JPH062059B2 - キトサナーゼの製造方法 - Google Patents

キトサナーゼの製造方法

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JPH062059B2
JPH062059B2 JP63315268A JP31526888A JPH062059B2 JP H062059 B2 JPH062059 B2 JP H062059B2 JP 63315268 A JP63315268 A JP 63315268A JP 31526888 A JP31526888 A JP 31526888A JP H062059 B2 JPH062059 B2 JP H062059B2
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chitosanase
chitosan
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兼造 金井
正廣 沢崎
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多糖類であるキトサンを分解し得るキトサナ
ーゼの製造方法に関し、キトサンの分解力にすぐれ、キ
トサンオリゴ糖を高収率で得ることができるキトサナー
ゼの製造方法に関するものである。
〔従来技術、並びに本発明の技術的背景〕
キチンは、カニやエビなどの甲殻類をはじめとして、昆
虫類、貝類、菌類に広く分布しており、N‐アセチル‐
β‐D‐グルコサミンがβ‐(1→4)結合した分子量
100万以上の直鎖状の塩基性多糖類である。キトサン
は、キチンが脱アセチル化されたものであって、D−グ
ルコサミンがβ‐(1→4)結合した直鎖状の多糖類で
ある。
近年、キチン・キトサンは、天然の豊富な未利用生物資
源として注目されており、膜、人工皮膚、固定化酵素素
材、アフィニティークロマトグラフィー用ゲル、コンタ
クトレンズの形成原料、蛋白質凝集沈殿剤など他方面に
用いられる。
このように多方面の利用可能性を持つキチン・キトサン
であるがゆえに、最近、その有効利用と実用化の開発研
究が熱心に為されるようになり、それに伴って、キトサ
ン分解酵素であるキトサナーゼもまた、その利用分野が
検討されている。例えば、キトサンの酵素分解物である
キトサンオリゴ糖は、食品添加物、化粧品成分、医薬
品、土壌改良剤、抗菌剤、植物種子発芽剤、植物ウィル
ス病防除剤などの広範囲な用途に利用することが期待で
き、キトサンオリゴ糖を製造する技術開発が望まれてい
る。
これまで報告されている微生物起源のキトサナーゼとし
て、 (a) バチルス (Bacillus SP.) No.99-5、 (b) バチルス (Bacillus SP.) R-4、 (c) バチルス サーランス (Bacillus Circulance) Lcc-1、 (d) バチルス (Bacillus SP.) No.7-M、 (e) ミキソバクター (Myxobacter SP.)AL-1、 (f) ストレプトマイセス (Streptomyces SP.)WAK-83、 (g) ストレプトマイセス (Streptomyces SP.)No.6、 (h) ストレプトマイセス グリセウス (Streptomyces griseus)HUT 6037、 (i) ペニシリウム イランディクム (Penicillium islandicum)、 (j) アルカリジェネス (Alcaligenes SP.)MHK-1、 が挙げられるが、これらの生産するキトサナーゼはキト
サンを分解して、オリゴ糖を生成することが知られてい
る。
しかしながら、上記(a)〜(j)の微生物より得られるキト
サナーゼは工業的に利用するには量的に少な過ぎ、また
キトサンの分解力も必ずしも十分とは云い得なかった。
〔解決すべき技術的課題〕
本発明は、キトサナーゼを得る従来の方法が産業的に利
用するには未成熟であったことに鑑みて為されたもの
