KR20220046343A - Method for producing 3-hydroxypropionic acid using low-cost substrate - Google Patents

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Abstract

Provided are: a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP) using inexpensive unrefined glycerol; and a composition for producing 3-HP prepared using the unrefined glycerol. According to the present invention, it is possible to lower the production cost of 3-HP by using unrefined glycerol, and it is possible to contribute to the prevention of environmental pollution through recycling of waste glycerol.

Description

저가 기질을 이용한 3-하이드록시 프로피온산 생산 방법 {Method for producing 3-hydroxypropionic acid using low-cost substrate}Method for producing 3-hydroxypropionic acid using low-cost substrate

본 발명은 비정제 글리세롤을 이용하여 3-하이드록시프로피온산(3-hydroxypropionic acid; 3-HP)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정제 글리세롤을 전처리하는 단계 및 상기 비정제 글리세롤을 사용해 3-HP 생산능을 갖는 균주를 배양하는 단계를 포함하는 3-HP의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP) using unrefined glycerol, and more particularly, to a step of pre-treating crude glycerol and using the crude glycerol It relates to a method for producing 3-HP, comprising the step of culturing a strain having 3-HP-producing ability.

바이오 디젤은 친환경 대체 에너지 중 하나로 최근 생산량이 꾸준히 증가하고 있다. 바이오 디젤은 식물성 오일 등을 화학적으로 처리하여 제조하는데, 트랜스에스테르화 반응에 의해서 지방산의 메틸에스터인 바이오 디젤이 생성되는 과정에서, 지방에 존재하던 글리세롤이 부산물로 생성된다. 상기 생성된 부산물에 별다른 처리를 하지 않은 것을 통상 비정제 글리세롤(crude glycerol)이라고 한다. Biodiesel is one of the eco-friendly alternative energy sources, and its production has been steadily increasing in recent years. Biodiesel is manufactured by chemically treating vegetable oil, etc. In the process of biodiesel, which is a methyl ester of fatty acids, produced by transesterification, glycerol present in fat is produced as a by-product. What is not treated with the generated by-product is usually called crude glycerol.

이러한 바이오 디젤의 생산에서 나오는 부산물인 비정제 글리세롤은 가격이 저렴하여 다양한 분야에 응용이 모색되고 있으며, 최근에는 미생물 발효 공정에서 새로운 Feed-stock으로 주목받고 있다. 그러나 비정제 글리세롤은 글리세롤 외에도 메탄올, 비누(soap), 재(ash), 지방산 등의 불순물들을 함유하고 있기 때문에, 이를 그대로 미생물 배양에 사용할 경우에는 미생물의 성장 및 활성이 떨어지고, 다량의 거품(foam)이 발생하는 등 여러 가지 문제가 있어 미생물 배양에의 활용에 제한이 있다.Unrefined glycerol, a by-product from the production of biodiesel, is being sought for application in various fields due to its low price, and has recently attracted attention as a new feed-stock in the microbial fermentation process. However, since unrefined glycerol contains impurities such as methanol, soap, ash, and fatty acids in addition to glycerol, when used as it is for culturing microorganisms, the growth and activity of microorganisms decreases, and a large amount of foam ), there are several problems, such as limiting its use in microbial culture.

이에 따라, 비정제 글리세롤을 여과(filtering), 산처리, 유기 용매 추출 등의 과정을 통해 고농도의 글리세롤로 정제하는 방법이 이용되어 왔다. 이러한 방법들은 높은 농도 및 순도의 글리세롤을 얻을 수 있지만, 다수의 공정이 적용됨에 따라 공정 비용이 증가하기 때문에, 비정제 글리세롤의 경제적 이점을 떨어뜨리는 문제가 있다. Accordingly, a method of purifying the crude glycerol to a high concentration of glycerol through a process such as filtering, acid treatment, and organic solvent extraction has been used. Although these methods can obtain glycerol of high concentration and purity, there is a problem in that the economic advantage of crude glycerol is lowered because the process cost increases as a number of processes are applied.

따라서, 경제성은 유지하면서 비정제 글리세롤 내의 불순물을 제거함으로써 미생물의 성장 및 활성을 저해하지 않도록 하는 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for technology development that does not inhibit the growth and activity of microorganisms by removing impurities in unrefined glycerol while maintaining economical efficiency.

한편, 3-하이드록시프로피온산은 아크릴산(acrylic acid), 아크릴산메틸(methyl acrylate), 아크릴아마이드(acrylamide) 등의 다양한 화학 물질로 전환 가능한 플랫폼 화합물이다. 2004년 미국 Department of Energy(DOE)로부터 Top 12 value-added bio-chemical로 선정된 이후 학계와 산업계에서 활발히 연구되고 있다.On the other hand, 3-hydroxypropionic acid is a platform compound that can be converted into various chemical substances such as acrylic acid, methyl acrylate, and acrylamide. Since it was selected as Top 12 value-added bio-chemical by the US Department of Energy (DOE) in 2004, it has been actively studied in academia and industry.

3-HP의 생산은 크게 화학적 방법과 생물학적 방법의 두 가지 방법으로 이루어지나, 화학적 방법의 경우 초기 물질이 고가인 점, 생산 과정 중 독성 물질이 생성되는 점 등에 의해 비친환경적이라는 지적이 있어, 친환경적인 바이오 공정이 각광받고 있다.The production of 3-HP is largely carried out in two ways: a chemical method and a biological method. However, in the case of the chemical method, it is pointed out that the initial material is expensive and it is not eco-friendly due to the fact that toxic substances are generated during the production process. Bio-processing is in the spotlight.

미생물을 이용한 3-HP 생합성을 위한 기질로는 글리세롤(glycerol)이 주로 이용되고 있어, 상술한 비정제 글리세롤의 불순물을 제거하여 3-HP를 생산하기 위한 기술의 개발이 요구된다.Since glycerol is mainly used as a substrate for 3-HP biosynthesis using microorganisms, the development of a technology for producing 3-HP by removing impurities of the above-mentioned unrefined glycerol is required.

본 발명의 목적은, 비정제 글리세롤을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 배지에서 3-하이드록시프로피온산(3-HP) 생산능을 갖는 균주를 배양하여 3-HP를 생산하는 단계;를 포함하는 3-HP 생산 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention, the step of pre-treating the crude glycerol; and culturing a strain having 3-hydroxypropionic acid (3-HP) producing ability in a medium containing the pre-treated unrefined glycerol to produce 3-HP; to provide a method for producing 3-HP comprising; .

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 3-HP 생산용 조성물 및/또는 3-HP 생산용 배지(예를 들어, 발효 배지)를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for production of 3-HP and/or a medium for production of 3-HP (eg, fermentation medium) comprising the pre-treated crude glycerol.

본 발명은, 비정제 글리세롤을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 배지에서 3-하이드록시프로피온산(3-HP) 생산능을 갖는 균주를 배양하여 3-HP를 생산하는 단계;를 포함하는 3-HP 생산 방법을 제공한다.The present invention, the step of pre-treating the unrefined glycerol; and culturing a strain having 3-hydroxypropionic acid (3-HP) producing ability in a medium containing the pre-treated unrefined glycerol to produce 3-HP; provides a 3-HP production method comprising.

본 발명은 또한, 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 3-HP 생산용 조성물 및/또는 3-HP 생산용 배지(예를 들어, 발효 배지)를 제공한다.The present invention also provides a composition for production of 3-HP and/or a medium for production of 3-HP (eg, fermentation medium) comprising the pre-treated crude glycerol.

