DE69033419T2

DE69033419T2 - Verfahren zur Herstellung von Galacto-Oligosacchariden

Info

Publication number: DE69033419T2
Application number: DE69033419T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Katta; Kazuhiro Ohkuma; Mitsuko Satouchi; Reiji Takahashi; Takehiko Yamamoto
Original assignee: Matsutani Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Matsutani Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: DE69033419D1; JP2724380B2; EP0435657A2; US5378833A; JPH03197490A; EP0435657A3; KR940004064B1; EP0435657B1; KR910011883A

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GALACTO-OLIGOSACCHARIDEN

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Galacto-Oligosacchariden, bei dem Lactose oder sowohl Lactose als auch Galactose als deren Material(ien) verwendet werden.
Im allgemeinen wird ein Oligosaccharid, das Galactose in seinem Molekül enthält, ein Galacto-Oligosaccharid genannt. Jedoch wird der Begriff "Galacto-Oligosaccharid" in der vorliegenden Erfindung zum Benennen eines Saccharids verwendet, das 3 bis 10 Saccharideinheiten enthält.

2. Beschreibung des Stands der Technik:

In der Technik der Herstellung von Galacto-Oligosacchariden sind bisher die folgenden Verfahren verwendet worden: dasjenige zum Herstellen transglykosylierter Galacto-Oligosaccharide, um ein aus einem Mikroorganismus erzeugtes Enzym auf Lactose wirken zu lassen (Japanische Patent-Veröffentlichung (geprüft) Nr. 58-20266 und Japanische Patent-Veröffentlichung (geprüft) Nr. 60-25189); dasjenige zur Verwendung von Bohnenoligosacchariden aus Sojabohnenmilchmolke (Japanische Patent-Veröffentlichung (ungeprüft) Nr. 62-155082); dasjenige zur Extraktion, um Raffinose aus Rübenzucker zu verwenden (Japanische Patent- Veröffentlichung (ungeprüft) Nr. 62-126951); und so weiter.
Ein Problem besteht jedoch in den Ergebnissen, die durch die erwähnten bekannten Verfahren erhalten werden, nämlich, daß sie eine so geringe Reinheit der angestrebten Galacto-Oligosaccharide aufweisen, die mehr oder weniger als 50% ist, ferner in ihrem Zuckergehalt geringer sind und aufgrund ihres flüssigen Zustands (etwa 75%ige Konzentration) nicht leicht zu behandeln sind. Deshalb ist es für diese herkömmlichen Verfahren notwendig gewesen, zusätzlich ein Verfahren zum Extrahieren von Galacto-Oligosacchariden höherer Reinheit durchzuführen und sie durch irgendein chromatograpisches Verfahren oder dergleichen zu reinigen. Die Zusammensetzungen der herkömmlichen Galacto-Oligosaccharide, die der Öffentlichkeit bekannt gemacht wurden, sind wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
Anmerkung: (1) erhalten aus Lactose, hergestellt von der Zuckerraffinerie Nisshin;
(2) erhalten aus Lactose, hergestellt von Yakult und
(3) erhalten aus Sojabohnen, hergestellt von Calpis.
Patent Abstracts of Japan, Vol. 12, Nr. 186, C-500 und JP-A-62292791 beschreiben ein Verfahren zum Herstellen kalorienarmer Polysaccharide, das die Polymerisation in absolut notwendiger Gegenwart sowohl eines Zuckeralkohols als auch einer Säure, wie Phosphorsäure, unter Erhitzen umfaßt. Der verbleibende Zuckeralkohol muß anschließend entfernt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorstehend diskutierten Probleme, die für den Stand der Technik relevant sind, gemacht.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Galacto-Oligosaccharide hoher Reinheit, vorzugsweise im Pulverzustand, durch ein einfaches Verfahren bereitzustellen.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung sind mit der Untersuchung verschiedener Verfahren zum Herstellen eines Produktes aus hochreinen Galacto-Oligosacchariden durch ein einfacheres und bequemeres Verfahren beschäftigt gewesen und haben als Ergebnis erfolgreich ein neues Verfahren zum Erhalten pulverförmiger Galacto-Oligosaccharide hoher Reinheit gefunden, das von den herkömmlichen völlig verschieden ist. Mit anderen Worten, die Erfinder haben gefunden, daß ihre Aufgabe durch Erhitzen von Lactose oder Lactose und Galactose mit einer kleinen Menge Säure als Katalysator unter wasserfreien Bedingungen gelöst werden kann, und so die Erfindung abgeschlossen.
Jetzt werden Materialien beschrieben, die vorzugsweise in der Erfindung zu verwenden sind.
Erstens, wenn Lactose als Material zu verwenden ist, gibt es keine Beschränkung in ihrer Art, und so werden allgemein alle Arten üblicherweise bekannter Lactose verwendet. Zum Beispiel kann auf dem Markt käufliche Lactose verwendet werden, und jeweils α-Lactose, β-Lactose und sprühgetrocknete Lactose können verwendet werden, falls einer Lactoselösung Säure zugesetzt wird. Falls einem Lactosepulver Säure zugesetzt wird, ist α-Lactose empfehlenswert.
Jetzt werden α-Lactose, β-Lactose bzw. sprühgetrocknete Lactose folgendermaßen definiert:

(1) α-Lactose:

Dies ist die häufigste Art Lactose, die durch Abscheiden von Kristallen aus einer lactosehaltigen Lösung erhalten wird und bei einer relativ niedrigen Temperatur kristallisiert (normalerweise unter 94ºC).

(2) β-Lactose:

Dies ist eine Art Lactose, die durch Abscheiden von Kristallen aus einer lactosehaltigen Lösung erhalten wird und bei einer hohen Temperatur kristallisiert (normalerweise über 94ºC).

(3) sprühgetrocknete Lactose:

Dies ist eine Art Lactose, die durch Sprühtrocknung einer lactosehaltigen Lösung erhalten wird und ein amorphes Pulver ist; das α-Lactose und β-Lactose in einem Verhältnis von ungefähr 4 : 6 enthält.
Wenn sie in Wasser gelöst wird, bietet jede der erwähnten Lactosen dasselbe Verhältnis an enthaltener α-Lactose und β-Lactose genauso wie das in sprühgetrockneter Lactose im Lauf der Zeit.
Zweitens kann Galactose eines auf dem Markt käuflichen Fabrikats verwendet werden.
Das Mischungsverhältnis von zusammen zu verwendender Lactose und Galactose sollte 9 : 1 bis 5 : 5, vorzugsweise 8 : 2 bis 7 : 3 (gewichtsbezogen) sein.
Drittens schließen die zu verwendenden Säurekatalysatoren Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure ein. Jedoch sind diejenigen außer Salzsäure wegen ihren Ausbeuteeinschränkungen, möglicher Korrosion der Heizvorrichtung und insbesondere Nahrungsmittelhygiene nicht vorzuziehen. Eine kleine Säuremenge sollte ausreichend sein, und der Prozentgehalt Säure sollte vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,01 Gew.-% des Gesamtgewichts von Lactose oder sowohl Lactose als auch Galactose (im trockenen Zustand) liegen.
Da die Säure mit dem/den Material(ien), Lactose allein oder sowohl Lactose als auch Galactose, gut vermischt werden will, sollte die Säure zu etwa 1% verdünnt sein und unter Rühren bis zur Entwässerung in das/die Material(ien) gesprüht werden, ansonsten sollte eine feststehende Menge davon einer Lösung des Materials bzw. der Materialien zugesetzt werden und das Gemisch sollte in einem Sprühtrocknungsverfahren oder dergleichen pulverisiert werden. Dann wird durch das Halten des Gemisches im entwässerten Zustand in einem Temperaturbereich von 100ºC bis 200ºC für eine Zeit von 0,5 bis 3 Stunden, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden, eine Polymerisation des Gemisches ausgelöst, um es in Galacto-Oligosaccharide umzuwandeln. In diesem Fall wird eine geringere Temperatur als 100ºC die Herstellung der anvisierten Galacto-Oligosaccharide erschweren, während eine höhere Temperatur als 200ºC, die zu dicht am Schmelzpunkt von Lactose liegt, Schmelzen oder Färbung des Gemisches verursachen wird. Deshalb sollte die Temperatur im erwähnten Bereich gehalten werden. Ebenso wird eine Erhitzungszeit von weniger als einer Stunde besonders geringe Ausbeuten verursachen, während eine Erhitzungszeit von mehr als 3 Stunden Färbung oder Versengung verursachen wird. Folglich sollte die für das Erhitzen erforderliche Zeit im erwähnten Bereich gehalten werden.
Galacto-Oligosaccharide, die im vorstehenden Verfahren erhalten werden, sind in Wasser zu lösen und zu neutralisieren, dann zu entfärben, zu entsalzen, nach normalen Verfahren einzuengen, schließlich sprühzutrocknen, um ein pulverförmiges Produkt zu werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm, das die Zusammensetzung von Sacchariden veranschaulicht, die in Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
Abb. 2 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm, das zum Messen des mittleren Molekulargewichts zu verwenden ist;
Abb. 3 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm, das die Ergebnisse des Pulvers zeigt, das erhalten und mit Säure hydrolysiert wird, um zu überprüfen, daß die in Beispiel 1 erhaltenen Saccharide bestimmt Galacto-Oligosaccharide sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird jetzt in bezug auf die folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben, wobei alle Prozentsätze und Verhältnisse darin, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen angegeben sind.
In dieser Hinsicht wurden zur Bestätigung (Verifizierung), daß die Bestandteile zweifellos Galacto-Oligosaccharide waren, deren Molekulargewichtsverteilung und die Saccharidzusammensetzung ausgeführt und mit einer Lösung gemessen, die mit Säure hydrolysiert und mittels einer Hochleistungsflüssigchromatographie geprüft wurde.

