JPH02195894A - ガラクトオリゴ糖の製造方法 - 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】 〈産業との利用分野〉 本発明はガラクトオリゴ糖の製造方法に関し。

詳しくは、乳糖またはその一部分解物からなる基質にβ
−ガラクトシダーゼを作用させ、所謂転移反応によって
生成し之ガラクトオリゴＩ！ヲ反応系から限外濾過膜に
て分離して、高生産性にてガ、ラクトオリゴ糖ｆ：製造
する方法に関する。

〈従来の技術〉 ガラクトオリゴ糖は、乳糖のガラクトース残基にガラク
トースが結合し几３〜６糖類である。ガラクトース−ガ
ラクトース間の結合様式は主にβ−１−６結合であるが
、β−１−３−？β−１−４結合のものも一部ある。

このガラクトオリゴ糖で最も代表的な構造の６′−ガラ
クトフルラクトースは１人乳中に存在することが知ら几
ている。ガラクトオリゴ糖の特徴は。

非吸収性の糖としてｆ部消化管に達し、乳児型から大人
型までの全てのビフィズス菌ヲ増殖させることができる
点にある。このオリゴ糖の投与により、ビフィズス菌の
増殖と、バクテロイデス菌のような腸内腐敗菌−？腸内
腐敗代謝産物の減少が認められている（　Ｂｉｆｉｄｏ
ｂａｃｔｅｒｉａ　Ｍｉｃｒｏｆｌｏｒａ、　２．１７
〜２４゜（１９８３）、フードケミカル、６．８７〜９
４．（１９８７）。

したがって、ガラクトオリゴＭｒｉ腸内腐敗を抑制する
ため、肝機能の改善ｆ老化の抑制につながると考えられ
ている。また、ガラクトオリゴｍはう蝕と密接に関係す
る口腔内細菌のストレプトコカス・ミニ−タンスによっ
て資化さＡないし、歯垢形成の基質としても利用されな
い。これらのことからガラクトオリゴｍは非う蝕原性糖
質と考えらル、虫歯対＊Ｊ：からも優れた甘味料である
と言える。さらに、ガラクトオリゴ穂ｄ、シＷ＠に比べ
て甘味度は低いが、淡泊でクセのない上品な甘味ｌｔを
有している。

従来、に＋ｉｅガラクトオリゴ糖は高濃度乳糖溶液にβ
−ガラクトシダーゼを作用させて、この酵素の持つガラ
クトシル基転移能を利用して製造されている。しかし、
この製造方法では１回分式反応であるために、得られ几
反応液中のガラクトオリゴ糖の含有率が低く、′また１
反応液からガラクトオリゴ糖を分離するのに煩雑な操作
？必要とする。

さらに、上記の方法によれば、転移率の制御が困難であ
るほか、高価なβ−ガラクトシダーゼ倉多量に消費する
ので、ガラクトオリゴ糖を低廉に得ることができない。

また、１バツチ毎に５〜８時間もの長い時間を必要とす
るので、生産性に著しく劣るものである。

そこで、上記のような従来のガラクトオリゴ糖の製造及
びその分離における問題を解決するために、β−ガラク
トシダーゼを担体結合法、架橋法。

包括法等の方法によって不醪性の担体に固定化して固定
化酵素とし、こ７′？、全周いてガラクトオリゴ糖を製
造する方法が提案されている（　Ａｐｐｌ　、　Ｍ　１
ｃｒｏ　−ｂｉｏｌ、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ、、　２５
．２２４〜２２８．　（１９８６）　）。しかし、この
方法によっても１反応液中のガラクトオリゴ糖＠Ｍ率は
高くならず、ま友、ガラクトオリゴ糖の分離も容易でな
い。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者ら（ケ、上記したような従来のガラクトオリゴ
貼の製造及びその分離ＶＣおける問題を解決するために
鋭意研究し＾結果、生成し次ガラクトオリゴ糖’ｉ＝ｍ
分離して、迅速に反応系外に取り出すとき、その収率が
著しく向上し、特に、限外濾過膜にβ−ガラクトシダー
ゼを固定化し、この限外濾過膜、すなわち、酵素固定膜
リアクターに乳＊１次はその一部分解物を含有する乳ｍ
ｔ含む基質液を透過させることによって、基質をガラク
トオリゴ糖に変換すると同時に、これを反応系外に分離
することができ、かくして、高い収率にて高純度のガラ
クトオリゴ糖を得ることができることを見い出し６本発
明に至り九ものである。

