KR100407470B1 - A method for producing Rhodococcus rhodochrous by a fed-batch culture method and process for manufacturing amide compound thereby - Google Patents

A method for producing Rhodococcus rhodochrous by a fed-batch culture method and process for manufacturing amide compound thereby Download PDF

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Abstract

본 발명은로도코커스 로도크로스가 생산하는 니트릴 히드라타제의 비활성(specific activity)을 높게 유지시키면서로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양하기 위해, 포도당의 농도를 최대한 낮게 유지하면서 코발트를 간헐적으로 첨가하는 것을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 배양방법에 관한 것이고, 상기 배양방법에 의해 배양된로도코커스 로도크로스를 이용하여 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물을 제조하는 방법을 더 포함한다. 따라서, 본 발명은 저렴한 비용으로 니트릴 히드라타제를 대량 생산하고, 산업적으로 유용한 아미드 화합물의 생산비용을 절감시킬 수 있다.To the present invention is Rhodococcus also cross the culturing cross also inert to as maintaining the (specific activity) increase Lactococcus of the nitrile hydratase to produce a high concentration, while keeping as low as possible the concentrations of glucose, characterized by intermittently adding cobalt also as Lactococcus also relates to a culture method of the cross, and also cultured by the culture method Lactococcus also further comprises a process for producing an amide compound from a nitrile compound using a cross. Therefore, the present invention can mass-produce nitrile hydratase at low cost and reduce the production cost of industrially useful amide compounds.

Description

로도코커스 로도크로스의 유가식 회분 배양방법 및 상기 배양방법에 의해 배양된 로도코커스 로도크로스를 이용하여 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물을 제조하는 방법{A method for producing Rhodococcus rhodochrous by a fed-batch culture method and process for manufacturing amide compound thereby}A fed-batch batch culture method of Rhodococcus Rhodocrose and a method for producing an amide compound from a nitrile compound using Rhodococcus Rhodocross cultured by the culture method for manufacturing amide compound thereby}

본 발명은로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양하면서로도코커스 로도크로스가 생산하는 니트릴 히드라타제의 비활성(specific activity)을 높게 유지시키는로도코커스 로도크로스의 배양방법 및 상기 배양방법에 의해 배양된로도코커스 로도크로스를 이용하여 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The invention Rhodococcus to as nitrile, which cross the produce to as Rhodococcus while culturing the cross at a high concentration hydratase of the inactive (specific activity) of highly maintained Rhodococcus also to as cultured by the culturing method and the culture method of the cross Lactococcus also to It relates to a method for preparing an amide compound from a nitrile compound using cross .

아미드 화합물은 산업 전반에 걸쳐서 다양하게 이용되는 유용한 물질로서,대표적 아미드 화합물인 아크릴아미드는 지력증강제, 폐수처리제, 응집제, 농축제 및 피복제 등으로 사용되며, 폐수처리, 오일회수 및 토목공사 등의 다양한 산업 분야에서 이용되고 있다.Amide compounds are useful materials that are widely used throughout the industry. The representative amide compound acrylamide is used as an intensifier, wastewater treatment agent, flocculant, thickener and coating agent, and is used in wastewater treatment, oil recovery and civil engineering. It is used in various industries.

이러한 아미드 화합물을 얻기 위한 종래 방법으로는, 환원 상태의 구리를 촉매를 이용하여 상응 니트릴 화합물을 수화함으로서 아미드 화합물을 얻는 공업적 제조방법이 있다. 그러나, 이러한 제조방법은 미반응 니트릴 등의 부산물이 생성되어 이를 제거하기 위한 많은 노력이 필요하고, 또한 반응공정의 조건이 고온, 고압이어서 많은 위험을 갖는 등의 문제점이 있다.As a conventional method for obtaining such an amide compound, there is an industrial production method for obtaining an amide compound by hydrating a corresponding nitrile compound using a catalyst in a reduced state of copper. However, such a manufacturing method requires a lot of efforts to remove by-products such as unreacted nitrile and to remove them, and also has a problem such that the conditions of the reaction process are high temperature and high pressure and thus have a lot of risks.

최근, 이러한 공업적 제조방법의 문제점을 개선하기 위해, 미생물에 의해 생성되는 효소인 니트릴 히드라타제를 촉매로서 이용하여 아미드 화합물을 얻는 방법이 각광을 받고 있다. 니트릴 히드라타제는 니트릴 화합물이 아미드 화합물로 전환되는 것을 촉진시키는 효소이다. 니트릴 히드라타제를 이용한 아미드 화합물의 생물학적 제조공정은, 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물로의 전환율이 높고(99.9%), 미반응 니트릴을 분리하는 공정이 요구되지 않으며, 반응 조건이 온화하기 때문에 장치가 간단하고 조작운전의 안정성이 높은 장점이 있다.In recent years, in order to improve the problem of this industrial manufacturing method, the method of obtaining an amide compound using the nitrile hydratase which is an enzyme produced | generated by microorganisms as a catalyst has attracted the spotlight. Nitrile hydratase is an enzyme that promotes the conversion of nitrile compounds to amide compounds. The biological manufacturing process of the amide compound using nitrile hydratase has a high conversion rate from the nitrile compound to the amide compound (99.9%), does not require a process for separating unreacted nitrile, and the device is simple because of the mild reaction conditions. It has the advantage of high stability of operation operation.

니트릴 히드라타제를 생성하는 미생물은 다양하며, 바실러스속(Bacillus), 박테리디움속(Bacteridium), 미크로코쿠스속(Micrococcus) 및 브레비박테리움속(Brevibacterium)(미국특허 4,001,081호; 한국특허 공고 91-7850호), 코리네박테리움속(Corynebacterium) 또는 노카르디아속(Norcardia) (미국특허 4,248,968호), 로도코커스속(Rhodococcus)(미국특허 5,334,519호),슈도모나스속(Pseudomonas) (미국특허 4,880,739) 등이 대표적으로 이용되고 있다.Microorganisms that produce nitrile hydratase is diverse and Bacillus (Bacillus), bacterial Stadium in (Bacteridium), micro-nose Syracuse in (Micrococcus) and Brevibacterium genus (Brevibacterium) (US Patent 4,001,081 call; Korea Patent Publication No. 91-7850), the genus Corynebacterium (Corynebacterium) or in no-carboxylic Dia (Norcardia) (U.S. Pat. No. 4,248,968), genus Rhodococcus (Rhodococcus) (U.S. Pat. No. 5,334,519), Pseudomonas species (Pseudomonas) (U.S. Pat. 4,880,739) and the like are typically used.

한편, 종래에는 미생물을 고농도 배양하여 니트릴 히드라타제를 대량으로 생산하고자, 일반적으로 탄소원의 양을 증가시키는 유가식 배양을 하였다. 또한, 종래의 유가식 배양에 사용된 탄소원으로는 포도당 또는 글리세롤이 일반적이다.On the other hand, conventionally, in order to produce a large amount of nitrile hydratase by culturing a high concentration of microorganisms, fed-batch culture was generally performed to increase the amount of carbon source. In addition, as a carbon source used in conventional fed-batch culture, glucose or glycerol is common.

그러나, 글리세롤을 탄소원으로 사용하는 경우, 포도당에 비해 세포대사의 부산물인 초산이 적게 생성되는 장점이 있으나, 세포의 성장속도가 떨어지고 가격이 비싸다. 또한, 탄소원으로 포도당을 과다하게 사용하면, 고농도로 세포를 배양할 수는 있지만, 포도당이 효소생성에 대한 기질저해현상을 유발하기 때문에, 고농도의 세포 양에 비하여 효소의 생산성을 늘리기 어렵게 된다.However, when glycerol is used as a carbon source, there is an advantage that less acetic acid, a by-product of cell metabolism, is produced than glucose, but the growth rate of cells is low and the price is high. In addition, when glucose is excessively used as a carbon source, the cells can be cultured at a high concentration, but since glucose causes substrate inhibition of enzyme production, it is difficult to increase the productivity of the enzyme compared to the high concentration of cells.