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용하는 용어 "비정제 글리세롤"이란, 바이오 디젤의 생산 시 부산물로 형성되는 것을 의미하며, "폐 글리세롤"과 혼용되어 사용될 수 있다. 일반적으로 바이오 디젤 100 ㎏ 생산시 약 10 ㎏의 비정제 글리세롤이 부산물로 생성되는 것으로 알려져 있다. 상기 비정제 글리세롤은 일반적으로 80 내지 85 wt%의 글리세롤을 포함한다. The term "unrefined glycerol" used in the present invention means that it is formed as a by-product during the production of biodiesel, and may be used interchangeably with "waste glycerol". In general, it is known that when 100 kg of biodiesel is produced, about 10 kg of unrefined glycerol is produced as a by-product. The crude glycerol generally comprises 80 to 85 wt % of glycerol.

본 발명은, 비정제 글리세롤을 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 배지에서 3-하이드록시프로피온산(3-HP) 생산능을 갖는 균주를 배양(예를 들어, 발효 배양)하여 3-HP를 생산하는 단계;를 포함하는 3-HP 생산 방법을 제공한다.The present invention, the step of pre-treating the unrefined glycerol; and culturing (eg, fermentation culture) a strain having 3-hydroxypropionic acid (3-HP) producing ability in a medium containing the pre-treated unrefined glycerol to produce 3-HP; -Provides HP production methods.

상기 비정제 글리세롤의 전처리하는 방법은 하기의 방법을 포함할 수 있다:The method of pre-treating the crude glycerol may include the following method:

(i) 비정제 글리세롤 용액의 pH를 2 내지 8로 조절하는 단계; 및(i) adjusting the pH of the crude glycerol solution to 2 to 8; and

(ii)상기 pH가 조절된 비정제 글리세롤 용액을 층분리하여 수용액 층을 회수하는 단계. (ii) recovering the aqueous layer by layer separation of the pH-adjusted crude glycerol solution.

상기 비정제 글리세롤 용액은 비정제 글리세롤 및/또는 비정제 글리세롤을 용매와 혼합한 혼합물을 의미할 수 있다. 일 예에서 상기 용매는 물일 수 있으며, 2차 이상의 증류수를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The crude glycerol solution may refer to a mixture of unrefined glycerol and/or unrefined glycerol with a solvent. In one example, the solvent may be water, but may include secondary or more distilled water, but is not limited thereto.

일 예에서, 상기 비정제 글리세롤 용액은 글리세롤에 물을 첨가하여 전체 용액 내 글리세롤의 농도가 10 내지 70% (w/w)가 되도록 제조된 용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 예에서 상기 비정제 글리세롤 용액 내 글리세롤 농도는 10 내지 85%(w/w, 이하 동일), 10 내지 80%, 10 내지 70%, 10 내지 60%, 10 내지 50%, 10 내지 45%, 30 내지 85%, 30 내지 80%, 30 내지 70%, 30 내지 60% 30 내지 50%, 30 내지 45%, 40 내지 85%, 40 내지 80%, 40 내지 70%, 40 내지 60%, 40 내지 50%, 또는 40 내지 45%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one example, the unrefined glycerol solution may be a solution prepared by adding water to glycerol so that the concentration of glycerol in the total solution becomes 10 to 70% (w/w), but is not limited thereto. In one example, the glycerol concentration in the crude glycerol solution is 10-85% (w/w, hereinafter the same), 10-80%, 10-70%, 10-60%, 10-50%, 10-45%, 30-85%, 30-80%, 30-70%, 30-60% 30-50%, 30-45%, 40-85%, 40-80%, 40-70%, 40-60%, 40 to 50%, or 40 to 45%, but is not limited thereto.

상기 비정제 글리세롤을 그대로 미생물의 발효 배양에 사용하는 경우, 거품이 생성되며 pH가 높아 발효기의 운전이 불가능하여 미생물의 발효 배양에 비정제 글리세롤을 활용하기 위해서는 비정제 글리세롤의 전처리 과정이 필수적이다.When the unrefined glycerol is used as it is for the fermentation culture of microorganisms, bubbles are generated and the operation of the fermenter is impossible due to the high pH.

본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법에 있어서, 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법은, 비정제 글리세롤의 pH를 2 내지 8로 조절하는 단계를 포함한다. 비정제 글리세롤 용액은 일반적으로 pH는 11 이상의 강염기성을 띤다. In the production method of 3-HP provided by the present invention, the method of pretreating crude glycerol includes adjusting the pH of the crude glycerol to 2 to 8. The crude glycerol solution generally has a strong basic pH of 11 or higher.

상기 비정제 글리세롤 용액의 pH를 2 내지 8로 조절하는 단계는, 예를 들어, 비정제 글리세롤 용액의 pH를 2 내지 7.5, 2 내지 7, 4 내지 8, 4 내지 7.5, 4 내지 7, 6 내지 8, 6 내지 7.5 또는 6 내지 7로 조절하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The step of adjusting the pH of the unrefined glycerol solution to 2 to 8 is, for example, the pH of the unrefined glycerol solution is 2 to 7.5, 2 to 7, 4 to 8, 4 to 7.5, 4 to 7, 6 to It may be to adjust to 8, 6 to 7.5 or 6 to 7, but is not limited thereto.

상기 pH의 조절은 산(acid)을 첨가하여 조절할 수 있으며, 상기 산의 종류는 pH 조절의 목적 범위에서 제한 없이 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 산은 염산, 황산, 인산, 질산, 탄산, 붕산, 플루오린화 수소(HF), 또는 옥살산일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The pH may be adjusted by adding an acid, and the type of acid may be selected without limitation within the target range for pH adjustment. For example, the acid may be, but is not limited to, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, carbonic acid, boric acid, hydrogen fluoride (HF), or oxalic acid.

본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법에 있어서, 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법은, 상기 비정제 글리세롤 용액을 층분리하여 수용액 층을 회수하는 단계를 포함한다.In the production method of 3-HP provided by the present invention, the method of pretreating the crude glycerol includes the step of separating the layers of the crude glycerol solution to recover the aqueous layer.

일 구현예에서, 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법은, 상기 pH가 조절된 비정제 글리세롤 용액에 칼슘 염을 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 칼슘 염을 첨가하는 단계는 상기 층분리 단계 이전에 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the method of pretreating crude glycerol may further include adding a calcium salt to the pH-adjusted crude glycerol solution. The step of adding the calcium salt may be performed before the layer separation step.

비정제 글리세롤에 포함되어 있는 불순물 중 비누(soap) 성분 및 지방산은 미생물의 배양을 방해하는 역할을 하며, 칼슘 염을 첨가하면 상기 비누 성분 및 지방산이 가지고 있는 음전하(negative charge)의 작용기가 Ca2+와 결합하면서 응집되어 상기 불순물을 수용액 층과 분리될 수 있도록 한다. 상기 칼슘 염은 상술한 비누 및/또는 지방산의 분리 목적 범위에서 제한 없이 선택될 수 있으며, 예를 들어, 상기 칼슘 염은 CaCl2, CaO, Ca(NO3)2, Ca(OH)2, 또는 CaS일 수 있다.Among the impurities contained in unrefined glycerol, the soap component and fatty acid play a role in interfering with the culture of microorganisms, and when calcium salt is added, the functional group of the negative charge possessed by the soap component and the fatty acid is Ca 2 It aggregates while combining with + so that the impurities can be separated from the aqueous solution layer. The calcium salt may be selected without limitation within the range for the purpose of separation of the soap and/or fatty acid described above, for example, the calcium salt may be CaCl 2 , CaO, Ca(NO 3 ) 2 , Ca(OH) 2 , or It may be CaS.

