JPH07508162A - α‐L‐アラビノフラノシダーゼ活性を示す脱リグニン化製剤,その製造および応用 - Google Patents
α‐L‐アラビノフラノシダーゼ活性を示す脱リグニン化製剤,その製造および応用Info
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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】
α−L−アラビノフラノシダーゼ活性を示す脱リグニン化製剤、その製造および
応用本発明は、pH8〜9および65℃の温度で木材バルブの脱リグニン化能を
有するα−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなる、酵素活性
を示す製剤(preparaLIon )に関する。また、本発明は、選択され
たBacillus stearoLhermophjlus株の好気醗酵によ
る前記製剤の製造法にも関する。本発明は、また、前記の選択された菌株も包含
する。更に、本発明は、木材バルブを本発明の製剤で処理することを含んでなる
方法、および前記製剤で処理した木材バルブにも関する。また本発明は、寄託し
たBacillus stearothermoph+lus株NCIMB 4
0494によって発現される酵素の木材バルブの処理における使用にも関する。
また本発明は、1または2個の特定の部分アミノ酸配列またはその類似体を含ん
でなるアミノ酸配列を有するα−L−アラビノフラノシダーゼにも関する。
背景
環境上の理由から、バルブおよび紙工業では、塩素含有化合物をまったく使用し
ないバルブの脱リグニン化および漂白のための漂白工程に関心が集まってきてい
る。
このため、最近ではバルブの脱リグニン化のための新規な酵素を開示した多くの
特許出願が出願されている。
このような特許出願の一つに、本発明者らのWO91/10724号明細書(ス
ウェーデン国優先権出願は1991年12月19日に特許として発行された)が
あり、酵素活性を示しかつ少なくとも65℃の温度および少なくともpH9で木
材バルブの脱リグニン化能を有する製剤を特許請求している。この製剤は、2F
!類の寄託菌株NCIMB 40221またはNCIMB 40222のうちの
一つのような前記製剤を製造する能力を何するBaci I Iusstear
oLherm。
ph i I usを好気醗酵させることによって得ることができる。
酵素活性を精製した結果、分子量が41,000〜42゜000ダルトンのキシ
ラナーゼが得られた。
キシラナーゼ活性以外の脱リグニン化酵素活性を精製するのに用いることができ
るBacillus 5tearotherIIo−philusの別の菌株を
単離すべく努力が払われた。例えば、高温および高pHで木材バルブを脱リグニ
ン化することができるα−L−アラビノフラノシダーゼは、塩素を含む漂白化合
物を用いずに漂白工程を開発する際に追加の有用な手段となるものと考えられた
。
最近、W091/18976号明細書(Novo NordlskA/Sによる
出願)が公表された。その請求の範囲第14項は、Baciilus 5tea
roL++ermophilusによって産生されるアラビノフラノシダーゼ酵
素に関するものである。第9頁の11および12行目には、この文献が好熱性B
aciflus由来のアラビノフラノシダーゼに関連するものを全く含んでいな
いことが記載されている。WO91/18976号明細書ては、Bacll 1
us 5tcaroLl+ermophllusによって産生されるアラビノフ
ラノシダーゼ酵素が特許請求されているが、この明細書にはこの酵素を得ること
ができる方法については記載されていない。
3種類の菌株が寄託されており、2種類は単離されたものであり、1種類は変異
体である。しかしながら、これらのいずれについても前記出願明細書ではアラビ
ノフラノシダーゼを産生ずることは示されていない。
アラビノフラノシダーゼを産生することが示されている唯一の菌株はl31)S
−3−11−17−4と命名されている寄託されていない変異体である。出願明
細書(第17頁の最初の行を2照されたい)に示されている実験に用いられる製
剤は、この寄託されていない菌株から得られた醗酵生成物を用いて得られている
ことも言わねばならない。第8頁の第12〜16行目には、この菌株か寄託菌株
の一つをエチルメタンスルホネートで突然変異誘発を行ったものに由来すること
が開示されている。この突然変異誘発物質は特異性か極めて低く、アラビノフラ
ノンダーゼ産生株を得る条件は得られない。従って、好熱性Bacillusか
らアラビノフラノシダーゼを得る方法は、当該技術分野では未た開示されていな
い。
発明の開示
本発明は、pH8〜9および65℃の温度で木材バルブの脱リグニン化能を有す
るα−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなる、酵素活性を示
す製剤を提供するものである。
本明細書および請求の範囲において、「木材バルブ」という表現は広義に解釈す
べきてあり、あらゆる種類のリグノセルロース性材料を包含するものとする。
本発明の一つの側面は、酵素活性を示す製剤であって、該製剤が菌株NCIMB
40494並びに菌株NCIMB 40494と実質的に同様の前記製剤の産
生能ををするその突然変異体および変種から選択されるl1aclllus s
