JPS61500201A - アスコルビン酸の生物転化による製造 - Google Patents

アスコルビン酸の生物転化による製造

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JPS61500201A JP59504007A JP50400784A JPS61500201A JP S61500201 A JPS61500201 A JP S61500201A JP 59504007 A JP59504007 A JP 59504007A JP 50400784 A JP50400784 A JP 50400784A JP S61500201 A JPS61500201 A JP S61500201A
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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】 アスコルビン酸の生物転化による製造 本発明はL−アスコルビン酸(ビタミンC)の醗酵による製造方法、この種の醗 酵に特に適する微生物および醗酵培地に関する。
発明の背景 L−アスコルビン酸は人間にとつて必須食品成分であり、自然界においては柑橘 類の果物および植物中に含まれている。L−アスコルビン酸は通常既知方法によ り、例えば出発物質としてD−グルコースを用いるライヒシュタイン(T.Re ichstein)の米国特許第2265121号に記載のほうほうにより合成 される。
L−アスコルビン酸のその他の化学的合成法方および生物学的製造方法も種々知 られており、例えば米国特許第2702808号、同第2847421号および 同第3721663号に記載の方法が知られており、これらは一般に上記のライ ヒシュタイン方法の変法である。しかしながら、これらの方法は開示されるごと く出発物質としてグルコースを用いる比較的複雑な方法である。他の出発物質を 利用する商業規模での新規方法が望まれるであろう。
英国特許第763055号に記載される化学的−生物学的方法では、動物または 植物の酵素組織に存在するデヒドロゲナーザ(EC1.3.2.3)を用いてガ ンマラクトンの最終酸化を行うことによりL−アルコルビン酸を得ている。同様 の方法が米国特許第4259443号に記載されており、ここではラクトースの 加水分解糖とエンドウ豆由来の植物デヒドロゲナーゼ酵素(E O1,3,2, 3)を利用してL−アスコルビン酸を製造している。この方法の効率については 開示されていないが、商業規模でのこの方法の使用は制限をうけると思われる。
パン酵母および/またはビール酵母がL−ガラクトノ−ラクトンオキシダーゼ( 類)を含むことはすでに認められており、この酵素(類)がL−アスコルビン酸 生合成の最終酸化工程、すなわちL−ガラクトノ−ガンマラクトンを酸化してL −アスコルビン酸と過酸化水素とを製造する工程を触媒すると思われた〔エンザ イモロジア(Enzymologia) 、31 fr2(1966) ;ユー ロ、ジエイ、バイオヶム (Eur、J 、BioChem、) 、 127  +391 (1982);およびエム、ニシキミ(M、NiN15hiki ) らのアーチ、バイオタム。バイオフィシ (Arch、 Biochem。
Biphys、)、191 、479 (1978)を参照〕。炭素エネルギー 源としてD−グルコース(10%)を含む栄養培地内で増殖する酵母がエンジグ オール構造のアスコルビン酸類似体を生産する能力についても研究された〔ヘイ ク(He1ck )らのカナ。
ジエイ、マイクロバイオロ、(Can、J、Microbiol、) 、 18  。
597 (1972) を参照〕。類似の研究において、カンディダ(C1an dida )酵母株を蔗糖、ヘキソースまたはペントース上で増殖させてアスコ ルビン酸類似体(D−エリトロアスコルビン酸)を製造した〔ニス、ムラカワ( S、Murakawa )らのアグリク、バイオロ、ケム、 (Agric、B ioJCihem+) 、 40(6) 。
1255 (1976)および同書41(9) 、1799 (1977)を参 照〕。L−ガラ゛クトノーガンマラクトンを培地に添加して酵母を増殖させた場 合にはL−アスコルビン酸も確認された。D −エリトロアスコルビン酸は種々 の炭素源から作られたが、L−アスコルビン酸は発酵培地中にL−糖−ラクトン が存在するときに生産されるにすぎなかった。
また、かなりの量のラクトースはチーズ製造の際の副産物としてホエー(乳漿) 、ホエー透過物またはミルク透過物の形で利用可能であることが知られている。
これらの副産物の利用は長い間チーズ製造業者らにとって関心の的であった。
ホエーまたは他のミルク由来の流動状副産物から得られるラクトースを加水分解 するとグルコースおよびガラクトースが得び同第2681858号を参照)、ま たホエーを発酵させるとエタノールが生ずることも知られている〔例えばフード ・エンジニアリング(Food Engineering ) 、 11月、1 977年、74〜75頁:英国特許第1524618号を参照〕。酪農副産物と してのラクトースを利用するのに適したL−アスコルビン酸の新規製造方法がと 9わけ望まれるであろう。
従って、本発明の主な目的はL−アスコルビン酸を製造するための商業規模で実 施しうる新規生物転化方法を提供することである。本発明の他の目的は、酪農副 産物であるラクトース源(例えばホエー、ホエー透過物およびミルク透過物)を L−アスコルビン酸の製造に利用しうる方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、L−ガラクトノ−ガンマラクトンのような種々のD −およびL−ガラクトース誘導体の存在下にエタノールの好気的発酵によりL− アスコルビン酸を製造することができる微生物を提供することである。さらに他 の目的はL−アスコルビン酸の微生物学的製造に特に適する発酵培地を提供する ことである。これらおよび他の目的は添付の図面および以後の詳細な説明から一 層明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 第1図は本発明に従って酪農副産物であるラクトースからし−アスコルビン酸を 製造する方法の1つの実施態様を示す一連の工程図であり、 第2図はL−ガラクトノ−1,4−ラクトンオキシダーゼ活性につ〜・てのミト コンドリア検定を示すグラフでウリ、第3図はL−ガラクトノ−1,4−ラクト ンからのミトコンドリアでのアスコルビン酸製造を温度の関数として示すグラフ であり、 第4図はL−ガラクトノ−1,4−ラクトンからのミトコンドリアでのアスコル ビン酸製造をpHの関数として示すグラフであり、 第5図1d、L−ガラクトノ−1,4−ラクトン基質濃度に対するミトコンドリ アでのL−アスコルビン酸反応速度V○を示すグラフであり、そして 第6図ばL−ガラクトノ−1,4−ラクトンからのミトコンドリアでのアスコル ビン酸製造についてのKmおよびVmax を測定する際の逆基質濃度に対する 逆ミトコンドリア反応速度vOを表わすグラフである。
発明の説明 一般に本発明によれば、L−ガラクトノ−ガンマラクトン、L−ガラクトン酸の 低級アルキルエステル、L−ガラクトン酸およびこれらの混合物よりなる群から 選ばれるL−ガラクトン酸系基質の水性相での好気的生物転化によるL−アスコ ルビン酸の製造方法が提供される。以後にさらに詳しく論じるように、L−ガラ クトン酸系基質は適当な方法で、例えばD−ガラクトースの酸化および柑橘類に 含まれるペクチンのようなペクチン質の加水分解により得られる。特に好適なし 一ガラクトン酸系基質はL−ガラクトノ−ガンマラクトンである。また、この種 の方法によれば、エタノール、グリセロールおよびこれらの混合物よりなる群か ら選ばれる短鎖の炭素発酵エネルギー源をその発酵において利用することができ る。特に好適な炭素源はエタノールである。
