JP2002045194A - ビートパルプ等よりアラビノース等を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 Bacillus coagulansに属するビートパル
プ分解酵素生産菌の培養物を用いてビートパルプ等を分
解し、アラビノース、ペクチン、リグノセルロースの少
なくともひとつを製造する方法。 【効果】 酸、アルカリ処理等過激な条件を必要とする
ことなく、マイルドな反応条件で、しかもビートパルプ
等から直接これらの各成分を得ることができ、きわめて
工業的価値の高い方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビートパルプ等よ
りアラビノース、ペクチン及びリグノセルロースを製造
する方法に関するものであり、更に詳細には、ビートパ
ルプ分解新規酵素を用いて、中間処理物を経ることな
く、ビートパルプ等を直接処理することにより、アラビ
ノース、ペクチン、リグノセルロースの少なくともひと
つを製造する新規にして効率的な工業的な方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】甜菜根を細片状に切断するか或いは磨
砕、搾汁し、次いで温湯に浸漬し、主として蔗糖よりな
る可溶性成分を抽出除去した残渣であるビートパルプ
は、種子、土壌条件、肥料、収穫時期等によって変動は
あるものの、その組成の典型例は、下記表１のとおりで
ある。

【０００３】 （表１） ビートパルプの典型的な組成 ─────────────────────────── 成 分 ％（固形分当たり） ─────────────────────────── ヘミセルロース ２６ （主としてアラビナン） ペクチン ２４ セルロース ２３ 蛋白質 ９ 蔗糖 ６ リグニン ４．５ 灰分 ７ 脂肪 ０．５ ───────────────────────────

【０００４】アラビノースは、蔗糖の約８０％の甘味度
を有する、上品な甘味質の糖質であり、腸管粘膜からは
ほとんど吸収されることがないという特質を有してい
る。そして、食品の分野では、Ｌ−アラビノースは化学
的合成品以外の食品添加物としてリストに収載されてい
る。また、医学、生理学の分野では、Ｌ−アラビノース
に蔗糖の吸収を抑制し、血糖、インシュリン上昇を抑制
する効果が発見されている（合同酒精（株））。このよ
うに、アラビノースについては、その有用性が注目され
るようになり、工業的大量生産方法の新規開発が当業界
において希求されている。

【０００５】そこで、前記したように、ビートパルプの
ヘミセルロース成分中には、アラビノースが鎖状に結合
した多糖類であるアラビナンが含まれている点に着目し
て、ビートパルプを高温でアルカリ処理することによっ
てアラビナンを抽出し、次いで抽出されたアラビナンを
酸で分解してＬ−アラビノースを製造することが、一部
で行われるようになった。しかしながら、この方法は、
ビートパルプから直接Ｌ−アラビノースを得る方法では
ないし、しかも更に、強酸、強アルカリ、高温等の厳し
い条件が必要であるため、装置、取扱い操作、労働安全
上の問題は避けられず、したがって、工業的規模で実施
するのは困難であり、現時点では研究目的や試薬製造目
的のため、実験室規模で実施されているにすぎないのが
現状である。

【０００６】一方、ビートペクチンは、柑橘類やリンゴ
のペクチンに比較すると多少その性能は低下するもの
の、ゲル化剤あるいは増粘安定剤として使用することが
可能であるし、アセチル化度や分子量の大きさ等を変え
ることによって、リンゴ等のペクチンあるいはそれ以上
のすぐれたものに改良することも期待できる。

