JP7111434B2 - 微生物から油を回収する方法 - Google Patents
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Description
微生物から油(すなわち脂質)を回収する、湿式の溶媒なしの方法が本明細書において提供される。方法は、例えば栄養油及び/または脂質バイオ燃料を得ることに有用である。本明細書において記述される油を回収する方法は、随意に、一体化されたバイオプロセスとして(すなわち「ワンポット」方法として)遂行され得る。
本明細書において記述される方法は微生物の集団から脂質を回収することを含む。本明細書において記述される微生物の集団は、藻類(例えば微細藻類)、菌類(酵母が含まれる)、細菌または原生生物であり得る。随意に、微生物には、Thraustochytriales目のThraustochytrid類、より具体的にはThraustochytriales目のThraustochytrium属及びSchizochytrium属が含まれる。随意に、微生物の集団には、米国特許第5,340,594号及び第5,340,742(それらの全体は参照により本明細書に援用される)中で記述されているようなThraustochytriales目が含まれる。微生物は、Thraustochytrium属の種(ATCCアクセッション番号PTA-6245として寄託されたThraustochytrium属の種(すなわちONC-T18)等)であり得る。
発酵
本明細書において記述される微生物は当技術分野において公知の方法に従って培養することができる。例えば、Thraustochytrid(例えばThraustochytrium属の種)は、米国特許US2009/0117194またはUS2012/0244584(それらの全体は参照により本明細書に援用される)中で記述される方法に従って培養することができる。微生物は増殖培地(「培養培地」としても公知)中で増殖される。多様な培地のうちの任意ものは本明細書において記述される微生物の培養における使用のために適切であり得る。随意に、培地は微生物のための様々な栄養成分(炭素源及び窒素源が含まれる)を供給する。
随意に、もたらされたバイオマスを低温殺菌して、細胞を死滅させてバイオマス中に存在する所望されない物質を不活性化する。例えば、バイオマスを低温殺菌して、物質を分解する化合物を不活性化することができる。バイオマスは発酵培地中に存在することができるか、または低温殺菌工程のために発酵培地から単離することができる。低温殺菌工程は、バイオマス及び/または発酵培地を高温へ加熱することによって遂行することができる。例えば、バイオマス及び/または発酵培地は、約55℃~約121℃(例えば約55℃~約90℃、または約65℃~約80℃)の温度で加熱することができる。随意に、バイオマス及び/または発酵培地は、約4分間~約120分間(例えば約30分間~約120分間、約45分間~約90分間、または約55分間~約75分間)で加熱することができる。低温殺菌は、当業者に公知であるような適切な加熱手段を使用して(直接的な蒸気噴射によって等)遂行することができる。
随意に、バイオマスは当業者に公知の方法に従って採取することができる。例えば、バイオマスは、随意に様々な従来の方法(遠心分離(例えば固体排出遠心分離機)または濾過(例えばクロスフロー濾過)等)を使用して、発酵培地から収集することができ、細胞バイオマスの収集の加速のために沈殿剤(例えばリン酸ナトリウムまたは塩化カルシウム)の使用も含むことができる。
細胞の加水分解(すなわち細胞破砕)は、化学的、酵素的、及び/または機械的な方法を使用して遂行され得る。随意に、本明細書において記述される方法は乾燥工程を欠く。例えば、バイオマスは、随意に細胞加水分解の前に乾燥されない。随意に、バイオマスは、発酵が完了した後及び接触工程の前に濃縮されない。
酵素的加水分解からもたらされる破砕した微生物は、発酵培地の分離及び除去によって濃縮することができ、後続の工程のために所望される濃度の破砕した微生物を提供する。随意に、破砕した微生物を遠心分離及び1つまたは複数の物質の除去によって濃縮して、所望される濃度を提供する。遠心分離が使用される場合、随意に、遠心分離は重い層及び軽い層を含む2つ以上の層を提供することができる。重い層は可溶性発酵培地構成要素及び水を含み、軽い層は破砕した微生物を脂質及び廃バイオマスの形態で含む。軽い層はある程度の水を更に含み得る。軽い層は、少なくとも脂質及びバイオマスの一部ならびに水をエマルションの形態で含み得る。
上述のように、脂質は、塩の存在下及び有機溶媒の非存在下において破砕した微生物から高温で抽出される。
