CN107109448A - 含阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法 - Google Patents

含阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供在使葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶对葡萄糖起作用来制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的方法中，提高该甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率的技术。通过将葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶固定化，按照固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充到柱中，向该柱中通液葡萄糖溶液，能够连续且有效地制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖、并且阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物。

Description

含阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法
技术领域
本发明涉及以葡萄糖作为原料通过酶学方法制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的方法。更具体而言，本发明涉及以葡萄糖作为原料、并使用葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶(日语：アルロースエピメラーゼ)有效地制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖、并且阿洛酮糖的比率高的甜味料组合物的方法。
背景技术
异构化糖是将糊化淀粉以酶进行水解而制成葡萄糖溶液、并使葡萄糖异构酶对其起作用(异构化反应)而制造的以葡萄糖和果糖作为主要成分的甜味料。利用葡萄糖异构酶进行的异构化反应为平衡反应，异构化糖中包含的果糖的比例通常为46％～42％。进而，为了消除异构化糖的甜味不足，有时添加精制果糖(将上述的异构化糖中包含的果糖进行色谱分离而将纯度提高至95％左右而得到的果糖)，但添加后的异构化糖中包含的果糖通常为55％左右。
异构化糖由于其生产成本的廉价而在软饮料或其他饮料中作为甜味料被广泛且大量地使用，例如在日本全年大约100万吨、在美国全年大约800万吨被消耗。但是另一方面，异构化糖在以日本、美国等为首的发达国家，被怀疑为高血糖或超重(肥胖)、代谢综合症等的原因(非专利文献1)。这是由于果糖在肝脏中的代谢与葡萄糖相比容易促进脂质生成，容易诱发高脂血症或肥胖。
另一方面，使D-己酮糖·3-表异构酶(专利文献1)对果糖起作用而生成的阿洛酮糖为别名称为假果糖的稀少糖的一种，能量值为零(非专利文献2)，报告有食后血糖上升抑制效果(非专利文献3)、抗肥胖效果(非专利文献4)等有用性，作为生活习惯病预防原材料而受到注目。于是，将阿洛酮糖与异构化糖并用的甜味料组合物被期待能够降低上述的异构化糖的风险。
然而，在以往的阿洛酮糖的制造方法中，由于使用预先由异构化糖进行色谱分离而精制的果糖作为起始原料，所以制造工序复杂，原料成本、反应成本、工厂运转成本高，阿洛酮糖的有效的工业生产是困难的。
于是，作为简易地制造将阿洛酮糖与异构化糖并用的甜味料组合物的方法，提出了使葡萄糖异构酶和D-己酮糖·3-表异构酶对葡萄糖起作用的方法。例如，在非专利文献5及专利文献2中，公开了通过使非固定化葡萄糖异构酶、固定化葡萄糖异构酶或固定化葡萄糖异构酶菌体和固定化D-己酮糖·3-表异构酶或非固定化D-己酮糖·3-表异构酶同时或连续地对葡萄糖溶液起作用，能够制造含有葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料。然而，在非专利文献5及专利文献2中公开的间歇式的制造中虽然能够提高阿洛酮糖的含有比率，但存在连续的制造中阿洛酮糖的含有比率变低的缺点。
此外，在专利文献3中，公开了使用将来源于根癌农杆菌的具有假果糖表异构酶活性的重组微生物固定在海藻酸上而得到的固定化酶和固定化葡萄糖异构酶由葡萄糖制造假果糖的方法。然而，专利文献3中，作为提高假果糖的含有比率的控制因素，止于对葡萄糖浓度及反应温度的研究，对于其他的控制因素没有研究。此外，专利文献3中，将固定化葡萄糖异构酶和固定在海藻酸盐上的具有假果糖表异构酶活性的重组微生物分别填充到不同的柱中使用，但这反映了：由于固定化的两酶的物性彼此不同，所以将两酶均质地填充到同一柱中使用是困难的；及填充到同一柱中时的酶反应控制是困难的。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Am.J.Clin.Nutr.，79，774-779，2004.
非专利文献2：J.Nutri.Sci.Vitaminol.，48，77-80，2002.
非专利文献3：J.Nutri.Sci.Vitaminol.，54，511-514，2008.
非专利文献4：Int.J.foodSci.Nutri.，65，245-250，2014.
非专利文献5：J.Ferment.Bioeng.，80，101-103，1995.
