JPH0767673A - 2−ケト−l−グロン酸の製造方法 - Google Patents

2−ケト−l−グロン酸の製造方法

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JPH0767673A
JPH0767673A JP15449194A JP15449194A JPH0767673A JP H0767673 A JPH0767673 A JP H0767673A JP 15449194 A JP15449194 A JP 15449194A JP 15449194 A JP15449194 A JP 15449194A JP H0767673 A JPH0767673 A JP H0767673A
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Japan
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2kga
ifo
pseudogluconobacter
culture
fermentation
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JP15449194A
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Masahide Oka
正秀 岡
Kenkichi Yoneto
賢吉 米戸
Takamasa Yamaguchi
高正 山口
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Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Original Assignee
Takeda Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の2−ケト−L−グロン酸の微生物的製
造における発酵時間の短縮、回収効率の向上。 【構成】 2−ケト−L−グロン酸(以下、2KGAと
称することもある)生産能力を有する微生物を少なくと
も1種用いた発酵法または菌体反応法による2KGAの
製造方法において、発酵液または菌体反応液中に蓄積す
る生産物である2KGAを単独または対イオンとしての
低分子陽イオンと共に電気透析により発酵液または菌体
反応液から抜き取ることを特徴とする2KGAの製造方
法。 【効果】 同一基質量で従来法にくらべ、発酵時間を著
しく短縮でき、また、基質の高い酸化速度を長時間維持
できる結果、1回の培養で得られる2KGA量を著しく
増加できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物を用いたL−ア
スコルビン酸合成の中間体として有用な2−ケト−L−
グロン酸(以下、2KGAと称することもある)の製造方
法に関する。さらに詳しくは、2KGAを最終生産物と
する発酵または菌体反応を行うに際し、電気透析により
培養液もしくは菌体反応液から、2KGA単独または2
KGAを対イオンとしての低分子陽イオンと共に分離す
る、いわゆる電気透析発酵に関する。なお、以下、「2
KGAを最終生産物とする発酵または菌体反応」を「2K
GA発酵」と称することもあり、「菌体反応」も含めて「発
酵」と称することもあり、また、「菌体反応液」も含めて
「培養液」と称することもある。
【0002】
【従来の技術】L−アスコルビン酸合成の中間体として
有用な2−ケト−L−グロン酸は、工業的に確立された
いわゆるライヒシュタイン法(Helvetica Chemica
Acta第17巻、311頁、1934参照)によって生産
されてきた。しかし、この方法は工程数も多く、多量の
有機溶媒を必要とし、現代の工業技術としては満足すべ
きものではない。一方、ライヒシュタイン法に替わるも
のとして、主に微生物を用いた方法がいくつか提案され
てきている。例えば、D−グルコースを微生物的に酸化
して2,5−ジケト−D−グルコン酸にした後、これを
さらに微生物的または化学的に2KGAへと還元する方
法(特公昭39−14493号、特公昭53−2503
3、特公昭56−15877号、特公昭59−3592
号参照)、さらに、コリネバクテリウムの2,5−ジケト
−D−グルコン酸還元酵素遺伝子を2,5−ジケト−D
−グルコン酸生産能を有するエルビニアに組換えDNA
技術により導入し、一段の発酵プロセスでD−グルコー
スから2KGAを得る方法、(サイエンス(Science)、
第230巻、144頁(1985))、D−ソルビトール
またはL−ソルボースを出発物質とし、これをグルコノ
バクター属細菌を用いて酸化することによって2KGA
を得る方法(特開平2−150287号参照)が報告され
ている。
【0003】また、土壌よりL−ソルボースを効率よく
2KGAへと変換する能力を有する細菌シュードグルコ
