JP6446807B2 - Method for producing organic compound using microorganism - Google Patents

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Description

本発明は、微生物を用いた効率的な有機化合物の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an efficient method for producing an organic compound using a microorganism.

糖類を原料とした有機化合物の発酵生産プロセスは、広く利用されており、また前記各プロセスを経て得られた生産物は、種々の工業原料として利用されている。   Fermentative production processes of organic compounds using saccharides as raw materials are widely used, and products obtained through the above processes are used as various industrial raw materials.

特許文献1には、微生物を用いたコハク酸発酵生産において、水性媒体中のコハク酸アルカリ金属塩の濃度を特定の範囲とし、次いでアンモニア及び/又はアンモニウム塩を添加することにより、コハク酸高濃度条件における生産速度を向上させる方法が開示されている。
特許文献2には、グリセロールを原料とした嫌気発酵において、ヒドロキシアセトンを添加することによりコハク酸生産速度を向上させる方法が開示されている。グリセロールは、グルコースなどの一般的な糖類に比べて高度に還元された有機原料であるため、大腸菌に消費されにくい。そのため、特許文献2では、ヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールへ変換して還元力を消費する代謝経路を活性化することで大腸菌のグリセロールの消費を促進させ、生産性を向上させている。
非特許文献1には、微生物を用いたコハク酸発酵生産において、ニュートラルレッド等の電子伝達体となる化合物を添加することにより、還元力を供給し、コハク酸生産性を向上させる方法が開示されている。
In patent document 1, in succinic acid fermentation production using microorganisms, the concentration of succinic acid alkali metal salt in an aqueous medium is set to a specific range, and then ammonia and / or ammonium salt is added to increase the concentration of succinic acid. A method for improving the production rate under conditions is disclosed.
Patent Document 2 discloses a method for improving the succinic acid production rate by adding hydroxyacetone in anaerobic fermentation using glycerol as a raw material. Glycerol is less consumed by E. coli because it is a highly reduced organic raw material compared to common sugars such as glucose. Therefore, in patent document 2, the consumption of glycerol of E. coli is promoted by converting a hydroxyacetone into 1,2-propanediol and activating a metabolic pathway that consumes reducing power, thereby improving productivity.
Non-Patent Document 1 discloses a method for supplying reducing power and improving succinic acid productivity by adding a compound serving as an electron carrier such as neutral red in succinic acid fermentation production using microorganisms. ing.

国際公開WO2013/069786パンフレットInternational Publication WO2013 / 069786 Pamphlet 特表2009−532037号公報Special table 2009-532037 gazette

Journal of Bacteriology,1999,181(8),p2403−2410Journal of Bacteriology, 1999, 181 (8), p2403-2410.

微生物を用いて有機化合物を生産する場合には、その有機化合物を高濃度に蓄積させることが求められるが、その有機化合物が高濃度に蓄積すると、浸透圧増加によるストレス、生成物阻害による代謝活性低下、それら環境変化に伴う細胞内の酸化還元バランスの悪化などの影響により、その有機化合物が高濃度に蓄積するに従って生産速度が低下するという問題がある。   When an organic compound is produced using a microorganism, it is required to accumulate the organic compound at a high concentration. However, when the organic compound accumulates at a high concentration, stress due to osmotic pressure increases, metabolic activity due to product inhibition. There is a problem that the production rate decreases as the organic compound accumulates at a high concentration due to the decrease and the deterioration of the intracellular redox balance accompanying the environmental change.

特許文献1では、ヒドロキシアセトンを添加することについては記載も示唆もなく、また、特許文献1に記載の方法は、原料以外のものから還元力を供給しているわけではないため、生産性向上に改善の余地があるものと考えられる。
特許文献2では、原料としてグリセロールを用いた場合を対象とした発明であり、原料として一般的な糖類を用いた場合については検討がなされていない。また、特許文献2では、ヒドロキシアセトンを添加することで、大腸菌のグリセロールの消費を促進している。即ち、添加されたヒドロキシアセトンは1,2−プロパンジオールへ変換され、これにより、還元力の消費が起こっている。しかし、微生物の細胞内の酸化還元バランスの調整、特に、還元力の供給はできていないものと考えられる。
In Patent Document 1, there is no description or suggestion about adding hydroxyacetone, and the method described in Patent Document 1 does not supply reducing power from other than the raw material, so that productivity is improved. There seems to be room for improvement.
Patent Document 2 is an invention directed to the case where glycerol is used as a raw material, and the case where a general saccharide is used as a raw material has not been studied. Moreover, in patent document 2, consumption of glycerol of E. coli is promoted by adding hydroxyacetone. That is, the added hydroxyacetone is converted to 1,2-propanediol, which causes consumption of reducing power. However, it is considered that adjustment of the redox balance in the cells of microorganisms, in particular, the supply of reducing power has not been achieved.

非特許文献1では、ニュートラルレッド等の化合物を添加し、還元力を供給しているが、これらの化合物は還元力を消費する代謝反応に供されることはないため、還元力の供給と消費のバランスを調節することはできない。また、非特許文献1では、還元力が比較的充足している生産初期から還元力を供給することになるため、低濃度蓄積時には還元力の供給が過剰になり、一方で還元力が不足する高濃度蓄積時に還元力の供給が不十分となる可能性もある。
本発明の課題は、微生物を用いて有機化合物を生産する際、特に、当該有機化合物が高濃度に蓄積した条件下において生産速度を向上させ、有機化合物を効率よく製造する方法を提供することにある。
In Non-Patent Document 1, a compound such as neutral red is added to supply reducing power, but since these compounds are not subjected to a metabolic reaction that consumes reducing power, supply and consumption of reducing power. The balance cannot be adjusted. Further, in Non-Patent Document 1, since the reducing power is supplied from the initial stage of production where the reducing power is relatively satisfactory, the reducing power is excessively supplied at the time of low concentration accumulation, while the reducing power is insufficient. There is also a possibility that the supply of reducing power may be insufficient during high concentration accumulation.
An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing an organic compound by improving the production rate under the condition that the organic compound is accumulated at a high concentration, particularly when producing an organic compound using a microorganism. is there.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、微生物を用いた有機化合物の生産をヒドロキシアセトンの存在下で行なうことで、還元力の調節が可能であることを見出し、本発明を完成させた。
ヒドロキシアセトンは、微生物の代謝反応により、1,2−プロパンジオール、またはメチルグリオキサールへ変換されるので、還元力を消費するだけではなく、供給することもできる。本発明は、このヒドロキシアセトンの効果が、有機化合物が高濃度に蓄積した条件下であっても得られるという知見に基づくものである。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that reduction power can be adjusted by producing an organic compound using a microorganism in the presence of hydroxyacetone. The present invention has been completed.
Since hydroxyacetone is converted into 1,2-propanediol or methylglyoxal by the metabolic reaction of microorganisms, it can be supplied as well as consuming reducing power. The present invention is based on the finding that the effect of hydroxyacetone can be obtained even under conditions where the organic compound is accumulated at a high concentration.

すなわち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[11]に存する。
[1]有機化合物生産能を有する微生物またはその処理物を、水性媒体中、ヒドロキシアセトンの存在下で、糖類含有原料に作用させることにより有機化合物を生産させる工程(以下、「発酵工程」という)を有することを特徴とする、有機化合物の製造方法。
[2]前記糖類含有原料が、ヒドロキシアセトンを含有する原料であることを特徴とする、[1]に記載の有機化合物の製造方法。
[3]前記糖類含有原料が、リグノセルロース分解原料であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の有機化合物の製造方法。
[4]前記糖類含有原料が、スクロース含有原料であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の有機化合物の製造方法。
[5]前記発酵工程を、嫌気的雰囲気下で行うことを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[6]前記水性媒体が、炭酸イオン、重炭酸イオン、及び二酸化炭素ガスからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする、[1]〜[5]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[7]前記有機化合物が、アルコール類、アミン類、カルボン酸類、およびフェノール類からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[8]前記有機化合物が、ピルビン酸を中間体とする生合成経路を経て得られる有機化合物であることを特徴とする、[1]〜[7]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[9]前記微生物が、ヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールに変換する活性、およびヒドロキシアセトンをメチルグリオキサールに変換する活性を有する微生物であることを特徴とする、[1]〜[8]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[10]前記微生物が、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、[1]〜[9]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[11]前記発酵工程で得られる前記有機化合物を精製する工程をさらに有することを特徴とする、[1]〜[10]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [11].
[1] A step of producing an organic compound by causing a microorganism having organic compound-producing ability or a processed product thereof to act on a saccharide-containing raw material in an aqueous medium in the presence of hydroxyacetone (hereinafter referred to as “fermentation step”). The manufacturing method of the organic compound characterized by having.
[2] The method for producing an organic compound according to [1], wherein the saccharide-containing raw material is a raw material containing hydroxyacetone.
[3] The method for producing an organic compound according to [1] or [2], wherein the saccharide-containing raw material is a lignocellulose decomposition raw material.
[4] The method for producing an organic compound according to [1] or [2], wherein the saccharide-containing raw material is a sucrose-containing raw material.
[5] The method for producing an organic compound according to any one of [1] to [4], wherein the fermentation step is performed in an anaerobic atmosphere.
[6] The organic according to any one of [1] to [5], wherein the aqueous medium contains at least one selected from the group consisting of carbonate ions, bicarbonate ions, and carbon dioxide gas. A method for producing a compound.
[7] The organic material according to any one of [1] to [6], wherein the organic compound is at least one selected from the group consisting of alcohols, amines, carboxylic acids, and phenols. A method for producing a compound.
[8] The method for producing an organic compound according to any one of [1] to [7], wherein the organic compound is an organic compound obtained through a biosynthetic pathway having pyruvic acid as an intermediate. .
[9] The microorganism according to any one of [1] to [8], wherein the microorganism is a microorganism having an activity of converting hydroxyacetone to 1,2-propanediol and an activity of converting hydroxyacetone to methylglyoxal. The manufacturing method of the organic compound in any one.
[10] The microorganism is a coryneform bacterium, Escherichia coli, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannheimia genus bacteria, Basfia genus Zymomonas (Zymomonas) zymonas The method for producing an organic compound according to any one of [1] to [9], wherein the organic compound is at least one selected from the group consisting of bacteria, genus Zymobacter, filamentous fungi, and yeast .
[11] The method for producing an organic compound according to any one of [1] to [10], further comprising a step of purifying the organic compound obtained in the fermentation step.

本発明によれば、目的とする有機化合物が高濃度に蓄積した条件下であっても、微生物における前記有機化合物の生産速度を向上させることができる。   According to the present invention, the production rate of the organic compound in the microorganism can be improved even under conditions where the target organic compound is accumulated at a high concentration.

ヒドロキシアセトンの代謝経路を示す。The metabolic pathway of hydroxyacetone is shown.

以下、本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。   Hereinafter, the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明は、有機化合物生産能を有する微生物またはその処理物を、水性媒体中、ヒドロキシアセトンの存在下で、糖類含有原料に作用させることにより有機化合物を生産させる工程(以下、「発酵工程」という)を有することを特徴とする有機化合物の製造方法である(以下、「本発明の製造方法」ともいう。)。以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。   The present invention is a process for producing an organic compound by allowing a microorganism having organic compound-producing ability or a treated product thereof to act on a saccharide-containing raw material in an aqueous medium in the presence of hydroxyacetone (hereinafter referred to as “fermentation process”). ) (Hereinafter also referred to as “the production method of the present invention”). Hereinafter, the production method of the present invention will be described in detail.

[糖類含有原料]
本発明における「糖類含有原料」の「糖」とは、一般的な糖類、即ち、アルデヒド基を一つ以上有するアルドース、またはケトン基を一つ以上有するケトースを意味する。
以下、糖類含有原料に含まれる糖類、糖類含有原料の由来、製法について説明する。
[Sugar-containing raw material]
The “sugar” of the “saccharide-containing raw material” in the present invention means a general saccharide, that is, an aldose having one or more aldehyde groups or a ketose having one or more ketone groups.
Hereinafter, the saccharides contained in the saccharide-containing raw material, the origin of the saccharide-containing raw material, and the production method will be described.

