JPH01254692A - ヘミセルロース液からキシロビオースを主成分とする糖液を得る方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、白樺、ブナ等の広葉樹を始めとする木材から
抽出されるヘミセルロース液から、キシロビオースを主
成分とする糖液を得る方法に関し、特に当該ヘミセルロ
ース液中に多量に含まれる色素や塩類等の不純物を効率
よく除去し、キシロビオースを主成分として含有する精
製糖液を安価に得る方法に関する。

〈従来の技術〉 上述のような木材をチップ状に細片化したものを、温度
１３０〜２５０℃の水蒸気でいわゆる蒸煮処理した後水
抽出することにより、キシロース（単ＩＪ！Ｉｎ）及び
、キシロビオース（三糖類）やキシロトリオース（三糖
類）等の多Ｉｆを含むヘミセルロース液が得られること
はよく知られている。当該ヘミセルロース液には、前記
五炭糖類の中でもキシロースとキシロビオースが特に多
く含まれている。このうち、キシロースはそれ自身低カ
ロリー甘味料としての用途に、あるいは医薬用として使
用すれるキシリトール（キシロースを水素添加すること
によって得られる糖アルコール）の製造原料として早く
から注目されている。

しかしながら、木材から抽出したヘミセルロース液には
、キシロビオースを始めとする糖類の他に、前述の如く
色素や塩類等の不純物が多量に含まれているため、ヘミ
セルロース液からこれらの糖類を得るには、多量に含ま
れている前記不純物を除去することが必要である。その
ための方法としては、活性炭による脱色処理とイオン交
換樹脂による脱色、脱塩処理との組み合わせ方式が、現
在量も一般的であり、例えば前記キシロースの製造もこ
のような精製方法を用いて行われている。

すなわち、従来のキシロース製造においては、木材から
抽出したヘミセルロース液を、先ず硫酸等の鉱酸を用い
て酸加水分解してヘミセルロース液中に含まれているキ
シロビオース以上の多１！類の大部分をキシロースにま
で分解し、液中のキシロース含有量を高める工程を行う
。次いで、得られたキシロースリッチの加水分解液を活
性炭で処理して当該分解液中に含まれる色素成分の大部
分を除去し、更にこれを例えばＨ形強酸性陽イオン交換
樹脂−ＯＨＨ形強酸性陽イオン交換樹脂順に処理するか
、あるいはその逆にＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂＝
Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂の順に処理するかもしくは
、前記陰陽側イオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂で、
処理する等して残留色素及び塩類を除去するいわゆる精
製工程を行い、不純物を含まないキシロースリッチの糖
液を得ている。得られるキシロースリッチの糖液は、こ
れをそのまま濃縮して甘味料として使用してもよいし、
あるいはアルコール添加による析出分離法等の公知の分
離手段を用いてキシロースのみを単離することも可能で
ある。

しかし、上述のような精製方法は、ヘミセルロース液中
に含まれる不純物の量が非常に多いために、（イ）活性
炭及びイオン交換樹脂の使用量が膨大となる（口）陰イ
オン交換樹脂への色素の不可逆吸着が避けられず、従っ
て陰イオン交換樹脂の寿命が短い（ハ）糖類の一部が活
性炭やイオン交換樹脂に吸着され、糖類の歩留まりが低
下する等の欠点を有し、従って、製造コストが著しく高
くなってあまり実用的とは言い難い。

ところで、木材から抽出したヘミセルロース液には上記
キシロースと並んでキシロビオースも比較的多く含まれ
ていることは既に述べた通りであるが、最近当該キシロ
ビオースに対する関心が高まっている。というのは、キ
シロビオースが上記キシロースと同様の甘味料として使
用出来ることは勿論、その水分活性がキシロースとは異
なることから、キシロースとは違った新規な用途開発が
期待されるからである。