즉, 니트릴 히드라타제의 높은 생산량을 위해서 탄소원으로 포도당을 사용한 유가식 배양을 하면, 효소의 비활성이 낮아지는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 원하는 양의 아미드를 얻기 위해서 많은 양의 미생물을 사용해야 되고, 그렇게 될 경우, 투입된 미생물 세포를 제거하고 아미드 화합물을 정제하기 위한 후공정에 부하를 증가시키는 문제점을 야기한다. 또한, 미생물을 대량으로 배양하는 데에는 많은 시간이 소요되고, 니트릴 히드라타제의 생성량도 많지 않으며, 대량으로 미생물을 배양할 때 니트릴 히드라타제의 활성도 낮아지는 등 경제적인 면에서 많은 불리한 점이 있다.That is, when fed-batch cultivation using glucose as a carbon source for the high yield of nitrile hydratase, there is a problem that the enzyme inactivation is lowered. Therefore, a large amount of microorganisms must be used to obtain the desired amount of amide, which causes a problem of increasing the load on the post-process for removing the injected microbial cells and purifying the amide compound. In addition, it takes a lot of time to cultivate a large amount of microorganisms, there is not much production amount of nitrile hydratase, and there are many disadvantages in terms of economics such as lowering the activity of nitrile hydratase when culturing a large amount of microorganisms.

따라서, 경제적으로 아미드 화합물을 생산하기 위해서는, 미생물로부터 니트릴 히드라타제를 저렴한 비용으로 단시간에 대량 생산하는 것 및 생산된 효소의 활성을 높게 유지하는 것이 중요하며, 니트릴 히드라타제의 생산량과 활성을 증가시키는 배양방법의 개발이 필요하다.Therefore, in order to economically produce amide compounds, it is important to mass-produce nitrile hydratase from microorganisms at low cost in a short time and to maintain high activity of the produced enzyme, and to increase the yield and activity of nitrile hydratase. Development of a culture method is necessary.

이에 본 발명자는 니트릴 히드라타제의 비활성을 높게 유지하면서, 니트릴 히드라타제를 생산하는로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양하기 위한 방법에 대하여 연구하게 되었다. 그 결과,로도코커스 로도크로스배양배지 내의 포도당 농도를 최대한 낮게 유지시키고, 선택적으로 코발트를 배양배지 내에 간헐적으로 첨가하는 배양방법에 의해서, 포도당의 기질저해현상의 억제 및 니트릴 히트라타제의 비활성을 높게 유지시키는 것이 가능하고,로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have studied a method for culturing Rhodococcus rhodoprose producing nitrile hydratase at a high concentration while maintaining high inactivation of nitrile hydratase. As a result, the glucose concentration in the Rhodococcus Rhodocross culture medium was kept as low as possible, and cobalt was optionally added intermittently into the culture medium, thereby suppressing glucose substrate inhibition and inactivation of nitrile hitratase. It was confirmed that it was possible to hold | maintain and to cultivate Rhodococcus rhodoprose at high concentration, and came to complete this invention.

따라서, 본 발명의 목적은로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양함과 동시에, 니트릴 히드라타제의 비활성을 높게 유지하여 니트릴 히드라타제를 대량 생산하고, 상기 방법에 의해 생산된 니트릴 히드라타제 비활성이 높은로도코커스 로도크로스를 이용하여 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Thus, at the same time as an object of the present invention is cultured cross also Rhodococcus in a high concentration, mass production of hydratase nitrile to maintain the inactive higher of the nitrile hydratase, and nitrile produced by the method hydratase inactive high Rhodococcus It is to provide a method for preparing an amide compound from a nitrile compound using Rhodocross.

도 1은, 로도코커스 로도크로스 균주 M33의 유가식 배양시 포도당 농도에 따른 니트릴 히드라타제의 비활성 및 세포성장의 관계를 그래프로 도식한 것이다.1 is a graph illustrating the relationship between the inactivation of nitrile hydratase and cell growth according to glucose concentration in fed-batch culture of Rhodococcus Rhodocross strain M33.

<간단한 기호설명><Simple Symbol Explanation>

도 2의 A, B, C 각각은 로도코커스 로도크로스 균주 M33의 유가식 배양시, 염화코발트의 첨가 횟수에 따른 니트릴 히드라타제의 비활성 및 세포성장의 관계를 그래프로 도식한 것이다.Each of A, B, and C of FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between inactivation of nitrile hydratase and cell growth according to the number of additions of cobalt chloride in fed-batch culture of Rhodococcus Rhodocross strain M33.

여기서, 화살표는 0.01g/ℓ의 염화코발트(CoCl2ㆍ6H2O)를 첨가한 시점을 표시한 것이다.Here, the arrow indicates the time point of adding 0.01 g / L cobalt chloride (CoCl 2 · 6H 2 O).

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 포도당의 농도를 최대한 낮게 유지하고, 선택적으로 코발트를 간헐적으로 첨가하는 것에 의해,로도코커스 로도크로스가 생산하는 니트릴 히드라타제의 비활성(specific activity)을 높게 유지시키면서,로도코커스 로도크로스를 고농도로 배양하는 것을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 배양방법 및 상기 배양방법에 의해 배양된로도코커스 로도크로스를이용하여 니트릴 화합물로부터 아미드 화합물을 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention maintains the specific activity of the nitrile hydratase produced by Rhodococcus Rhodocrose by keeping the concentration of glucose as low as possible and selectively adding cobalt intermittently. In the meantime, Rhodococcus Rhodocross is cultured at a high concentration, and Rhodococcus Rhodocross is cultivated by the above method, and Rhodococcus Rhodocrose cultivated by the cultivation method is provided.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자는 배양배지 내의 포도당 농도를 달리하여 로도코커스 로도크로스 균주 M33을 회분 배양하고, 각각의 포도당 농도가 고갈된 시점에서 니트릴 히드라타제의 비활성 및 최종 세포농도를 측정하였다(실시예 1 참조). 표 2에 나타난 바와 같이, 초기 포도당 투입농도의 증가에 따라, 최종 세포의 농도는 증가하지만 니트릴 히드라타제의 비활성은 급격히 감소하였다.The inventors batch culture Rhodococcus Rhodocross strain M33 by varying the glucose concentration in the culture medium and measured the inactivation and final cell concentration of nitrile hydratase at the time when each glucose concentration was exhausted (see Example 1). As shown in Table 2, as the initial glucose input concentration increased, the concentration of final cells increased but the inactivation of nitrile hydratase rapidly decreased.

즉, 이러한 결과를 통해, 포도당의 기질저해현상을 간접적으로 확인할 수 있었으며, 포도당의 초기 투입 농도가 증가할수록 세포의 최종농도는 증가하지만, 니트릴 히드라타제의 생성량은 그에 비례하여 증가하지 않음을 알 수 있다. 다시 말하면, 로도코커스 로도크로스의 경우, 포도당은 니트릴 히드라타제의 발현시스템을 억제(catabolite repression)하는 작용(기질저해현상)을 한다.In other words, it could be confirmed that the substrate inhibition of glucose indirectly, and as the initial concentration of glucose increases, the final concentration of the cells increases, but the production of nitrile hydratase does not increase proportionally. have. In other words, in the case of Rhodococcus Rhodocrose, glucose acts to inhibit the nitrile hydratase expression system (catabolite repression).

