JP7797260B2 - Method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid - Google Patents
Method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acidInfo
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Description
本発明は、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法に関する。 The present invention relates to a method for optically resolving racemic 3-hydroxybutyric acid.
3-ヒドロキシ酪酸やその塩(以下、単に「3HB」とも称する)は、もともと人の体内に存在する物質であるため生体親和性が高く、糖質に代わる画期的なエネルギー源として期待されている。また、3HBは、単なるエネルギー源という役割だけでなく、様々な遺伝子の発現やタンパク質の活性に影響するシグナル伝達物質としての作用があることがわかってきた。3HBは、例えば、遺伝子発現調節作用によって、ヒストン脱アセチル化酵素を阻害することによって認知機能や、長期持続記憶を改善することが知られ、アルツハイマーの予防に有効性が確認されている。また、ココナッツオイルに多く含まれる中鎖脂肪酸の摂取及び体内での代謝により生産される3HBが、脳や体内において糖質をうまく利用できないアルツハイマー病や糖尿病の患者の症状を改善させる効果を持つことが知られている。更に、3HBは、体内において糖質より速やかにエネルギーに変換されること、細胞への脂肪や糖の吸収を抑制する効果を有することから、アスリート向けのエネルギー物質や、ダイエット・健康食品分野などへの応用も盛んに行われている。 3-Hydroxybutyric acid and its salts (hereinafter simply referred to as "3HB") are naturally occurring substances in the human body, making them highly biocompatible and promising as a revolutionary energy source to replace carbohydrates. Furthermore, 3HB has been shown to function not only as an energy source but also as a signaling substance that affects the expression of various genes and the activity of proteins. 3HB is known to improve cognitive function and long-term memory by inhibiting histone deacetylase through its gene expression regulation effect, and has been confirmed to be effective in preventing Alzheimer's disease. Furthermore, 3HB, which is produced through the ingestion and metabolism of medium-chain fatty acids, which are abundant in coconut oil, is known to improve the symptoms of patients with Alzheimer's disease and diabetes, who have difficulty effectively utilizing carbohydrates in the brain and body. Furthermore, because 3HB is converted into energy more quickly than carbohydrates in the body and has the effect of suppressing the absorption of fat and sugar into cells, it is actively used as an energy substance for athletes and in diet and health foods.
また、これらの用途の他、3HBは、生分解性樹脂の原料としての利用が可能であることが知られており、工業的用途においても利用価値が高まりつつある物質である。 In addition to these uses, 3HB is known to be usable as a raw material for biodegradable resins, and its value in industrial applications is also increasing.
3HBに限らず、化合物を様々な用途に使用する上では、光学活性を有していると有利である場合が多いため、ラセミ体を光学分割して光学活性を有する化合物を分離する技術が求められる。そこで、例えば、ラセミ体ヒドロキシカルボン酸エステルを光学分割し、光学活性ヒドロキシカルボン酸エステルや光学活性ヒドロキシカルボン酸を製造する方法が提案されている(特許文献1)。 Not only for 3HB, but for many other compounds, optical activity is often advantageous when used for various purposes, and so there is a demand for technology that can optically resolve racemates to separate optically active compounds. For example, a method has been proposed for optically resolving racemic hydroxycarboxylic acid esters to produce optically active hydroxycarboxylic acid esters or optically active hydroxycarboxylic acids (Patent Document 1).
上記特許文献1記載の製法では、ラセミ体ヒドロキシカルボン酸エステルに、エンテロバクター属又はキトロバクター属に属し、カルボン酸エステル分解活性を有する微生物やその微生物培養液より得られる菌体等を作用させる。これにより、カルボン酸エステルを立体選択的に加水分解して光学分割し、残存する一方の光学活性ヒドロキシカルボン酸エステル又は加水分解で得られる他方の光学活性ヒドロキシカルボン酸を採取する。 In the production method described in Patent Document 1, a racemic hydroxycarboxylic acid ester is subjected to the action of a microorganism belonging to the genus Enterobacter or Chitrobacter and having carboxylic acid ester decomposition activity, or bacterial cells obtained from the microbial culture medium. This stereoselectively hydrolyzes the carboxylic acid ester and optically resolves it, and one of the remaining optically active hydroxycarboxylic acid esters or the other optically active hydroxycarboxylic acid obtained by hydrolysis is collected.
ところが、上記特許文献1記載の製法は、ラセミ体ヒドロキシカルボン酸エステルを対象に限定した技術である。そのため、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸やその塩を光学分割し、光学活性3-ヒドロキシ酪酸やその塩を製造することができない。 However, the production method described in Patent Document 1 is a technology that is limited to racemic hydroxycarboxylic acid esters. Therefore, it is not possible to optically resolve racemic 3-hydroxybutyric acid or its salts to produce optically active 3-hydroxybutyric acid or its salts.
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸やその塩を光学分割し、光学活性3-ヒドロキシ酪酸の製造を可能にする方法の提供を、その目的とする。 The present invention was developed in light of the above-mentioned circumstances, and its object is to provide a method for optically resolving racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof, thereby enabling the production of optically active 3-hydroxybutyric acid.
上記目的を達成するための本発明に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法の特徴構成は、
ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を光学分割する方法であって、
ハロモナス属に属する好塩菌を、無機塩と有機炭素源としてのラセミ体3-ヒドロキシ酪酸又はその塩とを含む培地で好気培養する好気培養工程と、
前記好気培養工程後の培養液から菌体を分離する分離工程と、
前記分離工程で分離した菌体を、無機塩を含む培地で微好気培養し、培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を産生する微好気培養工程と、を順に行う点にある。
The method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to the present invention for achieving the above object is characterized by the following features:
A method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof, comprising the steps of:
an aerobic culturing step of aerobically culturing a halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas in a medium containing inorganic salts and racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof as an organic carbon source;
a separation step of separating bacterial cells from the culture solution after the aerobic culture step;
The bacterial cells separated in the separation step are microaerophilically cultured in a medium containing inorganic salts, and a microaerophilic culture step is carried out in this order to produce (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof in the culture solution.
