JPH0889274A - セロビオースの製造方法 - Google Patents

セロビオースの製造方法

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JPH0889274A
JPH0889274A JP23298194A JP23298194A JPH0889274A JP H0889274 A JPH0889274 A JP H0889274A JP 23298194 A JP23298194 A JP 23298194A JP 23298194 A JP23298194 A JP 23298194A JP H0889274 A JPH0889274 A JP H0889274A
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JP
Japan
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cellobiose
cellulase
lignin
reaction
pulp
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JP23298194A
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English (en)
Inventor
Reiji Kaneko
令治 金子
Makoto Machida
誠 町田
Jun Yashiro
洵 八代
Kunimutsu Murakami
邦睦 村上
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
Original Assignee
Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リグノセルロースからセロビオースを効率的
に製造すること。 【構成】 リグノセルロースをセルラーゼ及びリグニン
分解菌又はリグニン分解酵素存在下で加水分解する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セロビオースの酵素的
製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】セロビオースは、セルロースを分解する
ことにより得られるブドウ糖二分子がβ−1,4結合し
た二糖類であり、低甘味、低カロリー指向には最適の糖
質であることから、ビフィズス菌増殖活性、低甘味糖
質、ボディー補強剤などの食品分野をはじめとする各種
の用途に利用されている。
【0003】このセロビオースの製造法としては、従来
より化学的方法と酵素的方法が知られているが、このう
ち、酵素的方法では、例えば、トリコデルマ(Trichoder
ma)属起源、アスペルギルス(Aspergillus) 属起源等の
市販セルラーゼ製剤をセルロースと反応させることによ
りセロビオースを得る方法の他、セルラーゼ構成酵素の
セルロースへの吸着力の差を利用して、セルロースの吸
着が殆どないβ−グルコシダーゼを除去した後、酵素反
応を行わせてセロビオースを得る方法(特開昭63−2262
94号)、加水分解反応をリグニン存在下で行わせる方法
(特開平05-3170731号)等が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の酵素的方法は、化学的方法と比較して非常に穏和な反
応条件によるという特徴があるが、セロビオース反応収
率向上のためには基質に対するセルラーゼの作用を容易
にするために、予め基質としてのセルロースを脱リグニ
ン処理等の物理的あるいは化学的処理等を行う必要があ
った。
【0005】また、加水分解反応をリグニン存在下で行
わせる方法(特開平5-3170731 号)においては、使用す
るセルラーゼの起源の相違によっては、リグニンへのβ
−グルコシダ−ゼの吸着及び不活性化の挙動が異なるた
め、選択的にセロビオースが得られない場合があるとい
う問題があった。また、限外ろ過装置を用いて連続的に
セロビオースを採取しようとする場合、この方法ではリ
グニン分子自身は分解されないため、β−グルコシダ−
ゼと吸着したリグニンが生産物であるセロビオースの膜
透過性を阻害し、生産性が良くないという問題点もあっ
た。
