JPS6018397B2 - D−グルコ−スをd−フルクト−スに変える方法 - Google Patents

D−グルコ−スをd−フルクト−スに変える方法

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JPS6018397B2
JPS6018397B2 JP56143708A JP14370881A JPS6018397B2 JP S6018397 B2 JPS6018397 B2 JP S6018397B2 JP 56143708 A JP56143708 A JP 56143708A JP 14370881 A JP14370881 A JP 14370881A JP S6018397 B2 JPS6018397 B2 JP S6018397B2
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/24Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an isomerase, e.g. fructose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/90Isomerases (5.)
    • C12N9/92Glucose isomerase (5.3.1.5; 5.3.1.9; 5.3.1.18)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S435/822Microorganisms using bacteria or actinomycetales
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ァクチノブラネス(比tinoplanes
)虜の微生物を培養して酵素を取り出し、この酵素によ
りDーグルコースを処理することによって○ーグルコー
スをD−フルクトースに変える方法に関する。
フルクトースとは一般にグルコースよりも実質的に甘い
と考えられている。
しかし、グルコースは安価な材料から容易に入手できる
。それ故、グルコースのフルクトースへのコンパーシヨ
ンのための実用的で経済的な方法が望まれる。グルコー
スのフルクトースへのアルカリによる異性化は、収量が
低いか、30%以上の高収量の場合は望ましくない副生
成物を生じる額向がある。このコンパーションを効果的
に行うためのアルカリの使用に代わるものは、酵素の利
用であり、経済的で効率的な方法により酵素を利用する
ために多くの努力がなされてきた。D−グルコースをD
ーフルクトースに変える一またはそれ以上の化学的中間
体(例えばDーグルコースーホスフェート)を伴ういく
つかの酵素があるが、現在のところ実用的であるとは思
われない。直接○ーグルコースをD−フルクトースに変
える酵素が一層望ましいものである。多くのこれらの酵
素がラクトバチルス(凶ctobacm船 ) ゾ イ
ド モ ナ ス(PseudomoMs)、パスツー
レラ(Paste川ella)、ロイコ/ストク(Le
比onosK℃)、ストレプトマイセス(Strept
omyces)およびエアロバクター(Aerobac
ter)属の微生物から製造されている(BiMhim
・Biophys、Acta154、670一680〔
19総〕のYamakaによる論文参照)。上記の微生
物によって、多量のグルコースィソメラーゼが形成され
るためには、酵素を誘導するために生長線質中に、キシ
ロースまたはキシランが存在せねばならない。純粋なキ
シロースは、比較的高価であり、生成媒質中にキシラン
が用いられるときには、微生物は、キシランを加水分解
し得る酵素も生成せねばならない。キシロースまたはキ
シランを含む煤質中で微生物を生長させるために要する
出費を節減するために、酵素を継続的に生成する細菌を
得んとする試みが広く行なわれてきたり−(Lee)、
ヘイス(比yes)およびロング(Long)(米国特
許第3645848号)は、アルスロバクター(んth
ro舷cter)属に属する微生物の特定の菌株が、キ
シロースまたはキシランの存在しない培地中で生長され
るときに、グルコースまたはキシロースを対応するケト
ースに直接変える酵素を生成可能であることを示してい
る。不満足なことには、生成されるィソメラーゼは比較
的少量であり、生長培地は、酵母エキスや肉蛋白質のよ
うな比較的高価な窒素源を必要とする。本発明の目的は
、グルコース異性イは酵素生産館を有する微生物を選択
し、この微生物から取り出した酵素によりDーグルコー
スをDーフルクトースに変える方法を提供することにあ
る。
我々は、アクチノプラネス(Actinopla船s)
属に属する微生物が、キシロースまたはキシランの全く
存在しない培地で生長されたときに、グルコースイソメ
ラーゼを生成し得ることを見出した。さらに、比較的多
量のグルコースイソメラーゼが、コーンスチープリカー
、塩およびタップ水(tapwater)からなる堵地
中で、アクチノプラネス(Actinoplanes)
によって生成され得る。
酵素は、高度の温度安定性を示し重大な活性の損失ない
こ、80一860の高温が異性化に用いられ得る。全体
の細胞(wholeCell)または細胞を含まぬ抽出
