JP3082104B2 - Ｌ−キシルロースの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｌ−キシルロースの製
造方法に関するものであり、更に詳細には、アルカリゲ
ネス属に属し、キシリトールからＬ−キシルロース産生
能を有する細菌を用いて、キシリトールからＬ−キシル
ロースを製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｌ−キシルロースは、ケトペントースに
分類される単糖類である。その製造方法は、例えば、有
機化学的手法としては、メソッズ イン カーボハイド
レイトケミストリー（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｃａｒｂ
ｏｈｙｄｒａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ）第１巻、第９８
乃至１０１頁（１９６２年）で、Ｌ−キシロースをピリ
ジンによって異性化させ、Ｌ−キシルロースが収率約１
５％で生成することが報告されている。

【０００３】また、微生物を用いる手法としては、アプ
ライド アンド エンビロンメンタル マイクロバイオ
ロジー（Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅ
ｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ）第４９巻、第１
５８乃至１６２頁（１９８５年）で、エルビニア・ウレ
ドボラ（Ｅｒｖｉｎｉａ ｕｒｅｄｏｖｏｒａ）の変異
株が、キシリトールからＬ−キシルロースを生成し、最
高収率が６４％に達することが報告されている。

【０００４】しかしながら、工業的に生産するには、収
率がなお不十分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、生化学工業が急
速に発達し、糖質化学の分野においても、新たな糖質の
開発が望まれている。Ｌ−キシルロースは、試薬として
少量市販されているものの、その大量製造方法が確立さ
れておらず、未だ、食品工業、医薬品工業、化学工業な
どの工業原料として使用されるに至っていない。

【０００６】Ｌ−キシルロースの新しい大量製造方法、
とりわけ、高収率で、工業実施の容易な製造方法の確立
が望まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、Ｌ−キシ
ルロースを生化学的手段により大量、安価に製造するこ
とを目的に鋭意研究した。

【０００８】その結果、アルカリゲネス属に属し、キシ
リトールからＬ−キシルロース産生能を有する細菌、キ
シリトールを含有する水溶液に接触させて、Ｌ−キシル
ロースを生成せしめ、これを採取することにより、容易
に、高収率でＬ−キシルロースを製造し得ることを見出
し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明において、キシリトール
からＬ−キシルロースを製造するのに使用される細菌
は、アルカリゲネス属に属し、キシリトールからＬ−キ
シルロース産生能を有する細菌である。その一例として
は、後に説明するアルカリゲネス・デニトリフィカンス
・サブスピーシーズ・キシロソキシダンス（Ａｌｃａｌ
ｉｇｅｎｅｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ ｓｕｂｓ
ｐ． ｘｙｌｏｓｏｘｙｄａｎｓ） ７０１Ａまたは、
これの変異株などが有利に利用できる。

【００１０】アルカリゲネス・デニトリフィカンス・サ
ブスピーシーズ・キシロソキシダンス ７０１Ａは、平
成２年１月１９日付で、工業技術院微生物工業技術研究
所に、微生物受託番号 ＦＥＲＭ ＢＰ−２７３５とし
て寄託されている。

【００１１】このアルカリゲネス・デニトリフィカンス
・サブスピーシーズ・キシロソキシダンス ７０１Ａ
（ＦＥＲＭ ＢＰ−２７３５）の菌学的性質を以下に記
載する。

【００１２】Ａ．採集地及び分離源 採集地 香川県木田郡三木町 分離源 土壌

【００１３】Ｂ．細胞の形態 （１）細胞の形及び大きさ 短桿菌 ０．８乃至０．９×１．２乃至１．３μｍ （２）細胞の多形性の有無 無 （３）運動性の有無 有 （４）鞭毛の有無 有 （５）胞子の有無 無 （６）グラム染色性 陰性 （７）抗酸性 無

【００１４】Ｃ．各培地における生育状況 （１）肉汁寒天平板培養（２８℃、２日） コロニーは、不透明な湿光を帯びた黄白色の円形で、表
面は平滑であり、半レンズ状の隆起をしている。周縁は
全縁で内容は均質である。色素は形成しない。 （２）肉汁ゼラチン穿刺培養（２０℃および２８℃、５
日） 培地表面に穿刺部を中心にコロニーが形成され、液化し
ない。

