JP2021503942A - ラクトバチルス−マリを用いてグルコース転移ステビオール配糖体を製造する方法 - Google Patents

ラクトバチルス−マリを用いてグルコース転移ステビオール配糖体を製造する方法 Download PDF

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Abstract

本出願は、ラクトバチルス−マリ菌株の助酵素液を用いてグルコース転移ステビオール配糖体を製造する方法に関する。【選択図】図1

Description

本出願は、ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いてグルコース転移ステビオール配糖体を製造する方法に関する。
世界保健機関(WHO)の糖摂取による疾病(肥満)の懸念により、1日の糖摂取量を減らすことを勧めることにより、先進国を中心に、政府主導の下、様々な糖類の摂取量を減らすための政策が活発に議論されている。これに、市場では、様々な代替甘味料素材に対するニーズが増加しており、代替甘味料素材が継続的に開発、商用化されている。代替甘味料としては、合成高甘味度甘味料(Saccharin、Aspartame、Sucraloseなど)、合成糖アルコール類(Maltitol、Xylitol)、高甘味度甘味料(Rebaudioside A、Liquorice)と継続的に変化している。しかし、継続的な合成甘味料の安全性への懸念により、天然甘味料に対する顧客のニーズが継続的に高まっているが、天然甘味料特有の異味・異臭の味質の限界により既存の合成甘味料中心の低カロリー・ゼロカロリー製品を本格的に代替できていないのが現状である。
最近かなり注目され始めている天然の高甘味度甘味料は、植物であるステビアレバウディアナベルトニー(Stevia rebaudiana Bertoni)の葉から抽出したステビア(Stevia)である。ステビアは、天然素材でありながら、砂糖の200〜300倍の甘味度を有しており、ステビオシド(Stevioside)、レバウジオシド(Rebaudioside)A、B、C、D、E、Mなどで構成されている。また、ステビアはカロリーがなく血液中のグルコースとインスリンのレベルに肯定的であり、人体に副作用がないことが報告され、代替甘味料としての可能性を帯びているが、苦味が特に強く発現される欠点があり、使用に制限を有している。
現在までにステビアの甘味質の改善方法としては、大きく3つがあるが、(1)糖質甘味料やアミノ酸あるいはアミノ酸塩と配合する方法と(2)シクロデキストリンのように物質で包接させる物理的な方法と(3)酵素を用いた糖転移方法が知られている。酵素を用いた糖転移方法は、CGTaseを用いてステビオール配糖体にグルコース(1-12個)を転移させる方法が、現在広く使用される(韓国特許出願第10-1991-0020769号の公報、特許文献1)。しかし、ステビオール配糖体に転移されたグルコースの構造がα-(1,4)で腸内微生物によりすべて分解され、カロリーを上昇させる結果をもたらすという欠点がある。
一般の乳酸菌は、β-グルコシダーゼをステビオール配糖体と反応させたとき、ルブソシドを生産することが知られている(韓国登録特許第10-17676060000号の公報、特許文献2)。また、ステビオール配糖体を認識して糖転移ステビオール配糖体を作る乳酸菌は、特定のゲノムであるLactbacillus reuteri 180だけであることが知られている。
韓国特許出願第10-1991-0020769号の公報 韓国登録特許第10-17676060000号の公報
本発明者らは、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillus mali)がグルコースをステビオール配糖体にα-(1,6)結合で糖転移させて難消化性グルコース転移ステビオール配糖体を生成することを確認することにより、本出願を完成した。
本出願の一つの目的は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を用いた、グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法を提供することにある。
本出願の他の目的は、上記製造方法で製造されたグルコース転移ステビオール配糖体を提供することにある。
本出願の他の目的は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を含む、グルコース転移ステビオール配糖体生産用組成物を提供することにある。
本出願の他の目的は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を用いてグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法で製造されたグルコース転移ステビオール配糖体を含む、甘味料を提供することにある。