液(Cellfreee丸racね)が異性化を効果的
に行なうために用いられ得る。保存培養菌(stMkc
肌mes)は、通常、炭素、窒素(通常、コーンスチー
プリカー)および無機塩の源を含む堵地中で培養される
。接種(i肌cula)は1〜2日間、空気の存在下で
、ほぼ25一35℃で回転振とう機上で、この培地中で
有機体を生長させることによって行なわれる。3%から
10%の最終容量の発酵材料(fe皿entor)を含
有する接種材料は、適当な発酵材料に含まれる鱒菌培地
に移される。
俊種された培地は、縄拝して1ザ0から40℃好ましく
は250〜30℃に保温さめへ(inc心ated)1
〜7日の間1分間につき1容量の空気流を維持する。空
気流は、1分間につき0.3から1.5容量の範囲でも
よい。酵素の最大収量のためには、発酵の肉は6.0と
8.5との間、好ましくは6.4と7.5との間に保た
れるべきである。最大のィソメラーゼ活性は、これらの
条件下で、3日から5日後に得られる。ついで完全な細
胞が収穫されそれ自体用いられるが、酵素が当該技術に
知られている技術によって細胞から抽出され得る。培養
ブイヨン1ミリリットルあたり3■単位に近い活性レベ
ルが、3日後に得られる。活性の単位は、1分間に75
℃で、1.8Mのグルコース、0.03MのPH7.0
におけるりん酸ヱステル緩衝剤、0.0脚Mの硫酸マグ
ネシウムおよび0.0003Mの硫酸第一コバルト中で
、グルコースから1マイクoモルのフルクト−スを生成
する酵素の童と定められる。本発明の実施において得ら
れるイソメラーゼ活性レベルは、用いられる個々の菌株
および生長塔地によって異なる。培養ブイヨン1の‘あ
たり5山単位の活性度レベルは、コーンスチープリカー
中で生長されたアクチノプラネスミズアリエンシス(A
cti肌planesmissouriensis)N
RRL、NRRLB−3342の場合に観察された。以
下の実施例は、本発明の実施を設明するが、発明は、こ
れらに限定されないことが理解されるべきである。特に
X線、紫外線の照射、化学薬品による処理等によって、
上記の有機体から人工的に生成される変種(n山anG
)は勿論、サブカルチヤー(Su戊ultures)、
自然変種、変体(Variants)等を含むことを意
図するものである。実施例 1 本実施例は、多数のアクチノプラネス種、すなわちアク
チノプラネスミズアリエンシス(Actinopla船
SmiSSourienSiS)NRRL B−334
2(工業技術院微生物工業技術研究所受託番号徴工研菌
等第7932号)、アクチノプラネスフィリッピネスシ
ス(Actinopla肥sphilippi肥nsi
s)ATCC12427、アクチノプラネスアルメニア
カス(ActinoplaMs annenlacus
)ATCC15676、およびアクチノプラネス種(A
cti肌planessp.)ATCC23342から
のグルコース異姓化酵素の製造を示す。
これらの微生物は、1.7%のトリプトン(Trypt
one)、0.3%のソイトン(Soれom)、0.2
5%のグルコース、および2.0%の寒天からなる斜面
上の保存塔地(StのkC山ture)中に別々に保存
される。
接種材料(imにul山m)は、微生物を保存培地から
1.7%のトリプトン0.3%のソィトン、0.25%
のK2HP04および0.25%のグルコースからなる
8の‘の殺菌塔地を含む試験管に移して製造される。接
種材料は、この試験管中で、28℃において2〜3日間
振とうしながら培養される。ついで接種材料は、グルコ
ース異性イ○酵素を生成するために、次の生長塔地(匁
ow仇media)の一つに接種される。培地No.1 トリプトン(Tryptone) 1.
7%ソイトン(Soれone)
0.3K2HP04
0.25D−キシロース
1.0タップ水(ねp側ter)で、容積ま
で満たされる。
培地のPHは、約7.0に調整される。砂糖および他の
栄養素が別々に殺菌され、ついで混合される。培地No
.2 培地No.1と同機に製造されるが、0.25%のD−
グルコースがD−キシロースのすべてと瞳き換えられる
培地No.3 コーンスチープリカーからの培地の製造は以下に示す実
施例2に記載される。
培養の柵はすべての場合に7.0であった。他の適した
培地は、デイステイラ ーズソリユブル(dMille
でssol肋les)、ベプトン酵母エキス、カゼイン
水藤物(Casein hydrolyzaに)、大豆
水解物(Soybeanhydrol舵ate)および
魚たん白質水解物(fishproにinhydrol
松aに)を含有する。記載された培地の混合物も用いら
れ得ることが理解されるべきである。培養は、各々の接
種材料の5叫を250の‘のヱルレンマイヤーフラスコ
中でトリプトンーソイトン塔地の75の【またはコーン
スチ−プリカーの95叫に加えることによって始められ
る。細胞(Cell)は、28瓜pmで、G一26ニュ
ー。プランスウイツク・サイエンテイフイツク・ジヤイ
ロータリー・シェーカー(NewB【肌sMck Sc
ientihc GyrotaひShakM)を用いて
振とうして、9筋時間28℃に、保温される。細胞は、
10分間1500比pmで培養物30の‘を遼心分離し
て集められる。細胞は÷度タップ水(tap側ter)
で洗われ、0.12けりん酸ェステル緩衝剤(pH7.