【0006】本発明は、上記技術の現状に鑑みてなされ
たものであり、上記技術的課題を解決すべく、鋭意研究
を重ねた結果、予め脱リグニン処理を施していないよう
なセルロース材料を基質として用いた場合でも、リグニ
ン分解菌あるいはリグニン分解酵素をセルラーゼと同時
に反応液中に添加することにより、セルラーゼの基質に
対する作用を高めるとともに効率よくセロビオースの製
造が可能であることを見いだし、本発明を完成するに至
った。
【0007】従って、本発明の目的は、予め脱リグニン
処理を施こすことなくリグノセルロースから簡便かつ効
率良くセロビオ−スを製造する方法を提供することにあ
る。
【0008】
【問題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
リグノセルロースとセルラーゼ及び、リグニン分解菌又
はリグニン分解酵素とを反応することを特徴とするセロ
ビオースの製造方法により達成された。
【0009】以下、本発明について詳細に説明する。
【0010】先ず、本発明に使用する基質としてのリグ
ノセルロースとしては、機械パルプ、未漂白クラフトパ
ルプの他、酵素・アルカリ処理パルプ等のリグニンを1
〜30%程度含有するリグノセルロースパルプ又はその粉
砕物を使用することができる。また、本発明において使
用する酵素、即ちセルラーゼとしては、公知のセルラー
ゼを使用することができるが、具体的には、トリコデル
マ(Trichoderma) 属、アスペルギルス(Aspergillus)
属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pse-udomo
nas)属、ペニシリウム(Penicillium) 属、アエロモナス
(Aeromonus) 属等の菌が生産するセルラーゼを挙げるこ
とができる。さらに、リグニン分解菌としては、比較的
リグニン分解能に優れるといわれる従来公知のファネロ
ケーテ・クリソスポリウム(Phanerochaete chrysospori
um) 、カワラタケ(Coliorusversico-lor) 、カイガラタ
ケ(Lenzites betuluna) 、ヒラタケ(Pleurotusostreatu
s)等の白色腐朽菌等の他、本出願人等がリグニン分解能
の特に高い菌体として見出した新規微生物であるSKB
−1152株を用いることもできる。なお、本菌株は以
下のような菌学的性質を有するものであり、工業技術院
生命工学研究所特許微生物寄託センターに寄託済みであ
る(寄託番号:FERM P-13721)。
【0011】(1) 培地における生育状況培地の種類 麦芽エキス寒天培地 +++ ポテト煎汁・デキストロース培地 +++ ツアベック寒天培地 +++ サブロー寒天培地 +++ 合成ムコール寒天培地 +++ YpSs寒天培地 +++ 培養条件:30℃、3日間 生育状況:微弱 +/中等 ++/旺盛 +++ (2) 生理学的・生態学的性質 生育pH(ポテト煎汁・デキストロース培地、30℃、3
日間)は、3〜9の範囲であり、pH2以下及び10以上
では生育しない。最適pHの範囲は4〜8である。生育
温度(ポテト煎汁・デキストロース培地、pH 5.6、4日
間培養)は、20〜40℃の範囲であり、50℃以上では生育
しない。最適温度は28〜37℃の範囲である。フェノール
オキシダーゼ反応(30℃、3日間培養)は、微弱又は陰
性である。菌叢(ポテト煎汁・デキストロース培地、pH
5.6、4日間培養)は、白色で薄いフェルト状である。
【0012】他方、リグニン分解酵素としては、これま
でに報告されているようなリグニンペルオキシダーゼ、
マンガン依存性ペルオキシダーゼ、ラッカーゼ等を使用
することができる。これらのリグニン分解酵素を使用す
る場合には、補因子として、適宜、過酸化水素、マンガ
ンイオン、界面活性剤等が添加される。
【0013】さらに、セルラーゼ、リグニンペルオキシ
ダーゼ等の酵素の使用形態としては必ずしも精製品を使
用する必要はなく、培養ろ液あるいは部分精製標品を用
いても良いし、あるいは市販酵素の他、固定化酵素を使
用することもできる。
【0014】次に、セルロースの糖化反応条件について
説明する。
【0015】上記のリグノセルロース、セルラーゼ及び
リグニン分解菌を反応器に入れセルロースの反応を行な
う。その際の反応条件としては、先ず、基質としてのリ
