JPH0789925B2 - Strong thermostable pullulanase - Google Patents

Strong thermostable pullulanase

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JPH0789925B2
JPH0789925B2 JP21832387A JP21832387A JPH0789925B2 JP H0789925 B2 JPH0789925 B2 JP H0789925B2 JP 21832387 A JP21832387 A JP 21832387A JP 21832387 A JP21832387 A JP 21832387A JP H0789925 B2 JPH0789925 B2 JP H0789925B2
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enzyme
substrate
pullulan
pullulanase
optimum
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讓 鈴木
敬三 幡垣
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Daiwa Fine Chemicals Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は耐熱性に優れたプルラナーゼに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pullulanase having excellent thermostability.

(従来の技術) アミロペクチン,グリコーゲン,分岐オリゴ糖などのα
−1,6−結合のみを加水分解する酵素(α−1,6−グルコ
シダーゼ)としては,プルラナーゼやイソアミラーゼな
どが知られている。これらは,例えばグルコアミラーゼ
との併用により澱粉性基質からグルコースの製造に,そ
して,β−アミラーゼやマルトトリオース以上のマルト
オリゴ糖生成酵素との併用により澱粉性基質からマルト
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などのマルトオリゴ
糖の製造において,これらの糖の増収に有効であること
が認められている。澱粉性基質からの上記糖の製造時の
反応温度は,反応速度,基質溶解性および微生物汚染防
止などの点から,高いことが望ましい。しかし,これま
で知られるα−1,6−グルコシダーゼの至適温度および
安定温度範囲は低く,通常40℃から50℃前後である。高
温で作用するこの種の酵素としては,わずかに,バシラ
ス アシドプルリティクス(Bacillus acidopullulytic
us)およびクロストリジウム サーモヒドロスルフリウ
ム(Clostridium thermohydrosulfurium)由来のプルラ
ナーゼが知られているにすぎない(それぞれ特公昭62−
25037号公報;およびApplied and Environmental Micro
biology(1985)49巻,1168〜1173頁)。前者の酵素の至
適温度は約65℃〜70℃であり,後者の至適温度は約85℃
であることが知られている。これらの他にも高温で好適
に働き,耐熱性に優れたα−1,6−グルコシダーゼが求
められている。
(Prior art) α such as amylopectin, glycogen, branched oligosaccharides
As an enzyme (α-1,6-glucosidase) that hydrolyzes only -1,6-bond, pullulanase, isoamylase and the like are known. These are used, for example, in combination with glucoamylase to produce glucose from a starchy substrate, and in combination with β-amylase or maltotriose or higher malto-oligosaccharide-forming enzyme from maltose, maltotriose or maltotetraose from a starchy substrate. In the production of maltooligosaccharides such as aus, maltopentaose and maltohexaose, it has been recognized that they are effective in increasing the yield of these sugars. It is desirable that the reaction temperature during the production of the above-mentioned sugar from a starchy substrate is high in terms of reaction rate, substrate solubility and prevention of microbial contamination. However, the optimum temperature and stable temperature range of α-1,6-glucosidase known so far are low, usually around 40 ° C to 50 ° C. There are only a few of these enzymes that act at high temperatures, Bacillus acidopullulytic.
us) and Clostridium thermohydrosulfurium-derived pullulanases are only known (Japanese Patent Publication No. 62-
25037 Publication; and Applied and Environmental Micro
biology (1985) 49, 1168-1173). The optimum temperature of the former enzyme is about 65 to 70 ℃, and the optimum temperature of the latter is about 85 ℃.
Is known to be. In addition to these, there is a demand for α-1,6-glucosidase that works well at high temperatures and has excellent heat resistance.

(発明の目的) 本発明の目的は,反応の至適温度が高く,かつ耐熱性に
優れたα−1,6−グルコシダーゼを提供することにあ
る。本発明の他の目的は,上記優れた性質を有し,マル
トオリゴ糖の製造に有効なプルラナーゼを提供すること
にある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide an α-1,6-glucosidase that has a high optimum temperature of reaction and excellent heat resistance. Another object of the present invention is to provide a pullulanase having the above-mentioned excellent properties and effective for producing maltooligosaccharides.

(発明の要旨) 本発明の強耐熱性プルラナーゼは,次の性質を有する。(Summary of the Invention) The highly thermostable pullulanase of the present invention has the following properties.

作用および基質特異性:プルランに作用し,主として
マルトトリオースを生成する。また,アミロペクチン,
β−限界デキストリンおよび可溶性澱粉のα−1,6−グ
ルコシド結合を分解する。
Action and substrate specificity: It acts on pullulan and mainly produces maltotriose. Also, amylopectin,
It cleaves the α-1,6-glucoside bonds of β-limit dextrin and soluble starch.

