JP2790320B2 - Thermostable amylase and methods for its production and use - Google Patents
Thermostable amylase and methods for its production and useInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生澱粉に作用することができる新規な耐熱性
アミラーゼ、その製造方法、及び該アミラーゼを使用す
るオリゴ糖の製造方法に関する。この酵素の使用により
糖化工程の簡略化及び省エネルギーが可能となる。The present invention relates to a novel thermostable amylase capable of acting on raw starch, a method for producing the same, and a method for producing an oligosaccharide using the amylase. Use of this enzyme makes it possible to simplify the saccharification step and save energy.
マルトースは澱粉を加水分解して得られる歴史の古い
澱粉糖であるが、近年その食品素材、甘味材としての優
れた特性から食品加工分野での用途が広がりつつある。
精製マルトースは、輪液用として従来用いられていたグ
ルコースより優れているため医薬用としての需要が増え
ている。また、精製マルトースの製造の過程で副成する
マルトトリオースを含むオリゴ糖は甘味度がマイルド
で、かつ従来のデキストリンを主成分とする水飴より粘
度が低く、また保水性が高いなどの特徴がある為、最近
新しい甘味料として期待されている。Maltose is an old starch sugar obtained by hydrolyzing starch, and its use in the food processing field has been expanding in recent years due to its excellent properties as a food material and sweetener.
Since purified maltose is superior to glucose conventionally used for wheel fluid, demand for pharmaceutical use is increasing. In addition, oligosaccharides containing maltotriose, which is a by-product of the production of purified maltose, have mild sweetness, lower viscosity than conventional dextrin-based starch syrup, and high water retention. Therefore, it is recently expected as a new sweetener.
従来、澱粉を加水分解し各種糖を製造する工程におい
て、澱粉粒を水と共に加熱(85〜120℃)することによ
り糊化し、α−アミラーゼによって液化し、次いで夫々
の目的に応じ、グルコアミラーゼあるいはβ−アミラー
ゼによって糖化する方法が行われている。しかし、高濃
度の澱粉粒の糊化および液化には多量のエネルギーを必
要とする。また、糊化澱粉の粘度が高い為に特殊な装置
を必要とする。また、澱粉を高温下に糊化後液化する場
合は液化生成物の老化および液化生成物の還元性末端グ
ルコース残基の異性化により収率の低下が起るとされて
いる。Conventionally, in the process of hydrolyzing starch to produce various sugars, starch granules are gelatinized by heating (85-120 ° C.) with water, liquefied by α-amylase, and then glucoamylase or A method of saccharification by β-amylase has been used. However, gelatinization and liquefaction of high-concentration starch granules require a large amount of energy. In addition, a special device is required because the viscosity of the gelatinized starch is high. Further, when starch is gelatinized at a high temperature and then liquefied, the yield is reduced due to aging of the liquefied product and isomerization of the reducing terminal glucose residue of the liquefied product.
澱粉を70℃以下の糊化しない温度で、生澱粉分解性酵
素を作用させ糖化する事が可能となれば、その溶液は低
粘度であり、工程を簡略化出来ると同時にエネルギー的
にも有利となる。また、高温処理による還元性末端グル
コース残基の異性化も少く経済的に有利となる。一部で
生澱粉分解作用の強い糖化酵素を用いた無蒸煮アルコー
ル発酵の検討が行われているが未だ実用化の域に達して
いない。特開昭60−83595、及び同61−83595はアスペル
ギルス属に属する菌の生産する生澱粉分解性グルコアミ
ラーゼについて開示している。特開昭63−59881、及び
同63−59887はペニシリウム属に属する菌の生産する生
澱粉分解性グルコアミラーゼがα−アミラーゼとの共存
下により高い生澱粉分解性を示す事を開示している。特
開昭61−47189はフミコーラ属に属する菌の生産する生
澱粉分解性グルコアミラーゼについて開示している。し
かし生澱粉から直接糖化によりマルトースやマルトトリ
オースを製造する方法は報告されていない。If it becomes possible to saccharify starch by the action of raw starch-degrading enzyme at a temperature below 70 ° C that does not gelatinize, the solution has a low viscosity, which can simplify the process and is also advantageous in terms of energy. Become. Also, isomerization of the reducing terminal glucose residue by high temperature treatment is less economically advantageous. Some studies have been conducted on non-steamed alcohol fermentation using a saccharifying enzyme that has a strong starch-degrading effect, but it has not yet reached practical use. JP-A-60-83595 and JP-A-61-83595 disclose a raw starch-degrading glucoamylase produced by a bacterium belonging to the genus Aspergillus. JP-A-63-59881 and JP-A-63-59887 disclose that a raw starch-degrading glucoamylase produced by a bacterium belonging to the genus Penicillium exhibits higher raw starch-degrading properties in the presence of α-amylase. JP-A-61-47189 discloses a raw starch-degrading glucoamylase produced by a fungus belonging to the genus Humicola. However, no method has been reported for producing maltose or maltotriose directly from raw starch by saccharification.
