JPH05506983A - 天然長鎖アルコールの製造方法 - Google Patents

天然長鎖アルコールの製造方法

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JPH05506983A
JPH05506983A JP91507198A JP50719891A JPH05506983A JP H05506983 A JPH05506983 A JP H05506983A JP 91507198 A JP91507198 A JP 91507198A JP 50719891 A JP50719891 A JP 50719891A JP H05506983 A JPH05506983 A JP H05506983A
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ペイジ,グレゴリ ブイ.
エイラーマン,ロバート ジー.
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有機酸又はその誘導体からの約4〜約20個の炭素原子を含む1級ア ルコールの製造方法に関する。この方法は、カルボン酸又はその誘導体を含む好 適な培地においてムコルQlucor)属の菌を培養することにより行われる。
発明の背景 オクタツール及びヘキサノールのような長鎖1級アルコールは有効な官能性を有 し、調味及び風味剤として長い間用いられてきた。
ヘキサノールは、フルーツ風味組成物において及びココナツツ及び種々の果実に おいて重要な用途を有し、一方オクタノールは柑橘類の風味剤並びに桃、パイナ ツプル、ココナツツ及びチョコレート風味剤において用いられている。ヘキサノ ールは、苺、ジャワシトロネラ、プルボンゼラニウム、ラベンダー及びダイダイ のような種々の精油に天然に得られる。オクタツールは緑茶、グレープフルーツ 、及び種々のオレンジにみられる。
これらのアルコールは種々のフルーツ及び草に見られるが、抽出又は蒸留による その単離は、存在する濃度が低いため不可能である又は実用的ではない。従って 、風味及び調味剤として用いるためにこれらの長鎖アルコールを製造するため、 合成反応がしばしば用いられる。
4個以上の鎖長を有する1級アルコール(すなわちブタノール)の微生物による 製造はほとんど報告されていない。アスペルギルスフラブス(Aspergil lus flavus)は、Kaminski、 E、ら、Appl/Micr obio1..24ニア21−726 (1972)により、湿めらせた小麦全 粒粉で成育させた際にオクタツール及びヘキサノールを製造することが報告され た。
しかし、インキュベージジン4日後、2kgの全粒粉から回収されたアルコール は1mg未満であった。同様に、Kaminski、 E、ら、Appl。
が報告されたが、収率は低かった。
種々の乾燥したマツシュルーム、例えばボレタスエジュリス但虹etus ed ulis)の抽出物も少量のヘキサノール及びオクタツールを含むことが報告さ れた。
最近、Acta Biotechno!、、7:209−219 (1987) において、ジモモナス(Zymomonas)の菌株が少量のヘキサノールを製 造できることが報告された。ワイン及びビールの醗酵の間の酵母による低レベル の長鎖アルコールの製造に関し他の報告がなされた。これらの化学物質は、通常 その生成物において望ましくないと考えられている。
しかし、所望の長鎖アルコールを得るために植物抽出物を用いる方法の場合のよ うに、上記引例に記載された微生物による方法は、収率がとても低く、風味配合 物に含まれるに必要な鎖長を有するアルコールではなく特定の鎖長のアルコール のみを製造する欠点を有する。このように、高収率で及び種々の風味配合物に用 いるに必要な炭化水素鎖長で長鎖アルコールを製造する微生物による方法を開示 した文献はない。
