JP2016108474A - オリゴ糖の製造方法およびオリゴ糖 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の良いオリゴ糖の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態のオリゴ糖の製造方法は、炭糖分子が１０個以上結合した多糖を、水と混合し、処理液を調製する処理液調製工程Ｓ１０と、窒素濃度が１体積％以上２０体積％未満の酸素、からオゾンを生成するオゾン生成工程Ｓ２０と、前記処理液と前記オゾンとを気液混合する低分子化工程Ｓ３０と、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、オリゴ糖の製造方法およびオリゴ糖に関する。

アルギン酸の低分子化処理により製造されるオリゴ糖（oligosaccharide）は、原料のアルギン酸とは異なる優れた効果、例えば、血中中性脂肪上昇抑制効果、循環系疾患予防治療効果、抗菌作用、果樹の育成向上効果、肥効向上効果などが報告されている。これらの効果が発現するのは、オリゴ糖はアルギン酸に比べて分子量が小さいため、生体への吸収効率が高いためであると考えられている。

アルギン酸またはキトサン等の多糖からオリゴ糖を製造する方法としては、酵素法と加水分解法とが広く知られている。

特開２００５−７５９５７号公報には、乳酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸などを含む酸性のキトサン溶液に、エンド型キトサナーゼまたはエキソ型キトサナーゼを含む酵素を加えて、６時間から２４時間作用させることで、キトサンオリゴ糖を得る方法が開示されている。

特開２０００−６０５９１号公報には、キトサンを、リン酸、酢酸、塩酸、ホウ酸などを添加した緩衝液に溶解し、キトサナーゼ類を酵素として添加して分解反応する方法が開示されている。

アルギン酸も、例えば酵素としてアルギン酸リアーゼを用いることで、アルギン酸オリゴ糖を得ることができる。

一方、加水分解法では、反応を促進するために多糖溶液を酸性化してから高温高圧で酸化分解反応が行われる。

特表２００７−５３０７１８号公報には、ｐＨ２〜６に調整したアルギン酸溶液を高温高圧で分解処理する方法が開示されている。

また特開２００２−１２８８０２号公報には、１０００〜４０００気圧の高圧下、酸化剤として過ホウ酸ソーダを用いてアルギン酸を低分子化する方法が開示されている。

従来の酵素法または加水分解法では、反応生成物に反応促進のために添加した酵素や酸等のオリゴ糖以外の成分（不純物）が含まれている。このため、後処理として不純物除去が必要である。

また、酵素法では、高価な酵素を必要とする。加水分解法は、圧力容器を用いたエネルギー負荷の大きい高温高圧処理である。

なお、特開２０１０−２０８９７８公報には、アルギン酸またはキトサンを含む多糖溶液をオゾンにより処理する方法が開示されている。

しかし、上記処理は溶液の殺菌を目的としている。

また、特開２００７−１６７８３０号公報には、ベンチュリ管またはカスケード型ポンプを用いた気液混合装置を用いて効果的にオゾン水を生成する方法が開示されている。

特開２００５−７５９５７号公報 特開２０００−６０５９１号公報 特表２００７−５３０７１８号公報 特開２００２−１２８８０２号公報 特開２０１０−２０８９７８公報 特開２００７−１６７８３０号公報

本発明は、効率の良い安価なオリゴ糖の製造方法および前記製造方法により製造されたオリゴ糖を提供することを目的とする。

本発明の実施形態のオリゴ糖の製造方法は、炭糖分子が１０個以上結合した多糖を、水と混合し、処理液を調製する処理液調製工程と、窒素濃度が１体積％以上２０体積％未満の酸素、からオゾンを生成するオゾン生成工程と、前記処理液と前記オゾンとを気液混合する低分子化工程と、を具備する。

また、別の実施形態のオリゴ糖は、炭糖分子が１０個以上結合した多糖を、水と混合し、処理液を調製する処理液調製工程と、窒素濃度が１体積％以上２０体積％未満の酸素、からオゾンを生成するオゾン生成工程と、前記処理液と前記オゾンとを気液混合する低分子化工程と、を具備する製造方法により製造される。

