JP3616230B2 - 酵素転換デンプンの調製のための高固形分単相工程 - Google Patents
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Description
酵素転換は一般にバッチ式又は連続式スラリー工程で実施される。一般に、「高固形分」酵素スラリーは約18〜35重量%の固形分を含む。この転換は自然デンプンの高粘度が達せられず、且つ撹拌が高固形分混合物において保たれうるようになるため、顆粒デンプンの加熱の際に(それを糊化するために)実施される。酵素転換の完了後、酵素を失活させる。転換酵素は往々にして使用前に希釈される。
【0002】
酵素転換又は酸及び酵素転換を包括するいくつかの特許を以下に説明する。
【0003】
米国特許第2,609,326号(W.W. Pigman ら,1952年9月2日に特許)は、デンプンを強い撹拌及び剪断にかけながら熱湯の中でデンプン顆粒を迅速に糊化及び分散し、デンプン分子を大型フラグメントへと加水分解する能力を特徴とするデンプン液化アミラーゼにより高温においてこの糊化及び分散化デンプンを直ちに転換し、酵素を失活させ、そして直ちにこの酵素転換デンプンを乾燥させることを開示する。
【0004】
米国特許第3,560,343号(F.C. Armbruster ら, 1971年2月2日特許)は、デンプンを15未満のD.E.に酸加水分解し、次いで細菌性アルファーアミラーゼにより10〜25のDEに転換する工程を開示する。
【0005】
日本第46−14706号(1971年4月20日公開)は、膨潤はするが、冷水に溶けず、そして粘度の低下した顆粒状転換デンプンを調製するための連続工程を開示する。pHを5〜7に調節するためのバッファーを含む40〜60%の水分含量を有するデンプンアルファーアミラーゼ混合物を、室温にて、又は糊化温度以下の温度において数時間にわたり硬化させ、その後70〜150℃に保ったデンプンドライヤーの中に入れる。乾燥中、その温度及び水分含量はデンプンの加水分解のために適切なものに変わる。加水分解、加水分解デンプンの乾燥及び残留酵素の不活性化が70〜150℃での加熱の際に同時に起こる。液状タイプのアミラーゼは70〜90℃において最強の加水分解活性を示すが、高温(即ち、90℃以上)では、水分含量が35%を超えていると、デンプンは加水分解活性を受けるが、同時に糊化してしまい、そして混合物の水分含量が30%未満だと、デンプンの糊化は困難なものとなるが、同時に酵素による加水分解は急低下する傾向にある。このような対立する性質を満足せしめるため、混合物の水分含量をドライヤーの中で40〜60%から30〜35%に下げ、そして酵素加水分解中の温度を90〜100℃にまで高める必要がある。
【0006】
米国特許第3,663,369号(A.L. Morehouseら,1972年5月16日特許)は二段加水分解を開示する。第一段階は非常にわずかなデキストリン化又は糖化を伴ってデンプンを液化するように酸又は酵素により高温で短時間で実施する。第二段階は所望のDEが達成されるように細菌性アルファーアミラーゼによりアルカリpHにおいて実施する。
【0007】
米国特許第3,644,126号(D.A. Bodnar ,1972年2月22日特許)は、デンプンの水性スラリーを<35のDEを有する製品が得られるのに十分な条件下でデンプン液化酵素により処理することによってデンプン転換シロップを作る二段工程を開示する。この液化デンプンスラリーを次いでグルコアミラーゼ及び麦芽酵素で消化して<45%のデキストロースと85%の総発酵性糖を供するのに十分な量のマルトースとを有するシロップを得る。
【0008】
米国特許第3,849,194号(F.C. Armbruster ,1974年11月19日特許)は、ワキシーデンプンを細菌性アルファーアミラーゼにより85℃以上の温度で処理してワキシーデンプンを液化し、その液化ワキシーデンプンを約80℃に冷却し、そしてその液化ワキシーデンプンを細菌性アルファーアミラーゼにより約5〜約25のD.E.へと転換することを開示する。
【0009】
米国特許第3,853,706号(F.C. Armbruster ,1974年12月10日特許)はデンプンを細菌性アルファーアミラーゼにより15未満のDEにまで加水分解し、加水分解を加熱処理により止め、そして更に約5〜20のDEにまで転換することを開示する。
【0010】
米国特許第3,922,196号(H.W. Leach,1975年11月25日特許)はデンプン(5〜約40%の固形分)の水性スラリーをアルファーアミラーゼ及び任意的に糖化酵素(例えばベーターアミラーゼ又はグルコアミラーゼ)で加水分解することを開示する。糖化酵素は好ましくは顆粒デンプンを可溶化温度又はそれより低い温度(例えば50〜65℃及びpH4〜6)において実質的に可溶化させた後に加える。この混合物をデンプンの一次糊化温度と実際の糊化温度との間の温度において好ましくはpH5〜7で加熱する。
【0011】
米国特許第4,014,743号(W.C. Black,1977年3月29日特許)はデンプンの連続酵素液化のための方法を開示する。好ましくは、デンプンは生デンプンとする。適当な酵素は細菌性アルファーアミラーゼである。デンプン(乾燥固形ベースで10〜45重量%)の酵素含有懸濁物を加熱した乾燥デンプン(170〜210°F)の撹拌本体に連続式に加える。仕込んだデンプンを糊化させ、そして部分転換したデンプンと混合し、容易に撹拌及びポンピングするのに十分に低い粘度を有するブレンドを維持する。ブレンドのストリームを転換タンクから連続式に取り出し、そして酵素を失活させるように処理する。この工程はブレンドの最大粘度を5000cps 以下のBrookfield粘度(100rpm 及び88℃−190°F)に制約するように管理する。様々な酵素転換度となったデンプンのブレンドが得られ、その理由は個々のデンプン顆粒又は分子に関して加熱及び酵素処理が均一にわたらないからである。
【0012】
英国特許第1,406,508号(1975年9月17日公開)は70重量%以下の固形分含量を有するデンプンペーストを得るように自然又は化学修飾デンプンを液化するための連続式工程を開示する。顆粒形態のデンプンを、スラリーの中間形成することなく、反応ゾーンに連続式に供給し、そこでそれを撹拌水性媒体の中で高温(50〜98℃)及び4.5〜8のpHにおいて酵素(例えばアルファーアミラーゼ)の作用にかける。液化が完了したら、液化デンプンを酵素の不活性化により安定化させる。より多い高分子の比率及びより広い分子量分布が、分子がより小さく、且つ実質的に同サイズとなる不連続式工程と比べ、得られる。
【0013】
ドイツ国特許第37 31 293A1(1980年4月8日公開公報)はデンプンを連続式に分解及び消化するための工程を開示する。乾燥デンプン粉末を液体水又は水性デンプン懸濁物と一緒にデンプン分解酵素、好ましくはアルファーアミラーゼを含む撹拌転換器に入れ、その際温度はスチームを120〜125℃及び2〜4bar で注入することにより70〜90℃にまで上げる。転換器を出る製品を所望の濃度への最終希釈の前に酵素不活性化性剤で処理する。80%までの及びそれより高い固形分含有量を有するデンプンペーストが得られる。
【0014】
米国特許第4,921,795号(F.A. Bozich. Jr, 1990 年5月1日特許)はアルファーアミラーゼをグルコアミラーゼと組合せて用いてデキストリン接着剤を作るための改良スラリー法を開示する。グルコアミラーゼの機能は限界デキストリンの問題及び機械剪断工程を排除することにある。アルファーアミラーゼは線形アミロース分子のa(1→4)結合をランダム切断し、そして枝分れアミロペクチン分子を限界デキストリンの(1→6)グルコシド結合まで切断する。水性反応スラリーの中でボルテッスが生ずるのに十分なほどにスラリーを撹拌し、これにより剪断によらない適当な混合を保つ。最適なフラグメントサイズ混合物が得られるまで加水分解を続ける(20rpm ,110°F,45〜55%の固形分及び0〜16%の硼酸ナトリウム五水和物にて1,000〜2,000cps のBrookfield粘度により表示)。次いで酵素を失活させる。得られるスラリーの流体特性は必要なだけ調整できうる。
【0015】
