JPS61162196A - セルロ−スの糖化法 - Google Patents

セルロ−スの糖化法

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JPS61162196A
JPS61162196A JP60000584A JP58485A JPS61162196A JP S61162196 A JPS61162196 A JP S61162196A JP 60000584 A JP60000584 A JP 60000584A JP 58485 A JP58485 A JP 58485A JP S61162196 A JPS61162196 A JP S61162196A
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cellulose
cellulase
enzyme
tolnaftate
glucose
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Yasushi Mitsuishi
三石 安
Hitoshi Yamabe
倫 山辺
Yoshiyuki Takasaki
高崎 義幸
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

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】 〔技術分野〕 本発明はトルナフテートに対して耐性をもつ新規微生物
アクレモニウム・セルロリティカスTN(Acrera
oniu+w celllulolyIl、icu+ 
TN)の生産するセルラーゼによセラルロースの処理方
法に関するものである。
〔従来技術〕
セルラーゼはセルロースをグルコース、セロビオースや
セロオリゴ糖に加水分解する酵素反応系を触媒する酵素
群の総称であり、その作用様式により、C4酵素(アビ
セラーゼ、セロビオヒドロラーゼ、 FPアーゼ、エキ
ソ−β−グルカナーゼなどともいう)、Cx酵素(CM
Cアーゼ、エンド−β−グルカナーゼともいう)とβ−
グルコシダーゼ(セロビオースともいう)など種々の名
称で呼ばれる酵素が存在する。セルラーゼはこれら複数
の酵素が調和のとれた相互作用をすることにより、セル
ロースを、最終的にはその構成種であるグルコースにま
で分解する。
近年、セルラーゼはバイオ7ス資源の有効利用のm点か
ら注目され、盛んに研究されているが。
四りよく研究されてきた、トリコデルマ・レー隻イ(T
rechoderma reesei)、トリコデルマ
・ビリデ(Trichoderma viride)や
アスペルギルス(Aspergillus)属、ペニシ
リウム(Penicillium)属などの微生物によ
るセルラーゼの生産は、その生産能力が充分でなく、ま
た、セルラーゼ自体の分解力も充分でないため、セルロ
ースを完全にグルコースまで分解することができず、セ
ロビオースやセロオリゴ糖を多量に生成残存するなどの
問題があった。
本発明者らは、結晶性セルロースに対する分解力が優れ
、且つグルコースの糖化能力の優れたセルラーゼ生産菌
を求めて、広く自然界から微生物の検索を行ってきた結
果、土壌中より分離し、アクレモニウム・セルロリティ
カス(Acremoniu+s9+dllulolyt
icug)と同定した糸状菌の生産するセルラーゼが結
晶性セルロースに対する分解力が強Qiこと、またこの
酵素はβ−グルコシダーゼ活性が、従来よく知られてい
るセルラーゼ生産菌に比べ著しく強いため、セルロース
を、殆んど完全にグルコースにまで分解できる、極めて
糖化性の優れた酵素であることを認め、特許出願した(
特許出願番号昭58−38432)。しかし、セルラー
ゼの生産能は充分でないため、セルロースの糖化に使用
できるような価格でセルラーゼを製造することはできな
かった。
〔目  的〕
そこで、この微生物によるセルラーゼの生産能を高める
ための微生物の改良方法について種々検討を行なってき
た結果、 NTGにトロソグアニジン)処理またはUV
(紫外線)処理した突然変異株の中から、トルナフテー
ト(tolnaftate、(m、N−dimethy
lthiocarbanilic  acid  0−
2−naphthyl  ester))に対する耐性
により選択した変異株(Acren+oniumcel
