JP2626663B2 - 新規なβ−マンノシダーゼの製造方法 - Google Patents
新規なβ−マンノシダーゼの製造方法Info
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Description
ゼ生産能を有するアルカリ側に生育の至適pHを有する好
アルカリ性の新規微生物を用いたβ−マンノシダーゼの
製造方法に関するものである。
ノシド結合を有する低分子のβ−D−マンナン(マンナ
ン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、ガラクトグル
コマンナン)に作用し、非還元末端部位から順次マンノ
シド結合を加水分解してマンノースを生成する酵素であ
る。
ボリーナッツ(学名:フイテレフアス・マクロカルパ)
やコロゾがよく知られている。β−1,4−マンナン含
有植物としてはヤシ科のフオエニクス・カナリエンシ
ス、オーキス・マキユラタなどが知られている。ガラク
トマンナンはイナゴマメ及びグアーの種子に含まれる各
々の粘質物、ローカストビーンガム及びグアーガムが代
表的なものであり、この二種のガラクトマンナンは、そ
のままあるいは化学的な改質を施した後、工業的に広く
使用されている。また、ガラクトマンナンは大豆、コー
ヒー豆、ムラサキウマゴヤシ、アカツメクサ、コロハな
どマメ科の植物にも多く含まれている。その他のガラク
トマンナン含有植物としてはゲニスタ・スコパリア、グ
レデイツシャ・フエロクス、レウカエナ・グラウカなど
が知られている。グルコマンナン含有物としてはコンニ
ャク(学名:アモルフオフアラス・コンニャク)が最も
有名であるが、サトイモ科のアルム根、マツ属のジャツ
クパイン、ラン科の球根、エゾマツやハリモミなどのト
ウヒ属の植物などが知られている。その他のグルコマン
ナン含有植物としては、アスパラガス・オフィシナリ
ス、エレムラス・フスカス、エレムラス・レゲリー、エ
レムラス・スペクタビリス、フアセオラス・アウレウス
などが知られている。これらは、一般にアルカリ抽出法
などにより得られている。また、これらβ−D−マンナ
ンは糊料あるいは増粘剤として、食品工業や繊維産業で
工業的に大量に消費されているものである。
マンノース単位で加水分解する酵素として知られている
β−マンノシダーゼは、動物〔バイオケミストリー(Bio
chemistry), 1972, 11 , 1493〜1501:バイオシミカ
エ バイオフィジカ アクタ(Biochim. Biophys. Act
a), 1973, 268 , 488 〜 496:バイオシミカ エ バイ
オフィジカ アクタ(Biochim. Biophys. Acta), 1973,
315 , 123 〜 127〕、植物〔ジャーナル オブ バイオ
ロジカル ケミストリー(J. Biol. Chem.),1964,239 ,
990 〜 992〕、微生物〔バイオシミカ エ バイオフィ
ジカ アクタ(Biochim. Biophys. Acta), 1978, 522, 5
21〜530 :特開昭51− 38486号)〕などの酵素が良く研
究されている。しかし、これらの酵素はいずれも生産性
が低く、培養法・精製法が煩雑なものが多く、該酵素を
工業的に安価に使用する場合に難点を残していた。
するβ−D−マンナンの有効利用、特に該物質の酵素的
加水分解によるマンノオリゴ糖やマンノース、グルコー
ス、ガラクトースなどの糖類を効率良く回収・利用する
ためには、安定性に優れ、酵素の精製が容易であること
が好ましい。しかし、動物、植物、微生物などに起源を
持つ従来提案されていたβ−マンノシダーゼは、上記の
ような理由で工業的に大規模利用するには該酵素の生産
性の点で不十分であり、その製法、精製法も複雑で実用
化するには依然として不満足なものであった。従って、
製造・精製が容易で、しかも高い安定性を有するこの種
の酵素を新たに開発することは、デンプンと共に天然界
に大量に存在する再生利用可能なβ−マンナンを分解
し、あるいは分解生成物(マンノース、ガラクトース、
グルコース、マンノオリゴ糖等)を回収・利用する上で
極めて大きな意義をもつ。
各種要件を満足する新規な酵素であるβ−マンノシダー
ゼを高い生産効率で生成する方法を提供することにあ
る。なお、上記の新規な酵素であるβ−マンノシダーゼ
は本出願人による昭和61年7月30日の特願平1-135468号
