JP7675417B2 - Method for producing ethanol-producing yeast with thermotolerance and culture stress tolerance - Google Patents
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Description
本発明は、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法に関する。本発明はまた、当該方法により得られたエタノール生産酵母の変異体に関する。 The present invention relates to a method for producing an ethanol-producing yeast having thermotolerance and culture stress resistance. The present invention also relates to a mutant of the ethanol-producing yeast obtained by the method.
地球温暖化の影響が顕在化する中、バイオエタノールは再生可能で環境に優しい代替エネルギー源として注目されている。しかしながら、コスト面や原料となるバイオマス不足等から我が国ではその生産はほとんど行われていない。海外においても第2世代バイオマスを原料とするには採算性の点から超大規模な施設が必要と考えられている。SDGs達成のためにも低コスト化ができる革新的な技術開発が求められている。かかる技術として、発明者は冷却エネルギーの削減や並行複発酵時の加水分解酵素の減量化、雑菌混入の抑制など多くのメリットが見込まれる高温発酵系を開発してきた。一方で、発酵において温度に加えて様々なストレスが発酵酵母の生育を抑制することからより強靭な酵母の開発が望まれているが、そのような優良株(ストレス耐性株)の簡便な育種法が無かった。 As the effects of global warming become more evident, bioethanol is attracting attention as a renewable and environmentally friendly alternative energy source. However, due to the cost and the shortage of biomass as a raw material, bioethanol production is almost nonexistent in Japan. Even overseas, it is considered that ultra-large-scale facilities are necessary to use second-generation biomass as a raw material from the standpoint of profitability. Innovative technology development that can reduce costs is also required to achieve the SDGs. As such a technology, the inventor has developed a high-temperature fermentation system that is expected to have many benefits, such as reducing cooling energy, reducing the amount of hydrolytic enzymes during parallel fermentation, and suppressing the introduction of unwanted bacteria. On the other hand, since various stresses in addition to temperature suppress the growth of fermentation yeast during fermentation, the development of more robust yeast is desired, but there has been no easy method for breeding such superior strains (stress-resistant strains).
発明者らは高温発酵に不可欠な耐熱性酵母の開発を進めてきた(非特許文献1)。耐熱性酵母は40-43℃で効率的にエタノール発酵ができ、世界的にエタノール生産に利用されている酵母(Saccharomyces cerevisiae)と比べておよそ10℃高温で安定に発酵が可能であることが示されてきた。S. cerevisiaeを用いる発酵では発酵熱によって発酵槽の温度が上昇し、その温度上昇によってS. cerevisiaeの生育や発酵能力が抑制されることから冷却が不可欠となっている。一方、耐熱性酵母はそのような冷却は不要となることから、冷却エネルギー(コスト)削減ひいてはCO2削減につながる。しかしながら、耐熱性酵母はS. cerevisiaeと比べて、発酵のための培養により培養液内に生じるエタノールや酢酸等のストレスに弱い。発酵が進行すると温度上昇に加えて、エタノール濃度が高くなると同時に酢酸等の有機酸が蓄積する。また、フルフラールまたはヒドロキシメチルフルフラール(HMF)などの阻害物質も蓄積する。従って、これらのストレスに耐性な強靭な株が開発できれば、より安定で高生産が期待できる。 The inventors have been developing a thermotolerant yeast that is essential for high-temperature fermentation (Non-Patent Document 1). Thermotolerant yeast can efficiently ferment ethanol at 40-43°C, and it has been shown that it can ferment stably at a temperature about 10°C higher than yeast (Saccharomyces cerevisiae) that is used worldwide for ethanol production. In fermentation using S. cerevisiae, the temperature of the fermentation tank rises due to the heat of fermentation, and the growth and fermentation ability of S. cerevisiae are suppressed by the temperature rise, so cooling is essential. On the other hand, such cooling is not necessary for thermotolerant yeast, which leads to a reduction in cooling energy (cost) and therefore a reduction in CO2 . However, compared to S. cerevisiae, thermotolerant yeast is vulnerable to stress from ethanol, acetic acid, and the like that occurs in the culture solution during culture for fermentation. As fermentation progresses, in addition to the rise in temperature, the ethanol concentration increases and organic acids such as acetic acid accumulate. Inhibitory substances such as furfural or hydroxymethylfurfural (HMF) also accumulate. Therefore, if a robust strain that is resistant to these stresses can be developed, more stable and higher production can be expected.
本発明は、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を得るための方法の提供を課題とする。 The objective of the present invention is to provide a method for obtaining ethanol-producing yeast that is thermotolerant and resistant to culture stress.
株の耐熱化を目指す育種では、温度を少しずつ上げながら繰り返し培養を行い、より高温に適応した株を分離する(例えば、Kosaka et al, PLoS One 2019 doi: 10.1371/journal.pone.0215614, 2019)。その場合、生育が最も重要なファクターであることから増殖の期間(対数増殖期:半日~1日程度)での培養を繰り返す。
一方本発明者らは、培養中に蓄積するエタノール、酢酸等の有機酸に耐性な株を分離することから、対数増殖期以降まで培養することを検討した。特に、細胞集団の中から種々のストレスに耐性な株を簡便に分離するために、ほとんどの株が死滅し、ストレスに耐性な株が生き残るように、生菌数(colony-forming units)が検出限界になるよう死滅期以降まで培養することにした。具体的には温度を少しずつ上げながら長期培養(一週間)を繰り返し行うこととした。本発明は上記知見に基づき完成されたものである。
In breeding to improve the thermotolerance of strains, the temperature is gradually increased while the strains are repeatedly cultured to isolate strains that are more adapted to high temperatures (e.g., Kosaka et al., PLoS One 2019 doi: 10.1371/journal.pone.0215614, 2019). In this case, because growth is the most important factor, the culture is repeated during the growth period (logarithmic growth phase: about half a day to a day).
On the other hand, the present inventors have considered culturing the cells until the logarithmic growth phase or later in order to separate strains resistant to organic acids such as ethanol and acetic acid that accumulate during culture. In particular, in order to easily separate strains resistant to various stresses from the cell population, they decided to culture the cells until the death phase or later, so that the number of live bacteria (colony-forming units) reaches the detection limit, so that most of the strains die and only the stress-resistant strains survive. Specifically, they decided to repeatedly perform long-term culture (one week) while gradually increasing the temperature. The present invention was completed based on the above findings.
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
〔1〕以下の(a)~(c)の工程を備える、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法:
(a)エタノール生産酵母を40℃以上の高温条件下、好気的に培養する工程であって、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(b)前記培養工程により得られた菌体を40℃以上の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、前記高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件であり、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c)前記(b)の培養工程を少なくとも一回以上繰り返す工程と、
を含む、生産方法。
〔2〕上記〔1〕に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
工程(a)に続いて、
(a’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程、および/または
工程(b)に続いて、
(b’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程を含むことを特徴とする、方法。
〔3〕上記〔2〕に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
前記工程(a’)および/または(b’)の培養工程が、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程である、方法。
〔4〕上記〔1〕~〔3〕のいずれか一項に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
前記(a)および/または(b)の培養工程が、前記エタノール生産酵母の死滅期以降まで培養を継続する工程である、方法。
〔5〕上記〔1〕~〔4〕のいずれか一項に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
前記工程(a)および/または(b)の培養工程が5日以上である、方法。
〔6〕上記〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
前記工程(b)における直前の培養条件よりも高い温度条件が、直前の培養温度よりも1℃以上高い温度条件である、方法。
〔7〕上記〔1〕~〔6〕のいずれか一項に記載のエタノール生産酵母を生産する方法であって、
前記エタノール生産酵母がクルイベロマイセス・マルシアヌスである、方法。
〔8〕クルイベロマイセス・マルシアヌスACT001株(受領番号:NITE AP-03143)、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT002株(受領番号:NITE AP-03144)、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT003株(受領番号:NITE AP-03145)、クルイベロマイセス・マルシアヌスTML001株(受領番号:NITE AP-03146)、または、
45℃の温度条件下において、酢酸耐性、エタノール耐性、低pH耐性、フラフール耐性、および蟻酸耐性からなる群の少なくとも一つの培養ストレス耐性を有するそれらの変異株。
〔9〕上記〔8〕に記載の酵母またはその変異株を、好気条件下で培養する工程を含む、エタノールの生産方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing an ethanol-producing yeast having thermotolerance and culture stress resistance, comprising the following steps (a) to (c):
(a) aerobically culturing an ethanol-producing yeast under high temperature conditions of 40° C. or higher, the culturing being beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(b) further culturing the cells obtained by the culturing step under high temperature conditions of 40° C. or higher aerobically, the high temperature conditions being higher than the temperature conditions immediately before the culturing step, and culturing the cells beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(c) repeating the culture step (b) at least once;
(c) a method of production.
[2] A method for producing the ethanol-producing yeast according to [1] above,
Following step (a),
(a') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step in a fresh medium under the same temperature conditions as in the immediately preceding culturing step under aerobical conditions, and/or following step (b),
(b') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step in a fresh medium under aerobically at the same temperature conditions as in the immediately preceding culturing step.
