JPS6351677B2 - - Google Patents

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JPS6351677B2
JPS6351677B2 JP58156273A JP15627383A JPS6351677B2 JP S6351677 B2 JPS6351677 B2 JP S6351677B2 JP 58156273 A JP58156273 A JP 58156273A JP 15627383 A JP15627383 A JP 15627383A JP S6351677 B2 JPS6351677 B2 JP S6351677B2
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JP
Japan
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enzyme
starch
maltopentaose
novel
synthase
Prior art date
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Application number
JP58156273A
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Japanese (ja)
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JPS6054679A (en
Inventor
Shoichi Kobayashi
Takashi Okemoto
Keiji Kainuma
Hitoshi Hashimoto
Kozo Hara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ensuiko Seito Kk
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO
Original Assignee
Ensuiko Seito Kk
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO
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Filing date
Publication date
Application filed by Ensuiko Seito Kk, NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO filed Critical Ensuiko Seito Kk
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は新規なマルトペンタオース合成酵素お
よびその製造方法に関する。 近年、マルトオリゴ糖に関する研究がすすめら
れているが、現在工業的に大量生産されているも
のはマルトースのみである。マルトース以外には
マルトトリオースが試薬用として、またマルトペ
ンタオースがアミラーゼ活性測定用としてそれぞ
れ少量生産されているにすぎない。 しかし、最近マルトトリオース〜マルトヘキサ
オースのマルトオリゴ糖を特異的に生産する微生
物起源のアミラーゼが次々に発見され、澱粉から
各種オリゴ糖の生産が容易に行なえるようになつ
てきた。たとえばマルトペンタオースに関しては
Arch.Biochem.Biophys.,155,290(1973)およ
び日本農芸化学会昭和57年度大会要旨集178頁に
記載の酵素が知られている。ところが、これらの
酵素は反応初期からマルトペンタオース以外の各
種糖を生成するものであり、マルトペンタオース
のみを生成するアミラーゼは未だ知られていな
い。 本発明者らはマルトペンタオースを効率よく合
成し得る酵素を検索すべく研究を重ねた。その過
程でアルカリゲネス属に属する微生物を培養する
ことにより目的とするマルトペンタオース合成酵
素が得られるこを見出し、本発明を完成するに至
つた。 本発明は、第1に以下に示す性質を有する新規
なマルトペンタオース合成酵素に関する。 (1) 本酵素はアミロース,可溶性澱粉,馬鈴薯澱
粉,甘藷澱粉,米澱粉,タピオカ澱粉,トウモ
ロコシ澱粉,モチトウモロコシ澱粉,サゴ澱粉
などに作用してマルトペンタオースを生成す
る。 (2) 本酵素は45℃にてPH6〜7が至適であり、PH
5.5〜9で安定である。 (3) 本酵素はPH6.0において至適温度は45℃であ
り、55℃以上の温度で15分間放置すると失活す
る。 (4) 本酵素は1mMパラクロロ安息香酸第二水銀
およびモノヨードアセトアミド溶液中で阻害を
受けるが、阻害率は10〜20%である。 (5) 本酵素の分子量は約82000(デイスクゲル電気
泳動法による)である。 (6) 本酵素の等電点はPH5.2(アンフオライン電気
泳動法による)である。 第2に本発明は、アルカリゲネス属に属し、上
記の性質を有する新規なマルトペンタオース合成
酵素の生産能を有する微生物を培養し、培養物中
に該酵素を蓄積せしめ、これを採取することを特
徴とする新規なマルトペンタオース合成酵素の製
造方法である。 本発明の新規なマルトペンタオース合成酵素は
微生物を用いて生産され、その生産菌としてはア
ルカリゲネス属に属し、上記性質を有する酵素を
生産する能力を有するものであればよく、たとえ
ばアルカリゲネス・フエカリスIAM―1015など
がある。これらは生産能に強弱の差異はあるが、
いずれも目的とするマルトペンタオース合成酵素
を産生する。なお、アクロモバクター属やモラキ
シダ属の微生物は運動性、カタラーゼ・テストな
どにアルカリゲネス属の微生物と差異が認められ
るのみであり、アルカリゲネス属に類縁の微生物
であると考えられるので、これらに属する菌株の
中にも本発明の酵素の生産能を有するものが存在
するものと推測される。 上記の如く、本発明に用いる微生物はアルカリ
ゲネス属に属し、上記性質を有する酵素の生産能
力を有するものであればよく、前記した菌株とそ
の変種,変異株に制限されるものではない。ここ
で変異手段としては常法のものでよく、たとえば
ラジオアイソトープ(RI),紫外線(UV),ニト
ロソグアニジンなどを用いて行なえばよい。 本発明の新規なマルトペンタオース合成酵素を
生産するための微生物の培養条件について検討し
た。まず、基本培地として肉エキス,ポリペプト
ン,食塩および炭素源を含むものを用い、炭素源
については第1表に示した各種物質を1%使用し
た。この培地に後記する実施例2の示した菌株を
植菌し、40℃で3日間振とう培養を行なつた。こ
のときの活性比率(マルトースを100としたとき
の値)を第1表に示す。表から明らかなように、
炭素源してはマルトースが最良であり、澱粉の中
では米澱粉、甘藷澱粉を用いたときにかなり高い
活性が得られた。また、各種粉アメを用いたとき
の活性比率はDEが高くなると共に高くなり、ハ
イマルトースシロツプではマルトースと同程度の
活性が得られた。
The present invention relates to a novel maltopentaose synthase and a method for producing the same. In recent years, research on maltooligosaccharides has been progressing, but maltose is the only one currently being industrially produced in large quantities. Other than maltose, maltotriose is produced for use as a reagent, and maltopentaose is produced for use in measuring amylase activity. However, recently, amylases of microbial origin that specifically produce maltooligosaccharides of maltotriose to maltohexaose have been discovered one after another, and it has become easier to produce various oligosaccharides from starch. For example, regarding maltopentaose
