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JP2012139164A - Method for producing carotenoid by using microorganism - Google Patents

Method for producing carotenoid by using microorganism Download PDF

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JP2012139164A
JP2012139164A JP2010294127A JP2010294127A JP2012139164A JP 2012139164 A JP2012139164 A JP 2012139164A JP 2010294127 A JP2010294127 A JP 2010294127A JP 2010294127 A JP2010294127 A JP 2010294127A JP 2012139164 A JP2012139164 A JP 2012139164A
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carotenoid
microorganism
carotenoids
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medium
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JP2010294127A
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Japanese (ja)
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Masatake Oe
正剛 大江
Jun Noguchi
惇 野口
Teruhiko Ide
輝彦 井出
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

【課題】 本発明は、微生物を用いたカロテノイド、特にリコペンなどのカロテン類を効率的に製造する方法を提供することである。
【解決手段】 カルシウム化合物を、その終濃度が3.6mM以上となるよう添加した培地を用い、当該培地によりカロテノイド生産能を有する微生物を培養することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing carotenoids using microorganisms, particularly carotenes such as lycopene.
The above-mentioned problems are solved by culturing a microorganism having a carotenoid-producing ability using a medium to which a calcium compound is added so as to have a final concentration of 3.6 mM or more.
[Selection figure] None

Description

本発明は、微生物を用いたカロテノイド、特にリコペンなどのカロテン類の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing carotenoids using microorganisms, particularly carotenes such as lycopene.

カロテノイドは、動物や植物、微生物等によって生産される赤色から橙色、黄色を呈する色素で、天然の食用色素や飼料として有用な化合物であり、近年ではその優れた抗酸化活性による発癌抑制効果などが着目され、サプリメントなど健康食品に利用されている。   Carotenoids are red, orange, and yellow pigments produced by animals, plants, microorganisms, etc., and are useful as natural food pigments and feeds. In recent years, carotenoids have a carcinogenic inhibitory effect due to their excellent antioxidant activity. It is attracting attention and is used in health foods such as supplements.

カロテノイドは、酸素原子を含むキサントフィル類と酸素原子を含まないカロテン類の2種類に大別されるが、前者にはアスタキサンチン、ルテイン、β-クリプトキサンチン、ゼアキサンチン等があり、また後者にはリコピン、β-カロテン、ζ-カロテン、フィトフルエン、α-カロテン、フィトエン、γ-カロテン、ニューロスポレン等がある。   Carotenoids are roughly classified into two types, xanthophylls containing oxygen atoms and carotenes containing no oxygen atoms. The former includes astaxanthin, lutein, β-cryptoxanthin, zeaxanthin, etc., and the latter includes lycopene, β-carotene, ζ-carotene, phytofluene, α-carotene, phytoene, γ-carotene, neurosporene and the like.

カロテノイドは植物からの抽出品が多く、例えばリコペンはトマト果実等から、ルテインはマリーゴールドの花弁等から抽出されている。しかし、植物から抽出できるカロテノイド量は少なく、近年の増大しつつある需要を満たすには大量の植物原料が必要となるが、植物の生育は天候等によって左右されるため、安定的かつ安価なカロテノイドの供給は困難である。そこで、より効率的、安定的かつ安価なカロテノイド供給のため、微生物を用いたカロテノイドの生産が提案されている。   Many carotenoids are extracted from plants. For example, lycopene is extracted from tomato fruit and the like, and lutein is extracted from marigold petals and the like. However, the amount of carotenoids that can be extracted from plants is small, and a large amount of plant raw materials is required to meet the increasing demand in recent years. However, because the growth of plants depends on the weather, etc., it is a stable and inexpensive carotenoid. Is difficult to supply. Therefore, production of carotenoids using microorganisms has been proposed in order to supply carotenoids more efficiently, stably and inexpensively.

微生物を利用してカロテノイドを製造する方法として、例えば、藻類(特許文献1)やケカビ(特許文献2)を利用してリコペンを製造する方法が提案されている。また、海洋性アグロバクテリウム属(後にパラコッカス属へ再分類された)細菌N−81106株(特開平7−184668号)由来のリコペン生産菌を利用する方法、TSTT003株(平成17年10月25日に独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターにFERM P−20696として受託されている)を利用する方法も提案されている(特許文献3)。   As a method for producing carotenoids using microorganisms, for example, a method for producing lycopene using algae (patent document 1) and fungi (patent document 2) has been proposed. Further, a method using a lycopene-producing bacterium derived from the marine Agrobacterium genus (later reclassified to the genus Paracoccus) bacterium N-81106 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-184668), TSTT003 strain (October 25, 2005) A method using the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, the Patent Biological Depositary Center (FERM P-20696) has also been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-151867).

