JPH02500247A - シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ,その製法および使用 - Google Patents

シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ,その製法および使用

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JPH02500247A JP63508598A JP50859888A JPH02500247A JP H02500247 A JPH02500247 A JP H02500247A JP 63508598 A JP63508598 A JP 63508598A JP 50859888 A JP50859888 A JP 50859888A JP H02500247 A JPH02500247 A JP H02500247A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼ、その製法および使用 艮土立肛 本発明はシクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼ、その製法、これを 産生しうる微生物菌株およびデンプン液化ならびにシクロデキストリン製造にお けるその使用に関する。
征】Uえ紅 シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼ(1゜4−α−D−グルカン 4−α−D−(1,4−α−D−グルカノ)−トランスフェラーゼ、E、C,2 ,4,1,19)(以後、シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼま たはCGTアーゼと称する)は、デンプンまたはデンプン加水分解物の環化によ りシクロデキストリンを形成しうる能力により特徴ずけられる。
すなわち、酵素による環化反応はシクロデキストリン(CDと略されるかまたは シャルディンガーデキストリンとしても知られている)を製造し、これはα−1 ,4結合により連結された6、7または8個のα−D−グリコピラノース残基か らなる環状分子である。これらは、それぞれ6.7または8個のグルコース残基 の数によってα−1β−またはT−シクロデキストリンとして知られている。
一般に、シクロデキストリンはこれまでイー、ビイ、ティルデン(E、B、Ti 1den )およびシイ、ニス、ハドソン(C,S。
Hudson )により記載された方法(J、American Chemic al 5ociety+64: 1432(1942) )の変法により作られ てきた。これらの方法はバチルス マセランス(Bacillus +nace rans)からのシクロデキストリン グリコジルトランスフェラーゼ(CGT アーゼ)酵素を用いて液化デンプンを処理することを含む。この方法の変法のす べてには幾つかの欠点がある。第一に、CGTアーゼはデンプンのゼラチン化温 度以上で用いられるのに十分熱的安定性ではないので、デンプンをたとえばα− アミラーゼで予備処理してデンプンを可溶化しなければならない。
デンプンを比較的低DE(デキストロース等量)まで液化することが重要であり 、そのためデンプン液化方法の実施後に、処理剤、通常はα−アミラーゼを不活 化して良好なシクロデキストリン収率を得る必要がある。第二に、バチルス マ セランス(Bacillus macerans) CGTアーゼは高められた 温度で使用するには十分安定でなく、従って、酵母によるシクロデキストリン化 方法は約50°Cで行なわれ、ここでは微生物による汚染を受ける恐れがある。
第三に、バチルス マセランス(Bacillus macerans) CG Tアーゼによるデンプンのシクロデキストリンへの転化(50°C,pH7,0 )は、合理的収率を達成する前に延長した反応時間を必要とする。
これまで当該技術で公知のCGTアーゼ酵素は、たとえばバチルス マセランス (Bacillus macerans) 、バチルス サーキュランス(Ba cillus circulans) 、バチルス ステアロテルモフィルス( Bacillus stearothermophilus) 、バチルスメガ テリウム(Bacillus megaterium) 、バチルス オーベン シス(Bacillus ohbensis) 、好アルカリ性バチルス属(B acillussp、)、ミクロコツカス ルテウス(Micrococcus  1uteus)、ミクロコツカス パリアンス(旧crococcusνar ians )およびクレブシェラ ニューモニア(Klebsiella pn eumoniae)のような微生物により作られる。しかしながら、これらの微 生物により作られるCGTアーゼ酵素のいずれも微生物汚染の可能性を避けるた めに十分高められた温度でシクロデキストリン製造するのに用いられる60°C 以上で十分安定ではない。
水性デンプンスラリーの酵素液化は、デンプンのデキストロース(グリコース) への転化における第一段階として広(行なわれている。かなりの程度までデンプ ン工業は米国特許第3921590号の液化方法を採用してきた。一般的条件は 、105°Cで5分間のジェットクツキングとそれに続くデンプン濃度35%D S(乾物重量)で95°Cにて90分間の維持である。
この方法で使用される酵素はターマミル(Termamyl)” (ノボインダ ストリイA/Sの製品)、バチルス リチェニホルミス(B、 l ichen iformis )からのα−アミラーゼである。液化はpH約6.0で行なわ れ、続いて約4.5〜5.0のp)lでグリコアミラーゼを用いて糖化が行なわ れる。
中間pn調整の必要性を除くために、技術上長いことpit5で液化しうるデン プン液化酵素が捜しめられてきていた。
バチルス ステアロテルモフィルス(B、stearothermophilu s)からのα−アミラーゼがこの目的に対し提案されてきていたが、しかし本明 細書のデータでは4.5はどの低pHでは十分液化しないことがわかる。米国特 許第4,578,532号および同第4.613,570号にはクロストリジウ ム(clostridium)がらの好酸性α−アミラーゼが記載されているが 、しかし前記特許のデータではp)14.5における100°C以上での安定性 が不十分であることがわかる。
主肌企旦舵 本発明の目的は、微生物感染の危険がわずがである60’Cまたはそれ以上でC D製造に使用されるのに十分熱安定性であり、そしてデンプンが完全にゼラチン 化する90°C以上でのデンプン液化に使用されるのでさえ十分熱的安定性を有 するシクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼを提供するものである。
また本発明の目的は、pH4,5で100°C以上の温度でデンプンを液化しう る酵素を提供するものである。
本発明の他の目的は前記熱安定性酵素およびこれを産生しうる微生物菌株を作る 方法を準備することである。さらに別の目的は、前記酵素を用いて60°C以上 でCDを製造する方法およびpH4,5〜5.0付近でデンプン液化のために前 記酵素を用いる方法を提供するものである。
1里■脱里 本発明者らは驚くべき熱安定性のCGTアーゼを産生する幾つかの好熱性の真性 嫌気性菌株を単離した。
したがって、その最初の観点において本発明は、テルモアナエロバクタ−(Th ermoanaerobacter )またはテルモアナエロビウム(Ther moanaerobiu粕)の菌株に由来するものであり、p)15.0で測定 された約95°Cの最適温度;約5.0の最適pH;およびデンプンとCa”の 不存在下に80°Cでpt15.0で40分間インキュベーション後約95%の 残留活性を有することが特徴的なシクロデキストリングリコジルトランスフェラ ーゼを提供するものである。
