WO2009099044A1 - 連続発酵による乳酸の製造方法 - Google Patents

連続発酵による乳酸の製造方法 Download PDF

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WO2009099044A1
WO2009099044A1 PCT/JP2009/051750 JP2009051750W WO2009099044A1 WO 2009099044 A1 WO2009099044 A1 WO 2009099044A1 JP 2009051750 W JP2009051750 W JP 2009051750W WO 2009099044 A1 WO2009099044 A1 WO 2009099044A1
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WO
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lactic acid
fermentation
yeast
continuous fermentation
membrane
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PCT/JP2009/051750
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nanami Sasaki
Ken Morita
Takashi Mimitsuka
Hideki Sawai
Katsushige Yamada
Original Assignee
Toray Industries, Inc.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/56—Lactic acid

Definitions

  • the present invention stabilizes yeast culture and fermentation by making yeast capable of producing lactic acid into a higher-order polyploid, and enables production of lactic acid efficiently for a long period of time. Production of lactic acid by continuous fermentation Regarding the method.
  • Fermentation methods can be broadly classified into batch fermentation methods (Batch fermentation methods), fed-batch fermentation methods (Fed-Batch fermentation methods), and continuous fermentation methods.
  • the batch fermentation method and fed-batch fermentation method are simple in terms of equipment and have an advantage of less damage due to contamination by various bacteria because the culture is completed in a short time.
  • productivity and yield decrease due to the influence of osmotic pressure or product inhibition. Therefore, it is difficult to stably maintain a high yield and high productivity over a long period of time.
  • the continuous fermentation method has the advantage of maintaining a high yield and high productivity over a long period of time by avoiding accumulation of the target substance at a high concentration in the fermenter. It is very difficult to continue the culture by the method for a long period of time, and research has been repeated.
  • Proposals for continuous fermentation methods include filtration of microorganisms and cultured cells through a separation membrane, collecting the product from the filtrate, and simultaneously holding or refluxing the filtered microorganisms and cultured cells in the culture solution. There are ways to keep the cell concentration high.
  • Patent Documents 1 to 3 For example, techniques for continuous fermentation in a continuous fermentation apparatus using a ceramic membrane are disclosed (Patent Documents 1 to 3).
  • the disclosed technology has a problem in reduction of filtration flow rate and filtration efficiency due to clogging of the ceramic film, and back cleaning or the like is performed to prevent clogging.
  • Patent Document 5 a production method by continuous fermentation of succinic acid (Patent Document 5) is disclosed.
  • a high filtration pressure (about 200 kPa) is employed in membrane separation.
  • the high filtration pressure is not only disadvantageous in terms of cost, but also the microorganisms and cells are physically damaged by the pressure during the filtration process. Not appropriate.
  • techniques such as a separation membrane and filtration pressure are disclosed as proposals for continuing continuous fermentation for a long period of time.
  • continuous fermentation time is about 300 hours, and continuous culture is performed for a longer period of time. The proposal of the method of continuing is desired.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 In yeast, in addition to haploid yeast in which only one set of chromosomes exists, there is a higher-order polyploid having a plurality of sets of chromosomes. High-order polyploid yeast is mainly used as baker's yeast or brewing yeast (Patent Documents 6 to 8). These are used for the production of food and beverages, and are used for the purpose of improving the flavor and manufacturing process, and there is no description used for continuous culture.
  • Patent Documents 9 to 12 a method for producing lactic acid using a higher order polyploid is disclosed. These use higher-order polyploids to increase the number of lactic acid synthesis genes, but they are all cultured by the Fed-Batch fermentation method, and the culture time is as short as 100 hours or less. There is no description of continuous fermentation using a membrane.
  • Patent Document 13 lactic acid production using non-nutrient-requiring yeast that does not have auxotrophy has been reported.
  • the culture time is less than 100 hours, and the fermentation method is Fed-Batch. Only the fermentation method is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing lactic acid by a continuous fermentation method that can stably maintain high productivity of lactic acid over a long period of time.
  • the present inventors have determined that in order to maintain high productivity of lactic acid while lactic acid-producing yeast stably repeats growth for a long period of time in continuous fermentation, yeast having lactic acid-producing ability is a higher order multiple. As a result, it was found that high productivity of lactic acid can be maintained for a long period of time, and the present invention has been completed. That is, the present invention has the following configuration.
  • the culture solution of higher polyploid yeast having the ability to produce lactic acid is filtered with a porous membrane having an average pore size of 0.01 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m, and the product is recovered from the filtrate and the unfiltered solution is removed.
  • a method for producing lactic acid by continuous fermentation wherein the fermentation broth is retained or refluxed and a fermentation raw material is added to the culture broth.
  • lactic acid by using a higher-order polyploid yeast, continuous fermentation that stably maintains high productivity of lactic acid that is a desired fermentation product over a long period of time is possible, and lactic acid can be stably produced at low cost. Production is also possible.
  • FIG. 1 is a schematic side view for explaining one embodiment of a membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view for explaining one embodiment of another membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining one embodiment of the separation membrane element used in the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining an example of another separation membrane element used in the present invention.
  • FIG. 5 is a vector for expressing lactate dehydrogenase gene.
  • FIG. 6 shows changes in lactic acid accumulation concentration in Examples 13 and 14, and Comparative Examples 16 and 17.
  • FIG. 7 shows changes in the yield of lactic acid versus sugar in Examples 13 and 14, and Comparative Examples 16 and 17.
  • FIG. 1 is a schematic side view for explaining one embodiment of a membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view for explaining one embodiment of another membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective
  • FIG. 8 shows changes in the lactic acid production rate in Examples 13 and 14, and Comparative Examples 16 and 17.
  • FIG. 9 shows changes in the lactic acid accumulation concentration in Examples 15 and 16, and Comparative Examples 18 and 19.
  • FIG. 10 shows changes in the yield of lactic acid versus sugar in Examples 15 and 16 and Comparative Examples 18 and 19.
  • FIG. 11 shows changes in the production rate of lactic acid in Examples 15 and 16 and Comparative Examples 18 and 19.
  • the present invention is a method for producing lactic acid by continuous fermentation while maintaining high lactic acid productivity for a long period of time by using a higher order polyploid yeast in fermentation for culturing yeast having the ability to produce lactic acid.
  • a culture solution of higher-order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid is filtered through a separation membrane, the product is recovered from the filtrate, and the unfiltered solution is retained or refluxed in the culture solution, and
  • a method for producing lactic acid which uses a porous membrane having an average pore diameter of 0.01 ⁇ m or more and less than 1 ⁇ m as a separation membrane.
  • the porous membrane in the present invention preferably has separation performance and water permeability according to the quality of water to be treated and the application.
  • the porous membrane is preferably a porous membrane including a porous resin layer from the viewpoint of blocking performance, water permeability performance and separation performance, for example, stain resistance.
  • the porous membrane including the porous resin layer preferably has a porous resin layer that acts as a separation functional layer on the surface of the porous substrate.
  • the material of the porous substrate is made of an organic material and / or an inorganic material, and preferably an organic material, more preferably an organic fiber.
  • a preferable porous substrate is a woven or non-woven fabric using organic fibers such as cellulose fiber, cellulose triacetate fiber, polyester fiber, polypropylene fiber and polyethylene fiber, and more preferably, the density control is relatively easy.
  • organic fibers such as cellulose fiber, cellulose triacetate fiber, polyester fiber, polypropylene fiber and polyethylene fiber
  • the thickness of the porous substrate is preferably 50 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less in order to support the porous resin layer and give strength to the separation membrane.
  • the porous resin layer may be permeated into the porous base material or the porous resin layer may not be permeated into the porous base material.
  • An organic polymer film can be suitably used for the porous resin layer.
  • the material of the organic polymer film include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyacrylonitrile resin, polyolefin resin, A cellulose resin, a cellulose triacetate resin, etc. are mentioned,
  • the mixture of resin which has these resins as a main component may be sufficient.
  • the main component means that the component is contained in an amount of 50% by weight or more, preferably 60% by weight or more.
  • the organic polymer film is made of a polyvinyl chloride resin, a polyvinylidene fluoride resin, a polysulfone resin, or a polyether sulfone resin that is easy to form into a film and has excellent physical durability and chemical resistance.
  • a resin, a polyacrylonitrile-based resin, a polyolefin-based resin, or a mixture of these resins as a main component is preferable, and a polyvinylidene fluoride-based resin or a mixture of resins having a main component thereof is more preferably used.
  • the polyvinylidene fluoride resin a homopolymer of vinylidene fluoride or a copolymer of a vinyl monomer copolymerizable with vinylidene fluoride is preferably used.
  • vinyl monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and ethylene trichloride fluoride.
  • examples of the polyolefin resin include polyethylene, polypropylene, chlorinated polyethylene, and chlorinated polypropylene, and chlorinated polyethylene is preferably used.
  • the porous membrane used in the present invention has a surface average pore diameter of 0.01 ⁇ m or more.
  • the average pore diameter on the surface of the porous membrane is 0.01 ⁇ m or more, clogging due to bacterial cells used for fermentation is unlikely to occur, and the filtration performance is stable for a long period of time.
  • the average pore diameter of the porous membrane is 0.01 ⁇ m or more, it is possible to achieve both a high exclusion rate at which the higher order polyploid yeast does not leak and a high water permeability, and the water permeability can be maintained for a long time. Holding can be performed with higher accuracy and reproducibility.
  • the average pore diameter on the surface of the porous membrane in the present invention is less than 0.01 ⁇ m, the water permeability of the porous membrane is lowered, and efficient operation may not be possible even if the membrane is not dirty.
  • the average pore diameter of the porous membrane is 0.01 ⁇ m or more, preferably 0.02 ⁇ m or more, more preferably 0.04 ⁇ m or more, efficient operation is possible.
  • the average pore diameter of the porous membrane in the present invention is to prevent leakage of high-order polyploid yeast, that is, the occurrence of a problem that the rejection rate decreases, and also prevent high-order polyploid yeast from directly blocking the pores. Therefore, it is important that the thickness is less than 1 ⁇ m, and it is preferably 0.4 ⁇ m or less, and more preferably 0.2 ⁇ m or less.
  • substances other than the target lactic acid such as proteins and polysaccharides may be produced by the higher-order polyploid yeast, and some of the higher-order polyploid yeasts in the culture medium are killed.
  • the average pore diameter of the surface of the porous membrane used in the present invention is preferably 0.4 ⁇ m or less, more preferably 0.2 ⁇ m or less, and particularly preferably 0.1 ⁇ m or less. .
  • the average pore diameter of the surface in the present invention is the diameter of all pores that can be observed within the range of 9.2 ⁇ m ⁇ 10.4 ⁇ m in the observation of the scanning electron microscope porous membrane surface at a magnification of 10,000 times. It can be determined by measuring and averaging.
  • the average pore diameter is obtained by taking a photograph of the membrane surface at a magnification of 10,000 using a scanning electron microscope, and randomly selecting 10 or more, preferably 20 or more pores. It can also be obtained by measuring and number average.
  • a circle having an area equal to the area of the pores (equivalent circle) is obtained by an image processing device or the like, and the equivalent circle diameter is obtained by the method of setting the diameter of the pores.
  • the average pore diameter of the surface of the porous membrane used in the present invention has a smaller standard deviation of the pore diameter, that is, a uniform permeate can be obtained when the pore diameter is uniform, and the standard deviation ⁇ is It is preferably 0.1 ⁇ m or less. Moreover, since the fermentation operation management becomes easy, the smaller the standard deviation of the average pore diameter, the better.
  • the standard deviation ⁇ of the average pore diameter was measured using N as the number of pores that can be observed within the range of 9.2 ⁇ m ⁇ 10.4 ⁇ m in the observation of the scanning electron microscope porous film surface at the magnification of 10,000. It is calculated by the following (Formula 1) where each diameter is Xk and the average pore diameter is X (ave).
  • the permeability of the culture solution is one of the important performances.
  • the pure water permeability coefficient of the porous membrane before use can be used.
  • the pure water permeation coefficient of the porous membrane is obtained by filtering drinking water with a dialysis membrane (Filtizer B2-1.5H manufactured by Toray Industries, Inc.) as raw water, at 25 ° C. and a head height of 1 m.
  • the water permeability is measured and calculated, it is preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 9 m 3 / m 2 / s / pa or more, and the pure water permeability coefficient is 2 ⁇ 10 ⁇ 9 m 3 / m 2 / s / pa. If it is 6 ⁇ 10 ⁇ 7 m 3 / m 2 / s / pa or less, a practically sufficient amount of permeated water can be obtained. More preferably, it is 2 ⁇ 10 ⁇ 9 m 3 / m 2 / s / pa or more and 1 ⁇ 10 ⁇ 7 m 3 / m 2 / s / pa or less.
  • the film surface roughness in the porous film used in the present invention is an average value of heights in the direction perpendicular to the surface.
  • Membrane surface roughness is one of the factors that make it easier for exfoliated yeast adhering to the surface of the separation membrane to peel off due to the membrane surface cleaning effect by liquid flow using agitation and circulation pump.
  • the surface roughness of the porous membrane is preferably 0.1 ⁇ m or less. When the membrane surface roughness is 0.1 ⁇ m or less, the higher-order polyploid yeast attached to the membrane is easy to peel off, and in the filtration of the higher-order polyploid yeast, the shear force generated on the membrane surface can be reduced.
  • the film surface roughness is measured using the following atomic force microscope (AFM) under the following conditions.
  • Apparatus Atomic force microscope (Digital Instruments Co., Nanoscope IIIa) Condition Probe: SiN cantilever (manufactured by Digital Instruments) Scan mode Contact mode (in-air measurement) Underwater tapping mode (underwater measurement) Scanning range: 10 ⁇ m, 25 ⁇ m square (measurement in air) 5 ⁇ m, 10 ⁇ m square (underwater measurement) Scanning resolution: 512 ⁇ 512 Sample preparation: For measurement, the membrane sample is immersed in ethanol at room temperature for 15 minutes, then immersed in RO water for 24 hours, washed, and then air-dried.
  • the film surface roughness (dough) is calculated from the height of each point in the Z-axis direction by the above-described atomic force microscope (AFM) according to the following (formula 2).
  • the shape of the porous membrane used in the present invention may be a flat membrane or a hollow fiber membrane.
  • the average thickness is selected according to the application, but is preferably 20 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less.
  • the inner diameter of the hollow fiber is preferably 200 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less, and the film thickness is preferably 20 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less.
  • a woven fabric or a knitted fabric in which organic fibers or inorganic fibers are formed in a cylindrical shape may be included in the hollow fiber.
  • a method for producing a flat membrane which is one of the preferred embodiments of the porous membrane will be described.
  • a film of a stock solution containing a resin and a solvent is formed on the surface of the porous base material, and the porous base material is impregnated with the stock solution.
  • the coating-side surface of the porous substrate having a coating is brought into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to solidify the resin and form a porous resin layer on the surface of the porous substrate.
  • the stock solution is prepared by dissolving the resin in a solvent.
  • the temperature of the stock solution is usually preferably selected within the range of 5 to 120 ° C. from the viewpoint of film forming properties.
  • the solvent dissolves the resin and acts on the resin to encourage them to form a porous resin layer.
  • solvent examples include N-methylpyrrolidinone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl- 2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, Tetramethylurea, trimethyl phosphate, cyclohexanone, isophorone, ⁇ -butyrolactone, methyl isoamyl ketone, dimethyl phthalate, propylene glycol methyl ether, propylene carbonate, diacetone alcohol, glycerol triacetate, acetone and methyl ethyl ketone can be used.
  • NMP N-methylpyrrolidinone
  • DMAc N, N-dimethylacetamide
  • DMF N-dimethylformamide
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • N-methyl- 2-pyrrolidone methyl ethyl
  • NMP N-methylpyrrolidinone
  • DMAc N, N-dimethylacetamide
  • DMF N-dimethylformamide
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • Non-solvents can also be added to the solvent.
  • the non-solvent is a liquid that does not dissolve the resin.
  • the non-solvent acts to control the pore size by controlling the rate of solidification of the resin.
  • water and alcohols such as methanol and ethanol can be used. Of these, water and methanol are preferable as the non-solvent from the viewpoint of cost.
  • Components other than the solvent and the non-solvent may be a mixture.
  • a pore-opening agent can be added to the stock solution.
  • the pore-opening agent is extracted when immersed in the coagulation bath, and has a function of making the resin layer porous.
  • the pore-opening agent is preferably one having high solubility in the coagulation bath.
  • an inorganic salt such as calcium chloride or calcium carbonate can be used.
  • polyoxyalkylenes such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, water-soluble polymer compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral and polyacrylic acid, and glycerin can be used.
  • the hollow fiber membrane discharges a stock solution composed of a resin and a solvent from the outer tube of the double-tube base, and discharges a hollow portion forming fluid from the inner tube of the double-tube base in a cooling bath. It can be produced by cooling and solidifying.
  • the stock solution can be prepared by dissolving the resin described in the above-described method for producing a flat membrane at a concentration of 20% by weight or more and 60% by weight or less in the solvent described in the above-described method for producing a flat membrane.
  • a gas or a liquid can be normally used for the hollow portion forming fluid.
  • a new porous resin layer can be coated (laminated) on the outer surface of the obtained hollow fiber membrane. Lamination can be performed in order to change the properties of the hollow fiber membrane, for example, hydrophilicity / hydrophobicity, pore diameter and the like into desired properties.
  • a new porous resin layer to be laminated can be produced by bringing a stock solution obtained by dissolving a resin in a solvent into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to coagulate the resin.
  • the material of the resin for example, the same material as that of the organic polymer film can be preferably used.
  • the method of lamination is not particularly limited, and the hollow fiber membrane may be immersed in the stock solution, or the stock solution may be applied to the surface of the hollow fiber membrane, and after lamination, a part of the deposited stock solution is scraped off. Or the amount of stacking can be adjusted by blowing off with an air knife.
  • the porous membrane used in the present invention can be made into a separation membrane element by adhering and sealing the hollow portion of the hollow fiber membrane using a member such as a resin and setting it on a support.
  • the porous membrane used in the present invention can be made into a separation membrane element by combining with a support.
  • a separation membrane element in which a support plate is used as a support and the porous membrane used in the present invention is disposed on at least one surface of the support plate is a preferred embodiment of the separation membrane element having a porous membrane used in the present invention.
  • a preferred embodiment of the separation membrane element is to dispose a porous membrane on both sides of the support plate.
  • the intermembrane differential pressure of the porous membrane is 0.1 kPa or more and less than 20 kPa.
  • the intermembrane differential pressure of the porous membrane is 0.1 kPa or more and less than 20 kPa.
  • the transmembrane pressure is less than 0.1 kPa, it takes time for filtration and the production rate is lowered.
  • the transmembrane differential pressure which is the filtration pressure
  • the transmembrane differential pressure can be obtained by the water head difference. The ability to produce will not decline.
  • the aspect which installs a porous membrane inside a fermenter is also attained, and the advantage that a fermenter can be made compact is also mentioned.
  • the transmembrane pressure difference refers to the pressure difference between the treated water side and the permeated water side in the porous membrane.
  • the membrane is contaminated due to being adsorbed by the pores and deposited on the surface. Then, membrane clogging occurs, the transmembrane pressure difference is improved, the treatment flow rate is remarkably lowered, and it is difficult to continue stable operation. Therefore, it is preferable to perform filtration while measuring the transmembrane pressure difference.
  • the method for measuring the transmembrane pressure can be measured by installing pressure gauges on the treated water side and the permeate side in the porous membrane, measuring the pressure, and determining the pressure difference.
  • a high-order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid used in the present invention will be described.
  • the method for producing lactic acid according to the present invention by using a high-order polyploid yeast having an ability to produce lactic acid, high productivity of lactic acid which is a desired fermentation product stably over a long period of time under simple operation conditions. Thus, it becomes possible to continuously produce lactic acid at a low cost.
  • Higher polyploid yeast is yeast having two or more pairs of chromosomes in a cell.
  • Higher polyploid yeasts are larger than haploid yeasts generally used for genetic analysis, so that the porous membrane is less likely to block and is suitable for long-term culture.
  • the shear force generated on the membrane surface can be reduced, the destruction of the yeast is suppressed, and clogging of the porous membrane is also suppressed.
  • the membrane can be reused, and the cost can be reduced. Further, even when the membrane is clogged, the washing recovery property is better than that of haploid yeast.
  • There is no particular restriction on the number of chromosomes of higher order polyploid yeast but diploid yeast having two sets of chromosomes is preferred.
  • Examples of the higher polyploid yeast include yeast such as baker's yeast, sake yeast, wine yeast and beer yeast often used in the fermentation industry.
  • yeast such as baker's yeast, sake yeast, wine yeast and beer yeast often used in the fermentation industry.
  • the higher-order multiple versus yeast used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified in nature by mutation or genetic recombination.
  • the higher order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid is a higher order polyploid yeast into which a lactate dehydrogenase gene (hereinafter sometimes referred to as LDH) has been introduced.
  • LDH lactate dehydrogenase gene
  • a higher-order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid is not nutrient-neutral, a medium with fewer nutrients than before, that is, a low-cost medium can be used, and simple operation is possible. Under the conditions, continuous fermentation that stably maintains high productivity of lactic acid over a long period of time is possible, and lactic acid can also be produced stably at low cost, so it is preferably used in the present invention.