[3] A method for producing the ethanol-producing yeast according to [2] above,
The method, wherein the culturing step of step (a') and/or (b') is a step of culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase.
[4] A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of [1] to [3] above,
The method, wherein the culturing step (a) and/or (b) is a step of continuing the culture until the ethanol-producing yeast reaches its death stage or later.
[5] A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of [1] to [4] above,
The method, wherein the culturing step of step (a) and/or (b) is for 5 days or more.
[6] A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of [1] to [5] above,
The method, wherein the temperature condition in step (b) which is higher than the immediately preceding culture condition is a temperature condition which is 1°C or more higher than the immediately preceding culture temperature.
[7] A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of [1] to [6] above,
The method, wherein the ethanol-producing yeast is Kluyveromyces marxianus.
[8] Kluyveromyces marxianus ACT001 strain (received number: NITE AP-03143), Kluyveromyces marxianus ACT002 strain (received number: NITE AP-03144), Kluyveromyces marxianus ACT003 strain (received number: NITE AP-03145), Kluyveromyces marxianus TML001 strain (received number: NITE AP-03146), or
These mutants have at least one culture stress resistance selected from the group consisting of acetic acid resistance, ethanol resistance, low pH resistance, furfur resistance, and formic acid resistance under a temperature condition of 45°C.
[9] A method for producing ethanol, comprising a step of culturing the yeast or a mutant strain thereof according to [8] above under aerobic conditions.
本発明の方法によれば、長期培養によって簡便に複数のストレス耐性をもつ株の分離を可能とする。より具体的には、耐熱性を維持しながらエタノールや酢酸等の培養ストレス耐性を備える株を得ることができ、従来の耐熱性酵母の弱点を克服できる株の提供を可能とする。 The method of the present invention makes it possible to easily isolate strains with multiple stress resistances through long-term culture. More specifically, it is possible to obtain strains that are resistant to culture stresses such as ethanol and acetic acid while maintaining heat resistance, making it possible to provide strains that can overcome the weaknesses of conventional heat-resistant yeast.
本発明の一態様は、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法に関し、当該方法は以下の(a)~(c)の工程を備える。
(a)エタノール生産酵母を40℃以上の高温条件下、好気的に培養する工程であって、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程;
(b)前記培養工程により得られた菌体を40℃以上の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、前記高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件であり、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程;
(c)前記(b)の培養工程を少なくとも一回以上繰り返す工程;
One aspect of the present invention relates to a method for producing an ethanol-producing yeast having thermotolerance and culture stress resistance, the method comprising the steps of: (a) preparing a yeast strain having a thermotolerance and a culture stress resistance;
(a) aerobically culturing an ethanol-producing yeast under high temperature conditions of 40° C. or higher, the culturing being beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(b) further aerobically culturing the cells obtained in the culturing step under high-temperature conditions of 40° C. or higher, the high-temperature conditions being higher than the temperature conditions immediately before the culturing step, and culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase;
(c) repeating the culture step (b) at least once;
本明細書においてエタノール生産酵母とは、糖を分解してエタノールを生成しうる酵母を意味する。エタノール生産酵母としては、グルコースを含有するYP培地で30℃の条件下で24~40時間酵母を培養した場合に、前記培地に含有するグルコースに対して25%以上、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上のエタノールを生産する酵母を例示することができる。例えば、16%グルコースを含有するYP培地で30℃の条件下で16~40時間酵母を培養した場合に、4%(W/V)以上、好ましくは4.8%(W/V)以上、より好ましくは5.6%(W/V)以上のエタノールを生産しうる酵母を例示することができ、 In this specification, ethanol-producing yeast means yeast capable of decomposing sugar to produce ethanol. Examples of ethanol-producing yeast include yeast that produces 25% or more, preferably 30% or more, and more preferably 35% or more ethanol relative to the glucose contained in a glucose-containing YP medium when the yeast is cultured for 24 to 40 hours at 30°C. For example, examples of ethanol-producing yeast include yeast that produces 4% (W/V) or more, preferably 4.8% (W/V) or more, and more preferably 5.6% (W/V) or more ethanol when the yeast is cultured for 16 to 40 hours at 30°C in a glucose-containing YP medium,
このようなエタノール生産酵母としては、クルイベロマイセス属、サッカロマイセス属、キャンディダ属、ピキア属、メエロジーマ属に属する酵母を挙げることができ、好適にはクルイベロマイセス属に属する酵母である。
クルイベロマイセス属に属する酵母としては、クルイベロマイセス・マルシアヌス(K.marxianus)、クルイベロマイセス・エスツアリー(K.aestuarii)、クルイベロマイセス・アフリカヌス(K.africanus)、クルイベロマイセス・バシリスポラス(K.bacillisporus)、クルイベロマイセス・ブラタエ(K.blattae)、クルイベロマイセス・ブルガリカス(K.bulgaricus)、クルイベロマイセス・デルフェンシス(K.delphensis)、クルイベロマイセス・ドブザンスキー(K.dobzhanskii)、クルイベロマイセス・ドロソフィラム(K.drosophilarum)、クルイベロマイセス・ヒュベイエンシス(K.hubeiensis)、クルイベロマイセス・ラクティス(K.lactis)、クルイベロマイセス・ロデリ(K.lodderae)、クルイベロマイセス・ノンファーメンタス(K.nonfermentans)、クルイベロマイセス・ピセア(K.piceae)、クルイベロマイセス・ファフィー(K.phaffii)、クルイベロマイセス・ファゼオロスポラス(K.phaseolosporus)、クルイベロマイセス・ポリスポラス(K.polysporus)、クルイベロマイセス・シネンシス(K.sinensis)、クルイベロマイセス・サーモトレランス(K.thermotolerans)、クルイベロマイセス・バヌデニー(K.vanudenii)、クルイベロマイセス・ベロネ(K.veronae)、クルイベロマイセス・ウィケニー(K.wikenii)、クルイベロマイセス・ワルティ(K.waltii)、クルイベロマイセス・ウィッカーハミー(K.wickerhamii)及びクルイベロマイセス・ヤロウィ(K.yarrowii)を例示することができるが、耐熱性酵母として知られているクルイベロマイセス・マルシアヌスを好適に例示することができる。キャンディダ属に属する酵母としては、キャンディダ・ユティリス(C.utilis)、キャンディダ・トロピカリス(C.tropicalis)、キャンディダ・グラブラータ(C.glabrata)、キャンディダ・マルトーサ(C.maltosa)、キャンディダ・マンシュリカ(C.manshurica)、キャンディダ・ニバリエンンシス(C.nivariensis)、キャンディダ・ステリマリコーラ(C.stellimalicola)を例示することができるが、キャンディダ・トロピカリスを好適に例示することができる。ピキア属に属する酵母としては、ピキア・クドリアベゼビイ(P.kudriavzevii)、ピキア・マンシュリカ(P. manshurica)を例示することができる。メエロジーマ属に属する酵母としては、メエロジーマ・カリビカ(M.caribbica)を例示することができる。
Examples of such ethanol-producing yeast include yeasts belonging to the genera Kluyveromyces, Saccharomyces, Candida, Pichia, and Mellozyma, and preferably yeasts belonging to the genus Kluyveromyces.
Yeasts belonging to the genus Kluyveromyces include Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces aestuarii, Kluyveromyces africanus, Kluyveromyces bacillisporus, Kluyveromyces blattae, Kluyveromyces bulgaricus, Kluyveromyces erythrorhiz ... Kluyveromyces delphensis, Kluyveromyces dobzhanskii, Kluyveromyces drosophilarum, Kluyveromyces hubeiensis, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces lodderae, Kluyveromyces nonfermentus entans), Kluyveromyces piceae, Kluyveromyces phaffii, Kluyveromyces phaseolosporus, Kluyveromyces polysporus, Kluyveromyces sinensis, Kluyveromyces thermotolerans, Kluyveromyces vanudenii Examples of such yeasts include Kluyveromyces vanudenii, Kluyveromyces veronae, Kluyveromyces wikenii, Kluyveromyces waltii, Kluyveromyces wickerhamii, and Kluyveromyces yarrowii, with Kluyveromyces marxianus, which is known as a thermotolerant yeast, being a preferred example. Examples of yeasts belonging to the genus Candida include Candida utilis, Candida tropicalis, Candida glabrata, Candida maltosa, Candida manshurica, Candida nivariensis, and Candida stellimalicola, with Candida tropicalis being a preferred example. Examples of yeasts belonging to the genus Pichia include Pichia kudriavzevii and Pichia manshurica. Examples of yeasts belonging to the genus Meerozyma include Meerozyma caribbica.