本発明の第二の観点は、適当な栄養素含有培地中で嫌気性条件下にテルモアナエ ロバクター(Thermoanaerobacter)またはテルモアナエロビ ウム(Thermoanaerobium )のCGTアーゼ産生性菌株を培養 するか、または好気性条件下にこれから適当な遺伝子情報を含む形質転換宿主微 生物を培養し、その後発酵培地からCGTアーゼを回収することからなるシクロ デキストリングリコジルトランスフェラーゼ(CGTアーゼ)の製造方法を提供 するものである。
本発明の第三の観点は、シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼを産 生ずる能力および非−運動性により特徴ずけられるテルモアナエロバクター(T her+noanaerobacter )またはテルモアナエロビウム(Th ermoanaerobium)の菌株の生物学的に純粋な培養物を提供するも のである。
本発明の第四の観点は、前記シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼ の存在下に約4.0〜5.5の範囲のp)lにて好ましくは約100°Cを越え る温度にて水性デンプンスラリーに酵素液化を行なうことからなるデンプン液化 方法を提供するものである。
本発明の第五の観点は、60°C以上の温度で前記シクロデキストリングリコジ ルトランスフェラーゼを用いてデンプン加水分解物溶液を酵素処理し、その後反 応混合物からシクロデキストリン生成物を回収することからなるシクロデキスト リン製造方法を提供するものである。
最後に、本発明の第六の観点は、約100°C以上の温度にて4.0〜5,5の 範囲のpHにて好ましくはカルシウム塩をほとんど添加することなく請求項1に 記載のシクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼで水性デンプンスラリ ーを酵素的に処理し、その後得られたシロップを約28時間以下の間80゜〜9 0°Cの範囲の温度に保持し、該シロップは前記保持期間の少なくとも一部の間 20〜30DSの範囲であり、次いで反応混合物からシクロデキストリン生成物 を回収することからなるシクロデキストリン製造方法を提供するものである。
尤■至立狙皇主里 微生1 本発明の微生物は好熱性の真正嫌気性細面であって、テルモアナエロバクター属 (the genus Thermoanaerobacter)〔ジェイ、ウ ィーゲル(J、Wiegel)とエル、シイ、ルイングダール(L、G、Lju ngdahl)、 Arch、 Mirobiol、 (1981) 128:  343−348〕またはテルモアナエロビウム属(the genus Th ermo−anaerobium) (ジエイ、ジ仁ゾイクス(J、G、Zei kus)ら、八rch、 Microbiol、、 122.4l−48(19 79))に属するものである。
これらの属に対する分類法は確立されておらず、多分2つの属が大変類催してい るのでこの分野の熟練者でされこれらを差別化することができないので2つの属 が1つの同じ属として適切に分類されるように考えられる。
テルモアナエロバクターおよびテルモアナエロビウムの公知菌株と対照的に、本 発明の微生物株はCGTアーゼ産生能力ならびに非運動性により特徴ずけられる 。本発明菌株の幾つかはまた公知菌株と対照的にインドール陽性である。公知菌 株T、ethanolicus DSM 3389およびT、finii DS M 2246は熱的安定性CGTアーゼの産生者ではないことが見出された。
本発明者らにより8個の菌株が単離され、ブダペスト条約の権限下に特許を受け る目的でアメリカンタイプカルチュアコレクション(ATCC)およびナショナ ル コレクションズオブ インダストリアル マリンバクテリア(NCIMB) に次のように寄託された: 炙圧嵐 !託旦 !丘1対皿 1、 ATCC53,6276月3,1987 ANO−15−7−5A、2− 702、 NCIB 40.053 10月6.1988 ANO−16−7− 2A−704、NCIB 40.055 10月 6,1988 ANO−36 −7−15、NCIB 40.056 10月 6.1988 ANO−38− 7−16、NCl340.057 10月6,1988 ANO−44−5−1 −557、NCrB 40.058 10月6.1988 ANO−51−7− 1−708、NCl340.059 10月 6.1988 ANO−55−7 −1−70上記菌株の突然変異体および変異体もまた本発明の範囲内である。
これら8つの菌株はスコツトランドのNCLMBによりテルモアナエロバクタ一 種(Thermoanaerobacter sp、)またはテルモアナエロビ ウム種(Thermoanaerobiu+a sp、)としてすべて分類され 、属は未分割である。別の分類学的データを次に示す:注(a)〜(f)は次ペ ージ参照 記: (a)鎖中、変化する長さの粒状環体 (b)一定の棒体、“粒状体′染色、一本および短鎖(C)(デンプン寒天、3 日):丸し1、一定、分力1れて11なし)、平滑、低い(?)、凸状(?)、 不透明、黄−淡黄色、直径2.5m (d) (R,C,M、、3日間);丸し)、一定、分力)れてblなし)、平 滑、光沢あり、半透明、扁平、白色、直径3鵬(e) + (遅い7日間) (f)ペプトン水シュガー:酸またむまガスなしNil m定せず API20A ””′ ’ ム11■! NCインキュベーション後変化なし ± わずかに反応 * たぶん高温により起きる人為的物質であろう旦旦エヱニ叉皮生 CGTアーゼ酵素の調製は、本発明の微生物株(たとえばATCC53,627 )を、嫌気性条件下で、炭素源としてのマルトデキストリン、酵母抽出物および 無機質溶液を含む培地中で培養することにより行なわれる。CGTアーゼの製造 に最適なpHおよび温度はp)17.0と67°Cである。酵素は発酵培地へ分 泌されこれは細胞外酵素であることを示す。
これに代わり、本発明のCGTアーゼは、適当な遺伝子情報を含む形質転換細胞 の好気性培養により産生されうる。一般に、この産生方法は次の段階からなるで あろう:(a)形質発現を促進する機能をエンコードするDNA配列とテルモア ナxoバクター(Thermoanaerobacter )およびチルーE7 ナエロビウム(Thermoanaerobium)株のCGTアーゼをエンコ ードするD N A配列とからなる適当な組換体DNAクローニングベクターを 準備し; (b) (a)段1iWからのクローニングベクターで適当な宿主微生物を形質 転換し; (c)形質転換した宿主を好気性条件下で適当な栄養素含有培地中にて培養し、 その後培地からCGTアーゼを回収する。
適当な宿主微生物の例は、大腸菌属(Escherichia) 、ストレプト ミセス属(Streptomyces) 、バチルス属(Bacillus)ま たはアスペルギルス属(Aspergi 1lus )の菌株、好ましくは大腸 菌(E、coli) 、枯草菌(B、5ubtxlis) 、バチルス リチェ ニホルミス(B、]icheniformis)またはアスペルギルス オリザ エ(A、orzae)である。
CGTアーゼは発酵培地から細胞を除き、次いでプロスをたとえば限外濾過によ り濃縮することにより回収される。
CGTアーゼの 制 特性づけの目的のために、ATCC53,627からの粗製CGTアーゼ調製物 の均質物への精製は、DEAE−セファロースクロマトグラフィ、クロマトフオ ーカシング貢およびアカルボースーセフ70−スアフィニティクロマトグラフィ により達成された。3つの成分1.IIおよびmを精製した。1つのCGTアー ゼ成分のみが5DS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動に基づいて、他の菌株か らの粗製調製物に見出された。
CGTアーゼの軌8 本発明のCGTアーゼは、先行技術の酵素によりはるかに優れた熱的安定性によ り特徴ずけられる。5%リンドナー(Lintner)デンプン−0,1M!” ¥酸ナトリウムpH5,0(50ppmCa”)にて50分間95°Cでインキ ュベーション後、本発明のCGTアーゼ(ATCC53,627)はその活性を ほぼ100%保持し第3図に、基質およびCa”の不存在下に様々な温度でpH 5,0にて40分間インキュベーション後ATCC53,627からの粗製CG Tアーゼの残留活性を示す。図示するように、これらの条件にて80°Cにてそ の活性の約95%を保持する。比較として2つの先行技術による液化酵素につい てのデータもまた示す:バチルス リチェニホルミス(Bacillus li cheniformis)。