专利文献
专利文献1：日本特开平6-125776号公报
专利文献2：国际公开第2008/142860号
专利文献3：日本特表2013-501519号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明人们发现，阿洛酮糖会阻碍利用葡萄糖异构酶进行的葡萄糖向果糖的异构化反应，为了使葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶对葡萄糖起作用而得到阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物，将该阻碍的影响止于最小限度变得重要。
在这样的背景下，本发明的目的是提供在使葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶对葡萄糖起作用来制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的方法中，提高该甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率的技术。
用于解决课题的方案
本发明人们为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过将葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶固定化，按照固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充到柱中，向该柱中通液葡萄糖溶液，能够连续且有效地制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖、并且阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物。进而发现，在所述条件下的制造中，通过将葡萄糖溶液的柱通液时的空间速度设定为0.2～1.0，可以更进一步有效地使甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率提高。本发明是通过基于这些见解并进一步反复研究而完成的。
即，本发明提供下述揭示的方式的发明。
项1.一种甜味料组合物的制造方法，其特征在于，其是包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法，其包括：
1)准备按照固定化葡萄糖异构酶及固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充的柱的工序A；
2)向上述柱中通液葡萄糖溶液而进行酶反应的工序B；以及
3)采集上述柱的流出液的工序C。
项2.根据项1所述的制造方法，其中，在上述工序B中，将空间速度设定为0.2～1.0而进行葡萄糖溶液的通液。
项3.根据项1或2所述的制造方法，其中，上述固定化葡萄糖异构酶的比活性为100U/ml以上。
项4.根据项1～3中任一项所述的制造方法，其中，上述固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性为20U/ml以上。
项5.根据项1～4中任一项所述的制造方法，其中，上述固定化阿洛酮糖表异构酶的固定化载体为聚苯乙烯系的弱碱性阴离子交换树脂。
项6.根据项1～5中任一项所述的制造方法，其中，上述葡萄糖溶液进一步包含水溶性镁盐。
项7.根据项1～6中任一项所述的制造方法，其包括：进行分离处理的分离工序，将上述工序C中得到的流出液进一步区分成包含葡萄糖与果糖的混合物的级分和包含阿洛酮糖的级分；及
将上述分离工序中得到的包含阿洛酮糖的级分与上述工序C中得到的流出液混合的混合工序。
项8.一种同时制造异构化糖制品和阿洛酮糖制品的方法，其包括：
实施项1～6中任一项所述的制造方法的第1工序；以及
进行分离处理的第2工序，将上述第1工序中得到的甜味料组合物进一步区分成包含葡萄糖与果糖的混合物的级分和包含阿洛酮糖的级分。
发明效果
根据本发明，通过将葡萄糖溶液在规定的柱中通液这样简易的方法，能够连续地制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖、并且阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物。此外，在本发明的一方式中，由于能够有效地制造阿洛酮糖的含有比率为13％左右以上的甜味料组合物，所以还能够廉价地提供可成为诉求卡路里零、食后血糖上升抑制、抗肥胖等效果的生活习惯病预防原材料的甜味料组合物。进而，在本发明的一方式中，由于能够得到葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的含有比率为50：37：13～43：42：15的甜味料组合物，所以通过将该甜味料组合物供于分离处理并分级成含葡萄糖及果糖的级分和含阿洛酮糖的级分这样简易的方法，也能够同时得到现有的异构化糖制品和高纯度阿洛酮糖制品。
此外，本发明的制造方法由于可以通过向填充了固定化酶的柱中通液葡萄糖溶液这样简易的方法来进行，能够直接转用现有的异构化糖设备，所以还有设备投资的负担极少这样的优点。
附图说明
图1是将实施例1的试验No.6中得到的流出液进行色谱分级并测定各流分中包含的葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的量的结果。