상기 칼슘 염의 첨가량은 상술한 비누 및/또는 지방산의 분리 목적 범위에서 자유롭게 선택될 수 있으며, 일 구현예에서 상기 비정제 글리세롤 용액 내 글리세롤 1kg 당 1 내지 100g, 1 내지 50g, 1 내지 30g 또는 1 내지 10g일 수 있다.The amount of the calcium salt added may be freely selected within the range for the purpose of separation of soap and/or fatty acids, and in one embodiment, 1 to 100 g, 1 to 50 g, 1 to 30 g, or 1 to 1 kg of glycerol in the crude glycerol solution It may be 10 g.

상술한 바와 같이, 비정제 글리세롤 용액에 칼슘 염을 첨가하면 비정제 글리세롤에 포함되어 있는 불순물 중 비누(soap) 성분 및 지방산이 응집되어 곧바로 층 분리가 진행되며, 칼슘 염 첨가로부터 일정 시간이 경과하면 층분리가 완료된다. 따라서 상기 칼슘 염의 처리 단계는 pH 조절 이후 층분리가 일어나지 않는 비정제 글리세롤의 전처리에 유용하다.As described above, when a calcium salt is added to the unrefined glycerol solution, the soap component and fatty acid among the impurities contained in the unrefined glycerol agglomerate, and the layer separation proceeds immediately. Layer separation is complete. Therefore, the treatment step of the calcium salt is useful for pretreatment of unrefined glycerol in which layer separation does not occur after pH adjustment.

상기 층분리를 위한 반응 시간은 층분리의 완료 목적 범위에서 제한 없이 조절될 수 있으며, 예를 들어, 5분 이상, 15분 이상, 30분 이상, 60분 이상, 5 내지 360분, 5 내지 180분, 5 내지 60분, 15 내지 360분, 15 내지 180분, 15 내지 60분, 30 내지 360분, 30 내지 180분, 또는 30 내지 60분일 수 있다. The reaction time for layer separation may be adjusted without limitation within the range of the purpose of completion of layer separation, for example, 5 minutes or more, 15 minutes or more, 30 minutes or more, 60 minutes or more, 5 to 360 minutes, 5 to 180 minutes. minutes, 5 to 60 minutes, 15 to 360 minutes, 15 to 180 minutes, 15 to 60 minutes, 30 to 360 minutes, 30 to 180 minutes, or 30 to 60 minutes.

일 구현예에서, 상기 칼슘 염을 첨가하는 단계를 포함하지 않는 경우 상기 층분리를 위한 반응 시간은 층분리 완료 목적 범위에서 제한 없이 조절될 수 있으며, 예를 들어, 30분 이상, 60분 이상, 90분 이상, 120분 이상, 30 내지 600분, 30 내지 300분, 30 내지 240분, 60 내지 600분, 60 내지 300분, 60 내지 240분, 120 내지 600분, 120 내지 300분, 또는 120 내지 240분일 수 있다. In one embodiment, when not including the step of adding the calcium salt, the reaction time for layer separation can be adjusted without limitation within the range for the purpose of layer separation completion, for example, 30 minutes or more, 60 minutes or more, 90 minutes or more, 120 minutes or more, 30-600 minutes, 30-300 minutes, 30-240 minutes, 60-600 minutes, 60-300 minutes, 60-240 minutes, 120-600 minutes, 120-300 minutes, or 120 to 240 minutes.

상기 수용액 층의 회수 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 디캔팅, 및/또는 여과 방법으로 수행될 수 있다.The recovery method of the aqueous layer is not particularly limited, and may be performed, for example, by decanting and/or filtration.

본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법은, 상기 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는 배지에서 3-하이드록시프로피온산(3-HP) 생산능을 갖는 균주를 배양(예를 들어, 발효 배양)하여 3-HP를 생산하는 단계를 포함한다.The method for producing 3-HP provided by the present invention comprises culturing a strain having 3-hydroxypropionic acid (3-HP) producing ability in a medium containing the pre-treated unrefined glycerol (eg, fermentation culture). producing 3-HP.

상기 3-하이드록시프로피온산 생산 균주는 글리세롤 탈수효소(glycerol dehydratase) 및 알데하이드 탈수소효소(aldehyde dehydrogenase)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상 또는 상기 2종의 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하는 것일 수 있다. 일 예에서, 상기 3-HP 생산 균주는 추가로 글리세롤 탈수효소 재활성효소(GdrAB)를 암호화하는 유전자(gdrAB)를 추가로 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 3-HP 생산 균주는 추가로 비타민 B12를 생합성할 수 있는 균주일 수 있다.The 3-hydroxypropionic acid producing strain may include one or more selected from the group consisting of glycerol dehydratase and aldehyde dehydrogenase, or a gene encoding the two types of proteins. In one example, the 3-HP production strain may further include a gene (gdrAB) encoding a glycerol dehydratase reactivating enzyme (GdrAB). In one example, the 3-HP production strain may be a strain capable of further biosynthesizing vitamin B12.

상기 글리세롤 탈수효소(glycerol dehydratase)는 dhaB(GenBank accession no. U30903.1) 유전자에 의해 암호화되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 dhaB 유전자는 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia)에서 유래한 효소일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 글리세롤 탈수효소를 암호화하는 유전자는 dhaB1, dhaB2 및/또는 dhaB3를 암호화하는 유전자를 포함할 수 있다. 상기 글리세롤 탈수효소 단백질 및 이를 암호화하는 유전자는 글리세롤을 3-하이드록시프로판알(3-hydroxypropanal, 3-HPA)과 물(H2O)로 분해하는 효소 활성을 유지하는 범위 내에서 유전자 및/또는 아미노산 서열의 변이를 포함할 수 있다. The glycerol dehydratase may be encoded by a dhaB (GenBank accession no. U30903.1) gene, but is not limited thereto. The dhaB gene may be an enzyme derived from Klebsiella pneumonia, but is not limited thereto. The gene encoding the glycerol dehydratase may include a gene encoding dhaB1, dhaB2 and/or dhaB3. The glycerol dehydratase protein and the gene encoding it have a gene and/or amino acid sequence within the range of maintaining the enzyme activity for decomposing glycerol into 3-hydroxypropanal (3-HPA) and water (HO). may contain mutations.

상기 알데하이드 탈수소효소(aldehyde dehydrogenase; ALDH)를 암호화하는 유전자(aldH)는, 예를 들어, 대장균(Escherichia coli) 또는 E. coli K12 MG1655 세포주에서 유래한 aldH(GenBank Accession no. U00096.3; EaldH) 유전자, 클렙시엘라 뉴모니아(K. pneumonia)에서 유래한 puuC 유전자, 및/또는 아조스피릴룸 브라실렌스(Azospirillum brasilense) 유래의 KGSADH 유전자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 알데하이드 탈수소효소 단백질 및 이를 암호화하는 유전자는 3-HPA로부터 3-HP를 생산하기 위한 활성을 유지하는 범위 내에서 유전자 및/또는 아미노산 서열의 변이를 포함할 수 있다.The gene (aldH) encoding the aldehyde dehydrogenase (ALDH) is, for example, Escherichia coli or aldH (GenBank Accession no. U00096.3; EaldH) derived from the E. coli K12 MG1655 cell line. gene, a puuC gene derived from K. pneumoniae, and/or a KGSADH gene derived from Azospirillum brasilense, but is not limited thereto. The aldehyde dehydrogenase protein and the gene encoding the same may include mutations in the gene and/or amino acid sequence within a range that maintains the activity for producing 3-HP from 3-HPA.

