WO2010140348A1 - γ-アミノ酪酸の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing ⁇ -aminobutyric acid (hereinafter also referred to as “GABA”) using Enterococcus abium.
- GABA ⁇ -aminobutyric acid
- GABA is a kind of amino acid that exists widely in nature, and is contained in germinated brown rice, tea, vegetables, and cereals. In mammals such as humans, it is an inhibitory neurotransmitter present in the brain and spine, and its physiological effects include blood pressure lowering action, mental stabilization action, anti-stress action, alcohol metabolism promotion action, brain metabolism promotion action In addition, an anti-obesity effect is known. Therefore, it has been proposed to take foods with an increased GABA content in anticipation of improvement of hypertension and mental stabilization.
- a GABA production method using a lactic acid bacterium having GABA production ability and a high-concentration GABA-containing food obtained thereby are known.
- Lactobacillus brevis UAS-4 or Lactobacillus brevis USA-6 was cultured in a medium containing glutamic acid or a salt thereof under gentle agitation in an air atmosphere under some aerobic conditions, and accumulated in the culture medium.
- a GABA production method for recovering GABA is known (Patent Document 1).
- Patent Document 2 a method for producing a GABA-containing fermented product in which a plant or its juice is fermented under static culture conditions using Enterococcus avium G15 strain in the presence of glutamic acid or a salt thereof and sake lees or an extract thereof.
- Patent Document 3 A method for producing a GABA-containing fermented product fermented by static culture is known (Patent Document 3).
- GABA has been conventionally produced using glutamic acid or a salt thereof as a raw material, as generally described in the above-mentioned literature.
- glutamic acid as the raw material is industrially produced in large quantities and can be obtained at a low cost
- GABA is a high-value-added fine chemical substance because it is a highly functional substance as described above. Therefore, it has been strongly desired to industrially produce such high value-added substances in large quantities.
- the present invention relates to providing a method for efficiently producing a higher concentration of GABA in a culture.
- GABA is contained in a high concentration when glutamic acid or a salt thereof is further added in the transition phase so that the glutamic acid concentration becomes a specific amount.
- the inventors have found that a culture can be obtained and that GABA can be produced and recovered efficiently, and the present invention has been completed.
- the present invention relates to the following (1) to (7).
- a method for producing ⁇ -aminobutyric acid which comprises aerating an inert gas through a medium containing glutamic acid or a salt thereof, culturing with Enterococcus abium, and collecting ⁇ -aminobutyric acid.
- a method for producing a fermented product wherein an inert gas is passed through a medium containing a fermentation raw material mainly containing at least one selected from milk, fruit or vegetables and fermented using Enterococcus abium.
- GABA productivity is improved, a high concentration GABA-containing fermented product can be obtained, and GABA can be efficiently recovered therefrom.
- a food or feed having functions such as a blood pressure lowering action and a mental stabilization action can be obtained.
- the method for producing GABA of the present invention is a method in which an inert gas is passed through a medium containing glutamic acid or a salt thereof, followed by culturing using Enterococcus avium, and collecting GABA.
- Enterococcus avium used in the production method of the present invention is a facultative anaerobic gram-positive cocci and is a resident bacterium present in the human intestinal tract, oral cavity, etc., but enterococcus avium shown below.
- G15 (hereinafter also referred to as “G15 strain”) is preferably used.
- Enterococcus avium (Enterococcus avium) G15 are separated for the first time by the present inventors from the leaves of carrots were grown in the field have done a pesticide-free cultivation, September 22, 2005, Yubinbango292-0818 Kisarazu City, Chiba Prefecture Kazusa Kamashita 2-5-8, a strain deposited as NITE BP-142 at the National Institute of Microbiology Deposits (NPMD), National Institute of Technology and Evaluation, and has the following mycological characteristics. 1) Streptococcus, 2) Gram staining positive, 3) Lancefield group antigen D, 4) Catalase activity negative, 5) No spore-forming ability, 6) facultative anaerobic
- the glutamic acid (sometimes referred to as “Glu”) used as a raw material for GABA in the production method of the present invention refers to L-glutamic acid, which is a kind of amino acid, and its salt includes sodium salt and potassium. Examples thereof include alkali metal salts such as salts, or alkaline earth metal salts such as calcium salts and magnesium salts.
- Such glutamic acid or a salt thereof is not particularly limited in origin, but any of glutamic acid, sodium glutamate, which is a food additive having a use as a seasoning, and glutamic acid obtained by hydrolyzing food protein with an acid or an enzyme, is used. You may use.
- a seasoning containing free glutamic acid or the like, a processed fishery product, or a food such as tomato can be used as a source of glutamic acid or a salt thereof of the present invention.
- Addition of glutamic acid or a salt thereof to the medium may be performed at the beginning of the culture, but it is preferably added during the culture, and it is preferably added intermittently or continuously during the culture (fade batch It is more preferable to employ the method. More preferably, a method of continuously adding continuously is preferable.
- the glutamic acid concentration at the start of culture when added at the same time or the glutamic acid concentration at the start of culture (additional) when added additionally is less than 15% by mass, more preferably less than 6% by mass in the medium.
- the salt is preferably used.
- the glutamic acid concentration in the medium during the cultivation period is 6.5% by mass or less, for example, 5% by mass, immediately after the additional addition, from the viewpoint of improving GABA production ability.
- 1.5 mass% or less is mentioned, It is preferable to add and maintain glutamic acid or its salt to a culture medium so that a minimum may be 0.1 mass%.
- the timing for starting the additional addition is preferably the transition phase of Enterococcus avium.
- the “transition phase” refers to the transition phase from the logarithmic growth phase where the number of cells grows logarithmically on the growth curve to the stationary phase.
- the time for the additional addition is not particularly limited, but is preferably adjusted to the end of the culture time.
- the culture time is preferably 20 to 140 hours, more preferably 20 to 120 hours, and even more preferably 20 to 90 hours from the start of the culture, from the viewpoint of GABA production efficiency.
- the initial glutamic acid concentration is 4 to 6% by mass
- GABA is recovered after 20 to 30 hours when almost the entire amount of glutamic acid is converted to GABA.
- glutamic acid or a salt thereof is added to the medium so that the concentration of glutamic acid in the medium is 0.1 to 6.5% by mass, for example, 0.2 to 5% by mass, or 0.2 to 1.5% by mass. It is preferable to continue the culture from the viewpoint of improving production efficiency.
- the culture time at this time is preferably 30 to 80 hours.
- the culture is completed and GABA is collected or the glutamic acid in the medium is recovered after 40 to 60 hours when almost all glutamic acid is converted to GABA. It is preferable from the viewpoint of improving production efficiency that glutamic acid or a salt thereof is additionally added to the medium so that the concentration becomes 0.1 to 6.5% by mass and the culture is continued.
- the culture time at this time is preferably 40 to 130 hours.
- the amount of glutamic acid or a salt thereof added per time is 0.1 to 200 g per liter of medium when the initial glutamic acid concentration is 0.1 to 15% by mass. It is preferably 40 to 70 g, more preferably 50 to 60 g.
- the period is preferably every 8 to 28 hours, and the number of additions at this time is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6.
- the initial glutamic acid concentration is 4 to 7% by mass, it is preferably every 8 to 16 hours.
- the number of additions is 1 to 6 times, more preferably 2 to 5 times, and further 3 to 4 times. It is preferable to set the number of times.
- the initial glutamic acid concentration is 8 to 12% by mass, it is preferably every 20 to 28 hours, more preferably every 22 to 26 hours.
- the number of times is 1 to 4 times, 1 to 3 times, and 1 more. It is preferable to set it to 2 times.
- the glutamic acid concentration in the medium is It is preferable to add glutamic acid or a salt thereof so that the amount becomes 0.1 to 6.5% by mass, preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.3 to 1.5% by mass.
- the feed rate during continuous addition is 3.0 to 8.0 (g / medium 1 L / 1 h), particularly 4 to 7 (g / medium 1 L / 1 h), and further 4.5 to 6.7. (G / medium 1 L / 1 h) is preferable, and the period of continuous additional addition is 1 to 70 hours, more preferably 25 to 50 hours.
- the feed rate is set to 0 (g / medium 1 L / 1 h), and the addition of glutamic acid or a salt thereof is temporarily interrupted. Alternatively, the feed speed may be increased or decreased.
- G / medium 1 L / 1 h refers to the amount (g) of glutamic acid or a salt thereof added to 1 L of medium per hour.
- the medium component used in the present invention is not limited as long as the enterococcus abium can produce GABA in the culture.
- the medium component include various yeast extract, animal meat extract, malt extract, fish meat extract and the like. Extract: Casein degradation product, livestock peptone, fish meat peptone, soybean degradation product, defatted soybean degradation product, potato degradation product, and other animal and vegetable peptones or polypeptones; corn steep liquor alone or in combination .
- plant polypeptone, yeast extract, and corn steep liquor from the viewpoint of improving GABA productivity.
- soybean degradation product and / or a yeast extract it is particularly preferable to use a soybean degradation product and / or a yeast extract.
- the amount of vegetable polypeptone used at this time is preferably 0.1 to 10% by mass, particularly preferably 0.5 to 2.5% by mass in the medium.
- the amount of the yeast extract used is preferably 0.1 to 5% by mass in the medium, and particularly preferably 0.5 to 1.5% by mass.
- the amount of corn steep liquor used is preferably 0.1 to 15% by mass, particularly 3 to 8% by mass in the medium.
- medium components used in the present invention in addition to the above, medium components commonly used for culturing lactic acid bacteria such as gelatin, agar, sugar, fragrance, and pulp can be used.
- sugars such as sucrose, glucose, fructose, palatinose, trehalose, sugar alcohols such as sorbitol, xylitol, erythritol, reduced starch syrup, high sweetness sweeteners such as aspartame, acesulfame potassium, sucrose fatty acid ester, glycerin fatty acid ester , Emulsifiers such as lecithin, thickeners such as carrageenan, xanthan gum and guar gum, acidulants such as citric acid, lactic acid and malic acid, juices such as lemon juice and orange juice, vitamins, calcium, iron, manganese, It is possible to add minerals such as zinc, further herbal medicines such as licorice, katsura, ginger, or herbs.
