JP2019092445A - Compositions of chitin-degrading enzyme, reaction solution for chitin degradation, and methods for preparing saccharides - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キチン分解酵素組成物、キチン分解反応液及び糖の製造方法に関する。 The present invention relates to a chitinolytic enzyme composition, a chitinolytic reaction solution and a method for producing a sugar.
キチンは生物界において昆虫や甲殻類の外骨格、菌類の細胞壁等に含まれており、その年間生産量は、地球上に豊富に存在するバイオマスであるセルロースに次ぐものと推定されている。このため、キチンはセルロースに次ぐバイオマス資源として関心が高まっている。 In the living world, chitin is contained in the exoskeleton of insects and crustaceans, cell walls of fungi, etc., and its annual production is estimated to be second to cellulose which is abundant biomass on the earth. For this reason, chitin is growing in interest as a biomass resource next to cellulose.
キチンは単糖であるN−アセチル−D−グルコサミンが結合した不溶性多糖であり、キチンの分解酵素(「キチン分解酵素」ともいう)であるキチナーゼを用いた酵素反応によって、低分子化されたキチン多糖(低分子化キチン多糖)、キチン多糖に由来するキチンオリゴ糖、単糖(N−アセチル−D−グルコサミン)等に加水分解される。なお、これらの加水分解物は、キチンの酵素反応における生産物である。 Chitin is an insoluble polysaccharide to which N-acetyl-D-glucosamine which is a monosaccharide is bound, and chitin which is reduced in molecular weight by an enzyme reaction using chitinase which is a chitin decomposing enzyme (also referred to as a "chitin decomposing enzyme") It is hydrolysed into polysaccharide (lower molecularized chitin polysaccharide), chitin oligosaccharide derived from chitin polysaccharide, monosaccharide (N-acetyl-D-glucosamine) and the like. These hydrolysates are products in the enzymatic reaction of chitin.
キチンの酵素反応における生産物は、優れた抗菌性、保湿性、生体適合性、安全性、キレート性等を有している。このため、医用材料、医薬、化粧品、繊維、農業、水処理、食品等の各分野での利用が期待されており、研究開発が進められている。 The products of chitin enzymatic reaction have excellent antibacterial, moisturizing, biocompatibility, safety, chelating properties and the like. Therefore, their use in fields such as medical materials, medicines, cosmetics, textiles, agriculture, water treatment, and food are expected, and research and development are being promoted.
例えば、非特許文献1には、シリカナノ粒子(SNP)を用いたキチナーゼの酵素活性に関する技術について記載されている。具体的には、SNPの表面に、バチルス・チューリンゲンシス(Bacillus thuringiensis)由来のキチナーゼ(Chi9602)を静電吸着によって固定化し、ナノスケールキチナーゼ(SNPC1)を調製し、調製したSNPC1を用いてキチナーゼの酵素活性を測定したことが開示されている。なお、調製したSNPC1におけるシリカの固定化率は、55%程度である。 For example, Non-Patent Document 1 describes a technology related to the enzymatic activity of chitinase using silica nanoparticles (SNP). Specifically, chitinase (Chi9602) derived from Bacillus thuringiensis is immobilized on the surface of SNP by electrostatic adsorption, nanoscale chitinase (SNPC1) is prepared, and chitinase is prepared using SNPC1 prepared. It is disclosed that the enzyme activity was measured. The immobilization rate of silica in the prepared SNPC1 is about 55%.
しかしながら、SNPC1のキチナーゼ活性は、Chi9602のキチナーゼ活性100%に対して43%程度であることから、シリカの固定化によって活性が57%程度低下することが明らかとなった。即ち、シリカにキチナーゼを固定化した反応系においては、糖の製造は可能であるが、酵素活性が阻害されて糖化反応効率が低下することが判明し、当該反応系を用いる際には、かかる問題を解決することが必要となる。また、コスト性の観点から、煩雑な反応系は望ましくない。 However, since the chitinase activity of SNPC1 is about 43% with respect to the chitinase activity of Chi9602 about 100%, it became clear that the activity is reduced about 57% by the immobilization of silica. That is, in a reaction system in which chitinase is immobilized on silica, although sugar production is possible, it has been found that the enzymatic activity is inhibited and the glycation reaction efficiency is lowered, and such a reaction system is used It is necessary to solve the problem. Also, from the viewpoint of cost, complicated reaction systems are not desirable.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、キチン分解酵素を用いた反応系においてシリカを適用した場合に、簡便な工程でキチン分解酵素による糖化反応効率を向上させると共に、生産物の高収率化を実現することができるキチン分解酵素組成物、キチン分解反応液及び糖の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when silica is applied in a reaction system using a chitinolytic enzyme, the efficiency of the saccharification reaction by the chitinolytic enzyme is improved in a simple step, and It is an object of the present invention to provide a chitinolytic enzyme composition, a chitinolytic reaction solution and a method for producing a sugar that can realize high yield.
上記目的を達成する本発明の第1の態様は、キチンを加水分解するキチン分解酵素であるキチナーゼと、シリカ又はシリカ含有物質と、窒素を含む複素環式化合物である窒素含有複素環式化合物と、を含有することを特徴とするキチン分解酵素組成物にある。 The first aspect of the present invention for achieving the above object is a chitinase which is a chitinolytic enzyme that hydrolyzes chitin, a silica or a silica-containing substance, and a nitrogen-containing heterocyclic compound which is a nitrogen-containing heterocyclic compound. In a chitinolytic enzyme composition characterized by containing
本発明の第2の態様は、前記キチナーゼが、少なくともキチナーゼAを含有することを特徴とする第1の態様のキチン分解酵素組成物にある。 A second aspect of the present invention lies in the chitinolytic enzyme composition according to the first aspect, wherein the chitinase comprises at least chitinase A.
本発明の第3の態様は、前記窒素含有複素環式化合物が、窒素含有五員複素環式化合物であることを特徴とする第1の態様又は第2の態様のキチン分解酵素組成物にある。 A third aspect of the present invention is the chitinolytic enzyme composition according to the first or second aspect, wherein the nitrogen-containing heterocyclic compound is a nitrogen-containing five-membered heterocyclic compound. .
本発明の第4の態様は、前記窒素含有五員複素環式化合物が、イミダゾール及び2−メチルイミダゾールから選択される何れか1つであることを特徴とする第3の態様のキチン分解酵素組成物にある。 A fourth aspect of the present invention is the chitinolytic enzyme composition according to the third aspect, wherein the nitrogen-containing five-membered heterocyclic compound is any one selected from imidazole and 2-methylimidazole. It is in the thing.
上記目的を達成する本発明の第5の態様は、キチンと、第1の態様から第4の態様の何れかのキチン分解酵素組成物と、を含有することを特徴とするキチン分解反応液にある。 According to a fifth aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a chitin degrading reaction liquid comprising chitin and the chitinolytic enzyme composition according to any one of the first to fourth aspects. is there.
上記目的を達成する本発明の第6の態様は、第5の態様のキチン分解反応液を用いてキチンを加水分解することにより糖を製造することを特徴とする糖の製造方法にある。 A sixth aspect of the present invention for achieving the above object is a method for producing sugar characterized in that sugar is produced by hydrolyzing chitin using the chitin degradation reaction liquid of the fifth aspect.
本発明の第7の態様は、撹拌下にて前記キチン分解反応液を用いてキチンを加水分解することにより糖を製造することを特徴とする第6の態様の糖の製造方法にある。 A seventh aspect of the present invention is the method for producing a sugar according to the sixth aspect, which comprises producing a sugar by hydrolyzing chitin using the chitin degradation reaction liquid under stirring.
本発明によれば、キチン分解酵素を用いた反応系においてシリカを適用した場合に、簡便な工程でキチン分解酵素による糖化反応効率を向上させると共に、生産物の高収率化を実現することができるキチン分解酵素組成物、キチン分解反応液及び糖の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, when silica is applied in a reaction system using a chitinolytic enzyme, it is possible to improve the efficiency of the saccharification reaction by the chitinolytic enzyme in a simple step and to achieve high yield of the product. The present invention can provide a chitinolytic enzyme composition, a chitinolytic reaction solution, and a method for producing sugar.
(キチン分解酵素組成物)
本発明のキチン分解酵素組成物は、キチン分解酵素であるキチナーゼを用いた酵素反応において、糖化反応効率を向上させて生産物であるオリゴ糖やN−アセチル−D−グルコサミン等の高収率化を実現するものである。以下、本発明のキチン分解酵素組成物の詳細について説明する。
(Chitin degrading enzyme composition)
The chitinolytic enzyme composition of the present invention improves the saccharification reaction efficiency in an enzyme reaction using a chitinase which is a chitinolytic enzyme to increase the yield of oligosaccharides and N-acetyl-D-glucosamine as a product To achieve Hereinafter, the details of the chitinolytic enzyme composition of the present invention will be described.
