JP5318891B2 - 発酵飲料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はトレハルロース含有発酵飲料、特にインスタント(trinkfetige)飲料または飲料濃縮物の製造、特に連続的製造のための方法に関する。

トレハルロース（1-O-α-D-グルコピラノシル-D-フルクトース）はグルコースとフルクトースがα-1,1-結合を形成するヘテロ二糖である。トレハルロースはイソマルツロースと同様の生理的性質を有する消化可能な非う蝕原性甘味料として知られている。しかし、トレハルロースの甘味度はショ糖の40〜50％にすぎない。

ドイツ特許DE3241788によれば、トレハルロースはヒトの小腸の酵素系では非常に分解されにくく、従って部分的に緩慢に吸収されるにすぎない。欧州特許EP1424074は、イソマルツロースまたはトレハルロースを含む、血糖値の調節または肥満の予防のための栄養組成物を開示している。欧州特許公開EP1393637A1は、イソマルツロースのほかにトレハルロースも含む、集中力と注意力の改善のための薬品を開示している。

ショ糖からトレハルロースおよびイソマルツロースを製造する方法は欧州特許EP0483755B1により周知である。そこに開示された方法によれば、ショ糖含有溶液をトレハルロース生成酵素と接触させて、トレハルロースシロップを得る。トレハルロース生成酵素はシュードモナスまたはアグロバクテリウム属の微生物に由来する酵素である。この刊行物が開示するところによれば、この微生物の使用は高いトレハルロース収量をもたらし、同時に副生物としてごく僅かな単糖しか生じない。この刊行物に記載されているように、ショ糖が、比較可能なショ糖溶液のおよそ半分の甘味のしか有しないトレハルロース含有混合物にほぼ完全に転化することから、開示されているトレハルロース含有混合物は甘味料の添加のような追加の工程なしにはショ糖代用品として飲料に使用することができない。それゆえ欧州特許EP0794259B1で周知のトレハルロース含有飲料の製造方法は、飲用に供せられる飲料を得るために別の甘味料を別途添加することを予定している点で不利である。

DE 32 41 788 EP 1 424 074 EP 1 393 637 A1 EP 0 483 755 B1 EP 0 794 259 B1

そこで本発明は、上記の欠点を克服し、特に上記の飲料の特に簡単かつ経済的な製造を可能にする、低う蝕原性甘味発酵飲料の改善された製造方法を提供するという技術問題に基づくものである。

本発明は独立請求項の教示の形で、この技術問題の解決策を提供する。特に本発明は低う蝕原性発酵飲料の製造、特に連続的製造のための方法を提供することによって技術問題を解決する。この方法は下記の順序で次の諸段階を包含し、または好ましい実施形態では下記の順序で次の諸段階からなる。

a) 酵素反応に適した発酵条件の標的調整下(unter gezielter Einsstellung)、10〜30℃の温度で、ショ糖含有基質（例えばショ糖含有溶液、果汁、果汁エキスのシロップまたは果汁濃縮物のシロップ）とトレハルロース生成系を接触させて、溶液に含まれるショ糖を残留ショ糖含量が10〜70重量％、特に20〜40重量％（転移溶液(Umlagerungsloesung)に含まれる糖の重量に対する重量％、それぞれ乾燥重量）になるまで酵素的にトレハルロース混合物に転化させ、
b) 得られたトレハルロース混合物を濾過してトレハルロース生成系を分離し、かつ好ましくはさらなる精製段階は行わず、
c) 少なくとも1種の、好ましくは甘味のない飲料添加物（例えば食品に適合する酸）および／または少なくとも1種の香味料(Geschmacksstoffes)（例えば香料、果汁エキス、ハーブエキス、果実エキスまたは茶エキス）を、段階b)で得た濾過したトレハルロース混合物に加えて、好ましくはインスタント飲料である低う蝕原性甘味発酵飲料を得る。

好ましい実施形態において、本発明は飲料製造のために使用される甘味料の製造に直接続いて、とりわけ連続的に、この甘味料を含む、飲食に供せられる飲料を１工程で、特に連続工程で製造することを可能にする方法を提供する。本発明に基づく飲料の製造の際には、別の甘味料（例えば糖、即ち特にショ糖、グルコースまたはフルクトースまたは糖代用品、例えば糖アルコールまたは強力甘味物質）を別個に添加せずに利用可能であるという利点がある。そこで本発明の好ましい実施形態は、糖、糖代用品、糖アルコールおよび／または強力甘味物質の添加を行う工程段階が存在しないことを特徴とする上記の方法に関する。本発明に基づく方法は、とりわけ甘味度および官能的性質が慣用の、例えば純ショ糖ベースの加糖飲料におおむね相当し、またはむしろそれよりも改善されている、飲用に供せられる低う蝕原性トレハルロース含有飲料を提供することを可能にする。