グノセルロースを1〜20重量%の範囲で水性反応液中に
分散させた後、基質セルロ−ス当たりセルラーゼを1〜
30重量%、湿菌体を1〜10重量%添加し、セルロース加
水分解反応を行う。湿菌体の代わりにリグニン分解酵素
を使用する場合には、基質当たり0.01〜20重量%添加し
反応することができる。セルロース分解反応時における
反応液のpH及び温度は、セルラ−ゼ含有酵素が失活せ
ず、かつ菌体の生育を阻害しない範囲で適宜選択するこ
とができるが、通常は温度20〜70℃、pH3〜8の範囲
である。また、リグノセルロースの加水分解に要する時
間は、反応条件により相違するが、通常12〜48時間程度
で十分である。なお、本発明では、反応容器として通常
の反応容器の他、コロイド粒子のろ過に用いられる限外
ろ過器を反応容器として使用することもできる。限外ろ
過反応容器を使用する場合の限外ろ過膜としては、分画
分子量が1,000 〜20,000の範囲が望ましい。
【0016】この場合、リグノセルロースにセルラーゼ
及び白色腐朽菌を作用させ、糖化液を連続的に系外に抜
き出すことにより、糖転移反応によるセロビオース収率
の低下、生成したセロビオースのグルコースへの分解、
また、生成セロビオースによる生成物阻害を抑制するこ
とができ、セロビオースの効率的生産を可能とすること
ができる。
【0017】なお、本発明では、フェニルプロパン単位
から構成されるランダム結合により三次元マトリックス
を形成しセルロース繊維を包み込み、あるいは一部セル
ロース部分と共有結合によりセルラーゼの作用を妨害し
ていると考えられるリグニンの分解を、予め白色腐朽菌
あるいはリグニン分解酵素が行うために、セルラーゼの
分解性能が相乗的な作用により飛躍的に向上するものと
考えられる。
【0018】従って、本発明によれば、基質の特別な前
処理を必要とせず、セロビオースを効率的に製造するこ
とができる。また、反応容器として限外ろ過器を使用し
た場合には、リグニン分解菌又はリグニン分解酵素によ
り分解を受けた低分子化されたリグニン成分も同時に反
応系から連続的に除去されるため、リグニン分解菌又は
リグニン分解酵素の作用を効率的におこなうことができ
るためさらにセロビオースを効率的に製造することがで
きる。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
【0020】[実施例1]SKB-1152株を、500ml 容の三
角フラスコに仕込んだ100ml のポテトデキストロースブ
ロス(Difco 社製)に植菌し、30℃で3日間往復振とう
培養した。培養終了後、遠心分離により得られた菌体を
ブレンダーにて処理後、湿菌体とした。次いで、湿菌体
1g、未漂白広葉樹クラフトパルプ(日本製紙株式会社
製)2gを市販セルラーゼ(商品名:セルラーゼN、天
野製薬株式会社製)0.2 gとともに、50mlマッキルバイ
ン緩衝液(pH6.0)に懸濁し、温度37℃で、36時間反応さ
せた。反応終了後、糖化液中に含まれるセロビオースを
高速液体クロマトグラフイ−(以下『HPLC』と略)
により定量したところセロビオース収率は23.6%(対パ
ルプ)であった。
【0021】[実施例2]SKB-1152株を、500ml 容の三
角フラスコに仕込んだ100ml のポテトデキストロースブ
ロス(Difco 社製)に植菌し、30℃で3日間往復振とう
培養した。培養終了後、遠心分離により得られた菌体を
ブレンダーにて処理後、湿菌体とした。次いで、湿菌体
1g、未漂白広葉樹クラフトパルプ(日本製紙株式会社
製)2gを市販セルラーゼ(商品名:セルラーゼN、天
野製薬株式会社製)0.2 gとともに、50mlマッキルバイ
ン緩衝液(pH6.0)に懸濁し、50ml容の限外ろ過反応器に
入れ、温度37℃で、36時間反応させた。なお、限外ろ過
膜としては、分画分子量10,000のものを用いた。反応液
は連続的に抜き出し、抜き出した液量相当をリザーバー
より緩衝液を追加して液量を一定に保持(希釈率D=1.0
)し、反応終了後、糖化液中に含まれるセロビオース
をHPLCにより同様に定量したところセロビオース収
率は54.8%(対パルプ)であった。
【0022】[実施例3]0.05% Tween 20 および 750
μM 硫酸マンガンを含む100ml のポテトデキストロース
ブロス(Difco 社製)にSKB-1152株を植菌し、30℃で4
