Kim, Jong-Hwa;Lee, Tae-Kyoo;Yang, Hee-Cheon;Oh, Deok-Kun
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.25
no.2
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pp.212-217
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1997
A strain of Bacillus sp. WS-14 was isolated from soil. Medium optimization for ${\beta}-mannanase$ production by Bacillus sp. WS-14 was performed. Effect of various carbon sources on ${\beta}-mannanase$ production was investigated and locust bean gum was the most effective for ${\beta}-mannanase$ production. ${\beta}-mannanase$ activity and cell growth increased with increasing the concentration of locust bean gum, however, the amounts were not significant. Among nitrogen sources, soytone was the most effective for ${\beta}-mannanase$ production. Inorganic compounds such as $KH_2PO_4,\;NaCl\;Na_2CO_3\;and\;MgSO_4{\cdot}7H_2O\;on\;{\beta}-mannanase$ production were optimized for ${\beta}-mannanase$ production. Locust bean gum of 10.0 g/l, soytone of 5.0 g/l, $KH_2PO_4$ of 2.0 g/l, NaCl of 10.0 g/l, $MgSO_4{\cdot}7H_2O\;of\;0.2\;g/l,\;Na_2CO_3$, of 2.0 g/l were selected as optimum content. Production of ${\beta}-mannanase$ by using the optimum medium was carried out. The maximum ${\beta}-mannanase$ activity of 20.8 unit/ml could be obtained after 14 h fermentation which corresponed to the productivity of ${\beta}-mannanase$ of 1.48 unit/ml-h.
Medium optimization for ${\beta}$-mannanase production by Aspergillus oryzae ATCC 2114 was performed. Effect of carbon source (locust bean gum) concentration on ${\beta}$-mannanase production was investigated. Above 20 g/L locust bean gum, a lag time for ${\beta}$-mannanase production was appeared because high concentration of locust bean gum caused high viscosity which made the mixing of medium poor. As the locust bean gum concentration in the medium increased, ${\beta}$-mannanase activity and cell growth increased proportionally. Effect of various nitrogen sources on ${\beta}$-mannanase production was also studied. (NH4)2SO4 and malt extract were the most effective for ${\beta}$-mannanase production among the inorganic nitrogenous compounds and organic nitrogen nutrients. Inorganic compounds such as KH2SO4, NaCl, Na2CO3, and MgSO4, on ${\beta}$-mannanase production were optimized for ${\beta}$-mannanase production. Locust bean gum of 10 g/L, malt extract of 3 g/L, (NH4)2SO4 of 2 g/L, KH2SO4, of 10 g/L were selected as the optimal medium. Culture in a fermentor by using the optimal medium was carried out. Lag time of ${\beta}$-mannanase production was shorter due to the better mixing of the fermentor. The maximum ${\beta}$- mannanase activity of 9.7 unit/mL and specific ${\beta}$-mannanase activity of 1.9 unit/mg-cell could be obtained at 27 hours and the productivity of ${\beta}$-mannanase was 0.36 unit/mL$.$h.
A bacterium producing the extracellular mannanase was isolated from Korean formented food and has been identified as a member of the genus Bacillus from the result of the phylogenic analysis based on partial 165 rRNA sequences. The isolate, named Bacillus sp. WL-3, was shown to be similar to B. subtilis strain on the basis of its biochemical properties. The mannanase of culture supematant was the most active at $55^{\circ}C$ and pH 6.0. The additional carbohydrates including u-cellulose, avicel, oat spelt xylan, guar gum and locust bean gum (LBG) increased the mannanase productivity. Especially, the maximum mannanase productivity was reached 65.5 U/ml in LB medium supplemented with 0.5% (w/v) LBG, which was 131-folds more than that in LB medium. It was sug-gested that the increase of mannanase production was owing to induction of mannanase biosynthesis by LBG hydrolysates transported following initial hydrolysis by extracellular mannanase during the cell growth. The molec-ular weight of WL-3 mannanase was estimated to approximately 38.0 kDa by zymogram on SDS-PAGE.
A gene coding for mannanase (manA) from Bacillus subtilis was introduced into a shuttle vector pGK12 between Escherichia coli, B. subtilis and Lactobacillus paracasei. As a result of transferring the resultant plasmid, designated pGK12M3, into three different strains, the manA gene was found to be expressed in L. paracasei as well as in B. subtilis and E. coli. In a 4 L fermentor culture, the production of mannanase by recombinant L. paracasei (pGK12M3) reached a maximum level of 5.4 units/ml in an MRS medium with a fixed pH 6.5. Based on the zymogram of mannanase, it is assumed that mannanase produced by recombinant L. paracasei is not maintained stably with proteolytic degradation. The optimal temperature and thermostability of mannanase produced by recombinant L. paracasei were also found to be different from those of enzymes produced by B. subtilis.
A gene encoding the mannanase of Bacillus subtilis WL-3, which had been isolated from Korean soybean paste, was cloned into Escherichia coli and the nucleotide sequence of a 2.7-kb DNA fragment containing the mannanase gene was subsequently determined. The mannanase gene, designated manA, consisted of 1,080 nucleotides encoding a polypeptide of 360 amino acid residues. The deduced amino acid sequence was highly homologous to those of mannanases belonging to glycosyl hydrolase family 26. The manA gene was strongly expressed in B. subtilis 168 by cloning the gene downstream of a strong B. subtilis promoter of plasmid $pJ27{\Delta}88U$. In flask cultures, the production of mannanase by recombinant B. subtilis 168 reached maximum levels of 300 units/ml and 450 units/ml in LB medium and LB medium containing 0.3% locust bean gum, respectively. Based on the zymogram ofthe mannanase, it was found that the mannanase produced by recombinant B. subtilis could be maintained stably without proteolytic degradation during the culture time.
