JP2007195543A - 乾燥微生物菌体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微生物菌体の品質を低下させることなく、しかも、微粉化の問題がない、安価な微生物菌体の加熱処理方法により、乾燥微生物菌体を製造する方法を開発する。
【解決課題】 上記課題は微生物菌体を、２００〜４５０℃（品温）で１〜３０秒間加熱することを特徴とする、乾燥微生物菌体の製造方法によって解決される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、各種発酵菌体、活性汚泥等の微生物菌体を品質を低下させることなく加熱処理することにより乾燥微生物菌体を製造する方法に関するものである。

発酵ブロス中の微生物菌体は膜ろ過や遠心分離機などによって濃縮し、得られた微生物菌体重液を流動乾燥機内にスプレーして乾燥する方法が一般的である。
例えば、特許文献１には、アミノ酸発酵菌の懸濁液を回転ディスク型蒸発器を用いて乾燥し、次いで、密閉型乾燥器を用いて更に乾燥する方法が開示されている。これは、従来微粉であった乾燥微生物菌体の取扱性を改善するためにフレーク状としたものであり、２段の乾燥にいずれも蒸気を用いて、高温で１時間以上加熱している。

特開平５−１２３１６５号公報

このように、従来の微生物菌体乾燥では、高温で長時間加熱されるため、乾燥微生物菌体の品質の低下、例えば、乾燥微生物菌体はメイラード反応に伴う着色が起こりやすく、茶褐色に変色する。また、微生物菌体蛋白中のアミノ酸、特に、必須アミノ酸でありながら最も熱に弱いリジンが乾燥時の熱で壊れてしまう。さらに、スプレー乾燥では、微粉化して乾燥されるため微生物菌体は粉塵となり易く、取り扱いが困難でしかも粉塵爆発の危険性も考慮する必要が生ずる。また、生産性も低いため乾燥に必要なコストが高くなる。
その他、取得された微生物菌体重液、または更に微生物菌体重液をフィルタープレスなどで圧搾ろ過した微生物菌体ケーキをドラムドライヤーで乾燥する方法もあるが、設備生産性が低くコスト高である。

本発明者らは、これらの課題を解決して、微生物菌体の品質を低下させず、しかも、微粉化の問題がない、安価な加熱処理方法により、乾燥微生物菌体を製造するべく鋭意検討した。

その結果、エクストルーダーを用いて原材料を迅速に搬送させながら混合、混練、加熱ができるスクリュウ上に原材料を連続的に投入し、スクリュウの中で原材料の品温が超高温（２００〜４５０℃）下で瞬間（１〜３０秒間)的な加熱状態で処理を行った。具体的には原材料を投入口から温度勾配をつけて加熱しながら、スクリュウ内で迅速に搬送させ、スクリュウの出口に到達した原材料は圧力をかけずに、そのまま大気（１気圧）中に放出させる方法で超高温瞬間加熱を行った。

ここで、本加熱処理において重要なポイントは、エクストルーダースクリュウ先端にあるダイ（開度調整弁）を取り付けずに開放系にして、出口先端で加熱原材料に圧力を掛けないようにすることにある。そのことによって、初めて、このような超高温（２００〜４５０℃）での瞬間（１〜３０秒間）的な加熱が実現できる。エクストルーダーを用いる一般的な方法はスクリュウ出口にはダイ（開度調整弁）が取り付けられ、加熱された原材料がスリットを通過することで、先端圧力や滞留時間が調製され殺菌処理を行うが、先端に圧力が掛かった状態では滞留時間が長くなり、超高温（２００〜４５０℃）下で加熱すると微生物菌体蛋白は殆ど焦げ付いてしまい、蛋白としての機能を全く果せなくなる。

本発明は、これらの知見に基いてなされたものであり、微生物菌体を、エクストルーダーに送入し、その内部で品温を２００〜４５０℃で１〜３０秒間加熱処理することを特徴とする、乾燥微生物菌体の製造方法を提供するものである。

