JPH0339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグルコースを含有する溶液をSiO₂−
キヤリヤをベースとして製造された、グルコース
イソメラーゼ活性を有する触媒上で反応させるこ
とによりグルコースおよびフルクトースを含有す
る溶液を製造するための方法と装置に関する。

グルコースのグルコース／フルクトース混合物
への酵素変換は近年次第に重要性を増している。
その際該混合物はシロツプ（イソメロースと呼ば
れている）の形状で売られ、かつ中でも食品およ
び飲料工業で世界的に乏しくなつている、高価な
サトウキビまたはテンサイからの結晶糖（蔗糖、
てんさい糖、スクロース）の代用をしている。グ
ルコース／フルクトース混合物の製造に必要なグ
ルコースの原料として天然のデンプン産出物、例
えばとうもろこしまたはジヤガイモデンプンが用
いられ、これらは酸性および／または酵素加水分
解によつてグルコースに変換される。

グルコースのフルクトースへの酵素変換には水
性グルコース溶液を場合により異性化を促進する
物質（例えばコバルト−、マグネシウムイオン）
の添加下に所望の異性化度が達成されるまでグル
コースイソメラーゼの作用に曝し、次いで場合に
より添加物を溶液から分離し、かつ場合により溶
液を濃縮してシロツプにする。

その際従来主としてバツチ法で操作され、かつ
単離されたグルコースイソメラーゼかまたはグル
コースイソメラーゼを産生する微生物の天然の細
胞組織中に放置されたグルコースイソメラーゼが
利用されてきた。このように使用されるグルコー
スイソメラーゼは回収および再使用可能でないか
または大きなエネルギー消費下でのみ回収および
再使用可能であるにすぎないので、最近では細胞
組織中で固定化することにより水不溶性にされ
た、かつ添加物によつて機械的に強化されたグル
コースイソメラーゼの使用が増加している。更に
グルコースイソメラーゼを無機または有機キヤリ
ヤに吸着または共有結合させ、かつこうして水に
不溶にすることができる。このような固定され、
かつ強化された、またはキヤリヤに結合されたグ
ルコースイソメラーゼは数度再使用することがで
き、したがつて例えばキヤリヤ結合したグルコー
スイソメラーゼを反応器に充填し、かつグルコー
ス溶液（基質）を反応器を貫通させることにより
連続的方法に移行することができる。

かかる連続的方法に必要なキヤリヤ結合せるグ
ルコースイソメラーゼ（以下グルコースイソメラ
ーゼ活性を有する触媒またはキヤリヤ触媒と呼
ぶ）は公知技術である。例えば西ドイツ国特許出
願公告第2726188号明細書が挙げられ、該明細書
には特にSiO₂−キヤリヤをベースとして製造さ
れた、グルコースイソメラーゼ活性を有する触媒
が記載されている。

グルコースおよびフルクトースを含有する溶液
を製造するための本発明による方法はかかる連続
的に実施可能な方法に基づき、該方法ではグルコ
ース溶液（基質）がグルコースイソメラーゼ活性
を有するキヤリヤ触媒を含有する反応器を貫流す
る。

その上に本発明は以下の知識に基づく： イソメロースの競争力は天然スクロースに比べ
てその価格の他に主としてフルクトース含量によ
つて決定される、それというのも該含量が甘味力
に対して決定的であるからである。グルコースと
フルクトースがモル比１：１で存在するグルコー
スとフルクトースから成る天然のスクロース、二
糖に対してイソメロース中のグルコースおよびフ
ルクトースの含量、したがつてその甘味力は一定
していず、第一にグルコース溶液に対するグルコ
ースイソメラーゼの作用の時間およびその作用が
行なわれた温度に左右される。60℃で達成可能で
ある、十分に長い作用時間の後に最大に達成され
る熱力学的平衡は約51％の異性化度にある。すな
わちグルコース使用分子100の中で51分子がフル
クトースとして存在する。現在市場では乾燥物質
中42％のフルクトース含量を有するイソメロース
が受容されている。工業的出発生成物のグルコー
ス含量は通常90〜95％であるので、このフルクト
ース含量を達成するためには実施で44〜47％の異
性化度を必要とする。かかる異性化度を達成する
ためにはグルコースイソメラーゼ活性を有するキ
ヤリヤ触媒を全く一定の、その都度の活性に応じ
た空間速度でのみ操作する。例えば西ドイツ国特
許出願公告第2726188号明細書の方法により製造
可能であるような最近の、高活性触媒は初期空間
速度約10〜20v／vhで操作することができる。

しかし操作時間の増加とともに公知の触媒の活
性は反応温度に応じて多少急速に低下する。

西ドイツ国特許出願公告第2726188号明細書は
反応温度60℃で約670操作時間後尚当初の活性の
50％を有している。開始時と同様の異性化度を得
るにはかかる触媒を初期空間速度の1/2でのみ操
作する。経済性の下限と見ることのできる残留活
性20％は操作時間1700時間後に到達する。

