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"Purification de l'amyloglucosidase"
La présente invention se rapporte à un procédé de purification de l'amyloglucosidase. Elle concerne plus particulièrement l'utilisation de matières d'échan- ge d'ions cationiques pour enlever de l'amyloglucosidase la transglucosidase qui constitue une impureté.
L'amyloglucosidase, enzyme qui a été 'également dénommée glucamylase, enzyme glucogène, glucogénase de
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l'amidon, gamma-amylase et alpha-'1.4-glucan-glucohydrase, est une matière bien connue qui catalyse l'hydrolyse de l'amidon, des dextrines ou du maltose en dextrose. Cette
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enzyme parait faciliter la formation de dextrose direc- tement à partir de,l'amidon sans formation de produits intermédiaires comme des sucres supérieurs et des dex- trines solubles- Cette enzyme est également capable de catalyser l'hydrolyse des produits intermédiaires de l'hydrolyse de l'amidon en dextrose.
L'amyloglucosidase est comme on le sait préparée par des procédés de fermentation utilisant certaines souches de mycètes appartenant au genre Aspergillus nier et certaine? souches de l'espèce Rhizopus. Des mycètes illustratifs sont ceux des espèces Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Rhizopus delemar, Aspergillus phosnicis, etc.
Les souches cryptogamiques productrices d'amylo- glucosidase sont éGalement connues pour produire d'au- tres enzymes comme la transglucosidase. la transgluco- sidase facilite la formation, en particulier à partir du maltose et du glucose, d'hydrates de carbone non-fermen- tescibles. En présence de transglucosidase comme impu- reté dans l'amyloglucosidase utilisée pour hydrolyser l'amidon en dextrose, on obtient des rendements en dex- trose inférieurs à ceux qu'on obtient en l'absence de transglucoisdase. La présence de transglucosidase dans les préparations usuelles d'amyloglucosidase est géné- ralement connue et des travaux considérables ont été effectués pour diminuer et sensiblement supprimer la transglucosidase présente comme impureté dans l'amylo- gluccsidase.
Les procédés antérieurs d'enlèvement de la trans- glucosidase de l'amyloglucosidase avaient recours à l'ar- gile, au silicate de magnesium synthétique, à la terre à
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foulon et à des matières d'échange d'ions 9,;..8a pour adsorber sélectivement la trangglucsidasCj. Çge procédés comportent en général l'adsorpton (le la tptg-- lité de l'amyloglucosidase et de la transgluSjLda a-yerc élution sélective de l' auylo7.ucos.das$ sous tourne pu- rifiée. Ces procédés d'"adsorption-élutlOZl'I\ s-Q-.1il1i ççw plaxes et ne sont pas complet "ment satiefaîLsts <Q..9 également utilisé la précipitation séeQ-t4,ye.. su. 4 ces procédés antérieurs ,,La purification a'en#,é4y.j 1L.p. totalité de la transglucosidase. Kgaleent Les 9ççl; antérieurs de purification impliquent géneE'ajLen't! use perte d'amyloglosidase.
4a présente invention se 'oropose d.9 -ucnix' un procédé simple qui enleva toutes les quantités 44,çç.- lables de transglucosidase de J. J é;u!1ylot51'.cosi9- l- u psi 4'un minimum de perte d' amyl,o;7.ucosidas
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Sur le dessin annexé :
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La fiS. 1 est un schéma de v.eJ1.st4,e 4''. chomata#ramme éleccrophorétique obtenu à -10a;M 41,igrft am7lo6lucosidaee antérieure contenant de la %?Bn4yÀ.v cosidase cammù impureté.
La fi;. 2 est un schéma de dwnss%4A 1 chromatagramme Ó1eotrophOl'étique obteJÁ! ù :Va:1.4.e damy3. glucoaidaaa traitée par 10 procédé selon J :111.vEjnt1on, Confor,.iément à 1'invonbion, on met on eonteet une matière d'échange d'ions cationique avec une solu- tien d'amylolucosidase contenant de la bPanoglvoosidaeo comme impureté pour adsorbar sélectivement In tr,,aneZlu- cosidase sur la matière d'échange cationique sans a4- sorber une quantité appréciable quelconque d'amylogiMo". sidase, Ceci aleffuctue commodément par le procédé simple
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Qaatat à fa ira aoulev une o:ut,o agwç*** daa,m'.
.0.upca3.da eonfenant de la traual,ascadae titre çlimpul,QV46 à %pqV4os un lit 4e!matir c1 y:hc d'ion% gatiptniqu 9t # pebirer la S01VtPR t6auy1¯qupd .. a1p,;\, uiis .u lit# La tra.sgl'.lcosj,da$ J?'&ste daze lQ lit. On Peut .égaiement :tnt:'Qd\Ú.e une noe%1é+e d\é,.., Qhango â'iQua cationique dans une solution da,..ait.
Qe5iÔaço, a l' 1aiaa jusqu'à ce que la trasgluetda ne a9J,t absorbée, puis séparer la at1èr0 ça%ioniqqe oataMit la tranagluoCa1daije Ç!. 1 'am:log:\,'Iços:i.dasQ, QQ pilocàaé #nlôV9 toutes les quantitéa décelables de tra luQ8tda prate à t.tra bimpuret3 de 'am11081ea.
,9J.çleno au pniy d'un fiiinll-û4m de perte da celle-ci, Le PrQnêdd selon l'intention es proppe à la pQ 1ìçation da l!amylaluooaida3 sous ;ia¯raaa tQn4oa, 11 peut 4t:pQ eque fpyae dos oultupaa et bouillana dq ermantabin entie8 aqueux Qorüa..11 peut t9 aoua famo de nibiôow aeoh9 qui Qat alors dissoute dans des milieux aqueux pour dtru 1118ê Juns lu présent PvQeè. da. La 09nO@nto.'t10n d .' amr.lucoa.d,ea dana la 1301u- tion aqueuse n'oot pas Qr1tiUQ. Corme on 1Q sait les solutions étuneves Qx1ent 10 traitomont du grandes quantités de matière liquido à traiter pour puoeifior une quantité donnée d.'sm;yloe;luoo:1dt\f\o, Des solutions plus oonoontreea permettant de purifior une quantité donnée d'amyloelucoaidaao au prix de moine d'effort et en un
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temps plue court.
