JPH0871B2 - 新規耐熱性レバンシュークラーゼおよびその製造方法 - Google Patents

新規耐熱性レバンシュークラーゼおよびその製造方法

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JPH0871B2
JPH0871B2 JP1344676A JP34467689A JPH0871B2 JP H0871 B2 JPH0871 B2 JP H0871B2 JP 1344676 A JP1344676 A JP 1344676A JP 34467689 A JP34467689 A JP 34467689A JP H0871 B2 JPH0871 B2 JP H0871B2
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修 小澤
耕太郎 大塚
志朗 日野
淑人 澤入
孝之 福嶋
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日新製糖株式会社
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、シュークロースからレバンを生成する新規
耐熱性レバンシュークラーゼおよびその製造法に関す
る。
[従来の技術] レバンはコレステロール吸収抑制、血圧抑制、整腸作
用、免疫増強などの効果が期待される。
また、加工食品分野においてはデンプンの老化抑制、
増粘剤、安定剤等として有用である。
レバンシュークラーゼはシュークロースやラフィノー
スのβ−フラクトシル基をシュークロースやラフィノー
スに転移させ、β−2,6結合のレバンを生成する酵素で
ある。
これまでBacillus subtilis(Meth.Enzymol.8.500−
505),Aerobacter levanicum(Biochim.Biophys.Acta.
113,79−83),Bacillus licheniformis(特公昭56−42
35号)や、Leucnostoc属,Zymomonas属,Xanthomonas属が
生成することが知られている。
しかしながら、上記の微生物はレバンシュークラーゼ
を培養液中に生成するため、同時に生成されるレバンと
の分離が困難となりレバンシュークラーゼのみを経済的
に得ることができないことや、酵素の耐熱性不足などの
問題点があった。
レバンシュークラーゼの別の用途としては、そのフラ
クトシル基転移作用を利用することにより、キシロース
やラクトロースにフラクトシル基が転移したキシロシュ
ークロースやラクトシュークロースなどの有用オリゴ糖
の製造に使用することが挙げられ、キシロシュークロー
スやラクトシュークロースはビフィズス菌増殖物質や抗
う蝕性甘味料などとしての利用が期待されている。
現在、これら有用オリゴ糖の製造方法として、バチル
ス(Bacillus)属菌起源のレバンシュークラーゼ(特開
昭59−39287号)や、アエロバクター(Aerobacter)属
菌起源のレバンシュークラーゼ(特開昭55−118369号)
を用いてラクトシュークロースを合成する方法、あるい
はバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)のレバ
ンシュークラーゼ(J.Biochem.,90,521−526(198
1))、(特開昭55−118369号)を用いてシュークロー
スとキシロースからキシロシュクロースを合成する方法
等が報告されているが、酵素の耐熱性、反応効率の点か
ら実用化されていない。
本発明は上記事実を考慮し、レバンの製造およびキシ
ロシュークロースやラクトシュークロースなどのオリゴ
糖製造に適した耐熱性のレバンシュークラーゼを収率よ
く生成する方法を提供することを目的とする。
[問題を解決するための手段] 本発明者らは、多くの微生物についてレバンシューク
ラーゼ生産能の観点から微生物の検索を行ったところ、
ローネラ属の微生物が耐熱性のレバンシュークラーゼを
菌体内に多く蓄積することを見いだし、本発明を完成す
るに至った。
本発明のレバンシュークラーゼは後述する理化学的性
質を有する新規なレバンシュークラーゼであった。
特に受容体としてキシロースやラクトロースの糖を用
いた場合、高温下で短時間にシュークロースのフラクト
シル基がこれらの糖に転移し、キシロシュークロースや