好気的生物転化に適する微生物の選択および利用は本方法の重要な特徴になって いる。これに関して、L−アスコルビン酸の合成において過剰生産性でありかつ L−ガラクトン酸系基質からL−アスコルビン酸を蓄積する微生物を発酵培地に 供給することが望ましい。II L−アスコルビン酸の生合成において過剰生産 性である11微生物とは、自然突然変寞または遺伝子操作のいずれかによって発 酵プロスの全容量に基づいて発酵培地1を当たり少な(とも約0.3%の量で代 謝産物としてのL−アスコルビン酸の高められた生産が可能である微生物を意味 する。
L−アスコルビン酸の生産は特定の微生物を用いてL−ガラクトン酸系基質の存 在下にエタノールを発酵させることにより実施される。L−ガラクトン酸系基質 からのL−アスコルビン酸の製造において過剰生産性でありかつ短鎖炭素源を利 用しうる酵母およびカンデイダ属の特定酵母が特に好ましい。しかし、他の適当 な微生物(適切に遺伝子修飾された微生物を含む)、例えばハンセヌラ(Han senul?L) 、サツカロミセス(S accharo−myc8S )  、フリユベロミセス(Klyuveromyces ) 、デバロミセス(De baromyces ) 、ナソニア(NadSOnia ) 、リポミセス( Lipomyces ) 、 )ルロプシス(Torulopsis ) 、フ レケラ(Kloeckera ) 、ピチア(Pichia ) 、シゾサツカ ロミセス(Schizosaccharomyces ) 、 )リボノブシス (Trigonopsis ) 。
プレツタノミセス(Brettanomyces ) またはシュワニオミセス (Schwanniomyces )のような他の属の酵母もいくつかの情況で は使用することができる。
本発明の種々の観点によれば、使用する微生物は酸化的発酵における主な炭素源 としてエタノールを利用することができ、その結果L−ガラクトノーガンマラク トンの生物転化を行って少なくとも約11/lの収量でL−アスコルビン酸を生 産することができるものであればよい。しかし、カンデイダ属に属し、かつL− アスコルビン酸の生産に必要とされる特性を有し、さらに生物転化プロス中への 生産物の輸送および好気的条件下でのアルコールの高められた代謝能力などの特 性を有する突然変異株が好適な微生物である。しかし、ある場合には細胞内に有 意量の生産物を蓄積する株も利用価値がある。また、特に好適な炭素源はエタノ ールであるが、グリセロールも増殖用炭素源および/またはL−アスコルビン酸 もしくはその他のエンジオール化合物の生産用発酵炭素源として有用であること が認められている。炭素源を選ぶための決定的要因はそれがL−アスコルビン酸 の異性体へ転化されないということである。酵母はそれらがL−アスコルビン酸 を生産しかつ蓄積する能力を有するものでありさえすれば自然界に存在する株、 人工的に突然変異を起こされた株または遺伝子操作により作られた株であってよ く、とりわけカンデイダ属のものが好適である。
適切な突然変異株は紫外線(UV)の照射およびまたは化学的突然変異原(例え ばN−メチル−N′−ニトロ−N−ニトロソグアニジン、メタンスルホン酸エチ ル、亜硝酸、アクリフラビンおよびカフェイン)への暴露のような通常の突然変 異方法によシ誘発される。組換えDNA技術もそうであるが、プロトプラスト融 合または電気融合を行って改良された組換え体を作るところの過剰生産性酵母株 のハイブリダイゼーションも使用できる。また、多くの属の酵母は適当な条件下 でL−アスコルビン酸またはその類似体を生産するように誘導されうることが認 められている。アスコルビン酸の製造において過剰生産性のこの種の株はアスコ ルビン酸の大部分を細胞内に蓄積してもよく、従って細胞の自己分解が起こるま でアスコルビン酸は放出されない。しかし、L−アスコルビン酸を発酵培地から 非常に簡単に回収する発酵方法においては、微生物が生産物を培地へ輸送するの が望ましい。
従って、本発明の特徴はL−アスコルビン酸生産物を細胞内に保持することなく 、むしろ生産場所から発酵培地中へ輸送できる特定の微生物株を提供することで ある。L−ガラクトノ−ガンマラクトン基質からのL−アスコルビン酸の製造に 携わる酵素系は酵母のミトコンドリアと関係があるように思える。従つて、L− ガラクトノ−ガンマラクトン基質は発酵培地から細胞壁を横切り、さらにミ)? ンドリア膜を通って輸送されねばならない。同様に、L−アスコルビン酸反応生 産物はミトコンドリア膜と細胞壁とを通って発酵培地に入るよう運ばれねばなら ない。L−アスコルビン酸を発酵培地に蓄積させるために、細胞壁とミトコンド リア膜を通過するこのような望ましい輸送特性を有する微生物株が提供される。
これに関して、本発明の特に好適な実施態様では、L−アスコルビン酸またはそ の類似体生産物の大部分をトロボ相(tropophase )およびイデイオ 相(1diophase ) の生長段階中に発酵培地へ輸送するところの後で 述べるカンデイダ属変異株のような選ばれた酵母種および株が利用される。本発 明によれば、L−ガラクトン酸系基質(特にL−ガラクトノ−ガンマラクトン) を好気的に酸化してL−アスコルビン酸を製造しかつ実質的にそのL−アスコル ビン酸のみを蓄積するのに特に適した新規微生物が提供される。
エタノールを好気的条件下で代謝する優れた能力をもつ微生物であって、かつL −アスコルビン酸を水性発酵培地中に供給するように細胞壁とミトコンドリア膜 を横切ってL−アスコルビン酸を輸送できる微生物が特に好ましい。
エタノール含有標準発酵培地(SM−1)および特別のグリシン含有培地(グリ シン培地)(各培地は0.5重量%のL−ガラクトノ−ガンマラクトンもまた含 有する)で増殖させるとき、L−アスコルビン酸を生産しかつ蓄積する人工的に 突然変異を起こさせた酵母の特に好ましい例はカンデイダ ノルベゲンシス ク ラフト社 MF−56(Candida Norvegensis Kraft 。
■nC0MF−56) である。この菌株はメリーランド州ロックビルのアメリ カン・タイプ・カルチャー−コレクション(American Type C1 ulture Co11ection )にATCC20686として寄託され た。その他の改良された突然変異株はカンデイダ ノルペゲンシス クラフト社 MF−78であり、この菌株はアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション にAT CC120732として寄託された。これらの酵母類は一連の突然変異 誘発方法によってカンデイダ ノルベゲンシスCBC2145から誘導、単離さ れた突然変異株である。
Lニアスコルビン酸過剰生産性菌株MF−56(ATCC20686)の系図、 ならびに標準発酵培地およびグリシン発酵培地でのL−アスコルビン酸の収量を 次の表に示す。
表1 カンデイダノルベゲンシスからのL−アスコルビン酸過剰生産性菌株の系図 生産されたL −’アスコルビン酸 C1B52145(gMs) 0.09 0.30MF−27(uv) 0.0 15 0.60M F −34(uv、tAF) 0.020 0.72MF  39(Uv) ’ 0.30 0.75MF 42 (NTC) 0.30 0 .69MF−54(NA) 0.33 0.75MF 55(N工+2) 0. 34 0.80M1l”−56、,0,341,07 発酵はエタノール15%(重量/容量)およびL−ガラクトノ−ガンマラクトン 0.5%を含有する発酵培地を入れた耐化学光線(7) 500 mlエルレン マイヤーフラスコ内で30℃において48時間実施した(40ORPM)。先代 の菌株から後代の菌株をつくるのに用いた突然変異誘発薬剤または選択薬剤を次 の略号:uv=紫外線;EMS−メタンスルホン酸エチル; NTG:N−メチ ル−N′−ニトロ−N−ニトロソグアニジン;NA−亜硝酸; C1AF−カフ ェイン; Ni+2= L−ガラクトン酸ニッケル;に従ってカッコ内に示す。