本明細書において記述される方法に従って産生された多価不飽和脂肪酸(PUFA)(例えばDHA、EPA)及び他の脂質は、例えばそれらの生物学的特性または栄養特性を利用して、任意の多様な適用において利用することができる。随意に、化合物は、医薬品、栄養油(例えば栄養油サプリメント)、食品サプリメント、動物用飼料添加剤、化粧品、バイオ燃料、及び同種のものにおいて使用することができる。本明細書において記述される方法に従って産生された脂質は、他の化合物の産生における中間体としても使用することができる。随意に、本明細書において記述される方法に従って産生された脂質は、最終製品(例えば食品または飼料のサプリメント、乳児用調合乳、医薬品、燃料(例えばバイオ燃料)など)の中へ取り込むことができる。
低温殺菌
T18バイオマスを60℃で1時間撹拌しながら加熱して細胞を低温殺菌した。
低温殺菌されたT18バイオマスを周囲温度で20分間4150rpmで遠心分離して、細胞ペーストから最終培地を分離した。培地を除去し、同等の質量の水を細胞ペーストへ添加して細胞を洗浄した。細胞ペースト-水混合物を1分間振盪し、再遠心分離し、水相を除去した。
水洗浄T18細胞ペーストを水により150g/Lへ調整した。サブサンプル(10mL)を取り出し、50mL遠心分離チューブへ添加した。各々のサブサンプルを表1に従って最終濃度へ酸または塩基により処理した。混合物を121℃で15分間オートクレーブして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルをヘキサン抽出して、回収された油のパーセンテージを物質収支によって決定した(図1)。160mMのHCl及びH2SO4による加水分解は85%を超える油回収をもたらした。
水洗浄T18細胞ペーストを水により220g/Lへ調整した。pHを1NのNaOHにより7.5へ調整した。サブサンプル(10mL)を取り出し、50mL遠心分離チューブへ添加した。各々のサブサンプルを表2に従って酵素により処理した。混合物を50℃で22時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルをヘキサン抽出して、回収された油のパーセンテージを物質収支によって決定した(図2)。アルカラーゼ単独または別の酵素と組み合わせた加水分解は85%を超える油回収をもたらした。
低温殺菌非洗浄T18バイオマス(10mL)のサブサンプルを50mL遠心分離チューブへ添加した。対照を水洗浄し、水で170g/Lへ調整し、50mL遠心分離チューブの中へサブサンプルをとった。各々のサブサンプルを表3に従って酸または酵素により処理した。酸加水分解サンプルを121℃で15分間オートクレーブして細胞を加水分解した。酵素的に加水分解したサンプルを1NのNaOHによりpH7.5へ調整し、50℃で26時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。酸加水分解または酵素的加水分解後に、サンプルをヘキサン抽出して、回収された油のパーセンテージを物質収支によって決定した(図3)。洗浄した油の回収に同等な洗浄していない油の回収は、0.2%のアルカラーゼ加水分解で達成された。
水洗浄T18細胞ペーストを水により210g/Lへ調整した。pHを1NのNaOHにより7.5へ調整した。サブサンプル(10mL)を50mL遠心分離チューブの中へ添加した。各々のサブサンプルを0.2%のv/vアルカラーゼにより処理した。混合物を70℃で4時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。対照を55℃で18時間振盪ながらインキュベーションした。加水分解後に、サンプルをヘキサン抽出して、回収された油のパーセンテージを物質収支によって決定した(図4)。70℃へ温度を増加させることによって、55℃で18時間の加水分解に同等な油の回収は、4時間で達成された。
水洗浄T18細胞ペーストを水により200g/Lへ調整し、pHを1NのNaOHにより7.5へ調整した。サブサンプル(10mL)を取り出し、50mL遠心分離チューブへ添加した。各々のサブサンプルを0.2%のv/vアルカラーゼにより処理した。混合物を55℃で18時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、各々のサブサンプルを表5に従ってバイオ燃料により抽出し、油のパーセンテージを物質収支によって決定し、純粋な油の脂質クラスプロファイルに基づかせた(図5及び表5)。1:0.4(湿潤バイオマス:バイオ燃料)による抽出は、脂質クラスプロファイルに基づいて、85%を超える油回収をもたらした。トリグリセリド(TG)藻類油をエチル化し(EE)、親TG油に加えて、油抽出のために使用した(表6)。湿潤バイオマス:EE藻類油のすべての比は、脂質クラスプロファイルに基づいて、85%を超える油回収をもたらした。
200mLの224g/Lの固形物濃度(159g/Lのバイオマス濃度)の洗浄されないT18バイオマスを、55℃へ加熱し、1NのNaOHによりpH8へ調整した。サンプルを0.4%(v/v)のアルカラーゼにより処理し、55℃で18時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した。培地の85%を除去した。水の除去後に、残りのサンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、廃バイオマスから油を分離した。油を回収し、回収された油の%を物質収支によって決定した。加水分解後の水の濃度を低減させることによって、90%を超える油回収は、溶媒なしの油抽出によって達成された。
