JP2733330B2 - 高純度澱粉糖の製造方法 - Google Patents

高純度澱粉糖の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、澱粉糖の製造方法に関し、さらに詳しく
は、目的生成物であるグルコース等の澱粉糖の純度の高
い澱粉糖の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
澱粉糖とは、グルコース、マルトース、マルトオリゴ
糖等である。澱粉糖は、従来、澱粉を原料として酵素を
用いてバッチ法で工業的に製造されている。バッチ法で
得られる澱粉糖中に含まれているグルコース、マルトー
ス、マルトオリゴ糖等の目的生成物は約40〜95%程度で
あり、その他に副生成物としてデキストリン等を含む。
ところが、近年高純度の澱粉等の要求が高くなってい
る。そこで、副生成物を含有する澱粉糖を精製する方法
が提案されている。その中でも限界ろ過膜を用いる膜分
画法は、副生成物の分離効率が高いことから、有望視さ
れている〔例えば、特開昭52−57344号公報参照〕。
このような膜分画法では、分画した副生成物(デキス
トリン等)を含む還流液は、副製品として利用するか、
あるいは澱粉の利用率を上げる目的で、その一部を糖化
工程にフィードバックされるのが普通である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、原料として用いる澱粉液化液には、種々の
不純物が含まれている。そこで、膜分画法では、不純物
による膜の閉塞を防止する目的で、糖化工程終了後、膜
分画前に糖化液の精製を、プレコートフィルター、フィ
ルタープレス等のろ過装置により行う。ところが、前述
のように、副生成物(デキストリン等)を含む画分を糖
化工程にフィードバックすると、このフィードバック分
は、一度精製されているにもかかわらず、糖化工程後再
度ろ過に付されることになる。その経過、精製(ろ過)
工程における糖化液の処理量は多くなり、負担が大きく
なり、しかも、一度精製しているフィードバック分を再
度精製するのはいかにも効率が悪い。
澱粉液化液を糖化前に精製することも考えられるが、
澱粉液化液の特性上、比較的高温度でろ過をする必要が
あり、現在までのところそのような技術は開発されてい
ない。
そこで、本発明の目的は、膜分画法により、高純度の
澱粉糖を製造方法において、副生成物(デキストリン
等)を含む還流液を予備糖化工程にフィードバックする
にもかかわず、糖化液の精製(ろ過)工程における処理
量は、従来法と比べてわずかに増加するだけの、高純度
澱粉糖の製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、(a)澱粉液化液を予備糖化する工程、 (b)予備糖化して得た部分糖化液をろ過する工程、 (c)ろ過した部分糖化液を糖化して糖化液を得る主糖
化工程、 (d)得られた糖化液を膜分画に付して高純度澱粉糖含
有液と高分子デキストリンを主成分とする還流液とに分
画する工程、 (e)高分子デキストリンを主成分とする還流液を主糖
化工程にフィードバックする工程、及び (f)主糖化工程の酵素を含む糖化液の一部または高分
子デキストリンを主成分とする還流液の一部を予備糖化
工程にフィードバックする工程、 を含む高純度澱粉糖の製造方法に関する。
以下本発明にいついて詳細に説明する。
本発明の方法の第1の工程は、澱粉液化液を予備糖化
する工程である。
ここで用いる澱粉液化液は、従来の澱粉糖の製造に用
いられていたものと同じものでよい。例えば、馬鈴薯、
甘薯、トウモロコシ、キャッサバ糖の澱粉を精製し、酸
またはα−アミラーゼで液化することにより得られるも
のである。
予備糖化に用いる酵素は、澱粉糖生成酵素である。本
発明に用いる澱粉糖生成酵素(アミラーゼ)には、特に
限定はない。
グルコアミラーゼとしては、リゾプス属、アスペルギ
ルス属、ムコール属、ピリカラリア属等のカビ起源のも
のを主に用いることができる。特に、リゾプス・デレマ
ー起源のものが好適である。そのほかに、エンドマイセ