ラクトシュークロースを生成する。
この新規耐熱性レバンシュークラーゼは、ローネラ属
に属する微生物を好気的に培養した菌体内より酵素を分
離、採取することにより生産される。
菌体からの酵素の分離手段としては公知の酵素精製方
法を用いることができる。
また、培養によって得られたローネラ・アクアティリ
スの菌体および菌体処理物を粗酵素として用いることも
可能である。
本発明において使用されるローネラ属としてはローネ
ラ・アクアティリス(Rahnella aquatilis)(JCM−16
83)が挙げられる。
なお、ローネラ属の微生物のレバンシュークラーゼ生
産能については未だ知られていなかった。
以下に本発明について詳述する。
(I)本発明に用いる微生物 本発明に用いる微生物は、レバンシュークラーゼ生産
能を有するものであり、ローネラ属に属する菌種であ
る。その一例として理化学研究所微生物系統保存施設保
存のローネラ・アクアティリス(Rahnella aquatili
s)(JCM−1683)が挙げられる。
ここで、本発明における使用微生物としてのローネラ
・アクアティリス(Rahnella aquatilis)(JCM−168
3)はその一例であり、その変異株およびローネラ属に
属する菌種でレバンシュークラーゼ生成能を有する微生
物はすべて本発明方法において使用することができる。
上記微生物の培養は、通常用いられる固体培地、液体
培地のどちらをもちいてもよいが液体培地の方が好まし
い。
微生物の培養に利用できる培地は、炭素源としては微
生物が利用できる炭素源を用いることが可能であるが、
好ましくはシュークロースまたはグルコースであり、ま
た窒素源としては、酵母エキス、カゼイン、コーンスチ
ープリカー、ペプトン、肉エキスなどの天然窒素源や硫
安、塩安、尿素などの無機窒素化合物を用いることがで
きる。
なお、炭素源の濃度は1〜20%の範囲で、培養時間は
8〜16時間程度が好適であり、培養は静置培養または通
気撹はん、振とう培養のいずれの方法でも行うことがで
きる。
(II)レバンシュークラーゼ レバンシュークラーゼは上記微生物の菌体内で生産さ
れ、菌体破砕物から分離、採取し、菌体からの分離手段
としては公知の酵素精製方法を用いることができる。微
生物の培養物を粗酵素として用いてもよく、また、塩析
法、担体吸着法、ゲル濾過法、電気泳動法などの精製手
段を用いて精製酵素として使用することもできる。
ローネラ・アクアティリスのレバンシュークラーゼは
以下の理化学性質を有する新規な酵素である。
作用および基質特異性 シュークロースやラフィノースからβ−フラクトシル
基をシュークロースやラフィノースなど受容体に転移さ
せ、β−2,6結合のレバンを生成する。
受容体としてキシロース、D−アラビノース、L−ア
ラビノース、ラクトース、マルトース、セロビオース、
メリビオース、マルテトラオースなど用いた場合、シュ
ークロースのβ−フラクトシル基が受容体に転移し、そ
れぞれに相当するフラクトシル基を有するオリゴ糖を生
成する。
力価の測定法 10%シュークロース(pH6.0、マックルバイン(McIlv
aine)緩衝液)0.9mlと酵素溶液0.1mlを混合し、30℃で
30分間反応させた後、沸騰浴中で5分間加熱し、反応を
停止させた。生成したグルコース量をグルコースオキシ
ダーゼ法により測定し、基質シュークロースから1分間
に1μモルのグルコースを生成する能力を1ユニット
(U)とした。
至適pHおよび安定hpH範囲 シュークロースを基質として各pHにおいて30℃で30分
間反応させた結果、第1図に示すように至適pHはpH5.5
〜6.0であった。
また、各pHにおいて30℃で120分間インキュベートし
た後の残存活性を調べたところ、第2図に示すようにpH
5.0〜9.0の範囲で90%以上の残存活性を示した。
作用適温および熱安定性 シュークロースを基質として各温度においてpH5.5で3
0分間反応させた結果、第3図に示すように最適作用温
度は50〜60℃であった。
また、各温度においてpH5.5で10分間インキュベート
した後の残存活性を調べたところ、第4図に示すように
50℃まで安定であった。
阻害 1mMの水銀イオン、銀イオンにより阻害を受け、ま
た、50mMのフラクトースによっても阻害された。
精製方法 前記微生物を超音波破砕機あるいはフレンチプレスを
用いて破砕し、粗酵素を得ることができる。この菌体破
