RU2244742C2 - Method for isolation and selection of microorganisms as producers of cyclodextrin glucanotrasnferase, strain of microorganism bacillus circulans b-65 ncaim (p) 001277 (b-65) as producer of extracellular cyclodextrin transferase, cyclodextrin glucanotransferase obtained from its and its applying for preparing cyclodextrin - Google Patents
Method for isolation and selection of microorganisms as producers of cyclodextrin glucanotrasnferase, strain of microorganism bacillus circulans b-65 ncaim (p) 001277 (b-65) as producer of extracellular cyclodextrin transferase, cyclodextrin glucanotransferase obtained from its and its applying for preparing cyclodextrin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244742C2 RU2244742C2 RU2002127421/13A RU2002127421A RU2244742C2 RU 2244742 C2 RU2244742 C2 RU 2244742C2 RU 2002127421/13 A RU2002127421/13 A RU 2002127421/13A RU 2002127421 A RU2002127421 A RU 2002127421A RU 2244742 C2 RU2244742 C2 RU 2244742C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cyclodextrin
- strain
- starch
- cyclodextrins
- basics
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/1048—Glycosyltransferases (2.4)
- C12N9/1051—Hexosyltransferases (2.4.1)
- C12N9/1074—Cyclomaltodextrin glucanotransferase (2.4.1.19)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/18—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a glycosyl transferase, e.g. alpha-, beta- or gamma-cyclodextrins
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Это изобретение касается биотехнологии, в частности способа получения циклодекстрина путем воздействия циклодекстринглюканотрансферазы (называемой также ЦГТ-аза) на крахмал и продукции ЦГТ-азы бактериями штамма Bacillus circulans B-65. По Международной классификации изобретение относится к следующим классам: С 08 В 37/16; С 12 Р 19/18; C 12 N 1/20; C 12 N 9/10.This invention relates to biotechnology, in particular to a method for producing cyclodextrin by exposure to cyclodextringlucanotransferase (also called CGT-ase) on starch and the production of CGT-ase by bacteria of the Bacillus circulans B-65 strain. According to the International Classification, the invention relates to the following classes: C 08 V 37/16; C 12 P 19/18; C 12 N 1/20; C 12 N 9/10.
Цели изобретенияOBJECTS OF THE INVENTION
Это изобретение решает проблему биосинтеза ЦГТ-азы, которая обычно используется для получения циклодекстрина, а также проблему получения циклодекстрина путем воздействия ЦГТ-азы на крахмал. Биосинтез ЦГТ-азы чаще всего осуществляют с помощью бактерий рода Bacillus, которые обычно продуцируют ЦГТ-азу, воздействующую на крахмал с образованием смеси α-, β- и γ-циклодекстринов в различном соотношении, в то же время выход отдельного циклодекстрина не высок, и его выделение увеличивает стоимость продукции.This invention solves the problem of the biosynthesis of TSHT-basics, which is usually used to obtain cyclodextrin, as well as the problem of obtaining cyclodextrin by the action of TSHT-basics on starch. The biosynthesis of TSHT-basics is most often carried out using bacteria of the genus Bacillus, which usually produce TSHT-ase, acting on starch with the formation of a mixture of α-, β- and γ-cyclodextrins in a different ratio, while the yield of an individual cyclodextrin is not high, and its allocation increases the cost of production.
Биосинтез ЦГТ-азы согласно изобретению осуществляется алкалифильными бактериями нового штамма Bacillus circulans B-65, характеризующегося продукцией большого количества ЦГТ-азы, которая обычно используется для получения циклодекстрина. Циклодекстрины получают с помощью ЦГТ-азы из бактерий В. circulans, которая характеризуется высокой степенью превращения крахмала в циклодекстрины, и специфична для образования β-циклодекстрина.The biosynthesis of CGT-basics according to the invention is carried out by alkaliphilic bacteria of a new strain of Bacillus circulans B-65, characterized by the production of a large amount of CGT-basics, which is usually used to produce cyclodextrin. Cyclodextrins are obtained using CTG-basics from B. circulans bacteria, which is characterized by a high degree of conversion of starch to cyclodextrins and is specific for the formation of β-cyclodextrin.
Уровень техникиState of the art
Циклодекстрины получают путем воздействия ЦТГ-азы на крахмал. В процессе получения циклодекстринов наиболее важной стадией является получение ЦТГ-азы. ЦТГ-аза продуцируется некоторыми видами бактерий, среди которых чаще всего встречаются бактерии, относящиеся к роду Bacillus: В. macerans, В. circulans, В. megaterium, В. coagulans, B.lentus, В. ohbensis, В. firmus, В. amyloliquefaciens, В. stearothermophilus, В. subtilis, B.cerus. ЦТГ-аза продуцируется и некоторыми другими бактериями, не принадлежащими к роду Bacillus, например: Klebsiella pneumoniae, Micrococcus luteus, Micrococcus varians. Чаще всего в качестве продуцентов ЦГТ-азы выступают бактерии Bacillus macerans и алкалифильные бактерии, относящиеся к роду Bacillus.Cyclodextrins are obtained by the action of CTGase on starch. In the process of producing cyclodextrins, the most important step is to obtain CTGase. CTGase is produced by certain types of bacteria, among which bacteria belonging to the genus Bacillus are most often found: B. macerans, B. circulans, B. megaterium, B. coagulans, B.lentus, B. ohbensis, B. firmus, B. amyloliquefaciens, B. stearothermophilus, B. subtilis, B.cerus. CTGase is also produced by some other bacteria that do not belong to the genus Bacillus, for example: Klebsiella pneumoniae, Micrococcus luteus, Micrococcus varians. Most often, Bacillus macerans bacteria and alkaliphilic bacteria belonging to the genus Bacillus act as producers of TSGT-basics.
ЦГТ-аза продуцируется растущими бактериями в жидкой среде в аэробных условиях в ферментаторе. Этот процесс является весьма дорогостоящим, и бактерии продуцируют определенное количество ЦГТ-азы. Дорогостоящий процесс получения ЦГТ-азы существенно влияет на высокую стоимость конечного продукта, т.е. циклодекстрина, что ограничивает его широкое применение во многих отраслях промышленности.TSHT-ase is produced by growing bacteria in a liquid medium under aerobic conditions in a fermenter. This process is very expensive, and bacteria produce a certain amount of TST-basics. The expensive process of obtaining TSGT-basics significantly affects the high cost of the final product, i.e. cyclodextrin, which limits its widespread use in many industries.
Поскольку циклодекстрины имеют широкое применение в промышленности и их стоимость является одним из существенных факторов, ограничивающих их применение, ученые всех стран ищут пути увеличения экономичности способа получения ЦГТ-азы. Для этой цели проводят оптимизацию состава питательной среды и оптимизацию физико-химических факторов для роста бактерий, ведутся работы по увеличению продуктивности бактерий с использованием различных генетических методов (индуцированного мутагенеза, генной инженерии), также ведутся работы по выделению новых микроорганизмов, которые характеризуются высокой продукцией ЦГТ-азы.Since cyclodextrins are widely used in industry and their cost is one of the significant factors limiting their use, scientists from all countries are looking for ways to increase the efficiency of the method for producing TSHT-basics. For this purpose, optimization of the composition of the nutrient medium and optimization of physico-chemical factors for bacterial growth are carried out, work is underway to increase the productivity of bacteria using various genetic methods (induced mutagenesis, genetic engineering), and work is underway to isolate new microorganisms that are characterized by high production of TSGT -azy.
