JP2004194634A - 水に透明に溶解するポリガラクツロン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＣのピークトップで示される分子量がプルラン換算で１００００以下の、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を工業的に有利に製造する方法の提供。
【解決手段】ペクチン分解酵素（ペクチナーゼ）を、水または緩衝液に分散または溶解し、原料となるペクチンを加えて酵素分解反応を行う。目的とする分子量まで加水分解が進んだことを確認した後、酸を加えて加熱する。この間、ＧＰＣのピークトップは変化しない。本発明により得られたポリガラクツロン酸は水に完全に溶解する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬中間体、化粧品、食品、接着剤、界面活性剤等への使用が期待される、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を、工業的に有利に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリガラクツロン酸は、例えば、カルシウムイオンに対して高い親和性を有する為に、スケール防止剤としての有用性が考えられる。また医薬分野ではアレルギー性疾患予防及び治療剤としての利用例が見られる（特許文献１）。ポリガラクツロン酸の還元末端に疎水性基を共有結合させた誘導体は、インクジェットプリンタに使用される顔料を分散させた水性インク組成物用の分散剤として有用である（特許文献２）。ポリガラクツロン酸が生分解性であることは、環境保全及び廃棄物処理の観点から特に有益である。
【０００３】
ポリガラクツロン酸の原料であるペクチンは、食品関連用途の他、記録媒体（特許文献３）、分散安定化組成物（特許文献４）、洗浄剤組成物（特許文献５）、接着剤組成物（特許文献６）等に用いられている。
【０００４】
ペクチンは、ミカン、グレープフルーツ、レモン、リンゴ等の果実や野菜をはじめ植物体に広く分布しているコロイド性の多糖類である。化学的にはＤ−ガラクツロン酸メチルエステル残基と、Ｄ−ガラクツロン酸残基が種々の割合でα−１，４結合で結合している多糖を主成分とし、アラビノース、ガラクトース、キシロースといった中性単糖で構成された分岐鎖を微量に含んでいる。また、主鎖（α−１，４結合）の途中に、α−１，２結合するラムノースを含み、それが主鎖にねじれをもたらしている。このねじれ構造は３次元的網目構造の形成に重要な役割を果たしている。
伝統的に、ガラクツロン酸メチルエステル単位とガラクツロン酸単位の比が１：１９以下のペクチンをペクチン酸と呼ぶ。
【０００５】
適当な原料を酸、アルカリ、または酵素等で加水分解することにより、ポリガラクツロン酸を得る方法が先行技術として良く知られている。具体的には、酸加水分解法が非特許文献１に、アルカリ加水分解法が特許文献７に、酵素加水分解法が特許文献８、特許文献９、特許文献１０に、他の方法が特許文献１１に開示されている。
【０００６】
上記酸加水分解法の例は実験室規模での調整には有用であるかもしれないが、多段階の工程を必要とし、また、原料ペクチン酸の濃度が１ｗｔ％に過ぎず、工業的に有利な生産方法とは言えない。また、上記アルカリ加水分解法の例は反応に５日間の撹拌を必要とする等、やはり工業的に有利な生産方法とは言えない。酵素加水分解法について、特許文献８では市販のペクチナーゼを使用しておらず、ポリガラクツロナーゼの使用に限定し、得られたポリガラクツロン酸のプルラン換算の分子量が２〜８万程度であり、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を得ることを目的としていない。また、特許文献９では原料にペクチン酸を用いる必要があり、分子量が１３万のオーダーの多糖が少量残る。これも同様に水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を得ることを目的としていない。また、特許文献１０の方法で得られるものはオリゴガラクツロン酸に分類される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−３３０６１７
【特許文献２】
特開平１１−２５５８０８
【特許文献３】
特開平１１−２５４８０８
【特許文献４】
特開平１１−１７８５１７
【特許文献５】
特開平１１−１４０４８９
【特許文献６】
特開平１１−０４２２８０
【特許文献７】
欧州特許出願ＥＰ ０ ４８７ ３４０ Ａ１，“Ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｆｏｏｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｆａｔ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｕｐｏｎ Ｆｒｙｉｎｇ”
【特許文献８】
特開平５−２５２９７２
【特許文献９】
特開平５−１９２１０８
【特許文献１０】
特開平６−２０５６７８
【特許文献１１】
特開２００１−３３５５３２
【非特許文献】
