JP7836849B2 - Culture composition containing odd fatty acid esters - Google Patents
Culture composition containing odd fatty acid estersInfo
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Description
本発明は、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類に属する微生物を利用した奇数脂肪酸エステルの製造方法、及び、この微生物を培養して得られる奇数脂肪酸エステルを含む培養組成物に関する。 This invention relates to a method for producing odd-numbered fatty acid esters using microorganisms belonging to the Labyrinthula genus, such as Aurantiochytrium and Schizochytrium, and to a culture composition containing odd-numbered fatty acid esters obtained by culturing these microorganisms.
近年、微生物を利用して有用物質を生産する技術が盛んに開発されている。ある種の微細藻類は、細胞内に大量の脂質を蓄積するため、微細藻類を利用して、機能性成分、生理活性物質、バイオ燃料等を生産する技術が開発されている。微細藻類としては、クロレラ、スピルリナ、ユーグレナ等の光合成微生物が、物質生産だけでなく、藻体自体を食品、飼料等として利用されてきた。しかし、近年では、培養効率に優れ、より物質生産に有利な従属栄養性微生物の実用化も進められている。 In recent years, technologies for producing useful substances using microorganisms have been actively developed. Certain microalgae accumulate large amounts of lipids within their cells, leading to the development of technologies for producing functional components, physiologically active substances, and biofuels using these microalgae. Photosynthetic microalgae such as Chlorella, Spirulina, and Euglena have been utilized not only for substance production but also for their algal bodies themselves as food and animal feed. However, in recent years, the practical application of heterotrophic microorganisms, which offer superior cultivation efficiency and are more advantageous for substance production, is also progressing.
ラビリンチュラ類は、ストラメノパイルに属する化学合成従属栄養性の海生真核微生物であり、増殖能や脂質の産生能が高いため、物質生産への応用が広く検討されている。ラビリンチュラ類は、ラビリンチュラ科(Labyrinthulidae)と、ヤブレツボカビ科(Thraustochytriidae)とに大別されており、ヤブレツボカビ科には、オーランチオキトリウム属(Aurantiochytrium)、シゾキトリウム属(Schizochytrium)、スラウストキトリウム属(Thraustochytrium)等が分類されている。 Labyrinthulidae are chemosynthetic heterotrophic marine eukaryotic microorganisms belonging to the stramenopile family. Due to their high growth and lipid production capabilities, their applications in substance production are being widely explored. Labyrinthulidae are broadly classified into the Labyrinthulidae family and the Thraustochytriidae family. The Thraustochytriidae family includes genera such as Aurantiochytrium, Schizochytrium, and Thraustochytrium.
オーランチオキトリウムは、オメガ-3脂肪酸であるドコサヘキサエン酸(Docosahexaenoic acid:DHA)や、エイコサペンタエン酸(Eicosapentaenoic acid:EPA)の他、スクアレン等の炭化水素類や奇数脂肪酸の産生能が高いことが報告されている。オーランチオキトリウムは、これらの脂質を対数増殖期に大量に産生し、細胞内に油滴として蓄積することが知られている。 Aurantiochytrium has been reported to have a high capacity to produce omega-3 fatty acids such as docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA), as well as hydrocarbons such as squalene and odd-numbered fatty acids. Aurantiochytrium is known to produce large quantities of these lipids during the logarithmic growth phase, accumulating them as oil droplets within the cell.
オーランチオキトリウムが産生する奇数脂肪酸としては、炭素数が15であるペンタデカン酸(Pentadecanoic acid:PDA)、炭素数が13であるトリデシル酸(Tridecylic acid)、炭素数が17であるヘプタデカン酸(Heptadecanoic acid、マルガリン酸)等がある。ペンタデカン酸は、哺乳類等の生体内にも僅かに含まれており、増毛・育毛作用、血圧低下作用、血糖値上昇抑制作用、細胞増殖促進作用、アルツハイマー病の軽減作用等の種々の生理活性を示すことが報告されている。 Odd-numbered fatty acids produced by Aurantiochytrium include pentadecanoic acid (PDA), which has 15 carbon atoms; tridecylic acid, which has 13 carbon atoms; and heptadecanoic acid (margaric acid), which has 17 carbon atoms. Pentadecanoic acid is present in small amounts in the bodies of mammals and other organisms, and has been reported to exhibit various physiological activities, including hair growth promotion, blood pressure lowering, blood glucose level suppression, cell proliferation promotion, and Alzheimer's disease alleviation.
ペンタデカン酸をはじめとする奇数脂肪酸は、機能性成分、生理活性物質等として、飲食品、薬品、化粧品等の各種の用途で需要の増大が見込まれるため、天然に近い状態で生物学的に生産できる効率的な生産法が求められている。そこで、現在までに、オーランチオキトリウムを利用して奇数脂肪酸を生産するための培養法に関わる技術が検討されている。 Odd-numbered fatty acids, including pentadecanoic acid, are expected to see increasing demand in various applications such as food and beverages, pharmaceuticals, and cosmetics, due to their use as functional ingredients and physiologically active substances. Therefore, efficient production methods that allow for biological production in a near-natural state are needed. To date, technologies related to cultivation methods for producing odd-numbered fatty acids using Aurantiochytrium have been investigated.
特許文献1には、オーランチオキトリウムを培養するための培地の製造方法であって、(1)細胞抽出物を強酸で処理し、これを加熱する工程;(2)工程(1)の抽出物を中和する工程;(3)工程(2)の抽出物を基礎として細胞培養培地を調製する工程;を含む方法が記載されている。この方法によって調製される培地は、オーランチオキトリウムが産生する全脂肪酸中の奇数脂肪酸含有率を増大させるとされている。 Patent Document 1 describes a method for producing a culture medium for culturing Aurantiochytrium, comprising: (1) treating a cell extract with a strong acid and heating it; (2) neutralizing the extract from step (1); and (3) preparing a cell culture medium based on the extract from step (2). The culture medium prepared by this method is said to increase the content of odd fatty acids in the total fatty acids produced by Aurantiochytrium.
ラビリンチュラ類に属するオーランチオキトリウム等は、各種の用途に有用な奇数脂肪酸を、脂肪酸トリグリセリド、リン脂質等の脂肪酸エステルとして合成する。産生された脂肪酸エステルは、細胞から分離した後、濃縮・精製したり、脂肪酸に加水分解したりする必要がある。また、脂肪酸エステルを含む藻体自体を、飲食品の素材等としてそのまま利用することも想定される。そのため、ラビリンチュラ類等の微細藻類を利用して奇数脂肪酸の生産を行う場合、脂肪酸エステルの絶対的な生産量だけでなく、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が高いことも重要である。 Aurantiochytrium and other microalgae belonging to the Labyrinthula class synthesize odd-numbered fatty acids useful for various applications as fatty acid esters such as fatty acid triglycerides and phospholipids. The produced fatty acid esters need to be concentrated and purified, or hydrolyzed back into fatty acids, after being isolated from the cells. Furthermore, the algal bodies themselves containing the fatty acid esters may be used directly as ingredients in food and beverages. Therefore, when producing odd-numbered fatty acids using microalgae such as Labyrinthula, it is important not only to have a high absolute production volume of fatty acid esters, but also a high proportion of odd-numbered fatty acids in the total lipids.
しかし、一般的に知られている生産法では、脂肪酸エステルの産生量に改善の余地があり、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合も低い水準に留まっている。奇数脂肪酸の割合が低いと、脂肪酸エステルを濃縮・精製するコストがかかるし、生産量を確保するのに余計な培地コストや培養コストもかかる。そのため、絶対的な生産量だけでなく、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合も高くなるような、効率的な生産法が求められている。 However, generally known production methods have room for improvement in the amount of fatty acid esters produced, and the proportion of odd-numbered fatty acids in total lipids remains low. A low proportion of odd-numbered fatty acids increases the cost of concentrating and purifying fatty acid esters, and also incurs extra costs for culture media and cultivation to ensure sufficient production. Therefore, there is a need for efficient production methods that not only increase absolute production volume but also increase the proportion of odd-numbered fatty acids in total lipids.
そこで、本発明は、ラビリンチュラ類に奇数脂肪酸エステルを効率的に産生させることができる奇数脂肪酸エステルの製造方法、及び、これにより得られる奇数脂肪酸エステルを含む培養組成物を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a method for efficiently producing odd fatty acid esters in Labyrinthula species, and a culture composition containing the odd fatty acid esters obtained thereby.
前記課題を解決するために本発明に係る奇数脂肪酸エステルの製造方法は、奇数脂肪酸がエステル結合した奇数脂肪酸エステルの製造方法であって、オーランチオキトリウム属又はシゾキトリウム属に属する微生物をアミノ酸添加培地で培養する工程を含み、前記アミノ酸添加培地は、L-バリン、L-イソロイシン、L-トレオニン、L-メチオニン、D-メチオニン、及び、DL-メチオニンからなる群より選択される一種以上のアミノ酸を、一種当たり10mM以上の濃度で含有する。 To solve the aforementioned problems, the present invention provides a method for producing odd-numbered fatty acid esters, comprising the step of culturing microorganisms belonging to the genera Aurantiochytrium or Schizochytrium in an amino acid-supplemented medium, wherein the amino acid-supplemented medium contains one or more amino acids selected from the group consisting of L-valine, L-isoleucine, L-threonine, L-methionine, D-methionine, and DL-methionine, at a concentration of 10 mM or more per amino acid.
また、本発明に係る培養組成物は、オーランチオキトリウム属又はシゾキトリウム属に属する微生物を培養して得られる培養組成物であって、前記微生物の藻体と、前記微生物によって産生された奇数脂肪酸がエステル結合した奇数脂肪酸エステルと、を含み、前記微生物のバイオマスあたりの奇数脂肪酸の含有量が0.04g/g以上であり、且つ、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が25%以上である。 Furthermore, the culture composition according to the present invention is a culture composition obtained by culturing microorganisms belonging to the genus Aurantiochytrium or Schizochytrium, comprising the algal bodies of the microorganisms and odd fatty acid esters formed by esterification of odd fatty acids produced by the microorganisms, wherein the content of odd fatty acids per biomass of the microorganisms is 0.04 g/g or more, and the proportion of odd fatty acids in the total lipids is 25% or more.
本発明によれば、ラビリンチュラ類に属する微生物に奇数脂肪酸エステルを効率的に産生させることができる奇数脂肪酸エステルの製造方法、及び、これにより得られる奇数脂肪酸エステルを含む培養組成物を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing odd fatty acid esters that can efficiently produce odd fatty acid esters in microorganisms belonging to the Labyrinthula genus, and a culture composition containing the odd fatty acid esters obtained thereby can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る奇数脂肪酸エステルの製造方法、及び、これにより得られる奇数脂肪酸エステルを含む培養組成物について詳細に説明する。 The following describes in detail a method for producing odd-numbered fatty acid esters according to one embodiment of the present invention, and a culture composition containing the odd-numbered fatty acid esters obtained thereby.
本実施形態に係る奇数脂肪酸エステルの製造方法は、ラビリンチュラ類に属する微生物を培養して、奇数脂肪酸がエステル結合した奇数脂肪酸エステルを産生させる製造方法に関する。この製造方法では、奇数脂肪酸エステルの産生能を有するラビリンチュラ類に属する微生物を培養することによって、各種の用途に有用な奇数脂肪酸を、脂肪酸トリグリセリド、リン脂質等の奇数脂肪酸エステルとして産生させるものである。 This embodiment relates to a method for producing odd-numbered fatty acid esters by culturing microorganisms belonging to the Labyrinthula genus to produce odd-numbered fatty acid esters in which odd-numbered fatty acids are ester-bonded. This method involves culturing microorganisms belonging to the Labyrinthula genus that have the ability to produce odd-numbered fatty acid esters, thereby producing odd-numbered fatty acids useful for various applications as odd-numbered fatty acid esters such as fatty acid triglycerides and phospholipids.
本発明者は、奇数脂肪酸エステルの産生量を向上させる目的で、ラビリンチュラ類に属するオーランチオキトリウムの培養に用いる新規培地の開発を試みた。オーランチオキトリウムによる奇数脂肪酸の合成反応の基質(出発物質)は、自然界で一般的な偶数脂肪酸とは異なり、炭素数が3のプロピオニルCoAである。また、オーランチオキトリウムの近縁種であるシゾキトリウムについても、奇数脂肪酸の産生が確認されている。そこで、本発明者は、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類用の新規培地に添加する培地成分の候補として、プロピオニルCoAの前駆体を選び、後記するように、各種の前駆体の有効性を培養実験によって確認・評価した。 The inventors attempted to develop a novel culture medium for Aurantiochytrium, a member of the Labyrinthula genus, with the aim of improving the production of odd-numbered fatty acid esters. The substrate (starting material) for the synthesis reaction of odd-numbered fatty acids by Aurantiochytrium is propionyl-CoA, which has three carbon atoms, unlike the even-numbered fatty acids commonly found in nature. Furthermore, the production of odd-numbered fatty acids has also been confirmed in Schizochytrium, a close relative of Aurantiochytrium. Therefore, the inventors selected propionyl-CoA precursors as candidate culture medium components to be added to the novel culture medium for Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium, and confirmed and evaluated the effectiveness of various precursors through culture experiments, as described below.
プロピオニルCoAの前駆体としては、プロピオン酸が知られている。細胞中において、プロピオン酸は、S-メチルマロニルCoAとR-メチルマロニルCoAを経由してスクシニルCoAに変換される。スクシニルCoAは、クエン酸回路に入り、アセチルCoA、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)、アデノシン三リン酸(ATP)、グアノシン三リン酸(GTP)等の合成や、糖新生に利用される。しかし、プロピオン酸は、抗菌作用を示す保存剤として知られており、培地に大量に添加されると、CoAやATPを消費したり、細胞膜の変質等を起こしたりして、微生物の増殖を阻害するため、新規培地に添加する培地成分として最適でない可能性がある。 Propionic acid is known as a precursor to propionyl-CoA. In cells, propionic acid is converted to succinyl-CoA via S-methylmalonyl-CoA and R-methylmalonyl-CoA. Succinyl-CoA enters the citric acid cycle and is used in the synthesis of acetyl-CoA, reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), adenosine triphosphate (ATP), guanosine triphosphate (GTP), and gluconeogenesis. However, propionic acid is known as a preservative exhibiting antibacterial properties, and when added in large quantities to culture media, it can consume CoA and ATP, alter cell membranes, and inhibit microbial growth. Therefore, it may not be an optimal component to add to new culture media.