具体实施方式
本发明的制造方法是包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法，其特征在于，包括：1)准备将固定化葡萄糖异构酶及固定化阿洛酮糖表异构酶按照酶活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充的柱的工序A；2)向上述柱中通液葡萄糖溶液而进行酶反应的工序B；以及3)由上述柱的流出液采集包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的级分的工序C。以下，对本发明的制造方法进行详细叙述。
定义
本发明中，“葡萄糖异构酶的酶活性(U)”是将以葡萄糖作为基质，在反应温度55℃下反应，在1分钟内生成1μmol的果糖的酶力设为1个单位的值。具体而言，将以包含2mM的硫酸镁的50mM的磷酸缓冲液(pH8.0)溶解的0.2M的葡萄糖溶液2500μl、包含2mM的硫酸镁的50mM的磷酸缓冲液(pH8.0)2167μl及葡萄糖异构酶333μl投入带螺旋盖的试管中，浸在温水浴中在55℃下反应15分钟。添加5质量％的盐酸水溶液而将pH调整为3.0～2.5使酶失活，利用离子交换树脂脱盐，用过滤器过滤后，进行HPLC分析。使用生成的果糖的峰面积比算出酶活性。
本发明中，“阿洛酮糖表异构酶的酶活性(U)”是将以阿洛酮糖作为基质，在反应温度55℃下反应，在1分钟内生成1μmol的果糖的酶力设为1个单位的值。具体的测定步骤除了基质为阿洛酮糖以外，与上述的葡萄糖异构酶的酶活性的情况同样。
本发明中，“固定化葡萄糖异构酶的比活性(U/ml)”是依据“日本工业标准工业用葡萄糖异构酶K7002-1988”中记载的最大活性的测定方法而测定的值。具体而言，准备添加2mM的硫酸镁和碳酸钠而将pH调整为7.8～8.0的45质量％的葡萄糖溶液。量取30ml在4℃下溶胀一昼夜后的固定化葡萄糖异构酶，向其中添加上述葡萄糖溶液100ml，浸在温水浴中保持在50℃并减压而进行30分钟以上的脱气。将其填充到带套管的内径为20mm、长度为400mm的玻璃制柱中后，在套管温度55℃下将上述葡萄糖溶液使用送液泵以下降流进行通液。采集流出液，将其一部分利用离子交换树脂进行脱盐，用过滤器过滤后，进行HPLC分析，由生成的果糖的峰面积比求出异构化率。此时，按照异构化率进入0.39～0.44的范围的方式设定流速。然后，通过以下的式子求出固定化葡萄糖异构酶的比活性。
E＝(FS/W)0.50ln(0.50/0.50-X)
E：比活性(U/ml)
F：流速(ml/min)
S：葡萄糖溶液中的葡萄糖浓度(μmol/ml)
W：固定化葡萄糖异构酶的容量(ml)
X：异构化率
本发明中，“固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性(U/ml)”是除了使用果糖来代替葡萄糖以外，依据上述的固定化葡萄糖异构酶的酶活性的测定方法而测定的值。具体而言，准备添加2mM的硫酸镁和碳酸钠而将pH调整为7.8～8.0的45质量％的果糖溶液。量取30ml在4℃下溶胀一昼夜后的固定化阿洛酮糖表异构酶，向其中添加上述果糖溶液100ml，浸在温水浴中保持在50℃并减压而进行30分钟以上的脱气。在将其填充到带套管的内径为20mm、长度为400mm的玻璃制柱中后，在套管温度55℃下将上述果糖溶液使用送液泵以下降流进行通液。采集流出液，将其一部分利用离子交换树脂进行脱盐，用过滤器过滤后，进行HPLC分析，由生成的阿洛酮糖的峰面积比求出异构化率。此时，按照异构化率进入0.21～0.24的范围的方式设定流速。然后，通过以下的式子求出固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性。
E＝(FS/W)0.27ln(0.27/0.27-X)
E：比活性(U/ml)
F：流速(ml/min)
S：果糖溶液中的果糖浓度(μmol/ml)
W：固定化阿洛酮糖表异构酶的容量(ml)
X：异构化率
本发明中，所谓甜味料组合物中的各糖质(葡萄糖、果糖、阿洛酮糖)的含有比率是在葡萄糖、果糖、及阿洛酮糖的总质量(100％)中各糖质所占的质量的比率(％)。
本发明中，所谓“空间速度(SV)”是将溶液在柱中通液的速度的单位，通过“空间速度(SV)＝通液量(ml)/柱体积(ml)/时间(h)”而算出。
工序A
在工序A中，准备按照固定化葡萄糖异构酶及固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充的柱。
(固定化葡萄糖异构酶)
所谓葡萄糖异构酶是可催化D-葡萄糖与D-果糖的相互转换的酶。对于本发明中使用的葡萄糖异构酶的来源，没有特别限制，可以是微生物、动物及植物等中的任意种来源。作为葡萄糖异构酶的来源微生物，可例示出例如Bacillus coagulans(凝结芽孢杆菌)、Streptomyces griseofuscus(灰褐链霉菌)、Streptomyces rubinosus(锈棕色链霉菌)、Streptomyces murinus(鼠灰链霉菌)等。此外，本发明中使用的葡萄糖异构酶可以是从上述生物中离析的酶，此外也可以是通过基因工程学的方法制造的重组体。没有被固定化的葡萄糖异构酶由例如Dow Chemical Company等被市售，本发明中也可以将市售品的葡萄糖异构酶固定化而使用。
此外，本发明中作为固定化葡萄糖异构酶，可以使用将精制品或粗精制品的葡萄糖异构酶固定化而得到的酶，此外也可以使用将产生葡萄糖异构酶的微生物固定化而得到的物质。
