JPS6214275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は酵素固定化方法、さらに詳しくは構造
単位中に２個以上の水酸基をもつ多糖類を過ヨウ
素酸または過ヨウ素酸塩と反応させることにより
調整した酸化物を、いつたん膨潤状態にしたのち
凍結乾燥させて活性化されたアルデヒド基含有多
糖類とし、緩衝液中でこれに酵素を反応させて固
定化酵素を得る方法に関するものである。 従来、多糖類の誘導体が多くの酵素の固定化担
体として使用されているが、そのほとんどがセル
ロース誘導体である。しかも酵素との反応性に富
んだ官能基を導入する必要があるため、セルロー
スはまず芳香族アミノ基を含む誘導体に変換され
しかるのち、ジアゾニウム塩あるいはイソシアナ
ート体に誘導され酵素固定化用担体として用いら
れている。あるいはカルボキシメチル基を含むセ
ルロース誘導体に変換され、しかるのち、酵素固
定化用担体として酸アジドあるいはイソシアナー
ト体に誘導されている。いずれにしてもセルロー
ス誘導体を酵素固定化用担体として用いるために
一般に官能基の導入（約２〜３日を要する）及び
その活性化（約２日を要する）という複雑な反応
プロセスを経なければならない欠点があつた。さ
らに酵素固定化反応の際にカルボジイミドやウツ
ドワード試薬Ｋといつた高価な縮合試薬を必要と
しなければならなかつた。 本発明者は簡便でしかも安価にできる酵素固定
化方法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、
構造単位中に隣接する２個以上の水酸基をもつ多
糖類を過ヨウ素酸または過ヨウ素酸塩と反応させ
ることにより調整した酸化物（生成に約１日を要
す）を水中に分散させ、約40〜80℃に加熱処理し
て膨潤させたのち、凍結乾燥する（膨潤、乾燥に
約１日間を要す）ことによつて反応性の高い活性
化されたアルデヒド基含有多糖類を得、これを酵
素と反応させることで固定化率が高く、酵素活性
の高い固定化酵素が得られる事実を見出した。本
発明はこの知見に基づいてなされたものである。 すなわち本発明方法は多糖類を過ヨウ素酸また
は過ヨウ素酸塩と反応させることにより調整した
酸化物をいつたん膨潤状態にしたのち、それを凍
結乾燥させ、得られた粉末をPH約４〜10の緩衝液
中約０〜５℃で酵素と撹拌下反応させることから
成り立つている。 本発明において用いられる多糖類の酸化物は、
多糖類の水酸基をアルデヒド基に酸化させた状態
のものであるが、小部分のカルボキシル基を含有
していても良い。多糖類としてはデンプン、セル
ロース、デキストラン、マンナン、これらのカル
ボキシメチル誘導体、アミノエチル誘導体、ジエ
チルアミノ誘導体などがあげられる。また、過ヨ
ウ素酸または過ヨウ素酸塩としては、過ヨウ素
酸、過ヨウ素酸ナトリウム、過ヨウ素酸カリウム
を一般に用い、さらにはそれらの混合物でもよ
い。 本発明において固定化する酵素の例としては、
たとえばウレアーゼ、カタラーゼ、リパーゼ、ト
リプシン、アスパラギナーゼ、インベルターゼ、
ペプシン、パパイン、β−ガラクトシダーゼ、グ
ルコースオキシダーゼなどをあげることができ
る。 本発明によれば多糖類を過ヨウ素酸または過ヨ
ウ素酸塩と反応させることにより調整した酸化物
を酵素固定化前に水中に分散し、約40〜80℃に加
温処理して最高膨潤度に近い状態にし、そのあと
凍結乾燥する。この前処理により、アルデヒド基