工業的に生澱粉を糖化してマルトース等を製造する際
には、糖化速度と同時に雑菌による汚染も問題となる。
これらの点から反応温度は澱粉が糊化しない範囲におい
て、出来るだけ高温側が望ましく、従って耐熱性アミラ
ーゼが求められている。When raw starch is industrially saccharified to produce maltose and the like, contamination by various bacteria becomes a problem simultaneously with the saccharification rate.
From these points, the reaction temperature is desirably as high as possible within a range where the starch is not gelatinized. Therefore, a thermostable amylase is required.
マルトースの製造に用いられるβ−アミラーゼは従来
は植物由来の酵素が用いられ、大麦あるいは大豆のβ−
アミラーゼがよく知られている。これら植物由来のβ−
アミラーゼは反応温度・耐熱性においてあるいは供給の
点で問題がある。したがって工業的使用に耐える熱安定
性や安定供給が可能な微生物由来のβ−アミラーゼが望
まれている。微生物由来のβ−アミラーゼについては多
くの報告がある(アミラーゼ;中村道徳監修、学会出版
センター、P86(1986))。しかしながら微生物による
β−アミラーゼの製造はまた実用化の域には達していな
い。Conventionally, plant-derived enzymes are used as β-amylase used in the production of maltose, and β-amylase of barley or soybean is used.
Amylases are well known. Β- derived from these plants
Amylase has a problem in terms of reaction temperature, heat resistance or supply. Therefore, a β-amylase derived from a microorganism that can withstand thermal use and can be supplied stably for industrial use is desired. There are many reports on β-amylase derived from microorganisms (amylase; supervised by Michinori Nakamura, Gakkai Shuppan Center, P86 (1986)). However, production of β-amylase by microorganisms has not reached the level of practical use.
マルトースはβ−アミラーゼを澱粉鎖に使用させてそ
れをマルトース単位に加水分解することにより得られる
が、従来のβ−アミラーゼは澱粉中のα,1−6グリコシ
ル結合を加水分解できず、したがって澱粉からのマルト
ース収率を上げる目的で澱粉中の分枝すなわちα,1−6
グルコシル結合を切断する為にイソアミラーゼ、プルラ
ナーゼを併用するのが通常の方法である。しかしこれら
α,1−6結合を切断する酵素は高価である。Maltose is obtained by using β-amylase in a starch chain and hydrolyzing it to maltose units, whereas conventional β-amylase cannot hydrolyze the α, 1-6 glycosyl bonds in starch and therefore starch. To increase the yield of maltose from starch, ie, α, 1-6
It is a common method to use isoamylase and pullulanase in combination to cleave the glucosyl bond. However, enzymes that cleave these α, 1-6 bonds are expensive.
以上のごとく、澱粉からマルトース又はその他のオリ
ゴ糖を工業的に製造するには種々の問題点があった。本
発明は、それらの種々の問題点を酵素の面から一挙に解
決しようとするものであり、具体的には、(1)生澱粉
に直接作用してそれを加水分解することができ、(2)
その場合にイソアミラーゼ等のいわゆる枝切酵素を併用
しないで澱粉を実質的に100%分解することができ、
(3)その結果、目的とするマルトース及びマルトトリ
オースを支配的に生成せしめることができ、(4)生澱
粉に作用される際に、雑菌の汚染を有効に防止できる程
高温で使用するのに十分な耐熱性を有し、そして(5)
細菌によって大量に製造することができる新規なアミラ
ーゼを提供するものである。本発明はさらに、この新規
な耐熱性アミラーゼの製造方法、及びそれを用いるマル
トースその他のオリゴ粒の製造方法を提供しようとする
ものである。As described above, there are various problems in industrially producing maltose or other oligosaccharides from starch. The present invention seeks to solve these various problems at once from the viewpoint of enzymes. Specifically, (1) it is possible to directly act on raw starch to hydrolyze it, 2)
In that case, starch can be substantially degraded by 100% without using so-called debranching enzymes such as isoamylase,
(3) As a result, the target maltose and maltotriose can be produced predominantly. (4) When used on raw starch, use at a temperature high enough to effectively prevent contamination of various bacteria. Has sufficient heat resistance, and (5)
It provides a novel amylase that can be produced in large quantities by bacteria. Another object of the present invention is to provide a method for producing the novel thermostable amylase and a method for producing maltose and other oligoparticles using the novel method.
耐熱性酵素の性質 本発明は第一に生澱粉に作用することができる新規な
耐熱性アミラーゼを提供するものであり、この酵素の一
例を詳細に説明する。なお、以下に示す酵素の性質は後
記する実施例2で得た酵素を用いて得られた結果であ
る。Properties of thermostable enzyme The present invention firstly provides a novel thermostable amylase capable of acting on raw starch, and an example of this enzyme will be described in detail. The properties of the enzyme shown below are the results obtained using the enzyme obtained in Example 2 described later.
(1)作用:本発明のアミラーゼは生澱粉に作用し、主
としてマルトース、マルトトリオースとする。特に60℃
で生澱粉に作用した場合、生澱粉を実質的に100%分解
する。各種生澱粉に対する分解のし易さは小麦澱粉>と
うもろこし澱粉>甘藷澱粉>馬齢薯澱粉の順である(第
1図参照)。(1) Action: The amylase of the present invention acts on raw starch and mainly produces maltose and maltotriose. Especially 60 ℃
When it acts on raw starch, it degrades raw starch substantially 100%. Easiness of decomposition for various raw starches is in the order of wheat starch> corn starch> sweet potato starch> potato starch (see FIG. 1).