对于葡萄糖异构酶的固定化中使用的固定化用载体，以能够进行该酶的固定化作为限度，没有特别限制，但可列举出例如离子交换树脂、聚乙烯基醇、聚丙烯、丙烯酸、壳聚糖、疏水吸附树脂、螯合树脂、合成吸附树脂等有机高分子载体；氟镁石、硅藻土、高岭石、硅胶、分子筛、多孔玻璃、活性炭、陶瓷等无机载体等。此外，将微生物作为固定化酶使用时，可以将季化吡啶化合物(例如电气化学工业株式会社制的商品名DAC)或海藻酸盐作为固定化用载体使用。这些固定化用载体可以单独使用1种，此外也可以将2种以上组合使用。在这些固定化用载体中，从利用固定化的葡萄糖异构酶的活性维持、廉价且压力损失少且处理容易等观点出发，可列举出优选离子交换树脂、更优选弱碱性阴离子交换树脂、进一步优选聚苯乙烯系的弱碱性阴离子交换树脂。
固定化葡萄糖异构酶可以通过将葡萄糖异构酶或产生其的微生物以公知的方法在固定化用载体上固定化而得到。例如，为了使用离子交换树脂作为固定化用载体而将葡萄糖异构酶固定化，可以按照以下的步骤来进行。将离子交换树脂填充到柱中，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤后，使以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)稀释成规定浓度的葡萄糖异构酶溶液边循环边吸附1～16小时左右。接着，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤，得到固定化葡萄糖异构酶。此外，也可以像这样将葡萄糖异构酶固定化后，根据需要以戊二醛或聚乙烯亚胺等交联而使葡萄糖异构酶的固定化牢固。
关于固定化葡萄糖异构酶的比活性，只要在满足后述的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的酶活性的比率的范围内适当设定即可，但从使所制造的甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率更进一步提高的观点出发，可列举出100U/ml以上、优选100～150U/ml、进一步优选100～200U/ml。特别是通过使固定化葡萄糖异构酶的比活性满足上述的范围，进而将工序B中的通液葡萄糖溶液时的空间速度设定在后述的范围内，从而所制造的甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率成为13％以上，能够有效地制造葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的含有比率为50：37：13～43：42：15的甜味料组合物。
(固定化阿洛酮糖表异构酶)
所谓阿洛酮糖表异构酶是可催化D-果糖与阿洛酮糖的相互转换的酶。对于本发明中使用的阿洛酮糖表异构酶的来源，没有特别限制，可以是微生物、动物及植物等中的任意种来源。例如已知阿洛酮糖表异构酶通过Arthrobacter globiformis(球状节杆菌)M30株(保藏号NITE BP-1111)而产生，本发明中，可以使用该微生物来源的阿洛酮糖表异构酶。作为阿洛酮糖表异构酶的来源微生物，可列举出例如Pseudomonus cichorii(菊苣假单胞菌)、Agrobacterium tumefaciens(根癌农杆菌)、Clostridium sp(梭状芽孢杆菌)、Clostridium scindens(闪烁梭菌)、Clostridium bolteae(鲍氏梭菌)、Ruminococcus sp(瘤胃菌)、Clostridium cellulolyticum(解纤维梭菌)等。此外，本发明中使用的阿洛酮糖表异构酶可以是从上述生物中离析的酶，此外也可以是通过基因工程学的方法制造的重组体。
此外，本发明中作为固定化阿洛酮糖表异构酶，可以使用将精制品或粗精制品的阿洛酮糖表异构酶固定化而得到的酶，此外也可以使用将产生阿洛酮糖表异构酶的微生物固定化而得到的物质。
对于阿洛酮糖表异构酶的固定化中使用的固定化用载体，以能够进行该酶的固定化作为限度，没有特别限制，但可列举出例如离子交换树脂、聚乙烯基醇、聚丙烯、丙烯酸、壳聚糖、疏水吸附树脂、螯合树脂、合成吸附树脂等有机高分子载体；氟镁石、硅藻土、高岭石、硅胶、分子筛、多孔玻璃、活性炭、陶瓷等无机载体等。此外，将微生物作为固定化酶使用时，可以将季化吡啶化合物(例如电气化学工业株式会社制的商品名DAC)或海藻酸盐作为固定化载体使用。这些固定化用载体可以单独使用1种，此外也可以将2种以上组合使用。在这些固定化用载体中，从利用固定化的阿洛酮糖表异构酶的活性维持、廉价且压力损失少且处理容易等观点出发，可列举出优选离子交换树脂、更优选弱碱性阴离子交换树脂、进一步优选聚苯乙烯二乙烯基苯系的弱碱性阴离子交换树脂。作为弱碱性阴离子交换树脂的离子交换基，可列举出例如叔胺。