本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、ハロモナス属に属する好塩菌を、有機炭素源としてラセミ体3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を含む培地で好気培養することにより、当該好塩菌が(R)-3-ヒドロキシ酪酸を優先的に取り込み、ポリ[(R)-3-ヒドロキシ酪酸](以下、「PHB」ともいう)として蓄積することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of extensive research, the present inventors discovered that when halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas are aerobically cultured in a medium containing racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof as an organic carbon source, the halophilic bacteria preferentially take up (R)-3-hydroxybutyric acid and accumulate it as poly[(R)-3-hydroxybutyric acid] (hereinafter also referred to as "PHB"), thereby completing the present invention.
即ち、上記特徴構成によれば、好気培養工程において、好塩菌がラセミ体3-ヒドロキシ酪酸のうち(R)-3-ヒドロキシ酪酸を優先的に取り込み、これが菌体内にPHBとして蓄積される一方、大部分の(S)-3-ヒドロキシ酪酸は、培養液中に残存することになる。そのため、(S)-3-ヒドロキシ酪酸は、分離工程で菌体が分離された培養液中に存在することになる。そして、分離工程で得られた菌体を微好気培養することにより、(R)-3-ヒドロキシ酪酸が菌体外(培養液中)に分泌生産される。このように、上記特徴構成を備えたラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法によれば、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸を(R)-3-ヒドロキシ酪酸と(S)-3-ヒドロキシ酪酸とに分離できる。 That is, according to the above-mentioned characteristic configuration, in the aerobic culture step, the halophilic bacterium preferentially takes up (R)-3-hydroxybutyric acid from racemic 3-hydroxybutyric acid, which accumulates as PHB within the bacterial cells, while most of the (S)-3-hydroxybutyric acid remains in the culture medium. Therefore, (S)-3-hydroxybutyric acid is present in the culture medium from which the bacterial cells were separated in the separation step. Then, by microaerophilically culturing the bacterial cells obtained in the separation step, (R)-3-hydroxybutyric acid is secreted and produced outside the bacterial cells (into the culture medium). Thus, according to the optical resolution method for racemic 3-hydroxybutyric acid having the above-mentioned characteristic configuration, racemic 3-hydroxybutyric acid can be separated into (R)-3-hydroxybutyric acid and (S)-3-hydroxybutyric acid.
本発明に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法の更なる特徴構成は、
前記微好気培養工程で得られる培養液から、(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収するR体回収工程を行う点にある。
A further characteristic feature of the method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to the present invention is:
The present invention is characterized in that an R-isomer recovery step is carried out to recover (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture solution obtained in the microaerobic culture step.
上記のように、微好気培養工程で得られる培養液には、菌体から分泌生産された(R)-3-ヒドロキシ酪酸やその塩が存在している。上記特徴構成によれば、R体回収工程によって、培養液から(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収できる。したがって、上記特徴構成を備えた光学分割方法によれば、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸から光学活性3-ヒドロキシ酪酸としての(R)-3-ヒドロキシ酪酸の製造が可能である。 As described above, the culture medium obtained in the microaerobic culture step contains (R)-3-hydroxybutyric acid and its salts secreted and produced by the bacterial cells. According to the above-described characteristic configuration, (R)-3-hydroxybutyric acid or its salts can be recovered from the culture medium by the R-isomer recovery step. Therefore, the optical resolution method having the above-described characteristic configuration makes it possible to produce (R)-3-hydroxybutyric acid as optically active 3-hydroxybutyric acid from racemic 3-hydroxybutyric acid.
本発明に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法の更なる特徴構成は、
前記分離工程で菌体を分離した培養液から、(S)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収するS体回収工程を行う点にある。
A further characteristic feature of the method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to the present invention is:
The difference is that an S-isomer recovery step is carried out to recover (S)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium from which the bacterial cells have been separated in the separation step.
上記のように、分離工程で菌体を分離した培養液には、好塩菌に取り込まれにくい(S)-3-ヒドロキシ酪酸が存在している。上記特徴構成によれば、S体回収工程によって、菌体分離後の培養液から(S)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収できる。したがって、上記特徴構成を備えたラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法によれば、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸から光学活性3-ヒドロキシ酪酸としての(S)-3-ヒドロキシ酪酸の製造が可能である。 As described above, the culture medium from which the bacterial cells were separated in the separation step contains (S)-3-hydroxybutyric acid, which is not easily taken up by halophilic bacteria. According to the above-described characteristic configuration, the S-isomer recovery step allows for recovery of (S)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium after bacterial cell separation. Therefore, the optical resolution method for racemic 3-hydroxybutyric acid having the above-described characteristic configuration makes it possible to produce (S)-3-hydroxybutyric acid as optically active 3-hydroxybutyric acid from racemic 3-hydroxybutyric acid.
本発明に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法の更なる特徴構成は、
前記好塩菌が、ハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1株である点にある。
A further characteristic feature of the method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to the present invention is:
The halophilic bacterium is Halomonas sp. KM-1 strain.
本願発明者は、好塩菌がハロモナス・エスピーKM-1株である場合に、当該ハロモナス・エスピーKM-1株がラセミ体3-ヒドロキシ酪酸から(R)-3-ヒドロキシ酪酸を優先的に取り込み、PHBを菌体内に蓄積し、微好気培養に移行することで、(R)-3-ヒドロキシ酪酸を培養液中に分泌生産することを実験的に確認している。 The inventors of the present application have experimentally confirmed that when the halophilic bacterium is Halomonas sp. KM-1 strain, the Halomonas sp. KM-1 strain preferentially takes up (R)-3-hydroxybutyric acid from racemic 3-hydroxybutyric acid, accumulates PHB within the bacterial cell, and, upon transition to microaerobic culture, secretes and produces (R)-3-hydroxybutyric acid into the culture medium.
以下、本発明に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法について説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。 The method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to the present invention is described below. While preferred examples are described below to more specifically illustrate the present invention, various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention, and the present invention is not limited to the following descriptions.
〔ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法の概要〕
本発明の実施形態に係るラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法は、以下の工程を行う。
(1)ハロモナス属に属する好塩菌を、無機塩と有機炭素源としてのラセミ体3-ヒドロキシ酪酸又はその塩とを含む培地で好気培養する好気培養工程。
(2)好気培養工程後の培養液から菌体を分離する分離工程。
(3)分離工程で分離した菌体を、無機塩を含む培地で微好気培養し、培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を産生する微好気培養工程。
[Outline of the method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid]
The method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid according to an embodiment of the present invention comprises the following steps.