ヨーロッパ特許第231,729号(1993年8月4日公開)はフラワーの酵素分解のための二段工程を開示する。第一段階はアルファーアミラーゼによる処理を包括する。第二段階は任意的にプルラナーゼと組合せたベーターアミラーゼによる処理を包括する。懸濁物の乾燥固形分含有量は可能な限り高く、例えば30〜50%とする。
【0016】
米国特許第5,445,950号(S. Kobayashiら,1995年8月29日特許)は顆粒デンプンをアルファーアミラーゼ及び/又はグルコアミラーゼにより10〜65℃において若干分解させて顆粒デンプンの粘度を下げる方法を開示する。デンプンは0.1〜15%、好ましくは0.1〜1%分解する。
【0017】
高固形分酵素転換デンプンを調製するために利用できる方法が必要である。
【0018】
本発明は、液化酵素転換酵素を調製するための高固形分酵素転換方法であって、
(a)修飾又は未修飾の冷水不溶性デンプンに、水及びデンプン加水分解性酵素を、目に見える遊離水相のない単相粉末混合物が生成するのに十分な量で加える;
(b)前記粉末混合物を前記酵素のほぼ至適温度に加熱することにより活性化し、その際その混合物において実質的に一定な水分含量を保っておく(即ち、出発水分含量の±5%以内);
(c)前記酵素で前記デンプンを加水分解する;そして
(d)任意的に前記酵素を失活させる;
工程を含んで成る。
【0019】
本発明は更に酵素転換修飾又は未修飾顆粒デンプンを調製するための高固形分工程であって、上記の通りに調製するものであるが、但しアルファーアミラーゼを使用する場合、工程(b)における総水分含量を約15〜35%にし、そして酵素がアルファーアミラーゼ以外の酵素であるか又はアルファーアミラーゼを含む酵素混合物であるとき、総水分含量を約15〜40%にする方法に関する。
【0020】
ここでいう「デンプン」とは、非アルファー化顆粒デンプン、アルファー化顆粒デンプン、及びアルファー化であるが冷水溶性でないデンプンを含むことを意図する。
【0021】
ここでいう「単相」とは目に見える遊離水のない混合物を意味し、一方「スラリー」は二相、即ち水相とデンプン相とより成る。ここでいう好適な総水分含量は全混合物の約15〜40重量%であるが、但し転換顆粒デンプンがアルファーアミラーゼのみで調製されたものであるとき、総水分含量は約15〜35%である。
【0022】
粉末又は好適には液体酵素と所望の総水分含量を供するのに十分な量の水とを顆粒デンプン粉末上に分散させる。顆粒デンプンの典型的な水分含量は約10〜14%とする。即ち、工程(a)において総水分量を所望の量にするのに十分な水を加える。ここでいう「総水分量」とは顆粒デンプンの中に一般的に存在している平衡水分と添加した水との合計を意味する。
【0023】
湿った単相粉末混合物を一般の練り粉混合装置又は粘性ポリマー配合装置の中の如きで混練及び圧縮する混合工程にかけるとき、それは水分含量及び存在する溶質の量に依存して、糊化及び転換の開始前に非常に高粘度でコンパクトな練り粉状の塊となりうる。連続機械剪断は温度を上昇させ、そして糊化及び転換を及ぼすであろう。
【0024】
粉末混合デンプンが顆粒デンプンを含むとき、粉末混合物が加熱されると、その熱及び水分はデンプン顆粒の膨潤を誘発し、そしてデンプンは完全又は部分的に糊化し、そして同時に転換する。粉末混合物がアルファー化冷水非分散性デンプンを含むとき、熱及び水分はデンプンを分散させ、そしてデンプンは完全に糊化し、そして同時に転換する。デンプンが転換されると、通常粉末は液化する。液化製品又は部分転換顆粒製品のいづれが得られるかは水分含量と濃度とに依存する。例えば、ワキシーメイズデンプンを35%の水分において70℃以下でアルファーアミラーゼで処理すると部分加水分解顆粒デンプンが得られる。しかしながら、40%の水分及び95℃以上では、ワキシーメイズトウモロコシはアルファーアミラーゼにより糊化、加水分解、液化する。自然デンプンのピーク粘度に達成されることはない。
【0025】
デキストロース当量(D.E.)はマルトデキストリンの還元性糖含量により示される転換度の表示である。
【0026】
最終製品はシロップ、転換顆粒デンプン、又はシロップと転換顆粒デンプンとの混合物の形態であってよい。ここでいう「シロップ」は液体及び粘性ペーストを包括する。得られるデンプンシロップは高固形含量(例えば60重量%以上、一般には65〜75重量%)で得られる。シロップはスプレードライ、ベルトドライ又は凍結乾燥してよい。酵素転換デンプンは水溶性粉末としてデンプンシロップから回収し得る。所望するなら、糖副産物を洗浄により顆粒転換デンプンから回収し得る。
【0027】
微孔性顆粒転換デンプンはグルコアミラーゼを単独で又はアルファーアミラーゼと混合して用い、高固形分酵素転換方法によっても調製できうる。
【0028】
任意的に、酵素アクチベーター、例えば一定の無機塩類及び/又はpH調整剤、例えば酸、塩基又は緩衝剤を使用してよい。
【0029】
酵素は使用する特定の酵素のための至適温度及びpHに至る直接又は間接加熱及び/又はpH調整により活性化し得る。酵素はpHを下げる、阻害塩を加える、又は温度を上げることにより失活し得る。
【0030】
転換の際の水分含量は生成固体、直接加熱のために用いるインジェクションスチームの凝縮、及び転換中の蒸発に影響される。生成固体は加水分解により増加する。100のD.E.に至る転換中、デンプンの乾燥重量は加水分解反応生成物に対する水の共有結合により11.11%上昇する。この乾燥重量の塩又は転換度に比例する。固体は凝縮スチームにより減り、そして蒸発により増える。
【0031】
デンプン、水及び酵素の粉末混合物は酵素転換工程の際に撹拌を必要としない。従来技術の酵素転換工程に反して、本法は混合物が目に見える遊離水のない単相となるような高い固形分含量において実施する。
【0032】
高固形分単相酵素転換方法において及び酵素転換デンプンの調製において使用するデンプンは任意の起源に由来しうる。デンプンのための典型的な起源は穀類、塊茎、根、豆及び果実デンプン並びにハイブリドデンプンである。適当な天然起源にはトウモロコシ、エンドウマメ、ジャガイモ、サツマイモ、モロコシ、コムギ、コメ、ワキシー(モチ)メイズ、ワキシータピオカ、ワキシーライス、ワキシーオオムギ、ワキシーコムギ、ワキシポテト、ワキシーモロコシ、40%以上のアミロースを含むデンプン(高アミロースデンプンともいう)等が含まれる。
【0033】
十分な転換が得られるのに有効なレベルの酵素が使用できることを条件としてフラワーを転換することが可能でありうる。
【0034】
アルファー化していない顆粒デンプンが好ましい。顆粒アルファー化デンプンも本発明において有用である。アルファー化顆粒デンプンは当業界公知の方法により調製できる。アルファー化はデンプン顆粒の大半が膨潤されるが、完全なまま残るような態様で実施する。アルファー化顆粒デンプンを調製するための典型的な方法は米国特許第4,280,851号、同4,465,702号、同5,037,929号及び同5,149,799号に開示され、その開示内容は引用することで本明細書に組入れる。予備分散(即ち、アルファー化デンプン)も、それらが冷水不溶性であることを条件に、高固形分単相酵素転換方法において利用できうる。これらはジェット加熱及びスプレードライングにより調製できる。
【0035】
以後に示す通り、種々の顆粒デンプンベースはこの高固形分工程において様々な酵素感受性を有す。顆粒高アミロースデンプンは高固形分単相工程において転換するのが一層困難である。デンプンの化学誘導化は糊化温度を下げ、転換し易くなりうる。
【0036】
デンプンは化学的又は物理的に修飾してよい。化学修飾には熱−及び/又は酸−転換、酸化、リン酸化、エーテル化、エステル化、化学架橋、慣用酵素修飾等が含まれる。これらの修飾は好ましくはデンプンを酵素転換する前に施すのが好ましい。デンプンを修飾するための手順はM.W. Rutenberg p22〜26から22〜47, Handbook of Water Sduble Gums and Resins, R.L. Davidson, Editor (McGraw−Hill, Inc., New York, NY 1980)の「Starch and Its Modification 」の章に記載されている。
【0037】