0)の14私中にけん濁される。細胞けん濁液は、つい
で、プランソンソニフアイアーJ−17A(B松nso
nSonifier J−17A)で4℃で4分間、超
音波をかけられ(Soni6ed)、5分間1500仇
pmで遼心分離される。上澄み液は、グルコース異性T
Q酵素の粗源として用いられた。グルコースイソメラー
ゼの活性は、次のようにして測定された。2.加けグル
コース、0.004M Mが04、および0.0004
MCOS04溶液3.0の‘に、0.12Mりん酸ェス
テル緩衝剤pH7.0の粗酵素溶液が、技終容積4.0
の‘まで加えられた。
反応は、790で行なわれた。試料(Niq肌hs)が
、101ふ 20および25分に採取され0.0班CI
中に希釈された。試料のフルクトース含有量は、ポゲル
(Po袋11)によって記載されているス カトールー
HCI法〔J.Biol.Chem.211:143(
1954)〕によって自動分析機で分析された。カラー
展開(Colordevelopment)は、370
に対照させて520で行なわれた。グルコース異性化酵
素は、煩斜から計算され、単位(U)で表わされた。活
性度の単位は、75℃で1分間に上記に示された条件下
で、グルコースから1マイクロモルのフルクトースを生
成する酵素の量を定められる。トリプトンーソィトン培
地またはコーンスチープリカ−中で培養後の各種のアク
チノプラネス極微生物によるグルコース異性イは酵素の
生成は第1表に示される。これらの微生物のすべては、
培地中のDーキシロースの存在または不存在下において
、グルコース異性イQ酵素を生成可能である。しかしD
−キシロースの存在は非常にこの酵素の生成を増大する
第1表 のアクチノプラネス種によるグルコースィソメラ−ゼの
生成比活性度U たんコーンスチーブリカーは、D−
キシロース不存在下で、グルコース異性イ捉酵素を生成
する培地として使用され得る。
グルコース異性化活性度の最も有効な生成は、アクチ′
/プラネスミズアリェンシスNRRLB−3342種に
よって示された。以下のすべての実施例は、この微生物
を用いて行なわれた。実施例 2 コーンスチープリカーの製法は、アクチノブラネスミズ
アリェンシスを用いた酵素の生成に大きな効果を有する
コーンスチーブリカーの各種の中和法が調べられた。ア
ルカリでpH7.0に中和後コーンスチープリカーは、
ろ過されて主として、フィチン酸ェステル(phyta
にs)からなるトルーブが除かれ、硫酸第一コバルトお
よび硫酸第二鋼をそれぞれ0.1mMおよび0.05肌
Mの濃度で添加して実施例1の方法に従って、培養に用
いられた。水酸化ナトリウムの使用は、石灰または水酸
化アンモニウムと比べて、第2表に示されるように最良
の酵素生成を示す。
水酸化カリウムも適したアルカリである。第2表 グルコースィソメラーゼの生成に関するコーンスチープ
リカーの中和剤の効果中和剤 酵素の生成U/の【培
養ブイヨン石灰 17.2
N比OH 23.3NaOH
27.8中和後のト
ルーブ(SIM袋)の除去は、第3表の結果に示される
ように必要である。
コーンスチープリカーは餌7.0に中和され、1リット
ルのェルレンマイヤーフラスコ中で500の‘とされ、
3%団体分とされる。固体パーセントの算定は、製造者
によって記載された最初の固体に基づいている。ろ過に
よって除去され得る固体は、最終の固体含量を算出する
ときに、考慮されない。コバルト塩および鋼塩は上記の
ように加えられた。細胞は大気温度で4日間28比pm
でニュー・プランスウイツクG−53辰とう機(New
Bm船wick G−5$haker)を用いて培養さ
れた。第3表 実施例 3 微生物によって生成されるグルコースィソメラーゼの量
