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KR20210091734A - 희소당 함유 조성물의 제조 방법 및 희소당 함유 조성물 - Google Patents

희소당 함유 조성물의 제조 방법 및 희소당 함유 조성물 Download PDF

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KR20210091734A
KR20210091734A KR1020217017046A KR20217017046A KR20210091734A KR 20210091734 A KR20210091734 A KR 20210091734A KR 1020217017046 A KR1020217017046 A KR 1020217017046A KR 20217017046 A KR20217017046 A KR 20217017046A KR 20210091734 A KR20210091734 A KR 20210091734A
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KR
South Korea
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sugar
fructose
psicose
glucose
rare
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020217017046A
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English (en)
Inventor
가즈야 아키미쓰
겐 이즈모리
세이조 다카오카
아키히데 요시하라
시로 가토
스스무 모치즈키
Original Assignee
고쿠리츠다이가쿠호우징 카가와다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고쿠리츠다이가쿠호우징 카가와다이가쿠 filed Critical 고쿠리츠다이가쿠호우징 카가와다이가쿠
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Abstract

과제: D-프시코오스의 우수한 기능성을 유지하면서, 감미료로서의 개선해야 할 점을 고려한 희소당 함유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
해결 수단: 원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법으로서, 제1 단계에서, 케토오스3-에피머라아제로 D-프룩토오스를 D-프시코오스와의 혼합물로 만들고, 제2 단계에서 D-프시코오스에 작용하지 않는 D-크실로오스이소머라아제를 사용한 D-프룩토오스를 D-글루코오스로 변환함으로써, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는 것을 특징으로 하는 방법. 제1 단계의 생산물이 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물이다. 상기 혼합물은 설탕과 동일한 미질(味質)의 감미료이다.

Description

희소당 함유 조성물의 제조 방법 및 희소당 함유 조성물
본 발명은, 원료를 D-프룩토오스를 사용하고, 효소 반응을 2개로 하고, 각각의 효소 반응을 직렬로 2개를 조합함으로써, 제조 공정 중에 분리 조작 등으로 상실되지 않고, 원리적으로는 원료의 전부 100%가 생산물로서 얻는 것이 가능한 당함유 조성물의 제조 방법, 및 생산물인 설탕과 동일한 미질(味質)의 희소당 함유 조성물과 그 용도에 관한 것이다.
여기서, 본 발명에서 사용하는 효소 케토오스3-에피머라아제 및 크실로오스이소머라아제에 대하여 정의한다.
(1) 이소머라아제
이소머라아제는 「화학식은 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 헥소오스에 작용하는 이소머라아제는 「화학식 C6H12O6는 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 예를 들면, 알도오스이소머라아제는 「분자 내에서의 수소의 이동」을 촉매하고, C1과 C2 사이의 산화환원반응을 진행시킨다.
(2) 에피머라아제
에피머라아제는 단당의 경우, C에 결합한 -OH의 위치를 반대 측으로 이동시키는 효소이며, 「화학식 C6H12O6는 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 따라서 이소머라아제에 속하는 효소이다.
(3) 정리
이소머라아제가 에피머라아제보다 상위에 존재한다. 즉, 효소 「이소머라아제」는, 당 업계에서 잘 알려져 있고, 예를 들면, 케토오스3-에피머라아제, 크실로오스이소머라아제, 글루코오스이소머라아제가 있다. 다만, 글루코오스이소머라아제는 과학적 정식명칭은 아니다. 효소의 명칭으로서 글루코오스이소머라아제는 국제생화학분자생물학연합에 등록되어 있는 EC번호에는 들어가 있지 않다. 이는 「과학적인 효소의 명칭」은 아니다. D-크실로오스이소머라아세가 과학적 명칭이며 글루코오스이소머라아제는 상업명으로서 일반적으로 사용되고 있을 뿐이다. 이유는 D-크실로오스이소머라아제가 구조가 유사한 글루코오스에 작용하는 것을 「인간이 이용하고 있을 뿐」이며, 자연계에서는 글루코오스를 프룩토오스로 만들어 이용하는 경우는 없다.
에피머라아제는 이소머라아제 중에 포함된다. 따라서, (a) 「D-글루코오스를 D-프룩토오스로 이성화하는 효소」, (b) 「D-프룩토오스를 D-프시코오스로 이성화하는 효소」로 표현할 수 있다.
상기한 (a) 「D-글루코오스를 D-프룩토오스로 이성화하는 효소」에 대하여, 이 중에는, 예를 들면, 어떤 미생물의 L-람노오스이소머라아제가 D-글루코오스에 작용하여, D-프룩토오스로 변환하는 것이 있다고 하더라도 그 L-람노오스이소머라아제도 포함된다. 모든 미생물, 식물, 동물 등의 생물이 가지는 단백질이 D-글루코오스를 D-프룩토오스로 변환하는 것도 모두 포함된다.
또한, (b) 「D-프룩토오스를 D-프시코오스로 이성화하는 효소」에 대하여, 여기에는 모든 생물이 생산하는 단백질이 D-프룩토오스를 D-프시코오스로 변환하는 경우에도 이것에 포함된다.
따라서, EC번호에 「EC. 5.-(이성화 효소)」에 속하는 모든 효소를 포함한다. 가령 새로 발견된 효소, 다른 이성화 효소로 분류되고 있는 것이 이러한 반응을 촉매할 수 있는 작용을 조금이라도 가지고 있으면, 그것을 포함하는 것을 의미한다. 본 발명에서 사용하는 『이소머라아제』라는 명칭은, 넓은 효소군을 포함하는 것으로서 사용하고 있다.
종래의 기술은, 순수한 희소당 D-알로오스(D-프시코오스)를 케토오스3-에피머라아제(예를 들면, D-알로오스3-에피머라아제)를 사용하여 D-프룩토오스를 원료로 하여 생산하고 있다. 희소당 D-프시코오스는 D-프룩토오스에 에피머라아제를 작용하여, D-프룩토오스와 D-프시코오스의 혼합물을 만들고, 그것을 분리정제함으로써 분말결정의 D-프시코오스를 만드는 것이 가능하다. 이 D-프시코오스는 그 자체로 감미료, 의약품 등의 용도가 있으며, 전세계에서 대량생산되어 판매가 시작되고 있다. 이 D-프시코오스는 에너지 제로이며 각종 기능성이 있으므로, 특히 감미료로서의 판매가 선행되고 있다.
또한, 이성화당을 원료로 하여, 화학 반응을 이용하여 희소당을 함유하는 시럽, 레어슈가스위트(RSS)도 생산되고 있다(특허문헌 5 참조).
D-프시코오스의 감미료로서의 감미(단맛)는, 설탕과 비교하면 약 7할이며, 감미도를 설탕에 근접시킬 필요가 있다.
특허문헌 1에, 종래의 감미료로서의 과당 포도당액당의 감미질과 함께 설탕과는 상이하게 되어 있는 문제점을 해결하여, 설탕의 감미도 및 미질에 매우 근접한 감미료로 하는 것을 목적으로 하는 것이며, D-프룩토오스, D-글루코오스 및 D-프시코오스로 이루어지는 설탕과 거의 동일한 감미도 및 미질을 가지는 감미료로서, 또한, 이성화당의 비만 효과를 억제하기 위한 감미료이며, D-글루코오스 및 D-프시코오스의 합계 100중량부에 대하여, D-프시코오스가 9중량부 이상이며, D-프룩토오스, D-글루코오스 및 D-프시코오스의 합계 100중량부에 대하여, D-프룩토오스가 34∼55 중량부이며, 및 D-프룩토오스, D-글루코오스 및 D-프시코오스의 합계 100중량부에 대하여, D-글루코오스 및 D-프시코오스의 합계가 66∼45중 량부인 감미료가 개발되어 있다.
상기 감미료의 D-프시코오스를 포함하는 감미료이면서 저비용으로도 만들 수 있는 제조 방법은, 소위 이성화당을 원료로 하는, (1) 연속 플랜트를 사용한 방법, (2) 혼합 효소를 사용한 방법, (3) 고(鼓) D-프시코오스 함유의 당액을 조제하는 방법이 나타나 있다.
(1) 연속 플랜트를 사용한 방법
먼저, 과당 포도당액당을 제조하고, 이어서, 케토오스3-에피머라아제를 작용시킨다. 과당 포도당액당은, 전분을 원료로 하고, 고정화한 또는 배치에 의한 알파 아밀라아제, 글루코아밀라아제, 글루코오스이소머라아제 등의 효소를 사용하여 제조한다. 다음으로, 생성한 이성화당액을 연속하여 에피머라아제에 작용시켜, D-글루코오스 및 D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 혼합당액을 생성한다. 실시예에 의하면, 얻어지는 당액은, 대략 D-글루코오스 58중량부, D-프룩토오스 34중량부, D-프시코오스 8중량부로 이루어진다. D-프시코오스의 양이 약 8%로 비교적 낮은 생산물이다.
(2) 혼합 효소를 사용한 방법
상기 포도당액당에 글루코오스이소머라아제 ＋ 케토오스3-에피머라아제를 작용시킨다. 이소머라아제 및 에피머라아제가 포함되는 고정화 효소를 적절한 컬럼에 충전하고 분해 포도당액당을 연속하여 유입시켜, 반응액을 분취한다.
실시예에 의하면, 얻어지는 당액은, 반응 시간 2시간에 대략 D-글루코오스 41중량부, D-프룩토오스 48중량부, D-프시코오스 11중량부로 된다. 반응 시간을 1시간으로 하면, D-글루코오스 43중량부, D-프룩토오스 48중량부, D-프시코오스 9중량부가 된다.
(3) 고 D-프시코오스 함유의 당액을 조제하는 방법
포도당액당에, 고정화 글루코오스이소머라아제 및 D-타가토오스3-에피머라아제의 혼합 효소를 가하여 반응시켰다. 실시예에 의하면, 얻어지는 당액은, 반응 시간 4시간에 D-글루코오스 54중량부, D-프룩토오스 36중량부, D-프시코오스 10중량부가 되고, 반응 시간 20시간에 D-글루코오스 41중량부, D-프룩토오스 42중량부, D-프시코오스 17중량부로 된다.
또한, 특허문헌 2에 기재된, 주성분으로서 함유하는 D-프시코오스와, 당 알코올 및/또는 고감미도 감미료로 이루어지는, 미질이 개량된 D-프시코오스 함유 저칼로리 감미료와 같이, 고감미도 감미료의 첨가나 그 외의 감미료의 첨가에 의해 기능을 그대로 하고 감미도를 개선하는 노력이 행해지고 있다.