物理的に修飾を施したデンプン、例えばWO 95/04082(1995年2月9日公開)に記載されている熱阻害型デンプンも本発明における使用に適する。
【0038】
本発明において使用するのに適当な酵素には細菌、菌類、植物及び動物酵素、例えば、デンプンの1→4グルコシド結合を切断するエンド−アルファーアミラーゼ、アルファー1,4−結合の非還元性末端から段階式マルトース単位を除去するベーターアミラーゼ、デンプン分子の非還元性末端から段階式にグルコース単位を除去し、且つ、1→4及び1→6結合の双方を切断するグルコアミラーゼ、並びに枝切り酵素、例えばアミロペクチン含有デンプンの1→6グルコシド結合を切断するイソアミラーゼ及びプルラナーゼが含まれる。アルファーアミラーゼ及びそれとその他の酵素との混合物が好ましく、そして固有の二形態又は多形態分子量プロフィールをもつ酵素転換デンプンを調製するために使用される。
【0039】
有意な転換(45%)は、非アルファー化顆粒デンプンをプルラナーゼの如き枝切り酵素で処理するときに得られる。得られる枝切りデンプンは加熱した分散デンプンの慣用の枝切りにより生じる酵素転換デンプンよりもはるかに高いピーク分子量を有する。更に、酵素枝切りされたワキシーメイズの分子量は同一の転換条件でさえもアルファーアミラーゼ転換されたワキシーメイズのそれと異なる。
【0040】
酵素は選択的吸着又は沈殿により精製できるが、多くの市販製品は有意な量のその他の酵素形態の不純物及び不活性形態のタンパク質を含む。例えば、市販の細菌性「アミラーゼ」は時折り「プロティナーゼ」(タンパク質を分解する酵素)を含むであろう。抽出及び部分精製を経て、市販の酵素は粉末又は液体濃縮物として販売されている。
【0041】
特定の酵素の利用のための工程条件は異なり、そして通常は供給者により企案される。変動要因には温度、pH、基質固形分濃度、酵素用量、反応時間及びアクチベーターの存在が含まれる。たいてい、非絶対的な至適反応条件がある。「至適」pHは温度に依存しうる;「至適」温度は反応時間に依存しうる;「至適」反応時間は費用に依存しうる;等々である。反応時間は10分から24時間、又はそれ以上、一般にはアルファーアミラーゼにとっては1〜14時間である。従って、推漿する条件は通常妥協される。
【0042】
条件を悪くする酵素の安定性は通常その基質の存在により改善される。いくつかの酵素は一定の塩類によっても安定化される(細菌性アミラーゼはカルシウム塩により安定化される)。重金属及びその他の酵素毒、例えば酸化剤を酵素反応体から除去することは必須である。これらの材料は通常酵素の永久的な失活(即ち、変性)をもたらす。しかしながら、往々にして反応生成物により(生成物阻害)又は通常の基質に構造的に近縁する物質により(競合阻害)、酵素活性が可逆的に低下する数多くの状況がある。可逆性インヒビターは酵素と一時的に複合し、それ故正常な反応に有用な酵素の量を減らしてしまうる。
【0043】
典型的な酵素反応条件は「Technology of Corn Wet Milling」P.H. Blanchard, Industrial Chemistry Library, 第4巻(Elsevier, New York, NY 1992)に論じられている。
【0044】
試験手順
デキストロース当量
Cane Sugar Handbook, Spencer and Mead (John Wiley and Son Inc.) のEynon−Lane Volumetric Method #423 より応用したフェーリング容量測定法をD.E.を決定するために利用する。
【0045】
無水デンプンベースに基づく既知濃度のデンプン溶液(w/v)を調製する。通常の濃度は10g/200mlである。デンプン溶液を50mlのビュレットに移す。500mlのエーレンマイヤーフラスコの中の50mlの蒸留水に5mlづつのフェーリング溶液A及びBをピペットにより加える。フェーリング溶液Aは500mlの容量のメスフラスコの中に溶解され、その容量となった34.6gの硫酸銅(CuSO4 ・5H2 O)を含む。フェーリング溶液Bは500mlのメスフラスコの中に溶解され、その容量となった173gのロッシェル塩(NaKC4 H4 O6 ・4H2 O)及び50gの水酸化ナトリウム(NaOH)を含む。これらのフェーリング溶液をBureau of Standardsより得た標準化デキストロースに対して標準化する。
【0046】
フェーリング系数を決定するため、この試験手順に従ったが、但し200mlの蒸留水当り0.5000無水グラムのデキストロースを試験溶液として用いる。次式により、系数を計算する:
【数1】
【0047】
この系数はフェーリング溶液A及びBの双方に適用され、そして小数点4位まで計算する。フラスコの内容物をホットプレートで沸騰させる。デンプン溶液を、沸騰させながら、明瞭な赤茶色の終点に至るまで滴定する(沈殿した酸化第一銅)。使用するデンプン溶液のmlを記録する。
【0048】
デキストロース当量(DE)は次式を利用して計算する:
【数2】
(式中、「デンプン溶液」は終点に達するまで滴定において使用したデンプン溶液のmlに相当し、そして「デンプン濃度」はg/mlで示す無水物ベースに基づくデンプン溶液の濃度に相当する)。
【0049】
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
分子量(MW)分布を反射率(Rl)デクターの付いたWater Associcates GPC−150Cモデルを用いて決定する。Polymer Laboratories(Amherst,MA)より入手した高度架橋型球状ポリスチレン/ジビニルベンゼンより成る2本のPLゲルカラム(105 及び103 )を一列に接続する。標準品としてAmerican Polymer Standards Corp.(Mentor,Ohio)由来のデキストランを使用する。実験条件は80℃のカラム温度、1ml/min の流速とする。移動相は5mMの硝酸ナトリウム(NaNO3 )を有するジメチルスルホキシド(DMS)とする。サンプル濃度は0.1%とし、そして注入容量は150μlとする。
【0050】
Brookfield粘度測定手順
試験サンプルをModel RVT Brookfield粘度計及び適当なスピンドルを用いて測定する(スピンドルは材料の予測の粘度に基づいて選定する)。試験サンプルを入れ、そしてスピンドルをサンプル中の適当な高さにまで下げる。粘度計を回転させ、そしてスピンドルを一定の速度(例えば10又は20rpm )で少なくとも3回転、測定を行う前に回転させる。適当な変換係数を利用し、サンプルの粘度(センチポアズ)を記録する。
【0051】
【実施例】
以下の実施例において、何らかのことわりのない限り非アルファー化顆粒デンプンを使用し、そして以降に記載の様々な酵素を使用した。
【0052】
アルファーアミラーゼはBan 120 L及びTermamylとした。これらはNovo Nordiskより入手した。Banは約70℃の至適温度、6.0〜6.5の至適pH、120 KNU/gの活性、及び0.005〜1.0%、好ましくは0.01〜0.5%の推漿の用法(デンプンの重量に基づく)を有する慣用のアルファーアミラーゼである。Termamylは90℃以上の至適温度、120 KNU/gの活性及び0.005〜1.0%、好ましくは0.01〜0.5%の推漿の用法(デンプンの重量に基づく)を有する熱安定性アルファーアミラーゼである。1キロNovo単位(1KNU )はNovo Nordiskの標準法(基質として可溶性デンプン、溶媒中の0.0043Mのカルシウム含有量、37℃及びpH5.6で7〜20分を利用してアルファーアミラーゼを決定するための方法)において1時間当り5.26gのデンプン(Merck, Amylum Solubile, Erg. B6,バッチ 994 7275)を分解する酵素の量である。
【0053】
使用してアルファーアミラーゼ及びグルコアミラーゼの混合物はダイキン工業(株)(日本、大阪府)より得たAspk 27とした。至適条件は開示されていない。
【0054】