L−アスコルビン酸過剰生産性突然変異株のスクリーニング方法は、大多数の酵 母細胞に対して突然変異誘発処理を施し、次にアスコルビン酸の生産レベルに基 づいて酵母コロニーを選択することにより行われる。アスコルビン酸の生産レベ ルは、酸生産に感受性の培養培地で突然変異処理酵母の単離細胞を培養すること により監視できる。例えば、炭酸カルシウム粉末のような酸感受性物質を用いて 培養培地を不透明にする。増殖している酵母コロニーが酸を生産すると炭酸カル シウムが溶けることによりそのコロニーをとり囲む区域が透明になる。その透明 区域の直径は酵母コロニーの高められた酸生産の関数として増大する。
C,ノルベゲンシスMF 39と命名した表Iの系図の培養物の1つに関して、 その突然変異誘発処理およびスクリーニングのだめのデータを次の表■に示す。
表■に記載の実験において、優れた生産性の変異株はそれらの酸単位値(AU) を基準にしてスクリーニングした。これに関して、突然変異誘発処理後に親株お よび生存株を酸指示培地に装置し、30℃で96時間インキュベートしてそれら のAU値を測定した。この1記の酸指示培地は寒天、エタノール1.5%(重量 /容量)、L−ガラクトノ−ガンマラクトン0.5%、グルタミン酸モノナトリ ウム塩02%、および不透明化剤としてのCaC1030,3係を含有する5M −1培地であった。AU値とは透明区域の直径(g)/コロニー区域の直径を意 味する。表U7 では、その第1欄に0.15,30,45.60および70秒 の突然変異誘発UV照射時間を示し、その下のカッコ内にその照射時間での全生 存培養物のパーセントを示す。各照射時間に関して、酸単位値の5つの異なる区 域寸法のそれぞれに対する生存コロニーの数およびそのパーセントを表Uのそれ ぞれの欄に示す。
生産性の評価については表1に関して述べたような振とうフラスコ試験を用いる 。最高の酸単位値を有する突然変異株の中からMF−42株が選ばれた。
すでに示したように、本発明によればL−アスコルビン酸生産性菌株の突然変異 株ならびにその菌株の系図的誘導株が提供されかつ利用される。これに関して、 MF−55株(表■参照)のその後の突然変異は、次の表に示すように、L−ア スコルビン酸に関してさらに一層過剰生産性の突然変異株を提供すべく行われる 。
表■ MF−56(ATCC20686)からのL−アスコルビン酸先代菌株から後代 菌株をつくるのに用いた突然変異誘発薬剤または選択薬剤をカッコ内に示す。突 然変異処理または選択処理は次のように表わされ、4:ICMS−メタンスルホ ン酸エチル;UV=’lR外線; NTC,−ニトロソグアニジン;Ni+2− ニッケル塩錯体;Ce137=セシウム137ガンマ線; EtBr−臭化エチ ジウム; Na−亜硝酸; Vn−1−2−メタバナジウム酸アンモニウム。表 ■に記載のL−アスコルビン酸生産量は表1に関して先に述べたような振と5フ ラスコ発酵によって得られる。
C,ノルベゲンシスクラフト社MF−55変異株(ATCC20686)、C, ノルベゲンシスクラフト社MF−78変異株(ATCC20732)、およびC ,ノルペゲンシスC1BS2145親株の形態学的、生理学的ならびに培養上の 特性は、II酵母、分類学的研究(Tne Yeasts、 a taxono mic 5tudy ) ” Cジェイ、ロダー(J 、Lodder ) 編 集、1970年、北オランダ発行所、アムステルタ弘〕および11酵母の新解説 書(A New Keyto the Yeasts ) ” [ジェイ、エイ 、バーネット(J 、A 、Barr+ett)およびアール、ジェイ、パーク バースト(a、J、ParkhurSt )編集、1974年、化オランダ発行 所、アムステルダム〕に示される酵母に関する記述と一致する。形態学的試験お よび同定試験を表■に示す。
25℃において麦芽エキス上で増殖させる場合、細胞は(2〜8)x(5〜13 )ミクロンの円筒形ないし卵形である。コロニーはクリーム色をしており、光沢 があり、軟らかく平坦である。ホルウエル(FOIW611S )のアセテート 寒天培地上では子嚢胞子を作らない。
表■ 炭素の同化 化合物: シュークロース − エリトリトール −マルトース − リビトール − セロビオース + ガラクチノール −可溶性澱粉 −コハク酸 十 り−キジロス+潜在または− クエン酸 十し−アラビノース − イノシトー ル オD−アラビノース − グルコノ−デルタラクトン −D−リボース − 2−ケト−グルコネート −L−ラムノース −5−ケトークルコネ−) −− D−グルコサミン + KNO3の同化:陰性 添加ビタミン類なしての増殖:陰性;チアミン、ビオチンおよびピリドキシンを 必要とする 増殖のための最高温度:41〜45°C本 場合によりわずかに同化する 本発明の他の特徴は、エタノールからのグルコース生成の代謝過程を抑制しかつ D−エリトロアスコルビン酸の形成を最小限に抑える水性発酵培地ならびにその 発酵条件を提供することである。特に好適な水性発酵培地はL−アスコルビン酸 の回収が簡単でありかつL−アスコルビン酸の微生物学的製造を高めるものであ る。適当な水性発酵培地を提供することは本発明方法にとってかなり重要であり 、そして望ましい発酵培地の選択Xよび提供は発酵で使用する特定の微生物の機 能にも一部関係する。また適当な発酵培地の提供は以後に詳しく述べるイオン交 換樹脂分離方法を含む分離技術による一層効果的なL−アスコルビン酸の回収方 法をも提供する。
発酵培地においてエタノールは炭素源として利用され、その初期濃度は使用する 特定の菌株に応じて約0.01〜2.0チ重量(P)/容量(ml)(以後W/ Vと記す)の範囲が好ましい。エタノールが生物転化中に消費されると、それは 酵母が耐えられる濃度でありかつ増殖またはL−アスコルビン酸の生産を阻害し ない最適濃度(約001〜2.0 % w/v )へと断続的に補足される。
この種の方法のいろいろな観点によれば、生物転化用の水性培地はエタノール、 グリセロールおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれる4個より少ない炭素 原子をもつ炭素発酵エネルギー源と、L−ガラクトノ−ガンマラクトン、L−ガ ラクトン酸およびこれらの混合物よりなる群から選ばれるL−ガラクトン酸系基 質とを含むものが用意される。一般に、その発酵培地は選ばれた微生物の増殖に とって必要な栄養素をさらに含み、また培地のpHは約2.5〜6,5の範囲で あるのが好ましい。一般に、水性発酵培地には、発酵培地の全重量を基準にして 、少なくとも約0.01重量世襲好ましくは約0.1〜2.0重世襲の炭素源が 加えられるだろう。炭素源は発酵中に消費され、そして発酵期間中に定期的にま たは連続的に添加される。同様に、発酵培地の全重量を基準にして少な(とも約 01重世襲の発酵基質がその培地に加えられるのが望ましい。酵母による発酵の ためには、一般に発酵培地は窒素源、種々の有機栄養素および種々の無機物質も 含むだろう。
窒素源(一般に水性発酵培地の全重量を基準にして約0.1〜0.5重世襲の量 で用いられる)は、それを最大利用するそれぞれの菌株の能力に応じて、硫酸ア ンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、燐酸アンモニウム、尿素ま たは水酸化アンモニウムの形のアンモニウムイオンなど、およびこれらの混合物 からなる代謝可能な窒素化合物群から選ばれる。培養培地または発酵培地を調合 するにはさらに様々な量のアミノ酸(例えばグルタミン酸モノナトリウム塩、グ ルタミン、アスパラギン酸など)、プリン類(アデニン、チミン)、トウモロコ シ浸出液、酵母エキス、蛋白質加水分解物のような有機栄養素; Ca、Mg、 Na、に、Fe、Ni、Go、Cu、Mn、Mo、Znの硫酸塩または塩酸塩の ような無機塩;およびビタミン類(例えば水溶性のビタミンB類)が添加される 。この種の作用を効果的に行う培地の1つに先に述べた5M−1エタノール培地 がある。この培地の組成特性は次の通りである。
