JP2004033002A

JP2004033002A - Ｌ−アラビノースの製造方法およびｌ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法

Info

Publication number: JP2004033002A
Application number: JP2002190061A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nishikawa; 西川　善弘; Megumi Shiomi; 塩見　めぐみ; Hideki Yamamoto; 山元　英樹
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】Ｌ−アラビノースならびにＬ−アラビノース含有酵素処理物を安価に、単純な工程で、高収率に製造する方法を提供する。
【解決手段】アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノースを得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノースの製造方法およびアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノース含有酵素処理物を得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｌ−アラビノースの製造方法ならびにＬ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｌ−アラビノースは、シュクロースに近い味質を持ち、難吸収性を示すノンカロリーの糖質である。自然界では、高等植物のヘミセルロース中にアラビナン、アラビノキシラン等多糖体の構成糖等として存在している。単糖の状態では、微量ではあるが味噌や酒等の発酵食品、インスタントコーヒー等に含まれている。また、シュクロース等、二糖の加水分解酵素を阻害する、すなわちα−グルコシダーゼ阻害活性を持つことから、シュクロース等摂取時の血糖値の上昇を抑制するという効果も知られている。
【０００３】
Ｌ−アラビノースのα−グルコシダーゼ阻害の作用機序については、檜作進氏の報文（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｇｌｕｃｏｓｃｉ．，Ｖｏｌ．４６，Ｎ０．２，ｐ．１５９−１６５（１９９９））に詳述されている。これによれば、Ｌ−アラビノースは十二指腸、小腸粘膜の微絨毛膜表面（粘膜刷毛縁）に局在するスクラーゼやマルターゼ等の二糖類分解酵素を不拮抗型で阻害する。その結果、摂取した炭水化物のＤ−グルコースやＤ−フルクトースへの分解が緩やかに起こるようになるため、十二指腸や空腸上部での吸収が少なくなり、小腸中部、下部で消化吸収するようになる。すなわち、小腸全体を使って単糖の吸収がゆっくりと行なわれるため、食後の急峻な血糖値上昇（過血糖）を抑制、満腹感が持続し、食欲を抑えられることから、ダイエット効果を示すというものである。
【０００４】
従来、Ｌ−アラビノースは、コーンファイバーやアラビアガム、ビートパルプに含まれるヘミセルロースをアルカリ抽出し、これを酸分解することにより製造されている。しかし、アルカリ抽出操作は煩雑でありコストがかかる。また、酸分解操作は、食品、医薬品原料として不適当な発がん性物質が生じる可能性が高い上、特殊な反応装置が必要であり、また、中和の際に多量の塩が生成し後処理が煩雑となる。以上の点から良好かつ安価なＬ−アラビノースの製造方法とは言えない。
【０００５】
また、Ｌ−アラビノースの原料としてビートパルプを利用し、アルカリ加熱処理の後、エタノールによりアラビナンを沈殿として得、これを酸分解、または酵素分解を行なう方法が報告されている（特開平９−２９９０９３号公報、農芸化学会誌４９巻、６号、２９５−３０５、１９７５年）。しかし、この方法では天然物からアラビナンを抽出する操作が煩雑であり、また、Ｌ−アラビノースの収率が非常に低く、安価に工業生産する点で現実的とは言えない。
【０００６】
スパグヌロ（Ｓｐａｇｎｕｏｌｏ）らの報告（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、４巻、６号、６８５−６９１、１９９９年）では、Ｌ−アラビノースが高収率で得られているが、この方法は、ビートパルプにプロテアーゼを作用させて濾過するという脱蛋白処理とオートクレーブ処理（１２１℃で２０分間）の２種の前処理を行なっているため、操作が煩雑となり、大量生産を目的とするには問題が有った。
【０００７】
酸分解法によるＬ−アラビノースの製造方法として特開平１１−３１３７００号公報記載の方法が知られているが、１００℃以上で酸処理を行なうための装置は必要であり、中和操作も必要であるため、操作が煩雑でかつ経済性も低かった。
【０００８】
本発明者らは、Ｌ−アラビノースならびにＬ−アラビノース含有酵素処理物を安価に、単純な工程で、高収率に製造することができる方法として、アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に作用してＬ−アラビノースを遊離する活性を有する酵素を、アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物からアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを分離抽出することなく直接作用させるＬ−アラビノースの製造方法を発明し既に特許出願している（特開２００１−２８６２９４号公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法においてもＬ−アラビノースの遊離量（収率）はまだ十分でなく、より高収率での製造方法の開発が求められていた。