ノバクター・サッカロケトゲネスが分離され(特開昭6
2−228288号参照)、さらに、特開昭64−85
088号には、培地に希土類元素を添加することにより
本菌の2KGA生成が著しく促進されるという知見に基
づき上記菌を用いた効率の良いL−ソルボースからの2
KGA生産プロセスが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の方法で
は、いずれも用いる培養方法は、糖、糖アルコール、糖
酸等の基質を培養開始時に一括添加するか、その一部ま
たは全部を半連続的もしくは連続的に添加して培養し、
生成物である2KGAが充分量蓄積し、それ以上培養を
続けても効率よく2KGAへの変換が起こらなくなった
時点で培養を止めて培養液を得る、バッチ培養あるいは
フィード培養と呼ばれる培養法を採用している。しか
し、これらの方法は、変換反応に要する時間、最終反応
液中の生産物濃度の点で、必ずしも満足できるものでは
ない。その原因としては種々考えられるが、例えば、生
成する生産物、あるいは中和剤として添加するアルカリ
塩もしくはこれらの複合効果による阻害等が挙げられ
る。
【0005】一方、乳酸発酵、酢酸発酵等の有機酸発酵
では、生成する有機酸または中和剤として加えるアルカ
リ塩あるいはこれらの複合効果による阻害を回避するた
めの試みとして、陽極と陰極の間に陽イオン交換膜と陰
イオン交換膜を、必要により、バイポーラー膜を配置し
てなる電気透析槽に培養液を通して通電することによっ
て、培養液中より生成物である有機酸、またはこれらの
有機酸と共に対イオンとしての低分子の陽イオンを分離
し、実質的に培養液中のこれらの濃度を低いレベルに維
持する、いわゆる電気透析発酵を適用することが試みら
れている(特公昭56−50958号、特開昭62−1
46595号、日本発酵工学会1991年度大会講演要
旨集参照)。また、電気透析槽中で、発酵により得られ
た生成物を電気透析によって発酵液から分離する通電透
析発酵法において、ポリリン酸またはその塩を存在させ
ることを特徴とする通電透析発酵法が特開昭63−14
8979号に記載されている。しかし、2KGAを最終
生産物とする発酵においては、現在までにこの技術が適
用されたことはなかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
事情に鑑み、2KGA発酵におけるより有利な培養法を
見出すべく、2KGA発酵にこの電気透析発酵を適用す
ることを試み、鋭意検討を重ねた。その結果、本発酵に
おいて電気透析によって培養液中より2KGAを分離す
ることで、上記の、通常のバッチ培養またはフィード培
養に比べ、同一量の基質を酸化する場合では発酵時間の
著しい短縮を可能とし、さらには、培養時間を延長し、
さらに基質をフィードすることにより、1回の培養で得
られる2KGAを飛躍的に向上させることを可能となら
しめ、本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、(1)2−ケト−L
−グロン酸(以下、2KGAと称することもある)生産能
力を有する微生物を少なくとも1種用いた発酵法または
菌体反応法による2KGAの製造方法において、発酵液
または菌体反応液中に蓄積する生産物である2KGAを
単独または対イオンとしての低分子陽イオンと共に電気
透析により発酵液または菌体反応液から抜き取ることを
特徴とする2KGAの製造方法、(2)2KGA生産能
力を有する微生物がシュードグルコノバクター属、グル
コノバクター属、シュードモナス属、コリネバクテリウ
ム属、エルウィニア属細菌またはこれらの組み合わせで
ある上記(1)記載の方法、(3)2KGA生産能力を
有する微生物がシュードグルコノバクター属またはグル
コノバクター属細菌である上記(1)記載の方法、
(4)2KGA生産能力を有する微生物がシュードグル
コノバクター属細菌である上記(1)記載の方法、
(5)2KGA生産能力を有する微生物がシュードグル
コノバクター・サッカロケトゲネスK591s(FER
M BP−1130)、シュードグルコノバクター・サ
ッカロケトゲネスTH14−86(FERM BP−1
128)、シュードグルコノバクター・サッカロケトゲ
ネス12−5(FERM BP−1129)、シュード
グルコノバクター・サッカロケトゲネス12−15(F
ERMBP−1132)、シュードグルコノバクター・
サッカロケトゲネス12−4(FERM BP−113
1)およびシュードグルコノバクター・サッカロケトゲ
ネス22−3(FERM BP−1133)から選ばれ
る上記(1)記載の方法、(6)対イオンとしての低分
子陽イオンが1価または2価の陽イオンである上記
(1)記載の方法、(7)対イオンとしての低分子陽イ
オンがLi+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+またはNH4 +
ある上記(1)記載の方法、(8)発酵液または菌体反