また、本発明の生澱粉分解性を有する耐熱性アミラー
ゼは各種生澱粉粒に対し強い吸着力を有し、この吸着力
が生澱粉の分解性を基礎づけている。In addition, the heat-resistant amylase having a raw starch-degrading property of the present invention has a strong adsorption power to various raw starch granules, and this adsorption power is based on the degradability of the raw starch.
(2)至適pH及びpH安定性:本酵素の至適pHは6.0付近
である(第2図参照)。各pHの緩衝液中で室温(22℃)
にて1時間処理した場合pH5〜8において95%以上の残
存活性を示す(第2図参照)。(2) Optimum pH and pH stability: The optimum pH of this enzyme is around 6.0 (see FIG. 2). Room temperature (22 ° C) in each pH buffer
When treated for 1 hour at pH 5 to 8, it shows a residual activity of 95% or more (see FIG. 2).
(3)至適温度:pH7.0において測定した至適温度は70℃
であり(第3図参照)、70℃で15分間処理した場合実質
的に不活性化されず、1時間処理した場合70℃で90%以
上、75℃で70%、80℃で50%の残存活性を有する(第3
図参照)。(3) Optimum temperature: The optimum temperature measured at pH 7.0 is 70 ° C
(See FIG. 3). When treated at 70 ° C. for 15 minutes, it was not substantially inactivated. When treated for 1 hour, 90% or more at 70 ° C., 70% at 75 ° C., and 50% at 80 ° C. Has residual activity (third
See figure).
(4)分子量:ゲル濾過法(ファルマシア製FPLS使用、
カラム:スパーロースTM12、溶出液:0.2M−NaCl含有の5
0mM酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液pH5.0)にて52,000±5,
000である。(4) Molecular weight: gel filtration method (using FPLS manufactured by Pharmacia,
Column: Sparose TM12, eluent: 5 containing 0.2 M NaCl
52,000 ± 5, 0mM acetic acid-sodium acetate buffer pH5.0)
000.
(5)紫外吸収スペクトル:リン酸緩衝液中にてμmax:
275nm、及び190nmに吸収を示す。(5) UV absorption spectrum: μmax in phosphate buffer:
It shows absorption at 275 nm and 190 nm.
(6)元素分析値:C;59.4%、H;6.4%、N;15.3%。(6) Elemental analysis: C; 59.4%, H; 6.4%, N: 15.3%.
酸素力価の測定法 本酵素の澱粉分解活性の測定は1%−可溶性澱粉液に
一定量の酵素液を加え、所定のpH及び温度にて反応さ
せ、5分後に生じた還元糖を3,5−ジニトロサリチル酸
法(DNS法)〔澱粉・関連糖質実験法、中村道徳他編、
学会出版センター発行43頁、(1986年)〕にて定量す
る。1分間にグルコース1μmole相等の還元糖を生成す
る力価を1単位とする。生澱粉の分解性の測定は、本酵
素の一定量を緩衝液に溶した液に生澱粉を濃度1%とな
る量を加え、温度30〜80℃、pH4.0〜9.0にて0〜24時間
振とう後生じた糖を上述のDNS法でグルコースの検量線
を用いて測定する。糖化度はいわゆるDE値で表わす。な
お、DE値は澱粉の分解の程度を特徴付けるものであり、
純デキストロースの還元力を100%として、分解された
澱粉の還元力を示す数値である。Measurement method of oxygen titer The amylolytic activity of this enzyme was measured by adding a certain amount of the enzyme solution to a 1% -soluble starch solution, reacting at a predetermined pH and temperature, and reducing the reducing sugar generated after 5 minutes to 3,3. 5-dinitrosalicylic acid method (DNS method) [Starch and related carbohydrate experiments, Michinori Nakamura et al.,
43 pages, published by Gakkai Shuppan Center (1986)]. The titer for producing a reducing sugar such as glucose 1 μmole phase per minute is defined as one unit. To measure the degradability of raw starch, a solution prepared by dissolving a certain amount of the present enzyme in a buffer solution was added to the solution to give a concentration of raw starch of 1%, and the temperature was 30 to 80 ° C, pH 4.0 to 9.0, and 0 to 24. The sugar generated after time shaking is measured by the above-mentioned DNS method using a calibration curve of glucose. The degree of saccharification is represented by the so-called DE value. The DE value characterizes the degree of starch degradation,
This is a numerical value indicating the reducing power of decomposed starch, assuming that the reducing power of pure dextrose is 100%.
生産微生物 本発明においては、前記のごとき性質を有する酵素を
生産することができるバシルス属細菌であればいずれも
使用することができ、このような細菌は、例えば土壌中
より次のようにして分離することができる。In the present invention, any Bacillus bacterium capable of producing an enzyme having the above properties can be used, and such a bacterium can be isolated from soil, for example, as follows. can do.
