JP3774430B2 - ペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
【0002】
本発明は、ペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法に関し、詳細には、農産副産物であるビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕などのアラビナン含有繊維分を原料として用いた、オリゴ糖含有物の製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
【0004】
農産副産物であるビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕のアラビナン含有繊維分は、家畜飼料や燃料として使用する場合もあるが、大半が廃棄物として焼却処理等されている。
そのため、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕のアラビナン含有繊維分について、有効利用の開発が望まれていた。
【0005】
なお、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕等のアラビナン含有繊維分を分解する酵素としては、細菌[バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、ストレプトマイセス・エスピー(Streptomyces sp.)]、糸状菌[アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・アワモリ(Aspergillus awamori)、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・テレウス(Aspergillus terreus)、アスペルギルス・フラバス(Aspergillus flavus)、アスペルギルス・フミガタス(Aspergillus fumigatus)]などを起源としたものが知られている。
しかしながら、前記の酵素から生成、遊離される糖は、単糖であるアラビノースが大半を占め、アラビノオリゴ糖含有物の製造方法として適したものではない。
【0006】
また、原料として1,5−アラビナンを用い、該原料にバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)由来の酵素を作用させたアラビノオリゴ糖の製造方法が報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0007】
【非特許文献1】
バイオケミカル バイオフィルジカル アクタ(Biochim.Biophys.Acta),410,1975年,p.354−360
【0008】
しかしながら、前記方法で原料として用いる1,5−アラビナンを得るためには、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕等のアラビナン含有繊維分に対し、アルカリ処理及び酵素処理を行った後に、ゲル濾過クロマトグラフィーによる精製を繰り返して行う必要があった。
従って、1,5−アラビナンを原料とした場合、効率的にアラビノオリゴ糖を製造することは困難であった。
また、この方法によると、有用成分も除去してしまう恐れもあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕などのアラビナン含有繊維分の有効利用を図り、ビート搾汁粕などを直接作用させるため効率的にアラビノオリゴ糖含有物を製造する手段を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の課題を解決するための手段は、次のとおりである。
【0013】
第1に、FERMP−18941として寄託されているペニシリウム・エスピー(Penicillium sp.)GALA22を培養してオリゴ糖生成酵素を調製し、該オリゴ糖生成酵素を用いてアラビナン含有繊維分を加水分解し、オリゴ糖を製造することを特徴とする、ペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法。
第2に、オリゴ糖がアラビノオリゴ糖である、上記第1に記載のペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法。
