JPH057999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、固定化グルコアミラーゼによつて高
い（少くとも93％そして通常95％またはそれ以
上）デキストロース含量を有する澱粉加水分解物
を得る方法に関する。本明細書においては、特記
しない限り百分率はすべて乾物量基準で重量百分
率を意味する。 デキストロースは、通常、液化された、あるい
は部分的に転化された澱粉を可溶性のグルコアミ
ラーゼを用いて回分的に糖化することによつて澱
粉から得られる。伝統的な方法によれば、通常、
95％または多少それより多いデキストロースを含
有する最終加水分解物が得られる。 近年、可溶性のものよりむしろ固定化された形
の酵素を使用することによつて、多くの酵素的方
法が著しく改善された。固定化酵素技術は、反応
を連続的に（固定化酵素の床またはカラムに基質
を連続的に通すことにより）行なうことを可能に
し、酵素の使用をより一層効率的にし、プロセス
および最終生成物のより一層正確な調整を可能に
し、一般に、精製をあまり必要とせず、そして可
溶性酵素を使用する方法よりもエネルギー需要が
しばしばより低い。 当然、大部分の研究は、澱粉からデキストロー
スを製造するためにグルコアミラーゼを固定化す
る領域においてなされたが、報告された大抵の方
法は、伝統的方法によつて得られるよりも低いデ
キストロース含量、すなわち可溶性グルコアミラ
ーゼを使用する回分法を用いて得られる95％また
はそれ以上という含量に反して、93％またはそれ
以下というデキストロース含量しかもたらさな
い。 この技術に関して最近付与された３つの特許
（これらはこの技術分野における多数の他の特許
および雑誌論文を引用している）は、米国特許第
4011137号（Thompsonほか）、同第4132595号
（Hebetaほか）および同第4202939号（Mueller
ほか）である。米国特許第4011137号は、固定化
グルコアミラーゼおよび固定化α−アラミーゼな
らびに場合によつてはプルラナーゼからなる酵素
系を用いて澱粉をデキストロースに転化すること
を開示している。すべて連続法ではなくて回分法
を例示するこれらの例は、使用されたα−アミラ
ーゼの型、α−アミラーゼ対グルコアミラーゼの
比およびプルラナーゼの存在、不存在の別に応じ
て、約92％から96.7％という高い最終デキストロ
ース含量を示す。 米国特許第4132595号は、液化された、あるい
は部分的に転化された澱粉（DE2−20）をまず可
溶性グルコアミラーゼを用いて30ないし85のDE
となるまで糖化し、そして得られた加水分解物を
次に最終的に糖化するために固定化グルコアミラ
ーゼの塊りを通過させるという方法を開示してい
る。この技術によつて少くとも93％そして最高約
97％というデキストロース含量が得られるが、こ
の方法は、もちろん完全に連続的な操作に適合さ
せることはできず、そして最高のデキストロース
含量は、比較的希薄な基質、すなわち５％ないし
10％の固形物含量を有する基質によつてのみ達成
される。 米国特許第4202939号によれば、グルコアミラ
ーゼは、特殊な方法でコロイド状シリカと錯体を
つくることによつて固定化されそして得られる酵
素複合体は、液化された、すなわち部分的に加水
分解された澱粉をデキストロースまで加水分解す
るために使用される。この特許において報告され
た最高のデキストロース含量は、基質として71の
DE値を有する澱粉加水分解物を使用して93.1±
0.4％である。 シービーシー・インターナシヨナル・インコー
ポレーテツド（CPC International Inc.）の公開
された英国特許出願2049698Aもまた、固定化グ
ルコアミラーゼに関するものであるが、そこに記
載された方法によれば、マルトース含有澱粉加水
分解物を固定化グルコアミラーゼの塊りに連続的
に通すことによつて、マルトース（少くとも20
％）およびデキストロース（せいぜい44ないし48
％）を含有し、残部がより高級な糖類（３または
それ以上の重合度を有するもの）である非結晶性
シラツプが得られる。この英国特許出願には、そ
のような技術が極めて高いデキストロース含量を
有する加水分解物を製造するために使用されうる
であろうということがなんら示唆されていない。 本発明は、糖化条件下に澱粉加水分解物を固定
化グルコアミラーゼに接触させることによつて澱
粉からデキストロースを製造する方法において、
澱粉加水分解物が少くとも40のDEおよび少くと
も45％のマルトース含量を有しそして接触時間が
デキストロース少くとも93％を含有する生成物を
生成させるのに十分であることを特徴とする上記
澱粉からデキストロースを製造する方法に関す
る。 本発明の重要な特徴は、基質として上に規定さ
れたマルトース含有加水分解物を使用することで
あり、そしてこの方法は、グルコアミラーゼを固
定化する特定の方法に、あるいは使用されたキヤ
リヤーに左右されないが、当然、グルコアミラー