本発明によれば、効率の良い安価なオリゴ糖の製造方法および前記製造方法により製造されたオリゴ糖を提供できる。

実施形態のオリゴ糖の製造装置の模式図である。 実施形態のオリゴ糖の製造方法のフローチャートである。 第１実施形態のオリゴ糖の製造方法の反応物の高速液クロマトグラフィーのチャートである。 第１実施形態の追加実験１による原料ガスの窒素濃度の影響を示す図である。 第１実施形態の追加実験２によるオゾン濃度の影響を示す図である。 第１実施形態の変形例のオリゴ糖の製造装置の模式図である。 第２実施形態のオリゴ糖の製造方法の反応物の高速液クロマトグラフィーのチャートである。 第２実施形態の追加実験１によるオゾン濃度の影響を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１に、実施形態のオリゴ糖の製造装置１を示す。製造装置１は、オゾナイザー１１、流量計１２Ａ、１２Ｂ、酸素ボンベ１３、窒素ボンベ１４、密閉容器１５、散気管１６、および、オゾン分解器１８、を含む。

例えば、流量計１２Ａで毎分２リットルに調整された酸素ボンベ１３からの工業用酸素（純度９９．６％以上）と、流量計１２Ｂにより毎分２００ミリリットルに調整された窒素ボンベ１４からの窒素（純度９９．９％）が連続混合され、オゾナイザー１１に供給される。

オゾナイザー１１（インパル社製）は、沿面放電により毎時８ｇのオゾンを発生する。オゾンは、密閉容器１５の中の散気管１６に供給される。オゾナイザー１１から散気管１６に供給されるオゾンの濃度は３７ｇ／Ｎｍ^３である。なお、オゾン濃度は市販の紫外線吸収式オゾン濃度計で測定した。オゾンを処理液１７中でバブリングする散気管１６は、キング砥石株式会社製の「セラミック２３φ×１００ｍｍ」である。オゾン分解器１８は、処理液１７を上昇通過した未反応のオゾンを含むガスを触媒作用により酸素に戻して無害化する。

なお、オゾンの発生装置は、オゾナイザー１１のような沿面放電方式、または無性放電方式のいずれかを用いることができる。沿面放電方式では、円筒または平板状の、セラミックスまたはガラスなどの誘電体の一面を面状の導電性物質（面状電極）で覆い、他面に線状の導電性物質（線状電極）を配置し、面状電極と線状電極との間に交流高電圧を流して酸素からオゾンを発生させる。無性放電方式では、誘電体（dielectric）電極と金属電極、または誘導体電極と誘導体電極とが、例えば０．１〜１０ｍｍ程度の放電ギャップを介して配置され、２つの電極間に交流電圧を印加して放電を起こす。放電柱の中では電子とイオンの移動が交流周期に合わせて起こる。誘導体および電極の表面では電子の付与と脱離とが繰り返されている。酸素は、放電ギャップ間を通過する間にオゾンになる。

図２に示すように、実施形態のオリゴ糖の製造方法は、（ステップＳ１０）炭糖分子が１０個以上結合した多糖であるアルギン酸を、水と混合し、処理液を調製する処理液調製工程と、（ステップＳ２０）窒素濃度が１体積％以上２０体積％以下の酸素、からオソンガスを生成するオゾン生成工程と、（ステップＳ３０）前記処理液と前記オゾンとを気液混合する低分子化工程と、を具備する。

第１実施形態のオリゴ糖の製造方法は、アルギン酸からアルギン酸オリゴ糖を製造する方法である。

＜ステップＳ１０：処理液調製工程＞
最初に原料であるアルギン酸について説明する。

褐藻などから抽出されるマリンバイオポリマーであるアルギン酸は、２種類の炭糖分子（ウロン酸分子）、すなわちβ―ｄ−マンヌロン酸分子（以下「Ｍ」と表記する）と、ＭのＣ５位立体異性体であるα―ｌ−グルロン酸分子（以下「Ｇ」と表記する）とが、合計１０個以上、グリコシド結合によって結合（重合）した直鎖状の多糖である。

すなわち、一般にオリゴ糖とは、２個以上の単糖が結合した広義の多糖のうち、比較的分子量が大きくない糖類のことであり、分子量が３００以上３０００以下のものをいう。なお、本発明では、炭糖分子が１０個以上１１００個以下結合した分子量が３０００超２０００００以下のものを多糖といい、２個以上７個以下の単糖が結合した組成物をオリゴ糖いう。

多糖であるアルギン酸の分子中には、Ｍが連なったポリβ―ｄ−マンヌロン酸部位と、Ｇが連なったポリα―ｌ−グルロン酸部位と、ＭとＧがランダムに連なった部位と、が混在している。

