JP4830031B2 - 転移酵素、糖質の製造方法、配糖体の製造方法、転移酵素の製造方法 - Google Patents

転移酵素、糖質の製造方法、配糖体の製造方法、転移酵素の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は転移酵素に関する。より詳しくは、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースのいずれか1種以上を含む糖液に作用して、α1,2グルコシド結合、α1,3グルコシド結合を有する糖質を製造可能な耐熱性転移酵素に関する。
従来、安価な澱粉を原料にした糖質として、澱粉を軽度に分解したデキストリンや、さらに分解の程度を高くしたマルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖が知られている。α−1,4グルコシド結合(以後、α1,4結合と記載)を主成分とするデキストリンやマルトオリゴ糖は低甘味性や保湿性が高いなどの特徴を利用して甘味料や各種たれ、ソースなど食品に広く利用されている。
また、α−1,6グルコシド結合(以後、α1,6結合と記載)を分子内に有するイソマルトオリゴ糖は低甘味性や保湿性などのマルトオリゴ糖の特徴に加え、ビフィズス菌の選択増殖活性や虫歯になりにくいなどの生理効果が知られており、その特徴を生かして飲料や菓子など幅広く食品に応用されている。このように食品物性の改良および生理機能の付与を目的として幅広く利用されている澱粉由来の糖質は、その殆どがα1,4、α1,6結合で構成されている。
一方、α−1,2、α−1,3グルコシド結合(以後、α1,2結合、α1,3結合と記載)を有する糖質についてはその効率的な調製方法に関する報告がまだ少なく、前述ほど広範囲な食品への利用には至っていないが、最近になってこのような結合様式を含有するオリゴ糖が様々な機能性を有することが報告され、新規な澱粉由来のオリゴ糖としての可能性が注目されている。
α1,2結合を有する糖質については、還元力が弱くメイラード反応性が弱い、う蝕原性菌によって酸醗酵されないなどの機能性(非特許文献1)が報告されている。
α1,3結合を有する糖質に特徴的な機能としては、食塩を含む食品の”塩かど”を緩和し、低食塩下での嗜好性を改良する食品風味改良剤(特許文献1)や、食品用の色素退色防止効果(特許文献2)などの物性改良剤としての用途のほか、生理機能として、ラクトバチルス属由来の菌と併用することによりインターロイキン12の産生を誘導する免疫賦活効果(特許文献3)やニゲロオリゴ糖を与えることにより、病原菌に暴露された植物が、病原菌に対する自己免疫作用として、抗菌作用を有するファイトアレキシンを植物体内に誘導蓄積させる機能(特許文献4)などが報告されている。このような様々な機能性を有するα1,2、α1,3結合を有する糖質の製造方法として、以下の例が挙げられる。
α1,2結合を有する糖質の製造法としては、β−D−グルコース1−リン酸とグルコースにコージビオースホスホリラーゼを作用させて、オリゴ糖を製造する方法(特許文献5)が開示されている。本酵素は産業への応用に十分な耐熱性を有しているが、反応液中には、目的とするオリゴ糖以外にもグルコース、リン酸が多く残存しており、目的とするオリゴ糖を得るためには、高度に精製する必要があるため実用化は考えられていない。
α1,3結合を有する糖質の製造法としては、Acremonium sp.由来の真菌を培養して得られるα−グルコシダーゼの転移反応により、オリゴ糖を製造する方法(特許文献6)が開示されている。本酵素は確かに特異な基質特異性を有しているが、酵素の熱安定性が低く、55℃で30分の処理により約65%に低下する。他にもα−1,3結合を生成しα1,6結合を生成しないα−グルコシダーゼがAcremonium由来の真菌に知られている(特許文献7)。しかし、酵素の熱安定性が低く、60℃で15分の処理により約20%に低下する。また、上記のAcremonium sp.由来の酵素とシクロデキストリン生成酵素を用いて重合度11〜35のグルカンを製造する手法が知られている(特許文献8)。
α1,2結合、α1,3結合を有する糖質の製造法としては、Paecilomyces lilacinus由来の真菌を培養して得られるα−グルコシダーゼの転移反応により、オリゴ糖を製造する方法(特許文献9)が開示されている。本酵素は確かに特異な基質特異性を有しているが、酵素の熱安定性が低く、65℃で30分の処理により50%に低下する。
Aspergillus属のαグルコシダーゼは、Aspergillus niger(非特許文献2)、Aspergillus oryzae(非特許文献3)、Aspergillus nidulans(非特許文献4)などにその存在が知られている。しかしいずれの酵素もα1,4結合、α1,6結合の転移活性が強く、α1,2結合、α1,3結合を優先的に生成する性質を持つ酵素は知られていない。
特開平10−210949号公報 特開2000−189101号公報 特開平11−228425号公報 特開平10−36210号公報 特開平10−304882号公報 特開平7−59559号公報 特許第4197604号公報 特許第4397965号公報 特開2003−169665号公報
日本応用糖質科学会2001年度大会講演要旨集 第48巻 413ページ、2001年 Carbohydrate Research 第185巻 147ページ 1989年 The Journal of Biological Chemistry 第196巻 265ページ 1951年 Applied and Environmental Microbiology 第68巻 1250ページ 2002年
このように、従来の方法は生成物の精製負荷が高いことや、生成に用いる酵素の耐熱性に問題がある。特に耐熱性については、種々の分解度の澱粉分解物に酵素を作用させてα1,2結合、α1,3結合を有する糖質を製造すること考えると、65℃で安定な酵素反応が望まれる。
これに関して、『酵素応用の知識』 初版 80乃至129ページ 1986年 「糖質関連酵素とその応用」の「糖質関連酵素」の項において、「工業的な糖化条件では、55℃以下では雑菌汚染の危険性が伴い、糖化反応中にpHが低下する。」と記載されているように、澱粉を原料とし、長時間にわたる酵素反応の場合、55℃以下の温度の反応条件では、雑菌汚染により反応液がpH低下し、反応途中で酵素失活することが懸念され、リゾチーム等の添加による雑菌汚染防止や反応液のpH調整を必要とする場合もある。
また、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の分解度の指標は、一般的に、固形物当りの還元力の大きさで表しており、デキストロース・エクイバレント(Dextrose equivalent、以後DEと記載)という数値で示される。この値の小さいものは分子が大きく高粘度で、反応温度が低い場合には、高分子成分が会合し、不溶化物の生成も懸念される。
なお、反応温度の高温化は、基質と生産物の溶解度を上げて単位体積当たりの仕込量を多くすることができる。酵素反応速度が早くなり反応時間の短縮化ができる等の利点があり、コスト的にも有効である。
そのため、65℃で十分な安定性を持つ耐熱性酵素を用いた、α1,2結合、α1,3結合を含有する糖質の新規製造法が望まれている。そこで、本発明は、澱粉分解物に作用してα1,2結合、α1,3結合を生成する、65℃で十分な安定性を持つ耐熱性酵素、及びそれを用いた、α1,2結合、α1,3結合を含有する糖質の新規製造法を提供することを主目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するため、種々の分解度の澱粉分解物に作用し、α1,2結合、α1,3結合を生成する産業上有意な耐熱性を持つ酵素の実現に期待を込めて、この酵素を生産する微生物を広く検索してきた。
その結果、Aspergillus属の菌株、特に、Aspergillus niger属菌株またはAspergillus awamori属菌株が、65℃で十分な耐熱性を持つ新規酵素を産生することを見出した。本菌株を適当な条件で培養し、得られた酵素を、澱粉分解物を基質として反応させると、α1,2結合、α1,3結合を有する糖転移物を生成する活性を持つことを見出し、これらの知見に基づいて本発明を完成した。
