JPS6394978A - 固定化枝切り酵素 - Google Patents

固定化枝切り酵素

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JPS6394978A
JPS6394978A JP24273086A JP24273086A JPS6394978A JP S6394978 A JPS6394978 A JP S6394978A JP 24273086 A JP24273086 A JP 24273086A JP 24273086 A JP24273086 A JP 24273086A JP S6394978 A JPS6394978 A JP S6394978A
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amylase
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debranching enzyme
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Takashi Kimura
隆志 木村
Masabumi Ogata
緒方 正文
Masaaki Noguchi
野口 雅章
Teruo Nakakuki
輝夫 中久喜
Masahiro Yoshida
雅浩 吉田
Taizo Miwa
三輪 泰造
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定化枝切り酵素に関し、詳しくは各種澱粉糖
の製造において使用する、特定の担体に固定化した枝切
り酵素に関する。この固定化枝切り酵素は、各種固定化
アミラーゼと併用することによって澱粉液化液からグル
コース、マルトース、マルトオリゴ糖等の澱粉糖を高収
率で得ることができる。
〔従来の技術、発明が解決しようとする問題点〕
澱粉液化液からグルコース、マルトース、マルトオリゴ
糖等の澱粉糖を高収率で得るために、ネイティブのグル
コアミラーゼやβ−アミラーゼとネイティブの枝切り酵
素を併用する方法が知られており、工業的にも実施され
ている。
近年、これら酵素を固定化してプロセスを連続化する試
みがなされている。グルコアミラーゼやβ−アミラーゼ
の固定化については可成りの成果を挙げているが、枝切
り酵素の固定化技術に関しては事例が少なく、かつ良好
な結果も得られていない。
枝切り酵素の固定化技術に関しては、上田ら[Biot
ech、 and Bioeng、、10.665−6
76  (1978) ; 1bid、具、 2137
−2154  (1980)  コ、高崎ら[微生物工
業技術研究所研究報告書、第50巻、63 (1978
) ;  1bid、第52巻、 l  (1979)
および特開昭59−35954号公報]等がある。しか
し、前者においては得られる枝切り酵素の発現活性が低
く、また連続運転下での安定性も悪く、工業的規模での
実施に対しては十分なものと云えない。後者においては
、微細な粒子を用いて比較的高い初期の発現活性を得て
いるものもあるが、その場合でも活性維持は15〜20
日程度であり、前記各種固定化アミラーゼと併用するに
は不十分である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、枝切り酵素を固定化するための担体につ
いて検討を重ねた結果、特定の担体な使用すると、従来
よりも高い酵素活性の固定化率を示し、しかも酵素活性
を長期間に亘って安定的に維持できることを見出し、か
かる知見に基いて本発明に到達した。
すなわち本発明は、微弱酸性多孔質吸着樹脂。
弱酸性カチオン交換樹脂、フェノール系吸着樹脂および
多孔質キトサンより選ばれた担体に、澱粉中のα−1,
6−ゲルコンド結合を加水分解する枝切り酵素を固定化
させた固定化枝切り酵素に関する。
澱粉中のα−1,6−ゲルコンド結合を加水分解する枝
切り酵素としては、バチルス・アンドプルリティカス、
クレブシェラ・二ニーモニアナト°の微生物起源のプル
ラナーゼやシュードモナス・アミロデラモサ、シトファ
ーガ属微生物等が生産するイソアミラーゼを用いること
