JP2012157350A - Method for producing xylooligosaccharide with controllable composition from alkali-resistant bacillus halodurans - Google Patents

Method for producing xylooligosaccharide with controllable composition from alkali-resistant bacillus halodurans Download PDF

Info

Publication number
JP2012157350A
JP2012157350A JP2011250324A JP2011250324A JP2012157350A JP 2012157350 A JP2012157350 A JP 2012157350A JP 2011250324 A JP2011250324 A JP 2011250324A JP 2011250324 A JP2011250324 A JP 2011250324A JP 2012157350 A JP2012157350 A JP 2012157350A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alkali
xylanase
resistant
xylan
xylooligosaccharide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011250324A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5583105B2 (en
Inventor
Min Jen Tseng
銘仁 曾
Wen Chien Lee
文乾 李
Chi Pin Tseng
智彬 曾
Yu Sheng Lin
祐生 林
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.)
National Chung Cheng University
Original Assignee
National Chung Cheng University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Chung Cheng University filed Critical National Chung Cheng University
Publication of JP2012157350A publication Critical patent/JP2012157350A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5583105B2 publication Critical patent/JP5583105B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a xylooligosaccharide with a controllable composition from alkali-resistant Bacillus halodurans.SOLUTION: The method for producing the xylooligosaccharide with a controllable composition from alkali-resistant Bacillus halodurans is provided. In the method, the alkali-resistant Bacillus halodurans is cultured using a plant material to acquire xylanase with alkali resistance and high temperature resistance, and the xylanase and a xylan raw material are made to react with each other to obtain the xylooligosaccharide. A final product of a different xylooligosaccharide composition is obtained utilizing the difference of the plant material. The plant material is a birch material, a cob of corn, wheat bran, sugarcane bagasse, straw, alkali-treated wheat bran, or an optional combination of them.

Description

本発明は、一種のキシロオリゴ糖の製造方法に係り、特に一種の、異なるキシロオリゴ糖の組成比を制御可能である製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a kind of xylooligosaccharide, and more particularly to a production method capable of controlling the composition ratio of a kind of different xylooligosaccharides.

一般にオリゴ糖の長所は、腸内微生物群を改善し、腸内腐敗物質の発生を減らし、血液内脂質過多を改善し、コレステロールを減らし、便秘現象を減らし、虫歯を防止し、免疫賦活性を増強し、カルシウムの吸収を促進する、等である。キシロオリゴ糖とフラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、異麦芽オリゴ糖等は低消化性オリゴ糖に属し、人体が代謝できないが、多種類の機能特性を有し、例えば、腸内ビフィルス菌を増殖させ、虫歯を引き起こしにくい。このためそれは腸のプロバイオティクス、特にビフィズス菌及び乳酸桿菌を増殖させることができ、これらのオリゴ糖はプレバイオティクス(prebiotics)に属し、プロバイオティクスの生長を促進する物質である。   In general, the advantages of oligosaccharides are to improve the gut microbiota, reduce the incidence of gut rot, improve blood lipid excess, reduce cholesterol, reduce constipation, prevent tooth decay, and enhance immunostimulation Enhance, promote calcium absorption, and so on. Xylooligosaccharides, fructo-oligosaccharides, galactooligosaccharides, malt oligosaccharides, etc. belong to the low digestible oligosaccharides and cannot be metabolized by the human body, but have a variety of functional properties, such as the growth of intestinal bifilus, Hard to cause. For this reason it can grow intestinal probiotics, in particular bifidobacteria and lactobacilli, these oligosaccharides belong to prebiotics and are substances that promote the growth of probiotics.

キシロオリゴ糖(xylooligosaccharide) は、2〜7個のキシロース(xylose)がグリコシド結合してなるオリゴ糖の総称である。キシロオリゴ糖はオリゴ糖中で、ビフィルス菌を増殖させる機能が最も優れている一種であり、その他の同類のオリゴ糖の5−20倍である。   Xylooligosaccharide is a general term for oligosaccharides formed by glycosidic bonding of 2 to 7 xyloses. Xylooligosaccharide is one of the oligosaccharides that has the most excellent function of growing bifilus bacteria, and is 5-20 times that of other similar oligosaccharides.

現在市場には、すでにキシロオリゴ糖の製品が市販され、キシロオリゴ糖は植物材料、例えば、フスマ(wheat bran)、トウモロコシの穂軸(corn-cob)より製造される。植物材料の組成中には大量のキシラン(xylan) が含有され、キシラン主鎖上の側鎖は、キシラン以外の糖類、例えばグルクロン酸(glucuronic acid) で組成されている。オリゴ糖(oligosaccharide) の組成中にただキシランと多くの側鎖しかない時、相対的に低重合度のオリゴ糖のみ製造可能である。   Currently, xylooligosaccharide products are already on the market, which are produced from plant materials such as wheat bran, corn-cob. A large amount of xylan is contained in the composition of the plant material, and the side chain on the xylan main chain is composed of a saccharide other than xylan, for example, glucuronic acid. When the oligosaccharide composition has only xylan and many side chains, only oligosaccharides with a relatively low degree of polymerization can be produced.

キシロオリゴ糖の工業上の製造方法は、キシラン(xylan) をキシラナーゼ(xylanase)を利用して分解することで得られ、キシランは植物体内に大量に存在する半セルロースであり、キシラナーゼは前述のキシランを分解できる酵素である。ガーベラの茎と煙草中に長鎖形式のキシランが見られ、且つキシロースのみで組成されている。工業応用上、キシランの形式はアラビノキシラン(arabinoxylan)が主であり、この種のキシランはフスマ或いはトウモロコシの穂軸のような農業副産物中より得られ、グルクロノアラビノキシラン(glucuronoarabinoxylan) は針葉樹材(softwood)中に見られ、グルクロノキシランは広葉樹材(hardwood)中に見られる。工業上、これらのキシランを含有する糖類の応用は、キシロース以外に、アラビノース(arabinose) 、グルクロン酸、4-O- メチルグルクロン酸、ブドウ糖、半ラクトースが添加される。キシロースとその他の糖類は、その特性がソース植物のタイプにより違いがある。   The industrial production method of xylo-oligosaccharide is obtained by decomposing xylan using xylanase. Xylan is a semi-cellulose present in a large amount in the plant body, and xylanase uses the aforementioned xylan. It is an enzyme that can be decomposed. Long-chain xylan is found in gerbera stems and cigarettes, and is composed solely of xylose. For industrial applications, xylan is predominantly arabinoxylan, which is obtained from agricultural by-products such as bran or corn cobs, and glucuronoarabinoxylan is a softwood. Glucuronoxylan is found in hardwood. Industrially, these xylan-containing saccharides are added to arabinose, glucuronic acid, 4-O-methylglucuronic acid, glucose, and hemi-lactose in addition to xylose. Xylose and other sugars have different characteristics depending on the type of source plant.

市販されているキシロオリゴ糖製品の組成成分は、主に、キシロバイオース、キシロトリオース及び比較的高い重合度のオリゴ糖とされ、そのうち、キシロバイオース、キシロトリオースは人体のプロバイオティクスを活性化させる最も重要な成分である。工業上、製造コストを下げるために、便宜な原料であるフスマ或いはトウモロコシの穂軸である特定の微生物( 例えば Aspergillus niger、Bacillus halodurans 等) を誘導してこれらの酵素を分泌させ、さらに直接粗酵素液でキシロオリゴ糖に富む原料例えばトウモロコシの穂軸を触媒反応で加水分解してキシロオリゴ糖となす。   The composition components of commercially available xylo-oligosaccharide products are mainly xylobiose, xylotriose, and oligosaccharides with a relatively high degree of polymerization. Among them, xylobiose and xylotriose are used for probiotics in the human body. It is the most important component to activate. Industrially, in order to reduce the production cost, it is possible to induce specific microorganisms (for example, Aspergillus niger, Bacillus halodurans, etc.) that are convenient raw materials such as bran or corn cobs, and to secrete these enzymes, and then directly to the crude enzyme A raw material rich in xylo-oligosaccharides, such as corn cobs, is hydrolyzed by a catalytic reaction to give xylo-oligosaccharides.