従って、本発明の目的は、アルコール製造に経済的な収率のそのようなアルコー ルの微生物による製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、種々の炭素鎖長の1級アルコールの微生物による製造方法 を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、対応する飽和もしくは不飽和カルボン酸もしくはそ の誘導体よりアルコールを提供することである。
発明の概要 種々の長鎖アルコールの微生物による製造方法が開示され、この方法において、 醗酵により所望のアルコールを製造するため、ムコル(Mucor)菌培養物又 はその酵素抽出物が、少なくとも4個の炭素原子を有するカルボン酸又はその塩 、アルキルエステル、モノ、ジもしくはトリグリセリド、又は未置換、モノアル キルもしくはジアルキルアミドを含むその誘導体を含む培養基にインキュベート される。
本発明の微生物による方法において培養基として用いられる有機カルボン酸もし くはその誘導体は、カルボン酸部分の還元による末端ヒドロキシル基の形成を妨 害しない官能基で置換していてもよい。
04〜C7゜の1級アルコールを製造するため、培養基として、長さ4〜20個 の炭素の飽和カルボン酸もしくはその誘導体を用いることが好ましい。
発明の詳細な説明 以下の発明は、少なくとも4個の炭素を有する有機カルボン酸もしくはその誘導 体から高収率で長鎖1級アルコールの製造に有効な微生物による方法に関する。
有機カルボン酸は好ましくは04〜C2゜アルカン酸もしくはアルケン酸であり 、対応する1級アルコールは同じ数の炭素原子長さを有する。
ここで「官能性」とは、嗅覚もしくは味覚の感覚を刺激する、従って特徴的な臭 い及び/又は風味を有するとして知覚される本発明の化合物を意味する。
「臭い」、「芳香」及び「臭気Jは、化合物が臭覚を刺激する際に相互に用いら れる。「風味」、「調味」及び「味」は、官能性化合物が味覚を刺激する際に相 互に用いられる。
ここで、アルキルとは1〜20個の炭素原子を有する分岐鎖もしくは線状飽和炭 素鎖を意味し、アルケニルとは1つ以上の二重結合を含む分岐鎖もしくは線状炭 素鎖を意味する。
本発明の方法により製造される長鎖1級アルコールは有効な、特徴的風味及び調 味特性を有する官能性化合物である。1種以上の本発明により製造されるアルコ ールを有効量含むことにより、消耗性物質の風味及び調味を高めることができる 。このアルコールはすべて天然成分が必要なある種の風味組成物において特に有 効である。
ルボン酸部分を還元しアルコールを形成する。
本発明の微生物による方法に基質として用いられる有機カルボン酸もしくはその 誘導体は、末端ヒドロキシル基の形成を妨害しない1個以上の官能基で置換され ていてもよい。
好ましい基質は下式、 R” C(0) Z (上式中、R1は3〜19個の炭素を有するアルキルもしくはアルケニルであり 、 Zは−OX、 −0CHICHOR’CHOR’ もしくは−NR’R@であり 、ここでXは水素、1〜6個の炭素を有するアルキル、アルカリもしくはアルカ リ土類金属カチオン又はイオン交換樹脂であり、RA及びR4は独立に水素、1 〜6個の炭素を存するアルキル、又はR”C(0)であり、そして R6及びR6は独立に水素又は1〜6傭の炭素を育するアルキルである) の化合物を含む。
アルファ炭素は未置換であり不分技鎖であることが好ましい。
他の好ましい基質は、C4〜C2゜直鎖飽和脂肪族カルボン酸、すなわちR2が アルキルでありXが水素であるものである。
他の好ましい基質は、R1が R1“(CHり。
を表し、R1’が水素、C+−isアルキル、又は1〜15個の炭素原子を有す るアルケニルであるものである。
基質酸は遊離酸として又は塩、例えばナトリウム、カリウム、カルシウム、マグ ネシウム、アンモニウム等の形状で菌に直接加えてよい。この他に、あらゆる酸 誘導体(例えば、エステル、アミド、無水物、等)を用いてよい。
エステル基質の場合、アルコール部分は好ましくは炭素原子を6個以下含む。グ リセロールエステルも用いてよい。