8M−1培地 量 7t A、炭素−エタノール(重量/容量) 15.0B、窒素−尿素 2.0 C1補助成分−トウモロコシ浸出i 50D、無機塩 MgSO4,7H200,5 Mail O,I KOI O,I H3BO30,0005 FeCl2,6H200,0002 Mn5O4H20’ 0.0004 Zu3o4,5H200,0004 CUSO4,5H200,0004 KI Oloool (NH4)6MO70□4.4H200,0002E、ビタミン−チアミンHO I O,004ビオチン 0.00002 F、生物転化化合物−L−ガラクトノ−ガンマラクトン 5.0JpH4,Qに 調節 選ばれた酵母変異株を適当な培養条件下にこの培地で増殖させると、本質的にL −アスコルビン酸のみがL−ガラクトノ−ガンマラクトンの生物転化生成物とし て培地中に生産される。
この培地の修飾培地またはその他の培地(以後に詳しく述べる)もより一層有利 であることが見出されている。培養条件は一般に約20〜37℃の温度範囲、好 ましくは約30℃である。生物転化は約6.5〜2.5のpH範囲、好ましくは 約40のpHで行うのが望ましい。最適培養条件は使用するそれぞれの酵母株に よって決まるだろう。発酵方法は1〜7日間を要し、好気的条件下に行われる。
L−アスコルビン酸を生産する生物転化方法において高密度の酵母細胞バイオマ ス(生物転化培地1を当たり25〜240Jの生細胞)を使用する場合、酸素欠 乏条件の発生を防ぐためにその通気方法に対して純粋酸素または酸素に富む雰囲 気を補足する必要があり、またこうすることが収量を高めるために望ましいかも 知れない。水性培養培地は少なくとも約2.5ppmの酸素を保つようにするの がよく、好適には約3〜51)I)mの範囲の所定のレベル以下に酸素含有量を 低下させない方がよい。
前記の5M−1培地のような標準培養培地は本発明によるし一ガラクトノーガン マラクトン基質からのL−アスコルビン酸の製造において有利に利用されうるが 、全ての増殖または発酵は、培地の全重量を基準にして少なくとも約0.5重量 %(好ましくは約0.6〜0.8重量φ)のグリシンを含む培地を用いて行うの が特に好適である。培地中の約0,7重世襲のグリ′シンは収量増加という点で とりわけ効果的であることがわかった。これに関して、この種の高グリシン培地 はL−アスコルビン酸の収量生産性を約3倍またはそれ以上高めるらしいことが わかった。
本明細書に記載の発酵において特に有用であることが立証されかつ本明細書で” グリシ/培地11として認められるグリシン発酵培地の成分は次の通りである。
エタノール 20.0 グリシン 70 CiSL W、/V 5.0 グルタミン酸モノナトリウム塩 2.0無機混合物 2.0ml 上記無機混合物は次の成分からなる: EDTA (2Na) 5.0 g−/1znSO4,7H200,22〃 0aC1□、2H200,735tt MnSO4,H2O0,6725// FeSO4,7H200,915p (NH4)6Mo、024,4H200,10〃CuSO4,5H200,25 tt CoC1゜−6H200,293p 高グリシン培地は高グリシン含量のゼラチンのような蛋白質を加水分解し、その 加水分解生産物をアスコルビン酸過剰生産性微生物用の増殖培地の発酵に直接利 用することにより商業規模での操作に対して提供される。
さらに詳しく述べると、L−ガラクトン酸系基質はチーズ製造または酪農の際の 副産物であるラクトースを加水分解してグルコースとD−ガラクトースとなし、 次にD−ガラクトースを酸化してD−ガラクツロン酸をつくることにより前記ラ クトースから製造するのが望ましい。
D−ガラクツロン酸はこの他に柑橘類のペクチンなどのペクチン質今加水分解( 例えば酵素による加水分解)しても得られる。
このD−ガラクツロン酸は還元してL−ガラクトースとなし、これを脱水してL −ガラクトノ−ガンマラクトンを製造する。
L−ガラクトン酸の各種誘導体(特に低級アルキルエステルを含む)はL−ガラ クトン酸の慣用エステル化反応によって製特に好適な生物転化方法では、細胞バ イオマスを作るための過剰生産性微生物の増殖を、第1段階の発酵として、L− ガラクトン酸系基質を含む適当な増殖培地中で行い、こうしてその後の生物転化 方法で利用するための細胞量を得る。望ましくは、この増殖培地は先に述べたよ うに少なくとも約0.02%W/V(g−/100ml )の高グリシン含量を 有するだろう。第1段階の発酵はL−アスコルビン酸を直接生産しないので、こ の増殖用発酵培地はエタノールを含む必要がなく、容易に利用し5る普通の炭素 源(例えばグルコース)を用いることができる。第1段階の増殖発酵系(好適に は細胞増殖を最大限とすべく処方される)からの細胞バイオマスを回収し、これ を使用して高細胞密度の生産転化用培地(この培地は細胞増殖を最大とするよう に処方される必要がない)を用意する。望ましくは、この高細重量)のアスコル ビン酸過剰生産性微生物を含むだろう。この種の高細胞密度系にエタノール炭素 源とL−ガラクトン酸系基質とを加えると、L−アスコルビン酸を高濃度で生産 する生物転化反応が生ずる。
生物転化を行う場合に、好気的条件は微生物が基質を酸化して、その微生物学的 酸化によってL−アスコルビン酸のみが実質的に生産される条件下に維持される 。その後、以後に詳しく述べる適当な方法で好気的発酵により生じたL−アスコ ルビン酸を回収する。
生物転化の間は好気的条件を保つことが必要であり、これに関して、水性発酵培 地は発酵中に少なくとも20%(例えば20〜30チ)の酸素飽和度(例えば2 〜3ppmi酸素)を保つようにするのが望ましい。好気的条件はば素に富む気 体を発酵培地に導入し、エアーリフト反応器(air 1ift reacto rs:発酵培地中に酸素を効果的に分散する)のような発酵装置を利用すること によって維持される。
すでに述べたように、生物転化条件下に主な炭素エネルギー源としてエタノール を利用すると、L−ガラクトノ−ガンマラクトンは実質的に全部L−アスコルビ ン酸へ転化される。例えば、0.5重量%のL−ガラクトノ−ガンマラクトンを 含む5M−1培地中でエネルギー源としてヘキソース糖(6−炭素エネルギー源 )を用いるよりもむしろエタノール(2−炭素エネルギー源)を用いてカンディ ダ属酵母を増殖させるとき、実質的にL−アスコルビン酸のみが形成されて他の アスコルビン酸類似体(例えばD−工IJ )ロアスコルビン酸)の生産は最小 限に抑えられる。このことはL−アスコルビン酸を産業的興味の水準で生産する 実用的方法の実現において重要な要素となる。
生物転化方法において、L−ガラクトノ−ガンマラクトンは細胞内の1種または 少数の酵素によって構造的に同族の生成物へと転化される。この方法は増殖しつ つある細胞、休止している栄養細胞、乾燥細胞、または各種の有機ポリマー(例 えばに−カラジーナン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリルアミド。
ゼラチン、寒天またはその他のマクロ孔質樹脂)あるいは無機化合物(例えば菫 青石およびシリカ)に固定された細胞を用いて行われる。活性酵素を含む細胞の ミトコンドリアを生物転化を行わせるべく単離して固定化することもできる。
L−アスコルビン酸の生物転化方法は通常の好気的発酵方法、例えばバッチ法、 連続法、半連続法で操作される。また、高密度のバイオマスを得るのに使用でき る培養方法、例えば透析培養法、細胞分離器を備えた半バッチ法およびフェト− バッチ(fed−batch )法も夏用でき、この場合は空気への酸素の補足 が必要となる。
本発明について一般的に述べてきたので、本発明9種々の面を今や第1図のブロ ックダイヤグラムに示す方法の具体例に関してより詳しく説明するであろう。