В способе получения циклодекстрина также очень важны свойства ЦГТ-азы, продуцируемой бактериями. Свойства ЦГТ-аз, продуцируемых различными видами бактерий, относящимися к роду Bacillus, представлены в Таблице 1.In the method for producing cyclodextrin, the properties of the CTGase produced by bacteria are also very important. Properties TSGT-az produced by various types of bacteria belonging to the genus Bacillus, are presented in Table 1.
4,75.7: 23.5:
4.7
Из представленных данных можно видеть, что ЦГТ-азы из различных микроорганизмов демонстрируют похожие свойства, но есть и определенные различия. Наибольшие различия среди ЦГТ-аз касаются количеств образующихся специфических α-, β- или γ-циклодекстринов, ЦГТ-азы образуют в основном смесь α; β- и γ-циклодекстринов в различном соотношении. Однако существуют ЦГТ-азы, которые не образуют α- или γ-циклодекстрины. Большинство ЦГТ-аз образуют смесь циклодекстринов, в которой преобладает β-циклодекстрин, тогда как γ-циклодекстрин присутствует в минимальном количестве. Алкалифильные микроорганизмы продуцируют ЦГТ-азы, которые дают наибольшее содержание β-циклодекстрина, по сравнению с α- и γ-циклодекстринами. ЦГТ-азы из алкалифильных микроорганизмов образуют β-циклодекстрин, который составляет более 70% от общего количества циклодекстринов. Из данных, представленных в Таблице 1, мы можем сделать вывод, что ЦГТ-азы, продуцируемые штаммами, относящимися к видам Bacillus macerans, дают наибольший выход α-циклодекстрина, по сравнению с другими циклодекстринами. Кроме В. macerans, ЦГТ-аза, продуцируемая В. amyloliquefaciens AL 35, также образует α-циклодекстрин с выходом до 95%. В отличие от большинства ЦГТ-аз из различных продуцентов, ЦГТ-аза, продуцируемая Bacillus subtilis №313, образует γ-циклодекстрин, но не образует ни α-, ни β-циклодекстрины. ЦГТ-аза из Bacillus sp. AL-6 также дает наибольший выход γ-циклодекстрина и β-циклодекстрина, но не образует α-циклодекстрин.From the data presented, it can be seen that TSG-basics from various microorganisms exhibit similar properties, but there are also certain differences. The greatest differences among TSHT-az are related to the quantities of specific α-, β- or γ-cyclodextrins formed, TSHTazy form mainly a mixture of α; β- and γ-cyclodextrins in various proportions. However, there are TST-basics that do not form α- or γ-cyclodextrins. Most TSHT-az form a mixture of cyclodextrins, in which β-cyclodextrin predominates, while γ-cyclodextrin is present in a minimal amount. Alkaliphilic microorganisms produce TST-basics, which give the highest content of β-cyclodextrin, compared with α- and γ-cyclodextrins. TSHT-basics from alkaliphilic microorganisms form β-cyclodextrin, which makes up more than 70% of the total number of cyclodextrins. From the data presented in Table 1, we can conclude that the TSG-basics produced by strains belonging to the species of Bacillus macerans give the highest yield of α-cyclodextrin compared to other cyclodextrins. In addition to B. macerans, the TSHTase produced by B. amyloliquefaciens AL 35 also forms α-cyclodextrin with a yield of up to 95%. Unlike most TSGTases from various producers, TSGTase produced by Bacillus subtilis No. 313 forms γ-cyclodextrin, but does not form either α- or β-cyclodextrins. TSGT-aze from Bacillus sp. AL-6 also gives the highest yield of γ-cyclodextrin and β-cyclodextrin, but does not form α-cyclodextrin.
В способе получения циклодекстринов с использованием ЦГТ-аз, которые в конце реакции дают смесь циклодекстринов, α-, β- и γ-циклодекстрины образуются в различном соотношении, и наибольший выход одного какого-либо циклодекстрина приводит к наименьшему выходу других циклодекстринов. После завершения ферментативной реакции с образованием циклодекстринов, осуществляют их выделение и очистку. Поскольку выделение и очистка циклодекстринов увеличивают стоимость способа их получения, желательно выделить микроорганизмы, которые продуцируют ЦГТ-азы, специфичные для образования одного из циклодекстринов.In the method for producing cyclodextrins using TSHT-az, which at the end of the reaction give a mixture of cyclodextrins, α-, β- and γ-cyclodextrins are formed in different proportions, and the highest yield of one of any cyclodextrins leads to the lowest yield of other cyclodextrins. After the completion of the enzymatic reaction with the formation of cyclodextrins, they are isolated and purified. Since the isolation and purification of cyclodextrins increases the cost of the process for their preparation, it is desirable to isolate microorganisms that produce TST-basics specific for the formation of one of the cyclodextrins.
Из патента US 4477568 известна ЦГТ-аза, полученная путем культивировния бактерий Bacillus circulans RIV №11115, которая используется для получения циклодекстринов. С помощью этой ЦГТ-азы можно получить до 66% β-циклодекстринов. Эта ЦГТ-аза активна при температуре 60°С, но ее активность существенно снижается при 65°С, в диапазоне рН от 4 до 7 (рН оптимум - 6-6.5). Существует необходимость в получении фермента, который будет продуцировать более 66% β-циклодекстринов и будет активен в более широком диапазоне температур, а также и при более высоких рН, что существенно уменьшит опасность инфекций.From the patent US 4477568 known TSGT-ase obtained by culturing the bacteria Bacillus circulans RIV No. 11115, which is used to obtain cyclodextrins. Using this TSG-ase, you can get up to 66% of β-cyclodextrins. This TSHTase is active at a temperature of 60 ° C, but its activity decreases significantly at 65 ° C, in the pH range from 4 to 7 (pH optimum is 6-6.5). There is a need for an enzyme that will produce more than 66% of β-cyclodextrins and will be active in a wider temperature range, as well as at higher pH, which will significantly reduce the risk of infections.
Краткое изложение изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Биосинтез ЦГТ-азы, которая затем используется для получения циклодекстрина, осуществляется алкалифильными бактериями штамма Bacillus circulans B-65. Биосинтез осуществляется растущими бактериями в щелочной (рН 10) жидкой среде, в аэробных условиях, в ферментаторе. Эта питательная среда содержит: в качестве источника углерода - от 0,5 до 3% крахмала, в качестве источника азота - от 0,5 до 6% вещества, выбранного из группы, состоящей из пептона, дрожжевого экстракта, дрожжевого автолизата, кукурузного автогидролизата (corn step liquid) или их смеси, в качестве источника минералов: К2НРO4, MgSO4 × 7H2O, Na2CO3.The biosynthesis of CTG-basics, which is then used to produce cyclodextrin, is carried out by alkaliphilic bacteria of the strain Bacillus circulans B-65. Biosynthesis is carried out by growing bacteria in an alkaline (pH 10) liquid medium, under aerobic conditions, in a fermenter. This nutrient medium contains: as a carbon source, from 0.5 to 3% starch, as a nitrogen source, from 0.5 to 6% of a substance selected from the group consisting of peptone, yeast extract, yeast autolysate, corn autohydrolyzate ( corn step liquid) or mixtures thereof, as a source of minerals: K 2 HPO 4 , MgSO 4 × 7H 2 O, Na 2 CO 3 .
После завершения биосинтеза бактериальные клетки удаляют путем центрифугирования или фильтрации, и затем внеклеточно продуцируемые ЦГТ-азы концентрируют с помощью ультрафильтрации.After biosynthesis is complete, the bacterial cells are removed by centrifugation or filtration, and then the extracellularly produced CGTases are concentrated by ultrafiltration.
