JP4288381B2

JP4288381B2 - ゲル状物から液状物を製造する方法並びに粉状物を製造する方法

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Publication number: JP4288381B2
Application number: JP2005050344A
Authority: JP
Inventors: 晃一村山; 久一安井; 亨辻内; 康夫飯田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Futamura Chemical Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Futamura Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006231219A

Description

この発明は、主として、多糖類を含有してなるゲル状物から液状物を製造する方法に関する。

でん粉やペクチン、グルコマンナンなどの多糖類、あるいはゼラチンなどのたんぱく質や、ポリアクリル酸などの高分子物質は、適当な溶媒に溶解されて高粘度で低流動性のゲル状物として食品や工業で用いられる。

例えば食品分野では、野菜などの煮汁に水溶きした片栗粉を分散加熱することでトロミを付与し、あんかけなどにすることが行われている。また、ゼラチンや寒天を水中で加熱し溶解した後、任意の形状の型に流し入れ、冷却固化する事で任意の形状の固形物すなわちゼリーを得たり、果肉と果皮とを煮詰めることで果皮中に含まれるペクチンにて果汁を固めマーマレードを得たりすることは、広く行われている。また、工業分野では、アルカリ処理されたでん粉により得られたでん粉糊が、紙製品の製造などで接着剤として広く用いられており、また、ポリアクリル酸による吸水パッドはおむつの吸水材として使用されている。

しかるに、ゲル状物は、しばしばその高粘度や低流動性がゲル状物の操作を困難とすることがある。物質の操作の代表的なものとして移動が挙げられるが、例えば前記のマーマレードにあっては、製造直後で温度が高く流動性が高い状態では、多数の瓶に正確な分量で素早く小分けすることが可能であるが、冷却して流動性が低下したマーマレードを同様に小分けすることは極めて困難である。

また、ゲル状物の高粘度や低流動性がその利用範囲を狭めていることが挙げられる。例えば多糖類のうちグルコマンナンに代表される難消化性多糖類においては、人の栄養源となりにくいその栄養学的な機能と食物繊維としての機能を有することに着目して、繊維質不足やカロリー過剰摂取になりがちな現在の食生活における健康維持に有益な物質であると注目されている。特に、食物繊維の摂取は血液中のコレステロール低下を促し、心筋梗塞、糖尿病、大腸がんなどの成人病予防にも効果があることからその積極的な用途展開が試みられている。しかしながら、これらの多糖類にあっては、その高粘度や低流動性のため、高濃度での摂取が困難となることが多く、効果的な利用の妨げとなっている。また、前述したゲル状物の操作上の問題もあいまって、多糖類を高濃度に含有する食品の工業的な設計については障害が少なくない。

ところで、でん粉や多糖類の粘度を低下させる方法として、でん粉中間分解物であるデキストリンやマルトデキストリンを混合することで粘度を低下させている例もあるが（例えば特許文献１，２を参照）、一般的な液状化手段としては、α−アミラーゼ酵素によるでん粉の液化法が広く行われている。

すなわち、でん粉糖化工業における、でん粉液化物を得る方法で、でん粉乳と液化酵素であるでん粉分解酵素を、予め混合しておき加熱することで、でん粉粒の加熱崩壊による糊化と、糊化したでん粉の加水分解を同時に進行させる方法である。このでん粉液化物に、取得したい最終製品に合わせて糖化酵素の種類や組み合わせを選択することで、ブドウ糖や水飴、サイクロデキストリンといったでん粉由来の糖質の製造が行われている。でん粉糖化工業における、でん粉液化は、糖化酵素の作用を円滑に進めるための前処理にあたり、でん粉の糊化によるゲル状化を防ぐことで、移動や糖化酵素との混和がスムーズに行われている。

しかしながら、予め糊化された高粘度で低流動性のゲル状となったでん粉については、移動および液化酵素との混和といった操作が困難であるため、配管閉塞や加熱部分への付着による焦げ付きなどの深刻な障害が発生することが問題となっている。また、たんぱく質については、でん粉と同じく各種のたんぱく質分解酵素が存在するため処理自体は可能であるが、ゲル状物に対しては、やはり操作が困難である。