(ターマミル Termamyl?M)からのα−アミラーゼおよびバチルス  ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophi lus)からのα−アミラーゼ。
成分1.11および■はATCC53,627の粗製CGTアーゼと同様な熱的 安定性を有する。比較のために、バチルス マセランス(Bacillus m acerans) CGTアーゼが50°C以下の温度でのみ安定であり50° C以上では直ちに活性が失なわれることが報告されている〔スタヴン、ニー、( Stavn、 A)およびグラナムピー、イー、(Granum、 P、E、) + Carbohydrate Re5earch。
75 (1979) 243)。
CGTアーゼの −ヒ tJiXL CGTアーゼ活性における温度の効果を測定した。 ATCC53 ,627からのCGTアーゼは0.1 M酢酸ナトリウム−100ppo+ C a”においてpH5,0で95°Cにて最適温度を有する(第1図参照)。この 最適値はバチルス マセランス(Bacillus macerans) CG Tアーゼのもの、すなわちpns、。
にて55°Cであると報告されているものと対照的である(スタブイン。ニー、 とグラナム、ビイ、イー+l CarbohydrateResearch、  75 (1979) 243)。
u星1望 CGTアーゼ活性におけるpHの効果を60°Cにて測定した。 A TCC53,627からのCGTアーゼのpH最適値は、クエン酸ホスフェート −0,5%リンドナーデンプン−100pp+mCa”緩衝液系において試験す ると酸性範囲で広い活性を備えて5.0である(第2図参照)。この値は、バチ ルス マセランス(Bacillus +nacerans) CGTアーゼに ついて報告された5、 2−5.7のpH最適値と同様である〔スタヴン、ニー 、とグラナム、ビイ−、イー、Carbohydrate Re5earch、  75 (1979)243)。
丘王l 5DS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動とそれに続<pH6,0,5 5℃での0.8%リンドナーデンプン−ヨウ素ゲルライト(Gelrite)  ”積層材により測定されたCGTアーゼの分子量は次のようであった: ATCC53,6271117,000ダルトンA丁CC53,627II 1 10,000 −ATCC53,627I[11’08.OOo −NCIB  40,053 99,000 −NCIB 40,054 106.000 − NCIB 40,055 104.000 −NCIB 40,056 101 ,000 −NCIB 40.057 126,000 −NCIB 40,0 58 210,000 −NCIB 40,059 154.000 −これら の結果はCGTアーゼがすべて異なることを示す。
豊里立 LKBアンホリンPAGプレー)pf(3,5−9,5を用い続いてp H6,0で55°Cにて0.8%リンドナーデンプンヨウ素寒天積層材を用いた 等電点電気泳動によりCGTアーゼI。
■および■の等電点はそれぞれ4.55 、4.50および4.50であること がわかる。
rユZ 検出のために屈接率を用いたアミネックス(Aminex)” HPX −42A(バイオ−ラッド)Hpt、cにより、ATCC53、627からの各 々のCGTアーゼによるリンドナーデンプンの分解から作られる作用パターンは 同一であることが示された(第4図参照)。それゆえ3つのCGTアーゼは触媒 的に同じである。右の3つのピークは加水分解後に現われ、NMRによりそれぞ れ(左から右へ)α、T−およびβ−シクロデキストリンであることがわかる。
第7図は、本発明(ATCC53,627) Ct:、 Tアーゼと先行技術の 液化酵素すなわちバチルス ステアロテルモフィルス(Bacillus st earothermophilus)からのα−アミラーゼとにより作られる作 用パターンを比較する。
−゛ンブンのシクロ−゛キスト1ンへの二4.46フアデバス(Phadeba s) U/g DSの標準投与量にてATCC53,627からのCGTアーゼ を用いて液化の間α−γ−またはβ−シクロデキストリンへの転化率%の測定を 次に示す。
条件はpH4,5にて35%DS)ウモロコシデンプンを第一に105°Cで1 4分間液化し第二に90°Cで4時間液化することであった。
また5%DSリンドナーデンプンー0.1M酢酸ナトリウム(501)I)01  ’Ca ” ’ )を用いてpH5,0および95°Cにて50分間CGTア ーゼ(6,8ファデバスU/g DS)に対する転化率%も示す。液化において α−およびT−シクロデキストリンの等量が作られ一方はとんど2倍量のβ−シ クロデキストリンが形成する。
リンドナーデンプン反応において、β−シクロデキストリンはT−シクロデキス トリンの2倍量作られ、α−シクロデキストリンはT−シクロデキストリンの3 倍量が作られる。
シクロ−゛キストリングリコシルトランスフエラーゼの 六本発明CGTアーゼ と幾つかの公知CGTアーゼにおける発表されたデータの比較を次表に示す。幾 つかの明らかな差異、特に最適温度と安定性が立証される。
デ」グ乙Z3ゴL汰 デンプンの液化はデンプンを部分的に脱型台化し可溶化しこれにより次のたとえ ばグルコアミラーゼのような酵素による糖化を容易に受け入れられるようにする のに役立つ。かなりの程度まで工業は米国特許第3.921.590号の液化方 法を採用してきた。代表的条件は、たとえばジェットクツキングのような方法で 105”Cまで加熱し、続いて約pH6にてバチルスリチェニホルミス(B、I icheniformis) cx−アミラーゼを用いて前記温度で5分間続い て95°Cで90分間保持する。グルコアミラーゼはp)I約4.0−5.5で 使用されるので、この範囲のpHで液化するのが望ましい。バチルス ステアロ テルモフィラス(B、stearothermophilus )からのα−ア ミラーゼはpH5,8で十分液化するがしかし前記α−アミラーゼの両方ともp H5,0以下で液化することができない。本発明で提供される液化方法は約pH 4,0−5,5(好ましくは4.5−5.5 >で行なわれ、続いて中間p)1 8m整を行なうことなく糖化が行なわれうる。
本発明CGTアーゼは低pHでさえもCa”を安定のために必要とせず、このた めカルシウム塩の添加は一般に必要ではない。
適当な液化条件は約1〜60分間約100−115°Cであり、好ましくは続い て約50分間〜4時間約80−100°Cに保持することである。連続方法が好 ましく、ジェット−クツキングにより加熱するのが最も好ましい。本発明CGT アーゼは、デンプンDS(乾物重量)Igにつき2〜5フアデバスU(以下参照 )の投与量レベルでデンプンを十分に液化する。デンブン濃度は一般に15〜4 0%DS(−へ%乾燥物質)の範囲内であり、最も一般には25−35%DSで ある。
デンプンのα−アミラーゼ触媒化加水分解は、還元糖の増加に伴ない粘度が減少 するという結果になる。CGTアーゼはデンプンを分解するが、しかし還元糖の 発生はほとんどない。酵素反応は重合程度をほとんど減少させ、これによりα− 1β−およびγ−シクロデキストリンのかなりの量とともに高分子量マルトデキ ストリンを含む溶液が得られる。したがって、pH4,5にて105°Cで14 分間液化し90°Cでの保持時間4時間により35%DSトウモロコシデンプン のα−1β−およびγ−シクロデキストリンへの転化は、それぞれ3.8%、6 .4%および3.6%である。
本発明液化方法は、湿式粉砕したトウモロコシデンプンまたは他の精製したデン プンからCGTアーゼで液化し続いてグルコアミラーゼ単独またはプルラナーゼ とともに糖化することにより高収率でデキストロース(グルコース)を作るのに 使用される。