本発明者等は、このような背景のもとにヘミセルロース
液からキシロビオースを得る方法についての研究を行い
、種々の知見を得たが、キシロビオースを得るについて
の最大の問題点はやはり前記キシロース製造の場合と同
様に、ヘミセルロース液中に多量に含まれている不純物
をいかに効率よく除去するかということであった。すな
わち、前記キシロースの場合と同様に、活性炭処理及び
イオン交換処理によってヘミセルロース液中の不純物を
除去出来ることは明らかであるが、これでは前述したキ
シロースの場合と全（同様に製造コストが著しく高くな
ってしまうからである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、木材、例
えば前記五炭糖類の含有量が比較的多い、白樺、ブナ等
の広葉樹を蒸煮処理した後水抽出することによって得ら
れるヘミセルロース液から色素や塩類等の不純物を効率
よく除去し、４７ｇ類、特にキシロビオースを主成分と
して含有する糖液を安価に得ることの出来る方法を提供
することを目的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上記問題点を解決するために鋭意研究を
重ねた結果、水抽出することによって得られるヘミセル
ロース液を強酸性陽イオン交換樹脂を用いてクロマト分
離することによって、糖類と不純物とを効率よく分離す
ることが出来ることを見出し、当該知見に基づいて本発
明を成すに至った・ すなわち、本願第１発明は、細片化された木材を常法に
より蒸煮処理した後水抽出することによって得られるキ
シロビオース含有ヘミセルロース液を、強酸性陽イオン
交換樹脂充填層に通液し、次いで溶離水を通液すること
によって当該ヘミセルロース液のクロマト分離を行い、
色素や塩類等の不純物を主として含有する不純物溶出区
分と、キシロビオースを主として含有する糖溶出区分と
に分画することを特徴とするものであり、本願第２発明
は、前記キシロビオース含有ヘミセルロース液をトリコ
デルマ・ビリデ系の酵素剤またはアスペルギルス・ニガ
ー系の酵素剤を用いて加水分解し、当該ヘミセルロース
液中に含まれるキシロトリオース以上の多ＩＪ！ｉを主
としてキシロビオースに分解してキシロビオースの含有
量を高め、しかる後に強酸性陽イオン交換樹脂を用いて
クロマト分離を行うことを特徴とするものである。

〈作用〉 以下に本発明の詳細な説明する。

木材、特に白樺、ブナ等の広葉樹をチップ状に細片化し
たものを、例えば１３０〜２５０℃の蒸気で蒸煮処理し
、更に水抽出すると、抽出条件にもよるが一最にｔｉｎ
度約１ｏ％の黒褐色のヘミセルロース液が得られる。当
該ヘミセルロース液中にはキシロース及びキシロビオー
スを主成分とする糖類が含まれているが、その他にも色
素、有機酸及び無機塩類等の不純物が多量に含まれてい
る。

従来は、前記糖類の中でもキシロースが最も有用と考え
られていたので、前述のようにヘミセルロース液を直接
活性炭やイオン交換樹脂で脱色、脱塩することは行わず
、当該ヘミセルロース液に硫酸等の鉱酸を加えて酸加水
分解し、ヘミセルロース液中に含まれているキシロビオ
ース以上の多糖類を大部分キシロースに分解してキシロ
ースの含有量を高め、しかる後に活性炭やイオン交換樹
脂による脱色、脱塩を行っていた。

しかしながら、本発明はキシロビオースを主成分とする
糖液を得ることを目的とするものであって、本願第１発
明においては水抽出することによって得られるヘミセル
ロース液を直接後述のクロマト分離に付して不純物を除
去する。また、本願第２発明においては、前記ヘミセル
ロース液を特別な酵素剤、すなわちトリコデルマ・ビリ
デ系の酵素剤またはアスペルギルス・ニガー系のｔｑ　
ｘ　剤を用いて加水分解することによってキシロビオー
スの含有量を高め、しかる後に後述のクロマト分離に付
して不純物を除去する。

上記酵素剤はいずれもｐＨ４〜５程度の弱酸性条件下に
おいて、キシロースの生成を抑えながらキシロトリオー
ス以上のキシロオリゴ糖をキシロビオースに特異的に分
解する作用を有するもので、既に公知の酵素剤である。

また、当該加水分解反応は、ヘミセルロース液に所定量
の酵素剤を添加した後、温度５０℃前後に加温すること
によってより加速される。

上述のようにして得られたヘミセルロース液あるいはキ
シロビオースの含有量を高めた加水分解液を、そのまま
またはｐＨを６前後に調整した後、その一定量をＮａ形
、Ｃａ形等の塩形となした強酸性陽イオン交換樹脂を充
填したカラムに例えば下降流で通液し、次いで純水等の
溶離液を通液してクロマト分離を行う。このようにする
と、主としてイオン交換樹脂のイオン排除作用によっテ
ヘミセルロース液あるいは加水分解液中のキシロビオー
ス等のＩ！類と、色素や塩類等の不純物とが分離され、
カラム下部からは先ず不純物を主として含有する溶出液
が流出し、次いでキシロビオース等のｔＪ！ｌを主とし
て含有する溶出液が流出する。

従って、カラム下部から流出する？容出液をその流出順
に分取することによって、不純物を主として含有する不
純物溶出区分と、キシロビオースを主として含有する糖
溶出区分とに分画することが出来る。なお、このような
操作は通常のクロマト分離の手法と全く同様である。