(特開平2-242678号公報) に記載されている。
使用可能なβ−マンナナーゼが具備すべき上記諸性質を
有する酵素を生産する能力を持つ微生物を得るべく、広
く天然界を検索した結果、アルカリ性に生育の至適pHを
有するバチルス属に属するある種の新規微生物が上記要
件を備えた酵素を産生し、またこれを量産性良く産生す
ることを見出して本発明を完成した。本発明の対象は新
規微生物が生産する新規なβ−マンノシダーゼの製造方
法にある。
マンナナーゼとβ−マンノシダーゼの生産能を有し、生
育の至適pHをアルカリ側に有するバチルス属に属する新
規微生物であり、微工研菌寄第8856号(FERM P−
8856)で寄託されている。この新規菌株は本発明者が天
然界から新たに検索・単離されたものである。この菌株
をバージェーズ マニュアル オブ デターミナティブ
バクテリオロジー (Bergey's Mannual of Determinat
ive Bacteriology), 第8版およびザ・ジーナス・バチ
ルス〔The Genus Bacillus:米国、デパートメント オ
ブ アグリカルチャー (Dept. of Agricalture) 版〕に
従って同定すると、好気性有胞子桿菌であり、運動性が
あり、周べん毛を有し、グラム染色バリアブルであるこ
とからバチルス属(Bacillus sp.)に属することは明らか
であったが、pH 7.5〜11.5のアルカリ性で良く生育する
ことから、既知のバチルス属菌とは分類学上異る新菌株
と考えた。以下の表1に単離したβ−マンナナーゼ/β
−マンノシダーゼ生産菌(AM−001株)の菌学的諸
性質を示す。
ニングした。この新規菌株の採取場所は国立市谷保の圃
場内における古ダタミの腐朽堆肥である。該堆肥カスを
水に懸濁し、上澄の一滴を以下組成の寒天培地に塗抹し
た。使用した寒天培地は寒天2%、 0.5%のNaHC
O3 、ヤシ油抽出残渣1%、 0.5%のポリペプトン、
0.5%の酵母エキス、0.1 %のK2HPO4および0.02%
のMgSO4・7H2Oを含有する。この寒天平板培地で37
℃にて好気的に培養し、平板上に現われた各コロニーを
得、夫々のコロニーを更に寒天を除いた他は上記と同じ
組成の液体培地中で30〜40℃で48〜72時間好気的に培養
した。次いで、各培養液を12,000Gで10分間、4℃で遠
心分離し、菌体と上澄とに分離した。かくして得た上澄
液と、 0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)に菌体を懸濁させて
得られる懸濁液とから以下に述べるような活性測定法に
よりβ−マンナナーゼ活性を示すものを選んだ。その結
果、上記のような菌学的諸特性を有する菌株が分離でき
た。
菌体外に生産し且つβ−マンノシダーゼを菌体内に生産
する能力を有している。従って、この性質を利用してこ
れら酵素を有利に生産することができる。すなわち、本
発明のβ−マンナナーゼの製造方法は、上記新規菌株を
培養し、β−マンナナーゼを培養液中に生成・蓄積させ
且つβ−マンノシダーゼを菌体内に生成・蓄積させ、菌
体からβ−マンノシダーゼを採取することを特徴として
いる。
以下のような理化学的特性を有している: (イ)作用:非還元末端から順次β−マンノシド結合を
加水分解し、マンノースを生成する (ロ)基質特異性:β−メチル(エチル)−D−マンノ
シドを完全に分解し、またβ−結合のマンノースを含む
オリゴ糖に作用しマンノースを遊離し、p−ニトロフェ
ニル−グリコシドのβ−D−マンノシドを基質となし得
るが、α−D−マンノシド、α−D−グルコシド、β−
D−グルコシド、α−D−ガラクトシド、β−D−ガラ
クトシド、β−D−キシロシド、α−L−フコシド、β
−D−グルクロニドを基質となし得ない (ハ)至適pHおよび安定pH範囲:至適pHは6〜7であ
り、40℃、30分間の加熱条件下ではpH6〜9の範囲内で
安定である (ニ)温度に対する安定性:pH 6.5、30分間の加熱条件
下では45℃まで安定である (ホ)作用適温の範囲: 50℃近傍に至適作用温度を有
する (ヘ)失活条件:40℃、30分間の処理条件下ではpH 5.0
および10で完全に失活し、また、pH6.5 、30分の処理で
は、55℃で完全に失活する (ト)ゲル濾過法による分子量: 63,000 ±3,000 。
製造方法についてさらに詳しく説明する。上記のβ−マ