応液中の2KGA濃度を80mg/ml以下に維持しながら
電気透析を行う上記(1)記載の方法、(9)2KGA
生産能力を有する微生物を少なくとも1種用いた発酵法
または菌体反応法による2KGAの製造を他の細菌の存
在下で行う上記(1)記載の方法、(10)2KGA生
産能力を有する微生物を少なくとも1種用いた発酵法ま
たは菌体反応法による2KGAの製造を、バチルス属、
シュードモナス属、プロテウス属、シトロバクター属、
エンテロバクター属、エルウィニア属、キサントモナス
属またはフラボバクテリウム属に属する細菌の共存下で
行う上記(1)記載の方法、(11)2KGA生産能力
を有する微生物を少なくとも1種用いた発酵法または菌
体反応法による2KGAの製造を、バチルス・セレウス
IFO 3131、バチルス・リケニホルミス IF
O 12201、バチルス・メガテリウムIFO 12
108、バチルス・プミルス IFO 12090、バ
チルス・アミロリケファシエンス IFO 3022、
バチルス・スブチリス IFO 13719、バチルス
・サーキュランス IFO 3967、シュードモナス
・トリホリ IFO 12056、シュードモナス・マ
ルトフィリア IFO 12692、プロテウス・イン
コンスタンス IFO 12930、シトロバクター・
フロインディ IFO 13544、エンテロバクター
・クロアカ IFO3320、エルウィニア・ハービコ
ラ IFO 12686、キサントモナス・ピシ IF
O 13556、キサントモナス・シトリ IFO 3
835、フラボバクテリウム・メニンゴセプティカム
IFO 12535、ミクロコッカス・バリアンス I
FO 3765またはエシェリヒア・コリ IFO 3
366の共存下で行う上記(1)記載の方法に関する。
【0008】本発明において用いられる2KGA生産能
を有する微生物としては、例えば、公知のシュードグル
コノバクター属細菌、グルコノバクター属細菌、シュー
ドモナス属菌、コリネバクテリウム属細菌、2,5−ジ
ケト−D−グルコン酸還元酵素遺伝子を組み込んだエル
ウィニア属細菌等が挙げられる。もちろん、これらの微
生物に限らず、2KGAを生産する能力を有する微生物
であれば、どのような微生物でも本発明の方法に用いる
ことができる。特に、シュードグルコノバクター属細菌
が好ましく用いられる。シュードグルコノバクター属の
菌としては、例えば、特開昭62−228288号に記
載のシュードグルコノバクター・サッカロケトゲネスK
591s(FERM BP−1130)、12−5(F
ERMBP−1129)、TH14−86(FERM
BP−1128)、12−15(FERM BP−11
32)、12−4(FERM BP−1131)、22
−3(FERM BP−1133)等の菌株が挙げられ
る。
【0009】また、培地組成、培養温度などの培養条件
は、用いる菌株に適するように調整すればよく、例え
ば、シュードグルコノバクター属細菌を用いる2KGA
発酵では、バチラス属細菌等と混合培養することによっ
て、発酵促進効果が得られることが判明しており(特開
昭62−228288号)、本発明においてもこれらの
細菌を用いた混合培養を行うこともできる。
【0010】例えば、本発明においてシュードグルコノ
バクター属細菌をL−ソルボースを含有する液体培地に
培養し、2−ケト−L−グロン酸を培養液中に生成させ
る場合に、シュードグルコノバクター属細菌(以下、酸
化菌または酸化菌株と称することがある)を単独で培養
するよりも、本酸化菌とは別種の細菌を混在させると、
2−ケト−L−グロン酸の生産量が顕著に増加する。混
在させる菌としては、例えば、バチルス属、シュードモ
ナス属、プロテウス属、シトロバクター属、エンテロバ
クター属、エルウィニア属、キサントモナス属およびフ
ラボバクテリウム属等に属する菌が挙げられ、さらに具
体例として下記に示す菌が挙げられる。
【0011】バチルス・セレウス(Bacillus cereus)
IFO 3131 バチルス・リケニホルミス(Bacillus licheniformis)
IFO 12201 バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium) IF
O 12108 バチルス・プミルス(Bacillus pumilus) IFO 12
090 バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloli
quefaciens)IFO 3022 バチルス・スブチリス(Bacillus subtilis) IFO
13719 バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans) I
FO 3967 シュードモナス・トリホリ(Pseudomonas trifolii)
IFO 12056 シュードモナス・マルトフィリア(Pseudomonas maltop
