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JPH0365759B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0365759B2
JPH0365759B2 JP61200046A JP20004686A JPH0365759B2 JP H0365759 B2 JPH0365759 B2 JP H0365759B2 JP 61200046 A JP61200046 A JP 61200046A JP 20004686 A JP20004686 A JP 20004686A JP H0365759 B2 JPH0365759 B2 JP H0365759B2
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JP
Japan
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amylase
immobilized
starch
enzyme
producing
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JP61200046A
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Japanese (ja)
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JPS6356297A (en
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Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Publication date
Application filed by Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd filed Critical Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Priority to DE3788908T priority patent/DE3788908T2/en
Priority to EP87112006A priority patent/EP0257535B1/en
Publication of JPS6356297A publication Critical patent/JPS6356297A/en
Priority to US07/494,851 priority patent/US5130243A/en
Publication of JPH0365759B2 publication Critical patent/JPH0365759B2/ja
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は澱粉糖の製造法に関し、詳しくは特定
の多孔質キトサンに固定化した各種アミラーゼを
充填した反応器に澱粉液化液を供給して対応する
グルコース、マルトース、アルトオリゴ糖等の澱
粉糖を製造する方法に関する。 [従来の技術、発明が解決しようとする問題点] 固定化酵素を利用して澱粉糖を製造する方法に
ついては種々提案されており、たとえば固定化し
たグルコアミラーゼを利用して高濃度のグルコー
スを製造する方法が特公昭57−17517号、特開昭
58−60989号などに示されている。しかし、前者
の方法は生産されるグルコース濃度が十分でな
く、後者の方法は高濃度のグルコースは馬鈴薯系
澱粉を原料として達成されており、一般に高濃度
グルコースの作りにくいコーンスターチ等を原料
とした場合については記載されていない。 また、β−アミラーゼを固定化してマルトース
の製造に利用することは特開昭59−198977号など
に示されているが、酵素活性の維持に対してさら
に改善することが望ましい。 さらに、マルトトリオース以上の重合度を有す
るマルトオリゴ糖を生成するアミラーゼを固定化
してマルトオリゴ糖を製造する方法について本発
明者らは既に開発した(特願昭60−125093号(特
開昭61−285998号))。この技術は工業的にも十分
に実施しうるものであるが、高価な酵素をより有
効に利用することにおいて改善の余地がある。 [問題点を解決するための手段] 本発明者らは、アミラーゼを固定化する担体に
ついて検討を重ねた結果、特定の多孔質キトサン
を用いた場合に従来よりも通液速度を大きくする
ことができ、しかも酵素活性を安定的に維持しう
ることを見出し、本発明に到達した。また、固定
化酵素を組合せて複合系とすることにより目的と
する澱粉糖の収率を高めることが出来ることも見
出した。 本発明は第1に、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質キトサンに固定
化したアミラーゼを澱粉液化液に作用させること
を特徴とする澱粉糖の製造法に関するものであ
り、第2に上記多孔質キトサンに固定化したアミ
ラーゼを固定化枝切り酵素と共に澱粉液化液に作
用させることを特徴とする澱粉糖の製造法に関す
るものである。 本発明に用いるアミラーゼとしては各種のもの
があり、グルコアミラーゼはリゾプス属、アスペ
ルギルス属、ムコール属、ピリカラリア属、など
のカビ起源のものが主に用いられ、特にリゾプ
ス・デレマー起源のものが好適である。そのほか
エンドマイセス属、トリコデルマ属、サツカロミ
セス属などの酵母やクロストリジウム・アセトブ
チリカムなどの細菌起源のものが知られている。
β−アミラーゼとしては、大豆、麦芽等の植物起
源のもののほかにバチルス・ポリミキサ[D.
French,Arch.Biochem.Biophys.,104、338
(1964)]、バチルス・セレウス[Y.Takasaki,
Agric.Biol.Chem.,40、1515、1523(1976)]、シ
ユードモナス属細菌[S.Sinkeら、J.Ferment.
Technol.,53、693、698(1975)]、ストレプトミ
セス・ヒグロスコピカス[Y.Hidakaら、
Sta¨rke、26、413(1974)]、ストレプトミセス・
プレコツクス[若生勝雄ら、澱粉化学、25、155
(1978)]等の微生物起源のものがある。 また、マルトトリオース以上の重合度を有する
オリゴ糖を生成するアミラーゼとしては次のもの
が知られている。 マルトトリオース生成アミラーゼ[若生勝雄
ら:澱粉化学、26、175(1979)、ストレプトミセ
ス・グリセウス(Streptomyces griseus)起源
のもの;高埼義幸:昭和58年度日本農芸化学大会
要旨集、P169(1983)、バチルス(Bacillus)属起
源のもの] マルトテトラオース生成アミラーゼ[J.F.
Robyt and R.J.Ackerman:Arch.Biochem.
Biophys.,145、105(1971)、シユードモナス・
ストツツエリ(Pseudomonas stutzeri)起源の
もの] マルトペンタオース生成アミラーゼ[N.
Saito:Arch.Biochem.Biophys.,155.290
(1973)、バチルス・リケニホルミス(Bacillus
licheniformis)起源のもの;小林昭一ら;昭和
58年度日本澱粉学会大会要旨集、P301(1983);
吉儀尚浩ら:昭和59年度日本農芸化学大会要旨
集、P584(1984)] マルトヘキサオース生成アミラーゼ[K.
Kainumaら:FEBS Lett.,26.281(1972)、エ
アロバクター・エアロゲネス(Aerobacter
aerogenes)起源のもの;J.F.Kennedy and C.
A.White:Sta¨rke、31、93(1979);谷口肇ら:澱
粉化学、29.107(1982);Y.Takasaki:Agric.
