JP2785323B2 - β-glucosidase and method for producing the same - Google Patents

β-glucosidase and method for producing the same

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は新規β−グルコシダーゼ及びその製造法に関
する。β−グルコシダーゼは、安価なグルコース源とな
りうるセルロースの中間加水分解物であるセロオリゴ糖
を加水分解し、グルコースを生成する酵素であるが、本
発明ではこの用途に極めて適した性質を有するβ−グル
コシダーゼを好熱性バチルス属に属する微生物を用いて
製造する。
The present invention relates to a novel β-glucosidase and a method for producing the same. β-glucosidase is an enzyme that hydrolyzes cellooligosaccharide, which is an intermediate hydrolyzate of cellulose that can be an inexpensive glucose source, to produce glucose.In the present invention, β-glucosidase has properties extremely suitable for this use. Is produced using a microorganism belonging to the thermophilic bacillus genus.

[従来技術] β−グルコシダーゼは他のセルラーゼと共にバイオマ
ス(セルロース資源)の酵素法による糖化を行なう酵素
の一つである。一連のセルロース分解酵素の中でβ−グ
ルコシダーゼは、セルロース分解の中間生成物であるセ
ロオリゴ糖をグルコースに分解する最終ステップを担う
重要な酵素である。
[Prior Art] β-Glucosidase is one of enzymes that saccharify biomass (cellulose resources) by an enzymatic method together with other cellulases. Of the series of cellulolytic enzymes, β-glucosidase is an important enzyme responsible for the final step of degrading cellooligosaccharides, which are intermediate products of cellulolysis, to glucose.

ところで、セルロース性物質は強固な結晶構造をと
り、かつリグニン,ヘミセルロースなどとの複合体を形
成している。従って、そのままではセルラーゼが作用し
にくいためアルカリ処理等の前処理を行なう(特開昭58
-98093号など)。アルカリ前処理物は、セルラーゼの作
用pH範囲に調整するため大量の水による洗浄を行なう
が、この洗浄水は排水処理の対象となり、できるだけ減
少させることが望ましい。
By the way, the cellulosic substance has a strong crystal structure and forms a complex with lignin, hemicellulose and the like. Therefore, pretreatment such as alkali treatment is performed since cellulase is unlikely to act as it is (Japanese Patent Application Laid-Open No.
-98093). The alkaline pretreated product is washed with a large amount of water in order to adjust it to the action pH range of the cellulase, but this washing water is subjected to wastewater treatment, and it is desirable to reduce the washing water as much as possible.

従って、アルカリ性でも活性を有するβ−グルコシダ
ーゼを含むセルラーゼをセルロースの糖化に使用するこ
とにより排水量を減少でき産業上非常に有益である。
Therefore, the use of cellulase containing β-glucosidase which is active even in alkaline conditions for saccharification of cellulose can reduce the amount of wastewater, which is extremely industrially beneficial.

アルカリ性で活性を有するセルラーゼは以下のごとく
開発されている。アルカリセルラーゼA(特公昭50-285
15号),アルカリセルラーゼ301A(特開昭58-224686
号),ストレプトマイセス属の生産するセルラーゼ(特
開昭61-19483号),アルカリセルラーゼK(特開昭63-1
09776号)などである。これらはセルラーゼ活性の中で
も長鎖のセルロースをセロオリゴ糖に分解するCMCase,A
vicelase活性は高いがβ−グルコシダーゼ活性は非常に
低い。従って、セルロースを完全にグルコースにまで分
解するにはアルカリ性で活性を有するβ−グルコシダー
ゼが別途必要となる。
Alkaline and active cellulases have been developed as follows. Alkaline cellulase A (JP-B 50-285)
No. 15), alkaline cellulase 301A (JP-A-58-224686)
), Cellulase produced by Streptomyces sp. (JP-A-61-19483), alkaline cellulase K (JP-A-63-1)
09776). These include CMCase, A, which degrades long-chain cellulose into cellooligosaccharides among cellulase activities.
Vicelase activity is high but β-glucosidase activity is very low. Therefore, in order to completely degrade cellulose to glucose, an alkaline and active β-glucosidase is additionally required.

[発明が解決しようとする課題] アルカリ性で活性を有するβ−グルコシダーゼはムコ
ール属(Mucor miehei YH-10)の生産するβ−グルコ
シダーゼ(Agric.Biol.Chem.,45,571〜577,(1981))
がある。このβ−グルコシダーゼは耐熱性がありアルカ
リ性でも活性を有するが、酵素の給源が糸状菌であり、
固体培養法を採るため、特殊な装置を必要とし、製造法
のスケールアップが容易でない。また、微生物の培養に
4〜5日という長時間を要するなどの欠点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] Alkaline and active β-glucosidase is β-glucosidase (Agric. Biol. Chem., 45 , 571-577, (1981)) produced by Mucor miehei YH-10. )
There is. This β-glucosidase is heat-resistant and has an activity even in alkaline, but the enzyme source is a filamentous fungus,
Since a solid culture method is used, special equipment is required, and it is not easy to scale up the production method. In addition, there is a disadvantage that it takes a long time of 4 to 5 days to culture the microorganism.