이러한 회분식 배양결과를 바탕으로, 배양기간동안 발효배지 중의 포도당 농도가 최대한 낮게 유지되도록, 포도당이 포함된 기질용액을 연속공급하면서 유가식 배양을 수행하였다. 결과로서, 발효배지 중의 포도당 농도를 최대한 낮게 유지시킬수록 니트릴 히드라타제의 비활성이 높게 유지되는 것을 확인할 수 있었다(도 1, 실시예 2 참조).Based on the batch culture results, fed-batch culture was performed while continuously supplying the substrate solution containing glucose so that the glucose concentration in the fermentation medium was kept as low as possible during the culture period. As a result, as the glucose concentration in the fermentation broth was kept as low as possible, it was confirmed that the inactivation of the nitrile hydratase was maintained high (see FIG. 1 and Example 2).

따라서, 본 발명은 유가식 연속 배양방법에 의해, 발효배지 내의 포도당 농도를 낮게 유지하면서,로도코커스 로도크로스를 배양하고자 한다.Therefore, the present invention is to cultivate the Rhodococcus rhodoprose while maintaining a low glucose concentration in the fermentation medium by a fed-batch continuous culture method.

이 때, 공급된 포도당 총량이 동일한 경우 최종세포농도는 본 발명의 유가식 회분배양 방법이든, 회분배양 방법이든 동일하지만, 본 발명의 경우에서처럼 포도당 농도를 낮게 유지시키면 효소의 비활성이 증가하고, 총활성도 증가하게 된다.In this case, when the total amount of glucose supplied is the same, the final cell concentration is the same whether the batch fed batch method or the batch culture method of the present invention is used. However, when the glucose concentration is kept low, as in the case of the present invention, the activity of the enzyme is increased, and the total Activity is also increased.

한편, 포도당 농도를 낮게 유지하기 위한 방법으로 지수적 공급방식 또는 상한 pH 조절방식에 의해, 포도당을 배양배지로 공급한다.On the other hand, the glucose is supplied to the culture medium by an exponential feeding method or an upper pH adjusting method as a method for maintaining a low glucose concentration.

기질 용액의 공급방식은, 배양초기에는 배지 내의 포도당 0∼5g/ℓ가 모두 고갈될 때까지 아무 것도 첨가하지 않는 회분식 배양을 하다가, 포도당이 고갈된 시점부터 지수적 공급방식으로 혹은 상한 pH 조절방식으로 배양배지 중의 포도당 농도를 최대한 낮게 유지하면서 총 20∼60g/ℓ의 포도당을 공급하는 것이 바람직하다. 공급할 총 포도당 양을 60g/ℓ이상 첨가하는 경우에는 배양액의 점성이 증가하고 유동성(fluidity)이 감소하여 공기접촉(aeration)에 문제가 발생하여, 세포농도 가 크게 증가하지 않는다.Substrate solution supply method is a batch culture in which nothing is added until all of the glucose in the medium is depleted at the beginning of the culture, and then exponentially fed or the upper pH adjustment method from the time when the glucose is depleted. As a result, it is preferable to supply a total of 20 to 60 g / l of glucose while keeping the concentration of glucose in the culture medium as low as possible. When more than 60 g / l of total glucose to be supplied is added, the viscosity of the culture solution is increased and the fluidity is reduced, which causes a problem in air aeration, so that the cell concentration does not increase significantly.

또한, 포도당을 회분식 첨가하고 포도당이 고갈된 후, 본 발명의 유가식 첨가를 한 기질용액 공급방식의 선택한 이유는, 배양초기에는 포도당의 소모량이 매우 적은 관계로 공급량을 정확하게 조절하기 어렵기 때문이다.In addition, the reason for the choice of the substrate solution supply method with the fed-batch addition of the present invention after the batch addition of glucose and the depletion of glucose is that it is difficult to accurately control the supply amount because the consumption of glucose is very small at the beginning of the culture. .

지수적 공급방식에 의한 포도당 공급은 하기 수학식 1이 사용되며, 수 시간 간격으로 시료를 채취하여 미생물 세포농도와 포도당 농도를 측정하고, 측정값으로부터 비성장속도(μ) 및 세포수율(Yx/s) 등을 계산하여, 새로운 유속을 결정한다.Equation 1 is used to supply glucose by an exponential supply method, and samples are taken at intervals of several hours to measure microbial cell concentration and glucose concentration, and specific growth rate (μ) and cell yield (Y x ) are measured from the measured values. / s ) to determine the new flow rate.

여기에서, F는 기질 용액의 공급속도(ℓ/시간), μ는 세포 비성장 속도(1/시간), Xo는 초기세포농도(g/ℓ), So는 기질용액의 포도당 농도(g/ℓ), YX/S는 성장 수율(g-세포 건조중량/g-포도당)이다.Where F is the feed rate of the substrate solution (l / hour), μ is the cell specific growth rate (1 / hour), X o is the initial cell concentration (g / l), and S o is the glucose concentration of the substrate solution (g / L), Y X / S is the growth yield (g-cell dry weight / g-glucose).

또한, 상한 pH 조절방식은, 상한 pH를 7.25 내지 7.35, 하한 pH는 7.20 내지 7.15의 값으로 배양배지의 pH를 조절하여, 포도당의 농도를 0~5g/ℓ로 최대한 낮게 유지한다. 즉, 포도당이 고갈되어 pH 값이 급격히 증가하면 이 신호가 정량펌프에 전달되어 기질 용액이 공급되고, 반면 포도당이 소모되어 pH가 하한 값 이하로 감소하면 KOH 용액이 공급되도록 하여 배양배지 내의 포도당 농도를 최대한 낮게 유지한다.In addition, the upper pH adjustment method, by adjusting the pH of the culture medium to a value of 7.25 to 7.35, the minimum pH of 7.20 to 7.15, the glucose concentration is kept as low as 0 ~ 5g / L as possible. In other words, when glucose is depleted and the pH value is rapidly increased, this signal is transmitted to the metering pump to supply the substrate solution, whereas when glucose is consumed and the pH is lowered below the lower limit, the KOH solution is supplied to the glucose concentration in the culture medium. Keep it as low as possible.

한편, 본 발명은 니트릴 히드라타제의 비활성을 증가시키기 위해 배양기간 중에, 배양배지에 0.04∼0.05g/ℓ의 코발트를 간헐적으로 3∼4회 나누어서 공급하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the present invention, in order to increase the specific activity of the nitrile hydratase, it is preferable to supply 0.04 to 0.05 g / L of cobalt three to four times intermittently during the culture period.

