KR100868330B1 - A method for preparing L-threonine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 L-쓰레오닌의 제조방법에 관한 것으로, 종(preseed) 배양 및 시드(seed)의 배양배지 살균 전 pH를 황산, 인산, 염산 등으로 2~4로 조정함에 따라 살균중 발생하는 복염(complex salts) 형성을 억제하고 에스케리치아 콜리(Esherichia coli) 균주를 활성화하여 더욱 높은 발효효율 즉, 우수한 대당수율과 생산성을 가지는 L-쓰레오닌 제조방법을 제공할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.The present invention relates to a method for producing L-threonine, which is generated during sterilization by adjusting the pH before sterilization of a seed culture and seed culture to 2-4 with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, and the like. Inhibiting the formation of complex salts and activating the Esherichia coli strain has a very good effect of providing a method for producing L-threonine with higher fermentation efficiency, ie, high yield and productivity. have.
쓰레오닌, L-쓰레오닌, 에스케리치아 콜리, 발효효율, 대당수율 Threonine, L-Threonine, Escherichia coli, Fermentation efficiency, Per yield
Description
본 발명은 L-쓰레오닌의 제조방법에 관한 것으로, 살균전 부재료배지 pH를 황산, 인산, 염산등으로 2~4로 조정함에 의해 살균중 발생하는 복염(complex salts) 형성을 억제함으써 종(preseed) 배양 및 시드(seed) 배양 중 에스케리치아 콜리(Esherichia coli) 균주를 활성화시킴을 특징으로 하는 대당수율과 생산성이 향상된 L-쓰레오닌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing L-threonine, and by suppressing the formation of complex salts generated during sterilization by adjusting the pH of the subsidiary material before sterilization to 2-4 with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, etc. Esherichia during preseed and seed cultures coli ) relates to a method for producing L-threonine with improved yield and productivity characterized by activating a strain.
L-쓰레오닌은 필수 아미노산중 하나로서, 가축의 사료첨가제, 식품첨가제, 의약 원료 등으로 사용되고 있다. 특히 가축의 사료첨가제로서의 L-쓰레오닌의 시장규모는 2006년에 약 9만톤($2.7억/년)에 이르고 있어 L-라이신에 이은 두번째 대형 발효제품이라 할 수 있다.L-threonine is one of the essential amino acids and is used as feed additives, food additives, and pharmaceutical raw materials for livestock. In particular, the market size of L-threonine as a feed additive for livestock reached about 90,000 tons ($ 2.7 billion / year) in 2006, which is the second largest fermentation product after L-lysine.
현재 이러한 L-쓰레오닌은 포도당(옥수수/타피오카 시럽), 원당(효소 분해물) 등의 탄소원 및 옥수수 침지액(corn steep liquor, CSL), 대두박산분해물, 암모늄설페이트 등의 질소원, 비타민, 미네랄 등을 배지원료로 하는 직접발효법에 의해 공업적으로 생산되고 있다.Currently, L-threonine is a carbon source such as glucose (corn / tapioca syrup), raw sugar (enzyme digest), and a nitrogen source such as corn steep liquor (CSL), soybean sulphate, ammonium sulfate, vitamins, minerals, etc. It is industrially produced by a direct fermentation method using as a medium raw material.