ここで、アラビナン含有繊維分としては、ビート搾汁粕、ビートファイバー、ビートパルプ、リンゴ搾汁粕、リンゴファイバーの他にも、落花生粕、柑橘類の果皮又は果肉、オカラ、ダイズファイバーのいずれか一つ以上のものを使用できる。
第3に、前記アラビナン含有繊維分として、ビート搾汁粕を用いる、上記第1または第2に記載のペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法。
第4に、FERMP−18941として寄託されているペニシリウム・エスピーGALA22を培養して調製した、オリゴ糖含有物生成酵素。
【0014】
本発明におけるアラビノオリゴ糖とは、アラビノースが1〜10分子含まれる2〜10糖からなるオリゴ糖である。その結合様式は、α−1,5結合からなる直鎖状のものに限らず、α−1,2及びα−1,3結合を初めとする各種の分岐構造を有するものも含まれる。これには、キシロース、グルコース、ガラクトース、マンノース及びガラクツロン酸のようなアラビノース以外の糖の少なくとも一つが、還元末端や非還元末端、もしくは分子内に結合しているものも含まれる。
【0015】
FERMP−18941として寄託されているペニシリウム・エスピーGALA22は、アラビノオリゴ糖生成酵素を高力価で産生するもので、本発明者らが、農産副産物を分解利用する微生物に着目し、自然界よりアラビノオリゴ糖生成酵素の産生が可能な微生物を見い出すべく鋭意研究を行った結果、得られたものである。
そして、このペニシリウム(Penicillium)属に属する糸状菌に由来するアラビノオリゴ糖生成酵素を用いることで、農産副産物であるアラビナン含有繊維分からアラビナンを分離抽出することなく直接作用させることにより、効率的にアラビノオリゴ糖含有物を製造する方法を見い出し、本発明を完成させるに至った。
【0016】
本発明のアラビノオリゴ糖生成酵素を産生する菌株は、その菌学的性質及び28SrDNA−D2塩基配列解析から、ペニシリウム(Penicillium)属に属する新規な菌株と同定された。
本発明者らは、本菌株をペニシリウム・エスピー(Penicillium sp.)GALA22と命名して、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに寄託し、寄託番号FERMP−18941を得た。
【0017】
ペニシリウム・エスピーGALA22の菌学的性質は、次のとおりである。
【0018】
(1)CYA寒天プレート
37℃及び5℃での生育が確認された。
菌糸は、ビロードからフェルト状でwhite(A1)を呈し、平坦なコロニー形状を示した。
培養一週間の生育は、25℃プレートで直径43mm程度、37℃プレートで直径45mm程度に達した。
滲出液(exudate)及び可溶性色素(soluble pigment)の産生は、認められなかった。
CYAスライド培養検体の光学顕微鏡による観察では、ペニシラス様の分生子形成構造が確認された。
分生子柄は、最大で三輪性(terverticillate)で、一輪性(monoverticillate)や二輪性(biverticillate)のものも多く観察された。
分生子形成細胞は、フィアロ型(phialidic)であった。
柄(stipe)は、中程度のものが多く観察された。
表面は、やや粗面(slightly rough)となった。
メトレ(metula)は、柄先端より2−3軸の分岐(branching)を示し、比較的長いものが大半となった。
メトレ先端部に、頂嚢(vesicle)は認められなかった。
フィアライド(phialide)は、メトレ及び柄の先端部より4−7本輪生し、首の長い針状(acerose)となった。
メトレ、フィアライド共に、表面は粗面(rough)であった。
フィアライドは、圧着(appressed)していた。
分生子は、1細胞性で表面は粗面、形状は長楕円形(long ellipsoidal)から紡錘形(fujiform)となった。
分生子は、鎖状に連なった。
長期培養の検体からもテレオモルフの形成は確認されなかった。
(2)MEA寒天プレート
菌糸は、ビロードからフェルト状でwhite(A1)を呈し、平坦なコロニー形状を示した。
培養開始後3日目より分生子によるコロニー色調の変化が認められ、greenish grey−dull green(26C−D2−4)の分生子を形成した。
裏面色調は、表面とほぼ同様となった。