Enzymes described in Arch.Biochem.Biophys., 155 , 290 (1973) and in the abstracts of the 1981 conference of the Japanese Society of Agricultural Chemistry, page 178, are known. However, these enzymes produce various sugars other than maltopentaose from the early stage of the reaction, and amylases that produce only maltopentaose are not yet known. The present inventors have conducted extensive research to search for an enzyme that can efficiently synthesize maltopentaose. In the process, the inventors discovered that the desired maltopentaose synthase could be obtained by culturing a microorganism belonging to the genus Alcaligenes, leading to the completion of the present invention. The present invention first relates to a novel maltopentaose synthase having the properties shown below. (1) This enzyme produces maltopentaose by acting on amylose, soluble starch, potato starch, sweet potato starch, rice starch, tapioca starch, corn starch, waxy corn starch, sago starch, etc. (2) The optimal pH for this enzyme is 6 to 7 at 45℃, and the pH
It is stable between 5.5 and 9. (3) The optimal temperature for this enzyme at pH 6.0 is 45°C, and it will be inactivated if left at a temperature of 55°C or higher for 15 minutes. (4) This enzyme is inhibited in 1mM mercuric parachlorobenzoate and monoiodoacetamide solutions, but the inhibition rate is 10-20%. (5) The molecular weight of this enzyme is approximately 82,000 (according to disk gel electrophoresis). (6) The isoelectric point of this enzyme is PH5.2 (according to ampholine electrophoresis). Second, the present invention involves culturing a microorganism capable of producing a novel maltopentaose synthase that belongs to the genus Alcaligenes and having the above-mentioned properties, accumulating the enzyme in the culture, and collecting the enzyme. This is a novel method for producing maltopentaose synthase. The novel maltopentaose synthase of the present invention is produced using a microorganism, and the producing microorganism may be any microorganism that belongs to the genus Alcaligenes and has the ability to produce an enzyme having the above-mentioned properties, such as Alcaligenes fuecalis IAM. -1015 etc. Although there are differences in production capacity,
Both produce the target maltopentaose synthase. In addition, microorganisms of the genus Achromobacter and Moraxida are only different from microorganisms of the genus Alcaligenes in terms of motility, catalase test, etc., and are considered to be microorganisms related to the genus Alcaligenes. It is presumed that some of them have the ability to produce the enzyme of the present invention. As mentioned above, the microorganisms used in the present invention may belong to the genus Alcaligenes and have the ability to produce enzymes having the above properties, and are not limited to the above-mentioned strains and their variants and mutants. Here, the mutation may be carried out using conventional methods, such as radioisotope (RI), ultraviolet light (UV), nitrosoguanidine, etc. Culture conditions for microorganisms for producing the novel maltopentaose synthase of the present invention were investigated. First, a base medium containing meat extract, polypeptone, salt, and a carbon source was used, and 1% of the various substances shown in Table 1 were used as the carbon source. This medium was inoculated with the bacterial strain shown in Example 2, which will be described later, and cultured with shaking at 40°C for 3 days. The activity ratio (value when maltose is set as 100) at this time is shown in Table 1. As is clear from the table,
Maltose is the best carbon source, and among starches, considerably high activity was obtained when rice starch and sweet potato starch were used. In addition, the activity ratio when using various types of powdered candy increased as DE increased, and high maltose syrup had the same level of activity as maltose.

【表】 次に、窒素源について検討するため、肉エキス
0.7%,マルトース1%,食塩0.3%を含む培地に
各種物質1%を添加し、40℃で3日間振とう培養
を行なつた。このときの活性比率(硫酸アンモニ
ウムを100としたときの値)を第2表に示す。表
から明らかなように、硫酸アンモニウムまたは硝
酸アンモニウムを用いたときに著しく高い活性が
得られた。
[Table] Next, in order to consider the nitrogen source, meat extract
1% of each substance was added to a medium containing 0.7% maltose, 1% maltose, and 0.3% salt, and cultured with shaking at 40°C for 3 days. The activity ratio (value when ammonium sulfate is taken as 100) at this time is shown in Table 2. As is clear from the table, significantly higher activity was obtained when ammonium sulfate or ammonium nitrate was used.