砕物の上澄み液を除核酸、塩析を行った後、DEAE−Toyo
pearl pak 650M(商品名)、TSKgel G3000SW(商品
名)などを用いたカラムクロマトグラフィーによって精
製酵素を分離、採取することができる。
分子量 TKSgel G3000SWを用いたゲル濾過法による測定で測
定した結果、分子量は約12万であった。
実施例1 菌体の製造 シュークロース 10g 硫酸アンモニウム 2g 酵母エキス 1g KH2PO4 2g Na2HPO4・12H2O 8g 水 1000ml pH 7.0 500ml容三角フラスコ50本に上記組成の培地をそれぞ
れ100mlをとり、あらかじめ同培地で前培養しておいた
ローネラアクアティリス(Rahnella aquatilis JCM−
1683)の培養液1mlを接種し、30℃で16時間ロータリシ
ェーカーで振とう培養(160rpm)を行った。培養終了
後、51の培養液から遠心分離(8000rpm、10分間)して
菌体を回収した。回収した菌体を蒸留水で4回洗浄後、
30mMリン酸緩衝液(pH6.0)300mlに懸濁し、OD660が20
の菌体懸濁液を得た。
実施例2 酵素の精製 実施例1の方法で得た菌体懸濁液300mlを低温下でフ
レンチプレス菌体破砕機により破砕(1500kgf/cm2)し
た後、遠心分離(12000rpm10分間)して上澄み液290ml
を得た。この上澄み液の総活性は2406ユニットであっ
た。上澄み液290mlに5%硫酸ストレプトマイシン30ml
を加え除核酸を行った後、遠心分離(12000rpm、10分
間)して上澄み液310mlを得た。これに97gの硫安を加え
酵素を沈澱させ、沈澱した酵素を遠心分離(12000rpm、
10分間)後、適当量の30mMリン酸緩衝液(pH6.0)に溶
解し、同緩衝液で一夜透析した。透析後25mlの粗酵素液
を得た。この粗酵素の総活性は、2274ユニットであっ
た。
この粗酵素液をあらかじめ30mMリン酸緩衝液(pH6.
0)で平衡化したDEAE−Toyopearl pak 650M(22mm
φ×200mm)カラムに吸着させ、次いで同緩衝液(0〜
1.0M NaClのグラジエント)にて溶出し、350mlの活性
画分を得た。透析、凍結乾燥、限外濾過を行い10mlまで
濃縮した。つぎに、あらかじめ30mMリン酸緩衝液(pH6.
0)で平衡化したTKSgel G3000SW(7.8mmφ×300mm)カ
ラムでゲル濾過を行い、64mlの活性画分を得た。さらに
TSKgel DEAE−5PWで分画を行い、透析、凍結乾燥後373
ユニットの精製酵素を得た。この酵素は、SDS電気泳動
法で単一のバンドを示した。精製酵素の比活性は1207ユ
ニット/mg・タンパクで844倍まで精製された。精製酵素
のシュークロースに対するKm値、Vmaxはそれぞれ50mM、
714pmol/min・mgであった。
実施例3 レバンの生成 シュークロース10gを30mMリン酸緩衝液(pH6.0)に溶
解して100mlとした。これに実施例2で得られたローネ
ラ・アクアティリスの精製レバンシュークラーゼ10ユニ
ットを加えて30℃で24時間反応させた。反応液に300ml
のエタノールを加え白色の粘質沈澱物を得た。これを80
℃の温水に溶解した後、再度3倍のエタノールを加え沈
澱物を得た。この沈澱物を40℃で6時間乾燥し1.9gの固
形物を得た。この固形物はフラクトースの重合体である
レバンであった。
実施例4 ラクトシュークロースの生成 シュークロース10gとラクトース10gを30mMリン酸緩衝
液(pH6.0)に溶解して100とした。これに実施例2で得
られたローネラ・アクアティリスの精製レバンシューク
ラーゼ10ユニットを加えて50℃で5時間反応させた。
高速液体クロマトグラフィーにより生成したラクトシ
ュークロースを測定したところ、6.8gのラクトシューク
ロースが生成した。
得られた反応液100mlを減圧濃縮した。この濃縮液を
カーボン・セライトカラム(1:1)へ通液し、水41を750
ml/hrの流速で流し単糖を溶出、次ぎに2%エタノール4
1でシュークロースとラクトースを溶出させた後、10%
エタノール61を流し活性炭に吸着されているラクトシュ
ークロースを溶出させた。
ラクトシュークロースを含む溶出液を減圧濃縮した
後、凍結乾燥を行い白色の粉末ラクトシュークロース5.