本発明の方法により用いられる普通ブイヨン(nutrient broth) は状の窒素源、炭水化物及び無機物を含む。本発明の方法に用いられる醗酵条件 は、培養の生存力を維持するあらゆるpH5温度、基質濃度及び基質供給速度を 含む。
本発明の方法はバッチ又は連続法で行ってよい。バッチ醗酵において、栄養素、 培地及び基質が混合され、アルコール濃度が一定になるまで醗酵される。連続法 において、基質もしくは栄養素が醗酵反応器を通り連続的に循環される。基質は 連続的に加えられ、生成物は循環媒体から取り出される。
本発明の方法により、菌の培養及び醗酵インキュベーションは、通常の栄養素が 存在する水性媒体中で有効な長さの時間及び有効な温度において行われる。好適 な媒体は、炭素源、窒素源、無機塩及び生長因子を含むものである。好適な炭素 源は、グルコース、フルクトース、キシロース、スクロース、マルトース、ラク トース、マンニトール、ソルビトール、グリセロール、コーンシロップ及びコー ンシロップ固体を含む。好適な窒素源の例は、有機及び無機窒素含有物質、例え ばペプトン、コーンステイープリカー、肉エキス、酵母エキス、カゼイン、尿素 、アミノ酸、アンモニウム塩、硝酸塩及びこれらの混合物を含む。リン酸塩、硫 酸塩、マグネシウム、ナトリウム、カルシウム、及びカリウムが本発明の方法の 水性媒体中に用いられる無機塩の例である。好適な成育因子はB群の1種以上の ビタミン、1種以上の微量のミネラル、例えば鉄、マンガン、コバルト又は銅を 含む。
窒素源として用いる場合、ペプトンは好ましくは約0.1〜約3重量パーセント の濃度で用いられる。ブイヨンの総重量に対し約0.O1〜約1.0重量パーセ ントの濃度でペプトンを用いることが好ましい。
酵母エキスは、水性媒体中のビタミン源として用いられる場合、好ましくは約0 .1〜約2重量パーセントの濃度で用いられる。ブイヨンの総重量に対し約0. 2〜約1重量パーセントの濃度で酵母エキスを用いることがより好ましい。
栄養素には種々のビタミン及びミネラル、例えば1種以上のBビタミン及び微量 物質、例えば鉄、マンガン、コバルト及び銅等を加えてよい。
また、Bビタミンを独立に又は酵母エキスの形状で用いることも好ましい。
デキストロースを所望により栄養素媒体に、好ましくは約1〜約20重量パーセ ント、より好ましくは約2〜約10重量パーセントの濃度で含んでよい。最も好 ましい濃度は約2〜約5重量パーセントである。水性媒体への上記添加物の種類 及び量は選ばれた菌種並びにインキュベーションの時間及び温度に基づいて決定 される。
典型的な方法において、Mucor菌は成熟培養を形成する量で培養される。培 養菌は醗酵槽に接種され、インキュベートされる。次いで基質が加えられ、一定 の濃度のアルコールが存在するようになるまで醗酵が行われる。
菌の培養及び醗酵インキュベージコンは嫌気条件において静置培養又は液内培養 (例えば振盪フラスコ醗酵器)で行ってよい。培養及びインキュベーションは、 あらゆる好適なpH1例えば約3〜約9、より好ましくは約4〜約8、最も好ま しくは約6〜約7で行われる。pHは有機もしくは無機酸又は塩基、例えば塩酸 、酢酸、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウム、アンモニア、イオン交換樹脂の添 加により、又はリン酸、フタル酸もしくはTrisのようなバッファーの添加に より調整される。
インキュベーション温度は好適には約18〜約31’C1好ましくは約24〜約 28°C1より好ましくは約24〜約27°Cに保たれる。嫌気条件が好ましい が、菌の培養及び醗酵インキュベーションは約100%までの溶解酸素を含む雰 囲気で行ってもよい。
また、嫌気条件において開始の際に培地に基質を加える。基質は、醗酵インキュ ベーションの間又は培養終了後に単独で又は他の炭素源、例えばグルコース、と 共に加えてよい。醗酵ブイヨンにおいて培養の成育後約7〜24時間の間に培養 に基質を加えることが好ましい。
基質は最初の7〜12時間後に醗酵の間に連続的に加えてよい。この添加の好ま しい供給速度は培地1リツトルあたり約0.001〜2g/hourである。よ り好ましい供給速度は約0.01〜1 g/hour/Iてあり、最も好ましい 供給速度は0.1−0.3g/hour/1である。