それ以外の多糖類や高分子の酵素液化については、グルコマンナンを液化する酵素による飲料の製造方法が提案されているが（例えば特許文献３参照）、操作の問題に加え、商業的に使用できる酵素が存在しないか非常に高価であり、製造費用を押し上げる結果となるため、経済的理由等から工業的利用は難しい。

塩酸や硫酸といった強酸による酸分解法によれば、原理的にはゲル状物の種類によらず液化することが可能であると考えられるが、操作の問題だけでなく、使用する酸による反応容器や付帯設備といった製造設備の腐食や、酸や中和するアルカリ等の取り扱いそのものが非常に危険であるという問題が生じる。

加えて、酵素分解ならびに酸分解ともに、使用した酵素や酸およびその中和により生じた塩類などが、液化物中に混在して残存するため、例えば、食品分野など特に最終製品の純度が要求される場合には、ろ過やイオン交換処理など適切な精製方法で残存物の除去を行う必要があり、この場合には工程が煩雑なものとなる。

また、イオン交換処理を行う場合には、液化物の成分が荷電を有していると、イオン交換処理に用いるイオン交換樹脂に吸着されることがあるため、著しい収率低下をきたすなど、処理自体が困難となる場合もある。

上記の問題点を解決し高粘度で低流動性のゲル状物の液状化による操作性、経済性および利便性を向上させるため、本発明者らが鋭意検討したところ、前記ゲル状物に超音波照射を適用することにより短時間で液状化が生じ、液状物が取得可能であることを見出した。
特開２００３−２９０１公報（第２―３頁、第１図）特許３０６６５６８号（第２頁）特開平５−１９９８５６号公報（第２―４頁）

従って、本発明は、前記の問題点を鑑み、高粘度で低流動性の多糖類を含有してなるゲル状物を短時間で容易にかつ効率よくしかも経済的に液状化する方法を提供することを目的とする。

すなわち、請求項１の発明は、多糖類を含有してなるゲル状物に超音波を照射して液状物を得ることを特徴とするゲル状物から液状物を製造する方法に係る。

請求項２の発明は、前記多糖類がでん粉である請求項１に記載のゲル状物から液状物を製造する方法に係る。

請求項３の発明は、前記ゲル状物に照射される超音波の周波数が、２０ＫＨｚないし４００ＫＨｚの周波数から選択される請求項１又は２に記載のゲル状物から液状物を製造する方法に係る。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法によって得られた液状物をスプレードライヤーにて乾燥して粉状物とすることを特徴とする粉状物を製造する方法に係る。

請求項１の発明に係るゲル状物から液状物を製造する方法によると、多糖類を含有してなるゲル状物に超音波を照射することにより、前記ゲル状物から液状物を得ることができる。そのため、例えば、予め糊化された高粘度で低流動性のゲル状物であっても、超音波照射により短時間で液状化することが可能であり、操作性や利便性を向上させることができる。また、本方法によれば、従来のでん粉糖化工業の液化工程における酵素分解、酸分解を行うことなく、短時間で簡便に液状物を得ることができる。従って、通常、食品分野など特に最終製品の純度が要求される分野において、酵素分解ならびに酸分解などを行うと、分解に使用した酵素や酸などが分解物中に残存するため、ろ過やイオン交換処理など適切な精製方法で残存物の除去を行う必要があったが、本方法を用いればそのような煩雑な工程を省略することができる。

請求項２の発明に係る請求項１に記載のゲル状物から液状物を製造する方法によると、前記多糖類がでん粉であるため、酵素を用いることなく、しかも高粘度で低流動性のゲル状物であっても、経済的で簡便に短時間で液状物を得ることができる。