  • auxotrophy possessed by yeast means that the nutrient synthesis gene of wild-type yeast is mutated for some reason, and as a result, lacks the ability to synthesize the nutrient.
  • restoration of auxotrophy means that the auxotrophy mutation is restored to the wild type or very close to the wild type. Since auxotrophy is mainly used as a marker during genetic manipulation or the like, auxotrophic yeast is preferably used during genetic manipulation.
  • yeast has auxotrophy
  • necessary nutrients include methionine, tyrosine, isoleucine, phenylalanine, glutamic acid, threonine, aspartic acid, valine, serine, arginine, uracil, adenine, lysine, tryptophan, leucine, Histidine and the like are known.
  • Examples of the genotype of yeast exhibiting auxotrophy include the following.
  • the non-nutrient requirement yeast preferably used in the present invention is a yeast that does not have a genotype exhibiting the above auxotrophy or is complemented.
  • a method for determining whether or not a yeast is a non-nutrient requirement yeast it can be used as a criterion for judgment based on whether or not the yeast can grow on an SD medium (Table 1), which is a minimum yeast culture medium.
  • auxotrophy of auxotrophic yeast and produce non-nutrient auxotrophic yeast
  • LDH introduced in higher polyploid yeast having the ability to produce lactic acid reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and pyruvate are converted to oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) and lactic acid.
  • NADH reduced nicotinamide adenine dinucleotide
  • NAD + oxidized nicotinamide adenine dinucleotide
  • LDH derived from lactic acid bacteria having a high yield of lactic acid against saccharide, LDH derived from mammals, or LDH derived from amphibians can be used. Of these, LDH derived from Homo sapiens and frog is preferably used.
  • LDH derived from a frog belonging to the family Pipidae among frogs and LDH derived from Xenopus laevis can be preferably used from the frogs belonging to the family Frogidae.
  • LDH includes genetic polymorphisms and mutated genes caused by mutagenesis.
  • genetic polymorphism means that the base sequence of a gene is partly changed due to natural mutation on the gene
  • mutagenesis means that a mutation is artificially introduced into the gene.
  • Mutagenesis is, for example, a method using a site-directed mutagenesis kit (Mutan-K (manufactured by Takara Bio Inc.)) or a random mutagenesis kit (BD ⁇ ⁇ ⁇ Diversify PCR RandomCLMutagenesis (manufactured by CLONTECH)).
  • the LDH used in the present invention may have a deletion or insertion in a part of the base sequence as long as it encodes a protein having an activity of converting NADH and pyruvate into NAD + and lactic acid. Absent.
  • Higher polyploid yeast having the ability to produce lactic acid may retain the LDH in a plasmid or YAC maintained outside the yeast chromosome, but as described above, it may be incorporated and retained in the yeast chromosome. preferable.
  • the method for introducing LDH into the yeast chromosome is not particularly limited, but for example, it can be introduced by the method disclosed in JP-A-2008-29329. Further, in the higher polyploid yeast having the ability to produce lactic acid, LDH is retained at least 1, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and further preferably 4 or more.
  • the fermentation raw material used in the present invention is not limited as long as it promotes the growth of yeast to be cultured and can produce lactic acid as a target fermentation product satisfactorily.
  • a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, A liquid medium or the like suitably containing organic micronutrients such as amino acids and vitamins as needed is preferably used.
  • Examples of the carbon source include sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose, lactose and maltose, starch saccharified solution containing these sugars, sweet potato molasses, sugar beet molasses, high test molasses, cane juice, and cane juice extraction Product or concentrate, raw sugar purified or crystallized from cane juice, purified sugar crystallized or crystallized from cane juice, organic acids such as acetic acid and fumaric acid, alcohols such as ethanol, and glycerin Etc. are preferably used.
  • Sugars are the first oxidation products of polyhydric alcohols, and are carbohydrates that have one aldehyde group or ketone group, sugars with aldehyde groups are classified as aldoses, and sugars with ketone groups are classified as ketoses. It is preferably glucose, sucrose, fructose, galactose, lactose or maltose.
  • the above carbon source may be added all at once at the start of the culture, or may be added in portions during the culture or continuously.
  • nitrogen source examples include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other auxiliary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysates, casein decomposition products, Other amino acids, vitamins, corn steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used.
  • inorganic salts for example, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts and the like can be appropriately added and used.
  • the nutrient when a higher-order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid is auxotrophic, the nutrient can be added as a preparation or a natural product containing it.
  • An antifoaming agent can be added and used as necessary.
  • Fermentation culture conditions for high-order polyploid yeast having the ability to produce lactic acid are not particularly limited as long as they can be cultivated.
  • the pH is 4 to 8 and the temperature is 20 to 40 ° C.
  • the pH of the fermentation broth is adjusted to a predetermined value within the above range with an inorganic or organic acid, an alkaline substance, urea, calcium carbonate, ammonia gas, and the like.
  • oxygen is added to the air to keep the oxygen concentration at 21% or higher, the culture solution is pressurized, and stirring Means such as increasing the speed or increasing the air flow rate can be used.
  • stirring Means such as increasing the speed or increasing the air flow rate.
  • a gas containing no oxygen such as carbon dioxide, nitrogen and argon mixed with air.
  • batch culture or fed-batch culture may be performed at the initial stage of culture to increase the cell concentration, and then continuous culture (pullout) may be started.
  • Continuous culture may be performed. It is possible to supply the fermentation raw material liquid and extract the culture from an appropriate time. The start time of the fermentation raw material supply and the withdrawal of the culture are not necessarily the same. Further, the supply of the fermentation raw material liquid and the withdrawal of the culture may be continuous or intermittent. What is necessary is just to add a nutrient required for microbial cell growth as shown above to a fermentation raw material liquid so that microbial cell growth may be performed continuously.
  • the cell concentration in the fermentation broth In order to obtain efficient productivity, it is necessary to maintain the cell concentration in the fermentation broth at a high level so long as the ratio of the environment of the fermentation broth is inappropriate for the growth of the cell and the rate of death does not increase. As an example, good production efficiency can be obtained by maintaining the dry weight at 5 g / L or more. Moreover, the upper limit of the density
  • concentration of a microbial cell is not specifically limited unless the malfunction on the operation of a continuous fermentation apparatus or the fall of production efficiency is caused.
  • the continuous culture operation performed while growing fresh cells capable of fermentation production is usually preferably performed in a single fermentation reaction tank in terms of culture management.
  • the number of fermentation reaction tanks is not limited as long as it is a continuous culture method for producing a product while growing cells.
  • a plurality of fermentation reaction tanks may be used because the capacity of the fermentation reaction tank is small. In this case, high productivity of the fermentation product can be obtained even if continuous fermentation is performed by connecting a plurality of fermentation reaction tanks in parallel or in series by piping.
  • continuous continuous fermentation means a state where the supply of the fermentation raw material liquid and the withdrawal of the culture are continuously or indirectly performed.
  • lactic acid is efficiently produced during the continuous fermentation. Lactic acid is efficiently produced as evaluated by lactic acid accumulation concentration, lactic acid production rate, lactic acid vs. sugar yield, and any one, preferably two, and more preferably all are in a high state. That is.
  • the lactic acid accumulation concentration is the concentration of lactic acid contained in the culture solution, and the state where the lactic acid accumulation concentration is high is that the lactic acid accumulation concentration is 40 g / L or more, preferably 42 g / L, more preferably 44 g / L.
  • the lactic acid production rate is the amount of lactic acid produced per unit time, and the state where the lactic acid production rate is high means that the lactic acid production rate represented by Formula 3 is 7.5 g / L / h or more, preferably 8 or more. More preferably, it is 9 g / L / h or more.
  • Lactic acid-to-sugar yield is the ratio of the amount of lactic acid produced from the carbon source consumed per unit time, and the high lactic acid-to-sugar yield is the lactic acid-to-sugar yield expressed by Equation 4.
  • the rate is 70% or more, preferably 75% or more, more preferably 80% or more.
  • Separation / purification of lactic acid contained in the filtered / separated fermentation broth produced according to the present invention can be performed by combining conventionally known methods such as concentration, distillation and crystallization.
  • concentration concentration, distillation and crystallization.
  • filtration / separated fermented broth Extraction with diethyl ether or ethyl acetate after reducing the pH of the solution to 1 or less a method of elution after adsorbing and washing with an ion exchange resin, a method of reacting with alcohol in the presence of an acid catalyst and distilling as an ester, and calcium
  • filtration / separated fermented broth Extraction with diethyl ether or ethyl acetate after reducing the pH of the solution to 1 or less a method of elution after adsorbing and washing with an ion exchange resin, a method of reacting with alcohol in the presence of an acid catalyst and distilling as an ester, and calcium
  • crystallizing as a salt or a lithium salt
  • FIG. 1 is a schematic side view for explaining a preferred example of a membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the method for producing lactic acid by continuous fermentation of the present invention.
  • FIG. 1 is a typical example in which the separation membrane element is installed outside the fermentation reaction tank.
  • a membrane separation type continuous fermentation apparatus basically includes a fermentation reaction tank 1, a membrane separation layer 12, and a differential pressure control device 3.
  • the separation membrane element 2 incorporates a porous separation membrane.
  • a separation membrane and a separation membrane element disclosed in International Publication No. 2002/064240 are suitably used.
  • the membrane separation tank 12 is connected to the fermentation reaction tank 1 via a fermentation culture medium circulation pump 11.
  • a culture medium is put into the fermentation reaction tank 1 by a medium supply pump 7, the fermentation culture solution in the fermentation reaction tank 1 is stirred with a stirrer 5 as necessary, and a gas supply device 4 is used as necessary. Can supply the required gas. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again by the gas supply device 4.
  • the pH of the fermentation broth is adjusted by the pH sensor / control device 9 and the pH adjusting solution supply pump 8, and the temperature of the fermentation broth is adjusted by the temperature controller 10 as necessary. Fermentative production with high productivity can be performed.
  • the fermentation liquid in the apparatus is circulated between the fermentation reaction tank 1 and the membrane separation tank 12 by the fermentation liquid circulation pump 11. The fermentation broth containing the fermentation product is filtered and separated into microorganisms and fermentation product by the separation membrane element 2 and can be taken out from the apparatus system.
  • the filtered and separated microorganisms remain in the apparatus system, so that the microorganism concentration in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible.
  • the filtration / separation by the separation membrane element 2 can be performed without using any special power due to the water head differential pressure with respect to the water surface of the membrane separation tank 12.
  • the pressure control device 3 can appropriately adjust the filtration / separation speed of the separation membrane element 2 and the amount of the fermentation broth in the device system. If necessary, the required gas can be supplied into the membrane separation tank 12 by the gas supply device 4. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again by the gas supply device 4.
  • the filtration / separation by the separation membrane element 2 can be performed by suction filtration using a pump or the like, or by pressurizing the inside of the apparatus system as necessary.
  • a high-order polyploid yeast can be cultured for continuous fermentation in a culture tank, and can be supplied into the fermentation tank as necessary. By culturing higher-order polyploid yeast in a culture tank and supplying it to the fermenter as needed, continuous fermentation with fresh and high-order polyploid yeast with a high production capacity for lactic acid becomes possible, and high production performance is achieved. Continuous fermentation maintained for a long time is possible.
  • FIG. 2 is a schematic side view for explaining an example of another membrane separation type continuous fermentation apparatus used in the present invention.
  • the continuous fermentation apparatus used in the method for producing lactic acid of the present invention a typical example in which a separation membrane element is installed inside a fermentation reaction tank is shown in the schematic diagram of FIG.
  • the membrane separation type continuous fermentation apparatus basically includes a fermentation reaction tank 1 and a differential pressure control apparatus 3.
  • a porous membrane is incorporated in the separation membrane element 2 in the fermentation reaction tank 1.
  • this porous separation membrane for example, a separation membrane and a separation membrane element disclosed in WO2002 / 064240 can be used. The separation membrane element will be described in detail later.
  • the culture medium is pumped continuously or intermittently into the fermentation reaction tank 1 by the culture medium supply pump 7.
  • the medium can be sterilized by heat sterilization, heat sterilization, or sterilization using a filter as necessary before charging.
  • the fermentation culture solution in the fermentation reaction tank 1 is agitated by the agitator 5 in the fermentation reaction tank 1 as necessary.
  • the gas required by the gas supply device 4 can be supplied into the fermentation reaction tank 1 as necessary.
  • the pH of the fermentation broth in the fermentation reaction tank 1 is adjusted by the pH sensor / control device 9 and the pH adjustment solution supply pump 8, and the fermentation is performed by the temperature controller 10 as necessary.
  • the pH and temperature are exemplified for the adjustment of the physicochemical conditions of the fermentation broth by the instrumentation / control device.
  • the dissolved oxygen and ORP are controlled by an analyzer such as an online chemical sensor,
  • the concentration of lactic acid in the fermentation broth can be measured, and the physicochemical conditions can be controlled using the concentration of lactic acid in the fermentation broth as an index.
  • the continuous or intermittent input of the medium is preferably performed by appropriately adjusting the amount and speed of the medium input using the measured value of the physicochemical environment of the fermentation broth by the instrumentation apparatus as an index.
  • the fermentation broth is filtered and separated from the bacterial cells and the fermentation product by the separation membrane element 2 installed in the fermentation reaction tank 1, and the fermentation product is taken out from the apparatus system.
  • the concentration of the cells in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible.
  • the filtration / separation by the separation membrane element 2 is performed by the water head differential pressure with respect to the water surface of the fermentation reaction tank 1 and can be performed without using any special power.
  • the pressure control device 3 can appropriately adjust the filtration / separation speed of the separation membrane element 2 and the amount of the fermentation broth in the fermentation reaction tank 1.
  • filtration / separation can be performed by suction filtration using a pump or the like, or pressurizing the inside of the apparatus system, if necessary.
  • a microbial cell can be cultured with the culture tank prepared separately, and can be supplied in a fermenter as needed. By culturing the microbial cells in a culture tank and supplying them into the fermenter as necessary, continuous fermentation with fresh microbial cells is always possible, and continuous fermentation with high lactic acid production performance maintained for a long period of time becomes possible.
  • the separation membrane element preferably used in the continuous fermentation apparatus used in the method for producing lactic acid according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the separation membrane and the separation membrane element disclosed in International Publication No. 2002/064240 can be preferably used.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining one embodiment of the separation membrane element used in the present invention.
  • the separation membrane element is configured by arranging the flow path material 14 and the separation membrane 15 in this order on both surfaces of a support plate 13 having rigidity.
  • the support plate 13 has recesses 16 on both sides.
  • the separation membrane 15 filters the fermentation broth.
  • the flow path member 14 is for efficiently flowing the permeated water filtered by the separation membrane 15 to the support plate 13.
  • the permeated water that has flowed to the support plate 13 passes through the recess 16 of the support plate 13 and is taken out of the continuous fermentation apparatus via a water collecting pipe 17 that is a discharge means.
  • FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of another separation membrane element used in the present invention.
  • a separation membrane bundle 18 composed of a hollow fiber membrane is bonded and fixed in a bundle by a partial resin sealing layer 19 and a lower resin sealing layer 20. Adhesion / fixation by the lower resin sealing layer 20 seals the hollow portion of the hollow fiber membrane and has a structure that prevents leakage of the fermentation broth.
  • the upper resin sealing layer 19 does not seal the inner hole of the hollow fiber membrane, and has a structure in which permeate flows through the water collecting pipe 22.
  • This separation membrane element can be installed in the continuous fermentation apparatus via the support frame 21.
  • the permeated water filtered by the separation membrane bundle 18 passes through the hollow portion of the hollow fiber membrane and is taken out of the fermentation culture tank via the water collecting pipe 22.
  • a method such as a water head differential pressure, a pump, suction filtration with a liquid or gas, or pressurization in the apparatus system can be used.
  • the member constituting the separation membrane element of the continuous fermentation apparatus used in the method for producing lactic acid by continuous fermentation of the present invention is preferably a member resistant to high-pressure steam sterilization operation. If the inside of the fermentation apparatus can be sterilized, it is possible to avoid the risk of contamination with undesirable cells during continuous fermentation, and more stable continuous fermentation is possible.
  • the member constituting the separation membrane element is preferably resistant to the treatment for 15 minutes at a temperature of 121 ° C., which is the condition of the high-pressure steam sterilization operation.
  • separation membrane element members include metals such as stainless steel and aluminum, polyamide resins, fluorine resins, polycarbonate resins, polyacetal resins, polybutylene terephthalate resins, PVDF, modified polyphenylene ether resins, and polysulfone resins. These resins can be preferably selected.
  • the separation membrane element may be installed outside the fermentation tank or may be installed inside the fermentation reaction tank.
  • a separate membrane separation tank can be provided and the separation membrane element can be installed inside it, and the fermentation broth is circulated between the fermentation reaction tank and the membrane separation tank.
  • the fermentation broth can be continuously filtered by the separation membrane element.
  • the membrane separation tank is preferably capable of high-pressure steam sterilization.
  • the membrane separation tank capable of high-pressure steam sterilization, it is easy to avoid contamination by various bacteria.
  • Part 1 Construction of Xenopus L-LDH (XLDH) Expression Vector Cloning of XLDH (SEQ ID NO: 1) was performed by PCR.
  • XLDH Xenopus L-LDH
  • SEQ ID NO: 1 phagemid DNA prepared from Xenopus kidney cDNA library (manufactured by STRATAGENE) according to the attached protocol was used as a template.
  • KOD-Plus polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used, and the attached reaction buffer, dNTPmix, etc. were used.
  • a 50 ⁇ l reaction system was prepared so that the phagemid DNA prepared as described above was 50 ng / sample, the primer was 50 pmol / sample, and the KOD-Plus / polymerase was 1 unit / sample.
  • the reaction solution was thermally denatured at 94 ° C. for 5 minutes with a PCR amplification device iCycler (manufactured by BIO-RAD), then 94 ° C. (thermal denature): 30 seconds, 55 ° C.
  • the gene amplification primer (SEQ ID NO: 2 and 3) was prepared such that a SalI recognition sequence was added to the 5 terminal side and a NotI recognition sequence was added to the 3 terminal side.
  • the PCR-amplified fragment was purified, and the end was phosphorylated with T4 nucleotide Kinase (manufactured by Takara Bio Inc.) and then ligated to pUC118 vector (cut with restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (Takara Bio Inc.). The ligation solution was transformed into competent cells of Escherichia coli DH5 ⁇ (manufactured by Takara Bio Inc.) and plated on an LB plate containing 50 ⁇ g / mL of the antibiotic ampicillin and cultured overnight.
  • plasmid DNA was collected with a miniprep, cut with restriction enzymes SalI and NotI, and a plasmid in which the Xenopus laevis LDH gene was inserted was selected. All of these series of operations were performed according to the attached protocol.
  • the pUC118 vector inserted with XLDH was cleaved with restriction enzymes SalI and NotI, the DNA fragments were separated by 1% agarose gel electrophoresis, and the fragments containing XLDH were purified according to a conventional method.
  • the obtained fragment was ligated to the XhoI / NotI cleavage site of the expression vector pTRS11 shown in FIG. 5, and plasmid DNA was recovered in the same manner as described above, and cut with the restriction enzymes XhoI and NotI to insert XLDH.
  • the expression vector pTRS102 was selected.
  • a 1.2 kb PCR fragment containing the TRP1 gene as a yeast selection marker was amplified by PCR using the plasmid pTRS424 as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 6 and 7) as primer sets.
  • SEQ ID NO: 7 was designed such that a sequence corresponding to 60 bp downstream from the stop codon of the PDC1 gene was added.
  • Each DNA fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method.
  • a mixture of each 1.3 kb fragment and 1.2 kb fragment obtained as described above was used as an amplification template, and PCR was performed using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 4 and 7) as primer sets.
  • SEQ ID NOs: 4 and 7 oligonucleotides
  • the above PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, transformed, and cultured in a medium without tryptophan, so that XLDH was introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome. Transformants were selected.
  • the transformed strain obtained as described above was a yeast in which Xenopus L-LDH was introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome.
  • the genomic DNA of the transformant was prepared using a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.), and this was used as an amplification template, and by PCR using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 7 and 8) as primer sets, This was confirmed by obtaining an amplified DNA fragment of 2.8 kb. For non-transformed strains, an amplified DNA fragment of about 2.1 kb can be obtained by the PCR.
  • SEQ ID NO: 10 was designed so that a sequence corresponding to 60 bp downstream from the stop codon of the SED1 gene was added.
  • Each DNA fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method.
  • a mixture of the two kinds of about 1.3 kb fragments obtained here was used as an amplification template, and PCR was performed using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 9 and 10) as primer sets.
  • SEQ ID NOs: 9 and 10 oligonucleotides
  • the above PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, transformed, and cultured in a medium without histidine, so that XLDH was introduced downstream of the SED1 gene promoter on the chromosome. Transformants were selected.
  • genomic DNA of the transformed strain was prepared by a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.), and this was used as an amplification template, and by PCR using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 11 and 12) as primer sets, This was confirmed by obtaining an amplified DNA fragment of 2.9 kb. For non-transformed strains, an amplified DNA fragment of about 1.4 kb can be obtained by the PCR.