LcaroLbcrmophlluS株を適当な培地中において好気醗酵させる
ことによって得られ、この製剤の酵素活性がpH8〜9および65℃の温度で木
材バルブの脱リグニン化能を有するα−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質
部分を含んでなる製剤に関する。
本発明のこの側面の一つの態様では、製剤は清澄化された培養液である。本発明
のこの側面のもう一つの盾様では、この製剤は木材バルブ培地中てα−L−アラ
ビノフラノシダーゼ活性を示す前記培養液を濃縮した両分である。本発明のこの
側面での更にもう一つの態様では、α−L−アラビノフラノシダーゼ活性は近似
的分子量がそれぞれ52,500ダルトンおよび57,500ダルトンである2
つのサブユニットからなるα−L−アラビノフラノシダーゼに由来する。
本発明のもう一つの側面では、本発明の前記側面による製剤は、別の微生物株に
よって産生される酵素活性を示しかつ少なくとも65℃の温度および少なくとも
pH9で木材バルブを脱リグニン化する能力を有する製剤と組み合わせたもので
ある。本発明のこの側面での具体的態様では、この製剤はBacillus s
tearothermophilus株NCIMI340494によって産生さ
れるα−L−アラビノフラノシダーゼおよびBacillus stcarot
hcrwophilus株NCIMB 40222によって産生されるキシラナ
ーゼを含んでいる。
本発明は、更なる側面において、N−末端部分アミノ酸配列:配列番号1:
Met9 Gln Pro Tyr Arg Pro? Glu Glu Le
uを含むアミノ酸配列またはその類似体を有するα−L−アラビノフラノシダー
ゼに関するものである。
本発明は、N−末端部分アミノ酸配列:配列番号2:Ser Met Lys
Lys Ala Thr Met I le I Ie Glu Lys As
p Phe Lyslle Ala Glu Ile Asp Lys Arg
lle Tyrを含むアミノ酸配列またはその類似体を有するα−L−アラビ
ノフラノシダーゼに関するものでもある。
「N−末端部分アミノ酸配列:配列番号1:Met? Gln Pro Tyr
Arg Pro? Glu Glu Leuを含むアミノ酸配列またはその類
似体を有するα−L−アラビノフラノシダーゼ」および/または「N−末端部分
アミノ酸配列:配列番号2:Ser Met Lys Lys Ala Thr
Met I Ie I le Glu Lys Asp Pike Lysl
le Ala Glu Ile Asp Lys Arg Ile Tyrを含
むアミノ酸配列またはその類似体を有するα−L−アラビノフラノシダーゼ」に
おいて、この類似体は配列番号1および/または配列番号2に関して、例えば木
材バルブ培地中で、好ましくは65℃の温度およびpH8〜9で酵素全体のα−
L−アラビノフラノシダーゼ活性を消失させない幾つかのアミノ酸の置換、伸張
または欠失を有するアミノ酸配列を有することを意味する。更に、このような類
似体は、例えば配列番号1および/または配列番号2の配列と共通のアミノ酸を
80%以上有する配列を有することができる。
配列番号2の配列の類似体の一例は、
Ala Thr Lys Lys Ala Thr Met Ile Ile
Glu Lys AspPhe Lys lie Ala Glu lle A
sp Lys Arg Ile Tyr GlySer Phe lie Gl
u His Leu Gly Arg Ala Val Tyr GlyGly
lie Tyr Glu Pro Gly His Pro Gln Ala
Asp Glu^sn Gly
の配列であって、Bacillus 5tearotheriophllus
NCIMB40222によって産生されるα−L−アラビノフラノシダーゼのN
−末端配列である。このα−L−アラビノフラノシダーゼは、それぞれ近似的分
子量が64,000ダルトンの2個の同一のサブユニットからなっている(na
tlVe酵素はSDSゲルによって判定したところ、128゜000ダルトンで
あった)。・
また、配列番号1の配列および/または配列番号2の配列の類似体は、これらの
配列に由来する任意のDNAまたはRNAプローブによって認識されるヌクレオ
チドレベルでは十分に類似している任意のアミノ酸配列である。
本発明の更にもう一つの側面は、菌株NCIMB 40494並びに菌株NGI
M840494と実質的に同様の製剤の産生能を有するその突然変異体および変
種から選択されるBacillus 5tearotheriophllus株
を適当な培地中で好気醗酵させることによる酵素活性を示す製剤の製造法であっ
て、前記製剤の酵素活性がpH8〜9および65℃の温度で木材バルブの脱リグ
ニン化能を6するα−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなる
ものである方法に関する。
更にもう一つの本発明の側面は、単離された13acl I lussLear
othermophilus株NCIMB 40494 、並びに前記NCIM
B 40494株と実質的に同様の酵素活性を示す製剤の産生能を有し、この酵
素活性がpH8〜9および65℃の温度で木材バルブの脱リグニン化能を有する
α−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなるものである、その