その他のβ−グルコシダーゼでは、サーマス属(Ther
mus sp.)の生産するβグルコシダーゼ(Appl.Microbio
l.Biotechnol.,29,55〜60,(1988))は耐熱性を有し、
培養に要する時間も短いが、アルカリ性での活性範囲が
不十分である。
Other β-glucosidases include thermus species ( Ther
mus sp.) produced β-glucosidase (Appl. Microbio
l. Biotechnol., 29 , 55-60, (1988)) has heat resistance,
The time required for culturing is short, but the activity range in alkaline is insufficient.

そこで、1)アルカリ性で活性を有し、2)微生物の
培養及びスケールアップが容易で、3)短時間に生産で
きるβ−グルコシダーゼが望まれている。
Therefore, there is a demand for β-glucosidase which is 1) alkaline and active, 2) easy to culture and scale up microorganisms, and 3) can be produced in a short time.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは上述の問題点を解決するべく鋭意検討を
重ね、多くの土壌より微生物を分離し、アルカリ性で活
性を有し、培養及びスケールアップが容易で、短時間に
生産できるβ−グルコシダーゼ生産菌株の検索を行なっ
た。その結果、好熱性バチルス属に属する微生物、バチ
ルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus starotherm
ophilus)TB-636(以下、TB-636菌と称する)が目的と
するβ−グルコシダーゼを生産することを見いだし、か
かる知見に基づいて本発明を完成した。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems, separated microorganisms from many soils, had alkalinity and activity, and were easy to culture and scale up. A β-glucosidase-producing strain that can be produced in a short time was searched. As a result, a microorganism belonging to the thermophilic Bacillus genus, Bacillus stearothermophilus ( Bacillus starotherm)
ophilus ) TB-636 (hereinafter referred to as TB-636) produces the desired β-glucosidase, and the present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明はセロオリゴ糖を加水分解しグルコ
ースを生成する作用を有し、アルカリ性域で作用し、か
つ微生物の培養及びスケールアップが容易で、短時間に
生産できるβ−グルコシダーゼを提供するものであり、
さらに好熱性バチルス属に属し、該β−グルコシダーゼ
生産能を有する微生物を栄養培地に培養し、培養物中に
β−グルコシダーゼを生成せしめ、これを採取すること
を特徴とするβ−グルコシダーゼの製造法を提供するも
のである。
That is, the present invention provides a β-glucosidase which has an action of hydrolyzing cellooligosaccharides to produce glucose, acts in an alkaline region, and is easy to culture and scale up microorganisms, and can be produced in a short time. Yes,
A method for producing β-glucosidase, comprising culturing a microorganism belonging to the genus Thermophilic Bacillus and capable of producing β-glucosidase in a nutrient medium, producing β-glucosidase in the culture, and collecting the β-glucosidase. Is provided.

本発明に用いるβ−グルコシダーゼ生産菌としては好
熱性バチルス属に属し、上記したβ−グルコシダーゼを
生産しうる好熱性微生物であればよい。したがって、TB
-636菌のほかに、その自然的または人為的変異株ならび
にこれら菌株の遺伝子を移された各種生物も本発明のβ
−グルコシダーゼ生産能を有するかぎり、本発明に使用
することができる。
The β-glucosidase-producing bacterium used in the present invention may be any thermophilic microorganism which belongs to the genus Thermophilic Bacillus and can produce the above-mentioned β-glucosidase. Therefore, TB
In addition to the -636 bacteria, natural or artificial mutants thereof and various organisms into which the genes of these strains have been transferred can also be
-It can be used in the present invention as long as it has glucosidase producing ability.

次に、TB-636菌の菌学的性質を示す。なお、この菌学
的性質の検討には「微生物の分離と同定」(長谷川武治
編著、東京大学出版会)及び「微生物同定法」(衛生技
術会)に記載されている方法,培地組成を用いた。
Next, the bacteriological properties of TB-636 are shown. The mycological properties were examined using the methods and medium compositions described in "Separation and Identification of Microorganisms" (edited by Takeharu Hasegawa, University of Tokyo Press) and "Microbial Identification Method" (Japan Society of Sanitation Technology). Was.