ゼが適当な時間の間プロセス条件下で活性でかつ
不溶解性であるという固定化酵素系を使用すべき
である。 経済および簡単化の理由で、グルコアミラーゼ
を適当な多孔性担体上に吸収させることによつて
固定化することが好ましく、そしてそのような多
くの材料が市販されている。デユオライト
（Duolite）ES568およびデユオライト（Duolite）
ES562（両者共ダイヤモンド・シヤーロツク社
（Diamond Shamrock）によつて製造されてい
る）のような陰イオン交換能力を有する多抗性フ
エノール樹脂が極めて好適であることが判つた。 糖化は、マルトース含有基質を入れたタンクに
固定化グルコアミラーゼを単に添加することによ
つて回分式に操作されうるが、極めて好ましい方
法は、容器、好ましくはカラムに固定化酵素を装
荷しそしてその中に基質を通すことによつて連続
的に操作することである。実施例から知られるよ
うに、そのような連続的方法は、非常に長期間に
亘つて操作することができ、そして少なくとも20
％、そして30％までの固形物を含有する基質を使
用することができ、それによつてこの方法を工業
的用途に極めて好適なものとする。 少くとも40のDEおよび少くとも45％のマルト
ース含量を有するいかなる加水分解物でも本発明
の実施に適しているが、好ましい基質は、20また
はそれ以下のDEを有する液化された、すなわち
部分的に転化された澱粉（そして最も好ましいも
のはα−アミラーゼのような酵素によつて12ない
し20のDEまで転化されたものである）をβ−ア
ミラーゼを用いて加水分解することによつて調製
された澱粉加水分解物である。基質を調製するそ
の他の、しかしあまり好ましくない方法には、酸
で液化された澱粉をβ−アミラーゼで加水分解す
るかあるいは酵素で液化された澱粉をβ−アミラ
ーゼかまたはもう一方のマルトース生成酵素
（maltogenic enzyme）とプルナラーゼ（これに
よつて極めて高いマルトース含量を有する基質を
生成する）との組合せかまたは菌性アミラーゼを
用いて加水分解することが包含される。使用しう
る基質は、一般市場で購入できるかまたは工場内
で容易に調製することができる。最も好ましい基
質、すなわち最も高いデキストロース含量を生ず
るような基質（後記する例１において説明されて
いるようなもの）が極めて簡単にしかも低廉に調
製されるという事実は、本発明の方法を工業的操
作に極めて適したものとする。 実施例中で使用されたグルコアミラーゼ調製物
は、アスペルギルス・ニゲル（Aspergillus
niger）（この酵素の最も普通の源泉）から得られ
た市販されている生成物であつたが、いかなるグ
ルコアミラーゼでも使用されうる。もちろん、酵
素の最大限の結合および保持をもたらす最適糖化
条件（すなわち温度およびPH）ならびに固定化技
術は、使用された特定のグルコアミラーゼ次第で
変動しうる。特定の酵素調製のための最良の条件
の選択は、専門技術者の権限内にある。この調製
法は、トランスグルコシダーゼ活性において低く
あるべきであり、そして大抵の市販のグルコアミ
ラーゼ調製物は、この規準に合致する。そのよう
な調製物を使用する場合には、固定化に先立つて
他の酵素を除去するための特別な前処理は不必要
である。 この方法におけるPHは、通常、大抵のグルコア
ミラーゼ綻製物にとつて実施可能の範囲である
3.0ないし7.0とすべきである。可溶性グルコアミ
ラーゼを使用する従来の方法においては、至適PH
は、約4.2であるかまたは4.2ないし4.5の範囲内に
あることが知られており、固定化グルコアミラー
ゼを使用する報告された大抵の方法もまたこのPH
範囲を推奨している。驚くべきことには、本発明
の方法においては、最も高いデキストロース含量
は、３ないし４の範囲のPH、好ましくは約3.5の
PHにおいて得られる。 基質と固定化グルコアミラーゼとの接触時間
は、もとより高いデキストロース含量を有する生
成物にとつて重要なことであるが、この接触時間
は、カラムまたはその他の連続的操作において基
質の流量によつて調節される。実施例において示
されているように、流量を適当に調節することに
よつて、95％またはそれ以上というデキストロー
ス含量が達成されそして維持される。 この方法における温度は、通常、約40℃ないし
約70℃の範囲内、好ましくは45ないし55℃とすべ
きである。長い連続的操作においては、もちろ
ん、流量を減少させる代りに、またはそれに加え
て温度を高めることによつて、生成物の一定の品
質を得ることができる。 前述のように、20％ないし30％の固形物濃度
（回分式方法において現在使用される基質と同じ
である）を使用することができる；予想されるよ
うに、また回分式方法においてそうであるよう
に、他のすべての条件が同じであれば、濃度が低
いほどより高いデキストロース含量が得られる。 以下の例は、本発明の実施を説明するものであ
る。これらの例は、例示の目的をもつてのみ示さ
れたものであつて、本発明を限定するものと解釈