【表】【table】

【表】 さらに、マルトース,硫酸アンモニウムおよび
肉エキスのそれぞれの濃度について検討した結
果、最適の培地組成はマルトース0.8%,硫酸ア
ンモニウム1%および肉エキス0.8%を含むもの
であることが判明した。したがつて、培養に用い
る培地としては、上記知見を参考にして、供試菌
株が良好な活性にて目的とする酵素を生産し得る
組成のものを選定すべきである。 次に、培養日数による活性変化について検討し
たところ、第1図に示すような結果が得られた。
図示した如く、培養1日で70%以上の活性が得ら
れ、3日目まで徐々に活性は上昇する。しかし、
その後は活性が減少する。したがつて、酵素の生
産には1〜3日間の培養が適当であり、通常は3
日間培養した後、培養液中の不溶分等を遠沈除去
して得た上澄を粗酵素として用いればよい。な
お、培養条件については使用する菌株などによつ
て異なるが、目的とする酵素の生産量が最大とな
るように選定すべきである。また、培養液から酵
素を採取・精製するには既知の方法を適当に組合
せて行なえばよい。 酵素の精製は各種の方法により行なうことが出
来るが、その1例を示すと、次の通りである。 酵素の精製方法としては湿熱処理澱粉を用いた
澱粉吸着法が効果的である。すなわち、粗酵素液
に湿熱処理澱粉を加えて4℃以下の低温で1夜撹
拌するのみで約80%の活性が吸着する。次に、該
酵素吸着澱粉を集めて氷水にて洗浄することによ
り容易に部分精製酵素が得られる。吸着酵素はこ
のままでも液化澱粉に作用させることができ、実
用的には本酵素剤をマルトペンタオースの生産用
とすることが有利である。 吸着酵素は45℃の温水中で15分間撹拌すること
によつて脱着するので、この脱着酵素をさらに
DEAE―セルロースカラムクロマトグラフイー,
ゲル濾過クロマトグラフイーなどにより精製して
デイスクゲル電気泳動的に単一バンドを示す標品
を得ることができる。 このようにして得た精製酵素を用いて本酵素の
性質を検討した。結果を以下に示す。 (1) 作用 本酵素を可溶性澱粉に作用させたときの反応経
過は第2図および第3図に示したとおりである。
図から明らかなように、本酵素は反応初期にマル
トペンタオースを生成し、その後時間の経過と共
にマルトースとマルトトリオースに水解される。 したがつて、マルトペンタオースを効率的に生
産するには、本酵素を、たとえばメンブランリア
クターのような容器中で液化澱粉に作用させ、生
成糖を限外濾過膜を用いて反応系外に取り出す方
法を採用することが望ましい。 本酵素の作用形式は、マルトオクタオース以下
のオリゴ糖を基質にした場合、次の通りである。
なお、略号はG1:グルコース, G2:マルトース,G3:マルトトリオース‐‐
G5:マルトペンタオース,‐‐G3:マルトオク
タオースを示す。 G8:〇―〇―〇―〇―〇―〇―〇―○/→G5+G3 G7:〇―〇―〇―〇―〇―〇○/ →G5+G2 G6:〇―〇―〇―〇―〇○/ →G5+G1 G5:〇―〇―〇―〇○/ →G3+G2 G4:〇―〇―〇―○/ →G2+G2 G3,G2:作用しない この作用形式から、G2とG3の混合物を生産し、
酵母によりG2を消化させてG3を製品としたり、
またG2とG3の混合物を製品とすることもできる。 このように、重合度が小さい基質を用いた場
合、本酵素はいわゆるExo型のアミラーゼとして
の作用を示すが、重合度の大きいデキストリンに
はEndo型のアミラーゼとして作用する。したが
つて、澱粉は本酵素の作用によつて切り残しは大
部分がG5またはG2とG3に変換する。この際、プ
ルラナーゼ等の枝切り酵素を共存させれば、G5
の収率を向上させることができる。 (2) 作用至適PHおよびPH安定性 反応液組成を 基質(2%の還元した可溶性澱粉液) 0.5ml 各種のPHの緩衝液(100mM) 0.4ml 酵素液(8IU/ml) 0.1ml とし、45℃で30分間反応させて還元力を測定し、
最高値を100として表わしたときの結果を第4図
に示す。図から明らかなように、本酵素の至適PH
は6〜7である。 また、PH安定性については、本酵素液1mlに各
種PHの100mM緩衝液(PH4〜6:酢酸緩衝液,
PH6〜8:リン酸緩衝液,PH8〜9:トリス―塩
酸緩衝液,PH9〜10:炭酸ソーダ緩衝液)0.1ml
を加え、45℃で60分間静置した後、各0.1mlずつ
を採り100mM酢酸緩衝液(PH6.0)0.4mlおよび2
%基質液0.5mlを加えて45℃にて30分間反応させ、
残存酵素活性を測定した。結果を第5図に示す。
第5図に示したように、本酵素はPH5.5〜9.0の範
囲で安定である。 (3) 酵素力価の測定法 酵素の活性は、可溶性澱粉(メルク社製,分析
用)を還元して基質として用い、ソモジー・ネル
ソン法により還元力を測定し、45℃で1分間に1
マイクロモル等量のグルコシド結合を切断する酵
素量を1IU(国際単位)とした。 (4) 作用至適温度と温度安定性 反応液組成を 基質(2%の還元した可溶性澱粉液) 0.5ml 100mM酢酸緩衝液(PH6.0) 0.4ml 酵素液(8IU/ml) 0.1ml とし、各種の温度で30分間反応させて還元力を測
定し、最高値を100として表わしたときの結果を
第6図に示す。図から明らかなように、本酵素の
作用至適温度は45℃である。 またPH6.0で各種温度に15分間静置した後、45
℃で反応を行ない、残存活性を測定した。結果を
第7図に示す。第7図から明らかなように、55℃
以上では急激に失活する。 (5) 阻害,活性化および安定化 本酵素は1mMパラクロロ安息香酸第二水銀お
よびモノヨードアセトアミド溶液中では阻害を受
けるが、阻害率は10〜20%であり高くはない。 次に、各種金属イオン(1mM濃度)の影響は
水銀および銀による阻害率が80%以上という高い
値を示すが、マンガン,コバルト,亜鉛,アルミ
ニウムは50%以下、バリウム,マグネシウム,
鉄,リチウム,銅は20〜30%である。また、カル
