JPH07274989A - セルロースの微生物による製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セルロース産生微生物の培養方法において、
セルロースの生成速度及び生成量を顕著に向上させた効
率が高くかつ安価なセルロース製造方法を提供するこ
と。 【構成】 特定のカルボン酸塩、マグネシウム塩および
炭酸塩の一種以上を用いて、培地中のマグネシウムイオ
ン濃度が１．０ミリモル／リットル〜０．１モル／リッ
トル、かつカルボン酸イオン濃度あるいは炭酸イオン濃
度が６．０ミリモル／リットル〜０．１モル／リットル
であるようになし、セルロース産生微生物を培養するこ
とによるセルロースの微生物による製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セルロースを産生する
微生物を培養し、セルロースを高収量でかつ安価に製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アセトバクター属やシュード
モナス属などに属する微生物がセルロースを生産するこ
とはよく知られている。これらの微生物の培養は、ヘス
トリン（Ｈｅｓｔｒｉｎ）培地など、他の微生物の培養
に際し一般的に用いられている培地を基本にして、それ
ら培地中の炭素源、窒素源、その他の栄養素を一部変更
するか、あるいは他の物質を添加して行っている。しか
し、これらの方法では、セルロースの生産性が充分でな
く且つ培地が高価であり、結果として産生されるセルロ
ースのコストが高くならざるを得ないという欠点があっ
た。このような欠点を克服するために、セルロースの収
量向上を目指したいくつかの研究がすでになされてい
る。

【０００３】例えば特開昭６１−２１２２９５号公報に
は、微生物によるセルロース生物質の製造に際し、培養
液にイノシトール、フィチン酸等の微量栄養素を添加す
る方法が記載されている。また、特開昭５４−３７８８
９号公報、特開平３−３０６８９号公報、特表昭６２−
５００６３０号公報等に開示されているように、炭素
源、窒素源を各々セロオリゴ糖、セルラーゼ分解物、サ
イネンシス茶等の安価でセルロース収量のより高い物質
に代替する試みも行われている。更に、特開平１−２４
３９９７号公報の微生物セルロースの生産方法では、菌
の増殖を促進するために気泡塔培養を、また、培養日数
を減らし、収量を増加させるためにセルロースの生成に
棚段静置培養法を用いる方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、培地に種々の
微量物質を添加する前記の方法では、セルロース収量が
無添加の場合の２倍程度得られているに過ぎず収量が充
分に高められたレベルにはいまだ到達していないのであ
る。また、前記の安価に入手できる炭素源を用いて培養
する方法では、炭素源を得るために酸分解、酵素分解操
作が必要となり、この炭素源を使用するまでに多くの精
製処理を必要とし、工業的なコストが高くなってしまう
という欠点がある。また、培養装置として特殊なものを
用いる前記の方法は、多大な額の設備投資が必要であ
り、そのためコスト高になることは免れない。以上のよ
うに、従来の方法では、微生物によりセルロースを工業
的に低コストで生産することはできなかった。

【０００５】本発明の目的は、このような従来法の欠点
を克服し、セルロース産生微生物の培養において微生物
の産生するセルロースの生成速度、生成量を向上させた
効率の高いセルロース製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明者らは、セルロース産生微生物の培養を繰り返
し検討した結果本発明に到達するに至ったのである。す
なわち本発明で特許請求する発明は、セルロース産生微
生物の培養によりセルロースを製造する方法において、
炭酸アルカリ、炭酸マグネシウム、カルボン酸のアルカ
リ金属塩、カルボン酸のマグネシウム塩の群から選ばれ
る一種以上を用いて、培地中のマグネシウムイオン濃度
が１．０ミリモル／リットル〜０．１モル／リットルで
あり、かつカルボン酸イオン濃度あるいは炭酸イオン濃
度が６．０ミリモル／リットル〜０．１モル／リットル
であるようになして培養することを特徴とするセルロー
スの微生物による製造方法である。