で、キトサンの分解力にすぐれ、しかもキトサンオリゴ
糖を高収率で得ることができるキトサナーゼの新製法を
提供することを技術的課題とするものである。
〔課題解決のために採用した手段〕
ところで、キトサナーゼを生産する微生物は上記(a)〜
(j)に列記するものには限られないが、無数に存する微
生物の中からキトサン分解力の特に優れたキトサナーゼ
を効率的に生産する微生物を探し出すことは非常に困難
である。
本発明者らの研究は、非常に多くの種類の微生物の中か
らキトサナーゼを生産する未知の微生物を探し出すとい
う試行錯誤的作業から着手したのであり、研究に着手し
て以来、非常に空しい実験が繰り返された。しかるとこ
ろ、偶然にも、アルカリジェネス属の微生物をキトサン
を含む培地で培養すると、キトサンオリゴ糖が非常に効
率的に生成するキトサナーゼを培地中に産出することを
見出し、本発明を完成するに到った次第である。
即ち、本発明は、アルカリジェネス属に属し、キトサナ
ーゼを生産する菌株をコロイダルキトサンを含んだ培地
で培養することによって、当該菌株をコロイダルキトサ
ンに作用せしめ、こうして培養された菌株からキトサナ
ーゼを分離するという手段を採用することによって前述
の技術的課題を解決するものである。
しかして、上記のキトサナーゼを生産する菌株とは、ア
ルカリジェネス(Alcaligenes) sp.IK−5(微工研菌寄
第9678号)のことである。
本発明方法から得られるキトサナーゼは、コロイダルキ
トサンに作用し、温度が55℃〜60℃で酵素活性が最も高
いという特徴を有する。かゝるキトサナーゼは、アルカ
リジェネス(Alcaligenes)属に属するところのキトサナ
ーゼを菌体外に生産する細菌であり、キトサンを含む液
体培地で好気的に培養することによって培養液中に生産
される。培地中のキトサナーゼは、微生物菌体を分離除
去した後、上澄液に硫安を加えて蛋白成分を塩析し、こ
れをイオンクロマトグラフィーによってキトサナーゼ蛋
白質を濃縮、分離、精製する。
キトサナーゼ生産菌の培養に用いる液体培地は、炭素
源、窒素源および他の無機塩の他に、コロイダルキトサ
ンを含むことを必要とする。培養は、30℃の温度で2〜
3日間通気振盪培養の好気的条件下で行われる。
キトサナーゼ生産菌株は、アルカリジェネス属に属し、
コロイダルキトサンに作用すると共に、55℃〜60℃の温
度で最も高い酵素活性を示す細菌であって、アルカリジ
ェネス(Alcaligenes) sp. IK-5(微工研菌寄第9678号)
を使用することが望ましい。
アリカリジェネスsp.IK-5は、福井市大願寺3丁目の畑
の土壌よりキトサンを唯一の炭素源とする培地に生育す
る細菌を分離したものであり、微工研菌寄第9678号とし
て通商産業省微生物工業技術研究所に寄託されている。
アルカリジェネスsp. IK-5の菌学的性質は次に列記する
とおりである。
A.形態学的性質 (1) 細胞の形および大きさ: 0.3〜0.4×3〜5μmの長桿菌。
(2) 細胞の多形成: 均一サイズで多形成を示さない。
(3) 芽胞の有無:無 (4) 夾膜 有無:無 (5) 異染小体の有無:無 (6) PHBの有無:無 (7) 運動性の有無:周毛性運動 (8) 固有運動:小刻な固有震動 (9) 色素の生産:無 (10) 遊走性:有 B.各種培地上の性状 (1) 肉汁寒天平板培地: 円形で隆起した乳白色のコロニーを形成する。
コロニーの表面は凹凸で半透明である。
時間の経過と共にコロニーは盛り上がってくる。
色素は生産しない。
(2) 肉汁寒天斜面培地: 乳白色のコロニーを形成する。
コロニーは凸円形の隆起があり、時間の経過とともに拡
がってくる。
色素は生産しない。
(3) 肉汁液体培地: 時間とともに全体的に濁ってくる。
底部に顆粒状の沈殿が形成され、時間の経過とともに多
くなっていく。
