JP2000253895A - 部分アセチル化キトサン、キトオリゴ糖混合物及びキトオリゴ糖の製造法 - Google Patents

部分アセチル化キトサン、キトオリゴ糖混合物及びキトオリゴ糖の製造法

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JP2000253895A
JP2000253895A JP11064901A JP6490199A JP2000253895A JP 2000253895 A JP2000253895 A JP 2000253895A JP 11064901 A JP11064901 A JP 11064901A JP 6490199 A JP6490199 A JP 6490199A JP 2000253895 A JP2000253895 A JP 2000253895A
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Japan
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chitosan
chitooligosaccharide
partially acetylated
mixture
producing
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JP11064901A
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Shunsuke Miyaoka
俊輔 宮岡
Satoshi Morimoto
聡 森本
Kazuko Hirayama
和子 平山
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】アセチル基分布の均一な部分アセチル化キトサ
ン及びキトオリゴ糖の製造。 【解決手段】微生物を培養し、菌体を破壊し、キトサン
を抽出することによりアセチル基が均一に分布した部分
アセチル化キトサンを製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、アセチル基が均一
に分布した部分アセチル化キトサンの製造法及び該製造
法によって得られる部分アセチル化キトサン、キトオリ
ゴ糖混合物の製造法並びにキトオリゴ糖の製造法に関す
る。
【従来の技術】キトサンは、その多くの機能性(高い抗
菌性、抗腫瘍性、免疫賦活性、生体内分解性、創傷治癒
効果、血清コレステロール低下作用、植物エリシター活
性等)とバイオマス資源としての豊富な埋蔵量により重
要な素材として注目されている。従来、キトサンは、甲
殻類の廃棄物から抽出、利用されている。しかしなが
ら、甲殻類の廃棄物からのキトサンの製造は高濃度の酸
・アルカリ処理を必須とするため、有害な濃酸性・濃ア
ルカリ性廃水が生じる。また、甲殻類に存在するのはキ
チンのみであり化学的に脱アセチル化する必要があるた
め、アセチル基の分布の不均一な部分アセチル化キトサ
ン(以下、不均一系キトサンと称する)しか得らない。
さらに、甲殻類の廃棄物を出発原料とすることによる原
料の供給不安及び品質の低下(ゴミなどの夾雑物が非常
に多い)という問題があった。即ち、甲殻類からキトサ
ンを得るためには、甲殻類に含まれるキチンを濃熱アル
カリによる脱アセチル化処理する工程が必須であるが、
当該処理を行うと、残存アセチル基が偏って分布する、
いわゆる不均一系の脱アセチル処理となるため、生産さ
れるキトサン中のアセチル基はブロック状に偏って分布
する。脱アセチル化が不均一なキトサンは、均一なキト
サンと比較して、溶解性、抗菌性等に劣るため、脱アセ
チル化が均一なキトサンの供給が求められている。アセ
チル基の分布が均一な部分アセチル化キトサン(以下、
均一系キトサンと称する)の製造法としては、甲殻類に
含まれるキチンを濃アルカリ・低温度で脱アセチル化処
理する方法が知られている。しかしながら、低温度で脱
アセチル化するため、反応時間が長時間となり、工業的
な製造法として採用されていなかった。一方、最近で
は、キトサンを酸加水分解又は酵素分解したキトオリゴ