니트릴 히드라타제의 비활성을 증가시키기 위해서, 코발트를 첨가하는 것은 미국 특허 제 5334519호 및 제 5089411호에 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 배양 초기에 0.005∼0.015g/ℓ의 농도로, 20g/ℓ의 포도당을 함유한 배양배지에 코발트를 투입한다. 그러나, 본 발명에서와 같이 60g/ℓ정도의 포도당 양을 공급하는 본 발명의 유가식 배양의 경우에는 미생물 세포들이 고농도로 생산되기 때문에, 니트릴 히드라타제의 비활성을 높이기 위해서는 적어도 0.04∼0.05g/ℓ의 코발트를 3∼4회 나누어서 공급하는 것이 바람직하다. 그러나, 코발트는 니트릴 히드라타제의 보조인자로서 초기에 과량 투입하는 경우에는 미생물의 생육이 억제되기 때문에(표 3 참조), 본 발명에서와 같이, 배양초기에 0.02∼0.03g/ℓ을 첨가하고, 배양 도중에 조금씩 간헐적으로 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 간헐적으로 투여하는 코발트의 량은 0.005∼0.01g/ℓ인 것이 바람직하다.To increase the specific activity of nitrile hydratase, the addition of cobalt is described in US Pat. Nos. 5334519 and 5089411. However, in this method, cobalt is added to a culture medium containing 20 g / l of glucose at a concentration of 0.005 to 0.015 g / l at the beginning of the culture. However, in the fed-batch culture of the present invention supplying a glucose amount of about 60 g / l as in the present invention, microorganism cells are produced at a high concentration, so in order to increase the inactivation of nitrile hydratase at least 0.04 to 0.05 g / l. It is preferable to divide and supply cobalt 3-4 times. However, cobalt is added as a cofactor for nitrile hydratase, and when the initial dose is excessive, the growth of microorganisms is suppressed (see Table 3). Therefore, as in the present invention, 0.02 to 0.03 g / L is added at the beginning of the culture, It is preferable to add little by little intermittently during the culture. In addition, the amount of cobalt administered intermittently is preferably 0.005 to 0.01 g / L.

따라서, 배양기간 중에 코발트를 간헐적으로 나누어서 공급하면, 도 2에서 보는 바와 같이, 미생물 생육이 저해됨 없이 배양말기에 니트릴 히드라타제의 비활성을 증가시킬 수 있다.Therefore, when the cobalt is dividedly supplied during the incubation period, as shown in FIG. 2, the inactivation of nitrile hydratase can be increased at the end of the culture without inhibiting the growth of microorganisms.

코발트를 배양배지에 첨가하기 위한 형태의 코발트 화합물은 특별하게 한정되는 바는 없지만, 전형적으로 수용액에서 Co2+또는 Co3+를 공급하는 화합물, 바람직하게는 Co2+를 공급하는 화합물이 이용될 수 있고, 예를 들면, 염화코발트(cobalt chloride), 황산 코발트(cobalt sulfate), 아세트산 코발트(cobalt acetate), 브롬화 코발트(cobalt bromide), 붕산 코발트(cobalt borate) 등을 이용할 수 있다.The cobalt compound in the form for adding cobalt to the culture medium is not particularly limited, but typically, a compound supplying Co 2+ or Co 3+ in an aqueous solution, preferably a compound supplying Co 2+ may be used. For example, cobalt chloride, cobalt sulfate, cobalt acetate, cobalt bromide, cobalt borate, and the like can be used.

본 발명의 방법에 따라 니트릴 히드라타제를 생성하는로도코커스 로도크로스균주를 유가식 배양(총 60g/ℓ공급)은, 포도당이 20g/ℓ첨가된 배양배지에서 회분식으로 배양한 것과 비교하여, 미생물 세포 농도 및 효소의 총활성은 약 3배, 효소의 생산성은 1.5~1.9배 증가하고, 많은 양을 포도당을 공급했어도 효소의 비활성은 기존의 회분식으로 배양한 것과 같은 정도로 높게 유지된다(실시예 5 및 6 참조). 따라서, 본 발명은 세포의 농도를 높게 유지하면서도, 효소의 생산량을 증가시키는 것이 가능하다.The fed-batch culture (feeding 60 g / l total ) of the Rhodococcus rhodoprose strain producing nitrile hydratase according to the method of the present invention is compared with that of batch culture in a culture medium containing 20 g / l glucose. The concentration and total activity of the enzyme were increased by about 3 times, and the productivity of the enzyme was increased by 1.5-1.9 times, and even if a large amount of glucose was supplied, the inactivation of the enzyme was maintained as high as that of the conventional batch culture (Example 5 and 6). Therefore, the present invention can increase the amount of enzyme produced while maintaining a high concentration of cells.

한편, 본 발명에 따른 유가식 배양에 의해 고농도로 배양된로도코커스 로도크로스를 이용하여 아크릴로니트릴로부터 아크릴아미드를 제조하는 방법은, 한국특허 제169213호에 기재된 아크릴아미드의 제조방법을 참조한다.On the other hand, the method for producing acrylamide from acrylonitrile using Rhodococcus Rhodocrose cultured at high concentration by fed-batch culture according to the present invention, refer to the method for producing acrylamide described in Korean Patent No. 169213.

또한, 본 발명에 따른 유가식 배양에 의해 고농도로 배양된 미생물을 이용하여 아크릴로니트틸로부터 아크릴아미드를 제조하는 방법은 위에서 설명한 한국특허 제 169213호에 기재된 방법뿐만 아니라, 균주 배양을 이용하여 진행하는 통상의 생물반응 분야에 주지된 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 고농도로 배양된 미생물 세포를 통상의 방법으로 담체에 고정시킨 후 이용할 수도 있다.In addition, the method for producing acrylamide from acrylonitrile using a microorganism cultured at high concentration by fed-batch culture according to the present invention proceeds using the strain culture as well as the method described in Korean Patent No. 169213 described above. Can be carried out using methods well known in the art of conventional bioreaction. For example, microorganism cells cultured at high concentration may be used after being fixed to a carrier by a conventional method.

이하 본 발명을 참고예 및 각종 실시예에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and various examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명할 것이다.These examples are only for illustrating the present invention more specifically, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention.

<사용균주><Use strain>

하기 실시예에서 사용된 니트릴 히드라타제의 생산균주는 로도코커스 로도크로스(Rhodococcus rhodochrous) M33 VKM Ac-1515D와 로도코커스 로도크로스(Rhodococcus rhodochrous) M8 VKPM S-926 균주이고, 이들 균주를 얻는방법으로, M33에 대해서는 한국등록특허공보 제 0131276호에, M8에 대해서는 러시아 특허 제 1731814호에 기재되어 있다.Nitrile hydratase production strains used in the following examples were Rhodococcus rhodochrous M33 VKM Ac-1515D and Rhodococcus rhodochrous M8 VKPM S-926 strains. M33 is described in Korean Patent Publication No. 0131276, and M8 is described in Russian Patent No. 1731814.

<미생물 세포농도 측정>Microbial cell concentration measurement

배양배지 내의 미생물 세포농도를 측정하기 위해서, 배양액을 소량 취하여 측정하기 적당하게 증류수로 희석한 후, 분광 광도계(Cary UV-Visible spectrophotometer, Varian Co., 호주)를 이용하여 540㎚의 파장에서 OD(흡광도)를 측정하였다. 세포건조중량은 상기 흡광도 값을 환산하여 구하였다. 이 때, 흡광도 OD 1은 세포건조중량으로 0.2 ㎎-dry cells/㎖이다.To measure the microbial cell concentration in the culture medium, take a small amount of the culture solution and dilute it with appropriate distilled water, and then measure the OD (at 540 nm) using a spectrophotometer (Cary UV-Visible spectrophotometer, Varian Co., Australia). Absorbance) was measured. The cell dry weight was obtained by converting the absorbance values. At this time, the absorbance OD 1 is 0.2 mg-dry cells / ml as the dry weight of cells.

<포도당 농도 측정><Glucose Concentration Measurement>

배양배지 중의 포도당 농도는 포도당 분석기(YSI model 2700 biochemistry analyzer, Yellow Spring Instrument Co., Inc., 미국)로 측정하였다.Glucose concentration in the culture medium was measured by a glucose analyzer (YSI model 2700 biochemistry analyzer, Yellow Spring Instrument Co., Inc., USA).

