JPH01300854A - 加水分解グルテンの製造法 - 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、加水分解グルテンの改良された製造法及びそ
のために有用なバイオリアクターに関する。

〔従来技術〕

植物蛋白質の有効利用を目的として、小麦蛋白質である
グルテンを遊離の又は固定化したプロテアーゼを用いて
加水分解処理して、溶解性、起泡性、乳化性等を有する
加水分解グルテンを製造することが行われている。

しかしながら、プロテアーゼによるグルテンの加水分解
処理は、従来、小麦から得られたままの又は予め酸やア
ルカリ等で処理したグルテンをそのまま直接プロテアー
ゼで処理するコトにより行われており、その場合にはプ
ロテアーゼの活性が早期に低下したり失われたりして目
的とする加水分解グルテンの収量や収率等が大幅に低下
するという問題があり、特に、固定化したプロテアーゼ
を充填したバイオリアクターを使用してグルテンの加水
分解処理を行った場合にはその傾向が強かった。

〔発明の目的及び構成〕

本発明者等は、グルテンをプロテアーゼを用いて加水分
解処理するに際して、プロテアーゼの活性を長時間低下
させずに維持すること、更に固定化ブ°ロチアーゼを充
填したバイオリアクターを使用した場合にはチャンネリ
ングの発生をも防止すること、そしてそれにより高い収
量で加水分解物を得ることを目的として長年研究を続け
てきた。

その結果、グルテンを予め特定の吸着材で処理してから
プロテアーゼ処理を行うと、プロテアーゼの活性が長時
間低下せずに維持されて、目的とする加水分解物が高い
収量で製造されることを見出し本発明を完成するに至っ
た。

すなわち、本発明は、グルテン含有液を疎水的吸着材を
使用して処理した後、プロテアーゼで処理することを特
徴とする加水分解グルテンの製造法である。更に、本発
明は、かかる方法において使用するのに特に適している
疎水的吸着材を充填したプレカラムを備えている固定化
プロテアーゼ充填バイオリアクターをも包含している。

グルテンは主として小麦から得られる、グルテニンとグ
リアジンとから主になる蛋白質の混合物であり、原料の
種類、調製法によってその組成が多少異なる。本発明で
はグルテンとして、小麦から調製したものをそのまま直
接使用することができ、その組成及び調製法のいかんを
問わない。その際に、グルテンは生グルテンの状態であ
ってもこれを粉末化したものでもよい。

また、本発明ではグルテンとして、小麦から得られたグ
ルテンに予め化学的処理や酵素等による処理を施して、
その分子量を低下させたものやプロテアーゼとの親和性
等を高めたものを使用することができる。そのようなグ
ルテンの例としては、グルテンを塩酸、硫酸等の無機酸
、有機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ、酵素（トランスグルタミナーゼ）等を使用して温
和な条件下で処理して、グルテンの側鎖にあるアミド結
合（かかるアミド結合はグルテン分子内及び分子間にお
いて多くの水素結合を形成してグルテンを不溶性の蛋白
質にしている）を切断したいわゆる脱アミド化グルテン
、小麦から得られたグルテンを亜硫酸水素ナトリウム、
２−メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、Ｌ−
システィン、還元性グルタチオン等の有機及び無機還元
剤で処理してグルテンの分子内及び分子間のＳＳ結合を
切断したいわゆる還元処理グルテン等がある。グルテン
の脱アミド化処理及び還元処理については、各々本出願
人の出願に係る特願昭６２−５０３５１号及び特願昭６
２−５０３５２号に詳細に記載されている。

後段のプロテアーゼによる加水分解処理がより円滑に行
われ得るという点及び溶解性、起泡性、乳化性等のより
良好な加水分解物をより高い収量で得ることができると
いう点等から、小麦から調製されたグルテンを直接その
まま使用するよりも脱アミド化処理や還元処理等を施し
たものを使用するのが望ましい。