[形態的所見](55℃,18時間培養) 1.細胞の形状及び大きさ:0.25〜0.3μm×0.6×1.0μm
の桿菌 2.多形性:なし 3.運動性:なし 4.胞子:円筒形の内生胞子を細胞中央ないし先端に形成
する。胞子のうは膨れる。
[Morphological findings] (cultured at 55 ° C for 18 hours) 1. Shape and size of cells: 0.25 to 0.3 µm x 0.6 x 1.0 µm
2. Polymorphism: None 3. Motility: None 4. Spore: A cylindrical endospore is formed at the center or tip of the cell. The spore swells.

5.グラム染色:陽性 6.抗酸性:なし 7.カプセル:なし 8.異染顆粒:なし [生育状態](55℃、18時間培養) 1.肉汁寒天平板培養 形状:円形 周縁:全縁ないしやや波状 隆起:扁平 光沢:あり 表面:平滑 色調:半透明 2.肉汁寒天斜面培地 生育度:不良 形状:やや広がる 3.肉汁液体培地 表面生育:なし 濁度:透明 沈渣:微量 着色,脱色:なし 4.肉汁ゼラチン穿刺培養(ゼラチンは30%添加、55℃で
適時培養後、冷却して固化状態を判定) 生育しない。
5. Gram staining: Positive 6. Acid-fast: None 7. Capsule: None 8. Metastaining granules: None [Growth state] (cultivation at 55 ° C, 18 hours) 1. Gravy agar plate culture Shape: Circumference Perimeter: All edges or Slightly wavy Ridge: Flat Gloss: Yes Surface: Smooth Color: translucent 2. Gravy agar slant medium Growth: Poor Shape: Slightly spread 3. Gravy liquid medium Surface growth: None Turbidity: Transparent Sediment: Trace color, Decolorization: None 4. Broth gelatin stab culture (addition of 30% gelatin, timely culture at 55 ℃, then cool to judge the solidification state) Does not grow.

5.肉汁寒天穿刺培養 形状:表面生育のみ 表面生育:不良 6.リトマスミルク リトマス退色なく、pH不変化、ミルクの凝固,液化な
し [生理学的性質](55℃,1〜2日培養) 1.硝酸塩の還元の有無:なし 2.MRテスト:陰性 3.VPテスト:陰性 4.インドールの生成:なし 5.硫化水素の生成:なし 6.デンプンの加水分解:あり 7.クエン酸の利用:なし 8.アンモニウム塩の利用:なし 9.色素の生成:なし 10:オキシダーゼ活性:あり 11.カタラーゼ活性:あり 12.生育pH:5.5〜8.5、 至適pH範囲:5.5〜7.0 13.生育温度:33〜55℃、 至適生育温度範囲:42〜55℃ 14.嫌気性培地における発育性:なし 15.サブロー・デキストロース寒天培地における発育
性:なし 16.アジ化ナトリウム0.02%含有培地、55℃培養下にお
ける発育性:なし 17.リゾチーム0.001%存在下における発育性(45℃で試
験):なし 18.フェニルアラニンの脱アミノ反応:なし 19.塩化ナトリウムの耐性:2.5%で増殖するが、4.5%で
は増殖せず。
5. Gravy agar puncture culture Form: surface growth only Surface growth: poor 6. Litmus milk No litmus discoloration, no pH change, no milk coagulation, liquefaction [Physiological properties] (55 ℃, 1-2 days culture) 1. Whether nitrate is reduced: No 2. MR test: negative 3. VP test: negative 4. Indole formation: no 5. Hydrogen sulfide formation: no 6. Starch hydrolysis: yes 7. Use of citric acid: no 8. Use of ammonium salt: None 9. Production of pigment: None 10: Oxidase activity: Available 11. Catalase activity: Available 12. Growth pH: 5.5 to 8.5, Optimum pH range: 5.5 to 7.0 13. Growth temperature: 33 -55 ° C, optimal growth temperature range: 42-55 ° C 14. Growth on anaerobic medium: none 15. Growth on Sabouraud dextrose agar: none 16. Medium containing sodium azide 0.02% at 55 ° C Growth potential in the presence of: 17. Viability in the presence of 0.001% lysozyme (45 ° C 18.) Deamination of phenylalanine: none 19. Sodium chloride tolerance: grows at 2.5%, but does not grow at 4.5%.

20.ビタミンの要求性の有無:あり 21.チロジン分解性:なし [炭素源の利用性] フラクトース,D−グルコース,イノシトール,D−キシ
ロース,アラビノース,シュークロース,D−ガラクトー
ス,D−マンニトールを資化して増殖し、酸を生成する。
20. Vitamin requirement: yes 21. Tyrosine degradability: no [Utilization of carbon source] Fructose, D-glucose, inositol, D-xylose, arabinose, sucrose, D-galactose, D-mannitol And proliferate to produce acids.