- Examples of the medium used in the present invention include GYP medium and FYP medium commonly used for culturing lactic acid bacteria, commercially available GAM medium (manufactured by Nippon Pharmaceutical), MRS medium (manufactured by Difco), and the like. You may further mix
- soybean hydrolyzate for example, trade name: Polypeptone N: manufactured by Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.
- yeast extract 0.5-2% by mass
- manganese sulfate 0 to 0.005% by mass
- dipotassium phosphate 0 to 0.2% by mass
- diammonium citrate 0 to 0.2% by mass
- surfactant for example, Tween ( (Registered trademark) 80
- Tween antifoaming agent 0 to 0.05 mass%
- glucose 5 to 15 mass% sodium glutamate 0.1 to 15 mass% (preferably from 3 to 13 mass%)
- the pH of the medium is preferably 5 to 8, more preferably 6 to 8, in order to increase the degree of growth of Enterococcus abium.
- the form of the medium may be liquid, semi-solid, or solid, but is preferably a liquid medium from the viewpoint of mass production.
- the medium components may be appropriately added to the medium during the culture time so that the concentration of each component is as described above.
- enterococcus abium cells are inoculated into a medium containing glutamic acid or a salt thereof, and the medium (culture) is aerated, agitated, shaken, left standing, or these. It can be carried out by a batch method in which a combination is acted on, or a continuous column method in which the cells subjected to immobilization are filled in a column or the like and acted on the medium.
- “venting an inert gas into the medium” means that the culture is stirred or shaken under an inert gas atmosphere in addition to bubbling into the medium, which is a commonly used means, Performing a combination of these means mixing an inert gas into the culture medium (culture).
- the means for increasing the concentration of the inert gas in the medium include stirring while bubbling the inert gas in the medium; stirring while passing the inert gas over the medium surface, and the like. It is preferable to stir while bubbling an inert gas in the medium.
- the aeration rate per liter of the culture solution at this time is preferably 0.1 to 1000 mL / min, more preferably 10 to 500 mL / min, further preferably 20 to 300 mL / min, and particularly preferably 20 to 200 mL / min. .
- the stirring speed is preferably 30 to 500 revolutions per minute, more preferably 50 to 400 revolutions per minute, and particularly preferably 100 to 300 revolutions per minute.
- inert gas used in the present invention examples include nitrogen gas, carbon dioxide gas, argon gas, helium gas and the like, and these gases may be used alone or in combination of two or more. Of these, nitrogen gas is preferred because it can be stably supplied in large quantities on an industrial scale.
- the working temperature during the culturing of the present invention is preferably 20 to 50 ° C., more preferably 25 to 45 ° C., and more preferably 34 to 40 ° C. from the viewpoint of improving GABA productivity.
- the culture time may be appropriately selected within the range of 1 hour to 10 days, and more preferably 10 hours to 5 days, and further 20 to 96 hours, from the viewpoint of improving GABA production efficiency.
- the pH of the medium is adjusted with an organic acid such as sodium citrate or sodium acetate, an inorganic acid such as sulfuric acid or acetic acid, or an alkali such as caustic soda or calcium carbonate during the culture (reaction).
- the pH may be measured and adjusted according to a conventional method.
- the pH of the medium at this time is preferably 5.0 to 7.0, and preferably 4.5 to 5.5 from the viewpoint of improving GABA productivity.
- the number of Enterococcus abium used for fermentation is not particularly limited. However, if the number of bacteria to be acted is small, it takes time for the bacteria to grow, and contamination with bacteria tends to occur. And the cost is high. For this reason, it is preferable to add 0.5 to 10 parts by volume, preferably 1 to 5 parts by volume, and more preferably 2 to 3 parts by volume of Enterococcus abium culture medium precultured as a starter with respect to 100 parts by volume of the production culture medium. It is more preferable to add a part. In addition, it is desirable that the medium used for the preculture contains 1 to 5% by mass of glutamic acid or a salt thereof from the viewpoint of increasing the production ability of GABA in the production culture.
- the productivity of GABA of the strain is excellently improved.
- GABA becomes high concentration.
- glutamic acid or a salt thereof so that the glutamic acid concentration at the start of cultivation is less than 15% by mass in the medium, and at the late logarithmic growth phase of Enterococcus abium, the glutamic acid concentration is 0.1-6% by mass in the medium.
- GABA can be efficiently recovered by removing the cells from the culture containing GABA at a high concentration and then separating and purifying GABA.
- the means for removing the cells include known means such as centrifugation and filtration.
- the separation / purification means include known means such as crystallization, ultrafiltration, ion exchange, activated carbon treatment, and chromatographic separation.
- the decolorization solution By passing a decolorizing solution containing glutamic acid and GABA through an anion exchange resin at pH 4 to 6 (preferably pH 4 to 5.5), and adsorbing and removing glutamic acid by anion exchange resin, GABA And the like.
- the obtained GABA is incorporated into various foods or feeds, and has a high concentration having functions such as blood pressure lowering action, mental stabilization action, anti-stress action, alcohol metabolism promotion action, brain metabolism promotion action, obesity prevention action, etc.
- It can be a GABA-containing food or feed.
- it can be set as the functional food / beverage which displayed that the said function is exhibited, the food / beverage for sick, food for specified health, a dietary supplement, etc.
- the daily intake of GABA is estimated to be 10-20 mg.
- the form of the food is not particularly limited, but drinks such as fruit juice drinks, carbonated drinks, tea-based drinks, milk drinks, alcoholic drinks, lactic acid fermented drinks and soft drinks, jelly-like foods, various snacks, baked goods It can be made into all food forms such as confectionery, cakes, chocolate, jam, bread, gum, rice cake, soups, fermented foods such as yogurt and pickles, and boiled rice cakes.
- as feed it can be set as pet feed, livestock feed, cultured feed, etc., for example.
- the manufacturing method of the fermented material of this invention adds the above-mentioned culture medium composition component, glutamic acid, or its salt suitably to the fermentation raw material which has as a main component 1 or more types chosen from milk, fruit juice, or vegetable juice, and this.
- a main component 1 or more types chosen from milk, fruit juice, or vegetable juice and this.
- an inert gas is aerated and fermented using Enterococcus abium.
- a fermented material containing a high concentration of GABA is obtained.
- milk used as the main raw material examples include animal milk such as cow's milk, goat milk and men's sheep milk, and milk is particularly preferable.
- Such milk may be either non-sterilized milk or pasteurized milk, concentrated milk or condensed milk prepared from these milks, skim milk, partially skimmed milk or powdered milk obtained by drying these. May be.
- fruit juice and vegetable juice used as main ingredients include fruit juices such as mandarin oranges, peaches, grapes, strawberries, and pears; vegetable juices such as carrots (Apiaceae) and tomatoes.
- fruit juice or wild juice can be obtained by pulverizing fruits or vegetables with a mixer or the like, mixing water appropriately after pulverization, or further squeezing after pulverization.
- Such fruit juice or vegetable juice may be concentrated as appropriate, and this concentrated solution may be used as it is or after diluting the concentrated solution to an appropriate concentration such as distilled water.
- the above-mentioned milk, fruit juice and vegetable juice can be used as main raw materials alone or in combination.
- the fermented product obtained using the method for producing GABA contains GABA in a high concentration in the fermented product, it can be used as it is as the food or feed.
- the fermented product can be used by blending it with the food or feed, but it is used after further increasing the GABA content by usual processing steps such as column separation, filtration, concentration, and drying. May be.
- other lactic acid bacteria may be added as appropriate, and further fermented, for example, fermented food or feed such as yogurt or pickles.
- Example 1 Enterococcus avium G15 strain (NITE BP-142) used in the main culture was obtained on September 22, 2005, 2-5-8, Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture, 292-0818, Japan. This is deposited at the National Institute of Technology and Technology (NPMD).
- the culture solution used for the main culture was added to ion-exchanged water and autoclaved so as to have the following medium composition.
- Production medium composition Polypeptone N (Nippon Pharmaceutical) 2% by mass 1% by weight of yeast extract Sodium acetate 0.2% by mass Magnesium sulfate 0.02 mass% Manganese sulfate 0.001% by mass Dipotassium phosphate 0.2% by mass Defoamer (trade name Adecanol LG-109, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 0.05% by mass Glucose 6% by mass Sodium L-glutamate 5% by mass Water remaining (pH 6.8)
- GABA and glutamic acid were quantified by HPLC using o-phthalaldehyde as a color former.
- the enterococcus abium G15 strain was inoculated into the culture solution and then precultured to obtain a starter.
- the pre-culture at this time was performed by static culture at 37 ° C. in an air atmosphere.
- the obtained starter 50 mL was added to the main culture solution (2000 mL), and agitation culture (pH 5) was performed using a jar fermenter apparatus at 37 ° C. while aeration (bubbling) of nitrogen gas through the medium. .
- the aeration rate at this time was 200 mL / min, and the stirring speed was 200 revolutions per minute.
- Table 1 The results are shown in Table 1.
- Example 2 In addition, “for a certain period (10 hours) after adding the starter, stir and culture“ air ”in the medium while bubbling, then switch“ air ”to“ nitrogen gas ”and add“ nitrogen gas ”to the medium. The culture was carried out in the same manner as in Example 1 except that the culture was performed while stirring with bubbling. The results are shown in Table 1.
- Example 3 Incubation was carried out in the same manner as in Example 1, and this was designated as Example 3.
- the same procedure as in Example 3 was performed except that “stirring culture was performed in a non-aerated state (without bubbling) in a nitrogen gas atmosphere” instead of “stirring culture while bubbling nitrogen gas through the medium”.
- Culture was performed and this was designated as Example 4.
- a nitrogen gas atmosphere was introduced while aeration was conducted over the medium at an aeration rate of 200 mL / min without bubbling nitrogen gas.
- the culture was performed in the same manner as in Example 4 except that “stirring culture” was performed.
- the culture was carried out in the same manner as in Example 4 except that it was carried out at “50 stirring / min. Stirring speed” instead of “200 stirring / min.”.
- Examples 7-8 Using the production medium of Example 1, “adjust sodium glutamate in the medium to the initial 5 mass% (267 mmol / L) and continuously add 800 mL of 50 mass% sodium glutamate solution (2670 mmol / L) during the culture time.