特開平9−313167号公報JP-A-9-313167 特開2003−304895号公報JP 2003-304895 A 特開2007−151474号公報JP 2007-151474 A

前記した方法の中でも、海洋性アグロバクテリウム属細菌由来のリコペン生産菌を利用する方法は、提案されているカロテノイドの製造方法として優れた方法である。しかし、このようなグラム陰性菌の微生物は、生産したカロテノイドを細胞膜に蓄積し増殖性を損なうという課題がある。カロテノイドは疎水性が高いため、蓄積によって細胞膜の流動性を低下させ、微生物の増殖を抑制してしまうからである。特にリコペンやβ−カロテン等の酸素原子を含まないカロテン類は、酸素原子を含むアスタキサンチンやルテイン等のキサントフィル類に比べて疎水性が高いため、微生物の増殖抑制は顕著であり、増殖が抑制されると、結果的にカロテノイドの効率的な製造が困難になる。   Among the methods described above, a method using a lycopene-producing bacterium derived from marine Agrobacterium is an excellent method for producing a proposed carotenoid. However, such gram-negative microorganisms have a problem that the produced carotenoid accumulates in the cell membrane and impairs the growth. This is because carotenoids have high hydrophobicity, so that accumulation reduces the fluidity of the cell membrane and suppresses the growth of microorganisms. In particular, carotenes that do not contain oxygen atoms such as lycopene and β-carotene have higher hydrophobicity than xanthophylls such as astaxanthin and lutein that contain oxygen atoms. As a result, efficient production of carotenoids becomes difficult.

そこで本発明は、より効率的にカロテノイド、特にリコペンを製造する方法を提供することにある。   Then, this invention is providing the method of manufacturing carotenoid, especially lycopene more efficiently.

前記課題に鑑み、本発明者らは鋭意検討した結果、前記目的を達成できる本発明を完成するに至った。即ち本発明は、カロテノイド、特にリコペンを効率的に製造することの可能なカロテノイドの製造方法であって、カルシウム化合物を、その終濃度が3.6mM以上となるよう添加した培地を用い、当該培地によりカロテノイド生産能を有する微生物を培養することを特徴とする。以下、本発明を詳細に説明する。   In view of the above problems, the present inventors have intensively studied and, as a result, have completed the present invention capable of achieving the above object. That is, the present invention is a carotenoid production method capable of efficiently producing carotenoids, in particular lycopene, using a medium to which a calcium compound is added so that its final concentration is 3.6 mM or more. And culturing a microorganism having an ability to produce carotenoids. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明は、微生物、特にグラム陰性菌の細胞膜の構造を変化させる性質を有するカルシウムを利用することにより、カロテノイドの蓄積による微生物の増殖抑制を緩和するものである。本発明では、終濃度で3.6mM以上、好ましくは3.6mMから7mM、更に好ましくは5mMから7mMのカルシウムを含む培地を使用するが、かかる培地を得るためには、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム又は酢酸カルシウム等の、広く一般に入手可能なカルシウム化合物を培地に添加すれば良い。カルシウムは有水物であっても無水物であっても良く、その培地への添加量は終濃度で前記のようであれば良い。添加するカルシウムの終濃度が3.6mM未満であると本発明の効果が薄れ、逆に7mM以上となるように添加しても、カルシウムを添加する効果が頭打ちとなるからである。なお、微生物の細胞膜構造の変化には、厳密にはカルシウムイオンが影響するが、カルシウムの高いイオン化傾向を勘案すれば、培地に終濃度が3.6ミリモル以上となるカルシウム化合物を添加することは、培地中のカルシウムイオンを3.6ミリモル以上とすることと同義である。   The present invention alleviates the growth inhibition of microorganisms due to the accumulation of carotenoids by utilizing calcium, which has the property of changing the structure of the cell membrane of microorganisms, particularly Gram-negative bacteria. In the present invention, a medium containing calcium at a final concentration of 3.6 mM or more, preferably 3.6 mM to 7 mM, more preferably 5 mM to 7 mM is used. To obtain such a medium, calcium chloride, calcium sulfate, A widely available calcium compound such as calcium carbonate, calcium hydroxide, calcium phosphate, or calcium acetate may be added to the medium. Calcium may be hydrated or anhydrous, and the amount added to the medium may be as described above at the final concentration. This is because if the final concentration of calcium to be added is less than 3.6 mM, the effect of the present invention is diminished, and conversely, even if it is added so as to be 7 mM or more, the effect of adding calcium reaches its peak. Strictly speaking, calcium ions affect changes in the cell membrane structure of microorganisms, but considering the high ionization tendency of calcium, it is not possible to add a calcium compound with a final concentration of 3.6 mmol or more to the medium. This is synonymous with setting the calcium ion in the medium to 3.6 mmol or more.

