JP2000509748A - 化学的に誘導体化されたマルトデキストリン類 - Google Patents

化学的に誘導体化されたマルトデキストリン類

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Abstract

(57)【要約】 そのうちいくつかが再湿型接着剤のベースとして有用な高固形分マルトデキストリンシロップを、高固形分α−アミラーゼ酵素転化法で製造する。これらのシロップは、固形分含量が高く(少なくとも55重量%)でかつ淡色であることが特徴である。置換度が約0.01より大で約0.5より小さい、化学的に誘導体化され任意に転化された粒状デンプンを出発物質として使用する。本発明のマルトデキストリンは、還元糖の含量が約5〜19デキストロース当量でかつ明確な多重モードの分子量分布を有している。粒状の高度にエステル化されたデンプン(D.S.が0.5〜1.8)を、高固形分法で、出発物質として使用した場合に生成する、酵素で転化されたエステル化マルトデキストリンは、その改善された水分散性が特徴である。

Description

【発明の詳細な説明】 化学的に誘導体化されたマルトデキストリン類 用語“デキストリン”は、その最も広い意味で、デンプンが分解される方法に かかわらず、単糖類とオリゴ糖類を除くあらゆるデンプン分解生成物に適用され る。デキストリン類はすべて、直鎖状か、著しく分枝しているかまたは環式でも よいD−グルコース重合体の大きくてかつ多様な群に属している。デキストリン 類は複雑であるため、その化学特性に基づいて分類する際に問題が生じる。した がって、デキストリン類はその製造方法に基づいて分類することが多い。 デキストリン類を製造するのに使用される加水分解法は、以下の四つの主要グ ループに入る。すなわち、分散デンプン(dispersed starch)をアミラーゼのよ うな液化酵素の作用で加水分解することによって得られる生成物;分散デンプン を酸で加水分解することによって得られる生成物;バシラス・マセランス(Bacil lus macerans)のトランスグリコシラーゼの作用で分散デンプンから生成したシ ャルディンガーデキストリン類;および乾燥デンプンに対する熱の作用または熱 と酸の作用で生成する焙焼デキストリン類のグループに入る。 マルトデキストリン類には、主としてα1→4グリコシド結合で連結されたD −グルコース単位からなり、かつ、20より小さいデキストロース当量(DE)を有 する甘味のない栄養サッカリド重合体と、米国食品医薬品局(FDA)が定義した 、酵素および/または酸で転化されたデキストリンが含まれている。コーンシロ ップ固形分は、還元糖含量が20DE以上の乾燥グルコースシロップとFDAが定義し て いる。加水分解度が、マルトデキストリン類およびコーンシロップ固形分の機能 特性に強く影響する。 マルトデキストリン類の製造方法としては、酸および/または酵素を用いる、 単一段階および二段階のデンプンスラリー法がある。約18〜35%の固形分が高固 形分とみなされる。 単一段階法は、比較的高温での酸または酵素による転化を、デンプンの糊化と 組み合わせて行う。この場合、加水分解反応は、適当なDEに到達するまで保持タ ンク内で続け、適当なDEに到達した時点で、pHの調節または熱による失活によっ て加水分解反応を停止させる。次に生成物を精製し、濃縮し、次いで噴霧乾燥を 行う。 二段階法では、まず酸または酵素を用いて、高温(通常>105℃)で糊化/液 化を行って低DE(通常<3)にし、続いて高温処理(ジェットクッカーで行うよ うな処理)を行ってデンプンを確実に糊化させる。pHを調節しかつ温度を約82〜 105℃まで下げた後、通常、細菌のα−アミラーゼを用いる第二の転化ステップ を、所望のDEが達成されるまで実施する。次いで上記酵素を失活させ、次に生成 物を精製してから噴霧乾燥を行う。 酸および/または酵素によって行うデンプンのマルトデキストリン類への転化 を扱ういくつかの特許を以下に考察する。 米国特許第2,609,326号(1952年9月2日付けでW.W.Pig-manらに発行された) は、デンプンを強く撹拌および剪断しながら、熱水中でデンプン粒を迅速に糊化 し分散させ、直ちに、その糊化され分散されたデンプンを、高温下でデンプン分 子を加水分解して大きなフラグメントにすることができることを特徴とするデン プン液化アミラーゼで転化し、その酵素を失活させ、次いで直ちに、その酵素で 転化されたデンプンを乾燥する方法を開示している。その冷水に分散可能な乾燥 された転化デンプン(converted starch)は、還元 糖の含量の非常に低いこと(3%以下)が特徴である。 米国特許第3,560,343号(1971年2月2日付けでC.Arm-brusterらに発行された )は、デンプンを、15より低いDEまで酸で加水分解し、次に細菌のα−アミラー ゼを用いて10〜26の間のDEまで転化させる方法を開示している。 日本国特許昭46−14706号(1971年4月20日付けで発行された)は、冷水中で 膨潤するが冷水に溶解せずかつ粘度が低くなった粒状転化デンプンの連続製造方 法を開示している。含水量が40〜60%でかつpHを5〜7に調節する緩衝剤を含有 するデンプンとα−アミラーゼの混合物を、室温または糊化温度以下の温度で数 時間キュア(cure)し、次いでその混合物をデンプン乾燥機内に入れて70〜150 ℃に維持する。乾燥中に、温度と含水量が、そのデンプンを加水分解するのに適 切なレベルまで変化する。加水分解反応、加水分解されたデンプンの乾燥および 残留酵素の失活が、70〜150℃での加熱中に同時に起こる。液化型アミラーゼは 、70〜90℃で最も強力な加水分解活性を示すが、前記温度より高い場合(すなわ ち90℃を超える場合)、含水量が35%を超えるとき、デンプンは加水分解活性を 受けるが同時に糊化し、そして混合物の含水量が30%より低いとき、デンプンは 糊化することが一層困難になるが同時に前記酵素による加水分解反応は迅速に低 下する傾向を示す。これらの逆の傾向を満たすには、混合物の含水量を乾燥機で 40〜60%から30〜35%まで減らし、かつ酵素による加水分解を行っている間は温 度を90〜100℃まで上げることが必要である。 