JPH0269183A - β‐1,3‐グルカナーゼおよびその製法 - Google Patents

β‐1,3‐グルカナーゼおよびその製法

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JPH0269183A
JPH0269183A JP22037588A JP22037588A JPH0269183A JP H0269183 A JPH0269183 A JP H0269183A JP 22037588 A JP22037588 A JP 22037588A JP 22037588 A JP22037588 A JP 22037588A JP H0269183 A JPH0269183 A JP H0269183A
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Yuichi Atagi
裕一 能木
Koki Horikoshi
堀越 弘毅
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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〕 本発明は新規なβ−1,3−グルカナーゼ並びにその製
造法に関する。更に詳しくは、バチルス属に属し、生育
の至適pHをアルカリ側に有する好アルカリ性の新規微
生物を培養して得られ、酵素反応の至適pHをアルカリ
側に有するβ−1゜3−グルカナーゼおよびその製造法
並びに上記新規微生物りこ関する。
〔従来の技術〕
β−1,3−グルカナーゼは分子内にβ−1,3−Dグ
ルコシド結合を持つラミナリン、パキマンなどの主要骨
格であるβ−L 3−D−グルコシド結合を任意に加水
分解し、グルコース、ラミナリビオース、ラミナリトリ
オースなどのラミナリオリゴ糖を生成する酵素である。
まず、β−1,3−グルカンを含むものとして、褐藻類
ことにコンブ属にある貯蔵性多糖がよく知られている。
その他β−1,3−グルカン含をの物としてサルノコシ
カケ目の萩苓、パン酵母やかびの細胞壁の構成多糖等が
知られている。従来、これらの多糖は工業的には利用が
困難であまり利用されていなかった。
これらβ−1,3−グルカンを任意に加水分解する酵素
として知られているβ−1,3−グルカナーゼは、従来
から多数の研究者の研究対象とされており、動物、植物
、微生物由来の物が検討されてきた。例えば、節足動物
〔コンポバイオケムフィジイオル(Comp、 Bio
chem、 Physiol、)。
1987、58.105〜110]特に、糸状菌〔エン
ザイム マイクロブ チクノル(Enzyme Mic
rob。
Technol、)1987.9 、89〜93) 、
放線菌〔アップル マイクロパイオル バイオチクノル
(Appl。
Microbiol、Biotechnol、)198
4. 20. 207〜212 ]、細菌〔アグリ パ
イオル ケエム(Agr、 Biol。
Chem、)1973.37.1449〜1456)等
の酵素が良く研究されている。
しかしながら、これらの酵素はいずれも温度安定性に劣
る場合や、培養に長時間必要なものが多く1、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。
〔発明が解決しようとする課題〕
天然界に再生可能な資源として大量に存在するβ−1,
3−グルカンの有効利用、特に該物質の酵素的加水分解
によるグルコース5、ラミナリビオース、ラミナリトリ
オースなどの糖類を効率良く回収利用するためには耐熱
性に優れ、かつβ−1,3−グルカンの各種植物からの
抽出操作が主にアルカリ性で行われていることから、中
和操作を簡略化し、かつ分解工程を単純化するためにも
、アルカリ側に酵素反応の至適pHを有することが好ま
しい。
さらに、高温度下で酵素反応を行うことにより腐敗を防
止したり、酵素反応速度を増大し、生成物の利用産生を
高めるなどが回持できることから、至A温度も高温であ
ることが望ましい。
しかしながら、既に述べたように、従来のβ1.3−グ
ルカナーゼはいずれも温度安定性の点で不十分であった
り、該酵素の生成のためには長い培養時間が必要である
等の欠点を有しており、従ってこれら酵素を工業的規模
で、β−1゜3−グルカンの加水分解生成物を得るため
に利用することは困難であるか、コストの点で不満であ
った。
そこで、本発明の目的は上記のような酵素反応における
各種用件を満足し、β−1,3−グルカンの加水分解を
経済的かつ工業的規模で実施することを可能にする新規
なβ−1,3−グルカナーゼを提供することにある。本
発明のもう一つの目的は、上記の新規なβ−1,3−グ
ルカナーゼの製造方法を提供することにある。さらに、
本発明のもう一つの目的は、新規な微生物を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するだめの手段〕
