JPH0347076A - β―マンナナーゼおよびその製法 - Google Patents

β―マンナナーゼおよびその製法

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JPH0347076A
JPH0347076A JP21995189A JP21995189A JPH0347076A JP H0347076 A JPH0347076 A JP H0347076A JP 21995189 A JP21995189 A JP 21995189A JP 21995189 A JP21995189 A JP 21995189A JP H0347076 A JPH0347076 A JP H0347076A
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秋野 利郎
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信之 中村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規なβマンナナーゼ並びにその製造法に関す
る。更に詳しくは、バチルス属に属し、生育の至適pH
をアルカリ性に有する好アルカリ性の新規微生物を培養
して得られ、酵素反応の至適pHをアルカリ性に有する
菌体外β−マンナナーゼおよびその製造法に関する。
従来の技術 β−マンナナーゼは分子内にβ−1,4−Dマンノピラ
ノシド結合を持つホモおよびヘテロのβ−D−マンナン
であるマンナン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、
ガラクトグルコマンナンなどの主要骨格であるβ−1,
4−D−マンノピラノシド結合を任意に加水分解し、粘
性を低下せしめると同時に一連のマンノオリゴ糖を生成
する酵素である。
まず、β−1,4−D−マンナンを含むものとして、ア
イポリ−ナツツ(学名:フイテレファス・マクロカルバ
)やコロゾがよく知られている。その他β−1.4−マ
ンナン含有植物としてはヤシ科のフオエニクス・カナリ
エンシス、オーキス・マキュラタなどが知られている。
ガラクトマンナンはイナゴマメ及びグアーの種子に含ま
れる各々の粘質物、ローカストビーンガム及びグアーガ
ムが代表的なものであり、この二種のガラクトマンナン
は、そのままあるいは化学的な改質をほどこした後、工
業的に広く使用されている。また、ガラクトマンナンは
大豆、コーヒー豆、ムラサキウマゴヤシ、アカツメフサ
、コロハなどマメ科の植物にも多く含まれている。その
他のガラクトマンナン含有植物としてはゲニスタ・スコ
パリア、ブレデイラシャ・フエロラス、レウカエナ・グ
ラウカなどが知られている。
グルコマンナン含有物としてはコンニャク(学名ニアモ
ルフオファラス・コンニャク)が最も有名であるが、サ
トイモ科のアルム根、マツ属のジャックパイン、ラン科
の球根、ニジマツやハリモミなどのトウヒ属の植物など
が知られている。その他のグルコマンナン含有植物とし
ては、アスパラガス・オフィシナリス、エレムラス・ラ
スカス、エレムラス・レゲリー、エレムラス・スペクタ
ピリス、ファセオラス・アウレウスなどが知られている
。これらは、一般にアルカリ抽出法などにより得られて
いる。また、これらβ−D−マンナンは糊料あるいは増
粘剤として、食品工業や繊維産業で工業的に大量に消費
されているものである。
これらβ−D−マンナンを任意に加水分解する酵素とし
て知られているβ−マンナナーゼは、従来から多数の研
究者の研究対象とされており、非常に多くの微生物由来
のものが検討されてきた。
例えば、〔アトパンスズ イン カルボハイドレート 
ケミストリー アンド バイオケミストリー(Adva
nces in Carbohydrate Chem
istry  andBiochemistry)、 
 1976、 32. 299−316)特に、糸状菌
〔アクタ ケミ力 スカンジナビ力(Acta。
Chem、  5cand、)、  1968,22.