- the culture was carried out in the same manner as in Example 1 except that the culture solution was adjusted to pH 5.5 while being added, and this was designated as Example 7.
- “Organic nitrogen source in production medium (polypeptone, yeast extract)” in Example 1 “Corn steep liquor (CSL) (5 mass% in medium) so as to be equivalent in terms of nitrogen content” ” Culturing was carried out in the same manner as in Example 7 except that the mixed medium was used, and this was designated as Example 8.
- GABA productivity almost equal to 1050 mmol / L (108 g / L) and 1020 mmol / L (105 g / L) was observed in the respective media of Examples 7 and 8 as the maximum GABA production.
- Reference example 1 At the end of the culture, the cells were filtered from a culture solution (1000 mL) of GABA 43.4 g / L, and 5% activated carbon was added to the sterilized filtrate to remove the color.
- the decolorizing solution pH 5.5
- An anion exchange resin Rohm and Haas, trade name Amberlite, IR-50 type
- Examples 9 and 10 The amount of GABA in the medium was measured while bubbling an inert gas in the same manner as in Example 1 except that the following GYP medium and GYP2 medium were used instead of the medium used in Example 1. (Referred to as Examples 9 and 10, respectively). Moreover, about the cell growth degree of Enterococcus abium G15 strain, the light absorbency was measured by spectrophotometer in OD610. The results are shown in Table 3.
- GYP medium composition Tryptone (Difco) 0.5% by mass 1% by weight of yeast extract Sodium acetate 0.2% by mass Magnesium sulfate 0.02 mass% Manganese sulfate 0.001% by mass Dipotassium phosphate 0.2% by mass Sodium chloride 0.001% by mass Iron sulfate 0.001% by mass Tween (registered trademark) 80 0.05 mass% Defoamer (trade name Adecanol LG-109, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 0.05% by mass Glucose 6% by mass Sodium L-glutamate 5% by mass Pyridoxal phosphate 0.01% by mass Water remaining (pH 6.8)
- GYP2 medium composition Polypeptone N (Nippon Pharmaceutical) 2% by mass Yeast extract 1.2% by mass Sodium acetate 0.2% by mass Magnesium sulfate 0.02 mass% Manganese sulfate 0.0005 mass% Dipotassium phosphate 0.2% by mass Tween (registered trademark) 80 0.1% by mass Defoamer (trade name Adecanol LG-109, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 0.05% by mass Glucose 6% by mass Sodium L-glutamate 5% by mass Pyridoxal phosphate 0.01% by mass Water remaining (pH 6.8)
- Examples 11 and 12 A sodium hydroxide aqueous solution and a sulfuric acid aqueous solution were used while bubbling an inert gas in the same manner as in Example 10 (GYP2 medium) except that the pH during the culture was changed to 5.0 and 6.5. Then, the pH during the culture was adjusted, the culture was performed, and the GABA content, the lactic acid content, and the cell proliferation degree in the culture medium were measured (referred to as Examples 11 and 12, respectively). The results are shown in Table 4.
- Examples 13-15 The culture was performed in the same manner as in Example 1 except that the concentration of sodium glutamate in the GYP2 medium was adjusted to 5 mass%, 10 mass%, and 15 mass% (pH 6.8). The results are shown in Table 5.
- Example 16 The concentration of sodium glutamate in the GYP2 medium was adjusted to 10% by mass (pH 6.8), and the initial glutamic acid concentration in the culture solution was adjusted to 10% by mass. After 24 hours of culture, 60 g of sodium glutamate was added per 1 L of the medium, and the glutamic acid concentration in the medium at this time was 11% by mass (Example 16). In addition, after 24 hours and 48 hours of culture, 60 g of sodium glutamate was added per 1 L of the medium, respectively, and the glutamic acid concentrations in the medium at this time were 11% by mass and 12% by mass, respectively (Example 17). Other than this, the culture was performed in the same manner as in Example 14. The results are shown in Table 6.
- Example 17 although the total amount of sodium glutamate used was larger than that in Example 15, the remaining amount of sodium glutamate was small. Therefore, it can be said that the amount of glutamic acid or a salt thereof used during the culture may be added in a plurality of times in order to efficiently produce a large amount of GABA.
- Example 18 The GYP medium 2L was used as the main culture solution, and the initial sodium glutamate concentration was 5% by mass.
- the method of inoculating Enterococcus abium G15 strain into the main culture was performed in the same manner as in Example 1 above.
- stirring was performed using a jar fermenter apparatus at 37 ° C. while aeration (bubbling) of nitrogen gas through the medium.
- the aeration rate at this time was 160 mL / min, and the stirring speed was 200 revolutions per minute.
- fed batch culture was performed using the shot addition method.
- 50 g of sodium glutamate per 1 L of medium was added 4 times every 8-16 hours from the culture time 22 hours corresponding to the transition face (see Table 7).
- the total amount of sodium glutamate added after the transition face was 400 g, that is, the amount of sodium glutamate used was 200 g per liter of medium.
- Table 7 The results are shown in Table 7 and FIG.
- Example 19 the culture was performed in the same manner as in Example 18 except that the “shot addition method” was changed to the “continuous addition method”.
- a continuous addition method 200 g of sodium glutamate was continuously added per liter of the culture medium from the 22nd to 52nd culture time (over 30 hours) corresponding to the transition face.
