JPH09324002A - イヌリン製品の調製 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の分子量画分のイヌリン製品の調製方法
の提供。 【解決手段】 粗イヌリン抽出液を限外濾過によって清
澄化する方法、ならびに一定範囲の重合度をもつ炭水化
物を含有するイヌリン水溶液を、種々の平均重合度をも
つ画分に分離する方法であって、イヌリン水溶液を予め
決定されたポアーサイズをもつ膜を通す限外濾過にか
け、それによって予め決定された値よりも低い平均重合
度をもつイヌリン画分が、浸透液として該膜を通過し、
そして該予め決定された値よりも大きい平均重合度をも
つイヌリン画分が、保持液として回収されることを含む
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イヌリンからの製
品の調製に関する。

【０００２】

【従来の技術】イヌリンは、植物エネルギー貯蔵のため
タマネギ、ニンニク、キクイモ、ダリアおよびチコリの
ような植物に天然に産生する種々の重合度（「ＤＰ」）
または分子量をもつオリゴマーの混合物からなる天然に
存在するフルクト−オリゴ糖である。植物の成長周期の
種々の段階や種々の気候条件下において、種々の植物か
ら生産されるイヌリンは、通常は種々の平均ＤＰをもつ
であろう。

【０００３】今日、かかる産業が直面している制約の１
つは、すなわち、根をもつ作物全体が収穫され、そして
２カ月内に加工されて、イヌリンがフルクトースに分解
される前にそれを得なければならないということであ
る。現在の状況（先行技術を用いる）は、短時間に大量
の材料を加工するための大きい設備を必要とし、１年の
多くは加工設備を遊ばせておくので、経済的規模の有効
な使用を妨げている。

【０００４】欧州においては、チコリが、イヌリンの給
源として使用される。先行技術では、イヌリンは、熱水
中に薄く切った植物（コセット（ｃｏｓｓｅｔ））を浸
漬するか、または根を摩砕し、次いでそのマッシュを殺
菌し、そして抽出液を濾別することによってチコリの根
から抽出される。得られた抽出液は、フルクトース、グ
ルコース、スクロース、塩類、脂肪、タンパク質および
アミノ酸とともに、場合により糖鎖の還元末端において
α−Ｄ−グルコピラノシル残基とβ（２→１）結合した
種々の長さのフルクトース鎖の複合混合物を含む。マッ
シュを加熱することは、イヌリン分解酵素（イヌリナー
ゼ）を不活性化するのに必須であると考えられている。
次に、タンパク質および他の極性成分が、石灰、および
／または炭素とケイソウ土を用いる処理によって除去さ
れ、次いで、炭水化物流液は、イオン交換樹脂を用いて
脱イオンされる。高い分子量（ＭＷ）または大きいＤＰ
のイヌリン画分が望まれる場合には、それは、典型的に
は、エタノール沈殿、結晶化、クロマトグラフィーまた
は限外濾過によって単離される。これらの方法は、低い
ＭＷ範囲における単糖類と二糖類、塩類またはアミノ酸
の含量を減少させ、そして高いＭＷ末端におけるタンパ
ク質、セルロース繊維および他の砕片の含量を減少させ
るために用いられる。限外濾過が、先行技術において適
用された場合には、それは、比較的大きいＭＷイヌリン
を保持しつつ、膜浸透液として比較的低いＭＷ成分を除
去することによって単分離を実施せねばならなかった。
例えば、Berghoferら（以下で引用される）は、分子量
カットオフ２０００または５０００（それぞれ、Ｒｏｍ
ｉｃｏｎ ＰＭ２またはＰＭ５）をもつ中空糸カートリ
ッジを用いて非イヌリン成分を除去するために限外濾過
を用いたが、この方法は、明確な分画にはならずイヌリ
ンの半分以上の損失をもたらした。

【０００５】低ＤＰのフルクトオリゴ糖が目的の製品で
ある場合は、工業的には、今日、共通の品質組成を達成
するために、酸か酵素のいずれかを用いて高ＭＷ画分を
分解する。これは、加水分解を実施し、次いで、それに
よる酸または酵素を除去するために、先に略述したこと
に加えてさらなる加工を必要とし、それが全体の加工コ
ストに付加される。

【０００６】

【発明の構成】本発明は、高いＭＷ画分を分解する技術
の使用によってイヌリン製品の均一な品質を達成する必
要性を回避する方法を提供する。組成物の自然分布状態
の利点を生かすことによって、また、本発明は、天然生
産物からのイヌリンの回収を、収穫と加工の短い時間に
限定することはない。次いで、加工時間は、有利に、よ
り長い時間にわたって延長することができ、それによっ
て１年中連続して運転される比較的小企規の設備におけ
る収穫物の漸進的加工が可能になる。結果として、時間
のかなりの部分を遊ばすことのない比較的小さい設備が
使用できる。本方法は、普通に利用できるいずれの給源
からのイヌリンも使用できるけれども、キクイモが、北
アメリカ農業に関してはより適している（気候など）。

【０００７】本発明のさらなる貢献は、抽出液を清澄化
するための膜濾過の使用であり、それにより、石灰と炭
酸化、または濾過助剤（ケイソウ土またはケイ酸土のよ
うな）を用いる濾過の使用を不要にし、そして明確なＭ
Ｗカットオフ範囲をもつ一連の膜を使用することによ
り、食品または医療におけるヒトの使用に有用な精製イ
ヌリン製品の一族または一シリーズを作成することであ
る。