종래 L-쓰레오닌 제조방법으로는, 대한민국 특허출원공개 제2003-33039호(미 국특허 제6,562,601호)에 엔테로박테리아세애 과의 L-쓰레오닌 생산 미생물을 유가방법에 의해 공지된 방식으로 배양하고 발효액 일부를 발효탱크내 잔류시켜 새로운 배지를 충진시켜 추가배양하는 방법이 제시되어 있고, 미국특허 제3,622,453호에는 L-쓰레오닌을 생산하는 미생물을 스트렙토마이신 같은 항생제를 첨가한 배지에서 배양했을 때 수율을 더 높일 수 있다는 점이 제시되어 있으며, 미국특허 제4,427,774호에는 에탄올을 주요 탄소원으로 해서 L-쓰레오닌을 발효하는 방법이, 미국특허 제5,474,918호에는 퓨린계 유사체 화합물에 내성을 부여한 인공변이 균주에 의한 L-쓰레오닌 생산방법이, 미국특허 제5,376,538호에는 L-페닐알라닌 또는 L-류신(L-leucine)에 내성을 인공변이 균주에 의한 L-쓰레오닌 생산방법이, 미국특허 제3,616,217호에는 메치오닌과 발린, 또는 루이신을 영양요구로 하는 인공변이 균주에 의한 L-쓰레오닌 생산방법이, 미국특허 제5,188,949호에는 마이코페놀산(mycophenolic acid) 내성을 부여한 브레비박테리움속 또는 코리네박테리움속에 의한 L-쓰레오닌을 제조하는 방법이, 미국특허 제7,074,602호에는 불활성화된 metJ 유전자를 염색체에 재조합한 균주에 의한 L-쓰레오닌 생산방법이, 대한민국 특허공고 제1999-0016872호에는 에쉬리키아속에 속하고 퓨린유사물에 대한 내성과 L-쓰레오닌의 생성능이 있는 미생물을 배지중에 배양하여 L-쓰레오닌을 회수하는 방법이, 대한민국 등록특허 제0134840호에는 쎄라티아속의 L-쓰레오닌 생산균주의 변이주를 호기적으로 배양하여 다량의 L-쓰레오닌을 제조하는 방법으로서 신규 균주 쎄라티아 속 SW9410을 이용한 다량의 L-쓰레오닌을 배양액내에 축적하여 L-쓰레오닌을 제조하는 방법이, 대한민국 등록특허 제10-0478468호에는 metJ 유전자가 불활성화된 염색체를 갖고 L-쓰레오닌을 생산하는 특성을 갖는 신규 에스케리치아 콜리 균주 및 이를 이용한 L-쓰레오닌 생산방법이 기재되어 있다.As a conventional method for producing L-threonine, Korean Patent Application Publication No. 2003-33039 (US Pat. No. 6,562,601) discloses a method for producing L-threonine-producing microorganisms of the Enterobacteriaceae subfamily by a method of feeding oil. The method of culturing and remaining part of the fermentation broth in the fermentation tank to fill a new medium to further culture. It is suggested that the yield can be further increased. US Pat. No. 4,427,774 discloses a method of fermenting L-threonine using ethanol as a main carbon source, while US Pat. No. 5,474,918 provides resistance to purine analog compounds. The method for producing L-threonine by artificially mutant strains, US Pat. No. 5,376,538, is an artificially mutant strain that is resistant to L-phenylalanine or L-leucine. L-Threonine production method, US Patent No. 3,616,217 is a method of producing L- threonine by an artificial mutant strain that methionine and valine, or leucine nutritional requirements, US Patent No. 5,188,949 is a mycophenolic acid A method for producing L-threonine by the genus Brevibacterium or Corynebacterium that has given the resistance to (mycophenolic acid) is disclosed in US Pat. No. 7,074,602. -The method for producing threonine, Korean Patent Publication No. 1999-0016872 discloses L-threonine by culturing in a medium a microorganism belonging to the genus Eshrichia and having resistance to purine analogs and the ability to produce L-threonine. Method of recovering the method, Korean Patent No. 0134840 discloses a novel strain as a method for producing a large amount of L- threonine by aerobic culturing a strain of L- threonine producing strains of the genus Serratia. La by the method of writing a large amount of L- using thiazole in SW9410 Leo non-accumulated in the culture medium for producing L- threonine, Republic of Korea Patent No. 10-0478468 discloses have the metJ gene inactivated chromosomal used L- A novel Escherichia coli strain having the property of producing leonin and a method of producing L-threonine using the same are described.
종래 L-쓰레오닌 제조방법들 중 에스케리치아 콜리 균주를 이용한 L-쓰레오닌 제조방법들은 살균시 복염이 형성되어 배양액내에서 에스케리치아 콜리 균주를 불활성화하는 단점이 있다.Among the L-threonine production methods, L-threonine production methods using Escherichia coli strains have a disadvantage of inactivating Escherichia coli strains in culture due to the formation of a double salt during sterilization.
이에 본발명자들은 종(preseed) 배양 및 시드(seed)의 배양배지의 살균전 pH를 황산, 인산, 염산 등으로 2~4로 조정함에 의해 살균중 발생하는 복염(complex salts) 형성을 억제하고 에스케리치아 콜리(Esherichia coli) 균주를 활성화하여 더욱 높은 발효효율을 달성하는 L-쓰레오닌 발효 공정을 확립함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors suppressed the formation of complex salts generated during sterilization by adjusting the pre-sterilization pH of preseed culture and seed culture medium to 2-4 with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, and the like. Esherichia coli ) to complete the present invention by establishing the L-threonine fermentation process to achieve a higher fermentation efficiency by activating the strain.
따라서, 본 발명의 목적은 L-쓰레오닌 발효에 이용되는 에스케리치아 콜리 종을 활성화시켜 L-쓰레오닌을 높은 대당수율 및 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for activating Escherichia coli species used in L-threonine fermentation to produce L-threonine with high yield and productivity.