- the feed rate of sodium glutamate was 4.5 to 6.7 (g / medium 1 L / 1 hr) per 1 L of medium.
- sodium glutamate was added at a similar feed rate for up to 70 hours (see Table 7).
- the usage-amount of the sodium glutamate added additionally was 200g per 1L of culture media. The results are shown in Table 7 and FIG.
- the production amount of GABA after 70 hours of culture time was 683.7 mmol / L (70.5 g / L).
- the production amount of GABA at the culture time of 70 hours is 864.0 mmol / L (89.1 g / L), and the total amount of sodium glutamate used is the same.
- the production amount of GABA could be increased more efficiently than in the case of the 18 shot addition method.
- Enterococcus abium it can be said that it is better to reduce the fluctuation range of the glutamic acid concentration in the medium.
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Abstract
GABAを効率よく製造する方法を提供すること。 グルタミン酸又はその塩を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養し、γ-アミノ酪酸を回収することを特徴とするγ-アミノ酪酸の製造方法。
Description
本発明は、エンテロコッカス アビウムを用いてγ-アミノ酪酸(以下、「GABA」ともいう)を製造する方法に関する。
GABAは、広く天然界に存在するアミノ酸の一種で、発芽玄米、茶、野菜類、穀類に含まれている。人等の哺乳動物においては脳や脊椎に存在する抑制性の神経伝達物質であり、その生理効果については、血圧降下作用、精神安定化作用、抗ストレス作用、アルコール代謝促進作用、脳代謝促進作用、肥満防止作用等が知られている。
従って、高血圧症の改善や精神安定化作用を期待して、GABA含有量を増加させた食品を摂取することが提唱されている。
従って、高血圧症の改善や精神安定化作用を期待して、GABA含有量を増加させた食品を摂取することが提唱されている。
GABA生産能を有する乳酸菌を利用したGABAの製造方法やこれにより得られた高濃度GABA含有食品が知られている。
例えば、ラクトバチルス ブレビスUAS-4又はラクトバチルス ブレビスUSA-6をグルタミン酸又はその塩を含む培地で、空気雰囲気下、緩やかに攪拌して若干の好気条件にて培養し、培養液中に蓄積したGABAを回収する、GABAの製造方法が知られている(特許文献1)。
また、植物又はその汁液を、グルタミン酸又はその塩及び酒粕又はその抽出物の存在下、エンテロコッカス アビウムG15株を用いて静置培養条件にて発酵させるGABA含有発酵物の製造方法が知られている(特許文献2)。
また、エンテロコッカス アビウムと蒸し大豆及び1%グルタミン酸ナトリウムを含むMRS培地を混合したものを、密閉タンクに入れた後に、タンク内の空気を吸引除去し、炭酸ガスを充填した後、嫌気的条件下の静置培養にて発酵されるGABA含有発酵物の製造方法が知られている(特許文献3)。
例えば、ラクトバチルス ブレビスUAS-4又はラクトバチルス ブレビスUSA-6をグルタミン酸又はその塩を含む培地で、空気雰囲気下、緩やかに攪拌して若干の好気条件にて培養し、培養液中に蓄積したGABAを回収する、GABAの製造方法が知られている(特許文献1)。
また、植物又はその汁液を、グルタミン酸又はその塩及び酒粕又はその抽出物の存在下、エンテロコッカス アビウムG15株を用いて静置培養条件にて発酵させるGABA含有発酵物の製造方法が知られている(特許文献2)。
また、エンテロコッカス アビウムと蒸し大豆及び1%グルタミン酸ナトリウムを含むMRS培地を混合したものを、密閉タンクに入れた後に、タンク内の空気を吸引除去し、炭酸ガスを充填した後、嫌気的条件下の静置培養にて発酵されるGABA含有発酵物の製造方法が知られている(特許文献3)。
GABAは、従来より、一般的には、上記の文献等に記載されているように、グルタミン酸又はその塩を原料として製造されてきた。しかし、その原料であるグルタミン酸は工業的に大量に製造されて安価に入手できるものの、GABAは、前述のように高機能を有する物質であることから、付加価値の高いファインケミカルな物質である。従って、そのような付加価値の高い物質を工業的に大量に製造することが強く望まれていた。
しかしながら、GABA生産能を有する乳酸菌を用いてGABAを安価に効率よく大量生産する研究は未だ十分とは云えず、そのため、GABAの広範な普及に至っていないのが現状である。
本発明は、培養物中により高濃度のGABAを効率よく製造する方法を提供することに関する。
従来、GABA生産能を有する乳酸菌を用いる場合、例えば特許文献1~3の記載のように、無攪拌や無通気で微嫌気状態にしてか、或いは空気雰囲気下で若干攪拌して微好気状態にして培養することによりGABAを高濃度に生産させている。
本発明者は、斯かる事情に鑑み、エンテロコッカス・アビウムを用いて効率よくGABAを製造するための培養条件について種々検討したところ、意外にも、培地に不活性ガスを通気した場合、すなわち培地に不活性ガスを混入するように嫌気培養した場合、更にトランジションフェース(transition phase)においてグルタミン酸又はその塩を追加添加してグルタミン酸濃度を特定量となるようにした場合に、GABAを高濃度に含有する培養物を得ることができ、GABAを効率よく生産し回収できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明者は、斯かる事情に鑑み、エンテロコッカス・アビウムを用いて効率よくGABAを製造するための培養条件について種々検討したところ、意外にも、培地に不活性ガスを通気した場合、すなわち培地に不活性ガスを混入するように嫌気培養した場合、更にトランジションフェース(transition phase)においてグルタミン酸又はその塩を追加添加してグルタミン酸濃度を特定量となるようにした場合に、GABAを高濃度に含有する培養物を得ることができ、GABAを効率よく生産し回収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(1)~(7)に係るものである。
(1)グルタミン酸又はその塩を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養し、γ-アミノ酪酸を回収することを特徴とするγ-アミノ酪酸の製造方法。
(2)培養開始時のグルタミン酸濃度を培地中15質量%未満となるようにグルタミン酸又はその塩を用いる上記(1)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(3)トランジションフェース(transition phase)において、グルタミン酸濃度が培地中0.1~6.5質量%となるようにグルタミン酸又はその塩を追加添加する上記(2)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(4)pH5.0~7.0で培養する上記(1)~(3)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(5)エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である上記(1)~(4)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(6)乳、果実又は野菜から選ばれる1種以上を主成分とする発酵原料を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて発酵させることを特徴とする発酵物の製造方法。
(7)エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である上記(6)の発酵物の製造方法。
(8)上記(6)又は(7)の発酵物の製造方法により製造された発酵物。
(1)グルタミン酸又はその塩を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養し、γ-アミノ酪酸を回収することを特徴とするγ-アミノ酪酸の製造方法。
(2)培養開始時のグルタミン酸濃度を培地中15質量%未満となるようにグルタミン酸又はその塩を用いる上記(1)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(3)トランジションフェース(transition phase)において、グルタミン酸濃度が培地中0.1~6.5質量%となるようにグルタミン酸又はその塩を追加添加する上記(2)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(4)pH5.0~7.0で培養する上記(1)~(3)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(5)エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である上記(1)~(4)のγ-アミノ酪酸の製造方法。
(6)乳、果実又は野菜から選ばれる1種以上を主成分とする発酵原料を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて発酵させることを特徴とする発酵物の製造方法。
(7)エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である上記(6)の発酵物の製造方法。
(8)上記(6)又は(7)の発酵物の製造方法により製造された発酵物。
本発明によれば、GABAの生産性が向上し、高濃度のGABA含有発酵物を得ることができ、これから効率よくGABAを回収することができる。得られた発酵物や精製されたGABAを用いることにより、血圧降下作用、精神安定化作用などの機能を有する食品又は飼料を得ることができる。
本願発明のGABAの製造方法は、グルタミン酸又はその塩を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養し、GABAを回収するものである。
本発明の製造方法に用いられるエンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium)は、通性嫌気性のグラム陽性球菌で、人の腸管、口腔などに存在する常在菌であるが、以下に示すエンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium) G15(以下、「G15株」ともいう)を用いるのが好ましい。
「エンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium) G15」は、無農薬栽培を行っている畑で育てたニンジンの葉から本発明者により始めて分離され、2005年9月22日、〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)にNITE BP-142として寄託した菌株であり、以下の菌学的性質を有する。
1)連鎖球菌、2)グラム染色は陽性、3)ランスフィールドの群抗原Dを有する、4)カタラーゼ活性は陰性、5)芽胞形成能は無い、6)通性嫌気性
「エンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium) G15」は、無農薬栽培を行っている畑で育てたニンジンの葉から本発明者により始めて分離され、2005年9月22日、〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)にNITE BP-142として寄託した菌株であり、以下の菌学的性質を有する。