係る知見に基づいて成された本発明は、α−グルカンと、α−グルコオリゴ糖と、グルコースとからなる群より選択されるいずれか1種以上の糖類に作用して、α1,2結合を有する糖質と、α1,3結合を有する糖質を生成し、65℃以上の温度で酵素反応可能な耐熱性のAspergillus属由来の転移酵素を提供することである。
本発明の転移酵素は、耐熱性が50〜65℃のいずれかの温度でpH5.0、30分間保持において、90%以上の残存活性を有するものが含まれる。
また、本発明の転移酵素は、下記の理化学的性質を有するものが含まれる。
(1)作用:マルトース、ニゲロース、コージビオース、マルトオリゴ糖などα−グルコオリゴ糖および、アミロース、可溶性澱粉などのα−グルカンの非還元末端側のα−グルコシド結合を分解し、グルコースを遊離する。また、スクロースを分解する活性を持つ。更に、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液に作用して、α1,2グルコシド結合、α1,3結合グルコシドを有する糖質を産生する。
(2)分子量:SDS−ゲル電気泳動法により、48,000、59,000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、pI4.9〜5.5
(4)至適温度:pH4.0、10分間反応で、65℃
(5)至適pH:50℃、10分間反応で、pH3.5
(6)温度安定性:pH4.0、30分間保持で、65℃では初期活性の90%以上の残存
(7)pH安定性:4℃、24時間保持で、pH3.0〜5.0
本発明の転移酵素は、Aspergillus niger属菌株またはAspergillus awamori属菌株のいずれか一方から生産することもできる。
本発明の転移酵素は、酵素をコードするアミノ酸配列に、配列I:LLVEYQTDERLHVMIYDADEEVYQVPESVLPR、配列II:TWLPDDPYVYGLGEHSDPMR、配列III:IPLETMWTDIDYMDKR、配列IV:VFTLDPQR、配列V:WASLGAFYTFYR、とからなる配列群より選択されるいずれか1以上の配列を含有するものがある。
本発明は、上記いずれかの転移酵素を、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖に作用させ、α1,2結合を有する糖質と、α1,3結合を有する糖質を生成した後、前記糖質を採取して糖質を製造することもできる。
また、本発明は、澱粉部分分解物に、上記のいずれかの転移酵素を作用させ、α1,2結合を有する糖質と、α1,3結合を有する糖質を生成した後、前記糖質を採取することもできる。
前記澱粉部分分解物は、澱粉質を前記転移酵素以外の酵素又は酸によって部分的に加水分解して得られるものである。
更に、受容体糖分子に直鎖オリゴ糖を転移させる不均一化反応(Disproportionation反応)を触媒する酵素、及び/又は枝切酵素、及び/又はグルコアミラーゼを作用させることも可能である。
本発明によれば、食物繊維含有量が30%以上とすることができる。更に、糖質を採取するに際し、塩型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を用いることもできる。
前記転移酵素を前記糖又は前記澱粉分解物に作用させる工程は、60〜80℃で行うことが好ましい。
また、上記いずれかの転移酵素を、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液とグルコースの誘導体に作用して、配糖体を採取することもできる。
本発明は、上記いずれかの転移酵素産生能を有するAspergillusに属する微生物を栄養培地中で培養して、当該転移酵素を生成させ、得られる培養物から当該転移酵素を採取することが可能である。
本発明の転移酵素は、50〜65℃の高温でも転移酵素の残存活性が高いので、α1,2結合、α1,3結合を有する糖転移物を高温で製造することができる。リン酸等の余分な副生成物も生成されないから、糖質を高度に精製する必要が無い。
本発明の転移酵素の電気泳動写真(a)と、推測されるアミノ酸配列(b) 本発明の転移酵素の一例、温度と酵素活性との関係を示すグラフ。 本発明の転移酵素の一例、pHと酵素活性との関係を示すグラフ。 本発明の転移酵素の一例、温度安定性のグラフ 本発明の転移酵素の一例、pH安定性のグラフ 本発明の転移酵素を用いてマルトースを原料とした反応の一例、反応液の重合度分布を示すHPLCチャート(a)、反応液2〜3糖中の糖構造異性体を示すHPLCチャート(b)。 本発明の転移酵素を用いてマルトースを原料とした反応の一例、重合度分布の経時変化を示すグラフ(a)、α1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖、Prosky値の経時変化を示すグラフ(b) 本発明の転移酵素により生成された糖反応液のHPLCチャート。
<本発明の酵素の説明>
本発明は、このように、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む澱粉分解物等の糖原料に作用してα1,2結合、α1,3結合を有する糖質を生成する特性を持った、耐熱性のAspergillus属の転移酵素と、本酵素を用いた糖転移物の製造法に関するものである。
本発明の転移酵素は、後述するようにαグルコシド結合を加水分解する酵素であるから、以下本発明の転移酵素をα−グルコシダーゼ、又は本酵素とも称する。
なお、本発明においてα1,2結合を含む糖質とは、分子内にα1,2結合を一箇所以上含む2糖以上の糖質を意味し、α1,2結合のみからなるオリゴ糖の他、α1,2結合とそれ以外の結合とからなるオリゴ糖も含む。
具体的には、2糖であるコージビオース[O−α−D−グルコピラノシル−(1→2)−O−D−グルコピラノース]]、三糖類であるコージビオシルグルコース[O−α−D−グルコピラノシル−(1→2)−O−α−D−グルコピラノシル−(1→4)−D−グルコピラノース]などが例示できる。また、メチル化分析法(Journal of Biochemistry 第55巻 205ページ 1964年)により、3糖以上の成分についても、その構造中に1,2結合が含有されるか判断できる。
本発明においてα1,3結合を含む糖質とは、分子内にα1,3結合を一箇所以上含むことを意味し、α1,3結合のみからなるオリゴ糖の他、α1,3結合とそれ以外の結合とからなるオリゴ糖も含む。具体的には、二糖であるニゲロース[O−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−O−D−グルコピラノース]のほか、三糖類であるニゲロシルグルコース[O−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−O−α−D−グルコピラノシル−(1→4)−D−グルコピラノース]、ニゲロトリオース[O−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−O−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−D−グルコピラノース]などが例示できる。また、メチル化分析法により、3糖以上の成分についても、その構造中に1,3結合が含有されるか判断できる。
3糖以上の成分でその構造中に1,2結合や1,3結合が含有されるかの判定には、酵素−HPLC法(Journal of AOAC International 第85巻 435ページ 2002年、もしくは、栄養表示基準における栄養性分等の分析方法について 平成11年4月26日衛新第13号)で算出される食物繊維含有量(Prosky値)によっても判断することができる。
澱粉糖におけるグルコース間の結合様式は、α1,4結合、α1,6結合であり、通常の澱粉糖には1,2結合や1,3結合は殆ど存在しない。上記の酵素−HPLC法を用いた分析例より、澱粉を酸焙焼すると、1,2結合及び/又は1,3結合(α、βの結合様式は不明)の含有量が増加し、Prosky値が上昇することが知られている(Journal of Applied Glycoscience 第49巻 479ページ 2002年)が、本発明では転移酵素によりα1,2結合およびα1,3結合の糖質を顕著に増加させるのである。
