KR940010020B1 - 슈도모나스속 미생물의 배양방법 및 그 미생물을 사용하는 l-알라닌의 제조방법 - Google Patents

슈도모나스속 미생물의 배양방법 및 그 미생물을 사용하는 l-알라닌의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

슈도모나스속 미생물의 배양방법 및 그 미생물을 사용하는 L-알라닌의 제조방법
본 발명은 슈도모나스(Pseudomonas)속에 속하고 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 미생물의 배양방법 및 이 미생물을 사용한 L-알라닌의 제조방법에 관한 것이다.
아스파라긴산 β-탈탄산 효소는 L-알라닌의 효소적 생산에 유용한 효소이다. L-알라닌은 주지된 바와 같이 의약, 식품 또는 화학공업원료로서 중요한 출발물질이며, 최근 그 수요가 급격히 증가하고 있다.
아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 미생물의 배양방법으로서는 지금까지 배지중에 락트산, 피루브산을 첨가하는 방법(일본국 특허공고 제19997/1985호 공보), 배지중에 L-글루탐산을 첨가하는 방법(일본국 특허공고 제27355/1978호 공보)등이 제안되어 있으며, 이들 유기산 및 아미노산은 비용이 고가이므로 배지에 첨가할 수 없다.
L-알라닌의 공업적 제조방법으로서는, L-아스파라긴산의 효소적 탈탄산화에 의해 L-알라닌을 제조하는 방법(일본국 특허공고 제27792/1978호 공보)이 제안되어 있다. 그러나, 사용된 미생물중의 효소 함량이 낮다.
본 발명의 목적은 저렴한 가격의 배지를 사용하여 아스파라긴산 β-탈탄산 효소의 함량이 높은 균체를 수득할 수 있는, 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유한 슈도모나스속 미생물의 배양방법을 제공하고, 이 미생물을 사용하여 L-아스파라긴산으로부터 L-알라닌을 고 효율로 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 킬레이트화제를 보충시킨 배지중에서 상기 미생물을 배양함으로써 균체내의 아스파라긴산 β-탈탄산 효소의 함량이 현저하게 증대된 균체가 수득될 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성했다.
본 발명의 방법에 있어서, 킬레이트화제가 보충된 배지중에서 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유한 슈도모나스속 미생물을 배양함으로 특징으로 하는, 슈도모나스속 미생물의 배양방법 및 상기 미생물 또는 그의 처리물을 사용하여 L-아스파라긴산으로부터 L-알라닌을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명에 사용된 미생물로서는 슈도모나스속에 속하며 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 임의의 미생물을 사용할수 있다. 예를들면 슈도모나스 다꾸네(Pseudomonas dacunhae) ATCC 21192, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) ATTC 21812, 슈도모나스 플루오리센스(Pseudomonas fluorescens) IFO 3081 및 슈도모나스 시린가에 (Pseudominas syringae) IFO 3310 등을 들수 있고, 이들 균주가 바람직하다.
이들 미생물중, 슈도모나스 다꾸네 ATCC 21192 및 슈도모나스 퓨더다 ATCC 21812는 미합중국 20852 매릴랜드 록빌리 파아크런 드라이브 12301에 소재하는 아메리칸 타입 컬쳐 콜렉션(Amerrican Type Culture Collecesom)에 기탁되어 있고, 슈도모나스 플루오리센스 IFO 3081 및 슈도모나스 시린가에 IFO 3310은 일본국 오오사까후 오오사까시 요도가와꾸 유소혼마찌 17-85에 소재하는 일본국 재단법인 발효 연구소에 기탁되어 있다. 이들 미생물은 용이하게 입수 가능한 것이다.
아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 미생물 균체의 제조에 사용되는 배지로서는, 통상 일반적으로 사용되는 임의의 배지를 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 이 배지중에 킬레이트화제가 존재함을 특징으로 한다.
배지에 첨가할 수 있는 킬레이트화제로서는 배지중의 금속이온과 킬레이트를 형성하는 것이면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA), 에틸렌클리콜-비스(2-아미노에틸) 테트라아세트산(EGTA), 히드록시에틸렌디아민 트리아세트산(HEDTA), 디에틸렌트리아민 펜타 아세트산(DTPA), 니트릴로트리아세테이트(NTA), 또는 트리에틸렌테트아민 헥사아세트산(TTHA), 그의 염, 또는 ο-페난트롤린 등이 적절히 사용될 수 있다.
배지중의 킬레이트화제 농도는 통상 0.001∼5g/ℓ, 바람직하게는 0.005∼2g/ℓ이다. 최적농도 범위는 사용되는 킬레이트화제의 종류에 따라 다소 다르며, 예를들면 EDTA에 대해서는 0.1∼2g/ℓ, HEDTA 및 TTHA에 대해서는 0.05∼0.5g/ℓ, ο-페난트롤린에 대해서는 0.005∼0.05g/ℓ이다.
킬레이트화제의 배지에의 첨가시기는 배양 개시 전후 모두 가능하지만, 지수증식기의 증기까지 그것을 첨가하는 것이 바람직하다.