Biol.Chem.,47.2193(1983)] 次に、上記アミラーゼの担体として用いる多孔
質キトサンとしては、たとえば商品名:キトパー
ル(富士紡績社製)があり、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〜
3.0mm、孔径3.0μm以下、比表面積15〜230m2/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。 各種アミラーゼをキトサンを固定化する方法は
任意であり、たとえば緩衝液中で両者を接触させ
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」100mgを0.01〜0.20モル濃度の
各種緩衝液(PH4.0〜8.0)で十分に平衝化した
後、各種アミラーゼ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ストローク/分)した後、
ガラスフイルターで過し、続いて種々の緩衝液
50ml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
活性は担体湿重量1g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つて算
出した値である。 供給した酵素活性−洗浄液中の酵素活性/供給した酵素
活性×100 (%) 酵素の固定化方法としては、上記方法のほか担
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。 本発明に用いる固定化アミラーゼは担体への固
定化が極めて容易であり、しかも酵素の発現活性
も実用に十分耐えるものである。 次に、第2の本発明で用いる固定化枝切り酵素
について説明する。枝切り酵素としては、バチル
ス・アシドプルリテイカス、グレブシエラ・ニユ
ーモニアなどの微生物起源のプルラナーゼやシユ
ードモナス・アミロデラモサ、シトフアーガ属微
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PH4.0〜6.0、マルトオリゴ糖生成アミラーゼ
でほとんどが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。 枝切り酵素を固定化する担体については、固定
化操作により高い発現活性を示すものであれば、
どのようなものでも良いが、特に次の担体を用い
ることが望ましい。すなわち、本発明者らは数多
くの担体の中から各種枝切り酵素を効果的に固定
化しうるものを選択すべく検討した結果、特に微
弱酸性的多孔質吸着樹脂、弱酸性カチオン樹脂、
フエノール系吸着樹脂、粒状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、デユオライト系樹脂(ダイヤモンド・シヤ
ムロツク社製)の商品名「S−761」、「S−762」、
「ES−771」、「C−464」、「A−7」、「S−587」

「A−562」や前記の「キトパール」を挙げること
ができる。 なお、枝切り酵素の固定化方法は制限されず、
たとえば前記した方法を適用することができる。 また、ネイテイブ枝切り酵素および固定化枝切
り酵素の活性測定方法は、基質としてプルラン
(ハヤシバラ生物化学研究所製)またはアミロペ
クチンを用い、それらの至適PHで反応を行なうこ
と以外は各種アミラーゼの場合と同じである。 本発明で使用する原料澱粉としては種々のもの
が使用できるが、通常馬鈴薯澱粉、甘薯澱粉、コ
ーンスターチ、ワキシーコーンスターチ、キヤツ
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く、工程上の取
扱いに工夫が必要である。一方、DE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
に対しては逆合成が促進さ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、各種マルトオリゴ糖の生成に
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
ヘキサオース等を意味する。 本発明者らは、固定化酵素を用いて各種澱粉糖
を効率よく生成するため条件について種々検討を
重ねた結果、次のような因子等が大きく影響して
いることが判つた。すなわち、使用する基質の種
類、濃度およびその供給量、固定化担体の種類
(物性)、固定化した酵素量、その充填塔への充填
量、反応系の温度、PH等の条件などである。 これらを系統的に検討した結果、これら因子等
の影響は以下に示す表現および条件の範囲内にお
いて効率よくそれぞれの澱粉糖を生成することが
できることを見出した。すなわち、本発明の方法
では、固定化アミラーゼを反応器に充填し、前述
の澱粉液化液を固定化酵素単位活性あたりの重量
基準空塔速度が1×10-4〜2×10-1hr-1(IU/g)
-1の条件で供給することによつて効率良く各種澱
粉糖を製造するものである。より好ましくは、グ
ルコアミラーゼに対しては1×10-4〜3×
10-3hr-1(IU/g)-1、β−アミラーゼに対しては
1×10-4〜4×10-3hr-1(IU/g)-1、各種マルト
オリゴ糖生成アミラーゼに対しては3×10-4〜2
×10-1hr-1(IU/g)-1の条件を適用すべきであ
る。ここで、固定化酵素の単位活性あたりの重量
基準空塔速度は次のようにして求めた値である。
まず、反応器に充填するものと同じ固定化アミラ
ーゼ10mg(wet)を0.5mlの10mM各種バツフアー
(PH7.0)(50ml三角フラスコ中)に加え、十分に
馴染ませた後、反応器に供給するものと同じ基質
(澱粉の種類、濃度等も同じ)5.0mlを加えて、反
応器と同じ温度で往復振とう機により120ストロ
ークス/min.、4cm幅で振とうしながら酵素反
応を行い、生成還元糖をSomogyi−Nelson法で
測定するか、高速液体クロマトグラフイーのよう
な分析機器で直接生成する澱粉糖を測定して発現
する活性を測定する(この発現活性をA IU/
g−担体とする。)。なお、酵素活性はそれぞれの
反応条件で1分間に1μmolのグリコシド結合を切
断する酵素量を1単位(1国際単位IU)として
表わすことにする。また、反応器に充填する固定
化アミラーゼをBg(wet)、反応器に供給する澱
粉液化液量を固形分としてCg−固形分/hrとす
るとき、単位活性あたりの重量基準空塔速度を
C/(A×B)hr-1(IU/g)-1として求める。な
お、DEが大きい場合には原料中に目的とする澱
粉糖やそれよりも小さい糖を含むので、上記Cの
値としてはそれらを除いた固形分量を用いるのが
より実際的である。単位活性あたりの重量基準空
塔速度が2×10-1hr-1(IU/g)-1、グルコアミラ
ーゼの場合には3×10-3hr-1(IU/g)-1、β−ア
ミラーゼの場合には4×10-3hr-1(IU/g)-1、マ
ルトトリオース以上の重合度を有するマルトオリ
ゴ糖生成アミラーゼの場合には2×10-1hr-1
(IU/g)-1よりも大きいと、すなわち反応器中
での反応時間が短いと加水分解反応が十分におこ
なわれないため、それぞれの澱粉糖の収率が悪く
なり好ましくない。また、マルトオリゴ糖の生成
の場合には単位活性あたりの重量基準空塔速度が
1×10-4hr-1(IU/g)-1よりも小さくなると、す
なわち反応器中での反応時間が長くなると、下記
の刊行物に明らかにされているように、生成した
マルトオリゴ糖がさらに過分解されるため、グル
コース、マルトース等の低分子の糖が生成され、
製品の純度が著しく低下するばかりでなく、後に
精製分離を行なう場合の効率を悪くするので好ま
しくない。 上記したマルトトリオース以上の重合度を有す
るマルトオリゴ糖の過分解については、マルトオ
リゴ糖生成アミラーゼは、反応初期にはそれぞれ
のオリゴ糖(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、マルトヘキサオース
等)を特異的に生産するが、反応後期になるにつ
れて生成物そのものを分解することが明らかにさ
れている[T.Nakakuki et al;Carbohydro.
Res.,128、297(1984)]。 また、グルコアミラーゼの場合は、単位活性あ
たりの重量基準空塔速度が1×10-3hr-1(IU/g)
-1あたりからパノース、イソマルトース等を生成
する逆反応が進行し、目的とするグルコースの収
率が低下し、効率的でなくなる。 一方、現実的にみて、単位活性あたりの重量基
準空塔速度が1×10-4hr-1(IU/g)-1以下になる
と、反応器中での滞留時間が長くなり、反応器の
大きさも過大となり、経済的にも有効性のないも
のとなると共に、原料澱粉液化液の老化による目
的澱粉糖の低下を来たし、また運転上のトラブル
の原因ともなりかねない。 本発明によれば、固定化アミラーゼの使用によ
つて固定化しない元のアミラーゼよりも反応条件
の拡大が期待できる。たとえばキトサンに固定化
した固定化マルトテトラオース生成アミラーゼの
場合には、温度安定性が10℃程度高温側に広がる
と共にPH安定性も広範囲にわたり改善される。ま
た、至適温度は固定化により10〜15℃上昇し、至
適PH曲線も酸性側に広がることを見出しており、
固定化酵素の酵素化学的性質は可成り改善され、
元の酵素を用いる場合よりも極めて有利な条件で
反応を行なうことができる。 本発明の方法により、たとえばマルトオリゴ糖
を製造する場合、マルトオリゴ糖の目的とする純
度に応じて様々な製造方式をとり得る。たとえば
純度20〜60%程度のマルトオリゴ糖は、40%
(w/w)の澱粉液化液を前述の固定化マルトオ
リゴ糖アミラーゼを充填した反応器に前述の条件
で供給することによつて得られる。また、さらに
高純度(60〜100%)のマルトオリゴ糖は、上記
反応器から得られた生成物をさらに精製分離する
ことにより得られる。この場合の精製分離手段は
特に制限はなく種々の方法をとりうるが、たとえ
ば限外過、ゲル過、カチオン交換樹脂カラム
クロマトグラフイー、カーボンカラムクロマトグ
ラフイー等の手段が有効である。また、上記精製
分離を行なつた際に得られる未分解物の一部また
は全部を固定化マルトオリゴ糖生成酵素を充填し
た反応器へ再循環させて供給原料の一部とするこ
とによつて原料澱粉液化液あたりのマルトオリゴ
糖収量を増大させることができる。さらに、該未
分解物の一部または全部をそのままリミツトデキ
ストリンとして利用することもできる。 次に固定化アミラーゼと共に固定化枝切り酵素
を併用する第2の発明について説明する。 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。ここで、枝切り酵
素を併用した場合の単位活性あたりの重量基準空
塔速度は、前述の式において発現活性(A
IU/g)としては枝切り酵素の発現活性は考慮
せずに使用するアミラーゼの発現活性だけを考慮
