JP3513249B6 - 糖質分解酵素の反応活性化法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セルラーゼ、アミラーゼ等の糖質分解酵素の反応活性化法に関する。
【0002】
【従来の技術】糖質分解酵素には、澱粉のα−1,4 結合からなる主鎖を切断するα−アミラーゼ、β−アミラーゼ、α−1,6 結合及びその近傍を切断するプルラナーゼ、イソアミラーゼ、イソプルラナーゼ、ネオプルラナーゼ等の澱粉枝切り酵素、グルコースを生成するグルコアミラーゼ、β−1,4 結合からなるセルロースを分解するエキソ及びエンドグルカナーゼ、セロビオヒドラーゼ等のセルラーゼ、その他にはβ−グルゴシダーゼ、キシラナーゼ、ペクチナーゼ、リゾチーム等が知られている。
【0003】これら糖質分解酵素は昔から醸造産業、繊維産業、医薬品産業、及び食料品産業等で広く利用されてきた。また、懸かる糖質分解酵素のうち、セルラーゼ、アミラーゼを衣料用及び食器用洗浄剤や漂白剤に配合することにより、主に皮脂汚れや澱粉汚れに対して洗浄力が飛躍的に向上することが見出されている。
【0004】しかしながら、自然界において従来見出されている糖質分解酵素の殆どは、産業上利用可能な酵素量を提供し得る量に至るまでの酵素生産性が十分ではなく、酵素反応性を十分に利用することが困難である。また酵素生産性が十分であっても、反応にかかる酵素の必要量が多く使用するためには高い費用が要求され、事実上利用が困難になる場合がある。また酵素利用時における問題点としては、酵素の熱安定性等の問題により反応を長時間実行すると酵素が失活し、産業上利用が困難になることなどが挙げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解決するための手段として、酵素生産性向上や保存安定性の向上等の他に、酵素反応系において酵素の反応速度を向上させる方法、即ち酵素反応の活性化法についても従来から検討されてきた。
【0006】糖質分解酵素反応の活性化法としては、セルラーゼに対するβ−グルコシダーゼの併用、α−アミラーゼ及びβ−アミラーゼに対するグルコアミラーゼや澱粉枝切り酵素の併用等に代表されるような各種酵素の相乗効果を利用したもの、プロテインエンジニアリング技術を利用し、特異的にアミノ酸残基を置換することによる酵素反応速度の向上を利用したもの、酵素固定化法、酵素反応系に特定のイオンや両親媒性物質等の酵素反応活性化剤を利用した方法がこれまでに報告されている。なかでも酵素反応活性化剤を利用する方法は非常に簡便でかつ剤によっては安価になる可能性が期待される。このような活性化剤に関しては、これまでに特定のノニオン活性剤、ポリオキシエチレンリン酸エステル及びカルボキシベタイン型両性活性剤をセルラーゼ反応系に加えることによって得られるもの(特開昭60−210984号)や、エンドグルカナーゼやα−アミラーゼ又はプルラナーゼ反応系に特定の水溶性ポリマーを添加することによって得られるもの(特表平5−507615号)、特定のセルラーゼにアクチンを加えることで得られるもの〔FEBS Letter, 187, 101-104(1985) 〕、特定のアミラーゼに対して塩素イオンを加えることで得られるもの〔Clin. Biochem.,16, 224-228(1983)〕、n−ヘキサンにTween20 (ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、アトラス・パウダー社)を添加して得られる逆相ミセル系を利用してアミラーゼ及びセルラーゼの酵素活性を高めること〔Biotechnol. Bioeng.,29, 901-902(1987) 〕などが報告されている。しかしながら、これらの活性化法は酵素の反応速度をある程度高めることはできるものの、未だその活性化力が十分でない等の問題があった。
【0007】従って、本発明の目的は糖質分解酵素の反応速度を十分に活性化させる剤を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、糖質分解酵素の反応活性化剤について鋭意探索を続けてきたところ、セルラーゼ、アミラーゼ等の糖質分解酵素の反応系に対して、低級アルキル硫酸塩及び低級アルキルスルホン酸塩を添加することによって酵素活性が著しく活性化されることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0009】即ち、本発明は、糖質分解酵素の反応を、アルキル鎖長が1〜のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が1〜のアルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種または2種以上の塩の存在下に行なうことを特徴とする糖質分解酵素の反応活性化法を提供するものである。換言すれば本発明の方法は、糖質分解酵素の基質(糖質)分解活性を、アルキル鎖長が1〜のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が1〜のアルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種または2種以上の塩により向上させるものである。
