JP2544634B2

JP2544634B2 - ヘミセルロ―スの抽出方法

Info

Publication number: JP2544634B2
Application number: JP62221022A
Authority: JP
Inventors: 政保竹内
Original assignee: Japan Maize Products Co Ltd
Current assignee: Japan Maize Products Co Ltd
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPS6462303A

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、穀類もしくは豆類の外皮からヘミセルロー
スを簡単な工程で効率的に抽出するヘミセルロースの抽
出方法に関する。

「従来技術およびその問題点」近年、健康食品としてダイエタリーファイバーが注目
されている。ダイエタリーファイバーとはセルロース、
ヘミセルロース、リグニン、ペクチン等を主成分とする
もので、従来のいわゆる粗繊維と区別され、穀物などに
含まれている植物細胞壁および細胞内容物に含まれる植
物性の難消化性成分だとされている。このようなダイエ
タリーファイバー源としては、穀類や豆類の外皮がよく
用いられている。

従来、穀類・豆類の外皮は、整腸効果のある食品、肥
満予防のための低カロリー所品として考えられてきた
が、近年、これら外皮中に含まれるヘミセルロースが血
清コレステロールの上昇抑制作用や、腸内細菌であるビ
フィズス菌の増殖作用などの生理活性を有することが認
められ、注目されている。また、ヘミセルロースは、水
溶性で、水に溶解したときに高い粘度を示すため、各種
食品の物性改善剤としての用途も検討されている。

しかし、このようなヘミセルロースの有する生理活性
効果は、穀類・豆類の外皮をそのままで摂取した場合に
は、そのに含まれるヘミセルロースは水に溶けないの
で、ヘミセルロースの生理効果が発揮されない傾向があ
った。また、ヘミセルロースの溶出が少ないので、十分
な生理活性効果を得ようとすると多量の外皮を摂取する
必要が生じ、食感を害したりする問題点があった。さら
に、穀類・豆類の外皮は、微粉末にしても食感を害した
り、沈降するなどの欠点があり、水に溶けにくいため、
例えばドリンク剤などに添加するには適していなかっ
た。

このような理由から、穀類、豆類の外皮などの食物繊
維質原料からヘミセルロースを抽出して水溶化すること
が望まれている。

従来、穀類、豆類の外皮からヘミセルロースを抽出す
るには、穀類、豆類の外皮またはそれらから調製された
繊維質原料からアルカリ抽出する方法が採用されてい
る。すなわち、これらの原料を通常１〜２重量％程度の
水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムの水溶液中に浸漬
し、撹拌混合してアルカリ可溶性成分を抽出させ、この
抽出液からヘミセルロースを分離する方法である。

しかしながら、上記のヘミセルロースの抽出方法で
は、抽出液に酸を添加して中和する必要があり、さらに
中和した液をイオン交換操作や透析などの手段で脱塩す
る必要があり、さらにまた、抽出液からアルコール沈澱
操作によりヘミセルロースを分離する必要があるため、
製造工程が複雑となり、製造コストが高くなるという問
題点があった。

「発明の目的」本発明の目的は、穀類や豆類の外皮またはそれらより
調製された繊維質原料から、より簡単な工程で、効率的
にヘミセルロースを抽出できるようにしたヘミセルロー
スの抽出方法を提供することにある。

「発明の構成」本発明者らは、上記目的を達成するため、アルカリ剤
を用いないでヘミセルロースを抽出する方法について種
々の方法を検討した。例えば木材糖化などで用いられて
いる、原料にスチームを導入して24〜40kg/cm²程度に加
圧し、これを常圧に戻すという爆砕処理を適用してみた
ところ、得られた抽出液は、繊維質がほとんど単糖類に
まで分解して茶褐色の味噌状となってしまい、目的とす
るヘミセルロースを抽出することができなかった。ま
た、原料をオートクレーブに入れて通常の殺菌処理など
に用いられている120℃程度の高温高圧処理を行なった
が、この条件ではヘミセルロースを抽出させることがで
きなかった。このような実験を繰り返した後、原料を通
常の殺菌処理条件よりもわずかに高い温度、すなわち13
0〜160℃程度の温度で処理することにより、ある程度高
分子のヘミセルロースが効率よく回収できることを見出
し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によるヘミセルロースの抽出方法
は、穀類もしくは豆類の外皮またはそれらから調製され
た繊維質原料を130〜160℃の熱水中で処理することを特
徴とする。