lulolyticus TNと命名)が、セルラーゼ
生産能が単位培地当り約3倍に増強していることを認め
た。そして、この酵素を用い、セルロースの糖化を行な
ったところ、親株の培養液に対し、約1/3カ使用量で
、セルロースをほぼ完全にグルコースlで分解できるこ
とを認めた。
第1表はAcremonium cellulolyt
icusの親株と’ThN−株によるセルラーゼ生産能
の比較の一例を示している。
第1表 表から明らかなように、トルナフテート耐性突然変異T
N株のセルラーゼ生産能は、親株に比ペアビセラーゼと
CMCアーゼは約3倍に、モしてβ−グルコシダーゼは
約2倍に、顕著に増強されたものであった。
Acren+onium cellulolyticu
aの生産するセルラーゼは、特にβ−グルコシダーゼの
活性が太きいた棒1社、セルロースを完全にグルコース
にまで分解・すや酵素である特徴があるが、これを工業
的に生鯵シ、利用するためには、特に、C1酵素である
アビセラーゼやCx酵素であるCMCアーゼの生産能を
向上することが要求されている。しかるに訂G処理など
による突然変異菌の中からトルナフテートに対する耐性
から選択されたトルナフテート耐性株の生産するセルラ
ーゼは、特に、アビセラーゼとCMCアーゼが強く増強
されたものであり、親株のセルラーゼとは質的に異なる
ものであるが。
セルロースの糖化においては、アビセラーゼ活性または
CMCアーゼ活性を基準としてセルロースに作用させた
とき、セルロースをほぼ完全にグルコースに変換できる
ものであった。
本発明はこのような知見にもとづいてなされたものであ
る。
〔構  成〕
すなわち、本発明は、トルナフテートに対し耐性をもつ
新規微生物アクレモニウム・セルロリティカス(Acr
emonium cellulolyticus)TN
をセルロースを含む培地で培養し、培養物から得られる
セルラーゼをセルロースまたはセルロース含有物に作用
させることを特徴とするセルロースの糖化方法片側する
ものである。
μ下に1本発明の内容を更に具体的に示す。
4発明において使用されるトルナフテート耐性株は以下
のようにして造成され。
アクレモニウム・セルロリティカス(FEBMP −6
867)をツアペック(Czapek)培地(NaNo
 30.3%、 K2HPO40,1%。
Mg504・7Hzo 5X10− ” %、にCQ 
 5XIO−” %。
FeSO4・7H201XIO−3%、グルコース1%
)に懸濁し、これにNTG にトロソグアニジン)を0
〜3×10−2%濃度となるように加え、室温で0.5
〜3時間インキュベート後、遠心分離して菌体を回収し
、Czapek培地で充分洗滌後、同培地に懸濁した。
該菌懸濁物の一部を4X10−”〜2 X 10−″5
%トルナフテートを含むCzapek平板培地(NaN
O30,3%、K2HPOa 0.1%、MgSO4−
7H205X10− ”%、K(15X10−”%、F
eSO44H20txto−3%、グルコース1%、寒
天1.5%、ストレプトマイシンBxto−”%、 ヘ
ニシIJ ンG2.5X10− ” %、pH”6bt
4)に散布し、30℃でインキュベートした。生育しヤ
くるトルナフテート耐性株を上記同組成の斜面培地に釣
菌し保存した。このようにして得られたトルナフテート
耐性株中に、高頻度でセルラーゼ生産増強味が認められ
た。なお、4X10−”〜lXl0−” %のトルナフ
テートを含むCzapeck平板培地上に親株および耐
性株の菌体懸濁液を散布して、30℃で培養したところ
、耐性菌は比較的良好に生育するが、親株は全く生育が
認められなかった。
本面の菌学的性質は親株に対して認識できるほどの差異
は認められないが、以下にTN株の菌学的性質の概要を
記載する。
生育二麦芽エキス寒天培地上では生育は速く。
30℃7日で直径70m+sに達する。集落は最初白色
で後にやや黄色味をおびる。気生菌糸はゆるく盛り上が
り羊毛状を呈し1時に編状の菌糸束を形成する。培養後
期には集落裏面は桃褐色ないし赤褐色を呈する。ツアペ
ック寒天培地上でもほぼ同様の生育を示すが気生菌糸の
盛り上がりはより少い。
生育pH範囲は3.5〜6.0で最適pHは4付近、生
育温度範囲は15℃〜43℃で、最適生育温度は30℃
付近’(4る。
嶋態:菌糸の直径は0.5〜2.5μm、無色で菌糸’
m−4隔壁が認められる。また、菌糸表面は滑面である