本明細書において「耐熱性」とは、高温条件下においても良好に生育することができることをいい、具体的には40℃の条件下、好ましくは43℃の条件下、より好ましくは45℃の条件下で生育することができることをいう。
本明細書において「培養ストレス耐性」とは培養により生じる酵母へのストレスに対する耐性をいう。培養により生じる酵母へのストレスとしては、培養液中への酢酸、エタノール、フルフラール、蟻酸などの蓄積によるストレス、および、pHの低下によるストレスを挙げることができる。「培養ストレス耐性を備える」とは、上記に列挙するストレスに対する耐性を少なくとも一つ有することをいう。より具体的には、酢酸耐性、エタノール耐性、低pH耐性、フラフール耐性、および、蟻酸耐性からなる群より選択される少なくとも一つの耐性を有することをいう。好ましい実施の形態は、酢酸耐性、エタノール耐性、低pH耐性、フラフール耐性、および、蟻酸耐性からなる群から選択される二つ、三つ、または、四つの耐性を有することをいう。
As used herein, "thermostable" means that the strain can grow well even under high temperature conditions, specifically, that the strain can grow under conditions of 40°C, preferably under conditions of 43°C, and more preferably under conditions of 45°C.
In this specification, "culture stress resistance" refers to resistance to stresses on yeast caused by culture. Examples of stresses on yeast caused by culture include stresses due to accumulation of acetic acid, ethanol, furfural, formic acid, etc. in the culture solution, and stresses due to a decrease in pH. "Having culture stress resistance" refers to having at least one resistance to the stresses listed above. More specifically, it refers to having at least one resistance selected from the group consisting of acetic acid resistance, ethanol resistance, low pH resistance, furfural resistance, and formic acid resistance. In a preferred embodiment, it refers to having two, three, or four resistances selected from the group consisting of acetic acid resistance, ethanol resistance, low pH resistance, furfural resistance, and formic acid resistance.
本明細書において「酢酸耐性」とは、酢酸存在下においても良好に生育することができることをいう。酢酸耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい実施の形態は、0.2%酢酸存在下で48時間培養後も良好に生育することができる酵母であり、より好ましくは0.3%酢酸存在下で48時間培養後も良好に生育することができる酵母である。酢酸耐性を備えるエタノール生産酵母のさらに好ましい実施の形態は、高温(例えば、40℃~45℃)条件下においても、酢酸耐性を備えている酵母である。 As used herein, "acetic acid resistance" refers to the ability to grow well even in the presence of acetic acid. A preferred embodiment of the ethanol-producing yeast with acetic acid resistance is a yeast that can grow well even after 48 hours of culture in the presence of 0.2% acetic acid, and more preferably a yeast that can grow well even after 48 hours of culture in the presence of 0.3% acetic acid. An even more preferred embodiment of the ethanol-producing yeast with acetic acid resistance is a yeast that has acetic acid resistance even under high temperature conditions (e.g., 40°C to 45°C).
本明細書において「エタノール耐性」とは、高温条件下かつエタノール存在下においても良好に生育することができることをいう。エタノール耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい実施の形態は、45℃の温度条件下、かつ、9%エタノール存在下で48時間培養後も生育することができる酵母である。 As used herein, "ethanol tolerance" refers to the ability to grow well under high temperature conditions and in the presence of ethanol. A preferred embodiment of an ethanol-producing yeast with ethanol tolerance is a yeast that can grow even after 48 hours of culture under temperature conditions of 45°C and in the presence of 9% ethanol.
本明細書において「低pH耐性」とは、低いpHの培養条件下においても良好に生育することができることをいう。低pH耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい実施の形態は、pH3.5の条件下で48時間培養後も良好に生育することができる酵母であり、より好ましくはpH3の条件下で48時間培養後も良好に生育することができる酵母である。 In this specification, "low pH resistance" refers to the ability to grow well even under low pH culture conditions. A preferred embodiment of an ethanol-producing yeast with low pH resistance is a yeast that can grow well even after 48 hours of culture under pH 3.5 conditions, and more preferably a yeast that can grow well even after 48 hours of culture under pH 3 conditions.
本明細書において「フラフラール耐性」とは、高温条件下かつフルフラール(またはヒドロキシメチルフルフラール)存在下においても良好に生育することができることをいう。フルフラール耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい一実施の形態は、45℃の温度条件下、かつ、15mMフルフラール存在下で48時間培養後、クルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042株と比較してより生育することができる酵母である。または、フルフラール耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい一実施の形態は、40℃の温度条件下、かつ、15mMヒドロキシメチルフルフラール存在下で48時間培養後、クルイベロマイセス・マルシアヌス DMKU3-1042株と比較してより生育することができる酵母である。 In this specification, "furfural resistance" refers to the ability to grow well even under high temperature conditions and in the presence of furfural (or hydroxymethylfurfural). A preferred embodiment of an ethanol-producing yeast with furfural resistance is a yeast that can grow better than Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042 strain after 48 hours of culture under temperature conditions of 45°C and in the presence of 15 mM furfural. Alternatively, a preferred embodiment of an ethanol-producing yeast with furfural resistance is a yeast that can grow better than Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042 strain after 48 hours of culture under temperature conditions of 40°C and in the presence of 15 mM hydroxymethylfurfural.
本明細書において「蟻酸耐性」とは、蟻酸存在下においても良好に生育することができることをいう。蟻酸耐性を備えるエタノール生産酵母の好ましい実施の形態は、0.2%蟻酸存在下で48時間培養後も良好に生育することができる酵母である。蟻酸耐性を備えるエタノール生産酵母のさらに好ましい実施の形態は、高温(例えば、40℃~45℃)条件下においても、蟻酸耐性を備えている酵母である。 In this specification, "formic acid resistance" refers to the ability to grow well even in the presence of formic acid. A preferred embodiment of the ethanol-producing yeast with formic acid resistance is a yeast that can grow well even after 48 hours of culture in the presence of 0.2% formic acid. An even more preferred embodiment of the ethanol-producing yeast with formic acid resistance is a yeast that has formic acid resistance even under high temperature conditions (e.g., 40°C to 45°C).
本発明に係る耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法は、(a)エタノール生産酵母を40℃以上の高温条件下、好気的に培養する工程であって、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程を含む。
「40℃以上の高温条件」とは、培養に用いるエタノール生産酵母の変異株が得られる限りにおいて制限されない。以下に限定されないが、例えば40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃などの高温条件を挙げることができる。また「好気的に培養する」とは分子状酸素の存在下で培養することを意味する。
The method of the present invention for producing an ethanol-producing yeast having heat tolerance and culture stress resistance includes: (a) aerobically culturing the ethanol-producing yeast under high-temperature conditions of 40°C or higher, wherein the culturing is carried out beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast.
The term "high temperature conditions of 40° C. or higher" is not limited as long as it allows the production of a mutant strain of ethanol-producing yeast to be used for the culture. Examples of high temperature conditions include, but are not limited to, 40° C., 41° C., 42° C., 43° C., 44° C., and 45° C. Furthermore, "cultivating aerobically" means culturing in the presence of molecular oxygen.
本発明において、エタノール生産酵母の培養には一般的に酵母の培養に用いられるYPD培地(1%酵母エキス、2%ペプトン、2%グルコース)、YPAD培地(2%バクトペプトン、1%酵母エキス、2%グルコース、40μl/ml硫酸アデニン)、SD培地(2%グルコース、0.67%Lアミノ酸不含イーストニトロジェンベース)、YM培地(0.3%酵母エキス、0.3%麦芽抽出エキス、0.5%ペプトン、1%グルコース)などを用いることができる。培地のpHとしては、pH4~8、好ましくはpH5~7を例示することができる。
なお、以下の工程(a’)、(b)、(b’)、(c)においても特に断りがない限り、同様の培地を用いることができる。なお各工程に用いる培地は、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母が得られる限りにおいて、各工程と同じ組成の培地であっても異なる組成の培地であってもよい。好ましくは全ての工程において同じ組成の培地を用いる形態である。
In the present invention, for culturing the ethanol-producing yeast, YPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose), YPAD medium (2% bactopeptone, 1% yeast extract, 2% glucose, 40 μl/ml adenine sulfate), SD medium (2% glucose, 0.67% L-amino acid-free yeast nitrogen base), YM medium (0.3% yeast extract, 0.3% malt extract, 0.5% peptone, 1% glucose), etc., which are generally used for culturing yeast, can be used. The pH of the medium can be, for example, pH 4 to 8, preferably pH 5 to 7.
In addition, the same medium can be used in the following steps (a'), (b), (b'), and (c) unless otherwise specified. The medium used in each step may have the same composition as that in each step or a different composition, as long as an ethanol-producing yeast having heat resistance and culture stress resistance is obtained. Preferably, a medium having the same composition is used in all steps.