2%小麦生澱粉を含む肉エキス−ポリペプトン寒天培
地で60℃において生育するコロニーのうち、ハローを形
成するものを分離し、液体培地に接種、一定時間の培養
後培地中の生澱粉分解活性の強い株を選択する。Among colonies growing at 60 ° C. on a meat extract-polypeptone agar medium containing 2% raw wheat starch, those forming halos were separated, inoculated into a liquid medium, and cultured for a certain period of time. Choose strong strains.
この様にして分離された菌株の1つについてその菌学
的性質を詳細に調べ、バージェイズ・マニュアル・オブ
・ディタミネィティブ・バクテリオロジー第7版及び8
版の記載に基づき、本菌株はバチルス・ステアロサーモ
フィラスに属する菌株と同定し、更に、生澱粉分解性を
有する点で公知菌株のいずれとも相違することから新菌
株であると判断した。そこで、この菌株をバチルス・ス
テアロサーモフィラスB−1株と命名し、昭和63年6月
30日工業技術院微生物工業技術研究所に微工研菌寄第10
120号として寄託し、そして平成元年5月26日に微工研
条寄第2440号としてブタペスト条約に基く国際寄託に移
管した。One of the strains thus isolated was examined for its mycological properties in detail, and was analyzed by the Bergez Manual of Deterministic Bacteriology, 7th edition and 8th edition.
Based on the description in the edition, this strain was identified as a strain belonging to Bacillus stearothermophilus, and furthermore, it was judged to be a new strain because it was different from any of the known strains in terms of raw starch degradability. Therefore, this strain was named Bacillus stearothermophilus B-1 strain,
30th Microorganisms Research Laboratories donated to the Microbiological Research Institute
Deposited as No. 120, and transferred to the International Deposit under the Budapest Treaty on May 26, 1989 as No. 2440 of the JICKEN.
バチルス・ステアロサーモフィラスB−1の菌学的性
質は以下の通りである。The mycological properties of Bacillus stearothermophilus B-1 are as follows.
1.顕微鏡(含電顕)所見 グラム染色:陽性 形 態:桿菌 大 き さ:0.6×1.0×2〜3.5μm 多 形 性:なし 運 動 性:あり 鞭 毛:なし 胞 子:あり、椿円形で1〜1.8μmの大きさで細
胞の先端に存在する。1. Microscopic (including electron microscopic) findings Gram staining: Positive Form: Bacillus Size: 0.6 × 1.0 × 2-3.5 μm Polymorphism: None Mobility: Yes Flagella: None Spore: Yes, camellia round And exists at the tip of the cell at a size of 1 to 1.8 μm.
抗 酸 性:なし 2.培養所見 肉汁寒天平板:24時間の培養で5mmの径程の不揃いのコロ
ニー。白色で辺縁不規則。Acid resistance: None 2. Culture findings Gravy agar plate: Uneven colonies with a diameter of about 5 mm after culturing for 24 hours. White with irregular edges.
肉汁寒天斜面:白色。流れない。Gravy agar slope: white. Not flowing.
肉 汁 液体:白濁。白色沈渣 肉汁ゼラチン穿刺:ゼラチンを液化。Juice Liquid: cloudy. White sediment Juice gelatin puncture: Liquefied gelatin.
リトマス・ミルク:酸性・凝固 3.生理学的性質 硝酸塩の還元:+ MRテスト:− VPテスト:− インドールの生成:− 硫化水素の生成:− デンプンの加水分解性:+ クエン酸利用性:− 硝酸(NO3 -)の利用:− アンモニア(NH4 +)の利用:+ 色素の生成:+。わずかに水溶性の褐色色素を生成。Litmus milk: acid / coagulation 3. Physiological properties Nitrate reduction: + MR test:-VP test:-Indole formation:-Hydrogen sulfide formation:-Starch hydrolyzability: + Citric acid availability:-Nitric acid Use of (NO 3 − ): − Use of ammonia (NH 4 + ): + Dye formation: +. Produces a slightly water-soluble brown pigment.
カタラーゼ:+ オキシダーゼ:± 生育の範囲(pH):5.5〜8.0 (温度):45℃〜75℃ 酸素に対する態度:好気性 O−Fテスト:O 4.糖類などの酸化とガス発生並びに資化能 糖類 酸 ガス 資格能 L−アラビノース + − + D−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 ± − ± 麦芽糖 ± − + ショ糖 + − + 乳糖 − − − トレハロース ± − + D−ソルビット − − − D−マンニット + − + イノシット − − − グリセリン ± − ± デンプン + − + 5.その他の性質 生澱粉分解性:生澱粉含有寒天培地にて本菌はハローを
形成するが、バチルス・ステアロサーモフィラスIFO 12
550はハローを形成しない。Catalase: + Oxidase: ± Growth range (pH): 5.5 to 8.0 (Temperature): 45 ° C to 75 ° C Attitude to oxygen: Aerobic OF test: O 4. Oxidation of sugars, gas generation and utilization Saccharide Acid gas Qualification L-arabinose +-+ D-xylose +-+ D-glucose +-+ D-mannose +-+ D-fructose +-+ D-galactose ±-± maltose ±-+ sucrose +-+ Lactose − − − Trehalose ± − + D-sorbit − − − D-mannitol + − + Inosit − − − Glycerin ± − ± Starch + − + 5. Other properties Raw starch degradability: on agar medium containing raw starch The bacterium forms a halo, but Bacillus stearothermophilus IFO 12
550 does not form a halo.