상기 3-HP 생산 균주는 글리세롤 탈수효소, 알데하이드 탈수소효소, 및 글리세롤 탈수효소 재활성효소로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상, 둘 이상 또는 3종 모두의 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 포함할 수 있다.The 3-HP production strain includes a recombinant vector comprising a gene encoding one or more, two or more, or all three types of proteins selected from the group consisting of glycerol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, and glycerol dehydratase reactivase. can do.

상기 재조합벡터는 글리세롤 탈수효소, 알데하이드 탈수소효소, 및 글리세롤 탈수효소 재활성효소로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상, 둘 이상 또는 3종 모두의 단백질을 암호화하는 유전자를 세포 내에서 발현하기 위한 목적 범위에서 프로모터, 조절 부위를 당업계에 알려진 방법으로 치환하여 사용할 수 있다.The recombinant vector is a glycerol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, and one or more selected from the group consisting of glycerol dehydrogenase reactivase, two or more, or all three types of proteins encoding genes within the target range for expression within the cell. Promoters and regulatory regions may be substituted by methods known in the art.

일 예에서 본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법은, 상기 3-HP를 생산하는 단계 이전에, 3-HP 생산능을 갖는 균주를 고농도 배양하여 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In one embodiment, the method for producing 3-HP provided by the present invention may further include, before the step of producing 3-HP, the step of isolating a strain having 3-HP producing ability at a high concentration by culturing.

상기 고농도 배양은 3-HP 생산 균주를 대량으로 확보하기 위한 목적 범위에서 당업계에 알려진 방법을 제한 없이 사용하여 수행될 수 있으며, 일 예에서, 상기 배양은 유가 배양(fed-batch culture)으로 수행되는 것일 수 있다.The high-concentration culture may be performed using any method known in the art without limitation within the purpose range for securing a large amount of 3-HP production strain, and in one example, the culture is performed as a fed-batch culture it may be

일 예에서 상기 유가 배양은 pH-stat 방식, 정속(continuous feeding) 배양 방식, 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있다. 일 구현예에서 pH-stat 방식의 유가 배양이 수행되는 경우, 포도당이 1 내지 5g/L 농도로 첨가될 수 있다. 일 구현예에서 정속 배양 방식의 유가 배양이 수행되는 경우 포도당이 10 내지 20g/L/h 속도로 주입될 수 있다. In one embodiment, the fed-batch culture may be performed in a pH-stat method, a continuous feeding culture method, or a combination thereof. In one embodiment, when fed-batch culture of the pH-stat method is performed, glucose may be added at a concentration of 1 to 5 g/L. In one embodiment, when fed-batch culture of a constant rate culture method is performed, glucose may be injected at a rate of 10 to 20 g/L/h.

일 예에서, 상기 고농도 배양시 pH는 5 내지 7.5, 5 내지 7, 5.5 내지 7.5, 5.5 내지 7, 6 내지 7.5 또는 6.5 내지 6으로 유지될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one example, the pH during the high concentration culture may be maintained at 5 to 7.5, 5 to 7, 5.5 to 7.5, 5.5 to 7, 6 to 7.5, or 6.5 to 6, but is not limited thereto.

일 예에서 상기 고농도 배양시 탄소원은 고농도 배양을 위한 목적 범위에서 단당류, 이당류 및/또는 다당류를 제한 없이 선택하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소원은 포도당(glucose), 과당(fructose), 갈락토스(galactose), 만노스(mannose), 아라비노스(arabinose), 자일로스(xylose), 리보스(riboase), 자당(sucrose), 엿당(maltose), 젖당(lactose), 및 셀로비오스(cellobiose)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상, 둘 이상, 셋 이상, 넷 이상, 다섯 이상, 열 이상, 또는 상기 11종 모두의 조합일 수 있다. In one example, the carbon source in the high-concentration culture may be used without limitation by selecting monosaccharides, disaccharides and/or polysaccharides within the target range for high-concentration culture. For example, the carbon source is glucose (glucose), fructose (fructose), galactose (galactose), mannose (mannose), arabinose (arabinose), xylose (xylose), ribose (riboase), sucrose (sucrose), maltose (maltose), lactose (lactose), and cellobiose (cellobiose) may be one or more, two or more, three or more, four or more, five or more, ten or more, or a combination of all 11 types selected from the group consisting of.

일 예에서 상기 고농도 배양후 세포 농도는 OD600 10 이상, 50 이상, 100 이상, 150 이상, 200 이상, 10 내지 500, 10 내지 400, 10 내지 300, 10 내지 250, 50 내지 500, 50 내지 400, 50 내지 300, 50 내지 250, 100 내지 500, 100 내지 400, 100 내지 300, 100 내지 250, 150 내지 500, 150 내지 400, 150 내지 300, 150 내지 250, 200 내지 500, 200 내지 400, 200 내지 300, 또는 200 내지 250일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one example, the cell concentration after the high concentration culture is OD 600 10 or more, 50 or more, 100 or more, 150 or more, 200 or more, 10-500, 10-400, 10-300, 10-250, 50-500, 50-400 , 50 to 300, 50 to 250, 100 to 500, 100 to 400, 100 to 300, 100 to 250, 150 to 500, 150 to 400, 150 to 300, 150 to 250, 200 to 500, 200 to 400, 200 to 300, or 200 to 250, but is not limited thereto.

상기 고농도 배양된 세포의 분리는, 세포를 원심분리하는 단계, 상층액을 제거하는 단계, 및 펠렛(pellet)을 버퍼로 재현탁하는 단계로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상, 둘 이상 또는 상기 단계 모두를 포함할 수 있다. 일 예에서 상기 버퍼는 PBS(Phosphate buffered saline)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Separation of the high-concentration cultured cells is at least one selected from the group consisting of centrifuging the cells, removing the supernatant, and resuspending the pellet with a buffer, two or more or all of the above steps may include. In one example, the buffer may be phosphate buffered saline (PBS), but is not limited thereto.

상기 고농도 배양된 세포의 접종은 3-HP 생산 목적 범위에서 통상의 기술자가 적절히 세포 접종 농도를 변경할 수 있다. 일 예에서, 상기 접종시 세포 농도(건조 세포 중량(Dry cell weight, DCW) 기준)는 1 내지 20 g/L, 1 내지 16 g/L, 1 내지 12 g/L, 1 내지 9 g/L, 2 내지 20g/L, 2 내지 16 g/L, 2 내지 12g/L, 2 내지 9 g/L, 4 내지 20 g/L, 4 내지 16 g/L, 4 내지 12 g/L, 또는 4 내지 9 g/L 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Inoculation of the high-concentration cultured cells can be appropriately changed by those skilled in the art within the range of 3-HP production purpose. In one example, the cell concentration (based on dry cell weight (DCW)) at the time of inoculation is 1 to 20 g/L, 1 to 16 g/L, 1 to 12 g/L, 1 to 9 g/L , 2-20 g/L, 2-16 g/L, 2-12 g/L, 2-9 g/L, 4-20 g/L, 4-16 g/L, 4-12 g/L, or 4 to 9 g/L, but is not limited thereto.