「対数増殖期を超えて培養する」とは酵母の対数増殖期である培養開始時点より半日~1日程度の期間を超えて培養することをいう。好ましい実施の形態において、「対数増殖期を超えて培養する」とはストレスに耐性な株のみが生き残るように、死滅期以降まで培養を継続する形態である。死滅期以降まで培養が行われているか否かは、例えば生菌数(colony-forming units:cfu)により評価することができる。培養中の酵母の生菌数(cfu)が検出限界未満である場合に、あるいは、培養中の酵母の生菌数(cfu)が、対数増殖期における培養中の酵母の最大の生菌数(cfu)に対して1/100000以下、1/1000000以下、又は1/10000000となる場合に、死滅期以降まで培養したと判断できる。対数増殖期を超えた培養期間は、例えば、培養開始時点より5日以上の期間とすることができる。好ましくは培養開始時点より6日以上の培養期間であり、より好ましくは7日以上の培養期間である。培養期間の上限は、エタノール生産酵母の変異株が得られる限り制限されないが、例えば培養開始時点より21日、好ましくは14日である。 "Cultivating beyond the logarithmic growth phase" refers to culturing for a period of about half a day to a day from the start of culture, which is the logarithmic growth phase of yeast. In a preferred embodiment, "cultivating beyond the logarithmic growth phase" refers to continuing the culture until the death phase or later, so that only strains that are resistant to stress survive. Whether the culture has been continued until the death phase or later can be evaluated, for example, by the number of live bacteria (colony-forming units: cfu). It can be determined that the culture has been continued until the death phase or later when the number of live bacteria (cfu) of the yeast during culture is below the detection limit, or when the number of live bacteria (cfu) of the yeast during culture is 1/100,000 or less, 1/1,000,000 or less, or 1/10,000,000 of the maximum number of live bacteria (cfu) of the yeast during culture in the logarithmic growth phase. The culture period beyond the logarithmic growth phase can be, for example, 5 days or more from the start of culture. The culture period is preferably 6 days or more from the start of culture, and more preferably 7 days or more. The upper limit of the culture period is not limited as long as a mutant strain of ethanol-producing yeast can be obtained, but is, for example, 21 days from the start of culture, and preferably 14 days.
本発明に係る耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法は、上記の工程(a)の後、(a’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程を含んでもよい。
本工程(a’)の培養により、工程(a)で得られた変異株(適応株)を増殖させる。培地の交換方法は限定されず、公知の手法に準じて行うことができる。例えば、新たな培養液がOD660=0.1の懸濁液となるように工程(a)の培養液を移せばよい。
本工程(a’)の温度条件は、工程(a)と同じ温度条件とすることが好ましい。また本工程の培養期間は、工程(a)で得られた変異株(適応株)を増殖できる限りにおいて限定されず、例えば半日~21日とすることができる。一実施の形態において、本工程(a’)の培養期間は工程(a)と同様に対数増殖期を超えて培養してもよく、死滅期以降まで培養してもよい。本工程においても対数増殖期を超えて、若しくは死滅期以降まで培養することで、耐熱性および培養ストレス耐性を備えた変異株をより選別できる点において好ましい。
The method for producing an ethanol-producing yeast having heat tolerance and culture stress resistance according to the present invention may further include, after the above-mentioned step (a), (a') a step of further culturing the bacterial cells obtained in the culture step in a new medium under aerobically under the same temperature conditions as in the immediately preceding culture step.
The mutant strain (adapted strain) obtained in step (a) is grown by the culture in step (a'). The method of replacing the medium is not limited and can be carried out according to a known method. For example, the culture medium of step (a) may be transferred so that the new culture medium becomes a suspension with an OD 660 of 0.1.
The temperature conditions in this step (a') are preferably the same as those in step (a). The culture period in this step is not limited as long as the mutant strain (adapted strain) obtained in step (a) can grow, and can be, for example, half a day to 21 days. In one embodiment, the culture period in this step (a') may be beyond the logarithmic growth phase as in step (a), or may be cultured until the death phase or later. In this step, it is preferable to culture beyond the logarithmic growth phase or until the death phase or later, in order to select mutant strains having heat resistance and culture stress resistance.
本発明に係る耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法は、上記の工程(a)若しくは工程(a’)の後、(b)前記培養工程により得られた菌体を40℃以上の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、前記高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件であり、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程を含む。
「高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件」とは、直前の培養における温度条件よりも高い温度条件であれば制限されない。以下に限定されないが、例えば、直前の温度よりも0.5℃、1℃、2℃、または、3℃以上高い温度での培養条件とすることができる。
好ましい実施の形態において、「高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件」は直前の温度よりも1℃以上高い温度条件である。この実施の形態においては、すなわち直前の培養温度が40℃であった場合に、1℃高い温度とは41℃を意味する。
The method for producing an ethanol-producing yeast having heat tolerance and culture stress resistance according to the present invention includes, after the above-mentioned step (a) or step (a'), (b) a step of further aerobically culturing the bacterial cells obtained in the culture step under high-temperature conditions of 40°C or higher, wherein the high-temperature conditions are temperature conditions higher than the immediately preceding culture conditions, and the culture is performed beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast.
The term "high temperature conditions higher than the immediately preceding culture conditions" is not limited as long as it is a temperature condition higher than the temperature condition in the immediately preceding culture. For example, the culture conditions may be at a temperature 0.5°C, 1°C, 2°C, or 3°C or higher than the immediately preceding temperature, without being limited thereto.
In a preferred embodiment, the "high temperature condition is a temperature condition higher than the immediately preceding culture condition" refers to a temperature condition that is 1° C. or more higher than the immediately preceding temperature. In this embodiment, for example, if the immediately preceding culture temperature was 40° C., a temperature 1° C. higher means 41° C.
本発明に係る耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法は、上記の工程(b)の後、(b’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程を含んでもよい。
この工程は、工程(b)の培養工程において得られた適応株を増殖するために行う培養である。工程(b’)の培養は、直前の培養工程と同じ温度条件であることが好ましく、上記工程(a’)と同様に行うことができる。直前の培養工程と同じ温度条件とは、例えば、直前の培養が42℃で行われていた場合、本工程(b’)における培養も42℃で行うことを意味する。
The method for producing an ethanol-producing yeast having heat tolerance and culture stress resistance according to the present invention may further include, after the above-mentioned step (b), a step (b') of further aerobically culturing the bacterial cells obtained in the culture step in a new medium under the same temperature conditions as in the immediately preceding culture step.
This step is a culture performed to grow the adapted strain obtained in the culture step of step (b). The culture in step (b') is preferably performed under the same temperature conditions as the immediately preceding culture step, and can be performed in the same manner as in step (a') above. The same temperature conditions as the immediately preceding culture step means, for example, that if the immediately preceding culture was performed at 42°C, the culture in this step (b') is also performed at 42°C.
本発明に係る耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法は、上記の工程(b)の後、(c)前記(b)の培養工程を少なくとも一回以上繰り返す工程を含む。工程(b)に続いて工程(b’)を含む場合は、前記工程(b)に続く工程(b’)の培養工程を含めて繰り返し培養を行っても良い。また、複数繰り返す場合には、一部の工程だけにおいて工程(b’)の培養工程を含めてもよい。
このように培養温度を次第に上昇させていくことで、耐熱性および培養ストレス耐性を有する変異株の取得を可能とする。
なお、工程(c)を繰り返す際、工程(b)の「高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件」は、温度上昇させる幅を一定に維持してもよく、異なる温度上昇の幅を採用しても良い。例えば、工程(b)の繰り返し培養における温度上昇の幅を毎回1℃ずつ上昇させてもよいし、または、1℃上昇させた後、0.5℃上昇させるなど、温度上昇の幅を変化させてもよい。
好ましい実施の形態は、工程(c)の繰り返し培養における温度上昇の幅を毎回1℃ずつ上昇させる形態である。
また、工程(c)を繰り返す際、培養期間は対数増殖期を超えているかぎり一定に維持してもよく、異なる期間を採用しても良い。例えば、工程(b)の繰り返し培養における培養期間を毎回7日としてもよいし、培養期間を7日と8日の組み合わせでもよい。
The method for producing an ethanol-producing yeast having thermotolerance and culture stress resistance according to the present invention includes, after the above-mentioned step (b), (c) a step of repeating the culture step (b) at least once or more. When the step (b) is followed by the step (b'), the culture may be repeatedly performed including the culture step (b') following the step (b). When the culture step is repeated multiple times, the culture step (b') may be included in only some of the steps.
By gradually increasing the culture temperature in this manner, it is possible to obtain mutant strains that are heat-resistant and resistant to culture stress.
When step (c) is repeated, the "high-temperature condition higher than the immediately preceding culture condition" in step (b) may be increased by a constant amount, or may be increased by a different amount. For example, the temperature increase in the repeated culture in step (b) may be increased by 1°C each time, or the temperature increase may be changed, such as increasing the temperature by 1°C and then increasing the temperature by 0.5°C.
In a preferred embodiment, the temperature is increased by 1° C. each time in the repeated culture in step (c).
In addition, when step (c) is repeated, the culture period may be kept constant as long as it is beyond the logarithmic growth phase, or a different period may be adopted. For example, the culture period in the repeated culture of step (b) may be 7 days each time, or a combination of 7 days and 8 days may be used.
なお、工程(c)における「前記(b)の培養工程を少なくとも一回以上繰り返す」とは、工程(b)の培養工程で得られた菌体を、さらに「40℃以上の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、前記高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件であり、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程」を意味する。つまり、工程(c)における繰り返しの際の「前記(b)の培養工程を少なくとも一回以上繰り返す工程」に用いる菌体は、直前の「工程(b)により得られた菌体」を意味する。 Note that "repeating the culture step (b) at least once" in step (c) means "a step of further culturing the cells obtained in the culture step (b) aerobically under high-temperature conditions of 40°C or higher, the high-temperature conditions being higher than the temperature conditions immediately before, and culturing beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast." In other words, the cells used in the "step of repeating the culture step (b) at least once" during the repetition in step (c) means the cells obtained in the immediately preceding step (b).