<니트릴 히드라타제의 비활성 측정>Measurement of inactivity of nitrile hydratase

니트릴 히드라타제의 비활성 측정방법은 다음과 같다. pH 7.6의 10mM 포스페이트(phosphate) 완충용액과 2%(w/v) 아크릴로니트릴의 혼합용액 1㎖에, 건조중량 0.04㎎의 미생물 세포 현탁액 1㎖을 혼합시킨 후, 20℃에서 10분간 교반하면서 반응시킨 후, 농축 HCl 30㎕를 첨가하여 반응을 중단시켰다. 상기 반응에 의해 형성된 아크릴아미드의 농도를 가스 크로마토그래피에 의해 분석하고, 니트릴 히드라타제의 비활성 계산에 이용하였다.The method for measuring inactivity of nitrile hydratase is as follows. 1 ml of a dry weight 0.04 mg microbial cell suspension was mixed with 1 ml of a 10 mM phosphate buffer solution at pH 7.6 and 2% (w / v) acrylonitrile, followed by stirring at 20 ° C. for 10 minutes. After the reaction, 30 µl of concentrated HCl was added to stop the reaction. The concentration of acrylamide formed by the reaction was analyzed by gas chromatography and used for the inactivation calculation of nitrile hydratase.

니트릴 히드라타제의 활성은 다음의 units으로 표현된다.The activity of nitrile hydratase is expressed in the following units.

1 unit는 전술한 조건에서 아크릴로니트릴로부터 아크릴아미드를 1μmol/분의 속도로 생성하는데 요구되는 효소의 양으로서 정의한다.One unit is defined as the amount of enzyme required to produce acrylamide from acrylonitrile at a rate of 1 μmol / minute under the conditions described above.

비활성(Specific activity)은 아미드-μmol/분/세포건조중량-㎎ 또는 units/mg-dry cells으로 나타낸다.Specific activity is expressed as amide-μmol / min / dry cell weight-mg or units / mg-dry cells.

총활성(Total activity)은 아미드-μmol/분/배양액-㎖ 또는 units/㎖로 나타낸다.Total activity is expressed as amide-μmol / min / culture-ml or units / ml.

[참고 실시예 1] 로도코커스 로도크로스 M33의 회분식 배양Reference Example 1 Batch Culture of Rhodococcus Rhodocrose M33

15% 글라이세롤에 냉동 보관된 로도코커스 로도크로스 M33 종균을 표 1의 배지조성을 갖는 배양액 500㎖가 들어있는 삼각 플라스크에 접종하고, 30℃에서 48시간 진탕배양(종배양)하였다.Rhodococcus Rhodocrose M33 spawn stored in 15% glycerol was inoculated into an Erlenmeyer flask containing 500 ml of the culture medium having the composition of Table 1, and cultured at 30 ° C. for 48 hours (cultivation).

조 성Furtherance 양(g/ℓ)Volume (g / ℓ) 인산제일칼륨(KH2PO4)인산제이칼륨(K2HPO4)염화코발트(CoCl2ㆍ6H2O)황산제일철(FeSO4ㆍ7H2O)EDTA-2Na포도당요소(urea)황산마그네슘(MgSO4ㆍ7H2O)Potassium Phosphate (KH 2 PO 4 ) Dipotassium Phosphate (K 2 HPO 4 ) Cobalt Chloride (CoCl 2 · 6H 2 O) Ferrous Sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) EDTA-2NaGlucose Urea (urea) Magnesium Sulfate (MgSO 4 7H 2 O) 0.50.40.020.0030.0062031.20.50.40.020.0030.0062031.2

그리고 나서, 배양액 중 90㎖를 얻어서 염화나트륨 0.01g/ℓ, 요소 7.5g/ℓ를 첨가하는 것을 제외하고 표 1의 배지조성과 동일한 배양액 3ℓ에 접종하고, 5ℓ 배양조(한국배양기, 한국)에서 배양온도 30℃, pH 7.2(10% KOH 이용), 교반속도 500rpm 및 공기공급속도 0.4vvm(volume/volume min.)을 유지하면서, 약 57시간동안 회분식 배양하였다.Then, 90 ml of the culture solution was obtained and inoculated into 3 L of the same culture medium as in Table 1 except that 0.01 g / L of sodium chloride and 7.5 g / L of urea were added thereto, followed by incubation in a 5 L culture tank (Korea incubator, Korea). The batch was incubated for about 57 hours while maintaining a temperature of 30 ° C., pH 7.2 (using 10% KOH), agitation speed 500 rpm, and air supply rate 0.4 vvm (volume / volume min.).

포도당 농도를 배양기간 중간에 수시로 확인하였다. 배양배지 내의 포도당이 완전히 고갈되었을 때의 최종 세포농도는 OD 35.5(세포건조중량 7.1g/ℓ)이고, 효소의 비활성은 120 units/mg-dry cells이며, 총활성은 852 units/㎖이었다.Glucose concentrations were frequently checked during the incubation period. The final cell concentration when glucose was completely depleted in culture medium was OD 35.5 (cell dry weight 7.1 g / l), enzyme inactivity was 120 units / mg-dry cells, and total activity was 852 units / ml.

[참고 실시예 2] 로도코커스 로도크로스 M8의 회분식 배양REFERENCE EXAMPLE 2 Batch Culture of Rhodococcus Rhodocross M8

로도코커스 로도크로스 M33 종균대신 로도코커스 로도크로스 M8 종균을 사용하는 것을 제외하고는 참고 실시예 1과 동일한 방법으로 진탕배양(종배양) 42시간 및 회분식 배양을 48시간 수행하였다.Except for using the Rhodococcus Rhodocrose M33 spawn instead of the Rhodococcus Rhodocross M8 seed, the shaking culture (species culture) 42 hours and the batch culture were carried out in the same manner as in Reference Example 1 for 48 hours.

배양배지 내의 포도당이 완전히 고갈되었을 때, 최종 세포농도는 OD 37(세포건조중량 7.4g/ℓ)이었고, 효소의 비활성은 70 units/mg-dry cells이었으며, 총활성은 518 units/㎖이었다.When glucose in the culture medium was completely depleted, the final cell concentration was OD 37 (cell dry weight 7.4 g / l), the enzyme inactivity was 70 units / mg-dry cells, and total activity was 518 units / ml.

[실시예 1] 포도당 초기 첨가량별 회분식 배양Example 1 Batch Culture by Glucose Initial Addition

15% 글라이세롤에 냉동 보관된 로도코커스 로도크로스 M33 종균을 표 1의 배지조성을 갖는 배양액 500㎖가 들어있는 삼각 플라스크에 접종하고, 30℃에서 48시간 진탕배양(종배양)하였다.Rhodococcus Rhodocrose M33 spawn stored in 15% glycerol was inoculated into an Erlenmeyer flask containing 500 ml of the culture medium having the composition of Table 1, and cultured at 30 ° C. for 48 hours (cultivation).

그리고 나서, 배양액 중 90㎖를 얻어서 염화나트륨 0.01g/ℓ, 요소 7.5g/ℓ, 초기 포도당 첨가량을 각각 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40g/ℓ로 각각 달리 한 것을 제외하고는 표 1의 배지조성과 동일한 배양액 3ℓ에 접종하고, 참고 실시예 1과 같은 배양조건으로 로도코커스 로도크로스 M33을 회분식으로 배양하였다. 배양기간 중간에 포도당 농도를 확인하면서 배양배지 내의 포도당이 고갈된 직후 최종 세포농도 및 니트릴 히드라타제의 비활성을 측정하였다.Then, 90 ml of the culture solution was obtained, except that 0.01 g / l sodium chloride, 7.5 g / l urea, and the initial glucose addition amount were 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, and 40 g / l, respectively. Was inoculated in 3 l of the same culture medium as in Table 1, and Rhodococcus Rhodocross M33 was cultured in a batch under the same culture conditions as in Reference Example 1. Final cell concentration and inactivation of nitrile hydratase were measured immediately after glucose was depleted in the culture medium while checking the glucose concentration in the middle of the culture period.