してはならない。 例 １ 本発明の範囲内および範囲外の各種基質の比較 4.5×40cmの寸法を有する２重ジヤケツト付き
のガラス製のカラムに、ダイヤモンド・シヤムロ
ツク社（Diamond Shamrock Co.）製のフエノ
ール−ホルムアルデヒド型の多孔性弱陰イオン交
換樹脂であるデユオライト（Duolite）ES−568
樹脂600mlを充填した。同伴された空気の泡を取
除くために、この樹脂を脱イオン水を用いて上流
に向つて70℃で30分間洗滌した。次いで、この充
填カラムをPH4.2のアセテート緩衝液0.1Mを用い
て下流に向つて室温において4BVH（１時間当り
の床体積）の割合で１時間洗滌した。次に、樹脂
上に酵素を固定させるために、グルコアミラーゼ
溶液を担体１ml当り８単位の酵素負荷を用いそし
て4BVHの流量で24時間再循環せしめた。その後
で、この樹脂を脱イオン水を用いて4BVHの流量
で１時間洗滌し、そして流出液を結合された酵素
を測定するために採集した。グルコアミラーゼ１
単位を20D.E.の４％d.s.マルトデキストリンから
PH4.3および60℃において毎時還元糖１ｇを生産
する酵素活性の量と仮定して、結合酵素の量を次
に下記式を使用して計算した： 結合酵素、％＝100−（流出液１ml当りの単位数×2400
×100）／供給された酵素、単位 このカラムについて98.6％の結合度が測定され
た。 次に、負荷された樹脂を１のビーカーに定量
的に移し、そこで均一性を保証するために撹拌し
た。その後で、担体−酵素を60ml宛の部分に分
け、2.5×30cmの寸法の10個の個々のカラムに充
填した。次いで、これらのカラムのそれぞれに20
％の乾燥物質を有する特定の澱粉加水分解物を供
給した。供給原料として検討された澱粉加水分解
物は次のとおりであつた： ａ 12DEの酵素で液化されたトウモロコシ澱粉、 ｂ 20DEの酵素で液化されたトウモロコシ澱粉、 ｃ 2DEの酵素液化トウモロコシ澱粉をβ−アミ
ラーゼで転化することによつて得られた30DE
のマルトースシロツプ、 ｄ 5DEの酵素液化トウモロコシ澱粉をβ−アミ
ラーゼで転化することによつて得られた30DE
のマルトースシラツプ、 ｅ 12−20DEの酵素液化トウモロコシ澱粉をβ
−アミラーゼで転化することによつて得られた
42DEの高マルトースシラツプ、 ｆ 酸で液化されたトウモロコシ澱粉をβ−アミ
ラーゼで転化することよつて得られた42DEの
マルトース含有シラツプ、 ｇ 20DEの酵素液化トウモロコシ澱粉をα−ア
ミラーゼで転化することによつて得られた
42DEのシラツプ、 ｈ 20DEの酵素液化トウモロコシ澱粉を菌性の
α−アミラーゼで転化することによつて得られ
た50DEのシラツプ、 ｉ 酵素液化トウモロコシ澱粉をβ−アミラー
ゼ／プルナラーゼで転化することによつて得ら
れた50DEの高マルトースシラツプ、 Ｊ 20DEのマルトデキストリンの遊離グルコア
ミラーゼによる予備転化によつて得られた
82DEの高デキストロース含有シラツプ（米国
特許第4132595号による）。 これらの澱粉加水分解物は、清澄化されたが、
脱イオンはされなかつた。約150ppmのSO₂が供
給原料に添加されそしてPHは塩酸で4.2に調整さ
れた。種々のカラムをそれらのそれぞれの供給原
料を用いて室温において１時間スイートニングを
行ない、カラムの温度を次に50℃に上昇させ、そ
して流量を3BVHに調整した。少くとも10床体積
をカラムに通した後に、試料を採取しそして糖の
分解物（Sugar breakdown）を分析した。次に、
流量を2BVHに調整した。再度、少く10床体積量
を試料の採取前にカラムに通した。同じ操作を１
および0.5BVHの流量において繰返した。 第１表は、種々の供給原料を用いて得られた結
果を示す。この表から知られるように、本発明の
実施を示す供給原料ｅ，ｈおよびｉは、すべてこ
の方法を0.5BVHで操作した場合には少くとも93
％のデキストロースを含有する生成物を生産し、
そしてこのデキストロース含量は、米国特許第
4132595号の方法を例示するｉを除く他のいずれ
の供給原料を使用して得られた含量よりも高かつ
た。もちろん、12ないし20DEの酵素液化トウモ
ロコシ澱粉をβ−アミラーゼで加水分解すること
によつて調製された供給原料ｅが最良の結果をも
たらしたこともまた注目すべきことであろう。 なにゆえに、供給原料ｅが、例えばほとんど同
じ量のマルトースを含有する供給原料ｃおよび
ｄ、および４の重合度を有する糖類のほぼ同じ量
を含有しそして比較的多量のマルトース、すなわ
ち41.5％を含有する供給原料ｆ、よりもはるかに
多いデキストロースを生産するかということに関
しては推測しうるにすぎない。 なにゆえに、極めて異なつた糖ブレークダウン
を有する供給原料ｈおよびｉが、ほぼ同じ量のデ
キストロースを生産し、そしてまた全く異なつた
ブレークダウンを有する供給原料ｊとほぼ同じ量
であるという理由もまた推測しうるにすぎない。
いかなる機作に帰せられようとも、データは、明
