JPH02113867A

JPH02113867A - 甘味料の製造法

Info

Publication number: JPH02113867A
Application number: JP63264009A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kobayashi; 洋一小林; Keisuke Matsumoto; 圭介松本; Tatsuhiko Suga; 辰彦菅
Original assignee: Yakult Honsha Co Ltd
Current assignee: Yakult Honsha Co Ltd
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-26

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、乳糖から甘味料を製造する方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

酪農産業において牛乳、やぎ乳などからバター、チーズ
、カゼイン蛋白質、ホエー蛋白質等を製造する場合には
、副産物として大量のホエーが得られる。その量は、チ
ーズホエーだけでも世界で１億トンにのぼると推定され
ている。しかしながら、そのうち有効に利用されている
のは全体の５％にも満たない。残りはホエーのまま廃棄
されているのが実情であって、これによる環境汚染は、
酪農国においては深刻な問題となっている。したがって
、ホエーなかんづくその固形分の約８０％を占める乳糖
の有効利用は、酪農国において未利用資源の活用と環境
問題解決の二つの観点から重要な課題となっている。

従来、ホエーまたはその乳糖の利用法としては、飲食品
や医薬品への添加、シロップ状甘味料等の製造等があっ
た。このうち、甘味料の製造は、ショ糖に対する相対甘
味度が０．２しかないため甘味料としては無価値な乳糖
を加水分解して、甘味度の高いグルコースとガラクトー
スの混合物を生成させるものである。そのための乳糖加
水分解法としては、酸加水分解法と酵素法がある。前者
は反応に過酷な条件が必要で、高価な設備を必要とする
だけでなく、加水分解生成物の分離ｔＲ製もあまり容易
ではないので、近年では、β−ガラクトシダーゼを用い
る酵素法が主流になっている。

しかしながら、酵素法も、反応条件は温和であるとはい
え、加水分解を完全に行うためｌこは多量の酵素が必要
であわ、また、副反応の糖転移反応を防止するために乳
糖濃度４〜１０％という希薄な状態で反応を行わなけれ
ばならないという問題がある。二のため、反応装置や・
シロップ濃縮装置が大きくなり、濃縮費その他の製造コ
ストが高い。しかも、乳糖を完全に加水分解して等モル
のグルコースとガラクトースを生成させても、到達可能
な甘味度は理論上約０．６が上限であり、得られる甘味
シロップの甘味質も砂糖には遠く及ばず、魅力に乏しい
ものである。

そごで、特開昭５０−７０５３５号の発明では、乳糖を
加水分解して得られるシロップにグルコースイソメラー
ゼを作用させてグルコースを甘味の強いフラクトースに
変換することにより、シロップの甘味度と甘味質とを向
上させる方法を提案している。しかしながら、グルコー
スからフラクトースへの変換率は最高でも５０％であり
、また、甘味度の低いガラクトースはそのまま残るため
、シロップ全体としての甘味度は通常０．７〜０．８程
度にしか上がらないし、甘味質の向上も顕著なものでは
ない。

グルコースと等量のガラクトースを含んでいる乳糖加水
分解シロップはまた、甘味料としては生理学上も問題の
あるものである。すなわち、ガラクト−スは必須の生体
構成成分ではあるが、摂取したガラクトースをグルコー
スに変換しエネルギー源として利用する代謝機能が欠損
しているガラクトース血症の人にとっては、ガラクトー
スの多量摂取は生命１こかかわる重大疾患につながる。

また、ガラクトース代謝能の低い乳児や老人にとっては
、ガラクトースは白内障の原因物質と考えられており、
その摂取は避けるべきものとされている。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕本発明の目的は、乳糖から甘味料を製造する場合におけ
る上述のような問題点を解決し、ガラクトース含有率が
低く、甘味度、甘味質、共にすぐれたシロ・ンフ状甘味
料を乳糖から製造する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、次のような本発明により達成された。

