糸状菌を用いた未利用資源からの直接発酵法による糖供給源としての有効利用

通过丝状真菌直接发酵，有效利用未使用的资源作为糖源

• 批准号: 15780057
• 负责人: 高田 悟郎
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15780057/
• 关键词: 希少糖; キシリトール; セルラーゼ; バイオマス; 未利用資源; 生ごみ処理機; Aspergillus aculeatus; UV変異; アラビノース; β-D-キシロシダーゼ; α-L-アラビノフラノシダーゼ; D-キシロース; L-アラビノース

本研究は糸状菌Aspergillus aculeatusを用いた未利用資源からの直接発酵法による糖供給源としての有効利用を目的として研究を行った。まず、未利用資源から効率よく単糖を蓄積させる試みとして本菌に紫外線を照射し糖代謝能力を欠損した変異株を得た。この変異株はD-キシロースに対する生育能力を持たず、キシリトールを蓄積する性質を示し、D-グルコースやL-アラビノースに対する生育能力は欠損していなかった。このことからキシリトールからD-キシルロースに変換する酵素遺伝子が破壊されたことが示唆された。研究に用いた糸状菌はでんぷんだけでなくセルロースやヘミセルロースといった難分解性バイオマスの分解能力に優れた微生物でありすでに種々の多糖分解酵素が同定されている。つぎに、ヘミセルロースを最終的に単糖にまで分解するのに必要な酵素である、L-アラビノフラノシダーゼおよびD-キシロシダーゼの遺伝子クローニングを目的として両酵素の同定および精製を行った。両酵素は別々に存在し、オリゴ糖にも作用し最終的に単糖を生成する事のできる重要な酵素であると結論した。変異株によって蓄積されるキシリトールはより付加価値が高く応用が期待できる希少糖に変換できることを明らかにした。L-キシルロースは医薬品への利用が期待されるL-キシロースの原料としてキシリトールからアルカリジェネス属細菌によって生産されできた。また、同様にバイオマスから生産可能なD-グルコースから希少糖であるD-プシコースおよびD-アロースの大量生産も可能であった。一方で、変異株を用いた直接発酵法による単糖の生産は最終産物であるキシリトールの蓄積量が少なく、酵母を用いたキシリトール生産に比べて実用性が低いと考えられたので糸状菌単独で直接発酵するよりも酵母を組合わせた方法がより効率よくキシリトールを生産できると考えられる。

本研究的目的是利用丝状真菌棘孢曲霉（Aspergillus aculeatus），通过直接发酵的方式有效利用未利用的资源作为糖源。首先，为了从未使用的资源中有效地积累单糖，我们用紫外线照射该细菌，获得了缺乏糖代谢能力的突变菌株。该突变菌株不具有在D-木糖上生长的能力，表现出积累木糖醇的特性，并且不缺乏在D-葡萄糖或L-阿拉伯糖上生长的能力。这表明将木糖醇转化为 D-木酮糖的酶基因被破坏。研究中使用的丝状真菌是不仅具有出色的降解淀粉能力的微生物，而且还具有降解纤维素和半纤维素等难降解生物质的能力，并且已经鉴定出多种多糖降解酶。接下来，我们鉴定并纯化了L-阿拉伯呋喃糖苷酶和D-木糖苷酶，它们是最终将半纤维素降解为单糖所必需的酶，目的是克隆这两种酶的基因。结论是，这两种酶单独存在，是也能作用于寡糖并最终产生单糖的重要酶。结果表明，突变菌株积累的木糖醇可以转化为具有更高附加值和应用潜力的稀有糖。 L-木酮糖是由产碱菌属细菌以木糖醇为原料生产的，作为L-木糖的原料，有望用于医药领域。此外，还可以从 D-葡萄糖大规模生产稀有糖 D-阿洛酮糖和 D-阿洛糖，这些稀有糖也可以用生物质生产。另一方面，使用突变菌株直接发酵法生产单糖被认为不如使用酵母生产木糖醇实用，因为最终产品木糖醇积累的量很少，因此我们决定单独使用丝状真菌据认为，结合酵母的方法可以比直接发酵更有效地生产木糖醇。

项目成果

Large scale production of d-allose from d-psicose using continuous bioreactor and separation system

• DOI: 10.1016/j.enzmictec.2005.08.014
• 发表时间: 2006-04
• 期刊: Enzyme and Microbial Technology
• 影响因子: 3.4
• 作者: K. Morimoto;Chang-Su Park;M. Ozaki;K. Takeshita;T. Shimonishi;T. Granström;Goro Takata;M. Tokuda-