固定化阿洛酮糖表异构酶可以通过将阿洛酮糖表异构酶或产生其的微生物以公知的方法在固定化用载体上固定化而得到。例如为了使用离子交换树脂作为固定化用载体而将Arthrobacter globiformis来源的阿洛酮糖表异构酶固定化，可以按照以下的步骤来进行。首先，在包含0.5％D-阿洛酮糖的最少盐培养基(MSM培养基)中将Arthrobacterglobiformis植菌，进行培养。由所得到的培养液通过离心分离回收菌体，以50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤。接着，将经洗涤的菌体悬浮在50mM磷酸缓冲液(pH8.0)中，向其中添加每湿润菌体重量10重量％左右的溶菌酶及每湿润菌体重量5重量％左右的氯化钠，在37℃下加热120分钟左右而进行酶的提取反应。之后，进一步在55℃下进行15分钟左右的加热，使非耐热性的酶失活，将离心分离上清液回收，制成粗酶液。此外，将离子交换树脂填充到柱中，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤后，使以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)稀释的上述粗酶溶液边循环边在离子交换树脂中通液1小时～16小时左右而吸附酶。接着，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤，得到固定化阿洛酮糖表异构酶。此外，也可以像这样将阿洛酮糖表异构酶固定化后，根据需要以戊二醛或聚乙烯亚胺等交联，使阿洛酮糖表异构酶的固定化牢固。
关于固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性，只要在满足后述的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的酶活性的比率的范围内适当设定即可，但从使所制造的甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率更进一步提高的观点出发，可列举出20U/ml以上、优选20～150U/ml、进一步优选25～80U/ml。特别是通过使固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性满足上述的范围、进而将工序B中的通液葡萄糖溶液时的空间速度设定在后述的范围内，从而所制造的甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率成为13％以上，能够有效地制造葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的含有比率为50：37：13～43：42：15的甜味料组合物。
(固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶向柱中的填充)
本发明中，葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶可以分别被固定化于不同的固定化用载体上，固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶混合而被填充到同一柱中，此外，也可以在同一固定化用载体上将葡萄糖异构酶及阿洛酮糖表异构酶这两者固定化，其被填充到柱中。
本发明中，按照固定化葡萄糖异构酶：固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率(固定化葡萄糖异构酶的比活性：固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性)成为1.49：1～5.61：1的方式，将两固定化酶填充到同一柱中。通过以这样的比率将固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶并用，能够有效地制造阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物。在固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率脱离上述范围的情况下，所制造的甜味料组合物中的阿洛酮糖的含有比率下降，为了提高该阿洛酮糖的含有比率需要极端地降低通液时的空间速度，变得无法有效地制造阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物。
从更进一步有效地制造阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物的观点出发，作为固定化葡萄糖异构酶：固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率，可列举出优选2.94：1～3.74：1。
工序B
在工序B中，将葡萄糖溶液在上述柱中通液而进行酶反应。通过将葡萄糖溶液在上述柱中通液，葡萄糖的一部分受到葡萄糖异构酶的作用而被可逆地转换成果糖，进而生成的果糖的一部分受到阿洛酮糖表异构酶的作用被可逆地转换成阿洛酮糖。本发明的制造方法中，由于利用葡萄糖异构酶和阿洛酮糖表异构酶的酶反应在一根柱内可逆地·连续地进行，所以能够有效地制造包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料。
(葡萄糖溶液)
葡萄糖溶液是使成为基质的葡萄糖溶解于水中而得到的溶液。对于葡萄糖溶液中使用的葡萄糖的来源，没有特别限制，但可列举出例如将淀粉以酶水解·精制而得到的葡萄糖。
对于葡萄糖溶液的葡萄糖浓度，只要根据所制造的甜味料组合物所应该具备的糖质浓度等而适当设定即可，但从有效地制造阿洛酮糖的含有比率高的甜味料组合物的观点出发，以Brix浓度计，通常可列举出30～50％、优选35～45％。
此外，在葡萄糖溶液中也可以包含水溶性的镁盐。通过像这样包含水溶性镁盐，阿洛酮糖表异构酶的稳定化成为可能。作为被添加到葡萄糖溶液中的水溶性的镁盐，以食品制造上允许的镁盐作为限度，没有特限制，但可列举出硫酸镁、氯化镁等。这些水溶性的镁盐可以单独使用1种，此外也可以将2种以上组合使用。