ンナナーゼ/β−マンノシダーゼ生産菌を適当な培地に
接種し、該菌体の生育温度の観点から30〜40℃で48〜72
時間、好気的に培養する。ここで培地は炭素源、窒素源
の他、必要に応じて無機塩、微量栄養素を含むものであ
る。炭素源としては従来公知の各種材料を使用すること
ができ、例えばコンニャク粉、ローカストビーンガム、
キャロブガム、グアーガムあるいはこれらを含有する植
物などを典型例として例示できる。窒素源としても特に
制限はなく、酵母エキス、ペプトン、肉エキス、コーン
スティープリカー、アミノ酸液、大豆粕などの有機態窒
素、あるいは硫安、尿素、硝酸アンモニウム、塩化アン
モニウムなどの無機態窒素などが安価かつ入手容易なも
のとして例示できる。なお、有機態窒素源は炭素源とな
ることはいうまでもない。更に、これら炭素源、窒素源
の他に、一般に使用されている各種の塩、例えばマグネ
シウム塩、カリウム塩、リン酸塩、鉄塩等の無機塩、ビ
タミンなどを添加することも可能である。本発明方法で
使用するのに適した培地は、例えば1%のコンニャク
粉、2%のポリペプトン、 0.2%の酵母エキス、 0.1%
のK2HPO4および 0.2%のMgSO4 ・7H2Oを含有する液
体培地にすることができる。また、上記微生物の生育pH
は塩基性の範囲内であるので、適当なアルカリを用いて
上記培地のpH値を調整する必要がある。そのためにpH調
整剤としては 0.5%炭酸水素ナトリウムを典型例として
拳げることができるが、これに限定されず、水酸化ナト
リウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナト
リウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ試薬も使用で
きる。本発明方法で用いられる菌の培養はバッチ式、連
続式のいずれによっても実施することができる。
するので、生産されたβ−マンナナーゼは培養液中に放
出され、そこに蓄積される。こうして生成した酵素をそ
のまま利用することもできる。例えば、培養液中の菌体
を遠心分離、濾過などで除去した後、得られる上澄液
(粗酵素液)をそのままβ−マンナンの加水分解反応に
適用することも可能である。これは経済的に有利な方法
である。
ることもできる。この場合には、例えば菌体破砕・抽出
後、硫安による塩析、エタノール、アセトン、イソプロ
パノール等による溶媒沈澱法、限外濾過法、ゲル濾過
法、イオン交換樹脂等による一般的な酵素精製法により
精製することができる。以下に、β−マンノシダーゼの
好ましい精製法の1例を説明する。好アルカリ性バチル
ス属に属するAM−001菌株を、例えば上記のような
培地に植菌し、37℃で48時間好気的に培養して得られる
培養液を、0℃で30分間12,000r.p.m で遠心分離して菌
体を集め、湿重量10gの菌体を得る。次いで、該菌体を
氷水中で冷却しながら10mM燐酸緩衝液(pH7.0)に懸濁
し、超音波破砕を数回に分け、計3分間程度行う。次い
で、0℃で30分間 12,000 r.p.m で遠心分離して残渣を
除き、上澄液50mlを得る。この上澄液に硫酸アンモニウ
ムを加えて75%飽和とし、4℃で一夜放置する。生じた
沈澱を濾別した後、10mM燐酸緩衝液 (pH7.0)に溶解さ
せ、一夜4℃で同緩衝液に対して透析する。生じた沈澱
を遠心分離して除き、得られた上澄液を同上緩衝液で平
衡化したDEAE−トヨパール 650Mに吸着させ、 0.1
〜0.5 MのNaClを含む同上緩衝液の濃度勾配法によって
酵素を溶出する。溶出した活性画分を集め、同上緩衝液
に対して一夜、4℃で透析した後、同上緩衝液で平衡化
したハイドロオキシアパタイトに吸着させる。次いで、
0.4Mリン酸緩衝液(pH8.0)で酵素を溶出させ、活性画
分を集めて、平均分画分子量10,000の限外濾過膜を用い
て濃縮する。濃縮酵素は、高速液体クロマトグラフ用蛋
白質分取精製用カラム、ショデックス プロテイン(SHO
DEX protein)WS-2003 で分離し、10mMリン酸緩衝液
(pH7.0)を用いて溶出する。かくして得られた活性画分
を濃縮した後、同上カラムを用いて同一条件で再度クロ
マトグラフィーにかけ、得られた活性画分を濃縮し、ポ
リアクリルアミドゲルディスク電気泳動法〔アナルズ
ニューヨーク アカデミック サイエンス (ANN. N.Y.