ス属、トリコデルマ属、サッカロミセス属などの酵母や
クロストリジウム・アセトブチリカムなどの細菌起源の
ものを用いることもできる。
マルトース生成アミラーゼとしては、大豆、麦芽等の
植物起源のβ−アミラーゼがある。さらに、バチルス・
ポリミキサ〔Bacills polymyxa,J.Robyt及びD.French,A
rch.Biochem.Biophys.104,338(1964)〕、バチルス・
セレウス〔Bacillus cereus,Y.タカサキ(Takasaki),A
gric.Biol.Chem.,40,1515−1523(1976)〕、シュード
モナス属菌〔Pseudomonas sp.S.Shinkeら,J.Ferment.Te
chnol.,53,693−698(1975)〕、ストレプトミセス・ヒ
グロスコピカス〔Streptomyces higroscopicus,Y.ヒダ
カ(Hidaka)ら,Starke.26,413(1974)〕、ストレプト
ミセス・プレコックス〔Streptomyces praecox,若生勝
男ら、澱粉科学,25,155(1978)〕等の微生物起源のマ
ルトース生成アミラーゼがある。
マルトトリオース生成アミラーゼとしては以下のもの
が挙げられる:若生勝男ら、澱粉科学、26、175(197
9)、スプレプトミセス・グリセウス(Spreptmyces gri
seus)起源のもの;高橋義幸、昭和58年度農芸化学大会
要旨集、p169(1983)、バチルス(Bacillus)属起源の
もの。
マルトテトラオース生成アミラーゼとしては以下のも
のが挙げられる:J.F.Robyt及びR.J.Ackerman:Arch.Bioc
hem.Biophys.,145,105(1971)、シュードモナス・スト
ッツェリ(Pseudomonas stutzeri)起源のもの。
マルトペンタオース生成アミラーゼとしては以下のも
のが挙げられる。:N.サイトウ(Saito)、Arch.Bioche
m.Biophys.,155,290(1973)、バチルス・リケニホルミ
ス(Bacillus lichniformis)起源のもの;小林ら、昭
和58年度日本澱粉学会大会要旨集、p301(1983);吉儀
ら、昭和59年度農芸化学大会要旨集、p584(1984)。
マルトヘキサオース生成アミラーゼとしては以下のも
のが挙げられる:K.カイヌマ(Kainuma)ら、FEBS Let
t.,26,281(1972)、クレブシェーラ・ニューモニア(K
lebsiella pneumoniae)起源のもの;J.F.Kennedy及びC.
A.White,Starke,31,93(1979);谷口ら、澱粉科学、2
9,107(1982);Y.タカサキ(Takasaki),Agric.Biol.Ch
em.,47,2193(1983〕。
予備糖化は、上記澱粉液化液に対し、後述の主糖化工
程からの還流液または高分子デキストリンを主成分とす
る還流液の一部に含まれる酵素を利用して、例えば40〜
60℃の温度で、pH4.0〜8.5で行う。本発明において特に
重要なことは、予備糖化を澱粉液化液の55℃における粘
度が5cp以下になるまで行うことである。澱粉液化液55
℃における粘度を5cp以下にすることにより、澱粉液化
液のろ過を従来の方法により実施することができるよう
になる。
ここで、このような経過を得るための予備糖化の条件
は、通常バッチ法で採用されいる程度の酵素使用量、例
えば、原料澱粉の固形分1g当たり1〜2IUの酵素を用い
て、短時間、例えば2時間程度で実施可能である。その
結果として、通常のバッチ法で完全に糖化するための糖
化槽に比べて1/10から1/20程度の非常に小さい予備糖化
槽で充分である。
予備糖化して、粘度が低下した部分糖化液は次いでろ
過される。ここで用いるろ過法は、従来糖化液をろ過す
るのに用いていた方法と同様のものである。例えば、プ
レコートフィルター、フィルタープレスを用いる方法で
ある。プレコートフィルターを用いる場合には、ろ過助
剤として例えばケイソウ土、パーライト、セルロース、
活性炭等を用い、40〜60℃の温度で行う。