本発明では、上記のような種々のグルテンの少なくとも
１種を含有する液をまず疎水的吸着材を使用して処理す
る。本発明でいう「疎水的吸着材」とは、吸着材のもつ
疎水性基がグルテン含有液中に含まれていてかつプロテ
アーゼの活性を低下させる成分がもつ疎水性基と疎水結
合を形成し、その疎水結合によってプロテアーゼの活性
を低下させる成分をいわゆるパへばりついた”状態で吸
着材に吸着保持することのできる吸着材をいう。疎水的
吸着材の吸着能の大きさは、下記の方法により算出した
「ＶＬ水度」により表すことができ、疎水度が大きいほ
どプロテアーゼ活性低下成分の吸着が円滑におこなわれ
る。

［疎水度の算出］ 非イオン界面活性剤Ｎｏｎ１ｄｅｔ　Ｐ２Ｏ（Ｓｉｇｍ
ａ社製）の０．０５重量％水溶液を調製し、その２８０
ｎｍの波長における吸光度を２５°Ｃで測定した（ｒＮ
／Ａｚｓ。」とする）。かかる水溶液１０ｍ（２を５０
ｍＱの三角フラスコに入れ、これに乾燥した疎水的吸着
材１ｇを入れて２５°Ｃで６０分間軽く振とうした後、
濾過して固形分を除き、濾液の２８０ｎｍにおける吸光
度を２５°Ｃで測定しく’Ｈ／Ａ２８゜」とする）、下
記の式により疎水塵を求めた。

疎水的吸着材の疎水塵は、疎水的吸着材の骨格となって
いる材料の種類、架橋剤の種類と架橋割合、導入された
官能基の種類と量、表面被覆剤の種類等により変化し、
それらの種類や割合、量等を適宜選ぶことによって目的
とする疎水塵を得ることができる。上記の方法で算出し
ｔ；場合に通常、疎水塵が約３０％以上、好ましくは５
０％以上の吸着材が、疎水的吸着材としての機能を発揮
し、疎水的吸着材処理に続くプロテアーゼ処理において
プロテアーゼの活性を長時間低下させずに維持すること
ができ、更に固定化プロテアーゼを充填したバイオリア
クターを使用する場合にはチャンネリングの発生をも防
止することができ、それ１士伴って目的とする加水分解
物を高収率で得ることができる。疎水的吸着材としては
有機系及び無機系のいずれをも使用することができる。

市販されている各種の吸着材について上記の方法により
疎水塵を算出した結果、下記の表−１に示すとおりであ
った。

［表−１１ ラスポリマー） 処理したもの） 処理したもの） 処理したもの） 理しアミノ基の一部をアセチル化したもの）処理したも
の） 処理し４級アミンを結合したもの） 吸着剤の種類　　　　　　　疎水塵（％）（無機多孔質
セラミックス） フィルトンＦＢ　Ｏ＜フィルトンＣ株）社製）　　　　
　　　６．０（無機多孔質セラミックス） フィルトンＦＡ６０＜フィルトン（株）社製）　　　　
　　５．２（無機多孔質セラミックス） 本発明では、上記の表−１に示しＩ；吸着材のうち疎水
塵が３０％以上のものを使用するのが好ましいが、それ
らのものに限定されるわけではなく疎水塵が大きければ
他のものも充分使用できる。

本発明では、グルテンを液体中、通常は水中に存在させ
て疎水的吸着材による吸着処理を行う。疎水的吸着材の
種類、グルテンの種類、グルテン含有液中のグルテン濃
度、グルテン含有液のｐｏや温度等の各種の要件によっ
てかかる吸着処理は大きく左右されるので、疎水的吸着
材やグルテンの種類等に応じて最適の条件を選んで吸着
処理を行う必要がある。しかしながら、小麦から得られ
たグルテンをそのまま直接使用する場合及び脱アミド化
処理又は還元処理したグルテンを使用する場合のいずれ
の場合にも、通常グルテン含有液中のｐＨを約１．５〜
４．０とし、かつグルテンの濃度をグルテン含有液の全
重量に基づいて約１−１０％とし、約ｌＯ〜５０℃で吸
着処理を行うと、後段のプロテアーゼ処理に悪影響を及
ぼす成分の吸着が効果的に行われる。