ところで意想外にもグルコース含有溶液をキヤ
リヤ触媒と接触させて反応させる前にSiO₂また
はアルミノ珪酸塩から成る成形体と接触させると
SiO₂−キヤリヤをベースとして製造された、グ
ルコースイソメラーゼ活性を有する触媒の操作時
間を２倍以上にし得ることが判明した。触媒対成
形体の重量比は有利に３：１〜１：３、特に１：
１である。この方法では触媒の生産性も２倍にな
る。生産性は、所定の異性化度で触媒１Kgによつ
て残留活性が初期活性の20％になるまでに処理さ
れた、乾燥物質として計算された基質量として定
義する。

グルコースイソメラーゼ活性を有するキヤリヤ
触媒のための反応器の他に更に必要な構成部、例
えば貯蔵容器および捕集容器、導管、ポンプ、測
定装置、温度処理装置等を包含する、グルコース
をフラクトースに特に連続的に変換するための装
置において、本発明によれば反応器の前方に
SiO₂またはアルミノ珪酸塩から成る成形体を収
容するために使用される前カラムを接続する。そ
の際前カラムの容積を反応器の容積と比べて触媒
および前カラム物質の嵩密度の配慮下に前記の重
量比が維持されるように保持される。

本発明による方法の実施は特に連続的な操作方
法で、乾燥物質約47〜50重量％を有利に含有する
水性グルコース溶液をキヤリヤ結合せるグルコー
スイソメラーゼに好適なPH値に調節し、溶液を好
適な異性化温度に加熱し、かつ溶液を先ずSiO₂
またはアルミノ珪酸塩で充填された前カラム、次
いでグルコースイソメラーゼ活性を有するSiO₂
−キヤリヤ触媒を充填した反応器に圧送して通過
させて行なう。経過したグルコース／フルクトー
ス溶液を規準通りの距離で例えば旋光分析または
HPLCを用いてフルクトース含量を分析する。触
媒を操作する空間速度はその際、経過する溶液が
乾燥物質に対してフルクトース約42重量％含有す
るように調節される。

前カラム物質については粒度約0.5〜5.0mmが、
かつキヤリヤ触媒については粒度約0.08〜0.5mm
が特に有利であると証明された。

グルコースイソメラーゼ活性を有するキヤリヤ
触媒を製造する際にストレプトミセス・アルブ
ス・グルコースイソメラーゼ
（Streptomycesalbus Glucoscisomerase）を使
用した場合に、グルコース溶液をPH約７〜8.5に
調節し、かつグルコース溶液を温度約55〜65℃に
加熱するのが特に有利であると示された。

その上にストレプトミセス・アルブス・グルコ
ースイソメラーゼではCo（）−およびMg（）−
イオンをCo（）約0.1〜2ppmの量およびMg
（）約10〜200ppmの量で有利にその水溶性塩、
例えばクロリドまたはスルフエートの形状でグル
コース溶液に添加するのが異性化を促進するもの
と示された。

最後にグルコース溶液に安定化量の酸化防止
剤、有利にSO₂を約100〜600ppmの量で亜硫酸ア
ルカリ金属または重亜硫酸アルカリ金属の形状で
添加するのが更に有利である。

得られたグルコース−フルクトース溶液をシロ
ツプに濃縮するかまたは溶液を最終的な使用に供
給する前に例えば味を損なうが故に不所望なイオ
ン成分をカチオン−およびアニオン交換体によつ
てグルコース−フルクトース溶液から除去するこ
とが推奨される。

次に実施例につき本発明を詳説する。

例 １ 西ドイツ国特許出願公告第2726188号明細書に
より製造された、グルコースイソメラーゼ活性お
よび以下に記載する性質を有するキヤリヤ触媒５
ｇを反応器に充填した。反応器の前にカラムが接
続されており、該カラムは市販の球状、耐水性、
多孔性アルミノ珪酸塩（例えばカリ・ヒエミー社
（Kali−Chemi AGのKCT−WSタイプ、組成：
SiO₂約97重量％およびAl₂O₃3重量％）５ｇを含
有していた。この系前カラム−反応器に60℃に加
熱したグルコース溶液を圧送した。空間速度（触
媒によつて必要とされる反応器容積に対して）の
調節は全操作時間にわたつて異性化度が一定の
46.5％になるように行なう。流出する基質溶液の
異性化度は旋光度測定により測定した。詳細には
触媒、前カラム充填物および方法は次のパラメー
タによつて特徴づけられている。