分生子:分生子形成能は非常に不安定でツアペック寒天
および麦芽エキス寒天培地による継代培養により容易に
消失した0分離時における観察では、分生子柄は気化菌
糸側面より突出し、無色である。
分生子番主亜球形(2,5〜5X2〜4.5μm)で滑
面、無色で連鎖は非常にゆるく分散しやすい。
本菌株はアクレモニウム・セルロリティカスTN(Ac
rei+onium cellulolyticus 
TN)微工研条寄第685号として寄託されている。
本面により生産されるセルラーゼの性質を以下に記載す
る。
(A)アビセラーゼの酵素的性質 (1)作用 セルロース末、アビセル、脱脂綿など結晶性のi11不
m 性セルロースに対し作用してグルコース、ψ61ビ
オース等の還元糖を生成する。
(2)作用pH範聞及び最適作用p)1本酵素の作用p
H範囲は2〜8.最適作用pHは約4.5に認められた
(3)安定pH クエン酸−リン酸塩緩衝液の下で45℃で20時間放置
したときの安定pH範囲は約3.5〜約6であった。
(4)作用温度範囲及び最適作用温度 本酵素は約90’Cまでの高温に作用するが、1%アビ
セル、0.05M酢酸緩衝液(pH4,5)(F)下テ
lo分間反応させたときの最適作用温度は約65℃に認
められた。
(5)熱安定性 本酵素を0.05M酢酸緩衝液(pH4,5)の下で、
各温度で10分間加熱処理した結果、本酵素は約60”
Cまでの温度ではほとんど失活せず、65℃、10分間
の加熱で約50%、そして70℃、1o分間の加熱で約
80%失活した。
(6)阻害剤 各種重金属イオンのうちで1mM以上の水銀イオンおよ
び銅イオンにより強く阻害される。また、五−害剤であ
るパラクロルマーキュリ−ベンゾニーC+によっても1
mMで約80%の阻害を受ける。
jitR製法 本酵素は培養濾液からホロファイバー(アミコンHI 
−P5)により脱塩濃縮してのち、 DEAR−セファ
ロース(CL −6B)によるカラムクロマトグラフィ
ー(NaCj20→IMグラジェント)と同カラムによ
る再クロマトグラフ イ(NaC140−+0.6M)
 ニより、精製することができる。
(8)分子量 Bio−gel(A 0.5m)カラムによるゲル濾過
法により測定した分子量は約140,000であった6
(9)活性測定法 0.1M酢酸緩衝液に0.5%濃度のアビセル懸濁物(
pH4,5)0゜5mQに適量の酵素液を加え、蒸留水
で全量1.0++Qとし、50℃で反応を行った。そし
て生成する還元糖はソモギー・ネルラン法により測定り
群・ 二の条件で、1分間に1μmolのグルコースに相=S
する還元力を生成する酵素量を1単位とした。
CB)CMCアーゼの酵素的性質 (1)CMCアーゼの多成分性 CMCアーゼはディスク電気泳動的に少くとも4成分に
分離され、それぞれは分子量と等電点により区別される
。 CMCアーゼIは分子量約160,000で等電点
5゜08、以下同様に■は約160,000.4.95
、■は約120,000.4.60. fVは約120
,000.4.48であり、これらアイソザイムの複合
物よりCMCアーゼは成っている。
(2)カルボキシメチルセルロース(CMC)等の可溶
性セルロース誘導体に作用し、これをグルコース及びセ
ロビオース等に分解する成分(CMCアーゼ■および■
)とグルコースを極くわずかしか生成せずセロビオース
以上のセロオリゴ糖に分解する作用を持つ成分(CMC
アーゼ■、■)が存在する。
(3)作用PH範囲及び最適作用pH CMCアーゼ複合体の作用pi(範囲は、はぼ2〜8に
わたり最適作用pHは約4.5に認められた。
(4)安定PH クエン酸−リン酸塩緩衝液の下で45℃で20時間放−
シたときの側Cアーゼ複合体の安定pH範囲は柿、¥b
〜約6であった。
(旧作用温度範囲及び最適作用温度 このCMCアーゼ複合体は約90℃までの高温に作用す
るが、1%CMC,0,05M酢酸緩衝液(pH,5)
の下で10分間反応させたときの最適作用温度は約65
℃に認められた。
(6)熱安定性 本酵素を0.05M酢酸緩衝液(pH4,5)の下で、
各温度で10分間加熱処理した結果、本酵素は約60℃
までの温度ではほとんど失活せず、65℃、10分間の
加熱で約40%、そして70℃、 10分間の加熱で約
70%失活した。
(7)阻害剤 各種金属イオンのうちで1mに以上の水銀イオンおよび
銅イオンにより強く阻害される。
