JP4596306B2

JP4596306B2 - 低分子化キトサンの製造方法

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Publication number: JP4596306B2
Application number: JP2004059763A
Authority: JP
Inventors: 眞八藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP2005220331A

Description

この発明は、キトサンに関するものであり、一層詳細には、発酵によってキトサンを分解し、食品、化粧品、医療品などへの応用が期待される低分子化されたキトサンを効率よくの製造する方法に関するものである。

キトサンは、２−アミノー２−デオキシーＤグルコース（グルコサミン）が直鎖状に結合した塩基性ホモ多糖であり、工業的には、カニやエビなどの甲殻類の殻、イカの骨格などに含まれている天然キチンを脱アセチル化することにより製造するのが一般的である。
そして、このキトサンはタンパク質や菌体の凝集、ウランなどの重金属の吸着、化粧品の保湿性付与や帯電防止など種々の用途に利用されており、最近では、コレステロールの低下作用、血圧低下作用、腸内菌の調整作用や腐敗物質の除去作用など生理機能に及ぼす効果も認められている。

ところで、キトサンは一般に分子量が１０万以上の高分子体であり、溶液とした場合の粘度が高く極めて扱いにくいため用途が制限されるという問題があった。
一方、最近では分子量２０００以下の低分子キトサンについての研究も盛んに行われ、高分子キトサンには見られない特異な生理機能が植物や動物、微生物で明らかになりつつある。

このような事情から、キトサンの低分子化によりその利用性を向上させるための研究ないし開発が種々行われている。
すなわち、キトサンを低分子化する方法としては、塩酸による加水分解、過酸化水素や亜硝酸などの酸化剤が用いる化学的方法、あるいは、キトナーゼなどの分解酵素を利用する方法などが実施されているが、前者の化学的な方法では、使用する薬品の危険性、酸化剤の濃度や反応時間、温度によってはキトサンの特徴であるアミノ基が脱落して分解のコントロールが難しくなること、得られる低分子キトサンの分子量分布が広がってしまい特定の分子分布範囲に制御したキトサンの取得が難しいこと、キトサンの褐変が起りやすいこと、さらには廃液処理など取り扱い上の問題もあるなどの指摘がなされていた。
また、後者の酵素を利用する方法は、原料となるキトサンが高分子体であるため高濃度での反応制御が難しいだけでなく、酵素は非常に高価であり、低分子量のキトサンを安価に提供するという点においては技術的な課題が多いと言える。

そこで、この発明では従来よりも効率よく安価に製造できる低分子化キトサンの製造方法を提供することを目的とするものである。

この課題を解決するため、本発明では、わが国で古くから行われている発酵技術に着目し、原料となるキトサンにミネラルを加えるとともに麹および有機酸発酵させることにより原料キトサンの分解を行って低分子化を図るものである。

具体的には、例えば、アセチル化度が８０％以上で分子量が１５万〜２０万程度の原料キトサンにミネラルを添加して所定量の浄化水で蒸煮することにより殺菌し、つぎに酵母、クエン酸菌、乳酸菌、酢酸菌のほかセルラーゼ（繊維分解酵素）等を含む麹菌を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を加えて醗酵させ、次いでこの醗酵キトサン原料にクエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選択されるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を混合して所定温度に保持して熟成し、さらにこれを濾過抽出する手順（プロセス）を採用するものである。

この場合、添加するミネラルとしては、イオン性固体（塩）あるいは解離（イオン化）したミネラルを単独でまたはこれらの混合物を使用することができ、さらに、イオン化ミネラルを使用する場合は、例えば、澱粉および／もしくは穀類と種子と卵殻とを所定の割合で混合した原料を粉砕し、次いで浄化水と麹菌を加えて醗酵熟成することにより原料中に含まれているカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどのミネラルを解離させたのち濾過することにより得られた醗酵熟成液が好適に使用できる。

本発明に係る低分子化キトサンの製造方法によれば、原料キトサンの分散液は麹菌あるいは麹菌混合物による発酵作用によってキトサンのアミノ基が荒く分断されたのち有機酸の作用によってさらに小さく分断され、この際、分断された末端のアミノ基にミネラルが適宜結合して低分子状態を保持するため、従来に比べ効率よくしかも安価に製造することができ、また、本発明方法によって得られた低分子化キトサンは、分子量が１０００前後以下の特徴である「ほのかな甘み」を呈している低分子量であるため少量で目的とする所望の効果を期待することができるので種々の用途への活用を図ることが可能となるものである。