して求めればよい。 両酵素を併用する複合酵素系の場合、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種のネイテイブ酵素
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。 [発明の効果] 本発明の方法によれば、グルコース、マルトー
ス、マルトトリオース以上の重合度を有するマル
トオリゴ糖を製造するにあたり、固定化酵素単位
活性あたりの重量基準空塔速度を従来よりも大き
くでき、しかも酵素活性は長時間にわたり安定に
保持される。そのため、目的とする澱粉糖を効率
よく、かつ高収率にて製造することができる。と
りわけ、アミラーゼと共に枝切り酵素を用いて固
定化複合酵素系とした場合、目的物質の収率は格
段と向上する。 また、原料澱粉としてコーンスターチを使用し
た場合でもネイテイブ酵素と同程度に高濃度の澱
粉糖(特にグルコース)を得ることができる。 [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 担体として多孔質キトサン(商品名:キトパー
ルBCW3505、富士紡績(株)製)を用い、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)固定化した。すなわち、担体のキトサン
を20mM酢酸緩衝液(PH5.5)で十分に平衡化し
た後、100ml容の三角フラスコに湿重量で10gの
担体を秤量し、これにグルコアミラーゼを担体1
gあたり1050単位(液量10ml)添加した。次い
で、室温で1時間往復振とう(120ストローク/
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。この
標品について前述した方法により発現活性を測定
したところ435IU/g−担体であつた。 この固定化グルコアミラーゼ10mlをガラスカラ
ム(直径10mm、長さ20mm)に充填し、基質として
30%(w/w)のコーンスターチ液化液(DE=
11、PH5.5)を用いて温度50℃、空塔速度0.25、
0.5および1.0hr-1(単位活性あたりの重量基準空塔
速度はそれぞれ2.48×10-4、4.95×10-4および
9.89×10-4hr-1(IU/g)-1)の各条件で連続的に
通液した。なお、空塔速度は下記の式により計算
した。結果を第1表に示す。 空塔速度(hr-1)=通液量(ml/hr)/床容積(ml) 比較例 1 担体として多孔製弱塩基性アニオン交換樹脂デ
ユオライトA−7(ダイヤモンドシヤムロツク社
製)を使用し、特開昭58−60989号の実施例1に
記載の方法で固定化したこと以外は実施例1と同
様に行なつた。なお、固定化酵素の発現活性は
157IU/g−担体であつた。この固定化酵素を用
いて実施例1と同様に実験を行なつた(単位活性
あたりの重量基準空塔速度はそれぞれ6.85×
10-4、1.37×10-3および2.74×10-3hr-1(IU/g)
-1)。結果を第1表に示す。 第1表 反応液中のグルコース濃度(%)空塔速度(hr-1) 実施例1 比較例1 0.25 95.2 94.2 0.5 96.7 93.8 1.0 95.2 87.4 実施例 2 担体として多孔質キトサン(商品名:キトパー
ルBCW3505、富士紡績(株)製)を用い、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−アミラーゼの発
現活性は230IU/g−担体であつた。 この固定化β−アミラーゼをガラスカラム(直
径27mm、長さ130mm)に充填し、基質として25%
(w/w)の澱粉液化液(DE=7、PH6.0)を用
いで温度50℃、空塔速度0.2、0.5、1.0および
1.5hr-1(単位活性あたりの重量基準空塔速度はそ
れぞれ3.09×10-4、7.73×10-4、1.55×10-3および
2.32×10-3hr-1(IU/g)-1)の各条件で連続的に
通液した。結果を第2表に示す。また、空塔速度
1.5hr-1で連続通液したときの反応液中のマルト
ース含量の経時変化を第1図に示す。 比較例 2 担体としてデユオライト系吸着樹脂S−761(ダ
イヤモンドシヤムロツク社製)を使用し、実施例
2と同様にしてβ−アミラーゼの固定化を行なつ
た。固定化β−アミラーゼの発現活性は198IU/
g−担体であつた。 この固定化酵素10mlを実施例2と同様にガラス
カラムに充填し、基質として25%(w/w)の澱
粉液化液(DE=7、PH6.0)を用いて温度50℃、
空塔速度0.2、0.5、1.0および1.5hr-1(単位活性あ
たりの重量基準空塔速度はそれぞれ3.59×10-4
8.98×10-4、1.80×10-3および2.70×10-3hr-1
(IU/g)-1)の各条件で連続通液した。結果を
第2表に示す。 第2表 反応液中のマルトテート濃度(%)空塔速度(hr-1) 実施例2 比較例2 0.2 52.5 52.4 0.5 52.5 44.8 1.0 52.3 37.5 1.5 52.1 30.3 第2表および第1図から明らかなように、本発
明によれば従来の固定化酵素を用いた場合よりも
速い空塔速度で高いマルトース生成量が得られ、
しかも30日後でも活性の低下はほとんど認められ
ず、半減期は1年以上であつた。 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
(シユードモナス・ストツツエリ起源、比活性
80.8IU/mg・タンパク)、を用い固定化用担体と
してキトサンビーズ(商品名:キトパール
BCW3505、富士紡績社製)を使用して固定化酵
素を得た。すなわち、担体20gを50mM Tris
−HClバツフアー(PH7.0)で充分に平衡化した
後、100mlの同一バツフアーに溶解した20000IU
の酵素を添加し、室温で1時間往復振とう(300
ml容三角フラスコ中120ストローク/分、4cm幅)
しながら酵素を担体に固定化した。次いで、紙
で過した後、10mM Tris−HClバツフアー
(PH7.0)で蛋白質が溶出しなくなるまで十分に洗
浄し、発現活性が350IU/g−担体の固定化マル
トテトラオース生成酵素を得た。 次に直径27mm、長さ130mmのガラスカラムにマ
ルトテトラオース生成固定化酵素10mlを充填し
た。基質として26.2%(w/w)の澱粉液化液
(DE=7、PH7.2)を用い、温度45℃、空塔速度
2.0、5.0および10.0hr-1(単位活性あたりの重量基
準空塔速度はそれぞれ2.42×10-3、6.05×10-3
よび1.21×10-2hr-1(IU/g)-1)の各条件で連続
通液した。その結果を第3表に示す。また空塔速
度2.0hr-1の条件で連続通液したときの反応液中
のマルトテトラオース含量の経時的変化を第2図
に示す。 比較例 3 担体としてデユオライト系吸着樹脂S−761を
用いて実施例3と同様な方法で得た固定化マルト
テトラオース生成アミラーゼ10g(発現活性
215IU/g)を反応器に充填し、これに原料とし
て26.2%(w/w)の澱粉液化液(DE=7、PH
7.2)を24ml/hr、温度45℃、空塔速度2.0、5.0お
よび10hr-1(単位活性あたりの重量基準空塔速度
はそれぞれ3.48×10-3、8.71×10-3および1.74×
10-2hr-1(IU/g)-1)の条件で連続通液した。そ
の結果を第3表に示す。また、空塔速度2.0hr-1
で連続通液したときの反応液中のマルトテトラオ
ース含量の経時変化を第2図に示す。 第3表 反応液中のマルトテトラオース濃度空塔速度(hr-1) 実施例3 比較例3 2.0 44.5 42.6 5.0 44.1 37.2 10.0 41.7 31.5 以上のように、本発明によれば、従来の固定化
酵素を用いた場合よりも高純度のマルトテトラオ
ースが得られる。 比較例 4 実施例3と同様な方法で得た固定化マルトテト
ラオース生成アミラーゼ(ただし、発現活性
273IU/g)6.6gを反応器に充填し、これに10%
(w/w)の澱粉液化液(DE=8.0、PH=6.8)を
用いて温度40℃、流速1.1ml/hrの条件(単位活
性あたりの重量基準空塔速度は(6.83×10-5hr-1
(IU/g)-1)で連続通液して反応生成物を得た。
この生成物の組成を第4表に示す。 比較例 5 実施例3と同様な方法で得た固定化マルトテト
ラオース生成アミラーゼ(ただし発現活性
46.7IU/g)6.6gを反応器に充填し、これに30
%(w/w)の澱粉液化液(DE=8.0、PH=6.8)
を用いて温度40℃、流速210ml/hrの条件(単位
活性あたりの重量基準空塔速度は2.29×10-1hr-1
(IU/g)-1)で連続通液して反応生成物を得た。
この生成物の組成を第4表に示す。 【表】 以上のように、単位活性あたりの重量基準空塔
速度が1×10-4hr-1(IU/g)-1よりも小さい場合
および2×10-1hr-1(IU/g)-1よりも大きい場合
は、いずれもマルトテトラオースの収率が小さく
なつていることが判る。 実施例 4 枝切り酵素であるプルラナーゼ(クルベシエ
ラ・ニユーモニア起源、比活性50IU/mg−蛋白
質、天野製薬株式会社製)を用いてPH6.0のリン
酢バツフアを使用したこと以外は実施例1と同様
の方法でキトパールBCW3505に固定化した。得
られた固定化プルラナーゼの発現活性は129IU/
g−担体であつた。 次に、直径10mm、長さ200mlのガラスカラム2
本を用いて固定化グルコアミラーゼ4mlと上述の
方法で得られた固定化プルラナーゼ9.0ml(発現
活性比は約3:1)を混合して充填した。一方、
基質として30%(w/w)のコーンスターチ液化
液(DE=11、PH5.5)を用い、温度50℃、空塔速
度0.25、0.5および1.0hr-1(単位活性あたりの重量
基準空塔速度はそれぞれ2.48×10-4、4.95×10-3
および9.89×10-4hr-1(IU/g)-1)の条件で連続
通液した。得られた結果を第5表に示す。 第5表 反応生成物中のグルコース濃度空塔速度(hr-1) 実施例5 実施例5 0.25 95.8 95.2 0.5 97.3 96.7 1.0 96.1 95.2 表に示すごとく、単独固定化酵素系よりも複合
固定化酵素系の方が反応生成物中のグルコース濃
度が約1%上昇した。 実施例 5 実施例2と同様にして得た固定化β−アミラー
ゼ10mlと実施例4と同様にして得た固定化プルラ
ナーゼ10mlを混合(発現活性比はβ−アミラー
ゼ:プルラナーゼ=2.1:1.0)してそれぞれ充填
した。基質として25.0%(w/w)の澱粉液化液
(DE=7、PH6.0)を用いて温度50℃、流速15
ml/hr(単位活性あたりの重量基準空塔速度は
2.32×10-3hr-1(IU/g)-1)の条件で連続通液し
た。運転日数0、15、30日後のカラム流出液の糖
組成を第6表に示す。表に示すごとく、複合固定
化酵素系の方がβ−アミラーゼのみの単一酵素系
よりもマルトース純度が約10〜12%上昇し、また
30日経過後でも活性の低下はほとんどみられなか