本発明のエクストルーダーによる超高温（２００〜４５０℃）瞬間（１〜３０秒間）加熱処理型の連続乾燥の方法では、乾燥に必要な滞留時間が極めて短いため、乾燥された微生物菌体の品質の品質低下が殆どないか、むしろ向上する。
例えば、乾燥された微生物菌体の褐変による変質が殆どなく、栄養価の減少もない。微生物菌体蛋白中のアミノ酸、特にリジンの減少がない。また、微生物菌体蛋白の消化性が向上するなどである。加熱後、微生物菌体はエクストルーダーのスクリュウ出口から排出されると同時に水分は気化熱を奪いながら瞬間的に気化することに伴い、微生物菌体の品温が劇的に低下しながら乾燥される。そのため、乾燥後直ちに微生物菌体を改めて冷却しなくても、品質の低下は殆ど起こらない。

また、乾燥微生物菌体は顆粒状で取得できるため、製品の取り扱い操作性は極めて良く、また、粉塵爆発などの危険性もない。
更に、加熱の滞留時間は極めて短いため、設備生産性が高く、乾燥に必要なコストを低減できる。
このように、本発明による加熱処理方法は、これまでの幾多の問題点が解消できるため、メリットのある極めて有効な乾燥方法と言える。

本発明の製造方法に用いられる装置は特に限定されない。所定の温度で加熱処理することができ、所定の被加熱時間が与えられる装置を用いることができる。好ましくは現実的な装置の一例としてエクストルーダーを挙げることができる。なお、エクストルーダーは、２００〜４５０℃に加熱できるものであればよく、市販品をそのままあるいは改造して用いることができる。

本発明では、微生物菌体を２００〜４５０℃程度で１〜３０秒間程度加熱するが、２００〜４５０℃の温度は厳密には品温である。
好ましい加熱温度は２５０〜４００℃程度（品温）、より好ましくは２５０℃〜３７０℃、特に好ましくは２８０℃〜３５０℃である。また、好ましい加熱時間は１〜２０秒間程度、より好ましくは５秒〜１５秒間、特に好ましくは２〜１０秒間程度である。加熱時間はエクストルーダーに装着されているヒーターを調整することにより、そして、加熱時間は、微生物菌体の投入速度とスクリューの回転速度を調整することによりコントロールできる。しかしながら、１〜３０秒間で微生物菌体をエクストルーダーを通過させることは困難である。そこで、その対策としては、エクストルーダー吐出端のダイを取外し、あるいは吐出口径の大きなものと取替えるなどして、エクストルーダー内の移送速度をはやめる。そして、さらに、エクストルーダー内部全体を２００〜４５０℃に加熱するのではなく、一部にとどめるのがよい。この加熱部位を上流あるいは中流にした場合、その下流側を２００℃未満に冷却する必要があるので、下流側（吐出口側）とするのがよい。

本発明で原料となる微生物菌体とはグルタミン酸、グルタミン、リジン、アルギニン、フェニルアラニン、スレオニンなどの各種アミノ酸発酵（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｌａｖａｍ，Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌａｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ，Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ，Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉなど）を行うために生育させた発酵菌体およびイノシン、グアノシンなどの各種核酸発酵（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓなど）を行うために生育させた発酵菌体および活性汚泥菌体などである。但し、その他、一般の細菌、カビ、酵母などの微生物菌体でも加熱乾燥は可能であり、特に微生物を特定するものではない。

これらの発酵ブロス中で生育した発酵微生物菌体は、通常、発酵ブロスの膜ろ過や遠心分離、更には圧搾ろ過機などにより濃縮、脱水されたものを原料として用いことによって、より効率的に加熱乾燥が出来る。通常、原料となる加熱前の微生物菌体の水分含量は２０〜９０％（固形物含量で１０〜８０％）、好ましくは４０〜６０％（固形物含量で４０〜６０％）である。

本発明の加熱処理方法で得られる乾燥微生物菌体は、その水分含量によって形状を変化させることが可能である。すなわち、水分含量がおおよそ５％未満であれば粉末状であり、おおよそ５〜１５％であれば顆粒状であり、おおよそ１５％以上であれば塊状となる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。尚、実施例におけるｉｎ ｖｉｔｒｏ評価項目は、次の方法に準じて行った。