본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법에 있어서, 상기 3-HP를 생산하는 단계는, 균주의 성장이 일어나지 않는 것일 수 있다. 상기 전처리된 글리세롤에 포함된 글리세롤은 3-HP의 제조에만 사용될 뿐, 세포 성장을 위한 탄소원으로는 사용되지 않는 것일 수 있다. 세포 성장을 억제함으로써, 글리세롤이 세포 성장에 사용됨에 따른 3-HP의 수율 손실을 억제할 수 있다. In the production method of 3-HP provided by the present invention, in the step of producing 3-HP, the growth of the strain may not occur. The glycerol contained in the pre-treated glycerol may be used only for the production of 3-HP and not used as a carbon source for cell growth. By inhibiting cell growth, it is possible to suppress the yield loss of 3-HP as glycerol is used for cell growth.

상기 생산 단계 종료시 세포의 수는 접종된 세포의 수의 150% 이하, 130% 이하, 100% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 50 내지 150%, 50 내지 130%, 50 내지 100%, 50 내지 90%, 50 내지 80%, 70 내지 150%, 70 내지 130%, 70 내지 100%, 70 내지 90%, 또는 70 내지 80%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At the end of the production phase, the number of cells is 150% or less, 130% or less, 100% or less, 90% or less, 80% or less, 50 to 150%, 50 to 130%, 50 to 100%, 50 of the number of inoculated cells. to 90%, 50 to 80%, 70 to 150%, 70 to 130%, 70 to 100%, 70 to 90%, or 70 to 80%, but is not limited thereto.

본 발명이 제공하는 3-HP 생산 방법은 3-HP 생산에 따른 부산물 및/또는 거품을 생산하지 않는 것일 수 있다. 상기 부산물은 아세테이트(acetate) 및/또는 젖산(lactate)일 수 있다. 일 예에서 상기 부산물의 전체 배양액 내 농도가 1%(v/v) 이내, 0.5%(v/v) 이내, 0.1%(v/v) 이내, 0.01%(v/v) 이내, 또는 0.001%(v/v) 이내일 수 있다.The 3-HP production method provided by the present invention may not produce by-products and/or foam according to 3-HP production. The by-product may be acetate and/or lactate. In one example, the concentration in the total culture solution of the by-product is within 1% (v / v), within 0.5% (v / v), within 0.1% (v / v), within 0.01% (v / v), or within 0.001% (v/v) may be within the range.

본 발명이 제공하는 비정제 글리세을 이용한 3-HP의 생산 방법은, 정제 글리세롤 및/또는 합성 배지 사용시에 비해 동등 또는 그 이상의 3-HP 생산량을 갖는다. 일 예에서, 정제 글리세롤 및/또는 합성 배지를 사용한 대조군에서의 3-HP 생산량(g/L)에 비해 본 발명이 제공하는 3-HP 생산 방법의 3-HP 생산량(g/L)은 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 100% 이상, 70 내지 150%, 70 내지 130%, 80 내지 150%, 80 내지 130%, 90 내지 150%, 90 내지 130%, 100 내지 150%, 또는 100 내지 130%일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The method for producing 3-HP using unrefined glycerol provided by the present invention has an equivalent or higher 3-HP production compared to the use of purified glycerol and/or a synthetic medium. In one example, the 3-HP production (g/L) of the 3-HP production method provided by the present invention is 70% compared to the 3-HP production (g/L) in the control group using purified glycerol and/or synthetic medium is 70% or more, 80% or more, 90% or more, 100% or more, 70 to 150%, 70 to 130%, 80 to 150%, 80 to 130%, 90 to 150%, 90 to 130%, 100 to 150%, or It may be 100 to 130%, but is not limited thereto.

본 발명은 또한 비정제 글리세롤을 전처리하여 제조되는 3-HP 제조용(생산용) 조성물 및/또는 3-HP 생산용 발효 배지를 제공한다.The present invention also provides a composition for production (production) of 3-HP and/or a fermentation medium for production of 3-HP prepared by pretreatment of crude glycerol.

상기 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법은 상술한 바와 같다.The method of pre-treating the unrefined glycerol is the same as described above.

일 예에서 상기 발효 배지 내 전처리된 비정제 글리세롤의 농도는 1 내지 300 g/L, 1 내지 250 g/L, 1 내지 200 g/L, 1 내지 150 g/L, 10 내지 300 g/L, 10 내지 250 g/L, 10 내지 200 g/L, 10 내지 150 g/L, 25 내지 300 g/L, 25 내지 250 g/L, 25 내지 200 g/L, 25 내지 150 g/L, 50 내지 300 g/L, 50 내지 250 g/L, 50 내지 200 g/L, 또는 50 내지 150 g/L일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one example, the concentration of the crude glycerol pretreated in the fermentation medium is 1-300 g/L, 1-250 g/L, 1-200 g/L, 1-150 g/L, 10-300 g/L, 10-250 g/L, 10-200 g/L, 10-150 g/L, 25-300 g/L, 25-250 g/L, 25-200 g/L, 25-150 g/L, 50 to 300 g/L, 50 to 250 g/L, 50 to 200 g/L, or 50 to 150 g/L, but is not limited thereto.

상기 3-HP 제조용(생산용) 조성물 및/또는 3-HP 생산용 발효 배지는, 비타민 B12를 추가로 포함할 수 있다.The 3-HP production (production) composition and/or 3-HP production fermentation medium may further include vitamin B12.

일 구현예에서 상기 3-HP 제조용(생산용) 조성물 및/또는 3-HP 생산용 발효 배지는 상기 전처리된 비정제 글리세롤, 물, 및/또는 비타민 B12로 이루어지는 것일 수 있다.In one embodiment, the 3-HP preparation (production) composition and/or the fermentation medium for 3-HP production may be composed of the pre-treated unrefined glycerol, water, and/or vitamin B12.

일 구현예에서 상기 3-HP 제조용(생산용) 조성물 및/또는 3-HP 생산용 발효 배지는 3-HP의 생산 목적 범위에서 필요에 따라 탄소원, 질소원, 조효소, 및/또는 미네랄을 추가로 포함할 수 있다. 상기 탄소원은 포도당(glucose)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the 3-HP production (production) composition and/or the fermentation medium for 3-HP production further include a carbon source, a nitrogen source, a coenzyme, and/or a mineral as needed in the production purpose range of 3-HP can do. The carbon source may be glucose (glucose), but is not limited thereto.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미생물 배양 방법은, 간단하면서도 빠른 방법으로 비정제 글리세롤에 포함된 불순물을 제거하고, 이를 이용하여 미생물을 배양함으로써, 미생물 배양시 발생되는 거품의 생성을 억제하고 또한 미생물의 성장 및 활성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the method for culturing microorganisms according to the present invention removes impurities contained in unrefined glycerol in a simple and quick way, and culturing microorganisms using them, thereby suppressing the generation of bubbles generated during culturing microorganisms, and also It has the effect of improving the growth and activity of microorganisms.