【０００７】また、リグノセルロース（以下、リグセル
ということもある）は、すぐれた食物繊維として有用で
あるだけでなく、ビートより可溶性成分を抽出して充分
に除去した後のセルロース：ヘミセルロース：ペクチン
の比がおよそ１：１：１となる繊維質について、ラット
及びヒトによる試験により、血中及び脂質低下作用があ
ることを本出願人において確認しているところから（特
公平６−９９３１７）、ヘミセルロース（その主体はリ
グセル）についてもすぐれた脂質低下作用が期待され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うに、ビートパルプの各成分の有用性に鑑み、また、ビ
ート糖製造時の副産物としてのビートパルプの新規用途
開発のうえからも、過激な反応条件を採ることなく、ビ
ートパルプ等を処理してビートパルプ等から直接Ｌ−ア
ラビノースのみでなく、ペクチン、リグセルに分解し
て、それぞれを分離、精製する特に工業化に適した方法
を新たに開発する目的でなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため各方面から検討した結果、過激な条件を
必要とする分解処理にかえてマイルドな条件で分解処理
する方法として酵素処理に着目した。そして非常に多数
の微生物、酵素について、鋭意スクリーニングを行っ
た。その結果、バチルス・コアグランス（Bacillus coa
gulans）ＩＦＯ１２５８３株の培養液をビートパルプに
作用せしめたところ、不溶性画分からはリグセル、水溶
性画分からはアラビノースとペクチンがそれぞれ得られ
ること、しかも、ビートパルプを一旦アラビナンに分解
することなく、ビートパルプから、直接、リグセル、ア
ラビノース、ペクチンがそれぞれ得られるというきわめ
て効率的にして卓越した効果が奏されるという有用な新
知見を得た。

【００１０】本発明は、このような有用新知見に基づ
き、更に研究の結果遂に完成されたものであって、バチ
ルス・コアグランス種に属するビートパルプ分解酵素生
産菌の産生する酵素を用いてビートパルプ等を直接処理
することにより、ビートパルプ等を単に分解するだけで
なく、更に、リグセル、アラビノース、ペクチンをそれ
ぞれ分離、回収する点を基本的技術思想とするものであ
る。本発明において、ビートパルプ等とは、ビートパル
プ、ビートファイバー、りんご搾汁残滓、リンゴファイ
バー、オカラ、ダイズファイバー、柑橘類の果皮又は果
肉搾汁残滓、ピーナツ搾油残滓、米糠へミセルロースの
いずれか１つ以上を示している。以下、本発明について
詳述する。

【００１１】本発明で使用するビートパルプ分解酵素を
生産する微生物としては、バチルス・コアグランス種に
属する微生物であって同酵素を生産し得る微生物がすべ
て使用可能であるが、その代表例としてバチルス・コア
グランスＩＦＯ １２５８３株（以下、１２５８３株と
いうこともある）が挙げられる。この１２５８３株は、
その菌学的性質からバチルス・コアグランスに属する
が、同酵素を生産する点で特徴的であり、（財）発酵研
究所にＩＦＯ１２５８３として寄託されており、要望に
応じて自由に分譲されている。

【００１２】上記微生物の培養は、細菌培養の常法にし
たがい、固体培養法、液体培養法のいずれによって行っ
てもよく、炭素源としては、グルコース、シュークロー
ス、澱粉、アラバン等、窒素源としては、酵母エキス、
カゼイン、コーンスティープリカー、ペプトン、肉エキ
ス、トリプトン、脱脂大豆粉等の天然窒素源のほか、硫
安、尿素、塩安、硝酸ソーダ等の無機窒素化合物が使用
される。また必要に応じて、燐酸、ミネラル、ビタミン
その他常用される培地成分が適宜使用可能である。

【００１３】炭素源の濃度は１〜２０％程度、窒素源は
１〜５％程度が好適であり、培養温度は２０〜４０℃程
度、培養時間は１２〜７２時間程度であり、固体培養、
通気撹拌培養又は振とう培養の少なくともひとつで培養
するのが好ましい。培養は１段階で行い、得られた培養
物を酵素源としてもよいし、はじめにＬＢ培地等で培養
した後、酵素生産培地で培養してもよい。

【００１４】このようにして培養し、得られた培養物に
はビートパルプ分解酵素が含有されているので、該酵素
を培養物から単離、抽出し、精製して使用することもで
きるが、培養物自体、培養物を固液分離して得られる培
養液、菌体、その破砕物のほか、それらの処理物（濃縮
物、ペースト化物、乾燥物、希釈物）の少なくともひと
つから選ばれる粗酵素液（ないしその処理物）も自由に
使用することができる。

【００１５】次いで、ビートパルプの酵素分解を行う。
酵素分解は、粗酵素液をビートパルプ等の含有液（滅菌
済）に添加して、２５〜４０℃で１０〜３６時間程度、
撹拌しながら反応させればよい。ビートパルプ等の含有
液濃度は、ビートパルプ等の粉末１ｋｇに水５００ｍｌ
〜１０Ｌ程度添加すればよい。これに粗酵素液を３〜４
０Ｌ添加すればよい（培養上清液の場合、他はこれに準
ずればよいが、少量添加しても反応時間を延長すればよ
い）。なお、ビートパルプとしては、ビートパルプのほ
か、これを脱色、脱臭、乾燥、粉砕、篩別等必要な処理
を施してなるビートファイバーも使用可能である。