至適pH範囲:6.2〜6.5 安定pH範囲:35℃において3.2〜9.5である。Optimum pH range: 6.2 to 6.5 Stable pH range: 3.2 to 9.5 at 35 ° C.

作用適温の範囲:5%プルランを基質とした場合の至適
温度は75〜80℃;そして5%可溶性澱粉を基質とした場
合の至適温度は80〜85℃である。
Range of optimum temperature of action: The optimum temperature is 75-80 ° C when 5% pullulan is used as a substrate; and the optimum temperature is 80-85 ° C when 5% soluble starch is used as a substrate.

熱安定性:pH6.8において10分間保持した場合90℃まで
安定である。
Thermal stability: Stable up to 90 ° C when kept at pH 6.8 for 10 minutes.

分子量:ソジウムドデシルサルフェイド電気泳動によ
る分子量は55,000である。
Molecular weight: The molecular weight by sodium dodecyl sulphate electrophoresis is 55,000.

プルランに対するミハエリス定数(Km):5.1mg/ml。Michaelis constant (Km) for pullulan: 5.1 mg / ml.

本発明のプルラナーゼは,バシラス(Bacillus)属菌,
特に高度好熱菌バシラス フラボカルダリウス(Bacill
us flavocaldarius)KP1228株(微工研菌寄第9542号;FE
RM P−9542)により生産される。この菌株は本発明者ら
により伊豆峰自噴泉から分離・採取された新菌株である
(昭和59年度日本農芸化学大会講演要旨集542頁)。こ
の菌株は,本発明のプルラナーゼとは別に耐熱性のエキ
ソ−オリゴ−1,6−グルコシダーゼを産生することが発
明者らにより明らかにされている(昭和60年度日本農芸
化学大会講演要旨集375頁)。この菌株の菌学的性質を
表1に示す。表1において特に記載のない限り培養温度
は60℃である。
The pullulanase of the present invention is a bacterium of the genus Bacillus,
Especially highly thermophilic bacterium Bacillus flavocaldarius (Bacill
us flavocaldarius) KP1228 strain (Microtech Lab. No. 9542; FE
It is produced by RM P-9542). This strain is a new strain isolated and collected from the Izumine self-spraying spring by the present inventors (Abstracts of the Abstracts of the Japan Agricultural Chemistry Conference 1984, p. 542). It has been clarified by the present inventors that this strain produces a thermostable exo-oligo-1,6-glucosidase in addition to the pullulanase of the present invention (Abstracts of the Annual Meeting of the Japan Agricultural Chemistry in 1985, p. 375). ). The mycological properties of this strain are shown in Table 1. The culture temperature is 60 ° C. unless otherwise specified in Table 1.

培養条件 上記菌株の培地は格別である必要はなく,通常と培地が
用いられる。炭素源としては,可溶性澱粉,アミロペク
チン,アミロース,デキストリンなどが用いられる。コ
ーン,馬鈴薯,甘露などを用いることもできる。窒素源
としてはペプトン,酵母エキス,肉エキス,大豆粉,コ
ーンディスティラーズソリュブルなどが用いられる。無
機塩類としては,K2HPO4,KH2PO4,CaCl2,MgSO4,Na2HPO4,
(NH42HPO4などが用いられる。例えば,次の培地が好
適に用いられる。
Culture conditions The culture medium of the above strains does not have to be special, and the usual culture medium is used. Soluble starch, amylopectin, amylose, dextrin, etc. are used as carbon sources. Corn, potatoes, honeydew, etc. can also be used. As the nitrogen source, peptone, yeast extract, meat extract, soybean powder, corn distillers solubles, etc. are used. Inorganic salts include K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , Na 2 HPO 4 ,
(NH 4 ) 2 HPO 4 or the like is used. For example, the following medium is preferably used.

培養pHは6.3〜8.7,好ましくは6.8〜8.0,培養温度は51〜
82℃,好ましくは76℃前後であり,約18時間好気的に攪
拌または振盪しながら培養を行う。本発明のプルラナー
ゼは主として細胞内に蓄積される。
Culture pH is 6.3-8.7, preferably 6.8-8.0, culture temperature is 51-
The temperature is 82 ° C, preferably around 76 ° C, and the culture is performed for about 18 hours while aerobically stirring or shaking. The pullulanase of the present invention is mainly accumulated in cells.

酵素の採取法 上記培養液から本発明酵素を採取・精製するには既知の
精製法が単独もしくは併用して利用されうる。例えば,
培養液中の菌体を破砕し,抽出を行った後,硫安などに
よる塩析を行う。これをCM−セファデックス,ハイドロ
キシアパタイト,フェニルセファロースなどのカラムに
かけて精製を行う。精製法の一例を次に示す。
Enzyme Collection Method In order to collect and purify the enzyme of the present invention from the above culture solution, known purification methods can be used alone or in combination. For example,
The cells in the culture solution are crushed, extracted, and then salted out with ammonium sulfate or the like. This is applied to a column of CM-Sephadex, hydroxyapatite, phenyl sepharose, etc. for purification. An example of the purification method is shown below.