【0010】本発明のアルキル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩としては、いずれもアルキル基の炭素数が1からのものが使用され、対イオン種としてはナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属塩、アンモニウムイオン等の1価の陽イオンが挙げられるが、好ましくは炭素数1から2のアルキル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩、さらに好ましくはメチル硫酸ナトリウム及びメチル硫酸カリウムが挙げられる。アルキル基の炭素数が多くなると、高濃度添加することによってアニオン性のミセルを形成しやすくなり、逆に反応が抑制されやすくなるため好ましくない。
【0011】本発明の対象とする糖質分解酵素としては、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、プルラナーゼ、イソアミラーゼ、イソプルラナーゼ、ネオプルラナーゼ等のアミラーゼ、及びエキソ及びエンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ等のセルラーゼが挙げられる。なかでもα−アミラーゼのアミロペクチンや可溶性澱粉に対する分解速度や、エンドグルカナーゼのカルボキシメチルセルロース(CMC)に対する分解活性が著しく向上する。そのなかでも特にバチルス・アミロリキファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)由来のα−アミラーゼ及びバチルス・エスピー(Bacillus sp.) KSM-635株由来のセルラーゼが好ましい。なおKSM-635 はFERM BP-1485として菌寄託されており、菌株に関しては特開昭63−10977 号に、また詳しい製造方法に関しては特開昭63−264699号の実施例に記載されている。
【0012】その他、α−アミラーゼとしては、バチルス・ズブチルス・マルバーグ(Bacillus subtilis Marburg) 、バチルス・ズブチルス・ナット(Bacillus subtilis natto) 、バチルス・リケニホルミス(Bacillus licheniformis)、バチルス・セレウス(Bacillus cereus) 、バチルス・サークランス(Bacillus circulans)、バチルス・マセランス(Bacillus macerans) 、シュードモナス・スヅリ(Pseudomonasstutzeri)、クレブシエラ・アエロゲネス(Klebusiella aerogenes) 等の細菌、ストレプトマイセス・グリセウス(Streptomyces griseus)等の放線菌、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger) 等のカビ類、イネ科及びまめ科植物の種子、ヒト及びブタなどの動物の消化腺など多くの生物から得られているものを使用できる。また、セルラーゼは、フミコーラ・ラニュギノーサ(Fumicola lanuginosa) 、トリコデルマ・ビリデ(Trichoderma viride)、トリコデルマ・レーセ(Trichoderma reesei)、トリコデルマ・コニンジ(Trichoderma koningii)等に由来することができる。
【0013】本発明の反応活性化法は、通常の糖質分解酵素−基質反応に適用でき、反応前の酵素溶液、基質溶液或いは緩衝溶液等、適当な時期に、アルキル鎖長が1〜のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が1〜のアルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種または2種以上の塩を添加して、これらを反応系に1〜1000mM存在させればよく、より好ましくは、アルキル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩を反応系中の濃度が1〜500mM 、より好ましくは1〜100mM となるように添加する。
【0014】
【発明の効果】本発明による糖質分解酵素の反応活性化は、各種糖質分解酵素の反応を、アルキル基の炭素数が1〜5のアルキル硫酸塩及び/又はアルキル基の炭素数が1〜5のアルキルスルホン酸塩の存在下に行なうことによって得られるものであり、工業的に極めて大きな意義を有するものである。
【0015】
【実施例】次に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。
【0016】実施例1〜8及び比較例1〜4
特開昭63−264699号の実施例に記載のバチルス・エスピー(Bacillus sp.) KSM-635株(FERM BP-1485)を培養、精製して得られたセルラーゼ成分を適当量イオン交換水に溶解させたものを酵素液とした。20mM Glycine緩衝溶液(pH10.0) 中にCMC(反応系における最終濃度は 1.0%)及び表1に示すアルキル硫酸塩(添加剤)を溶解させた反応液0.9 mLに酵素液0.1 mLを加え、40℃で、5分毎に反応時間を設定し最大25分間反応させた。各反応時間ごとに 3,5−ジニトロ−サリチル酸(DNS)法にて還元糖の定量を行った。即ち、反応液 1.0mLにDNS試薬1.0mLを加え、5分間、 100℃で加熱発色させ、冷却後、4.0mL のイオン交換水を加えて希釈し、波長535nm で比色定量した。酵素の反応速度は、反応開始時より生成物である還元糖量が時間と共に直線的に増加する範囲における生成物増加速度(d〔還元糖〕/d〔時間〕)として算出し、相対反応速度としては、アルキル硫酸塩非存在系に対するアルキル硫酸塩存在系の反応速度を百分率で示した。以上の方法で測定したセルラーゼ反応速度に対するアルキル硫酸塩の添加効果についての結果を表1に示す。表1中、濃度は反応系中での濃度を意味する(以下同様)。