hilia)IFO 12692 プロテウス・インコンスタンス(Proteus inconstans)
IFO 12930 シトロバクター・フロインディ(Citrobacter freundi
i)IFO 13544 エンテロバクター・クロアカ(Enterobacter cloacae)
IFO 3320 エルウィニア・ハービコラ(Erwinia herbicola) IF
O 12686 キサントモナス・ピシ(Xanthomonas pisi) IFO
13556 キサントモナス・シトリ(Xanthomonas citri) IFO
3835 フラボバクテリウム・メニンゴセプティカム(Flavobac
terium meningosepticum) IFO 12535 ミクロコッカス・バリアンス(Micrococcus varians)
IFO 3765 エシェリヒア・コリ(Escherichia coli) IFO 3
366
【0012】これらの菌のいずれかを適当な培地に、2
0℃〜40℃で1日から4日間培養して得られる培養液
を混合菌の種培養液として、用いることができる。その
移植量は通常、酸化菌(シュードグルコノバクター属)
のそれの1/10から1/1000とするのが望まし
い。この程度の移植量で混合菌を酸化菌と混合培養する
と、酸化菌の生育が促進され、それにつれて、酸化菌単
独培養の場合より、より高濃度のL−ソルボースが、よ
り短い時間で2−ケト−L−グロン酸に酸化される。混
合菌として用いられる細菌は、本発明の原料であるL−
ソルボースや生産物である2−ケト−L−グロン酸の資
化性が無いかまたは微弱な菌であることが望ましい。そ
の他の培養条件は、酸化菌の単独培養と特に変わるとこ
ろはない。前記の微生物の培養に用いられる培地は、該
菌株が利用し得る栄養源を含むものなら液状でも固体状
でもよいが、大量のものを得る時には液体培地を用いる
のが好ましい。
【0013】該培地には、通常微生物の培養に用いられ
る炭素源、窒素源、無機塩類、有機酸塩および微量栄養
素が用いられる。炭素源としては原料であるL−ソルボ
ースがそのまま使用されうるが、その他の補助炭素源と
して、例えば、グルコース、グリセリン、ショ糖、乳
糖、麦芽糖、糖蜜等が使用できる。窒素源としては、例
えば、アンモニウム塩類(例、硫酸アンモニウム、硝酸
アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム
等)、コーン・スティープ・リカー(以下、CSLと称
することもある)、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、
乾燥酵母、大豆粉、綿実粕、尿素等の無機または有機の
窒素含有物が挙げられる。また無機塩類としては、カリ
ウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マ
ンガン、コバルト、亜鉛、銅およびリン酸の塩類が用い
られる。微量栄養素としては前記の菌の生育必須因子で
あるCoA、パントテン酸、ビオチン、チアミン、リボ
フラビンは勿論のこと、生育および2−ケト−L−グロ
ン酸生成に促進的効果を示すフラビンモノヌクレオチド
(以下FMNと称することもある)、フラビンアデニン
ジヌクレオチド(以下FADと称することもある)、そ
の他のビタミン類、L−システイン、L−グルタミン
酸、チオ硫酸ナトリウム等が化合物として、または、そ
れらを含むものとして天然物を適宜加えられる。
【0014】培養の手段は、静置培養でも、振盪培養あ
るいは通気撹拌培養法等の手段を用いてもよい。大量の
処理には、いわゆる深部通気撹拌培養によるのが望まし
い。培養条件は、勿論菌株の種類、培地の組成、その他
によっても異なり、要するに目的物が最も効率よく生産
されるように個々の場合に応じて選択すればよい。例え
ば、培養温度は25〜35℃にて行うのがよく、培地の
pHは5〜9程度が望ましい。目的物の生成に伴ってpH
が低下するのが一般的であるので、適当な塩基性物質、
例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア
を添加して常に微生物の2−ケト−L−グロン酸生成に
最も適したpHを保持するのもよく、また培地中に適当
な緩衝剤を添加しておいて最適のpHが維持されるよう
にするのもよい。
【0015】この他、前記の酸化菌とは別種の細菌の滅
菌培養物を培地成分として有効に利用することもでき
る。利用できる菌としては、例えば、バチルス菌、シュ
ードモナス菌、シトロバクター菌、エシェリヒア菌およ
びエルウィニア菌に属する菌が挙げられ、さらに具体例
として下記に示す菌が挙げられる。 バチルス・セレウス(Bacillus cereus) IFO 31
31 バチルス・スブチリス(Bacillus subtilis) IFO
3023 バチルス・プミルス(Bacillus pumilus) IFO 12