При воздействии полученной таким образом ЦГТ-азы на крахмал, концентрация которого варьирует от 5% до 15%, получают циклодекстрины. Ферментативную реакцию осуществляют в течение 24 часов в щелочной среде (рН 8,0) при температуре 60°С.When exposed to thus TSGT-basics on starch, the concentration of which varies from 5% to 15%, get cyclodextrins. The enzymatic reaction is carried out for 24 hours in an alkaline medium (pH 8.0) at a temperature of 60 ° C.
Новизна этого изобретения заключается в том, что биосинтез ЦГТ-азы, которая используется для получения циклодекстрина, осуществляют с использованием алкалифильных бактерий В. circulars B-65. Эти бактерии были выделены из почвы, взятой на территории г. Лесковац. Бактерии В. circulans были выделены из приблизительно 2000 бактериальных колоний, которые характеризовались продукцией ЦГТ-азы. Изолят, который затем был идентифицирован и обозначен как В. circulans В-65, продемонстрировал существенно большую активность в продуцировании ЦГТ-азы, и это свойство явно отличает его от других изолятов. Таким образом, алкалифильные бактерии В. circulans B-65 представляют собой новый штамм, отличающийся тем, что он продуцирует значительное количество ЦГТ-азы, которая может использоваться для получения циклодекстринов. Штамм Bacillus circulans B-65 депонирован в Национальной коллекции сельскохозяйственных и промышленных микроорганизмов (National Collection of Agricultural and Industrial Microorganisms, NCAIM) в Будапеште под номером NCAIM (Р) 001277.The novelty of this invention lies in the fact that the biosynthesis of TSG-ase, which is used to obtain cyclodextrin, is carried out using alkaline bacteria B. circulars B-65. These bacteria were isolated from soil taken on the territory of Leskovac. B. circulans bacteria were isolated from approximately 2000 bacterial colonies, which were characterized by the production of TSGT-basics. The isolate, which was then identified and designated as B. circulans B-65, showed significantly greater activity in the production of TSHT-basics, and this property clearly distinguishes it from other isolates. Thus, the alkaliphilic bacteria B. circulans B-65 are a new strain, characterized in that it produces a significant amount of TST-basics, which can be used to produce cyclodextrins. The strain Bacillus circulans B-65 was deposited at the National Collection of Agricultural and Industrial Microorganisms, NCAIM in Budapest under the number NCAIM (P) 001277.
Преимущество использования ЦГТ-азы, которая продуцируется данным алкалифильным штаммом В. circulans B-65, заключается в его использовании для получения β-циклодекстрина. ЦГТ-аза этого штамма специфична для образования β-циклодекстрина и характеризуется высокой степенью превращения крахмала в β-циклодекстрин. В описанных условиях реакции при концентрации крахмала 5%, ЦГТ-аза осуществляет превращение до 45% крахмала в циклодекстрины. Из общего количества продуцируемых циклодекстринов количество β-циклодекстрина составляет около 95%, что является наиболее высоким значением, по сравнению с имеющимися литературными данными. В отличие от ЦГТ-азы, известной из патента US 4477568, ЦГТ-аза согласно изобретению активна при более высоких температурах (вплоть до 75°С), в более широком диапазоне рН (от 4 до 12).The advantage of using TSGT-basics, which is produced by this alkaliphilic strain of B. circulans B-65, lies in its use for producing β-cyclodextrin. The TSHTase of this strain is specific for the formation of β-cyclodextrin and is characterized by a high degree of conversion of starch to β-cyclodextrin. Under the reaction conditions described, at a starch concentration of 5%, TSHT-aza converts up to 45% of starch into cyclodextrins. Of the total number of cyclodextrins produced, the amount of β-cyclodextrin is about 95%, which is the highest value compared to the available literature. Unlike CTGase, known from US Pat. No. 4,477,768, the CTGase according to the invention is active at higher temperatures (up to 75 ° C), in a wider pH range (from 4 to 12).
Отличие способа выделения и селекция бактерий-продуцентов ЦГТ-азы согласно изобретению от известного из патента US 4477568 также заключается в том, что в состав среды для культивирования бактерий в качестве основания входит фенолфталеин или метилоранж и не используется FeСl3 × 6Н2О.Unlike the method of isolation and selection of bacteria, producers of CGT-ase according to the invention by known from patent US 4477568 also consists in that the medium composition for culturing bacteria as the base includes phenolphthalein or methyl orange not used FeSl 3 × 6H 2 O.
Выделение и селекция бактерий-продуцентов ЦГТ-азыIsolation and selection of bacteria producing TSGT-basics
ЦГТ-азы, продуцируемые бактериями, были выделены из 54 различных образцов почвы, которые были взяты на территории г. Лесковац. Суспензию почвы (0,5-1,0 г) в 10 мл стерильной дистиллированной воды нагревали в течение 10 минут при 80°С. После нагревания 0,1 мл почвенной суспензии наносили на агаровые чашки со средой Парка, содержащей: 1% растворимого крахмала, 0,5% пептона, 0,5% дрожжевого экстракта, 0,1% К2НРО4, 0,02% MgSO4 · 7H2O, 1% Na2CO3, 0,03% фенолфталеина, 0,01% гелиантина, 1,5% агара, рН 10,0 (Park et al., 1989). Инкубацию осуществляли при 37°С. Через 48 часов инкубации, колонии, окруженные наиболее широкими желтыми зонами на окрашенных в красный цвет агаровых чашках, выделяли и очищали.CGT-basics produced by bacteria were isolated from 54 different soil samples that were taken on the territory of Leskovac. A suspension of soil (0.5-1.0 g) in 10 ml of sterile distilled water was heated for 10 minutes at 80 ° C. After heating, 0.1 ml of the soil suspension was applied to agar plates with Parka medium containing: 1% soluble starch, 0.5% peptone, 0.5% yeast extract, 0.1% K 2 NRA 4 , 0.02% MgSO 4 · 7H 2 O, 1% Na 2 CO 3 , 0.03% phenolphthalein, 0.01% helianthine, 1.5% agar, pH 10.0 (Park et al., 1989). Incubation was carried out at 37 ° C. After 48 hours of incubation, colonies surrounded by the widest yellow areas on red-colored agar plates were isolated and purified.
Число колоний, полученных из различных образцов почвы, варьировало в диапазоне от 0 до 200. Колонии, которые продуцировали ЦГТ-азу, были окружены желтыми зонами различной величины. Различные образцы почвы имели различный процент колоний, продуцирующих ЦГТ-азу, который варьировал от 0 до 90% от общего числа колоний. Принимая во внимание размер зоны вокруг колоний, выделили и очистили 85 колоний из 2000 колоний, продуцирующих ЦГТ-азы. После очистки на среде Парка были отобраны 45 колоний для дальнейшей работы. Отобранные колонии переносили на скошенный агар со средой Хорикоши (Horikoshi) II и после инкубации хранили при +4°С.The number of colonies obtained from various soil samples ranged from 0 to 200. The colonies that produced CGT-ase were surrounded by yellow zones of various sizes. Different soil samples had a different percentage of colonies producing TSGT-ase, which ranged from 0 to 90% of the total number of colonies. Taking into account the size of the zone around the colonies, 85 colonies were isolated and purified from 2,000 colonies producing CTG-basics. After purification in the Park environment, 45 colonies were selected for further work. The selected colonies were transferred to mown agar with Horikoshi II medium and stored at + 4 ° C after incubation.