本発明者らは、工業的に使用するためのβ−13−グル
カナーゼが具備すべきこれらの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、アルカリ側に生育の至適pHを有し、バチルス
属に属する細菌が上記要件を備えた酵素を産生じ、また
これを量産性良く産生ずることを見出し、本発明を完成
したものである。
即ち、本発明は、新規β−1,3−グルカナーゼを提供
するものであり、これは以下のような理化学的緒特性を
有する。
(イ)作用: β−1,3−グルカンのβ−1,3−グルコシド結合を
分解し、グルコース、ラミナリビオース、ラミナリトリ
オースを生成する。
(ロ)基質特異性: ラミナリテトラオース以上のβ−1,3−グルカンに作
用する。
(ハ)全豹pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8.5〜10.5であり、40℃130分間
の加熱条件下ではpH4〜12の範囲内で安定である。
(ニ)温度に対する安定性: pH7,100℃l2O分間の加熱では安定である。
(ホ)作用適温の範囲: 65℃近傍に至適作用温度を有する。
(へ)失活条件: pH7,100℃の処理条件では50分間で完全に失活
する。
(ト)ゲル濾過法による分子量: 32、000〜38,000 (チ)等電点: 3.7〜3.9 (す)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀により阻害を受ける。
また、本発明は上記の新規β−1,3−グルカナーゼの
製法にも関わり、この方法によれば該β−1,3−グル
カナーゼは好アルカリ性バチルス(Alkalophi
lic Bacillus)属に属し、上記β−1,3
−グルカナーゼを生産する微生物を培地に培養し、培地
液中に該酵素を生成・蓄積せしめ、これを分離・精製す
ることにより上記β−1,3グルカナーゼを製造する方
法である。
更に、本発明は、生育のpHが6.5〜11.0である
好アルカリ性バチルス属AG430自体も含むものであ
る。
本発明の方法において使用する新規β−1,3グル力ナ
ーゼ生産菌株AG 430は本発明者等により新たに天
然界から検索・単離されたものであって、上記β−1,
3−グルカナーゼを菌体外に生産する菌株である。この
菌株をバージニーズ マニュアル オブ システマティ
ク バクテリオロジー(Bergey’s Msnua
l of SystematicBacteriolo
gy)第2巻およびザ・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、 ofAgrt
cal ture)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、周ペン毛を有し、ダラム
染色陽性、カタラーゼテスト陽性であることから、バチ
ルス(Bacillus)属に属することは明らかであ
ったが、pH6,5〜11.0のアルカリ側で良く生育
することから、既知のバチルス属菌とは分類学上置なる
新菌株と認定し、好アルカリ性バチルス属AG 430
とした。
以下の第1表に単離したβ−1,3−グルカナーゼ生産
菌AG 430の菌学的諸性質を示す。
第1表 菌体外β−1゜ 菌学的性質 1、形態学的性質 形状 サイズ 運動性 ダラム染色 胞子嚢 2、各種培地での生育 肉汁液体培地 肉汁寒天平板 肉汁ゼラチン穿刺培養 3−グルカナーゼ生産菌の 桿菌 0.4〜0.5X2.O〜3,0μ! 有り(周鞭毛) 陽性 膨らんでいる もろい菌環をつくり白濁 周辺金縁、凸円状、色は白濁 5.0%食塩肉汁液体培地 7.5%食塩肉汁液体培地 ;3 生化学的性質※ ゼラチンとカゼインの加水分解 デンプンの加水分解 クエン酸の利用 硝酸塩の還元 VP−テスト インドールの生成 硫化水素 無機窒素源の利用 色素の生成 ウレアーゼ オキシダーゼ カタラーゼ 酵素に対する態度(嫌気) ※ 十:生育する  −二生育しない + + ↑ + 十 + 又は陽性    又は陰性 4、生育のpHと温度 生育pH6,5〜11.0 生育温度        〜50℃ 5、糖の資化 I7−アラビノース、L−キシロース、D−グルコース
、D−マンノース、D−フラクトース、D−ガラクトー
ス、マルトース、ショ糖、乳糖、トレハロース、ラフィ
ノース、デンプン、イノシトール、D−ソルビット、D
−マンニット、セルロースを資化する。又、L−アラビ
ノース、L−キシロース、D−マンノース、D−ガラク
トース、マルトース、シヨ本唐、乳糖、トレハロース、
デンプン、D−ソルビット、D−マンニットから酸を生
成し、ガスは生成しない。
尚、上記菌好アルカリ性バチルス属AG 430は工業
技術院微生物工業技術研究所に寄託番号FERMP−1
0256として寄託している。
本発明の新規な菌体外β−L 3−グルカナーゼの製造
法につき更に詳しく説明する。上記のようなβ−1,3