米国特許第3,849,194号(1974年11月19日付けでF.C.Arm-brusterに発行された )は、ワキシーデンプン(waxy starch)を80℃を超える温度で細菌のα−アミラ ーゼで処理してワキシーデンプンを液化し、その液化ワキシーデンプンを約80℃ まで冷却し、次にその液 化ワキシーデンプンを細菌のα−アミラーゼで、約5〜約25のDEまで転化する方 法を開示している。 米国特許第3,663,369号(1972年5月16日付けでL.More-houseらに発行された )は、2段階加水分解法を開示している。第一段階は、酸または酵素を用いて高 温下で短時間実施して、デンプンを、ごくわずかにデキストリン化または糖化を 行って液化する。第二段階は、アルカリ性pH下で細菌のα−アミラーゼを用いて 行われ、所望のD.E.が達成される。 米国特許第3,853,706号(1974年12月10日付けで、F.C.Armbrusterに発行され た)は、デンプンを、細菌のα−アミラーゼで15より小さいDEまで加水分解し、 その加水分解反応を熱処理で停止させ、次にさらに約5〜20のDEまで転化させる 方法を開示している。 米国特許第3,974,034号(1976年8月10日付けでH.E.Homに発行された)は、酸 化デンプンを酵素で加水分解することによって製造されるマルトデキストリン類 を開示している。まず上記デンプンを高温で、同時に液化と酸化を行い、次に細 菌のα−アミラーゼをを用いて、実質的に20を超えないDEまで転化させる。米国特許第4,014,743号(1977年3月29付けでW.C.Blackに発行された)は、デ ンプンを酵素で連続的に液化する方法を開示している。そのデンプンは好ましく は生デンプンであるが、アルファ化デンプンまたは加工デンプンを使用すること ができる(6欄1〜7行参照)。適切な酵素は細菌のα−アミラーゼである。生 デンプンの酵素含有懸濁液(乾燥固形分ベースで10〜45重量%)を、加熱さ れた(77〜99℃、170〜210°F)転化デンプンの撹拌されている中に連続的に添 加する。新たに入ってくるデンプンは糊化されて、ある程度転化されたデンプン と混合され、容易に撹拌されかつポンプ輸送するするのに十分な低い粘度を有す る混合物が維持される。そ の混合物の流れを、転化タンクから連続的に取り出し、処理して酵素を失活させ る。その工程を制御して、前記混合物の最大粘度を、5000cpを超えないブルック フィールド粘度(100rpmおよび88℃,190°F)までに制限する。還元糖の含量 は、通常デキストロース当量ベースで3%より少ない。加熱と酵素による処理が 個々のデンプン粒またはデンプン分子に対して均一でないので、酵素による転化 の程度が異なったデンプンの混合物が得られる。 英国特許第1,406,508号(1975年9月17日付けで発行された)は、天然デンプ ンまたは化学的に加工されたデンプンを液化して、固形分が70重量%までのデン プンペーストを得る連続製造方法を開示している。粒状のデンプンが、スラリー の中間物が生成することなしに、反応領域へ連続的に供給され、そこで前記デン プンは、撹拌されている水性媒体内で高温下(50〜98℃)pH4.5〜8にて、酵素 (例えばα−アミラーゼ)の作用を受ける。液化が完了したならば、酵素を失活 させることによって液化されたデンプンを安定化させる。不連続法の場合、デン プンの分子が小さくかつ大きさが実質的に同じであるのに比べて、大きな分子の 比率が大きくかつ分子量分布の幅が広くなっている。 西独特許願公開第3731293(A1)号(1980年4月8日付けで公開された)は 、デンプンを連続的に分解し消化する方法を開示している。乾燥デンプン粉末を 液体の水とともにまたはデンプンの水性懸濁液を、デンプン分解酵素、好ましく はα−アミラーゼが入っていて、撹拌されている転化器中に入れ、120〜125℃で 2−4バールの水蒸気を注入することによって温度を70〜90℃まで上げる。転化 器から出る生成物を酵素失活剤で処理した後、所望の濃度まで最終的に希釈する 。 米国特許第4,921,795号(1990年5月1日付けでF.A.Bozich Jr. に発行された)は、α−アミラーゼをグルコアミラーゼと組み合わせて使用し、 デキストリン接着剤を製造する改良スラリー法を開示している。前記グルコアミ ラーゼの機能は、限界デキストリンの問題と機械的剪断ステップを除く機能であ る。α−アミラーゼは直鎖アミロース分子のα(1→4)結合をランダムに開裂 しかつ分枝アミロペクチン分子を、限界デキストリンの(1→6)グルコシド結 合まで開裂する。水性反応スラリー中に渦巻きが生じるよう十分に、スラリーを 撹拌して、剪断することなしに適切な混合が維持される。フラグメントの大きさ が最適の混合物(20rpm,45〜55%固形分および0〜16%のホウ酸ナトリウム5水 和物の条件下でのブルックフィールド粒度:1000〜2000cpで示される)が得られ るまで加水分解反応を続ける。次に酵素を失活させる。得られるスラリーの粘弾 性特性は必要に応じて調節することができる。 焙焼デキストリン類またはマルトデキストリン類が従来使用されている用途、 例えば再湿型接着剤に使用できる高固形分でかつ安定化された(すなわち化学的 に誘導体化された)マルトデキストリン類が要望されている。 本発明は、化学的に誘導体化された、転化されているかまたは転化されていな い粒状デンプンから製造される、固形分含量が少なくとも55重量%の透明で灰白 色ないしはベージュ色のマルトデキストリンシロップを目的としている。本発明 のマルトデキストリンは(i)約0.01より大きくて約0.5より小さく、好ましく は0.05〜約0.17の置換度を提供するのに十分な数の置換基;(ii)約5〜約19、 好ましくは約10〜約17のデキストロース当量の還元糖含量;および(ii)約630 〜約1600ダルトンの間に一つのピークを有し、そして約1600〜約2,500,000ダル トンの間に少なくとも一つの他のピークを有し、好ましくは約1600〜約160,000 ダルトンの間にピークを有 する多重モードの分子量分布を有する。 上記の化学的に誘導体化されたマルトデキストリンは、あらゆる穀類、芋類、 根、豆果または果実のデンプンから製造することができる。 一般的な置換基としては、エステル基および/またはエーテル基;ならびにジ エチルアミノエチルクロリドヒドロクロリドまたは3−クロロ−2−ヒドロキシ プロピルトリメチルアンモニウムクロリドの基のようなカチオン基がある。