突然変異体および変種に関する。
更にもう一つの本発明の側面は、B、 stearothermophlIus
株NCIMB 40494によって発現される酵素の木材バルブを処理するため
の使用に関する。本明細書の第8表から明らかなように、この菌株は前記の細菌
のゲノムによって構成される様々な遺伝子の発現に由来する細胞外炭水化物分解
酵素活性を数種類産生ずる。
これらの様々な活性は総て個別に検討し尽くされてはいないが、これらの様々な
活性は個別にまたは様々な組み合わせで木材バルブの処理に有用であると考えら
れる。
本発明のもう一つの側面は、木材バルブを本発明による製剤で少なくとも一つの
段階において処理することにより、木材バルブを処理する方法に関する。本発明
のこの側面の一態様では、処理を行う木材バルブは硫酸バルブである。もう一つ
の態様では、処理を行う硫酸バルブは部分的に脱リグニン化された硫酸バルブで
ある。本発明のこの側面の更にもう一つの態様では、処理を行う部分的に脱リグ
ニン化された硫酸バルブは酸素−脱リグニン化された硫酸バルブである。
本発明のもう一つの側面は、本発明による製剤で少なくとも一つの段階において
処理された木材バルブに関する。
本発明の更にもう一つの側面は、配列番号1:Met? Gln Pro Ty
r ArgPro? Glu Glu Leuのアミノ酸配列および/または配
列番号2;Ser Met Lys I7s Ala Thr Met I l
c I IcGlu Lys Asp Phc Lys11e^Ia Glu
I le Asp Lys Arg I le Tyrのアミノ酸配列をコード
するヌクレオチド配列を認識するDNAまたはRNAプローブに関する。
前記の本発明の側面は、少なくとも65℃の温度および少なくともpH8〜9で
木材バルブの脱リグニン化能を有するα−L−アラビノフラノシダーゼを見出す
のに有用である。
微生物の寄託
Bacillus stearothcrmophllus株L1は、1992
年3月24日ブダペスト条約に基づき、Natlonal Co11ectIo
ns o「IndusLrlal and Marine Bacteria
Ltd (NCIMB)、アバディーンに寄託され、受託番号NCIMB 40
494を得た。
同じ受託場所によって受託番号NCIMB 40222を受けているBacil
lus stearoLhermophilus株T−6は、WO91/107
24号についての優先権出願の出願に関連して以前に寄託された。
熱に安定なα−L−アラビノフラノンダーゼを産生ずるBacillus st
earothcrmophilus株L1の単離A、 アルカリ抽出したバルブ
(ARP)の調製酸素で半漂白した軟質の木材硫酸バルブに15(乾燥重量繊維
6〜10%)を0.02N NaOH(pH11,7)に懸濁したものを、60
〜62℃で18〜20時間インキュベーションした。熱いうちに、焼結ガラス漏
斗を用いて吸引下で流動物を繊維から分離した。
精製する溶液を中和してpH7,0とし、限外濾過により濃縮した(分子010
,000カツトオフ)。代表的なしの(AKP−1)は、リグニン5 、 2
mg / ml 、炭水化物1 、 85mg/ml (フェノール−硫酸によ
る)、およびペントース0. 83mg/ml (オルシノールによる)を含ん
でいた。
B、 集積培養
ARP−1に塩(0,1%Mg50 ・7H20、10mM K HPO0,1
%尿素および微量元素)2 4ゝ
を補足し、Korsnaesの水処理プールから採取した泥および水試料を接種
した。フラスコを、65℃およびpH9,0で48時間振盪培養した。次に、濁
った培養液1滴を、0.2%ガラクトマンナン(Locust bean gu
m。
51g5a) 15 mlを含むフラスコに接種した。65℃およびpH9,0
で24時間培養した後、培養液をLB寒天に塗布した。培養した後、約20種類
のコロニーを純粋培養で単離し得た。予備実験の後、菌株の一つを詳細に検討し
た。好熱性a−L−アラビノフラノシダーゼを含む菌株L1゜
菌株L1はダラム陽性の好熱細菌であり、60〜65℃で良好に生育するが、4
0℃未満では生育しなかった。
末端胞子を有する棒状の形態をしており、好気性で、オギシダーゼ陽性であった
。菌株L1は、D−グルコース、D−キンロース、L−アラビノース、D−マン
ノースおよびキシランの炭素源で生育した。メロビオースおよびガラクトースの
炭素源では生育しなかった。これらの特性に基づき、Llはへテログループの菌
株、BacillusstearoLhcrraophi lusとして分類し
た。
初期実験(K15パルプ使用)
C1菌株L1由来の好熱性α−L−アラビノフラノンダーゼ
ガラクトマンナン培地で生育した培養物の粗製の細胞外流動物はに15バルブの
脱リグニン化で活性であったので、菌iL1を】舅択して更に検討を行った。酵
素調製物によって抽出されるリグニンの量を算出するため、感度の高い分光光度
分析法を用いた。試料の上澄液について350nm (A )での吸光度をAl
1定し、測定値を放出されたリグニンの割合として表わした。様々な炭素源で生
育した菌株L]の生育度、および脱リグニン化活性を第1表に示す。この菌株は
酵母エキスおよびカザミノ酸て他の炭素源を加えなくともある程度まで生育し、
正味で5196の脱リグニン化度を生じた。ガラクトース以外の総ての糖類を加