 1924; 濃化、  1969゜43、317;バ
イオケミカル ジャーナ/l/ (B iochem、
J、)、 1984. 219.857) 、放線菌〔
アグリカルチュラル アンド バイオロジカル ケミス
トリー(Agric、 Biol、 Chem、)、 
1984.48.2189〕、細菌〔ジャーナル オブ
 バイオケミストリー (J。
Biochem、)、 1982,91.1181 ;
特開昭57−65182号〕などの酵素が良く研究され
ている。
しかしながら、これらの酵素はいずれも温度安定性に劣
る場合や、培養に長時間必要なものが多く、該酵素を工
業的に安価に使用する場合に難点を残していた。
発明が解決しようとする問題点 天然界に再生可能な資源として大量に存在するβ−D−
マンナンの有効利用、特に該物質の酵素的加水分解によ
るマンノオリゴ糖やマンノース、グルコース、ガラクト
ースなどの糖類を効率良く回収利用するためには耐熱性
に優れ、かつβ−マンナンの各種植物からの抽出操作が
主にアルカリ性で行われていることから、中和操作を簡
略化し、かつ分解工程を単純化するためにも、アルカリ
側に酵素反応の至適pHを有することが好ましい。
さらに、高温度下で酵素反応を行うことにより腐敗を防
止したり、酵素反応速度を増大し、生成物の量産性を高
めるなどが期待できることから、至適温度も高温である
ことが望ましい。
しかしながら、既に述べたように、従来のβ−マンナナ
ーゼはいずれも温度安定性の点で不十分であったり、該
酵素の生成のためには長い培養時間が必要である等の欠
点を有しており、従ってこれら酵素を工業的規模で、β
−D−マンナンの加水分解生成物を得るために利用する
ことは困難であるか、コストの点で不満であった。
そこで、本発明の目的は上記のような酵素反応における
各種要件を満足し、β−D−マンナンの加水分解を、経
済的かつ工業的規模で実施することを可能とする新規な
β−マンナナーゼを提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、上記の新規なβ−マ
ンナナーゼの製造方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明者らは、工業的に使用するためのβ−マンナナー
ゼが具備すべきこれらの諸性質を有する酵素を生産する
能力を持つ微生物を得るべく広く天然界を検索した結果
、アルカリ性に生育の至適pHを有し、バチルス属に属
するいくつかの細菌が上記要件を備えた酵素を産生じ、
またこれを量産性良く産生ずることを見出し、本発明を
完成したものである。
即ち、本発明は、まず新規β−マンナナーゼを提供する
ものであり、これは以下のような理化学的緒特性を有し
ている。
(イ)作用: マンナン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、ガラク
トグルコマンナンのβ−1,4−D−マンノピラノシド
結合を非特異的に加水分解し、マンノオリゴ糖を生成す
る。
(ロ)基質特異性: β−マンナンに特異的に作用し、α−マンナンに作用し
ない。β−1,4−D−マンノテトラオース以上の分子
量をもつマンノオリゴ糖に作用し、これを加水分解する
(ハ)至適pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8〜10であり、60℃、30分間の加熱条
件下ではp)16〜10の範囲内で安定である。
(ニ)温度に対す・る安定性: pH8,0,30分間の加熱条件下では65℃まで安定
である。
(ホ)作用適温の範囲ニ 70℃近傍に至適作用温度を有する。
(へ)失活条件二 60℃、30分間の処理条件ではpH5,Oおよび12
.5で完全に失活する。また、pH8,0,30分間の
処理では、80℃で完全に失活する。
(ト)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀、エチレンジアミン四酢酸二ナト
リウム(EDTANa2)、尿素、ドデシル硫酸ナトリ
ウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸す) +Jウムに
より阻害を受ける。
(チ)クロマトフオーカシング法による等電点:5.3
〜5.4 (す)ゲルろ過法による分子量: 37、000±3.000 本発明は、さらに、上記の新規β−マンナナーゼの製法
にも関り、この方法によれば該β−マンナナーゼはバチ
ルス属に属し、上記β−マンナナーゼを菌体外生産する
微生物を培養し、培養液中に該酵素を生成・蓄積せしめ
、これを分離・精製することによって得ることができる
本発明の方法において使用する新規菌体外β−マンナナ
ーゼ生産菌株は本発明者等により新たに天然界から検索
・単離されたものである。これらの菌株ヲバージェーズ
 マニュアル オブ デターミナティブ バクテリオロ
ジー(Bergey’ sMannual of De
terminative’ Bacteriology
)、第8版およびザ・ジーナス・バチルス(The G
enusBacillus、米国、デパートメント オ
ブ アグリカルチャー(Dept、of Agrica