このように、本発明においては、130〜160℃の熱水中
で処理するだけでヘミセルロースの抽出することができ
るので、アルカリ抽出のようにアルカリ剤の使用、中
和、脱塩工程等を要せず、極めて簡単な工程で効率的に
ヘミセルロースを抽出することができる。

次に、本発明の好ましい態様を挙げてさらに詳細に説
明する。

本発明において、原料としては、穀類もしくは豆類の
外皮またはそれらより調製された繊維質原料が使用され
る。穀類の外皮としては、例えばとうもろこしの外皮、
米糠、小麦ふすま、大麦ふすまなどが好ましく使用され
る。また、豆類の外皮としては、例えば大豆、小豆、え
んどう豆などの外皮が好ましく使用される。

これらの穀類もしくは豆類の外皮は、そのまま後述す
る熱水処理を施してもよいが、穀類もしくは豆類の外皮
から澱粉質、蛋白質、脂質、無機質等を除去した後、こ
れを熱水処理した方が好ましい。穀類もしくは豆類の外
皮から澱粉質、蛋白質、脂質、無機質等を除去する方法
としては、酵素処理、化学的処理、物理的処理などを採
用することができ、また、これらを適宜組合せて処理し
てもよい。

酵素処理としては、例えばα−アミラーゼ、グルコア
ミラーゼ等の澱粉分解酵素、プロテアーゼ等の蛋白分解
酵素、リパーゼ等の脂質分解酵素、セルラーゼ等の繊維
素分解酵素を、pH3〜９、温度30〜100℃の条件下で作用
させて処理する方法などが挙げられる。また、化学的処
理としては、例えば原料に鉱酸、有機酸の水溶液を添加
し、pH2〜５の条件下に加熱する方法や、食品用界面活
性剤を添加し、pH3〜８の条件下に熱処理する方法など
が挙げられる。さらに、物理的処理としては、例えば原
料をホモジナイザー、ハンマーミル等の粉砕機で粉砕し
た後、篩別する方法などが挙げられる。

穀類もしくは豆類の外皮またはそれらより調製された
繊維質原料は、後述する熱水処理に先立って、予めその
粒度を16〜200メッシュに調製することが好ましい。こ
のように原料を予め所定の粒度に粉砕して使用すること
により、熱水処理におけるヘミセルロースの抽出効率を
さらに高めることができる。

本発明において、熱水処理は、穀類もしくは豆類の外
皮またはそれらより調製された繊維質原料を水中に懸濁
させ、好ましくは撹拌条件下で、これを130〜160℃に加
熱処理することによって行なわれる。

この場合、水懸濁液中における原料の濃度は、５〜20
重量％とすることが好ましい。上記原料の濃度が５重量
％未満では、ヘミセルロースの濃度が薄くなり、濃縮コ
ストが高くなり、収量が少なくなるので経済的でなく、
上記原料の濃度が20重量％を超えると、熱水処理中にお
ける撹拌が困難となる。

熱水処理は、例えば通常のオートクレーブ、撹拌型オ
ートクレーブ、連続クッキング装置など、上記水懸濁液
を130〜160℃に加熱できる装置を用いて行なうことがで
きる。通常のオートクレーブ、撹拌型オートクレーブを
用いる場合にはバッチ式反応となり、連続クッキング装
置を用いる場合には連続式反応となる。撹拌型オートク
レーブとしては、例えば「TEM−V100」（商品名、耐圧
硝子工業（株）製）などが挙げられ、連続クッキング装
置としては、例えば「ネモクッカー」（商品名、日本食
品化工（株）製）などが挙げられる。

