JPH01179698A

JPH01179698A - マルトオリゴスクロースの製造方法

Info

Publication number: JPH01179698A
Application number: JP33527887A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okada; 猛岡田; Takeshi Hibino; 健日比野; Hirotoshi Ishizuka; 浩敏石塚; Masaaki Ito; 雅章伊藤; Hiroko Sahashi; 佐橋　裕子; Takeshi Saiga; 健雑賀
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1989-07-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】意栗上■程朋公国本発明はマルトオリゴスクロースの製造方法に関し、詳
しくは、デンプン、その組成画分や分解反応生成物とシ
ョ糖との混液からなる基質にサイクロデキストリン・グ
ルカノトランスフェラーゼを作用させ、所謂カップリン
グ反応によって生成したマルトオリゴスクロースを反応
系から限外濾過膜にて分離して、高生産性にてマルトオ
リゴスクロースを製造する方法に関する。

従米皇返貢マルトオリゴスクロースは、ショ糖を構成するグルコー
スの第４位の炭素にグルコースがα−１゜４結合によっ
て直鎖状に結合してなるオリゴ糖であって、ショ糖への
グルコースの結合数は、通常、１〜３である。

このマルトオリゴスクロースは、還元力をもたないので
、アミノ酸やタンパク質と共に蒸煮しても、メイラード
反応による着色が少なく、従って、着色を好まない食品
の甘味料として好適に用いることができる。また、この
オリゴ糖からは口内細菌が虫歯の原因となる粘着性デキ
ストランを生成する量が少ないので、虫歯予防甘味料と
しても利用されている。

従来、マルトオリゴスクロース（カップリング・シュガ
ーとも呼ばれる。）は、糖受容体、即ち、ショ糖の存在
下でサイクロアキス１−リン・グルカノトランスフェラ
ーゼとデンプンとを反応させて、デンプンの分解によっ
て生じたオリゴ糖を受容体の非還元性末端のα−１，４
結合で結合させる所謂カップリング反応を利用して製造
されている。しかし、この製造方法では、回分式反応で
あるために、得られた水飴中のマルトオリゴスクロース
の含有率が低く、また、水飴からマルトオリゴスクロー
スを分離するのに煩瑣な操作を必要とする。

更に、上記の方法によれば、転移率の制御が困難である
ほか、高価なサイクロデキストリン・グルカノトランス
フェラーゼを多量に消費するので、マルトオリゴスクロ
ースを低度に経済的に得ることができない。また、１バ
ツチごとに３０〜７２時間もの長い時間を必要とするの
で、生産性に著しく劣る。

そこで、上記のような従来のマルトオリゴスクロースの
製造及びその分離における問題を解決するために、サイ
クロデキストリン・グルカノトランスフェラーゼを担体
結合法、架橋法、包括法等の方法によって不溶性の担体
に固定化して固定化酵素とし、これを用いてマルトオリ
ゴスクロースを製造する方法が、例えば、特公昭５８−
１９２７６号公報に提案されている。しかし、この方法
によっても、水飴中のマルトオリゴスクロースの含有率
は高くならず、また、マルトオリゴスクロースの分離も
容易ではない。

発■が解決しようとする問題点本発明者らは、上記したような従来のマルトオリゴスク
ロースの製造及びその分離における問題を解決するため
に鋭意研究した結果、生成したマルトオリゴスクロース
を膜分離を利用して、迅速に反応系外に取り出すとき、
その収率が著しく向上し、特に、限外濾過膜にサイクロ
デキストリン・グルカノトランスフェラーゼを同定化し
、この限外濾過膜、即ち、酵素固定膜リアクターをデン
プン等の基質を含む原料液を透過させることによって、
基質をマルトオリゴスクロースに変換すると同時に、こ
れを反応系外に分離することができ、かくして、高い収
率にて高純度のマルトオリゴスクロースを得ることがで
きることを見出して、本発明に至ったものである。

