JPH0655141B2 - 固定化酵素およびその製法 - Google Patents

固定化酵素およびその製法

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JPH0655141B2
JPH0655141B2 JP29368085A JP29368085A JPH0655141B2 JP H0655141 B2 JPH0655141 B2 JP H0655141B2 JP 29368085 A JP29368085 A JP 29368085A JP 29368085 A JP29368085 A JP 29368085A JP H0655141 B2 JPH0655141 B2 JP H0655141B2
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博 中山
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被包括酵素をプロテアーゼとともにフイブロ
インで包括してなる固定化酵素およびその製法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
酵素は、種々の反応に対して、基質特異性に優れ、かつ
効率の高い触媒であることから、有用物質の生産、食品
等の加工、臨床検査、医薬、化粧品等の多くの分野にお
いて盛んに用いられている。しかし、生体触媒である酵
素は、一般にその安定性がよくないという欠点を有して
いる。このような酵素を安定化させることは酵素の使用
に際して機能を充分に発揮させることとなり、かつその
保存時においても活性の低下を招かなくなるため極めて
重要である。
酵素の安定化法としては、従来より多くの研究がなされ
ており、一般には、酵素水溶液に、糖類、ポリオール
類、アルブミン、ゼラチン等の蛋白質を添加する方法や
基質,補酵素等のリガンド(配位子)を添加する方法が
知られており、これらを含ませた状態で、粉末状や顆粒
状に固体化することも行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記の方法では、安定化作用が穏やかであるた
め充分に満足しうるような効果が得られないのが実情で
ある。
酵素を安定化する他の方法として酵素の固定化法があ
る。この酵素の固定化については各種の方法があり、多
くの報告がなされている。本発明者らは、この固定化法
に関して絹フイブロインを包括材とする酵素の固定化法
を提案(特公昭56−38193号)している。この方
法は、各種の酵素を安定化させることが可能であるが、
包括法であつて酵素を絹フイブロインの微細な格子内へ
取り込むということにより安定化するものであるため、
高分子量物は上記格子を通過しにくく、したがつて、基
質が高分子量化合物である酵素の場合には、活性の発現
量が低いという難点を有していた。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、保存
安定性に優れ、しかも使用時に充分活性を発現しうる固
定化酵素およびその製法の提供をその目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、プロテアーゼ以
外の酵素を被包括酵素とし、この被包括酵素がプロテア
ーゼとともにフイブロインに包括されていることを特徴
とする固定化酵素を第1の要旨とし、プロテアーゼ以外
の酵素とプロテアーゼが溶解されているフイブロインの
水溶液を、塩析用の塩が溶解されている水溶液と混合し
て酵素を包括したフイブロイン粉末を析出させることを
特徴とする固定化酵素の製法を第2の要旨とする。
本発明者らは、先に述べた絹フイブロインを包括材とす
る酵素の固定化法の欠点を解消するため、さらに一連の
研究を重ねた結果、被包括酵素をプロテアーゼとともに
フイブロインに包括させると、被包括酵素の安定性を全
く損なうことなく、使用時に充分な活性を発現させうる
ことを見いだし本発明に到達した。
本発明の固定化酵素は、プロテアーゼ以外の酵素からな
る被包括酵素と、プロテアーゼと、フイブロインとを用
いて得られる。