Beispiel 1:

5 ml einer 1,0%igen Salzsäurelösung wurde 100 g α-Lactose eines auf dem Markt käuflichen Fabrikats durch Versprühen mit komprimierter Luft zugesetzt und gleichmäßig mittels eines Rührers gemischt, in eine Aluminiumwanne eingebracht, bei einer Temperatur von 80ºC eine Stunde in einem Trockner vorgetrocknet, dann durch dreistündiges Erhitzen bei einer Temperatur von 180ºC umgewandelt.
Die Saccharidzusammensetzung, die durch die erwähnten Verfahren erhalten wird, war folgendermaßen (nachstehend Gew.-%):
Monosaccharide 3,2%
Disaccharid (Lactose) 24,0%
Galacto-Oligosaccharide 72,8%
Mittleres Molekulargewicht 950
Abb. 1 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm, das die vorstehende Saccharidzusammensetzung angibt. Abb. 2 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm, das zum Messen des mittleren Molekulargewichts zu verwenden ist, und Abb. 3 zeigt ein Hochleistungsflüssigchromatogramm der Hydrolysate zur Verifizierung der Galacto-Oligosaccharide.

Beispiel 2:

2000 kg auf dem Markt käuflicher α-Lactose wurden in Wasser gelöst, um eine 40%ige Lösung zu bilden, dann wurden 500 ppm Salzsäure zugesetzt und mit einem Sprühtrockner pulverisiert (mit einer Einlaßlufttemperatur von 170ºC und Austrittslufttemperatur von 90ºC und einer Zerstäubergeschwindigkeit bei 4500 U/min). Dann wurden 1900 kg des erhaltenen Pulvers in einen Reaktionsofen vom Drehrohrofentyp eingebracht, der kontinuierlich bei einer Temperatur von 120ºC anderthalb Stunden zu erhitzen ist.
Das durch die vorstehenden Verfahren erhaltene Pulver wurde in Wasser gelöst und mit Natriumhydroxid neutralisiert, mit Aktivkohle entfärbt, dann mit Ionenaustauscherharzen entsalzt und schließlich sprühgetrocknet, wobei 1800 kg Pulver erhalten wurden. Die Eigenschaften dieses Pulvers waren folgendermaßen:
Monosaccharide 4,0%
Disaccharid (Lactose) 8,0%
Galacto-Oligosaccharide 88,0%
Mittleres Molekulargewicht 880