以上の微生物の菌学液諸性質から、バージェイズ・マ
ニュアル・オブ・システマティック・バクテリオロジー
(Bergey's manual of systematic bacteriology)(19
84)の分類方法にしたがって検索すると、前記TB-636菌
はバチルス・ステアロサーモフィラスと大略一致した
が、運動性がない点,ゼラチンを分解しない点で公知菌
株と異なっていた。更に、標準菌株バチルス・ステアロ
サーモフィラスIAM11001,11002,11003,11004,12043(東
京大学応用微生物研究所保管株)はいずれも後述の培養
方法でβ−グルコシダーゼを生産しなかった。
From the properties of the microbiological fluids of the microorganisms described above, Bergey's manual of systematic bacteriology (19)
When the TB-636 strain was searched according to the classification method of 84), the TB-636 strain almost coincided with Bacillus stearothermophilus, but was different from known strains in that it had no motility and did not degrade gelatin. Furthermore, none of the standard strains Bacillus stearothermophilus IAM11001, 11002, 11003, 11004, 12043 (stocks of the Institute of Applied Microorganisms, University of Tokyo) produced β-glucosidase by the culture method described below.

以上の事項から明らかな通り、TB-636菌は公知の菌株
と区別されるため、これを新菌株として設定することが
適当であると結論された。
As apparent from the above, TB-636 is distinguished from known strains, and it was concluded that it is appropriate to set this as a new strain.

TB-636菌は工業技術院微生物工業技術研究所に微工研
菌寄第10523号(FERM P−10523)として寄託されてい
る。
TB-636 has been deposited with the Institute of Microbial Industry and Technology of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as Microbial Bacteria No. 10523 (FERM P-10523).

本発明のβ−グルコシダーゼ生産能を有する微生物を
栄養培地に培養し、培養物中に該β−グルコシダーゼを
生成せしめ、これを採取することによって目的とするβ
−グルコシダーゼが得られる。
The microorganism having the ability to produce β-glucosidase of the present invention is cultured in a nutrient medium, the β-glucosidase is produced in the culture, and the β-glucosidase is collected by collecting the β-glucosidase.
Glucosidase is obtained.

本発明に使用する栄養培地としては、炭素源,窒素
源,無機物及び必要に応じ使用菌株の必要とする微量栄
養素を程よく含有するものであれば天然及び合成培地の
いずれでもよい。
The nutrient medium used in the present invention may be any of natural and synthetic media as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance and, if necessary, a trace nutrient required by the used strain.

炭素源としては通常微生物培養に用いられる糖、例え
ばデンプン,マルトース,シュークロース,グルコース
などを使用できるが、β−グルコシド結合を有する糖、
すなわち、セロビオースなどのセロオリゴ糖,ラミナリ
ボース,ラミナリン,サリシンなどを主炭素源として用
いることにより本酵素をより効果的に誘導生産すること
ができる。
As the carbon source, sugars usually used for culturing microorganisms, for example, starch, maltose, sucrose, glucose and the like can be used.
That is, the present enzyme can be more effectively induced and produced by using cellooligosaccharides such as cellobiose, lamina ribose, laminarin, and salicin as the main carbon sources.

炭素源以外の成分はペプトン,肉エキス,酵母エキ
ス,麦芽エキス,大豆蛋白加水分解物,綿実粕などの有
機窒素化合物、さらにはビタミンなどの微量栄養物等を
適宜含む培地を用いればよい。
As a component other than the carbon source, a medium containing organic nitrogen compounds such as peptone, meat extract, yeast extract, malt extract, soybean protein hydrolyzate, cottonseed meal, and trace nutrients such as vitamins as appropriate may be used.

培養法としては固体培養,液体培養のいずれでも可能
であるが、工業的には通気攪拌培養がもっとも適してい
る。
As the culture method, either solid culture or liquid culture is possible, but aeration and agitation culture is most suitable industrially.

培養は33〜55℃の範囲で行なうことができるが、42〜
55℃の範囲が好適である。pHは中性ないし弱酸性が望ま
しい。
The cultivation can be performed in the range of 33 to 55 ° C.,
A range of 55 ° C. is preferred. The pH is preferably neutral to weakly acidic.

酵素の生成は条件によって変わってくるが、通常は4
時間から24時間であり、β−グルコシダーゼの生成が確
認されたとき、好ましくは生成が最大に達したときに培
養を停止する。
Enzyme production varies depending on conditions, but usually 4
The culture is stopped when the production of β-glucosidase is confirmed, preferably when the production reaches a maximum.