一般的に入手容易なアルギン酸は、Ｎａ塩である。このため、以下の実施例等ではアルギン酸としてＮａ塩を用いた。アルギン酸Ｎａは、アルギン酸のカルボキシル基がＮａイオンと結合した中和塩であり、水に溶解し、粘度の高い溶液となる。粘度を高める働きはＭの作用であり、分子量つまりウロン酸分子の重合度が高いほど、高粘度となる。このＭの性質を活用して液状食品または染色における糊料の増粘剤として利用されている。一方、Ｇの作用としてはカルシウムと反応してゲル化を促進する。このＧの性質を活用して、ゼリー化製剤、歯科印象材、製紙用のサイジング剤、溶接棒を加工する際の粘結剤、ペットフードのゲル化剤などとして利用されている。

アルギン酸Ｎａは、昆布（Laminariaceae）、レッソニアニグレッセンス(Lessonia Nigrescens)、または、アスコフィラムノドサム（Ascophyllum Nodosum）等の褐藻が原料であるため、褐藻の種類および産地により、Ｍ／Ｇ比等に違いがある。市販のアルギン酸Ｎａは、配合率が調整されて、利用用途により、Ｍ／Ｇ比を参考に原料が選択される。

水道水を中空糸膜でろ過した水４８５ｍｌに、粉体状のアルギン酸Ｎａ（株式会社キミカ製：キミカアルギンＩ−３）１５ｇを少量ずつ加えながらマグネットスターラーで１時間撹拌して、３重量％のアルギン酸Ｎａ水溶液を調製し、処理液１７とした。なお、上記アルギン酸Ｎａは、褐藻であるチリ産Lessonia Nigrescens種を原料としておりＭ／Ｇ比は６０／４０である。

＜ステップＳ２０：オゾン生成工程＞
オゾンは、フッ素に次ぐ強力な酸化力を有する。本実施形態の製造方法で用いるオゾンは、酸素だけでなく窒素を含む混合ガスを原料とする。これは、純酸素のみではオゾナイザー１１によるオゾン発生効率が極度に低下するためである。このため、原料ガスには、１体積％以上の窒素が含まれなければならない。なお、以下、混合ガスの組成を示す「体積％」を「％」として示す。

本実施形態では、酸素が毎分２リットルで窒素が毎分２００ミリリットルのため、窒素濃度は９％、酸素濃度は９１％であった。

＜ステップＳ３０：低分子化工程＞
処理液１７を密閉容器１５に入れ、オゾンを散気管１６から散気（バブリング）して、処理液１７とオゾンとを気液混合した。以下、処理液とオゾンとの気液混合処理を「オゾン処理」または単に「処理」という。

低分子化の進行を確認するために、目視による観察に加えて、処理液の粘度と分子量分布と濁度とを測定した。粘度は、東京計器製造所社製Ｂ型粘度計／型式ＢＭを用いて測定した。分子量分布は、高速液体クロマトグラフ（ジーエルサイエンス社製、ＧＬ−７４００、カードカラム社製ＡｓａｈｉｐａｋＧＳ−２Ｇ７Ｂ（φ７．５×５０ｍｍ）および昭和電工社製ＡｋＧＳ−２２０ＨＱ（φ７．５×３００ｍｍ）にて測定した。移動相は水で、流速は０．５ｍＬ／min、カラム温度は６０℃、検出方法は示差屈折計であり、注入量は１０μＬとした。濁度は、透過光式の濁度測定器であるオプテックス社製濁度チェッカーＴＣ−３０００で測定した。

オゾン処理前の処理液１７は、粘度が９７２ｃＳｔ、濁度がホルマジン度１４０度であった。また、散気管１６により発生する気泡の粒径は大きかった。

これに対して、３０分処理した処理液１７は、粘度の低下により気泡の粒径が小さくなり、濁度はホルマジン度１８５度に上昇した。１時間処理した処理液１７は、粘度が１９．２３ｃＳｔと、処理前の１／５０まで低下した。２時間処理した処理液１７では、粘度が１１．５４ｃＳｔとさらに低下し、ホルマジン度は、２９５度と白濁が進んだ。

図３に、各処理時間の処理液１７の分子量分布を示す。横軸の保持時間が分子量、すなわち重合度に対応しており、単糖では２０分、２糖（２個の炭糖分子の重合体）では１８．５分、３糖（３個の炭糖分子の重合体、以下同様）では１８分、４糖では１７．３分、５糖では１７分、６糖では１６．２分、７糖では１５．３分付近に、それぞれピークが出現する。