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Les matières cationiques d'ôchanga d'ions pro. prao au procédé nouveau sont do préf6vonce nous tome
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solide. Los formes solides, comme les résines solides,
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sont préférables étant donné qu'elles fournissent une phase séparée et sont faciles à séparer des solutions purifiées d'amyloglucosidase. Ces matières solides sont utilisées sous forme granulaire d'une dimension appro- priée pour qu'elles ne créent pas de résistance subs- tantielle à l'écoulement d'un fluide dans un lit garni de matières. Ces condidérations technologiques sont bien connues. Les matières cationiques d'échange d'ions sont bien connues et se trouvent dans le commerce selon diver- ses sources.
Ainsi des matières types acides d'échange de cations et leur préparation sont décrites par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Ämérique n 2.340.110 du 25 Janvier 1944 ; 2.366.007 du 26 Décembre 1944 et
2.681.320 du 15 Juin 1954. Ces matières peuvent par exem- ple consister en un polymère de styrène-divinyl-benzène contenant des sites actifs d'échange d'ions. On peut également utiliser d'autres matières comme des résines de phénol-formaldéhyde, du polystyrène et des dérivés de houille contenant des sites actifs appropriés. Dans les matières fortement acides d'échange de cations les + sites actifs sont généralement des groupes acide sulo- sites nique.
Dans les matières d'échange de cations moyenne- c ment acides les actifs sont généralement des groupes acide phosphorique. Dans les matières d'échange de ca- tions faiblement acides les sites actifs sont généra- lement des groupes acides carboxyliques. On peut éga- lement utiliser des sels des groupes acides ci-dessus, tels que ceux de sodium et de potassium, comme sites actifs dans les matières cationiques d'échange d'ions.
D'autres matières cationiques d'échange d'ions utiles
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dans l'invention sont la cirboxymét'iyl-oellulose et le phosphate de cellulose décrit dans T. Am. Chem. Soc. 78, 751-755 (1956).
Des matières d'échange de cations fortement acides utiles dans l'invention sont vendues sous les noms déposés suivants par les fabricants.
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Groupe actif ,¯,¯ I'ora Fabricant
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<tb> Sulfonique <SEP> Dowex <SEP> 50w-x-8 <SEP> Dow <SEP> Chemical <SEP> Co
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<tb> Sulfonique <SEP> Amberlite <SEP> 200 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Sulfonique <SEP> Amberlite <SEP> IR-120 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Sulfonique <SEP> Perutit <SEP> Q <SEP> The <SEP> Parmutit <SEP> Co
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<SEP> Sulfonique <SEP> lialcita <SEP> HCR <SEP> National <SEP> Aluminate <SEP> Co
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<tb> Sulfonique <SEP> Nalcite <SEP> HGR <SEP> National <SEP> Aluminate <SEP> Co
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1 --SulfoniQua-- Naicita HDR National Aluminate
Des matières d'échange de cations moyennement acides utiles dans l'invention sont vendues sous les noms déposés suivants par le fabricant indiqué.
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Gre actif - - . Hom déposé Fabricant 1 Phos'Phor¯iQ..W..-.. Duc:Lite C-6Z"" Chemical Process 00
Des résines d'échange de cations faiblement acides propres à la présente invention sont vendues sous les noms déposés suivants par les fabricants indiqués.
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<tb> Groupe <SEP> actif <SEP> Nom <SEP> déposé <SEP> Fabricant
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<tb> Carboxylique <SEP> Amberlite <SEP> IRC-50 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Carboxylique <SEP> $Permutit <SEP> H-70 <SEP> The <SEP> Permutit <SEP> co
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les matières cationiques d'échange d'ions doivent! être convenablement purifiées et mises sous la forme active désirée avant d'être utilisées dans le présent procédé.
Les matières, qui sont vendues sous la
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forme acide libre, sont laissées en contact avec de l'eau distillée ou désionisée à la température ambiante pandant plusieurs heures pour enlever toute couleur ou autre.matière susceptible de lixiviation. La matière est alors lavée à plusieurs reprises à l'eau distillée, .filtrée et utilisée. Si on désire que la matière ait un pH acide particulier, on la traite uu moyen d'un acide comme l'acide chlorhydrique quis on la lave à l'eau distillée jusqu'à obtention du pH désiré. On utilise alors la matière cationique.
Les matières qui sont four- nies sous forme salifiée, comme le sel de sodium de la matière d'échange d'ions acide sulfonique, sont égale- ment lavées à l'eau distillée pour enlever la couleur ou autre matière susceptible d.e lixiviation et sont ensuite traitées au moyen d'une base comme l'hydroxyde de sodium et lavées à l'eau jusqu'à'obtention du pH désiré pour la matière cationique. -telles sont alors utilisées dans le procédé selon l'invention.
A mesure que la matière cationique d'échange d'ions purifie l'amyloglucosidase elle se charge en transglucosidase et le nombre de sites actifs utiles diminue. Elle doit alors être pour être ultérieurement utilisée. Les formes acides libres des matières cationiques d' échange d'ions sont généralement régénérées par traitement à l'aide d'un acide tel que l'acide chlorhydrique puis lavage pour enlever la transglucosidase. La matière est alors réglée à un pH approprié comme décrit ci-dessus puis ré-utilisée.
Les formes salifiées des matières cationiques d'échange d'ions sont généralement régénérées par traitement à
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l'aide d'une base comme l'hydroxyde de sodium puis lavage pour enlever les impuretés. La matière est alors réglée au pH approprié comme on l'a dit et ré-utilisée.
