JP3616166B2 - Trehalose and its production method and use - Google Patents

Trehalose and its production method and use Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレハロースとその製造方法並びに用途に関し、詳細には、マルトースを含有せしめた栄養培地に、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を培養し、得られるトレハロース、又は、これを含む糖質、及び該糖質の製造方法並びにその用途に関する。
【0002】
【従来の技術】
グルコースを構成糖とする非還元性糖質として、古くからトレハロース(α、α−トレハロース)が知られており、その存在は、『アドバンシズ・イン・カーボハイドレイト・ケミストリー(Advances in Carbohydrate Chemistry)』、第18巻、第201乃至225頁(1963年)アカデミック・プレス社(米国)及び『アプライド・アンド・エンビロメンタル・マイクロバイオロジー(Applied and Environmental Microbiology)』、第56巻、第3213乃至3215頁(1990年)などにも記載されているように、少量ながら、微生物、きのこ、昆虫など広範囲に及んでいる。トレハロースのような非還元性糖質は、アミノ酸や蛋白質等のアミノ基を有する物質とアミノカルボニル反応を起こさず、含アミノ酸物質を損なわないことから、褐変、劣化を懸念することなく利用、加工できることが期待され、その工業的製造方法の確立が望まれている。
【0003】
トレハロースの製造方法としては、例えば、特開昭50−154485公報で報告されている微生物菌体を用いる方法や、特開昭58−216695公報で提案されているマルトース・ホスホリラーゼとトレハロース・ホスホリラーゼとの組合わせでマルトースを変換する方法などが知られている。しかしながら、微生物菌体を用いる方法は、該菌体を出発原料とし、これに含まれるトレハロースの含量が、通常、固形物当たり15w/w%(以下、本明細書では、特にことわらない限り、w/w%を単に%と略称する)未満と低く、その上、これを抽出、精製する工程が煩雑で、工業的製造方法としては不適である。また、マルトース・ホスホリラーゼ及びトレハロース・ホスホリラーゼを用いる方法は、いずれもグルコース−1リン酸を経由しており、その基質濃度を高めることが困難であり、また、両酵素の反応系が可逆反応で目的物の生成率が低く、更には、両酵素の反応系を安定に維持して反応をスムーズに進行させることが困難であって、未だ、工業的製造方法として実現するに至っていない。
【0004】
これに関係して、『月刊フードケミカル』、8月号、第67乃至72頁(1992年)、「澱粉利用開発の現状と課題」の「オリゴ糖」の項において、「トレハロースについては著しく広い応用範囲が考えられるが、本糖の澱粉糖質からの直接糖転移、加水分解反応を用いた酵素的生産は、現在のところ学術的には不可能であるといわれている。」と記載されているように、澱粉を原料とし、酵素反応によってトレハロースを製造することは、従来、学術的にも不可能であると考えられてきた。
【0005】
一方、澱粉を原料として製造される澱粉部分分解物、例えば、澱粉液化物、各種デキストリン、各種マルトオリゴ糖などは、通常、その分子の末端に還元基を有し還元性を示すことが知られている。このような澱粉部分分解物を、本明細書では、還元性澱粉部分分解物と称する。一般に、還元性澱粉部分分解物は、固形物当たりの還元力の大きさをデキストロース・エクイバレント(Dextrose Equivalent、DE)として表している。この値の大きいものは、通常、分子が小さく低粘度で、甘味が強いものの、反応性が強く、アミノ酸や蛋白質などのアミノ基を持つ物質とアミノカルボニル反応を起こし易く、褐変し、悪臭を発生して、品質を劣化し易い性質のあることが知られている。
【0006】
このような還元性澱粉部分分解物の種々の特性は、DEの大小に依存しており、還元性澱粉部分分解物とDEとの関係は極めて重要である。従来、当業界では、この関係を断ち切ることは不可能とさえ信じられてきた。
【0007】
還元性澱粉部分分解物とDEとの関係を断ち切る唯一の方法は、還元性澱粉部分分解物を高圧水素添加法などによって、その還元基を糖アルコールに変換して非還元性糖質にする方法である。しかし、この方法は、高圧オートクレーブを必要とし、多量の水素やエネルギーを消費するのみならず、防災上からも高度な安全施設や管理を必要としている。その上、得られる還元性澱粉部分分解物の糖アルコールは、原料の還元性澱粉部分分解物がグルコースのみからなるのに対し、グルコースとソルビトールとから構成される点で異なり、それを摂取することによって、一過性ではあるが、難消化、緩下の症状を起こす懸念もある。従って、還元性澱粉部分分解物の構成糖であるグルコースを変えることなく、その還元力を低減若しくは消滅させる方法の確立が望まれる。
【0008】
これを解決するために、本発明者等は、先に、特願平6−144092号明細書で、マルトースをトレハロースに変換する新規マルトース・トレハロース変換酵素(本酵素を、本明細書を通じて、マルトース・トレハロース変換酵素と称する。)を開示し、本マルトース・トレハロース変換酵素を利用して、マルトースからトレハロースとこれを含む糖質の製造方法を確立した。
【0009】
しかしながら、微生物を培養して該酵素を産生せしめる培養時間に加えて、酵素回収の時間、マルトースからのトレハロースへの酵素反応時間を必要とし、工業的に実施する上でかなりの長時間を要する欠点のあることが判明した。マルトースからトレハロースを生産するに際し、該酵素の生産をも含めて、より簡便に、容易に実施しうるトレハロースの製造方法の確立が望まれる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マルトースからのトレハロースを、簡便に、短時間に製造しうる新規方法を確立し、併せて、その用途を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するために、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物の培養状況と該酵素の産生状況について鋭意研究を続けてきた。その結果、該微生物は、マルトース・トレハロース変換酵素をかなり早期から産生していることを見出すとともに、培養中の栄養培地に、マルトースを共存せしめることにより、容易にトレハロースを生成、蓄積することを見出し、本発明を完成した。
【0012】
すなわち、本発明は、マルトースを含有せしめた栄養培地に、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を培養し、得られるトレハロース、又は、これを含む糖質、及び該糖質の製造方法、並びに、該糖質を含有せしめた組成物を確立するものである。本発明において、マルトースとしては、とりわけ、澱粉を液化したものにβ−アミラーゼ又はβ−アミラーゼとともに澱粉枝切酵素を、作用させて得られるものが好適であり、また、微生物としては、とりわけ、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有している微生物の利用が、トレハロース生産にとって極めて有利である。このようにして得られるトレハロースやこれを含む糖質は、安定性が高く、取扱いが容易で、広範な用途に利用でき、例えば、飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0013】
本発明で用いるマルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物としては、マルトースをトレハロースに変換する酵素を産生する微生物であればよく、例えば、特願平6−144092号明細書に開示されるピメロバクター属、シュードモナス属及びサーマス属に属する微生物が好適である。
【0014】
微生物の培養に用いる培地は、微生物が生育でき、マルトース・トレハロース変換酵素を産生しうる栄養培地であって、トレハロース生成のための基質となるマルトースを含有するものが採用される。必要に応じて、微生物が資化しうる他の炭素源、例えば、グルコース、フラクトース、ラクトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、糖蜜などの糖質、更には、クエン酸、コハク酸などの有機酸、又は、その塩を併用することも随意である。培地に含有せしめるマルトースの濃度は、20w/v%以下、望ましくは15w/v%以下、更に望ましくは5乃至10w/v%付近が好適である。窒素源としては、例えば、アンモニウム塩、硝酸塩などの無機窒素化合物や、例えば、尿素、コーン・スティープ・リカー、カゼイン、ペプトン、酵母エキス、肉エキスなどの有機窒素含有物が適宜用いられる。また、無機成分としては、例えば、カルシウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、リン酸塩、マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩、銅塩、モリブデン塩、コバルト塩などが適宜用いられる。更に、必要に応じて、アミノ酸、ビタミンなども適宜用いられる。
【0015】
培養条件は、微生物が生育し、マルトース・トレハロース変換酵素を産生すればよく、通常、温度4乃至80℃、望ましくは20乃至75℃、pH5乃至9、望ましくは6乃至8.5から選ばれる条件で好気的に行われる。培養時間は微生物が増殖し得る以上の時間であればよく、望ましくは10乃至100時間である。また、培養液の溶存酸素濃度に特に制限はないが、通常は、0.5乃至20ppmが好ましい。そのために、通気量を調節したり、撹拌したり、通気に酸素を追加したり、また、ファーメンター内の圧力を高めるなどの手段が採用される。また、培養方式は、回分培養、連続培養又は半連続培養のいずれでもよい。
【0016】
このようにして、マルトースを含有せしめた栄養培地に、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を培養して、培養物中にトレハロースを生成、蓄積せしめることができる。また、必要ならば、別に調製したマルトース・トレハロース変換酵素を、培養中の栄養培地に補足して、トレハロースの生成速度を高めることも、また、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤などの界面活性剤及び/又は卵白リゾチームなどの溶菌酵素を培養中の栄養培地に加えてトレハロースの生成速度を高めることも有利に実施できる。このようにして、生成、蓄積されたトレハロースは、培養物中の不溶物を分離し、得られる液体部分に含まれる。
【0017】
トレハロースを含有する培養物は、まず、公知の固液分離法、例えば、濾過又は遠心分離などにより、除菌液とし、これを常法に従って、濃縮し、活性炭で脱色、H型、OH型イオン交換樹脂で脱塩して精製し、濃縮し、シラップ状製品とする。更に乾燥して粉末状製品にすることも随意である。必要ならば、培養物をそのまま平膜又は中空糸膜などの膜濾過にかけ、菌体などの不溶物とともに溶性の蛋白質、核酸などの高分子物を除去するか、又は、予め、遠心分離などにより不溶物を除去し、次いで、膜濾過により溶性高分子物を除去した後、常法に従って、濃縮、脱色、脱塩して精製し、トレハロース、又は、これを含む糖質製品を有利に製造することができる。
【0018】
次に、本発明のトレハロース生成に寄与しているマルトース・トレハロース変換酵素について説明する。酵素活性は、培養物の菌体及び除菌液いずれにも認められ、菌体及び除菌液を粗酵素液として採取することも、また、培養物全体を粗酵素液として用いることもできる。培養物から菌体を除去するには公知の固液分離法が採用される。例えば、培養物そのものをそのまま遠心分離する方法、あるいは、プレコートフィルターなどを用いて濾過分離する方法、平膜、中空糸膜などの膜濾過により分離する方法などが適宜採用される。除菌液をそのまま酵素液として用いることができるが、一般的には、濃縮して用いられる。濃縮方法としては、例えば、硫安塩析法、アセトン及びアルコール沈殿法、平膜、中空糸膜など膜濃縮法などが採用される。
【0019】
更に、除菌液及びその濃縮物を公知の方法により固定化することもできる。例えば、イオン交換体への結合法、樹脂及び膜などとの共有結合・吸着法、高分子物質を用いた包括法などが採用される。また、培養物から分離した菌体もそのまま粗酵素として用いることができるが、これを固定化して用いてもよい。一例として、これをアルギン酸ナトリウムと混合して、塩化カルシウム溶液中に滴下して粒状にゲル化させて固定化する。この粒状化物をさらにポリエチレンイミン、グルタールアルデヒドで処理して固定化してもよい。菌体から酵素を抽出して、その抽出液を粗酵素液として用いることもできる。例えば、超音波による破砕法、ガラスビーズ及びアルミナによる機械的破砕法、フレンチプレスによる破砕法などで菌体から酵素を抽出し、遠心分離又は膜濾過などで清澄な粗酵素液を得ることができる。
【0020】
本酵素液はそのまま用いることができるが、公知の方法によって更に精製して利用することができる。一例として、培養液の処理物を硫安塩析して濃縮した粗酵素標品を透析後、東ソー株式会社製『DEAE−トヨパール』などを用いた陰イオン交換カラムクロマトグラフィー、続いて、同社製『ブチルトヨパール』などを用いた疎水カラムクロマトグラフィー、同社製『トヨパール HW−55』などを用いたゲル濾過クロマトグラフィーを用いて精製することにより、電気泳動的に単一な酵素を得ることができる。
【0021】
このようにして得られるマルトース・トレハロース変換酵素は、一般的には、例えば、下記の理化学的性質を有する。
(1) 作用
マルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換する。
(2) 分子量
SDS−ゲル電気泳動法で、約57,000乃至120,000ダルトン。
(3) 等電点
アンフォライン含有電気泳動法により、pI約3.8乃至5.1。
(4) 活性阻害
1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害を受ける。
(5) 起源
微生物により産生された酵素である。
【0022】
由来微生物の違いによる具体例を示せば次の通りである。
【ピメロバクター・スピーシーズ R48由来のマルトース・トレハロース変換酵素】
(1) 作用
マルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換する。
1モルのマルトース又はトレハロースからそれぞれ約1モルのトレハロース又はマルトースを生成する。
(2) 分子量
SDS−ゲル電気泳動法で、約57,000乃至67,000ダルトン。
(3) 等電点
アンフォライン含有電気泳動法で、pI約4.1乃至5.1。
(4) 活性阻害
1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害を受ける。
(5) 至適温度
pH7.0、60分間反応で、20℃付近。
(6) 至適pH
25℃、60分間反応で、pH約7.0乃至8.0。
(7) 温度安定性
pH7.0、60分間保持で、30℃付近まで安定。
(8) pH安定性
20℃、60分間保持で、pH約6.0乃至9.0。
【0023】
【シュードモナス・プチダ H262由来のマルトース・トレハロース変換酵素】
(1) 作用
マルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換する。
1モルのマルトース又はトレハロースからそれぞれ約1モルのトレハロース又はマルトースを生成する。
(2) 分子量
SDS−ゲル電気泳動法で、約110,000乃至120,000ダルトン。
(3) 等電点
アンフォライン含有電気泳動法で、pI約4.1乃至5.1。
(4) 活性阻害
1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害を受ける。
(5) 至適温度
pH7.0、60分間反応で、37℃付近。
(6) 至適pH
35℃、60分間反応で、pH約7.3乃至8.3。
(7) 温度安定性
pH7.0、60分間保持で、40℃付近まで安定。
(8) pH安定性
35℃、60分間保持で、pH約6.0乃至9.5。
【0024】
【サーマス・アクアティカス ATCC33923由来のマルトース・トレハロース変換酵素】
(1) 作用
マルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換する。
1モルのマルトース又はトレハロースからそれぞれ約1モルのトレハロース又はマルトースを生成する。
(2) 分子量
SDS−ゲル電気泳動法で、約100,000乃至110,000ダルトン。
(3) 等電点
アンフォライン含有電気泳動法で、pI約3.8乃至4.8。
(4) 活性阻害
1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害を受ける。
(5) 至適温度
pH7.0、60分間反応で、65℃付近。
(6) 至適pH
60℃、60分間反応で、pH約6.0乃至6.7。
(7) 温度安定性
pH7.0、60分間保持で、80℃付近まで安定。
(8) pH安定性
60℃、60分間保持で、pH約5.5乃至9.5。
【0025】
マルトース・トレハロース変換酵素の活性は、次のようにして測定する。基質としてマルトース20w/v%(10mMリン酸塩緩衝液、pH7.0)1mlに酵素液1mlを加え、反応温度を25℃、35℃あるいは60℃とし、60分間反応させた後、100℃で10分間加熱して反応を停止させる。この反応液を正確に50mMリン酸塩緩衝液pH7.5で11倍に希釈し、その希釈液0.4mlにトレハラーゼ含有溶液(1単位/ml)を0.1ml添加したものを45℃、120分間インキュベートした後、この反応液中のグルコース量をグルコースオキシダーゼ法で定量する。対照として、予め100℃で10分間加熱することにより失活させた酵素液及びトレハラーゼを用いて同様に測定する。上記の測定方法を用いて、増加するグルコース量からマルトース・トレハロース変換酵素により生成するトレハロース量を求め、その活性1単位は、1分間に1μmoleのトレハロースを生成する酵素量と定義する。
【0026】
なお、反応温度は、マルトース・トレハロース変換酵素が、ピメロバクター属に属する微生物由来の場合に25℃とし、シュードモナス属に属する微生物由来の場合に35℃とし、サーマス属に属する微生物由来の場合に60℃とした。
【0027】
次に、本発明で使用される澱粉は、とうもろこし澱粉、米澱粉、小麦澱粉などの地上澱粉であっても、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、タピオカ澱粉などの地下澱粉であってもよい。澱粉を液化するには、通常、澱粉を水に懸濁した澱粉乳、望ましくは濃度10%以上、更に望ましくは約20乃至50%とし、これを加熱して機械的に液化しても、酸又は酵素で液化してもよい。液化の程度は、比較的低いものが適しており、望ましくはDE15未満、更に望ましくはDE10未満のものが好適である。酸で液化する場合には、例えば、塩酸、燐酸、蓚酸などで液化し、その後、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウムなどで必要pHに中和して利用すればよい。酵素で液化する場合には、α−アミラーゼ、とりわけ、耐熱性の液化型α−アミラーゼの使用が適している。
【0028】
本発明で澱粉液化溶液からマルトースを産生するために用いるβ−アミラーゼは、公知方法により、甘藷、大豆、小麦麩などの植物、バチルス属に属する微生物の培養物などから調製してもよく、また、市販の酵素剤を利用することも随意である。また、本発明で用いる澱粉枝切酵素は、澱粉を比較的低DEに液化したもの、望ましくは、DE15未満の液化溶液に作用し、澱粉の枝分かれ結合を加水分解する酵素であって、公知のプルラナーゼ、イソアミラーゼなどが有利に利用でき、また、市販の酵素剤を利用することも有利に実施できる。
【0029】
酵素の使用量は、作用条件、反応時間によって適宜選べばよいが、通常、基質である澱粉液化溶液に対して、固形物グラム当たり、β−アミラーゼの場合、約1乃至100単位から選ばれ、澱粉枝切酵素の場合、約1乃至2,000単位から選ばれる。
【0030】
このようにして得られるマルトースは、本発明の培養方法によるトレハロース、又は、これを含む糖質製造用の糖源として有利に利用できる。また、市販のマルトースを利用することも有利に実施できる。マルトースを栄養培地に含有せしめる時期は、トレハロースが生成できる時期であればよく、培養初期から含有せしめておくことも、培養途中から含有せしめることも随意である。また、連続又は半連続培養する場合には、例えば、トレハロースを生成せしめた培養培地の一部を抜き出し、これと同容量のマルトースを含有せしめた栄養培地を追加して培養すればよい。また、培養を、澱粉液化溶液にβ−アミラーゼ又はβ−アミラーゼとともに澱粉枝切酵素を共存せしめた栄養培地で行うことも随意である。
【0031】
このようにして得られるトレハロースを含む培養物は、常法により、濾過、遠心分離などして菌体などの不溶物を除去した後、濃縮、活性炭で脱色、H型、OH型イオン交換樹脂で脱塩して精製し、濃縮し、シラップ状製品とする。更に、乾燥して粉末状製品にすることも随意である。必要ならば、更に、精製、例えば、イオン交換カラムクロマトグラフィー、活性炭カラムクロマトグラフィー、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどのカラムクロマトグラフィーによる分画、アルコール及びアセトンなど有機溶媒による分別、適度な分離性能を有する膜による分離、更には、酵母での発酵処理、アルカリ処理などによる残存している還元性糖質の分解除去などの方法を1種又は2種以上組合わせて精製することにより、最高純度のトレハロース製品を得ることも容易である。
【0032】
とりわけ、工業的大量生産方法としては、イオン交換カラムクロマトグラフィーの採用が好適であり、例えば、特開昭58−23799号公報、特開昭58−72598号公報などに開示されている強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーにより夾雑糖類を除去し、目的のトレハロース含量を向上させた低還元性糖質を有利に製造することができる。この際、固定床方式、移動床方式、擬似移動床方式のいずれの方式を採用することも随意である。
【0033】
このようにして得られた本発明のトレハロースを含む糖質を、必要により、グルコアミラーゼ又はα−グルコシダーゼで分解し、甘味性、還元力などを調整したり、粘性を低下させたりすることも、また、水素添加して残存する還元性糖質を糖アルコールにして還元力を消滅せしめることなどの更なる加工処理を施すことも随意である。
【0034】
とりわけ、本発明のトレハロースを含む糖質に対して、グルコアミラーゼ又はα−グルコシダーゼを作用させてトレハロースとグルコースとの混合溶液とし、これを、前述の精製方法、例えば、イオン交換カラムクロマトグラフィーなどにより、グルコースを除去すれば、トレハロース高含有画分を採取することができる。これを精製、濃縮して、シラップ状製品を得ることも、更に濃縮して過飽和にし、晶出させてトレハロース含水結晶又は無水結晶トレハロースを得ることも有利に実施できる。
【0035】
トレハロース含水結晶を製造するには、例えば、純度約60%以上、濃度約65乃至90%のトレハロース高含有液を助晶缶にとり、必要に応じて、0.1乃至20%の種晶共存下で、温度95℃以下、望ましくは10乃至90℃の範囲で、撹拌しつつ徐冷し、トレハロース含水結晶を含有するマスキットを製造する。また、減圧濃縮しながら晶析させる連続晶析法を採用することも有利に実施できる。マスキットからトレハロース含水結晶又はこれを含有する含蜜結晶を製造する方法は、例えば、分蜜方法、ブロック粉砕方法、流動造粒方法、噴霧乾燥方法など公知の方法を採用すればよい。
【0036】
分蜜方法の場合には、通常、マスキットをバスケット型遠心分離機にかけ、トレハロース含水結晶と蜜(母液)とを分離し、必要により、該結晶に少量の冷水をスプレーして洗浄することも容易な方法であり、より高純度のトレハロース含水結晶を製造するのに好適である。噴霧乾燥方法の場合には、通常、濃度70乃至85%、晶出率20乃至60%程度のマスキットを高圧ポンプでノズルから噴霧し、結晶粉末が溶解しない温度、例えば、60乃至100℃の熱風で乾燥し、次いで30乃至60℃の温風で約1乃至20時間熟成すれば非吸湿性又は難吸湿性の含蜜結晶が容易に製造できる。また、ブロック粉砕方法の場合には、通常、水分10乃至20%、晶出率10乃至60%程度のマスキットを約0.1乃至3日間静置して全体をブロック状に晶出固化させ、これを粉砕又は切削などの方法によって粉末化し乾燥すれば、非吸湿性又は難吸湿性の含蜜結晶が容易に製造できる。
【0037】
また、無水結晶トレハロースを製造するには、トレハロース含水結晶を乾燥して変換させることもできるが、一般的には、水分10%未満の高濃度トレハロース高含有溶液を助晶缶にとり、種晶共存下で50乃至160℃、望ましくは80乃至140℃の範囲で撹拌しつつ無水結晶トレハロースを含有するマスキットを製造し、これを比較的高温乾燥条件下で、例えば、ブロック粉砕、流動造粒、噴霧乾燥などの方法で晶出、粉末化して製造される。
【0038】
このようにして製造される本発明のトレハロース、又はこれを含む糖質は、還元性が低く安定であり、他の素材、特にアミノ酸、オリゴペプチド、蛋白質などのアミノ酸を有する物質と混合、加工しても、褐変することも、異臭を発生することもなく、混合した他の素材を損なうことも少ない。また、還元力が低いにもかかわらず低粘度であり、良質で上品な甘味を有している。
【0039】
更に、本発明のトレハロースはトレハラーゼにより容易にグルコースにまで分解することから、経口摂取により、消化吸収され、カロリー源として利用される。虫歯誘発菌などによって、醗酵されにくく、虫歯を起こしにくい甘味料としても利用できる。また、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、他の糖の晶出防止性、難醗酵性、糊化澱粉の老化防止性などの性質を具備している。
【0040】
また、本発明のトレハロースは、経管栄養剤、輸液剤などとして非経口的に使用され、毒性、副作用の懸念もなく、よく代謝、利用され、生体へのエネルギー補給に有利に利用することができる。また、安定な甘味料であることにより、トレハロース含水結晶の場合には、プルラン、ヒドロキシエチルスターチ、ポリビニルピロリドンなどの結合剤と併用して錠剤の糖衣剤として利用することも有利に実施できる。
【0041】
また、無水結晶トレハロースの場合には、食品、医薬品、化粧品、その原材料、又は加工中間物などの含水物の脱水剤としても有利に利用でき、安定で高品質の粉末、顆粒、錠剤など固状物を容易に製造することができる。