【０００７】以下において本発明を更に詳細に説明す
る。本発明において使用される微生物は、アセトバクタ
ー属やシュードモナス属、アグロバクテリム属等に属す
るものであり、セルロースを合成するものであればどの
ようなものでもよい。これらのうちセルロース産生量の
観点から、好ましいのは、アセトバクター アセチ サ
ブスピーシース キシリナム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｏｒ
ａｃｅｔｉ．ｓｕｂｓｐ．ｘｙｌｉｎｕｍ）（以下、Ａ
ｘと略す。）ＩＦＯ−１３６９３，１３７７２である。

【０００８】培地の初発ＰＨは３〜７であるが、２０日
以上の長期培養では、そのＰＨは６〜７が好ましい。培
養温度は１０〜４０℃であり、好ましくは２７〜３０℃
の範囲である。本発明においては、培地への植菌量は特
に制限しないが、菌濃度１０⁵ 〜１０ ⁸ ＣＦＵで、培地
量の０．１〜１０重量％添加することが通常好ましい。

【０００９】本発明において、培地中に含ませる炭素源
は、微生物の生育及び物質の生産のために通常用いられ
る物から任意に選んでよい。具体例としては、シューク
ロース、グルコース、フルクトース、ガラクトースなど
の糖類や、エタノール、又はそれらの混合物、更には、
上記の糖類を含有する物質であるサトウキビやビートの
搾汁や廃糖密、あるいは果汁などが挙げられる。培地中
の上記炭素源の濃度にも制限はないが、通常グルコース
では１重量％前後、シュークロースでは５重量％前後が
好ましく使用される。

【００１０】本発明における培養の窒素源としては、微
生物の培養に通常用いられる物が使用される。例えば有
機系のペプトンの他、無機系のアンモニウム塩、硝酸
塩、尿素等が用いられる。培地の窒素源の濃度に特別な
制限はないが、ペプトンであれば、例えば１重量％前後
で用いるのが好ましい。また培養のための微量有機栄養
素としては、酵母エキス、ペプトンの他、蛋白質を含む
大豆抽出物、コーンスチーブリカー、ココナッツミルク
等が用いられる。その他に単一化学物質として、各種の
アミノ酸類、ビタミン類、脂肪酸類、核酸類等を使用す
ることができる。

【００１１】さらにまた本発明の培養のための無機塩類
としては、リン酸−カリウム、リン酸二ナトリウム等の
リン酸塩、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等のナトリ
ウム塩、カリウム塩の他に、マグネシウム塩、カルシウ
ム塩、マンガン塩等が用いられる。本発明における培養
は、前記のような基本培地に必須とされ通常使用されて
いる炭素源、窒素源、微量有機栄養素及び無機塩類の他
に、炭酸アルカリ、炭酸マグネシウム、カルボン酸のア
ルカリ金属塩、カルボン酸のマグネシウム塩の群から選
ばれる一種以上を用いる培地を使用する。

【００１２】本発明で用いられるカルボン酸のアルカリ
金属塩及びカルボン酸のマグネシウム塩のカルボン酸と
しては、水溶性であり分子内に環式構造をもたず１〜３
個のカルボキシル基を有する化合物であり、炭素数が１
から６である低級脂肪酸、脂肪族オキシ酸及びアミノカ
ルボン酸が用いられる。具体的には、蟻酸、酢酸、プロ
ピオン酸、酪酸、グリコール酸、乳酸、α−オキシ酪
酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリ
シン、アラニン、セリン、トレオニン、システィン、ア
スパラギン酸、グルタミン酸等が好ましく用いられる。

【００１３】これらのカルボン酸の中で、酢酸、乳酸、
クエン酸、アスパラギン酸、グルタミン酸が特に好まし
く用いられる。本発明における炭酸アルカリ及びカルボ
ン酸のアルカリ金属塩におけるアルカリとしてはナトリ
ウム及びカリウムが用いられ、ナトリウムをより好まし
く用いることができる。