<糖類含有原料における糖類>
本発明における糖類は、特に限定はされず、いわゆる一般的な糖類を用いることができるが、微生物が炭素源としても活用することができる糖が好ましい。
具体的には、グリセルアルデヒド等の炭素数3の単糖(トリオース);エリトロース、トレオース、エリトルロース等の炭素数4の単糖(テトロース);、リボース、リキソース、キシロース、アラビノース、デオキシリボース、キシルロース、リブロース等の炭素数5の単糖(ペントース);アロース、タロース、グロース、グルコース、アルトロース、マンノース、ガラクトース、イドース、フコース、フクロース、ラムノース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース等の炭素数6の単糖(ヘキソース);、セドヘプツロース等の炭素数7の単糖(ヘプトース);スクロース、ラクトース、マルトース、トレハノース、ツラノース、セロビオース等の二糖類;ラフィノース、メレジトース、マルトトリオース等の三糖類;フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンナオリゴ糖などのオリゴ糖類;デンプン、デキストリン、セルロース、ヘミセルロース、グルカン、ペントサン等の多糖類等が挙げられる。
<Sugars in sugar-containing raw materials>
The saccharides in the present invention are not particularly limited, and so-called general saccharides can be used, but saccharides that can be utilized by microorganisms as a carbon source are preferable.
Specifically, monosaccharides having 3 carbon atoms (triose) such as glyceraldehyde; monosaccharides having 4 carbon atoms (tetrose) such as erythrose, threose, erythrulose; ribose, lyxose, xylose, arabinose, deoxyribose, xylulose 5 carbon monosaccharides (pentose) such as ribulose; 6 carbon atoms such as allose, talose, growth, glucose, altrose, mannose, galactose, idose, fucose, fucose, rhamnose, psicose, fructose, sorbose, tagatose Monosaccharide (hexose); monosaccharides having 7 carbon atoms such as cedoheptulose (heptose); disaccharides such as sucrose, lactose, maltose, trehanose, tulanose, cellobiose; trisaccharides such as raffinose, melezitose, maltotriose; Rakutoorigo sugars, galactooligosaccharides, oligosaccharides such Man'naorigo sugar; starch, dextrin, cellulose, hemicellulose, glucans and polysaccharides pentosan like.

上述した糖類の中でも、炭素数3以上7以下の単糖を構成成分として含む糖類が好ましい。これらの中でも、ヘキソース、ペントース、およびこれらを構成成分とする二糖類からなる群から選ばれる少なくとも一種がより好ましい。これらは自然界、植物の構成成分となっていることから豊富に存在し、原料の入手が容易なためである。   Among the saccharides described above, a saccharide containing a monosaccharide having 3 to 7 carbon atoms as a constituent component is preferable. Among these, at least one selected from the group consisting of hexose, pentose, and disaccharides containing these as constituents is more preferable. This is because they are abundant because they are constituents of nature and plants, and it is easy to obtain raw materials.

ヘキソースとしては、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトースが好ましく、グルコースがより好ましい。ペントースとしてはキシロース、アラビノースが好ましく、キシロースがより好ましい。ヘキソース、およびペントースを構成成分とする二糖類としては、スクロースが好ましい。グルコース、キシロース、スクロースは、自然界、植物の主な構成成分となっているため、原料の入手が容易なためである。
なお、本発明で用いる糖類含有原料には、1種類の糖が単独で含有されていてもよいし、2種類以上の糖が含有されていてもよい。
As hexose, glucose, fructose, mannose and galactose are preferable, and glucose is more preferable. As pentose, xylose and arabinose are preferable, and xylose is more preferable. Sucrose is preferred as the disaccharide containing hexose and pentose as constituent components. This is because glucose, xylose, and sucrose are the main constituents of nature and plants, and therefore it is easy to obtain raw materials.
In addition, the saccharide-containing raw material used in the present invention may contain one kind of saccharide alone, or may contain two or more kinds of saccharides.

<糖類含有原料>
本発明で用いる糖類含有原料は、前記糖類を含んでいれば特に制限はないが、必要に応じて水等を含んでいてもよく、好ましくは水を含んでいてもよい。
本発明で用いる糖類含有原料としては、特に限定はされないが、例えば、1種類以上の前記糖類を水に溶解して水溶液としたもの、1種類以上の前記糖類を構成成分として含む植物体またはその一部を糖類まで分解したもの、1種類以上の前記糖類を構成成分として含む植物体またはその一部から糖類を抽出したもの等を用いることができる。具体的には、後述するようなリグノセルロース分解原料、スクロース含有原料、デンプン分解原料等が挙げられる。
<Sugar-containing raw material>
The saccharide-containing raw material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains the saccharide, but may contain water or the like, if necessary, preferably water.
The saccharide-containing raw material used in the present invention is not particularly limited. For example, one or more saccharides dissolved in water to form an aqueous solution, or a plant containing one or more saccharides as a constituent, What decomposed | disassembled partially to saccharides, the plant body which contains 1 or more types of said saccharides as a structural component, or what extracted saccharides from the part can be used. Specifically, a lignocellulose decomposition raw material, a sucrose-containing raw material, a starch decomposition raw material, and the like, which will be described later, are mentioned.

本発明で用いる糖類含有原料は、必要に応じて水等で希釈して糖の濃度を下げて用いてもよいし、濃縮して糖の濃度を高めて用いてもよく、反応開始後に、糖類含有原料を追加することもできる。
本発明における糖類含有原料中に含まれる糖類の濃度としては、糖類含有原料の由来や、含有する糖の種類等によって大きく変動するため、特に限定されないが、発酵生産プロセスおよび化学変換プロセスの生産性を考慮して、通常0.1質量%以上、好ましくは2質量%以上であり、また、通常80質量%以下、好ましくは70質量%以下である。但し、糖類を2種類以上含む場合は、その合計の濃度を示す。
The saccharide-containing raw material used in the present invention may be used by diluting with water or the like to lower the sugar concentration as necessary, or may be used by concentrating to increase the sugar concentration. Containing raw materials can also be added.
The concentration of the saccharide contained in the saccharide-containing raw material in the present invention is not particularly limited because it varies greatly depending on the origin of the saccharide-containing raw material, the type of sugar contained, and the like, but productivity of the fermentation production process and the chemical conversion process Is usually 0.1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and usually 80% by mass or less, preferably 70% by mass or less. However, when 2 or more types of saccharides are included, the total concentration is shown.

好ましい糖類含有原料として、リグノセルロース分解原料が挙げられる。即ち、糖類含有原料としては、リグノセルロースを分解したものが好ましい。
リグノセルロースとは、構造性多糖のセルロース、ヘミセルロース、及び芳香族化合物の重合体のリグニンから構成される有機物である。リグノセルロースは、通常、食用にはできず、通常であれば廃棄、焼却処理をされるものが多いため、安定して供給でき、資源を有効利用できる点で好ましい。
リグノセルロース分解原料としては、バガス、コーンストーバー、麦わら、稲わら、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、ササ、ススキ等の草本系バイオマスや、廃木材、オガ粉、樹皮、古紙等の木質系バイオマス等を好適に用いることができる。中でも、バガス、コーンストーバー、麦わらが好ましい。
A preferred saccharide-containing raw material is a lignocellulose-decomposing raw material. That is, as the saccharide-containing raw material, those obtained by decomposing lignocellulose are preferable.
Lignocellulose is an organic substance composed of structural polysaccharide cellulose, hemicellulose, and polymer lignin of an aromatic compound. Lignocellulose is usually not edible and is usually discarded or incinerated, and is preferable in that it can be supplied stably and resources can be used effectively.
Lignocellulose decomposition materials include herbaceous biomass such as bagasse, corn stover, wheat straw, rice straw, switchgrass, napiergrass, Eliansus, Sasa and Susuki, and woody biomass such as waste wood, sawdust, bark and waste paper Etc. can be used suitably. Of these, bagasse, corn stover, and straw are preferable.

上述のリグノセルロース分解原料から糖類含有原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、リグノセルロースに対して必要に応じて前処理を施した後、酵素、酸、亜臨界水、超臨界水等による加水分解、または熱分解を行う方法等が挙げられる。   The method for obtaining the saccharide-containing raw material from the above lignocellulose-decomposing raw material is not particularly limited. For example, after pretreatment of lignocellulose as necessary, enzyme, acid, subcritical water, supercritical water, etc. And a method of performing hydrolysis or thermal decomposition.

また、好ましい糖類含有原料として、スクロース含有原料が挙げられる。即ち、糖類含有原料としては、スクロースを含むものが好ましい。
また、スクロースは、細胞中にスクロースを蓄積できる植物に含まれ、以下、このような植物のことを「スクロースを含む植物」という。スクロースを含む植物としては、サトウキビ、テンサイ、サトウカエデ、オウギヤシ、ソルガム等の砂糖の原料として使用されるもの等が挙げられ、中でも、サトウキビ、テンサイが好ましい。
Moreover, a sucrose containing raw material is mentioned as a preferable saccharide containing raw material. That is, the saccharide-containing raw material preferably contains sucrose.
Further, sucrose is included in plants that can accumulate sucrose in cells. Hereinafter, such plants are referred to as “plants containing sucrose”. Examples of plants containing sucrose include those used as raw materials for sugar such as sugar cane, sugar beet, sugar maple, sugar beet, and sorghum, among which sugar cane and sugar beet are preferred.

スクロースを含む植物から糖類含有原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、当該植物を粉砕した後に圧搾または浸出を行なう方法等が挙げられる。本発明においては、このようにして得られたスクロースを含む植物の搾汁(例えば、サトウキビの場合はケーンジュース)、粗糖、廃糖蜜等も糖類含有原料として用いることができる。   A method for obtaining a saccharide-containing raw material from a plant containing sucrose is not particularly limited, and examples thereof include a method of pressing or leaching after pulverizing the plant. In the present invention, plant juice containing sucrose thus obtained (for example, cane juice in the case of sugarcane), crude sugar, molasses, etc. can also be used as the saccharide-containing raw material.

また、好ましい糖類含有原料として、デンプン分解原料が挙げられる。即ち、糖類含有原料としては、デンプンを含むものが好ましい。
また、デンプンは、細胞中にデンプンを蓄積できる植物に含まれ、以下、このような植物のことを「デンプンを含む植物」という。デンプンを含む植物としては、キャッサバ、トウモロコシ、馬鈴薯、小麦、甘藷、サゴヤシ、米、クズ、カタクリ、緑豆、ワラビ、オオウバユリ等が挙げられ、中でも、キャッサバ、トウモロコシ、馬鈴薯、小麦が好ましい。
Moreover, a starch decomposition raw material is mentioned as a preferable saccharide containing raw material. That is, the saccharide-containing raw material preferably contains starch.
Moreover, starch is contained in plants that can accumulate starch in cells, and hereinafter, such plants are referred to as “plants containing starch”. Examples of the plant containing starch include cassava, corn, potato, wheat, sweet potato, sago palm, rice, scrap, peanut, mung bean, bracken, green lily, etc. Among them, cassava, corn, potato and wheat are preferable.

デンプンを含む植物から糖類含有原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、当該植物から抽出したデンプンを加水分解する方法等が挙げられる。   A method for obtaining a saccharide-containing raw material from a plant containing starch is not particularly limited, and examples thereof include a method of hydrolyzing starch extracted from the plant.