培養物中からのβ−グルコシダーゼの採取は適宜既知
の方法を組み合わせて実施すればよい。例えば培養終了
後、培養物中から菌体を遠心分離などにより分離する。
そして、菌体外のβ−グルコシダーゼを取得する場合
は、先の遠心上澄液をそのまま使用すればよく、菌体内
のβ−グルコシダーゼを取得する場合は、先の遠心分離
した菌体から適当な手段でβ−グルコシダーゼを抽出
し、さらに遠心分離などによってこの抽出液を処理して
不溶性成分を除去した清澄液を使用すればよい。
Collection of β-glucosidase from the culture may be carried out by appropriately combining known methods. For example, after completion of the culture, the cells are separated from the culture by centrifugation or the like.
Then, when obtaining extracellular β-glucosidase, the previously centrifuged supernatant may be used as it is, and when acquiring β-glucosidase in the intracellular cells, an appropriate centrifuged cell may be used from the previously centrifuged cells. A β-glucosidase may be extracted by a means, and this extract may be further treated by centrifugation or the like to use a clarified liquid from which insoluble components have been removed.

得られた酵素溶液は塩析,透析、さらには各種クロマ
トグラフィー(イオン交換法,ゲル濾過法、疎水クロマ
ト法など)によって精製し、かくて純度の極めて高いβ
−グルコシダーゼを取得することができる。
The resulting enzyme solution is purified by salting out, dialysis, and various types of chromatography (ion exchange method, gel filtration method, hydrophobic chromatography method, etc.).
-Glucosidase can be obtained.

次に、本発明のβ−グルコシダーゼの性質を示す。な
お、標品としては後記実施例1で得られた酵素を使用し
た。
Next, properties of the β-glucosidase of the present invention will be described. In addition, the enzyme obtained in Example 1 described later was used as a standard.

β−グルコシダーゼ活性は、0.5Mグリシン−NaOH緩衝
液(pH8.0)、5mM p−ニトロフェニル−β−D−グルコ
シドと酵素を含む全容2mlを37℃で15分間反応させて、2
mlの0.2M Na2CO3を加えて反応を停止し、生成したp−
ニトロフェノール量を400nmでの吸光度により求めた。
この条件で1分間あたり1μmolのp−ニトロフェノー
ルを生成させる酵素量を1unitとした。
β-glucosidase activity was determined by reacting 2 ml of a 0.5 M glycine-NaOH buffer solution (pH 8.0) containing 5 mM p-nitrophenyl-β-D-glucoside and the enzyme at 37 ° C. for 15 minutes.
The reaction was stopped by adding 0.2 M Na 2 CO 3 ml, and the resulting p-
The amount of nitrophenol was determined by the absorbance at 400 nm.
Under these conditions, the amount of enzyme that produces 1 μmol of p-nitrophenol per minute was defined as 1 unit.

(1) 作用及び基質特異性 本酵素標品の各種基質との反応性を調べた。測定方法
は、表中に示した各種濃度の基質、0.32m unitの当該酵
素標品および0.5Mグリシン−NaOH緩衝液(pH8.0)を含
む全容積2mlの反応液を37℃で1時間反応させ、生成し
たグルコースをグルコースオキシダーゼを用いた比色定
量法で測定することによって求めた。表中の数字はp−
ニトロフェニル−β−グルコシドを基質としたときの活
性を100として各基質の相対活性で表示した。
(1) Action and substrate specificity The reactivity of this enzyme preparation with various substrates was examined. The measurement was performed by reacting a reaction solution having a total volume of 2 ml containing the substrate at various concentrations shown in the table, 0.32 m unit of the enzyme preparation, and 0.5 M glycine-NaOH buffer (pH 8.0) for 1 hour at 37 ° C. The resulting glucose was measured by colorimetry using glucose oxidase. The numbers in the table are p-
The relative activity of each substrate was expressed as the activity when nitrophenyl-β-glucoside was used as the substrate.

表から明らかなように、本酵素はβ−1,4結合を有す
るセロオリゴ糖及びβ−1,3結合を有するラミナリボー
スによく作用するが、β−1,6結合を有するゲンチオビ
オースには作用しない。
As is clear from the table, this enzyme works well on cello-oligosaccharides with β-1,4 linkage and lamina ribose with β-1,3 linkage, but not on gentiobiose with β-1,6 linkage. .