本発明の液化方法はまたデンプン含有バイオマスからエタノールを作るのにも使 用される。この場合バイオマスはCGTアーゼを用いてpH4,5−5,5で液 化され続いてグルコアミラーゼを用いて糖化してグルコースを形成し同時または 順次の酵母を用いたグルコースの発酵でエタノールとする。その後、アルコール を当該技術で公知の方法により回収される。
全方法をいかなる中間pH調節を行なうことなく5.0付近のpHで行ない、そ して同時糖化および発酵を約30°Cにて72時間までで行なうのが好ましい。
液化は低DSレベル(15−20%)または高DSレベル(20%−40%)の いずれかで行なうことができる。高DS方法において、DSレベルは約20%濠 で減らしてから発酵を行ない約10%アルコール容量の最大酵母許容量を得るよ うにしなければならない。
アルコール製造のための粗原料は精製デンプンたとえば湿式粉砕トウモロコシデ ンプン:未加工粗原料たとえばトウモロコシ、コムギ、コメ、モロコシ、キャラ サバおよびジャガイモ(そのデンプン含有量15〜80%の範囲);および他の デンプン含有物質たとえば工場からの廃棄物または副産物を含む。精製デンプン の場合、液化方法は100°C以上の最初の処理とそれに続く液化完了のための より低い温度での保持を含む。他の粗原料(より低いデンプン含有量)の場合、 液化を60−100°Cの範囲で行なうのが好ましい。
シクロデキストリンの11゛告 本発明は熱的に安定なCGTアーゼを用いたシクロデキストリンの製造方法を提 供するものである。本発明方法において、液化デンプンは約60°Cを越えない 温度で好ましくは24時間以内にCGTアーゼで酵素処理され、その後シクロデ キストリンを反応混合物から回収される。
本発明の好ましい態様において、方法は、約p)15.0にて約100°Cを越 えない最初の処理温度でCGTアーゼ酵素を用いてデンプンスラリーを液化し、 続いて液化デンプンを保持工程において約24時間までで約80”−90°Cに 保持し、好ましくはp)lffl整せずそして好ましくは酵素でやり直すことな く行なうことを含む。
先行技術の方法と対照的に、本発明方法は十分に高めた温度を使用して微生物汚 染の深刻な危険性を避けており、これは勿論利点である。別の(しかしながら関 連した)利点は、高められた転化温度でCGTアーゼを用いて酵素転化がより素 早く行なわれることである。すでに液化されたデンプン基質における約24時間 を越えない処理時間は本発明の実施のために意図されるものである。上述の有利 な特徴にもかかわらず、すでに液化したデンプンの転化は特に好ましい本発明の 実施態様ではない。さらにより有利には本発明方法を粗デンプンたとえばデンプ ンスラリーを用いて開始し、そしてCGTアーゼを用いてこれから液化デンプン を発生させることである。
CGTアーゼ酵素を用いて、添加カルシウム不存在下に標準デンプン液化条件( 上述したもの)下にpH4,0−5,5の範囲でデンプンを液化(すなわち、デ ンプンスラリーから注入性シロップが生じる)してもよい。COTアーゼを用い てデンプンスラリーを液化し次いで液化デンプンをシクロデキストリンへ転化す ることは最も有利な方法を構成しそして本発明の好ましい実施態様を構成する。
CGTアーゼによるデンプンの液化はデンプンのシクロデキストリンへの転化を 伴なう。すなわち、シクロデキストリンのほとんどの量が得られそして液化デン プンのシクロデキストリンへの別の酵素転化の実施の前に液化デンプンに存在す る。
全体からみて、デンプン液化方法から直接入手できうるシクロデキストリンの収 量は適切とは考えられない。さらに、CGTアーゼを用いた液化デンプンの酵素 転化はシクロデキストリンの収量をほとんど増加させる。
標準条件のデンプン液化方法の一部を形成する(ジェット)タックされたデンプ ンの高温維持処理は、約24時間延長するであろうし、望ましくは、しかしなが らより多量の液化デンプンをシクロデキストリンへ転化するために約90°Cで 行なわれ、転化段階は液化デンプンの望ましくはより最適DSレベルになるまで 穏やかな希釈により行なわれる。シクロデキストリンへの最適酵素添加に望まし いpH調節はいずれも初期デンプンスラリーまたは付随する希釈物のいずれかで 行なわれる。しかしながら、デンプン液化段階後より多量のCGTアーゼ酵素を 用いて再びやり直すことは必要ではないようである。
先行技術の酵素に対して可能性のあるものより高い酵素添加温度(通常、限界温 度が50°Cであるバチルス マセランス(Bacillus maceran s)よりも高い)での使用を可能にする本発明シクロデキストリングリコジルト ランスフェラーゼの熱的安定性により、組合わされた液化および転化方法をシロ ップの重要な中間冷却を行なうことな〈実施することができる。
幾り返すと、高温でのシクロデキストリン製造のこの可能性はこれまで使用され た反応時間延長を避けそして本発明Φ実際において液化デンプンの酵素転化に対 し約24時間以下の反応時間が予想される。
本発明を実施するのに使用されるデンプンは、たとえばワタシーメイヅ(誓ax y maize)、トウモロコシ、コムギ、モロコシ、ジャガイモ、タピオカ、 コメまたはサゴのようないかなる植物供給源からも得られうる。デンプンの未変 性形に加えて、デンプンを酵素、酸、アルカリ等で処理したものから誘導される 変性形もまた基質として使用される。シクロデキストリン産生反応は1%〜40 %DS範囲のDS1度で液化デンプンにおいて行なわれるが、しかし転化の最大 効率に対しては20−30%DS固体溶液が好ましい。所望により、より高濃度 のデンプンスラリーを液化しく標準条件は35%DS)、次いでシクロデキスト リンへの転化のために20−30%DSデキストリン溶液へ希釈される。
出発物質が粗製デンプンである全体的方法の用語を要約すると、本発明のCGT アーゼは、広い範囲の条件たとえば35%DSスラリー、105°Cでのジェッ トクツキングおよびCa”なしでpH4,0−5,5で95゛Cにおいて90分 間の保持とそれに続く約24時間までの55°C以上での長時間保持のような厳 しい標準液化条件下で使用されうる。最大の転化および/または最低のCOT使 用量のために、両方の保持段階(これは勿論−回の延長した保持でもよい)は8 0°C−90°Cの範囲内で行なわれ、そしてデンプン濃度は20−30%DS 範囲(初期デンプンスラリーまたは液化デンプンの希釈を通して)である。
別に要約すると、シクロデキストリンは、温度範囲50−95°C1好ましくは 80−90°Cで本発明COTアーゼを用いてシロップをインキュベーションし 、p)I範囲4−9最も好ましくは約p)15.0で約24時間未満の間反応さ せることにより液化デンプンから作られうる。シクロデキストリン生成物はこれ までのように反応溶液から回収される。さらに、回収され°たシクロデキストリ ンは当該技術分野で公知のものにしたがって、たとえばディ、フレンチら(D、 French et al)によりジャーナル オブ アメリカン ケミカル  ソサイアティ(Journalof American Chemical 5 ociety) 71 : 353 (1949)に記載された方法で、α−1 β−およびT−シクロデキストリンへ分画される。
バチルス マセランス(Bacillus macerans) CG Tアー ゼによるデンプン加水分解物のシクロデキストリンへのバッチ式転化は、これま でのところ、しばしば適当な複合体の存在下に行ない生成物組成の方向が平衡に シフトするようにしてきた。望ましくは、シクロデキストリンキレートは不溶で あり、このため反応混合物における溶液から沈でんする。複合化したシクロデキ ストリンは濾過または遠心分離により回収され、次いで複合体は当該技術で公知 の方法により消散させる。適当なシクロデキストリン複合体は、シクロオクタン 、ヘキサン、1−ブタノール、1−デカノール等が含まれる。
幾つかの複合体は、α−またはβ−形で選択的に複合化することが確認された( たとえば米国特許第3,640,847号参照)。