シウムイオンは本酵素の耐熱性を2〜3℃高め
る。 (6) 分子量 デイスクゲル電気泳動法によつて得られた本酵
素の分子量は約82000である。 (7) 等電点 アンフオライン電気泳動法によつて求められた
等電点はPH5.2である。 (8) 結晶構造および元素分析 本酵素については未だ結晶標品が得られていな
いが、電気泳動で単一バンドを示す精製標品につ
いてアミノ酸分析を行なつた。 アミノ酸分析は常法により試料に6規定の塩酸
を加えて減圧,封かんし、110℃で22時間分解し
た後、アミノ酸自動分析計(日立835型)を用い
て行なつた。なお、トリプトフアンはSpies氏の
比色定量法,システインは過ギ酸酸化法により定
量した。結果を第3表に示す。 第 3 表 アミノ酸 モル数 アラニン 48 バリン 42 ロイシン 53 イソロイシン 36 プロリン 38 フエニルアラニン 18 トリプトフアン 29 メチオニン 24 グリシン 78 セリン 41 スレオニン 45 システイン 5 チロシン 39 アスパラギン酸 82 グルタミン酸 65 リジン 42 アルギニン 28 ヒスチジン 20 以上に示した性質を有する本酵素は従来の酵素
と全く異なる作用を示し、マルトペンタオースを
大量に生成する新規な酵素である。本発明者ら
は、本酵素を1,4―α―D―グルカンマルトペ
ンタオハイドロラーゼと命名した。 前述したように、本酵素はアミロース,可溶性
澱粉、各種澱粉に作用してマルトペンタオースを
生成する。したがつて、澱粉、澱粉の組成画分お
よび澱粉の分解反応生成物のうちの少なくとも1
種の物質に本酵素を作用させることにより、マル
トペンタオースが生成・蓄積する。反応を行なう
にあたり、本酵素の性質を考慮してマルトペンタ
オースの生成量が最大となるような条件を選定す
べきである。ここで澱粉としては、たとえば馬鈴
薯,甘藷,トウモロコシ,モチトウモロコシ,大
麦,小麦,米,タピオカ,サゴなどの任意の原料
から得られるものを使用することができる。ま
た、澱粉の組成画分としては、たとえばアミロー
ス,アミロペクチンなどがあり、澱粉の分解反応
生成物としては、たとえば白色デキストリン、黄
色デキストリン,プリテイツシユガムなどの焙焼
デキストリン;酸化澱粉,低粘性変性(酵素,
酸,機械高速撹拌等の処理による)澱粉などの化
工澱粉;リン酸澱粉,酢酸澱粉などで代表される
澱粉エーテル,澱粉エステルなどの澱粉誘導体;
放射線や中性子線を照射したり高周波処理あるい
は湿熱処理した澱粉などの物理的処理澱粉;α―
澱粉などを挙げることができる。これらの澱粉類
は単独もしくは2種以上を組合せて用いる。 反応終了後、加熱して酵素を失活させて反応を
停止し、反応液から常法によつてマルトペンタオ
ースを得ることができる。 マルトペンタオースは現在、α―アミラーゼ活
性測定用基質として診断薬,試薬などへの用途が
あり、本酵素が本発明によつて安価に生産されれ
ば、食品をはじめ各種用途も拓けるものと期待さ
れる。マルトペンタオースは溶解性に優れ、甘味
がなく、ボデイ感があるので製菓用材料として有
用であり、また消化・吸収性が良いので幼児,老
人,患者用の慈養食としての利用も可能である。 次に、実施例により本発明を説明する。 実施例 1 アルカリゲネス・フエカリスIAM―1015株を
肉エキス0.8%,硫酸アンモニウム1%,マルト
ース0.8%の斜面寒天培地に接種し、40℃で2日
間培養した後、その1白金耳をとり、同じ組成の
液体培地(100ml培地/500ml三角フラスコ)に移
し、45℃で3日間通気振とう培養を行なつた。 培養終了後、低温で培養物中の菌体および不溶
物を遠沈除去して上澄を得、これを粗酵素とし
た。この粗酵素液の活性は0.01IU/mlであつた。 実施例 2 アルカリゲネス・フエカリスIAM―1015株の
培養液を少量とり、常法によりRI,UV,ニトロ
ソグアニジンで処理した後、平板培養を行ないア
ミラーゼ活性の高いコロニーをとつた。これを肉
エキス0.8%,硫酸アンモニウム1%,マルトー
ス0.8%の培地で45℃にて3日間培養し、その後
の操作は実施例1と同様にした。本粗酵素液の活
性は0.64IU/mlであつた。 応用例 1 馬鈴薯澱粉を細菌液化型酵素(BLA)により
液化し、ヨウ素―澱粉反応が青色で失活処理し、
基質濃度10%,マルトペンタオース合成酵素(実
施例2の粗酵素液)1IU/g基質,PH6.0,45℃で
6時間撹拌しながら反応せしめマルトペンタオー
スを30%含む反応液を得た。 応用例 2 応用例1のようにして液化馬鈴薯澱粉液を作
り、基質濃度20%,マルトペンタオース合成酵素
(実施例2の粗酵素液)1IU/g基質,PH6.0,45
℃で限外過器〔東洋紙(株)製、UHP―76(膜は
UK―10)〕中で窒素ガスで圧力をかけながら反
応させてマルトペンタオースを80%以上含む糖液
を得た。収率は12時間反応で出発基質の60%であ
り、得られた糖液は逆浸透膜で20%にまで濃縮す
ることができた。 応用例 3 プルラナーゼを1IU/5g基質に加えたこと以
外は応用例2と同様に操作し、12時間の反応でマ
ルトペンタオースを80%以上含む糖液を収率65%
で得た。
[Table] Furthermore, as a result of examining the respective concentrations of maltose, ammonium sulfate, and meat extract, it was found that the optimal medium composition was one containing 0.8% maltose, 1% ammonium sulfate, and 0.8% meat extract. Therefore, with reference to the above findings, the culture medium used for culture should be selected to have a composition that allows the test strain to produce the desired enzyme with good activity. Next, we examined changes in activity depending on the number of days of culture, and the results shown in FIG. 1 were obtained.