培地中の基質の安定な濃度は条件によって大きく異なる。
実際、培地中の基質の濃度は、栄養ブイヨンの総重量に対し、約0.01〜約l O%、好ましくは約0.1%〜約5%、より好ましくは0.1〜約0.5%であ る。反応時間は、用いられる微生物の株、培地の組成及び存在する基質のタイプ のような特定のインキュベーションパラメーターによって異なる。通常、振盪フ ラスコ培養法は定常状態に達するまでに2時間〜約10日間必要であり、用いら れる微生物株及び基質によって異なる。しかし、醗酵器を用いる場合、醗酵時間 は約90時間もしくはそれ以下に低下する。
菌の醗酵インキュベーションは、容器に窒素ガスを散布することによりインキュ ベーションブイヨン中の溶解酸素含量が0%に保たれた嫌気条件で行われる。基 質は好ましくは水相及び微生物と連続的に接触される。通常、激しく攪拌するこ と又は振盪することで十分であるが、所望により基質の分散を助けるためTwe en 80のような界面活性剤を加えてもよい。起泡を制紳するため、シリコー ンオイル、ポリアルキレンゲリコール誘導体、又は大豆油のような従来の消泡剤 も用いてよい。
醗酵は、公知の方法で培養溶液から単離した細胞を用いて、又は細胞から単離し た酵素抽出物でおこなてよい。酵素抽出物を用いる場合、反応は水溶液中で連続 的に行われる。そのような水溶液の例は、バッファー溶液及び水を含む。単離さ れた細胞又はその酵素抽出物は固体支持体上に固定され、所望の形質転換が行わ れる。連続法で固定された形状の酵素抽出物を用いることが都合がよい。基質の 醗酵は菌の突然変異体によっても行ってよい。
アルコールの醗酵製造の進行は、クロマトグラフィー(ガス−エキタイ、薄層又 は高速液体)、並びにIR及びNMRのような分光分析のような標準分析法を用 いてアルコール濃度をアッセイすることによりモニターされる。また、醗酵は基 質、例えば脂肪酸もしくはその誘導体、又は炭水化物、例えばグルコースの濃度 、又はpH変化を測定することによりモニターされる。アルコールの醗酵による 製造は通常、すべての基質が消費された際、又はアルコール濃度がこれ以上増加 しなくなった際に停止される。
4〜20個の炭素原子を含む最終生成物が単離され、溶剤抽出、蒸留、クロマト グラフ分離、高速液体クロマトグラフィー等により精製される。
本発明はそのような1級アルコールを高収率、例えば培地1リツトルあたり約5 0〜100mgから約2〜3gの1級アルコールを製造する。一方、従来の醗酵 法のアルコール収率は、最大1リツトルあたりわずか数ミリグラムのオーダーで あった。
以下の例は本発明の好ましい実施態様の説明である。この例は単なる説明であっ て限定するものではない。
部、割合、パーセント、及び比は特に示さない限りすべて重量基準である。
tomlのMucor circinelloides(ATCCNo、209 83)の静置培養を、1リツトルの水に溶解した1%ペプトン、0.5%酵母ブ イヨン、及び5%デキストロースからなる1リツトルの滅菌したブイヨン(以後 PYE−5ブイヨンと呼ぶ)を含む2リツトルの醗酵器に接種する。接種後、1 .5%(15g)の2−メチルブチルヘキサノエート(2MBl()をこの容器 に加える。この混合物には気体を加えず、インキュベーション5日後、ブイヨン を塩化メチレンで抽出する。抽出物は約8gであり、主要な成分は15%ヘキサ ノール、15%メチルヘキサノエート、15%ヘキサン酸及び40%2&lBH である。これは1.2gルブイヨンのヘキサノール収率を表している。
種々の媒体、基質濃度及び成育条件の使用によってえられる結果を表■に示す。
収率 ’1に質 pHインキュベーン3ン ヘキサノール 21BHヘキすン酸 メチ ル (gヘキt/−ル(cone) 時I ヘキサノエート /L ブイヨン) エチルオクトネートを含む100+nlのPYEブイヨン内でM、 eirci nelloides(ACTT No、20983)を成育させた。4日間の間 定期的にpHを7.0に調整し、その後ブイヨンを抽出した。抽出物は1.5g であり、60%エチルオクタノエート、20%オクタツール、2%メチルカプロ エート及び4%オクタン酸を含んでいた。