この教示の重要な特徴は、段階a)で得られる転移溶液、即ち好ましくは水性転移溶液であるトレハルロース混合物が、直接直ちに、即ち濾過によって行われるトレハルロース生成系の分離は別として、その他の工程段階（特に精製）を行わずに、飲料添加物として使用されることである。驚くべきことに、こうして製造された飲料または飲料濃縮物は官能試験で著しく改善された味覚特性を示す。製造される発酵飲料は豊潤であり、香味があり、バランスのとれた甘味を有する。定説に縛られることを望まないのであれば、こうして得られる改善された官能的特性および改善された味覚特性は、製造工程中に除去されず芳香成分との相乗効果を生じさせる発酵副産物の存在により得られると考えられる。

また本方法は、甘味料含有、特にトレハルロース含有の発酵飲料の直接的、とりわけ連続的製造を可能にし、飲料の製造の前に甘味料成分を貯蔵、一時的貯蔵または状態調節する必要がない点で有利である。前述のように、飲料の製造を飲料の甘味料成分のための製造工程に直接続いて、またはとりわけ連続的に行うことができる利点がある。工程の段階a)における本発明に基づき提供される発酵条件の標的調整、また制御された調整によって、飲料の製造と同時に飲料の所望の甘味成分含量を調整することができ、甘味料成分、例えばショ糖、強力甘味物質等を別個に配量する必要がない点ことは有利である。この甘味含量は比較的高い甘味度を有する未反応のショ糖の割合、得られるトレハルロースおよび副産物イソマルツロース、グルコース、フルクトース、イソマルトースおよび微量のオリゴ糖の割合で決まる。従って本発明に基づく方法は、発酵条件を制御することによって所望の甘味含量の標的調整を可能にし、その際飲料に供給される、少なくともトレハルロースおよびショ糖を含む甘味料混合物は、トレハルロースを含有することによりカロリー減少かつ低う蝕原性の効果があり、混合物をとりわけ連続的方法で、即ちオンライン法で経済的かつ簡単に製造することができる。

特に好ましい実施形態で、本発明は、飲料の製造が前記の工程段階a)、b)およびc)のみからなる低う蝕原性発酵飲料の製造方法を取り上げる。特に好ましい実施形態では、トレハルロース混合物を含む転移溶液の製造のために、ショ糖含有基質がトレハルロース生成系と接触させられ、トレハルロース生成系が転移溶液から分離され、転移溶液が直接的に、トレハルロース生成系の分離が行われることは別として、別の精製またはその他の工程段階なしに、直ちに飲料または飲料濃縮物の成分として使用され、従って最終的に消費される飲料の中にこの形で存在する。

本発明に関連して、「飲料」との用語は、好ましくは水性ベースのインスタント飲料または飲料濃縮物であって、例えば少なくとも1種の飲料添加物と共に得られたトレハルロース混合物を濃縮することによって調製することができ、飲用の前に溶媒（例えば水）および場合によってはCO₂により飲用可能にされるものを意味する。従って本発明に関連して、製造される飲料は溶液、濃縮物、エキス、粉末飲料または懸濁物の形態である。

また本発明に関連して、飲料とは、果実飲料、スムージーまたは例えば果実調理品（例えばヨーグルト製品）の製造に使用される濃縮した、即ち水分を除去した果実濃縮物をも意味する。

本発明に関連して、ショ糖含有基質とは、ショ糖を有し、工程段階a)でトレハルロース混合物への反応のために使用される基質を意味する。ショ糖含有基質は例えばショ糖含有水溶液、ショ糖含有果実エキスの水溶液またはシロップ、ショ糖含有シロップ、シロップ状のショ糖含有果汁濃縮物、ショ糖含有果実濃縮物、ショ糖含有果汁、ショ糖含有果汁粉末もしくはショ糖含有果実調理品の水性シロップ等である。好ましい実施形態では、この基質は、例えば果汁エキス、果汁濃縮物、果汁粉末の形態であれ、ショ糖の形態であれ、その後の酵素反応を可能にするために、溶液、とりわけ水溶液にされる。その場合ショ糖含有基質はショ糖含有溶液である。