(1) A step of aerobically culturing a halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas in a medium containing inorganic salts and racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof as an organic carbon source.
(2) A separation step of separating the bacterial cells from the culture solution after the aerobic culture step.
(3) A microaerophilic culturing step in which the bacterial cells separated in the separation step are microaerophilically cultured in a medium containing inorganic salts to produce (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof in the culture solution.
更に、本実施形態においては、以下の工程を更に行う。
(4)微好気培養工程で得られる培養液から、(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収するR体回収工程。
(5)分離工程で菌体を分離した培養液から、(S)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収するS体回収工程。
Furthermore, in this embodiment, the following steps are further carried out.
(4) An R-isomer recovery step of recovering (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium obtained in the microaerobic culture step.
(5) An S-isomer recovery step of recovering (S)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium from which the bacterial cells have been separated in the separation step.
〔好気培養工程〕
本発明の光学分割方法における好気培養工程は、ハロモナス属に属する好塩菌を培地で好気培養する工程である。
<A:ハロモナス属に属する好塩菌>
本発明で用いるハロモナス属に属する好塩菌は、無機塩とラセミ体3-ヒドロキシ酪酸(ラセミ体3HB)を含む培地にて好気的に増殖し、(R)-3-ヒドロキシ酪酸(R-3HB)を菌体内に取り込んでポリ[(R)-3-ヒドロキシ酪酸](PHB)として蓄積し、培養条件を変えることで、R-3HB又はその塩を菌体外の培地に分泌産生する性質を備えた菌であればよい。
[Aerobic cultivation process]
The aerobic culturing step in the optical resolution method of the present invention is a step of aerobically culturing a halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas in a medium.
<A: Halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas>
The halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas used in the present invention may be any bacterium that has the property of aerobically growing in a medium containing an inorganic salt and racemic 3-hydroxybutyrate (racemic 3HB), taking up (R)-3-hydroxybutyrate (R-3HB) into its cell body, accumulating it as poly[(R)-3-hydroxybutyrate] (PHB), and secreting and producing R-3HB or a salt thereof into the extracellular medium by changing the culture conditions.
上記ハロモナス属に属する好塩菌は、0.1~1.0Mの塩濃度を適とする好塩性を有し、時には塩を含まない培地においても生育する細菌である。そして、上述のハロモナス属に属する好塩菌は、通常はpH5~12程度の培地にて生育する。 The above-mentioned halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas are bacteria that are halophilic and suitable for salt concentrations of 0.1 to 1.0 M, and can sometimes grow in salt-free media. Furthermore, the above-mentioned halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas typically grow in media with a pH of approximately 5 to 12.
上記ハロモナス属に属する好塩菌としては、例えば、ハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1株が挙げられる。ハロモナス・エスピーKM-1株は、平成19年7月10日付で、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(〒305-8566茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に受託番号FERM P-21316として寄託されている。また、この菌株は、現在国際寄託に移管されており、その受託番号はFERM BP-10995である。当該ハロモナス・エスピーKM-1株の16S rRNA遺伝子は、DDBJにAccession Number AB477015として登録されている。 An example of the halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas is the Halomonas sp. KM-1 strain. The Halomonas sp. KM-1 strain was deposited on July 10, 2007, with the International Patent Organism Depositary of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Chuo 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Prefecture, 305-8566) under accession number FERM P-21316. This strain has also been transferred to an international depository with accession number FERM BP-10995. The 16S rRNA gene of the Halomonas sp. KM-1 strain has been registered with the DDBJ under accession number AB477015.
また、上記好塩菌の生育特性等に鑑みて、本発明における好気培養工程で用いる好塩菌は、R-3HBを菌体内に優先的に取り込み、PHBを蓄積した後、後述する微好気培養工程でR-3HBを分泌するものであれば、ハロモナス・エスピーKM-1株に限られるものでない。そのようなハロモナス属に属する好塩菌としては、ハロモナス・パンテラリエンシス(Halomonas pantelleriensis:ATCC 700273)やハロモナス・カンピサリス(Halomonas campisalis:ATCC 7000597)等も挙げることができる。 Furthermore, in consideration of the growth characteristics of the above-mentioned halophilic bacteria, the halophilic bacteria used in the aerobic culture step of the present invention are not limited to Halomonas sp. KM-1 strain, as long as they preferentially take up R-3HB into their cells, accumulate PHB, and then secrete R-3HB in the microaerobic culture step described below. Examples of such halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas include Halomonas pantelleriensis (ATCC 700273) and Halomonas campisalis (ATCC 7000597).
更に、16SリボゾームRNA配列による分析から、上記の好塩菌に限らず、ハロモナス・ニトリトフィルス、ハロモナス・アリメンタリア等も、好気培養工程にて用いるハロモナス属に属する好塩菌として使用してもよい。 Furthermore, analysis of 16S ribosomal RNA sequences has shown that in addition to the above-mentioned halophilic bacteria, Halomonas nitritophilus, Halomonas alimentaria, and the like may also be used as halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas in the aerobic culture process.
尚、上記ハロモナス属に属する好塩菌には、遺伝子が導入されていてもよい。導入される遺伝子は、本発明に係る光学分割方法において、ラセミ体3HBのうちR-3HBを優先的に取り込み、PHBを蓄積した後、後述する微好気培養工程でR-3HBを分泌する性質に影響を与えなければ特に限定されない。組換えDNAの当該菌体への導入方法及びこれによる形質転換方法としては、一般的な各種方法を採用できる。 A gene may be introduced into the halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas. The gene to be introduced is not particularly limited, as long as it does not affect the properties of the bacterium, which preferentially take up R-3HB out of racemic 3HB, accumulate PHB, and then secrete R-3HB in the microaerobic culture step described below, in the optical resolution method of the present invention. Various common methods can be used to introduce recombinant DNA into the bacterium and to transform it using this method.