具体的に、工程(c)を4回繰り返す場合であって、(a’)、(b’)の工程を有する場合を説明すると、本発明の方法は、
(a)エタノール生産酵母を40℃の高温条件下、好気的に培養する工程であって、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(a’)前記培養工程(a)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度、すなわち40℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
(b)前記培養工程(a’)により得られた菌体を直前の培養条件よりも高い温度条件である41℃の条件下、好気的にさらに培養する工程であって、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(b’)前記培養工程(b)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度である41℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
(c-1)前記培養工程(b’)により得られた菌体を直前の培養条件よりも高い温度条件である42℃の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c-1’)前記培養工程(c-1)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度である42℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
(c-2)前記培養工程(c-1’)により得られた菌体を直前の培養条件よりも高い温度条件である43℃の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c-2’)前記培養工程(c-2)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度である43℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
(c-3)前記培養工程(c-2’)により得られた菌体を直前の培養条件よりも高い温度条件である44℃の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c-3’)前記培養工程(c-3)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度である44℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
(c-4)前記培養工程(c-3’)により得られた菌体を直前の培養条件よりも高い温度条件である45℃の高温条件下、好気的にさらに培養する工程であって、かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c-4’)前記培養工程(c-4)により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度である45℃の条件下、好気的にさらに培養する工程と、
を備える、耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を生産する方法を挙げることができる。
Specifically, when the step (c) is repeated four times and the method of the present invention includes steps (a') and (b'),
(a) aerobically culturing an ethanol-producing yeast at a high temperature of 40° C., the culturing being beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(a') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (a) in a new medium under aerobic conditions at the same temperature as in the immediately preceding culturing step, i.e., 40°C;
(b) further culturing the cells obtained in the culturing step (a') under aerobically controlled conditions at 41°C, which is a temperature condition higher than the immediately preceding culture conditions, and culturing the cells beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(b') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (b) in a new medium under aerobic conditions at 41°C, which is the same temperature as in the immediately preceding culturing step;
(c-1) a step of further aerobically culturing the cells obtained in the culturing step (b') under high temperature conditions of 42°C, which is a temperature condition higher than the immediately preceding culture condition, and culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase;
(c-1') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (c-1) in a new medium under aerobic conditions at 42°C, which is the same temperature as in the immediately preceding culturing step;
(c-2) a step of further aerobically culturing the cells obtained in the culturing step (c-1') under high temperature conditions of 43°C, which is a temperature condition higher than the immediately preceding culture condition, and culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase;
(c-2') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (c-2) in a new medium under aerobic conditions at 43°C, which is the same temperature as in the immediately preceding culturing step;
(c-3) a step of further aerobically culturing the cells obtained in the culturing step (c-2') under high temperature conditions of 44°C, which is a temperature condition higher than the immediately preceding culture condition, and culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase;
(c-3') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (c-3) in a new medium under aerobic conditions at 44°C, which is the same temperature as in the immediately preceding culturing step;
(c-4) a step of further aerobically culturing the cells obtained in the culturing step (c-3') under high temperature conditions of 45°C, which are higher than the temperature conditions immediately before the culturing step, and culturing the cells beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(c-4') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step (c-4) in a new medium under aerobic conditions at 45°C, which is the same temperature as in the immediately preceding culturing step;
An example of the method includes a method for producing an ethanol-producing yeast having thermotolerance and culture stress tolerance, comprising the steps of:
本発明は別の態様において、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT001株(受領番号:NITE AP-03143)、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT002株(受領番号:NITE AP-03144)、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT003株(受領番号:NITE AP-03145)、クルイベロマイセス・マルシアヌスTML001株(受領番号:NITE AP-03146)、または、45℃の温度条件下において、酢酸耐性、エタノール耐性、低pH耐性、フラフール耐性、および、蟻酸耐性からなる群の少なくとも一つの培養ストレス耐性を有するそれらの変異株を提供する。なお、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT001株、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT002株、クルイベロマイセス・マルシアヌスACT003株、クルイベロマイセス・マルシアヌスTML001株は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(〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8)に2020年3月2日付でそれぞれ受領されていると共に国立大学法人山口大学農学部生物機能科学科に保管されており、一定条件下で分譲可能である。
ACT001株、ACT002株、ACT003株は、酢酸耐性、低pH耐性、フルフラール耐性、蟻酸耐性を有する。またTML001株は、エタノール耐性およびフルフラール耐性を有する。
In another aspect, the present invention provides Kluyveromyces marxianus strain ACT001 (Accession No.: NITE AP-03143), Kluyveromyces marxianus strain ACT002 (Accession No.: NITE AP-03144), Kluyveromyces marxianus strain ACT003 (Accession No.: NITE AP-03145), Kluyveromyces marxianus strain TML001 (Accession No.: NITE AP-03146), or a mutant strain thereof having at least one culture stress resistance selected from the group consisting of acetic acid resistance, ethanol resistance, low pH resistance, furfur resistance, and formic acid resistance under a temperature condition of 45° C. The Kluyveromyces marxianus ACT001 strain, Kluyveromyces marxianus ACT002 strain, Kluyveromyces marxianus ACT003 strain, and Kluyveromyces marxianus TML001 strain were received by the National Institute of Technology and Evaluation, Patent Microorganism Deposit Center (2-5-8 Kazusa Kamatari, Kisarazu City, Chiba Prefecture, 292-0818) on March 2, 2020, respectively. They are stored in the Department of Biological Function Science, Faculty of Agriculture, Yamaguchi University, National University Corporation, and can be sold under certain conditions.
The ACT001, ACT002, and ACT003 strains have acetic acid resistance, low pH resistance, furfural resistance, and formic acid resistance, while the TML001 strain has ethanol resistance and furfural resistance.
また本発明は別の態様においてクルイベロマイセス・マルシアヌスACT001株、ACT002株、ACT003株、もしくは、TML001株、またはそれらの変異株を、好気条件下で培養する工程を含む、エタノールの生産方法を提供する。
本発明におけるエタノールの生産方法としては、前記耐熱性および培養ストレス耐性を備えたエタノール生産酵母を、適切な培地で好ましくは30℃以上の温度条件下で培養するエタノールの生産方法であれば特に制限されない。
In another aspect, the present invention provides a method for producing ethanol, which includes a step of culturing Kluyveromyces marxianus strain ACT001, ACT002, ACT003, or TML001, or a mutant strain thereof, under aerobic conditions.
The method for producing ethanol in the present invention is not particularly limited as long as it is a method for producing ethanol in which the ethanol-producing yeast having the above-mentioned heat tolerance and culture stress resistance is cultured in an appropriate medium at a temperature condition, preferably at 30° C. or higher.
本発明のエタノールの生産方法に用いることのできる培地とは、エタノール合成の基質となる糖成分(例えば、グルコースやキシロース)を含有する培地を意味する。かかる培地としては、YPD培地(1%酵母エキス、2%ペプトン、2%グルコース)、YPAD培地(2%バクトペプトン、1%酵母エキス、2%グルコース、40μl/ml硫酸アデニン)、SD培地(2%グルコース、0.67%Lアミノ酸不含イーストニトロジェンベース)、YM培地(0.3%酵母エキス、0.3%麦芽抽エキス、0.5%ペプトン、1%グルコース)を例示することができ、用いる酵母の資化能に応じてキシロースやグルコース、スクロース、またはフルクトースといった純粋な糖やそれらの混合物を加えてもよい。また、補助成分として窒素源、カリウム源、またはマグネシウム源等の微量金属を加えてもよい。 The medium that can be used in the ethanol production method of the present invention means a medium containing sugar components (e.g., glucose and xylose) that are substrates for ethanol synthesis. Examples of such media include YPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose), YPAD medium (2% bactopeptone, 1% yeast extract, 2% glucose, 40 μl/ml adenine sulfate), SD medium (2% glucose, 0.67% yeast nitrogen base without L-amino acids), and YM medium (0.3% yeast extract, 0.3% malt extract, 0.5% peptone, 1% glucose). Pure sugars such as xylose, glucose, sucrose, or fructose, or mixtures thereof may be added depending on the assimilation ability of the yeast used. Trace metals such as a nitrogen source, a potassium source, or a magnesium source may also be added as auxiliary components.
本発明のエタノールの生産方法において、培養する温度としては好ましくは30℃以上であり、より好ましくは30℃~45℃を例示することができる。また、培養方法としては、振とう培養、撹拌培養、振とう撹拌培養、連続培養静置培養、またはこれらの組み合わせを例示することができ、振とう培養または撹拌培養を好適に例示することができる。培養時間としては、1~10日を例示することができ、2~7日を好適に例示することができ、2~3日をより好適に例示することができる。 In the ethanol production method of the present invention, the culture temperature is preferably 30°C or higher, and more preferably 30°C to 45°C. Examples of the culture method include shaking culture, stirring culture, shaking and stirring culture, continuous culture, stationary culture, and combinations thereof, and shaking culture or stirring culture is preferable. Examples of the culture time are 1 to 10 days, preferably 2 to 7 days, and more preferably 2 to 3 days.