カルシウム以外の培地成分としては、従来から微生物を利用してカロテノイドを製造する際に使用されている培地成分を特に制限なく使用することができ、また本発明においては、上記したカルシウムの添加以外に特別の成分を追加する必要はない。具体的に、カルシウム以外の培地の成分を例示すれば、例えば、炭素源として廃糖蜜、グルコース、フルクトース、マルトース、ショ糖、デンプン、乳糖、グリセロール又は酢酸等を、窒素源としてコーンスティープリカー、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、大豆粕、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、グルタミン酸、アスパラギン酸又はグリシン等を、無機塩としてリン酸1ナトリウム、リン酸2ナトリウム、リン酸1カリウム、リン酸2カリウム等のリン酸塩又は塩化ナトリウム等を、金属イオンとして塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸第1鉄、硫酸第2鉄、塩化第1鉄、塩化第2鉄、クエン酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸銅、塩化銅、硫酸マンガン又は塩化マンガン等を、ビタミン類として酵母エキスやビオチン、ニコチン酸、チアミン、リボフラビン、イノシトール又はピリドキシン等を使用すれば良い。なお培地成分には、上記例示した化合物の有水物又は無水物が制限なく使用できる。   As medium components other than calcium, medium components conventionally used when producing carotenoids using microorganisms can be used without particular limitation, and in the present invention, in addition to the addition of calcium described above There is no need to add special ingredients. Specifically, examples of medium components other than calcium include, for example, molasses, glucose, fructose, maltose, sucrose, starch, lactose, glycerol or acetic acid as a carbon source, and corn steep liquor, peptone as a nitrogen source. Yeast extract, meat extract, soybean cake, ammonium acetate, ammonium chloride, ammonium sulfate, glutamic acid, aspartic acid or glycine as inorganic salts such as monosodium phosphate, disodium phosphate, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate Phosphate, sodium chloride, etc. of magnesium chloride, magnesium sulfate, ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous chloride, ferric chloride, iron citrate, ammonium iron sulfate, zinc sulfate, chloride Zinc, copper sulfate, copper chloride, manganese sulfate, manganese chloride, etc. Yeast extract and biotin as glutamic acids, nicotinic acid, thiamine, riboflavin, may be used to inositol or pyridoxine like. In addition, the hydrate or anhydride of the compound illustrated above can be used for a culture medium component without a restriction | limiting.

本発明において培養する微生物は、カロテノイド生産能を有するものであれば何ら制限されないが、生産したカロテノイドをその細胞膜に蓄積する性質を有する微生物に対して特に効果的である。そのような微生物として、グラム陰性菌を例示することができるが、細菌、中でもパラコッカス属の細菌が好ましい。パラコッカス属細菌の中でも、N−81106株は、良好なカロテノイド生産能を有しており、また本発明に使用する微生物として特に好ましい。   The microorganism to be cultured in the present invention is not limited as long as it has a carotenoid producing ability, but is particularly effective against a microorganism having a property of accumulating the produced carotenoid in its cell membrane. As such microorganisms, gram-negative bacteria can be exemplified, but bacteria, particularly bacteria of the genus Paracoccus are preferable. Among the Paracoccus bacteria, the N-81106 strain has a good carotenoid producing ability and is particularly preferable as a microorganism used in the present invention.

本発明では、前記したN−81106株のような天然に存在する微生物以外にも、遺伝子的な改変によってカロテノイド生産能が向上された改変微生物を使用することもできる。かかる改変微生物は、天然に存在する微生物が自然突然変異によって、又は変異原物質や紫外線等による人為的変異導入操作によって、本来有していなかったカロテノイド生産能を獲得し、又は本来有していたカロテノイド生産能が増強した微生物である。本発明では、更に、カロテノイドの生産に係わる遺伝子を導入する等、遺伝子組換え微生物をも使用することができる。   In the present invention, in addition to the naturally occurring microorganism such as the N-81106 strain described above, a modified microorganism whose carotenoid production ability has been improved by genetic modification can also be used. Such modified microorganisms have acquired or originally possessed carotenoid-producing ability that was not originally possessed by naturally occurring microorganisms by natural mutation, or by artificial mutagenesis by mutagen, ultraviolet rays, etc. It is a microorganism with enhanced carotenoid production ability. In the present invention, it is also possible to use a genetically modified microorganism such as introducing a gene related to carotenoid production.