As shown in the figure, more than 70% activity was obtained within one day of culture, and the activity gradually increased until the third day. but,
After that, activity decreases. Therefore, culture for 1 to 3 days is appropriate for enzyme production, and usually 3 days.
After culturing for one day, the supernatant obtained by centrifuging and removing insoluble matter in the culture solution may be used as the crude enzyme. Although culture conditions vary depending on the strain used, they should be selected so as to maximize the production of the desired enzyme. Furthermore, to collect and purify the enzyme from the culture solution, known methods may be appropriately combined. Enzymes can be purified by various methods, one example of which is as follows. As a method for purifying enzymes, a starch adsorption method using moist heat-treated starch is effective. That is, approximately 80% of the activity is adsorbed by simply adding moist heat-treated starch to the crude enzyme solution and stirring overnight at a low temperature of 4°C or less. Next, a partially purified enzyme can be easily obtained by collecting the enzyme-adsorbed starch and washing with ice water. The adsorbed enzyme can act on the liquefied starch as it is, and it is practically advantageous to use this enzyme preparation for producing maltopentaose. The adsorbed enzyme is desorbed by stirring in warm water at 45°C for 15 minutes.
DEAE - cellulose column chromatography,
It is possible to obtain a specimen that shows a single band on disk gel electrophoresis by purification by gel filtration chromatography or the like. The properties of this enzyme were investigated using the purified enzyme thus obtained. The results are shown below. (1) Action The course of the reaction when this enzyme is applied to soluble starch is shown in Figures 2 and 3.
As is clear from the figure, this enzyme produces maltopentaose at the beginning of the reaction, and then hydrolyzes it into maltose and maltotriose over time. Therefore, in order to efficiently produce maltopentaose, this enzyme is allowed to act on liquefied starch in a container such as a membrane reactor, and the produced sugar is removed from the reaction system using an ultrafiltration membrane. It is desirable to adopt this method. The mode of action of this enzyme is as follows when oligosaccharides below maltooctaose are used as substrates.