关于葡萄糖溶液中的水溶性的镁盐的含量，没有特别限制，但可列举出例如1～5mM、优选1.5～2.5mM。
对于葡萄糖溶液的pH，只要适当设定在固定化葡萄糖异构酶及固定化阿洛酮糖表异构酶能够作用的范围内即可，但通常可列举出7.0～8.5、优选7.8～8.0。葡萄糖溶液的pH的调整可以使用公知的pH调节剂来进行。
(葡萄糖溶液的通液条件)
对于葡萄糖溶液在上述柱中的通液条件，只要根据填充到柱中的固定化酶的比活性、所制造的甜味料组合物所应该具备的阿洛酮糖的含有比率等而适当调整即可，但从更进一步有效地提高所制造的甜味料组合物中的果糖和阿洛酮糖的含有比率的观点出发，作为通液的葡萄糖溶液的空间速度(SV)，可列举出0.2～1.0、优选0.3～0.5。
特别是通过使固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的各比活性满足上述的范围，并且通液的葡萄糖溶液的空间速度(SV)满足上述范围，从而所制造的甜味料组合物中的果糖的含有比率成为37％以上并且阿洛酮糖的含有比率成为13％以上，能够有效地制造葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的含有比率为50：37：13～43：42：15的甜味料组合物。若所制造的甜味料组合物的果糖的含有比率低于37％，则有时与现有的异构化糖制品的组成比不同，变得无法直接作为异构化糖制品利用，需要进一步的分离处理等。此外，若所制造的甜味料组合物的阿洛酮糖的含有比率低于13％，则有时葡萄糖与果糖的组成比导致所制造的甜味料组合物的附加价值变低，另外，需要添加阿洛酮糖等。
此外，若将空间速度设定为高于上述的范围，则每单位时间的生产量增加，但若空间速度过高，则出现果糖及阿洛酮糖含量比率变低的倾向。此外，相反，若将空间速度设定为低于上述的范围，则每单位时间的生产量减少，出现制造效率下降的倾向。即，在本发明的制造方法中，通过将向上述柱中通液的葡萄糖溶液的空间速度控制在上述范围内，可以将所制造的甜味料组合物直接作为异构化糖制品利用，而且能够有效地以高含量含有附加价值高的阿洛酮糖，进而能够提高其每单位时间的生产量。
此外，对于向上述柱中通液葡萄糖溶液时的温度条件，只要在被填充到柱中的固定化酶能够作用的范围内适当设定即可，但例如作为柱内的温度，可列举出45～65℃、优选55～60℃。柱内的温度的调节可列举出例如使用保温套管将柱进行加温的方法等。
工序C、及之后的工序
在工序C中，采集上述柱的流出液。如此回收的流出液中包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖，可以直接作为甜味料组合物使用。此外，在流出液的阿洛酮糖的含有比率为13～15％的情况下，该流出液可以作为诱发高血糖或超重(肥胖)、代谢综合症等的风险低的低卡路里甜味料组合物直接使用。
此外，将工序C中回收的流出液根据需要进行浓缩等，也可以提高含有的糖质浓度。
进而，通过将工序C中回收的流出液供于模拟移动床色谱法等分离处理，也可以分取包含葡萄糖与果糖的混合物的级分和包含阿洛酮糖的级分。像这样操作而得到的包含阿洛酮糖的级分的阿洛酮糖的纯度为90％以上，可以作为卡路里零、食后血糖上升抑制、抗肥胖等生活习惯预防原材料利用。此外，包含葡萄糖与果糖的混合物的级分可以直接作为现有的异构化糖制品(葡萄糖：果糖＝58：42～50：50、重量比)利用。
此外，通过将上述的包含阿洛酮糖的级分添加到工序C中回收的流出液中，还能够得到进一步提高了阿洛酮糖含有比率的甜味料组合物。提高了阿洛酮糖含有比率的甜味料组合物可以作为低卡路里且阿洛酮糖的功能被增强的甜味料利用。
实施例
以下示出实施例对本发明进一步进行详细说明，但本发明并不限定于此。另外，以下，“比活性的比率(I：E)”的记载是指“固定化葡萄糖异构酶的比活性：固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性”。此外，关于“活性比率”、“酶活性比率”及“酶活性的比率”，也含义相同。
制造例1
固定化酶的制备和固定化酶活性的测定
由Nagase ChemteX Corporation(制品名：Suitaze GN)获得市售的固定化葡萄糖异构酶。该制品是将具有葡萄糖异构酶活性的微生物固定化在载体上而得到的颗粒状的制剂，溶胀后的比活性为110.43U/ml。
在独自制备固定化葡萄糖异构酶的情况下，通过以下的步骤来进行。首先，将50ml的离子交换树脂(Purolite Corporation制、商品名：PUROLITE A103S)填充到柱中，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤后，使包含4500U的液状葡萄糖异构酶(DowChemical Company制、制品名：Spezyme Gifp)的500ml的含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)在4℃下边循环边在离子交换树脂中通液16小时而吸附葡萄糖异构酶。接着，以含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤，得到固定化葡萄糖异构酶。如此得到的固定化葡萄糖异构酶的比活性为107.65U/ml。
