JPH0638733B2 - 固定化プロテア−ゼによる加水分解グルテンの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固定化プロテアーゼを用いた加水分解グルテ
ンの製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

植物蛋白質の有効利用を目的として、小麦蛋白質である
グルテンに処理、加工を施してその特性を改良したり新
しい素材としての用途を開発することが近年色々と試み
られている。特に、プロテアーゼを用いて部分加水分解
を行なう報告が多いがその多くは、遊離のプロテアーゼ
を用いたバツチ方式によるものであり、反応の制御、連
続化、酵素と生産物の分離等の点で問題があつた。これ
らを克服するためにプロテアーゼを各種の担体に固定化
したいわゆるバイオリアクターシステムを用いる研究が
活発化している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、主として小麦に含まれるグルテンは主にグリア
ジンとグルテニンからなる分子量数百万の巨大高分子で
あり、そのために、担体に固定化したプロテアーゼで処
理しようとする際に、酵素と基質との接触が立体障害等
によつて妨げられ、酵素活性の発現が抑制された。その
ため反応効率が低下し、満足な生産性を得られないとい
う問題点があつた。本発明の目的は、グルテンに予め特
定の処理加工を施して、従来のものに比べて固定化プロ
テアーゼとの親和性を改良し反応効率を大きく向上させ
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、植物蛋白質の有効利用について研究を続
けてきた。そのなかに主として小麦に含まれるグルテン
の処理・加工がある。そして研究の結果、グルテンを固
定化プロテアーゼで処理するにあたつて、あらかじめ還
元処理をしておくと固定化プロテアーゼとの親和性が向
上し、反応特性が改良されることを発見して本発明を完
成させるに至つた。

すなわち本発明は、主として小麦に含まれるグルテンを
還元処理した後固定化プロテアーゼで処理することを特
徴とする加水分解グルテンの製造法である。

グルテンは主に小麦から得られる主としてグリアジンと
グルテニンとからなる蛋白質の混合物であり、原料の種
類、調製法によつてその組成が多少異なる。本発明で用
いる「原料グルテン」はそれらのいずれでもよく組成お
よび調製法のいかんを問わない。また、原料グルテンは
生グルテンの状態であつてもこれを粉末化したものでも
よい。

グルテンは、分子内および分子間にSS結合をもつ分子量
数百万の巨大高分子であると考えられており、その構造
は複雑であるが、SS結合を切断することにより分子量３
万〜１０万程度のサブユニツトに解離し、グルテンの構
造および物性が大きく変化する。

したがつて、本発明における還元処理とは、グルテンの
分子内および分子間のSS結合の切断を主に生ぜしめる処
理を意味する。還元処理の程度、条件は特に限定されな
いが、目的とする最終生成物の風味、色、安全性、加工
性、起泡特性などの諸特性および要処理時間、経済的な
どの点を考慮して選択するのがよい。還元処理にはグル
テンの分子内および分子間のSS結合の切断を生ぜしうる
ものであれば、無機還元剤、有機還元剤、生物還元剤な
ど各種の還元剤が使用でき、例えば亜硫酸水素ナトリウ
ム、２−メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、
Ｌ−システイン、還元型グルタチオンなど多数のものを
挙げることができる。安全性、取扱い易さ、経済性等の
点から亜硫酸水素ナトリウムを用いるのが便利である。
亜硫酸水素ナトリウムを用いる場合は、最終生成物の風
味、安全性等の点から基質グルテンに対して約５００〜
約5000ppmの範囲の添加量で温度約２０〜８０℃、0.5〜
４時間還元処理を行うのがよい。

本発明では還元処理をしたグルテンに対して次に固定化
プロテアーゼ処理を施す。このプロテアーゼ処理により
還元処理されたグルテン（以後「還元処理グルテン」と
いう）はその主鎖のペプチド結合が加水分解、切断され
て低分子化し、その溶解性を増す。この固定化プロテア
ーゼ処理は還元処理グルテンを水に溶解または分散させ
た状態で通常行われる。固定化プロテアーゼ処理時の還
元処理グルテン液の濃度は通常、約２０〜100mg還元処
理グルテン／１ml水性媒体である。