본 발명이 제공하는 3-HP의 생산 방법은, 전처리된 비정제 글리세롤을 활용함으로써 3-HP 생산시 원재료 비용의 저감이 가능하면서도 합성 배지를 사용하는 경우와 유사한 수준의 3-HP 생산능을 가지고, 부산물이 생성되지 않아 정제 비용을 절감할 수 있다.The production method of 3-HP provided by the present invention uses pre-treated unrefined glycerol to reduce the raw material cost during 3-HP production and has a similar level of 3-HP production capacity to the case of using a synthetic medium. , and by-products are not generated, so it is possible to reduce the refining cost.

도 1은 일 준비예에 따라 전처리된 폐글리세롤 용액에서 층분리 여부를 확인한 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따라 폐글리세롤과 합성 배지에서의 3-HP 생산용 발효 배양에 따른 3-HP의 생산량을 측정한 결과 그래프이다.
1 is a result of confirming whether the layer separation in the pre-treated waste glycerol solution according to one preparation example.
Figure 2 is a graph of the result of measuring the production of 3-HP according to the fermentation culture for 3-HP production in waste glycerol and synthetic medium according to an example of the present invention.

이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are only for illustrating the contents of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 온도는 모두 섭씨 온도를 기준으로 하며, 핵산 서열은 특별한 사정이 없는 한 5' 말단에서 3' 말단 방향으로 기재되었다.Unless otherwise specified herein, all temperatures are based on degrees Celsius, and nucleic acid sequences are described from the 5' end to the 3' end unless otherwise specified.

준비예 1. 폐글리세롤의 전처리Preparation Example 1. Pretreatment of waste glycerol

약 80 내지 85%의 글리세롤을 함유한 비정제 글리세롤(crude glycerol)로부터 40%(w/w)의 글리세롤 용액을 제조하기 위하여, 480 g의 비정제 글리세롤을 1 L의 증류수에 녹여 비정제 글리세롤 용액을 제조하였다. 상기 제조된 비정제 글리세롤 용액의 pH는 약 11 내지 12로 측정되었다. 이어, 5N 염산을 이용하여 비정제 글리세롤 용액의 pH를 6.8까지 낮추었다. In order to prepare a 40% (w/w) glycerol solution from crude glycerol containing about 80 to 85% glycerol, 480 g of crude glycerol is dissolved in 1 L of distilled water to obtain a crude glycerol solution was prepared. The pH of the prepared crude glycerol solution was measured to be about 11 to 12. Then, the pH of the crude glycerol solution was lowered to 6.8 using 5N hydrochloric acid.

분별 깔때기에 상기 pH 6.8의 비정제 글리세롤 용액 1L을 넣고 200 g/L의 CaCl2 용액(8 mL)을 넣은 후 혼합하고 약 30분 동안 그대로 두었다. 도 1과 같이, 층분리가 일어나는 것을 확인하였으며, 수용액 층만 회수(전처리 폐글리세롤)하여 이후 세포 배양에 이용하였다.1L of the crude glycerol solution of pH 6.8 was put in a separatory funnel, 200 g/L of CaCl 2 solution (8 mL) was added, mixed, and left for about 30 minutes. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the layer separation occurred, and only the aqueous layer was recovered (pre-treated waste glycerol) and then used for cell culture.

준비예 2. 3-HP 생산용 균주의 준비Preparation Example 2. Preparation of strains for 3-HP production

2-1. 3-HP 생산 균주의 제조2-1. Preparation of 3-HP Production Strain

글리세롤을 기질로 사용하여 3-하이드록시프로피온산(3-hydroxypropionic acid, 3-HP)을 생산하는 것으로 알려져 있는 글리세롤 탈수효소(Glycerol dehydratase) 및 알데하이드 탈수소효소(Aldehyde dehydrogenase)를 암호화하는 유전자를 도입한 재조합 벡터를 제조하였다. 상기 제조된 재조합벡터를 대장균(E.coli) W3110 균주에 도입하여 3-HP 생산균주를 제작하였다.Recombinant introducing genes encoding glycerol dehydratase and aldehyde dehydrogenase, which are known to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP) using glycerol as a substrate A vector was prepared. The recombinant vector prepared above was introduced into the E. coli W3110 strain to prepare a 3-HP producing strain.

구체적으로, 글리세롤 디하이드라타제를 코딩하는 유전자(dhaB), 알데히드 디하이드로게나제를 코딩하는 유전자(aldH) 및 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제를 코딩하는 유전자(gdrAB)를 플라스미드 pCDF 에 클로닝하여 3HP 생산용 재조합 벡터(pCDF_J23101_dhaB_gdrAB_J23100_aldH)를 제작 하였다. Specifically, the gene encoding glycerol dehydratase (dhaB), the gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldH), and the gene encoding glycerol dehydratase reactivase (gdrAB) were cloned into plasmid pCDF, A recombinant vector for 3HP production (pCDF_J23101_dhaB_gdrAB_J23100_aldH) was constructed.

상기 재조합 벡터 제작에 사용된 pCDFDuetJ23 벡터는 pCDFDuet-1 벡터의 프로모터 부분을 J23101과 J23100 프로모터로 치환한 벡터이다. 상기 벡터에 삽입되는 dhaB (약 2.7 kb; dhaB1, dhaB2 및 dhaB3 포함)와 gdrAB 유전자 (약 2.2 kb; gdrA, gdrB)는 크렙시엘라 뉴모니아의 염색체에서 하기 표 1의 프라이머를 사용하여 증폭하였다. 크렙시엘라 뉴모니아의 염색체 상에 dhaB123와 gdrA 유전자가 나란히 위치해 있어 같이 증폭하였고, gdrB는 dhaB123, gdrA와 반대 방향으로 위치해 있기 때문에 gdrB만 따로 증폭하였다.The pCDFDuetJ23 vector used to construct the recombinant vector is a vector in which the promoter portion of the pCDFDuet-1 vector is substituted with promoters J23101 and J23100. The dhaB (about 2.7 kb; including dhaB1, dhaB2 and dhaB3) and gdrAB genes (about 2.2 kb; gdrA, gdrB) inserted into the vector were amplified from the chromosome of Krebsiella pneumoniae using the primers in Table 1 below. . Since the dhaB123 and gdrA genes were located side by side on the chromosome of Krebsiella pneumoniae, they were amplified together, and only gdrB was amplified separately because gdrB was located in the opposite direction to dhaB123 and gdrA.

aldH 유전자는 하기 표 1의 서열번호 5 및 서열번호 6의 핵산 서열로 이루어지는 프로모터쌍을 이용하여 E. coli K12 MG1655 균주의 유전체로부터 증폭하여 분리하였다. 하기 표 1에 각 유전자 증폭에 사용된 프라이머의 핵산 서열을 나타내었으며, 명칭 중 '-F'는 정방향 프로모터를, '-R'은 역방향 프로모터를 의미한다.The aldH gene was amplified and isolated from the genome of the E. coli K12 MG1655 strain using a promoter pair consisting of the nucleic acid sequences of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 of Table 1 below. The nucleic acid sequences of the primers used for each gene amplification are shown in Table 1 below. Among the names, '-F' means a forward promoter and '-R' means a reverse promoter.

