A thermophilic bacterium producing the extracellular cellulase-free xylanase was isolated from soil and has been identified as Bacillus sp. The optimal growth temperature was 50$\circ$C and the optimal pH, 7.0. Under the optimal growth condition, maximal xylanase production was 2.2 units/ml in the flask culture. The enzyme production was induced by xylan and xylose, but was repressed by sucrose or trehalose. The partially purified xylanase was most active at 70$\circ$C. It was found that the enzyme was stable at 65$\circ$C for 10 hours with over 75% of the activity. The enzyme was most active at pH 7.0 and retained 90% of its maximum activity between pH 5.0 and pH 9.0 though Bacillus sp. was not grown on alkaline conditions (>pH 8.0). In addition, the activity of xylanase was over 60% at pH 10.0. At the ambient temperature, the enzyme was stable over a pH range of 5.0 to 9.0 for 10 h, indicating that the enzyme is thermostable and alkalotolerant. The activity of xylanase was completely inhibited by metal ions including Hg$^{2+}$ and Fe$^{2+}$, while EDTA, phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), $\beta$-mercaptoethanol and SDS didn't affect its activity. The enzyme was also identified to exert no activity on carboxymethylcellulose, laminarin, galactomannan, and soluble starch.
The characterization of a partially purified, cellulase-free, thermostable alkaline xylanase from thermoalkalophilic Bacillus sp. JB-99 was investigated. The xylanase production was the highest when birchwood xylan was added to a medium containing finely powdered rice bran, showing 4,826 IU$ml^-1$ of activity for 15 h of incubation. The partially purified xylanase exhibited an optimum temperature and pH at $70^C{\circ}$ and 10, respectively. The enzyme was stable at pH 5-11 at $50^C{\circ}$. The xylanase activity was strongly inhibited by $Hg^2+$, while dithiothreitol, cysteine, and ${\beta}$-mercaptoethanol enhanced the activity.
A novel xylanase gene, Kxyn, was cloned from Kocuria sp. Mn22, a bacteria isolated from the deep sea of the east Pacific. Kxyn consists of 1,170 bp and encodes a protein of 390 amino acids that shows the highest identity (63%) with a xylanase from Thermohifida fusca YX. The mature protein with a molecular mass of approximately 40 kDa was expressed in Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant Kxyn displayed its maximum activity at $55^{\circ}C$ and at pH 8.5. The $K_m,\;V_{max}$, and $k_{cat}$ values of Kxyn for birchwood xylan were 5.4 mg/ml, $272{\mu}mol/min{\cdot}mg$, and 185.1/s, respectively. Kxyn hydrolyzed birchwood xylan to produce xylobiose and xylotriose as the predominant products. The activity of Kxyn was not affected by $Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Na^+,\;K^+$, ${\beta}$-mercaptoethanol, DTT, or SDS, but was strongly inhibited by $Hg^{2+},\;Cu^{2+},Zn^{2+}$, and $Pb^{2+}$. It was stable over a wide pH range, retaining more than 80% activity after overnight incubation at pH 7.5-12. Kxyn is a cellulase-free xylanase. Therefore, these properties make it a candidate for various industrial applications.
Our aim was to optimize the production of cellulase-free thermoactive xylanase by Aureobasidium pullulans CBS 135684 with statistical methodology based on experimental designs. Among eleven variables, the nutrient sources that had significant effect on xylanase production were corncob, $(NH_4)_2SO_4$, xylose, $KH_2PO_4$ and tween 80, identified by the initial screening method of Plackett-Burman. The optimum concentrations of these five components were subsequently investigated using response surface methodology. The optimal concentrations ($g{\cdot}l^{-1}$) for maximum production of xylanase were corncob, 39.0; $(NH_4)_2SO_4$, 3.0; xylose, 1.8; $KH_2PO_4$ 1.4; and tween 80, 1.4, respectively. An improved xylanase yield of $8.74{\pm}0.84U{\cdot}ml^{-1}$ was obtained with optimized medium which is 2.1-fold higher production than previously obtained results ($4.10{\pm}0.10U{\cdot}ml^{-1}$) after 48 h of cultivation. In addition, the xylanase production under optimal condition reached $10.09{\pm}0.27U{\cdot}ml^{-1}$ after 72 h of cultivation.