らかに少くとも40のDEおよび少くとも４％のマ
ルトース含量を有する基質を使用することによつ
て、高いデキストロース収量をもたらすことを示
している。

【表】 例 ２ 本発明の方法は、回分式操作において現在実施
されているよりも低いPHを連続的方法において使
用することによつて改善されることを示すため
に、200mlのカラム２つを並列的に操作された。
一つのカラムは、回分法における好ましいPHであ
るPH4.2において操作され、そしてもう１つのカ
ラムは、PH3.5において操作された。例１の一般
的負荷操作が踏襲され、そして使用された基質
は、例１の加水分解ｅであつた。 第２表は、得られた結果を示す。この表から知
られるように、PH3.5においてはイソマルトース
は、あまり生成されない。また、それは長期間に
亘つて、95％より高いデキストロース含量が得ら
れ、そしてカラムの流量を適当に調整することに
よつて96％より高い含量が得られる。 例 ３ 本発明の方法が各種の乾燥物質について使用さ
れうることを示すために、200mlのカラムにおい
て20％および30％のd.s.で基質ｅを用いて並列的
な操作を行なつた。例１に記載された一般的負荷
操作が踏襲された。ただし、供給原料のPHは、
3.5に調整された。 得られ結果は、第３表に要約されている。これ
らの結果は、少くとも95％のデキストリン含量
は、約3400時間の長い操業時間の後においてさ
て、30％d.s.において得られる。流量を注意深く
調整することによつて、カラムの可使時間に亘つ
てデキストロースの含量を95％以上において一定
に保たれるであろう。データは、30％d.s.におい
て得られた最大デキストロース含量が同じ操作条
件の下で20d.s.において得られた最大デキストロ
ース含量よりも僅かに低いであろうということを
示している。最大デキストロース含量に対するd.
s.の影響もまた回分法においても経験される。

【表】

【表】 例 ４ 使用された酵素の量の影響を確認し、また生産
性は使用された酵素の比較的多量を使用すること
によつて増大されうることを示すために、例１に
記載された手順に従つて、ただし20A.U.のグル
コアミラーゼを担体に使用してカラムに装填し、
そして20％d.s.で供給原料（加水分解物ｅ）を用
いてPH3.5においてカラムを操作した。結果は、
第４表に示されている。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 糖化条件下に澱粉加水分解物を固定化グルコ
   アミラーゼと接触せしめることによつて澱粉から
   デキストロースを製造する方法において、澱粉加
   水分解物が少なくとも40のDEおよび少なくとも
   45％のマルトース含量を有しそして接触時間がデ
   キストロースを少なくとも93％含有する生成物を
   生成させるのに十分であることを特徴とする上記
   デキストロースの製造方法。 ２ 澱粉加水分解物が部分的に転化された澱粉を
   β−アミラーゼを用いて加水分解することによつ
   て製造されたものである特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ 澱粉加水分解物が澱粉をα−アミラーゼを用
   いて20以下のDEまで部分的に転化しそして次に
   β−アミラーゼを用いて加水分解することによつ
   て製造されるものである特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の方法。 ４ 加水分解物を固定化グルコアミラーゼを有す
   るカラムに通すことによつて、加水分解物を固定
   化グルコアミラーゼと接触せしめる特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 澱粉加水分解物を３ないし７のPHにおいて固
   定化グルコアミラーゼと接触せしめる特許請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６ 澱粉加水分解物を３ないし４のPHにおいて固
   定化グルコアミラーゼと接触せしめる特許請求の
   範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の方法。 ７ 加水分解物の乾燥物質濃度が少なくとも20％
   である特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか
   に記載の方法。 ８ グルコアミラーゼが多孔性担体上に吸収され
   ることによつて固定化されたものである特許請求
   の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。 ９ グルコアミラーゼが多孔性フエノール樹脂上
   に吸収されることによつて固定化されたものであ
   る特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記
   載の方法。