ができるが、グルコース生成アミラーゼではほとんどが
pH4,0〜6.01マルトオリゴ糖生成アミラーゼで
はほとんどがpH5,0〜8.5の範囲に至適pHを有
するので、枝切り酵素も同様の安定かつ至適pH範囲を
有するものを用いることが望ましい。
これら枝切り酵素を効果的しこ固定化しうる担体につい
て、本発明者らが検討した結果、特に微弱酸性的多孔質
吸着樹脂1弱酸性カチオン樹脂、フェノール系吸着樹脂
、多孔質キトサンなどが好適な担体であることを見出し
た。より具体的には、デュオライト系樹脂(ダイヤモン
ド・ジャムロック社製)の商品名is −7614、r
S −762J 。
rES −77LJ 、  rC−464」、  rA
−7J 、  rS−587J 、  「A−562J
や粒状多孔質キトサン(富士紡績社製、商品名「キトパ
ール」)を挙げることができる。
なお、上記多孔質キトサンとしては自然界に広く存在し
、甲殻類、−節足動物などに多く含まれる天然高分子キ
チンを脱アセチル化して得られるキトサンがあり、特に
粒状化、多孔質化したものや良好な吸着性能をもたせた
ものが好ましく、前記の「キトパール」は好適なもので
ある。これは天然高分子キチンを脱アセチル化した後、
ジカルボン酸、ジアルデヒド、ジイソシアネート等で架
橋して耐酸性を付与したものに、さらにスペーサーとし
て脂肪族または芳香族系などの官能基を導入した多孔性
ビーズであり、pH安定性、耐薬品性、熱安定性にすぐ
れている。この「キトパール」は粒径0.1〜3.0m
m、孔径3.Opm以下、比表面積15〜230& /
gであるが、本発明ではこの値に制限されるものではな
い。
なお、枝切り酵素の固定化方法は特に制限されず、たと
えば緩衝液中で該酵素と担体を接触させる方法を採用す
ることができる。その1例を示すと、[キトパールJ 
Loomgを0.01〜0.20モル濃度の各種緩衝液
(pH4,0〜8.0)で十分に平衡化した後、枝切り
酵素5〜500単位を緩衝液2mlに溶解して添加し、
十分に混合する。次いで、室温にて0.5〜24時間放
置するか、または0.5〜5.0時間往復振とう処理(
120ストロ一ク/分)した後、ガラスフィルターで濾
過し、続いて種々の緩衝液50meで洗浄する。
このようにして得られる固定化酵素は見かけ上の固定化
率が90%以上であり、固定化酵素の発現活性は担体湿
重Mk 1 gあたり40〜2000単位である。なお
、見かけ上の固定化率は次式によって算出した値である
酵素の固定化方法としては、上記方法のはか担体をカラ
ムに充填したのち酵素溶液を下降法または上昇法により
通液する方法も適用できる。
ここで、ネイティブの枝切り酵素および固定化技切り酵
素の活性は、基質としてプルランまたはアミロペクチン
(もち米澱粉原料)を用いてそれらの至適反応条件で反
応を行なうことによって求めることができる。また、酵
素活性はそれぞれの反応条件で1分間に1μmolのα
−1,6−グルコシド結合を切断する酵素量を1単位(
1国際車位IU)として表わすことにする。
本発明で得られた固定化枝切り酵素はネイティブまたは
固定化したグルコアミラーゼ、β−アミラーゼまたはマ
ルトオリゴ糖生成アミラーゼ等のアミラーゼとともに用
(・て、それぞれの生成する澱粉糖の収率を高める目的
で通常使用される。
すなわち、グルコアミラーゼと併用する場合においては
、グルコース純度が90%以上の時1〜3%収率を高め
ることが可能であり、固定化グルコアミラーゼと固定化
枝切り酵素の場合でも95%を越えるグルコース純度を
達成することも可能である。
β−アミラーゼと併用する場合においては、マルトース
純度が50%以上の時で、5〜15%収率を高めること
が可能である。
また、マルトオリゴ糖生成アミラーゼと併用する場合に
おいては、マルトオリゴ糖の純度が30%以上の時、3
〜8%程度収率を高めることが可能である。
なお、これら澱粉糖を製造する場合の原料澱粉としては
種々のものが使用できるが、通常馬鈴薯膜L 甘苦澱粉
、コーンスターチ、ワキシーコーンスターチ、キャラサ
バ澱粉等を用いる。また、反応器に通液する澱粉液化液
のグルコース当量(DE)は通常、1〜35、好ましく
は5〜20の範囲にあるものを用いるのが良い。ここで