089 バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium) IF
O 12108 バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloli
quefaciens)IFO 3022 シュードモナス・トリホリ(Pseudomonas trifolii)
IFO 12056 シトロバクター・フロインディ(Citrobacter freundi
i)IFO 12681 エシェリヒア・コリ(Escherichia coli) IFO 3
456 エルウィニア・ハービコラ(Erwinia herbicola) IF
O 12686 これらの細菌を、これらが生育しうる培地に、20℃〜
40℃で2日間から4日間培養し、得られる培養液を滅
菌し、これを本酸化菌の培地に0.5〜5.0%(v/v)の
割合で加え、酸化菌の生育を促進させることもできる。
【0016】本発明においては、2KGA生産のための
培養条件としては、通常の発酵(主発酵培地に少量の種
培養液を移植し、菌体の増殖を伴って2KGA生産が起
こる)方法を用いてもよい。また、予め、別の培養で2
KGA生成能力を有する菌体を得ておき、これを用いて
実質的に増殖をほとんど伴わない菌体反応法、または両
者を組み合わせた方法を用いてもよい。上記通常の発酵
方法を用いる場合は、十分に菌が増殖した時点で電気透
析を開始するのが望ましいが、菌体反応法または、場合
により発酵方法を用いる場合でも、最初から電気透析を
行い、実質的に培養時間の短縮を図ることもできる。
【0017】本発明の方法は、2KGA発酵において、
例えば、培養槽ないしは反応槽からの培養液を、所望に
より、濾過、遠心分離等で菌体を除去した後、イオン交
換膜と、要すればバイポーラー膜を備えた電気透析槽に
導き、通電して電気透析を行い、2KGAを単独で、ま
たは対イオンとしての培養液中の低分子陽イオン、例え
ば、Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4 +等の1価
または2価の低分子陽イオンと共に培養液から分離、濃
縮し、ついで常法により2KGAを回収することにより
行うことができる。
【0018】本発明で用いる電気透析槽の一例として
は、例えば、図2に示すような陽極1と陰極2との間に
カチオン交換膜Cおよびアニオン交換膜Aを交互に配置
した装置が挙げられ、通常、一対以上のイオン交換膜を
使用するのがよい。本発明の電気透析に用いるイオン交
換膜は、アニオン交換膜、カチオン交換膜のいずれも公
知のものが使用でき、とりわけ市販品でもよく、例え
ば、ネオセプタ(徳山製)、セレミオン(旭硝子製)等の市
販品から選択して用いることができる。アニオン交換膜
は、目的生産物である2KGAを透過する大きさまたは
それ以上の大きさのポアを持つ膜で、2KGAを実質的
に十分効率よく透過するものでよいが、さらには、でき
るだけ基質の洩れが少なく、かつ電気抵抗のなるべく小
さいものを選ぶのが望ましい。
【0019】電極液としては、目的に応じてH2SO4
HNO3、NaOH、KOH等の酸、アルカリ等、または
Na2SO4、K2SO4、NaNO3、KNO3等のアルカリ
金属塩を使用することができる。図2で示される装置を
用いる電気透析には、通常、アルカリ金属塩の溶液を使
用する。発酵液あるいはその濾過液にCa2+、Ba2+等が
存在する場合は、NaNO3溶液またはKNO3溶液を用
いるのが望ましい。用いる電気透析槽も、培養中のpH
低下を防ぐために添加する水酸化ナトリウム、アンモニ
ア等のアルカリの使用量を低減するため、培養液または
反応液から2KGAをフリーの形で分離し、対イオンと
しての低分子陽イオンは培養槽もしくは反応槽に戻せる
構造のものでもよい。工業的には、装置がコンパクトに
でき、構造がシンプルで透析効率が優れている等の特徴
から、添加したアルカリ性陽イオンとともに分離する構
造を持つものが望ましく、例えば、市販品ではマイクロ
アシライザー(旭化成製)等を用いることができる。
【0020】かかる電気透析を行う際に、培養液あるい
は菌体反応液を直接電気透析槽に導入してもよいが、電
気透析膜の性能の低下を防ぐためには、途中に濾過もし
くは遠心分離等の菌体分離工程を加え、菌体は培養槽へ
再循環させ、一方で、清澄液について電気透析を行う方
法が望ましい。菌体分離を濾過で行うには、通常、クロ
スフロー型濾過器、例えば中空糸膜濾過器あるいはセラ
ミック膜濾過器が用いられる。これらは濾過効率を上げ
るために高循環流速を与えることが望ましい。循環流速
を小さくして濾過効率を上げるためには、ボルテックス
フロー濾過装置、例えば市販のベンチマーク(Benchma
rk)あるいはペースセッター(Pacesetter)(メンブレ
ックス・インコーポレーティッド、米国)が好ましく用
いられる。添付の図1に、この方法に用いる装置の1例
の概略図を示す。
【0021】この装置を用いて本発明の方法を実施する