【0017】表1より、メチル硫酸ナトリウム添加系で最高80%、エチル硫酸ナトリウム添加系で最高20%程度の酵素反応の活性化が見出された。
【0018】また、上記の方法に従って測定したアルキルスルホン酸ナトリウムの添加効果についての結果を表1に併せて示した。表1より、エチルスルホン酸ナトリウム添加系で最高100 %、プロピルスルホン酸ナトリウム添加系で最高70%、ブチルスルホン酸ナトリウム添加系で最高50%の酵素反応の活性化が見出された。
【0019】
【表1】
Figure 0003513249
【0020】実施例9〜16及び比較例5〜9
バチルス・アミロリキファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)由来のα−アミラーゼ(生化学工業)をイオン交換水に適当量溶解させたものを酵素液とした。25mM Tris-acetate 緩衝溶液 (pH7.0)中にポテト由来アミロペクチン(Sigma)(反応系における最終濃度は 0.5%) 及び表2に示すアルキル硫酸塩(添加剤)を溶解させた反応液 0.9mLに酵素液 0.1mLを加え、40℃で、5分毎に反応時間を設定し最大25分間反応させた。各反応時間ごとに3,5 −ジニトロ−サリチル酸(DNS)法にて還元糖の定量を行った。即ち、反応液1.0mL にDNS試薬 1.0mLを加え、5分間、100 ℃で加熱発色させ、冷却後、4.0mL のイオン交換水を加えて希釈し、波長535nm で比色定量した。酵素の反応速度は、反応開始時より生成物である還元糖量が時間と共に直線的に増加する範囲における生成物増加速度として算出し、相対反応速度としては、アルキル硫酸塩非存在系に対するアルキル硫酸塩存在系の反応速度を百分率で示した。以上の方法で測定したアミラーゼ反応速度に対するアルキル硫酸塩の添加効果についての結果を表2に示す。表2より、メチル硫酸ナトリウム添加系で最高40%、エチル硫酸ナトリウム添加系で最高10%程度の酵素反応の活性化が見いだされた。
【0021】
【表2】
Figure 0003513249

Claims (10)

  1. アミラーゼ及びセルラーゼから選ばれる糖質分解酵素の反応を、反応系中の濃度が1〜 1000mM の、アルキル鎖長が1〜のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が1〜のアルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種または2種以上の塩の存在下に行なうことを特徴とする糖質分解酵素の反応活性化法。
  2. 糖質分解酵素が、バチルス(Bacillus)属の細菌から産生されるα−アミラーゼである請求項1記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  3. 糖質分解酵素が、バチルス・アミロリキファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)から産生されるα−アミラーゼである請求項1記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  4. 糖質分解酵素がセルラーゼである請求項 1記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  5. 糖質分解酵素が、バチルス(Bacillus)属の細菌から産生されるセルラーゼである請求項記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  6. 糖質分解酵素が、バチルス・エスピー(Bacillus sp.)KSM-635 株の細菌から産生されるセルラーゼである請求項記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  7. 糖質分解酵素がアミラーゼであり、アル キル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩が、アルキル鎖長 が1〜2のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が1〜2の アルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種また は2種以上である請求項1〜3の何れか1項記載の糖質 分解酵素の反応活性化法。
  8. アルキル硫酸塩及びアルキルスルホン酸 塩が、メチル硫酸ナトリウム、メチル硫酸カリウム、エ チル硫酸ナトリウム、エチルスルホン酸ナトリウム、プ ロピルスルホン酸ナトリウム及びブチルスルホン酸ナト リウムから選ばれる1種または2種以上である請求項1 〜6の何れか1項記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  9. 糖質分解酵素がアミラーゼであり、アル キル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩が、アルキル鎖長 が1〜2のアルキル硫酸塩である請求項1〜7の何れか 1項記載の糖質分解酵素の反応活性化法。
  10. 糖質分解酵素がセルラーゼであり、ア ルキル硫酸塩及びアルキルスルホン酸塩が、アルキル鎖 長が1〜2のアルキル硫酸塩及びアルキル鎖長が2〜4 のアルキルスルホン酸塩からなる群から選ばれる1種ま たは2種以上である請求項1〜7の何れか1項記載の糖 質分解酵素の反応活性化法。
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