上記クロマト分離に使用する強酸性陽イオン交換樹脂と
しては、架橋度が３〜８％のゲル型樹脂で、かつ粒径の
細かいもの程分離性の点で好ましい。しかし、あまり細
かいと充填層の圧力損失が大となり、通液不能や片流れ
を起こす原因となるので、通常は粒径１００〜５００μ
（湿潤状Ｂ）のものが望ましい。また、使用する強酸性
陽イオン交換樹脂の架橋度が３％より低いと、分離性能
はよくなるが物理的強度が十分でないので実用的でな（
、一方架橋度が８％を越えると物理的強度は十分である
が分離性能が悪くなるので好ましくない。なお、強酸性
陽イオン交換樹脂のイオン形としては、Ｎａ形、Ｃａ形
等の塩形のものを使用するのが望ましく、Ｈ形のものを
使用すると、ヘミセルロース液あるいは当該ヘミセルロ
ース液を加水分解して得られる加水分解液中のキシロビ
オースの一部が、更に加水分解される恐れがあるので好
ましくない。また、前記ヘミセルロース液あるいは前記
加水分解液、及び溶離水の通液温度は、通液時の圧力損
失の低減、微生物汚染の防止等の観点から５０〜８０℃
が好ましい。

なお、Ｎａ形の強酸性陽イオン交換樹脂を用いてクロマ
ト分離を行う場合には、ヘミセルロース液あるいは加水
分解液を例えばＮａ形の強酸性陽イオン交換樹脂を充填
した軟化装置で予め処理して、これらの溶液中に存在す
る陽イオンをすべてＮａイオンにしておくとよい。

上述のようなりロマト分離によって得られる、キシロビ
オースを主成分とする糖溶出区分には、色素や塩類等の
不純物がわずかに含まれているが、当該残留不純物は、
例えばイオン交換樹脂による脱色、脱塩によって除去す
ればよく、このようなイオン交換処理によって不純物を
含まない精製された糖液を容易に得ることが出来る。な
お、脱色、脱塩を行うためのイオン交換処理方法として
は、得られたｔＪ！　溶出区分を例えばＨ形の強酸性カ
チオン交換樹脂を充填したに塔と、ＯＨ形の強塩基性ア
ニオン交換樹脂を充填したＡ塔とでその順に処理するか
、あるいはその逆にＡ塔からに塔の順に処理するいわゆ
る２床式の処理方法、あるいは両イオン交換樹脂の混合
イオン交換樹脂を充填した混床式のイオン交換塔で処理
する方法等、公知の脱色、脱塩方法を適用することが出
来る。また、イオン交換処理を行う前に、予め活性炭に
よる脱色処理を行ってもよいことは勿論である。

以上のようにして精製された糖液は、例えばエバポレー
タ等を用いて濃縮してキシロビオースを高濃度に含む糖
液となし、そのまま使用してもよいし、あるいは当該濃
縮後妻に精密な分離を行ってキシロビオースを、＃離す
ることも可能である。

〈効果〉 以上説明した如く、本発明によれば木材を蒸煮処理した
後水抽出することによって得られるヘミセルロース液を
そのまま、あるいは当該ヘミセルロース液をトリコデル
マ・ビリデ系の酵素剤またはアスペルギルス・ニガー系
の酵素剤を用いて加水分解することによってキシロビオ
ースの含有量を高めた後に、強酸性陽イオン交換樹脂を
用いてクロマト分離を行うことにより、前記ヘミセルロ
ース液または前記加水分解液中に含まれているキシロビ
オースを主成分とする糖類と、色素や塩類等の不純物と
を極めて効率よく分離することが出来、従ってキシロビ
オースを主成分とする糖液を従来より安価に製造するこ
とが可能である。

また、本発明によれば、従来法の如く色素等の不純物を
多量に含むヘミセルロース液を直接陰イオン交換樹脂で
処理する必要がなく、陰イオン交換樹脂はクロマト分離
後に得られるｔＪＭ溶出区分中に残留するわずかの色素
等を除去するために使用すればよいので、色素の不可逆
吸着による陰イオン交換樹脂の劣化は従来に比べて著し
く少なくなる。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

実施例−１ チップ状とした、白樺材を２００℃、１０分間蒸煮処理
した後、水で抽出することによって第１表に示すような
組成のヘミセルロース液を得た。

得られたヘミセルロース液を苛性ソーダ溶液でｐＨ６に
中和した後、その１５ｍｊ＋をＮａ形の強酸性陽イオン
交換樹脂（東京有機化学工業＠製、スチレン−ジビニル
ベンゼン系スルホン酸型陽イオン交換樹脂、架橋度（Ｄ
ＶＢ含有量）６％、粒径３００μ）３００ｍ＃を樹脂層
高約１ｍに充填したカラムの上部に供給し、次いで溶離
水（純水）をＳ　Ｖ　Ｏ，２で通水してクロマト分離を
行った。