The abbreviations are G 1 : Glucose, G 2 : Maltose, G 3 : Maltotriose --
G 5 : Maltopentaose, --G 3 : Maltooctaose. G 8 :〇-〇-〇-〇-〇-〇-〇-○/→G 5 +G 3 G 7 :〇-〇-〇-〇-〇-〇○/ →G 5 +G 2 G 6 :〇- 〇―〇―〇―〇○/ →G 5 +G 1 G 5 :〇-〇-〇-〇○/ →G 3 +G 2 G 4 :〇-〇-〇-○/ →G 2 +G 2 G 3 , G 2 : No action From this mode of action, a mixture of G 2 and G 3 is produced,
G2 is digested by yeast to produce G3 ,
Moreover, a mixture of G 2 and G 3 can also be made into a product. Thus, when a substrate with a low degree of polymerization is used, this enzyme acts as a so-called Exo-type amylase, but with a dextrin with a high degree of polymerization, it acts as an Endo-type amylase. Therefore, most of the remaining starch is converted into G5 or G2 and G3 by the action of this enzyme. At this time, if a debranching enzyme such as pullulanase is coexisting, G 5
yield can be improved. (2) Optimum PH and PH stability The reaction solution composition was: substrate (2% reduced soluble starch solution) 0.5ml, various pH buffers (100mM) 0.4ml, enzyme solution (8IU/ml) 0.1ml, The reducing power was measured by reacting at 45℃ for 30 minutes.
Figure 4 shows the results when the highest value is expressed as 100. As is clear from the figure, the optimal pH of this enzyme
is 6-7. Regarding PH stability, 1ml of this enzyme solution was mixed with 100mM buffer of various PH (PH4-6: acetate buffer,
PH6-8: Phosphate buffer, PH8-9: Tris-HCl buffer, PH9-10: Sodium carbonate buffer) 0.1ml
was added and left to stand at 45℃ for 60 minutes, then 0.1ml of each was taken and added with 0.4ml of 100mM acetate buffer (PH6.0) and 2.
Add 0.5ml of % substrate solution and react at 45℃ for 30 minutes.
Residual enzyme activity was measured. The results are shown in Figure 5.
As shown in FIG. 5, this enzyme is stable within the pH range of 5.5 to 9.0. (3) Enzyme titer measurement method Enzyme activity was determined by reducing soluble starch (manufactured by Merck & Co., Ltd., for analysis) and using it as a substrate, and measuring the reducing power by the Somogyi-Nelson method.
The amount of enzyme that cleaves a micromolar equivalent of glucosidic bonds was defined as 1 IU (international unit). (4) Optimum temperature for action and temperature stability The reaction solution composition was: substrate (2% reduced soluble starch solution) 0.5ml 100mM acetate buffer (PH6.0) 0.4ml enzyme solution (8IU/ml) 0.1ml. The reducing power was measured by reacting at various temperatures for 30 minutes, and the results are shown in Figure 6, with the highest value being expressed as 100. As is clear from the figure, the optimal temperature for the action of this enzyme is 45°C. Also, after leaving it at various temperatures for 15 minutes at PH6.0,
The reaction was carried out at ℃ and the residual activity was measured. The results are shown in FIG. As is clear from Figure 7, 55℃
Above that, it rapidly loses its activity. (5) Inhibition, activation and stabilization This enzyme is inhibited in 1mM mercuric parachlorobenzoate and monoiodoacetamide solutions, but the inhibition rate is not high at 10-20%. Next, regarding the influence of various metal ions (1mM concentration), mercury and silver have a high inhibition rate of over 80%, manganese, cobalt, zinc, and aluminum have a inhibition rate of less than 50%, barium, magnesium,
Iron, lithium, and copper account for 20-30%. Moreover, calcium ions increase the heat resistance of this enzyme by 2 to 3°C. (6) Molecular weight The molecular weight of this enzyme obtained by disk gel electrophoresis is approximately 82,000. (7) Isoelectric point The isoelectric point determined by ampholine electrophoresis is PH5.2. (8) Crystal structure and elemental analysis Although a crystal sample of this enzyme has not yet been obtained, amino acid analysis was performed on a purified sample that showed a single band in electrophoresis. Amino acid analysis was carried out using an automatic amino acid analyzer (Hitachi model 835) after adding 6N hydrochloric acid to the sample, sealing the sample under reduced pressure, and decomposing it at 110°C for 22 hours. In addition, tryptophan was determined by the colorimetric method of Mr. Spies, and cysteine was determined by the performic acid oxidation method. The results are shown in Table 3. Table 3 Amino acid moles Alanine 48 Valine 42 Leucine 53 Isoleucine 36 Proline 38 Phenylalanine 18 Tryptophan 29 Methionine 24 Glycine 78 Serine 41 Threonine 45 Cysteine 5 Tyrosine 39 Aspartic acid 82 Glutamic acid 65 Lysine 42 Arginine 28 Histidine 20 As shown above properties This enzyme has a completely different action from conventional enzymes, and is a novel enzyme that produces maltopentaose in large amounts. The present inventors named this enzyme 1,4-α-D-glucan maltopentaohydrolase. As mentioned above, this enzyme acts on amylose, soluble starch, and various starches to produce maltopentaose. Therefore, at least one of starch, a compositional fraction of starch, and a starch decomposition reaction product