【００１６】このようにして、図１に例示するように、
ビートパルプの酵素分解を行い、反応終了後、反応液は
固液分離（ろ過、遠心分離、デカンテーションその他）
して、不溶性画分（Ａ）と水溶性画分（Ｂ）に分離し、
不溶性画分（Ａ）については、そのままでもよいし、く
り返し水洗した後乾燥（凍結乾燥、減圧乾燥、通風乾
燥、ガス乾燥、電気乾燥その他）して、精製したリグセ
ルを得る。水洗に使用する水の温度は５〜５０℃、好ま
しくは２５〜４０℃の温水である。

【００１７】他方、水溶性画分（Ｂ）には、アラビノー
ス画分とペクチン画分が含まれているので、クロマトグ
ラフィー処理を１回又はそれ以上くり返すことにより、
これらを分離、精製する。

【００１８】まず、水溶性画分（Ｂ）は、ケイソウ土濾
過、濾紙濾過、精密濾過その他濾過処理を単用又は組合
せて行った後、濃縮し、濃縮液を得る（Ｒ−Ｂｘ ２５
〜５０の範囲内、３０〜４５が更に好適）。濃縮は、加
熱、減圧、減圧加熱、限外濾過等の常法にしたがって行
う。

【００１９】得られた濃縮液（以下、ビートパルプ酵素
分解液ないし酵素分解液ということもある）は、クロマ
トグラフィー処理、必要あればそれを例えば５〜２０回
程度くり返して、アラビノース画分及びペクチン画分に
分離する。クロマトグラフィーの充填剤としては、イオ
ン交換樹脂（強酸性陽イオン交換樹脂又は強塩基性陰イ
オン交換樹脂その他の樹脂が使用可能）を用いるイオン
交換クロマトグラフィー、その他クロマトグラフィーが
適宜使用される。

【００２０】クロマト分離により得たアラビノース画分
は、そのままアラビノースとして利用することができる
ほか、必要あれば更にクロマト処理して、精製アラビノ
ース画分とペクチン画分に分離してもよい。そして所望
するのであれば、常法にしたがい、活性炭等によって、
脱色処理した後、前記と同様にして濃縮し、濃縮液に種
晶を加えて冷却、結晶化してもよい。

【００２１】ペクチン画分は、必要あれば、アラビノー
ス画分をクロマト処理して分離したペクチン画分と合
し、膜分離等常法にしたがって精製する。そして所望す
るのであれば、常法にしたがい前記と同様にして乾燥し
て、固体状ペクチンを得る。もちろん、場合によって
は、ペクチン画分は、精製することなくそのまま使用す
ることも可能である。以下、本発明の実施例について述
べる。

【００２２】

【実施例１】１２５８３株の培養液を酵素液とし、ビー
トパルプを酵素分解することによって、アラビノース、
ペクチン、リグノセルロースをそれぞれ製造した。

【００２３】（１）粗酵素液の調製 ＬＢ寒天平板に発育したBacillus coagulans IFO 12583
株の純粋コロニー１ヶを白金耳で採取し、ＬＢ培地（酵
母エキス０．５％、トリプトン１．０％、ＮａＣｌ１．
０％、ｐＨ７．５）１００ｍｌ（２００ｍｌ容三角フラ
スコ）に接種し、３７℃にて２０時間回転振とう培養し
た。この培養液１０ｍｌを酵素生産培地（脱脂大豆粉
１．５％、０．２５Ｍリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．
０）１００ｍｌ（５００ｍｌ容振とうフラスコ）に接種
し、３７℃で２４時間振とう培養した。培養液を遠心分
離（８，０００ｒｐｍ、２０分）した後、上清をＮｏ．
５Ｃ濾紙にて濾過した。さらに、カートリッジフィルタ
ー（Advantec Mfs, Inc., MCS-020-D10S）を用いて精密
濾過したものを粗酵素液とした。