(1)培養液から菌体を遠心分離によって集め,アルミ
ナ粉砕を行い,適当な緩衝液で抽出を行う。(2)得ら
れた抽出液を硫酸アンモニウム(0.2〜0.5M)で塩析す
る。(3)得られた粗酵素を,DEAE−セファデックスA
−50カラムクロマトグラフィー(pH8.0)にかける。
(4)次に,CM−セファデックスC−50カラムクロマト
グラフィーにかける(pH6.0;0〜0.8M NaCl濃度勾配)。
(5)ハイドロキシアパタイト(バイオゲルHTP)クロ
マトグラフィーにかける(pH6.8;リン酸緩衝液5〜300m
M濃度勾配)。(6)フェニルセファロースCL−4Bカラ
ムクロマトグラフィーにかける(pH6.8〜7.5;エチレン
グリコール0〜50%,(NH42SO41〜0Mの濃度勾配)。
(7)CM−セファデックスC−50カラムクロマトグラフ
ィーにかける(pH6.0;0〜0.3M NaCl濃度勾配)。このよ
うな方法で精製したときの各ステップにおける酵素の純
化の度合を表2に示す。表2における活性は後述の活性
測定法により測定した値である。ステップ1の値は菌体
732g(湿重量)をアルミナ粉砕し,抽出し遠心分離にか
けて得られる上清液を濃縮し,これを試料としたときの
測定値である。このようにして,ステップ7では11.5単
位/mg蛋白質の(当初の酵素上清液に比較して1040倍に
鈍化された)精製酵素が得られる。以下,後述の酵素の
性質は,この精製酵素を用いて調べられた。
(1) Cells are collected from the culture solution by centrifugation, pulverized with alumina, and extracted with an appropriate buffer solution. (2) Salt out the obtained extract with ammonium sulfate (0.2 to 0.5M). (3) The obtained crude enzyme was added to DEAE-Sephadex A
Subject to -50 column chromatography (pH 8.0).
(4) Next, it is subjected to CM-Sephadex C-50 column chromatography (pH 6.0; 0-0.8M NaCl concentration gradient).
(5) Hydroxyapatite (biogel HTP) chromatography (pH 6.8; phosphate buffer 5 to 300m
M concentration gradient). (6) Subject to phenyl sepharose CL-4B column chromatography (pH 6.8 to 7.5; ethylene glycol 0 to 50%, (NH 4 ) 2 SO 4 1 to 0 M concentration gradient).
(7) CM-Sephadex C-50 column chromatography (pH 6.0; 0-0.3M NaCl concentration gradient). Table 2 shows the degree of purification of the enzyme in each step when purified by such a method. The activity in Table 2 is a value measured by the activity measuring method described below. The value of step 1 is bacterial
732 g (wet weight) was pulverized with alumina, extracted, and centrifuged to obtain a supernatant solution, which was concentrated and used as a sample. In this way, step 7 yields 11.5 units / mg protein of purified enzyme (1040-fold slower compared to the original enzyme supernatant). The properties of the enzyme described below were examined using this purified enzyme.

活性測定法 5mMのエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)を含有する4
0mM K−リン酸バッファー(pH6.8)に基質としてプルラ
ンが1%となるように添加し,これに活性が未知の酵素
液0.1ml(0.02〜0.05単位)を加え,総量を0.25mlとす
る。これを75℃で20分間インキュベートし,冷却して酵
素反応を停止させる。還元力の上昇をソモギーネルソン
(SomogyiNelson)法で測定する。酵素の1単位は,1分
間に1μmolのホルミル基を生成する酵素量とする。
Activity measurement method Contains 5 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) 4
Pullulan is added as a substrate to 0 mM K-phosphate buffer (pH 6.8) at a concentration of 1%, and 0.1 ml (0.02-0.05 unit) of enzyme solution of unknown activity is added to make the total volume 0.25 ml. . This is incubated at 75 ° C for 20 minutes and cooled to stop the enzymatic reaction. The increase in reducing power is measured by the Somogyi Nelson method. One unit of enzyme is the amount of enzyme that produces 1 μmol of formyl group per minute.

酵素の性質 本発明酵素の理化学的性質を以下に示す。Properties of enzyme The physicochemical properties of the enzyme of the present invention are shown below.