また、予備糖化して得た部分糖化液のろ過は、例えば
特開昭59−49815号公報に記載されている装置、特に回
転ドラム式のろ過器を応用することにより効果的に実施
できる。
澱粉液化液の原料として用いられる馬鈴薯、甘薯、ト
ウモロコシ、キャッサバ等の澱粉には、タンパク質、そ
の他の含窒素物、ポリフェノール、各種塩類、タンニ
ン、脂肪が含まれている。例えば、タンパク質及び含窒
素物は、生成物と反応して着色物質を生成することがあ
る。澱粉液化液は、通常、原料澱粉に清水を加えたもの
を酸またはα−アミラーゼを用いて液化することにより
得られる。ところが、このようにして得られた澱粉液化
液は、少量であるが上記不純物を含む。そして、例え
ば、ポリフェノールは鉄と反応して分子量の大きい重合
物を作り、膜分画用の膜の細孔を詰まらせる。そこで、
これら残存する不純物は上記ろ過により除去される。
ここで、本発明の特徴の一つである「主糖化工程また
は後述の膜分離工程からの澱粉糖以外の糖(高分子デキ
ストリン)を主成分とする還流液の一部を予備糖化工程
にフィードバックするにもかかわらず、糖化液の精製
(ろ過)工程における処理量が従来法と比べてわずかに
増加するだけである」ことについて説明する。
後述のごとく主糖化工程の酵素濃度は通常のバッチ法
に比べて5〜10倍またはそれ以上にすることが可能であ
り、一方予備糖化工程における酵素濃度は前述のごとく
通常のバッチ法程度で実施可能である。従って、予備糖
化工程に供給される澱粉液化液に対して1/5〜1/10また
はそれ以下の還流液を混合することによって、通常のバ
ッチ法と同程度の酵素濃度が実現できる。この結果、予
備糖化液の精製(ろ過)工程の処理量は、液化液の量に
比べてわずかに増加するだけである。
次に、本発明においては、ろ過した部分糖化液を主糖
化工程においてさらに糖化させる。
本発明の主糖化工程では、酵素の添加量を従来の糖化
方法に比べて高くすることができる。通常のバッチ法で
は原料澱粉の固形分1g当たり1〜2IUの酵素を使用する
が、本発明においては、これを5〜10IUまたはそれ以上
とすることができる。これは、主糖化後の膜分画におい
て酵素は澱粉糖以外の画分に含まれ、主糖化工程に循環
され再利用されるからである。
その結果、本発明においては、通常のバッチ法に比べ
て、反応槽を大幅に小型化できるという利点がある。
尚、本発明においては、膜分画において澱粉糖以外の
還流液に含まれる酵素は、還流液ごと主に主糖化工程に
循環されるが、それ以外に、その一部または主糖化工程
の糖化液の一部(いずれも高濃度の酵素を含む)は予備
糖化に循環再利用する。それにより、酵素の利用率を高
めることができる。
尚、本発明の糖化工程(予備糖化及び主糖化)では、
澱粉糖生成酵素(アミラーゼ)の他に枝切り酵素を共存
させることが好ましい。
枝切り酵素とは、澱粉中のα−1,6−クルコシド結合
を加水分解する酵素である。そのようなものの例として
バチルス・アシドプルリティカス、クレブシュラ・ニュ
ーモニア等の微生物起源のプロラナーゼやシュードモナ
ス・アミロデラモナ、シトファーガ属微生物等が生産す
るイソアミラーゼを用いることができる。グルコース生
成アミラーゼではほとんどがpH4.0〜6.0、マルトオリゴ
糖生成アミラーゼではほとんどがpH5.0〜8.5の範囲に至
適pHを有するので、枝切り酵素も同様の安定かつ至適pH
範囲で用いることが好ましい。
枝切り酵素の使用量は、通常、澱粉糖生成酵素1IUに
対して1〜2IUである。但し、必要に応じてこの値を5
〜10IUの範囲にすることも可能である。枝切り酵素は、
澱粉糖生成酵素よりもかなり高価であるために、通常は
多量に用いることは経済的にできない。しかるに、前述
のように本発明の方法においては、酵素は、循環使用さ
れるために、失活した酵素の分だけを補給するればすむ
ので、このような高価な酵素であっても、多量に使用す
ることができる。
主糖化工程から得られた糖化液は、次いで膜分画に付
される。この膜分画には、限外ろ過膜が用いられる。目
的とするマルトオリゴ糖等の微分糖を高純度でしかも効