【０００８】これらの製品は、比較的狭いＤＰ範囲をも
つ一連の画分を含み、食品系において別々な能力でそれ
を機能させる種々の性質をもっている。例えば、比較的
高いＤＰ範囲は、増粘剤および／または脂肪代替物とし
てより良好に役立つであろうし、一方、比較的低いＤＰ
範囲は、糖（スクロース）の性質に類似している食品系
における性質をもつことで知られる。中間の範囲は、今
日では、商業的に利用されないが、比較的大きいＤＰ範
囲よりも糖に類似しているが、加水分解によって得られ
るような低いＤＰ範囲よりもより粘稠性をあたえること
が期待される。

【０００９】キクイモの塊茎（およびチコリやダリアの
塊茎のような他の給源）におけるイヌリンの平均ＭＷ
は、収穫の時期とともに変化する（後期に収穫された塊
茎では、比較的低いＭＷに富んでいる）ことが知られて
いるので、分画および混合が、一貫した生産物を作成
し、特定の応用のための「顧客」混合物を製剤化するの
に役立つことができる。混合は、性質が一貫し、予測で
きるので、いずれの得られた生産物についても組成の一
貫性を保てる−これは、製剤化がバッチ毎に同じであり
得るので、食品加工において非常に重要である。また、
混合は、異なるＭＷプロフィルをもつ種々の生産物の調
製を可能にする。

【００１０】本発明は、粗イヌリン抽出液を限外濾過に
よって清澄化する方法、ならびに一定範囲の重合度をも
つ炭水化物を含有するイヌリン水溶液を、種々の平均重
合度をもつ画分に分離する方法であって、イヌリン水溶
液を予め決定されたポアーサイズをもつ膜を通す限外濾
過にかけ、それによって予め決定された値よりも低い平
均重合度をもつイヌリン画分が、浸透液として該膜を通
過し、そして該予め決定された値よりも大きい平均重合
度をもつイヌリン画分が、保持液として回収されること
を含む方法を提供する。

【００１１】先行技術 キクイモ、ダリアおよびチコリ塊茎のような植物材料か
らのイヌリンの製造は、通常は、次の一般的操作を用い
て実施されている： １． 塊茎を洗浄すること； ２． 塊茎を截断、摩砕または薄片化すること； ３． 水を用いて塊茎からイヌリンを抽出すること； ４． 石灰と二酸化炭素で処理すること； ５． 濾過すること；そして ６． 蒸発または沈殿によってイヌリンを回収するこ
と。

【００１２】イヌリンは、イヌリナーゼを変性するため
に、工程のある段階で熱および／またはｐＨ調整にかけ
てもよい。

【００１３】イヌリンおよび関連物質の生物学、化学お
よび分析は、”Science and Technology of Fructan
s”, M. Suzuki and N. J. Chatterton, Eds., CRC Pre
ss, Boca Raton, FL, 1993に総説される。イヌリンに関
する技術の総説は、”Inulin and Inulin-containing C
rops”, S. Fuchs, Ed., Elsevier Science Publishers
B.V., Amsterdam, 1993に見いだされる。特に、Vogel,
"A PROCESS FOR THE PRODUCTION OF INULIN AND ITS H
YDROLYSIS PRODUCTS FROM PLANT MATERIAL", pp.65-75;
Berghofer et al., "PILOT-SCALE PRODUCTION OF INUL
IN FROM CHICORYROOTS AND ITS USE IN FOODSTUFFS", p
p. 77-84; および Vukov et al., "PREPARATION OF PUR
E INULIN AND VARIOUS INULIN-CONTAINING PRODUCTS FR
OM JERUSALEM ARTICHOKES FOR HUMAN CONSUMPTION AND
FOR DIAGNOSTIC USE", pp. 341-345を参照。

【００１４】Berghoferら（上記の引用文献）は、イヌ
リン水溶液の限外濾過のために中空糸膜カートリッジ
（Ｒｏｍｉｃｏｎ ＰＭ−２およびＰＭ−５）の使用を
記述している。第８０頁において、「適当な膜を使用し
て、同時に、灰分と窒素物質の大部分が、浸透液中に通
過しながら、保持液中に高分子イヌリン粒子を保持でき
ることを証明した」ということを述べている。かくし
て、その操作は、種々の分子量分布をもつ画分にイヌリ
ンを分離するよりも、むしろイヌリンを精製する手段と
して使用された。

【００１５】the Proceedings of the Fifth Seminar o
n Inulin, held on October 27, 1995, A. Fuchs, Edit
or, published by the Carbohydrate Research Foundat
ion(The Hague, Netherlands), on pages 65-66におい
て、次のことがのべられている；「短鎖イヌリンは、調
製スケールにおける限外濾過またはナノフィルトレーシ
ョンによって、長鎖イヌリンから分離されるべきであ
る。それ故、いくつかの実験が、長鎖（ＤＰ＞１０）イ
ヌリンから短鎖（ＤＰ＜４）を分離できるかどうかを決
定するために実施された。最後に、種々の限外濾過膜
が、一方では、単糖類および二糖類からの、そして他方
では、異なる分子量分布をもつ種々のイヌリン画分へ
の、イヌリン分離能について試験された。濾液の炭水化
物組成に関するデータ（図８）は、いかなる種類の優れ
た分離も分画も可能ではなかったことを示している。」
先に述べたように、本発明は、粗イヌリン抽出液を膜濾
過によって清澄化する方法、ならびに一定範囲の重合度
をもつ炭水化物を含有するイヌリン水溶液を、種々の平
均重合度をもつ画分に分離する方法であって、イヌリン
水溶液を予め決定されたポアーサイズをもつ膜を通す膜
濾過にかけ、それによって予め決定された値よりも低い
平均重合度をもつイヌリン画分が、浸透液として該膜を
通過し、そして該予め決定された値よりも大きい平均重
合度をもつイヌリン画分が、保持液として回収されるこ
とを含む方法を提供する。本発明は、例えば、１（フル
クトースまたはグルコース）ないし約６０の範囲内の重
合度をもつ炭水化物を含有するイヌリン溶液を、予め選
択された比較的狭い範囲の重合度を含む画分に分離する
場合に有用である。