<B:培地>
好気培養工程で用いる培地は、無機塩及び有機炭素源としてのラセミ体3HB又はその塩を含有する。培地のpHは上記好塩菌の生育条件を満たすpHであれば特に限定されないが、具体的には、pH5~12程度にすればよく、pH8.8~12であることがより好ましい。尚、アルカリ性の培地を用いれば、他の菌のコンタミネーションを効果的に防止できるため好ましい。
<B: Medium>
The medium used in the aerobic culture step contains inorganic salts and racemic 3HB or a salt thereof as an organic carbon source. The pH of the medium is not particularly limited as long as it satisfies the growth conditions of the halophilic bacteria, but specifically, it should be about pH 5 to 12, and more preferably pH 8.8 to 12. The use of an alkaline medium is preferable because it can effectively prevent contamination with other bacteria.
また、培地は、液体培地であってもよいし、固体培地であってもよい。 The culture medium may be a liquid medium or a solid medium.
好気培養工程にて用いる培地に配合する無機塩は、特に限定されることはなく、例えば、リン酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛、銅、コバルト等の金属塩が挙げられる。 The inorganic salts to be added to the medium used in the aerobic culture process are not particularly limited, and examples include phosphates, nitrates, carbonates, sulfates, and metal salts such as sodium, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, copper, and cobalt.
例えば、ナトリウムを無機塩として用いる場合は、NaCl、NaNO3、NaHCO3、Na2CO3等を用いればよい。 For example, when sodium is used as an inorganic salt, NaCl, NaNO 3 , NaHCO 3 , Na 2 CO 3 or the like may be used.
これらの無機塩は、上記好塩菌にとって窒素源やリン源となるような化合物を用いることが好ましい。 It is preferable to use these inorganic salts as compounds that serve as nitrogen and phosphorus sources for the halophilic bacteria.
窒素源は、硝酸塩、亜硝酸塩、尿素、アンモニウム塩、グルタミン酸塩等を用いればよく、特に限定されないが、例えば、NaNO3、NaNO2、NH4Cl等の化合物を用いればよい。 The nitrogen source is not particularly limited and may be nitrate, nitrite, urea, ammonium salt, glutamate, or the like. For example, compounds such as NaNO 3 , NaNO 2 , and NH 4 Cl may be used.
窒素源の使用量は、菌体の生育に影響を及ぼすことなく、光学分割という目的が達成される範囲において適宜設定すればよく、具体的には、培養初期の培地100ml当たり通常であれば硝酸塩として500mg程度以上とすればよく、より好ましくは1000mg程度以上、更に好ましくは1250mg程度以上である。 The amount of nitrogen source used can be set appropriately within a range that does not affect the growth of the bacterial cells and achieves the objective of optical resolution. Specifically, at the initial stage of cultivation, the amount should typically be at least about 500 mg of nitrate per 100 ml of medium, more preferably at least about 1000 mg, and even more preferably at least about 1250 mg.
リン源は、リン酸塩、リン酸一水素塩、リン酸二水素塩等を用いればよく、特に限定はされないが、例えば、K2HPO4、KH2PO4等の化合物を用いればよい。 The phosphorus source may be a phosphate, monohydrogen phosphate, dihydrogen phosphate, or the like, and is not particularly limited, but may be, for example, a compound such as K 2 HPO 4 or KH 2 PO 4 .
リン源の使用量も、上記窒素源の使用量と同様の観点から適宜設定すればよい。具体的には、リン酸二水素塩として培地100ml当たり通常は50~400mg程度とすればよく、より好ましくは100~200mg程度である。 The amount of phosphorus source used can be determined appropriately from the same perspective as the amount of nitrogen source used above. Specifically, the amount of dihydrogen phosphate used is usually about 50 to 400 mg per 100 ml of medium, and more preferably about 100 to 200 mg.
尚、これらの無機塩は単一で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These inorganic salts may be used alone or in combination of two or more.
好気培養工程にて用いる培地には、ラセミ体3HB又はその塩のみを有機炭素源として配合する。ラセミ体3HBは、(R)-3-ヒドロキシ酪酸と(S)-3-ヒドロキシ酪酸との混合物であり、例えば、不斉合成でない通常の有機合成により得られるものである。 The medium used in the aerobic cultivation process contains only racemic 3HB or a salt thereof as the organic carbon source. Racemic 3HB is a mixture of (R)-3-hydroxybutyric acid and (S)-3-hydroxybutyric acid, and is obtained, for example, by conventional organic synthesis, not asymmetric synthesis.
有機炭素源としてのラセミ体3HBの濃度は、R-3HBの菌体内への優先的な取り込みや、PHBの蓄積が進行し、ラセミ体3HBを光学分割するという目的が達成される範囲において適宜設定すればよい。 The concentration of racemic 3HB as an organic carbon source can be appropriately set within a range that allows for preferential uptake of R-3HB into the bacterial cell, promotes accumulation of PHB, and achieves the objective of optically resolving racemic 3HB.
本発明に係る光学分割方法の好気培養工程では、塩濃度が比較的高い条件の培地で、ハロモナス属に属する好塩菌を培養するので、他の菌体の混入、増殖の恐れ等がほとんどない。したがって、培地に対して滅菌処理等を行っても行わなくてもよく、且つ、簡便な設備で培養することも可能である。 In the aerobic culture step of the optical resolution method of the present invention, halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas are cultured in a medium with a relatively high salt concentration, so there is almost no risk of contamination or proliferation of other bacterial cells. Therefore, the medium may or may not be sterilized, and culture can be carried out using simple equipment.
好気培養工程における好塩菌の培養は、好気培養を採用する。好気培養の条件は、当該菌体が増殖し、且つ、当該菌体内へR-3HBを取り込み、これがPHBとして蓄積するような条件であれば、特に限定されない。 The halophilic bacteria in the aerobic culture step are cultured under aerobic conditions. The conditions for aerobic culture are not particularly limited, as long as they allow the bacteria to grow and take up R-3HB, which accumulates as PHB.