前述のキシロオリゴ糖はキシロース数の異なる低重合糖混合物であり、異なるキシロース数で構成されたキシロオリゴ糖はその機能性も異なる。一般に、キシロオリゴ糖の乳酸菌とビフィズス菌に対する培養効果はキシロースの数が少ないキシロオリゴ糖ほど良好であり、キシロース数が多いほどキシロオリゴ糖の利用率は漸減する。最近の研究によると、ラクトバチルス ブレビス菌(Lactobacillus brevis)はキシロビオース(xylobiose) を好み、ビフィドバクテリウム‐アドレッセンティス菌(Bifidobacterium adolescentis)はキシロトリオース(xylotriose)及びキシロテトラオース(xylotetraose)を偏好する(非特許文献1)。このほかの研究は、ビフィドバクテリウム‐アドレッセンティス菌のキシロオリゴ糖に対する利用性が、キシロトリオースが最良であり、その次に、キシロトリオースが良いことを示し(非特許文献2)、ビフィドバクテリウム‐アドレッセンティス菌を24時間培養した後に、全体のキシロオリゴ糖に対する利用率は77%であり、各組成の利用率は、キシロトリオースが90%で、キシロバイオースが84%、キシロテトラオースが83%で、キシロペンタオース(xylopentaose)が71%であった。ビフィドバクテリウム‐アドレッセンティス菌はキシロオリゴ糖のある環境下で、繁殖速度はその他のビフィズス菌B.Longum,B.infantis, and B.breveより遥かに高い。キシロオリゴ糖中のキシロースは、効果はキシロオリゴ糖のように良くはないが、ビフィルス菌により消化利用され得る。さらにキシロースはグリコニュートリエント(糖鎖栄養素)の8つの成分のうちの一つであり、抗細菌と抗黴菌の機能を有し、特に、グラム陰性菌及び白色連鎖球菌に対抗し、また、腸内プロバイオティクスの生長を助ける。   The aforementioned xylooligosaccharides are low polymerized sugar mixtures having different xylose numbers, and the xylooligosaccharides composed of different xylose numbers have different functionalities. In general, the culture effect of xylooligosaccharides against lactic acid bacteria and bifidobacteria is better for xylooligosaccharides with a small number of xyloses, and the utilization rate of xylooligosaccharides gradually decreases as the number of xyloses increases. According to recent studies, Lactobacillus brevis prefers xylobiose, and Bifidobacterium adolescentis prefers xylotriose and xylotetraose. Prefer (Non-Patent Document 1). Other studies have shown that the availability of Bifidobacterium-adrescentis to xylo-oligosaccharides is best for xylotriose, followed by xylotriose (2) After culturing Bifidobacterium-adrescentis for 24 hours, the total xylo-oligosaccharide utilization rate is 77%, and the utilization rate of each composition is 90% for xylotriose and 84% for xylobiose. Xylotetraose was 83% and xylopentaose was 71%. Bifidobacterium-adrescentis is an environment with xylooligosaccharides, and its reproductive rate is much higher than other Bifidobacterium B. Longum, B. infantis, and B. breve. Xylose in xylo-oligosaccharides is not as effective as xylo-oligosaccharides, but can be digested and utilized by bifilus bacteria. Furthermore, xylose is one of the eight components of glyconutrient (glyconutrient) and has antibacterial and antigonococcal functions, especially against gram-negative and white streptococci, Help the growth of internal probiotics.

キシランはアルカリ性環境下での可溶性が最高であり、また、キシラナーゼは応用中に実行する前処理過程が、通常高温過程を経る必要があり、ゆえに、アルカリ性環境下で活性を喪失せず、及び、耐アルカリ性で、耐高温のキシラナーゼを取得できることは明かに最も重要である。   Xylan has the highest solubility in an alkaline environment, and xylanase requires that the pretreatment process carried out during application normally undergoes a high temperature process, and therefore does not lose activity in an alkaline environment, and Clearly, the ability to obtain alkali-resistant, high-temperature resistant xylanases is of utmost importance.

このため、もし、耐熱耐アルカリ性のキシラナーゼを利用し、さらにキシロオリゴ糖中のキシロース数組成比を制御できる製造方法があれば、異なる用途(例えば異なる種類の乳酸菌の増殖に用いる)の応用に対して、大きく貢献することができる。   For this reason, if there is a production method that uses heat-resistant and alkali-resistant xylanase and can control the xylose number composition ratio in the xylooligosaccharide, it can be used for different applications (for example, for the growth of different types of lactic acid bacteria). Can contribute greatly.

文献名 Moura et al.,LWT-Food Science and Technology,40(2007)963-972Literature name Moura et al., LWT-Food Science and Technology, 40 (2007) 963-972 文献名 Gullon al.,J.Agric.Food Chem.56(2008) 7482-7487Literature name Gullon al., J. Agric. Food Chem. 56 (2008) 7482-7487

前述の周知技術の問題を解決するため、本発明の目的は、一種の、キシロオリゴ糖の組成を制御可能なバチルスハロデュランス菌(Bacillus halodurans) を提供することにあり、それはすでに2011年9月26日に中華人民共和国典型培養物保藏中心(CHINA CENTER FOR TYPE CULTURE COLLECTION (CCTCC))に寄託され、その寄託コードはCCTCC M 2011330である。この耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌は二種類の耐熱耐アルカリ性キシラナーゼを分泌し得て、該耐熱耐アルカリ性キシラナーゼはキシラナーゼxyn45(SEQ ID NO.:1) 或いはキシラナーゼxyn23(SEQ ID NO.:2) とされる。   In order to solve the above-mentioned problems of the well-known technique, the object of the present invention is to provide a kind of Bacillus halodurans capable of controlling the composition of xylo-oligosaccharides, which was already September 26, 2011. The deposit is CTCCC M 2011330, which is deposited on the day with the CHINA CENTER FOR TYPE CULTURE COLLECTION (CCTCC). This alkali-resistant Bacillus halodulans can secrete two types of heat-resistant and alkali-resistant xylanases, which are xylanase xyn45 (SEQ ID NO.:1) or xylanase xyn23 (SEQ ID NO.:2). The

本発明は前述の耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌より組成制御可能なキシロオリゴ糖を製造する方法は、そのステップが、植物材料を使用し高pH値下で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を培養し、該耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌中より酵素組合せを取得し、該酵素組合せはキシラナーゼxyn45(SEQ ID NO.:1) 及びキシラナーゼxyn23(SEQ ID NO.:2) を包含する。該酵素組合せとキシラン(xylan) 原料を酵素反応させ、キシロオリゴ糖を取得し、該キシロオリゴ糖は、キシロール、キシロバイオース、キシロトリオース、重合度4以上のキシラン及びその任意の組合せで組成された群より選択される。該植物材料はカバ材、トウモロコシの穂軸、フスマ、サトウキビバガス、藁、アルカリ処理フスマで組成された群より選択される。該高pH値の範囲は、8〜11とされる。該酵素組合せは、本実施例中では酵素液とされ、それは該耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を遠心処理して上澄み液を得て、該上澄み液を硫酸アンモニウムで沈殿させた後に、再懸濁させ並びに透析して得られた液体である。該キシラン原料は、トウモロコシの穂軸とされる。該酵素反応の条件は、摂氏30〜80度、pH4〜11とされる。該植物材料がアルカリ処理されたフスマとされる時、該キシロオリゴ糖中のキシロバイオースの比率は32%以上とされる。該植物材料がトウモロコシの穂軸とされる時、該キシロオリゴ糖中のキシロバイオースの比率は27%以上とされる。また、酵素反応時間が4時間以内で終わる時、該キシロオリゴ糖中のキシロトリオースの比率は8.6%以上となる。   The present invention provides a method for producing a xylo-oligosaccharide having a composition controllable from the aforementioned alkali-resistant Bacillus halodulans, wherein the step comprises culturing the alkali-resistant Bacillus halodulans bacterium at a high pH value using plant material, and An enzyme combination is obtained from alkaline Bacillus halodurans, and the enzyme combination includes xylanase xyn45 (SEQ ID NO.:1) and xylanase xyn23 (SEQ ID NO.:2). The enzyme combination and xylan raw material are subjected to an enzyme reaction to obtain xylo-oligosaccharide, and the xylo-oligosaccharide is composed of xylol, xylobiose, xylotriose, xylan having a polymerization degree of 4 or more and any combination thereof. Selected from the group. The plant material is selected from the group consisting of birch, corn cobs, bran, sugarcane bagasse, straw, and alkali-treated bran. The range of the high pH value is 8-11. The enzyme combination is referred to as an enzyme solution in this example, which is obtained by centrifuging the alkali-resistant Bacillus halodurans to obtain a supernatant, precipitating the supernatant with ammonium sulfate, resuspending, and A liquid obtained by dialysis. The xylan raw material is corn cobs. The conditions for the enzyme reaction are 30 to 80 degrees Celsius and pH 4 to 11. When the plant material is treated with alkali, the xylobiose ratio in the xylooligosaccharide is 32% or more. When the plant material is corn cobs, the ratio of xylobiose in the xylooligosaccharide is 27% or more. Further, when the enzyme reaction time ends within 4 hours, the ratio of xylotriose in the xylo-oligosaccharide becomes 8.6% or more.