本発明で用いるプロテアーゼとしては、還元処理グルテ
ン中のペプチド結合を加水分解、切断しうるものであれ
ばいずれでもよく、その種類は問わない。プロテアーゼ
としては例えば、ペプシン、トリプシン、キモトリプシ
ン、ヒイロタケ起源の酸性プロテアーゼ、アスペルギル
ス起源の酸性プロテアーゼ、パパイン、ブロメラインな
ど多数のものを用いることができる。還元処理を酸性下
で行つた場合には、その酸性条件がプロテアーゼ処理に
も利用できるという点で、酸性下に働くペプシン、ヒイ
ロタケ起源の酸性プロテアーゼ、アスペルギルス起源の
酸性プロテアーゼなどを用いるのが便利である。プロテ
アーゼ処理の条件は、プロテアーゼの種類、担持形態な
どによつて変化し、各々に応じて最適のpH、温度などの
条件が選ばれる。例えばペプシン、ヒイロタケ起源の酸
性プロテアーゼ、アスペルギルス起源の酸性プロテアー
ゼの場合にはpH約1.5〜４、温度約３０〜５０℃が採用
される。また固定化プロテアーゼの調製法も、特に限定
されるものではなく、担体結合法、架橋法等のいずれで
もよい。固定化担体も、ビーズ、膜、網、糸状等各種形
態のものが使用できる。通常、多孔性のセラミツクビー
ズ、有機高分子ビーズ等にプロテアーゼを吸着後、グル
タルアルデヒド等で架橋固定するのが便利である。固定
化プロテアーゼ処理する場合に、処理液中の還元処理グ
ルテンの濃度を高くすると収率が低下し、処理温度を６
０℃以上にするとプロテアーゼが失活する。また空間速
度を適当に制御することにより起泡特性のすぐれた生成
物が得られる。通常処理液中の還元処理グルテンの量を
約２０〜６０g/lとし、これを担体の湿重量１ｇ当り約
１０〜５０mgのプロテアーゼを固定化した床に処理液を
約1.0〜6.0hr^-1（滞留時間約１０〜６０分）の速度で通
液すると、収率、処理時間、生成物の起泡特性などの点
で良好な結果が得られる。

プロテアーゼ処理を施される還元処理グルテンとして
は、還元処理を終了したグルテン含有液をそのpHや濃度
などを調節してそのままプロテアーゼ処理に用いても、
また還元処理液からいつたん還元処理グルテンを回収し
てそれを用いてもよい。回収などにかかる手間などを考
慮すると、還元処理の終了した液をそのまま用いるのが
便利である。

プロテアーゼ処理液からの加水分解グルテン最終生成物
の回収は通常次のようにして行われる。

プロテアーゼ処理の済んだ液のpHおよび温度を調節して
未分解物を沈殿させる。沈殿物を除去した液から液中に
含まれる加水分解グルテンを乾燥などの適当な方法で回
収して目的物を得る。未分解物の沈殿、分離は、通常pH
約4.0〜9.0、温度約７０〜100℃で約１０〜３０分間加
熱して行われる（プロテアーゼとしてペプシン、ヒイロ
タケ起源の酸性プロテアーゼ、アスペルギルス起源の酸
性プロテアーゼを用いた場合）。

本発明の方法により得られる加水分解グルテンは通常水
に可溶であり、一般に白色であつて不快味、異臭はな
い。

次に、還元処理グルテンを固定化プロテアーゼと遊離の
プロテアーゼの各々により処理してその時の反応特性
（反応速度）の違いを調べると、第１図(a)および(b)に
示すような結果を得た。第１図(a)は、固定化プロテア
ーゼによる処理を示し、第１図(b)は遊離のプロテアー
ゼによる処理（対照）を示す。第１図(a)および(b)中、
○は還元処理を行わないでグルテンを単にプロテアーゼ
処理した場合（対照）、△はＬ−システインを用いて還
元処理してからプロテアーゼ処理した場合、□は亜硫酸
水素ナトリウムを用いて還元処理してからプロテアーゼ
処理した場合を示す。第１図(a)および(b)の反応特性は
下記のようにして測定した。

反応特性の測定 グルテンを0.05Ｎ酢酸水溶液に1.0w/v％となるように機
械的に分散溶解させ、10,000Gで１０分間遠心分離を行
ない未溶解物を除去した後、亜硫酸水素ナトリウムをグ
ルテンに対して0.5重量％添加した。

２０℃で３時間反応させた後、1N HCl溶液でpHを3.0に
調整し、亜硫酸水素ナトリウム還元処理グルテン溶液を
得た。

同様に分散溶解、遠心分離を行ない未溶解物を除いた
後、Ｌ−システインをグルテンに対して0.5重量％添加
した。２０℃で３時間反応させた後、1N HCl溶液でpHを
3.0に調整し、システイン還元処理グルテン溶液を得
た。

