JP2746327B2 - サイクロデキストリンの製造方法 - Google Patents

サイクロデキストリンの製造方法

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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、医薬、農薬、食品工業などの分野での不安
定な物質の安定化、不溶性物質の可溶化などに利用され
ているサイクロデキストリンの製造方法関する。
〔従来の技術〕
サイクロデキストリンとは、グルコース分子が6個以
上α−1,4−グルコシド結合した環状多糖である。
これまでにグルコース単位6個のα−サイクロデキス
トリン、7個のβ−サイクロデキストリン、8個のγ−
サイクロデキストリン、9個のδ−サイクロデキストリ
ンおよびグルコースまたはそれ以上のα−1,4グルカン
が環についた分岐サイクロデキストリンが知られてい
る。
ここで、従来のサイクロデキストリンの製造方法とし
ては、澱粉を予め加熱糊化もしくは酸や澱粉加水分解酵
素(例えば液化型のα−アミラーゼ等)と澱粉の混合物
を加熱・液化した澱粉溶液を使用する為、前者において
は5%W/V以上では高粘度となる為酵素の均一な分散が
難しく、後者においてはサイクロデキストリンの収率を
上げる為に液化液のD.E.(Dextrose Equivalent)を15
以下、好ましくは5〜10とする軽度の液化液を用いるこ
と(特公昭46−2380号)が提示されている。また、澱粉
にサイクロデキストリン生成酵素を作用させて液化処理
することにより、液化液のD.E.を上昇させることなく低
粘度液化液を得、かつサイクロデキストリンの収率のよ
い方法が出され(特開昭52−25043号)、20%W/V以上に
おける高濃度基質条件下でのサイクロデキストリンの製
造法が発表されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の特公昭46−2380号公報記載の方
法は軽度の液化液が経時的な増粘及び老化をきたす欠点
があり、澱粉濃度は10%W/V前後にしか上げることがで
きず、この難点を克服した特開昭52−25043号公報記載
の方法は画期的であったが、特公昭46−2380号公報記載
の方法も、特開昭52−25043号公報記載の方法も、澱粉
の糊液もしくは液化液にサイクロデキストリン生成酵素
を作用させてサイクロデキストリンを製造する反応条件
において最大のサイクロデキストリン生成量を与える反
応時間は20〜48時間と非常に長いものであった。
そこで、本発明は従来の方法に比し20%W/V以上の高
濃度基質条件下で短時間にかつ効率よくサイクロデキス
トリンを製造せしめる方法を新たに提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明は澱粉にサイクロデキ
ストリン生成酵素を作用させてサイクロデキストリンを
製造する方法であって、澱粉として膨潤状態の架橋澱粉
を用いた不均一溶液系でサイクロデキストリン生成酵素
を分割添加を施して成るサイクロデキストリンの製造方
法を提供する。
また、上記架橋澱粉は未化工澱粉、又は化工澱粉に架
橋剤を用いて製造してなるものである。
以下、本発明につき、更に、詳しく説明する。
本発明において架橋澱粉の原料としては未化工及び化
工澱粉を使用することができる。未化工澱粉の一例をあ
げればトウモロコシ澱粉、コムギ澱粉、コメ澱粉などの
地上澱粉、及びバレイショ澱粉、タピオカ澱粉、カンシ
ョ澱粉などの地下澱粉を挙げることができ、化工澱粉に
おいては鉱酸によって処理された酸処理澱粉、次亜塩素
酸ナトリウムに代表される酸化剤によって処理された酸
化澱粉、過ヨウ素酸を反応させたジアルデヒド澱粉、酢
酸、無水酢酸に代表される試薬で処理されたエステル化