糖が、高い抗菌性、抗腫瘍性、免疫賦活性、血清コレス
テロール低下作用、植物エリシター活性等種々の生理活
性を示すことが見出されており(キチン、キトサン研究
会編:キチンキトサンハンドブック、技法堂出版(199
5))、特に、3糖〜6糖のキトオリゴ糖にその活性が
高いことが示されている。キトサンを分解してキトオリ
ゴ糖を生産する場合、アセチル基周辺は酵素による分解
点となるため、アセチル基の分布は重要である。しかし
ながら、従来の不均一系キトサンを用いた場合では、分
解点であるアセチル基が不均一に分布しているため、キ
トサン分解物には非常に多くの種類のキトオリゴ糖が含
まれ、目的とするキトオリゴ糖の含有量が少ないという
問題があった。
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アセチル基
が均一に分布した部分アセチル化キトサンの製造法及び
該製造法によって得られる部分アセチル化キトサン、キ
トオリゴ糖混合物の製造法並びにキトオリゴ糖の製造法
に関する。
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来技
術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、キトサン産生
微生物の菌体から得られるキトサンが均一系キトサンで
あることを見出した。即ち、本発明は、以下の部分アセ
チル化キトサンの製造法及び該製造法によって得られる
部分アセチル化キトサン、キトオリゴ糖混合物の製造法
並びにキトオリゴ糖の製造法に関する。 項1.微生物の菌体からアセチル基が均一に分布した部
分アセチル化キトサンを製造する方法。 項2.項1に記載の方法により製造されるアセチル基が
均一に分布した部分アセチル化キトサン。 項3.アセチル基が均一に分布した部分アセチル化キト
サンにキチナーゼを作用させることを特徴とするキトオ
リゴ糖混合物の製造法。 項4.項3の方法で得られるキトオリゴ糖混合物をさら
に精製することを特徴とする3〜6糖のキトオリゴ糖の
製造法。
【発明の実施の形態】本発明の部分アセチル化キトサン
の製造法によって製造される均一系キトサンは、アセチ
ル基の分布が均一であるため、不均一系キトサンと比較
して水への溶解性が高く、医薬、化粧品、抗菌剤等の様
々な用途に使用できる。アセチル基の分布が均一である
とは、アセチル化の程度にもよるが、キトサンにエンド
型キチナーゼを作用させた場合に得られるキトオリゴ糖
混合物中、3〜6糖のオリゴ糖の構成比率が60%以
上、好ましくは80%以上となる程度のアセチル基の分
布をいう。本発明の部分アセチル化キトサンの製造法と
しては、微生物を培養し、菌体を破壊し、キトサンを抽
出することにより部分アセチル化キトサンを得る方法が
例示される。本発明の部分アセチル化キトサンの製造法
に使用される微生物としては、接合菌類が好ましく、Ab
sidia属の微生物がより好ましい。Absidia属の微生物と
しては、Absidia butleriが好ましく、Absidia butleri
HUT1001がより好ましい。微生物を培養する培地として
は、特に制限されず、公知のケカビ科用培地を使用する
ことができる。菌体を破壊する方法としては、特に制限
されず、菌体を弱アルカリ条件で処理する方法、菌体を
希酸(例えば1N塩酸)で処理する化学的方法、菌体を
超音波等で処理する物理的方法、菌体を酵素又は微生物
で処理する方法などが挙げられる。好ましくは弱アルカ
リ処理、希酸処理及び物理的方法が使用され、より好ま
しいのは弱アルカリ処理である。菌体を弱アルカリ条件
で処理する場合の弱アルカリ条件としては、菌体を破壊
する限り特に制限されない。アルカリとしては水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、アンモニア等が使用され、
特に水酸化ナトリウムが好ましく使用される。処理濃度
は1〜10%が好ましく、2〜3%がより好ましい。処
理温度、処理時間等は適宜選択すればよい。菌体破壊物
からキトサンを抽出する方法としては、弱酸性処理が好
ましい。弱酸性処理において使用する酸としては、塩