【0042】
従って、本発明のトレハロース、又はこれを含む糖質は、甘味料、呈味改良剤、品質改良剤、安定剤、賦形剤、脱水剤などとして、飲食物、嗜好物、飼料、餌料、化粧品、医薬品などの各種組成物に有利に利用できる。
【0043】
本発明のトレハロース、又は、これを含む糖質は、そのまま甘味付けのための調味料として使用することができる。必要ならば、例えば、粉飴、ブドウ糖、マルトース、蔗糖、異性化糖、蜂蜜、メープルシュガー、イソマルトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、ラクトスクロース、ソルビトール、マルチトール、ラクチトール、ジヒドロカルコン、ステビオシド、α−グリコシルステビオシド、レバウディオシド、グリチルリチン、L−アスパルチル−L−フェニルアラニンメチルエステル、サッカリン、グリシン、アラニンなどのような他の甘味料の1種又は2種以上の適量と混合して使用してもよく、また必要ならば、デキストリン、澱粉、乳糖などのような増量剤と混合して使用することもできる。
【0044】
また、本発明のトレハロース、又は、これを含む糖質の粉末乃至結晶状製品は、そのままで、又は必要に応じて、増量剤、賦形剤、結合剤などと混合して、顆粒、球状、短棒状、板状、立方体、錠剤など各種形状に成型して使用することも随意である。
【0045】
また、本発明のトレハロース、又は、これを含む糖質の甘味は、酸味、塩から味、渋味、旨味、苦味などの他の呈味を有する各種物質とよく調和し、耐酸性、耐熱性も大きいので、一般の飲食物の甘味付け、呈味改良に、また品質改良などに有利に利用できる。
【0046】
例えば、アミノ酸、ペプチド類、醤油、粉末醤油、味噌、粉末味噌、もろみ、ひしお、ふりかけ、マヨネーズ、ドレッシング、食酢、三杯酢、粉末すし酢、中華の素、天つゆ、麺つゆ、ソース、ケチャップ、焼肉のタレ、カレールウ、シチューの素、スープの素、ダシの素、核酸系調味料、複合調味料、みりん、新みりん、テーブルシュガー、コーヒーシュガーなど各種調味料として有利に使用できる。
【0047】
また、例えば、せんべい、あられ、おこし、餅類、まんじゅう、ういろう、あん類、羊羮、水羊羮、錦玉、ゼリー、カステラ、飴玉などの各種和菓子、パン、ビスケット、クラッカー、クッキー、パイ、プリン、バタークリーム、カスタードクリーム、シュークリーム、ワッフル、スポンジケーキ、ドーナツ、チョコレート、チューインガム、キャラメル、キャンディーなどの洋菓子、アイスクリーム、シャーベットなどの氷菓、果実のシロップ漬、氷蜜などのシロップ類、フラワーペースト、ピーナッツペースト、フルーツペースト、スプレッドなどのペースト類、ジャム、マーマレード、シロップ漬、糖果などの果実、野菜の加工食品類、福神漬、べったら漬、千枚漬、らっきょう漬などの漬物類、たくあん漬の素、白菜漬の素などの漬物の素類、ハム、ソーセージなどの畜肉製品類、魚肉ハム、魚肉ソーセージ、かまぼこ、ちくわ、天ぷらなどの魚肉製品、ウニ、イカの塩辛、酢こんぶ、さきするめ、ふぐみりん干しなどの各種珍味類、のり、山菜、するめ、小魚、貝などで製造されるつくだ煮類、煮豆、ポテトサラダ、こんぶ巻などの惣菜食品、ヨーグルト、チーズなどの乳製品、魚肉、畜肉、果実、野菜のビン詰、缶詰類、清酒、合成酒、リキュール、洋酒などの酒類、コーヒー、紅茶、ココア、ジュース、炭酸飲料、乳酸飲料、乳酸菌飲料などの清涼飲料水、プリンミックス、ホットケーキミックス、即席しるこ、即席スープなどの即席食品、更には、離乳食、治療食、ドリンク剤、ペプチド食品、冷凍食品、乾燥食品などの各種飲食物への甘味付けに、呈味改良に、また、品質改良などに有利に利用できる。
【0048】
また、家畜、家禽、その他蜜蜂、蚕、魚などの飼育動物のために飼料、餌料などの嗜好性を向上させる目的で使用することもできる。その他、タバコ、練歯磨、口紅、リップクリーム、内服液、錠剤、トローチ、肝油ドロップ、口中清涼剤、口中香剤、うがい剤など各種固形物、ペースト状、液状などで嗜好物、化粧品、医薬品などの各種組成物への甘味剤として、又は呈味改良剤、矯味剤として、さらには品質改良剤、安定剤などとして有利に利用できる。
【0049】
品質改良剤、安定剤としては、有効成分、活性などを失い易い各種生理活性物質又はこれを含む健康食品、医薬品などに有利に適用できる。例えば、インターフェロン−α、インターフェロン−β、インターフェロン−γ、ツモア・ネクロシス・ファクター−α、ツモア・ネクロシス・ファクター−β、マクロファージ遊走阻止因子、コロニー刺激因子、トランスファーファクター、インターロイキンIIなどのリンホカイン、インシュリン、成長ホルモン、プロラクチン、エリトロポエチン、卵細胞刺激ホルモンなどのホルモン、BCGワクチン、日本脳炎ワクチン、はしかワクチン、ポリオ生ワクチン、痘苗、破傷風トキソイド、ハブ抗毒素、ヒト免疫グロブリンなどの生物製剤、ペニシリン、エリスロマイシン、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、スレプトマイシン、硫酸カナマイシンなどの抗生物質、チアミン、リボフラビン、L−アスコルビン酸、肝油、カロチノイド、エルゴステロール、トコフェロールなどのビタミン、リパーゼ、エラスターゼ、ウロキナーゼ、プロテアーゼ、β−アミラーゼ、イソアミラーゼ、グルカナーゼ、ラクターゼなどの酵素、薬用人参エキス、スッポンエキス、クロレラエキス、アロエエキス、プロポリスエキスなどのエキス類、ウイルス、乳酸菌、酵母などの生菌、ローヤルゼリーなどの各種生理活性物質も、その有効成分、活性を失うことなく、安定で高品質の液状、ペースト状又は固状の健康食品や医薬品などに容易に製造できることとなる。
【0050】
以上述べたような各種組成物にトレハロース、又は、これを含む糖質を含有せしめる方法は、その製品が完成するまでの工程に含有せしめればよく、例えば、混和、溶解、融解、浸漬、浸透、散布、塗布、被覆、噴霧、注入、晶出、固化など公知の方法が適宜選ばれる。その量は、通常0.1%以上、望ましくは1%以上含有せしめるのが好適である。次に実験により本発明をさらに具体的に説明する。
【0051】
まず、新規微生物ピメロバクター・スピーシーズ R48、シュードモナス・プチダ H262及びサーマス・アクアティカス ATCC33923からのマルトース・トレハロース変換酵素について説明し、次いで、他の公知微生物からのマルトース・トレハロース変換酵素について説明する。
【0052】
【実験1 酵素の生産】
グルコース2.0w/v%、ポリペプトン0.5w/v%、酵母エキス0.1w/v%、リン酸二カリウム0.1w/v%、リン酸一ナトリウム0.06w/v%、硫酸マグネシウム・7水塩0.05w/v%、炭酸カルシウム0.5w/v%、及び水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで115℃、30分間滅菌し、冷却して、ピメロバクター・スピーシーズ R48(FERM BP−4315)を接種し、27℃、200rpmで24時間回転振盪培養したものを種培養とした。
【0053】
容量30lのファーメンターに種培養の場合と同組成の培地を約20l入れて、加熱滅菌、冷却して温度27℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度27℃、pH6.0乃至8.0に保ちつつ、約40時間通気攪拌培養した。
【0054】
培養液のマルトース・トレハロース変換酵素活性は、0.55単位/mlであった。培養液の一部を採り、遠心分離して菌体と培養液上清とに分離し、更に菌体を50mMリン酸塩緩衝液(pH7.0)に懸濁し、元の培養液と同じ液量とした後、菌体懸濁液と培養液上清のマルトース・トレハロース変換酵素活性を測定したところ、菌体懸濁液には、0.5単位/mlの活性が、培養液上清には、0.05単位/mlの活性が認められた。なお、本酵素の活性は、反応温度を25℃にして測定した。
【0055】
【実験2 酵素の精製】
実験1で得た培養液を遠心分離して湿重量約0.5kgの菌体を回収し、これを10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁した。この菌体懸濁液約5lをエドモンドビューラー社製『ヴィブローゲン セルミル』にかけ、菌体を破砕し、この破砕処理液を遠心分離(15,000G、30分間)することにより、約4.5lの上清を得た。その上清液に飽和度0.3になるように硫安を加え溶解させ、4℃、4時間放置した後、遠心分離することにより上清を回収した。
【0056】
更に、その液に飽和度0.8になるように硫安を加え溶解させ、4℃、一夜放置した後、遠心分離することにより硫安塩析物を回収した。
【0057】
得られた硫安塩析物を10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた後、同じ緩衝液に対して24時間透析し、遠心分離して不溶物を除いた。その透析液(400ml)を2回に分けて、『DEAE−トヨパール』を用いたイオン交換カラムクロマトグラフィー(ゲル量300ml)を行った。
【0058】
本発明のマルトース・トレハロース変換酵素は『DEAE−トヨパール』に吸着し、食塩を含む同緩衝液でカラムから溶出した。溶出した酵素活性画分を回収した後、1M硫安を含む同緩衝液に対して透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、次に、東ソー株式会社製『ブチルトヨパール 650』を用いた疎水カラムクロマトグラフィー(ゲル量300ml)を行った。吸着したマルトース・トレハロース変換酵素を硫安1Mから0Mのリニアグラジエントによりカラムより溶出させ、酵素活性画分を回収した。
【0059】
続いて、ファルマシア・エルケイビー社製『モノQ HR5/5』を用いたイオン交換クロマトグラフィー(ゲル量10ml)を行い、溶出した酵素活性画分を回収した。精製の各ステップにおける酵素活性量、比活性、収率を表1に示す。
【0060】
【表1】

Figure 0003616166
【0061】
精製した酵素標品を7.5w/v%濃度ポリアクリルアミドを含むゲル電気泳動により酵素標品の純度を検定したところ、蛋白バンドは単一で純度の高い標品であった。
【0062】
【実験3 酵素の性質】
実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素標品をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度10w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約57,000乃至67,000ダルトンであった。
【0063】
精製マルトース・トレハロース変換酵素標品を2w/v%アンフォライン(ファルマシア・エルケイビー社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンド及びゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約4.1乃至5.1であった。
【0064】
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定方法に準じて調べた。結果を図1(温度の影響)、図2(pHの影響)に示した。酵素の至適温度は、pH7.0、60分間反応で20℃付近、至適pHは、25℃、60分間反応で約7.0乃至8.0であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(50mMリン酸緩衝液、pH7.0)を各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。また、pH安定性は、本酵素を各pHの50mM緩衝液中で20℃、60分間保持した後、pHを7.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を図3(温度安定性)、図4(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は30℃付近までであり、pH安定性は約6.0乃至9.0であった。なお、本酵素活性は、1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害された。
【0065】
【実験4 各種糖質への作用】
各種糖質を用いて、基質になりうるかどうかの試験をした。グルコース、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース、マルトヘプタオース、可溶性澱粉、アミロース(平均重合度18)、トレハロース、ネオトレハロース、ゲンチオビオース、コージビオース、イソマルトース、セロビオース、マルチトール、シュクロース、マルツロース、ツラノース、パラチノース、トレハルロース、あるいはラクトースの溶液、更に、α−グルコース・1−リン酸と等量のグルコース、又は、β−グルコース・1−リン酸と等量のグルコースとを含む溶液を調製した。
【0066】
これらの溶液に、実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素を基質固形物グラム当たりそれぞれ2単位ずつ加え、基質濃度を5w/v%になるよう調し、これを20℃、pH7.0で24時間作用させた。酵素反応前後の反応液をメルク社製『キーゼルゲル60』(アルミプレート、20×20cm)を用いた薄層クロマトグラフィー(以下、TLCと略称する。)にかけ、それぞれの糖質に対する酵素作用の有無を確認した。TLCは展開溶媒に1−ブタノール:ピリジン:水=6:4:1(容積比)を用い、室温で1回展開した。発色は20%硫酸−メタノール溶液を噴霧し、110℃で10分間加熱しておこなった。結果を表2に示す。
【0067】
【表2】
Figure 0003616166
【0068】
表2の結果から明かなように、本発明の酵素は、試験した多種の糖質のうち、マルトースとトレハロースにのみ作用し、その他の糖質、とりわけ、α−グルコース・1リン酸とグルコースとを含む系や、β−グルコース・1−リン酸とグルコースとを含む系に作用しないことから、従来知られているマルトース・ホスホリラーゼやトレハロース・ホスホリラーゼなどのホスホリラーゼとは違い、新規な酵素であることが判明した。
【0069】
【実験5 マルトース又はトレハロースからの生成物】
最終濃度5%のマルトース水溶液に実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素を基質固形物グラム当たり2単位加え、20℃、pH7.0で24時間作用させた。酵素反応液の糖組成は、ガスクロマトグラフィー(以下、GLCと略称する。)で分析した。酵素反応液の一部を乾固し、ピリジンに溶解した後トリメチルシリル化したものを分析試料とした。ガスクロマトグラフ装置は株式会社島津製作所製『GC−16A』、カラムはジー・エル・サイエンス株式会社製『2%シリコンOV−17/クロモゾルブW』を充填したステンレスカラム(3mmφ×2m)、キャリアーガスは窒素ガスを流量40ml/分で、カラムオーブン温度は160℃から320℃まで7.5℃/分の昇温速度で分析した。検出は水素炎イオン検出器を用いた。その結果を表3に示す。
【0070】
【表3】
Figure 0003616166
【0071】
表3の結果から明かなように、反応生成物Xが多量に生成し、その保持時間が市販トレハロースのそれと一致していることが判明した。反応生成物Xを同定するために次の確認試験を行った。すなわち、前述のマルトースを基質とした酵素反応液を糖濃度2%になるよう20mM酢酸緩衝液、pH4.5で希釈し、この0.5mlにグルコアミラーゼ(生化学工業株式会社製)0.1単位を加え40℃で20時間反応させた。
【0072】
また、同様に酵素反応液を糖濃度2%になるよう20mMリン酸緩衝液、pH7.0で希釈し、この0.5mlにトレハラーゼ0.5単位を加え40℃で20時間反応させた。マルトースを基質とした酵素反応液、そのグルコアミラーゼ処理液及びトレハラーゼ処理液をGLCで分析、比較したところ、グルコアミラーゼ処理によりマルトースは完全にグルコースに分解され、反応生成物Xは分解されずに残存していた。
【0073】
一方、トレハラーゼ処理によりマルトースは残存していたが、反応生成物Xは完全にグルコースに分解された。グルコアミラーゼ及びトレハラーゼの反応特性を考慮すると、本発明の新規酵素によって生成するマルトースからのオリゴ糖はトレハロースであると判断される。
【0074】
更に、トレハロースを基質として、マルトースの場合と同様の条件で精製酵素を作用させ、その反応液も同様にGLC分析したところ、本発明の酵素によってトレハロースからはマルトースが生成することが判明した。以上のGLC分析結果をまとめて表4に示す。
【0075】
【表4】
Figure 0003616166
【0076】
表4の結果から明かなように、本発明の酵素は、マルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換する。その平衡点は、トレハロース側に片寄っており、マルトースからのトレハロースへの変換率が高く、約70%以上になることが判明した。
【0077】
【実験6 トレハロース生成に及ぼすマルトース濃度の影響】
マルトース濃度を2.5%、5%、10%、20%あるいは40%で、温度20℃、pH7.0にて、実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2単位加えて反応させ、経時的に反応液を採取し、100℃で10分間加熱して酵素を失活させた。
【0078】
この反応液の全糖量をアンスロン硫酸法で、還元糖量をソモギー・ネルソン法でグルコース換算で定量し、全糖量に対する還元糖量の割合を還元力として算出した。
【0079】
また、この反応液を糖濃度約1%になるよう希釈し、少量限外濾過器、日本ミリポアリミテッド製『モルカットII LGC』にて除蛋白を行い、高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCと略称する。)にて糖組成を分析した。HPLCの装置は東ソー株式会社製『CCPDシステム』、分析カラムは株式会社ワイエムシィー製『YMC−pack PA−03』(4.6mmφ×250mm)、溶離液はアセトニトリル:水=78:22(容積比)を流速1.2ml/minで、検出は示差屈折計で行った。それらの結果を表5に示す。
【0080】
【表5】
Figure 0003616166
【0081】
表5の結果から明かなように、基質のマルトース濃度に関係なく、マルトースからのトレハロースへの変換反応はよく進行し、トレハロースへ約80%変換した。
【0082】
【実験7 トレハロース生成に及ぼす温度の影響】
マルトース濃度20%で、pH7.0にして、実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2単位加えて、温度5℃、10℃、15℃、20℃あるいは25℃で反応させ、経時的に反応液を採取し、100℃で10分間加熱して酵素を失活させた。この酵素反応液を実験6と同様にして、HPLCにて糖組成を分析した。各温度、各時間でのトレハロース含量を表6に示す。
【0083】
【表6】
Figure 0003616166
【0084】
表6の結果から明かなように、反応温度が高いほどトレハロース生成速度は大きくなる傾向にあったが、温度5℃でもマルトースからのトレハロースへの変換反応はよく進行し、トレハロースへ約82%変換した。
【0085】
【実験8 マルトースからのトレハロースの調製】
マルトース(株式会社林原生物化学研究所製)10重量部を水40重量部に溶解し、温度15℃、pH7.0にて、実験2の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2単位加えて48時間反応させ、次いで100℃で10分間加熱して酵素を失活させた。本溶液には、トレハロースを固形物当たり約74%含有していた。本溶液を活性炭で脱色し、イオン交換樹脂(H型及びOH型)にて脱塩して精製し、濃度約78%に濃縮して、トレハロース含水結晶を種晶として固形物当たり0.1%添加し、室温に一夜放置したところ、結晶が析出した。得られたマスキットを分蜜し、結晶に少量の水をスプレーして結晶を洗浄し、純度99.8%の極めて高純度のトレハロース含水結晶約3.0重量部を得た。
【0086】
【実験9 酵素の生産】
グルコース2.0w/v%、硫酸アンモニウム1.0w/v%、リン酸二カリウム0.1w/v%、リン酸一ナトリウム0.06w/v%、硫酸マグネシウム0.05w/v%、炭酸カルシウム0.3w/v%、及び水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで115℃で、30分間滅菌し、冷却して、シュードモナス・プチダ H262(FERMBP−4579)を接種し、27℃、200rpmで24時間回転振とう培養したものを種培養とした。
【0087】
容量30lのファーメンターに種培養の場合と同組成の培地を約20l入れて、加熱滅菌、冷却して温度27℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度27℃、pH6.5乃至8.0に保ちつつ、約20時間通気攪拌培養した。
【0088】
培養液のマルトース・トレハロース変換酵素活性は、0.12単位/mlであった。培養液の一部を採り、遠心分離して菌体と培養液上清とに分離し、更に菌体を50mMリン酸塩緩衝液(pH7.0)に懸濁し、元の培養液と同じ液量とした後、菌体懸濁液と培養液上清のマルトース・トレハロース変換酵素活性を測定したところ、菌体懸濁液には、0.11単位/mlの活性が、培養液上清には、0.01単位/mlの活性が認められた。なお、本酵素の活性は、反応温度を35℃にして測定した。
【0089】
【実験10 酵素の精製】
実験9で得た培養液を遠心分離して湿重量約0.45kgの菌体を回収し、これを10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁した。この菌体懸濁液約2lを超高圧菌体破砕装置(大日本製薬株式会社販売『ミニラボ』)で処理し、菌体を破砕し、この破砕処理液を遠心分離(15,000G、30分間)することにより、約1.7lの上清を得た。その上清液に飽和度0.7になるように硫安を加え溶解させ、4℃、一夜放置した後、遠心分離することにより硫安塩析物を回収した。
【0090】
得られた硫安塩析物を10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた後、同じ緩衝液に対して24時間透析し、遠心分離して不溶物を除いた。その透析液(400ml)を2回に分けて、『DEAE−トヨパール』を用いたイオン交換カラムクロマトグラフィー(ゲル量300ml)を行った。
【0091】
本発明のマルトース・トレハロース変換酵素は『DEAE−トヨパール』に吸着し、食塩を含む同緩衝液でカラムから溶出した。溶出した酵素活性画分を回収した後、同緩衝液に対して透析し、再度、『DEAE−トヨパール』を用いたイオン交換カラムクロマトグラフィー(ゲル量80ml)を行った。吸着したマルトース・トレハロース変換酵素を食塩0.1Mから0.3Mのリニアグラジエントによりカラムより溶出させ、酵素活性画分を回収した。
【0092】
続いて、東ソー株式会社製造『トヨパール HW−55S』を用いたゲル濾過クロマトグラフィー(ゲル量400ml)を行い、溶出した酵素活性画分を回収した。精製の各ステップにおける酵素活性量、比活性、収率を表7に示す。
【0093】
【表7】
Figure 0003616166
【0094】
精製した酵素標品を7.5w/v%濃度ポリアクリルアミドを含むゲル電気泳動により酵素標品の純度を検定したところ、蛋白バンドは単一で純度の高い標品であった。
【0095】
【実験11 酵素の性質】
実験10の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素標品をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約110,000乃至120,000ダルトンであった。
【0096】
精製マルトース・トレハロース変換酵素標品を2w/v%アンフォライン(ファルマシア・エルケイビー社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンド及びゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約4.1乃至5.1であった。
【0097】
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定方法に準じて調べた。結果を図5(温度の影響)、図6(pHの影響)に示した。酵素の至適温度は、pH7.0、60分間反応で37℃付近、至適pHは、35℃、60分間反応で約7.3乃至8.3であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(50mMリン酸緩衝液、pH7.0)を各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。また、pH安定性は、本酵素を各pHの50mM緩衝液中で35℃、60分間保持した後、pHを7.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を図7(温度安定性)、図8(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は40℃付近までであり、pH安定性は約6.0乃至9.5であった。なお、本酵素活性は、1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害された。
【0098】
【実験12 各種糖質への作用】
反応温度を35℃とした以外は、実験4の方法に準じて、実験10で得たシュードモナス・プチダ H262の精製酵素を各種糖質に作用させて、基質になりうるかどうかの試験をした。その結果、シュードモナス・プチダ H262の酵素は、ピメロバクター・スピーシーズ R48の酵素と同様、マルトースとトレハロースにのみ作用しマルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換した。その平衡点は、トレハロース側に片寄っており、マルトースからのトレハロースへの変換率が高く、約70%になることが判明した。
【0099】
【実験13 トレハロース生成に及ぼすマルトース濃度の影響】
マルトース濃度を5%、10%、20%あるいは30%で、温度35℃、pH7.0にて、実験10の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2単位加えて反応させ、経時的に反応液を採取し、100℃で10分間加熱して酵素を失活させた。
【0100】
この反応液を用いて、実験6と同様に還元力及び糖組成を測定した。それらの結果を表8に示す。
【0101】
【表8】
Figure 0003616166
【0102】