つた。 第6表 マルトース生成量の経時変化経時日数 単独酵素系 複合酵素系 0 53.0% 64.2% 15 51.8% 64.2% 30 50.1% 64.0% 実施例 6 実施例3と同様にして得た固定化マルトテトラ
オース生成酵素10mlと実施例3と同様にして得た
固定化プルラナーゼ5mlを混合(発現活性比、β
−アミラーゼ:プルラナーゼ=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=7、PH7.2)を用いて温度40℃、流
速24/hr(単位活性あたりの重量基準空塔速度
は4.06×10-3hr-1(IU/g)-1)の条件で連続通液
した。運転日数0、15、30日後のカラム流出液の
糖組成を第7表に示す。表に示すごとく、複合固
定化酵素系の方が固定化マルトテトラオース生成
酵素のみの単一酵素系よりもマルトテトラオース
純度が約5%上昇し、また30日経過後でも活性の
低下はほとんどみられなかつた。 第7表 マルトテトラオース生成量の経時変化経時日数 単独酵素系 複合酵素系 0 45.2% 50.5% 15 44.0% 48.3% 30 42.9% 46.2% 参考例 酵素としてマルトテトラオース生成アミラーゼ
(シユードモナス・ストツツエリ起源のもの、比
活性80.1IU/mg・タンパク質)を用い、3種の担
体を使用して固定化酵素を得た。ここで、3種の
担体とは、第1が本願発明に係る担体で、天然高
分子キチンを脱アセチル化し、乾燥、微粉砕した
ものをグルタルアルデヒドの水溶液中に加えて架
橋し、さらにスペーサーとして芳香族系の官能基
を有する4,4′−ジフエニルメタンジイソシアネ
ートを2容量加え、30℃で15時間処理した後、ア
セトンで洗浄したものである(以下、担体−1と
いう。)。第2は上記と同様にして架橋した後、ス
ペーサーとして脂肪属系の官能基を有するヘキサ
メチレンジイソシアネートを同様にして導入させ
たものである(以下、担体−2という。)。さらに
第3は上記と同様にして架橋した後、スペーサー
の導入を行なわなかつたものである(以下、担体
−3という。)。 担体0.2gに対して200IUの酵素をPH7.0の50m
Mリン酸緩衝液で2.0mlとしたものを50ml三角フ
ラスコに入れて室温で1時間、120ストローク、
4cm幅で振とうしながら酵素を担体に固定化し
た。 次いで、これをろ過してろ液を除き、さらに10
mMリン酸緩衝液(PH7.0)を用いてタンパク質
が流出しなくなるまで十分に洗浄して固定化酵素
を得た。この固定化酵素について、以下の方法で
みかけの固定化率を測定し、かつ固定化酵素の発
現活性を測定した。 みかけの固定化率は、まず上清を300倍に希釈
したもの0.1mlに対して0.5%還元可溶性澱粉溶液
0.5mlと50mMリン酸緩衝液(PH7.0)0.4mlを添加
し、40℃で10分間反応させて生成した還元糖を
Somogyi−Nelson法で測定し、上清中の酵素活
性を求め、以下の式により求めた。 添加した酵素活性−上清中の酵素活性/添加した酵素活
性×100 結果を第8表に示す。表から明らかなように、
本願発明に係る担体−1および担体−2を使用し
た固定化酵素は、固定化率が高く、活性も格段に
優れている。 一方、単に架橋のみを行つた担体−3は不十分
な結果であり、マルトオリゴ糖生成アミラーゼに
対し、単にキトサンが良好な担体であるという予
想が成立しないことを実証している。 【表】
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing starch sugar, and more specifically, the present invention relates to a method for producing starch sugar, and more specifically, a starch liquefied liquid is supplied to a reactor filled with various amylases immobilized on specific porous chitosan. The present invention relates to a method for producing starch sugars such as corresponding glucose, maltose, and alto-oligosaccharides. [Prior art and problems to be solved by the invention] Various methods have been proposed for producing starch sugar using immobilized enzymes. The manufacturing method is published in Japanese Patent Publication No. 57-17517,
No. 58-60989, etc. However, in the former method, the glucose concentration produced is insufficient, and in the latter method, high concentration glucose is achieved using potato starch as a raw material, and when using cornstarch, etc. as a raw material, which is generally difficult to produce high concentration glucose. is not described. Further, although the use of immobilized β-amylase in the production of maltose has been shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 198977/1983, it is desirable to further improve the maintenance of enzyme activity. Furthermore, the present inventors have already developed a method for producing maltooligosaccharides by immobilizing amylase that produces maltooligosaccharides having a degree of polymerization higher than that of maltotriose (Japanese Patent Application No. 125093/1983 (JP Patent Application No. 125093/1983). No. 285998)). Although this technique can be fully implemented industrially, there is room for improvement in making more effective use of expensive enzymes. [Means for Solving the Problems] As a result of repeated studies on carriers for immobilizing amylase, the present inventors have found that when a specific porous chitosan is used, the liquid passing rate can be increased compared to the conventional method. The present invention was achieved based on the discovery that the enzyme activity can be stably maintained. We have also discovered that the yield of the desired starch sugar can be increased by combining immobilized enzymes to form a complex system. First, the present invention is based on deacetylated natural polymer chitin, which is then crosslinked with dicarboxylic acid, dialdehyde, diisocyanate, etc. to impart acid resistance. The present invention relates to a method for producing starch sugar, which is characterized in that amylase immobilized on porous chitosan into which a group has been introduced is made to act on a starch liquefaction solution, and secondly, it is characterized in that amylase immobilized on porous chitosan into which a group has been introduced is made to act on a starch liquefied solution. The present invention relates to a method for producing starch sugar, which is characterized in that it is made to act on a starch liquefaction liquid together with a cutting enzyme. There are various types of amylases used in the present invention, and glucoamylases derived from fungi such as Rhizopus, Aspergillus, Mucor, and Pyricalaria are mainly used, and those derived from Rhizopus deremer are particularly preferred. It is. In addition, yeasts such as Endomyces, Trichoderma, and Satucharomyces and bacteria such as Clostridium acetobutylicum are known.