酵素の製造方法 本発明はさらに、前記のごとき性質を有する耐熱性ア
ミラーゼの製造方法に関し、この方法は、該耐熱性アミ
ラーゼを生産することができるバシルス属細菌を培地中
で培養し、その培養物から該酵素を採取することを特徴
とする。The present invention further relates to a method for producing a thermostable amylase having the above-mentioned properties, wherein the method comprises culturing a Bacillus bacterium capable of producing the thermostable amylase in a medium, and culturing the bacterium. And collecting the enzyme from the enzyme.
前述の如き培養に於いて、培地の炭素源としては各種
澱粉、澱粉加水分解物、コーンミール、小麦粉、廃糖蜜
等を単独で又は組合わせて使用可能である。これらの使
用量はその種類により異るが0.1%〜30%が好ましい。
窒素源としては大豆粉、綿実油カス、ペプトン、カゼイ
ン、肉エキス、酵母エキス、麦芽エキス、無機アンモニ
ウム塩、無機硝酸塩等を単独で又は組み合わせて使用す
ることができる。これらの使用量は種類により異るが0.
05%〜20%が好ましい。その他リン酸塩、マグネシウム
塩、FeSO4,KCl,CaCl2等の無機塩類、さらに必要に応じ
て有機微量栄養源を培地に添加する事ができる。In the cultivation as described above, various starches, starch hydrolysates, corn meal, wheat flour, molasses and the like can be used alone or in combination as the carbon source of the medium. The amount of use varies depending on the type, but is preferably 0.1% to 30%.
As the nitrogen source, soybean flour, cottonseed oil residue, peptone, casein, meat extract, yeast extract, malt extract, inorganic ammonium salt, inorganic nitrate and the like can be used alone or in combination. The amount used depends on the type, but is 0.
05% to 20% is preferred. In addition, inorganic salts such as phosphates, magnesium salts, FeSO 4 , KCl, and CaCl 2 , and if necessary, organic trace nutrients can be added to the medium.
本発明のアミラーゼの生産は通常アミラーゼ生産に用
いられる培地中で該アミラーゼ生産能を有する微生物を
45〜75℃好ましくは50〜65℃の温度、5.5〜8.0好ましく
は6.0〜7.5のpHで固体または液体培養すれば良く、1〜
3日で著量の生澱粉分解性を有する耐熱性アミラーゼが
得られる。The production of the amylase of the present invention is carried out by using a microorganism having the amylase-producing ability in a medium usually used for amylase production.
Solid or liquid culture may be performed at a temperature of 45 to 75 ° C, preferably 50 to 65 ° C, and a pH of 5.5 to 8.0, preferably 6.0 to 7.5.
In 3 days, a significant amount of thermostable amylase having raw starch degradability can be obtained.
本発明の酵素の精製は、酵素の精製に常用されている
方法に従って行うことができる。例えば、前記のように
して得られた培養液をまず、遠心分離、濾過等の方法に
より処理して菌体を除去する。こうして得た培養濾液又
は上清液を硫分画、さらにはゲル濾過、イオン交換カラ
ム分離等により処理して精製酵素を得ることができる。Purification of the enzyme of the present invention can be performed according to a method commonly used for purifying an enzyme. For example, the culture solution obtained as described above is first treated by a method such as centrifugation or filtration to remove bacterial cells. The culture filtrate or supernatant thus obtained can be subjected to a sulfur fractionation, and further subjected to gel filtration, ion-exchange column separation, and the like to obtain a purified enzyme.
オリゴ糖の製造方法 本発明はさらに、オリゴ糖の製造方法に関する。本発
明の前記酵素を生澱粉に作用させることにより主として
マルトースとマルトトリオースとから成るオリゴ糖混合
物が生成する。これらを一緒に採取してオリゴ糖製品を
得ることもでき、これらの混合物を常法に従って分離し
て、マルトース及び/又はマルトトリオースを単独に得
ることもできる。これらの方法はいずれも本発明の範囲
に属する。The present invention further relates to a method for producing an oligosaccharide. By reacting the enzyme of the present invention on raw starch, an oligosaccharide mixture mainly composed of maltose and maltotriose is produced. These can be collected together to obtain an oligosaccharide product, or a mixture thereof can be separated according to a conventional method to obtain maltose and / or maltotriose alone. All of these methods fall within the scope of the present invention.
