糖利用能力的微生物在含有衍生 自木素纖維素的糖類的培養(yǎng)基中連續(xù)培養(yǎng)；供給含有衍生自木素纖維素的糖類的額外培養(yǎng) 基至培養(yǎng)槽2的培養(yǎng)基供給部3 ;測(cè)定培養(yǎng)槽2的培養(yǎng)液中木糖濃度的木糖濃度測(cè)定部4 ; 和基于木糖濃度控制額外培養(yǎng)基的供給的控制部5,其中所述額外培養(yǎng)基的供給是通過培 養(yǎng)基供給部3進(jìn)行的。連續(xù)培養(yǎng)裝置1還包括排出部6,其以從培養(yǎng)基供給部3供給的額外 培養(yǎng)基相同的速度取出培養(yǎng)液。
[0028] 例如，培養(yǎng)槽2包括從培養(yǎng)槽2內(nèi)部無(wú)菌取出培養(yǎng)液的取樣部10,且能夠通過所述 取樣部10將培養(yǎng)槽2連接至木糖濃度測(cè)定部4。不對(duì)其特別地限制，培養(yǎng)槽2包括：攪拌 翼11 ;和控制攪拌翼11的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制部12。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制部12能夠基于從控制部5 輸出的控制信號(hào)，控制攪拌翼11的驅(qū)動(dòng)。雖然沒有顯示，培養(yǎng)槽2還可以包括：用于測(cè)定培 養(yǎng)液中含有的細(xì)胞數(shù)的設(shè)備；用于測(cè)定培養(yǎng)液中溶解氧濃度或溶解二氧化碳濃度的設(shè)備； 用于測(cè)定培養(yǎng)液中葡萄糖、乙醇等的濃度的設(shè)備；和用于測(cè)定培養(yǎng)液中過度分解的糖類濃 度的設(shè)備。
[0029] 例如，培養(yǎng)基供給部3包括：填充有含有衍生自木素纖維素的糖類的額外培養(yǎng)基 的額外培養(yǎng)基槽13 ;和在培養(yǎng)基流路14中提供的栗15,其中額外培養(yǎng)基槽13和培養(yǎng)槽2 通過培養(yǎng)基流路14連接。培養(yǎng)基供給部3基于從控制部5輸出的控制信號(hào)控制栗15的驅(qū) 動(dòng)、和能夠調(diào)節(jié)從額外培養(yǎng)基槽13供給至培養(yǎng)槽2的額外培養(yǎng)基的添加時(shí)機(jī)、添加量和添 加流速。
[0030] 如上所述，木糖濃度測(cè)定部4例如通過取樣部10連接至培養(yǎng)槽2,并測(cè)定培養(yǎng)槽2 的培養(yǎng)液中的木糖濃度。不具體限制測(cè)定所述培養(yǎng)液中的木糖濃度的方法。例如，可以使 用酶法。在酶法中，使用以木糖為底物的酶引起酶反應(yīng)，并基于吸光度的變化定量分析獲得 的產(chǎn)物。結(jié)果能夠測(cè)定木糖濃度。也可以使用高效液相色譜法測(cè)定木糖濃度。
[0031] 不像上述配置，可以將木糖濃度測(cè)定部4作為不通過取樣部10連接培養(yǎng)槽2的與 培養(yǎng)槽2各自獨(dú)立的裝置提供。在這種情況下，操作者可以從培養(yǎng)槽2無(wú)菌取出培養(yǎng)液，從 而木糖濃度測(cè)定部4能夠測(cè)定取出的培養(yǎng)液中的木糖濃度。
[0032] 將木糖濃度測(cè)定部4測(cè)定的培養(yǎng)液中的木糖濃度輸入控制部5?？刂撇?輸出控 制信號(hào)至培養(yǎng)基供給部3,以基于輸入的木糖濃度控制額外培養(yǎng)基的添加。特別地，控制部 5將所述輸入的培養(yǎng)液的木糖濃度與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，并輸出控制信號(hào)，以供給額外培 養(yǎng)基至培養(yǎng)槽2,從而將培養(yǎng)槽2的培養(yǎng)液中的木糖濃度調(diào)節(jié)為閾值或以下。此時(shí)，基于額 外培養(yǎng)基中的木糖濃度，控制額外培養(yǎng)基的流速和添加時(shí)機(jī)，能夠?qū)⑴囵B(yǎng)槽2的培養(yǎng)液中 的木糖濃度調(diào)節(jié)至閾值或以下。
[0033] 不特別地限定閾值，并且可以是培養(yǎng)液中所含的木糖被充分消耗時(shí)的值。例如，閾 值可以是培養(yǎng)開始前填充培養(yǎng)槽2的培養(yǎng)液中的木糖濃度的1/3或以下。更具體地，閾值 可以是l〇g/L或以下。
[0034] 通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)液中的木糖濃度為閾值或以下，能夠充分地推進(jìn)使用衍生自木素纖 維素的糖類的乙醇發(fā)酵，即，使用葡萄糖和木糖的乙醇發(fā)酵。結(jié)果，能夠以高效率制備乙醇。