本発明の方法により製造されたキシロオリゴ糖は抗細菌、抗黴菌及び腸内プロバイオティクスの生長を助けるという長所のほかに、異なるキシロース数の組成比率を制御できる特色を有し、キシロオリゴ糖のキシロース数比率により異なる種類の乳酸菌保健食品、飲食品中に組み合わせることで、各種のキシロオリゴ糖成分に最大の利用を達成させられる。   The xylooligosaccharide produced by the method of the present invention has the advantage that it can control the composition ratio of different xylose numbers, in addition to the advantage of helping the growth of antibacterial, antifungal and intestinal probiotics, By combining different types of lactic acid bacteria health foods and foods according to the number ratio, the maximum utilization of various xylooligosaccharide components can be achieved.

異なる培地の下で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌の分泌のタンパク質ゲル電気泳動及び酵素活性電気泳動分析結果を示し、EとBはそれぞれカバ材キシラン含有のエマーソン培地とバーグミネラル塩培地での培養を、Mは既知の分子量のマーカーを代表する。The results of protein gel electrophoresis and enzyme activity electrophoresis analysis of the secretion of alkali-resistant Bacillus halodurans under different media are shown, E and B are the cultures in the Emerson medium and Berg Mineral salt medium containing birch xylan, M represents a marker of known molecular weight. 異なる誘導基質の下で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌の分泌のタンパク質ゲル電気泳動及び酵素活性電気泳動分析結果を示し、C、W及びW1はそれぞれトウモロコシの穂軸、フスマ、及びアルカリ処理したフスマのエマーソン培地、Mは既知の分子量のマーカーを代表する。Figure 2 shows protein gel electrophoresis and enzyme activity electrophoretic analysis results of secretion of alkali-resistant Bacillus halodurans under different induction substrates, C, W and W1 are corn cobs, bran and alkali-treated bran Emerson, respectively. Medium, M represents a marker of known molecular weight. 実施例一A中のキシランとキシラナーゼの反応前の基質中の水可溶性成分及び反応後の溶液中の製品のHPLC分析スペクトルを示し、Aはキシランとキシラナーゼ反応前、Bはキシラナーゼ反応4時間後、Cはキシラナーゼ反応24時間後、Dはキシリナーゼ反応47時間後を代表する。Example 1 shows the HPLC analysis spectra of water-soluble components in the substrate before the reaction of xylan and xylanase in A and the product in the solution after the reaction, A is before the xylan and xylanase reaction, B is 4 hours after the xylanase reaction, C represents 24 hours after xylanase reaction, and D represents 47 hours after xylinase reaction. 実施例二中のキシランとキシラナーゼの反応前の基質中の水可溶性成分及び反応15時間後の溶液中の製品のHPLC分析スペクトルであり、Aはキシランとキシラナーゼ反応前、Bはキシラナーゼ反応15時間後を代表する。FIG. 2 is a HPLC analysis spectrum of a water-soluble component in a substrate before the reaction of xylan and xylanase in Example 2 and a product in a solution after 15 hours of reaction, A is before the reaction of xylan and xylanase, and B is after 15 hours of xylanase reaction. On behalf of

本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げて説明する。以下に述べることは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。   In order to describe in detail the technical contents, structural features, and objects to be achieved of the present invention, examples will be described below. The following descriptions are merely examples of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Any equivalent changes and modifications that can be made based on the claims of the present invention are described below. Shall belong to the scope covered by the rights.

本発明は耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌(Bacillus halodurans) (寄託コードCCTCC M 2011330)のエンドキシラナーゼ(endo-xylanases)により異なる組成のキシロオリゴ糖を製造する。   The present invention produces xylo-oligosaccharides of different compositions by the endo-xylanases of alkali-resistant Bacillus halodurans (deposit code CCTCC M 2011330).

本発明で使用する耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌は、パルプ工場の廃水処理場でスクリーニングして得られ、大量の耐熱耐アルカリ性キシラナーゼを分泌でき、これらキシラナーゼは、それは二種類の活性タンパク質を有し、SDS−PAGE分析ゲル片における所在位置は、45kDaと23kDaであり、このためそれぞれxyn45(SEQ ID NO.:1) とxyn23(SEQ ID NO.:2) と称され、それぞれエンドキシラナーゼ(endo-xylanases)に属する。xyn45 とxyn23yはそれぞれ第10と第11ファミリーのグリコシルヒドロラーゼ(glycosyl hydrolases) に属し、第10ファミリーのグリコシルヒドロラーゼの特性は、分子量が比較的大きく(>30kD) 、酸性pI値(低pI値)に属し、構造が比較的大きく且つ弛緩している。第11ファミリーのグリコシルヒドロラーゼの特性は、分子量が比較的小さく(<30kD) 、アルカリ性pI値(高pI値)に属し、構造が比較的小さく且つ緊密である。xyn45 とxyn23 は広範なpH値と耐高温の応用範囲を有し、摂氏70度でpH4〜11の間でいずれも活性を有する。xyn23 はpH7の時に活性が最高の温度は摂氏60度であるが、摂氏70度の時の活性は最大活性の90%を有する。xyn45 はpH7の時、高活性を示す温度が非常に広く、範囲は摂氏42−75度であり、活性最高の温度は摂氏70度である。総合すると、これら二種類の酵素は摂氏30−80度でいずれも50%以上の活性を有し、最良の温度は摂氏72度である。これら二種類の酵素はpH4〜11でいずれも60%以上の活性を有する。これら二種類のグリコシルヒドロラーゼを単独或いは混合使用すると、いずれもキシランを加水分解して重合度(DP)が比較的小さいオリゴ糖となすことができ、これにより、キシロオリゴ糖を製造するのに用いることのできる理想的なキシラナーゼである。   The alkali-resistant Bacillus halodurans used in the present invention is obtained by screening at a wastewater treatment plant in a pulp factory, and can secrete a large amount of heat-resistant alkali-resistant xylanase, which has two types of active proteins, The locations in the SDS-PAGE analysis gel pieces are 45 kDa and 23 kDa, and are therefore referred to as xyn45 (SEQ ID NO.:1) and xyn23 (SEQ ID NO.:2), respectively, and endoxylanases (endo-xylanases), respectively. ). xyn45 and xyn23y belong to the 10th and 11th family glycosyl hydrolases, respectively. The 10th family glycosyl hydrolases are characterized by a relatively large molecular weight (> 30kD) and an acidic pI value (low pI value). Belonging to, the structure is relatively large and relaxed. The properties of the eleventh family of glycosyl hydrolases are that the molecular weight is relatively small (<30 kD), belongs to the alkaline pI value (high pI value), the structure is relatively small and close. xyn45 and xyn23 have a wide range of pH values and high temperature resistance, and are both active at 70 degrees Celsius and between pH 4-11. xyn23 has a maximum activity of 60 degrees Celsius at pH 7, but the activity at 70 degrees Celsius has 90% of the maximum activity. xyn45 has a very wide temperature range of pH 7 when the pH is 7, the range is 42-75 degrees Celsius, and the highest temperature is 70 degrees Celsius. Taken together, these two enzymes are 30-80 degrees Celsius and both have 50% or more activity and the best temperature is 72 degrees Celsius. These two types of enzymes have an activity of 60% or more at pH 4-11. When these two types of glycosyl hydrolases are used alone or in combination, both can hydrolyze xylan to form oligosaccharides with a relatively low degree of polymerization (DP), which can be used to produce xylooligosaccharides. It is an ideal xylanase capable of

本発明の実施例では、異なる植物材料で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌のキシラナーゼ分泌を誘導し、比率の異なる二種類のキシラナーゼxyn45(SEQ ID NO.:1) とキシラナーゼxyn23(SEQ ID NO.:2) を含む酵素組合せを獲る。その後、同じキシラン原料に作用させて、組成の異なるキシロオリゴ糖を獲る。組成の異なるキシロオリゴ糖はその機能性も異なり、既存の技術において、単一酵素を生物触媒とするのとは異なり、すなわち、本発明は異なる誘導材料により酵素組成を調整することで、異なる組成のキシロオリゴ糖を獲得する製造方法である。   In an embodiment of the present invention, different plant materials induce xylanase secretion of alkali-resistant Bacillus halodurans, and two different xylanases xyn45 (SEQ ID NO.:1) and xylanase xyn23 (SEQ ID NO.:2) ) Enzyme combinations containing Then, it is made to act on the same xylan raw material, and the xylo-oligosaccharide from which a composition differs is caught. Xylooligosaccharides with different compositions also differ in their functionality, and in the existing technology, different from using a single enzyme as a biocatalyst, i.e., the present invention adjusts the enzyme composition with different inducers to achieve different compositions. This is a production method for obtaining xylooligosaccharides.

耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌のキシラナーゼ分泌を誘導する植物材料は、キシランを含有する任意の材料、例えば、カバ材、トウモロコシの穂軸、フスマ、サトウキビバガス、藁、アルカリ処理フスマとされ、好ましくは、カバ材、アルカリ処理されたフスマ、トウモロコシの穂軸、最も好ましくはアルカリ処理されたフスマ及びトウモロコシの穂軸とされる。   The plant material that induces xylanase secretion of the alkali-resistant Bacillus halodulans is any material containing xylan, such as birch wood, corn cobs, bran, sugarcane bagasse, straw, and alkali-treated bran, preferably Birch wood, alkali treated bran, corn cobs, most preferably alkali treated bran and corn cobs.

耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌の培養基は通常、基礎培養基例えばエマーソン培地(Emerson medium)或いはバーグミネラル塩培地(Berg's mineral salts medium) に、キシランを加えて組成される。キシランは誘導基質とされ、バチルスハロデュランス菌(Bacillus halodurans) のキシラナーゼ分泌を誘導し、これら二種類の培地(キシランを含有しない)の組成は以下のとおりである。   The culture medium of alkali-resistant Bacillus halodulans is usually composed by adding xylan to a basic culture medium such as Emerson medium or Berg's mineral salts medium. Xylan is used as an induction substrate and induces secretion of xylanase from Bacillus halodurans, and the composition of these two types of media (without xylan) is as follows.

エマーソン培地は、0.55%酵母抽出物(Yeast extract) 、0.5%ペプトン、0.02%の硫酸マグネシウム(MgSO4 )、0.1%のリン酸水素二カリウム(K2 HPO4 )で組成され、さらに1Mの水酸化ナトリウムでpH値が10となるように調整される。 Emerson medium consists of 0.55% Yeast extract, 0.5% peptone, 0.02% magnesium sulfate (MgSO 4 ), 0.1% dipotassium hydrogen phosphate (K 2 HPO 4 ) The pH is adjusted to 10 with 1M sodium hydroxide.

バーグミネラル塩培地は、0.2%の硝酸ナトリウム(NaNO3 )、0.1%の酵母抽出物、0.05%のリン酸水素二カリウム、0.02%の硫酸マグネシウム水和物(MgSO4 ・7H2 O)、0.002%の塩化マンガン(MnCl)、0.002%の塩化カルシウム(CaCl2 )で組成される。さらに25%の炭酸ナトリウム(Na2 CO3 )でpH値が10.5となるように調整される。 Berg Mineral Salt Medium consists of 0.2% sodium nitrate (NaNO 3 ), 0.1% yeast extract, 0.05% dipotassium hydrogen phosphate, 0.02% magnesium sulfate hydrate (MgSO 4 · 7H 2 O), 0.002% manganese chloride (MnCl), and 0.002% calcium chloride (CaCl 2 ). Further, the pH value is adjusted to 10.5 with 25% sodium carbonate (Na 2 CO 3 ).

これら二種類の培地に2%カバ材キシラン(Birchwood xylan) を加え、滅菌後に耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を培養し、500 ミリリットル三角フラスコで摂氏37度の培養箱中で200rpmで揺らして120時間培養し、遠心分離により得られた上澄み液を硫酸アンモニウムで90%の飽和度の下で沈殿させ、13000rpmで遠心分離の後の沈殿物を、0.1mM Tris−HClバッファ溶液(pH7.0)で再懸濁させ、得られた酵素液を薄膜(Cellu Sep membranes) で透析した後、タンパク質ゲル電気泳動(SDS−PAGE)及び酵素活性電気泳動(zymogram)を実行し、結果を図1に示した。そのうち、Eはエマーソン培地を代表し、Bはバーグミネラル塩培地を代表し、Mはマーカー(marker)を代表する。   2% birchwood xylan is added to these two types of culture medium. After sterilization, alkali-resistant Bacillus halodulans bacteria are cultured, and cultured in a 500 ml Erlenmeyer flask at 37 rpm in a culture box at 200 rpm for 120 hours. The supernatant obtained by centrifugation was precipitated with ammonium sulfate under 90% saturation, and the precipitate after centrifugation at 13000 rpm was re-recovered with 0.1 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.0). After suspending and dialyzing the obtained enzyme solution on a thin film (Cellu Sep membranes), protein gel electrophoresis (SDS-PAGE) and enzyme activity electrophoresis (zymogram) were performed, and the results are shown in FIG. Among them, E represents Emerson medium, B represents Berg Mineral salt medium, and M represents a marker.

図1から分かるように、これら二種類のカバ材キシランを含有する培地はいずれも耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を誘導して、酵素活性を有するキシラナーゼxyn45 とxyn23 を分泌させた。ただし、異なる培地を使用すると得られるタンパク質含有量と酵素活性は異なり、カバ材キシラン含有のバーグミネラル塩培地を使用すると、タンパク質濃度0.5 g/L 、酵素活性(摂氏55度で測定)が53 U/mL であった。カバ材キシラン含有のエマーソン培地を使用すると、タンパク質濃度2.4 g/L 、酵素活性(摂氏55度で測定)が211 U/mLであった。明かに、エマーソン培地を使用することで、比較的多くの酵素タンパク質及びキシラナーゼ活性を得られる。   As can be seen from FIG. 1, the medium containing these two kinds of birch xylan induced alkali-resistant Bacillus halodulans bacteria and secreted xylanases xyn45 and xyn23 having enzyme activity. However, the protein content and enzyme activity obtained using different media are different, and when using a Berg Mineral salt medium containing birch xylan, the protein concentration is 0.5 g / L and the enzyme activity (measured at 55 degrees Celsius) is 53 U. / mL. Using an Emerson medium containing birch xylan, the protein concentration was 2.4 g / L and the enzyme activity (measured at 55 degrees Celsius) was 211 U / mL. Clearly, by using the Emerson medium, a relatively large amount of enzyme protein and xylanase activity can be obtained.

さらにエマーソン培地を基礎とし、それぞれ異なるキシラン原料を使用し、すなわち、2 %トウモロコシの穂軸、フスマ及びアルカリ処理フスマを誘導基質とし、耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を培養してキシラナーゼを分泌させ、得られた酵素液をタンパク質ゲル電気泳動及び酵素活性電気泳動分析した結果を、図2に示した。そのうち、C、W、及びW1はそれぞれトウモロコシの穂軸、フスマ及びアルカリ処理フスマを含むエマーソン培地を代表し、Mは既知の分子量のマーカーとされる。結果は、トウモロコシの穂軸或いはフスマを使用した培地の誘導により得られるキシラナーゼはxyn45 がメインであり、xyn23 のタンパク質点及び活性はいずれも非常に不明確であり、ただし、アルカリ処理したフスマで誘導して得られたキシラナーゼxyn45 とxyn23 はいずれもあり、前述のカバ材キシランの培地と比較すると、得られるxyn23 はさらに明確である。これらの結果から、異なる植物原料の誘導下で、耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌の分泌するキシラナーゼxyn45 とxyn23 の比率は顕著に異なることが示された。   Furthermore, based on Emerson's medium, different xylan raw materials are used, that is, 2% corn cobs, bran and alkali-treated bran are used as induction substrates, and alkali-resistant Bacillus halodurans are cultured to secrete xylanase. The results of protein gel electrophoresis and enzyme activity electrophoresis analysis of the resulting enzyme solution are shown in FIG. Among them, C, W, and W1 represent Emerson's medium containing corn cobs, bran, and alkali-treated bran, respectively, and M is a known molecular weight marker. The results show that xylanase obtained by induction of medium using corn cobs or bran is mainly xyn45, and the protein point and activity of xyn23 are both very unclear, but induced with alkali-treated bran. The xylanases xyn45 and xyn23 thus obtained are both, and the xyn23 obtained is clearer when compared with the aforementioned birch xylan medium. From these results, it was shown that the ratio of xylanase xyn45 and xyn23 secreted by alkali-resistant Bacillus halodurans was significantly different under the induction of different plant materials.