５題屯を解決するための手段本発明によるマルトオリゴスクロースの製造方法は、デ
ンプン、デンプンの組成画分及びデンプンの分解反応生
成物から選ばれる少なくとも１種の物質とショ糖との混
液からなる基質にサイクロデキストリン・グルカノトラ
ンスフェラーゼを作用させ、生成したマルトオリゴスク
ロースを限外濾過膜にて分離することを特徴とする特に、本発明による好ましいマルトオリゴスクロースの
製造方法は、サイクロデキストリン・グルカノトランス
フェラーゼが固定化された限外濾過膜をデンプン、デン
プンの組成画分及びデンプンの分解反応生成物から選ば
れる少なくとも１種の物質とショ糖との混液からなる基
質を透過させて、基質をマルトオリゴスクロースに変換
すると同時に、膜透過液としてマルトオリゴスクロース
を含む溶液を得ることを特徴とする。

本発明においては、デンプンとしては、バレイショ、カ
ンショ、トウモロコシ、モチトウモロコシ、大麦、小麦
、タピオカ等の任意の原料から得られるものを用いるこ
とができる。デンプンの組成画分としては、例えば、ア
ミロース、アミロペクチン等を挙げることができる。更
に、デンプンの分解反応生成物としては、例えば、白色
デキストリン、黄色デキストリン、プリティッシュガム
等の焙焼デキストリン、酸化デンプン、酵素や酸で処理
し、或いは高速機械攪拌処理等によって得た低粘性変性
デンプンのような加工デンプン、リン酸デンプン、酢酸
デンプン等で代表されるデンプンエーテル、デンプンエ
ステル等のデンプン誘導体、放射線や中性子線を照射し
、或いは裔周波処理や温熱処理したデンプン等の物理的
処理デンブン、α−デンプン等を挙げることができる。

これらデンプンや、その組成画分、分解反応生成物は、
２種以上の混合物として用いることができる。

生デンプンを基質として用いる場合は、生デンプンをα
−アミラーゼ、サイクロデキストリン・グルカノトラン
スフェラーゼ、プルラナーゼ等の酵素や、酸、アルカリ
等にて予め可溶化し、酵素反応に供するのが好ましい。

サイクロデキストリン・グルカノトランスフェラーゼの
基質となる上記したデンプン、その組成画分及び分解反
応生成物とショ糖との混合比は、通常、デンプン１００
重量部に対して、ショ糖１０〜３００重量部の範囲であ
るが、特に、５０〜１００重量部の範囲が好ましい。カ
ップリング反応は、デンプンとショ糖との混合割合によ
ってデンプンのショ糖への転移率が異なり、ショ糖の量
が少ないほど、転移率は高くなるが、一方、末端にショ
糖をもたないマルトオリゴ糖やサイクロデキストリンの
生成も増大する。これに対して、ショ糖の量が多くなる
と、転移率が低下する傾向が認められる。

本発明において用いるサイクロデキストリン・グルカノ
トランスフェラーゼは、何ら限定されるものではないが
、例えば、バチルス・マセランスの生産する酵素、バチ
ルス・ステアロサーモフィラスの生産する酵素、バチル
ス・メガテリウムの生産する酵素等が好ましく用いられ
る。

本発明による第１の方法においては、低分子量反応生成
物であるマルトオリゴスクロースを反応系から迅速に取
り出すために、限外濾過膜が用いられる。即ち、基質溶
液を適宜の反応槽内にて遊離のサイクロデキストリン・
グルカノトランスフェラーゼと反応させ、反応生成物マ
ルトオリゴスクロースを含む反応溶液を限外濾過膜を備
えた膜モジュールにて処理して、マルトオリゴスクロー
スが選択的に反応系から取り出される。他方、酵素を含
む膜不透過液は、再び、反応槽に戻される。

特に、好ましい方法においては、基質を適宜に反応槽に
補充しつつ、基質と酵素を含む溶液を反応槽と膜モジュ
ールの間を連続的に循環させつつ、マルトオリゴスクロ
ースを含む溶液が膜透過液として膜モジュールから連続
的に取り出される。このような方法によれば、酵素反応
を連続的に行なうことができ、しかも、生成したマルト
オリゴスクロースを反応系から迅速に且つ連続的に取り
出すことができる。

