JP2615236B2 - ガラクタナーゼs―1及びこれを産生するバチルスエスピーs―1 - Google Patents

ガラクタナーゼs―1及びこれを産生するバチルスエスピーs―1

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規ガラクタナーゼ及びこれを産生する新規
微生物に関する。
〔従来技術〕
従来、食物繊維等の分解には酸分解、アルカリ分解又
は酵素分解等が用いられてきたが、これらの方法では単
糖類の生成が多く、食物繊維等を改質(例えば可溶化、
低分子化等)やオリゴ糖を目的とする場合にはその収率
が下がる欠点を有している。
食物繊維のなかでも、かんきつ類、じゃがいも、大豆
等の植物由来の繊維はβ−1,4ガラクトシド結合した主
鎖を有し、このβ−1,4ガラクトシド結合を加水分解す
る酵素としてβ−1,4ガラクタナーゼが知られている
が、従来知られているβ−1,4ガラクタナーゼも単糖
(ガラクトース)まで分解してしまう。
一方、β−1,4ガラクタナーゼを産生する微生物とし
てカビ(例えば、Penicillium citrinum起源のもの)、
バクテリア(例えばBacillus属起源のもの)が知られて
いるが、いずれもβ−1,4ガラクトシド結合を加水分解
して単糖類(ガラクトース)を生成し、ガラクトオリゴ
糖の生成が少ないものである。
〔解決しようとする問題点〕
前述したように食物繊維を酸、アルカリ、酵素等によ
る加水分解を行うと単糖が多く生成しオリゴ糖の収率が
低下する問題があった。
本発明者等は食物繊維を加水分解しても単糖(ガラ
クトース等)の生成が極めて少なく、高収率でオリゴ糖
(ガラクトオリゴ糖等)を得ることができる新規のガラ
クタナーゼ及びかかるガラクタナーゼを産生する新規
微生物を目的とした。
〔問題を解決する為の手段〕
本発明者等は前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、
自然界の土壌から前記目的に適合した酵素を産生するバ
チルス属に属する微生物をスクリーニングでき(表−1
にBacillus subtilisとの相違点を示す)、目的とする
ガラクタナーゼを生成・分離・同定することができ(表
−2にカビ由来及びBacillus subtilis由来のガラクタ
ナーゼとの相違点を示す)、本発明を完成するに至っ
た。即ち、本発明は(、次の酵素学的性質を有するバチ
ルス エスピーS−1(微工研菌寄第11228号)由来の
ガラクタナーゼS−1である。a.作用:大豆繊維に作用
してガラクトオリゴ糖を生成し単糖(ガラクトース)を
殆ど遊離しない。
b.基質特異性:β−1,4ガラクタンに作用するがβ−1,3
ガラクタンには作用しない。c.作用pHは8〜12。d.作用
温度は30〜60℃。e.最適pHが10.0。f.pH安定性が4〜1
2。g.温度安定性が50℃未満。h.最適温度が40℃。
又、本発明は、バチルス属に属しガラクタナーゼを産
生する次の菌学的性質を有するバチルスエスピーS−1
(微工研菌寄第11228号)である。a生理学的性質等:
脱窒素反応が陰性。グルコースからのガス発生性が
陽性。クエン酸の利用においてコーサ培地は陰性。
生育のpH範囲が7.5〜10。b.嫌気的生育が陽性、VPテス
トが陰性、カゼイン加水分解が陰性である。c.硝酸塩の
還元が陽性である。
以下はスクリーニングした菌の性質の内公知のBacill
us subtilisと異なる主な性質を表にしたものである。
又、以下はBacillus sp.S−1から得たガラクタナー
ゼの酵素的性質の内公知のカビ(Penicillium)由来の
もの、Bacillus subtilis K−50由来のもの、Bacillus
subtilis var amylosacchariticus、Bacillus subtilis
WT168由来のものとの比較表である。
先ず本発明のガラクタナーゼS−1について説明す
る。
本発明のガラクタナーゼS−1の酵素学的性質は次の
通りである。
a.作用は、大豆繊維に作用してガラクトオリゴ糖を生成
し単糖(ガラクトース)を殆ど遊離しない。
b.基質特異性は、β−1,4ガラクタンに作用するがβ−
1,3ガラクタンには作用しない。
c.作用pHは8〜12、d.作用温度は30〜60℃。
e.最適温度が40℃である。
又、最適pHは10.0、pH安定性は4〜12、温度安定性は
50℃未満である。
又、ガラクタナーゼS−1の反応生成物はGalが極め
て少なく(ほとんどない)、Gal2〜Gal4を主に生成す
る。
尚、酵素活性の測定方法及びこれに用いた緩衝液は次
の通りである。
〔酵素活性の測定方法〕
1%精製大豆繊維を含有する次表に示す0.1M緩衝液0.