【００１６】膜濾過の実施者が遭遇する共通の問題は、
フィード液中の砕片や他の成分の膜表面上への沈着によ
る膜表面の目詰まりであって、それが膜を通過する浸透
液の流れ（流量）の減少をもたらす。クロスフロー（ｃ
ｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ）膜濾過法は、浸透液の方向に対し
て直角にフィード液を動かすことによって、これを成就
する方法を提供し、かくして、常に目詰まり物質のない
ように膜表面を押し流す。目詰まりを減少または回避す
るために使用されるさらなる技術は、膜の機械的撹拌
か、または膜表面においてフィード液のずりや乱れを増
すことを含む。ずりを増大するために通常用いられる技
術は、膜を横切るフィード液の非常に早い流速および／
または循環するフィード液の進路におけるバッフルの使
用を含む。粗流液（粗イヌリン抽出液のような）の清澄
化の方法を選ぶには、正しい管理が膜表面の過剰な目詰
まりを避けるために取られる限り、数種のクロスフロー
配置（例えば、中空糸またはらせん状に巻かれた膜）の
どの１つが用いられてもよい。

【００１７】１つの態様では、本発明は、次の工程を含
む方法を提供する： （ａ） 天然のイヌリン給源（例えば、キクイモ塊茎、
チコリ塊茎、ダリア塊茎）からイヌリンを回収すること
であって、それによって（ｉ）一定範囲の重合度をもつ
イヌリンと（ｉｉ）不純物（該不純物は、無機質、アミ
ノ酸、タンパク質、脂肪、細胞壁断片、コロイド物質、
および汚れのような粒状物からなる群の少なくとも１種
類を含む）を含有する第１の水溶液を製造し、そして該
第１の水溶液を、イヌリン分解酵素と色形成酵素からな
る群から選ばれる少なくとも１種の酵素を変性させるた
めに、変性段階（例えば、加熱によって）にかけて、第
２の水溶液を製造する； （ｂ） 粒状物、コロイド物質、着色不純物または微生
物を除去するために、クロスフロー膜濾過との組み合わ
せて先行技術（例えば、石灰処理と炭酸化、遠心分離、
ケイソウ土かケイ酸土を用いる濾過、および／または炭
素処理）に示された方法の少なくとも１つによるか、ま
たはより好ましくはクロスフロー膜濾過のみによって、
該第２の水溶液を清澄化して、第３の水溶液を製造す
る； （ｃ） 該第３の水溶液からイオン性不純物と色形成不
純物を除去する（石灰とＣＯ₂による処理によるよう
に）か、より好ましくは、第３の水溶液を活性炭素か吸
着樹脂、または両方の組み合わせ物を通すことによっ
て、第４の水溶液を生成する； （ｄ） 該第４の水溶液中のイヌリンを、種々の平均重
合度をもつ画分へ分離するが、第４の水溶液を予め決定
されたポアーサイズをもつ限外濾過膜を通す限外濾過に
かけ、それによって予め決定された値よりも低い平均重
合度をもつイヌリン画分が、浸透液として該膜を通過
し、そして該予め決定された値よりも大きい平均重合度
をもつイヌリン画分が、保持液として回収されることを
含む分離（段階（ｃ）と（ｄ）は、順序を逆にしてもよ
い）； （ｅ） 当業者に既知のいずれかの方法（沈殿、結晶
化、噴霧乾燥、ドラム乾燥のような）による乾燥イヌリ
ンの単離。

【００１８】

【実施例】以下は、本発明により植物産物（キクイモ塊
茎）からイヌリン画分を製造する実験室規模の方法の説
明である： （実施例１） 摩砕キクイモ塊茎からのイヌリンの単離
−１ Ａ．抽出 キクイモ塊茎（２７２．１ｋｇ）を洗浄し、砕片を除去
した。清浄塊茎を、２２〜２３ｋｇのロットに別け、そ
して大気圧で約１０分間蒸した。少量の液を塊茎から回
収した（塊茎２２．７ｋｇ当たり２．５７ｋｇ）。塊茎
の重さは、蒸した後約２２．２ｋｇに減少した。水道水
（塊茎の最初の重量に等しい重量）を、蒸気ジャケット
付き１００ガロン容器中で沸騰するまで加熱した。蒸さ
れた塊茎を、肉用グラインダーを用いて摩砕し、そして
摩砕された塊茎を計量した（バッチ当たり平均２０．９
６ｋｇ）。損失の大部分は、水の蒸発、およびより少な
いが、グラインダーからの不完全な回収による。摩砕塊
茎を沸騰水に移し、１０〜１５分間抽出した。次いで、
塊茎断片を保持するためにモスリン布を並べた空気プレ
スへ、全量をヒシャクによって移すか、または容器の底
部取り出し口から回収していれた。熱濾過抽出液を回収
し、そして計量した。平均回収量は、投入生塊茎２２．
７ｋｇ当たり抽出液２６．５ｋｇであった。抽出液総量
３１７．７ｋｇをこの方法で回収した。次いで、その抽
出液を、５〜１５分間、高温（１４３．３℃）で処理
し、殺菌１ガロンまたは２．５ガロン容器に瓶詰し、そ
して冷蔵保存した。