45 отобранных алкалифильных изолятов, продуцирующих ЦГТ-азу, выращивали в жидкой среде во флаконах Эрленмейера при перемешивании для последующей селекции изолятов. Инкубацию осуществляли при 37°С в течение 48 часов при постоянном перемешивании 200 об/мин. На третий и четвертый день отбирали образцы, и после удаления бактериальных клеток путем центрифугирования (10000 × g, 10 мин, +4°С) определяли амилолитическую и циклодекстриногенную активности супернатанта.45 selected alkaliphilic isolates producing CGT-ase were grown in liquid medium in Erlenmeyer bottles with stirring for subsequent selection of isolates. Incubation was carried out at 37 ° C for 48 hours with constant stirring at 200 rpm. Samples were taken on the third and fourth days, and after removal of the bacterial cells by centrifugation (10000 × g, 10 min, + 4 ° C), the amylolytic and cyclodextrinogenic activities of the supernatant were determined.
Амилолитическая активность изолятов варьировала в диапазоне от 0,4 U/мл до 12,17 U/мл. Наибольшее количество изолятов продемонстрировало амилолитическую активность от 1 U/мл до 2 U/мл. Количество изолятов, которые показали более высокую амилолитическую активность, постепенно уменьшалось, так что амилолитическую активность выше 5 U/мл продемонстрировали только 3 изолята. Циклодекстриногенная активность варьировала в диапазоне от 0,019 U/мл до 0,530 U/мл. Циклодекстриногенная активность большинства изолятов составляла до 0,100 U/мл. Циклодекстриногенная активность выше 0,200 U/мл была продемонстрирована единственным изолятом. Изолят В-65 показал амилолитическую активность 12,17 U/мл и циклодекстриногенную активность 0,530 U/мл, которые были существенно выше, по сравнению с другими изолятами.The amylolytic activity of the isolates ranged from 0.4 U / ml to 12.17 U / ml. The largest number of isolates showed amylolytic activity from 1 U / ml to 2 U / ml. The number of isolates that showed higher amylolytic activity gradually decreased, so that only 3 isolates showed amylolytic activity above 5 U / ml. Cyclodextrinogenic activity ranged from 0.019 U / ml to 0.530 U / ml. The cyclodextrinogenic activity of most isolates was up to 0.100 U / ml. Cyclodextrinogenic activity above 0.200 U / ml was demonstrated by a single isolate. Isolate B-65 showed amylolytic activity of 12.17 U / ml and cyclodextrinogenic activity of 0.530 U / ml, which were significantly higher compared to other isolates.
Морфологические и таксономические характеристики бактериального штаммаMorphological and taxonomic characteristics of a bacterial strain
С целью идентификации были исследованы морфологические и физиолого-биохимические характеристики бактериального штамма. Результаты исследования были проанализированы с помощью “Bergey’s Manual Systematic Bacteriology” (Систематического справочника по бактериологии под редакцией Bergey, Sneath, 1968). В качестве контрольного штамма использовали Bacillus circulans (ATCC 4513).For identification, the morphological and physiological-biochemical characteristics of the bacterial strain were investigated. The results of the study were analyzed using the “Bergey’s Manual Systematic Bacteriology” (Systematic Handbook of Bacteriology edited by Bergey, Sneath, 1968). Bacillus circulans (ATCC 4513) was used as a control strain.
Результаты этих исследований показали, что бактерии нового штамма представляют собой палочки, имеющие размер 0,6-0,7 × 2-4 мкм, являются подвижными, грамположительными, образуют эндоспоры эллиптической формы, растут в аэробных и анаэробных условиях и продуцируют каталазу. Эти характеристики показывают, что данный бактериальный штамм принадлежит к роду Bacillus. Результаты этих исследований показывают, что бактериальный штамм: демонстрирует отрицательную реакцию по Voges-Proskauer; продуцирует кислоты из глюкозы, арабинозы, ксилозы и маннита; не продуцирует газ из глюкозы; гидролизует желатин и крахмал; не использует (не метаболизирует) цитраты; не продуцирует индол; не растет в среде с рН 6,8 и 5,7 и демонстрирует хороший рост в среде с 2, 5, 7 и 10% NaCl.The results of these studies showed that the bacteria of the new strain are sticks with a size of 0.6-0.7 × 2-4 microns, are motile, gram-positive, form elliptical endospores, grow under aerobic and anaerobic conditions, and produce catalase. These characteristics indicate that this bacterial strain belongs to the genus Bacillus. The results of these studies show that the bacterial strain: shows a negative reaction according to Voges-Proskauer; produces acids from glucose, arabinose, xylose and mannitol; does not produce gas from glucose; hydrolyzes gelatin and starch; does not use (does not metabolize) citrates; does not produce indole; does not grow in a medium with pH 6.8 and 5.7 and shows good growth in a medium with 2, 5, 7 and 10% NaCl.
Морфологические и физиолого-химические характеристики изолята В-65 в основном совпадают с характеристиками Bacillus circulans. Однако существенной особенностью изолята В-65 является то, что он демонстрирует хороший рост в щелочной среде (рН 10) и не растет в нейтральной среде, такой как питательная среда с рН 6,8, что отличает его от описанных штаммов Bacillus circulans. Изолят В-65 также отличается от штаммов Bacillus circulans тем, что растет в среде с 10% NaCl.The morphological and physiological and chemical characteristics of isolate B-65 basically coincide with those of Bacillus circulans. However, an essential feature of isolate B-65 is that it exhibits good growth in an alkaline environment (pH 10) and does not grow in a neutral environment, such as a nutrient medium with a pH of 6.8, which distinguishes it from the described strains of Bacillus circulans. Isolate B-65 also differs from Bacillus circulans strains in that it grows in a medium with 10% NaCl.
На основании указанных характеристик изолят В-65 был идентифицирован как штамм Bacillus circulans. Поскольку его особенностью является хороший рост в щелочной среде (рН 10) и отсутствие роста в нейтральной среде, изолят В-65 обозначили как алкалифильный штамм Bacillus circulans В-65. Характристики изолята В-65 представлены в Таблице 2.Based on these characteristics, isolate B-65 was identified as a strain of Bacillus circulans. Since its feature is good growth in an alkaline medium (pH 10) and lack of growth in a neutral medium, isolate B-65 was designated as an alkaliphilic strain of Bacillus circulans B-65. Characteristics of isolate B-65 are presented in Table 2.
(ATCC 4513)Bacillus circulans
(ATCC 4513)
D-глюкоза
L-арабиноза
D-ксилоза
D-маннитAcid production from carbohydrates:
D-glucose
L-arabinose
D-xylose
D-mannitol
+
+
++
+
+
+
+
+
++
+
+
+
крахмалаHydrolysis: Gelatin
starch
++
+
++
+
5,7Growth at pH: 6.8 (culture medium)
5.7
++
+
--
-
5%
7%
10%Growth in the presence of NaCl: 2%
5%
7%
10%
+
+
-+
+
+
-
+
+
++
+
+
+
37°С
40°СGrowth at: 30 ° C
37 ° C
40 ° C
+
++
+
+
+
++
+
+
Биосинтез ЦГТ-азы штаммом В, circularis B-65The biosynthesis of CTG-ase strain B, circularis B-65
Биосинтез ЦГТ-азы осуществляется бактериями штамма В. circulans B-65, растущими в щелочной (рН 10) жидкой среде. Питательная среда включает: 1% растворимого крахмала, 0,5% пептона-1, 0,5% дрожжевого экстракта, 0,1% К2НРО4, 0,02% MgSО4 × 7H2O, 1% Na2CO3.The biosynthesis of TSHT-basics is carried out by bacteria of the strain B. circulans B-65, growing in an alkaline (pH 10) liquid medium. Nutrient medium includes: 1% soluble starch, 0.5% peptone-1, 0.5% yeast extract, 0.1% K 2 NRA 4 , 0.02% MgSO 4 × 7H 2 O, 1% Na 2 CO 3 .