5mlに酵素溶液0.1mlを混合し、40℃で60分間反応させ
た。反応後遠心分離(15,000R.P.M.×1分)して得た上
澄液中の全糖量をフェノール硫酸法により測定する。こ
の条件下で1分間に1μmolのガラクトースに相当する
糖を生成する酵素量を1単位と定義する。
次に本発明のガラクタナーゼを産生する微生物につい
て説明する。
この微生物の菌学的性質は以下の通りである。
1.形態の顕微鏡観察によれば桿菌である。菌体の大きさ
は、バチルス エスピーS−1は0.5〜0.7μm×2.0〜
3.0μmである。菌体の片端は卵形の内性胞子(0.5〜1.
0μm×1.0〜2.0μm)を作る。周鞭毛もあり、運動性
を有する。
2.グラム染色性は陽性。3.抗酸性はない。b.生育状態等
(以下数値は重量%)は以下の通りである。
肉汁寒天平板培地(Difco Nutrient borth0.8、寒天
1.5、Na2CO3 1.0、pH10.0)での生育状態は普通。コロ
ニーの形状は、バチルス エスピーS−1は不規則。表
面は粗野で、周縁は糸状。色調はやや白色の不透明で、
光沢はない。
肉汁寒天斜面培地(肉汁寒天平板培地と同組成)での
生育は普通で、バチルス エスピーS−1は羽毛状で、
光沢はなく、色調はやや白色の不透明である。
肉汁液体培地(Difco Nutrient borth0.8Na2CO3 1.
0、pH10.0)で生育するが、表面生育はない。
次に、c生理学的性質等はつぎの通りである。1倍地
(KNO30.1、Difco Nutrient borth0.8、Na2CO3 1.0、pH
10.0)による硝酸塩の還元はバチルス エスピーS−1
は陽性である。
同倍地による脱窒素反応は陰性。
2.培地(ペプトン1.0、ブドウ糖0.5、Na2CO3 1.0、pH1
0.0)によるVPテストはバチルス エスピーS−1は陰
性である。
3.培地(ペプトン1.0、NaCL0.5、Na2CO3 1.0、pH10.0)
によるインドールの生成は陰性。
4.培地(Difco Nutrient borth0.8、Na2CO3 1.0、pH10.
0)及び培地(Difco SIM medium指示量、Na2CO3 1.0、p
H10.0)による酢酸鉛紙法、及びSIM培地での硫化水素の
生成は共に陰性。
5.培地(可溶性澱粉1.0、ポリペプトン0.5、酵母エキス
0.5、K2HPO4 0.1、MgSO4・7H2O0.02、寒天1.5、Na2CO3
1.0、pH10.0)による澱粉の分解は陽性。
6.培地(Difco Nutrient broth0.8、ゼラチン0.4、寒天
1.5、NaOHにてpH10.0に調整)によるゼラチン分解活性
は陽性。
7.培地(スキムミルム1.0、ポリペプトン0.5、酵母エキ
ス0.5、K2HPO4 0.1、MgSO4・7H2O0.02、寒天1.5、Na2CO
3 1.0 pH10.0)によるカゼイン分解はバチルス エスピ
ーS−1は陰性である。
8.クエン酸の利用に関して、コーサ培地(NH4H2PO4
0.1、K2HPO4 0.1、クエン酸0.2、NaCL0.5、MgSO4・7H2O
0.02、Na2CO3 1.0、pH10.0)は陰性。しかし、クリス
テンセン培地(酵母エキス0.05、システイン塩酸塩0.0
1、クエン酸ナトリウム0.3、NaCL0.5、ブドウ糖0.02、K
H2PO4 0.1、寒天1.5、Na2CO3 1.0、pH10.0)は陽性であ