かかる第１の方法において用いる限外濾過膜は、後述す
る第２の方法において用いられる限外濾過膜と同じであ
る。

本発明による第２の方法においては、限外濾過膜は、こ
れにサイクロデキストリン・グルカノトランスフェラー
ゼを固定化してなる所謂膜リアクターとして用いられる
。

この限外濾過膜は、多数の微孔を有する緻密な多孔質層
からなる緻密層とこれを支持する比較的大きい孔径の微
孔を多数有する多孔質層からなる異方性構造を有する限
外濾過膜の多孔質層にサイクロデキストリン・グルカノ
トランスフェラーゼが固定化されてなるものが好ましい
。このような異方性構造を有する限外濾過膜は、既に知
られており、市販品として入手することができる。

更に、このように、異方性構造を有する限外濾過膜の多
孔質層に酵素を同定化する方法も、特に限定されるもの
ではなく、例えば、一般に酵素固定化の技術分野におい
てよく知られているように、酵素は、物理吸着法、共有
結合法、架橋法等にて固定化されていてもよい。しかし
、酵素が安定であると共に、酵素がその担体である限外
濾過膜から容易には脱離しないように、共有結合法にて
同定化されていることが好ましい。

特に好ましい方法は、例えば、特開昭６２−８３８８５
号公報に記載されているように、分子内に少なくとも２
個の官能基を有する水溶性高分子の水溶液を０．１〜１
．０に＋ｒ／ｃｉの加圧条件下に限外濾過膜の多孔質層
から、透過、含浸させ、洗浄した後、上記水、溶性高分
子の架橋剤、即ち、上記水溶性高分子の有する官能基と
反応し得る基を分子内に２個以上有する化合物の水溶液
を前記加圧条件内にて多孔質側から透過、含浸させて、
上記水溶性高分子を架橋させ、限外濾過膜の緻密層から
の逆洗浄によって、未架橋の水溶性高分子を膜から除去
し、次いで、酵素溶液を膜の多孔質側から前記加圧条件
内で透過させて、前記架橋高分子の有する官能基を介し
て、共有結合にて酵素を架橋高分子に結合させ、かくし
て、酵素を同定化した限外濾過膜を得る方法である。

上述した方法において、用いる限外濾過膜は、分画分子
量が１０００〜１００００００の範囲である緻密層と、
孔径が数μｍ乃至１００μｍの微孔を有する多孔質層と
からなるものが好ましいが、その形状は何ら制限される
ものではなく、例えば、平板状、管状、中空糸状等、任
意である。有効膜面積が大きく、且つ、同定化された酵
素と基質との接触面積が大きい膜リアクターを得るため
には、限外濾過膜として中空糸状膜を用いることが好ま
しい。

上記限外濾過膜を構成する重合体としては、例えば、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリ
イミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル等が好
ましく用いられる。これら重合体は、後述する水溶性高
分子と反応する官能基を特に有する必要はなく、異方性
構造を有する限外濾過膜に製膜し得るものであれば、特
に、限定されるものではない。しかし、上記した重合体
のなかでも、食品や医薬品の製造に要求される厳格な分
画分子量を満足するものとして、ポリスルホン、ポリア
ミド又はポリイミドを用いることが好ましく、特に、ポ
リスルホンが好適である。

上記したような異方性構造を有する限外濾過膜は、既に
知られている方法によって製造することができる。例え
ば、上記重合体をその溶解性に応じて、水混和性の有機
溶剤、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、フェノール、クレゾー
ル、エチレンクロルヒドリン、エチレングリコール、プ
ロピレングリコール、セロソルブ、グリセリン、メタノ
ール、エタノール、プロパツール、ブタノール、アセト
ン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の１種又は２種
以上の混合物に溶解させて製膜溶液を調製し、次いで、
この製膜溶液を主として水からなる凝固溶剤に接触させ
ることによって、接触界面に緻密層を有する種々の形状
の限外濾過膜を得ることができる。