아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 미생물 균체의 제조에 사용되는 배지의 탄소원으로서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 푸마르산, 숙신산 및 아스파라긴산등을 들수 있고, 그중에서 푸마르산이 가장 바람직하다.
배지의 질소원으로서는 암모니아, 황산 암모늄, 염화암모늄, 질산암모늄 및 요소와 같은 무기염을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 펩톤, 효모엑기스, 옥수수침출액 및 카자미노산과 같은 유기 영양원을 사용할 수 있다.
무기염으로서는 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨, 황산마그네슘 등이 사용된다.
아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유하는 미생물 균체의 배양은 통기교반 또는 진탕(shake)등과 같은 호기적 조건하에서 수행하고 배양온도는 20∼40℃, 바람직하게는 28∼32℃이다. 배양중의 pH는 5∼10, 바람직하게는 7∼8부근이고 산 또는 알칼리를 첨가하여 조정된다. 배양개시기의 푸마르산 농도는 바람직하게는 0.01∼5(w/v)%, 더욱 바람직하게는 0.05∼2(w/v)%이다. 배양시간은 8시간∼4일간, 바람직하게는 10시간∼2일간이다.
상기와 같은 배양방법에 따라 수득된 미생물 균체는 균체내에 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 다량 함유하고 있기 때문에 상기 미생물 균체 또는 그 처리물을 사용하여 수성 반응액 중의 효소반응에 의해 L-아스파라긴산으로부터 L-알라닌을 효율적으로 제조할 수 있다.
여기에서 균체의 처리물이란 초음파 처리 및 압착과 같은 공지의 방법을 사용한 균체의 파괴를 통해 수득된 균체파괴물, 또는 아크릴아미드 등의 단량체나 알긴산을 사용한 고정화와 같은 공지의 방법에 의해 수득된 균체의 고정화물 또는 상기 파괴물을 의미한다.
다음에 본 발명의 응용으로서 상기 미생물 균체 또는 그 처리물을 사용하여 수성반응액중의 효소반응에 의해 L-아스파라긴산으로부터 L-알라닌을 제조하는 방법에 관해 기술한다.
수성반응액에 첨가할 수 있는 L-아스파라긴산 또는 그 염의 첨가농도는 0.5∼50(w/v)%, 바람직하게는 3∼30(w/v)%이다. 또한, L-아스파라긴산은 반응액중의 L-아스파라긴산의 용해도의 관계에서 용해된 형태 또는 분말(미용해 형태)로 존재할 수 있다.
상기 수성 반응액은 피리독살 5'-인산염을 0.0005∼0.05(w/v)%, 바람직하게는 0.001∼0.01(w/v)%로 첨가해서 사용될 수 있다. 또한, 필요하면, 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐에테르 및 폴리옥시에틸렌(20) 소르비탄 모노라우레이트와 같은 비이온성 계면활성제를 0.01∼0.5(w/v)%, 바람직하게는, 0.03∼0.2(w/v)%로 첨가해서 사용할 수 있다.
필요하면, 상기 수성 반응액에 피루브산 및 α-케토부티르산과 같은 α-케토산을 0.001∼0.5(w/v)%, 바람직하게는 0.01∼0.2(w/v)%로 첨가할 수 있다.
효소 반응시의 pH는 4.5∼5.3, 바람직하게는 4.8∼5.0이고, 반응온도는 30∼47℃, 바람직하게는 37∼42℃이며 반응은 통상 약 3시간∼약48시간 동안이나 수행된다. 반응액의 pH 조정을 위해 암모니아용액, 수산화나트륨용액 및 수산화칼륨용액과 같은 알칼리 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 반응방법에 의해 수득되는 반응액중에 생성된 L-알라닌의 분리 및 정제는 이온교환수지처리 및 결정화와 같은 공지의 방법에 의해 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
하기의 실시예에 있어서, 아스파라긴산 β-탈탄산 효소 활성은 배양배지 100㎖에서 집균한 균체를 반응액(1500mM 아스파라긴산, 0.04mM 피리독살 5G-인산염, 5mM 피루브산, 0.1(v/v)% 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐에테르 및 0.4M 암모니아 함유 ; pH 4.8) 200㎖중에 현탁시키고 37℃에서 1시간 진탕한 후에 생성된 알라닌량을 측정함으로써 결정된다.
L-알라닌을 페이퍼크로마토그래피의 Rf값, 고속액체 크로마토그래피의 체류시간 및 정제물의 비선광도로 정성적으로 확인하고, 고속액체 크로마토그래피(시마쯔 LC-5A)를 사용해서 정량분석한다. 하기의 실시예에서 특기하지 않는한 %로 나타낸것은 (w/v)%를 의미한다.
[실시예 1]
미생물의 배양
배양배지(0.5% 푸마르산 나트륨, 1.0% 푸마르산 암모늄, 1.0% 옥수수침출액, 0.05% 인산이수소칼륨, 0.05% MgSO4·7H2O함유 : pH 7.0) 100㎖를 500㎖e들이 엘렌미어 플라스크에 분주하고, 멸균시킨 후 슈도모나스다꾸네 (Pseudomonas dacunhae) ATCC 21192를 접종하고 30℃에서 1일간 진탕배양(예비배양)을 수행한다.