作用および基質特異性 −1基質特異性 プルランの代わりに下記基質を含有するリン酸緩衝液に
それぞれ本酵素を加えて,活性測定法に準じて酵素反応
を行い,生じたホルミル基のモル数を測定した。ただ
し,α−限界デキストリン(1)と(2),デキストリ
ンは3,5−ジニトロサリチル酸法で,パノース,イソマ
ルトースはグルコースBテスト試薬(和光純薬)を用
い,その他の基質の場合は,ソモギーネルソン法により
生成ホルミリ基のモル数を測定した。種々の基質を用い
て実験を行った結果を表3に示す。
Action and Substrate Specificity -1 Substrate Specificity Instead of pullulan, this enzyme was added to each of the phosphate buffers containing the following substrates, and the enzyme reaction was carried out according to the activity measurement method. It was measured. However, α-limit dextrin (1) and (2), dextrin is 3,5-dinitrosalicylic acid method, panose and isomaltose are glucose B test reagents (Wako Pure Chemical Industries), and other substrates are The number of moles of the formed formyl group was measured by the Moggy Nelson method. The results of experiments conducted using various substrates are shown in Table 3.

表3において,α−限界デキストリン(1)はヒト睡液
腺α−アミラーゼを用いて,そしてα−限界デキストリ
ン(2)はバシラス サチリス(Bacillus subtilis)
の生産するα−アミラーゼを用いて,それぞれ調製され
た。
In Table 3, α-limit dextrin (1) uses human sleep gland α-amylase, and α-limit dextrin (2) indicates Bacillus subtilis.
Were prepared using the α-amylase produced by E. coli.

−2作用機作 プルランを基質として同様の条件下で酵素反応を行い,2
0分後,40分後および60分後に反応液を採取してペーパー
クロマトグラフィーを行った。展開溶媒としては,n−ブ
タノール−ピリジン−H2O(6:4:3)を用いた。その結果
を第1図に示す。第1図において,G1〜G6は,それぞれ
グルコース数が1〜6個のマルトオリゴ糖の展開位置を
示す。IG2はイソマルトースの,そしてPAはパノースの
展開位置を示す。第1図から,本酵素はプルランに作用
し,主としてマルトトリオースを生成し,パノースおよ
びイソマルトースは生成しないことがわかる。
-2 Mechanism of action The enzyme reaction was performed under the same conditions using pullulan as a substrate.
After 0 minutes, 40 minutes, and 60 minutes, the reaction solutions were collected and subjected to paper chromatography. As the developing solvent, n- butanol - pyridine -H 2 O (6: 4: 3) was used. The results are shown in FIG. In FIG. 1, G 1 to G 6 indicate the developed positions of maltooligosaccharides having a glucose number of 1 to 6, respectively. IG 2 indicates the deployment position of isomaltose, and PA indicates the development position of panose. From FIG. 1, it can be seen that this enzyme acts on pullulan and mainly produces maltotriose, but not panose and isomaltose.

次に,プルランを基質として,別に同様の条件下で酵素
反応を行い,10分後,60分後および120分後にそれぞれ反
応液10μlを採取して高速液体クロマトグラフィーにか
けた。高速液体クロマトグラフィーのカラムとしてはJa
sco Finepak SIL NH2カラムを使用し,溶離液としては
アセトニトリル−H2O(6:4)を用いた。溶離液を1ml/分
の割合で流し,Jasco RID−300 R1検出器で検出した。得
られたチャートを第2図(a),(b)および(c)に
示す。第2図において,1はマルトトリオースのピーク
を,そして2は63−α−マルトトリオシルマルトトリオ
ースのピークを示す。
Next, using pullulan as a substrate, another enzymatic reaction was carried out under the same conditions, and after 10 minutes, 60 minutes, and 120 minutes, 10 μl of the reaction solution was collected and subjected to high performance liquid chromatography. Ja as a column for high performance liquid chromatography
A sco Finepak SIL NH 2 column was used, and acetonitrile-H 2 O (6: 4) was used as the eluent. The eluent was run at a rate of 1 ml / min and detected with a Jasco RID-300 R1 detector. The obtained charts are shown in FIGS. 2 (a), (b) and (c). In Figure 2, 1 is the peak of maltotriose, and 2 denotes a peak of 6 3-.alpha.-maltotriosyl maltotriose.