Инокулят для способа получения ЦГТ-азы приготавливали путем инокуляции культуры, взятой из скошенного агара, в жидкую среду. Инкубацию проводили при 37°С при постоянном перемешивании (200 об/мин) в течение 48 часов. В ферментатор со свежей средой вносили 5% инокулята. Биосинтез ЦГТ-азы осуществляли в течение 96 часов при 37°С в потоке стерильного воздуха при 0,5 vvm (volume of air per volume of medium min-1, объем воздуха на объем среды в минуту) при скорости вращения мешалки 300-1. Через 96 часов роста бактериальные клетки удаляли путем центрифугирования (10000 × g, 10 мин, +4°С) или путем фильтрации, и затем осуществляли концентрированно внеклеточно продуцируемой ЦГТ-азы путем ультрафильтрации. Полученную таким образом ЦГТ-азу использовали затем для получения циклодекстрина. В процессе получения определяли амилолитическую и циклодекстриногенную активности ЦГТ-азы, внеклеточно продуцируемой штаммом В. circulans B-65. Клеточный рост и активность ЦГТ-азы, продуцируемой штаммом В. circulans B-65, растущим в описанных условиях, охарактеризованы в Таблице 3.The inoculum for the method of producing TSGT-basics was prepared by inoculating a culture taken from mowed agar into a liquid medium. Incubation was carried out at 37 ° C with constant stirring (200 rpm) for 48 hours. 5% inoculum was added to the fermenter with fresh medium. The biosynthesis of CGT-basics was carried out for 96 hours at 37 ° C in a stream of sterile air at 0.5 vvm (volume of air per volume of medium min -1 , air volume per medium volume per minute) at a stirrer rotation speed of 300 -1 . After 96 hours of growth, the bacterial cells were removed by centrifugation (10,000 × g, 10 min, + 4 ° C) or by filtration, and then the concentrated extracellularly produced TSGTase was carried out by ultrafiltration. The CGT-ase thus obtained was then used to produce cyclodextrin. During the preparation process, the amylolytic and cyclodextrinogenic activities of the CTGase, determined extracellularly by the strain B. circulans B-65, were determined. The cell growth and activity of the CTG-ase produced by B. circulans B-65 strain growing under the described conditions are described in Table 3.
ЦГТ-аза продуцируется в процессе клеточного роста. До завершения фазы роста величина циклодекстриногенной активности достигает 0,20 U/мл, что составляет чуть более 30%, по сравнению с активностью, полученной после 96-часового периода роста. После завершения фазы роста продукция ЦГТ-азы продолжается, так что через 96 часов роста циклодекстриногенная активность достигает величины 0,60 U/мл, а амилолитическая активность 23,37 U/мл. Увеличение циклодекстриногенной и амилолитической активностей после завершения фазы роста составляет около 70% от общей величины. Таким образом, изолят B-65 продуцирует больше ЦГТ-азы после завершения фазы клеточного роста.TSHT-aza is produced in the process of cell growth. Until the completion of the growth phase, the cyclodextrinogenic activity reaches 0.20 U / ml, which is slightly more than 30%, compared with the activity obtained after a 96-hour growth period. After the completion of the growth phase, the production of CGT-basics continues, so that after 96 hours of growth the cyclodextrinogenic activity reaches 0.60 U / ml, and the amylolytic activity is 23.37 U / ml. The increase in cyclodextrinogenic and amylolytic activities after the completion of the growth phase is about 70% of the total value. Thus, isolate B-65 produces more TSHT-basics after the completion of the cell growth phase.
В процессе роста В. circulans B-65 амилолитическая и циклодекстриногенная активности увеличиваются пропорционально, что приводит к выводу, что штамм В. circulans B-65 продуцирует ЦГТ-азу и не продуцирует какие-либо другие амилолитические ферменты.During the growth of B. circulans B-65, amylolytic and cyclodextrinogenic activities increase in proportion, which leads to the conclusion that the strain B. circulans B-65 produces CGT-ase and does not produce any other amylolytic enzymes.
Этот вывод подтверждается определением содержания циклодекстринов и восстанавливающих сахаров во время инкубации ЦГТ-азы из В, circulans B-65 с крахмалом. Эти результаты показали, что в ходе реакции наблюдалось образование циклодекстринов, в то время как количество восстанавливающих сахаров не увеличивалось, что имело бы место в присутствии других амилолитических ферментов.This conclusion is confirmed by the determination of the content of cyclodextrins and reducing sugars during incubation of TSHT-basics from B, circulans B-65 with starch. These results showed that during the reaction, the formation of cyclodextrins was observed, while the number of reducing sugars did not increase, which would take place in the presence of other amylolytic enzymes.
Преимущество данного способа получения ЦГТ-азы, которое подтверждается данными результатами, состоит в том, что биосинтез ЦГТ-азы осуществляется новым алкалифильным штаммом В. circulans B-65, который характеризуется внеклеточной продукцией большого количества ЦГТ-азы. Другой, также важной характеристикой штамма В. circulans B-65 является то, что кроме ЦГТ-азы этот штамм не продуцирует другие амилолитические ферменты. Присутствие этих ферментов в препаратах ЦГТ-азы в процессе получения циклодекстринов привело бы к гидролизу крахмала, то есть к уменьшению концентрации субстрата для получения циклодекстринов, что оказало бы негативное влияние на конечный выход продукта.The advantage of this method of obtaining TSGT-basics, which is confirmed by these results, is that the biosynthesis of TSHT-basics is carried out by a new alkaliphilic strain B. circulans B-65, which is characterized by the extracellular production of a large amount of TST-basics. Another, also important characteristic of the strain B. circulans B-65 is that in addition to the TSG-basics, this strain does not produce other amylolytic enzymes. The presence of these enzymes in the preparations of TSGT-basics in the process of producing cyclodextrins would lead to hydrolysis of starch, that is, to a decrease in the concentration of the substrate to obtain cyclodextrins, which would have a negative effect on the final yield of the product.
Преимущество биосинтеза ЦГТ-азы штаммом В. circulans B-65, по сравнению с другими продуцентами этого фермента состоит в том, что биосинтез ЦГТ-азы штаммом В. circulans B-65 осуществляется в очень щелочной среде (рН 10), при этом снижается риск инфекции другими микроорганизмами, что чрезвычайно важно для производства в промышленных условиях.The advantage of the biosynthesis of TSGT-ase strain B. circulans B-65, compared with other producers of this enzyme is that the biosynthesis of TSHT-ase strain B. circulans B-65 is carried out in a very alkaline environment (pH 10), while reducing the risk infections by other microorganisms, which is extremely important for industrial production.
Свойства ЦГТ-азы из В. circulans B-65Properties TSGT-basics from B. circulans B-65
Кроме того, что штамм В. circulans B-65 продуцирует ЦГТ-азу в большом количестве, очень важно, что эта ЦГТ-аза характеризуется хорошими свойствами, касающимися термостабильности и оптимальной для ее активности температуры, а также рН-устойчивости и оптимальных значений рН.In addition to the fact that the B. circulans B-65 strain produces a large amount of CGT-ase, it is very important that this CGT-aze has good properties regarding thermal stability and the optimum temperature for its activity, as well as pH stability and optimal pH values.
