JPS61162183A - プルラナ−ゼ様酵素の製造法 - Google Patents

プルラナ−ゼ様酵素の製造法

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JPS61162183A
JPS61162183A JP60000588A JP58885A JPS61162183A JP S61162183 A JPS61162183 A JP S61162183A JP 60000588 A JP60000588 A JP 60000588A JP 58885 A JP58885 A JP 58885A JP S61162183 A JPS61162183 A JP S61162183A
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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】 1技術分野〕 本発明は、澱粉糖化酵素の製造方法に関するも場である
(従来技術〕 プルラナーゼはプルランのα−1,6−グルコシド結合
を切断し、最終的にマルトトリオースを生成する酵素で
あり、種々の細菌、放線菌などに広く存在することが知
られている。プルラナーゼはアミロペクチンあるいはこ
れを含む澱粉に作用させたとき、その分岐結合(α−1
,6−グルコシド結合)を切断してアミロース様多糖を
生成することから法度反応の増加をともなうことが知ら
れているが、α−1,4−グルコシド結合は切断するこ
とはできない。一方、α−1,4−グルコシド結合を切
断するα−アミラーゼやβ−アミラーゼなどのアミラー
ゼはα−1,6−グルコシド結合は切断することはでき
ない、極めて、まれな例外として。
グルコアミラーゼはα−1,4−グルコシド結合の斗で
なく、α−1,6−グルコシド結合も切断するシとがで
きる。
α−1,6−グルコシド結合を切断する酵素にはプルラ
ナーゼの他に、イソアミラーゼ、R−酵素。
アミロ−1,6−グルコシダーゼと呼ばれる種々な酵素
があり、総称してα−1,6−グルコシダーゼ。
あるいは、一般に、枝切り酵素(debranchin
genzyme)と呼ばれている。
プルラナーゼなど枝切り酵素は、最近、β−アミラーゼ
と組み合わせて澱粉に同時に作用させることにより、マ
ルトースを収量よく生産するのに使用したり、また、グ
ルコアミラーゼの分岐(α−1,6−グルコシド結合)
切断能力をおぎなうために、グルコアミラーゼと併用す
ることにより、澱粉からグルコースを収量よく製造する
ために使用される有用な酵素である。
しかし、例えば、プルラナーゼをグルコアミラーゼと併
用するためにはグルコアミラーゼがpH4〜5、温度5
5〜60℃に最適作用域をもつため、少なくとも55℃
〜60℃で長時間使用できる熱安定性をもち。
且つpH4〜5で作用できる酵素であることが要求さ九
る。
1しかるに、従来知られている多くの枝切り酵素・41
、一部の微生物のもの(バシルス・ステアロサーモフィ
ラス(日本農芸化学会大会昭和47年度講演要旨集第8
8頁、最適温度65〜67.5℃)、バシルス・アシド
プルリティカス(特開昭57−174089. St、
arch 34゜340(1gs2)、最適温度60℃
)を除き、殆んどは最適作用温度が40〜50℃付近に
あって、熱安定性に劣ることが欠点であった。
〔目  的〕
本発明者は、前記目的にかなった枝Qノリ酵素を開発す
ることを目的として、広く自然界より微生物の検索を行
ってきた結果、土壌中より分離し、バシルス・ズブチル
スと同定した細菌の生産するプルラナーゼ様酵素が、最
適作用pHが約5〜約7.5の広いpH範囲にあり、且
つ最適作用温度が60〜63℃の高い温度にあることを
認めた。そして、本葬nを商業的に生産すべく、プルラ
ナーゼ活性増強分ための微生物変異を行なった結果、同
酵素を高力価に生産するツニカマイシン耐性のバシルス
・kブチルスTU株を得ることができた。本発明はこの
知見にもとずいてなされたものである。
〔構  成〕
本発明は、広作用pH域をもつ耐熱性プルラナーゼ様酵
素を生産するバシルス・ズブチルス(Bacillus
subt、1lis)TO株を培養し、培養物から同酵
素を採取することを特徴とするプルラナーゼ様酵素の製
造方法にをするものである。
