JPH0330672A - 新規耐熱性および耐酸性プルラナーゼ酵素およびその製造方法 - Google Patents

新規耐熱性および耐酸性プルラナーゼ酵素およびその製造方法

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JPH0330672A
JPH0330672A JP2163011A JP16301190A JPH0330672A JP H0330672 A JPH0330672 A JP H0330672A JP 2163011 A JP2163011 A JP 2163011A JP 16301190 A JP16301190 A JP 16301190A JP H0330672 A JPH0330672 A JP H0330672A
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enzyme
starch hydrolyzate
producing
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Eijiro Tomimura
富村 栄次郎
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Enzyme Bio Systems Ltd
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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】 〔産業上の利用分野] 本発明は、一定の炭水化物の加水分解に有用な新規酵素
および新規桿菌である、バチルス・ナガノエンシス(B
acillus naganoensis)により好気
培養で該酵素を製造する方法に関する。
〔発明の背景〕
多数の高分子炭水化物は、グルコース単位が互いにα−
1,6−グルコシド結合またはα−1,4−グルコシド
結合により結合されているグルコースのプリマーである
。これらの結合を開裂しそれによって大きな炭水化物分
子を、種々の用途により有用なより小さな分子に破壊し
得ることはかなり工業的に重要である。グルコシド結合
の破壊はしばしば微生物により生産される酵素によって
行われる。
α−アミラーセとして知られている酵素のうちの一郡は
α−1,4−グルコシド結合を開裂する。αアミラーゼ
酵素はバチルス・リケニホルミス(Bacillus 
licheniformis)およびバチルス・ステア
ロサーモフィルス(Bacillus stearot
hermophiLus )のような微生物により生産
される。このような酵素はα−1,6−グルコシド結合
を開裂しない。
グルコアミラーゼと呼ばれることもある別の種類の酵素
は、α−1,6−およびα−1,4−グルコシド結合の
両方を開裂することができる。これらの酵素は一度に1
つのグルコース単位を炭水化物分子の非還元末端から除
去する。該酵素はα−1,6−グルコシド結合を加水分
解し得るが、α−1,4−グルコシド結合をずっと速や
かに加水分解する。
慣用のデキストロース製造方法において、デンプンは二
段階で加水分解される。第一段階では、デンプンはα−
アミラーゼ酵素を用いて約5.5〜7のpHで処理する
ことにより液化される。液化されたデンプンは次にpH
4〜5で作用するグルコアミラーゼ酵素を用いて糖化さ
れる。
デンプンの加水分解方法が、約30%乾燥固形分の通常
の濃度で行われる時、約96%のデキストロースしか形
成されない。転換がこの点を越えて明らかに進行しない
一つの理由は、少なくとも2,3のグルコース単位がα
−1,6−結合により結合されている少糖がかなり多数
存在していることによる。
グルコアミラーゼを増加して添加することによりこれら
のα−1,6−結合のより多数の開裂を得ようとする試
みは、デキストロースの少糖への再重合を引き起こす。
同様の問題は、デンプンを高マルトースシロップに変換
する時に生じる。グルコース単位の間にα−1,6−結
合を含む少糖は、マルトース産生(ma l toge