使用したオオムギベーターアミラーゼはFinnsugar Groupより入手したSpezyme BBA 1500とした。この酵素のための至適条件はpH5.0〜7.0及び55〜65℃の温度である。これは1500Dp°/mlの活性を有し、そしてその推漿の用法(デンプンの重量に基づく)は0.1〜2.0%、好ましくは0.2〜0.8%である。1度のジアスターゼ力(Dp°)は、サンプルを100mlの基質と20℃で1時間インキュベートしたときに5mlのフェーリング溶液を還元するのに足りる還元性糖を供する5%のサンプル酵素調製品溶液0.1mlの中に含まれる酵素の量である。
【0055】
アミログルコシダーゼ(AMG 300ml)はエクソ−1,4−アルファーD−グルコシダーゼである。至適条件はpH4.5及び60℃である。これは300 AGU/mlの活性、0.005〜1.0%、好ましくは0.01〜0.5%の推漿用法(デンプンの重量に基づく)を有する。1Novo無水グリコシダーゼ単位(AGU )は、25℃,pH4.3で30分にて、基質としてマルトースを用い、1分間当り1μmol のマルトースを加水分解する酵素の量して定義する。
【0056】
使用する枝切り酵素はPromozyme 600L(プルラナーゼ)であり、これもNovo Nordiskより入手した。これは60℃の至適温度及び5.1の至適pHを有する熱安定性枝切り酵素である。これは200 PUN/gの活性を有し、そしてその推漿用法(デンプンの重量に基づく)は1〜15%、好ましくは2〜10% PUN/gである。これは600 PUN/mlの濃縮物の活性を有するPromozymeの濃縮形態である。1プルラナーゼ単位Novo(PUN)は以下に示す条件下で1分当り1μmol のグルコースに相当する還元力をもつ還元性炭水化物を遊離させるようにプルランを加水分解する酵素の量である。この酵素のための至適条件はpH5.0(0.05Mのクエン酸バッファー)及び40℃の温度である。
【0057】
例1
本例は顆粒デンプンの加水分解度に対する水分含量の効果を示す。
【0058】
ワキシーメイズ(1,000g)を標準ブレードの付いたRossミキサー(Charles Ross & Son Co., Hauppauge, NY)の中に入れた。0.1%づつのTermamyl及びBanの混合物を使用した。20%及び40%の総水分含量とするのに十分な水を加えた。
【0059】
天然ワキシーメイズに基づいて、即ち、11%の平衡水分含量を有するものを用いて比較実験を行った。一の実験において、酵素(0.2%づつのBan 120L及びTermamyl)をディスポーザブルマイクロピペットから微液滴としてデンプンに加えた。このデンプン及び酵素をHobartミキサーの中で更に10分混合した。この混合物の一部(100gづつ)を2個の16オンスジャーに移し、そして98℃に設定したオーブンの中に24時間入れておいた。別の実験において、1,000gのデンプン(10.3%の水分)をHobartミキサーボウルの中に入れた。Termamyl(デンプンに基づいて0.2%)を495mlの水道水(pH6.2)と混合し、そしてデンプンに加えて40%の総水分含量にした。デンプン、酵素及び水の混合を低速で10分実施した。この混合物を室温で11.4%の水分含量となるまで風乾した。風乾したデンプン(100g)を200mlのジャーに入れ、そして蓋をした。このジャーを98℃のオーブンの中に24時間入れた。得られる生成物は、GPCにより検査したとき、基礎のワキシーメイズデンプンと比べ、あるにしてもわずかにしか転換されていなかった。
【0060】
図1は非加水分解の天然ワキシーメイズ並びに20及び40%において加水分解したワキシーメイズの分子量分布を示す。同一の条件下で、総水分量は最終生成物の分子量により示される通り転換度に大きな作用を及ぼした。水分含量を増やすと、一般に転換度は上昇する。平衡水分含量では(添加水なし)、デンプン酵素転換は事実上なかった。
【0061】
例2
本例はBan(B),Termamyl(T),Spezyme(S)及びそれらの混合物を用い、10ガロンのゲートミキサーリアクターの中で行った一連の酵素転換を示す。一部のケースにおいては、酵素を二段階で添加した。
【0062】
タンクの内寸は高さ16インチ、直径16インチのものとした。幅1/2インチ、深さ2インチのステンレススチール製バーストックより成るゲート撹拌器は高10 1/2インチの4本の鉛直レーキを有した。外側レーキは内側のタンク壁から1/2インチ離れている。内側レーキは外側セットから3 1/4インチ離れている。タンクの頂部に取付けられているのは同一のバーストックの4本のブレーカーバーであり、タンク壁から1 3/4及び5 1/4インチ離れている。0〜60rpm で可変式の電気駆動が攪拌器を動かす。タンクの頂点の通気孔は可変式のドラフト強制排気を担う。タンクの側面及び底面にはスチーム加熱及び水冷のためのジャケットが付いている。直径1/2インチのスチーム注入ポートが側面壁において、タンク底部から1インチの高さで設けられている。熱対子プローブが一本の外側ブレーカーバーの底部に取り付けられている。タンクの底部において、ボールバルブを有する2インチのポートが製品の流出のために設けられている。このような転換のため、取外式金属プラグをドローポートの中に挿入し、初期乾燥添加物の一部が不均一な水分、酵素又は熱を受容する可能性をなくさせている。
【0063】
各転換につき、33ポンドの市販の乾燥顆粒デンプンをタンクに加えた。酵素添加物を、無水物ベースに基づき25%の水分含量にその添加物をするのに十分な量の水で希釈した。水/酵素混合物をデンプンに混合しながら加えた。この混合物は、酵素/水混合物の添加を経て、乾燥デンプンと湿ったデンプンとのブレンドとなり、直径0.5インチ未満に凝集した。
【0064】
この時点で、撹拌器を約30分止め、水をデンプン全体に拡散させた。デンプンは、放置後、湿った流動性粉末となっていた。
【0065】
この混合物を、一般にはその混合物への活性スチームの注入により(何らかの表示がない限り32psi )、及び/又は任意的にタンクジャケットの加熱により加熱した。一般に、塊は加熱中混合しておくが、これは必須ではない。混合は熱伝導を高めるにすぎない。
【0066】
顆粒デンプンが糊化すると(又は冷水不溶性予備分散デンプンが溶解すると)、それは転換されており、そしてその反応混合物は湿った粉末から湿った練り粉状の塊、そして分散シロップへと変化する。このような変化は温度を50℃から90℃に上昇させると起こる。液化の開始が起こる温度は水の活性、酵素活性化温度及びデンプンのタイプに依存して変わる。
【0067】
かかる通気タンクにおいて、全加熱サイクル中に水分の若干の損失がある。注入スチームを遮断したら、温度をジャケット加熱により30分間表示温度に保っておく。次いでバッチを50℃以下に冷やし、そして取り出す。任意的に、pHをリン酸で3.5に下げ、そしてその混合物を30分そのままにして任意の残留酵素を不活性化させる。pHは必要に応じて再調整する。
【0068】
使用するデンプンベース、酵素及び量、並びに保持温度を以下の表に示す。固形分含量及びデキストロース当量(D.E)も示す。化学誘導デンプンについては、置換度(D.S.)を示す。デンプンを誘導化するのに用いた試薬はプロピレンオキシド(PO)、オセンチルコハク酸無水物(OSA)及び酢酸無水物(AC2 O)、並びに3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(Quat.)とし、それらは表示のD.S.を供するのに足りる量で使用した。デンプンベースが流動性デンプンのとき(酸転換デンプン)、水流動度(W.F.)を示す。デンプンベースの一方はジェット加熱(JC)及びスプレードライ(SD)した予備分散デンプンとした。
【0069】
【0070】
これらの結果は、未修飾デンプン、化学誘導デンプン、流動性化学誘導デンプン並びに化学誘導及び架橋デンプンを含む様々なデンプンが高固形分単相酵素転換方法を利用して転換できることを示す。サンプル No.13の如き高度に誘導されたデンプンでさえも転換できた。
【0071】
例3
本例はグルコアミラーゼによる顆粒ワキシーメイズの転換を示す。