포도당초기 첨가량(g/ℓ)Initial amount of glucose added (g / ℓ) 세포 농도(OD540nm)Cell concentration (OD 540 nm ) 니트릴 히드라타제 비활성(units/mg-건조중량)Nitrile hydratase inactive (units / mg-dry weight) 니트릴히드라타제총활성(units/㎖)Nitrile hydratase total activity (units / ml) 510152025303540510152025303540 11.121.533.042.252.458.667.677.211.121.533.042.252.458.667.677.2 1411321201029486746614113212010294867466 313567792860985100710001019313567792860985100710001019

표 2에 나타난 바와 같이, 포도당의 초기 첨가량이 증가할수록 최종 세포농도와 니트릴 히드라타제의 총활성는 증가하지만, 니트릴 히드라타제의 비활성은 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, as the initial amount of glucose increases, the final cell concentration and the total activity of nitrile hydratase increase, but the inactivation of nitrile hydratase decreases rapidly.

상기 실험 결과로부터, 탄소원인 포도당에 의해서 니트릴 히드라타제의 발현시스템이 억제되어, 효소의 생산이 억제된다는 것을 확인할 수 있었다.From the above experimental results, it was confirmed that the expression system of nitrile hydratase was inhibited by glucose as a carbon source, and the production of enzyme was suppressed.

[실시예 2] 배양기간중 포도당 유지 농도별 유가식 배양Example 2 Fed-Breed Culture by Glucose Maintenance Concentration During Cultivation Period

15% 글라이세롤에 냉동 보관된 로도코커스 로도크로스 M33 종균을 표 1의 배지조성을 갖는 배양액 500㎖가 들어있는 삼각 플라스크에 접종하고, 30℃에서 48시간 진탕배양하였다. 그런 다음으로, 배양액 중 90㎖를 얻어서 염화나트륨 0.01g/ℓ, 요소 7.5g/ℓ, 포도당 5g/ℓ를 첨가하는 것을 제외하고는 표 1의 배지조성과 동일한 배양배지 3ℓ에 접종하고, 포도당이 고갈된 시점부터 기질 용액(포도당 165g, 40%)을 배양배지 내의 포도당 농도가 각각 0, 5, 10g/ℓ로 유지되도록 정량펌프(MasterFlex, 미국)를 이용하여 상술한 지수공급방식에 의해 포도당을 연속공급하면서, 5ℓ 배양조에서 30℃의 온도로 배양하였다. 배양배지의 운전조건은 초기에 공기주입속도를 0.4vvm, 교반속도를 500rpm으로 시작하였고, 세포농도가 OD 50 수준이 되면 공기주입속도는 1.2vvm, 교반속도는 700rpm으로 변경하여 배양배지 내의 용존산소를 유지시켰다. 또한, 배양배지의 pH는 10% KOH 용액을 이용하여 7.2로 유지시켰다.Rhodococcus Rhodocross M33 spawn stored in 15% glycerol was inoculated into a Erlenmeyer flask containing 500 ml of the culture medium having the composition of Table 1, and incubated at 30 ° C. for 48 hours. Then, 90 ml of the culture solution was obtained and inoculated into 3 l of the same culture medium as in Table 1 except that 0.01 g / l of sodium chloride, 7.5 g / l of urea and 5 g / l of glucose were added. From the point of time when the substrate solution (glucose 165g, 40%) in the culture medium to maintain the glucose concentration of 0, 5, 10g / ℓ using a metering pump (MasterFlex, USA) by the above-mentioned index supply method While feeding, the culture was carried out at a temperature of 30 ° C. in a 5 L culture tank. The operating conditions of the culture medium were initially 0.4vvm of air injection speed and 500rpm of agitation speed. When the cell concentration reached OD 50, the air injection speed was 1.2vvm and the stirring speed was changed to 700rpm. Was maintained. In addition, the pH of the culture medium was maintained at 7.2 using a 10% KOH solution.

도 1은 상기 유가식 배양에 의해 나타난 배양시간의 경과에 따른 세포의 성장양상 및 효소의 비활성 및 총활성 양상을 나타낸 그래프로서, 배양배지 중의 포도당 농도가 낮게 유지될수록 세포의 비성장 속도는 감소하지만 니트릴 히드라타제의 비활성 및 총활성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.1 is a graph showing the growth pattern of the cells and the inactivation and total activity of the enzyme with the cultivation time shown by the fed-batch culture. As the glucose concentration in the culture medium is kept low, the specific growth rate of the cells decreases. It can be seen that the inactivation and total activity of the nitrile hydratase increases.

상기 비성장속도는 수학식 2에 의하여 계산하였다.The specific growth rate was calculated by the equation (2).

여기에서, μ는 비성장속도, OD(t)는 t 시간의 세포농도(OD), OD(t-1)는 t-1 시간의 세포농도를 나타낸다.Where μ is the specific growth rate, OD (t) is the cell concentration (OD) at t hours, and OD (t-1) is the cell concentration at t-1 hours.

[실시예 3] 코발트 초기 첨가량별 회분식 배양Example 3 Batch Culture by Initial Cobalt Addition

15% 글라이세롤에 냉동 보관된 로도코커스 로도크로스 M33 종균을 표 1의 배지조성을 갖는 배양액 500㎖가 들어있는 삼각 플라스크에 접종하고, 30℃에서 48시간 진탕배양(종배양)하였다.Rhodococcus Rhodocrose M33 spawn stored in 15% glycerol was inoculated into an Erlenmeyer flask containing 500 ml of the culture medium having the composition of Table 1, and cultured at 30 ° C. for 48 hours (cultivation).

그리고 나서, 배양액 중 90㎖를 얻어서 염화나트륨 0.01g/ℓ, 요소 7.5g/ℓ,초기 염화코발트(CoCl26H2O) 농도를 표 3에 나타낸 농도로 각각 달리 한 것을 제외하고는 표 1의 배지조성과 동일한 배양액 3ℓ에 접종하고, 참고 실시예 1과 같은 배양조건으로 로도코커스 로도크로스 M33을 49시간 동안 회분식으로 배양하였다. 그리고 나서, 최종 세포농도 및 니트릴 히드라타제의 비활성을 측정하였다. 그 결과 염화코발트의 초기 첨가량이 증가할수록 니트릴 히드라타제의 비활성이 증가하였고, 0.03g/ℓ 이상의 농도에서는 세포의 성장속도 및 니트릴 히드라타제의 비활성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.Then, 90 ml of the culture medium was obtained, except that 0.01 g / L sodium chloride, 7.5 g / L urea, and initial cobalt chloride (CoCl 2 6H 2 O) concentrations were different from those shown in Table 3, respectively. Inoculated into 3 L of the same culture as the composition, and Rhodococcus Rhodocrose M33 was incubated for 49 hours under the same culture conditions as in Reference Example 1. Then, final cell concentration and inactivation of nitrile hydratase were measured. As a result, as the initial amount of cobalt chloride increased, the inactivation of nitrile hydratase increased, and the growth rate of the cells and the inactivation of nitrile hydratase decreased at concentrations of 0.03 g / l or more. The results are shown in Table 3.