また、プロピオニルCoAの前駆体としては、炭素数が5であるペンタン酸(Pentanoic acid、吉草酸)、炭素数が7であるヘプタン酸(Heptanoic acid、エナント酸)、炭素数が9であるノナン酸(Nonanoic acid、ペラルゴン酸)等もある。しかし、これらの脂肪酸は、臭気が強く、培養によって得られる培養組成物への匂い移りを生じて、培養組成物の利用性を損なうし、界面活性作用によって微生物の増殖を阻害する虞があるため、新規培地に添加する培地成分として適切でないと考えられる。 Furthermore, precursors of propionyl-CoA include pentanoic acid (valeric acid) with 5 carbon atoms, heptanoic acid (enanthic acid) with 7 carbon atoms, and nonanoic acid (pelargonic acid) with 9 carbon atoms. However, these fatty acids have a strong odor, which can transfer to the culture composition obtained through cultivation, impairing its usability. Additionally, their surfactant properties may inhibit microbial growth. Therefore, they are considered unsuitable as culture medium components to be added to new culture media.
一方、プロピオニルCoAの前駆体としては、バリン、イソロイシン、トレオニン、メチオニンも知られている。細胞中において、バリンやイソロイシンは、プロピオニルCoAと可逆平衡反応を生じるメチルマロニルCoAに変換される。また、トレオニンは、α-ケト酪酸を経由してプロピオニルCoAに変換される。また、メチオニンは、S-アデノシルメチオニン、ホモシステイン等を経由してプロピオニルCoAに変換される。これらのアミノ酸は、抗菌的作用を示すプロピオン酸とは異なり、微生物の増殖を阻害し難いため、新規培地に添加する培地成分として適切であると考えられる。 On the other hand, valine, isoleucine, threonine, and methionine are also known precursors of propionyl-CoA. In cells, valine and isoleucine are converted to methylmalonyl-CoA through a reversible equilibrium reaction with propionyl-CoA. Threonine is converted to propionyl-CoA via α-ketobutyrate. Methionine is converted to propionyl-CoA via S-adenosylmethionine, homocysteine, etc. Unlike propionic acid, which exhibits antibacterial activity, these amino acids do not easily inhibit microbial growth, and are therefore considered suitable as culture medium components to be added to new culture media.
そこで、本実施形態では、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類に属する微生物を培養するための培地として、プロピオニルCoAの前駆体に相当する所定のアミノ酸を添加したアミノ酸添加培地を用いるものとする。 Therefore, in this embodiment, an amino acid supplement medium containing a predetermined amino acid equivalent to a precursor of propionyl-CoA is used as the culture medium for culturing microorganisms belonging to the Labyrinthula group, such as Aurantiochytrium and Schizochytrium.
培養する微生物としては、オーランチオキトリウム・マングロベイ(Aurantiochytrium mangrovei)、オーランチオキトリウム・リマシナム(Aurantiochytrium limacinum)、オーランチオキトリウム・アセトフィラム(Aurantiochytrium acetophilum)等のオーランチオキトリウム属に属する微生物や、シゾキトリウム・マングロベイ(Schizochytrium mangrovei)、シゾキトリウム・リマシナム(Schizochytrium limacinum)、シゾキトリウム・アグレガタム(Schizochytrium aggregatum)等のシゾキトリウム属に属する微生物であって、奇数脂肪酸エステルの産生能を有する任意の種を用いることができる。オーランチオキトリウム属やシゾキトリウム属には、脂質を細胞内に油滴として大量に蓄積する種が見出されている。オーランチオキトリウムやシゾキトリウムを培養すると、奇数脂肪酸のみで構成される脂肪酸トリグリセリド、リン脂質等だけでなく、DHAやEPAも産生させることができる。 The microorganisms used for culture include any species belonging to the genus Aurantiochytrium, such as Aurantiochytrium mangrovei, Aurantiochytrium limacinum, and Aurantiochytrium acetophilum, or to the genus Schizochytrium, such as Schizochytrium mangrovei, Schizochytrium limacinum, and Schizochytrium aggregatum, that have the ability to produce odd fatty acid esters. Species of the genera Aurantiochytrium and Schizochytrium have been found that accumulate large amounts of lipids as oil droplets within their cells. When Aurantiochytrium and Schizochytrium are cultured, they can produce not only fatty acid triglycerides and phospholipids composed solely of odd-numbered fatty acids, but also DHA and EPA.
培養する微生物としては、自然界から採取された野性株、遺伝子に変異が導入された変異株、遺伝子組換え技術によって遺伝子が改変された遺伝子組換え株等のいずれを用いてもよい。培養する微生物としては、基本培地を使用した試験培養等を行って奇数脂肪酸エステルの産生能を予め確認し、奇数脂肪酸エステルの産生能が高い株を単離して用いることが好ましい。 The microorganisms used for culture may include wild-type strains collected from nature, mutant strains with introduced gene mutations, or genetically modified strains whose genes have been altered using genetic engineering technology. It is preferable to pre-confirm the ability of the microorganisms to produce odd fatty acid esters by performing test cultures using a basic culture medium, and then isolate and use strains with high odd fatty acid ester production ability.
培養に用いるアミノ酸添加培地は、合成培地、半合成培地、及び、天然培地のうち、いずれの形態の培地としてもよい。アミノ酸添加培地は、炭素源、窒素源、ビタミン類、ミネラル等を含む基本培地に、プロピオニルCoAの前駆体に相当する所定のアミノ酸を添加することによって調製することができる。アミノ酸添加培地は、天然海水又は人工海水を用いて海水培地とすることが好ましい。 The amino acid supplemented medium used for cultivation may be a synthetic medium, a semi-synthetic medium, or a natural medium. The amino acid supplemented medium can be prepared by adding a predetermined amino acid, equivalent to a precursor of propionyl-CoA, to a basic medium containing a carbon source, nitrogen source, vitamins, minerals, etc. It is preferable to use seawater medium, either natural or artificial seawater, for the amino acid supplemented medium.
プロピオニルCoAの前駆体に相当するアミノ酸としては、L-バリン、L-イソロイシン、L-トレオニン、L-メチオニン、D-メチオニン、及び、DL-メチオニンからなる群より選択される一種以上を培地に添加することができる。プロピオニルCoAの前駆体に相当するアミノ酸は、窒素源等として一般的に添加される量よりも高濃度となるように添加することが好ましく、一種当たり10mM以上の濃度となるように添加することが好ましい。 As amino acids equivalent to the precursor of propionyl-CoA, one or more selected from the group consisting of L-valine, L-isoleucine, L-threonine, L-methionine, D-methionine, and DL-methionine can be added to the culture medium. It is preferable to add the amino acids equivalent to the propionyl-CoA precursor at a higher concentration than that generally added as a nitrogen source, and preferably at a concentration of 10 mM or more per amino acid.
アミノ酸添加培地は、L-バリン、及び、DL-メチオニンのうちの少なくとも一方を10mM以上の濃度で含有することが好ましい。これらのアミノ酸は比較的安価であり、例えば、メチオニンのラセミ体は化学合成品として容易に入手することができるため、これらのアミノ酸を用いると、培地コストを抑制することができる。 The amino acid supplemented medium preferably contains at least one of L-valine and DL-methionine at a concentration of 10 mM or higher. These amino acids are relatively inexpensive; for example, racemic methionine is readily available as a chemically synthesized product. Therefore, using these amino acids can reduce the cost of the medium.
また、アミノ酸添加培地は、L-バリンのみを10mM以上の濃度で含有することがより好ましい。後記するように、L-バリンは奇数脂肪酸に代謝変換される変換効率が高いため、L-バリンのみを用いると、培地コストを抑制しつつ、奇数脂肪酸エステルの産生量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合を高くすることができる。 Furthermore, it is more preferable that the amino acid supplemented medium contains only L-valine at a concentration of 10 mM or higher. As described later, L-valine has a high conversion efficiency to odd-numbered fatty acids; therefore, using only L-valine allows for increased production of odd-numbered fatty acid esters and a higher proportion of odd-numbered fatty acids in the total lipids, while suppressing medium costs.
プロピオニルCoAの前駆体に相当するアミノ酸は、一種当たりの濃度が10mM以上50mM以下であることが好ましく、20mM以上30mM以下であることがより好ましい。濃度が50mM以下であると、生成されたプロピオニルCoAが加水分解されても、大量のプロピオン酸を生じないため、プロピオン酸による増殖阻害や奇数脂肪酸の合成阻害を避けることができる。また、濃度が20mM以上30mM以下であると、奇数脂肪酸エステルの産生量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合を一層高くすることができる。 The amino acids corresponding to the precursors of propionyl-CoA are preferably concentrated at a concentration of 10 mM to 50 mM, and more preferably at 20 mM to 30 mM. When the concentration is 50 mM or less, even if the generated propionyl-CoA is hydrolyzed, a large amount of propionic acid is not produced, thus avoiding inhibition of growth and synthesis of odd fatty acids by propionic acid. Furthermore, when the concentration is 20 mM to 30 mM, the production of odd fatty acid esters and the proportion of odd fatty acids in the total lipids can be further increased.
アミノ酸添加培地に添加する炭素源としては、例えば、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトース、スクロース、マルトース等を用いることができる。炭素源としては、グルコースが好ましい。 As carbon sources to be added to amino acid-supplemented culture media, for example, glucose, fructose, mannose, galactose, sucrose, maltose, etc., can be used. Glucose is preferred as the carbon source.
アミノ酸添加培地に添加する窒素源としては、例えば、グルタミン、グルタミン酸、グルタミン酸ナトリウム等のアミノ酸類や、ペプチド、タンパク質、尿素、アンモニア、アンモニウム塩、硝酸塩等を用いることができる。窒素源としては、グルタミン、グルタミン酸、又は、グルタミン酸ナトリウムが好ましい。 As nitrogen sources to be added to amino acid-supplemented culture media, for example, amino acids such as glutamine, glutamic acid, and sodium glutamate, as well as peptides, proteins, urea, ammonia, ammonium salts, and nitrates can be used. Glutamine, glutamic acid, or sodium glutamate are preferred as nitrogen sources.
アミノ酸添加培地に添加するビタミン類としては、例えば、チアミン、リボフラビン、ナイアシン、パントテン酸、ビタミンB6、ビオチン、葉酸等を用いることができる。また、ミネラルとしては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、リン、硫黄、鉄、コバルト、銅、亜鉛、マンガン、モリブデン等を用いることができる。 Examples of vitamins that can be added to the amino acid-supplemented culture medium include thiamine, riboflavin, niacin, pantothenic acid, vitamin B6, biotin, and folic acid. Minerals such as sodium, potassium, calcium, magnesium, phosphorus, sulfur, iron, cobalt, copper, zinc, manganese, and molybdenum can also be used.
アミノ酸添加培地に添加する海水塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ストロンチウム、塩化アンモニウム、塩化鉄、塩化マンガン、塩化コバルト、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト、硫酸銅、硫酸亜鉛、モリブデン酸ナトリウム、臭化カリウム、ホウ酸等を用いることができる。 Examples of sea salts that can be added to amino acid-supplemented culture media include sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, strontium chloride, ammonium chloride, iron chloride, manganese chloride, cobalt chloride, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, sodium nitrate, sodium carbonate, sodium silicate, sodium fluoride, magnesium sulfate, cobalt sulfate, copper sulfate, zinc sulfate, sodium molybdate, potassium bromide, and boric acid.
アミノ酸添加培地は、生物由来の抽出物、タンパク分解物等を添加して調製することもできる。例えば、酵母エキス、肉由来エキス、魚由来エキス、植物由来エキス等の抽出物や、これらを酵素処理した消化物や、トリプトン、ペプトン、カザミノ酸等のカゼイン分解物、大豆分解物、ゼラチン分解物や、その他の抽出物を酵素、酸、熱等で分解して得られるタンパク分解物等を、必要に応じて分画して用いることができる。 Amino acid-supplemented culture media can also be prepared by adding biological extracts, protein hydrolysates, etc. For example, extracts such as yeast extract, meat extract, fish extract, and plant extract, or their enzymatic digests, as well as protein hydrolysates obtained by decomposing casein hydrolysates such as tryptone, peptone, and casamino acids, soy hydrolysates, gelatin hydrolysates, and other extracts using enzymes, acids, heat, etc., can be fractionated and used as needed.
アミノ酸添加培地は、例えば、オーランチオキトリウムを培養する培地として一般的なGTY培地を基礎培地として調製することができる。GTY培地は、凡そ、グルコースを20~100g/L、トリプトンを10~60g/L、酵母エキスを5~40g/Lの濃度で含み、海水塩が10~40g/Lの濃度となるように天然海水や人工海水を用いて調製される。このような海水培地に、プロピオニルCoAの前駆体を10mM以上の濃度となるように添加してアミノ酸添加培地を調製することもできる。 Amino acid supplemented media can be prepared, for example, using GTY medium, a common culture medium for Aurantiochytrium, as a base medium. GTY medium is prepared using natural or artificial seawater, containing approximately 20-100 g/L of glucose, 10-60 g/L of tryptone, and 5-40 g/L of yeast extract, with a sea salt concentration of 10-40 g/L. Amino acid supplemented media can also be prepared by adding a propionyl-CoA precursor to such a seawater medium at a concentration of 10 mM or higher.
また、アミノ酸添加培地は、チーズ、ヨーグルト、その他の乳製品の製造過程で得られる動物由来の乳清(ホエイ)や、豆腐、豆乳、その他の豆加工品の製造過程で得られる豆乳清(大豆ホエイ等)を添加して調製することもできる。乳清や豆乳清は、タンパク質、アミノ酸、その他の窒素化合物や、ビタミン類や、ミネラルを豊富に含んでおり、製品製造上の副生物として安価に入手することができるため、栄養源として有用である。また、強い臭気が無く、培養によって得られる培養組成物への匂い移りを生じ難いし、培養組成物の臭気がマスキングされる場合があるため、培養組成物の利用性が損なわれ難い。 Furthermore, amino acid-supplemented culture media can also be prepared by adding animal-derived whey obtained during the manufacturing process of cheese, yogurt, and other dairy products, or soy whey obtained during the manufacturing process of tofu, soy milk, and other soy products. Whey and soy whey are rich in proteins, amino acids, other nitrogen compounds, vitamins, and minerals, and are useful as nutritional sources because they can be obtained inexpensively as by-products of product manufacturing. In addition, they do not have a strong odor, making odor transfer to the culture composition obtained through cultivation unlikely, and the odor of the culture composition may be masked, thus minimizing the usability of the culture composition.
動物由来の乳清は、乳汁から水溶性画分を分離することによって得ることができる。例えば、チーズの製造時、乳汁を、スタータとしての乳酸菌発酵や、キモシン、ペプシン、レンネット等の凝乳酵素の添加や、酸の添加によって凝乳させたり、ヨーグルトの製造時、乳汁を乳酸菌発酵させたりすると、タンパク質や脂肪を主成分とするカードが得られる。このようなカードを圧搾ないし水切りすると、水溶性画分として乳清を得ることができる。 Whey derived from animals can be obtained by separating the water-soluble fraction from milk. For example, during cheese production, milk is curdled by lactic acid fermentation as a starter, or by adding rennet enzymes such as chymosin, pepsin, and rennet, or by adding acid. Similarly, during yogurt production, lactic acid fermentation of milk yields curd, which is mainly composed of protein and fat. By pressing or draining this curd, whey can be obtained as the water-soluble fraction.
