JPH09121877A - バチルス属微生物を用いた高純度l−乳酸の製造方法 - Google Patents

バチルス属微生物を用いた高純度l−乳酸の製造方法

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JPH09121877A
JPH09121877A JP28066095A JP28066095A JPH09121877A JP H09121877 A JPH09121877 A JP H09121877A JP 28066095 A JP28066095 A JP 28066095A JP 28066095 A JP28066095 A JP 28066095A JP H09121877 A JPH09121877 A JP H09121877A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バチルス属の特定種の微生物を用いてL−乳
酸を高純度で且つ安価に製造する方法を提供する。さら
に、殺虫性毒素を生産する能力を有するバチルス属の特
定種の微生物を用いて、高純度L−乳酸と殺虫性毒素と
を同時に生産させ、トータルコストがより下げられた高
純度L−乳酸の製造方法を提供する。 【解決手段】 資化可能な炭素源(グルコース)から光
学純度70%以上のL−乳酸を生産する能力を有するバ
チルス属の微生物(バチルス・セレウス、バチルス・チ
ューリンゲンシス)を培養する。この培養物から高変換
率かつ高い光学純度でL−乳酸を採取する。バチルス・
チューリンゲンシスを用いた場合は、殺虫性毒素を同時
に生産する。培養は、嫌気的条件下で行うことが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バチルス属の特定
種微生物を用いた高純度L−乳酸の製造方法に関し、よ
り詳しくは、高純度L−乳酸を安価に製造する方法に関
する。また、本発明は、バチルス属の特定種微生物を用
いて高純度L−乳酸と殺虫性毒素とを同時に製造する方
法にも関する。
【0002】
【従来の技術】L−乳酸は、生分解性プラスチックであ
るポリ乳酸の原料、食品、医薬品、醸造、皮なめし、光
学材料等に用いられる。また、殺虫性毒素は、従来の農
薬と異なり、人畜に無害な農薬として注目されているも
のである。
【0003】乳酸をポリ乳酸の原料として用いる場合、
光学純度の高い乳酸を原料とする方が、結晶性の高いポ
リマーが得られる。このことは例えば、Kulkarni,R.K.,
Moore,E.G., Hegyeli,A.F., and Leonard,F. (1971) B
iodegradable poly(lactic acid)polymers. J. Biomed.
Mater. Res.(ジャーナル オブ バイオメディカルマ
テリアル リサーチ),5:169-181.や、Ohara,H. (199
4) Poly-L-Lactic acid as biodegradable plastic. Bi
osci. Indust.(バイオサイエンスとインダストリ
ー),52:642-644. に記載されている。そして、結晶性
の高いポリ乳酸は、延伸フィルム、紡糸に適している。
【0004】また、高純度L−乳酸は液晶に使用可能で
あり、例えば、Sato,k., Eguchi,T., Toshida,y., Yosh
inaga,K., and Takasu,Y. (1990) Properties of the f
erroelectric polymer liquid crystals containing a
chiral lactic acid derivative group. Polymer prepr
ints, Japan,(高分子化学大会予稿集)39:1962-1964.