Ｒ．Ｋｏｈｎ，”Ｔｈｅ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｉｏｎｓ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｗｅｒ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｏｌｉｇｏｇａｌａｃｔｕｒｏｎａｔｅｓ，”Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０，３５１−３５６（１９７１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ペクチンは一般に、水に溶解すると増粘し、外観は白濁するため増粘剤として使われる以外は用途が限られる。水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を得ることができれば、医薬中間体、化粧品、食品、接着剤、界面活性剤等においてその外観によって商品価値を損なうことのない、安全性と生分解性の良好な基礎原料としての使用が期待される。さらに高濃度においても粘度の低い水溶液が得られれば、工業上の取扱いが容易な原料となる。この為にはエステル化度の低い、分子量がコントロールされたポリガラクツロン酸を工業的規模で実施する方法が必要となる。また出発原料がペクチン、ペクチン酸、ペクチン酸塩のいずれであっても、その濃度が５ｗｔ％以上の、生産性の高い実用的な製造方法でなければならない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を、工業的に有利に製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ペクチン分解酵素（ペクチナーゼ）を水または緩衝液に分散または溶解し、これに原料となるペクチンを加えて酵素分解反応を行い、酸を加えて加熱することにより、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）のピークトップで示される分子量がプルラン換算で１００００以下の、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を、安価に、温和な条件で容易に製造する方法を提供する。
【００１１】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
ペクチンの加水分解に酵素又は酸を用いることは公知の技術であるが、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸を得るための検討を行った結果、下記の点を見出した。
【００１３】
市販のペクチナーゼには主鎖の加水分解を担うポリガラクツロナーゼと、ガラクツロン酸メチルエステルの加水分解を担うペクチンエステラーゼが含まれており、酵素添加量と反応時間の管理で、目的とする分子量のポリガラクツロン酸を得ることが出来る。通常、４０〜４５℃で酵素分解が進む。ペクチンを仕込むと系は増粘するが、酵素分解が進むにつれ溶液の粘度が下がる。反応中にペクチンを段階的に仕込むことにより、無理な攪拌を必要とせずに５〜３０ｗｔ％という高濃度での反応が可能である。反応条件が温和なため、原料の段階的な添加を必要としても作業の危険が伴わないという利点がある。ただし、酵素分解のみで得られたポリガラクツロン酸は水に透明に溶解しない。また、このポリガラクツロン酸をＧＰＣで分析すると、メインピークの他に、原料とほぼ同保持時間に未分解物のピークが確認される。反応時間を延長しても、使用する酵素量を増やしても、この未分解物を無くすことは出来ない。むしろ目的物の低分子化が進行し、目的とする分子量にコントロール出来ない。反応溶媒に緩衝液を用いても、水を用いてもこの傾向に変化は見られない。
【００１４】
酵素で目的とする分子量まで加水分解を行った後に、酸を加えて８０℃以上に加熱することにより、この未分解物が消失し、得られたポリガラクツロン酸は水に透明に溶解するようになる。通常、酸による加水分解を行う場合には多量の強酸を必要とするが、本発明においては系に対して０．０１〜１０ｗｔ％と、ごく少量の酸を用いる。酸の適量使用によって、酸による加水分解中には主鎖の切断が殆ど起こらず、本発明では期待しないオリゴガラクツロン酸の生成を防ぐことが可能である。ポリガラクツロン酸の分子量をコントロールできることは、様々な用途に対応する上で重要な利点と言える。上記２段階の工程を組み合わせることによって、課題を解決する手段を与える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
水に透明に溶解するポリガラクツロン酸の実際的な製造方法を以下に説明する。
本発明で出発原料として使用されるペクチンは、いかなるペクチンでも良い。ポリガラクツロン酸が目的生成物であるので、出発原料にはガラクツロン酸に富むペクチンが好ましい。一般に、柑橘類の皮から抽出されたペクチンがガラクツロン酸に富んでいる。
【００１６】
本発明で使用されるペクチン分解酵素（ペクチナーゼ）は、市販のいかなる酵素でも良い。添加量、反応温度を設定することにより、分子量のコントロールが可能となる。ペクチンに対し０．１〜０．５ｗｔ％程度添加する事で、十分に管理可能な速度で酵素分解が進む。添加量が微量である為、製造コストの面から非常に有利である。
【００１７】
酵素による加水分解反応にあたっては、酵素の適正作用ｐＨを保つために緩衝液を用いる事が一般的である。緩衝液を用いても良いが、本発明に至る検討の結果、緩衝液を用いなくても、水を溶媒とすれば目的とする反応が十分に進むことが判明した。水で反応が行えることは、精製の煩雑さ、及び製造コストの面から非常に有利である。
【００１８】
原料ペクチンの仕込み濃度は、製造装置及びコストの観点から５〜３０ｗｔ％が好ましい。より好ましくは１５〜２５ｗｔ％である。
【００１９】
目的とする分子量までペクチンの酵素加水分解を進めるに当たり、様々な分析技術が使用出来る。代表的な方法として、ＧＰＣでの反応追跡が可能である。目的とする分子量まで加水分解が進んだ時点で、酸による加水分解反応に切替える。
【００２０】