本発明においては、２糖から７糖をオリゴ糖と定義しているため、保持時間１５．３分から１８．５分のピークがオリゴ糖由来の成分を示している。

図３から、処理時間の増加につれで分子量が低下し、処理時間２時間では、アルギン酸Ｎａはオリゴ糖にまで分解していた。

すなわち、本実施形態の製造方法によれば、オゾンと処理液との気液混合処理により、アルギン酸Ｎａを原料としてオリゴ糖が製造できることが確認された。

本実施形態の製造方法は、処理液に高価な酵素を添加する必要がないため、安価なだけでなく、処理後に酵素等の不要物を分離する必要がない。さらに、圧力容器等の特殊な設備は不要で、かつ、高温高圧条件での処理ではないため、エネルギコストも安い。

すなわち、本実施形態のオリゴ糖の製造方法は、繁雑な後工程が不要で効率が良く、さらにプロセスコストも安価である。

ここで、アルギン酸の分解反応に比例して、処理液１７は、粘度が低下し濁度が上昇した。このため、処理液１７の粘度および濁度の少なくともいずれかをもとにすれば、処理液中のアルギン酸が、所定の分子量分布、すなわち、所定の重合度のオリゴ糖に分解したことを判断できることが確認された。

すなわち、液体クロマトグラフ等による測定は、バッチ処理で時間もかかる。これに対して粘度または濁度は、例えば密閉容器１５に粘度計または濁度計を配設することで、処理中の処理液１７をリアルタイムで分析できる。そして、処理液１７が、所定の粘度または濁度になったら、低分子化工程を終了することで、常に所定の仕様のオリゴ糖を製造できる。

＜第１実施形態の追加実験＞
＜追加実験１＞
すでに説明したように、純酸素を原料ガスとすると、オゾン発生効率が極度に低下する。このため、本実施形態では原料ガス中の窒素濃度は９％であった。しかし、放電処理により窒素は、主に窒素酸化物（ＮＯｘ／nitrogen oxides）となる。窒素酸化物は亜硝酸になり、次いで水に溶解されると、硝酸に変化して処理液のｐＨを強酸にしてしまう。処理液に残留した窒素（硝酸）の中和には中和剤を用いる必要がありオリゴ糖の純度を低下させてしまう。

追加実験１では、原料ガス中の窒素濃度の処理液のｐＨに及ぼす影響を調べた。

原料ガスとして、窒素濃度が５％、１０％、１５％、２０％、２５％の酸素を用い、処理液として糖を含まない水１０００ｍｌを用いた。原料ガスをオゾナイザー１１に導入し放電処理してオゾン化して処理液をオゾン処理した。所定時間の処理を行い、処理を終了してから１０分後に処理液のｐＨを、電極式ｐＨ計で測定した。

図４に示すように、窒素濃度が５％、１０％の原料ガスでオゾン処理した処理液は、ほぼ中性域にｐＨが維持された。一方、窒素濃度２０％以上の原料ガスで処理した処理液は残留窒素（硝酸）の中和処理が必要なレベルまでｐＨが大きく低下した。

この結果から、原料ガスは、窒素濃度２０％未満、酸素濃度８０％超が必須の条件であることが明らかとなった。なお、原料ガスは、窒素濃度１０％以下酸素濃度９０％以上が好ましく、さらに窒素濃度５％以下酸素濃度９５％以上が特に好ましい。なお、第１実施形態の原料ガスは、窒素濃度９％、酸素濃度９１％であり、上記の好ましい範囲であった。

なお、オゾン発生のための、酸素供給源（ガス原料）として、酸素ボンベ１３からの工業用酸素（純度９９．６％以上）に替えて、空気（窒素７８％、酸素２１％）から高濃度の酸素を生成可能な酸素濃縮装置（Pressure Swing Adsorption）を用いることで、より安価なオゾン処理が可能となる。ただし、現在、入手可能な酸素濃縮装置で生成可能なガスは、酸素濃度９７％以下、窒素濃度３％以上が限度である。また、入手容易な一般的な酸素濃縮装置で生成可能なガスは、酸素濃度９０％、窒素濃度１０％程度である。

＜追加実験２＞
追加実験２では、オゾン濃度の影響を調べた。

第１実施形態の製造方法では、オゾンの濃度は、比較的低濃度の３７ｇ／Ｎｍ^３であった。これに対して、２１０〜４００ｇ／Ｎｍ^３の高濃度のオゾンを発生するオゾナイザーも市販されている。

このため、図１に示したオリゴ糖製造装置において、オゾナイザー１１に替えて高濃度のオゾンを発生するオゾナイザー（住友精密工業社製、ＧＲ−ＲＧ２１型）を用いて実験を行った。