lture)版〕に従って同定すると、いずれも好気性
有胞子桿菌であり、運動性があり、周ペン毛を有し、ダ
ラム染色陽性もしくはバリアプル、カタラーゼテスト陽
性であることから、バチルス(Bacillus)属に
属することは明らかであったが、pH7,5〜11.5
のアルカリ性で良く生育することから、既知のバチルス
属菌とは分類学上異なる新菌株と考えた。
以下の第1表に単離した菌体外β−マンナナーゼ生産菌
の菌学的諸性質を示す。
第1表 尚、上記菌は工業技術院微生物工業技術研究所に、寄託
番号FERM P−8858(AM−044)として寄
託しである。
本発明の新規な菌体外β−マンナナーゼの製造法につき
更に詳しく説明する。上記のような菌体外β−マンナナ
ーゼ生産菌を適当な培地に接種し、菌体の生育温度の観
点から30〜40℃にて、48〜72時間、好気的に培
養するが、培地は炭素源、窒素源の他、必要に応じて無
機塩、微量栄養素等を含むものである。
まず、炭素源としては従来公知の各種材料を使用するこ
とができ、例えばコンニャク粉、ローカストビーンガム
、キャロブガム、グアーガムあるいはこれらを含有する
植物などを典型例として例示できる。
また、窒素源としても特に制限はなく、酵母エキス、ペ
プトン、肉エキス、コーンスティ、−7’ +Jカー、
アミノ酸液、大豆粕などの有機態窒素、あるいは硫安、
尿素、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウムなどの無機
態窒素などが安価かつ人手窓。
易なものとして例示できる。
尚、有機態窒素源は炭素源ともなることはいうまでもな
い。更に、このような炭素源、窒素源の他、一般に使用
されている各種の塩、例えばマグネシウム塩、カリウム
塩、リン酸塩、鉄塩等の無機塩、ビタミンなどを添加す
ることも可能である。
本発明の方法において使用するのに適した培地は、例え
ば1%のコンニャク粉、2%のポリペプトン、0.2%
の酵母エキス、0.1%のに、HPO。
および0.2%のMg5C)s・7H20を含有する液
体培地であり得る。
また、本発明の方法で使用する微生物の生育pHは塩基
性の範囲内であるので、適当なアルカリを用いて上記培
地のpH値を調整する必要がある。そのために0.5%
炭酸水素ナトリウムを典型例として挙げることができる
が、これに限定されず水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、水酸化カルシ
ウムなどのアルカリ試薬も使用できる。
本発明の方法において使用する菌はβ−マンナナーゼを
菌体外生産するので、生産されるβ−マンナナーゼは培
養液中に放出され、そこに蓄積される。これら菌の培養
はバッチ式、連続式のいずれによって行うこともでき、
生成される酵素の分離精製は例えば以下のようにして実
施することができる。
即ち、まず培養液中の菌体を遠心分離、濾過などで除去
した後、得られる上澄液(粗酵素液)をそのままβ−マ
ンナンの加水分解反応に適用することも可能であり、こ
れは経済的に有利である。
また、これを更に精製して使用することもできる。
そのためには、例えば硫安等による塩析、エタノール、
アセトン、インプロパツール等による溶媒沈殿法、限外
濾過法、ゲル濾過法、イオン交換樹脂等による一般的な
酵素精製法により精製することができる。
以下に、本発明のβ−マンナナーゼの好ましい精製法の
1例につき説明する。
好アルカリ性バチルス属に属するAM−044菌株を、
例えば上記のような培地に植菌し、37℃にて72時間
好気的に培養して得られる培養液に0.8%(w/v)
のセタブロン(セチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ド)を添加し、30分間放置後、7. QQQrpm。
0℃にて20分間遠心分離して菌体を除き、3βの上澄
液を得る。次いで、該上澄液に硫酸アンモニウムを加え
て75%飽和とし、4℃で一夜放置する。
生じた沈殿をろ別し、10mM燐酸緩衝液(pH7,0
)に溶解させ、−夜4℃で同緩衝液に対して透析する。
生じた沈殿を遠心分離して除いた上澄液を同上緩衝液で
平衡化したDEAE−1−ヨパール650Mに吸着させ
、0.1〜0.5Mのj軸C1を含む同上緩衝液の濃度
勾配法によって酵素を溶出する。溶出した活性画分を集
め、同上緩衝液に対して一夜4℃で透析した後、同上緩
衝液で平衡化したハイドロオキシアパタイトに吸着させ
る。ついで、0.4!、(リン酸緩衝液(pH8,0)
で酵素を溶出させ、活性画分を集めて、平均分画分子量
10.000の限外濾過膜を用いて濃縮する。濃縮酵素
は、高速液体クロマトグラフ用蛋白質分取精製用カラム
、ショデックス プロティン(SHODEX prot
ein) WS−2003、に充填し、10 m !、
4リン酸緩衝液(pH7,0)を用いて溶出する。かく
して得られた活性画分は濃縮した後再度同上刃ラムを用
いて同一条件で再度クロマトグラフィーにかけ、得られ
る活性画分を濃縮し、ポリアクリルアミドゲルディスク
電気泳動法〔アナルズ オブ ヂニューヨーク アカデ
ミーオブサイエンス(ANN。
N、Y、Acad、 Sci、)、1964.121.