다음은, 표 1에 나타낸 각 킬레이트화제를 표 1에 나타낸 농도로 보충한, 상술된 것과 동일한 배양배지 각각 1ℓ를 2ℓ들이 통기교반조에 넣고, 멸균(120℃, 20분간)한후, 상술된 배양물 20㎖를 가한다. 회전수 1000rpm, 통기량 1vvm, 온도 30℃, pH7.3에서 회전시키면서 1일간 배양을 수행한다.
배양 종료후 각각의 배양물 100㎖을 모두 원심분리하여 집균하고 이 균체를 0.9% NaCl 용액으로 세정한 후, 이 세정균체의 아스파라긴산 β-탈탄산 효소활성을 상기 방법으로 측정한다.
비교예 1로서 배지에 임의의 킬레이트화제를 가하지 않고 동일한 조작을 수행한다.
그 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
* 비교예의 L-아스파라긴산 β-탈탄산효소의 활성을 100으로 간주한 상대치.
[실시예 2]
미생물의 배양
균주로서 슈도모나스 플루오리센스(Pseudomonas fluorescens) IFO 3081을 사용하고 에틸렌디아민 테트라아세트산을 0.5g/ℓ로 첨가함을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조작을 수행한다.
비교예 2로서 배지에 에틸렌디아민 테트라아세트산을 첨가하지 않고 실시예 2와 동일한 조작을 수행한다.
그 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
* 비교예의 L-아스파라긴산 β-탈탄산효소의 활성을 100으로 간주한 상대치.
[실시예 3]
미생물의 배양
균체로서 슈도모나스 시린가에(Pseudomonas syringae) IFO 3310을 사용하고 에틸렌디아민 테트라아세트산을 0.5g/ℓ로 첨가함을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조작을 수행한다.
비교예 3으로서 배지에 에틸렌디아민 테트라아세트산을 첨가하지 않고 실시예 3과 동일한 조작을 수행한다.
그 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
* 비교예의 L-아스파라긴산 β-탈탄산효소의 활성을 100으로 간주한 상대치.
[실시예 4]
L-알라닌의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 슈도모나스 다꾸네(Pseudomonas dacunhae) ATCC 21192를 에틸렌디아민 테트라아세트산을 1.0g/ℓ로 보충한 배지에서 배양한다. 배양물 10㎖를 원심분리하여 집균한 후, 0.9% NaCl 용액 100㎖로 세정하고 수득된 균체 전부를 수성반응액[30% L-아스파라긴산, 0.05(v/v)% 폴리옥시에틸렌(10) 옥틸페닐에테르, 0.001% 피리독살 5'-인산염 및 0.05% 피루브산나트륨 함유 ; pH 4.7(28% NH3를 함유한 암모늄 용액으로 조정한다.)] 200㎖에 현탁시키고, 42℃에서 5시간 진탕한다. 그후, L-알라닌 생성량을 측정한다.
비교예 4로서 배지에 에틸렌디아민 테트라아세트산을 가하지 않고 동일한 조작을 수행한다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
* 비교예의 균체의 수율을 100으로 간주한 상대치

Claims (9)

  1. 킬레이트화제가 보충된 배지중에서 배양함을 특징으로 하는, 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유한 슈도모나스(Pseudomonas)속 미생물의 배양법.
  2. 제 1 항에 있어서, 미생물이 슈도모나스 다꾸네(Pseudomonas dacunhae) ATTC 21192, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) ATTC 21812, 슈도모나스 플루오리센스(Pseudomonas fluorescens) IFO 3081 및 슈도모나스 시린가에 (Pseudominas syringae) IFO 3310으로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 킬레이트화제가 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA), 에틸렌글리콜-비스(2-아미노에틸) 테트라아세트산(EGTA), 히드록시에틸렌디아민트리아세트산(HEDTA), 디에틸렌트리아민 펜타아세트산(DTPA), 니트릴로트리아세테이트(NTA), 또는 트리에틸렌테트아민 헥사아세트산(TTHA), 그의염, 및 ο-페난트롤린으로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 배지중의 킬레이트화제 농도가 0.001∼5g/ℓ인 방법.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 미생물의 배양이 호기적 조건하에 20∼40℃, 5∼10의 H에서 8시간∼4일동안 수행되는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 미생물의 배양이 0.01∼5(w/v)%의 푸마르산 존재하에 수행되는 방법.
  7. 아스파라긴산 β-탈탄산 효소를 함유한, 킬레이트화제가 보충된 배지중에서 배양된 슈도모나스속 미생물 또는 그의 처리물을 사용하는 수성반응 용액중의 효소반응에 의해 L-아스파라긴산으로부터 L-알라닌을 수득함을 특징으로 하는, L-알라닌의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 수성반응액중의 L-아스파라긴산의 농도가 0.5∼5(w/v)%인 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 배양균체 또는 그의 처리물과 L-아스파라긴산과의 반응이 30∼47℃의 반응온도, 4.5∼5.3의 pH에서 3∼48시간 동안 수행되는 방법.
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