表8の結果から明らかなように、基質のマルトース濃度に関係なく、トレハロースを約70%生成した。
【0103】
【実験14 マルトースからのトレハロースの調製】
マルトース(株式会社林原生物化学研究所販売)10重量部を水40重量部に溶解し、温度35℃、pH7.0にして、実験例10の方法で得た本発明の精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2単位加えて48時間反応させ、次いで100℃で10分間加熱して酵素を失活させた。本溶液には、トレハロースを固形物当たり約69%含有していた。本溶液を活性炭で脱色し、イオン交換樹脂(H型及びOH型)にて脱塩して精製し、濃度約78%に濃縮して、トレハロース含水結晶を種晶として固形物当たり0.1%添加し、室温に一夜放置したところ、結晶が析出した。得られたマスキットを分蜜し、結晶に少量の水をスプレーして結晶を洗浄し、純度99.7%の極めて高純度のトレハロース結晶約2.3重量部を得た。
【0104】
【実験15 酵素の生産】
ポリペプトン0.5w/v%、酵母エキス0.1w/v%、硝酸ナトリウム0.07w/v%、リン酸二ナトリウム0.01w/v%、硫酸マグネシウム0.02w/v%、塩化カルシウム0.01w/v%及び水からなる液体培地を、pH7.5に調整した後、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで120℃で、20分間滅菌し、冷却して、サーマス・アクアティカス ATCC33923を接種し、60℃、200rpmで24時間回転振とう培養したものを種培養とした。
【0105】
容量30lのファーメンター2基に種培養の場合と同組成の培地をそれぞれ約20l入れて、加熱滅菌、冷却して温度60℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度60℃、pH6.5乃至8.0に保ちつつ、約20時間通気攪拌培養した。
【0106】
培養液のマルトース・トレハロース変換酵素活性は0.35単位/mlであった。培養液の一部を採り、遠心分離して菌体と培養上清液とに分離し、更に菌体を50mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁し、元の培養液と同じ液量とした後、菌体懸濁液と培養上清液のマルトース・トレハロース変換酵素活性を測定したところ、菌体懸濁液には0.33単位/mlの酵素活性が、また、培養液上清には0.02単位/mlの酵素活性が認められた。なお、本酵素の活性は、反応温度を60℃にして測定した。
【0107】
【実験16 酵素の精製】
実験15で得た培養液を遠心分離して湿重量約0.28kgの菌体を回収し、これを10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁した。この菌体懸濁液約1.9lを、超音波破砕機(株式会社日本精機製作所製『モデルUS300』)で処理し、菌体を破砕した。この破砕処理液を遠心分離(15,000G、30分間)することにより、約1.8lの上清を得た。その上清に飽和度0.7になるように硫安を加え溶解させ、4℃、一夜放置した後、遠心分離機にかけ、硫安塩析物を回収した。
【0108】
得られた硫安塩析物を10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた後、同じ緩衝液に対して24時間透析し、遠心分離して不溶物を除いた。その透析液(1560ml)を、東ソー株式会社製『DEAE−トヨパール 650』を用いたイオン交換カラムクロマトグラフィー(ゲル量530ml)を3回に分けて行った。
【0109】
本発明のマルトース・トレハロース変換酵素は『DEAE−トヨパール』に吸着し、食塩を含む同緩衝液でカラムから溶出した。溶出した酵素活性画分を回収した後、1M硫安を含む同緩衝液に対して透析し、次に、『ブチルトヨパール 650』を用いた疎水カラムクロマトグラフィー(ゲル量380ml)を行った。吸着したマルトース・トレハロース変換酵素を硫安1Mから0Mのリニアグラジエントによりカラムより溶出させ、酵素活性画分を回収した。
【0110】
次に、『トヨパール HW−55S』を用いたゲル濾過クロマトグラフィー(ゲル量380ml)を行い、溶出した酵素活性画分を回収した。
【0111】
続いて、ファルマシア・エルケイビー社製『モノQ HR5/5』を用いたイオン交換クロマトグラフィー(ゲル量1.0ml)を行い、食塩0.1Mから0.35Mのリニアグラジエントにより溶出した酵素活性画分を回収した。精製の各ステップにおける酵素活性量、比活性、収率を表9に示す。
【0112】
【表9】
Figure 0003616166
【0113】
精製した酵素標品を5w/v%濃度ポリアクリルアミドを含むゲル電気泳動により酵素標品の純度を検定したところ、蛋白バンドは単一で純度の高い標品であった。
【0114】
【実験17 酵素の性質】
実験16の方法で得た精製マルトース・トレハロース変換酵素標品をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約100,000乃至110,000ダルトンであった。
【0115】
精製マルトース・トレハロース変換酵素標品を2%w/vアンフォライン(ファルマシア・エルケイビー社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンド及びゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約3.8乃至4.8であった。
【0116】
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定方法に準じて調べた。結果を図9(温度の影響)、図10(pHの影響)に示した。酵素の至適温度は、pH7.0、60分間反応で65℃付近、至適pHは、60℃、60分間反応で約6.0乃至6.7であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(50mMリン酸緩衝液を含む、pH7.0)を各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。また、pH安定性は、本酵素を各pHの50mM緩衝液中で60℃、60分間保持した後、pHを7.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を図11(温度安定性)、図12(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は約80℃付近までであり、pH安定性は約5.5乃至9.5であった。なお、本酵素活性は、1mMCu++、Hg++又は50mMトリス塩酸緩衝液で阻害された。
【0117】
【実験18 各種糖質への作用】
反応温度を50℃とした以外は、実験4の方法に準じて、実験16で得たサーマス・アクアティカス ATCC33923の精製酵素を各種糖質に作用させて、基質になりうるかどうかの試験をした。その結果、サーマス・アクアティカスATCC33923の酵素はピメロバクター・スピーシーズ R48の酵素、あるいは、シュードモナス・プチダ H262の酵素と同様、マルトースとトレハロースにのみ作用しマルトースをトレハロースに変換し、トレハロースをマルトースに変換した。その平衡点は、トレハロース側に片寄っており、マルトースからトレハロースへの変換率が高く、70%以上になることが判明した。
【0118】
【実験19 トレハロース生成に及ぼすマルトース濃度の影響】
マルトース濃度を2.5%、5%、10%、20%あるいは40%で、温度60℃、pH6.5にて、実験16の方法で得たサーマス・アクアティカス ATCC33923の精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2.5単位加えて反応させ、72時間目に反応液を採取し、100℃で30分間加熱して酵素を失活させた。この反応液を用いて、実験6と同様に還元力及び糖組成を測定した。その結果を表10に示した。
【0119】
【表10】
Figure 0003616166
【0120】
表10の結果から明らかなように、基質のマルトース濃度に関係なく、トレハロースを約70%生成した。
【0121】
【実験20 トレハロース生成に及ぼす温度の影響】
マルトース濃度20%で、pH6.5にして、実験16の方法で得たサーマス・アクアティカス ATCC33923の精製マルトース・トレハロース変換酵素をマルトースグラム当たり2.5単位加えて、温度40℃、50℃、60℃、あるいは70℃で反応させ、経時的に反応液を採取し、100℃で30分間加熱して酵素を失活させた。この反応液を実験6と同様にして、HPLCにて糖組成を分析した。各温度、各時間でのトレハロース含量を表11に示す。
【0122】
【表11】
Figure 0003616166
【0123】
表11の結果から明らかなように、マルトースからのトレハロースへの変換率は反応温度が低いほど高く、40℃においてトレハロースへ約80%変換した。
【0124】
【実験21 他の微生物からのマルトース・トレハロース変換酵素の生産とその性質】
公知微生物のうち、本発明のマルトース・トレハロース変換酵素産生能の確認された特定の微生物を、実験15の場合に準じて三角フラスコにて48時間培養した。培養液の酵素活性を調べた後、実験16の方法に準じて、培養液を破砕装置にかけ、その上清を透析して、部分精製酵素を得、実験17の方法に従って、その性質を調べた。結果を表12に示した。
【0125】
【表12】
Figure 0003616166
【0126】
表12に示すこれらサーマス属に属する公知微生物由来の部分精製酵素を用いて、実験18の方法に従って、各種糖質への作用を調べたところ、サーマス・アクアティカス ATCC33923由来の酵素の場合と同様に、マルトースとトレハロースにのみ作用し、マルトースからトレハロースを生成することが判明した。
【0127】
また、サーマス・ルーバー ATCC35948のマルトース・トレハロース変換酵素は、サーマス・アクアティカス ATCC33923の酵素に比し、その至適温度、安定温度は低かったが、他のサーマス属の酵素は、サーマス・アクアティカス ATCC33923の酵素とほぼ同じ性質を示し、耐熱性の高いことが判明した。
【0128】
【実験22 調製したトレハロースの理化学的性質】
実験8の方法で調製したトレハロースの高純度標品を用いて理化学的性質を調べた。融点は97.0℃、比旋光度は[α]20 +199゜(c=5)、融解熱 は57.8KJ/mole、溶解度は25℃の水に対し、無水物として77.0gであった。これらの物性値は、同時に測定した市販トレハロース含水結晶(和光純薬工業株式会社製)の値とよく一致した。
【0129】
【実験23 生体内での利用試験】
厚治等が、『臨床栄養』、第41巻、第2号、第200乃至208頁(1972年)で報告している方法に準じて、実験8において調製した高純度トレハロース標品(純度99.8%)30gを20w/v%水溶液とし、これをボランティア3名(健康な26才、27才、30才の男性)にそれぞれ経口投与し、経時的に採血して、血糖値及びインスリン値を測定した。対照としては、グルコースを用いた。その結果、トレハロースは、グルコースの場合と同様の挙動を示し、血糖値、インスリン値ともに、投与後、約0.5乃至1時間で最大値を示した。トレハロースは、容易に消化吸収、代謝利用されて、エネルギー源になることが判明した。従って、本発明の方法で得られるトレハロース及びこれを含む糖質は、エネルギー補給用糖源として好適である。
【0130】
【実験24 急性毒性試験】
マウスを使用して、実施例A−6において調製した高純度トレハロース含水結晶を経口投与して急性毒性試験を行った。その結果、トレハロースは低毒性の物質で、投与可能な最大投与量においても死亡例は認められなかった。従って、正確な値とはいえないが、そのLD50値は、50g/kg以上であった。
【0131】
【実験25 培養法によるトレハロース生成に与えるマルトース濃度の影響】
マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を、マルトースを2乃至20w/v%含有せしめた栄養培地に培養し、培養物中のトレハロース収量に与えるマルトース濃度の影響を調べた。培養方法は、ピメロバクター・スピーシーズ R48(FERM BP−4315)の場合、栄養培地が、グルコース2.0w/v%の代わりに、別滅菌したマルトースを2乃至20w/v%を含有せしめた培地とした以外は、実験1と同様にファーメンターで27℃、72時間培養し、更に界面活性剤(ポリオキシエチレン・ソルビタン・モノパルミテート、和光純薬工業株式会社販売『Tween 40』)を0.1v/v%加えて24時間培養を続けた。また、サーマス・アクアティカス ATCC33923の場合、栄養培地を別滅菌したマルトースを2乃至20w/v%を含有せしめた培地とした以外は、実験15と同様にファーメンターで60℃、24時間培養し、更に、界面活性剤『Tween 40』を0.1v/v%加えて24時間培養を続けた。培養物は、遠心分離して、上清に含まれるトレハロース含量(mg/ml)をHPLCで測定した。結果は、表13に示す。
【0132】
【表13】
Figure 0003616166
【0133】
表13の結果から明らかなように、栄養培地中のマルトースが濃度20w/v%以下、望ましくは15w/v%以下、更に望ましくは5乃至10w/v%付近でトレハロース収量が高く、トレハロース生産に好適であることが判明した。
【0134】
以下、本発明のマルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を利用したトレハロース、又はこれを含む糖質の製造方法を実施例Aで、トレハロース、又は、これを含む糖質を含有せしめた組成物を実施例Bで示す。
【0135】
【実施例A−1】
濃度10%馬鈴薯澱粉乳(pH5.5)にα−アミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社製『スピターゼ HS』)を澱粉グラム当たり2単位加えて攪拌下、加熱糊化・液化させ、直ちにオートクレーブ(120℃)を20分間行った後、温度50℃、pH5.0に調整した。これにβ−アミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当たり20単位及びイソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当たり500単位の割合になるように加えて24時間反応させ、次いで、95℃に加熱して酵素を失活させ、濾過、脱色して、マルトース含量約92%の糖液を得た。糖源として、グルコース2.0w/v%の代わりに、前述の糖液を別滅して固形物当たり10w/v%を使用した以外は、実験1の方法に準じて調製した栄養培地をファーメンターにとり、これにマルトース・トレハロース変換酵素産生能を有するピメロバクター・スピーシーズ R48(FERM BP−4315)の種培養物を1v/v%植菌し、実験1と同様に27℃で72時間通気攪拌培養し、更に、界面活性剤(アルキルフェノール・ポリオキシエチレンエーテル、和光純薬工業株式会社販売『Triton X−100』)を0.2v/v%加えて培養を24時間続けた。この培養物を濾過して不溶物を除去し、得られる濾液を、95℃に加熱して酵素を失活させた後、濃縮し、常法に従って活性炭で脱色・濾過し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に濃縮して濃度約70%のシラップを固形物当たり約65%の収率で得た。本品は、固形物当たりトレハロースを約44%含有しており、温和な甘味、適度の粘度、保湿性を有し、甘味料、呈味改良剤、安定剤、賦形剤などとして各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0136】
【実施例A−2】
実施例A−1の方法で得た培養物の濾液に、固形物グラム当たり10単位のグルコアミラーゼ、ナガセ生化学工業株式会社製『グルコチーム』をpH5.0、50℃で24時間作用させ、次いで、加熱失活、脱色、脱塩精製して得られる糖液を原糖液とし、トレハロースの含量を高めるため、ナトリウム型強酸性カチオン交換樹脂(東京有機化学工業株式会社製『XT−1016』、架橋度4%)を用いたイオン交換カラムクロマトグラフィーを行った。樹脂を内径5.4cmのジャケット付きステンレス製カラム4本に充填し、直列につなぎ、樹脂層全長20mとした。カラム内温度60℃に維持しつつ、糖液を樹脂に対して、5v/v%加え、これに60℃の温水をSV0.15で流して分画し、グルコースを除去し、トレハロース高含有画分を採取した。更に、精製、濃縮し、真空乾燥し、粉砕して、トレハロース高含有粉末を固形物当たり、約35%の収率で得た。本品は、トレハロースを約97%含有しており、極めて低い還元性、まろやかで上品な甘味を有し、甘味料、呈味改良剤、品質改良剤、安定剤、賦形剤などとして、各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0137】
【実施例A−3】
実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有画分を、常法に従って、活性炭で脱色し、イオン交換樹脂により脱塩して精製した溶液を濃度約70%に濃縮した後、助晶機にとり、種晶としてトレハロース含水結晶約2%を加えて徐冷し、晶出率約45%のマスキットを得た。本マスキットを乾燥塔上のノズルより150kg/cmの高圧にて噴霧した。これと同時に85℃の熱風を乾燥塔の上部 より送風して底部に設けた移送金網コンベア上に捕集し、コンベアの下より45℃の温風を送りつつ、金網コンベア上に捕集した結晶粉末を乾燥塔外に徐々に移動させ取り出した。この取り出した結晶粉末を、熟成塔に充填して温風を送りつつ10時間熟成させ、結晶化と乾燥を完了し、トレハロース含水結晶粉末を原料のトレハロース高含有糖液に対して固形物当たり約90%の収率で得た。本品は、実質的に吸湿性を示さず、取扱いが容易であり、甘味料、呈味改良剤、安定剤などとして各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0138】
【実施例A−4】
実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有画分を、実施例A−3と同様に精製し、次いで、蒸発釜にとり、減圧下で煮詰め、水分約3.0%のシラップとした。次いで、助晶機に移し、これに種晶として無水結晶トレハロースをシラップ固形物当たり1%加え、120℃で攪拌助晶し、次いで、アルミ製バットに取り出し、100℃で6時間晶出熟成させてブロックを調製した。次いで、本ブロックを切削機にて粉砕し、流動乾燥して、水分約0.3%の無水結晶トレハロース粉末を、原料のトレハロース高含有糖液に対して、固形物当たり約85%の収率で得た。本品は、食品、化粧品、医薬品、その原材料、又は加工中間物などの含水物の脱水剤としてのみならず、上品な甘味を有する白色粉末甘味料としても、各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0139】
【実施例A−5】
濃度33%とうもろこし澱粉乳に炭酸カルシウムを0.1%加えた後、pH6.5に調整し、これにα−アミラーゼ(ノボ社製『ターマミール60L』)を澱粉グラム当たり0.2%加え、95℃で15分間反応させた。その反応液をオートクレーブ(120℃)を30分間行った後、55℃に冷却し、これにイソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当たり500単位及びβ−アミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当たり30単位加え、48時間反応させ、次いで、95℃に加熱して酵素を失活させ、濾過、脱色して、マルトース含量約84%の糖液を得た。糖源として、前述の糖液を別滅菌して固形物当たり10w/v%を追加した以外は、実験9の方法に準じて調製した栄養培地をファーメンターにとり、これにマルトース・トレハロース変換酵素産生能を有するシュードモナス・プチダ H262(FERM BP−4579)の種培養物を1v/v%植菌し、実験9と同様に27℃で48時間通気撹拌培養し、更に、界面活性剤『Tween 40』を0.2v/v%加えて24時間培養を続けた。この培養物を濾過して不溶物を除去し、得られる濾液を、95℃に加熱して酵素を失活させた後、濃縮し、常法に従って活性炭で脱色・濾過し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に濃縮して濃度約70%のシラップを固形物当たり約50%の収率で得た。本品は、固形物当たりトレハロースを約64%を含有しており、低還元性、温和な甘味、適度の粘度、保湿性を有し、各種飲食物、化粧品、医薬品などの各種組成物に有利に利用できる。
【0140】
【実施例A−6】
実施例A−5の方法で得たシラップを濃度約80%に濃縮して助晶機にとり、種晶としてトレハロース含水結晶粉末約1%を加え、攪拌しつつ徐冷、晶出させた。次いで、バスケット型遠心分離機で分蜜し、結晶を少量の水でスプレーし、洗浄して高純度トレハロース含水結晶を固形物当たり約20%の収率で得た。本品は、実験22と同様の理化学的性質を示し、甘味料、呈味改良剤、品質改良剤、安定剤などとして、各種飲食物、化粧品、医薬品などの各種組成物に有利に利用できる。更には、工業試薬、化学原料などに利用することも有利に実施できる。
【0141】
【実施例A−7】
濃度10%とうもろこし澱粉乳(pH5.5)にα−アミラーゼ『スピターゼHS』を澱粉グラム当たり2単位加えて撹拌下、加熱糊化・液化させ、直ちにオートクレイブ(120℃)を20分間行った後、温度55℃、pH5.0に調整した。これにイソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当たり300単位及びβ−アミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当たり20単位の割合になるように加えて24時間反応させ、次いで、95℃に加熱して酵素を失活させ、濾過、脱色して、マルトース含量約92%の糖液を得た。糖源として、前述の糖液を別滅菌して固形物当たり10w/v%を追加した以外は、実験15の方法に準じて調製した栄養培地をファーメンターにとり、これにマルトース・トレハロース変換酵素産生能を有するサーマス・アクアティカスATCC 33923の種培養物を1v/v%植菌し、実験15と同様に60℃で40時間通気撹拌培養し、更に、界面活性剤『Triton X−100』を0.1v/v%及び培養液1l当たり卵白リゾチーム50mgを加えて16時間培養を続けた。この培養物を濾過して不溶物を除去し、得られる濾液を、95℃に加熱して酵素を失活させた後、濃縮し、常法に従って活性炭で脱色・濾過し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に濃縮して濃度約70%のシラップを固形物当たり約55%の収率で得た。本品は、固形物当たりトレハロースを約68%含有しており、温和な甘味、適度の粘度、保湿性を有し、甘味料、呈味改良剤、安定剤、賦形剤などとして各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0142】
【実施例A−8】
実施例A−7の方法で得たシラップを濃度約85%に濃縮して助晶機にとり、種晶約1%を混合した後、バットにとり、20℃で4日間静置して晶出固化させ、次いで切削機にて粉砕し、乾燥して含蜜型トレハロース含水結晶粉末を固形物当たり約95%の収率で得た。本品は、実質的に吸湿性を示さず、取扱いが容易であり、甘味料、呈味改良剤、品質改良剤、安定剤などとして、各種飲食物、化粧品、医薬品などの各種組成物に有利に利用できる。
【0143】
【実施例A−9】
実施例A−7の方法で得たシラップを濃度約80%に濃縮して助晶機にとり、実施例A−6と同様に晶出、分蜜して高純度のトレハロース含水結晶を固形物当たり約20%の収率で得た。本品は、実験22と同様の理化学的性質を示し、実施例A−6と同様に、各種飲食物、化粧品、医薬品などの各種組成物、更には、工業試薬、工業原料、化学原料などに有利に利用できる。
【0144】
【実施例B−1 甘味料】
実施例A−3の方法で得たトレハロース含水結晶粉末1重量部に、α−グリコシルステビオシド(東洋精糖株式会社販売『αGスイート』)0.01重量部及びL−アスパルチル−L−フェニルアラニンメチルエステル(味の素株式会社販売『アスパルテーム』)0.01重量部を均一に混合し、顆粒成型機にかけて、顆粒状甘味料を得た。本品は、甘味の質が優れ、蔗糖の約2倍の甘味度を有し、甘味度当たりカロリーは、蔗糖の約1/2に低下している。本甘味料は、それに配合した高甘味度甘味物の分解もなく、安定性に優れており、低カロリー甘味料として、カロリー摂取を制限している肥満者、糖尿病者などのための低カロリー飲食物などに対する甘味付けに好適である。また、本甘味料は、虫歯誘発菌による酸の生成が少なく、不溶性グルカンの生成も少ないことより、虫歯を抑制する飲食物などに対する甘味付けにも好適である。
【0145】
【実施例B−2 ハードキャンディー】
濃度55%蔗糖溶液100重量部に実施例A−1の方法で得たトレハロース含有シラップ30重量部を加熱混合し、次いで減圧下で水分2%未満になるまで加熱濃縮し、これにクエン酸1重量部及び適量のレモン香料と着色料とを混和し、常法に従って成型し、製品を得た。本品は、歯切れ、呈味良好で、蔗糖の晶出、変形も起こらない高品質のハードキャンディーである。
【0146】
【実施例B−3 チョコレート】
カカオペースト40重量部、カカオバター10重量部、蔗糖30重量部、実施例A−6の方法で得た高純度トレハロース含水結晶20重量部を混合してレファイナーに通して粒度を下げた後、コンチェに入れて50℃で2昼夜練り上げる。この間に、レシチン0.5重量部を加え、充分に混和分散させた。次いで、温度調節機で31℃に調節し、バターの固まる直前に型に流し込み、振動機でアワ抜きを行い、10℃の冷却トンネルを20分間くぐらせて固化させた。これを型抜きして包装し製品を得た。本品は、吸湿性がなく、色、光沢共によく、内部組織も良好で、口中でなめらかに溶け、上品な甘味とまろやかな風味を有する。
【0147】
【実施例B−4 チューインガム】
ガムベース3重量部を柔らかくなる程度に加熱溶融し、これに蔗糖4重量部及び実施例A−3の方法で得たトレハロース含水結晶粉末3重量部とを加え、更に適量の香料と着色料とを混合し、常法に従って、ロールにより練り合わせ、成形、包装して製品を得た。本品は、テクスチャー、風味とも良好なチューインガムである。
【0148】
【実施例B−5 加糖練乳】
原乳100重量部に実施例A−5の方法で得たトレハロース含有シラップ3重量部及び蔗糖1重量部を溶解し、プレートヒーターで加熱殺菌し、次いで濃度70%に濃縮し、無菌状態で缶詰して製品を得た。本品は、温和な甘味で、風味もよく、乳幼児食品、フルーツ、コーヒー、ココア、紅茶などの調味用に有利に利用できる。
