JPH0528115B2

JPH0528115B2 -

Info

Publication number: JPH0528115B2
Application number: JP61295746A
Authority: JP
Inventors: Hirotake Fukino; Chikashi Izumi; Takeshi Makino; Shigechika Narita; Kazuo Munechika; Junji Nashimoto
Original assignee: MITSUI SEITO KK; OJI KOONSUTAACHI KK
Current assignee: MITSUI SEITO KK; OJI KOONSUTAACHI KK
Priority date: 1986-12-13
Filing date: 1986-12-13
Publication date: 1993-04-23
Also published as: JPS63148993A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えば固型分30w／ｗ％以上の高
濃度のデンプン液化液を連続的に効率良く加水分
解し、高収率でグルコースなどのデンプン糖を製
造する方法に関するものである。

（従来の技術）現在、デンプン糖の製造工程は大略次の工程に
分けることができる。

(1) デンプン乳の製造工程 (2) α−アミラーゼを使用したデンプンの液化工
程 (3) グルコアミラーゼ、β−アミラーゼ、マルト
オリゴ糖生成アミラーゼ、イソアミラーゼ、プ
ルラナーゼ等を使用したデンプン液化液の糖化
工程 (4) 糖液の精製、濃縮工程 (5) グルコースイソメラーゼを使用した糖液の異
性化工程上記５工程のうち(3)の糖化工程を除いて他の工
程は連続法により生産されており、糖化工程のみ
がバツチ法で行なわれている。しかもこのバツチ
法でグルコースを製造する場合は糖液のDEが93
〜98、グルコースの生成量が91〜96％になるまで
糖化を行なうために巨大なタンク内で48〜72時間
という長時間を必要とする。

一方デンプン糖の製造工程中、糖化工程を連続
法にするために、従来固定化グルコアミラーゼの
製造法及び固定化グルコアミラーゼによる種々の
糖化法が提案されており、例えば特開昭53−
86086号、特許1162764号、特開昭55−144890号、
特許1120531号、特許1120532号、特許1117041号、
特開昭59−130193号などが開示されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、これ等は処理液の濃度が低い上に、固
定化グルコアミラーゼのライフが短く、また生成
するグルコースの純度が低い等の理由によつて殆
ど実用化に至つていない。

僅かに、骨炭にアスペルギルス・ニガー起源の
グルコアミラーゼをグルタールアルデヒドで架橋
固定した固定化グルコアミラーゼ（テイトアン
ドライル社開発製品）が市販されているが、こ
れに高濃度デンプン液化液を通液して糖化を行な
つてもグルコースの最高生成量はバツチ糖化法の
グルコース生成量（約91％以上）には達しない。
例えば、上記固定化グルコアミラーゼに、固型分
30w／ｗ％の高濃度デンプン液化液（DE11.8）
を空搭速度（SV）0.5hr^-1で通液して糖化を行な
うとグルコース生成量は最高87〜88％であり、イ
ソマルトースの生成量は約５％である。

そこで、本願発明者等が固定化グルコアミラー
ゼへのデンプン液化液の通液条件とグルコース並
びにイソマルトースの生成量の関係について実験
を行なつた。その結果を次に述べる。

固定化グルコアミラーゼに30％濃度のグルコー
ス溶液及び30％濃度のマルトース溶液を通液する
と２糖類以上のオリゴ糖が生成する。特に、グル
コース２分子がα−１，６−グルコシド結合した
イソマルトースの蓄積が大きい。例えば、30％濃
度グルコース溶液を基質として低流速
（SV0.24hr^-1）で通液すると約10％のイソマルト
ースが生成した。

これに対して30％濃度のマルトース溶液を基質
として固定化グルコアミラーゼに通液した場合、
加水分解されて生成するグルコースの量は
SV0.24hr^-189％、SV0.5hr^-194.3％、SV1.0hr^-1以
上の流速で通液すると95％以上のグルコース生成
量であつた。一方、イソマルトースの蓄積は
SV0.24hr^-1で8.7％、SV0.5hr^-1で4.0％、
SV1.74hr^-1で2.7％であつた。デンプン液化液を
基質として固定化グルコアミラーゼに通液しても
グルコースの生成量は最高87〜88％であつたが、
このようにマルトースまで加水分解された基質を
使用してSV1.0hr^-1以上の流速で通液すると、95
％以上のグルコース生成量が得られ、イソマルト
ースの蓄積も少ない。

なお、上記固定化グルコアミラーゼはグルコー
ス、マルトース何れを基質とする場合においても
イソマルトースの生成量に変化がないことから転
移活性によるイソマルトースの生成は非常に少な
いと推定される。