具体的には、5ml程度の培地に当該好塩菌を植菌し、所定の撹拌速度で所定の温度にて、一晩振とうしながら前培養を行う。続いて前培養して得られた菌体を、三角フラスコ、発酵槽、ジャーファーメンター等に入った培地中に100倍程度に希釈し本培養(本願における好気培養に相当)する。 Specifically, the halophilic bacteria are inoculated into approximately 5 ml of medium and pre-cultured overnight with shaking at a specified stirring speed and temperature. The bacterial cells obtained from the pre-culture are then diluted approximately 100-fold into medium contained in an Erlenmeyer flask, fermenter, jar fermenter, etc., and subjected to main culture (corresponding to aerobic culture in this application).
本培養の培養温度は、通常20~45℃程度の範囲内で設定可能であるが、30~37℃程度の範囲内で設定することが好ましい。また、撹拌速度は、三角フラスコを用いる場合、通常120~250rpm程度の範囲内で設定可能であるが、150~200rpm程度の範囲内で設定することが好ましい。発酵槽、ジャーファーメンターを用いる場合は上記に匹敵する酸素供給速度となるように酸素供給を行うことが好ましい。 The culture temperature for the main culture can usually be set within the range of about 20 to 45°C, but is preferably set within the range of about 30 to 37°C. Furthermore, when using an Erlenmeyer flask, the stirring speed can usually be set within the range of about 120 to 250 rpm, but is preferably set within the range of about 150 to 200 rpm. When using a fermenter or jar fermenter, it is preferable to supply oxygen at a rate comparable to the above.
好気培養工程では、このような培養条件でハロモナス属に属する好塩菌を好気培養すればよい。具体的に、好気培養時の培地中の溶存酸素濃度は、特に限定されないが、通常は0mg/L以上とすればよく、7mg/L以上が好ましい。 In the aerobic culture step, halophilic bacteria belonging to the genus Halomonas are aerobically cultured under these culture conditions. Specifically, the dissolved oxygen concentration in the medium during aerobic culture is not particularly limited, but is usually 0 mg/L or higher, and preferably 7 mg/L or higher.
好気培養工程での培養方法は、回分培養、半回分培養、連続培養等の培養方法が挙げられ、特に限定はされないが、本発明に係る光学分割方法において用いる好塩菌が他の菌が混入する可能性が極めて低いことを考慮すれば、長期の連続培養も可能である。尚、培養環境は、培地が空気に触れる環境とすればよく、培地表面に積極的に酸素を含む気体を吹き付ける方法や係る気体を培地中に吹き込む方法により調整してもよい。また、培養環境は、非滅菌環境下であっても滅菌環境下であってもよい。 Cultivation methods in the aerobic culturing step include batch culture, semi-batch culture, continuous culture, and other culturing methods, and are not particularly limited. However, considering that the halophilic bacteria used in the optical resolution method of the present invention are highly unlikely to be contaminated with other bacteria, long-term continuous culture is also possible. The culture environment may be one in which the medium is exposed to air, and may be adjusted by actively blowing oxygen-containing gas onto the surface of the medium or by blowing such gas into the medium. The culture environment may be either a non-sterile environment or a sterile environment.
好気培養の培養時間は、培地からR-3HBが消失し、S-3HBが残存するのに要する時間であり、このような時間としては、例えば20時間以上50時間以下である。尚、HPLC等の分析方法を使用して、継時的に培地中のR-3HBの存在を確認し、R-3HBが消失した時点で、後述する分離工程を行い、培養を停止することが好ましい。 The aerobic culture time is the time required for R-3HB to disappear from the medium and for S-3HB to remain, and is, for example, 20 to 50 hours. It is preferable to continuously check for the presence of R-3HB in the medium using an analytical method such as HPLC, and, once R-3HB has disappeared, to carry out the separation process described below and stop the culture.
〔分離工程〕
本発明の光学分割方法における分離工程は、好気培養工程後の培養液から菌体を分離する工程であり、培養液から菌体を分離することによって好気培養工程が停止する。
[Separation process]
The separation step in the optical resolution method of the present invention is a step of separating the bacterial cells from the culture medium after the aerobic culture step, and the aerobic culture step is terminated by separating the bacterial cells from the culture medium.
分離工程では、公知の手法を用いて培養液から菌体を分離して、好気培養工程を停止さればよい。例えば、液体培地を使用して好気培養工程を行う場合、当該工程で得られる培養液には、好塩菌に取り込まれずに残存したS-3HB又はその塩が存在する。そのため、培養液から好塩菌を分離手段で分離して、好気培養工程の培養を停止することで、S-3HB又はその塩を含み、R-3HBを含まない、或いはほぼ含まない培養液を得ることができる。 In the separation step, the bacterial cells are separated from the culture medium using a known method, and the aerobic culture step is stopped. For example, when a liquid medium is used for the aerobic culture step, the culture solution obtained in this step contains S-3HB or a salt thereof that has not been taken up by the halophilic bacteria. Therefore, by separating the halophilic bacteria from the culture solution using a separation means and stopping the aerobic culture step, a culture solution containing S-3HB or a salt thereof and containing no or almost no R-3HB can be obtained.
尚、具体的な分離の手法は、遠心操作やろ過等の公知の固液分離操作を採用できる。 Specific separation techniques that can be used include known solid-liquid separation procedures such as centrifugation and filtration.
〔微好気培養工程〕
本発明の光学分割方法における微好気培養工程は、分離工程で分離した菌体を培地で微好気培養し、培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を産生する工程である。
[Microaerobic culture process]
The microaerophilic culturing step in the optical resolution method of the present invention is a step of culturing the cells separated in the separation step in a medium microaerophilically to produce (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof in the culture medium.
尚、「培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸を産生する」とは、好塩菌が培養液に3HBを分泌することを意味する。また、「培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸の塩を産生する」とは、好塩菌が培養液に3HBの塩を分泌することのみならず、好塩菌が培養液に分泌した3HBが、培養液中に存在する陽イオン成分と反応してR-3HBの塩を形成することも意味する。R-3HBと反応して塩を形成する陽イオン成分としては、培養液中に含まれているものであれば、特に限定されないが、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、コバルトイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、銅イオン、モリブデンイオン、アンモニウムイオン、マンガンイオン等が挙げられる。 The phrase "producing (R)-3-hydroxybutyric acid in the culture medium" means that the halophilic bacterium secretes 3HB into the culture medium. Furthermore, the phrase "producing a salt of (R)-3-hydroxybutyric acid in the culture medium" means not only that the halophilic bacterium secretes a salt of 3HB into the culture medium, but also that the 3HB secreted by the halophilic bacterium reacts with a cationic component present in the culture medium to form a salt of R-3HB. The cationic component that reacts with R-3HB to form a salt is not particularly limited as long as it is present in the culture medium, but examples include sodium ions, potassium ions, calcium ions, magnesium ions, cobalt ions, zinc ions, iron ions, copper ions, molybdenum ions, ammonium ions, manganese ions, etc.