動物由来の乳清の原料として用いられる乳汁は、乳脂肪分が脱脂されていてもよいし、乳脂肪分が脱脂されていなくてもよい。また、動物由来の乳清は、乳汁をpH4.6程度で凝乳させて得られる酸性乳清であってもよいし、乳汁をレンネット等で凝乳させて得られる甘性乳清であってもよい。また、動物由来の乳清は、ナトリウム、カリウム等が脱塩されていてもよいし、脱塩されていなくてもよい。 The milk used as a raw material for animal-derived whey may or may not have its milk fat removed. Furthermore, the animal-derived whey may be acidic whey obtained by coagulating milk at a pH of approximately 4.6, or sweet whey obtained by coagulating milk with rennet, etc. Additionally, the animal-derived whey may or may not have its sodium, potassium, etc., removed.
乳汁としては、具体的には、牛乳、水牛乳、山羊乳、羊乳、ヤク乳、馬乳、ラクダ乳等を用いることができる。乳汁としては、これらの中でも、入手が容易であり、安価である点から、牛乳、水牛乳、山羊乳、又は、羊乳が好ましく、牛乳が特に好ましい。 Specifically, milks such as cow's milk, buffalo milk, goat's milk, sheep's milk, yak's milk, mare's milk, and camel's milk can be used. Among these, cow's milk, buffalo milk, goat's milk, or sheep's milk are preferred due to their easy availability and low cost, with cow's milk being particularly preferred.
豆乳清は、豆等の植物性のタンパク源から水溶性画分を分離することによって得ることができる。例えば、豆を摩砕して水に浸漬し、pH4.5~5.0程度以下の酸性条件や、80℃程度以上の加熱条件等で処理し、繊維質等の固形分を分離除去すると、主として水溶性成分を含む抽出液が得られる。また、豆腐、油揚げ等の豆加工品の製造時、摩砕した豆を煮詰めた後に固形分を漉し取ると、豆乳汁が得られる。このようにして得られる抽出液や豆乳汁に含まれている不溶性タンパク質を、塩化マグネシウム等の凝固剤で塩析させると、水溶性画分として豆乳清を得ることができる。 Soy milk can be obtained by separating the water-soluble fraction from plant-based protein sources such as beans. For example, grinding beans, immersing them in water, and treating them under acidic conditions (pH 4.5-5.0 or lower) or heating conditions (80°C or higher) to separate and remove solid components such as fiber yields an extract primarily containing water-soluble components. Alternatively, during the production of soy products such as tofu and fried tofu, grinding the beans and then straining out the solids yields soy milk. By salting out the insoluble proteins contained in the extract or soy milk obtained in this way with a coagulant such as magnesium chloride, soy milk can be obtained as a water-soluble fraction.
豆乳清の原料として用いられる豆等の植物性のタンパク源は、油分が脱脂されていてもよいし、油分が脱脂されていなくてもよい。例えば、豆乳清は、脱脂加工した加工豆を原料とする豆乳汁、及び、脱脂加工していない未加工豆を原料とする豆乳汁のいずれから分離してもよい。 The plant-based protein source, such as beans, used as the raw material for soy milk may or may not have its oil removed. For example, soy milk may be separated from either soy milk made from defatted processed beans or soy milk made from unprocessed, undefatted beans.
植物性のタンパク源としては、大豆、緑豆、黒豆等を用いることができる。植物性のタンパク源としては、これらの中でも、入手が容易であり、安価である点から、大豆が好ましい。豆乳清は、固形分濃度が調整されている大豆乳、緑豆乳、黒豆乳等から直接分離して、大豆ホエイ、緑豆ホエイ、黒豆ホエイ等として得てもよい。 As a plant-based protein source, soybeans, mung beans, black beans, etc., can be used. Among these, soybeans are preferred due to their easy availability and low cost. Soy milk may also be obtained by directly separating it from soy milk, mung bean milk, black bean milk, etc., with adjusted solid content, as soybean whey, mung bean whey, black bean whey, etc.
乳清は、pHが4以上8以下に調整されていることが好ましく、pHが6以上8以下に調整されていることがより好ましい。オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類は、培養の至適pHが中性付近である。これに対し、動物由来の乳清は、乳酸菌発酵や酸の添加によってpH4.6付近まで酸性化している場合がある。また、大豆ホエイ等の豆乳清は、固形分を凝固させる処理や等電点沈殿処理のためにpH4~5付近に調整されている場合がある。そのため、乳清のpHを予め中性付近に調整しておくことにより、乳清を用いた培地のpHの調整を簡略化することができる。 Whey is preferably adjusted to a pH of 4 to 8, and more preferably to a pH of 6 to 8. Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium have an optimal culture pH near neutral. In contrast, animal-derived whey may be acidified to around pH 4.6 due to lactic acid fermentation or acid addition. Furthermore, soy whey may be adjusted to a pH of around 4-5 due to solid coagulation or isoelectric point precipitation treatments. Therefore, pre-adjusting the pH of the whey to near neutral simplifies the pH adjustment of the culture medium using whey.
アミノ酸添加培地は、ビタミンB12の濃度が0.2μg/L以下であることが好ましい。例えば、培地成分として、生物由来の抽出物、タンパク分解物等を用いる場合、ビタミンB12の濃度が低い種類や、ビタミンB12の濃度が低い画分を用いることが好ましい。また、ビタミンB12の濃度が高い動物由来の乳清と比較すると、ビタミンB12の濃度が検出限界以下である植物由来の豆乳清を用いることが好ましい。 The amino acid supplemented culture medium preferably has a vitamin B12 concentration of 0.2 μg/L or less. For example, when using biological extracts, protein hydrolysates, etc., as culture medium components, it is preferable to use types or fractions with low vitamin B12 concentrations. Furthermore, compared to animal-derived whey with high vitamin B12 concentrations, it is preferable to use plant-derived soy milk with a vitamin B12 concentration below the detection limit.
ビタミンB12の濃度は、奇数脂肪酸の合成に影響すると考えられる。プロピオニルCoAは、奇数脂肪酸の合成反応の基質(出発物質)であるが、細胞中において、S-メチルマロニルCoAとR-メチルマロニルCoAを経由してスクシニルCoAに変換される。スクシニルCoAは、クエン酸回路に入り、アセチルCoA、NADH、ATP、GTP等の合成や、糖新生に利用される。よって、プロピオニルCoAの前駆体を培地に添加した場合であっても、スクシニルCoAを補充する補充反応(Anaplerosis)が優勢であると、奇数脂肪酸の合成量が低下すると考えられる。 The concentration of vitamin B12 is thought to affect the synthesis of odd fatty acids. Propionyl CoA is a substrate (starting material) for the synthesis of odd fatty acids, but in cells, it is converted to succinyl CoA via S-methylmalonyl CoA and R-methylmalonyl CoA. Succinyl CoA enters the citric acid cycle and is used in the synthesis of acetyl CoA, NADH, ATP, GTP, etc., and in gluconeogenesis. Therefore, even when a precursor of propionyl CoA is added to the culture medium, if the succinyl CoA replenishment reaction (anaplerosis) is dominant, the amount of odd fatty acid synthesis is thought to decrease.
細胞中において、スクシニルCoAは、メチルマロニルCoAが異性化されることによって生成されており、この反応は、メチルマロニルCoAムターゼによって触媒されている。メチルマロニルCoAムターゼは、ビタミンB12を補因子とする酵素である。そのため、アミノ酸添加培地のビタミンB12の濃度が高いと、スクシニルCoAを補充する補充反応が進行し、奇数脂肪酸の合成量が低下することになる。これに対し、ビタミンB12を積極的に添加することなくアミノ酸添加培地を調製し、ビタミンB12の濃度を0.2μg/L以下に低くすると、スクシニルCoAを補充する補充反応が進行し難くなり、奇数脂肪酸の合成量が増加するため、奇数脂肪酸エステルの産生量を向上させることができる。 In cells, succinyl CoA is produced by the isomerization of methylmalonyl CoA, a reaction catalyzed by methylmalonyl CoA mutase. Methylmalonyl CoA mutase is an enzyme that uses vitamin B12 as a cofactor. Therefore, if the concentration of vitamin B12 in the amino acid-supplemented medium is high, the supplementation reaction to replenish succinyl CoA proceeds, reducing the synthesis of odd fatty acids. Conversely, by preparing the amino acid-supplemented medium without actively adding vitamin B12, and lowering the vitamin B12 concentration to 0.2 μg/L or less, the supplementation reaction to replenish succinyl CoA becomes less likely to proceed, increasing the synthesis of odd fatty acids and thus improving the production of odd fatty acid esters.
アミノ酸添加培地は、プロピオニルCoAの前駆体に加え、特に、炭素源としてのグルコースと、窒素源としてのグルタミン、グルタミン酸、又は、グルタミン酸ナトリウムと、酵母エキスと、豆類から分離される豆乳清と、海水塩と、を含むことが好ましい。酵母エキスの濃度は、最大で0.1μg/g程度含まれているビタミンB12の持ち込みを低減する観点から、0.2%以下が好ましい。豆乳清の濃度は、固形分換算で0.1%以上が好ましく、0.2%以上がより好ましい。また、豆乳清の濃度は、固形分換算で20%以下が好ましく、10%以下がより好ましい。 The amino acid supplemented medium preferably contains, in addition to a propionyl-CoA precursor, glucose as a carbon source, glutamine, glutamic acid, or sodium glutamate as a nitrogen source, yeast extract, soy milk separated from legumes, and sea salt. The concentration of yeast extract is preferably 0.2% or less, from the viewpoint of reducing the importation of vitamin B12, which is present at a maximum of approximately 0.1 μg/g. The concentration of soy milk is preferably 0.1% or more on a solid basis, and more preferably 0.2% or more. Furthermore, the concentration of soy milk is preferably 20% or less on a solid basis, and more preferably 10% or less.
このような培地を用いると、培地コストを抑制しつつ、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類を十分に高い増殖速度で増殖させて、奇数脂肪酸エステルの産生量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合を高くすることができる。特に、主要栄養源として豆乳清を用いると、タンパク分解物等を用いる場合とは異なり、奇数脂肪酸の合成が培地成分によって阻害され難いため、奇数脂肪酸エステルを効率的に生産することができる。 Using such a culture medium allows for the growth of Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium at sufficiently high growth rates while suppressing medium costs, thereby increasing the production of odd fatty acid esters and the proportion of odd fatty acids in total lipids. In particular, using soy milk as the main nutrient source, unlike when using protein hydrolysates, inhibits the synthesis of odd fatty acids less by the medium components, thus enabling efficient production of odd fatty acid esters.
アミノ酸添加培地は、プロピオニルCoAの前駆体と共に、プロピオン酸、又は、その塩を含んでいてもよい。プロピオン酸、又は、その塩をアミノ酸添加培地に添加する場合、その濃度は、好ましくは10mM以上50mM以下、より好ましくは10mM以上40mM以下、更に好ましくは20mM以上30mM以下である。プロピオン酸の塩としては、例えば、プロピオン酸ナトリウム等を用いることができる。プロピオン酸、又は、その塩は、培地成分として予め配合しておいてもよいし、pH調製剤として培養中に添加してもよい。 The amino acid supplement medium may contain propionic acid or a salt thereof, along with a precursor of propionyl-CoA. When propionic acid or a salt thereof is added to the amino acid supplement medium, its concentration is preferably 10 mM to 50 mM, more preferably 10 mM to 40 mM, and even more preferably 20 mM to 30 mM. As a salt of propionic acid, for example, sodium propionate can be used. Propionic acid or a salt thereof may be pre-mixed as a medium component, or it may be added during cultivation as a pH adjuster.
細胞中において、C3であるプロピオン酸は、アセチルCoA等のC2系分子の生合成を阻害する作用を示す。そのため、プロピオン酸、又は、その塩をアミノ酸添加培地に添加すると、偶数脂肪酸の生産量を抑制することができる。すなわち、全脂質中に占める偶数脂肪酸の割合を低下させて、代わりに、奇数脂肪酸の割合を増大させることができる。
そのため、目的の奇数脂肪酸エステルを濃縮・精製するコストや、奇数脂肪酸の生産に要するプロピオニルCoAの前駆体の総コストを削減することができる。
In cells, propionic acid, a C3 molecule, inhibits the biosynthesis of C2 molecules such as acetyl-CoA. Therefore, adding propionic acid, or its salt, to an amino acid-supplemented culture medium can suppress the production of even-numbered fatty acids. In other words, it can reduce the proportion of even-numbered fatty acids in total lipids and increase the proportion of odd-numbered fatty acids.
Therefore, it is possible to reduce the cost of concentrating and purifying the target odd fatty acid esters, as well as the total cost of the propionyl CoA precursors required for the production of odd fatty acids.
アミノ酸添加培地は、液体培地、半固形培地、及び、固形培地のうち、いずれの形態の培地としてもよい。アミノ酸添加培地は、リン酸塩等の各種の緩衝剤や、塩化ナトリウム等の等張化剤や、二員培養のための細菌、酵母、珪藻等の微生物や、寒天等の培地成分を含有してもよい。但し、アミノ酸添加培地は、奇数脂肪酸エステルの生産量を高くする観点からは、大量培養が可能な液体培地とすることが好ましい。 The amino acid supplemented medium may be in any form: liquid medium, semi-solid medium, or solid medium. The amino acid supplemented medium may also contain various buffering agents such as phosphates, isotonic agents such as sodium chloride, microorganisms such as bacteria, yeasts, and diatoms for two-member culture, and medium components such as agar. However, from the viewpoint of increasing the production of odd fatty acid esters, the amino acid supplemented medium is preferably a liquid medium that allows for large-scale culture.
本実施形態に係る奇数脂肪酸エステルの製造方法では、培養工程のみを実施することによって、奇数脂肪酸エステルを、微生物の藻体と、奇数脂肪酸エステルと、を含む培養組成物として得てもよい。或いは、培養工程と、分離工程と、を実施することによって、奇数脂肪酸エステルを、微生物から分離・抽出した状態として得てもよい。 In the method for producing odd-numbered fatty acid esters according to this embodiment, odd-numbered fatty acid esters may be obtained as a culture composition containing microbial algae and odd-numbered fatty acid esters by performing only the culture step. Alternatively, odd-numbered fatty acid esters may be obtained as a state separated and extracted from microorganisms by performing both the culture step and the separation step.
培養工程は、奇数脂肪酸エステルの産生能を有する微生物をアミノ酸添加培地で培養する工程である。培養方式としては、回分培養、連続培養、流加培養等のいずれの方式を用いてもよい。また、培養方法としては、振盪培養、通気培養、通気攪拌培養、エアリフト培養、静置培養等の適宜の方法を用いることができる。これらの培養方法の中でも、グルコース濃度や中性のpHを保持できる点で、連続培養が好ましい。また、大量培養が可能である点で、通気攪拌培養、又は、エアリフト培養が好ましい。 The culture process involves culturing microorganisms capable of producing odd-numbered fatty acid esters in an amino acid-supplemented medium. Any culture method may be used, including batch culture, continuous culture, and fed-batch culture. Furthermore, various culture methods such as shaking culture, aeration culture, aeration-stirred culture, air-lift culture, and static culture can be used. Among these culture methods, continuous culture is preferred because it allows for the maintenance of glucose concentration and a neutral pH. Aeration-stirred culture or air-lift culture is preferred because it enables large-scale culture.