以上の実験結果から本願発明者等は、上述の２
糖類以上のオリゴ糖の生成はグルコアミラーゼの
逆合成作用によるものであり、しかもこのグルコ
アミラーゼの逆合成作用がグルコースの生成量を
抑制していることを見出した。

即ち、通常のデンプン液化液では、グルコース
重合度にバラツキがあり、そのため重合度の大き
いものが加水分解されるSVに合せて通液が行な
われているが、この結果重合度の小さいものはこ
の通液時間中にグルコースとなり、更にこのグル
コースは逆合成を起し、イソマルトースを生成す
る結果となる。

そこで、以上の実験結果によりグルコアミラー
ゼの逆合成作用を抑え、グルコースの生成量を92
％以上に高めるためには、通常のデンプン液化液
を何らかの処理で低分子化すると同時に、グルコ
ースの重合度をできるだけ一定の重合度（G₂〜
G₈程度）に揃えた後、固定化グルコアミラーゼ
にSV0.5〜3.0hr^-1程度で通液する必要があること
を見出したものである。

（問題点を解決するための手段）この発明は、以上の知見を基に完成したもので
あり、その要旨はマルトオリゴ糖生成アミラーゼ
をデンプン液化液に作用させてデンプン液化液中
の糖組成をグルコース重合度２〜８の範囲に揃え
た後、該デンプン液化液を固定化グルコアミラー
ゼに空塔速度（SV）0.5〜3.0hr^-1の流速で通液
し、糖化してデンプン糖を製造するものである。

この発明に使用されるマルトオリゴ糖生成アミ
ラーゼとしてはマルトトリオース生成アミラー
ゼ、マルトテトラオース生成アミラーゼ、マルト
ペンタオース生成アミラーゼ、マルトヘキサオー
ス生成アミラーゼ等を使用することができる。

このうちバチルス・ズブチリスTU株（微工研
条寄684号）の生産するマルトトリオース生成ア
ミラーゼ（北海道糖業社製）及びシユードモナ
ス・ストツツエリの生産するマルトテトラオース
生成アミラーゼが効率良くデンプン液化液を加水
分解し、各々対応するオリゴ糖の収率が高く、同
時に未分解の高重合度オリゴ糖（デキストリン）
が非常に少ないことが判明した。

例えば、DE5〜20のコーンスターチ液化液
（Bx30）にPH５〜7.5、45〜65℃で上述のマルト
トリオース生成アミラーゼの0.5〜2.0u／ｇ基質
を添加して20時間糖化したところ、得られた糖液
の糖組成は次の通りであつた。

G₁：3.5、G₂：28.0、G₃：48.4、G₄≦20.1（％）同様にして上述のマルトテトラオース生成アミ
ラーゼで糖化したところ、得られた糖液の糖組成
は次の通りであつた。

G₁：2.9、G₂：10.2、G₃：14.3、G₄：46.0、G₅：
15.3G₆≦11.3（％）デンプン液化液に、マルトオリゴ糖生成アミラ
ーゼを作用させて糖液中のグルコース重合度を揃
える方法としては(a)マルトオリゴ糖生成アミラー
ゼを一定条件でデンプン液化液に作用させる方法
（バツチ法）(b)デンプン液化液にマルトオリゴ糖
生成アミラーゼを加え、加水分解を行なわせなが
ら該デンプン液化液を限外濾過膜（UF膜）処理
を行ない、生成した低分子オリゴ糖を限外濾過膜
から系外に取り出す方法（セミハツチ法又は半連
続法）(c)固定化したマルトオリゴ糖生成アミラー
ゼを使用する、所謂バイオリアクターによる方法
(d)上記(c)と(b)を併用した方法等がある。

このうち(a)の方法はマルトオリゴ糖生成アミラ
ーゼを多く使用し、しかも加水分解に長時間を要
するところから従来の方法に比べて工業上のメリ
ツトはあまりない。

(b)の方法はマルトオリゴ糖生成アミラーゼをリ
サイクルして使用できること、及び連続してUF
膜処理ができること等工業上のメリツトは大きい
が、低分子オリゴ糖と高分子オリゴ糖を効率良く
分画できる膜（例えば、G₇とG₈を分画）が製造
し難いなどの問題がある。

(c)の方法はマルトオリゴ糖生成アミラーゼを固
定化する技術が確立しており、現在のところ連続
法の最も有力な手段である。なお、本願発明者等
の研究によればこの方法でデンプン液化液を処理
するには、デンプン液化液のG₈以下のオリゴ糖
の含有率を80％以上にすることが好ましく、この
ための酸素及び処理条件の選択が必要である。