る。
9.培地(ブドウ糖1.0、NaCL0.5、MgSO4・7H2O0.02、K2H
PO4 0.1、NH4H2PO4又はKHO3 0.1、NaHCO3 1.0、pH9.2)
による無機窒素源の利用は硝酸塩、アンモニウム塩共に
陰性。
10.培地(可溶性澱粉1.0、ポリペプチド0.5、酵母エキ
ス0.5、K2HPO4 0.4、MgSO4・7H2O0.02、寒天1.5、Na2CO
3 1.0、pH10.0)による色素の生成は陰性。
11.培地(KH2PO4 0.1、Na2HPO4 0.1、尿素2.1、酵母エ
キス0.01、0.02%フェノールレッド溶液5.0、pH7.0)に
よるウレアーゼは陰性。
12.MgSO4・7H2O0.02、寒天1.5、Na2CO3 1.0、pH10.0)
によるオキシダーゼはバチルス エスピーS−1は陰性
である。
13.培地(可溶性澱粉1.0、ポリペプチド0.5酵母エキス
0.5、K2HPO4 0.1、MgSO4・7H2O0.02、寒天1.5、Na2CO3
1.0、pH10.0)によるカタラーゼは陽性。
14.バチルス エスピーS−1の生育温度範囲は20〜40
℃、生育最適温度範囲は25〜35℃が適当である。
バチルス エスピーS−1の生育pH範囲は7.5〜10、
生育最適pH範囲は8〜9.5が適当である。
15.糖類からの酸及びガスの生成の有無は表−3の通り
である。
16.食塩含有培地における生育は、バチルス エスピー
S−1は食塩10%まで生育する。
17.ジハイドロキシアセトンの生成は陰性。
以上の菌学的性質についてバージーズ マニュアル
(Bergy's Manual of Determinative Bacteriology)第
8版を参考にして比較・探索した結果これらの菌は有胞
子桿菌のバチルス(Bacillus)属の一種であると認めら
れるものの、公知のバチルス属の菌株の中には一致する
ものがなく、この菌は新菌株であると判断した。これら
の菌株をバチルスエスピーS−1と命名し微生物工業技
術研究所に奇託した。微工研菌寄第11228号である。
本発明のバチルス属微生物を培地を用いて培養してガ
ラクタナーゼを産生せしめることができる。
培地に用いる炭素源、窒素源等は資化し得るものであ
ればいずれも利用できる。例えば炭素源として大豆粕、
小麦ふすま等の植物繊維質、廃糖密、澱粉、各種糖類
等、又窒素源として、各種アミノ酸、コーンスティープ
リカー、大豆粉、ペプチド、酵母エキス、尿素等の窒素
含有物を利用することができる。
その他必要に応じミネラル、ビタミン等を適宜用いる
ことができる。
本発明のバチルス属微生物を培養した後、菌体を遠心
分離、ろ過等の公知の手段により除去して粗酵素液とす
ることができる。又、塩析、透析、限外ろ過等の手段を
用い、乾燥等して粗酵素を得ることもできる。さらに精
製して精製酵素とすることもできる。
〔実施例〕
以下実施例により本発明の実施態様を説明する。
実施例1 鳥取県米子市付近から採取した土壌約0.5gを滅菌水に
懸濁し、分離用寒天培地(*1)に塗布し、37℃で1〜
2日間培養しコロニーを形成させた。コロニー周辺にガ
ラクタンの分解に基づく透明帯(ハロー)を形成するも
のを選出し、ガラクタナーゼ生産菌を取得した。菌学的
性質は前記発明の詳細な説明の項に記載した通りであっ
た。
次に、これら取得菌を更に液体培地(*2)に接種し
37℃にて2日間振とう培養し、遠心分離(10,000R.P.M.