すなわち、本発明においては、乳糖を分解するだめの酵
素としてガラクトシル転移反応活性を有するβ−ガラク
ト７ダーゼを用いる。それにより、乳糖がらグルコース
とガラクトースを生成させるだけでなく一般弐Ｇｘｌ−
（Ｇｘｌ）ａ−Ｇｌｃ　（但し、式中Ｇｌｌはガラクト
ース残基、Ｇｌｃはグルコース残基、ｎは１〜４の整数
）のガラクトオリゴ糖を生成させる。β−ガラクトシダ
ーゼとしてはなるべく転移反応活性が強いものを用い、
乳糖のガラクトース単位ができるだけ高率でガラクトオ
リゴ糖に変換されるようにし、遊離のガラクトースの生
成を抑える。そして、β−ガラクトシダーゼ処理と同時
に、またはその後、グルコースイソメラーゼを作用させ
て、上記β−ガラクトシダーゼ処理により生成したグル
コースの一部を７ラクトースに変換し、最後Ｉこ反応生
成物より単糖類を採取する。原料乳糖のガラクトース単
位の大部分がガラクトオリゴ糖になるため、得られる単
糖類はガラクトース含有率が低く、グルコースおよびフ
ラクトースが主体となる。

以下、本発明の甘味料製造法について、さらに詳細に説
明する。

乳糖を処理するのに用いるβ−ガラクトシダーゼとして
は、酵母、かび、細菌などから得られたものをいずれも
用いることができるが、上述のようにガラクトシル転移
活性のなるべく高いもの、たとえばブレラ・ンンギュラ
リス、アスペルギルス・オリゼ、バチルス・サーキュラ
ンス、ラクトバチルス・ブルガリクス、ストレプトコア
カス・サーモフィルス等を起源とするβガラクトシダー
ゼが好ましい。

β−ガラクトシダーゼで処理する乳糖は、ホエーまたは
その濃縮液、食品用途に提供されている乳糖またはこれ
らの混合物など、いずれの状態でもよいが、ガラクトシ
ル転移反応は乳糖濃度が高いほど加水分解反応に優先し
て起こり、本発明の目的達成のために好ましい。純粋な
乳糖の常温１こおける溶解度はそれほど高くないが、熱
水中にはよく溶解し、また過飽和状態を生じ易いから、
条件によっては約７０％（重量％；以下同じ）またはそ
れ以上の濃度まで溶解させることができる。そして乳糖
濃度が高いほど、酵素が作用可能な温度の上限は高くな
り、反応速度の早い高温処理が可能になる。したがって
、本発明の製造法においては乳糖溶液を酵素が作用可能
な温度範囲内でなるべく高い温度、望ましくは約３０〜
７０℃に加熱し、乳糖濃度を約１０％以上、望ましくは
約２０〜６５％にして酵素処理を行う。

本発明の製造法におけるβ−ガラクトシダーゼの使用量
は特に制限されるものではないが、乳糖１ｇに対し約１
〜１００単位、望ましくは約３〜５０単位とする。

β−ガラクト・シダーゼ処理によって生成したグルコー
スは、グルコースイソメラーゼで処理して甘味度の高い
フラクトースに変換する。グルコースイソメラーゼとし
ては市販品の中から任意のものを選んで用いることがで
きるが、固定化酵素は反応終了後に分離して再使用可能
であり、好ましい。適当な酵素の具体側としては、ＧＯ
ＤＯ−ＡＧＩ　（合同酒精株式会社）スイートザイム（
ノボ社）　、ＴＯＹＯ−Ｇｌ　（東洋醸造株式会社）な
どがある。

グルコースイソメラーゼは、β−ガラクトシダーゼ処理
を行う段階から反応混合物中に存在させて、乳糖から生
成するグルコースに直ちに作用させることが望ましい。

この同時反応法によれば、グルコースイソメラーゼによ
る異性化を別の工程として行う逐次反応に比べて反応が
早く進むだけでなく、ガラクトースの転移率が高くなっ
て遊離ガラクトースの生成量が減り、その結果、高収率
でグルコースと７ラクトースを生成させることができる
。