ЦГТ-аза из штамма В. circulans B-65 характеризуется тем, что она стабильна при температурах до 55°С, и в присутствии Са2+ ее стабильность увеличивается до 60°С. Оптимальная температура для ее действия составляет 60°С. Благодаря высокой оптимальной температуре действия и высокой термостабильности ЦГТ-азы из штамма В. circulans B-65 способ получения циклодекстринов осуществляют при температуре 60°С. Преимущество получения циклодекстринов при высокой температуре состоит в том, что при этих условиях реакции уменьшается риск инфекции другими микроорганизмами. При высоких температурах также выше скорость ферментативной реакции, что уменьшает длительность процесса получения циклодекстринов.TSGT-aze from the strain B. circulans B-65 is characterized in that it is stable at temperatures up to 55 ° C, and in the presence of Ca 2+ its stability increases to 60 ° C. The optimum temperature for its action is 60 ° C. Due to the high optimal temperature and high thermal stability of the TSG-basics from B. circulans B-65 strain, the method for producing cyclodextrins is carried out at a temperature of 60 ° C. The advantage of producing cyclodextrins at high temperature is that under these reaction conditions, the risk of infection by other microorganisms is reduced. At high temperatures, the enzymatic reaction rate is also higher, which reduces the duration of the cyclodextrin production process.
ЦГТ-аза из штамма В. circulans B-65 характеризуется тем, что оптимальное для ее активности значение рН находится в пределах рН от 5,0 до 6,0, однако ЦГТ-аза сохраняет свою активность в довольно широком диапазоне значений рН в щелочной среде. ЦГТ-аза из штамма В. circulans B-65 стабильна при рН от 6,5 до 10,0. Благодаря этим свойствам ЦГТ-азы получение циклодекстринов может осуществляться в широком диапазоне значений рН. Константа Михаэлиса для ЦГТ-азы из штамма B.circulans B-65 составляет от 3,016 мг/мл (рассчитанная методом Lineweaver-Burck) до 4.77 мг/мл (рассчитанная методом Idi-Hofsti). Ингибиторами этого фермента являются NaN3, CuSO4, MnSO4, FeSO4, MgSO4 и глюкоза.TSHT-ase from strain B. circulans B-65 is characterized by the fact that the pH value optimal for its activity is in the pH range from 5.0 to 6.0, however, TSHT-ase retains its activity in a rather wide range of pH values in alkaline medium . TSHT-aze from the strain B. circulans B-65 is stable at a pH of from 6.5 to 10.0. Due to these properties of TSGT-basics, cyclodextrins can be obtained in a wide range of pH values. The Michaelis constant for CTG-ase from B.circulans B-65 strain is from 3.016 mg / ml (calculated by the Lineweaver-Burck method) to 4.77 mg / ml (calculated by the Idi-Hofsti method). Inhibitors of this enzyme are NaN 3 , CuSO 4 , MnSO 4 , FeSO 4 , MgSO 4 and glucose.
Результаты изучения свойств ЦГТ-азы из штамма В. circulans B-65 представлены ниже.The results of the study of the properties of TSGT-basics from strain B. circulans B-65 are presented below.
Влияние рН на активность ЦГТ-азыThe effect of pH on the activity of TST-basics
Влияние рН на активность ЦГТ-азы исследовали в диапазоне рН от 4,0 до 10,0 при температуре 40°С. Для подведения рН использовали следующие буферы: 50 Мм ацетатный буфер (рН 4-5), 50 мМ фосфатный буфер (рН 5-8), 50 мМ карбонатный буфер (рН 8-10). Результаты этих исследований, представленные в Таблице 4, показывают, что оптимальное значение рН для активности ЦГТ-азы находится в пределах рН от 5,0 до 6,0, однако ЦГТ-аза сохраняет свою активность в довольно широком диапазоне значений рН в щелочной среде.The effect of pH on the activity of TSGT-basics was investigated in the pH range from 4.0 to 10.0 at a temperature of 40 ° C. The following buffers were used to adjust the pH: 50 Mm acetate buffer (pH 4-5), 50 mM phosphate buffer (pH 5-8), 50 mM carbonate buffer (pH 8-10). The results of these studies, presented in Table 4, show that the optimal pH value for the activity of TSHT-basics is in the range of pH from 5.0 to 6.0, however, TSHT-aza retains its activity in a rather wide range of pH values in alkaline medium.
Влияние рН на стабильность ЦГТ-азыThe effect of pH on the stability of CTG-basics
Влияние рН на стабильность ЦГТ-азы исследовали в диапазоне рН от 4,0 до 12,0. Для подведения рН использовали следующие буферы: 50 мМ ацетатный буфер (рН 4-5), 50 мМ фосфатный буфер (рН 6-7), 50 мМ трис-HCl буфер (рН 8-10) и 50 мМ глицин-NaOH буфер (рН 11-12). ЦГТ-азу инкубировали при различных значениях рН в течение 1 часа при 40°С, и затем рН подводили до 6,0 и определяли остаточную ферментативную активность. Результаты этих исследований представлены в Таблице 5, показывающей, что ЦГТ-аза была стабильна в широком диапазоне рН-значений от 6,5 до 10,0.The effect of pH on the stability of TSHT-basics was investigated in the pH range from 4.0 to 12.0. The following buffers were used to adjust the pH: 50 mM acetate buffer (pH 4-5), 50 mM phosphate buffer (pH 6-7), 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8-10) and 50 mM glycine-NaOH buffer (pH 11-12). CGT-ase was incubated at various pH values for 1 hour at 40 ° C, and then the pH was adjusted to 6.0 and the residual enzymatic activity was determined. The results of these studies are presented in Table 5, showing that TSHT-aza was stable over a wide range of pH values from 6.5 to 10.0.
Влияние температуры на активность ЦГТ-азыThe effect of temperature on the activity of CTG-basics
Влияние температура на активность ЦГТ-азы в диапазоне температур от 30°С до 75°С при рН 6,0. Результаты этих исследований показали, что оптимальная температура для ЦГТ-азной активности составляла 60°С (Таблица 6).The effect of temperature on the activity of TSGT-basics in the temperature range from 30 ° C to 75 ° C at pH 6.0. The results of these studies showed that the optimum temperature for TSHT-asnoy activity was 60 ° C (table 6).
Влияние температуры на стабильность ЦГТ-азыThe effect of temperature on the stability of TSGT-basics
Влияние температуры на стабильность ЦГТ-азы исследовали в диапазоне температур от 30°С до 80°С. Исследование термостабильности ЦГТ-азы проводили в отсутствие и в присутствии ионов Са2+ в концентрации 10 мМ. ЦГТ-азу инкубировали в течение 30 минут при различных температурах при рН 8,5, и затем рН подводили до 6,0 и исследовали остаточную ферментативную активность.The effect of temperature on the stability of TSHT-basics was studied in the temperature range from 30 ° C to 80 ° C. The study of thermal stability of TSGT-basics was carried out in the absence and in the presence of Ca 2+ ions at a concentration of 10 mM. CGT-ase was incubated for 30 minutes at various temperatures at pH 8.5, and then the pH was adjusted to 6.0 and residual enzymatic activity was examined.
Результаты исследования (Таблица 7) показали, что ЦГТ-аза была стабильна в диапазоне температур до 55°С и что в присутствии ионов Са2+ ее стабильность увеличивалась до температуры 60°С.The results of the study (Table 7) showed that TSG-ase was stable in the temperature range up to 55 ° C and that in the presence of Ca 2+ ions its stability increased to a temperature of 60 ° C.
(°С)Temperature
(° C)
Получение ииклодекстриновPreparation of Iclodextrins
Циклодекстрины получают, воздействуя ЦГТ-азой из штамма В. circulans B-65 на крахмал в концентрации от 5% до 15%. Благодаря высокой оптимальной температуре действия фермента и высокой термостабильности ЦГТ-азы из штамма В. circulans B-65, процесс получения циклодекстринов можно осуществлять при температуре до 60°С. Что касается значений рН, получение циклодекстринов можно проводить в широком диапазоне значений рН от 6,5 до 10,0.Cyclodextrins are obtained by exposure to starch in a concentration of 5% to 15% by exposure to CTGase from B. circulans B-65 strain. Due to the high optimal temperature of the enzyme and the high thermal stability of TSGTase from B. strain circulans B-65, the process of producing cyclodextrins can be carried out at temperatures up to 60 ° C. With regard to pH values, the production of cyclodextrins can be carried out in a wide range of pH values from 6.5 to 10.0.