  • genomic DNA was extracted from the NBRC10505 strain using a genomic DNA extraction kit “Gen Tor-kun” (manufactured by Takara Bio Inc.), PCR using the extracted genomic DNA as a template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 13 and 14) as primer sets
  • the PCR fragment containing the ADH1 promoter was amplified.
  • SEQ ID NO: 13 was prepared such that a NotI recognition sequence was added to the 5 terminal side, and a HindIII recognition sequence was added to SEQ ID NO: 14 on the 3 terminal side.
  • the PCR-amplified fragment was purified, and the end was phosphorylated with T4 nucleotide Kinase (manufactured by Takara Bio Inc.) and then ligated to pUC118 vector (cut with restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated).
  • the ligation solution was transformed into competent cells of Escherichia coli DH5 ⁇ (manufactured by Takara Bio Inc.) and plated on an LB plate containing 50 ⁇ g / mL of the antibiotic ampicillin and cultured overnight. For the grown colonies, plasmid DNA was collected with a miniprep, cut with restriction enzymes NotI and HindIII, and a plasmid in which the ADH1 terminator was inserted was selected. The prepared plasmid is designated as pUC118-ADH1t.
  • pUC118-ADH1t was cleaved with restriction enzymes NotI and HindIII, DNA fragments were separated by 1% agarose gel electrophoresis, and a fragment containing ADH1 terminator was purified according to a routine method.
  • the obtained fragment containing the ADH1 terminator was ligated to the NotI / HindIII cleavage site of pTRS102, and plasmid DNA was recovered by the same method as described above.
  • the TDH3 terminator became the ADH1 terminator.
  • Modified plasmids were selected.
  • the plasmid thus prepared is designated as pTRS150.
  • a 1.3 kb PCR fragment containing the frog-derived L-LDH gene and the ADH1 terminator sequence was amplified by PCR using this pTRS150 as a template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 15 and 16) as primer sets.
  • the primer of SEQ ID NO: 16 was designed such that a sequence corresponding to 60 bp upstream from the start codon of the TDH3 gene was added.
  • a 1.2-kb PCR fragment containing the URA3 gene which is a yeast selection marker, was amplified by PCR using plasmid pRS426 as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 17 and 18) as primer sets.
  • the primer of SEQ ID NO: 18 was designed such that a sequence corresponding to 60 bp downstream from the stop codon of the TDH3 gene was added.
  • Each PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method.
  • a PCR method using the mixture of each 1.3 kb fragment and 1.2 kb fragment obtained here as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 16 and 18) as primer sets was used to detect XLDH, ADH1 terminator and URA3 gene.
  • the ligated PCR fragment of about 2.5 kb was amplified.
  • the above PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, transformed, and cultured in a medium without uracil, so that XLDH was introduced downstream of the TDH3 gene promoter on the chromosome. Transformants were selected.
  • genomic DNA of the transformed strain was prepared by a genomic DNA extraction kit “Gen Tor-kun” (manufactured by Takara Bio Inc.), which was used as an amplification template and by PCR using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 19 and 20) as primer sets. It was confirmed that an amplified DNA fragment of about 2.8 kb was obtained. For non-transformed strains, an amplified DNA fragment of about 2.1 kb can be obtained by the PCR.
  • the diploid yeast is ascended with an ascending medium, dissected with a micromanipulator, each haploid cell is obtained, and the auxotrophy of each haploid cell is examined, From the obtained haploid cells, a strain having XLDH inserted into any of the PDC1 gene, SED1 gene, and TDH1 locus and having a temperature-sensitive mutation in the PDC5 gene (incapable of growing at 34 ° C.) was selected. Next, we will explain how to restore nutritional requirements.
  • PCR fragment of about 2 kb in the first half of the LYS2 gene was amplified by PCR using BY4741 genomic DNA manufactured by Funakoshi as a template and oligonucleotides (SEQ ID NOS: 21 and 22) as primer sets.
  • the PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, and then subjected to a transformation operation to release the amber mutation of the LYS2 gene.
  • a transformant having restored lysine synthesis ability was selected.
  • the transformant obtained as described above was a yeast in which the amber mutation of the LYS2 gene was released.
  • the obtained transformant and 20GY77 strain having a wild-type LYS2 gene were joined to obtain diploid cells.
  • the diploid cells were allowed to form ascending with an ascending medium.
  • the ascending sac was dissected with a micromanipulator to obtain each haploid cell, and the auxotrophy of each haploid cell was examined. All of the obtained haploid cells were confirmed to have lysine synthesis ability.
  • the lysine synthesis ability is restored without releasing the mutation of the LYS2 gene, cells having no lysine synthesis ability are obtained from the haploid cells obtained above.
  • Part 7 Acquisition of leucine auxotrophic return strain To restore leucine auxotrophy, the following method was used. About 2 kb of the PCR fragment of the LEU2 gene was amplified by PCR using the plasmid PRS425 as a template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 23, 24) as primer sets. The above PCR fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, and then subjected to a transformation operation to release the mutation of the LEU2 gene. By culturing in a leucine-free medium, a transformant in which the ability to synthesize leucine was restored was selected.
  • the transformed strain obtained as described above was a yeast from which the mutation of the LEU2 gene was released.
  • the obtained transformant was joined to Saccharomyces cerevisiae 20GY7 strain having a wild type LEU2 gene to obtain diploid cells.
  • the diploid cells were allowed to form ascending with an ascending medium.
  • the ascending sac was dissected with a micromanipulator to obtain each haploid cell, and the auxotrophy of each haploid cell was examined. All of the obtained haploid cells were confirmed to have the ability to synthesize leucine.
  • the leucine synthesis ability is restored without canceling the mutation of the LEU2 gene, cells having no leucine synthesis ability are obtained among the haploid cells obtained above.
  • the transformant obtained as described above was a yeast in which the mutation of the AED2 gene was released.
  • diploid cells were obtained by joining the obtained transformant to Saccharomyces cerevisiae 20GY7 strain having a wild-type ADE2 gene. The diploid cells were allowed to form ascending with an ascending medium. The ascending sac was dissected with a micromanipulator to obtain each haploid cell, and the auxotrophy of each haploid cell was examined. It was confirmed that all of the obtained haploid cells had the ability to synthesize adenine. When the ADE2 gene mutation is not released and adenine synthesis ability is restored, cells having no adenine synthesis ability are obtained from the haploid cells obtained above.
  • the transformed strain obtained as described above was a yeast in which the mutation of the URA3 gene was released.
  • the obtained transformant and Saccharomyces cerevisiae 20GY7 strain having a wild-type URA3 gene were joined to obtain diploid cells.
  • the diploid cells were allowed to form ascending with an ascending medium.
  • the ascending sac was dissected with a micromanipulator to obtain each haploid cell, and the auxotrophy of each haploid cell was examined. All of the obtained haploid cells were confirmed to have uracil synthesis ability.
  • the URA3 gene mutation is not released and uracil synthesis ability is restored, cells having no uracil synthesis ability are obtained from the haploid cells obtained above.
  • a diploid prototrophic strain having no auxotrophy is obtained. It was. Furthermore, the diploid prototrophic strain was made to form ascosm in an ascending medium, and the ascend was dissected with a micromanipulator to obtain each haploid cell. The obtained haploid cells were examined for auxotrophy, and the strains grown on the SD medium (Table 1) were judged to have returned to auxotrophy, and designated as haploid prototrophs.
  • the optical purity of L-lactic acid was measured by the HPLC method under the following conditions.
  • optical purity of L-lactic acid was calculated by the following formula.
  • Optical purity (%) 100 ⁇ (LD) / (L + D)
  • L represents the concentration of L-lactic acid
  • D represents the concentration of D-lactic acid.
  • this porous membrane After peeling this porous membrane from the glass plate, it was immersed in hot water at a temperature of 80 ° C. three times to wash out DMAc to obtain a separation membrane.
  • the surface of the porous resin layer was observed with a scanning electron microscope at a magnification of 10,000 within the range of 9.2 ⁇ m ⁇ 10.4 ⁇ m, the average diameter of all observable pores was 0.1 ⁇ m.
  • the pure water permeability coefficient was evaluated about the said separation membrane, it was 50 * 10 ⁇ -9 > m ⁇ 3 > / m ⁇ 2 > / s / Pa.
  • the standard deviation of the average pore diameter was 0.035 ⁇ m, and the membrane surface roughness was 0.06 ⁇ m.
  • This undiluted solution was uniformly applied to the surface of the hollow fiber membrane obtained above, and a hollow fiber membrane (porous membrane) used in the present invention was immediately solidified in a water bath.
  • the average pore diameter of the treated water side surface of the obtained hollow fiber membrane (separation membrane) was 0.05 ⁇ m.
  • the pure water permeability coefficient of the hollow fiber membrane as the separation membrane was evaluated, it was 5.5 ⁇ 10 ⁇ 9 m 3 / m 2 ⁇ s ⁇ Pa.
  • the standard deviation of the average pore diameter was 0.006 ⁇ m.
  • Example 1 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid
  • Part 1 Using the yeast HI003 strain prepared in Reference Example 1, lactic acid was produced using the continuous fermentation apparatus of FIG. 1 and the SC4 medium having the composition shown in Table 3. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes.
  • the separation membrane element member a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used.
  • the separation membrane the porous membrane prepared in Reference Example 3 was used.
  • Example 1 The operating conditions in Example 1 are as follows. ⁇ Fermentation reactor capacity: 2 (L) ⁇ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L) -Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane (Reference Example 3) ⁇ Membrane separation element effective filtration area: 60 cm 2 ⁇ Temperature adjustment: 32 (°C) -Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min) -Aeration rate of membrane separation tank: 0.3 (L / min) ⁇ Fermentation reactor stirring speed: 100 (rpm) -PH adjustment: adjusted to pH 5 with 8N Ca (OH) 2 -Lactic acid fermentation medium supply rate: 50-300 ml / hr.
  • Membrane permeate flow control Flow rate control by transmembrane differential pressure (transmembrane differential pressure: controlled at 0.1 kPa to less than 20 kPa) -The culture layer containing the separation membrane element is autoclaved at 121 ° C for 20 min and autoclaved.
  • the HPLC shown in Reference Example 2 was used for evaluation of the concentration of lactic acid as a product, and “glucose test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used for the measurement of glucose concentration. It was.
  • the HI003 strain was shaken overnight in 5 ml of SC4 medium in a test tube to obtain a culture solution (pre-culture).
  • the obtained culture solution was inoculated into 100 ml of fresh SC4 medium and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture).
  • the incubating medium is inoculated in a 1.5 L SC4 medium of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, the fermentation reaction tank 1 is stirred by the attached stirrer 5, the aeration amount of the fermentation reaction tank 1 is adjusted, and the temperature is adjusted. Adjustment and pH adjustment were carried out for 24 hours without operating the fermentation broth circulation pump 11 (pre-culture).
  • the fermentation broth circulation pump 11 is operated, in addition to the operating conditions during pre-culture, the membrane separation tank 12 is vented, the SC4 medium is continuously supplied, and the fermentation of the membrane separation type continuous fermentation apparatus is performed.
  • Continuous culture was performed while controlling the amount of membrane permeate so that the amount of the culture solution was 2 L, and lactic acid was produced by continuous fermentation.
  • Control of the amount of permeated water when performing the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane differential pressure to be 0.1 kPa or more and less than 20 kPa by the differential pressure control device 3. The produced lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately.
  • Example 2 Production of lactic acid by continuous fermentation using a higher-order polyploid (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (part 2) Using the yeast HI003 strain prepared in Reference Example 1, lactic acid was produced using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 and the SC4 medium having the composition shown in Table 3. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes.
  • the separation membrane element member a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used.
  • the separation membrane the porous separation membrane prepared in Reference Example 3 was used.
  • Example 2 The operating conditions in Example 2 are as follows. ⁇ Fermentation reactor capacity: 2 (L) -Separation membrane used: Polyvinylidene fluoride filtration membrane (Reference Example 3) ⁇ Membrane separation element effective filtration area: 120 cm 2 ⁇ Temperature adjustment: 32 (°C) -Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min) Lactic acid fermentation medium supply rate: 50 to 300 ml / hr.
  • the HPLC shown in Reference Example 2 was used for evaluation of the concentration of lactic acid as a product, and “glucose test Wako C” (registered trademark) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used for measurement of the glucose concentration.
  • the HI003 strain was shaken overnight in 5 ml of SC4 medium in a test tube to obtain a culture solution (pre-culture).
  • the obtained culture solution was inoculated into 100 ml of fresh SC4 medium, and cultured with shaking at a temperature of 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture).
  • the culture solution is inoculated in a 1.5 L SC4 medium of the membrane separation type continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, and the fermentation reaction tank 1 is stirred at 400 rpm by the attached stirrer 5. Aeration was adjusted, temperature was adjusted, pH was adjusted, and culture was performed for 24 hours (pre-culture).
  • the SC4 medium is continuously supplied, and the continuous culture is performed while controlling the amount of the permeated water in the membrane separation type continuous fermentation apparatus so that the amount of the fermentation liquid becomes 1.5 L. Manufactured. Control of the amount of permeated water when performing the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the transmembrane differential pressure to be 0.1 kPa or more and less than 20 kPa by the differential pressure control device 3. The produced lactic acid concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were measured appropriately. In addition, the yield of lactic acid versus sugar and the rate of lactic acid production calculated from the input glucose calculated from the lactic acid and glucose concentrations were measured.
  • Table 6 shows the results of an 800-hour fermentation test. According to the method for producing lactic acid of the present invention using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2, stable production of lactic acid by continuous fermentation was possible.
  • Example 3 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast having the ability to produce lactic acid (Part 3) It implemented and evaluated on the same conditions as Example 1 except having used the porous membrane created in said Reference Example 4 for the separation membrane. Table 6 shows the results of a 750 hour continuous fermentation test. According to the method for producing lactic acid of the present invention, stable production of lactic acid by continuous fermentation was possible.
  • Example 4 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (Part 4) The evaluation was performed under the same conditions as in Example 2 except that the porous separation membrane prepared in Reference Example 4 was used as the separation membrane. Table 6 shows the results of a 770 hour fermentation test. Stable production of lactic acid by continuous fermentation was possible by the lactic acid production method of the invention.
  • Comparative Example 1 The operating conditions of Comparative Example 1 are shown below. ⁇ Fermentation reactor capacity: 2 (L) ⁇ Temperature adjustment: 30 (°C) -Aeration volume of fermentation reaction tank: 0.05 (L / min) ⁇ Fermentation reactor stirring speed: 100 (rpm) ⁇ PH adjustment: pH 5 adjusted with 8N Ca (OH) 2 ⁇ Culture tank is autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes and autoclaved in high pressure steam.
  • HI003 strain was cultured in a test tube with shaking overnight in 5 ml of lactic acid fermentation medium (pre-culture).
  • the culture solution was inoculated into 100 ml of fresh lactic acid fermentation medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (pre-culture).
  • the preculture liquid was inoculated into 1 L of a lactic acid fermentation medium of a membrane separation type continuous fermentation apparatus, the fermentation reaction tank 1 was stirred at 100 rpm by the attached stirrer 5, and the fermentation reaction tank 1 was aerated. Temperature adjustment and pH adjustment were performed, and batch fermentation culture was performed without operating the fermentation culture medium circulation pump 11.
  • the amount of bacterial cell growth at this time was 14 in terms of absorbance at 600 nm.
  • the results of batch fermentation are shown in Table 6. Fermentation time was short, and lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate were inferior to the examples of the present invention.
  • Example 5 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (part 5) The evaluation was performed under the same conditions as in Example 1 except that the lactic acid fermentation medium shown in Table 4 was used. Table 7 shows the results of an 800-hour fermentation test. A lactic acid fermentation medium having fewer nutrient sources than the SC4 medium could also be produced by continuous fermentation of stable lactic acid by the lactic acid production method of the present invention.
  • Example 6 Production of lactic acid by continuous fermentation using a higher polyploidy (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (Part 6) The evaluation was carried out under the same conditions as in Example 2 except that the lactic acid fermentation medium shown in Table 4 was used. Table 7 shows the results of an 800-hour fermentation test. A lactic acid fermentation medium having fewer nutrient sources than the SC4 medium could also be produced by continuous fermentation of stable lactic acid by the lactic acid production method of the present invention.
  • Example 7 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast having the ability to produce lactic acid (Part 7) The evaluation was performed under the same conditions as in Example 3 except that the lactic acid fermentation medium shown in Table 4 was used. Table 7 shows the results of an 800-hour fermentation test. A lactic acid fermentation medium having fewer nutrient sources than the SC4 medium could also be produced by continuous fermentation of stable lactic acid by the lactic acid production method of the present invention.
  • Example 8 Production of lactic acid by continuous fermentation using high-order polyploid (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (No. 8) The evaluation was performed under the same conditions as in Example 4 except that the lactic acid fermentation medium shown in Table 4 was used. Table 7 shows the results of an 800-hour fermentation test. A lactic acid fermentation medium having fewer nutrient sources than the SC4 medium could also be produced by continuous fermentation of stable lactic acid by the lactic acid production method of the present invention.
  • Example 9 Production of lactic acid by continuous fermentation using high-order polyploid yeast (nutritional requirement) having the ability to produce lactic acid (Part 1)
  • the test was carried out and evaluated under the same conditions as in Example 5 except that the yeast SU014 strain prepared in Reference Example 1 was used.
  • Table 7 shows the results of a 700-hour continuous fermentation test. Although it was slightly inferior in lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate compared to the non-nutrient demanding high-order polyploid yeast, it was possible to produce lactic acid stably for a long period by continuous fermentation.
  • Example 10 Production of lactic acid by continuous fermentation using high-order polyploid yeast (nutritional requirement) having the ability to produce lactic acid (Part 2)
  • the test was carried out and evaluated under the same conditions as in Example 6 except that the yeast SU014 strain prepared in Reference Example 1 was used.
  • the results of a 700 hour fermentation test are shown in Table 7. Although it was slightly inferior in lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate compared to the non-nutrient demanding high-order polyploid yeast, it was possible to produce lactic acid stably for a long period by continuous fermentation.
  • Example 11 Production of L-lactic acid by continuous fermentation using a higher-order polyploid yeast (nutrient requirement) having the ability to produce lactic acid (Part 3)
  • the test was carried out and evaluated under the same conditions as in Example 7 except that the yeast SU014 strain prepared in Reference Example 1 was used.
  • Table 7 shows the results of a 650 hour continuous fermentation test. Although it was slightly inferior in lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate compared to the non-nutrient demanding high-order polyploid yeast, it was possible to produce lactic acid stably for a long period by continuous fermentation.
  • Example 12 Production of lactic acid by continuous fermentation using high-order polyploid yeast (nutrient requirement) having the ability to produce lactic acid (Part 4)
  • the test was carried out and evaluated under the same conditions as in Example 8 except that the yeast SU014 strain prepared in Reference Example 1 was used.
  • Table 7 shows the results of a 670 hour fermentation test. Although it was slightly inferior in lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate compared to the non-nutrient demanding high-order polyploid yeast, it was possible to produce lactic acid stably for a long period by continuous fermentation.
  • Comparative Example 10 Production of lactic acid by batch fermentation using lactic acid-producing higher-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast Same as Comparative Example 1 except that the lactic acid fermentation medium shown in Table 4 was used. Conducted and evaluated under conditions. The results of batch fermentation are shown in Table 7. Fermentation time was short, and lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate were inferior to the examples of the present invention.
  • Comparative Example 11 Production of lactic acid by batch fermentation using a high-order polyploid yeast (nutritional requirement) having the ability to produce lactic acid Same as Comparative Example 2 except that the SU014 strain prepared in Reference Example 1 was used. Conducted and evaluated under conditions. The results of batch fermentation are shown in Table 7. Fermentation time was short, and lactic acid to sugar yield and lactic acid production rate were inferior to the examples of the present invention.
  • Example 13 Production of lactic acid by continuous fermentation using high-order polyploidy (nutrient non-requirement) yeast having the ability to produce lactic acid (No. 9)
  • Membrane separation element effective filtration area was expanded to 240 cm 2 , and the same conditions as in Example 1 were used and evaluated except that the lactic acid fermentation medium 2 shown in Table 5 was used.
  • the results of a 1400 hour fermentation test are shown in FIGS. According to the method for producing lactic acid of the present invention, it was possible to produce lactic acid stably for a long time by continuous fermentation.
  • Example 14 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast having the ability to produce lactic acid (No. 10) Membrane separation element effective filtration area was expanded to 240 cm 2 , and the same conditions as in Example 3 were used and evaluated except that the lactic acid fermentation medium 2 shown in Table 5 was used. The results of a 1350 hour fermentation test are shown in FIGS. According to the method for producing lactic acid of the present invention, it was possible to produce lactic acid stably for a long time by continuous fermentation.
  • Example 15 Production of lactic acid by continuous fermentation using a higher-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast having the ability to produce lactic acid (Part 11)
  • the tests were performed and evaluated under the same conditions as in Example 13 except that the yeast SE001 strain prepared in Reference Example 1 was used.
  • the results of a 1350 hour fermentation test are shown in FIGS. According to the method for producing lactic acid of the present invention, it was possible to produce lactic acid stably for a long time by continuous fermentation.
  • Example 16 Production of lactic acid by continuous fermentation using a high-order polyploid (nutrient-unnecessary) yeast having the ability to produce lactic acid (No. 12) The test was carried out and evaluated under the same conditions as in Example 14 except that the yeast SE001 strain prepared in Reference Example 1 was used. The results of a 1350 hour fermentation test are shown in FIGS. According to the method for producing lactic acid of the present invention, it was possible to produce lactic acid stably for a long time by continuous fermentation.