本発明に関連して、混合物または転移溶液の精製とは、この混合物または溶液からの少なくとも1種の物質の分離を意味する。但し、分離される物質は水でない。

ショ糖含有溶液のショ糖含量は3〜100重量％、好ましくは3〜99重量％、特に20〜100重量％（それぞれ乾燥重量分(Trockensubstanz)に対して、略してTS）、とりわけ25〜90重量％、30〜80重量％、35〜45重量％、40〜75重量％、特に45〜70重量％、またはとりわけ50〜65重量％（それぞれ溶液のTSによる）であることが特に好ましい。特に好ましい実施形態では、ショ糖含有溶液のショ糖含量はトレハルロース含有混合物の残留ショ糖含量（TSによる）より5〜100％、好ましくは10〜50％、特に20〜40%高い（それぞれトレハルロース含有混合物の残留ショ糖含量に対して、TSによる）。 好ましい実施形態では、発酵の前には、ショ糖含有溶液中にトレハルロースがまったくないか、または0.1〜5重量％、特に0.1〜3重量％（それぞれTSによる）の量のトレハルロースが存在する。

本発明に関連して、酵素反応に適した発酵条件、特に標的調整される発酵条件とは、特に工程段階a)で使用される温度、pH値および反応時間を意味する。

特に好ましい実施形態では、連続工程の際に所望の生成物、即ち所望の糖組成、特にトレハルロースとショ糖の所望の比率の適宜な制御および／または調整を保証することができるように、工程段階a)で発酵時に得られる転移溶液、即ち糖溶液の組成を絶えずまたは定期的に制御する。

本発明に関連して、トレハルロース混合物とも称されるトレハルロース含有混合物とは、少なくともトレハルロースおよび（残留）ショ糖を含む、この工程順序の段階a)による発酵に由来する混合物を意味する。

好ましい実施形態では工程段階a)の実施のために使用される容器、特にバイオリアクターを通過する、転化されるショ糖含有溶液の貫流速度によって、反応時間が制御されるという利点がある。

別の好ましい実施形態では、本発明に基づく工程、特にその段階a)が10〜25℃、好ましくは10〜20℃、好ましくは10〜17℃の温度で行われるようにした。別の好ましい実施形態では、本発明に基づく工程、特にその段階a)が5.0〜7.0、好ましくは6.0〜7.0のpH値で行われるようにした。別の好ましい実施形態では、本発明に基づく工程、特にその段階a)が好気的条件のもとで行われるようにした。本発明によれば、工程段階a)の発酵は慣用のバイオリアクターまたは発酵槽で、例えば1/10〜1vvmの給気率で行われるようにすることができる。また、好ましい実施形態では、特に100〜600rpmの回転で転移溶液の循環を行うことができる。

特に好ましい実施形態では、反応の後に得られる転移溶液、即ちトレハルロース混合物を含む溶液に10〜70重量％、好ましくは20〜40重量％のショ糖、0〜10重量％のイソマルツロース、0〜3重量％のその他の炭水化物、例えばグルコース、フルクトースおよびイソマルツロースならびに50〜80重量％のトレハルロースが含まれ、その場合成分の総量が100重量％（反応溶液に含まれる糖の乾燥重量（TS）に対して）となるように、発酵条件を標的調整することができる。

好ましくは、使用されるショ糖含有溶液はショ糖水溶液であることが有利である。

本発明に基づき使用されるショ糖含有基質、例えばショ糖含有溶液または果汁濃縮物は、0.1重量％〜60重量％、特に10重量％〜60重量％、好ましくは20重量％〜50重量％のショ糖含量（基質、例えば溶液の全重量に対して）を有することが好ましい。

本発明に関連して、飲料添加物とは、甘味料の働きをするトレハルロース混合物の以外の、飲料中にあって、こくがありおよび／または官能的効果を示し、例えば味覚的または薬理的効果を生じる性質を有する成分を意味する。本発明の意味での飲料添加物の例は、香味物質、香料、着色料、充填剤、ビタミン類、塩、薬理活性物質、果実エキス、果実濃縮物、ミルク、ココア、茶、アルコール等である。

工程段階c)で、濾過されたトレハルロース混合物にCO₂が供給され、即ち炭酸化（カーボネーション）が行われるようにすることが特に有利である。

別の好ましい実施形態では、トレハルロース生成系を固定化された系とする。使用される酵素活性の固定化のために、慣用の方法、例えばトレハルロース生成系または微生物をその上に固定化したアルギン酸ナトリウムビーズを使用することができる。