以下に異なる植物材料の誘導下で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌が分泌するキシラナーゼxyn45 とxyn23 の発生比率を示す。トウモロコシの穂軸で誘導して発生したキシラナーゼxyn45 とxyn23 の比率は90:10であった。カバ材キシランで誘導して発生したキシラナーゼxyn45 とxyn23 の比率は70:30であった。フスマで誘導して発生したキシラナーゼxyn45 とxyn23 の比率は70:30であった。アルカリ処理フスマで誘導して発生したキシラナーゼxyn45 とxyn23 の比率は50:50であった。   The generation ratio of xylanases xyn45 and xyn23 secreted by alkali-resistant Bacillus halodurans under the induction of different plant materials is shown below. The ratio of xylanase xyn45 and xyn23 induced by corn cobs was 90:10. The ratio of xylanases xyn45 and xyn23 generated by the induction of birch xylan was 70:30. The ratio of xylanase xyn45 and xyn23 generated by induction with bran was 70:30. The ratio of xylanase xyn45 and xyn23 generated by induction with alkali treated bran was 50:50.

前述の二種類のキシラナーゼxyn45 とxyn23 の組成比率の違いにより、同じキシラン原料に作用させて得られるキシロオリゴ糖製品組成比率も同じでなく、キシラン原料は任意のキシラン含有の材料、例えばカバ材、トウモロコシの穂軸、フスマ、サトウキビバガス、藁、アルカリ処理フスマとされ、好ましくはフスマ及びトウモロコシの穂軸、最も好ましくはトウモロコシの穂軸とされる。   Due to the difference in the composition ratio between the two xylanases xyn45 and xyn23 described above, the composition ratio of the xylooligosaccharide product obtained by acting on the same xylan raw material is not the same, and the xylan raw material can be any xylan-containing material such as birch, corn Cob, bran, sugarcane bagasse, straw, and alkali-treated bran, preferably bran and corn cobs, most preferably corn cobs.

以下に実施例一から三を挙げて本発明についてさらに詳しく説明するが、これらの実施例は明細書の内容を支持するためのもので、本発明の範囲を制限するためのものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples 1 to 3 below, but these examples are for supporting the contents of the specification and are not intended to limit the scope of the present invention.

[実施例一A]
アルカリ処理したフスマを耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌のキシラナーゼ分泌を誘導する材料とする。
キシラナーゼの製造:まず耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌のキシラナーゼの分泌を誘導する基質を製造する。すなわち、固体−液体比が1対10の方式でフスマと1%の水酸化ナゴリウムを混合し、摂氏121度の高圧釜で10分間滅菌し、その後、純水で洗浄してpH7とし、余剰物を乾燥することでアルカリ処理したフスマを獲る。続いて、250ミリリットルの三角フラスコ(Erlenmeyer flask)に100ミリリットルのエマーソン培地を入れた。該エマーソン培地は、0.55%酵母抽出物、0.5%ペプトン、0.02%硫酸マグネシウム、及び0.1%リン酸水素二カリウムを包含し、さらにpHが10となるように調整されている。2%の上述のアルカリ処理したフスマを加え、全体の混合物を、摂氏121度の高圧釜で30分間滅菌する。三角フラスコを室温まで冷却した後、10%(v/v)の耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を接種し、摂氏37度の培養箱で170rpmで振動して4〜5日培養する。その後、菌液を13000rpmで摂氏4度で30分間遠心分離し、上澄み液を硫酸アンモニウムで90%の飽和度の下で沈殿させ、13000rpmで遠心分離した後の沈殿物を0.1mMのTris−HClバッファ溶液(pH7.0)で再懸濁させ、透析後に粗酵素液となす。この粗酵素液の単位体積の活性は179U/mL(摂氏37度で測定)であった。
キシランの製造:トウモロコシの穂軸を研磨して15%の水酸化ナトリウム(NaOH)で固体−液体比が1対20の下で、摂氏90度で90分間処理し、得られた上澄み液を酢酸(acetic acid) で中和してpH5.0となし、その後、3倍体積の95%のエタノールを加えて60分間浸漬させ、得られた沈殿物はキシランである。このキシランを基質とし、前述のようにして得られたキシラナーゼの作用の下で、キシランを分解してキシロオリゴ糖を発生させる。
キシラナーゼの反応でキシロオリゴ糖を製造する条件:基質用量は2%(w/v)、酵素用量8.95 U/mL、反応温度は摂氏50度、pH 8.0。得られた製品をHPLC(High-performance liquid chromatography)分析した。そのうち、HPLCの機器構造は以下のとおりである。カラム(Column)はBioRad column Aminex HPX-87H(300mm × 7.8mm) 、カラム温度は摂氏65度、検出器(Detector)は屈折率検出器(RI detector) とされる。移動相(Mobile phase)は5mM 硫酸(H2 SO4 )、流速は0.6ml/minとされる。
図3はキシランとキシラナーゼ反応前の基質中の水可溶性成分及び反応後の溶液中の製品のHPLC分析スペクトルであり、図中、A〜Dのスペクトルはそれぞれキシランとキシラナーゼの反応前、反応4時間、反応24時間、反応47時間のスペクトルを代表する。
製品組成の時間に伴う変化は下表のとおりである。