特に、シクロオクタンはβ−シクロデキストリンに対し選択的であり、一方1− デカノールはα−シクロデキストリンに対し選択的である。本発明の実施は複合 体の存在下でCGTアーゼを用いて転化を行なうことを意図するものである。
シフロブキストリグリコシルトランスフェラーゼ分析CGTアーゼデンプンデキ ストリン化活性は、p)16.0.60℃でのファルマシアファデハス(Pha rmacia Phadebas)(R)アミラーゼ試験により測定される。こ れは酵素溶液200 ulを4、0 ail 0. I M酢酸ナトリウム(1 00ppm Ca”)+ファデハスタブレット(Phadebas Table t)で15分間インキュベーションすることによる。検定溶液を室温にてエソペ ンドルフ(Eppen−dorf )遠心分離器で2分間遠心分離し、上澄液の 吸光度を62Or+o+で読み取り、1.0−30の吸光度を達成するべきであ る。
標準物としてバチルス リチェニホルミス(Bacilluslichenif ormis)α−アミラーゼを用いた標準曲線を作成し、ここで1フ工デバス単 位は、60°CpH6,0で1分間当りリンドナーデンプンのグリコシド結合1 .0μmoleの加水分解を触媒するであろう酵素の量として定義される。
シクロデキストリン生成物の定量 α−9β−およびT−シクロデキストリンの収量は、パイオラドアミネックス( BioRad Am1nex) (R)カルボハイドレート)IRX−42A高 性能液体クロマトグラフィにより測定される。2つのカラム(300X 7.8  mm)を継列で使用し、85°Cにて0.6 m17分の流速で溶出液として ガラス蒸留水を用いた。検出は屈折率による。標準曲線は、α−9β−およびT −シクロデキストリンの信頼すべきサンプル(シグマ ケミカルカンパニー、セ ントルイス、ミズーリ−)を用いて作られる。
2m直連スdL肌 第1図はCC,Tアーゼに対する相対活性と温度のプロットである; 第2図はCGTアーゼに対する相対活性とpHのプロットである; 第3図はバチルス ステアロテルモフィルス(Bacillusstearot hermophilus) a−アミラーゼとターマミル(Termamyl)  TMに比較したATCC53,627からのCGTアーゼの熱的安定性のプロ ットである; 第4図はCGTアーゼI、Il、IIIの作用パターンを示すHPLCプロット である; 第5図はCGTアーゼ、ターマミルT”およびバチルス ステアロテルモフィル ス(Bacillus stearothermophilus) α−アミラ ーゼを用いたデンプン液化を比較する粘度対時間のプロットである; 第6図はCGTアーゼの様々な投与レベルで得られる液化デンプンの粘度におけ る変化を示すトルク対回転スピード測定値のプロットを示す; 第7図はCGTアーゼとバチルス ステアロテルモフィルス(Bacillus  stearothermophilus)のα−アミラーゼの作用パターンを 比較するHPLCプロットである。
1施■ 例1 嫌気性培養によるCGTアーゼの製造 菌株ATCC53,627を、初期pH7でアルゴン下に次の成分(g/f)か らなる予め還元した液体培地で培養する:マルトリン(Maltrin)M−1 00,5,O; KHzPOa+ 2. O; K2HPO4,6,O;NaC t’ + 1. O; (NH4)2S0412.5 ;Mg5O,−7HzO ,0,5:CaC1z ・2H2010,05;酵母抽出液、2. O;Na2 5I 0.5 ; システィン−HfJ 、0.5 ;レザズリン(レドックス 指示剤)、2ng;および微量金属5.0d、微量金属溶液は次の成分(g/乏 )からなる: Fec l z ・6Hz0. 5.40 ; Zn5Oa ・ 7H20゜1.45 ; Mnc jl! z ・4H2C1+ 1−00 +  Cu5Oa ・5H20+ O−25+およびHJO3,o、1o。微量金属 溶液は濃HC1で酸性化され塩を溶かす。
菌株を撹拌することなく40時間67°Cでインキュベートした。
40時間後の最大活性レベルは200フアデバスU/f・ブロスであった。培養 液を遠心分離し、次いで濾過し、最後に濃縮してミリポアミニタンシステム(M illipore Minitan System)を用いることにより30− 50フアデバスU / r、Ilの容積測定活性であった。
ATCC53,627からのCGTアーゼ精製は、DEAE−セファロースクロ マトグラフィ、クロマトフオーカシングおよびアカルポースーセファロースアフ ィニティクロマトグラフィからなる連続工程により達成された。DEAE−セフ ァロースクロマトグラフィは、pH7,5にて10mM )リス−HCf (2 ,5++MCaC122)中、4°Cで直線状NaCj2勾配(0−200mM )を用いて行なわれた。クロマトフオーカシング(ファルマシア)は4°Cにて pH7〜5の直線状pH勾配を用いて行なわれた。アカルボースアフィニティク ロマトグラフィはpH6,0で4°Cにて行なわれ、溶出は0.1 M酢酸ナト リウム(100ppm Ca”)緩衝液で洗浄することにより達成された。1. I[および■と称する3つの個々のCGTアーゼ成分は、クロマトフオーカシン グにより得られ、そしてアカルボースアフィニティクロマトグラフィにより精製 されて均質化された。クロマトフオーカシングに続く3つのCGTアーゼの相対 量はCGTアーゼ1−20%、CGTアーゼ■−60%およびCGTアーゼ−2 0%で例2 形質転換した宿主微生物の好気性培養によるCGTアーゼ製造 染色体DNAを次のように菌株ATCC53,627の細胞から単離した。細胞 (3,1z湿式重量)を25%ショ糖−50mPl )リスpH8,040mM  EDTA 4.5 ml中に懸濁させた。懸濁液を水中で30分間続いて室温 で30分間リゾチーム(2■/d)で処理した。プロナーゼ(1■/d)を加え そして懸濁液を37°Cで30分間インキュベートした。溶解物を、10mM  )リス−1n+M EDTAp)17.4緩衝液3mを加えた後、30分間フェ ノール8dで2度抽出した。次いでクロロホルム10mで2度水層を抽出した。
3M酢酸ナトリウム−IRIM EDTA pH7,o 0.45meとイソプ ロパツール2.75mを加えそして5分間水中でインキュベートすることにより DNAが沈でんした。遠心分離することによりDNAをベレット化し、70%エ タノールで一回洗浄した。ベレットを10分間減圧下に乾燥し次いで10mM  )リス−1mM EDTApH7,4緩衝液15d中に再度溶解した。
DNA調製物を、40時間15°C,192,000gで塩化セシウム勾配遠心 分離した。染色体DNAバンドを集め、塩化セシウム飽和イソプロパツールで3 回抽出し、4°CにてlQm?l)リス−1mM EDTA pl 7.4緩衝 液に対し透析した。全体で590gの染色体D N Aが回収された。
DNAは、37°Cで12分間50m!1 )リスpH8,010mM MgC I!、z−100mM NaC1150j11中でEcoRI 33単位を用い て200■をインキュベートすることにより制限酵素EcoRIで部分的に消化 された0部分的消化DNAに、135.000 gにて15℃で16時間10− 40%シー!糖勾配遠心分離を受けさせた。180IJ1のフラクションを集め そして5Iアリコートを1%アガロースゲル電気泳動により分析した。7〜15 kbのサイズ範囲のフラクションをプールし、10mM )リス−1mM ED TA pH7,4緩衝液1℃に対し透析し、エタノール沈でんし、10mM ) リス−1mM EDTApH7,4緩衝液100Ji1に溶解した。
ベクターpBR322は、37°Cで2時間50mM )リスpH8,0−10 mM MgC1z −100mM NaCf 125m中でEcoRI 30単 位を用いて2.5汀をインキュベートすることによりEcoRlで消化した。
アガロースゲルにおけるDNAの分析により、消化が完了したことがわかる。消 化されたベクターをフェノールで2度、エーテルで一度抽出し、エタノールで沈 澱した。