使用する酸は、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、しゅう酸、酢酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸、アンバーリスト（オルガノ（株））等のイオン交換樹脂の何れでも良いが、コストの面から、特に硫酸等の無機酸が好ましい。酸の使用量を０．０１〜１０ｗｔ％、特に好ましくは０．１〜１ｗｔ％に抑えることで、酸加水分解中に、主成分の分子量の低下を防ぐことが可能である。これ以上酸を加えると、酸加水分解中に主成分の分子量が低下してしまい、目的分子量の製品が得られない。加える酸が少なすぎると、加水分解が十分に進まない。酸加水分解は８０℃以上、特に好ましくは還流条件下で行うことにより、効率良く進む。未還流条件で反応を行うと、加水分解速度が遅くなる。加熱することで、酵素の活性を無くすことも兼ねている。
【００２１】
酵素及び酸による加水分解が、ＧＰＣ分析及び水溶性の確認から完結したと判断されると、反応液を室温まで冷却する。必要に応じて反応に用いた酸を中和しても良い。
【００２２】
不溶分をろ過除去することにより、ポリガラクツロン酸を含む透明なろ液が得られる。この後、必要に応じて精製する。
【００２３】
精製法の一例として、Ｒ．Ｋｏｈｎ，”Ｔｈｅ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｉｏｎｓ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｗｅｒ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｏｌｉｇｏｇａｌａｃｔｕｒｏｎａｔｅｓ”，Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０３５１−３５６（１９７１）に記載されている方法を用いることができる。上記文献によれば、「集めた溶液をロータリーエバポレーターによって最初の１／３の体積まで濃縮する。次に、４倍体積のエタノールを加えると生成物が沈殿してくる。生成物を濾取し、エタノールで洗い、乾燥する。」という方法がある。
【００２４】
本発明の方法に従って調製されるポリガラクツロン酸は、標準物質にプルランを用いたＧＰＣ測定によると、ピークトップが１００００以下にコントロール可能である。
【００２５】
【実施例】
以下に挙げる実施例によって本発明をさらに説明する。
【００２６】
実施例１
玉入りコンデンサーを備えた３Ｌの反応フラスコに２７００ｇのイオン交換水を仕込み、２．５ｇのペクチナーゼ（東京化成工業（株）試薬）を加えて攪拌し、均一な水溶液にした。４０℃に昇温し、５００ｇのペクチンを仕込み８ｈ反応させた。ＧＰＣで反応追跡し、目的とする分子量まで加水分解が進んだことを確認した。次に２２．４ｇの硫酸を加え、還流条件下で４ｈ反応した。室温まで冷却後、反応液をろ紙（アドバンテック社製Ｎｏ．２ろ紙、以降同じ物を使用した）濾過し、透明なろ液を得た。得られたろ液を、重量が２６％になるまで濃縮し、室温まで冷却した。濃縮液の４倍体積のエタノールを加えて目的物を析出させた。ヌッチェ濾過により得た固体を少量のエタノールで洗浄した。最後に固体を恒量になるまで真空乾燥した。生成物の収量は３０７．５ｇであった。得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液は透明であった。ＧＰＣピークトップは５８００であった。
【００２７】
実施例２
ペクチナーゼは三共（株）製（品名；スクラーゼＳ）を用いた。硫酸での反応後、加えた分の硫酸を中和する為に２０％水酸化ナトリウム水溶液を用いた。また、ポリガラクツロン酸を析出させる溶媒としてメタノールを使用した他は実施例１に準じた。生成物の収量は２７７．５ｇであった。得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液は透明であった。
【００２８】
実施例３
溶媒として０．２Ｍ酢酸緩衝液を用いた他は実施例１に準じた。得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液は透明であった。
【００２９】
実施例４
酸としてｐ−トルエンスルホン酸を用いた他は実施例１に準じた。得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液は透明であった。
【００３０】
実施例５
酸としてリン酸を用いた他は実施例１に準じた。得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液はほぼ透明であった。
【００３１】
比較例１
酵素加水分解反応は実施例１と同一条件で行い、硫酸による酸加水分解反応を省略した。反応終了後、反応液をろ紙濾過しても、ろ液は濁っていた。実施例１と同様に精製して得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液には濁りが見られた。
【００３２】
比較例２
実施例１において酵素使用量を２５ｇにし、後操作は比較例１に準じた。反応終了後、反応液をろ紙濾過しても、ろ液は濁っていた。酵素使用量を実施例１の１０倍にしたにも関わらず、得られたポリガラクツロン酸の５％水溶液には濁りが見られた。
【００３３】
詳細は表１にまとめる。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【発明の効果】
本発明により得られたポリガラクツロン酸は、ＧＰＣピークトップで示される分子量が１００００以下（プルラン換算）でコントロール可能であり、水に透明に溶解する。

Claims (3)

1. ペクチン分解酵素（ペクチナーゼ）を水または緩衝液に分散または溶解し、これに原料となるペクチンを加えて酵素分解反応を行い、酸を加えて加熱することによって、ＧＰＣのピークトップで示される分子量がプルラン換算で１００００以下の、水に透明に溶解するポリガラクツロン酸の製造方法。
2. ペクチンを系に対して５〜３０ｗｔ％加えることを特徴とする、請求項１に記載のポリガラクツロン酸の製造方法。
3. 酵素による分解反応を行った後に、酸を系に対して０．０１〜１０ｗｔ％加えて８０℃以上に加熱する、請求項１、請求項２に記載のポリガラクツロン酸の製造方法。