本出願によるグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法は、ラクトバチルス-マリ微生物、またはその培養物を用いたものであり、グルコース転移ステビオール配糖体を特異的に生産することができる。また、上記ラクトバチルス-マリ微生物またはその培養物は、公知となった他の微生物及びその培養物に比べて、ステビオール配糖体からグルコース転移ステビオール配糖体への転換率が高いため、非常に効率的にグルコース転移ステビオール配糖体を生産することができる。本出願によるグルコース転移ステビオール配糖体は、ステビオール配糖体の苦味が改善された高甘味度甘味料素材であり、公知となったグルコース転移ステビオール配糖体に比べてカロリーが高くないため、様々な分野で活用することができる。
ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLCの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。 温度によるグルコース転移ステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)の転換率を示したグラフである。 pHによるグルコース転移ステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)の合成転換率を示したグラフである。 ステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)の濃度によるグルコース転移ステビオール配糖体合成の転換率を示したグラフである。
これを具体的に説明すると、次の通りである。一方、本出願で開示されたそれぞれの説明及び実施形態は、それぞれの異なる説明及び実施形態にも適用することができる。すなわち、本出願で開示された様々な要素の全ての組み合わせが本出願のカテゴリに属する。また、下記記述された具体的な叙述により本出願のカテゴリが制限されるとは見られない。
上記目的を達成するための本出願の一つの態様は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を有する酵素を用いた、グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法を提供することである。
本出願における用語「ステビオール配糖体」とは、天然甘味料の一つであり、化学式1(ステビオール)の13番、19番-OHにグルコース、ラムノース、キシロースなどが結合した形態を有する。
一般には、化学式1において、R1には、水素(H)が結合されていてもよく、グルコース(Glucose)がβ結合で1個〜3個が結合されていてもよく、R2には、グルコース(Glucose)乃至キシロース(Xylose)乃至ラムノース(Rhamnose)がβ結合で1個結合し、これにグルコース(Glucose)がβ結合で0個〜2個結合されていてもよいが、これに限定されない。
上記ステビオール配糖体は、砂糖に比べて低カロリーであり、甘味度は砂糖の約200〜300倍を有する長所があるが、独特の渋味や苦味を伴う欠点があり、甘味質を改善する努力をしてきた。
α-/β-グリコシド結合は、アノマー位(Anomeric position)と単糖の1番炭素から最も離れている立体中心(Stereocenter)の相対的な立体化学(Steriochemistry、R型またはS型)により区分される。一般に、2個の炭素が同一な立体化学を有しているとき、α-グリコシド結合が形成されるのに対し、2個の炭素が異なる立体化学を有するとき、β-グリコシド結合が発生する。
本発明者らは、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはそれらの培養物が、砂糖とステビオール配糖体を基質にして、砂糖をグルコースに分解及びステビオール配糖体に選択的に1個〜4個のグルコースをα-結合で連結させるということを最初に究明し、本出願のラクトバチルス-マリ由来の酵素がグルコース転移ステビオール配糖体の優れた転換率を有し、既存のステビオール配糖体に比べて、異味・異臭が減少し、甘味質が大幅に向上する長所があることを最初に究明した。
本出願における用語「グルコース転移ステビオール配糖体」とは、砂糖とステビオール配糖体を基質とし、ラクトバチルス-マリによりステビオール配糖体の19-OHの位置にα-結合を通じてグルコースが1個〜4個が付加された形態であってもよく、より具体的には、ステビオール配糖体の19-OHの位置に結合されたグルコースにα-(1,6)結合を通じてグルコースが1個〜4個が付加された形態であってもよいが、これに限定されない。
上記グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法の各段階について具体的に説明すると、まず、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を準備することであってもよい。
上記グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法の次の段階は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはそれらの培養物の存在の下で、砂糖とステビオール配糖体を反応させることである。