Les matières cationiques d'échange dions convenablement régénérées comme il est connu en technologie peuvent être ré-utilisées in éfiniment étant donné qu'elles ne sont pas détruites au cours du procédé d'enlèvement de la transglucosidas constituant une impureté de l'amylogrucosidase.
La capacité des matières cationiques d'échange d'ions pour l'enlèvement de la transglucosidase de l'amyloglu cosidase varie avec chaque matière particu- lière. Elle peut être déterminée expérimentalement pour chaque matière selon les procédés connus.
Les conditions opératoires dans la mise en oeuvre de l'invention na sont pas très critiques. On peut utiliser des températures d'environ 0 à 60 C. Aux températures inférieures à 0 C les solutions d'amylo- glucidase ont tendance à se congeler. Aux températures supérieures à 60 C l'amyloglucosidase est désactivée. On utilise de préférence des températures d'environ 20 à 30 C. Le procédé peut également être effectué à des va- leurs de pH de 3,5 à 9,5 environ. Il est préférable d'opérer sous la prussien atmosphérique mais on peut éventuellement opérer à des pressions inférieures ou su- périeures sans que celà présente d'avantages sensibles.
La durée de contact entre la solution d'anyloglucosidase et la matière cationique d'échange d'ions est régie par le temps que met la solution d'amyloglucosidase à passer à travers le lit de matière cationique d'échange d'ions granulée. Ces durées de réaction ne sont pas critiques
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dans le procédé.
Le procède solon l'invention enlève la trans- glucosidase de l'amyloglucosidase avec un minimum de perte de celle-ci. Il existe des procédés pour détermi- ner la teneur en amyloglucosidase (définie en unités d'activité par m1) de la matière de départ et de la ma- tière purifiée pour évaluer la récupération de l'amylo- glucosidase. L'enlèvement de la transglucosidase est déterminé en soumettant à l'incubation une solution de maltose avec l'amyloglucosidase purifiée par le présent procédé et en mesurant l'activité optique (pouvoir rotatoire) du produit ainsi obtenu.
On compare alors ce pouvoir rotatoire spécifique avec le pouvoir rotatoire spécifique obtenu en soumettant à l'incubation une solution de maltose avec de l'amyloglucosidase n'ayant pas été purifiée par le présent procédé. Le pouvoir rotatoiru est, dans cas de la matière purifiée, plus faible que celui de la manière non-purifiée. Le pouvoir rotatoire spécifique d'un échantillon quelconque donné est d'autant plus ,:levé qu3 sa teneur on transglucosidase est grande.
Voici ces procédés de détermination.
Activité de l'amyloglycosidase
On prépare une solution aqueuse contenant 4,0 g d'amidon soluble (en produit sec) et 5,6 ml de tampon acétate 1,1 M, pH 4,2 pour 100 ml. On met à l'aide d'une pipette exactement 50 ml de solution d'amidon tamponné dans une fiole volumétrique de 100 ml et on équilibre dans un bain d'eau à 60 C pendant quinze minutas. On ajoute alors 1,0 ml de solution d'enzyme convenablement
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diluée pour qu'il se produise 20 à 30 % d'hydrolyse au cours de la période d'incubation et on mélange. Au bout de soixante minutes exactement d'incubation dans le bain d'eau à 60 C on ajoute de l'hydroxyde de sodium 2 N jusqu'à virage au rose de la phénolphtaléino.
On refroi- dit alors la solution à la température ambiante et on amène au volume à l'aida d'oau distillée. On détermine les sucres réducteurs, calculés en dextrose, sur un échantillon dilué et une solution témoin traitée de la même manière mais sans addition d'enzyme par les procê- dés de Schoorl ou des méthodes similaires. L'activité d'amyloglucosidase est calculée par la formule
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dans laquelle A est l'activité d'amyloglucosidase en unités par ml de préparation d'enzyme,S désigne les sucras réducteurs présents dans l'échantillon traité par l'enzyme en grammes pour 100 ml d'échantillon dilué, B désigne los sucres réducteurs en g/100 ml d'échantil- lon dilué témoin et E est la quantité d'enzyme utilisée en ml/100 ml d'échantillon dilué.
Activité de la transglucosidase
On prépare uno solution de maltose en dissol- vant 100 g de maltose chimiquement pur dans de l'eau dis- tillée et on étend à 500 m1. On place alors une portion de 50 ml de cette solution de maltoso à 20 % pds./vol dans une fiole volumétriquo de 100 ml et on étend à 100 ml au moyen d'oau distillée. On ajoute dans le ballon 5 ml de tampon scétate 1,0 M, pH 4. Après le mélangea on ajoute une quantité de préparation enzymique contenant 5 unités d'amyloglucosidase. On place le ballon dans un
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bain d'eau à 60 C et on l'y maintient pendant quarante- huit heures.
A la fin de cette période d'incubation on mesura le pouvoir rotatoire de la solution de sucre par les techniques bien connues. L'activité ou le contenu de la transglucosidase de la préparation d'enzyme essayée est d'autant plus grande que le pouvoir rotatoire mesuré à 25 C ([alpha]25D) est élJvé.
Les exemples suivants illustrent la présente invention.
EXEMPLE 1
On place 50 ml de la résine cationique d'échan- ge d'ions dite Duolite 0-65 sous forme acide phosphori- que libre dans un tube vertical en verre de 2 cm de dia- mètre intérieur. La matière cationique est sur support usuel. On la lave à pH 4,5. On fait passer un échantillon de 930 ml d'une solution aqueuse d'amyloglucosidase contenant de la transglucosidase à titre d'impureté par gravité, à la température ambiante, dans le lit d'échan- ge d'ions et on recueille vingt-et-une fractions d'envi- ron 45 ml chaque. La solution d'amyloglucosidase prove- nait d'une fermentation d'une bouillie aqueuse de mais obtenue à l'aide d'une souche d'Aspergillus ni--en. On utilisa le filtrat provenant de cette fermentation.