9gを得た。
実施例5 キシロシュークロースの生成 シュークロース10gとキシロース10gを30mMリン酸緩衝
液(pH6.0)に溶解して100mMとした。これに実施例2で
得られたローネラ・アクアティリスの精製レバンシュー
クラーゼ10ユニットを加えて50℃で5時間反応させた。
高速液体クロマトグラフィーにより生成したラクトシ
ュークロースを測定したところ、8.6gのラクトシューク
ロースが生成した。
得られた反応液100mlを減圧濃縮した。この濃縮液を
カーボン・セライトカラム(1:1)へ通液し、水41を750
ml/hrの流速で流し単糖を溶出、次ぎに5%エタノール4
1でシュークロースを溶出させた後、10%エタノール61
を流し活性炭に吸着されているキシロシュークロースを
溶出させた。
キシロシュークロースを含む溶出液を減圧濃縮した
後、凍結乾燥を行い白色の粉末キシロシュークロース7.
2gを得た。
実施例6 オリゴ糖の生成 シュークロース10gとD−アラビノース、L−アラビ
ノース、マルトース、セロビオース、メリビオース、マ
ルトテトラオースなど各種糖質それぞれ10gを実施例
4、5と同様に30mMリン酸緩衝液(pH6.0)に溶解して1
00mlとした。これらに実施例2で得られたローネラ・ア
クアティリスの精製レバンシュークラーゼ10ユニットを
加えて50℃で5時間反応させた。
高速液体クロマトグラフィーにより生成した各種オリ
ゴ糖を確認した。オリゴ糖の生成量はセロビオース、マ
ルトースを受容体にしたばあいに多く、次いでマルトテ
トラオース>L−アラビノース>D−アラビノース>メ
リビオースの順であった。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のレバンシュークラーゼ
は新規な酵素であり、この酵素を用いれば、レバンやキ
シロシュークロース、ラクトシュークロースなどを収率
よく短時間に得ることができ、しかも、本酵素はpH安定
性が高く、耐熱性であるため工業的利用にも適する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図はそれぞれレバンシュークラーゼの至
適pH、pH安定性、至適温度、温度安定性を示したグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 志朗 東京都江東区豊洲4―9―11 日新製糖株 式会社研究部内 (72)発明者 澤入 淑人 東京都江東区豊洲4―9―11 日新製糖株 式会社研究部内 (72)発明者 福嶋 孝之 東京都江東区豊洲4―9―11 日新製糖株 式会社研究部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】以下の(a)乃至(g)の理化学的性質を
    有する耐熱性レバンシュークラーゼ。 (a)シュークロースまたはラフィノースからβ−フラ
    クトシル基がシュークロースやラフィノースなどの受容
    体に転移してβ−2,6結合のレバンを生成し、受容体が
    キシロース、D−アラビノース、L−アラビノース、ラ
    クトース、マルトース、セロビオース、メリビオース、
    マルトテトラオースの時に、これら受容体にフラクトシ
    ル基が転移したオリゴ糖を生成する。 (b)至適pH 5.5〜6.0 (c)安定pH 30℃、120分間処理の条件下で5.0〜9.
    0 (d)作用適温 50℃〜60℃、 (e)熱安定性 pH5.5で10分間処理の場合、50℃まで
    安定 (f)阻害性 水銀イオン、銀イオン、フラクトース
    により阻害される (g)分子量 ゲル濾過法による測定で約12万
  2. 【請求項2】請求項1に記載の耐熱性レバンシュークラ
    ーゼを生成するローネラ(Rahnella)属に属する生産菌
    を好気条件下で培養し、培養物から耐熱性レバンシュー
    クラーゼを分離、採取することを特徴とする微生物によ
    る耐熱性レバンシュークラーゼの製造方法。
  3. 【請求項3】耐熱性レバンシュークラーゼを生成するロ
    ーネラ(Rahnella)属に属する生産菌がローネラ・アク
    アティリス(Rahnella aquatilis)である請求項2に
    記載の耐熱性レバンシュークラーゼの製造方法。
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