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Abstract

　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の培養液を平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜で濾過処理し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を該培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加することを特徴とする連続発酵による乳酸の製造方法により、長期間安定に且つ低コストで発酵による乳酸の生産効率を著しく向上させることが可能となる。

Description

連続発酵による乳酸の製造方法
　本発明は、乳酸の生産能力のある酵母を高次倍数体とすることによって、酵母の培養及び発酵を安定化させ、長期間効率的な乳酸の生産を可能にする、連続発酵による乳酸の製造方法に関する。
　発酵法は、大きくバッチ発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）および流加発酵法（Ｆｅｄ－Ｂａｔｃh発酵法）と、連続発酵法とに分類することができる。バッチ発酵法および流加発酵法は、設備的には簡素であり短時間で培養が終了するため、雑菌汚染による被害が少ない利点がある。しかしながら、時間の経過と共に培養液中の生産物濃度が高くなると、浸透圧あるいは生産物阻害等の影響により生産性および収率が低下する問題点がある。そのため、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持することが困難である。連続発酵法は、発酵槽内で目的物質が高濃度に蓄積されることを回避することによって、長期間にわたって高収率でかつ高生産性を維持することができる利点があるが、連続発酵法による培養を長期間安定して継続させることは、非常に困難であり、研究が重ねられている。
　連続発酵法における提案で、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や培養細胞を培養液に保持または還流させることで、培養液中の微生物や細胞濃度を高く維持する方法がある。
　例えば、セラミックス膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が開示されている（特許文献１～３）。しかし、開示された技術は、セラミックス膜の目詰りによる濾過流量や濾過効率の低下に問題があり、目詰まり防止のために、逆洗浄等を行っている。
　また、コハク酸の連続発酵による製造方法（特許文献５）が開示されている。この技術では、膜分離において、高い濾過圧（約２００ｋＰａ）が採用されている。高い濾過圧は、コスト的にも不利であるばかりでなく、濾過処理において微生物や細胞が圧力によって物理的なダメージをうけることから、微生物や細胞を連続的に培養液に戻す連続発酵法においては適切ではない。さらに特許文献５では、連続発酵を長期間継続させるための提案として、分離膜や濾過圧などの技術が開示されているが、連続発酵時間は３００時間程度であり、さらに長期間、連続培養を継続させる方法の提案が望まれている。
　一方、有機酸の製造に用いられる微生物の検討では、酸に対する耐性の強い酵母を利用した検討が盛んに行われている（非特許文献１及び２）。酵母には、染色体が１組しか存在しない1倍体酵母のほかに、染色体を複数組有する高次倍数体が存在する。高次倍数体酵母は、主にパン酵母や醸造用酵母として用いられている（特許文献６～８）。これらは食料や飲料の生産に用いられ、風味の向上や製造過程の改良の目的のために用いられ、連続培養に利用された記述は無い。
　また高次倍数体を用いた乳酸の製造方法が開示されている（特許文献９～１２）。これらは、乳酸合成遺伝子の数を増加させるために高次倍数体を利用しているが、全てＦｅｄ－Ｂａｔｃｈ発酵法での培養であり、さらに培養時間も１００時間以内と短時間であって、膜を利用した連続発酵の記載は無い。
　この他、栄養要求性を有さない栄養非要求性酵母を用いた乳酸生産についても報告されている（特許文献１３）が、こちらも培養時間は１００時間未満であり、発酵法もＦｅｄ－Ｂａｔｃｈ発酵法のみが開示されている。
　このように、生産性を高める連続発酵法と、発酵に利用する微生物は別々に検討が進められてきた。発酵法として有利な連続発酵法で微生物を培養した際には、培養とともに濾過圧が高くなり長期間継続することが不可能になるか、培養の長期化とともに乳酸の生産性が低下するなどして、両者の利点を十分に発揮することは難しい現状にあった。そこで、これらの問題を解決し、長期間安定して乳酸を生産可能な連続発酵技術の開発が望まれていた。
特開平５－９５７７８号公報 特開昭６２－１３８１８４号公報 特開平１０－１７４５９４号公報 特開２００５－３３３８８６号公報 特開２００７－２５２３６７号公報 特開２０００－１３９３２６号公報 特開２００２－０２７９７４号公報 特開２００２－２５３２１２号公報 特開２００６－００６２７１号公報 特開２００６－０２０６０２号公報 特開２００７－０８９４６６号公報 特開２００１－２０４４６４号公報 ＵＳ２００５０１１２７３７ バイオテクノロジー　プログレス（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｏｇｒｅｓｓ）、１１，２９４－２９８（１９９５） ジャーナル　オブ　ファーメンテイション　アンド　バイオエンジニアリング（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、８６、２８４－２８９（１９８８）
　本発明の目的は、長時間にわたり安定して乳酸の高生産性を維持することができる連続発酵法による乳酸の製造方法を提供することにある。
　本発明者らは、鋭意研究の結果、連続発酵において乳酸生産酵母が長期間安定して増殖を繰り返しながら、乳酸の高生産性を維持するためには、乳酸生産能を有する酵母を高次倍数体とすることで長期間乳酸の高生産性を維持できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のような構成を有する。
　（１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の培養液を平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜で濾過処理し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を該培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を該培養液に追加することを特徴とする連続発酵による乳酸の製造方法。
　（２）多孔性膜の膜間差圧を０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満の範囲にして濾過処理することを特徴とする（１）に記載の乳酸の製造方法。
　（３）高次倍数体酵母が２倍体であることを特徴とする（１）または（２）に記載の乳酸の製造方法。
　（４）高次倍数体酵母が栄養非要求性であることを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（５）連続発酵の乳酸対糖収率が７０％以上であることを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（６）連続発酵の培養液中の乳酸蓄積濃度が４０ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする（１）～（５）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（７）連続発酵の乳酸生産速度が７．５ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする（１）～（６）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（８）連続発酵を４００時間以上継続させることを特徴とする（５）～（７）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（９）高次倍数体酵母がサッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属に属することを特徴とする、（１）～（８）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　（１０）高次倍数体酵母がサッカロミセス・セレビセ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）であることを特徴とする（１）～（９）のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
　本発明によれば、高次倍数体酵母を用いることにより、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物である乳酸の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、乳酸を低コストで安定に生産することも可能となる。
図１は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概要側面図である。 図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概要側面図である。 図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概要斜視図である。 図４は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの例を説明するための概要斜視図である。 図５は、乳酸脱水素酵素遺伝子発現用のベクターである。 図６は、実施例１３と実施例１４及び比較例１６と比較例１７の乳酸蓄積濃度の変化である。 図７は、実施例１３と実施例１４及び比較例１６と比較例１７の乳酸対糖収率の変化である。 図８は、実施例１３と実施例１４及び比較例１６と比較例１７の乳酸生産速度の変化である。 図９は、実施例１５と実施例１６及び比較例１８と比較例１９の乳酸蓄積濃度の変化である。 図１０は、実施例１５と実施例１６及び比較例１８と比較例１９の乳酸対糖収率の変化である。 図１１は、実施例１５と実施例１６及び比較例１８と比較例１９の乳酸生産速度の変化である。
符号の説明
　１　発酵反応槽
　２　分離膜エレメント
　３　水頭差制御装置
　４　気体供給装置
　５　攪拌機
　６　レベルセンサ
　７　培地供給ポンプ
　８　ｐＨ調整溶液供給ポンプ
　９　ｐＨセンサ・制御装置
　１０　温度調節器
　１１　発酵液循環ポンプ
　１２　膜分離槽
　１３　支持板
　１４　流路材
　１５　分離膜
　１６　凹部
　１７　集水パイプ
　１８　分離膜束
　１９　上部樹脂封止層
　２０　下部樹脂封止層
　２１　支持フレーム
　２２　集水パイプ
　本発明は、乳酸を生産する能力を有する酵母を培養する発酵において、高次倍数体酵母を使用することによって、乳酸の高生産性を長期間維持しながら連続発酵法により乳酸を製造する方法であって、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の培養液を、分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収し、さらに、未濾過液を培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を培養液に追加する連続発酵において、分離膜として、平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用いて濾過処理する乳酸の製造方法である。
　まず、本発明において分離膜として用いられる多孔性膜について説明する。本発明における多孔性膜は、好ましくは、被処理水の水質や用途に応じた分離性能と透水性能を有するものである。多孔性膜は、阻止性能および透水性能や分離性能、例えば、耐汚れ性の点から、多孔質樹脂層を含む多孔性膜であることが好ましい。
　多孔質樹脂層を含む多孔性膜は、好ましくは、多孔質基材の表面に、分離機能層として作用とする多孔質樹脂層を有している。ここで多孔質基材の材料は、有機材料および／または無機材料等からなり、好ましくは有機材料、より好ましくは有機繊維が用いられる。中でも好ましい多孔質基材は、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエチレン繊維などの有機繊維を用いてなる織布または不織布であり、より好ましくは、密度の制御が比較的容易であり製造も容易で安価な不織布が用いられる。前記多孔質基材の厚みは、５０μｍ以上３０００μｍ以下であることが多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与えるうえで好ましい。また、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。
　多孔質樹脂層は、有機高分子膜を好適に使用することができる。有機高分子膜の材質としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、セルロース系樹脂、セルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。ここで主成分とは、その成分が５０重量％以上、好ましくは６０重量％以上含有することをいう。とりわけ有機高分子膜の材質としては、溶液による製膜が容易で物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂またはこれらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂の混合物がより好ましく用いられる。
　ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体またはフッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体が好ましく用いられる。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。
　また、ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレンまたは塩素化ポリプロピレンが挙げられるが、塩素化ポリエチレンが好ましく用いられる。
　本発明で使用される多孔性膜は、表面の平均細孔径が、０.０１μｍ以上であることが重要である。多孔性膜の表面の平均細孔径が、０.０１μｍ以上であると、発酵に使用される菌体による目詰まりが起こりにくく、かつ、濾過性能が長期間安定に継続する性能を有する。また、多孔性膜の平均細孔径が、０.０１μｍ以上であると、高次倍数体酵母がリークすることのない高い排除率と、高い透水性を両立させることができ、透水性を長時間保持することが、より高い精度と再現性を持って実施することができる。また、本発明における多孔性膜の表面の平均細孔径が０.０１μｍ未満である場合、多孔性膜の透水性能が低下し、膜が汚れていなくても効率的な運転ができなくなる場合があり、多孔性膜の平均細孔径が０．０１μｍ以上、好ましくは０．０２μｍ以上、より好ましくは０．０４μｍ以上である場合には効率的な運転が可能である。
　本発明における多孔性膜の平均細孔径は、高次倍数体酵母の漏出、すなわち排除率が低下する不具合の発生を防止するため、また高次倍数体酵母が直接孔を塞いでしまうことを防ぐため、１μｍ未満であることが重要であり、０.４μｍ以下が好ましく、０.２μｍ以下であれば、より好適に実施することができる。また、高次倍数体酵母が目的とする乳酸以外の物質、例えば、タンパク質、多糖類など凝集しやすい物質を生産する場合があり、更に、培養液中の高次倍数体酵母の一部が死滅することで細胞の破砕物が生成する場合があり、これら物質によって多孔性膜の閉塞することから回避するために、平均細孔径が０．１μｍ以下であることがさらに好適である。したがって、本発明で使用される多孔性膜の表面の平均細孔径は、多孔性膜の平均細孔径は、０.４μｍ以下が好ましく、０.２μｍ以下がより好ましく、０．１μｍ以下が特に好ましい。
　ここで、本発明における表面の平均細孔径は、倍率１０，０００倍の走査型電子顕微鏡多孔質膜表面の観察における、９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。平均細孔径は、あるいは、膜表面を走査型電子顕微鏡を用いて倍率１０，０００倍で写真撮影し、１０個以上、好ましくは２０個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることもできる。細孔が円状でない場合、画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円（等価円）を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求められる。
　本発明に用いる多孔性膜の表面の平均細孔径は、細孔径の標準偏差が小さい、すなわち細孔径の大きさが揃っている方が均一な透過液を得ることができ、標準偏差σは、０．１μｍ以下であることが好ましい。また、発酵運転管理が容易になることから平均細孔径の標準偏差は小さければ小さい方が好ましい。平均細孔径の標準偏差σは、上述の倍率１０，０００倍の走査型電子顕微鏡多孔膜表面の観察における、９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔数をＮとして、測定した各々の直径をＸｋとし、細孔直径の平均をＸ（ａｖｅ）とした下記の（式１）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　本発明で用いられる多孔性膜においては、培養液の透過性が重要な性能の一つである。多孔性膜の透過性の指標として、使用前の多孔性膜の純水透過係数を用いることができる。本発明において、多孔性膜の純水透過係数は、飲料用水を透析膜（東レ（株）製フィルトライザーＢ２－１．５Ｈ）で濾過したものを原水とし、２５℃、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出したとき、２×１０－９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、純水透過係数が、２×１０－９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０－７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下であれば、実用的に十分な透過水量が得られる。より好ましくは、２×１０－９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上１×１０－７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下である。
　本発明で用いられる多孔性膜における膜表面粗さとは、表面に対して垂直方向の高さの平均値である。膜表面粗さは、分離膜表面に付着した高次倍数体酵母が、撹拌や循環ポンプによる液流による膜面洗浄効果で剥離しやすくするための因子の一つである。多孔性膜の表面粗さは、０.１μｍ以下であることが好ましい。膜表面粗さが０．１μｍ以下であると、膜に付着した高次倍数体酵母が剥がれやすく、高次倍数体酵母の濾過において、膜表面で発生する剪断力を低下させることができ、酵母の破壊が抑制され、多孔性膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が可能であり、またより低い膜間差圧で連続発酵が実施可能であるため、膜が目詰まりした場合でも高い膜間差圧で運転した場合に比べて、洗浄回復性が良好である。なお、目詰まりを抑えることで、安定した連続発酵が可能になることから、多孔性膜の表面粗さは小さければ小さいほど好ましい。
　ここで、膜表面粗さは、下記の原子間力顕微鏡装置（ＡＦＭ）を使用して、下記の条件で測定される。
　装置：原子間力顕微鏡装置(Digital Instruments（株）製Nanoscope IIIa)
　条件
　探針：ＳｉＮカンチレバー(Digital Instruments（株）製)
　　　　走査モード　コンタクトモード（気中測定）
　　　　水中タッピングモード（水中測定）
　走査範囲：１０μm、２５μm 四方（気中測定）
　　　　　　５μm、１０μm 四方（水中測定）
　走査解像度：５１２×５１２
　試料調製：測定に際し膜サンプルは、常温でエタノールに１５分浸漬後、ＲＯ水中に２４時間浸漬し洗浄した後、風乾する。
　膜表面粗さ（ｄｒｏｕｇｈは）、上記、原子間力顕微鏡装置（ＡＦＭ）により各ポイントのＺ軸方向の高さから、下記の（式２）により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本発明で用いられる多孔性膜の形状は、平膜であっても中空糸膜であってもよい。多孔性膜の形状が平膜の場合、その平均厚みは、用途に応じて選択されるが、好ましくは、２０μｍ以上５０００μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以上２０００μｍ以下である。多孔性膜が中空糸膜の場合、中空糸の内径は、好ましくは、２００μｍ以上５０００μｍ以下であり、膜厚は、好ましくは、２０μｍ以上２０００μｍ以下である。また、有機繊維または無機繊維を筒状にした織物や編物を中空糸の内部に含んでいても良い。
　本発明で用いられる多孔性膜の作成法について例示して説明する。
　まず、多孔性膜の好ましい態様のひとつである平膜の作成法について説明する。多孔質基材の表面に、樹脂と溶媒とを含む原液の被膜を形成するとともに、その原液を多孔質基材に含浸させる。その後、被膜を有する多孔質基材の被膜側表面のみを、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させると共に多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を形成する。
　原液は、樹脂を溶媒に溶解させて調整する。原液の温度は、製膜性の観点から、通常、５～１２０℃の範囲内で選定することが好ましい。溶媒は、樹脂を溶解するものであり、樹脂に作用してそれらが多孔質樹脂層を形成するのを促すものである。溶媒としては、Ｎ－メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ － メチル－ ２ － ピロリドン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、γ － ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、フタル酸ジメチル、プロピレングリコールメチルエーテール、プロピレンカーボネート、ジアセトンアルコール、グリセロールトリアセテート、アセトンおよびメチルエチルケトンなどを用いることができる。なかでも、樹脂の溶解性の高いＮ－メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を好ましく用いることができる。これらを単独で用いても良いし、２種類以上を混合して用いても良い。
　また、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、グリセリンなどの溶媒以外の成分を溶媒に添加しても良い。溶媒に非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、樹脂を溶解しない液体である。非溶媒は、樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノール、およびエタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも、非溶媒として、価格の点から水やメタノールが好ましい。溶媒以外の成分および非溶媒は、混合物であってもよい。
　原液には、開孔剤を添加することもできる。開孔剤は、凝固浴に浸漬された際に抽出されて、樹脂層を多孔質にする作用を持つものである。開孔剤を添加することで、平均細孔径の大きさの制御することができる。開孔剤は、凝固浴への溶解性の高いものであることが好ましい。開孔剤としては、例えば、塩化カルシウムや炭酸カルシウムなどの無機塩を用いることができる。また、開孔剤として、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールおよびポリアクリル酸などの水溶性高分子化合物や、グリセリンを用いることができる。
　次に、多孔性膜の好ましい態様のひとつである中空糸膜の作成法について説明する。中空糸膜は、樹脂と溶媒からなる原液を二重管式口金の外側の管から吐出するとともに、中空部形成用流体を二重管式口金の内側の管から吐出して、冷却浴中で冷却固化して作製することができる。
　原液は、上述の平膜の作成法で述べた樹脂を２０重量％以上６０重量％以下の濃度で、上述の平膜の生成法で述べた溶媒に溶解させることで調整できる。また、中空部形成用流体には、通常気体もしくは液体を用いることができる。また、得られた中空糸膜の外表面に、新たな多孔性樹脂層をコーティング（積層）することもできる。積層は中空糸膜の性質、例えば、親水・疎水性、細孔径等を所望の性質に変化させるために行うことができる。積層される新たな多孔性樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた原液を、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させることによって作製できる。その樹脂の材質は、例えば、上述有機高分子膜の材質と同様のものが好ましく用いることができる。また、積層の方法は特に限定されず、原液に中空糸膜を浸漬してもよいし、中空糸膜の表面に原液を塗布してもよく、積層後、付着した原液の一部を掻き取ったり、エアナイフを用いて吹き飛ばしすることで積層量を調整することもできる。
　本発明で用いられる多孔性膜は、樹脂などの部材を用いて中空糸膜の中空部を接着・封止し、支持体に設置することによって分離膜エレメントとすることができる。
　本発明で用いられる多孔性膜は、支持体と組み合わせることによって分離膜エレメントとすることができる。支持体として支持板を用い、該支持板の少なくとも片面に、本発明で用いられる多孔性膜を配した分離膜エレメントは、本発明で用いられる多孔性膜を有する分離膜エレメントの好適な形態の一つである。透水量を大きくするために、支持板の両面に多孔性膜を配することも分離膜エレメントの好ましい態様である。