L'analyse de portion:*: aliquotes des solutions traitée et non-traitée d'amyloglucosidaso indique une récupération de 91,34 % de l'activité d'amyloglucosidase dans le pro- duit purifié. L'activité de la transglucosidase est me- surée sur la matière de départ non-traitée et sur chacune dos vingt-et-une fractions de produit- Le pouvoir rota- toire spécifique [alpha]25D est de 55,4. Cette réduction signi- ficative du pouvoir rotatoire du produit indique un enlè-
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vement substantiel de la transglucosidase constituant l'impureté.
La purification est indiquée d'une autre ma- nière. On soumet des échantillons d'amyloglucosidase non- traités et purifiés à l'électrophorèse sur papier à 250 volts pendant doux heures à un courant de il,6 milliam- père/cm de large, en présence d'un tampon de véronal à pH 9,6 et d'une concentration ionique de Gel. Les dia- grammes de densités sont alors dressés à l'aide des chromatogrammes d'lectrophorèse. La fig. 1 montre le diagramme de densité obtenu à l'aide de la matière non- traitée. La quantité relative de protéine (enzyme) présente en un lieu donné est rapportée à la position le long du chromatogramme sur papier.
La position 0 mar- quée sur l'axe des abscisses indique le point d'insertion du mélange soumis à l'électrophorèse* La courbe à gauche de la position 0 montre la migration des constituants du mélange sous l'influence du champ électrique. La pré- sence de la transglucosidase est indiquée par la hauteur da la courbe à la position 10. L'amyloglucosidase est indiquée à la position 12. La figé 2 montre le diagramme des densités obtenu à l'aide de la matière purifiée.
Il n'y a pas de transglucosidase décelable et la portion d'amyloglucosidase de la courbe est sensiblement identi- que à celle de la fig. 1, ce qui indique un minimum de changement d'activité d'amyloglucosidase EXEMPLE 2
On place dans un tubu vertical on verre de 4 cm do diamètre intérieur une portion de 500 ml de la matière caticnique d'échange d'ions dite Amberlite sous forme acide sulfonique libre. On lave cette matière jusqu'à un
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pH de 4,5. On fait passer un sens descendant une portion de 6500 ml de solution aqueuse d'amyloglucosidase pré- parée comme dans l'exemple 1 dans le lit do résinu d'é- change d'ions et on recueille des fractions de 250 ml.
La récupération de d'amyloglucosidase est de 93,5 %.
L'activité de la transglucosidase dans la matière pre- mière est indiquée par un pouvoir rotatoire de 55,5. Le pouvoir rotatoire moyen pour les fractions 1 à 12 est de 54,6, ce qui indique un enlèvement significatif de la transglucosidase par le traitement d'échange d'ions.
La matière cationique complètement chargée après la fraction 12 est recueillie et les fractions subséquentes + et ont la même activité de transglucosidase que la matière C première. On évapore le liquide dos fractions 1 à 12 (3000 ml)+on les concentre à 600 ml. Le concentré con- tient 25 unitésd'amyloglucosidase par ml pour une ré- cupération totale au cours de la concentration de 97,2 %.
Le pouvoir rotatoire spécifique est de 54,2, ce qui indique que, même sous une forme concentrée, l'activité de la transglucosidase est sensiblement inférieure à celle do la solution originale d'enzyme avant la traitement par échange d'ions.
EXEMPLE 3
On place dans un tube en verre vertical de 4 cm de diamètre intérieur une portion de 500 ml d'Amberlite
IRC 50 résina cationique d'échange d'ions sous la forme acide carboxylique libre et on la lave à pH 4,3. On y fait passer une portion de 6500 ml de solution aqueuse d'amyloglucosidase préparée comme dans l'exemple 1 et on recueille des fractions de 250 ml. La récupération de l'amyloglucosidase est de 100 %. Le pouvoir rotatoire
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de la matière de départ est de 56,5 alors que le pouvoir rotatoire moyen de fractions du produit est de 54,4, ce qui indique un enlèvement substantiel de la transgluco- sidase. On concentre à 700 ml une portion do 4200 ml du produit purifie.
Le concentré possède un pouvoir rota- toira de 34,5 qui est très inférieur à celui de la solu- tion originale d'enzyme avant la traitement pir échange d'ions. La récupération de l'amploglucosidase au cours de la concentration est de 100 %.
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On place dans un tube en verre vertical de 2 cm de diamètre intérieur une portion de 100 ml de la matière cationique d'échange d'ions sous la forme acide sulfoni- que libre dite Amberlite 200 et on lavo a pH 5. On fait passer dans le lit une portion de 500 ml de solution aqueuse d'amploglucosidase préparée comme dans l'exemple 1 et on recueille lies fractions de 14 ml. La récupération de l'amploglucosidase cet de 93,5 %. Le pouvoir rotatoire de la matière de départ est de 55,1 alors que le pouvoir rotatoire moyen des fractions de produit est de 53,5, ce qui indique une élimination substantielle de la transglucosidase.
EXEMPLE 5
On place dans un tuba en verre vertical de 2 cm de diamètre intérieur unu portion de 100 ml de la matière catLonique d'échange d'ions dite Amberlite IRC 50 sous la forme de sel de sodium et on lave à pH 7,5. On fait passer dans le lit une portion de 600 ml de solution aqueusa d'amyloglucosidase préparée comme dans l'exemple 1 et on recueille des fractions de 20 ml.
La récupération
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de l'amyloglucosidase est de 92,3 %. Le pouvoir rotatoi- re do la matière de départ est de 55.4 alors que celui des iroctions 1 a 20 inclus est en Moyenne de 54,3, ce .ui indique un enlevaient substantiel de la transgluco- sidase.