Beispiel 3:

120 Gewichtseinheiten Galactose und 500 ppm Salzsäure wurden 1000 Gewichtseinheiten auf dem Markt käuflicher sprühgetrockneter Lactose zugesetzt und mit einem Sprühtrockner pulverisiert (mit einer Einlaßlufttemperatur von 160ºC und Austrittslufttemperatur von 90ºC und einer Zerstäubergeschwindigkeit bei 14400 U/min). Dann wurden 1000 Gewichtseinheiten des erhaltenen Pulvers in ein Ölbad eingebracht, das bei einer Temperatur von 120ºC anderthalb Stunden unter Mischen zu erhitzen ist.
Das durch die vorstehenden Verfahren erhaltene Pulver wurde in Wasser gelöst und mit Natriumhydroxid neutralisiert, mit Aktivkohle entfärbt, dann mit Ionenaustauscherharzen entsalzt und schließlich sprühgetrocknet, wobei 900 Gewichtseinheiten Pulver erhalten wurden. Die Eigenschaften dieses Pulvers waren folgendermaßen:
Monosaccharide 3,9%
Disaccharid (Lactose) 11,1%
Galacto-Oligosaccharide 85,0%
Mittleres Molekulargewicht 800

Beispiel 4:

500 Gewichtseinheiten auf dem Markt käuflicher sprühgetrockneter Lactose wurden mit 500 Gewichtseinheiten Galactose gemischt, wozu 50 ml 1%ige Salzsäurelösung durch Versprühen mit komprimierter Luft zugesetzt wurden, und bei einer Temperatur von 80ºC eine Stunde in einem Reaktionsofen in derselben Weise wie in Beispiel 1 vorgetrocknet, dann bei einer Temperatur von 180ºC zweieinhalb Stunden erhitzt.
Das durch die vorstehenden Verfahren erhaltene Pulver wurde in Wasser gelöst und mit Natriumhydroxid neutralisiert, mit Aktivkohle entfärbt, dann mit Ionenaustauscherharzen entsalzt und schließlich sprühgetrocknet, wobei 800 Gewichtseinheiten Pulver erhalten wurden. Die Eigenschaften dieses Pulvers waren folgendermaßen.
Monosaccharide 3,8%
Disaccharid (Lactose) 8,5%
Galacto-Oligosaccharide 87,7%
Mittleres Molekulargewicht 785

Beispiel 5:

800 Gewichtseinheiten auf dem Markt käuflicher sprühgetrockneter Lactose wurden mit 200 Gewichtseinheiten Galactose gemischt, wozu 50 ml 1%ige Salzsäurelösung durch Versprühen mit komprimierter Luft zugesetzt wurden, und bei einer Temperatur von 80ºC eine Stunde in einem Reaktionsofen in derselben Weise wie in Beispiel 1 vorgetrocknet, dann bei einer Temperatur von 160ºC anderthalb Stunden erhitzt.
Das durch die vorstehenden Verfahren erhaltene Pulver wurde in Wasser gelöst und mit Natriumhydroxid neutralisiert, mit Aktivkohle entfärbt, dann mit Ionenaustauscherharzen entsalzt und schließlich sprühgetrocknet, wobei 820 Gewichtseinheiten Pulver erhalten wurden. Die Eigenschaften dieses Pulvers waren folgendermaßen:
Monosaccharide 5,2%
Disaccharid (Lactose) 10,4%
Galacto-Oligosaccharide 84,4%
Mittleres Molekulargewicht 825

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Galacto-Oligosacchariden, welches im Erhitzen von trockener, pulvriger Lactose bei einer Temperatur von 100 bis 200ºC für eine Zeit von 0,5 bis 3 Stunden in Gegenwart einer katalytischen Menge einer anorganischen Säure, ausgewählt aus Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure, besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Lactose wenigstens ein Vertreter aus Alpha- Lactose, Beta-Lactose und sprühgetrockneter Lactose ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Lactose mit Galactose vermischt ist und das Verhältnis Lactose zu Galactose in einem Bereich von 9 : 1 bis 1 : 1 liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die anorganische Säure Salzsäure ist.