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JP4588205B2 - キチンオリゴ糖製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業の属する技術分野】
本発明は、キチンオリゴ糖の製造方法およびその方法で得られた高重合度オリゴマーの組成比が高いキチンオリゴ糖に関する。
【0002】
【従来の技術】
キチンは無脊椎動物を中心に広く分布する天然多糖であり、その資源量はセルロースに次ぐものといわれて有効利用が期待されている。しかし、キチンは水をはじめ一般的な有機溶剤にも不溶であることから利用性が低く、存在する資源の一部のみがキトサン原料等へ利用されているに過ぎない。キチンはN−アセチルグルコサミンがグリコシド結合で直鎖状に連なった分子量が数百万とも見積もられる高分子であるが、部分的にこのグリコシド結合を分解した少糖類(オリゴマー)、特に6糖以下程度のものは水へ溶解することが知られている。また、これらのキチンオリゴマーは抗腫瘍活性、免疫賦活活性などの生理活性を示すことが知られ健康食品等に利用されている。
【0003】
これらの生理活性は5糖、6糖以上といった水溶性を示すオリゴマーの中で比較的重合度の高い成分に強い活性を示しているが、これらを効率的に製造するのは極めて困難である。何故ならば通常工業的製法に用いられる濃塩酸による酸分解の手法では完全に反応を進ませると単糖しか得られず、比較的オリゴマー成分が多いところで反応を中断してオリゴマーを得ている。この場合には、低重合度のオリゴマーほど多く生成し、分解が十分でないキチンは不溶部として除かれるため収率も40〜50%が限度であり、本来オリゴマーとは呼べない単糖が30〜40パーセントも含まれる。さらに反応の初期に処理を中断すればいくらかオリゴマー成分の比率が増加するがこの場合には収率が極端に減少するのを避けられない。
【0004】
また、酵素を利用した製造法も検討されているがキチンが水に溶けない高分子であるため酵素反応の効率が悪いうえ、現在知られているキチン分解酵素のほとんどはキチンを2糖単位で切り出すため高重合度のオリゴマーを得ることは困難である。
キチンオリゴマー各成分はクロマトグラフィー的手法を用いれば各成分の精製や濃縮も可能であるが、もともと低含量の成分を濃縮するのは効率が悪く、またコストも極端に増大する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来と同等のオリゴマー組成の製品の大幅に収率を改善した製造方法の提供を目的とする。
本発明は、高い生理活性を有することが期待できるキチンオリゴマーを低コストで提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料であるキチンの酸加水分解に際し、多価酸と塩酸を同時に使用して限定加水分解をすることを特徴とするキチンオリゴ糖の製造方法を要旨としている。
【0008】
上記の多価酸が硫酸であり、その場合、本発明は、原料であるキチンの酸加水分解に際し、硫酸と塩酸を同時に使用して限定加水分解をすることを特徴とするキチンオリゴ糖の製造方法を要旨としている。
【0009】
上記の多価酸がりん酸であり、その場合、本発明は、原料であるキチンの酸加水分解に際し、りん酸と塩酸を同時に使用して限定加水分解をすることを特徴とするキチンオリゴ糖の製造方法を要旨としている。
【0010】
また、本発明は、上記いずれかの方法で製造された高重合度オリゴマーの組成比が高いキチンオリゴマー混合物を要旨としている。
【0011】
さらにまた、本発明は、上記のキチンオリゴマー混合物を含有する組成物を要旨としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
用いるキチンの由来、形状は特に限定されないが迅速な分散を期待する場合には良く粉砕された微粒のキチンが好ましい。
【0013】
2種類以上の酸、好ましくは多価酸と塩酸の組み合わせからなる2種類以上の酸を使用する。反応溶液は塩酸と多価酸を含んでいれば良く酸の種類、混合する酸の数は特に限定されないが、好ましくは多価酸は硫酸またはリン酸を使用する。濃度も特に限定されないため少量の水で希釈して利用することが可能で例えば濃塩酸:硫酸:水=100:1〜100:1〜100、好ましくは100:10〜20:1〜10であり、例えば水は多すぎると酸濃度が薄くなり、多価酸は多くかると、中和にアルカリを多く要するなど好ましくないので、最小限用いるのがよい。75:6:4は好ましい配合の一つである。
【0014】