第１実施形態の製造方法における１２０分（７２００秒）処理後の処理液と同じ状態にまでアルギン酸を分解するために、濁度を基準とした。すなわち、密閉容器１５に濁度計を取り付け、濁度をリアルタイムで測定し、ホルマジン度２９５度になるまでの時間を測定した。

図５に示すように、オゾン濃度３７ｇ／Ｎｍ^３では処理時間７２００秒（１２０分）であった。オゾン濃度の上昇に比例して処理時間は減少し、オゾン濃度２１０ｇ／Ｎｍ^３では１１９０秒であった。また、別途行った実験では、オゾン濃度３５０〜４００ｇ／Ｎｍ^３では更に短時間で処理が完了した。

なお、念のため、処理後の同じ濁度（ホルマジン度２９５度）の処理液を液体クロマトグラフで測定したところ、略同じ分子量分布が確認された。すなわち、濁度による管理が有効であることが確認された。

また、処理後の処理液のｐＨは、オゾン濃度が高いほど、低下が抑制された。これは、放電にさらされる窒素は高濃度オゾンになる程少量になることから、亜硝酸ガスすなわち硝酸の生成量がより少量になるためと考えられる。

以上の結果から、オゾン濃度は高いほど好ましいことが確認された。なお、工業的には、オゾン濃度５ｇ／Ｎｍ^３以上１０００ｇ／Ｎｍ^３以下であれば、オリゴ糖の製造が可能である。

＜追加実験３＞
すでに説明したように、アルギン酸Ｎａは、２種類の炭糖分子（ウロン酸分子）、ＭとＧとの重合体である。酵素法では１種類の酵素はＭまたはＧのいずれかの結合にしか作用しない。アルギン酸ＮａのＭに酵素が作用すると生成物の粘度が低下する。一方、Ｇに酵素が作用すると、生成物のゲル化が抑制される。

第１実施形態の製造方法によるアルギン酸Ｎａの分解反応では粘度が低下したため、オゾンがＭに作用していることは確認された。オゾンのＧへの作用を確認するため、追加実験３を行った。

追加実験３では、処理前のアルギン酸Ｎａと処理後の分解生成物とから、それぞれゲルを作製しゲル強度を測定した。すなわち、レオメーター（ＣＲ−５００ＤＸサン科学製）に直径２．０ｃｍのアダプターを用いて試料台の上昇速度を２０ｍｍ／ｍｉｎに設定して、ゲルを圧縮したときの応力―ひずみ曲線からゲル強度を測定した。

処理前のアルギン酸Ｎａを、３重量％の水溶液とし、７０℃に加熱し、リン酸三カルシウム１ｇとグルコノデルタラクトン５ｇを加えた後、容器に入れて一日放置してゲル化して、比較サンプルとした。

一方、同じ３重量％のアルギン酸Ｎａ水溶液を処理液として、第１実施形態の製造方法と同じ条件で２時間のオゾン処理を行った後に、比較サンプルと同じようにゲルを作製した。

比較サンプルのゲルは、ゲル強度が２３．２５ｋＮｍ^２であったが、オゾン処理後のゲルは１．８０ｋＮｍ^２であった。

以上の結果から、オゾンは、Ｇへも作用することが確認された。すなわち、第１実施形態の製造方法によれば、アルギン酸ＮａのＭ、Ｇ両方を低分子化したオリゴ糖が製造できる。

＜比較例＞
ここで、比較のためオリゴ糖の製造方法として、多糖を水に溶解しないで粉末のまま、オゾン処理を行った。

容量４リットルの硬質塩化ビニール製密閉容器にアルギン酸Ｎａ粉体５０ｇを封入した。そして、密閉容器の片側端部から濃度３７ｇ／Ｎｍ^３のオゾンを毎分２．２リットルで供給し、密閉容器の反対側端部から排出することで原料粉体とオゾンとを接触させた。この状態で２時間、オゾン処理を行った。

処理後の紛体を水に溶解した溶液の粘度は処理前と同じであった。このことから、アルギン酸は粉体状態ではオゾン処理してもオリゴ糖に分解されないことが確認された。

逆にいえば、実施形態のオリゴ糖の製造方法は、アルギン酸Ｎａを水溶液としてオゾンと気液混合することが重要な要因であることが確認された。

＜第１実施形態の変形例＞
オゾン処理により製造されたオリゴ糖は水溶液の状態である。工業的には乾燥を行い粉末状オリゴ糖とすることが好ましい。また大量に製造するには、高濃度のアルギン酸Ｎａ溶液をオゾン処理することが好ましい。