n ic)酵素により加水分解されず、その結果シロッ
プ中の所望のマルトースがより低い比率となる。
これらの問題を克服するために、先達の研究者はグルコ
アミラーゼ、または別の糖化酵素にα−1゜6−結合を
開裂する酵素を添加することを提案している。プルラナ
ーゼとして記載されている酵素がこの目的のために使用
された。この酵素は多糖類であるプルラン中のα−1,
6−結合を加水分解して三糖類であるマルトトリオース
とすることができる。該酵素はプルラン中のα−1,4
−結合を加水分解しない。開示された第一のプルラナー
ゼは、KLebsietLa pneatnoniae
 (Aerobacter aerogeneS)によ
り生産される酵素であった。デンプンを加水分解する方
法における該酵素の使用については、米国特許筒3,8
97.3(15号に記載されている。
しかしながら、この酵素には2つの欠点がある。
該酵素は一般にpH5,5〜6で活性であるが、このp
Hではグルコアミラーゼの活性が劇的に減ぜられる。さ
らに、該酵素は不耐熱性であり50℃よりはるかに高い
温度で使用することができない。商業的な作業において
は、基質の微生物汚染の危険を減するために、糖化反応
を60℃またはそれ以上で行うのが好ましい。
上述の限界に打ち勝つために提案されたーのプルラナー
ゼは米国特許筒4,734,364号に記載されている
方法により、米から抽出される。この酵素はKlebs
ieLLa pneumoniaeからの酵素より耐熱
性かつ耐酸性であるが、通常の糖化反応条件下で所望さ
れると同等の活性を保持しない。さらに、この酵素は先
ず米から抽出される時に別の酵素で汚染され、そして糖
化方法において使用され得る前に大規模な精製を必要と
する。
良好な耐熱性を持つ別の酵素は米国特許筒4.628,
(128号に開示さている。Thermoanaero
biumbγocki iから得られるこの酵素は、プ
ルランをマルトトリオースに加水分解する能力に基づい
てプルラナーゼとして分類されていた。しかしながら、
該酵素はデンプン中のα−1,6−グルコシド結合をほ
とんど加水分解しないので、デキストロースの製造方法
に使用するには不適当である(Colemanら、J、
 BacterioLogy、 169.43(12−
07 (1987))。
耐熱性および耐酸性が改善されたことが報告されている
別のプルラナーゼは微生物のBaciLLasαcid
opulLuLyticusにより生産される。これは
米国特許筒4,560,651号に記載されそして商品
名FROMOZYMEで販売されている。
本発明者は、デンプン中のα−1,6−グルコシド結合
を加水分解しかつBacillus acidopaL
Lu、Lyticusから得られる酵素よりもいっそう
高い熱安定性を有するプルラナーゼ酵素を生産する新規
微生物を発見した。さらに、該酵素は、デンプンの糖化
に通常使用される酸性pH条件で良好な活性および安定
性を示す。このため、該酵素をグルコアミラーゼと共に
首尾よく使用してデキストロースをより増加した収率で
得ることができる。該酵素を、マルトース産生酵素と共
に使用して高マルトース含量のマルトースシロップを製
造することも可能である。
〔発明の概要〕
本発明に従って、バチルス・ナガノエンシス(Baci
Ltus naganoensis)から得られる耐熱
性・耐酸性のプルラナーゼ酵素調製物が提供される。
この酵素は、60℃で水溶液中でpH4,5で基質の存
在下で232時間保持される時、少なくとも約50%の
プルラン加水分解活性を保持し得る。
また本発明に従って、American Type C
u1tureCollection No、 ATCC
53909を有するバチルス・ナガノエンシス(Bac
iLlus naganoensis)と呼ばれる新規
微生物の生物学的に純粋な培養菌が提供される。
さらに、本発明に従って、プルラナーゼの製造方法が提
供される。この方法は、バチルス・ナガノエンシス(B
acillas naganoensis)のプルラナ
−ゼ生産菌株を適当な栄養培地中で培養し次いでプルラ
ナーゼ酵素を培地から単離することを包含する。