【００１９】Ｂ．粗キクイモ塊茎抽出液の清澄化 清澄化を、フィード液貯槽、Ｂｌａｃｏｈ Ｓｅｎｔｒ
ｙ ＩＩＩパルスダンプナーを固定したＷｉｌｄｅｎ
Ｍ１（食品グレード）ポンプ（給気圧９０ｐｓｉ）、お
よび入口圧を測定するための膜カートリッジ前の圧力計
からなる再循環装置において実施した。ファイバー直径
０．５ｍｍで膜表面積０．９３ｍ²の２−インチ中空糸
（ＨＦ）カートリッジを直立して置き、そして底部から
フィードした。Ｒｏｍｉｃｏｎ ＨＦ−１０−２０−Ｐ
Ｍ１０（１０，０００ ＮＭＷＣＯ）を用いたが、また
その他の類似製品も使用できる。膜の流出側の圧力計
は、出口圧を示した。ゲージの後のニードルバルブを使
用して、その装置に背圧を加えた。次いで、濃縮液をフ
ィードタンクに戻して、循環を完成させた。浸透液を２
０Ｌ清浄容器に回収した。再循環速度は４〜６ｇｐｍ、
入口圧２５〜３０ｐｓｉｇおよび背圧４〜５ｐｓｉｇで
あった。粗抽出液の清澄化の間、浸透液流量１００〜１
２０ｍＬ／ｍｉｎを観察した。その溶液を、最初の容量
の約２０％まで濃縮する場合、粘度を低下するためにフ
ィード液に等量の水を添加して、３サイクルのダイアフ
ィルトレーションを実施し、そしてその浸透液を最初の
容量まで再濃縮した。［「ダイアフィルトレーション」
は、限外濾過の一操作法である。ダイアフィルトレーシ
ョンでは、純粋な溶媒が、連続的か１バッチ毎に、装置
に添加され、続いて、浸透液を付加的に取り除く。この
方法では、マクロな溶質溶液は、本質的にすべてのミク
ロな溶質を洗浄して除去できる。言い換えれば、「ダイ
アフィルトレーション」は、希釈と浸透を同時に行
う。］ 抽出液約１１４Ｌを、約２０Ｌまで濃縮した。
浸透液約１５４Ｌを回収しが、これは３サイクルのダイ
アフィルトレーションからの６０Ｌを含む。浸透液につ
いてのＢｒｉｘ測定値は、最初は約１０〜２０°Ｂｘで
あり、次いで、ダイアフィルトレーション前には６°Ｂ
ｘに低下した。ダイアフィルトレーションの間に、浸透
液中のイヌリン濃度は、さらに０．２°Ｂｘまで低下し
た。濃縮液は、最終３〜４°Ｂｘの読みを示した。抽出
液の清澄化を実施することに加えて、この中空糸濾過操
作は、水にほとんど溶けない非常に高い（ＤＰ＞４０）
分子量のイヌリン画分を除去する。

【００２０】Ｃ．清澄抽出液の限外濾過（低ＤＰイヌリ
ンの分画） ＨＦ清澄化から回収した浸透液（イヌリン１．７７ｋｇ
を含む総量１５３．７５ｋｇ）を、膜面積約２．６ｍ²
をもつらせん状に巻かれた（ＳＷ）膜カートリッジ（Ｄ
ＥＳＡＬ Ｇ１０， ２．５Ｋ ＮＭＷＣＯ）［「ＮＭ
ＷＣＯ」は、公称分子量カットオフを表す］を通して再
循環した。炭水化物１０．７ｋｇを含む総量１０１．６
５ｋｇを混合タンク中で合わせ、そして再循環を設定し
た。濃縮液（Ｃ１，１０．５°Ｂｘ）および浸透液（Ｐ
１，３．３°Ｂｘ）のサンプルを採取した。濃縮を、約
６５Ｌまで４９分間継続した。炭水化物０．９５ｋｇを
含むさらなる３５．５ｋｇを添加し、フィード液を再び
約７０Ｌに濃縮し、そして炭水化物０．１３ｋｇを含む
最後の１６．６ｋｇを、フィード液に添加した。３３分
後、濃縮液（Ｃ２，１５．８°Ｂｘ）および浸透液（Ｐ
２，３．１°Ｂｘ）をサンプリングした。濃縮を、最終
容量約１０Ｌまで１．５時間継続した。濃縮液を脱イオ
ン水１８．２ｋｇで希釈し、そしてダイアフィルトレー
ションを、最終容量約１０Ｌまで継続した。保持液を、
再度、脱イオン水１８．１ｋｇで希釈し、そして濃縮液
（Ｃ３，２４°Ｂｘ）および浸透液（Ｐ３，６°Ｂｘ）
をサンプリングした。ダイアフィルトレーションを、濃
縮液の最終容量約１０Ｌまでさらに３５分間再継続し
た。フィード液を、再度、第３部分の脱イオン水（１
８．１ｋｇ）で希釈し、そしてダイアフィルトレーショ
ンを、最終１３．７５ｋｇ（２４．４°Ｂｘ）までさら
に３０分間継続した。浸透液（Ｐ４）濃縮液は２．５°
Ｂｘであった。ダイアフィルトレーションからの浸透液
を、最初の浸透液と分離して保存した。浸透液を、１０
個の２０−Ｌ容器に回収し、一夜凍結保存した。算出し
た平均流量は３６２．６Ｌ／ｍ²／日であった。