キトパール （富士紡績製のキトサンビーズ）にペプシ
ン(SIGMA)を吸着させ、グルタルアルデヒドで架橋固定
化した固定化プロテアーゼの１ｇ（湿重量）を、あらか
じめ４０℃で１０分間プレインキユベートした上記の還
元処理溶液（１重量％）１０mlに加えて１０分間反応さ
せた。反応後経時的に１mlをサンプリングし、0.4Ｍ−
トリクロロ酢酸水溶液４mlを加え充分撹拌したのち４０
℃に２０分間放置して沈殿を形成させた。東洋紙No.
２を用いて過したのち液を12,000rpmにて１０分間
遠心分離した。上澄液の２８０nmにおける吸光度を測定
し、Ａ_１とした。同様にプロテアーゼ処理前のグルテン
溶液についても同じ操作を行ない、Ａ_０とした。各還元
処理グルテン溶液について△A=A₁-A₀を求めプロテアー
ゼ処理時間毎にプロツトした。遊離プロテアーゼの反応
は、固定化プロテアーゼのかわりにペプシン(SIGMA)を
2.5mg加えることによつて行なつた。その他の手法は固
定化プロテアーゼの場合と同様である。

第１図(a)および(b)の対比から、遊離のプロテアーゼ処
理（対照）の場合は、還元処理グルテンと還元処理して
ないグルテンとの間にプロテアーゼに対する反応特性に
差異が認められないのに対して、固定化プロテアーゼ処
理の場合は、予めグルテンを還元処理している本発明の
場合には、還元処理を行わない場合（対照）に比べてプ
ロテアーゼによる加水分解反応が促進されることが理解
されるであろう。しかも、固定化プロテアーゼ処理によ
る場合（第１図(a)）の方が、遊離のプロテアーゼ処理
による場合（第１図(b)）に比べて各反応時間における
△Aの値が大きくプロテアーゼによる加水分解がより進
んでおり、この点からも、グルテンを予め還元処理して
から固定化プロテアーゼ処理を行う本発明では、プロテ
アーゼによるグルテンの加水分解処理がより短時間のう
ちに高収率で行われることがわかる。

次に還元処理時の亜硫酸水素ナトリウムの添加量を変え
て還元処理の程度が固定化プロテアーゼ処理時の反応特
性にどのように影響するかをみたのが第２図である。使
用した固定化プロテアーゼ、測定方法は第１図(a)およ
び(b)と同様である。第２図中○は還元処理を行わない
でプロテアーゼ処理のみを行つた場合を、△はグルテン
の0.05重量％の還元剤を用いて還元処理してからプロテ
アーゼ処理を行つた場合を、□はグルテンの0.5重量％
の還元剤を用いて還元処理してからプロテアーゼ処理を
行つた場合を、●はグルテンの5.0重量％の還元剤を用
いて還元処理してからプロテアーゼ処理を行つた場合を
示す。

また第２図の反応曲線の傾きから反応の初速度を算出
し、還元処理を行わなかつた場合を１００としてその比
を示したのが下記の表１である。

第２図および表１の結果から、還元処理の程度が大きく
なるにつれて固定化プロテアーゼによる加水分解反応が
促進されることが明らかであろう。しかし、還元剤の過
度の添加は、生成物の風味、安全性、着色、その他の特
性から好ましいものではなく、上記のように原料グルテ
ンに対して還元剤を約５００〜約５０００ppmで用いる
のが適当である。

本発明によつて製造された加水分解グルテンは、種々の
機能特性（溶解性、分散性、乳化性、起泡特性等）を有
しておりかつ小麦等の穀物に由来していて安全性が高い
ために食品加工用の添加剤としてきわめて有効であり、
特にケーキ、クツキー、メレンゲ・アイシング等の製菓
や製パン、かまぼこやはんぺん等の練製品を製造する際
の起泡剤として特にすぐれている。また、本発明により
製造された加水分解グルテンは粉末状、ペースト状およ
び溶液状のいずれの形態でも貯蔵または使用することが
でき従来のこの種の添加剤と同様な方法で食品加工時に
使用することができる。

〔発明の効果〕 上記のようにグルテンを還元処理してから固定化プロテ
アーゼ処理して加水分解グルテンを製造する本発明で
は、グルテンを還元処理せずにそのままプロテアーゼ処
理する従来法に比べて加水分解速度が促進され生産効率
が向上する。さらに生成した加水分解プロテアーゼの品
質面においても起泡力においてすぐれており、一般に白
色で、不快味、異臭がないため安全性の高い食品加工用
の添加剤、起泡剤等として大変有効である。