具体的には、好塩菌をpH8.0以上のアルカリ性領域に調整及び/又は維持して培養し、培養液にて好塩菌に酸素供給を積極的には行わない条件下でR-3HB又はその塩を産生する工程である。好塩菌に積極的に酸素供給を行わずに培養を継続すると、系内の酸素が消費され無酸素に近い状態となるが、絶対嫌気とまではならない酸素濃度数%の環境が維持されるため、微好気培養に適した環境を維持できる。 Specifically, this process involves culturing halophilic bacteria by adjusting and/or maintaining the pH in the alkaline range of 8.0 or higher, and producing R-3HB or a salt thereof under conditions in which oxygen is not actively supplied to the halophilic bacteria in the culture medium. Continuing cultivation without actively supplying oxygen to the halophilic bacteria consumes oxygen within the system, resulting in a near-anoxic state. However, since an environment with an oxygen concentration of a few percent is maintained, which does not reach absolute anaerobic state, an environment suitable for microaerobic cultivation can be maintained.
微好気培養工程にて用いる培地は、無機塩を含有し、有機炭素源を含有しない培地であり、有機炭素源を含有しない点を除いて好気培養工程にて用いたものと同様の培地を用いることができる。 The medium used in the microaerobic culture process contains inorganic salts but does not contain an organic carbon source. The same medium as that used in the aerobic culture process can be used, except that it does not contain an organic carbon source.
尚、微好気培養の条件は、菌体内に蓄積されたPHBがR-3HBとして培地中に分泌されるような条件であれば、特に限定されない。 The conditions for microaerobic culture are not particularly limited, as long as they allow the PHB accumulated within the bacterial cells to be secreted into the medium as R-3HB.
微好気培養を継続した場合、有機酸の生成により、培地のpHは下がる傾向がある。この様な培地のpHは適宜公知のpH測定用装置又はこれが付随したジャーファーメンター等によって確認することができる。 When microaerobic cultivation is continued, the pH of the medium tends to decrease due to the production of organic acids. The pH of such a medium can be checked using a known pH measuring device or a jar fermenter equipped with such a device.
尚、「調整及び/又は維持」とは、上述のようなpHの確認を行いながら、pH調整剤を添加してpHの好適な状態を保つことや、単にpH調整剤を添加して培養開始時のpHを調整し、その後はpHの調整を行わないことを意味する。 Note that "adjusting and/or maintaining" means maintaining an appropriate pH state by adding a pH adjuster while checking the pH as described above, or simply adding a pH adjuster to adjust the pH at the start of cultivation, without subsequently adjusting the pH.
微好気培養工程にて調整及び維持するpHは好ましくは8.0以上とする。これにより、好塩菌によるR-3HBの生産性を高く維持することができる。 The pH adjusted and maintained during the microaerobic culture process is preferably 8.0 or higher. This allows the productivity of R-3HB by halophilic bacteria to be maintained at a high level.
尚、本発明で用いる上記好塩菌は、中程度の高塩濃度且つアルカリ条件下で培養することが可能であるため、夾雑菌の混入・繁殖(コンタミネーション)が少ない。しかしながら、一部乳酸菌には、中程度の高塩濃度且つpH8.4以下の環境下において増殖可能な菌も存在し、このような菌が本発明の培養系にコンタミネーションすると、好塩菌が分泌したR-3HB又はその塩を乳酸発酵の基質として消費してしまい、更には培地のpHの一段の低下を生じさせる恐れがある。 The halophilic bacteria used in the present invention can be cultured under moderately high salt concentrations and alkaline conditions, which reduces the risk of contamination with foreign bacteria. However, some lactic acid bacteria can grow in environments with moderately high salt concentrations and a pH of 8.4 or lower. If such bacteria contaminate the culture system of the present invention, they may consume the R-3HB or a salt thereof secreted by the halophilic bacteria as a substrate for lactic acid fermentation, further decreasing the pH of the medium.
このため、本発明において培地を滅菌せず及び/又は非滅菌環境下で好塩菌を培養して、培地中に3HBを分泌させるためには、微好気培養工程における培地のpHの調整及び維持をpH8.5程度以上とすることが好ましい。 For this reason, in the present invention, in order to culture halophilic bacteria in a medium without sterilizing it and/or in a non-sterile environment and secrete 3HB into the medium, it is preferable to adjust and maintain the pH of the medium at about 8.5 or higher during the microaerobic culture process.
pH調整剤としては、特に限定はされないが、例えば水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等が挙げられる。より具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素マグネシウム、アンモニア水等が挙げられる。 pH adjusters are not particularly limited, but examples include hydroxides, carbonates, and bicarbonates. More specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, calcium bicarbonate, magnesium bicarbonate, and aqueous ammonia.
〔R体回収工程〕
本発明の光学分割方法におけるR体回収工程は、微好気培養工程で得られる培養液から、(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収する工程である。
[R-isomer recovery step]
The R-isomer recovery step in the optical resolution method of the present invention is a step of recovering (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium obtained in the microaerobic culture step.
R体回収工程では、公知の手法を用いてR-3HB又はその塩を回収すればよい。例えば、培養液中にR-3HB又はその塩が存在しているときに、微好気培養工程の培養を停止し、R-3HB又はその塩を含む培養液と菌体とを分離し、培養液からR-3HB又はその塩を回収できる。また、液体培地を使用して微好気培養工程を行う場合、当該工程で得られる培養液に分泌されたR-3HB又はその塩が存在するため、当該工程の培養を停止し、必要に応じて培養液と好塩菌とを分離手段で分離して培養液を得て、この培養液からR-3HB又はその塩を得ることができる。 In the R-isomer recovery step, R-3HB or a salt thereof can be recovered using known techniques. For example, when R-3HB or a salt thereof is present in the culture medium, the culture in the microaerobic culture step can be stopped, the culture medium containing R-3HB or a salt thereof can be separated from the bacterial cells, and R-3HB or a salt thereof can be recovered from the culture medium. Furthermore, when the microaerobic culture step is performed using a liquid medium, the culture obtained in this step will contain secreted R-3HB or a salt thereof. Therefore, the culture in this step can be stopped, and if necessary, the culture medium can be separated from the halophilic bacteria using a separation means to obtain a culture medium from which R-3HB or a salt thereof can be recovered.