β-Amylases include those derived from plants such as soybeans and malt, as well as from Bacillus polymyxa [D.
French, Arch.Biochem.Biophys., 104 , 338
(1964)], Bacillus cereus [Y.Takasaki,
Agric.Biol.Chem., 40 , 1515, 1523 (1976)], Pseudomonas bacteria [S.Sinke et al., J.Ferment.
Technol., 53 , 693, 698 (1975)], Streptomyces hygroscopicus [Y. Hidaka et al.
Sta¨rke, 26 , 413 (1974)], Streptomyces
Plecoticus [Katsuo Wakao et al., Starch Chemistry, 25 , 155
(1978)] are of microbial origin. Furthermore, the following amylases are known to produce oligosaccharides having a degree of polymerization higher than maltotriose. Maltotriose-producing amylase [Katsuo Wakao et al.: Starch Chemistry, 26 , 175 (1979), originating from Streptomyces griseus ; Yoshiyuki Takasaki: Abstracts of the 1983 Japan Agricultural Chemistry Conference, P169 (1983) , originating from the genus Bacillus ] maltotetraose-producing amylase [JF
Robyt and RJ Ackerman: Arch.Biochem.
Biophys., 145 , 105 (1971), Pseudomonas
Originated from Pseudomonas stutzeri ] Maltopentaose-producing amylase [N.
Saito: Arch.Biochem.Biophys., 155 . 290
(1973), Bacillus licheniformis
licheniformis) origin; Shoichi Kobayashi et al.; Showa period
Abstracts of the 1958 Japanese Starch Society Conference, P301 (1983);
Naohiro Yoshigi et al.: Abstracts of the 1984 Japan Agricultural Chemistry Conference, P584 (1984)] Maltohexaose-producing amylase [K.
Kainuma et al.: FEBS Lett., 26 . 281 (1972), Aerobacter aerogenes
aerogenes) origin; JFKennedy and C.
A. White: Sta¨rke, 31 , 93 (1979); Hajime Taniguchi et al.: Starch Chemistry, 29 . 107 (1982); Y. Takasaki: Agric.
Biol.Chem., 47 . 2193 (1983)] Next, as a porous chitosan used as a carrier for the above-mentioned amylase, there is, for example, the trade name: Chitopal (manufactured by Fujibo Co., Ltd.), which is made by deacetylating the natural polymer chitin and then adding dicarboxylic acid, dicarboxylic acid, These are porous beads that have been cross-linked with dialdehyde, diisocyanate, etc. to give them acid resistance, and then have a functional group such as an aliphatic or aromatic group introduced as a spacer, resulting in PH stability, chemical resistance, and thermal stability. Excellent. This “Chitopearl” has a particle size of 0.1~
3.0mm, pore diameter 3.0μm or less, specific surface area 15-230m 2 /g
However, the present invention is not limited to this value. Any method can be used to immobilize various amylases on chitosan, and for example, a method of contacting both amylases in a buffer solution can be adopted. As an example, 100 mg of "Chitopearl" is sufficiently equilibrated with various buffer solutions (PH4.0 to 8.0) with a molar concentration of 0.01 to 0.20, and then 5 to 500 units of various amylases are dissolved in 2 ml of the buffer solution. Add and mix thoroughly. Then, after being left at room temperature for 0.5 to 24 hours or subjected to reciprocating shaking treatment (120 strokes/min) for 0.5 to 5.0 hours,
Pass through a glass filter, followed by various buffers.
Wash with 50ml. The immobilized enzyme thus obtained has an apparent immobilization rate of 90% or more, and the expression activity of the immobilized enzyme is 40 to 2000 units per gram of wet weight of the carrier. Note that the apparent immobilization rate is a value calculated using the following formula. Supplied enzyme activity - Enzyme activity in washing solution / Supplied enzyme activity x 100 (%) In addition to the method described above, enzyme immobilization methods include filling a column with a carrier and then passing the enzyme solution through it by a descending method or an ascending method. This method can also be applied. The immobilized amylase used in the present invention is extremely easy to immobilize on a carrier, and the enzyme expression activity is sufficient for practical use. Next, the immobilized debranching enzyme used in the second invention will be explained. As a branch cutting enzyme, pullulanase originating from microorganisms such as Bacillus acidopluriticus and Glebsiella pneumonia, and isoamylase produced by microorganisms of the genus Pseudomonas amylodermosa and Cytophaga can be used, but most glucose-producing amylases are PH4. Since most maltooligosaccharide-producing amylases have an optimum pH in the range of 5.0 to 8.5, it is desirable to use a debranching enzyme that is also stable and has a similar optimum pH range. Regarding the carrier for immobilizing the debranching enzyme, if it shows high expression activity by immobilization operation,
Although any carrier may be used, it is particularly desirable to use the following carriers. That is, as a result of our study to select carriers that can effectively immobilize various debranching enzymes from a large number of carriers, we found that, in particular, weakly acidic porous adsorption resins, weakly acidic cationic resins,
We have found that phenolic adsorption resins, granular porous chitosan, and the like are suitable carriers. More specifically, the product names of Duolite resin (manufactured by Diamond Shamlok Co., Ltd.) are "S-761", "S-762",
"ES-771", "C-464", "A-7", "S-587"
,
Examples include "A-562" and the above-mentioned "Chitopearl". Note that the method of immobilizing the debranching enzyme is not limited;
For example, the method described above can be applied. In addition, the method for measuring the activity of native debranching enzymes and immobilized debranching enzymes uses pullulan (manufactured by Hayashibara Biochemical Research Institute) or amylopectin as a substrate, and the reaction is performed at their optimum pH. is the same as Various raw material starches can be used in the present invention, but potato starch, sweet potato starch, corn starch, waxy corn starch, cabbage mackerel starch, etc. are usually used. In addition, the glucose equivalent (DE) of the starch liquefaction liquid passed through the reactor is usually 1 to 1.
35, preferably in the range of 5 to 20. Here, the DE of the starch liquefied liquid is less than 1 in the case of waxy corn starch, and in the case of other starches.
Those with a DE of 5 or less are subject to severe aging and require careful handling during the process. On the other hand, when DE exceeds 35, retrosynthesis is promoted for glucose production by glucoamylase, and isomaltose,
The production of panose etc. increases and the yield of glucose decreases. In addition, the production of various maltooligosaccharides increases the production of low-molecular sugars such as glucose and maltose, and the yield of maltooligosaccharides decreases, so it is not suitable. Although there are no particular limitations on the method of liquefying various starches, the method is usually treated with liquefied α-amylase or an acid such as hydrochloric acid. Next, malto-oligosaccharide means maltose, maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose, and the like. The present inventors have conducted various studies on conditions for efficiently producing various starch sugars using immobilized enzymes, and have found that the following factors have a large influence. In other words, the conditions include the type of substrate used, its concentration and its supply amount, the type (physical properties) of the immobilized carrier, the amount of immobilized enzyme, the amount of the enzyme packed into the packed column, the temperature of the reaction system, the pH, etc. As a result of a systematic study of these factors, it has been found that each starch sugar can be efficiently produced within the range of the expressions and conditions shown below. That is, in the method of the present invention, the immobilized amylase is packed into a reactor, and the above-mentioned starch liquefaction liquid is heated to a mass superficial velocity of 1×10 −4 to 2×10 −1 hr per unit activity of the immobilized enzyme. 1 (IU/g)
By supplying under the conditions of -1 , various starch sugars can be efficiently produced. More preferably 1×10 −4 to 3× for glucoamylase
10 -3 hr -1 (IU/g) -1 , 1 x 10 -4 to 4 x 10 -3 hr -1 (IU/g) -1 for β-amylase, for various maltooligosaccharide-producing amylases 3×10 -4 ~2
The condition of ×10 -1 hr -1 (IU/g) -1 should be applied. Here, the weight-based superficial velocity per unit activity of the immobilized enzyme is a value determined as follows.