同時反応が上述のような有利な結果を生む理由は、次の
ように説明することができる。すなわち、転移反応生成
物の一つであるグルコースが逐次フラクトースに変換さ
れて反応系におけるグルコースの蓄積が抑制されること
により、転移反応の平衡は生成物側に移動し、乳糖はよ
り減少し、ガラクトオリゴ糖と単糖類の生成量が増える
。また、グルツース濃度が低い状態に維持されることに
より、グルコースにガラクトースが転移して転移二糖を
生成する確率も低下する。グルコースから生成したフラ
クトースに対しては、ガラクトースの転移は対グルコー
スの場合はどには起こらない。

同時反応の場合、反応条件は２種類の酵素が共に作用可
能なように選定する必要がある。あるいは、好適使用条
件があまり相違しないβ−ガラクトシダーゼとグルコー
スイソメラーゼとを組み合わせる必要がある。

好適条件で反応を開始した場合、反応が進むにつれて反
応系にはグルコース、フラクトースおよびガラクトオリ
ゴ糖がほぼ直線的に増加するが、その後やや複雑な変化
を示し、ガラクトオリゴ糖はある時点から次第に減少す
る。甘味料成分として利用する単糖類はその後も増加す
るが、同時に遊離のガラクトースが急激に増加してくる
。したがって、ガラクトオリゴ糖が最高収率を与える時
点またはその付近で反応を打切れば、ガラクトース含有
率が低い単糖類混合物を好収率で得ることができる。

上述のようにβ−ガラクトンダーゼとグルコースイソ、
メラービとは同時に作用させることが望ましいが、最初
にβ−ガラクト７ダーゼだけを作用させ、該酵素による
処理を終わった後でグルコースイソメラーゼを作用させ
てもよい。この逐次処理は、二つの酵素のそｔｌぞｔｌ
に最適な条件で酵素処理を行うことができ乙という利点
があるっ逐次処理によっても、原料乳糖のガラクトース
単位の多くはガラクトオリゴ糖に変換され、したがって
ガラクトース含有率の低い糖混合物を得ることかでさる
。

β−ガラクトシダーゼもグルコースイソメラーゼも、反
応液を約９０°Ｃ以上で５〜】０分間加熱すれば失活さ
せることができ、それにより酵素反応を停止させること
ができる。固定化酵素を使用した場合は、加熱による失
活を行わずに分離する。

処理後の反応混合物は、そのままでも甘味料として使用
可能であるが、甘味度の低いガラクトオリゴ糖や未反応
の乳糖を除き、単糖類のみを採取する精製を施すことに
より、甘味度、甘味質、ともに優れた甘味料を得ること
ができる。分子量が大輪に相違する単糖類とガラクトオ
リゴ塘と（」、活性炭やイオン交換樹脂を用いるカラム
クロマトグラフィーなど、周知の糖分離手段により容易
に分離することができる。

得られた単糖類画分は、グルコースとフラクト−スをほ
ぼ等置台んでおり、ガラクトース含有率はきわめて低い
。この組成は、澱粉から製造されるブドウ糖果糖液糖と
ほとんど同じであり、甘味度は１．０〜１．２と高く、
甘味の質もきわめて優れている。したがってこの両分は
、そのまま、あるいは適宜濃縮して、上記液糖と同様の
甘味シロップとして広く利用することができる。

なお、精製工程で分離されたガラクトオリゴ糖は、周知
のようにビフィドバクテリウム菌増殖促進因子として有
用なものである。また、未反応の乳糖を多量に含む両分
は、反応原料として再使用することができ、それにより
、新たに投入する原料乳糖基準の収率を向上させること
ができる。

〔発明の効果〕

上述のような本発明の製造法は、乳糖を単に加水分解す
る従来の甘味料製造法と比べると、次のような多くの利
点を有するものである。

■　グルコースとガラクトースの等量混合物を生じる従
来の単純な乳糖加水分解法と違って、フラグ）−スとグ
ルコースとを主体としガラクトース含有率がきわめて低
い単糖類混合物からなる甘味料が得られる。