えると更に生育が見られたが、ガラクトースは脱リグニン化活性の産生も阻害し
た。最良の脱リグニン化活性は、キンロースおよびアラビノースそれぞれ7.1
%および7.6%で生育した培養物でi)られた。
キシロースおよびアラビノース培地で生育した菌株L1の細胞外酵素活性を、第
2表に示す。キシラナーゼ活性は、細胞外上澄液を含むキシランの新しい溶液を
インキュベーションし、フェリシアニド法によって還元糖の増加をatj定する
ことによって決定した(Splro、 R,G。
1966、 Methods in Enzymology、 8: 7−9)
。分析緩衝液は、50 m M トリス−CI、p)f7.Oおよび0.5%キ
シラン(oat 5pans、 Sigma)であった。キシラナーゼの活性の
単位は、65℃で毎分生成する還元糖のマイクロモル数である。
アラビノフラノシダーゼ分析は、β−ガラクトシダーゼの標準分析法の改変法で
ある(G、 TaL+olL & Syguson。
^pp1. & Enviro、 Mierobiol、、 vol、 5B、
No、 II、 1990)。
試験管には40 m M トリス−緩衝液、pH7,00,5mlが入っている
。酵素試料0.4mlおよび10mMp−二トロフェニルーα−L−アラビノフ
ラノシド(Sjg+ca Cheraicals) O,1mlを65℃で15
分間インキュベーションした。試験管を氷水槽に入れて反応を停止した。p−ニ
トロフェノールの放出は、401n■で分光光度法により′fPj定した。10
マイクロモル/ mlのp−ニトロ−フェノールの吸光度は18.4である。酵
素活性の単位は毎分放出されるp−ニトロフェニルのマイクロモル数として定義
される。
キシロース培地では2種類の活性だけが検出され、キシラカーゼ1,3単位/m
lおよびα−L−アラビノフラノシダーゼ0.004単位/ mlであった。α
−L−アラビノピラノシダーゼ、マンナナーゼ、α−D−ガラクトシダーゼまた
はα−L−マンノシダーゼ活性は検出されなかった。それ故、Llの脱リグニン
化活性は、細胞がキシロース培地で生育したときのキシラナーゼ活性によるもの
と思われた。しかしながら、細胞をアラビノース培地で生育させたときには、主
要な活性はα−L−アラビノフラノシダーゼであった(0.5単位/ ml )
。それ故、α−L−アラビノフラノシダーゼはA−培地での脱リグニン化に関与
しているものと思われた。
α−L−アラビノフラノシダーゼ(AF)活性を、A−培地で生育したLlの1
0リツトル培養物から濃縮した(第3表)。活性を80%飽和硫酸アンモニウム
で沈澱させ、AF 11単位/、mlおよびキシラナーゼ0.96単位/ ml
を有する粗酵素製剤を得た。AF活性はカルボキシル−メチルセルロース(CM
C)に結合しないが、DEAEセルロースまたはDEAE−3ephacelに
完全に吸着した。
濃縮したAFは、有意な脱リグニン化活性を示した(第4表)。本発明者らは、
バルブを脱リグニン化するためのAFの使用条件を最適化していないという点に
留意すべきである。AFの潜在的に有用な特性は、これがリグニンに近い結合を
切断することによって、ヘミ−セルロースの大半をセルロース繊維と共に残すと
いう点である。更に、キシラナーゼT−6を加えたAFの脱リグニン化活性は、
添加剤以上のものがあると考えられる。
第5〜7表には、PNP−α−L−Araを基質として用いた精製AFの酵素特
性の幾つかが挙げられている。
この酵素はpH6,5〜8.0で最も活性が高く、pH7,0で最適となる。酵
素活性は、70℃、pi(10では低い。最適温度はpH7,0およびpH8,
0のいずれでも70℃であった。酵素活性は、70℃で10mMリン酸緩衝液中
では20mM Na So pH7゜5で最も高かった。pH7,0では、酵素
は60℃で極めて安定であるが、70℃では75分以内にその活性の約50%を
喪失し、80℃では15分で完全に失活した。
追加実験(K20バルブ使用)
Bacillus stearothermophilus −L 1の細胞外
炭水化物分解酵素活性
様々な培地中で生育を行った後、特異的な細胞外炭水化物分解酵素活性を試験し
た(第8表)。細胞は、様々な炭素源、すなわちp−ニトロフェニル−β−D−
マンノピラノシド、p−ニトロフェニル−α−D−ガラクトピラノシドおよびp
−ニトロフェニル−α−L−アラビノピラノシドで生育させた。
キシラナーゼおよび2種類の他のエンドへミセルラーゼ(マンナナーゼおよびア
ラビノース)を、1 mlの総分析容積で10mMリン酸緩衝液、pH8,0,
60℃で分析した。適当に希釈した酵素試料(0,1m1)を基質0.25m1
,100mM緩衝液、0.1mlおよび水0.55m1に加えた。反応は、氷水
槽に移すことによって停止した。還元糖はH目1er著の3.5−ジニトロサリ
チル酸法によって決定した(Miller、 GL、(1959)^nalCh
ew、 31: 426−428) 、 L質は、4%Oat 5plctキシ
ラン、0.4%Locust Bean Gum−ガラクトマンナン、4%アラ
ビノガラククン(Larchvood) 、および4%マンナン(Saccha
roiyces cerevlsiae)であった。
軟質バルブからのリグニンの酵素による放出は、K−20バルブ(Korsna
cs paper a+III Gacvlc、 Sweden製)200 a
tg湿muを酵素溶液3 mlに加え、濃NaOH溶液でpH8,0または9.