서열번호SEQ ID NO: 이름name 핵산 서열(5'>3')Nucleic acid sequence (5'>3') 1One dhaB-gdrA-FdhaB-gdrA-F GAATTCATGAAAAGATCAAAACGATTTGCAGTCCTGAATTCATGAAAAGATCAAAACGATTTGCAGTCCT 22 dhaB-gdrA-RdhaB-gdrA-R AAGCTTGATCTCCCACTGACCAAAGCTGGAAGCTTGATCTCCCACTGACCAAAGCTGG 33 gdrB-FgdrB-F AAGCTTAGAGGGGGCCGTCATGTCGCTTTCACCGCCAGAAGCTTAGAGGGGGCCGTCATGTCGCTTTCACCGCCAG 44 gdrB-RgdrB-R CTTAAGTCAGTTTCTCTCACTTAACGGCCTTAAGTCAGTTTCTCTCACTTAACGGC 55 aldH-FaldH-F ggtaccatgaattttcatcatctggcggtaccatgaattttcatcatctggc 66 aldH-RaldH-R catatgtcaggcctccaggcttatcatatgtcaggcctccaggcttat

각 유전자의 증폭 후 dhaB123, gdrA 유전자는 제한 효소 EcoRI과 HindIII을, gdrB 유전자는 제한 효소 HindIII와 AflII을 이용하여 상기 pCDFDuetaJ23 벡터의 J23101 프로모터 하류에 클로닝하였다. aldH는 제한효소 KpnI과 NdeI을 이용하여 J23108 프로모터 아래에 클로닝하였다. 각 유전자의 클로닝 방법은 당업계에 알려진 방법으로 수행되었다.상기 플라스미드를 E. coli W3110 (KCCM 40219)에 전기천공법으로 도입하여, 3HP 생산 균주를 제조하였다.After amplification of each gene, the dhaB123 and gdrA genes were cloned downstream of the J23101 promoter of the pCDFDuetaJ23 vector using restriction enzymes EcoRI and HindIII, and the gdrB gene using restriction enzymes HindIII and AflII. aldH was cloned under the J23108 promoter using restriction enzymes KpnI and NdeI. The cloning method of each gene was performed by a method known in the art. The plasmid was introduced into E. coli W3110 (KCCM 40219) by electroporation to prepare a 3HP-producing strain.

2-2. 3-HP 생산용 세포의 고농도 배양 및 분리2-2. High-concentration culture and isolation of cells for 3-HP production

상기 제조된 3-HP 생산 균주는 유가 배양(fed-batch culture) 방법으로 5L 발효기(Working volume 2L)로 고농도 세포배양을 수행하였다.The prepared 3-HP production strain was subjected to high-concentration cell culture in a 5L fermenter (working volume 2L) by a fed-batch culture method.

구체적으로, MR 배지 (1L 당 KH2PO4 6.67g, (NH4)2HPO4 4g, MgSO4·7H2O 0.8g, citric acid 0.8g, 및 trace metal solution 5mL; 여기에서, Trace metal solution은 1L 당 5M HCl 5mL, FeSO4·7H2O 10g, CaCl2 2g, ZnSO4·7H2O 2.2g, MnSO4·4H2O 0.5g, CuSO4·5H2O 1g, (NH4)6Mo7O2·4H2O 0.1g, 및 Na2B4O2·10H2O 0.02g)에 포도당(Glucose) 20g/L, 선별을 위한 항생제(스트렙토마이신) 25mg/L를 첨가하여 세포 배양 배지로 사용하였으며, 섭씨 35도의 온도를 유지하였다. pH는 암모니아수를 이용하여 6.95로 유지하였고, 용존산소량(DO)은 교반 속도를 단계적으로 900rpm까지 높이면서 20%를 유지하였으며, aeration은 1vvm을 유지하였다.Specifically, MR medium (KH 2 PO 4 6.67 g per 1 L, (NH 4 ) 2 HPO 4 4 g, MgSO 4 7H 2 O 0.8 g, citric acid 0.8 g, and trace metal solution 5 mL; here, Trace metal solution Silver per 1L of 5M HCl 5mL , FeSO4· 7H2O10g , CaCl22g , ZnSO4· 7H2O2.2g , MnSO4 · 4H2O0.5g , CuSO4 · 5H2O1g , ( NH4 ) 6 Cell culture by adding 20 g/L of glucose and 25 mg/L of antibiotic (streptomycin) for selection to Mo 7 O 2 ·4H 2 O 0.1g, and Na 2 B 4 O 2 ·10H 2 O 0.02g) It was used as a medium and maintained at a temperature of 35 degrees Celsius. The pH was maintained at 6.95 using ammonia water, the dissolved oxygen amount (DO) was maintained at 20% while increasing the stirring speed stepwise up to 900 rpm, and the aeration was maintained at 1vvm.

상기 고농도 세포배양을 마친 후 세포 배양액을 6,000rpm으로 섭씨 4도에서 10분간 원심분리하여 세포를 회수하였다. 회수된 세포는 PBS(phosphate-buffered saline)으로 현탁하여 이후 단계에 사용하였다.After completing the high-concentration cell culture, the cell culture medium was centrifuged at 6,000 rpm at 4° C. for 10 minutes to recover cells. The recovered cells were suspended in PBS (phosphate-buffered saline) and used in the next step.

실시예 1. 폐글리세롤을 이용한 3-HP의 생산Example 1. Production of 3-HP using waste glycerol

3-HP 생산을 위한 배지로는 상기 준비예 1에서 제조된 전처리 폐글리세롤 70g/L 수용액, 비타민 B12 50uM를 첨가하여 준비하였다. 3-HP 생산용 배지에 상기 실시예 1-2에서 준비한 세포 현탁액을 세포 접종량 5g/L(건조세포중량 기준)가 되도록 접종하고, 5L 발효기 (Working volume 2L)에서 3-HP 생산 단계를 수행하였다.As a medium for 3-HP production, 70 g/L aqueous solution of pre-treated waste glycerol prepared in Preparation Example 1 and 50 uM of vitamin B12 were added. 3-HP production medium was inoculated with the cell suspension prepared in Example 1-2 so that the cell inoculation amount was 5 g/L (based on dry cell weight), and the 3-HP production step was performed in a 5L fermenter (working volume 2L). .

3-HP 생산을 위한 발효 배양 조건은, 온도 35℃ 교반 속도 300rpm, aeration은 1 vvm을 유지하였으며, pH는 Ca(OH)2를 이용해 7.0으로 유지하였다.Fermentation culture conditions for 3-HP production were maintained at a temperature of 35° C., agitation speed of 300 rpm, aeration was maintained at 1 vvm, and pH was maintained at 7.0 using Ca(OH) 2 .

비교예 1. 합성 배지(M9 medium)에서의 3-HP 생산Comparative Example 1. 3-HP production in synthetic medium (M9 medium)

3-HP 생산용 합성 배지는 포도당(Glucose)을 포함하지 않는 M9 배지에 글리세롤(Glycerol) 70g/L, 비타민 B12 50uM를 첨가하여 준비하였다. 3-HP 생산용 배지에 상기 실시예 1-2에서 준비한 세포 현탁액을 세포 접종량 5g/L(건조세포중량 기준)가 되도록 접종하고, 5L 발효기 (Working volume 2L)에서 3-HP 생산 단계를 수행하였다.A synthetic medium for 3-HP production was prepared by adding 70 g/L of glycerol and 50 uM of vitamin B12 to M9 medium that does not contain glucose. 3-HP production medium was inoculated with the cell suspension prepared in Example 1-2 so that the cell inoculation amount was 5 g/L (based on dry cell weight), and the 3-HP production step was performed in a 5L fermenter (working volume 2L). .