이러한 희소당 함유 조성물의 공업적 대량제조에는 극복해야 할 문제점이 많다.
예를 들면, 희소당 D-프시코오스는, D-프룩토오스에 D-케토헥소오스3-에피머라아제(특허문헌 3)를 작용시키면, D-프룩토오스로부터 수율 20∼25 %로 생성된다. 또한, D-프시코오스3-에피머라아제(비특허문헌 1)를 사용한 경우에는, 40%의 수율로 D-프시코오스가 생성되고, 붕산을 병용한 경우에는 62%의 D-프시코오스가 생성된다는 보고가 있다. 정제 D-프룩토오스의 제조를 행하고 나서 D-프시코오스의 제조를 행하는 경우, 별도의 공정에서 행하기 때문에, 원료, 수송, 반응 비용이나 플랜트 운영 비용 등의 제약을 받아, 현실적으로 D-프시코오스의 공업적 대량제조는 극도로 곤란하다.
D-글루코오스와 D-프룩토오스의 비율이 58:42 정도인 이성화당이 있지만, 이성화당(42% high-fructose corn syrup, HFCS)은, D-글루코오스로부터 이소머라아제를 사용하여 D-프룩토오스로 전환하는 과정에 있어서, D-글루코오스와 D-프룩토오스의 평형 상태에서의 비율이 58:42 정도로 각 성분을 분리하지 않고 제조과정에 있어서 얻어진 그 조성 그대로 감미료로서 현재도 사용되는 제품이다. 이 생산물은 감미도가 높은 D-프룩토오스의 농도가 낮으므로, D-프룩토오스를 분리하여 생산물에 첨가하는 과정을 거쳐서 HFCS로 하고 있다. 이와 같이 각성분을 분리하지 않고 제조과정에 있어서 얻어진 그 조성 그대로 감미료로서 사용하는 경우는 없다.
이하 상세하게 기재하지만, 전분으로부터 이성화당을 생성하기 위해서는, 3회의 효소 반응과 정제, 농축이 필요하다.
(1) 액화: 전분에 물과 가수분해효소인 α-아밀라아제를 가하고, 95℃ 정도로 가열한다. 이로써, 고분자의 전분은 어느 정도 작게 분해된다.
(2) 당화: 액화종료 후에 55℃ 정도까지 냉각하고, 글루코아밀라아제를 가한다. 이 반응에서, 당은 더욱 미세하게 분해되어, 포도당이 된다.
(3) 이성화: 60℃에서 이성화 효소의 글루코오스이소머라아제를 기하여, 대략 절반의 포도당을 과당으로 변화시킨다. 이성화당의 명칭은 이 반응(포도당이 과당으로 이성화하는 반응)으로부터 유래하고 있다.
(4) 정제·농축: 이성화 후, 액당을 여과기나 이온 교환 장치로 정제하고, 수분을 증발시켜서 농축함으로써, 과당분 42%의 포도당과당액당이 얻어진다. 또한, 크로마토그래피에 의해 과당순도를 높임으로써, 과당분 90-95 %의 고 과당액당을 만들 수 있다. 이것을 과당분 42%의 포도당과당액당과 배합하는 것에 의해 과당분 55%의 과당포도당액 등이 만들어진다.
특허문헌 1에 기재된 설탕과 거의 동일한 감미도 및 미질을 가지는 감미료가 이성화당의 비만 효과를 억제하는 기능을 가진다는 것을 감안하더라도 앞으로의 시장의 확대에 대비해야 할 시기에 있어, 그 발명에 있어서도 목적으로 된 D-프시코오스를 포함하는 감미료이면서 저비용으로도 만들 수 있는 제조 방법을 바탕으로, 한층 저비용 등의 제조 방법의 개량, 대량생산 기술의 개발에 대한 대처가 급선무이다.
일본특허 5639759호 공보 일본특허 4942001호 공보 일본공개특허 평6-125776호 공보 일본특허 5922880호 공보 일본특허 제5715046호 공보 일본특허 제5997693호 공보 일본공개특허 제2017-36276호 공보 일본특허 제4009720호 공보 일본공개특허 제2007-91696호 공보
The 3rd Symposium of International Society of Rare Sugars
본 발명은, D-프시코오스의 우수한 기능성을 유지하면서, 감미료로서의 개선해야 할 점을 고려한 희소당 함유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이성화당이 비만 등의 원흉으로 되어 있는 것은, D-프룩토오스(과당)가 중성지방의 축적 등에 좋지 못한 영향을 나타내기 때문이다. 한편, D-프룩토오스는 달고 맛있는 이점이 있다. D-프룩토오스를 결점이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하고, D-프룩토오스가 달다는 이점을 이이끌어 내는 조성으로 조정하는 것, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하는 것, D-프시코오스의 기능성을 가진 새로운 감미료를 만들어 내는 것이 요구된다.
고감미도 감미료의 첨가나 다른 감미료를 첨가하는 방법으로, D-프시코오스의 감미도를 개선하는 방법이 통상적인 바, 본 발명은, 원료와 효소 반응 2개로 하고, 능숙하게 각각의 반응을 2개 조합함으로써, 다른 어떠한 것을 첨가하지 않는 간편한 방법으로 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
새로운 설비투자적인 비용이 들지 않고, 에피머라아제, 이소머라아제를 각각 적합한 조건 하에서 반응하는 것에 의해 완성되는 것, 연속 혹은 개별의 반응을 자유롭게 사용하여 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 설탕과 동일한 미질의 감미도는 D-프룩토오스 함유량으로 개선할 수 있고, 제조 비용 삭감은 종래의 제조 라인에 적절한 형태로 접속함으로써 가능하게 되고, D-프시코오스의 기능은 충분히 유지한다는 지금까지 없는 시스템 구축을 함으로써 완성한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 예의(銳意) 연구를 거듭했다.
그중에서, 어떤 일정한 D-글루코오스, D-프룩토오스, D-프시코오스 비로 이루어지는, 희소당 함유 조성물이, 감미도, 감미질이 설탕과 동일하며, 나아가서는 비만 등의 생활습관병의 예방 효과를 가지는 감미료가 될 수 있는 것과, 그 희소당 함유 조성물을 종래의 제조 라인을 적절한 형태로 접속함으로써 부반응 생성물을 포함하지 않는 순수한 형태로 제조할 수 있는 것과, 특별한 정제 공정을 부가시킬 필요가 없는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
사용하는 효소의 활성, 고정화 효소 컬럼의 유속(流速)을 조정함으로써, 목적으로 하는 조성에 가까운 생산물을 얻을 수 있는 방법으로서 완성했다.
본 발명은, 하기 (1) 내지 (13)의 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법을 요지로 하고 있다.
(1) 원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법으로서, 제1 단계에서, 케토오스3-에피머라아제로 D-프룩토오스를 D-프시코오스와의 혼합물로 만들고, 제2 단계에서 D-프시코오스에 작용하지 않는 D-크실로오스이소머라아제를 사용한 D-프룩토오스를 D-글루코오스로 변환함으로써, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
(2) 제1 단계의 생산물이 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물인, 상기 (1)에 기재된 방법.
(3) 제1 단계의 생산물이 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 평형 혼합물인, 상기 (1)에 기재된 방법.
(4) 제1 단계의 생산물이 목적으로 하는 농도로 조정된 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물인, 상기 (1)에 기재된 방법.
(5) 제2 단계가, 제1 단계의 생산물에 D-크실로오스이소머라아제를 연속 또는 개별로 작용시키는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(6) 제2 단계의 목적 생산물이, 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 D-프시코오스가 10∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 90∼80 중량부의 조성물인, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(7) 제2 단계의 목적 생산물이, 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 D-프시코오스가 15∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 85∼80 중량부의 조성물인, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(8) 제2 단계의 목적 생산물이, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물인, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(9) 사용하는 케토오스3에피머라아제 및 D-크실로오스이소머라아제의 효소활성을 조정함으로써, 목적 생산물의 조성을 목적한 것으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(10) 제1 단계의 반응 및 제2 단계의 반응이, 각각 기질(基質) 용액을 고정화 효소 컬럼 중을 통과시켜서 행하는 반응이며, 또한, 기질의 유속을 조정함으로써, 목적 생산물의 조성을 목적한 것으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(11) 원료인 D-프룩토오스를 기질로서 고정화 효소 반응을 사용하고, 이론 상은 부생산물을 생산하지 않고 100% 목적 생산물로서 얻는 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 방법.
(12) 목적 생산물이, 제조 공정 중에 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작으로 상실되지 않는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 방법.
(13) 제2 단계의 목적 생산물이 고정화 효소 컬럼을 통과한 액당 그것으로부터, 결정 상태 혹은 고체 상태의 당질을 생성시키는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 방법.
또한, 본 발명은, 하기 (14) 내지 (19)의 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물 및 하기 (20) 내지 (29)의 상기 조성물의 용도를 요지로 하고 있다.
(14) 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 프시코오스가 10∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 90∼80 중량부인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(15) 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 프시코오스가 15∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 85∼80 중량부인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(16) 원료가 되는 D-프룩토오스 생산물로서, 또한, 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작을 거치지 않고 있는 생산물인, 상기 (14) 또는 (15)에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(17) 원료가 되는 D-프룩토오스 생산물로서ㅕ, 또한, 고정화 효소 반응 컬럼을 통과한 액당 그것인, 상기 (14), (15) 또는 (16)에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(18) 설탕과 동일한 미질의 감미료인, 상기 (14) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(19) 시럽상(狀) 또는 결정질상인, 상기 (14) 내지 (18) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
(20) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 설탕 유사 감미료.
(21) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 식품.
(22) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 의약품 혹은 의약부외품.
(23) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 구강용 조성물.
(24) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 화장품.
(25) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 항비만제.
(26) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 섭식억제제.
(27) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 인슐린 저항성의 개선제.
(28) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 저칼로리 감미제.
(29) 상기 (14) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 설탕 유사 감미제.