全部で1,000gのワキシーメイズデンプン(10.5%の水分)を標準ブレードの付いたダブルプラネタリーRossミキサーの中に入れた。水(490ml)を1:3の塩酸:水(w/w)で混合することによりpH4.5に調整し、そして1%のグルコアミラーゼAMG 300Lを加えた。次いでこの酵素溶液を全部で40%の水となるのに十分な量となるようにミキサーに加えた。ミキサーの蓋をし、そしてデンプン及び酵素溶液をミキサー設定値を2にして室温で5分混合した。得られる混合物は目に見える遊離水のない湿った粉末であった。この混合物の温度を60℃にまで高め、グルコアミラーゼを活性化した。その混合物を60℃に2時間保った後、サンプル(265g)をミキサーから取り出した。
【0072】
酵素処理を経て可溶化したデンプンの量を決定するため、5gのサンプルを10.03mlの水の中にスラリー化し、そして10,000rpm で10分遠心分離した。リフラクトメーターによる測定に従い、上清液中の溶質は3.8%であった。計算を通じ、及び酵素溶液中の溶質についての補正後、酵素転換の際に可溶化したデンプンの量はデンプンの乾燥重量に基づき12.6%と決定された。
【0073】
残りのサンプル260gを400mlの水の中にスラリー化し、3:1の水:塩酸溶液でpH3.4に調整し、pH3.4に1時間保持し、pH5.5に再調整し、濾過し、そして風乾してサンプルAを得た。
【0074】
残りの混合物を更に3時間60℃に保った(全部で5時間)。サンプル(約75g)を取り出した。可溶化した材料はデンプンの乾燥重量に基づき19.7%と決定された。残りのサンプルのpHを調整し、濾過し、そして風乾してサンプルBを得た。
【0075】
残りの混合物を75℃に加熱し、そして76〜77℃に1時間保った。生成物はデンプン顆粒の膨潤及びグルコアミラーゼ転換により生成した溶質(即ち、グルコース)により若干練り粉状であった。この生成物をバラバラにし、そして風乾してサンプルCを得た。
【0076】
処理条件及び%溶質を以下にまとめる。
【0077】
図2は未転換ワキシーメイズ及びグルコアミラーゼ転換ワキシーメイズデンプンの分子量分布を示す。グルコアミラーゼ転換ワキシーメイズに関し、もしその生成物を水で洗わないと(サンプルC)、その生成物はグルコースピークを示した。グルコースアミラーゼ転換ワキシーメイズを水で洗ったとき(サンプルB)、グルコースピークは存在しなかった。サンプルB及びCは共に中間的な分子量の物質が本質的になり天然ワキシーメイズと似たような高分子量ピークを示した。グルコアミラーゼ転換ワキシーメイズが中間MW物質を含まないこと、及び洗浄生成物が似たようなMW分布を有することは、グルコアミラーゼが顆粒の中のあるデンプン分子を選択的に加水分解し、そして残りの分子はそのままとすることを示唆した。
【0078】
顆粒中のデンプン分子に対するグルコアミラーゼによる選択的及び局部的攻撃は酵素転換デンプンの走査電子顕微鏡(SEM)でも示される。
【0079】
未洗浄サンプルであるサンプルCは、不規則であり、且つ50ミクロンから約300ミクロンに範囲する粒子塊を含んで成る。粒子塊の形成はおそらくは顆粒を接着させ合うグルコースによるであろう。詳細な図での表層は穴を示し、一部の顆粒には多くの穴があり、そして一部は比較的乱れていなかった。典型的な穴はサブミクロンの直径であった。
【0080】
サンプルAではあるにしてもわずかな粒子塊しかなく、グルコースが洗い流された後、その物質は個々の顆粒へとよく分散されることが示唆される。ここでも、一部の顆粒において穴形成があり、そして残りは比較的穴形成がなかった。
【0081】
例4
本例はアルファーアミラーゼとグルコアミラーゼとの混合物を利用する顆粒ワキシーメイズの転換を示す。
【0082】
上記の手順を利用して、ワキシーメイズを1%のAspk27により50℃、40%の総水分量で処理した。乾燥粉末デンプンを5.5時間の転換後回収した。グルコースの有意な生成が未洗浄の酵素転換生成物のGPC曲線において示された。SEMも上記の通り、酵素転換顆粒においてピンホールを示した。
【0083】
例5
本例は、枝切り酵素Promozymeによりワキシーメイズデンプンを転換することによる固有分子量プロフィールを有する新規マルトデキストリンの調製を示す。
【0084】
1,000gのワキシーメイズデンプン及び40%の総水分を利用して前記の通りにデンプンをPromozymeで処理したが、ただし水のpHは5.10に調整し、そして0.3%の枝切り酵素を使用した。デンプン及び酵素混合物を58〜60℃に24時間保った。最終生成物は若干練り粉状であり、そしてデンプン顆粒は凝集しているように認められた。
【0085】
図3はGPCにより決定した、ワキシーメイズベース及び酵素枝切りしたワキシーメイズの分子量分布を示す。面積の積分から、ワキシーメイズの約45%が、ベースと比べ、転換されていた。転換はグルコアミラーゼ又はベーターアミラーゼによるのではなく、その理由はグルコース又はマルトース副産物が生成されなかったからである。
【0086】
Promozyme枝切りをしたワキシーメイズ及びアルファーアミラーゼワキシーメイズ(Ban)の分子量分布を比較した(図14参照)。双方の酵素処理を60℃及び40%の水分で行った。Promozyme転換ワキシーメイズ及びBan転換ワキシーメイズは非常に異なるMW分布を有していた。アルファーアミラーゼ転換ワキシーメイズは低分子量オリゴ糖と高分子量分子との混合物を有し、それぞれのピーク分子量は1,000及び3.2×107 であり、そして中間分子量物質は非常に低レベルでしかなかった。一方、Promozyme枝切りワキシーメイズは有意な量の106 にピーク分子量をもつ物質を有していた。
【0087】
顆粒ワキシーメイズデンプンを完全に分散させ、そしてそれらをPromozymeで枝切りすると、得られる枝切り物質は上述の枝切り物質よりもはるかに低い分子量及び異なるプロフィールをもつであろう。
【0088】
例6
本例は単相高固形分法により調製される固有分子量をもつ別の新規のマルトデキストリンの調製を示す。
【0089】
ワキシーメイズ(1,000g)をRossミキサーの中に入れた。水道水(485ml,pH6.5)を0.2%のBan 120Lと混合し、そしてその混合物をRossミキサーに加えた。総水分量は40%とした。ミキサーの蓋をし、そしてデンプン及び酵素溶液を室温で、ミキサーの設定値を1にして混合した。次いで温度を60℃に上げ、そしてその混合物をミキサー設定値を3にしてその温度に2時間保った。サンプル(約100g)を取り出し、そしてGPC分析のために風乾した。その温度を95℃に高めて酵素を失活させ、そしてその混合物を95℃に15分保った。デンプンは60℃で2時間加水分解された後でさえも粉末状のままであった。温度を95℃に上げると、デンプンは液化した。サンプル(約100g)を取り出し、そしてGPC分析のためにガラスプレート上で風乾した。
【0090】
得られるマルトデキストリンは、市販のワキシーメイズマルトデキストリン(DE4)及び天然ワキシーメイズと比べ、異常な分子量分布を示した(図4参照)。60℃では、28.3%のワキシーメイズが転換され、一方95℃では、60.2%のワキシーメイズが転換された。単相法により調製したマルトデキストリンは低分子量オリゴ糖と高分子量糖との混合物であり、それぞれ1,000及び3.2×107 のピーク分子量をもつ、そして中間分子量マルトデキストリンは事実上なかった。
【0091】
例7
本例は化学誘導高アミロースデンプン(Hylon VII −70%のアミロース)の転換を示す。
【0092】
ヒドロキシルプロピル化VII (D.S.0.47)を例1の手順を利用し、1,000gのデンプン、40%の総水分量及び0.2%のTermamylを用いてアルファーアミラーゼにより加水分解した。デンプンは98℃で4時間経て液化し、そして冷却により最終生成物は粘性溶液となった。
【0093】
図5はヒドロキシプロピル化VII 及びアルファーアミラーゼ転換ヒドロキシプロピル化VII の分子量分布を示す。
【0094】
例8
本例は単相高固形分法を利用するワキシーメイズデンプンエステルの転換を示す。
【0095】
OSA処理したワキシーメイズを例1に記載の通りにして、1,000gのデンプン、40%の総水分量、及び1gのBan 120Lと0.5gのSpezymeとの混合物を利用し、アルファーアミラーゼとベーターアミラーゼとの混合物で処理した。この混合物を60℃に4時間保った。練り粉状の物質が形成された。この生成物をバラバラにし、そして風乾した。この生成物の一部(400g)を1,000mlの水の中にスラリー化し、0.1Mの塩酸で30分にわたりpH3.0に調整しておき、3%の水酸化ナトリウムによりpH6.0にもどし、そしてスプレードライした。