First, add 10 mg (wet) of the same immobilized amylase that will be filled into the reactor to 0.5 ml of 10 mM various buffers (PH7.0) (in a 50 ml Erlenmeyer flask), mix well, and then supply to the reactor. Add 5.0 ml of the same substrate (same type of starch, same concentration, etc.) and perform the enzymatic reaction at the same temperature as the reactor while shaking with a reciprocating shaker at 120 strokes/min. and a width of 4 cm. Reducing sugars are measured by the Somogyi-Nelson method, or starch sugars produced directly with an analytical instrument such as high-performance liquid chromatography are measured to determine the expressed activity (this expressed activity is expressed as A IU/
g-Carrier. ). The enzyme activity is expressed as 1 unit (1 international unit IU), which is the amount of enzyme that cleaves 1 μmol of glycosidic bonds per minute under each reaction condition. In addition, when the immobilized amylase to be filled in the reactor is Bg (wet) and the amount of starch liquefaction liquid supplied to the reactor is solid content as Cg - solid content/hr, the weight-based superficial velocity per unit activity is C /(A×B)hr -1 (IU/g) -1 . In addition, when DE is large, the target starch sugar and sugars smaller than it are included in the raw material, so it is more practical to use the solid content excluding these as the value of C. The weight-based superficial velocity per unit activity is 2 x 10 -1 hr -1 (IU/g) -1 , and in the case of glucoamylase it is 3 x 10 -3 hr -1 (IU/g) -1 , β- 4 x 10 -3 hr -1 (IU/g) -1 in the case of amylase, 2 x 10 -1 hr -1 in the case of malto-oligosaccharide producing amylase with a degree of polymerization higher than maltotriose.
If it is larger than (IU/g) -1 , that is, if the reaction time in the reactor is short, the hydrolysis reaction will not be carried out sufficiently, resulting in a poor yield of each starch sugar, which is not preferable. In addition, in the case of producing malto-oligosaccharides, when the weight-based superficial velocity per unit activity becomes smaller than 1×10 -4 hr -1 (IU/g) -1 , the reaction time in the reactor becomes longer. Then, as revealed in the following publication, the maltooligosaccharide produced is further overdecomposed, resulting in the production of low-molecular sugars such as glucose and maltose.
This is not preferred because it not only significantly reduces the purity of the product, but also impairs the efficiency of subsequent purification and separation. Regarding the overdecomposition of malto-oligosaccharides having a degree of polymerization higher than maltotriose, the malto-oligosaccharide-producing amylase is capable of producing various oligosaccharides (maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose, etc.) in the early stage of the reaction. ), but it has been revealed that the product itself is decomposed in the later stages of the reaction [T.Nakakuki et al; Carbohydr.
Res., 128 , 297 (1984)]. In addition, in the case of glucoamylase, the weight-based superficial velocity per unit activity is 1×10 -3 hr -1 (IU/g).
From around -1 , the reverse reaction that produces panose, isomaltose, etc. proceeds, and the yield of the desired glucose decreases, making it less efficient. On the other hand, realistically, when the weight-based superficial velocity per unit activity becomes 1×10 -4 hr -1 (IU/g) -1 or less, the residence time in the reactor becomes longer and the reactor The size becomes too large, making it economically ineffective, and the target starch sugar content decreases due to aging of the raw starch liquefaction liquid, which may also cause operational troubles. According to the present invention, by using immobilized amylase, it is expected that the reaction conditions can be expanded compared to the original amylase that is not immobilized. For example, in the case of immobilized maltotetraose-generating amylase immobilized on chitosan, the temperature stability extends to the higher temperature side by about 10°C, and the PH stability is also improved over a wide range. We also found that the optimal temperature increases by 10 to 15 degrees Celsius due to immobilization, and the optimal PH curve also expands to the acidic side.
The enzymatic chemistry of the immobilized enzyme was significantly improved;
The reaction can be carried out under much more favorable conditions than when using the original enzyme. When producing maltooligosaccharides, for example, by the method of the present invention, various production methods can be used depending on the desired purity of the maltooligosaccharides. For example, maltooligosaccharide with a purity of 20-60% is 40%
It is obtained by supplying (w/w) starch liquefied liquid to the reactor filled with the above-mentioned immobilized malto-oligosaccharide amylase under the above-mentioned conditions. Furthermore, maltooligosaccharides of higher purity (60 to 100%) can be obtained by further purifying and separating the product obtained from the above reactor. Purification and separation means in this case are not particularly limited and various methods can be used, but for example, means such as ultrafiltration, gel filtration, cation exchange resin column chromatography, and carbon column chromatography are effective. In addition, some or all of the undegraded products obtained during the purification and separation described above can be recycled to a reactor filled with an immobilized maltooligosaccharide-forming enzyme and used as part of the feedstock. The maltooligosaccharide yield per starch liquefaction solution can be increased. Furthermore, part or all of the undecomposed product can be used as it is as limitodextrin. Next, a second invention in which an immobilized debranching enzyme is used in combination with immobilized amylase will be described. Regarding the ratio of immobilized debranching enzyme used in combination with immobilized amylase, the concentration (yield) of starch sugar can be increased as the amount of the latter increases, but usually the former is 1 to 0.1 to the latter on an expression activity basis. 5, preferably in the range of 0.2 to 2. Even if the ratio of the immobilized debranching enzyme is increased above the upper limit, the corresponding effect will not be achieved, and the size of the reactor will increase proportionately, which is not economically preferable. Here, when a debranching enzyme is used in combination, the weight-based superficial velocity per unit activity is determined by the expression activity (A
IU/g) may be determined by considering only the expression activity of the amylase used without considering the expression activity of the debranching enzyme. In the case of a composite enzyme system in which both enzymes are used together, various forms of reactor and filling method can be considered. For example, two types of immobilized enzymes may be filled in separate containers, two types of immobilized enzymes may be mixed and then filled into the same container, or two types of native enzymes may be mixed at a certain ratio and then mixed. , a method of simultaneously immobilizing and filling a container, etc. [Effects of the Invention] According to the method of the present invention, when producing maltooligosaccharides having a degree of polymerization higher than that of glucose, maltose, or maltotriose, the weight-based superficial velocity per immobilized enzyme unit activity can be made larger than before. Moreover, the enzyme activity is stably maintained over a long period of time. Therefore, the desired starch sugar can be produced efficiently and with a high yield. In particular, when a debranching enzyme is used together with amylase to form an immobilized composite enzyme system, the yield of the target substance is significantly improved. Furthermore, even when corn starch is used as the raw material starch, starch sugar (especially glucose) can be obtained at a high concentration comparable to that of native enzymes. [Examples] Next, the present invention will be explained in detail by examples. Example 1 Using porous chitosan (trade name: Chitopal BCW3505, manufactured by Fujibo Co., Ltd.) as a carrier, glucoamylase originating from Rhizopus deremer (manufactured by Shin Nihon Kagaku Co., Ltd.) was immobilized. That is, after fully equilibrating chitosan as a carrier with 20mM acetate buffer (PH5.5), 10g of carrier (wet weight) was weighed into a 100ml Erlenmeyer flask, and glucoamylase was added to the carrier in an amount of 1.
1050 units per g (liquid volume 10 ml) were added. Then, shake back and forth for 1 hour at room temperature (120 strokes/
(min) and fixed. Furthermore, it was thoroughly washed with 20 mM acetate buffer (PH5.0) until no protein was eluted, to obtain an immobilized glucoamylase preparation. When the expression activity of this preparation was measured by the method described above, it was found to be 435 IU/g of carrier. Fill a glass column (diameter 10 mm, length 20 mm) with 10 ml of this immobilized glucoamylase and use it as a substrate.