本出願の目的上、上記培養物は、菌体を含む培養液または菌体を除いた助酵素液を意味することであり、砂糖加水分解の活性を有する酵素は、砂糖をグルコースに分解したり、ステビオール配糖体の19-OHの位置に結合されたグルコースに選択的に1個〜4個のグルコースをα-結合する役割をするものであってもよいが、これに限定されない。
上記ステビオール配糖体は、ステビオシド、ルブソシド、ズルコシドA、レバウジオシドA、レバウジオシドC、レバウジオシドD、レバウジオシドE、レバウジオシドF、及びレバウジオシドMからなる群から選択される1つ以上のものであってもよいが、これに限定されない。
また、上記砂糖とステビオール配糖体を反応させる段階は、pH1〜10で行われてもよく、より具体的には、pH2〜9またはpH3〜8で行われてもよいが、これに限定されない。
また、上記砂糖とステビオール配糖体を反応させる段階は、1〜80℃で行われてもよく、より具体的には、5〜70℃、10〜60℃または25〜50℃で行われてもよいが、これに制限されない。
また、グルコース転移ステビオール配糖体の転換特性を有するラクトバチルス-マリは、ステビオール配糖体からグルコース転移ステビオール配糖体への転換率が公知となった酵素を含む他の微生物に比べて高いことを特徴とする。本出願のグルコース転移ステビオール配糖体への転換率は40〜90%であってもよいが、これに限定されず、より具体的には、上記転換率は40〜90%、50〜80%、50〜85%、60〜85 %、60〜80%、70〜85%または70〜80%であってもよいが、これに限定されない。
より具体的には、上記転換率は、グルコース転移ステビオール配糖体の転換特性を有するラクトバチルス-マリを30℃、24時間〜48時間培養した培養液を4000〜8000 rpmで1〜20分間遠心分離し、菌体を分離して助酵素液をステビオール配糖体及び砂糖を含む基質溶液に反応する場合を条件として行った。
上記目的を達成するための本出願の他の一つの態様は、上記製造方法で製造された、グルコース転移ステビオール配糖体を提供することである。上記グルコース転移ステビオール配糖体は、ステビオール配糖体の19-OHの位置にα-結合を通じてグルコースが1個〜4個が付加された形態であってもよく、より具体的には、ステビオール配糖体の19-OHの位置にα-(1,6)結合を通じてグルコース1個〜4個が付加された形態であってもよいが、これに限定されない。
より具体的には、上記方法で製造されたグルコース転移ステビオール配糖体は、グルコース転移ステビオシド、グルコース転移ルブソシド、グルコース転移ズルコシドA、グルコース転移レバウジオシドA、グルコース転移レバウジオシドC、グルコース転移レバウジオシドD、グルコース転移レバウジオシドE、グルコース転移レバウジオシドF、及びグルコース転移レバウジオシドMからなる群から選択される1つ以上のものであってもよいが、これに限定されない。
本出願の他の一つの態様は、ラクトバチルス-マリ微生物、またはその培養物を含む、グルコース転移ステビオール配糖体生産用組成物を提供することである。
本出願のもう一つの態様は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を含む、グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法で製造されたグルコース転移ステビオール配糖体を含む甘味料を提供することである。本出願の目的上、上記甘味料は、異味・異臭が減少し、甘味質が向上したことを特徴とする。
本出願の他の一つの態様は、ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物、またはその培養物を用いてグルコース転移ステビオール配糖体を製造する段階を含む、甘味料の甘味質改善方法を提供することである。
以下、本出願を実施例により、より詳しく説明する。しかし、これらの実施例は、本出願を例示的に説明するためのものであり、本出願の範囲がこれらの実施例により制限されるものではない。
実施例1:ラクトバチルス-マリ由来の砂糖加水分解の活性を有する新規酵素の製造方法
砂糖(白砂糖純度99%以上)を炭素源とし、酵母抽出物及びトウモロコシ浸漬液(Corn Steep Liquor)を窒素源とし、アミノ酸などを含有した栄養培地にラクトバチルス-マリ(Lactobacillus mali DSM20444、ATCC 27054、ATCC 27304)微生物を30℃、24時間培養した。培養液を8000rpmで10分間遠心分離して菌体と上澄み液を分離した後、上澄み液のみを取った。助酵素液を砂糖と反応させて砂糖加水分解の活性を確認し、上記助酵素液内に砂糖加水分解の活性を有する新規酵素が存在することを確認した。
実施例2:ステビオール配糖体からグルコース転移ステビオール配糖体への転換評価
