JP2651570B2 - セルラーゼ製造法 - Google Patents

セルラーゼ製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セルラーゼの製造法に関し、更に詳細には
半連続的発酵法によるセルラーゼの製造法に関する。
〔従来の技術〕
セルラーゼはセルロースをグルコース又はセルビオー
ス、或いはセロオリゴ糖まで分解する酵素反応を触媒す
る複雑な酵素群として理解されており、その作用機構に
より、C1酵素、CX酵素とβ−グルコシダーゼ、或いはエ
キソ−β−グルカナーゼ、エンド−β−グルカナーゼ、
セロビアーゼなどの名称で呼ばれる酵素を含有すると言
われる。
過去数十年のセルラーゼの研究は、専らバイオマス資
源の有効利用を図るという観点から、例えばトリコデル
マ属、アスペルギルス属、アクレモニウム属、フミコー
ラ属等のカビの類についておこなわれ、セルラーゼもほ
とんどはこれらが産生するものであつた。
ところが近年セルラーゼの新規産業的用途として、例
えば衣料用洗浄剤組成物に関するものが開発されつつあ
り、衣料用洗浄剤組成分としての要件を満たす、アルカ
リ性pHで最高活性を示し、且つ安定な、所謂アルカリセ
ルラーゼの需要が増大している。従来、このようなアル
カリセルラーゼの生産法としては、僅かに好アルカリ性
バチルスに属する細菌を培養して培地よりセルラーゼA
を生産する方法(特開昭50−28515号公報)、セルロモ
ナスに属する細菌を培養してアルカリセルラーゼ301−
Aを生産する方法(特開昭58−224686号公報)、好アル
カリ性バチルスNo.1139株を培養してカルボキシルメチ
ルセルラーゼを生産する方法(Fukumori,F.,Kudo,T.and
Horikoshi.k.,J.Gen.Microbiol.,131,3339,(198
5))及びストレプトマイセス属の一種を用いてアルカ
リセルラーゼを生産する方法(特開昭61−19483号公
報)が知られているに過ぎなかつたが、ごく最近になつ
て好アルカリ性細菌の一種であるバチルス エスピー
(Bacillus sp.)KSM−635(FERM P−8872)が衣料
用洗浄剤組成物として適したアルカリセルラーゼを著量
に菌体外に生産することが見出され(特願昭61−257775
号)、また培養方法の検討によるアルカリセルラーゼ生
産性の向上がなされている(特願昭61−259381号)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
現在、おこなわれている実用的酵素発酵生産工程では
回分(batch−wise)法が採用されている。
しかしながら回分法における主な欠点の一つとして、
各バツチの運転のために充分な量の接種材料(種培養)
を調製するために必要な遅延時間がある。すなわち、工
業的発酵運転に用いられる栄養培地の量に対して充分な
接種材料を得るための余分の時間が必要とされる。更
に、回分法では、その発酵が完了した後、その発酵槽を
洗浄し、新しい無菌培地が再度導入できる様に滅菌しな
ければならない。このように、種培養、本培養培地を滅
菌し、かつ、植菌という初期動作を行わなければならな
いような運転方式であるため、生産性の効率化は望むこ
とができない。
一方、菌の培養液に適当な方法で連続的に新鮮な培養
液を補給し、培養における発酵パラメーターを一定状態
(steady state)に維持するように工夫された培養法
を用いることで、生産性の効率化が可能なことはよく知
られている。この方法は普通、“連続発酵(continuous
culture)”と称されるものであり、この方法におい
ては、必要に応じケモスタツト(chemostat)やタービ
ドスタツト(turbidostat)と称する装置が用いられて
いる。
連続発酵を用いた微生物による物質生産の報告として
は、例えば食酢(Yasui Y.Suneya Y.and Mori A.,
J.Ferment.Technol.,56,266,(1978))、アルコール
(特開昭56−169590号公報)、イタコン酸(小林次郎,
発協誌,18,7,(1960))等か挙げられる。また、連続発
酵を用いた微生物による酵素生産の報告としては、クロ
イベロマイセスフラギリスを用いたイヌラーゼ及びラク
ターゼ(Hewitt,G.W.,Enzyme and Microbiol.Techno
l.,6,263(1984))、エンドマイコプシス属を用いたグ
ルコアミラーゼ(ΓABPИЛOBA,H.H.,Fermentn.Spirt.P
rom−st'.,3,20,(1977))、バチルス ズブチルス N
RBL−B3411株を用いたアルカリプロテアーゼ,中性プロ
テアーゼ,α−アミラーゼの発酵研究(Heineken,F.G.a
nd O'Connor,R.J.,J.Gen.Microbiol.,73,35,(197
2))などがある。