404)において均一な酵素標品18mgが得られ、活
性収率は23%であった。
なお、β−マンナナーゼ活性の測定法並びに活性表示法
は以下の通りである。即ち、0.1Mのグリシン−Na
OHNaCl緩衝液(pH9,0) 0.4mlと1%
(W/V)のコンニャクマンナン水溶液Q、5mlに酵
素液Q、1mlを混合し、50℃で10分間反応させた
後、ソモギー[Somogyi;ジャーナル オブ バ
イオロジカル ケミストリー(J、 Biol、 Ch
em、)、  1952゜195、19 ’]液液1.
ml を添加して酵素を失活させた後、沸騰水浴中で加
熱する。10分後、水浴中で急冷し、ネルソン[:Ne
1son、  ジャーナル オブ バイオロジカル ケ
ミストリー(J、 Biol、 Chem、)。
1944、153..375)液1.Qmlを加えよく
撹拌した後、水を加えて10m1にする。着色度を紫外
光(波長:660nm)で100 t−t g /it
のマンノースをl”ift、:!:して測定する。酵素
活性の単位は前述の条件下で1分間に1MMolのマン
ノースに相当する還元糖を生成するのに要する酵素量を
1単位として表示する。
上記の菌株AM−044から得られる酵素の分子量は3
7、000±3.000である。尚、この分子量はゲル
濾過法で求めたものである。本発明のβ−マンナナーゼ
と、従来公知の微生物由来のβ−マンナナーゼの理化学
的性質および酵素化学的性質を比較して第2表に示す。
作用 天然界に多量に存在するβ−D−マンナンは、デンプン
と同様に、食品、繊維、農薬、化糖品等の各種分野で広
範に利用されている。ところで、このβ−D−マンナン
を有効利用するためには、これを効率良く加水分解し得
る酵素(β−マンナナーゼ)の開発が必要となる。即ち
、β−D−マンナンを高効率で加水分解し得る酵素を得
ることは、これを分解して有用なマンノオリゴ糖、マン
ノース、グルコース、ガラクトースなどの糖類とし、こ
れを回収、利用したり、あるいはβ−D=マンナン自体
として使用した後にこれを分解・除去するなどの目的の
ために重要である。
このような用途において、β−マンナナーゼは高温安定
性を有し、しかもアルカリ側に酵素反応の至適pHを有
するものであることが、工業的応用という観点から極め
て望ましい。
このような目的で、従来から様々な起源のマンナン加水
分解酵素が見出され、利用されてきたが、いずれも工業
的観点から十分満足し得るものではなかった。即ち、従
来研究され、また実用化されていた酵素はいずれも高温
安定性に劣るものであったり、酵素産生微生物の培養時
間が著しく長いものであった。
そこで、本発明者等は種々検索し、好アルカリ性バチル
ス属に属する細菌が有効なβ−マンナナーゼを高い生産
率で生産することを見出した。この酵素は、上記β−D
−マンナンの加水分解反応における諸要件をいずれも満
足するものであり、従来知られていた酵素の諸問題点を
いずれも解決した。
即ち、まず本発明のβ−マンナナーゼ酵素は上記微生物
により菌体外生産されるので、分離・精製法が極めて簡
単であり、労力、製造コストの点で大巾な改善が期待で
きる。
更に、高温安定性に1憂れ、しかもアルカリ側に酵素反
応の至適pHを有するので、アルカリ条件下で行われる
各種植物からのβ−マンナンの抽出操作後、中和操作等
を施すことなしに、そのまま酵素分解反応に付すること
が可能であるので、作業が著しく簡略化されると共に、
余分な試薬の使用が不用となるので、分解生成物の製造
コストも節減できる。
かくして、本発明の新規な酵素によれば、工業的規模で
のβ−D−マンナンの分解利用が可能となる。また、コ
ストパーフォーマンスの点でモ極めて有利である。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例 好アルカリ性細菌バチルスNo−AM−044株(FB
RMP−8858)を500m1容の三角フラスコ中の
やし搾油カス2%、大豆カス1%、KN○30.2%、
Na2HP0゜0.1%、!JgS○、・7H200,
02%および炭酸ソーダ0.5%を含む培養液100m
1 (pH1,00)に植菌し、40℃で50時間、2
5Or、 pom、  で振とう培養した。ついで該培
養液上澄中のβ−マンナナーゼ活性を、上記同様に測定
した結果、30単位/m 1であった。
発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の新規なβ−マンナナ
ーゼはアルカリ側に酵素反応の至適pHを有しかつ高温
安定性にも優れている。従って、β−マンナンの酵素分
解反応をアルカリ側で実施でき、このことはマンナン抽
出工程後ただちに酵素分解反応を行うことを可能とする
。更に、高温度下で酵素反応を実施し得ることから反応
速度を大巾に高めることができる。
かくして、本発明のβ−マンナナーゼによれば、工業的
に有利に、不要となったβ−D−マンナンの分解・廃棄
並びにその分解生成物の製造を行うことができ、高い分