や、Yoshinaga,K., Eguchi,T., Sato,K., Toshida,Y.,
and Takasu,Y. (1990)Properties of the ferroelectri
c polymer liquid crystals containing a chiral lact
ic acid derivative group(II). Polymer preprings, J
apan,(高分子化学大会予稿集)39:1962-1964. に記載
されている。
【0005】さらに、FAO (国連食糧農業機関)とWHO
(世界保健機関)は、乳幼児に与える乳酸はL−乳酸で
あることが好ましいとしている。このことは、FAO and
WHO(1974) Toxicological evaluation of certain food
additives with a reviewof general principles and
of specifications. World Health Organization,Genev
a,p23. に記載されている。
【0006】このように、L−乳酸は有用であり、しか
も高純度であることが要求されている。
【0007】従来より、発酵によりL−乳酸を製造する
方法が知られている。例えば、(1) ストレプトコッカス
フェカリス(Streptococcus faecalis)を用いたL−乳
酸の製造が、Ohara,H., Hiyama,K., and Yoshida,T. (1
993) Lactic acid production by a filter-bed-type r
eactor. J. Ferment. Bioeng. (ジャーナルオブ ファ
ーメンテーション アンド バイオエンジニアリング)
76:73-75. に記載され、(2) ラクトバチルス ヘルベテ
ィクス(Lactobacillus helvetics) を用いたL−乳酸の
製造が、Aeschlimann,A., Di Stasei,L., and von Stoc
kar,U. Continuous production of lactic acid from w
hey permeate by Lactobacillus helvetics in two che
mostats in series. Enzyme Microbiol. Technol. (エ
ンザイムマイクロバイオロジー アンド テクノロジ
ー)12:926-932. に記載され、(3) ラクトバチルス ア
ミロボラス(Lactobacillus amylovorus)を用いたL−乳
酸の製造が、Nakamura,L.K. and Crowell C.D. (1979)
Lactobacillus amylovorus, a new starch-hydrolyzing
species from swine waste-com fermentation. Div. I
nd. Microbiol. 20:531-540.に記載され、(4) ラクトバ
チルス デルブルッキー(Lactobacillus delbruekii)を
用いたL−乳酸の製造が、Stenroos,S.L., Linko,Y.Y.,
and Linko,P. (1982) Production of L-lactic acid w
ith immobilized Lactobacillus delbruekii. Bacterio
l.Lett.(バイオテクノロジーレター)4:159-164.に記
載され、(5) ラクトコッカス ラクティス(Lactococcus
lactis)を用いたL−乳酸の製造が、Ishizaki,A. and
Kobayashi,G. (1990) Computer simulation of L-lacta
te batch fermentation applying the enzyme inactiva
tion scheme. J. Ferment. Bioeng. 70:139-140.に記載
されている。
【0008】以上(1) 〜(5) は乳酸菌を用いたL−乳酸
の製造である。しかし、これらの乳酸菌は栄養要求性が
高く、培地がコスト高となる。乳酸菌を用いた乳酸製造
の培地がコスト高になることは、Boer,J.P.de, Mattos,
M.J.T.de, and Neijssel O.M. (1990) D(-)Lactic acid
production by suspended and aggregated continuous
cultures of Bacillus laevolacticus. Appl. Microbi
ol. Biotechnol. 34:149-153. に記載されている。培地
がコスト高となれば、当然のことながら、製品としての
L−乳酸が高価なものとなる。
【0009】そこで、乳酸菌以外の菌を用いたL−乳酸
の製造法も報告されている。例えば、リゾプス オリザ
エ(Rhizopus oryzae) によるL−乳酸の製造が、Tamad
a,M.,Bagum,A.A., and Sadai,S. (1992) Production of
L(+)-lactic acid by immobilized cells of Rhizopus
oryzae with polymer supports prepared by γ rayin
duced polymerization. J. Ferment. Bioeng. 74:379-3
83.に記載されている。しかし、この方法では、発酵時
間が40〜50時間と長く、生産効率が良くない。
【0010】また、バチルス ラエボラクティス(Bacil
lus laevolactis)によるD−乳酸製造は、前述の Appl.