こうして原料を熱水抽出すると、水中にヘミセルロー
スや、その他の成分が溶解して抽出されてくる。その他
の成分としては、ヘミセルロースなどの高分子物質が分
解して生成した単糖などが含まれている。この場合、処
理温度が高いほどヘミセルロースの抽出量は多くなって
くるが、反面処理温度が高くなるにつれてヘミセルロー
スが単糖などに分解する量も増してくるため、本発明で
は、上記熱水処理を130〜160℃で行なうようにした。13
0℃未満では、ヘミセルロースの抽出効率を充分に高め
ることができず、また、160℃を超えると、ヘミセルロ
ースの分解量が多くなって結果的にヘミセルロースの収
率が低下し、それと共に抽出液が強く着色してその後の
精製工程が煩雑となるという不都合が生じる。本発明の
さらに好ましい態様によれば、上記熱水処理は、130〜1
50℃の範囲で行なわれる。

こうして熱水処理を行なった後、ろ過や遠心分離など
の手段により、処理液から固形分を除去して抽出液を得
ることができる。得られた抽出液には、ヘミセルロース
が多量に溶解しており、この抽出液をそのまま食品添加
剤などとして用いることもできるが、この抽出液にさら
に後処理を行なってヘミセルロース含有物質を調製する
こともできる。この場合、後処理としては、例えば抽
出液を活性炭処理して脱色、脱臭し、濃縮してスプレー
ドライや、フリーズドライなどの手段で乾燥固化させる
方法、抽出液を活性炭処理して脱色、脱臭し、各種ク
ロマトグラフィーにかけてヘミセルロース画分を集める
方法、抽出液を活性炭処理して脱色、脱臭した後、限
外ろ過膜などの膜処理を行ない、単糖類などの低分子成
分を除去する方法、抽出液にアルコールを添加して沈
澱物を回収し、この沈澱物を乾燥する方法、アルコー
ル沈澱とクロマト分離や膜処理とを組合せて精製する方
法、抽出液にグルコアミラーゼを加えて澱粉質を分解
させ、酵素を失活させた後、活性炭を加えて脱色ろ過
し、膜処理により低分子成分を除去する方法など、各種
の方法が採用される。

こうして得られたヘミセルロース含有物質は、ヘミセ
ルロースの純度が高く、少量で優れた生理活性効果が期
待できる。また、ヘミセルロースが水溶性を有している
ため、水溶性の食物繊維としてパン、ケーキ類、ビスケ
ット、クッキー、シリアル類、ソース、タレ類、缶詰、
レトルトのスープ、カレー類、フラワーペースト、クリ
ーム類などのほかドリンク剤などにも添加することがで
きる。

「発明の実施例」実施例１とうもろこしの外皮から澱粉質、蛋白質、脂質、無機
質等を除去して調製された食物繊維「セルファー」（商
品名、日本食品化工（株）製、平均粒度150メッシュ程
度）50gを500mlの蒸留水に懸濁させ、撹拌型オートクレ
ーブ「TEM−V1000」（商品名、耐圧硝子工業（株）製）
に入れて、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃
の各温度でそれぞれ30分間熱処理した。その後、それぞ
れの処理物から遠心分離を行なって上澄液を採取した。

次に、こうして得られた抽出液について、固形分の
量、固形分中のアルコール沈澱物（ほぼヘミセルロース
成分に相当する）の量、着色度をそれぞれ測定した。

この結果を第１表に示す。また、処理温度と固形分の
量およびアルコール沈澱物の量との関係を第１図に示
す。第１図において、棒グラフの全体は、抽出液中の固
形分の量を表わし、棒グラフの中の斜線部分は、アルコ
ール沈澱物の量を表わしている。