EXEMPLE 6
On place d: ns un tube ep vrre vertical de 2 cm de diamètre intérieur un3 portion de 100 ml de la ma- tière cationique ;,'échange d'ions dite Amberlite 200 sous la forme de sel de sodium. On feit passer dans le lit une portion de 500 ml de solution aqueuse d'amylo- glucosidase préparée comme dans l'exemple 1 et on re- cueille trente-cinq frétions de 14 ml. La récupération de l'amyloglucosidase est d'environ 92 %. Le pouvoir rotatoire de la matière première est de 55,5 alors que le pouvoir rotatoire moyen des fractions 1 à 10 inclus de produit est de 54,4, de qui indiqua, un enlè- vement substantiel de la transglucosidase.
La matière d'échange d'ions est saturée de trangsglucosidase après collectage de la fraction 10. Le mouvoir rotatoire moyen des fractions 11 à 35 inclus est c.e 55,3, le même que celui de la matière de départ, ce qui indique qu'il n'y a pas eu d'enlèvement de transglucosidase de ces fractions.
EXEMPLE 7
On place une portion de 50 ml de la matière catio- nique d'échange d'ions dite Duolite C-35 sous la forme de sel de sodium dans un tube de verre vertical de 2 cm de diamètre intérieur et on lave à pH 7,5. On fait pas- ser :ne portion de 369 ml Ce solution aqueuse d'amylo- glucosidase proparée comme dans l'exemple 1 dans le lit et on recueille des fractions de 43 ml. La récupération
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de l'amyloglucosidase est de 95 %. Le pouvoir rota- toire de la matière originale est de 55,8 alors que le pouvoir rotatoire des fractions de produit est de 54,35, ce qui indique un enlèvement substantiel de la transglucosidase.
La technologie antérieure avait proposé l'usage de matières anioniques d'échange d'ions pour enlever la transglucosidase de l'amyloglucosidase. L'exemple suivant décrit l'utilisation de ces matières anioniques d'échange d'ions.
EXEMPLE 8
On place 100 ml de la matière anionique d'échange d'ions dite Duolite A-2 (vendue par la Chemical Pro- cess Company et contenant des groupes actifs phosphate) dans un tube en verre vertical de 2 cm de diamètre intérieur et on lave à pH 6,3. On fait passer une por- tion de 485 ml de solution aqueuse l'amyloglucosidase préparée comme dans l'exemple 1 dans le lit et on recueille des fractions de 50 ml. On lave la colonne au moyen d'eau distillée de manière à obtenir un volume total d'effluent de 550 ml. La récupération de l'amylo- glucosidase est de 92 %. Le pouvoir rotatoire de la matière originale est de 53,3 alors que le pouvoir rotatoira ues fractions est en moyenne de 55,2. Ainsi il n'y a pas eu d'enlèvement de transglkucosidase par une matière anionique d'échange d'ions utilisée de cette manière.
-En resumé, la présente invention se rapporte à l'utilisation d'une matière cationique d'échange d'ions pour enlever sélectivement la totalité de la transglu- cosidase constituant une impureté d'une solution d'amy-
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loglucosidase sans perte appréciable ou adsorp--' tion d'amyloglucosidase. Cela représente un avantage net sur la technologie antérieurs. La purification est plus complète, la perte d'amyloglucosidase est moindre et le procédé est plus commode étant donné qu'il ne comporta pas d'élution sélective pour la récupération de l'amylogl cosidase.
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"Purification of amyloglucosidase"
The present invention relates to a process for purifying amyloglucosidase. It relates more particularly to the use of cationic ion exchange materials to remove the transglucosidase which constitutes an impurity from amyloglucosidase.
Amyloglucosidase, enzyme which has been 'also called glucamylase, glucogenic enzyme, glucogenase
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starch, gamma-amylase and alpha-'1.4-glucan-glucohydrase, is a well known material which catalyzes the hydrolysis of starch, dextrins or maltose to dextrose. This
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enzyme appears to facilitate the formation of dextrose directly from starch without the formation of intermediates such as higher sugars and soluble dextrins- This enzyme is also capable of catalyzing the hydrolysis of hydrolysis intermediates starch to dextrose.
Amyloglucosidase is, as is known, prepared by fermentation processes using certain strains of fungi belonging to the genus Aspergillus and certain? strains of the species Rhizopus. Illustrative fungi are those of the species Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Rhizopus delemar, Aspergillus phosnicis, etc.
Amyloglucosidase producing fungal strains are also known to produce other enzymes such as transglucosidase. transglucosidase facilitates the formation, especially from maltose and glucose, of non-fermentable carbohydrates. In the presence of transglucosidase as an impurity in the amyloglucosidase used to hydrolyze starch to dextrose, yields of dextrose lower than those obtained in the absence of transglucoisdase are obtained. The presence of transglucosidase in usual amyloglucosidase preparations is generally known and considerable work has been carried out to decrease and appreciably remove the transglucosidase present as an impurity in amyloglucosidase.
Previous methods of removing transglucosidase from amyloglucosidase used clay, synthetic magnesium silicate, earthenware.
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fuller and ion exchange materials 9,; .. 8a to selectively adsorb the trangglucsidasCj. These methods generally involve adsorpton (the tptg- ity of amyloglucosidase and transglucosidase by selective elution of the auylo7.ucos.das $ in purified form. These methods of adsorption- ElutlOZl'I \ sQ-.1il1i çw plaxes and are not completely satisfied <Q..9 also used the precipitation seQ-t4, ye .. su. 4 these earlier methods ,, The purification a'en #, é4y All of the transglucosidase Kgaleent The previous steps of purification involve geneE'ajLen't! the loss of amyloglosidase.
4a present invention oroposes a simple process which removed all 44, ç-lable amounts of transglucosidase from J. Je; u! 1ylot51'.cosi9- l- u psi 4 'a minimum of loss of amyl, o; 7.ucosidas
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On the attached drawing:
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The fiS. 1 is a diagram of v.eJ1.st4, e 4 ''. chomata # electrophoretic ramme obtained at -10a; M 41, anterior igrft am7lo6lucosidaee containing%? Bn4yÀ.v cosidase cammù impurity.
