JPWO2010070748A1 - β−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法及び液体培地 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の液体培地はトリコデルマ属に属する微生物が生育する栄養を含む材料である。かかる液体培地は、以下の培地組成を水100mlに溶解及び懸濁した液体培地(一般に、マンデル培地と呼ばれる)を基に調整され、炭素源としてパルプ、及び窒素源としてアンモニア態窒素又はアミノ態窒素を含むものである。好ましい培地組成の一例を以下に示す。
トリコデルマ属糸状菌はセルロースの糖化に必要なセルラーゼの生産菌として知られている。本発明に使用するトリコデルマ属に属する微生物はセルラーゼを生産するものであれば特に限定されない。好ましいトリコデルマ属に属する微生物はトリコデルマ・リーセイ又はトリコデルマ・ビリデである。特に好ましくは、トリコデルマ・リーセイである。
本発明の方法により得られたβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼは、セルロース資源を分解または糖化するのに有用である。ここでいうセルロース資源は、合成セルロースもしくは天然セルロース資源のどちらでも良い。合成セルロースとは、セルロース粉末として、流通しているものを表す。天然セルロース資源とは、バガス、稲わら、麦わら、ビール粕、木材などが挙げられる。本発明は、β-グルカナーゼおよびキシラナーゼを同時に高生産できるため、特に、バガス、稲わら、麦わら、ビール粕などの天然セルロース資源の糖化に優れている。
トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させた。マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー用紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ15mM、35mM、50mM、65mM、80mM、100mMまたは115mMになるように添加して燐酸及び水酸化ナトリウムでpH4.8に調整した100mlの液体培地を500ml容バッフル付三角フラスコに用意した。培養したトリコデルマ・リーセイの1白金耳をこの液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、上清液のβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。なお、コピー用紙はアルカリ処理や熱処理等の前処理をせず、シュレッダー(カール社デスクパーサーDS−4100)で2mmX7mmに裁断したのみで使用した。
前記で得られた培養液について酵素活性を測定した。
β-グルカナーゼ活性は、メガザイム社製のβ‐グルカナーゼ測定キットを用い、色素標識したβ-グルカンを基質とした酵素分解によって生じた染色断片を吸光度測定した。具体的には、アゾ大麦グルカン基質溶液0.1mlに培養液0.1mlを加えて、40℃にて正確に10分間酵素反応を行なわせた後、停止液〔4%酢酸ナトリウム、0.4%酢酸亜鉛、80%メチルセルソルブを含む(pH5)〕0.6mlを加えて5分放置し、反応を停止した。続いて遠心分離した後、上澄液を590nmの吸光度測定した。1単位のβ-グルカナーゼ活性は、40℃、10分間の反応条件下で、1分間に1μmolのグルコースに相当する還元糖を生成する酵素量として表した。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをダンボール3%(3g/100ml)に置き換えて、実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図2に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースを新聞紙3%(3g/100ml)に置き換えて、実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図3に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムを塩化アンモニウムに置き換えてアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ20mM、40mM、50mM、60mM、80mM、100mMまたは120mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図4に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムを燐酸二アンモニウムに置き換えてアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ15mM、35mM、50mM、65mM、80mM、100mMまたは115mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図5に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムを硝酸アンモニウムに置き換えてアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ12mM、24mM、36mM、48mM、60mM、72mMまたは84mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図6に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムをアンモニア水に置き換えてモル濃度がそれぞれ15mM、30mM、45mM、65mM、75mM、90mMまたは105mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図7に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムを尿素に置き換えてアミノ態窒素のモル濃度がそれぞれ17mM、33mM、50mM、67mM、83mMまたは100mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図8に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙に置き換えて濃度が1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%になるように添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が80mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図9に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙に置き換えて濃度が1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%になるように添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が160mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図10に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙に置き換えて濃度が1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%になるように添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が320mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図11に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙に置き換えて濃度が1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%になるように添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が480mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図12に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースの濃度を1%とし、窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ15mM、35mM、50mM、65mM、80mM、100mMまたは115mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図13に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロース濃度が1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%または4%になるように添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が160mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図14に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙1%(3g/100ml)に置き換えて添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ15mM、35mM、50mM、65mM、80mM、100mMまたは115mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図15に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて添加して、また窒素源である硫酸アンモニウムを硝酸カリウムに置き換えてモル濃度が10mM、20mM、30mM、40mM、50mM、60mMまたは70mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図16に示す。
トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させた。その1白金耳を、マンデル培地100mlを含む500ml容バッフル付三角フラスコに接種して、28℃、180rpm、4日間振とう培養した。マンデル培地150mlを含む500ml容バッフル付三角フラスコに接種して、28℃、180rpm、2日間振とう培養して培養液を得た。マンデル培地の炭素源である結晶セルロースに置き換えて、コピー紙3%(30g/l)、6%(60g/l)又は結晶セルロース(アビセルPH101)3%を添加し、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が200mMになるように添加し、ツイーン80のかわりにアデカノールLG-126(株式会社ADEKA製)6g/lを用いた培地3L及び本培養液を5L発酵槽(マルビシ製)に添加して、28℃で培養した。通気は1VVM、撹拌は450rpmで、またpHは2N水酸化ナトリウムおよび5倍希釈の燐酸によって培養期間中pH4.8に一定になるよう調整した。7日目に培養液を遠心分離し、その上清液のβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。その結果を図17に示す。
実施例13と同様の方法で5L発酵槽に、コピー紙6%(60g/l)を添加し、硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が44mM、100mM、134mMまたは224mMになるように添加し、酵素生産を調べた。その結果を図18に示す。
実施例13と同様の方法で5L発酵槽に、コピー紙6%(60g/l)と硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度が45mMを添加し、培養期間中のpH調整用薬液を2N水酸化ナトリウムを使用した場合と、18%アンモニア水を使用した場合の酵素生産を比較した。このときのアンモニア水の培養期間中の投入量は123mMであった。その結果を図19に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムのアンモニア態窒素のモル濃度がそれぞれ330mM、420mM、500mM、580mM、660mM、720mMまたは800mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図20に示す。
マンデル培地の炭素源である結晶セルロースをコピー紙3%(3g/100ml)に置き換えて、また窒素源である硫酸アンモニウムをグルタミン酸ナトリウムに置き換えてアミノ態窒素のモル濃度がそれぞれ17mM、33mM、50mM、67mM、83mMまたは100mMになるように添加して実施例1と同様に液体培地を用意した。トリコデルマ・リーセイQM9414(NBRC 31329)をポテトデキストロース寒天培地上で28℃、7日間培養して胞子を充分形成させ、この1白金耳を液体培地に接種して、28℃、180rpm、7日間振とう培養した。7日目に培養液を遠心分離し、実施例1と同様にしてβ-グルカナーゼ活性およびキシラナーゼ活性を測定した。結果を図21に示す。
実施例13で得られたコピー紙6%の培地及び結晶セルロース3%の培地のそれぞれの上清液を用いて、セルロース資源の糖化試験を行った。糖化に供するセルロース資源は、セルロース粉末(日本製紙ケミカル製 商品名KCフロックW−50)、バガス、稲わらおよびビール粕を用いた。また、バガス、稲わらおよびビール粕は、それぞれ微粉砕し、0.3NのNaOHに懸濁して、120℃、15分間処理し、水で充分に洗浄後、乾燥し、脱リグニン処理を行い、糖化に供した。セルロース粉末は、そのまま糖化に供した。セルロース資源:0.8g、培養上清液:9ml、1M酢酸バッファー(pH4.8):0.2mlからなる液(セルロース資源8%液)を50℃、pH4.8、48時間、振とうさせて糖化し、生成したグルコースをグルコースCII-テストワコー(和光純薬工業)で測定した。結果を図22〜図25に示す。
Claims (13)
- (a)炭素源として加熱処理もアルカリ処理も行わない紙類由来のパルプ、及び(b)窒素源としてアンモニア態窒素またはアミノ態窒素を含む液体培地を用いて、トリコデルマ属に属する微生物を培養する工程を包含するβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 前記パルプの前記液体培地中における初期濃度が2%W/V以上である請求項1に記載のβ−グルカナーゼ及びキラナーゼの製造方法。
- 前記パルプの前記液体培地中における初期濃度が2〜7%W/Vである請求項1又は2に記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 前記アンモニア態窒素またはアミノ態窒素の前記液体培地中における初期濃度が35〜660mM以上である請求項1〜3のいずれかに記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 前記アンモニア態窒素またはアミノ態窒素の前記液体培地中における初期濃度が50〜580mMである請求項1〜4のいずれかに記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 前記紙類が上質紙、更紙、コピー用紙、新聞紙及びダンボール紙からなる群から選択される少なくとも一種である請求項1〜5のいずれかに記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 前記トリコデルマ属に属する微生物が、トリコデルマ・リーセイである請求項1〜6のいずれかに記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- 培養の過程において前記液体培地に対してパルプを追加する請求項1〜7に記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼの製造方法。
- (a)炭素源として加熱処理もアルカリ処理も行わない紙類由来のパルプ、及び(b)窒素源としてアンモニア態窒素またはアミノ態窒素を含む液体培地であって、トリコデルマ属に属する微生物を培養するために用いられる液体培地。
- 前記パルプを2%W/V以上含有する請求項9に記載の液体培地。
- アンモニア態窒素またはアミノ態窒素を35〜660mM含有する請求項9又は10に記載の液体培地。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法により製造されたβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼ。
- 請求項12記載のβ−グルカナーゼ及びキシラナーゼを用いることを特徴とするセルロース資源の分解または糖化方法。
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