く課題を解決する之めの手段〉 本発明によるガラクトオリゴ糖の製造方法は。

乳糖またはその一部分解物を含有する乳糖溶液からなる
基質にβ−ガラクトシダーゼを作用させて。

生成したガラクトオリゴ糖を限外濾過膜にて分離するこ
とを特徴とする 特に１本発明による好ましいガラクトオリゴ塘のｆｓ造
方法は、β−ガラクトシダーゼが固定化さＡた限外濾過
膜に乳糖またはその一部分解物を含有する。７＋Ｌ糖溶
液からなる基質を透過させて、基質をガラクトオリゴ糖
に変換すると同時に、膜透過液としてガラクトオリゴ糖
を含む溶液を得ることｔ！Ｉ徴とする。

本発明においては、基質となる乳糖またはその一部分解
物を含有している乳糖の濃度（分解物濃度も含む）ｒｉ
、１０〜６０改Ｉｋ％、好ましくｒｉ３０〜５０重量％
である。こ几らの基質濃度は、β−ガラクト７ダーゼに
よる転移反応活性に大きく影響するためＩＣ眞要である
。何故ならば、β−ガラクトシダーゼによる乳糖からガ
ラクトオリゴ糖の生成反応は、まず、β−ガラクトシダ
ーゼによって一部の乳糖の刀口水分解が起こってグルコ
ースとガラクトースとなり、引き続き同じ酵素ＩＣよっ
て残存乳糖とガラクトースが結合してガラクトオリゴ糖
が生成される。したがって、最終的にはこのガラクトオ
リゴ糖生成反応は、β−ガラクトシダーゼの逆反応全利
用したものなので、基質濃度を高くする必要があるから
である。

本発明において用いるβ−ガラクトシダーゼは何ら限定
されるものではないが、微生物の起源によってガラクト
オリゴ糖の生成量が異なり１例えばＡｓｐ６ｒｇｉｌｌ
ｕａ類、　ＬａｃｔｏｂａｃＨ１ｕｓ類、　Ｂａｃｉｌ
ｌｕｓ類。

Ｓ　ｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ類等の由来β−ガラクト
シダーゼが好ましく用いられる。

本発明による第１の方法においては、低分子蓋反応生■
りであるガラクトオリゴ＄１１！ｒ反応系から迅速に取
り出すために、限外濾過膜が用いられる。

即ち、基質溶液を適宜の反応槽内にて遊離のβ−ガラク
トシダーゼと反応させ１反応生成物ガラクトオリゴ糖を
含む反応層液ｌｒ、限外濾過膜倉備えた膜モジュールに
て処理して、ガラクトオリゴ穂が選択的に反応系から取
り出される。他方、酵素を含む膜不透過液は、再び１反
応槽に戻される。

特に、好ましい方法においては、基質−ｔ−適宜に反応
槽に補充しつつ、基質と酵素を含む溶液を反応槽と膜モ
ジュールの間を連続的に循環させ、ガラクトオリゴ穂を
含む溶液が膜透過液として膜モジュールから連続的に取
り田される。このような方法によｎば、酵素反応を連続
的に行うことがでキ、シかも、生成したガラクトオリゴ
糖を反応系から迅速に且つ連続的に取り出すことができ
る。

かかる第１の方法Ｖこおいて用いる限外濾過膜は。

後述する第２０方法において用いらｌしる限“外線過膜
と同じである。

本発明による第２の方法においては、限外は過膜は、こ
ｎＫβ−ガラクトシダーゼ會固定化してなる所謂膜リア
クターとして用いらｎる。

この限外濾過膜としては、多数の微孔をＭする緻ｖＢな
多孔・貫層からなる緻密ノーととｎを支持する比較的大
きい孔径の微孔を多数有する多孔質層からなる異方性構
造を有する限外は過膜の多孔質層にβ−ガラクトシダー
ゼが固定化されてなるものが好ましい。このような異方
性構造を有する限外濾過Ｉｉｇは、既に知ら几ており、
市販品として入手することができる。

更に、このように、異方性構造を有する限外濾過膜の多
孔質層に酵素を固定化する方法も、特に限定されるもの
ではなく１例えば、一般に酵素固定化の技術分野におい
てよく知らｎているように、酵素は、窃理吸看法、共有
結合法、架橋法等にて固定化されていてもよい。しかし
、酵素が安定であると共に、酵素でその担体である限外
濾過膜から容易には脱離しないように、共有結合法にて
固定化さルていることが好ましい。