【００１５】Ｄ．生理学的性質 （１）硝酸塩の還元 陽性 （２）脱窒反応 陽性 （３）ＭＲテスト 陽性 （４）ＶＰテスト 陰性 （５）インドールの生成 陰性 （６）硫化水素の生成 陽性 （７）デンプンの加水分解 陰性 （８）クエン酸の利用 陽性 （９）色素の生成 生成せず （１０）ウレアーゼ 陽性 （１１）オキシダーゼ 陽性 （１２）カタラーゼ 陽性 （１３）生育の範囲 生育ｐＨ ５乃至９ 生育温度 ２０乃至３７℃ （１４）酸素に対する態度 好気性 （１５）Ｏ−Ｆテスト 糖（グルコース）を好気低条件下でのみ酸化する。 （１６）糖類から酸の生成 Ｌ−アラビノース ＋ Ｄ−キシロース ＋ Ｄ−グルコース ＋ Ｄ−マンノース ＋ Ｄ−フラクトース ＋ Ｄ−ガラクトース ＋ マルトース − ショ糖 − 乳糖 − トレハロース − Ｄ−ソルビトール − Ｄ−マンニトール − Ｄ−ガラクチトール − イノシトール ＋ グリセロール ＋ （１７）炭素源の資化性 Ｄ−グルコース ＋ Ｄ−キシロース ＋ Ｄ−ソルビトール ＋ Ｄ−フラクトース ＋ 酢酸 ＋

【００１６】本菌株は、上述の菌学的性質から、ウィリ
アムズ・アンド・ウィルキンズ（Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＆
Ｗｉｌｋｉｎｓ）社、バージーズ・マニュアル・オブ
・システマティック・バクテリオロジー（Ｂｅｒｇｅ
ｙ’ｓ Ｍａｎｕａｌ ｏｆＳｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｂ
ａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ）、第１巻（１９８４年）に準
じて分類すれば、グラム陰性、好気性の短桿菌であり、
胞子を形成せず、運動性あり、色素を生成せず、また、
カタラーゼおよびオキシダーゼが陽性であることからク
ロモバクテリウム・リビダム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍｌｉｖｉｄｕｍ）あるいはアルカリゲネス（Ａ
ｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）の可能性が考えられる。

【００１７】しかし、本菌株は嫌気的条件下で硝酸塩に
生育できることから、アルカリゲネス・デニトリフィカ
ンス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃ
ａｎｓ）に属すると考えられる。

【００１８】Ｄ−グルコース、Ｄ−キシロース、酢酸塩
に生育すること、Ｄ−グルコース、Ｄ−キシロースなど
の糖から酸を生成することから、アルカリゲネス・デニ
トリフィカンス・サブスピーシーズ・キシロソキシダン
ス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎ
ｓ ｓｕｂｓｐ． ｘｙｌｏｓｏｘｙｄａｎｓ）と同定
され、アルカリゲネス・デニトリフィカンス・サブスピ
ーシーズ・キシロソキシダンス ７０１Ａと命名され
た。

【００１９】本発明でいう、アルカリゲネス属に属し、
キシリトールからＬ−キシルロース産生能を有する細菌
を、キシリトールを含有する水溶液に接触させてＬ−キ
シルロースを生成せしめ、これを採取するとは、キシリ
トールからＬ−キシルロース産生能を有する、例えば、
アルカリゲネス・デニトリフィカンス・サブスピーシー
ズ・キシロソキシダンス ７０１Ａ（ＦＥＲＭ ＢＰ−
２７３５）、または、この変異株などの細菌を、Ｌ−ソ
ルボース、Ｄ−タリトール、Ｄ−ガラクチトールおよび
Ｄ−グルコースなどから選ばれる一種以上の炭素源を含
有する栄養培地で、振盪、通気撹拌などの好気的条件下
で培養し、この培養液中にキシリトールを共存させるこ
とにより、培養液中にＬ−キシルロースを生成せしめ、
これを採取するか、または、Ｌ−ソルボース、Ｄ−タリ
トール、Ｄ−ガラクチトールおよびＤ−グルコースなど
から選ばれる一種以上の炭素源を含有する栄養培地で培
養した後、得られる細菌（生菌体）をキシリトールを含
有する水溶液と接触させ、キシリトールをＬ−キシルロ
ースに変換させ、望ましくは、振盪、通気撹拌、酸素の
圧入などの好気的条件下で変換させ、生成するＬ−キシ
ルロースを採取すればよい。