본 발명은 종(preseed) 배양 및 시드(seed)의 배양배지의 살균전 pH를 황산, 인산, 염산 등으로 2~4로 조정함에 의해 살균중 발생하는 복염(complex salts) 형성을 억제하고 에스케리치아 콜리(Esherichia coli) 균주를 활성화하여 더욱 높은 발효효율을 달성하는 L-쓰레오닌 제조방법을 제공한다.The present invention suppresses the formation of complex salts generated during sterilization by adjusting the pre-sterilization pH of the seed culture and seed culture medium to 2-4 with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and the like. teeth Collie (Esherichia coli ) to provide a method for producing L-threonine to achieve higher fermentation efficiency by activating the strain.
본 발명에서 탄소원으로는 타피오카 전분당(포도당)을, 부재료로는 인산이수 소칼륨, 인산수소이칼륨 및 대응되는 소듐-함유 염이 포함될 수 있다. 또한, 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염등 미네랄을 포함하는 종배지, 시드배지를 살균 전에 황산, 염산, 인산 등으로 pH를 2~4로 조정함에 의해 마그네슘, 철, 인 등에 의한 복염(complex salts) 생성을 억제함으로써 종 배양 및 시드 배양중에 상기 균주를 활성화시키는 방법을 제공한다. In the present invention, tapioca starch sugar (glucose) may be used as a carbon source, and potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, and corresponding sodium-containing salts may be included as a subsidiary material. Also, complex salts such as magnesium, iron, phosphorus, etc. may be prepared by adjusting the pH of the seed medium and the seed medium containing metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate to 2-4 with sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc. before sterilization. By inhibiting production), thereby providing a method of activating said strain during species culture and seed culture.
본 발명에서 L-쓰레오닌 발효에 사용되는 균주는 에스케리치아 속에 속하고, L-쓰레오닌 생산능을 갖는 것이면 어느 것이나 포함된다.In the present invention, strains used for L-threonine fermentation belong to Escherichia spp., And any one having L-threonine production ability is included.
본 발명의 상기 에스케리치아 종(Esherichia sp.) 균주는, 바람직하게는 에스케리치아 콜리(Esherichia coli, 기탁번호: KCCM-10392)이다.
상기 에스케리치아 콜리 KCCM-10392는 본 출원인의 선행출원인 대한민국 특허출원 제10-2003-62423호(2003년 9월 6일 출원) "L-쓰레오닌의 제조방법"과 관련하여 2002년 6월 25일자로 한국 미생물 보존 센터에 기탁한 것이다.The Esherichia sp. Strain of the present invention is preferably Esherichia coli (Accession No .: KCCM-10392).
The Escherichia coli KCCM-10392 was issued in June 2002 in connection with the Korean Patent Application No. 10-2003-62423, filed on September 6, 2003, entitled "Method for Producing L-Threonine". It was deposited with the Korea Microbial Conservation Center on 25th.
본 발명은 L-쓰레오닌을 제조하기 위한 발효공정 중의 종배양 및 시드배양 배지를 살균 전에 pH를 낮게 조정하여 살균한 다음 다시 배양 pH를 조정함으로써 상기 균주를 활성화시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of activating the strain by sterilizing the seed culture medium and seed culture medium in the fermentation process for producing L-threonine by adjusting the pH to low before sterilization and then adjusting the culture pH again.
일반적으로, 발효공정은 크게 종배양, 시드배양 및 본 발효(본배양) 공정으로 구성된다. In general, the fermentation process is largely composed of seed culture, seed culture and main fermentation (main culture) process.
종배양은 생산 현장에서 효율적인 생산을 위해 시드배양 이전에 순수 배양을 유지하고 지속적으로 활성을 유지하기 위해서 수행된다. Species culture is carried out to maintain and maintain pure culture prior to seed culture for efficient production at the production site.
종배양 후에 수행하는 시드 배양은, 본 배양으로 들어가기 전의 중간단계로서 균체량 및 활성을 증대시키기 위한 단계이며, 일반적으로 발효공정의 효율성을 높이기 위해서는 본 발효 최초부피의 10~30% 배양액이 필요하므로 본 발효 공정 이전에 시드 배양이 수행되는 것이 일반적이다. 시드 배양은, 상기 종배양에서 순수 하게 배양된 균주를 본 배양에 이용될 수 있을 정도의 균체량과 활성을 갖도록 배양하는 것이다. 시드 배양액은 본 발효 공정에 직접 사용된다. Seed culture carried out after the seed culture is an intermediate step before entering the main culture, and is a step for increasing the cell mass and activity. Generally, in order to increase the efficiency of the fermentation process, 10-30% of the initial volume of the fermentation is required. It is common for the seed culture to be carried out before the fermentation process. Seed culture is to culture the strain purely cultured in the species culture to have a cell mass and activity to the extent that can be used in the present culture. Seed cultures are used directly for this fermentation process.