請求項３の発明に係る請求項１又は２に記載のゲル状物の液状化方法によると、前記ゲル状物に照射される超音波の周波数は、２０ＫＨｚないし４００ＫＨｚの周波数から選択することができ、人間には可聴できない周波数の領域であるため、騒音の心配が少なく、ゲル状物に合わせて好適な周波数を用いることができる。

請求項４の発明に係る粉状物を製造する方法によると、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法によって短時間で得られた液状物をスプレードライヤーにて乾燥して粉状物とすることができる。ゲル状物を超音波照射することにより得られた液状物を用いて、最終目的物の用途に合わせた性状の粉状物を簡便に得ることができる。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明を実施する装置の一例を示す概略図である。

本発明のゲル状物から液状物を製造する方法とは、請求項１の発明として規定するように、多糖類を含有してなるゲル状物に超音波を照射して液状物を得る方法である。ここで、前記ゲル状物の固形分濃度は特に限られたものではないが、分解物の経済的な取得の観点から１重量％以上が好ましく、更には１０重量％以上が好ましい。また、超音波を照射する前記ゲル状物の粘度は特に限定されないが、粘度４００ｍＰａ・ｓ程度の軟らかいゲル状物はもちろんのこと、４０，０００ｍＰａ・ｓ以上の硬いゲル状物に対しても本方法の適用が可能である。なお、粘度はＢ型粘度計（東機産業株式会社製ＴＶＢ−１０）を用い、ローターと回転数を適宜調整し、温度５０℃で測定したときの一例である。

さらに、前記多糖類を含有してなるゲル状物とは、請求項２の発明として規定するように、でん粉である。前記ゲル状物の調整方法としては、特に限定されないが、加温や薬剤処理ならびにそれらを組み合わせた方法などが挙げられる。

ゲル状物に超音波照射して得られた液状物の性状は、超音波照射の形態により、液化の程度が任意に調整される。前記液状物は、単体で糊剤やトロミ付け、粘度賦与などに利用できるほか、任意の物質と混合し組成物を調整することが出来る。なお、得られた液状物は、酸および酵素といった物質の使用がないため、それらを除去する工程操作の必要が無い。したがって食品分野など特に純度が要求される製品を製造するのに好適である。

加えて、請求項３の発明として規定するように、前記ゲル状物に照射される超音波の周波数は、２０ＫＨｚないし４００ＫＨｚの周波数から選択して用いることが可能である。また、超音波照射における照射形式、照射時間、強度、ゲル状物の量などの条件については、特に限られるものではない。なお、超音波照射の周波数としては、超音波照射装置の消費電力、ゲル状物に超音波を照射する際の処理効率などから１０ＫＨｚから１０ＭＨｚ、好ましくは２０ＫＨｚから２ＭＨｚ、２０ＫＨｚから１ＭＨｚ、２０ＫＨｚから４００ＫＨｚ、また更に好ましくは２０ＫＨｚから１００ＫＨｚが好適であると想定される。

また、ゲル状物の調整と超音波照射を同時に実施したり、被処理物の投入と当該処理物の取り出しを適宜行う事で連続的に実施してもかまわない。さらに、従来の液化方法である酸分解法や酵素分解法と組み合わせることで、それらの処理法を高濃度で短時間のうちに経済的に進める手段としても利用することも出来る。

また、粉状物を製造する方法とは、請求項４の発明として規定するように、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法によって得られた液状物をスプレードライヤーにて乾燥して粉状物とする方法である。得られた液状物は微生物汚染を受けやすい様態であるため、液状での長期保存や輸送については、高度に衛生的な仕様の容器の設置や入念な配管洗浄など格別の設備管理が必要とされる。一方、得られた液状物を速やかに水分を減少させて粉状物とすることで、この微生物汚染の危険性を解決することが可能である。また粉状化することで、一般的な管理条件での効率よい保管や流通が可能となるだけでなく、使用時における配合や調整といった操作を、任意の濃度に再溶解した液状あるいは粉状のままでも実施する事ができる。このような粉状化方法としては、速やかで連続的かつ内容成分への影響が少ない液状物の乾燥方法であるスプレードライヤーによる実施が好適である。目的とする粉状物の性状に応じて、得られた液状物に、例えば、バインダーや分散剤等の添加剤を加えることで、最適なスラリーなどにすることも可能である。乾燥装置、乾燥温度などの諸条件、さらに得られる粉状物の粒径、形態などは特に限定されるものではなく、目的とする粉状物の性状に応じて任意に選択することができる。