なお、ヘミセルロース液及び溶離水の通液は、温度６０
°Ｃの条件下で行った。

このような操作によってカラムの下部から流出する溶出
液を１５ｍ／！（充填樹脂量に対して０．０５ｊ２／Ａ
−Ｒ）づつ分取し、分取した溶出液についてそれぞれＵ
Ｎ　？Ｍ度（Ｂｒｉｘ）、吸光度（−２ｏｇＴ４□。。

、１）、及び電気伝導率を測定した。

得られた溶出パターンを第１図に示す。

第１図から、ｔ）！１ｔ（ｉｆと、色素成分（吸光度）
及び塩類（電気伝導率）とはかなり効果的に分離されて
いることがわかる。第１図の溶出パターンにおける溶出
区分の内、Ｑ、５７！／７！−Ｒ〜０．７５７！／Ｎ−
Ｒの区分を集め、これをロータリーエバポレークを用い
て溶液のＢｒ１ｘが１１　（原液であるヘミセルロース
液のＢｒ１ｘとほぼ同じ）となるように濃縮し、得られ
た濃縮糖液の組成分析を行った。分析結果を第１表に併
記する。

第１表 以上の結果より、回収濃縮糖液は色素成分（吸光度）、
塩類含有量ともヘミセルロース原液に比べて著しく低く
なっていることが明らかである。

なお、溶出液の回収区分を０．５〜０．１５１／ｌ１−
Ｒとした時の糖分回収率（カラム中に供給したヘミセル
ロース液中の全糖分に対する回収区分中の糖分の割合）
は約７７％であった。

実施例−２ 実施例−１で得たヘミセルロース液をｐ　Ｈ４，５に調
整した後明治製菓側製の酵素剤メイセラーゼ（トリコデ
ルマ・ビリデ系酵素剤）を５ｇ／ｌの割合で添加し、５
０℃で２４時間加水分解を行った。当該加水分解後、溶
液を０．４５μのフィルターで濾過して第２表に示すよ
うな、キシロビオースの含有量を高めた加水分解液を得
た。

当該加水分解液を苛性ソーダ溶液でｐＨ６に中和した後
その１５ｍ！！を分取し、実施例−１の場合と同じカラ
ム及び同一条件でクロマト分離を行った。得られた溶出
パターンを第２図に示す。

また、第２図の？８出パターンにおける溶出区分の内、
０．５ｆ／ｊｌ！−Ｒ〜０．１５Ｅ／ｌ−Ｒの区分を集
めてこれをロータリーエバポレータでＢｒ１Ｘｌｌとな
るように濃縮し、得られた濃縮糖液の組成分析を行った
。分析結果を第２表に併記する。

第２表 以上の結果においても、回収濃縮糖液は色素成分、塩類
含有量とも、加水分解液あるいはヘミセルロース原液に
比べて著しく低くなっていることがわかる。なお、この
場合の糖分回収率は約９３％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１発明の実施例におけるクロマト分離の
各成分の溶出パターンを示すグラフ、第２図は本願第２
発明の実施例におけるクロマト分離の各成分の溶出パタ
ーンを示すグラフで、それぞれ縦軸に吸光度、ＩＩｇ　
ｙａ度及び電気伝導率を示し、横軸に溶出液量を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細片化した木材を蒸煮処理した後水抽出することに
   よって得られるキシロビオース含有ヘミセルロース液を
   、強酸性陽イオン交換樹脂充填層に通液し、次いで溶離
   水を通液することによって当該ヘミセルロース液のクロ
   マト分離を行い、色素や塩類等の不純物を主として含有
   する不純物溶出区分と、キシロビオースを主として含有
   する糖溶出区分とに分画することを特徴とするヘミセル
   ロース液からキシロビオースを主成分とする糖液を得る
   方法。 ２、細片化した木材を蒸煮処理した後水抽出することに
   よって得られるキシロビオース含有ヘミセルロース液を
   、トリコデルマ・ビリデ系の酵素剤またはアスペルギル
   ス・ニガー系の酵素剤を用いて加水分解し、当該ヘミセ
   ルロース液に含まれるキシロトリオース以上の多糖類を
   主としてキシロビオースに分解した後、得られる加水分
   解液を強酸性陽イオン交換樹脂充填層に通液し、更に溶
   離水を通液することによって当該ヘミセルロース液のク
   ロマト分離を行い、色素や塩類等の不純物を主として含
   有する不純物溶出区分と、キシロビオースを主として含
   有する糖溶出区分とに分画することを特徴とするヘミセ
   ルロース液からキシロビオースを主成分とする糖液を得
   る方法。