しかしながら、連続発酵法には(1)連続発酵中菌が
劣化する、(2)長期間にわたる無菌操作は困難であ
る、(3)微生物の物質生産に関する反応速度論的知識
が未だ不十分であり、これに起因する操作上の困難が多
々ある等の欠点があり、未だ実用的工業発酵生産の成功
例のないのが実情であつた。
このように従来実用化されている発酵による酵素製造
法は回分法のみであるが、更により生産性の向上する酵
素製造法の提供が求められていた。
〔問題を解決するための手段〕
本発明者らは、回分法、連続法及びこれらを折衷した
半連続法についてそれぞれの利害得失を検討し、優れた
セルラーゼ発酵生産法を得べく鋭意研究をおこなつた。
そしてその結果、微生物培養のある規定された生育期に
おいて培養液の一部を取り出し、この代りに新しい同一
培地を加えるいわゆる半連続法によればセルラーゼが簡
便かつ有利に収得できることを見出し、本発明を完成し
た。
すなわち、本発明は、セルラーゼ生産微生物の培養培
地中から、該微生物の対数増殖期(logarithmic growt
h phase)ないし増殖減衰期(negative growth acce
lerating phase)において全培養物の30〜99.9重量%
を回収し、これからセルラーゼを収得する工程と、一部
培養物の回収後、新たな培養培地を加え発酵操作を続け
る工程とを繰り返すことを特徴とするセルラーゼの半連
続製造法を提供するものである。
本発明方法は、常法によつてセルラーゼ生産微生物を
接種した後上記したように、セルラーゼ産生微生物の培
養培地中から、一部の培養物を回収し、これからセルラ
ーゼを得る工程(第一工程)と、一部の培養物が回収さ
れた後、これに新たな培養培地を加え発酵をおこなう工
程(第二工程)とを繰り返すことによつて実施される。
本発明を実施するための培養は、フラスコ等を用い、
往復(reciprocal)又は回転式(rotary)振盪による
か、あるいは通気攪拌型発酵槽(stirred tank react
or)又は気泡塔型発酵槽(air lift reactor)を用い
おこなわれる。本発明方法における培養の管理は、単に
生育細胞濃度を一定に保つという、連続培養法における
タービドスタツトに近い簡便な手法が用いられる。この
管理方法によれば、培地中のある成分を制限する管理方
法、すなわち、栄養源的律速(ケモスタツト的)による
管理方法に比べ容易に培養の管理をおこなうことができ
る。
本発明方法における培養物の回収は、前記した如く微
生物の対数増殖期ないし増殖減衰期の間で、増殖定常期
(maximum stationary phase)に至らない時期におこ
なわれる。回収される培養物量は、用いられる微生物
の、タービドスタツト的に求められる増殖活性等により
定められ、微生物の該活性が高い場合は、回収量をより
多くすることができる。一般には、当該生育期の全培養
物の30〜99.9重量%(以下単に%で示す)である。ま
た、回収された培養物中からセルラーゼを収得するに
は、目的とするセルラーゼの物理化学的性質に従い、公
知の分離、精製手段を組み合せれば良い。
また、本発明の第二工程において補充される培養培地
は、一般には、回収量と等しい量の新鮮滅菌培地であれ
ば良く、このものは、資化し得る窒素源と炭素源を適宜
組み合わせて配合されていれば良く、特に両栄養源は限
定されないが例えば、窒素源としては、無機態の硝安、
硫安、塩安、リン酸アンモニウム、更に硝酸ソーダやコ
ーングルテンミール、大豆粉、コーンスチープリカー、
カザミノ酸、酵母エキス、フアーマメデイア、イワシミ
ール、肉エキス、ペプトン、ハイプロ、アジパワー、コ
ーンソイビーンミール、コーヒー粕、綿実油粕、カルチ
ベータ、アミフレツクス、アジプロン、ゼスト、アジツ
クスなどが、また炭素源としては、籾殻、麩、濾紙、一
般紙類、おが屑、などの植物繊維質、廃糖密、転化糖、
カルボキシメチルセルロース(CMC)、アビセル、セル
ロース綿、キシラン、ペクチンに加え、資化し得る炭素
源、例えば、リボース、アラビノース、キシロース、グ
ルコース、マンノース、フラクトース、麦芽糖、シヨ
糖、トレハロース、マンニツト、イノシツト、グリセリ
ンや資化し得る有機酸、例えば、酢酸、クエン酸などが
挙げられる。また、その他、リン酸、Mg2+,Ca2+,Mn2+,Z
n2+,Na+,Co2+,K+などの無機塩や、必要であれば、無
機、有機微量栄養源を含有する培地を適宜選択して使用
される。
更に、培養発酵方法としては、公知のいずれの方法も
採用できるが、特に通気攪拌型発酵槽による深部培養
(submerged culture)が好ましい。
より具体的な発酵方法としては、20〜40℃、好ましく
は30〜37℃で、1〜6日間、好ましくは2〜3日間、通
気又は攪拌培養する方法が挙げられる。なお、目的とす
る物質がアルカリセルラーゼである場合は、pHを8〜11
に調製することが好ましい。