(d)の方法は前述のように使用する膜の問題が解
決されれば、工業上最良の方法である。

なお、デンプン液化液に、マルトオリゴ糖生成
アミラーゼを作用させる温度条件、PH条件等につ
いては使用するマルトオリゴ糖生成アミラーゼの
種類、処理時間等によつて定められるが、一般に
はPH4.0〜7.5、温度40〜65℃等の条件で行なう。

この発明に使用するグルコアミラーゼとして
は、リゾプス属、アスペルギルス属、ムコール
属、ピリカラリア属等のカビ起源のもの、エンド
マイセス属、トリコデルマ属、サツカロミセス属
等の酵母起源のもの及び各種細菌起源のものが知
られているが、このうちリゾプス・デレマー
（Rhizopus delemar）及びアスペルギルス・ニ
ガー（Aspergillus niger）起源のグルコアミラ
ーゼが好適であつた。特に、固定化した場合にリ
ゾプス・デレマー起源のグルコアミラーゼ（商品
名：スミチーム新日本化学社製）は、作用最適温
度が50℃程度とニガー起源のグルコアミラーゼ
（商品名：AMGノボ社製）の58℃より低いが、
逆合成作用が弱く、イソマルトースの蓄積が１％
以上少ないことが明らかとなつた。しかし、作用
温度が低いために、加水分解速度が遅くなり、し
たがつて空塔速度を小さくする必要がある。

一方、グルコアミラーゼ、マルトオリゴ糖生成
アミラーゼを固定化する担体は、食品製造に使用
して安全であること、安価であること（再使用で
きること）、吸着固定できること等の観点から選
択される。

この結果、弱酸性多孔質樹脂、弱酸性カチオン
樹脂、多孔質キトサン、天然キチン、骨炭、カチ
オン化デンプン等が使用可能であるが、このうち
特に効果があるのは骨炭、キチン、又は天然高分
子キチンを脱アセチル化して製造した多孔質キト
サンであることが判明した。

なお、骨炭の場合、非常に効率良くグルコアミ
ラーゼ及びマルトオリゴ糖生成アミラーゼを吸着
するが、高濃度基質の通液によつて徐々に脱離す
るために吸着後、グルタールアルデヒドで架橋固
定化する必要がある。また、固定化酵素の活性が
非常に高いため、酵素の寿命は長いが、反面イソ
マルトースの蓄積が多く、更に担体が再利用でき
ない等の欠点がある。

多孔質キトサンのうち、特開昭61−40337号、
特開昭61−76504号に開示されたもの（商品名：
キトパール富士紡績社製）がPH安定性、耐薬品
性、耐熱性に優れている。

「キトパール」にはキトサンをジカルボン酸又
はジアルデヒドで架橋した後、スペーサとしてジ
イソシアネート化した脂肪族の官能基を導入した
多孔質ビーズ（＃3000タイプ）と芳香族の官能基
を導入した多孔質ビーズ（＃3500タイプ）があ
り、グルコアミラーゼ、マルトオリゴ糖生成アミ
ラーゼは何れのタイプのものにも良く吸着され
る。

また、この場合「キトパール」としては粒径
0.1〜3.0mm、孔径3.0μｍ以下、比表面積15〜230
m²／ｇであるが、この値に限定されるものでな
い。グルコアミラーゼ及びマルトオリゴ糖生成ア
ミラーゼを「キトパール」に固定化する方法は従
来法に従つて緩衝液中で両者を接触させるだけで
簡単に吸着固定化させることができる。

その一例を示すと、PH4.0〜8.0の各種緩衝液
（0.001〜0.2モル濃度）で十分に平衡化した「キ
トパール」１ｇに対して50〜5000単位のアミラー
ゼを１〜20mlの前記緩衝液に溶解して添加し、十
分混合して室温で0.5〜24時間静置するか、0.5〜
３時間撹拌処理した後、濾過し、固型分より酵素
の脱離がなくなるまで緩衝液で洗浄する。この結
果、得られた固定化酵素は使用した酵素蛋白の90
％以上が吸着され、固定化酵素の活性は固定化担
体湿重量１ｇ当り40〜2000単位であつた。一方、
固定化グルコアミラーゼには前述のようにマルト
オリゴ糖生成アミラーゼで処理したデンプン液化
液をSV0.5hr^-1〜3.0hr^-1の流速で通液して糖化を
行なう。