0に調整し、65℃で振盪培養することによって測定した。2時間後に、液体1
.5mlを採取し、小型遠心分離機で10,000Xgで5分間遠心分離して、
残っているバルブ繊維を除去した。透明な液体(0、5ml )をO,IN N
aOH1,Omlで希釈して、350nwで吸光度を測定した。それぞれの分析
のコントロールは、酵素なしで同じ条件下でバルブをインキュベーションしたも
のであった。リグニン1 eg / mlはA9.1であり、これらの実験に用
いたバルブのリグニン含量は1 、 396 (Klason、 Z、 Zos
iml::より測定)であることから、
(式中、Pはバルブ乾燥ffI量であり、ΔA はインキユベーション後の吸光
度からインキュベーション前の吸光度を引いた値)となる。正味の放出リグニン
の量は、総量から酵素なしのコントロールを引いた値である。
観察された2FI類の着意な活性は、キシラナーゼおよびα−L−アラビノフラ
ノシダーゼであった。生育培地中の炭素源が1ocust bean gum
(LBG) 、D−グルコースおよびL−アラビノースであるときには、キシラ
ナーゼが低濃度で認められた。キシラナーゼ活性は、炭素源としてD−キシロー
スを用いると増幅して、1.23U/mlに達した。マンノースはキシラナーゼ
活性の産生を阻害した。α−L−アラビノフラノシダーゼ活性は低いがD−キシ
ロース培地では有意であり、L−アラビノース培地では高<、1.5U/mlに
達した。マンナナーゼ、α−D−ガラクトシダーゼ、β−D−マンノシダーゼま
たはα−L−アラビノピラノシダーゼの活性は認められなかった。
Bacillus stearothermophilusからのa−L−アラ
ビノピラノシダーゼの精製
Bacillus 5tearothcrIaophilus L 1をL−ア
ラビノース含有培地で60℃にて24時間生育したところ、無細胞細胞外液はα
−L−アラビノフラノシド活性が1.2U / mlであり、比活性は1.7U
、’+agであった(第9表)。予備実験を行ったところ、酵素は90%硫酸ア
ンモニウム飽和で沈澱させることによって濃縮することができることが判った。
しかしながら、活性は68%しか回収されず、比活性の増加はほとんどなかった
。従って、硫酸アンモニウムによる沈澱は用いず、粗酵素をDEAE 5eph
acelカラムに直接吸着させた(第9表、アニオン交換体)。カラムを10m
Mリン酸カリウム緩衝液、pH8,0で洗浄した後、Ollから0.9MNaC
1の直線グラディエンドで溶出を行った。α−L−アラビノフラノンダーゼ活性
は、0,53および0゜57M NaC1でシャープなピークとして溶出された
。
活性画分をポリエチレングリコールに対する透析によって濃縮し脱塩したところ
、比活性は38倍に増加し、活性の回収率は100%であった。この物質を、5
ephadex G−100カラムに直接適用した。
活性物質は、単一のシャープなピークとして溶出し、見掛けの分子量は108,
000であった。全般的精製は59倍であり、収率は80%であった。精製した
酵素を、100mM リン酸カリウム緩衝液、pH7,0および100mM N
aC1中でFPLC5uperose12ゲル濾過により検討した。活性の95
96以上およびタンパク質は単一のシャープピークとして溶出し、見掛は分子量
は114,800であった。SDS PAGEにより処理したところ、精製した
酵素は分子量が57.500および52,500の2種類のバンドを示した。こ
れらの2種類のバンドを分析し、PVDF膜上でプロットしApplied B
iosystess 475A型気相シークエンサーで配列決定を行ったところ
、2種類のN−末端配列、配列番号1および配列番号2であることが判った。
Bacillus stearothermophilus L 1 a −L
−アラビノフラノシダーゼの特性決定
pH7,0では、精製した酵素は60℃では少なくとも80分間完全に安定であ
り、70℃で75分間インキュベーションした後でも、最大活性の50%を保持
したが、80℃では15分後にその活性を総て喪失した。
70℃では、活性の最適pHは7,0であり、pH6,5およびpH8,0では
、活性はそれぞれ最適活性の55%および50%であった。pH7,0およびp
H8,0では、活性の最適温度は70℃であった。酵素は、20〜50 m M
N a 2 S O4中で最大活性を示し、100mMおよび150mM N
a SO2では、活性はそれぞれ10%および50%減少した。
酵素の速度論的パラメーターは、pNP−α−L−ara−fを基質として用い
て測定した。pH7,0および65℃ではK およびV はそれぞれ2.2×m
wax
lo−’Mおよび101μmol−分−1.ll1g−1テあツタ。
酵素の活性は、アラビノフラノキシランおよびアラビノガラクタンのような高分
子量の基質では低い値に止どまった。
Bacillus stcarothcrmophllus L 1 a −L
−アラビノフラノンダーゼの脱リグニン化活性
酵素の精製の際(第9表)、カラム溶離剤を半漂白クラフトバルブを基質として
用いて脱リグニン化活性について日常的に検討した。脱リグニン化活性は、(a
)α−L−アラビノフラノシダーゼ活性、(b)低分子量エンドキシラナーゼ活
性のピーク、および(C)両店性を少量含む両分と関連していた。両酵素が含ま
れているときに最高の脱リグニン化比活性が得られるので、α−L−アラビノフ