また反応液およびキチンを混合する手順についても特に限定されないが好ましくはあらかじめ混合した反応液に冷時キチンを加える方法で混合される。キチンに対する反応液の量はキチンが十分に分散できれば良く、反応停止時の中和に伴うアルカリの使用量を減じるためにはなるべく少量が望ましく、好ましくはキチン1gに対して15ml〜20mlの比率が用いられる。
【0015】
反応の初期にはキチンが撹拌によって十分に分散または溶解できるまで低温で処理することが望ましく、0〜20℃が好ましく、さらに好ましくは5〜15℃が望ましいが100℃以下であれば特に制限はされない。キチンが反応液に十分に分散された後、反応液は撹拌を維持しながら0〜100℃の範囲で目的の温度に加熱し30分から10時間まで目的の時間処理を継続する。
【0016】
反応温度と時間は組み合わせ方が重要で目標とするキチンオリゴマーの組成、又は収率に応じて調整される。低温では処理時間を長く、高温では短く調整されるが特に脱アセチル化の副反応を避けたい場合には4時間以下の時間で処理され、この時の温度は25℃以上であることが望ましい。例えば30℃で2.5時間の組み合わせは好ましい組み合わせの一つである。
【0017】
反応の停止は任意のアルカリによる中和で実施されるが通常は水酸化ナトリウム溶液等安価なアルカリで中和される。また、中和による加熱を避けるため一般的には中和前に反応液、中和用アルカリを冷却して中和熱の発生をさけるが本法でも同様の処理は有効である。また同様の理由で反応液を水、氷で希釈してから中和することが望ましい。
【0018】
中和によって生成する塩は使用した酸とアルカリに応じて異なり、食塩の他に硫酸ナトリウムやリン酸ナトリウムなどが含まれるが、これらは一般的な脱塩装置で除去が可能でこの目的では電気透析が汎用される。
【0019】
得られたキチンオリゴマー溶液は目的に応じてそのまま利用することも可能であり、濃縮することも完全に乾燥して粉体として利用することも可能である。さらにRO膜、限外濾過膜などの膜分画を利用して組成の調整やより高度な精製も可能であり、一般的なクロマトグラフィー的手法で各成分を濃縮および精製して用いることも可能である。こうした精製等を行うに当っても従来製品より重合度の高いオリゴマーを含む比率が高いため、収率、効率が高く、また、高重合度オリゴマーを高度に濃縮した高品質な製品を得ることができる。
【0020】
【作用】
本発明の方法で製造されるオリゴマーは単糖の生成こそ避けられないものの重合度の高いオリゴマー成分を高含量で含んでいる。本発明の方法は、製造条件をコントロールすることにより、2糖より3糖が、3糖より4糖が多く含有されるオリゴマーを製造することができ、より好適な条件を選ぶことにより5糖が最大で4,6糖を同レベルで含有するオリゴマーを製造することができる。またこの場合においても収率が従来の製法より劣ることはない。現在知られる他の手法においては、何ら組成を調整する操作を行わずに高重合度オリゴマー成分を高度に含んだキチンオリゴマー製品を得ることはできない。
また、本発明の方法では従来の塩酸のみの分解ではほとんど得られなかった7糖以上の成分も含有する。このため本発明の方法を用いることにより、低コストで高い生理活性を有することが期待できるキチンオリゴマーを提供することができる。
【0021】
本発明で用いられる加水分解反応は従来の塩酸のみからなる反応に比べグリコシド結合の開裂に極めて強い作用を与えることが可能で、この場合にはより低温、短時間で処理が完了できるため製造効率を上昇させるばかりでなく副反応の脱アセチル化も抑制することが可能である。これより、脱アセチル化という副反応によって生成する副生成物を除去する工程である陽イオン交換樹脂による処理は必ずしも必要ではなくコスト的にも有利な方法である。また、条件をコントロールすることで従来と同等のオリゴマー組成の製品を製造も可能であり、その場合には大幅に収率の改善をはかることができる。
【0022】
【実施例】
本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【0023】
実施例1
濃塩酸150ml、濃硫酸13ml、水7mlを混合し、氷冷下撹拌しながらキチン粉末(80メッシュパス)10gを徐々に加え撹拌を20分間継続した。反応槽を30℃に保たれた水浴中に移動し2.5時間撹拌を継続した。100gの氷中に反応液を投入し、水100mlを加え撹拌しながら20%水酸化ナトリウム溶液を液が中性となるまで徐々に加え中和によって反応を停止した。未分解のキチンが十分に沈殿するまで室温で一夜放置し、ろ過により沈殿を除いた。ろ液は脱塩装置(旭化成 Micro Acilyzer G3)により脱塩処理し、減圧濃縮ののち凍結乾燥して重量を測定した。得られたオリゴマー組成はHPLC(Asahipack NH2P-50 4E)により単糖28.8%、2糖10.3%、3糖11.7%、4糖13.8%、5糖14.0%、6糖12.1%、7糖6.7%、8糖2.3%、9糖0.4%。収率は55.4%であった。