Выход циклодекстринов в процессе инкубации 5%-ного раствора крахмала с различными концентрациями ЦГТ-азы при 40°С и рН 6,5 представлен в Таблице 8.The yield of cyclodextrins during the incubation of a 5% starch solution with various concentrations of TSHT-basics at 40 ° C and a pH of 6.5 is presented in Table 8.
(ч)Incubation time
(h)
(г/л)CD
(g / l)
(%)CD output2
(%)
4824
48
19,214.8
19,2
38,429.5
38,4
4824
48
19,717.8
19.7
39,435.6
39,4
4824
48
22,521.7
22.5
44,943.3
44.9
4824
48
20,321.1
20.3
40,642,2
40.6
2Выход ЦД представляет степень превращения крахмала в ЦД. AL = L> 1 The reaction mixture, which contained 5% starch and the corresponding concentration of the enzyme, was incubated for 48 hours at 40 ° C.
2 The yield of CD represents the degree of conversion of starch to CD.
Наилучшие результаты были получены для ЦГТ-азы в концентрации 6,0 U (циклодекстриногенная активность)/г крахмала. При такой концентрации ЦГТ-азы примерно 45% крахмала превращалось в циклодекстрины.The best results were obtained for TSGT-basics at a concentration of 6.0 U (cyclodextrinogenic activity) / g of starch. At this concentration of TSGTase, approximately 45% of the starch was converted to cyclodextrins.
После завершения ферментативной реакции получения циклодекстринов их можно удалить из реакционной смеси путем преципитации, используя, например трихлорэтилен или толуол. Из осажденных циклодекстринов β-циклодекстрин можно удалить кристаллизацией, благодаря тому факту, что он значительно менее растворим, по сравнению с другими циклодекстринами. Циклодекстрины, полученные путем преципитации, растворяли в дистиллированной воде при нагревании при 100°С, и затем кристаллизовали β-циклодекстрин при постепенном понижении температуры до 20-25°С при осторожном перемешивании. Кристаллы β-циклодекстрина затем удаляли фильтрацией, промывали небольшим количеством холодной воды и высушивали при 70°С.After completion of the enzymatic reaction to obtain cyclodextrins, they can be removed from the reaction mixture by precipitation using, for example, trichlorethylene or toluene. From precipitated cyclodextrins, β-cyclodextrin can be removed by crystallization, due to the fact that it is much less soluble compared to other cyclodextrins. The cyclodextrins obtained by precipitation were dissolved in distilled water when heated at 100 ° C, and then β-cyclodextrin crystallized with a gradual decrease in temperature to 20-25 ° C with gentle stirring. The β-cyclodextrin crystals were then removed by filtration, washed with a small amount of cold water and dried at 70 ° C.
При анализе полученных циклодекстринов спектрофотометрическими методами и ВЭЖХ было установлено, что ЦГТ-аза из штамма В. circulans B-65, в описанных условиях, превращает до 45% крахмала в циклодекстрины и в основном образует β-циклодекстрин. В полученных циклодекстринах количество β-циклодекстрина составляет приблизительно 95%, в то время как количество α-циклодекстрина и γ-циклодекстрин составляет 2-3% и 0,6-3% соответственно.When analyzing the obtained cyclodextrins by spectrophotometric methods and HPLC, it was found that TSHT-aza from B. circulans B-65 strain, under the described conditions, converts up to 45% of starch into cyclodextrins and mainly forms β-cyclodextrin. In the resulting cyclodextrins, the amount of β-cyclodextrin is approximately 95%, while the amounts of α-cyclodextrin and γ-cyclodextrin are 2-3% and 0.6-3%, respectively.
ЦГТ-аза из штамма В. circulans B-65 характеризуется тем, что она специфична для образования р-циклодекстрина и превращает высокий процент крахмала в β-циклодекстрин. Следовательно, использование ЦГТ-азы из нового штамма имеет значительные преимущества для получения β-циклодекстрина, по сравнению с ЦГТ-азами из других известных бактерий.TSHT-aze from strain B. circulans B-65 is characterized in that it is specific for the formation of p-cyclodextrin and converts a high percentage of starch into β-cyclodextrin. Therefore, the use of TST-basics from a new strain has significant advantages for obtaining β-cyclodextrin, compared with TST-basics from other known bacteria.
Следующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают данное изобретение.The following examples illustrate but do not limit the invention.
Пример 1Example 1
Продукция ЦГТ-азыProducts TSGT-basics
ЦГТ-аза продуцируется растущими бактериями штамма В. circulans B-65 в жидкой среде, содержащей: 1% растворимого крахмала, 0,5% пептона, 0,5% дрожжевого экстракта, 0,1% К2НРО4, 0,02% MgSО4 × 7H2O, 1% Nа2СО3. Инокулят для способа получения ЦГТ-азы получали путем инокуляции в 450 мл жидкой среды Хорикоши (Horikoshi) II культуры из скошенного агара. Инкубацию проводили в течение 48 часов при 37°С при постоянном перемешивании (200 об/мин).TSHT-ase is produced by growing bacteria of strain B. circulans B-65 in a liquid medium containing: 1% soluble starch, 0.5% peptone, 0.5% yeast extract, 0.1% K 2 NRA 4 , 0.02% MgSO 4 × 7H 2 O, 1% Na 2 CO 3 . The inoculum for the method of obtaining TSGT-basics was obtained by inoculation in 450 ml of liquid medium Horikoshi (Horikoshi) II culture from mowed agar. Incubation was carried out for 48 hours at 37 ° C with constant stirring (200 rpm).
В ферментатор, содержащий 9 л среды Хорикоши, вносили 450 мл инокулята. Рост осуществляли в течение 96 часов при 37°С в потоке стерильного воздуха при 0,5 vvm и скорости вращения мешалки 300 мин-1. В процессе роста отбирали образцы и определяли амилолитическую и циклодекстриногенную активности супернатанта. Через 96 часов роста бактериальные клетки удаляли путем центрифугирования (10000 × g, 10 мин, +4°С), и затем внеклеточно продуцируемые ЦГТ-азы концентрировали путем ультрафильтрации.450 ml of inoculum was added to a fermenter containing 9 l of Horikoshi medium. Growth was carried out for 96 hours at 37 ° C in a stream of sterile air at 0.5 vvm and a stirrer speed of 300 min -1 . During the growth process, samples were taken and the amylolytic and cyclodextrinogenic activities of the supernatant were determined. After 96 hours of growth, the bacterial cells were removed by centrifugation (10,000 × g, 10 min, + 4 ° C), and then the extracellularly produced CGTases were concentrated by ultrafiltration.
Штамм В. circulans B-65, растущий таким образом, через 96 часов продуцировал внеклеточно ЦГТ-азу с амилолитической активностью 23,4 U/мл и циклодекстриногенной активностью 0,6 U/мл. После концентрирования фермента путем ультрафильтрации получали амилолитическую активность 450 U/мл и циклодекстриногенную активность 12 U/мл.Strain B. circulans B-65, growing in this way, after 96 hours produced extracellular TSGTase with an amylolytic activity of 23.4 U / ml and a cyclodextrinogenic activity of 0.6 U / ml. After concentrating the enzyme by ultrafiltration, an amylolytic activity of 450 U / ml and a cyclodextrinogenic activity of 12 U / ml were obtained.