본 발명에 의해, D-프시코오스의 우수한 기능성을 유지하면서, 감미료로서의 개선해야 할 점을 고려한 희소당 함유 조성물을 제공할 수 있다. D-프룩토오스(과당)는 달고 맛있는 이점이 있지만, 중성지방의 축적 등에 좋지 못한 영향을 나타내는 결점이 있으므로, 그것을 포함하는 이성화당이 비만 등의 원흉으로 치부되는 까닭이다. D-프룩토오스를 결점이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하고, D-프룩토오스가 달다는 이점을 이이끌어 내는 조성으로 조정되고, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한, D-프시코오스의 기능성을 가진 새로운 감미료를 만들어 낼 수 있다. 본 발명의, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물은, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 조성물이므로, 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방등)은 물론, 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물성장 조정제, 식물병해 저항성 증폭제 등), 공업용의 용도에 사용할 수 있다.
본 발명에 의해, 원료와 효소 반응 2개로 하고, 능숙하게 각각의 반응을 2개 조합함으로써, 다른 어떠한 것을 첨가하지 않는 간편한 방법으로 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 새로운 설비 투자적인 비용이 들지 않고, 에피머라아제, 이소머라아제를 각각 적합한 조건 하에서 반응시키는 것에 의해 완성되는 것과, 연속 혹은 개별의 반응을 자유롭게 사용하여 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
종래의 당질감미료, 예를 들면, HFCS나 D-프시코오스 등을 생산하는 경우에는, 효소 반응이 평형반응이므로 목적으로 하는 감미료를 생산하는 경우에, 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작이 필수로 된다. 본 발명에 있어서는, 이 분리 조작을 행하지 않고 원료가 되는 D-프룩토오스 전부를 이론적으로는 수율 100%로 생산물로 변환할 수 있다.
또한, 설탕과 동일한 감미도는 D-프룩토오스 함유량으로 개선할 수 있고, 제조 비용 삭감은 종래의 제조 라인에 적절한 형태로 접속함으로써 가능하게 되고, D-프시코오스의 기능은 충분히 유지되고 있는 지금까지 없는 시스템을 구축함으로써 완성한 제조 방법을 제공할 수 있다.
분리 조작을 생략함으로써, 분리에 의한 농도의 저하가 거의 없고, 농축 조작을 생략할 수 있고, 효소 반응의 생산물의 탈이온 조작 및 농축만으로 생산물을 얻을 수 있어 대폭적인 비용 삭감을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 신규 희소당 함유 조성물 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 신규 희소당 함유 조성물을 고속 액체 크로마토그래프(HPCL)에 의해 분석한 결과를 나타낸다.
도 3은 설탕 유사 미질을 가지는 신규 감미료(특허문헌 1)의 제조법과 본 발명의 제조 방법을 대비하여 나타낸다.
도 4는 본 발명의 목적 생산물 감미료로서의 미질을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 신규 희소당 함유 조성물의 성질을 설명하기 위해 시판 중인 RSS(특허문헌 4), 설탕 유사 미질을 가지는 신규 감미료(특허문헌 1), 단순한 첨가법과 비교하여 나타낸다.
본 발명은, 원료 D-프룩토오스에 케토오스3-에피머라아제를 작용시켜서 D-프룩토오스와 희소당 D-프시코오스의 혼합물을 제조하고, 그 혼합물에 D-프시코오스에 작용하지 않는 D-크실로오스이소머라아제를 작용시켜서 D-프룩토오스를 D-글루코오스로 변환함으로써, 목적으로 하는 새로운 조성의 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 조성물을 제조하는 방법, 및 얻어진 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물과 그 용도에 관한 것이다.
먼저, 제조 방법으로부터 설명한다.
[제조 방법]
원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법으로서, 제1 단계에서, 케토오스3-에피머라아제로 D-프룩토오스를 D-프시코오스와의 혼합물로 만들고, 제2 단계에서 D-프시코오스에 작용하지 않는 D-크실로오스이소머라아제를 사용한 D-프룩토오스를 D-글루코오스로 변환함으로써, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본 발명의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
(1) 원료로서 D-프룩토오스를 사용하는 것.
종래, D-프시코오스를 만드는 경우에도, 원료로서 D-프룩토오스를 사용한다. RSS는 이성화당이지만, 원료는 D-프룩토오스이다. 본 발명은 D-글루코오스, D-프룩토오스, 및 D-프시코오스의 혼합물을 제조하기 위한 원료로서 D-프룩토오스를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
(2) 제1 단계의 제1 반응에서, 원료에 케토오스3-에피머라아제를 작용시켜서 희소당 D-프시코오스를 제조하는 것.
제1 반응에서, D-프룩토오스와 희소당 D-프시코오스의 혼합물을 얻는다. D-프룩토오스와 희소당 D-프시코오스의 혼합물이, D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 평형 혼합물인, 또는 목적으로 하는 농도로 조정된 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물이다. 평형까지 반응을시키지 않는 것에 의해, D-프시코오스의 조성을 변경할 수 있다.
(3) 제2 단계가, 제1 단계의 생산물에 이소머라아제를 작용시키는 것.
D-크실로오스이소머라아제는 D-프시코오스에 작용하지 않으므로, 제1 단계의 생산물 중에서, D-프룩토오스만을 D-글루코오스로 변환하여, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 혼합물을 얻는다. 새로운 조성의 목적 생산물을 제조한다.
4) 제2 단계의 목적 생산물이 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물인 것.
D-프룩토오스를 중성지방의 축적 등에 좋지 못한 영향이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하고, D-프룩토오스가 달다는 이점을 이끌어 내는 조성으로 조정되고, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한, D-프시코오스의 기능성을 가진 새로운 감미료를 만들어 낸다. 이 생산물의 감미도는 지금까지의 실적에 기초하여 계산값으로서 표현함으로써, 설탕과 동일한 미질의 감미료인 것으로 평가할 수 있다.
본 발명의 제조 방법의 개요를 도 1에 나타낸다.
원료인 D-프룩토오스를 2개의 바이오리액터(고정화 에피머라아제 컬럼[반응 1], 고정화 이소머라아제 컬럼[반응 2])를 통과함으로써 반응은 순차적으로 진행하고, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물이 얻어진다.
[반응 1]
고정화 에피머라아제 컬럼의 반응을 설명한다.
원료인 프룩토오스는 에피머라아제와 반응하고, 프룩토오스:프시코오스=약 4:1의 혼합물이 반응 1의 컬럼으로부터 나온다.
[반응 2]
반응 1로부터의 반응 생산 혼합물 즉, D-프룩토오스:D-프시코오스= 약 4:1의 혼합물이 반응 2의 고정화 이소머라아제 컬럼에 도입된다. 반응 2에서의 반응인 이소머라아제는, 반응 1로부터 도입되는 D-프룩토오스와 D-프시코오스의 D-프룩토오스에는 작용하지만 D-프시코오스에는 작용하지 않는다.
[반응 1, 2의 생산물]
고정화 이소머라아제 컬럼의 반응을 설명한다.
반응 1에서 D-프룩토오스가 D-프시코오스로 변환되고, D-프룩토오스와 D-프시코오스의 혼합물이 생산된다. 필요에 따라, 평형에 도달할 때까지 반응시킬 수 있다. 이것이 반응 2의 컬럼에 도입되고, 반응 2에서 이소머라아제가 D-프룩토오스만에 반응하고 D-글루코오스, D-프룩토오스, 및 D-프시코오스의 혼합물이 생산된다. 필요에 따라, 평형에 도달할 때까지 반응시킬 수 있다. 평형에 도달하면, 그 결과, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 약 44:36:20인 희소당 함유 조성물이 얻어진다. 이 조성비의 희소당 함유 조성물은 신규한 조성물이다. 즉, 얻어지는 희소당 함유 조성물은, 달고 맛있는 D-프룩토오스를 그 결점(중성지방의 축적 등의 좋지 못한 영향)이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하지만, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하기 위해서는 충분한 양으로, 또한 D-프시코오스의 기능성을 가진 양의 D-프시코오스를 함유하는 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물(감미료)이다.
[제조 방법의 특징 및 이점]
[특징 1]
에피머라아제와 이소머라아제를, 각각 고정화 반응 컬럼을 분리하여 반응시킬 수 있으므로, 원하는 반응을 적절한 조건에서 진행시키는 것이 용이하다.
[특징 2]
2개의 효소는 각각 적정한 반응 조건에서 진행시키는 것이 가능하며, 활성의 저하 등이 일어난 경우에 개별적으로 교환하는 등에 의해, 간이하게 대응할 수 있다.
[특징 3]
2개의 효소 반응을 따로따로 행함으로써, 목적으로 하는 당만을 반응시킬 수 있다. 2개의 특이성에 따라 능숙하게 컨트롤하는 것에 의해, 목적물을 설탕의 감미도에 근사할 수 있는 것이 큰 특징이다. D-프룩토오스가 지나치게 달지 않는 양이지만, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하기 위해서는 충분한 양으로, 또한, D-프시코오스의 기능성을 가진 D-글루코오스, D-프룩토오스, 및 D-프시코오스의 단 맛의 밸런스가 설탕에 근사한는 감미료를 만들어 내고 있다.
[이점 1]
이 신규 희소당 함유 조성물을 생산하는 데 필요한 제조기기는, D-프시코오스를 D-프룩토오스로 만드는 제조기에, 일반적으로 이성화당을 제조하는 경우에 사용되고 있는 이소머라아제 컬럼를 그대로 접속하는 것만으로 된다. 이 때문에 매우 저렴하게 제조가 가능하다.
[이점 2]
신규 희소당 함유 조성물의 조성은, 에피머라아제, 이소머라아제의 효소 반응을 조정함으로써, 일정하게 하는 것도 변화시키는 것도 용이하다.
[이점 3]
제조 공정에 분리과정이 없는 것에 의해, 제조 공정을 단순하게 할 수 있다. 이에 따라 비용 삭감이 현저할 뿐만 아니라 제조 공정의 관리가 용이하다.
[이점 4]
제조 공정 중에 원료나 생산물이 제조 중에, 분리 조작 등으로 상실되지 않고, 원리적으로는 원료의 전부 100%가 생산물로서 얻는 것이 가능이다.
[이점 5]
2개의 효소활성의 조정, 혹은 반응 컬럼을 통과하는 속도를 조정함으로써, 생산물의 조성비를 변경하는 것도 가능하다.
[이소머라아제]
본 발명의 D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물을 제조할 때 사용되는, 케토헥소오스3-에피머라아제는, D-프룩토오스를 D-프시코오스로 이성화하는 효소라면, 효소의 기원이나 분류 명칭은 어떠한 것이라도 된다[예를 들면, 특허문헌 1의 슈도모나스속에 속하는 세균, 특허문헌 6의 아스로박터 글로비포르미스(Arthrobacter globiformis)M 30주(국제기탁번호 NITE BP-1111)로부터 얻을 수 있는 D-케토헥소오스3-에피머라아제 및 비특허문헌 1].