酸、硝酸、ギ酸、乳酸、クエン酸、酢酸などが好まし
く、塩酸及び酢酸がより好ましい。処理濃度は0.5〜
10%が好ましく1〜3%がより好ましい。処理温度、
処理時間等は適宜選択すればよい。得られた酸抽出物
は、水酸化ナトリウム等のアルカリでpH8.5〜11
に調整され沈殿を生成する。遠心分離等で沈殿を分離し
部分アセチル化キトサンを得る。本発明の部分アセチル
化キトサンの製造法は、培養条件を変化させ、かつ酸抽
出条件をそれに合わせて変化させることによって、製造
されるキトサンの脱アセチル化度を調節することが可能
である。例えば、濃厚な培地(窒素分が通常の5倍程
度)で培養し、1%酢酸で抽出した場合、脱アセチル化
度は約90%となり、逆に培地成分が希薄な培地(窒素
分が通常の5分の1程度)で培養し、10%酢酸で抽出
した場合、脱アセチル化度は約50%となる。キトサン
の脱アセチル化度を測定する方法としては、コロイド
法、赤外吸収スペクトル法が使用される。本発明のキト
オリゴ糖混合物の製造法とは、均一系キトサンのGlcNAc
-GlcNAc結合及びGlcNAc-GlcN結合を選択的に切断するこ
とにより目的とするオリゴ糖の含有率の高いキトオリゴ
糖混合物を得る方法である。キトオリゴ糖混合物の製造
法において使用される均一系キトサンとしては、アセチ
ル基が均一に分布している限り特に制限されない。均一
系キトサンの好ましい脱アセチル化度は、70〜90
%、より好ましくは75〜85%である。本発明の部分
アセチル化キトサンの製造法によって製造された均一系
キトサン、甲殻類に含まれるキチンを濃アルカリ・低温
度で脱アセチル化処理する従来方法によって製造された
均一系キトサンを好ましく使用できる。より好ましく
は、本発明の部分アセチル化キトサンの製造法によって
製造された均一系キトサンを使用できる。GlcNAc-GlcNA
c結合及びGlcNAc-GlcN結合を選択的に切断する方法とし
ては、エンド型キチナーゼを使用できる。好ましくはSt
reptomyces griseus由来のキチナーゼ(Sigma)、Aerom
onas hydrophila由来のキチナーゼ(合同酒精)を使用
でき、Streptomyces griseus由来のキチナーゼがより好
ましい。前記キチナーゼは、20〜50℃、好ましくは
25〜40℃、より好ましくは30〜40℃、pH3〜
6、好ましくは4.5〜6で使用される。酵素反応時間
は、キトサンの量及び酵素量に応じて適宜選択すればよ
い。キトオリゴ糖混合物の製造法では、脱アセチル化度
により種々のキトオリゴ糖を含有した混合物が得られる
が、混合物中3〜6糖のオリゴ糖の構成比率が60%以
上の混合物が好ましく、80%以上の混合物がより好ま
しい。製造されたキトオリゴ糖混合物は、そのまま又は
必要に応じて修飾され、医薬、化粧品、抗菌剤等の様々
な用途に使用され、キトオリゴ糖製造の原料としても使
用される。本発明のキトオリゴ糖の製造法とは、前記キ
トオリゴ糖混合物をキトオリゴ糖に精製する方法であ
る。精製法としては、キトオリゴ糖混合物をキトオリゴ
糖に精製する方法であれば特に制限されず常法に従えば
よい。好ましくは分取液体クロマトグラフィーある。
【実施例】実施例1 500ml容振盪フラスコに下記表1に記載の組成の培
地200mlを分注し、滅菌後、Absidia butleri HUT
1001株(広島大学工学部発酵研究所(Laboratory for F
ermentation, Faculty of Engineering, Hiroshima Uni
versity, Hiroshima Japan)に保存され、分譲を受ける
ことができる)の胞子を1×104spores/mlとなる
よう接種し、温度28℃、振幅3cm、振盪速度140
rpmで72時間振盪培養を行った。培養後の培養液を
ガラスフィルター(2G3)で濾過して菌体を得、これ
を蒸留水で洗浄し凍結乾燥した。さらに、凍結乾燥菌体
に2%水酸化ナトリウム水溶液100mlを加え、11
5℃、60分でオートクレーブ処理した後、溶液が熱い
うちにガラスフィルター2G3で濾過し、熱水で洗浄、
エタノール、ジエチルエーテルで置換脱水を行った後、