前記−1(基質特異性)および−2(作用機作)の
実験結果から,本酵素は,プルラン,アミロペクチン,
β−限界デキストリン,可溶性澱粉などの澱粉様α−グ
ルカンに作用することがわかる。良好な基質はプルラン
およびβ−限界デキストリンである。プルランからはマ
ルトースおよび少量の63−α−マルトトリオシルマルト
トリオースを生成する。アミロース,グリコーゲン,α
−限界デキストリン,パノース,イソマルトースおよび
デキストリンは分解しない。本酵素は,上記基質および
生成物の特性から,イソプルラナーゼとは異なり典型的
なプルラナーゼであることがわかる。生成物としては,
マルトトリオースのダイマーである63−α−マルトトリ
オシルマルトトリオースの存在が確認されていることか
ら,本酵素は基質をエンドタイプに加水分解することが
わかる。
From the experimental results of -1 (substrate specificity) and -2 (mechanism of action), the present enzyme was identified as pullulan, amylopectin
It can be seen that it acts on starch-like α-glucans such as β-limit dextrin and soluble starch. Good substrates are pullulan and β-limit dextrin. The pullulan to produce maltose and a small amount of 6 3-.alpha.-maltotriosyl maltotriose. Amylose, glycogen, α
-Limited dextrins, panose, isomaltose and dextrins do not decompose. From the characteristics of the above-mentioned substrate and product, this enzyme is a typical pullulanase, unlike isopullulanase. As a product,
Since the presence of 6 3-.alpha.-maltotriosyl maltotriose is a dimer of maltotriose has been confirmed, the enzyme is seen to hydrolyze the substrate to the end type.

至適pH範囲および安定pH範囲 本酵素を用い,pH3.0〜9.2の範囲のpH条件下で活性測定
法の方法に準じて酵素反応を行った。但し,使用したバ
ッファーは,pH3.0〜7.2の範囲ではマクルベインバッフ
ァー(Mcllvain's buffer),そしてpH6.5〜9.2の範囲
では50mMグリシン−NaCl−NaOHバッファーである。その
相対活性を第3図に示す。第3図から,至適pHは75℃に
おいて約6.2〜6.5であることがわかる。
Optimum pH range and stable pH range Using this enzyme, enzymatic reaction was carried out under the pH condition of pH 3.0 to 9.2 according to the method of activity measurement. However, the buffer used was McClvain's buffer in the range of pH 3.0 to 7.2, and 50 mM glycine-NaCl-NaOH buffer in the range of pH 6.5 to 9.2. The relative activity is shown in FIG. From Fig. 3, it can be seen that the optimum pH is about 6.2 to 6.5 at 75 ° C.

本酵素を所定のpHのバッファーに溶解し35℃で15時間保
持した後,残存活性を測定した。pHは第4図に示す12種
に設定した。その結果を第4図に示す。使用したバッフ
ァーは,pH2.5〜7.2ではマクルベインバッファー,pH7.5
〜9.5では50mMグリシン−NaCl−NaOHバッファーであ
る。マクルベインバッファーの反応系での測定値を第7
図に●で,グリシン−NaCl−NaOHバッファーの反応系で
の測定値を第7図に▲で示す。安定pH範囲は35℃で3.2
〜9.5であることがわかる。
The enzyme was dissolved in a buffer having a predetermined pH and kept at 35 ° C for 15 hours, and then the residual activity was measured. The pH was set to 12 types shown in FIG. The results are shown in FIG. The buffer used was McCurvein buffer at pH 2.5-7.2, pH 7.5.
At ~ 9.5 is 50 mM glycine-NaCl-NaOH buffer. The measured value in the reaction system of McClvain buffer is
The values are shown by ● in the figure and the measured values in the reaction system of glycine-NaCl-NaOH buffer are shown by ▲ in Fig. 7. Stable pH range is 3.2 at 35 ° C
It turns out to be ~ 9.5.

作用適温の範囲 本酵素を用いプルラン(5%)を基質とし,35〜100℃の
範囲において14種類の温度条件下で,活性測定法に準じ
て酵素反応を行った。その相対活性を第5図に実線で示
す。第5図からプルラン(5%)を基質としたときの至
適温度は75〜80℃であることがわかる。
Optimum temperature range of action Using this enzyme, pullulan (5%) was used as a substrate, and the enzyme reaction was carried out in the range of 35 to 100 ℃ under 14 kinds of temperature conditions according to the activity measurement method. The relative activity is shown by the solid line in FIG. It can be seen from FIG. 5 that the optimum temperature is 75-80 ° C. when pullulan (5%) is used as the substrate.

次に,可溶性澱粉(5%)を基質とし,45〜100℃の範囲
において11種類の温度条件下で,同様に酵素反応を行っ
た。その相対活性を第5図に破線で示す。第5図から可
溶性澱粉(5%)を基質としたときの至適温度は80〜85
℃であることがわかる。
Next, using soluble starch (5%) as a substrate, the same enzymatic reaction was carried out in the range of 45 to 100 ° C under 11 kinds of temperature conditions. The relative activity is shown by the broken line in FIG. From Fig. 5, the optimum temperature is 80-85 when soluble starch (5%) is used as a substrate.
It can be seen that the temperature is ° C.