회분식 발효의 경우, 순수하게 분리된 균주를 소용량의 반응기에서 배양하다가 그 균체량이 일정 수준으로 증가하게 되면 대용량의 반응기로 옮게 이동시키는데 이러한 배양 단계를(경우에 따라서는 수회) 거침으로써, 비로소 본 배양에 사용할 수 있을 정도로 그 균체량과 활성이 증가한 배양액을 얻을 수 있는 것이다.In batch fermentation, purely isolated strains are cultured in a small volume of reactor, and when the cell mass increases to a certain level, they are transferred to a large volume of reactors. It is possible to obtain a culture medium in which the cell mass and activity is increased to such an extent that it can be used.
본 발명에 있어서, 본 발효 공정 이전에 수행하는 에스케리치아 콜리 종의 종배양 또는/및 시드배양 배지의 살균방법을 변경, 배양함으로써, 상기 균주가 활성화되고 그 결과 본 발효 공정에서의 L-쓰레오닌의 수율 및 생산성도 향상된다. In the present invention, the strain is activated by changing and culturing the seed culture medium and / or seed culture medium of Escherichia coli, which is carried out before the present fermentation process, and as a result, the L-settle in the present fermentation process is activated. The yield and productivity of leonin are also improved.
본 발명에서 발효중 사용될 수 있는 탄소원의 예에는, 포도당, 자당, 과당, 원당 효소 분해물과 같은 탄수화물, 유산, 구연산과 같은 유기산이 포함된다. 이들 탄소원은 단독 또는 조합되어 사용될 수 있다. Examples of carbon sources that may be used during fermentation in the present invention include glucose, sucrose, fructose, organic acids such as carbohydrates such as crude sugar enzyme digests, lactic acid and citric acid. These carbon sources may be used alone or in combination.
본 발명에서 사용될 수 있는 질소원의 예에는, 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 및 대두밀과 같은 유기 질소원 및 요소, 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 및 질산암모늄과 같은 무기 질소원이 포함된다. 이들 질소원은 단독 또는 조합되어 사용될 수 있다.Examples of nitrogen sources that can be used in the present invention include organic nitrogen sources such as peptone, yeast extract, gravy, malt extract, corn steep liquor, and soybean wheat and inorganic nitrogen sources such as urea, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate and ammonium nitrate Included. These nitrogen sources may be used alone or in combination.
본 발명에서 인(phosphorus)원으로서는 인산이수소칼륨, 인산수소이칼륨 및 대응되는 소듐-함유 염이 포함될 수 있다. 또한, 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 포함할 수 있다. 그 외에, 아미노산, 비타민, 및 적절한 전구체 등이 포함될 수 있다. 이들 배지 또는 전구체는 배양물에 회분식 또는 연속식으로 첨가 될 수 있다. Phosphorus sources in the present invention may include potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate and the corresponding sodium-containing salts. It may also include metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate. In addition, amino acids, vitamins, and appropriate precursors may be included. These media or precursors may be added batchwise or continuously to the culture.
배양 중에 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아 같은 화합물을 배양물에 적절한 방식으로 첨가하여, 배양물의 pH를 조정할 수 있다. 또한, 배양 중에는 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. 또한, 배양물의 호기상태를 유지하기 위하여, 배양물내로 산소 또는 산소-함유 기체(예, 공기)를 주입한다. 배양물의 온도는 보통 20 내지 45℃, 바람직하게는 25 내지 40℃이다. 배양 기간은 원하는 L-쓰레오닌의 생성량이 얻어질 때까지 계속할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 120시간이다. During the culture, compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and ammonia can be added to the culture in an appropriate manner to adjust the pH of the culture. In addition, during the culture, antifoaming agents such as fatty acid polyglycol esters can be used to suppress bubble generation. In addition, to maintain the aerobic state of the culture, oxygen or oxygen-containing gas (eg, air) is injected into the culture. The temperature of the culture is usually 20 to 45 ° C, preferably 25 to 40 ° C. The incubation period may continue until the desired amount of L-threonine production is obtained, preferably 30 to 120 hours.