C.生理学的性質 (1) 硝酸塩の還元能: 陰性(硝酸塩肉汁培地、37℃、3〜7日間) (2) OF試験: 陰性(Hugh-heifson培地) (3) チトクロームオキシダーゼ: 陽性 (4) カタラーゼ: 陽性 (5) H2S産生: 陰性(SIMおよび TSI培地) (6) アミノ酸加水分解: 陰性(リジン、アルギニン、オルニチン) (7) マロン酸利用能: 陰性 (8) クエン酸利用性: 陰性 (9) エスクリン分解: 陽性 (10) フェニルピルビン酸の生成: 陰性 (11) インドールの生成: 陰性 (12) VP試験(アセチルメチルカルビノ-ル生成試験): 陰性 (13) ONPGの生成: 陽性 (14) 尿素の生成: 陰性 (15)糖分解能: グルコース、ラクトース、スクロース、ラムノース、ラ
フィノース、アドニット、アラビノース、イノシトール
の何れも陰性。
以上の菌学的性質について、バージーズ・マニュアル・
オブ・システマテック・バクテリオロギー(Bargey′s M
anual of Systematic Bacteriology)の1984年版を検索
し、IK-5株はアルカリジェネス属に属するものと考えら
れ、本発明者らはこれをアルカリジェネスsp.IK-5株と
命名した。
D.酵素化学的性質 (1) 作 用 キトサンに作用し、これを分解させてキトサンオリゴ糖
を生成する。
(2) 作用温度範囲および最適作用温度 可溶性キトサンを基質として、80℃まで作用し、最適作
用温度は55℃である。
pH 6.0で10分間反応させた場合の作用温度と相対活性と
の関係を第1図に示す。
(3) 作用pH範囲と最適pH pH3〜11の範囲において作用し、最適pHはpH 6.5であ
る。
各種pHの緩衝液に可溶性キトサン、および酵素液を加え
た反応液を40℃において10分間反応させた場合のpHと酵
素活性の関係を第2図に示す。
(4) 熱安定性 40℃における10分間の加温で安定で、それ以上の温度に
15分間加熱すると徐々に失活し、55℃における15分間の
加熱により完全に失活した。
温度と相対活性との関係を第3図に示す。
(5) pH安定性 30℃において0.1M緩衝液中に30分間放置した後、残存
する酵素活性を測定したところ、pH5〜pH 10の範囲で安
定であった。
pHと相対活性との関係を第4図に示す。
(6) 阻害剤 本発明より得られたキトサナーゼは、5×104MのCaC
l、CdCl2、KCl、MgCl2、MgCl2、NaCl、NiCl、CoCl2の何
れの存在下でも阻害されず、FeCl2にのみ約30%が阻害
された。
(7) 基質特異性 種々の基質に作用し、基質濃度を0.25%としたとき、可
溶性キトサンの活性特異性を100%とすると、コロイダ
ルキトサンで71%、グリコールキトサンで18%の特異性
を示すが、コロイダルキチン、微結晶セルロース、CM−
セルロースでは0%となり、全く基質を分解しなかっ
た。
(8) 分子量 SDS-ポリアクリルアミド電気泳動法により、本発明で得
られたキトサナーゼの分子量は約58000であった。
(9) キトサナーゼ力価の測定 粉末キトサン1gを50mlの0.1M酢酸水溶液に溶し、0.1
M酢酸ナトリウム水溶液でpH 6.0に調整した後、pH 6.0
の0.1M酢酸緩衝液を加えて全量を100mlとして、この1
%可溶性キトサン溶液を基質の調整とする。基質の1%
キトサン溶液1mlに酵素液1mlgを加え、37℃で10分間
酵素反応を行う。その後、反応液を3分間煮沸して酵素
反応を停止させ、反応液中に生成した還元糖をエルソン-モルガ
ン(Elson-Morgan)法〔福井作蔵:還元糖の定量法、112〜
119ページ参照、学会出版センター(1969)〕により定量
する。この反応条件でキトサナーゼ活性は1μモルのグ
ルコサミンに相当する還元糖を遊離させる酵素量を1単
位(unit)とする。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基き、詳しく説明する。
種培養の調整: 300ml容の三角フラスコに1.7%トリプトン、0.3%ソイ
ペプトン、0.25%グルコース、0.25%リン酸2カリウ
