JPH1057087A - L−アスパラギン酸の製造方法 - Google Patents

L−アスパラギン酸の製造方法

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JPH1057087A
JPH1057087A JP21456996A JP21456996A JPH1057087A JP H1057087 A JPH1057087 A JP H1057087A JP 21456996 A JP21456996 A JP 21456996A JP 21456996 A JP21456996 A JP 21456996A JP H1057087 A JPH1057087 A JP H1057087A
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JP
Japan
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enzyme
maleic acid
reaction
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aspartic acid
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JP21456996A
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English (en)
Inventor
Masaharu Mukoyama
正治 向山
Koichi Sakano
公一 阪野
Takaya Hayashi
隆哉 林
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Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酵素の安定な状態でマレイン酸からL−アス
パラギン酸を効率よく製造する方法の提供。 【解決手段】 マレイン酸とアンモニア、及び/又はマ
レイン酸アンモニウムを含有する基質媒体を、反応器に
充填されたマレイン酸イソメラーゼ活性とアスパルター
ゼ活性を有する酵素含有物、又はマレイン酸イソメラー
ゼ活性を有する酵素含有物とアスパルターゼ活性を有す
る酵素含有物に作用せしめることによりL−アスパラギ
ン酸を連続的に製造する方法において、10〜24℃の
反応温度において反応を行うことを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マレイン酸とアン
モニア又はマレイン酸アンモニウムからL−アスパラギ
ン酸を生産する際に、低い反応温度を用いることによ
り、反応に用いる酵素の寿命を延ばすことを特徴とする
L−アスパラギン酸の製造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、マレイン酸とアンモニア、又はマ
レイン酸アンモニウムからL−アスパラギン酸を製造す
る方法としては、マレイン酸イソメラーゼ活性とアスパ
ルターゼ活性を用いる方法が知られている。酵素を用い
た反応においては、長時間の使用により酵素活性が低下
することにより、ある一定期間反応を行った後、酵素の
交換を行わざるを得ないのが現状である。特に、マレイ
ン酸イソメラーゼは不安定であり、熱により不活性化さ
れやすく、酵素の交換も煩雑に行わなければならない。
このような方式で連続反応を行うと設備的な負担あるい
は人件費の負担が大きくなってしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、特に
マレイン酸イソメラーゼ活性を長時間維持することによ
り長時間にわたり安定に連続的にL−アスパラギン酸を
製造する方法を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、連続生体
触媒反応において酵素反応学的見地から、鋭意検討を行
った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発
明は、マレイン酸とアンモニア、及び/またはマレイン
酸アンモニウムを含有する基質媒体に、反応器に充填さ
れたマレイン酸イソメラーゼ活性とアスパルターゼ活性
を有する酵素含有物又はマレイン酸イソメラーゼ活性を
有する酵素含有物とアスパルターゼ活性を有する酵素含
