JPH04218370A - マンノースイソメラーゼ及びそれを用いたマンノースの製造法 - Google Patents

マンノースイソメラーゼ及びそれを用いたマンノースの製造法

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JPH04218370A
JPH04218370A JP3077388A JP7738891A JPH04218370A JP H04218370 A JPH04218370 A JP H04218370A JP 3077388 A JP3077388 A JP 3077388A JP 7738891 A JP7738891 A JP 7738891A JP H04218370 A JPH04218370 A JP H04218370A
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mannose
fructose
isomerase
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Yoshiyuki Takasaki
高崎 義幸
Ryuichi Oya
隆一 大矢
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  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はD−マンノース(以下マ
ンノースと略す。)とD−フラクトース(以下フラクト
ースと略す。)を相互変換する新規なマンノースイソメ
ラーゼ、その製造法及びこれを用いたフラクトースから
マンノースの製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マンノースは腸内有害サルモネラ菌の増
殖を阻止する機能のあることが、最近、明らかになり〔
R.H.Brown,Foodstuff,June 
 12巻,10頁(1989)〕、ニワトリなど家禽類
の飼料添加物として、また機能性食品素材としての利用
が考えられている。しかし、マンノースは、普通、木材
、コンニャクなど、植物に含まれるマンナンを分解して
製造されるため、現在、非常に高価である。
【0003】発明者らはマンノースとフラクトースを相
互変換するマンノースイソメラーゼを用い、豊富、かつ
安価に製造されるフラクトースからマンノースを製造す
る技術、及びマンノースイソメラーゼとグルコースイソ
メラーゼ(グルコースとフラクトースを相互変換する酵
素)を組み合わせ、グルコースから直接マンノースを製
造する技術を確立することを目的とし、工業的に使用可
能なマンノースイソメラーゼを生産する微生物の探索を
行ってきた結果、土壌中から分離し、シュードモナス属
の一菌株と同定した細菌が、従来知られているマンノー
スイソメラーゼに比べ、著しく熱安定性に優れたマンノ
ースイソメラーゼを生産することを認めた。
【0004】マンノースイソメラーゼは、1956年、
PalleroniとDoudoroffらにより、遊
離六炭糖異性化酵素の最初の酵素として、シュードモナ
ス・サッカロフィラ(Pseudomonas  sa
ccharophia)に見い出された〔J.Biol
.Chem.,218巻,535頁(1956)〕。そ
の後、本発明者らは、土壌中から分離し、キサントモナ
ス・ルブリリネアンス(Xanthomonas  r
uburilineans)と同定した細菌がマンノー
スイソメラーゼを生産すること〔日本農芸化学会誌,3
7巻,524〜528頁(1963)、Agric.B
iol.Chem.,28巻,601〜604頁(19
64)〕。また、ストレプトマイセス・アエロコロリゲ
ネス(Streptomyces  aerocolo
rigenes)にも同酵素の存在を認めた〔工業技術
院発酵研究所報告,28巻,89〜94頁(1966)
〕。 しかし、これらの酵素は、いずれも、最適温度が35〜
40℃にあり、熱安定性に劣るため、工業的に利用する
ことはできない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、工業的
にフラクトース含有物からマンノースを製造する技術を
確立することを目的として、微生物の探索を行ってきた
結果、土壌中から分離し、シュードモナス属と同定した
細菌の生産するマンノースイソメラーゼが、その至適温
度が約55℃にあり、従来、知られているマンノースイ
ソメラーゼと比べ、15〜20℃高い。また、本酵素は
、20〜30%の高濃度の基質の下でも阻害されること