本発明におけるエタノールの生産方法において、培地から生産されたエタノールを回収する方法としては、従来公知のいかなる方法も適用することができ、例えば、固液分離操作によってエタノールを含む液層と、酵母や固形成分を含有する固層とを分離し、その後、液層に含まれるエタノールを蒸留法によって分離・精製することで回収する方法を例示することができる。 In the ethanol production method of the present invention, any conventionally known method can be used to recover the ethanol produced from the medium. For example, a method can be used in which a liquid layer containing ethanol is separated from a solid layer containing yeast and solid components by solid-liquid separation, and then the ethanol contained in the liquid layer is separated and purified by distillation to recover it.
(高温でのストレス耐性株育種法)
本実施例におけるストレス耐性株の育種法においては、2%グルコースを含む酵母エキスペプトン(YP)培地を培養液として用い、培養は振とう培養(160rpm)で行った。10本の試験管に培養液を3ml入れ、耐熱性酵母クルイベロマイセス・マルシアヌス(Kluyveromyces marxianus) DMKU3-1042株を一白金耳植菌し、K. marxianusの高い発酵能力が維持されている40℃から長期培養を開始した(10試験区)。培養開始より1週間後に新たな試験管中の培養液3ml中に懸濁液(OD660)=0.1となるようにそれぞれ培養液を移して試験区ごとに培地交換を行った。培地交換後、さらに1週間40℃で振とう培養を行った。この2週間の培養を1期間として、培養温度を1℃上げるごとに当該1期間の振とう培養(すなわち、1週間振とう培養の後、培地交換を行い、さらに1週間振とう培養)を継続して実施した。培養温度は40℃から1℃ずつ上げていき45℃まで長期培養を繰り返した(合計12週の培養期間)。
その結果、10試験区のうち4本の試験管のみ生育が観察され、それぞれの試験管から4つの適応株を得た。各適応株をそれぞれACT001株、ACT002株、ACT003株、および、TML001株と名付けた。ACT001株、ACT002株、ACT003株、および、TML001株は工業的な有用性を確認するため、以下の各試験において酵母を用いた培養で起こりうる種々のストレスへの耐性を検討した。
(Breeding methods for strains tolerant to high temperature stress)
In the breeding method of the stress-resistant strain in this example, a yeast extract peptone (YP) medium containing 2% glucose was used as the culture medium, and the culture was performed by shaking (160 rpm). 3 ml of culture medium was placed in 10 test tubes, and a loopful of the heat-resistant yeast Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042 strain was inoculated, and long-term culture was started at 40°C, where the high fermentation ability of K. marxianus is maintained (10 test sections). One week after the start of culture, the culture medium was transferred to 3 ml of culture medium in a new test tube so that the suspension (OD 660 ) was 0.1, and the medium was replaced for each test section. After the medium replacement, the culture was further performed at 40°C with shaking for one week. This 2-week culture was defined as one period, and the shake culture was continued for one period (i.e., after one week of shake culture, the medium was replaced, and another week of shake culture) every time the culture temperature was increased by 1°C. The culture temperature was raised from 40° C. by 1° C. at a time, and long-term culture was repeated up to 45° C. (a total culture period of 12 weeks).
As a result, growth was observed in only four test tubes out of the ten test groups, and four adapted strains were obtained from each test tube. The adapted strains were named ACT001, ACT002, ACT003, and TML001, respectively. To confirm the industrial usefulness of ACT001, ACT002, ACT003, and TML001, the resistance to various stresses that may occur during yeast culture was examined in the following tests.
(原菌液の調製)
YPD液体培地(pH7.0)にACT001株、ACT002株、ACT003株、および、TML001株、ならびに、対照株としてDMKU3-1042株を一白金耳植菌し、30℃、18時間、好気的条件下で培養して原菌液を調製した。調製した原菌液は以下の各種抵抗性試験(酢酸、エタノール、低pH、フルフラール、HMF、または蟻酸抵抗性試験)に用いた。
(Preparation of original solution)
A loopful of ACT001, ACT002, ACT003, and TML001 strains, as well as DMKU3-1042 strain as a control, was inoculated into YPD liquid medium (pH 7.0) and cultured under aerobic conditions at 30° C. for 18 hours to prepare stock solutions. The prepared stock solutions were used in the following various resistance tests (acetic acid, ethanol, low pH, furfural, HMF, or formic acid resistance tests).
(酢酸抵抗性試験)
YPD寒天培地を用意し、各株の原菌液をYP液体培地によって1倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍希釈後、YPD寒天培地に左から順に5箇所スポットした。続けて、酢酸を0.2%または0.3%となるようにYPD寒天培地に添加し、各株を30℃、37℃、40℃、または、45℃の4つの温度条件下で48時間培養して生育を調べた。
(Acetic acid resistance test)
YPD agar medium was prepared, and the stock solution of each strain was diluted 1-fold, 10-fold, 100-fold, 1000-fold, and 10000-fold with YP liquid medium, and then spotted on the YPD agar medium at five locations from the left. Subsequently, acetic acid was added to the YPD agar medium to a concentration of 0.2% or 0.3%, and each strain was cultured for 48 hours under four temperature conditions of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C to examine its growth.
図1に、酢酸抵抗性試験の結果を示す。図はマトリックスになっており、列は温度条件(30℃、37℃、40℃、45℃)を、行は酢酸ストレス(上段:酢酸を含まないYPD寒天培地、中段:0.2%酢酸を含むYPD寒天培地、下段:0.3%酢酸を含むYPD寒天培地)をそれぞれ示している。1枚のYPD寒天培地プレートにACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株、および、DMKU3-1042株を並べてスポットし、1枚の写真に収めている。 Figure 1 shows the results of the acetic acid resistance test. The figure is in the form of a matrix, with the columns representing temperature conditions (30°C, 37°C, 40°C, 45°C) and the rows representing acetic acid stress (top row: YPD agar medium without acetic acid, middle row: YPD agar medium containing 0.2% acetic acid, bottom row: YPD agar medium containing 0.3% acetic acid). The ACT001, ACT002, ACT003, TML001, and DMKU3-1042 strains were spotted side by side on a single YPD agar medium plate and photographed.
0.2%酢酸含有培地における酢酸ストレスに対しては、ACT001株、ACT002株、ACT003株は30℃、37℃、40℃、45℃のいずれの温度条件下でも良好に生育した。0.3%酢酸含有培地における酢酸ストレスに対しても、ACT001株、ACT002株、ACT003株は30℃、37℃、または、40℃において良好に生育した。このことから、ACT001株、ACT002株、ACT003株は高温条件下、かつ、酢酸ストレス条件下で利用可能なことが明らかとなった。 In response to acetic acid stress in a 0.2% acetic acid-containing medium, the ACT001, ACT002, and ACT003 strains grew well at temperatures of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C. In response to acetic acid stress in a 0.3% acetic acid-containing medium, the ACT001, ACT002, and ACT003 strains grew well at 30°C, 37°C, and 40°C. This demonstrated that the ACT001, ACT002, and ACT003 strains can be used under high temperature conditions and under acetic acid stress conditions.
(エタノール抵抗性試験)
YPD寒天培地を用意し、各株の原菌液をYP液体培地によって1倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍希釈後、YPD寒天培地に左から順に5箇所スポットした。続けて、エタノールを9%となるようにYPD寒天培地に添加し、各株を30℃、37℃、40℃、または、45℃の4つの温度条件下で48時間培養して生育を調べた。
(Ethanol tolerance test)
YPD agar medium was prepared, and the stock solution of each strain was diluted 1-fold, 10-fold, 100-fold, 1000-fold, and 10000-fold with YP liquid medium, and then spotted on the YPD agar medium at five locations from the left. Ethanol was then added to the YPD agar medium to a concentration of 9%, and each strain was cultured for 48 hours under four temperature conditions of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C to examine its growth.
図2に、エタノール抵抗性試験の結果を示す。図はマトリックスになっており、列は温度条件(30℃、37℃、40℃、45℃)を、行はエタノールストレス(上段:エタノールを含まないYPD寒天培地、下段:9%エタノールを含むYPD寒天培地)をそれぞれ示している。1枚のYPD寒天培地プレートにACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株、および、DMKU3-1042株を並べてスポットし、1枚の写真に収めている。 Figure 2 shows the results of the ethanol resistance test. The figure is in the form of a matrix, with the columns representing temperature conditions (30°C, 37°C, 40°C, 45°C) and the rows representing ethanol stress (upper row: YPD agar medium without ethanol, lower row: YPD agar medium containing 9% ethanol). The ACT001, ACT002, ACT003, TML001, and DMKU3-1042 strains were spotted side-by-side on a single YPD agar medium plate and photographed.
9%エタノール含有培地におけるエタノールストレスに対しては、TML001株は30℃、37℃、40℃、45℃のいずれの温度条件下でも良好に生育した。このことから、TML001株は高温条件下、かつ、エタノールストレス条件下で利用可能なことが明らかとなった。 In response to ethanol stress in a 9% ethanol-containing medium, the TML001 strain grew well under the following temperature conditions: 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C. This demonstrated that the TML001 strain can be used under high temperature conditions and under ethanol stress conditions.