適切 なエーテル基としては、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピルなどのヒドロキ シアルキル基がある。適切なエステル基としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、 ヘキサン酸、安息香酸およびオクテニルコハク酸のエステル基、ならびに酢酸/ プロピオン酸、酢酸/酪酸のエステル基などの混合デンプンエステル基がある。 単官能のエーテルおよび/またはエステルの置換基を含有するわずかに架橋され ているデンプンも本発明では有用であり、下記の方法によって転化させることが できる。 高固形分のマルトデキストリンシロップは、以下のステップからなる高固形分 酵素転化法によって製造される。すなわち、 a)置換度が約0.01〜約0.50の化学的に誘導体化されたデンプンに、α−アミ ラーゼ酵素、および目視可能な遊離水相なしの単相粉末混合物を生成させるのに 十分な水を添加し; b)生成した粉末混合物の含水量を実質的に一定に維持しながら(すなわち、 出発含水量の±5%)、前記粉末混合物を前記酵素のほゞ最適温度まで加熱する ことによって前記酵素を活性化し; c)還元糖含量が約5〜約19、好ましくは約10〜約17の化学的に誘導体化され たマルトデキストリンシロップを得るのに十分な粒度まで、前記酵素に、前記デ ンプンを加水分解させ;次いで d)好ましくは、所望のデキストロース当量に到達した後に、前 記α−アミロースを失活させる; ステップからなる方法である。 ステップ(d)において、水を加えることによって、固形分を減らすことがで きる。 任意に、水を水性マルトデキストリンシロップから除去して、マルトデキスト リンを粉末の化学的に誘導体化されたマルトデキストリンとして回収できる。 また、本発明は、酵素で転化された高度エステル化デンプンエステルであって 、水への自己乳化性を特徴とする置換度が約0.5〜約1.8のデンプンエステルに関 する。好ましくは、そのデンプンエステルは、置換度(D.S.)が約1〜約1.25の 高度にアセチル化されたワキシーメイズまたはトウモロコシのデンプンのエステ ルである。これらデンプンエステルは、置換度が約0.5〜約1.8の冷水に不溶性の デンプンエステルに、α−アミラーゼ酵素および目視可能な遊離水相なしの粉末 混物を生成させるのに十分な量の水を混合し、次にそのα−アミラーゼに、前記 デンプンを加水分解させて液化させることによって、製造される。そのα−アミ ラーゼは、β−アミラーゼまたはグルコアミラーゼと混合してもよい。 デンプンエステルの製造方法は、米国特許第5,321,132号(1994年6月14日付 けでR.I.Billmersらに発行された)に記載されている。なおその開示内容は本明 細書に援用するものである。そのデンプンエステルは下記式で表され、 式中、Stはデンプンのベースであり、そしてRとR’は異なり、1〜7個の炭素 原子を有する、アルキル、アリール、アルケニル、ア ルカリールおよびアラルキルの基からなる群から選択される。この種のデンプン エステルとしては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ヘキサン酸、安息香酸のエステ ルおよび酢酸/プロピオン酸エステルのような混合エステルがある。粒状のベー スデンプンは、以下に述べる未変性デンプンのいずれかでもよく、または米国特 許第5,321,132号に開示されている化学的におよび/または物理的に加工された デンプンのいずれかでもよい。 これらのエステルは、粒状デンプンを十分な量の有機酸無水物と反応させて所 望のD.S.を得ることによって製造される。一般に、デンプンの乾燥重量に対して 、約35〜300重量%、好ましくは50〜200重量%の酸無水物を使用する。この反 応は、水性媒体中、pHが約7〜11好ましくは7.5〜10で、温度が約0〜40℃、好 ましくは5〜20℃にて行われる。多量の酸無水物が必要なので、高濃度の例えば 約10〜50重量%、好ましくは20〜30重量%の水性アルカリを使用することが望ま しい。あらゆるアルカリが適している。好ましいアルカリは、アルカリ金属の水 酸化物であり、最も好ましいのは水酸化ナトリウムである。 実施例で示すように、デンプンエステル、例えば酢酸エステルを、高固形分単 相酵素転化法で転化させると、元の水に分散しないデンプンエステルは、酵素に よって転化された後、室温で水に容易に分散可能になる。粘度が有意に低下する のは、化学的置換基が一般に酵素による転化を妨害するとはいえ、高度に置換さ れたデンプンが加水分解されていることを示している。加水分解されたデンプン はいぜんとして高い置換度を保持している。GPCの分子量図は多数のピークを示 している。 “デンプン”という用語には、本明細書で使用する場合、非アルファ化粒状デ ンプン、アルファ化粒状デンプン、およびアルファ化 されているが冷水には溶解しないデンプンが含まれる。 “単相”という用語は、本明細書で使用する場合、目視可能な遊離水を含有し ない混合物を意味するが、“スラリー”は、二つの相すなわち水相とデンプン相 で構成されている。転化された粒状デンプンがα−アミラーゼだけで製造された 場合、その全含水量が約15〜35%であることを除いて、本発明で好ましい全含水 量は全混合物の約15〜40重量%である。 粉末のまたは好ましくは液体の酵素および望ましい全含水量を与えるのに十分 な水を、粒状デンプンの粉末中に分散させる。粒状デンプンの一般的な含水量は 約10〜14%である。したがって、十分な水を、ステップ(a)で添加して、水の 全量を望ましい量にする。“水の全量”という用語は、本明細書で使用する場合 、粒状デンプン中に一般に存在している平衡水分と添加された水の合計量を意味 する。 湿潤した単相の粉末混合物は、ドウの混合機または粘稠な重合体の配合機で一 般に行われる。混練し圧縮する混合工程にかけると、含水量および存在する可溶 性物質の量に依存して、糊化と転化が始まる前に、粘度が非常に高く緻密なドウ 状塊になる。機械による剪断を続けると温度が上昇し、糊化と転化が起こるだろ う。 粉末混合物のデンプンが粒状デンプンを含有している場合に、粉末混合物が加 熱されると、熱と水分によってデンプン粒が膨潤し始め次にそのデンプンは完全 にまたは部分的に糊化され同時に転化される。