本発明における転移酵素は65℃では90%以上の残存活性を持ち、α−グルカン、マルトオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液に作用して、α1,2結合、α1,3結合を含む糖質を生成する作用を示す酵素であればよく、
糸状菌(Absidia、Acremonium、Actinomadura、Alternaria、Aspergillus、Chaetomium、Coprinus、Coriolus、Geotrichum、Humicola、Monascus、Mortierella、Mucor、Nocardiopsis、Oidiodendron、Penicillium、Rhizomucor、Rhizopus、Trichoderma、Verticillium)
担子菌(Coliolus、Corticium、Cyathus、Irpexs、Polyporus、Pycnoporus、Trametes)、
細菌(Aeromonas、Agrobacterium、Alcaligenes、Agrobacterium、Alteromonas、Arthrobacter、Bacillus、Brevibacterium、Chromobacterium、Corynebacterium、Crypnohectria、Erwinia、Escherichia、Flavobacterium、Klebsiella、Lactobacillus、Lactococcus、Leuconostoc、Microbacterium、Micrococcus、Pimelobacter、Plesiomonas、Protaminobacter、Pseudomonas、Serratia、Streptococcus、Streptoverticillium、Sulfolobus、Thermus、Xanthomonas)
放線菌(Actinomadura、Actinomyces、Actinoplanes、Amycolatopsis、Eupenicillium、Nocardiopsis、Streptomyces、Thermomonospora)
酵母(Aureobasidium、Candida、Irpex、Kluyveromyces、Pycnoporus、Saccharomyces、Trichosporon)など食品製造にて使用例のある株が望ましい。
中でもAspergillus niger属菌株またはAspergillus awamori属菌株等のAspergillus属が好ましく、それらの中でも、
Aspergillus niger(ATCC 10254)、Aspergillus niger van Tieghem var. niger fsp. hennebergii Blochwitz ex Al−Musallam(NBRC 4043)、Aspergillus awamori(ATCC 14331)などが好適な菌株として挙げられる。
本発明においてAspergillus属の菌を用いて、目的とする転移酵素を得るに際しては、その培養には、公知の手法が適宜に採用され、例えば液体培養及び固体培養の何れもが任意に用いられ得るものである。
本発明で使用する微生物は野生株に限らず、上記野生株を紫外線、エックス線、放射線、各種薬品[NTG(N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン)、EMS(エチルメタンスルホネート)等]などを用いる人工的変異手段で変異した変異株も、α1,2結合、α1,3結合を有する糖質を産生する耐熱性の転移酵素である限り、使用できる。
Aspergillus属の菌を用いた培養に際して用いられる培地の炭素源としては、例えば、グルコース、フルクトース、ショ糖、乳糖、澱粉、グリセリン、デキストリン、レシチン等が、単独で又は組み合わせて用いられ、また、窒素源としては、有機及び無機の窒素源の何れもが利用可能であり、そのうち、有機窒素源としては、例えば、ペプトン、酵母エキス、大豆、きなこ、米ぬか、コーンスティープリカー、肉エキス、カゼイン、アミノ酸等が用いられ、一方、無機窒素源としては、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸‐アンモニウム、リン酸二アンモニウム、塩化アンモニウム等が用いられることとなる。更に、そのような培地に添加される無機塩や微量栄養素としては、例えば、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、鉄、亜鉛、カルシウム、マンガンの塩類の他、ビタミン等を挙げることが出来る。また、上記の各種成分を含有する培地成分として小麦ふすま等の天然物を用いることも可能である。
Aspergillus属の菌を用いた培養は、一般に10〜40℃の温度で行なわれるが、好ましくは25〜30℃の培養温度が有利に採用され、更に、培地pHは2.5〜8.0であれば良い。そして、必要な培養期間は、菌体濃度、培地pH、培地温度、培地の構成等によって異なるが、通常、4日〜9日程度であり、目的物である転移酵素が最大に達した頃に、その培養が停止される。
このようにして、微生物を培養した後、本発明の酵素を回収する。本酵素の活性は、培養物の菌体と培地の両方に認められ、公知の方法によって精製して利用することができる。一例として、培養液の処理物を濃縮した粗酵素標品を透析後、東ソー(株)社製ゲル「TOYOPEARL DEAE−650M」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、GEヘルスケア・ジャパン(株)社製カラム「HiLoad 16/60 Superdex 200pg」、「HiLoad 16/60 Superdex 75pg」を連結させたゲル瀘過クロマトグラフィー、次に、GEヘルスケア・ジャパン(株)社製カラム「MonoP 5/200 GL」を用いた等電点クロマトグラフィーを行うことで、電気泳動的に単一な酵素を得ることができる。
Aspergillus由来の酵素を用いた場合の酵素化学的性質は以下のとおりである。
(1)作用
本酵素は基質の非還元末端のα−グルコシド結合をエキソ型に切断するα−グルコシダーゼで、α1,4結合以外にα1,2結合、α1,3結合の加水分解を行う一方、糖供与体からのグルコース残基を糖受容体のグルコース残基の2,3,4位いずれかの水酸基に転移する糖転移反応も行う。
α−グルコシル基が4位の水酸基に転移した転移生成物は、本酵素によって再び分解されるため、最終的に転移生成物としてα1,2、α1,3結合を有する糖質が蓄積される。また、グルコース骨格を持つ誘導体、OH基を有する化合物を受容体とした場合でも、糖転移活性も持つ。従って、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコース等に、グルコース誘導体を加えた基質に作用して、配糖体を採取することができる。基質としては、澱粉、アミロース、アミロペクチン,グリコーゲン、デキストリン、などのα−グルカン、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、マルトオリゴ糖、コージビオース、ニゲロースなどα−グルコオリゴ糖、グルコースを使用することができる。
(2)分子量
Native-ゲル電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem)より、分子量97,000ダルトンであった。
SDS-ゲル電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem)より、分子量48,000、59,000ダルトンの2本のバンドが見られた。
(3)等電点
本酵素を等電点既知の標準タンパク質とともに等電点電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem)を行った結果、本酵素の等電点はpI:4.9〜5.5であり、中心値が5.2であった。
(4)至適温度
pH4.0、10分間の反応で、65℃であった。
(5)至適pH
50℃、10分間の反応で、pH3.5であった。