前記水溶性高分子としては、例えば、ポリエチレンイミ
ン、ポリプロピレンイミン、ポリブチレンイミン等のポ
リアルキレンイミン、ポリエチレングリコール、ポリプ
ロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポ
リリジン、ポリアルギニン等のポリアミノ酸、ポリアリ
ールアミン等を挙げることができる。これら水溶性高分
子は、通常、その重量平均分子量が約１０００〜２００
０００の範囲にあり、官能基を分子内に数十乃至数百有
するものが好ましい。

更に、かかる水溶性高分子の水溶液を異方性限外濾過膜
の多孔質相に含浸させるに際しては、その濃度は０．０
５〜０．２５重量％の範囲が望ましい。

濃度が０．２５重量％を越えるときは、溶液粘度が高く
、含浸した溶液が限外濾過膜を閉塞して、基質溶液の藤
透過流速を低下させ、延いては、サイクロデキストリン
の生産速度を低下させるからである。

また、前記架橋剤としては、グリオキサール、グルタル
アルデヒド、アジピンアルデヒド、マロンジアルデヒド
、ジアルデヒドデンプン等のようなジアルデヒド類、ヘ
キサメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネ
ート等のようなジイソシアネート類、ヘキサメチレンジ
イソチオシアネート等のようなジイソチオシアネート類
を挙げることができる。水溶性高分子が官能基としてア
ミノ基を有するときは、水溶性カルボジイミド等のよう
な縮合試薬やジアルデヒドのような架橋試薬を用いるこ
とができる。これらのうち、特に、ジアルデヒド類やジ
イソシアネートｉは水溶液中で比較的安定であり、反応
性も貰いために、本発明において架橋剤として好適に用
いられる。

このような架橋剤は、水溶液として膜透過させて、水溶
性高分子を架橋させ、他方、この架橋後も、架橋高分子
が分子内に遊離の官能基を有するように、用いる水溶液
の濃度や膜透過量を適宜に選定することが好ましい。

限外濾過膜の多孔質層へのサイクロデキストリン・グル
カノトランスフェラーゼの固定化量は、膜面積１ｄ当り
、通常、０．３〜１５．０　ｇの範囲であり、特に、３
．０〜８．０ｇの範囲が好ましい。サイクロデキストリ
ン・グルカノトランスフェラーゼの固定化量が、膜面積
１ｍ′当り、０．３ｇよりも少ないときは、酵素反応率
が低く、膜リアクターによるマルトオリゴスクロースの
生産速度、即ち、単位時間当り、単位面積当りに膜を透
過するマルトオリゴスクロース量が実用上、少なすぎる
。他方、１５．０　ｇよりも多いときは、マルトオリゴ
スクロースを含有する反応液の透過流束が低下し、同様
に、マルトオリゴスクロースの生産速度が低くなる。

本発明による第１及び第２のいずれの方法においても、
反応温度は用いる酵素の種類にもよるが、通常、４０〜
７０℃の範囲であり、好ましくは、５０〜５５℃の範囲
である。更に、基質溶液は、膜モジュールの入口と出口
の平均圧力にて０．１〜１、０　ｋｇ　／　ｃｎ！程度
の圧力にて、膜モジュールに供給し、且つ、膜面線速を
０．１〜２．０ｍ／秒程度として、反応を行なうのが好
ましい。しかしながら、操作圧力及び膜面線速は、反応
時間や膜の目詰まり等に影響を与えるため、第１の方法
においては遊離酵素濃度を考慮し、また、第２の方法に
おいては、膜への酵素固定化量を考慮して、最適に決定
される。

尚、膜が目詰まりして透過流束が低下したときは、ρ■
を調節した塩化カルシウム水溶液（ｐＨはサイクロデキ
ストリン・グルカノトランスフェラーゼの安定ｐｌ＋に
調節する。例えばバチルス・マセランス由来の酵素の場
合は、ｐＨ６，０±０．１とする。）にて限外濾過膜を
逆洗することによって、透過流束を回復することができ
る。