上記した改変微生物の一例として、前記N−81106株に人為的に変異を与えてカロテノイド生産能を増強したTSUG1C11株(特開2005−58216号)、TSN18E7株(特開2005−58216号)、TSTT031株(特開2007−181449号)、TSTT052株(平成1年10月18日に独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに受託番号FERM P−20690として受託され、その後原寄託についてBP−10754として受託されている)、TSTT003株(平成17年10月25日に独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターにFERM P−20696として受託されている)又はTSLGO3−2株(平成22年12月15日に独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに受託番号FERM P−22035として受託されている)を例示することができる。   As an example of the above-described modified microorganism, the TUG1C11 strain (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-58216), the TSN18E7 strain (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-58216), and TSTT031 that have been artificially mutated to the N-81106 strain to enhance the carotenoid production ability Stock (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-181449), TSTT052 strain (October 18, 1999, the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Patent Biological Depositary Deposited under the deposit number FERM P-20690, and then the original deposit BP- TSTT003 strain (consigned as FERM P-20696 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) on October 25, 2005) or TSLGO3-2 strain (Heisei 22) December 15, 2015 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Can be exemplified place are accession an accession number FERM P-22035 in International Patent Organism Depositary).

また上記した遺伝子組換え微生物の一例として、N−81106株、TSN18E7株、TSTT031株又はTSTT052株に対し、更に遺伝組換え操作を実施した組換え微生物を例示することができる(特願2005−315070号参照)。   Moreover, as an example of the above-mentioned genetically modified microorganism, a recombinant microorganism obtained by further performing genetic recombination operations on the N-81106 strain, the TSN18E7 strain, the TSTT031 strain, or the TSTT052 strain can be exemplified (Japanese Patent Application No. 2005-315070). Issue).

以上に説明した微生物を上記説明した培地中で培養することにより、カロテノイドを効率的に製造することができる。微生物を培養する操作について、本発明では特に制限はないが、一例を説明すれば、例えば、15℃から35℃、好ましくは22℃から30℃の範囲の培養温度で、培地のpHをpH6からpH9、好ましくはpH6.5からpH8.0に維持しつつ、20時間から200時間、好ましくは60時間から180時間に渡って培養することが例示できる。例示した培養温度やpHは、培養の初期段階、中期段階及び後期段階の各段階でそれぞれの段階に適切となるように変更することができる。また培地中の糖濃度は、例えば高濃度グルコース等の糖溶液を流加することにより低濃度かつ枯渇しない条件に維持することが好ましい。   Carotenoids can be efficiently produced by culturing the microorganisms described above in the medium described above. The operation for culturing microorganisms is not particularly limited in the present invention, but an example will be described. For example, at a culture temperature in the range of 15 ° C. to 35 ° C., preferably 22 ° C. to 30 ° C., the pH of the medium is from pH 6 to It is possible to exemplify culturing for 20 hours to 200 hours, preferably 60 hours to 180 hours while maintaining pH 9, preferably pH 6.5 to pH 8.0. The exemplified culture temperature and pH can be changed so as to be appropriate for each stage in the initial stage, the middle stage and the late stage of the culture. The sugar concentration in the medium is preferably maintained at a low concentration and not depleted by feeding a sugar solution such as high concentration glucose.

本発明で用いる微生物を培養すると、微生物内でカロテノイドが生産され、そのカロテノイドは微生物内、特にその細胞膜に蓄積され又は微生物外に放出され、培養液蓄積される。このようにして製造したカロテノイドの回収についても、従来使用されている方法を使用することができる。そのような方法として、例えば、有機溶媒を用いて製造したカロテノイドを抽出する方法を例示することができる。有機溶媒としては、具体的に例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジクロロメタン、クロロフォルム、ジメチルフォルムアミド又はジメチルスルフォキシド等を例示することができる。これら有機溶媒は、単独で又は2種類以上を混合して使用することもできる。このようにして回収したカロテノイドは、必要に応じて高度に精製することが可能である。精製方法としては、カロテノイドが微生物の細胞膜に蓄積される場合、まず微生物を培地から遠心分離、デカンテーション又はろ過等の方法で分離し、水を加えてスラリーとし、例えばガラスビーズ、ジルコニアビーズを用いた破砕機又は高圧ホモジナイザーを使用して均一化すると良い。なおここで、特にリコペンの分解を防ぐためには、このスラリーに酸化防止剤を添加することが好ましい。酸化防止剤としてはアスコルビン酸等の還元剤を例示することができる。   When the microorganism used in the present invention is cultured, carotenoid is produced in the microorganism, and the carotenoid is accumulated in the microorganism, particularly in its cell membrane or released outside the microorganism, and accumulated in the culture solution. A conventionally used method can also be used for recovering the carotenoid thus produced. As such a method, for example, a method of extracting a carotenoid produced using an organic solvent can be exemplified. Specific examples of the organic solvent include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, dichloromethane, chloroform, dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more. The carotenoid recovered in this manner can be highly purified as necessary. As a purification method, when carotenoids accumulate in the cell membrane of microorganisms, the microorganisms are first separated from the medium by centrifugation, decantation, or filtration, and then added to form a slurry, such as glass beads or zirconia beads. It is better to homogenize using a crusher or high-pressure homogenizer. Here, in particular, in order to prevent decomposition of lycopene, it is preferable to add an antioxidant to the slurry. Examples of the antioxidant include reducing agents such as ascorbic acid.