35℃で減圧乾燥を行った。このアルカリ不溶物に2%
酢酸を50ml加え、マグネチックスターラーで30
分、室温で攪拌した後、遠心分離(10000rpm、
15分)し、抽出した。抽出は2回行い、2回の上清を
合わせた。この抽出液に水酸化ナトリウム溶液を滴下し
てpH8.5に調整し、遠心分離(14000rpm、
30分)し、沈殿を凍結乾燥し、キトサンを約0.1g
得た。また、比較のため市販のキトサンとして、キトサ
ン100(和光純薬工業(株)製)を用いた。なお、こ
れらのキトサンの脱アセチル化度はコロイド法により測
定すると約80%であった。
【表1】 キチナーゼによる分解 OHTAKARAらの方法に準じて酵素分解を行った。
即ち、0.4gのキトサンに0.1Mの酢酸緩衝液(p
H5.0)100mlと1mlの2.06%NaN3
液及び3mlのStreptomyces griseus由来のキチナーゼ
溶液(3unit:1unitは1時間に1mgのN−アセチル
グルコサミンが生じるキチナーゼ活性)を混合し、37
℃、48時間保持する。その後、2unitのキチナーゼを
加え、さらに48時間保持し、その後溶液を5分間煮沸
して酵素反応を停止した。反応液を0.1NのNaOH
溶液でpHを9.5に調整し、生じた沈殿を遠心分離
(10000rpm、10分)により除去した。さらに
ロータリーエバポレーターを用いて、40℃以下で減圧
濃縮し10mlの濃縮液を得た。濃縮液はマイクロアシ
ライザーG1(旭化成工業(株)製)により電気透析
し、脱塩した。 キトサン分解物の分析 生成したキトサン分解物をイオン交換カラム(YMC-Pack
NH2+YMC-PackPolyamin-II)によるHPLC分析を行っ
た。結果を図1に示す。図1に示されるように本発明の
製造法により製造されたキトサンStreptomycesgriseus
由来のキチナーゼで酵素分解して得られたキトオリゴ糖
混合物は、従来の製造法により製造されたキトサンを同
様に処理した場合と比較して、3糖〜6糖のオリゴ糖の
比率が著しく高く、単糖及び2糖の比率が著しく低い。
また、本発明のキトオリゴ糖混合物を精製すると3糖〜
6糖のオリゴ糖を効率よく製造できることがわかる。
【発明の効果】本発明の部分アセチル化キトサンの製造
法は、均一系キトサンを効率的に製造することができる
優れた製造法である。また、濃アルカリ処理を必要とし
ないため濃アルカリ廃水を生じず、原料を微生物とする
ため、従来の廃棄物(甲殻類)を原料とする方法より
も、原料供給、品質の点で優れている。また、本発明の
キトオリゴ糖混合物製造法及びキトオリゴ糖製造法は、
従来法よりも選択的に3〜6糖のキトオリゴ糖混合物及
びキトオリゴ糖を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明製造法により製造されたキトサン及び市
販キトサンをStreptomyces griseus由来のキチナーゼで
酵素分解して得られるキトオリゴ糖混合物のオリゴ糖構
成割合を示す。
フロントページの続き Fターム(参考) 4B050 DD02 LL05 4B064 AF21 CA05 CA21 CD01 CD09 CD21 CE03 CE06 CE08 CE11 CE17 DA01 DA13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微生物の菌体からアセチル基が均一に分布
    した部分アセチル化キトサンを製造する方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の方法で製造されるアセチ
    ル基が均一に分布した部分アセチル化キトサン。
  3. 【請求項3】アセチル基が均一に分布した部分アセチル
    化キトサンにキチナーゼを作用させることを特徴とする
    キトオリゴ糖混合物の製造法。
  4. 【請求項4】請求項3の方法で得られるキトオリゴ糖混
    合物をさらに精製することを特徴とする3〜6糖のキト
    オリゴ糖の製造法。
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