1)連鎖球菌、2)グラム染色は陽性、3)ランスフィールドの群抗原Dを有する、4)カタラーゼ活性は陰性、5)芽胞形成能は無い、6)通性嫌気性
本発明の製造方法でGABAの原料として使用されるグルタミン酸(「Glu」と記すことがある)は、化学的にはアミノ酸の一種であるL-グルタミン酸を指し、その塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩又はカルシウム塩やマグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。斯かるグルタミン酸又はその塩は、由来は特に限定されないが、調味料としての用途を持つ食品添加物であるグルタミン酸、グルタミン酸ナトリウムや、食品蛋白質を酸や酵素で加水分解して得られるグルタミン酸のいずれを用いても構わない。
また、遊離グルタミン酸等を含む調味料、水産加工品、トマト等の食材を、本発明のグルタミン酸又はその塩の供給源として用いることもできる。
また、遊離グルタミン酸等を含む調味料、水産加工品、トマト等の食材を、本発明のグルタミン酸又はその塩の供給源として用いることもできる。
グルタミン酸又はその塩の培地への添加は、培養開始時に一度に添加してもよいが、培養中に追加添加するのが好ましく、培養中に間欠的に又は連続的に追加添加する方法(フェイドバッチ方法)を採用するのがより好ましい。更に好ましくは連続的に追加添加する方法が好ましい。
一度に添加する場合の培養開始時のグルタミン酸濃度又は追加添加する場合の培養開始時(初発)のグルタミン酸濃度は、培地中、15質量%未満、より好ましくは6質量%未満となるようにグルタミン酸又はその塩を用いるのが好ましい。
グルタミン酸又はその塩を追加添加する場合には、GABA生産能向上の点から、培養期間中、培地中のグルタミン酸濃度が、当該追加添加直後のグルタミン酸濃度が6.5質量%以下、例えば5質量%以下、1.5質量%以下等が挙げられ、下限は0.1質量%になるように、グルタミン酸又はその塩を培地に追加添加して維持するのが好ましい。
追加添加を開始する時期としては、エンテロコッカス アビウムのトランジションフェース(transition phase)であるのが好ましい。
ここで、「トランジションフェース(transition phase)」とは、生育曲線において細胞数が対数的に増殖する対数増殖期から定常期への移行期をいう。本発明のエンテロコッカス アビウムにおいては、植菌後から18~26時間程度経過した時期である。
上記の追加添加する時間は、特に制限はないが、好ましくは培養時間の終了に合わせるのがよい。
尚、培養時間は、GABAの生産効率の点から、培養開始時から20~140時間、より20~120時間、更に20~90時間とするのが好ましい。
追加添加を開始する時期としては、エンテロコッカス アビウムのトランジションフェース(transition phase)であるのが好ましい。
ここで、「トランジションフェース(transition phase)」とは、生育曲線において細胞数が対数的に増殖する対数増殖期から定常期への移行期をいう。本発明のエンテロコッカス アビウムにおいては、植菌後から18~26時間程度経過した時期である。
上記の追加添加する時間は、特に制限はないが、好ましくは培養時間の終了に合わせるのがよい。
尚、培養時間は、GABAの生産効率の点から、培養開始時から20~140時間、より20~120時間、更に20~90時間とするのが好ましい。
より具体的には、例えば、初発のグルタミン酸濃度が4~6質量%である場合には、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換される20~30時間で、培養を終了してGABAを回収するか、或いは培地中のグルタミン酸濃度が、0.1~6.5質量%、例えば0.2~5質量%、0.2~1.5質量%になるように培地にグルタミン酸又はその塩を追加添加して培養を継続するのが、生産効率向上の点から好ましい。このときの培養時間は、30~80時間とするのが好ましい。
また、初発のグルタミン酸濃度が8~12質量%である場合には、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換される40~60時間で、培養を終了してGABAを回収するか、或いは培地中のグルタミン酸濃度が、0.1~6.5質量%になるように培地にグルタミン酸又はその塩を追加添加して培養を継続するのが、生産効率向上の点から好ましい。このときの培養時間は、40~130時間とするのが好ましい。
また、初発のグルタミン酸濃度が8~12質量%である場合には、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換される40~60時間で、培養を終了してGABAを回収するか、或いは培地中のグルタミン酸濃度が、0.1~6.5質量%になるように培地にグルタミン酸又はその塩を追加添加して培養を継続するのが、生産効率向上の点から好ましい。このときの培養時間は、40~130時間とするのが好ましい。
追加添加として間欠的添加を採用する場合、グルタミン酸又はその塩の1回あたりの添加量は、初発のグルタミン酸濃度が0.1~15質量%の際に、培地1L当たり、0.1~200gとするのが好ましく、より40~70g、更に50~60gが好ましい。その時期は、8~28時間毎とするのが好ましく、このときの添加回数は、1~8回、より1~6回とするのが好ましい。
具体的には、初発のグルタミン酸濃度が4~7質量%の場合には、8~16時間毎が好ましく、このときの添加回数は、1~6回、より2~5回、更に3~4回とするのが好ましい。
また初発のグルタミン酸濃度が8~12質量%の場合には、20~28時間毎、より22~26時間毎が好ましく、このときの回数は、1~4回、より1~3回、更に1~2回とするのが好ましい。
具体的には、初発のグルタミン酸濃度が4~7質量%の場合には、8~16時間毎が好ましく、このときの添加回数は、1~6回、より2~5回、更に3~4回とするのが好ましい。
また初発のグルタミン酸濃度が8~12質量%の場合には、20~28時間毎、より22~26時間毎が好ましく、このときの回数は、1~4回、より1~3回、更に1~2回とするのが好ましい。
また、追加添加として連続的添加を採用する場合、初発のグルタミン酸濃度が0.1~15質量%、好ましくは3~10質量%、特に4~6質量%の際に、培地中のグルタミン酸濃度が0.1~6.5質量%、好ましくは0.1~5質量%、より好ましくは0.3~1.5質量%となるようにグルタミン酸又はその塩を追加添加するのがよい。このときの連続的に添加する際のフィード速度は、3.0~8.0(g/培地1L/1h)、特に4~7(g/培地1L/1h)更に4.5~6.7(g/培地1L/1h)とするのが好ましく、連続的に追加添加する期間は、1~70時間、より好ましくは25~50時間とするのがよい。
尚、連続的に添加する際に、培地中のグルタミン酸濃度を所望の範囲内に調整するために、フィード速度を0(g/培地1L/1h)としてグルタミン酸又はその塩の添加を一時的に中断してもよく、またフィード速度を早くしたり遅くしたりしてもよい。
また、「g/培地1L/1h」とは、1時間当たり、培地1Lに対して添加されるグルタミン酸又はその塩の量(g)をいう。
尚、連続的に添加する際に、培地中のグルタミン酸濃度を所望の範囲内に調整するために、フィード速度を0(g/培地1L/1h)としてグルタミン酸又はその塩の添加を一時的に中断してもよく、またフィード速度を早くしたり遅くしたりしてもよい。
また、「g/培地1L/1h」とは、1時間当たり、培地1Lに対して添加されるグルタミン酸又はその塩の量(g)をいう。
本発明で使用される培地成分は、上記エンテロコッカス アビウムが培養物中にGABAを生産できるものであればよく、当該培地成分としては、例えば、酵母エキス、畜肉エキス、麦芽エキス、魚肉エキス等の各種エキス;カゼイン分解物、畜肉ペプトン、魚肉ペプトン、大豆分解物、脱脂大豆分解物、ポテト分解物等の動物性及び植物性のペプトン又はポリペプトン;コーンスティープリカー等を単独で又は2種以上が挙げられる。このうち、植物性ポリペプトン、酵母エキス、コーンスティープリカーを使用することが、GABA生産性向上の点で好ましい。更にこの植物性ポリペプトンのうち、大豆分解物及び脱脂大豆分解物を使用することが好ましい。これらのうち、特に、大豆分解物及び/又は酵母エキスを使用することが好ましい。
このときの植物性ポリペプトンの使用量は、培地中、0.1~10質量%が好ましく、特に0.5~2.5質量%が好ましい。また、当該酵母エキスの使用量は、培地中、0.1~5質量%が好ましく、特に0.5~1.5質量%が好ましい。また、コーンスティープリカーの使用量は、培地中、0.1~15質量%が好ましく、特に3~8質量%が好ましい。
このときの植物性ポリペプトンの使用量は、培地中、0.1~10質量%が好ましく、特に0.5~2.5質量%が好ましい。また、当該酵母エキスの使用量は、培地中、0.1~5質量%が好ましく、特に0.5~1.5質量%が好ましい。また、コーンスティープリカーの使用量は、培地中、0.1~15質量%が好ましく、特に3~8質量%が好ましい。
また、本発明で使用される培地成分として、上記の他、ゼラチン、寒天、糖類、香料、果肉等、通常乳酸菌の培養に使用される培地成分を使用することができる。例えば、蔗糖、グルコース、フラクトース、パラチノース、トレハロース等の糖類、ソルビトール、キシリトール、エリスリトール、還元水飴等の糖アルコール、アスパルテーム、アセスルフャムカリウム等の高甘味度甘味料、蔗糖脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、レシチン等の乳化剤、カラギーナン、キサンタンガム、グァーガム等の増粘剤、クエン酸、乳酸、リンゴ酸等の酸味料、レモン果汁、オレンジ果汁等の果汁類の他、ビタミン類やカルシウム、鉄、マンガン、亜鉛等のミネラル類、更には甘草、桂枝、生姜のような生薬、或いは香草等を添加することが可能である。
本発明で使用される培地としては、例えば、乳酸菌の培養に一般的なGYP培地、FYP培地の他、市販のGAM培地(日本製薬社製)、MRS培地(Difco社製)等が挙げられ、これら培地に適宜上記各培地成分を更に配合してもよい。
例えば、大豆加水分解物(例えば、商品名:ポリペプトンN:日本製薬社製)0.5~2質量%、酵母エキス0.5~2質量%、酢酸ナトリウム0~0.2質量%、硫酸マグネシウム0~0.05質量%、硫酸マンガン0~0.005質量%、リン酸2カリウム0~0.2質量%、クエン酸2アンモニウム0~0.2質量%、界面活性剤(例えば、ツイーン(登録商標)80)0~0.05質量%、消泡剤0~0.05質量%、グルコース5~15質量%、グルタミン酸ナトリウム0.1~15質量%(好ましくは、3~13質量%より好ましくは5~10質量%)、ピリドキサールリン酸0~0.01質量%、イオン交換水残量を配合した培地を使用することが、GABA生産性向上の点で好ましい。
例えば、大豆加水分解物(例えば、商品名:ポリペプトンN:日本製薬社製)0.5~2質量%、酵母エキス0.5~2質量%、酢酸ナトリウム0~0.2質量%、硫酸マグネシウム0~0.05質量%、硫酸マンガン0~0.005質量%、リン酸2カリウム0~0.2質量%、クエン酸2アンモニウム0~0.2質量%、界面活性剤(例えば、ツイーン(登録商標)80)0~0.05質量%、消泡剤0~0.05質量%、グルコース5~15質量%、グルタミン酸ナトリウム0.1~15質量%(好ましくは、3~13質量%より好ましくは5~10質量%)、ピリドキサールリン酸0~0.01質量%、イオン交換水残量を配合した培地を使用することが、GABA生産性向上の点で好ましい。
なお、上記培地のpHは、エンテロコッカス アビウムの増殖度を高めるため、5~8、より6~8とするのが好ましい。
上記培地の形態は、液体、半固体、固体の何れの状態でもよいが、大量生産の点から液体培地が好ましい。
また、適宜、上記培地成分を培養時間中の培地に添加して、各成分の濃度が上述のような濃度となるように添加してもよい。
上記培地の形態は、液体、半固体、固体の何れの状態でもよいが、大量生産の点から液体培地が好ましい。
また、適宜、上記培地成分を培養時間中の培地に添加して、各成分の濃度が上述のような濃度となるように添加してもよい。
本発明の培養は、上記グルタミン酸又はその塩を含む培地中にエンテロコッカス アビウム菌体を接種し、当該培地(培養物)中に不活性ガスを通気しつつ、攪拌、振とう、静置若しくはこれらの組み合わせ等により作用させるバッチ法、又は固定化処理を行なった当該菌体をカラム等に充填して上記培地中で作用させるカラム連続法により実施することができる。