【００２１】得られた濃縮液（すなわち、保持液）は、
表Ｉに示すように、狭い範囲の比較的高いＭＷ部分の方
に甚だしくシフトしたＭＷ分布をもった。この実験、お
よび結果が表ＩＩと表ＩＩＩに報告される実験における
ＭＷ分布は、サイズ排除クロマトグラフィーによって測
定された［Ｗａｔｅｒｓ５１０ポンプ、ＷａｔｅｒｓＧ
ｒａｄｉｅｎｔコントローラー、ＷＩＳＰオートサンプ
ラー、３種カラム系（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ Ｐｏｌｙ
Ｓｅｐ Ｐ３０００，ｐ２０００およびＰ１０００
（７．８ｘ３００ｍｍ，溶出順に置かれた））、Ｓｈｏ
ｄｅｘ ＲＩ−７１検出器、およびｍｉｎｉＤＡＷＮ
ＭＡＬＬＳ検出器からなる装置が使用された。データ
は、ＷＩＮＤＯＷＳ ｖ．４．００用ＡＳＴＲＡによっ
て処理された。移動相は、純水中無勾配の０．０５％Ｎ
ａＮ₃であり、そして０．２μフィルターを通して濾過
された。流速は０．６ｍＬ／ｍｉｎであった。］。

【００２２】

【表１】

【００２３】比較的低いＤＰ（１〜４）を、ほとんど完
全に除去し（すなわち、浸透液として通過した）、そし
てまた若干大きい鎖（ＤＰ５〜８）も、より低い程度ま
で除去して、イヌリン全量の７２％としてＤＰ約６〜２
５、ＤＰ４〜７を２１％、５．５％ＤＰ４、そして１％
未満のＤＰ３をもつ保持液生産物を得た。浸透液は、主
としてＤＰ４〜７（４０％）、ほぼ等量のＤＰ４（２３
％）と３（２０％）、およびより少量のスクロース（Ｄ
Ｐ２）（７％）、単糖類（４％）そして塩類（５％）を
含んだ。

【００２４】濃縮液と浸透液の組成は、以下の表ＩＩに
見られるように、限外濾過またはダイアフィルトレーシ
ョンの程度に応じて浸透中に変化した：

【００２５】

【表２】

【００２６】かくして、濃縮度合いの良好なタイミング
によって、浸透液中の望ましい組成を得るべく濃縮液の
組成を合わせられることが明らかになった。このこと
は、単一のフィード液から種々の生産物を製造するのに
有利であろう。さらに、実施者が、２種の分離膜処理段
階を要するよりむしろ、単一膜系を用いて実質的に不要
の発熱成分を含まない生産物を得ることを可能にする。

【００２７】Ｇ１０膜の浸透液を、ＤＥＳＡＬ Ｇ５
（ＳＷ，２５４０，２．６ｆｔ²、１Ｋ ＮＭＷＣＯ）
におけるさらなる限外濾過にかけて、より低いＭＷ成分
を除去した。Ｇ１０浸透液の最初の７個（１０個につい
て）の５−ｇａｌ．ドラムを、フィードタンクに添加し
た。再循環を設定し、そして浸透液を流し始めた時、フ
ィード液と浸透液をサンプリングした。フィード液を約
４５Ｌまで濃縮し、濃縮液とフィード液を再びサンプリ
ングした。レベルが４０Ｌに達した時、ドラム８をその
濃縮液に添加し、そしてフィード液を再び４０Ｌに濃縮
した。同じ操作をドラム９と１０について続けた。フィ
ード液（１７．２°Ｂｘ）と浸透液（０．９°Ｂｘ）の
サンプルを、フィードの最後のドラムが２０Ｌに濃縮さ
れた後に採取した。濃縮を１５Ｌまで継続し、フィード
液を脱イオン水１０ｋｇで希釈し、そしてダイアフィル
トレーションを濃縮液の最終量１６．４ｋｇ（２８．５
°Ｂｘ）まで継続した。平均流量は、２４０．３Ｌ／ｍ
²／日と算出された。得られた濃縮液は、以下の表ＩＩ
Ｉに見られるように、減少したレベルのスクロース、単
糖類および塩類を含有した：

【００２８】

【表３】

【００２９】Ｄ．脱色および脱イオン ２７．５％のＢｒｉｘの読みをもつ抽出液（膜清澄化／
分離の前後いずれかの；この場合、膜分離後に実施され
る）２６．５ ｌｂに、水１．１６ｋｇ中に懸濁した水
酸化カルシウム（石灰）５７８．２ｇのスラリーを添加
した。二酸化炭素ガスを、激しく撹拌しながら混合液に
添加した。石灰と二酸化炭素の添加を、ｐＨ１０．４〜
１０．７に調整するような方法で制御した；石灰の最初
の添加は、始めには約ｐＨ５．５であった抽出液のｐＨ
を、１１．０まで上昇させ、そして明るい黄緑色の生成
と同様に綿状沈殿の形成をもたらした。石灰添加終了
後、ｐＨを二酸化炭素の添加によって約１０．４に調整
し、そして混合液を一夜静置した。一夜静置後、二酸化
炭素のさらなる添加によってｐＨを中性に下げた。