糖類含有原料から糖類を得た際に、副生成物や不純物として生じ得るカルボニル化合物の中にはヒドロキシアセトンが含まれる場合がある。このようなヒドロキシアセトンを含有する糖類含有原料を用いると、ヒドロキシアセトンを別途準備する必要がないか、あるいは、その使用量を削減できるので好ましい。
ヒドロキシアセトンを含有し得る糖類含有原料としては、リグノセルロース分解原料(例えば、リグノセルロースを加水分解または熱分解して得られた糖液)、スクロース含有原料(例えば、サトウキビ、テンサイ、ソルガムなどの植物を圧搾または浸出して得られたケーンジュース、粗糖、廃糖蜜)などが挙げられる。
When saccharide is obtained from a saccharide-containing raw material, hydroxyacetone may be contained in a carbonyl compound that may be generated as a by-product or an impurity. It is preferable to use a saccharide-containing raw material containing such hydroxyacetone because it is not necessary to prepare hydroxyacetone separately or the amount of use can be reduced.
Examples of sugar-containing raw materials that can contain hydroxyacetone include lignocellulose-decomposing raw materials (for example, sugar liquid obtained by hydrolyzing or pyrolyzing lignocellulose), sucrose-containing raw materials (for example, sugarcane, sugar beet, sorghum, etc.) Cane juice, crude sugar, molasses) obtained by pressing or leaching

また、本発明で用いる糖類含有原料は、本発明の効果が得られる範囲内で、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、特に限定されないが、例えば、糖類含有原料から糖類を得た際に生じる、糖類以外の副生成物や不純物等が挙げられる。具体的には、糖類以外のカルボニル化合物、脂肪族共役アルコール等のアルコール化合物、キシリトール、リビトール、ソルビトール、イノシトール、グリセロール等の糖アルコール、リグニン由来のフェノール化合物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、窒素化合物、硫黄化合物、ハロゲン化合物、硫酸イオン等の無機化合物等が挙げられる。但し、リグニン等に由来する固形物に関しては、取扱い性を考慮して濾過や吸着等を用いて除去することが好ましい。   Moreover, the saccharide-containing raw material used in the present invention may contain other components as long as the effects of the present invention are obtained. Although it does not specifically limit as another component, For example, by-products other than saccharides, impurities, etc. which arise when saccharides are obtained from a saccharide containing raw material are mentioned. Specifically, carbonyl compounds other than sugars, alcohol compounds such as aliphatic conjugated alcohols, sugar alcohols such as xylitol, ribitol, sorbitol, inositol, glycerol, phenol compounds derived from lignin, alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds, Examples include inorganic compounds such as nitrogen compounds, sulfur compounds, halogen compounds, and sulfate ions. However, the solid matter derived from lignin or the like is preferably removed by filtration, adsorption or the like in consideration of handleability.

[有機化合物生産能を有する微生物]
本発明で用いる有機化合物生産能を有する微生物(以下、「本発明の微生物」と称することがある。)は、目的とする有機化合物を生産する能力を有する微生物であれば、特に限定はされない本発明における「有機化合物生産能を有する微生物」とは、該微生物を培地中で培養したときに、該培地中に有機化合物を生成蓄積することができる微生物をいう。
[Microorganisms capable of producing organic compounds]
The microorganism having the ability to produce an organic compound used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the microorganism of the present invention”) is not particularly limited as long as it has the ability to produce the target organic compound. The “microorganism having the ability to produce organic compounds” in the present invention refers to a microorganism capable of producing and accumulating organic compounds in the medium when the microorganism is cultured in the medium.

<有機化合物>
本発明の微生物が生産する有機化合物としては、微生物が培地中に生成蓄積することができる有機化合物であれば特に限定されないが、具体的には、エタノール、プロパノール、ブタノール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等のアルコール類;1,5−ペンタメチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン等のアミン類;酢酸、酪酸、グリコール酸、乳酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、ピルビン酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸、シス−アコニット酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、2−オキソイソ吉草酸、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、レブリン酸、キナ酸、シキミ酸、アクリル酸、メタクリル等のカルボン酸類;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、リジン、アルギニン、メチオニン、ヒスチジン、システイン、セリン、トレオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、グルタミン、アスパラギン、フェニルアラニン、チロシン、プロリン、トリプトファン等のアミノ酸類;フェノール、カテコール、ハイドロキノン等のフェノール類;安息香酸、4−ヒドロキシ安息香酸、プロトカテク酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸類;イノシン、グアノシン等のヌクレオシド類、イノシン酸、グアニル酸等のヌクレオチド;イソブチレン、イソプレン、ブタジエン等の不飽和炭化水素化合物等が挙げられる。
<Organic compounds>
The organic compound produced by the microorganism of the present invention is not particularly limited as long as the microorganism is an organic compound that can be produced and accumulated in the medium. Specifically, ethanol, propanol, butanol, 1,3-propanediol Alcohols such as 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, glycerol, erythritol, xylitol, sorbitol; Amines such as 5-pentamethylenediamine and 1,6-hexamethylenediamine; acetic acid, butyric acid, glycolic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, pyruvic acid, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, cis- Aconitic acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, 2-oxoi Carboxylic acids such as valeric acid, glutaric acid, itaconic acid, adipic acid, levulinic acid, quinic acid, shikimic acid, acrylic acid, methacrylic; alanine, valine, leucine, isoleucine, lysine, arginine, methionine, histidine, cysteine, serine, Amino acids such as threonine, glutamic acid, aspartic acid, glutamine, asparagine, phenylalanine, tyrosine, proline, tryptophan; phenols such as phenol, catechol, hydroquinone; benzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid, protocatechuic acid, phthalic acid, isophthalic acid Aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid; nucleosides such as inosine and guanosine; nucleotides such as inosinic acid and guanylic acid; unsaturated hydrocarbon compounds such as isobutylene, isoprene and butadiene And the like.

これらの中でも、発酵生産を行なう際に公知の方法を採用でき、かつ、樹脂原料として使用可能であることから、アルコール類、アミン類、カルボン酸類、フェノール類が好ましく、炭素数2〜10の脂肪族アルコール類や、炭素数2〜10の脂肪族カルボン酸類がより好ましい。   Among these, alcohols, amines, carboxylic acids, and phenols are preferable because known methods can be employed for fermentation production and can be used as resin raw materials. Fatty acids having 2 to 10 carbon atoms More preferred are aliphatic alcohols and aliphatic carboxylic acids having 2 to 10 carbon atoms.

また、微生物によっては、本発明で用いるヒドロキシアセトンをピルビン酸へ変換し得るため、ピルビン酸を中間体とする生合成経路を経て得られる有機化合物が好ましい。糖類含有原料だけでなく、ヒドロキシアセトンも有機化合物生産のための炭素源として利用できるためである。
ピルビン酸を中間体とする生合成経路を経て得られる有機化合物としては、エタノール、ブタノール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等のアルコール類、1,5−ペンタメチレンジアミン等のアミン類、酢酸、乳酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸、シス−アコニット酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、2−オキソイソ吉草酸、イタコン酸等のカルボン酸類、アラニン、バリン、リジン、グルタミン酸、アスパラギン酸等のアミノ酸類等が挙げられる。中でも、発酵生産性の観点から、エタノール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、コハク酸がさらに好ましい。
Moreover, since the hydroxyacetone used by this invention can be converted into pyruvic acid depending on microorganisms, the organic compound obtained through the biosynthetic pathway which uses pyruvic acid as an intermediate body is preferable. This is because not only saccharide-containing raw materials but also hydroxyacetone can be used as a carbon source for organic compound production.
Examples of organic compounds obtained through a biosynthetic pathway using pyruvic acid as an intermediate include alcohols such as ethanol, butanol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, and 1,4-butanediol, Amines such as 5-pentamethylenediamine, acetic acid, lactic acid, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, cis-aconitic acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, 2-oxoisovaleric acid, itaconic acid Carboxylic acids such as alanine, valine, lysine, glutamic acid, aspartic acid and the like. Among these, ethanol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol, and succinic acid are more preferable from the viewpoint of fermentation productivity.

<微生物>
本発明で用いる微生物は、目的とする有機化合物を生産する能力を有する微生物であれば特に限定されないが、ヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールに変換する活性、およびヒドロキシアセトンをメチルグリオキサールに変換する活性を有する微生物が好ましく、これらに加えてメチルグリオキサールをピルビン酸に変換する活性を有する微生物がさらに好ましい。
<Microorganism>
The microorganism used in the present invention is not particularly limited as long as it is a microorganism having an ability to produce a target organic compound, but the activity of converting hydroxyacetone to 1,2-propanediol, and converting hydroxyacetone to methylglyoxal. Microorganisms having activity are preferable, and in addition to these, microorganisms having an activity of converting methylglyoxal into pyruvic acid are more preferable.

ヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールに変換する活性とは、ヒドロキシアセトンを還元して1,2−プロパンジオールを生成する反応を触媒する活性をいう。この活性は、公知の方法、例えばNiimiらの方法(Niimi S, Suzuki N, Inui M, Yukawa H, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2011, Vol.90(5), p1721-9)で測定することによって確認することができる。なお、この酵素反応は、通常、可逆反応であり、逆反応の活性を測定し、確認することもできる。   The activity of converting hydroxyacetone to 1,2-propanediol refers to the activity of catalyzing the reaction of reducing hydroxyacetone to produce 1,2-propanediol. This activity is measured by a known method such as Niimi et al. (Niimi S, Suzuki N, Inui M, Yukawa H, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2011, Vol. 90 (5), p1721-9). Can be confirmed. This enzyme reaction is usually a reversible reaction, and the reverse reaction activity can also be measured and confirmed.

ヒドロキシアセトンをメチルグリオキサールに変換する活性とは、ヒドロキシアセトンを酸化してメチルグリオキサールを生成する反応を触媒する活性をいう。この活性は、公知の方法、例えばNiimiらの方法(Niimi S, Suzuki N, Inui M, Yukawa H, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2011, Vol.90(5), p1721-9)で測定することによって確認することができる。なお、この酵素反応は、通常、可逆反応であり、逆反応の活性を測定し、確認することもできる。   The activity of converting hydroxyacetone to methylglyoxal refers to the activity of catalyzing the reaction of oxidizing hydroxyacetone to produce methylglyoxal. This activity is measured by a known method such as Niimi et al. (Niimi S, Suzuki N, Inui M, Yukawa H, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2011, Vol. 90 (5), p1721-9). Can be confirmed. This enzyme reaction is usually a reversible reaction, and the reverse reaction activity can also be measured and confirmed.

メチルグリオキサールをピルビン酸に変換する活性とは、メチルグリオキサールを酸化してピルビン酸を生成する反応を触媒する活性をいう。この活性は、公知の方法、例えばRayらの方法(Ray S, Ray M, J. Biol. Chem., 1982, Vol.257(18), p10566-70)で測定することによって確認することができる。なお、この酵素反応は、通常、可逆反応であり、逆反応の活性を測定し、確認することもできる。   The activity of converting methylglyoxal to pyruvic acid refers to the activity of catalyzing the reaction of oxidizing methylglyoxal to produce pyruvic acid. This activity can be confirmed by measurement by a known method, for example, the method of Ray et al. (Ray S, Ray M, J. Biol. Chem., 1982, Vol. 257 (18), p10566-70). . This enzyme reaction is usually a reversible reaction, and the reverse reaction activity can also be measured and confirmed.

なお、上記のヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールに変換する活性、およびヒドロキシアセトンをメチルグリオキサールに変換する活性を、本来的に有していない場合は、育種によりこれらの活性を付与することができる。
育種により有機化合物生産能を付与する手段としては、変異処理や遺伝子組換え処理などが挙げられ、有機化合物生合成経路における酵素遺伝子の発現強化や副生物生合成経路における酵素遺伝子の発現低減など、公知の方法を採用することができる。
In addition, if the above-mentioned activity of converting hydroxyacetone to 1,2-propanediol and the activity of converting hydroxyacetone to methylglyoxal are not inherently possessed, these activities can be imparted by breeding. it can.
Examples of means for imparting organic compound-producing ability through breeding include mutation treatment and gene recombination treatment, such as enhanced expression of enzyme genes in organic compound biosynthesis pathways and reduced expression of enzyme genes in byproduct biosynthesis pathways, etc. A known method can be employed.