(6)温度安定性
65℃、30分の処理で、初期活性の90%以上残存した。
(7)pH安定性
4℃、24時間の保存で、pH3.0〜5.0であった。
<糖質製造方法の具体例>
以下に本発明の酵素利用法の具体例を説明するが、本発明の酵素利用法は特に限定されるものではない。
菌体及び培養液から取得した本発明の転移酵素を、基質であるα−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種からなる糖原料に作用させることにより、α1,2、α1,3結合を有する糖質を取得することができる。
α1,2結合、α1,3結合を含有する糖質を効率よく生産することのできる 基質としては、澱粉、アミロース、アミロペクチン,グリコーゲン、デキストリン、などのα−グルカン、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、マルトオリゴ糖、コージビオース、ニゲロースなどα−グルコオリゴ糖、グルコースを使用することができる。
また、澱粉、アミロペクチン、アミロースなどの澱粉質をアミラーゼ又は酸などによって部分的に加水分解して得られる澱粉分解物を用いてもよい。
澱粉を部分的に加水分解するアミラーゼとしては、例えば、Handbook of Amylases and Related Enzymes (パーガモン・プレス社 東京 1988年)に記載されている、α−アミラーゼ、マルトペンタオース生成アミラーゼ、マルトヘキサオース生成アミラーセなどが用いられる。これらアミラーゼとプルラナーゼ及びイソアミラーゼなどの枝切酵素を併用することも有利に実施できる。
グルコースを基質として用いた場合、他の基質の場合と異なり,加水分解反応の逆反応である縮合反応によって,α1,2結合、α1,3結合を含有する糖質を生産することができるが,その収率は転移反応に比べて低いため、経済性の点からマルトース以上の糖質が望ましい。
α−グルコシル基の受容体としては、非還元末端にグルコース残基を有していればよく、具体的にはグルコース、マルトース、マルトトリオース、コージビオース、コージトリオース、コージビオシルグルコース、ニゲロース、ニゲロトリオース、ニゲロシルグルコース、イソマルトース、イソマルトトリオース、パノース、セロビオース、ソホロース、ラミナリビオース、ゲンチオビオース、トレハロース、スクロースなどが挙げられる。また、グルコースの誘導体やOH基を持つ化合物も受容体となりうる。
本発明のα1,2結合、α1,3結合を生成する酵素を基質に作用させる際に、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、などで加水分解したり、ブランチングエンザイム、グルコシルトランスフェラーゼ、不均一化反応を触媒する酵素{サイクロデキストリン・グルカノトランスフェラーゼ(以後CGTaseと記載)、アミロマルターゼ}などを作用させて、分子量や、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可能である。
これらの酵素の中でも、50℃〜65℃でも失活しない耐熱性酵素を選択すれば、本発明の転移酵素と一緒に作用させる際に、50℃を超える高温で処理できる。
これらの酵素は、α1,2結合、α1,3結合を生成する転移酵素と同時に作用させても良いし、別々に反応させても良い。他の酵素が澱粉分解酵素の場合、本発明の転移酵素と同時に作用させると、澱粉部分分解物の生成と、当該分解物からの糖生成とが同時に進行する。また、得られたα1,2結合、α1,3結合を有する糖質を水素添加し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。
反応における基質濃度は、反応液中に溶解する濃度であればよく、1〜80質量%の範囲、より効率よく糖質を得るためには30〜60質量%の条件で行うのが望ましい。
反応に用いられる温度としては酵素が反応液中で安定である温度域ならばよく、60〜80℃、望ましくは60℃から70℃で行うのが適当である。反応に用いられるpHは、通常pH3.5〜7.0、望ましくはpH4.0〜6.0で行うのが適当である。
反応に用いる酵素濃度は濃いほうが反応時間の短縮が図れて都合がよい。酵素濃度が薄いとα1,2結合、α1,3結合を有する糖質の収率が悪くなる。
α1,2結合、α1,3結合を持つ糖質を含有する反応液は、常法により、瀘過、遠心分離などして不溶物を除去した後、活性炭で脱色、H型、OH型イオン交換樹脂で脱塩し、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、高度な精製をすることも随意である。例えば、イオン交換カラムクロマトグラフィーによる分画、活性炭カラムクロマトグラフィーによる分画することにより、高純度化することもできる。
イオン交換カラムクロマトグラフィーとしては、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塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いる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、夾雑糖類を除去して高含有画分を採取する方法が有利に実施できる。この際、固定床方式、移動床方式、疑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。
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
<分析方法>
本酵素の活性はマルトースを基質とした加水分解活性にて評価した。
本酵素の分解活性として、マルトースを基質とした加水分解活性は、以下のように測定した。20mM マルトース 100μLに対して、200mM酢酸緩衝液(pH4.0)を16μL、酵素溶液を84μL加え、50℃で10分間反応させた後、沸騰浴で5分間処理することで反応を停止した。反応液に生成したグルコース量をグルコースCIIテストワコー(和光純薬工業製)にて測定した。1分間に1μmolのマルトースを分解する酵素量を1Uと定義した。
本酵素に各種基質を作用させた反応液の組成分析は、以下の分析法を用いて実施した。
反応液の重合度分布は以下の条件でゲルろ過カラムによる分析にて行った。
HPLC測定条件 : カラム;三菱化学CK04S、
カラム温度 : 65℃、
移動層組成 : D.W.(蒸留水)
検出 : RI(示差屈折検出機)
流速 : 0.35mL/分
得られた組成物の2、3糖成分における、α1,2結合を有するオリゴ糖(コージビオース、コージビオシルグルコース)、α1,3結合を有するオリゴ糖(ニゲロース、ニゲロシルグルコース、ニゲロトリオース)は、糖の還元末端を標識化するりん酸−フェニルヒドラジン法(特許第2846059号公報)にて分析を行った。
各ピークは、あらかじめ同条件で分析した標準糖の溶出時間と比較して同定し、ピーク面積より生成量を算出した。
なお、2糖類の標準糖は市販試薬を用い、3糖類の標準糖には市販試薬と以下の手法で得られる組成物を用いた。ニゲロトリオース、ニゲロシルグルコースはBiochimica et Biophysica Acta 第1700巻 189ページ 2004年に記載された手法に従い調製し標品とした。コージビオシルグルコース、ニゲロシルグルコースは特開2003−169665号公報に記載された手法に従い調製し標品とした。
具体的な分析方法は、以下のように行った。
HPLC測定条件 : カラム: Unison UK−Amino 250×4.6mm (インタクト(株)社製)
カラム温度 : 35℃
検出機 :蛍光検出器 Ex 330nm、Em 470nm
流速 :溶離液:1.0mL/分、反応液:0.4mL/分
得られた組成物全体において、1,2結合、1,3結合の糖質が含有されるか評価するためには、メチル化分析法(Journal of Biochemistry 第55巻 205ページ 1964年)を行った。
得られた組成物の3糖以上の成分に1,2結合、1,3結合の糖質が含有されるか評価するために、酵素−HPLC法(Journal of AOAC International 第85巻 435ページ 2002年、もしくは、栄養表示基準における栄養成分等の分析方法について 平成11年4月26日衛新第13号)を行った。本分析法で検出される3糖以上の成分を食物繊維含有量(Prosky値)とした。