本発明において、オリゴ糖の製造方法で用いる耐熱性
アミラーゼは、単に単離又は精製された耐熱性アミラー
ゼを意味するのみならず、この様なアミラーゼを含有す
るすべての酵素源を意味する。すなわち、酵素生産菌を
培養して得られた培養液はそのまま酵素源として用いる
ことができ、有利には培養液から菌体を分離し培養濾液
又は上清液を酵素液として用いる。また、必要に応じて
硫安分画法、膜分離法、クロマト分離法等通常酵素の精
製に用いられる方法による部分精製品又は完全に精製し
た高純度酵素として用いることも可能である。In the present invention, the thermostable amylase used in the method for producing an oligosaccharide means not only an isolated or purified thermostable amylase, but also any enzyme source containing such an amylase. That is, a culture solution obtained by culturing an enzyme-producing bacterium can be used as it is as an enzyme source. Advantageously, cells are separated from the culture solution, and a culture filtrate or supernatant is used as an enzyme solution. Further, if necessary, it can be used as a partially purified product or a completely purified high-purity enzyme by a method usually used for purification of an enzyme such as an ammonium sulfate fractionation method, a membrane separation method, and a chromatographic separation method.
糖化は生澱粉を水に懸濁し(通常10〜50%)、加熱に
よる糊化を行なうことなく生澱粉分解活性を有する耐熱
性アミラーゼによる直接分解を行なう。この場合従来の
澱粉糖化と異なりいわゆる液化型α−アミラーゼによる
澱粉の液化は必要としない。生澱粉の糖化は室温〜70
℃、pH4.5〜9.0にて行なう。澱粉の糊化温度は、澱粉の
種類により異なりこの場合澱粉が糊化せず粒状を保つ範
囲で反応温度を高温とするのが望ましい。より好ましく
は50〜65℃、pH5〜8が望ましい。分解反応は静置して
行なうことも可能であるが、澱粉乳が均一に懸濁する程
度に攪拌して行なうのが望ましい。In saccharification, raw starch is suspended in water (usually 10 to 50%) and directly decomposed by a heat-resistant amylase having raw starch-degrading activity without gelatinization by heating. In this case, unlike the conventional saccharification of starch, liquefaction of starch by so-called liquefied α-amylase is not required. Saccharification of raw starch is from room temperature to 70
C., pH 4.5-9.0. The gelatinization temperature of the starch varies depending on the type of the starch, and in this case, it is desirable to set the reaction temperature to a high temperature within a range where the starch does not gelatinize and remains granular. More preferably, 50 to 65 ° C. and pH 5 to 8 are desirable. Although the decomposition reaction can be carried out while standing, it is desirable to carry out the stirring so that the starch milk is uniformly suspended.
澱粉1gあたりの酵素の使用料は1〜300単位が適当で
あるが、反応温度、反応時間により酵素量を加減するの
が望ましい。分解される澱粉は、地下澱粉、地上澱粉に
かかわらず用いることができる。各種澱粉の分解のしや
すさは小麦澱粉>とうもろこし澱粉>かんしょ澱粉>馬
鈴薯澱粉の順である。The amount of enzyme used per 1 g of starch is suitably 1 to 300 units, but it is desirable to adjust the amount of enzyme depending on the reaction temperature and reaction time. The starch to be decomposed can be used regardless of underground starch or above-ground starch. The ease of decomposition of various starches is in the order of wheat starch> corn starch> potato starch> potato starch.
次に実施例を挙げて説明する。 Next, an example will be described.
実施例1.酵素生産のための培養 0.5%肉エキス、1%ポリペプトン、0.5%NaClおよび
可溶性澱粉1%を含みNaOHにてpH7.0に調整後滅菌処理
した培地にバチルス・ステアロサーモフィラスB−1株
を植菌し55℃にて24時間振とう培養を行った。菌体を遠
心分離により除去した上澄はアミラーゼ活性1.06単位/m
lを示した。Example 1 Culture for Enzyme Production Bacillus stearothermophilus in a medium containing 0.5% meat extract, 1% polypeptone, 0.5% NaCl and 1% soluble starch, adjusted to pH 7.0 with NaOH, and then sterilized. The B-1 strain was inoculated and shake-cultured at 55 ° C. for 24 hours. The supernatant obtained by removing the cells by centrifugation has an amylase activity of 1.06 units / m.
l showed.
実施2.酵素の精製法 培養液を遠心分離(10,000rpm、20分間)し、菌体を
除いた上澄液に硫安を70%飽和となる様に添加し24時間
放置した。遠心分離(10,000rpm、20分間)により粗酵
素沈殿を得た。粗酵素を10mM−リン酸緩衝液(pH7.2)
に溶し、不溶物を遠心分離(15,000rpm、20分間)した
後、上澄液をセファデックスG−100を用いゲル濾過を
行いアミラーゼ活性を示す分画に分取した。Example 2. Purification method of enzyme The culture solution was centrifuged (10,000 rpm, 20 minutes), and ammonium sulfate was added to the supernatant from which the cells had been removed so as to be 70% saturated, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. A crude enzyme precipitate was obtained by centrifugation (10,000 rpm, 20 minutes). Crude enzyme was added to 10 mM phosphate buffer (pH 7.2)
After centrifugation (15,000 rpm, 20 minutes) of the insoluble material, the supernatant was subjected to gel filtration using Sephadex G-100 to obtain a fraction showing amylase activity.