【００３０】脱色炭素（ＫＢＦＦ粉末炭素３０３ｇ）を
石灰添加混合液に添加した；Ｂｒｉｘ２４°をもつ最終
混合液重量は、３３．０ ｌｂであった。得られた混合
液を遠心して大部分の沈殿物を除去した。混合液の清澄
化を、３サイクルのダイアフィルトレーションによる５
００Ｋ ＮＭＷＣＯ ＨＦ膜を用いて実施した。炭水化
物含量約７４％を回収した。

【００３１】遠心条件は、炭素も同様に効果的に除去す
るように設定できるが、これは、Ｃｅｌｉｔｅのような
濾過助剤の大量使用を必要とするであろう。遠心によっ
て大部分の沈殿物を除去し、続いて、残存炭素や微生物
汚染を除去するために、適切な多孔度の多管または中空
糸膜を通して得られた濾液を通過させることはより都合
がよい。

【００３２】澄明溶液を、１分当たり０．１２ベッドボ
リュームでＤｏｗｅｘ Ｍｏｎｏｓｈｅｒｅ ５５０Ａ
（塩化物型）のカラムを通過させた。溶解した固形分の
約６４％（Ｂｒｉｘ度に基づいて）を樹脂から回収し
た。流出液は、直ちに、前記カラムと同じ速度で混合ベ
ッド樹脂（Ｄｏｗｅｘ ＭＲ−３）のカラムを通過させ
た。ｐＨと伝導率を監視して、ｐＨが４以下に行かず、
そして伝導率が１ｍＳ未満に留まるよう確認した。樹脂
が消耗するにつれて、ｐＨは急に５から３へ落ち、伝導
率は０．１から０．３ｍＳに上がった。新鮮な樹脂カラ
ムを使用して工程を継続した。Ｂｒｉｘ測定により、溶
解固形分の約６４％をこの段階から回収した。

【００３３】Ｅ．固体イヌリンの単離 イヌリン７．８ポンドを含む先の段階からの溶液を、濃
度２８．５°Ｂｒｉｘまでロータリーエバポレーション
によって濃縮した。この溶液の一定量を、フィード速度
２．５ｋｇ／ｈｒで入口温度１９５℃および出口温度１
２０℃を用いて、Ｎｉｒｏスプレードライヤーにより噴
霧乾燥した。乾燥イヌリン（６．７６ｌｂ）を、弱い吸
湿性である細粒生産物として回収した。

【００３４】（実施例２） 摩砕キクイモ塊茎からのイ
ヌリンの単離−２ Ａ．抽出 抽出を、前記実施例１記載のように実施した。

【００３５】Ｂ．粗抽出液の清澄化 粗抽出液（１５ｋｇ，１０°Ｂｒｉｘ）を、３ ｆｔ²
の膜とルーメン直径１．０ｍｍ（A/G Technology, In
c.）をもつ５００ｋ ＮＭＷＣＯ ＨＦモジュール
（１．５ｘ２５ ｉｎ．）を用いて清澄化した。再循環
装置は、約６ｇｐｍであった。入口圧は３０ｐｓｉｇ、
そして出口圧３〜５ｐｓｉｇであった。始発流量は、２
５６ｍＬ／ｍｉｎであり、容量回収率８０％では１９４
ｍＬ／ｍｉｎに低下した。浸透液濃度が１．５°Ｂｒｉ
ｘに減少するまで、濃縮液をダイアフィルトレーション
にかけた。この操作を、浸透液１２６．２ｋｇ（ダイア
フィルトレーション浸透液を含む）を得るまで繰り返し
た。合わせた浸透液を、１Ｋ ＮＭＷＣＯ ＳＷモジュ
ール（ＤＥＳＡＬ Ｇ５，２．５ｘ４０ｉｎ．，２．６
ｍ²）を用いるクロスフロー濾過によって４９．５ｋｇ
まで濃縮して、保存を可能にし、そして低分子量の汚染
物質濃度を下げた。これは、工程の後期にイオン交換樹
脂および／または活性炭素吸着剤の再生または交換の必
要を低下させることで有利である。

【００３６】Ｃ．清澄抽出液の連続脱イオン化と脱色 濃縮浸透液を、１０°Ｂｒｉｘまで希釈し、使用順に次
の吸着剤：１．Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｐ３０８（Ｃｌ
^-）；２．Ｄｏｗｅｘ Ｍｏｎｏｓｐｈｅｒｅ５５０Ａ
（ＯＨ^-）；３．Ｄｏｗｅｘ ＭａｒａｔｈｏｎＣカチ
オン交換（Ｈ⁺）；４．Ｄａｒｃｏ １２ｘ２０ＬＩ粒
状活性炭素（ＧＡＣ）を充填した４本のカラム（４ｘ２
４ ｉｎ．）を連続的に通過させることによる連続法で
処理した。溶出溶液を、２６８ｎｍでの吸光度と伝導率
を基に追跡した。吸着剤の順序は、工程または生産物規
格のニーズに合致するように変えられてもよい。本場合
には、第１段階としての塩化物樹脂の使用は、それが、
効果的に色素を除去し、そして不可能ではなくても、水
酸化型樹脂単独では除去が困難であるアニオンを容易に
交換する点で得策である。また、酸性樹脂の前に水酸化
樹脂を置くことは、ポリフラクタンに損傷を与える酸性
領域へのｐＨ離脱を避けるか最少にする。