【００１４】本発明においては、前記化合物の一種以上
を用いて培地中のマグネシウムイオン濃度を１．０ミリ
モル／リットル以上０．１モル／リットル以下となし、
かつカルボン酸イオン濃度あるいは炭酸イオン濃度を
６．０ミリモル／リットル以上０．１モル／リットル以
下であるようにする必要がある。マグネシウムイオン濃
度については、本発明における前記化合物を用いない基
本培地のみによるセルロース産生微生物の培養すなわち
無添加培養のときの収量の一割増以上のセルロース収量
を得るには、１．０ミリモル／リットル以上を要する。
また、カルボン酸イオンの濃度については、基本となる
培養には、緩衝剤としてクエン酸などのカルボン酸イオ
ンが存在するが、セルロース生産において有益な効果を
得るためには、本発明による前記特定化合物によるカル
ボン酸イオンあるいは炭酸イオンを用いて、カルボン酸
イオンあるいは炭酸イオン濃度を６．０ミリモル／リッ
トル以上にする必要がある。マグネシウムイオン、カル
ボン酸イオンあるいは炭酸イオンの各々の濃度の上限決
定には、培地の浸透圧、金属の毒性、ＰＨなどが問題と
なるが、これらを加味した微生物の生育条件から決定さ
れ、培地の組成により微妙な差はあるが、それぞれ０．
１モル／リットル以下に抑えるのが妥当である。

【００１５】本発明におけるセルロース産生微生物の培
養では、微生物が増殖する段階では培地のＰＨは６〜８
であることが好ましいが、増殖に続くセルロース産生段
階では培地を弱酸性状態下にすることが好ましくＰＨ
５．５〜６．５であるとより望ましい。本発明における
セルロース産生微生物の培養温度は微生物増殖段階及び
セルロース産生段階のいずれにおいても１０℃〜４０℃
であり、より好ましい培養温度は２７℃〜３０℃であ
る。また本発明では培養日数についての特別の制限はな
いが、セルロースの収量が最も効率的であるとされる培
養日数を適宜決めてよい。

【００１６】本発明における培養方法にも特別な制限は
ないが、セルロース産生量を増大させるために微生物へ
の酸素供給量をやや少ない状態での静置培養とすること
が好ましい。

【００１７】

【実施例】以下実施例により、本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１８】

【実施例１】下記に示す組成を持つ培地を基本培地とす
る。 基本培地 シュークロース ５重量％ ペプトン １重量％ 酵母エキス ０．３重量％ 塩化ナトリウム ０．２重量％ リン酸二ナトリウム ０．１４重量％ クエン酸 ０．０３５重量％ 以上をイオン交換水を加えて１５０ｃｃとし、２００ｃ
ｃ三角フラスコに入れ、通気シリコン栓をする。上記の
基本培地に、炭酸マグネシウム及びカルボン酸のマグネ
シウム塩として、それぞれ単独に、弱塩基性炭酸マグネ
シウム、アスパラギン酸マグネシウム、蟻酸マグネシウ
ム、酢酸マグネシウム四水和物、乳酸マグネシウム、ク
エン酸マグネシウムをマグネシウムイオン濃度が４ミリ
モル／リットルになるよう加え、ＰＨ６．５以上７以下
に調整した後、１２１℃で２０分間蒸気滅菌した。準備
した培地はマグネシウム塩無添加のプランク試料も含
め、８種類である。上記のそれぞれの培地に、予め活性
化、増殖を行ったＡｘＩＦＯ−１３６９３を接種し、２
７℃で６０日間静置培養し、生成した微生物産生セルロ
ースを精製、乾燥し、これを純粋なセルロースの重量と
して測定した。精製法は、生成したセルロースゲルを
０．７５重量％次亜塩素酸ナトリウム水溶液で、ゲルが
白色あるいは無色透明になるまで、繰り返し常温蛋白除
去を行った後、イオン交換水で、塩素臭が無くなるまで
繰り返し常温置換洗浄を行った。結果を表１に示す。

【００１９】表１の結果から判るように、微生物産生セ
ルロースの生産は、マグネシウムイオンとカルボン酸イ
オンあるいは炭酸イオンを持つ物質を添加することによ
り、重量において、無添加に比べ２．５〜４．５倍に向
上することが判る。

【００２０】

【実施例２】実施例１に示した基本培地に、酢酸マグネ
シウム四水和物と酢酸ナトリウムを種々の混合比で添加
した。このとき、添加した酢酸イオン濃度は常に８ミリ
モル／リットルと設定し、マグネシウムイオンは、０，
１，２，３，４ミリモル／リットルの５種類に設定しＰ
Ｈを６．５から７とした。培地調整後に、１２１℃、２
０分の蒸気滅菌を行った後、予め活性化、増殖を行った
ＡｘＩＦＯ−１３７７２を植菌し、２７℃静置培養にお
ける微生物産生セルロースの６０日後の生成量を評価し
た。セルロース洗浄、重量評価法は実施例１に準ずる。
結果を図１に示す。