(2) 至適pH 本発明の酵素標品を第1図に示した各種pHの緩衝液に
0.16m unit/mlとなるよう溶解して反応させた。基質に5
mM p−ニトロフェニル−β−D−グルコシドを用い、相
対活性は37℃で15分間反応後生成したp−ニトロフェノ
ール量を400nmにおける吸光度を測定して求めた。用い
た緩衝液はpH4〜6.5は0.1M酢酸緩衝液、pH7〜10はグリ
シン−NaOH緩衝液である。
(2) Optimum pH The enzyme preparation of the present invention was added to various pH buffers shown in Fig. 1.
The reaction was carried out by dissolving to a concentration of 0.16 m unit / ml. 5 for substrate
Using mM p-nitrophenyl-β-D-glucoside, the relative activity was determined by measuring the amount of p-nitrophenol produced after reaction at 37 ° C. for 15 minutes by measuring the absorbance at 400 nm. The buffer used was 0.1 M acetate buffer at pH 4-6.5, and glycine-NaOH buffer at pH 7-10.

本酵素の最大活性を示すpHでの活性を100とし、各pH
における相対活性を第1図に示す。図から明らかなよう
に、本発明の酵素標品は作用pH範囲が広く、pH5〜8で
殆ど100%の活性を示した。
The activity at the pH showing the maximum activity of this enzyme is 100, and each pH
Are shown in FIG. As is apparent from the figure, the enzyme preparation of the present invention has a wide range of action pH range and showed almost 100% activity at pH 5-8.

(3) 安定pH 本発明の酵素標品を第2図に示す種々のpHの緩衝液に
溶解し37℃で1時間保持した。次いで、5mM p−ニトロ
フェニル−β−D−グルコシド、0.5Mグリシン−NaOH緩
衝液(pH8.0)となるよう酵素溶液を加えて反応液を調
製し酵素活性を測定した。試験開始時(すなわち無処
理)の活性を100とした場合の各pH処理における残存活
性を第2図に示す。
(3) Stable pH The enzyme preparations of the present invention were dissolved in various pH buffers shown in FIG. 2 and kept at 37 ° C. for 1 hour. Next, an enzyme solution was added to give a 5 mM p-nitrophenyl-β-D-glucoside, 0.5 M glycine-NaOH buffer (pH 8.0) to prepare a reaction solution, and the enzyme activity was measured. FIG. 2 shows the residual activity in each pH treatment when the activity at the start of the test (that is, no treatment) was set to 100.

本酵素はpH5〜10の間で活性を完全に維持した。 The enzyme completely maintained its activity between pH 5 and 10.

(4) 至適温度 本発明の酵素標品0.32m unitを5mM p−ニトロフェニ
ル−β−D−グルコシドを含む0.5Mグリシン−NaOH緩衝
液(pH8.0)2mlに添加し、第3図に示した温度範囲で反
応させた。最大活性を示す温度での活性を100とし、各
温度における相対活性を第3図に示す。
(4) Optimum temperature 0.32 m unit of the enzyme preparation of the present invention was added to 2 ml of 0.5 M glycine-NaOH buffer (pH 8.0) containing 5 mM p-nitrophenyl-β-D-glucoside, and FIG. The reaction was performed in the temperature range shown. The activity at the temperature showing the maximum activity is defined as 100, and the relative activity at each temperature is shown in FIG.

本酵素の至適温度は55℃付近であることが判明した。 The optimum temperature of this enzyme was found to be around 55 ° C.

(5) 熱安定性 酵素標品0.32m unitを0.5Mグリシン−NaOH緩衝液(pH
8.0)2mlに溶解し、第4図に示す温度範囲で1時間ある
いは24時間保持した後、37℃として残存活性を測定し
た。
(5) Heat stability 0.32m unit of the enzyme preparation was added to 0.5M glycine-NaOH buffer (pH
8.0) After dissolving in 2 ml and keeping at the temperature range shown in FIG. 4 for 1 hour or 24 hours, the residual activity was measured at 37 ° C.

無処理の酵素活性を100として、各温度における相対
活性を第4図に示す。
The relative activity at each temperature is shown in FIG. 4 with the untreated enzyme activity as 100.

本酵素は24時間37℃で保持した場合全く失活せず、1
時間50℃で保持した場合でも100%活性を維持した。
This enzyme does not deactivate at all when kept at 37 ° C for 24 hours.
Even when kept at 50 ° C. for 100 hours, 100% activity was maintained.

(6) 金属の影響 1mMのFe3+,Fe2+,Pb2+は若干の阻害効果を与え、1mMの
Hg2+で完全に阻害された。
(6) Influence of metal 1 mM Fe 3+ , Fe 2+ , Pb 2+ has a slight inhibitory effect, and 1 mM
Completely inhibited by Hg 2+ .

(7) 分子量 ゲル濾過法による本酵素の分子量は約74,000である。(7) Molecular weight The molecular weight of this enzyme determined by gel filtration is about 74,000.