Maltopentaose is produced and accumulated by allowing this enzyme to act on the seed material. When carrying out the reaction, conditions should be selected that maximize the amount of maltopentaose produced, taking into account the properties of the enzyme. Here, starch can be obtained from any raw material such as potato, sweet potato, corn, waxy corn, barley, wheat, rice, tapioca, or sago. Compositional fractions of starch include, for example, amylose and amylopectin, and starch decomposition reaction products include, for example, white dextrin, yellow dextrin, roasted dextrin such as sweet gum; oxidized starch, low-viscosity modified (enzyme,
Modified starches such as starch (treated with acids, high-speed mechanical stirring, etc.); Starch derivatives such as starch ethers and starch esters, typified by phosphoric acid starch, acetic acid starch, etc.;
Physically treated starch, such as starch that has been irradiated with radiation or neutron beams, high frequency treatment, or moist heat treatment; α-
Examples include starch. These starches may be used alone or in combination of two or more. After the reaction is completed, the reaction is stopped by heating to inactivate the enzyme, and maltopentaose can be obtained from the reaction solution by a conventional method. Maltopentaose is currently used as a substrate for measuring α-amylase activity in diagnostic agents, reagents, etc., and if this enzyme can be produced at low cost according to the present invention, it is expected that it will be used in various applications including food. be done. Maltopentaose has excellent solubility, lacks sweetness, and has a body texture, making it useful as an ingredient for confectionery.Since it is also easily digested and absorbed, it can be used as a nursing food for infants, the elderly, and patients. be. Next, the present invention will be explained by examples. Example 1 Alcaligenes fuecalis strain IAM-1015 was inoculated onto a slanted agar medium containing 0.8% meat extract, 1% ammonium sulfate, and 0.8% maltose, and cultured at 40°C for 2 days. The cells were transferred to a liquid medium (100 ml medium/500 ml Erlenmeyer flask) and cultured with aeration and shaking at 45°C for 3 days. After completion of the culture, the cells and insoluble matter in the culture were removed by centrifugation at low temperature to obtain a supernatant, which was used as crude enzyme. The activity of this crude enzyme solution was 0.01 IU/ml. Example 2 A small amount of culture solution of Alcaligenes faecalis strain IAM-1015 was taken and treated with RI, UV, and nitrosoguanidine in a conventional manner, followed by plate culture and colonies with high amylase activity were collected. This was cultured at 45° C. for 3 days in a medium containing 0.8% meat extract, 1% ammonium sulfate, and 0.8% maltose, and the subsequent operations were the same as in Example 1. The activity of this crude enzyme solution was 0.64 IU/ml. Application example 1 Potato starch is liquefied using bacterial liquefying enzyme (BLA), and the iodine-starch reaction is deactivated with blue color.
Substrate concentration 10%, maltopentaose synthase (crude enzyme solution of Example 2) 1 IU/g substrate, pH 6.0, reaction at 45°C for 6 hours with stirring to obtain a reaction solution containing 30% maltopentaose. . Application Example 2 A liquefied potato starch solution was prepared as in Application Example 1, substrate concentration 20%, maltopentaose synthase (crude enzyme solution from Example 2) 1 IU/g substrate, pH 6.0, 45.
℃ using an ultrafilter [manufactured by Toyo Paper Co., Ltd., UHP-76 (membrane is
UK-10)] was reacted under pressure with nitrogen gas to obtain a sugar solution containing more than 80% maltopentaose. The yield was 60% of the starting substrate after 12 hours of reaction, and the resulting sugar solution could be concentrated to 20% using a reverse osmosis membrane. Application example 3 The procedure was the same as application example 2 except that pullulanase was added to 1IU/5g substrate, and a sugar solution containing more than 80% maltopentaose was produced in a yield of 65% in 12 hours of reaction.
I got it from

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は培養日数による活性変化とPH変化を示
すグラフ、第2図はマルトペンタオース合成酵素
の反応経過(1IU/g基質)を示すグラフ、第3
図は本酵素の反応経過(1IU/10mg基質)を示す
グラフ、第4図は本酵素の至適PHを示すグラフ、
第5図は本酵素のPH安定性を示すグラフ、第6図
は本酵素の至適温度を示すグラフ、第7図は本酵
素の温度安定性を示すグラフである。
Figure 1 is a graph showing activity changes and pH changes depending on the number of days of culture, Figure 2 is a graph showing the reaction progress of maltopentaose synthase (1 IU/g substrate), and Figure 3 is a graph showing the reaction progress of maltopentaose synthase (1 IU/g substrate).