その後、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー又はゲルろ過クロマトグラフィー等の液体クロマトグラフィーにより精製することが可能であるが、中でも逆相クロマトグラフィー又は順相クロマトグラフィーが好ましい。液体クロマトグラフィーによってカロテノイドを精製する場合には、420nmから510nmに吸光ピークを有する画分、更に高い精製度を達成する場合には450nmから490nmに吸光ピークを有する画分を取得すれば良い。   Thereafter, it can be purified by liquid chromatography such as ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography or gel filtration chromatography, among which reverse phase chromatography or normal phase chromatography is preferred. When purifying carotenoids by liquid chromatography, a fraction having an absorption peak from 420 nm to 510 nm may be obtained, and a fraction having an absorption peak from 450 nm to 490 nm may be obtained to achieve a higher degree of purification.

カロテノイド生産能を有する微生物をカルシウムを添加した培地で培養するという、極めて簡単な操作により、カロテノイド生産能を有する微生物のカロテノイド生産性を向上することができる。この操作は、単に培地に対して一定量のカルシウム化合物を添加するだけで実施できるから、実施者に熟練は不要であり、また実施に要する時間は極めて短時間である。   Carotenoid productivity of microorganisms capable of producing carotenoids can be improved by a very simple operation of culturing microorganisms capable of producing carotenoids in a medium supplemented with calcium. Since this operation can be carried out simply by adding a certain amount of calcium compound to the medium, the practitioner does not require skill, and the time required for the implementation is extremely short.

1.2ミリモルの塩化カルシウムを添加した培地でTSLGO2−23株を培養した時のカロテノイド生産パターンを示すHPLCチャートである。It is a HPLC chart which shows a carotenoid production pattern when TSLGO2-23 strain | stump | stock is culture | cultivated by the culture medium which added 1.2 mmol of calcium chloride. 3.6ミリモルの塩化カルシウムを添加した培地でTSLGO2−23株を培養した時のカロテノイド生産パターンを示すHPLCチャートである。It is a HPLC chart which shows a carotenoid production pattern when TSLGO2-23 stock | strain is culture | cultivated by the culture medium which added 3.6 mmol calcium chloride. 7.2ミリモルの塩化カルシウムを添加した培地でTSLGO2−23株を培養した時のカロテノイド生産パターンを示すHPLCチャートである。It is a HPLC chart which shows a carotenoid production pattern when TSLGO2-23 strain | stump | stock is culture | cultivated by the culture medium which added 7.2 mmol of calcium chloride.

以下、本発明を更に詳細に説明するために実施例を記載するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, examples will be described to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 リコペン生産変異株の作製   Example 1 Preparation of lycopene production mutant

TSTT052株を表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養を行った。この培養液のうち1mLを1.5mLエッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。この微生物をpH7.0の0.1Mリン酸カリウム緩衝液(以下「緩衝液A」とする)1mLに懸濁し、次いで3mg/mLのN−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(以下「NTG」とする)水溶液10μLを加え、30分から60分間静置した。その後、遠心分離して上清を除去し、緩衝液Aに再懸濁する操作を2回繰り返してNTGを除去した。さらに、表1に示す培地1mLにこの微生物を懸濁し、試験管中、25℃、150rpmで4時間から5時間振とう培養した。得られた培養液を適度に希釈し、表2に示す組成の平板培地に塗布して、25℃で1週間静置培養を行った。生育してきたコロニーのうちリコペン生産菌に特有の桃色を呈するコロニーを選別し、フラスコ培養による変異株の評価に供した。   The TSTT052 strain was inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1, and cultured with shaking overnight at 25 ° C. and 150 rpm in a test tube. 1 mL of this culture solution was transferred to a 1.5 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes. This microorganism is suspended in 1 mL of 0.1 M potassium phosphate buffer (hereinafter referred to as “Buffer A”) at pH 7.0, and then 3 mg / mL N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (hereinafter referred to as “buffer A”). 10 μL of an aqueous solution (referred to as “NTG”) was added and allowed to stand for 30 to 60 minutes. Thereafter, the supernatant was removed by centrifugation, and the operation of resuspending in buffer A was repeated twice to remove NTG. Furthermore, this microorganism was suspended in 1 mL of the medium shown in Table 1, and cultured in a test tube with shaking at 25 ° C. and 150 rpm for 4 to 5 hours. The obtained culture broth was appropriately diluted and applied to a plate medium having the composition shown in Table 2, followed by static culture at 25 ° C. for 1 week. Among the colonies that grew, colonies exhibiting a pink color peculiar to lycopene-producing bacteria were selected and subjected to evaluation of mutant strains by flask culture.