解効率、分解生成物の生産性を達成でき、しかも製造コ
ストの節減を図ることが可能となる。
また、本発明のβ−マンナナーゼはこれを菌体外生産す
る好アルカリ性のバチルス属に属する微生物から得るこ
とができるので、分離・精製が容易であり、従って安価
に量産できるものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記の理化学的性質を有する新規β−マンナナー
    ゼ: (イ)作用: マンナン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、ガラク
    トグルコマンナンのβ−1,4−D−マンノピラノシド
    結合を非特異的に加水分解し、マンノオリゴ糖を生成す
    る。 (ロ)基質特異性: β−マンナンに特異的に作用し、α−マンナンに作用し
    ない。β−1,4−D−マンノテトラオース以上の分子
    量をもつマンノオリゴ糖に作用し、これを加水分解する
    。 (ハ)至適pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8〜10であり、60℃、30分間の加熱条
    件下ではpH6〜10の範囲内で安定である。 (ニ)温度に対する安定性: pH8.0、30分間の加熱条件下では65℃まで安定
    である。 (ホ)作用適温の範囲: 70℃近傍に至適作用温度を有する。 (へ)失活条件: 60℃、30分間の処理条件ではpH5.0および12
    .5で完全に失活する。また、pH8.0、30分間の
    処理では、80℃で完全に失活する。 (ト)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀、エチレンジアミン四酢酸二ナト
    リウム(EDTANa_2)、尿素、ドデシル硫酸ナト
    リウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウムによ
    り阻害を受ける。 (チ)クロマトフォーカシング法による等電点:5.3
    〜5.4 (リ)ゲルろ過法による分子量: 37,000±3,000
  2. (2)下記の理化学的性質: (イ)作用: マンナン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、ガラク
    トグルコマンナンのβ−1,4−D−マンノピラノシド
    結合を非特異的に加水分解し、マンノオリゴ糖を生成す
    る。 (ロ)基質特異性: β−マンナンに特異的に作用し、α−マンナンに作用し
    ない。β−1,4−D−マンノテトラオース以上の分子
    量をもつマンノオリゴ糖に作用し、これを加水分解する
    。 (ハ)至適pHおよび安定pH範囲: 至適pHは8〜10であり、60℃、30分間の加熱条
    件下ではpH6〜10の範囲内で安定である。 (ニ)温度に対する安定性: pH8.0、30分間の加熱条件下では65℃まで安定
    である。 (ホ)作用適温の範囲: 70℃近傍に至適作用温度を有する。 (ヘ)失活条件: 60℃、30分間の処理条件ではpH5.0および12
    .5で完全に失活する。また、pH8.0、30分間の
    処理では、80℃で完全に失活する。 (ト)阻害および活性化: 塩化第二水銀、硝酸銀、エチレンジアミン四酢酸二ナト
    リウム(EDTANa_2)、尿素、ドデシル硫酸ナト
    リウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウムによ
    り阻害を受ける。 (チ)クロマトフォーカシング法による等電点:5.3
    〜5.4 (リ)ゲルろ過法による分子量: 37,000±3,000 を有するβ−マンナナーゼ生産能を有し、生育の至適p
    Hをアルカリ性に有するバチルス属に属する微生物を培
    養し、該β−マンナナーゼを培養液中に生成・蓄積させ
    、これを採取することを特徴とする上記新規菌体外β−
    マンナナーゼの製造方法。
  3. (3)上記のβ−マンナナーゼ生産能を有する微生物が
    工業技術院微生物工業技術研究所に寄託番号FERMP
    −8858(AM−044)として寄託された菌株であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の方法
  4. (4)上記培養を30〜50℃の範囲内の温度下で好気
    的に行うことを特徴とする特許請求の範囲第2項または
    第3項に記載の菌体外βマンナナーゼの製造方法。
  5. (5)上記培養液のpHが、7.5〜11.5の範囲内
    にあることを特徴とする特許請求の範囲第2〜4項のい
    ずれか一項に記載の菌体外β−マンナナーゼの製造方法
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