The fi ;. 2 is a diagram of dwnss% 4A 1 chromatagram Ó1eotrophOl'étique obtained! ù: Va: 1.4.e damy3. glucoaidaaa treated by the method according to J: 111. selectively Intr 3 aneZlucosidase on the cation exchange material without absorbing any appreciable amount of amylogiMo "sidase. This is conveniently carried out by the simple method.
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Qaatat à fa ira aoulev an o: ut, o agwç *** daa, m '.
.0.upca3.da eonfenant de la traual, ascadae titre çlimpul, QV46 at% pqV4os a bed 4e! Matir c1 y: hc d'ion% gatiptniqu 9t # pebirer the S01VtPR t6auy1¯qupd .. a1p,; \, uiis. u reads # La tra.sgl'.lcosj, da $ J? '& ste daze lQ lit. We can .égaiement: tnt: 'Qd \ Ú.e a noe% 1é + e d \ é, .., Qhango â'iQua cationic in a solution da, .. ai.
Qe5iÔaço, a laiaa until the trasgluetda has not been absorbed, then separate the at1èr0 ça% ioniqqe oataMit the tranagluoCa1daije Ç !. 1 'am: log: \,' Iços: i.dasQ, QQ pilocàaé # nlôV9 all detectable quantities of tra luQ8tda prate at t.tra bimpuret3 of 'am11081ea.
, 9J.çleno au pniy of a fiiinll-û4m loss thereof, The PrQnêdd according to the intention is suitable for the pQ 1ìçation of the! Amylaluooaida3 under; iāraaa tQn4oa, 11 can 4t: pQ eque fpyae dos oultupaa et bouillana dq ermantabin entie8 aqueous Qorüa..11 can t9 aoua famo of nibiôow aeoh9 which Qat then dissolved in aqueous media to destroy 1118ê Juns lu present PvQeè. da. The 09nO@nto.'t10n d. ' amr.lucoa.d, ea in the aqueous 1301u- tion does not root Qr1tiUQ. As we know the solutions developed Qx1ent 10 treat large quantities of liquid material to be treated for puoeifior a given quantity of d.'sm; yloe; luoo: 1dt \ f \ o, More oonoontreea solutions allowing to purify a given quantity of amyloelucoaidaao at the cost of monk of effort and in one
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shorter time.
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The cationic materials of pro ion exchanga. prao to the new process are prefaced to us volume
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solid. Solid forms, such as solid resins,
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are preferable since they provide a separate phase and are easy to separate from purified solutions of amyloglucosidase. These solids are used in granular form of a suitable size so that they do not create substantial resistance to the flow of a fluid in a packed bed. These technological conditions are well known. Cationic ion exchange materials are well known and are commercially available from various sources.
Thus, typical acidic cation exchange materials and their preparation are described, for example, in US Patents Nos. 2,340,110 dated January 25, 1944; 2,366,007 of December 26, 1944 and
2,681,320 of June 15, 1954. These materials may for example consist of a polymer of styrene-divinyl-benzene containing active ion exchange sites. Other materials can also be used such as phenol-formaldehyde resins, polystyrene and coal derivatives containing suitable active sites. In strongly acidic cation exchange materials the + active sites are usually sulfitesnic acid groups.
In medium acid cation exchange materials the active agents are generally phosphoric acid groups. In weakly acidic cation exchange materials the active sites are usually carboxylic acid groups. Salts of the above acidic groups, such as sodium and potassium, can also be used as active sites in cationic ion exchange materials.
Other useful cationic ion exchange materials
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in the invention are cirboxymét'iyl-oellulose and cellulose phosphate described in T. Am. Chem. Soc. 78, 751-755 (1956).
Strongly acidic cation exchange materials useful in the invention are sold under the following registered names by the manufacturers.
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Active group, ¯, ¯ I'ora Manufacturer
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<tb> Sulfonic <SEP> Dowex <SEP> 50w-x-8 <SEP> Dow <SEP> Chemical <SEP> Co
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<tb> Sulfonic <SEP> Amberlite <SEP> 200 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Sulfonic <SEP> Amberlite <SEP> IR-120 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Sulfonic <SEP> Perutit <SEP> Q <SEP> The <SEP> Parmutit <SEP> Co
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<SEP> Sulfonic <SEP> lialcita <SEP> HCR <SEP> National <SEP> Aluminate <SEP> Co
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<tb> Sulfonic <SEP> Nalcite <SEP> HGR <SEP> National <SEP> Aluminate <SEP> Co
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1 --SulfoniQua-- Naicita HDR National Aluminate
Moderately acidic cation exchange materials useful in the invention are sold under the following trade names by the indicated manufacturer.
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Gre active - -. Registered Hom Manufacturer 1 Phos'Phor¯iQ..W ..- .. Duke: Lite C-6Z "" Chemical Process 00
Weakly acidic cation exchange resins suitable for the present invention are sold under the following trade names by the manufacturers indicated.
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<tb> Active <SEP> group <SEP> Registered <SEP> name <SEP> Manufacturer
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<tb> Carboxylic <SEP> Amberlite <SEP> IRC-50 <SEP> Rohm <SEP> and <SEP> Haas <SEP> Co
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<tb> Carboxylic <SEP> $ Permutit <SEP> H-70 <SEP> The <SEP> Permutit <SEP> co
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cationic ion exchange materials must! be suitably purified and put into the desired active form before being used in the present process.
The materials, which are sold under the
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free acid form, are left in contact with distilled or deionized water at room temperature for several hours to remove any color or other material susceptible to leaching. The material is then washed several times with distilled water, filtered and used. If the material is desired to have a particular acidic pH, it is treated with an acid such as hydrochloric acid which is washed with distilled water until the desired pH is obtained. The cationic material is then used.
Materials which are supplied in salified form, such as the sodium salt of the sulfonic acid ion exchange material, are also washed with distilled water to remove color or other leachable material and are then treated with a base such as sodium hydroxide and washed with water until the desired pH is obtained for the cationic material. these are then used in the method according to the invention.