(低pH抵抗性試験)
YPD寒天培地を用意し、各株の原菌液をYP液体培地によって1倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍希釈後、YPD寒天培地に左から順に5箇所スポットした。続けて、YPD寒天培地のpHが3.5または3.0となるように塩酸を添加し、各株を30℃、37℃、40℃、または、45℃の4つの温度条件下で48時間培養して生育を調べた。
(Low pH resistance test)
YPD agar medium was prepared, and the stock solution of each strain was diluted 1-fold, 10-fold, 100-fold, 1000-fold, and 10000-fold with YP liquid medium, and then spotted on the YPD agar medium at five locations from the left. Subsequently, hydrochloric acid was added to the YPD agar medium so that the pH of the medium became 3.5 or 3.0, and each strain was cultured for 48 hours under four temperature conditions of 30° C., 37° C., 40° C., and 45° C. to examine its growth.
図3に、低pH抵抗性試験の結果を示す。図はマトリックスになっており、列は温度条件(30℃、37℃、40℃、45℃)を、行は低pHストレス(上段:pH7.0、中段:pH3.5、下段:pH3)をそれぞれ示している。1枚のYPD寒天培地プレートにACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株、および、DMKU3-1042株を並べてスポットし、1枚の写真に収めている。 Figure 3 shows the results of the low pH resistance test. The figure is in the form of a matrix, with the columns representing temperature conditions (30°C, 37°C, 40°C, 45°C) and the rows representing low pH stress (upper row: pH 7.0, middle row: pH 3.5, lower row: pH 3). The ACT001, ACT002, ACT003, TML001, and DMKU3-1042 strains were spotted side-by-side on a single YPD agar medium plate and photographed.
pH3.5およびpH3.0のいずれの低pHストレスに対しても、ACT001株、ACT002株、ACT003株は30℃、37℃、40℃、45℃のいずれの温度条件下でも良好に生育した。このことから、ACT001株、ACT002株、ACT003株は高温条件下、かつ低pHストレス条件下で利用可能なことが明らかとなった。 Despite the low pH stress of both pH 3.5 and pH 3.0, the ACT001, ACT002, and ACT003 strains grew well under the temperature conditions of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C. This demonstrated that the ACT001, ACT002, and ACT003 strains can be used under high temperature and low pH stress conditions.
(フルフラール抵抗性試験)
YPD寒天培地を用意し、各株の原菌液をYP液体培地によって1倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍希釈後、YPD寒天培地に左から順に5箇所スポットした。続けて、フルフラールまたはヒドロキシメチルフルフラール(HMF)が15mM 含まれるようにYPD寒天培地に添加し、各株を30℃、37℃、40℃、または、45℃の4つの温度条件下で48時間培養して生育を調べた。
(Furfural Resistance Test)
YPD agar medium was prepared, and the stock solution of each strain was diluted 1-fold, 10-fold, 100-fold, 1000-fold, and 10000-fold with YP liquid medium, and then spotted on the YPD agar medium at five locations from the left. Next, furfural or hydroxymethylfurfural (HMF) was added to the YPD agar medium so that it contained 15 mM, and each strain was cultured for 48 hours under four temperature conditions of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C to examine its growth.
図4に、フルフラール抵抗性試験の結果を示す。図はマトリックスになっており、列は温度条件(30℃、37℃、40℃、45℃)を、行はフルフラールストレス(上段:フルフラールを含まないYPD寒天培地、中段:15mMフルフラールを含むYPD寒天培地、下段:15mM HMFを含むYPD寒天培地)をそれぞれ示している。1枚のYPD寒天培地プレートにACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株、および、DMKU3-1042株を並べてスポットし、1枚の写真に収めている。 Figure 4 shows the results of the furfural resistance test. The figure is in the form of a matrix, with the columns representing temperature conditions (30°C, 37°C, 40°C, 45°C) and the rows representing furfural stress (top row: YPD agar medium without furfural, middle row: YPD agar medium containing 15 mM furfural, bottom row: YPD agar medium containing 15 mM HMF). The ACT001, ACT002, ACT003, TML001, and DMKU3-1042 strains were spotted side by side on a single YPD agar medium plate and photographed.
15mMフルフラール含有培地におけるフルフラールストレスに対しては、ACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株は37℃および40℃の温度条件下で良好に生育し、また、30℃および45℃の温度条件下においても生育した。45℃の温度条件下において、ACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株は、DMKU3-1042株と比較してより良い生育を示し、特にTML001株は最も良い生育を示した。
15mM HMF含有培地におけるフルフラールストレスに対しては、ACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株は37℃の温度条件下で良好に生育した。またACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株は40℃の温度条件下において、DMKU3-1042株と比較してより良い生育を示した。さらにTML001株は45℃の温度条件下においても他の株と比較してHMF抵抗性を示した。
In response to furfural stress in a 15 mM furfural-containing medium, the ACT001, ACT002, ACT003, and TML001 strains grew well under temperature conditions of 37° C. and 40° C., and also grew under temperature conditions of 30° C. and 45° C. Under a temperature condition of 45° C., the ACT001, ACT002, ACT003, and TML001 strains showed better growth than the DMKU3-1042 strain, and in particular the TML001 strain showed the best growth.
In response to furfural stress in a 15 mM HMF-containing medium, the ACT001, ACT002, ACT003, and TML001 strains grew well at a temperature of 37° C. Furthermore, the ACT001, ACT002, ACT003, and TML001 strains showed better growth than the DMKU3-1042 strain at a temperature of 40° C. Furthermore, the TML001 strain showed HMF resistance compared to the other strains even at a temperature of 45° C.
(蟻酸抵抗性試験)
YPD寒天培地を用意し、各株の原菌液をYP液体培地によって1倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍希釈後、YPD寒天培地に左から順に5箇所スポットした。続けて、蟻酸を0.1%となるようにYPD寒天培地に添加し、各株を30℃、37℃、40℃、または、45℃の4つの温度条件下で48時間培養して生育を調べた。
(Formic acid resistance test)
YPD agar medium was prepared, and the stock solution of each strain was diluted 1-fold, 10-fold, 100-fold, 1000-fold, and 10000-fold with YP liquid medium, and then spotted on the YPD agar medium at five points from the left. Next, formic acid was added to the YPD agar medium to a concentration of 0.1%, and each strain was cultured for 48 hours under four temperature conditions of 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C to examine its growth.
図5に、蟻酸抵抗性試験の結果を示す。図はマトリックスになっており、列は温度条件(30℃、37℃、40℃、45℃)を、行は蟻酸ストレス(上段:蟻酸を含まないYPD寒天培地、下段:0.1%蟻酸を含むYPD寒天培地)をそれぞれ示している。1枚のYPD寒天培地プレートにACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株、および、DMKU3-1042株を並べてスポットし、1枚の写真に収めている。 Figure 5 shows the results of the formic acid resistance test. The figure is in a matrix, with the columns representing temperature conditions (30°C, 37°C, 40°C, 45°C) and the rows representing formic acid stress (upper row: YPD agar medium without formic acid, lower row: YPD agar medium containing 0.1% formic acid). The ACT001, ACT002, ACT003, TML001, and DMKU3-1042 strains were spotted side-by-side on a single YPD agar medium plate and photographed.
0.1%蟻酸含有培地における蟻酸ストレスに対しては、ACT001株、ACT002株、ACT003株は30℃、37℃、40℃、45℃のいずれの温度条件下でも良好に生育した。このことから、ACT001株、ACT002株、ACT003株は高温条件下、かつ、蟻酸ストレス条件下で利用可能なことが明らかとなった。 In response to formic acid stress in a medium containing 0.1% formic acid, the ACT001, ACT002, and ACT003 strains grew well under the following temperature conditions: 30°C, 37°C, 40°C, and 45°C. This demonstrated that the ACT001, ACT002, and ACT003 strains can be used under high temperature conditions and under formic acid stress conditions.
(各適応株の増殖及び培地中のエタノール濃度)
上述で得られた適応株(ACT001株、ACT002株、ACT003株、TML001株)及びクルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042(親株)を、試験管中のYP培地(pH7)5mlに一白金耳植菌して、30℃の温度条件下、18時間振とう培養(160rpm)して前培養液を得た。次に、三角フラスコ中の16%グルコースを含むYP培地100mlに懸濁度(OD660)=0.1となるように前培養液を移し、45℃の温度条件下で振とう培養(160rpm)した。
(Growth of each adapted strain and ethanol concentration in the medium)
A loopful of the adaptive strains (ACT001, ACT002, ACT003, TML001) and Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042 (parent strain) obtained above was inoculated into 5 ml of YP medium (pH 7) in a test tube, and a preculture solution was obtained by shaking culture (160 rpm) at 30° C. for 18 hours. The preculture solution was then transferred to 100 ml of YP medium containing 16% glucose in an Erlenmeyer flask to a turbidity (OD 660 ) of 0.1, and shake culture (160 rpm) was performed at 45° C.