、澱粉液化液のDEがワキシーコーンスターチの場合1
以下、それ以外の澱粉ではDEが5以下のものは老化が
激しいので、その取扱いに工夫が必要である。一方、I
CEが35以上になると、グルコアミラーゼによるグル
コース生成に対しては適合成が促進すれてイソマルトー
ス、パノースなどの生成が増大し、グルコースの収量が
低下する。また、各種マルトオリゴ塘の生成に対してグ
ルコース。
マルトース等の低分子糖の生成が増大し、かつマルトオ
リゴ糖の収量が低下するので適当でない。
なお、各種澱粉を液化する方法は特に制限はないが、通
常は液化型α−アミラーゼまたは塩酸等の酸で処理する
次に、マルトオリゴ糖とはマルトース、マルトトリオー
ス、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルト
テトラオース等を意味する。
固定化アミラーゼと併用する固定化枝切り酵素の比率に
ついては、後者の量が増すほど澱粉糖の濃度(収率)を
高めることができるが、通常発現活性ベースで前者1に
対して後者0.1〜5、好ましくは0.2〜2の範囲と
する。固定化枝切り酵素の比率を上限以上としても、相
応する効果が奏されない上に、反応器の大きさが比例的
に大きくなるので経済的に好ましくない。
なお、ここで使用する各種固定化アミラーゼの発現活性
は、その使用条件によって絶対値が大きく変るので、次
のような測定条件を設定して求めた。すなわち、各種固
定化アミラーゼ10mg(wet)を0.5mlの該ア
ミラーゼに好適なpHの50mM緩衝液(50ml三角
フラスコ中)に加え、十分に馴染ませた後、low/v
%可溶性でん粉(Merck社製)  5.0mlを加
えて40°Cで10分間往復振とう機により 120ス
トロ一ク/分、4cm幅で振とうしながら酵素反応を行
ない、生成還元糖をSomogyi−Nelson法で
測定し、発現する活性を求めた。なお、1単位とは1分
間に1μmolのグルコシド結合を切断する酵素量を意
味する。
□ 本発明の固定化枝切り酵素を前記固定化アミラーゼ
と併用し複合酵素系として用いる場合、反応器の形態と
充填方法は種々の態様が考えられる。たとえば、2種の
固定化酵素を別々の容器に充填する方法、2種の固定化
酵素を混合してから同じ容器に充填する方法、さらには
2種のネイティブ酵素を一定の比率で混合した後、同時
に固定化し、容器に充填する方法等がある。
〔実 施 例〕
次に本発明を実施例により詳しく説明する。
実  施  例  1 酵素としてクレプシェーラ・ニエーモニア起源のプルラ
ナーゼ(比活性50IU/mg−タンパク、大野製薬味
製)を用い、担体として第1表に示したものを使用して
固定化プルラナーゼを得た。すなわち、担体0.2gに
対して40IUの酵素をpH7,0のO,1M!Jン酸
緩衝液で2.0mlとしたものを内径20mmの試験管
に入れ、室温下1時間、120ス)+−−り、4cm幅
で往復壁とうしながら酵素な担体に固定化した。次いで
、これを濾過した後、さらに20mM!Jン酸緩衝液(
pH7,0)を用いてタンパクが溶出しなくなるまで十
分に洗浄して固定化プルラナーゼを得た。
この固定化プルラナーゼについて、次の方法により実際
に発現する活性を測定した。すなわち、固定化プルラナ
ーゼ10mg (wet)を0.5m/の10mMリン
酸バッファ  (pH7,0)  (50m1三角フラ
スコ中)に加え、十分に馴染ませた後、10 w/v%
プルラン(体厚生化学研究所製、分子量6.5X 10
4)5.0mlを加えて40°Cで10分間往往復壁う
機により[20ストロ一ク/分、4cm幅で振とうしな
がら酵素反応を行ない、生成還元糖をSomogyi−
Nelson法でマルトトリオースをスタンダードとし
て測定し、発現する活性を求めた。なお、1単位とは1
分間に1μmolのグルコシド結合を切断する酵素量を
意味する。得られた固定化プルラナーゼの発現活性の値
を第1表に示す。
実  施  例  2 酵素としてバチルス・アンドプルリティη又起源のプル
ラナーゼ(比活性4.9 IU/mg−タフ ハク、N
ovo社製)を用い、さらに担体として第2表に示した
ものを使用して、実施例1と同様にして固定化プルラナ