には、培養槽からの培養液をポンプ1により、菌体分離
装置、通常、濾過装置に通して濾過する。菌体は培養槽
へ再循環する。濾液をリザーバーに保持し、ついでポン
プ2を介して電気透析槽に導き、電気透析に付す。電気
透析槽からの濃縮液はポンプ3を介して濃縮液槽と電気
透析槽の間を循環させ、後の回収工程に送るのが好まし
い。電気透析槽を通過した培養濾液はリザーバーに戻さ
れ、リザーバー中の濾液および電気透析槽よりの返送液
はポンプ4を介して培養槽へ再循環できる。
【0022】電気透析による培養液中の2KGA濃度の
制御は、用いる菌株の2KGA生成を著しく阻害しない
範囲に断続的あるいは連続的にコントロールすればよ
く、例えば、シュードグルコノバクター属細菌を用いる
場合、80mg/ml以下、望ましくは50mg/ml以下にな
るように電気透析を行う。基質は一括添加してもよい
が、連続的に添加し、培養液中の残存基質濃度をたえず
低く保持するのが有利である。例えば、シュードグルコ
ノバクター属細菌を用いる場合、2KGA生成効率も考
慮すると基質濃度は5〜50mg/ml、望ましくは10〜
30mg/mlに保持するのがよい。上記のごとく、基質は
一括添加してもよいが、2KGA生成を阻害しないよう
に、その一部あるいは全量を分割あるいは連続的に添加
することが望ましく、また、培養中に2KGA生成を持
続あるいは促進させる物質、例えば、酵母エキス、コー
ン・スティープ・リカー等の有機性栄養物、ビタミン
類、アミノ酸類、核酸類の微量栄養素あるいは無機塩等
を添加することもできる。基質としては糖、糖アルコー
ル、糖酸等が用いられるが、とりわけL−ソルボース、
D−ソルビトール、L−ソルボソン等に前記の菌を作用
させるのが効率的である。
【0023】なお、培地および培養手段を含め、培養条
件は使用する細菌および基質に応じて適宜決められる。
例えば、シュードグルコノバクター属の細菌を用いる培
養の場合は、前記特開昭62−228288号に記載の
培地や培養条件を採用することができる。また、シュー
ドモナス属の細菌を用いる培養の場合は、例えば特開昭
63−112989号に記載の条件またはそれに準じる
条件で培養することができる。
【0024】培養液に加えた基質が十分に2KGAに変
換されたところで電気透析を止め、培養液、濃縮液の両
方から2KGAを回収してもよいが、好ましくは、さら
に電気透析を続けることにより培養液中の2KGAを全
て濃縮液中に移動させ、ここから回収するほうが、2K
GA精製を行うに際してより有利である。培養液あるい
は濃縮液から2KGAを回収する方法としては通常用い
られる方法、例えば、イオン交換樹脂カラム等のカラム
クロマト類、濃縮あるいは溶媒添加による晶出・再結晶
等が適用できる。
【0025】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するもの
ではない。なお、2KGAの定量は、下記に示す条件下
で高速液体クロマトグラフィー法によって行った。 高速液体クロマトグラフィー測定条件; カラム: SCR101H、300x7mm(島津製作所
製)、カラム温度30℃ 移動相: 4mM硫酸 検出器: RI検出器
【0026】実施例1 1) 対照実験(標準培養) 表2に示す組成の種培地A20mlを200ml容三角フラ
スコに入れ、120℃にて20分間滅菌した。これに、
表1に示す組成の斜面培地で30℃にて3日間生育させ
たシュードグルコノバクター・サッカロケトゲネスK5
91s株(IFO14464、FERM BP−113
0; 以下、単に酸化菌と称することもある)の菌体を一
白金耳植菌し、28℃で1日間振とう培養することによ
って第1種培養液を得た。同様に、種培地A200mlを
1リットル容の三角フラスコに入れ、滅菌したものを2
本用意し、これに第1種培養液を10mlずつ植菌し28
℃にて2日間振とう培養して第2種培養液を得た。表3
に示す組成の種培地B20mlを200ml容三角フラ
スコに入れ滅菌したものに、表2に示す組成の斜面培地
で生育させたバチラス・メガテリウム(IFO1210
8)の菌体を一白金耳植菌して28℃にて2日間振とう
培養してバチラス・メガテリウム(以下、単に混合菌と
称することもある)の種培養液を得た。
【0027】L−ソルボース50g、CSL60g、Fe
SO43g、硫安9g、ビタミンB23mg、ショ糖1.5gを
水道水で1660mlにして、NaOHでpHを7に調整し
た後、滅菌して主発酵培地を得た。ここに酸化菌の第2
種培養液300mlと混合菌の種培養液4mlを加え、さら
に0.3gの粗塩化希土(三菱化成工業(株))を10mlの水
に溶かして滅菌したものを加え、滅菌した5リットル・
ジャーファーメンターに入れ、温度32℃、撹拌800
rpm、通気0.5vvmの条件で培養を開始した。pHセン
サーと連動したペリスタルティックポンプを用いて、3
0%NaOHを自動的に添加することによってpHを6.