図１は、本発明に用いるゲル状物の液化装置の一例である。図において、ゲル状物の液化装置１は、信号を発振する発振機２、発振された信号出力を測定する電力計３、発振された信号により振動する振動子４、振動子の振動により生じる超音波が照射される被照射物５、その被照射物の容器６により構成されている。上記の容器６は、上面が開放され、下面が閉じているステンレス製円筒である。容器６内に被照射物５を入れた後、振動子４を容器６の開放側から被照射物５に直接密着させる。上記の発振機２から、振動子４へ信号が発振されることで被照射物５に超音波が照射され、その出力は電力計３により監視される。任意の程度まで超音波照射を行ったのち、発振機２からの信号を停止し、容器６から被照射物５を取り出すことができる。

次に本発明の実施例について示す。各処理を行うに当たり、下記所定の条件でゲル状物の調整を行った。前記ゲル状物を直径５．５ｃｍ高さ４ｃｍのステンレス製円筒容器に充填し、超音波発振機「（有）コウワ技研製バリアブル型超音波発振機」の発振で駆動する振動子の先端（直径５ｃｍ）を密着させ、２０ＫＨｚ１００Ｗの超音波照射を３０分行い、各液状物を得た。

［処理例１］
試薬「グルコマンナン」（和光純薬工業（株）製）固形換算０．５ｇを４９．５ｇの沸騰脱イオン水に攪拌しながら投入して５０gのゲル状物を調整した。超音波照射の時間に伴う粘度変化を確認するために、超音波照射時間を５分から６０分の間で変化させて行った。超音波照射時間と得られた液状物の粘度の関係は下記表１、図２に示すとおりである。ゲル状物に対する超音波照射により、ゲル状物の液化が生じ、照射時間に伴って粘度低下が短時間で進行していることが明らかである。また、超音波照射時間については、３０分以上超音波照射を行っても、それ以降はほとんど粘度変化が無かった。従って、以下の各試料は超音波照射時間を３０分として処理を行った。

［処理例２］
市販とうもろこしでん粉「コーンスターチ」（フタムラスターチ（株）製）固形換算５．０ｇと水酸化ナトリウム試薬０．５ｇを脱イオン水に溶解し、５０ｇのゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例１と同様の方法にて超音波照射を３０分行い、当該処理物を得た。

［処理例３］
市販とうもろこしでん粉「コーンスターチ」（フタムラスターチ（株）製）固形換算５．０ｇを脱イオン水に分散させ加温し、５０ｇのゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例４］
市販馬鈴薯でん粉「片栗粉」（（株）扇カネ安製）固形換算５．０ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例５］
試薬「ジェランガム」（関東化学（株）製）固形換算１．０ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例６］
試薬「アルギン酸ナトリウム」（関東化学（株）製）固形換算２．５ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例７］
試薬「ペクチン」（関東化学（株）製）固形換算５．０ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例８］
試薬「ポリアクリル酸」（和光純薬工業（株）製）固形換算０．５ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例９］
試薬「ポリビニルアルコール」（関東化学（株）製）固形換算０．５ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例１０］
試薬「ポリエチレングリコール」（メルク（株）製）固形換算１０ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例１１］
市販「ゼラチン」（マルハ（株）製）固形換算０．５ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例１２］
市販粉末「寒天」（伊那食品工業（株）製）固形換算０．１ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［処理例１３］
加工でん粉（公知の方法により調整されたでん粉リン酸エステル）固形換算５．０ｇを処理例３と同様の方法でゲル状物を調整した。このゲル状物を処理例２と同様の方法にて超音波照射を行い、当該処理物を得た。