Journal of Applied Glycoscience 第49巻 479ページ 2002年の分析例では、αグルカンの分子中に1,2結合、1,3結合が存在すると糖質のProsky値が高くなることが知られている。そのため、この分析法で検出される3糖以上の成分には1,2結合、1,3結合が存在すると考えられる。
<参考例:低いDE成分の老化性と反応温度の関係>
コーンスターチを常法によりαアミラーゼを用いて液化させ、濃度30%、DE10の澱粉液化液を得た。次いで、この澱粉液化液を50、55、60、65、70℃の各温度に保存して反応を継続させDE28まで分解した。なお、DEは粉糖関連工業分析法、(株)食品化学新聞社に記載された手法にて測定した。
反応終了時に塩酸を添加し、反応液をpH4.0に調整して80℃に1時間保存することによりαアミラーゼを失活させた。得られた各反応液中の異物を除去するため、φ9cmのヌッチェにろ布を張り、ろ過助剤(セライトKC580、米国、セライト社製)を20g重層してケーキを作成し反応液を通過させた。得られたサンプルの分解性、性状を評価するため、濁度(分光光度計UV−1200、島津製作所、1cm石英セル)を測定した。その結果を下記表4に記載する。
表4に示すように、65℃以上の反応温度であれば濁度に大きな変化はみられない。60℃では濁度に変化が確認され、55℃以下の反応では大幅な濁度の上昇がみられた。反応温度が低下するに従い、澱粉液化液中の分子量が大きく結晶性の高い成分が析出し、酵素が作用できなくなったため、濁度の上昇がみられたと考えられる。以上より、低いDE成分(特にDE0〜20)での酵素反応では、65℃以上の反応温度で行うのが望ましいことがわかる。
<実施例1:ATCC10254株由来転移酵素の生産>
培地として、澱粉:2%、ペプトン:0.25%、酵母エキス:0.25%、大豆粉:1%、リン酸一カリウム:0.03%、硫酸マグネシウム:0.01%、塩化カルシウム:0.01%、及び塩化ナトリウム:0.01%を含み、pH=6.5としたものを準備し、その100mLを、500mL容の三角フラスコに入れて、蒸気滅菌した後、Aspergillus niger ATCC 10254株を植菌し、30℃の温度で3日間、振とう培養を行なった。
上記の種を滅菌水で80倍に希釈し、その10mLを、500mLの三角フラスコ内に収容した、オートクレーブ滅菌した10gの小麦ふすまに移植せしめ、水分が均一になるようによく攪拌した後、30℃で4日間、固体培養を行なった。培養終了後、100gの滅菌水で小麦ふすまを洗浄し、16,000×g, 30分、4℃で遠心して不溶物を除いた。酵素活性を上記<分析方法>に記載したマルトース分解活性にて評価した結果、培地原料1gあたり53Uの活性を得た。
<実施例2:ATCC10254株由来転移酵素の精製>
実施例1の手法にて得られる培養液1.8L、9,700Uを濃縮し、以下の4段階のクロマト分離を行った。
(1)陰イオン交換クロマトグラフィー(1回目):培養液を限外ろ過により20mM酢酸ナトリウム緩衝液pH5.5に置換し、0.2μmのフィルターを通過したものを酵素原液として用いた。分離樹脂はTOYOPEARL DEAE−650M(東ソー(株)社製)を用い、樹脂量(以後CVと記載)は100mLとした。
初発の緩衝液として20mM 酢酸ナトリム緩衝液pH5.5を用いて、0→0.4M 塩化ナトリウムの直線的濃度勾配(8CV)で溶出し、上記<分析方法>で記載したマルトース分解活性を含む画分を回収した。
(2)陰イオン交換クロマトグラフィー(2回目): (1)で得られたフラクションを回収し、限外ろ過により(1)と同じ組成の初発緩衝液に置換し、再度陽イオン交換樹脂による分離を行った。CV=25mL、0→0.25M 塩化ナトリウムの直線的濃度勾配(10CV)の直線的濃度勾配で溶出し、マルトース分解活性を含む画分を回収した。
(3)ゲルろ過クロマトグラフィー: 上記(2)の工程で得られたフラクションを回収し、次にゲルろ過クロマトグラフィーによる精製を行った。分離はHiLoad 16/60 Superdex 200pg(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製)を2本と、HiLoad 16/60 Superdex 75pg(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製)1本を連結したカラムで行った。サンプルは限外ろ過によって0.2Mの塩化ナトリウムを含む20mM 酢酸緩衝液pH5.5 に置換すると同時に、1mLまで濃縮した。同じ組成のバッファーで平衡化したカラムに供して、得られたフラクションから、マルトース分解活性を含む画分を回収した。
(4)等電点クロマトグラフィー(クロマトフォーカシング): 上記(3)の工程で得られたフラクションを回収し、クロマトフォーカシングを行った。カラムはMonoP 5/200 GL(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製)を使用した。初発バッファーは0.025M ヒスチジン−塩酸緩衝液pH5.5、溶出バッファーはPolybuffer74−塩酸緩衝液pH3.5(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製)を使用してpH5.5から3.5の勾配によるクロマトグラフィーを行い、2Uのマルトース分解活性を含む画分を回収した。
得られた画分はNative−ポリアクリルアミドゲルゲル電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem、以後Native−PAGEと記載)にて純度を評価した結果を図1a(左方)に示す。97,000ダルトンの単一バンドであった。
<実施例3:ATCC10254株由来転移酵素の性質>
実施例2の方法で得られた酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem、以後SDS−PAGEと記載))にて分析した結果を図1a(右方)に示す。分子量48,000、59,000の2本が検出された。Native−PAGEによる結果と比較すると、本酵素はヘテロダイマーの構造を持つと考えられた。
また、等電点電気泳動(GEヘルスケア・ジャパン(株)社製、PhastSystem)にて分析し、等電点は約4.9〜5.5であった(中心値が5.2)。蛋白質が糖鎖等の修飾を受けているために、広い分布を示すと考えられる。
<最適温度、最適pH>
本酵素活性に対する温度、pHの影響を上記<分析方法>に記載したマルトース分解活性の測定方法に準じて調べた。pHの影響の評価では酢酸緩衝液の代わりにブリトン−ロビンソン緩衝液を用いて実施した。
その結果を図2(温度の影響)、図3(pHの影響)に示した。酵素の至適温度はpH4.0、10分間反応で65℃、至適pHは50℃、10分間反応で3.5であった。
<温度安定性、pH安定性>
本酵素活性に対する温度、pHの安定性を上記<分析方法>に記載したマルトース分解活性の測定方法に準じて調べた。pHの安定性の評価では酢酸緩衝液の代わりにブリトン−ロビンソン緩衝液を用いて実施した。
温度安定性は酵素溶液(20mM酢酸緩衝液、pH4.0)を各温度に30分間保持し、氷水にて冷却後、残存する酵素活性を評価した。pH安定性は酵素溶液(各pHの20mMブリトン−ロビンソン緩衝液)を4℃、24時間保持し、pHを4.0に調整した後、残存する酵素活性を評価した。
それぞれの結果を図4(温度安定性)、図5(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は65℃では初期活性の95%以上残存し、70℃では90%以上残存していた。pH安定性は3.0〜5.0の範囲であった。
<基質特異性>
本酵素の基質特異性を50℃、pH4.0の条件にて評価した。下記表5に示す。
マルトースや、コージビオース、ニゲロース、スクロースなどの2糖類、および、重合度2〜7のマルトオリゴ糖、アミロース、可溶性澱粉などには良好に作用してグルコースを生成する。特にα1,3結合を有する2糖類であるニゲロースが最も良好な基質である。