2に維持した。一方、400gのL−ソルボースを水道
水に溶かして900mlにしたものを滅菌し、培養液中の
ソルボース濃度が10〜30mg/ml前後になるようにこ
れを連続的に添加した。その結果、合計450gのソル
ボースを40時間で全て酸化し、354gの2KGA(フ
リーとして;以下も同様)が培養液中に蓄積した。
【0028】2) 電気透析培養 別に用意した滅菌した5リットル・ジャーファーメンタ
ーを培養槽として用い、これに図1に示すように中空糸
膜(マイクローザPMP102、旭化成製)および電気透
析槽(マイクロアシライザーG3、旭化成製)を組み付
け、透析膜としてはAC−120−800(同じく旭化
成製)を装着し、上記と同じく主発酵培地、酸化菌種培
養液、混合菌種培養液、および粗塩化希土滅菌水溶液を
滅菌ジャーファーメンターに入れ、同条件で培養を開始
した。上記の方法でpHコントロールしながら、400g
のL−ソルボースを水道水に溶かし、900mlにしたも
のを滅菌し、同様に連続的に添加した。培養開始より9
時間までは通常の培養(ポンプ停止)を行い、9時間目よ
りポンプで培養液を中空糸膜濾過器とジャーファーメン
ター間を3リットル/分の流速で循環させ、流出してく
る濾液をリザーバー(0.5リットル容)を介して電気透
析機に循環させ(流速1リットル/分)、0.5リットル
を超えるものについては再びジャーファーメンターに還
流させた。ジャーファーメンター以外の用いたすべての
装置および連結チューブは、前もって、0.5%水酸化
ナトリウムおよび0.5%次亜塩素酸ナトリウムで滅菌
し、滅菌水で洗浄した。電気透析を開始し、培養液中の
2KGA濃度が50mg/mlを超えないように電気透析機
を運転した。その結果、合計450gのL−ソルボース
を22時間で全て酸化し、さらに2時間電気透析するこ
とによって、培養液中に生成した2KGAは実質上ほと
んどすべて濃縮液(最終液量1.8リットル)中に回収さ
れ、360gの2KGAが得られた。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】実施例2 1)標準培養 実施例1の1)と同様に標準培養を行った。培養40時
間で全てのソルボースが酸化し、356gの2KGAが
培養液中に蓄積した。 2)電気透析培養 電気透析培養は、L−ソルボースのフィード条件以外に
ついては実施例1の2)と同じ条件で行った。フィード
は1150gのL−ソルボースを水道水に溶かして27
00mlにしたものを滅菌し、実施例1と同様に連続的に
添加した。その結果、培養36時間ですべてのL−ソル
ボースが酸化され、この時点でジャーファーメンターの
通気・撹拌を停止した上で、さらに2時間電気透析を続
けることによって、培養液中および中空糸膜濾液中の2
KGAは実質上ほとんどすべて濃縮液中に回収され、9
60gの2KGAが濃縮液(最終液量4.5リットル)中に
得られた。
【0033】実施例3 1)電気透析−純粋培養 実施例1の2)と同じく電気透析培養装置を準備した。
ただし、実施例1の2)とは異なり、図1に示す菌体分
離装置には中空糸膜濾過器(マイクローザPM102)
の代わりにボルテックスフロ−濾過装置(ベンチマーク
システム;メンブレックス・インコーポレーティッド
(Membrex, Inc.)、米国)にウルトラフィリックM
X−100ウルトラフィルター(メンブレックス・イン
コーポレーティッド、米国)を装着した。L−ソルボー
ス50g、CSL60g、FeSO43g、(NH4)2SO4
g、ビタミンB23mg、シュークロース1.5g、イースト
エキス30gを水道水で1660mlにして、NaOHでp
Hを7に調整した後、滅菌して主発酵培地を得た。これ
に、酸化菌種培養液、粗塩化希土水溶液を入れ培養を開
始し、フィード用にはL−ソルボースの50%W/V水溶
液を用いた。培養中のpHは、実施例1と同じく30%
NaOHで6.2に維持した。培養9時間目からポンプに
よってジャーファーメンターとボルテックスフロー濾過
装置の間で培養液を循環させて(循環流速0.25リッ
トル/分)菌体濾過を行い、得られた濾過液について実
施例1と同様にし電気透析を行った。表4に培養中のジ
ャーファーメンター1基当たりのL−ソルボース酸化速
度の推移を示した。効率的な酸化速度を得られなくなっ
た60時間目に培養、菌体濾過および電気透析を停止さ
せた。その結果、1923gのL−ソルボースを酸化
し、濃縮液中に1300gの2KGA、培養液と濾過液
中に合計187gの2KGA、合計で1487gの2KG
Aが得られた。
【0034】
【表4】
【0035】2)電気透析−混合培養 ボルテックスフロー濾過装置を組み込んだ電気透析培養
装置にて、実施例3の1)と同様にして培養を行った。
ただし、主発酵培地からはイーストエキスを除き、培養
開始時に実施例1と同様に調製した混合菌種培養液4ml
を加えた。上記と同じく9時間目から電気透析培養を行
い、150時間目に培養、菌体濾過、電気透析を停止さ
せた。表5に酸化速度の推移を示した。その結果、57
20gのL−ソルボースを酸化し、濃縮液中に4277
g、培養液と菌体濾過液中に合わせて200g、合計44
77gの2KGAが得られた。
【0036】
【表5】
【0037】上記結果から明らかなように、1)の純粋
培養の場合、L−ソルボースの高酸化速度が維持できた
のは培養開始後50時間までであったのに対し、2)の
混合培養では培養開始後150時間経過しても高酸化速
度が維持された。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、2KGA発酵におい
て、電気透析発酵法を用いることにより、従来の発酵法
または菌体反応法に比べ、同一量の基質を酸化する場
合、培養時間を著しく短縮でき、また、基質の高い酸化
速度を長時間維持できる結果、1回の培養で得られる2