なく効率的に反応が進行するなど、工業的利用するため
の有利な特性をもっていることがわかった。このような
マンノースイソメラーゼはこれまで知られていない。 本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり
、本発明者らは、マンノースイソメラーゼを製造、精製
し、更にその用途を確立して本発明を完成した。
【0006】以下、本発明のマンノースイソメラーゼの
理化学的性質について述べる。 (a)作用 マンノースをフラクトースに、またフラクトースをマン
ノースに異性化する。又、D−リキソースに作用し、D
−キシルロースに異性化する。
【0007】(b)基質特異性 D−マンノース及びD−リキソースに作用し、D−ラム
ノース、D−フコース、D−グルコース、D−リボース
、D−キシロース、D−アラビノース、L−キシロース
、L−アラビノース、L−ラムノース、L−フコースに
は実質的に作用しない。
【0008】(c)作用pH及び至適pHpH約6〜1
1の範囲で作用するが、至適pHは8付近に認められた
(0.1Mリン酸緩衝液の下、50℃で30分反応)。 その結果を図1に示す。
【0009】(d)作用温度及び至適温度約70℃まで
作用するが、至適温度は約55℃に認められた〔0.1
Mマンノース、0.05Mトリス緩衝液(pH7.0)
の下で30分間反応〕。その結果を図2に示す。
【0010】(e)熱安定性 0.05M  トリス緩衝液(pH7.0)の下、60
℃で、5,10,15,20,30分間加熱したときの
残存活性は、それぞれ、約90%,約68%,約52%
,約42%,約30%であった。その結果を図3に示す
【0011】(f)pH安定性 0.1M緩衝液(酢酸またはリン酸緩衝液)の下で、室
温(25℃)で3時間放置後、残存活性を測定した。そ
の結果、pH6〜9の範囲で安定であった。その結果を
第4図に示す。
【0012】(g)阻害剤 5×10−3MのHgCl2,FeSO4,AgNO3
,AlCl3,p−クロロマーキュリベンゾエート(p
CMB)などにより強く阻害された。
【0013】以上の理化学的性質のうち、その主な性質
について、シュードモナス・サッカロフィラ由来の酵素
(以下、酵素Aと示す。)、キサントモナス・ルブリリ
ネアンス由来の酵素(以下、酵素Bと示す。)及びスト
レプトマイセス・アエロコロリゲネス由来の酵素(以下
、酵素Cと示す。)の性質を比較し、その結果を表1に
示す。
【0014】尚、活性測定は下記の方法で行った。0.
2Mマンノースを溶解した0.1Mリン酸緩衝液(pH
7.0)0.5mlに、適量の酵素を加え、全量を水で
1.0mlとし、50℃で反応させる。そして生成した
フラクトースをシステイン・カルバゾール法で定量する
。この条件で、1分間に1マイクロモルのフラクトース
を生成する酵素量を1単位とする。
【0015】
【表1】
【0016】本発明の酵素はその至適温度が酵素B及び
酵素Cと比較したとき約15〜20℃と高く、安定温度
も10℃以上高い。この様に酵素の熱安定性が、従来知
られている酵素Bおよび酵素Cと比較して明らかに異な
っている。また、本発明の酵素と由来が同じ属である酵
素Aとを比較したとき、基質特異性で異なっている。つ
まり、本発明の酵素はD−マンノース及びD−リキソー
スに作用し、酵素AはD−マンノース、D−リキソース
およびD−ラムノースに作用する。また、本発明の酵素
はグルコースのによる阻害の程度が、酵素Aの場合の阻
害と比較したとき優れているため、異性化糖からマンノ
ースイソメラーゼを使用してマンノースの製造に際して
実用的であり、かつ優れた性質を持つものである。
【0017】更に、至適pHおよび阻害剤の項でも本発
明のマンノースイソメラーゼと公知の酵素A、酵素Bお
よび酵素Cには違いがみられる。
【0018】以上により、本発明の酵素は従来知られて
いる酵素とは全く異なる新規なマンノースイソメラーゼ
である。
【0019】本発明のマンノースイソメラーゼを生産す
る微生物としては、以下に例示するシュードモナス・エ
スピー  AM−9582(Pseudomonas 
 sp.AM−9582)または、その変異株などが本
発明に有利に用いることができる。
【0020】シュードモナス・エスピー  AM−95
82(Pseudomonus  sp.  AM−9
582)は新たに土壌から発見、分離されたものであり
、その菌学的性質は下記の通りである。尚、本菌は微工
研菌条寄第3207号として、工業技術院微生物工業技
術研究所に寄託されている。
【0021】(1)形態 細胞の形および大きさ:0.6〜0.8×1.0〜2.