１ 触媒 1.1 キヤリヤ： SiO₂ 1.2 活性能： 9000V／ｇ 1.3 粒度： 0.1〜0.2mm 1.4 嵩密度（乾燥）： 0.45Kg／ ２ 前カラム充填物 2.1 充填材料： KCT−WS（カリ・ヒエミー社） 2.2 粒度： １〜２mm 2.3 嵩密度（乾燥）： 0.70Kg／ ３ 方法 3.1 基質： グルコース45重量％（水溶液） 3.2 コフアクタ： Mg（）120ppm Co（） 1ppm SO₂（Na₂SO₃の形で）200ppm 3.3 PH値： 7.5 3.4 基質濃度： 1.2Kg／ 3.5 基質出発温度： 60℃ 3.6 異性化度： 46.5％ 3.7 初期空間速度： 13.0h^-1 ４ グルコースイソメラーゼ溶液の活性能測定 触媒の製造に使用されたグルコースイソメラー
ゼ溶液の活性をタカサキ方法〔タカサキ（Y.
Takasaki）著、“Agr.Biol.chem.”、第30巻、第
12号1247〜1253頁（1966年）参照；デイシエ（Z.
Dische）およびボレンフロイント（E.
Borenfreund）共著、“J.−Biol.Chem.”192，
583，1951年参照〕により測定した。活性単位
（Ｕ）は恒温保持条件下でフルクトース１mgを形
成する酵素量として定義される。

恒温保持条件： 温度： 65℃ 反応時間： 1h 基質：ホスフエート緩衝剤（PH8.0）0.05ｍ中の
グルコース0.1m×H₂OMgSO₄0.0004ｍと
ともに この例は次の結果をもたらした。

半減期：1300h 残留活性20％までの操作時間： 3800h 操作時間3800hにわたつての平均活性：44.0％
（初期活性100％に対して） 3800h後の生産性：触媒１Kgにつきフルクトース
46.5％を有する乾燥物質26000Kg 例 ２ 例１によるキヤリヤ触媒５ｇを反応器に充填し
た。反応器の前にカラムを接続し、該カラムは市
販の球状、耐水性、多孔性SiO₂（カリ−ヒエミー
社のタイプAF125，SiO₂含量は99重量％を上回
る）10ｇを含有していた。その他の方法は例１に
相応した。前カラム充填物は次のパラメータによ
つて特徴づけられる： １ 充填材料：AF125（カリ・ヒエミー社） ２ 粒度：１〜２mm ３ 嵩密度（乾燥）：0.45Kg／ 試験結果は例１と同じであつた。

例 ３ 比較のために同じ触媒を用いて、しかし前カラ
ムを使用せずに他は同一条件下で例１を繰返し
た。例３は次の結果を与えた： 半減期： 670h 残留活性20％になるまでの操作時間： 1700h 操作時間1700hにわたつての平均活性：47.2％
（初期活性100％に対して） 1700h後の生産性：触媒１Kgにつきフルクトース
46.5％を有する乾燥物質12500Kg 例１，２および３による結果を見るために活性
減少と操作時間との関係を第１図に示す。この図
から本発明によりアルミノ珪酸塩またはSiO₂−
パールを充填した前カラムを使用することにより
（例１，２）得られる、長期操作時間にわたつて
の触媒の活性の安定化が明らかである。

第２図には方法の経済性を決定する生産性の展
開と操作時間との関係を示す。本発明による方法
条件下に実施された例１および２は経済的に利用
可能な、触媒の特異的触媒能を係数2.08高めた、
すなわち一定量のイソメロースを製造するために
必要な触媒量が1/2を下回る。本発明により必要
な前カラム材料は触媒費用の一部にすぎないの
で、本発明による方法の経済的利点は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は触媒の活性減少と操作時間との関係を
示した図であり、かつ第２図は触媒の生産性と操
作時間との関係を示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ グルコースを含有する溶液をSiO₂−キヤリ
   ヤをベースとして製造された、グルコースイソメ
   ラーゼ活性を有する触媒上で反応させることによ
   りグルコースおよびフルクトースを含む溶液を製
   造するための方法において、グルコースを含有す
   る溶液をキヤリヤ触媒上で反応させる前にSiO₂
   またはアルミノ珪酸塩から成る成形体と接触させ
   ることを特徴とする、グルコースおよびフルクト
   ースを含有する溶液を製造する方法。 ２ 触媒対成形体の重量比が３：１〜１：３、有
   利に１：１である、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ グルコースを含有する溶液をSiO₂−キヤリ
   ヤをベースとして製造された、グルコースイソメ
   ラーゼ活性を有する触媒上で反応させることによ
   りグルコースおよびフルクトースを含む溶液を製
   造するための、キヤリヤ触媒を充填させた反応器
   を備えた装置において反応器の前方にSiO₂また
   はアルミノ珪酸塩から成る成形体を充填した前カ
   ラムが接続されていることを特徴とする、グルコ
   ースおよびフルクトースを含有する溶液を製造す
   るための装置。