率良く得るために、1000〜10000の分画分子量を有する
限外ろ過膜を用いることが好ましい。尚、目的生成物に
要求される純度により、限外ろ過膜の分画分子量は適宜
調節することができる。
このようにして得られた澱粉糖は、高純度である。
膜分画において分画された澱粉糖以外のデキストリン
等を多く含む還流液は、主に主糖化工程に循環される。
但し、還流液の一部は、予備糖化工程へ循環させること
もできる。
〔発明の効果〕
本発明の膜分画法を用いる高純度の澱粉糖を製造方法
は、副生成物(デキストリン等)を含む還流液または主
糖化工程の一部を予備糖化工程にフィードバックするに
もかかわらず、糖化液の精製(ろ過)工程における処理
量は、従来法に比べてわずか増加するだけである。しか
も、得られる澱粉等は高純度である。
さらに、従来法では、酵素を使い捨てしていたため
に、酵素濃度を上げることは、経済的に不可能であった
が、本発明の製造方法においては、酵素を再利用できる
ために、酵素濃度を上げることが可能である。
以下本発明を実施例によりさらに説明する。
〔実施例〕
常法により得られたコーンスターチを原料として、α
−アミラーゼを用いて澱粉液化液(ブリックス濃度:3
0、DE:12.8、粗タンパク質含有量:0.202%、粗脂肪含有
量:0.127%)を得た。
この澱粉液化液を96ml/hrで300mlの予備糖化槽に供給
した。
一方、300mlの主糖化槽は、予め上記澱粉液化液にシ
ュードモナス・ストリッツェリ(Pseudomonas stutzer
i)起源のマルトテトラオース生成アミラーゼ(比活性8
0IU/mgタンパク質)を360IU(5.0IU/g−固形分)、枝切
り酵素であるシュードモナス・アミロデラモサ(Pseudo
monas amyloderamosa)起源のイソアミラーゼ720IU(1
0.0IU/g−固形分)を供給し、温度40℃、pH7.0で4時間
反応させて、主糖化槽中のマルトテトラオースが50.5%
である糖化液を得た。
先の澱粉液化液とともに、この糖化液を24ml/hrで予
備糖化槽に供給した。
予備糖化槽から流出する部分糖化液は、次いで、ろ過
面積が0.1m2を有する、ケンソウ土をろ過助剤とするプ
レコートフィルターに、120ml/hrで供給した。この部分
糖化液の55℃における粘度は、5cpであった。
プレコートフィルターから得られた部分糖化液は、前
述の主糖化槽に供給した。
主糖化槽から流出する糖化液は、50cm2のろ過面積を
有するクロス・フロー型限外ろ過装置(分画分子量200
0)に1000ml/hrで供給した。ろ過液として、製品澱粉糖
を96ml/hrで得た。一方、還流液は、主糖化槽に戻し
た。
予備糖化槽及び主糖化槽中の澱粉糖並びに製品澱粉糖
の組成を表1に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 治人 神奈川県横浜市保土ケ谷区東川島町63― 2 千代田化工上星川寮 (72)発明者 中久喜 輝夫 静岡県三島市加茂57番地 加茂グリーン ヒル7号 (72)発明者 吉田 雅浩 静岡県富士市今泉2954 日本食品化工株 式会社木ノ宮社宅 (72)発明者 大石 佳代子 静岡県静岡市安西1丁目36―3

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)澱粉液化液を予備糖化する工程、 (b)予備糖化して得た部分糖化液をろ過する工程、 (c)ろ過した部分糖化液を糖化して糖化液を得る主糖
    化工程、 (d)得られた糖化液を膜分画に付して高純度澱粉糖含
    有液と高分子デキストリンを主成分とする還流液とに分
    画する工程、 (e)高分子デキストリンを主成分とする還流液を主糖
    化工程にフィードバックする工程、及び (f)主糖化工程の酵素を含む糖化液の一部または高分
    子デキストリンを主成分とする還流液の一部を予備糖化
    工程にフィードバックする工程、 を含む高純度澱粉糖の製造方法。
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