化學(xué)品的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的課題是提供以六碳糖與五碳糖的混合糖為發(fā)酵原料的高收率的化學(xué)品的制造方法。作為本發(fā)明的解決課題的方法是，提供化學(xué)品的制造方法，是通過連續(xù)發(fā)酵來制造化學(xué)品的方法，包括：將微生物的培養(yǎng)液用分離膜過濾，將未過濾液保持在或回流至培養(yǎng)液中，在培養(yǎng)液中補(bǔ)加發(fā)酵原料，和回收過濾液中的生產(chǎn)物，所述微生物是受到分解代謝物抑制的微生物，所述發(fā)酵原料包含六碳糖和五碳糖。
【專利說明】化學(xué)品的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了包含六碳糖和五碳糖的發(fā)酵原料的通過連續(xù)發(fā)酵來制造化學(xué)品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以乳酸等生物分解性聚合物原料、乙醇等生物燃料為代表的來源于生物質(zhì)的化學(xué)品作為二氧化碳向大氣中的排放問題和/或能源問題的顯在化、以及可持續(xù)性(sustainability)和生命周期評(píng)估(LCA)對(duì)應(yīng)型制品，受到強(qiáng)烈關(guān)注。作為這些生物分解性聚合物原料、生物燃料的制造方法，一般使用從玉米等可食性生物質(zhì)純化而得的六碳糖葡萄糖作為微生物的發(fā)酵原料，作為發(fā)酵產(chǎn)物得到，但如果使用可食性生物質(zhì)，則可能由于與食物競(jìng)爭(zhēng)而引起價(jià)格高漲，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的原料供應(yīng)。于是，進(jìn)行了使用來源于稻秸等非可食性生物質(zhì)的糖作為微生物的發(fā)酵原料的嘗試(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]使用來源于非可食性生物質(zhì)的糖作為發(fā)酵原料時(shí)，將非可食生物質(zhì)所含的纖維素、半纖維素等通過糖化酶分解成糖，但此時(shí)不僅得到葡萄糖等六碳糖，還同時(shí)得到木糖等五碳糖，在使用來源于非可食性生物質(zhì)的糖作為微生物的發(fā)酵原料的情況下，需要使用六碳糖與五碳糖的混合糖作為發(fā)酵原料(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]作為以作為六碳糖與五碳糖的混合糖的來源于非可食性生物質(zhì)的糖為微生物的發(fā)酵原料的發(fā)酵方法，可采用連續(xù)發(fā)酵，但實(shí)際對(duì)于連續(xù)發(fā)酵時(shí)的發(fā)酵收率并未確認(rèn)(參照專利文獻(xiàn)I)。另一方面，還已知將六碳糖與五碳糖的混合糖作為發(fā)酵原料進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵時(shí)，由于培養(yǎng)基被連續(xù) 地用于發(fā)酵，因而與分批發(fā)酵時(shí)相比連續(xù)地受到分解代謝物抑制，從而與分批發(fā)酵相比發(fā)酵收率顯著降低(參照非專利文獻(xiàn)I)。因此，到目前為止的技術(shù)常識(shí)是認(rèn)為，如果要通過以六碳糖與五碳糖的混合糖作為微生物的發(fā)酵原料的連續(xù)發(fā)酵來提高發(fā)酵收率，則需要使用不受到分解代謝物抑制的微生物。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:W02010/067785
[0008]非專利文獻(xiàn)