しかし、高濃度のアルギン酸Ｎａ水溶液は粘度が高く、５重量％超の濃度では、処理液の気液混合が困難となる。すなわち、オゾン処理が有効に作用する溶液の粘度は、例えば１５００〜３０００ｃＳｔである。このため、第１実施形態の製造方法では、オゾン処理を行う処理液は、アルギン酸Ｎａ５重量％以下、好ましくは４重量％以下の水溶液とする必要があった。

３重量％アルギン酸Ｎａの処理液は処理前は高粘度であるが、オゾン処理すると粘度が急激に低下する。このため、粘度を所定値以下に維持しながら、処理液にアルギン酸Ｎａを追加添加することで、高濃度のオリゴ糖溶液を製造できる。

図６に変形例のオリゴ糖の製造装置１Ａを示す。

オゾン供給装置１１Ａはオゾナイザー１１と原料ガスの供給源である、例えば、酸素ボンベ１３、窒素ボンベ１４とを含んでいる。なお、オゾン供給装置１１Ａは、オゾン濃度計を備えていることが好ましい。原料であるアルギン酸Ｎａは粉末として供給装置１９にセットされる。反応槽となるタンク１５Ａには、撹拌装置２０があり、供給装置１９から供給されたアルギン酸Ｎａは速やかに溶解する。

オゾン供給装置１１Ａから供給されたオゾンは散気管１６から微細気泡として処理液中に供給される。散気管１６およびその他のオゾンの接触する部材の材質が耐オゾン材であることはいうまでもない。オゾン分解器１８は排気されるオゾンを無害化する。尚、オゾン処理の終了後、すなわち、オゾン供給装置の放電を停止した後にも、原料ガスを一定時間供給することが好ましい。タンク１５Ａ等に残留しているガスを、オゾン分解器１８を介して系外に排出することで、大気解放時に作業者がオゾンを吸引することを防止するためである。

なお、製造装置１Ａでは撹拌装置２０と散気管１６とが一つのタンク１５Ａに配設されているが、それぞれを別のタンクに配設してもよい。

センサ２１は粘度計または濁度計の少なくともいずれかである。タンク１５Ａに配設されたセンサ２１により、処理液の状態（粘度および濁度の少なくともいずれか）をリアルタイムで測定する。

変形例の製造方法では、最初に、第１実施形態の処理液と同じように、アルギン酸Ｎａの３重量％水溶液（アルギン酸Ｎａ１５ｇ／水５００ｍｌ）を処理液とした。処理前の処理液１７の粘度は９７２ｃＳｔであった。なお、オゾン濃度、流量等の条件は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と同じように、処理時間１２０分で、処理液の粘度は、１９ｃＳｔまで低下した。また、濁度はホルマジン度２９５度まで上昇した。

変形例の製造方法では、１２０分の処理を行って粘度が低下した処理液に供給装置１９から、アルギン酸Ｎａを１５ｇ追加添加し、撹拌装置２０にて３０分間攪拌し、追加したアルギン酸Ｎａを完全に溶解した。この処理液の粘度は、１０５０ｃＳｔであった。この処理液に１２０分のオゾン処理を行って、また粘度が低下した処理液に更にアルギン酸Ｎａを１５ｇ追加添加した。

オゾン処理と、１５ｇのアルギン酸Ｎａの追加添加を繰り返し行って、合計７５ｇのアルギン酸Ｎａを処理した。この結果、高粘度で処理不可能な１５重量％のアルギン酸Ｎａ水溶液を処理したのと同じ濃度のオリゴ糖溶液が得られた。なお。最後にアルギン酸Ｎａを追加添加した状態（処理前）の処理液の粘度は１２２０ｃＳｔであった。

本変形例の製造方法によれば、高濃度の水溶液は粘度が高く気液混合によるオゾン処理が困難なアルギン酸Ｎａを原料としていても、高濃度のオリゴ糖水溶液を製造できる。このため変形例の製造方法は極めて効率的である。

なお、変形例の製造方法は所定時間毎に原料を追加添加する半バッチ方式であった。しかし、連続的に少量の原料を添加してもよいことは言うまでも無い。また、処理液の粘度が所定値以上まで上昇したら、一部を回収し（抜き取り）、アルギン酸Ｎａとともに水を追加添加することで、より長時間の連続処理が可能である。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態のオリゴ糖の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法と類似しているので同じ説明は省略する。