本発明で用いる微生物の種類としては、特に限定されないが、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選択される微生物であることが好ましい。これらの中でも、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく、より好ましくはコリネ型細菌、大腸菌、酵母菌であり、特に好ましくはコリネ型細菌である。   Although it does not specifically limit as a kind of microorganisms used by this invention, Coryneform bacteria, Escherichia coli, Anaerobiospirillum (Anaerobiospirillum (Anaerobiospirillum) genus bacteria, Actinobacillus (Actinobacillus) genus bacteria, Mannheimia (Bacteria) genus, Basfia (Basfia) It is preferably a microorganism selected from the group consisting of a genus bacterium, a genus Zymomonas, a bacterium belonging to the genus Zymobacter, a filamentous fungus, and a yeast. Among these, coryneform bacteria, Escherichia coli, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannheimia genus bacteria, Basfia genus bacteria, Zymobacter genus bacteria, filamentous form At least one selected from the group consisting of bacteria and yeasts is preferred, more preferably coryneform bacteria, Escherichia coli, and yeast, and particularly preferably coryneform bacteria.

上記コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌、アースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属、ブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)またはブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌である。   The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, bacteria belonging to the genus Arthrobacter, and the like. Preferred examples include those belonging to the genus Corynebacterium and Brevibacterium, and more preferred are Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes ( Bacteria classified as Brevibacterium ammoniagenes) or Brevibacterium lactofermentum.

本発明で使用可能なコリネ型細菌の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネスATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831、およびブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl W, Ehrmann M, Ludwig W, Schleifer KH, Int J Syst Bacteriol., 1991, Vol.41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株、およびその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株およびMJ−233 AB−41株と同一の株とする。   Particularly preferred specific examples of coryneform bacteria that can be used in the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium Ammonia Genes ATCC 6872, Corynebacterium glutamicum ATCC 31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869 and the like. Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl W, Ehrmann M, Ludwig W, Schleifer KH, Int J Syst Bacteriol., 1991, Vol. 41, p255-260), in the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 strain are Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain and MJ-233 AB-41, respectively. The same stock as the stock.

上記ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305−8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P−3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP−1497の受託番号で寄託されている。   The above-mentioned Brevibacterium flavum MJ-233 was founded on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Technology of the Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (〒305-8856 Japan) No. 1 in Higashi 1-chome, 1-chome, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan, with deposit number FERM P-3068, transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, under the deposit number of FERM BP-1497 It has been deposited.

本発明で使用可能な大腸菌としては、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)等が挙げられる。また、本発明で使用可能なアナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌としては、アナエロビオスピリラム・サクシニシプロデュセン(Anaerobiospirillum succiniciproducens)等が挙げられる   Examples of E. coli that can be used in the present invention include Escherichia coli. Examples of the genus Anaerobiospirillum that can be used in the present invention include Anaerobiospirillum succiniciproducens.

また、本発明に使用可能なアクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌としては、アクチノバチルス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)等が挙げられる。また本発明に使用可能なマンヘミア(Mannheimia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Mannheimia succiniciproducens)等が挙げられる。   Examples of the genus Actinobacillus that can be used in the present invention include Actinobacillus succinogenes. Examples of the genus Mannheimia that can be used in the present invention include Mannheimia succiniciproducens.

また本発明で使用可能なバスフィア(Basfia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Basfia succiniciproducens)等が挙げられる。また、本発明で使用可能なザイモモナス(Zymomonas)属細菌としては、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)等が挙げられる。また、本発明で使用可能なザイモバクター(Zymobacter)属細菌としては、ザイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)等が挙げられる。   Examples of the bacterium belonging to the genus Basfia that can be used in the present invention include Basfia succiniciproducens. Examples of the genus Zymomonas that can be used in the present invention include Zymomonas mobilis. Further, examples of the genus Zymobacter genus that can be used in the present invention include Zymobacter palmae.

また本発明で使用可能な糸状菌としては、Aspergillus属、Penicillium属、Rhizopus属等が挙げられる。このうち、Aspergillus属では、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)等が挙げられ、Penicillium属では、ペニシリウム・クリソゲナム(Penicillium chrysogenum)、ペニシリウム・シンプリシシマム(Penicillium simplicissimum)等が挙げられる。また、Rhizopus属では、リゾパス・オリゼー(Rhizopus oryzae)等が挙げられる。   Examples of filamentous fungi that can be used in the present invention include Aspergillus, Penicillium, and Rhizopus. Among these, Aspergillus genus includes Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, and Penicillium includes Penicillium chrysogenum and Penicillium simplicum simplicum. . In the genus Rhizopus, examples include Rhizopus oryzae.

また、本発明で使用可能な酵母菌としては、サッカロミセス属(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)、カンジダ属(Candida)、ピキア属(Pichia)、クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウィア属(Yarrowia)、チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)が挙げられる。   Examples of the yeast that can be used in the present invention include Saccharomyces, Shizosaccharomyces, Candida, Pichia, Kluyveromyces, and Yarrowia. Examples include the genus (Yarrowia) and the genus Zygosaccharomyces.

上記サッカロミセス属(Saccharomyces)としては、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・ウバラム(Saccharomyces uvarum)、サッカロミセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)等が挙げられる。また、上記シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)としては、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等が挙げられる。また、上記カンジダ属(Candida)としては、カンジダ・アルビカンス(Candida albicans)、カンジダ・ソノレンシス(Candida sonorensis)、カンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)等が挙げられる。また、上記ピキア属(Pichia)としては、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)等が挙げられる。   Examples of the genus Saccharomyces include Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces bayanus and the like. Examples of the genus Shizosaccharomyces include Schizosaccharomyces pombe. Examples of the genus Candida include Candida albicans, Candida sonorensis, Candida glabrata, and the like. Examples of the Pichia genus include Pichia pastoris and Pichia stipitis.

また上記クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)としては、クルイウェロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、クルイウェロマイセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイウェロマイセス・サーモトレランス(Kluyveromyces thermotolerans)等が挙げられる。また上記ヤロウィア属(Yarrowia)としては、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)等が挙げられる。また上記チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)としては、チゴサッカロミセス・バイリイ(Zygosaccharomyces bailii)、チゴサッカロミセス・ロウキシ(Zygosaccharomyces rouxii)等が挙げられる。   The genus Kluyveromyces includes Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, and Kluyveromyces thermotolerans. Etc. Moreover, as said Yarrowia genus (Yarrowia), Yarrowia lipolytica (Yarrowia lipolytica) etc. are mentioned. Examples of the genus Zygosaccharomyces include Zygosaccharomyces bailii and Zygosaccharomyces rouxii.

上記微生物は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合若しくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。
本発明で用いる微生物は、本来的に有機化合物生産能を有する微生物であっても、育種により有機化合物生産能を付与したものであってもよい。
例えば、上述した微生物にコハク酸、フマル酸、リンゴ酸等のカルボン酸生産能を付与したい場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減する改変、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強する改変などを必要に応じて行なう。また、上記の微生物にエタノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコール生産能を付与したい場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減する改変、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を増強する改変などを必要に応じて行なう。
以下、製造の目的とする有機化合物の種類で場合分けをして、本発明で用いる微生物について具体的に説明する。
The microorganism is not only a wild strain, but also a mutant strain obtained by a normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, a recombinant strain induced by a genetic technique such as cell fusion or gene recombination. Or a stock of
The microorganism used in the present invention may be a microorganism that inherently has an organic compound-producing ability, or may have been imparted with an organic compound-producing ability by breeding.
For example, if it is desired to give the above-mentioned microorganisms the ability to produce carboxylic acids such as succinic acid, fumaric acid, malic acid, etc., modifications such as those described below that reduce lactate dehydrogenase activity and modifications that enhance pyruvate carboxylase activity are required. Do it accordingly. In addition, when it is desired to impart alcohol-producing ability such as ethanol, butanol, and butanediol to the above-mentioned microorganism, modification as described below for reducing lactate dehydrogenase activity and modification for enhancing alcohol dehydrogenase activity are performed as necessary.
Hereinafter, the microorganisms used in the present invention will be specifically described, classified according to the type of organic compound to be produced.

目的とする有機化合物がカルボン酸である場合は、ラクテートデヒドロゲナーゼ(以下、LDHとも呼ぶ)活性が低減するように改変された微生物を用いることが好ましい。ここで、「LDH活性」とは、ピルビン酸を還元して乳酸を生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.27)をいう。「LDH活性が低減された」とは、非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、LDH活性は完全に消失していてもよい。LDH活性が低下したことは、公知の方法、例えばKanarekらの方法(Kanarek L, Hill RL, J Biol Chem., 1964, Vol.239, p4202-4206)によりLDH活性を測定することによって確認することができる。   When the target organic compound is a carboxylic acid, it is preferable to use a microorganism modified so that lactate dehydrogenase (hereinafter also referred to as LDH) activity is reduced. Here, “LDH activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.17) that catalyzes a reaction of reducing pyruvic acid to produce lactic acid. “LDH activity is reduced” means that LDH activity is reduced as compared to an unmodified strain. The LDH activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. LDH activity may be completely lost. Decrease in LDH activity can be confirmed by measuring LDH activity by a known method such as the method of Kanarek et al. (Kanarek L, Hill RL, J Biol Chem., 1964, Vol. 239, p4202-4206). Can do.

LDH活性が低減した株は、上述した微生物を親株として用い、N−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、LDH活性が低減した株を選択することによってそれぞれ得ることができる。 また、LDHをコードする遺伝子を用いて改変してもよい。具体的には、染色体上のldh遺伝子を破壊したり、プロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等の発現調節配列を改変したりすることなどによって達成される。
LDH活性が低減した株の具体的な作製方法としては、染色体への相同組換えによる方法(特開平11−206385号公報等参照)や、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer A, Tauch A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol.145(1), p69-73)等が挙げられる。
The strain with reduced LDH activity is treated with the above-mentioned microorganism as a parent strain and treated with a mutagen usually used for mutagenesis such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, Each can be obtained by selecting strains with reduced LDH activity. Moreover, you may modify | change using the gene which codes LDH. Specifically, this can be achieved by disrupting the ldh gene on the chromosome or altering an expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence.
Specific methods for producing strains with reduced LDH activity include methods using homologous recombination to chromosomes (see JP-A-11-206385, etc.) and methods using the sacB gene (Schafer A, Tauch A, Jager W). , Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol.145 (1), p69-73).

また、目的とする有機化合物がカルボン酸である場合は、ピルビン酸カルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)活性が増強するように改変された微生物であってもよい。ここで、「PC活性」とは、ピルビン酸をカルボキシル化してオキサロ酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:6.4.1.1)をいう。「PC活性が増強された」とは、非改変株と比較してPC活性が上昇していることをいう。PC活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。PC活性が増強されたことは、公知の方法、例えばFisherらの方法(Fisher SH, Magasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol.158(1), p55-62)により、PC活性を測定することによって確認することができる。   When the target organic compound is a carboxylic acid, it may be a microorganism modified so that pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) activity is enhanced. Here, “PC activity” refers to an activity (EC: 6.4.1.1) that catalyzes a reaction in which pyruvic acid is carboxylated to produce oxaloacetic acid. “PC activity is enhanced” means that PC activity is increased as compared to an unmodified strain. The PC activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. The enhanced PC activity is measured by a known method, for example, the method of Fisher et al. (Fisher SH, Magasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol. 158 (1), p55-62). Can be confirmed.