培養一週間の生育は、55mm程度に達した。
滲出液(exudate)及び可溶性色素(soluble pigment)の産生は、認められなかった。
長期培養の検体からもテレオモルフの形成は確認されなかった。
(3)G25N寒天プレート
菌糸は、ビロードからフェルト状でwhite(A1)を呈し、平坦なコロニー形状を示した。
培養開始後3日目より分生子によるコロニー色調の変化が認められ、Greenish grey−dull green(26C−D2−4)の分生子を形成した。
裏面色調は、表面とほぼ同様となった。
培養一週間の生育は、4mmに達した。
滲出液(exudate)及び可溶性色素(soluble pigment)の産生は、認められなかった。
長期培養の検体からもテレオモルフの形成は確認されなかった。
【0019】
また、ペニシリウム・エスピーGALA22の28SrDNA−D2の塩基配列は、次のとおりである。
【0020】
【0021】
【発明の実施の形態】
【0022】
次に、ペニシリウム・エスピーGALA22によるアラビノオリゴ糖含有物の製造方法について説明する。
まず、ペニシリウム・エスピーGALA22を培養し、アラビノオリゴ糖生成酵素を調製する。
【0023】
該本菌株の培養は、炭素源、窒素源、無機塩類等を含む液体培地あるいは固形培地を用いて好気的条件下で実施する。
炭素源としては、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕などのアラビナン含有繊維分などが使用される。
これら繊維分は、粉砕処理などを実施したものを用いることもできる。
窒素源としては、微生物により利用可能な窒素化合物、例えば酵母エキス、ペプトン、麦芽エキス、コーンスティープリカー等が使用される。
無機塩類としては、例えば硫酸マグネシウム、硝酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、水酸化カルシウム等の塩類が使用される。
尚、これらの炭素源、窒素源、無機塩類の他に、更に必要に応じて、糸状菌の生育に必要な各種の有機物、無機物を添加することができる。
上記の培地での培養方法は、固体培養あるいは液体培養の何れを用いても良いが、振盪培養あるいは発酵糟等を用いた通気攪拌培養が望ましい。
培養温度は、生育出来る範囲内なら特に限定されないが、30℃付近が望ましい。
培養pHは、生育出来る範囲内なら特に限定されないが、pH3〜5付近が望ましい。
培養時間は、特に限定されないが、24〜168時間程度が望ましい。
【0024】
上記のようにして培養した後、培養物中から、目的物であるアラビノオリゴ糖生成酵素を採取及び精製するには、通常使用されている周知の手段、例えば濾過、遠心分離、イオン交換またはゲル濾過クロマトグラフィー、脱塩、膜濃縮、膜分離等の操作を必要に応じて適宜組み合わせて用いることができる。
一例を挙げれば、培養液から濾過、遠心分離等によって菌体を除去し、透析膜による脱塩操作を行なったものを酵素液として用いることができる。
ここで、酵素液は回収し、繰り返し使用することも可能である。
【0025】
アラビノオリゴ糖含有物は、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕などのアラビナン含有繊維分に、上記の方法で得られた酵素液を加えることにより糖化を行うことで製造する。
反応温度は、酵素が失活しない範囲内、即ち20〜70℃、好ましくは40〜60℃の範囲がよい。
酵素反応pHは、酵素の至適条件下で反応を行うことが望ましく、pH3〜9、好ましくはpH4〜7の範囲とする。
反応時間は、使用するアラビナン含有繊維分の組成や形状と酵素添加量に依存するが、通常3〜72時間に設定するのが作業上好ましい。
反応が進むにつれ、アラビナン含有繊維分が加水分解され、アラビノオリゴ糖が生成、遊離するので、これを反応終了後、常法によって反応液中から分離する。
即ち、かかる場合に当該分野において通常使用されている周知の手段、例えば濾過、遠心分離、イオン交換または吸着クロマトグラフィー、膜濃縮、膜分離、溶媒抽出、減圧濃縮、結晶化等の操作を必要に応じて適宜組み合わせて用いることができる。
一例を挙げれば、反応液から濾過、遠心分離等によって繊維分等の残渣を除去し、次いでこの溶液を活性炭で処理して着色物質などを除き、更にイオン交換樹脂により脱イオンした後、濃縮してシロップあるいは粉末状にすることができる。
【0026】