0μの桿菌 細胞の多形成の有無:認められない 運動性の有無:二本以上の極鞭毛を有し運動する胞子の
有無:形成しない グラム染色性:陰性 抗酸性:陰性
【0022】(2)各培地における生育状態肉汁寒天平
板培養:コロニーは37℃、48時間培養で直径0.5
〜0.8mmの円形、表面は平滑、半レンズ様の隆起、
全縁状で黄〜黄褐色、半透明、樹脂様の光沢あり肉汁寒
天斜面培養:生育良好、直状に盛り上がり生育、黄褐色
で金属様光沢を示し、緑褐色の水溶性色素を斜面下部の
寒天内に拡散する肉汁液体培養:菌膜を作らず、中程度
に濁り、黄色を帯びるリトマスミルク培養:液化はする
が凝固はしない
【0023】(3)生理学的性質 硝酸塩の還元:陰性 硝酸塩からのガス:陰性 MRテスト:陰性 VPテスト:陰性 インドールの生成:陰性 硫化水素の生成:陰性 デンプンの加水分解:陰性 クエン酸の利用:シモンズ及びクリスデンの培地で共に
利用する 色素の形成:King  A,King  Bの培地で
は色素の形成無し ウレアーゼ:陰性 オキシダーゼ:陰性(あっても微弱) カタラーゼ:陽性 OFテスト:酸化型 アルギニンヒドロラーゼ:陽性 アシルアミダーゼ:陽性 アミノ酸デカルボキシラーゼ (リジン、オルニチン):陰性 DNase:陰性 生育温度の範囲:41℃以上で生育しない酸素の対する
態度:好気性 食塩に対する生育性:0〜4(%) 糖類からの酸生成の有無: ガラクトース      + グルコース        + サッカロース      + トレハロース      + L−アラビノース  + セロビオース      + キシロース        + 乳糖              + 麦芽糖            + マンノース        + マンニット        + 果糖              + サリシン          + 澱粉              − ゼラチンの分解(Fraizer法):陽性TSI寒天
培地(斜面の酸):− (高層の酸):− SS寒天培地:生育しない NAC寒天培地:生育しない MacConky寒天培地:生育する トリフェニールテトロゾリウム(0.1%)寒天培地:
生育する 10%乳糖から酸の生成:陽性 エスクリンの分解:陽性(微弱) フェニールアラニンデアミナーゼ:陰性Tween80
の分解:陽性 0.1%メチレンブルーミルクの反応:還元液化ONP
G反応:陽性 レバンの産生:陰性 ムコイド集落の発生:陰性
【0024】以上の菌学的性質について、Bergey
’s  Mannualof  Systematic
  Bacteriology,第2巻(1986)を
参照し、その性状を比較したところ、本菌は黄色素を産
生し極鞭毛を有する直桿菌で、硝酸塩の還元陰性、オキ
シダーゼ陰性、Tween80分解陽性、食塩耐性が低
い、産生色素が水溶性であることから、本菌をシュード
モナス(Pseudomonas)属に属する菌と認め
た。 また本菌はレバン産生能陰性、アルギニンヒドロラーゼ
陽性、フェニールアラニンデアミナーゼ陰性、澱粉分解
陰性、アシルアミダーゼ陽性等の生理学的特徴を有し、
更に菌幅0.3〜0.6μである。以上により、本菌株
を新菌株と判定し、シュードモナス・エスピー  AM
−9582と命名した。
【0025】本菌を培養して、マンノースイソメラーゼ
を生産するには、窒素源として、肉エキス、ペプトン、
コーンスティープリカー、カゼインなど、通常、微生物
の培養に使用される有機窒素源、及び塩化アンモニウム
、硫酸アンモニウムなどの無機窒素源が使用される。 又、炭素源として、基質であるマンノースとフラクトー
スは良好な炭素源であるが、必ずしもこれら糖である必
要はなく、安価な、ショ糖、異性化糖、グルコース、マ
ルトース、乳糖、ガラクトース、ソルビトール、マンニ
トール、グリセリンなど種々の糖や糖アルコールのほか
、澱粉、デキスオトリンなども利用することができる。 窒素源と炭素源のほかに、補足する培地成分として、リ
ン酸塩、マグネシウム塩、銅塩など各種金属塩が添加さ
れる。
【0026】培養は、pH5〜9、好ましくはpH6〜
8、温度25〜50℃、好ましくは30℃で2〜4日程
度行われる。
【0027】マンノースイソメラーゼは菌体内に生産さ
れる酵素であるので、培養後、ろ過又は遠心分離により
菌体を回収し,そのまま、又は適当な固定化処理をして
使用するか、超音波又は自己消化法により酵素を抽出し
、濃縮する。必要により、硫酸アンモニウム、アセトン
、メタノール、エタノールなどで沈澱し、乾燥保存する
【0028】本酵素は通常の酵素の精製方法により、電
気泳動的に単一まで精製できる。例えば、菌体を臭化セ
チルトリメチルアンモニウム等を用いて酵素を抽出し、
遠心、塩析、DEAE−セファロースカラムクロマトグ
ラフィー,セファデックスG−150カラムクロマトグ
ラフィーなどにより精製することができる。
【0029】本酵素を用いフラクトースからマンノース
を生成する反応は、10〜50%のフラクトース又はフ
ラクトース含有液の下、pH6〜8、温度40〜60℃
で行われる。反応後の糖組成の分析は高速液体クロマト
グラフィーによった。平衡時のマンノース対フラクトー
スの割合は約25対75であった。
【0030】以下、実施例により本発明の詳細を説明す
る。
【実施例】実施例1 魚肉エキス1%、第2表記載の炭素源1%、K2HPO
4 0.2%、MgSO4・7H2O  0.05%か
らなる培地(pH7.0)4mlを径18mmの試験管
に入れ、常法により殺菌後、シュードモナス・エスピー
  AM−9582(微工研菌条寄第3207号)を接
種し、30℃で2日間振盪培養した。培養後、0.05
%臭化セチルトリメチルアンモニウム存在下でpH8.