選別した変異株を、表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養した。次いでこの培養液0.5mLを、100mL容バッフル付三角フラスコに入れた表1に示す培地60mLへ植菌し、25℃、120rpmで6日間振とう培養を行った。培養中は培養液を適宜抜き取り、濁度(OD660nm)、グルコース濃度、及びカロテノイド生産量を経時的に分析した。   The selected mutant strain was inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1, and cultured in a test tube with shaking at 25 ° C. and 150 rpm overnight. Next, 0.5 mL of this culture solution was inoculated into 60 mL of the medium shown in Table 1 placed in a 100 mL baffled Erlenmeyer flask and cultured with shaking at 25 ° C. and 120 rpm for 6 days. During the cultivation, the culture solution was appropriately removed, and turbidity (OD 660 nm), glucose concentration, and carotenoid production were analyzed over time.

カロテノイド生産量の定量は以下のように行った。まず培養液0.8mLを1.5mL容エッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。この微生物を50μLの純水に懸濁し、次いで550μLのジメチルフォルムアミド、及び1000μLのアセトンを順次加え振とうすることでカロテノイドを抽出した。抽出残渣を15,000rpm、20分間の遠心分離により除去した後、得られた抽出上清を逆相クロマトグラフィー(商品名、TSKgel−ODS80TMカラム、東ソー株式会社製)を用いた高速液体クロマトグラフィー(以下「HPLC」とする)で定量した。なお、カロテノイドの分離はA液として純水とメタノールの5:95の混合溶媒、B液としてメタノールとテトラヒドロフランの7:3の混合溶媒を用い、1mL/minの流速で、A液を5分間カラムに通液させた後、同じ流速においてA液からB液へ5分間の直線濃度勾配溶出を行い、さらにB液を5分間通過させることにより行った。カロテノイド濃度は470nmの吸光度をモニターし、既知濃度のリコペン試薬(和光純薬社製)で作成した検量線より濃度を算出した。   Carotenoid production was quantified as follows. First, 0.8 mL of the culture solution was transferred to a 1.5 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes. This microorganism was suspended in 50 μL of pure water, and then 550 μL of dimethylformamide and 1000 μL of acetone were sequentially added and shaken to extract carotenoids. After removing the extraction residue by centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes, the obtained extraction supernatant was subjected to high-performance liquid chromatography using reverse phase chromatography (trade name, TSKgel-ODS80TM column, manufactured by Tosoh Corporation) ( (Hereinafter referred to as “HPLC”). Carotenoids were separated using a 5:95 mixed solvent of pure water and methanol as the A liquid, and a 7: 3 mixed solvent of methanol and tetrahydrofuran as the B liquid, and the A liquid was columned for 5 minutes at a flow rate of 1 mL / min. Then, linear concentration gradient elution from solution A to solution B was carried out for 5 minutes at the same flow rate, and the solution B was further passed for 5 minutes. The carotenoid concentration was determined by monitoring the absorbance at 470 nm and calculating the concentration from a calibration curve prepared with a known concentration of lycopene reagent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

上記の方法に従って変異株のリコペン生産性を評価し、リコペンを選択的に高生産する新規変異株2D038株を取得した。   According to the above method, the lycopene productivity of the mutant strain was evaluated, and a new mutant strain 2D038 that selectively produced lycopene was obtained.

Figure 2012139164
Figure 2012139164

Figure 2012139164
実施例2 2D038株への変異導入によるリコペン高生産菌の作製
実施例1と同様に、2D038株を表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養を行った。この培養液のうち1mLを1.5mLエッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。
Figure 2012139164
Example 2 Production of a lycopene high-producing bacterium by introducing a mutation into the 2D038 strain In the same manner as in Example 1, the 2D038 strain was inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1 and shaken overnight at 25 ° C. and 150 rpm in a test tube. Culture was performed. 1 mL of this culture solution was transferred to a 1.5 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes.

この微生物を1mLの緩衝液Aに懸濁し、次いで3mg/mLのNTG水溶液10μLを加え、30分から60分間静置した。その後、遠心分離して上清を除去し、緩衝液Aに再懸濁する操作を2回繰り返してNTGを除去した。さらに、表1に示す培地1mLにこの微生物を懸濁し、試験管中、25℃、150rpmで4時間から5時間振とう培養した。得られた培養液を適度に希釈し、表2に示す組成の平板培地に塗布して、25℃で1週間静置培養を行った。生育してきたコロニーのうち桃色の強いものを選別し、フラスコ培養による変異株の評価に供した。   This microorganism was suspended in 1 mL of Buffer A, then 10 μL of 3 mg / mL NTG aqueous solution was added, and the mixture was allowed to stand for 30 to 60 minutes. Thereafter, the supernatant was removed by centrifugation, and the operation of resuspending in buffer A was repeated twice to remove NTG. Furthermore, this microorganism was suspended in 1 mL of the medium shown in Table 1, and cultured in a test tube with shaking at 25 ° C. and 150 rpm for 4 to 5 hours. The obtained culture broth was appropriately diluted and applied to a plate medium having the composition shown in Table 2, followed by static culture at 25 ° C. for 1 week. Among the grown colonies, those with strong pink were selected and used for evaluation of mutant strains by flask culture.

