KR850001231B1 - Process for preparing l-lysine utilizing microorganism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라이신아날로그 내성 및 열 내성을 갖고 동시에 호모세린 로이신 발린을 생육에 특이적으로 요구하는 미생물을 이용한 발효법에 의한 L-라이신 제조방법이다.The present invention is a method for producing L-lysine by fermentation using a microorganism having lysine analog resistance and heat resistance and at the same time specifically requiring homoserine leucine valine for growth.
L-라이신은 곡류를 주식으로 하는 인간이나 동물에 있어서 필수적으로 공급해야 할 필수아미노산의 일종으로서 의약품·식품·사료 등의 제조원료로써 사용되며, 그 세계적인 수요는 나날이 증가 일로에 있다.L-lysine is a kind of essential amino acid that must be supplied to humans and animals whose grains are staple foods, and is used as a raw material for medicines, foods, feeds, etc., and the global demand is increasing day by day.
지금까지 발효법에 의한 L-라이신 제조방법은 상당수 공지되어 있다. 그 예로써 영양요구성 변이주를 이용한 라이신 제조방법으로는 한국특허공고 제73-126호, 일본특허소 48-28677호, 미국특허 3524797호 등이 있으며, 라이신 아날로그 내성 변이주를 이용한 라이신 제조방법으로는 영국특허 제1258380호, 일본특허 제제 53-1833호, 소 54-34835호 등이 알려져 있다.To date, a method for producing L-lysine by fermentation is well known. Examples of the method for preparing lysine using nutrient-constituting mutants include Korean Patent Publication No. 73-126, Japanese Patent No. 48-28677, and US Patent 3524797. British Patent No. 1258380, Japanese Patent No. 53-1833, Sub 54-34835 and the like are known.
그러나 공지 방법의 대부분은 중온성 발효인 30℃ 내외에서 발효를 행하는 것으로 대기온도가 높은 태국, 필리핀, 대만, 인도네시아, 인도 등의 열대성 지방에서는 정상적인 발효온도 조절이 사실상 불가능하여 이에 따른 막대한 규모의 발효설비가 요구되고 있으며, 또한 우리나라에서도 하절기에 있어서의 발효는 상당한 규모의 냉각시설이 소요되어 L-라이신 생산에 있어서의 원가절감에 어려움이 있을뿐 아니라, 더우기 발효기간중 순간적인 발효온도상승시 열충격(Heat Shock)에 의한 복귀 변이주의 출현으로 인한 이상발효현상과 발효전환 현상이 야기되고 있었다.However, most of the well-known methods are fermented at about 30 ℃, which is a moderate temperature fermentation. In tropical regions such as Thailand, the Philippines, Taiwan, Indonesia, and India, where the atmospheric temperature is high, normal fermentation temperature is virtually impossible, and thus enormous scale fermentation. In addition, in Korea, fermentation in summer requires a considerable amount of cooling facilities, making it difficult to reduce costs in the production of L-lysine, and moreover, thermal shock when instant fermentation temperature rises during fermentation. Abnormal fermentation phenomenon and fermentation conversion were caused by the appearance of return mutant strain by (Heat Shock).
이러한 점에 착안하여 본 발명자들은 고온발효법에 의한 라이신 제조법을 개발하기 위하여 내열성균주 육종실험을 진행하는 과정에서 라이신아날로그 내성 및 온도 내성이 잇는 균주로서 호모세린, 로이신 발린을 특이적으로 요구하는 변이주가 고운배양에서 라이신 생성도가 빠를 뿐만 아니라, 그 농도로 라이신이 축적됨을 발견하고 본 발명을 완성하였다.With this in mind, the present inventors have found that the strains that specifically require homoserine and leucine valine as strains having lysine analog resistance and temperature resistance during the heat resistant strain breeding experiment in order to develop a method for producing lysine by high temperature fermentation method. Not only was the lysine production rate high in fine cultures, but lysine was accumulated at that concentration and the present invention was completed.