염화코발트(CoCl2ㆍ6H2O)초기 첨가량(g/ℓ)Cobalt chloride (CoCl 2 ㆍ 6H 2 O) initial addition amount (g / ℓ) 세포 농도(OD540nm)Cell concentration (OD 540 nm ) 니트릴 히드라타제 비활성(units/mg-dry cells)Nitrile hydratase inactive (units / mg-dry cells) 니트릴히드라타제총활성(units/㎖)Nitrile hydratase total activity (units / ml) Not added0.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.045Not added0.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.045 29.541.638.533.232.637.534.326.611.60.329.541.638.533.232.637.534.326.611.60.3 12303260658612110490751230326065861211049075 712492463984236458305532084.5712492463984236458305532084.5

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 회분식 배양시 배지중의 코발트 농도는 효소의 비활성, 총활성 및 세포의 농도를 모두 고려할 때 0.02∼0.03g/ℓ를 첨가하는 것이 바람직하다.As shown in Table 3, the cobalt concentration in the medium in the batch culture, it is preferable to add 0.02 ~ 0.03g / L in consideration of the enzyme inactivity, total activity and the concentration of the cells.

[실시예 4] 코발트를 추가로 첨가한 유가식 배양Example 4 Fed-Batch Culture with Additional Cobalt

실시예 2와 같은 방법으로 로도코커스 로도크로스 M33을 유가식 배양하였으며, 기질 용액의 공급 방식은 배양초기에는 배지내의 포도당 5g/ℓ가 모두 고갈될때까지 아무 것도 첨가하지 않는 회분식 배양을 하다가 포도당이 고갈된 시점부터 앞서 기술한 상한 pH 조절방식으로 포도당을 공급하여 0.02g/ℓ의 코발트를 함유한 배양배지 중의 포도당 농도를 0∼0.5g/ℓ로 최대한 낮게 유지하였다. 또한, 배양기간 중에 배양배지에 염화코발트를 0.01g/ℓ씩 간헐적으로 1∼3회 나누어서 공급하여 배양하였다.Rhodococcus Rhodocrose M33 was fed-batch cultured in the same manner as in Example 2, and the feeding method of the substrate solution was carried out in a batch culture without adding any of the glucose until 5 g / L of glucose in the medium was depleted at the beginning of culture. From the time point, the glucose was supplied by the above-described upper pH adjustment method and the glucose concentration in the culture medium containing 0.02 g / L cobalt was kept as low as 0 to 0.5 g / L. In addition, during the incubation period, cobalt chloride was intermittently supplied to the culture medium by 0.01 g / L, and then divided into 1 to 3 times.

A 배양배지에서는 세포농도가 2g 건조중량/ℓ(OD 10)수준일 때, 염화코발트를 0.01g/ℓ씩 1회 첨가하였다. B 배양배지에서는 세포농도가 2g 건조중량/ℓ(OD 10)과 4g 건조중량/ℓ(OD 20) 수준일 때, 염화코발트를 0.01g/ℓ씩 2회 첨가하였다. C 배양배지에서는 세포농도가 2g-건조중량/ℓ(OD 10), 4g-건조중량/ℓ(OD 20), 14g-건조중량/ℓ(OD 70) 수준일 때, 염화코발트를 0.01g/ℓ씩 3회 첨가하였다.In culture medium A, cobalt chloride was added once at 0.01 g / l at a cell concentration of 2 g dry weight / l (OD 10). In the culture medium B, cobalt chloride was added twice at 0.01 g / l when the cell concentration was 2 g dry weight / l (OD 10) and 4 g dry weight / l (OD 20). In C culture medium, 0.01 g / l cobalt chloride was used when the cell concentration was 2 g-dry weight / l (OD 10), 4 g-dry weight / l (OD 20), and 14 g-dry weight / l (OD 70). Three times each was added.

도 2는 상기 염화코발트 첨가시 유가식 배양에 따른 세포의 성장양상 및 효소의 비활성 양상을 배양시간의 경과에 따라 나타낸 그래프로서, 염화코발트의 첨가 횟수가 증가할수록 배양말기에 니트릴 히드라타제의 비활성이 증가하는 결과를 확인할 수 있었다.Figure 2 is a graph showing the growth pattern of the cells according to the fed-batch culture and the inactivation pattern of the enzyme with the addition of cobalt chloride as incubation time, the inactivation of nitrile hydratase at the end of the culture as the number of addition of cobalt chloride increases Increasing results were confirmed.

[실시예 5 및 6] 로도코커스 로도크로스의 유가식 배양[Examples 5 and 6] Fed-Batch Culture of Rhodococcus Rhodocross

로도코커스 로도크로스 M8과 로도코커스 로도크로스 M33의 배양기간 중에, 포도당 60g/ℓ을 배양배지의 포도당 농도가 0∼0.5g/ℓ로 낮게 유지되도록 연속공급하면서, 염화코발트를 간헐적으로 0.01g/ℓ씩 3회, 즉 세포농도가 2g-건조중량/ℓ(OD 10), 6g-건조중량/ℓ(OD 30), 14g-건조중량/ℓ(OD 70) 수준일 때 공급하였고, 실시예 4와 같은 방법으로 유가식 배양을 100시간 동안 수행하였다.그 결과를참고 실시예 1 및 참고 실시예 2와 비교하여 표 4에 나타내었다.During the incubation period of Rhodococcus Rhodocrose M8 and Rhodococcus Rhodocrose M33, cobalt chloride was intermittently 0.01 g / l while 60 g / l of glucose was continuously supplied so that the glucose concentration of the culture medium was kept at 0 to 0.5 g / l. 3 times each, that is, when the cell concentration was 2g-dry weight / l (OD 10), 6g-dry weight / l (OD 30), 14g-dry weight / l (OD 70), and was supplied. In the same manner, fed-batch culture was performed for 100 hours . The results are shown in Table 4 in comparison with Reference Example 1 and Reference Example 2.

로도코커스 로도크로스 M8Rhodococcus Rhodocross M8 로도코커스 로도크로스 M33Rhodococcus Rhodocross M33 회분식 배양(참고 실시예1)Batch Culture (Reference Example 1) 유가식 배양(실시예 5)Fed-Batch Culture (Example 5) 회분식 배양(참고 실시예 2)Batch Culture (Reference Example 2) 유가식 배양(실시예 6)Fed-Batch Culture (Example 6) 포도당 총 첨가량(g/ℓ)최종세포농도*세포 수율**니트릴히드라타제 비활성***니트릴히드라타제 총활성****니트릴히드라타제 생산성*****Total Glucose Added (g / L) Final Cell Concentration * Cell Yield ** Nitrile Hydrate Inactivation *** Nitrile Hydrate Total Activity **** Nitrile Hydrate Productivity ***** 207.40.377051810.8207.40.377051810.8 6025.20.4265163816.46025.20.4265163816.4 207.10.3512085214.9207.10.3512085214.9 6024.00.4120288028.56024.00.4120288028.5 (주) * g-건조중량/ℓ ** g-건조중량/g-포도당*** units/mg-dry cells **** units/㎖ ***** units/㎖/h* G-dry weight / ℓ ** g-dry weight / g-glucose *** units / mg-dry cells **** units / ml ***** units / ml / h

상기 유가식 배양방법으로 니트릴 히드라타제를 생성하는 로도코커스 로도크로스를 배양한 결과를 기존의 회분식 배양과 비교한 결과, 미생물 세포 농도 및 효소의 총활성은 약 3배, 효소의 생산성은 1.5~1.9배 증가하였으며, 효소의 비활성은 유사한 수준으로 유지되었다.As a result of culturing Rhodococcus Rhodocrose, which produces nitrile hydratase by the fed-batch culture method, compared with conventional batch culture, the microbial cell concentration and the total activity of the enzyme were about three times, and the productivity of the enzyme was 1.5 to 1.9. There was a fold increase and the inactivation of the enzyme remained at a similar level.