30% (w/w) cornstarch liquefied liquid (DE=
11, PH5.5), temperature 50℃, superficial velocity 0.25,
0.5 and 1.0 hr -1 (weight superficial velocity per unit activity is 2.48 × 10 -4 , 4.95 × 10 -4 and
The solution was continuously passed under various conditions of 9.89×10 −4 hr −1 (IU/g) −1 ). Note that the superficial velocity was calculated using the following formula. The results are shown in Table 1. Superficial velocity (hr -1 )=Liquid flow rate (ml/hr)/bed volume (ml) Comparative Example 1 Porous weakly basic anion exchange resin Duolite A-7 (manufactured by Diamond Shamlok Co., Ltd.) was used as a carrier. The same procedure as in Example 1 was carried out except that immobilization was carried out by the method described in Example 1 of JP-A No. 58-60989. Furthermore, the expression activity of the immobilized enzyme is
157 IU/g of carrier. Using this immobilized enzyme, an experiment was conducted in the same manner as in Example 1 (the weight-based superficial velocity per unit activity was 6.85×
10 -4 , 1.37×10 -3 and 2.74×10 -3 hr -1 (IU/g)
-1 ). The results are shown in Table 1. Table 1 Glucose concentration in reaction solution (%) Superficial velocity (hr -1 ) Example 1 Comparative example 1 0.25 95.2 94.2 0.5 96.7 93.8 1.0 95.2 87.4 Example 2 Porous chitosan (trade name: Chitopal BCW3505, β-amylase (originated from soybean, manufactured by Nagase Sangyo Co., Ltd.) was immobilized using a conventional method. The expression activity of the obtained immobilized β-amylase was 230 IU/g-carrier. This immobilized β-amylase was packed into a glass column (diameter 27 mm, length 130 mm), and 25%
(w/w) of starch liquefied liquid (DE=7, PH6.0) at a temperature of 50℃, superficial velocity of 0.2, 0.5, 1.0 and
1.5hr -1 (weight superficial velocity per unit activity is 3.09×10 -4 , 7.73×10 -4 , 1.55×10 -3 and
The solution was continuously passed under various conditions of 2.32×10 −3 hr −1 (IU/g) −1 ). The results are shown in Table 2. Also, the sky velocity
Figure 1 shows the change in maltose content in the reaction solution over time when the solution was continuously passed through the reactor at 1.5 hr -1 . Comparative Example 2 β-amylase was immobilized in the same manner as in Example 2, using Duolite adsorption resin S-761 (manufactured by Diamond Shamlok Co., Ltd.) as a carrier. The expression activity of immobilized β-amylase is 198IU/
g-carrier. 10 ml of this immobilized enzyme was packed into a glass column in the same manner as in Example 2, and a 25% (w/w) starch liquefaction solution (DE=7, PH6.0) was used as a substrate at a temperature of 50°C.
superficial velocity 0.2, 0.5, 1.0 and 1.5hr -1 (weight based superficial velocity per unit activity is 3.59 x 10 -4 , respectively)
8.98×10 -4 , 1.80×10 -3 and 2.70×10 -3 hr -1
(IU/g) −1 ) The solution was continuously passed under each condition. The results are shown in Table 2. Table 2 Maltotate concentration in reaction solution (%) Superficial velocity (hr -1 ) Example 2 Comparative example 2 0.2 52.5 52.4 0.5 52.5 44.8 1.0 52.3 37.5 1.5 52.1 30.3 As is clear from Table 2 and Figure 1. According to the present invention, a higher amount of maltose can be produced at a higher superficial velocity than when using a conventional immobilized enzyme,
Moreover, almost no decrease in activity was observed even after 30 days, and the half-life was over 1 year. Example 3 Maltotetraose-producing amylase (originated from Pseudomonas stotzeri, specific activity
80.8IU/mg protein), and chitosan beads (product name: Chitopearl) as the immobilization carrier.
An immobilized enzyme was obtained using BCW3505 (manufactured by Fujibo Co., Ltd.). That is, 20g of carrier was mixed with 50mM Tris.
−20000 IU dissolved in 100 ml of the same buffer after thorough equilibration with HCl buffer (PH7.0)
of enzyme and shake back and forth for 1 hour at room temperature (300°C).
ml Erlenmeyer flask (120 strokes/min, 4cm width)
At the same time, the enzyme was immobilized on the carrier. Next, the mixture was filtered through paper and thoroughly washed with 10 mM Tris-HCl buffer (PH 7.0) until no protein was eluted, to obtain an immobilized maltotetraose-generating enzyme with an expression activity of 350 IU/g of carrier. Next, 10 ml of the maltotetraose-producing immobilized enzyme was filled into a glass column with a diameter of 27 mm and a length of 130 mm. Using 26.2% (w/w) starch liquefaction liquid (DE=7, PH7.2) as the substrate, temperature 45℃, superficial velocity
2.0, 5.0 and 10.0 hr -1 (weight based superficial velocity per unit activity is 2.42 x 10 -3 , 6.05 x 10 -3 and 1.21 x 10 -2 hr -1 (IU/g) -1 respectively). The liquid was continuously passed under the following conditions. The results are shown in Table 3. Further, Fig. 2 shows the change over time in the maltotetraose content in the reaction solution when the solution was continuously passed under the condition of a superficial velocity of 2.0 hr -1 . Comparative Example 3 10 g of immobilized maltotetraose-generating amylase (expression activity:
215 IU/g) was charged into the reactor, and 26.2% (w/w) starch liquefied liquid (DE=7, PH
7.2) at 24 ml/hr, temperature 45°C, superficial velocity 2.0, 5.0 and 10 hr -1 (weight based superficial velocity per unit activity is 3.48 x 10 -3 , 8.71 x 10 -3 and 1.74 x, respectively).
The liquid was continuously passed under the conditions of 10 -2 hr -1 (IU/g) -1 ). The results are shown in Table 3. Also, superficial velocity 2.0hr -1
Figure 2 shows the change in maltotetraose content in the reaction solution over time when the solution was continuously passed through the reactor. Table 3 Maltotetraose concentration superficial velocity (hr -1 ) in reaction solution Example 3 Comparative Example 3 2.0 44.5 42.6 5.0 44.1 37.2 10.0 41.7 31.5 As described above, according to the present invention, the conventional immobilized enzyme A higher purity maltotetraose can be obtained than when using . Comparative Example 4 Immobilized maltotetraose-producing amylase obtained in the same manner as in Example 3 (however, the expression activity
273IU/g) was charged into the reactor, and 10%
(w/w) starch liquefied liquid (DE=8.0, PH=6.8) at a temperature of 40℃ and a flow rate of 1.1ml/hr (the weight-based superficial velocity per unit activity is (6.83×10 -5 hr -1
(IU/g) -1 ) was continuously passed through the solution to obtain a reaction product.
The composition of this product is shown in Table 4. Comparative Example 5 Immobilized maltotetraose-producing amylase obtained in the same manner as in Example 3 (however, the expression activity
46.7IU/g) was charged into the reactor, and 30
% (w/w) of starch liquefaction liquid (DE=8.0, PH=6.8)
using conditions of temperature 40℃ and flow rate 210ml/hr (weight-based superficial velocity per unit activity is 2.29×10 -1 hr -1
(IU/g) -1 ) was continuously passed through the solution to obtain a reaction product.