は、第4表に示されるように培地中に存在する有機窒素
源によって影響される。
第4表のデータは、G−25ニュー・プランスウィツク
振とう機(G−25NewBr皿swickShake
r)を用いて28℃、280RpMで、3日間250の
‘、のエルレンマィヤーフラスコ中でブイヨン100の
‘中の微生物を培養して得られた。有機窒素固体のレベ
ルは2%に調整され、中和され、ろ過され、グルコース
250の9、K2HP0422mc、およびM$04・
7日2011赦が加えられ、タップ水(松pMter)
で容積まで満たされた。培地は、1筋ご間121℃で殺
菌された。細胞が採取され、超音波をかけられ(Son
ified)酵素の活性度が測定された。
結果は、培養ブイヨン1ミリリットルあたりの活性度の
単位として表わされている。コーンスチープリカーは、
最大の活性度を示し好ましい有機窒素源である。第4表 グルコ−スィソメラ−ゼの生成に関する有機窒素源の効
果実施例 4酵素の生成のための中和されトループの除
去されたコーンスチープリカーの(固体としての)穣週
の濃度は、第5表に示されるように3%であることが見
出された。
濃度は、培地の0.5%から約7%まで変り得る。培養
条件は、堵地がグルコースを含まず、COS04・74
02.5m9を加えられていることを除いて実施例3に
述べられたとおりである。細胞は、4日間培養され、採
取され、そして実施例1の方法に従って分析された。第
5 酵素の生成に関するコ−ンス − 。
lカーの濃度の効果 実施例 5 アクチノブラネスミズアリエンシス (Actinopla肥smissouriensis
)からのグルコースィソメラーゼの生成に関する各種の
炭水化物源の効果が試験された。
穏やかな刺激効果がフルクトースの場合に示された。培
地の約0.1重量%から2重量%のフルクトースが、フ
ルクトースが加えられる場合の好ましい範囲である。第
6表のデータは、3%のコーンスチープリカーおよび他
の栄養素を含有する培地に単位容量あたり0.25重量
%(0.25%W/V)の炭水化物を添加し、実施例1
の条件によって得られた。第6表 酵素の生成に関する炭水化物の効果 炭水化物源 酵素活性度U/の‘培養液なし
28.0Dーキシロー
ス 30.00−フルクト
ース 35.20ーガラクト
ース 31.5第6表に示されるよ
うに、Dーキシロースはグルコースィソメラーゼの生成
に必要でなく、その温和な刺激効果はその使用を商業的
に正当化しない。
実施例 6 アクチノプラネスミズアリェンシスの渚地への各種の金
属イオンの添加は、グルコースイソメラーゼの生成に影
響を与えることが見出された。
細胞は、第7表に示される個所にのみ追加の塩が加えら
れることを除いて3%のコーンスチープリカー中で、実
施例4の方法に従って培養された。第7表アクチノプラ
ネスミズアリエンシスからのグルコースイソメラーゼの
生成に関する金属イオンの効果追 加 酵素生成
U′の【培養ブイヨンなし
22.8C。
十十(0,1肌M) 27,3
CoH(0.1肌M)Mg十十(0.45mM)
27.0C。十十(0,1肌M)CuH(0,05M
M) 30,0約0.05mMから約0.5mM
のコバルトイオンおよび約0.01のMから約0.1m
Mの銅イオンが加えられ得る。実施例 7 グルコースイソメラーゼの生成は、培地の最初の柵によ
って影響されることが見出された。
第8表に示されるように最適の最初の恥は、7.0であ
ると見出された。培地はNaOHでコーンスチープリカ
ーを中和し、ろ過し、ついで所望の餌に調整して製造さ
れ、実施例4の条件に従って用いられた。第8表 酵素の培養および生成に関する培地の 最初のpHの効果 たん白質の測定は、ローワIJ−(LoMry)(J.