ここで、「培地中に不活性ガスを通気する」とは、通常用いられている手段である培地中にバブリングする他、不活性ガスの雰囲気下で培養物を攪拌或いは振とうすることや、これらを組み合わせて行なうこと等、不活性ガスを培地(培養物)中に混入させることをいう。このとき、培地中の不活性ガスの溶存濃度が高くなるようにするのが、GABAの生産速度が上昇し、GABA生産効率が向上する点から、好ましい。培地中の不活性ガスの濃度を高くする手段としては、例えば、培地中に不活性ガスをバブリングしながら攪拌すること;培地表面に不活性ガスを通気しながら攪拌すること等が挙げられ、特に、培地中に不活性ガスをバブリングしながら攪拌することが好ましい。
このときの培養液1Lあたりの通気量は、0.1~1000mL/分、より10~500mL/分、更に20~300mL/分であるのが好ましく、特に20~200mL/分であるのが好ましい。また攪拌速度は、毎分30~500回転、より毎分50~400回転であるのが好ましく、特に毎分100~300回転であるのが好ましい。
また、菌体の生育向上の点から、培養開始後24時間以内に不活性ガスを培養物中に混入することが好ましく、特に、GABA生産性向上の点から10時間以内に混入することが好ましい。
ここで、「培地中に不活性ガスを通気する」とは、通常用いられている手段である培地中にバブリングする他、不活性ガスの雰囲気下で培養物を攪拌或いは振とうすることや、これらを組み合わせて行なうこと等、不活性ガスを培地(培養物)中に混入させることをいう。このとき、培地中の不活性ガスの溶存濃度が高くなるようにするのが、GABAの生産速度が上昇し、GABA生産効率が向上する点から、好ましい。培地中の不活性ガスの濃度を高くする手段としては、例えば、培地中に不活性ガスをバブリングしながら攪拌すること;培地表面に不活性ガスを通気しながら攪拌すること等が挙げられ、特に、培地中に不活性ガスをバブリングしながら攪拌することが好ましい。
このときの培養液1Lあたりの通気量は、0.1~1000mL/分、より10~500mL/分、更に20~300mL/分であるのが好ましく、特に20~200mL/分であるのが好ましい。また攪拌速度は、毎分30~500回転、より毎分50~400回転であるのが好ましく、特に毎分100~300回転であるのが好ましい。
また、菌体の生育向上の点から、培養開始後24時間以内に不活性ガスを培養物中に混入することが好ましく、特に、GABA生産性向上の点から10時間以内に混入することが好ましい。
本発明で用いる不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、二酸化炭素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられ、当該ガスを単独で又は2種以上混合して使用してもよい。このうち、工業的スケールで安定的に大量供給できる点から、窒素ガスが好ましい。
本発明の培養中の作用温度は、20~50℃であるのが好ましく、より25~45℃、更に34~40℃であるのが、GABA生産性向上の点から好ましい。
また、培養時間は1時間~10日間の範囲で適宜選択すればよく、より10時間~5日間、更に20~96時間であるのが、GABA生産効率向上の点から好ましい。
また、培養(反応)中は、生じるpHの変化に対し、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等の有機酸、硫酸、酢酸等の無機酸、又はカセイソーダ、炭酸カルシウム等のアルカリで培地のpH調整を行ってもよく、pHの測定及び調整は常法に従って行えばよい。このときの培地のpHは、5.0~7.0であるのが好ましく、GABAの生産性向上の点から4.5~5.5であるのが好ましい。
また、培養時間は1時間~10日間の範囲で適宜選択すればよく、より10時間~5日間、更に20~96時間であるのが、GABA生産効率向上の点から好ましい。
また、培養(反応)中は、生じるpHの変化に対し、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム等の有機酸、硫酸、酢酸等の無機酸、又はカセイソーダ、炭酸カルシウム等のアルカリで培地のpH調整を行ってもよく、pHの測定及び調整は常法に従って行えばよい。このときの培地のpHは、5.0~7.0であるのが好ましく、GABAの生産性向上の点から4.5~5.5であるのが好ましい。
なお、発酵に用いるエンテロコッカス アビウムの菌数には特に制限はないが、作用させる菌数が少ないと菌の増殖に時間を要するために雑菌汚染が起こりやすくなり、菌数が多いと前培養に手間がかかり、要する費用も高くなる。このため、スターターとして前培養したエンテロコッカス アビウム培養液を生産培養培地100容量部に対して0.5~10容量部加えるのが好ましく、1~5容量部加えるのがより好ましく、特に2~3容量部加えるのがより好ましい。また、前培養に用いる培地中、グルタミン酸又はその塩を、1~5質量%含有することが、生産培養におけるGABAの生産能を高める点から望ましい。
後記実施例に示すとおり、グルタミン酸又はその塩を含む培地中に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養することにより、当該菌株のGABAの生産性が優れて向上し、培養物中のGABAが高濃度となる。更に、培養開始時のグルタミン酸濃度を培地中15質量%未満になるようにグルタミン酸又はその塩を用いることによって、またエンテロコッカス アビウムの対数増殖期後期においてグルタミン酸濃度が培地中0.1~6質量%となるようにグルタミン酸又はその塩を培地に追加添加することによって、培養物中のGABAを高濃度とすることができる。
培養終了後、GABAを高濃度で含有する培養物から菌体を除去後、これからGABAを分離・精製すれば、効率よくGABAを回収することができる。
前記菌体の除去手段として、遠心分離や濾過等の公知の手段が挙げられる。また、前記分離・精製手段として、晶析、限外濾過、イオン交換、活性炭処理、クロマト分離等の公知の手段が挙げられる。
例えば、得られた培養液より菌体を除去後、更に活性炭を用いて脱色して、脱色液を得る。グルタミン酸及びGABAが含まれる脱色液を、pH4~6(好ましくはpH4~5.5)にて、陰イオン交換樹脂に通過させて、陰イオン交換樹脂してグルタミン酸を吸着し除去することで、GABAを選択的に分別すること等が挙げられる。
前記菌体の除去手段として、遠心分離や濾過等の公知の手段が挙げられる。また、前記分離・精製手段として、晶析、限外濾過、イオン交換、活性炭処理、クロマト分離等の公知の手段が挙げられる。
例えば、得られた培養液より菌体を除去後、更に活性炭を用いて脱色して、脱色液を得る。グルタミン酸及びGABAが含まれる脱色液を、pH4~6(好ましくはpH4~5.5)にて、陰イオン交換樹脂に通過させて、陰イオン交換樹脂してグルタミン酸を吸着し除去することで、GABAを選択的に分別すること等が挙げられる。
得られたGABAは、各種の食品又は飼料に配合することにより、血圧降下作用、精神安定化作用、抗ストレス作用、アルコール代謝促進作用、脳代謝促進作用、肥満防止作用等の機能を有する高濃度GABA含有食品又は飼料とすることができる。例えば、当該機能を発揮する旨を表示した機能性飲食品、病者用飲食品、特定保健用食品、栄養補助食品等とすることができる。GABAの1日当りの摂取量は、10~20mgが目安とされている。
前記食品の形態は、特に限定されるものではないが、果汁飲料、炭酸飲料、茶系飲料、乳飲料、アルコール飲料、乳酸発酵飲料や清涼飲料等の飲料、ゼリー状食品、各種スナック類、焼き菓子、ケーキ類、チョコレート、ジャム、パン、ガム、飴、スープ類、ヨーグルトや漬物等の発酵食品、佃煮等、あらゆる食品形態とすることができる。また、飼料としては、例えばペット飼料、家畜飼料、養殖飼料等とすることができる。
また、本発明の発酵物の製造方法は、乳、果汁又は野菜汁から選ばれる1種以上を主成分とする発酵原料に、適宜上述の培地組成成分やグルタミン酸又はその塩を添加し、これを前記GABAの製造方法にて、具体的にはこれに不活性ガスを通気しエンテロコッカス アビウムを用いて発酵させる。これによって、高濃度GABA含有の発酵物を得るものである。
主原料として使用する乳は、動物乳、例えば牛乳、ヤギ乳、メン羊乳等が挙げられ、特に牛乳が好ましい。斯かる乳は、未殺菌乳又は殺菌乳の何れであってもよく、また、これらの乳から調製した濃縮乳若しくは練乳、またこれらの脱脂乳、部分脱脂乳又はこれらを乾燥した粉乳等であってもよい。
また、主原料として使用する果汁及び野菜汁としては、ミカン、モモ、ブドウ、イチゴ、ナシ等の果汁;ニンジン(セリ科)、トマト等の野菜汁等が挙げられる。斯かる果汁又は野汁は、果物又は野菜をミキサー等により粉砕する、また適宜粉砕後水を配合したり、粉砕後更に搾汁することにより得ることができる。斯かる果汁又は野菜汁は、適宜濃縮してもよく、この濃縮液をそのまま、或いは濃縮液を蒸留水等適当な濃度に希釈して使用してもよい。
上記の乳、果汁及び野菜汁は、それぞれを単独で又はこれを組み合わせて主原料として使用することができる。
斯くして前記GABAの製造方法を用いて得られた発酵物は、GABAが前記発酵物中に高濃度に含まれているので、そのまま前記食品又は飼料として使用することができる。
また、当該発酵物は、前記食品又は飼料に配合して使用することができるが、カラム分離、濾過、濃縮、乾燥等の通常の処理工程によってGABAの含有量をさらに高めてからこれらに使用してもよい。また、前記発酵物を前記食品又は飼料に配合後、適宜他の乳酸菌を添加し、更に発酵させて、例えばヨーグルト、漬物等の発酵食品又は飼料としてもよい。
また、当該発酵物は、前記食品又は飼料に配合して使用することができるが、カラム分離、濾過、濃縮、乾燥等の通常の処理工程によってGABAの含有量をさらに高めてからこれらに使用してもよい。また、前記発酵物を前記食品又は飼料に配合後、適宜他の乳酸菌を添加し、更に発酵させて、例えばヨーグルト、漬物等の発酵食品又は飼料としてもよい。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例1
本培養に用いたエンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium)G15菌株(NITE BP-142)は、2005年9月22日、〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)に寄託されたものである。
本培養に用いたエンテロコッカス アビウム(Enterococcus avium)G15菌株(NITE BP-142)は、2005年9月22日、〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)に寄託されたものである。
本培養に用いた培養液は、下記に示す培地組成になるようにイオン交換水に添加し、オートクレーブしたものである。
生産培地組成:
ポリペプトンN(日本製薬製) 2質量%
酵母エキス 1質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.001質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109) 0.05質量%
グルコース 6質量%
L-グルタミン酸ナトリウム 5質量%
水 残量(pH6.8)
ポリペプトンN(日本製薬製) 2質量%
酵母エキス 1質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.001質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109) 0.05質量%
グルコース 6質量%
L-グルタミン酸ナトリウム 5質量%
水 残量(pH6.8)
GABAおよびグルタミン酸は、o-フタルアルデヒドを発色剤としたHPLC法にて定量した。
使用カラム;CAPCELL PAK 4.6×250 ACR, 移動相; 100mM sodium acetate buffer-5mM 1-octane sulfonate sodium salt(pH 4.7), flow rate;1.0mL/min. カラム温度;40℃の条件にて340nmの吸光を検出し定量した。
乳酸は、HPLC法にて定量した。使用カラム; Shodex Rspak KC-811 8.0×300mm, 移動相; 3mM過塩素酸水溶液, flow rate; 0.8mL/min., カラム温度; 60℃の条件にて220nmの吸光を検出し定量した。
使用カラム;CAPCELL PAK 4.6×250 ACR, 移動相; 100mM sodium acetate buffer-5mM 1-octane sulfonate sodium salt(pH 4.7), flow rate;1.0mL/min. カラム温度;40℃の条件にて340nmの吸光を検出し定量した。