粉末混合物が、アルファ化された 冷水中に分散できないデンプンを含有している場合、熱と水分によってそのデン プンは分散され、次いで完全に糊化され同時に転化される。デンプンが転化する と、通常、その粉末は液化する。その未変性デンプンのピーク粘度には決して到 達しない。 本発明のマルトデキストリンは、シロップ、転化された粒状デンプン、または シロップと転化された粒状デンプンの混合物の形態である。用語“シロップ”は 、本明細書で使用する場合、液体と粘稠なペーストを含んでいる。生成するデン プンシロップは高い固形分(例えば、少なくとも60重量%、一般に65〜75重量% )で得られる。そのシロップは、噴霧乾燥、ベルト乾燥または凍結乾燥を行うこ とができる。酵素で転化されたデンプンは、デンプンシロップから、水溶性粉末 として回収することができる。所望により、糖の副生物を、転化された粒状デン プンから、洗浄によって除くことができる。 特定の無機塩類のような酵素活性化剤および/または酸、塩基もしくは緩衝剤 のようなpH調節剤も任意に使用できる。 酵素は、直接または間接的に加熱しおよび/またはpHを調節して、使用される 特定の酵素に対して最適の温度とpHにすることによって活性化することができる 。酵素は、pHを下げ、阻害性塩を添加しまたは温度を上げることによって、失活 させることができる。 転化中の含水量は、生成物の固形分、直接加熱するために使用される注入水蒸 気の凝縮、および転化中の蒸発によって影響を受ける。生成物の固形分は加水分 解反応によって増大する。DE100まで転化中に、デンプンの乾燥重量は、加水分 解反応の生成物に共有結合する水のため、11.11%増大する。この乾燥重量の増 加量は転化度に比例している。固形分は、凝縮する水蒸気のために低下し、水分 蒸発によって増加する。 デンプン、水および酵素の粉末混合物は、酵素による転化のステップ中、撹拌 を必要としない。従来技術の酵素による転化法とは対照的に、本発明の方法は、 混合物が単相であるような高固形分で実施される。 適切なデンプンはあらゆる起源から誘導することができる。デンプンの一般的 な起源は、穀類、芋類、根類、豆果類、果実のデンプンおよびハイブリッドデン プンである。適切な天然源としては、トウモロコシ、ピー、ジャガイモ、サツマ イモ、モロコシ類、小麦、米、ワキシーメイズ、ワキシータピオカ、もち米、ワ キシー大麦、ワキシー小麦、ワキシージャガイモ、ワキシーモロコシ類などがあ る。 本発明の独特の高固形分単相酵素転化法を用いることによって、高固形分のマ ルトデキストリンシロップを直接得ることができる。 図1は、非転化ヒドロキシプロピル化高アミロースデンプン(Hylon VII)及 びアミロース転化高アミロースデンプン(POHylonVII)の分子量分布を示す。 図2は、α−アミラーゼとβ−アミラーゼの混合物を用いて転化されたワキシ ーメイズコハク酸オクテニル酵素の分子量分布を示す。 図3は、α−アミラーゼ(試料No.1)と熱安定性α−アミラーゼ(試料No.2 )の混合物で酵素転化された流動性ヒドロキシプロピル化ワキシーメイズデンプ ンの分子量分布を示す。 図4は、α−アミラーゼで転化されたワキシーメイズ(試料No.4)及びα− アミラーゼで転化されたワキシーメイズオクテニルコハク酸エステル(試料No. 5)の分子量分布を示す。 図5は、α−アミラーゼで転化された置換度の高いワキシーメイズデンプン酢 酸エステルの分子量プロフィールを示す(D.S.1.05)。 類似の化学的に誘導体化されたマルトデキストリンを調製するための考えられ る経路は他にも存在する。例えば、化学的に誘導体化されたデンプンを水中でス ラリー化し、デンプンを糊化し分散させ るべく蒸煮し、次にα−アミラーゼで酵素転化してマルトデキストリンシロップ を生成することができる。このプロセスにはいくつかの欠点がある。まず第1に 、転化中固形分は、スラリー又は分散した非転化デンプンのいずれか高い方の粘 度により制限されることになる。第2に、低い方(おそらくは25〜40%)の 固形分での酵素活性は、高い方の固形分よりも低くなり、従ってマルトデキスト リン範囲内のD.E.に匹敵する酵素転化を得るためには高い酵素レベルと長い 転化時間での繰返しの投与が必要となる。特許請求対象の生成物は、望ましい置 換度をもつ化学的に誘導体化されたデンプンについての転化限界又はその近くに ある。このむずかしいプロセスは、より低い固形分で類似の生成物を生み出すに すぎない。もう1つの考えられるプロセスは、未変性デンプンを水中でスラリー 化し、次に、従来の市販のマルトデキストリンの場合と同様に蒸煮し酵素転化す ることにある。望ましいDEと分子分布をもつ市販のマルトデキストリンは、次 に化学的に加工させることができる。このプロセスは、高い固形分のシロップを 生成するものの、その他の欠点を有している。すなわち、化学反応の副生物すな わち緩衝液のような塩、pH調整副生物、残留試薬及び試薬副生物が、最終的シ ロップの中に存在することになり、そのため食品又は外装や包装材料用の接着剤 など間接的に食品と接触する製品における該シロップの使用が制限される。同様 に、マルトデキストリン中の分子量成分の範囲全体にわたる化学的置換基の分布 も異なるものとなる。さらに、マルトデキストリンの化学的誘導体化は、アルカ リ性条件下で暗色の生成物を生成する傾向をもつ。このプロセスにより作られる ヒドロキシプロピル化マルトデキストリンは黒色である。 ここでは、あらゆるデンプンが有用である。適切なデンプンとしては、トウモ ロコシ、ピー、ジャガイモ、サツマイモ、モロコシ、 ワキシーメイズ、ワキシータピオカ、もち米、ワキシー大麦、ワキシージャガイ モ及びワキシーモロコシ及び40%以上のアミロース含有量をもつデンプン(高 アミロースデンプンとも呼ばれる)が含まれる。好ましいデンプンは、ワキシー メイズ及びトウモロコシである。 必要とされる転化を得るため有効な酵素レベルが用いられることを条件として 、化学的に誘導体化された穀粉を転化することも可能であるかもしれない。 高固形分単一段階酵素転化プロセスにより調製される40%を上回るアミロー ス含有量をもつデンプン(一般に高アミロースデンプンと呼ばれる)から調製さ れる酵素転化され化学的に誘導体化されたマルトデキストリンを使用することも 可能であるかもしれない。