【0096】
これらの結果は、OSA処理したアミオカをアルファーアミラーゼとベーターアミラーゼとの混合物で転換すると、低分子量ピーク(800)が認められることを示した。しかしながら、検出したピークの小さい標準化面積は、ほとんどのサンプルが消え、そして検出されなかったことを示唆する。低分子量物質は最終生成物の重量に基づき約12%と推定された。
【0097】
例9
本例はその他の酵素転換した高度アセチル化デンプンの調製を示す。これは単相高固形分法を利用して調製した。
【0098】
アセチル化ワキシーメイズデンプン(1.05D.S.)を例1に記載の通りにして、1,000gのデンプン、40%の総水分量並びに1mlづつのBan 120L及びTermamylを用いてアルファーアミラーゼにより転換した。デンプンは約80℃で液化し始めた。温度が95〜98℃に高まるとRossミキサーの中で水性液体生成物が観察された。この混合物を95〜98℃に2時間に保った後、硬化した石様の物質がRossミキサーの中で形成された。
【0099】
未転換アセチル化ワキシーメイズ(1.05D.S.)はGPCによっては検出されず、おそらくはDMSO移動相におけるその高い分子量又は高い流体動力学容量を理由とする。この転換アセチル化ワキシーメイズ(1.05D.S.)のGPC分子量プロフィールは多数のピークを示した。そのBrookfield粘度(DMSO中5%の固形分、スピンドル#4,100rpm )は56cps であり、一方未転換アセチル化ワキシーメイズの同じ濃度でのBrookfield粘度は2,480cps (5%の固形分、スピンドル#4,20rpm )であった。この有意な粘度低下はアセチル化ワキシーメイズがたとえそれが1.05のD.S.を有していたとしても加水分解及び脱重合されたことを示唆する。
【0100】
例10
本例はアルファー化顆粒デンプンの酵素転換を示す。
【0101】
ゲート撹拌器の付いた10ガロンのジャケット付タンクに33ポンドの化学修飾アルファー化顆粒トウモロコシデンプンを添加した。デンプンは顆粒トウモロコシデンプンを約0.05のD.S.となるのに十分なプロピレンオキサイドと反応させ、次いでそのヒドロキシプロピル化顆粒デンプンを米国特許第4,280,851号の方法を利用してスプレードライすることにより予備分散させた。このデンプン粉末に、約75%の出発固形分のために5.6ポンドの水に希釈しておいた30gのTermamyl 120Lを添加した。添加水及び酵素をデンプンの中に分布せしめるために最低限の混合を利用した。必要なら、pHを6.5に調整する。撹拌を止め、そしてスチームを混合物に注入して温度を90℃にまで高めた。混合物が90℃に達したら、撹拌を再び開始し、スチームの注入を止め、そして温度をジャケット加熱により90〜95℃に保った。1時間以内に混合物はDE10〜19の化学修飾マルトデキストリンシロップへと転換するであろう。このシロップは熱いときは透明から半透明であるが、冷却後は経時的に軟質ゲルへと硬化しうる。
【0102】
例11
本例は高固形分の紙被覆製剤における単相転換法により作った4種類のマルトデキストリンの利用を示す。
【0103】
デンプンは、固形分10.2%のアルファーアミラーゼ転換ワキシーメイズ、固形分71.2%の3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド基を含むアルファーアミラーゼ転換カチオンワキシーメイズ(D.S.0.04)、固形分60.7%のアルファーアミラーゼ転換ヒドロキシプロピル化ワキシーメイズ(D.S.0.16)及び固形分57.8%のアルファーアミラーゼ転換オクテニルスクシネートワキシーメイズ(D.S.0.02)とした。
【0104】
デンプンを、12:4及び8:8のデンプン、対、ラテックスバインダー比においてアセテート/アクリレートラテックス(RESYN(登録商標)1151)を含むコーティングの中で66%,64%、及び62%の固形成において評価した。各マルトデキストリンの粘度をコントロール、即ち、Penford Gum(紙被覆用途において一般的に利用されているエチル化された80W.F.のトウモロコシデンプン)のそれに合うように調整した。
【0105】
コーティングを全てアルカリベースストック紙に7 lbs/3000ft2 コート重量において適用した。サンプルを260°Fで20秒オーブン乾燥し、次いでスーパーカレンダー処理した(140°F,3000psi ,1nip )。サンプルを75°のHunter光沢、TAPPI輝度、Parkerプリント滑らかさ、IGT表面強度、及びNPA%インク転写率について試験した。より詳細にはデーターシート参照のこと。結果を以下の表に示す。
【0106】
【0107】
カチオンサンプルを除き全てのサンプルが高めの被覆固形分においてコントロールに匹敵する流動性を示した。光沢、輝度及び滑らかさはコントロールと同等であった。IGT表面強度は同等又は低かった。インク受容率は向上した。
【0108】
例12
本例は4種の食品における単相酵素転換デンプンの利用を示し、ここでは標準の市販のマルトデキストリンを典型的に使用した。
【0109】
最初の3つの製品は、慣用のマルトデキストリンの典型的な特性である高い固形分/低い粘度の関係を必要とする分野である。これには、接着力、粘着力及び膜形成特性が必要とされ、脂肪代替品及び安定化剤としてフローズンデザートに使用される。並びに乳化剤/封入剤としてエマルション系に使用されるシリアル粘着付与剤として使用される。高粘度単相酵素転換デンプンはコーヒークリマーに、慣用のマルトデキストリンの用途を超える用途を発揮するように使用される。
【0110】
A部−シリアル粘着付与剤
評価した単相酵素転換デンプンを以下に示す。
【0111】
サンプルを液状で回収し、そして塗布試験のために固形分30%に希釈した。シリアル/スナック製品のためのサンプルをスクリーニング及び定性するために利用する接着及び粘着試験は以下の通りである:
【0112】
接着試験
塩ふりクラッカーを秤量し、クラッカーの上面に30%の固形分の溶液をこすりつけ、そして秤量した。乾燥アップルビットを上薬の上に落とした。過剰なビットを振り落し、そして被覆クラッカーを秤量し、そしてオーブンの中で107℃(225°F)で10分乾かし、そして室温に冷却した。任意のゆるく載ったアップルビットを軽くこすり落し、そしてビットを秤量した。重量を計算した。%損失を計算した。
【0113】
粘着力
課題の試験は指の間に溶液の液滴を載せ、そしてそれが乾く際の粘着力及び糸引きを観察することにより行った。結果を以下に示す:
【0114】
これらの結果は、15.7〜23.1%の還元性糖値を有する単相転換生成物の全てが、低いパーセンテージのアップルビット損失及び増大した粘着力を有することにより、シリアル粘着付与剤としての10〜42DEマルトデキストリンより優れていた。
【0115】
B部−アイスクリーム
単相法により調製した高度酵素転換タピオカデンプンをコンビネーション増量剤、脂肪代替品及び安定化剤としてハードパックアイスクリーム製剤において試験した。これを、一般に4%の用法レベルにおいて使用されるGrain Processing Corp.(Muscatine,lowa)由来のMaltrin 100(10DEのマルトデキストリン)と比べた。
【0116】
このアイスクリームは以下の成分を含む:
【0117】
単相酵素転換タピオカデンプンより作ったアイスクリームに、使用する脱脂乳の量の若干の減少を補うために追加の水を加えた。
【0118】
乾燥成分を液体成分へと完全に分散させ、そしてブレンダー/ミキサー装置(Breddo Likwifier改良型8ガロンユニット:American Ingredients Co. 18th and Kansas Avenue, Kansas City, Kansas 66119) の中で湿らした。この混合物を、185〜190°F,30秒間のHTSH(高温短時間)工程で代表される間接管状熱交換器(Micro Thermics, UHT/HTST lab−25V : Micro Thermics, Inc., 5024F Departure Drive, Raleigh, NC 27604)の中でペースト状にした。このペースト状にした熱い混合物を次にGaulin Inc.,Evertt,MA02149のGaulinモデル15MR−8TBAの中で500/2,000psi で2段階においてホモジナイズした。