D-크실로오스이소머라아제는 D-글루코오스를 D-프룩토오스로 이성화하는 능력이 있는 효소라면, 효소의 기원이나 명칭에 제한은 없다(예를 들면, 특허문헌 1및 4).
이들 효소는, 정제 효소를 사용해도 되고, 상기 효소를 생산미생물이라도 된다. 본 발명에 있어서는, 정제 효소 또는, 상기 효소생산 미생물은, 정제 효소 또는 , 상기 효소생산 미생물을 고정화한 고정화 효소, 고정화 미생물로서 사용된다.
[효소의 고정화]
효소는 이온교환수지 등의 적절한 기재(基材)에 고정화하여 사용하는 것이 가장 실용적이다. 전체 제조 공정은, 배치식 또는 연속식의 어느 방식으로도 적용할 수 있다. 연속식의 경우, 원료 D-프룩토오스의 에피화 반응 공정과 반응 생성물D-프룩토오스와 D-프시코오스의 혼합물을 이성화하는 공정을 일련의 공정에서 행하고, 또한D-타가토오스3-에피머라아제와 글루코오스이소머라아제를 각각 고정화해서 행해진다. 이와 같이, D-프룩토오스를 원료로 한 에피화 반응 공정과 그 반응 생성물의 이성화 공정을 일련의 공정에서 행하고, 또한 사용하는 효소를 고정화하여 개별적으로 제조에 사용한 제조법은 지금까지 없었고, 신규한 제조법이라고 할 수 있다.
효소에 의한 에피화 및 효소에 의한 이성화는, 효소를 고정화하여 이용이 가능하며, 다양한 고정화 방법에 의해 안정적이며 이용하기 쉬운 고정화 효소를 얻을 수 있다. 고정화 효소를 사용함으로써, 연속적으로 대량의 에피화 및 이성화 반응을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각각 1000U/습(濕)중량수지(g)의 활성을 가지는 고정화 효소를 사용하여 행해진다. 균체세포를 파괴하거나 하여 얻어진 파괴 세포의 용액으로부터 조(粗)효소액으로서 채취하고, 컬럼 충전한 이온교환수지에 대하여, 상기 조효소액을 저온(4℃) 하에서 통액(通液)시켜, 이온교환수지에 조효소 단백질을 결합시키고, 정제수를 통액시켜 세정하고, 고정화 효소를 얻을 수 있다. 상업적 생산에 완전히 만족할 수 있는 안정성(활성유지)의 점에서 연속 생산에 견딜 수 있는 고정화계가 얻어졌다. 얻어진 고정화 효소를 사용하여 연속적이며 대량의 이성화 반응(에피화 반응)을 행할 수 있다.
[평형 상태의 조성물 그대로 감미료로서 사용하는 것에 대한 고찰]
희소당 D-프시코오스는, D-프룩토오스에 D-케토헥소오스3-에피머라아제(특허문헌 3)를 작용시키면, D-프룩토오스로부터 수율 20∼25 %로 생성된다. 특허문헌 3에 기재된 방법에 있어서는, D-프시코오스를 생산하는 것을 목적으로 하고 있으므로, D-프룩토오스로부터 출발한, 그 반응 후의 평형 상태의 조성물은, D-프시코오스를 분리하기 위한 것이다. 그 평형 상태의 조성물로서 취득한 것은 아니며, 그 조성물은 D-프시코오스 분리용 중간 조성물이다.
평형 상태의 조성물을 감미료로서 이용하기 위해서는, 정제하여 액당인 그대로, 혹은 결정 상태 혹은 고체 상태의 당질로서 등등, 넘지 않으면 안되는 문제가 많이 있다.
종래의 당질 감미료, 예를 들면, HFCS나 D-프시코오스 등을 생산하는 경우에는, 효소 반응이 평형반응이므로 목적으로 하는 감미료를 생산하는 경우에, 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작이 필수로 된다. 본 발명에 있어서는, 이 분리 조작을 행하지 않고 원료가 되는 D-프룩토오스 전부를 이론적으로는 수율 100%로 생산물을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 조성물이므로, 주로 D-글루코오스, D-프룩토오스 등을 함유하는 액당으로부터, 간편한 방법에 의해 결정 상태 혹은 고체 상태의 당질을 생성할 수 있는 특허문헌 4에 기재된 기술이 적용 가능하다.
평형 상태의 조성물을 감미료로서 이용하는 기술에 이성화당이 있다. 이성화당을 공업적으로 얻기 위해서는, 이성화 효소인 글루코오스이소머라아제를 포도당액에 첨가하여 60℃ 정도로 반응시킴으로써 포도당의 일부를 과당으로 변화시킨 뒤, 수분을 증산시켜서 농축하고, 크로마토그래피에 의한 분리 정제를 행하는 등에 의해 과당순도를 높이고, 과당농도가 50% 미만인 포도당과당액당, 과당농도가 50% 이상 90% 미만인 과당 포도당액당, 과당농도가 90% 이상인 고과당액당 등을 제조하는것을 행한다. 포도당(D-글루코오스)과 과당(D-프룩토오스)의 혼합당액인 이성화당은, 결정화가 매우 어려우므로, 액체 상태에서 이용되고 있다. 이는, 일반적으로, 복수의 당이 존재하는 액당을 결정 상태로 하는 것이 극히 곤란하여, 액체 상태로 이용할 수 밖에 때문이다.
이러한 상황 하, 특허문헌 4에 기재된 희소당 함유 이성화당은, D-글루코오스와 D-프룩토오스 외에, D-프시코오스나 D-알로오스 등의 복수의 희소당을 포함하므로, 「순수한 단일물은 결정화하기 쉽고, 불순물을 포함하는 것은 결정화하기 어렵다」는 사실을 고려하면, 매우 결정화되기 어려운 조성물인 것은 명백하다. 이들 이성화당의 문제점을 해결하는 것이며, 주로 D-글루코오스, D-프룩토오스 등을 함유하는 액당, 예를 들면, 이성화당으로부터, 간편한 방법에 의해 결정 상태 혹은 고체 상태의 당질을 생성할 수 있는 것은, 지금까지 곤란한 것으로 여져졌던 복수의 당으로 이루어지는 고형상 당질, 즉 복합체 결정 당질 및/또는 D-프룩토오스가 D-글루코오스일수화물 결정의 집합체에 받아들여져 있는 입상(粒狀) 결정, 및 그 제조 방법을 제공하고, 이성화당의 용도를 확대하는 것을 가능하게 하는 것이다. 즉, 특허문헌 4에 기재된 발명은, 당업계에 있어서 상식으로 여겨지고 있던 기술사항을 브레이크스루(break through)한 획기적인 것이다. 상기한 방법에 의해 얻어진 희소당 함유 이성화당은, 감미제, 항비만제, 섭식억제제, 인슐린 저항성 개선제, 저칼로리 감미료로서의 이용이 시도되고 있어, 기능성을 가진 당질로서, 주목을 받고 있다.
본 발명의 조성물은 D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 조성물이므로, 특허문헌 4에 기재된 이 기술이 이용 가능하다.
[종래법과의 조성비의 비교]
본 발명의 제조 방법의 일태양에서는, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 약 44:36:20인 희소당 함유 조성물이 얻어진다.
한편, 특허문헌 1에 기재된 감미료의 제조는, (1) 연속 플랜트를 사용한 방법으로 얻어지는 당액은, 일반 통상적으로 사용되는, D-프룩토오스 42중량부 및 글루코오스 58중량부를 구성 당으로 하는 이성화당에 케토헥소오스3-에피머라아제로서 타가토오스3-에피머라아제를 작용시키면, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 58:34:8인 희소당 함유 조성물이 얻어진다. (2) 혼합 효소를 사용한 방법으로 얻어지는 당액은, 글루코오스이소머라아제와 타가토오스3-에피머라아제의 혼합 효소를 D-글루코오스에 작용시키면, 반응 시간 2시간으로 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 41:48:11인, 반응 시간 1시간으로 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 43:48:9인 희소당 함유 조성물이 얻어진다.
(3) 고 D-프시코오스 함유의 당액을 조제하는 방법으로 얻어지는 당액은, 반응 시간 4시간으로 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 54:36:10인, 반응 시간 20시간으로 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 41: 42: 17인, 희소당 함유 조성물이 얻어진다.
특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 어떤 희소당 함유 조성물도 종래의 과당 포도당액당에 비해, 감미도, 감미질에 있어서 설탕에 가까워지는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 희소당 함유 조성물에, 과당, D-글루코오스를 더욱 첨가함으로써, 감미도나 미질을 조정할 수 있는 것이 기재되어 있다.
본 발명의 제조 방법의 일태양에서 얻어진, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 약 44:36:20인 희소당 함유 조성물은 계산 상의 감미도가 1.05이며, 특허문헌 1에 기재된 방법으로 얻어진 어떤 희소당 함유 조성물과 비교해도, 감미도에 있어서 설탕에 보다 가까워져 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 신규 감미료는, 기호에 따라, 자당(蔗糖), 당 알코올, 아스파테임이나 스테비아 등의 감미료와 병용할 수도 있다. 또한 바디감의 부여 등을 위하여, 감미도가 낮은 수용성 식물섬유(폴리덱스트로오스, 이눌린이나 난소화성 덱스트린 등)를 적절하게 가해도 된다.
본 발명의 감미료에 있어서, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스가 약 44:36:20인 희소당 함유 조성물인 태양을 포함하지만, 감미도 및 감미질을 살려서 사용하는 경우에는, 그 함량은, 특별히 한정되지 않는다. 목적으로 하는 기능의 정도, 사용 태양, 사용량 등에 따라 적절하게 조정할 수 있다.
본 발명의 설탕과 동일한 미질의 신규 감미료는, D-프시코오스를 함유하는 것이며, 비만 예방 효과를 가진다. 또한, 생활습관병 예방의 관점에서, 다른 유효성분과 병용 혼합하여 사용할 수도 있다.
[용도]
본 발명의, 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 프시코오스가 10∼20 중량부, 바람직하게는 15∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 90∼80중량부, 바람직하게는 85∼80 중량부인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물은, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 조성물이므로, 특허문헌 4에 기재된 용도에 사용된다.