【００３７】Ｄ．脱イオン／脱色されたイヌリンの分画 この操作の基本原則は、一連の膜を用いて異なる鎖長集
団のイヌリンを分離することである。これは、通常、商
業スケールのサイズ排除クロマトグラフィーによって行
われるけれども、それらの実験的に決定された分子量カ
ットオフのために適切に選ばれた一連の膜の使用は、異
なる物理的性質によって、所望されるような比較的狭い
か広いかの分子量集団に精製するより経済的手段を提供
できる。膜の典型的な配列は、ＮＭＷＣＯの上昇または
下降順でもよいが、しかし混合されたＮＭＷＣＯ順は、
厳密な配列の増加または減少ＮＭＷＣＯ膜の使用によっ
て行われるよりもやや異なる鎖長の混合物を提供する。

【００３８】１．ダイアフィルトレーションによるイヌ
リンの調製的分画：排除パーセントの測定 純粋イヌリン溶液（５５．８ｋｇ，９．６°Ｂｒｉｘ）
を、公称３．５Ｋ ＮＭＷＣＯの膜モジュール（２．５
ｘ４０ ｉｎ）を用いて濃縮した。回収した濃縮液Ｃ−
１（１７．４°Ｂｒｉｘ）９．３６ｋｇおよび浸透液Ｐ
−１（５．２°Ｂｒｉｘ）４６．４ｋｇ。濃縮液Ｃ−１
（８．８４ｋｇ）を、３０．６ｋｇまで希釈し、そして
１０Ｋ ＮＭＷＣＯの膜モジュールで再濃縮した。最終
濃縮液Ｃ−２（６．１ｋｇ，８．７°Ｂｒｉｘ）を凍結
保存した。浸透液Ｐ−２をＰ−１と合わせた。合わせた
浸透液を、２．５Ｋ ＮＭＷＣＯの膜モジュールで濃縮
した。濃縮液Ｃ−３（６．１８ｋｇ，１０．４°Ｂｒｉ
ｘ）を凍結した。浸透液Ｐ−３（５８．６ｋｇ，２．９
°Ｂｒｉｘ）を、１Ｋ ＮＭＷＣＯの膜モジュールで濃
縮して、濃縮液Ｃ−４（１０．９ｋｇ，９．３°Ｂｒｉ
ｘ）を得、また凍結保存した。浸透液Ｐ−４（４７．７
ｋｇ，０．５°Ｂｒｉｘ）を廃棄した。

【００３９】以下の表は、各々の膜について測定された
イヌリン成分の排除パーセントを総括している。排除パ
ーセント（％Ｒ）は、式： ％Ｒ＝［ｌｏｇ（Ｃ_r／Ｃ_o）／ｌｏｇ（Ｖ_o／Ｖ_r）］ｘ
１００％ ［式中、Ｃ_rは保持液における濃度であり、Ｃ₀はフィー
ド液における濃度であり、Ｖ_rは保持液の容量であり、
そしてＶ₀はフィード液の容量である］に従って算出さ
れた［Matson, S.L., "Membrane Separations"; Chapte
r 8 in Membrane Separations Technology. Principles
and Applications. R.D. Nobleand S.A. Stern (ed
s.), Elsevier, 1995. pp. 353-413, 特に，pp. 393、
参照］。

【００４０】

【表４】

【００４１】２．イヌリン画分の単離 この方法では、チコリからのイヌリンの始発添加液を、
４種の異なる膜分画段階（１０ｋ，３．５Ｋ，２．５
Ｋ，１．０Ｋ ＮＭＷＣＯ）を順に通過させて、イヌリ
ンの分子量分布に関して別々の組成をもつ４種の生産物
を得た。

【００４２】純イヌリンの水溶液（１０％ｗ／ｗ；１０
０．２１ｋｇ）を、４０℃に加熱して高分子量物質を溶
解した。その溶液を、最初の重量の３４．８４％が残る
まで、らせん巻き膜モジュール（２．５”ｘ４０”；１
０Ｋ ＮＭＷＣＯ）を通過させる限外濾過にかけた。濃
縮液を、３サイクルのダイアフィルトレーション（１サ
イクルは、等量の水による希釈と次に始発容量までの濃
縮からなる）にかけた。ダイアフィルトレーション後の
残留濃縮液（１０ＫＣ１）を凍結保存した。

【００４３】前段階からの合体した浸透液を、フィード
重量の９．９３％が濃縮液として残るまで、らせん巻き
膜モジュール（２．５”ｘ４０”；３．５Ｋ ＮＭＷＣ
Ｏ）を用いるクロスフロー濾過によって濃縮した。次い
で、その濃縮液を、上記３サイクルのダイアフィルトレ
ーションにかけて、濃縮液３．５ＫＣ２を得た。

【００４４】３．５ＫＣ２からの合体した浸透液を、１
Ｋ ＮＭＷＣＯ膜モジュールを用いて始発容量の約半分
に濃縮した。その浸透液を廃棄し、そして濃縮液を、
２．５Ｋ ＮＭＷＣＯモジュールを用いてさらに分画し
た。その濃縮液は、始発フィード量の１０．２％であ
り、そして前記ダイアフィルトレーションにかけて、濃
縮液２．５ＫＣ３を得た。濃縮とダイアフィルトレーシ
ョンからの浸透液を、最後に、１Ｋ ＮＭＷＣＯ膜モジ
ュールで濃縮（始発量の８．０７％）し、そして３サイ
クルのダイアフィルトレーションにかけて１．０ＫＣ４
を得た。この最終段階からの浸透液を廃棄した。各濃縮
液のパーセント組成は、以下に表示される。