次に、本発明に係る低分子化キトサンの製造方法における最良の実施の形態を例示し、以下詳細に説明する。
図１において、本発明に係る低分子化キトサンの製造方法で使用する原料キトサン１０は、天然のキチン質をアルカリ処理などの常法により脱アセチル化して得られる高分子量のキトサンでも、この高分子キトサンを化学的あるいは酵素的にある程度分解したキトサンでもその分子量については特に制限はなく、任意の分子量のキトサンを使用することができるが、効率を勘案すると、アセチル化度８０％以上で分子量が１５万〜２０万程度のキトサンを使用するのが好ましい。
次にこの原料キトサン１０と、ミネラル１２と、水道水（Ｔａｐｗａｔｅｒ）から予め塩素などを除去した浄化水１４とを容器１６に投入し、適度に攪拌しながら公知の加熱手段で、例えば、８５℃以上で３０分間程度加熱することにより殺菌してキトサンの分散液１８を調製する。
この場合、原料キトサン１０と浄化水１４との混合比は、原料キトサン１に対して５程度にするのが好ましく、またミネラル１２の添加量は原料キトサン１０と浄化水１４の総量に対して３重量％〜１５重量％の範囲に設定するのが好適である。

一方、原料キトサン１０に添加するミネラルとしては、本実施の形態においては、表面積が大きい多孔構造でしかもリン含量が低く平均粒径を１０μｍ以下に設定した卵殻粉（炭酸カルシウム）や炭酸マグネシウムなどのイオン性固体（塩）を使用するが、あらかじめ解離（イオン化）したミネラルあるいはこれらの混合物を使用することができることは言うまでもない。
なお、イオン化ミネラルを使用する場合は、例えば、澱粉および／もしくは穀類と種子と卵殻とを所定の割合で混合した原料を粉砕し、次いで浄化水と麹菌を加えて醗酵熟成することにより原料中に含まれているカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどのミネラルを解離させたのち濾過して得られた醗酵熟成液などが好適に使用することができる。

次に、容器１６内のキトサン分散液１８の温度が４０℃程度まで低下したら、このキトサン分散液１８に対して、酒麹菌、醤油麹菌、味噌麹菌のほかセルラーゼ（繊維分解酵素）を含む麹菌を単独でまたはこれらの２種以上の麹菌混合物２０、砂糖などの糖質２２およびミネラル塩２４を加えてよく混合したのち、３５℃〜４５℃に保持して前記キトサン分散液１８を３〜４週間程度かけて醗酵させる。
この場合、麹菌あるいは麹菌混合物２０の分量は、キトサン分散液１８の３重量％〜３０重量％の範囲に設定するのが好ましい。麹菌あるいは麹菌混合物２０の分量が３重量％未満になると醗酵に長時間を要するだけでなく充分な発酵を行えなくなり、また３０重量％を超えると量が多すぎて経済性が低下することになる。
また、糖質２２の分量は麹菌あるいは麹菌混合物２０よりも若干多めの分量とし、ミネラル塩２４の分量は、糖質２２の分量の約１０重量％程度を目安とする。

なお、キトサン分散液１８の発酵に際しては、公知の手段による攪拌を適宜繰り返してガス抜きをすることにより麹菌あるいは麹菌混合物２０の発酵を促進させるのが好ましく、この発酵作用によってキトサンはそのアミノ基が荒く分断され、最終的には、多少粘性を有するが空隙の多いクリーミーな醗酵液となり、分量も若干増加する。

次に、このようにして得られたクリーミーな醗酵キトサン液２６に、例えば、クエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選択されるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上を混合した有機酸溶液２８を加え、ヒータなどにより３５℃〜４５℃に保持した状態で静電磁場および電位差を有する雰囲気、さらに必要に応じて、超音波（例えば、２８ＫＨｚ程度）の照射下においてゆっくりと攪拌しながら流動させ、１週間〜２週間程度熟成（有機酸発酵）する。
この場合、醗酵キトサン液２６に加える有機酸溶液２８の分量としては醗酵キトサン液の２倍量〜５倍量に設定するのが好ましく、有機酸溶液２８が醗酵キトサン液の２倍量以下だと醗酵熟成に長時間を必要とし、また５倍量を超えるとキトサン自体の量が少なくなるため熟成がうまくできず経済性も低下する。