(8)精製法 ・−酵素は培養濾液からホロファイバー(アミコシ梓゛
ム=P5)により脱塩濃縮してのち、DEAE−セファ
qS−ス(ct、 −6B)によるカラムグロマトグラ
フィー(NaCQ O→1にグラジェント)と同カラム
による再クロマトグラフィー及びクロマトフオーカシン
グにより各成分に精製できる。
(9)活性測定法 0.1M酢酸緩衝液に溶解させた1%CMC溶液(pH
4,5)0.5mQに、適量の酵素液を加え、蒸留水で
全量1.0+++Qとし、50℃で反応を行った。そし
て、生成する還元糖はソモギー・ネルラン法により測定
した。
この条件で、1分間に1μmolのグルコースに相当す
る還元力を生成する酵素量を191位とした。
(C) β−グルコシダーゼの酵素的性質(1)作用 サリシン、セロビオース、セロトリオース、セロテトラ
オース1.セロペンタオース、セロヘキサオースのよう
なセロオリゴ糖に作用して、これをグルコースに分解す
る。また、本酵素はアビセルのような高分子セルロース
にも作用するがCMCやHEC(ヒドロキシエチルセル
ロース)にはほとんど作用しない。サリシン、セロビオ
ース、セロトリオ←・本、セロテトラオース、セロペン
タオース及びヤ゛圓ヘキサオースに対するKm値は、そ
れぞれ3p2.26.1.19.0.82.0.52そ
して0.51mMであった。
(2)作用PH範囲及び最適作用pH 本酵素の作用pH範囲は2〜8、最適作用PHは約4.
5に認められた。
(3)安定pH クエン酸−リン酸塩緩衝液の下で45℃で20時間放置
したときの安定pH範囲は約3.5〜約5であった。
(4)作用温度範囲及び最適作用温度 本酵素は約90°Cまでの高温に作用するが、1%サリ
シン、0.05M酢酸緩衝液(pH4,5)の下で10
分間反応させたときの最適作用温度は約65℃に認めら
れた。
(5)熱安定性 0.05M酢酸緩衝液(pH4,5)の下で、各温度で
10分間加私娼理した結果、本酵素は約65℃までの高
温では↓とんど失活せず、70℃、10分間の加熱で約
40 %!、活し、そして80℃、10分間の加熱で9
0%以上失活した。
(6)阻害剤 各種重金属イオンのうち1oM以上の水銀イオンおよび
銅イオンにより強く阻害される。また、グルコース−δ
−ラクトンは基質に対して拮抗阻害剤として作用する。
(7)精製法 本酵素は培養濾液からホロファイバー(アミコンHI 
−P5)により脱塩濃縮したのち、 DEAE−セファ
ロース(CL −6B)によるカラムクロマトグラフィ
ー(NaCQO→IMグラジェント)とクロマトフオー
カシング(pH6→4)とBio−gel(A 0.5
m)によるゲル濾過により、電気泳動的に均一なまでに
精製することができる。
(8)分子量 Bio−gel(A 0.5a+)を用いるゲル濾過法
により測定した分子量は約240 、000であった。
(9)活性測定法 1.1M酢酸緩衝液に溶解させた1%サリシン溶液pm
 4.5)0.5m Qに適量の酵素液を加え、蒸留水
で31、OmQとし、50℃で反応を行った。そして生
成するグルコースをソモギー・ネルラン法により測定し
た。
この条件で、1分間に1μmolのグルコースに相当す
る還元力を生成する酵素量を1単位とした。
アクレモニウム・セルロリティカスTN株の培養は、炭
素源として、セルロース、アビセル、綿、バガス、小麦
越のような純セルロースまたはセルロース含有物が使用
され、これに窒素源として、硝酸塩、アンモニウム塩、
尿素のような無機窒素またはペプトン、酵母エキス、肉
エキス、大豆粕のような有機窒素源のいずれか、または
併用して使用する。更に、これに補足する培地原料とし
て、マンガン、亜鉛などの金属塩などが添加された培地
で行われるが、この培地に対し、ベタインを0゜01〜
1%程度添加する。培養は固体培養または液体培養のい
ずれでもよいが通常、20〜40℃で2〜15日間好気
的に培養される。
セルラーゼは菌体外に生産される酵素であるので、液体
培養の場合、培養後、濾過または遠心分−シて得た除菌
液について、また、固体培養の場合は、培養後、水また
は適当な塩類溶液で抽出し左酵素液について、硫安また
は硫酸ナトリウムなどで沈澱させるか、あるいはアセト
ン、アルコールのような有機溶媒を添加してセルラーゼ
を沈澱させ、分離、乾燥して酵素粉末を得る。
本発明のセルラーゼ剤により、セルロースを糖化する反