상기 배양 방법의 예에는, 회분식, 연속식 및 유가식 배양이 포함된다. 상기 유가식 배양에는 주입 배치 및 반복 주입 배치 배양이 포함되나, 여기에 한정되는 것은 아니다.Examples of the culturing method include batch, continuous and fed-batch cultivation. The fed-batch culture includes, but is not limited to, injection batches and repeated injection batch cultures.
본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 활성화된 에스케리치아 콜리 종 균주를 사용하여 본 배양을 수행함을 포함하는, L-쓰레오닌을 제조하기 위한 발효공정에 관한 것이다.The present invention also relates to a fermentation process for producing L-threonine, comprising performing the main culture using an Escherichia coli species strain activated by the above method.
본 발효 공정의 배양물로부터의 L-쓰레오닌의 분리는 당업계에 알려진 통상적인 방법에 의하여 분리될 수 있다. 이러한 분리 방법에는, 원심분리, 막여과, 이온교환크로마토그래피,및 결정화 등의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들면, 배양물을 저속 원심분리하거나 막을 이용하여 바이오매스를 제거하고 얻어진 상등액을, 이온교환크로마토그래피를 통하여 분리할 수 있다. Isolation of L-threonine from the culture of the present fermentation process can be separated by conventional methods known in the art. In such separation methods, methods such as centrifugation, membrane filtration, ion exchange chromatography, and crystallization may be used. For example, the culture may be centrifuged at low speed or the supernatant obtained by removing the biomass using a membrane may be separated by ion exchange chromatography.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예Example 1: 배지 살균 조건이 균주 성장에 미치는 효과 조사 1: Investigate the effect of medium sterilization conditions on strain growth
동결건조된 균체에서 순수하게 분리한 후 그 역가가 충분히 확인된 에스케리치아 콜리(Esherichia coli, 기탁번호: KCCM-10392)를 LB(Luria Bertani) 액체배지에서 5시간 배양한 균체를 하기 표 1에서와 같은 살균조건으로 종배양배지를 살균하고 접종 전에 다시 배양 pH인 7.0으로 조정된 배지에 일정량 식균 한 후, 35℃, 220rpm에서 5시간 동안 진탕 배양하였다. Esherichia isolated purely from lyophilized cells and confirmed its titer coli , Accession No .: KCCM-10392) cells cultured in LB (Luria Bertani) liquid medium for 5 hours, sterilized the seed culture medium under the same sterilization conditions as in Table 1, and then adjusted to the culture pH 7.0 before inoculation again. After phagocytosis in a predetermined amount, shaking culture for 5 hours at 35 ℃, 220rpm.
그런 다음, 10배 증류수로 희석한 후 562nm에서 흡광도(Optical Densiyt)를 측정하였고 당량은 필요한 경우 버트란트(Bertrand)법을 사용하여 정량하였다. Then, after diluting with 10-fold distilled water, absorbance (Optical Densiyt) was measured at 562 nm, and the equivalent was quantified using Bertrand method if necessary.
종배양 조성: Seed composition:
원재료: 포도당 20g(별도살균), Ingredients: 20g of glucose (separate sterilization),
부재료: 효모 추출물(Yeast extract) 5g, KH2PO4 3.0g, K2HPO4 3.0g, MgSO4.7H2O 0.5g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, L-met 0.1g, L-ile 0.1g, FeSO4.7H2O 10mg, MnSO4.5H2O 10mg, CaCl2ㆍ2H2O 0.1g, Na2B4O7ㆍ10H2O 80㎍, (NH4)6MoO27ㆍ4H2O 40㎍, ZnSO4ㆍ7H2O 10㎍, CuSO4.7H2O 300㎍, MnCl2ㆍ4H2O 10㎍, FeCl2ㆍH2O 1mg (공정수 1리 터 기준).Sub material: yeast extract (Yeast extract) 5g, KH 2 PO 4 3.0g, K 2 HPO 4 3.0g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5g, NaCl 0.5g, NH 4 Cl 1g, L-met 0.1g, L- ile 0.1g, FeSO 4 .7H 2 O 10mg, MnSO 4 .5H 2 O 10mg, CaCl 2 and 2H 2 O 0.1g, Na 2 B 4 O 7 and 10H 2 O 80㎍, (NH 4 ) 6 MoO 27 and 4H 2 O 40㎍, ZnSO 4 and 7H 2 O 10㎍, CuSO 4 .7H 2 O 300㎍, MnCl 2 and 4H 2 O 10㎍, FeCl 2 and H 2 O 1mg (process water 1 liters basis).