叙上の本発明方法を効果的に実施することのできる微
生物の例としては、アルカリセルラーゼKを産生するバ
チルス・エスピーKSM−635(FERM P−8872)、セルラ
ーゼAを生産するバチルス属細菌(特開昭50−28515
号)等及びより高力価の酵素生産性を有するこれらの各
種突然変異株が挙げられる。
〔作用及び発明の効果〕
一般に、反復回分操作により最大収量の生産性を図ろ
うとする場合、増殖活性の低下した培養後期に酵素を回
収することになり、次回の培養に用いる種菌が高年齢の
ものとなり、かつ、前培養の栄養学的因子の影響を受け
るため、その結果として菌の誘導期が長くなり、結果的
に目的物の生産性が低下することが多い。
本発明方法は、この欠点を解消するために、単に細胞
増殖パラメーターから適当な生育期を求め、該時期にあ
る培養物の一部を回収して酵素を得、他方、残部を種菌
とし、これに新しい培養培地を供給することにより、微
生物及び酵素生産の誘導期を短縮し、尚かつ酵素の生産
性の効率化を期待するものである。
したがつて、本発明方法によれば簡便かつ効率良く目
的とするセルラーゼを得ることができる。
〔実施例〕
次に実施例を挙げ、本発明を説明する。
実施例1 麦芽糖20g,肉エキス15g,酵母エキス5g,KH2PO41g,Na2C
O35gをイオン交換水1に溶解したものを醗酵培地と
し、500ml容坂口コルベンに30mlづつ分注し、滅菌後、
バチルス エスピー KSM−635(FERM P−8872)株を
無菌的に植菌した。レシプロ型シエイカーを用いて、30
℃で2日間振盪培養したものを種菌として使用した。
上記組成の醗酵培地中バクトペプトンを1.5%魚肉エ
キスに替えたものを主培養培地とし、種菌を接種して、
34℃で本培養を行つた。
実施例2 実施例1に示した培養条件を用いアルカリセルラーゼ
Kの半連続醗酵をおこなつた。
第1回目の主培養において、菌体濃度(600nmにおけ
る吸光度)が20〜25になつた時点で発酵器より培養液を
30%,50%,70%量分取した。更に、残存する培養液を種
菌として用い、抜き取つた量と等量の培養液を加えた。
この醗酵操作を繰り返し行い、それぞれの次数の培養液
中のアルカリセルラーゼK生産量(通常48〜50時間培
養;600nmにおける吸光度が23を示す増殖度)を測定し、
得られた結果を第1表にまとめた。
なお、セルラーゼ生産量は、培養物から菌体を分離
し、この培養液0.1mlをCMC(2.5%)0.2ml、0.5Mグリシ
ン緩衝液(pH9.0)0.1ml、及び脱イオン水0.1mlからな
る基質溶液に加え、40℃、20分間反応させた後、3,5−
ジニトロ−サリチル酸(3,5−dinitro−salicylic aci
d(DNS))法にて還元糖の定量を行い、1分間に1μmo
lグルコースに相当する還元糖を生成する酵素量を1単
位として算出した。
実施例3 実施例1に示した醗酵培地のうち、炭素源を1%CMC
に替えたものを主培養培地としてアルカリセルラーゼK
の半連続醗酵をおこなつた。第1回目の主培養におい
て、菌体濃度(600nmにおける吸光度)が4〜6になつ
た時点で発酵器より培養液を50%,75%,90%量分取し
た。更に、残存する培養液を種菌として用い、抜き取つ
た量と等量の培養液を加えた。この醗酵操作を繰り返し
行い、それぞれの次数の培養液中のアルカリセルラーゼ
K生産量(通常36時間培養;600nmにおける吸光度が6を
示す増殖度)を測定し、得られた結果を第2表にまとめ
た。
実施例4 実施例1に示した醗酵培地のうち、炭素源を2%果糖
に替えたものを主培養培地として5ジヤーフアーメン
ターを用いてアルカリセルラーゼKの半連続醗酵をおこ
なつた。上記組成の醗酵培地3を5ジヤーフアーメ
ンターに仕込み、滅菌した後通気量0.5vvm、回転数250r
pm(Kla=110〜120)、温度33℃で培養を行い、菌体濃
度が4〜22になつた時点で、醗酵器より培養液を75%、
99%、99.9%量分取した。更に、残存する培養液を種菌
として用い、抜き取つた量と等量の培養液を加えた。こ
の醗酵操作を繰り返し行い、それぞれの次数の培養液中
のアルカリセルラーゼK生産量(通常6〜30時間培養;6
00nmにおける吸光度が22となる増殖度)を測定し、得ら
れた結果を第3表にまとめた。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セルラーゼ生産微生物の培養培地中から、
    該微生物の対数増殖期ないし増殖減衰期において全培養
    物の30〜99.9重量%を回収し、これからセルラーゼを収
    得する工程と、一部培養物の回収後、新たな培養培地を
    加え発酵操作を続ける工程とを繰り返すことを特徴とす
    るセルラーゼの半連続製造法。
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