ーゼを得た。なお、固定化に際し酢酸緩衝液(pH4,
5)を使用したこと以外はすべて実施例1の方法に従っ
て固定化した。得られた固定化プルラナーゼの発現活性
をpH4,5で行なったこと以外は実施例1と同様の方
法で測定した。得られた結果を第2表に示す。
微弱酸性多孔質吸着樹脂 デュオライトS −76166,1 S −76274,9 フ工ノール系吸着樹脂 デュオライトA−761,7 A−−56266,1 S  −56863,1 粒状多孔質キトサン キトバールB CW 3505   135.4微弱酸
性多孔質吸着樹脂 デュオライトS −76140,3 〃S−76265,9 デユオライトE S −77131,8弱酸性カチオン
交換樹脂 デュオライトC−46490,6 粒状多孔質キトサン キトバールB CW 3505   140.2比較例
1 酵素トしてクレブシエーラ・ニューモニア起源のプルラ
ナーゼ(比活性50IU/mg−タンパク、大野製薬■
製)を用い、担体として第3表に示したセライト、パー
ライトまたは活性アルミナを使用して実施例1に記載の
方法に従って固定化プルラナーゼを得た。得られた発現
活性の値を第3表に示す。
セライト            22.2パーライト
           31.5活性アルミナ    
     13.7実  施  例  3 酵素としてマルトテトラオース生成アミラーゼ(シュー
ドモナス・ストッツエリ起源、比活性80.8IU/m
g−タンパク)を用い、固定化用担体として微弱酸性吸
着樹脂のデュオライトS −761(ダイヤモンド・ジ
ャムロック社製)を使用して固定化酵素を得た。すなわ
ち、担体20gを50mMTris −HCIバy 7
7− (pH7,0)で十分に平衡化した後、l OO
meの同一バッファーに溶解した20.0OOIUの酵
素を添加し、室温で1時間往復振とう (300ml’
三角フラスコ中、120ストロ一ク/分、4cm幅)し
ながら酵素な担体に固定化した。
次いで、濾紙で濾過した後、10 mM Tris−H
CIバソファー(pH7,0)でタンパクが溶出しなく
なるまで十分に洗浄し、発現活性が25 IU/g−担
体の固定化マルトテトラオース生成酵素を得た。
また、枝切り酵素であるプルラナーゼ(クレブシェーラ
・ニューモニア起源、比活性50■U/mg・タンパク
)を用いてpH6,0のリン酸バッファーを使用したこ
と以外は上記と同様の方法で同一の担体に固定化し、発
現活性74.9 IU/g−担体の固定化酵素を得た。
次に、直径27mm、長さ130mmのガラスカラム2
本を用いて、一方にマルトテトラオース生成固定化酵素
Loaf、他方にマルトテトラオース生成固定化酵素L
Omlと固定化枝切り酵素8mlを混合(発現活性比で
約4:  1)してそれぞれ充填した。基質として26
.2%(W/W)の澱粉液化液(DE=8、  pH7
,2)を用いて温度45℃、流速24mt / hrの
条件で連続通液した。その結果を第4表に示す。また、
上記記載の条件で連続通液したときの単−酵素系および
複合酵素系におけるカラム流出液のマルトテトラオース
濃度の経時変化を第5表に示す。
実  施  例  4 担体として粒状多孔質中トサン、「キトパールBCW3
5os」(富士紡績社製)を使用して実施例3に記載の
方法に従ってマルトテトラオース生成酵素およびプルラ
ナーゼを固定化した。得られた固定化マルトテトラオー
ス生成酵素および固定化プルラナーゼの発現活性は、そ
れぞれ350 IU/g−担体およびL12IU/g−
担体であった。
次に、直径27mm、長さ130mmのガラスカラムを
用いて、一方に固定化マルトテトラオース生成酵素10
コと固定化プルラナーゼ5mlを混合(発現活性比で約
4:  1)1.て、それぞれ充填した。基質として2
6.2%(W/W)の澱粉液化液(DE=8、  pH
7,2)を用いて温度45°C1流速30m1 / h
rの条件で連続通液した。その結果を第4表に示す。ま
た、上記記載の条件で連続通液したときの屯−酵素系お
よび複合酵素系におけるカラム流出液のマルトテトラオ
ース濃度の経時変化を第5表に示す。
0        44.8        50.3
10        41.5        49.