上記被包括酵素は、特に限定されるものではないが、低
分子量基質に作用するものは、プロテアーゼを共存させ
る必要がないため、本発明の対象としても効果がない。
しかし、このような酵素であつても、特に保存性を目的
とし、使用時により高い活性を望む場合には、本発明を
適用する利点がある。しかしながら、本発明の効果が最
も発揮されるのは、高分子量の基質に作用する酵素を対
象とする場合である。そのような酵素の代表例として
は、リゾチーム,ペクチナーゼ,リパーゼ,デキストラ
ナーゼ,アミラーゼ,その他の溶菌酵素等があげられ
る。また、プロテアーゼを含んだ複合酵素も対象とする
ことができる。これらの酵素は単独で用いてもよいし、
併用しても差し支えはない。
上記被包括酵素とともに包括されるプロテアーゼとして
は、フイブロインに対して作用するものならばよく、例
えばトリプシン,キモトリプシン,ズブチリシン,パパ
イン,プロメライン,フイシン,アスペルギルス酸性プ
ロテアーゼ,レンニン等があげられる。これらも上記の
ものと同様、単独で用いてもよいし、併用してもよい。
包括材となるフイブロインは特に限定するものではな
い。例えば、生糸,まゆ,生糸屑,キキ,ビス,ブーレ
ツト等の絹原料を常法に従い、セリシンを精錬除去し、
これを原料として得られたものが用いられる。
上記のような構成成分からなる固定化酵素は、本発明者
らが開発したつぎのような方法により効率よく製造する
ことができる。すなわち、上記被包括酵素とプロテアー
ゼとが溶解しているフイブロイン水溶液を、塩析用の塩
が溶解している水溶液と混合して酵素を包括したフイブ
ロイン粉末を析出させることにより効率よく製造するこ
とができる。
この場合、上記フイブロイン水溶液としては、生糸,ま
ゆ,生糸屑,キキ,ビス,ブーレツト等の絹原料を常法
に従い、セリシンを精錬除去したものを、フイブロイン
を溶解し得る、例えばアルカリ金属塩またはアルカリ土
類金属塩の水溶液あるいは銅−エチレンジアミン水溶液
等に溶解させ、さらにそれを透析脱塩し、フイブロイン
の濃度を通常1〜20重量%、好ましくは5〜15重量
%に調整したものが用いられる。
上記のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩として
は、LiCl2,LiBr2,NaCl,LiNO3,MgCl2,MgBr2,Mg(NO3)2,Zn
Cl2,Zn(NO3)2等が使用されるが、溶解性ならびにフイブ
ロインの分子量をできる限り高く保つためにCaCl2また
はCa(NO3)2の使用が好ましい。
また、上記金属塩の濃度は5〜80重量%、好ましくは
20〜70重量%、特に好ましくは40〜60重量%で
ある。溶解性をより一層高めるために、上記水溶液に、
メチルアルコール,エチルアルコール,プロピルアルコ
ール等のアルコール類を添加することが好ましい。その
添加時期は、絹の溶解の前もしくは途中がよく、添加量
は上記金属塩溶液に対し、20〜60重量%、好ましく
は25〜50重量%である。
上記フイブロイン水溶液に溶解させる被包括酵素の量
は、被包括酵素の分子量(大きさ)、精製度、性質等に
よつて異なるが、あまり過大であると、得られる酵素膜
からの酵素の脱落が起こり、経済性も劣るようになるた
め、一般にフイブロイン蛋白量に対し、好ましくは80
重量%以下、特に好ましくは20重量%以下に設定され
る。
プロテアーゼについても同様であるが、この場合には特
に添加量が過大であると収率みならず安定性も低下する
ことがあり、適当な添加量を選ぶ必要がある。
上記被包括酵素は、そのままの状態もしくは水溶液の状
態で前記フイブロイン水溶液に添加混合して溶解させる
だけでよい。しかし、プロテアーゼについては、上記の
場合と異なり何らの配慮もしなければフイブロインが著
しく分解されてしまい実質的にフイブロインで包括され
た酵素は得られない。このような事態の発生を回避する
ためには、一時的にプロテアーゼの酵素活性を低下させ
フイブロインの分解を抑制する必要がある。その具体的
方法として、プロテアーゼと被包括酵素を溶解したフイ
ブロイン水溶液のpH値を酵素を不可逆的に失活させない