この甘味料は、従来の製造法によるグルコース／ガラク
トース等量混合物からなるものが甘味度０．６程度の弱
い甘味のものであり、それをグルコースイソメラーゼで
処理したものでも０．７〜０．８程度の甘味度のもので
あったのに対し、１．０〜１．２という、シ！！糖とほ
ぼ同等の甘味度を有するから、ショ糖と同じ感覚で使用
することができるだけでなく、同じ甘味を得るのに必要
な量が従来の製品の約半分ですみ、カロリー過剰摂取を
招くおそれが少ない。また、甘味質の点でも優れており
、ショ糖のそれに近似する良質のものである。そして、
ガラ２）−−ス含有率が低いだけでなく使用量が少なく
てすむことにより、はとんどの場合、ガラクトース過剰
摂取の弊害を懸念する必要はないと言える。したがって
、この甘味料はショ糖代替品として広く利用可能なもの
である。

■　本発明の製造法による甘味料の低いガラ２）−ス含
を率は、ガラクトシル転移反応を利用することにより達
成されるものであって、分離困難な単糖類間の分離操作
に依存するものではないから、工業的な実施が容易であ
る。

■　従来の製造法における加水分解型反応に比べて酵素
の使用量が少なくて済み、また、乳糖濃度の高い状態で
反応を行うことができるので、反応装置や濃縮設備が小
さくて済む。当然、熟エネルギー消費も少なくて済み、
製造コストが低い。

■　甘味シロ７プは、微生物の増殖による変質を防ぐ必
要上、濃縮して保存することが多いが、従来の乳糖加水
分解７０ノブでは溶解度の低いガラクトースが多量にあ
って結晶化しやすいため十分濃縮できないなど、取り扱
いや保存の面でも問題があったが、本発明によるものは
、ガラクト−ス含有率が低いことにより、結晶析出の８
それなく十分濃縮して保存することができる。

■　近年、虫歯予防の観点から砂糖に代わる良質の甘味
料の提供が強く要望されているが、本発明はかかる要請
にも十分応えることのできるものである。また、共界の
酪農国は、産業構造上の理由から砂糖や甘味料原料とし
ての澱粉の大部分を輸入に依存している国が多いが、そ
れらの国で、未利用資源であり環境汚染問題すら起こし
ているホエーを利用して本発明の製法により良質の甘味
料を製造することができれば、それによってもたらさＪ
する利益は多大であるう〔実施例〕以下、実施例を示して本発明を説明する。

実施例１食品グレードの乳糖４　ｋｇを２．４１１の温水に溶解
し、これにｐＨ４，５の緩衝液とアスペルギルス・オリ
ゼ由来のβ−ガラクトシダーゼ（ラクターゼ；株式会社
ヤクルト本社′！りを４万単位加えて７０℃で２時間反
応させた。その後、反応液を９０°Ｃで１０分間加熱し
てβ−ガラクトンダーゼを失活させ、６０°Ｃまで冷却
し、ｐｒｌを７．ｓに調整し更に硫酸マグネシウムを濃
度が５ｍＭになるように加えてから、固定化グルコース
イソメラーゼ（ＧＯＤＯ−ＡＧＩ）を３万単位添加し、
１６時間反応させた。反応終了後、固定化グルコースイ
ソメラーゼを濾別し、粉末状の活性炭とセライトを加え
て濾過してからイオン交換樹脂を用いて脱塩した。得ら
れた糖液は、固形分濃度６０％、固形分の糖組成はガラ
クトオリゴ糖２８．４％、二糖類５２．４％、グルコー
ス８．０％、フラクトース８．１％、ガラクトース３．
１％であった。この糖液を、クロマトグラフィー用強酸
性陽イオン交換１６（脂・ユニビーズＵＢＫ−５３０（
Ｎａ形）のカラム（内径３５．５ｍｍ’、長さ９１０ｍ
ｍのステンレス鋼製カラム２本を直列に連結したもの）
を用いて連続的に処理して、ガラン）・オリゴ糖画分、
乳糖画分および単糖類画分に分画した。得られた各糖画
分の収率（原料乳糖に対する重量％）および組成は次の
とおりであった。