−グルカナーゼ生産菌を適当な培地に接種し、菌体の生
育温度の観点から30〜40℃にて、48〜72時間、
好気的に培養するが、培地は炭素源、窒素源の他、必要
に応じて無機塩、微量栄養素等を含むものである。
まず1、炭素源としては従来公知の各+i +x料を使
用することができ、例えばバキマン、ラミナランあるい
はこれを含有する植物などを典型例として例示できる。
また、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、コーンステイブリカ、アミノ酸液、
大豆粕などの有機態窒素、あるいは硫安、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。
尚、有機態窒素源は炭素源ともなることはいうまでもな
い。更に、このような炭素源、窒素源の他、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。
本発明の方法において使用するのに適した培地は、例え
ば1%のパキマン、0.5%のポリペプトン、0.5%
の酵母エキス、0.1%のKH□po、および0.00
5%のVIgSOa・7H20を含有する液体培地であ
り得る。
また、本発明の方法で使用する微生物の生育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1%炭酸水素ナトリウムを典型例として挙げ
ることができるが、これに限定されず水酸化ナトリウム
、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。
本発明の方法において使用する新規微生物の好アルカリ
性バチルス属AG430はβ−1,3−グルカナーゼを
菌体外に生産するので、生産されるβ−13−グルカナ
ーゼは培養液中に放出され、そこに蓄積される。この菌
の培養はハツチ式、連続式のいずれによって行うことも
でき、生成される酵素の分離精製は例えば以下のように
して実施することができる。
即ち、まず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−1
,3−グルカンの加水分解反応に適用j−ることも可能
であり、これは経済的に有利であう。また、これを更に
精製して使用することもできる。そのためには、例えば
硫安等による塩析、エタノール、アセトン、イソプロパ
ツール等による溶媒沈澱法、限界濾過法、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、本発明のβ−1,3−グルカナーゼの好ましい
精製法の1例につき説明する。
好アルカリ性バチルス属に属するAG−430株を、例
えば上記のような培地に植菌し、35℃にて72時間好
気的に培養して得られる培養液を、8000rpm、4
℃にて20分間遠心分離して菌体を除き、1.!1の上
澄液を得る。次いで、該上澄液に一20℃のアセトン6
!を加え、−20℃で一夜放置する。上澄62を捨て残
りの液と生じた沈澱を遠心分離する。
回収した沈澱を乾燥しアセトンを連敗後、50mMリン
酸緩衝液(pH8,0)に溶解させ、4℃で同緩衝液に
対して2時間、2回透析をする。
生じた沈澱を遠心分離して除いた上澄液を同上緩衝液で
平衡化したDEAE−3epharose CL−6B
に吸着させ、50mMリン酸緩衝液(pH5,6)で不
用の蛋白を溶出後0.1〜0.5MのNaC1を含む5
0mMリン酸緩衝液(pH5,6)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、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5epha
dex G’−75に充填し、10mMリン酸緩衝液(
pH7,0)を用いて溶出する。溶出した活性画分を集
め、同上緩衝液で平衡化したハイドロキシアパタイトで
不用の蛋白を吸着させ、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、5ephadex G−75に充填し、1
0mM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、ポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動法(ゲル濃度14.0%)において均一
な酵素標品60mgを得られ、活性収率は46%であっ
た。
なお、β−1,3−グルカナーゼ活性の測定法並びに活
性表示法は以下の通りである。即ち、50m1’ITr
is−HCIll衝液(pH9,0)に溶解させた1%
(W/V)ラミナラン溶液0.2 dに適当に希釈した
酵素液0.01成を混合し、40℃″rlo分間反応さ
せた後、DNS試液〔ジェイ、アール、サマー ジー、
イー、ソマーズ 「ラボラトリ−イクスペリメンツ イ
ン バイオロジカル ケミストリー」、アカデミツクプ