Acad. Sci.),121, 404 (1964) 〕で均一な酵素標品11mg
が得られる。活性収率は17%である。このβ−マンノシ
ダーゼ活性の測定法と活性表示法は以下の通りである。
即ち、 0.2Mの燐酸緩衝液(pH7.0)0.2mlと、8mMのp−
ニトロフェニル−β−D−マンノピラノシド水溶液 0.2
mlとに酵素液 0.1mlを混合し、40℃で10分間反応させた
後、 0.5Mの炭酸ナトリウム水溶液 1.0mlを添加して酵
素を失活させ、その後、水を加えて3mlにする。着色度
を紫外光(波長 420nm) で1μmol/mlのp−ニトロフェ
ノールを標準として測定する。酵素活性の単位は上記の
条件下で1分間に1μmol のp−ニトロフェノールを遊
離させる酵素量を1単位として表示する。本発明のβ−
マンノシダーゼと従来公知の微生物由来のβ−マンノシ
ダーゼの理化学的性質と酵素化学的性質との比較表を表
2に示す。
ンスティープリカーを5%、硫安を 0.1%、K2HPO4
を 0,1%、MgSO4・7H2Oを0.02%および炭酸ソーダ
を0.25%含む培養液100ml(pH9.5)に、本発明による好ア
ルカリ性細菌バチルスAM−001菌株(FERM P-8856)
を植菌し、37度で48時間、200 r.p.m.で振とう培養し
た。次いで、該培養液を0℃で30分間、12,000r.p.m.で
遠心分離して菌体と培養上澄とを回収した。回収した菌
体を5mlの10mM燐酸緩衝液に懸濁後、超音波破砕機に
て菌体を破砕した。ついで、この菌体破砕液を0℃で30
分間 12,000 r.p.m.で遠心分離して得られた上澄み液の
β−マンノシダーゼ活性を測定した。結果は14単位/ml
であった。
マンナンは、デンプンと同様にそのまま、または化学的
改質処理を施した後に糊料、増粘剤、食品材料等として
繊維、化粧品、食品、農薬等の各種分野において広く利
用されているが、このβ−D−マンナンを有効利用する
ためには、これを効率良く加水分解する酵素(βマンナ
ナーゼ、β−マンノシダーゼなど)を得る必要がある。
即ち、β−D−マンナンを高効率で加水分解し得る酵素
を得ることは、これを分解して有用なマンノオリゴ糖、
マンノース、グルコース、ガラクトースなどの糖類とし
て、これを回収、利用したり、あるいはβ−D−マンナ
ン自体として使用した後にこれを分解・除去するなどの
目的のために極めて重要である。このような用途におい
て、β−マンノシダーゼは高温安定性を有し、しかも中
性〜アルカリ性領域に酵素反応の至適pHを有するもので
あることが、工業的応用という観点から極めて望まし
い。しかし、このような目的で従来から種々起源のマン
ナン分解酵素が見出され、利用されてきたが、例えばβ
−マンナナーゼでは高温安定性に劣るものであったり、
酵素産生微生物の培養時間が著しく長いものであり、経
済性の観点すなわちβ−D−マンナンの分解効率の観点
から望ましいものとはいえなかった。本発明者等は種々
検索し、好アルカリ性バチルス属に属するある種の微生
物が有用なβ−マンナナーゼおよびβ−マンノシダーゼ
を高い生産率で同時に生産することを見出した。この酵
素は上記β−D−マンナンの加水分解反応における諸要
件を満足するものであり、従来知られていた各酵素の諸
問題点をいずれも解決するものであることが分かった。
即ち、先ず、本発明の新規微生物はβ−マンナナーゼを
菌体外生産するので、酵素の分離・精製は極めて容易で
あり、労力、製造コストの点で大巾な改善が期待でき
る。更に、この酵素は高温安定性に優れ、しかもアルカ
リ側(pH8〜10)に酵素反応の至適pHを有しているの
で、アルカリ条件下で行われる各種植物からのβ−マン
ナンの抽出操作後、従来のように酸性条件とするための
操作を施すことなくそのまま酵素分解反応に移行するこ
とが可能であり、作業性、経済性の点で大巾な改善が望
める。更に、本発明の上記微生物はβ−マンノシダーゼ
を菌体内生産し、このβ−マンノシダーゼははほぼ中性
領域に酵素反応の至適pHを有するので、上記のような抽
出操作後わずかなpH調節を施した後、次の分解反応に移
行することができる。また、この酵素はβ−マンナナー
ゼを含む培養上澄の分離の際に得られる菌体をそのまま
あるいは簡単な分離・精製操作を施した後使用でき、労
力、量産性、経済性の点で有利である。従って、本発明
方法では、β−D−マンナンを加水分解して分解生成物
を有効利用したり、β−D−マンナン自体を糊料等とし
て使用した後に分解・除去するのに有用なβ−マンナナ
ーゼおよびβ−マンノシダーゼを効率良く生産すること
ができ、しかもこの酵素はpH安定性、高温安定性等にお
いて優れているので、酵素の工業的な大規模利用が可能
となる。要約すれば、本発明方法は、β−D−マンナン
を効率良く加水分解するβ−マンナナーゼとβ−マンノ
シダーゼを同時に生産する好アルカリ性バチルス属に属
する新規な微生物を用いて、β−D−マンナンの加水分
解反応に要求される諸条件をいずれも満足し、高い効率
でこれを分解し、使用後の分解・除去および分解生成物
の有効利用を著しく容易にする酵素を製造する方法を提
供し、それによって経済的に大巾な改善を保証し得るも