さらに、本発明に従って、デンプン水解物をグルコアミ
ラーゼおよび有効量の本発明のプルラナーゼ酵素調製物
を用いて糖化することを包含する澱粉水解物からのデキ
ストロースの製造方法が提供される。
最後に、本発明によれば、デンプン水解物をマルトース
産生酵素および有効量の本発明のプルラナーゼ酵素調製
物を用いて糖化することを包含する澱粉水解物からの高
マルトースシロップの製造方法が提供される。
〔本発明の詳細な説明〕
本発明のプルラナーゼは、第一に日本国長野系の木台地
方で集められた土壌試料から単離された微生物から得ら
れた。該微生物は、次の特徴を有する:該微生物は27
℃〜約40℃の温度で(成長に最適な温度は約30℃〜
約37℃)良好に成長する。
成長の開始に最適なpHは約5〜5.5である。該微生
物は成長を開始するのに6.5未満のpHを必要とする
1: 栄養細胞−幅0.5〜1.0ミクロン、長さ2〜10ミ
クロンの桿菌。
胞子−卵形体の、終わりに近い所で生じる−は胞子嚢の
膨張を引き起こす。
集落−半透明〜不透明の、きらきら光る、滑らかな凸状
体。
生血ヱm反息; ダラム反応            陽性カタラーゼ 
           陽性好気性成長       
     陽性嫌気性成長            陰
性50℃での成長           陰性30〜3
7℃での成長         良好5χNaC1中で
の成長        陰性グルコースからの酸9  
      可変マンニトールからの酸”      
陽性 アラビノースからの酸0      陽性キシロースか
らの酸1        酸性ショ糖からの酸    
      陰性ニドラードのニトリドへの還元   
陰性シトラードの利用         陰性プロピオ
ナートの利用       陰性チロシンの分解   
       陰性デンプン加水分解        
 陽性vp反応              陰性レシ
チナーゼ(Leci thinase)      陰
性0〉14日の遅れ こららの分類基準に基づいて、該微生物はバチルス(B
aci LLus )の新種であると考えられ、我々は
バチルス・ナガノエンシス(Bacillus nag
anoensis)という名称を与えた。純粋に単離さ
れた菌株は、メリーランド州、Rockvilleに所
在のAmerican Type Cu1ture C
o11ectionに、特許手続上の微生物の寄託に関
するブタペスト条約の規則に従って寄託されている。該
微生物にはATCCNo。
53909が与えられた。
本発明のプルラナーゼの製造に使用する微生物。
は、好気性条件下に、炭水化物源として可溶性デンプン
およびマルトース、酵母エキス、タンパク質および無機
質を含む成長培地中で成長させる。
微生物はグルコースの存在下に0.5%の濃度で成長す
るが、その成長はグルコースの濃度が0.75%と同程
度の時抑制される。プルラナーゼの生産に最適な発酵培
地のpl+は約5〜約6でありそして最適温度は約30
℃〜約37℃である。
当該微生物により生産されるプルラナーゼは発酵培地中
に***される。この事実はプルラナーゼが細胞外酵素で
あることを示す。該酵素は発酵培地から、遠心分離また
は濾過のような慣用の手段を用いて細胞を除去すること
により得られる。該酵素は所望であれば限外濾過または
別の慣用の方法によって濃縮されるごともできる。
〔実施例〕
プルラナーゼ酵素の調製および性質の以下の記載におい
て、全ての部および%は、特記なき限り、重量部および
重量%を表す。
1土プ去二九分捉 プルラナーゼ活性を、酵素の存在下にプルランからの還
元糖の遊離により(グルコースとして)測定する。pH
4,5に調整された、1%のプルラン、測定する酵素お
よびアセタート緩衝剤を含む溶液(0,5mjりを60
″Cで10分間培養する。次いで酵素作用を水浴中で急
、速に冷却することにより終結させる。次いで1容積あ
たり0.071重量%(w/v)のに、3Fe(CN)
、溶液を添加する。溶液を混合し、5分間煮沸しそして
室温に冷却する。373 nmでの吸光度を測定しそし
て、同じ方法で反応させた0〜0.04%の濃度の0.