レス、ニューヨーク(J、R,Suvwer、 G’、
E。
SOMERS、”Laboaratory Exper
iments in BiologicalChemi
stry、’ Academic Press、 Ne
w York) 、3435頁、1944) 1.0 
dを添加して酵素反応を停止させる。沸騰水浴中で5分
間加熱した後急冷し、4 mllの水を加え十分に攪拌
する。同様に処理した、0.2mg/mグルコース溶液
を標準とし、着色度を分光光度計(波長510nm)を
用いて測定する。酵素活性の単位は前述の条件下で1分
間に1mgのグルコースに相当する還元糖を生成するの
に要する酵素量を1単位として表示する。
本発明の方法によって得られるβ−1,3−グルカナー
ゼおよび従来公知の微生物由来のβ−1,3−グルカナ
ーゼの理化学的性質および酵素化学的性質を比較して第
2表に示す。
(本頁以下余白) 〔作 用〕 天然界に再生可能な資源として大量に存在するβ−1,
3−グルカンはあまり有効利用されていない。
このβ−1,3−グルカンを有効利用するためには、こ
れを効率よく加水分解し得る酵素(β−1,3−グルカ
ナーゼ)の開発が必要となる。即ち、β−1゜3−グル
カンを高効率で加水分解し得る酵素を得ることは、これ
を分解して有用なグルコース、ラミナリビオース、ラミ
ナリトリオースなとのIJH!とし、これを回収、利用
したり、あるいβ−1,3−グルカ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重要で
ある。
このような用途において、β−1,3−グルカナーゼは
高温安定性を有し、しかもアルカリ側に酵素反応の至適
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。
このような目的で、従来から様々な起源のβ−1゜3−
グルカン加水分解酵素が見出されてきたが、いずれも工
業的観点から十分満足し得るものではなかった。即ち、
従来研究されていた酵素はいずれも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
ものであった。
そこで、本発明者等は種々検索し、好アルカリ性バチル
ス属に属する細菌が有効なβ−1,3−グルカナーゼを
高い生産率で生産することを見出した。
この酵素は、上記β−1,3−グルカンの加水分解反応
における諸要件をいずれも満足するものであり、従来知
られていた酵素の諸問題点をいずれも解決した。
即ち、まず本発明のβ−1,3−グルカナーゼ酵素は上
記微生物により菌体外生産されるので、分離・精製方が
掻めて簡単であり、労力、製造コストの点で大幅な改善
が期待できる。
更に、高温安定性に優れ、しかもアルカリ側に酵素反応
の至適pHを有するので、アルカリ条件下で行われる各
種植物等からのβ−1,3−グルカンの抽出操作後、中
和操作等を施すことなしに、そのまま酵素分解反応に付
することが可能であるので、作業が著しく簡略化される
と共に、余分な試薬の使用が不用となるので、分解生成
物の製造コストも節減できる。
かくして、本発明の新規な酵素によれば、工業的規模で
のβ−1,3−グルカンの分解利用が可能となる。また
、コストパフォーマンスの点でも極めて有利である。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例1 好アルカリ性バチルス属AG−430株(FERM P
10256)を500 dの三角フラスコ中の、バキマ
ン2%ポリペプトン0.5%、酵母エキス0.5%、K
zHPOao、 1%Mg5O,・7H200,005
%、および炭酸水素ナトリウム1%を含む培養液100
m1pH9)に接種し、33℃で48時間、20Orp
mで振盪培養した。ついで、該培養液上澄中のβ−1,
3−グルカナーゼ活性を上記のように測定した結果、1
6単位/dであった。
実施例2 好アルカリ性バチルス属AG−430株(FERM P
10256) ヲ2 A容の三角フラスコ中のバキマン
1%、ポリペプトン0.5%、酵母エキス0.5%、K
lLPo、 0.1%、Mg5O,・7H200,00
5%、および炭酸ナトリウム1%を含む培養液600 
rnl (p H10)に接種し、37℃にて72時間
好気的に培呑して得られる培養液を8000rpm 、
4 ”Cにて20分間遠心分湘して菌体を除き、500
dの上澄液を得る。
該培養液上澄中のβ−1,3−グルカナーゼ活性を上記
のように測定した結果、6単位/ mlであった。
次いで、該上澄液に一20℃のアセトン21を加え、−
20℃で一夜放置し、沈澱を遠心分離する。
回収した沈澱を乾燥しアセトンを連敗後、50mMリン
酸緩衝液(pH8,0)に溶解させ、4℃で同緩衝液に
対して2時間、2回透析をする。生じた沈澱を遠心分離
して除いた上澄液を同上緩衝液で平衡化したDEAE−
Sepharose GL−5Bに吸着させ、50mM
リン酸緩衝液(pH5,6)で不用の蛋白を溶出後0.