第1図はホエー、ホエー透過物またはミルク透過物のような酪農副産物のラクト ース溶液基質10からL−アスコルビン酸を製造する方法の1つの実施態様を図 式的に示す。酪農副産物のラクトース溶液は一般に約4.5〜5.0重量%のラ クトースを含み、これを加水分解するとグルコース−ガラクトース溶液12の形 でその構成成分糖のグルコースとガラクトースとを生ずる。この加水分解はに、 フラギリス(K、fragilis )またはに、ラクチス(K、1actis  ) 由来の酵母ラクターゼ酵素もしくはA%ガー(A 、 niger )ま たはA、オリゼ(A、0ryZa8 )由来のカビ酵素を用いて慣用方法で行わ れる。酵素は遊離のもの、封じ込められたものまたは固定されたもののどれを使 用してもよい。
グルコース−ガラクトース溶液12またはラクトース溶液10は、アルコール発 酵を行う際に必要または所望により慣用方法で蛋白質または無機物質を除去する ことができる。加水分解処理工程によって得られたグルコース−ガラクトース溶 液を濃縮して、例えば溶液の全重量を基準にして約15〜30重量%の範囲の固 形分を含む溶液を得てもよい。一般に、ラクトース以外の固形分含量は全固形分 の約05〜1.0重量%の範囲であり、従ってこの溶液のグルコースおよびガラ クトースの全含有量は溶液の全重量を基準にして約200〜約225重量係の範 囲であるのが望ましい。
通常の酵母発酵方法に従ってトウモロコシ浸出液または酵母エキスのような適当 な栄養素を補足した後、グルコースからのエタノール発酵用の適当な酵母菌株、 例えばビール酵母(S。
cerevisiae )の選ばれた菌株を使用して嫌気的条件下にグルコース −ガラクトース溶液12を発酵させ、発酵培地のガラクトース成分を実質的に消 費することなくグルコースをエタノールと二酸化炭素へと転化する。この方法で エタノール−ガラクトース溶液14が得られる。
準で少なくとも約5%のエタノール、および発酵物14の容量および重量基準で 少なくとも約10重量%のD−ガラクトースをそれぞれ含む。発酵物14を蒸留 してアルコール16を除き、その後所望によりアルコール16を精留して190 プルーフのエチルアルコールを得てもよい。このアルコール16は発酵において 使用する選ばれた微生物のための炭素エネルギー源として役立てるために、L− アスコルビン酸発酵方法で利用することができる。
続いて、エタノールの除去後に回収されたD−ガラクトース含有蒸留残液をさら に適当な方法で濃縮して、溶液の全重量基準で約20〜75重世襲の範囲の全固 形分含量を有するガラクトース溶液を得る。望ましくは、全溶液重量基準で約1 6〜62重世襲のガラクトースを含む。−このガラクトース溶液を結晶化すると 、精製されたD−ガラクトース18が得られる。所望により、発酵培地への無機 栄養素の補給として、L−アスコルビン酸発酵において無機塩20を利用し得る 。また、イオン排除によってガラクトースを発酵成分の残部から分離することも できる。この種のガラクトースは直接反応工程18の原料としてD−ガラクトー ス18は接触酸化によってD−ガラクツロン酸22へ転化される。D−糖酸のた めのこの酸化工程を行う方法は当技術分野でふく知られており、Tフイヒシュタ インの米国特許第2265121号に記載されている。保護D−ガラクトース( アセトン)をD−ガラクツロン酸生成物へ転化するには各種の触媒、例えば白金 またはパラジウム触媒を吏用する。次に、非保護D−ガラクツロン酸を適当な水 素添加触媒(例えばラネーニッケルまたはパラジウム)および水素ガスでの還元 などの適切な還元工程で還元してL−ガラクトン酸24を製造する。この化学的 還元方法も当技術分野で知られており、例えばエイチ、イスベル(H,l5be ll )のジエイ、レス、ナト、フル。
ストズ (J、ReS、Nat、Bu(Std8.) 、 33 、45−60 (1944)に記載されている。蒸留による水の除去および脱塩り一糖酸の縮合 はL−ガラクトノ−ガンマラクトン26を生成させ、これはL−アスコルビン酸 を製造するための本発明の微生物学的転化方法において利用される。L−ガラク トン酸エステルおよびL−ガラクトン酸のような他のガラクトース誘導体も利用 できるが、利用効率が劣るためにL−アスコルビン酸の収量は減少する。5−ケ トーL−ガラクトン酸のようなケト誘導体は本明細書に記載の好適な酵母菌株に よって利用されない。L−ガラクトノ−ガンマラクトン26.エタノール16お よび適当な育生産性菌株用の発酵培地28を処方する。
L−アスコルビン酸の発酵方法は慣用の攪拌通気発酵器、例えば30リツトルの ニュー・プルンスウイツク・サイエンティフィック発酵器(New Bruns wick 5cientific fermentor)クロコンピユータ−へ 連結した物理的および化学的センサーを使用してエタノール、圧力、流入量、排 気ガス、二酸化炭素。
排気酸素ガス、pHおよび溶存酸素を測定することにより行われる。
培養後、発酵によって生産されたL−アスコルビン酸はいろいろな方法、例えば イオン交換樹脂、吸着またはイオン遅延樹脂、活性炭、濃縮−結晶化などを用い ることにより澄明な発酵ブロスから回収できる。
発酵の経過は適当な分析方法を用いて監視する。L−アスコルビン酸およびその 類似体の定量的検定は、2,6.ジクロルインドフェノールでの酸化還元−滴定 〔エン。ジー、バートン(N。
G、Burton )らのジエイ、アソス、パブ、アナリスツ(J。
As5oc、Pub、Analysts ) 、 17 、105(1979)  を参照〕2よび高性能液体クロマトグラフィー〔ジエイ、クロム、(J。
Chrom、)、196,163 (1980) を参照〕ならびに電気酸化還 元法〔エル、エイ、パチア(L 、h 、PaChiIa)のアナル、ケム ( Anal、Chem、) 、 48 、364 (1976)を参照〕を用いて 行われる。アスコルビン酸オキシダーゼ〔ベーリンガーーマンハイム(Boeh ringer−Mannheim )社製〕の使用をともなう酵素的方法も行う ことができる。
発酵ブロス中のL−アスコルビン酸生産量が最大になったとき発酵を終了する。
L−ガラクトノ−ガンマラクトンの未転化部分は再利用する。
本発明の種々の面を次の実施例に関してさらに詳しく説明するが、これらの実施 例は本発明の範囲を限定するものではない。
実施例I 30リツトルのニュー・プルンスウイツク攪拌発酵器を用いて、L−アスコルビ ン酸製造のための攪拌バッチ発酵を行った。
l・ウモロコシ浸出液0.25%、塩化アンモニウム0.1係、グリシン0.7 %、硫酸マグネシウム・7H200,0!5% 、グルタミン酸モノナトリウム 塩02%、エタノール15%(W/V )および微量無機質混合物0.30TL lから成るグリシン培地15tをpH4,2に調節して、121℃で30分間滅 菌した。(なおここに示した値は特に指示がない限り重世襲を意味する。)冷却 後、低温滅菌したL−ガラクトノ−ガンマラクトン0.5%を上記の無菌発酵ブ ロスに加えた。発酵器には30°Cにおいて回転振とう器(200RPM)上の 2tエルレンマイヤーフラスコ内で増殖させたG、ノルベゲンシス Kcc M F42(表1)の24時間5M−1グロス培養物500m1を接種した。
その発酵器は30°C,250PPMおよび025容量/容量/分の通気速度で 運転し、最初pHを4.0に保った。24時間後、上清ブロスは0.084 P /lのL−アスコルビン酸を含んでいた。
追加の27.09は酵母細胞中に存在していた。48時間後、澄明なブロスは0 .43 ft/lのL−アスコルビン酸を含み、細胞は29.6η/を含んでい た。慣用のイオン交換樹脂による吸着および溶離を行って生産物を回収し、続い そ脱色、蒸発および結晶化を行った。
カンデイダ属酵母およびその変異株を用いるL−アスコルビン酸の生産に対して 、高密度バイオマスを使用して生産物を回収する方法強化系が開発された。この 方法ではKCiCMF−42酵母細胞を攪拌発酵器を用いて5M−1培地(Et OH15%W/V、L−ガラクトノ−ガンマラクトン0.1%)で18時間培養 し、そして無閑条注下に遠心分離した。遠心分離で得られた細胞ペーストはその 後無菌の新しい5M−1培地(エタノール1.5%、グルタミン酸モノナトリウ ム塩0.2%、L−ガラクトノ−ガンマラクトン0.5%;pH4,0)に37 .5f/lの生細胞重量で雑菌の混入を避けながら再度接種した。そして飽和の 65チの溶存酸素レベルで酸素を通した。L−アスコルビン酸の生産は24時間 で0.470 P/lに増え、45時間では0.580 f/lに増大した。発 酵中に培地のpHは26に下がった。