具体的な分離の手法は、遠心操作やろ過等の公知の固液分離操作を採用できる。また、培養の停止方法も特に限定されない。例えば、微好気培養工程後に好塩菌を含む培養液を加熱、酸処理等の方法によって殺菌する方法や固液分離操作を行って培養液と好塩菌とを分離する方法等を採用し得る。 Specific separation techniques that can be used include known solid-liquid separation procedures such as centrifugation and filtration. Furthermore, there are no particular limitations on the method for terminating the culture. For example, after the microaerobic culture step, the culture solution containing the halophilic bacteria can be sterilized by heating, acid treatment, or other methods, or solid-liquid separation can be performed to separate the culture solution from the halophilic bacteria.
培養液中のR-3HB又はその塩の存在を確認する方法は、菌種、培地成分、培養条件等により変わり得るものであるので、これらの要素を考慮して適宜決定する。例えば、継時的に培養液を採取し、これをHPLC等の分析方法に供して、培養を停止する時間を決定することもできる。 The method for confirming the presence of R-3HB or its salt in the culture medium may vary depending on the bacterial species, medium components, culture conditions, etc., and should be determined appropriately taking these factors into consideration. For example, the culture medium can be sampled periodically and subjected to analytical methods such as HPLC to determine the time to stop the culture.
尚、R-3HBが、培養液中に含まれる無機塩に基づくナトリウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属陽イオン等と反応したアルカリ金属塩として培養液中に存在するような場合、R-3HBを得るには、菌体を分離した培養液を晶析等の常法に供すればよい。 In cases where R-3HB is present in the culture medium as an alkali metal salt formed by reacting with alkali metal or alkaline earth metal cations such as sodium or calcium based on inorganic salts contained in the culture medium, R-3HB can be obtained by subjecting the culture medium from which the bacterial cells have been separated to conventional methods such as crystallization.
菌体分離後の培養液を適切なカラムを用いたカラムクロマトグラフィーによって精製し、R-3HBを回収してもよい。これら以外の他の方法として、菌体分離後の培養液のpHを適宜変更して、所望のR-3HB又はその塩のいずれかを精製してもよい。また、菌体分離後の培養液に低級アルコール類を添加し、エステル化反応を経て、R-3HBエステルとして蒸留等で精製することも可能である。 The culture medium after bacterial cell separation may be purified by column chromatography using an appropriate column to recover R-3HB. Alternatively, the pH of the culture medium after bacterial cell separation may be appropriately adjusted to purify the desired R-3HB or a salt thereof. It is also possible to add lower alcohols to the culture medium after bacterial cell separation, subject the mixture to an esterification reaction, and then purify the resulting R-3HB ester by distillation or other methods.
〔S体回収工程〕
本発明の光学分割方法におけるS体回収工程は、分離工程で菌体を分離した培養液から(S)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を回収する工程である。
[S-isomer recovery step]
The S-isomer recovery step in the optical resolution method of the present invention is a step of recovering (S)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof from the culture medium from which the bacterial cells have been separated in the separation step.
上記のように、分離工程で菌体を分離した培養液は、S-3HB又はその塩を含み、R-3HBをほとんど含まない培養液である。S体回収工程では、公知の手法を用いて、この分離工程で菌体を分離した培養液から(S)-3-ヒドロキシ酪酸(S-3HB)又はその塩を回収すればよい。 As described above, the culture medium from which the bacterial cells were separated in the separation step contains S-3HB or a salt thereof, but contains almost no R-3HB. In the S-isomer recovery step, (S)-3-hydroxybutyric acid (S-3HB) or a salt thereof can be recovered from the culture medium from which the bacterial cells were separated in this separation step using a known method.
S-3HBが、培養液中に含まれる無機塩に基づくナトリウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属陽イオン等と反応したアルカリ金属塩として培養液中に存在するような場合、S-3HBを得るには、菌体を分離した培養液を晶析等の常法に供すればよい。 When S-3HB exists in the culture medium as an alkali metal salt that has reacted with alkali metal or alkaline earth metal cations, such as sodium or calcium, based on inorganic salts contained in the culture medium, S-3HB can be obtained by subjecting the culture medium from which the bacterial cells have been separated to standard methods such as crystallization.
菌体分離後の培養液を適切なカラムを用いたカラムクロマトグラフィーによって精製し、S-3HBを回収してもよい。これら以外の他の方法として、菌体分離後の培養液のpHを適宜変更して、所望のS-3HB又はその塩のいずれかを精製してもよい。また、菌体分離後の培養液に低級アルコール類を添加し、エステル化反応を経て、S-3HBエステルとして蒸留等で精製することも可能である。 The culture medium after bacterial cell separation may be purified by column chromatography using an appropriate column to recover S-3HB. Alternatively, the pH of the culture medium after bacterial cell separation may be appropriately adjusted to purify the desired S-3HB or a salt thereof. Alternatively, lower alcohols may be added to the culture medium after bacterial cell separation, and the resulting mixture may be subjected to an esterification reaction, followed by purification as an S-3HB ester by distillation or other methods.
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。尚、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。 The present invention will be described in more detail below based on examples. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.
実施例として、ハロモナス・エスピーKM-1株を好塩菌として用いて、本発明に係る光学分割方法によってラセミ体3HBを光学分割した。尚、図1は、実施例として行った光学分割方法の概要を示す図である。 As an example, racemic 3HB was optically resolved using the optical resolution method of the present invention using Halomonas sp. KM-1 strain as a halophilic bacterium. Figure 1 shows an outline of the optical resolution method used in this example.