実施例2と同様に、選別した変異株を表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養した。次いでこの培養液1mLを、100mL容バッフル付三角フラスコに入れた表1に示す培地60mLへ植菌し、25℃、120rpmで5日間振とう培養を行った。培養中は培養液を適宜抜き取り、濁度(OD660nm)、グルコース濃度、及びカロテノイド生産量を経時的に分析した。   In the same manner as in Example 2, the selected mutant strain was inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1, and cultured in a test tube with shaking at 25 ° C. and 150 rpm overnight. Next, 1 mL of this culture solution was inoculated into 60 mL of the medium shown in Table 1 placed in a 100 mL baffled conical flask, and cultured with shaking at 25 ° C. and 120 rpm for 5 days. During the cultivation, the culture solution was appropriately removed, and turbidity (OD 660 nm), glucose concentration, and carotenoid production were analyzed over time.

カロテノイド生産量の定量は以下のように行った。まず培養液0.2mLを2.0mL容エッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。この微生物20μLの純水に懸濁し、次いで480μLのジメチルフォルムアミド、及び500μLのアセトンを順次加え振とうすることでカロテノイドを抽出した。抽出残渣を15,000rpm、20分間の遠心分離により除去した後、実施例2に記載の方法に従ってHPLC分析によりカロテノイドを定量した。   Carotenoid production was quantified as follows. First, 0.2 mL of the culture solution was transferred to a 2.0 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes. The microorganism was suspended in 20 μL of pure water, and then 480 μL of dimethylformamide and 500 μL of acetone were sequentially added and shaken to extract carotenoids. After the extraction residue was removed by centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes, carotenoids were quantified by HPLC analysis according to the method described in Example 2.

上記の方法に従って変異株の増殖性やリコペン生産性を評価し、2D038株と同等のリコペン生産性を有し、増殖性が向上した変異株TSLGO2−23株を取得した。表4に濁度及びリコペン生産量の最大値を示した。   According to the above method, the proliferation and lycopene productivity of the mutant strain were evaluated, and a mutant TSLGO2-23 strain having lycopene productivity equivalent to 2D038 strain and improved proliferation was obtained. Table 4 shows the maximum values of turbidity and lycopene production.

Figure 2012139164
Figure 2012139164

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実施例3 リコペン生産変異株の評価
実施例2で示した変異株2D038株及びTSLGO2−23株を表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養した。次いでこの培養液1mLを、100mL容バッフル付三角フラスコに入れた表3に示す培地20mLへ植菌し、25℃、120rpmで4日間振とう培養を行った。培養中は培養液を適宜抜き取り、濁度(OD660nm)、グルコース濃度、pH、及びカロテノイド生産量を経時的に分析した。カロテノイド生産量の定量は以下のように行った。まず培養液0.1mLを2.0mL容エッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。この微生物を20μLの純水に懸濁し、次いで480μLのジメチルフォルムアミド、及び500μLのアセトンを順次加え振とうすることでカロテノイドを抽出した。抽出残渣を15,000rpm、20分間の遠心分離により除去した後、実施例2に記載の方法に従ってHPLC分析によりカロテノイドを定量した。
Figure 2012139164
Example 3 Evaluation of Lycopene Production Mutant Strains The mutant 2D038 strain and TSLGO2-23 strain shown in Example 2 were inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1, and cultured overnight in a test tube at 25 ° C. and 150 rpm. did. Next, 1 mL of this culture solution was inoculated into 20 mL of the medium shown in Table 3 placed in a 100 mL baffled conical flask, and cultured with shaking at 25 ° C. and 120 rpm for 4 days. During the culture, the culture solution was appropriately extracted, and the turbidity (OD660 nm), glucose concentration, pH, and carotenoid production amount were analyzed over time. Carotenoid production was quantified as follows. First, 0.1 mL of the culture solution was transferred to a 2.0 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes. This microorganism was suspended in 20 μL of pure water, and then 480 μL of dimethylformamide and 500 μL of acetone were sequentially added and shaken to extract carotenoids. After the extraction residue was removed by centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes, carotenoids were quantified by HPLC analysis according to the method described in Example 2.

上記の方法に従って変異株の増殖性やリコペン生産性を評価した。表5に濁度(OD660nm)、リコペン生産量、グルコース消費量の結果を示すように、TSLGO2−23は2D038株よりも増殖性に優れ実施例3と同じ結果が得られた。またリコペン生産量は実施例3よりも増加し、120mg/Lであった。   According to the above-mentioned method, the growth property and lycopene productivity of the mutant strain were evaluated. As Table 5 shows the results of turbidity (OD660 nm), lycopene production, and glucose consumption, TSLGO2-23 was superior to the 2D038 strain in growth and the same results as in Example 3 were obtained. The lycopene production amount was 120 mg / L, which was higher than that in Example 3.