[0009]非專利文獻(xiàn)1:Do Yun Kim, Seong Chun Yim, Pyung Cheon Lee, Woo Gi Lee, SangYup Lee, Ho Nam Chang, Batch and continuous fermentat1n of succinic acid fromwood hydrolysate by Mannheimia succiniciproducens MBEL55E， Enzyme and MicrobialTechnology，35， (2004)，648-653.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]作為發(fā)酵生產(chǎn)生物分解性聚合物原料和/或生物燃料的微生物，已知大量不受到分解代謝物抑制的微生物。另一方面，如前所述，已知在以六碳糖與五碳糖的混合糖作為微生物的發(fā)酵原料進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵時(shí)，由于分解代謝物抑制而發(fā)酵收率顯著降低。因此，本發(fā)明的課題是提高以六碳糖與五碳糖的混合糖作為受到分解代謝物抑制的微生物的發(fā)酵原料而進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵時(shí)的發(fā)酵收率。
[0012]用于解決課題的方法
[0013]本
【發(fā)明者】對(duì)上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在以六碳糖與五碳糖的混合糖作為微生物的發(fā)酵原料進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵的化學(xué)品的制造方法中，通過將具有分解代謝物抑制的微生物進(jìn)行使用分離膜的連續(xù)發(fā)酵，來解決上述課題，從而完成了本發(fā)明。
[0014]SP，本發(fā)明如以下的(1)~(5)。
[0015](1)化學(xué)品的制造方法，是通過連續(xù)發(fā)酵來制造化學(xué)品的方法，包括:將微生物的培養(yǎng)液用分離膜過濾，將未過濾液保持在或回流至培養(yǎng)液中，在培養(yǎng)液中補(bǔ)加發(fā)酵原料，和回收過濾液中的生產(chǎn)物，
[0016]所述微生物是受到分解代謝物抑制的微生物，所述發(fā)酵原料包含六碳糖和五碳糖。
[0017](2)根據(jù)(1)所述的化學(xué)品的制造方法，所述過濾液總量中的五碳糖的濃度為5g/L以下。
[0018](3)根據(jù)(1)或(2)所述的化學(xué)品的制造方法，所述發(fā)酵原料中所含的六碳糖與五碳糖的重量比率為1:9~9:1。
[0019](4)根據(jù)(1)或(2)所述的化學(xué)品的制造方法，所述發(fā)酵原料包含來源于生物質(zhì)的糖液。
[0020](5)根據(jù)(I)~(4)的任一項(xiàng)所述的化學(xué)品的制造方法，所述五碳糖是木糖。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，即使以六碳糖與五碳糖的混合糖作為受到分解代謝物抑制的微生物的發(fā)酵原料，也可以以高收率制造化學(xué)品。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明是化學(xué)品的制造方法，是在將微生物用發(fā)酵原料培養(yǎng)來發(fā)酵生產(chǎn)化學(xué)品的化學(xué)品的制造方法中，將培養(yǎng)液用分離膜過濾，將未過濾液保持在或回流至培養(yǎng)液中，并且在培養(yǎng)液中補(bǔ)加發(fā)酵原料，回收過濾液中的生產(chǎn)物的進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵的化學(xué)品的制造方法，其特征在于，使用受到分解代謝物抑制的所述微生物，并且所述發(fā)酵原料包含六碳糖和五碳糖。
[0024]在本發(fā)明的化學(xué)品的制造方法中，發(fā)酵原料的碳源含有包含五碳糖和六碳糖的混合糖。五碳糖是指構(gòu)成糖的碳的數(shù)為5的糖，也稱為戊糖(Pentose)。有I位具有醛基的戊醛糖和2位具有酮基的戊酮糖。作為戊醛糖，可列舉木糖、阿拉伯糖、核糖、來蘇糖，作為戊酮糖，可列舉核酮糖、木酮糖。作為本發(fā)明中使用的五碳糖，只要是微生物能夠同化的五碳糖則可以是任一種，從自然界的存在比例和/或獲得的容易性等觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選木糖、阿拉伯糖，更優(yōu)選木糖。
[0025]六碳糖是構(gòu)成糖的碳的數(shù)為6的糖,也稱為己糖(Hexose)。有I位具有醒基的醒糖和2位具有酮基的酮糖。作為醛糖，可列舉葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿洛糖、古洛糖、塔羅糖等，作為酮糖，可列舉果糖、阿洛酮糖、山梨糖等。作為本發(fā)明中使用的六碳糖，只要是微生物能夠同化的六碳糖就可以是任一種，從自然界中的存在比例和/或獲得容易性等觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選葡萄糖、甘露糖、半乳糖，更優(yōu)選葡萄糖。