220        40.0        47
.830        39.1        4
6.0実−」虻−1B 0        45.2        50.9
to         45.0        50
.020        44.5        4
9.030        43.9        
48.2実  施  例  5 担体として微弱酸性吸着樹脂「デュオライトS−761
J  (ダイヤモンド・ジャムロック社製)ヲ用い、リ
ゾプス・デレマー起源のグルコアミラーゼ(新日本化学
(株)製)を固定化した。すなわち、担体のキトサンを
20 mM酢酸緩衝液(pH5,5)で十分に平衡化し
た後、toO+/容の三角フラスコに湿重量で10gの
担当を秤量し、これにグルコアミラーゼを担体1gあた
り1050単位(液量Low/)添加した。次いで、室
温で1時間往復振とつ(120ストロ一ク/分)して固
定化した。さらに、20mM酢酸緩衝液(pH5,0)
で蛋白質が溶出しなくなるまで十分に洗浄し、固定化グ
ルコアミラーゼ標品を得た。得られた固定化グルコアミ
ラーゼの発現活性は368 IU/g−担体であった。
また、枝切り酵素であるプルラナーゼ(タレブシエーラ
・ニューモニア起源、比活性50IU/mg・タンパク
)ヲ用いてpH6,0のリン酸バッファーを使用したこ
と以外は上記と同様の方法で同一の担体に固定化し、発
現活性73.2 IU/g−担体の固定化酵素を得た。
次に、直径10mm、長さ150mmのガラスカラムを
用いて、一方に固定化グルコアミラーゼ5me、他方に
固定化グルコアミラーゼ5m/と固定化プルラナーゼ5
 mlVを混合(発現活性比で約5: 1)して、それ
ぞれ充填した。基質として30.3%(W/W)のコー
ンスターチ液化液(D E = 11 、pH5,5)
を用いて温度50°C1流速3.5m/ / hrの条
件で連続通液した。結果を第6表に示す。
実  施  例  6 担体として粒状多孔質キトサン[キトバールBCW35
05J  (富士紡績社製)を使用して、実施例5に記
載の方法に従ってグルコアミラーゼおよびプルラナーゼ
を固定化した。
得られた固定化グルコアミラーゼおよび固定化プルラナ
ーゼの発現活性はそれぞれ435IU/g−担体および
112IU/g−担体であった。
次に、直径10mm、長さ150mmのガラスカラムを
用いて、一方に固定化グルコアミラーゼ5 me 。
他方に固定化グルコアミラーゼ5m14と固定化プルラ
ナーゼ5y/’を混合(発現活性比で約4:  1)し
て、それぞれ充填した。基質として30.3%(W/W
)のコーンスターチ液化液(DE=11.  pH5,
5)を用いて温度50°C1流速3.3ml / hr
の条件で連続通液した。結果を第6表に示す。また、反
応温度を45°Cとしたこと以外は上記記載の方法に従
って、カラム流出液のグルコース濃度が95%以上にな
るように通−液速度を変化させ、連続的に通液した。
そのときの通液速度の経時的変化を第7表に示す。なお
、通液速度は次式により求められる空塔速度(hr号)
で表わした。
1         ! 実施例7 担体として微弱酸性吸着樹脂「デーオライドS −76
LJ  (ダイヤモンド・シャムロゾク社製)を用い、
β−アミラーゼ(大豆起源、長瀬産業■製)を常法によ
り固定化した。得られた固定化β−アミラーゼの発現活
性は2L5IU/g−担体であった。
次に、直径10mm、長さ150mmのガラスカラムを
用いて、一方に固定化β−アミラーゼ5 rnt %他
方に固定化β−アミラーゼ5mlと実施例4に記載の方
法に従って得た固定化プルラナーゼ(発現活性74.9
 IU/g−担体)  4.0mlを混合(発現活性比
で約4:  1)して、それぞれ充填した。基質として
25%(W/W)の澱粉液化液(DE=8.  pH6
,0)を用いて、温度50°C1流速5.2me / 
hrの条件で連続的に通液した。得られた結果を第8表
に示す。
実施例8 担体として多孔質キトサン[キトパールBCW3505
J  (富士紡績社製)を用し・、β−アミラーゼ(大
豆起源、長瀬産業(株)製)を常法により固定化した。
得られた固定化β−アミラーゼ(現活性は230 IU
/g−担体であった。
また、同一の担体にクレブシェーラ・ニューニア起源の
プルラナーゼを実施例3に記載の−に従って固定化した