また、グルテン含有液の疎水的吸着材処理は、グルテン
含有液中に疎水的吸着材を添加して撹拌下に行ういわゆ
るバッチ処理により行っても、又は疎水的吸着材を適当
なカラムに充填し、これにグルテン含有液を連続的に供
給して処理する連続処理により行ってもよく、連続処理
の場青はかかるカラムはプロテアーゼ処理の前のいわゆ
るプレカラムとなる。グルテン含有液を連続して多量に
処理することができる点でプレカラムによる連続処理が
望ましい。

疎水的吸着材処理をバッチ式で行う場合は、通常グルテ
ン含有液１００＋＋＋１２に対して、疎水的吸着材約１
〜１０ｇ（乾燥重量）を添加して約５〜５０ｒｐｍの撹
拌速度で約３０−１２０分間攪拌した後、疎水的吸着材
を濾過、遠心分離等の通常の固液分離法により除く方法
を採用するとよい。

また、疎水的吸着材処理を、プレカラムによる連続処理
により行う場合は、通常１ａ＋Ｑ当たり約０．０１〜０
．１ｇのグルテンを含有するグルテン含有液を１分光ｔ
；り吸着材１９につき約０．０３〜０．３ｍＱの割合で
プレカラムに供給して処理を行うのがよい。使用後の疎
水的吸着材は、廃棄してもよいが、洗浄し再生すること
により再度使用できる。

本発明では、疎水的吸着材処理を施したグルテン含有液
に対して次にプロテアーゼによる処理を施す。このプロ
テアーゼ処理によりグルテンはその主鎖のペプチド結合
が加水分解、切断されて低分子化しその溶解性が増す。

このプロテアーゼ処理は通常、疎水的吸着材処理を施し
た後のグルテン含有液を、そのｐＨ１グルテン濃度、温
度等がプロテアーゼ処理に適したものになるように調節
して行う。

本発明で用いるプロテアーゼとしては、グルテン中のペ
プチド結合を加水分解、切断し得るものであればいずれ
でもよくその種類は問わない。プロテアーゼとしては例
えば、ペプシン、トリプシン、キモトリプシン、ヒイロ
タケ起源の酸性プロテアーゼ、アスペルギルス起源の酸
性プロテアーゼ、パパイン、プロメラインなど多数のも
のを用いることができる。プロテアーゼ同士がお互いに
悪影響を及ぼさない限りは、複数のプロテアーゼを併用
してもよく、例えばペプシンと他の酸性プロテアーゼを
併用複合化して用いることができる。

プロテアーゼ処理の条件は、プロテアーゼの種類、使用
形態等によって変化し、各々に応じて最適のｐＨ，温度
等の条件が選ばれる。例えばペプシン、ヒイロタケ起源
の酸性プロテアーゼ、アスペルギルス起源の酸性プロテ
アーゼの場合にはｐＨ１，５〜４、温度約３０〜５０°
Ｃが採用される。

プロテアーゼはフリーの状態で処理液中に添加しても、
まｊ；固定化して使用してもよい。フリーの状態で使用
する場合は通常乾燥したグルデフ１００ｇ当Ｉ；リプロ
チアーゼ約０．１〜０．５ｇで用いるのがよい。固定化
して用いる場合は、固定化法は問わず、担体結合法、架
橋法等のいずれもが採用できる。ビーズ、膜、網等の担
体に固定化して用いるのが実用的である。固定化プロテ
アーゼで処理する場合に、処理液中のグルテンの濃度を
高くすると収率が低下し、処理温度を６０°Ｃ以上にす
るとプロテアーゼが失活する。

また空間速度を適当に制御することにより起泡特性の優
れＩ：生成物が得られる。°処理液中のグルテンの量を
約２０〜６０９　／　Ｑとし、この処理液を、担体の湿
重量１ｇ当たり約ｌＯ〜５０ｍｇのプロテアーゼを固定
化しｔ；床に約１．０〜６．０ｈｒ−’　（滞留時間約
１０〜６０分）の速度で通液すると、収率、処理時間、
生成物の起泡特性等の点で良好な結果が得られる。