【0149】
【実施例B−6 乳酸菌飲料】
脱脂粉乳175重量部、実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有粉末80重量部及び特開平4−281795号公報で開示されているラクトスクロース高含有粉末50重量部を水1,200重量部に溶解し、65℃で30分間殺菌し、40℃に冷却後、これに、常法に従って、乳酸菌のスターターを30重量部植菌し、37℃で8時間培養して乳酸菌飲料を得た。本品は、風味良好な乳酸菌飲料である。また、本品は、オリゴ糖を含有し、乳酸菌を安定に保持するだけでなく、ビフィズス菌増殖促進作用をも有する。
【0150】
【実施例B−7 粉末ジュース】
噴霧乾燥により製造したオレンジ果汁粉末33重量部に対して、実施例A−6の方法で得た高純度トレハロース含水結晶50重量部、蔗糖10重量部、無水クエン酸0.65重量部、リンゴ酸0.1重量部、L−アスコルビン酸0.1重量部、クエン酸ソーダ0.1重量部、プルラン0.5重量部、粉末香料適量をよく混合撹拌し、粉砕し微粉末にしてこれを流動層造粒機に仕込み、排風温度40℃とし、これに、実施例A−5の方法で得たトレハロース高含有シラップをバインダーとしてスプレーし、30分間造粒し、計量、包装して製品を得た。本品は、果汁含有率約30%の粉末ジュースである。また、本品は異味、異臭がなく、長期に安定であった。
【0151】
【実施例B−8 カスタードクリーム】
コーンスターチ100重量部、実施例A−1の方法で得たトレハロース含有シラップ100重量部、マルトース80重量部、蔗糖20重量部及び食塩1重量部を充分に混合し、鶏卵280重量部を加えて撹拌し、これに沸騰した牛乳1,000重量部を徐々に加え、更に、これを火にかけて撹拌を続け、コーンスターチが完全に糊化して全体が半透明になった時に火を止め、これを冷却して適量のバニラ香料を加え、計量、充填、包装して製品を得た。本品は、なめらかな光沢を有し、温和な甘味で美味である。
【0152】
【実施例B−9 ういろうの素】
米粉90重量部に、コーンスターチ20重量部、蔗糖40重量部、実施例A−3の方法で得たトレハロース含水結晶粉末80重量部及びプルラン4重量部を均一に混合してういろうの素を製造した。ういろうの素と適量の抹茶と水とを混練し、これを容器に入れて60分間蒸し上げて抹茶ういろうを製造した。本品は、照り、口当たりも良好で、風味も良い。また、澱粉の老化も抑制され、日持ちも良い。
【0153】
【実施例B−10 あん】
原料あずき10重量部に、常法に従って、水を加えて煮沸し、渋切り、あく抜きして、水溶性夾雑物を除去して、あずきつぶあん約21重量部を得た。この生あんに、蔗糖14重量部、実施例A−7の方法で得たトレハロース含有シラップ5重量部及び水4重量部を加えて煮沸し、これに少量のサラダオイルを加えてつぶあんをこわさないように練り上げ、製品のあんを約35重量部得た。本品は、色焼けもなく、舌ざわりもよく、風味良好で、あんパン、まんじゅう、だんご、もなか、氷菓などのあん材料として好適である。
【0154】
【実施例B−11 パン】
小麦粉100重量部、イースト2重量部、砂糖5重量部、実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有粉末1重量部及び無機フード0.1重量部を、常法に従って、水でこね、中種を26℃で2時間発酵させ、その後30分間熟成し、焼き上げた。本品は、色相、すだちともに良好で適度な弾力、温和な甘味を有する高品質のパンである。
【0155】
【実施例B−12 ハム】
豚もも肉1,000重量部に食塩15重量部及び硝酸カリウム3重量部を均一にすり込んで、冷室に1昼夜堆積する。これを水500重量部、食塩100重量部、硝酸カリウム3重量部、実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有粉末40重量部及び香辛料からなる塩漬液に冷室で7日間漬け込み、次いで、常法に従い、冷水で洗浄し、ひもで巻き締め、燻煙し、クッキングし、冷却包装して製品を得た。本品は、色合いもよく、風味良好な高品質のハムである。
【0156】
【実施例B−13 粉末ペプチド】
濃度40%食品用大豆ペプチド溶液(不二製油株式会社製『ハイニュートS』)1重量部に、実施例A−6の方法で得た高純度トレハロース含水結晶2重量部を混合し、プラスチック製バットに入れ、50℃で減圧乾燥し、粉砕して粉末ペプチドを得た。本品は、風味良好で、プレミックス、冷菓などの製菓用材料としてのみならず、経口流動食、経管流動食などの離乳食、治療用栄養剤などとしても有利に利用できる。
【0157】
【実施例B−14 粉末味噌】
赤味噌1重量部に実施例A−4の方法で得た無水結晶トレハロース粉末3重量部を混合し、多数の半球状凹部を設けた金属板に流し込み、これを室温下で一夜静置して固化し、離型して1個当たり約4gの固形味噌を得、これを粉砕機にかけて粉末味噌を得た。本品は、即席ラーメン、即席吸物などの調味料として有利に利用できる。また、固形味噌は、固形調味料としてだけでなく味噌菓子などとしても利用できる。
【0158】
【実施例B−15 粉末卵黄】
生卵から調製した卵黄をプレート式加熱殺菌機で60乃至64℃で殺菌し、得られる液状卵黄1重量部に対して、実施例A−4の方法で得た無水結晶トレハロース粉末4重量部の割合で混合した後バットに移し、一夜放置して、トレハロース含水結晶に変換させてブロックを調製した。本ブロックを切削機にかけて粉末化し、粉末卵黄を得た。本品は、プレミックス、冷菓、乳化剤などの製菓用材料としてのみならず、経口流動食、経管流動食などの離乳食、治療用栄養剤などとしても有利に利用できる。また、美肌剤、育毛剤などとしても有利に利用できる。
【0159】
【実施例B−16 化粧用クリーム】
モノステアリン酸ポリオキシエチレングリコール2重量部、自己乳化型モノステアリン酸グリセリン5重量部、実施例A−2の方法で得たトレハロース高含有粉末2重量部、α−グリコシル ルチン1重量部、流動パラフィン1重量部、トリオクタン酸グリセリル10重量部及び防腐剤の適量を、常法に従って加熱溶解し、これにL−乳酸2重量部、1,3−ブチレングリコール5重量部及び精製水66重量部を加え、ホモゲナイザーにかけ乳化し、更に香料の適量を加えて撹拌混合しクリームを製造した。本品は、抗酸化性を有し、安定性が高く、高品質の日焼け止め、美肌剤、色白剤などとして有利に利用できる。
【0160】
【実施例B−17 粉末薬用人参エキス】
薬用人参エキス0.5重量部に実施例A−4の方法で得た無水結晶トレハロース粉末1.5重量部を混捏した後、バットに移し、2日間放置してトレハロース含水結晶に変換させブロックを調製した。本ブロックを切削機にかけて粉末化し、分級して粉末薬用人参エキスを得た。本品を適量のビタミンB1及びビタミンB2粉末とともに顆粒成型機にかけ、ビタミン含有顆粒状薬用人参エキスとした。本品は、疲労回復剤、強壮、強精剤などとして有利に利用できる。また、育毛剤などとしても利用できる。
【0161】
【実施例B−18 固体製剤】
ヒト天然型インターフェロン−α標品(株式会社林原生物化学研究所製)を、常法に従って、固定化抗ヒトインターフェロン−α抗体カラムにかけ、該標品に含まれるヒト天然型インターフェロン−αを吸着させ、安定剤であるウシ血清アルブミンを素通りさせて除去し、次いで、pHを変化させて、ヒト天然型インターフェロン−αを実施例A−6の方法で得た高純度トレハロース含水結晶を5%含有する生理食塩水を用いて溶出した。本液を精密濾過し、約20倍量の無水結晶マルトース粉末、株式会社林原商事販売『ファイントース』に加えて脱水、粉末化し、これを打錠機にて打錠し、1錠(約200mg)当たりヒト天然型インターフェロン−αを約150単位含有する錠剤を得た。本品は、舌下錠などとして、一日当たり、大人1乃至10錠程度が経口的に投与され、ウイルス性疾患、アレルギー性疾患、リューマチ、糖尿病、悪性腫瘍などの治療に有利に利用できる。とりわけ、近年、患者数の急増しているエイズ、肝炎などの治療剤として有利に利用できる。本品は、本発明の非還元性糖質と無水結晶マルトースが共に安定剤として作用し、室温で放置してもその活性を長期間よく維持する。
【0162】
【実施例B−19 糖衣錠】
重量150mgの素錠を芯剤とし、これに実施例A−9の方法で得た高純度トレハロース含水結晶40重量部、プルラン(平均分子量20万)2重量部、水30重量部、タルク25重量部及び酸化チタン3重量部からなる下掛け液を用いて錠剤重量が約230mgになるまで糖衣し、次いで、同じトレハロース含水結晶粉末65重量部、プルラン1重量部及び水34重量部からなる上掛け液を用いて、糖衣し、更に、ロウ液で艶出しして光沢の在る外観の優れた糖衣錠を得た。本品は、耐衝撃性にも優れており、高品質を長期間維持する。
【0163】
【実施例B−20 練歯磨】
配合
第2リン酸カルシウム 45.0重量部
プルラン 2.95重量部
ラウリル硫酸ナトリウム 1.5重量部
グリセリン 20.0重量部
ポリオキシエチレンソルビタンラウレート 0.5重量部
防腐剤 0.05重量部
実施例A−8の方法で得たトレハロース含水結晶粉末 12.0重量部
マルチトール 5.0重量部
水 13.0重量部
上記の材料を常法に従って混合し、練歯磨を得た。本品は、適度の甘味を有しており、特に子供用練歯磨として好適である。
【0164】
【実施例B−21 流動食用固体製剤】
実施例A−6の方法で製造した高純度トレハロース含水結晶500重量部、粉末卵黄270重量部、脱脂粉乳209重量部、塩化ナトリウム4.4重量部、塩化カリウム1.8重量部、硫酸マグネシウム4重量部、チアミン0.01重量部、アスコルビン酸ナトリウム0.1重量部、ビタミンEアセテート0.6重量部及びニコチン酸アミド0.04重量部からなる配合物を調製し、この配合物25グラムずつ防湿性ラミネート小袋に充填し、ヒートシールして製品を得た。本品は、1袋分を約150乃至300mlの水に溶解して流動食とし、経口的、又は鼻腔、胃、腸などへ経管的使用方法により利用され、生体へのエネルギー補給用に有利に利用できる。
【0165】
【実施例B−22 輸液剤】
実施例A−6の方法で製造した高純度トレハロース含水結晶を水に濃度約10w/v%に溶解し、次いで、常法に従って、精密濾過してパイロジェンフリーとし、プラスチック製ボトルに無菌的に充填し施栓して製品を得た。本品は、経日変化もなく安定な輸液剤で、静脈内、腹腔内などに投与するのに好適である。本品は濃度10w/v%で血液と等張で、グルコースの場合の2倍濃度でエネルギー補給できる。
【0166】
【実施例B−23 輸液剤】
実施例A−9の方法で製造した高純度トレハロース含水結晶と下記の組成のアミノ酸配合物とがそれぞれ5w/v%、30w/v%になるように水に混合溶解し、次いで実施例B−22と同様に精製してパイロジェンフリーとし、更に、プラスチック製バックに充填し施栓して製品を得た。
アミノ酸配合物の組成(mg/100ml)
L−イソロイシン 180
L−ロイシン 410
L−リジン塩酸塩 620
L−メチオニン 240
L−フェニルアラニン 290
L−スレオニン 180
L−トリプトファン 60
L−バリン 200
L−アルギニン塩酸塩 270
L−ヒスチジン塩酸塩 130
グリシン 340
本品は、糖質とアミノ酸との複合輸液剤にもかかわらず、トレハロースが還元性を示さないため、経日変化もなく安定な輸液剤で、静脈内、腹腔内などへ投与するのに好適である。本品は、生体へのエネルギー補給のみならず、アミノ酸補給のためにも有利に利用できる。
【0167】
【実施例B−24 外傷治療用膏薬】
実施例A−8の方法で製造したトレハロース含水結晶粉末200重量部及びマルトース300重量部に、ヨウ素3重量部を溶解したメタノール50重量部を加え混合し、更に10w/v%プルラン水溶液200重量部を加えて混合し、適度の延び、付着性を示す外傷治療用膏薬を得た。本品は、ヨウ素による殺菌作用のみならず、トレハロースによる細胞へのエネルギー補給剤としても作用することから、治癒期間が短縮され、創面もきれいに治る。
【0168】
【発明の効果】
上記から明らかなように、マルトースを含有せしめた栄養培地に、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有する微生物を培養することにより、培養物から非還元性糖質を極めて簡便、短時間に製造することができることとなり、トレハロース、又は、これを含む糖質の工業的な製造を容易にする。また、マルトースとして、澱粉を液化した溶液にβ−アミラーゼ又はβ−アミラーゼとともに澱粉枝切酵素を作用させて得られるマルトースを利用すれば、澱粉からのトレハロース収量を著しく高め、その工業的な製造を容易にする。このようにして得られるトレハロース又はこれを含む糖質は、安定性に優れ、良質で上品な甘味を有している。また、経口摂取により消化吸収され、カロリー源となる。とりわけ、トレハロースは非経口的にも使用され、よく代謝利用される。従って、本発明のトレハロース、又は、これを含む糖質は、甘味料、呈味改良剤、品質改良剤、安定剤、賦形剤などとして、各種飲食物、化粧品、医薬品など各種組成物に有利に利用できる。
【0169】
本発明の確立は、安価で無限の資源である澱粉から、従来望むべくして容易に得られなかったトレハロース、又は、これを含む糖質を工業的に大量かつ安価に提供できる全く新しい道を拓くこととなり、それが与える影響は、食品、化粧品、医薬品業界は言うに及ばず、農水畜産業、化学工業にも及びこれら産業界に与える工業的意義は計り知れないものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピメロバクター・スピーシーズ R48のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図2】ピメロバクター・スピーシーズ R48のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
【図3】ピメロバクター・スピーシーズ R48のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図4】ピメロバクター・スピーシーズ R48のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼすpHの影響を示す図である。
【図5】シュードモナス・プチダ H262のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図6】シュードモナス・プチダ H262のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
【図7】シュードモナス・プチダ H262のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図8】シュードモナス・プチダ H262のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼすpHの影響を示す図である。
【図9】サーマス・アクアティカス ATCC33923のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図10】サーマス・アクアティカス ATCC33923のマルトース・トレハロース変換酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
【図11】サーマス・アクアティカス ATCC33923のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼす温度の影響を示す図である。
【図12】サーマス・アクアティカス ATCC33923のマルトース・トレハロース変換酵素の安定性に及ぼすpHの影響を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to trehalose, a method for producing the same, and uses, and more specifically, trehalose obtained by culturing a microorganism capable of producing maltose / trehalose converting enzyme in a nutrient medium containing maltose, or a sugar containing the same. And a method for producing the sugar and its use.
[0002]
[Prior art]
Trehalose (α, α-trehalose) has long been known as a non-reducing saccharide with glucose as a constituent sugar, and its existence is “Advanceds in Carbohydrate Chemistry”. 18: 201-225 (1963) Academic Press (USA) and “Applied and Environmental Microbiology”, 56: 3213-3215 As described in the page (1990), it covers a wide range of microorganisms, mushrooms, insects, etc. in small quantities. Non-reducing carbohydrates such as trehalose do not cause an aminocarbonyl reaction with substances having amino groups such as amino acids and proteins, and do not damage amino acid-containing substances, so that they can be used and processed without concern about browning and deterioration. Therefore, establishment of an industrial production method is desired.
[0003]
Examples of the method for producing trehalose include a method using a microbial cell reported in Japanese Patent Laid-Open No. 50-154485, and a method using maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-216695. A method of converting maltose in combination is known. However, in the method using a microbial cell, the content of trehalose contained in the microbial cell is usually 15 w / w% per solid (hereinafter, unless otherwise specified, w / w% is simply abbreviated as%), and the process of extracting and purifying this is complicated and unsuitable for an industrial production method. In addition, the methods using maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase are both via glucose-1 phosphate, and it is difficult to increase the substrate concentration, and the reaction system of both enzymes is a reversible reaction. The production rate of the product is low, and furthermore, it is difficult to keep the reaction system of both enzymes stable and allow the reaction to proceed smoothly, and it has not yet been realized as an industrial production method.
[0004]
In this connection, “Monthly Food Chemical”, August issue, pages 67 to 72 (1992), “Current status and issues of starch utilization development”, “Oligosaccharide”, Although the range of application is conceivable, it is said that enzymatic production using the direct sugar transfer and hydrolysis reaction of the present sugar from starch sugar is currently impossible scientifically. " As described above, it has been conventionally considered that it is impossible to produce trehalose by starch using starch as a raw material.
[0005]
On the other hand, it is known that partially decomposed starch produced from starch as a raw material, for example, starch liquefaction product, various dextrins, various maltooligosaccharides, etc., usually has a reducing group at the end of the molecule and exhibits reducibility. Yes. Such a starch partial decomposition product is referred to as a reducing starch partial decomposition product in the present specification. In general, a reducing starch partially decomposed product expresses the magnitude of reducing power per solid as Dextrose Equivalent (DE). Those with large values usually have small molecules, low viscosity, and strong sweetness, but are highly reactive and easily cause aminocarbonyl reactions with substances having amino groups such as amino acids and proteins. Thus, it is known that the quality is easily deteriorated.
[0006]
Various properties of such a reduced starch partial decomposition product depend on the size of DE, and the relationship between the reduced starch partial decomposition product and DE is extremely important. Traditionally, the industry has even believed that it was impossible to break this relationship.
[0007]
The only way to break the relationship between the degradable starch partially decomposed product and the DE is to convert the reducing starch partially decomposed product into sugar alcohol by a high-pressure hydrogenation method or the like to make a non-reducing carbohydrate. It is. However, this method requires a high-pressure autoclave, which not only consumes a large amount of hydrogen and energy, but also requires advanced safety facilities and management from the viewpoint of disaster prevention. In addition, the sugar alcohol of the resulting reduced starch partial decomposition product differs in that it is composed of glucose and sorbitol, whereas the raw reduced starch partial decomposition product is composed of glucose only and must be ingested. Depending on the condition, there is a concern that the symptoms of indigestion and laxity may occur, although it is transient. Therefore, it is desired to establish a method for reducing or eliminating the reducing power without changing glucose, which is a constituent sugar of the reduced starch partial decomposition product.