【００２４】（２）ビートパルプの酵素分解 ビートパルプ粉末１ｋｇに純水１Ｌを添加し、高圧蒸気
滅菌（１２１℃、２０分）した。放冷後、粗酵素液１０
Ｌを添加し、３７℃にて２４時間撹拌しなら反応させ
た。反応終了後、反応液を連続遠心分離器にて、不溶性
画分と水溶性画分に分離した。

【００２５】（３）リグノセルロースの調製 不溶性画分を３０℃の温水にて繰り返し洗浄し、凍結乾
燥した。

【００２６】（４）クロマトグラフィーによるアラビノ
ース画分およびペクチン画分の調製 水溶性画分を珪藻土濾過した後、さらにＮｏ．５Ｃ濾紙
にて濾過した。ろ液を減圧下で加熱濃縮し、Ｒ−Ｂｘ３
９．５の濃縮液を得た。その濃縮液（以後、「ビートパ
ルプ酵素分解液」と呼ぶ）の一部を取り出し（アラビノ
ース４２ｇ、アラバン５７ｇ、ペクチン１５７ｇ）これ
を下記表２に示すようなクロマトグラフィー条件で分離
し、アラビノース画分およびペクチン画分を得た。な
お、本実施例では、酵素量が充分ではなかったため、す
べてのアラバンがアラビノースに分解するには至らず、
未分解アラバンの残留が認められた。

【００２７】 （表２） クロマトグラフィー条件 ──────────────────────────────────── Ｒｅｓｉｎ ：Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＣＲ−１３１０（Ｎａ⁺） Ｃｏｌｕｍｎ ：１２×７９ｃｍ、９０００ｍｌ Ｆｅｅｄ ：Ｒ−Ｂｘ ３０〜４０ ：Ｖｏｌｕｍｅ ０．０１〜０．０５（ｌ／ｌ・Ｒ） Ｔｅｍｐ ：７５℃ Ｆｌｏｗ Ｒａｔｅ ：ＳＶ＝０．２２〜０．３３ Ｅｌｕｅｎｔ ：Ｈ₂Ｏ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｖｏｌ．：２００〜２５０ｍｌ ────────────────────────────────────

【００２８】（５）アラビノース画分からのアラビノー
ス結晶化 精製アラビノース画分（アラビノース３０ｇ含有）に活
性炭３．０ｇを加え、加熱撹拌した。その液をＮｏ．２
濾紙およびＮｏ．５Ｃ濾紙にて濾過した。そのろ液を７
０℃で濃縮した後、シードして冷却結晶化（７０℃→４
０℃以下）した。アラビノース結晶８．４６ｇ（純度９
９．９％以上）が得られた。

【００２９】（６）ペクチン画分の精製および凍結乾燥 膜分離によりペクチン画分を精製した。膜分離装置（日
本ミリポア（株）、ミニタンII）と分画分子量１０，０
００の膜（日本ミリポア（株）、ＰＬＧＣ０ＭＰ０４）
を用いて、ペクチン画分を精製した。流速２４０ｍｌ／
ｍｉｎ、入口圧力５．０ｐｓｉ、出口圧力２．３ｐｓｉ
に設定した。５時間後、運転を終了した。得られたペク
チン画分を凍結乾燥することによって、固形ペクチンを
得た。

【００３０】（７）分析方法 ペクチンは３，５−ジメチルフェノール法により定量し
た。アラビノースはＨＰＬＣ（ｃｏｌｕｍｎ：Ｓｈｏｄ
ｅｘ，Ｓｕｇａｒ ＫＳ−８０１）により定量した。

【００３１】アラビノース及びペクチンの物質収支を、
それぞれ図２、図３に示す。これらの図面から明らかな
ように、アラビノース４２ｇを含有する水溶性画分を、
クロマトグラフィーを用いて精製する（計１０回）こと
により、粗アラビノース画分（アラビノース含量３４
ｇ）を経て、アラビノース３０ｇ（純度７８．０％、固
形分当たり）を含む精製アラビノース画分を得た。これ
を前記により結晶化して、やや着色した針状のアラビノ
ース結晶８．４６ｇ（純度９９．９％以上）を得た。な
お、このアラビノース結晶の収量は１次結晶の収量であ
って、晶出時のシラップには未だアラビノースが残留し
ているので、これを更に結晶化すれば、その収量を更に
高めることができる。