培養装置としては、培養方法に応じて、例えば、機械攪拌型リアクタ、エアリフト型リアクタ、充填層型リアクタ、流動層型リアクタ等を用いることができる。また、培養容器としては、培養容量等に応じて、タンク、ジャーファーメンタ、フラスコ、ディッシュ、カルチャーバッグ、チューブ、試験管等の各種の容器を用いることができる。培養容器は、ステンレス、ガラス等の無機材料や、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリプロピレン等の有機材料等、適宜の材質であってよい。 Depending on the culture method, various types of culture apparatus can be used, such as mechanically agitated reactors, air-lift reactors, packed-bed reactors, and fluidized-bed reactors. Furthermore, depending on the culture volume, various containers such as tanks, jar fermenters, flasks, dishes, culture bags, tubes, and test tubes can be used as culture vessels. Culture vessels may be made of suitable materials, including inorganic materials such as stainless steel and glass, or organic materials such as polystyrene, polyethylene terephthalate copolymer, and polypropylene.
アミノ酸添加培地は、奇数脂肪酸エステルの産生能を有する微生物を播種する前に、適宜の滅菌方法を用いて滅菌することができる。滅菌方法としては、例えば、加熱滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、濾過滅菌等の適宜の方法を用いることができる。また、アミノ酸添加培地には、同組成の培地やGTY培地等の基礎培地を用いて前培養した種細胞を播種することができる。 The amino acid-supplemented medium can be sterilized using an appropriate sterilization method before seeding microorganisms capable of producing odd-numbered fatty acid esters. Suitable sterilization methods include, for example, heat sterilization, ultraviolet sterilization, gamma ray sterilization, and filtration sterilization. Furthermore, seed cells pre-cultured using a medium of the same composition or a basal medium such as GTY medium can be seeded into the amino acid-supplemented medium.
オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類の培養は、適宜の培養条件の下で行うことができる。培養温度は、好ましくは10℃以上35℃以下、より好ましくは10℃以上30℃以下、更に好ましくは24.5℃以上27.5℃以下である。pHは、好ましくは4以上9以下、より好ましくは6以上8以下、更に好ましくは7.4以上7.7以下である。 Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium can be cultured under appropriate culture conditions. The culture temperature is preferably 10°C to 35°C, more preferably 10°C to 30°C, and even more preferably 24.5°C to 27.5°C. The pH is preferably 4 to 9, more preferably 6 to 8, and even more preferably 7.4 to 7.7.
オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類の培養は、適宜の時間間隔で継代しながら、適宜の培養時間で行うことができる。但し、ある種のオーランチオキトリウム等は、培養を開始した後、約2日で対数増殖期が終了し、約7日で死滅期に入る。奇数脂肪酸エステルの産生量は、増殖と共に増加し、対数増殖期の末期から静止期の初期にかけて略最大になり、その後、次第に減少する傾向がある。よって、このような種を用いる場合、継代を行う時間間隔は、1日以上10日以下が好ましく、2日以上7日以下がより好ましく、2日以上5日以下が更に好ましい。 The cultivation of Labyrinthullae species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium can be carried out with appropriate subculturing intervals and culture durations. However, some Aurantiochytrium species complete their logarithmic growth phase approximately two days after the start of cultivation and enter the death phase approximately seven days later. The production of odd fatty acid esters increases with growth, reaching a near-maximum from the end of the logarithmic growth phase to the beginning of the quiescent phase, and then gradually decreases. Therefore, when using such species, the subculturing interval is preferably between one and ten days, more preferably between two and seven days, and even more preferably between two and five days.
また、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類の培養時間は、10日以下が好ましく、7日以下がより好ましく、5日以下が更に好ましい。オーランチオキトリウム等の培養時間が長くなると、脂質の産生量は増加するが、カロテノイド等の割合が高くなり、奇数脂肪酸の割合が低くなることが確認されている。よって、このような短い培養時間であれば、グルコース濃度やpHを厳密に制御し続けなくとも、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合を高くすることができる。 Furthermore, the culture time for labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium is preferably 10 days or less, more preferably 7 days or less, and even more preferably 5 days or less. It has been confirmed that while longer culture times for Aurantiochytrium and similar species increase lipid production, the proportion of carotenoids increases, while the proportion of odd fatty acids decreases. Therefore, with such short culture times, it is possible to increase the proportion of odd fatty acids in total lipids without strictly controlling glucose concentration or pH.
培養工程を実施すると、培養されたオーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類が、奇数脂肪酸エステルを細胞内や細胞外マトリックスに産生する。その結果、オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類に属する微生物の藻体と、藻体が産生した奇数脂肪酸エステルと、を含む培養組成物が得られる。培養組成物は、培地を濃縮又は乾燥させることによって回収することができる。 During the culture process, cultured Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium produce odd-numbered fatty acid esters both intracellularly and in the extracellular matrix. As a result, a culture composition is obtained containing the algal bodies of microorganisms belonging to the Labyrinthula species (Aurantiochytrium, Schizochytrium, etc.) and the odd-numbered fatty acid esters produced by the algal bodies. The culture composition can be recovered by concentrating or drying the culture medium.
培地の濃縮方法としては、例えば、固形分を遠心分離する遠心濃縮、固形分を自然沈降させる沈降濃縮、培地を加熱して蒸発させる蒸発濃縮、培地を減圧して蒸発させる減圧濃縮、培地を加圧して濾過する加圧濃縮、培地を分離膜で濾過する膜濃縮、培地を凍結させて除く凍結濃縮等の各種の方法を用いることができる。また、培地の乾燥方法としては、例えば、熱風乾燥、冷風乾燥、減圧乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥、赤外線乾燥、自然乾燥、回転するドラム中で加熱乾燥を行うドラム乾燥等の各種の方法を用いることができる。 Various methods can be used to concentrate the culture medium, such as centrifugal concentration (centrifugation of solids), sedimentation concentration (natural sedimentation of solids), evaporation concentration (heating and evaporating the medium), vacuum concentration (evaporating the medium under reduced pressure), pressure concentration (pressure filtration), membrane concentration (filtration through a separation membrane), and freeze concentration (freezing and removing the medium). Furthermore, various methods can be used to dry the culture medium, such as hot air drying, cold air drying, vacuum drying, spray drying, freeze-drying, infrared drying, natural drying, and drum drying (heat drying in a rotating drum).
培養組成物は、濃縮させる場合、例えば、80%以下の含水率、好ましくは30%以上50%以下の含水率にすることができる。このような含水率まで濃縮させると、培養組成物が十分に減容すると共に、培養組成物が流動し難いペースト状となるため、培養組成物の取り扱い性が良好になる。また、培養組成物は、乾燥させる場合、例えば、10%以下の含水率にすることができる。 When the culture composition is concentrated, for example, it can have a water content of 80% or less, preferably 30% to 50%. Concentrating to such a water content significantly reduces the volume of the culture composition and makes it a paste-like substance that is less fluid, thus improving its handling properties. Furthermore, when the culture composition is dried, it can have a water content of 10% or less.
培養組成物は、例えば、食用、飼料、肥料、工業用原料等の各種の用途に用いることができる。食用の用途の具体例としては、一般食品、健康食品、食品素材、飲料素材等が挙げられる。また、飼料の具体例としては、家畜用飼料、家禽用飼料、養殖用飼料、ペット用飼料等が挙げられる。また、工業用原料の具体例としては、バイオ燃料用原料、飼料用原料、肥料用原料、化学品原料、医薬品原料等が挙げられる。 The culture composition can be used for various purposes, such as food, animal feed, fertilizer, and industrial raw materials. Specific examples of food uses include general foods, health foods, food ingredients, and beverage ingredients. Specific examples of animal feed include livestock feed, poultry feed, aquaculture feed, and pet feed. Specific examples of industrial raw materials include raw materials for biofuels, animal feed, fertilizer, chemicals, and pharmaceuticals.
培養組成物は、脂質の含有量が、固形分の質量あたり、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは45質量%以上である。従来の生産法では、脂質の産生効率が必ずしも十分に高くないため、培養組成物中に含まれる脂質の含有量が30質量%程度未満に留まり、タンパク、灰分等の比率が相対的に高くなる。これに対し、プロピオニルCoAの前駆体を添加したアミノ酸添加培地を用いて培養を行うと、奇数脂肪酸をはじめとする脂質の産生量が増大するため、脂質の含有量が30質量%以上から45質量%以上に達する培養組成物を得ることができる。 The culture composition preferably has a lipid content of 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and even more preferably 45% by mass or more, based on the mass of solids. In conventional production methods, the lipid production efficiency is not always sufficiently high, resulting in a lipid content of less than approximately 30% by mass in the culture composition, while the proportions of protein, ash, etc., are relatively high. In contrast, when culturing is performed using an amino acid-supplemented medium to which a propionyl-CoA precursor is added, the production of lipids, including odd fatty acids, increases, making it possible to obtain a culture composition with a lipid content of 30% by mass or more to 45% by mass or more.
培養組成物は、微生物のバイオマス(乾燥重量)あたりの奇数脂肪酸の含有量が、脂肪酸メチルエステル換算で、0.04g/g以上であることが好ましい。また、溶媒抽出によって回収される脂質画分について、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、更に好ましくは45質量%以上である。このような奇数脂肪酸の量は、プロピオニルCoAの前駆体や、プロピオン酸、又は、その塩の添加量によって実現することができる。 The culture composition preferably contains 0.04 g/g or more of odd fatty acids per unit of microbial biomass (dry weight), in terms of fatty acid methyl esters. Furthermore, the proportion of odd fatty acids in the total lipid fraction recovered by solvent extraction is preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, even more preferably 40% by mass or more, and even more preferably 45% by mass or more. Such odd fatty acid content can be achieved by adding propionyl-CoA precursors, propionic acid, or their salts.
具体的には、アミノ酸添加培地を用いて培養を行うと、バイオマスあたりの全脂質の産生量として、0.1g/g以上から0.2g/g以上、且つ、0.25g/g以下程度を確保することができる。また、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合として、20質量%以上から40質量%以上、且つ、50質量%以下程度を、不飽和脂肪酸を50質量%以下に抑制しつつ確保することができる。従来の生産法と比較して、奇数脂肪酸エステルを効率的に生産することが可能であり、奇数脂肪酸エステルの生産量を、培地あたり1.0g/L以上から1.3g/L以上とすることが可能である。 Specifically, when culturing using an amino acid-supplemented medium, it is possible to ensure a total lipid production of 0.1 g/g or more, 0.2 g/g or more, and 0.25 g/g or less per biomass. Furthermore, it is possible to ensure an odd-numbered fatty acid ratio of 20% to 40% or more, and 50% or less, while suppressing unsaturated fatty acids to 50% or less. Compared to conventional production methods, it is possible to efficiently produce odd-numbered fatty acid esters, and the production volume of odd-numbered fatty acid esters can be increased from 1.0 g/L or more to 1.3 g/L or more per culture medium.
分離工程は、微生物が産生した奇数脂肪酸エステルを微生物の藻体から分離する工程である。奇数脂肪酸エステルは、濃縮させた藻体の懸濁液又は乾燥させた藻体を、必要に応じて前処理した後、溶媒抽出、遠心分離、濾過分離等に供して分離することができる。藻体の前処理としては、例えば、凝集処理や、薬品処理や、蒸煮処理や、加熱処理や、攪拌、粉砕、超音波、圧力変化、薬品、酵素、凍結融解等の各種の原理を利用した破砕処理等が挙げられる。 The separation process involves separating odd-numbered fatty acid esters produced by microorganisms from the microbial algal bodies. The odd-numbered fatty acid esters can be separated by solvent extraction, centrifugation, filtration, etc., after pre-treatment of a concentrated algal suspension or dried algal body as needed. Examples of algal pre-treatment include flocculation, chemical treatment, steaming, heat treatment, stirring, crushing, ultrasonic treatment, pressure changes, chemicals, enzymes, and freeze-thaw cycles.
溶媒抽出に用いる溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ジエチルエーテル、プロピレングリコール、プロパノール、イソプロパノール、アセトン、クロロホルム、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、酢酸、水等や、これらを混合した混合溶媒、超臨界流体等の各種の溶媒を用いることができる。混合溶媒としては、例えば、ヘキサン・エタノール混合溶媒、クロロホルム・メタノール混合溶媒、エタノール・ジエチルエーテル混合溶媒等が挙げられる。 For solvent extraction, various solvents can be used, such as methanol, ethanol, diethyl ether, propylene glycol, propanol, isopropanol, acetone, chloroform, hexane, cyclohexane, benzene, acetic acid, water, mixed solvents of these, and supercritical fluids. Examples of mixed solvents include hexane-ethanol mixed solvents, chloroform-methanol mixed solvents, and ethanol-diethyl ether mixed solvents.
前処理の凝集処理としては、凝集剤としてキトサン等を添加する処理が好ましく用いられる。また、前処理の薬品処理としては、クエン酸を添加してpHを調整する処理が好ましく用いられる。オーランチオキトリウム等に大量の脂質を産生させると、藻体が脆弱になって破砕し易くなり、奇数脂肪酸エステルの抽出・分離が困難になる。しかし、キトサン等の凝集剤を添加すると、藻体を破損させることなく、容易に集めることができる。また、pH調整を行うと、藻体が硬くなるため、藻体が破損するのを防止することができる。 For pretreatment, a flocculant such as chitosan is preferably used. Furthermore, for pretreatment, a treatment to adjust the pH by adding citric acid is preferably used. When Aurantiochytrium and other algal cells produce large amounts of lipids, the algal body becomes fragile and easily breaks, making the extraction and separation of odd-numbered fatty acid esters difficult. However, by adding a flocculant such as chitosan, the algal body can be easily collected without damaging it. Additionally, pH adjustment hardens the algal body, preventing damage.
微生物の藻体から分離した奇数脂肪酸エステルは、奇数脂肪酸等の目的物質として回収するために、必要に応じて精製することができる。例えば、奇数脂肪酸を回収する場合、脱ガム処理、脱酸処理、脱色処理、脱臭処理等を行うことができる。また、目的物質に応じて、溶媒分画法、蒸留法、分子蒸留法、クロマトグラフィ、膜分離法等や、加水分解処理、エステル交換処理、結晶化処理、包接体形成処理、錯形成処理等の各種の方法を組み合わせて用いることができる。 Odd-numbered fatty acid esters isolated from microbial algal bodies can be purified as needed to recover target substances such as odd-numbered fatty acids. For example, when recovering odd-numbered fatty acids, degumming, deacidification, decolorization, and deodorization treatments can be performed. Furthermore, depending on the target substance, various methods such as solvent fractionation, distillation, molecular distillation, chromatography, membrane separation, hydrolysis, transesterification, crystallization, inclusion complex formation, and complex formation can be used in combination.