본 발명의 조성물은, 원료가 되는 D-프룩토오스 생산물로서, 또한, 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작을 거치지 않고 있는 생산물인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 원료가 되는 D-프룩토오스 생산물이며, 또한, 고정화 효소 반응 컬럼을 통과한 액당 자체인 것을 특징으로 하고, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 조성물이므로, 역시 특허문헌 4에 기재된 용도에 사용된다. 포도당·과당·D-프시코오스 모두, 모든 식품(인가인증의 면에서)이며, 식품의 혼합물이기 때문에 극히 안전하며 취급하기 쉽다. D-프시코오스(D-알로오스)는 식품 소재에 미량으로 존재하고, 안전성이 높고, 대량생산 기술이 개발된 오늘날, 비용면에서도 이용 가치는 높다. 그리고 급성 경구 독성 시험에서는 5,000mg/kg이상인 것이 이미 알려져 있다.
D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물의 용도로서는, 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방 등), 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물 성장 조정제, 식물 병해저항성 증폭제 등), 공업용이 예시된다. 설탕과 동일한 미질의 감미료는, 식품, 보건용 식품, 환자용 식품, 식품소재, 보건용 식품소재, 환자용 식품소재, 식품 첨가물, 보건용 식품 첨가물, 환자용 식품 첨가물, 음료, 보건용 음료, 환자용 음료, 음료수, 보건용 음료수, 환자용 음료수, 약제, 제제 원료, 사료, 환축 및/또는 환축용 사료 등에 감미를 필요로 하는 것 전체에 사용할 수 있다.
본 발명의 설탕과 동일한 미질의 감미료를 식품에 이용하는 경우, 그대로의 형태, 물 등에 희석한 형태, 오일 등에 현탁한 형태, 유액상 형태식, 또는 식품업계에서 일반적으로 사용되는 담체를 첨가한 형태 등의 것을 조제해도 된다. 음료의 형태는, 비알코올 음료 또는 알코올 음료이다. 비알코올 음료로서는, 예를 들면, 탄산계 음료, 과즙음료, 넥타 음료 등의 비탄산계 음료, 청량음료, 스포츠 음료, 차, 커피, 코코아 등, 또한, 알코올 음료 형태에서는 맥주, 발포주, 제3맥주, 청주, 매실주, 와인, 샴페인, 리큐어, 츄하이, 약용주 등의 형태가 있다.
본 발명의 희소당 함유 조성물의, 상기 당질대사 이상 및/또는 지질대사 이상 개선을 목적으로 한 식품 소재 혹은 식품 첨가물로서의 사용 형태로서는, 정제, 캡슐제, 음료 등에 용해시키는 분말 혹은 과립 등의 고형제, 젤리 등의 반고형체, 음료수 등의 액체, 희석하여 사용하는 고농도 용액 등이 있다.
또한, 본 발명의 희소당 함유 조성물을 적절하게 식품에 첨가하여 당질대사 이상 및/또는 지질대사 이상 개선 등을 목적으로 한 보건식 또는 환자식으로 할 수 있다. 임의적 성분으로서, 통상 식품에 첨가되는 비타민류, 탄수화물, 색소, 향료등 적절하게 배합할 수 있다. 식품은 액상 또는 고형의 임의의 형태로 먹을 수 있다. 젤라틴 등으로 외포(外包)하여 캡슐화한 난(軟)캡슐제로서 먹을 수 있다. 캡슐은, 예를 들면, 원료 젤라틴에 물을 가하여 용해하고, 이것에 가소제(글리세린, D-소르비톨 등)를 가함으로써 조제한 젤라틴 피막으로 만들어진다.
본 발명의 희소당 함유 조성물은 감미료로서, 설탕과 동일한 용도로 사용할 수 있다. 또한, 조리나 차, 커피, 조미료(미림 등) 등에도 사용할 수 있다.
음식물로서는, 구체적으로는 이하의 것을 예시할 수 있다. 양과자류(푸딩, 젤리, 구미캔디, 캔디, 드롭스, 캐러멜, 츄잉검, 초콜릿, 페이스트리(pastry), 버터 크림, 카스타드크림, 슈크림, 핫케익, 빵, 포테이토 칩, 감자튀김, 팝콘, 크래커, 파이, 스폰지케이크, 카스테라, 와플, 케이크, 도너츠, 비스킷, 쿠키, 센베이,쌀과자, 밥풀과자, 만쥬, 사탕 등), 건조면제품(마카로니, 파스타), 난제품(마요네즈, 생크림), 음료(기능성 음료, 락트산 음료, 유산균음료, 농후 유성 음료, 과즙음료, 무과즙 음료, 과육 음료, 투명 탄산 음료, 과즙 탄산 음료, 과일 착색 탄산 음료), 기호품(녹차, 홍차, 인스턴트 커피, 코코아, 캔 커피 드링크), 유제품(아이스크림, 요구르트, 커피용 밀크, 버터, 버터 소스, 치즈, 발효유, 가공유), 페이스트류(마멀레이드, 잼, 플라워 페이스트, 피너츠 페이스트, 프루츠 페이스트, 과일의 시럽 절임), 축육 제품(햄, 소세지, 베이컨, 드라이소시지, 비프저키, 라드(lard)), 어개류 제품(어육 햄, 어육 소시지, 어묵, 생선살 꼬치구이, 한펜, 건어물, 까쓰오부시, 사바부시, 마른 멸치, 성게, 오징어 젓갈, 마른 오징어, 생선의 미림에 절여서 말린 것, 말린 조개, 연어 등의 훈제품), 해산물 조림류(작은 물고기, 조개류, 산채, 버섯, 다시마), 카레류(즉석 카레, 레토르트 카레, 통조림 카레), 조미료제(된장, 분말된장, 간장, 분말간장, 모로미, 어장(魚醬), 소스, 캐첩, 굴 소스, 고형 브이용(bouillon), 불고기 소스, 카레 루, 스튜의 재료, 스프의 재료, 다시다, 페이스트, 인스턴트 스프, 후리카케, 드레싱, 샐러드유), 튀김 제품(튀김, 튀긴 과자, 즉석 라면), 두유, 마가린, 쇼트닝 등을 예로 들 수 있다.
상기 음식물은, 조성물을 통상적인 방법에 따라, 일반 식품의 원료와 배합함으로써, 가공 제조할 수 있다. 상기 음식물로의 조성물의 배합량은 식품의 형태에 따라 상이하며 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 0.1∼50 중량%가 바람직하다.
상기 음식물은, 기능성 식품, 영양 보조 식품 혹은 건강식품류로서도 사용할 수 있다. 그 형태는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 식품의 제조예로서는, 아미노산의 균형이 잡힌 영양가가 높은 유단백질, 대두단백질, 계란 알부민 등의 단백질, 이들의 분해물, 난백의 올리고펩티드, 대두가수분해물 등 외에, 아미노산 단체(單體)의 혼합물등을, 통상적인 방법에 따라 사용할 수 있다. 또한, 소프트 캡슐, 태블릿 등의 형태로 이용할 수도 있다.
영양 보조 식품 혹은 기능성 식품의 예로서는, 당류, 지방, 미량 원소, 비타민류, 유화제, 향료 등이 배합된 유동식, 반소화태 영양식, 성분 영양식, 드링크제, 캡슐제, 경장(經腸) 영양제 등의 가공 형태를 들 수 있다. 상기한 각종 식품에는, 예를 들면, 스포츠 드링크, 영양 드링크 등의 음식물은, 영양 밸런스, 풍미를 양호하게 하기 위하여, 아미노산, 비타민류, 미네랄류 등의 영양적 첨가물이나 감미료, 향신료, 향료, 색소 등을 더욱 배합할 수도 있다.
기능성 식품은, 특정한 질병등을 예방(비만 예방)하는 건강식품, 예방 의약품의 분야의 이용에 적합하다. 특정한 질병을 예방하는 건강식품에 있어서는, 필수 성분인 희소당 D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물 외에, 임의적 성분으로서, 통상 식품에 첨가되는 비타민류, 탄수화물, 색소, 향료 등 적절하게 배합할 수 있다. 식품은 액상 또는 고형의 임의의 형태로 먹을 수 있다. 젤라틴 등으로 외포하여 캡슐화한 난캡슐제로서 먹을 수 있다. 캡슐은, 예를 들면, 원료 젤라틴에 물을 가하여 용해하고, 이것에 가소제(글리세린, D-소르비톨 등)를 가함으로써 조제한 젤라틴 피막으로 만들어진다.
식품 첨가물로서 사용되는 경우, 그 형태는 적절하게 선택할 수 있고, 예를 들면, 본 발명에 따른 희소당 D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물을 그대로 식품으로서 조제한 것, 다른 식품에 첨가한 것, 혹은, 캡슐, 정제 등, 식품 또는 건강식품에 통상 사용되는 임의의 형태가 있다. 또한, 식품 중에 배합하여 섭취 혹은 투여할 경우에는, 적절하게, 부형제(賦形劑), 증량제, 결합제, 증점제, 유화제, 착색료, 향료, 식품 첨가물, 조미료 등과 혼합하고, 용도에 따라, 분말, 과립, 정제 등의 형태로 성형할 수 있다. 나아가서는, 식품원료 중에 혼합하여 식품을 조제하고, 기능성 식품으로서 제품화함으로써 섭취할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 가축, 가금, 애완동물류의 사료용에 응용할 수 있다. 예를 들면, 드라이 도그 푸드), 드라이 캣 푸드, 웨트 도그 푸드, 웨트 캣 푸드, 세미모이스트 도그 푸드, 양계용 사료, 소, 돼지 등의 가축용 사료에 배합할 수 있다. 사료 자체는, 통상적인 방법에 따라 조제할 수 있다.
이들 치료제 및 예방제는, 인간 이외의 동물, 예를 들면, 소, 말, 돼지, 양등의 가축용 포유류, 닭, 메추리, 타조 등의 가금류, 파충류, 조류 혹은 소형 포유류 등의 애완동물류, 양식 어류 등에도 사용할 수 있다.
본 발명의 감미료의 단 맛을 살리면서, 생리작용의 발현을 의도한 당질대사 이상 및/또는 지질대사 이상 개선 효과, 비만 개선 효과를 목적으로 한 약제는, 이들을 단독으로 사용하는 것 외에, 일반적 부형제, 안정제, 보존제, 결합제, 붕괴제등의 적절한 첨가제를 배합하고, 액제, 과립제, 세립제(細粒劑), 산제, 정제, 캡슐제, 환제, 살포제, 스프레이제 등의 적절한 제형을 선택하여 제제하고, 경구적, 경비적으로 투여할 수 있다.