ベクターを100mM ) ’) スpH8,0−1mM MgC1z 100 J!1に溶かし、30分間37°Cにて子牛腸アルカリ性ホスファターゼ20単 位で脱ホスホリル化した。脱ホスホリル化したベクターをフェノールで2度抽出 し、クロロホルムで2度抽出しそしてエタノールで沈でんした。脱ホスホリル化 pBR322を10mM )リス−1mM EDTA pH7,4緩衝液50m に溶かした。
消化したpBR322と菌株ATCC53,627DNAの連結は、EcoRI で部分的に消化された染色体DNA (7−15kb) 0.4Jrgと、Ec oRIで消化された脱ホスホリル化pBR3220,1ugとをT、DNAリガ ーゼ10単位とともに、5gBSA/dを含む50+nM )リスpH7,4− 10mM MgCfz −20mM DTT −1mM ATP 20 tl中 で混合し、14゛Cで一晩インキユベートすることにより達成された。
コンピテント大腸菌(E、coli) )IBIOI (ATCC33,694 )細胞を、ティ、マニアタス(T、Maniatus) 、イー、 !”7.7 リツチ(E、F、Fr1tsch)およびジエイ、サムプルツク(J、Samb rook)によるモレキュラー クローニングーア ラボラトリイ マニュアル (Molecular Cloning−A Laboratory manu al) p、250の方法で形質転換のために調製した。
上記のように調製した連結DNAの半分をマニアタスらの方法(同上)にしたが って大腸菌(E、coli) HBIOIのコンピテント細胞へ形質転換した。
細胞は、ルリアーベルタニイ(Luria−Bertani) (LB)培地お よびテトラサイクリンを15n/−の濃度で含むプレート中で37°Cにて一晩 培養された。次いで、テトラサイクリン耐性コロニーを、1%アミロペクチン− LB培地およびテトラサイクリン(15l!g/ mR)を含むデンプンプレー トへレプリカし、そして37°Cで一晩インキユベートした。CGTアーゼ製造 は、70°Cで1時間熱処理後ヨウ素蒸気にデンプンプレートを暴露しここで透 明ゾーンを観察することにより測定された。
大腸菌(E、coli) NV601で消化された1つのCGTアーゼ陽性形質 転換体を5000を超えるコロニーから回収した。菌株はアンピシリン−および テトラサイクリン耐性の両方であった。
標準アルカリ溶菌手法により組換型プラスミドを回収しそしてコンピテント大腸 菌(E、coli) HBIOI細胞を再形質転換するとCGTアーゼ陽性形質 転換体が生じた。
12、skbサイズのDNAフラグメントを表す組換体プラスミドの制限地図を pBR322のEcoRI部位へ挿入した。制限酵素BamHIを用いた欠失分 析はCGTアーゼをエンコードする遺伝子が6.0 kb BamHI Bam HIフラグメントに位置することを示している。
CGTアーゼは、大腸菌(E、coli) NV601をテトラサイクリン15 .w/mを含むルリアーベルタニ培地において37°CC1300rpで24時 間培養することにより作られた。細胞を遠心分離により集め次いで超音波処理に より溶菌した。
天然CC,Tアーゼと関連する組換体cGTアーゼの分子量(SOS−PAGE ) 、等電点、熱的安定性、作用パターン、液化活性およびシクロデキストリン 製造に関する特徴は、酵素間に差異を示さなかった。抗体と交さ反応した組換体 CGTアーゼは天然CGTアーゼ(成立■)に対し膨張していた。
例3 シクロデキストリン製造 本発明(ATCC53,627)のCGTアーゼとバチルス マセランス(Ba cillus macerans)からのCGTアーゼにより得られるシクロデ キストリン収量の比較を行なった。バチルス マセラ7,1Bacillus  macerans) COTアーゼは通常のシェアドクツカー条件下ではデンプ ンを液化できないので、予備処理したデンプン、すなわちリンドナーデンプンが 使用された。
酵素は、50°Cおよび90°CにてpH5,0で24時間15%DSリンドナ ーデンプン(+40ppm Ca”)と反応させる。投与量は4.46フアデバ スU/g −OSデンプンであった。バチルス マセランス(Bacillus  macerans) CGTアーゼはまた上述のようにp)I7.0で反応さ せて対照とする。
結果により、本発明CGTアーゼは先行技術で最適である50゛Cでより優れた 転化率を示すことがわかる。本発明CGTアーゼは、先行技術の酵素がほとんど 不活性であるらしい90°Cにてもほぼ同様の高転化率を示す。本発明CGTア ーゼはα−1β−およびT−シクロデキストリンを0.74 : 1. O:  0.41の比(50°C)で、すなわちバチルス マセランス(B、 n+ac erans〕酵素よりも比較的α−CDを多く製造する。
例4 様々なpFlにおけるデンプン液化 40ppm Ca”を有するかまたは有しない35%DS)ウモロコシデンプン を、105℃で14分分間−て90°Cで4時間液化した。
酵素を4.46フアデバスU/g DS (60°C,pH6,0)で投与した 。
本発明(ATCC53,627)のCGTアーゼを、ターマミル丁M(バチルス  リチェニホルミス B、 licheniformis α−アミラーゼ、ノ ボインダストリイA/Sから入手)およびバチルスステアロテルモフィルスB、 stearothermophilus a−アミラーゼ(G−ザイム(Zym e)丁’ G995 、エンザイムバイオーシステム社(Enzyme Bio −Systems、 Ltd、製))と比較した。
デキストロース等量(DE)を液化後に測定し、そしてデンプンが液化後のデン プンシロップが注入可能である(かなりの糖度低下を示す)場合、液体と判定し た。
本液化として評価するが、しかし非常に粘性である本発明CGTアーゼはCa” 添加なしでpH4,5程の低pHでさえも良好な液化を達成し、そして還元糖の 形成もほとんどないことがわかる。
例5 様々な酵素投与量におけるデンプン液化35%DS)ウモロコシデンプンを、添 加Ca”の不存在下にpH4,5にてCGTアーゼ(ATCC53,627)を 用いて液化した。酵素投与量0.223.0.446.0.892.2.23お よび4.46777”ハスU/g DSを使用した。比較のために、ターマミル をpH6,2でバチルス ステアロテルモフィルスアミラーゼをp)15.8で 、両方とも4.46 U/g DSと40ppm Ca”の存在下に使用した。
液化条件は100″Cまたは105°C(以下に指示)にて14時間、続いて9 0°Cにて4時間であった。液化後、液化の各々のpHにおいてNVセンサシス テムとM 500測定運転装置を備えたハッケロートビスコ(Hoake Ro tovisco) RV12粘度計を用いて60°Cで粘度を測定した。結果を 以下に示し第6図に表わす。
傘) この速度で測定不可能 結果によりCGTアーゼ2〜50/gDSの投与レベルが適当であることが示さ れる。
例6 液化デンプンの糖化 例4の液化デンプンを60″CにてpH4,3または4.5に調節し、そしてデ キストロザイム(Dextrozyme)” 150150を投与量1.2f/ losで加えた。デキストロザイムは、アスペルギルスニガー(Aspergi llus niger)からのグルコアミラーゼとバチルスアミドプルリティロ ス(Bacillus acjdopullulyticus)からのプルラナ ーゼの混合物である;これはノボインダストリイA/Sから入手可能である。糖 化は48Vf間60’Cで行なわれ、そしてデキストロースはバイオ−ラド ア ミネソクス3HPX−87CHPLCにより測定された。
結果により、本発明による液化デンプンのすべての良好な糖化が示される。pH 4,5の液化デンプンを糖化するための能力は、バチルス リチェニホルニス( B、Lichenifornis)またはバチルス ステアロテルモフィルス( B、stearothermophi2us)からのα゛−アミラーゼ用いた先 行技術の液化以上に本発明の明らかな方法の利点を示す。なぜならば本発明によ るデンプン液化の場合糖化の前にわずかなpHtP5節が必要なだけがまたは全 く必要がないからである。