94℃において,プルランを基質とした場合には,至適活
性の67%,可溶性澱粉を基質とした場合には,至適活性
の55%の活性を示す。反応温度が100℃近くとなっても
いずれの場合にも至適活性の約50%の活性を示す。
At 94 ° C, 67% of the optimum activity is obtained when pullulan is used as the substrate, and 55% of the optimum activity is obtained when soluble starch is used as the substrate. Even when the reaction temperature is close to 100 ° C., the activity is about 50% of the optimum activity in any case.

pH,温度などによる失活の条件 本酵素は,第4図から,35℃においてpH3.0以下で15時間
で失活することが明らかである。
Conditions for inactivation due to pH, temperature, etc. From Fig. 4, it is clear that this enzyme is inactivated at pH 3.0 or lower at 35 ° C in 15 hours.

本酵素をpH6.8のリン酸バッファーに溶解させ所定温度
で10分間保持した後,その残存活性を測定した。保持温
度は,第6図に示す6種類に設定された。それぞれの残
存活性を第6図に示す。第6図からこの酵素は上記条件
下で90℃まで安定であることがわかる。100℃近くにお
いても約50%の活性が残存することがわかる。
This enzyme was dissolved in a phosphate buffer of pH 6.8 and kept at a predetermined temperature for 10 minutes, and its residual activity was measured. The holding temperature was set to 6 types shown in FIG. The residual activity of each is shown in FIG. It can be seen from FIG. 6 that this enzyme is stable up to 90 ° C. under the above conditions. It can be seen that about 50% of the activity remains even near 100 ° C.

分子量 ソジウムドデシルサルフェイト(SDS)電気泳動におい
て,単一のタンパクバンドが検出される。SDS電気泳動
法による分子量は約55000である。
Molecular weight Sodium dodecyl sulfate (SDS) electrophoresis detects a single protein band. The molecular weight by SDS electrophoresis is about 55,000.

Km値 プルランを基質とした場合のKm値は5.1mg/mlである。但
し酵素反応は活性測定法に準じて行った。
Km value The Km value when using pullulan as a substrate is 5.1 mg / ml. However, the enzyme reaction was performed according to the activity measuring method.

既知酵素との比較 本酵素と,これまでに報告されているプルラナーゼとの
比較を行った。
Comparison with known enzyme This enzyme was compared with the previously reported pullulanase.

表4に本酵素および各種プルラーゼの特徴(分子量,至
適pH,至適温度および安定温度)を示す。
Table 4 shows the characteristics (molecular weight, optimum pH, optimum temperature and stable temperature) of this enzyme and various pullulases.

表4から,本酵素は,反応の至適温度が75〜85℃と高い
ため,バシラス アシドプルリティクス由来のプルラナ
ーゼ以下6種の酵素とは異なることがわかる。本酵素
は,クロストリジウム サーモヒドロスルフリウム由来
のプルラナーゼと至適温度において類似するが,pH6.8に
おいて10分間保持したときの熱安定性が90℃と該プルラ
ナーゼの80℃よりも10℃高い。さらに至適pHが6.2〜6.5
であり,クロストリジウム サーモヒドロスルフリウム
由来のプルラナーゼよりも中性側であることが異なる。
このように,本発明のプルラナーゼは,既知のプルラナ
ーゼのいずれとも異なる新規酵素であり,かつ最も耐熱
性が高く高温で機能するプルラナーゼであることが明ら
かになった。
It can be seen from Table 4 that this enzyme is different from the six enzymes below pullulanase derived from Bacillus acid pullulitics because the optimum reaction temperature is as high as 75 to 85 ° C. This enzyme is similar to the pullulanase derived from Clostridium thermohydrosulfurium at the optimum temperature, but its thermostability is 90 ℃, which is 10 ℃ higher than 80 ℃ of the pullulanase, when kept at pH6.8 for 10 minutes. Furthermore, the optimum pH is 6.2 to 6.5
And is more neutral than the pullulanase derived from Clostridium thermohydrosulfurium.
As described above, it was revealed that the pullulanase of the present invention is a novel enzyme that is different from any known pullulanase, and that it has the highest thermostability and functions at high temperature.

実施例 (A)Bacillus flavocaldarius KP1228株の培養:デキ
ストリン2.0%,ペプトン1.2%,酵母エキス0.3%,肉
エキス0.05%,K2HPO40.3%,KH2PO40.1%およびCaCl20.0
1mMを含有する溶液(pH7.5)を培地とし,Bacillus flav
ocaldarius KP1228株の培養を行った。培養は76℃で約1
8時間,回転振盪培養法により行った。
Example (A) Culture of Bacillus flavocaldarius KP1228 strain: dextrin 2.0%, peptone 1.2%, yeast extract 0.3%, meat extract 0.05%, K 2 HPO 4 0.3%, KH 2 PO 4 0.1% and CaCl 2 0.0.
Using a solution containing 1 mM (pH 7.5) as the medium, Bacillus flav
The ocaldarius KP1228 strain was cultured. Culture is about 1 at 76 ℃
The culture was performed for 8 hours by the rotary shaking culture method.