As the cationic ion exchange material purifies the amyloglucosidase it becomes loaded with transglucosidase and the number of useful active sites decreases. It must then be in order to be used later. The free acid forms of cationic ion exchange materials are generally regenerated by treatment with an acid such as hydrochloric acid followed by washing to remove transglucosidase. The material is then adjusted to an appropriate pH as described above and then re-used.
The salified forms of cationic ion exchange materials are generally regenerated by treatment with
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using a base like sodium hydroxide then washing to remove impurities. The material is then adjusted to the appropriate pH as said and reused.
Suitably regenerated cationic ion exchange materials as is known in the art can be reused endlessly since they are not destroyed during the process of removing transglucosidas constituting an impurity of amylogrucosidase.
The ability of cationic ion exchange materials to remove transglucosidase from amyloglu cosidase varies with each particular material. It can be determined experimentally for each material according to known methods.
The operating conditions in the implementation of the invention are not very critical. Temperatures of about 0 to 60 ° C can be used. At temperatures below 0 ° C amyloglucidase solutions tend to freeze. At temperatures above 60 C the amyloglucosidase is deactivated. Preferably, temperatures of about 20 to 30 ° C. are used. The process can also be carried out at pH values of about 3.5 to 9.5. It is preferable to operate under atmospheric Prussian but one can optionally operate at lower or higher pressures without this presenting appreciable advantages.
The contact time between the anyloglucosidase solution and the cationic ion exchange material is governed by the time taken for the amyloglucosidase solution to pass through the bed of granulated cationic ion exchange material. These reaction times are not critical
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in the process.
The method of the invention removes transglucosidase from amyloglucosidase with minimal loss thereof. There are methods for determining the amyloglucosidase content (defined in activity units per m1) of the starting material and the purified material to assess amyloglucosidase recovery. The removal of transglucosidase is determined by incubating a solution of maltose with amyloglucosidase purified by the present method and measuring the optical activity (optical rotation) of the product thus obtained.
This specific optical rotation is then compared with the specific optical rotation obtained by subjecting to the incubation a solution of maltose with amyloglucosidase which has not been purified by the present process. The rotational power is, in the case of the purified material, lower than that of the unpurified manner. The specific optical rotation of any given sample is all the more raised the greater its content of transglucosidase.
Here are these methods of determination.
Amyloglycosidase activity
An aqueous solution is prepared containing 4.0 g of soluble starch (as dry product) and 5.6 ml of 1.1 M acetate buffer, pH 4.2 per 100 ml. Exactly 50 ml of buffered starch solution is pipetted into a 100 ml volumetric flask and equilibrated in a water bath at 60 ° C. for fifteen minutes. 1.0 ml of enzyme solution is then added suitably
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diluted so that 20-30% hydrolysis occurs during the incubation period and mix. After exactly sixty minutes of incubation in a water bath at 60 ° C., 2N sodium hydroxide is added until the phenolphthalein turns pink.
The solution is then cooled to room temperature and brought to volume with distilled water. The reducing sugars, calculated as dextrose, are determined on a diluted sample and a control solution treated in the same manner but without addition of enzyme by the procedures of Schoorl or similar methods. Amyloglucosidase activity is calculated by the formula
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in which A is the activity of amyloglucosidase in units per ml of enzyme preparation, S denotes the reducing sucras present in the sample treated with the enzyme in grams per 100 ml of diluted sample, B denotes the reducing sugars in g / 100 ml of diluted control sample and E is the amount of enzyme used in ml / 100 ml of diluted sample.
Transglucosidase activity
A maltose solution is prepared by dissolving 100 g of chemically pure maltose in distilled water and diluting to 500 ml. A 50 ml portion of this 20% w / v maltoso solution is then placed in a 100 ml volumetric flask and it is spread to 100 ml by means of distilled water. 5 ml of 1.0 M scetate buffer, pH 4, are added to the flask. After mixing, a quantity of enzyme preparation containing 5 units of amyloglucosidase is added. We place the balloon in a
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water bath at 60 C and kept there for 48 hours.
At the end of this incubation period, the optical rotation of the sugar solution was measured by well known techniques. The higher the rotatory power measured at 25 C ([alpha] 25D) increases the activity or the content of the transglucosidase of the enzyme preparation tested.
The following examples illustrate the present invention.
EXAMPLE 1
50 ml of the cationic ion exchange resin called Duolite 0-65 in free phosphoric acid form is placed in a vertical glass tube 2 cm in interior diameter. The cationic material is on the usual support. It is washed at pH 4.5. A 930 ml sample of an aqueous amyloglucosidase solution containing transglucosidase as an impurity was passed by gravity at room temperature through the ion exchange bed and twenty-five were collected. -one fractions of about 45 ml each. The amyloglucosidase solution was obtained from fermentation of an aqueous slurry of maize obtained using a strain of Aspergillus ni - en. The filtrate from this fermentation was used.
The portion analysis: *: aliquots of the treated and untreated solutions of amyloglucosidaso indicates a recovery of 91.34% of the amyloglucosidase activity in the purified product. The transglucosidase activity is measured on the untreated starting material and on each of twenty-one fractions of product. The specific rotational power [alpha] 25D is 55.4. This significant reduction in the rotatory power of the product indicates a
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substantial amount of transglucosidase constituting the impurity.
Purification is indicated in another way. Untreated and purified amyloglucosidase samples were subjected to paper electrophoresis at 250 volts for mild hours at a current of 11.6 milliam- mer / cm wide, in the presence of veronal buffer at pH 9. , 6 and an ionic concentration of Gel. The density diagrams are then drawn up using the electrophoresis chromatograms. Fig. 1 shows the density diagram obtained using the untreated material. The relative amount of protein (enzyme) present at a given location is referred to the position along the chromatogram on paper.