【００２０】培養方法としては、アルカリゲネス属に属
する細菌が必要とする栄養源、例えば、炭素源、窒素
源、無機塩などを含有する培地、望ましくは、微酸性乃
至微アルカリ性の液体培地に、キシリトールからＬ−キ
シルロース産生能を有する細菌を植菌し、温度約２０乃
至３５℃で、１乃至１５日間好気的条件下で培養すれば
よい。

【００２１】とりわけ、Ｌ−ソルボース、Ｄ−タリトー
ル、Ｄ−ガラクチトールおよびＤ−グルコースなどから
選ばれる一種以上の炭素源とともに各種栄養源を含有す
る液体培地で好気的に培養するのが望ましい。

【００２２】前述のような培養方法によって得られた細
菌（生菌体）を、キシリトールを含有する水溶液と接
触、望ましくは、好気的条件下で接触させ、Ｌ−キシル
ロースに変換させることができる。

【００２３】この変換に用いられる細菌は、培養液から
分離された生菌体そのままの状態に限る必要はなく、例
えば、生菌体を中性乃至微酸性下でトルエン２，４−ジ
イソシアネートなどのジイソシアネート化合物や、グル
タールアルデヒドなどのジアルデヒド化合物で処理した
細菌、半透膜製のホローファイバーに封入した細菌、寒
天、ゼラチン、アルギン酸塩などで包括し、ビーズ状、
シート状などの各種形状に固定化した細菌などとして、
キシリトールからＬ−キシルロースへの変換に、繰り返
し利用することも好都合である。

【００２４】以上述べた各種の方法により生成、蓄積し
たＬ−キシルロースを含有する水溶液は、適当な分離方
法、例えば、遠心分離、濾過などの方法によって細菌と
分離され、採取される。

【００２５】得られたＬ−キシルロース液は、必要によ
り、例えば、硫安塩析、水酸化亜鉛吸着などによる除蛋
白、活性炭吸着による脱色、Ｈ型、ＯＨ型イオン交換樹
脂による脱塩などの方法で精製し、濃縮してシラップ状
のＬ−キシルロース製品を採取することができる。

【００２６】また、更に、イオン交換樹脂を用いるカラ
ムクロマトグラフィー、例えばダウケミカル社製造の商
品名ダウエックス５０Ｗ−ＸＡ、ダウエックスＷＧＲ、
東京有機化学工業株式会社製造の商品名アンバーライト
ＸＴ−１００８、アンバーライトＩＲＡ４７、三菱化成
工業株式会社製造の商品名ダイヤイオンＳＫ１０６、ダ
イヤイオンＷＡ１１などを用いるカラムクロマトグラフ
ィーで分画、精製することにより９９％以上の高純度の
標品も容易に得ることができる。

【００２７】このようにして製造されるＬ−キシルロー
スは、通常、キシリトールに対し約７０Ｗ／Ｗ％以上の
高収率で得られ、大量、安価に供給する工業的製造方法
として好適である。

【００２８】従って、Ｌ−キシルロースの用途も、従来
のように試薬用途に限定されることなく、食品工業、医
薬品工業、化学工業などの原料、中間体などとして自由
に利用できる。