本発明により生産されるプルラナーゼ様酵素は。
プルランを基質とするとき、最終的に、主とじてマルト
トリオースを生成するプルラナーゼ活性を示すが、同時
に、アミロース、アミロペクチン。
グリコーゲンなどのα−1,4−グルコシド結合分解活
性をもち、マルトースとマルトトリオースを主成分とし
て生成するα−アミラーゼ活性をもっている。このプル
ラナーゼ活性とα−アミラーゼ活性は、硫安分画、各種
有機溶剤による分画、陰イオン交換体による吸着クロマ
トグラフィー、ゲル濾過、無機担体などへの吸着などの
タンパク質精製方法によって分離されず、5ephad
ex G−200$rmacie Fine Chem
icals製)、 Cellulofinemfyoo
m(チッソ曲製)Biogel A−0,5m(Bio
−Rad−訃、製)などを用いたゲル濾過法により測定
され:亀分子量が45〜55万の高分子量である(通常
のプルラナーゼの分子量は10万前後)ことから、それ
ぞれの活性をもつ複数個のサブユニットがかなり強固に
結合し、複合酵素を形成していることが考えられる(第
3図は、Biogel A 1.5mによるα−アミラ
ーゼ活性、プルラナーゼ活性及びタンパク質の溶出曲線
を示しているが、これら王者の溶出パターンは完全に一
致している)a 本発明により生産されるプルラナーゼ様酵素のプルラン
分解活性の酵素的性質を以下に記載する。
(1)作用; プルランのα−1,6−グルコシド結合
を分解し、主としてマルトトリオースを生成する。
(2)作用温度及び最適作用温度; 1%プルラン、0
.05M トIJ X緩衝液(pH7,0) (7)下
テ30分間反応したとき、約80℃まで作用し、最適作
用温度は60〜63℃(第2図)。
(−3)作用pH及び最適作用pH;1%プルラン、0
.05に緩衝液で測定したとき、PH約3.5〜約11
の広いpH範囲に作用する。第1図に示す通り、pH5
付近とpH7〜7.5のピークが認められ、最適作用P
Hは約5〜行7.5の広い範囲にあると考えられる(ク
エン酸−リン酸二ナトリウム緩衝液とリン酸緩衝液、2
%プルラン、55℃で30分反応)。
(4)熱安定性;0.θ鎖トリス緩衝液(pH7,0)
のもとで各温度で10分間加熱後、プルランを基質とし
て残存活性を測定した。その結果650℃、10分間の
加熱までは殆んど失活が認められず、55℃、10分間
の加熱で約30%失活した。そして、60℃、10分間
の加熱で約80%失活した。
(5) p)l安定性;  0.1M緩衝液のもとて3
0℃で3時間放置後、プルランを基質としして残存活性
を測定した結果、PH約5〜約IOで安定であった・ (6)阻害剤;  lXl0−3MのHgCQ2、Ag
NO3で90%以上阻害された。また同濃度のZn5O
4により約70%阻害された。
安定化剤; カルシウムイオンの存在下で熱安性が著し
く増加する。lXl0−”M塩化カルシウムの存在下で
、最適作用温度は約65℃に認められた(1%プルラン
、30分反応)。
(8)精製方法; 本酵素は液体培養物の培養濾液から
、リン酸カルシウムゲルに吸着させ。
蒸留水で洗滌後0.5MKCl2またはリン酸−カリウ
ム溶液で抽出し、次いで、DEAE−セファロースカラ
ムクロマトグラフィ ー、Biogel A 1.5mによるカラムクロマト
グラフィー、同カラムによる再クロマトグラフィー等に
よりクロマト的、電気泳動的に均一まで精製する。二と
ができる。
(9)分子量;  Biogel A O,5mで測定
した分子量は約55万であった。
活性測定法; プルラナーゼ活性の測定は、0、1Mリ
ン酸緩衝液に溶解させた1%プルラン溶液(pH7,0
)0.5m Qに適量の酵素を加え、水で全量1mQと
し、40℃で反応させる。この条件で1分間に1μmo
lのグルコースに相当する還元力を生成する酵素量を1
m位とした。
以上から明らかなように1本発明のプルラナーゼ活性は
pH約5〜約7.5の極めて広いPH範囲に最適作用p
Hが認められ、また、最適作用温度は60〜63℃にあ
る極めて熱安定性に優れた酵素であり1本発明以前に知
られているバシルス属のプルラナーゼ(例えば、 Ag
ric Biol、Chem、40,1523(197
6)(最適pH6〜6.5、最適温度50℃)、特公昭
59−39630(最適pH7,0,最適温度45℃)
、特開昭57−174089(最適pH3,5〜5.5