オーランチオキトリウム、シゾキトリウム等のラビリンチュラ類によって生産する奇数脂肪酸としては、例えば、トリデシル酸(C13)、ペンタデカン酸(C15)、へプタデカン酸(C17)等が挙げられる。ペンタデカン酸は、例えば、血圧低下作用、血糖値上昇抑制、細胞増殖促進等の用途に用いることができる。細胞増殖促進の用途の具体例としては、損傷した組織の治癒や、疼痛、自己免疫性疾患、神経変性疾患、免疫性疾患、代謝性症候群に関連する疾患、癌関連疾患等の緩和や、皮膚の皺の減少や、皮膚の代謝促進や、発毛・育毛や、アレルギー症状の軽減や、筋肉痛の軽減や、運動機能の向上等が挙げられる。 Odd fatty acids produced by Labyrinthula species such as Aurantiochytrium and Schizochytrium include, for example, tridecyl acid (C13), pentadecanoic acid (C15), and heptadecanoic acid (C17). Pentadecanoic acid can be used for purposes such as lowering blood pressure, suppressing blood glucose elevation, and promoting cell proliferation. Specific examples of its use in promoting cell proliferation include healing damaged tissue, alleviating pain, autoimmune diseases, neurodegenerative diseases, immune diseases, metabolic syndromes, and cancer-related diseases, reducing skin wrinkles, promoting skin metabolism, promoting hair growth, reducing allergy symptoms, reducing muscle pain, and improving athletic performance.
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto.
<培養試験1>
はじめに、奇数脂肪酸エステルの生産に用いる培地組成を決めるため、主要栄養源の種類を変えてオーランチオキトリウムの培養試験を行い、全脂質の産生量及び奇数脂肪酸の生産量を比較した。
<Culture Test 1>
First, to determine the culture medium composition to be used for the production of odd fatty acid esters, we conducted culture tests of Aurantiochytrium with different types of major nutrients and compared the total lipid production and the production of odd fatty acids.
試験培地としては、主要栄養源として、チーズホエイ、及び、豆乳ホエイのうち、いずれかを添加した培地を調製した。具体的には、グルコースを3.0%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.2%、L-メチオニンを10mMの濃度で含有し、チーズホエイを10%の濃度となるように添加した培地と、豆乳ホエイを10%の濃度となるように添加した培地とを調製した。各培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから培養に用いた。 For the test culture medium, we prepared media containing either cheese whey or soy milk whey as the main nutrient source. Specifically, we prepared two media: one containing 3.0% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.2% sea salt, and 10 mM L-methionine, with cheese whey added to a concentration of 10%, and another containing soy milk whey at a concentration of 10%. Each medium was sterilized in an autoclave at 121°C for 20 minutes before being used for cultivation.
豆乳ホエイとしては、市販の豆乳を80℃まで加温し、塩化マグネシウム六水和物(MgCl2・6H2O)を0.7%となるように加え、凝固したタンパク質を遠心分離によって除いたものを用いた。上清の豆乳ホエイは、オートクレーブを用いて115℃で30分間滅菌した後、6℃の冷温下で保存してから培地に添加した。 For the soy milk whey, commercially available soy milk was heated to 80°C, magnesium chloride hexahydrate ( MgCl₂・6H₂O ) was added to a concentration of 0.7%, and the coagulated protein was removed by centrifugation. The supernatant soy milk whey was sterilized in an autoclave at 115°C for 30 minutes, then stored at a cold temperature of 6°C before being added to the culture medium.
一般的なGTY培地は、酵母エキスの濃度が0.5%程度とされている。しかし、酵母エキスは、補充反応を進めて奇数脂肪酸の合成量を低下させるビタミンB12を含んでいる。そこで、本培養試験では、ビタミンB12を増殖に最低限必要な量に制限するために0.2%の濃度に変更した。なお、チーズホエイには、相当量(0.3μg/100g程度)のビタミンB12が含まれているが、豆乳ホエイには、検出可能な濃度のビタミンB12は含まれていない。 Typical GTY culture medium contains yeast extract at a concentration of approximately 0.5%. However, yeast extract contains vitamin B12, which promotes the replacement reaction and reduces the synthesis of odd fatty acids. Therefore, in this culture experiment, the concentration of vitamin B12 was changed to 0.2% to limit it to the minimum amount necessary for growth. Note that cheese whey contains a considerable amount of vitamin B12 (approximately 0.3 μg/100g), while soy milk whey does not contain vitamin B12 at a detectable concentration.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株を振盪培養することによって行った。振盪培養には、容量500mLの坂口フラスコと、往復振盪培養機(トーマス科学器械社製)を使用した。振盪培養の培養条件は、培地量:200mL、培養温度:25℃、培養時間:72時間、振盪速度:115ストローク/分とした。培養したオーランチキトリウムは、遠心分離によって集菌し、凍結乾燥して測定まで保存した。 The culture test was performed by shaking culture of Aurantiochytrium sp. SA-96 strain. A 500 mL Sakaguchi flask and a reciprocating shaker (manufactured by Thomas Scientific Instruments Co., Ltd.) were used for the shaking culture. The culture conditions were: medium volume: 200 mL, culture temperature: 25°C, culture time: 72 hours, shaking speed: 115 strokes/min. The cultured Aurantiochytrium was collected by centrifugation, freeze-dried, and stored until measurement.
全脂質の定量は、次の手順で行った。はじめに、オーランチオキトリウムの凍結乾燥体を約0.2g秤量し、10mLのクロロホルム・メタノール混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール=2/1)と共に試験管に入れた。この試験管を超音波洗浄機に入れ、内容物を攪拌することによって脂質を溶媒層に抽出した。次いで、試験管の内容物を2800rpmで10分間の遠心分離に供し、5.0mLの上清を別の試験管に分取した。分取した溶液に1.0mLの生理食塩水を加え、攪拌した後、2800rpmで10分間の遠心分離に供し、上層の水溶性成分を除いてから、下層の脂溶性成分を別の試験管に分取
した。そして、この試験管を40℃のウォータバスに入れ、窒素ガスを吹き付けて溶媒を留去して、藻体から抽出された脂質を乾固させた。試験管内に回収された脂質の重量を、オーランチオキトリウムによる全脂質の産生量として求めた。
The total lipid content was determined using the following procedure. First, approximately 0.2 g of freeze-dried Aurantiochytrium was weighed and placed in a test tube with 10 mL of a chloroform-methanol mixed solvent (volume ratio: chloroform/methanol = 2/1). This test tube was placed in an ultrasonic cleaner and the contents were stirred to extract the lipids into the solvent layer. Next, the contents of the test tube were centrifuged at 2800 rpm for 10 minutes, and 5.0 mL of the supernatant was collected in another test tube. 1.0 mL of physiological saline was added to the collected solution, stirred, and then centrifuged at 2800 rpm for 10 minutes to remove the water-soluble components in the upper layer, and the lipid-soluble components in the lower layer were collected in another test tube. This test tube was then placed in a 40°C water bath, and the solvent was removed by blowing nitrogen gas, drying the lipids extracted from the algae. The weight of the lipids recovered in the test tube was determined as the total lipid production by Aurantiochytrium.
脂質中の各脂肪酸の定量は、GC-FID(Gas Chromatography - Flame Ionization Detector:ガスクロマトグラフィ-水素炎イオン化型検出器)を用いて、次の手順で行った。全脂肪酸の定量を行った後、藻体から抽出された脂質に、14%BF3-メタノール(14%の三フッ化ホウ酸を含有するメタノール溶液)を加え、70℃で30分間加熱して、脂質中のアシル成分をメチルエステル化した。そして、得られた脂肪酸メチルエステル(FAME)をn-ヘキサンに溶解させて、濃度が1.0mg/mLの測定試料を調製し、GC-FIDに供した。 The quantitative determination of each fatty acid in the lipids was performed using a GC-FID (Gas Chromatography - Flame Ionization Detector) in the following procedure. After the total fatty acid content was determined, 14% BF3 -methanol (a methanol solution containing 14% boric acid trifluoride) was added to the lipids extracted from the algae, and the mixture was heated at 70°C for 30 minutes to methylate the acyl components in the lipids. The resulting fatty acid methyl ester (FAME) was then dissolved in n-hexane to prepare a sample with a concentration of 1.0 mg/mL, which was then subjected to GC-FID testing.
ガスクロマトグラフとしては、GC-2015(島津製作所社製)を使用した。カラムとしては、Agilent J&W GCカラム DB-23(アジレント・テクノロジー社製、長さ:30m、内径:0.25mm、膜厚:0.25μm)を使用した。測定条件は、キャリアガス:ヘリウム(constant pressure)、キャリアガス圧力:14psi、注入量:1μL、注入条件:スプリット/スプリットレス、注入口温度:250℃、スプリット比:50:1、昇温条件:50℃(1分間)→25℃/分で175℃まで→4℃/分で230℃まで→230℃(5分間)、FID温度:280℃、水素流量:40mL/分、空気流量:400mL/分、メイクアップガス流量:25mL/分とした。 A GC-2015 gas chromatograph (Shimadzu Corporation) was used. An Agilent J&W GC column DB-23 (Agilent Technologies, length: 30 m, inner diameter: 0.25 mm, film thickness: 0.25 μm) was used as the column. The measurement conditions were as follows: Carrier gas: Helium (constant pressure), Carrier gas pressure: 14 psi, Injection volume: 1 μL, Injection conditions: Split/Splitless, Injection port temperature: 250°C, Split ratio: 50:1, Heating conditions: 50°C (1 min) → 25°C/min to 175°C → 4°C/min to 230°C → 230°C (5 min), FID temperature: 280°C, Hydrogen flow rate: 40 mL/min, Air flow rate: 400 mL/min, Makeup gas flow rate: 25 mL/min.
脂質中の各脂肪酸の定量では、GC-FIDで検出されたクロマトグラム中、全ピークの積分面積から溶媒のピークの積分面積を差し引いた面積を、全FAMEの積分面積とした。計7回の測定を行った結果、全FAMEの積分面積の平均は、265000dots/μg-FAMEであった。脂肪酸の種類毎のピークは、それぞれ、脂肪酸メチルエステルの標準品(ジーエルサイエンス社製)の保持時間と比較して同定した。全脂質中に占める各脂肪酸の割合は、全FAMEの積分面積に対する面積比として個々に求めた。また、各脂肪酸の生産量は、全脂質の定量の結果と、全FAMEの積分面積の平均値とを用いて計算した。 For the quantification of each fatty acid in lipids, the integrated area of the total FAME was calculated by subtracting the integrated area of the solvent peak from the integrated area of all peaks in the chromatogram detected by GC-FID. After a total of seven measurements, the average integrated area of the total FAME was 265,000 dots/μg-FAME. The peaks for each type of fatty acid were identified by comparing them with the retention times of fatty acid methyl ester standards (GL Sciences). The proportion of each fatty acid in the total lipid was individually determined as the area ratio to the integrated area of the total FAME. Furthermore, the production amount of each fatty acid was calculated using the results of the quantification of the total lipid and the average value of the integrated area of the total FAME.
主要栄養源の種類を変えた培養試験の平均結果を表1に示す。以下の表において、バイオマスは、培養後の凍結乾燥で得られたオーランチオキトリウムの生物量(乾燥重量)、奇数脂肪酸の割合及び生産量は、トリデシル酸(C13)とペンタデカン酸(C15)とへプタデカン酸(C17)の合計値である。 Table 1 shows the average results of culture tests with varying types of primary nutrients. In the table below, biomass refers to the biomass (dry weight) of Aurantiochytrium obtained by freeze-drying after culture. The percentage and production of odd fatty acids represent the sum of tridecyl acid (C13), pentadecanoic acid (C15), and heptadecanoic acid (C17).
表1に示すように、チーズホエイを添加した培養系と、豆乳ホエイを添加した培養系とを比較すると、豆乳ホエイの方が奇数脂肪酸の生産量が高くなった。アミノ酸の代謝によって生成するプロピオニルCoAは、細胞質においては、奇数脂肪酸の生成に利用されるが、ミトコンドリアにおいては、スクシニルCoAを補充する補充反応に利用される。いずれの経路が優勢となるかは、メチルマロニルCoAムターゼの活性に左右され、メチルマロニルCoAムターゼの補因子であるビタミンB12の量に依存すると考えられる。チーズホエイは、ビタミンB12を含有しているのに対し、豆乳ホエイは、ビタミンB12を含有していないため、培地に添加する主要栄養源としては、豆類から分離される豆乳清が適切であると考えられる。 As shown in Table 1, when comparing culture systems supplemented with cheese whey and those supplemented with soy milk whey, the soy milk whey system produced higher levels of odd fatty acids. Propionyl CoA, produced by amino acid metabolism, is used in the cytoplasm for the production of odd fatty acids, but in the mitochondria, it is used in a replenishment reaction to replenish succinyl CoA. Which pathway is dominant is thought to depend on the activity of methylmalonyl CoA mutase, and specifically on the amount of vitamin B12, a cofactor of methylmalonyl CoA mutase. Since cheese whey contains vitamin B12, while soy milk whey does not, soy milk serum isolated from legumes is considered appropriate as the main nutrient source to add to the culture medium.
<培養試験2>
次に、奇数脂肪酸エステルの生産に用いる生産株を決めるため、オーランチオキトリウムの種類を変えて培養試験を行い、全脂質の産生量及び奇数脂肪酸の生産量を比較した。
<Culture Test 2>
Next, in order to determine the production strain to be used for odd-numbered fatty acid ester production, culture tests were conducted using different types of Aurantiochytrium, and the total lipid production and odd-numbered fatty acid production were compared.
培養する微生物としては、オーランチオキトリウムSp.SA-89株、及び、オーランチオキトリウムSp.SA-96株のうち、いずれかを用いた。SA-89株は、増殖速度が速く、培養に伴う生物量(バイオマス)の増加が大きい特徴を持つ単離株である。
SA-96株は、脂質の産生量が多い特徴を持つ単離株である。
For culturing, either Aurantiochytrium sp. SA-89 strain or Aurantiochytrium sp. SA-96 strain was used. Strain SA-89 is an isolated strain characterized by its rapid growth rate and large increase in biomass during cultivation.
The SA-96 strain is an isolated strain characterized by its high lipid production.