特に好ましい方法は１例えば、特開昭６２−８３８８５
号公報に記載されているように２分子内に少なくとも２
個の官能基を有する水浴性高分子の水溶液を０．１〜１
．ＯＫｇ／ｃ４の加圧条件下に限外濾過膜の多孔質ノー
から、透過、含浸させ、洗浄した後、と配水浴性高分子
の架橋剤、即ち、上記水浴性高分子の有する官能基と反
応し得る基を分子内に２個以上Ｍする化合物の水ＩＪ液
を前記加圧条件内にて多孔質側から透過、含浸させて、
ｈ配水ｍ性高分子を架橋させ、限外濾過膜の緻密ノーか
らの逆洗浄によって、未架橋の水浴性高分子を膜から除
去し。

次いで、酵素溶液を膜の多孔質側から前記加圧条件内で
透過させて、前記架橋高分子の有する官能基を介して、
共有結合にて酵素を架橋高分子に結合させ、かくして、
酵素を固定化し几限外濾過膜を得る方法である。

上述した方法に２いて、用いる限外濾過膜は。

分画分子量が１ｏｏｏ−１００００ＬＩＬＩの範囲でめ
る緻靜１−と、孔径が数μ鴨乃至１００Ａｔｔａの微孔
を有する多孔質層とからなるものが好ましいが、その形
状は何ら制限されるものではなく１例えば、平板状。

管状、中空糸状等、任意である。有効膜面積が大きく、
且つ、固定化された酵素と基質との接Ｍ面積が大きい膜
リアクターを得る次めには、限外濾過膜として中空糸状
膜を用いることが好ましい。

を記限外濾過膜を構成する重合体としては１例エバ、ポ
リスルホン　ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリ
イミド、酢酸セルロース　ポリアクリロニトリル等が好
ましく用いられる。これら重合体は、後述する水浴性高
分子と反応する官能基を特に有する必要はなく、異方性
構造をＭする限外濾過膜に製膜し得るものであれば、特
に、限定されるものではない。しかし、上記した重合体
のなかでも１食品ヤ医薬品の製造に要求される厳格な分
画分子量を満足するものとして、ポリスルホン、ポリア
ミド又はポリイミドを用いることが好ましく、特に、ポ
リスルホンが好適である。

上記し几ような異方性構造を有する限外濾過膜は、既に
知られている方法によって製造することができる１例え
ば、上記重合体をその溶解性に応じて、水混和性の有機
浴剤１例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、フェノール　クレゾー
ル　エチレンクロルヒドリン　エチレングリコール、プ
ロピレングリコール。セロソルブ、グリセリン、メタノ
ール　エタノール　グロパノール、ブタノールアセトン
、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の１種又は２種以
上の混合物にｍ解させて製膜溶液を調製し０次いで、こ
の製膜溶液を主として水からなる凝固溶剤に接触させる
ことによって、接触界面に緻密層を有する種々の形状の
限外濾過膜を得ることができる。

前記水浴性高分子としては１例えば、ポリエチレンイミ
ン　ボリグロピレンイミン、ポリブチレンイミン等のポ
リアルキレンイミン、ポリエチレングリコール　ポリプ
ロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポ
リリジン、ポリアルギニン等のボリアきノ酸、ボリアリ
ールアミン等を挙げることができる。これら水浴性高分
子は。

通常、その重量平均分子量が約１００１）〜２００００
０の範囲にあり、官能基を分子内に数十乃至数ｉ！する
ものが好ましい。

更に、かかる水ｄ性高分子の水ｍ液を異方性限外濾過膜
の多孔質１ｇ！ｉｌに含浸させるに際しては、その−度
は０．０５〜０．２５重量％の範囲が望ましい。濃度が
０．２５直盪％を超えるときは、溶液粘度が高く。

含浸した溶液が限外濾過膜を閉塞して、基質溶液の４透
過流速を低下させ、延いては、ｔイクロデキストリンの
生産速度を低下させるからである。

また、前記架橋剤としては、グリオキサールグルタルア
ルデヒド、アジピンアルデヒド、マロンジアルデヒド、
ジアルデヒドデンプン等のようなジアルデヒド類、ヘキ
サメチレンジイソ７アネート、トルエンジイソ７アネー
ト等のようなジイソ７アネート類、ヘギサメチレンジイ
ンチオシアネート等のようなジイソチオシアネート類を
挙げることができる。水浴性高分子が官能基としてアミ
ノ基を有するときは、水溶性カルボジイミド等のような
縮合試薬ヤシアルデヒドのような架橋試薬を用いること
ができる。こ几らの”ｌ＞′Ｇ）、特に。