有物とを作用せしめることにより、L−アスパラギン酸
を連続的に製造する方法において、10〜24℃の反応
温度において反応を行うことを特徴とするL−アスパラ
ギン酸の製造方法に関するものである。
【0005】
【発明の効果】本発明によると、高濃度のマレイン酸と
アンモニア、及び/またはマレイン酸アンモニウムを含
有する基質媒体からL−アスパラギン酸を製造するにあ
たり反応温度を10〜24℃にすることにより、酵素の
寿命を延ばし、効率よくL−アスパラギン酸を製造でき
る。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施実態を説明す
るが本発明はかかる実施実態のみに限定されるものでは
ない。本発明に使用するアスパルターゼ活性を提供する
微生物としてはアスパルターゼ活性を有する微生物であ
れば特に限定されないが例えば、エッシェリシア(Es
cherichia)属に属する微生物(エッシェリシ
ア・コリ(Escherichia coli))AT
CC 11303,ATCC 9637及びATCC
27325等、並びにブレビバクテリウム(Brevi
bacterium)属に属する微生物を用いることが
できる。
【0007】本発明に使用するマレイン酸イソメラーゼ
活性を提供する微生物としては、マレイン酸イソメラー
ゼ活性を有する微生物であれば特に限定されず、マレイ
ン酸イソメラーゼ活性を有することが知られている任意
の微生物を用いることができるが、例えば、本願発明者
らにより分離された新菌株シュードモナス・フルオレセ
ンス(Pseudomonus fluorescen
s)NSM−4(FERM p−15560)を用いる
のが好ましい。この微生物は、下記の性質を有する。
【0008】
【表1】
【0009】本発明の方法に用いられる上記微生物菌体
の調製に使用する培地は特に限定されるものではなく、
一般の微生物に使用される培地でよい。培養して得られ
た微生物菌体は遠心または濾過により集め、水または適
当な緩衝液を用いて洗浄し、本発明の反応に使用する。
微生物は更に、超音波、摩砕、凍結融解、界面活性剤処
理などにより物理的または生化学的に処理して破砕した
菌体破砕物、さらに、硫酸アンモニウム塩析、アセトン
沈殿等定法により得られる酵素に精製することができ
る。本発明の反応に用いる酵素含有物としては、微生物
菌体または菌体破砕物もしくは酵素をセルロース、アル
ギン酸、κ−カラギーナンなどの適当な天然高分子、あ
るいはイオン交換樹脂やポリアクリルアミド等の適当な
合成高分子を担体として定法により固定化して用いる。
【0010】本発明に用いる基質となるカルボン酸はマ
レイン酸あるいはマレイン酸塩から選ばれる少なくとも
1つである。また本発明に用いられるアンモニアとして
は液体アンモニア、アンモニア水溶液等がある。使用さ
れるアンモニア量は、フマル酸に対して、1.0倍モル
以上3倍モル以下が好ましい。また必要に応じて上記ア
ンモニア量の範囲で水酸化ナトリウムあるいは水酸化カ
リウムなどのアルカリ金属水酸化物を併用することもで
きる。
【0011】なお、基質媒体のpHは5から10の範
囲、好ましくは7.0から9.0の範囲がより好まし
い。マレイン酸とアンモニアとの反応はそれらを溶解し
た水性媒体、例えば水または緩衝液中で行う。緩衝液と
してはリン酸緩衝液等、常用の緩衝液を用いることがで
きる。反応の際の原料のマレイン酸の濃度は5〜40重
量%が好ましいが、マレイン酸塩の溶解性と生体触媒の
反応性を考えると特に10から30重量%の範囲の水溶
液で反応させるのが効果的であり、より好ましくは10
〜25重量%の範囲の水溶液で反応させるのが効果的で
ある。
【0012】また、基質媒体には、更に塩化マンガン、
硫酸マンガン等のマンガン塩、または塩化マグネシウ
ム、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム塩、または亜
鉛塩、カルシウム塩、ニッケル塩、コバルト塩、鉄塩等
の金属塩を0.1〜50mM、好ましくは1〜10mMの濃
度で添加することが好ましい。反応温度は低くするに従
って、酵素、特にマレイン酸イソメラーゼの不活性化は
防止され、半減期は延長されるが、他方、反応速度が低
下する。本発明者らは種々検討した結果、反応温度を1
0〜24℃にすることにより酵素、特にマレイン酸イソ
メラーゼの半減期が十分に延長され、且つ十分な反応速
度が確保できることを見出した。