【００１０】
本発明は、Ｌ−アラビノースならびにＬ−アラビノース含有酵素処理物を製造する際の、アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物からのＬ−アラビノース遊離量の向上を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタンを含有する天然物を直接酵素処理する際、天然物を予め熱処理することで直接酵素処理によるＬ−アラビノースの遊離量（収率）が飛躍的に向上するという新知見を得、本発明に至った。
【００１２】
すなわち本発明は、アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノースを得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノースの製造方法を要旨とするものである。
また、他の本発明は、アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノース含有酵素処理物を得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法を要旨とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられるアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物としては、ビートパルプ、ビートファイバーのほか、オレンジファイバー、みかんジュース粕、アップルファイバー、りんごジュース粕、さらに、落花生粕、米ぬか、とうもろこし粕または大豆粕等が挙げられる。ビートパルプはビートからビート糖液を搾取した後の残渣であり、約１２〜１８％のＬ−アラビノースをアラビナンなどの形で含んでいる。このアラビナンはＬ−アラビノースが連なった直鎖構造を有することを特徴としており、酵素作用を受けＬ−アラビノース生成が起こるが、ビートパルプからは比較的容易にｌ−アラビノースの生成が起こるため好ましい。
【００１４】
本発明では、前述のアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に、水、アルコール類またはそれらの混合溶媒を天然物重量に対し０〜２０倍量、好ましくは２〜１５倍量、さらに好ましくは３〜１０倍量添加し、熱処理を行なう。
アルコール類としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等の低級アルコールが好ましく、さらに好ましくは、エタノールである。
【００１５】
熱処理の条件として、温度は８０〜１２１℃が適当であり、好ましくは８０〜１１５℃、さらに好ましくは８０〜１００℃であり、また時間は１５分〜１５時間が適当であり、好ましくは２０分〜１０時間、さらに好ましくは１〜５時間である。
また、熱処理の間、連続的にあるいは断続的に攪拌を行なっても良い。
熱処理を終えた後、熱処理を施したアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物はそのまま、あるいは一旦水洗、固液分離した後、酵素処理反応に供することができる。
【００１６】
その後、熱処理を施したアラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に対して、先に本発明者らが開発したＬ−アラビノースの製造方法およびＬ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法（特開２００１−２８６２９４号公報）に詳述されている方法で酵素処理を行なうことによりＬ−アラビノースを遊離させることができる。具体的には以下の通りである。
【００１７】
本発明に用いられる、アラビナン含有物に作用してＬ−アラビノースを遊離する活性を有する酵素としては、アラビナーゼ（アラバナーゼ）、アラビノフラノシダーゼ等のアラビナン分解酵素が挙げられる。アラビナン分解酵素の起源としては、細菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ｓｐ．）、酵母（Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ　ｓｐ．）、糸状菌（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｎｉｇｅｒ、Ａ．ｏｒｙａｅ、Ａ．ｐｕｌｖｅｒｕｌｅｎｔｕｓ、Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ、Ａ．ｊａｐｏｎｉｃｕｓ、Ａ．ｆｌａｖｕｓ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ　ｒｅｅｓｅｉ、Ｔ．ｖｉｒｉｄｅ、Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ　ｐｅｎｉｃｉｌｌａｔｕｍ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ　ｓｐ．）などが挙げられるが、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ由来の酵素が好適である。特にＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｎｉｇｅｒ由来の酵素が好ましい。
【００１８】