[0008]
In order to solve this problem, the present inventors previously described in Japanese Patent Application No. 6-144092 a novel maltose / trehalose converting enzyme that converts maltose to trehalose (this enzyme is referred to as maltose throughout the present specification). (Hereinafter referred to as “trehalose converting enzyme”), and a method for producing trehalose and a sugar containing the same from maltose was established using the present maltose / trehalose converting enzyme.
[0009]
However, in addition to the culture time for culturing microorganisms to produce the enzyme, the enzyme recovery time and the enzyme reaction time from maltose to trehalose are required, and this requires a considerable amount of time for industrial implementation. It turns out that there is. When producing trehalose from maltose, it is desired to establish a method for producing trehalose that can be carried out more easily and easily, including the production of the enzyme.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention establishes a new method capable of producing trehalose from maltose easily and in a short time, and also provides its use.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have continued intensive studies on the culture state of microorganisms capable of producing maltose / trehalose converting enzyme and the production state of the enzyme. As a result, it has been found that the microorganism produces maltose / trehalose converting enzyme from a very early stage, and easily produces and accumulates trehalose by allowing maltose to coexist in the nutrient medium during cultivation. The present invention has been completed.
[0012]
That is, the present invention comprises culturing a microorganism having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme in a nutrient medium containing maltose, the resulting trehalose, or a saccharide containing the same, a method for producing the saccharide, and The present invention establishes a composition containing the carbohydrate. In the present invention, maltose is particularly preferably obtained by reacting starch liquefaction with β-amylase or β-amylase together with starch debranching enzyme, and as microorganisms, maltose is particularly preferred. -The use of microorganisms capable of producing trehalose converting enzyme is extremely advantageous for trehalose production. The trehalose and saccharides containing the same thus obtained have high stability, are easy to handle, and can be used in a wide range of applications. For example, they can be advantageously used in various compositions such as foods and drinks, cosmetics, and pharmaceuticals.
[0013]
The microorganism having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme used in the present invention may be any microorganism that produces an enzyme that converts maltose into trehalose. For example, the genus Pimelobacter disclosed in Japanese Patent Application No. 6-144092 Microorganisms belonging to the genus Pseudomonas and Thermus are preferred.
[0014]
The medium used for culturing the microorganism is a nutrient medium that can grow microorganisms and can produce maltose / trehalose converting enzyme, and contains maltose that is a substrate for producing trehalose. If necessary, other carbon sources that can be assimilated by the microorganism, for example, sugars such as glucose, fructose, lactose, sucrose, mannitol, sorbitol, molasses, organic acids such as citric acid, succinic acid, or It is also optional to use the salt together. The maltose concentration contained in the medium is preferably 20 w / v% or less, desirably 15 w / v% or less, and more desirably 5 to 10 w / v%. As the nitrogen source, for example, inorganic nitrogen compounds such as ammonium salts and nitrates, and organic nitrogen-containing materials such as urea, corn steep liquor, casein, peptone, yeast extract and meat extract are appropriately used. Moreover, as an inorganic component, calcium salt, magnesium salt, potassium salt, sodium salt, phosphate, manganese salt, zinc salt, iron salt, copper salt, molybdenum salt, cobalt salt etc. are used suitably, for example. Furthermore, amino acids, vitamins and the like are also used as necessary.
[0015]
The culture conditions may be as long as microorganisms grow and produce maltose / trehalose converting enzyme. Usually, the temperature is 4 to 80 ° C., preferably 20 to 75 ° C., preferably pH 5 to 9, and preferably 6 to 8.5. Done aerobically. The culture time may be a time longer than the microorganisms can grow, and is preferably 10 to 100 hours. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the dissolved oxygen concentration of a culture solution, Usually, 0.5 thru | or 20 ppm is preferable. For this purpose, means such as adjusting the aeration amount, stirring, adding oxygen to the aeration, and increasing the pressure in the fermenter are adopted. The culture method may be any of batch culture, continuous culture, or semi-continuous culture.
[0016]
In this way, a microorganism having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme can be cultured in a nutrient medium containing maltose, and trehalose can be produced and accumulated in the culture. If necessary, the maltose / trehalose converting enzyme prepared separately may be supplemented to the nutrient medium during cultivation to increase the production rate of trehalose. It is also advantageous to increase the rate of trehalose production by adding a lytic enzyme such as an activator and / or egg white lysozyme to the nutrient medium in culture. The trehalose produced and accumulated in this manner is contained in the liquid portion obtained by separating insoluble matters in the culture.
[0017]
The culture containing trehalose is first made into a sterilized solution by a known solid-liquid separation method such as filtration or centrifugation, concentrated according to a conventional method, decolorized with activated carbon, H-type, OH-type ions. It is desalted with an exchange resin, purified and concentrated to a syrup-like product. It is optional to further dry it into a powdered product. If necessary, the culture is directly filtered through a membrane such as a flat membrane or a hollow fiber membrane to remove insoluble matter such as bacterial cells and high-molecular substances such as soluble proteins and nucleic acids, or in advance by centrifugation or the like. After removing the insoluble matter and then removing the soluble polymer by membrane filtration, it is purified by concentrating, decolorizing and desalting according to conventional methods to advantageously produce trehalose or a carbohydrate product containing the same. be able to.
[0018]
Next, the maltose / trehalose converting enzyme contributing to the production of trehalose according to the present invention will be described. Enzymatic activity is observed in both the microbial cells and the sterilization solution of the culture, and the microbial cells and the sterilization solution can be collected as a crude enzyme solution, or the entire culture can be used as a crude enzyme solution. A known solid-liquid separation method is employed to remove the cells from the culture. For example, a method of centrifuging the culture itself as it is, a method of separating by filtration using a precoat filter or the like, a method of separating by membrane filtration such as a flat membrane or a hollow fiber membrane, etc. are appropriately employed. The sterilizing solution can be used as an enzyme solution as it is, but generally it is used after being concentrated. As the concentration method, for example, an ammonium sulfate salting-out method, an acetone and alcohol precipitation method, a membrane concentration method such as a flat membrane or a hollow fiber membrane, or the like is employed.
[0019]
Furthermore, the disinfectant solution and the concentrate thereof can be immobilized by a known method. For example, a binding method to an ion exchanger, a covalent bond / adsorption method with a resin and a membrane, a comprehensive method using a polymer substance, and the like are employed. Moreover, although the microbial cell isolate | separated from the culture can be used as it is as a crude enzyme, you may fix | immobilize and use this. As an example, this is mixed with sodium alginate and dropped into a calcium chloride solution to be gelled and fixed in a granular form. The granulated product may be further fixed with polyethyleneimine or glutaraldehyde. It is also possible to extract an enzyme from the cells and use the extract as a crude enzyme solution. For example, an enzyme can be extracted from the cells by ultrasonic crushing, glass beads and alumina mechanical crushing, French press crushing, etc., and a clear crude enzyme solution can be obtained by centrifugation or membrane filtration. .
[0020]
This enzyme solution can be used as it is, but can be further purified and used by a known method. As an example, after dialysis of a crude enzyme preparation concentrated by subjecting the treated solution of the culture solution to salting out with ammonium sulfate, anion exchange column chromatography using “DEAE-Toyopearl” manufactured by Tosoh Corporation, followed by “ A single enzyme can be obtained electrophoretically by purifying it using hydrophobic column chromatography using "Butyl Toyopearl" etc. or gel filtration chromatography using "Toyopearl HW-55" etc. .
[0021]
The maltose / trehalose converting enzyme thus obtained generally has the following physicochemical properties, for example.
(1) Action
Convert maltose to trehalose and convert trehalose to maltose.
(2) Molecular weight
About 57,000 to 120,000 daltons by SDS-gel electrophoresis.
(3) Isoelectric point
PI of about 3.8 to 5.1 by an ampholine-containing electrophoresis.
(4) Activity inhibition
1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it is inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
(5) Origin
It is an enzyme produced by a microorganism.
[0022]
The following is a specific example based on the difference in the source microorganism.
[Mitrose trehalose converting enzyme derived from Pimerobacter sp. R48]
(1) Action
Convert maltose to trehalose and convert trehalose to maltose.
About 1 mole of trehalose or maltose is produced from 1 mole of maltose or trehalose, respectively.
(2) Molecular weight
About 57,000 to 67,000 daltons by SDS-gel electrophoresis.
(3) Isoelectric point
PI of about 4.1 to 5.1 as determined by ampholine-containing electrophoresis.
(4) Activity inhibition
1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it is inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
(5) Optimal temperature
pH 7.0, reaction for 60 minutes, around 20 ° C.
(6) Optimum pH
PH of about 7.0 to 8.0 after reaction at 25 ° C. for 60 minutes.
(7) Temperature stability
Stable to around 30 ° C with pH 7.0 and 60 minutes holding.
(8) pH stability
PH of about 6.0 to 9.0 after holding at 20 ° C. for 60 minutes.
[0023]
[Maltose trehalose converting enzyme derived from Pseudomonas putida H262]
(1) Action
Convert maltose to trehalose and convert trehalose to maltose.
About 1 mole of trehalose or maltose is produced from 1 mole of maltose or trehalose, respectively.
(2) Molecular weight
About 110,000 to 120,000 daltons by SDS-gel electrophoresis.
(3) Isoelectric point
PI of about 4.1 to 5.1 as determined by ampholine-containing electrophoresis.
(4) Activity inhibition
1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it is inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
(5) Optimal temperature
pH 7.0, reaction for 60 minutes, around 37 ° C.
(6) Optimum pH
PH of about 7.3 to 8.3 after reaction at 35 ° C. for 60 minutes.
(7) Temperature stability
Stable to around 40 ° C with pH 7.0 and 60 minutes holding.
(8) pH stability
Holding at 35 ° C. for 60 minutes, pH is about 6.0 to 9.5.
[0024]
[Maltose / trehalose converting enzyme derived from Thermus aquaticus ATCC 33923]
(1) Action
Convert maltose to trehalose and convert trehalose to maltose.
About 1 mole of trehalose or maltose is produced from 1 mole of maltose or trehalose, respectively.
(2) Molecular weight
About 100,000 to 110,000 daltons by SDS-gel electrophoresis.
(3) Isoelectric point
PI of about 3.8 to 4.8 as determined by ampholine-containing electrophoresis.
(4) Activity inhibition
1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it is inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
(5) Optimal temperature
pH 7.0, reaction for 60 minutes, around 65 ° C.
(6) Optimum pH
The pH is about 6.0 to 6.7 after reaction at 60 ° C. for 60 minutes.
(7) Temperature stability
Stable up to around 80 ° C at pH 7.0, held for 60 minutes.
(8) pH stability
Holding at 60 ° C. for 60 minutes, pH is about 5.5 to 9.5.
[0025]
The activity of maltose / trehalose converting enzyme is measured as follows. 1 ml of enzyme solution is added to 1 ml of maltose 20 w / v% (10 mM phosphate buffer, pH 7.0) as a substrate, the reaction temperature is 25 ° C., 35 ° C. or 60 ° C., and the reaction is performed for 60 minutes. The reaction is stopped by heating for 10 minutes. This reaction solution was accurately diluted 11 times with 50 mM phosphate buffer pH 7.5, and 0.1 ml of a trehalase-containing solution (1 unit / ml) was added to 0.4 ml of the diluted solution at 45 ° C. and 120 ° C. After incubating for minutes, the amount of glucose in the reaction solution is quantified by the glucose oxidase method. As a control, the same measurement is performed using an enzyme solution and trehalase previously inactivated by heating at 100 ° C. for 10 minutes. Using the above measurement method, the amount of trehalose produced by maltose / trehalose converting enzyme is determined from the increasing amount of glucose, and one unit of activity is defined as the amount of enzyme that produces 1 μmole of trehalose per minute.
[0026]
The reaction temperature is 25 ° C. when the maltose / trehalose converting enzyme is derived from a microorganism belonging to the genus Pymelobacter, 35 ° C. when it is derived from a microorganism belonging to the genus Pseudomonas, and 60 ° C. when derived from a microorganism belonging to the genus Thermus. It was.
[0027]
Next, the starch used in the present invention may be ground starch such as corn starch, rice starch and wheat starch, or underground starch such as potato starch, sweet potato starch and tapioca starch. In order to liquefy the starch, usually starch milk in which the starch is suspended in water, preferably at a concentration of 10% or more, more preferably about 20 to 50%, can be heated and mechanically liquefied. Or you may liquefy with an enzyme. The degree of liquefaction is suitably low, preferably less than DE15, more preferably less than DE10. When liquefying with an acid, for example, it may be liquefied with hydrochloric acid, phosphoric acid, oxalic acid, etc., and then neutralized to the required pH with calcium carbonate, calcium oxide, sodium carbonate or the like. In the case of liquefying with an enzyme, α-amylase, in particular, heat-resistant liquefied α-amylase is suitable.
[0028]
Β-amylase used for producing maltose from a starch liquefaction solution in the present invention may be prepared from a plant such as sweet potato, soybean, wheat straw, etc., a culture of a microorganism belonging to the genus Bacillus, etc. by a known method. It is also optional to use commercially available enzyme agents. Further, the starch debranching enzyme used in the present invention is an enzyme that acts on a liquefied solution of starch having a relatively low DE, preferably hydrolyzing less than DE 15, and hydrolyzes the branching bonds of starch. Pullulanase, isoamylase and the like can be used advantageously, and a commercially available enzyme agent can also be used advantageously.
[0029]
The amount of the enzyme used may be appropriately selected depending on the operating conditions and reaction time, but is usually selected from about 1 to 100 units in the case of β-amylase per gram of solid relative to the starch liquefaction solution as a substrate, In the case of starch debranching enzyme, it is selected from about 1 to 2,000 units.
[0030]
The maltose thus obtained can be advantageously used as trehalose by the culture method of the present invention or as a sugar source for producing a carbohydrate containing the same. Also, it is possible to advantageously use a commercially available maltose. Maltose may be added to the nutrient medium as long as trehalose can be produced, and it is optional to add maltose from the beginning of the culture or from the middle of the culture. In the case of continuous or semi-continuous culture, for example, a part of the culture medium in which trehalose is produced may be extracted, and a nutrient medium containing the same volume of maltose may be added and cultured. In addition, it is optional to carry out the culture in a nutrient medium in which starch liquefaction solution coexists with β-amylase or β-amylase together with starch debranching enzyme.
[0031]
The culture containing trehalose thus obtained is filtered, centrifuged, etc. to remove insoluble matter such as bacterial cells, and then concentrated, decolorized with activated carbon, and H-type and OH-type ion exchange resins. It is desalted, purified and concentrated to a syrup-like product. Furthermore, it is optional to dry it into a powdered product. If necessary, further purification, for example, fractionation by column chromatography such as ion exchange column chromatography, activated carbon column chromatography, silica gel column chromatography, fractionation by organic solvent such as alcohol and acetone, membrane having appropriate separation performance Trehalose products of the highest purity by purifying by one or a combination of two or more methods, such as separation by fermentation, and further, such as fermentation treatment with yeast and decomposition removal of remaining reducing sugars by alkali treatment, etc. It is also easy to obtain.
[0032]
In particular, as an industrial mass production method, it is preferable to employ ion exchange column chromatography. For example, strongly acidic cations disclosed in JP-A-58-23799 and JP-A-58-72598 are disclosed. A low-reducing carbohydrate having an improved target trehalose content can be advantageously produced by removing contaminating saccharides by column chromatography using an exchange resin. At this time, it is optional to adopt any of a fixed floor method, a moving floor method, and a simulated moving floor method.
[0033]
The sugar containing the trehalose of the present invention thus obtained can be decomposed with glucoamylase or α-glucosidase, if necessary, to adjust sweetness, reducing power, etc., or to reduce the viscosity. Further, it is optional to carry out further processing such as hydrogenation to make the reducing sugar remaining as sugar alcohol to extinguish the reducing power.
[0034]
In particular, a glucoamylase or α-glucosidase is allowed to act on the carbohydrate containing trehalose of the present invention to form a mixed solution of trehalose and glucose, which is purified by the above-described purification method, for example, ion exchange column chromatography. If glucose is removed, a fraction containing high trehalose can be collected. This can be purified and concentrated to obtain a syrup-like product, or further concentrated to be supersaturated and crystallized to obtain trehalose hydrous crystals or anhydrous crystalline trehalose.
[0035]
To produce trehalose hydrous crystals, for example, a trehalose high liquid with a purity of about 60% or more and a concentration of about 65 to 90% is placed in an auxiliary crystal can and, if necessary, in the presence of 0.1 to 20% seed crystals. Then, the mixture is gradually cooled with stirring at a temperature of 95 ° C. or lower, desirably 10 to 90 ° C., to produce a mass kit containing trehalose hydrated crystals. It is also possible to advantageously employ a continuous crystallization method in which crystallization is performed while concentrating under reduced pressure. As a method for producing a trehalose hydrated crystal or a honey-containing crystal containing the same from a mass kit, a known method such as a honey mash method, a block pulverization method, a fluid granulation method, or a spray drying method may be employed.
[0036]
In the case of the honey method, the mass kit is usually applied to a basket-type centrifuge to separate the trehalose-containing crystals and the honey (mother liquor), and if necessary, it can be easily washed by spraying a small amount of cold water. And is suitable for producing higher-purity water-containing trehalose crystals. In the case of the spray drying method, a mass kit having a concentration of 70 to 85% and a crystallization rate of 20 to 60% is usually sprayed from a nozzle with a high-pressure pump, and hot air at a temperature at which the crystal powder does not dissolve, for example, 60 to 100 ° C. And then aged for about 1 to 20 hours with hot air of 30 to 60 ° C., non-hygroscopic or hardly hygroscopic honey-containing crystals can be easily produced. In the case of the block pulverization method, usually, a mass kit having a water content of 10 to 20% and a crystallization rate of 10 to 60% is allowed to stand for about 0.1 to 3 days to crystallize and solidify the whole into a block shape. If this is pulverized and dried by a method such as grinding or cutting, a non-hygroscopic or hardly hygroscopic honey-containing crystal can be easily produced.
[0037]
In order to produce anhydrous crystalline trehalose, it is possible to dry and convert the trehalose hydrated crystal, but generally, a high concentration trehalose-rich solution with a moisture content of less than 10% is placed in an auxiliary crystal can and coexists with seed crystals. A mass kit containing anhydrous crystalline trehalose is produced under stirring at a temperature of 50 to 160 ° C., preferably 80 to 140 ° C., and this is subjected to relatively high temperature drying conditions such as block grinding, fluid granulation, It is produced by crystallization and pulverization by a method such as drying.
[0038]
The trehalose of the present invention produced in this way, or a sugar containing the same, is stable with low reducibility and is mixed and processed with other materials, particularly substances having amino acids such as amino acids, oligopeptides and proteins. However, it does not turn brown, does not generate a strange odor, and does not damage other mixed materials. In addition, it has a low viscosity despite its low reducing power, and has a good quality and elegant sweetness.
[0039]
Furthermore, since trehalose of the present invention is easily decomposed into glucose by trehalase, it is digested and absorbed by ingestion and used as a calorie source. It can also be used as a sweetener that is not easily fermented by caries-causing bacteria and that is unlikely to cause caries. In addition, it has properties such as osmotic pressure controllability, shaping, irradiating properties, moisture retention, viscosity, anti-crystallization of other sugars, difficult fermentation, and anti-aging properties of gelatinized starch.
[0040]
Further, the trehalose of the present invention is used parenterally as a tube feeding agent, an infusion solution, etc., has no concern about toxicity and side effects, is frequently metabolized and utilized, and can be advantageously used for energy supply to the living body. it can. Further, since it is a stable sweetener, trehalose-containing crystals can be advantageously used as a sugar coating for tablets in combination with binders such as pullulan, hydroxyethyl starch, and polyvinylpyrrolidone.
[0041]
In the case of anhydrous crystalline trehalose, it can also be advantageously used as a dehydrating agent for water-containing products such as foods, pharmaceuticals, cosmetics, raw materials, and processed intermediates, and it can be used as solid, stable, high-quality powders, granules, tablets, etc. Things can be easily manufactured.
[0042]
Therefore, the trehalose of the present invention or a saccharide containing the same is used as a sweetener, a taste improver, a quality improver, a stabilizer, an excipient, a dehydrator, and the like as food, drink, food, feed, and cosmetics. It can be advantageously used in various compositions such as pharmaceuticals.
[0043]
The trehalose of the present invention or a saccharide containing the same can be used as it is as a seasoning for sweetening. If necessary, for example, flour, glucose, maltose, sucrose, isomerized sugar, honey, maple sugar, isomaltoligosaccharide, galactooligosaccharide, fructooligosaccharide, lactosucrose, sorbitol, maltitol, lactitol, dihydrochalcone, stevioside, α -May be used in admixture with one or more suitable amounts of other sweeteners such as glycosyl stevioside, rebaudioside, glycyrrhizin, L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester, saccharin, glycine, alanine, If necessary, it can be used by mixing with a bulking agent such as dextrin, starch, lactose and the like.
[0044]
Further, the trehalose of the present invention, or a saccharide powder or crystalline product containing the same, or as necessary, mixed with a filler, excipient, binder, etc. It is also optional to use it in various shapes such as short rod, plate, cube and tablet.
[0045]
The sweetness of the trehalose of the present invention or a saccharide containing the same is well harmonized with various substances having other tastes such as acidity, salt to taste, astringency, umami, bitterness, acid resistance, heat resistance Therefore, it can be advantageously used for sweetening and taste improvement of general foods and drinks and quality improvement.
[0046]
For example, amino acids, peptides, soy sauce, powdered soy sauce, miso, powdered miso, moromi, hishio, sprinkle, mayonnaise, dressing, vinegar, three cups of vinegar, sushi vinegar, Chinese food, tempura soup, noodle soup, sauce, ketchup, yakiniku It can be advantageously used as various seasonings such as sauce, curry roux, stew, soup, dashi, nucleic acid-based seasoning, compound seasoning, mirin, new mirin, table sugar, coffee sugar.