The 0 position marked on the abscissa axis indicates the point of insertion of the mixture subjected to electrophoresis * The curve to the left of the 0 position shows the migration of the constituents of the mixture under the influence of the electric field. The presence of transglucosidase is indicated by the height of the curve at position 10. Amyloglucosidase is indicated at position 12. Fig. 2 shows the density diagram obtained using the purified material.
There is no detectable transglucosidase and the amyloglucosidase portion of the curve is substantially identical to that of FIG. 1, indicating minimal change in amyloglucosidase activity EXAMPLE 2
A 500 ml portion of the ion-exchange caticnic material known as Amberlite in free sulphonic acid form is placed in a vertical glass tube with an internal diameter of 4 cm. This material is washed up to a
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pH 4.5. A 6500 ml portion of aqueous amyloglucosidase solution prepared as in Example 1 was passed downward through the ion exchange resin bed and 250 ml fractions were collected.
The recovery of amyloglucosidase is 93.5%.
The activity of transglucosidase in the raw material is indicated by a rotatory power of 55.5. The average optical rotation for fractions 1 to 12 is 54.6, indicating significant removal of transglucosidase by the ion exchange treatment.
The fully charged cationic material after fraction 12 is collected and the subsequent fractions + and have the same transglucosidase activity as the raw material C. The liquid is evaporated from fractions 1 to 12 (3000 ml) + concentrated to 600 ml. The concentrate contains 25 units of amyloglucosidase per ml for a total recovery during the concentration of 97.2%.
The specific optical rotation is 54.2, indicating that, even in a concentrated form, the activity of the transglucosidase is significantly lower than that of the original enzyme solution before the ion exchange treatment.
EXAMPLE 3
A 500 ml portion of Amberlite is placed in a vertical glass tube with an internal diameter of 4 cm
IRC 50 cationic ion exchange resin in the free carboxylic acid form and washed at pH 4.3. A 6500 ml portion of aqueous amyloglucosidase solution prepared as in Example 1 is passed through it and 250 ml fractions are collected. The recovery of amyloglucosidase is 100%. Rotary power
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of the starting material is 56.5 while the average rotational power of fractions of the product is 54.4, indicating substantial removal of transglucosidase. A 4200 ml portion of the purified product is concentrated to 700 ml.
The concentrate has a rotational power of 34.5 which is much lower than that of the original enzyme solution prior to the ion exchange treatment. The recovery of amploglucosidase during concentration is 100%.
± LE- 4,! PU 4
A 100 ml portion of the cationic ion exchange material in the free sulfonic acid form known as Amberlite 200 is placed in a vertical glass tube 2 cm in inside diameter and washed at pH 5. The mixture is passed through. in the bed a portion of 500 ml of aqueous solution of amploglucosidase prepared as in Example 1 and the 14 ml fractions are collected. The recovery of amploglucosidase is 93.5%. The optical rotation of the starting material is 55.1 while the average optical rotation of the product fractions is 53.5, indicating substantial removal of transglucosidase.
EXAMPLE 5
A 100 ml portion of the so-called Amberlite IRC 50 ion exchange catlon material in the form of the sodium salt is placed in a vertical glass tuba 2 cm in inside diameter and washed at pH 7.5. A 600 ml portion of aqueous amyloglucosidase solution prepared as in Example 1 is passed through the bed and 20 ml fractions are collected.
Recovery
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of amyloglucosidase is 92.3%. The rotational power of the starting material is 55.4 while that of ions 1 through 20 inclusive is on average 54.3, indicating substantial removal of transglucosidase.
EXAMPLE 6
A 100 ml portion of the cationic material called Amberlite 200 in the form of the sodium salt is placed in a vertical wall tube 2 cm in inside diameter. A 500 ml portion of aqueous amyloglucosidase solution prepared as in Example 1 was passed through the bed and thirty-five 14 ml fretions were collected. The recovery of amyloglucosidase is approximately 92%. The optical rotation of the raw material is 55.5 while the average optical rotation of fractions 1 to 10 inclusive of product is 54.4, which indicated substantial removal of transglucosidase.
The ion exchange material is saturated with trangsglucosidase after collection of fraction 10. The average rotary motion of fractions 11 to 35 inclusive is 55.3, the same as that of the starting material, indicating that ' there was no removal of transglucosidase from these fractions.
EXAMPLE 7
A 50 ml portion of the so-called Duolite C-35 cationic ion exchange material in the form of the sodium salt is placed in a vertical glass tube 2 cm inside diameter and washed at pH 7. 5. This aqueous solution of proparated amyloglucosidase as in Example 1 was passed: a 369 ml portion. This aqueous solution was passed through the bed and 43 ml fractions were collected. Recovery
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of amyloglucosidase is 95%. The rotational power of the original material is 55.8 while the rotational power of the product fractions is 54.35, indicating substantial removal of transglucosidase.
Prior technology had proposed the use of anionic ion exchange materials to remove transglucosidase from amyloglucosidase. The following example describes the use of these anionic ion exchange materials.
EXAMPLE 8
100 ml of the anionic ion exchange material called Duolite A-2 (sold by the Chemical Process Company and containing active phosphate groups) is placed in a vertical glass tube 2 cm in inside diameter and washed. at pH 6.3. A 485 ml portion of the aqueous amyloglucosidase solution prepared as in Example 1 was passed through the bed and 50 ml fractions were collected. The column is washed with distilled water so as to obtain a total effluent volume of 550 ml. The recovery of amyloglucosidase is 92%. The rotary power of the original material is 53.3 while the rotary power of the fractions is on average 55.2. Thus, there was no removal of transglkucosidase by anionic ion exchange material used in this manner.
In summary, the present invention relates to the use of a cationic ion exchange material for selectively removing all of the transglucosidase constituting an impurity from an amy solution.
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loglucosidase without appreciable loss or adsorption of amyloglucosidase. This represents a clear advantage over previous technology. The purification is more complete, the loss of amyloglucosidase is less and the method is more convenient since it did not involve selective elution for the recovery of the amyloglucosidase.