次に、本発明を実施例等により詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0027】
【実施例1】
【0028】
a)酵素液の調製
粉砕処理したビート搾汁粕2.0g、リン酸二水素カリウム0.3g、硫酸マグネシウム0.05g、コーンスティープリカー0.05gからなる培地100mlを含む500ml容坂口フラスコに、スラントから白金耳でペニシリウム・エスピーGALA22を、1エーゼ接種した。
30℃、125rpmで96時間振盪培養した後、遠心分離(5000G、10分)及びフィルター濾過(孔径0.45μm)により、菌体及び培地残渣を除去した。
続いて、分画分子量5000の透析膜にて、24時間透析した溶液を酵素液とした。
【0029】
b)アラビノオリゴ糖含有物の製造
2mlマイクロチューブに、上記で調製した酵素液0.5ml、200mM酢酸緩衝液(pH5.0)0.5ml及び粉砕処理したビート搾汁粕0.02gを加え、200rpm、50℃、24時間振盪した。
5分間の煮沸で酵素を失活させた後、遠心分離(5000G、5分)とフィルター濾過(孔径0.45μm)により有用糖質を含む溶液を得た。
この溶液中の構成糖は、高速陰イオンクロマトグラフィー(HPAEC)分析により測定した。
その結果、ビート搾汁粕1g当たり、61.7mgのアラビノオリゴ糖が生成、遊離したことが確認された。
【0030】
【比較例1】
【0031】
農産副産物を分解利用する微生物アスペルギルス・ニガーIFO06662、アスペルギルス・ニガーIFO01540、アスペルギルス・ニガーIFO1543及びアスペルギルス・アワモリIFO1617の4種類の菌株を用いて、実施例1と同様の条件及び操作方法で、酵素液を調製した。
得られた各酵素液を用いて実施例1と同様の条件及び操作方法で、ビート搾汁粕を分解し、ビート搾汁粕からの生成、遊離糖量を測定した。
その結果は、次のとおりであった。
【0032】
アスペルギルス・ニガーIFO6662は、10.9mgであった。
アスペルギルス・ニガーIFO1540は、8.3mgであった。
アスペルギルス・ニガーIFO1543は、10.4mgであった。
アスペルギルス・アワモリIF01617は、11.5mgであった。
【0033】
上記の全ての菌株においてビート搾汁粕1g当たり約10mgのオリゴ糖が生成、遊離したことが確認された。
これに対し、実施例1では、ビート搾汁粕1g当たり61.7mgのオリゴ糖が得られている。
したがって、本発明の製造法により、ビート搾汁粕などを直接作用させるため、効率的にアラビノオリゴ糖を得ることができることが確認された。
【0034】
【実施例2】
【0035】
a)酵素液の調製
ビート搾汁粕を粉末状に加工したビートファイバー(日本甜菜製糖製)20.0g、リン酸二水素カリウム3.0g、硫酸マグネシウム0.5g、コーンスティープリカー0.5gからなる培地1リットルを含むジャーファーメンター(サクラ精機製、培養槽容量1.5L)に、ペニシリウム・エスピーGALA22を培養したスラントへ、滅菌水5mlと消泡剤を数滴入れ懸濁させたものを無菌的に植菌し、温度30℃、pH5.0、通気量0.5L/min、回転数300rpmで72時間通気撹拝培養した。
培養終了後、遠心分離(5000G、10分)及び孔径0.45μmのフィルターにより、菌体及び培地残渣を除去した。
続いて、分画分子量10000の限外濾過膜にて、20倍量まで濃縮した溶液を酵素液とした。
【0036】
b)アラビノオリゴ糖含有物の製造
20ml用のバイアル瓶へ、上記で調製した酵素液0.35mlに50mM酢酸緩衝液(pH5.0)9.25gと粉砕処理したビート搾汁粕0.4gを加えて、50℃、24時間、マグネティックスターラーにて撹拌した。
5分間の煮沸で酵素を失活させた後、遠心分離(5000G、5分)とフィルター濾過(孔径0.45μm)により、有用糖質を含む溶液を得た。
溶液中の糖組成は、高速陰イオンクロマトグラフィー(HPAEC)分析により測定した。
ビート搾汁粕1g中からの各構成糖の遊離糖量(mg)を、次に示す。
【0037】
アラビノースが、36.2mgであった。
アラビノビオースが、31.1mgであった。
アラビノトリオースが、22.4mgであった。
アラビノテトラオースが、6.4mgであった。
アラビノペンタオースが、1.0mgであった。
アラビノヘキサオースが、1.1mgであった。
アラビノヘプタオースが、2.1mgであった。