PC活性が増強した株は、上述した微生物を親株として用い、N−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、PC活性が増強した株を選択することによってそれぞれ得ることができる。また、PCをコードする遺伝子を用いて改変してもよい。具体的には、pc遺伝子のコピー数を高めることによって達成でき、コピー数を高めることは、プラスミドを用いたり、公知の相同組換え法によって染色体上で多コピー化させたりすることなどによって達成できる。なお、PC活性の増強は、染色体上またはプラスミド上でpc遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによって高発現化させることによっても達成できる。   The strain with enhanced PC activity is treated with the above-mentioned microorganism as a parent strain, and is treated with a mutagen that is usually used for mutagenesis such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, Each can be obtained by selecting a strain having enhanced PC activity. Moreover, you may modify | change using the gene which codes PC. Specifically, it can be achieved by increasing the copy number of the pc gene. Increasing the copy number can be achieved by using a plasmid or making multiple copies on the chromosome by a known homologous recombination method. . The enhancement of PC activity can also be achieved by high expression by introducing mutations into the promoter of the pc gene on the chromosome or on the plasmid, replacement with a stronger promoter, and the like.

PC活性の増強に用いるpc遺伝子としては、PC活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、コリネ型細菌以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のpc遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のpc遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてPC活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。
The pc gene used for enhancing PC activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having PC activity, and examples thereof include a gene derived from Corynebacterium glutamicum.
In addition, pc genes derived from bacteria other than coryneform bacteria, other microorganisms, and animals and plants can also be used. A pc gene derived from a microorganism or animal or plant was isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc., and the nucleotide sequence was determined based on a gene having a base sequence already determined, a gene encoding a protein having PC activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

上記のようにして単離されたPCをコードする遺伝子を公知の発現ベクターに発現可能に挿入することにより、PC発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換することにより、PC活性増強株を得ることができる。あるいは、相同組換えなどによって、宿主微生物の染色体DNAにPCをコードするDNAを発現可能に組み込むことによってもPC活性増強株を得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。   A PC expression vector is provided by inserting the gene encoding PC isolated as described above into a known expression vector so as to allow expression. By transforming with this expression vector, a strain with enhanced PC activity can be obtained. Alternatively, a PC activity-enhanced strain can also be obtained by integrating a DNA encoding PC into a chromosomal DNA of a host microorganism so as to allow expression, such as by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.

染色体上またはプラスミド上にPC遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5’−側上流に、より好ましくはターミネーターを3’−側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーターおよびターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーターおよびターミネーターであれば特に限定されず、pc遺伝子自身のプロモーターおよびターミネーターであってもよいし、他のプロモーターおよびターミネーターに置換してもよい。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーターおよびターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。   When a PC gene is introduced on a chromosome or a plasmid, an appropriate promoter is incorporated upstream of the gene on the 5'-side, more preferably a terminator is incorporated downstream of the 3'-side. The promoter and terminator are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in microorganisms used as hosts, and may be the promoter and terminator of the pc gene itself, or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.

目的とする有機化合物がアルコールである場合は、カルボン酸製造方法のときと同様、LDH活性が低減するように改変された微生物を用いることが好ましい。LDH活性が低減した株は、上述の方法と同様にして作製することができる。   When the target organic compound is an alcohol, it is preferable to use a microorganism modified so that LDH activity is reduced, as in the carboxylic acid production method. Strains with reduced LDH activity can be prepared in the same manner as described above.

また、目的とする有機化合物がアルコールである場合は、アルコールデヒドロゲナーゼ(以下、ADHとも呼ぶ)活性が増強するように改変された微生物であってもよい。ここで、「ADH活性」とは、アルデヒドを還元してアルコールを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.1、1.1.1.2)をいう。「ADH活性が増強された」とは、非改変株と比較してADH活性が上昇していることをいう。ADH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。ADH活性が増強されたことは、公知の方法、例えばKotrbova−Kozakらの方法(Kotrbova-Kozak A, Kotrba P, Inui M, Sajdok J, Yukawa H, Appl Microbiol Biotechnol., 2007, Vol.76(6),p1347-56)により、ADH活性を測定することによって確認することができる。   Further, when the target organic compound is alcohol, it may be a microorganism modified so that alcohol dehydrogenase (hereinafter also referred to as ADH) activity is enhanced. Here, “ADH activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.1, 1.1.1.2) that catalyzes a reaction in which an aldehyde is reduced to produce an alcohol. “ADH activity is enhanced” means that ADH activity is increased as compared to an unmodified strain. The ADH activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared with the unmodified strain. The enhanced ADH activity is known in the art, for example, Kotrbova-Kozak et al. (Kotrbova-Kozak A, Kotrba P, Inui M, Sajdok J, Yukawa H, Appl Microbiol Biotechnol., 2007, Vol. 76 (6 ), p1347-56), and can be confirmed by measuring ADH activity.

ADH活性が増強した株は、上述のPC活性を増強する方法と同様にして作製することができる。
ADH活性の増強に用いるadh遺伝子としては、ADH活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)由来のadhB遺伝子、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)由来のadhE2遺伝子を挙げることができる。
さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のadh遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のadh遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてADH活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。
A strain with enhanced ADH activity can be prepared in the same manner as the method for enhancing PC activity described above.
The adh gene used for enhancing ADH activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having ADH activity. For example, adhB gene derived from Zymomonas mobilis, adhE2 gene derived from Clostridium acetobutylicum Can be mentioned.
Furthermore, adh genes derived from bacteria other than the above, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The adh gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequences were determined based on the genes whose nucleotide sequences had already been determined, genes encoding ADH activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

なお、本発明に用いる微生物は、有機化合物生産能を付与するための改変のうちの2種類以上の改変を組み合わせて得られる微生物であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。   The microorganism used in the present invention may be a microorganism obtained by combining two or more kinds of modifications for imparting organic compound-producing ability. When making a plurality of modifications, the order does not matter.

また、本発明の製造方法においては、本発明の微生物の処理物を使用することもできる。微生物の処理物としては、例えば、上述した本発明の微生物の菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、またはその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。   In the production method of the present invention, the processed product of the microorganism of the present invention can also be used. Examples of the processed microbial product include, for example, immobilized microbial cells obtained by immobilizing the microbial cells of the present invention described above with acrylamide, carrageenan, etc., crushed crushed cells, centrifugal supernatants thereof, or supernatants thereof. The fraction etc. which refine | purified partially by ammonium sulfate processing etc. are mentioned.

[有機化合物の製造方法]
本発明の製造方法は、本発明の微生物またはその処理物を水性媒体中、ヒドロキシアセトン存在下で、糖類含有原料に作用させることにより、有機化合物を生産させる工程(以下、「発酵工程」という。)を含むが、前記発酵工程の後に、生産された有機化合物を回収する工程(以下、「回収工程」という。)を有することが好ましい。
[Method for producing organic compound]
The production method of the present invention is a step of producing an organic compound by causing the microorganism of the present invention or a processed product thereof to act on a saccharide-containing raw material in an aqueous medium in the presence of hydroxyacetone (hereinafter referred to as “fermentation step”). However, it is preferable to have a step of recovering the produced organic compound (hereinafter referred to as “recovery step”) after the fermentation step.

本発明の製造方法に本発明の微生物を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接用いてもよいが、発酵工程に先立ち、必要に応じて上記微生物を予め液体培地で培養したものを用いてもよい。即ち、後述する種培養や本培養を行なうことで、本発明の微生物を予め増殖させた後に、発酵工程を行なうことができる。
なお、後述する種培養や本培養と、後述する発酵工程は、区別することなく、同時に行なうこともできる。また、種培養または本培養した微生物を反応液中で増殖させながら、ヒドロキシアセトン存在下で糖類含有原料と反応させることによって有機化合物を生産させることもできる。
When the microorganism of the present invention is used in the production method of the present invention, a slant cultured medium such as an agar medium may be directly used. However, prior to the fermentation step, the microorganism may be preliminarily used in a liquid medium. What was cultured may be used. That is, the fermentation process can be performed after the microorganisms of the present invention are proliferated in advance by performing seed culture and main culture described later.
In addition, the seed culture and main culture which will be described later and the fermentation process which will be described later can be performed simultaneously without distinction. Moreover, an organic compound can also be produced by reacting a saccharide-containing raw material in the presence of hydroxyacetone while growing a seed-cultured or main-cultured microorganism in a reaction solution.

<種培養>
種培養は、本培養に供する前記微生物の菌体を調製するために行なうものである。種培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物等が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。
<Seed culture>
The seed culture is performed in order to prepare the cells of the microorganism to be used for the main culture. As a medium used for seed culture, a normal medium used for culturing microorganisms can be used, but a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and propagated by the present microorganism. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolyzate, casein degradation product, peptone, yeast Various organic and inorganic nitrogen compounds such as extract, meat extract, corn steep liquor and the like can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary.

種培養においては、必要に応じて、前記培地に炭素源を添加してもよい。種培養に用いる炭素源としては、前記微生物が資化して増殖し得るものであれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、スクロース、またはフルクトースが好ましく、特にグルコースまたはスクロースが好ましい。これらの炭素源は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。   In seed culture, a carbon source may be added to the medium as necessary. The carbon source used for seed culture is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated and proliferated. Usually, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, xylose, arabinose, sucrose, starch, and cellulose; Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerol, mannitol, xylitol and ribitol are used, among which glucose, sucrose, or fructose is preferable, and glucose or sucrose is particularly preferable. These carbon sources may be added alone or in combination.

種培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。一般的な生育至適温度とは、有機化合物の生産に用いられる条件において最も生育速度が速い温度のことを言う。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。   The seed culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The general optimum growth temperature means a temperature at which the growth rate is the fastest under the conditions used for the production of the organic compound. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.

種培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。一般的な生育至適pHとは、有機化合物の生産に用いられる条件において最も生育速度が速いpHのことを言う。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。   The seed culture is preferably performed at a general optimum pH for growth. The general optimum growth pH refers to a pH having the fastest growth rate under the conditions used for the production of organic compounds. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.

また、種培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、種培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。   The culture time for seed culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the seed culture, oxygen is preferably supplied by aeration or stirring.

種培養後の菌体は、後述する本培養に用いることができるが、種培養については省略してもよく、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接本培養に用いてもよい。また、必要に応じて、種培養を何度か繰り返し行ってもよい。   The bacterial cells after the seed culture can be used for the main culture described later. However, the seed culture may be omitted, and the cells cultured on the slope with a solid medium such as an agar medium may be directly used for the main culture. Moreover, you may repeat seed culture several times as needed.

<本培養>
本培養は、後述する有機化合物生産反応に供する前記微生物菌体を調製するために行なうものであり、主として菌体量を増やすことを目的とする。上述の種培養を行う場合は、種培養により得られた菌体を用いて本培養を行う。
<Main culture>
The main culture is performed in order to prepare the microbial cells to be subjected to the organic compound production reaction described later, and is mainly intended to increase the amount of the microbial cells. When performing the seed culture described above, the main culture is performed using the cells obtained by seed culture.

本培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、培養時の発泡を抑えるために、培地には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The medium used for the main culture can be a normal medium used for culturing microorganisms, but is preferably a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and propagated by the present microorganism. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolyzate, casein degradation product, peptone, yeast Various organic and inorganic nitrogen compounds such as extract, meat extract and corn steep liquor can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during culture, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the medium.

また、本培養においては、前記培地に炭素源を添加することが好ましい。本培養に用いる炭素源としては、前記微生物が資化して増殖し得るものであれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、スクロース、またはフルクトースが好ましく、特にグルコースまたはスクロースが好ましい。   In the main culture, it is preferable to add a carbon source to the medium. The carbon source used in the main culture is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated and proliferated. Usually, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, xylose, arabinose, sucrose, starch, and cellulose; Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerol, mannitol, xylitol and ribitol are used, among which glucose, sucrose, or fructose is preferable, and glucose or sucrose is particularly preferable.

また、前記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用され、前記発酵性糖質がサトウキビ、甜菜、サトウカエデ等の植物から搾取した糖液であるものが好ましい。
これらの炭素源は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。
Moreover, the starch saccharified liquid containing the said fermentable saccharide | sugar, molasses etc. are also used, and what is the saccharide liquid which the said fermentable saccharide extracted from plants, such as sugarcane, sugar beet, and a sugar maple, is preferable.
These carbon sources may be added alone or in combination.