ム、0.5%NaClを含む液体培地(pH 7.3)100mlを入れ、殺
菌した後、これにアルカリジェネス(Alcaligenes SP.)I
K-5を接種し、30℃にて一昼夜振とう培養する。
キトサナーゼ生産用培養液の調整: 2用三角フラスコに0.1%グルコース、0.5%コロイダ
ルキトサン、0.5%ペプトン、0.1%酵母エキス、0.1%K
H2PO4、0.02%MgSO4、0.1%NaClを含む液体培地(pH 7)
1を入れ、殺菌した後、これに上記で得られた種培養
液を約50mlを接種し、30℃で3日間振盪培養した。培養
液を6000rpmで遠心分離して菌体を除去し、得られた上
澄液のキトサナーゼ活性を前記のキトサナーゼ力価の測
定法によって測定した。上澄液の蛋白質1mg当たり0.45
単位であった。
酵素液の精製: 上記で得られた上澄液1935mlに80%飽和になるように粉
末硫安を加え、5000rpmで遠心分離し、得られた沈殿物
を蒸留水に溶かし、300mlとした。この酵素液と0.02M
リン酸緩衝液(pH 6.0)に対し透析した後、得られた酵素
液を予じめ0.02Mリン酸緩衝液(pH 6.0)で平衡化したCM
−セファデックスC-50を充填したカラム〔2.6 cm(径)
×100 cm(長さ)〕に流し、キトサナーゼを吸着させ
た。このカラムを0.02M燐酸緩衝液 約300mlで洗浄し
た後、0〜0.5Mの塩化ナトリウムの直鎖的濃度勾配によ
り酵素蛋白質を溶出させた。このカラムクロマトグラフ
イー操作によって溶出された酵素液のキトサナーゼ活性
は21.28単位/mgであり、上澄液の約47倍に精製され
た。
さらに、このカラムクロマトグラフィーによる溶出液を
メンブランフィルターSM(ザルトリウス社製品)を用い
た限外濾過装置でCM−セファデックスC-50を充填した
カラム〔2.6cm(径)×100cm(長さ)〕に流し、キトサ
ナーゼを吸着させた後、0〜0.5Mの塩化ナトリウムの
直線的濃縮勾配により酵素蛋白質を溶出させた。
このカラムクロマトグラフィーによって得られら溶出酵
素液のキトサナーゼ活性は、38.60単位/mgであり、最
初の上澄液の86倍に精製された。
以上の精製過程における測定値は、下記の第1表に示す
とおりである。
〔本発明の効果〕 以上実施例をもって説明したとおり、本発明方法によれ
ば、自然の土壌中に無制限に存する微生物の中から得ら
れるアルカリジェネス属の菌株をコロイダルキトサンが
含まれた培地中で培養して、分離処理を施すという比較
的簡単な操作によって効率的にキトサナーゼを生産する
ことができるうえに、こうして生産されるキトサナーゼ
はキトサン分解力に秀れてキトサンオリゴ糖を高収率で
得ることができる等、その産業上の利用価値は頗る大で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により得られたキトサナーゼの温度と相
対活性の関係を示すグラフ、第2図は本発明により得ら
れたキトサナーゼのpHと相対活性の関係を示すグラフ、
第3図は本発明により得られたキトサナーゼの熱安定性
を示すグラフ、第4図は本発明により得られたキトサナ
ーゼのpH安定性を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリジェネス属に属し、コロイダルキ
    トサンに作用することによってキトサナーゼを生産する
    アルカリジェネスsp.IK−5菌株(微工研菌寄第9678
    号)、コロイダルキトサンが含まれた培地にて培養し、
    しかる後、この培養菌株からキトサナーゼを分離して製
    することを特徴としたキトサナーゼの製造方法。
JP63315268A 1988-12-13 1988-12-13 キトサナーゼの製造方法 Expired - Lifetime JPH062059B2 (ja)

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