のである。
Claims (5)
- 【請求項1】 工業技術院微生物工業技術研究所に微工
研菌寄第8856号で寄託された下記理化学的性質: (イ)作用:非還元末端から順次β−マンノシド結合を
加水分解し、マンノースを生成する (ロ)基質特異性:β−メチル(エチル)−D−マンノ
シドを完全に分解し、またβ−結合のマンノースを含む
オリゴ糖に作用しマンノースを遊離し、p−ニトロフェ
ニル−グリコシドのβ−D−マンノシドを基質となし得
るが、α−D−マンノシド、α−D−グルコシド、β−
D−グルコシド、α−D−ガラクトシド、β−D−ガラ
クトシド、β−D−キシロシド、α−L−フコシド、β
−D−グルクロニドを基質となし得ない (ハ)至適pHおよび安定pH範囲:至適pHは6〜7であ
り、40℃、30分間の加熱条件下ではpH6〜9の範囲内で
安定である (ニ)温度に対する安定性:pH 6.5、30分間の加熱条件
下では45℃まで安定である (ホ)作用適温の範囲: 50℃近傍に至適作用温度を有
する (ヘ)失活条件:40℃、30分間の処理条件下ではpH 5.0
および10で完全に失活し、また、pH6.5 、30分の処理で
は、55℃で完全に失活する (ト)ゲル濾過法による分子量: 63,000 ±3,000 を有するβ−マンノシダーゼ生産能を有し且つ生育の至
適pHをアルカリ性に有するバチルス属に属する微生物を
培養して菌体内にβ−マンノシダーゼを生成・蓄積さ
せ、それを採取することを特徴とするβ−マンノシダー
ゼの製造方法。 - 【請求項2】 培養を30〜45℃の範囲内の温度下で好気
的に行う請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 培養液のpHを 7.5〜11.5の範囲にする請
求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 上記微生物の培養後、培養液から菌体を
分離し、そのままβ−マンノシダーゼの粗酵素とする請
求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項5】 微生物の培養後、培養液から菌体を分離
し、更に精製して精製β−マンノシダーゼとする請求項
1〜4項のいずれか一項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290519A JP2626663B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 新規なβ−マンノシダーゼの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290519A JP2626663B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 新規なβ−マンノシダーゼの製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18065186A Division JPS6336775A (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 | β―マンナナーゼおよびβ―マンノシダーゼ生産能を有するアルカリ性バチルス属新菌株 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851976A JPH0851976A (ja) | 1996-02-27 |
| JP2626663B2 true JP2626663B2 (ja) | 1997-07-02 |
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ID=17757079
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| JP3290519A Expired - Fee Related JP2626663B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 新規なβ−マンノシダーゼの製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2626663B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101158745B1 (ko) * | 2009-10-07 | 2012-06-22 | 에이비에스 가부시키가이샤 | 건조 곤약 및 그 제조 방법 그리고 그 건조 곤약을 사용한 가공 식품 |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3290519A patent/JP2626663B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0851976A (ja) | 1996-02-27 |
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