前記炭素源の使用濃度は特に限定されないが、増殖を阻害しない範囲で添加するのが有利であり、培養液に対して、通常0.1〜10%(W/V)、好ましくは0.5〜5%(W/V)の範囲内で用いることができる。また、増殖に伴う前記炭素源の減少にあわせ、炭素源を追加で添加してもよい。   The concentration of the carbon source to be used is not particularly limited, but it is advantageous to add it in a range that does not inhibit growth, and is usually 0.1 to 10% (W / V), preferably 0.5 to the culture solution. It can be used within a range of ˜5% (W / V). Further, a carbon source may be additionally added in accordance with the decrease of the carbon source accompanying the growth.

また、本培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。   The main culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.

また、本培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。   Further, the main culture is preferably performed at a general optimum growth pH. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.

また、本培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、本培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。   The culture time for the main culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the main culture, it is preferable to supply oxygen by aeration or stirring.

また、本培養においては、より有機化合物の製造に適した菌体の調製方法として、特開2008−259451号公報に記載の炭素源の枯渇と充足を短時間で交互に繰り返すように培養を行う方法も用いることができる。   In addition, in the main culture, as a method for preparing bacterial cells more suitable for the production of organic compounds, the culture is performed so that the carbon source depletion and sufficiency described in JP-A-2008-259451 are alternately repeated in a short time. Methods can also be used.

本培養後の菌体は、後述する有機化合物生産反応に用いることができるが、培養液を直接用いてもよいし、遠心分離、膜分離等によって菌体を回収した後に用いてもよい。   The cells after the main culture can be used for the organic compound production reaction described later, but the culture solution may be used directly, or may be used after the cells are collected by centrifugation, membrane separation or the like.

<発酵工程>
発酵工程では、上述の有機化合物生産能を有する微生物またはその処理物を水性媒体中、ヒドロキシアセトン存在下で、糖類含有原料に作用させることにより、有機化合物を生産させる。この発酵工程で起こる反応を、以下、「有機化合物生産反応」という。
(ヒドロキシアセトン)
ヒドロキシアセトンは、微生物の代謝反応により、1,2−プロパンジオール、またはメチルグリオキサールへ変換される。1,2−プロパンジオールへ変換された場合は、NADH、NADPH等の電子伝達体が消費され、一方、メチルグリオキサールへ変換された場合は、逆にNADH、NADPH等の電子伝達体が生成する。つまり、細胞内においてヒドロキシアセトンが代謝される反応により、還元力を消費することも供給することもできる。
<Fermentation process>
In the fermentation process, an organic compound is produced by allowing the above-described microorganism having an organic compound-producing ability or a processed product thereof to act on a saccharide-containing raw material in the presence of hydroxyacetone in an aqueous medium. The reaction that occurs in this fermentation process is hereinafter referred to as “organic compound production reaction”.
(Hydroxyacetone)
Hydroxyacetone is converted to 1,2-propanediol or methylglyoxal by the metabolic reaction of microorganisms. When converted to 1,2-propanediol, electron carriers such as NADH and NADPH are consumed, whereas when converted to methylglyoxal, electron carriers such as NADH and NADPH are generated. That is, the reducing power can be consumed or supplied by the reaction in which hydroxyacetone is metabolized in the cell.

また、微生物によってはヒドロキシアセトンからメチルグリオキサールへ変換された後、さらにメチルグリオキサールからピルビン酸へ変換され得る。この代謝反応においても、NADH、NADPH等の電子伝達体が生成するため、還元力をさらに供給することができる。したがって、ヒドロキシアセトンがピルビン酸まで変換される場合は、還元力の供給をさらに効率よく行うことができる。   In addition, some microorganisms can be converted from hydroxyacetone to methylglyoxal and then further converted from methylglyoxal to pyruvic acid. Even in this metabolic reaction, electron carriers such as NADH and NADPH are generated, so that reducing power can be further supplied. Therefore, when hydroxyacetone is converted to pyruvic acid, the reducing power can be supplied more efficiently.

そのため、発酵工程において、ヒドロキシアセトンが存在することで、以下に説明するように、細胞内の酸化還元バランスを調節することができる。
発酵工程において、ヒドロキシアセトンが存在すると、糖類含有原料からの還元力供給が過剰となっているときには、ヒドロキシアセトンが1,2−プロパンジオールへ変換される反応が優勢となり、還元力を消費することができる。逆に、糖類含有原料からの還元力供給が不足しているときには、ヒドロキシアセトンがメチルグリオキサールへ変換される反応が優勢となり、還元力を供給することができる。さらに、糖類含有原料からの還元力供給が適切な状態のときは、ヒドロキシアセトンから1,2−プロパンジオールへ変換される反応とメチルグリオキサールへ変換される反応とが拮抗するように進行し、還元力の供給と消費のバランスを崩すことなく、適切な状態を維持することができる。
Therefore, in the fermentation process, the presence of hydroxyacetone can adjust the intracellular redox balance as described below.
In the fermentation process, when hydroxyacetone is present, when the reducing power supply from the saccharide-containing raw material is excessive, the reaction in which hydroxyacetone is converted to 1,2-propanediol becomes dominant and consumes the reducing power. Can do. Conversely, when the reducing power supply from the saccharide-containing raw material is insufficient, the reaction in which hydroxyacetone is converted to methylglyoxal becomes dominant, and the reducing power can be supplied. Furthermore, when the reducing power supply from the saccharide-containing raw material is in an appropriate state, the reaction to convert hydroxyacetone to 1,2-propanediol and the reaction to convert to methylglyoxal proceed so as to antagonize and reduce An appropriate state can be maintained without breaking the balance between supply and consumption of power.

発酵工程においては、有機化合物の生産初期(低濃度蓄積時)には還元力が比較的充足しているが、生産後期(高濃度蓄積時)に還元力が不足する傾向が見られる。したがって、高濃度蓄積条件における生産速度を向上させるという効果を得るためには、生産後期の還元力が不足し始めるタイミングで還元力を供給することが重要となるが、本発明のようにヒドロキシアセトンの存在下で発酵工程を行なえば、上述したように自動的に酸化還元バランスの調整を行なうことができる。   In the fermentation process, the reducing power is relatively satisfactory at the initial stage of production of organic compounds (at the time of low concentration accumulation), but the reducing power tends to be insufficient at the latter stage of production (at the time of high concentration accumulation). Therefore, in order to obtain the effect of improving the production rate under high concentration accumulation conditions, it is important to supply the reducing power at the timing when the reducing power in the latter stage of production starts to run short. If the fermentation process is performed in the presence of, the redox balance can be automatically adjusted as described above.

微生物の発酵においては、通常、還元力の供給が不足し始めるタイミングを見極めた上で、例えば、非特許文献1のニュートラルレッド等の化合物を適量添加するのは困難であるので、従来の方法では、目的とする有機化合物が高濃度に蓄積した条件下において生産速度を向上させるという効果を得ることは非常に難しいことであった。   In the fermentation of microorganisms, it is usually difficult to add an appropriate amount of a compound such as neutral red of Non-Patent Document 1 after determining the timing at which the supply of reducing power begins to be insufficient. It was very difficult to obtain the effect of improving the production rate under the condition that the target organic compound was accumulated at a high concentration.

有機化合物生産反応開始時において、水性媒体中のヒドロキシアセトンの濃度は、本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されないが、水性媒体中で、通常0.01g/L以上、好ましくは3.0g/L以上、さらに好ましくは10g/L以上であり、また、通常100g/L以下、好ましくは50g/L以下、さらに好ましくは30g/L以下である。有機化合物生産反応中の水性媒体中のヒドロキシアセトンの濃度は、本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されないが、水性媒体中で、0.001g/L以上、好ましくは0.3g/L以上、さらに好ましくは1g/L以上であり、また、通常10g/L以下、好ましくは5g/L以下、さらに好ましくは3g/L以下である。   The concentration of hydroxyacetone in the aqueous medium at the start of the organic compound production reaction is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, but is usually 0.01 g / L or more, preferably 3 in the aqueous medium. 0.0 g / L or more, more preferably 10 g / L or more, and usually 100 g / L or less, preferably 50 g / L or less, more preferably 30 g / L or less. The concentration of hydroxyacetone in the aqueous medium during the organic compound production reaction is not particularly limited as long as the effect of the present invention is obtained, but is 0.001 g / L or more, preferably 0.3 g / L in the aqueous medium. L or more, more preferably 1 g / L or more, and usually 10 g / L or less, preferably 5 g / L or less, more preferably 3 g / L or less.

ヒドロキシアセトンは、水性媒体中へ直接添加すればよいが、これに加えて、あるいは、これに代えてヒドロキシアセトンを含有する糖類含有原料を用いることもできる。
また、ヒドロキシアセトンを水性媒体へ添加する場合のタイミングとしては、微生物の細胞内の酸化還元バランスを調節する機能を発揮できる範囲内であれば特に限定されず、例えば、発酵工程における有機化合物生産反応を開始する前までに予め水性媒体へ添加してもよいし、有機化合物生産反応を開始した後に添加してもよい。
Hydroxyacetone may be added directly into the aqueous medium, but in addition to or in place of this, a saccharide-containing raw material containing hydroxyacetone can also be used.
In addition, the timing of adding hydroxyacetone to the aqueous medium is not particularly limited as long as it is within a range in which the function of regulating the intracellular redox balance of the microorganism can be exerted. For example, the organic compound production reaction in the fermentation process It may be added in advance to the aqueous medium before the start of the step, or after the organic compound production reaction is started.

(水性媒体)
また、水性媒体とは、発酵工程における有機化合物生産反応を行う水溶液のことであり、後述するように窒素源、無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。当該水性媒体中で、前記微生物またはその処理物と糖類含有原料とを反応させることにより有機化合物生産反応を行うことができる。本明細書において、水性媒体とは、反応容器に含まれる液体全てを意味する。
(Aqueous medium)
Moreover, an aqueous medium is an aqueous solution which performs the organic compound production reaction in a fermentation process, and it is preferable that it is an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, etc. so that it may mention later. In the aqueous medium, an organic compound production reaction can be performed by reacting the microorganism or a processed product thereof with a saccharide-containing raw material. In this specification, the aqueous medium means all liquids contained in the reaction vessel.

水性媒体としては、例えば、微生物を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよいが、反応液は窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して有機化合物を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、反応時の発泡を抑えるために、反応液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The aqueous medium may be, for example, a medium for culturing microorganisms or a buffer solution such as a phosphate buffer, but the reaction solution is an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like. It is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by the microorganism to produce an organic compound. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product And various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the reaction solution.

また、水性媒体には、例えば上述した糖類含有原料、窒素源、無機塩などのほかに、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガス(炭酸ガス)を含有させることが好ましい。炭酸イオンまたは重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムなどから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸またはこれらの塩或いは二酸化炭素ガスから供給することもできる。炭酸または重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。   The aqueous medium preferably contains carbonate ions, bicarbonate ions, or carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) in addition to the saccharide-containing raw material, nitrogen source, inorganic salt, and the like described above. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, etc., which can also be used as a neutralizing agent. It can also be supplied from these salts or carbon dioxide gas. Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include magnesium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate and the like.

水性媒体中における炭酸イオンまたは重炭酸イオンの濃度は、通常1mM以上、好ましくは2mM以上、さらに好ましくは3mM以上であり、また、通常500mM以下、好ましくは300mM以下、さらに好ましくは200mM以下である。二酸化炭素ガスを含有させる場合は、水性媒体1L当たり通常50mg以上、好ましくは100mg以上、さらに好ましくは150mg以上の二酸化炭素ガスを含有させることが好ましく、一方、水性媒体1L当たり通常25g以下、好ましくは15g以下、さらに好ましくは10g以下の二酸化炭素ガスを含有させることが好ましい。   The concentration of carbonate ion or bicarbonate ion in the aqueous medium is usually 1 mM or more, preferably 2 mM or more, more preferably 3 mM or more, and usually 500 mM or less, preferably 300 mM or less, more preferably 200 mM or less. When carbon dioxide gas is contained, it is usually preferred to contain 50 mg or more, preferably 100 mg or more, more preferably 150 mg or more of carbon dioxide gas per liter of aqueous medium, while usually 25 g or less, preferably It is preferable to contain 15 g or less, more preferably 10 g or less of carbon dioxide gas.