Figure 2012157350
*DP1は非キシロースの単糖(アラビノース、ブドウ糖等)を代表する。
**DP>4は重合度が4より大きいキシロオリゴ糖を代表する。
反応前の基質の水可溶成分は7.45 g/Lとされ、いずれも重合度が4より大きいキシロオリゴ糖成分であり、重合度が3より小さいキシロオリゴ糖の存在は無い。反応後に増加する水可溶性キシロオリゴ糖はキシラナーゼが形成する加水分解物とされ、これにより計算して得られた24時間の転化率(キシラナーゼ反応が形成するキシロオリゴ糖生産率)は56.4%であり、47時間では61.5%である。もし、反応前アルカリ処理アルカリ処理で得られる水可溶性キシロオリゴ糖を包含すると、総キシロオリゴ糖生産率は第24時間は93.7%とされ、反応47時間後には98.7%となる。
前述の総キシロオリゴ糖生産率計算方式:基質用量2%(w/v)は20g/Lに相当し、24時間と47時間反応の後のキシロオリゴ糖総量はそれぞれ18.73g/Lと19.74g/Lである。これにより、総キシロオリゴ糖生産率は反応24時間後には18.73/20×100%=93.7%、反応48時間後には19.74/20×100%=98.7%である。
キシラナーゼ反応の時間に伴う変化はキシロトリオースがまず生産され、その後、キシロバイオース濃度が急速に増加し、キシロトリオースは分解されてキシロバイオースとキシロースになり後期に濃度は下降する。反応24時間の後、各オリゴ糖の比率変化は大きくなくなり、反応は緩慢となる。この結果から分かるように、比較的高い比率のキシロトリオースを得ようとすれば、反応は比較的早く(2時間から4時間)終了する必要があり、この時、転化率(キシロオリゴ糖生産率)は少し低いが、平均すると約42.5%ある。 [Example 1A]
Alkaline-treated bran is used as a material for inducing xylanase secretion of alkali-resistant Bacillus halodurans.
Production of xylanase: First, a substrate that induces secretion of an alkali-resistant Bacillus haloduran xylanase is produced. In other words, a solid-liquid ratio of 1 to 10 was mixed with fuma and 1% sodium hydroxide, sterilized in a high-pressure kettle at 121 degrees Celsius for 10 minutes, then washed with pure water to pH 7, and surplus The bran is treated with alkali by drying. Subsequently, 100 ml of Emerson medium was placed in a 250 ml Erlenmeyer flask. The Emerson medium contains 0.55% yeast extract, 0.5% peptone, 0.02% magnesium sulfate, and 0.1% dipotassium hydrogen phosphate, and is adjusted to a pH of 10. ing. 2% of the above alkali treated bran is added and the whole mixture is sterilized in a high pressure kettle at 121 degrees Celsius for 30 minutes. The Erlenmeyer flask is cooled to room temperature, then inoculated with 10% (v / v) alkali-resistant Bacillus halodurans, and cultured in a 37 ° C. culture box at 170 rpm for 4-5 days. Thereafter, the bacterial solution is centrifuged at 13000 rpm at 4 degrees Celsius for 30 minutes, the supernatant is precipitated with ammonium sulfate under 90% saturation, and the precipitate after centrifugation at 13000 rpm is 0.1 mM Tris-HCl. Resuspend in buffer solution (pH 7.0) to make crude enzyme solution after dialysis. The activity of the crude enzyme solution in a unit volume was 179 U / mL (measured at 37 degrees Celsius).
Xylan production: Corn cob is ground and treated with 15% sodium hydroxide (NaOH) at a solid-liquid ratio of 1:20 at 90 degrees Celsius for 90 minutes, and the resulting supernatant is acetic acid The solution is neutralized with (acetic acid) to adjust the pH to 5.0, and then 3 times the volume of 95% ethanol is added and immersed for 60 minutes, and the resulting precipitate is xylan. Using this xylan as a substrate, under the action of xylanase obtained as described above, xylan is decomposed to generate xylooligosaccharides.
Conditions for producing xylo-oligosaccharides by reaction of xylanase: substrate dose 2% (w / v), enzyme dose 8.95 U / mL, reaction temperature 50 degrees Celsius, pH 8.0. The obtained product was analyzed by HPLC (High-performance liquid chromatography). Among them, the HPLC instrument structure is as follows. The column is a BioRad column Aminex HPX-87H (300 mm × 7.8 mm), the column temperature is 65 degrees Celsius, and the detector is a refractive index detector (RI detector). The mobile phase is 5 mM sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and the flow rate is 0.6 ml / min.
FIG. 3 shows HPLC analysis spectra of the water-soluble component in the substrate before the xylan and xylanase reaction and the product in the solution after the reaction. In the figure, the spectra of A to D are the reaction time of 4 hours before the reaction of xylan and xylanase, respectively. , Representing the spectrum of 24 hours reaction, 47 hours reaction.
Changes in product composition over time are shown in the table below.
Figure 2012157350
* DP1 represents a non-xylose monosaccharide (arabinose, glucose, etc.).
** DP> 4 represents xylo-oligosaccharides with a degree of polymerization greater than 4.
The water-soluble component of the substrate before the reaction is 7.45 g / L, all of which are xylo-oligosaccharide components having a degree of polymerization of greater than 4, and no xylo-oligosaccharide having a degree of polymerization of less than 3. The water-soluble xylo-oligosaccharide that increases after the reaction is regarded as a hydrolyzate formed by xylanase, and the conversion rate obtained by this calculation (xylo-oligosaccharide production rate formed by xylanase reaction) is 56.4%. , 47 hours, 61.5%. If the water-soluble xylo-oligosaccharide obtained by alkali treatment before the reaction is included, the total xylo-oligosaccharide production rate is 93.7% in the 24th hour and 98.7% after 47 hours of the reaction.
Total xylooligosaccharide production rate calculation method as described above: The substrate dose of 2% (w / v) corresponds to 20 g / L, and the total amount of xylooligosaccharide after reaction for 24 hours and 47 hours is 18.73 g / L and 19.74 g, respectively. / L. Thus, the total xylooligosaccharide production rate is 18.73 / 20 × 100% = 93.7% after 24 hours of reaction and 19.74 / 20 × 100% = 98.7% after 48 hours of reaction.
The change with time of the xylanase reaction is that xylotriose is produced first, then the xylobiose concentration increases rapidly, xylotriose is degraded to xylobiose and xylose, and the concentration decreases later. After 24 hours of reaction, the ratio change of each oligosaccharide does not become large and the reaction becomes slow. As can be seen from this result, if a relatively high ratio of xylotriose is to be obtained, the reaction must be completed relatively quickly (2 to 4 hours). At this time, the conversion rate (xylo-oligosaccharide production rate) ) Is a little low, but on average it is about 42.5%.

[実施例一B]
実施例一Aの酵素液で、濃度試験を行う。
キシラナーゼの製造及びキシランの製造は実施例Aと同じである。
キシラナーゼ反応でキシロオリゴ糖を製造する条件:基質用量は2%(w/v)、酵素用量17.5 U/mL、反応温度は摂氏50度、pH 8.0。得られた製品をHPLC(High-performance liquid chromatography)分析した。
反応15時間の後、製品組成(濃度及び百分率)は以下のとおりである。

Figure 2012157350
*DP1は非キシロースの単糖(アラビノース、ブドウ糖等)を代表する。
**DP>4は重合度が4より大きいキシロオリゴ糖を代表する。
実施例一Aと比較すると、キシラナーゼ用量は8.95U/mLから17.5U/mLにアップする。これにより反応速度は比較的速くなり、反応15時間後に実施例一Aの反応24時間後の結果に相当する結果が得られた。最終製品は重合度が4より小さいキシロオリゴ糖中、キシロバイオースが絶大な部分(32%以上)を占め、キシロース及びその他の単糖を合わせてもただ5%しかなく、キシロトリオースは5〜6%の間である。 [Example 1B]
A concentration test is performed with the enzyme solution of Example 1A.
Production of xylanase and xylan is the same as Example A.
Conditions for producing xylooligosaccharides by xylanase reaction: substrate dose is 2% (w / v), enzyme dose is 17.5 U / mL, reaction temperature is 50 degrees Celsius, pH 8.0. The obtained product was analyzed by HPLC (High-performance liquid chromatography).
After 15 hours of reaction, the product composition (concentration and percentage) is as follows:
Figure 2012157350
* DP1 represents a non-xylose monosaccharide (arabinose, glucose, etc.).
** DP> 4 represents xylo-oligosaccharides with a degree of polymerization greater than 4.
Compared to Example 1A, the xylanase dose is increased from 8.95 U / mL to 17.5 U / mL. As a result, the reaction rate was relatively high, and a result corresponding to the result after 24 hours of the reaction of Example 1A was obtained after 15 hours of reaction. The final product is composed of xylooligosaccharides with a degree of polymerization of less than 4 and xylobioses accounted for the largest part (over 32%), and only 5% of xylose and other monosaccharides combined. Between 6%.

[実施例二]
トウモロコシの穂軸を耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌のキシラナーゼ分泌誘導材料となす。
キシラナーゼの製造:250ミリリットルの三角フラスコに100ミリリットルのエマーソン培地を入れる。該エマーソン培地は、0.55%酵母抽出物、0.5%ペプトン、0.02%硫酸マグネシウム、及び0.1%リン酸水素二カリウムを包含し、さらにpHが10となるように調整される。2%の上述のトウモロコシの穂軸粉末を加え、全体の混合物を、摂氏121度の高圧釜で30分間滅菌する。三角フラスコが室温まで冷却された後、10%(v/v)の耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を接種し、摂氏37度の培養箱で170rpmで振動して4〜5日培養する。その後、菌液を13000rpmで摂氏4度で30分間遠心分離し、その上澄み液を硫酸アンモニウムで90%の飽和度の下で沈殿させ、13000rpmで遠心分離した後の沈殿物を0.1mMのTris−HClバッファ溶液(pH7.0)で再懸濁させ、透析後に粗酵素液となす。この粗酵素液の単位体積の活性は128U/mL(摂氏37度で測定)であった。
キシランの製造は実施例一Aと同じである。
キシラナーゼの反応でキシロオリゴ糖を製造する条件:基質用量は2%(w/v)、キシラナーゼ用量は17.5U/mL、反応温度は摂氏50度、pH 8.0。得られた製品をHPLC(High-performance liquid chromatography)分析した。
図4はキシランとキシラナーゼ反応前の基質中の水可溶性成分及び15時間反応後の溶液中の製品のHPLC分析スペクトルであり、図中、Aはキシランとキシラナーゼの反応前、Bはキシラナーゼ反応15時間後のスペクトルである。
反応15時間の後、製品組成(濃度及び百分率)は以下のとおりである。
第1次実験