澱粉である酢酸澱粉、モノクロール酢酸を反応させたカ
ルボキシメチル澱粉、オキシ塩化リン、無水リン酸、ト
リメタリン酸塩に代表される試薬で処理されたリン酸澱
粉、無機酸の作用によって得られる澱粉無機酸エステ
ル、エチレンオキシドで代表されるアルキレンオキシド
との反応によって得られるエーテル化澱粉であるヒドロ
キシエチル澱粉、2−ジエチルアミルエチルクロリドで
代表される試薬を用いたカチオン澱粉、ハロゲン化アル
キルで処理されたアルキルエーテル化澱粉、アルファー
化澱粉、分別アミロース、アミロペクチン、α−アミラ
ーゼに代表される酵素によって処理された酵素変性澱粉
等を挙げることができる。[澱粉科学ハンドブック、二
國二郎監修、中村道徳、鈴木繁男編集、朝倉書店、1977
年] また本発明において架橋澱粉を調製する際の架橋剤と
は、澱粉(未化工又は化工)に含有される官能基に対し
て反応活性な基を2個以上1分子中に有する多価官能性
試薬を意味する。
多価官能性試薬は1分子中に含まれる2個以上の反応
活性基の種類が同一であるホモ多価官能性試薬及びこれ
が異なるヘテロ多価官能性試薬に分類されるが、本発明
においてはいずれも用い得る。なお、多価官能性試薬の
うち、1分子中の官能基数が2個の2官能性試薬が多く
知られているが、本発明においては何らこれだけに制限
されるものではない。
例えば具体的には、エピクロルヒドリン、ジクロル酢
酸、ビニルスルフォン酸、塩化シアヌル、無水酢酸/2も
しくは3塩基性カルボン酸混合物、ジエポキシ化合物
(エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチ
レングリコール、ポリグリシジルエーテル等)、N,N−
メチレンビスアクリルアミド、オキシ塩化リン、トリメ
タリン酸塩等が挙げられる。
本発明においては、これら架橋澱粉溶液を温水、熱水
又は水蒸気によって間接的にもしくは直接的に加熱する
ことによって膨潤状態にしたもの、もしくは水酸化ナト
リウム等に代表されるアルカリ溶液を添加することによ
って膨潤状態にしたものが用いられる。
ここに述べる膨潤状態とは、粒構造は破壊されておら
ず、なおかつ偏光顕微鏡観察下においてその粒子の偏光
十字が消失している状態をさしている。
架橋澱粉の膨潤状態は、架橋度及び膨潤処理条件(加
熱方法、基質濃度、温度、pH、時間等)に大きく依存す
る為、目的に応じて架橋澱粉の架橋度及び膨潤処理条件
を選定すべきである。
本発明においては、通常基質濃度10%W/V以上、pH5〜
9、70〜120℃、1〜15分の加熱処理を行い、この条件
下で膨潤状態となる架橋澱粉を用いる。この架橋澱粉の
架橋度は通常100無水グルコース単位(A.G.U.)当り0.0
5以上のものが使用される。
サイクロデキストリン生成酵素としては既知のものが
任意に使用でき、バチルス・マセランス、アルカリ性バ
チルス属#1011(微工研菌寄第8685号)の生産する酵素
が知られている。
本発明において、サイクロデキストリンの生成量は基
質濃度、酵素の濃度、分割添加度、反応pH、時間、温度
等の影響をうけるので目的に応じて最大のサイクロデキ
ストリン生成量となるよう適当な反応条件を選定すべき
である。
本発明においては通常、20%W/V、pH5〜10、40〜60℃
の温度でサイクロデキストリン生成酵素を数回に別けた
分割添加(各添加1時間反応)反応を行う。
本発明において、基質として膨潤状態の架橋澱粉を用
いた不均一溶液系とは、濃度10%W/Vの基質溶液を40℃
〜60℃、2時間〜4時間撹拌を行いそのB型粘度が10セ
ンチポイズ(cps)以下の条件下、且つ、静置後1時間
以上の条件下で澱粉と水の相分離を生起させうる溶液系
を意味する。
〔作 用〕
未化工澱粉、又は、化工澱粉は、単糖、又は二糖が縮
合重合をして重合体となっているものであるが、−OH基