【0024】
実施例2
濃塩酸150ml、濃硫酸12ml、水8mlを混合し、水浴で10℃に保ちながら撹拌し、キチン粉末(80メッシュパス)10gを徐々に加え撹拌を30分間継続した。反応槽を34℃に保たれた水浴中に移動し3時間撹拌を継続した。100gの氷中に反応液を投入し、水100mlを加え撹拌しながら20%水酸化ナトリウム溶液を液が中性となるまで徐々に加え中和によって反応を停止した。未分解のキチンが十分に沈殿するまで室温で一夜放置し、ろ過により沈殿を除いた。ろ液は脱塩装置(旭化成 Micro Acilyzer G3)により脱塩処理し、減圧濃縮ののち凍結乾燥して重量を測定した。得られたオリゴマー組成はHPLC(Asahipack NH2P-50 4E)により単糖26.7%、2糖13.7%、3糖14.0%、4糖13.9%、5糖13.4%、6糖10.4%、7糖5.5%、8糖2.0%、9糖0.3%。収率は73.0%であった。
【0025】
実施例3
濃塩酸15mlに水浴で10℃に保ち撹拌しながらキチン粉末(80メッシュパス)1gを徐々に加え撹拌を15分間継続した。反応槽を40℃に保たれた水浴中に移動し10分撹拌後、濃硫酸1.6ml、水0.4mlを加え1.4時間撹拌を継続した。10gの氷中に反応液を投入し、水10mlを加え撹拌しながら20%水酸化ナトリウム溶液を液が中性となるまで徐々に加え中和によって反応を停止した。未分解のキチンが十分に沈殿するまで室温で一夜放置し、ろ過により沈殿を除いた。ろ液は脱塩装置(旭化成 Micro Acilyzer G3)により脱塩処理し、減圧濃縮ののち凍結乾燥して重量を測定した。得られたオリゴマー組成はHPLC(Asahipack NH2P-50 4E)により単糖28.1%、2糖9.4%、3糖11.4%、4糖13.4%、5糖13.0%、6糖11.0%、7糖7.4%、8糖4.0%、9糖1.7%、10糖0.5%。収率は61.1%であった。
【0026】
実施例4
濃塩酸30ml、リン酸2.4ml、水1.6mlを混合し、氷冷下撹拌しながらキチン粉末(80メッシュパス)2gを徐々に加え撹拌を15分間継続した。反応槽を35℃に保たれた水浴中に移動し2.5時間撹拌を継続した。30gの氷中に反応液を投入し、水30mlを加え撹拌しながら20%水酸化ナトリウム溶液を液が中性となるまで徐々に加え中和によって反応を停止した。未分解のキチンが十分に沈殿するまで一夜放置し、ろ過により沈殿を除いた。ろ液は脱塩装置(旭化成 Micro Acilyzer G3)により脱塩処理し、減圧濃縮ののち凍結乾燥して重量を測定した。得られたオリゴマー組成はHPLC(Asahipack NH2P-50 4E)により単糖19.0%、2糖9.3%、3糖11.8%、4糖14.3%、5糖14.7%、6糖13.8%、7糖9.3%、8糖5.5%、9糖2.3%。収率は52.0%であった。
【0027】
比較例
濃塩酸10mlを40℃で撹拌しながらキチン粉末(80メッシュパス)1gを徐々に加え2時間撹拌を継続した。10gの氷中に反応液を投入し、水10mlを加え撹拌しながら20%水酸化ナトリウム溶液を液が中性となるまで徐々に加え中和によって反応を停止した。未分解のキチンが十分に沈殿するまで一夜放置し、ろ過により沈殿を除いた。ろ液は脱塩装置(旭化成 Micro Acilyzer G3)により脱塩処理し、減圧濃縮ののち凍結乾燥して重量を測定した。得られたオリゴマー組成はHPLC(Asahipack NH2P-50 4E)により単糖33.1%、2糖18.2%、3糖15.3%、4糖11.6%、5糖8.6%、6糖6.3%、7糖4.0%、8糖2.2%、9糖0.7%。収率は44.8%であった。
【0028】
【発明の効果】
高重合度オリゴマー成分を高度に含んだキチンオリゴマー製品を提供することができる。
従来と同等のオリゴマー組成の製品の収率を大幅に向上できる。
低コストで高い生理活性を有することが期待できるキチンオリゴマーを提供することができる。

Claims (5)

  1. 原料であるキチンの酸加水分解に際し、多価酸と塩酸を同時に使用して限定加水分解をすることを特徴とするキチンオリゴ糖の製造方法。
  2. 上記の多価酸が硫酸である請求項のキチンオリゴ糖の製造方法。
  3. 上記の多価酸がりん酸である請求項のキチンオリゴ糖の製造方法。
  4. 請求項1、2、またはの方法で製造された高重合度オリゴマーの組成比が高いキチンオリゴマー混合物。
  5. 請求項のキチンオリゴマー混合物を含有する組成物。
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