본 발명에 있어서 사용된 균주는 라이신 생산능이 있는 코란박테리움 글루타미킴 ATCC 13286을 친주로하여 돌연변이 처리법에 의해 유도한 변이주 코란박테리움 스피시즈 TR-3579-(KFCC 10065)이다. 이 변이주는 다음과 같은 방법으로 육종하였다. 코린박테리움 글루타이미킴 ATCC-13286을 500μg/mℓ농도의 N-메칠-N'-니트로-N-니트로소 구아니딘 중에서 37℃에서 30분간 처리한 균액을 하기의 조성을 가지는 최소배지의 한천평판에 도말 후 37℃에서 4-5일간 배양하여 라이신아날로그 내성 및 온도 내성주를 채취하였다.The strain used in the present invention is the mutant strain Koranbacterium sp. TR-3579- (KFCC 10065) induced by mutation treatment with the parent strain of Koranbacterium glutamikim ATCC 13286 having lysine production ability. This mutant strain was bred in the following manner. A microbial solution treated with Corinbacterium glutimimim ATCC-13286 in 500 μg / ml concentration of N-methyl-N'-nitro-N-nitroso guanidine for 30 minutes at 37 ° C was placed on the agar plate of a minimal medium having the following composition: After plating, the cells were incubated at 37 ° C. for 4-5 days to obtain lysine analog and temperature resistant strains.
채취된 1차 변이주에서 L-라이신 생성이 인정되는 변이주를 선별하여 내열성 및 L-라이신 수득량이 우수한 영양요구성 변이주를 획득하기 위하여 2단계로 500μg/mℓ 농도의 N-메칠-N'-니트로-N-니트로소구아니딘 중에서 40.5℃에서 30분간 처리한다. 처리균액을 영양요구성 물질을 첨가한 최소배지 한천 평판에 도말, 40.5℃에서 5일간 배양하여 출현한 콜로니(Colony) 중 라이신 생산능이 우수한 2차 변이주 TR-3579(KFCC 10065)를 획득했는데 이 변이주의 배양온도별 라이신 생성능은 실시예 1)에 표시하였다.N-methyl-N'-nitro of 500μg / ml concentration in two steps to select the mutant strains from which the L-lysine production was recognized from the collected primary mutant strains to obtain nutritive constitutive mutants with excellent heat resistance and yield of L-lysine Treat for 30 minutes at 40.5 ° C. in -N-nitrosoguanidine. The second strain, TR-3579 (KFCC 10065), was obtained from colonies (Colony), which appeared by smearing the treated bacteria solution on a minimal medium agar plate containing nutrient-containing substances and incubating at 40.5 ° C for 5 days. Lysine production ability according to the culture temperature is shown in Example 1).
2차 변이주 TR-3579(KFCC 10065)는 생육에 있어서 호모세린, 로이신, 발린을 특이적으로 요구하고 있으며, 배양중 이들의 적당량 첨가는 괄목할 만한 라이신 생성능을 발휘하였다. 변이주 TR-3579(KFCC 10065)의 각 영양물질별 생육도 측정결과는 다음과 같다.The secondary mutant strain TR-3579 (KFCC 10065) specifically required homoserine, leucine, and valine for growth, and their addition in moderation showed remarkable lysine production ability. The growth results of nutrients of mutant strain TR-3579 (KFCC 10065) are as follows.
생육도 측정은 다음 조성을 가진 기본 배지를 50mℓ삼각후라스크에 5 mℓ씩 분주하여 멸균 후 한천 영양배지 상에 생육시킨 TR-3579 (KFCC 10065) 균주 1백금니씩을 접종 40℃에서 16-18시간 진탕 배양한 액을 26배 희석 570μm에서 흡광도를 측정한다.The growth rate was measured by dispensing 5 ml of the basic medium with the following composition into a 50 ml triangular flask to sterilize and then inoculate one platinum tooth of TR-3579 (KFCC 10065) strain grown on an agar nutrient medium. The absorbance is measured at 570 μm with a 26-fold dilution of the cultured solution.