プロテアーゼ処理液からの加水分解グルテンの回収は通
常法のようにして行われる。

［フリーのプロテアーゼを用いた場合］加水分解グルテ
ンとプロテアーゼ等を含有するプロテアーゼ処理済み液
のｐｏ及び温度をプロテアーゼが失活するｐＨ及び温度
にする。次に失活したプロテアーゼや未分解グルテン等
からなる不溶物を適当な方法で分離除去する。残った液
中に含まれる加水分解グルテンを乾燥等により回収して
目的物を得る。プロテアーゼとして例えばペプシン、ヒ
イロタケ起源の酸性プロテアーゼ、アスペルギルス起源
の酸性プロテアーゼを用いた場合は、約４〜９のｐＨ及
び約７０〜１００°Ｃの温度で失活する。

［固定化プロテアーゼを用いた場合］ プロテアーゼ処理の済んだ液のｐＨ及び温度を゛調節し
て未分解物を沈澱させる。沈澱物を除去した液から液中
に含まれる加水分解グルテンを乾燥等の適当な方法で回
収して目的物を得る。

未分解物の沈澱、分離は通常ｐＨ約４．０〜９．０およ
び温度約７０〜１００°Ｃで約１０〜３０分間加熱して
行う（プロテアーゼとしてペプシン、ヒイロタケ起源の
酸性プロテアーゼ、アスペルギルスの酸性プロテアーゼ
を用いた場合）。

本発明において、疎水的吸着材による処理を疎水的吸着
材を充填したプレカラムを使用して行い、更にそれに続
くプロテアーゼによる加水分解処理を固定化プロテアー
ゼを使用して行う場合には、かかる処理を、疎水的吸着
材を充填したプレカラム（以後「吸着材プレカラム」と
いう）と固定化プロテアーゼを充填したカラム（以後「
プロテアーゼカラム」という）とを備えたバイオリアク
ターからなる装置を使用して行うのが便利であり、した
がって本発明はかかるバイオリアクターをも包含してい
る。

本発明のバイオリアクターは、吸着材プレカラムとプロ
テアーゼカラムを備えｔ；ものであればその形状及び構
造を問わない。吸着材プレカラムとプロテアーゼカラム
とを別々のカラムとして離して設はパイプ等で両者を連
結しても、或は両方のカラムを、上下に、左右に又は内
側と外側に接して又は一体に設けてもよい。

本発明のバイオリアクターの例を、第１Ａ図〜第３Ｂ図
の模式図を使用して簡単に説明する。

図中、符号１は吸着材プレカラムを、符号２はプロテア
ーゼカラムを示す。

第１Ａ図及び第１Ｂ図は、吸着材プレカラム１とプロテ
アーゼカラム２とを別々の互いに離れたカラムから構成
したバイオリアクター一を示す。第１Ａ図ではグルテン
含有液は、吸着材プレカラムｌの上部から供給されて吸
着処理を受けた後、下部から取り出され、次にプロテア
ーゼカラムの上部に供給されてプロテアーゼ処理を受け
てその下部より取り出される。第１Ｂ図ではグルテン含
有液の吸着材プレカラム１への供給及び吸着処理後の液
のプロテアーゼカラム２への供給はいずれもカラムの下
部から行われる。第１Ａ図及び第１Ｂ図のものとは異な
り、吸着材プレカラム１へは下部から、プロテアーゼカ
ラム２へは上部から、又は、吸着材プレカラムｌへは上
部から、プロテアーゼカラム２へは下部から供給するよ
うにしてもよい。

第２Ａ図及び第２Ｂ図は、１つのカラムを上下に仕切っ
て一方を吸着材プレカラムｌに他方をプロテアーゼカラ
ム２にしたもの、又は別体の吸着材プレカラムｌとプロ
テアーゼカラム２とを上下に積み重ねて設けたものであ
る。第２Ａ図は上部を吸着材プレカラムｌとし下部をプ
ロテアーゼカラム２にしたものであり、そして第２Ｂ図
は下部を吸着材プレカラムｌとし上部をプロテアーゼカ
ラム２にしたものである。