培養開始から8時間、16時間、24時間、32時間、40時間、48時間後の各適応株及びDMKU3-1042株の増殖及び培地中のエタノール濃度を測定した。適応株及びDMKU3-1042株の増殖は、培養液の懸濁度(OD660)を分光光度計で測定することで求めた。培地中のエタノール濃度は、培養液を遠心分離(1,400rpm、1分)し、上清をメンブレンフィルター(日本ポール社製)でろ過して検液とし、高速液体クロマトグラフィー(日立ハイテクノロジーズ社製)で測定することで求めた。培地中のエタノール濃度の測定における高速液体クロマトグラフィーの分析条件として、カラムはGelpack(登録商標)GL-C610-S(日立ハイテクノロジーズ社製)を使用し、計測時のオーブン温度は60℃、カラム内の流速は0.3ml/分とし、移動相にはイオン交換水を用いた。 The growth of each of the adapted strains and the DMKU3-1042 strain and the ethanol concentration in the medium were measured 8 hours, 16 hours, 24 hours, 32 hours, 40 hours, and 48 hours after the start of the culture. The growth of the adapted strains and the DMKU3-1042 strain was determined by measuring the turbidity (OD 660 ) of the culture solution with a spectrophotometer. The ethanol concentration in the medium was determined by centrifuging the culture solution (1,400 rpm, 1 minute), filtering the supernatant with a membrane filter (manufactured by Nippon Pall Co., Ltd.) to obtain a test solution, and measuring it with high performance liquid chromatography (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The analytical conditions for the high performance liquid chromatography in measuring the ethanol concentration in the medium were as follows: a Gelpack (registered trademark) GL-C610-S (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used as the column, the oven temperature during measurement was 60° C., the flow rate in the column was 0.3 ml/min, and ion-exchanged water was used as the mobile phase.
培養液の懸濁度(OD660)の測定結果を図6に示す。縦軸はOD660の値を、横軸は培養開始からの時間(hour)を表す。図6に示すように、各適応株もクルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042も16時間までOD660の値が増加し、その後48時間まではほぼ一定の値を示した。TML001株はその他の適応株およびクルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042よりも速く生育し、良好な生育結果を示した。ACT001株、ACT002株、および、ACT003株におけるOD660の値は、クルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042におけるOD660よりとほぼ同様の値を示した。 The measurement results of the turbidity (OD 660 ) of the culture liquid are shown in FIG. 6. The vertical axis indicates the OD 660 value, and the horizontal axis indicates the time (hours) from the start of culture. As shown in FIG. 6, the OD 660 value of each of the adapted strains and Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042 increased until 16 hours, and then remained almost constant until 48 hours. The TML001 strain grew faster than the other adapted strains and Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042, and showed good growth results. The OD 660 values of the ACT001 strain, ACT002 strain, and ACT003 strain were almost similar to the OD 660 value of Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042.
次に、培地中のエタノール濃度の測定結果を図7に示す。縦軸はエタノール濃度%(w/v)を、横軸は培養開始からの時間(hour)を表す。図7に示すように、ACT001株、ACT002株、ACT003株、およびACT003株のいずれの株においても培養開始から24時間において親株と比較してエタノール濃度が高く、培養開始から40時間を超えるといずれの株もエタノール濃度が減少していた。また、培養開始から16時間~24時間は、すべての適応株のエタノール濃度はクルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042のエタノール濃度に対して高濃度であった。具体的には、16時間の場合、ACT001株で1.17倍、ACT002株で1.15倍、ACT003株で1.24倍、TML001株で1.25倍であり、24時間の場合、ACT001株で1.15倍、ACT002株で1.24倍、ACT003株で1.22倍、TML001株で1.11倍であった。 Next, the measurement results of the ethanol concentration in the medium are shown in Figure 7. The vertical axis represents the ethanol concentration (w/v) in percent, and the horizontal axis represents the time (hours) from the start of culture. As shown in Figure 7, ACT001, ACT002, ACT003, and ACT003 all had higher ethanol concentrations than the parent strain 24 hours after the start of culture, and the ethanol concentrations of all strains decreased after 40 hours from the start of culture. In addition, from 16 to 24 hours after the start of culture, the ethanol concentrations of all the adapted strains were higher than that of Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042. Specifically, after 16 hours, the ratios were 1.17 times for the ACT001 strain, 1.15 times for the ACT002 strain, 1.24 times for the ACT003 strain, and 1.25 times for the TML001 strain, and after 24 hours, the ratios were 1.15 times for the ACT001 strain, 1.24 times for the ACT002 strain, 1.22 times for the ACT003 strain, and 1.11 times for the TML001 strain.
上記結果より、上記試験により得られた各適応株は、45℃の高温条件下において各種のストレス耐性を有していることが明らかとなった。酵母を用いてエタノールを工業的に生産する場合、一般的な培養時間は16~24時間とすることができる。上記試験により得られた適応株は、そのような培養期間において、親株であるクルイベロマイセス・マルシアヌスDMKU3-1042よりもエタノールを効率的に生産できることが明らかとなった。 The above results show that each of the adapted strains obtained from the above tests has various stress resistances under high temperature conditions of 45°C. When ethanol is produced industrially using yeast, the general culture time can be 16 to 24 hours. It was revealed that the adapted strains obtained from the above tests can produce ethanol more efficiently during such a culture period than the parent strain, Kluyveromyces marxianus DMKU3-1042.
本発明によると、高温条件かつ各種ストレス条件下においてもエタノールを効率的に生産可能な酵母を生産することができ、エタノール生産分野において有用である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a yeast capable of efficiently producing ethanol even under high temperature conditions and various stress conditions can be produced, which is useful in the field of ethanol production.
Claims (8)
(a)エタノール生産酵母を40℃以上の高温条件下、好気的に5日以上培養する工程であって、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(b)前記培養工程により得られた菌体を40℃以上の高温条件下、好気的にさらに5日以上培養する工程であって、前記高温条件が直前の培養条件よりも高い温度条件であり、
かつ、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程と、
(c)前記(b)の培養工程を少なくとも4回以上繰り返す工程と、
を含み、
前記培養ストレス耐性が、酢酸耐性、エタノール耐性、低pH耐性、フラルール耐性、および蟻酸耐性からなる群の少なくとも2つの培養ストレス耐性である、生産方法。 A method for producing an ethanol-producing yeast having culture stress resistance, comprising the steps of:
(a) aerobically culturing an ethanol-producing yeast at a high temperature of 40° C. or higher for 5 days or more, the culturing being beyond the logarithmic growth phase of the ethanol-producing yeast;
(b) a step of aerobically culturing the bacterial cells obtained in the culturing step under high-temperature conditions of 40° C. or higher for 5 days or more, the high-temperature conditions being higher than the temperature conditions immediately before the culturing step;
and culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase;
(c) repeating the culture step (b) at least four times;
Including,
The method for producing said culture stress tolerance is at least two of the culture stress tolerances selected from the group consisting of acetic acid tolerance, ethanol tolerance, low pH tolerance, fullerene tolerance, and formic acid tolerance.
工程(a)に続いて、
(a’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程、および/または
工程(b)に続いて、
(b’)前記培養工程により得られた菌体を新しい培地にて、直前の培養工程と同じ温度条件下、好気的にさらに培養する工程を含むことを特徴とする、方法。 2. A method for producing the ethanol-producing yeast of claim 1, comprising:
Following step (a),
(a') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step in a fresh medium under the same temperature conditions as in the immediately preceding culturing step under aerobic conditions, and/or following step (b),
(b') further culturing the bacterial cells obtained in the culturing step in a fresh medium under aerobically controlled temperature conditions similar to those in the immediately preceding culturing step.
前記工程(a’)および/または(b’)の培養工程が、前記エタノール生産酵母の対数増殖期を超えて培養する工程である、方法。 3. A method for producing the ethanol-producing yeast of claim 2, comprising:
The method, wherein the culturing step of step (a') and/or (b') is a step of culturing the ethanol-producing yeast beyond the logarithmic growth phase.
前記(a)および/または(b)の培養工程が、前記エタノール生産酵母の培養中の酵母の生菌数(cfu)が、対数増殖期における培養中の酵母の最大の生菌数(cfu)に対して1/100000以下となるまで培養を継続する工程である、方法。 A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of claims 1 to 3, comprising:
The method, wherein the culturing step (a) and/or (b) is a step of continuing the culture until the viable cell count (cfu) of the ethanol-producing yeast during the culture becomes 1/100,000 or less of the maximum viable cell count (cfu) of the yeast during the culture in the logarithmic growth phase.
前記工程(b)における直前の培養条件よりも高い温度条件が、直前の培養温度よりも1℃以上高い温度条件である、方法。 A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of claims 1 to 4, comprising:
The method, wherein the temperature condition in step (b) which is higher than the immediately preceding culture condition is a temperature condition which is 1°C or more higher than the immediately preceding culture temperature.
前記エタノール生産酵母がクルイベロマイセス・マルシアヌスである、方法。 A method for producing the ethanol-producing yeast according to any one of claims 1 to 5,
The method, wherein the ethanol-producing yeast is Kluyveromyces marxianus.
A method for producing ethanol, comprising a step of culturing the yeast according to claim 7 under aerobic conditions.
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