第１表および第１図から、抽出固形分の量は、120℃
では極めて少なく、温度が上昇するにつれて多くなり、
160℃でピークとなり、170℃では低下してくる傾向があ
る。しかし、抽出固形分中に占めるアルコール沈澱物
（ほぼヘミセルロース成分に相当する）の量は、150℃
が最高となり、それを超えると少なくなることがわか
る。これは、150℃を超えると、ヘミセルロースが分解
して低分子化され単糖やオリゴ糖になってしまう量が増
えるためと考えられる。このことは、温度の上昇に伴な
い、着色度が強くなっていることからも立証される。し
たがって、ヘミセルロースの回収率は、150℃が最高で
あり、ヘミセルロースを抽出するための温度条件として
は、130〜160℃が好適であることがわかる。しかし、16
0℃まで温度を上げると、高分子が分解して生成したキ
シロースやアラビノースなどの単糖類が増加して、これ
が分解したり、たんぱく質と反応して、着色度が極めて
強くなるので、後の精製を容易にすることを考慮する
と、130〜150℃の条件が最も好ましいと考えられる。

また、前記で得られた各抽出液を液体クロマトグラフ
ィー（昭和電工（株）製、商品名「OHPAK−B806、B80
3、Ｂ−800P」）にかけて、抽出液に含まれる固形分中
の高分子画分の量を求めた。この結果を第２図に示す。
第２図において、棒グラフの全体は、抽出液の固形分の
量を表わし、棒グラフの中の斜線部分は、高分子画分の
量を表わしている。このように、抽出固形分中に占める
高分子の量は、温度の上昇に伴なって増していき、150
℃で最高となるが、それを超えると、抽出固形分全体の
量は増しても高分子の量は減少することがわかる。この
ことから、150℃を超えた場合には、高分子が分解され
てオリゴ糖や単糖類になってしまう量が多くなることが
わかる。

実施例２ウェットミリングによって得られるトウモロコシ外皮
を精製した未粉砕のとうもろこしの外皮（平均粒度５メ
ッシュ程度、澱粉質４％以下）30gに600mlの水を加え、
これを前記と同じ撹拌型オートクレーブに入れて、160
℃で30分間加圧処理した。処理物からバスケット型遠心
分離機により残渣を除去し、抽出液を得た。この抽出液
中の固形分は、1.4gであり、着色度はかなり強いが、精
製は可能であった。

実施例３ウェットミリングして精製した未粉砕のとうもろこし
の外皮（澱粉質４％以下）をさらに粗粉砕したもの（平
均粒度16メッシュ程度）50gに500mlの水を加え、これを
前記と同じ撹拌型オートクレーブに入れて、160℃で30
分間加圧処理した。処理物からバスケット型遠心分離機
により残渣を除去し、抽出液を得た。この抽出液中の固
形分は、24.5gであり、着色度は、前述した「セルファ
ー」を用いた場合とほぼ同様であった。

実施例２、３から、同じ温度条件では、原料の粒度が
小さいほど抽出固形分の量が多くなること、着色度は大
きくなることがわかる。

実施例４ウェットミリングで得られたとうもろこしの外皮を精
製して澱粉質や蛋白質を除去し、これを粗粉砕したもの
（平均粒度12メッシュ程度）500gに５の水を加え、こ
れを前記と同じ撹拌型オートクレーブに入れて、150℃
で30分間加圧処理した。この処理物を遠心分離して沈澱
物を除去し抽出液を得た。この抽出液に活性炭を加えて
脱色ろ過した後、ろ液を濃縮してスプレードライヤーに
より乾燥し、230の乾燥品を得た。この乾燥品は、水溶
性であり、各種のドリンク剤に添加することができた。