Microbiol. Biotechnol. 34:149-153. に報告がある
が、D−乳酸ではしかたない。
【0011】また、バチルス コアグランス(Bacillus
coagulans)によるL−乳酸の製造が、特開昭58−40
093号公報、特公昭60−6200号公報、米国特許
US.5079164号明細書に記載されている。しかしながら、
バチルス コアグランスは、本明細書の実施例で示すが
本発明で用いる菌株に比べ栄養要求性が高く、生産され
るL−乳酸の光学純度は70%未満のものである。ま
た、殺虫性毒素を作るバチルス コアグランス株は知ら
れていない。
【0012】また、特開平3−27291号公報には、
バチルス コアグランスを用いた乳酸の製造法が記載さ
れている。しかしながら、同号公報では、生産される乳
酸がL−乳酸であることや、その光学純度については全
く言及されていない。さらに、特開平2−76592号
公報にも、その請求項9にバチルス属を用いた乳酸の製
造法が記載されているが、実際にバチルス属を用いてL
−乳酸を生産したことは開示されていない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決すべく、バチルス属の特定種の
微生物を用いてL−乳酸を高純度で且つ安価に製造する
方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、
殺虫性毒素を生産する能力を有するバチルス属の特定種
の微生物を用いて、高純度L−乳酸と殺虫性毒素とを同
時に生産させ、トータルコストがより下げられた高純度
L−乳酸の製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の高純度L−乳酸
の製造方法は、資化可能な炭素源から光学純度70%以
上のL−乳酸を生産する能力を有する、バチルス・アン
トラシス(Bacillus anthracis)、バチルス・セレウス(B
acillus cereus) 、バチルス・チューリンゲンシス(Bac
illus thuringiensis)、バチルス・ラルバエ(Bacillus
larvae) 、バチルス・レンチモルブス(Bacillus lentim
orbus)、バチルス・ポピラエ(Bacilluspopilliae)およ
びバチルス・スファエリカス(Bacillus sphaericus) か
らなる群から選ばれる少なくとも一種のバチルス属(Bac
illus)の微生物を培養し、この培養物から光学純度70
%以上のL−乳酸を採取することを特徴とするものであ
る。
【0015】また、本発明のL−乳酸と殺虫性毒素とを
同時に製造する方法は、資化可能な炭素源から光学純度
70%以上のL−乳酸および殺虫性毒素を生産する能力
を有する、バチルス・チューリンゲンシス(Bacillus th
uringiensis)、バチルス・ラルバエ(Bacillus larvae)
、バチルス・レンチモルブス(Bacillus lentimorbu
s)、バチルス・ポピラエ(Bacillus popilliae)およびバ
チルス・スファエリカス(Bacillus sphaericus) からな
る群から選ばれる少なくとも一種のバチルス属(Bacillu
s)の微生物を培養し、この培養物から光学純度70%以
上のL−乳酸と殺虫性毒素とを採取することを特徴とす
るものである。
【0016】以下、本発明について詳しく説明する。
【0017】本発明において、バチルス属(Bacillus)の
微生物として、バチルス・アントラシス(Bacillus anth
racis)、バチルス・セレウス(Bacillus cereus) 、バチ
ルス・チューリンゲンシス(Bacillus thuringiensis)、
バチルス・ラルバエ(Bacillus larvae) 、バチルス・レ
ンチモルブス(Bacillus lentimorbus)、バチルス・ポピ
ラエ(Bacillus popilliae)またはバチルス・スファエリ
カス(Bacillus sphaericus) を用いる。これらバチルス
属微生物を用いることにより、L−乳酸を光学純度70
%以上の高純度で得ることができる。これら微生物のう
ち、バチルス・アントラシス、バチルス・セレウス、バ
チルス・チューリンゲンシスは、大変近縁であり同定上
の区別が難しいものである。このことは、バージーズ
マニュアル オブ システマティック バクテリオロジ
ーの1113頁にも記載されている。また、これら3種
株は、エッグヨークレシチナーゼ(Egg-yolk lecithinas
e)反応が陽性であることが特徴である。
【0018】また、本発明において、バチルス属の微生
物として、バチルス・チューリンゲンシス(Bacillus th