5 dグルコース溶液に関するグルコース濃度に対する
373 nmでの吸光度の標準曲線を比較して、ミクロ
モルの還元tJ! (グルコースとして)に変換する。
観察された吸光度を、酵素の不存在下で基質溶液により
生じる非特異的な吸光度および明示された基質の不存在
下で上澄みブイヨンにより生じる非特異的な吸光度のた
めに修正する。プルラナーゼ活性の一単位は、当該分析
条件下に1分間あたり1ミクロモルの還元糖(グルコー
スとして測定される)を生産するのに必要な酵素量とし
て定義される。
ブルー −ゼの量。■ 本発明のプルラナーゼ酵素を生産するバチルス(Bac
ILLus)菌株は、適当な発酵培地で培養する前に固
体基質上で増殖される。固体斜面培地および液体培地の
組成を第1表に示す。細胞をまず斜面上で成長させ次い
で初期培地に移す。16時間後、細胞を第二培地に接種
しそこでさらに6時間成長させた後、最終生産培地に移
す。発酵は一般に通気して約30’C〜約37℃の温度
でかつ約5〜約6の初期pHで行われる。プルラナーゼ
酵素は培地に分泌される。
発酵が約24時間〜約48時間行われた後、細胞および
他の固体の砕片を遠心分離または濾過により除去する。
上澄み液中のプルラナーゼ酵素収量は、1mあたり約1
5〜約30単位に変わる。溶液を所望であれば減圧下に
限外濾過または蒸発させることにより濃縮してもよい。
微生物の培養菌は、1%のアミロペクチンを含む栄養寒
天培地上で胞子変態段階において短期使用のために維持
されることができる。培養菌の長期保存のためには、細
胞を10%−/Vグリセロール中中子70゛C凍結する
かまたは12%−/νのショ糖または20%−/Vのス
キムミルク中で凍結乾燥し次いで冷蔵することができる
可?容性デンプン マルトース 酵母エキス バタトー トリプトン (Bacto−tryptone) ポリペプトン アミロペクチン (N114)2SO4 Kll□PO1 MgSOn 7820 CaCIz 2HzO 0,1 0,2 1,0 0,1 0,(13 0,(12 0,(12 3,0 1,0 1,5 1,0 0,25 0,13 0,(15 0,(16 MnC1z 4HzOO,(18)010,(18)1
Peso、7H,OO,(18)1寒天       
  2.0 調整されたpH5,(16,0 の°  ゛ 反応温度の酵素に対する影響を、標準プルラナーゼ分析
(pH4,5)を種々の温度で0.1Mのアセタート緩
衝液を用いて行うことにより測定する。このpHで、酵
素の温度最適条件は約62.5℃であることがわかった
に・ るHの≦1 酵素のプルラナーゼ活性を、プルラナーゼ分析を60℃
で種々のpH値(0,1Mのアセタート緩衝液)で行う
ことにより測定する。酵素は約pH5で最大活性を示し
そしてp)14.0〜5.5で最大活性の90%を越え
る活性を示した。
鼓稟夏乱然立 緩衝液中で基質の不存在下に酵素の安定性を調べるため
、酵素の試料を0.1Mのアセタート緩衝液(pH4,
5)中で1−あたり約1単位の濃度に稀釈しそして60
℃で培養する。種々の時間培養された試料の残余酵素活
性を分析する。これらの条件下で酵素半減期は21.6
分であった。試験を0.1 Mアセタート緩衝液中でp
ns、oで繰り返した場合、半減期は49.8分であっ
た。
市販のプルラナーゼ酵素であるBacillus ac
id。
pal 1uLyt 1cusからのPROMOZYM
E (コネチカット州、Wilton所在のNovo 
Laboratories)の試料を同じ条件下で試験
すると、該酵素はpH4,5でたった5、9分そしてp
H5,0で14.1分の著しく低い半減期を有していた
本発明のプルラナーゼ酵素の熱安定性をデンプン水解物
の存在下に同様に測定する。この場合、酵素を、10デ
キストロース当量(D、E、)のデンプン水解物の30
%−/νの溶液中1dあたり約80単位の濃度に稀釈す
る。該溶液を60℃で培養しそして試料を種々の時間で
取り出して残余酵素活性を測定する。反応がpH4,5
で行われる時、原料は232時間の半減期を有していた
。比較試験は市販のプルラナーゼ酵素であるFROMO
ZYMB、 (コネチカット州、Wilton所在のN
0VOLabs)を用いて行われる。Bac tLtu
s acidoputLuLyticusによって生産
されるこの酵素は同一条件下に約121時間の半減期を
有していた。これらの例は明らかに本発明の酵素の優れ
た安定性を示す。