ラノシダーゼおよびW○91/10724号に開示された従来の精製された熱安
定性を有するキシラナーゼT6との可能な相乗的活性を検討することにした。
第10表に、脱リグニン化活性を純粋なα−L−アラビノフラノンダーゼ、純粋
なキシラナーゼおよび、これら2種類の酵素の混合物を用いて検討した。pH8
,0および65℃で2時間処理したところ、38 U / mlのα−L−アラ
ビノフラノシダーゼおよび5 U / mlのキシラナーゼT6との混合物はパ
ルプからリグニンを19.290の真の値で放出したが、それぞれの個別に作用
する酵素の和は16.5%に過ぎなかった。これらの条件下でキシラナーゼだけ
を用いてリグニンの正味の放出16゜5%を達成するには、酵素50 U /
mlが必要であった。
pH9,0および65℃で2時間処理したところ、酵素の混合物はりゲニン18
,4%を放出したのに対し、個別に作用する2種類の活性の和では13.7%に
すぎなかった。これら2種類の酵素は、バルブからリグニンを放出するのに相乗
的に作用したことは明らかである。
α−L−アラビノフラノシダーゼ酵素は、モデル基質p−ニトロフェノールα−
L−アラビノフラノシダーゼを用いると、pH9,0では最適活性の1%未満し
か示さないということは見掛上の逆説である。しかじな力(ら、生物学的漂白工
程では、酵素はpH9,0ではpH8,0とほぼ同程度に有効である。pH値が
高ければlくルブは幾分酵素活性を保護し、保存することが可能である。これら
の結果から、工業的酵素脱リグニン化工程は、低温および低pH値よりもpH9
,0および65℃で一層容易に行われるものと考えられる。
0.2 LB 1.30 8.8 6.80.2マンノース 1,83 8.0
6.00.2ガラクトース 0.84 4.9 2.90.2グルコース 2
.62 8.9 G、90.2キシロース 2.04 9.1 7.10.2ア
ラビノース 1.81 10.5 7.68生育培地は、炭素源(0,2%)
、0.1%酵母エキス、0.5%カザミノ酸およびE、塩(0,1%尿素、0
、 0296 M g S 0 ・7 H20,5m M K H2P 04、
pH9,0,20mMトリス−HCl、pH9,0,0,1%NaC1および標
準的微量元素混合物)からなっていた。糖はL−アラビノースを除き、総てD−
配置であり、LBは1ocust beanガラクトマンナンである。
bK15の脱リグニン化は、細胞外上澄液(pH9,0に調整)を用いて65℃
で2時間行った。
Llの細胞外酵素活性
基質 X−培地a A−培地5
活性(U/ml) 活性(U/if)
キシラン 1.3 0.05
PNP−α−L−AF O,0040,5PNP−a −Gal <0.001
PNP−a −Man (0,001
PNP−α−AP <0.001
LB−GM <0.001
ン)分解活性は還元糖の産生によって決定し、PNP−X活性はPNP(+)−
二トロフェノール)の放出によって測定した。
5菌体をX−培地またはA−培地(第1表に記載のキシロースまたはアラビノー
ス培地)で24時間生育させ、遠心分離により菌体を除去した。
第3表
A−培地で生育したL1由来のα−L−アラビノフラノシダーゼの予備精製
(if) (ag/ml) (11/if) (Ll/++1)tLL澄液 8
100 1.11 0.82 0.03(NH4) 2S04 ppt 400
13.3 11.0 0.9G8タンパク質はBioRadによって測定した
。
第4表
濃縮したα−L−アラビノフラノシダーゼによるに15キシラナーゼT−6(5
11/1) +1.3 5.7alOrAMリン酸緩衝液、all 8.0.6
5℃、2時間。
bDEAE−9ephacel クロマトグラフィにより濃縮。キシラナーゼ<
0.I U/1のを含有。
0キシラナーゼT−GはWO91/10724号に開示されているNCIMB
40222によって産生され、pHが少なくとも9および温度が少なくとも65
℃で木材バルブを脱リグニン化することができる。
第5表
pH7および8てAFの活性に対する温度の効果温度 all 7 pit 8
(”C) AP (U/1t)aAt (U/m1)a40 2.1. 1.0
50 5.0 2.4
60 8.3 5.2
65 10.1 7.6
70 10.3 9.6
75 9.9 7.5
80 4.2 1.0
90 0.8 0.3
第6表
AFの活性に対する塩濃度の効果
alo mM ’) ン酸W1衝液、pH7,5,70°。
第7表
α−L−アラビノフラノシダーゼ(AF)活性の安定性反応時間 60℃ 70
℃ 80℃
活性 活性 活性
(分) (U/it) (U/ml) (U/it)第8表
Bacillus 5tcarothcriophllus L 1の細胞外炭
水化物う)解酵素活性8
炭水化物基質
使用目的 活性
生育 酵素活性5 酵素の種類 (U/al)18G” Li2Oマンナナーゼ
(0,01区 キシラン キシラナーゼ 0.136LI3G pNP−α−
D−gal−p a−D−ガラクトシダーゼ 0.008Fグルコース 区 マ
ンナナーゼ <o、otFグルコース キシラン キシラナーゼ 0J19トキ
シロース キンラン キシラナーゼ 1.25トキシロース 1 マンナナーゼ
(0,01X−キシロース アラビノガラクタン がラクタナーゼ/アラビ
(0,01ノフラノシダーゼ
トキンa−スpNP−α−D−gal−p α−計ガラクトシダーゼ <Q、0
01Fキンロース pNP−β−D−can−p β+マンノンダーゼ <0.