乳酸は、HPLC法にて定量した。使用カラム; Shodex Rspak KC-811 8.0×300mm, 移動相; 3mM過塩素酸水溶液, flow rate; 0.8mL/min., カラム温度; 60℃の条件にて220nmの吸光を検出し定量した。
上記エンテロコッカス アビウムG15菌株を培養液に接種後、前培養を行い、スターターを得た。このときの前培養は、空気雰囲気下、37℃にて、静置培養で行った。
得られたスターター(50mL)を本培養液(2000mL)に添加し、ジャーファーメンター装置を用いて、37℃にて、窒素ガスを培地に通気(バブリング)しながら撹拌培養(pH5)を行った。このときの通気量は、200mL/分であり、攪拌速度は、毎分200回転であった。この結果を表1に示した。
得られたスターター(50mL)を本培養液(2000mL)に添加し、ジャーファーメンター装置を用いて、37℃にて、窒素ガスを培地に通気(バブリング)しながら撹拌培養(pH5)を行った。このときの通気量は、200mL/分であり、攪拌速度は、毎分200回転であった。この結果を表1に示した。
実施例2
また、「スターターを添加後一定期間(10時間)、培地に「空気」を通気(バブリング)しながら攪拌培養し、その後「空気」を「窒素ガス」に切り替えて、培地に「窒素ガス」を通気(バブリング)しながら攪拌培養した」以外は、上記実施例1と同様にして培養を行った。この結果を表1に示した。
また、「スターターを添加後一定期間(10時間)、培地に「空気」を通気(バブリング)しながら攪拌培養し、その後「空気」を「窒素ガス」に切り替えて、培地に「窒素ガス」を通気(バブリング)しながら攪拌培養した」以外は、上記実施例1と同様にして培養を行った。この結果を表1に示した。
比較例1
また、「窒素ガス」に代えて「空気」を用いた以外は上記実施例1と同様にして培養を行った。この結果を表1に示した。
また、「窒素ガス」に代えて「空気」を用いた以外は上記実施例1と同様にして培養を行った。この結果を表1に示した。
実施例3~6
上記実施例1と同様にして培養を行ない、これを実施例3とした。
「窒素ガスを培地に通気(バブリング)しながら撹拌培養」に代えて「窒素ガス雰囲気下、無通気状態で(バブリングせずに)撹拌培養」を行なった以外は上記実施例3と同様にして培養を行い、これを実施例4とした。
また、「窒素ガス雰囲気下、無通気状態で(バブリングせずに)撹拌培養」に代えて「窒素ガスをバブリングせずに通気量200mL/分にて培地上面に通気しながら、窒素ガス雰囲気下にて、攪拌培養」を行なった以外は上記実施例4と同様にして培養を行い、これを実施例5とした。
また、「攪拌速度毎分200回転」に代えて「攪拌速度毎分50回転」で行なった以外は実施例4と同様にして培養を行い、これを実施例6とした。
これらの結果を表2に示した。
上記実施例1と同様にして培養を行ない、これを実施例3とした。
「窒素ガスを培地に通気(バブリング)しながら撹拌培養」に代えて「窒素ガス雰囲気下、無通気状態で(バブリングせずに)撹拌培養」を行なった以外は上記実施例3と同様にして培養を行い、これを実施例4とした。
また、「窒素ガス雰囲気下、無通気状態で(バブリングせずに)撹拌培養」に代えて「窒素ガスをバブリングせずに通気量200mL/分にて培地上面に通気しながら、窒素ガス雰囲気下にて、攪拌培養」を行なった以外は上記実施例4と同様にして培養を行い、これを実施例5とした。
また、「攪拌速度毎分200回転」に代えて「攪拌速度毎分50回転」で行なった以外は実施例4と同様にして培養を行い、これを実施例6とした。
これらの結果を表2に示した。
表1の記載から明らかなように、実施例1において窒素をバブリングし攪拌した場合には30時間目で180mmol/L(18.6g/L)以上となり、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換されたのに対し、比較例1において空気を通気し、攪拌した場合には培養48時間目で最高でもGABA39.0mmol/L(4.0g/L)であり、15%程度のグルタミン酸しかGABAに変換されていなかった。
更に、表2の記載から明らかなように、実施例3~6の何れでも培養時間50時間経過後には、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換されていたことから、培地中に窒素ガスを混入させることによって、良好にGABA生産性が向上することが確認された。
よって、エンテロコッカス アビウムを用いてGABAを効率よく製造する際には、培地中に不活性ガスを通気した方がよいと考えた。
そして、表2に示すように、培地中の窒素ガスの濃度が高まるように窒素ガスを培地中に積極的に混入させた場合に、GABA生産速度が上昇し、GABAの工業的な生産性も向上することが確認された。
よって、エンテロコッカス アビウムを用いてGABAを効率よく製造する際には、培地中の不活性ガスの溶存濃度が高くなるように不活性ガスを培地中に混入させた方がよいと云える。
また、表1の記載から明らかなように、培養初期には空気を通気し、一定のフェーズで窒素通気に変更したところ、実施例2において培養10時間目で変更した場合には、若干生成が遅れるものの48時間目にはほぼ完全に変換が終了したことから、好気的条件下にて生育がある程度進んでもGABA変換能が回復することが明らかにすることができた。
更に、表2の記載から明らかなように、実施例3~6の何れでも培養時間50時間経過後には、ほぼ全量のグルタミン酸がGABAに変換されていたことから、培地中に窒素ガスを混入させることによって、良好にGABA生産性が向上することが確認された。
よって、エンテロコッカス アビウムを用いてGABAを効率よく製造する際には、培地中に不活性ガスを通気した方がよいと考えた。
そして、表2に示すように、培地中の窒素ガスの濃度が高まるように窒素ガスを培地中に積極的に混入させた場合に、GABA生産速度が上昇し、GABAの工業的な生産性も向上することが確認された。
よって、エンテロコッカス アビウムを用いてGABAを効率よく製造する際には、培地中の不活性ガスの溶存濃度が高くなるように不活性ガスを培地中に混入させた方がよいと云える。
また、表1の記載から明らかなように、培養初期には空気を通気し、一定のフェーズで窒素通気に変更したところ、実施例2において培養10時間目で変更した場合には、若干生成が遅れるものの48時間目にはほぼ完全に変換が終了したことから、好気的条件下にて生育がある程度進んでもGABA変換能が回復することが明らかにすることができた。
実施例7~8
実施例1の生産培地を用い、「培地中のグルタミン酸ナトリウムを初発5質量%(267mmol/L)と調整し、培養時間中に、グルタミン酸ナトリウム50質量%溶液(2670mmol/L)800mLを連続的に添加しつつ、培養液をpH5.5に調整して」培養した以外は、上記実施例1と同様にして培養を行い、これを実施例7とした。
実施例1の「生産培地中の有機窒素源(ポリペプトン,イーストエキス)」に代えて「含有窒素量換算で同等となるようにコーンスティプリカー(CSL)(培地中、5質量%)」を配合した培地を用いた」以外は、上記実施例7と同様にして培養を行い、これを実施例8とした。
その結果、GABAの最高生産量は、実施例7及び8のそれぞれの培地で1050mmol/L(108g/L)及び1020mmol/L(105g/L)とほぼ同等のGABAの生産性が認められた。
実施例1の生産培地を用い、「培地中のグルタミン酸ナトリウムを初発5質量%(267mmol/L)と調整し、培養時間中に、グルタミン酸ナトリウム50質量%溶液(2670mmol/L)800mLを連続的に添加しつつ、培養液をpH5.5に調整して」培養した以外は、上記実施例1と同様にして培養を行い、これを実施例7とした。
実施例1の「生産培地中の有機窒素源(ポリペプトン,イーストエキス)」に代えて「含有窒素量換算で同等となるようにコーンスティプリカー(CSL)(培地中、5質量%)」を配合した培地を用いた」以外は、上記実施例7と同様にして培養を行い、これを実施例8とした。
その結果、GABAの最高生産量は、実施例7及び8のそれぞれの培地で1050mmol/L(108g/L)及び1020mmol/L(105g/L)とほぼ同等のGABAの生産性が認められた。
参考例1
培養終了時、GABA43.4g/Lの培養液(1000mL)から菌体を濾過し、除菌した濾液に液量あたり5%の活性炭を添加し脱色を行った。当該脱色液(pH5.5)を、陰イオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製、商品名アンバーライト、IR-50型)を通過させて、通過液を得、更にスプレー乾燥して、GABA27.3質量%含有粉末(49.3g)を回収した。
培養終了時、GABA43.4g/Lの培養液(1000mL)から菌体を濾過し、除菌した濾液に液量あたり5%の活性炭を添加し脱色を行った。当該脱色液(pH5.5)を、陰イオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製、商品名アンバーライト、IR-50型)を通過させて、通過液を得、更にスプレー乾燥して、GABA27.3質量%含有粉末(49.3g)を回収した。
実施例9及び10
実施例1で使用した培地に代えて下記のGYP培地及びGYP2培地を用いた以外は、実施例1と同様にして、不活性ガスを通気(バブリング)しながら、培地中のGABA量を測定した(それぞれ、実施例9及び10とする)。また、エンテロコッカス アビウムG15菌株の細胞増殖度については、OD610にて、吸光度を分光光度計により測定した。この結果を表3に示した。
実施例1で使用した培地に代えて下記のGYP培地及びGYP2培地を用いた以外は、実施例1と同様にして、不活性ガスを通気(バブリング)しながら、培地中のGABA量を測定した(それぞれ、実施例9及び10とする)。また、エンテロコッカス アビウムG15菌株の細胞増殖度については、OD610にて、吸光度を分光光度計により測定した。この結果を表3に示した。
GYP培地組成:
トリプトン(DIfco製) 0.5質量%
酵母エキス 1質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.001質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
塩化ナトリウム 0.001質量%
硫酸鉄 0.001質量%
Tween(登録商標) 80 0.05質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109)
0.05質量%
グルコース 6質量%
L―グルタミン酸ナトリウム 5質量%
ピリドキサールリン酸 0.01質量%
水 残量(pH6.8)
トリプトン(DIfco製) 0.5質量%
酵母エキス 1質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.001質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
塩化ナトリウム 0.001質量%
硫酸鉄 0.001質量%
Tween(登録商標) 80 0.05質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109)
0.05質量%
グルコース 6質量%
L―グルタミン酸ナトリウム 5質量%
ピリドキサールリン酸 0.01質量%
水 残量(pH6.8)
GYP2培地組成:
ポリペプトンN(日本製薬製) 2質量%
酵母エキス 1.2質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.0005質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
Tween(登録商標) 80 0.1質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109)
0.05質量%
グルコース 6質量%
L―グルタミン酸ナトリウム 5質量%
ピリドキサールリン酸 0.01質量%
水 残量(pH6.8)
ポリペプトンN(日本製薬製) 2質量%
酵母エキス 1.2質量%
酢酸ナトリウム 0.2質量%
硫酸マグネシウム 0.02質量%
硫酸マンガン 0.0005質量%
リン酸2カリウム 0.2質量%
Tween(登録商標) 80 0.1質量%
消泡剤(旭電化社製、商品名アデカノールLG-109)
0.05質量%
グルコース 6質量%
L―グルタミン酸ナトリウム 5質量%
ピリドキサールリン酸 0.01質量%
水 残量(pH6.8)