[0026]關(guān)于本發(fā)明中使用的混合糖不特別限定，但優(yōu)選使用已知包含六碳糖與五碳糖兩者的來源于含纖維素的生物質(zhì)的糖液。含纖維素的生物質(zhì)可列舉甘蔗渣、柳枝稷、玉米秸、稻秸、麥秸等草木系生物質(zhì)、和樹木、廢建材等木質(zhì)系生物質(zhì)等為例。含纖維素的生物質(zhì)含有作為糖脫水縮合而成的多糖的纖維素或者半纖維素，通過將這樣的多糖水解來制造可作為發(fā)酵原料利用的糖液。來源于含纖維素的生物質(zhì)的糖液的制備方法可以是任何方法，作為這樣的糖的制造方法，公開了使用濃硫酸將生物質(zhì)進(jìn)行酸水解來制造糖液的方法(日本特表平11-506934號(hào)公報(bào)、日本特開2005-229821號(hào)公報(bào))，將生物質(zhì)用稀硫酸進(jìn)行水解處理后進(jìn)一步進(jìn)行纖維素酶等的酶處理從而制造糖液的方法(A.Aden等，“LignocellulosicB1mass to Ethanol Process Design and Economics UtilizingCo-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover,?NRELTechnical R印ort (2002))。另外作為不使用酸的方法，公開了使用250~500°C左右的亞臨界水將生物質(zhì)進(jìn)行水解來制造糖液的方法(日本特開2003-212888號(hào)公報(bào))，以及將生物質(zhì)進(jìn)行亞臨界水處理后進(jìn)一步進(jìn)行酶處理從而制造糖液的方法(日本特開2001-95597號(hào)公報(bào))，將生物質(zhì)用240~280°C的加壓熱水進(jìn)行水解處理后進(jìn)一步進(jìn)行酶處理從而制造糖液的方法(日本特許3041380號(hào)公報(bào))。如以上那樣的處理之后，還可以將所得的糖液進(jìn)行純化。其方法在例如W02010/067785中公開。 [0027]對(duì)混合糖所含的五碳糖與六碳糖的重量比率不特別限定，如果作為混合糖中的五碳糖與六碳糖的重量比率表示為(五碳糖):(六碳糖)，則優(yōu)選為1:9~9:1。這是假定來源于含纖維素的生物質(zhì)的糖液為混合糖時(shí)的糖比率。
[0028]對(duì)本發(fā)明中使用的發(fā)酵原料所含的總糖濃度不特別限定，只要是不抑制微生物的化學(xué)品的生產(chǎn)的范圍，則優(yōu)選盡可能高的濃度。具體地，培養(yǎng)基中的碳源的濃度優(yōu)選為15~500g/L，更優(yōu)選為20~300g/L。如果總濃度為15g/L以下，則有時(shí)來自五碳糖的收率提高的效果降低。另外，如果總糖濃度低，則化學(xué)品的生產(chǎn)效率也降低。
[0029]本發(fā)明中使用的發(fā)酵原料所含的六碳糖濃度在上述的總糖濃度、五碳糖與六碳糖的比例的范圍內(nèi)不特別限定，如果使用本發(fā)明的化學(xué)品的制造方法，則在以濃度5g/L以上包含六碳糖的混合糖液中也可以得到良好的收率。
[0030]本發(fā)明中使用的發(fā)酵原料可以是適宜含有碳源、氮源、無機(jī)鹽類、和根據(jù)需要的氨基酸、和維生素等有機(jī)微量營(yíng)養(yǎng)素的通常的液體培養(yǎng)基。
[0031 ] 作為本發(fā)明中使用的氮源,可使用氨氣、氨水、銨鹽類、尿素、硝酸鹽類、其他輔助使用的有機(jī)氮源例如油柏類、大豆水解液、酪蛋白分解物、其他氨基酸、維生素類、玉米漿、酵母或酵母提取物、肉提取物、胨等肽類、各種發(fā)酵菌體及其水解物等。作為無機(jī)鹽類，可適宜添加使用磷酸鹽、鎂鹽、鈣鹽、鐵鹽和錳鹽等。
[0032]本發(fā)明中使用的微生物為了生長(zhǎng)繁殖而需要特定的營(yíng)養(yǎng)素時(shí)，可以將其營(yíng)養(yǎng)物作為標(biāo)準(zhǔn)品或含有該營(yíng)養(yǎng)物的天然物添加。另外，還可以根據(jù)需要使用消泡劑。在本發(fā)明中，培養(yǎng)液是指微生物在發(fā)酵原料中增殖而得的液體。補(bǔ)加的發(fā)酵原料的組成可以由培養(yǎng)開始時(shí)的發(fā)酵原料組成進(jìn)一步適宜變更，以使目的化學(xué)品的生產(chǎn)性變高。