【0013】マレイン酸イソメラーゼ及びアスパルター
ゼはSH酵素として知られているが、基質溶液中の酸素
濃度を低減化することを行ったところ、酵素の寿命を延
ばすことができることが判明した。酸素濃度は通常の濃
度で20℃で8.8ppm であるが、これを1ppm 好まし
くは0.1ppm 、更に好ましくは0.01ppm 以下に保
つことにより酵素の寿命を延ばすことができる。基質媒
体中の酸素を除去する方法は、(1)脱酸素剤を基質媒
体に添加する方法、(2)不活性ガスにより酸素を除去
する方法がある。
【0014】脱酸素剤としては、亜硫酸イオンを用いる
ことができる。亜硫酸イオン源としては、亜硫酸ナトリ
ウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウム、亜硫酸ア
ンモニウム等の塩または亜硫酸を用いることができる。
亜硫酸イオンとしては、20ppm 以上1%以下、好まし
くは100ppm 以上0.5%以下の濃度で添加すること
が好ましい。亜硫酸又は亜硫酸塩を添加して酸素を除去
する効率は、基質媒体の温度に依存する。40℃より低
温では、酸素の除去速度は遅く、酸素除去率も悪いが、
45℃以上に基質媒体を昇温することにより極めて効率
よく酸素を除去できる。また80℃より高温ではアンモ
ニアの発散が多くなる。従って、脱酸素処理は40℃〜
80℃において行うのが好ましい。脱酸素剤の基質媒体
への添加は、基質媒体調整時に調製タンクに添加しても
よいし、基質媒体保存容器へ、または反応器への導入ラ
インで添加してもよい。
【0015】不活性ガスにより基質媒体中の酸素濃度を
低減化する方法では、不活性ガスとして窒素、アルゴ
ン、ヘリウム等が用いられる。不活性ガスの投入方法と
しては、基質媒体を調製した後、保存容器に入れ、気相
部を不活性ガスで置換し、気相部中の酸素濃度を下げる
方法、また、基質媒体に不活性ガスを導入し溶存酸素を
除去する方法等特に方法は限定しない。保存容器の気相
部を不活性ガスで置換するとき気相部の酸素濃度は5%
以下、好ましくは3%以下更に好ましくは1%以下であ
る。
【0016】基質媒体を保存する容器は、材質は特に限
定しないが、ステンレス、鉄、プラスティック、ガラス
等を用いることができる。形状は特に限定しないが、蓋
付きで密閉できるか、不活性ガスで気相部を保つことが
できる構造が好ましい。基質媒体中の酸素を除去する方
法は、上記の脱酸素剤を基質媒体に添加する方法と不活
性ガスにより酸素を除去する方法があるが、これらを組
み合わせることもでき、組み合わせることにより、更に
効果的となる。
【0017】基質媒体を保存する容器は、材質は特に限
定しないが、ステンレス、鉄、プラスティック、ガラス
等を用いることができる。形状は特に限定しないが、蓋
付きで密閉できるか、不活性ガスで気相部を保つことが
できる構造が好ましい。基質媒体を調製した後、保存容
器に入れ、気相部を不活性ガスで置換し、気相部中の酸
素濃度を下げることが望ましい。不活性ガスとしては、
窒素、アルゴン等を用いることができ、気相部の酸素濃
度は5%以下、好ましくは3%以下、更に好ましくは1
%以下である。
【0018】以上のように、マレイン酸とアンモニア、
及び/またはマレイン酸アンモニウムを含有する基質媒
体にマレイン酸イソメラーゼ活性及びアスパルターゼ活
性を作用させて連続的酵素反応によりL−アスパラギン
酸を製造する方法において、反応温度を10〜24℃と
し、さらに所望により脱酸素剤や不活性ガスにより基質
媒体中の溶存酸素濃度を下げて、反応器に連続的に基質
媒体を導入しながらL−アスパラギン酸を製造すること
により、酵素の寿命を延ばし、効率のよいL−アスパラ
ギン酸の製造方法が提供される。
【0019】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。なお反応
生成物は、液体クロマトグラフィーにより分析した。酵素含有物の調製 蒸留水1L当り10gのマレイン酸、5gの(NH4)2
SO4 ,1gのKH2PO4 ,3gのK2 HPO4
0.5gのMgSO4 ・7H2 O,5.5gのNaO
H、及び20gの酵母エキスの組成からなる培地(pH
6.3)3Lを全容5Lのジャーファーメンターに仕込
み、シュードモナス・フルオレセンス(Pseudom
onas fluorescens)NSM−4k株
(FERMP−15560)を接種し30℃で通気攪拌