本実施形態では、キトサンを原料として、キトサンオリゴ糖を製造する。

キトサンはアルギン酸と同じくマリンバイオポリマーのひとつである。カニもしくはエビの甲殻またはイカの軟骨等を原料として得られる。キトサンはキチンの脱アセチル化物であり、キチンはＮ−アセチル−ｄ−グルコサミンがβ―１，４で結合した直鎖分子からなる多糖類であり、無セキ主動物および下等植物の主要な構造多糖類である。

キトサンオリゴ糖は、生活習慣病の予防につながるコレステロールの低下、脂肪排泄、血圧降下、血糖値上昇抑制、免疫賦活、金属イオン選択吸着があるとされ美容、老化防止を目的にも利用されている。

キトサンオリゴ糖も、キトサンの加水分解法または酵素法により製造可能である。しかし、キトサンの加水分解法等は、アルギン酸の加水分解法等と同じような問題がある。

本実施形態の製造方法は、図２に示した第１実施形態の製造装置１を用いて行われた。

なお、キトサンは、アルギン酸Ｎａと異なり中性の水には溶解しない。このため、酢酸溶液にキトサンを溶解し処理液とした。なお、原料となるキトサン（Chitosan）は、天然物が原料であるため、キチンを含んでいることが多い。すなわち、本発明において、「キトサン」は、厳密には「キチンを含むキトサン」である。

キトサン原料は、市販品（キミカ社製キトサンＬＬＷＰ）を用いた。中空糸膜でろ過した水道水１，０００ｍＬに酢酸１０ｍＬ（１重量％）を加え、ｐＨ１．５の酸性溶液を作製した。そして、この酸性溶液４８５ｍＬに、キトサン粉体を１５ｇ添加し、マグネットスターラーにより１時間撹拌して処理液とした。

オゾン処理前の処理液の濁度はホルマジン度８０度であった。濁度は、３０分処理するとホルマジン度２５５度に上昇したが、６０分処理では、ホルマジン度２１０度に低下し、９０分処理ではホルマジン度１５０度、１２０分処理ではホルマジン度９５度であった。この濁度変化はオゾン処理により粒径の大きい未溶解のキトサンが分解され、その後粒径の小さいキトサンが溶解したためと考えられる。すなわち、キトサン粉体の溶解が進む段階のあとに、溶解したキトサンが酸化分解されていく。

図示しないが、キトサン溶液は原料である蟹殻に含まれる色素により赤黄色い色度を示す。しかし、処理液を３０分処理すると、色が薄くなり無色に近づいた。すなわち、低分子化の進行にともない、処理液の色も変化した。

処理液の粘度は、処理前は、３６２．４４ｃＳｔであったが、１２０分処理後には１８．２６ｃＳｔまで低下した。

分子量測定の結果を図７に示す。未処理の処理液、すなわち、キトサン(As)では保持時間１２分にピークがあった。これに対しキトサンオリゴ糖の７糖から２糖は、保持時間１４分から１９分にピークが出現する。そして、１２０分のオゾン処理後（sample A）では、ピークが、分子量が小さいことを示す左側に大きく移行した。尚、保持時間の長いピークは酢酸と推定される。

上記実験から、キトサンも、アルギン酸Ｎａと同じオゾン処理により分解され、キトサンオリゴ糖が製造できることが確認された。

また、アルギン酸Ｎａのオゾン処理における濁度変化とは異なるが、キトサンのオゾン処理においても、低分子化処理の進行と濁度には一定の相関関係があった。さらに、キトサンのオゾン処理では、粘度変化だけでなく、色の変化もあった。このため、処理液の粘度、濁度および色の少なくともいずれかを基準に、処理の進行、すなわち生成物の重合度を確認することが可能である。

＜第２実施形態の追加実験＞
キトサンを原料とする第２実施形態の製造方法においても、第１実施形態の製造方法と同じように、オゾン濃度の影響を調べた。すなわち、それぞれのオゾン濃度において処理液の濁度がホルマジン度９５度になるまでの時間と、その時の処理液のｐＨを測定した。