単糖類画分乳糖画分オリゴ糖画分収率（％）　　　１６　　５５　　　２２グルコース　
（％）　　　３６．９　　　２．７　　　　０．１フラ
クトース（％）４．３．７　　　１．９　　　　０．０
ガラクトース（％）　　１６．４　　　０．８　　　　
０．０乳Ｍ（％）　　　　３．０　７９．６　　１４．
８オリゴＭ（％）　　　　　０．０　　１５．０　　　
８５．１上記単糖類画分を固形分濃度７５％まで濃縮し
て、甘味ンロノブを得た。この甘味料は、くせのない爽
やかな甘味質のもので、甘味度は１．１であった。

回収した乳糖画分（固形分２．３に４）は、濃縮し、次
回の反応の原料として利用した。すなわち、濃縮液に新
たな乳糖を１．７ｋｇ加え、上記と同様の酵素処理およ
び分離処理を行なった。このとき、新たに加えた乳糖に
対する単糖類画分の収率は４５％であった。

実施例２食品グレードの乳糖４ｋｇを０．０５Ｍリン酸カリウム
緩衝液（ｐＨ６，０）に加えて溶解し、全量を６Ｉｌと
した。これにブレラ・シンギュラリス由来の部分精製酵
素（β−ガラクトシル転移活性を有する）をβ−ガラク
トシダーゼとして３６００単位、グルコースイソメラー
ゼ（ＧＯ［１Ｏ−ＡＧ　ｌ）を８万単位、１Ｍ＠酸マグ
ネシウム溶液を３３１、それぞれ添加し、さらに水を加
えて全量を６．７１とした。５５℃で撹拌しながら一夜
反応させた後、反応液よりグルコースイソメラーゼを濾
別し、次いで加熱してβ−ガラクトシダーゼを失活させ
た。

得られた酵素処理液に粉末状の活性炭とセライトを加え
て濾過し、更にイオン交換樹脂を用いて脱塩した。

得られた糖液は、固形分濃度６０％、固形分の糖組成は
ガラクトオリゴ糖４８．１％、二種類３２．９％、グル
コース９．１％、フラクトース９．０％、ガラクトース
０．９％であった。この糖液を実施例１の場合と同様の
カラムクロマトグラフィーにより分離して、下記の結果
を得た。

単Ｍ類画分乳糖画分オリゴ糖画分収率（％）　　　１９　　３０　　　４５グルコース（
％’）　　　４２．７　　　１．８　　　　０．０７ラ
クトース（％’）　　４９．６　　　１．０　　　　０
．０ガラクトース（％）　　　５．０　　　０．２　　
　　０．０乳糖（％）　　　　２．７　７４．３　　９
．９オリゴＭ（％）　　　　　０．０　　２２．７　　
　９０．１上記単Ｎ類画分をイオン交換樹脂を用いて脱
塩、脱色し、減圧濃縮して、固形分濃度７５％のシロ・
ンブを得た。このンロップは無色透明で、くせのない爽
やかな甘味質のものでトリ、甘味度は１．２であった。

Claims

【特許請求の範囲】

ガラクトシル転移活性を有するβ−ガラクトシダーゼで
乳糖を処理してグルコースおよびガラクトースを生成さ
せるとともに一般式Ｇａｌ−（Ｇａｌ）ｎ−Ｇｌｃ（但
し、式中Ｇａｌはガラクトース残基、Ｇｌｃはグルコー
ス残基、ｎは１〜４の整数）のガラクトオリゴ糖を生成
させ、同時に、またはその後、グルコースイソメラーゼ
を作用させて上記β−ガラクトシダーゼ処理により生成
したグルコースの一部をフラクトースに変換し、反応生
成物より単糖類を採取することを特徴とする甘味料の製
造法。