ジアルデヒド類ヤシイソシアネート類は水溶液中で比較
的安定であり１反応性も高いために６本発明において架
橋剤として好適に用いられる。

このような架橋剤は、水溶液として膜透過させて、水溶
性高分子を架橋させ、他方、この架橋後も、架橋高分子
が分子内に遊離の官能基を有する工うに、用いる水ｄ液
のａ度ｆ膜透過量を適宜に選定することが好ましい。

限外濾過膜の多孔質ノーへのβ−ガラクト７ダーゼの固
定化ｉｋは、膜面積１１当り１通常、０．３〜１５．０
ｇの範囲であり、特に、３．０〜８．０ｇの範囲が好ま
しい。θ−ガラクトクダーゼの固定化ｔが膜面積１１当
り、０．３．９よりも少ないときは、酵素反応率が低く
、膜リアクターによるガラクトオリゴ糖の生産速度、即
ち、単位時間当り。単位面積当りに膜を透過するガラク
トオリゴ糖量が実用上。

少なすき゛る。他方、１５．０ｇよりも多いと＠は、ガ
ラクトオリゴ糖を含有する反応液の透過流束が低下シ、
同様に、ガラクトオリゴ塘の生産速度が低くなる。

本発明による第１及び第２のいずれの方法に２いても９
反応温度は用いる酵素の種類にもよるが。

通常、４０〜７０℃の範囲であり、好ましくは、５０〜
５５℃の範囲である。更に、基質溶ｇは、膜モジュール
の入口と出口の平均圧力にて０．１〜１．０ｋｌＩ／ｃ
ｍ程度の圧力にて、膜モジュールに供給し、且つ。

膜面線速を０．１〜２．０ｍ／秒程度として１反応を行
なうのが好ましい。しかしながら、操作圧力及び膜面線
速は１反応時間−？膜の目詰まり等に影響を与えるため
、第１の方法においては遊離酵素濃度を考慮し、ま之、
第２の方法においては、膜への酵素固定化量を考慮して
、最適に決定される。

尚、膜が目詰まりして透過流束が低下し之ときは、　ｐ
Ｈを調節した水溶液（ｐＨはβ−ガラクトンダーゼの安
定ｐＨに調節する。）にて限外濾過膜を逆洗することに
よって、透過流束を回復することができる。

本発明の方法によれば、膜透過液として、ガラクトオリ
ゴ糖を３５〜５０重量％程度含有する無色透明の水溶液
を得ることができる、この水ｍ液は。

必要に応じて、適宜の濃縮手段によってｄ縮することが
できる。濃縮手段としては０例えば１ｍ熱蒸発法等の一
般的な手段も採用し得るが、逆浸透法によって、容易且
つ効率的に濃縮することができる。

従って１例えば、ガラクトオリゴ糖を含有する粉末を得
る場合には、膜透過液を上記のようにして適宜に濃縮し
友後、噴霧乾燥等の手段によって粉末化する。更に、ガ
ラクトオリゴ糖の単品を得る場合は、膜透過液を濃縮し
次後、イオン交換樹脂等で分離、精製すればよい。

〈発明の効果〉 以上のように１本発明の方法によれば、乳糖ま九はその
一部分解物を含有する乳糖ｍ液からなる基質にβ−ガラ
クトシダーゼを作用させ、生成し之ガラクトオリゴ糖を
限外濾過膜にて分離することによって、効率よくガラク
トオリゴ糖を製造することができる。特に２反応槽と限
外濾過膜モジュールとの間に基質と酵素を含む溶液を循
環させることによって、生成したガラクトオリゴ糖を迅
速に且つ連続的ＶＣ取り出すことができるので、高生産
性にて高純度のガラクトオリゴ糖を容易に得ることがで
きる。

更に１本発明に従って、β−ガラクトシダーゼが固定化
された限外濾過膜に基質を透過させて。

基質をガラクトオリゴ糖に変換すると同時に、膜透過液
としてガラクトオリゴ糖を含む溶液を得ｎば、連続的に
、しかも、高純度のガラクトオリゴ糖を反応系から容易
に分離することができるので。

生産効率が著しく高められる。

また、上記した方法によれば、β−ガラクト／ダーゼが
限外濾過膜に固定化されている沈めに２酵素が長期間に
わたって安定に保持され、かぐして、酵素を反応のごと
に消費することがなく、繰り返して反応を行なうことが
できるので、ガラクトオＩＪ　コ糖を低置に製造するこ
とができる。