本発明のキチン分解酵素組成物は、基質であるキチンを加水分解することができる組成物であり、キチン分解酵素と、シリカ又はシリカ含有物質と、窒素含有複素環式化合物と、を含有するものである。 The chitinolytic enzyme composition of the present invention is a composition capable of hydrolyzing the substrate chitin and comprises a chitinolytic enzyme, a silica or a silica-containing substance, and a nitrogen-containing heterocyclic compound. It is.
ここで、基質であるキチンとは、N−アセチル−D−グルコサミン残基が多数β−1,4結合した直線状の高分子アミノ糖であり、強固な結晶構造を持つ不溶性多糖である。キチンは、下記式(1)で表される化学構造を有している。 Here, chitin which is a substrate is a linear high molecular weight amino sugar to which many N-acetyl-D-glucosamine residues are β-1,4 bonded, and is an insoluble polysaccharide having a strong crystal structure. Chitin has a chemical structure represented by the following formula (1).
また、キチンの脱アセチル化物はキトサンと呼ばれ、下記式(2)で表される化学構造を有している。 Moreover, the deacetylated thing of chitin is called chitosan and has a chemical structure represented by following formula (2).
一般的なキチンは、部分的にアセチル基を失ったキトサン構造を有しており、一方、キトサンは、部分的にアセチル基を有したキチン構造を有している。従って、本発明におけるキチンは、前述のキトサン構造を有するキチンや、キチン構造を有するキトサンも含む概念である。また、このようなキチンは、酵素反応における生産物が回収可能な程度にキチンを含有するキチン含有物質であってもよい。 Common chitins have a chitosan structure that has partially lost the acetyl group, while chitosan has a chitin structure that has a partially acetyl group. Therefore, chitin in the present invention is a concept including chitin having the above-described chitosan structure and chitosan having the chitin structure. In addition, such chitin may be a chitin-containing substance containing chitin to such an extent that the product in the enzyme reaction can be recovered.
上述のキチンの原料としては特に制限されないが、キチン系バイオマス由来の原料を用いることができる。そのような原料としては、例えばエビやカニ等の甲殻やイカ等の軟甲、或いは昆虫等の甲殻や外骨格、真菌類の細胞壁等が挙げられる。また、原料として天然物由来のものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。原料が天然物由来のものである場合には、1種類を単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。 Although it does not restrict | limit especially as a raw material of the above-mentioned chitin, The raw material derived from chitin type | system | group biomass can be used. As such raw materials, for example, crustaceans such as shrimps and crabs, soft shells such as squid, crustaceans and exoskeletons such as insects, cell walls of fungi and the like can be mentioned. Moreover, a thing derived from a natural product may be used as a raw material, and a commercial item may be used. When the raw materials are derived from natural products, one type may be used alone, or two or more types may be mixed and used.
天然物由来の原料としては、例えば紅ズワイガニを用いることができる。紅ズワイガニを用いる場合には、乾燥した紅ズワイガニの殻のほか、身抜きした足やその付け根部分を3cm〜5cmに粉砕し、高温の希水酸化ナトリウム水溶液と室温の希塩酸水溶液に、それぞれ2時間〜3時間浸してタンパク質や炭酸カルシウムを除去することで、キチンを得ることができる。なお、得られたキチンを高温の濃水酸化ナトリウム水溶液中で8時間〜20時間かけて脱アセチル化することにより、キトサンを得ることができる。脱アセチル化に要した時間が短い場合には、得られたキトサンは脱アセチル化度が低いもの、即ちキチン構造を有するキトサンとなる。このようにして得られたキチン、或いは必要に応じてキチン構造を有するキトサンは、本発明のキチン分解酵素組成物を用いて後述する手順により、酵素反応に供することができる。 As a raw material derived from a natural product, for example, red snow crab can be used. In the case of using red snow crab, in addition to dried red snow crab shell, ground leg and ground part are crushed to 3 cm to 5 cm, and heated hot dilute sodium hydroxide aqueous solution and dilute hydrochloric acid aqueous solution for 2 hours each Chitin can be obtained by soaking for 3 hours to remove proteins and calcium carbonate. In addition, chitosan can be obtained by deacetylating the obtained chitin in high temperature concentrated sodium hydroxide aqueous solution over 8 hours-20 hours. If the time required for deacetylation is short, the resulting chitosan will be one with a low degree of deacetylation, ie chitosan having a chitin structure. The chitin thus obtained, or the chitosan having a chitin structure as required, can be subjected to an enzyme reaction according to the procedure described later using the chitinolytic enzyme composition of the present invention.
また、自然界に存在するキチンには、α−キチンとβ−キチンの2種類の結晶構造が存在することが知られている。 In addition, it is known that chitin existing in nature has two kinds of crystal structures of α-chitin and β-chitin.
本発明のキチン分解酵素組成物は、α−キチンとβ−キチンの何れの構造であっても加水分解することができ、或いは、これらの構造が混合して含まれたキチンであっても加水分解することができる。なお、キチンと同様に、キトサンにおいてもα,βの両構造が存在するものと考えられるが、何れの構造のキトサンであっても、キチン構造を有するであれば、加水分解することができる。 The chitinolytic enzyme composition of the present invention can be hydrolyzed with any structure of α-chitin and β-chitin, or even with chitin containing a mixture of these structures. It can be disassembled. As with chitin, it is considered that both α and β structures exist in chitosan, but even chitosan having any structure can be hydrolyzed if it has a chitin structure.
本発明では、キチン分解酵素として、キチナーゼを主体としたものが用いられる。かかるキチナーゼは、酵素反応において酵素として機能し、キチンを加水分解して低分子化されたキチン多糖(低分子化キチン多糖)、キチン多糖に由来するキチンオリゴ糖、単糖(N−アセチル−D−グルコサミン)等といった生産物が得られるものを意味している。 In the present invention, chitinase is mainly used as a chitinolytic enzyme. Such a chitinase functions as an enzyme in an enzyme reaction and hydrolyzes chitin to reduce the molecular weight of chitin polysaccharide (reduced molecular weight chitin polysaccharide), chitin oligosaccharide derived from chitin polysaccharide, monosaccharide (N-acetyl-D) Glucosamine) etc. means products from which products can be obtained.
上述のキチナーゼの由来は特に限定されないが、例えば微生物由来、植物由来、昆虫由来等であってもよく、これらの中では微生物由来のキチナーゼが好ましい。キチナーゼを生産する微生物としては特に限定されないが、例えば、セラチア(Serratia)属、バチルス(Bacillus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、アルテロモナス(Alteromonas)属、コクシジオイデス(Coccidioides)属、ビブリオ(Vibrio)属等の細菌;アスペルギルス(Aspergillus)属、トリコデルマ(Trichoderma)属等の真菌類が挙げられる。 Although the origin of the above-mentioned chitinase is not particularly limited, it may be, for example, a microorganism, a plant, an insect or the like, and among these, a microorganism-derived chitinase is preferable. The microorganism producing chitinase is not particularly limited, and examples thereof include, but are not limited to, Serratia, Bacillus, Streptomyces, Alteromonas, Coccidioides, Vibrio, for example. Bacteria such as genus; fungi such as Aspergillus and Trichoderma.
また、キチナーゼを生産する植物としては特に限定されないが、例えば、パラゴムノキ(Para rubber tree,Hevea brisiliennsis)、大豆(Glycine max)、たばこ(Nicotiana tabacum)等が挙げられる。 Further, the plant producing chitinase is not particularly limited, and examples thereof include Para rubber tree (Hevea brisilien nsis), soybean (Glycine max), tobacco (Nicotiana tabacum) and the like.
また、キチナーゼを生産する昆虫としては特に限定されないが、例えば、蚕(Bombyx mori)、ハスモンヨトウ(Spodoptera litura)等が挙げられる。 Moreover, the insect which produces chitinase is not particularly limited, and examples thereof include Bombyx mori and Spodoptera litura.
これらの中では、セラチア・マルセッセンス(Serratia marcescens)、ストレプトマイセス・セリカラー(Streptomyces coelicolor)、ストレプトマイセス・グリセウス(Streptomyces griseus)、バシラス・チューリンゲンシス(Bacillus thuringiensis)にそれぞれ由来するキチナーゼが好ましい。 Among these, chitinases derived respectively from Serratia marcescens (Serratia marcescens), Streptomyces coelicolor, Streptomyces griseus, and Bacillus thuringiensis are preferable.
なお、これらのキチナーゼは、人工的に改変(例えば後述する実施例のクローン化)されていてもよい。また、これらのキチナーゼは、1種類を単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。また、キチナーゼは、一連の酵素群であってもよい。かかる酵素群としては、キチナーゼ(EC 3.2.1.14)等が挙げられる。また、キチナーゼは、異なる由来のキチナーゼを混合して用いてもよい。 In addition, these chitinases may be artificially modified (for example, cloning of Examples described later). Also, these chitinases may be used alone or in combination of two or more. The chitinase may also be a series of enzymes. Such enzymes include chitinases (EC 3.2.1.14) and the like. In addition, chitinases may be used as a mixture of chitinases of different origin.