試験培地としては、プロピオニルCoAの前駆体を添加していない培地と、プロピオニルCoAの前駆体として、D-メチオニン、及び、L-メチオニンのうち、いずれかを添加した培地とを調製した。具体的には、グルコースを3.0%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.2%、豆乳ホエイを10%の濃度で含有する基本培地と、この基本培地にD-メチオニンを10mMの濃度となるように添加した培地と、この基本培地にL-メチオニンを10mMの濃度となるように添加した培地とを調製した。各培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから培養に用いた。 As test media, two types were prepared: a medium without the addition of a propionyl-CoA precursor, and a medium with either D-methionine or L-methionine added as a propionyl-CoA precursor. Specifically, a basic medium containing 3.0% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.2% sea salt, and 10% soy milk whey was prepared; a medium to which D-methionine was added to this basic medium to a concentration of 10 mM; and a medium to which L-methionine was added to this basic medium to a concentration of 10 mM. Each medium was sterilized in an autoclave at 121°C for 20 minutes before being used for cultivation.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-89株、又は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株を振盪培養することによって行った。振盪培養には、容量500mLの坂口フラスコと、往復振盪培養機(トーマス科学器械社製)を使用した。振盪培養の培養条件は、培地量:200mL、培養温度:25℃、培養時間:72時間、振盪速度:115ストローク/分とした。培養したオーランチオキトリウムは、遠心分離によって集菌し、凍結乾燥して測定まで保存した。 The culture test was performed by shaking culture of Aurantiochytrium sp. SA-89 strain or Aurantiochytrium sp. SA-96 strain. A 500 mL Sakaguchi flask and a reciprocating shaker (manufactured by Thomas Scientific Instruments Co., Ltd.) were used for the shaking culture. The culture conditions were: medium volume: 200 mL, culture temperature: 25°C, culture time: 72 hours, shaking speed: 115 strokes/min. The cultured Aurantiochytrium was collected by centrifugation, freeze-dried, and stored until measurement.
オーランチオキトリウムの種類を変えた培養試験の平均結果を表2に示す。なお、全脂質の定量や脂質中の各脂肪酸の定量は、前記の培養試験と同様にして行った。 Table 2 shows the average results of culture tests using different Aurantiochytrium species. The quantification of total lipids and individual fatty acids within the lipids was performed in the same manner as in the previous culture tests.
表2に示すように、SA-89株では、D-メチオニンが代謝されず、奇数脂肪酸の生産量が、プロピオニルCoAの前駆体を添加しなかった場合と同程度となった。一方、L-メチオニンは代謝され、奇数脂肪酸の生産量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が高くなった。しかし、L-メチオニンが代謝されると、プロピオニルCoAが生成し、プロピオニルCoAが加水分解されてプロピオン酸を生成するため、培養液のpHが4.2付近まで低下した。その結果、培養後のバイオマスが減少し、プロピオニルCoAの前駆体を添加しなかった場合よりも少なくなった。 As shown in Table 2, in strain SA-89, D-methionine was not metabolized, and the production of odd fatty acids was similar to that of the case without the addition of propionyl-CoA precursor. On the other hand, L-methionine was metabolized, resulting in higher production of odd fatty acids and a higher proportion of odd fatty acids in total lipids. However, when L-methionine is metabolized, propionyl-CoA is produced, and propionyl-CoA is hydrolyzed to produce propionic acid, causing the pH of the culture medium to drop to around 4.2. As a result, the biomass after culturing decreased, becoming less than that of the case without the addition of propionyl-CoA precursor.
これに対し、SA-96株では、D-メチオニン及びL-メチオニンのいずれも代謝され、奇数脂肪酸の生産量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が高くなった。プロピオニルCoAの前駆体を添加した場合、培養液のpHは4.1付近まで低下した。その結果、培養後のバイオマスが減少したが、奇数脂肪酸の生産量はSA-89株よりも高くなり、ペンタデカン酸(C15)の割合も十分に高くなった。 In contrast, in strain SA-96, both D-methionine and L-methionine were metabolized, resulting in higher production of odd fatty acids and a higher proportion of odd fatty acids in total lipids. When a propionyl-CoA precursor was added, the pH of the culture medium decreased to around 4.1. As a result, the biomass after culturing decreased, but the production of odd fatty acids was higher than in strain SA-89, and the proportion of pentadecanoic acid (C15) was also sufficiently high.
<培養試験3>
次に、奇数脂肪酸エステルの生産に用いる培地組成を決めるため、プロピオニルCoAの前駆体の種類を変えてオーランチオキトリウムの培養試験を行い、全脂質の産生量及び奇数脂肪酸の生産量を比較した。
<Culture Test 3>
Next, in order to determine the culture medium composition to be used for the production of odd fatty acid esters, we conducted culture tests of Aurantiochytrium using different types of propionyl-CoA precursors and compared the total lipid production and the production of odd fatty acids.
試験培地としては、プロピオニルCoAの前駆体として、DL-メチオニン、L-バリン、L-イソロイシン、及び、L-トレオニンのうち、いずれかを添加した培地を調製した。また、対照(ネガティブコントロール)として、L-ロイシンを添加した培地を調製した。具体的には、グルコースを3.0%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.2%、豆乳ホエイを10%の濃度で含有する基本培地と、この基本培地にDL-メチオニン、L-バリン、L-イソロイシン、及び、L-トレオニンのそれぞれを10mMの濃度となるように添加した培地と、この基本培地にロイシンを10mMの濃度となるように添加した培地とを調製した。各培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから培養に用いた。 As test media, culture media were prepared by adding one of the following as a precursor of propionyl-CoA: DL-methionine, L-valine, L-isoleucine, and L-threonine. A control (negative control) medium containing L-leucine was also prepared. Specifically, a basic medium containing 3.0% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.2% sea salt, and 10% soy milk whey was prepared. This basic medium was then modified by adding DL-methionine, L-valine, L-isoleucine, and L-threonine to a concentration of 10 mM each. Finally, a medium was modified by adding leucine to the basic medium to a concentration of 10 mM each. Each medium was sterilized in an autoclave at 121°C for 20 minutes before use for cultivation.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株を振盪培養することによって行った。振盪培養には、容量500mLの坂口フラスコと、往復振盪培養機(トーマス科学器械社製)を使用した。振盪培養の培養条件は、培地量:200mL、培養温度:25℃、培養時間:72時間、振盪速度:115ストローク/分とした。なお、培養液のpHは、培養中に制御しなかった。培養したオーランチオキトリウムは、遠心分離によって集菌し、凍結乾燥して測定まで保存した。 The culture test was performed by shaking culture of Aurantiochytrium sp. SA-96 strain. A 500 mL Sakaguchi flask and a reciprocating shaker (manufactured by Thomas Scientific Instruments Co., Ltd.) were used for the shaking culture. The culture conditions were: medium volume: 200 mL, culture temperature: 25°C, culture time: 72 hours, shaking speed: 115 strokes/min. The pH of the culture medium was not controlled during cultivation. The cultured Aurantiochytrium was collected by centrifugation, freeze-dried, and stored until measurement.
プロピオニルCoAの前駆体の種類を変えた培養試験の平均結果を表3に示す。なお、全脂質の定量や脂質中の各脂肪酸の定量は、前記の培養試験と同様にして行った。 Table 3 shows the average results of culture tests using different types of propionyl-CoA precursors. The quantification of total lipids and individual fatty acids within the lipids was performed in the same manner as in the previous culture tests.
表3に示すように、DL-メチオニン、L-バリン、L-イソロイシン、及び、L-トレオニンは代謝され、培養液のpHが4~6付近まで低下した。その結果、培養後のバイオマスが減少した。一方、L-ロイシンは代謝されず、培地に添加したL-グルタミン酸ナトリウムの代謝で、pHが7.1~7.4付近への小さな低下に留まった。プロピオニルCoAの前駆体に相当するDL-メチオニン、L-バリン、L-イソロイシン、L-トレオニンを添加した場合、奇数脂肪酸の生産量や全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が対照よりも高くなった。特に、L-バリンを添加した場合に、奇数脂肪酸の生産量が顕著に高くなった。 As shown in Table 3, DL-methionine, L-valine, L-isoleucine, and L-threonine were metabolized, causing the pH of the culture medium to decrease to around 4-6. As a result, the biomass after culturing decreased. On the other hand, L-leucine was not metabolized, and the metabolism of L-sodium glutamate added to the culture medium resulted in only a small decrease in pH to around 7.1-7.4. When DL-methionine, L-valine, L-isoleucine, and L-threonine, which are precursors of propionyl-CoA, were added, the production of odd fatty acids and the proportion of odd fatty acids in total lipids were higher than in the control group. In particular, the production of odd fatty acids increased significantly when L-valine was added.
<培養試験4>
次に、奇数脂肪酸エステルの生産に用いる培養条件を決めるため、オーランチオキトリウムの培養試験を行い、培養液のpHを変化させたときのバイオマス(生物量)の変化を比較した。
<Culture Test 4>
Next, in order to determine the culture conditions to be used for the production of odd fatty acid esters, we conducted culture tests of Aurantiochytrium and compared the changes in biomass (biomass) when the pH of the culture medium was changed.
試験培地としては、グルコースを3.0%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.2%、豆乳ホエイを10%の濃度で含有する培地を調製した。培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから用いた。 A culture medium was prepared containing 3.0% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.2% sea salt, and 10% soy milk whey. The medium was sterilized using an autoclave at 121°C for 20 minutes before use.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株を振盪培養することによって行った。振盪培養には、容量500mLの坂口フラスコと、往復振盪培養機(トーマス科学器械社製)を使用した。振盪培養の培養条件は、培養温度:25℃、培養時間:72時間、振盪速度:115ストローク/分とした。培養液のpHは、対数増殖期の末期から静止期の初期にかけて、1.0Mの塩酸と1.0Mの水酸化ナトリウムを用いてpH4~8の範囲で変化させた。 The culture test was performed by shaking culture of Aurantiochytrium sp. SA-96 strain. A 500 mL Sakaguchi flask and a reciprocating shaker (manufactured by Thomas Scientific Instruments Co., Ltd.) were used for the shaking culture. The culture conditions were: culture temperature: 25°C, culture time: 72 hours, shaking speed: 115 strokes/min. The pH of the culture medium was varied within the range of pH 4–8 using 1.0 M hydrochloric acid and 1.0 M sodium hydroxide from the end of the logarithmic growth phase to the beginning of the quiescent phase.
図1は、オーランチオキトリウムの培養におけるpHとバイオマスとの関係を示す図である。
図1に示すように、オーランチオキトリウムの培養中に、培養液のpHを変化させると、pHが上昇するにつれて、バイオマスも増加した。バイオマスは、pH6.0~7.0にかけて急激に増加し、pH7.4以上では増加量が顕著に小さくなった。pH7.4~7.7の範囲で、略最大量のバイオマスが得られており、培養液のpHとしては、pH7.4以上7.7以下が好ましいことが確認された。
Figure 1 shows the relationship between pH and biomass in the culture of Aurantiochytrium.
As shown in Figure 1, when the pH of the culture medium was changed during the cultivation of Aurantiochytrium, the biomass increased as the pH rose. The biomass increased rapidly between pH 6.0 and 7.0, and the increase became significantly smaller above pH 7.4. Nearly the maximum amount of biomass was obtained in the pH range of 7.4 to 7.7, confirming that a culture medium pH of 7.4 to 7.7 is preferable.
<培養試験5>
次に、奇数脂肪酸エステルの生産量を確認するため、プロピオニルCoAの前駆体の種類と濃度を変えてオーランチオキトリウムの培養試験を行い、全脂質の産生量及び奇数脂肪酸の生産量を比較した。
<Culture Test 5>
Next, to confirm the production of odd fatty acid esters, we conducted culture tests of Aurantiochytrium using different types and concentrations of propionyl-CoA precursors, and compared the production of total lipids and odd fatty acids.
試験培地としては、プロピオニルCoAの前駆体として、L-バリン、DL-メチオニン、及び、プロピオン酸ナトリウムのうち、いずれかを添加した培地を調製した。L-バリンの濃度は、10mM、20mM、50mM、100mMのそれぞれに変えた。また、DL-メチオニンの濃度は、20mM、50mM、100mMのそれぞれに変えた。具体的には、グルコースを3.6%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.0%、豆腐ホエイを10%の濃度で含有する基本培地と、この基本培地にL-バリン、DL-メチオニン、及び、プロピオン酸ナトリウムのそれぞれを添加した培地とを調製した。各培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌した後、別途滅菌したグルコースと豆腐ホエイを混合して培養に用いた。 As test media, culture media were prepared by adding one of the following as a precursor of propionyl-CoA: L-valine, DL-methionine, or sodium propionate. The concentration of L-valine was varied to 10 mM, 20 mM, 50 mM, and 100 mM. Similarly, the concentration of DL-methionine was varied to 20 mM, 50 mM, and 100 mM. Specifically, a basic medium containing 3.6% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.0% sea salt, and 10% tofu whey was prepared. This basic medium was then modified by adding L-valine, DL-methionine, and sodium propionate, respectively. Each medium was sterilized using an autoclave at 121°C for 20 minutes, and then mixed with separately sterilized glucose and tofu whey before use for cultivation.
豆腐ホエイとしては、豆腐の製造過程において、豆乳汁を凝固剤で塩析させたときに生じた上清を用いた。上清の豆腐ホエイは、オートクレーブを用いて115℃で30分間にわたり加熱殺菌した後、加熱によって生じた沈殿物を無菌的に濾過して培地に添加した。 For the tofu whey, we used the supernatant obtained when soy milk was salted out with a coagulant during the tofu manufacturing process. The tofu whey supernatant was autoclaved at 115°C for 30 minutes, and the precipitate formed by heating was aseptically filtered and added to the culture medium.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株をエアリフト培養することによって行った。オーランチオキトリウムは、エアリフト培養以前に前培養した。前培養は、エアリフト培養の24時間前に開始し、前培養液を0.5%となるようにエアリフト培養の培養槽に加えた。なお、エアリフト培養は、図2に示すエアリフト型リアクタを使用して行った。 The culture test was performed using Aurantiochytrium sp. SA-96 strain by airlift culture. The Aurantiochytrium was pre-cultured prior to airlift culture. Pre-culture was started 24 hours before airlift culture, and the pre-culture solution was added to the airlift culture vessel to a concentration of 0.5%. Airlift culture was performed using the airlift reactor shown in Figure 2.
図2は、エアリフト型リアクタの構造を模式的に示す図である。
図2に示すように、エアリフト型リアクタ100は、円筒型の培養槽1を有している。
培養槽1には、ガス供給管2と、ガス排気管3とが接続されている。培養槽1の槽内には、円筒型の内筒4が支持されている。培養槽1の槽内の底部には、ガス供給管2と接続されたスパージャ5が備えられている。
Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of an air-lift type reactor.
As shown in Figure 2, the air-lift type reactor 100 has a cylindrical culture tank 1.
A gas supply pipe 2 and a gas exhaust pipe 3 are connected to the culture tank 1. A cylindrical inner cylinder 4 is supported inside the culture tank 1. A sparger 5 connected to the gas supply pipe 2 is provided at the bottom of the culture tank 1.