　本発明の乳酸の製造方法では、多孔性膜の膜間差圧を０.１ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満の範囲で濾過処理することが好ましい。発酵培養液をろ過するために、２０ｋＰａ以上の膜間差圧で濾過処理すると、圧力を加えるための動力が必要であり、乳酸を製造するときの経済効果が低下する。また、２０ｋＰａ以上のより高い膜間差圧を加えることによって連続発酵培養に使用する高次倍数体酵母が破砕される場合があり、乳酸を生産する能力が低下する。０．１ｋＰａ未満の膜間差圧では、濾過に要する時間がかかり、生産速度が低下してしまう。ろ過圧力である膜間差圧が０.１以上２０ｋＰａ未満の範囲であれば、水頭差により膜間差圧を得られることから、特別に発酵槽内を加圧状態に保つ必要がなく、乳酸を生産する能力が低下しない。また、特別に発酵槽内を加圧状態に保つ必要がないことから、多孔性膜を発酵槽内部に設置する様態も可能となり、発酵装置がコンパクト化できる利点も挙げられる。
　ここでいう膜間差圧とは、多孔性膜における被処理水側と透過水側の圧力差を示す。多孔質膜の単位面積当たりの処理流量を一定とする運転を実施した際に、被処理水を多孔性膜により長期間継続して膜濾過すると、被処理水に存在する汚濁物質が多孔性膜の細孔に吸着されることおよび表面に堆積されることに起因して、膜が汚染される。すると、膜詰まりが起こって膜間差圧が向上し、著しく処理流量が低下し、安定した運転の継続が困難となるため、膜間差圧を測定しながら濾過することが好ましい。膜間差圧の測定方法は、多孔性膜における被処理水側および透過水側に圧力計を設置し、圧力を測定し、その圧力差を求めることで測定することができる。
　次に、本発明で使用される乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母について説明する。本発明の乳酸の製造方法では、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母を用いることによって、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物である乳酸の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、乳酸を低コストで安定に生産することが可能となる。
　高次倍数体酵母とは、細胞内に２組以上の染色体をもつ酵母である。高次倍数体酵母は、一般的に遺伝学的解析に用いられる１倍体酵母と比較すると大きく、そのことでより多孔質膜の閉塞が起こりにくく、長期間培養に適している。高次倍数体酵母を用いることで、膜表面で発生する剪断力を低下させることができ、酵母の破壊が抑制され、多孔性膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が可能になるとともに膜の再利用が可能となり、低コスト化できる利点が挙げられる。また、膜が目詰まりした場合でも１倍体酵母に比べて、洗浄回復性が良好である。高次倍数体酵母の染色体の組数に関しては特に制限はないが、２組の染色体を持った２倍体酵母が好ましい。
　高次倍数体酵母は、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母、清酒酵母、ワイン酵母やビール酵母などの酵母などが挙げられる。使用する高次倍数対酵母は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。
　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母とは、乳酸脱水素酵素遺伝子（以下、ＬＤＨと言うことがある。）が導入された高次倍数体酵母である。乳酸脱水素酵素が導入された高次倍数体酵母の作出方法については特に限定はないが、乳酸脱水素酵素遺伝子が染色体上に導入された１倍体酵母を高次倍数体化することで、染色体あたりの遺伝子型を変化させることなく、乳酸脱水素酵素遺伝子のコピー数を簡単に増やすことが可能になり、ひいては乳酸生産能を増強させることができる。
　さらに本発明においては、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母が栄養非要求性であれば、従来よりも栄養素の少ない培地、すなわち低コストの培地が使用可能となるとともに、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して乳酸の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、乳酸を低コストで安定に生産することも可能となるため、本発明において好ましく用いられる。
　酵母の有する栄養要求性とは、野生型酵母が有する栄養合成遺伝子に何らかの原因で変異が生じ、結果として、該栄養の合成能を欠損していることを意味する。また、栄養要求性の復帰とは該栄養要求性の変異が再び野生型またはそれに非常に近い状態に復帰することを意味する。栄養要求性は主に遺伝子操作等の際にマーカーとして用いられるため、栄養要求性酵母は遺伝子操作の際に好ましく用いられる。
　酵母が栄養要求性を有する場合、必要とする栄養素の具体例としては、メチオニン、チロシン、イソロイシン、フェニルアラニン、グルタミン酸、トレオニン、アスパラギン酸、バリン、セリン、アルギニン、ウラシル、アデニン、リシン、トリプトファン、ロイシン、ヒスチジン等が知られている。栄養要求性を示す酵母が有する遺伝子型としては、以下のものが挙げられる。
　・メチオニン要求性：ｍｅｔ１、ｍｅｔ２、ｍｅｔ３、ｍｅｔ４、ｍｅｔ５、ｍｅｔ６、ｍｅｔ７、ｍｅｔ８、ｍｅｔ１０、ｍｅｔ１３、ｍｅｔ１４、ｍｅｔ２０
　・チロシン要求性：ｔｙｒ１
　・イソロイシン、バリン要求性：ｉｌｖ１、ｉｌｖ２、ｉｌｖ３、ｉｌｖ５
　・フェニルアラニン要求性：ｐｈａ２
　・グルタミン酸要求性：ＧＬＵ３
　・トレオニン要求性ｔｈｒ１、ｔｈｒ４
　・アスパラギン酸要求性：ａｓｐ１、ａｓｐ５
　・セリン要求性：ｓｅｒ１、ｓｅｒ２
　・アルギニン要求性：ａｒｇ１、ａｒｇ３、ａｒｇ４、ａｒｇ５、ａｒｇ８、ａｒｇ９、ａｒｇ８０、ａｒｇ８１、ａｒｇ８２、ａｒｇ８４
　・ウラシル要求性：ｕｒａ１、ｕｒａ２、ｕｒａ３、ｕｒａ４、ｕｒａ６
　・アデニン要求性：ａｄｅ１、ａｄｅ２、ａｄｅ３、ａｄｅ４、ａｄｅ５、ａｄｅ６、ａｄｅ８、ａｄｅ９、ａｄｅ１２、ＡＤＥ１５
　・リシン要求性：ｌｙｓ１、ｌｙｓ２、ｌｙｓ４、ｌｙｓ５、ｌｙｓ７、ｌｙｓ９、ｌｙｓ１１、ｌｙｓ１３、ｌｙｓ１４
　・トリプトファン要求性：ｔｒｐ１、ｔｒｐ２、ｔｒｐ３、ｔｒｐ４、ｔｒｐ５
　・ロイシン要求性：ｌｅｕ１、ｌｅｕ２、ｌｅｕ３、ｌｅｕ４、ｌｅｕ５
　・ヒスチジン要求性：ｈｉｓ１、ｈｉｓ２、ｈｉｓ３、ｈｉｓ４、ｈｉｓ５、ｈｉｓ６、ｈｉｓ７、ｈｉｓ８。
　本発明で好ましく使用される栄養非要求性酵母は、上記の栄養要求性を示す遺伝子型を有しないか、もしくは相補されている酵母である。なお、栄養非要求性酵母であるか否かの判定方法としては、酵母の最小培地であるＳＤ培地（表１）において、生育可能であるかをもってして判断基準とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　栄養要求性酵母の栄養要求性を復帰させて栄養非要求性酵母を作出する方法としては、遺伝子組換え手法によって栄養合成遺伝子を導入し、栄養要求性を復帰させる方法や、また異なる栄養要求性を有する酵母同士を接合、子嚢形成させ、目的とする栄養要求性を復帰させる過程を繰り返し、最終的に栄養要求性をすべて復帰させ、栄養非要求性酵母とする方法などが挙げられる。
　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母に導入されているＬＤＨとしては、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）とピルビン酸を、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋）と乳酸に変換する活性を持つタンパク質をコードしていれば限定されず、例えば、乳酸の対糖収率の高い乳酸菌由来のＬＤＨ、ほ乳類由来ＬＤＨまたは両生類由来ＬＤＨを用いることができる。このうちホモ・サピエンス（Ｈｏｍｏ　ｓａｐｉｅｎｓ）由来、およびカエル由来のＬＤＨが好ましく用いられる。さらに、カエルの中でもコモリガエル科（Ｐｉｐｉｄａｅ）に属するカエル由来のＬＤＨを用いることが好ましく、コモリガエル科に属するカエルの中でも、アフリカツメガエル（Ｘｅｎｏｐｕｓ　ｌａｅｖｉｓ）由来のＬＤＨを好ましく用いることができる。
　前記ＬＤＨには、遺伝的多型性や、変異誘発などによる変異型の遺伝子も含まれる。ここで遺伝的多型性とは、遺伝子上の自然突然変異により遺伝子の塩基配列が一部変化しているものであり、変異誘発とは、人工的に遺伝子に変異を導入することをいう。変異誘発は、例えば、部位特異的変異導入用キット（Mutan-K（タカラバイオ社製））を用いる方法や、ランダム変異導入用キット（BD Diversify PCR Random Mutagenesis（ＣＬＯＮＴＥＣＨ社製））を用いる方法などがある。また、本発明で使用するＬＤＨは、ＮＡＤＨとピルビン酸をＮＡＤ＋と乳酸に変換する活性を持つタンパク質をコードしているならば、塩基配列の一部に欠失または挿入が存在していても構わない。
　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母は、前記ＬＤＨを酵母染色体外で維持されるプラスミドやＹＡＣなどにおいて保持してもよいが、上述の通り、酵母染色体に組み込まれて保持することが好ましい。酵母染色体にＬＤＨを導入する方法としては特に制限はないが、例えば、特開２００８－２９３２９号公報に開示される方法により導入することができる。また、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母において、ＬＤＨは少なくとも１つ、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上、さらに好ましくは４つ以上保持している。
　本発明で使用される発酵原料は、培養する酵母の生育を促し、目的とする発酵生産物である乳酸を良好に生産させ得るものであればよく、例えば、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸やビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地等が好ましく用いられる。上記の炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトースおよびマルトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、ケーンジュース、ケーンジュース抽出物または濃縮液、ケーンジュースからの精製または結晶化された原料糖、ケーンジュースからの精製または結晶化された精製糖、更には酢酸、フマル酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリン等が好ましく使用される。ここで糖類とは、多価アルコールの最初の酸化生成物であり、アルデヒド基またはケトン基をひとつ持ち、アルデヒド基を持つ糖をアルドース、ケトン基を持つ糖をケトースと分類される炭水化物のことを指し、好ましくはグルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトースまたはマルトースである。上記の炭素源は、培養開始時に一括して添加してもよいし、培養中分割してあるいは連続的に添加することもできる。
　また、上記の窒素源としては、例えば、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば、油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。
　また、上記の無機塩類としては、例えば、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、およびマンガン塩等を適宜添加使用することができる。
　また、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母が栄養要求性である場合には、その栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加することができる。また、消泡剤も必要に応じて添加使用することができる。
　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の発酵培養条件については培養できる限りにおいては特に限定はないが、好ましくはｐＨが４～８で温度が２０～４０℃の範囲で行われる。発酵培養液のｐＨは、無機の酸または有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウムおよびアンモニアガスなどによって、上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節される。
　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の発酵培養において、酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を２１％以上に保つ、培養液を加圧する、攪拌速度を上げる、あるいは通気量を上げるなどの手段を用いることができる。逆に、酸素の供給速度を下げる必要があれば、炭酸ガス、窒素およびアルゴンなど酸素を含まないガスを空気に混合して供給することも可能である。
　本発明においては、培養初期にＢａｔｃｈ培養またはＦｅｄ－Ｂａｔｃｈ培養を行って菌体濃度を高くした後に連続培養（引き抜き）を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から、発酵原料液の供給および培養物の引き抜きを行うことが可能である。発酵原料液供給と培養物の引き抜きの開始時期は、必ずしも同じである必要はない。また、発酵原料液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。発酵原料液には、上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。
　発酵培養液中の菌体の濃度は、発酵培養液の環境が菌体の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得る上で好ましく、一例として、乾燥重量として５ｇ／Ｌ以上に維持することにより良好な生産効率が得られる。また、連続発酵装置の運転上の不具合や生産効率の低下を招かなければ、菌体の濃度の上限値は特に限定されない。
　発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、培養管理上、通常、単一の発酵反応槽で行うことが好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵反応槽の数は問わない。発酵反応槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵反応槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵反応槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても、発酵生産物の高生産性は得られる。
　本発明において、連続発酵が継続するとは、発酵原料液の供給と培養物の引き抜きが連続的、または間接的に行われている状態を表す。本発明においては、連続発酵が継続している期間は乳酸が効率的に生産されていることが好ましい。乳酸が効率的に生産されているとは、乳酸蓄積濃度、乳酸生産速度、乳酸対糖収率によって評価し、それらのうちいずれか一つ、好ましくは２つ、より好ましくは全てが高い状態であることである。
　乳酸蓄積濃度とは培養液に含まれる乳酸の濃度であり、乳酸蓄積濃度が高い状態とは、乳酸蓄積濃度が４０ｇ／Ｌ以上、好ましくは４２ｇ／Ｌ、より好ましくは４４ｇ／Ｌである。
　乳酸生産速度とは、単位時間当たりに生産される乳酸量であり、乳酸生産速度が高い状態とは、数式３で表される乳酸生産速度が７．５ｇ／Ｌ／ｈ以上、好ましくは８以上、より好ましくは９ｇ／Ｌ／ｈ以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　乳酸対糖収率とは、単位時間当たりに消費された炭素源から生産された乳酸の量の割合であり、乳酸対糖収率が高い状態とは、数式４で表される乳酸対糖収率が７０％以上、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　本発明により製造された濾過・分離発酵液に含まれる乳酸の分離・精製は、従来知られている濃縮、蒸留および晶析などの方法を組み合わせて行うことができ、例えば、濾過・分離発酵液のｐＨを１以下にしてからジエチルエーテルや酢酸エチル等で抽出する方法、イオン交換樹脂に吸着洗浄した後に溶出する方法、酸触媒の存在下でアルコールと反応させてエステルとし蒸留する方法、およびカルシウム塩やリチウム塩として晶析する方法、ＷＯ２００９／００４９２２に開示されるナノ濾過膜と蒸留を組み合わせた分離・精製方法などが挙げられる。
　次に、本発明の乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の好ましい態様について、図を用いて説明する。
　図１は、本発明の連続発酵による乳酸の製造方法で用いられる膜分離型連続発酵装置の好ましい例を説明するための概要側面図である。図１は、分離膜エレメントが、発酵反応槽の外部に設置された代表的な例である。
　図１において、膜分離型の連続発酵装置は、発酵反応槽１と膜分離層１２と差圧制御装置３で基本的に構成されている。ここで、分離膜エレメント２には、多孔性分離膜が組み込まれている。この多孔性分離膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することが好適である。また、膜分離槽１２は、発酵培養液循環ポンプ１１を介して発酵反応槽１に接続されている。
　図１において、培地供給ポンプ７によって培地を発酵反応槽１に投入し、必要に応じて、攪拌機５で発酵反応槽１内の発酵培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を供給することができる。この時、供給した気体を回収リサイクルして再び気体供給装置４で供給することができる。また必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって発酵液のｐＨを調整し、また必要に応じて、温度調節器１０によって発酵培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。さらに、装置内の発酵液は、発酵液循環ポンプ１１によって発酵反応槽１と膜分離槽１２の間を循環する。発酵生産物を含む発酵培養液は、分離膜エレメント２によって微生物と発酵生産物に濾過・分離され、装置系から取り出すことができる。
　また、濾過・分離された微生物は、装置系内にとどまることにより装置系内の微生物濃度を高く維持でき、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離には膜分離槽１２の水面との水頭差圧によって、特別な動力を使用することなく実施可能であるが、必要に応じて、レベルセンサ６および差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度および装置系内の発酵培養液量を適当に調節することができる。必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を膜分離槽１２内に供給することができる。この時、供給した気体を回収リサイクルして再び気体供給装置４で供給することができる。分離膜エレメント２による濾過・分離は、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより濾過・分離することもできる。また、培養槽で連続発酵に高次倍数体酵母を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することができる。培養槽で高次倍数体酵母を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することにより、常にフレッシュで乳酸の生産能力の高い高次倍数体酵母による連続発酵が可能となり、高い生産性能を長期間維持した連続発酵が可能となる。
　次に、図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。本発明の乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが発酵反応槽の内部に設置された代表的な一例を図２の概要図に示す。
　図２において、膜分離型の連続発酵装置は、発酵反応槽１と差圧制御装置３で基本的に構成されている。発酵反応槽１内の分離膜エレメント２には多孔性膜が組み込まれている。この多孔性分離膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することができる。分離膜エレメントに関しては、追って詳述する。
　次に、図２の膜分離型の連続発酵装置による連続発酵の形態について説明する。培地供給ポンプ７によって、培地を発酵反応槽１に連続的もしくは断続的に投入する。培地は、投入前に必要に応じて加熱殺菌、加熱滅菌あるいはフィルターを用いた滅菌処理を行うことができる。発酵生産時には、必要に応じて、発酵反応槽１内の攪拌機５で発酵反応槽１内の発酵培養液を攪拌する。発酵生産時には、必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を発酵反応槽１内に供給することができる。発酵生産時は、必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって発酵反応槽１内の発酵培養液のｐＨを調整し、必要に応じて、温度調節器１０によって発酵反応槽１内の発酵培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。ここでは、計装・制御装置による発酵培養液の物理化学的条件の調節に、ｐＨおよび温度を例示したが、必要に応じて、溶存酸素やＯＲＰの制御、オンラインケミカルセンサーなどの分析装置により、発酵培養液中の乳酸の濃度を測定し、発酵培養液中の乳酸の濃度を指標とした物理化学的条件の制御を行うことができる。また、培地の連続的もしくは断続的投入は、好ましくは、上記計装装置による発酵液の物理化学的環境の測定値を指標として、培地投入量および速度を適宜調節する。
　図２において、発酵培養液は、発酵反応槽１内に設置された分離膜エレメント２によって、菌体と発酵生産物が濾過・分離され、発酵生産物が装置系から取り出される。また、濾過・分離された菌体が装置系内に留まることにより装置系内の菌体濃度を高く維持することができ、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離は発酵反応槽１の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を使用することなく実施可能であるが、必要に応じて、レベルセンサ６および差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度およびよび発酵反応槽１内の発酵培養液量を適当に調節することができる。上記の分離膜エレメントによる濾過・分離には、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより、濾過・分離することもできる。また、別に準備した培養槽で菌体を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することができる。培養槽で菌体を培養し、必要に応じて発酵槽内に供給することにより、常にフレッシュな菌体による連続発酵が可能となり、高い乳酸生産性能を長期間維持した連続発酵が可能となる。
　本発明の乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置で好ましく用いられる分離膜エレメントについて、図面に基づいて説明する。本発明の乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、好ましくは、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを用いることができる。
　本発明で用いられる分離膜エレメントの形態は、好適な形態の例である国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを、以下に図面を用いてその概略を説明する。図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
　分離膜エレメントは、図３に示すように、剛性を有する支持板１３の両面に、流路材１４と前記の分離膜１５をこの順序で配し構成されている。支持板１３は、両面に凹部１６を有している。分離膜１５は、発酵培養液をろ過する。流路材１４は、分離膜１５で濾過された透過水を効率よく支持板１３に流すためのものである。支持板１３に流れた透過水は、支持板１３の凹部１６を通り、排出手段である集水パイプ１７を介して連続発酵装置外部に取り出される。
　次に、図４に示す別の態様の分離膜エレメントについて説明する。図４は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの例を説明するための断面説明図である。
　分離膜エレメントは、図４に示すように、中空糸膜で構成された分離膜束１８は部樹脂封止層１９および下部樹脂封止層２０よって束状に接着・固定化されている。下部樹脂封止層２０による接着・固定化は中空糸膜の中空部を封止しており、発酵培養液の漏出を防ぐ構造になっている。一方、上部樹脂封止層１９は中空糸膜の内孔を封止しておらず、集水パイプ２２に透過水が流れる構造となっている。この分離膜エレメントは、支持フレーム２１を介して連続発酵装置内に設置することが可能である。分離膜束１８によって濾過された透過水は、中空糸膜の中空部を通り、集水パイプ２２を介して発酵培養槽の外部に取り出される。透過水を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。
