生理活性キトサンオリゴ糖の効率的な生産プロセスの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14593001
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 向高 祐邦 筑波大学, 応用生物化学系, 教授 (10015662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 創作 筑波大学, 応用生物化学系, 講師 (00292516) ; 佐藤 誠吾 筑波大学, 応用生物化学系, 教授 (10205924)
• Keywords: キトサンオリゴ糖 / キトサナーゼ / 固定化酵素 / 充填層型バイオリアクター / Damkohler数 / バイオマス / 物質移動速度 / 多点結合法

Research Abstract

地球上に豊富に存在する天然資源キトサンの部分加水分解物であるキトサンオリゴ糖、特に5及び6糖が免疫機能亢進等の生理活性を有することが明らかとなり、これらオリゴ糖の効率的な生産技術の開発が望まれている。キトサンオリゴ糖は、キトサンを化学的に酸加水分解して得られるが、この方法では単糖であるD-グルコサミンが多量に生成し、オリゴ糖の収率は数%と極めて低い。このような背景から、本課題では反応の制御が容易な固定化酵素キトサナーゼを利用した効率的なキトサンオリゴ糖の生産プロセスの開発を目的として研究を行った。昨年度の酵素キトサナーゼの固定化技術の開発と目的オリゴ糖である5糖及び6糖の収率に対する操作因子の定量的評価に関する成果を受けて、今年度はキトサンオリゴ糖の5糖と6糖を効率的に連続生産するプロセスの開発を行った。5糖と6糖は、反応の中間生成物であるため、収率低下の原因となる軸方向の混合が小さな充填層型バイオリアクターを用いることとし、設計・製作を行った。このリアクターを用いて連続反応を行い、酵素の固定化密度および担体表面での物質移動が5糖と6糖の収率を及ぼすことを明らかにした。さらに、これらの因子の影響を担体表面における反応速度と物質移動速度の変化という反応機構的背景と関連づけて考察し、前年度回分反応で得られた相関と同様に無次元数Damkohler数により5糖と6糖の最大収率が相関できることを明らかにした。この相関から、最適な操作条件で5糖と6糖の連続生産を行った。その結果、約37%という高い収率で5糖と6糖を1ヶ月間連続生産することに成功した。1ヶ月間にわたり高収率でキトサンオリゴ糖の5糖と6糖を連続生産した例はこれまで報告されておらず、本研究によりキトサンオリゴ糖を効率的に連続生産する手法を具体的に示すことができた。

Research Products

• [Publications] T.Kuroiwa, S.Ichikawa, S.Sato, S.Mukataka: "Improvement of the Yield of Physiologically Active Oligosaccharides in Continuous Hydrolysis of Chitosan Using Immobilized Chitosanases"Biotechnology & Bioengineering. 84(1). 121-127 (2003)