、最適温度約60℃))とは異った新規なプルラナーゼ
様酵素であるということができる。
本発明において、例示菌として使用されるバシルス・ズ
ブチルスTO株の菌学的性質は下記の通りであり、本国
は微工研条寄第684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る。
¥ll1yl聰態的性質 台?菌で大きさ0.5〜0.7X0.8〜1.2μ、4
4(運動性、ダラム陽性、胞子は球形〜楕円形。
(2)培養的性質 (a)肉汁寒天斜面培養; 表面スムースで生育良良好
、培養後期は淡黄色を示す。
(b)グルコース肉汁寒天斜面培養; 肉汁寒天暗培養
よりも生育劣る。
(c)肉汁液体培養; 生育はよくないが混濁を生生じ
、沈降する。
(d)クエン酸寒天斜面培養; わずかに生育する。
(e)ペプトン−ゼラチン穿刺培養; ゆっくり液化す
る。
(f)ミルク液体培養; カゼインを凝固し、次いでペ
プトン化する。
(g)ポテト培養; 生育はあまりよくない。
(3)生化学的性質 −“(至)−酸塩の還元;  陰性 …中カタラーゼ;   陽性 (社)jチロシナーゼ;  陰性 (d)インドール;   生成しない (e)クエン酸の利用; 陽性 (f)硫化水素の生成; 陽性 (g)ウレアーゼ;   陰性 (h)澱粉の加水分解; 陽性 (i)炭水化物の利用; D−グルコース、D−フラク
トース、D−マンノース、D−ガラクトース、シューク
ロース、マルトース、ラクトース、デンプン、デキスト
リン、グリコーゲン、D−キシロース、D−アラビノー
ス、し−アラビノースなどの炭水化物から酸を生成する
が、ガスの発生は認められない。
(4)生育PH及び生育温度 本国は中性付近よりも、弱アルカリ性のpH7,5〜p
H8,5で良好に生育する。生育最適温度は35゜〜4
5℃にあり、最高生育温度は約50℃である。
〔効  果〕
本発明により生産される新規なプルラナーゼ様酵素はプ
ルランをマルトトリオースに分解するα−1,6−グル
コシド結合分解活性の他に、アミ工%1、アミロペクチ
ンやグリコーゲンなどに存在1椙α−1,4−グルコシ
ド結合を分解して、主とjJ−tマルトースとマルトト
リオースを生成する新規なα−アミラーゼ活性をもって
いるため、この活性をもたないプルラナーゼやイソアミ
ラーゼなどに比べ、グルコアミラーゼと併用して澱粉の
糖化を行った場合、澱粉の糖化反応を促進し、且つ最終
的なグルコースの収量も、通常、0.5〜3%高く収得
することができる。例えば、グルコアミラーゼ囃独で3
0%濃度の液化澱粉に作用させた場合、グルコースの収
量は94〜95%である。そして。
グルコアミラーゼに市販のプルラナーゼを共存させた場
合、グルコースの収量は約96.5%であったが、同一
プルラナーゼ活性の本発明の酵素剤を共存させた場合は
97.0〜97.5%の収量でグルコースが得られた。
このように、グルコースの収量が高いばかりでなく、最
高の糖化率に到達する時間も、本1の酵素剤を使用する
場合、著しく短縮するこ稍例できる。すなわち、このこ
とはゲルコアミラ〜の使用量を節減できることを意味し
ている。
また1本発明の酵素はアミロース、アミロペクチン、デ
ンプン、グリコーゲンなどに作用させた場合、主として
、マルトースとマルトトリオースを生成するが1本酵素
がα−1,6−グルコシド結合分解活性をもっているた
め、マルトースとマルトトリオースは極めて高い収量で
得ることができる。例えば、本酵素剤を液化デンプンに
作用させたとき、マルトースとマルトトリオースは、い
ずれも約40〜約50%の高収量で得られる。マルトー
スとマルトトリオースを、このような糖組成で生成する
アミラーゼは未だ知られていない。本発明の酵素剤を使
用して得られるこのような糖化物はマルトースとマルト
トリオースの両方の特性をもつものであり、甘味料、甘
味調整剤1食品増量剤など1種々の食品の添加剤として
利用できるものである。また、本発明の酵素は、極めて
熱安定性に優れ、グルコアミラーゼの限界温度である6
0℃においても長時間の反応をおこなうことができるば
かりか、 PH4,5〜5.0のグルコアミラーゼの良
好な作用pH範囲でも好適に利用することができる。
4開ように1本発明により生産される酵素は、種帽l効
果をもつものである。
補刷のプルラナーゼ様酵素剤を生産するためには、窒素