(B)酵素の採取および調製:(A)項で得られた培養
液を遠心分離にかけ,菌体732g(湿重量)を得た。これ
をアルミナ粉砕した後,リン酸緩衝液(pH7.0)で抽出
を行った。抽出液を濃縮し,得られた粗酵素液を硫酸ア
ンモニウム(0.2〜0.5M)で塩析にかけた。得られた粗
酵素をまず,DEAE−セファデックスA−50カラムクロマ
トグラフィー(pH8.0)にかけ,次に,CM−セファデック
スC−50カラムクロマトグラフィーにかけた(pH6.0;0
〜0.8M NaCl濃度勾配)。さらに,ハイドロキシアパタ
イト(バイオゲルHTP)クロマトグラフィー(pH6.8;リ
ン酸緩衝液5〜300mM濃度勾配),フェニルセファロー
スCL−4Bカラムクロマトグラフィー(pH6.8〜7.5;エチ
レングリコール0〜50%,(NH42SO41〜0Mの濃度勾
配),およびCM−セファデックスC−50カラムクロマト
グラフィー(pH6.0〜0.3M NaCl濃度勾配)に順次かけ
て,精製酵素を得た。この酵素は,上記活性測定法を用
いて測定すると11.5単位/mg蛋白質であることがわかっ
た。蛋白の定量はLowryらの方法を採用した。
(B) Collection and preparation of enzyme: The culture broth obtained in (A) was centrifuged to obtain 732 g of bacterial cells (wet weight). This was pulverized with alumina and then extracted with a phosphate buffer (pH 7.0). The extract was concentrated, and the resulting crude enzyme solution was subjected to salting out with ammonium sulfate (0.2 to 0.5M). The crude enzyme obtained was first subjected to DEAE-Sephadex A-50 column chromatography (pH 8.0) and then to CM-Sephadex C-50 column chromatography (pH 6.0; 0).
~ 0.8M NaCl concentration gradient). Furthermore, hydroxyapatite (biogel HTP) chromatography (pH 6.8; phosphate buffer solution 5 to 300 mM concentration gradient), phenyl sepharose CL-4B column chromatography (pH 6.8 to 7.5; ethylene glycol 0 to 50%, (NH 4 ) 2 SO 4 1-0 M concentration gradient) and CM-Sephadex C-50 column chromatography (pH 6.0-0.3 M NaCl concentration gradient) were sequentially applied to obtain a purified enzyme. This enzyme was found to be 11.5 units / mg protein when measured using the above-mentioned activity measuring method. The method of Lowry et al. Was adopted for protein quantification.

(C)マルトトリオースの調製: (C)−1プルランを1%の割合で含有する40mMリン酸
バッファー(pH6.8)0.25mlに(B)項で得られた酵素
液(酵素0.05単位を含有する)を加えて,活性測定法に
準じて2時間酵素反応を行った。反応液を高速液体クロ
マトグラフィーにかけたところ,マルトトリオースおよ
び微量の63−α−マルトトリオシルマルトトリオースの
存在が確認された。
(C) Preparation of maltotriose: 0.25 ml of 40 mM phosphate buffer (pH 6.8) containing (C) -1 pullulan at a ratio of 1% was added to the enzyme solution obtained in (B) (0.05 unit of enzyme). Was added) and the enzyme reaction was carried out for 2 hours according to the activity measurement method. It was subjected to the reaction solution to HPLC, the presence of 6 3-.alpha.-maltotriosyl maltotriose maltotriose and traces were observed.

(C)−2プルランを1%の割合で含有する40mMリン酸
バッファー(pH6.8)0.25mlに(B)項で得られた酵素
液(酵素0.05単位を有する)を加え,75℃で2時間反応
を行った。反応液の酵素を失活させた後,脱塩し,濃縮
して無色透明な澱粉糖液を得た。この澱粉糖液の生成物
組成を高速液体クロマトグラフィーで確認したところ,
マルトトリオースの含量は,全含有炭水化物に対する重
量%で88%であった。
(C) -2 To 0.25 ml of 40 mM phosphate buffer (pH 6.8) containing 1% pullulan, the enzyme solution (having 0.05 unit of enzyme) obtained in (B) was added, and the mixture was heated at 75 ° C. for 2 hours. The reaction was carried out over time. After deactivating the enzyme in the reaction solution, it was desalted and concentrated to obtain a colorless transparent starch sugar solution. When the product composition of this starch sugar solution was confirmed by high performance liquid chromatography,
The content of maltotriose was 88% by weight based on the total carbohydrate content.