00Lトキシロース pNP−a −L−ara−p a−L−アラビノピラノ
シ <Q、001ダーゼ
トキシロース pNP−a −L−ara(a−L−アラビノフラッジ 0.0
1ダーゼ
Fマンノース マンナン マンナナーゼ <0.01Fマンノース キシラン
キシラナーゼ <0.01Fマンノース u℃ マンナナーゼ/ガラクトシ<0
.01ダーゼ
1)7ンノース pNP−β−1)−Man−p β−トマンノンダーゼ <0
.00+1、−アラビノース アラビノガラクタン α−L−アラビノシダーゼ
<0.01L−アラビノース キシラン キシラナーゼ 0.11L−アラビ
ノ−7、pNP−α−L−ara−ra−L−アラビノフラッジ 1.5ダーゼ
3菌体は、0.1%酵母エキス、0.1%カザミノ酸および0,2%の炭素源を
含むEP;i中で60℃でpOH98,0で24時間生育させた。
b24時間インキュベーションした後、培養液を遠心分離し細胞外炭水化物分解
酵素を本明細書に記載の方法で分析した。
’ LBGはLocust Bean Gum 、ガラクトマンナンであり、p
NPはp−ニトロフェノールである。
第9表
α−L−アラビノフラノシダーゼ精製手順のまとめアニオン交換体b4.5 5
.8 377 t35 10(1ゲル濾過’ 18 0.74 75.13 i
ol 803菌株L1の1.4リツトルの培養液を、明細書に記載の方法で調製
した。招養液を10.OOOXgで30分間遠心分離した。次に、上澄液を0.
8μmフィルターを通過させて、残りの菌体を除去した。この組上澄液を精製手
順の出発物質とした。
bDEAE−3ephace lカラムに続いて、ポリエチレングリコールに対
する透析。
cSephadex G−100゜
第10表
半漂白したパルプに対するα−L−アラビノフラノシダーゼおよびキシラナーゼ
T6の脱リグニン化活性酵素a pH総量 正味の値
酵素なし 8.0 5.3
酵素なし 9.0 5.2
α−し−アラビノフラノンダーゼ 8.0 ?、6 2.3α−L−アラビノフ
ラノシダーゼ 9.[l 7.3 2.1キシラナーゼ 8.0 19.5 1
4.2キシラナーゼ 9.0 1B、8 11.6α−1、−アラビノフラノシ
ダーゼ+キシラナーゼ 8.0 24.5 19.2α−L−アラビノフラノシ
ダーゼ+キシラナーゼ 9,0 23.6 18.48精製したα−L−アラビ
ノフラノシダーゼ(38単位/m1、比活性126U/mりおよびキシラナーゼ
T6(5U/ml、192U/mg)を用0た。酵素jet10 m kiミリ
ン緩衝液に溶解したものとした。
5使用条件は、Na2SO4および(NH) So4をそれぞれ10mM、65
℃、pH8,0またl!9.0で2時間とした。
配列リスト
(1)一般情報
(i)出願人
(A)名称: Korsnas AB
(I3)町名:なし
くC)小名: Gavle
(E)国名、スウェーデン
(F)郵便番号(ZIP) : S−11101l1l(G)電話番号: 02
B−151000(11)テレファックス二026−195253(A)名称:
The Tcchnlon Re5earch and Developme
ntFoundaLlon Ltd
(B)町名: Technion C1ty(C)小名:t(aira
(E)国名:イスラエル
(F)郵便番号(ZIP) :なし
くA)名称: Ra1ot−University Authority fo
r AppliedRes、 & Ind、 Dev、 Lid(B)町名:
3211. Levanon 5treet(C)小名: Te1−Avjv
(E)国名、イスラエル
(F)郵便番号(ZIP) :なし
くif) 発明の名称: α−L−アラビノフラノシダーゼ活性を示す脱リグニ
ン化製剤、その製造および応用(ill)配列の数=3
(1v) コンピューターによる読取りifJ能な形式(^) 媒体の種類:フ
ロッピーディスク(B) コンピューター: IBN PCコンパチブル(C)
オペレーティングシステム: PC−DO8/MS−DO3(D) ソフトウ
エアニPatentln Re1ease 雰1.0. Version婁1.