アラビノオクタオースが、1.0mgであった。
ガラクツロン酸が、29.9mgであった。
その他の単糖が、1.9mgであった。
【0038】
上記結果に示すように、本実施例においては、アラビノビオース及びアラビノトリオースを主成分とするアラビノオリゴ糖が、ビート搾汁粕1g当たり、65.1mg生成、遊離したことが確認された。
【0039】
【比較例2】
【0040】
ビート搾汁粕を酸加水分解し、アラビノオリゴ糖の生成量を測定した。
即ち、20ml用のバイアル瓶へ、0.1N塩酸9.6gに粉砕処理したビート搾汁粕0.4gを加え、121℃、1気圧、1時間の加水分解処理をした。
この溶液を水酸化ナトリウムで中和した後、遠心分離(5000G、5分)とフィルター濾過(孔径0.45μm)することにより有用糖質を含む溶液を得た。
溶液中の糖組成は、高速陰イオンクロマトグラフィ一(HPAEC)分析により測定した。
ビート搾汁粕1g中からの各構成糖の遊離糖量(mg)を、次に示す。
【0041】
アラビノースは、147.7mgであった。
アラビノビオースは、2.3mgであった。
アラビノトリオースは、0.3mgであった。
アラビノテトラオースは、0.7mgであった。
アラビノペンタオースは、0.0mgであった。
アラビノヘキサオースは、0.0mgであった。
アラビノヘプタオースは、0.0mgであった。
アラビノオクタオースは、0.0mgであった。
ガラクツロン酸は、15.5mgであった。
その他の単糖は、72.1mgであった。
【0042】
上記結果に示すとおり、本比較例においては、アラビノビオリゴ糖は殆ど見られず、アラビノースばかり生成、遊離したことが確認された。
【0043】
【比較例3】
【0044】
繊維質を分解する市販酵素を用いて、ビート搾汁粕を分解し、アラビノオリゴ糖の生成量を測定した。
即ち、20ml用のバイアル瓶へ、50mM酢酸緩衝液(pH5.0)9.58g、粉砕処理したビート搾汁粕0.4gおよびスミチームARS(新日本化学工業製)0.02gを加え、50℃、24時間、マグネティックスターラーにて撹拌した。
5分間の煮沸で酵素を失活させた後、遠心分離(5000G、5分)とフィルター濾過(孔径0.45μm)により有用糖質を含む溶液を得た。
溶液中の糖組成は、高速陰イオンクロマトグラフィ一(HPAEC)分析により測定した。
ビート搾汁粕1g中からの各構成糖の遊離糖量(mg)を、次に示す。
【0045】
アラビノースは、90.0mgであった。
アラビノビオースは、1.1mgであった。
アラビノトリオースは、2.3mgであった。
アラビノテトラオースは、0.0mgであった。
アラビノペンタオースは、0.0mgであった。
アラビノヘキサオースは、0.0mgであった。
アラビノヘプタオースは、0.0mgであった。
アラビノオクタオースは、0.0mgであった。
ガラクツロン酸は、1.1mgであった。
その他の単糖は、13.8mgであった。
【0046】
上記結果に示すとおり、本比較例においては、アラビノビオリゴ糖は殆ど見られず、アラビノースばかり生成、遊離したことが確認された。
【0047】
【発明の効果】
【0048】
本発明によると、ビート搾汁粕やリンゴ搾汁粕などのアラビナン含有繊維分の有効利用が可能になり、効率的にアラビノオリゴ糖含有物の製造が可能になる。また、農産副産物の有効利用への道を切り開くことで、廃棄物を減らすことが可能になり、廃棄物の処理による環境への影響も低減しうる。
Claims (4)
- FERMP−18941として寄託されているペニシリウム・エスピーGALA22を培養してオリゴ糖生成酵素を調製し、該オリゴ糖生成酵素を用いてアラビナン含有繊維分を加水分解し、オリゴ糖を製造することを特徴とする、ペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法。
- オリゴ糖がアラビノオリゴ糖である、請求項1に記載のペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法。
- 前記アラビナン含有繊維分として、ビート搾汁粕を用いる、請求項1または2に記載のペニシリウム・エスピーによるオリゴ糖含有物の製造方法
- FERMP−18941として寄託されているペニシリウム・エスピーGALA22を培養して調製した、アラビナン含有繊維分を基質とするオリゴ糖含有物生成酵素液。
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