また、キチナーゼには複数の立体構造が存在することが知られているが、キチン分解酵素として用いる際には立体構造は特に限定されず、1種類を単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。そのような立体構造を有するキチナーゼとしては、例えばセラチア・マルセッセンス由来のキチナーゼAやキチナーゼB、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)WL−12由来のキチナーゼA1、病原性糸状菌のコクシジオイデス・イミチス(Coccidioides immitis)由来のキチナーゼ、パラゴムノキ由来のヘバミン、超高熱菌のパイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)由来のキチナーゼ、放線菌のストレプトマイセス・グリセウス由来のキチナーゼC等が挙げられる。 In addition, although it is known that chitinase has a plurality of three-dimensional structures, when it is used as a chitinolytic enzyme, the three-dimensional structure is not particularly limited, and two or more kinds are mixed even if one type is used alone. You may use it. Examples of chitinases having such a three-dimensional structure include chitinase A and chitinase B derived from Serratia marcescens, chitinase A1 derived from Bacillus circulans WL-12, and Coccidioides imimitis, a pathogenic filamentous fungus. And the like. Chitinase derived from Hevea brasiliensis, Hebamine derived from Hevea brasiliensis, chitinase derived from Pyrococcus furiosus of hyperthermia, and chitinase C derived from Streptomyces griseus actinomycete.
これらの中では、キチナーゼAが好ましく、特に少なくともキチナーゼAを含有しているものが好ましい。なお、微生物由来や植物由来のキチナーゼは、複数の構造が混合した状態にある。この場合、例えばサイズ排除クロマトグラフィー(size exclusion chromatography)等の分離方法を用いてキチナーゼを精製することができる。精製されたキチナーゼを構造毎に分離するためには、例えばサイズ排除クロマトグラフィーのサンプリングのタイミングを、キチナーゼの分子量に応じて変更することで実現することができる。 Among these, chitinase A is preferable, and one containing at least chitinase A is particularly preferable. The microorganism-derived or plant-derived chitinase is in a state in which a plurality of structures are mixed. In this case, the chitinase can be purified using a separation method such as, for example, size exclusion chromatography. In order to separate the purified chitinase into structures, for example, the timing of sampling of size exclusion chromatography can be realized by changing the molecular weight of the chitinase.
キチナーゼの多くは、pH3以上、pH8以下の範囲で至適な酵素活性を有するものが一般的であるが、pH8〜pH10以上の範囲で至適な酵素活性を有するアルカリキチナーゼと呼ばれるものであってもよい。また、キチナーゼの多くは、反応温度が25℃以上、50℃以下の範囲で至適な酵素活性を有するものが多いが、70℃以上、100℃以下の範囲で至適な酵素活性を有する耐熱性キチナーゼと呼ばれるものであってもよい。 Most of the chitinases generally have an optimum enzyme activity in the range of pH 3 or more and pH 8 or less, but are so-called alkaline chitinases having an optimum enzyme activity in the range of pH 8 to pH 10 or more It is also good. In addition, many of the chitinases have optimum enzyme activity in the reaction temperature range of 25 ° C. or more and 50 ° C. or less, but heat resistance having optimum enzyme activity in the range of 70 ° C. or more and 100 ° C. or less It may be called sexual chitinase.
本発明では、シリカ又はシリカ含有物質として、シリカ、珪藻土、珪砂、石英、ガラス等を用いることができる。シリカ含有物質のうち、珪藻土及び珪砂は、シリカが主成分の天然物である。シリカは少なくとも二酸化ケイ素を含有する化合物の総称であり、表面の一部にシラノール基が存在しているのが一般的である。このシリカは、粒子形状が球状でも非球状でもよく、粒子構造が中実構造でも多孔質構造でもよく、結晶性が非晶質でも結晶質でもよく、粉末状、懸濁液、分散液等の何れの状態で使用してもよい。シリカ表面の一部がシラノール基以外の別の官能基で修飾されていてもよい。また、シランカップリング剤やシリコンアルコキシド、又はケイ酸イオン等でシリカ以外の化合物の表面に反応させてシリカの層が存在する形でもよい。その中でも特にコロイダルシリカ、珪藻土及び珪砂の適用が好ましい。 In the present invention, silica, diatomaceous earth, silica sand, quartz, glass and the like can be used as the silica or silica-containing material. Among silica-containing materials, diatomaceous earth and silica sand are natural products mainly composed of silica. Silica is a general term for compounds containing at least silicon dioxide, and generally, silanol groups are present on part of the surface. The silica may have a spherical or non-spherical particle shape, may have a solid or porous particle structure, or may be amorphous or crystalline, and may be in the form of powder, suspension, dispersion, etc. You may use in any state. A part of the silica surface may be modified with other functional groups other than silanol groups. In addition, it may be in a form in which a layer of silica is made to react on the surface of a compound other than silica with a silane coupling agent, silicon alkoxide, or silicate ion. Among them, application of colloidal silica, diatomaceous earth and silica sand is particularly preferable.
コロイダルシリカは、平均一次粒子径が1nm以上、400nm以下、好ましくは、5nm以上、350nm以下であり、後述するキチン分解反応液中に存在させて用いられる。平均一次粒子径は、窒素吸着法(BET法)により測定される比表面積S(m2/g)から換算式(D(nm)=2720/S)により算出されたものである。なお、コロイダルシリカは、水、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチレングリコール等の分散媒に分散させた分散液として用いられ、分散液は、コロイド液、ゾル等と呼ばれる。本発明では、酵素の活性を阻害しない範囲で分散媒を選択してよいが、水、エタノール等の分散媒の適用が好ましい。 Colloidal silica has an average primary particle diameter of 1 nm or more and 400 nm or less, preferably 5 nm or more and 350 nm or less, and is used by being present in a chitin decomposition reaction solution described later. The average primary particle size is calculated from a specific surface area S (m 2 / g) measured by a nitrogen adsorption method (BET method) by a conversion formula (D (nm) = 2720 / S). Colloidal silica is used as a dispersion liquid dispersed in a dispersion medium such as water, methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone and ethylene glycol, and the dispersion liquid is called a colloid liquid, sol or the like. In the present invention, the dispersion medium may be selected as long as the activity of the enzyme is not inhibited, but the application of a dispersion medium such as water or ethanol is preferred.
コロイダルシリカの製造方法として、水ガラスを原料とする水ガラス法、金属アルコキシドを原料とするアルコキシド法、塩化ケイ素化合物を原料とする気相法等がある。どの製造法で得られたコロイダルシリカを用いてもよいが、水ガラス法により得られたコロイダルシリカの適用が好ましい。 As a method for producing colloidal silica, there are a water glass method using water glass as a raw material, an alkoxide method using a metal alkoxide as a raw material, and a vapor phase method using a silicon chloride compound as a raw material. Although the colloidal silica obtained by any manufacturing method may be used, application of the colloidal silica obtained by the water glass method is preferable.
本発明において、窒素含有複素環式化合物は、窒素を含む複素環式化合物である。このような窒素含有複素環式化合物としては、アジリジン−2−カルボン酸メチル、1−(2−ヒドロキシエチル)エチレンイミン等の三員複素環式化合物(窒素含有三員複素環式化合物);ピロリジン、1H−ピロール、2H−ピロール、3H−ピロール、イミダゾール、L−ヒスチジン、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、1H−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、1H−テトラゾール等の五員複素環式化合物(窒素含有五員複素環式化合物);ピペリジン、2−メチルピペリジン、4−メチルピペリジン、4−ヒドロキシ−1−メチルピペリジン、ピリジン、2−アミノピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン等の六員複素環式化合物(窒素含有六員複素環式化合物);ε−カプロラクタム、ε−チオカプロラクタム、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン等の七員複素環式化合物(窒素含有七員複素環式化合物)が挙げられる。 In the present invention, the nitrogen-containing heterocyclic compound is a nitrogen-containing heterocyclic compound. As such nitrogen-containing heterocyclic compounds, three-membered heterocyclic compounds such as methyl aziridine-2-carboxylate and 1- (2-hydroxyethyl) ethyleneimine (nitrogen-containing three-membered heterocyclic compounds); pyrrolidine 1H-pyrrole, 2H-pyrrole, 3H-pyrrole, imidazole, L-histidine, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, benzoimidazole, pyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 1H-1,2,3-triazole -Membered heterocyclic compounds (nitrogen-containing five-membered heterocyclic compounds) such as 1,2,4-triazole and 1H-tetrazole; piperidine, 2-methylpiperidine, 4-methylpiperidine, 4-hydroxy-1-methyl 6-membered complex such as piperidine, pyridine, 2-aminopyridine, 2-amino-6-methylpyridine Formula compounds (nitrogen-containing six-membered heterocyclic compounds); seven-membered heterocyclic compounds such as ε-caprolactam, ε-thiocaprolactam, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene and the like (nitrogen-containing seven-membered heterocyclic compounds) Membered heterocyclic compounds).