固定化阿洛酮糖表异构酶通过以下的(1)～(3)所示的方法来制备。(1)菌体培养和菌体回收：在包含0.5％的阿洛酮糖的最少盐培养基(MSM培养基)4L中将Arthrobacterglobiformis M30植菌，使用发酵罐在30℃下以搅拌速度400rpm、通气量每分钟0.10L/培养基L培养24小时。由该培养液通过离心分离回收菌体100g(湿重量)，以50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤。(2)粗酶的提取工序：将所得到的菌体100g(湿重量)悬浮于50mM磷酸缓冲液(pH8.0)1000ml中，向其中添加10g蛋白溶菌酶(食品添加物、Kewpie Corporation制)及5g氯化钠，通过在37℃下加热120分钟，进行酶的提取反应。之后，进一步在55℃下进行15分钟的加热，将通过离心分离(12000rpm、30分钟)而得到的上清液作为粗酶液。(3)粗酶的固定化：将湿润状态的离子交换树脂(Purolite Corporation制、商品名：PUROLITE A103S)50ml填充到柱中，以包含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤后，使包含4500单位的D-阿洛酮糖-3-表异构酶的500ml的含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)在4℃下边循环边在离子交换树脂中通液16小时而吸附酶，以含2mM硫酸镁的50mM磷酸缓冲液(pH8.0)洗涤而得到固定化阿洛酮糖表异构酶。固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性为29.55U/ml。
实施例1
向填充了固定化葡萄糖异构酶和固定化阿洛酮糖表异构酶的柱中通液葡萄糖溶液而 得到的甜味料组合物的确认(空间速度SV＝0.2条件下)
将制造例1中准备的市售的固定化葡萄糖异构酶或独自制备的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶按照成为表1中所示的量及活性比率的方式均匀混合，填充到带套管的内径为32mm、长度为300mm的玻璃制柱中。
[表1]
混合的2种固定化酶的活性比率
准备添加2mM的硫酸镁及碳酸钠而将pH调整为7.8～8.0的35质量％的葡萄糖溶液。边按照套管温度成为50℃、空间速度(SV)成为0.2的方式控制边以向上流连续地向上述柱中通液葡萄糖溶液。将流出液以24小时间隔采集3次，由每次采集液量和采集时间求出空间速度SV。接着，将采集的各流出液的一部分利用离子交换树脂进行脱盐，用过滤器过滤后，供于HPLC(分析柱：MCIGEL CK08EC三菱化学社制)分析，求出葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的峰面积比，算出反应产物的组成比。
将所得到的结果示于表2中。如表2中所示的那样，即使采集时间不同，流出液也大致均匀，葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的组成比(重量比)成为43.6：41.3：15.1～43.4：41.5：15.1。
[表2]
流出液的组成比
实施例2
固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的混合比率对葡萄糖、果糖及阿洛酮 糖的组成比造成的影响(空间速度SV＝0.3～0.4条件下)
将制造例1中准备的市售的固定化葡萄糖异构酶或独自制备的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶按照成为表3中所示的量及活性比率的方式均匀混合，填充到带套管的内径为32mm、长度为300mm的玻璃制柱中。
[表3]
混合的2种固定化酶的活性比率
准备添加2mM的硫酸镁及碳酸钠而将pH调整为7.8～8.0的35质量％的葡萄糖溶液。边按照套管温度成为50℃、空间速度(SV)成为0.3～0.4的方式控制边以向上流向上述柱中连续地通液葡萄糖溶液。将流出液以24小时间隔采集3～4次，由每次采集液量和采集时间求出空间速度SV。接着，将采集的各流出液的一部分利用离子交换树脂进行脱盐，用过滤器过滤后，供于HPLC(分析柱：MCIGEL CK08EC三菱化学社制)分析，求出葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的峰面积比，算出反应产物的组成比。
将所得到的结果示于表4中。由该结果，在填充到柱中的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率为1.25∶1～5.61∶1的范围的情况下，流出液中的阿洛酮糖的含有比率超过13％，阿洛酮糖的含有比率变高。另外，在填充到柱中的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率低于1.25：1、或超过5.61：1的情况下，流出液中的阿洛酮糖的含有比率没有达到13％。由该结果确认，为了提高流出液中的阿洛酮糖的含有比率，需要将填充到柱中的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率设定为1.25：1～5.61：1。
[表4]
混合的2种固定化酶的活性比率与流出液的组成比
实施例3