3-HP 생산을 위한 발효 배양 조건은, 온도 35℃ 교반 속도 300rpm, aeration은 1 vvm을 유지하였으며, pH는 Ca(OH)2를 이용해 7.0으로 유지하였다.Fermentation culture conditions for 3-HP production were maintained at a temperature of 35° C., agitation speed of 300 rpm, aeration was maintained at 1 vvm, and pH was maintained at 7.0 using Ca(OH) 2 .

실시예 2. 실시예 1과 비교예 1의 3-HP 생산량 비교Example 2. Comparison of 3-HP production of Example 1 and Comparative Example 1

상기 실시예 1과 비교예 1에서의 발효 배양 진행에 따른 3-HP 농도를 HPLC를 이용해 측정하였다. 도 2에 실시예1과 비교예 2에서의 3-HP 생산량 측정 결과 그래프를 나타내었다.The 3-HP concentration according to the fermentation culture in Example 1 and Comparative Example 1 was measured using HPLC. Figure 2 shows a graph showing the measurement result of 3-HP production in Example 1 and Comparative Example 2.

16시간의 발효 배양 결과, 전처리한 폐글리세롤을 사용해 발효 배양한 실시예 1에서는 46.2g/L의 3-HP가 확인되었으며, M9 medium에서 발효 배양한 비교예 1에서는 45.6g/L의 3-HP가 생산되었다.As a result of the 16-hour fermentation culture, in Example 1 fermented using pre-treated waste glycerol, 3-HP of 46.2 g/L was confirmed, and in Comparative Example 1 fermented in M9 medium, 3-HP of 45.6 g/L has been produced

따라서 상기 방법으로 전처리된 폐글리세롤을 사용하는 경우에도 합성 배지와 동등 또는 그 이상의 3-HP 생산이 가능함을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that even when using the waste glycerol pretreated by the above method, 3-HP production equal to or higher than that of the synthetic medium is possible.

또한 실시예 1에서의 발효 배양 중 폐글리세롤로 인한 거품의 생산 또는 부산물의 생산은 확인되지 않아, 3-HP의 생산 효율 및/또는 품질이 우수함을 확인하였다.In addition, the production of foam or the production of by-products due to waste glycerol during the fermentation culture in Example 1 was not confirmed, confirming that the production efficiency and / or quality of 3-HP is excellent.

<110> LG CHEM, LTD. <120> Method for producing 3-hydroxypropionic acid using low-cost substrate <130> DPP20202129KR <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-F <400> 1 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtcct 35 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-R <400> 2 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 3 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-F <400> 3 aagcttagag ggggccgtca tgtcgctttc accgccag 38 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-R <400> 4 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-F <400> 5 ggtaccatga attttcatca tctggc 26 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-R <400> 6 catatgtcag gcctccaggc ttat 24 <110> LG CHEM, LTD. <120> Method for producing 3-hydroxypropionic acid using low-cost substrate <130> DPP20202129KR <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-F <400> 1 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtcct 35 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-R <400> 2 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 3 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-F <400> 3 aagcttagag ggggccgtca tgtcgctttc accgccag 38 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-R <400> 4 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-F <400> 5 ggtaccatga attttcatca tctggc 26 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-R <400> 6 catatgtcag gcctccaggc ttat 24

Claims (10)

(1)
i) 비정제 글리세롤 용액의 pH를 2 내지 8로 조절하는 단계; 및
ii) 상기 pH가 조절된 비정제 글리세롤 용액을 층분리하여 수용액 층을 회수하는 단계;를 포함하는 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법으로 비정제 글리세롤(Crude glycerol)을 전처리하는 단계; 및
(2) 상기 전처리된 비정제 글리세롤(crude glycerol)를 포함하는 배지에서 3-하이드록시프로피온산(3-HP) 생산능을 갖는 균주를 배양하여 3-HP를 생산하는 단계;를 포함하는, 3-HP 생산 방법.
(One)
i) adjusting the pH of the crude glycerol solution to 2 to 8; and
ii) pretreating crude glycerol as a method of pre-treating crude glycerol comprising; and
(2) producing 3-HP by culturing a strain having 3-hydroxypropionic acid (3-HP) producing ability in a medium containing the pre-treated crude glycerol (crude glycerol); HP production methods.
제1항에 있어서, 상기 비정제 글리세롤 용액 내 글리세롤 농도는 10 내지 85%(w/v)인 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the glycerol concentration in the crude glycerol solution is 10-85% (w/v). 제1항에 있어서,
상기 i) 단계 이후 ii) 단계 이전에 상기 pH가 조절된 비정제 글리세롤 용액에 칼슘 염을 첨가하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 칼슘 염은 CaCl2, CaO, Ca(NO3)2, Ca(OH)2, 및 CaS로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 염인, 방법.
The method of claim 1,
Further comprising the step of adding a calcium salt to the pH-adjusted crude glycerol solution after step i) and before step ii),
The calcium salt is CaCl 2 , CaO, Ca(NO 3 ) 2 , Ca(OH) 2 , and at least one salt selected from the group consisting of CaS, the method.
제3항에 있어서, 상기 칼슘 염의 첨가량은, 상기 비정제 글리세롤 내 글리세롤의 양 1kg당 1 내지 100g인 것인, 방법.The method according to claim 3, wherein the amount of the calcium salt added is 1 to 100 g per 1 kg of the amount of glycerol in the crude glycerol. 제1항에 있어서, 상기 배지는 전처리된 비정제 글리세롤, 물 및 비타민 B12를 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the medium comprises pretreated crude glycerol, water and vitamin B12. 제1항에 있어서, 상기 3-HP를 생산하는 단계 이전에 3-HP 생산능을 갖는 균주를 고농도 배양하여 분리하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.The method according to claim 1, further comprising the step of isolating a strain having 3-HP producing ability at a high concentration before producing the 3-HP. 제1항에 있어서, 상기 3-HP를 생산하는 단계는 젖산(lactate) 및 아세테이트(acetate)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 부산물을 생성하지 않는 것인, 방법.The method according to claim 1, wherein the production of 3-HP does not produce one or more by-products selected from the group consisting of lactate and acetate. 제1항에 있어서, 상기 방법으로 생산되는 3-HP 생산량은 상기 비정제 글리세롤 대신 정제 글리세롤을 사용하는 대조군에서의 3-HP 생산량의 70% 이상인 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the 3-HP production amount produced by the method is 70% or more of the 3-HP production amount in the control group using purified glycerol instead of the crude glycerol. i) 비정제 글리세롤 용액의 pH를 2 내지 8로 조절하는 단계; 및
ii) 상기 pH가 조절된 비정제 글리세롤 용액을 층분리하여 수용액 층을 회수하는 단계;를 포함하는 비정제 글리세롤을 전처리하는 방법으로 제조된 전처리된 비정제 글리세롤을 포함하는, 3-HP 생산용 조성물.
i) adjusting the pH of the crude glycerol solution to 2 to 8; and
ii) separating the layers of the crude glycerol solution whose pH is adjusted to recover the aqueous layer; .
제9항에 있어서, 상기 조성물은 비타민 B12를 추가로 포함하는 것인, 조성물.10. The composition of claim 9, wherein the composition further comprises vitamin B12.
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