Figure 2012157350
第2次実験
Figure 2012157350
*DP1は非キシロースの単糖(アラビノース、ブドウ糖等)を代表する。
**DP>4は重合度が4より大きいキシロオリゴ糖を代表する。
本実施例から分かるように、トウモロコシの穂軸で培養した耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌より得られる酵素液でキシランを分解して得られるキシロオリゴ糖成分は、キシロバイオース比率が比較的低く(約27%)、キシロース及びその他の単糖を合わせると比較的高い約9%であり、キシロトリオースは約7%を維持する。 [Example 2]
Corn cob is used as a material for inducing xylanase secretion of alkali-resistant Bacillus halodurans.
Preparation of xylanase: Place 100 ml of Emerson medium in a 250 ml Erlenmeyer flask. The Emerson medium contains 0.55% yeast extract, 0.5% peptone, 0.02% magnesium sulfate, and 0.1% dipotassium hydrogen phosphate, and is adjusted to a pH of 10. The 2% of the above corn cob powder is added and the entire mixture is sterilized in a high pressure kettle at 121 degrees Celsius for 30 minutes. After the Erlenmeyer flask is cooled to room temperature, it is inoculated with 10% (v / v) alkali-resistant Bacillus halodurans, and cultured in a culture box at 37 degrees Celsius at 170 rpm for 4-5 days. Thereafter, the bacterial solution is centrifuged at 13000 rpm at 4 degrees Celsius for 30 minutes, the supernatant is precipitated with ammonium sulfate under 90% saturation, and the precipitate after centrifugation at 13000 rpm is 0.1 mM Tris- Resuspend in HCl buffer solution (pH 7.0) to make crude enzyme solution after dialysis. The activity of the crude enzyme solution in a unit volume was 128 U / mL (measured at 37 degrees Celsius).
The production of xylan is the same as in Example 1A.
Conditions for producing xylo-oligosaccharides by reaction of xylanase: substrate dose 2% (w / v), xylanase dose 17.5 U / mL, reaction temperature 50 degrees Celsius, pH 8.0. The obtained product was analyzed by HPLC (High-performance liquid chromatography).
FIG. 4 is a HPLC analysis spectrum of the water-soluble component in the substrate before the xylan and xylanase reaction and the product in the solution after the reaction for 15 hours. In the figure, A is before the reaction of xylan and xylanase, and B is the xylanase reaction for 15 hours. It is a later spectrum.
After 15 hours of reaction, the product composition (concentration and percentage) is as follows:
First experiment
Figure 2012157350
Second experiment
Figure 2012157350
* DP1 represents a non-xylose monosaccharide (arabinose, glucose, etc.).
** DP> 4 represents xylo-oligosaccharides with a degree of polymerization greater than 4.
As can be seen from this example, the xylo-oligosaccharide component obtained by decomposing xylan with an enzyme solution obtained from an alkali-resistant Bacillus halodulans cultured on corn cobs has a relatively low xylobiose ratio (about 27 %), Xylose and other monosaccharides together are about 9% which is relatively high and xylotriose maintains about 7%.

[実施例三]
実施例一の酵素液で、キシラナーゼの耐アルカリ性を試験する。
酵素の製造及びキシランの製造は実施例一と同じである。
酵素反応でキシロオリゴ糖を製造する条件:基質用量2% w/v、酵素用量17.9U/mL、反応温度摂氏50度、pH値はそれぞれ9、10及び11である。得られる製品をHPLCで分析する。
反応15時間の後、製品組成(濃度及び百分率)は以下のとおり。

Figure 2012157350
*DP1は非キシロースの単糖(アラビノース、ブドウ糖等)を代表する。
**DP>4は重合度が4より大きいキシロオリゴ糖を代表する。
実施例一Bと比較すると、pH値は高くなり反応速度は遅くなり、これにより転化率は下降する。アルカリ処理したフスマで耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を培養して得られる酵素液は、単糖(主にはキシロース)比率が比較的低いが、キシロバイオースのキシロトリオースに対する比率は高pH値での反応時に僅かに下降する。本実施例は酵素はアルカリ条件下でもなおキシロオリゴ糖製造の能力を有することを示す。
実施例一Aから分かるように、アルカリ処理したフスマをキシラナーゼ発生を誘導する植物材料となす時、時間の増加(0〜47時間)に伴い、キシロースとキシロバイオースの比率は増加し、それぞれ1.59〜4.39%及び21.79〜35.65%であり、キシロトリオースの比率は、2時間後の9.58から47時間後の5.31%に漸減する。実施例二でトウモロコシの穂軸をキシラナーゼ発生を誘導する植物材料となし、実施例一B中のその他の条件を同じにした結果と比較すると、トウモロコシの穂軸を使用して発生するキシロースの比率は7.10%と比較的高く、アルカリ処理したフスマではただ3.62%である。トウモロコシの穂軸を使用して発生するキシロバイオースの比率は比較的低く27.47%で、アルカリ処理したフスマは32.24%である。ゆえに、必要により適当な材料を選択することで、必要なキシロース数のキシロオリゴ糖組成比率を達成でき、並びに実施例三の結果により、酵素はアルカリ性環境下で反応できることを示す。 [Example 3]
The enzyme solution of Example 1 is used to test the alkali resistance of xylanase.
Enzyme production and xylan production are the same as in Example 1.
Conditions for producing xylo-oligosaccharides by enzymatic reaction: substrate dose 2% w / v, enzyme dose 17.9 U / mL, reaction temperature 50 degrees Celsius, pH values are 9, 10 and 11, respectively. The resulting product is analyzed by HPLC.
After 15 hours of reaction, the product composition (concentration and percentage) is as follows:
Figure 2012157350
* DP1 represents a non-xylose monosaccharide (arabinose, glucose, etc.).
** DP> 4 represents xylo-oligosaccharides with a degree of polymerization greater than 4.
Compared to Example 1B, the pH value becomes higher and the reaction rate becomes slower, thereby lowering the conversion rate. The enzyme solution obtained by culturing alkali-resistant Bacillus halodulans with alkali-treated bran has a relatively low monosaccharide (mainly xylose) ratio, but the ratio of xylobiose to xylotriose has a high pH value. Slightly lowers during the reaction. This example shows that the enzyme is still capable of producing xylo-oligosaccharides under alkaline conditions.
As can be seen from Example 1A, when the alkali-treated bran is used as a plant material that induces the generation of xylanase, the ratio of xylose and xylobiose increases with increasing time (0 to 47 hours). .59-4.39% and 21.79-35.65%, with the xylotriose ratio gradually decreasing from 9.58 after 2 hours to 5.31% after 47 hours. The ratio of xylose generated using corn cobs when compared with the results obtained in Example 2 where the corn cobs are plant materials that induce xylanase generation and the other conditions in Example 1B are the same. Is relatively high at 7.10% and only 3.62% for alkali treated bran. The proportion of xylobiose generated using corn cobs is relatively low at 27.47% and alkali treated bran is 32.24%. Therefore, by selecting an appropriate material as necessary, the composition ratio of xylooligosaccharide having the required number of xylose can be achieved, and the result of Example 3 shows that the enzyme can react in an alkaline environment.

Claims (12)