KGA量を著しく増加できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法に用いる装置の1具体例の概略
図である。
【図2】 本発明に用いる電気透析槽の1具体例の概略
図である。図中、Aはアニオンを通しカチオンは通さな
いアニオン交換膜、Cはカチオンを通しアニオンは通さ
ないカチオン交換膜、Pはポンプを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12P 7/60 C12R 1:18) (C12P 7/60 C12R 1:07)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2−ケト−L−グロン酸(以下、2KG
    Aと称することもある)生産能力を有する微生物を少な
    くとも1種用いた発酵法または菌体反応法による2KG
    Aの製造方法において、発酵液または菌体反応液中に蓄
    積する生産物である2KGAを単独または対イオンとし
    ての低分子陽イオンと共に電気透析により発酵液または
    菌体反応液から抜き取ることを特徴とする2KGAの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 2KGA生産能力を有する微生物がシュ
    ードグルコノバクター属、グルコノバクター属、シュー
    ドモナス属、コリネバクテリウム属、エルウィニア属細
    菌またはこれらの組み合わせである請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 2KGA生産能力を有する微生物がシュ
    ードグルコノバクター属またはグルコノバクター属細菌
    である請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 2KGA生産能力を有する微生物がシュ
    ードグルコノバクター属細菌である請求項1記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 2KGA生産能力を有する微生物がシュ
    ードグルコノバクター・サッカロケトゲネスK591s
    (FERM BP−1130)、シュードグルコノバク
    ター・サッカロケトゲネスTH14−86(FERM
    BP−1128)、シュードグルコノバクター・サッカ
    ロケトゲネス12−5(FERM BP−1129)、
    シュードグルコノバクター・サッカロケトゲネス12−
    15(FERM BP−1132)、シュードグルコノ
    バクター・サッカロケトゲネス12−4(FERM B
    P−1131)およびシュードグルコノバクター・サッ
    カロケトゲネス22−3(FERM BP−1133)
    から選ばれる請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 対イオンとしての低分子陽イオンが1価
    または2価の陽イオンである請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 対イオンとしての低分子陽イオンがL
    i+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+またはNH4 +である請求
    項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 発酵液または菌体反応液中の2KGA濃
    度を80mg/ml以下に維持しながら電気透析を行う請求
    項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 2KGA生産能力を有する微生物を少な
    くとも1種用いた発酵法または菌体反応法による2KG
    Aの製造を他の細菌の存在下で行う請求項1記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 2KGA生産能力を有する微生物を少
    なくとも1種用いた発酵法または菌体反応法による2K
    GAの製造を、バチルス属、シュードモナス属、プロテ
    ウス属、シトロバクター属、エンテロバクター属、エル
    ウィニア属、キサントモナス属またはフラボバクテリウ
    ム属に属する細菌の共存下で行う請求項1記載の方法。
  11. 【請求項11】 2KGA生産能力を有する微生物を少
    なくとも1種用いた発酵法または菌体反応法による2K
    GAの製造を、バチルス・セレウス IFO3131、
    バチルス・リケニホルミス IFO 12201、バチ
    ルス・メガテリウム IFO 12108、バチルス・
    プミルス IFO 12090、バチルス・アミロリケ
    ファシエンス IFO 3022、バチルス・スブチリ
    スIFO 13719、バチルス・サーキュランス I
    FO 3967、シュードモナス・トリホリ IFO
    12056、シュードモナス・マルトフィリア IFO
    12692、プロテウス・インコンスタンス IFO
    12930、シトロバクター・フロインディ IFO
    13544、エンテロバクター・クロアカIFO 3
    320、エルウィニア・ハービコラ IFO 1268
    6、キサントモナス・ピシ IFO 13556、キサ
    ントモナス・シトリ IFO 3835、フラボバクテ
    リウム・メニンゴセプティカム IFO 12535、
    ミクロコッカス・バリアンス IFO 3765または
    エシェリヒア・コリ IFO3366の共存下で行う請
    求項1記載の方法。
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