Figure 2012139164
実施例4 リコペン生産変異株のカルシウムによる影響
TSLGO2−23株を表1に示す培地3mLに植菌し、試験管中、25℃、150rpmで1晩振とう培養した。次いでこの培養液1mLを、100mL容バッフル付三角フラスコに入れた表3に示す培地のうち塩化カルシウム濃度を3.6mM、7.2mM、10.8mMに変更した組成の培地20mLへ植菌し、25℃、120rpmで4日間振とう培養を行った。培養終了後、濁度(OD660nm)、グルコース濃度、及びカロテノイド生産量を測定した。カロテノイド生産量の定量は以下のように行った。まず培養液0.1mLを2.0mL容エッペンドルフチューブに移し、15,000rpm、5分間の遠心分離により微生物を回収した。この微生物を20μLの純水に懸濁し、次いで480μLのジメチルフォルムアミド、及び500μLのアセトンを順次加え振とうすることでカロテノイドを抽出した。抽出残渣を15,000rpm、20分間の遠心分離により除去した後、実施例2に記載の方法に従ってHPLC分析によりカロテノイドを定量した。
Figure 2012139164
Example 4 Effect of calcium on lycopene production mutant strain TSLGO2-23 strain was inoculated into 3 mL of the medium shown in Table 1 and cultured overnight in a test tube at 25 ° C. and 150 rpm. Next, 1 mL of the culture solution was inoculated into 20 mL of a medium having a composition in which the calcium chloride concentration was changed to 3.6 mM, 7.2 mM, or 10.8 mM in the medium shown in Table 3 placed in a 100 mL baffled conical flask. The shaking culture was performed at 25 ° C. and 120 rpm for 4 days. After completion of the culture, turbidity (OD660 nm), glucose concentration, and carotenoid production were measured. Carotenoid production was quantified as follows. First, 0.1 mL of the culture solution was transferred to a 2.0 mL Eppendorf tube, and microorganisms were collected by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes. This microorganism was suspended in 20 μL of pure water, and then 480 μL of dimethylformamide and 500 μL of acetone were sequentially added and shaken to extract carotenoids. After the extraction residue was removed by centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes, carotenoids were quantified by HPLC analysis according to the method described in Example 2.

上記の方法に従って変異株の増殖性やリコペン生産性を評価した。表6に培養終了時の濁度(OD660nm)及びリコペン生産量、グルコース消費量を示す。表6の通り、塩化カルシウムの濃度を3.6ミリモル以上に増やすことで濁度及びリコペン生産量とも有意に増加した。   According to the above-mentioned method, the growth property and lycopene productivity of the mutant strain were evaluated. Table 6 shows the turbidity (OD 660 nm), lycopene production, and glucose consumption at the end of the culture. As shown in Table 6, turbidity and lycopene production were significantly increased by increasing the concentration of calcium chloride to 3.6 mmol or more.

Figure 2012139164
Figure 2012139164

Claims (6)

カルシウム化合物を、その終濃度が3.6mM以上となるよう添加した培地を用い、当該培地によりカロテノイド生産能を有する微生物を培養することを特徴とする、カロテノイドの製造方法。 A method for producing carotenoids, comprising culturing a microorganism having an ability to produce carotenoids using a medium to which a calcium compound is added so that the final concentration thereof is 3.6 mM or more. 前記カロテノイドが酸素原子を含まないカロテン類であることを特徴とする、請求項1に記載のカロテノイドの製造方法。 The method for producing carotenoid according to claim 1, wherein the carotenoid is a carotenes containing no oxygen atom. 請求項1及び請求項2に記載のカロテノイドがリコペンであることを特徴とする、カロテノイドの製造方法。 A carotenoid production method, wherein the carotenoid according to claim 1 is lycopene. 前記微生物が、生産したカロテノイドを細胞膜に蓄積する微生物であることを特徴とする、請求項1から3項のいずれかに記載のカロテノイドの製造方法。 The method for producing carotenoid according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is a microorganism that accumulates the produced carotenoid in a cell membrane. 前記微生物がパラコッカス属細菌であることを特徴とする、請求項4に記載のカロテノイドの製造方法。 The method for producing carotenoid according to claim 4, wherein the microorganism is a bacterium belonging to the genus Paracoccus. 前記パラコッカ属細菌がN−81106株又はその変異株であることを特徴とする、請求項5に記載のカロテノイドの製造方法。 The carotenoid production method according to claim 5, wherein the Paracoccus bacterium is N-81106 strain or a mutant thereof.
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