応は、通常、 pH3〜7、望ましくはpH4〜5、温
度は、通常30〜60℃で行なわれる。基質としては、
セルロース末、綿、アビセルのような純粋のセルロース
のみでなく、バガス、ナピャグラス、稲ワラ、麦ワラ、
モミガラなどのセルロース含有物も使用されるが、これ
ら植物原料は糖化に先立ち、あらかじめ、アルカリ処理
、爆砕処理、放射線処理などの前処理が行なわれる。基
質濃度は、出来るだけ高濃度の方がよく1通常5〜30
%位で6卆われる。
次に、実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例1 セルロース4%、K2HPO41,2%、バクトペプト
ン1%、にNo30.6%、尿素0.2%、KCQ O
,16%、MgSO4・7H200,12%、 ZnS
O4・7H201XIO−3%、MnSO4・7H20
1XIO−’%、 CuSO4・5)+201XIO−
3からなる培地(pt(4)を常法により殺菌後、アク
レモニウム・セルロリティカスTN(FERM BP−
685)を接種し、30℃で10日間好気的に培養した
。培養後、遠心分離して得た上澄液について、生産され
たセルラーゼのアビセラーゼ、CMCアーゼ及びβ−グ
ルコシダーゼ活性を測定した。結果は第2表に示す通り
であった。
表−2 表から明らかなように、トルナフテート耐性株(TN株
)のセルラーゼ生産能は親株に比べ、 CMCアーゼが
約3倍に、そして、アビセラーゼとβ−グルコシダーゼ
は約2倍に増大したものであった。
実施例2 セルロース原料としてKCフロック(w−ioo、山膓
国策パルプ製)を使用した。
KCフロック各3gに、実施例1の方法により培養。
調製したセルラーゼを、アビセラーゼとして、15単位
、30 、qt位及び60単位を加え、全量を水で15
+++Ωとして、pH約5,50℃で反応させた。反応
開始95時間目に糖化液の一部をとり、還元糖をソモギ
ー・ネルラン法により、モして全糖はアンスロン法によ
り定量した。得られた結果を第3表に示す。
第3表 実施例3 セルロース原料としてSo Q ka F Q oc(
BV −200、Jayaes River Co、、
 Berlin製)を原料として使用した。
5ofikaFQocを0.5gとtgに、実施例1に
より調製されたセルラーゼを、アビセラーゼとして40
単位/g基質量加え、全量10mQとしPH4,5、温
度50℃で48時間糖化した。得られた精液について還
元糖、グルコース量を測定した結果は第4表に示す通り
であった。
第4表 糖化率; (還元糖)/(全糖) x 100グルコー
ス含量; (グルコース)/(還元糖) X 10G実
施例4 セルロース原料としてアルカリ膨潤セルロース<17.
5%NaOHにセルロース末を25℃で4時間浸漬後、
水洗)を終濃度9.0,18.0.27.0%となるよ
うに反応液に懸濁し、実施例1により調製されたセルラ
ーゼをアビセラーゼとして、5単位/g基質量加え、全
量を5rmQとし、pH4,5,温度50℃で72時間
糖化した。得られた粘液について還元糖量と全糖量を測
定した結果は第5表に示す通りであった。
第5表 (糖化率;(還元糖量)/(全糖)X100)実施例5 セルロース含有物として、過酢酸により脱リグニン処理
した牧草のナピャグラスを、終濃度2,5.7%となる
よう反応液に懸濁し、実施例1により調製されたセルラ
ーゼを、アビセラーゼとして、20単位/g基質量加え
、全量を5mgとして、 pH4,5、温度50℃で2
4時間糖化した。得られた粘液について、還元糖量と全
糖量を測定した結果は第6表に示す通りであった。
第6表

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)トルナフテート耐性をもつアクレモニウム・セル
    ロリティカスTN(Acremonium cellu
    lolyticusTN)を炭素源と窒素源を含む培地
    で培養し、培養物から得られるセルラーゼをセルロース
    またはセルロース含有物に作用させることを特徴とする
    セルロースの糖化法。
JP60000584A 1985-01-07 1985-01-07 セルロ−スの糖化法 Granted JPS61162196A (ja)

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