本発明の方法によれば、膜透過液として、マルトオリゴ
スクロースを６５〜８５％程度含有する無色透明の水溶
液を得ることができる。このマルトオリゴスクロース水
溶液は、必要に応じて、適宜の濃縮手段によって濃縮す
ることができる。濃縮手段としては、例えば、加熱蒸発
法等の一般的な手段も採用し得るが、逆浸透法によって
、容易且つ効率的に濃縮することができる。

従って、例えば、マルトオリゴスクロースを含有する水
飴粉末を得る場合には、′膜透過液を上記のようにして
適宜に濃縮した後、噴霧乾燥等の手段によって粉末化す
る。更に、マルトオリゴスクロースの単品を得る場合は
、膜透過液を濃縮した後、イオン交換樹脂等で分離、精
製すればよい。

光皿■例釆以上のように、本発明の方法によれば、デンプン、デン
プンの組成画分及びデンプンの分解反応生成物から選ば
れる少なくとも１種の物質とショ糖との混液からなる基
質にサイクロデキストリン・グルカノトランスフェラー
ゼを作用させ、生成したマルトオリゴスクロースを限外
濾過膜にて分離することによって、効率よくマルトオリ
ゴスクロースを製造することができる。特に、反応槽と
限外濾過膜モジュールとの間に基質と酵素を含む溶液を
循環させることによって、生成したマルトオリゴスクロ
ースを迅速に且つ連続的に取り出すことができるので、
高生産性にて高純度のマルトオリゴスクロースを容易に
得ることができる。

更に、本発明に従って、サイクロデキストリン・グルカ
ノトランスフェラーゼが同定化された限外濾過膜を基質
を透過させて、基質をマルトオリゴスクロースに変換す
ると同時に、膜透過液としてマルトオリゴスクロースを
含む溶液を得れば、連続的に、しかも、高純度のマルト
オリゴスクロースを反応系から容易に分離することがで
きるので、生産効率が著しく高められる。

また、上記した方法によれば、サイクロデキストリン・
グルカノトランスフェラーゼが限外濾過膜に固定化され
ているために、酵素が長期間にわたって安定に保持され
、かくして、酵素を反応のごとに消費することがなく、
繰り返して反応を行なうことができるので、マルトオリ
ゴスクロースを低度に製造することができる。

大施斑以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１バレイショデンプン２．５　ｋｇにバチルス・レケニフ
オーミス由来のα−アミラーゼをデンプン１ｇ当りに２
０ＤＵＮ加え、逆浸透膜処理によって得た純水（ｐＨ５
，５）　　２２．５１中にて８０〜８５℃の温度で約２
時間攪拌して、デンプンを液化した。

この後、温度を９５℃に高めて、酵素を失活させた。こ
の液化デンプン１０％（Ｗ／Ｖ％）とショ糖５％（Ｗ／
Ｖ％）を含む溶液（ｐＨ６，６）を基質として、第１図
に示す装置によって反応を行なった。

即ち、ヒーター１１にて５０℃に保持した反応槽１２に
上記基質を適宜に補給しながら、基質とバチルス・マセ
ランス由来のサイクロデキストリン・グルカノトランス
フェラーゼ（天野製薬側製酵素活性２０　Ｔ　ＨＵ　／
ｍｌ）とを反応槽と限外濾過膜を備えた膜モジュール１
３　（日東電気工業側型ＮＴＵ−３２５０ＣＩＲ）との
間をポンプ１４にて循環させ、膜モジュールから膜透過
液１５を連続的に得つつ、成子透過液１６は、反応槽に
戻した。膜処理条件は、操作出口圧力０．５　ｋｇ　／
　ｃｏｔ、膜面線速０．５ｍ／秒とした。