이와 같이 본 발명의 변이주 코린박테리움스피시즈 TR-3579 (KFCC 10065)는 라이신아날로그 내성 및 내열성으로 발효시 대사산물에 의한 피드백 영향을 받지 않으며, 고온발효에서의 라이신 생성도가 우수할뿐만 아니라, 열쇼크(Hoat Shok)에 의한 복귀 변이주의 발생이 없어 대기온도가 높은 열대성 지방에서의 라이신 생산용 균주로 적합하며, 우리나라의 하절기 기온하에서도 소규모의 냉각시설로 순조로운 온도관리가 가능하게 되어 발효관리상 매우 편리할 뿐만 아니라, 라이신 생산의 가격 저하에 획기적인 기여를 할 수 있을 것으로 보인다.As described above, the mutant strain Corinbacterium TR-3579 (KFCC 10065) of the present invention is lysine analog resistant and heat resistant and is not affected by the metabolite during fermentation, and has excellent lysine formation at high temperature fermentation. It is suitable as a strain for lysine production in tropical regions with high atmospheric temperature because there is no return mutant caused by hoat shok, and it is possible to manage temperature effectively with small-sized cooling facilities even under summer temperature in Korea. Not only is it very convenient, it is also expected to make a significant contribution to the price reduction of lysine production.
본 발명의 변이주 코린박테리움 스피시즈 TR-3579 (KFCC 10065)를 버지스 메뉴얼에 따라 균주 특성을 동정한 결과는 다음과 같다.As a result of identifying strain characteristics of the mutant strain Corinbacterium species TR-3579 (KFCC 10065) according to the Burgess manual is as follows.
1. 형태적 성질 1) 형태 : 단간균 3) 그람염색성 : 양성1. Morphological Properties 1) Form: Bacillus 3) Gram Dyeing: Positive
2) 크기(μ) : 0.6-0.8×1.0-2.0 4) 운동성 : 없음2) Size (μ): 0.6-0.8 × 1.0-2.0 4) Mobility: None
2. 생리적 성질 1) 생육온도 : 13℃-48℃ 포도당 : 있음2. Physiological properties 1) Growth temperature: 13 ℃ -48 ℃ Glucose: Yes
2) 생육최적온도 : 37℃-45℃ 설탕 : 있음2) Optimal growth temperature: 37 ℃ -45 ℃ Sugar: Yes
3) 생육 pH : 4.5-9.0 과당 : 있음3) Growth pH: 4.5-9.0 Fructose: Yes
4) 생육최적 : 7.3-7.5 맥아당 : 있음4) Optimal growth: 7.3-7.5 Malt sugar: Yes
5) 사멸온도 : 63℃×5분 갈락토스 : 있음5) Death temperature: 63 ℃ × 5 minutes Galactose: Yes
6) 산소요구성 : 호기성 만노스 : 있음6) Oxygen Requirements: Aerobic Mannose: Yes
7) 메칠레드 : 양성 락토스 : 있음7) Methylred: Positive Lactose: Yes
8) 색소생산능 : 양성 라피노스 : 없음8) Pigment Production Capacity: Positive Raffinose: None
9) 가스생산능 : 없음 아라비노스 : 없음9) Gas Production Capacity: None Arabinos: None
10) 우레이즈 : 양성 자일로스 : 없음10) urease: benign xylose: none
11) 카탈라제 : 양성 전분 : 없음11) Catalase: Cationic Starch: None
12) 타아미노산 생산 : 있음 이늘린 : 없음12) Taamino acid production: yes ylin: no
13) 페니실린 내성 : 있음 이노시톨 : 없음13) Penicillin Resistance: Yes Inositol: No
14) 탄소원으로부터 산 생산능 아스파라긴산 : 있음14) Acid-producing ability of aspartic acid from carbon source: Yes
호박산 : 없음Succinic Acid: None
구연산 : 없음Citric Acid: None
젖산 : 없음Lactic Acid: None
3. 배양학적 성질 1) 육즙한천 평판배양 : 생육 양호, 원형, 약간 상승3. Culture Properties 1) Juicy agar plate culture: good growth, round, slightly elevated
2) 육즙한천 사면배양 : 생육 양호2) Juicy agar slope culture: Good growth
3) 육즙한천 천자배약 : 표면생육3) Juicy agar puncture: surface growth