有機化合物生産反応中の水性媒体のpHは、用いる上記微生物の種類に応じて、その活性が最も有効に発揮される範囲に調整されることが好ましい。具体的には、コリネ型細菌を用いる場合には、反応液のpHを、通常5.5以上、好ましくは6以上、より好ましくは6.6以上、さらに好ましくは7.1以上であり、一方、通常10以下、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下とすることが好ましい。   The pH of the aqueous medium during the organic compound production reaction is preferably adjusted to a range where the activity is most effectively exhibited according to the type of the microorganism used. Specifically, when coryneform bacteria are used, the pH of the reaction solution is usually 5.5 or higher, preferably 6 or higher, more preferably 6.6 or higher, and even more preferably 7.1 or higher. Usually, it is preferably 10 or less, preferably 9.5 or less, more preferably 9.0 or less.

水性媒体のpHは、生産される有機化合物が酸性物質である場合には、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、アンモニア(水酸化アンモニウム)、またはそれらの混合物等を添加することによって調整することができる。生産される有機化合物が塩基性物質である場合には、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、酢酸等の有機酸、それらの混合物等を添加すること、または二酸化炭素ガスを供給することによって調整することができる。   The pH of the aqueous medium is determined when the organic compound produced is an acidic substance, such as sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium hydroxide, hydroxide It can be adjusted by adding calcium, magnesium hydroxide, ammonia (ammonium hydroxide), or a mixture thereof. When the organic compound to be produced is a basic substance, by adding an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, an organic acid such as acetic acid, a mixture thereof, or by supplying carbon dioxide gas Can be adjusted.

(糖類含有原料)
本発明で用いる糖類含有原料の種類および好ましい糖類含有原料の例は上述した通りである。
(Sugar-containing raw material)
Examples of the saccharide-containing raw materials used in the present invention and preferred examples of the saccharide-containing raw materials are as described above.

前記糖類含有原料の使用濃度は特に限定されないが、有機化合物の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くすると生産性の点で有利であり、好ましい。水性媒体中に含まれる糖類含有原料の濃度は、そこに含まれる糖類の濃度で、水性媒体に対して、通常5%(W/V)以上、好ましくは10%(W/V)以上であり、一方、通常30%(W/V)以下、好ましくは20%(W/V)以下である。また、有機化合物の生産反応の進行に伴う前記糖類含有原料の減少にあわせて、糖類含有原料の追加で添加してもよい。   The use concentration of the saccharide-containing raw material is not particularly limited, but it is advantageous and preferable in terms of productivity if it is as high as possible within a range not inhibiting the formation of the organic compound. The concentration of the saccharide-containing raw material contained in the aqueous medium is usually 5% (W / V) or more, preferably 10% (W / V) or more, based on the concentration of the saccharide contained therein. On the other hand, it is usually 30% (W / V) or less, preferably 20% (W / V) or less. Moreover, you may add in addition of the saccharide containing raw material according to the reduction | decrease of the said saccharide containing raw material accompanying progress of the production reaction of an organic compound.

(その他の条件)
有機化合物生産反応に用いる微生物の菌体量は、特に限定されないが、湿菌体重量として、通常1g/L以上、好ましくは10g/L以上、より好ましくは20g/L以上であり、一方、通常700g/L以下、好ましくは500g/L以下、さらに好ましくは400g/L以下である。
(Other conditions)
The amount of microbial cells used in the organic compound production reaction is not particularly limited, but the weight of wet cells is usually 1 g / L or more, preferably 10 g / L or more, more preferably 20 g / L or more. 700 g / L or less, preferably 500 g / L or less, more preferably 400 g / L or less.

有機化合物生産反応の時間は、特に限定はないが、通常1時間以上、好ましくは3時間以上であり、一方、通常168時間以下、好ましくは72時間以下である。   The time for the organic compound production reaction is not particularly limited, but is usually 1 hour or longer, preferably 3 hours or longer, and is usually 168 hours or shorter, preferably 72 hours or shorter.

有機化合物生産反応の温度は、用いる前記微生物の生育至適温度と同じ温度で行ってもよいが、生育至適温度より高い温度で行うことが有利であり、通常2℃〜20℃、好ましくは7℃〜15℃高い温度で行う。具体的には、コリネ型細菌の場合には、通常35℃以上、好ましくは37℃以上、さらに好ましくは39℃以上であり、一方、通常45℃以下、好ましくは43℃以下、さらに好ましくは41℃以下である。有機化合物生産反応の間、常に35℃〜45℃の範囲とする必要はないが、全反応時間の50%以上、好ましくは80%以上の時間において、上記温度範囲にすることが望ましい。   The organic compound production reaction may be performed at the same temperature as the optimum growth temperature of the microorganism to be used, but it is advantageous to carry out the reaction at a temperature higher than the optimum growth temperature, usually 2 ° C to 20 ° C, preferably It is carried out at a temperature 7 to 15 ° C higher. Specifically, in the case of coryneform bacteria, it is usually 35 ° C. or higher, preferably 37 ° C. or higher, more preferably 39 ° C. or higher, and usually 45 ° C. or lower, preferably 43 ° C. or lower, more preferably 41 It is below ℃. During the organic compound production reaction, it is not always necessary to set the temperature within the range of 35 ° C to 45 ° C.

有機化合物生成反応は、通気、攪拌して行ってもよいが、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行なうことが好ましい。ここでいう嫌気的雰囲気下は、例えば容器を密閉して無通気で反応させる、窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させる、二酸化炭素ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法によって得ることができる。   The organic compound generation reaction may be performed with aeration and stirring, but is preferably performed in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. Under the anaerobic atmosphere here, for example, the container is sealed and reacted without aeration, the reaction is performed by supplying an inert gas such as nitrogen gas, or the inert gas containing carbon dioxide gas is vented. Can be obtained.

本発明の有機化合物の製造方法は、特段の制限はないが、回分反応、半回分反応もしくは連続反応のいずれにも適用することができる。   The method for producing an organic compound of the present invention is not particularly limited, but can be applied to any of batch reaction, semi-batch reaction, and continuous reaction.

<回収工程>
本発明は、上記の有機化合物生成反応により有機化合物が生成し、反応液中に蓄積させることができる。蓄積させた有機化合物は、常法に従って、水性媒体より回収する工程をさらに含んでいてもよい。具体的には、例えば、蓄積させた有機化合物がコハク酸、フマル酸、リンゴ酸等のカルボン酸である場合には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化(晶析)あるいはカラムクロマトグラフィーにより精製するなどして、カルボン酸を回収することができる。蓄積させた有機化合物がエタノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコールである場合には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、蒸留等で濃縮し、その溶液を膜脱水するなどして、アルコールを回収することができる。
<Recovery process>
In the present invention, an organic compound is generated by the organic compound generation reaction and can be accumulated in the reaction solution. The accumulated organic compound may further include a step of recovering from the aqueous medium according to a conventional method. Specifically, for example, when the accumulated organic compound is a carboxylic acid such as succinic acid, fumaric acid or malic acid, solid substances such as cells are removed by centrifugation, filtration, etc., and then ion exchange is performed. The carboxylic acid can be recovered by desalting with a resin or the like, and purification from the solution by crystallization (crystallization) or column chromatography. If the accumulated organic compound is an alcohol such as ethanol, butanol, or butanediol, solids such as cells are removed by centrifugation, filtration, etc., and then concentrated by distillation or the like, and the solution is dehydrated into a membrane. For example, alcohol can be recovered.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

LCの分析方法を以下に示す。
(液相クロマトグラフ(LC)分析−1)
ポンプ:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2130
カラムオーブン:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2350
UV検出器:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2400
RI検出器:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2490
カラム:信和化工社製 ULTRON PS−80H 8.0ID×300mmL
温度:60℃
溶離液:0.11質量%過塩素酸溶液 1.0mL/分
検出方法:UV(210nm),RI
注入量:10μL
(液相クロマトグラフ(LC)分析−2)
ポンプ:島津製作所社製 LC−10Ai
カラムオーブン:島津製作所社製 CTO−10A
UV検出器:島津製作所社製 SPD−10A
RI検出器:島津製作所社製 RID−10A
カラム:三菱化学社製 CK08EH 8.0ID×300mmL
温度:60℃
溶離液:0.055質量%過塩素酸溶液 0.8mL/分
検出方法:UV(280nm),RI
注入量:10μL
コハク酸、およびピルビン酸は前記LC分析−1により定量し、ヒドロキシアセトン、および1,2−プロパンジオールは前記LC分析−2で定量した。
前記LC分析−2では、UV(280nm)とRI検出とでヒドロキシアセトンと1,2−プロパンジオールのピークは重なる。ただし、ヒドロキシアセトンのみがUV吸収(280nm)を有するため、ヒドロキシアセトンはUV(280nm)で定量し、RI換算値を差し引いた上でRIから1,2−プロパンジオールを定量した。
The LC analysis method is shown below.
(Liquid phase chromatograph (LC) analysis-1)
Pump: Hitachi High-Technologies Corporation L-2130
Column oven: Hitachi High-Technologies L-2350
UV detector: Hitachi High-Technologies Corporation L-2400
RI detector: L-2490 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
Column: ULTRON PS-80H 8.0ID × 300mmL manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd.
Temperature: 60 ° C
Eluent: 0.11% by mass perchloric acid solution 1.0 mL / min Detection method: UV (210 nm), RI
Injection volume: 10 μL
(Liquid phase chromatograph (LC) analysis-2)
Pump: Shimadzu Corporation LC-10Ai
Column oven: CTO-10A manufactured by Shimadzu Corporation
UV detector: SPD-10A manufactured by Shimadzu Corporation
RI detector: Shimadzu RID-10A
Column: CK08EH 8.0ID × 300mmL manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
Temperature: 60 ° C
Eluent: 0.055 mass% perchloric acid solution 0.8 mL / min Detection method: UV (280 nm), RI
Injection volume: 10 μL
Succinic acid and pyruvic acid were quantified by LC analysis-1, and hydroxyacetone and 1,2-propanediol were quantified by LC analysis-2.
In LC analysis-2, the peaks of hydroxyacetone and 1,2-propanediol overlap with each other in UV (280 nm) and RI detection. However, since only hydroxyacetone has UV absorption (280 nm), hydroxyacetone was quantified by UV (280 nm), and 1,2-propanediol was quantified from RI after subtracting the RI conversion value.

(実施例1)
<ヒドロキシアセトン存在下でのコハク酸生産評価>
(A)種培養
A培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]1,000mLを、121℃、20分間で加熱滅菌し、室温まで冷やした後、200mLの三角フラスコに15mL入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を600μl添加した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株(XylAB導入、PC増強、LDH破壊株:特願2013−161477)を接種して30℃で5.1時間振とう培養した。
Example 1
<Evaluation of succinic acid production in the presence of hydroxyacetone>
(A) Seed culture A medium [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] 1,000 mL After sterilization by heating at 121 ° C. for 20 minutes and cooling to room temperature, 15 mL was put into a 200 mL Erlenmeyer flask, and 600 μl of a 50% glucose aqueous solution previously sterilized was added. Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain (XylAB introduction, PC enhancement, LDH disruption strain: Japanese Patent Application No. 2013-161477) was inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. for 5.1 hours.

(B)本培養
500mLの三角フラスコに100mLのA培地を入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mL添加した後、上記(A)の種培養で得られた培養液を、O.D.(660nm)が0.02となるように接種し、30℃で、21.5時間振とう培養した。
(B) Main culture After adding 100 mL of A medium to a 500 mL Erlenmeyer flask and adding 4 mL of a 50% aqueous glucose solution sterilized in advance, the culture solution obtained in the seed culture of (A) above was treated with O.D. D. (660 nm) was inoculated to be 0.02, and cultured with shaking at 30 ° C. for 21.5 hours.