【0119】
このホモジナイズした混合物を冷却し、そしてハードパックアイスクリーム装置(Taylor Company, Rockton, IL のTaylorモデル 110−27)の中で製造者の仕様に従って凍結させた。凍結前の低温混合物のZahnカップ粘度測定値は同一であった(10DEマルトデキストリン−21秒/25g及び単相酵素転換タピオカデンプン−28秒/25g)。オーバーランパーセンテージも約60%にて同一であった。溶融試験を行ったとき、その結果は、10DEのマルトデキストリンを含むサンプルの溶融速度が単相サンプルよりも若干速いことを示した。
【0120】
全部で28人のパネル構成員が二重嗜好味覚試験においてこのアイスクリームを評価した。パネリストは性質に基づいて15cmのラインスケール上でサンプルを等級分けするように要求された(凍り具合い、溶け具合い、クリーミーさ、硬さ及び冷たさ)。更に、彼らは最良と思うサンプルを選定することを要求された。30人が単相酵素転換タピオカサンプルを最良と選び、そして15人が10DEマルトデキストリンを最良と選んだ。凍り具合いに関しては、ほとんどの人が単相酵素転換デンプンを10DEマルトデキストリンよりも凍り具合いが良いものとして選んだ。大半のパネルの構成員は単相酵素転換タピオカデンプンの方がゆっくりと溶けるものとも選んだ。単相酵素転換タピオカは10DEマルトデキストリンほどクリーミーさはなかった。単相酵素転換タピオカはまた10DEマルトデキストリンよりも硬いものと知覚された。この二製品は口の中での冷たさは同一であった。
【0121】
「Sensory Evaluation Techniques」(感覚評価技術)の第261頁の表T12に従うと、適正な反応の数が全部で28の反応のうち14以下であるなら、90%の信頼性をもって差がないという取るに足りない仮説が受け入れるであろう。我々の結果では28人のうち13人が単相酵素転換タピオカを好むというものであった。このような結果に基づき、単相酵素転換タピオカは10DEマルトデキストリンと比べ有意差がない。しかしながら、この単相酵素転換タピオカサンプルは10DEマルトデキストリンよりもゆっくりと溶け、そして硬いものであった。これらは主要アイスクリーム業者にとっては重要な積極的な性質である。
【0122】
C部−風味料エマルションの封入
本例は風味料エマルション系における単相酵素転換デンプンの効率を示す。
【0123】
低粘度エマルションは担体として転換デンプンを使用して作った。担体、対、風味料の比は80/20とした。単相アルファーアミラーゼ転換OSAワキシーメイズサンプルは粒子分布に基づきLodex10と比べてはるかに微細なエマルションを供した。これは単相アルファーアミラーゼ転換デンプンの場合のクリーム状化ではなく、Lodex10の場合における一夜の明瞭な油分離により再確認もされた。
【0124】
データーを以下の表にまとめた。
【0125】
単相アルファー/ベーターアミラーゼ転換OSAワキシーメイズをコーヒークリーマー(スプレードライしたデンプン/植物性脂肪エマルション)製品において酸転換OSA処理ワキシーメイズと比較した。単相アルファー/ベーターアミラーゼ転換OSAワキシー及び酸転換OSA処理ワキシーメイズより作ったエマルションは似たような粒子サイズ分布及び同等の乳化特性を有していた。ホットコーヒーでは、双方のサンプルは中程度の油分離を示した。データーを以下の表にまとめた。
【0126】
例13
本例は苛性の添加及び添加抜きの段ボール接着剤の高固形分単相酵素転換法により調製した完全転換ヒドロキシプロピル化(PO)ワキシーメイズ及び部分転換未修飾ワキシーメイズの利用を示す。これら完全可溶化接着剤をステン・ホール型コントロール(懸濁生デンプンを有する苛性分散化担体デンプン)と比較した。
【0127】
室温において、固形分61%のP.O.ワキシーメイズ及び固形分71%の転換ワキシーメイズはそれぞれ3,000cps 及び>20,000cps の粘度を有していた。沸騰湯浴の中に保ったとき、その材料は著しく粘度低下した。200°Fでは、固形分61%の転換P.O.ワキシーメイズはステン・ホールカップで測定して45秒の粘度を有していた。高い固形分レベルを保ち、且つ接着粘度を標準レベルにするため、これらの材料はグルーパンの中に注ぎ入れる前に加熱しておいた。
【0128】
固形分61%のP.O.ワキシーメイズを0.012インチの標準ギャップ設定を利用してコルゲーター上で評価した。接着剤は50ft/min を超えるスピードでは接着片面ウェブを誘導することができなかった。ボードをコルゲーターを出た直後に分析すると、繊維引裂の徴候はなかった。この接着剤は紙に浸透しないようであった。アルカリ度を高めるために及び紙の中への接着剤の浸透を高めるために苛性を接着剤に加えた。接着剤の質量に基づき0.5%において、苛性は有意差をもたらし、そして接着剤を175ft/min で流した。
【0129】
71%の部分分散転換ワキシーメイズを88℃(190°F)で保持した。その温度でも、粘度は約2000cps であった。接着剤の粘度を下げるため及び浸透性を高めるため、全質量に基づき0.5%の苛性を加えた。0.012インチのギャップでは、接着剤は250ft/min のスピードで片面ウェブを供することができた。ボードは450ft/min のトップスピードでも製造できた。
【0130】
この接着剤をステン・ホール接着剤と比べるため、250ft/min の実験を0.008,0.014及び0.020インチのギャップ設定で完了させた。結合強度、対、接着剤付着量を、ICD手順を利用し、ピン強度分析及び付着量についてのICD酵素試験を利用して決定した。実験接着剤は全て66〜93℃(150°F及び200°F)に保った。実験の仕様を以下に示す。
【0131】
【0132】
双方の接着剤の一の主たる虚弱化は接着剤付着量で示される最終結合強度であった。許容される結合強度は50lb/線上ft. と考えられる。9.9lb/MSF でさえも、より良く機能する固形分71%の転換ワキシーメイズは最低限の基準を上廻ることができなかった。同一の紙の上で、ステン・ホール接着剤は1.5lb/MSF を利用して50lb/線上ftの結合強度に達することができた。固形分63%の転換ワキシーメイズにより製造されたボードは繊維引裂を事実上有さなかった。固形分71%のワキシーの最大付着力に関してさえも最大で25%の繊維引裂があった。部分転換材料はおそらくは若干高めの分子量のポリマー鎖を有し、それが改善された結合強度の理由でありうる。
【0133】
例14
本例はインフレート積層用接着剤の調製を示す。
【0134】
清浄なドライタンクに45.52部のOSA修飾ワキシーメイズ(3%のOSA)を加え、続いて7.25部の水と0.09部のTermamylとの予備混合物を加えた。この予備混合物をゆっくりとした定常スチームに加えながら30rpm での混合を実施した。この混合物が均質な塊となるまで混合物続け、次いで撹拌器を止めた。この混合物を生スチーム及びジャケットスチームで180〜200°Fに30分、又はタンクのまわりとスチームラインとに均一な液体が形成されるまで加熱した。9.00部の水を加え、そして撹拌を30rpm で再始動し、その際加熱を続けた。温度は撹拌しながら200〜210°Fに保った。生成物が清澄となり、且つ滑らかとなったら、粘度及び固形分を試験した。試験結果を記録したら、0.05部の85%のリン酸を加えた。
【0135】
必要ならば酵素活性を終結させるために追加の酸でpHを3.5に調整する。加熱を止め、そして12.90部の硝酸ナトリウムを加える。この混合物を140°F以下に冷やし、そして0.30部の発泡抑制剤、11.84部の塩化マグネシウム六水和物、12.90部の塩化カルシウム及び0.15部の保存剤を加えた。
【0136】
Brookfield粘度を水の添加により2000〜5000cps に調整した。この接着剤は優れたインフレート、高い固形分、良好な接着力及び優れた安定性を示すものと予測される。
【0137】
例15
本例はケース及びカートンシーリング剤の調製を述べる。