次いでDEAEセルロース32にアミラーゼ活性分画を吸着
させ10mM−リン酸緩衝液(pH8.5)で溶出しアミラーゼ
活性分画を採取した。再度DEAEセルロース32にアミラー
ゼ活性分画を吸着させ10mM−リン酸緩衝液(pH7.2)で
溶出しアミラーゼ活性分画を採取した。純水にて透析後
凍結乾燥し酵素標品を得た。本酵素標品はディスク電気
泳動的に単一バンドを示した。この精製の経過を第1表
に示す。Then, the amylase activity fraction was adsorbed on DEAE cellulose 32 and eluted with 10 mM phosphate buffer (pH 8.5) to collect the amylase activity fraction. The amylase activity fraction was again adsorbed on DEAE cellulose 32 and eluted with 10 mM phosphate buffer (pH 7.2) to collect the amylase activity fraction. It was dialyzed against pure water and freeze-dried to obtain an enzyme preparation. This enzyme preparation showed a single band on disk electrophoresis. Table 1 shows the progress of this purification.
実施例3.生澱粉分解率の測定 50ml容三角フラスコに40mgの各種生澱粉を入れ、リン
酸緩衝液(pH7.2)で調製した酵素溶液4ml(5.925単
位、60℃)を加えて50℃、60℃で振とうした。毎6時間
目にサンプリングし、遠心分離(1,000rpm、5分間)し
適当に希釈後生じた還元糖をDNS法にて測定した。生じ
た還元糖量はDE値にて示した(第1図)。生澱粉分解に
より生じた還元糖の組成はHPLC法(装置:日立665A−12
LC、検出器:示差屈折計ウォータースElecxtronics Uni
t、カラム:半井Cosmosil Packedカラム4.6×150mm、溶
離後:アセトニトリル/水=75/25)により分析した。
生じた還元糖中でマルトースが主成分で次いでマルトト
リオース、グルコース(マルトース>マルトトリオース
>グルコース)であった。DE値および還元糖組成を勘案
すると60℃での生澱粉分解率はほぼ100%であった。 Example 3 Measurement of Degradation Rate of Raw Starch In a 50 ml Erlenmeyer flask, 40 mg of various raw starches were put, and 4 ml (5.925 units, 60 ° C.) of an enzyme solution prepared with a phosphate buffer (pH 7.2) was added to 50 ° C. And shaken at 60 ° C. Samples were taken every 6 hours, centrifuged (1,000 rpm, 5 minutes), diluted appropriately, and the resulting reducing sugar was measured by the DNS method. The amount of generated reducing sugar was shown by DE value (FIG. 1). The composition of reducing sugars produced by raw starch decomposition was determined by HPLC (apparatus: Hitachi 665A-12).
LC, detector: Water refractometer Elecxtronics Uni
t, column: Hanoi Cosmosil Packed column 4.6 × 150 mm, after elution: acetonitrile / water = 75/25).
Maltose was the main component in the resulting reducing sugar, followed by maltotriose and glucose (maltose>maltotriose> glucose). Considering the DE value and the reducing sugar composition, the raw starch decomposition rate at 60 ° C was almost 100%.
実施例4. とうもろこし澱粉を5g秤量し、0.1M酢酸緩衝液(pH6.
0)15mlに懸濁し、耐熱性アミラーゼ50単位含有するよ
うに調製した酵素液5mlを加え55℃で12時間振とうし
た。反応液をHPLC法(装置:日立665−12LC、検出器:
示差屈折計ウォータースElectoronics Unit、カラム:
半井Cosmosil Packedカラム4.6×150mm、溶離液:アセ
トニトリル/水=75/25)により分析した。反応に用い
た澱粉に対してグルコース2.6%、マルトース56.5%、
マルトトリオース32.8%が生成した。Example 4. 5 g of corn starch was weighed, and 0.1 M acetate buffer (pH 6.
0) Suspended in 15 ml, 5 ml of an enzyme solution prepared to contain 50 units of thermostable amylase was added, and the mixture was shaken at 55 ° C for 12 hours. The reaction solution was analyzed by HPLC (apparatus: Hitachi 665-12LC, detector:
Water Refractometer Electoronics Unit, columns:
Hanoi Cosmosil Packed column 4.6 × 150 mm, eluent: acetonitrile / water = 75/25). 2.6% glucose, 56.5% maltose,
32.8% of maltotriose was produced.
実施例5. 実施例2の基質を小麦粉澱粉に変え、反応温度を60℃
とした以外はすべて実施例2に記載した方法と同一の方
法によって生澱粉の分解を行なったところ、グルコース
2.1%、マルトース51.3%、マルトトリオース39.4%を
含有するオリゴ糖液が得られた。Example 5 The substrate in Example 2 was changed to wheat starch, and the reaction temperature was changed to 60 ° C.
The raw starch was decomposed by the same method as described in Example 2 except that
An oligosaccharide solution containing 2.1%, maltose 51.3%, and maltotriose 39.4% was obtained.
実施例6. とうもろこし澱粉、馬鈴薯澱粉、かんしょ澱粉、及び
小麦澱粉をそれぞれ5gずつ秤量し、耐熱性アミラーゼ10
0単位を含む0.1M酢酸緩衝液(pH6.0)を加え、60℃で24
時間振とうした。反応液中の糖をHPLCで分析したところ
各反応液の組成は第2表に示す如くであった。Example 6 Corn starch, potato starch, potato starch, and wheat starch were each weighed 5 g each, and heat-resistant amylase 10
Add 0.1M acetate buffer (pH 6.0) containing 0 units, and add 24 units at 60 ° C.