[0033]接下來，對(duì)于在本發(fā)明中作為分離膜使用的多孔性膜進(jìn)行說明。[0034]對(duì)于本發(fā)明中使用的多孔質(zhì)膜不特別限定，只要具有將在微生物的利用攪拌型培養(yǎng)器或者攪拌型生物反應(yīng)器的培養(yǎng)中所得的培養(yǎng)液從微生物進(jìn)行分離過濾的功能即可，可以使用例如多孔質(zhì)陶瓷膜、多孔質(zhì)玻璃膜、多孔質(zhì)有機(jī)高分子膜、金屬纖維編織體、無紡布等。其中特別是多孔質(zhì)有機(jī)高分子膜或陶瓷膜是合適的。
[0035]對(duì)于本發(fā)明中作為分離膜使用的多孔性膜的構(gòu)成進(jìn)行說明。本發(fā)明中使用的多孔性膜優(yōu)選具有適應(yīng)被處理水的水質(zhì)和/或用途的分離性能和透水性能。
[0036]多孔性膜從阻擋性能和透水性能、分離性能、例如耐污染性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為包含多孔質(zhì)樹脂層的多孔性膜。
[0037]包含多孔質(zhì)樹脂層的多孔性膜優(yōu)選在多孔質(zhì)基材的表面具有作為分離功能層發(fā)揮作用的多孔質(zhì)樹脂層。多孔質(zhì)基材支撐多孔質(zhì)樹脂層而賦予分離膜以強(qiáng)度。
[0038]本發(fā)明中使用的多孔性膜在多孔質(zhì)基材的表面具有多孔質(zhì)樹脂層時(shí)，無論多孔質(zhì)樹脂層滲透到多孔質(zhì)基材中，還是多孔質(zhì)樹脂層不滲透到多孔質(zhì)基材中，任一者均可，可根據(jù)用途選擇。
[0039]多孔質(zhì)基材的平均厚度優(yōu)選為50 μ m~3000 μ m。
[0040]多孔質(zhì)基材的材質(zhì)包含有機(jī)材料和/或無機(jī)材料等，期望使用有機(jī)纖維。優(yōu)選的多孔質(zhì)基材是由纖維素纖維、三乙酸纖維素纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維和聚乙烯纖維等有機(jī)纖維制成的紡織布和/或無紡布，更優(yōu)選使用密度的控制比較容易、制造也容易且廉價(jià)的無紡布。
[0041]多孔質(zhì)樹脂層可以適合使用有機(jī)高分子膜。作為有機(jī)高分子膜的材質(zhì)，可列舉例如，聚乙稀系樹脂、聚丙稀系樹脂、聚氣乙稀系樹脂、聚偏_1，1- 二氣乙稀系樹脂、聚諷系樹月旨、聚醚砜系樹脂、聚丙烯腈系樹脂、纖維素系樹脂和三乙酸纖維素系樹脂等。有機(jī)高分子膜也可以是以這些樹脂為主成分的樹脂的混合物。這里主成分是指其成分含有50重量％以上、優(yōu)選60重量％以上。有機(jī)高分子膜的材質(zhì)優(yōu)選使用利用溶液的制膜容易且物理耐久性和/或耐化學(xué)性也優(yōu)異的聚氯乙烯系樹脂、聚偏-1，1- 二氟乙烯系樹脂、聚砜系樹脂、聚醚砜系樹脂和聚丙烯腈系樹脂，最優(yōu)選使用聚偏-1，1- 二氟乙烯系樹脂或以其為主成分的樹脂。
[0042]這里，作為聚偏-1，1-二氟乙烯系樹脂，優(yōu)選使用偏-1，1-二氟乙烯的均聚物。進(jìn)而，聚偏-1，1-二氟乙烯系樹脂還優(yōu)選使用與可與偏-1，1-二氟乙烯共聚的乙烯基系單體的共聚物。作為可與偏-1，1-二氟乙烯共聚的乙烯基系單體，可例示四氟乙烯、六氟丙烯和
三氯氟乙烯等。
[0043]對(duì)本發(fā)明中作為分離膜使用的多孔性膜不特別限定，只要發(fā)酵中使用的微生物能夠通過即可，但期望不易發(fā)生由發(fā)酵中使用的微生物的分泌物和/或發(fā)酵原料中的微粒造成的堵塞、且過濾性能為長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地繼續(xù)的范圍。因此，優(yōu)選多孔性分離膜的平均細(xì)孔徑為0.01 μ m以上且小于5 μ m。另外，進(jìn)一步優(yōu)選如果多孔性膜的平均細(xì)孔徑為0.01 μ m以上且小于I μ m,則可以兼?zhèn)湮⑸飼?huì)不泄漏的高排除率和高透水性，長(zhǎng)時(shí)間保持透水性可以具有更高的精度和再現(xiàn)性地實(shí)施。