源として、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン
、コーン・ステイープ・リカー、大豆粕、魚粉のような
有機窒素源や、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、
リン酸アンモニウムのようなアンモニウム塩、硝酸ナト
リウム、硝酸カリウムのような硝酸塩あるいは尿素のよ
うな無機窒素源のいずれか、または両方を使用する。
炭素源としては、通常、澱粉、デキストリン、マルトー
ス、グルコース等が使用される。そしてこれに補足する
栄養源として、リン酸塩、マグネシウム塩や、少量のマ
ンガン、鉄化合物が添加される。
培養は、PH約5〜約9、温度25〜55℃で行なうこ
とができるが1通常、 pH7〜9.温度30℃前後で
2〜4間I好気的に行われる。該酵素は殆んど菌体外N
AI産されるので、培養後、濾過または遠心分離el除
菌し、上澄液を回収する。そして、必要に応じ濃縮し、
硫酸アンモニウムや硫酸ナトリウムなどにより塩析する
か、または、アセトン、イソプロパツール、エタノール
、メタノール等の有機溶剤を加えて該酵素を沈殿物とし
て回収し、濃厚溶液として、または乾燥物として保存す
る。
本酵素を使用し、囃独または、グルコアミラーゼやβ−
アミラーゼなどと併用して、澱粉を糖化する反応は、通
常、pH4〜9.温度40℃〜70℃で行われる。
以下に、実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例1 大豆粕5%、コーン・ステイープ・リカー0.6%、肉
エキス0.4%、リン酸二カリ0.3%、硫酸マグネシ
ウム0.1%、可溶性デンプン2%、尿素0.3%、ソ
ディウム・ドデシルサルフェート0.1%、硫酸銅5X
10− ’ M、塩化マンガン2.5 X 10″″”
 M、塩化カルシウムlXl0−3M、硫酸n鉛txt
o−’ M、 硫嘩鉄IXIP ’ Mカラナル培地(
pH7,2)30mM &200mQ容五角フラスコに
入れ、常法により殺菌後、バシル°フ・ズブチルスTU
株(FERN BP−684)を接種し、30’Cぐ3
日間振盪培養した。培養後、遠心分離して得た上澄液中
のプルラナーゼ活性は培地1w!当り9.6qL位であ
った。またα−アミラーゼ活性は培地1mQ当り45.
2単位であった。
ここでα−アミラーゼ活性は以下のようにして測定した
0.1Mリン酸緩衝液に溶解させた1%可溶性澱粉液(
pH7,0)0.5s Qに、適量の酵素を加え、水で
全量1mQとし、40℃で反応させる。この条件で1分
間に1μmolのグルコースに相当する還元力を生成す
る酵素量をIIIt位とした。
実施例2 実施例1で使用した培地で使用した培地と同じ組成の培
地で培養した。バシルス・ズブチルスTO株(FERM
 0P−684)の培養上澄250rs Qに、0.4
Mリン酸二ナトリウム溶液及び0.4M塩化カルシウム
溶液各150a+ Qを滴下しながら添加してリン酸カ
ルシウムゲルを形成させるとともに、これに酵素を吸着
させた。次いで、ガラスフィルターで濾過して吸着物を
回収し、蒸溜水で充分洗滌後、0.5Mリン酸・カリウ
ム溶液200vs Qで酵素を溶出し、透析、濃桿ルた
、次いで、 2.5X10−3阿トリス緩衝液(pH7
,0)でせ衝止したDEAE・セファロースカラムにで
処理し、同緩衝液で流出するプルラナーゼ活゛性区分を
集め、濃縮、透析後、2.5X10− ” MトIJ 
ス緩衝液(pH7,0)で緩衝化したBiogel A
 1.5mカラムでゲル濾過を行い、活性区分を集め、
同カラムで再クロマトグラフィーを繰返した。第3図は
Biogel A 1.5mカラム(1,5X87cm
)による溶出曲線を示している。精製された酵素はタン
パク質曲線、プルラナーゼ活性曲線及びα−アミラーゼ
活性曲線は完全に一致している。最終的に回収された酵
素標品のプルラナーゼ活性は585単位そしてアミラー
ゼ活性は1070単位であった。
実施例3 イワシミール5%、コーン・ステイープ・リカー4%、
リン酸二カリ0.3%、硫酸マグネシウム0゜憚、可溶
性デンプン2%、尿素0.1%、ソディウドデシルサル
フェート0.06%、硫酸銅5 X 10−5M、塩化
マンガン2.5XlO−’ M、塩化カルシウムIX 
10−3M、硫酸亜鉛lXl0− ’ M、硫酸鉄1×