ステビオール配糖体、砂糖を0.05Mの酢酸緩衝溶液に溶解した後、実施例1で準備したラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を添加して40℃で24時間反応させた。反応後、100℃で失活させた後、グルコース転移ステビオール配糖体の生産有無をHPLCで確認した。使用されたステビオール配糖体は、ステビオシド、ルブソシド、ズルコシドA、レバウジオシドA/C/D/E/F/Mであり、グルコース転移ステビオシド、グルコース転移ルブソシド、グルコース転移ズルコシドA、グルコース転移レバウジオシドA/C/D/E/F/Mを生成するかをHPLCで確認した。具体的には、図1〜図9に基づいてラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液とステビオール配糖体の反応により新たに生成された物質を確認するためにHPLC/MS分析を行い、これらが糖転移ステビオール配糖体であることを確認した。HPLC/MS分析を行ったステビオール配糖体は、ステビオシド、レバウジオシドA/C/D/E/F/M、ルブソシド、ズルコシドAである。
図10〜16は、ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体のHPLC/MSの結果を示したものである。図10〜16を通じて、ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液を用いて製造されたグルコース転移ステビオール配糖体は、グルコースが1-4個までステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA/C/E/F 、ルブソシド、ズルコシドA)に転移されたものであることを確認した。
実施例3:グルコース転移ステビオール配糖体の合成に対する温度の影響性
ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液によるグルコース転移ステビオール配糖体の生産において、温度の影響性を評価した。砂糖とステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)を0.05Mの酢酸緩衝溶液(pH5.0)に溶解した後、上記助酵素液を添加して10〜80℃で24時間反応させた。反応が完了した後、溶液内のグルコース転移ステビオール配糖体の量を、HPLCを用いて分析した。
図17は、温度によるグルコース転移ステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)の転換率を示したグラフである。図17を参照すれば、ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液によるグルコース転移ステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)の転換率は10〜50℃で10〜80%の高水準を示した。
実施例4:グルコース転移ステビオール配糖体の合成に対するpHの影響性
ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液によるグルコース転移ステビオール配糖体の生産において、pHの影響性を評価した。砂糖とステビオール配糖体を0.05Mの酢酸緩衝溶液(pH2.0-5.0)、リン酸塩緩衝溶液(pH6.0)、トリス緩衝溶液(pH7.0-8.0)、炭酸水素ナトリウム緩衝溶液(pH9.0)に溶解した後、上記助酵素液を添加してpH2〜pH9の範囲で24時間反応した。反応が完了した後、グルコース転移ステビオール配糖体の量を、HPLCを用いて分析した。
図18は、pH調整によるグルコース転移ステビオール配糖体合成の転換率を示したグラフである。図18を参照すれば、ラクトバチルス-マリ菌株の助酵素液によるグルコース転移ステビオール配糖体の転換率は、pH4〜7で高水準を示し、特に、pH5.0で約90%の転換率を示した。
実施例5:ステビオール配糖体の濃度によるグルコース転移ステビオール配糖体の分析
ラクトバチルス-マリ助酵素液によるステビオール配糖体の濃度によるグルコース転移ステビオール配糖体の生産を評価した。砂糖とステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)を酢酸緩衝溶液(pH5.0)に溶解させ、40℃で24時間反応させた。反応が完了した後、グルコース転移ステビオール配糖体の生成を、HPLCを用いて分析した。
図18は、ステビオール配糖体の濃度によるグルコース転移ステビオール配糖体合成の転換率を示したグラフである。その結果、ラクトバチルス-マリ助酵素液によるグルコース転移ステビオール配糖体の転換率は0%(w/w)〜40%(w/w)で高水準を示し、特に6%(w/w)で最も高く示されることを確認した。
図18は、レバウジオシドAの濃度によるラクトバチルス-マリ助酵素液によるグルコース転移レバウジオシドAの転換率は、0%(w/w)〜32%(w/w)で高水準を示し、特に6%(w/w)で最も高く示されることを確認した。
実施例6:グルコース転移ステビオール配糖体Nuclear Magnetic Resonance(NMR)の分析