これらの中では、安価で入手し易いことから、ピロリジン、イミダゾール、L−ヒスチジン、2−メチルイミダゾール、ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、1,2,4−トリアゾール、2−メチルピペリジン、4−メチルピペリジン、2−アミノピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセンが好ましく、特にイミダゾール、2−メチルイミダゾールが好ましい。 Among these, pyrrolidine, imidazole, L-histidine, 2-methylimidazole, pyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 1,2,4-triazole, 2-methylpiperidine, 4- 4-pyrrolidine, imidazole, L-histidine, 2-methylimidazole, and the like. Preferred are methyl piperidine, 2-aminopyridine, 2-amino-6-methylpyridine and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene, and in particular imidazole and 2-methylimidazole.
(キチン分解反応液及び糖の製造方法)
本発明において、キチンを加水分解する際にはキチン分解反応液を調製して用いる。本発明のキチン分解反応液は、原料であるキチンと、本発明のキチン分解酵素組成物とを含有するものである。詳細は後述するが、糖化反応効率の向上効果を享受する観点から、本発明のキチン分解反応液においては、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物を併用する。
(Method for producing chitin degradation reaction liquid and sugar)
In the present invention, when hydrolyzing chitin, a chitin degradation reaction solution is prepared and used. The chitin degradation reaction liquid of the present invention contains chitin as a raw material and the chitin degradation enzyme composition of the present invention. Although the details will be described later, from the viewpoint of achieving the effect of improving the saccharification reaction efficiency, in the chitin decomposition reaction liquid of the present invention, a silica or a silica-containing substance and a nitrogen-containing heterocyclic compound are used in combination.
一般に、酵素反応においては、基質濃度が高くなると反応速度が飽和する現象がみられ、この反応速度は飽和最大速度へ至る双曲線を描く。これは、酵素分子が基質に比べて巨大な場合が多く活性中心の範囲が狭いため、金属触媒等に比べて、基質と触媒(酵素)とが衝突しても(活性中心に適合し)反応を起こす頻度が小さいことが原因と考えられるためである。そして、基質濃度が高まると、少ない酵素の活性中心を基質が取り合うようになるので飽和現象が生じる。 In general, in the enzyme reaction, a phenomenon is observed in which the reaction rate saturates as the substrate concentration increases, and the reaction rate draws a hyperbola leading to the saturation maximum rate. This is because the enzyme molecule is larger than the substrate in many cases, and the range of the active center is narrow, so even if the substrate and the catalyst (enzyme) collide (compare with the active center), the reaction occurs. It is considered that the cause of the problem is small. And, when the concentration of the substrate is increased, the saturation phenomenon occurs because the substrate becomes compatible with less active centers of enzymes.
従って、本発明のキチン分解反応液では、キチン分解酵素の濃度をキチンの含有量に応じて適宜決定すればよい。ただし、キチン分解反応液中のキチン分解酵素の濃度が低すぎると、キチン分解酵素の糖化反応効率が低下して好ましくない。一方、キチン分解酵素の濃度が高すぎると、飽和現象が生じるだけでなく、キチン分解酵素がキチン分解反応液に溶解し難くなり、経済的に不適である。 Therefore, in the chitinolytic reaction solution of the present invention, the concentration of the chitinolytic enzyme may be appropriately determined according to the content of chitin. However, if the concentration of the chitinolytic enzyme in the chitinolytic reaction solution is too low, the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is unfavorably lowered. On the other hand, when the concentration of chitinolytic enzyme is too high, not only the saturation phenomenon occurs, but the chitinolytic enzyme becomes difficult to dissolve in the chitinolytic reaction solution, which is economically unsuitable.
また、本発明のキチン分解反応液において、シリカ又はシリカ含有物質中のシリカの濃度は、0.1mg/mL以上、400mg/mL以下、好ましくは、0.5mg/mL以上、100mg/mL以下である。シリカ又はシリカ含有物質中のシリカの濃度が0.1mg/mLより低いと、キチン分解酵素の糖化反応効率が低下して好ましくない。一方、これらのシリカの濃度が400mg/mLより高いと、キチン分解反応液の分散性が悪化するだけでなく、経済的に不適である。 In the chitin degradation reaction liquid of the present invention, the concentration of silica in the silica or silica-containing substance is 0.1 mg / mL or more and 400 mg / mL or less, preferably 0.5 mg / mL or more and 100 mg / mL or less is there. If the concentration of silica in the silica or silica-containing material is less than 0.1 mg / mL, the efficiency of the saccharification reaction of the chitinolytic enzyme is unfavorably reduced. On the other hand, when the concentration of these silicas is higher than 400 mg / mL, not only the dispersibility of the chitin decomposition reaction solution is deteriorated but also it is economically unsuitable.
また、キチン分解反応液において、キチン分解酵素とシリカ又はシリカ含有物質中のシリカとの質量比率(キチン分解酵素/シリカ)は、0.0002以上、300以下、好ましくは、0.002以上、30以下である。両者の質量比率が上記範囲を外れると、キチン分解酵素の糖化反応効率の向上が顕著ではなくなる。 In the chitin degradation reaction solution, the mass ratio of chitin degrading enzyme to silica or silica in the silica-containing substance (chitin degrading enzyme / silica) is 0.0002 or more and 300 or less, preferably 0.002 or more and 30 It is below. When the mass ratio of the both is out of the above range, the improvement of the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is not remarkable.
また、キチン分解反応液において、窒素含有複素環式化合物の濃度は、0.005mg/mL以上、100mg/mL以下、好ましくは、0.05mg/mL以上、50mg/mL以下である。更に好ましくは0.68mg/mL以上、34mg/mL以下である。最も好ましくは6.8mg/mL以上、34mg/mL以下である。窒素含有複素環式化合物の濃度が0.005mg/mLより低いとキチン分解酵素の糖化反応効率が低下して好ましくなく、一方、100mg/mLより高いとキチン分解反応液の分散性が悪化するだけでなく、経済的に不適である。 In the chitin degradation reaction solution, the concentration of the nitrogen-containing heterocyclic compound is 0.005 mg / mL or more and 100 mg / mL or less, preferably 0.05 mg / mL or more and 50 mg / mL or less. More preferably, they are 0.68 mg / mL or more and 34 mg / mL or less. Most preferably, it is 6.8 mg / mL or more and 34 mg / mL or less. If the concentration of the nitrogen-containing heterocyclic compound is lower than 0.005 mg / mL, the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is reduced, which is not preferable. On the other hand, if it is higher than 100 mg / mL, the dispersibility of the chitin decomposition reaction solution is only deteriorated. Not economically unfit.
また、キチン分解反応液において、シリカ又はシリカ含有物質中のシリカと窒素含有複素環式化合物との質量比率(窒素含有複素環式化合物/シリカ)は、0.0001以上、100以下、好ましくは、0.001以上、10以下である。両者の質量比率が上記範囲を外れると、キチン分解酵素の糖化反応効率の向上が顕著ではなくなる。 Moreover, in the chitin decomposition reaction liquid, the mass ratio (nitrogen-containing heterocyclic compound / silica) of silica and nitrogen-containing heterocyclic compound in the silica or silica-containing substance is preferably 0.0001 or more and 100 or less, preferably It is 0.001 or more and 10 or less. When the mass ratio of the both is out of the above range, the improvement of the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is not remarkable.
また、キチン分解反応液のpHは、4以上、8以下、好ましくは、5以上、7以下である。pHが4より低いとシリカ又はシリカ含有物質の凝集が生じてキチン分解酵素の糖化反応効率が低下し、一方、pHが8より高いとシリカ又はシリカ含有物質がキチン分解反応液に溶解しやすくなるため好ましくない。なお、キチン分解反応液にアルカリキチナーゼを用いる場合には、シリカ又はシリカ含有物質のキチン分解反応液に対する溶解性を調製する。これにより、pHが8より高いキチン分解反応液として用いることができる。 Moreover, the pH of the chitin decomposition reaction liquid is 4 or more and 8 or less, preferably 5 or more and 7 or less. When the pH is lower than 4, aggregation of the silica or the silica-containing substance occurs to reduce the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme, while when the pH is higher than 8, the silica or the silica-containing substance is easily dissolved in the chitin decomposition reaction solution Unfavorable. In addition, when using an alkaline chitinase for a chitin decomposition reaction liquid, the solubility with respect to the chitin decomposition reaction liquid of a silica or a silica containing material is adjusted. Thereby, it can use as a chitin decomposition reaction liquid whose pH is higher than eight.