경구 투여, 경비 투여에 적합한 의약용의 유기 또는 무기의 고체, 반고체 또는 액체의 담체, 용해제 혹은 희석제를, 본 발명의 조성물을 약제로서 조제하기 위해 사용할 수 있다. 물, 젤라틴, 유당, 전분, 스테아르산 마그네슘, 탈크), 동·식물성유, 벤질알코올, 껌, 폴리알킬렌글리콜, 석유수지, 야자유, 라놀린, 또는 의약에 사용되는 다른 캐리어(담체)는 모두, 본 발명의 조성물을 포함하는 약제 담체로서 사용할 수 있다. 또한, 안정제, 습윤제, 유화제나, 삼투압을 변경하거나, 배합제의 적절한 pH를 유지하기 위한 염류를 보조 약제로서 적절하게 사용할 수 있다.
의약조성물로서 사용되는 경우, 그 제제화에는 공지의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 투여 형태는 적절하게 선택할 수 있으며, 이러한 투여 형태로서는, 예를 들면, 경구 투여제제로서 조제하는 경우에는, 정제, 과립제, 산제, 캡슐제, 코팅제, 액제, 현탁제 등의 형태가 있고, 비경구 투여제제로 하는 경우에는, 주사제, 점적제, 좌약 등의 형태를 예로 들 수 있다. 또한, 그 투여량은, 의약조성물의 제제 형태, 투여 방법, 사용 목적 및 이것에 적용되는 투여 대상의 연령, 체중, 증상에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 약제에 있어서는, 유효성분인 희소당 D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물은 그 자체뿐만 아니라 그것의 약제로서 허용되는 염으로서 사용된다. 상기한 약제는, D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물을 단독으로 제제로서 사용할 수 있는 것 외에, 제약적으로 사용할 수 있는 담체 혹은 희석제를 가한 제제 조성물로 가공한 것을 사용할 수도 있다. 이와 같은 제제 또는 약제 조성물은, 상기한 바와 같이, 경구 또는 비경구의 경로로 투여할 수 있다. 예를 들면, 경구 투여용의 고체 또는 유체(겔 및 액체)의 제제 또는 약제 조성물은, 태블릿, 캡슐, 정제, 환제, 분말, 과립 혹은 겔 조제품의 형태를 가진다. 제제 또는 약제 조성물의 정확한 투여량은, 그 목적으로 하는 사용 형태 및 처치 시간에 의해 변화하므로, 담당 의사 또는 수의사가 적절하다고 고려하는 양이 된다. 복용 및 투여 용량은 제제 형태에 의해 적절하게 조정할 수 있다. 정제 등의 경구 고형 제제, 경구 액제 등으로서 1일 복용량을 1회 내지 수회로 나누어서 복용해도 된다. 또한, 예를 들면, 시럽이나 트로키, 츄어블정 등으로 유아 돈복(頓服)하고, 국소에서 작용시키고 또한 내복에 의한 전신성 작용도 발휘시키는 제제 형태에서는 1일 복용량의 1/2∼1/10을 1회량으로서 배합하여 복용하면 되고, 이 경우 전체 복용량이 1일량에 미치지 않아도 된다.
반대로, 제제 형태를 고려해서 무리한 복용 용량이 아니라면 1일 복용량에 상당하는 양을 1회분으로서 배합해도 된다. 제제의 조제 시에는, 통상 사용되는 충전제, 증량제, 결합제, 붕괴제, 표면활성제, 활택제, 코팅제, 서방화제 등, 희석제나 부형제를 사용할 수 있다. 이 밖에, 필요에 따라 용해 보조제, 완충제, 보존제, 가용화제, 등장화제, 유화제, 현탁화제, 분산제, 증점제, 겔화제, 경화제, 흡수제, 점착제, 탄성제, 가소제, 흡착제, 향료, 착색제, 교미제, 항산화제, 보습제, 차광제, 광택제, 대전방지제 등을 사용할 수 있다.
본 발명은, 희소당 D-프시코오스(D-알로오스)의 피부 보습, 피부 항산화 및 피부 항노화 작용을 이용하는 피부외용제, 즉 치료약, 피부외용제, 화장료 등이 알려져 있는(특허문헌 7) 표면 거칠어짐, 거칠어진 피부체질에 대하여 개선·예방 효과를 가지는 피부외용제를 제공할 수 있다. 본 발명의 피부외용제에는, 희소당 D-프시코오스(D-알로오스를 포함하는 당조성물을 필수 성분으로 하고, 그 이외에, 통상 화장품이나 의약품 등의 피부외용제에 사용되는 성분, 예를 들면, 수성 성분, 유성 성분, 분말 성분, 알코올류, 보습제, 증점제, 자외선 흡수제, 미백제, 방부제, 산화방지제, 계면활성제, 향료, 색제, 각종 피부영양제 등을 필요에 따라 적절하게 배합할 수 있다. 그외, 에데트산 이나트륨, 에데트산 삼나트륨, 시트르산 나트륨, 폴리인산 나트륨, 메타인산 나트륨, 글루콘산 등의 금속봉쇄제, 카페인, 탄닌, 베라바밀, 감초추출물, 글라브리딘, 모과의 과실의 열수 추출물, 각종 생약, 아세트산 토코페롤, 글리시리진산, 트리넥삼산 및 그의 유도체 또는 그의 염 등의 약제, 비타민 C, 아스코르브산 인산 마그네슘, 아스코르브산 글리코시드, 알부틴, 코지산, D-글루코오스, D-플럭토오스, 트레할로오스 등의 당류 등도 적절하게 배합할 수 있다. 즉, 희소당 D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물에, 예를 들면, 식물성유 등의 유지류, 라놀린이나 밀랍 등의 밀랍류, 탄화 수소류, 지방산, 고급 알코올류, 에스테르류, 각종 계면활성제, 색소, 향료, 비타민류, 식물이나 동물의 추출 성분, 자외선 흡수제, 항산화제, 방부제, 살균제 등의, 통상의 피부외용제의 원료로서 사용되고 있는 것을 적절하게 배합하여, 피부외용제를 제조할 수 있다. 또한, 항염증성의 피부외용제 원료인 글리틸레틴산 등의 감초추출성분, 염산 디펜히드라민, 아줄렌, dl-α-토코페롤 및 그의 유도체, 비타민 B2, 비타민 B6 등과 함께 사용할 수 있다. 피부외용제는, 예를 들면, 연고, 크림, 유액, 로션, 팩, 목욕용제 등, 종래의 피부외용제에 사용되는 형태라면 어떤 것이라도 되고, 제형은 특별히 묻지 않는다. 즉, 피부외용제로서 사용되는 경우, 그 제형은 적절하게 선택할 수 있고, 예를 들면, 용액계, 가용화계, 유화계, 분말분산계, 물-오일 2층계, 물-오일-분말 3층계, 젤, 미스트, 스프레이, 무스, 로울 온, 스틱 등 외에, 부직포등의 시트에 함침 내지 도포한 제제 등이 있다.
농약의 사용량을 비약적으로 감소시킬 가능성이 있는, 식물에 대하여 병해저항성을 증폭하는 작용의 물질을 제공하는 것을 목적으로 하여, 본 발명자들의 다른 그룹은, 희소당에 의한 식물 병해 저항성 증폭제의 발명이 이미 등록되어 있으며(특허문헌 8), 그 후 연구 개발이 비약적으로 진행되고 있어, 복수의 특허가 존재한다.
또한, 치약 등에 첨가하여, 감미료로서 사용할 수 있다.
또한, 화장품 등의 제제화에, 가용성 필름이 사용되고 있다. 예를 들면, 향료 등을 유지시킨 플레이버 필름 등으로서 기분 전환, 입냄새 예방 등을 목적으로 하여, 가식성의 가용성 필름이 사용되고 있다. 식품, 의약품 등의 포장재로서, 또한 식품, 의약품 등의 유효성분을 유지하는 담체로서, 우수한 용해성과 필름 특성을 나타내고, 이들 용도에 바람직하게 사용할 수 있는 가용성 필름이 제안되어 있고(특허문헌 9), 이와 같이 하여, 본 발명의 설탕의 감미도 및 미질을 가지는 감미료를 의약품 혹은 의약부외품, 화장품에 적응할 수 있다.
식품, 음료 또는 화장품, 혹은 사료에서의 배합량은 특별히 제한되지 않지만D-프시코오스(D-알로오스) 0.01∼10 중량% 정도가 바람직하다. 의약품 경우, 캡슐이나 분말, 정제 등으로서 경구 투여할 수 있고, 물에 용해되므로 경구 투여 이외에 정맥 주사, 근육 주사 등의 투여 방법을 채용하는 것이 가능하다. 투여량은, 예를 들면, 당뇨병의 증상의 정도나 체중, 연령, 성별 등에 따라 상이하며, 사용 시에 있어서 적절한 양을 증상에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 의약품에서의 배합량은 특별히 제한은 되지 않지만, 체중 1kg당, 경구 투여의 경우 D-프시코오스(D-알로오스) 0.01∼2,000 mg, 정맥 주사 투여의 경우 0.01∼1,000 mg, 근육 주사 투여의 경우 0.01∼1,000 mg 정도가 바람직하다.
본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 전혀 한정되지 않는다.
실시예 1
통상, 이소머라아제를 사용한 희소당의 생산에는,
(1) 미생물의 배양과 효소의 대량생산,
(2) 효소 반응에 의한 희소당으로의 변환,
(3) 평형반응의 경우에는 생산물의 희소당과 원료(과당 등)의 분리,
(4) 희소당의 농축의 4개의 공정이 있고, 필요에 따라,
(5) 희소당의 결정화의 5번째의 공정이 부가된다. 이러한 공정을 효율적으로 실시하여, 희소당을 대량으로 생산한다.