＜ｉｎ ｖｉｔｒｏでの測定法＞
＜微生物菌体中の全窒素量の測定＞
微生物菌体試料の約５ｇを乳鉢にて粉砕した後、その約２０ｍｇを正確に秤量する。これを（株）住化分析センター社製の高感度Ｎ，Ｃ−ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＳＵＭＩＧＲＡＰＨ ＮＣ−８００ 自動分析計（測定原理；試料を純酸素ガス中で完全燃焼（８４０℃）させ、生成した窒素ガスと二酸化炭素ガスをガスクロマトグラフィーにより分析）により全窒素分析を行い、全窒素量を求めた。分析された全窒素量Ｎ(％)から、これに蛋白換算係数の６．２５（ｇ／ｇ）を乗じて、菌体中の全蛋白質含有率Ｐ０（％）を一般式（１）で求めた。
Ｐ０（％）＝Ｎ(％)×６．２５ （１）
＜水溶性蛋白質(ＷＳＰ)の測定＞
５０ｍｌＦＡＬＣＯＮ製コニカルチューブに全窒素分析に用いた微生物菌体を入れ、所定の加熱処理をし、得られた加熱処理試料４．００ｇを秤量し、これに約４０ｍｌの水を加え攪拌してｐＨが６．２〜６．８であることを予め確認（範囲外のときは希塩酸または希水酸化ナトリウム水溶液で調整）した後、更に水を加えて容量を５０ｍｌに調整して、コニカルチューブに蓋をした。このコニカルチューブを往復振とう機にて４０℃、１００ｒｐｍ、９０分間振とうを行い、その後直ちに遠心分離機にて３，０００ｒｐｍ,１０分間遠心して上澄液と残渣とを分離した。回収した上澄液は更に０．４５μｍのミリポアフィルター（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ａｃｅｔａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ； Ｔｏｙｏ ＲｏｓｈｉＫａｉｓｈａ，Ｌｔｄ．製）でろ過を行い、得られたろ液を水溶性蛋白質（「ＷＳＰ」と略すこともある）測定用試料とした。他方、該残渣の全量は消化酵素（ペプシン）による可溶化蛋白質の測定用試料とした。一方、微生物菌体中の全窒素量の測定により加熱処理試料中の全窒素量Ｎ１（％）から蛋白質含有率Ｐ１（％）を一般式（１）から求めた。
（２）＜測定＞
可溶性大豆蛋白質（蛋白質含量６１．８％）の水溶液をスタンダードとして、比色分析法のＢｒａｄｆｏｒｄ法（キットはＢｉｏ−Ｒａｄ社製を使用）にて行い、前処理操作で得た該ろ液中の水溶性蛋白質の濃度Ｃｐ（ｇ／Ｌ）を求めた。これより一般式(２)でろ液中の水溶性蛋白質量ＷＳＰ(ｇ)を求めた。
ＷＳＰ(ｇ)＝Ｃｐ（ｇ／Ｌ）×５０／１０００（Ｌ） (２)
＜不溶性蛋白質(ＩＳＰ)量の計算方法＞
不溶性蛋白質量（ＩＳＰ）(ｇ)を加熱処理試料４．００ｇ中の蛋白質量Ｐ１(ｇ)と水溶液中に溶解した水溶性蛋白質量ＷＳＰ(ｇ)との差から計算で求めた。
ＩＳＰ（ｇ）＝Ｐ１(ｇ)−ＷＳＰ(ｇ)
＝４．００g×Ｎ１(％)／１００×６．２５(ｇ／ｇ)−ＷＳＰ(ｇ) (３)
＜指標項目[Ａ]の計算方法＞
指標項目[Ａ]はＩＳＰとＷＳＰの比で表した。
指標項目[Ａ]（ｇ／ｇ）＝ＩＳＰ（ｇ）／ＷＳＰ（ｇ） （４）