　本発明の連続発酵による乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作に耐性の部材であることが好ましい。発酵装置内が滅菌可能であれば、連続発酵時に好ましくない菌体による汚染の危険を回避でき、より安定した連続発酵が可能となる。分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作の条件である、１２１℃の温度で１５分間の処理に耐性であることが好ましい。分離膜エレメント部材としては、例えば、ステンレス、アルミニウムなどの金属、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ＰＶＤＦ、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂およびポリサルホン系樹脂等の樹脂を好ましく選定することができる。
　本発明の連続発酵による乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、分離膜エレメントを発酵槽外に設置しても良いし、発酵反応槽内に設置しても良い。分離膜エレメントを発酵反応槽外に設置する場合には、別途膜分離槽を設けてその内部に分離膜エレメントを設置することができ、発酵反応槽と膜分離槽の間を発酵培養液を循環させながら、分離膜エレメントにより発酵培養液を連続的にろ過することができる。
　本発明の連続発酵による乳酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離槽は、高圧蒸気滅菌可能なことが望ましい。膜分離槽が高圧蒸気滅菌可能にすることで、雑菌による汚染回避が容易となる。
　以下、実施例を用いて本発明を説明する。
　（参考例１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の作成
　サッカロマイセス・セレビセＮＢＲＣ１０５０５株にアフリカツメガエル由来のＬ－乳酸脱水素酵素遺伝子（以下、ＸＬＤＨとも言う。）を導入して得られた乳酸を生産する能力を有する酵母を高次倍数体化することで、乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母を作成した。さらに、以下で詳しく説明するように、栄養要求性の復帰や、温度感受性変異の性質を付与した。高次倍数体酵母を作成するために用いた酵母と、以下に説明する方法で作成した酵母を表２に示す。以下に、ＬＤＨの挿入、温度感受性変異の付与、栄養要求性の復帰方法について詳細な手順を説明する。
　（その１）アフリカツメガエル由来Ｌ－ＬＤＨ（ＸＬＤＨ）発現ベクターの構築
　ＸＬＤＨ（配列番号１）のクローニングはＰＣＲ法により行った。ＰＣＲには、アフリカツメガエルの腎臓由来ｃＤＮＡライブラリー（STRATAGENE社製）より付属のプロトコールに従い調製したファージミドＤＮＡを鋳型とした。
　ＰＣＲ増幅反応には、KOD-Plus polymerase（東洋紡社製）を用い、反応バッファー、ｄＮＴＰｍｉｘなどは付属のものを使用した。上記のように付属のプロトコールに従い調整したファージミドＤＮＡを５０ｎｇ／サンプル、プライマーを５０ｐｍｏｌ／サンプル、及びKOD-Plus polymeraseを１ユニット／サンプルになるように５０μlの反応系に調製した。反応溶液をＰＣＲ増幅装置ｉＣｙｃｌｅｒ（ＢＩＯ－ＲＡＤ社製）により９４℃の温度で５分熱変成させた後、９４℃（熱変成）：３０秒、５５℃（プライマーのアニール）：３０秒、６８℃（相補鎖の伸張）：１分を１サイクルとして３０サイクル行い、その後４℃の温度に冷却した。なお、遺伝子増幅用プライマー（配列番号２，３）には、５末端側にはＳａｌＩ認識配列、３末端側にはＮｏｔＩ認識配列がそれぞれ付加されるようにして作製した。
　ＰＣＲ増幅断片を精製し、末端をT4 polynucleotide Kinase（タカラバイオ社製）によりリン酸化後、ｐＵＣ１１８ベクター（制限酵素ＨｉｎｃＩＩで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの）にライゲーションした。ライゲーションは、DNA Ligation Kit Ver.2（タカラバイオ社製）を用いて行った。ライゲーション溶液を大腸菌ＤＨ５αのコンピテント細胞（タカラバイオ社製）に形質転換し、抗生物質アンピシリンを５０μｇ／ｍＬを含むＬＢプレートに蒔いて一晩培養した。生育したコロニーについて、ミニプレップでプラスミドＤＮＡを回収し、制限酵素ＳａｌＩ及びＮｏｔＩで切断し、アフリカツメガエル由来のＬＤＨ遺伝子が挿入されているプラスミドを選抜した。これら一連の操作は、全て付属のプロトコールに従い行った。
　ＸＬＤＨが挿入されたｐＵＣ１１８ベクターを制限酵素ＳａｌＩ及びＮｏｔＩで切断し、ＤＮＡ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、定法に従いＸＬＤＨを含む断片を精製した。得られた断片を、図５に示す発現ベクターｐＴＲＳ１１のＸｈｏＩ／ＮｏｔＩ切断部位にライゲーションし、上記と同様な方法でプラスミドＤＮＡを回収し、制限酵素ＸｈｏＩ及びＮｏｔＩで切断することにより、ＸＬＤＨが挿入された発現ベクターであるｐＴＲＳ１０２を選抜した。
　上記のようにして得られたｐＴＲＳ１０２をＸＬＤＨの鋳型とし、ＰＤＣ１・ＳＥＤ１・ＴＤＨ３遺伝子座にＬＤＨを挿入する方法を以下に説明する。
　（その２）酵母染色体ＰＤＣ１遺伝子座へのＬＤＨの挿入
　ｐＴＲＳ１０２を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号４，５）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＸＬＤＨ及びＴＤＨ３ターミネーター配列を含む１．３ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで配列番号４は、ＰＤＣ１遺伝子の開始コドンから上流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　次に、プラスミドｐＴＲＳ４２４を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号６，７）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、酵母選択マーカーであるＴＲＰ１遺伝子を含む１．２ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで、配列番号７は、ＰＤＣ１遺伝子の終始コドンから下流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　それぞれのＤＮＡ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた各１．３ｋｂ断片、１．２ｋｂ断片を混合したものを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号４，７）をプライマーセットとしたＰＣＲ法によって、５末端・３末端にそれぞれＰＤＣ１遺伝子の上流・下流６０ｂｐに相当する配列が付加された、ＸＬＤＨ、ＴＤＨ３ターミネーター及びＴＲＰ１遺伝子が連結された約２．５ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。
　上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、トリプトファン非添加培地で培養することにより、ＸＬＤＨが染色体上のＰＤＣ１遺伝子プロモーターの下流に導入されている形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、アフリカツメガエル由来Ｌ－ＬＤＨが染色体上のＰＤＣ１遺伝子プロモーターの下流に導入されている酵母であることの確認は下記のように行った。まず、形質転換株のゲノムＤＮＡをゲノムＤＮＡ抽出キットＧｅｎとるくん（タカラバイオ社製）により調製し、これを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号７，８）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、約２．８ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られることで確認した。なお、非形質転換株では、上記ＰＣＲによって約２．１ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られる。
　（その３）酵母染色体ＳＥＤ１遺伝子座へのＬＤＨの挿入
　ＳＥＤ１遺伝子座への導入は、参考例１で作製したｐＴＲＳ１０２を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号５，９）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、アフリカツメガエル由来のＬＤＨ遺伝子及びＴＤＨ３ターミネーター配列を含む１．３ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで配列番号９は、ＳＥＤ１遺伝子の開始コドンから上流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　次に、プラスミドｐＲＳ４２３を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号６，１０）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、酵母選択マーカーであるＨＩＳ３遺伝子を含む約１．３ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで、配列番号１０は、ＳＥＤ１遺伝子の終始コドンから下流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　それぞれのＤＮＡ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた二種類の約１．３ｋｂ断片を混合したものを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号９，１０）をプライマーセットとしたＰＣＲ法によって、５末端・３末端にそれぞれＳＥＤ１遺伝子の上流・下流６０ｂｐに相当する配列が付加された、アフリカツメガエル由来のＬＤＨ遺伝子、ＴＤＨ３ターミネーター及びＨＩＳ３遺伝子が連結された約２．６ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。
　上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ヒスチジン非添加培地で培養することにより、ＸＬＤＨが染色体上のＳＥＤ１遺伝子プロモーターの下流に導入されている形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＸＬＤＨが染色体上のＳＥＤ１遺伝子プロモーターの下流に導入されている酵母であることの確認は下記のように行った。まず、形質転換株のゲノムＤＮＡをゲノムＤＮＡ抽出キットＧｅｎとるくん（タカラバイオ社製）により調製し、これを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号１１，１２）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、約２．９ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られることで確認した。なお、非形質転換株では、上記ＰＣＲによって約１．４ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られる。
　（その４）酵母染色体ＴＤＨ３遺伝子座へのＬＤＨの導入
　ＴＤＨ３遺伝子座への導入は、ｐＴＲＳ１０２のＴＤＨ３ターミネーターをＡＤＨ１ターミネーターに変更したプラスミドを作製した。
　まず、ＮＢＲＣ１０５０５株からゲノムＤＮＡ抽出キット“Ｇｅｎとるくん”（タカラバイオ社製）によりゲノムＤＮＡを抽出し、抽出したゲノムＤＮＡを鋳型として、オリゴヌクレオチド（配列番号１３，１４）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＡＤＨ１プロモーターを含むＰＣＲ断片を増幅した。ここで配列番号１３には、５末端側にはＮｏｔＩ認識配列、配列番号１４には3末端側にはＨｉｎｄＩＩＩ認識配列がそれぞれ付加されるようにして作製した。
　ＰＣＲ増幅断片を精製し、末端をT4 polynucleotide Kinase（タカラバイオ社製）によりリン酸化後、ｐＵＣ１１８ベクター（制限酵素ＨｉｎｃＩＩで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの）にライゲーションした。ライゲーション溶液を大腸菌ＤＨ５αのコンピテント細胞（タカラバイオ社製）に形質転換し、抗生物質アンピシリンを５０μｇ／ｍＬを含むＬＢプレートに蒔いて一晩培養した。生育したコロニーについて、ミニプレップでプラスミドＤＮＡを回収し、制限酵素ＮｏｔＩ及びＨｉｎｄＩＩＩで切断し、ＡＤＨ１ターミネーターが挿入されているプラスミドを選抜した。作製したプラスミドをｐＵＣ１１８－ＡＤＨ１ｔとする。
　次にｐＵＣ１１８－ＡＤＨ１ｔを制限酵素ＮｏｔＩ及びＨｉｎｄＩＩＩで切断し、ＤＮＡ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常定法に従いＡＤＨ１ターミネーターを含む断片を精製した。得られたＡＤＨ１ターミネーターを含む断片を、ｐＴＲＳ１０２のＮｏｔＩ／ＨｉｎｄＩＩＩ切断部位にライゲーションし、上記と同様な方法でプラスミドＤＮＡを回収し、制限酵素ＮｏｔＩ及びＨｉｎｄＩＩＩで切断することにより、ＴＤＨ３ターミネーターがＡＤＨ１ターミネーターに変更されたプラスミドを選抜した。以後、このようにして作製したプラスミドをｐＴＲＳ１５０とする。
　このｐＴＲＳ１５０を鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号１５，１６）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、カエル由来のＬ－ＬＤＨ遺伝子及びＡＤＨ１ターミネーター配列を含む１．３ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで配列番号１６のプライマーは、ＴＤＨ３遺伝子の開始コドンから上流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　次に、プラスミドｐＲＳ４２６を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号１７，１８）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、酵母選択マーカーであるＵＲＡ３遺伝子を含む１．２ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。ここで、配列番号１８のプライマーは、ＴＤＨ３遺伝子の終始コドンから下流６０ｂｐに相当する配列が付加されるようデザインした。
　それぞれのＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた各１．３ｋｂ断片、１．２ｋｂ断片を混合したものを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号１６，１８）をプライマーセットとしたＰＣＲ法によって、ＸＬＤＨ、ＡＤＨ１ターミネーター及びＵＲＡ３遺伝子が連結された約２．５ｋｂのＰＣＲ断片を増幅した。
　上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ウラシル非添加培地で培養することにより、ＸＬＤＨが染色体上のＴＤＨ３遺伝子プロモーターの下流に導入されている形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＸＬＤＨが染色体上のＴＤＨ３遺伝子プロモーターの下流に導入されている酵母であることの確認は下記のように行った。まず、形質転換株のゲノムＤＮＡをゲノムＤＮＡ抽出キット“Ｇｅｎとるくん”（タカラバイオ社製）により調製し、これを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号１９，２０）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、約２．８ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られることで確認した。なお、非形質転換株では、上記ＰＣＲによって約２．１ｋｂの増幅ＤＮＡ断片が得られる。
　（その５）ＰＤＣ５遺伝子が温度感受性変異を有する酵母の取得
温度感受性変異の付与は、特開２００８－０４８７２６号公報に記載されている、ｐｄｃ５遺伝子に温度感受性変異を有する酵母ＳＷ０１５株と、温度感受性変異を付与したい酵母とを接合させることによって得た。該２倍体酵母を子嚢形成培地で子嚢形成させ、マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得し、それぞれ一倍体細胞についての栄養要求性を調べることで、取得した一倍体細胞の中から、ＰＤＣ１遺伝子、ＳＥＤ１遺伝子、ＴＤＨ１遺伝子座のいずれかにＸＬＤＨが挿入され、かつ、ＰＤＣ５遺伝子に温度感受性変異を有する（３４℃で生育不能）株を選択した。
つづいて、栄養要求性の復帰方法を説明する。
　（その６）リジン栄養要求性復帰株の作成
　リジン要求性を復帰させる場合には以下の方法を用いた。フナコシ社製のＢＹ４７４１のゲノムDNA を鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号２１，２２）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＬＹＳ２遺伝子の前半約２ｋｂのＰＣＲ断片を増幅させた。上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ＬＹＳ２遺伝子のアンバー変異を解除した。リジン非添加培地で培養することにより、リジン合成能が復帰した形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＬＹＳ２遺伝子のアンバー変異を解除された酵母であることの確認は下記のように行った。まず、得られた形質転換体と野生型のＬＹＳ２遺伝子を持つ２０ＧＹ７７株とを接合させ２倍体細胞を得た。該２倍体細胞を子嚢形成培地で子嚢形成させた。マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得し、それぞれ一倍体細胞の栄養要求性を調べた。取得した一倍体細胞のすべてがリジン合成能を持っていることを確認した。なお、ＬＹＳ２遺伝子の変異が解除されずにリジン合成能が復帰した場合には、上記で得られる１倍体細胞のうち、リジン合成能を持たない細胞が得られる。
　（その７）ロイシン栄養要求性復帰株の取得
　ロイシン要求性を復帰させる場合には、以下の方法を用いた。プラスミドＰＲＳ４２５ を鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号２３，２４）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＬＥＵ２遺伝子のＰＣＲ断片約２ｋｂを増幅させた。上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ＬＥＵ２遺伝子の変異を解除した。ロイシン非添加培地で培養することにより、ロイシン合成能が復帰した形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＬＥＵ２遺伝子の変異を解除された酵母であることの確認は下記のように行った。まず、得られた形質転換体と野生型のＬＥＵ２遺伝子を持つサッカロマイセス・セレビセ２０ＧＹ７株とを接合させ２倍体細胞を得た。該２倍体細胞を子嚢形成培地で子嚢形成させた。マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得し、それぞれ一倍体細胞の栄養要求性を調べた。取得した一倍体細胞のすべてがロイシン合成能を持っていることを確認した。なお、ＬＥＵ２遺伝子の変異が解除されずにロイシン合成能が復帰した場合には、上記で得られる１倍体細胞のうち、ロイシン合成能を持たない細胞が得られる。
　（その８）アデニン栄養要求性復帰株の取得
　アデニン要求性を復帰させる場合には、以下の方法を用いた。プラスミドＰＲＳ４２２ を鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号２５，２６）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＡＤＥ２遺伝子のＰＣＲ断片約２ｋｂを増幅させた。上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ＬＥＵ２遺伝子の変異を解除した。アデニン非添加培地で培養することにより、アデニンロイシン合成能が復帰した形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＡＥＤ２遺伝子の変異を解除された酵母であることの確認は下記のように行った。まず、得られた形質転換体と野生型のＡＤＥ２遺伝子を持つサッカロマイセス・セレビセ２０ＧＹ７株とを接合させ２倍体細胞を得た。該２倍体細胞を子嚢形成培地で子嚢形成させた。マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得し、それぞれ一倍体細胞の栄養要求性を調べた。取得した一倍体細胞のすべてがアデニン合成能を持っていることを確認した。なお、ＡＤＥ２遺伝子の変異が解除されずにアデニン合成能が復帰した場合には、上記で得られる１倍体細胞のうち、アデニン合成能を持たない細胞が得られる。
　（その９）ウラシル栄養要求性復帰株の取得
　ウラシル要求性を復帰させる場合には、以下の方法を用いた。プラスミドｐＲＳ４２６を鋳型とし、オリゴヌクレオチド（配列番号２７，２８）をプライマーセットとしたＰＣＲにより、ＵＲＡ３遺伝子のＰＣＲ断片約２ｋｂを増幅させた。上記のＰＣＲ断片を１％アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、形質転換操作を行い、ＵＲＡ３遺伝子の変異を解除した。ウラシル非添加培地で培養することにより、ウラシル合成能が復帰した形質転換株を選択した。
　上記のようにして得られた形質転換株が、ＵＲＡ３遺伝子の変異を解除された酵母であることの確認は下記のように行った。まず、得られた形質転換体と野生型のＵＲＡ３遺伝子を持つサッカロマイセス・セレビセ２０ＧＹ７株とを接合させ２倍体細胞を得た。該２倍体細胞を子嚢形成培地で子嚢形成させた。マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得し、それぞれ一倍体細胞の栄養要求性を調べた。取得した一倍体細胞のすべてがウラシル合成能を持っていることを確認した。なお、ＵＲＡ３遺伝子の変異が解除されずにウラシル合成能が復帰した場合には、上記で得られる１倍体細胞のうち、ウラシル合成能を持たない細胞が得られる。
　（その１０）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体株の取得
　その１～９の方法を組み合わせて得られた形質転換体を接合させ、栄養要求性のない２倍体原栄養株を得た。さらに２倍体原栄養株を子嚢形成培地で子嚢形成させ、マイクロマニピュレーターで子嚢を解剖し、それぞれの一倍体細胞を取得した。取得した一倍体細胞の栄養要求性を調べ、ＳＤ培地（表１）で生育した株について、栄養要求性が復帰したと判断し、１倍体原栄養株とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　（参考例２）乳酸の定量方法
　乳酸は、培養液の遠心上清について、以下の条件でＨＰＬＣ法により乳酸量を測定することで確認した。
　カラム：Shim-Pack SPR-H（株式会社島津製作所製）
　移動相：５ｍＭ ｐ－トルエンスルホン酸（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
　反応液：５ｍＭ ｐ－トルエンスルホン酸、２０ｍＭ ビストリス、０．１ｍＭ EDTA・２Na（流速０．８ｍＬ／ｍｉｎ）
　検出方法：電気伝導度
　温度：４５℃。
　また、Ｌ－乳酸の光学純度測定は以下の条件でＨＰＬＣ法により測定した。
　カラム：TSK-gel Enantio L1（東ソー株式会社製）
　移動相 ：１ｍＭ 硫酸銅水溶液
　流速：１．０ｍｌ／ｍｉｎ
　検出方法 ：ＵＶ２５４ｎｍ
　温度：３０℃。
　また、Ｌ－乳酸の光学純度は次式で計算した。
光学純度（%）＝１００×（Ｌ－Ｄ）／（Ｌ＋Ｄ）
ここで、ＬはＬ－乳酸の濃度、ＤはＤ－乳酸の濃度を表す。
　（参考例３）多孔性膜の作製（その１）
　樹脂としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂を、また溶媒としてＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）をそれぞれ用い、これらを９０℃の温度下に十分に攪拌し、下記組成を有する原液を得た。
［原液］
・ＰＶＤＦ：１３．０重量％
・ＤＭＡｃ：８７．０重量％。
　次に、上記の原液を２５℃の温度に-冷却した後、あらかじめガラス板上に貼り付けて置いた、密度が０．４８ｇ／ｃｍ3で、厚みが２２０μｍのポリエステル繊維製不織布（多孔質基材）に塗布し、直ちに下記組成を有する２５℃の温度の凝固浴中に５分間浸漬して、多孔質基材に多孔質樹脂層が形成された平膜を得た。
［凝固浴］
・水 ：３０．０重量％
・ＤＭＡｃ：７０．０重量％。
　この多孔性膜をガラス板から剥がした後、８０℃の温度の熱水に３回浸漬してＤＭＡｃを洗い出し、分離膜を得た。多孔質樹脂層表面の９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内を、倍率１０，０００倍で走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、観察できる細孔すべての直径の平均は０．１μｍであった。次に、上記分離膜について純水透過係数を評価したところ、５０×１０-9ｍ3／ｍ2／ｓ／Ｐａであった。また、平均細孔径の標準偏差は０．０３５μｍで、膜表面粗さは０．０６μｍであった。
　（参考例４）多孔性膜の作製（その２）
　重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマーとγ-ブチロラクトンとを、それぞれ３８重量％と６２重量％の割合で１７０℃の温度で溶解し、原液を作製した。この原液をγ-ブチロラクトンを中空部形成液体として随拌させながら口金から吐出し、温度２０℃のγ-ブチロラクトン８０重量％水溶液からなる冷却浴中で固化して中空糸膜を作製した。
