その場前処理法を用いた大腸菌によるビート糖蜜のL-リジン産生促進（英文

Enhancing L-Lysine Production of Beet Molasses by Engineered Escherichia coli Using an In Situ Pretreatment Method.

• Xun He
• Yanbin Qi
• Kequan Chen
• Yan Li
• Pingkai Ouyang

抄録

糖蜜のバイオアベイラビリティを促進するためには、環境的に糖蜜の粘度を下げ、微生物にとって有害な成分を選択的に除去することが重要である。大腸菌ZY0217を用いてL-リジン製造前の糖蜜の粘度を下げるために、界面活性剤とアルカリを組み合わせた簡便で環境に優しい原位置前処理法を開発した。この原位置前処理法に基づいて活性炭と改質オレンジピールを添加することで、糖蜜中の色素や過剰な亜鉛を効果的に除去し、大腸菌ZY0217の細胞増殖とL-リジン収量を大幅に増加させることができた。実験の結果、アニオン性界面活性剤である第二級アルカンスルホン酸と非イオン性界面活性剤であるHodagCB-6の混合物は、単一の界面活性剤よりも糖蜜の粘度を効果的に低下させることが示された。界面活性剤混合物を糖蜜に0.04g/Lの濃度で添加した場合のω値は0.4であり、アンモニアを0.6％添加した場合には705mPa・sという最も低い粘度が得られた。さらに、最も低い粘度を有する糖蜜に活性炭と改質オレンジピール処理を施すことにより、着色の91.5％、亜鉛の元のレベルの86.68％が除去され、細胞の成長とL-リジンの産生がさらに促進された。投入バッチ培養プロセスにおいて、定速投入戦略を用いて達成されたL-リジン濃度は45.89g/Lであり、L-リジン収率は27.18%であったが、未処理糖蜜からのL-リジン収率はわずか10.13%であった。L-リジン収率の増加は、粘度の低下と糖蜜の無害化に関係していた。最後に、前処理は、糖蜜中の糖のL-リジンへの変換を有意に高めることがわかった。

Reducing the viscosity of molasses environmentally and selectively removing the harmful ingredients for microbes are the keys to promoting the bioavailability of molasses. A simple and environmental in situ pretreatment method integrating surfactants and alkali was developed to reduce the viscosity of molasses prior to L-lysine production using Escherichia coli ZY0217. Adding activated carbon and modified orange peel based on the in situ pretreatment process effectively removed pigments and excessive zinc in the molasses and also significantly increased the cell growth and L-lysine yield from E. coli ZY0217. The experimental results showed that a mixture of secondary alkane sulfonate, an anionic surfactant, and HodagCB-6, a non-ionic surfactant, effectively reduced the viscosity of the molasses more so than any single surfactant. When the surfactant mixture was added at a concentration of 0.04 g/L to the molasses, the ω value was 0.4, and when ammonia was added at 0.6 %, the lowest viscosity of 705 mPa · s was obtained. Further, 91.5 % of the color and 86.68 % of the original levels of zinc were removed using an activated carbon and modified orange peel treatment on the molasses with the lowest viscosity, which further promoted cell growth and L-lysine production. In the fed-batch cultivation process, the L-lysine concentration achieved using a constant-speed feeding strategy was 45.89 g/L, with an L-lysine yield of 27.18 %, whereas the L-lysine yield from untreated molasses was only 10.13 %. The increase in L-lysine yield was related to the reduced viscosity and the detoxification of the molasses. Lastly, the pretreatment was found to significantly enhance the conversion of sugars in the molasses to L-lysine.