含有多糖類の酵素に対する反応性は一段と向上
し、酵素の固定化率は高くなる。これらの前処理
のあと、粉末として回収した粒子に酵素を固定化
するにあたつては、PH約４〜10、望ましくはPH５
〜７の緩衝液中で行なうことで酵素固定化率がさ
らに向上する。反応条件は約０〜５℃で10〜50時
間、望ましくは20〜30時間、前処理したアルデヒ
ド基含有高分子物質と酵素とを撹拌下反応させる
ことにより固定化を行なう。反応終了後はよく水
洗したのち凍結乾燥によつて回収する。前記の範
囲外の条件では所望の固定化酵素を得難い。 本発明方法によれば、酵素固定化用担体として
の多糖類に官能基導入反応のための、官能基含有
有機試薬あるいは酵素固定化反応のための縮合試
薬を必要とせず、水不溶性の固定化酵素を安価に
比較的短時間で製造することができる。また、ア
ルデヒド基含有多糖類としてたとえばデンプン、
セルロースなどの多糖類の酸化物を利用すると原
料の多糖類の供給が豊富で安価であるため、固定
化酵素の大量生産が可能となる。しかも全ての反
応が水系で行なわれるため、製造プロセス、廃液
処理が簡略化されることは大きな利点となる。こ
のようにして得られた固定化酵素は工業用固定化
触媒として、あるいはアルデヒド基含有多糖類が
天然物由来の場合は医療用酵素療法剤として、ま
たは食品製造用触媒として好適である。 酵素固定化について従来方法と本発明方法との
原材料費を比較するに、従来方法に用いられたセ
ルロース誘導体の例として、カルボキシメチルセ
ルロースの価格は約30000円／Kgであり、それに
結合試薬の価格は約20000円／Kgであり、その計
は約50000円／Kgとなる。一方、本発明方法に用
いる一例の酸化デンプンの価格は約2000円／Kgで
あり、結合試薬は不用であるために、本発明方法
の原材料費は、従来方法のそれの1/10以下と顕著
に減少させることが可能となる。 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。 実施例 １ ばれいしよデンプンを過ヨウ素酸で酸化して得
られたジアルデヒドデンプン（Ｄ−１と略す）10
ｇを水70ml中に分散させ50℃で約３時間撹拌する
とジアルデヒドデンプンは最高の膨潤度に達し
た。この膨潤状態にあるジアルデヒドデンプンを
凍結乾燥することにより粉末として９ｇ回収し
た。この粉末（Ｄ−２と略す）９ｇをウレアーゼ
５ｇを含むPH６のリン酸緩衝液100ml中に懸濁さ
せ約４℃で24時間撹拌した。その後、沈殿物をろ
過し、蒸留水、1M−塩化ナトリウム水溶液、さ
らに蒸留水にて洗浄し、凍結乾燥によつて粉末の
ウレアーゼ固定化ジアルデヒドデンプン（−１
と略す）8.1ｇを得た。窒素分析値から求めた
−１中のウレアーゼ含量は6.9％であつた。 得られた固定化酵素の単位重量当りの酵素活性
を次表に示す。酵素活性は基質として尿素を用い
それをリン酸緩衝液に溶かし、系中のPH変化を比
色法により求め算出した。 さらに、前記Ｄ−１とＤ−２の走査型電子顕微
鏡写真の第１図（倍率：1300倍）と第２図（倍
率：800倍）により、膨潤処理、凍結乾燥処理前
後において、アルデヒド基含有多糖類の表面積お
よび形状が大きく異なつていることを示す。 実施例 ２ セルロースを過ヨウ素酸ナトリウムで酸化して
得られたジアルデヒドセルロース10ｇを水70ml中
に分散させ50℃で約４時間撹拌すると、ジアルデ
ヒドセルロースは最高の膨潤度に達した。この膨