＜不溶性蛋白質（ＩＳＰ）の消化酵素による可溶化蛋白質（ＰＳＰ）量の測定＞
（１）水溶性蛋白質（ＷＳＰ）の測定の前処理操作で得た残渣（不溶性蛋白質（ＩＳＰ））に水を約２０ｍｌ加え、混合してスラリー液とし、６Ｎ−塩酸を加えてｐＨを２．０に調整した後、更に水を加えて液量を４０ｍｌに調製した。
コニカルチューブは蓋をし、往復振とう機にて３７℃、１００ｒｐｍの振とうをスラリー液の液温が３７℃になるまで約１０分間行った。
（２）温度、ｐＨが一定となったところで、予め秤量しておいた０．５０ｇの消化酵素粉末（ペプシン：和光純薬工業（株）製ブタ胃粘膜由来 Ｐｅｐｓｉｎ １:１０，０００, ｆｒｏｍ Ｐｏｒｃｉｎｅ Ｓｔｏｍａｃｈ Ｍｕｃｏｓａ）を一度に添加し、手で手短に（約１５秒間）激しく混合して消化酵素を溶解させた（以後、酵素分解用スラリー液という）直後にこの液の約０．３ｍｌをサンプリングして、０．４５μｍのミリポアフィルターにてろ過を実質的に酵素分解が始まらない１分以内に行い、ＩＳＰ残渣を除いたろ液−１を得た。
（３）残りの酵素分解用スラリー液はそのまま、３７℃、１００ｒｐｍで振とうし、ペプシンによる不溶性蛋白質（ＩＳＰ）の可溶化反応を６０分間行った。反応後は直ちに反応液の一部約０．３ｍｌをサンプリングし、（２）と同様に、０．４５μｍのミリポアフィルターにてろ過を行い、ろ液−２（ＩＳＰの可溶化蛋白質測定液）を得た。
（４）（２）および（３）で得られたろ液−１及びろ液−２について、各々を約２０ｍｇ正確に秤量し、（株）住化分析センター社製の高感度ＮＣ−ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＳＵＭＩＧＲＡＰＨ ＮＣ−８００自動分析計にて全窒素の分析を行い、それぞれの分析値Ｎｂ（％）及びＮ６０（％）を得た。
（５）このようにして得られた反応前後での全窒素の分析値Ｎｂ（％）及び
Ｎ６０（％）より、不溶性蛋白質（ＩＳＰ）が６０分後に可溶化した蛋白質
の量（ＩＳＰの可溶化蛋白質（ＰＳＰ）量（ｇ）を一般式（５）により求め
た。
ＰＳＰ（ｇ）＝［Ｎ６０（％）／１００−Ｎｂ（％）／１００］
×６．２５（ｇ／ｇ）×４０ｍｌ× 密度１．００（ｇ／ｍｌ） (５)
（６）ＰＳＰ（ｇ）と（ＩＳＰ）（ｇ）との比を次式により求め、指標項目[Ｂ]とした。
指標項目[Ｂ]（ｇ／ｇ）＝ＰＳＰ（ｇ）／ＩＳＰ（ｇ） (６)

リジン生産菌であるＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ＷＣ１９６株（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ＡＪ１３０６９株と命名され、平成６年１２月６日付で工業技術院生命工学工業技術研究所（現 独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター、〒３０５−８５６６ 日本国茨城県つくば市東１丁目１番地１ 中央第６）に受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１４６９０として寄託され、平成７年９月２９日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号ＦＥＲＭ ＢＰ−５２５２が付与されている）を培養して得られた発酵ブロス中の発酵微生物を加熱殺菌（１２０℃、３分間）した後、通常の膜ろ過および遠心分離によってリジン生産菌を濃縮し、水分８０％のリジン菌体重液（固形物含量２０％）を取得した。更に、取得した水分８０％のリジン菌体重液からは圧搾ろ過機によって脱水を行い、水分６０％の微生物菌体ケーキを得た。なお、水分８０％の微生物菌体重液については、流動乾燥機（ＶＯＭＭ（株）製ターボドライヤー）を用いた乾燥（乾燥条件：送風温度１８５℃、微生物菌体の品温１０７℃、滞留時間２５分間）を行い、水分５．２％の乾燥微生物菌体を取得した（試験区１）。次に、このようにして得られた水分８０％の微生物菌体重液、および水分６０％の微生物菌体ケーキについては、それぞれエクストルーダーによる加熱乾燥処理を行った。なお、エクストルーダーには、スクリュウの出口に装着してあるダイを取り外した（株）日本製鋼所製ラボ用２軸エクストルーダー「マークＩＩ」（スクリュウサイズ：長さ４５０ｍｍ、口径３０ｍｍ）を用い、運転でのスクリュウ回転数は４００ｒｐｍで行った。水分８０％の微生物菌体重液の場合は乾燥微生物菌体を取得することは出来たが、生産性は極めて低かった（試験区２）。水分８０％の微生物菌体重液から更に圧搾ろ過して得た水分６０％の微生物菌体ケーキの加熱乾燥については、品温３００℃で加熱時間を１５秒間（試験区３）、１０秒間（試験区４）、５秒間（試験区５）、品温４００℃で加熱時間を７秒（試験区６）、品温２５０℃で加熱時間を２０秒（試験区７）および品温２００℃で加熱時間を２５秒（試験区８）として行った結果、極めて効率的に乾燥が行われた。試験区１、試験区３、試験区４、試験区５、試験区６、試験区７および試験区８で得られた各々のリジン発酵乾燥微生物菌体の品質評価の結果を以下に示す。