Biol.Chem.193:265〔1951〕)の
酵素抽出液に関する方法によった。
実施例 8 アクチノプラネスミズアリェンシスは、広い温度範囲に
わたって、培養しグルコースィソメラーゼ活性度を生成
することが見出された。
第9表に示されるように、技通の培養温度は28℃であ
ることが見出された。
第9表のデー外ま実施例1に記載されたコーンスチープ
リカー塔地中で2−4日間、1が0一45℃で微生物(
micro−organism)を培養して得られた。
第9表 酵「の生、K する塔 温 の効果 実施例 9 アクチノプラネスミズアリヱンシスNRRL 8−33
42からの酵素の生成は、自動pHおよび泡制御を備え
たニュー・プランスウイツクM『11隻塔酵器(New
Bm船wickMFI14fermenのr)中で行な
われた。
10リットルの培地が、NaOHでpH7.0に調整さ
れ、ろ過され、タップ水(tap肌ter)で一定容量
にされたコーンスチープリカーを用いて製造された。
充分なコーンスチーブリカー(固体50%)が用いられ
て、4%の技終濃度とされた。最終の固体含有革算定の
ときには、中和およびろ過の際の固体の損失は考慮に入
れられなかった。培地は、0.1MMの硫酸第一コバル
トおよび0.05mMの硫酸第二銅が加えられ、3ひげ
間12100で殺菌された。培養は、2Mの日2SQの
自動的添加によって軸7.0に制御され、30COで5
日間行なわれた。鯛拝は20皿PMとされ、通気は1分
間につき1容積とされた。発酵は、同じ塔地かち得られ
た2独時間後の接種材料の10%の添加によって始めら
れた。培養期間の終りに、培養ブイヨンは、1ミリリッ
トルにつき5母単位の活性度を含有した。実施例 10 グルコースのフルクトースへの異性化は、全体の細胞(
Wholecell)または細胞を含まない抽出液(C
ellfreeextねcts)を用いて行なわれ得る
舞性化の餌は約55から約9まで変り得るが、第10表
に示されるように最適の餌は、7.0であることが見出
された。酵素は90℃で感知される活性度を残留し、非
常に温度安定性を示す。これらの実験に用いられた酵素
は、実施例1に記載されたDーキシロースを含まぬトリ
プトンソイトン培地中で培養されたアクチノプラネスミ
ズアリェンシスから誘導された。酵素活性度は、実施例
1に記載された方法に従って製造された粗酵素溶液1の
‘あたりの単位で表わされた。実験の条件は第1項長の
ような所望のpHを得るために適したりん酸ェステル緩
衝剤が代えられ、または第11表のように温度が代えら
れた以外は、活性度分析の条件であった。第1項長のデ
ー外ま非酵素コンパーションに直されている。グルコー
ス濃度は、約1.皿Mより大である。第 10 表 グルコ−スィソメラ−ゼの活性度に 日のL 第11表 温度の函数としてのグルコースィソメラーゼ活性度温度
℃ 活性度 U/似 40 4.5 50 9.1 60 20.7 70 43.5 75 57.5 80 74.5 85 127.0 90 1班.7 実施例 11 二価の腸イオンが、上記の実施例のために製造されたグ
ルコースイソメラーゼの活性度に強い効果を有する。
最も強い効果は、マグネシウムとコバルトについて見ら
れる。第12表および第1横長‘ま細胞を含まない酵素
エキスCellfree e舵Mmee幻ract)に
マグネシウムを添加した結果を示し、コバルトによって
付与された活性度の上昇を示す。二価の腸イオンの濃度
を除いては分析の条件は、活性度分析のために記載され
た条件である。MgHは0.1のMから約9MMの範囲
で、好ましくは0.3mM加えられる。CoHは約0.
5mMから約0.6mM好ましくは0.1から0.3w
M加えられる。第12表グルコース異性化酵素の活性度
に関するM〆十の効果MgS04の濃度(mM) 酵
素活性度U/似0 4.8
0.5 25.01.0
41.22.0
44.33.0 4
354.0 435第13表 3.0mMのMgS04存在下のCo++濃度の函数と
してのグルコースィソメラーゼの活性度COS04の濃
度(mM) 酵活性度U/泌0
44.00.2 49
.00.3 54.00.4
54.0実施例 12完全
な細胞(油olecels)(ァクチノブラネスミズア
リェンシスの振とうフラスコ培養からの湿った細胞1.
8のが、単位容積当り6の重量%(60%w/v)のグ
ルコース100のZ、18のMのCcS042の【、0
.2MのMgS042泌およびpH7.5の0.32M
のりん酸ェステル(k)緩衝剤10私、にけん濁され、
4時間75℃で水浴で保温された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 培地において、アクチノプラネス (Actinoplanes)属に属しグルコース異性
    化酵素(glucose isomerizing e
    nzyme)生産能を有する微生物を培養し、グルコー
    ス異性化酵素を取り出す工程と、このグルコース異性化
    酵素によりD−グルコースを処理する工程とを含むD−
    グルコースをD−フルクトースに変える方法。
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