［超音波照射による各試料の粘度の評価］
図３に、処理例２から処理例１３までの各試料における、超音波照射前と超音波照射後の粘度の測定結果を示す。図３から明らかなように、いずれの処理例においても、ゲル状物に対する超音波照射により、短時間で著しく粘度が低下した。

［処理例１４］
処理例３により調整した当該処理物に水酸化カルシウム試薬を加えｐＨ６．０に調整した後、α−アミラーゼ「大和化成（株）製クライスターゼＴ−５」３０Ｕ添加し、５０℃で３時間反応させた上で、シュウ酸試薬にてｐＨ４．５に再調整し、グルコアミラーゼ「アマノエンザイム（株）製シルバラーゼ」１７０Ｕを添加して５０℃にて７２時間反応せしめ、ぶどう糖液を得た。

［比較例１］
フタムラスターチ（株）製連続酵素液化装置にて液化された１０重量％でん粉液化液に、α−アミラーゼ「大和化成（株）製クライスターゼＴ−５」３０Ｕ添加し、５０℃で３時間反応させた上で、シュウ酸試薬にてｐＨ４．５に再調整し、グルコアミラーゼ「アマノエンザイム（株）製シルバラーゼ」１７０Ｕを添加して５０℃にて７２時間反応せしめ、ぶどう糖液を得た。

［ぶどう糖当量の評価］
表２において、処理例１４および比較例１にて得られたぶどう糖液のぶどう糖含量を示す。なお、ぶどう糖量はレーンエイノン法にて得られたぶどう糖当量（ＤＥＤｅｘｔｒｏｓｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ）にて測定した。表２により、処理例１４において得られたぶどう糖液のぶどう糖当量（ＤＥ）は比較例１とほとんど同じであり、本発明によって得られたでん粉の当該処理物は、従来用いられているでん粉液化液と同等にぶどう糖の生産に使用可能であることが明らかである。

［処理例１５］
処理例３により調整した当該処理物に水酸化カルシウム試薬を加えｐＨ６．０に調整した後、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ「アマノエンザイム（株）製コンチザイム」１５Ｕを添加して５０℃にて７２時間反応せしめサイクロデキストリン溶液を得た。

［比較例２］
比較例1にて得られた１０重量％でん粉液化液に、サイクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ「アマノエンザイム（株）製コンチザイム」１５Ｕを添加して５０℃にて７２時間反応せしめサイクロデキストリン溶液を得た。

［サイクロデキストリン量の評価］
表３に処理例１５と比較例２にて得られたサイクロデキストリン溶液のサイクロデキストリン含量の比較を示す。なお、サイクロデキストリン含量は、ＨＰＬＣ装置（株式会社島津製作所製ＲＩＤ−１０Ａ）を用いて、高速液体クロマトグラフィー法により測定を行った。表３によれば、処理例１５において得られたサイクロデキストリン量は比較例２よりやや多く、本発明によって得られたでん粉の当該処理物は、従来用いられているでん粉液化液よりもサイクロデキストリン生産に好適であることが明らかである。

本発明を実施する装置の一例である。本発明によって得られた当該処理物の粘度と、処理時間との関係を示す図である。処理例２から処理例１３までの各試料における、超音波照射前と超音波照射後の粘度の測定結果を示す表である。

１ゲル状物の液化装置
２発振機
３電力計
４振動子
５被照射物
６容器

Claims

多糖類を含有してなるゲル状物に超音波を照射して液状物を得ることを特徴とするゲル状物から液状物を製造する方法。
前記多糖類がでん粉である請求項１に記載のゲル状物から液状物を製造する方法。
前記ゲル状物に照射される超音波の周波数が、２０ＫＨｚないし４００ＫＨｚの周波数から選択される請求項１又は２に記載のゲル状物から液状物を製造する方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法によって得られた液状物をスプレードライヤーにて乾燥して粉状物とすることを特徴とする粉状物を製造する方法。