Kim, Dae-Joon;Yoon, Ki-Hong;Kim, Seung-Ho;Cho, Ki-Haeng;Min, Bon-Hong
BMB Reports
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제28권4호
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pp.348-352
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1995
A thermophilic Bacillus sp. strain KK-1 isolated from soil produced an extracellular xylanase. From the culture supernatant of Bacillus sp., the xylanase was purified to homogeneity by ammonium sulfate precipitation and DEAE-Sephadex A-50 chromatography. The molecular weight of the purified xylanase was estimated to be 45 kDa by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and gel permeation chromatography. The apparent $K_m$ values for xylanase, using oat spelt xylan and birchwood xylan as substrates, were 7.1 mg/ml and 3.2 mg/ml, and $V_{max}$ values were $27.0\;{\mu}mol{\cdot}min^{-1}{\cdot}mg^{-1}$ and $29.0\;{\mu}mol{\cdot}min^{-1}{\cdot}mg^{-1}$, respectively. The xylanase hydrolyzed oat spelt xylan to mostly xylobiose, xylotriose, and xylose. The amino acid composition indicated that the xylanase contained high amounts of amino add residues of glutamic acid and glutamine (Glx) and aspartic acid and asparagine (Asx).
An endocellulase-free multienzyme complex was produced by a thermophilic anaerobic bacterium, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum strain NOI-1, when grown on xylan. The temperature and pH optima for growth were $60^{\circ}C$ and 6.0, respectively. The bacterial cells were found to adhere to insoluble xylan and Avicel. A scanning electron microscopy analysis showed the adhesion of xylan to the cells. An endocellulase-free multienzyme complex was isolated from the crude enzyme of strain NOI-1 by affinity purification on cellulose and Sephacryl S-300 gel filtration. The molecular mass of the multienzyme complex was estimated to be about 1,200 kDa. The multienzyme complex showed one protein on native PAGE, one xylanase on a native zymogram, 21 proteins on SDS-PAGE, and 5 xylanases on a SDS zymogram. The multienzyme complex consisted of xylanase, ${\beta}$-xylosidase, ${\alpha}$-L-arabinofuranosidase, ${\beta}$-glucosidase, and cellobiohydrolase. The multienzyme complex was effective in hydrolyzing xylan and corn hulls. This is the first report of an endocellulase-free multienzyme complex produced by a thermophilic anaerobic bacterium, T. thermosaccharolyticum strain NOI-1.
An alkaliphilic bacterium, Bacillus sp. strain BK, was found to produce extracellular cellulase-free xylanolytic enzymes with xylan-binding activity. Since the pellet-bound xylanase is eluted with 2% TEA from the pellet of the culture, they contain a xylan-binding region that is stronger than the xylan-binding xylanase of the extracellular enzyme. The xylanases had a different molecular weight and xylan-binding ability. The enzyme activity of xylanase in the extracellular fraction was 6 times higher than in the pellet-bound enzyme. Among the enzymes, xylanase had the highest enzyme activity. When Bacillus sp. strain BK was grown in pH 10.5 alkaline medium containing xylan as the sole carbon source, the bacterium produced xylanase, arabinofuranosidase, acetyl esterase, and $\beta$-xylosidase with specific activities of 1.23, 0.11, 0.06, and 0.04 unit per mg of protein, respectively. However, there was no cellulase activity detected in the crude enzyme preparation. The hydrolysis of agricultural residues and kraft pulps by the xylanolytic enzymes was examined at 50$^{\circ}C$ and pH 7.0. The rate of xylan hydrolysis in com hull was higher than those of sugarcane bagasse, rice straw, com cop, rice husk, and rice bran. In contrast, the rate of xylan hydrolysis in sugarcane pulp was 2.01 and 3.52 times higher than those of eucalyptus and pine pulp, respectively. In conclusion, this enzyme can be used to hydrolyze xylan in agricultural residues and kraft pulps to breach and regenerate paper from recycled environmental resources.