[실시예 7] 니트릴로부터 아미드로의 전환Example 7 Conversion of Nitrile to Amide

실시예 6에서 유가식 배양된 로도코커스 로도크로스 M33를 원심분리한 다음 상등액을 버리고 증류수로 두 번 수세한 후 미생물 세포를 증류수에 적당히 현탁하여 전체효소(whole cell enzyme)원으로 사용하였다.In Example 6 fed-batch Rhodococcus Rhodocrose M33 was centrifuged, the supernatant was discarded, washed twice with distilled water, and then microbial cells were appropriately suspended in distilled water and used as a whole cell enzyme source.

증류수 800㎖을 1.5ℓ의 반응기에 넣고 교반하면서, 온도를 20∼25℃로 조절하고, 상기에서 준비된 로도코커스 로도크로스 M33을 건조중량으로 0.6g의 세포액을 반응기에 투입하여 재현탁하였다. 그 다음으로, 반응용액 내의 아크릴로니트릴 농도가 0.2%를 초과하지 않도록, 주입속도를 조절하면서 아크릴로니트릴을 반응혼합물에 첨가하였다. 반응기에 총 370g의 아크릴로니트릴을 7시간 동안 전부 첨가하였고, 8시간 후에 40%의 아크릴아미드 용액이 수득되었다. 반응 후, 미반응 아크릴로니트릴은 20ppm 이하로 감지되고, 부산물인 아크릴산이 약 10ppm 감지되었다.800 ml of distilled water was added to a 1.5 L reactor while stirring, the temperature was adjusted to 20 to 25 ° C., and 0.6 g of the cell solution was added to the reactor by dry weight of Rhodococcus Rhodocrose M33 prepared above and resuspended. Next, acrylonitrile was added to the reaction mixture while controlling the injection rate so that the acrylonitrile concentration in the reaction solution did not exceed 0.2%. A total of 370 g of acrylonitrile was added to the reactor in total for 7 hours, and after 8 hours a 40% acrylamide solution was obtained. After the reaction, unreacted acrylonitrile was detected at 20 ppm or less, and by-product acrylic acid was detected at about 10 ppm.

이상에서 설명한 바와 같이, 로도코커스 로도크로스를 배양배지 내의 포도당 농도를 최대한 낮게 유지되도록 유가식 배양하고, 배양기간 중간에 간헐적으로 코발트를 첨가한 결과, 고농도 세포 배양 및 니트릴 히드라타제의 비활성을 높게 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 저렴한 비용으로 니트릴 히드라타제를 대량 생산하고, 산업적으로 유용한 아미드 화합물의 생산비용을 절감시킬 수 있다.As described above, the Rhodococcus rhodoprose was fed-batch-cultured to maintain the glucose concentration in the culture medium as low as possible, and cobalt was added intermittently in the middle of the culture period, thereby maintaining high cell culture and inactivation of nitrile hydratase. It is possible to do Therefore, by the method of the present invention, it is possible to mass produce nitrile hydratase at low cost and to reduce the production cost of industrially useful amide compounds.

Claims (8)

니트릴 히드라타제를 생산할 수 있는로도코커스 로도크로스(Rhodococcus rhodochrous)를 배지에 접종하는 단계;로도코커스 로도크로스를 배양하는 단계를 포함하는로도코커스 로도크로스의 제조방법에 있어서, Also capable of producing nitrile hydratase Rhodococcus comprising: inoculated cross (Rhodococcus rhodochrous) to the medium; In the method of producing a Rhodococcus Rhodocrose comprising the step of culturing Rhodococcus Rhodocrose , 상기로도코커스 로도크로스는 M33 VKM Ac-1515D 균주 또는 M8 VKPM S-926 균주이며,The Rhodococcus Rhodocrose is M33 VKM Ac-1515D strain or M8 VKPM S-926 strain, 상기로도코커스 로도크로스를 배양하는 단계 이전에로도코커스 로도크로스를 회분식으로 종배양하며,The Rhodococcus also also prior to the step of culturing a cross Rhodococcus species also incubated batch-wise, and a cross, 상기로도코커스 로도크로스를 배양하는 단계에서는 배양배지 중에 포도당 농도가 0∼5g/ℓ로 유지되도록 포도당을 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 제조방법.In the step of culturing the Rhodococcus Rhodocross, the method for producing Rhodococcus Rhodocross, characterized in that the supply of glucose continuously so that the glucose concentration is maintained at 0 ~ 5g / L in the culture medium. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 포도당의 공급방식은 지수적 공급방식으로 공급하되, 수시간 간격으로 시료를 채취하여 미생물 세포농도와 포도당 농도를 측정하고 비성장속도(μ), 세포수율(Yx/s) 등을 상수로 하여 하기의 계산식으로 새로운 유속을 결정하여 공급속도를 조절함을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the supply of glucose is provided by an exponential supply method, but samples are taken every several hours to measure the microbial cell concentration and glucose concentration, specific growth rate (μ), cell yield (Y x / s) Rhodococcus Rhodocross manufacturing method characterized in that the feed rate is adjusted by determining a new flow rate using the following formula as a constant). [수학식 1][Equation 1] 여기서, F는 기질 용액의 공급속도(ℓ/시간), μ는 세포 비성장 속도(1/시간), Xo는 초기세포농도(g/ℓ), So는 기질용액의 포도당 농도(g/ℓ), YX/S는 성장 수율(g-dry cells/g-포도당)를 나타냄.Where F is the feed rate of the substrate solution (l / hour), μ is the cell specific growth rate (1 / hour), X o is the initial cell concentration (g / l), and S o is the glucose concentration of the substrate solution (g / L), Y X / S indicates growth yield (g-dry cells / g-glucose). 제 1항에 있어서, 포도당의 공급방식은 상한 pH 조절방식으로 공급되며, 상한 pH는 7.25 내지 7.35, 하한 pH는 7.20 내지 7.15인 것을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 제조방법.The method of claim 1, wherein the feed system of glucose is supplied to the upper limit pH control method, the upper limit is 7.25 to pH 7.35, the lower pH is also method for producing a cross-Rhodococcus, characterized in that 7.20 to 7.15. 삭제delete 제 1항에 있어서, 초기배양배지에 0.02∼0.03g/ℓ의 염화코발트 (CoCl2ㆍ6H2O)를 함유시키고, 염화코발트(CoCl2ㆍ6H2O)를 배양기간 중의 배양배지에 0.005∼0.01g/ℓ씩 간헐적으로 2~3회 첨가하는 것을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는로도코커스 로도크로스의 제조방법.The medium of claim 1, wherein 0.02 to 0.03 g / L of cobalt chloride (CoCl 2 · 6H 2 O) is contained in the initial culture medium, and cobalt chloride (CoCl 2 · 6H 2 O) is added to the culture medium during the culture period. Rhodococcus Rhodocross manufacturing method , characterized in that it comprises selectively adding two to three times by 0.01g / l intermittently. 제 1항 내지 제 7항에 의해 기재된 제조방법으로 배양되는로도코커스 로도크로스를 이용하여 니트릴 화합물을 아미드 화합물로 전환시키는 것을 특징으로 하는 아미드 화합물의 제조방법.A method for producing an amide compound, wherein the nitrile compound is converted to an amide compound by using Rhodococcus rhodoprose cultivated by the production method according to claim 1.
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