キチン分解反応液のpH調整剤として、硫酸、塩酸、硝酸等の鉱酸;酢酸、シュウ酸等のカルボン酸;クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシ酸;リン酸;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物塩;アンモニア、尿素等の窒素含有化合物等が挙げられる。本発明の効果を阻害しない範囲であれば、特にその種類や濃度に使用制限はない。また、これらのpH調整剤は、1種類を単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよく、或いは、緩衝作用を有する緩衝液の状態で使用してもよい。 Mineral acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid as pH adjusters of chitin decomposition reaction liquid; carboxylic acids such as acetic acid and oxalic acid; hydroxy acids such as citric acid, tartaric acid and malic acid; phosphoric acid; sodium hydroxide, hydroxide Examples include hydroxide salts such as potassium; and nitrogen-containing compounds such as ammonia and urea. As long as the effects of the present invention are not impaired, the type and concentration thereof are not particularly limited. These pH adjusters may be used alone or in combination of two or more, or may be used in the form of a buffer having a buffering action.
また、キチン分解反応液の反応温度は、キチン分解酵素の至適温度に合わせて反応温度を設定することが好ましく、例えば10℃以上、50℃以下、特に25℃以上、40℃以下とするのが好ましい。一般的に、反応温度が10℃より低いとキチン分解酵素の糖化反応効率が著しく低下し、50℃より高いとキチン分解酵素が失活する虞があるため好ましくない。ただし、耐熱性キチナーゼを用いる場合には、70℃以上、100℃以下であっても失活しない。 The reaction temperature of the chitin degradation reaction solution is preferably set according to the optimum temperature of the chitin degradation enzyme, for example, 10 ° C. or more and 50 ° C. or less, particularly 25 ° C. or more and 40 ° C. or less Is preferred. In general, if the reaction temperature is lower than 10 ° C., the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is significantly reduced, and if it is higher than 50 ° C., the chitinolytic enzyme may be inactivated, which is not preferable. However, when heat-resistant chitinase is used, it does not inactivate even if it is 70 degreeC or more and 100 degrees C or less.
なお、キチン系バイオマス由来の原料の前処理は、公知の処理方法を適用することにより行えばよい。例えば、カッターミル等による物理的な粉砕を行った後に、酸処理及び/又はアルカリ処理を行うことによってタンパク質や炭酸カルシウムを除去し、これをキチンの原料とすればよい。 The pretreatment of the chitin-based biomass-derived material may be performed by applying a known treatment method. For example, after physical pulverization with a cutter mill or the like, protein and calcium carbonate may be removed by acid treatment and / or alkali treatment, and this may be used as a chitin raw material.
また、キチン分解反応液の調製手順は特に制限されないが、キチン分解酵素を分散させた分散液に、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物を添加してキチン分解反応液としてもよい。或いは、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物を分散させた分散液に、キチン分解酵素を添加してキチン分解反応液としてもよい。これらの調整手順において、キチン分解酵素の糖化反応効率が低下しなければ添加順序は問わない。例えば、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物を同時に添加してもよいし、別々に添加してもよい。その際、窒素含有複素環式化合物を粉末状態で添加してもよいし、溶液状態で添加してもよい。なお、pH調整剤等のその他の添加剤は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば任意の順序で添加すればよい。 Although the preparation procedure of the chitin degradation reaction liquid is not particularly limited, the silica or the silica-containing substance and the nitrogen-containing heterocyclic compound may be added to the dispersion in which the chitin degradation enzyme is dispersed to form a chitin degradation reaction liquid. Alternatively, a chitinolytic enzyme may be added to the dispersion in which the silica or silica-containing substance and the nitrogen-containing heterocyclic compound are dispersed, to form a chitinolytic reaction solution. In these adjustment procedures, the addition order does not matter as long as the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme is not reduced. For example, the silica or silica-containing substance and the nitrogen-containing heterocyclic compound may be added simultaneously or separately. At that time, the nitrogen-containing heterocyclic compound may be added in the form of powder or may be added in the form of solution. The other additives such as pH adjusters may be added in any order as long as the effects of the present invention are not impaired.
以上で説明した通り、本発明のキチン分解酵素組成物を用いてキチン分解反応液を調整する際に、メカニズムは明らかでないが、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物を併用させることで、キチンの加水分解をより促進させてキチン分解酵素による糖化反応効率を向上させることができる。また、キチン分解酵素の糖化反応効率が向上することで、生産物である糖の収率を向上させて高収率化を実現することができる。また、このキチン分解反応液は、シリカ又はシリカ含有物質及び窒素含有複素環式化合物の併用により、キチン分解酵素の使用量を減少させることができるので、簡便な反応系でありコスト性にも優れている。 As described above, when preparing a chitinolytic reaction solution using the chitinolytic enzyme composition of the present invention, the mechanism is not clear, but by using silica or a silica-containing substance and a nitrogen-containing heterocyclic compound in combination The hydrolysis of chitin can be further promoted to improve the efficiency of the saccharification reaction by the chitinolytic enzyme. Further, by improving the saccharification reaction efficiency of the chitinolytic enzyme, it is possible to improve the yield of the product sugar and to realize high yield. In addition, since this chitin decomposition reaction liquid can reduce the amount of chitinolytic enzyme used by the combined use of silica or a silica-containing substance and a nitrogen-containing heterocyclic compound, it is a simple reaction system and excellent in cost. ing.
本発明のキチン分解酵素組成物を用いて調製したキチン分解反応液を使用してキチンを加水分解することにより、糖を製造することができる。糖を製造する際には、撹拌下で、キチン分解反応液を使用してキチンを加水分解してもよい。具体的な糖の製造方法は、後述の実施例において説明する。 A sugar can be produced by hydrolyzing chitin using a chitinolytic reaction solution prepared using the chitinolytic enzyme composition of the present invention. When producing sugars, chitin degradation reaction solution may be used to hydrolyze chitin under agitation. Specific sugar production methods will be described in the following examples.
以下、実施例に基づいて更に詳述するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail based on examples given below, but the invention is in no way limited by these examples.
(1.実施例1)
(1−1.キチナーゼAの調製)
キチン分解酵素として用いたキチナーゼAは、以下の手順に従って調製した。
セラチア・マルセッセンスからクローン化されたキチナーゼA(以下「SmChiA」とする)(T. Watanabe et al., Journal of Bacteriol, Vol.179, No.22, 1997, p.7111−p.7117参照)を、T7プロモーターを利用したタンパク大量発現系構築用プラスミドベクターpET27b(ノバジェン社製)へクローン化した。クローン化の際に、SmChiAのカルボキシル末端側に6回反復ヒスチジンタグが付随するように構築した。
(1. Example 1)
(1-1. Preparation of chitinase A)
The chitinase A used as a chitinolytic enzyme was prepared according to the following procedure.
Chitinase A (hereinafter referred to as "SmChiA") cloned from Serratia marcescens (see T. Watanabe et al., Journal of Bacteriol, Vol. 179, No. 22, 1997, p. 7111-p. 7117) Then, it was cloned into plasmid vector pET27b (manufactured by Novagen) for constructing a large amount of protein expression system using T7 promoter. During cloning, it was constructed so that a Histidine tag repeated six times was attached to the carboxyl terminal side of SmChiA.
SmChiAのエスケリキア・コリ(Escherichia coli;E. coli)を宿主とした大量発現を、以下の手順により行った。 Large-scale expression using SmChiA as a host in Escherichia coli (E. coli) was performed according to the following procedure.
上記プラスミドベクターを保持するE. coli BL21(DE3)を、50μg/mLのカナマイシンを加えたLB培地で、37℃で一晩振とう培養して培養液を得た。翌日、この培養液を種菌として、50μg/mLのカナマイシンを加えたオーバーナイトエクスプレス(OvernightExpress(登録商標))LB培地(ノバジェン社製)へ植菌し、30℃で一晩振とう培養した。翌日、遠心分離器を用いて集菌して菌のペレットを作製し、このペレットをベンゾナーゼ(Benzonase(登録商標))(ノバジェン社製)を加えたバグバスター(Bugbuster(登録商標))(ノバジェン社製)へ懸濁して懸濁液を得た。次いで、この懸濁液を室温で30分間放置後、再び遠心し、その上清画分を回収した。 E. coli carrying the above plasmid vector E. coli BL21 (DE3) was cultured with shaking overnight at 37 ° C. in LB medium supplemented with 50 μg / mL kanamycin to obtain a culture solution. The following day, using this culture solution as an inoculum, the cells were inoculated into Overnight Express (Overnight Express (registered trademark)) LB medium (manufactured by Novagen) to which 50 μg / mL kanamycin was added, and shake culture was performed overnight at 30 ° C. The next day, bacteria were collected using a centrifuge to prepare a pellet of bacteria, and this pellet was added to Benzonase (Benzonase (registered trademark)) (manufactured by Novagen) Bugbuster (Bugbuster (registered trademark)) (Novagen Corporation) Suspension) to obtain a suspension. The suspension was then allowed to stand at room temperature for 30 minutes and centrifuged again, and the supernatant fraction was collected.