別の好ましい実施形態では、固定化されていない形態のトレハルロース生成系を使用することができる。

特に好ましい実施形態では、トレハルロース生成系は、トレハルロース、特にトレハルロースとイソマルツロース、場合によってはさらにグルコース、イソマルトースおよびフルクトースを含み、イソマルツロースと比較して高いトレハルロース分を有するトレハルロース混合物をショ糖から生成することができるトレハルロース生成酵素であり、即ちグルコシルトランスフェラーゼである。特に好ましい実施形態では、製造されるトレハルロース混合物中のトレハルロースとイソマルツロースの比は4：1〜10：1の割合である。

本発明の別の好ましい実施形態では、トレハルロース生成系として、少なくとも1種の上記の酵素を含む微生物が使用される。

本発明の特に有利な実施形態では、使用されるトレハルロース生成酵素はシュードモナス属の微生物、特にシュードモナス・メソアシドフィラ(Pseudomonas mesoacidophila) MX-45（FERM BP 3619）に由来する酵素である。この生物は例えば欧州特許EP0483755B1またはナガイらの文献（Biosci. B-iotech. Biochem. 58(10)1798-1793(1994)）に記載されている。

当然、酵素は天然起源でなく、突然変異した酵素、特に上記の微生物の遺伝子の突然変異に基づき作られた酵素としてもよい。

一実施形態では、工程の段階b)で濾過に加えて、例えばイオン交換体により脱イオンが行われるようにすることもできる。好ましい実施形態では、脱イオンは行われない。

本発明によれば、別の実施形態では、段階b)または段階c)で例えば活性炭により脱色を行うことができる。好ましい実施形態では、脱色は行われない。

本発明の特に好ましい実施形態では、全工程で甘味物質、特に甘味飲料添加物、とりわけ甘味料、特に糖、糖代用品および／または強力甘味物質の添加は行われない。特に好ましい実施形態では、甘味飲料に使用される、得られたトレハルロース混合物のすべての甘味成分は、用いたショ糖含有基質に直接由来するものである。

別の好ましい実施形態では、本発明に基づく方法は所定の工程段階のいずれにおいても、例えばインベルターゼの酵素作用または酸触媒による、ショ糖のグルコースおよびフルクトースへの分解、特に顕著な分解が行われないことを特徴とする。

別の好ましい実施形態では、工程の段階b)または段階c)で溶媒、例えば水の補給または成分、特にトレハルロース混合物の濃縮が行われるようにする。

特に好ましい実施形態では、食品に適合する酸としてクエン酸または乳酸が使用される。

別の好ましい実施形態では、転移により飲料中に形成され、10〜70重量％、好ましくは20〜40重量％のショ糖を有するトレハルロース含有混合物のほかに、さらに強力甘味物質を別個に補給するようにすることができる。別の好ましい実施形態では、本発明に基づく工程の段階c)でトレハルロース混合物に強力甘味物質、例えばアスパルテーム、サイクラミン酸塩、アセスルファーム−K、グリチルリジン、サッカリン、レバウディオサイド(Rebaudioside)、スクラロース、アリテーム、ネオヘスペリジンジヒドロカルコン、ステビオシド、ソーマチン等を添加するようにすることができる。

また別の好ましい実施形態では、工程の段階c)でトレハルロース含有混合物に糖アルコール、例えばイソマルト、イソマルトST、イソマルトGS、マンニトール、ソルビトール、キシリトール、エリスリトールまたはマルチトールを混入することができる。

別の好ましい実施形態では、調製される飲料は、清涼飲料、スポーツ飲料、乳飲料、炭酸含有飲料、加糖ミネラルウォーター、レモネード、ハーバルレモネード、果汁飲料、エネルギー飲料、アルコール飲料、サワーミルク飲料、ソフトドリンク、コーヒー、茶、ココア飲料、果汁、野菜ジュース、スムージー、フルーツドリンク、果実調理品等である。

特に好ましい実施形態では、本方法が連続的な形態で行われる。但し、別の好ましい実施形態では、工程を非連続的または半連続的に行うようにすることもできる。特に本発明に基づきバッチ式発酵を行うことも可能である。