この熟成により、麹菌あるいは麹菌混合物２０の発酵作用によって荒く分断されたキトサンは有機酸の作用でさらに分断されていくが、この際、末端のアミノ基にミネラルが適宜結合していくため、分子量１２００程度以下のキトサンを含む発酵キトサン液３０として好適に保持される。
なお、この醗酵キトサン３０の熟成に際しては、適宜の攪拌手段を使用して醗酵キトサン液３０を攪拌するとともにポンプ装置などでゆっくり流動させながら行うのが好ましい。

そして、このようにして得られた醗酵熟成キトサン液３０を加熱あるいは紫外線照射などの手段で再び殺菌したのち濾過抽出することにより低分子化キトサン３２を調製した。
なお、一般にキトサンは、分子量が１００００以上では、ほとんど「無味」、分子量１００００以下から「渋味」がでてきて、分子量２０００前後が最も渋味を呈するのであるが、本発明方法により得られた低分子化キトサン３２は、分子量が１０００前後以下の特徴であるほのかな「甘み」を呈していることが確認された。

次にこのような本発明方法により得られた低分子化キトサン３２の質量分析を以下の要領で行ったところ、表１に示す結果を得た。
・使用装置；ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲｐｌｕｓ（株式会社島津製作所製）
・イオン検出；正イオン
・引き出し電圧；２０ｋｖ
・マトリックス溶液；Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃａｃｉｄ（ＤＨＢ）
（０．１％ＴＦＡ，５０％ＭｅＣＮ，１０ｍｇ／ｍｌｓｏｉｕｔｉｏｎ）
・ＰｕｌｓｅＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ＯＮ
・サンプル条件；低分子キトサンを水で１０倍に希釈したのち１μｌをとり、ＭＡＬＤＩプレートにアプライし、風乾後、マトリックス溶液を重層
・設定モード；・Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎｍｏｄｅ分解能重視（質量精度重視）
・Ｌｉｎｅａｒｍｏｄｅ；感度重視

この測定によると、２〜８量体のキトサンが混在しており、分析中にも切れる可能性があるため平均分子量の確定はできなかったが、分子量は１２００以下であることが確認された。
このように分子量が１２００以下の低分子キトサンを得られるのは、麹菌あるいは麹菌混合物による発酵作用によってキトサンのアミノ基が荒く分断されたのち、有機酸の作用によってさらに小さく分断され、この際、末端のアミノ基にミネラルが適宜結合してこの状態がバランスよく保持されるからである。

本発明方法により製造される低分子化キトサンは、分子量が１０００前後以下の特徴であるほのかな「甘み」を呈している低分子量であるため少量で所望の効果を期待することができ、従って、次のような多岐の分野に亘り効率的な利用を図ることが可能となるものである。
（１）健康食品、食品添加剤、防腐剤、ペット用飼料などの食品分野、
（２）人工皮膚、縫合糸、人工透析膜、人工腎臓、動物用治療具，薬剤用カプセルなどの医療分野、
（３）土壌改良剤、成長促進剤、殺虫剤、抗ウイルス剤、ウイルス病の防除などの農業分野、
（４）石鹸、毛髪剤、衣類、寝具類、玩具類、クロマトグラフィー、染料、各種フィルム類、化粧品、歯磨き、入浴剤、木工塗料、無公害プラスチック、ブラウン管などの工業分野、
（５）廃液凝集材、重金属排除、汚水処理、貴金属吸着、放射線物質吸着などの環境分野など多岐の分野に亘って好適に利用することができるものである。

本発明に係る低分子化キトサンの製造手順を示す説明図である。

１０：原料キトサン、
１２：ミネラル
１４：浄化水、
１６：容器、
１８：キトサン分散液、
２０：麹菌、麹菌混合物、
２２：砂糖などの糖質、
２４：ミネラル塩、
２６：醗酵キトサン液、
２８：有機酸溶液
３０：醗酵熟成キトサン液
３２：低分子キトサン

Claims

アセチル化度が８０％以上で分子量が１５万〜２０万程度の原料キトサンにミネラルを添加して所定量の浄化水で蒸煮することにより殺菌し、つぎに酵母、クエン酸菌、乳酸菌、酢酸菌のほか繊維分解酵素を含む麹菌を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を加えて醗酵させ、次いでこの醗酵キトサン原料にクエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選択されるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を混合して所定温度に保持して熟成し、さらにこれを濾過抽出することを特徴とする低分子化キトサンの製造方法。
ミネラルとして、イオン性固体（塩）あるいはイオン化ミネラルを単独でまたはこれらの混合物を使用することからなる請求項１に記載の低分子化キトサンの製造方法。