[0035] 另一方面，控制部5將輸入的培養(yǎng)液中的木糖濃度與預(yù)先設(shè)定值（下文中，稱為 "下限值"）比較，并輸出控制信號(hào)，以供給額外培養(yǎng)基至培養(yǎng)槽2,從而將培養(yǎng)槽2的培養(yǎng)液 中的木糖濃度調(diào)節(jié)為下限值或以上是優(yōu)選的。此處描述的下限值是指使得使用連續(xù)培養(yǎng)裝 置1的連續(xù)培養(yǎng)中乙醇制備的生產(chǎn)率高于分批培養(yǎng)中乙醇制備的生產(chǎn)率而確定的木糖濃 度。
[0036] 具體地，控制部5控制額外培養(yǎng)基的供給速度，使得使用連續(xù)培養(yǎng)裝置1的連續(xù)培 養(yǎng)中每單位時(shí)間和單位液量產(chǎn)生的用于乙醇制備的微生物細(xì)胞數(shù)多于使用與連續(xù)培養(yǎng)相 同的培養(yǎng)液的分批培養(yǎng)中每單位時(shí)間和單位液量產(chǎn)生的用于乙醇制備的微生物細(xì)胞數(shù)是 優(yōu)選的。更具體地，可以將所述額外培養(yǎng)基的供給速度設(shè)定為大于自下述等式（1)獲得的 F ：
[0037] F = VX (xnax-x〇)/xsXT/(tbatchX (T-t,)). . . (1)
[0038] 在該等式中，F(xiàn)表不額外培養(yǎng)基的供給速度，V表不培養(yǎng)液的液量，xmax表不使用所 述培養(yǎng)基的分批培養(yǎng)中的用于乙醇制備的最大微生物濃度，&表示使用所述培養(yǎng)基的分批 培養(yǎng)開始時(shí)的用于乙醇制備的微生物濃度，\表示使用所述培養(yǎng)基的連續(xù)培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的用 于乙醇制備的微生物濃度，T表示在所述培養(yǎng)液中維持穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，t bateh表示使用所述培養(yǎng) 基的分批培養(yǎng)所需的總時(shí)間，和^表示在使用所述培養(yǎng)基的連續(xù)培養(yǎng)中，至建立穩(wěn)態(tài)時(shí)所 需的總時(shí)間。
[0039] 這個(gè)等式基于以下事實(shí)：分批培養(yǎng)中每單位時(shí)間和單位液量產(chǎn)生的用于乙醇制備 的微生物細(xì)胞數(shù)R bateh是自下述等式獲得的；和使用連續(xù)培養(yǎng)裝置1的連續(xù)培養(yǎng)中每單位時(shí) 間和單位液量產(chǎn)生的用于乙醇制備的微生物細(xì)胞數(shù)R rant是自下述等式獲得的。即，等式（1) 是假定Rbat(：h= R ccmt，通過整理F而獲得的。
[0040] Rbateh = (x max-X〇) /tbateh
[0041] R-eDXXsXa-t/T)
[0042] 在該等式中，D表示稀釋率，且D = F/V。
[0043] 作為下限值的另一個(gè)例子，控制部5可以基于使用相同培養(yǎng)基的分批培養(yǎng)結(jié)束時(shí) 的木糖濃度設(shè)定下限值。即，通過設(shè)定下限值高于使用相同培養(yǎng)基的分批培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的木 糖濃度（例如，高于10倍），連續(xù)分批的乙醇制備的生產(chǎn)率超過了使用分批培養(yǎng)的乙醇制備 的生產(chǎn)率。
[0044] 如上所述，當(dāng)從含有衍生自木素纖維素的糖類的培養(yǎng)基通過連續(xù)培養(yǎng)制備乙醇 時(shí)，基于培養(yǎng)液中的木糖濃度確定額外培養(yǎng)基的添加控制，其中所述添加控制包括添加量 的調(diào)節(jié)、添加速度的調(diào)節(jié)和添加時(shí)機(jī)的調(diào)節(jié)。結(jié)果，達(dá)到了優(yōu)異的乙醇生產(chǎn)效率。
[0045] 即，能夠高效率地使用包含于培養(yǎng)液中的衍生自木素纖維素的糖類，如葡萄糖和 木糖，用于乙醇發(fā)酵。通常，在使用連續(xù)培養(yǎng)的物質(zhì)的發(fā)酵生產(chǎn)方法中，于監(jiān)測(cè)培養(yǎng)液中用 于乙醇制備的微生物濃度的同時(shí)進(jìn)行額外培養(yǎng)基的添加控制。但是，在使用含有衍生自木 素纖維素的糖類的培養(yǎng)基進(jìn)行乙醇制備時(shí)，用于乙醇制備的微生物濃度的上升-下降特征 譜不與培養(yǎng)液中的乙醇濃度譜相聯(lián)系，且用于乙醇制備的微生物濃度的上升-下降譜對(duì)培 養(yǎng)液中乙醇濃度譜的應(yīng)答是延遲的。因此，用于乙醇制備的微生物濃度作為指示乙醇發(fā)酵 進(jìn)行程度的指標(biāo)在敏感度上是差的。