lo−’ Mカラなる培地(pH7,2)30mMを2
00va n容三角フラスコに入れ、常法により殺菌後
、バシルス・ズブチルスru株(FERM BP−68
4)を接種し、 30℃で3日間振盪培養した。培養後
、遠心分離して得た上澄液について生産されたプルラナ
ーゼ活性を測定した結果、培地1IIQ当り6.9−位
であった。
実施例4 実施例2で調製した酵素剤を市販のグルコアミラーゼと
併用して澱粉の糖化反応を行った。
基質としては、ポテト澱粉を市販液化酵素で液化したD
E7.7のものを使用した(グルコアミラーゼ。
液化酵素は、天野製薬■、ノボ・ジャパン■などにより
入手することができる。)、固形分として各3gの液化
澱粉に、グルコアミラーゼ(ノボ社製工業用酵素)を液
化澱粉固形分に対して、0.2%量と実施例2で調製し
た本発明の酵素剤または市販のプルラナーゼを加え、l
Xl0−”M塩化カルシウムの存在下、PH4,8〜5
.0で、 57.5℃で糖化反応を1った(各プルラナ
ーゼ剤は、前記の活性測定法」おいて、リン酸緩衝液の
代りに、酢酸緩衝液を用い、pH5,0で測定する以外
、同じ条件で行ない、基質1gに対し0.5s単位の酵
素量を添加した)。
得られた結果は第1表及び第2表に示す通りであった。
第1表 第1表は、糖化開始1,2.3.5と20時間目におけ
るDH値(全糖中の還元糖をグルコースとして表わした
値)を示す。全糖はフェノール硫酸法で定量し、還元糖
はフェリシアン化カリ法により定量した。表から明らか
なように、本発明の酵素剤を用いた場合、糖化開始初期
における糖化が促進されていることがわかる。
第2表は、糖化開始後、22時間、25時間と28時間
目の糖化物を高速液体クロマトグラフィーにより糖組成
を分析した結果を示している。表から明らかなように、
本発明のプルラナーゼを用いた場合、最高97.1%の
収量でグルコースが得られた。
また、11F化22時間目のグルコース収量から明らか
なように、糖化反応が著しく促進されていることがわか
る。
第2表 実施例5 実施例4と同様にして1本発明の酵素を基質g当り0.
5単位添加し、 pH4,5〜5.3、温度55℃で糖
化した。糖化開始24時間後、2時間毎に生成したグル
コース収量を高速液体クロマトグラフィーにより求めた
。第3表は各糖化pHにおける最高値を示したときのグ
ルコース収量を示している。
第3表 〜5のグルコアミラーゼの最適作用PH条件下で効果的
に作用し、無添加の場合に比べ、グルコース菖を約2%
増加することができた。
【図面の簡単な説明】
(第1図; プルランを基質としたときの最適PHを示
す。 第2図; プルランを基質としたときの最適温度を示す
。 第3図;  Biogel A 1.5mカラム(1,
5X87an)によるプルラナーゼ活性、アミラーゼ活 性及びタンパク質(280nmにおける吸収)の溶出曲
線を示す。 特許出願人工業技術院長等々力 達 指定代理人 工業技術院微生物工業技術研究所長大山数 フラクショノ 官庁出願 手続主甫正書(自発) 昭和60年8月2日 1、事件の表示   昭和60年特許願第    58
8 号2、発明の名称 プルラナーゼ様酵素の製造法 3、補正をする者 4、指定代理人 6、補正による増加する発明の数  な し7、補正の
対象  明細書の「特許請求の範囲」及び「発明の詳細
な説別紙 O特許請求の範囲を次の通り訂正する。 特許請求の範囲 「澱粉を、主成分としてマルトースとマルトトリオース
に分解する新規なα−アミラーゼ活性をもつプルラナー
ゼ様複合酵素を生産するバシルス属菌株を培養し、培養
物か&該酵素を採取することを特徴とする新規なα−ア
ミラーゼ活性をもつプルラナーゼ様複合酵素の製造績」 ○明細書第6真下末より第6行目の「行7.5」を「約
7.5」に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)澱粉を、主成分としてマルトースとマルトトリオ
    ースに分解する新規なα−アミラーゼ活性をもつプルラ
    ナーゼ様複合酵素を生産するバシルス属菌株を培養し、
    培養物かに該酵素を採取することを特徴とする新規なα
    −アミラーゼ活性をもつプルラナーゼ様複合酵素の製造
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