これらの酵素は、上記の菌株を従来知られている方法により培養して得られた培養上清もしくは菌体中に生産されるが、本発明においては、これらの酵素を含有するいかなる画分を用いてもよい。また、必要に応じてこれらの酵素を含有する画分を常法により精製あるいは部分精製して使用することもできる。また、市販の酵素を使用してもよい。本発明では特に新日本化学工業株式会社製アラビナーゼ、スミチームＡＲＳを高活性の市販酵素として使用することが好ましい。
【００１９】
市販のセルラーゼ、及びキシラナーゼ、ペクチナーゼ、ガラクタナーゼなどのヘミセルラーゼ酵素剤もまた、アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物に作用させるとＬ−アラビノースを遊離する活性を示す場合がある。これら酵素が標記されている活性に加えて幾分かはアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン分解活性を有する場合や、主成分である酵素に加えて不純物としてアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン分解酵素を含んでいる場合があるためである。本発明においては、このような通常はアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン分解酵素以外の酵素として用いられる酵素であっても、アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物に作用してＬ−アラビノースを遊離させる活性を有していれば、用いることができる。本発明では特に新日本化学工業株式会社製ペクチナーゼ、スミチームＰＸを高活性の市販酵素として使用することが好ましい。
【００２０】
上記の場合に、これら異なる活性を有する２種類以上の酵素を混合することによってＬ−アラビノース収量を上げることができる。とくに、アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン分解酵素と、ペクチナーゼとを併用することによって高収量のＬ−アラビノースを得ることができる。
【００２１】
また、上記のほかに、植物細胞を破壊させるマセレイションエンザイムを添加することによってＬ−アラビノース収量を上げることができるので添加することが望ましい。
【００２２】
アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物に作用してＬ−アラビノースを遊離する活性を有する酵素の量としては、特に限定されず原料中のアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタンを分解するのに必要な量であればよい。例えばアラビナーゼの場合、原料１００ｇに対して０．４〜４０００ユニットであることが望まれ、２〜２０００ユニットであることが好ましく、さらに４〜１０００ユニットであることが好ましい。この場合１ユニットは直鎖アラビナンから１分間に１μｍｏｌのＬ−アラビノースを遊離する酵素量とする。
【００２３】
本発明の方法においては、かかる酵素をアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物に作用させる。直接作用させるためには、例えば上記の熱処理が施されたアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物を水性媒体に懸濁させ、ここへ酵素を加えて撹拌しながらもしくは静置して反応させればよい。アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物に作用させる条件としては、通常の酵素反応に用いられる条件であれば特に問題はなく、使用する酵素の最適作用条件及びその他の要因によって適宜選択すればよい。
【００２４】
反応の温度としては酵素が失活しない温度であって、腐敗を防止するために微生物が増殖しにくい温度とすることが望ましい。具体的には、２０〜９０℃、好ましくは４０〜８０℃、さらに好ましくは５０〜７５℃がよい。反応液のｐＨとしては酵素の至適条件下で反応を行うのが望ましいことは言うまでもなく、ｐＨ２〜９、好ましくはｐＨ２．５〜８、さらに好ましくはｐＨ３〜６とするのがよい。反応時間は使用するアラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン含有物と酵素の量に依存するが、通常３〜４８時間に設定するのが作業上好ましい。
【００２５】
反応が進むにつれ、アラビナン、アラビノキシラン、アラビノガラクタン成分が加水分解され、Ｌ−アラビノースが生成、遊離する。これをそのまま、もしくはさらに１００℃以上の熱処理をして、あるいはさらに乾燥させることにより、Ｌ−アラビノース含有酵素処理物とすることができる。また、反応後の懸濁液の上澄みを分取すればＬ−アラビノース糖液が得られる。このようにして得られるＬ−アラビノースを、イオン交換樹脂や活性炭等を用いた各種クロマトグラフィーを用いて定法に即して精製してもよい。また、得られたＬ−アラビノースを含む溶液に熱エタノールを添加することにより結晶Ｌ−アラビノースを得てもよい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１、２、比較例１、２
ビートパルプ３ｇを水を用いて表１に示した各条件で熱処理を行なった。処理後、原料に対する水分添加量が総量で３０ｍＬになるように水を追加し、Ｌ−アラビノース遊離酵素としてスミチームＡＲＳ（新日本化学製、液体）を１５μＬ（ビートパルプに対し０．５重量％）、あるいはスミチームＰＸ（同）を２２．５μＬ（同０．７５重量％）添加し、４５℃で２４時間Ｌ−アラビノース遊離反応を行なった。
【００２７】
【表１】