此外，衍生自木素纖維素的糖類中的葡萄糖濃度譜與 培養(yǎng)液中的乙醇濃度譜沒有關(guān)系并因此不適用于作為指示乙醇發(fā)酵進(jìn)行程度的指標(biāo)。進(jìn)一 步地，為了使用來(lái)自培養(yǎng)液的排氣濃度作為指標(biāo)，有必要提供用于測(cè)定二氧化碳的測(cè)定裝 置，其引起裝置成本提高。而且，由于在乙醇發(fā)酵中不是在活躍地進(jìn)行通氣，測(cè)定排氣濃度 不是有效的。當(dāng)使用培養(yǎng)液中的乙醇濃度作為指標(biāo)，能夠直接監(jiān)測(cè)乙醇發(fā)酵的進(jìn)行程度，因 為乙醇是生產(chǎn)目標(biāo)物。但是，由于乙醇的生產(chǎn)量是木糖生產(chǎn)量的一半，乙醇濃度的變化也是 木糖濃度變化的一半。因此，與其中測(cè)定木糖濃度的情形相比較，將乙醇濃度作為指示乙醇 發(fā)酵進(jìn)行程度的指標(biāo)在敏感度上是不充分的。
[0046] 如上所述，當(dāng)通過連續(xù)培養(yǎng)從含有衍生自木素纖維素的糖類的培養(yǎng)基制備乙醇 時(shí)，基于培養(yǎng)液中的木糖濃度通過實(shí)施對(duì)額外培養(yǎng)基的添加控制能夠達(dá)到非常優(yōu)異的乙醇 生產(chǎn)效率.
[0047] 使用常規(guī)方法能夠自排出部6排出的培養(yǎng)液收集如上所述制備的乙醇。對(duì)收集乙 醇的方法不進(jìn)行具體限定，且可以使用相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域熟知的任何方法。例如，當(dāng)上述乙醇 發(fā)酵結(jié)束后，通過固液分離法分離含有乙醇的液相層和含有重組微生物和固體組分的固相 層。接下來(lái)，使用蒸餾法從液相層分離乙醇并純化。結(jié)果，能夠收集具有高純度的乙醇。根 據(jù)乙醇的目的用途能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)乙醇的純度。
[0048] 適用于本發(fā)明實(shí)施方案的連續(xù)培養(yǎng)裝置1不限于圖1中所示的構(gòu)成，并且如圖2 所示，可以具有包括如下的構(gòu)成：培養(yǎng)槽2和連接培養(yǎng)槽2的第2段培養(yǎng)槽20。即，在如圖 2所示的連續(xù)培養(yǎng)裝置1中，培養(yǎng)槽2和第2段培養(yǎng)槽20通過配管21相互連接在一起，且 在第2段培養(yǎng)槽20中配置乙醇發(fā)酵結(jié)束后取出培養(yǎng)液的排出部6。在圖2所示的連續(xù)培養(yǎng) 裝置1中，如在圖1所示的連續(xù)培養(yǎng)裝置1那樣，分別測(cè)定培養(yǎng)槽2和第2段培養(yǎng)槽20中 的木糖濃度，從而基于所述木糖濃度進(jìn)行額外培養(yǎng)基的添加控制。
[0049] 下文中描述具有木糖利用能力的微生物。具有木糖利用能力的微生物的含義不僅 包括內(nèi)在地具有木糖代謝能力的微生物，而且包括通過將木糖代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)移入內(nèi)在地 具有木糖代謝能力的微生物或不具有木糖代謝能力的微生物而獲得的重組微生物。此處， 木糖代謝相關(guān)基因的含義包括木糖異構(gòu)酶基因、編碼將木糖轉(zhuǎn)化成木糖醇的木糖還原酶的 木糖還原酶基因、編碼將木糖醇轉(zhuǎn)化成木酮糖的木糖醇脫氫酶的木糖醇脫氫酶基因、和編 碼使木酮糖磷酸化從而產(chǎn)生木酮糖-5-磷酸的木酮糖激酶的木酮糖激酶基因。此外，從木 酮糖激酶產(chǎn)生的木酮糖-5-磷酸通過磷酸戊糖途徑被代謝。
[0050] 更具體地，不特別地限制木糖代謝相關(guān)基因中的木糖異構(gòu)酶基因（XI基因）， 可以使用衍生自任一物種的基因。例如，沒有特別限制地可以使用日本專利申請(qǐng)公開號(hào) 2011-147445(JP 2011-147445 A)中公開的衍生自白蟻腸道原生生物的多個(gè)木糖異構(gòu)酶 基因。此外，作為木糖異構(gòu)酶基因，可以使用衍生自厭氧真菌梨囊鞭菌屬物種（Piromyces sp.)E2的基因（參見PCT申請(qǐng)?zhí)?005-514951的公開的日文翻譯（JP-A-2005-514951))、 衍生自厭氧真菌Cyllamyces aberensis的基因、衍生自細(xì)菌多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron)的基因、衍生自細(xì)菌植發(fā)酵梭菌（Clostridium phytofermentans)的 基因、或衍生自鼠灰鏈霉菌（Streptomyces murinus)簇