実施例 以ＦＫ実施例を挙げて本発明を説明するが１本発明はこ
れら実施例により回ら限定されるものではない。

実施例１ ３０重量％の乳糖ｍ液（ｐＨｓ、ｏ）を基質として用い
、第１図に示す装置によって反応を行っ之。

即ち、ヒーター１１にて５０℃に保持した反応槽１２に
上記基質を適宜に補給しながら、基質とＡａｐｅｒｇｉ
ｌｌｕａ　ｏｒ）ｒｚａａ由米のβ−ガラクトシダーゼ
（反応溶液１−あ几りＩＯＵになるように添刀口）とを
反応槽と限外濾過膜を備えた族モジュール１３（日東−
工■製ＮＴＵ−３２５０ＣＩＲ）との間をポンプ１４に
て循環させ１ｇモジュールから膜透過ｇＬ１５を連続的
に得つつ、膜不透過液１６は１反応槽に戻し次。膜処理
条件は、操作−ロ圧力ｏ、ｓｋｙ／ｃ４−膜面線速、０
．．５　ｍ、／秒：とＬ−次。

このようにして、ガラクトオリゴ糖４６．３屯量％を含
む溶液を得た。

実施例２ 実施例１において、β−ガラクト７ダーゼとして、Ｂａ
ｃｉｌｌｕｓ　ｃｉｒｅｕｌａｎｓ由来の酵素を用いる
以外は。

実施例１と同様にして、ガラクトオリゴ糖４５．５重量
％を含む溶液を得た、 実施例３ 多孔質内部にアミノ基を含有するポリスルホン系異方性
限外濾過膜（日東電工■製ＮＴＥ−３７０）にＡｓＰｅ
ｒｇｉ　ｌ　ｌｕｇ　ｏｆｆｚａｅ由来のβ−ガラクト
シダーゼを膜面積ｌＷＩ当り３．５ｇ固定化した。

この酵素固定化限外濾過膜を組み込んだ膜モジュールと
これを含むガラクトオリゴ糖製造装ｍｔ−第２図に示す
。

基質ｍ液として、２５重量％乳糖溶液を用い、ヒーター
２１にてｆＴ定の温度に保持し次基質溶液２２をポンプ
２３にて所定量を膜モジエール２４に循環供給して、２
４時間反応を行った。反応条件は。

反応＠Ｉ！１５０℃、操作出ロ圧力０．５　ｋｇ／ｃ４
　、４面線速１．０　ｍ／秒とし友。このようにして、
この膜モジュールから膜透過液としてガラクトオリゴ糖
を含む膜透過ｇ２５を得、膜不透過液２６は基質容器２
７に循環させ次。この間、リザーバー２８から基質容器
に基質を適宜に補給した。

このようにして得られ皮膜透過液中のガラクトオリゴ糖
の含有率は４３．８償量％であった。

実施例４ 実施例３にひいて、乳糖に代えて一部分解物を含む乳糖
を基質として用いた以外は、実施例１と同様にして、ガ
ラクトオリゴ＄４７．０暇量％を含む溶液を得友。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による＠１の方法において用いる膜モ
ジュールを含むガラクトオリゴ糖製造装置の一例を示す
装置構成図、第２図は１本発明の方法にｐいて用いる膜
リアクターを含むガラクトオリゴｍ製造装置の一例を示
す装置構成図である。 １１・・・ヒーター　　１２・・・反応槽、１３・・・
膜モジュール　　１４・・・ポンプ、１５・・・膜透過
液。 １６・・・膜不透過液、　　　２１・・・ヒーター　　
２２・・・基質溶液、２３・・・ポンプ、２４・・・膜
モジュール２５・・・膜透過液、２６・・・膜不透過液
、２７・・・基質容器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）乳糖またはその一部分解物を含有する乳糖溶液か
   らなる基質にβ−ガラクトシダーゼを作用させ、生成し
   たガラクトオリゴ糖を限外ろ過膜にて分離することを特
   徴とするガラクトオリゴ糖の製造方法。
2. （２）β−ガラクトシダーゼが固定化された限外濾過膜
   に乳糖またはその一部分解物を含有する乳糖溶液からな
   る基質を透過させて、基質をガラクトオリゴ糖に変換す
   ると同時に、膜透過液としてガラクトオリゴ糖を含む溶
   液を得ることを特徴とするガラクトオリゴ糖の製造方法
   。