uringiensis)、バチルス・ラルバエ(Bacillus larvae)
、バチルス・レンチモルブス(Bacillus lentimorbu
s)、バチルス・ポピラエ(Bacillus popilliae)またはバ
チルス・スファエリカス(Bacillus sphaericus) を用い
ることにより、高純度L−乳酸と共に殺虫性毒素を得る
ことができる。
【0019】本発明において用いる炭素源としては、グ
ルコース以外に、シュークロース、マルトース、フラク
トース、ラクトース、マンニット、デンプンなど資化可
能な糖であれば限定されることはない。これら糖質の培
地中の濃度は、通常2〜15重量%程度である。
【0020】また、副原料として、ポリペプトン、チー
ズホエー、コーンスティープリカー、酵母エキスなど安
価な原料を用いることができる。これら副原料の培地中
の濃度は、通常0.1〜2重量%程度である。
【0021】また、培地中には、リン酸カリウム、リン
酸アンモニウム等の無機塩類、苛性ソーダ、塩酸、各種
緩衝液等のpH調整剤、マグネシウム化合物、マンガン
化合物等を含むことができる。
【0022】菌体の培養は、通常STR (Stirred Tank Re
actor)で回分式に行なうが、これに限らず、CSTR(Conti
nuous Tank Reactor)で連続的に行なうこともできる。
また、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、光硬化性
樹脂等への固定化や膜型リアクター、電解透析型リアク
ターにより生産しても良い。膜型リアクターは、例え
ば、Dialysis(透析型)のものが、Coulman らによる、
Applied EnvironmentalMicrobiology, 1977年34巻、725
-732 頁や、Stieber and Gerhardtによる、Biotechnolo
gy and Bioengineering, 1981年23巻、523-534 頁な
どに記載されている。また、Cross-Flow型の膜型リアク
ターは、Major and Bullによる、Biotechnology and Bi
oengineering, 1989年34巻592-599 頁などに記載されて
いる。
【0023】培養のpHおよび温度は、用いる菌体にも
よるが、通常pH6.0〜8.0、温度25〜40℃で
ある。最適条件は、用いる菌体により定められる。
【0024】また、本発明において、培養は、好気的条
件下で行うこともできるが、嫌気的条件下で行うことが
好ましい。バチルス属は好気性または通性好気性の微生
物であり、通常、通気等を行うことにより好気的に培養
する。この様な好気的条件では、グルコース等の糖はピ
ルビン酸からクレブス回路を経て代謝される。本発明で
はバチルス属の微生物を嫌気的条件下で培養することに
より、ピルビン酸からより高純度のL−乳酸を、より高
変換率で得ることができる。
【0025】菌体の培地中への導入は、従来公知のいず
れの方法により行なっても良く、また、生産されたL−
乳酸および場合によっては得られる殺虫性毒素の分離精
製も、従来公知のいずれの方法を用いても良い。
【0026】本発明によれば、資化可能な炭素源から光
学純度70%以上のL−乳酸を生産する能力を有するバ
チルス属の微生物、すなわち、バチルス・アントラシ
ス、バチルス・セレウス、バチルス・チューリンゲンシ
ス、バチルス・ラルバエ、バチルス・レンチモルブス、
バチルス・ポピラエまたはバチルス・スファエリカスを
培養するので、光学純度70%以上の高純度でL−乳酸
を製造することができる。また、これらバチルス属の微
生物は、乳酸菌より栄養要求性が低く安価な培地で培養
できるので、より安価にL−乳酸を製造することができ
る。
【0027】さらに、本発明において、殺虫性毒素をも
生産する能力を有するバチルス属の微生物、すなわち、
バチルス・チューリンゲンシス、バチルス・ラルバエ、
バチルス・レンチモルブス、バチルス・ポピラエまたは
バチルス・スファエリカスを培養する場合には、光学純
度70%以上のL−乳酸と殺虫性毒素とを同時に製造す
ることができ、トータルコストとしてL−乳酸をより安
価に製造することができる。
【0028】
【実施例】次に、実施例により本発明をより具体的に説
明する。
【0029】[実施例1]バチルス・セレウス(Bacillu
s cereus) JCM 2152 をブレインハートインフュージョ
ン培地(Becton Dickinson社製)で34℃で10時間培
養し、これを種菌とした。この0.1mlづつを2本の
各試験管中の次の組成からなる液体培地10mlに植菌
した。ポリペプトンS(日本製薬製)10g/l、グル
コース20g/l、およびリン酸第2カリウム35g/
l:なお、この培地は1MのHClによって、pH7.