The composition of this product is shown in Table 4. [Table] As shown above, when the weight-based superficial velocity per unit activity is smaller than 1×10 -4 hr -1 (IU/g) -1 and when the superficial velocity per unit activity is smaller than 2×10 -1 hr -1 (IU/g ) -1 , it can be seen that the yield of maltotetraose decreases in all cases. Example 4 Same as Example 1 except that pullulanase (derived from Curvesiella pneumoniae, specific activity 50 IU/mg-protein, manufactured by Amano Pharmaceutical Co., Ltd.), which is a branching enzyme, was used and phosphoric acid buffer with a pH of 6.0 was used. It was immobilized on Chitopearl BCW3505 using the method described above. The expression activity of the obtained immobilized pullulanase was 129IU/
g-carrier. Next, glass column 2 with a diameter of 10 mm and a length of 200 ml
Using a book, 4 ml of immobilized glucoamylase and 9.0 ml of immobilized pullulanase obtained by the above method (expression activity ratio: about 3:1) were mixed and filled. on the other hand,
A 30% (w/w) cornstarch liquefied liquid (DE=11, PH5.5) was used as the substrate at a temperature of 50°C and a superficial velocity of 0.25, 0.5 and 1.0 hr -1 (weight based superficial velocity per unit activity). are 2.48×10 -4 and 4.95×10 -3 respectively.
and 9.89×10 −4 hr −1 (IU/g) −1 ). The results obtained are shown in Table 5. Table 5 Glucose concentration in reaction product Superficial velocity (hr -1 ) Example 5 Example 5 0.25 95.8 95.2 0.5 97.3 96.7 1.0 96.1 95.2 As shown in the table, the complex immobilized enzyme system is better than the single immobilized enzyme system. The glucose concentration in the reaction product increased by about 1%. Example 5 10 ml of immobilized β-amylase obtained in the same manner as in Example 2 and 10 ml of immobilized pullulanase obtained in the same manner as in Example 4 were mixed (expression activity ratio: β-amylase: pullulanase = 2.1:1.0). and filled each. Using 25.0% (w/w) starch liquefaction liquid (DE = 7, PH 6.0) as a substrate, the temperature was 50°C and the flow rate was 15.
ml/hr (weight-based superficial velocity per unit activity is
The liquid was continuously passed under the conditions of 2.32×10 −3 hr −1 (IU/g) −1 ). Table 6 shows the sugar composition of the column effluent after 0, 15, and 30 days of operation. As shown in the table, the maltose purity of the complex immobilized enzyme system is approximately 10-12% higher than that of the single enzyme system containing only β-amylase.
Almost no decrease in activity was observed even after 30 days. Table 6 Change in maltose production amount over time Number of days over time Single enzyme system Combined enzyme system 0 53.0% 64.2% 15 51.8% 64.2% 30 50.1% 64.0% Example 6 Immobilized maltotetraose production obtained in the same manner as Example 3 Mix 10 ml of enzyme and 5 ml of immobilized pullulanase obtained in the same manner as in Example 3 (expression activity ratio, β
- amylase: pullulanase = 4.1) and filled respectively. Using 26.2% (w/w) starch liquefied liquid (DE = 7, PH 7.2) as a substrate, the temperature was 40°C and the flow rate was 24/hr (weight-based superficial velocity per unit activity was 4.06 × 10 -3 hr). -1 (IU/g) -1 ). Table 7 shows the sugar composition of the column effluent after 0, 15, and 30 days of operation. As shown in the table, the maltotetraose purity of the complex immobilized enzyme system is approximately 5% higher than that of the single enzyme system containing only the immobilized maltotetraose-generating enzyme, and there is almost no decrease in activity even after 30 days. I couldn't help it. Table 7 Change in the amount of maltotetraose produced over time Number of days over time Single enzyme system Combined enzyme system 0 45.2% 50.5% 15 44.0% 48.3% 30 42.9% 46.2% Reference example Maltotetraose producing amylase (originated from Pseudomonas stotzeri) as an enzyme , specific activity 80.1 IU/mg protein), and three types of carriers were used to obtain immobilized enzymes. Here, the three types of carriers are the first carrier according to the present invention, which is obtained by deacetylating natural polymer chitin, drying and pulverizing it, adding it to an aqueous solution of glutaraldehyde to crosslink it, and further using it as a spacer. Two volumes of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate having an aromatic functional group were added, treated at 30°C for 15 hours, and then washed with acetone (hereinafter referred to as carrier-1). The second one was crosslinked in the same manner as above, and then hexamethylene diisocyanate having an aliphatic functional group was similarly introduced as a spacer (hereinafter referred to as carrier-2). Furthermore, the third one was crosslinked in the same manner as above, but without introducing a spacer (hereinafter referred to as carrier-3). 200IU of enzyme per 0.2g of carrier in 50ml of pH7.0
Add 2.0 ml of M phosphate buffer to a 50 ml Erlenmeyer flask and incubate for 1 hour at room temperature for 120 strokes.
The enzyme was immobilized on the carrier while shaking at a width of 4 cm. Next, this was filtered to remove the filtrate, and further 10
The immobilized enzyme was obtained by washing thoroughly with mM phosphate buffer (PH 7.0) until no protein flows out. Regarding this immobilized enzyme, the apparent immobilization rate and the expression activity of the immobilized enzyme were measured by the following method. The apparent immobilization rate is determined by adding 0.5% reduced soluble starch solution to 0.1 ml of the supernatant diluted 300 times.
Add 0.5ml and 0.4ml of 50mM phosphate buffer (PH7.0) and react at 40℃ for 10 minutes to remove the produced reducing sugar.
The enzyme activity in the supernatant was determined by the Somogyi-Nelson method and determined by the following formula. Added enzyme activity - enzyme activity in supernatant/added enzyme activity x 100 The results are shown in Table 8. As is clear from the table,
The immobilized enzyme using Carrier-1 and Carrier-2 according to the present invention has a high immobilization rate and extremely excellent activity. On the other hand, carrier-3, in which only crosslinking was performed, gave unsatisfactory results, demonstrating that the prediction that chitosan would be a good carrier for maltooligosaccharide-producing amylase does not hold true. 【table】

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は実施例2における反応液中のマルトー
ス含量の経時変化を示し、第2図は実施例3およ
び比較例3における反応液中のマルトテトラオー
ス含量の経時変化を示す。
FIG. 1 shows the change over time in the maltose content in the reaction solution in Example 2, and FIG. 2 shows the change over time in the maltotetraose content in the reaction solution in Example 3 and Comparative Example 3.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 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
を導入した多孔質キトサンに固定化したアミラー
ゼを澱粉液化液に作用させることを特徴とする澱
粉糖の製造法。 2 アミラーゼがグルコアミラーゼ、β−アミラ
ーゼおよびマルトオリゴ糖生成アミラーゼのいず
れかである特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 澱粉がコーンスターチである特許請求の範囲
第1項または第2項記載の方法。 4 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
を導入した多孔質キトサンに固定化したアミラー
ゼを固定化枝切り酵素と共に澱粉液化液に作用さ
せることを特徴とする澱粉糖の製造法。 5 アミラーゼがグルコアミラーゼ、β−アミラ
ーゼおよびマルトオリゴ糖生成アミラーゼのいず
れかである特許請求の範囲第4項記載の方法。 6 澱粉がコーンスターチである特許請求の範囲
第4項または第5項記載の方法。 7 枝切り酵素がバチルス・アシドプルリテイカ
スまたはクレブシエラ・ニユーモニア起源のプル
ラナーゼもしくはシユードモナス・アミロデラモ
サまたはシトフアーガ属微生物起源のイソアミラ
ーゼである特許請求の範囲第4〜6項のいずれか
に記載の方法。
[Scope of Claims] 1 Natural polymeric chitin is deacetylated and then crosslinked with dicarboxylic acid, dialdehyde, diisocyanate, etc. to impart acid resistance, and further aliphatic or aromatic functional groups are added as a spacer. A method for producing starch sugar, characterized in that amylase immobilized on porous chitosan into which a group has been introduced is allowed to act on a starch liquefaction liquid. 2. The method according to claim 1, wherein the amylase is any one of glucoamylase, β-amylase, and maltooligosaccharide-producing amylase. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the starch is cornstarch. 4 Porous material made by deacetylating natural polymer chitin and then crosslinking with dicarboxylic acid, dialdehyde, diisocyanate, etc. to impart acid resistance, and further introducing functional groups such as aliphatic or aromatic groups as spacers. A method for producing starch sugar, characterized in that amylase immobilized on chitosan is allowed to act on a starch liquefaction liquid together with an immobilized debranching enzyme. 5. The method according to claim 4, wherein the amylase is any one of glucoamylase, β-amylase, and maltooligosaccharide-producing amylase. 6. The method according to claim 4 or 5, wherein the starch is cornstarch. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the debranching enzyme is pullulanase originating from Bacillus acidopluriticus or Klebsiella pneumonia, or isoamylase originating from Pseudomonas amylodermosa or a microorganism of the genus Cytophaga.
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