これらのマルトデキストリンを使用するためには、こ れらを低固形分で使用しなければならず、接着剤は、その初期粘度を低減させる ため付加的なポリ酢酸ビニル及び湿潤剤と共に処方する必要がある。さらに、接 着剤に長期粘度安定性を提供するべく、グリオキサル、アルカリ又は塩などの付 加的な成分も必要となるだろう。湿潤剤の使用は、吸湿性ブロッキングをひき起 こす。亜硝酸塩といった塩、尿素又は塩化物などの使用は、吸湿性ブロッキング をひき起こす。 高アミロースデンプンはさらに糊化がむずかしいことから、デンプンの糊化温 度を低下させるためより高い化学的置換レベルを使用することも必要となるだろ う。しかしながら、置換の増大は、酵素転化を阻害する。 アルファー化されていない粒状デンプンが好まれる。粒状のアルファー化され たデンプンも同様にここでは有用である。アルファー化された粒状デンプンは、 当該技術分野において既知のプロセスに より調製される。アルファー化は、デンプン粒の大部分が膨潤するものの無傷の 状態にとどまるような形で行なわれる。アルファー化された粒状デンプンを調製 するためのプロセスの例は、米国特許第4,280,851号、米国特許第4, 465,702号、米国特許第5,037,929号 及び米国特許第5149, 799号 の中で開示されており、これらの開示は参考として本書に内含される。 予備分散(すなわちアルファー化)されたデンプンも同様に、それらが冷水不溶 性であることを条件として、高固形分の単一段階酵素転化プロセスにおいて使用 することができる。これらは、ジェットクック及び噴霧乾燥により調製可能であ る。 デンプンを化学的に誘導体化することにより、糊化温度を低下させ、それをよ り転化しやすくすることができる。ここで有用な化学的改質には、熱転化及び/ 又は酸転化、酸化、リン酸化、エーテル化、エステル化及び従来の酵素改質が含 まれる。これらの改質は好ましくは、デンプンが酵素転化される前に行なわれる 。デンプンを化学的に改質するための手順は、M.W.Rutenbergにより「水溶性 ガム及び樹脂便覧」、R.L.Davidson,編集(McGraw-Hill,Inc,New York,NY 1980),p22−26〜22−47,「デンプン及びその改質」という章で 記述されている。 物理的に改質されたデンプン、例えばW095/04082(1995年2月 9日公示)に記述されている熱により阻害されたデンプンも又、それが同じく化 学的に改質されていることを条件として、ここで使用するのに適している。 ここで使用するのに適した酵素としては、細菌、真菌、植物及び動物性酵素、 例えばデンプンの1→4グルコシド結合を開裂するエンドα−アミラーゼ、α− 1.4−結合の非還元性末端から段階的にマルトース単位を除去するβ−アミラ ーゼ、デンプン分子の非還 元性末端から段階的にグルコース単位を除去し、1→4及び1→6の両方の結合 を分割するグルコアミラーゼ及びアミロペクチン含有デンプンの1→6グルコシ ド結合を開裂するイソアミラーゼ及びプルラネーゼといった脱分枝酵素の混合物 が含まれる。α−アミラーゼ又はそれとその他の酵素との混合物が好まれ、独特 の二重又は多重分子量プロフィールもつ酵素転化され化学的に誘導体化されたマ ルトデキストリンを調製するために使用される。 酵素は、選択的吸収又は沈降によって精製できるが、多くの化学的生成物は、 その他の酵素の形ならびに不活性タンパク質の形で不純物を大量に含有する。例 えば、市販の細菌性「アミラーゼ」は時として「プロテイナーゼ」(タンパク質 を分解する酵素)をも含有することになる。抽出及び部分的精製の後、市販の酵 素は、粉末又は液体濃縮物として販売される。 特定の酵素の使用のためのプロセス条件は変化し、通常は供給業者によって提 案される。変数としては、温度、pH、基質固形分濃度、酵素用量、反応時間及 び活性化剤の有無が含まれる。絶対的に最適な反応条件が全く存在しないことが 非常に多い。すなわち「最適な」pHは、温度により左右される可能性がある。 「最適な」温度は反応時間により左右されうる;又「最適な」反応時間はコスト に左右されるといったことである。反応時間は、α−アミラーゼについて10分 から24時間以上、標準的には1〜4時間の間で変動しうる。従って、推奨され る条件は通常妥協点である。 悪条件に対する酵素の安定性は、通常その基質の存在により改善される。いく つかの酵素は、或る種の塩によっても安定化される(細菌アミラーゼはカルシウ ム塩により安定化される)。酵素反応から酸化剤といった重金属及びその他の酵 素毒を排除することが厳密に必要である。これらの材料は通常、酵素の永久不活 性化(すなわ ち変性化)を結果としてもたらす。しかしながら、頻繁に反応生成物によって( 生成物阻害)又は通常の基質に構造的に関係している物質によって(競争阻害) 酵素活性が可逆的に低減させられるケースが多く存在する。可逆的阻害物質は酵 素と一時的に錯体を形成し、従って通常の反応に利用できる酵素の量を低減させ る。 標準的酵素反応条件は、P.H.Blanchardにより、Industrial Chemistry Lib rary,第4巻(Elsevier,NewYork,NY1992),「コーンの湿式製粉技術」 の中で論述されている。 試験手順 デキストロース当量(D.E.) Spencer及びMead(John Wiley and Son Inc.)によるショ糖便覧のEynon-Lane容 積法#423から適合させられた通りのフェーリング容積法を用いて、D.E. を決定する。 無水デンプンに基づく既知の濃度のデンプン溶液(w/v)を調製する。通常 の濃度は10g/200mlである。デンプン溶液は、ビュレットあたり50mlま で移す。容量500mlのエーレンマイヤーフラスコ内の50mlの精製水に対し、 ピペットによりフェーリング液A及びBを各々5mlずつ添加する。フェーリング 液Aは、容量500mlの容積フラスコ内で溶解され体積調整された34.6gの 硫酸銅(CuSO4・5H2O)を含有する。フェーリング液Aは、容量500ml の容積フラスコ内で溶解され体積調整された173gのロッシュル塩(NaKC445・4H2O)及び50gの水酸化ナトリウムを含有する。フェーリング液 は、規格局から得られた規格化されたデキストロースと対照させて規格化される 。 フェーリング係数を決定するためには、試験溶液として精製水200ccにつき 0.5000無水グラムのテキストロースが使用されるという点を除いて、試験 手順に従う。