4) 젤라틴배양 : 액화성 없음4) Gelatin culture: no liquefaction
4. 친주 코린박테리움 톨루타미킴 ATCC 13286과 변이주 코린박테리움 스피시즈 TR 3579(KFCC 10065)와의 비교4. Comparison of parent strain Corinbacterium tolutamikim ATCC 13286 with variant strain Corinbacterium fish TR 3579 (KFCC 10065)
한편, 본 변이주 코린박테리움 스피시즈 TR-3579(KFCC 10065)에 의한 L-라이신 생산에 있어서, 탄소원으로서는 포도당, 당밀, 전분가수분해물 등의 당류가 사용되어 질소원으로서는 황산암모늄, 초산암모늄 인산암모늄, 요소, 암모니아 및 옥수수 침지액, 대두박 가수분해물 등을 사용할 수 있다.On the other hand, in the production of L-lysine by the present mutant strain Corinbacterium TR-3579 (KFCC 10065), sugars such as glucose, molasses and starch hydrolyzate are used as carbon sources, and ammonium sulfate, ammonium acetate ammonium phosphate, urea as nitrogen sources. , Ammonia and corn steep liquor, soybean meal hydrolyzate and the like can be used.
본 배양을 행함에 있어 발효조건은 다음과 같다.In performing the main culture, fermentation conditions are as follows.
통기량은 0.8-1.6VVM, 교반기 회전수는 450RPM으로 하며, 발효온도는 38℃-45℃ 범위에서 45-50시간 배양한다. 배양중 pH는 7.0-7.3으로 암모니아가스를 이용 자동조절한다. 배양액에 축적된 L-라이신의 채취는 통상의 이온교환 수지법을 이용하여 L-라이신염산염으로 결정화하였으며, 라이신 분석은 Esch-erichia-col : Mutant LA-404를 이용하는 바이오에세이(Bioassay) 법으로 행하였다.Aeration rate is 0.8-1.6VVM, stirrer speed is 450RPM, fermentation temperature is incubated for 45-50 hours in the 38 ℃ -45 ℃ range. During incubation, pH is 7.0-7.3 and automatically adjusted with ammonia gas. L-lysine collected in the culture was crystallized with L-lysine hydrochloride using a conventional ion exchange resin method, and lysine analysis was performed by a bioassay method using Esch-erichia-col: Mutant LA-404. It was.
이하 실시예에 의해서 본 발명을 구체적으로 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to the following Examples.
[실시예 1]Example 1
다음 조성을 가지는 배지를 조제한다.A medium having the following composition is prepared.
포도당 13% 황산암모늄 4%Glucose 13% Ammonium Sulfate 4%
일인산카리 0.1% 황산마그네슘 0.04%Monophosphate 0.1% Magnesium Sulfate 0.04%
Fe 이온 2ppm Mn 이온 2ppmFe Ion 2ppm Mn Ion 2ppm
비오틴 50μg/ℓ 치아민염산염 300ug/ℓBiotin 50μg / ℓ Chiamine Hydrochloride 300ug / ℓ
옥수수침지액 0.6% 대두박분해물 0.4%Corn Dipping 0.6% Soybean Paste 0.4%
탄산칼슘 5% pH 7.3Calcium Carbonate 5% pH 7.3
상기 배지를 500mℓ 진탕용 후라스크에 20mℓ 씩 분주하여 115°에서 15분 멸균처리 후 한천영양배지상에서 생육시킨 TR-3579균주 1백금니씩 접종하여 40℃에서 120rpm으로 96시간 전탕 배양한다. 배양종료액에는 47.2g/ℓ의 L-라이신이 함유되어 있다. 한편 상기 배지를 이용한 친주 및 본 발명 변이주의 배양온도별 L-라이신 축적도는 다음 표와 같다.Dispense the medium into 500 ml shake flasks, each 20 ml and sterilize at 115 ° for 15 minutes and inoculate 100 ml of TR-3579 strain grown on agar nutrient medium and incubate for 96 hours at 40 rpm at 120 rpm. The culture broth contains 47.2 g / L of L-lysine. Meanwhile, L-lysine accumulation degree according to the culture temperature of the parent strain and the present invention mutant strain is shown in the following table.
