、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、さまざまな変更をなし得ることが理解されるであろう。したがって、その他の態様も特許請求の範囲内である。
<Other aspects>
A number of aspects of the invention have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, other aspects are within the scope of the claims.

Claims (4)

モニリエラ属の単離株であって、グルコースからエリスリトールへの転換率が少なくとも約55%であり、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションに受付番号PTA-2862として寄託されたN61188-12である単離株
An isolate of the genus Moniliella which has a conversion rate of glucose to erythritol of at least about 55% and is N61188-12 deposited with the American Type Culture Collection under the accession number PTA-2862 .
請求項1に記載の単離株であって、グルコースからエリスリトールへの転換率が少なくとも約60%である単離株。
2. The isolate of claim 1 wherein the conversion rate of glucose to erythritol is at least about 60%.
エリストールを製造する方法であって、
グルコースからエリスリトールへの転換率が少なくとも約55%であり、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションに受付番号PTA-2862として寄託されたN61188-12であるモニリエラ属の単離株を培養液中で増殖することにより前記グルコースをエリスリトールに変換することと、
前記培養液からエリストールを精製することを含んでなる方法。
A method of manufacturing erystole,
Glucose to erythritol conversion is at least about 55%, and the Moniliella spp., N61188-12, deposited with the American Type Culture Collection under the accession number PTA-2862, is grown in culture. by a method comprising converting the glucose to erythritol,
A method comprising purifying erystol from said culture medium.
請求項に記載の方法であって、前記変換率が少なくとも約60%である方法。 4. The method of claim 3 , wherein the conversion rate is at least about 60%.
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