第３Ａ図及び第３Ｂ図は、１つの円筒状カラムの内側に
更に円筒体を設けて内側カラムと外側カラムとに分けた
ものである。第３Ａ図は外側カラムを吸着材プレカラム
ｌとし内側カラムをプロテアーゼカラム２としｔ；もの
であり、第３Ｂ図は内側カラムを吸着材プレカラムｌと
し外側カラムをプロテアーゼカラム２にしたものである
。

各カラムの具体的な形状や寸法、各々のカラムに充填さ
れる疎水的吸着材及び固定化プロテアーゼの種類や量等
は、各々の状況Ｉこ応じて適宜選択することができる。

上記、本発明の方法及び装置により製造された加水分解
グルテンは、通常約５，０００〜２０，０００の平均分
子量を有し、水に可溶である。また該加水分解グルテン
は一般に白色であり不快味及び異臭はない。

更に、本発明により製造された加水分解グルテンは、起
泡力及び泡末安定性等の起泡特性においても優れており
、分散性、加工性等がよい。

しかも小麦等の穀物に由来していて安全性が高いので、
食品加工用の添加剤として極めて有効であり、特にケー
キ、クツキー、アイシング等の製菓や製パン、蒲鉾、は
んぺん等の練製品を製造する際の起泡剤として適してい
る。また本発明により製造された加水分解グルテンは、
粉末状、ペースト状及び溶液状のいずれの形態でも貯蔵
及び使用することができる。

〔発明の効果〕

グルテン含有液をプロテアーゼで処理して加水分解グル
テンを製造するに際じて、予め疎水的吸着材で処理して
からプロテアーゼ処理を行っている本発明では、疎水的
吸着材による処理を行わずにプロテアーゼ処理を行って
いる従来技術に比べて、プロテアーゼの早期における活
性低下、固定化プロテアーゼを充填したカラムの早期に
おけるチャンネリングが防止され、長時間にわたってプ
ロテアーゼの活性を高く保つことができ、それによって
目的とする加水分解グルテンを高収量、高収率で得るこ
とができる。

以下に例を挙げて本発明を説明するが、本発明はそれら
の例により限定されない。

実施例　　ｌ 小麦粉より調製した湿グルテン６．２５ｋｈを、蒸留水
２８Ｑ及び濃塩酸９０ｍＱとともにホジナイジングミキ
サーを使用して分散溶解させｔ；。６５００Ｇで１０分
間遠心分離を行い未溶解物を除いて上澄液３０Ｑを得た
。この上澄液を８０°Ｃで３０分間加熱した。

直径１６ｍｍ及び高さ２００ｍｍのカラムに疎水的吸着
材であるキトパールＢＣＷ３５０７０　（疏水度９７．
０％）８ｎ＋Ｑを充填して吸着材プレカラムを形成しｔ
：。

また、直径１６ｍｍ及び高さ２００ｍｍのカラムに、キ
トバールＢＣＷ３００７■（富士紡績社製）からなる担
体８ｍＱにペプシン（大野製薬社製）　１５０ｍｇを吸
着させグルタルアルデヒドで架橋固定化してなる固定化
ペプシンを充填してプロテアーゼカラムを形成した。

ｐＨを３．０に調整した上記の上澄液のうち２．４Ｑを
、温度４０℃、流速１６ｍ＋２／ｈｒで連続的に上記の
吸着材プレカラムに通液し、吸着材プレカラムからの流
出液を続けて上記のプロテアーゼカラムに同じ流速で通
して、グルテンの部分加水分酢物を含有する液を得た。

プロテアーゼカラムからの流出液を５０時間毎に４回各
１ｍ１２ずつ採取し、下記によりプロテアーゼカラムの
酵素活性を求めた。

［プロテアーゼカラムの酵素活性の測定］プロテアーゼ
カラムからの流出液１ｍｆｆに０．４Ｍトリクロロ酢酸
（ＴＣＡ）　４　ｍｍを加゛えて撹拌し、４０℃に２０
分間放置して沈澱を充分に形成させる。

この沈澱を濾過して除いた後、分光光度計を使用して波
長２８０ｎｍにおける濾液の吸光度（以下ｒ　Ａｂｓ□
。」という）を測定し、これを下記の方法によって予め
求めておいた検量線に当て嵌めて濾液中の蛋白質濃度を
測定し、これを処理当初の濾液中の蛋白質濃度に対する
百分率で示してその酵素活性を求めＩ；（処理当初のプ
ロテアーゼカラムの酵素活性を１００％とする）。