次に、上記上清画分からSmChiAを精製・回収するため、当該上清画分を5×5mLのHisTrap HPカラム(GEヘルスケア社製)へ添加した。その後、洗浄用緩衝液で上記HPカラムを洗浄した。なお、洗浄用緩衝液は、20mMのリン酸ナトリウムバッファー(pH7.4)、0.5Mの塩化ナトリウム、及び25mMのイミダゾールを混合して作製した。 Next, in order to purify and recover SmChiA from the supernatant fraction, the supernatant fraction was added to 5 × 5 mL of HisTrap HP column (manufactured by GE Healthcare). Thereafter, the HP column was washed with washing buffer. The washing buffer was prepared by mixing 20 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4), 0.5 M sodium chloride, and 25 mM imidazole.
次に、濃度が25mMから250mM(終濃度)になるように濃度勾配を付けながら、イミダゾールをカラムへ添加していき、SmChiAを溶出させて、SmChiA溶出画分を回収した。このSmChiA溶出画分を、ビバスピン(Vivaspin(登録商標))20を用いて遠心透析し、上記洗浄用緩衝液を50mMのリン酸ナトリウムバッファー(pH6.0)へと置換し、精製酵素(SmChiA)を得た。得られた精製酵素の定量は、280nmの吸光度を測定することにより行った。なお、SmChiAのモル吸光係数は、予測アミノ酸配列から「The Proteomics Protocols Handbook」(J. M. Walker, Humana Press, 2005, p.571−p.607参照)を用いて算出した。 Next, imidazole was added to the column while applying a concentration gradient so that the concentration was 25 mM to 250 mM (final concentration), SmChiA was eluted, and the SmChiA-eluted fraction was collected. The SmChiA elution fraction was subjected to centrifugal dialysis using Vivaspin (registered trademark) 20, and the above washing buffer was replaced with 50 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0), and the purified enzyme (SmChiA) was used. I got The quantification of the obtained purified enzyme was performed by measuring the absorbance at 280 nm. The molar absorption coefficient of SmChiA was calculated from the predicted amino acid sequence using "The Proteomics Protocols Handbook" (see J. M. Walker, Humana Press, 2005, p. 571-p. 607).
(1−2.キチン分解酵素組成物のキチナーゼ活性の測定)
上記(1−1.)で精製して得られた精製酵素であるSmChiAに加えて、シリカ又はシリカ含有物質としてシリカ、及び窒素含有複素環式化合物としてイミダゾールを用いてキチン分解酵素組成物を調製し、酵素活性(キチナーゼ活性)を測定した。かかる反応系のキチナーゼ活性の測定は、以下の手順により行った。なお、調製したキチン分解酵素組成物の組成については、下記表1に示した。
(1-2. Measurement of chitinase activity of chitinolytic enzyme composition)
In addition to SmChiA which is a purified enzyme obtained by purification in the above (1-1.), A chitinolytic enzyme composition is prepared using silica as the silica or silica-containing substance and imidazole as the nitrogen-containing heterocyclic compound. The enzyme activity (chitinase activity) was measured. The measurement of the chitinase activity of this reaction system was carried out according to the following procedure. The composition of the prepared chitinolytic enzyme composition is shown in Table 1 below.
まず、ガラスバイアルに回転子を一つ入れ、そこに、終濃度12.5mg/mLの結晶性キチン(純正化学株式会社製)、20mMのリン酸ナトリウムバッファー(pH6.0)、0.125mg/mLのSmChiA、終濃度100mMのイミダゾール、及び終濃度50mg/mLのシリカゾル(日産化学工業株式会社製、品名:ST−OL、酸性ゾル)をそれぞれ加えてキチン分解反応液を得た。このキチン分解反応液を加えたガラスバイアルを、バイアルスターラー(Vaial Stirrer)HS−10VA(アズワン株式会社製)に並べ、25℃、22時間、及び最大出力の条件で撹拌した。反応終了後は、直ちにキチナーゼ活性を以下の手順で測定した。 First, one rotator is placed in a glass vial, and crystalline chitin (made by Junsei Chemical Co., Ltd.) with a final concentration of 12.5 mg / mL, 20 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0), 0.125 mg / mL. A Chitin degradation reaction solution was obtained by adding mL of SmChiA, a final concentration of 100 mM of imidazole, and a final concentration of 50 mg / mL of silica sol (Nissan Chemical Industry Co., Ltd., product name: ST-OL, acidic sol). The glass vial to which the chitin degradation reaction solution was added was arranged in a vial stirrer (Vaial Stirrer) HS-10VA (manufactured by As One Corporation), and stirred at 25 ° C. for 22 hours under the conditions of maximum output. Immediately after completion of the reaction, the chitinase activity was measured by the following procedure.
キチナーゼ活性の測定は、PHBAH(p−Hydroxybenzoic acid hydrazide)法(M. Lever, Analytical Biochemistry, Vol.47, No.1, 1972, p.273−p.279参照)を用いて、生産物であるキチンオリゴ糖及びN−アセチル−D−グルコサミンの還元糖量を求めることで行った。具体的には、上記キチン分解反応液を遠心分離(4℃、最大遠心加速度15780×g、5分)にかけ、その上清を回収した。次に、回収した上清に、当該上清の2倍量のPHBAH溶液と、上記上清と等量の2Mの水酸化ナトリウムを加え、よく懸濁して懸濁液を得た。なお、PHBAH溶液は、0.1MのPHBAH、0.2Mの酒石酸カリウムナトリウム、及び0.5Mの水酸化ナトリウムを混合して得られたものである。 The measurement of chitinase activity is a product using PHBAH (p-Hydroxybenzoic acid hydrazide) method (M. Lever, Analytical Biochemistry, Vol. 47, No. 1, 1972, p. 273-p. 279). It carried out by calculating | requiring the reducing sugar amount of chitin oligosaccharide and N-acetyl-D-glucosamine. Specifically, the chitin degradation reaction solution was subjected to centrifugation (4 ° C., maximum centrifugal acceleration 15780 × g, 5 minutes), and the supernatant was recovered. Next, to the collected supernatant, a PHBAH solution twice as much as the supernatant and 2M sodium hydroxide equivalent to the above supernatant were added, and well suspended to obtain a suspension. The PHBAH solution is obtained by mixing 0.1 M PHBAH, 0.2 M potassium sodium tartrate, and 0.5 M sodium hydroxide.
得られた懸濁液を98℃で10分間反応させた後、10分で2℃に急冷した。その後、波長405nmのOD値(OD:Optical Density;光学濃度、光学密度)を測定し、このOD値を用いてブランクとの吸光度の差を求めた。また、検量線はN−アセチル−D−グルコサミンを用いて作成し、上記上清における吸光度の上昇量から還元糖量を求め、下記表1に示した。なお、下記表1に示した還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。 The resulting suspension was reacted at 98 ° C for 10 minutes and then quenched to 2 ° C in 10 minutes. Thereafter, an OD value (OD: Optical Density; optical density, optical density) at a wavelength of 405 nm was measured, and the difference in absorbance from the blank was determined using this OD value. Further, a calibration curve was prepared using N-acetyl-D-glucosamine, and the amount of reducing sugar was determined from the increase in absorbance in the above supernatant, and the results are shown in Table 1 below. In addition, the amount of reducing sugar shown in the following Table 1 was made into the range of the amount of reducing sugar in n = 3.
(2.実施例2〜4)
実施例2〜4では、シリカ又はシリカ含有物質として、シリカゾル(日産化学工業株式会社製、品名:ST−OZL−35、酸性ゾル)、シリカゾル(日産化学工業株式会社製、品名:MP−4540M、Na安定型アルカリ性ゾル)、及びフュームドシリカ(エボニック社製、品名:AEROSIL(登録商標)OX50、親水性フュームドシリカ)をそれぞれ適用したこと以外は実施例1と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、これらのキチナーゼ活性を測定した。各シリカの終濃度は、実施例1と同様にして50mg/mLとした。なお、各キチン分解酵素組成物の組成や求めた各還元糖量については、実施例1と同様にして下記表1に示した。また、下記表1に示した各還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。
(2. Examples 2 to 4)
In Examples 2 to 4, silica sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., product name: ST-OZL-35, acidic sol), silica sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., product name: MP-4540M, as the silica or the silica-containing substance) Chitinolytic enzyme composition in the same manner as in Example 1 except that Na-stable alkaline sol) and fumed silica (manufactured by Evonik, product name: AEROSIL (registered trademark) OX 50, hydrophilic fumed silica) were respectively applied Were prepared, and their chitinase activity was measured. The final concentration of each silica was 50 mg / mL in the same manner as in Example 1. The composition of each chitinolytic enzyme composition and the amount of each reducing sugar determined are shown in the following Table 1 in the same manner as in Example 1. Moreover, each reducing sugar amount shown in the following Table 1 was made into the range of the reducing sugar amount in n = 3.