(発明の効果) 本発明によれば,このように,バシラス フラボカルダ
リウス KP1228株から,新規プルラナーゼが得られる。
本酵素は,耐熱性が90℃と非常に高く,これまでに知ら
れているプルラナーゼのうちでは最も耐熱性に優れた酵
素である。この酵素の至適pHは,中性付近であるため,
例えば,中性付近で好適に作用するアミラーゼを組み合
わせて,澱粉系基質からマルトオリゴ糖(食品用,試薬
用,医薬用などに使用される)を製造するのに有利であ
る。高温で効果的に働くため反応温度として高温を採用
し,効果的にマルトオリゴ糖を製造することが可能であ
る。
(Effect of the Invention) According to the present invention, a novel pullulanase is thus obtained from Bacillus flavocaldarius KP1228 strain.
This enzyme has a very high thermostability of 90 ° C and is the most thermostable enzyme among pullulanases known to date. Since the optimum pH of this enzyme is near neutral,
For example, it is advantageous to produce a maltooligosaccharide (used for foods, reagents, pharmaceuticals, etc.) from a starch-based substrate by combining an amylase that works appropriately near neutrality. Since it works effectively at high temperature, it is possible to effectively produce maltooligosaccharides by using high temperature as the reaction temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は,プルランを基質とし本酵素を用いて酵素反応
を行ったときの反応液のペーパークロマトグラフィーの
結果を示す図,第2図はプルランを基質とし本酵素を用
いて酵素反応を行ったときの反応生成物を経時的に示す
高速液体クロマトグラフィーのチャート,第3図は本発
明酵素の至適pHを示すグラフ,第4図は本酵素の安定pH
範囲を示すグラフ,第5図は本酵素の至適温度を示すグ
ラフ,そして第6図は本酵素の安定温度範囲を示すグラ
フである。
Fig. 1 shows the results of paper chromatography of the reaction solution when pullulan was used as a substrate and the enzyme reaction was performed using this enzyme. Fig. 2 is the enzyme reaction using this enzyme with pullulan as the substrate. Chart of high performance liquid chromatography showing the reaction product with time, Fig. 3 is a graph showing the optimum pH of the enzyme of the present invention, and Fig. 4 is the stable pH of the enzyme.
A graph showing the range, FIG. 5 is a graph showing the optimum temperature of this enzyme, and FIG. 6 is a graph showing the stable temperature range of this enzyme.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】次の性質を有する耐熱性に優れたプルラナ
ーゼ。 作用および基質特異性:プルランに作用し,主として
マルトトリオースを生成する。また,アミロペクチン,
β−限界デキストリンおよび可溶性澱粉のα−1,6−グ
ルコシド結合を分解する。 至適pH範囲:6.2〜6.5 安定pH範囲:35℃において3.2〜9.5である。 作用適温の範囲:5%プルランを基質とした場合の至適
温度は75〜80℃;そして5%可溶性澱粉を基質とした場
合の至適温度は80〜85℃である。 熱安定性:pH6.8において10分間保持した場合90℃まで
安定である。 分子量:ソジウムドデシルサルフェイド電気泳動によ
る分子量は55,000である。 プルランに対するミハエリス定数(Km):5.1mg/ml。
1. A pullulanase having the following properties and excellent heat resistance. Action and substrate specificity: It acts on pullulan and mainly produces maltotriose. Also, amylopectin,
It cleaves the α-1,6-glucoside bonds of β-limit dextrin and soluble starch. Optimum pH range: 6.2 to 6.5 Stable pH range: 3.2 to 9.5 at 35 ° C. Range of optimum temperature of action: The optimum temperature is 75-80 ° C when 5% pullulan is used as a substrate; and the optimum temperature is 80-85 ° C when 5% soluble starch is used as a substrate. Thermal stability: Stable up to 90 ° C when kept at pH 6.8 for 10 minutes. Molecular weight: The molecular weight by sodium dodecyl sulphate electrophoresis is 55,000. Michaelis constant (Km) for pullulan: 5.1 mg / ml.
【請求項2】バシラス(Bacillus)属菌から得られる特
許請求の範囲第1項に記載のプルラナーゼ。
2. The pullulanase according to claim 1, which is obtained from a bacterium of the genus Bacillus.
【請求項3】バシラス フラボカルダリウス(Bacillus
flavocaldarius)KP1228株から得られる特許請求の範
囲第1項または第2項に記載のプルラナーゼ。
3. Bacillus flavocaldarius
flavocaldarius) KP1228 strain, The pullulanase according to claim 1 or 2.
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