【００２９】以下、実施例について述べる。

【００３０】

【実施例１】硫酸アンモニウム０．２６Ｗ／Ｖ％、リン
酸一カリウム０．２４Ｗ／Ｖ％、リン酸二カリウム０．
５６Ｗ／Ｖ％、硫酸マグネシウム・７水塩０．０１Ｗ／
Ｖ％、酵母エキス０．０５Ｗ／Ｖ％、Ｌ−ソルボース２
Ｗ／Ｖ％及び脱イオン水からなる減菌した培養液１００
ミリリットルずつを５００ミリリットル容振盪フラスコ
２０本にとり、アルカリゲネス・デニトリフィカンス・
サブスピーシーズ・キシロソキシダンス ７０１Ａ（Ｆ
ＥＲＭ ＢＰ−２７３５）を１白金耳ずっ植菌し、３０
℃で２日間振盪培養した。

【００３１】培養後、遠心分離により集菌し、得られた
生菌体約２０ｇをキシリトール２Ｗ／Ｖ％を含有する
０．０５Ｍリン酸塩緩衝液（ＰＨ７．０）１リットルに
加え混合し、この混合液約１００ミリリットルずつを５
００ミリリットル容振盪フラスコに分注し、３０℃２日
間振盪し、キシリトールをＬ−キシルロースに変換させ
た。

【００３２】次いで遠心分離して細菌を除去した。

【００３３】得られた上清に２５Ｗ／Ｖ％硫酸亜鉛を１
／１０容加えｐＨ７．６に調整し、遠心分離して上清を
採取したこの上清を、常法に従って、活性炭を用いて脱
色し、次いで、Ｈ型イオン交換樹脂（三菱化成工業株式
会社製造、商品名、ダイヤイオンＳＫ１Ｂ）およびＯＨ
型イオン交換樹脂（三菱化成工業株式会社製造、商品
名、ダイヤイオンＷＡ３０）を用いて脱塩し、減圧濃縮
して濃度約９０％の透明なシラップを得た。

【００３４】Ｌ−キシルロースのキシリトールに対する
収率は、固形物当り約７５％であった。

【００３５】このようにして得られた製品を同定するた
め、市販している標準試薬と、その理化学的性質を比較
実験した。

【００３６】この実験においては、本発明の方法で得ら
れたＬ−キシルロースを本製品と呼ぶ。

【００３７】（１）高速液体クロマトグラフィーによる
分析 本製品を高速液体クロマトグラフィー（日本分光工業社
製８８０−ＰＵ；カラム、日立製作所ＧＬ−Ｃ６１１；
溶離液、１０^−４Ｍ水酸化ナトリウム、６０℃；流速、
１ミリリットル／ｍｉｎ；検出、島津製作所ＲＩＤ−６
Ａ）で分析したところ、その溶出位置は、標準のＬ−リ
ブロース、Ｄ−リブロースなどのケトペントースとは異
り、標準Ｌ−キシルロースと同一の１９．１分であっ
た。

【００３８】（２）還元生成物の確認 水素化ホウ素ナトリウムによる還元によって生成するポ
リオールを確認した。

【００３９】すなわち、本製品を水素化ホウ素ナトリウ
ムによって還元し、イオン交換樹脂による脱塩、さらに
残留するホウ酸をメタノール共存下での減圧濃縮によっ
て除去した。

【００４０】このようにして得られたポリオールを、イ
オン交換クロマトグラフィーによって二種のポリオール
に分離精製し、減圧濃縮して、それぞれのポリオール結
晶を得た。

【００４１】これらポリオール結晶の赤外線吸収スペク
トルを測定し、標準キシリトールおよび標準Ｌ−アラピ
トールのそれと比較した。

【００４２】その結果、本製品から還元生成した一方の
ポリオールの赤外線吸収スペクトルは、標準キシリトー
ルのそれとよく一致し、他方のポリオールの赤外線吸収
スペクトルは、標準Ｌ−アラビトールのそれとよく一致
した。

【００４３】（３）Ｄ−リボース・イソメラーゼによる
確認 本発明者等がジャーナル・オブ・バイオロジカル・ケミ
ストリー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）第２５０巻、第８０８５乃至
８０８７頁（１９７５年）で報告したように、Ｄ−リボ
ース・イソメラーゼ（ＥＣ ５．３．１．２３）は、Ｌ
−キシルロース作用するものの、Ｄ−キシルロースには
作用しないことが明かになっている。