【0138】
清浄なドライタンクにジエチルアミノクロリド基(0.04D.S.)を含むカチオン性ワキシーメイズデンプン43.52部を加え、次いで6.95部の水と0.09部のTermamylとの予備混合物を加えた。
【0139】
予備混合物をゆっくりとした定常スチームに加えながら混合を30rpm で行った。混合はデンプンが均一な塊となるまで続け、次いで撹拌器を止めた。この混合物を生スチーム及びジャケットスチームで180〜200°Fに30分又はタンクのまわり及びスチームラインに均一な液体が形成されるまで加熱した。次いで6.94部の水を加えた。撹拌を30rpm で再始動させ、その間加熱を続けた。この混合物を撹拌しながら200〜210°Fに保った。生成物が清澄となり、そして滑らかとなったら、粘度及び固形分を試験する。試験結果を記録したら、0.05部の85%のリン酸を加える。必要なら酵素活性を終結させるためにpHを追加の酸で3.5に調整する。
【0140】
加熱を止め、次いで6.5部の水、35.5部のポリビニルアセテート、0.3部の発泡抑制剤及び0.15部の保存剤を加える。
【0141】
水による希釈によりBrookfield粘度を500〜5000cps に調整する。この接着剤は即乾性、高凝集力及び優れた接着力のために考案されたものである。
【0142】
例16
本例は食料雑貨袋接着剤の調製を述べる。
【0143】
例12記載の手順を43.52部のヒドロキシプロピル化ワキシーメイズ(D.S.0.09)を酵素転換するために用いる。予備混合は6.95部の水と0.09部のTermamylより成る。デンプンが液化した後に加える水の量は6.94部である。酵素を不活性化させ、そして加熱を止めたら、42.00部の水、0.15部の保存剤及び0.30部の発泡抑制剤を添加する。この溶液を1500〜5000cps のBrookfield粘度に希釈する。この接着剤は標準の袋接着剤と比べて即硬化性、高固形分、一層強力な接着力及び最小限のしわ形成性を供するであろう。
【0144】
例17
本例はチューブ巻取接着剤の調製を述べる。
【0145】
例12において利用した手順を、43.52部のヒドロキシプロピル化流動性ワキシーメイズ(35WF,D.S.0.16)を酵素転換するために用いた。この予備混合物は6.95部の水と0.09部のTermamylより成る。デンプンを液化した後、6.94部の水を加えた。酵素を不活性化させた後、加熱を止め、1.10部の25%の水酸化ナトリウム、30.0部の5moleの硼砂、8.0部の珪酸アルミニウム、0.30部の発泡抑制剤及び0.15部の保存剤を加えた。
【0146】
水による希釈によりBrookfield粘度を2,000〜10,000cps に調整する。この接着剤は優れた凝集力及び最小限の縮みを伴う著しい即硬化速度、更には優れた接着力のために考案されたものである。
【0147】
例18
本例は封筒継目接着剤の調製を述べる。
【0148】
例12に記載の手順を43.52部のトウモロコシデンプンを酵素転換するために用いた。予備混合物は6.95部の水と0.09部のTermamylとより成る。デンプンを液化させた後に加える水の量は6.94部とする。試験結果を記録した後、0.03部の20ボーメの塩酸を加える。加熱を止め、そして溶液を冷却後、32部の塩化マグネシウム六水和物、10.0部の水、0.30部の発泡抑制剤及び0.15部の保存剤を加える。
【0149】
Brookfield粘度を水による希釈により200〜8000cps に調整する。この接着剤は高められた固形分に基づくたれにくさ、きれいな機械仕上げのための優れた流動性、良好な接着力、及び紙の継目を退色させないであろう薄い色調を示すであろう。
【0150】
例19
本例はラベル包装接着剤の調製を述べる。
【0151】
例12記載の手順を利用し、43.52部のワキシーメイズトウモロコシを酵素転換させる。この予備混合物は6.95部の水と0.09部のTermamylとより成る。デンプンを液化させた後、6.94部の水を加える。酵素活性を止めるため、0.03部の20ボーメの塩酸を加える。冷却後、20.0部の硝酸ナトリウム、15.0部の尿素、0.30部の発泡抑制剤、0.15部の保存剤及び7.00部の水を加える。
【0152】
Brookfield粘度を希釈剤として水を用いて10,000〜100,000cps (これは使用する装置に依存する)に調整する。この接着剤は紙のしわ形成のしにくさ、高い凝集力、良好な接着力及び薄い色調を供するものと予測される。
【図面の簡単な説明】
【図1】未転換自然ワキシーメイズデンプン(総水分量11%)、並びにアルファーアミラーゼの混合物を用いて20%及び40%の総水分量において加水分解した酵素転換ワキシーメイズデンプンの分子量分布。
【図2】未転換ワキシーメイズデンプン(サンプルA)、並びに水で洗浄したグルコアミラーゼ転換ワキシーメイズデンプン(サンプルB)及び水で洗浄していないグルコアミラーゼ転換ワキシーメイズデンプン(サンプルC)の分子量分布。サンプルCはグルコースピークを示す。
【図3】枝切りしていないワキシーメイズデンプン及び酵素枝切りしたワキシーメイズデンプンの分子量分布。
【図4】中間分子量のマルトデキストリンが事実上ない、低分子量オリゴ糖と高分子量糖との固有混合物であるアルファーアミラーゼ転換マルトデキストリン(28.3%及び60.2%転換)の分子量分布。比較のため、市販のワキシーマルトデキストリン(DE4)も示す。
【図5】未転換ヒドロキシプロピル化高アミロースデンプン(Hylon VII )及びアルファーアミラーゼ転換高アミロースデンプン(PO Hylon VII )の分子量分布。
Claims (3)
- 酵素転換デンプンの調製のための方法であって、
(a)修飾又は未修飾の顆粒デンプンに、水と、デンプン加水分解酵素又は当該酵素の混合物を添加し、ここで当該酵素又は酵素混合物はデンプンの1→4結合を加水分解する及び/又はデンプンの1→ 6 結合を加水分解し、これにより目に見える遊離水相のない単相粉末混合物を生成する;
(b)前記酵素又は酵素混合物を、その酵素又は酵素混合物にとっての至適温度に前記粉末混合物を加熱することにより活性化させ、その間前記混合物における一定な水分含有量を維持しておき、そして任意的にpHを前記酵素又は酵素混合物にとっての至適pHに調整する;
(c)前記酵素又は酵素混合物により前記デンプンを加水分解及び液化する;そして
(d)任意的に前記酵素又は酵素混合物を失活させる;
工程を含んで成る方法。 - 前記添加する水の量が15〜40%の総水分含量を供し、そして前記酵素又は酵素混合物がアルファーアミラーゼ、ベーターアミラーゼ、グルコアミラーゼ、プルラナーゼ、イソアミラーゼ及びそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求項1記載の方法。
- 前記酵素が細菌性アルファーアミラーゼであり、前記至適温度が65〜105℃であり、そして前記pHが5.8〜6.5であるか;又は
前記酵素が高温細菌性アルファーアミラーゼであり、前記至適温度が95〜105℃であり、そして前記pHが6.0〜6.5であるか;又は
前記酵素が菌類アミラーゼであり、前記至適温度が54〜56℃であり、そして前記pHが4.9〜5.3であるか;又は
前記酵素がグルコアミラーゼであり、前記至適温度が58〜60℃であり、そして前記pHが4〜5であるか;又は
前記酵素が麦芽ベーターアミラーゼであり、前記至適温度が45〜60℃であり、そして前記pHが4.9〜5.3であるか;又は
前記酵素が菌類アルファーアミラーゼとグルコアミラーゼとの混合物であり、前記至適温度が45〜65℃であり、そして前記pHが4.9〜5.3であるか;又は
前記酵素がプルラナーゼであり、前記至適温度が45〜70℃であり、そして前記pHが4.5〜5.5であるか;又は
前記酵素がイソアミラーゼであり、前記至適温度が25〜50℃であり、そして前記pHが3.5〜5.5であり;そして
前記工程(c)の液化デンプンが顆粒転換デンプン及び/又は未転換非アルファー化顆粒デンプンを任意的に含むシロップを含んで成り、このシロップが60〜80重量%の固体含有量を有する、請求項1記載の方法。
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