例7 様々なデンプン濃度におけるシクロデキストリンの製造トウモロコシデンプンは 15%〜40%DSまで変化した。スラリーを、投与量4.46フアデバスLl /、 DSデンプンのCGTアーゼ(ATCC53,627)を用いて、最初に pH5,0でカルシウムを添加することなく14分間105°Cで処理し続いて 90℃で4時間保持することにより最初に液化した。酵素含有デキストリン溶液 をインキュベートするためにさらに24時間pH5,0で90℃にてデンプン液 化方法の保持部分を続けた後シクロデキストリンの製造をモニターした。シクロ デキストリン収量はバイオ−ラッド アミネックス カルボハイトレー) HP χ−42A )IPLcにより測定された。結果: 約20〜30%の初期デンプン濃度は、全CD%とgCD/100 I!ftに 基ずいてシクロデキストリンの製造に最適であった。それゆえ濃度25%DSが 別の例に対し選択される。β−シクロデキストリンがすべてのデンプン濃度にお いて主に産生された。
β:α:Tシクロデキストリンの比は、25%DSで1.0 : 0.47:0 .39であった。25%DSデンプンからのシクロデキストリンの最も高い観察 された収率はほぼ30%であった。
CGTアーゼを用いた再処理および反応時間48時間までの延長は収率を増加し なかった。
例8 様々なpHにおけるシクロデキストリンの製造シクロデキストリン製造における p)l効果は、25%DS)ウモロコシデンプンスラリーを用いて測定された。
デンプンスラリーは指示されたpH値で液化されるがしかしその他は例7に示し たものであり、そして液化デンプンを次いで同じpH値にて90°Cで24時間 インキュベートした。
以下に表わす結果は、pH5,0がデンプン液化とシクロデキストリン製造の組 合わせ方法に対し最適であることを示す。
例9 様々な温度におけるシクロデキストリンの製造本発明(ATCC53,627) のCGTアーゼによるシクロデキストリン製造における温度の効果は添加カルシ ウムの不存在下に、以下に示すような様々な温度にてpH5,0で24時間イン キュベートを行なうことにより調べられた。トウモロコシデンプンの15%DS または25%DSスラリーは、最初に投与量4.46フアデバス11/g DS デンプンにて例7の条件下でCGTアーゼを用いて液化された。
結果: 結果により、15%DSおよび25%DS (24時間インキュベーション後) の両方とも80〜90°Cが最適であることがわかる。50℃までの温度低下は 収率を低めた。
例10 酵素の再処理を含むかまたは含まない高温でのシクロデキストリン製造 平衡が達しなかった可能性は、90°Cおよび95°Cにて、24時間インキュ ベーション前にCGTアーゼを用いて15%DSデンプンを含む例9の反応混合 物をもう一度処理し、そして反応をさらに24時間続けることにより調べられた 。結果(以下参照)は90゛Cで平衡が達成したことを示す。95°Cではやり 直しがシクロデキストリンの同じ収率を達成するのに必要であり、これにより9 5°Cでの延長されたインキュベーションの間酵素活性の幾らかの損失が示され た。
例11 カルシウム添加または無添加のシクロデキストリン製造シクロデキストリン製造 におけるカルシウムの効果を調査した。25%DS)ウモロコシデンプンスラリ ーを、投与量4.46フアデバス117g DSデンプンにてカルシウム40p pmの存在および不存在下にてpH5,0で本発明(ATCC53,627)の CGTアーゼを用いて液化した。次いで液化デンプンを90°Cにて24時間イ ンキュベートした。結果(以下参照)はカルシウムイオンの存在が全体の収率に 何の効果も有さないことを示している。
例12 様々な酵素投与量におけるシクロデキストリン製造シクロデキストリン収率にお けるCGTアーゼ投与量の変化の効果を25%DS)ウモロコシデンプンを用い て測定した。
投与量は2.23〜6.69ファデバスU/g DSデンプンへ変化した。
デンプンを、ATCC53,627のCGTアーゼを用いて添加したカルシウム の不存在下に上述の投与量を用いてpH5,0で液化した。液化デンプンを次い で24時間または48時間90°Cでp)15.0にてインキュベートした。他 の条件は例5に記載したようであった。
結果(以下参照)は、24時間後および48時間後に4.46および3.35フ ァデバスU/g DSデンプンの投与量で最も高い収率が達成されることを示し ている。
例13 複合体を用いたシクロデキストリンの製造シクロデキストリンの転化におけるβ −シクロデキストリン複合体としてのシクロオクタンの効果を調査した。例7の 条件下で投与量4.46フアデバス11/g DSデンプンにてATCC53, 627のCGTアーゼを用いて添加カルシウムの不存在下にpHs、oで25% DS)ウモロコシデンプンスラリーを液化した。
次いで24時間90°Cでシクロデキストリンへの転化を続けるが、しかし24 時間インキュベーションの始まる前に0.6g/gDSデンプンのレベルでシク ロオクタンを加えた。
転化結果(以下参照)は、シクロオクタンの添加が最終シクロデキストリン収率 、特にβ−シクロデキストリンの収率を増加することを示している。
□ 例14 様々なデンプンからのシクロデキストリンの製造幾つかのデンプンの比較を行な った。トウモロコシ、ジャガイモ、コムギ、コメおよびワタシイメイヅ(wax y maize)のスラリー(25%DS)を、例7の条件下に投与量4.46 フアデバスU/g DSデンプンで本発明(ATCC53,627)のCGTア ーゼを用いて添加カルシウムの不存在下にp)15.0で液化した。次いて液化 デンプン溶液を90°Cで24時間インキュベートした。
結果(以下に示す)は最終シクロデキストリン収率に差異がありそしてβ−シク ロデキストリンがすべての場合形成される主要生成物であることを示す。
例15 液化デンプンのエタノール発酵 湿式ミルしたトウモロシデンプンの31.5%DSスラリーを、pH5,0にて カルシウムを添加することなく本発明(ATCC53,627)のCGTアーゼ で105°Cにて14分間続いて90°Cで4時間液化した。ターマミルTI″ を用いた対照もまたカルシウム40ppmの存在下にpH6,2である以九は上 記のように行なった。各々の場合の酵素投与量は5.0ファデバスU/g DS デンプンであった。
液化の最後に、薄くシたデンプンを酵母栄養分混合物を用いて22.4%DSま で希釈した。栄養分混合物における成分の最終濃度は11に対し、酵母抽出分4 .0g、リン酸アンモニウム1.6g、硫酸マグネシウム0.4g、クエン酸3 .2gおよびクエン酸ナトリウム0.6gであった。最終pHは5.2であった 。
A?lG 20OL (ノボインダストリイ社、ダンバリー、CT)をデンプン に基ずいて0.44%i<t/wtの投与量で添加した。ペニシリンGとg酸ス トレプトマイシンを200n/mのレベルで含む。発酵を30°CC1300r pで64時間インキュベートした。
エタノールの製造は間接的に二酸化炭素製造、すなわち時間の関数としての重量 損失により測定された。最終エタノール収率は、バイオ−ラド アミネックスH PX−42A高性能液体クロマトグラフィ(HPLC)により確認された。
64時間後、二酸化炭素製造に基ずくエタノール収率は、COTアーゼおよびタ ーマミル液化デンプンのそれぞれに対し87.3%および89.7%であった。
これらの収率はバイオ−ラド アミネックスHPX−42A HPLCにより確 認きれた。工業的標準収率は一般に約86−90%である。
例16 NCIB 40,053−40,059の嫌気性培養によるCGTアーゼの産生 菌株NCIB 40,053〜40.053を例1で記載したように培養するが ただし培養温度は55°Cであった。
約40時間培養後の最大活性レベル(ファデバスU/fプロス)は次のとおりで あった: NCIB 40,053 ; 1B、 NCIB 40,054:5 3、 NCIB 40.055 : 26. NCIB 40,056 ; 2 2. NCIB 40,057 ;27、 NCIB 40,058 ニア8.  NCIB 40.059 ; 10.培養ブロスを遠心分離し、次いで濾過し 、最後にミリボア ミニクンシステムの使用により濃縮して30−50フアデバ スU/dの容量活性とした。