　次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマーを１４重量％、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社、ＣＡＰ４８２－０．５）を１重量％、Ｎ-メチル-２-ピロリドンを７７重量％、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン（三洋化成株式会社製、商品名“イオネットＴ－２０Ｃ”（登録商標））を５重量％、および水を３重量％の割合で９５℃の温度で混合溶解して、原液を調整した。この原液を、上記で得られた中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させた本発明で用いる中空糸膜（多孔性膜）を製作した。得られた中空糸膜（分離膜）の被処理水側表面の平均細孔径は、０．０５μｍであった。次に、上記の分離膜である中空糸膜について純水透過係数を評価したところ、５．５×１０-9ｍ3／ｍ2・ｓ・Ｐａであった。また、平均細孔径の標準偏差 は０．００６μｍであった。
　（実施例１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３株を用いて、図１の連続発酵装置と表３に示す組成のＳＣ４培地によって乳酸の製造を行った。培地は、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には、上記の参考例３で作製した多孔性膜を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　実施例１における運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量：２（Ｌ）
・膜分離槽容量：０．５（Ｌ）
・使用分離膜：ポリフッ化ビニリデン濾過膜（参考例３）
・膜分離エレメント有効濾過面積：６０ｃｍ２
・温度調整：３２（℃）
・発酵反応槽通気量：０．０５（Ｌ／ｍｉｎ）
・膜分離槽通気量：０．３（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：１００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：８Ｎ　Ca(OH)2によりｐＨ５に調整
・乳酸発酵培地供給速度：５０～３００ｍｌ／ｈｒ．の範囲で可変制御
・発酵液循環装置による循環液量：０．１（Ｌ／ｍｉｎ）
・膜透過水量制御：膜間差圧による流量制御
（膜間差圧：０．１ｋＰａ～２０ｋＰａ未満で制御）
・分離膜エレメントを含む培養層は１２１℃、２０ｍｉｎのオートクレープにより高圧蒸気滅菌。
　生産物である乳酸の濃度の評価には、上記の参考例２に示したＨＰＬＣを用い、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
　まず、ＨＩ００３株を試験管で５ｍｌのＳＣ４培地で一晩振とう培養し培養液を得た（前々々培養）。得られた培養液を新鮮なＳＣ４培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５ＬのＳＣ４培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度の調整、ｐＨの調整を行い、発酵培養液循環ポンプ１１を稼働させることなく、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、発酵培養液循環ポンプ１１を稼働させ、前培養時の運転条件に加え、膜分離槽１２を通気し、ＳＣ４培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵培養液量を２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置３により、膜間差圧が０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産された乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。
　８００時間の連続発酵試験を行った結果、表６に示すように安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例２）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その２）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３株を用いて、図２に示す連続発酵装置と表３に示す組成のＳＣ４培地を用い、乳酸の製造を行った。培地は、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜には上記の参考例３で作製した多孔性分離膜を用いた。
　実施例２における運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量：２（Ｌ）
・使用分離膜：ポリフッ化ビニリデン濾過膜（参考例３）
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０ｃｍ２
・温度調整：３２（℃）
・発酵反応槽通気量：０．０５（Ｌ／ｍｉｎ）
・乳酸発酵培地供給速度：５０～３００ｍｌ／ｈｒ．の範囲で可変制御
・発酵反応槽攪拌速度：８００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：８Ｎ　Ca(OH)2によりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜間差圧による流量制御
（膜間差圧：０．１ｋＰａ～２０ｋＰａ未満で制御）
・分離膜エレメントを含む培養槽は１２１℃、２０ｍｉｎのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
　生産物である乳酸の濃度の評価には上記の参考例２に示したＨＰＬＣを用い、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
　まず、ＨＩ００３株を試験管で５ｍｌのＳＣ４培地で一晩振とう培養し培養液を得た（前々々培養）。得られた培養液を新鮮なＳＣ４培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図２に示した膜分離型の連続発酵装置の１．５ＬのＳＣ４培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって４００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度の調整、ｐＨの調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、ＳＣ４培地の連続供給を行い、膜分離型の連続発酵装置の発酵液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、差圧制御装置３により、膜間差圧が０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満となるように適宜変化させることで行った。適宜、膜透過発酵培養液中の生産された乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、乳酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出された乳酸対糖収率、乳酸生産速度を測定した。
　８００時間の発酵試験を行った結果を表６に示す。図２に示す連続発酵装置を用いた本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例３）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その３）
　分離膜に上記の参考例４で作成した多孔性膜を用いた以外は実施例１と同条件で実施、評価した。７５０時間の連続発酵試験を行った結果を表６に示す。本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例４）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その４）
　分離膜に上記の参考例４で作成した多孔性分離膜を用いた以外は実施例２と同条件で実施評価した。７７０時間の発酵試験を行った結果を表６に示す。発明の乳酸の製造方法により安定した、乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（比較例１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた回分発酵による乳酸の製造
　菌体を用いた発酵形態として最も典型的な回分発酵を行い、そのＬ－乳酸生産性を評価した。表３に示すＳＣ４培地を用い、図１の膜分離型の連続発酵装置の発酵反応槽１のみを用いた回分発酵試験を行った。培地は、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌して用いた。この比較例１でも、菌体として上記の参考例１で作成した酵母ＨＩ００３株を用い、生産物である乳酸の濃度および培養液中の糖類の定量には、上記の参考例２に示したＨＰＬＣを用いた。
　比較例１の運転条件を以下に示す。
・発酵反応槽容量：２（Ｌ）
・温度調整：３０（℃）
・発酵反応槽通気量：０．０５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：１００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：８Ｎ　Ca(OH)2によりｐＨ５に調整
・培養槽は１２１℃、２０ｍｉｎのオートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
　まず、ＨＩ００３株を試験管で５ｍｌの乳酸発酵培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な乳酸発酵培地１００ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで２４時間振とう培養した（前培養）。前培養液を膜分離型の連続発酵装置の１Ｌの乳酸発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって１００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１を通気した。温度の調整とｐＨの調整を行い、発酵培養液循環ポンプ１１を稼働させることなく、回分発酵培養を行った。このときの菌体増殖量は、６００ｎｍでの吸光度で１４であった。回分発酵の結果を表６に示す。発酵時間が短く、乳酸対糖収率、乳酸生産速度が本発明の実施例より劣っていた。
　（比較例２）１倍体酵母（栄養非要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３－１Ｂ株を用いた以外は、実施例１と同条件により評価した。その結果、６００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例３）１倍体酵母（栄養非要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その２）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３－１Ｂ株を用いた以外は、実施例２と同条件で実施評価した。その結果、６００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例４）１倍体酵母（栄養非要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その３）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３－１Ｂ株を用いた以外は、実施例３と同条件で実施評価した。その結果、５００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例５）１倍体酵母（栄養非要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その４）
　参考例１で作製した酵母ＨＩ００３－１Ｂ株を用いた以外は、実施例４と同条件で実施評価した。その結果、５００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例６）１倍体酵母（栄養非要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４－３Ｂ株を用いた以外は実施例１と同条件で、実施、評価した。その結果、３００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、栄養非要求性酵母もしくは高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例７）１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その２）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４－３Ｂ株を用いた以外は実施例２と同条件で、実施、評価した。その結果、２８０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、栄養非要求性酵母もしくは高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例８）１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その３）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４-３Ｂ株を用いた以外は実施例３と同条件で、実施、評価した。その結果、３５０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、栄養非要求性酵母もしくは高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例９）１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その４）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４－３Ｂ株を用いた以外は実施例４と同条件で、実施、評価した。その結果、２７０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表６に示す。この結果、栄養非要求性酵母もしくは性高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（実施例５）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その５）
　表４に記載の乳酸発酵培地を用いた以外は実施例１と同条件で実施評価した。８００時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。ＳＣ４培地よりも栄養源の少ない乳酸発酵培地も、本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　（実施例６）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その６）
　表４に記載の乳酸発酵培地を用いた以外は実施例２と同条件で実施評価した。８００時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。ＳＣ４培地よりも栄養源の少ない乳酸発酵培地も、本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例７）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その７）
　表４に記載の乳酸発酵培地を用いた以外は実施例３と同条件で実施評価した。８００時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。ＳＣ４培地よりも栄養源の少ない乳酸発酵培地も、本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例８）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その８）
　表４に記載の乳酸発酵培地を用いた以外は実施例４と同条件で実施評価した。８００時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。ＳＣ４培地よりも栄養源の少ない乳酸発酵培地も、本発明の乳酸の製造方法により、安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例９）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４株を用いた以外は実施例５と同条件で実施、評価した。７００時間の連続発酵試験を行った結果を表７に示す。栄養非要求性の高次倍数体酵母よりも乳酸対糖収率および乳酸生産速度においてやや劣るものの、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例１０）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その２）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４株を用いた以外は実施例６と同条件で実施、評価した。７００時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。栄養非要求性の高次倍数体酵母よりも乳酸対糖収率および乳酸生産速度においてやや劣るものの、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例１１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵によるＬ－乳酸の製造（その３）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４株を用いた以外は実施例７と同条件で実施、評価した。６５０時間の連続発酵試験を行った結果を表７に示す。栄養非要求性の高次倍数体酵母よりも乳酸対糖収率および乳酸生産速度においてやや劣るものの、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例１２）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その４）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４株を用いた以外は実施例８と同条件で実施、評価した。６７０時間の発酵試験を行った結果を表７に示す。栄養非要求性の高次倍数体酵母よりも乳酸対糖収率および乳酸生産速度においてやや劣るものの、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（比較例１０）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた回分発酵による乳酸の製造
　表４に示す乳酸発酵培地を用いた以外は、比較例１と同条件で実施、評価した。回分発酵の結果を表７に示す。発酵時間が短く、乳酸対糖収率、乳酸生産速度が本発明の実施例より劣っていた。
　（比較例１１）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母（栄養要求性）を用いた回分発酵による乳酸の製造
　参考例１で作成したＳＵ０１４株を用いた以外は、比較例２と同条件で実施、評価した。回分発酵の結果を表７に示す。発酵時間が短く、乳酸対糖収率、乳酸生産速度が本発明の実施例より劣っていた。
　（比較例１２）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４－３Ｂ株を用いた以外は実施例５と同条件で、実施、評価した。その結果、３００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表７に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１３）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その２）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４－３Ｂ株を用いた以外は実施例６と同様に実施、評価した。その結果、２８０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表７に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１４）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その３）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４-３Ｂ株を用いた以外は実施例７と同様に実施、評価した。その結果、１倍体酵母の場合、３５０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表７に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１５）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その４）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４-３Ｂ株を用いた以外は実施例８と同様に実施、評価した。その結果、２７０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を表７に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（実施例１３）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その９）
　膜分離エレメント有効濾過面積を２４０ｃｍ２に拡大し、表５に記載の乳酸発酵培地２を用いた以外は、実施例１と同条件で実施、評価した。１４００時間の発酵試験を行った結果を図６～８に示す。本発明の乳酸の製造方法により、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　（実施例１４）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１０）
　膜分離エレメント有効濾過面積を２４０ｃｍ２に拡大し、表５に記載の乳酸発酵培地２を用いた以外は、実施例３と同条件で実施、評価した。１３５０時間の発酵試験を行った結果を図６～８に示す。本発明の乳酸の製造方法により、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例１５）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１１）
　参考例１で作製した酵母ＳＥ００１株を用いた以外は、実施例１３と同条件で実施、評価した。１３５０時間の発酵試験を行った結果を図９～１１に示す。本発明の乳酸の製造方法により、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（実施例１６）乳酸を生産する能力を有する高次倍数体（栄養非要求性）酵母を用いた連続発酵による乳酸の製造（その１２）
　参考例１で作製した酵母ＳＥ００１株を用いた以外は、実施例１４と同条件で実施、評価した。１３５０時間の発酵試験を行った結果を図９～１１に示す。本発明の乳酸の製造方法により、長期間安定した乳酸の連続発酵による製造が可能であった。
　（比較例１６）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その５）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４-３Ｂ株を用いた以外は実施例１３と同条件で、実施、評価した。その結果、３００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を図９～１１に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１７）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その６）
　参考例１で作製した酵母ＳＵ０１４-３Ｂ株を用いた以外は実施例１４と同条件で、実施、評価した。その結果、２８０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を図９～１１に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１８）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その７）
　参考例１で作製した酵母ＳＥ００１－１Ａ株を用いた以外は実施例１５と同条件で、実施、評価した。その結果、３００時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を図９～１１に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　（比較例１９）乳酸を生産する能力を有する１倍体酵母（栄養要求性）を用いた連続発酵による乳酸の製造（その８）
　参考例１で作製した酵母ＳＥ００１－１Ａ株を用いた以外は実施例１６と同条件で、実施、評価した。その結果、２７０時間で膜間差圧が２０ｋＰａ以上になり培養を終了した。その連続発酵試験結果を図９～１１に示す。この結果、高次倍数体酵母を用いた方が長期間安定して乳酸を製造できることが明らかになった。
　なお、実施例１～１６及び比較例１～１９の培養条件を表８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　本発明の高次倍数体酵母を供試菌とした連続発酵法による乳酸の製造方法によれば、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物である乳酸の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、広く発酵工業において、発酵生産物である乳酸を低コストで安定に生産することが可能となる。