1〜0.5MのNaC+を含む50 m Mリン酸緩衝
液(pH5,6)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、平均分画分子量10,00
0の限外濾過膜を用いて濃縮する。濃縮酵素は、5ep
hdex G−75に充填し、10mMリン酸緩衝液(
pH7,0)を用いて溶出する。溶出した活性画分を集
め、同上緩衝液で平衡化したハイドロキシアパタイトで
不用の蛋白を吸着させ、素通りした活性画分を集める。
かくして得られた活性画分を濃縮し、酵素標品20mg
を得た。活性収率は52%、β−1,3−グルカナーゼ
活性は7O単位/dであった。
〔発明の効果] 以上詳しく述べたように、本発明の新規なβ−1゜3−
グルカナーゼはアルカリ側に酵素反応の至apHを有し
、かつ高温安定性にも優れている。従って、β−1,3
−グルカンの酵素分解反応をアルカリ側で実施でき、こ
のことはβ−1,3−グルカン抽出工程後ただちに酵素
分解反応を行うことを可能とする。
更に、高温度下で酵素反応を実施しえることがら反応速
度を大幅に高めることが出来る。
かくして、本発明のβ−1,3−グルカナーゼにょれば
、工業的に有利に、β−1,3−グルカンの分解生成物
の製造を行うことができ、高い分解効率、分解生成物の
生産性を達成でき、しかも製造コストの節減を図ること
が可能となる。
また、本発明のβ−1,3−グルカナーゼはこれを菌体
外生産する好アルカリ性バチルス属に属する微生物から
得ることが出来るので、分離・精製が容易であり、従っ
て安価に量産できるものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)以下の理化学的性質を有する新規β−1,3−グ
    ルカナーゼ (イ)作用: β−1,3−グルカンのβ−1,3−グルコシド結合を
    分解し、グルコース、ラミナリビオース、ラミナリトリ
    オースを生成する。 (ロ)基質特異性: ラミナリテトラオース以上のβ−1,3−グルカンに作
    用する。 (ハ)至適pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8.5〜10.5であり、40℃、30分間
    の加熱条件下ではpH4〜12の範囲内で安定である。 (ニ)温度に対する安定性: pH7、100℃、20分間の加熱では安定である。 (ホ)作用適温の範囲: 65℃近傍に至適作用温度を有する。 (ヘ)失活条件: pH7、100℃の処理条件では50分間で完全に失活
    する。 (ト)ゲル濾過法による分子量: 32,000〜38,000 (チ)等電点: 3.7〜3.9 (リ)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀により阻害を受ける。 (2)以下の理化学的性質: (イ)作用: β−1,3−グルカンのβ−1,3−グルコシド結合を
    分解し、グルコース、ラミナリビオース、ラミナリトリ
    オースを生成する。 (ロ)基質特異性: ラミナリテトラオース以上のβ−1,3−グルカンに作
    用する。 (ハ)至適pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8.5〜10.5であり、40℃、30分間
    の加熱条件下ではpH4〜12の範囲内で安定である。 (ニ)温度に対する安定性: pH7、100℃、20分間の加熱では安定である。 (ホ)作用適温の範囲: 65℃近傍に至適作用温度を有する。 (ヘ)失活条件: pH7、100℃の処理条件では50分間で完全に失活
    する。 (ト)ゲル濾過法による分子量: 32,000〜38,000 (チ)等電点: 3.7〜3.9 (リ)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀により阻害を受ける、 を有するβ−1,3−グルカナーゼ生産能を有し、生育
    のpHをアルカリ側に有する好アルカリ性バチルス属に
    属する微生物を培地に培養し、該β−1,3−グルカナ
    ーゼを培地中に生成・蓄積させ、これを採取することを
    特徴とする上記β−1,3−グルカナーゼの製造方法。 (3)上記培養を25〜50℃の範囲内の温度下で好気
    的に行うことを特徴とする請求項2記載のβ−1,3−
    グルカナーゼの製造方法。 (4)上記培養液のpHが5〜10の範囲内にあること
    を特徴とする請求項2または3記載のβ−1,3−グル
    カナーゼの製造方法。 (5)生育のpHが6.5〜11.0である好アルカリ
    性バチルス属AG430
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0606080A1 (en) * 1993-01-06 1994-07-13 The Quaker Oats Company Process for preparing a high soluble fiber barley fraction

Cited By (1)

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EP0606080A1 (en) * 1993-01-06 1994-07-13 The Quaker Oats Company Process for preparing a high soluble fiber barley fraction

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