例17 NCIB 40,053〜40,0590CGTアーゼを用いたデンプン液化例 16におけるように調製されたCGTアーゼ調製物を、pH4,5にて35%D Sトウモロコシデンプンを液化しうる能力に関して比較した。デンプンを105 °Cで14分間続いて90″Cで4時間酵素投与量4.4677デハスU/g  DS (60°C,pH6,0) テ液化した。
デキストロース等量(DE)を液化後に測定し、液化後のデンプンシロップが粘 度がかなり低下していることを示す注入可能であれば液化されたと判定した。
結果はCGTアーゼのすべてが菌株ATCC53,627がらのCOTアーゼと 同様にpH4,5で良好な液化を達成しろることを示した。すべての場合、はと んどのDEはCOT活性の測定可能な指標ではなかった。
検出のために屈折率を用いたアミネソクスf′ゝHPχ−42A(バイオ−ラド ) HPLCによれば、トウモロコシデンプンの液化から生ずる作用パターンは CGTアーゼの代表的なものであ気ここで3つのピークはα−1T−およびβ− シクロデキストリンであった。各酵素により作られたシクロデキストリンの相対 比における主な差異はATCC53,627のCGTアーゼと比較して見られな かった。
例18 クローン化CGTアーゼを用いた液化 35%DS)ウモロコシデンプンスラリーを、添加Ca”を用いることなくpH 4,5にて例2におけるように調製されたクローン化COTアーゼを8.92フ ァデバスLl/g DSの投与量で用いて処理した。噴出を、105°Cで5分 間行ない(最初の液化)、次いで95°Cにて2時間または90°Cで4時間保 持した(第二の液化)。95°Cまたは90°Cでの第二の液化の間、粘度にお いて迅速な低下が見られた。90°Cで、ナメトレ(Nao+etre)粘度計 を用いて粘度低下を期間にわたってモニターした。結果は第二の液化まで7分間 はど粘度が400センチポアXg/cfflまで迅速に減少することを示した。
パイオーラド アミネ・7クスfil)HPX−42A HPLCにより測定さ れた第二の液化後の液化デンプンの作用パターンは両方の温度で特徴的なシクロ デキストリンパターンを示した。1.0未満のDE値がネオクジロイン法(ns ocuproine method)により得られこれは還元末端基の不存在が CGTアーゼの機構と一致することを示す。
例19 クローン化CGTアーゼで液化されたデンプンの糖化例18においてpH4,5 でCGTアーゼで液化したデンプン溶液を、AMCおよびデキストロザイムを用 いてpH4,5,60°Cで48時間投与量0.18AG/g DSで糖化した 。デキストロース収率はパイオーラドアミネックス1)肝X−87CHPLCに より測定した。
結果はすべての場合デキストロースの良好な収率を示す。
最も高い収率は95°Cで第二の液化を行ないデキストロザイムで糖化すること により達成された。
=醍出君番号 PCT/ I際出願番号 PCT/ 国際出It1fr号PCT/ 国際出願番号PCT/ 国際出願番号 PCT/ 国際出願番号PCT/ IEi際出願番号PCT/ 国際出願番号PCT/ FIG、 3 FIG、 14 o o ロ 0 0 o ロ Q い Ou’)Ou’)Of) つ n N N −、− α−アミラーゼ FIG、7 国際調査報告 INS”MI16MI All1’ll+4$ M、 PCT/DKεB10O 16fi

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.テルモアナエロバクター(Thermoanaerobacter)または テルモアナリロビウム(Thermoanaerobium)の菌株に由来し、 pH5.0で測定された約95℃の最適温度;約5.0の最適pH;およびデン プンとCa++不存在下で80℃およびpH5.0で40分間のインキュベーシ ョン後約95%の残留活性を有することからなるシクロデキストリングリコシル トランスフェラーゼ。 2.菌株ATCC53,627または菌株NCIB40,053〜NCIB40 ,059の1つから産生するものである請求項1に記載のシクロデキストリング リコシルトランスフェラーゼ。 3.適当な栄養素含有培地において、嫌気性条件下でテルモアナエロバクター( Thermoanaerobacter)またはテルモアナリロビウム(The rmoanaerobium)のCGTアーゼ産生菌株を培養するか、または好 気性条件下でそこからの適当な遺伝子情報を含む形質転換宿主微生物を培養し、 その後発酵培地からCGTアーゼを回収することからなるシクロデキストリング リコシルトランスフェラーゼ(CGTアーゼ)の製造方法。 4.菌株がATCC53,627、菌株NCIB40,053〜NCIB40, 059の1つ、またはそれらの突然変異体もしくは変異体である請求項3に記載 の方法。 5.宿主微生物が大腸菌属(Escherichia)、ストレプトマイセス属 (Streptomyces)、バチルス属(Bacillus)またはアスペ ルギルス属(Aspergillus)の菌株、好ましくは大腸菌(E.col i)、枯草菌(B.subtilis)、バチルスリチェニホルミス(B.li cheniformis)またはアスペルギルスオリザエ(A.oryzae) の菌株である請求項3に記載の方法。 6.シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ産生能力がありそして非 運動性であるテルモアナエロバクター(Thermoanaerobacter )またはテルモアナエロビウム(Thermoanaerobium)の菌株の 生物学的に純粋な培養物。 7.菌株ATCC53,627、菌株NCIB40,053〜NCIB40,0 59の1つまたはこれらの突然変異体もしくは変異体の請求項6に記載の培養物 。 8.水性デンプンスラリーに、請求項1または2のCGTアーゼの存在下にて約 4.0〜5.5の範囲のpHで好ましくは約100℃を超える温度で酵素液化を 行なうことからなるデンプン液化方法。 9.デンプンスラリーへカルシウム塩をほとんど添加しない請求項8に記載のデ ンプン液化方法。 10.その後、グルコアミラーゼの存在下に、ほとんど中間pH調整を行なうこ となく酵素糖化を液化デンプンへ行なうことからなる請求項8または9に記載の 方法。 11.さらに酵母を用いてエタノール発酵を行ないこれと同時にまたは続いて前 記糖化を行なうことからなる請求項10に記載の方法。 12.請求項1に記載のシクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼを用 いて液化デンプン溶液に60℃以上の温度で酵素処理を行ない、続いて反応混合 物からシクロデキストリン生成物を回収することからなるシクロデキストリンの 製造方法。 13.前記酵素処理を約24時間未満で行なう請求項12に記載の方法。 14.デンプンスラリーを前記CGTアーゼを用いて酵素液化することにより前 記液化デンプン溶液が生ずる請求項12または13に記載の方法。 15.前記酵素液化を約4.0〜5.5の範囲のpHで行ない、そして続くデン プン加水分解物の酵素処理をほとんど中間pH調整することなく行なう請求項1 4に記載の方法。 16.デンプン加水分解物の酵素処理を、CGTアーゼを用いて液化デンプンを 再処理することなく行なう請求項14または15に記載の方法。 17.水性デンプンスラリーを請求項1に記載のシクロデキストリングリコシル トランスフェラーゼを用いて約100℃以上の温度にて4.0〜5.5の範囲の pHにて、好ましくは実質的にカルシウム塩を添加することなく酵素処理し、そ の後得られたシロップを約28時間以下で80〜90℃の範囲の温度に保持し、 該シロップは前記保持時間の少なくとも一部の間20−30DSの範囲であり、 次いで反応混合物からシクロデキストリン生成物を回収することからなるシクロ デキストリンの製造方法。
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