[0047]
In addition, for example, Japanese rice cakes such as rice crackers, hail, rice cakes, rice cakes, manju, oirou, chanterelles, sheep mushrooms, water sheep rice cakes, brocade balls, jelly, castella, rice cakes, bread, biscuits, crackers, cookies, pie , Pudding, butter cream, custard cream, cream puff, waffle, sponge cake, donut, chocolate, chewing gum, caramel, candy, etc. Paste such as paste, peanut paste, fruit paste, spread, fruits such as jam, marmalade, syrup pickles, sugar cane, processed foods of vegetables, pickles such as Fukujin pickles, bedara pickles, thousand pickles, pickled pickles, takan pickles, Pickles such as Chinese cabbage pickles Meat products such as fish, ham and sausage, fish meat ham, fish sausage, fish products such as kamaboko, chikuwa, tempura, sea urchin, squid salt, vinegar kombu, sakisume, fugurin dried and other delicacies, Tsukudani, made with seaweed, wild vegetables, shrimp, small fish, shellfish, boiled beans, potato salad, side dish foods such as kombu rolls, dairy products such as yogurt and cheese, fish meat, livestock meat, fruits, bottled canned vegetables, canned foods Alcohol, Sake, Synthetic Sake, Liqueur, Western Sake, Coffee, Tea, Cocoa, Juice, Carbonated Beverages, Lactic Beverages, Lactic Bacteria Beverages, Soft Drinks, Pudding Mix, Hot Cake Mix, Instant Shiko, Instant Soup, etc. Improving taste for instant foods, sweetening foods such as baby foods, therapeutic foods, drinks, peptide foods, frozen foods, and dried foods. It was, can be advantageously used in such as quality improvement.
[0048]
Moreover, it can also be used for the purpose of improving the palatability of feed, feed, etc. for domestic animals, poultry, and other domestic animals such as bees, cormorants and fish. In addition, tobacco, toothpaste, lipstick, lip balm, oral solution, tablets, troches, liver oil drop, mouth freshener, mouth fragrance, mouthwash, etc. It can be advantageously used as a sweetener for various compositions, as a taste improver, a corrigent, and as a quality improver, stabilizer and the like.
[0049]
The quality improver and stabilizer can be advantageously applied to various physiologically active substances that easily lose active ingredients, activity, etc., health foods containing them, and pharmaceuticals. For example, interferon-α, interferon-β, interferon-γ, tsumore necrosis factor-α, tsumore necrosis factor-β, macrophage migration inhibitory factor, colony stimulating factor, transfer factor, lymphokine such as interleukin II, insulin , Hormones such as growth hormone, prolactin, erythropoietin, egg cell stimulating hormone, BCG vaccine, Japanese encephalitis vaccine, measles vaccine, polio vaccine, seedling, tetanus toxoid, hub antitoxin, human immunoglobulin and other biologics, penicillin, erythromycin, Chloramphenicol, tetracycline, suGAntibiotics such as leptomycin, kanamycin sulfate, thiamine, riboflavin, L-ascorbic acid, liver oil, carotenoid, ergosterol, tocopherol and other vitamins, lipase, elastase, urokinase, protease, β-amylase, isoamylase, glucanase, lactase, etc. Enzymes, ginseng extract, suppon extract, chlorella extract, aloe extract, propolis extract and other extracts, viruses, lactic acid bacteria, live bacteria such as yeast, and various physiologically active substances such as royal jelly also lose their active ingredients and activities Therefore, it can be easily manufactured into a stable, high-quality liquid, pasty or solid health food or medicine.
[0050]
The method of adding trehalose or a saccharide containing the same to various compositions as described above may be included in the process until the product is completed, for example, mixing, dissolving, melting, soaking, and penetrating. Well-known methods such as spraying, coating, coating, spraying, pouring, crystallization, and solidification are appropriately selected. The amount is usually 0.1% or more, preferably 1% or more. Next, the present invention will be described more specifically by experiments.
[0051]
First, maltose trehalose converting enzyme from novel microorganisms Pimerobacter sp. R48, Pseudomonas putida H262 and Thermus aquaticus ATCC 33923 will be described, and then maltose trehalose converting enzyme from other known microorganisms will be described.
[0052]
[Experiment 1 Enzyme production]
Glucose 2.0 w / v%, polypeptone 0.5 w / v%, yeast extract 0.1 w / v%, dipotassium phosphate 0.1 w / v%, monosodium phosphate 0.06 w / v%, magnesium sulfate Liquid medium consisting of heptahydrate 0.05 w / v%, calcium carbonate 0.5 w / v%, and water is placed in 100 ml portions in a 500 ml Erlenmeyer flask, sterilized in an autoclave at 115 ° C. for 30 minutes, cooled, Pimelobacter sp. R48 (FERM BP-4315) was inoculated and cultured under rotation at 27 ° C. and 200 rpm for 24 hours as a seed culture.
[0053]
About 20 liters of medium having the same composition as in seed culture is placed in a 30 liter fermenter, heat-sterilized and cooled to a temperature of 27 ° C., then inoculated with 1 v / v% of the seed culture solution, temperature 27 ° C., pH 6 The culture was aerated and stirred for about 40 hours while maintaining the temperature at 0.0 to 8.0.
[0054]
The maltose / trehalose converting enzyme activity of the culture broth was 0.55 units / ml. A part of the culture solution is taken and centrifuged to separate the cells and the culture supernatant, and the cells are suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), and the same solution as the original culture solution. Then, when the maltose / trehalose converting enzyme activity of the cell suspension and the culture supernatant was measured, the cell suspension had an activity of 0.5 units / ml in the culture supernatant. Activity of 0.05 units / ml was observed. The activity of this enzyme was measured at a reaction temperature of 25 ° C.
[0055]
[Experiment 2 Enzyme Purification]
The culture solution obtained in Experiment 1 was centrifuged to collect cells having a wet weight of about 0.5 kg and suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). About 5 l of this bacterial cell suspension was applied to “Vibrogen Cell Mill” manufactured by Edmund Bühler, the bacterial cells were crushed, and the crushed solution was centrifuged (15,000 G, 30 minutes) to obtain about 4.5 l. A supernatant was obtained. The supernatant was dissolved by adding ammonium sulfate to a saturation degree of 0.3, allowed to stand at 4 ° C. for 4 hours, and then centrifuged to collect the supernatant.
[0056]
Further, ammonium sulfate was added to the solution so that the degree of saturation was 0.8, and the mixture was allowed to stand at 4 ° C. overnight, and then centrifuged to collect ammonium sulfate salted-out.
[0057]
The obtained ammonium sulfate salted-out product was dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), dialyzed against the same buffer for 24 hours, and centrifuged to remove insoluble matters. The dialysate (400 ml) was divided into two portions and subjected to ion exchange column chromatography (gel amount: 300 ml) using “DEAE-Toyopearl”.
[0058]
The maltose / trehalose converting enzyme of the present invention was adsorbed on “DEAE-Toyopearl” and eluted from the column with the same buffer containing sodium chloride. The eluted enzyme active fraction is collected, dialyzed against the same buffer containing 1M ammonium sulfate, the dialyzed solution is centrifuged to remove insoluble matters, and then “Butyl Toyopearl 650” manufactured by Tosoh Corporation. Hydrophobic column chromatography (gel amount: 300 ml) was performed. The adsorbed maltose / trehalose converting enzyme was eluted from the column with an ammonium sulfate 1M to 0M linear gradient, and the enzyme activity fraction was recovered.
[0059]
Subsequently, ion exchange chromatography (gel amount: 10 ml) using “Mono Q HR5 / 5” manufactured by Pharmacia El-Cabi was performed, and the eluted enzyme activity fraction was collected. Table 1 shows the amount of enzyme activity, specific activity, and yield in each step of purification.
[0060]
[Table 1]
Figure 0003616166
[0061]
When the purity of the enzyme preparation was assayed by gel electrophoresis containing 7.5 w / v% polyacrylamide in the purified enzyme preparation, the protein band was a single and high purity preparation.
[0062]
[Experiment 3 Properties of enzyme]
A purified molecular weight marker obtained by the method of Experiment 2 was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (gel concentration: 10 w / v%), and simultaneously migrated molecular weight marker (manufactured by Nippon Bio-Rad Laboratories, Inc.) ) And the molecular weight of the enzyme was measured to be about 57,000 to 67,000 daltons.
[0063]
The purified maltose / trehalose converting enzyme preparation is subjected to isoelectric focusing polyacrylamide gel electrophoresis containing 2 w / v% ampholine (Pharmacia LC), and after electrophoresis, the protein band and gel pH are measured to measure the enzyme. The isoelectric point was found to be about 4.1 to 5.1.
[0064]
The effects of temperature and pH on the enzyme activity were examined according to the activity measurement method. The results are shown in FIG. 1 (effect of temperature) and FIG. 2 (effect of pH). The optimum temperature of the enzyme was about 7.0 ° C. for reaction at pH 7.0 for 60 minutes, and the optimum pH was about 7.0 to 8.0 for reaction at 25 ° C. for 60 minutes. The temperature stability of the enzyme was determined by measuring the remaining enzyme activity after holding the enzyme solution (50 mM phosphate buffer, pH 7.0) at each temperature for 60 minutes, cooling with water. The pH stability was determined by maintaining the enzyme in 50 mM buffer at each pH at 20 ° C. for 60 minutes, adjusting the pH to 7.0, and measuring the remaining enzyme activity. The respective results are shown in FIG. 3 (temperature stability) and FIG. 4 (pH stability). The temperature stability of this enzyme was up to about 30 ° C., and the pH stability was about 6.0 to 9.0. The enzyme activity is 1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it was inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
[0065]
[Experiment 4 Effects on various carbohydrates]
Various sugars were used to test whether they could become substrates. Glucose, maltose, maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose, maltoheptaose, soluble starch, amylose (average polymerization degree 18), trehalose, neotrehalose, gentiobiose, cordobiose, isomaltose, cellobiose, multi A solution of tall, sucrose, maltulose, turanose, palatinose, trehalulose, or lactose, and an equivalent amount of glucose to α-glucose · 1-phosphate, or an equivalent amount of glucose to β-glucose · 1-phosphate A solution containing was prepared.
[0066]
To these solutions, add 2 units each of purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 2 per gram of substrate solids so that the substrate concentration is 5 w / v%.MadeThis was allowed to act at 20 ° C. and pH 7.0 for 24 hours. The reaction solution before and after the enzyme reaction was subjected to thin layer chromatography (hereinafter abbreviated as TLC) using “Kieselgel 60” (aluminum plate, 20 × 20 cm) manufactured by Merck & Co. confirmed. TLC was developed once at room temperature using 1-butanol: pyridine: water = 6: 4: 1 (volume ratio) as a developing solvent. Coloring was performed by spraying a 20% sulfuric acid-methanol solution and heating at 110 ° C. for 10 minutes. The results are shown in Table 2.
[0067]
[Table 2]
Figure 0003616166
[0068]
As is clear from the results in Table 2, the enzyme of the present invention acts only on maltose and trehalose among the various carbohydrates tested, and other carbohydrates, particularly α-glucose monophosphate and glucose. It is a novel enzyme unlike conventional phosphorylases such as maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase because it does not act on a system containing glucose or a system containing β-glucose / 1-phosphate and glucose. There was found.
[0069]
[Experiment 5: Product from maltose or trehalose]
Two units of the purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 2 was added to a final 5% maltose aqueous solution per gram of substrate solids and allowed to act at 20 ° C. and pH 7.0 for 24 hours. The sugar composition of the enzyme reaction solution was analyzed by gas chromatography (hereinafter abbreviated as GLC). A part of the enzyme reaction solution was dried, dissolved in pyridine and then trimethylsilylated, and used as an analytical sample. The gas chromatograph is “GC-16A” manufactured by Shimadzu Corporation, the column is a stainless steel column (3 mmφ × 2 m) packed with “2% silicon OV-17 / chromosolve W” manufactured by GL Sciences Inc., and the carrier gas is Nitrogen gas was analyzed at a flow rate of 40 ml / min, and the column oven temperature was 160 ° C. to 320 ° C. at a heating rate of 7.5 ° C./min. For detection, a flame ion detector was used. The results are shown in Table 3.
[0070]
[Table 3]
Figure 0003616166
[0071]
As is clear from the results in Table 3, it was found that a large amount of reaction product X was formed, and the retention time was consistent with that of commercial trehalose. In order to identify the reaction product X, the following confirmation test was conducted. That is, the enzyme reaction solution using maltose as a substrate is diluted with 20 mM acetate buffer, pH 4.5 so that the sugar concentration becomes 2%, and 0.5 ml of glucoamylase (Seikagaku Corporation) 0.1 is added. The unit was added and reacted at 40 ° C. for 20 hours.
[0072]
Similarly, the enzyme reaction solution was diluted with 20 mM phosphate buffer, pH 7.0 so that the sugar concentration was 2%, 0.5 units of trehalase was added to 0.5 ml, and the mixture was reacted at 40 ° C. for 20 hours. Analyzing and comparing the enzyme reaction solution with maltose as a substrate, its glucoamylase treatment solution and trehalase treatment solution by GLC, maltose is completely decomposed into glucose by the glucoamylase treatment, and the reaction product X remains without being decomposed. Was.
[0073]
On the other hand, maltose remained due to the trehalase treatment, but the reaction product X was completely decomposed into glucose. Considering the reaction characteristics of glucoamylase and trehalase, it is determined that the oligosaccharide from maltose produced by the novel enzyme of the present invention is trehalose.
[0074]
Furthermore, when purified enzyme was allowed to act on trehalose as a substrate under the same conditions as in maltose and the reaction solution was similarly subjected to GLC analysis, it was found that maltose was produced from trehalose by the enzyme of the present invention. The above GLC analysis results are summarized in Table 4.
[0075]
[Table 4]
Figure 0003616166
[0076]
As is clear from the results in Table 4, the enzyme of the present invention converts maltose to trehalose and converts trehalose to maltose. The equilibrium point is shifted to the trehalose side, and it has been found that the conversion rate from maltose to trehalose is high and is about 70% or more.
[0077]
[Experiment 6: Effect of maltose concentration on trehalose production]
Purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 2 at a maltose concentration of 2.5%, 5%, 10%, 20% or 40% at a temperature of 20 ° C. and pH 7.0, 2 units per maltose gram In addition, the reaction solution was collected over time, and heated at 100 ° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme.
[0078]
The total amount of sugar in this reaction solution was quantified in terms of glucose by the anthrone sulfate method and the amount of reducing sugar by glucose conversion by the Somogy-Nelson method, and the ratio of the amount of reducing sugar to the total amount of sugar was calculated as the reducing power.
[0079]
The reaction solution was diluted to a sugar concentration of about 1%, deproteinized with a small amount of ultrafilter, “Morkat II LGC” manufactured by Nihon Millipore Limited, and then subjected to high performance liquid chromatography (hereinafter abbreviated as HPLC). )) To analyze the sugar composition. The HPLC apparatus is “CCPD system” manufactured by Tosoh Corporation, the analytical column is “YMC-pack PA-03” (4.6 mmφ × 250 mm) manufactured by YMC Co., Ltd., and the eluent is acetonitrile: water = 78: 22 (volume ratio). ) At a flow rate of 1.2 ml / min, and detection was performed with a differential refractometer. The results are shown in Table 5.
[0080]
[Table 5]
Figure 0003616166
[0081]
As is clear from the results in Table 5, the conversion reaction from maltose to trehalose progressed well regardless of the maltose concentration of the substrate, and the conversion to trehalose was about 80%.
[0082]
[Experiment 7: Effect of temperature on trehalose production]
At a maltose concentration of 20%, the pH is 7.0, and 2 units of the purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 2 is added per maltose gram, and the temperature is 5 ° C, 10 ° C, 15 ° C, 20 ° C or 25 ° C. The reaction was collected over time and heated at 100 ° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme. The sugar composition of this enzyme reaction solution was analyzed by HPLC in the same manner as in Experiment 6. Table 6 shows the trehalose content at each temperature and time.
[0083]
[Table 6]
Figure 0003616166
[0084]
As can be seen from the results in Table 6, the higher the reaction temperature, the higher the trehalose production rate, but the conversion reaction from maltose to trehalose progressed well even at a temperature of 5 ° C, and the conversion to trehalose was about 82%. did.
[0085]
[Experiment 8: Preparation of trehalose from maltose]
Maltose (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.) 10 parts by weight is dissolved in 40 parts by weight of water, and the purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 2 is used at a temperature of 15 ° C. and a pH of 7.0. Two units were added and reacted for 48 hours, and then heated at 100 ° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme. This solution contained about 74% trehalose per solid. This solution is decolorized with activated carbon, purified by desalting with an ion exchange resin (H type and OH type), concentrated to a concentration of about 78%, and trehalose hydrous crystals as seed crystals, 0.1% per solid matter. When it was added and allowed to stand at room temperature overnight, crystals were precipitated. The obtained mass kit was honeyed and the crystal was washed by spraying a small amount of water to obtain about 3.0 parts by weight of extremely high purity trehalose hydrous crystal having a purity of 99.8%.
[0086]
[Experiment 9 Enzyme production]
Glucose 2.0 w / v%, ammonium sulfate 1.0 w / v%, dipotassium phosphate 0.1 w / v%, monosodium phosphate 0.06 w / v%, magnesium sulfate 0.05 w / v%, calcium carbonate 0 Liquid medium consisting of 3 w / v% and water was put into a 500 ml Erlenmeyer flask, 100 ml each, sterilized by autoclaving at 115 ° C. for 30 minutes, cooled, and inoculated with Pseudomonas putida H262 (FERMBP-4579). The seed culture was cultured at 27 ° C. and 200 rpm for 24 hours with shaking.
[0087]
About 20 liters of medium having the same composition as in seed culture is put into a 30 liter fermenter, heat-sterilized and cooled to a temperature of 27 ° C., then inoculated with 1 v / v% of the seed culture solution, temperature 27 ° C., pH 6 The culture was aerated and agitated for about 20 hours while maintaining at .5 to 8.0.
[0088]
The maltose / trehalose converting enzyme activity of the culture broth was 0.12 units / ml. A part of the culture solution is taken and centrifuged to separate the cells and the culture supernatant, and the cells are suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), and the same solution as the original culture solution. When the maltose / trehalose converting enzyme activity of the cell suspension and the culture supernatant was measured, the cell suspension had an activity of 0.11 unit / ml in the culture supernatant. Activity of 0.01 units / ml was observed. The activity of this enzyme was measured at a reaction temperature of 35 ° C.
[0089]
[Experiment 10 Enzyme Purification]
The culture solution obtained in Experiment 9 was centrifuged to recover a wet cell weight of about 0.45 kg, which was suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). About 2 liters of this bacterial cell suspension is treated with an ultra-high pressure bacterial cell disruption device (Dainippon Pharmaceutical Co., Ltd. “Minilab”) to disrupt the bacterial cells, and this disrupted solution is centrifuged (15,000 G, 30 minutes) ) To obtain about 1.7 l of supernatant. Ammonium sulfate was recovered by adding ammonium sulfate to the supernatant so as to have a saturation degree of 0.7, leaving it to stand at 4 ° C. overnight, and then centrifuging it.
[0090]
The obtained ammonium sulfate salted-out product was dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), dialyzed against the same buffer for 24 hours, and centrifuged to remove insoluble matters. The dialysate (400 ml) was divided into two portions and subjected to ion exchange column chromatography (gel amount: 300 ml) using “DEAE-Toyopearl”.
[0091]
The maltose / trehalose converting enzyme of the present invention was adsorbed on “DEAE-Toyopearl” and eluted from the column with the same buffer containing sodium chloride. The eluted enzyme active fraction was collected, dialyzed against the same buffer, and again subjected to ion exchange column chromatography (gel amount 80 ml) using “DEAE-Toyopearl”. The adsorbed maltose / trehalose converting enzyme was eluted from the column with a linear gradient of 0.1 M to 0.3 M of sodium chloride, and the enzyme activity fraction was recovered.
[0092]
Subsequently, gel filtration chromatography (gel amount: 400 ml) using “Toyopearl HW-55S” manufactured by Tosoh Corporation was performed, and the eluted enzyme activity fraction was collected. Table 7 shows the amount of enzyme activity, specific activity, and yield in each step of purification.
[0093]
[Table 7]
Figure 0003616166
[0094]
When the purity of the enzyme preparation was assayed by gel electrophoresis containing 7.5 w / v% polyacrylamide in the purified enzyme preparation, the protein band was a single and high purity preparation.
[0095]
[Experiment 11: Properties of enzyme]
A purified molecular weight marker obtained by the method of Experiment 10 was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (gel concentration 7.5 w / v%) and simultaneously migrated molecular weight marker (Nippon Bio-Rad Laboratories Co., Ltd.) The molecular weight of this enzyme was measured in comparison with that of the company), and the molecular weight was about 110,000 to 120,000 daltons.
[0096]
The purified maltose / trehalose converting enzyme preparation was subjected to isoelectric focusing polyacrylamide gel electrophoresis containing 2 w / v% ampholine (Pharmacia LC). After electrophoresis, the pH of the protein band and gel was measured to measure the enzyme. The isoelectric point was found to be about 4.1 to 5.1.
[0097]
The effects of temperature and pH on the enzyme activity were examined according to the activity measurement method. The results are shown in FIG. 5 (effect of temperature) and FIG. 6 (effect of pH). The optimum temperature of the enzyme was about 37 ° C. for a reaction of pH 7.0 for 60 minutes, and the optimum pH was about 7.3 to 8.3 for a reaction of 35 ° C. for 60 minutes. The temperature stability of the enzyme was determined by measuring the remaining enzyme activity after holding the enzyme solution (50 mM phosphate buffer, pH 7.0) at each temperature for 60 minutes, cooling with water. The pH stability was determined by maintaining the enzyme in a 50 mM buffer solution at each pH at 35 ° C. for 60 minutes, adjusting the pH to 7.0, and measuring the remaining enzyme activity. The respective results are shown in FIG. 7 (temperature stability) and FIG. 8 (pH stability). The temperature stability of this enzyme was up to around 40 ° C., and the pH stability was about 6.0 to 9.5. The enzyme activity is 1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it was inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
[0098]
[Experiment 12 Action on Various Sugars]
Except that the reaction temperature was 35 ° C., the purified enzyme of Pseudomonas putida H262 obtained in Experiment 10 was allowed to act on various carbohydrates in accordance with the method of Experiment 4 to test whether it could be a substrate. As a result, the Pseudomonas putida H262 enzyme acted only on maltose and trehalose to convert maltose to trehalose and trehalose converted to maltose, as did the enzyme Pimelobacter species R48. The equilibrium point is shifted to the trehalose side, and it was found that the conversion rate from maltose to trehalose is high, which is about 70%.
[0099]
[Experiment 13: Effect of maltose concentration on trehalose production]
At a maltose concentration of 5%, 10%, 20% or 30%, at a temperature of 35 ° C. and a pH of 7.0, the purified maltose / trehalose converting enzyme obtained by the method of Experiment 10 was added and reacted for 2 units per maltose gram. The reaction solution was collected over time and heated at 100 ° C. for 10 minutes to deactivate the enzyme.
[0100]
Using this reaction solution, the reducing power and sugar composition were measured in the same manner as in Experiment 6. The results are shown in Table 8.