図８に示すように、第２実施形態の製造方法においてもオゾン濃度が高いほど、短時間で処理が進行し、かつ、ｐＨの低下が少なかった。

＜第２実施形態の変形例１＞
キトサンを溶解するために用いた酢酸は、処理後に除去する必要がある。このため、酢酸を添加しない処理液を用いてオゾン処理を行った。

難溶解性のキトサン粉体は水に溶解しないため、処理液の中で沈殿した。処理液にオゾンを散気すると、処理液は粉体が分散した懸濁液となった。そして、処理を続けると、数分後には、キトサンが処理液に溶解した。すなわち、驚いたことに、処理液調製工程において沈殿していたキトサンが、低分子化工程においては、ｐＨが中性の処理液に溶解した。

図７のsample Bが１２０分処理後の変形例１の処理液の分子量分布である。すなわち、酢酸を添加した第２実施形態の製造方法の処理液と略同じ分布を示した。

オゾンは酸化性が強いが、中性の溶液を酸性に変化させることはない。また、キトサンが溶解している処理液のｐＨは、１２０分処理後も略中性で大きな変化は見られなかった。

本実施形態の製造方法でキトサンが溶解するメカニズムは明らかでは無い。しかし、処理液を酸性にするために酢酸等の酸を添加する必要がない本変形例１の製造方法は、酢酸を除去する後工程が不要で、より生産性に優れている。

＜第２実施形態の変形例２＞
キトサンを原料とする第２実施形態の製造方法においても、第１実施形態の変形例の製造方法と同じように、連続バッチ処理を行った。

本変形例２の製造方法では、最初に、第２実施形態の変形例１の処理液と同じように、キトサンの３重量％水溶液（アルギン酸Ｎａ１５ｇ／水５００ｍｌ）を処理液とした。オゾン処理前の処理液１７は、懸濁状態であった。なお、装置、オゾン濃度、流量等の条件は第１実施形態の変形例と同じである。第２実施形態と同じように、処理時間１２０分で、処理液の粘度は、１８．２６ｃＳｔｔまで低下した。

変形例２の製造方法では、粘度が低下した処理液に供給装置１９から、キトサンを１５ｇ追加添加し、撹拌装置２０にて３０分間攪拌した。この処理液の粘度は、３３５ｃＳｔであった。そして、１２０分のオゾン処理を行って粘度が低下した処理液に更にキトサンを１５ｇ追加添加した。

オゾン処理と、１５ｇのキトサンの追加添加を繰り返し行って、合計７５ｇのキトサンを処理した。最後にキトサンを追加添加した状態（オゾン処理前）の処理液の粘度は３５１ｃＳｔであった。

本変形例２の製造方法によれば、溶解しても粘度が高く取り扱いが困難なキトサンを原料としていても、高濃度のオリゴ糖水溶液を製造できる。このため変形例２の製造方法は極めて効率的である。

なお、以上では、オゾンと処理液との気液混合処理として、散気管によりバブリングを行う製造方法を説明した。しかし、気液混合処理には、特開２００７−１６７８３０号公報に記載されている、処理液にオゾンを連続的に吸引混合するエジェクター法、多数のインペラーにより発生する乱流によりケーシング内でオゾンと処理液を混合するカスケード法等の公知の方法を用いてもよい。しかし、装置の簡便さ等からバブリング法が最も好ましい。

本発明は上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１１…オゾナイザー
１１Ａ…オゾン供給装置
１２Ａ、１２Ａ…流量計
１３…酸素ボンベ
１４…窒素ボンベ
１５…密閉容器
１５Ａ…タンク
１６、１６Ａ…散気管
１７…処理液
１８…オゾン分解器
１９…供給装置
２０…窒素濃度
２０…撹拌装置
２１…センサ

Claims (6)

1. 炭糖分子が１０個以上結合した多糖を、水と混合し、処理液を調製する処理液調製工程と、
   窒素濃度が１体積％以上２０体積％未満の酸素、からオゾンを生成するオゾン生成工程と、
   前記処理液と前記オゾンとを気液混合する低分子化工程と、を具備することを特徴とするオリゴ糖の製造方法。
2. 前記処理液の粘度および濁度の少なくともいずれかをもとに、前記低分子化工程を終了することを特徴とする請求項１に記載のオリゴ糖の製造方法。
3. 前記低分子化工程において、粘度を所定値以下に維持しながら、前記処理液に前記多糖が追加添加されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオリゴ糖の製造方法。
4. 前記多糖がアルギン酸Ｎａであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオリゴ糖の製造方法。
5. 前記多糖がキトサンであり、
   前記処理液調製工程において沈殿していたキトサンが、前記低分子化工程においては、ｐＨが中性の前記処理液に溶解していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオリゴ糖の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のオリゴ糖の製造方法により製造されたことを特徴とするオリゴ糖。

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