(C)発酵工程(コハク酸生産反応)
上記(B)の本培養で得られた培養液を5,000×g、7分間の遠心分離により集菌し、菌体懸濁液[硫酸マグネシウム・7水和物:320mg、硫酸第一鉄・7水和物:13mg、硫酸マンガン・5水和物:13mg、リン酸(85%):410mg、水酸化カリウム(48%):540mg、蒸留水1000mLに溶解]にO.D.(660nm)が60になるように懸濁して菌体溶液を調製した。続いて、グルコース水溶液(500g/L):18g、蒸留水:44g、菌体懸濁液:1mL、D−ビオチン水溶液(100mg/L):66mg、塩酸チアミン(100mg/L):66mgを混合して、基質溶液を作成した。基質溶液にヒドロキシアセトン:1.1g、炭酸水素アンモニウム:960mg、菌体溶液を加え、嫌気的雰囲気下において40℃で反応させた(反応開始時のヒドロキシアセトンの濃度は、13.6g/Lであった)。なお、中和剤[アンモニア水(28%):97g、炭酸水素アンモニウム:32g、蒸留水250mLに溶解]を加えることでpHは7.3に維持した。その結果、16.8時間後のコハク酸蓄積量は3.74g(31.7mmol)、ピルビン酸量は0.48g(5.5mmol)、ヒドロキシアセトン量は0.30g(4.1mmol(3.3g/L))、1,2−プロパンジオール濃度は0.59g(7.8mmol)であり、24.1時間後のコハク酸蓄積量は4.69g(39.7mmol)、ピルビン酸量は0.48g(5.5mmol)、ヒドロキシアセトン量は0.10g(1.3mmol(1.0g/L))、1,2−プロパンジオール量は0.71g(9.3mmol)であった。
(C) Fermentation process (succinic acid production reaction)
The culture solution obtained in the main culture of (B) above was collected by centrifugation at 5,000 × g for 7 minutes, and the cell suspension [magnesium sulfate heptahydrate: 320 mg, ferrous sulfate 7 hydrate: 13 mg, manganese sulfate pentahydrate: 13 mg, phosphoric acid (85%): 410 mg, potassium hydroxide (48%): 540 mg, dissolved in 1000 mL of distilled water] D. A cell solution was prepared by suspending (660 nm) to be 60. Subsequently, glucose aqueous solution (500 g / L): 18 g, distilled water: 44 g, cell suspension: 1 mL, D-biotin aqueous solution (100 mg / L): 66 mg, thiamine hydrochloride (100 mg / L): 66 mg were mixed. A substrate solution was prepared. To the substrate solution, hydroxyacetone: 1.1 g, ammonium hydrogen carbonate: 960 mg, and a bacterial cell solution were added and reacted at 40 ° C. in an anaerobic atmosphere (the concentration of hydroxyacetone at the start of the reaction was 13.6 g / L). there were). The pH was maintained at 7.3 by adding a neutralizing agent [aqueous ammonia (28%): 97 g, ammonium bicarbonate: 32 g, dissolved in 250 mL of distilled water]. As a result, the accumulated amount of succinic acid after 16.8 hours was 3.74 g (31.7 mmol), the amount of pyruvic acid was 0.48 g (5.5 mmol), and the amount of hydroxyacetone was 0.30 g (4.1 mmol (3. 3g / L)), the concentration of 1,2-propanediol was 0.59 g (7.8 mmol), the accumulated amount of succinic acid after 24.1 hours was 4.69 g (39.7 mmol), and the amount of pyruvic acid was 0. .48 g (5.5 mmol), the amount of hydroxyacetone was 0.10 g (1.3 mmol (1.0 g / L)), and the amount of 1,2-propanediol was 0.71 g (9.3 mmol).

(比較例1)
コハク酸生産反応において、基質溶液にヒドロキシアセトンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様の条件で行った。その結果、16.8時間後のコハク酸蓄積量は3.74g(31.7mmol)、ピルビン酸量は0.33g(3.8mmol)、ヒドロキシアセトン量は0g(0mmol)、1,2−プロパンジオール量は0g(0mmol)であり、24.1時間後のコハク酸蓄積量は4.02g(34.1mmol)、ピルビン酸量は0.25g(2.9mmol)、ヒドロキシアセトン量は0g(0mmol)、1,2−プロパンジオール量は0g(0mmol)であった。
(Comparative Example 1)
The succinic acid production reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that hydroxyacetone was not added to the substrate solution. As a result, the accumulated amount of succinic acid after 16.8 hours was 3.74 g (31.7 mmol), the amount of pyruvic acid was 0.33 g (3.8 mmol), the amount of hydroxyacetone was 0 g (0 mmol), and 1,2-propane. The amount of diol is 0 g (0 mmol), the accumulated amount of succinic acid after 24.1 hours is 4.02 g (34.1 mmol), the amount of pyruvic acid is 0.25 g (2.9 mmol), the amount of hydroxyacetone is 0 g (0 mmol) ), The amount of 1,2-propanediol was 0 g (0 mmol).

実施例1、比較例1の結果として、コハク酸、ピルビン酸、ヒドロキシアセトン、1,2−プロパンジオールの量を表1に示した。   As a result of Example 1 and Comparative Example 1, the amounts of succinic acid, pyruvic acid, hydroxyacetone and 1,2-propanediol are shown in Table 1.

Figure 0006446807
Figure 0006446807

実施例1、比較例1のコハク酸生産速度、ヒドロキシアセトン消費速度、1,2−プロパンジオール生産速度を表1の数値から算出し、表2に示した。   The succinic acid production rate, hydroxyacetone consumption rate, and 1,2-propanediol production rate of Example 1 and Comparative Example 1 were calculated from the values in Table 1 and shown in Table 2.

Figure 0006446807
Figure 0006446807

表2より、ヒドロキシアセトンを添加した実施例1では、比較例1に対して生産初期(反応0時間から16.8時間)におけるコハク酸生産速度はほぼ同等であるが、生産後期(反応16.8時間から24.1時間)におけるコハク酸生産速度が3.4倍に向上した。
また、実施例1において、生産後期におけるヒドロキシアセトン消費速度が生産初期における速度の68%程度であるのに対して、生産後期における1,2−プロパンジオール生産速度は生産初期における速度のわずか43%程度と大幅に低下した。これは、生産後期ではヒドロキシアセトンが1,2−プロパンジオールへ変換される反応速度が大きく低下していることを示しており、その多くがメチルグリオキサールへ変換され、還元力を供給する反応が優勢になっていることが示唆された。
以上の結果より、ヒドロキシアセトン存在下でコハク酸生産反応を行うことによって、高濃度蓄積時における還元力の不足を解消し、生産速度が向上することが明らかとなった。
From Table 2, in Example 1 to which hydroxyacetone was added, the succinic acid production rate in the initial stage of production (reaction 0 to 16.8 hours) was almost the same as that of Comparative Example 1, but the latter half of production (reaction 16. The production rate of succinic acid in 8 hours to 24.1 hours) was increased by 3.4 times.
In Example 1, the hydroxyacetone consumption rate in the latter stage of production is about 68% of the rate in the early stage of production, whereas the 1,2-propanediol production rate in the latter stage of production is only 43% of the rate in the early stage of production. The degree dropped significantly. This indicates that the reaction rate at which hydroxyacetone is converted to 1,2-propanediol is greatly reduced in the latter stage of production, and most of it is converted to methylglyoxal, and the reaction that supplies reducing power is dominant. It was suggested that
From the above results, it was clarified that by performing the succinic acid production reaction in the presence of hydroxyacetone, the shortage of reducing power at the time of high concentration accumulation was eliminated, and the production rate was improved.

本発明の有機化合物の製造方法は、微生物の細胞内の酸化還元バランスを調節することによって高濃度蓄積条件における有機化合物の生産速度が向上することができ、高い生産効率で所望の有機化合物を製造することができる。   According to the method for producing an organic compound of the present invention, the production rate of an organic compound under a high concentration accumulation condition can be improved by adjusting the intracellular redox balance of a microorganism, and a desired organic compound can be produced with high production efficiency. can do.

Claims (9)

有機化合物生産能を有する微生物またはその処理物を、水性媒体中、ヒドロキシアセトンの存在下で、糖類含有原料に作用させることにより有機化合物を生産させる工程(以下、「発酵工程」という)を有すること、
前記有機化合物が、ピルビン酸を中間体とする生合成経路を経て得られる有機化合物であること、
前記微生物が、ヒドロキシアセトンを1,2−プロパンジオールに変換する活性、ヒドロキシアセトンをメチルグリオキサールに変換する活性、およびメチルグリオキサールをピルビン酸に変換する活性を有する微生物であること、ならびに
前記発酵工程開始時において水性媒体中のヒドロキシアセトンの濃度が13.6g/L以上であることを特徴とし、
前記糖類は、グルコース、フルクトース、及びスクロースから選択される1種以上を含む、有機化合物の製造方法。
It has a step (hereinafter referred to as “fermentation step”) of producing an organic compound by allowing a microorganism having organic compound-producing ability or a treated product thereof to act on a saccharide-containing raw material in an aqueous medium in the presence of hydroxyacetone. ,
The organic compound is an organic compound obtained through a biosynthetic pathway having pyruvic acid as an intermediate;
The microorganism is a microorganism having an activity of converting hydroxyacetone to 1,2-propanediol, an activity of converting hydroxyacetone to methylglyoxal, and an activity of converting methylglyoxal to pyruvic acid, and starting the fermentation process Characterized in that the concentration of hydroxyacetone in the aqueous medium is at least 13.6 g / L ,
The said saccharide is a manufacturing method of the organic compound containing 1 or more types selected from glucose, fructose, and sucrose .
前記糖類含有原料が、ヒドロキシアセトンを含有する原料であることを特徴とする、請求項1に記載の有機化合物の製造方法。   The method for producing an organic compound according to claim 1, wherein the saccharide-containing raw material is a raw material containing hydroxyacetone. 前記糖類含有原料が、リグノセルロース分解原料であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の有機化合物の製造方法。   The method for producing an organic compound according to claim 1 or 2, wherein the saccharide-containing raw material is a lignocellulose decomposition raw material. 前記糖類含有原料が、スクロース含有原料であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の有機化合物の製造方法。   The method for producing an organic compound according to claim 1, wherein the saccharide-containing raw material is a sucrose-containing raw material. 前記発酵工程を、嫌気的雰囲気下で行うことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機化合物の製造方法。   The said fermentation process is performed in anaerobic atmosphere, The manufacturing method of the organic compound as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記水性媒体が、炭酸イオン、重炭酸イオン、及び二酸化炭素ガスからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機化合物の製造方法。   The said aqueous medium contains at least 1 type chosen from the group which consists of carbonate ion, bicarbonate ion, and a carbon dioxide gas, The manufacture of the organic compound as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Method. 前記有機化合物が、アルコール類、アミン類、カルボン酸類、およびフェノール類からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一
項に記載の有機化合物の製造方法。
The said organic compound is at least 1 type chosen from the group which consists of alcohol, amines, carboxylic acids, and phenols, The manufacture of the organic compound as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Method.
前記微生物が、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の有機化合物の製造方法。 Examples of the microorganism include coryneform bacteria, Escherichia coli, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannheimia genus bacteria, Basfia genus bacteria, Zymomonas (Zymomonas) (Zymobacter) bacteria, and wherein the filamentous fungus, and at least one is selected from the group consisting of yeast, a manufacturing method of an organic compound according to any one of claims 1-7. 前記発酵工程で得られる前記有機化合物を精製する工程をさらに有することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の有機化合物の製造方法。 The method for producing an organic compound according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a step of purifying the organic compound obtained in the fermentation step.
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