A bacterial strain producing high levels of an extracellular ${eta}$-mannanase and intracellular ${eta}$-mannosidase and ${alpha}$-galactosidase was isolated from soil. The strain isolated was identified as a strain of Sporolactobacillus sp. and designated as Sporolactobacillus sp. M20l. Synthesis of ${eta}$-mannanase by Sporolactobacillus sp. M20l was induced by sucrose, maltose, or locust bean gum. The highest induction rate was obtained with 2% locust bean gum added to the culture medium as a sole carbon source. On the other hand, induction of ${eta}$-mannosidase was observed only with locust bean gum. The optimal media for the enzyme production were established as follows: for ${eta}$-mannanase; 2% locust bean gum, 0.5% peptone, 0.2% KH$_2$PO$_4$, 80 mg/l MgSO$_4$, and 8 mg/l ZnSO$_4$ (pH 6.0), and for ${eta}$-mannosidase; 2% locust bean gum, 0.5% yeast extract, 0.2% KH$_2$PO$_4$, 80 mg/l MgSO$_4$, and 8 mg/l ZnSO$_4$ (pH 5.0). The optimal culture temperatures for production of ${eta}$-mannanase and ${eta}$-mannosidase were found to be 37$^{\circ}C$ and 3$0^{\circ}C$, respectively. Under the optimal culture conditions, the production of ${eta}$-mannanase and ${eta}$-mannosidase reached the highest levels of 10.6 units/ml and 1.35 units/ml after 30 h and 24 h cultivation, respectively.
In the acidic LB plate, a bacterial strain was isolated from homemade soybean paste as a producer of the extracellular mannanase. The isolate YB-1402, which was a Gram-positive rod-shaped bacterium with spore, has been identified as Bacillus amyloliquefaciens on the basis of its 16S rDNA sequence and biochemical properties. Maximum mannanase productivity of the isolate YB-1402 was reached approximately 150 U/ml in LB broth supplemented with konjac (3.0%). The molecular mass of YB-1402 mannanase was estimated to approximately 38.0 kDa by zymogram of the culture filtrate on SDS-PAGE. The mannanase of culture filtrate was the most active at $55^{\circ}C$ and pH 5.5. The mannanase activity was completely maintained after pre-incubation at pH 3.0 to 10.0 for 1 h. The predominant products resulting from the mannanase hydrolysis were mannose, mannobiose and mannotriose for LBG or mannooligosaccharides. The enzyme could hydrolyze mannooligosaccharides larger than mannobiose.
A bacterium producing the extracellular mannanase was isolated from Korean soybean paste. The isolate WL-7 has been identified as Bacillus subtiis on the basis on its 16S rRNA sequence, fatty acid composition, morphology and biochemical properties. The mannanase of culture supernatant was the most active around $55^{\circ}C$ and pH $6.0^{\circ}C$, and retained 90% of its maximum activity at range of pH 5.0∼7.5 and $50∼60^{\circ}C$. The additional carbohydrates including lactose, $\alpha$-cellulose, avicel, locust bean gum (LBG), wheat bran and konjak increased dramatically the mannanase productivity of strain WL-7. Especially, the maximum mannanase productivity was reached to 224 U/ml in LB medium supplemented with both 0.5% LBG and 0.5% konjak, which was approximately 200-folds more than that in LB medium. It was suggested that the increase of mannanase production was owing to induction of mannanase biosynthesis by both LBG and konjak hydrolysates transported following initial hydrolysis by extracellular mannanase during the cell growth.
A bacterial strain capable of hydrolyzing xylan and locust bean gum (LBG) was isolated from the Saemangeum tideland of Korea. Based on the biochemical properties and the 16S rRNA gene sequence, the isolate YB-30 was identified as Bacillus subtilis. Xylanase productivity was increased effectively when B. subtilis YB-30 was grown in the presence of wheat bran, while mannanase productivity was increased drastically when grown in the presence of konjac or LBG. Particularly, maximum mannanase and xylanase activities were detected in the culture filtrate of media containing 3.5% konjac and 1% wheat bran. Both enzyme productivities reached maximum levels in the stationary growth phase. The culture filtrate exhibited the highest activity at 60℃ and pH 6.0 for mannanase and at 55℃ and pH 5.5 for xylanase, respectively. Both enzymes were not stable at high temperatures and xylanase was less stable than mannanase. In addition, wheat bran was hydrolyzed to liberate reducing sugar to a greater extent than rice bran by the culture filtrate because the wheat bran contained more arabinoxylan than the rice bran. Hence, xylanase and mannanase produced by B. subtilis YB-30 have a potential use as feed additive enzymes.
A Bacillus strain capable of hydrolyzing locust bean gum was isolated as a producer of extracellular mannanase by way of an enrichment culture in an acidic medium from homemade soybean pastes. The isolate YB-1401 showed a biochemical identity of 61.1% with Brevibacillus laterosporus, while the nucleotide sequence of its 16S rDNA had the highest similarity with that of Bacillus amyloliquefaciens. The mannanase productivity of the Bacillus sp. YB-1401 was drastically increased by mannans. Particularly, maximum mannanase productivity was reached at approximately 265 U/ml in LB medium supplemented with konjac glucomannan (4.0%). The mannanase was the most active at $55^{\circ}C$ and pH 5.5. Mannanase activity was completely maintained after pre-incubation at pH 3.5 to 11.0 for 1 h. The predominant products resulting from the mannanase hydrolysis were mannobiose and mannotriose for LBG, guar gum or mannooligosaccharides. A small amount of mannose was also detected in the hydrolyzates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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