次に本発明の実施例を示す。

実施例中の加水分解グルテンの起泡力および泡沫安定性
は次のようにして測定した。

加水分解グルテンの起泡力および泡沫安定性の測定 試料（加水分解グルテン）を0.1％w/v蛋白濃度（グルテ
ン0.1ｇ／100ml溶液）となるようにpH4.0の酢酸緩衝液
３０mlに溶解し、エクセルオートホモゲナイザー（日本
精機製）で10,000rpmで１分間、２５±１℃で撹拌して
泡沫を形成させた。泡沫をメスシリンダーに移し入れ、
泡沫調製１分後の全体積を測定し起泡力とした。また泡
沫調製後の一定時間後の泡沫体積を測定して泡沫安定性
の指標とした。計算方法は次式のとおりである。

実施例 １ 生グルテン３００ｇを1N塩酸５０mlならびに蒸留水１６
５０mlとともにワーリングブレンダー（米・ワーリング
社製）で分散溶解させた。

6,500Gで１０分間遠心分離を行ない未溶解物を除去した
後亜硫酸水素ナトリウム0.20ｇ加え２５℃で３時間反応
させた。一方、φ１６×200m/mのカラムに担体としてキ
トパール （富士紡績製）１０mlを用い、ペプシン（天
野製薬製）を３０mg吸着後、グルタルアルデヒドで架橋
固定した。この固定化ペプシンを充填したカラムに、先
ほど調製した還元処理グルテン溶液1,000mlを、温度４
０℃、流速３０ml/hrで連続的に通液しグルテン部分分
解液を得た。分解液のpHを5N水酸化ナトリウム溶液で4.
5に調整した後、８０℃で２０分間加熱し沈殿物を形成
させた。6,500Gで１０分間遠心分離を行ない上澄液を凍
結乾燥して加水分解グルテン３５ｇを得た。加水分解グ
ルテンの起泡力は４３０％、３０分後の泡沫安定性は５
７％であつた。

一方、還元処理を行わないで同様のプロテアーゼ処理を
行つて得た加水分解グルテンの起泡力は４１０％、３０
分後の泡沫安定性は５１％であつた。

実施例 ２ 実施例１と同様にして分散溶解、遠心分離および未溶解
物除去して調製したグルテン溶液に、Ｌ−システインを
0.35ｇ加え、２０℃にて２時間反応させた。一方、φ１
６×２００m/mのカラムに担体としてキトパール （富
士紡績製）１０mlを用い、ラピダーゼ（武田薬品製のヒ
イロタケ起源の酸性プロテアーゼ）を２５mg吸着後、グ
ルタルアルデヒドを架橋固定した。この固定化ラプダー
ゼを充填したカラムに先ほど調製した還元処理グルテン
溶液1,000mlを温度４０℃、流速２０ml/hrで連続的に通
液しグルテン部分分解液を得た。分解液のpHを5N水酸化
ナトリウム溶液で4.5に調整した後、９０℃で１０分間
加熱し沈殿物を形成させた。6,500Gで１０分間遠心分離
を行ない上澄液を凍結乾燥して加水分解グルテン４０ｇ
を得た。加水分解グルテンの起泡力は４２０％、３０分
後の泡沫安定性は４５％であつた。一方還元処理を行わ
ずに同様のプロテアーゼ処理を行つて得た加水分解グル
テンの起泡力は４００％、泡沫安定性は４０％であつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)は固定化プロテアーゼを用いた場合のグルテ
ンの還元処理の有無とプロテアーゼ処理に対する反応特
性をプロテアーゼ処理時間毎にプロツトしたものであ
る。第１図(b)は遊離のプロテアーゼを用いた場合のグ
ルテンの還元処理の有無とプロテアーゼ処理に対する反
応特性をプロテアーゼ処理時間毎にプロツトしたもので
ある。 第２図は還元剤である亜硫酸水素ナトリウムの添加量を
変えて固定化プロテアーゼ処理の反応特性の変化を調べ
たものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 玄吾 埼玉県坂戸市石井356番地 (72)発明者 山縣 孝樹 滋賀県長浜市神前町10番52−602号 (72)発明者 田中 俊夫 滋賀県長浜市神前町10番52−105号 (72)発明者 中村 準 東京都世田谷区奥沢８丁目５番５号 (56)参考文献 特開 昭56−23853（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−43637（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭56−25093（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料グルテンを還元処理した後固定化プロ
   テアーゼで処理することを特徴とする加水分解グルテン
   の製造法。