(ヒドロキシル基)、−COOCH3基(メチル−カルボキシ
ル基)、−NHCOCH3基(アセチル−イミノ基)、−COOH
基(カルボキシル基)、−CH2OH基(メチロール基)等
々の官能基を各単糖、又は、二糖が有しているわけであ
るが、反応活性な官能基を2個以上1分子中に有する多
価官能性試薬としての架橋剤を作用させれば、架橋剤の
反応活性な官能基2個以上と未化工澱粉、又は、化工澱
粉の官能基2個以上が互いに、縮合反応や付が縮合反応
を起こし、共有結合で結ばれ、これが上記未化工澱粉、
又は、化工澱粉という高分子のいたる所で起こるので、
機械的な破壊力、熱、アルカリ、酸、等々に対してある
程度強くなる。
一方、こうして得られた架橋澱粉を溶かした溶液を温
水、熱水、又は、水蒸気によって間接的にもしくは直接
的に加熱、あるいは、水酸化ナトリウムに代表されるア
ルカリ溶液を添加すれば、前者の場合、架橋澱粉の結晶
では、グルコース残基の水酸基間の水素結合によってミ
セルを形成しているが、ミセル部分の水素結合が不安定
となり、ミセル間隙に水の浸入が可能となり、多量に水
を取り込んで、数十倍に膨潤し、後者の場合もOH-イオ
ンの作用でミセル部分の水素結合が不安定となり、ミセ
ル間隙に水の浸入が可能となり、多量にアルカリ溶液を
取り込んで数十倍に膨潤する。これは糊化(gelatiniza
tion)が不完成に起こったといい、架橋澱粉の結晶構造
は破壊されるが、微粒構造は残り偏光顕微鏡下の観察で
偏光十字が消失していること、ブラベンダーアミログラ
フ(Brabender amylograph)アミログラム(amylogra
m)の粘度の若干の上昇、X線回折図のハロー(halo)
が不完全に消失してややぼんやりした図形(Verkleeste
rung spektrum)になることによっても確かめられる。
また、前述した不均一溶液系中にサイクロデキストリ
ン生成酵素(バチルス・マセランス等が生成)を前述し
たサイクロデキストリン生成条件で施せば、前記膨潤澱
粉の物性により、また、サイクロデキストリン生成酵素
に対する基質としての反応性が増大し、その結果短時間
で、且つ、効率的にサイクロデキストリンが生成され
る。基質の濃度、分割添加度、反応pH、時間、温度等の
様々な条件が、酵素としてのサイクロデキストリン生成
酵素、基質としての膨潤状態の架橋澱粉の二者の酵素反
応がすみやかに行われるための副次的条件として具体的
には前述した条件にすれば短時間で、且つ、効率的にサ
イクロデキストリンが生成される。
〔発明の効果〕
本発明により、医薬、農薬、食品工業などの分野での
不安定な物質の安定化、不溶性物質の可溶化などに利用
されているサイクロデキストリンを従来の方法に比べ生
産量を10%以上も上昇させ、かつ反応時間を1/4〜1/12
に短縮せしめて製造する方法が確立された。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。但し、
本発明はこれらの実施例により限定されるのもでない。
実施例1 A.架橋澱粉の調製 トウモロコシ澱粉を原料とし架橋剤としてエピクロル
ヒドリンを0.8%添加し公知の反応条件に従って架橋澱
粉を調製した。この架橋度は100無水グルコース単位当
り0.5であった。この架橋澱粉を25%W/V濃度pH7に調製
し、オートクレーブによる加熱処理(120℃、2分間)
を行った。50℃に冷却後、一部を10%W/Vに希釈し、粘
度を測定すると7.5cpsでD.E.は0.1以下であった。更に
溶液を1時間静置すると澱粉と水の相分離が観察され
た。また沈降した澱粉を偏光顕微鏡で観察したところ粒
構造は維持していたが、偏光十字は消失していた。
B.サイクロデキストリン生成酵素の調製 アルカリ性バチルス属#1011(微工研菌寄第8685号)
をポリペプトン1.0%、酵母エキス0.5%、可溶性澱粉1.