[0101]
[Table 8]
Figure 0003616166
[0102]
As is apparent from the results in Table 8, about 70% of trehalose was produced regardless of the maltose concentration of the substrate.
[0103]
[Experiment 14 Preparation of trehalose from maltose]
Purified maltose / trehalose converting enzyme of the present invention obtained by the method of Experimental Example 10 by dissolving 10 parts by weight of maltose (sales by Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.) in 40 parts by weight of water and adjusting the temperature to 35 ° C. and pH 7.0. Was added for 2 hours per maltose and allowed to react for 48 hours, followed by heating at 100 ° C. for 10 minutes to inactivate the enzyme. This solution contained about 69% trehalose per solid. This solution is decolorized with activated carbon, purified by desalting with an ion exchange resin (H type and OH type), concentrated to a concentration of about 78%, and trehalose hydrous crystals as seed crystals, 0.1% per solid matter. When it was added and allowed to stand at room temperature overnight, crystals were precipitated. The obtained mass kit was honeyed and the crystal was washed by spraying a small amount of water to obtain about 2.3 parts by weight of extremely high purity trehalose crystal having a purity of 99.7%.
[0104]
[Experiment 15 Enzyme production]
Polypeptone 0.5 w / v%, yeast extract 0.1 w / v%, sodium nitrate 0.07 w / v%, disodium phosphate 0.01 w / v%, magnesium sulfate 0.02 w / v%, calcium chloride 0. A liquid medium consisting of 01 w / v% and water was adjusted to pH 7.5, and then 100 ml each was placed in a 500 ml Erlenmeyer flask, sterilized in an autoclave at 120 ° C. for 20 minutes, cooled, and thermus aquaticus ATCC 33923 was added. The seed culture was inoculated and cultured with shaking at 60 ° C. and 200 rpm for 24 hours.
[0105]
About 20 liters of each medium having the same composition as in the case of seed culture was added to two 30 liter fermenters, heat-sterilized and cooled to a temperature of 60 ° C., and then seeded with 1 v / v% of the seed culture solution. The culture was aerated and stirred for about 20 hours while maintaining the temperature at 6.5 ° C. and 8.0 to 8.0.
[0106]
The maltose / trehalose converting enzyme activity of the culture broth was 0.35 units / ml. A portion of the culture solution is taken and centrifuged to separate the cells and culture supernatant, and the cells are further suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), and the same volume as the original culture solution. Then, when the maltose / trehalose converting enzyme activity of the cell suspension and the culture supernatant was measured, the cell suspension had an enzyme activity of 0.33 units / ml, and the culture supernatant Was found to have an enzyme activity of 0.02 units / ml. The activity of this enzyme was measured at a reaction temperature of 60 ° C.
[0107]
[Experiment 16 Purification of enzyme]
The culture solution obtained in Experiment 15 was centrifuged to collect cells having a wet weight of about 0.28 kg and suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). About 1.9 l of this bacterial cell suspension was treated with an ultrasonic crusher (“Model US300” manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) to crush the bacterial cells. The crushing solution was centrifuged (15,000 G, 30 minutes) to obtain about 1.8 l of supernatant. Ammonium sulfate was added to the supernatant so as to have a saturation degree of 0.7, dissolved, and allowed to stand at 4 ° C. overnight, and then centrifuged to recover ammonium sulfate salted-out.
[0108]
The obtained ammonium sulfate salted-out product was dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), dialyzed against the same buffer for 24 hours, and centrifuged to remove insoluble matters. The dialysate (1560 ml) was subjected to ion exchange column chromatography (gel amount 530 ml) using “DEAE-Toyopearl 650” manufactured by Tosoh Corporation in three portions.
[0109]
The maltose / trehalose converting enzyme of the present invention was adsorbed on “DEAE-Toyopearl” and eluted from the column with the same buffer containing sodium chloride. The eluted enzyme activity fraction was collected, dialyzed against the same buffer containing 1M ammonium sulfate, and then subjected to hydrophobic column chromatography (gel amount 380 ml) using “Butyl Toyopearl 650”. The adsorbed maltose / trehalose converting enzyme was eluted from the column with a linear gradient of 1M to 0M ammonium sulfate, and the enzyme activity fraction was recovered.
[0110]
Next, gel filtration chromatography (gel amount: 380 ml) using “Toyopearl HW-55S” was performed, and the eluted enzyme activity fraction was recovered.
[0111]
Subsequently, ion-exchange chromatography (gel amount: 1.0 ml) using “Mono Q HR5 / 5” manufactured by Pharmacia El-Cabi Co., Ltd., and the enzyme activity fraction eluted with a linear gradient from 0.1 M to 0.35 M of sodium chloride Was recovered. Table 9 shows the amount of enzyme activity, specific activity, and yield in each step of purification.
[0112]
[Table 9]
Figure 0003616166
[0113]
When the purity of the enzyme preparation was assayed by gel electrophoresis containing 5% w / v concentration polyacrylamide, the protein band was a single and high purity preparation.
[0114]
[Experiment 17: Properties of enzyme]
A purified molecular weight marker obtained by the method of Experiment 16 was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (gel concentration 7.5 w / v%), and simultaneously migrated molecular weight marker (Nippon Bio-Rad Laboratories Co., Ltd.) The molecular weight of this enzyme was measured in comparison with that of the company, and the molecular weight was about 100,000 to 110,000 daltons.
[0115]
The purified maltose / trehalose converting enzyme preparation is subjected to isoelectric focusing polyacrylamide gel electrophoresis containing 2% w / v ampholine (Pharmacia LK), and after electrophoresis, the pH of the protein band and gel is measured. When the isoelectric point of the enzyme was determined, the isoelectric point was about 3.8 to 4.8.
[0116]
The effects of temperature and pH on the enzyme activity were examined according to the activity measurement method. The results are shown in FIG. 9 (effect of temperature) and FIG. 10 (effect of pH). The optimum temperature of the enzyme was around 65 ° C. for a reaction of pH 7.0 for 60 minutes, and the optimum pH was about 6.0 to 6.7 for a reaction of 60 ° C. for 60 minutes. The temperature stability of the enzyme was determined by measuring the remaining enzyme activity after holding the enzyme solution (containing 50 mM phosphate buffer, pH 7.0) at each temperature for 60 minutes, cooling with water. The pH stability was determined by maintaining the enzyme in a 50 mM buffer solution at each pH at 60 ° C. for 60 minutes, adjusting the pH to 7.0, and measuring the remaining enzyme activity. The respective results are shown in FIG. 11 (temperature stability) and FIG. 12 (pH stability). The temperature stability of this enzyme was up to about 80 ° C., and the pH stability was about 5.5 to 9.5. The enzyme activity is 1 mM Cu++, Hg++Alternatively, it was inhibited with 50 mM Tris-HCl buffer.
[0117]
[Experiment 18 action on various carbohydrates]
Except that the reaction temperature was 50 ° C., the purified enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923 obtained in Experiment 16 was allowed to act on various carbohydrates according to the method of Experiment 4 to test whether it could be a substrate. As a result, the enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923 acted only on maltose and trehalose to convert maltose to trehalose, and trehalose was converted to maltose, like the enzyme of Pimerobacter species R48 or Pseudomonas putida H262. The equilibrium point is shifted to the trehalose side, and it has been found that the conversion rate from maltose to trehalose is high and is 70% or more.
[0118]
[Experiment 19: Effect of maltose concentration on trehalose production]
Purified maltose trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923 obtained by the method of Experiment 16 at a maltose concentration of 2.5%, 5%, 10%, 20% or 40% at a temperature of 60 ° C. and a pH of 6.5 The reaction solution was collected at 72 hours and heated at 100 ° C. for 30 minutes to inactivate the enzyme. Using this reaction solution, the reducing power and sugar composition were measured in the same manner as in Experiment 6. The results are shown in Table 10.
[0119]
[Table 10]
Figure 0003616166
[0120]
As is apparent from the results in Table 10, about 70% trehalose was produced regardless of the maltose concentration of the substrate.
[0121]
[Experiment 20: Effect of temperature on trehalose production]
Purified maltose-trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923 obtained by the method of Experiment 16 at a maltose concentration of 20% was added at 2.5 units per maltose gram, and the temperature was 40 ° C, 50 ° C, 60 ° C. The reaction solution was collected over time and heated at 100 ° C. for 30 minutes to inactivate the enzyme. This reaction solution was analyzed for sugar composition by HPLC in the same manner as in Experiment 6. Table 11 shows the trehalose content at each temperature and time.
[0122]
[Table 11]
Figure 0003616166
[0123]
As is clear from the results in Table 11, the conversion rate from maltose to trehalose was higher as the reaction temperature was lower, and about 80% was converted to trehalose at 40 ° C.
[0124]
[Experiment 21 Production and properties of maltose / trehalose converting enzyme from other microorganisms]
Among known microorganisms, a specific microorganism having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme of the present invention was cultured in an Erlenmeyer flask for 48 hours according to Experiment 15. After examining the enzyme activity of the culture solution, according to the method of Experiment 16, the culture solution was applied to a crushing apparatus, and the supernatant was dialyzed to obtain a partially purified enzyme. The property was examined according to the method of Experiment 17. . The results are shown in Table 12.
[0125]
[Table 12]
Figure 0003616166
[0126]
Using the partially purified enzymes derived from known microorganisms belonging to the genus Thermus shown in Table 12, the effects on various carbohydrates were examined according to the method of Experiment 18, as in the case of the enzyme derived from Thermus aquaticus ATCC 33923. It was found that it acts only on maltose and trehalose and produces trehalose from maltose.
[0127]
Further, the maltose trehalose converting enzyme of Thermus louver ATCC 35948 was lower in the optimum temperature and the stable temperature than the enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923, but other enzymes of the genus Thermus were thermus aquaticus ATCC 33923. It was found to have almost the same properties as the enzyme of, and to have high heat resistance.
[0128]
[Experiment 22 Physicochemical properties of prepared trehalose]
The physicochemical properties were examined using a high-purity sample of trehalose prepared by the method of Experiment 8. Melting point is 97.0 ° C, specific rotation is [α]20 DIt was + 7.0 ° (c = 5), the heat of fusion was 57.8 KJ / mole, and the solubility was 77.0 g as an anhydride with respect to water at 25 ° C. These physical property values agreed well with the values of commercially available trehalose hydrated crystals (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) measured simultaneously.
[0129]
[Experiment 23 In vivo use test]
According to the method reported by Koji et al., “Clinical Nutrition”, Vol. 41, No. 2, pages 200 to 208 (1972), a high-purity trehalose preparation (purity 99. 8%) 30 g of 20 w / v% aqueous solution, and this was orally administered to 3 volunteers (healthy 26-year-old, 27-year-old, 30-year-old male), and blood was collected over time to determine blood sugar level and insulin level. It was measured. As a control, glucose was used. As a result, trehalose behaved in the same manner as glucose, and both the blood glucose level and the insulin level showed a maximum value after about 0.5 to 1 hour after administration. Trehalose has been found to be easily digested, absorbed, and metabolized to become an energy source. Therefore, trehalose obtained by the method of the present invention and a saccharide containing the same are suitable as a sugar source for energy supply.
[0130]
[Experiment 24: Acute toxicity test]
Using mice, an acute toxicity test was conducted by orally administering the high-purity trehalose hydrous crystals prepared in Example A-6. As a result, trehalose is a low-toxic substance, and no death was observed even at the maximum dose. Therefore, although it is not an accurate value, its LD50The value was 50 g / kg or more.
[0131]
[Experiment 25: Effect of maltose concentration on trehalose production by culture method]
Microorganisms capable of producing maltose / trehalose converting enzyme were cultured in a nutrient medium containing 2 to 20 w / v% maltose, and the influence of maltose concentration on trehalose yield in the culture was examined. In the case of Pimerobacter species R48 (FERM BP-4315), the culture method is a medium containing 2 to 20 w / v% of maltose separately sterilized instead of 2.0 w / v% of glucose. Except for the above, incubate with fermenter at 27 ° C. for 72 hours in the same manner as in Experiment 1, and further add 0.1v of surfactant (polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, “Tween 40” sold by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) / V% was added and the culture was continued for 24 hours. Further, in the case of Thermus aquaticus ATCC 33923, the culture medium was cultured at 60 ° C. for 24 hours with a fermenter in the same manner as in Experiment 15 except that maltose separately sterilized from nutrient medium was changed to a medium containing 2 to 20 w / v%. Furthermore, the surfactant “Tween 40” was added at 0.1 v / v%, and the culture was continued for 24 hours. The culture was centrifuged, and the trehalose content (mg / ml) contained in the supernatant was measured by HPLC. The results are shown in Table 13.
[0132]
[Table 13]
Figure 0003616166
[0133]
As is apparent from the results in Table 13, the trehalose yield is high at a concentration of maltose in the nutrient medium of 20 w / v% or less, desirably 15 w / v% or less, more desirably 5 to 10 w / v%, which is useful for trehalose production. It has been found suitable.
[0134]
Hereinafter, a method for producing trehalose using a microorganism having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme of the present invention or a saccharide containing the same in Example A, a composition containing trehalose or a saccharide containing the same in Example A Is shown in Example B.
[0135]
Example A-1
2 units of α-amylase (“Spitase HS” manufactured by Nagase Seikagaku Corporation) was added to 10% potato starch milk (pH 5.5) per gram of starch, gelatinized and liquefied with stirring, and immediately autoclaved (120 C.) for 20 minutes and then adjusted to a temperature of 50 ° C. and a pH of 5.0. To this, β-amylase (manufactured by Nagase Seikagaku Corporation) was added at a rate of 20 units per gram of starch and isoamylase (produced by Hayashibara Biochemical Laboratories Co., Ltd.) was added at a rate of 500 units per gram of starch. The mixture was then heated to 95 ° C. to deactivate the enzyme, filtered and decolorized to obtain a sugar solution having a maltose content of about 92%. As a sugar source, instead of glucose 2.0 w / v%, the aforementioned sugar solution is eliminated.FungusThen, except that 10 w / v% per solid was used, a nutrient medium prepared according to the method of Experiment 1 was used as a fermenter, and Pyrolobacter sp. R48 (FERM BP- 4315) is inoculated with 1% v / v and cultured with aeration and agitation at 27 ° C. for 72 hours in the same manner as in Experiment 1. Further, a surfactant (alkylphenol polyoxyethylene ether, sold by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) “Triton X-100”) was added at 0.2 v / v%, and the culture was continued for 24 hours. The culture is filtered to remove insoluble matter, and the resulting filtrate is heated to 95 ° C. to inactivate the enzyme, then concentrated, decolorized and filtered with activated carbon according to a conventional method, and H-type and OH-type. Purification by desalting with an ion exchange resin and further concentration gave syrup having a concentration of about 70% in a yield of about 65% per solid. This product contains about 44% trehalose per solid, has mild sweetness, moderate viscosity, and moisturizing properties. Various foods and drinks as sweeteners, taste improvers, stabilizers, excipients, etc. It can be advantageously used in various compositions such as cosmetics and pharmaceuticals.
[0136]
Example A-2
In the culture filtrate obtained by the method of Example A-1, 10 units of glucoamylase per gram of solid matter, “Glucozyme” manufactured by Nagase Seikagaku Corporation was allowed to act at pH 5.0, 50 ° C. for 24 hours, Next, in order to increase the trehalose content by using the sugar solution obtained by heat deactivation, decolorization, and desalting and purification as a raw sugar solution, sodium-type strongly acidic cation exchange resin (“XT-1016” manufactured by Tokyo Organic Chemical Industry Co., Ltd.) , Ion exchange column chromatography using a degree of cross-linking of 4%). The resin was packed into four jacketed stainless steel columns with an inner diameter of 5.4 cm and connected in series to a total resin layer length of 20 m. Column temperatureTheWhile maintaining the temperature at 60 ° C., the sugar solution is added to the resin at 5 v / v%, and then the water is fractionated by flowing 60 ° C. warm water at SV 0.15, glucose is removed, and the trehalose-rich fraction is collected. did. Further purification, concentration, vacuum drying and pulverization gave a powder containing high trehalose in a yield of about 35% per solid. This product contains about 97% trehalose, has extremely low reducibility, mellow and elegant sweetness. Various sweeteners, taste improvers, quality improvers, stabilizers, excipients, etc. It can be advantageously used for various compositions such as foods, drinks, cosmetics and pharmaceuticals.
[0137]
Example A-3
The trehalose-rich fraction obtained by the method of Example A-2 was decolorized with activated carbon according to a conventional method, and the solution purified by desalting with an ion exchange resin was concentrated to a concentration of about 70%. In addition, about 2% of a water-containing trehalose crystal was added as a seed crystal and gradually cooled to obtain a mass kit having a crystallization rate of about 45%. This mass kit is 150kg / cm from the nozzle on the drying tower.2Sprayed at high pressure. At the same time, 85 ° C hot air is blown from the top of the drying tower and collected on a transfer wire mesh conveyor provided at the bottom, and 45 ° C hot air is sent from the bottom of the conveyor while being collected on the wire mesh conveyor. The powder was gradually moved out of the drying tower and taken out. The taken-out crystal powder is filled into an aging tower and aged for 10 hours while sending warm air, crystallization and drying are completed, and the trehalose-containing crystal powder is about Obtained in 90% yield. This product does not substantially exhibit hygroscopicity, is easy to handle, and can be advantageously used in various compositions such as various foods, cosmetics, and pharmaceuticals as sweeteners, taste improvers, stabilizers, and the like.
[0138]
Example A-4
The trehalose-rich fraction obtained by the method of Example A-2 was purified in the same manner as in Example A-3, then taken into an evaporation kettle and boiled under reduced pressure to obtain syrup having a water content of about 3.0%. Next, it was transferred to an auxiliary crystallizer, to which 1% of anhydrous crystalline trehalose was added as a seed crystal per syrup solid, stirred at 120 ° C., then taken out into an aluminum vat, and crystallized and matured at 100 ° C. for 6 hours. Block was prepared. Next, this block is pulverized with a cutting machine, fluidized and dried, and an anhydrous crystalline trehalose powder having a water content of about 0.3% is obtained at a yield of about 85% per solid relative to the raw trehalose-rich sugar solution. Got in. This product is not only used as a dehydrating agent for water-containing products such as foods, cosmetics, pharmaceuticals, raw materials, or processed intermediates, but also as a white powder sweetener with elegant sweetness. It can be advantageously used in the composition.
[0139]
Example A-5
After adding 0.1% of calcium carbonate to corn starch milk having a concentration of 33%, the pH was adjusted to 6.5, and α-amylase (“Termameal 60L” manufactured by Novo) was added to the starch starch in an amount of 0.2% per gram of starch. The reaction was allowed to proceed at 15 ° C. for 15 minutes. The reaction solution was autoclaved (120 ° C.) for 30 minutes, then cooled to 55 ° C., and isoamylase (produced by Hayashibara Biochemical Laboratories Co., Ltd.) with 500 units per gram starch and β-amylase (Nagase Biochemistry). Kogyo Co., Ltd.) was added at 30 units per gram of starch, reacted for 48 hours, then heated to 95 ° C. to deactivate the enzyme, filtered and decolorized to obtain a sugar solution having a maltose content of about 84%. As a sugar source, a nutrient medium prepared according to the method of Experiment 9 is used as a fermenter, except that the above-mentioned sugar solution is separately sterilized and added to solids at 10 w / v%, and maltose / trehalose converting enzyme is produced. 1 v / v% of a seed culture of Pseudomonas putida H262 (FERM BP-4579) having the ability to inoculate and cultured by aeration and agitation at 27 ° C. for 48 hours in the same manner as in Experiment 9, and further the surfactant “Tween 40” Was added at 0.2 v / v%, and the culture was continued for 24 hours. The culture is filtered to remove insoluble matter, and the resulting filtrate is heated to 95 ° C. to inactivate the enzyme, then concentrated, decolorized and filtered with activated carbon according to a conventional method, and H-type and OH-type. Purification by desalting with an ion exchange resin and further concentration gave syrup having a concentration of about 70% in a yield of about 50% per solid. This product contains about 64% trehalose per solid, has low reducing properties, mild sweetness, moderate viscosity, and moisturizing properties, and is advantageous for various foods, cosmetics, pharmaceuticals and other various compositions. Available to:
[0140]
Example A-6
The syrup obtained by the method of Example A-5 was concentrated to a concentration of about 80% and taken in an auxiliary crystal machine. About 1% of a trehalose hydrous crystal powder was added as a seed crystal, and the mixture was slowly cooled and crystallized with stirring. Then, it was honeyed in a basket type centrifuge, and the crystals were sprayed with a small amount of water and washed to obtain high-purity trehalose-containing crystals in a yield of about 20% per solid. This product exhibits physicochemical properties similar to those in Experiment 22, and can be advantageously used in various compositions such as various foods, cosmetics, and pharmaceuticals as a sweetener, a taste improver, a quality improver, a stabilizer, and the like. Further, it can be advantageously used for industrial reagents and chemical raw materials.
[0141]
Example A-7
After adding 2 units of α-amylase “Spitase HS” per gram of starch to corn starch milk (pH 5.5) at a concentration of 10%, the mixture was heated and gelatinized and liquefied with stirring, and immediately autoclaved (120 ° C.) for 20 minutes. The temperature was adjusted to 55 ° C. and pH 5.0. To this was added isoamylase (produced by Hayashibara Biochemical Laboratories Co., Ltd.) at a rate of 300 units per gram starch and β-amylase (produced by Nagase Seikagaku Co., Ltd.) at a rate of 20 units per gram starch and reacted for 24 hours. Then, the mixture was heated to 95 ° C. to deactivate the enzyme, filtered and decolorized to obtain a sugar solution having a maltose content of about 92%. As a sugar source, a nutrient medium prepared in accordance with the method of Experiment 15 is used as a fermenter, except that the above-mentioned sugar solution is separately sterilized and added to solids, and maltose / trehalose converting enzyme is produced. 1% / v% of the seed culture of thermus aquaticus ATCC 33923 having the ability was cultured at 60 ° C. for 40 hours under aeration and agitation in the same manner as in Experiment 15, and the surfactant “Triton X-100” was added to 0%. The culture was continued for 16 hours by adding 50 mg of egg white lysozyme per 1 v / v% and 1 l of the culture solution. The culture is filtered to remove insoluble matter, and the resulting filtrate is heated to 95 ° C. to inactivate the enzyme, then concentrated, decolorized and filtered with activated carbon according to a conventional method, and H-type and OH-type. Purification by desalting with an ion exchange resin and further concentration gave syrup having a concentration of about 70% in a yield of about 55% per solid. This product contains about 68% trehalose per solid, has mild sweetness, moderate viscosity, and moisturizing properties. Various foods and drinks as sweeteners, taste improvers, stabilizers, excipients, etc. It can be advantageously used in various compositions such as cosmetics and pharmaceuticals.