その後、以下の式を用いて 係数が計算される。 この係数はフェーリング液A及びBの両方に適用され、少数第4位まで計算さ れる。フラスコの中味を、ホットプレート上で沸とうさせる。デンプン溶液を、 沸とうさせながら特有の赤褐色の最終点(沈降した酸化第一銅錯体)まで滴定す る。使用されたデンプン溶液のml数を記録する。 フラスコの中味を、ホットプレート上で沸とうさせる。沸とうさせながら、デ ンプン溶液を特有の赤褐色の最終点(沈降した酸化第一銅錯体)まで滴定する。 必要とされるデンプン溶液のml数を記録する。 D.E.は以下のように計算される: なおここで、デンプン溶液(「starch sol.」)は、最終点に達するのに滴定 において用いられたデンプン溶液のml数に等しく、デンプン濃度(「starch con cn.」)は、g/ml単位で表わした無水ベースのデンプン溶液の濃度に等しい。 ゲル透過クロマトグラフィ(GPC) 屈折率(RI)検出器と共にWater AssociatesのGPC−150C型を用いて 、分子量(MW)分布を決定する。高度に架橋された球形ポリスチレン/ジビニ ルベンゼンで作られた2本のPLゲルカラム(Amherst,MAのPolymer Laborato riesから得た108及び103)を順次連結させる。標準としてAmerican Polymer Standards Corp.(Mentor,Ohio)からのデキストランを使用する。実験条件 は、80℃のカラム温度と1ml/分の流量である。流動相は 、硝酸ナトリウム(NaNO3)5mMを伴うジメチルスルホキシド(DMS)で ある。試料濃度は0.1%である。注入体積は150mlである。 ブルックフィールド粘度計 試料をRVT型ブルックフィールド粘度計及び材料の予想粘度に基づいて選択 される適切なスピンドルを用いて測定する。所定の位置に試料を置き、スピンド ルを試料中の適切な高さまで下降させる。粘度計をオンに切換え、スピンドルを 少なくとも3回転の間定速(例えば10又は20rpm)で回転させてから、読取 りを行なう。適切な換算係数を用いて、試料の粘度(センチポイズ単位)記録す る。 以下に示す例では、相反する記述のないかぎり、アルファー化されていない粒 状デンプンが用いられており、以下で記述されるさまざまな酵素が用いられた。 α−アミラーゼはBan120L及びTermamylであった。これらは、Novo Nordis kから入手した。Ban120Lは最適温度が約70℃、最適なpHが6.0〜6. 5,活性が120KNU/gであり、推奨される用量(デンプンの重量に基づく )が、0.005〜1.0好ましくは0.01〜0.5である慣用のα−アミラ ーゼである。Termamylは、最適温度が90℃以上、活性が120KNU/gそし て推奨される用量(デンプン重量に基づく)が0.005〜1.0,好ましくは 0.01〜0.5である熱安定性α−アミラーゼである。1キロNovo単位(1K NU)は、Novo Nordiskの標準内で1時間あたり5.26gのデンプン(Merck ,Amylum Solubile,Erg.B6,バッチ9947275)を分解する酵素の量であ る。基質として可溶性デンプンを用い、溶剤中0.0043Mのカルシウム 含有量で、7〜20分37℃,pH5.6で、α−アミラーゼを決定するための 方法。 例1 この例は、高固形分単一段階酵素転化プロセスを用いた、化学的に誘導体化さ れた高アミロースデンプン(70%のアミロース)の転化を示す。 標準羽根を伴うRossミキサー(Charles Ross & Son Co.,Happauge,NY)の中 に、ヒドロキシプロピル化された高アミロースデンプン(POHylon VII-D.S .0.47)(1000g)を入れた。合計含水量が40%となるように充分な 水を添加した。0.2%のTermamylを使用した。4時間98℃でデンプンを加水 分解し、デンプンを液化し、冷却時点で最終生成物は粘性溶液であった。 図1は、ヒドロキシプロピル化Hylon VIIとα−アミラーゼで転化されたヒド ロキシプロピル化Hylon VIIの分子量分布を示す。 例2 この例は、単一段階高固形分酵素転化プロセスを用いたワキシーメイズデンプ ンエステルの転化を示す。 無水オクテニルコハク酸(OSA)で処理されたワキシーメイズを、1000 gのデンプン、40%の合計水分及び1.0gのBan120Lと0.5gのSpezy meの混合物を用いて、例1に記述された通りにα−アミラーゼとβ−アミラーゼ の混合物で処理した。混合物を4時間60℃に保った。パン生地のような材料が 形成された。生成物を分割して空気乾燥させた。生成物の一部(400g)を1 000mlの水の中でスラリー化し、0.1Mの塩酸を用いて30分間pH3.0 に調整し、3%の水酸化ナトリウムを用いてpH6.0まで調整し戻し、噴霧乾 燥した。 結果をみると、OSA処理されたワキシーメイズをα−アミラー ゼ及びβ−アミラーゼの混合物で転化した場合、低い分子量ピーク(800)が 観察されたことがわかる(図2参照)。しかしながら検出されたピークの低い正 規化された部域は、試料の大部分が排除され検出されていないことを表わしてい る。低分子量材料は、最終生成物の重量に基づき約12%であると推定された。例3 この例は、Ban(B)及びTermamyl(T)及びそれらの混合物を用いて10ガ ロンのゲートミキサー反応装置の中で行なわれた一連の酵素転化について記述し ている。結果として得られたマルトデキストリンは、再湿型接着剤の中で使用さ れた。 第A部 酵素転化され化学的に誘導体化されたマルトデキストリンの調製 タンクの内部寸法は、高さ16インチ×直径16インチであった。幅1/2イン チ×深さ2インチのステンレス棒鋼原料で作られたゲート撹拌器は、高さ10 1 /2インチの4つの垂直レーキを有していた。外側レーキは、内側タンク壁から1/ 2インチ離れて通り、内側レーキは、外側セットから3 1/2インチのところにあ った。タンク上部には、タンク壁から1 3/4インチ及び5 1/4インチのところに ある同じ棒原料でできた4つのブレーカ・バーが取りつけられている。0〜60 rpmまで変動する電気駆動機構が撹拌器に動力を供給した。タンク頂部の通気孔 が可変通風の強制排気を提供していた。タンクの側面及び底面は、蒸気加熱又は 水冷のためジャケットが備わっていた。