重合度2〜4のイソマルトオリゴ糖、パノース、αサイクロデキストリン、アミロース、グリコーゲンについては作用性が低下する。パラニトロフェニルα−グルコシド、メチルα―グルコシド、γ−シクロデキストリン、についてはわずかに反応がみられた。トレハロース、β−サイクロデキストリンには全く反応がみられなかった。
<金属イオンの影響>
本酵素の各金属イオンの影響を上記<分析方法>に記載したマルトース分解活性の測定方法に準じて実施した。各種イオンを反応系に添加して測定した結果を下記表6に示す。
本酵素は亜鉛イオン、銅イオンによりその活性を阻害される。EDTAは本酵素のマルトース分解活性には影響を与えなかった。
<アミノ酸配列>
本酵素に含まれるアミノ酸配列を以下の方法で分析した。SDS−PAGEのゲルから、タンパク質のバンドを切り出し、還元アルキル化処理でタンパク質分子中のS−S結合を切断した後、トリプシン消化によってペプチド断片化して分析サンプルを調製した。LC/MS(高速液体クロマトグラフ質量分析計、Agilent 1100シリーズ、アジレント・テクノロジー(株)社製)に供した。Aspergillus niger CBS 513.88株の配列と比較した結果、分子量59,000のバンドからは以下の配列が含有されると予測された。
配列I:LLVEYQT DERLHVMIYDADEEVYQVPESVLPR、
配列II:TWLPDDPYVYGLGEHSDPMR、
配列III:IPLETMWTDIDYMDKR、
配列IV:VFTLDPQR
また、分子量48,000のバンドからは以下の配列が含有されると予測された。
配列V:WASLGAFYTFYR
上記配列と、既知の酵素アミノ酸配列との比較結果を図1bに示す。Aspergillus nigerの生産するα−グルコシダーゼは複数種あることが予測されている(Nature Biotechnology 第25巻 第221ページ 2007年)。 図1bに記載したアミノ酸配列はそのうち1種(Gene agdB、Accession no.An01g10930)である。
本発明の転移酵素は図1bの下線部で示した配列、すなわち配列番号64−95、146−165、295−310、312−319、619−630の5箇所でGene agdBの配列と一致が見られるため、Gene agdBである可能性が高い。
Gene agdBには、本発明の転移酵素のような、基質特性、転移特性、耐熱特性等があるということは今まで全く見出されていない。
比較配列として、既知のα1,4、α1,6結合オリゴ糖生成酵素(Aspergillus niger由来α−グルコシダーゼ、Gene agdA、Accession no.:ang_An04g06920、Agricultural and Biological Chemistry 第55巻 2327ページ 1991年)、 α1,3、α1,6結合オリゴ糖生成酵素(Lactobacillus johnsonii由来α−グルコシダーゼ、Gene ljag31、Biochimie 第91巻 1434ページ 2009年)、 α1,2、α1,3結合オリゴ糖生成酵素(ソバ由来α−グルコシダーゼ 特開2002−65273号公報、Agricultural and Biological Chemistry 第32巻 929ページ 1968年)、とのアミノ酸配列の比較を行ったところ、これらの酵素には本発明の転移酵素と一致する配列は存在しなかった。また、上記酵素の耐熱性は、Aspergillus niger由来の酵素では65℃、15分で40%以下に低下する。 Lactobacillus johnsonii由来の酵素では55℃、10分で20%以下に低下する。ソバ由来の酵素では65℃、10分で活性は残存していない。以上より耐熱性が劣っていた。
α1,3結合オリゴ糖生成酵素:Acremonium sp由来α−グルコシダーゼ(特開平7−59559及び特開平11−9276号公報に記載、株名:S4G13)は、配列III,IV,Vと類似する配列を有していたが、各配列III,IV,Vにおいて、本発明の転移酵素と2個の差異があった。このαグルコシダーゼは、α1,3結合、α1,4結合を有する糖質を生成するが、α1,2結合転移は殆ど見られず、しかも上述したように耐熱性が劣る(55℃、30分で活性が65%に低下)。
他のα1,3結合オリゴ糖生成酵素:Acremonium implicatum由来α−グルコシダーゼ(Biochimica et Biophysica Acta 第1700巻 第189ページ 2004年、及び特開2004−173650号広報)では、配列III,IV,Vと類似する配列を有していたが、配列III,IVにおいて本発明の転移酵素と2個の差異、配列Vにおいて1個の差異があった。このαグルコシダーゼは、α1,3結合、α1,4結合を有する糖質を生成するが、α1,2結合転移は殆ど見られず、耐熱性が劣る(60℃、15分で活性がなくなると記載)。
従って、上記配列I〜Vのいずれか1以上と一致する物が、耐熱性を備え、かつ、新規の糖組成物を生産可能なことが分かる。なお、α1,2、α1,3結合オリゴ糖生成酵素(Paecilomyces lilacinus由来α―グルコシダーゼ 特開2003−169665号公報)の配列は公開されていなかった。
<実施例4:精製酵素によるマルトースの転移物>
実施例2の方法で得られた精製酵素、0.5mL(0.7U/mL)を、45%マルトース1mLに作用させ(最終濃度30%)、65℃で反応を開始した。
所定時間反応後に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。
この反応液中の重合度分布を上記<分析方法>に記載したゲルろ過クロマトグラフィーで分析した。また、2糖、3糖の異性体の組成を<分析方法>に記載したポストカラム法にて分析し、2種のHPLCより各成分の組成を算出した。反応開始後48時間における2種のHPLC分析におけるクロマトグラムを図6a、図6bに示す。
反応開始後48時間での分子量分布は、単糖(DP1)25.2%、2糖(DP2)29.5%、3糖(DP3)20.8%、4糖以上(DP4+)24.5%となった。2、3糖中の異性体分析より、α1,2結合を有する低分子糖質(以後、α1,2結合オリゴ糖と記載)が15.6%、α1,3結合を有する低分子糖質(以後、α1,3結合オリゴ糖と記載)が14.9%となった。コージオリゴ糖のうち二糖類であるコージビオースが11.2%、三糖類であるコージビオシルグルコースが4.4%得られた。ニゲロオリゴ糖のうち二糖類であるニゲロースが8.5%、三糖類であるニゲロトリオースが2.5%、ニゲロシルグルコースが3.9%であった。2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は61%となっていた。
また、上記<分析方法>に記載した手法に従い、Prosky値を算出した結果、31%となった。反応液では3糖以上(DP3+)の成分は45.3%となることより、DP3+成分中の66%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
反応開後の72時間までの経時変化を図7a、図7bに示す。重合度(DP)分布では、基質であるマルトースが減少と共に3糖成分が生成し、続いてさらに重合度が増加していく。DP3、DP4+成分の合成と共に、α1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の増加がみられ、同様にProsky値も増加する。そのため、α1,2結合、α1,3結合を有する糖質の生成量は反応時間と共に転移物として蓄積してくることがわかる。
<実施例5:粗酵素によるマルトースの転移物>
実施例1の方法で得られた粗酵素、0.5mL(4.0U/mL)を、45%マルトース1mLに作用させ(最終濃度30%)、65℃で反応を開始した。反応開始72時間後に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。
この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様の手法を用いて行った。