砂糖とステビオール配糖体を酢酸緩衝溶液(pH5.0)に溶解した後、上記助酵素液を添加して40℃で24時間反応させる。反応溶液を100℃で失活させた後、0.45μmのフィルタを利用して不純物を除去した。HP20レジンを用いてグルコース1個が転移されたステビオール配糖体(ステビオシド、レバウジオシドA)をそれぞれ純粋分離した。分離されたグルコース転移ステビオシドとグルコース転移レバウジオシドAの結合構造を分析するために、1H/13C NMR、Homonuclear correlation spectroscopy(COSY)、Total correlation spectroscopy(TOCSY)、Heteronuclear single-quantum coherence(HSQC)、及びheteronuclear multiple-bond correlation(HMBC)で確認し、その結果(1H/13C NMR、COSYそしてHMBC)を下記表1と表2に示した。
また、グルコース転移ステビオシドとグルコース転移レバウジオシドAの構造を確認した結果、グルコース転移ステビオシドは、13-[(2-O-βD-glucopyranosyl-βD-glucopyranosyl)oxy] ent-kaur-16 en-19-oic acid 6-O-α-D-glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl esterであり、グルコース転移レバウジオシドAは13-[(2-O-β-D-glucopyranosyl-3-O-β-D-glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl)oxy] ent-kaur-16-en-19-oic acid 6-O-α-D- glucopyranose-β-D-glucopyranosyl esterであって、新規化合物であることを確認した。
<グルコース転移ステビオシドの模式図>
<グルコース転移レバウジオシドAの模式図>



以上の説明から、本出願が属する技術分野の当業者であれば、本出願がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施されうることが理解できるだろう。これに関連し、以上で記述した実施例はあくまで例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。本出願の範囲は上記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態が本出願の範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Claims (10)

  1. ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物またはその培養物を用いた、グルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  2. 前記方法は、前記ラクトバチルス-マリ微生物またはその培養物の存在の下で、砂糖とステビオール配糖体を反応させる段階を含む、請求項1に記載のグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  3. 前記ステビオール配糖体は、ステビオシド、ルブソシド、ズルコシドA、レバウジオシドA、レバウジオシドC、レバウジオシドD、レバウジオシドE、レバウジオシドF、及びレバウジオシドMからなる群から選択される1つ以上である、請求項2に記載のグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  4. 前記砂糖とステビオール配糖体を反応させる段階は、pH3〜8及び10〜60℃で行われる、請求項2に記載のグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  5. 前記グルコース転移ステビオール配糖体は、ステビオール配糖体の19-OHの位置に結合されたグルコースを通じてグルコースがα-(1,6)結合により連結されて付加されたステビオール配糖体である、請求項1に記載のグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  6. 前記グルコース転移ステビオール配糖体は、グルコースを1〜4個含む、請求項5に記載のグルコース転移ステビオール配糖体の製造方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法で製造された、グルコース転移ステビオール配糖体。
  8. 前記グルコース転移ステビオール配糖体は、グルコース転移ステビオシド、グルコース転移ルブソシド、グルコース転移ズルコシドA、グルコース転移レバウジオシドA、グルコース転移レバウジオシドC、グルコース転移レバウジオシドD、グルコース転移レバウジオシドE、グルコース転移レバウジオシドF、及びグルコース転移レバウジオシドMからなる群から選択される1つ以上である、請求項7に記載のグルコース転移ステビオール配糖体。
  9. ラクトバチルス-マリ(Lactobacillius mali)微生物またはその培養物を含む、グルコース転移ステビオール配糖体生産用組成物。
  10. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法で製造されたグルコース転移ステビオール配糖体を含む、甘味料。
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