(3.実施例5)
実施例5では、終濃度100mMの塩化ナトリウムを更に加えたこと以外は実施例2と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、これらのキチナーゼ活性を測定した。なお、キチン分解酵素組成物の組成や求めた還元糖量については、実施例1と同様にして下記表1に示した。また、下記表1に示した還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。
(3. Example 5)
In Example 5, chitinolytic enzyme compositions were prepared in the same manner as in Example 2 except that sodium chloride at a final concentration of 100 mM was further added, and their chitinase activities were measured. The composition of the chitinolytic enzyme composition and the determined amount of reducing sugar are shown in the following Table 1 in the same manner as in Example 1. In addition, the amount of reducing sugar shown in Table 1 below was in the range of the amount of reducing sugar at n = 3.
(4.実施例6)
実施例6では、イミダゾールの終濃度を500mMに変更した以外は実施例2と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、これらのキチナーゼ活性を測定した。なお、キチン分解酵素組成物の組成や求めた還元糖量については、実施例1と同様にして下記表1に示した。また、下記表1に示した還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。
(4. Example 6)
In Example 6, chitinolytic enzyme compositions were prepared in the same manner as in Example 2 except that the final concentration of imidazole was changed to 500 mM, and their chitinase activities were measured. The composition of the chitinolytic enzyme composition and the determined amount of reducing sugar are shown in the following Table 1 in the same manner as in Example 1. In addition, the amount of reducing sugar shown in Table 1 below was in the range of the amount of reducing sugar at n = 3.
(5.実施例7)
実施例7では、窒素含有複素環式化合物であるイミダゾールを2−メチルイミダゾールに変更した以外は実施例2と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、これらのキチナーゼ活性を測定した。なお、キチン分解酵素組成物の組成や求めた還元糖量については、実施例1と同様にして下記表1に示した。また、下記表1に示した還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。
(5. Example 7)
In Example 7, chitinolytic enzyme compositions were prepared in the same manner as in Example 2 except that imidazole which is a nitrogen-containing heterocyclic compound was changed to 2-methylimidazole, and their chitinase activities were measured. The composition of the chitinolytic enzyme composition and the determined amount of reducing sugar are shown in the following Table 1 in the same manner as in Example 1. In addition, the amount of reducing sugar shown in Table 1 below was in the range of the amount of reducing sugar at n = 3.
(6.比較例1〜10)
比較例1では、シリカ、イミダゾール及び塩化ナトリウムを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。
(6. Comparative Examples 1 to 10)
In Comparative Example 1, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as in Example 5 except that silica, imidazole and sodium chloride were not added, and the chitinase activity was measured.
比較例2では、シリカ及び塩化ナトリウムを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Example 2, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as in Example 5 except that silica and sodium chloride were not added, and the chitinase activity was measured.
比較例3では、シリカを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Example 3, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as Example 5 except that silica was not added, and the chitinase activity was measured.
比較例4では、シリカ及びイミダゾールを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Example 4, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as in Example 5 except that silica and imidazole were not added, and the chitinase activity was measured.
比較例5〜8では、それぞれイミダゾールを添加しなかったこと以外は実施例1〜4と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Examples 5 to 8, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the imidazole was not added, and the chitinase activity was measured.
比較例9では、イミダゾールを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Example 9, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as Example 5 except that no imidazole was added, and the chitinase activity was measured.
比較例10では、反応時に、回転子を用いた撹拌を行わずにそのまま25℃で22時間静置したこと以外は比較例3と同様にして、キチン分解酵素組成物を調製し、このキチナーゼ活性を測定した。 In Comparative Example 10, a chitinolytic enzyme composition was prepared in the same manner as Comparative Example 3 except that the reaction was allowed to stand at 25 ° C. for 22 hours without stirring using a rotor during the reaction, and this chitinase activity was Was measured.
なお、比較例1〜10では、各キチン分解酵素組成物の組成や求めた各還元糖量については、実施例1と同様にして下記表1に示した。また、下記表1に示した各還元糖量は、n=3における還元糖量の範囲とした。 In Comparative Examples 1 to 10, the composition of each chitinolytic enzyme composition and the calculated amount of each reducing sugar are shown in the following Table 1 in the same manner as in Example 1. Moreover, each reducing sugar amount shown in the following Table 1 was made into the range of the reducing sugar amount in n = 3.
(7.キチナーゼ活性の評価)
(7−1.イミダゾール又は塩化ナトリウムの添加によるキチナーゼ活性の向上効果)
比較例1と比較例2〜4のキチナーゼ活性を比較し、イミダゾール又は塩化ナトリウムの添加によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7. Evaluation of chitinase activity)
(7-1. Improvement effect of chitinase activity by addition of imidazole or sodium chloride)
The chitinase activities of Comparative Example 1 and Comparative Examples 2 to 4 were compared, and the improvement effect of the chitinase activity by addition of imidazole or sodium chloride was examined.
比較例1と比較例2〜4の還元糖量をみると、比較例1に対して比較例2〜4は、何れも還元糖量が微増していた。これは、比較例2〜4ではキチンの加水分解反応が円滑に行われて糖化反応効率がやや向上したことを示しており、イミダゾール又は塩化ナトリウムの添加によりキチナーゼ活性がやや向上したことが明らかとなった。 As for the reducing sugar amounts in Comparative Example 1 and Comparative Examples 2 to 4, the reducing sugar amounts in Comparative Examples 2 to 4 in Comparative Example 1 were slightly increased. This indicates that the hydrolysis reaction of chitin was smoothly performed in Comparative Examples 2 to 4 and the saccharification reaction efficiency was slightly improved, and it was apparent that the chitinase activity was slightly improved by the addition of imidazole or sodium chloride. became.
(7−2.シリカの添加によるキチナーゼ活性の向上効果)
比較例1と比較例5〜8のキチナーゼ活性を比較し、シリカの添加によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7-2. Improvement effect of chitinase activity by addition of silica)
The chitinase activities of Comparative Example 1 and Comparative Examples 5 to 8 were compared, and the improvement effect of the chitinase activity by the addition of silica was examined.
比較例1と比較例5〜8の還元糖量をみると、比較例1に対して比較例5〜8は、シリカの形態に応じて程度の差は見られるものの、何れも還元糖量が減少していた。これは、比較例5〜8ではキチンの加水分解反応が円滑に行われなかったことを示しており、シリカの添加によりキチナーゼ活性が阻害されたことが明らかとなった。従って、ここでは比較例1に対する比較例5〜8のキチナーゼ活性が阻害されたと評価し、キチナーゼ活性向上効果を「阻害」として下記表1に示した。 The amount of reducing sugars of Comparative Example 1 and Comparative Examples 5 to 8 is different from that of Comparative Example 1 in Comparative Examples 5 to 8, although the difference in the degree of reduction is seen depending on the form of silica. It was decreasing. This indicates that Comparative Examples 5 to 8 did not smoothly carry out the hydrolysis reaction of chitin, and it became clear that the chitinase activity was inhibited by the addition of silica. Therefore, it evaluated that the chitinase activity of Comparative Examples 5-8 with respect to the comparative example 1 was inhibited here, and showed the chitinase activity improvement effect in following Table 1 as "inhibition."
シリカがキチナーゼ活性の阻害要因となる理由として、非特許文献1の図5(SNPC1)の結果と整合していることから、キチナーゼとシリカが共存した状態では、シリカ表面にキチナーゼが物理吸着して固定化されてキチナーゼ活性が阻害されると考えられる。 As the reason why silica is a factor that inhibits chitinase activity, it is consistent with the result of FIG. 5 (SNPC1) of Non-Patent Document 1, so in a state where chitinase and silica coexist, chitinase physically adsorbs on the silica surface It is thought that it is immobilized and chitinase activity is inhibited.