Shake time. The sugar in the reaction solution was analyzed by HPLC, and the composition of each reaction solution was as shown in Table 2.
〔発明の効果〕 マルトース、マルトトリオースを製造するに際して、
生澱粉分解活性を有する耐熱性アミラーゼを用い生澱粉
を直接分解する本法を採用すると、従来のβ−アミラー
ゼを用いる方法と比較し、いわゆる枝きり酵素を必要と
せず用いる、また装置的、エネルギー的に有利な澱粉糖
化プロセスを構築することが可能となる。 [Effect of the Invention] In producing maltose and maltotriose,
When this method of directly decomposing raw starch using a heat-resistant amylase having raw starch-degrading activity is employed, compared with the conventional method using β-amylase, it does not require a so-called debranching enzyme, and also requires equipment and energy. This makes it possible to construct a starch saccharification process that is more advantageous.
第1図は本発明の生澱粉分解活性を有する耐熱性アミラ
ーゼによる各種生澱粉の分解タイムコースを示すグラフ
である。 第2図において、左側は該酵素の至適pHを示すグラフで
あり、そして右側は該酵素を各pHで室温(22℃)、1時
間処理した時の残存酵素活性を示すグラフである。 第3図において、左側は該酵素の至適温度を示すグラフ
であり、そして右側は温度安定性すなわち各温度で一定
時間処理した後の該酵素の残存酵素活性を示すグラフで
ある。FIG. 1 is a graph showing the time course of the decomposition of various raw starches by the thermostable amylase having a raw starch degrading activity of the present invention. In FIG. 2, the left side is a graph showing the optimum pH of the enzyme, and the right side is a graph showing the remaining enzyme activity when the enzyme was treated at each pH at room temperature (22 ° C.) for 1 hour. In FIG. 3, the left side is a graph showing the optimum temperature of the enzyme, and the right side is a graph showing the temperature stability, that is, the residual enzyme activity of the enzyme after treatment at each temperature for a certain time.
Claims (6)
トトリオースを生成し、60℃において生澱粉を実質的に
100%分解する; 至適pH:6.0付近; pH安定性:緩衝液中で室温にて1時間処理したときpH
5〜8において95%以上の残存活性を示す; 至適温度:70℃; 温度安定性:pH7.0にて70℃で15分間処理した場合実質
的に失活せず、70℃で1時間処理した場合90%以上の残
存活性を示す;並びに 分子量:ゲル濾過法にて測定した時52,000±5,000; を有する耐熱性アミラーゼ。1. The following properties: Action: Acts on raw starch to produce mainly maltose and maltotriose, and at 60 ° C. substantially converts the raw starch
Decomposes 100%; Optimum pH: around 6.0; pH stability: pH when treated for 1 hour at room temperature in buffer
5 to 8 show 95% or more residual activity; optimum temperature: 70 ° C; temperature stability: substantially inactive when treated at 70 ° C for 15 minutes at pH 7.0, 1 hour at 70 ° C A thermostable amylase having a residual activity of at least 90% when treated; and having a molecular weight of 52,000 ± 5,000 as determined by gel filtration.
方法であって、該アミラーゼを生産する能力を有するバ
シルス属細菌を培地中で培養し、培養物から該アミラー
ゼを採取することを特徴とする方法。2. The method for producing a thermostable amylase according to claim 1, wherein a bacterium belonging to the genus Bacillus having the ability to produce the amylase is cultured in a medium, and the amylase is collected from the culture. And how.
サーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)B−
1株である請求項2に記載の方法。3. The bacterium of the genus Bacillus is Bacillus stearothermophilus B-.
3. The method according to claim 2, which is one strain.
とするマルトオリゴ糖を製造する方法であって、請求項
1に記載の耐熱性アミラーゼを生澱粉に作用させること
を特徴とする方法。4. A method for producing maltooligosaccharides containing maltose and maltotriose as main components, wherein the heat-resistant amylase according to claim 1 is allowed to act on raw starch.
に記載の耐熱性アミラーゼを生澱粉に作用させることに
よってマルトース及びマルトトリオースを主成分とする
マルトオリゴ糖を生成せしめ、次にマルトースを単離す
ることを特徴とする方法。5. A method for producing maltose, wherein the method comprises the steps of:
A maltose and maltotriose-based maltooligosaccharide are produced by allowing the heat-resistant amylase described in 1 to act on raw starch, and then maltose is isolated.
求項1に記載の耐熱性アミラーゼを生澱粉に作用させる
ことによってマルトース及びマルトトリオースを主成分
とするマルトオリゴ糖を作用せしめ、次にマルトトリオ
ースを単離することを特徴とする方法。6. A method for producing maltotriose, wherein the heat-resistant amylase according to claim 1 is allowed to act on raw starch to cause maltose and maltooligosaccharides containing maltotriose as main components to act. A method comprising isolating maltotriose.
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