15リツトルのPYE−5に100m1のM、 circinelloides (ATCCNo、20983)の静置培養を接種する。GIHを7.0に、温度 を27℃に保つ。反応器には気体を加えない。24時間後、2ml/hの速度で 24時間、培養にエチルオクタノエートを加える(合計48m1のエステルを加 える)。接種36時間後にブイヨンを有機溶媒で抽出する。抽出物は35gであ り、55%エチルオクタノエート、23%オクタン酸及び3%オクタツール例1 に記載のようにして、1.5%麦芽エキスを含むPYE−2内でM、 circ inelloides(ATCCNo、27649.8540及び42258) を成育させた。24時間予備接種後、各培養に(L5%の2MBHを加えた。3 日後、培養を抽出し、抽出物は2〜3%ヘキサノールを含み、これはブイヨン1 リツトルあたり0.1g未満の収率に相当する。
テストした他の株は、M、 hiemalis(ATCCNo、24435)( 0,5% ヘキサノール) 、M、 hiemalis(ATCCNo、288 41及び22840) (微量のヘキサノール、定量不能)、及びM、 1eu teus(ATCCNo、28932)(微量)を含む。M、 sps、560 7及びM、 corticolus 18358は共に嫌気条件において成育が 遅く、ヘキサノール製造についてはアッセイしなかった。
しかし、これらのMucor種により得られた収率は、ブイヨンlリットルあた りわずか数ミリグラムのヘキサノールである他のシステムにより得られた収率よ りもずっと高い。
M、 circinelloides(ATCCNo、20983)の24時間 静置培養300m1を16リツトルのPYE−10に接種する。2時間後、1m l/hの速度でエチルヘキサノエートを反応器に加え、17時間後に2ml/h に高める。エステルは72時間供給する(加えた総エステルは16fmlである )。ブイヨンの総体積を塩化メチレンで抽出する。得られる抽出物を27gであ り、64%ヘキサノール(17,4g)を含み、1.1g/lの収率に相当する 。
要約書 有機酸もしくはその誘導体からの4〜20個の炭素原子を含む1級アルコールの 製造方法が開示されている。この方法は、嫌気条件において、カルボン酸もしく はその誘導体を含む好適な培地でMucor属の菌を培養することを含む。
国際調査報告 −〜−喝mal^−””+I r/IKcN znt<am

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.カルボン酸、カルボン酸の塩もしくはアルキルエステルを含む基質及びムコ ル(Mucor)菌を栄養培地内でインキュベートすること、 C4〜C20長鎖アルコールを高収率で製造するに有効な時間及び温度に菌及び 栄養培地を保つこと、そして栄養培地からアルコールを抽出することを含む、C 4〜C20長鎖1級アルコールの製造方法。
  2. 2.カルボン酸、カルボン酸の塩もしくはアルキルエステルを含むC4〜C20 基質を含むムコル(Mucor)菌酵素抽出物を栄養培地内でC4〜C20長鎖 アルコールを高収率で製造するに有効な時間及び温度でインキュベートすること 、そして栄養培地からアルコールを抽出することを含む、C4〜C20長鎖1級 アルコールの製造方法。
  3. 3.前記菌がムコル(Mucor)属である、請求項1記載の方法。
  4. 4.カルボン酸もしくはその対応する誘導体が下式、R2C(O)Z (上式中、R2は3〜19個の炭素を有するアルキルもしくはアルケニルであり 、 Zは−OX、−OCH2CHOR3CHOR4もしくは−NR5R6であり、X は水素、1〜6個の炭素を有するアルキル、アルカリもしくはアルカリ土類金属 カチオン又はイオン交換樹脂であり、R3及びR4は独立に水素、1〜6個の炭 素を有するアルキル、又はR2C(O)であり、そして R5及びR6は独立に水素又は1〜6個の炭素を有するアルキルである) を有するものである、請求項2記載の方法。