Claims (10)

  1. 　乳酸を生産する能力を有する高次倍数体酵母の培養液を平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜で濾過処理し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を該培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を該培養液に追加することを特徴とする連続発酵による乳酸の製造方法。
  2. 　多孔性膜の膜間差圧を０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ未満の範囲にして濾過処理することを特徴とする請求項１に記載の乳酸の製造方法。
  3. 　高次倍数体酵母が２倍体であることを特徴とする請求項１または２に記載の乳酸の製造方法。
  4. 　高次倍数体酵母が栄養非要求性であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  5. 　連続発酵の乳酸対糖収率が７０％以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  6. 　連続発酵の培養液中の乳酸蓄積濃度が４０ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  7. 　連続発酵の乳酸生産速度が７．５ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  8. 　連続発酵を４００時間以上継続させることを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  9. 　高次倍数体酵母がサッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属に属することを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
  10. 　高次倍数体酵母がサッカロミセス・セレビセ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）であることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
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CN200980104086.XA CN101939439B (zh) 2008-02-04 2009-02-03 通过连续发酵实施的乳酸的制造方法
AU2009211772A AU2009211772A1 (en) 2008-02-04 2009-02-03 Method of producing lactic acid by continuous fermentation
JP2009508037A JP5992135B2 (ja) 2008-02-04 2009-02-03 連続発酵による乳酸の製造方法
ES09708832T ES2407639T3 (es) 2008-02-04 2009-02-03 Procedimiento de producción de ácido láctico por fermentación continua
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093241A1 (ja) * 2010-01-28 2011-08-04 東レ株式会社 連続発酵による化学品の製造方法
WO2012081533A1 (ja) 2010-12-13 2012-06-21 東レ株式会社 乳酸塩の製造方法
WO2013015212A1 (ja) 2011-07-22 2013-01-31 東レ株式会社 有機酸の製造方法
US8673600B2 (en) 2012-04-05 2014-03-18 Hyundai Motor Company Method and apparatus for producing lactic acid
US9217165B2 (en) 2011-04-28 2015-12-22 Toray Industries, Inc. Mutant strain of lactic acid producing yeast and process for producing lactic acid
JP2019536445A (ja) * 2016-11-01 2019-12-19 ピーティーティー グローバル ケミカル パブリック カンパニー リミテッド Ｄ−乳酸またはその塩を生産するための発酵プロセス

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2012012171A (es) 2010-04-21 2013-02-27 Dsm Ip Assets Bv Proceso para la produccion de celulas que tienen la capacidad de convertir arabinosa.
AU2011315572B2 (en) 2010-10-13 2015-09-03 Dsm Ip Assets B.V. Polypeptides with permease activity
US20140141473A1 (en) 2011-04-22 2014-05-22 Dsm Ip Assets B.V. Yeast cell capable of converting sugars including arabinose and xlose
MY171218A (en) 2012-10-16 2019-10-02 Dsm Ip Assets Bv Cells with improved pentose conversion
BR112015010139A2 (pt) 2012-11-07 2017-07-11 Dsm Ip Assets Bv propagação de levedura com ph controlado
CN103834696B (zh) * 2013-10-23 2016-05-11 中国科学院过程工程研究所 一种发酵与膜分离耦合实现连续批次发酵木质纤维素水解液生产乳酸的方法
CN103923823A (zh) * 2013-11-06 2014-07-16 领绿生物镇江有限公司 一种高密度发酵嗜酸乳杆菌的发酵装置
KR102277898B1 (ko) 2014-07-03 2021-07-15 삼성전자주식회사 산물 생산능이 향상된 효모 및 그를 이용한 산물을 생산하는 방법
WO2016012429A1 (en) 2014-07-24 2016-01-28 Dsm Ip Assets B.V. Yeast cell with improved pentose transport
KR20160046615A (ko) 2014-10-21 2016-04-29 삼성전자주식회사 폴리우레탄 엘라스토머, 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물, 열가소성 수지조성물로 이루어진 성형품 및 폴리우레탄 엘라스토머 제조방법
KR101943622B1 (ko) * 2016-12-02 2019-01-30 주식회사 락토메이슨 막 필터를 이용한 유산균 크기의 조절방법
CN108887438A (zh) * 2018-07-17 2018-11-27 江西韩金实业有限公司 益生菌柚子百香果茶及其制备方法

Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62138184A (ja) 1985-12-12 1987-06-20 Takeshi Kobayashi 連続型微生物培養装置
JPH0595778A (ja) 1991-10-07 1993-04-20 Agency Of Ind Science & Technol 撹拌機を装備した多孔質分離膜一体型培養器
JPH10174594A (ja) 1996-12-17 1998-06-30 Ngk Insulators Ltd 微生物によるグリコール酸の生産方法
JP2000139326A (ja) 1994-03-16 2000-05-23 Soc Prod Nestle Sa パン生地の製造方法
JP2001204464A (ja) 2000-01-27 2001-07-31 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
JP2002027974A (ja) 2000-07-13 2002-01-29 Ajinomoto Co Inc パン酵母及びこれを用いたパンの製造法
WO2002064240A1 (fr) 2001-02-16 2002-08-22 Toray Industries, Inc. Film de separation, element de film de separation, module de film de separation, dispositif de traitement d'eaux usees et residuaires, et procede de fabrication de film de separation
JP2002253212A (ja) 2001-03-02 2002-09-10 Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd 有用酵母の栄養要求性変異株とその育種方法
JP2003259878A (ja) * 2002-03-11 2003-09-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸脱水素酵素をコードするｄｎａおよびその利用
US20050112737A1 (en) 2003-11-20 2005-05-26 A. E. Staley Manufacturing Co. Lactic acid producing yeast
JP2005333886A (ja) 2004-05-27 2005-12-08 Showa Denko Kk 微生物によるコハク酸の製造方法
JP2006006271A (ja) 2004-06-29 2006-01-12 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸生産酵母および乳酸生産方法
JP2006020602A (ja) 2004-07-09 2006-01-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸生産方法
JP2006075133A (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
JP2007089466A (ja) 2005-09-28 2007-04-12 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
WO2007043253A1 (ja) * 2005-10-14 2007-04-19 Toray Industries, Inc. 酵母及びｌ-乳酸の製造方法
WO2007097260A1 (ja) * 2006-02-24 2007-08-30 Toray Industries, Inc. 化学品の製造方法、および、連続発酵装置
JP2007252367A (ja) 2006-02-24 2007-10-04 Toray Ind Inc 連続発酵による化学品の製造方法および連続発酵装置
JP2008029329A (ja) 2006-06-28 2008-02-14 Toray Ind Inc 酵母及びｌ−乳酸の製造方法
JP2008035727A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Toyota Motor Corp 出芽酵母の乳酸耐性又は生産性を向上させる多重遺伝子破壊の組み合わせ
JP2008048726A (ja) 2006-07-24 2008-03-06 Toray Ind Inc 変異型ピルビン酸脱炭酸酵素５遺伝子を有する酵母及び乳酸の製造方法
WO2009004922A1 (ja) 2007-06-29 2009-01-08 Toray Industries, Inc. 乳酸の製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58155083A (ja) * 1982-03-09 1983-09-14 Oriental Yeast Co Ltd 酵母融合株
US5503750A (en) * 1993-10-04 1996-04-02 Russo, Jr.; Lawrence J. Membrane-based process for the recovery of lactic acid by fermentation of carbohydrate substrates containing sugars
JPH07246087A (ja) * 1994-03-09 1995-09-26 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 低温感受性酵母および該酵母を用いるパン生地
JP3821507B2 (ja) * 1996-02-16 2006-09-13 協和発酵フーズ株式会社 パン酵母
IT1294728B1 (it) * 1997-09-12 1999-04-12 Biopolo S C A R L Ceppi di lievito per la riproduzione di acido lattico
US6268189B1 (en) * 2000-03-24 2001-07-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Fungal lactate dehydrogenase gene and constructs for the expression thereof
EP1513940A4 (en) * 2002-05-30 2006-10-25 Cargill Dow Llc METHOD AND MATERIALS FOR THE PRODUCTION OF MILKY ACID IN YEAST
JP2008017837A (ja) * 2006-06-12 2008-01-31 Toray Ind Inc ピルビン酸の製造方法
JP5092487B2 (ja) * 2007-03-27 2012-12-05 東レ株式会社 連続発酵による化学品の製造法
EP2221373B1 (en) * 2007-12-07 2017-02-15 Toray Industries, Inc. Expression cassette for lactase dehydrogenase, transformed yeast and method of producing lactic acid
KR20110105845A (ko) * 2008-12-26 2011-09-27 도레이 카부시키가이샤 락트산 및 폴리락트산의 제조 방법

Patent Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62138184A (ja) 1985-12-12 1987-06-20 Takeshi Kobayashi 連続型微生物培養装置
JPH0595778A (ja) 1991-10-07 1993-04-20 Agency Of Ind Science & Technol 撹拌機を装備した多孔質分離膜一体型培養器
JP2000139326A (ja) 1994-03-16 2000-05-23 Soc Prod Nestle Sa パン生地の製造方法
JPH10174594A (ja) 1996-12-17 1998-06-30 Ngk Insulators Ltd 微生物によるグリコール酸の生産方法
JP2001204464A (ja) 2000-01-27 2001-07-31 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
JP2002027974A (ja) 2000-07-13 2002-01-29 Ajinomoto Co Inc パン酵母及びこれを用いたパンの製造法
WO2002064240A1 (fr) 2001-02-16 2002-08-22 Toray Industries, Inc. Film de separation, element de film de separation, module de film de separation, dispositif de traitement d'eaux usees et residuaires, et procede de fabrication de film de separation
JP2002253212A (ja) 2001-03-02 2002-09-10 Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd 有用酵母の栄養要求性変異株とその育種方法
JP2003259878A (ja) * 2002-03-11 2003-09-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸脱水素酵素をコードするｄｎａおよびその利用
US20050112737A1 (en) 2003-11-20 2005-05-26 A. E. Staley Manufacturing Co. Lactic acid producing yeast
JP2005333886A (ja) 2004-05-27 2005-12-08 Showa Denko Kk 微生物によるコハク酸の製造方法
JP2006006271A (ja) 2004-06-29 2006-01-12 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸生産酵母および乳酸生産方法
JP2006020602A (ja) 2004-07-09 2006-01-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 乳酸生産方法
JP2006075133A (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
JP2007089466A (ja) 2005-09-28 2007-04-12 Toyota Motor Corp 乳酸の製造方法
WO2007043253A1 (ja) * 2005-10-14 2007-04-19 Toray Industries, Inc. 酵母及びｌ-乳酸の製造方法
WO2007097260A1 (ja) * 2006-02-24 2007-08-30 Toray Industries, Inc. 化学品の製造方法、および、連続発酵装置
JP2007252367A (ja) 2006-02-24 2007-10-04 Toray Ind Inc 連続発酵による化学品の製造方法および連続発酵装置
JP2008029329A (ja) 2006-06-28 2008-02-14 Toray Ind Inc 酵母及びｌ−乳酸の製造方法
JP2008048726A (ja) 2006-07-24 2008-03-06 Toray Ind Inc 変異型ピルビン酸脱炭酸酵素５遺伝子を有する酵母及び乳酸の製造方法
JP2008035727A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Toyota Motor Corp 出芽酵母の乳酸耐性又は生産性を向上させる多重遺伝子破壊の組み合わせ
WO2009004922A1 (ja) 2007-06-29 2009-01-08 Toray Industries, Inc. 乳酸の製造方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Abstracts of the Annual Meeting of the Society for Biotechnology, Japan, (2006)", vol. 58, article SUGIYAMA, M. ET AL.: "Breeding of L-lactic acid tolerant strains of Saccharomyces cerevisiae by multiple gene disruptions", pages: 135, XP008140083 *
BIOTECHNOLOGY PROGRESS, vol. 11, 1995, pages 294 - 298
ISHIDA, N. ET AL.: "Efficient production of L-lactic acid by metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae with a genome- integrated L-lactate dehydrogenase gene", APPL. ENVIRON. MICROBIOL., vol. 71, no. 4, 2005, pages 1964 - 1970, XP008128665 *
JOURNAL OF FERMENTATION AND BIOENGINEERING, vol. 86, 1988, pages 284 - 289
KAWAHATA, M. ET AL.: "Yeast genes involved in response to lactic acid and acetic acid: acidic conditions caused by the organic acids in Saccharomyces cerevisiae cultures induce expression of intracellular metal metabolism genes regulated by Aftlp", FEMS YEAST RES., vol. 6, 2006, pages 924 - 936, XP008128587 *
See also references of EP2311969A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093241A1 (ja) * 2010-01-28 2011-08-04 東レ株式会社 連続発酵による化学品の製造方法
WO2012081533A1 (ja) 2010-12-13 2012-06-21 東レ株式会社 乳酸塩の製造方法
US9217165B2 (en) 2011-04-28 2015-12-22 Toray Industries, Inc. Mutant strain of lactic acid producing yeast and process for producing lactic acid
WO2013015212A1 (ja) 2011-07-22 2013-01-31 東レ株式会社 有機酸の製造方法
US8673600B2 (en) 2012-04-05 2014-03-18 Hyundai Motor Company Method and apparatus for producing lactic acid
JP2019536445A (ja) * 2016-11-01 2019-12-19 ピーティーティー グローバル ケミカル パブリック カンパニー リミテッド Ｄ−乳酸またはその塩を生産するための発酵プロセス

Also Published As

Publication number Publication date
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