このようにして、マルトオリゴスクロース６５％を含む
水飴を得た。

実施例２実施例１において、サイクロデキストリン・グルカノト
ランスフェラーゼとして、バチルス・ステアロサーモフ
ィラス由来の酵素（林原■製酵素活性２５　Ｔ　ＨＵ／
ｍｌ）を用いると共に、反応温度を６０℃とした以外は
、実施例１と同様にして、マルトオリゴスクロース７０
％を含む水飴を得た。

実施例３多孔質内部にアミン基を含有するポリスルホン系異方性
限外濾過膜（日東電気工業■製ＮＴＥ−３７０）にバチ
ルス・マセランス由来のサイクロデキストリン・グルカ
ノトランスフェラーゼを膜面積１ｄ当り３．５ｇ固定化
した。

この酵素同定化限外濾過膜を組み込んだ膜モジュールと
これを含むマルトオリゴスクロース製造装置を第２図に
示す。

基質溶液として、３．０％（Ｗ／Ｖ％）可溶性デンプン
（メルク社製）と２．０％（Ｗ／Ｖ％）ショ糖混合溶液
を用い、ヒーター２１にて所定の温度に保持した基質溶
液２２をポンプ２３にて所定量を膜モジュール２４に循
環供給して、１２時間反応を行なった。反応条件は、反
応温度５０℃、操作出口圧力０．５ｋｇ／ｃｆｆｌ、膜
面線速１．０ｍ／秒とした。このようにして、この膜モ
ジュールから膜透過液としてマルトオリゴスクロースを
含む膜透過液２５を得、成子透過液２６は基質容器２７
に循環させた。この間、リザーバ２８０から基質容器に
基質を適宜に補給した。

このようにして得られた膜透過液中のマルトオリゴスク
ロースの含有率は７５％であった。

実施例４実施例３において、可溶性デンプンに代えて、実施例１
において用いた液化デンプンを用い、５゜０％（Ｗ／Ｖ
％）液化デンプンと２．５％（Ｗ／　Ｖ％）ショ糖との
混合溶液を基質として用いた以外は、実施例３と同様に
して、反応を行なった。その結果、膜透過液中のマルト
オリゴスクロースの含有率は７２％であった。

実施例５実施例４において、バレイショデンプンと酵素とをそれ
ぞれトウモロコシデンプンとバチルス・ステアロサーモ
フィラス由来の酵素に代えた以外は、実施例４と同様に
して、反応を行なった。その結果、膜透過液中のマルト
オリゴスクロース含有率は７７％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による第１の方法において用いる膜モ
ジュールを含むマルトオリゴスクロース製造装置の一例
を示す装置構成図、第２図は、本発明の方法において用
いる膜リアクターを含むマルトオリゴスクロース製造装
置の一例を示す装置構成図である。１１・・・ヒーター、１２・・・反応槽、１３・・・膜
モジュール、１４・・・ポンプ、１５・・・膜透過液、
１６・・・成子透過液、２１・・・ヒーター、２２・・
・基質溶液、２３・・・ポンプ、２４・・・膜モジュー
ル、２５・・・膜透過液、２６・・・成子透過液、２７
・・・基質容器。特許出願人　日東電気工業株式会社代理人　弁理士　　牧　野　逸　部第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）デンプン、デンプンの組成画分及びデンプンの分
解反応生成物から選ばれる少なくとも１種の物質とショ
糖との混液からなる基質にサイクロデキストリン・グル
カノトランスフェラーゼを作用させ、生成したマルトオ
リゴスクロースを限外濾過膜にて分離することを特徴と
するマルトオリゴスクロースの製造方法。
（２）サイクロデキストリン・グルカノトランスフェラ
ーゼが固定化された限外濾過膜をデンプン、デンプンの
組成画分及びデンプンの分解反応生成物から選ばれる少
なくとも１種の物質とショ糖との混液からなる基質を透
過させて、基質をマルトオリゴスクロースに変換すると
同時に、膜透過液としてマルトオリゴスクロースを含む
溶液を得ることを特徴とするマルトオリゴスクロースの
製造方法。