冷却、澄明化した発酵ブロス4tはロームハース(Rohm &Haas )社 で製造したイオン交換樹脂、I R120(H+)樹脂の500m1カラムに通 した。流出液と洗浄水を集め、100m1の容量になるまで真空下37°Cで蒸 発させた。冷エタノール100m1を加えて、析出物(蛋白質)を5℃で遠心分 離(5000PPM)することにより除去した。生産物は再び25m1の容量に なるまで蒸発させ、そして結晶化が完了するまで5日間0°Gで保存した。沢過 した結晶はアセトンで3回洗い、温アルコールに溶解して再結晶した。最初の収 穫では粗製L−アスコルビン酸結晶(HPLC)が約1.41回収された。
この他に、回収および精製は陰イオン遅延樹脂(ダウエックス1m)+アセテー ト形へのブロスからのL−アスコルビン酸の吸着および0.1 M H2SO4 での溶離によっても行うことができる。
実施例■ カンディグ属酵母およびその変異株の休止細胞を使用して緩衝塩溶液中でエタノ ールおよびL−ガラクトノ−ガンマラクトンからL−アスコルビン酸を生産する 方法が開発された。酵母はエタノールとL−糖ラクトンの両方を必要とする。得 られた細胞は遊離状態で、または種々のポリマーゲルに固定して、もしくはポリ マー樹脂や無機化合物へ定着させて使用する。
この実施例では、5u−1N地で18時間培養した酵母細胞カンデイダノルベゲ ンシス CBS+1911を遠心分離にかげ、燐酸塩緩衝液(pH4,5)で洗 ℃・、そしてエタノール0.8φおよびL−ガラクトノ−ガンマラクトン0.5 %を含む0.03%燐酸塩緩衝液(pH4,5) 50rnl当たり生細胞重量 3.09−の濃度で再懸濁した。5QQm6の耐化学光線のホウケイ酸ガラス製 エルレンマイヤーフラスコ中に混合物50m1を入れて回転振とう器に載せ、3 00RPM で30℃において通気した。エタノールの利用状態とL−アスコル ビン酸の生産状態を追跡するためにブロス試料を定期的に採取した。アルコール 濃度を約0.3チW/Vに保つべくエタノールの添加を定期的に行った。96時 ゛ 間抜の酵母によるL−アスコルビン酸の蓄積結果を表■に示す。
使用した微生物 蓄積したL−アスコルビン酸■ ガラクトース誘導体、好ましくはL−ガラクトノ−ガンマラクトンをL−アスコ ルビン酸へ転化できる微生物を選択するために、スクリーニングプログラムを開 始した。エンジオール化合物を生産しうると報告された種々の酵母からカンデイ ダ属の微生物が選ばれた。
多数のカンデイダ種は各地の培養物コレクション、例えばメリーランド州ロック ビルのアメリカン・タイプ書カルチャー・コレクション、デルフト(Delft  )のセントラルヒュロー・フォール・シメルカルチャー(Central B ureau voor Schimmelculture ) 、パリのパスツ ール研究所(In5titute Pa5teur)およびイリノイ州ベオリア のノザーン・リージョン拳リサーチ研究所(Northern Region  Re5earch Lab、) から容易に入手でき、スクリーニング実験の前 に培養物を人手して精製した。
これらの培養物はG−寒天斜面培地またはその他の栄養培地で培養した。
G−寒天で24時間増殖させた酵母の斜面培地の食塩水@濁液を接種物として用 いた。500dの耐化学光線のエルレンマイヤーフラスコ内の無菌5M−1培地 (エタノール15φw/V尿素0.2φ)50mlに細胞懸濁液0.5mlを雑 菌が混入しないようにして加えた。L−ガラクトノ−ガンマラクトンを低温滅菌 して冷却フラスコに添加した。このフラスコを回転振とり器上に置き、200r pm 、30℃で48時間通気した。澄明化したブロスはL−アスコルビン酸の 生産について試験した。遠心分離にかけて洗浄した細胞ペーストを10 % )  IJジクロル酸3.0罰で処理し、2,6.ジクロルインドフェノールで滴定 することにより細胞内に存在する還元型化合物の量を測定した。L −次のカン デイダ種において観察され、これを表■に示す。
に 実施例V エアーリフト発酵器は通常の攪拌−駆動軸発酵器に比べていくつかの明らかな利 点を有している。中でも、酸素の改善された大量輸送、電力要求量の低減、およ び機械的に攪拌される発酵器に存在する高度の剪断力と比べたときのより穏やか な微生物培養環境が挙げられる。これらの特徴ゆえに、エアーリフト発酵器は工 業規模で使用するのに適する。以下の実施例はカンデイダ属酵母を使ってビタミ ンCを製造するためのエアーリフト発酵器の使用について示す。
4、OLの実験室規模のエアーリフト発酵器に、エタノール2.75%w/v+ グリシン07係およびL−ガラクトノ−ガンマラクトン05%を含有する無菌の グリシン培地(pH4,1)を装填した。この発酵器に0−寒天(2,5%)フ ラスコからの洗浄したC、ノルベゲンシス KCiCMF−42細胞の24時間 懸濁液を接塊した。0時間での生存細胞数は5.5X106個であった。発酵器 の通気は1.9を空気゛/1を発酵培地7分〔容量/容量/分〕に調節し、こう して5.0m’のサイクル速度を得た。30°Cで24時間後、生存細胞数は1 .1X108個に増え、48時間で3.0X108個に、そして72時間では2 .8X108個であった。培養後91時間で生存細胞数は1.7X108個に同 様のエアーリフト発酵器を用いる実験で、高細胞密度発酵を行った。この場合に はC,ノルベゲンシスKCCMF−42の24時間生細胞ペーストを4.0tの 発酵塔内の5M−1培地(グリシン0.7%およびL−ガラクトノ−ガンマラク トン0.7チ含有)に100 fl−/lの量で分散した。酵母の増殖または生 産性を限定せず阻害しない量(0,1〜0.3%)でエタノールを連続的に供給 し、1:1の酸素−空気比で発酵塔へ酸素富化通気を行った。全混合ガス容量は 1.7容量/容量/分でめった。
これらの条件下において、発酵塔の上部区域は30%の溶存酸素飽和レベルを維 持した。発酵後20時間でL−アスコルビン酸は1.445’/4生産された。
実施例■ この実施例は高細胞密度の生物転化条件を用いるL−アスコルビン酸の製造につ いて示す。カンデイダノルペゲンシスMF−78クラフト社の変異株(ATC: Ci 20732 、表Iおよび■に示す系図を有する)をG−寒天斜面培地( グルコース0.5%、トリブチカーゼ−ペプトン0.2%、酵母エキス0.5% 。
コース培地(グルコースx、5%、)ウモロコシ浸出液0.5%。
グルタミン酸モノナトリウム塩02%、塩化アンモニウム01チ、グリシン0. 02%、脱ラクトースホエー透過物o、 1%。
MgSO4・7H200,05%、L−ガラクトノ−1,4ラクトン0.02係 )20tを接種するのに使用した。この細胞を30’C。
200 rpmで培養し、0.5を容量/容量/分で24時間通気した。
この酵母接種物(20t)は、第1段階の酵母バイオマス発酵を行ってその後の 高細胞密度生物転化で使用する細胞量を得るために、無菌条件下7で無菌5M− 1グルコース培地492Lを含む750tのステンレス鋼ケマップ(Chema p )発酵器へ移した。発酵条件は30℃、攪拌速度は20Orpm、そして通 気速度は0.5を容量/容量/分であった。培地のpHは最初4.0に調節し、 その後生長相の間pH2,6に降下させた。発酵後17時間で培養ブロスを4℃ まで冷却し、遠心分離によって細胞を回収した。酵母の増殖は乾燥細胞重量、光 学密度(op)660nm、および標準平板回数計算用寒天(5tandard  PlateCiount Agar ) (オキソイド)上の全コロニーの平 板回数により監視した。細胞ペーストの平均収量は10.82Kgであった。
エタノールを炭素基質として増殖させた酵母からの細胞ペーストの収量も同じで あった。これらの細胞は第2段階のL−アスコルビン酸製造のための生物転化方 法に2いて使用した。