상기 표 1로부터, 부재료배지를 살균 전에 희석된 황산으로 pH 3.0으로 조정하면 그렇지 않은 경우 대비 에스케리치아 콜리의 활성이 향상되었음을 확인하였다. From Table 1, it was confirmed that when the subsidiary medium was adjusted to pH 3.0 with diluted sulfuric acid before sterilization, the activity of Escherichia coli was improved.
이러한 결과는 낮은 pH 살균조건에서는 마그네슘, 인, 철, 암모니아가 자유이온(free ion) 상태로 존재하여 충분이 L-쓰레오닌 생산균주인 에스케리치아 콜리(Esherichia coli, 기탁번호: KCCM-10392)의 활성에 영향을 미친것으로 판단되었다.These results indicate that under low pH sterilization conditions, magnesium, phosphorus, iron, and ammonia exist in free ions, and enough E- herichia coli ( Esherichia ) is a L-threonine producing strain. coli , Accession No .: KCCM-10392).
실시예Example 2: 소형발효조에서의 2: in small fermentation tank 시드배양Seed culture
본 실시예에서는 L-쓰레오닌 생산균주인 에스케리치아 콜리(Esherichia coli, 기탁번호: KCCM-10392)의 소형발효조에서의 배양 공정을 수행하였다.In this example, a culture process in a small fermentation tank of Escherichia coli (Accession No .: KCCM-10392), an L-threonine producing strain, was performed.
1단계: 1차 소형발효조 Stage 1: First Small Fermenter 시드배양시험Seed culture test
본 실시예에서는 500ml 바플 플라스크에 상기 종배양배지 50ml(살균 전에 희석된 황산으로 pH 3.0으로 조정하고 살균 후 pH 7.0으로 재조정)를 첨가한 후 5시간 진탕배양하였다. In this example, 50 ml of the above culture medium (to pH 3.0 with sulfuric acid diluted before sterilization and pH 7.0 after sterilization) was added to a 500 ml baffle flask, followed by shaking culture for 5 hours.
그 후 하기 시드 배지 상에서 온도 33~37℃, pH 6.5~7.0(암모니아 가스로 조정) 및 600rpm에서 15~30시간 동안 5L 발효조에서 시드 배양을 수행하였다. 통기량은 1vvm이었고 하기 표 2와 같은 시험조건에서 수행하였다.Thereafter, seed culture was performed in a 5L fermenter for 15-30 hours at a temperature of 33-37 ° C., pH 6.5-7.0 (adjusted with ammonia gas) and 600 rpm on the following seed medium. Aeration was 1vvm and was carried out under the test conditions as shown in Table 2.
시드배양 배지Seed culture medium
원재료:포도당 40g(별도살균)Raw materials: 40g of glucose (separate sterilization)
부재료: 효모 추출물(Yeast extract) 3.0g, KH2PO4 3.0g, MgSO4.7H2O 0.5g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, L-met 0.1g, 바이오틴 200㎍, 티아민ㆍHCl 500㎍, 니아신아마이드 10mg, 판토텐산 칼슘 10mg, FeSO4·7H2O 10mg, MnSO4·5H2O 10mg, CaCl2ㆍ2H2O 0.1g, Na2B4O7ㆍ10H2O 80㎍, (NH4)6MoO27ㆍ4H2O 40㎍, ZnSO4ㆍ7H2O 10㎍, CuSO4.7H2O 300㎍, MnCl2ㆍ4H2O 10㎍, FeCl2ㆍH2O 1mg (공정수 1리터 기준).Sub material: yeast extract (Yeast extract) 3.0g, KH 2 PO 4 3.0g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5g, NaCl 0.5g, NH 4 Cl 1g, L-met 0.1g, 200㎍ biotin, thiamine and HCl 500 Μg, niacinamide 10 mg, calcium pantothenate 10 mg, FeSO 4 7H 2 O 10 mg, MnSO 4 5H 2 O 10 mg, CaCl 2 2H 2 O 0.1 g, Na 2 B 4 O 7 10H 2 O 80 μg, (NH 4) 6 MoO 27 and 4H 2 O 40㎍, ZnSO 4 and 7H 2 O 10㎍, CuSO 4 .7H 2 O 300㎍, MnCl 2 and 4H 2 O 10㎍, FeCl 2 and H 2 O 1mg (step 1 Liters).
배양이 완료되면, 배양물을 고성능 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)로 분석하여 L-쓰레오닌의 농도를 측정하였으며, 잔당은 버트란트법으로, 균체량은 배양물의 OD를 측정하였는바, 그 결과는 하기 표 2와 같았다.When the culture was completed, the culture was analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) to measure the concentration of L-threonine. The results were as shown in Table 2 below.