[0142]
[Example A-8]
The syrup obtained by the method of Example A-7 was concentrated to a concentration of about 85% and placed in an auxiliary crystal machine. After mixing about 1% of seed crystals, the seed crystal was placed in a vat and left at 20 ° C. for 4 days to crystallize and solidify. Then, it was pulverized by a cutting machine and dried to obtain a honey-containing trehalose hydrated crystal powder in a yield of about 95% per solid. This product does not substantially exhibit hygroscopicity, is easy to handle, and is useful as a sweetener, taste improver, quality improver, stabilizer, etc., for various foods, cosmetics, pharmaceuticals, and other various compositions. Available to:
[0143]
Example A-9
The syrup obtained by the method of Example A-7 was concentrated to a concentration of about 80% and taken in an auxiliary crystallizer, and crystallized and mashed in the same manner as in Example A-6 to give high-purity trehalose-containing crystals per solid. Obtained in a yield of about 20%. This product exhibits physicochemical properties similar to those in Experiment 22, and in the same manner as in Example A-6, various compositions such as various foods, cosmetics, and pharmaceuticals, as well as industrial reagents, industrial raw materials, and chemical raw materials. It can be used advantageously.
[0144]
Example B-1 Sweetener
To 1 part by weight of the trehalose hydrous crystal powder obtained by the method of Example A-3, 0.01 part by weight of α-glycosyl stevioside (“αG Sweet” sold by Toyo Seika Co., Ltd.) and L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester ( AJI-NO-MOTO Co., Ltd. “Aspartame”) 0.01 parts by weight was uniformly mixed and subjected to a granulating machine to obtain a granular sweetener. This product has excellent sweetness quality, has about twice the sweetness of sucrose, and the calorie per sweetness is reduced to about 1/2 that of sucrose. This sweetener has no degradation of high-sweetness sweetener blended in it, has excellent stability, and as a low-calorie sweetener, low-calorie food and drink for obese people, diabetics, etc. who restrict caloric intake Suitable for sweetening products. In addition, the present sweetener is suitable for sweetening foods and the like that suppress dental caries because it produces less acid by caries-inducing bacteria and produces less insoluble glucan.
[0145]
[Example B-2 Hard Candy]
30 parts by weight of trehalose-containing syrup obtained by the method of Example A-1 was heated and mixed with 100 parts by weight of a 55% sucrose solution, and then heated and concentrated under reduced pressure until the water content was less than 2%. Part by weight and an appropriate amount of lemon flavor and color were mixed and molded according to a conventional method to obtain a product. This product is a high quality hard candy that is crisp, tastes good, and does not crystallize or deform.
[0146]
[Example B-3 Chocolate]
After mixing 40 parts by weight of cocoa paste, 10 parts by weight of cocoa butter, 30 parts by weight of sucrose, and 20 parts by weight of high-purity trehalose hydrous crystals obtained by the method of Example A-6, the mixture was passed through a refiner to reduce the particle size. And knead for 2 days at 50 ° C. In the meantime, 0.5 part by weight of lecithin was added and sufficiently mixed and dispersed. Next, the temperature was adjusted to 31 ° C. with a temperature controller, poured into a mold just before the butter solidified, drained with a vibrator, and passed through a 10 ° C. cooling tunnel for 20 minutes to solidify. This was punched and packaged to obtain a product. This product has no hygroscopicity, good color and gloss, good internal structure, melts smoothly in the mouth, and has an elegant sweetness and mellow flavor.
[0147]
Example B-4 Chewing gum
3 parts by weight of gum base is heated and melted to a degree of softening, and 4 parts by weight of sucrose and 3 parts by weight of trehalose-containing hydrated crystal powder obtained by the method of Example A-3 are added thereto. They were mixed, kneaded with a roll, molded and packaged according to a conventional method to obtain a product. This product is a chewing gum with good texture and flavor.
[0148]
[Example B-5 Sweetened condensed milk]
3 parts by weight of trehalose-containing syrup and 1 part by weight of sucrose obtained by the method of Example A-5 are dissolved in 100 parts by weight of raw milk, sterilized by heating with a plate heater, then concentrated to a concentration of 70%, and canned under aseptic conditions And got the product. This product has a mild sweet taste and good flavor, and can be advantageously used for seasoning infant foods, fruits, coffee, cocoa, tea, and the like.
[0149]
[Example B-6 Lactic acid bacteria beverage]
175 parts by weight of skim milk powder, 80 parts by weight of powder containing high trehalose obtained by the method of Example A-2, and 50 parts by weight of powder containing high lactosucrose disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-281795 are added to 1,200 parts by weight of water. And then sterilized at 65 ° C. for 30 minutes, cooled to 40 ° C., inoculated with 30 parts by weight of a lactic acid bacteria starter according to a conventional method, and cultured at 37 ° C. for 8 hours to obtain a lactic acid bacteria beverage. . This product is a lactic acid bacteria beverage with good flavor. In addition, this product contains oligosaccharides and not only stably retains lactic acid bacteria, but also has a bifidobacteria growth promoting action.
[0150]
[Example B-7 powdered juice]
50 parts by weight of high-purity trehalose hydrous crystals obtained by the method of Example A-6, 10 parts by weight of sucrose, 0.65 parts by weight of anhydrous citric acid, and malic acid with respect to 33 parts by weight of orange juice powder produced by spray drying 0.1 parts by weight, 0.1 part by weight of L-ascorbic acid, 0.1 part by weight of sodium citrate, 0.5 part by weight of pullulan, and appropriate amount of powdered fragrance are mixed and stirred well, pulverized into a fine powder and fluidized The product is charged into a layer granulator, the exhaust air temperature is 40 ° C., and the trehalose-rich syrup obtained by the method of Example A-5 is sprayed as a binder, granulated for 30 minutes, weighed and packaged. Obtained. This product is a powdered juice with a fruit juice content of about 30%. In addition, this product had no off-flavors and off-flavors and was stable for a long time.
[0151]
[Example B-8 Custard cream]
100 parts by weight of corn starch, 100 parts by weight of trehalose-containing syrup obtained by the method of Example A-1, 80 parts by weight of maltose, 20 parts by weight of sucrose and 1 part by weight of sodium chloride were mixed well, and 280 parts by weight of chicken egg was added and stirred. Gradually add 1,000 parts by weight of boiled milk to this, and continue to stir it over fire. When the corn starch is completely gelatinized and the whole becomes translucent, stop the fire and cool it. Appropriate amount of vanilla fragrance was added and weighed, filled and packed to obtain a product. This product has a smooth luster, mild sweetness and deliciousness.
[0152]
[Example B-9 Uiro no Moto]
Rice bran was prepared by uniformly mixing 90 parts by weight of rice flour with 20 parts by weight of corn starch, 40 parts by weight of sucrose, 80 parts by weight of the hydrous crystal powder of trehalose obtained by the method of Example A-3 and 4 parts by weight of pullulan. . Ui-no-Moto, an appropriate amount of Matcha and water were kneaded, and the mixture was placed in a container and steamed for 60 minutes to produce Matcha Uiro. This product has good shine, mouthfeel, and good flavor. Moreover, the aging of starch is suppressed and the shelf life is good.
[0153]
[Example B-10 An]
In accordance with a conventional method, water was added to 10 parts by weight of azuki bean, boiled, astringent, drained, and water-soluble impurities were removed to obtain about 21 parts by weight of azuki bean paste. To this raw bean paste, 14 parts by weight of sucrose, 5 parts by weight of trehalose-containing syrup obtained by the method of Example A-7 and 4 parts by weight of water are boiled, and a small amount of salad oil is added to this so as not to break the crumbs. As a result, about 35 parts by weight of the product was obtained. This product has no color burn, has a good texture, has a good flavor, and is suitable as an ingredient for anpan, bun, dumpling, peach and ice confectionery.
[0154]
Example B-11 Bread
Knead 100 parts by weight of wheat flour, 2 parts by weight of yeast, 5 parts by weight of sugar, 1 part by weight of a powder containing high trehalose obtained by the method of Example A-2 and 0.1 part by weight of an inorganic food according to a conventional method. Medium seeds were fermented at 26 ° C. for 2 hours, then aged for 30 minutes and baked. This product is a high quality bread with good hue and sudoku, moderate elasticity and mild sweetness.
[0155]
[Example B-12 Ham]
The pork thigh is uniformly rubbed with 1,000 parts by weight of meat and 15 parts by weight of sodium chloride and 3 parts by weight of potassium nitrate, and deposited in a cold room day and night. This was soaked in a cold room for 7 days in a salted solution consisting of 500 parts by weight of water, 100 parts by weight of sodium chloride, 3 parts by weight of potassium nitrate, 40 parts by weight of a high trehalose powder obtained by the method of Example A-2 and spices, According to a conventional method, the product was washed with cold water, wound with a string, smoked, cooked, and cooled and packaged to obtain a product. This product is a high quality ham with good color and good flavor.
[0156]
[Example B-13 powdered peptide]
Concentrated 40% soy peptide solution for food (Fuji Oil Co., Ltd. “Hi-Nut S”) is mixed with 2 parts by weight of high-purity trehalose hydrous crystals obtained by the method of Example A-6, and made of plastic. It put into the vat, dried under reduced pressure at 50 ° C., and pulverized to obtain a powdered peptide. This product has a good flavor and can be advantageously used not only as a confectionery material such as premix and frozen confectionery but also as a baby food such as oral liquid food and tube liquid food, and a therapeutic nutrient.
[0157]
[Example B-14 Powdered Miso]
3 parts by weight of anhydrous crystalline trehalose powder obtained by the method of Example A-4 was mixed with 1 part by weight of red miso, poured into a metal plate provided with a number of hemispherical recesses, and allowed to stand overnight at room temperature. Solidified and released from mold to obtain about 4 g of solid miso per piece, which was then pulverized to obtain powdered miso. This product can be advantageously used as a seasoning for instant ramen and instant soup. The solid miso can be used not only as a solid seasoning but also as a miso confectionery.
[0158]
[Example B-15 powdered egg yolk]
Egg yolk prepared from raw eggs is sterilized with a plate-type heat sterilizer at 60 to 64 ° C., and 1 part by weight of the liquid egg yolk obtained is 4 parts by weight of anhydrous crystalline trehalose powder obtained by the method of Example A-4. After mixing at a ratio, the mixture was transferred to a vat and allowed to stand overnight to convert into trehalose hydrous crystals to prepare a block. This block was pulverized with a cutting machine to obtain powdered egg yolk. This product can be advantageously used not only as a confectionery material such as a premix, a frozen dessert, and an emulsifier, but also as a baby food such as an oral liquid food and a tube liquid food, and a therapeutic nutrient. Moreover, it can be advantageously used as a skin beautifying agent, hair restorer and the like.
[0159]
[Example B-16 Cosmetic cream]
2 parts by weight of polyoxyethylene glycol monostearate, 5 parts by weight of glyceryl monostearate, 2 parts by weight of a high trehalose powder obtained by the method of Example A-2, 1 part by weight of α-glycosyl rutin, liquid paraffin 1 part by weight, 10 parts by weight of glyceryl trioctanoate and an appropriate amount of preservative are dissolved by heating according to a conventional method, and 2 parts by weight of L-lactic acid, 5 parts by weight of 1,3-butylene glycol and 66 parts by weight of purified water are added thereto. Then, the mixture was emulsified with a homogenizer, and an appropriate amount of a fragrance was added, followed by stirring and mixing to produce a cream. This product has antioxidant properties, high stability, and can be advantageously used as a high-quality sunscreen, skin beautifying agent, whitening agent, and the like.
[0160]
[Example B-17 Powdered Ginseng Extract]
After mixing 1.5 parts by weight of anhydrous crystalline trehalose powder obtained by the method of Example A-4 with 0.5 parts by weight of ginseng extract, it is transferred to a vat and left to stand for 2 days to convert into trehalose hydrated crystals. Prepared. The block was pulverized with a cutting machine and classified to obtain a powdered ginseng extract. This product was applied to a granule molding machine together with appropriate amounts of vitamin B1 and vitamin B2 powders to obtain a vitamin-containing granular medicinal carrot extract. This product can be advantageously used as a fatigue recovery agent, tonic, toughening agent and the like. It can also be used as a hair restorer.
[0161]
[Example B-18 Solid preparation]
A human natural interferon-α preparation (manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories, Inc.) is applied to an immobilized anti-human interferon-α antibody column according to a conventional method to adsorb the human natural interferon-α contained in the preparation. The bovine serum albumin, which is a stabilizer, is removed by passage, then the pH is changed, and human natural interferon-α contains 5% of high-purity trehalose hydrous crystals obtained by the method of Example A-6. Elution was performed using physiological saline. This liquid is microfiltered, added to approximately 20 times the amount of anhydrous crystalline maltose powder, “Fine Tose” sold by Hayashibara Shoji Co., Ltd., dehydrated and powdered, and then tableted with a tableting machine to give 1 tablet (approximately 200 mg) ) To obtain tablets containing about 150 units of human natural interferon-α. About 1 to 10 adults per day are administered orally as sublingual tablets, etc., and this product can be advantageously used for the treatment of viral diseases, allergic diseases, rheumatism, diabetes, malignant tumors and the like. In particular, it can be advantageously used as a therapeutic agent for AIDS, hepatitis, etc., whose number of patients is rapidly increasing in recent years. In this product, both the non-reducing saccharide of the present invention and anhydrous crystalline maltose act as a stabilizer, and maintain its activity well for a long time even when left at room temperature.
[0162]
[Example B-19 Dragee]
An uncoated tablet having a weight of 150 mg is used as a core, and 40 parts by weight of high-purity trehalose-containing crystals obtained by the method of Example A-9, 2 parts by weight of pullulan (average molecular weight 200,000), 30 parts by weight of water, and 25% by weight of talc. Sugar solution using an undercoat liquid consisting of 3 parts by weight of titanium oxide and 3 parts by weight of titanium oxide until the tablet weight is about 230 mg, and then an overcoat consisting of 65 parts by weight of the same trehalose-containing crystal powder, 1 part by weight of pullulan and 34 parts by weight of water. The liquid was used for sugar coating, and it was further polished with wax liquid to obtain a sugar coated tablet with a glossy appearance and excellent appearance. This product has excellent impact resistance and maintains high quality for a long time.
[0163]
[Example B-20 toothpaste]
Formulation
Dicalcium phosphate 45.0 parts by weight
Pullulan 2.95 parts by weight
Sodium lauryl sulfate 1.5 parts by weight
Glycerin 20.0 parts by weight
0.5 parts by weight of polyoxyethylene sorbitan laurate
Preservative 0.05 parts by weight
12.0 parts by weight of water-containing trehalose crystal powder obtained by the method of Example A-8
Maltitol 5.0 parts by weight
13.0 parts by weight of water
The above materials were mixed according to a conventional method to obtain a toothpaste. This product has moderate sweetness and is particularly suitable as a toothpaste for children.
[0164]
[Example B-21 Liquid food solid preparation]
500 parts by weight of high-purity trehalose hydrous crystals produced by the method of Example A-6, 270 parts by weight of powdered egg yolk, 209 parts by weight of skim milk powder, 4.4 parts by weight of sodium chloride, 1.8 parts by weight of potassium chloride, 4 parts of magnesium sulfate A blend consisting of parts by weight, 0.01 parts by weight thiamine, 0.1 parts by weight sodium ascorbate, 0.6 parts by weight vitamin E acetate and 0.04 parts by weight nicotinamide is prepared, and each 25 grams of this blend is prepared. A moisture-proof laminated sachet was filled and heat sealed to obtain a product. This product is dissolved in about 150 to 300 ml of water to make a liquid food, and it is used orally or by tube use to the nasal cavity, stomach, intestine, etc., and is advantageous for supplementing energy to the living body. Available to:
[0165]
[Example B-22 infusion]
The high-purity trehalose-containing crystals produced by the method of Example A-6 are dissolved in water to a concentration of about 10 w / v%, then microfiltered to pyrogen-free according to a conventional method, and aseptically filled into plastic bottles The product was obtained by plugging. This product is a stable infusion that does not change over time and is suitable for administration intravenously, intraperitoneally, and the like. This product is isotonic with blood at a concentration of 10 w / v%, and can be replenished with energy at twice the concentration of glucose.
[0166]
[Example B-23 infusion]
The high-purity trehalose hydrated crystals produced by the method of Example A-9 and the amino acid blend having the following composition were mixed and dissolved in water so that the amounts were 5 w / v% and 30 w / v%, respectively, and then Example B- The product was purified to be pyrogen-free in the same manner as in No. 22, and filled into a plastic bag and plugged to obtain a product.
Composition of amino acid compound (mg / 100ml)
L-isoleucine 180
L-leucine 410
L-lysine hydrochloride 620
L-methionine 240
L-phenylalanine 290
L-threonine 180
L-tryptophan 60
L-Valine 200
L-arginine hydrochloride 270
L-histidine hydrochloride 130
Glycine 340
This product is a stable infusion with no changes over time because trehalose does not exhibit reducing properties despite the complex infusion of carbohydrates and amino acids, and is suitable for administration intravenously, intraperitoneally, etc. It is. This product can be advantageously used not only for replenishing energy to the living body but also for supplementing amino acids.
[0167]
[Example B-24 Ointment for trauma treatment]
To 200 parts by weight of the water-containing trehalose crystal powder and 300 parts by weight of maltose produced by the method of Example A-8, 50 parts by weight of methanol in which 3 parts by weight of iodine were dissolved was added and mixed, and further 200 parts by weight of a 10 w / v% pullulan aqueous solution. Was added and mixed to obtain a plaster for treatment of trauma showing moderate elongation and adhesion. This product not only acts as a bactericidal action with iodine, but also acts as an energy replenisher to cells with trehalose, shortening the healing period and healing the wound surface cleanly.
[0168]
【The invention's effect】
As is clear from the above, non-reducing carbohydrates can be produced from a culture in a very simple and short time by culturing a microorganism capable of producing maltose / trehalose converting enzyme in a nutrient medium containing maltose. This facilitates the industrial production of trehalose or a sugar containing the same. As maltose, if maltose obtained by allowing starch debranching enzyme to act on β-amylase or β-amylase in a solution obtained by liquefying starch, trehalose yield from starch is remarkably increased, and its industrial production make it easier. The trehalose thus obtained or a saccharide containing the same has excellent stability, high quality and elegant sweetness. Moreover, it is digested and absorbed by ingestion and becomes a calorie source. In particular, trehalose is also used parenterally and is frequently metabolized. Therefore, the trehalose of the present invention or a saccharide containing the same is advantageous as a sweetener, a taste improver, a quality improver, a stabilizer, an excipient, and the like for various compositions such as various foods, cosmetics, and pharmaceuticals. Available to:
[0169]
The establishment of the present invention provides a completely new way for industrially providing trehalose that is not easily obtained as desired from starch, which is an endless resource, or a sugar containing the same industrially in large quantities and at low cost. The impact of this will not be limited to the food, cosmetics, and pharmaceutical industries, but also the agricultural, aquatic and livestock industries, and the chemical industry.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the effect of temperature on the enzyme activity of Pyrolobacter species R48 maltose / trehalose converting enzyme.
FIG. 2 is a graph showing the influence of pH on the enzyme activity of Pyrolobacter species R48 maltose / trehalose converting enzyme.
FIG. 3 is a graph showing the effect of temperature on the stability of Pyrolobacter species R48 maltose trehalose converting enzyme.
FIG. 4 is a graph showing the effect of pH on the stability of Pyrolobacter sp. R48 maltose trehalose converting enzyme.
FIG. 5 is a graph showing the influence of temperature on the enzyme activity of Pseudomonas putida H262 maltose / trehalose converting enzyme.
FIG. 6 is a graph showing the influence of pH on Pseudomonas putida H262 maltose / trehalose converting enzyme activity.
FIG. 7 is a graph showing the effect of temperature on the stability of Pseudomonas putida H262 maltose trehalose converting enzyme.
FIG. 8 is a graph showing the influence of pH on the stability of Pseudomonas putida H262 maltose / trehalose converting enzyme.
FIG. 9 is a graph showing the influence of temperature on the enzyme activity of maltose trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923.
FIG. 10 is a graph showing the influence of pH on the enzymatic activity of maltose / trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923.
FIG. 11 is a graph showing the effect of temperature on the stability of the maltose trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923.
FIG. 12 is a graph showing the influence of pH on the stability of the maltose trehalose converting enzyme of Thermus aquaticus ATCC 33923.

Claims (5)

マルトースを含有せしめた栄養培地に、マルトース・トレハロース変換酵素産生能を有するピメロバクター属、シュードモナス属及びサーマス属から選ばれる微生物を培養し、得られる培養物からトレハロース、又は、これを含む糖質を採取することを特徴とするトレハロース、又は、これを含む糖質の製造方法。 A microorganism selected from the genera Pimerobacter, Pseudomonas and Thermus having the ability to produce maltose / trehalose converting enzyme is cultured in a nutrient medium containing maltose, and trehalose or a carbohydrate containing the same is collected from the resulting culture. A method for producing trehalose or a carbohydrate containing the same. 栄養培地に、マルトースを20w/v%以下含有せしめることを特徴とする請求項1記載のトレハロース、又は、これを含む糖質の製造方法。The method for producing trehalose or a carbohydrate containing the same according to claim 1 , wherein maltose is contained in the nutrient medium in an amount of 20 w / v% or less. 栄養培地に、マルトースとともに界面活性剤を含有せしめることを特徴とする請求項1又は2記載のトレハロース、又は、これを含む糖質の製造方法。A method for producing trehalose or a carbohydrate containing the same according to claim 1 or 2 , wherein the nutrient medium contains a surfactant together with maltose. マルトースが、澱粉を液化したものに、β−アミラーゼ又はβ−アミラーゼとともに澱粉枝切酵素を作用させて得られるマルトースである請求項1乃至3のいずれかに記載のトレハロース、又は、これを含む糖質の製造方法。The maltose is maltose obtained by allowing a starch debranching enzyme to act on β-amylase or β-amylase together with starch liquefied, or trehalose according to any one of claims 1 to 3 Quality manufacturing method. 培養物又はこれから得られるトレハロースを含む糖質に、グルコアミラーゼ、又はα−グルコシダーゼを作用させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のトレハロース、又は、これを含む糖質の製造方法。The production of trehalose or a carbohydrate containing the same according to any one of claims 1 to 4, wherein glucoamylase or α-glucosidase is allowed to act on a culture or a carbohydrate containing trehalose obtained therefrom. Method.
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