範囲の値に調整する方法、温度を0℃近くに下げる方
法、プロテアーゼの酵素阻害剤を加える方法等がある。
しかし、総合的な観点から、被包括酵素とプロテアーゼ
とを溶解させたフイブロイン水溶液のpH値を酵素蛋白の
立体構造が不可逆的に損なわれず、かつプロテアーゼ活
性を充分抑制されるような値に調節することが妥当であ
る。例えば、アルカリプロテアーゼに対しては、pHを4
〜5程度、酸性プロテアーゼに対してはpHを8〜9程度
にするだけで充分目的は達成される。なお、使用するプ
ロテアーゼの選定は、被包括酵素の作用や作用pHを考慮
して行われるが、プロテアーゼによつて上記被包括酵素
が失活しないよう配慮する必要がある。また、上記のよ
うにしてプロテアーゼ活性を抑制する場合、プロテアー
ゼを溶解してから塩析するまでの時間をできるだけ短縮
することが好結果をもたらす。
酵素・フイブロイン水溶液からの蛋白の析出は、塩析,
有機溶媒添加,強撹拌等によて可能であるが、塩析によ
るのが簡便かつ確実である。本発明は、この塩析法を採
用するものであり、それによつて効率よく、酵素を包括
したフイブロイン粉末を析出させうるのである。具体的
には、塩析用の塩が溶解している水溶液と、被包括酵素
とプロテアーゼとが溶解している水溶液を混合すること
により行う。上記塩析に用いる塩としては、例えば、硫
酸アンモニウム,硫酸ナトリウム,塩化ナトリウム,塩
化カリウム,リン酸ナトリウム,酢酸ナトリウム等があ
げられ、単独でもしくは併せて用いられる。そして、上
記塩析を行う際、強撹拌を行うと、塩析が効率よく進行
すると同時に、析出物が細粉状となるため、後工程での
水洗が容易となり、また酵素の安定性をも確保しうるよ
うになるため、特に好適である。
このようにして酵素を包括したフイブロインを析出させ
たのち、前記塩類を充分に水洗除去し、ついで乾燥する
ことにより、目的とする固定化酵素が得られる。
このようにして得られた固定化酵素は、使用時に緩衝液
中に添加すると、被包括酵素が包括材から遊離して溶出
する場合と、包括された状態で活性を発現する場合とが
あるが、何れも高い活性を示す。特に、高分子量基質に
作用する酵素でも後者の挙動を示す場合があるのは、プ
ロテアーゼを共存させない場合と異なる点である。ま
た、プロテアーゼも上記同様、溶出する場合と、包括さ
れたまま残る場合およびその両方に分配される場合とが
ある。
このように、本発明の固定化酵素は、高い活性を有する
のであるが、高温下,高湿下あるいは各種媒体中等にお
いて元の酵素に比べて高い安定性を示す。すなわち、本
発明の酵素は保存安定性に優れ、しかも高活性を有する
のであり、これが大きな特徴である。したがつて、生体
に無害な蛋白からなるという酵素の特徴を生かし、医
薬,食品ならびに化粧品等の分野に有効に利用すること
ができる。
〔発明の効果〕
本発明の固定化酵素は、プロテアーゼ以外の被包括酵素
がプロテアーゼとともにフイブロインに包括されて構成
されているため、フイブロイン包括にする酵素の安定化
効果を有し、しかも使用時に優れた活性を発現しうるの
である。そして、本発明の製法によれば、下記のような
固定化酵素を効率よく製造しうるのである。
つぎに、実施例について説明する。
〔実施例1〕 ブーレツト1kgをマルセル石鹸1重量%水溶液80中
に浸漬し、98℃で1時間撹拌混合して実質的にセリシ
ンを完全に除き、充分に乾燥した後、70℃で乾燥し
た。ついで65重量%の塩化カルシウム水溶液4kgとエ
チルアルコール1.6kgの入ったニーダ中に、上記精錬ず
みの生糸0.8kgを投入し、、75〜80℃で45分間攪
拌溶解した。得られた粘稠な溶解液に80℃の温水3.2
kgを加えて希釈し、再生セルロース系中空繊維を用いた
透析装置により透析脱塩してフイブロイン水溶液を得
た。このフイブロイン水溶液のフイブロイン濃度は5.3
重量%であつた。
つぎに、上記フイブロイン水溶液500gに、pH4.5の
0.1M−クエン酸ナトリウム緩衝液を50gを加え、pH
調節を行つた。
他方、リゾチーム(Sigma社製)0.53gを水25mlに
溶解してリゾチーム水溶液をつくるとともに、プロテア
ーゼであるビオプラーゼ・コンク(長瀬生化学社製)1.