エアリフト型リアクタ100においては、ガス供給管2を通じて空気が供給されると、スパージャ5によって培養槽1の槽内の培養液6に散気される。散気された気泡は、内筒4の内側を上昇して上向流を形成し、内筒4の上方側に抜けると、内筒4の外側を下降して下向流を形成する(図中の矢印参照)。エアリフト培養によると、このような流れで培養液6が通気攪拌されるため、微生物に大きなせん断力を加えることなく、槽内の溶存酸素濃度や培地成分濃度の均一性を保つことができる。 In the air-lift type reactor 100, when air is supplied through the gas supply pipe 2, it is diffused into the culture medium 6 in the culture tank 1 by the sparger 5. The diffused bubbles rise inside the inner cylinder 4, forming an upward flow. After exiting the upper side of the inner cylinder 4, they descend outside the inner cylinder 4, forming a downward flow (see arrows in the diagram). With air-lift culture, the culture medium 6 is aerated and stirred in this manner, thus maintaining uniformity of dissolved oxygen concentration and culture medium component concentration within the tank without applying significant shear force to the microorganisms.
エアリフト培養による培養試験では、図2に示すような培養槽1の容量を5Lとして用いた。また、内筒4は、横断面視における内空面積が培養槽1の横断面視における内空面積の1/2となる大きさに設けた。 In the culture test using air-lift culture, a culture tank 1 with a capacity of 5 L was used, as shown in Figure 2. The inner cylinder 4 was designed so that its internal area in a cross-sectional view was half the internal area of the culture tank 1 in a cross-sectional view.
エアリフト培養の培養条件は、培地量:3.0L、培養温度:24.5~27.5℃、培養時間:72時間、通気量(培養槽当たり):1.2~1.3v/v/minとした。
培養液のpHは、pH制御装置「mk-750pH」(オートマチックシステムリサーチ社製)を使用して、1.0Mの水酸化ナトリウム溶液で、pH:7.4~7.7に継続的に制御した。培養したオーランチオキトリウムは、3400rpmで60分間の遠心分離によって集菌し、凍結乾燥して測定まで保存した。
The culture conditions for airlift culture were as follows: medium volume: 3.0 L, culture temperature: 24.5–27.5°C, culture time: 72 hours, aeration rate (per culture tank): 1.2–1.3 v/v/min.
The pH of the culture medium was continuously controlled to 7.4–7.7 using a pH control device "mk-750pH" (manufactured by Automatic System Research Co., Ltd.) with a 1.0 M sodium hydroxide solution. The cultured Aurantiochytrium were collected by centrifugation at 3400 rpm for 60 minutes, freeze-dried, and stored until measurement.
L-バリンの濃度を変えた培養試験の平均結果を表4及び表5に示す。また、DL-メチオニンの濃度を変えた培養試験の平均結果を表6に示す。また、プロピオン酸を添加した培養試験との比較結果を表7に示す。なお、全脂質の定量や脂質中の各脂肪酸の定量は、前記の培養試験と同様にして行った。 The average results of culture tests with varying L-valine concentrations are shown in Tables 4 and 5. The average results of culture tests with varying DL-methionine concentrations are shown in Table 6. Furthermore, the results of comparisons with culture tests with added propionic acid are shown in Table 7. The quantification of total lipids and individual fatty acids within lipids was performed in the same manner as in the aforementioned culture tests.
表中、奇数脂肪酸の生産量[mM]は、ペンタデカン酸の分子量(M=242)のみで換算した値である。また、奇数脂肪酸の変換効率[%]は、次の数式で表される値である。
変換効率[%]=(奇数脂肪酸の生産量[mM]-0.66[mM])
/プロピオニルCoAの前駆体に相当するアミノ酸の濃度[mM]
In the table, the production amount of odd fatty acids [mM] is calculated using only the molecular weight of pentadecanoic acid (M = 242). Furthermore, the conversion efficiency of odd fatty acids [%] is expressed by the following formula.
Conversion efficiency [%] = (Production amount of odd fatty acids [mM] - 0.66 [mM])
Concentration [mM] of the amino acid equivalent to the precursor of propionyl-CoA
表4及び表5に示すように、プロピオニルCoAの前駆体としてL-バリンを添加した場合、L-バリンの濃度が高くなるほど、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合が高くなり、特に、C15であるペンタデカン酸の割合が上昇した。プロピオニルCoAの前駆体を添加しない場合、C15であるペンタデカン酸の割合は、3.4%であったのに対し、10mMのL-バリンを添加すると、C15の割合は、11.8~13.4%(平均12.6%)に急激に上昇し、奇数脂肪酸の割合の合計は、16.2~16.4%(平均16.3%)になった。 As shown in Tables 4 and 5, when L-valine was added as a precursor to propionyl-CoA, the proportion of odd fatty acids in the total lipids increased as the concentration of L-valine increased, and in particular, the proportion of pentadecanoic acid (C15) increased. When no propionyl-CoA precursor was added, the proportion of pentadecanoic acid (C15) was 3.4%. However, when 10 mM L-valine was added, the proportion of C15 increased sharply to 11.8-13.4% (average 12.6%), and the total proportion of odd fatty acids became 16.2-16.4% (average 16.3%).
また、20mMのL-バリンを添加すると、C15の割合は、15.6~16.2%(平均15.9%)に上昇し、奇数脂肪酸の合計は、18.6~19.3%(平均19.0%)になった。また、50mMのL-バリンを添加すると、C15の割合は、16.7~18.4%(平均17.7%)に上昇し、奇数脂肪酸の割合の合計は、20.3~20.8%(平均20.6%)になった。 Furthermore, the addition of 20 mM L-valine increased the proportion of C15 to 15.6-16.2% (average 15.9%), and the total proportion of odd fatty acids became 18.6-19.3% (average 19.0%). Additionally, the addition of 50 mM L-valine increased the proportion of C15 to 16.7-18.4% (average 17.7%), and the total proportion of odd fatty acids became 20.3-20.8% (average 20.6%).
一方、奇数脂肪酸の生産量は、50mMの濃度で最大値を示した。バイオマスは、L-バリンの濃度に関わらず略同等となり、100mMのL-バリンを添加すると、奇数脂肪酸の割合の合計は、50mMの場合よりも高い24.3%となった。しかし、全脂質の産生量は、50mMの場合よりも約64%に低下した。L-バリンの濃度が高すぎると、奇数脂肪酸の反応基質であるプロピオニルCoAが生成するが、プロピオニルCoAが加水分解してプロピオン酸を生じ、脂肪酸等の合成を阻害したものと考えられる。 On the other hand, the production of odd-numbered fatty acids reached its maximum value at a concentration of 50 mM. Biomass remained approximately the same regardless of the L-valine concentration. When 100 mM L-valine was added, the total proportion of odd-numbered fatty acids increased to 24.3%, higher than at 50 mM. However, the production of total lipids decreased to approximately 64% compared to the 50 mM case. It is thought that when the L-valine concentration is too high, propionyl CoA, a reaction substrate for odd-numbered fatty acids, is generated. This propionyl CoA then hydrolyzes to produce propionic acid, which inhibits the synthesis of fatty acids and other substances.
奇数脂肪酸の変換効率は、L-バリンの濃度が高くなるほど低下した。但し、奇数脂肪酸の生産量については、50mMのL-バリンを添加した場合に、約1.040g/Lとなり最大値を示した。よって、変換効率と生産量の両方を考慮すると、凡そ50mM以下の高濃度側に、コスト性と生産性とを両立する最適条件が存在すると考えられる。 The conversion efficiency of odd-numbered fatty acids decreased as the L-valine concentration increased. However, the production volume of odd-numbered fatty acids reached its maximum value of approximately 1.040 g/L when 50 mM L-valine was added. Therefore, considering both conversion efficiency and production volume, it is thought that the optimal conditions for balancing cost and productivity exist at high concentrations of approximately 50 mM or less.
表6に示すように、プロピオニルCoAの前駆体としてDL-メチオニンを添加した場合、奇数脂肪酸の生産量は、50mMの濃度で最大値を示した。しかし、奇数脂肪酸の生産量は、L-バリンを添加した場合と比較して低下した。細胞中において、メチオニンは、ホモシステインに変換されるが、ホモシステインからは、α-ケト酪酸を経由してプロピオニルCoAに変換される経路と、シスタチオニンを経由してα-ケト酪酸に変換される経路とに分岐している。そのため、DL-メチオニンを前駆体とした場合、プロピオニルCoAの生成速度がL-バリンの場合よりも遅くなり、その結果として奇数脂肪酸の生産量が低下したと考えられる。 As shown in Table 6, when DL-methionine was added as a precursor to propionyl-CoA, the production of odd fatty acids reached its maximum at a concentration of 50 mM. However, the production of odd fatty acids was lower compared to when L-valine was added. In cells, methionine is converted to homocysteine, but from homocysteine, the pathway branches into two: one via α-ketobutyrate to propionyl-CoA, and the other via cystathionine to α-ketobutyrate. Therefore, it is thought that when DL-methionine was used as a precursor, the rate of propionyl-CoA production was slower than with L-valine, resulting in a decrease in the production of odd fatty acids.
細胞中において、奇数脂肪酸を合成する合成反応は、プロピオニルCoAとマロニルCoAとの縮合反応が中心であり、脂肪酸シンターゼが奇数脂肪酸エステルの産生に重要な役割を果たしている。プロピオニルCoAの濃度、マロニルCoAの濃度、プロピオニルCoAが加水分解して生成するプロピオン酸の濃度、プロピオン酸によるアセチル基の消費、アミノ酸の代謝阻害等が、奇数脂肪酸の合成反応に複雑に関与することによって、L-バリンを有利にした可能性が考えられる。 Within cells, the synthesis of odd-numbered fatty acids primarily involves the condensation reaction between propionyl-CoA and malonyl-CoA, with fatty acid synthases playing a crucial role in the production of odd-numbered fatty acid esters. It is possible that L-valine was favored due to the complex interplay of factors in the synthesis of odd-numbered fatty acids, including the concentration of propionyl-CoA, the concentration of propionic acid produced by the hydrolysis of propionyl-CoA, the consumption of acetyl groups by propionic acid, and the inhibition of amino acid metabolism.
表7に示すように、プロピオニルCoAの前駆体として、L-バリン、DL-メチオニン、及び、プロピオン酸のいずれを添加しても、ある程度の奇数脂肪酸の生産量を確保することができた。プロピオン酸を前駆体とする奇数脂肪酸の変換効率は、L-バリンやDL-メチオニンと比較すると、中間程度の値を示しており、プロピオン酸については、プロピオニルCoAを一反応で生成する点が有利に働いたと考えられる。 As shown in Table 7, adding L-valine, DL-methionine, or propionic acid as a precursor to propionyl-CoA ensured a certain level of odd-numbered fatty acid production. The conversion efficiency of odd-numbered fatty acids using propionic acid as a precursor was intermediate compared to L-valine and DL-methionine. For propionic acid, the advantage of producing propionyl-CoA in a single reaction is considered to be a key factor.
一般に、プロピオン酸カリウムは、ラットに対する急性毒性が認められており、LD50は4~5g/kgとされている。プロピオン酸カリウムによる急性毒性は、アセチルCoAの代謝阻害によって発現すると考えられている。また、プロピオン酸は、食品等の保存料として使用されており、脂肪酸合成やアミノ酸代謝を阻害するとされている。よって、プロピオニルCoAの前駆体としては、L-バリンや、DL-メチオニンが適切であり、L-バリンが特に優れているといえる。 Generally, potassium propionate has been shown to exhibit acute toxicity in rats, with an LD50 of 4-5 g/kg. This acute toxicity is thought to be caused by the inhibition of acetyl-CoA metabolism. Furthermore, propionic acid is used as a preservative in foods and is known to inhibit fatty acid synthesis and amino acid metabolism. Therefore, L-valine and DL-methionine are suitable precursors for propionyl-CoA, with L-valine being particularly superior.
<培養試験6>
次に、奇数脂肪酸エステルの分布を調べるため、オーランチオキトリウムの培養試験を行い、固体状の脂質、液体状の脂質、及び、リン脂質のそれぞれにおける奇数脂肪酸の含有量を定量した。
<Culture Test 6>
Next, to investigate the distribution of odd-numbered fatty acid esters, a culture test of Aurantiochytrium was performed, and the content of odd-numbered fatty acids in solid lipids, liquid lipids, and phospholipids was quantified.
試験培地としては、プロピオニルCoAの前駆体として、L-バリンを添加した培地を調製した。具体的には、グルコースを2%、トリプトンを1%、酵母エキスを0.5%、海水塩(Red Sea salt社製、Red Sea Coral salt)を1.0%の濃度で含有するGTY培地に、L-バリンを50mMの濃度となるように添加した培地を調製した。培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから培養に用いた。 As the test medium, a culture medium containing L-valine as a precursor of propionyl-CoA was prepared. Specifically, a GTY medium containing 2% glucose, 1% tryptone, 0.5% yeast extract, and 1.0% sea salt (Red Sea Coral salt, manufactured by Red Sea Salt Co., Ltd.) was prepared, to which L-valine was added to a concentration of 50 mM. The medium was sterilized in an autoclave at 121°C for 20 minutes before being used for cultivation.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株を振盪培養することによって行った。振盪培養には、容量500mLの坂口フラスコと、往復振盪培養機(トーマス科学器械社製)を使用した。振盪培養の培養条件は、培地量:250mL、培養温度:25℃、培養時間:12時間、振盪速度:100ストローク/分とした。培養したオーランチオキトリウムは、12時間毎に、2500gで15分間の遠心分離によって集菌し、1.5%の海水塩溶液で2回洗浄し、凍結乾燥して測定まで保存した。 The culture test was performed by shaking culture of Aurantiochytrium sp. SA-96 strain. A 500 mL Sakaguchi flask and a reciprocating shaker (manufactured by Thomas Scientific Instruments Co., Ltd.) were used for the shaking culture. The culture conditions were: medium volume: 250 mL, culture temperature: 25°C, culture time: 12 hours, shaking speed: 100 strokes/min. The cultured Aurantiochytrium was collected every 12 hours by centrifugation at 2500 g for 15 minutes, washed twice with a 1.5% seawater salt solution, freeze-dried, and stored until measurement.
はじめに、オーランチオキトリウムの凍結乾燥体から、脂質をクロロホルム・メタノール混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール=2/1)を用いて抽出した。そして、抽出した脂質を、シリカゲル60のカラムを用いたカラムクロマトグラフィで、クロロホルムを用いて分画した。 First, lipids were extracted from the freeze-dried aurantiochytrium using a chloroform-methanol mixed solvent (volume ratio: chloroform/methanol = 2/1). The extracted lipids were then fractionated using chloroform by column chromatography with a silica gel 60 column.