151,400kgの111g/Lのバイオマス濃度の洗浄されないT18バイオマスを、55℃へ加熱し、50NのNaOHによりpH8へ調整した。606Lのアルカラーゼを添加し、pHを8へ戻すように調整し、混合物を2つの容器の間で再循環させて、加水分解のために55℃で18時間混合した。加水分解後に、ブロスの重量は160,400kgであった。加水分解されたバイオマスを遠心分離のために55℃で保持して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した(図6)。134,400kgの培地を除去し、26,000kgの濃縮した加水分解されたバイオマスを回収した。濃縮した加水分解されたバイオマスを1300kgのNa2SO4により処理し、90℃で混合ながら加熱し、その後遠心分離して廃バイオマスから油を分離した(図7)。7606kgの油は82%の合計の油回収で回収された。回収された油の過酸化物価(PV)及び酸価(AV)は、それぞれ0.4meq/kg及び0.38mg KOH/gであった。
143g/Lのバイオマス濃度の洗浄されないT18バイオマスを、55℃へ加熱し、1NのNaOHによりpH8.0へ調整した。25mLサブサンプルを50mL遠心分離チューブの中へ取り出した。各々のサブサンプルを表7に従って処理した。混合物を55℃で振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルを100℃の槽中に20分間置いて酵素を失活させた。酵素の失活後に、サンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した。培地のおよそ80%を除去した。培地を0.25μmフィルターを介して通過させ、加水分解度をo-フタルジアルデヒド(OPA)法によって決定した(Spellman,D.,McEvoy,E.,O’Cuinn,G.,and Fitz, G.R.J.2003.Proteinase and exopeptidase hydrolysis of whey protein:Comparison of the TNBS, OPA and pH stat methods for quantification of degree of hydrolysis.International Dairy Journal,13:447-453)。表7を参照されたい。
143g/Lのバイオマス濃度の洗浄されないT18バイオマスを、55℃へ加熱し、1NのNaOHによりpH8.0へ調整した。25mLサブサンプルを50mL遠心分離チューブの中へ取り出した。各々のサブサンプルを表8に従って処理した。混合物を55℃で振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルを100℃の槽中に20分間置いて酵素を失活させた。酵素の失活後に、サンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した。培地のおよそ80%を除去した。培地を0.25μmフィルターを介して通過させ、加水分解度をOPA法によって決定した(表B)。
150mLの洗浄されないT18のサブサンプルを250mLビーカーへ取り出した。各々のサブサンプルを1MのHClまたはNaOHにより処理して、表9に従って所望されるpHへ調整した。各々のpH条件の30mLのサブサンプルを50mL遠心分離チューブへ取り出した。各々のサブサンプルを0.5%のv/vアルカラーゼにより処理した。混合物を55℃で16時間振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した。およそ60%の培地を除去した。濃縮した加水分解されたバイオマスを5%(w/v)のNa2SO4により処理し、70℃で60分間振盪しながら加熱して、廃バイオマスから油を分離した。油を回収し、溶媒なしに回収された油の%を物質収支によって決定した。図10。同等な油回収はpH5.5及び8で達成された。
30mLの洗浄されないT18バイオマスのサブサンプルを50mL遠心分離チューブへ取り出した。各々のサブサンプルを、0.5%(v/v)の酵素により及び表9に従って処理した。混合物を55℃で振盪しながらインキュベーションして細胞を加水分解した。加水分解後に、サンプルを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、濃縮した加水分解されたバイオマスから培地を分離した。およそ50%の培地を除去した。濃縮した加水分解されたバイオマスを5%(w/v)のNa2SO4により処理し、70℃で60分間振盪しながら加熱した。処理後に、サンプルをヘキサン抽出して、物質収支によって回収された油の%を決定した。代替の酵素は加水分解についてアルカラーゼほど効率的であるとは同定されなかったが、必要であるならば、アルカラーゼの代わりに、選択された酵素(プロテアーゼ『M』、Savinase Ultra、Blaze Evity、またはポーラーザイム(Polarzyme))を使用できるだろう。