【００２１】図１の結果から判るように、微生物産生セ
ルロースの生産は、マグネシウムイオン０．１ミリモル
／リットル程度の添加でも、マグネシウムイオン無添加
の一割増となり、これは、マグネシウムイオン、カルボ
ン酸イオンともに無添加の２．５倍の量となっている。
マグネシウムイオン、カルボン酸イオンの共存効果は、
マグネシウムイオン２ミリモル／リットルに対し、酢酸
イオン８ミリモル／リットルのモル濃度比で培地に添加
したときに最も生産量の向上が認められた。

【００２２】

【比較例１】実施例１に示した基本培地に、酢酸マグネ
シウム、酢酸ナトリウムをそれぞれ単独に、酢酸イオン
濃度が８ミリモル／リットルになるよう加え、ＰＨを
６．８に調整し、１２１℃、２０分で蒸気滅菌した。準
備した培地は、塩無添加の培地を含めて３種類である。
上記の培地に予め活性化、増殖を行ったＡｘＩＦＯ−１
３７７２を植菌し、２７℃静置培養における微生物産生
セルロースの６０日後の生成量を評価した。セルロース
洗浄、評価法は実施例１に準ずる。結果を表２に示す。

【００２３】表２の結果から判るように、酢酸イオンを
培地に添加することにより、微生物産生セルロースの生
成量が向上している。更に詳細に見ると、酢酸イオンの
み存在する培地では無添加の約２倍、酢酸イオン、マグ
ネシウムイオンが共存する培地では無添加の３倍になっ
ており、酢酸イオンとマグネシウムイオンが共存してい
るときの効果が大きいことが明らかである。

【００２４】

【比較例２】実施例１に示した基本培地に、マグネシウ
ム塩としてそれぞれ単独に、硝酸マグネシウム七水和
物、塩化マグネシウム六水和物、酢酸マグネシウム四水
和物、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム弱塩基
性、硝酸マグネシウム六水和物を用いてマグネシウムイ
オン濃度が４ミリモル／リットルになるように培地に加
え、ＰＨを６．５から７に調整した後、１２１℃２０分
で蒸気滅菌した。準備した培地はマグネシウム塩無添加
のプランク試料も含めて７種類である。上記のそれぞれ
の培地に予め活性化、増殖を行ったＡｘＩＦＯ−１３６
９３を接種し、２７℃静置培養における微生物産生セル
ロースの６０日後の生成量を評価した。セルロース洗
浄、評価法は実施例１に準ずる。結果を表３に示す。

【００２５】表３の結果から判るように、マグネシウム
塩は微生物産生セルロースの生産において生成量を向上
させるが、単独では効果が薄い。また、培養開始時にマ
グネシウムイオンが単独で存在する培地でも、微生物の
性質上、培養中に酢酸が生成し、培地中に酢酸イオンと
マグネシウムイオンが共存することになるが、培養開始
後に少量ずつ酢酸イオンが生成しても目立った効果はな
い。したがって、培養開始時に、マグネシウムイオン
と、カルボン酸イオンを共存させると有効なセルロース
生産が可能である。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【発明の効果】以上において詳述したように本発明によ
り、セルロースが高収量かつ安価で得られ、工業的に充
分製造し得るようなセルロースの微生物による製造方法
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２のセルロース生成量を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルロース産生微生物の培養によりセル
   ロースを製造する方法において、炭酸アルカリ、炭酸マ
   グネシウム、カルボン酸のアルカリ金属塩、カルボン酸
   のマクネシウム塩の群から選ばれる一種以上を用いて、
   培地中のマグネシウムイオン濃度が１．０ミリモル／リ
   ットル〜０．１モル／リットルであり、かつカルボン酸
   イオン濃度あるいは炭酸イオン濃度が６．０ミリモル／
   リットル〜０．１モル／リットルであるようになして培
   養することを特徴とするセルロースの微生物による製造
   方法。