상기 표 2를 통해, 부재료 배지를 살균 전에 황산으로 pH를 조정했을 때 그렇지 않을 때 대비 세포량 및 L-쓰레오닌 발효수율, 배양시간 면에서 현저한 효과를 가짐을 알 수 있었다.Table 2 shows that when the pH of the subsidiary medium was adjusted with sulfuric acid before sterilization, it had a remarkable effect in terms of cell volume, L-threonine fermentation yield, and culture time.
2단계: 2차 소형발효조 Stage 2: 2nd Small Fermenter 시드배양시험Seed culture test
상기 1단계 실험에서 부재료 배지의 살균 전 pH를 2~4로 낮추기 위해 황산을 사용하였으나 황산은 취급상 대형 생산 발효조에 적용하기에 상당한 위험성이 따른다.Sulfuric acid was used to lower the pre-sterilization pH of the subsidiary medium to 2-4 in the first stage experiment, but sulfuric acid has a significant risk of being applied to large production fermenters in handling.
따라서 좀더 안전한 약산인 인산을 사용하여 소형발효조에서 다음과 같이 실험하였다. 배지 및 배양조건은 상기 제1단계와 동일하게 조정하였다.Therefore, the following experiments were carried out in a small fermenter using safer acid, phosphoric acid. Medium and culture conditions were adjusted in the same manner as in the first step.
그 결과 인산을 사용하여 pH를 조정했을 때 황산 사용시 대비 세포량, 배양시간, 발효수율 등에 차이가 없음을 알 수 있었다.As a result, when the pH was adjusted using phosphoric acid, it was found that there was no difference in cell volume, incubation time, fermentation yield, and the like when using sulfuric acid.
3단계: 소형발효조 발효시험Step 3: fermentation test of small fermenter
진탕배양기에서 종배양하고 5L 소형발효조에서 시드 배양한 후, 30L 발효조에서 유가식(fed-batch) 방법으로 본 발효공정을 수행하였다. After culturing in a shaker and seed culture in a small 5L fermenter, the fermentation process was carried out by fed-batch method in a 30L fermenter.
먼저 종배양은(배지부피 50ml/500ml 바플 플라스크)에서 35℃ 및 220 rpm에서 5시간 동안 진탕배양 수행하였다.First, the seed culture was carried out by shaking culture at 35 ° C. and 220 rpm for 5 hours in a medium volume (50 ml / 500 ml baffle flask).
종배양을 수행한 후, 하기 시드 배양 배지상에서 온도 33~37℃, pH 6.5~7.0(암모니아 가스로 조정) 및 600rpm에서 20~25시간 동안 5L 발효조에서 시드 배양을 수행하였다.After the seed culture, seed culture was performed in a 5L fermenter for 20-25 hours at a temperature of 33-37 ° C., pH 6.5-7.0 (adjusted with ammonia gas) and 600 rpm on the following seed culture medium.
시드 배양시에는 인산을 사용하여 부재료 배지를 살균 전에 pH 3.0으로 조정후 배양하였다.In seed culture, the subsidiary medium was adjusted to pH 3.0 before sterilization using phosphoric acid, followed by incubation.
시드 배양을 수행한 후, 하기 본 발효 배지 상에서, 온도 33~37℃, pH 6.5~7.0(암모니아가스로 조정), 600rpm에서 45~60시간, 통기량 1~1.5 vvm 30L 발효조에서 본 발효 반응을 수행하였다. After the seed culture was carried out, the main fermentation reaction was carried out in the following main fermentation medium at a temperature of 33 to 37 ° C., pH 6.5 to 7.0 (adjusted with ammonia gas), 45 to 60 hours at 600 rpm, and aeration amount of 1 to 1.5 vvm 30L fermenter. Was performed.