【００３２】また、ペクチン画分は、その他のフラクシ
ョンを混合することにより調製した。すなわち、ペクチ
ン１５７ｇを含有する水溶性画分を、クロマトグラフィ
ー処理してアラビノース画分を分離したフラクションを
合して、ペクチン画分（ペクチン含量１２４ｇ：純度２
６．５％、固形分当たり）を得た。これを前記により精
製、凍結乾燥して、純度４３．６％のペクチンを得た。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、バチルス・コアグランス
が生成するビートパルプ分解酵素を使用することによっ
て、ビートパルプ等から、マイルドな反応条件によっ
て、直接、アラビノース、ペクチン、リグセルの３成分
を分離、採取することが工業的にはじめて可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法のフローを示す。

【図２】本発明方法におけるアラビノースの物質収支を
示す。

【図３】本発明方法におけるペクチンの物質収支を示
す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） (Ｃ１２Ｐ 19/04 (Ｃ１２Ｐ 19/04 Ｚ Ｃ１２Ｒ 1:07） Ｃ１２Ｒ 1:07） (72)発明者 田村 雅彦 北海道上川郡清水町字清水第２線53番地 日本甜菜製糖株式会社清水工場内 (72)発明者 名倉 泰三 北海道帯広市稲田町南９線西13番地 日本 甜菜製糖株式会社総合研究所内 (72)発明者 有塚 勉 北海道帯広市稲田町南９線西13番地 日本 甜菜製糖株式会社総合研究所内 (72)発明者 櫻井 博章 北海道帯広市稲田町南９線西13番地 日本 甜菜製糖株式会社総合研究所内 (72)発明者 佐山 晃司 北海道帯広市稲田町南９線西13番地 日本 甜菜製糖株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4B064 AF02 AF11 AF12 BG09 BH10 CA02 CB07 CD24 CE11 CE15 DA10 DA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バチルス・コアグランス（Bacillus coa
   gulans）種に属するビートパルプ分解酵素生産菌を培養
   してビートパルプ分解酵素含有液を得、これを用いてビ
   ートパルプ等を分解してアラビノース、ペクチン、リグ
   ノセルロースの少なくともひとつを得ること、を特徴と
   するビートパルプ等よりアラビノース、ペクチン、リグ
   ノセルロースの少なくともひとつを製造する方法。
2. 【請求項２】 バチルス・コアグランス（Bacillus coa
   gulans）種に属するビートパルプ分解酵素生産菌を培養
   してビートパルプ分解酵素含有液を得、これをビートパ
   ルプ等に作用させて不溶性画分（Ａ）と水溶性画分
   （Ｂ）に分離し、 （Ａ）不溶性画分からはリグノセルロースを得、 （Ｂ）水溶性画分は更にアラビノース画分及びペクチン
   画分に分離すること、を特徴とするビートパルプ等より
   アラビノース、ペクチン、リグノセルロースの少なくと
   もひとつを製造する方法。
3. 【請求項３】 ビートパルプ等が、ビートパルプ、ビー
   トファイバー、りんご搾汁残滓、リンゴファイバー、オ
   カラ、ダイズファイバー、柑橘類の果皮又は果肉搾汁残
   滓、ピーナツ搾油残滓、米糠ヘミセルロースのいずれか
   １つ以上であること、を特徴とする請求項１または請求
   項２に記載のビートパルプ等よりアラビノース、ペクチ
   ン、リグノセルロースの少なくともひとつを製造する方
   法。
4. 【請求項４】 水溶性画分をクロマトグラフィー処理を
   １回又はそれ以上くり返して実施することによって、ア
   ラビノース画分及びペクチン画分に分離すること、を特
   徴とする請求項２〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】 ビートパルプ分解酵素含有液として、そ
   れ自体、その濃縮物、ペースト化物、乾燥物、希釈物の
   少なくともひとつを使用すること、を特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 【請求項６】 バチルス・コアグランス（Bacillus coa
   gulans）種に属するビートパルプ分解酵素生産菌がバチ
   ルス・コアグランスＩＦＯ １２５８３株（Bacillus c
   oagulans IFO 12583）であること、を特徴とする請求項
   １〜５のいずれか１項に記載の方法。