[0044]如果與微生物的大小接近，則有時(shí)這些物質(zhì)直接塞住孔，所以多孔性膜的平均細(xì)孔徑優(yōu)選小于I μ m。為了防止微生物的漏出、即排除率降低的不良狀況發(fā)生，多孔性膜的平均細(xì)孔徑優(yōu)選與微生物的大小相比不過大。在使用微生物中細(xì)胞較小的細(xì)菌等時(shí)，作為平均細(xì)孔徑優(yōu)選為0.4 μ m以下，如果小于0.2 μ m，則可以更適合地實(shí)施。
[0045]另外，有時(shí)微生物生產(chǎn)除了作為所期望的生產(chǎn)物的化學(xué)品以外的物質(zhì)，例如，蛋白質(zhì)和/或多糖類等易凝集的物質(zhì)，進(jìn)而，有時(shí)由于發(fā)酵培養(yǎng)液中的微生物的一部分死亡而生成細(xì)胞的破碎物，為了避免這些物質(zhì)造成的多孔性膜的堵塞，平均細(xì)孔徑進(jìn)一步優(yōu)選為0.1 μ m以下。
[0046]如果平均細(xì)孔徑過小，則多孔性膜的透水性能降低，即使膜不污染也不能有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，因而本發(fā)明中的多孔性膜的平均細(xì)孔徑優(yōu)選為0.01 μ m以上，更優(yōu)選為0.02 μ m以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.04 μ m以上。
[0047]這里，平均細(xì)孔徑可以通過測(cè)定在倍率10，000倍的掃描型電子顯微鏡觀察中能夠在9.2 μ mX 10.4μπι的范圍內(nèi)觀察到的全部細(xì)孔的直徑，并進(jìn)行平均來求得。平均細(xì)孔徑或者也可以使用掃描型電子顯微鏡以倍率10，000倍將膜表面拍攝照片，隨機(jī)選擇10個(gè)以上、優(yōu)選20個(gè)以上的細(xì)孔測(cè)定它們的細(xì)孔直徑，并進(jìn)行數(shù)平均而求得。在細(xì)孔不是圓形時(shí)，可以通過用圖像處理裝置等求出具有與細(xì)孔所具有的面積相等的面積的圓(等價(jià)圓)，以等價(jià)圓直徑作為細(xì)孔的直徑的方法來求得。
[0048]本發(fā)明中使用的多孔性膜的平均細(xì)孔徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ優(yōu)選為Ο.?μπι以下。平均細(xì)孔徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ越小越好。平均細(xì)孔徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ可以將上述的能夠在
9.2 μ mX 10.4 μ m的范圍內(nèi)觀察到的細(xì)孔數(shù)作為N，將測(cè)定的各個(gè)直徑作為Xk，將細(xì)孔直徑的平均作為X(ave)，通過下述(式I)算出。
【權(quán)利要求】
1.化學(xué)品的制造方法，是通過連續(xù)發(fā)酵來制造化學(xué)品的方法，包括:將微生物的培養(yǎng)液用分離膜過濾，將未過濾液保持在或回流至培養(yǎng)液中，在培養(yǎng)液中補(bǔ)加發(fā)酵原料，和回收過濾液中的生產(chǎn)物， 所述微生物是受到分解代謝物抑制的微生物，所述發(fā)酵原料包含六碳糖和五碳糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)品的制造方法，所述過濾液總量中的五碳糖的濃度為5g/L以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)品的制造方法，所述發(fā)酵原料中所含的六碳糖與五碳糖的重量比率為1:9~9:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)品的制造方法，所述發(fā)酵原料包含來源于生物質(zhì)的糖液。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1~4的任一項(xiàng)所述的化學(xué)品的制造方法，所述五碳糖是木糖。
【文檔編號(hào)】C12P19/14GK104039971SQ201380005122
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月13日
【發(fā)明者】小林宏治, 渡邊志緒美, 磯部匡平, 澤井健司, 羅景洙, 平松紳吾, 山田勝成 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社