(7−3.シリカ及びイミダゾールの併用によるキチナーゼ活性の向上効果)
上記(7−1.)及び上記(7−2.)の結果を踏まえて、実施例1〜4、実施例6と比較例2、比較例5〜8のキチナーゼ活性を比較し、シリカ及びイミダゾールの併用によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7-3. Improvement effect of chitinase activity by combined use of silica and imidazole)
Based on the results of the above (7-1.) And the above (7-2.), The chitinase activities of Examples 1 to 4, 6 and Comparative Example 2 and Comparative Examples 5 to 8 are compared, and silica and imidazole are compared. We examined the improvement effect of chitinase activity by the combined use of
実施例1〜4と比較例5〜8の還元糖量をみると、比較例5〜8に対して実施例1〜4は、シリカの形態に応じて程度の差は見られるものの、何れも還元糖量が増加していた。更に、実施例1〜4,6と比較例2の還元糖量をみると、比較例2に対して実施例1〜4,6は、何れも還元糖量が増加していた。理由は明らかでないが、これは、実施例1〜4,6ではキチンの加水分解反応が円滑に行われて糖化反応効率が向上したことを示しており、シリカ及びイミダゾールの併用によりキチナーゼ活性が向上したことが明らかとなった。従って、ここでは比較例5〜8に対する実施例1〜4,6のキチナーゼ活性が向上したと評価し、キチナーゼ活性向上効果を「有」として下記表1に示した。 As for the reducing sugar amounts of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 5 to 8, Examples 1 to 4 are different from Comparative Examples 5 to 8 in any degree depending on the form of silica. The amount of reducing sugar was increasing. Furthermore, when the reduced sugar amount of Examples 1 to 4 and 6 and Comparative Example 2 is examined, the reduced sugar amount is increased in each of Examples 1 to 4 and 6 relative to Comparative Example 2. Although the reason is not clear, this indicates that the hydrolysis reaction of chitin was smoothly performed in Examples 1 to 4 and the saccharification reaction efficiency was improved, and the combination of silica and imidazole improved the chitinase activity It became clear that it did. Therefore, it evaluated that the chitinase activity of Examples 1-4 and 6 with respect to Comparative Examples 5-8 improved here, and showed the chitinase activity improvement effect in following Table 1 as "presence".
(7−4.シリカと塩化ナトリウムの併用によるキチナーゼ活性の向上効果)
上記(7−1.)〜上記(7−3.)の結果を踏まえて、実施例2,5と比較例3,9のキチナーゼ活性を比較し、シリカ及び塩化ナトリウムの併用によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7-4. Improvement effect of chitinase activity by combined use of silica and sodium chloride)
Based on the above results (7-1.) To (7-3.), The chitinase activities of Examples 2 and 5 and Comparative Examples 3 and 9 are compared, and improvement of chitinase activity by the combined use of silica and sodium chloride We examined the effect.
実施例2,5の還元糖量をみると、両者の還元糖量は殆ど変化していなかった。次に、実施例5と比較例3の還元糖量をみると、比較例3に対して実施例5の還元糖量が増加していた。次に、実施例5と比較例9の還元糖量をみると、比較例9に対して実施例5の還元糖量が増加していた。これらのことから、実施例5でキチナーゼ活性が向上した要因はシリカとイミダゾールの併用にあり、シリカと塩化ナトリウムの併用ではないことが明らかとなった。従って、ここでは比較例9に対する実施例5のキチナーゼ活性が向上したと評価し、キチナーゼ活性向上効果を「有」として下記表1に示した。 As for the amounts of reducing sugars in Examples 2 and 5, the amounts of reducing sugars in both were hardly changed. Next, looking at the amounts of reducing sugars of Example 5 and Comparative Example 3, the amount of reducing sugar of Example 5 was higher than that of Comparative Example 3. Next, when the reducing sugar amount of Example 5 and Comparative Example 9 is seen, the reducing sugar amount of Example 5 compared with Comparative Example 9 was increasing. From these facts, it was clarified that the factor in which the chitinase activity was improved in Example 5 is the combined use of silica and imidazole, not the combined use of silica and sodium chloride. Therefore, it was evaluated here that the chitinase activity of Example 5 with respect to Comparative Example 9 was improved, and the chitinase activity improvement effect was shown in the following Table 1 as "presence".
(7−5.シリカ及び2−メチルイミダゾールの併用によるキチナーゼ活性の向上効果)
上記(7−1.)〜上記(7−4.)の結果を踏まえて、実施例7と比較例2,6のキチナーゼ活性を比較し、シリカ及び2−メチルイミダゾールの併用によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7-5. Improvement effect of chitinase activity by combined use of silica and 2-methylimidazole)
Based on the above results (7-1.) To (7-4.), The chitinase activities of Example 7 and Comparative Examples 2 and 6 are compared, and improvement of chitinase activity by the combined use of silica and 2-methylimidazole We examined the effect.
実施例2,7と比較例2,6の還元糖量をみると、比較例2,6に対して実施例2,7は、何れも還元糖量が増加していた。このことは、イミダゾールを用いた実施例2と同様に、2−メチルイミダゾールを用いた実施例7でも、キチンの加水分解反応が円滑に行われて糖化反応効率が向上したことを示しており、シリカ及び2−メチルイミダゾールの併用によりキチナーゼ活性が向上したことが明らかとなった。従って、ここでは比較例6に対する実施例7のキチナーゼ活性が向上したと評価し、キチナーゼ活性向上効果を「有」として下記表1に示した。なお、この結果から、イミダゾールや2−メチルイミダゾール以外の窒素含有複素環式化合物についても、シリカとの併用によりキチナーゼ活性が向上する可能性が示唆された。 As for the reducing sugar amounts of Examples 2 and 7 and Comparative Examples 2 and 6, the reducing sugar amounts of Examples 2 and 7 were both higher than those of Comparative Examples 2 and 6. This indicates that the hydrolysis reaction of chitin was smoothly carried out and the saccharification reaction efficiency was improved also in Example 7 using 2-methylimidazole, as in Example 2 using imidazole. It was revealed that chitinase activity was improved by the combined use of silica and 2-methylimidazole. Therefore, it was evaluated here that the chitinase activity of Example 7 with respect to Comparative Example 6 was improved, and the chitinase activity improvement effect is shown in Table 1 below as “Present”. From these results, it was suggested that the nitrogen-containing heterocyclic compounds other than imidazole and 2-methylimidazole may be improved in chitinase activity by combined use with silica.
(7−6.撹拌の有無によるキチナーゼ活性の向上効果)
上記(7−1.)〜上記(7−5.)の結果を踏まえて、比較例3と比較例10のキチナーゼ活性を比較し、撹拌の有無によるキチナーゼ活性の向上効果について検討した。
(7-6. The improvement effect of the chitinase activity by the presence or absence of stirring)
Based on the above results (7-1.) To (7-5), the chitinase activities of Comparative Example 3 and Comparative Example 10 were compared, and the improvement effect of the chitinase activity depending on the presence or absence of stirring was examined.
比較例3と比較例10の還元糖量をみると、比較例3に対して比較例10の還元糖量が減少し、キチナーゼ活性が低下していた。撹拌の有無で酵素活性が変化することは、一般的な酵素反応系で起こり得る現象である。ここでは、比較例3に対する比較例10のキチナーゼ活性が阻害されたと評価し、キチナーゼ活性向上効果を「阻害」として下記表1に示した。 As for the reducing sugar amounts of Comparative Example 3 and Comparative Example 10, the reducing sugar amount of Comparative Example 10 was lower than that of Comparative Example 3 and the chitinase activity was reduced. The change in enzyme activity with or without agitation is a phenomenon that can occur in a general enzyme reaction system. Here, it evaluated that the chitinase activity of the comparative example 10 with respect to the comparative example 3 was inhibited, and showed the chitinase activity improvement effect in following Table 1 as "inhibition."
なお、上記表1における窒素含有複素環式化合物の種類A、Bは、以下に示した通りである。
A:イミダゾール(分子量68.08)
B:2−メチルイミダゾール(分子量82.11)
In addition, types A and B of the nitrogen-containing heterocyclic compound in the above Table 1 are as shown below.
A: imidazole (molecular weight 68.08)
B: 2-methylimidazole (molecular weight 82.11)
以上の各実施例及び各比較例により、キチン分解酵素組成物を用いてキチン分解反応液を調整する際に、シリカと、イミダゾール又は2−メチルイミダゾールとを併用させることで、キチナーゼAによる糖化反応効率を向上させ、生産物である糖の収率を向上させて高収率化を実現できることが明らかとなった。 According to each of the above Examples and Comparative Examples, when preparing a chitinolytic reaction solution using a chitinolytic enzyme composition, the glycation reaction by chitinase A can be achieved by using silica and imidazole or 2-methylimidazole in combination. It has become clear that the efficiency can be improved and the yield of the product sugar can be improved to realize a high yield.
本発明は、カニやエビ等の甲殻類、昆虫、菌類等に含まれるキチンを含むキチン系バイオマスから、低分子化キチン多糖、キチン多糖に由来するキチンオリゴ糖、単糖等といった糖に分解する技術が適用される産業分野、例えば、医用材料、医薬、化粧品、繊維、農業、水処理、食品等で利用することができる。 The present invention decomposes chitin-based biomass containing chitin contained in crustaceans such as crabs and shrimps, insects, fungi and the like into saccharides such as low molecular weight chitin polysaccharides, chitin oligosaccharides derived from chitin polysaccharides and monosaccharides It can be used in the industrial field to which the technology is applied, for example, medical materials, medicines, cosmetics, fibers, agriculture, water treatment, food and the like.
Claims (7)
The method for producing a sugar according to claim 6, wherein the sugar is produced by hydrolyzing chitin using the chitin degradation reaction liquid under stirring.
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