L−ガラクトノ−1,4−ラクトンをL−アスコルビン酸へ転化する生物転化方 法は、脱ラクトースホエー透過物0.1%W/Vを添加した無菌グリシン(、0 ,、7% W/V )培地5.OAを含む7.5tOニユ一ブルンスウイツクガ ラス発酵器(New Brunswickglass fermentor )  内で実施した。低温滅菌したエタノール1.5チw / vおよびL−ガラク トノ−1,4−ラクトン1.5チの補足分を添加した。その後pH5,2のこの 無菌培地に培地1を当た’) 冷却束R7J胞ペースト(C,ノルベゲンシス  KcCiMF−78)15og−を雑菌が混入しないようにして加えた。溶存酸 素濃度はニューブルンスウィック膜プローブで監視した酸素補充空気を用いて飽 和の30チ程度に維持した。転化反応の期間中は攪拌を:3,50rpmに設定 し温度を28°Cに保った。生産過程の間にエタノール濃度が0.2 % w/ vへと低下し、以後は0.2〜0.5チのエタノール濃度を保持するように定期 的に補足した。L−ガラクトノ−1,4−ラクトン基質の濃度はその基質を4〜 8時間の間隔で添加することにより1,2〜1.5%の範囲に保持した。
L−アスコルビン酸の生産はLC−4B電流測定用プローブと共にアミネツクス (Am1nex ) HPx−85樹脂を用いるHPLC分析によって連続的に 監視した。また、L−アスコルビン酸は2.6.シクロルーインドフェノールを 用いる酸化還元色素滴定法によっても頻繁に調べた。
生物転化方法の結果は、最初の2時間の遅滞期後に032J/1/時のL−アス コルビン酸生産量が得られ1℃ことを示している。10時間後にその生産量は0 .20 fl−717時(100時間)において7.35F/−/lであった。
ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を1 m97ml添加することによシブロス 中に存在する酵母細胞を溶解すると、最終方証が7.51Fi−/Lに増大した 。
、実施例■ レッドスターベーカ−(Red 5tar baker ) のビール酵母(S accharomyces cerevisiae ; この酵母はL−アスコ ル゛ビン酸過剰生産性でない)907F(2ポンド)をザーゴロフ(Tzago Loff )の方法〔ジエイ、バイオロ、ケム (jBiol。
Chem 、) + 244 + 5020 (1969)を参照〕に従ツーt C−破壊した。
この凍結粉末900Jを0.4M蔗糖、0.05M)リス(ヒドロキシメチル) アミノメタン(トリス−HCl ) pH8,2および1ミリモルのエチレンジ アミン四酢酸(EDTA)からなる溶液1.5tへ移した。この懸濁液のpHを 水酸化ナトリウムで7.5に調節し、その後ブレンダーで45秒間ホモジナイズ した。ホモジネートを4℃において15分間2500Xii’で遠心分離し、細 胞破片を捨てた。上清はシャープレス(5harples )遠心分離器を使っ て62000x7で遠心分離にかけた。沈澱物(ミトコンドリア)を採取して0 25M蔗糖および0.01Mトリス−HCl pH7,5を含む溶液250 m l中に懸濁(〜、そして凍結した。
2mML−ガラクトノ−1,4−ラクトンおよび50 mMクエン酸Na pH 6,8を含む検定混合物を全量3ml用意した。この混合物を振と5浴中37℃ で30分までインキュベートした。
50%TCA 0.3mlを加えることにより反応を止めた。析出した蛋白質を 遠心分離で除き、上清は電気化学的検出をともなう高性能液体クロマトグラフィ ーおよび2,6.ジクロルインドフェノール滴定を用いてL−アスコルビン酸に ついて検定した。
代表的な検定を第2図に示す。この試料の比活性を計算すると2.5X10 ’  ミクロモル/分/尻9(蛋白質)であった。第3図に示すように最適温度は3 7℃であり、また第4図に示すように最適pHは68であると決定された。反応 速度定数KmおよびV maxは0.1−50mMの範囲のL−ガラクトノ−1 ,4−ラクトン基質濃度を用いて決定した。その反応速度定数Kmは1.’6X 10−3M であり、反応速度定数VBay、は0.34ミクロモル/分であり と決定された(第4.5および6図を参照)。
無傷のミトコンドリア系についてこれらの反応速度定数を決定した後、酵素活性 をミトコンドリアから分離させることにより酵素をさらに精製した。この酵素を 可溶化させるために超音波処理および各種の洗剤を試験した。
−4の5種の洗剤:すなわち1)ノニルフェノールPOE−9(NP−9)、2 )ポリプツト(P−40)、3)オクチルグルコシド、4)(3−(3−コラミ ントプロピル)−ジメチルアンモニオ〕1−プロパンスルホネ−) (CHAP S)、およヒ5)(3−(3−コラミントプロピル)−ジメチルアンモニオ〕− 2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホネート)2H20(CHAPSO) を試 験した。CHAPSOが特に効果的であるとわかった。この結果を表■1に要約 する。さらにCHAPSOはミトコンドリアから酵素を選択的に分離させて、こ の段階でNiN15hiki らの場合よりも16倍大きい比活性を有する調製 物を与えだアーチ、バイオケム、アンドバイオフィズ (ArchBioche m、&、Biophys、) 191’、 47a(1978)を参照〕。各種 の酵母株のオキシダーゼ特性の比較を表■に示す。
表■の各菌株の酵素のための最適温度および最適pHはそれぞれ37℃およびp H6,8であることがわかった。
酵母ミトコンドリアまたはさらに精製した酵素は、次の実施例に示すように、L −アスコルビン酸の連続生産用の固定化り一ガラクトノー1,4−ラクトンオキ シダーゼカラムを作る際に用いられる。
実施例■ 実施例■で調製したミトコンドリア懸濁液(蛋白質1.1g−を含む)10ml をアルギン酸Naの5チ溶液50m1と混合した。
この混合物を18ゲージの針を通して0.25M蔗糖、0.1MGaC42およ び10mMP工PES 1)H6,8からなる溶液1tの中に押出して4℃で2 4時間攪拌した。これにより直径が3Hの均質なビーズを得た。
固定化ミトコンドリア酵素を使用する11バッチ式11生物転化を説明するため に、蛋白質0.11Pを含むビーズ21を標準反応四合物3ml中37°Cで2 0分間振とうした。検定は上清中にL−アスコルビン酸が77μf/ml 存在 することを示した。
固定化ミトコンドリア酵素を使用する連続生物転化法を説明するために、09× 30crnのカラムにビーズを充填して37°Cに保持した。2mML−ガラク トノ−1,4−ラクトンおよびlQmMピペラジン−N3N′−ビス〔2−エタ ンスルホン酸〕(PIPES)pH6,8を含む供給流をカラムにポンプ注入し た。
3.2ml/分の流量で5分後には流出液中のし一アスコルビン酸が53ρ/m lに増加(7た。
実施例X カンデイダノルベゲンシス CBS 1911およびカンデイダウチルス NR RL Y−900の2種の酵母株を、L−ガラクトノ−1,4−ラクトンまたは D−ガラクツロン酸メチルエステルの2つの異なる基質のそれぞれを用いる別々 の生物転化実験においてエタノール炭素源でもって利用した。この生物転化実験 は好気的条件下に生物転化用培地50m1を含む耐化学光線の500TLlフラ スコ内で、200 rpm で運転の振と5器を使ってかきまぜながら30℃の 温度で48時間実施した。C,ノルベゲンシス用の培地はエタノール1.5係お よび基質0.5%を含む前記5M−1培地であった。C,ウチルス用の培地はエ タノール15係および基質0.2%を含む5M−1培地であった。
結果は次の通りである。
CB81911 CB51911 NRRLY−900NRRLY−900基質  1* 2** 1* 2** 光学密度 2,05 2.60 8.50 8.50L−7スコルビン酸 μ色Δ屁*** 92.8 3,5 50.0 12.0他の酸化還元 化合物 μP/m110.1 17.5 1.8 1.3全アスコルビン酸 μP/100m6 10,625 473 15,905 4.383* L− ガラクトノ−1,4−ラクトン** D−ガラクツロン酸メチルエステル***  アスコルビン酸は電気化学検出をともなうHPLCi分析で測定した。