180g/Lのバイオマス濃度の洗浄されないT18バイオマスサンプルを、0.6~0.8mmの酸化ジルコニウム粉砕媒体(80%(v/v)のビーズ体積)をロードした300mLのDyno-Mill Multi Labステンレス鋼チャンバーの中へ供給した。連続モードにおいて、ビーズ粉砕機を、10m/秒のインペラーチップ速度及び80mL/分間の供給フロー率で操作した。部分的に破砕したバイオマススラリーのサブサンプルを、第2の通過のために破砕チャンバーを介して戻して通過させた。バイオマススラリーを40℃で20分間4600rpmで遠心分離して、廃バイオマスから油を分離した。油を回収し、回収された油の%を物質収支によって決定した。1つの通過及び2つの通過は70%の油回収をもたらした。
Claims (20)
- 油産生微生物から油を回収する方法であって、
(a)前記微生物を発酵培地で培養する工程と;
(b)前記微生物の破砕を引き起こす条件下で前記発酵培地内で酵素によって前記微生物を加水分解する工程であって、加水分解された前記微生物が油を含む、工程と;
(c)前記油を含む前記加水分解微生物から前記発酵培地の25%~95%の水成分を分離する工程と;
(d)塩の存在下及び有機溶媒の非存在下において、ステップ(c)で濃縮した前記加水分解微生物から高温で前記油を抽出する工程であって、抽出により記加水分解微生物から前記油を分離する、工程と;
(e)ステップ(d)の前記油を回収する工程とを含む、方法。 - 前記加水分解する工程の前に、細胞破砕のための前処理工程を含まない、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程が、0.001%~0.4%の酵素存在下で1~20時間、45~70℃で遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程がpH5~8.5で遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程が50℃~70℃の温度で遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程が1~8時間遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記酵素がプロテアーゼである、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出する工程の間の前記高温が75~95℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出する工程の間に添加される塩の濃度が1%~5%である、請求項1に記載の方法。
- 前記微生物の集団が、藻類、菌類、細菌及び原生生物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記微生物の集団がThraustochytrium属、Schizochytrium属及びその混合物から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記微生物の集団が、ATCCアクセッション番号PTA-6245として寄託されたThraustochytrium属の種である、請求項1に記載の方法。
- 前記油がドコサヘキサエン酸を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水成分の80~90%が、前記油を含む前記加水分解微生物から分離される、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程が、0.05%~1%の酵素存在下で遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記加水分解する工程がpH8.0で遂行される、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出する工程の間の前記高温が85℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出する工程の間に添加される塩の濃度が4%~5%である、請求項1に記載の方法。
- 前記油の少なくとも80%が回収される、請求項1に記載の方法。
- 前記油の少なくとも90%が回収される、請求項1に記載の方法。
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