本発明のβ−グルコシダーゼはアルカリ性側でも活性
を有するものであるが、固体培養によってムコール属
(Agric.Biol.Chem.,45,571〜577,(1981))から生産
されるアルカリ性に至適pHを有するβ−グルコシダーゼ
は分子量が220,000付近である点で本発明の酵素と異な
る。
Although the β-glucosidase of the present invention has an activity even on the alkaline side, it has an optimum pH for alkalinity produced from Mucor (Agric. Biol. Chem., 45 , 571-577, (1981)) by solid culture. Β-glucosidase having the molecular weight of about 220,000 is different from the enzyme of the present invention.

また、高度好熱菌のサーマス属(Appl.Microbiol.Bio
technol.,29,55〜60,(1988))の生産するβ−グルコ
シダーゼは至適作用温度が80〜85℃であり、pH8.0での
残存活性が約60%である点で本発明のβ−グルコシダー
ゼとは異なる。
In addition, the thermophilic genus Thermos (Appl. Microbiol. Bio
technol., 29 , 55-60, (1988)) has an optimum action temperature of 80-85 ° C. and a residual activity at pH 8.0 of about 60%. Different from β-glucosidase.

[実施例] 次に、本発明を実施例により詳しく説明する。[Examples] Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1 セロビオース0.5%,ペプトン0.5%、酵母エキス0.5
%,KH2PO40.3%,K2HPO40.1%,MgSO40.02%及び水道水か
らなる培地3lを5l容のジャー・ファーメンターに入れ、
常法により殺菌後pHを6.0に調整し、バチルス・ステア
ロサーモフィラスTB-636(FERM P−10523)菌を種菌と
して接種して、50℃,500rpm,通気量1/lの条件で15時
間の通気攪拌培養を行なった。
Example 1 Cellobiose 0.5%, Peptone 0.5%, Yeast extract 0.5
%, KH 2 PO 4 0.3%, K 2 HPO 4 0.1%, MgSO 4 0.02% and 3 l of medium consisting of tap water are put into a 5 l jar fermenter,
After sterilization by a conventional method, the pH was adjusted to 6.0, and Bacillus stearothermophilus TB-636 (FERM P-10523) was inoculated as an inoculum, and incubated at 50 ° C, 500 rpm, and aeration rate of 1 / l. Aeration and agitation culture was performed for a period of time.

培養終了後、遠心分離により菌体を除去した上清液に
ついてβ−グルコシダーゼ活性を測定した結果、約1uni
t/mlであった。
After completion of the cultivation, β-glucosidase activity was measured for the supernatant liquid from which the cells were removed by centrifugation.
t / ml.

この上清液に60%飽和となるように硫安を徐々に加え
て塩析を行ない、遠心分離により少量の沈殿物を得た。
この沈殿物を1.5M硫安を含む20mMのTris-HCl(pH7.0)
緩衝液に再溶解し、ついで同緩衝液によりあらかじめ平
衡化したPhenyl Toyopearlのカラムに添加した。引き続
き同緩衝液と硫安を含まない緩衝液とを用いてグラジエ
ント溶出を行ない、β−グルコシダーゼ活性画分を集め
た。この活性画分を常法に従い透析し、さらに10mM Tri
s-HCl緩衝液(pH8.0)により平衡化したDEAE-Toyopearl
のカラムに添加し、同緩衝液と1MのNaClを含む同緩衝液
とを用いグラジエント溶出を行ない、溶出液を分画しβ
−グルコシダーゼ活性画分を集めた。そして、0.2M NaC
lを含む10mM Tris-HCl緩衝液(pH8.0)で平衡化したToy
opearl HW-55 superfineのカラムに先の活性画分を添加
してゲル濾過クロマトグラフィーを行ない、活性画分を
集めて精製標品を得た。この精製標品は電気泳動的に単
一物として確認され、前記した酵素活性測定法により測
定したところ3.6unit/mg(蛋白)という結果が得られ
た。なお、蛋白量はLowryらの方法(J.Biol.Chem.,193,
265(1951))を用いて測定した。精製酵素の収率は培
養上清中の全酵素活性を100とすると13%であった。
Ammonium sulfate was gradually added to the supernatant to achieve 60% saturation, salting out was performed, and a small amount of precipitate was obtained by centrifugation.
This precipitate is washed with 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) containing 1.5 M ammonium sulfate.
It was redissolved in a buffer and then applied to a Phenyl Toyopearl column which had been equilibrated with the same buffer. Subsequently, gradient elution was performed using the same buffer and a buffer not containing ammonium sulfate, and a β-glucosidase active fraction was collected. This active fraction was dialyzed according to a conventional method, and further 10 mM Trial
DEAE-Toyopearl equilibrated with s-HCl buffer (pH 8.0)
, And gradient elution is performed using the same buffer and the same buffer containing 1 M NaCl.
-The glucosidase active fraction was collected. And 0.2M NaC
l equilibrated with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)
The previously active fraction was added to a column of opearl HW-55 superfine, and gel filtration chromatography was performed. The active fractions were collected to obtain a purified preparation. This purified sample was confirmed as a single substance by electrophoresis, and as a result of measurement by the enzyme activity measurement method described above, a result of 3.6 unit / mg (protein) was obtained. The amount of protein was determined by the method of Lowry et al. (J. Biol. Chem., 193 ,
265 (1951)). The yield of the purified enzyme was 13% assuming that the total enzyme activity in the culture supernatant was 100.