表3の記載から明らかなように、培養時間48時間目で、GYP培地を用いた場合には、GABAが61.1mmol/L(6.3g/L)となったのに対し、GYP2培地を用いた場合にはGABAが288.0mmol/L(29.7g/L)となった。
以上の結果から、GYP2培地を用いた場合と比較し、窒素源を増量したGYP2培地を用いた場合には、エンテロコッカス アビウムの増殖度が向上すると共にGABAの生産量も増大すると云える。
以上の結果から、GYP2培地を用いた場合と比較し、窒素源を増量したGYP2培地を用いた場合には、エンテロコッカス アビウムの増殖度が向上すると共にGABAの生産量も増大すると云える。
実施例11及び12
培養中のpHを5.0及び6.5とした以外は、上記実施例10(GYP2培地)と同様にして、不活性ガスを通気(バブリング)しながら、水酸化ナトリウム水溶液及び硫酸水溶液を用いて培養中のpHを調整し、培養を行い、培地中のGABA量、乳酸量及び細胞増殖度を測定した(それぞれ、実施例11及び12とする)。この結果を表4に示した。
培養中のpHを5.0及び6.5とした以外は、上記実施例10(GYP2培地)と同様にして、不活性ガスを通気(バブリング)しながら、水酸化ナトリウム水溶液及び硫酸水溶液を用いて培養中のpHを調整し、培養を行い、培地中のGABA量、乳酸量及び細胞増殖度を測定した(それぞれ、実施例11及び12とする)。この結果を表4に示した。
表4の記載から明らかなように、培養時間48時間目で、pH5.0とした場合には、GABAが249.2mmol/L(25.7g/L)となったのに対し、pH6.5とした場合にはGABAが116.4mmol/L(12.0g/L)となった。
以上の結果から、pHを5.0にした場合には、pHを6.5にした場合と比較し、エンテロコッカス アビウムのGABAの生産量が増大した。尚、一方、エンテロコッカス アビウムの増殖度は、pH6.5の方が向上していた。
以上の結果から、pHを5.0にした場合には、pHを6.5にした場合と比較し、エンテロコッカス アビウムのGABAの生産量が増大した。尚、一方、エンテロコッカス アビウムの増殖度は、pH6.5の方が向上していた。
実施例13~15
上記GYP2培地のグルタミン酸ナトリウムの濃度を、5質量%、10質量%及び15質量%に調整した(pH6.8)以外は、上記実施例1と同様にして、培養を行った。この結果を表5に示した。
上記GYP2培地のグルタミン酸ナトリウムの濃度を、5質量%、10質量%及び15質量%に調整した(pH6.8)以外は、上記実施例1と同様にして、培養を行った。この結果を表5に示した。
表5の記載から明らかなように、培養開始時(0h、初発)のグルタミン酸ナトリウム濃度が5質量%、10質量%及び15質量%の場合には、それぞれGABAが、培養時間48時間目で、261.8mmol/L(27.0g/L)、482.9mmol/L(49.8g/L)及び103.8mmol/L(10.7g/L)となった。
また、エンテロコッカス アビウムは、培地中のグルタミン酸ナトリウム濃度が5.0質量%であれば培養時間24時間で、及びグルタミン酸ナトリウムが10.0質量%であれば培養時間48時間で、その殆どがGABAに変換された。
一方、グルタミン酸ナトリウム15.0質量%の場合には、培養時間24時間以降のGABAの生産速度の低下が認められた。
以上の結果から、培養開始時のグルタミン酸濃度を15質量%未満とすることにより、GABAをより大量にかつ効率良く生産できることが認められた。
また、エンテロコッカス アビウムは、培地中のグルタミン酸ナトリウム濃度が5.0質量%であれば培養時間24時間で、及びグルタミン酸ナトリウムが10.0質量%であれば培養時間48時間で、その殆どがGABAに変換された。
一方、グルタミン酸ナトリウム15.0質量%の場合には、培養時間24時間以降のGABAの生産速度の低下が認められた。
以上の結果から、培養開始時のグルタミン酸濃度を15質量%未満とすることにより、GABAをより大量にかつ効率良く生産できることが認められた。
実施例16及び17
上記GYP2培地のグルタミン酸ナトリウムの濃度を10質量%に調整し(pH6.8)、培養液中の初発のグルタミン酸濃度を10質量%とした。
培養時間24時間後に、培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム60gを添加し、このときの培地中のグルタミン酸濃度は11質量%であった(実施例16)。
また、培養時間24時間後及び48時間後に、それぞれ培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム60gを添加し、このときの培地中のグルタミン酸濃度はそれぞれ11質量%及び12質量%であった(実施例17)。これ以外は、上記実施例14と同様にして、培養を行った。この結果を表6に示した。
上記GYP2培地のグルタミン酸ナトリウムの濃度を10質量%に調整し(pH6.8)、培養液中の初発のグルタミン酸濃度を10質量%とした。
培養時間24時間後に、培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム60gを添加し、このときの培地中のグルタミン酸濃度は11質量%であった(実施例16)。
また、培養時間24時間後及び48時間後に、それぞれ培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム60gを添加し、このときの培地中のグルタミン酸濃度はそれぞれ11質量%及び12質量%であった(実施例17)。これ以外は、上記実施例14と同様にして、培養を行った。この結果を表6に示した。
表6の記載から明らかなように、初発のグルタミン酸ナトリウム濃度が10質量%の際に、培養開始から24時間目にグルタミン酸ナトリウムを培地1L当たり60g添加した場合(1回添加)、並びに培養開始から24時間目及び48時間目にそれぞれグルタミン酸ナトリウムを培地1L当たり60g添加した場合(2回添加)には、培養時間120時間経過後に、GABAが822.3mmol/L(84.8g/L)、986.2mmol/L(101.7g/L)となった。これに対し、実施例15とほぼ同じグルタミン酸ナトリウムの使用量である実施例16の場合ではGABAが822.3mmol/Lと、GABAの生産量が高まった。また、実施例17の場合では、グルタミン酸ナトリウムの総使用量は実施例15の場合よりも多いにも拘わらず、グルタミン酸ナトリウムの残量は少なかった。
よって、培養中に使用するグルタミン酸又はその塩の量は、複数回に分けて添加するのがGABAを効率良く大量に生産する上でよいと云える。
よって、培養中に使用するグルタミン酸又はその塩の量は、複数回に分けて添加するのがGABAを効率良く大量に生産する上でよいと云える。
実施例18
本培養液として上記GYP培地2Lを使用し、初発グルタミン酸ナトリウム濃度を5質量%とした。エンテロコッカス アビウムG15菌株の本培養液への植菌方法は、上記実施例1と同様にして行った。
本培養は、ジャーファーメンター装置を用いて、37℃にて、窒素ガスを培地中に通気(バブリング)しながら撹拌を行った。このときの通気量は160mL/分であり、撹拌速度は毎分200回転であった。
ここで、ショット添加法を用いてフェッドバッチ培養を行った。ショット添加法として、トランジションフェースに相当する培養時間22時間目から、培地1L当たり50gのグルタミン酸ナトリウムを、8-16時間毎に4回添加した(表7参照)。
尚、トランジションフェース以降に添加したグルタミン酸ナトリウムの総使用量は400gであり、すなわちグルタミン酸ナトリウムの使用量は培地1L当たり200gであった。
この結果を表7及び図1に示した。
本培養液として上記GYP培地2Lを使用し、初発グルタミン酸ナトリウム濃度を5質量%とした。エンテロコッカス アビウムG15菌株の本培養液への植菌方法は、上記実施例1と同様にして行った。
本培養は、ジャーファーメンター装置を用いて、37℃にて、窒素ガスを培地中に通気(バブリング)しながら撹拌を行った。このときの通気量は160mL/分であり、撹拌速度は毎分200回転であった。
ここで、ショット添加法を用いてフェッドバッチ培養を行った。ショット添加法として、トランジションフェースに相当する培養時間22時間目から、培地1L当たり50gのグルタミン酸ナトリウムを、8-16時間毎に4回添加した(表7参照)。
尚、トランジションフェース以降に添加したグルタミン酸ナトリウムの総使用量は400gであり、すなわちグルタミン酸ナトリウムの使用量は培地1L当たり200gであった。
この結果を表7及び図1に示した。
実施例19
また、「ショット添加法」から「連続添加法」に代えた以外は、上記実施例18と同様にして、培養を行った。
ここで、連続添加法として、トランジションフェースに相当する培養時間22時間目から52時間目まで(30時間かけて)、培地1L当たり200gのグルタミン酸ナトリウムを連続的に添加した。このときのグルタミン酸ナトリウムのフィード速度は、培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム4.5~6.7(g/培地1L/1hr)であった。引き続き、70時間まで、同様のフィード速度でグルタミン酸ナトリウムを添加した(表7参照)。また、追加添加したグルタミン酸ナトリウムの使用量は、培地1L当たり、200gであった。
この結果を表7及び図1に示した。
また、「ショット添加法」から「連続添加法」に代えた以外は、上記実施例18と同様にして、培養を行った。
ここで、連続添加法として、トランジションフェースに相当する培養時間22時間目から52時間目まで(30時間かけて)、培地1L当たり200gのグルタミン酸ナトリウムを連続的に添加した。このときのグルタミン酸ナトリウムのフィード速度は、培地1L当たりグルタミン酸ナトリウム4.5~6.7(g/培地1L/1hr)であった。引き続き、70時間まで、同様のフィード速度でグルタミン酸ナトリウムを添加した(表7参照)。また、追加添加したグルタミン酸ナトリウムの使用量は、培地1L当たり、200gであった。
この結果を表7及び図1に示した。
実施例18のショット添加法の場合、培養時間70時間目のGABAの生産量は、683.7mmol/L(70.5g/L)であった。トランジションフェース以降にグルタミン酸ナトリウムを添加することによって、効率良く連続的に大量のGABAを生産できたので、産業上の利用性が非常に高いといえる。
また、実施例19の連続的添加法の場合、培養時間70時間目のGABAの生産量は、864.0mmol/L(89.1g/L)であり、グルタミン酸ナトリウムの総使用量が同じ実施例18のショット添加法の場合よりも、効率良くGABAの生産量を高めることができた。これは、エンテロコッカス アビウムの場合、培地中のグルタミン酸濃度の変動幅を小さくするのがよいと云える。
また、実施例19の連続的添加法の場合、培養時間70時間目のGABAの生産量は、864.0mmol/L(89.1g/L)であり、グルタミン酸ナトリウムの総使用量が同じ実施例18のショット添加法の場合よりも、効率良くGABAの生産量を高めることができた。これは、エンテロコッカス アビウムの場合、培地中のグルタミン酸濃度の変動幅を小さくするのがよいと云える。
Claims (8)
- グルタミン酸又はその塩を含む培地に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて培養し、γ-アミノ酪酸を回収することを特徴とするγ-アミノ酪酸の製造方法。
- 培養開始時のグルタミン酸濃度を培地中15質量%未満となるようにグルタミン酸又はその塩を用いる請求項1記載のγ-アミノ酪酸の製造方法。
- トランジションフェース(transition phase)において、グルタミン酸濃度を培地中0.1~6.5質量%となるようにグルタミン酸又はその塩を追加添加する請求項2記載のγ-アミノ酪酸の製造方法。
- pH5.0~7.0で培養する請求項1~3の何れか1項記載のγ-アミノ酪酸の製造方法。
- エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である請求項1~4の何れか1項記載のγ-アミノ酪酸の製造方法。
- 乳、果汁又は野菜汁から選ばれる1種以上を主成分とする発酵原料に不活性ガスを通気し、エンテロコッカス アビウムを用いて発酵させることを特徴とする発酵物の製造方法。
- エンテロコッカス アビウムが、エンテロコッカス アビウムG15(NITE BP-142)である請求項6記載の発酵物の製造方法。
- 請求項6又は7記載の製造方法により製造された発酵物。
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