タンク底面より1インチ上の側壁の中に 直径1/2インチの蒸気注入ポートが具備された。1つの外側ブレーカ・バーの底 部には、熱電対プローブを取りつけた。タンク底面には、ボール弁を伴う2イン チのポートが生成物の放出用に具備された。これらの転化のためには、初期乾燥 装てん物の一部分が不均等な水分、酵素 又は熱を受ける可能性をなくするべく、タンク底面と同じ高さで放出ポート内に 取外し可能な金属プラグを挿入した。 各転化毎に、タンクに33ポンドの市販の乾燥粒状デンプンを加えた。酵素装 てん物を充分な水で希釈して、装てん物を無水ベースで25パーセントの水分量 になるまでにした。この水/酵素混合物を、混合しながらデンプンに添加した。 酵素/水混合物を添加した後の混合物は、直径1.5インチ未満の乾燥デンプン と湿ったデンプンの集合体の配合物であった。 この時点で、撹拌器を約30分間オフに切換えて、水がデンプンを通して外へ 拡散するようにした。この休止の後、デンプンは湿った流動性粉末となった。 混合物を、一般にはその中へ(相反する指示のないかぎり32psiの)生蒸気 を注入することによって及び/又は任意にはタンクジャケットの加熱によって、 加熱した。標準的に、塊を加熱中に混合したが、これは必ずしも必要ではなかっ た。混合は、熱伝達を改善しただけであった。 粒状デンプンが糊化する(又は冷水不溶性の予備分散されたデンプンが可溶化 される)につれて、このデンプンは転化され、反応混合物は、湿った粉末から湿 潤なパン生地様の塊へと変化し、次に分散シロップへと変化した。これらの変化 は、温度が50℃から90℃まで増大するにつれて発生した。液化が開始した温 度は、水の活性、酵素の活性化温度及びデンプンのタイプに応じて変動した。 この通気されたクンク内には、全加熱サイクル中、幾分かの水分損失があった 。注入蒸気が閉め出された時点で、温度を、30分間のジャケット加熱によって 指示された温度に維持した。次に、バッチを50℃未満まで冷却し、放出させた 。任意には、pHをリン酸で3.5まで低下させ、混合物を30分間保持して、 あらゆる残留 酵素を不活性化した。必要な場合にはpHを再調整した。 指示されたデンプン43.52部に対して、6.95部の水及び指示された量 のBan120L及び/又はTermamylの混合物を添加した。定常流の中にプリミッ クスをゆっくりと添加している間ゲートミキサーの速度は30rpmであった。デ ンプンが均等に湿った状態となるまで混合を続行した。撹拌器を運転停止させ、 生蒸気及びジャケット蒸気を用いて混合物を30分間、82〜93℃(180〜 200°F)になるまで加熱した。次に6.94部の水を添加した。 ミキサーを再始動させ、混合物を93〜99℃(200〜210°F)に加熱 する一方で撹拌を30rpmで続行した。接着性生成物が清澄され滑らかになった時 点で、粘度及び固形分を試験した。試験結果を記録した後、pHを85%のリン 酸で3.5に調整し、必要な場合には酵素活性を終了させるべく付加的な酸を添 加した。 使用したデンプンベース、使用した酵素と量、及び結果として得られた適切な 及び比較用のマルトデキストリン(固形分、D.E.及びD.S.)は、表1に まとめられている。同じマルトデキストリンの3カ月後の粘度安定性は表2で報 告されている。試料No.1及び2のGPC分子量プロフィールは図3に、又試料N o.4及び5のものは図4に示されている。 * 試料No.1については、蒸気圧は8psiであった。** 試料No.6については、酵素添加は2段階で行なわれた。 例4 この例は、その水中分散性を特徴とする酵素転化され高度にアセチル化された デンプンの調製を示す。これは単一段階の高固形分プロセスを用いて調製された 。 第A部 前述の米国特許第5,321,132号の手順を用いて、ワキシーメイズをア セチル化した。デンプン固形分は40%(現状のまま)であり、pHは8.5, 温度は25℃,反応時間は4時間であった。粒状デンプン(1.05 D.S. )をろ過により回収し、500マイクロオーム未満の伝導率まで洗浄し、10% の水分まで乾燥させた。 第B部 上述の通り、1000gのデンプン、40%の合計水分及び各々1mlのBan1 20L及びTermamylを用いて、α−アミラーゼにより、非水溶性のアセチル化さ れたワキシーメイズデンプン(1.05 D.S.)を転化した。デンプンは、 約80℃で液化し始めた。温度が95〜98℃に上昇するにつれて、Rossミキサ ー内で水様液体生成物が観察された。混合物を2時間95〜98℃に保持した後 、Rossミキサー内に硬化した岩石様の材料が形成された。 非転化アセチル化ワキシーメイズ(1.05 D.S.)は、おそらくDMS O流動相内のその流体力学的体積が大きく分子量が高いことを理由として、GP Cにより検出できない。この転化されたアセチル化ワキシーメイズ(1.05 D.S.)のGPC分子量プロフィールは、多数のピークを示した(図5参照) 。そのブルックフィールド粘度(DMSO中5%の固形分、スピンドル#1,1 00rpm)は56cpsであり、一方非転化アセテル化ワキシーメイズの同じ濃度で のブルックフィールド粘度は2,480cps(固形分5%,Spindle #4、20r pm)であった。この大幅な粘度減少は、アセチル化されたワキシーメイズが、1 .06のDSを有していた場合でも加水分解され解重合された、ということを表 わしている。 第C部 上述の酵素転化された中間D.S.のアセチル化ワキシーメイズの3.4グラ ムの試料を、磁気スターラーにより提供される混合を伴って室温で、96グラム の精製水中に分散させた。数分以内で試料は乳状の白色分散へと分散した。数時 間にわたり、わずかな部分が沈降した。残りの分散は、室温で3日間安定してい た。分散し曇った生成物は、プロパノール又はエタノールを添加した時点で清澄 な溶液に変化した。高いアルコール可溶性は、酵素転化された生成物がなおも高 度の酢酸塩置換を含有することを示している。 このことは、高固形分単一段階プロセスによって調製された酵素転化され中間 D.S.のアセチル化ワキシーメイズが、水性エマルジョンとして転化デンプン が添加されるような利用分野において有用であることを実証している。 発明の好ましい実施形態について詳しく記述してきたが、当業者には、これに 対するさまざまな修正及び改善が直ちに明らかになることだろう。