本発明により、アスコルビン酸製造のための有用かつ新規な方法、微生物および 培地が提供されたことは先の記述より認められるであろう。本発明の種々の面を 特定の実施態様に関して詳細に述べてきたが、いろいろな変更ならびに改良が本 明細書の記述から明らかKなるであろうし、これらもまた本発明の精神および範 囲内に含まれかつ次の請求の範囲に包含されるものである。
纂I;L回 燵PH ,0123今 5 6 7 8 9 t。
H 旧 輔 国際調査報告 m1mmm11a−^ep’=IIon’o PCT/US81+101gq5

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)L−ガラクトン酸、L−ガラクトン酸低級アルキルエステル、L−ガラク トノーガンマラクトンおよびこれらの混合物よりなる群から選択されるL−ガラ クトン酸系基質、ならびにエタノール、グリセロールおよびこれらの混合物より なる群から選択される炭素エネルギー源を含む生物転化用水性培地を用意し;前 記発酵培地に、該基質からL−アスコルビン酸を過剰生産しかつ該炭素エネルギ ー源を利用できる微生物を加え;そして好気的条件下に前記微生物を培養して該 炭素エネルギー源を消費させかつL−アスコルビン酸を蓄積させる;ことからな るL−アスコルビン酸の製造方法。
  2. (2)炭素エネルギー源がエタノールであり、L−ガラクトン酸系基質がL−ガ ラクトノーガンマラクトンである請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)生物転化用の水性培地が該微生物の増殖に必要な窒素源および適当な無機 物質を含み、さらにL−アスコルビン酸の生産を高めるのに十分な量のグリシン を含む請求の範囲第1項記載の方法。
  4. (4)生物転化用水性培地が該培地の全重量を基準にして少なくとも約0.5重 量%のグリシンを含み、該培地のpHが約2.5〜6.5の範囲である請求の範 囲第3項記載の方法。
  5. (5)前記生物転化を少なくとも約20%の酸素飽和度の好気的条件下で行う請 求の範囲第1項記載の方法。
  6. (6)前記微生物がカンデイダ属酵母であるか、あるいは突然変異原(例えば紫 外線、亜硝酸、ニトロソグアニジン、カフエイン、アクリフラビンもしくはその 他の化学的または輻射線突然変異原)または組換えDNA技術によつて誘導され る突然変異株である請求の範囲第1項記載の方法。
  7. (7)エタノールおよびL−ガラクトン酸系基質が酪農副産物のラクトース源ま たは柑橘類のペクチンから誘導される請求の範囲第1項記載の方法。
  8. (8)ホエー、ホエー透過物またはミルク透過物をD−ガラクトースおよびエタ ノールに転化し、該D−ガラクトースを酸化してD−ガラクツロン酸となし、該 D−ガラクツロン酸を還元してL−ガラクトン酸基質を得る請求の範囲第7項記 載の方法。
  9. (9)D−ガラクツロン酸がペクチンの酵素的加水分解により誘導され、該D− ガラクツロン酸を還元してL−ガラクトン酸基質を得る請求の範囲第7項記載の 方法。
  10. (10)D−ガラクツロン酸をラネーニツケル、白金またはパラジウム触媒およ び水素で還元してL−ガラクトン酸を得る請求の範囲第9項記載の方法。
  11. (11)L−ガラクトン酸を脱水してL−ガラクトノーガンマラクトンを形成す る請求の範囲第7項記載の方法。
  12. (12)前記発酵をバツチ法、連続法、半連続法、フエドーバツチ法(fed− batch)、透析法または他の再循環法で行つてL−アスコルビン酸を生産す る請求の範囲第1項記載の方法。
  13. (13)前記微生物を適当な支持体を用いて固定するかまたは封じ込める請求の 範囲第1項記載の方法。
  14. (14)前記発酵培地がL−アスコルビン酸の生産を最大限に増加させかつその 他のアスコルビン酸類似体の発酵を最小限に抑えるような組合せで主炭素源とし てのエタノール、L−ガラクトノーガンマラクトンおよび他の有機成分ならびに 無機成分を含む、請求の範囲第1項記載の方法。
  15. (15)イオン遅延型樹脂を用いて発酵ブロスまたは緩衝溶液からL−アスコル ビン酸を回収する請求の範囲第1項記載の方法。
  16. (16)L−アスコルビン酸過剰生産性でありかつ細胞膜およびミトコンドリア 膜を横切つてL−アスコルビン酸を輸送することができる微生物。
  17. (17)カンデイダノルベゲンシス(Candida norvegensis )CBS2145の変異株よりなる群から選択される請求の範囲第16項記載の 微生物。
  18. (18)該微生物がカンデイダノルベゲンシスMF−56(ATCC20686 )およびその変異株または誘導株よりなる群から選択される請求の範囲第17項 記載の微生物。
  19. (19)エタノールおよびL−ガラクトノーガンマラクトンを含む生物転化用培 地を用意し;該発酵培地でカンデイダノルベグンシスMF−56株(ATCC2 0686)、カンデイダノルベゲンシスMF−78株(ATCC20732)ま たはこれらの誘導株もしくは変異株の酵母を好気的に培養して、エタノールを消 費させかつL−ガラクトノーガンマラクトンをL−アスコルビン酸へ転化させる ;ことからなるL−アスコルビン酸の生産方法。
  20. (20)該微生物がカンデイダノルベゲンシスMF−78(ATCC20732 )およびその変異株または誘導株よりなる群から選択される請求の範囲第18項 記載の微生物。
  21. (21)約0.01〜2.0重量%のエタノール、約0.1〜0.7重量%のL −ガラクトノーガンマラクトン、約0.1〜0.8重量%のグリシンと共に窒素 源および必須無機質混合物を含み、約6.5〜2.6のpHを有するL−アスコ ルビン酸生産用水性発酵培地。
  22. (22)少なくとも約1.5×10−3ミクロモル/分/mg(蛋白質)の活性 を有する固定化したL−ガラクトノ−1,4−ラクトンオキシダーゼ酵素を用意 し;該固定化酵素を、少なくとも約2.0ミリモルのL−ガラクトノ−1,4− ラクトンを含む生物転化用水性培地と接触させ;固定化酵素と接触している該水 性培地中の酸素濃度を少なくとも約3.0ppmに保つてL−ガラクトノー1, 4−ラクトンをL−アスコルビン酸へ転化させ、そして該L−アスコルビン酸を 回収する;ことからなるL−アスコルビン酸生産のための生物転化方法。
  23. (23)前記生物転化用培地のpHが約6.0〜7.5である請求の範囲第22 項記載の方法。
  24. (24)前記固定化酵素をビーズの形で処理カラムに加え、そして該カラムに前 記培地を通す請求の範囲第23項記載の方法。
  25. (25)D−ガラクツロン酸、D−ガラクツロン酸低級アルキルエステルおよび これらの混合物よりなる群から選択されるD−ガラクツロン酸系基質、ならびに エタノール、グリセロールおよびこれらの混合物よりなる群から選択される炭素 エネルギー源を含む生物転化用水性培地を用意し;該発酵培地に、該基質からL −アスコルビン酸を生産しかつ該炭素エネルギー源を利用できる微生物を加え; そして該微生物を好気的条件下に培養して炭素エネルギー源を消費させかつL− アスコルビン酸を蓄積させる;ことからなるL−アスコルビン酸の製造方法。
  26. (26)炭素エネルギー源がエタノールであり、D−ガラクツロン酸系基質がD −ガラクツロン酸低級アルキルエステルである請求の範囲第25項記載の方法。
  27. (27)前記微生物がカンデイダウチルス(Candida utilus)N RRL Y−900およびその変異株または遺伝的誘導株よりなる群から選択さ れる請求の範囲第25項記載の方法。
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