その結果を下記表7に示す。実施例4と同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ、反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は52%となっていた。
また、Prosky値を算出した結果、31%となり、反応液3糖以上の成分中の61%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
<実施例6:他のAspergillus属由来転移酵素の調製>
Aspergillus niger van Tieghem var. niger fsp. hennebergii Blochwitz ex Al−Musallam(NBRC 4043)、Aspergillus awamori(ATCC14331)を用いた以外は、実施例1と同様に液体培地による前培養、固層培地による本培養を行い、培養1g当たり、41U、35Uの活性を持つ培養抽出液を得た。
それぞれの抽出液より、実施例2の方法に準じて、2回の陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィーを行い、部分精製酵素を得た。これらの酵素の性質を実施例3にて記載した手法に従い評価した。ATCC10254株の場合とともに表8にまとめた。
これらの部分精製酵素を用いて、実施例5に従って、マルトースを基質とした場合の転移反応を行い、その生成物の組成を分析した結果、ATCC10254由来の酵素の場合と同様にα1,2結合、α1,3結合を有する糖質が生成することを確認した。
<実施例7:精製酵素によるマルトペンタオースの転移物>
実施例2の方法で得られた精製酵素、0.5mL(0.7U/mL)を、45%マルトペンタオース1mLに作用させ(最終濃度30%)、65℃で反応を開始した。反応開始72時間後に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様な手法を用いて行い、各成分の組成分析を行った。分析結果を表9に示す。
実施例4同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ、反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は54%となっていた。また、Prosky値を算出した結果、44%となり、反応液3糖以上の成分中の75%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
<実施例8:精製酵素による液化液の転移物、αアミラーゼ、枝切酵素との同時反応>
高分子のαグルカンを基質とした転移反応は以下のように行った。DE10の30%(W/W)コーンスターチ液化液100gをpH6.0に調整した。液温65℃にて、実施例2の方法で得られた精製酵素を0.7U/gDS(DS:Dry Solid basis、乾燥固形物基準)、αアミラーゼ(ターマミル120L、ノボザイムズ社製)0.01%/gDS、枝切酵素(クライスターゼPLF、天野エンザイム社製)0.1%/gDSを添加し、72時間反応した。
反応開始72時間後に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様な手法を用いて行い、各成分の組成分析を行った。分析結果を表10に示す。
実施例4と同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ、反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は57%となっていた。
また、Prosky値を算出した結果、55%となり、反応液3糖以上の成分中の77%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
<実施例9:粗酵素による液化液の転移物、αアミラーゼ、枝切酵素との同時反応、ゲルろ過カラムによる分離>
高分子のαグルカンを基質とした転移反応は以下のように行った。DE10の30%(W/W)コーンスターチ液化液100gをpH6.0に調整した。液温65℃にて、実施例1の方法で得られた粗酵素を4.0U/gDS、αアミラーゼ(ターマミル120L、ノボザイムズ社製)0.01%/gDS、枝切酵素(クライスターゼPLF、天野エンザイム社製)0.1%/gDSを量添加し、72時間反応した。
反応開始72時間後に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様な手法を用いて行い、各成分の組成分析を行った。分析結果を表11に示す。
実施例4と同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ、反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は53%となっていた。
また、Prosky値を算出した結果、55%となり、反応液3糖以上の成分中の74%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
Prosky値の測定で得たサンプルを精製・濃縮し、固形分1gの処理物を得た。サンプルをゲルろ過樹脂Bio−Gel P2(バイオラッド社製)を充填したゲルろ過カラム(φ6cm×100cm)に添加してクロマト分離を行い、3糖以上の成分を回収した。常法により精製、濃縮、凍結乾燥をして0.2gの分画物を得た。
分画したサンプルに含有する結合様式を確認するため、<分析方法>に記載したメチル化分析をおこなった。結果を下記表12に示す。Prosky値として算出される3糖以上の成分中には1,2結合、1,3結合が含有されることが分かる。
<実施例10:粗酵素(ATCC14331由来)による液化液の転移物、αアミラーゼ、枝切酵素との同時反応、擬似移動層クロマト分離装置による分離>
実施例6の方法で得られたAspergillus awamori(ATCC14331)由来の粗酵素を用い、実施例9に記載した手法で高分子のαグルカンを基質にした反応を実施した。この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様な手法を用いて行い、各成分の組成分析を行った。分析結果を表13に示す。
実施例4と同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計44%となっていた。また、Prosky値を算出した結果、55%となり、反応液3糖以上の成分中の65%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。
得られた反応液DS30%、50kgをpH5.0に調製し、αアミラーゼ(ターマミル120L、ノボザイムズ社製)を3%/gDS、グルコアミラーゼ(AMG300、ノボザイムズ社製)を8%/gDS添加して、60℃で1時間反応した。酵素分解後のサンプルを精製・濃縮し、固形分10kgの処理物を得た。
酵素処理物は塩型強酸性カチオン交換樹脂(FX1040オルガノ社製)を充填した連続式クロマト分離装置(トレソーネ、オルガノ社製)により分離を行い、3糖以上の成分を分画し、常法により精製、濃縮、噴霧乾燥を行い、固形分2kgの分画物を得た。分画したサンプルの糖組成はDP1、DP2、DP3、DP4+が、0.0、0.0、27.1、72.9%となった。また、<分析方法>に記載した手法に従い、Prosky値を算出した結果、93%となった。
得られたサンプルに含有する結合様式を確認するため、実施例9と同様にメチル化分析を行った。結果上記表14に示す。クロマト分画物には1,2結合、1,3結合が存在することがわかる。
<実施例11:粗酵素による液化液の転移物、枝切酵素、CGTaseとの同時反応>
高分子のαグルカンを基質とし、CGTaseと組み合わせた転移反応は以下のように行った。DE10の30%(W/W)コーンスターチ液化液100gをpH6.0に調整した。液温60℃にて実施例1で得られる粗酵素4.0U/gDSと、枝切酵素(クライスラーゼPLF、天野エンザイム社製)を0.2%/gDSと、CGTase(コンチザイム、天野エンザイム社製)を0.8%/gDS所定量添加し、72時間反応した。