日間往復振とう培養した。培養終了後、遠心分離により
得られたマンガン依存性ペルオキシダーゼ活性を含むを
上清10ml、未漂白広葉樹クラフトパルプ(日本製紙株式
会社製)2gを市販セルラーゼ(商品名:セルラーゼ
N、天野製薬株式会社製)0.2 gとともに、40mlマロン
酸緩衝液(pH5.0,0.5mM の硫酸マンガンと5mMの過酸化
水素を含む)に懸濁し、50ml容の限外ろ過反応器に入
れ、温度37℃で、36時間反応させた。なお、限外ろ過膜
としては、分画分子量10,000のものを使用した。反応液
は連続的に抜き出し、抜きだした液量相当をリザーバー
より緩衝液を追加して液量を一定に保持(希釈率D=1.0
)し、反応終了後、糖化液中に含まれるセロビオース
収率をHPLCにより同様に定量したところ52.5%(対
パルプ)であった。
【0023】[実施例4]実施例3において反応時間を
22時間とした以外は実施例3と同様に反応後、糖化液中
に含まれるセロビオース収率をHPLCにより同様に定
量したところ41.1%(対パルプ)であった。
【0024】[比較例1]未漂白広葉樹クラフトパルプ
(日本製紙株式会社製)2gを市販セルラーゼ(商品名
セルラーゼN、天野製薬株式会社製)0.2 gとともに、
50mlマッキルバイン緩衝液(pH6.0)に懸濁し、温度37℃
で、36時間反応させた。次いで、反応終了後、糖化液中
に含まれるセロビオース収率をHPLCにより同様に定
量したところ17.2%(対パルプ)であった。
【0025】[比較例2]未漂白広葉樹クラフトパルプ
(日本製紙株式会社製)2gを、市販セルラーゼ(商品
名セルラーゼN、天野製薬株式会社製)0.2 gととも
に、50mlマッキルバイン緩衝液(pH6.0)に懸濁し、50ml
容の限外ろ過反応器に入れ、温度37℃で、36時間反応さ
せた。なお、限外ろ過膜としては、分画分子量10,000の
ものを用いた。反応液は連続的に抜き出し、抜き出した
液量相当をリザーバーより緩衝液を追加して液量を一定
に保持(希釈率D=1.0 )し、反応終了後、糖化液中に含
まれるセロビオース収率をHPLCにより同様に定量し
たところ38.5%(対パルプ)であった。
【0026】[比較例3]実施例3で使用したマンガン
依存性ペルオキシダーゼ活性を含む上清を100 ℃、10分
間失活処理したもの10mlと、未漂白広葉樹クラフトパル
プ(日本製紙株式会社製)2gとを市販セルラーゼ(商
品名:セルラーゼN、天野製薬株式会社製)0.2 gとと
もに、40mlマロン酸緩衝液(pH5.0、 0.5mM の硫酸マン
ガンと5mMの過酸化水素を含む)に懸濁し、50ml容の限
外ろ過反応器に入れ、温度37℃で、36時間反応させた。
なお、限外ろ過膜としては、分画分子量10,000のものを
用いた。反応液は連続的に抜き出し、抜き出した液量相
当をリザーバーより緩衝液を追加して液量を一定に保持
(希釈率D=1.0 )し、反応終了後、糖化液中に含まれる
セロビオース収率をHPLCにより同様に定量したとこ
ろ39.2%(対パルプ)であった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
予め脱リグニン処理を施していないようなセルロース材
料を基質として用いた場合でも、リグニン分解菌あるい
はリグニン分解酵素をセルラーゼと同時に反応液中に添
加することにより、セルラーゼの基質に対する作用を高
めるとともに、効率よくセロビオースの製造が可能であ
ることから、その工業的意義は極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 邦睦 山口県岩国市飯田町2−8−1 日本製紙 株式会社岩国技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リグノセルロースをセルラーゼ及びリグ
    ニン分解菌とともに反応することを特徴とするセロビオ
    ースの製造方法。
  2. 【請求項2】 リグノセルロースをセルラーゼ及びリグ
    ニン分解酵素とともに反応することを特徴とするセロビ
    オースの製造方法。
  3. 【請求項3】 反応装置が限外ろ過装置である請求項1
    又は2記載のセロビオースの製造方法。
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