この場合、グルコースの重合度が８以上のもの
ではSV0.5hr^-1以下にする必要があるが、
SV0.5hr^-1以下では逆合成によりイソマルトース
の生成量が増加する。また、SV3.0hr^-1以上では
未分解のオリゴ糖が残存し、グルコースの生成量
が90％以下となる。

また、固定化グルコアミラーゼにデンプン液化
液を通液する場合の温度条件はグルコアミラーゼ
の最適温度付近で行なうことが好ましく、アスペ
ルギルス・ニガー起源のグルコアミラーゼを使用
する場合には55〜60℃、リゾプス・デレマー起源
のグルコアミラーゼを使用する場合には40〜52℃
程度で行なう。更に、PH条件はグルコアミラーゼ
の最適PH付近で行なうことが好ましく、例えばPH
4.0〜7.0程度で行なう。

（発明の効果）以上要するに、この発明によればマルトオリゴ
糖生成アミラーゼをデンプン液化液に作用させて
デンプン液化液の糖組成のグルコース重合度をで
きるだけ一定に揃えた後、該デンプン液化液を固
定化グルコアミラーゼに空塔速度（SV）0.5〜
3.0hr^-1の流速で通液し、糖化することによつて
例えば92％以上の生成量でグルコースを製造する
ことができる。

したがつて、グルコアミラーゼ等の酵素を使用
する糖化工程をバツチ法によつて行なつてきた従
来法に比べてこの発明の方法に従えば、設備投資
の軽減、エネルギー費の低減、ランニングコスト
の低減等が可能となり、更にデンプン糖の製造を
連続的に行なうことができることによりデンプン
糖製造工程中における雑菌等の繁殖を防ぐことが
できる。

（実施例）以下、この発明の実施例を示す。

デンプン液化液の調整 (1) コーンスターチの液化液の調整コーンスターチ11.4Kg（絶乾固型分10.0Kg）
を水20に懸濁し、塩化カルシウム8.0ｇ
（0.08％対コーンスターチ）を添加後、1N−
NaOHでPH7.0に調整し、液化酵素（商品名：
ターマミル60L、バチルス・リケニホルミス起
源、ノボ社製）を、8.0ml（0.08w／ｗ％対コー
ンスターチ）を加え、小型連続糊化装置（ジエ
ツトクツカー）で１／minの流速で105℃に
瞬間的に加熱後、105℃に15分間滞留できる糊
化リテンシヨン管を通し、常圧下に放出する。
その後95〜98℃で120分間滞留する液化リテン
シヨン管を通し、連続的に糊化、液化を完了す
る。更に、1N−NClでPH2.5〜3.0に調整し、90
℃で10分間保持し、α−アミラーゼを失活さ
せ、1N−NaOHでPH4.5にした後、60℃以上で
濾過し凝集物を除去し、澄明な液化液を得た。
得られた液化液のDEは11.8であつた。

(2) 馬鈴薯デンプンの液化液の調整馬鈴薯デンプンの酵素液化デキストリンは、
商品名「NSD」（日本資糧工業社製）、商品名
「アミコール」（日澱化学社製）が市販されてい
るが、この実施例ではNSD（DE13.2）を所定の
濃度に溶解して使用した。

実施例１先に得たDE11.8のコーンスターチ液化液の濃
度をBx30に調整し、PH7.0、温度55℃とした後、
バチルス・ズブチルスTU株（微工研条寄684号）
より得たマルトトリオース生成アミラーゼ（北海
道糖業社製）を基質固型分１ｇ当り40u添加し、
20時間、55℃に保つた。得られた糖化液の糖組成
を高速液体クロマトグラフイーで分析した結果、
単糖類（G₁＝グルコース）４％、２糖類（G₂＝
マルトース、イソマルトース）21％、３糖類
（G₃＝マルトトリオース）48％、４糖類以上のオ
リゴ糖（G₄≦）27％であつた。

この糖化液をPH4.5に調整後、テイトアンド
ライル社製の固定化グルコアミラーゼを充填し
たカラム（Φ15mm×300mm）に55℃〜58℃で
SV1.6hr^-1で通液したところグルコースの生成量
は93％であり、その他の糖組成は表１の通りであ
つた。

対照例１ DE11.8のコーンスターチ液化液を濃度Bx30、
PH4.5に調整した後、テイトアンドライル社
製の固定化グルコアミラーゼを充填したカラム
（Φ15mm×300mm）に55℃〜58℃でSVを変化させ
て通液したところSV0.5hr^-1の時、グルコースの
生成量が最高の88.6％で、その他の糖組成が表１
の通りでたつた。