  5. 5.前記酵素抽出物がムコル(Mucor)属の菌由来のものである、請求項2 記載の方法。
  6. 6.前記長鎖アルコールがC4〜C201級アルコールである、請求項1記載の 方法。
  7. 7.前記長鎖アルコールがC4〜C201級アルコールである、請求項2記載の 方法。
  8. 8.前記カルボン酸の誘導体が、塩、アルキルエステル、モノ、ジもしくはトリ グリセリド、又は未置換、モノアルキルもしくはジアルキルアミドからなる群よ り選ばれる、請求項1記載の方法。
  9. 9.前記長鎖アルコールが下式 R−(CH2)4−OH (式中、RはC1−16アルキルを表す)を有する、請求項6記載の方法。
  10. 10.基質が下式 R2C(O)Z (式中、R2はR2′(CH2)4−を表し、ここでR2′は水素、C1−16 アルキル又は1〜15個の炭素原子を有するアルケニル基を表す)を有する、請 求項4記載の方法。
  11. 11.前記インキュベーションが (a)約3〜約9のpH、 (b)約18〜31℃の温度、及び (c)窒素及び炭水化物を含む栄養培地で行われる、請求項1記載の方法。
  12. 12.(a)前記基質濃度が約0.01〜約10重量%であり、(b)前記基質 が約1〜約2g/hour/しの供給速度で連続的に加えられ、そして (c)インキュベーション時間が約1〜約10日間である、請求項1記載の方法 。
  13. 13.窒素源がペプトンである、請求項11記載の方法。
  14. 14.酵母エキスを栄養培地にさらに加えることを含む、請求項13記載の方法 。
  15. 15.(a)前記奉基質が約0.01〜約10パーセント存在する、(b)前記 ペプトンが約0.01〜約3パーセントの濃度存在する、(c)前記酵母エキス が0.1〜2%の濃度存在する、(d)デキストロースが約2〜約20パーセン トの濃度存在する、(e)前記基質が約1mg〜約2g/hour/Lの供給速 度で加えられる、(f)インキュベーション時間が約1〜10日である、請求項 14記載の方法。
  16. 16.(a)培地のpHが約4〜約8であり、(b)温度が約20〜約28℃で あり、(c)酵母エキス濃度が約0.1〜約2%であり、(d)前記ペプトンが 約0.1〜約2%の濃度を有し、(6)前記デキストロースが約1〜約15%の 濃度を有し、(f)雰囲気が約0〜約80%の酸素を含み、(g)前記基質が前 記栄養培地中に約0.1〜約5%の濃度で存在し、(h)前記供給速度が約0. 01〜約1g/hour/Lであり、そして(i)前記インキュベーション時間 が約2〜8日である、請求項14記載の方法。
  17. 17.(a)pHが約6〜約7であり、(b)デキストロース濃度が約2%であ り、(c)Bビタミン類が酵母エキスとして又は添加剤として加えられ、(d) 前記基質供給速度が約0.1〜約1.2g/hour/Lであり、そして(e) 寡囲気が約0%溶解酸素である、請求項14記載の方法。
  18. 18.栄養ブイヨン中のアルコール濃度をモニターすること、そしてアルコール の濃度がほぼ一定になった際にインキュベーションを停止することをさらに含む 、請求項1記載の方法。
  19. 19.前記基質がアルキルエステルである、請求項8記載の方法。
  20. 20.アルキル基が1〜3個の炭素長さである、請求項18記載の方法。
  21. 21.前記基質が未置換アミドである、請求項1記載の方法。
  22. 22.種々の炭素長さのアルコールの混合物が製造される、請求項1記載の方法 。
  23. 23.製造される前記アルコールがヘキサノールを含む、請求項21記載の方法 。
  24. 24.製造される前記アルコールがオクタノールを含む、請求項21記載の方法 。
  25. 25.前記基質がエチルオクタノエートである、請求項8記載の方法。
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