。この酵素の発現活1112 rU/g−担体であった
次に、直径LOmm、長さ150mmのガラス力を用い
て、一方に固定化β−アミラシー5me方に固定化β−
アミラーゼ5mlと固定化プ。
ナーゼ2.5mlを混合(発現活性比で約4:1て、そ
れぞれ充填した。基質として25%(W)の澱粉液化液
(DE=8.pH6,0)をノて、温度50°C1流速
4.9ml/hrの条件で連続r通液した。結果を第8
表に示す。
また、上記記載の条件で連続通液したとき・−酵素系お
よび複合酵素系におけるカラム流のマルトース濃度の経
時変化を第9表に示すゴ       艶 実施例8 0      53.2      64.5to  
     53.0      65.020    
  52.0      64.230      5
1.2      63.9〔発明の効果〕 本発明の固定化枝切り酵素は、その再利用が可能である
ばかりでなく、各種アミラーゼと併用することによって
、目的とする澱粉糖の収率な高めることができる。とり
わけ、客種固定化アミラーゼと併用した場合には、完全
な連続運転により各種澱粉糖を高収率で製造することが
できる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 微弱酸性多孔質吸着樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、フ
    ェノール系吸着樹脂および多孔質キトサンより選ばれた
    担体に、澱粉中のα−1,6−グルコシド結合を加水分
    解する枝切り酵素を固定化させた固定化枝切り酵素。
JP24273086A 1986-08-28 1986-10-13 固定化枝切り酵素 Granted JPS6394978A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24273086A JPS6394978A (ja) 1986-10-13 1986-10-13 固定化枝切り酵素
EP87112006A EP0257535B1 (en) 1986-08-28 1987-08-19 Process for production of starch sugar
DE3788908T DE3788908T2 (de) 1986-08-28 1987-08-19 Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Stärke.
US07/494,851 US5130243A (en) 1986-08-28 1990-03-15 Process for production of starch sugar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24273086A JPS6394978A (ja) 1986-10-13 1986-10-13 固定化枝切り酵素

Publications (2)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5386086A (en) * 1977-01-08 1978-07-29 Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd Preparation of insoluble gluco amylase
JPS5467091A (en) * 1977-11-05 1979-05-30 Sumitomo Chem Co Ltd Carrier for immobilized enzyme and its preparation
JPS54119084A (en) * 1978-03-08 1979-09-14 Sumitomo Chem Co Ltd Carrier for immobilization of enzyme, and its preparation
JPS59198977A (ja) * 1982-12-14 1984-11-10 シ−・ピ−・シ−・インタ−ナシヨナル・インコ−ポレイテツト 固定化β−アミラ−ゼ酵素系およびそれを用いて澱粉加水分解物をマルト−スシロツプに連続的に転化する方法

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