[실시예 2]Example 2
다음의 조성을 가지는 배지를 준비한다.Prepare a medium having the following composition.
당밀(환원당량으로서) 6% 황산암모늄 1.2%Molasses (as reducing equivalent) 6% Ammonium sulfate 1.2%
일인산카리 0.05% 황산마그네슘 0.04Monophosphate 0.05% Magnesium Sulfate 0.04
Fe·Mn 이온 각 2ppm 치아민염산염 130μg/ℓFe · Mn ion 2ppm chimine hydrochloride 130μg / ℓ
옥수수침지액 0.8% 대두박분해액 0.3%Corn Dipping 0.8% Soybean Digestion 0.3%
β-알라닌 13μg/ℓ 소포제 0.02%β-alanine 13μg / L antifoam 0.02%
pH 7.1pH 7.1
상기의 조성을 가지는 배지 12ℓ 를 30ℓ 용량 발효관에 주입하여 115℃로 15분간 멸균처리 후 영양배지에서 미리 생육시킨 TR-3579(KFCC 10065) 씨드(SEED)배양액 4%를 접종하여 38℃-45℃ 온도범위에서 암모니아가스를 이용 pH 7.2±1로 자동조절하면서 50시간 고온발효를 행한다.12 l of the medium having the above composition was injected into a 30 l fermentation tube, sterilized at 115 ° C. for 15 minutes, and then inoculated with 4% of TR-3579 (KFCC 10065) seed culture medium grown in nutrient medium before inoculation at 38 ° C.-45 ° C. High temperature fermentation is performed for 50 hours while automatically adjusting to pH 7.2 ± 1 using ammonia gas in the temperature range.
배양중 통기량은 1vvm으로 하고 교반기의 회전수는 450rpm을 유지시킨다.Aeration rate is 1 vvm and the rotation speed of the stirrer is maintained at 450 rpm.
발효 6시간 경과시부터 주기적으로 하기 조성을 가지는 추가베지를 적당량씩 공급하여 베양액중의 영양발란스를 조절한다.After 6 hours of fermentation, an additional amount of additional veggies having the following composition is periodically supplied to adjust the nutritional balance in the feed solution.
* 추가베지 조성* Additional Vegetation
당밀(환원당량으로) 40% 황산암모늄 2%Molasses (in reducing equivalents) 40% Ammonium sulfate 2%
옥수수침지액 1.4% 대두박분해액 0.5%Corn Dipping Solution 1.4% Soybean Digestion Solution 0.5%
일인산카리 0.05% 황산마그네슘 0.04%Monophosphate 0.05% Magnesium Sulfate 0.04%
소포제 0.4% pH 5.5Antifoam 0.4% pH 5.5
발효종료액에는 L-라이신 51.8g/l이 생성 축적되었다.The fermentation broth produced and accumulated 51.8 g / l of L-lysine.
[실시예 3]Example 3
실시예 2의 베지조성에 호모세린 0.005% 로이신, 발린 각각 0.02% 농도로 첨가한 베지를 이용 실시예 2)와 동일한 방법으로 고온발효를 행한다.The high temperature fermentation is carried out in the same manner as in Example 2) using a veggie added to the vegetation composition of Example 2 at a concentration of 0.005% lysine and 0.02% homoserine at 0.02% each.
발효종료액에는 59.9g/l이 생성 축적되었다.59.9 g / l was produced and accumulated in the fermentation broth.
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