【００４５】

【表５】

【００４６】本発明の特徴および主要な態様は以下のと
おりである。

【００４７】１． 一定範囲の重合度をもつ炭水化物を
含有するイヌリン水溶液を、種々の平均重合度をもつ画
分に分離する方法であって、イヌリン水溶液を予め決定
されたポアーサイズをもつ膜を通す限外濾過にかけ、そ
れによって予め決定された値よりも低い平均重合度をも
つイヌリン画分が、浸透液として該膜を通過し、そして
該予め決定された値よりも大きい平均重合度をもつイヌ
リン画分が、保持液として回収されることを含む方法。

【００４８】２． 限外濾過膜が、らせん状に巻かれた
配置をもつ、第１項の方法。

【００４９】３． 該イヌリン水溶液が、１（フルクト
ースまたはグルコース）ないし約６０の範囲内の重合度
をもつ炭水化物を含有する、第１項の方法。

【００５０】４． イヌリン水溶液が、キクイモ、チコ
リまたはダリアに由来するイヌリンを含有する、第１項
の方法。

【００５１】５． 該予め決定されたポアーサイズが、
準備され、そして約１Ｋ，２．５Ｋ，３．５Ｋおよび１
０Ｋからなる群より選ばれる分子量をもつイヌリン画分
を、それを通過させるように構築される、第１項の方
法。

【００５２】６． （ａ）（ｉ）一定範囲の重合度をも
つイヌリンと（ｉｉ）不純物（該不純物は、無機質、ア
ミノ酸、タンパク質、脂肪、細胞壁断片、コロイド物
質、および粒状物からなる群の少なくとも１種類を含
む）を含有する第１の水溶液を製造するように天然のイ
ヌリン給源からイヌリンを回収する工程； （ｂ） 該第１の水溶液を、イヌリン分解酵素と色形成
酵素からなる群から選ばれる少なくとも１種の酵素を変
性させるための変性工程に供して、第２の水溶液を製造
する工程； （ｃ） 該第２の水溶液を、粒状物、コロイド物質およ
び微生物を除去するために清澄化して、第３の水溶液を
製造する工程； （ｄ） 該第３の水溶液からイオン性不純物と色形成不
純物を除去して、第４の水溶液を生成する工程；ならび
に （ｅ） 第４の水溶液を予め決定されたポアーサイズを
もつ膜を通す限外濾過にかけることによって予め決定さ
れた値よりも低い平均重合度をもつイヌリン画分が、浸
透液として該膜を通過し、そして該予め決定された値よ
りも大きい平均重合度をもつイヌリン画分が、保持液と
して回収されるように該第４の水溶液中のイヌリンを、
種々の平均重合度をもつ画分に分離する工程、を含んで
なる方法。

【００５３】７． 段階（ｂ）が加熱段階である、第６
項の方法。

【００５４】８． 段階（ｃ）が、第２の水溶液を適当
な濾過材媒体を通過させることを含む、第６項に方法。

【００５５】９． 段階（ｄ）が、第３の水溶液を吸着
剤媒体を通過させることを含む、第６項に方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジユアン・エル・ナビア アメリカ合衆国ジヨージア州30605アセン ス・キングストンウエイ145 (72)発明者 デイビツド・エス・ニーデイツチユ アメリカ合衆国ジヨージア州30605アセン ス・フオレストハイツドライブ707

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定範囲の重合度をもつ炭水化物を含有
   するイヌリン水溶液を、種々の平均重合度をもつ画分に
   分離する方法であって、イヌリン水溶液を予め決定され
   たポアーサイズをもつ膜を通す限外濾過にかけ、それに
   よって予め決定された値よりも低い平均重合度をもつイ
   ヌリン画分が、浸透液として該膜を通過し、そして該予
   め決定された値よりも大きい平均重合度をもつイヌリン
   画分が、保持液として回収されることを含む方法。
2. 【請求項２】 （ａ）（ｉ）一定範囲の重合度をもつイ
   ヌリンと（ｉｉ）不純物（該不純物は、無機質、アミノ
   酸、タンパク質、脂肪、細胞壁断片、コロイド物質、お
   よび粒状物からなる群の少なくとも１種類を含む）を含
   有する第１の水溶液を製造するように天然のイヌリン給
   源からイヌリンを回収する工程； （ｂ） 該第１の水溶液を、イヌリン分解酵素と色形成
   酵素からなる群から選ばれる少なくとも１種の酵素を変
   性させるための変性工程に供して、第２の水溶液を製造
   する工程； （ｃ） 該第２の水溶液を、粒状物、コロイド物質およ
   び微生物を除去するために清澄化して、第３の水溶液を
   製造する工程； （ｄ） 該第３の水溶液からイオン性不純物と色形成不
   純物を除去して、第４の水溶液を生成する工程；ならび
   に （ｅ） 第４の水溶液を予め決定されたポアーサイズを
   もつ膜を通す限外濾過にかけることによって予め決定さ
   れた値よりも低い平均重合度をもつイヌリン画分が、浸
   透液として該膜を通過し、そして該予め決定された値よ
   りも大きい平均重合度をもつイヌリン画分が、保持液と
   して回収されるように該第４の水溶液中のイヌリンを、
   種々の平均重合度をもつ画分に分離する工程、を含んで
   なる方法。