具体的には、SOT培地にラセミ体3-ヒドロキシ酪酸(R-3HBを50%、S-3HBを50%)を炭素源として含む下記表1に示す組成の培地を収容したバッフル付きのフラスコ培養容器にKM-1株を添加して、200rpm以上の回転速度で振とうしつつ好気培養工程を行った。そして、培養液中のR-3HB及びS-3HBの濃度、並びに菌体に蓄積されたPHBの量を公知の手法によって、経時的に測定し、培養液中からR-3HBが消失した時点(図2より培養開始から31時間後)で培養液から菌体を分離して好気培養を停止した。 Specifically, the KM-1 strain was added to a baffled flask culture vessel containing a medium of the composition shown in Table 1 below, containing SOT medium plus racemic 3-hydroxybutyrate (50% R-3HB, 50% S-3HB) as a carbon source. Aerobic cultivation was then performed while shaking at a speed of 200 rpm or higher. The concentrations of R-3HB and S-3HB in the culture medium and the amount of PHB accumulated in the bacterial cells were measured over time using known methods. When R-3HB disappeared from the culture medium (31 hours after the start of cultivation, as shown in Figure 2), the bacterial cells were separated from the culture medium and the aerobic cultivation was terminated.
図2は、好気培養時の分析データをまとめたグラフである。同図から分かるように、R-3HBの濃度は、培養開始後から徐々に低下して31時間後にはほぼ0となっているのに対し、S-3HBの濃度には、大きな低下は見られない。そして、PHBの蓄積量に関しては、R-3HB濃度の低下と反比例するように徐々に増加している。このことから、好気培養工程においては、KM-1株によってR-3HBが優先的に取り込まれ、これが菌体内でPHBとして蓄積されることが明らかである。 Figure 2 is a graph summarizing analytical data from aerobic cultivation. As can be seen from the graph, the R-3HB concentration gradually decreased after the start of cultivation, reaching nearly zero after 31 hours, while no significant decrease was observed in the S-3HB concentration. Furthermore, the amount of PHB accumulated gradually increased in inverse proportion to the decrease in R-3HB concentration. This clearly demonstrates that during the aerobic cultivation process, R-3HB is preferentially taken up by the KM-1 strain, and is accumulated as PHB within the bacterial cells.
次に、培養液から分離した菌体をSOT培地(表1から(R)-3-ヒドロキシ酪酸及び(S)-3-ヒドロキシ酪酸を除いた組成の培地)を用いて、酸素供給を積極的に行わない条件で微好気培養工程を行った。そして、菌体内に蓄積されたPHBの量がほぼ一定となったことを確認し、培養開始から39時間経過した時点で培養液から菌体を分離して微好気培養を停止した。 Next, the bacterial cells separated from the culture medium were subjected to a microaerobic culture step using SOT medium (a medium with the composition shown in Table 1 excluding (R)-3-hydroxybutyric acid and (S)-3-hydroxybutyric acid) under conditions where oxygen was not actively supplied. After confirming that the amount of PHB accumulated within the bacterial cells had become nearly constant, 39 hours after the start of culture, the bacterial cells were separated from the culture medium and the microaerobic culture was stopped.
図3は、微好気培養時の分析データをまとめたグラフである。同図から分かるように、R-3HBの濃度は、培養開始から15時間後までは徐々に上昇し、その後はほぼ一定となっているのに対し、S-3HBの濃度はほぼ0のまま変化が見られない。そして、PHBの蓄積量に関しては、R-3HBの濃度の上昇と反比例するように徐々に減少し、培養開始から15時間後以降はほぼ一定となっている。このことから、微好気培養工程においては、KM-1株の菌体内に蓄積したPHBがR-3HBとして培養液中に分泌産生されることが明らかである。 Figure 3 is a graph summarizing analytical data from microaerobic cultivation. As can be seen from the graph, the concentration of R-3HB gradually increases for the first 15 hours after the start of cultivation and then remains nearly constant, while the concentration of S-3HB remains unchanged at nearly zero. Furthermore, the amount of PHB accumulated gradually decreases inversely proportional to the increase in R-3HB concentration and remains nearly constant after 15 hours from the start of cultivation. This clearly demonstrates that during the microaerobic cultivation process, PHB accumulated within the KM-1 strain cells is secreted and produced as R-3HB into the culture medium.
そして、好気培養工程後に菌体を分離した培養液からは、光学純度95%以上のS-3HBを回収でき、微好気培養工程後に菌体を分離した培養液からは、光学純度95%以上のR-3HBを回収できた。したがって、本発明に係る光学分割方法によれば、光学活性3-ヒドロキシ酪酸の製造が可能であることも確認できた。 Furthermore, S-3HB with an optical purity of 95% or more could be recovered from the culture medium from which the bacterial cells were separated after the aerobic culture step, and R-3HB with an optical purity of 95% or more could be recovered from the culture medium from which the bacterial cells were separated after the microaerobic culture step. Therefore, it was confirmed that the optical resolution method of the present invention makes it possible to produce optically active 3-hydroxybutyric acid.
本発明は、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸を光学分割する方法に適用することができる。
The present invention can be applied to a method for optically resolving racemic 3-hydroxybutyric acid.
Claims (4)
ハロモナス属に属する好塩菌を、無機塩と有機炭素源としてのラセミ体3-ヒドロキシ酪酸又はその塩とを含む培地で好気培養する好気培養工程と、
前記好気培養工程後の培養液から菌体を分離する分離工程と、
前記分離工程で分離した菌体を、無機塩を含む培地で微好気培養し、培養液にて(R)-3-ヒドロキシ酪酸又はその塩を産生する微好気培養工程と、を順に行う、ラセミ体3-ヒドロキシ酪酸の光学分割方法。 A method for optical resolution of racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof, comprising the steps of:
an aerobic culturing step of aerobically culturing a halophilic bacterium belonging to the genus Halomonas in a medium containing inorganic salts and racemic 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof as an organic carbon source;
a separation step of separating bacterial cells from the culture solution after the aerobic culture step;
a microaerophilic culturing step in which the bacterial cells separated in the separation step are microaerophilically cultured in a medium containing inorganic salts to produce (R)-3-hydroxybutyric acid or a salt thereof in the culture solution; and
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