【００４４】本文献記載の方法に準じて、Ｄ−リボース
・イソメラーゼを本製品とＤ−キシルロースとに作用さ
せたところ、本製品は、標準Ｄ−キシルロースの場合と
は違って、Ｄ−リボース・イソメラーゼの作用をよく受
けることが判明した。

【００４５】（４）比旋光度の測定

【００４６】以上の結果から明らかなように、本発明の
方法で得られた本製品は、Ｌ−キシルロースであると判
断される。

【００４７】本製品は、希少糖質としての試薬のみなら
ず、食品工業、医薬品工業、化学工業などの原料、中間
体などとしても有利に利用できる。

【００４８】

【実施例２】実施例１の培養液のうち、Ｌ−ソルボース
２Ｗ／Ｖ％を、Ｌ−ソルボース１Ｗ／Ｖ％およびキシリ
トール１Ｗ／Ｖ％に置き換えた以外は、実施例１と同組
成の培養液１５リットルを３０リットル容ジャーファー
メンター２基にとり、１２０℃で２０分間滅菌した後、
３０℃に冷却し、これに、同組成の培養液に３０℃で１
日間振盪培養したアルカリゲネス・デニトリフィカンス
・サブスピーシーズ・キシロソキシダンス ７０１Ａ
（ＦＥＲＭ ＢＰ−２７３５）の種培養液を１Ｗ／Ｖ％
植菌し、３０℃で２日間通気撹拌培養して、Ｌ−ソルボ
ースを消費し、キシリトールをＬ−キシルロースに変換
させ、次いで遠心分離して菌体と上清とに分離し、得ら
れた上清を実施例１の方法に準じて、活性炭、イオン交
換樹脂を用いて脱塩し、濃縮した後、カラムクロマトグ
ラフィーによって精製、濃縮してＬ−キシルロースシラ
ップを採取した。

【００４９】Ｌ−キシルロースのキシリトールに対する
収率は、固形物当り約９０％であった。

【００５０】本製品の理化学的性質も、実施例１の場合
と同様に、標準Ｌ−キシルロースとよく一致した。

【００５１】本製品は、希少糖質としての試薬のみなら
ず、食品工業、医薬品工業、化学工業などの原料、中間
体などとしても有利に利用できる。

【００５２】

【発明の効果】本文で述べたごとく、本発明は、従来収
率の低かったＬ−キシルロースを、生化学的方法により
容易に高収率製造する方法を確立するものである。

【００５３】特に、アルカリゲネス属に属する微生物を
用いて、キシリトールという安価な糖アルコールを原料
としてＬ−キシルロースを高収率で生産できることを見
出したことは、Ｌ−キシルロースの製造方法にとって、
極めて有利である。

【００５４】従って、本発明の方法は、Ｌ−キシルロー
スの工業的製造方法として好適であり、大量、安価な供
給を可能にし、希少糖質としての試薬用途のみならず、
従来予想すらできなかった食品工業、医薬品工業、化学
工業などの原料、中間体などへの用途を可能にするもの
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ１２Ｒ 1:05）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルカリゲネス属に属し、キシリトール
   からＬ−キシルロース産生能を有する細菌を、キシリト
   ールを含有する水溶液に接触させてＬ−キシルロースを
   生成せしめ、これを採取することを特徴とするＬ−キシ
   ルロースの製造方法。
2. 【請求項２】 アルカリゲネス属に属する細菌が、アル
   カリゲネス・デニトリフィカンス・サブスピーシーズ・
   キシロソキシダンス ７０１Ａ（ＦＥＲＭＢＰ−２７３
   ５）であることを特徴とする請求項１記載のＬ−キシル
   ロースの製造方法。
3. 【請求項３】 アルカリゲネス属に属する細菌、アルカ
   リゲネス・デニトリフィカンス・サブスピーシーズ・キ
   シロソキシダンス（ＦＥＲＭ ＢＰ−２７３５）、また
   は、その変異株。