[発明の効果] 本発明のβ−グルコシダーゼはpH5〜8に至適pHを有
するのでアルカリ性側でも良好に作用し、好熱性微生物
に由来するため安定性にすぐれるなどの性質を有してい
る。また、本酵素の給源が好気性好熱性細菌であること
より通気攪拌培養の一つである深部液体培養を採用する
ことができ、製造法のスケールアップが容易で短時間で
効率良く製造できる。
[Effects of the Invention] The β-glucosidase of the present invention has an optimum pH of pH 5 to 8, so it works well even on the alkaline side, and has properties such as excellent stability because it is derived from a thermophilic microorganism. . Further, since the source of the present enzyme is an aerobic thermophilic bacterium, deep submerged culture, which is one of aeration and stirring cultures, can be adopted, and the production method can be easily scaled up and can be produced efficiently in a short time.

したがって、本発明のβ−グルコシダーゼは各種工業
用途等に有用であり、例えばアルカリ前処理を行なった
セルロース物質の酵素的糖化に有効に利用できるもので
ある。
Therefore, the β-glucosidase of the present invention is useful for various industrial uses and the like, and can be effectively used, for example, for enzymatic saccharification of a cellulose material that has been subjected to alkali pretreatment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のβ−グルコシダーゼの至適pHを、第2
図は該β−グルコシダーゼの安定pH範囲を、第3図は該
β−グルコシダーゼの作用至適温度を、第4図は該β−
グルコシダーゼの安定温度範囲をそれぞれ示すものであ
る。
FIG. 1 shows the optimum pH of the β-glucosidase of the present invention.
The figure shows the stable pH range of the β-glucosidase, FIG. 3 shows the optimal temperature of the β-glucosidase, and FIG. 4 shows the β-glucosidase.
3 shows a stable temperature range of glucosidase.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 9/42 BIOSIS(DIALOG) WPI/L(QUESTEL)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C12N 9/42 BIOSIS (DIALOG) WPI / L (QUESTEL)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】次の理化学的性質を有するβ−グルコシダ
ーゼ。 1) 作用 セロオリゴ糖を加水分解しグルコースを生成する。 2) 作用pH及び作用至適pH 作用pHは3.5〜10、作用至適pHは5〜8である。 3) 安定pH 37℃で一時間放置したときの安定pHは5〜10である。 4) 作用温度範囲及び作用至適温度 20〜80℃の広い温度範囲で作用し、55℃付近に作用至適
温度を有する。 5) 熱安定性 24時間37℃で保持した場合全く失活せず、1時間50℃で
保持した場合でも失活しない。 6) 分子量(ゲル濾過法) 約74,000
1. A β-glucosidase having the following physicochemical properties. 1) Action Hydrolyze cellooligosaccharides to produce glucose. 2) Working pH and optimum pH The working pH is 3.5-10 and the optimum pH is 5-8. 3) Stable pH The stable pH when left at 37 ° C for 1 hour is 5-10. 4) Working temperature range and optimum temperature It works in a wide temperature range of 20 to 80 ° C, and has an optimum temperature around 55 ° C. 5) Thermal stability No inactivation when kept at 37 ° C for 24 hours, and no inactivation even when kept at 50 ° C for 1 hour. 6) Molecular weight (gel filtration method) About 74,000
【請求項2】好熱性バチルス属に属し請求項1記載の酵
素的性質を有するβ−グルコシダーゼを生産する能力の
ある微生物を栄養培地に培養し、培養物中に該β−グル
コシダーゼを生成せしめ、これを採取することを特徴と
するβ−グルコシダーゼの製造法。
2. A microorganism capable of producing β-glucosidase having the enzymatic property according to claim 1 which belongs to the genus thermophilic Bacillus and cultured in a nutrient medium, and the β-glucosidase is produced in the culture. A method for producing β-glucosidase, which comprises collecting the same.
【請求項3】好熱性バチルス属に属するβ−グルコシダ
ーゼ生産能を有する微生物がバチルス・ステアロサーモ
フィラスTB-636(FERM P−10523)である請求項2記載
の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the microorganism belonging to the thermophilic genus Bacillus and capable of producing β-glucosidase is Bacillus stearothermophilus TB-636 (FERM P-10523).
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