0、30℃、6時間処理したのち遠心分離する事により
酵素を抽出した。この様にして得られた酵素液について
生産されたマンノースイソメラーゼを測定した。得られ
た結果を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】表2から明らかなように、マンノースイソ
メラーゼの基質であるマンノース又はフラクトースは良
好な炭素源であるが、安価なショ糖, グルコースなど
種々の炭素源を用いてもマンノースイソメラーゼが生産
できることがわかった。
【0033】更に得られた上澄液を60%硫安塩析して
沈澱を得る。更に透析を行い、DEAEセファロースカ
ラムクロマトグラフィー、セファディクスG150によ
るゲルろ過を3回行った。得られた生成マンノースイソ
メラーゼは電気泳動的に単一であり、比活性は約290
倍に精製された。
【0034】実施例2 実施例1において、培地炭素源として、ショ糖、フラク
トース、グルコース、又はこれらの混合物1.5%含む
培地に、シュードモナス・エスピー  AM−9582
(微工研菌条寄第3207号)を接種し、30℃で2日
間振盪培養した。培養後、実施例1に従い、生産された
マンノースイソメラーゼを測定した。結果を表3に示す
【0035】
【表3】
【0036】表3から明らかなように、培養炭素源とし
て、フラクトースとグルコースの混合物、特にフラクト
ース約80%、グルコース約20%の組成の炭素源を用
いたとき、最も良好な結果が得られた。
【0037】実施例3 魚肉エキス2.5%,グルコース2.5%,フラクトー
ス1.25%,K2HPO4 0.15%,MgSO4
・7H20  0.05%からなる培地、及びこれにC
uSO4を2×10−4〜8×10−4添加した培地に
ついて、実施例1と同様にしてシュードモナス・エスピ
ー  AM−9582(微工研菌条寄第3207号)を
接種し、30℃で24時間培養し、生産されたマンノー
スイソメラーゼを測定した。得られた結果は表4の通り
であった。
【0038】
【表4】
【0039】表4から明らかなように、銅イオンを添加
することにより、マンノースイソメラーゼの生産量が顕
著に増加した。
【0040】実施例4 実施例3に従って培養し得られた菌体を20KC超音波
で1分間処理してマンノースイソメラーゼを抽出した酵
素液(0.42単位/ml)を用い、フラクトースを基
質としてマンノースの生産試験を行った。
【0041】該マンノースイソメラーゼ(0.30単位
)に、フラクトースを、各50,100,200,30
0mg添加し、水で全量を1.0mlとし、pH7.0
,45℃で反応した。経時的に一定量をとり、生成した
マンノース及び残存フラクトース量を高速液体クロマト
グラフィーにより定量した。得られた結果を表5及び図
6に示す。
【0042】
【表5】
【0043】表5からも明らかなように、本酵素は高濃
度の基質の下でも効率良くマンノースを生成し、最終的
に24〜26%の収量でマンノースが得られた。
【0044】実施例5魚肉エキス2.5%,グルコース
2.5%,フラクトース1.25%,K2HPO4 0
.15%,MgSO4・7H20  0.05%,Cu
SO4  6×10−4Mからなる培地20Lにシュー
ドモナス・エスピー  AM−9582(微工研菌条寄
第3207号)を接種し、30℃で24時間培養し、2
50gの湿菌体を得た。次いで得られた湿菌体100g
を添加し、pH7.0、45℃にて16時間反応した。 なお湿菌体の活性は湿物1g当たり7単位であった。
【0045】生成したマンノースを測定したところ、5
6.3gであった。フラクトースよりの変換率は18.