0gを前記クエン酸緩衝液25gに溶解させ、プロテア
ーゼ溶液をつくつた。
つぎに、前記pH調節したフイブロイン水溶液に、上記の
リゾチーム溶液、プロテアーゼ溶液を添加し、10℃で
5分間混合した。そして、この混合液を1.5kgの飽和硫
酸アンモニウム水溶液中に、ゆつくりと注入した。注入
は、強い攪拌下に行い、酵素を包括したフイブロイン粉
末を析出沈澱させた。つぎに、沈澱物を濾別採取して充
分に水洗した後、40℃で20時間送風乾燥した。つい
で、これを10〜20μm程度に粉砕し、目的とする固
定化酵素を得た。
このようにして得られた固定化酵素の酵素活性をつぎの
ようにして測定した。
すなわち、0.067M−リン酸ナトリウム緩衝液(pH6.
4)に550nmの吸光度で0.5程度の値となるようにミ
クロコツカスリゾダイテイカス(Micrococcus lysodeik
ticus)菌体(Sigma社製)を均一に分散させ、基質溶液
とした。この基質溶液5mlに、同一緩衝液に溶解した被
包括酵素溶液0.5mlを添加し、30℃で5分間反応させ
550nmの吸光度の減少よりリゾチームの酵素活性を測
定した。
固定化酵素である包括化リゾチーム粉末は、吸光度の測
定を妨害するため、この10mgを0.1M−リン酸ナトリ
ウム緩衝液(pH7.5)5mlに浸漬し、5分間攪拌して酵
素を溶出させた後、粉末を濾別した。そして、濾液を活
性測定の酵素液とした。この方法により測定された固定
化酵素のリゾチーム活性収率は45%であり優れた活性
を有していることがわかる。
つぎに、上記包括化リゾチームの保存安定性を、温度6
0℃,相対湿度75%の条件下での促進テストにもとづ
き測定し、その結果を元の酵素のそれと比較して第1表
に示した。同表より、元の酵素が経時的に活性低下する
のに対し、本発明の包括化リゾチームは、殆ど活性の低
下が見られないことがわかる。
〔実施例2〕 リゾチームに代えてデキストラナーゼ(天野製薬社製)
0.67gを用いた。それ以外は実施例1と同様にして固
定化酵素である包括化デキストラナーゼ粉末を調製し
た。
得られた固定化酵素の酵素活性の測定は、2.5重量%の
デキストラン溶液(0.1M−酢酸ナトリウム緩衝液,pH
5.4)2mlを基質とし、これに酵素溶液1mlを加えて、
37℃,20分間反応させ、生成した還元糖をソモギ・
ネルソン法で定量した。
固定化酵素である包括化デキストラナーゼ粉末は、20
mgを精秤して反応系に添加して反応させた後、これを濾
別し、濾液について上記と同様にして還元糖の定量を行
つた。この方法で測定したデキストラナーゼの活性収率
は、32%であつた。
つぎに、上記包括化デキストラナーゼの保存安定性を、
60℃−75%RH条件下での促進テストにもとづき測定
し、その結果を、元の酵素のそれと比較して第2表に示
した。第2表より、上記包括化デキストラナーゼは、元
の酵素に比較して安定化していることがわかる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロテアーゼ以外の酵素を被包括酵素と
    し、この被包括酵素がプロテアーゼとともにフイブロイ
    ンに包括されていることを特徴とする固定化酵素。
  2. 【請求項2】被包括酵素が、高分子量基質に作用する酵
    素である特許請求の範囲第1項記載の固定化酵素。
  3. 【請求項3】高分子量基質に作用する酵素が、リゾチー
    ム,デキストラナーゼ,リパーゼ,アミラーゼおよびペ
    クチナーゼからなる群から選択された少なくとも一つの
    酵素である特許請求の範囲第2項記載の固定化酵素。
  4. 【請求項4】プロテアーゼ以外の酵素とプロテアーゼが
    溶解されているフイブロインの水溶液を、塩析用の塩が
    溶解されている水溶液と混合して酵素を包括したフイブ
    ロイン粉末を析出させることを特徴とする固定化酵素の
    製法。
  5. 【請求項5】フイブロイン水溶液のpH値をプロテアーゼ
    活性を一時的に著しく低減せしめる値に調整する特許請
    求の範囲第4項記載の固定化酵素の製法。
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