본 발효 배지 성분:This fermentation medium ingredients:
원재료: 포도당 40g(별살)Ingredients: Glucose 40g
부재료: 효모 추출물(Yeast extract) 1g, KH2PO4 2.0g, MgSO4.7H2O 0.5g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, DL-met 0.1g, 바이오틴 200㎍, 티아민ㆍHCl 500㎍, 니아신아마이드 10mg, 판토텐산 칼슘 10mg, FeSO4.7H2O 10mg, MnSO4.5H2O 10mg, CaCl2ㆍ2H2O 0.1g, Na2B4O7ㆍ10H2O 80㎍, (NH4)6MoO27ㆍ4H2O 40㎍, ZnSO4ㆍ7H2O 10㎍, CuSO4.7H2O 300㎍, MnCl2ㆍ4H2O 10㎍, FeCl2ㆍH2O 1mg, 소포제 3㎖/l. (공정수 1리터 기준).Sub material: yeast extract (Yeast extract) 1g, KH 2 PO 4 2.0g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5g, NaCl 0.5g, NH 4 Cl 1g, DL-met 0.1g, 200㎍ biotin, thiamine and HCl 500㎍ , 10mg niacinamide, calcium pantothenate 10mg, FeSO 4 .7H 2 O 10mg , MnSO 4 .5H 2 O 10mg, CaCl 2 and 2H 2 O 0.1g, Na 2 B 4 O 7 and 10H 2 O 80㎍, (NH 4 ) 6 MoO 27 and 4H 2 O 40㎍, ZnSO 4 and 7H 2 O 10㎍, CuSO 4 .7H 2 O 300㎍, MnCl 2 and 4H 2 O 10㎍, FeCl 2 and H 2 O 1mg, anti-foaming agents 3㎖ / l. (Based on 1 liter of process water).
추가배지 배지성분 : 포도당 50~55%, KH2PO4 2.0g, MgSO4.7H2O 0.5g, DL-met 0.1g, 바이오틴 200㎍, 티아민ㆍHCl 500㎍, 니아신아마이드 10mg, 판토텐산 칼슘 10mg, FeSO4.7H2O 10mg, MnSO4.5H2O 10mg, CaCl2ㆍ2H2O 0.1g, Na2B4O7ㆍ10H2O 80㎍, (NH4)6MoO27ㆍ4H2O 40㎍, ZnSO4ㆍ7H2O 10㎍, CuSO4.7H2O 300㎍, MnCl2ㆍ4H2O 10㎍, FeCl2ㆍH2O 1mg, 소포제 3㎖/l.Additional medium medium components: glucose 50 ~ 55%, KH 2 PO 4 2.0g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5g, DL-met 0.1g, 200㎍ biotin, thiamine and HCl 500㎍, niacinamide 10mg, 10mg calcium pantothenate , FeSO 4 .7H 2 O 10mg, MnSO 4 .5H 2 O 10mg, CaCl 2 and 2H 2 O 0.1g, Na 2 B 4 O 7 and 10H 2 O 80㎍, (NH 4 ) 6 MoO 27 4H 2 O and 40㎍, ZnSO 4 and 7H 2 O 10㎍, CuSO 4 .7H 2 O 300㎍, MnCl 2 and 4H 2 O 10㎍, FeCl 2 and H 2 O 1mg, anti-foaming agents 3㎖ / l.
배양이 완료되면, 배양물을 고성능 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)로 분석하여 L-쓰레오닌의 농도를 측정하였는 바, 그 결과는 하기 표 4와 같았다.When the culture was completed, the culture was analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) to determine the concentration of L-threonine, the results are shown in Table 4 below.
상기 표 4에 따르면, 시드 배양 부재료 배지를 살균 전 인산으로 pH를 3.0으로 조정한 경우 그렇지 않은 경우에 비하여 대당수율은 10%, 발효생산성은 30% 이상 증가하였다. According to Table 4, when the seed culture subsidiary medium was adjusted to 3.0 with phosphoric acid before sterilization, the yield was increased by 10% and the fermentation productivity was increased by 30% or more.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 종(preseed) 배양 및 시드(seed)의 배양배지 살균 전 pH를 황산, 인산, 염산 등으로 2~4로 조정함에 따라 살균중 발생하는 복염(complex salts) 형성을 억제하고 에스케리치아 콜리(Esherichia coli) 균주를 활성화하여 더욱 높은 발효효율 즉, 우수한 대당수율과 생산성을 가지는 L-쓰레오닌 제조방법을 제공할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있으므로 식품산업, 가축사료산업 및 의약산업상 매우 유용한 발명인 것이다.As described above, the present invention forms complex salts generated during sterilization by adjusting the pH before sterilizing the seed culture and seed culture medium to 2-4 with sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, and the like. Inhibiting Esherichia coli ) is a very useful invention in the food industry, livestock feed industry and pharmaceutical industry because it has a very excellent effect to activate the strain to provide a method for producing L- threonine with higher fermentation efficiency, that is, excellent yield and productivity. .
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JPH03259088A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-19 | Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd | Production of l-threonine by fermentation |
US5264353A (en) | 1985-08-23 | 1993-11-23 | Toray Industries, Inc. | Process for producing L-threonine by fermentation |
US5661012A (en) | 1992-11-10 | 1997-08-26 | Ajinomoto Co., Inc. | Method for the production of L-threonine by fermentation, using mutated DNA encoding aspartokinase III |
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