0に調整した。各試験管の口には通気可能な多孔質のシ
リコン栓をし、1本の試験管では嫌気的培養を行ない、
他の1本の試験管では好気的培養を次のように行なっ
た。 <嫌気的培養>試験管をBBK GasPak(Becton
Dickinson社製)に入れ、34℃で10時間、静置培養
した。ガスパック中で行なったので、次の振盪培養より
も嫌気度が高い。 <好気的培養>試験管をBBK GasPak(Becton
Dickinson社製)に入れることなく、34℃で10時
間、120rpmで振盪培養した。
【0030】培養後、乳酸生成量(g/l)、消費グル
コース量(g/l)、変換率(%)および光学純度
(%)を以下のようにして求めた。
【0031】<乳酸生成量および消費グルコース量>乳
酸生成量および消費グルコース量は、それぞれ培養液中
の乳酸濃度(g/l)および消費グルコース量(g/
l)として、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)
により次の条件で定量した。なお、乳酸生成量は、L−
体及びD−体の合計量である。HPLC;(島津製作所
製、LC−6A)、検出器;示差屈折率計(RID−6
A、島津製作所製)、カラム;Shim-pack SCR-101H(島
津製作所製)、カラム温度;60℃、溶離液;2.5m
molの過塩素酸水溶液、流速;0.9ml/min。
【0032】<変換率>変換率は、 変換率(%)=(乳酸生成量(g/l) /消費グルコース量
(g/l) )×100 で計算される。ここで、乳酸生成量は、L−体及びD−
体の合計量である。
【0033】<光学純度>L−乳酸の光学純度は次式で
計算される: 光学純度(%)=100×(L−D)/(L+D) ここで、LはL−乳酸の濃度、DはD−乳酸の濃度を表
す。培養液サンプルをUF膜(UFPI,ミリポア)で
濾過して、分子量5000以上の分子をカットした。こ
れを高速液体クロマトグラフィーにより測定し、培養液
中のL−乳酸とD−乳酸の濃度を定量した。HPLC;
(島津製作所製、LC−6A)、検出器;分光計(島津
製作所製、SPD−6AV)、カラム;CRS10W
(三菱化成製)、カラム温度;30℃、検出波長;25
4nm、溶離液;2mMのCuSO4 、流速;0.5m
l/min。
【0034】[実施例2]実施例1のバチルス・セレウ
ス(Bacillus cereus) JCM 2152に代えて、菌株としてバ
チルス・チューリンゲンシス(Bacillus thuringiensis)
subsp.kurustaki ATCC 33679を用いた以外は、実施例
1と同様の操作で培養を行ない、乳酸生成量(g/
l)、消費グルコース量(g/l)、変換率(%)およ
び光学純度(%)を求めた。
【0035】[比較例1]実施例1のバチルス・セレウ
ス(Bacillus cereus) JCM 2152に代えて、菌株としてバ
チルス・コアグランス(Bacillus coagulans) JCM 2257
を用いた以外は、実施例1と同様の操作で培養を行な
い、乳酸生成量(g/l)、消費グルコース量(g/
l)、変換率(%)および光学純度(%)を求めた。
【0036】[比較例2]実施例1のバチルス・セレウ
ス(Bacillus cereus) JCM 2152に代えて、菌株としてバ
チルス・ズブチリス(Bacillus subtilis) JCM 1465を用
いた以外は、実施例1と同様の操作で培養を行ない、乳
酸生成量(g/l)、消費グルコース量(g/l)、変
換率(%)および光学純度(%)を求めた。
【0037】実施例1〜2、比較例1〜2の結果を表1
に示す。
【表1】
【0038】表1より、菌株としてバチルス・セレウ
ス、バチルス・チューリンゲンシスを用いた場合は、高
変換率で、しかも高い光学純度でL−乳酸が生成した。
また、好気的培養に比べ嫌気的培養の方が、高い変換率
と高い光学純度が得られた。一方、菌株としてバチルス
・コアグランスを用いた場合は、好気的培養した場合で
も乳酸生成量は少なく、光学純度も70%に満たないも
のであった。嫌気的培養の場合は、乳酸生成が認められ
なかった。菌株としてバチルス・ズブチリスを用いた場
合は、嫌気的及び好気的条件でいずれも乳酸を生成した
が、その濃度及び変換率はそれぞれ、0.1g/l、2
5.0%、3.7g/l、49.3%と実用に耐えるも
のではなかった。
【0039】また、これらの結果で注目すべきは、グル
コース以外の副原料としてポリペプトンSで良いという
ことであり、このことは、乳酸菌ではまずあり得ない。
つまり、これらバチルス・セレウス、バチルス・チュー
リンゲンシスの菌株が乳酸菌やバチルス・コアグランス