固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的混合比率对葡萄糖、果糖及阿洛酮 糖的比率造成的影响(空间速度SV＝0.5条件下)
为了查明即使是空间速度SV高的条件下阿洛酮糖的比率也成为13％以上的固定化酶的活性比率，进行了以下的试验。即，本试验中，验证每单位时间的生产量高的有效的制造方法的条件。
将制造例1中准备的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶按照成为表5中所示的量及活性比率的方式均匀混合，填充到带套管的内径为20mm、长度为400mm的玻璃制柱中。
[表5]
混合的2种固定化酶的活性比率
准备添加2mM的硫酸镁及碳酸钠而将pH调整为7.8～8.0的35质量％的葡萄糖溶液。边按照套管温度成为50℃、空间速度(SV)成为0.5的方式控制边以向上流连续地向上述柱中通液葡萄糖溶液。将流出液以24小时间隔采集3～4次，由每次采集液量和采集时间求出空间速度SV。接着，将采集的各流出液的一部分利用离子交换树脂进行脱盐，用过滤器过滤后，供于HPLC(分析柱：MCIGEL CK08EC三菱化学社制)分析，求出葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的峰面积比，算出反应产物的组成比。
将所得到的结果示于表6中。由该结果表明，在填充到柱中的固定化葡萄糖异构酶与固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率在2.94∶1～3.74：1的范围内的情况下，即使在空间速度高达0.5时，也可稳定地得到阿洛酮糖的含有比率为13％以上的流出液。
[表6]
混合的2种固定化酶的活性比率与流出液的组成比
实施例4
异构化糖制品与阿洛酮糖制品的同时制造
在将色谱分离用阳离子交换树脂(商品名：CR1310、Organo Corporation制)400ml压密填充到带套管的内径为42mm、长度为500mm的玻璃制柱中并保持在60℃的柱中，注入实施例2的试验No.7中得到的流出液(葡萄糖：果糖：阿洛酮糖的组成比＝45.2：40.3：14.5)21.86g，将作为洗脱液的纯水以SV＝1.5进行通液。将从洗脱液通液开始起15分钟后以后的溶出液使用流分收集器每隔30秒分离·采集成88个流分。测定各流分的溶液重量(g)、Brix(％)后，将其一部分用过滤器过滤后，进行HPLC(分析柱：MCIGEL CK08EC三菱化学社制)分析，求出葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的峰面积比，作为各流分的组成比。
由这些测定结果分别算出溶出到各流分中的葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的固体成分量(g)。将其结果示于图1中。如由图1表明的那样，获知若以流分1～45和流分46～88的前后半进行分离·采集，则在前半的流分1～45侧，能够得到异构化糖(葡萄糖：果糖：阿洛酮糖＝53.2：45.6：1.2)，在后半的流分46～88侧，能够得到纯度为91.5％的阿洛酮糖(葡萄糖：果糖：阿洛酮糖＝1.5：7.0：91.5)。即，由本结果表明，通过将上述实施例1～3中得到的流出液使用离子交换树脂进行分级，能够同时制造异构化糖制品和阿洛酮糖制品。

Claims (8)

1.一种甜味料组合物的制造方法，其特征在于，其是包含葡萄糖、果糖及阿洛酮糖的甜味料组合物的制造方法，其包括：
1)准备按照固定化葡萄糖异构酶及固定化阿洛酮糖表异构酶的活性比率成为1.49：1～5.61：1的方式填充的柱的工序A；
2)向所述柱中通液葡萄糖溶液而进行酶反应的工序B；以及
3)采集所述柱的流出液的工序C。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
在所述工序B中，将空间速度设定为0.2～1.0而进行葡萄糖溶液的通液。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，
所述固定化葡萄糖异构酶的比活性为100U/ml以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其中，
所述固定化阿洛酮糖表异构酶的比活性为20U/ml以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其中，
所述固定化阿洛酮糖表异构酶的固定化载体为聚苯乙烯系的弱碱性阴离子交换树脂。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，其中，
所述葡萄糖溶液进一步包含水溶性镁盐。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的制造方法，其包括：
进行分离处理的分离工序，将所述工序C中得到的流出液进一步区分成包含葡萄糖与果糖的混合物的级分和包含阿洛酮糖的级分；以及
将所述分离工序中得到的包含阿洛酮糖的级分与所述工序C中得到的流出液混合的混合工序。
8.一种同时制造异构化糖制品和阿洛酮糖制品的制造方法，其包括：
实施权利要求1～6中任一项所述的制造方法的第1工序；以及
进行分离处理的第2工序，将所述第1工序中得到的甜味料组合物进一步区分成包含葡萄糖和果糖的混合物的级分和包含阿洛酮糖的级分。
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