反応終了時に沸騰浴槽で10分間加熱し、酵素を失活させた。この反応液中の重合度分布、2糖、3糖の異性体分析を実施例4と同様な手法を用いて行い、各成分の組成分析を行った。分析結果を表15に示す。
実施例4と同様にα1,2結合オリゴ糖、α1,3結合オリゴ糖の生成がみられ、反応液の2糖、3糖成分中のα1,2結合オリゴ糖とα1,3結合オリゴ糖の割合の合計は56%となっていた。
また、Prosky値を算出した結果、74%となり、反応液3糖以上の成分中の79%はα1,2、α1,3結合を持つ糖質が含有されると考えられた。実施例9〜10における分析と同様に、構成分子中に1,2、1,3結合が生じていると推定される。
<実施例12:精製酵素によるグルコース誘導体の反応>
糖供与体として30%マルトース、受容体としてN−アセチルグルコサミン(GlcNAc)3%を含む、20mM 酢酸緩衝液pH6.0、10gに対して、実施例3で調製した精製酵素を0.7U/gDS作用させ、65℃、24時間反応させた。反応終了時に沸騰浴槽で10分間加熱して酵素を失活させて、下記条件の HPLC分析を行った。
カラム:Unison UK−Amino 3um 250×4.6mm
カラム温度:40℃
溶離液:75%アセトニトリル
流速:1.0ml/分
検出機:UV(280nm)
HPLC分析のチャートを図8に示す。溶出時間4.7分付近のGlcNAcのピークに対して、溶出時間6.0分、7.5分に新たなピークが生じ、重合物が形成されたことがわかる。チャートの面積比より、GlcNAcの25%が配糖化されていることが判明した。また、GlcNAcのみを基質として酵素を作用させた場合にはこのような重合物はみられなかった。
本発明の転移酵素は、α1,2、1,3結合の糖質の生成能が高く、耐熱性も高いことから、工業的に利用する糖質製造酵素としての価値を有する。
本発明の転移酵素を用いて生成された糖質は、飲料や菓子等の食品だけでなく、医薬、化粧品、家畜飼料等広い分野で添加剤として使用することができる。また、その糖質は、水に分散しやすく、飲料や食品等の添加剤として利用価値が高い、水溶性食物繊維としての利用も可能である。

Claims (14)

  1. 下記の理化学的性質を有し、かつα−グルカンと、α−グルコオリゴ糖と、グルコースとからなる群より選択されるいずれか1種以上の糖類に作用して、α1,2グルコシド結合を有する糖質と、α1,3グルコシド結合を有する糖質を生成し、65℃以上の温度で酵素反応可能な耐熱性のAspergillus属由来の転移酵素。
    (1)作用:α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液に作用して、α1,2グルコシド結合、α1,3グルコシド結合を有する食物繊維を含有する糖質を産生する。
    (2)分子量:SDS−ゲル電気泳動法により、48,000、59,000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、pI4.9〜5.5(中心値が5.2)。
    (4)温度安定性:pH4.0、30分間保持で、65℃では初期活性の90%以上の残存。
    (5)pH安定性:4℃、24時間保持で、pH3.0〜5.0。
    (6)至適pH:50℃、10分間反応で、pH3.5。
  2. 耐熱性が50〜65℃のいずれかの温度でpH4.0、30分間保持において、90%以上の残存活性を有することを特徴とする請求項1記載の転移酵素。
  3. 下記の理化学的性質を有する請求項1又は請求項2記載の転移酵素。
    (1)作用:マルトース、ニゲロース、コージビオース、マルトオリゴ糖のα−グルコオリゴ糖、および、アミロース、可溶性澱粉のα−グルカンの非還元末端側のα−グルコシド結合を分解し、グルコースを遊離する。また、スクロースを分解する活性を持つ。更に、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液に作用して、α1,2グルコシド結合、α1,3グルコシド結合を有する食物繊維を含有する糖質を産生する。
    (2)分子量:SDS−ゲル電気泳動法により、48,000、59,000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、pI4.9〜5.5(中心値が5.2)。
    (4)至適温度:pH4.0、10分間反応で、65℃。
    (5)至適pH:50℃、10分間反応で、pH3.5。
    (6)温度安定性:pH4.0、30分間保持で、65℃では初期活性の90%以上の残存。
    (7)pH安定性:4℃、24時間保持で、pH3.0〜5.0
  4. Aspergillus niger属菌株から生産される請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の転移酵素。
  5. 酵素をコードするアミノ酸配列に、
    配列I:LLVEYQTDERLHVMIYDADEEVYQVPESVLPR、
    配列II:TWLPDDPYVYGLGEHSDPMR、
    配列III:IPLETMWTDIDYMDKR、
    配列IV:VFTLDPQR、
    配列V:WASLGAFYTFYR。
    となる配列群より選択されるいずれか1以上の配列を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の転移酵素。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の転移酵素と他酵素を、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖に作用させ、α1,2グルコシド結合を有する糖質と、α1,3グルコシド結合とを有する糖質を生成した後、前記糖質を採取する糖質の製造方法。
  7. 澱粉部分分解物に、請求項1乃至5のいずれか1項記載の転移酵素を作用させ、α1,2グルコシド結合を有する糖質と、α1,3グルコシド結合を有する糖質を生成した後、前記糖質を採取する糖質の製造方法。
  8. 前記澱粉部分分解物が、澱粉質を前記転移酵素以外の酵素又は酸によって部分的に加水分解して得られる請求項7記載の糖質の製造方法。
  9. 請求項6記載の他酵素が、受容体糖分子に直鎖オリゴ糖を転移させる不均一化反応(Disproportionation反応)を触媒する酵素、及び/又は枝切酵素、及び/又はグルコアミラーゼである糖質の製造方法。
  10. 食物繊維含有量(Prosky値)が全糖中の30%以上となる請求項6乃至請求項9のいずれか1項記載の糖質の製造方法。
  11. 前記糖質を採取するに際し、塩型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を用いることを特徴とする、請求項6乃至請求項10のいずれか1項記載の糖質の製造方法。
  12. 前記転移酵素を前記糖又は前記澱粉部分分解物に作用させる工程を、60〜80℃で行う請求項6乃至請求項11のいずれか1項記載の糖質の製造方法。
  13. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の転移酵素を、α−グルカン、α−グルコオリゴ糖、グルコースから選ばれる少なくとも一種を含む糖液とグルコースの誘導体に作用して、配糖体を採取することを特徴とする、配糖体の製造方法。
  14. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の転移酵素産生能を有するAspergillus属に属する微生物を栄養培地中で培養して、当該転移酵素を生成させ、得られる培養物から当該転移酵素を採取することを特徴とする、転移酵素の製造方法。
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JP2003250559A (ja) * 2002-02-28 2003-09-09 Univ Waseda 糖転移反応を触媒する新規な酵素をコードする遺伝子および当該酵素の製造方法
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