寄託コードCCTCC M 2011330であるキシロオリゴ糖の組成を制御可能な耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌(Bacillus halodurans) 。   Alkali-resistant Bacillus halodurans capable of controlling the composition of the xylooligosaccharide having the deposit code CCTCC M 2011330. 請求項1記載の耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌において、該耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌は2種類の耐熱耐アルカリ性キシラナーゼを分泌でき、該耐熱耐アルカリ性キシラナーゼはキシラナーゼxyn45(SEQ ID NO.:1) 及びキシラナーゼxyn23(SEQ ID NO.:2) とされることを特徴とする、耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌。   2. The alkali-resistant Bacillus halodulans according to claim 1, wherein the alkali-resistant Bacillus halodulans can secrete two types of heat-resistant and alkali-resistant xylanases, the heat-resistant and alkali-resistant xylanases are xylanase xyn45 (SEQ ID NO.:1) and xylanase An alkali-resistant Bacillus halodulans bacterium characterized in that xyn23 (SEQ ID NO .: 2) is used. 請求項1記載の耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌で組成制御可能なキシロオリゴ糖を製造する方法において、そのステップは、
(1)植物材料で高pH値の下で耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を培養するステップ、
(2)該耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌中よりキシラナーゼxyn45(SEQ ID NO.:1) とキシラナーゼxyn23(SEQ ID NO.:2) を包含する酵素組合せを取得するステップ、
(3)該酵素組合せとキシラン原料を酵素反応させるステップ、
(4)キシロース、キシロバイオース、キシロトリオース、重合度4以上のキシラン及びそれらの任意の組合せで組成される群より選択したキシロオリゴ糖を取得するステップ、
を包含することを特徴とする方法。
The method for producing a xylo-oligosaccharide whose composition can be controlled with an alkali-resistant Bacillus halodulans bacterium according to claim 1, wherein the step comprises:
(1) culturing an alkali-resistant Bacillus halodulans bacterium under a high pH value with a plant material;
(2) obtaining an enzyme combination comprising xylanase xyn45 (SEQ ID NO.:1) and xylanase xyn23 (SEQ ID NO.:2) from the alkali-resistant Bacillus halodurans,
(3) a step of causing an enzyme reaction between the enzyme combination and a xylan raw material;
(4) obtaining a xylooligosaccharide selected from the group consisting of xylose, xylobiose, xylotriose, xylan having a polymerization degree of 4 or more, and any combination thereof,
A method characterized by comprising.
請求項3記載の方法において、(1)のステップの該植物材料は、カバ材、トウモロコシの穂軸、フスマ、サトウキビバガス、藁、アルカリ処理フスマで組成される群より選択することを特徴とする方法。   4. The method according to claim 3, wherein the plant material in step (1) is selected from the group consisting of birch wood, corn cob, bran, sugarcane bagasse, straw, and alkali-treated bran. Method. 請求項3記載の方法において、(1)のステップの該高pH値の範囲は8〜11とすることを特徴とする方法。   The method according to claim 3, wherein the range of the high pH value in the step (1) is 8-11. 請求項3記載の方法において、(2)のステップの該酵素組合せは該耐アルカリ性バチルスハロデュランス菌を遠心処理して上澄み液を取り、該上澄み液を硫酸アンモニウムで沈殿させた後に再懸濁させ並びに透析して得た液体であることを特徴とする方法。   4. The method of claim 3, wherein the enzyme combination of step (2) comprises centrifuging the alkali-resistant Bacillus halodurans to obtain a supernatant, resuspending the supernatant after precipitation with ammonium sulfate, and A method characterized by being a liquid obtained by dialysis. 請求項3記載の方法において、(3)のステップの該キシラン原料はカバ材、トウモロコシの穂軸、フスマ、サトウキビバガス、藁、アルカリ処理フスマで組成した群より選択することを特徴とする方法。   4. The method according to claim 3, wherein the xylan raw material in step (3) is selected from the group consisting of birch, corn cob, bran, sugarcane bagasse, straw, and alkali-treated bran. 請求項3又は7記載の方法において、(3)のステップの該キシラン原料はトウモロコシの穂軸とすることを特徴とする方法。   The method according to claim 3 or 7, wherein the xylan raw material in step (3) is corn cobs. 請求項3記載の方法において、(3)のステップの該酵素反応の条件は摂氏30〜80度、pH4〜11とすることを特徴とする方法。   4. The method according to claim 3, wherein the conditions of the enzyme reaction in the step (3) are 30 to 80 degrees Celsius and pH 4 to 11. 請求項3記載の方法において、該植物材料をアルカリ処理したフスマとする時、該キシロオリゴ糖中のキシロバイオースの比率は32%以上であることを特徴とする方法。   4. The method according to claim 3, wherein when the plant material is an alkali-treated bran, the ratio of xylobiose in the xylooligosaccharide is 32% or more. 請求項3記載の方法において、該植物材料をトウモロコシの穂軸とする時、該キシロオリゴ糖中のキシロバイオースの比率は27%以上であることを特徴とする方法。   4. The method according to claim 3, wherein when the plant material is corn cobs, the ratio of xylobiose in the xylooligosaccharide is 27% or more. 請求項10記載の方法において、該酵素反応の時間を4時間内で終了する時、該キシロオリゴ糖中のキシロトリオースの比率は8.6%以上であることを特徴とする方法。   The method according to claim 10, wherein when the time of the enzymatic reaction is finished within 4 hours, the ratio of xylotriose in the xylo-oligosaccharide is 8.6% or more.
JP2011250324A 2011-01-28 2011-11-16 Method for producing xylooligosaccharides having a controllable composition from alkali-resistant Bacillus halodurans Active JP5583105B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100103431A TWI418634B (en) 2011-01-28 2011-01-28 Method for production of xylooligosaccharide with controllable composition by bacillus halodurans
TW100103431 2011-01-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012157350A true JP2012157350A (en) 2012-08-23
JP5583105B2 JP5583105B2 (en) 2014-09-03

Family

ID=46838435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011250324A Active JP5583105B2 (en) 2011-01-28 2011-11-16 Method for producing xylooligosaccharides having a controllable composition from alkali-resistant Bacillus halodurans

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5583105B2 (en)
TW (1) TWI418634B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017107527A1 (en) * 2015-12-25 2017-06-29 山东龙力生物科技股份有限公司 Soluble dietary fiber and preparation method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI738358B (en) * 2020-05-25 2021-09-01 國立中正大學 Method for preparing xylo-oligosaccharide

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013048902; Biochimie, 2009, Vol.91, p.1187-1196 *
JPN6013048904; Biotechnol. Lett., 2011.07, Vol.33, p.2279-2285 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017107527A1 (en) * 2015-12-25 2017-06-29 山东龙力生物科技股份有限公司 Soluble dietary fiber and preparation method thereof
US10632136B2 (en) 2015-12-25 2020-04-28 Shandong Longlive Bio-Technology Co., Ltd Soluble dietary fiber and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
TWI418634B (en) 2013-12-11
TW201231665A (en) 2012-08-01
JP5583105B2 (en) 2014-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Prebiotic oligosaccharides: special focus on fructooligosaccharides, its biosynthesis and bioactivity
Pastell et al. In vitro fermentation of arabinoxylan-derived carbohydrates by bifidobacteria and mixed fecal microbiota
Al‐Ghazzewi et al. The potential use of hydrolysed konjac glucomannan as a prebiotic
Zhong et al. Short-chain cello-oligosaccharides: intensification and scale-up of their enzymatic production and selective growth promotion among probiotic bacteria
Singh et al. Production of fructooligosaccharides from inulin by endoinulinases and their prebiotic potential.
Falck et al. Xylooligosaccharides from hardwood and cereal xylans produced by a thermostable xylanase as carbon sources for Lactobacillus brevis and Bifidobacterium adolescentis
Jaskari et al. Oat β-glucan and xylan hydrolysates as selective substrates for Bifidobacterium and Lactobacillus strains
US8137706B2 (en) Prebiotic
Díez‐Municio et al. Synthesis of novel bioactive lactose‐derived oligosaccharides by microbial glycoside hydrolases
Marim et al. Xylooligosaccharides: prebiotic potential from agro-industrial residue, production strategies and prospects
Fontana et al. New insights on bacterial cellulose
CA1300023C (en) Lactobacillus bifidus proliferation promoting composition
NZ748482A (en) An enzyme exhibiting fructan hydrolase activity
Nguyen et al. Effects of different hydrocolloids on the production of bacterial cellulose by Acetobacter xylinum using Hestrin–Schramm medium under anaerobic condition
JP5583105B2 (en) Method for producing xylooligosaccharides having a controllable composition from alkali-resistant Bacillus halodurans
Rajagopalan et al. Functional oligosaccharides: production and action
JP2020500011A (en) Low fiber food with high fiber content
JP2017509353A (en) Dextran manufacturing method
Amorim et al. Engineering Saccharomyces cerevisiae for the one-step production of a functional sweetening mixture towards food applications
KR101964115B1 (en) Method for producing oligosaccharide-rich molasses, oligosaccharide-rich molasses produced by the same and use thereof
Mir et al. Review on recent advances in the properties, production and applications of microbial dextranases
Liu et al. History and Developments in Functional Carbohydrates
Tripathy et al. Microbial production of dextran using pineapple waste extract: a two-step statistical optimization of submerged fermentation conditions and structural characterization
Panesar et al. Prebiotics: Current status and perspectives
Kumar et al. Current research and advances in the molecular aspect of bacterial cellulose synthesis with special emphasis on the production of bacterial cellulose from waste and its food applications

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140106

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140624

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140715

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5583105

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250