プルーノの  \” プルランの5%水溶液を本発明の酵素(プルラン溶液1
戚あたり1単位)で1時間pH4,5そして60℃で処
理することにより加水分解する。ペーパークロマトグラ
フィーにより測定された生成物は主にマルトトリオース
と少量のマルトヘキサオースである。
いj−−゛キス ロース 18.8のり、Ili、を持つデンプン水解物を粒状コ
ーンスターチをα−アミラーゼ酵素を用いて加水分解す
ることにより調製する。1(18) ppmカルシウム
イオンを含むデンプンの30%w/v水溶液にデンプン
Ig (乾燥量基準)あたり本酵素2.5単位を添加す
る。使用したα−アミラーゼはG−ZYME” G99
5 にュージャージー州、Englewood C11
ffsに所在のEnzys+e Bio−3ystem
s Ltd、)である。この混合物(pH6,0)を攪
拌しなから98℃で’30分間加熱し次いで冷却する。
30%w/vの18.8 D、E、澱粉水解物を含む溶
液をpH4,3に調整しそして60℃でグルコアミラー
ゼと本発明のプルラナーゼ酵素との混合物を用いて加熱
する。グルコアミラーゼはEnzyme Bio−Sy
stemsLtd、から入手できる市販のグルコアミラ
ーゼG−ZYME ” G990である。該酵素はデン
プン水解物中乾燥基質1gあたり0.2単位の割合で使
用される。
本発明のプルラナーゼはデンプン水解物中乾燥基質1g
あたり0.9単位の割合で使用される。試料のデキスト
ロース含量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC
)により種々の時間で分析された。比較試験は、プルラ
ナーゼ酵素を添加しないことを除いて、同一の割合で使
用して行われる。第■表に示した結果は、本発明のプル
ラナーゼ酵素をグルコアミラーゼとともに使用すると、
グルコアミラーゼ単独で得られるよりも速いデキストロ
ース生産およびより大きいデキストロース最大収量が得
られることを示す。
一゛キス ロース Lデ土ス上二ニス 反応時間          グルコアミラーゼj刺匪
L グ沙λ1−鉦元二五 並よ11互旦去ユ亙23  
    92.7       95.647    
  95.4       96.571      
96.0       96.596      96
.0       96.5デンプン水解物をグルコア
ミラーゼおよび本発明のプルラナーゼ酵素を用いて糖化
することによりデキストロースを製造する時、糖化は約
4.0〜約6.0のpHでそして約55℃〜約65℃の
温度で行われることができる。
いたマル −ス 1 30%w/vの1(18).E、デンプン水解物を含む
溶液をρ115.0に調整しそして55℃で市販の麦芽
エキスおよび本発明のプルラナーゼ酵素の混合物と共に
加熱する。麦芽エキスはデンプン水解物(乾燥量基準)
の0.2重量%の割合で使用される。プルラナーゼはデ
ンプン水解物中乾燥物質1gあたり0.9単位の割合で
使用される。試料のマルトース含量はHPLCにより種
々の時間で分析される。比較例は麦芽エキスのみを用い
て行われる。第■表に示された結果は、本発明のプルラ
ナーゼ酵素は、デンプン水解物がマルトース産生酵素に
より糖化される時に該水解物からのマルトースの生産を
増加することを示す。また、B、 acidopulL
uLyticusから得られた市販のプルラナーゼを越
えた本発明のプルラナーゼの酵素の優れたマルトース生
産能力をも示す。
反応時間 U屓匪L  麦芽 5    49.9 24    55.3 麦芽およびB、naganoensisブルー −ゼ 50.2 62.0 42     56.0       66.0プルラ
ナーゼ酵素をマルトース産生酵素調製物と共に使用する
ことによりデンプン水解物がら高マルトースシロップを
生産する際、約4.5〜約5.5のpHおよび約55℃
〜約60’Cの温度で糖化を行うのが好ましい。
従って、本発明によれば、熱安定なプルラナーゼ酵素、
その製造方法およびこの酵素を用いたデキストロースお
よび高マルトースシロップの製造方法が提供される。本
発明はその特定の実施態様と共に開示されているが、多
くの別の方法、修正および変更が先行記載を考慮すれば
当業者に明らかであることは明白である。従って、特許
請求の範囲の趣旨および範囲内で明らかな別法、修正お