8%であった。
【0046】実施例6 実施例5で得られた100gの湿菌体を25mM、pH
7.0リン酸緩衝液5Lに懸濁し、菌体固定化用担体と
して”Celite  Catalust  Carr
iers”No.R−620(Manville社製 
 U.S.A.)を充填したカラム(直径5cm、高さ
30cm)に下方より、流速2.5L/時間で7時間循
環通液した。その後25mM、pH7.0リン酸緩衝液
を2.5L/時間の流速で10時間通液し、固定化担体
に未吸着の菌体を洗い出し、マンノースイソメラーゼ活
性を持つ固定化菌体カラムを調製した。
【0047】調製したカラムに30%フラクトース溶液
(pH7.0、45℃)を下方より流速60ml/時間
(SV=0.1)で連続的に通液したところ、1ml当
たり68mgのマンノースが連続的に生産できた。
【0048】7日間連続的に反応した後でも、1ml当
たり65mgのマンノースが生産できた。
【0049】
【発明の効果】本発明のマンノースイソメラーゼは耐熱
性でかつ20〜30%の高濃度の基質の存在下でも阻害
されることなく効率的に反応が進行する優れた性質を有
するので、本発明によってはじめてマンノースを豊富に
安価に工業生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマンノースイソメラーゼの至適pHを
示す。
【図2】本発明のマンノースイソメラーゼの至適温度を
示す。
【図3】本発明のマンノースイソメラーゼの熱安定性を
示す。
【図4】本発明のマンノースイソメラーゼのpH安定性
を示す。
【図5】本酵素をフラクトースに作用させたときのマン
ノースの生成量を示すものであり、図中で−●−はフラ
クトースが5%のとき、−○−は10%のとき、−■−
は20%のとき及び−□−は30%のときの結果を示す

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  下記の理化学的性質を有するマンノー
    スイソメラーゼ。 (a)作用 マンノースをフラクトースに、またフラクトースをマン
    ノースに異性化する。 (b)基質特異性 D−マンノース及びD−リキソースに作用し、D−ラム
    ノース、D−フコース、D−グルコース、D−リボース
    、D−キシロース、D−アラビノース、L−キシロース
    、L−アラビノース、  L−ラムノース、L−フコー
    スには実質的に作用しない。 (c)至適pH 50℃反応でpH8付近。 (d)至適温度 pH7.0、30分反応で55℃付近。 (e)熱安定性 pH7.0、10分間で、55℃付近まで。 (f)pH安定性 25℃、3時間でpH6乃至9付近。 (g)阻害 水銀イオン、鉄イオン、銀イオン、アルミニウムイオン
    およびp−クロロマーキュリベンゾエートで阻害される
  2. 【請求項2】  シュードモナス属に属し、請求項1記
    載のマンノースイソメラーゼを生産する微生物を培養し
    、該マンノースイソメラーゼを産生せしめ、これを採取
    すること特徴とするマンノースイソメラーゼの製造法。
  3. 【請求項3】  フラクトース含有液に下記の理化学的
    性質を有するマンノースイソメラーゼを作用せしめ、得
    られるマンノース含有液を採取することを特徴とするマ
    ンノースの製造法。 (a)作用 マンノースをフラクトースに、またフラクトースをマン
    ノースに異性化する。 (b)基質特異性 D−マンノース及びD−リキソースに作用し、  D−
    ラムノース、D−フコース、D−グルコース、D−リボ
    ース、D−キシロース、D−アラビノース、L−キシロ
    ース、L−アラビノース、L−ラムノース、L−フコー
    スには実質的に作用しない。 (c)至適pH 50℃反応でpH8付近。 (d)至適温度 pH7.0、30分反応で55℃付近。 (e)熱安定性 pH7.0、10分間で、55℃付近まで。 (f)pH安定性 25℃、3時間でpH6乃至9付近。 (g)阻害 水銀イオン、鉄イオン、銀イオン、アルミニウムイオン
    およびp−クロロマーキュリベンゾエートで阻害される
  4. 【請求項4】  シュードモナス属に属し、請求項1記
    載のマンノースイソメラーゼ生産能を有する微生物を培
    養し、集菌し、固定化したのち該固定化菌体をフラクト
    ース含有液に作用せしめ、得られるマンノース含有液を
    採取することを特徴とするマンノースの製造法。
  5. 【請求項5】  アルギニンヒドロラーゼ陽性、フェニ
    ルアラニンデアミナーゼ陰性、澱粉分解陰性、アシルア
    ミダーゼ陽性及びレバン産生能陰性の生理学的性質を有
    し、かつ55℃10分の耐熱性マンノースイソメラーゼ
    選択生産能を有するシュードモナス・エスピーAM95
    82。
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