25 (EPO)
(2) 配列番号1についての情報:
(1)配列の特徴
(^)長さ:9アミノ酸
(B)種類二アミノ酸
(D)トポロジー:不明
(11)分子の種類:タンパク質
(I i i)ハイボセティカル:なしくV)フラグメントの種類二N−末端
(vi)起源:
(A)生物体: Bacillus 5tcarothcra+ophNus(
xi) 配列の記載:配列番号1:
Xaa Gin Pro Tyr Arg Xaa Glu Glu Leuフ
ロントページの続き
(51) Int、 C1,’ 識別記号 庁内整理番号D21C9/10 Z
7199−3B// C12N 15109
(C12N 1/20
CI 2 R1:07)
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、PT、SE)
、0A(BF、BJ、CF、CG、 CI、 CM、 GA、 GN、 ML、
MR,NE、SN。
TD、TG)、AU、BB、BG、BR,CA、CZ。
FI、HU、JP、KP、KR,KZ、LK、MG、MN、MW、No、NZ、
PL、RO,RU、SD、SK、UA、US、VN
FI
(71)出願人 ラモート、ユニバージティー、オーソリティー、フォー、アプ
ライド、リサーチ、アンド、インダストリアル、デベロプメント、リミテッド
イスラエル国テルアビブ、エイチ、レバノン、ストリート、32
(72)発明者 ローゼンバーグ、ニージンイスラエル国うマト、アビブ、パー
ラ、ストリート、ヌ、アパートメント、3
(72)発明者 ショーハム、ニーパルイスラエル国ハイファ、ニー、エイチ、
シルバー、16/22
Claims (17)
- 1.酵素活性を示す製剤であって、該製剤が菌株NCIMB40494並びに菌 株NC1MB40494と実質的に同様の前記製剤の産生能を有するその突然変 異体および変種から選択されるBacillusstearothcrmoph ilus株を適当な培地中において好気醗酵させることによって得られ、前記製 剤の酵素活性がpH8〜9および65℃の温度で木材バルブの脱リグニン化能を 有するα−L−アラビノフラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなることを特徴 とする、製剤。
- 2.前記製剤が清澄化された培養液である、請求の範囲第1項に記載の製剤。
- 3.前記製剤が、木材パルプ培地中でα−L−アラビノフラノシダーゼ活性を示 す前記培養液の濃縮された画分である、請求の範囲第2項に記載の製剤。
- 4.前記α−L−アラビノフラノシダーゼ活性が、近似的分子量がそれぞれ52 ,500ダルトンおよび57,500ダルトンである2種類のサブユニットから なるα−L−アラビノフラノシダーゼに由来する、請求の範囲第3項に記載の製 剤。
- 5.別の微生物株によって産生される酵素活性を示し、かつ、少なくとも65℃ の温度および少なくともpH9で木材パルプを脱リグニン化する能力を有する製 剤と組み合わされた、請求の範囲第1〜4項のいずれか一項に記載の製剤。
- 6.前記製剤が、Baclllus stearothcrmophllus株 NCIMB40494によって産生されるα−L−アラビノフラノシダーゼおよ びBaclllus stearothcrmophllus株NCIMB40 222によって産生されるキシラナーゼを含んでなる、請求の範囲第5項に記載 の製剤。
- 7.N−末端部分アミノ酸配列(配列番号1)【配列があります】 を含むアミノ酸配列またはその類似体を有するα−L−アラビノフラノシダーゼ 。
- 8.N−末端部分アミノ酸配列(配列番号2)【配列があります】 を含むアミノ酸配列またはその類似体を有するα−L−アラビノフラノシダーゼ 。
- 9.酵素活性を示す製剤の製造法であって、菌株NCIMB40494並びに菌 株NCIMB40494と実質的に同様の前記製剤の産生能を有するその突然変 異体および変種から選択されるBaclllus stearothcrmop hllus株を適当な培地中で好気醗酵させ、前記製剤の酵素活性がpH8〜9 および65℃の温度で木材パルプの脱リグニン化能を有するα−L−アラビノフ ラノシダーゼ活性の本質部分を含んでなることを特徴とする、製剤の製造法。
- 10.単離されたBaclllus stearothcrmophllus株 NICMB40494、並びに前記NCIMB40494株と実質的に同様の酵 素活性を示す製剤を産生する能力を有し、前記酵素活性がpH8〜9および65 ℃の温度で木材パルプの脱リグニン化能を有するα−L−アラビノフラノシダー ゼ活性の本質部分を含んでなるものであるその突然変異体および変種。
- 11.Baclllus stearothcrmophllus株NCIMB 40494によって発現される酵素の木材パルプの処理における使用。
- 12.木材パルプの処理を含む方法であって、少なくとも一つの段階において木 材パルプを請求の範囲第1〜6項のいずれか一項に記載の製剤で処理することを 特徴とする、方法。
- 13.前記木材パルプが硫酸パルプである、請求の範囲第12項に記載の方法。
- 14.前記木材パルプが部分的に脱リグニン化された硫酸パルプである、請求の 範囲第13項に記載の方法。
- 15.前記部分的に脱リグニン化された硫酸パルプが酸素により脱リグニン化さ れた硫酸パルプである、請求の範囲第14項に記載の方法。
- 16.少なくとも一つの段階において、請求の範囲第1〜6項のいずれか一項に 記載の製剤で処理されたことを特徴とする、木材パルプ。
- 17.アミノ酸配列(配列番号1) 【配列があります】 および/またはアミノ酸配列(配列番号2)【配列があります】 をコードするヌクレオチド配列を認識するDNAまたはRNAプローブ。
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