본실시예에서 예비실험의 일례를 나타낸다
예비실험의 생산 방법은, 상기 (3)의 희소당과 원료(과당 등)의 분리는 행하지 않는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원료의 D-프룩토오스에 케토오스3-에피머라아제를 작용시켜 D-프룩토오스로 D-프시코오스로 변환시키는 반응 1의 통상의 D-프룩토오스로부터 D-프시코오스를 만드는 공정에서, D-프시코오스를 분리하지 않고 그대로, 반응 2의 D-크실로오스이소머라아제 반응을 행하였다. 이 때 경시적으로 컬럼으로부터 용출하여 나오는 반응액을 샘플링하고, HPLC(검출기; RI, 컬럼; 미쓰비시화성(三菱化成) MCI GEL CK 08EC, 이동상; 물, 유속; 0.4ml/min)에 의해 분석했다(이 분석조건은, 이후의 실험예에서도 동일하다). HPLC 분석결과를 도 2에 나타낸다. 반응 2의 생산물인 당액은, 대략 D-글루코오스 43중량부, D-프룩토오스 37중량부, D-프시코오스 20중량부로 이루어지는 것이 판명되었다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 희소당 함유 조성물이 감미도에 있어서 설탕에 보다 가까워지고 있는 것에 대하여 이하에서 상술한다.
도 3의 좌측에 나타내는 제조 공정은, 특허문헌 1에 기재된 설탕의 감미도 및 미질을 가지는 감미료를 제조하기 위한 공정이다. D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비가 50:40:10인 혼합 당조성물을 얻어진 것이 나타나 있다.
한편, 도 3의 우측에는, 도 2의 본 발명의 신규 희소당 함유 조성물 제조 공정(상기 예비실험의 제조 공정)이며, 2개의 제조 공정을 대비하여 나타낸다. 도 3의 우측에 나타낸 제조 공정에서 제조된 예비실험의 생산물은, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비가 44.4:30.6:20인 혼합 당조성물이다.
상기 2종류의 혼합 당조성물의 감미도 및 감미질에 대하여 설명한다.
도 4의 좌측에는, 감미 곡선을 나타낸 도면이 나타나 있다. 이 도면은, 특허문헌 1의 도 2를 인용한 도면이다. 도면 중, AA는 감미도, BB는 시간, CC는 D-글루코오스 ＋ D-프룩토오스, DD는 설탕, EE는 D-프룩토오스 ＋ D-글루코오스 ＋ D-프시코오스, FF는 D-프시코오스이다. CC는, 이성화당(프룩토오스 55중량부＋글루코오스 45중량부)을 사용하고 있다.
D-글루코오스는 설탕의 감미도의 70% 정도, D-프룩토오스는 설탕의 감미도의 170% 정도이다. D-프룩토오스가 달고 맛있는 당으로 여져지는 까닭이다. 이성화당에서의 감미도 및 감미질은, D-프룩토오스와 D-글루코오스의 함유 비율에 따라 상이하다. 일반적으로 단일 성분의 감미료에 비교하여, 혼합당은 감미의 피크 폭이 넓고 완만한 감미 특성을 나타내는 것이 알려져 있다. 특허문헌 1의 실시예 2의 관능시험결과(표 1 참조)로부터, 글루코오스:프시코오스의 비가, 9:1 정도로 설탕에 가까운 감미도 및 감미질이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 설탕의 감미도 및/또는 미질에 가까운 조합은, 프룩토오스 30중량부로부터 80중량부의 범위에 있어서 D-글루코오스 및 D-프시코오스를 (70중량부로부터 20중량부)의 범위에서 포함하는 혼합당인 것을 밝히고 있다.
이성화당은, 저온 하에 있어서 감미도가 증가하는 특성이 있으므로 청량음료나 빙과 등에 많이 사용된다. 또한, 과당에는 과일(특히 감귤계)의 향기를 북돋는 효과도 있으므로, 과일의 통조림이나 음료에 사용된다. 이성화당을 구성하는 D-프룩토오스(과당)의 섭취량에 있어서, 최근 20∼30 년의 비만인과 생활습관병의 이환자(罹患者) 증가의 관련에 대하여 주목받고 있다. 단당류의 과당은 장관으로부터의 흡수 속도가 늦는 것과도 관계없이, 간장에서의 대사 속도가 빠른 것으로 여겨지고 있다. 지금까지 과당의 지나친 섭취는 중성지방의 합성·분비를 촉진시켜, 비만이나 고지혈증 등의 원인인 것으로 믿고 있었다. 또한, 고과당식을 섭취한 실험 동물인 래트에 있어서도 과당은 인슐린의 반응을 저해하고, 요산 레벨을 상승시켜, 고콜레스테롤 혈증, 고혈압등, 메타볼릭 신드롬의 출현을 높이고 있다. 이성화당이 비만등의 원흉이라고 하는 것은, D-프룩토오스(과당)가 중성지방의 축적 등에 좋지 못한 영향을 나타내기 때문이다. 과당의 지나친 섭취는 물론 건강에 좋지 않지만, 한편, 과당은 포도당과는 달리, 혈당값을 안정시키고, 몸에 부담을 미치지 않는 것으로 여겨지고 있다. 또한 적절한 섭취량의 과당은 지방의 이용을 높여 간장 글리코겐의 분해를 억제하여, 운동의 지구력을 높이는 것도 알려져 있다. 과당을 어느 정도 섭취하면 몸에 해를 주지 않고, 건강에 도움이 될 수 있거나, 과당의 적절한 섭취량을 목표로 하여, 감미료로서의 이성화당의 개선이 요구된다. 본 발명은, 과당이 적절한 섭취량을, D-알로오스(D-프시코오스)의 기능성에 착안하여, 이성화당의 개선을 목표로 하여 D-프룩토오스(과당)의 적절한 섭취량을 실현할 수 있었다.
D-프룩토오스를 결점이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하고, D-프룩토오스가 달다는 이점을 이끌어 내는 조성으로 조정할 수 있었고, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충할 수 있었고, D-프시코오스의 기능성을 가진 새로운 감미료를 만들어 낼 수 있었다.
본 발명의 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비가 44.4:30.6:20인 혼합 당조성물은, 프룩토오스 30.6중량부는 상기 프룩토오스 30중량부로부터 80중량부의 범위(특허문헌 1)에서의 하한에 가까운 수치이며, 달고 맛있는 D-프룩토오스를 그 결점(중성지방의 축적등에 좋지 못한 영향)이 나타나지 않을 정도의 양으로 조정하지만, D-프시코오스의 약점인 감미도를 보충하기 위해서는 충분한 양이다.
또한, D-글루코오스 및 D-프시코오스 64.4중량부는 상기 D-글루코오스 및 D-프시코오스 70중량부로부터 20중량부의 범위(특허문헌 1)에서의 상한에 가까운 수치이며, D-프시코오스의 기능성을 가진 양의 D-프시코오스를 함유하고, 또한, D-글루코오스, D-프룩토오스, 및 D-프시코오스의 감미의 밸런스가 설탕에 근사한 감미료를 만들어 내고 있다.
또한, D-프시코오스는, 산뜻한 청량감이 있는 미질을 나타내지만, 감미를 늦게 느끼는 특성이 있다. D-프시코오스는 설탕의 감미도의 70% 정도이며, 단독으로 감미료로서 사용하는 경우에는, 감미도 및 감미질이 모두 설탕과는 상이하다.
이러한 사실로부터, D-프시코오스가 가해지는 것에 의해, 도 4의 감미 곡선은, 이성화당(프룩토오스 55중량부＋글루코오스 45중량부)의 곡선 CC로부터 혼합당곡선(프룩토오스＋글루코오스＋프시코오스) EE와 같이 변화하여, 설탕DD의 미질에 근접한 것을 보고 알 수 있다.
도 4의 우측에는, 상부에, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비가 50:40:10인 혼합 조성물의 감미도가, 하부에, 실시예 1의 예비실험의 생산물의 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비가 44.4:30.6:20인 감미도가 계산되어 있다. 실시예 1에서 조제한, D-글루코오스, D-프룩토오스, D-프시코오스의 혼합 조성물이 설탕에 한없이 가까운 맛을 나타내는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법(예비실험)의 특징(비교 항목: 제품의 내용, 오염도의 기준, 반응속도의 조절, 크로마토그래피 분획기의 필요·불필요, 고정화 효소의 교환)에 대하여, 특허문헌 5에 기재된 제조 방법, 특허문헌 1에 기재된 제조 방법, 및 단순한 첨가법과 대비하여 도 5를 나타내어 설명한다.
도 5의, 「신규 감미료」, 「RSS」, 「설탕 유사 감미료」, 「단순한 첨가법」은 하기와 같이 희소당 함유 감미 조성물이다.
1. 신규 감미료: 본 발명의 원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법
2. RSS: 「레어슈가스위트」(마쓰타니화학공업(松谷化學工業)가부시키가이샤 제조), 특허문헌 5에 기재된 제조 방법으로 제조된 희소당 시럽(상품명: 레어슈가스위트). D-프시코오스 0.5∼17 질량%, D-알로오스 0.2∼10 질량% 및 기타 희소당이 포함된 희소당 함유 당조성물.
3. 설탕 유사 감미료: 특허문헌 1에 기재된 제조 방법으로 제조된 설탕 유사 미질을 가지는 신규 감미료.
4. 단순한 첨가법: D-글루코오스, D-프룩토오스, D-프시코오스 단품의 혼합물.
단품의 제조에는 정제(결정화 등)의 문제를 극복해야 하다.
실시예 2
제2 반응의 D-크실로오스이소머라아제의 활성(효소량)을 변화시킴으로써, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비율을 목적에 맞게 변화시킬 수 있는 것을 나타낸다.
본 발명은, 생산물의 조성이 일정하지는 않고 목적에 따른 조성을 얻는 것이 가능한 것도 큰 특징이다. 반응조건을 변화시켜, 각종 조성의 생산물이 얻어지는 것을 확인했다. 양쪽 효소의 효소활성(고정화 효소의 양) 혹은 고정화 효소 컬럼을 통과하는 속도를 변화시킴으로써 조성이 상이한 생산물의 생산이 가능하다. 본 실시예는 효소량을 변화시키는 것에 의한 가능성을 나타낸 것이다.
이하에 제2 반응의 D-크실로오스이소머라아제의 활성(효소량)을 변화시키고, 생산물의 조성을 측정함으로써 본 발명의 특징을 검토했다.
먼저, D-프룩토오스에 케토오스3-에피머라아제를 작용시켜, D-프룩토오스와 D-프시코오스의 평형 혼합물을 생산했다.