5%、K2HPO4 0.1%、MgSO4・7H2O 0.02%、Na2CO3 1%
を含む培地で37℃、48時間好気的に培養し、菌体及び不
溶物を遠心分離して除いた上清液に30%濃度になるよう
硫安を加え、更に澱粉を加えてサイクロデキストリン生
成酵素を澱粉に吸着させた。この澱粉に吸着した酵素を
pH6の50mM酢酸緩衝液にて37℃、1時間撹拌することに
よって溶出させる。溶出した酵素を限外ロ過膜装置(ア
ミコン社製)にて濃縮し、10000単位/mlの粗酵素液を得
た。
ここで1単位とは下記の酵素反応条件下で1mgのCDを
生成するのに必要な酵素量とした。
2%の可溶性澱粉2mlに対して酵素液0.1ml添加し、pH
7、50℃、30分間反応によって生じたCDの量を公知の方
法、例えばグルコアミラーゼ処理後高速液体クロマトグ
ラフィーによる方法にて定量する。
Aで調製した膨潤状態の架橋澱粉溶液を50℃、pH7に
調整後、Bにて調製したサイクロデキストリン生成酵素
を澱粉1gに対し400単位添加し1時間反応させた。続い
て同添加・反応操作を3回行い、反応液を沸騰水中10分
間保持してサイクロデキストリン生成酵素を失活させた
後グルコアミラーゼ(フナコシ薬品)で処理し、反応液
中のサイクロデキストリン生成量を高速液体クロマトグ
ラフ法により測定した。
比較例1 25%W/Vのトウモロコシ澱粉溶液をCa(OH)でpH7に
調整後、液化型α−アミラーゼ(ターマミル60L、ノボ
社製)を0.04%(対澱粉)添加し、ジェットクッカーで
液化後(105℃、30分間)更に130℃で10分間加熱し、α
−アミラーゼを失活させ、D.E.5.0の液化液を得た。
(その液化液の10%W/Vの希釈後の粘度は50℃で5cpsで
あった。)ついでこの液化液を50℃に冷却し、サイクロ
デキストリン生成酵素を澱粉1g当り1600単位添加し、24
時間反応させ、生成したサイクロデキストリン量を測定
した。
比較例2 Aで調製した架橋澱粉を25%W/V濃度(pH7、50℃)と
して実施例と同様サイクロデキストリン生成酵素を4分
割添加した。なお本10%W/V濃度、50℃での粘度は5cps
以下であった。
比較例3 トウモロコシ澱粉を10%W/V濃度(pH7)として5分間
で25℃から72℃に撹拌下加熱・膨潤させ72℃到達直後す
ぐ30℃に希釈・冷却した。その溶液を遠心分離(5000rp
m、5分)し、25%W/V濃度の膨潤状態のトウモロコシ澱
粉溶液を得た。この溶液を10%W/Vに希釈後50℃で粘度
を測定した所1000cps以上であった。実施例1と同様に
サイクロデキストリン生成酵素を添加したが、非常に高
い粘度の為酵素添加時の撹拌が困難であった。結果を第
1表に示す。
このように膨潤状態の架橋澱粉を用いた基質溶液にサ
イクロデキストリン生成酵素を分割添加した場合、従来
法に比べ最大サイクロデキストリン生成量も増大し反応
時間も1/6に短縮されることが判明した。
実施例2 A.架橋澱粉の調製 酢酸エステル化バレイショ澱粉(王子ナショナル社
製)原料として架橋剤としてオキシ塩化リンを1%添加
し、公知の方法に従って架橋化反応を行った。得られた
架橋澱粉の架橋度は100無水グルコース単位当り0.5であ
った。
この架橋澱粉を25%W/V濃度に調製し、沸騰浴中100
℃、5分間加熱処理を行った。50℃に冷却後の粘度は7.
0cps(10%W/V)であった。また澱粉を偏光顕微鏡で観
察したところ粒構造は破壊されてなく、偏光十字は消失
していた。
Aにて調製した膨潤状態の架橋澱粉を用いて実施例1.
Bで得たサイクロデキストリン生成酵素を4分割添加
(添加1回につき、澱粉1g当り400単位添加、各添加1
時間反応)し、実施例1と同様に行い生成したサイクロ
デキストリン生成量を測定した。なお比較例4として、
上記実施例2と同じ膨潤状態の架橋澱粉を基質として用
い、サイクロデキストリン生成酵素を澱粉1g当り1600単
位一括添加し、サイクロデキストリンの生成量を測定し
た。その結果を第2表に示した。
このように本実施例において、膨潤状態の架橋澱粉に
サイクロデキストリン生成酵素を分割添加することによ
って効率よく、しかも短時間にサイクロデキストリンを
生成できることが判明した。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】澱粉にサイクロデキストリン生成酵素を作
    用させてサイクロデキストリンを製造する方法におい
    て、澱粉として膨潤状態の架橋澱粉を用いサイクロデキ
    ストリン生成酵素を用いた不均一溶液系中でサイクロデ
    キストリン生成酵素を分割添加を施して成るサイクロデ
    キストリンの製造方法。
  2. 【請求項2】架橋澱粉が未化工澱粉又は化工澱粉に架橋
    剤を用いて製造して成るものである請求項1記載のサイ
    クロデキストリンの製造方法。
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