This paper reports the production and characterization of crude xylanase from the newly isolated Humicola sp. Ly01. The highest (41.8 U/ml) production of the crude xylanase was obtained under the optimized conditions (w/v): 0.5% wheat bran, 0.2% $KH_2PO_4$, and 0.5% peptone; initial pH 7.0; incubation time 72 h; $30^{\circ}C$; and 150 rpm. A considerable amount of the crude xylanase was induced using hulless barley bran or soybean meal as the carbon source, but a small amount of the enzyme was produced when supplementary urea was used as the nitrogen source to wheat bran. The crude xylanase showed apparent optimal cellulase-free xylanase activity at $60^{\circ}C$ and pH 6.0, more than 71.8% of the maximum xylanase activity in 3.0-30.0% (v/v) ethanol and more than 82.3% of the initial xylanase activity after incubation in 3.0-30.0% (v/v) ethanol at $30^{\circ}C$ for 2 h. The crude xylanase was moderately resistant to both acid and neutral protease digestion, and released 7.9 and 10.9 ${\mu}mol/ml$ reducing sugar from xylan in the simulated gastric and intestinal fluids, respectively. The xylooligosaccharides were the main products of the hydrolysis of xylan by the crude xylanase. These properties suggested the potential of the crude enzyme for being applied in the animal feed industry, xylooligosaccharides production, and high-alcohol conditions such as ethanol production and brewing.
해삼은 고형분의 50% 이상이 단백질이며, 그 외 기능성 물질로써 사포닌, 뮤코다당류 등 다양한 생리활성 물질들을 보유하고 있다. 해삼 성분을 미생물의 효소로써 분해하기 위해 Bacillus 및 유산균 유래 각종 효소의 활성을 분석하였다. 분석된 균주 중에서, B. subtilis K26은 protease의 활성과 xylanase의 활성이 가장 높았으며, cellulase의 활성도 비교적 높은 것으로 나타났다. 따라서 해삼과 정제수를 동일 비율로 혼합하고 멸균한 후 B. subtilis K26를 접종하여 발효를 실시하였다. 그 결과 1.5-7.5시간에서 가장 높은 잔존 아미노산의 함량이 평가되었으며, 잔류고형분도 비교적 낮게 나타났고, 발효취도 적게 나타났다. 발효해삼분말을 부탄올로 추출하여 사포닌 함량을 측정한 결과 1.12 mg/g로 나타났다. Chondroichin sulfate 함량은 5.11 mg/g 생해삼으로 평가되었으며, 총 폴리페놀 함량은 6.95 mg gallic acid equivalent/g 생해삼, 총 플라보노이드 함량은 3.69 mg quercetin equivalent/g 생해삼 등으로 평가되었다. 발효해삼의 항산화효능은 0.59 mg ascorbic acid equivalent/g 생해삼으로 항산화능력이 우수한 것으로 평가되었다. 다른 한편으로 발효해삼액의 DNA 손상 보호효과는 발효액의 농도 의존적으로 생성되었으며, 매우 저 농도에서 매우 우수한 효과가 있는 것으로 평가되었다. 이상의 결과로 볼 때, 해삼발효액은 아미노산, 사포닌, 페놀류, 콘드로이친 황산, 플라보노이드류 등에 기인하여 우수한 항산화능력과 DNA 손상 방지능력이 있는 것으로 제의된다. 따라서, B. subtilis K26의 발효해삼액은 인체에 있어서 산화억제, 면역증강 및 근 개선 식품으로 가능성이 높은 것으로 추정된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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