Пример 2Example 2
Получение ииклодекстриновPreparation of Iclodextrins
Растворимый крахмал (300 г) разводили в 6 л воды при нагревании. Температуру доводили до 40°С и рН до 6,5. В раствор крахмала добавляли ЦГТ-азу в концентрации 6U (циклодекстриногенная активность) на г крахмала. Инкубацию осуществляли в течение 30 часов при 40°С.Soluble starch (300 g) was diluted in 6 L of water with heating. The temperature was adjusted to 40 ° C. and the pH to 6.5. To a starch solution was added CGT-ase at a concentration of 6U (cyclodextrinogenic activity) per g of starch. Incubation was carried out for 30 hours at 40 ° C.
Через 30 часов инкубации реакцию останавливали путем нагревания реакционной смеси в течение 10 минут при 100°С. Реакционную смесь затем обесцвечивали активированным углем. После удаления с помощью фильтрации активированного угля циклодекстрины осаждали из реакционной смеси (6 л) трихлорэтиленом (1,2 л). Осажденные циклодекстрины затем удаляли фильтрацией и высушивали при 70°С. Конечный выход составлял 107 г циклодекстринов из 300 г крахмала.After 30 hours of incubation, the reaction was stopped by heating the reaction mixture for 10 minutes at 100 ° C. The reaction mixture was then decolorized with activated carbon. After removal of activated carbon by filtration, cyclodextrins were precipitated from the reaction mixture (6 L) with trichlorethylene (1.2 L). Precipitated cyclodextrins were then removed by filtration and dried at 70 ° C. The final yield was 107 g of cyclodextrins from 300 g of starch.
Полученные циклодекстрины растворяли в 500 мл дистиллированной воды при нагревании при 100°С. Затем при постепенном понижении температуры до 20-25°С и при осторожном перемешивании осуществляли кристаллизацию β-циклодекстрина. После выдерживания в течение ночи при +4°С кристаллы удаляли фильтрацией, промывали небольшим количеством холодной дистиллированной воды и высушивали при 70°С. Таким образом получали 75,2 г β-циклодекстрина в виде белых кристаллов.The resulting cyclodextrins were dissolved in 500 ml of distilled water while heating at 100 ° C. Then, with a gradual decrease in temperature to 20-25 ° C and with careful stirring, crystallization of β-cyclodextrin was carried out. After standing overnight at + 4 ° C, the crystals were removed by filtration, washed with a small amount of cold distilled water and dried at 70 ° C. Thus, 75.2 g of β-cyclodextrin were obtained as white crystals.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
YUP015300 | 2000-03-14 | ||
YUP-153/00 | 2000-03-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002127421A RU2002127421A (en) | 2004-09-10 |
RU2244742C2 true RU2244742C2 (en) | 2005-01-20 |
Family
ID=25548580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002127421/13A RU2244742C2 (en) | 2000-03-14 | 2000-04-06 | Method for isolation and selection of microorganisms as producers of cyclodextrin glucanotrasnferase, strain of microorganism bacillus circulans b-65 ncaim (p) 001277 (b-65) as producer of extracellular cyclodextrin transferase, cyclodextrin glucanotransferase obtained from its and its applying for preparing cyclodextrin |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU3633400A (en) |
RU (1) | RU2244742C2 (en) |
UA (1) | UA75352C2 (en) |
WO (1) | WO2001068809A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556117C2 (en) * | 2013-12-05 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов" (ФГБНУ ВНИИК) | METHOD OF PRODUCING β-CYCLODEXTRIN |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100374555C (en) * | 2006-01-19 | 2008-03-12 | 山东大学 | Method for preparing beta-cyclodextrin by yeast |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL8104410A (en) * | 1981-09-24 | 1983-04-18 | Proefstation Voor Aardappelver | PROCESS FOR PREPARING CYCLODEXTRINE. |
WO1989001044A1 (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-09 | Genetics Institute, Inc. | Process for preparing cyclodextrins |
WO1989003421A1 (en) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Novo Industri A/S | Thermostable cyclodextrin glycosyl transferase, its production and use |
US5658390A (en) * | 1994-06-29 | 1997-08-19 | American Maize-Products Company | Purification of beta cyclodextrin |
-
2000
- 2000-04-06 WO PCT/YU2000/000010 patent/WO2001068809A1/en active Application Filing
- 2000-04-06 RU RU2002127421/13A patent/RU2244742C2/en not_active IP Right Cessation
- 2000-04-06 AU AU36334/00A patent/AU3633400A/en not_active Abandoned
- 2000-06-04 UA UA2002108074A patent/UA75352C2/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556117C2 (en) * | 2013-12-05 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов" (ФГБНУ ВНИИК) | METHOD OF PRODUCING β-CYCLODEXTRIN |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2001068809A1 (en) | 2001-09-20 |
AU3633400A (en) | 2001-09-24 |
UA75352C2 (en) | 2006-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4317881A (en) | Process for producing cyclodextrins | |
US4604355A (en) | Maltogenic amylase enzyme, preparation and use thereof | |
US4284722A (en) | Heat and acid-stable alpha-amylase enzymes and processes for producing the same | |
US4323651A (en) | Thermostable lactase derived from bacillus | |
US4135977A (en) | Process for production of cyclodextrin | |
CN112574920B (en) | Fibro-cellulose microbacterium PX02, method for producing dextranase by using fibro-cellulose microbacterium PX02 and application of method | |
CA2019756C (en) | Novel thermoduric and aciduric pullulanese enzyme and method for its production | |
Goyal et al. | Optimal conditions for production of dextransucrase from Leuconostoc mesenteroides NRLL B‐512F and its properties | |
RU2244742C2 (en) | Method for isolation and selection of microorganisms as producers of cyclodextrin glucanotrasnferase, strain of microorganism bacillus circulans b-65 ncaim (p) 001277 (b-65) as producer of extracellular cyclodextrin transferase, cyclodextrin glucanotransferase obtained from its and its applying for preparing cyclodextrin | |
US4179335A (en) | Thermostable lactase derived from Bacillus coagulans | |
CA1081633A (en) | Heat and acid-stable alpha-amylase enzymes and processes for producing the same | |
JP3360291B2 (en) | Method for Increasing Yield of γ-Cyclodextrin | |
US5008195A (en) | Some novel producers of cyclodextrin glycosyltransferases | |
FI110518B (en) | Levan sucrose enzyme, process for its preparation, microorganisms producing it and compositions containing it | |
US5110734A (en) | Purified cyclodextrinase | |
US5238825A (en) | Preparation and use of a cyclodextrinase for preparing maltooligosaccharides | |
Ismail et al. | Biosynthesis of cyclodextrin glucosyltransferase and β-cyclodextrin by Bacillus macerans 314 and properties of the crude enzyme | |
EP0492426B1 (en) | Klebsiella oxytoca No. 19-1 and a process for producing alpha-cyclodextrin | |
JP3433300B2 (en) | Highly producing yeast cell wall lytic enzyme and method for lysing yeast cell wall using the same | |
EP0258038A2 (en) | Use of cellulase preparations in the cultivation and use of cellulose-producing micro-organisms | |
KR960007741B1 (en) | Novel(alpha)-1,6-glucosidase and process for producing the same | |
KR830002250B1 (en) | Preparation of Cyclodextrine | |
DK164600B (en) | THERMOSTABLE PULLULANASE AND PROCEDURES FOR PREPARING THEREOF AND USING THEREOF IN A PROCEDURE FOR SUPPLYING STARCH OR IN A PROCESS FOR PREPARING MALTOSE WITH HIGH PURITY | |
KR960001815B1 (en) | Method for producing cyclodextrin glucanotransferase | |
KR0165740B1 (en) | Purification method of cyclodextrin glucanotransferase by starch absorption |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090407 |