潤状態にあるジアルデヒドセルロースを凍結乾燥
することにより粉末として9.2ｇ回収した。この
粉末９ｇをカタラーゼ５ｇを含むPH6.5のリン酸
緩衝液70ml中に懸濁させ、４℃で24時間撹拌し
た。反応終了後、実施例１と同様に処理してカタ
ラーゼ固定化ジアルデヒドセルロース（−２と
略す）8.3ｇを得た。窒素分析値から求めた−
２中のカタラーゼ含量は5.2％であつた。 酵素活性は基質として過酸化水素を用い、それ
をリン酸緩衝液に溶かし、系中の基質濃度変化を
滴定法により求め算出した。その結果は次表に示
す。 実施例 ３ デキストランを過ヨウ素酸カリウムで酸化して
得られたジアルデヒドデキストラン10ｇを水70ml
中に分散させ50℃で約４時間撹拌すると、ジアル
デヒドデキストランは最高の膨潤度に達した。こ
の膨潤状態にあるジアルデヒドデキストランを凍
結乾燥することにより粉末として9.3ｇ回収し
た。この粉末９ｇをリパーゼ５ｇを含むPH6.0の
リン酸緩衝液80ml中に懸濁させ、４℃で48時間撹
拌した。反応終了後、実施例１と同様に処理して
リパーゼ固定化ジアルデヒドデキストラン（−
３と略す）7.8ｇを得た。窒素分析値から求めた
−３中のリパーゼ含量は7.3％であつた。 酵素活性は基質としてトリアセチンを用い、そ
れをリン酸緩衝液に溶かし、系中に遊離するカル
ボキシル基濃度を滴定法により求め算出した。そ
の結果は次表に示す。 実施例 ４ マンナンを過ヨウ素酸酸化して得られたジアル
デヒドマンナン10ｇを水70ml中に分散させ50℃で
約３時間撹拌すると、ジアルデヒドマンナンは最
高の膨潤度に達した。この膨潤状態にあるジアル
デヒドマンナンを凍結乾燥することにより粉末と
して9.0ｇ回収した。この粉末９ｇをトリプシン
５ｇを含むPH6.5のリン酸緩衝液70ml中に懸濁さ
せ、４℃で48時間撹拌した。反応終了後実施例１
と同様に処理してトリプシン固定化ジアルデヒド
マンナン（−４と略す）8.2ｇを得た。窒素分
析値から求めた−４中のトリプシン含量は6.8
％であつた。 酵素活性は基質としてＮ−ベンゾイル−Ｌ−ア
ルギニンエチルエステルを用い、それをリン酸緩
衝液に溶かし、系中での分解を吸光度法により求
め算出した。その結果は次表に示す。 実施例 ５ 実施例１においてウレアーゼの代わりにアスパ
ラギナーゼ７ｇを用いること以外、実施例１と全
く同様な処理方法によつてアスパラギナーゼ固定
化ジアルデヒドデンプン（−５と略す）7.7ｇ
を得た。窒素分析値から求めた−５中のアスパ
ラギナーゼ含量は4.5％であつた。 酵素活性は基質としてＬ−アスパラギンを用い
それをリン酸緩衝液に溶かし、系中に生成するア
ンモニア量を比色法により求め算出した。その結
果は次表に示す。 実施例 ６ 実施例１においてウレアーゼの代わりにインベ
ルターゼ７ｇを用いること以外、実施例１と全く
同様な処理方法によつてインベルターゼ固定化ジ
アルデヒドデンプン（−６と略す）8.1ｇを得
た。窒素分析値から求めた−６中のインベルタ
ーゼ含量は7.5％であつた。 酵素活性は基質としてサツカロースを用い、そ
れをリン酸緩衝液に溶かし、系中に生成する還元
糖の量を滴定法により求め算出した。その結果は
次表に示す。 比較例 １ ばれいしよデンプンを過ヨウ素酸で酸化して得
られたジアルデヒドデンプン９ｇをウレアーゼ５
ｇを含むPH６のリン酸緩衝液100ml中に懸濁させ
約４℃で24時間撹拌した。反応終了後、実施例１