中性脂質は、ベッドボリュームで4倍量のクロロホルムによって溶出させた。そして、極性脂質を、ベッドボリュームで4倍量のクロロホルム・メタノール混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール=1/4)によって溶出させた。その後、脂肪酸トリグリセリドを、シリカゲル60によるカラムクロマトグラフィで分画した。シリカゲル60のカラムは、n-ヘキサンを用いて調製した。中性脂質の画分は、n-ヘキサンに溶解してカラムに供した。 Neutral lipids were eluted with chloroform at four times the bed volume. Polar lipids were then eluted with a chloroform-methanol mixed solvent at four times the bed volume (volume ratio: chloroform/methanol = 1/4). Subsequently, fatty acid triglycerides were fractionated by column chromatography using silica gel 60. The silica gel 60 column was prepared using n-hexane. The neutral lipid fraction was dissolved in n-hexane and then subjected to column chromatography.
スクアレン、非極性カロテノイド、ステロールエステル等の炭化水素を、ベッドボリュームで2倍量のn-ヘキサン・クロロホルム混合溶媒(体積比:n-ヘキサン/クロロホルム=1/1)によって溶出させた。そして、脂肪酸トリグリセリド、極性カロテノイド、遊離脂肪酸を、ベッドボリュームで3倍量のクロロホルムによって溶出させた。 Hydrocarbons such as squalene, nonpolar carotenoids, and sterol esters were eluted using a mixed solvent of n-hexane/chloroform (volume ratio: n-hexane/chloroform = 1/1) at twice the bed volume. Then, fatty acid triglycerides, polar carotenoids, and free fatty acids were eluted using chloroform at three times the bed volume.
脂肪酸トリグリセリドを精製するために、脂肪酸トリグリセリドの画分を、シリカゲル60のプレートを用いた分取薄層クロマトグラフィに供した。展開溶媒としては、n-ヘキサン・ジエチルエーテル・酢酸混合溶媒(体積比:n-ヘキサン/ジエチルエーテル/酢酸=82/18/1)を用いた。脂肪酸トリグリセリドは、展開溶媒によって、Rf値が0.6~0.8の範囲に移動した。脂肪酸トリグリセリドのスポットは、水を噴霧して可視化した後、クロロホルム・メタノール混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール=1:1)によってプレートから溶出させて回収した。 To purify fatty acid triglycerides, fractions of fatty acid triglycerides were subjected to preparative thin-layer chromatography using silica gel 60 plates. A mixed solvent of n-hexane, diethyl ether, and acetic acid (volume ratio: n-hexane/diethyl ether/acetic acid = 82/18/1) was used as the developing solvent. The fatty acid triglycerides moved to an Rf value range of 0.6 to 0.8 depending on the developing solvent. The fatty acid triglyceride spots were visualized by spraying water, and then recovered by elution from the plate with a mixed solvent of chloroform and methanol (volume ratio: chloroform/methanol = 1:1).
また、リン脂質を精製するために極性脂質の画分を、シリカゲル60のプレートを用いた分取薄層クロマトグラフィに供した。展開溶媒としては、クロロホルム・メタノール・酢酸・水混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール/酢酸/水=25/15/4/2)を用いた。リン脂質は、展開溶媒によって、Rf値が0.2~0.8の範囲に移動した。リン脂質のスポットは、Zinzadze試薬と水を噴霧して可視化した後、クロロホルム・メタノール混合溶媒(体積比:クロロホルム/メタノール=1/5)によってプレートから溶出させて回収した。 Furthermore, to purify the phospholipids, the polar lipid fraction was subjected to preparative thin-layer chromatography using a silica gel 60 plate. A chloroform-methanol-acetic acid-water mixed solvent (volume ratio: chloroform/methanol/acetic acid/water = 25/15/4/2) was used as the developing solvent. The phospholipids moved within a range of Rf values from 0.2 to 0.8 depending on the developing solvent. The phospholipid spots were visualized by spraying Zinzadze reagent and water, and then recovered by elution from the plate with a chloroform-methanol mixed solvent (volume ratio: chloroform/methanol = 1/5).
回収した脂肪酸トリグリセリドは、抽出溶媒を除去した後、5倍量のn-ヘキサンに溶解し、その溶液を0~4℃で一晩保存した。そして、保存後に、n-ヘキサン溶液中に沈殿している白色沈殿物を、少量の冷n-ヘキサン溶液で洗浄して、固体状の脂質の画分として回収した。除去した抽出溶媒については、窒素ガスを吹き付けて35℃で濃縮して、同様の沈殿処理を2回繰り返した。除去した抽出溶媒からは、脂肪酸トリグリセリドを、薄層クロマトグラフィで、液体状の脂質の画分として回収した。 The recovered fatty acid triglycerides were dissolved in five times the volume of n-hexane after removing the extraction solvent, and the solution was stored overnight at 0-4°C. After storage, the white precipitate in the n-hexane solution was washed with a small amount of cold n-hexane solution to recover the solid lipid fraction. The removed extraction solvent was concentrated at 35°C by blowing nitrogen gas, and the same precipitation treatment was repeated twice. From the removed extraction solvent, the fatty acid triglycerides were recovered as a liquid lipid fraction by thin-layer chromatography.
固体状の脂質の画分に含まれる脂肪酸トリグリセリド、液体状の脂質の画分に含まれる脂肪酸トリグリセリド、及び、回収されたリン脂質は、14%BF3-メタノール(14%の三フッ化ホウ酸を含有するメタノール溶液)と90℃で15分間反応させて、脂肪酸メチルエステルに変換した。脂肪酸メチルエステルは、n-ヘキサンで抽出して、GC-FIDで定量した。 The fatty acid triglycerides contained in the solid lipid fraction, the fatty acid triglycerides contained in the liquid lipid fraction, and the recovered phospholipids were reacted with 14% BF3 -methanol (a methanol solution containing 14% boric acid trifluoride) at 90°C for 15 minutes to convert them to fatty acid methyl esters. The fatty acid methyl esters were extracted with n-hexane and quantified by GC-FID.
奇数脂肪酸エステルの分布を解析した結果を表8に示す。なお、全脂質の定量や脂質中の各脂肪酸の定量は、前記の培養試験と同様にして行った。 Table 8 shows the results of the analysis of the distribution of odd-numbered fatty acid esters. The quantification of total lipids and the quantification of each fatty acid within the lipids were performed in the same manner as in the culture experiment described above.
表8に示すように、ペンタデカン酸(C15)をはじめとする飽和型の奇数脂肪酸は、固体状の脂質の画分に高い割合で濃縮された。但し、奇数脂肪酸は、標準培地を用いた場合とは異なり、アミノ酸添加培地で生産した場合、液体状の脂質の画分やリン脂質の画分にも確認された。固体状の脂質に含まれる奇数脂肪酸の割合は、31.5%と高いため、奇数脂肪酸の濃縮法としては、沈殿処理等を利用することができると考えられる。 As shown in Table 8, saturated odd-numbered fatty acids, including pentadecanoic acid (C15), were highly concentrated in the solid lipid fraction. However, unlike when using standard media, odd-numbered fatty acids were also found in the liquid lipid fraction and phospholipid fraction when produced in amino acid-supplemented media. Since the proportion of odd-numbered fatty acids in the solid lipid fraction is high at 31.5%, precipitation treatment or similar methods can be used to concentrate odd-numbered fatty acids.
<培養試験7>
次に、全脂質の産生量に対する奇数脂肪酸エステルの割合を増加させるため、プロピオニルCoAの前駆体としてL-バリンを用いると共に、アセチルCoA等の代謝阻害剤であるプロピオン酸の濃度を変えてオーランチオキトリウムの培養試験を行い、全脂質の産生量、奇数脂肪酸の生産量及びバイオマスの変化を比較した。
<Culture Test 7>
Next, in order to increase the proportion of odd fatty acid esters to the total lipid production, L-valine was used as a precursor of propionyl-CoA, and the concentration of propionic acid, a metabolic inhibitor of acetyl-CoA, was varied in Aurantiochytrium culture tests. The changes in total lipid production, odd fatty acid production, and biomass were then compared.
試験培地としては、プロピオニルCoAの前駆体として50mMのL-バリンを添加した培地と、50mMのL-バリンとプロピオン酸ナトリウムを添加した培地とを調製した。プロピオン酸ナトリウムの濃度は、10mM、25mM、50mMのそれぞれに変えた
。具体的には、グルコースを4.0%、L-グルタミン酸ナトリウムを0.5%、酵母エキスを0.2%、海水塩を1.2%、豆腐ホエイを10%、L-バリンを50mMの濃度で含有する培地と、この培地に10mM、25mM、又は、50mMのプロピオン酸ナトリウムを添加した培地とを調製した。各培地は、オートクレーブを用いて121℃で20分間滅菌してから培養に用いた。
As test media, two media were prepared: one containing 50 mM L-valine as a precursor of propionyl-CoA, and another containing 50 mM L-valine and sodium propionate. The concentration of sodium propionate was varied to 10 mM, 25 mM, and 50 mM. Specifically, a medium containing 4.0% glucose, 0.5% L-sodium glutamate, 0.2% yeast extract, 1.2% sea salt, 10% tofu whey, and 50 mM L-valine was prepared, and a medium containing 10 mM, 25 mM, or 50 mM sodium propionate was prepared by adding these to the medium. Each medium was sterilized in an autoclave at 121°C for 20 minutes before being used for cultivation.
培養試験は、オーランチオキトリウムSp.SA-96株をエアリフト培養することによって行った。エアリフト培養の培養条件は、培地量:3.0L、培養温度:24.3~26.8℃、培養時間:72時間、通気量(培養槽当たり):1.0~1.2v/v/minとした。培養液のpHは、pH:7.40~7.46に継続的に制御した。その他の条件は、<培養試験5>と同様にした。 The culture test was performed using Aurantiochytrium sp. SA-96 strain by airlift culture. The culture conditions for airlift culture were: medium volume: 3.0 L, culture temperature: 24.3–26.8°C, culture time: 72 hours, aeration rate (per culture tank): 1.0–1.2 v/v/min. The pH of the culture medium was continuously controlled to 7.40–7.46. Other conditions were the same as in <Culture Test 5>.
プロピオニルCoAの前駆体としてL-バリンを用いると共に、アセチルCoAの代謝阻害剤であるプロピオン酸の濃度を変えた培養試験の平均結果を表9に示す。なお、全脂質の定量や脂質中の各脂肪酸の定量は、前記の培養試験と同様にして行った。 Table 9 shows the average results of culture tests using L-valine as a precursor to propionyl-CoA, and varying the concentration of propionic acid, an acetyl-CoA metabolic inhibitor. The quantification of total lipids and individual fatty acids within the lipids was performed in the same manner as in the aforementioned culture tests.
表9に示すように、プロピオン酸の濃度が高くなるほど、バイオマスは低下したが、全脂質中に占める奇数脂肪酸の割合は高くなった。特に、プロピオン酸の濃度が高くなるほど、C15であるペンタデカン酸の割合が高くなり、反対に、C16であるパルミチン酸の割合は低くなった。一方、ポリケチド合成系を経由して合成される不飽和脂肪酸(C20,C22等)の割合は大きな変化を生じなかった。プロピオン酸によって、アセチルCoAの合成が阻害され、その結果、偶数脂肪酸の割合が低くなると共に、バイオマスが低下し、反対に、奇数脂肪酸の割合が高くなったものと考えられる。 As shown in Table 9, biomass decreased as the concentration of propionic acid increased, but the proportion of odd-numbered fatty acids in total lipids increased. In particular, as the concentration of propionic acid increased, the proportion of pentadecanoic acid (C15) increased, while the proportion of palmitic acid (C16) decreased. On the other hand, the proportion of unsaturated fatty acids (C20, C22, etc.) synthesized via the polyketide synthesis system did not change significantly. It is thought that propionic acid inhibited the synthesis of acetyl-CoA, resulting in a decrease in the proportion of even-numbered fatty acids and a decrease in biomass, while conversely, the proportion of odd-numbered fatty acids increased.
全脂質の産生量は、プロピオン酸の濃度が25mMである場合に極大を示した。また、奇数脂肪酸の産生量は、プロピオン酸の濃度が25mMである場合に1.325g/Lの最大値を示した。プロピオン酸によって極大を示す理由は明らかでないが、トリグリセリドやリン脂質の他にカロテノイド、ステロール等を含んでいる脂質画分の割合が低いにもかかわらず、奇数脂肪産の産生量が高い結果からすると、アセチルCoA等のC2系分子と、プロピオニルCoA等のC3系分子との比が、脂肪酸合成に適切であった可能性が考えられる。 The total lipid production showed a maximum at a propionic acid concentration of 25 mM. Furthermore, the production of odd fatty acids reached a maximum value of 1.325 g/L at a propionic acid concentration of 25 mM. While the reason for the maximum at propionic acid is unclear, the high production of odd fatty acids, despite a low proportion of lipid fractions containing carotenoids, sterols, etc., in addition to triglycerides and phospholipids, suggests that the ratio of C2 molecules such as acetyl-CoA to C3 molecules such as propionyl-CoA may have been optimal for fatty acid synthesis.
以上の培養試験は、オーランチオキトリウムの奇数脂肪酸エステルの産生能について示しているが、オーランチオキトリウム属及びシゾキトリウム属は、脂質の産生能が類似した属であり、2007年に細胞形態や増殖様式の違いによって分離された属である。特に、奇数脂肪酸エステルの産生に関しては、極めて近い性質を示すものであり、同様に扱うことが妥当と考えられる。奇数脂肪酸トリグリセライド等を産生する同様の種であれば、本アミノ酸添加培地を用いた奇数脂肪酸エステルの製造に用いることができる。 The above culture tests demonstrate the ability of Aurantiochytrium to produce odd-numbered fatty acid esters. Aurantiochytrium and Schizochytrium are genera with similar lipid-producing capabilities and were separated in 2007 based on differences in cell morphology and proliferation patterns. In particular, their properties regarding the production of odd-numbered fatty acid esters are extremely similar, and it is considered appropriate to treat them similarly. Similar species that produce odd-numbered fatty acid triglycerides, etc., can be used in the production of odd-numbered fatty acid esters using this amino acid-supplemented medium.
1 培養槽
2 ガス供給管
3 ガス排気管
4 内筒
5 スパージャ
6 培養液
100 エアリフト型リアクタ
1. Culture tank 2. Gas supply pipe 3. Gas exhaust pipe 4. Inner cylinder 5. Sparger 6. Culture medium 100. Air-lift type reactor
Claims (1)
L-バリンを20mM以上50mM以下の濃度で含有するアミノ酸添加培地で培養して得られる培養組成物であって、
前記微生物の藻体と、前記微生物によって産生された奇数脂肪酸がエステル結合した奇数脂肪酸エステルと、を含み、
前記微生物のバイオマスあたりの奇数脂肪酸の含有量が0.04g/g以上である培養組成物。 Microorganisms belonging to the genera Aurantiochytrium or Schizochytrium,
A culture composition obtained by culturing in an amino acid supplement medium containing L-valine at a concentration of 20 mM to 50 mM,
The material comprises the algal body of the aforementioned microorganism and an odd fatty acid ester formed by esterification of odd fatty acids produced by the aforementioned microorganism.
A culture composition wherein the content of odd fatty acids per unit of biomass of the microorganism is 0.04 g/g or more.
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