培養を行った。培養20時間目に培養を終了し菌体を遠
心分離によって集めた。
【0020】蒸留水1L当り10gのフマル酸、5gの
(NH4)2 SO4 ,1gのKH2 PO4 ,3gのK2
PO4 ,0.5gのMgSO4 ・7H2 O,5.5gの
NaOH及び20gの酵母エキスの組成からなる培地3
Lを5Lジャーファーメンターに仕込み、Escher
ichia coli ATCC11303株を接種し
37℃で通気攪拌培養を行った。培養20時間目に培養
を終了し、菌体を遠心分離によって集めた。
【0021】この2種の微生物の菌体を混合してポリキ
ャップ172(ハーキュレス社製)120g及び脱イオ
ン水240gに均一に分散させた。6L容のナス型フラ
スコにイオン交換樹脂(アンバーライトIRA−94S
Cl型 オルガノ社製)300mlと0.5インチのテ
フロン球200個を入れ、ここに先の分散液の1/6を
入れ、30℃で回転させながらエバポレーターで1時間
減圧乾燥し、菌体をイオン交換樹脂に被覆させた。この
操作を6回行い、テフロン球を除去して固定化生体触媒
とした。
【0022】比較例1.(半減期測定法) 前記において調製した固定化生体触媒を、20%マレイ
ン酸アンモニウム溶液(pH8.5)に4℃で一晩浸漬
したのち、その50mlをジャケット付きカラムに充填
し、ジャケットに30℃の温水を循環させて反応器の温
度を30℃に設定した。
【0023】ふた付きビンに入れた基質液(1L中に2
00gのマレイン酸、200gの25%アンモニア水、
0.25gのMgSO4 ・7H2 O及び0.78gのメ
ルカプトエタノール、アンモニアでpH8.3に調整)
をテフロンチューブを通して、毎時5mlの速度でカラム
に流通させ連続反応を行った。反応開始後12時間目に
反応液の分析を行ったところ、反応生成物として、消費
マレイン酸と等量のL−アスパラギン酸が生成してい
た。転化率が90%以下になった時から、転化率をHP
LCで分析し、転化率の時間変化を追跡した。この転化
率の対数値を反応時間に対してプロットした傾きから、
マレイン酸をL−アスパラギン酸に変換する酵素活性の
半減期を計算したところ31時間であった。この結果を
表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】実施例1.反応器の温度20℃にした以外
は比較例1と同様にして活性半減期を計算したところ6
3時間であった。基質液中の酸素濃度は8.8ppm であ
った。実施例2. 反応器の温度10℃にした以外は比較例1と
同様にして活性半減期を計算したところ124時間であ
った。
【0026】比較例2.ふた付きビンに入れた表3の基
質液に窒素を吹き込んで窒素置換し、窒素バブリングを
継続したまま基質液をカラムに導入した以外は比較例1
と同様にして活性半減期を計算したところ53時間であ
った。実施例3. 反応器の温度を20℃にした以外は実施例1
と同様にして活性半減期を計算したところ116時間で
あった。基質液中の酸素濃度は0.01ppm 以下であっ
た。
【0027】実施例4.反応器の温度を10℃にした以
外は実施例1と同様にして活性半減期を計算したところ
246時間であった。実施例1〜4及び比較例1〜2の
結果を表3にまとめて示した。
【0028】
【表3】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マレイン酸とアンモニア、及び/又はマ
    レイン酸アンモニウムを含有する基質媒体を、反応器に
    充填されたマレイン酸イソメラーゼ活性とアスパルター
    ゼ活性を有する酵素含有物、又はマレイン酸イソメラー
    ゼ活性を有する酵素含有物とアスパルターゼ活性を有す
    る酵素含有物に作用せしめることによりL−アスパラギ
    ン酸を連続的に製造する方法において、10〜24℃の
    反応温度において反応を行うことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 不活性ガスにより、反応器内の反応液の
    溶存酸素濃度を1ppm 以下に維持することを特徴とする
    請求項1に記載の方法。
JP21456996A 1996-08-14 1996-08-14 L−アスパラギン酸の製造方法 Pending JPH1057087A (ja)

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