表１糖組成（％） G₁ G₂ ^*1 G₂ ^*2 G₃ G₄≦ 実施例１ 93.0 2.3 2.1 1.4 1.2 対照例１ 88.6 3.8 4.9 0.8 1.9 なお、表１中、 G₂ ^*1＝マルトース G₂ ^*2＝イソマルトース実施例２馬鈴薯デンプンの酵素液化デキストリン（商品
名：NSD、DE13.3、日本資糧工業社製）を水に
溶解して用いた他は、実施例１と同様の操作によ
り糖化を行なつたところグルコース生成糧は93.2
％であつた。

対照例２対照例１の基質をNSDにした他は、対照例１
と同様の操作によつて糖化したところグルコース
の生成量は、88.0％であつた。

実施例３キトサンビーズ（商品名：キトパール3010富士
紡績社製）50ｇ（wet70ml）にグルコアミラーゼ
（商品名：AMG（300AGU／ml）アスペルギル
ス・ニガー起源、ノボ社製）50ｇ（酵素蛋白とし
て5.4ｇ含有）を加え、室温で２時間撹拌処理後、
吸引濾過し、100mlの水でビーズを洗浄、洗液に
酵素蛋白の溶出がなくなるまで洗浄、濾過を繰返
して行なつた。

得られたキトパール＃3010吸着固定化グルコア
ミラーゼは、1.91ｇの酵素蛋白がキトパールに吸
着された（38.1mg／ｇ−キトパール）。

この固定化グルコアミラーゼをΦ15mm×300mm
のカラムに充填し、基質として実施例１、２と同
様の操作により得たマルトオリゴ糖生成アミラー
ゼ処理液をSV1.7hr^-1で通液糖化したところ、グ
ルコースの生成量は各々93.1％、93.5％であつ
た。

対照例３基質としてDE11.8のコーンスターチ液化液及
びNSD溶液を、実施例３と同様にキトパール
3010固定化グルコースアミラーゼに通液したとこ
ろ、グルコース生成量は各々89.9％、89.0％であ
つた。

実施例４キトパール3510 50ｇ（wet70ml）に担体１ｇ
当り40u相当量のマルトトリオース生成アミラー
ゼを加え、２時間振騰して吸着固定し、固定化マ
ルトトリオース生成アミラーゼを得た。

この固定化酵素をΦ15mm×300mmのカラムに充
填し、DE11.8のコーンスターチ液化液及び
DE13.3のNSD溶液をSV0.25hr^-1通液したとこ
ろ、実施例１で得た糖組成とほぼ同じ組成のマル
トトリオース生成アミラーゼ処理の糖液を得た。
この糖液をキトパール3510に固定化したグルコア
ミラーゼ（商品名：スミチーム（3000u／ｇ）リ
ゾプス・デレマー起源、新日本化学社製）を充填
したカラム（Φ15mm×300mm）に通液したところ、
SV0.5hr^-1で、グルコース生成量は各々93.2％、
93.7％であつた。

対照例４キトパール3510に固定化したグルコアミラーゼ
を充填したカラム（Φ15mm×300mm）に、DE11.8
のコーンスターチ液化液及びNSD溶液を
SV0.5hr^-1で通液したところ、グルコース生成量
は各々90.5％、90.1％であつた。

Claims

【特許請求の範囲】１マルトオリゴ糖生成アミラーゼをデンプン液
化液に作用させてデンプン液化液中の糖組成をグ
ルコース重合度２〜８の範囲に揃えた後、該デン
プン液化液を固定化グルコアミラーゼに空塔速度
（SV）0.5〜3.0hr^-1の流速で通液し、糖化するこ
とを特徴とするデンプン糖の製造法。２マルトオリゴ糖生成アミラーゼがバチルス
（Bacillus）属起源のマルトトリオース生成アミ
ラーゼ及びシユードモナス（Pseudomonas）属
起源のマルトテトラオース生成アミラーゼである
特許請求の範囲第１項記載の方法。３グルコアミラーゼがアスペルギルス
（Aspergillus）属、リゾプス（Rhizopus）属の
生産するグルコアミラーゼである特許請求の範囲
第１項記載の方法。４マルトオリゴ糖生成アミラーゼとして固定化
マルトトリオース生成アミラーゼを使用する特許
請求の範囲第１項記載の方法。５固定化グルコアミラーゼ乃至固定化マルトオ
リゴ糖生成アミラーゼの固定化担体が多孔質キト
サン、骨炭、弱酸性カチオン樹脂、フエノール系
樹脂の１種又は２種以上である特許請求の範囲第
１項乃至第４項の方法。６デンプンが馬鈴薯デンプン、コーンスターチ
の１種又は２種以上である特許請求の範囲第１項
記載の方法。