実施例５実施例４と同様にして抽出液を得た後、この抽出液を
pH5に調製して、グルコアミラーゼを加えて澱粉質を分
解した。その後、酵素を失活させ、活性炭を加えて脱色
ろ過し、限外ろ過膜（分画分子量1000）で、グルコー
ス、キシロース、アラビノースなどの単糖類、オリゴ糖
類を除去した。そして、凍結乾燥して107gの乾燥品を得
た。この乾燥品は、水溶性であり、各種のドリンク剤に
添加することができた。

実施例６市販の小麦ふすまを100メッシュの篩を用いて水洗処
理し、澱粉質を除去した後、脱水、乾燥した。この小麦
ふすま50gに蒸留水600mlを加え、通常のオートクレーブ
に入れて150℃で30分間処理した。処理液を5000rpmで10
分間遠心分離し、上澄液280mlを得た。この上澄液に1,1
00mlのエチルアルコールを加え、ろ過して沈澱物を回収
し、この沈澱物を乾燥して、3.7gの粉末を得た。この粉
末は、水溶性であり、各種のドリンク剤に添加すること
ができた。

実施例７おからを80メッシュの篩を用いて水洗処理し、乾燥し
ておから粉末を得た。このおから粉末10gに、水道水200
mlを加え、通常のオートクレーブに入れて、145℃で30
分間加圧処理した。この処理液をろ過して抽出液を得、
この抽出液を凍結乾燥して3.1gの乾燥品を得た。この粉
末は、水溶性であり、各種のドリンク剤に添加すること
ができた。

なお、上記抽出液に４倍量のエチルアルコールを加え
て白色沈澱物を採取した。このアルコール沈澱物の量
は、抽出液固形分の76％に達することから、ヘミセルロ
ースの低分子化が少ないことが確認された。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、130〜160℃の
熱水中で処理するだけでヘミセルロースを抽出すること
ができるので、アルカリ抽出のように脱塩工程等を要せ
ず、極めて簡単な工程で効率的にヘミセルロースを抽出
することができる。そして、この抽出液から必要により
各種の処理方法により、高純度のヘミセルロース含有物
質を調製することができる。さらに、得られたヘミセル
ロース含有物質は、ヘミセルロースの純度が高く、少量
で優れた生理活性効果が期待できる。また、ヘミセルロ
ースは、水溶性を有しているため、水溶性の食物繊維と
してパン、ケーキ類、ビスケット、クッキー類などのほ
か、ソース、スープ類、ドリンク剤などにも添加するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はとうもろこしの食物繊維を原料とした場合の処
理温度と抽出固形分の量およびアルコール沈澱物の量と
の関係を示す図、第２図はとうもろこしの食物繊維を原
料とした場合の処理温度と抽出固形分の量および固形分
中の高分子画分の量との関係を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】穀類もしくは豆類の外皮またはそれらから
調製された繊維質原料を130〜160℃の熱水中で処理する
ことを特徴とするヘミセルロースの抽出方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記穀類
の外皮は、とうもろこしの外皮、米糠、小麦ふすま、大
麦ふすまより選ばれた一種であるヘミセルロースの抽出
方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記豆類
の外皮は、大豆、小豆またはえんどう豆の外皮であるヘ
ミセルロースの抽出方法。
【請求項４】特許請求の範囲第１〜３項のいずれかにお
いて、前記繊維質原料は、前記穀類または豆類の外皮か
ら澱粉質、蛋白質、脂質、無機質等を除去して調製され
たものであるヘミセルロースの抽出方法。
【請求項５】特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにお
いて、前記穀類もしくは豆類の外皮またはそれらから調
製された繊維質原料を130〜150℃の熱水中で処理するヘ
ミセルロースの抽出方法。
【請求項６】特許請求の範囲第１〜５項のいずれかにお
いて、前記穀類もしくは豆類の外皮またはそれらから調
製された繊維質原料を５〜10重量％の濃度で水中に懸濁
させて前記熱水処理を行なうヘミセルロースの抽出方
法。