発明のその他の有利な実施形態は従属請求項から明らかである。

下記の実施例に基づき発明を詳述する。

実施例：
生体触媒を調製作成するために、製糖工場の濃厚糖汁（TS含量＝65％）8kg、トウモロコシ浸出水2kg、(NH₄)₂HPO₄ 0.1kgおよび蒸留水89.9kgからなる栄養基質（pH値7.2に調整）10mlでシュードモナス・メソアシドフィラ(Pseudomonas mesoacidophila) MX-45株（FERM BP 11808としても寄託）の接種用採取物(Abimpfung)から細胞を洗い出した。この懸濁液を、200mlの栄養溶液と共に、1リットル・フラスコに入れ、シェーカー前培養のための接種材料として利用した。

29℃で30時間インキュベーションした後、30リットル小型発酵槽で、各々10個のフラスコ（総容量2リットル）を用いて、上記の組成の18リットルの栄養溶液を接種し、29℃で毎分20リットルの空気および350rpmの攪拌速度で発酵させた。

5×10⁹菌/mlの菌数に達した後、発酵を中止し、遠心して細胞を発酵溶液から採取し、2％アルギン酸ナトリウム溶液に懸濁し、懸濁液を2％塩化カルシウム溶液に滴下して固定化した。生じた固定化ビーズを水で洗浄した。

発酵飲料の製造のために、こうして得たシュードモナス・メソアシドフィラ MX-45の固定化細胞を温度調節可能な反応器に充填した。反応器を25〜30℃に温度調節し、TS含量約35〜45％のショ糖溶液を連続的に貫流させた。得られるトレハルロース混合物含有転移溶液中の残留ショ糖含量が20〜40重量％（この転移溶液のすべての糖のTSに対して）となるように、流速を適宜に調節した。転移溶液の組成を絶えずモニターし、所望の残留ショ糖含量と同時にトレハルロースの濃厚化が保証されるように、流速を調節し、または維持した。

こうして製造されたトレハルロース混合物含有溶液（表１）を固定化細胞の分離のために濾過し、続いて必要に応じて陽イオンおよび陰イオン交換体で脱イオンした。

反応器から得たトレハルロース混合物のHPLC分析は次の組成を明かにした。

続いて下記の表２（清涼飲料）、表３（オレンジジュース飲料）および表４（乳飲料）に記載したように、クエン酸、ビタミンCおよび種々のその他の添加物を連続的に添加した。

乳飲料の製造のために、トレハルロース混合物含有溶液に乳成分を添加した後、得られた混合物を殺菌し、75％シロップに濃縮し、無菌で充填した。

Claims (14)

1. 低う蝕原性甘味発酵飲料の製造方法であって、
   a) 10〜30℃の温度で、ショ糖含有基質と、トレハルロース生成酵素またはトレハルロース生成微生物を含むトレハルロース生成系とを接触させて、基質に含まれるショ糖を、残留ショ糖含量が10〜70重量％（溶液に含まれる糖の重量に対する乾燥重量％）になるまで酵素的にトレハルロース混合物に転化し、
   b) 得られたトレハルロース混合物を濾過してトレハルロース生成系を分離し、かつさらなる精製段階は行わず、
   c) 少なくとも1種の甘味のない飲料添加物を、段階b)で得た濾過したトレハルロース混合物に加えて甘味発酵飲料を得る、前記方法。
2. 段階c)で、濾過したトレハルロース混合物に、少なくとも1種の食品に適合する酸、および／または少なくとも1種の香味料を加える、請求項１に記載の方法。
3. 段階c)で濾過したトレハルロース混合物にCO₂を加える、請求項１または２に記載の方法。
4. トレハルロース生成系が固定化系である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. トレハルロース生成系が非固定化系である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. トレハルロース生成微生物がシュードモナス属に属する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. シュードモナス属に属する微生物がシュードモナス・メソアシドフィラ(Pseudomonas mesoacidophila) MX-45である、請求項６に記載の方法。
8. 段階a)が10〜20℃の温度で行われる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 段階a)で得られるトレハルロース混合物にトレハルロースとイソマルツロースが4：1〜10：1の重量比で存在する、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 段階a)が5〜7のpH値で行われる、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 残留ショ糖含量が20〜40重量％である、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 基質がショ糖含有溶液、ショ糖含有飲料エキスのシロップ、ショ糖含有果汁またはショ糖含有果汁濃縮物のシロップの形態である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 得られる飲料が高濃度の飲料濃縮物の形態である、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 連続的製造方法である、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。