と同様に処理して粉末のウレアーゼ固定化ジアル
デヒドデンプン（Ｋ−１と略す）8.5ｇを得た。
窒素分析値から求めたＫ−１中のウレアーゼ含量
は2.1％であつた。得られた固定化酵素の単位重
量当りの酵素活性を実施例１と同様の手順により
求め、次第に示す。 比較例 ２ セルロースを過ヨウ素酸ナトリウムで酸化して
得られたジアルデヒドセルロース９ｇをカタラー
ゼ５ｇを含むPH6.5のリン酸緩衝液70mlに懸濁さ
せ、４℃で24時間撹拌した。反応終了後、実施例
２と同様に処理して粉末のカタラーゼ固定化ジア
ルデヒドセルロース（Ｋ−２と略す）8.8ｇを得
た。窒素分析値から求めたＫ−２中のカタラーゼ
含量は0.3％であつた。得られた固定化酵素の単
位重量当りの酵素活性を実施例２と同様の手順に
より求め、次第に示す。 比較例 ３ デキストランを過ヨウ素酸カリウムで酸化して
得られたジアルデヒドデキストラン９ｇをリバー
ゼ５ｇを含むPH6.0のリン酸緩衝液80mlに懸濁さ
せ４℃で48時間撹拌した。反応終了後、実施例３
と同様に処理してリパーゼ固定化ジアルデヒドデ
キストラン（Ｋ−３と略す）8.0ｇを得た。窒素
分析値から求めたＫ−３中のリパーゼ含量は0.5
％であつた。得られた固定化酵素の単位重量当り
の酵素活性を実施例３と同様の手順により求め、
次表に示す。 比較例 ４ マンナンを過ヨウ素酸で酸化して得られるジア
ルデヒドマンナン９ｇをトリプシン５ｇを含むPH
6.5のリン酸緩衝液70ml中に懸濁させ、４℃で48
時間撹拌した。反応終了後、実施例４と同様に処
理してトリプシン固定化ジアルデヒドマンナン
（Ｋ−４と略す）8.5ｇを得た。窒素分析値から求
めたＫ−４中のトリプシン含量は3.0％であつ
た。得られた固定化酵素の単位重量当たりの酵素
活性を実施例４と同様の手順により求め、次表に
示す。

【表】 上表から明らかなように、本発明の化合物は、
アルデヒド基含有多糖類を水で膨潤させた後、凍
結乾燥させた粉末を用いることによつて、公知の
アルデヒド基含有多糖類をそのまま用いた場合に
比較して、使用に充分な酵素活性を保持している
ことが認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図はばれいしよデンプンを過ヨウ素酸で酸
化して得られたジアルデヒドデンプン（Ｄ−１）
の走査型顕微鏡写真（倍率：1300倍）であり、第
２図は該ジアルデヒドデンプン10ｇを水70ml中に
分散させ50℃で約３時間撹拌し、膨潤状態にある
ジアルデヒドデンプンを凍結乾燥することにより
得られた粉末（Ｄ−２）の走査型顕微鏡写真（倍
率：800倍）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造単位中に隣接する少なくとも２個の水酸
   基をもつ多糖類を過ヨウ素酸または過ヨウ素酸塩
   と反応させることにより調整したアルデヒド基含
   有多糖類を水中に分散し、40゜〜80℃に加熱処理
   して膨潤させた後、凍結乾燥させて得られた粉末
   をPH４〜10の緩衝液中０〜５℃で酵素と反応させ
   ることを特徴とする酵素固定化方法。 ２ 酵素がウレアーゼ、カタラーゼ、リパーゼ、
   トリプシン、アスパラギナーゼ、イルベルター
   ゼ、ペプシン、パパイン、β−ガラクトシダー
   ゼ、グルコースオキシダーゼからなる群から選択
   される前記特許請求の範囲第１項に記載の酵素固
   定化方法。