【００２８】
遊離してきたＬ−アラビノースの経時変化を図１に示したが、いずれのＬ−アラビノース遊離酵素を使用した場合でも反応２４時間目のＬ−アラビノース遊離量は熱処理なしの条件（比較例１、２）に比べ、熱処理を行なった条件（実施例１、２）で多くなっていた。また、反応初期（３、６、９時間目）では熱処理を行なった条件で明らかにＬ−アラビノース遊離量が多く、熱処理によりＬ−アラビノース遊離量や遊離速度の向上が可能であることが明らかになった。また、熱処理はスミチームＡＲＳを用いた条件で比較的大きな効果が得られることが明らかになった。
【００２９】
実施例３〜５、比較例３
ビートパルプ３ｇを水を用いて表２に示した各条件で熱処理を行なった。処理後、原料に対する水分添加量が総量で３０ｍＬになるように水を追加し、Ｌ−アラビノース遊離酵素としてスミチームＰＸ（新日本化学製、液体）を２２．５μＬ（ビートパルプに対し０．７５重量％）添加し、４５℃で２４時間Ｌ−アラビノース遊離反応を行なった。
【００３０】
【表２】

【００３１】
遊離してきたＬ−アラビノースの経時変化を図２に示したが、２４時間目のＬ−アラビノース遊離量は熱処理なしの条件（比較例３）に比べ、熱処理を行なった条件（実施例３〜５）で多くなっていた。また、反応初期（３、６時間目）では熱処理を行なった条件で明らかにＬ−アラビノース遊離量が多く、熱処理によりＬ−アラビノース遊離量や遊離速度の向上が可能であることが明らかになった。
【００３２】
実施例６〜１１、比較例４
ビートパルプ３ｇを水を用いて表３に示した各条件で熱処理を行なった。処理後、原料に対する水分添加量が総量で３０ｍＬになるように水を追加し、Ｌ−アラビノース遊離酵素としてスミチームＡＲＳ（新日本化学製、液体）を３μＬ（ビートパルプに対し０．１重量％）添加し、４５℃で２４時間Ｌ−アラビノース遊離反応を行なった。
【００３３】
【表３】

【００３４】
遊離してきたＬ−アラビノースの経時変化が図３に示したが、反応２４時間目のＬ−アラビノース遊離量は熱処理なしの条件（比較例４）に比べ、熱処理を行なった条件（実施例６〜１１）で多くなっていた。また、反応初期（３、６、９時間目）では熱処理を行なった条件で明らかにＬ−アラビノース遊離量が多く、熱処理によりＬ−アラビノース遊離量や遊離速度の向上が可能であることが明らかになった。また、熱処理時間が長い条件ほど２４時間目のＬ−アラビノース遊離量が多くなる傾向が観られた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｌ−アラビノースおよびＬ−アラビノース含有酵素処理物を安価に、単純な工程で、高収率に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１，２、比較例１，２で行なった反応におけるＬ−アラビノース遊離量の経時変化を示す図である。
【図２】実施例３〜５、比較例３で行なった反応におけるＬ−アラビノース遊離量の経時変化を示す図である。
【図３】実施例６〜１１、比較例４で行なった反応におけるＬ−アラビノース遊離量の経時変化を示す図である。

Claims

アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノースを得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノースの製造方法。
アラビナン、アラビノキシランまたはアラビノガラクタンを含有する天然物に酵素を作用させてＬ−アラビノース含有酵素処理物を得るに際し、該天然物を予め熱処理することを特徴とするＬ−アラビノース含有酵素処理物の製造方法。