従って、本発 明の精神及び範囲は、添付のクレームによってのみ制限されるべきであって、後 続する明細により制限されるべきものではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU ,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH, CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G B,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP ,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU, LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,N Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI ,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ, VN (72)発明者 エデン,ジェイムズ エル. アメリカ合衆国,ニュージャージー 08873,マイルストン,フランクリン ス トリート 47 (72)発明者 カシカ,ジェイムズ ジェイ. アメリカ合衆国,ニュージャージー 08889,ホワイトハウス ステイション ウィザースプーン ストリート 124

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 固形分含量が少なくとも55重量%の化学的に誘導体化されたマルトデキス トリンシロップであって; (i)0.01以上で0.50より小さい置換度を与えるのに十分な量の置換基;(ii )5〜19のデキストロース当量の還元糖含量;および(iii)630〜1600ダルトン の間に一つのピークを有しそして1600〜2,500,000ダルトンの間に少なくとも一 つの他のピークを有する多重モード分子量分布;を有するマルトデキストリンシ ロップ。 2. 前記マルトデキストリンが穀類、芋類、根、豆果または果実のデンプン由 来のマトルトデストリンであり;置換基がエステル基および/またはエーテル基 であり;そして固形分含量が65〜75重量%である請求の範囲1に記載のマルトデ キストリンシロップ。 3. 前記デンプンが、トウモロコシ、ピー、ジャガイモ、サツマイモ、モロコ シ類、ワキシーメイズ、ワキシータピオカ、もち米、ワキシー大麦、ワキシージ ャガイモおよびワキシーモロコシ類からなる群から選択され;置換度が0.05〜0. 17であり;そしてエーテル基の置換基がヒドロキシプロピル基でありかつエステ ル基の置換基がコハク酸、オクテニルコハク酸または酢酸のエステル基である請 求の範囲2に記載のマルトデキストリンシロップ。 4. 前記デンプンが、置換度が0.05と0.17の転化されていない化学的に誘導体 化されたデンプンであり;デキストロース当量が10〜17であり;他のピークが16 00〜160,000ダルトンの間にあり;そして固形分含量が約60重量%より大きい請 求の範囲1に記載のマルトデキストリンシロップ。 5. 前記固形分含量が65〜75重量%であり、そして前記デンプンがトウモロコ シデンプンまたはワキシーメイズデンプンである請求 の範囲4に記載のマルトデキストリンシロップ。 6. 固形分含量が少なくとも55重量%の化学的に誘導体化されたマルトデキス トリンシロップであって、下記ステップ: (a)置換度が0.01〜0.50の化学的に誘導体化されたデンプンに、α−アミラ ーゼ酵素またはα−アミラーゼ酵素を含有するアミラーゼ混合物、および目視可 能な遊離水相なしの単相粉末混合物を生成させるのに十分な量の水を添加し; (b)生成した粉末混合物を、前記α−アミラーゼ酵素の最適温度まで加熱す ることによって、前記α−アミラーゼ酵素または酵素混合物を活性化し; (c)前記誘導体化デンプンを、還元糖含量が5〜19である化学的に誘導体化 されたマルトデキストリンを得るのに十分な程度まで加水分解させ;次いで (d)前記酵素または酵素混合物を任意に失活させる; ステップで製造されるマルトデキストリンシロップ。 7. 前記化学的に誘導体化されたデンプンが、未加工デンプンまたは加工デン プンから、そのデンプンを、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ジエチル アミノエチルクロリドヒドロクロリドまたは3−クロロ−2−ヒドロキシプロピ ルトリメチルアンモニウムクロリドからなる群から選択されるエーテル化剤およ び/または無水コハク酸、無水オクテニルコハク酸および無水酢酸からなる群か ら選択されるエステル化剤と反応させることによって、製造され;そして前記酵 素が任意にβ−アミラーゼもしくはグルコアミラーゼを混合したα−アミラーゼ であり、そしてそのα−アミラーゼ酵素が細菌のα−アミラーゼであって最適温 度が77〜85℃でかつpHが5.8〜6.2であるかまたはそのα−アミラーゼ酵素が高温 α−アミラーゼであって、その最適温度が約95〜約105℃でかつpHが約6.0〜 約6.5である請求の範囲6に記載のマルトデキストリンシロップ。 8. 水を水性マルトデキストリンシロップから除去し、粉末の化学的に誘導体 化されたマルトデキストリンが回収する請求の範囲6に記載のマルトデキストリ ンシロップ。 9. (a)置換度が0.5〜1.8の冷水に溶解しないワキシーメイズまたはトウモ ロコシのデンプンのエステルに、α−アミラーゼ酵素および目視可能な水相なし の単相粉末混合物を生成させるのに十分な量の水を添加し; (b)生成した混合物を上記α−アミラーゼ酵素の最適温度まで加熱すること によってそのα−アミラーゼを活性化し; (c)上記α−アミラーゼに、上記デンプンエステルを加水分解させ;次いで (d)上記α−アミラーゼを任意に失活させる; ステップによって製造される、酵素で転化された高度エステル化デンプン。 10.前記デンプンが、置換度が1〜1.25のデンプンを含有する非−アルファー 化粒状アセチル化ワキシーメイズデンプンであり、そしてα−アミラーゼがβ− アミラーゼまたはグルコアミラーゼと混合されている請求の範囲9に記載のエス テル。
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