よりも栄養要求性が低く、培地を選ばないということで
あり、より安価な培地で高純度のL−乳酸を生産できる
ことが明かとなった。
【0040】[実施例3]バチルス・チューリンゲンシ
ス(Bacillus thuringiensis) subsp.kurustakiATCC 33
679を、培地はポリペプトンS;10g/l、リン酸ア
ンモニウム;5g/l、およびグルコース100g/l
からなる培地で培養した。培養は500mlの培養器
(培養液量500ml)を用い、30℃、60rpmで
攪拌を行い、6M苛性ソーダによりpHを7.0に保っ
た。また、嫌気的条件を保つため30ml/minで窒
素ガスを通気し、30℃で15時間培養した。培養液の
乳酸濃度は98g/lであり、光学純度は99.5%で
あった。この培養液から遠心分離(20,000G、1
5分)により菌体を集菌したところ、湿重量にして30
gの菌体が得られ、位相差顕微鏡で観察したところ、
0.6×2μの紡錘形結晶が観察された。菌体を150
wの超音波破砕機を用いて10分間で破砕し、これをア
メリカシロヒトリの幼虫20匹に飼料として与えたとこ
ろ、7匹が1時間以内に、10匹が1時間から2時間以
内に、3匹が2時間から5時間以内に死んだ。このよう
に、菌株としてバチルス・チューリンゲンシスを用いた
場合は、高変換率で、しかも高い光学純度でL−乳酸が
得られると共に、殺虫性毒素が同時に得られた。従っ
て、トータルコストとしてL−乳酸をより安価に製造で
きることが明かとなった。
【0041】
【発明の効果】本発明の方法によれば、上述のように、
非常に高い光学純度のL−乳酸を安価に製造することが
できる。さらに好ましい本発明の方法によれば、L−乳
酸と共に殺虫性毒素を同時に製造することができ、トー
タルコストとして高い光学純度のL−乳酸をより安価に
製造することができる。このように、本発明の方法は、
従来の微生物を用いたL−乳酸製造法に比べ、非常に有
用なものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12P 7/56 C12R 1:07) (C12P 7/56 C12R 1:085) (C12P 1/04 C12R 1:07) (C12P 21/02 C12R 1:07) (C12N 1/20 C12R 1:07) C07M 7:00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 資化可能な炭素源から光学純度70%以
    上のL−乳酸を生産する能力を有する、バチルス・アン
    トラシス(Bacillus anthracis)、バチルス・セレウス(B
    acillus cereus) 、バチルス・チューリンゲンシス(Bac
    illus thuringiensis)、バチルス・ラルバエ(Bacillus
    larvae) 、バチルス・レンチモルブス(Bacillus lentim
    orbus)、バチルス・ポピラエ(Bacillus popilliae)およ
    びバチルス・スファエリカス(Bacillus sphaericus) か
    らなる群から選ばれる少なくとも一種のバチルス属(Bac
    illus)の微生物を培養し、この培養物から光学純度70
    %以上のL−乳酸を採取することを特徴とする、L−乳
    酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 資化可能な炭素源から光学純度70%以
    上のL−乳酸および殺虫性毒素を生産する能力を有す
    る、バチルス・チューリンゲンシス(Bacillusthuringie
    nsis)、バチルス・ラルバエ(Bacillus larvae) 、バチ
    ルス・レンチモルブス(Bacillus lentimorbus)、バチル
    ス・ポピラエ(Bacillus popilliae)およびバチルス・ス
    ファエリカス(Bacillus sphaericus) からなる群から選
    ばれる少なくとも一種のバチルス属(Bacillus)の微生物
    を培養し、この培養物から光学純度70%以上のL−乳
    酸と殺虫性毒素とを採取することを特徴とする、L−乳
    酸と殺虫性毒素とを同時に製造する方法。
  3. 【請求項3】 嫌気的条件下でバチルス属(Bacillus)の
    微生物を培養することを特徴とする、請求項1または2
    項に記載の方法。
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