The figure is a graph showing the reaction progress of this enzyme (1IU/10mg substrate), Figure 4 is a graph showing the optimum pH of this enzyme,
FIG. 5 is a graph showing the PH stability of this enzyme, FIG. 6 is a graph showing the optimum temperature of this enzyme, and FIG. 7 is a graph showing the temperature stability of this enzyme.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記の性質を有する新規なマルトペンタオー
ス合成酵素。 (1) 本酵素はアミロース、可溶性澱粉、馬鈴薯澱
粉、甘藷澱粉、米澱粉、タピオカ澱粉、トウモ
ロコシ澱粉、モチトウモロコシ澱粉、サゴ澱粉
などに作用してマルトペンタオースを生成す
る。 (2) 本酵素は45℃にてPH6〜7が至適であり、PH
5.5〜9で安定である。 (3) 本酵素はPH6.0において至適温度は45℃であ
り、55℃以上の温度で15分間放置すると失活す
る。 (4) 本酵素は1mMパラクロロ安息香酸第二水銀
およびモノヨードアセトアミド溶液中で阻害を
受けるが、阻害率は10〜20%である。 (5) 本酵素の分子量は約82000(デイスクゲル電気
泳動法による)である。 (6) 本酵素の等電点はPH5.2(アンフオライン電気
泳動法による)である。 2 アルカリゲネス属に属し、下記の性質を有す
る新規なマルトペンタオース合成酵素の生産性を
有する微生物を培養し、培養物中に該酵素を蓄積
せしめ、これを採取することを特徴とする新規な
マルトペンタオース合成酵素の製造方法。 (1) 本酵素はアミロース、可溶性澱粉、馬鈴薯澱
粉、甘藷澱粉、米澱粉、タピオカ澱粉、トウモ
ロコシ澱粉、モチトウモロコシ澱粉、サゴ澱粉
などに作用してマルトペンタオースを生成す
る。 (2) 本酵素は45℃にてPH6〜7が至適であり、PH
5.5〜9で安定である。 (3) 本酵素はPH6.0において至適温度は45℃であ
り、55℃以上の温度で15分間放置すると失活す
る。 (4) 本酵素は1mMパラクロロ安息香酸第二水銀
およびモノヨードアセトアミド溶液中で阻害を
受けるが、阻害率は10〜20%である。 (5) 本酵素の分子量は約82000(デイスクゲル電気
泳動法による)である。 (6) 本酵素の等電点はPH5.2(アンフオライン電気
泳動法による)である。 3 アルカリゲネス属に属する新規なマルトペン
タオース合成酵素の生産菌がアルカリゲネス・フ
エカリスである特許請求の範囲第2項記載の製造
方法。 4 アルカリゲネス属に属する新規なマルトペン
タオース合成酵素の生産菌を、炭素源としてマル
トース、マルトースを含む水アメ、澱粉および可
溶性澱粉のいずれかを含む培地に培養する特許請
求の範囲第2項記載の製造方法。
[Claims] 1. A novel maltopentaose synthase having the following properties. (1) This enzyme produces maltopentaose by acting on amylose, soluble starch, potato starch, sweet potato starch, rice starch, tapioca starch, corn starch, waxy corn starch, sago starch, etc. (2) The optimal pH for this enzyme is 6 to 7 at 45℃, and the pH
It is stable between 5.5 and 9. (3) The optimal temperature for this enzyme at pH 6.0 is 45°C, and it will be inactivated if left at a temperature of 55°C or higher for 15 minutes. (4) This enzyme is inhibited in 1mM mercuric parachlorobenzoate and monoiodoacetamide solutions, but the inhibition rate is 10-20%. (5) The molecular weight of this enzyme is approximately 82,000 (according to disk gel electrophoresis). (6) The isoelectric point of this enzyme is PH5.2 (according to ampholine electrophoresis). 2. A novel malt which is characterized by culturing a microorganism that belongs to the genus Alcaligenes and has the productivity of a novel maltopentaose synthase having the following properties, accumulating the enzyme in the culture, and collecting the enzyme. Method for producing pentaose synthase. (1) This enzyme produces maltopentaose by acting on amylose, soluble starch, potato starch, sweet potato starch, rice starch, tapioca starch, corn starch, waxy corn starch, sago starch, etc. (2) The optimal pH for this enzyme is 6 to 7 at 45℃, and the pH
It is stable between 5.5 and 9. (3) The optimal temperature for this enzyme at pH 6.0 is 45°C, and it will be inactivated if left at a temperature of 55°C or higher for 15 minutes. (4) This enzyme is inhibited in 1mM mercuric parachlorobenzoate and monoiodoacetamide solutions, but the inhibition rate is 10-20%. (5) The molecular weight of this enzyme is approximately 82,000 (according to disk gel electrophoresis). (6) The isoelectric point of this enzyme is PH5.2 (according to ampholine electrophoresis). 3. The production method according to claim 2, wherein the novel maltopentaose synthetase producing bacterium belonging to the genus Alcaligenes is Alcaligenes faecalis. 4. A novel maltopentaose synthase-producing bacterium belonging to the genus Alcaligenes is cultured in a medium containing maltose, maltose-containing starch syrup, starch, or soluble starch as a carbon source. Production method.
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ARCHIVES OF BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS=1973 *
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