よび変更の全てを含むことが意図されている。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バチルス・ナガノエンシス(Bacillusn
    aganoensis)から得られる耐熱性・耐酸性の
    プルラナーゼ酵素調製物であり、該酵素は、60℃で水
    溶液中でpH4.5で基質の存在下に232時間保持さ
    れる時、少なくとも約50%のプルラン加水分解活性を
    保持することができる、上記調製物。
  2. (2)バチルス・ナガノエンシス(Bacillusn
    aganoensis)の菌株が菌株ATCCNo.5
    3909である、請求項1のプルラナーゼ酵素調製物。
  3. (3)60℃で測定される時約5のpHで最大プルラナ
    ーゼ加水分解活性を有する請求項2記載のプルラナーゼ
    酵素調製物。
  4. (4)pH4.5で測定される時約62.5℃の温度で
    最大プルラナーゼ加水分解活性を有する、請求項2記載
    のプルラナーゼ酵素調製物。
  5. (5)微生物、AmericanTypeCultur
    eCollectionNo.ATCC53909を有
    するバチルス・ナガノエンシス(Bacillusna
    ganoensis)の生物学的に純粋な培養菌。
  6. (6)バチルス・ナガノエンシス(Bacillusn
    aganoensis)のプルラナーゼ生産菌株を適当
    な栄養培地中で培養し次いでプルラナーゼを培地から単
    離することを特徴とする、プルラナーゼ酵素の製造方法
  7. (7)バチルス・ナガノエンシス(Bacillusn
    aganoensis)の菌株が菌株ATCCNo.5
    3909である、請求項6記載の方法。
  8. (8)栄養培地が可溶性デンプン、マルトース、酵母エ
    キス、タンパク質および無機質を含む、請求項6記載の
    方法。
  9. (9)pHが約5〜約6でありかつ温度が約30℃〜約
    37℃である、請求項6記載の方法。
  10. (10)デンプン水解物を、グルコアミラーゼおよび有
    効量の請求項1記載のプルラナーゼ酵素調製物を用いて
    糖化することを特徴とする、デンプン水解物からのデキ
    ストロースの製造方法。
  11. (11)デンプン水解物を、グルコアミラーゼおよび有
    効量の請求項2記載のプルラナーゼ酵素調製物を用いて
    糖化することを特徴とする、デンプン水解物からのデキ
    ストロースの製造方法。
  12. (12)デンプン水解物を、グルコアミラーゼおよび有
    効量の請求項3記載のプルラナーゼ酵素調製物を用いて
    糖化することを特徴とする、デンプン水解物からのデキ
    ストロースの製造方法。
  13. (13)デンプン水解物を、グルコアミラーゼおよび有
    効量の請求項4記載のプルラナーゼ酵素調製物を用いて
    糖化することを特徴とする、デンプン水解物からのデキ
    ストロースの製造方法。
  14. (14)糖化が約4.0〜約6.0のpHでかつ約55
    ℃〜約65℃の温度で行われる、請求項10記載の方法
  15. (15)デンプン水解物を、マルトース産生酵素および
    有効量の請求項1記載のプルラナーゼ酵素調製物を用い
    て糖化することを特徴とする、デンプン水解物からの高
    マルトースシロップの製造方法。
  16. (16)デンプン水解物を、マルトース産生酵素および
    有効量の請求項2記載のプルラナーゼ酵素調製物を用い
    て糖化することを特徴とする、デンプン水解物からの高
    マルトースシロップの製造方法。
  17. (17)デンプン水解物を、マルトース産生酵素および
    有効量の請求項3記載のプルラナーゼ酵素調製物を用い
    て糖化することを特徴とする、デンプン水解物からの高
    マルトースシロップの製造方法。
  18. (18)デンプン水解物を、マルトース産生酵素および
    有効量の請求項4記載のプルラナーゼ酵素調製物を用い
    て糖化することを特徴とする、デンプン水解物からの高
    マルトースシロップの製造方法。
  19. (19)糖化が約4.5〜約5.5のpHでかつ約55
    ℃〜約60℃の温度で行われる、請求項15記載の方法
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