加熱乾燥後の着色度のランク付け：
１；乾燥前、２；やや着色あり、３；着色あり、４；強い着色あり、５；焦げた状態
乾燥微生物菌体蛋白中のリジンの回収率の分析：
リジン菌体５．０gを６Ｎ−塩酸中で１０３℃、２４時間加熱処理した後、遊離したリジンをアミノ酸アナライザーにて分析して求めた。

表に示すように、本発明による加熱乾燥方法によって得られた乾燥微生物菌体は、着色および微生物菌体蛋白中のリジンの減少も殆どないことが判る。また、得られる乾燥微生物菌体は顆粒状であり微粉により作業環境を悪くするといったことがないため、現場での取り扱いも容易である。更に、加熱の滞留時間は１５秒程度と短く、流動乾燥法の１００分の１の時間である。従って、加熱乾燥の生産性が極めて高いため安価なコストで製品を得ることが出来る。

上記の試験区１、３、４、５で得られた乾燥微生物菌体、水分８０％の微生物菌体重液から更に圧搾ろ過して得た水分６０％の微生物菌体ケーキを品温２００℃で加熱時間を１５秒（試験区９）、品温２００℃で加熱時間を５秒（試験区１０）、品温２５０℃で加熱時間を１５秒（試験区１１）、品温２５０℃で加熱時間を５秒（試験区１２）、品温３５０℃で加熱時間を１５秒（試験区１３）、品温３５０℃で加熱時間を５秒（試験区１４）、品温４００℃で加熱時間を１５秒（試験区１５）、品温４００℃で加熱時間を５秒（試験区１６）として行った結果得られた乾燥微生物菌体および加熱乾燥前のリジン発酵菌体ケーキについては、ｉｎ ｖｉｔｒｏ試験により、反芻動物に於けるバイパス性（パラメーター［Ａ］に相当）、消化性（パラメーター［Ｂ］に相当）および反芻動物に於ける小腸での有効蛋白性（パラメーター［Ａ］・［Ｂ］に相当）を評価した。

上記の結果から明らかなように、本発明による加熱処理法で得られた乾燥微生物菌体蛋白の消化性を示すパラメーターである［Ｂ］値は、従来の乾燥方法で得られた乾燥微生物菌体蛋白の場合よりほとんどの試験区において向上していた。よって、微生物菌体の乾燥と同時に微生物菌体蛋白の品質が向上しており、本発明による加熱処理法で得られた乾燥微生物菌体蛋白は飼料添加物として有効であることが確認された。また、反芻動物における小腸での有効蛋白性を示すパラメーターである［Ａ］・［Ｂ］値もほとんどの試験区において向上しているので、反芻動物用飼料としても有効であることが確認された。

産業上の利用分野

本発明で得られる乾燥微生物菌体は、蛋白質の変質が少なく、飼料添加物等として利用できる。

Claims (5)

1. 微生物菌体を、２００〜４５０℃（品温）で１〜３０秒間加熱処理することを特徴とする、乾燥微生物菌体の製造方法
2. 加熱処理装置がエクストルーダーであることを特徴とする請求項１に記載の乾燥微生物菌体の製造方法
3. 品温を２５０〜３７０℃で１〜２０秒間加熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の乾燥微生物菌体の製造方法
4. 加熱処理後、乾燥微生物菌体に含まれる水分含量が５〜１５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の乾燥微生物菌体の製造方法
5. 乾燥微生物菌体が飼料用乾燥微生物菌体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法