아스로박터 글로비포르미스(Arthrobacter globiformis) M30을 무기염 배지에 2% D-프시코오스를 첨가하여 배양하고, 얻어진 균체를 50mM 농도의 Mg2SO4 용액(균체중량과 동일한 양)에 현탁하고, 효소를 추출, 고속원심분리기에 의해 상청액(효소액D-알로오스3-에피머라아제[DAE] 조효소액)을 얻었다.
아스로박터 글로비포르미스(Arthrobacter globiformis) M 30주는, 일본독립 행정법인 제품평가기술기반기구 특허생물기탁센터(일본지바켄 기사라즈시 히가시카즈사카마타리 2-5-8)에 수탁번호 NITE BP-1111로서 국제기탁되어 있다(특허문헌 6).
얻어진 효소액에 이온교환 수지(음이온 수지)를 넣고, 5℃에서 40시간 교반하여 고정화 효소를 얻었다. 얻어진 DAE 고정화 효소를 100ml 고정화 반응 컬럼에 충전했다.
DAE 고정화 효소 컬럼에 50% 농도의 D-프룩토오스 용액에 20mM의 Mg2SO4를 첨가하고, 0.5M의 NaOH 용액으로 pH 7.5로 조정한 용액을 100ml/시간의 유량(流量)으로 통액하였다. 통액 후 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-프룩토오스 79% : D-프시코오스 20%였다.
얻어진 D-프룩토오스와 D-프시코오스의 혼합물을 사용하여, 제2 반응인 D-크실로오스이소머라아제의 고정화 효소량을 변경한 경우의 생산물의 조성을 검토했다.
[생산 1]
시판하고 있는 D-크실로오스-이소머라아제 고정화 효소(노보사 제조) 80ml를 150ml의 Mg2SO4 용액 100ml에 분산하고, 충분히 수화시키고나서 100ml 고정화 반응 컬럼에 충전했다. 계속하여 D-크실로오스이소머라아제 고정화 효소 컬럼에, DAE 고정화 효소 반응 후 용액을 100ml/시간의 유량으로 통액하였다.
D-크실로오스이소머라아제 80ml의 컬럼을 사용한 경우의 통액 후의 반응용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 40% : D-프룩토오스 39% : D-프시코오스 20%였다.
[생산 2]
동일하게 DAE 반응 후 액(D-프룩토오스 79% : D-프시코오스 20%)을 D-크실로오스이소머라아제 고정화 효소 컬럼 50ml에 100ml/시간의 유량으로 통액하였다.
D-크실로오스이소머라아제 고정화 효소 컬럼 50ml에 통액 후의 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 25% : D-프룩토오스 54% : D-프시코오스 20%였다.
[생산 3]
동일하게 DAE 반응 후 액(D-프룩토오스 79% : D-프시코오스 20%)을 D-크실로오스이소머라아제 고정화 효소 컬럼 20ml에 100ml/시간의 유량으로 통액하였다.
D-크실로오스이소머라아제 고정화 효소 컬럼 20ml에 통액 후의 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 18% : D-프룩토오스 61% : D-프시코오스 20%였다.
실시예 3
제1 반응의 케토오스3-에피머라아제의 효소량을 변경하는 것에 의해, D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비율을 목적에 맞게 변화시킬 수 있는 것을 나타낸다.
제1 반응인 케토오스3-에피머라아제의 효소량을 변경하는 것에 의해 생산되는, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 생산물을 기질로서 사용한 검토를 행하였다.
실험 방법은, 실시예 2에서 얻은 케토오스3-에피머라아제를 사용하여, 효소량을 50ml로부터 20ml로 감소시키고, D-프룩토오스와 D-프시코오스의 조성이 상이한 혼합액을 얻었다. 이것을 제2 D-크실로오스이소머라아제 반응에 사용하는 효소량을 변화시키는 실험을 행하였다.
DAE 고정화 효소를 20ml 고정화 반응 컬럼에 충전하여 50% 농도의 D-프룩토오스 용액에 20mM의 Mg2SO4를 첨가하고, 0.5M의 NaOH 용액으로 pH 7.5로 조정한 용액을 100ml/시간의 유량으로 통액하였다. 통액 후 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-프룩토오스 85% : D-프시코오스 15%였다. 이것을 반응기질로서 이후의 실험에 사용했다.
이하, 이 D-프룩토오스 85% : D-프시코오스 15%를 사용하고, 제2 반응인 D-크실로오스이소머라아제의 활성(효소량)을 변화시킴으로써의, 생산물의 조성을 측정했다. 실험은 실시예 2의 D-크실로오스이소머라아제의 양을 변화시키는 실험과 동일하다.
[생산 1]
고정화 D-크실로오스이소머라아제 100ml에 상기 D-프룩토오스 85% : D-프시코오스 15%를 100ml/시간의 유량으로 통액하였다. 통액 후 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 43% : D-프룩토오스 41% : D-프시코오스 15%였다.
[생산 2]
고정화 D-크실로오스이소머라아제 50ml에 상기 D-프룩토오스 85% : D-프시코오스 15%를 100ml/시간의 유량으로 통액하였다. 통액 후 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 27% : D-프룩토오스 51% : D-프시코오스 15%였다.
[생산 3]
고정화 D-크실로오스이소머라아제 20ml에 상기 D-프룩토오스 85% : D-프시코오스 15%를 100ml/시간의 유량으로 통액하였다. 통액 후 용액을 HPLC에 의해 분석하면, D-글루코오스 19% : D-프룩토오스 59% : D-프시코오스 15%였다.
이상의 실시예 2, 실시예 3의 결과는, 사용하는 효소 D-크실로오스이소머라아제, 케토오스3-에피머라아제의 효소량을 변화시킴으로써, 생산물인 D-글루코오스:D-프룩토오스:D-프시코오스의 비를 목적에 따라 변화시킬 수 있는 것을 나타내고 있다.
효소량의 변화에 의해 가능하다는 것은, 컬럼을 통과시키는 유속을 변화시키는 것에 의해서도 동일한 목적물을 얻는 것이 가능한 것을 나타내고 있다.
이러한 결과는, D-프룩토오스:D-프시코오스의 비율은, 99:1∼80:20까지를 제어할 수 있다. 또한, D-글루코오스:D-프룩토오스의 비율은 1:99∼41:49까지 제어할 수 있다. 제1 반응에서 전체 D-프시코오스의 비율을, D-풀코스와 D-프룩토오스의 비율을 제2 반응에 의해 제어할 수 있는 것을 나타내고 있다.
예를 들면, 감미 생산물을 얻기 위해서는, D-프룩토오스가 많은 조건을 사용하면 되며, D-프시코오스의 기능성을 발휘하기 위해서는 D-프시코오스의 양을 최고인 비율로 할 수 있다. 이와 같이, 새로운 감미료의 제조법으로서, 가능성이 커지는 기술 개발이다.
[산업상 이용가능성]
식품업계 등에서 널리 사용되어도 비만 등의 생활습관병의 원인이 되지 않는 설탕과 거의 동일한 감미도 및 미질을 가지는 감미료를 저비용으로 대량생산하는 것이 기대된다. 대량생산의 성공에 의해, D-프시코오스(D-알로오스)를 포함하는 당조성물의 용도가, 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방 등), 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물성장 조정제, 식물 병해저항성 증폭제 등), 공업용으로서 확대하는 것이 기대된다.
독립 행정 법인 제품 평가 기술 기반 기구 특허 미생물 기탁 센터 NITEBP-1111 20110622

Claims (29)

  1. 원료로서 D-프룩토오스를 사용하여 희소당 함유 조성물을 제조하는 방법으로서,
    제1 단계에서, 케토오스3-에피머라아제로 D-프룩토오스를 D-프시코오스와의 혼합물로 만들고, 제2 단계에서 D-프시코오스에 작용하지 않는 D-크실로오스이소머라아제를 사용한 D-프룩토오스를 D-글루코오스로 변환함으로써, D-글루코오스, D-프룩토오스 및 D-프시코오스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 단계의 생산물이 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 단계의 생산물이 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 평형 혼합물인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 단계의 생산물이 목적으로 하는 농도로 조정된 D-프룩토오스 및 희소당 D-프시코오스의 혼합물인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 단계가, 제1 단계의 생산물에 D-크실로오스이소머라아제를 연속 또는 개별로 작용시키는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 단계의 목적 생산물이, 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 D-프시코오스가 10∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 90∼80 중량부의 조성물인, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 단계의 목적 생산물이, 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 D-프시코오스가 15∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 85∼80 중량부의 조성물인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 단계의 목적 생산물이, 설탕과 동일한 미질(味質)의 희소당 함유 조성물인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용하는 케토오스3에피머라아제 및 D-크실로오스이소머라아제의 효소활성을 조정함으로써, 목적 생산물의 조성을 목적하는 것으로 하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 단계의 반응 및 제2 단계의 반응이, 각각 기질(基質) 용액을 고정화 효소 컬럼 중을 통과시켜서 행하는 반응이며, 또한, 기질의 유속(流速)을 조정함으로써, 목적 생산물의 조성을 목적하는 것으로 하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료인 D-프룩토오스를 기질로 하고 고정화 효소 반응을 사용하여, 이론적으로는 부생산물을 생산하지 않고 100% 목적 생산물로서 얻는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    목적 생산물이, 제조 공정 중에 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작으로 상실되지 않는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 단계의 목적 생산물이 고정화 효소 컬럼을 통과한 액당 자체로부터, 결정 상태 혹은 고체 상태의 당질을 생성시키는, 방법.
  14. 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 프시코오스가 10∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 90∼80 중량부인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  15. 희소당 D-프시코오스, D-글루코오스 및 D-프룩토오스의 합계 100중량부에 대하여, 희소당 프시코오스가 15∼20 중량부, D-글루코오스 및 D-프룩토오스가 85∼80 중량부인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    원료가 되는 D-프룩토오스 생산물로서, 또한, 유사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작을 거치지 않고 있는 생산물인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료가 되는 D-프룩토오스 생산물로서, 또한, 고정화 효소 반응 컬럼을 통과한 액당 자체인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    설탕과 동일한 미질의 감미료인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    시럽상(狀) 또는 결정질상인, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 설탕 유사 감미료.
  21. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 식품.
  22. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 의약품 혹은 의약부외품.
  23. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 구강용 조성물.
  24. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 화장품.
  25. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 항비만제.
  26. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 섭식억제제.
  27. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 인슐린 저항성의 개선제.
  28. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 저칼로리 감미제.
  29. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물을 함유하는, 설탕 유사 감미제.
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