［検量線の求め方］ ケルダール法で蛋白質含量を予め測定したグルテン加水
分解物を、ＩＩＩＩｇ蛋白質／ｍ１２となるように水に
溶解した。これを希釈して、各々蛋白質濃度０．２．０
．４．０．６及び１−０ｍｇ／ｍＱの蛋白質溶液を得ｔ
；。各々の溶液のＡｂｓ、、。を測定したところ下記の
結果を得た。

蛋白質濃度（ｍｇ／　ｍ（２）　　　　Ａｂｓ　＊　ａ
　。

０．２　　　　　　　　０．１１２ ０・４　　　　　　　　０．２３０ ０．６　　　　　　　　０．３３４ １．０　　　　　　　　０．５８４ 上記の結果から、濾液中の蛋白質濃度とＡｂｓ　、　、
。どの関係、すなわち検量線は下記の式で表わされる。

蛋白質濃度（１１１ｇ／　ｍ１２）−１，７２Ｘ　Ａｂ
ｓ、、。

上記で求めｔ；プロテアーゼカラムの酵素活性の結果を
、下記の表−２に示す。

また最終的に得られた加水分解グルテンの収率を下記に
より算出した。

［加水分解グルテンの収・率］ プロテアーゼカラムからの流出液２．４Ｑを５Ｎ水酸化
ナトリウム水溶液で中和した後、８０℃で３０分間加熱
処理した。冷却後、６５００Ｇで１０分間遠心分離して
不溶物を除去し、加水分解グルテンを含有する上澄液を
得Ｉ；。上澄液のＡｂＳｚａ。を測定し、これを上記で
求めた検量線に当て嵌めて加水分解グルテンめ濃度を求
め、下記により加水分解グルテンの収率を求めた。

加水分解グルテンの収率（％） 得られｔ；結果を表−２に示す。

実施例　２ 吸着材プレカラムに充填する吸着材としてキトパールＮ
５８６−１０（疎水度３５６５％）を使用した他は実施
例１と同様にして加水分解グルテン含有液を調製し、そ
のときのプロテアーゼカラムの酵素活性及び生成した加
水分解グルテンの収率を測定しＩ；。その結果を表−２
に示す。

比較例　ｌ 吸着材プレカラムを使用しない他は実施例１と同様にし
て加水分解グルテン含有液を調製し、そのときのプロテ
アーゼカラムの酵素活性及び生成した加水分解グルテン
の収率を測定した。その結果を表−２に示す。

比較例　２ 吸着材プレカラムに充填する吸着材としてキト／＜−ル
ＢＣＷ３００７’！’　（ｉｉｉ水度２０．１％）　ヲ
使用した他は実施例１と同様にして加水分解グルテン含
有液を調製し、そのときのプロテアーゼカラムの酵素活
性及び生成した加水分解グルテンの収率を測定した。そ
の結果を表−２に示す。

［表− 実施例１　　キトパールＢＣＷ３５０７０９７．０実施
例２　キトパールＮ５８６−１■　　３５．５比較例１
　　　−　　　　　　　− 比較例２　　キトパールＢＣＷ３００７　＠　　　２０
　、’　１２　］ ｔｏｏ　　　９３　　７８　　６１　　　　　６２表−
２の結果から、疎水性プレカラムを備えたバイオリアク
ターを使用している本発明では長時間プロテアーゼの活
性が低下せず高収率で目的とする加水分解グルテンが得
られることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第３Ｂ図は、本発明のバイオリアクターの例
を模式的に示しｔ；図である。 外２名 第１Ａ図　　　　　　第１Ｂ図 第２Ａ図　　　　第２８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）グルテン含有液を疎水的吸着材を使用して処理した
   後、プロテアーゼで処理することを特徴とする加水分解
   グルテンの製造法。 ２）疎水的吸着材を充填したプレカラムを備えているこ
   とを特徴とする固定化プロテアーゼ充填バイオリアクタ
   ー。