×10分)して得た上澄について次の方法でガラクタナー
ゼ活性を測定(*3)した。
以上の方法にてガラクターゼ活性の強い菌をスクリー
ニングし、その一つバチルス エスピーS−1を得た。
*1(寒天培地)・・・pH10.0 オカラ〔不二製油(株)製「プロプラスSA」〕 1 % 酵母エキス 0.5 % K2HPO4 0.1 % MgSO4・7H2O 0.02% Na2CO3 1 % 寒天 1.5 % *2(液体培地)・・pH10.0 オカラ〔不二製油(株)製「プロプラスSA」〕 2 % ポリペプトン 0.5 % 酵母エキス 0.5 % NaCl 0.5 % K2HPO4 0.1 % MgSO4・7H2O 0.02% Na2CO3 1 % *3(ガラクタナーゼ活性の測定法は前述の酵素活性測
定法) 実施例2 実施例1で得たバチルス エスピーS−1株を液体培
地(実施例1の*2と同様)に接種し37℃で40日間振と
う培養し、菌体を遠心分離して得た上澄液を粗酵素ガラ
クタナーゼS−1とした。pH10におけるガラクタナーゼ
活性(実施例1の*3の方法による)は1.1単位/mlであ
った。
次に、オカラ(「プロプラスSA」,不二製油(株)
製)1gに前記粗酵素ガラクタナーゼS−1を25単位加
え、pH10.0、40℃で6時間反応させた。
反応後100℃で3分間加熱して酵素失活させ、エタノ
ール150ml加え、沈澱画分を遠心分離(6000R.P.M.×10
分)して除き、上澄を減圧濃縮し41%の収率でガラクト
オリゴ糖を得た。
得られたガラクトオリゴ糖をHPLC(高速液体クロマト
グラフィー)にて下記条件にて分析したところ、ガラク
トビオース8%、ガラクトトリオース33%、ガラクトテ
トラオース35%、ガラクトペンタオース18%でガラクト
ースは6%であった。
(HPLC条件) カラム:センシューパック(NH2−1251N)¢4.6×250mm カラム温度:室温 溶出液:アセトニトリル/水=2/1(V/V) 流 速:1ml/min 検出器:示差屈折計 比較例1 市販セルラーゼ(Sigma社製のPenicillium属起源のも
の)及び市販セルラーゼ(協和醗酵工業(株)製Polypo
rus属起源のもの)をそれぞれ25単位づつ実施例2と同
様にしてオカラに加え、pH4.5にて6時間反応させ、オ
リゴ糖を得た。
HPLCにより分析した結果、前者は収率54%、糖として
ガラクトースがほぼ100%であった。後者は収率57%、
糖はガラクトース44%、ガラクトビオース26%、ガラク
トトリオース24%、ガラストテトラオース6%であっ
た。
実施例3 β−1,3ガラクタンには作用しない例。
実施例1で得られたガラクタナーゼS−1をβ−1,3
ガラクタン(Sigma社製)に実施例2の条件で作用させ
たが、いずれも分解しなかった。
実施例4 (最適pH及びpH安定性) 前記〔酵素活性測定法〕により、実施例1で得られた
ガラクタナーゼS−1の最適pHを調べた。結果を第1図
に示す。
又、各々のpHで20℃、15時間保持した後の残存活性を
測定してpH安定性を調べた結果を第2図に示す。
実施例5 (最適温度度及び温度安定性) 実施例1で得られたガラクタナーゼS−1の最適温度
及び温度安定性(各温度で15分間処理した後の残存活性
を測定)を前記〔酵素活性測定法〕により調べた。結果
を第3図及び第4図に示す。
(効果) 以上説明したように、本発明により、β−1,4ガラ
クタンに作用してガラクトースを殆ど生成せず高収率で
ガラクトオリゴ糖を生成する新規なガラクタナーゼが可
能になり、又かかるガラクタナーゼを産生する新規微
生物が可能になったものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はガラクタナーゼS−1の最適pHを示す図面であ
る 第2図はガラクタナーゼS−1のpH安定性を示す図面で
ある 第3図はガラクタナーゼS−1の最適温度を示す図面で
ある 第4図はガラクタナーゼS−1の温度安定性を示す図面
である
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 1/20 C12R 1:07)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の酵素学的性質を有するバチルス エス
    ピーS−1(微工研菌寄第11228号)由来のガラクタナ
    ーゼS−1 a.作用 大豆繊維に作用してガラクトオリゴ糖を生成し単糖(ガ
    ラクトース)を殆ど遊離しない。 b.基質特異性 β−1,4ガラクタンに作用するがβ−1,3ガラクタンには
    作用しない。 c.作用pHは8〜12。 d.作用温度は30〜60℃。 e.最適pHが10.0 f.pH安定性が4〜12 g.温度安定性が50℃未満 h.最適温度が40℃
  2. 【請求項2】バチルス属に属しガラクタナーゼを産生す
    る次の菌学的性質を有するバチルスエスピーS−1(微
    工研菌寄第11228号)。 a生理学的性質等 脱窒素反応が陰性。 グルコースからのガス発生性が陽性。 クエン酸の利用においてコーサ培地は陰性。 生育のpH範囲が7.5〜10。 b.嫌気的生育が陽性、VPテストが陰性、カゼイン加水分
    解が陰性である c.硝酸塩の還元が陽性である
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