JPH06506121A - 炭酸塩イオンの存在下でアルファーアミラーゼを使用する顆粒でんぷんの液化 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、アルファアミラーゼを使用した６未満のｐＨでのブドウ糖、果糖、ア ルコール等の生産における穀物でんぷんの液化に関する。また本発明は、液化時 間を減少し、−貫して適切な液化を達成する方法への炭酸塩イオンの添加に関す る。

発明の背景 とうもろこしのような穀物はでんぷんの供給源として長い間使用されてきた。で んぷんを分離し、次いででんぷんを他の工業工程に使用する伝統的な方法の１つ は、湿式磨砕である。この方法は、穀粒の主要成分をできるだけ完全に分離する ために発達せしめられた、非常に特殊な統合されたシステムであるにューヨーク 、アカデミツクプレス、インダストリアルアスペクツ、第２巻、スタンレーＡ、 ワトソンの化学と技術：でんぷん、１９８７．３０−５１頁参照のこと）。湿式 磨砕方法から生産される最終的な顆粒でんぷんスラリーは、様々な工業工程に用 いられる。最も重要な工程の１つは、でんぷんの高品質な果糖シロップへの転化 である。実際、この転化には４つの主要な段階がある；すなわち、顆粒でんぷん スラリーの液化、液化したでんぷんのブドウ糖への糖化、精製、次いでブドウ糖 の果糖への異性化。この工程に用いられる最も普及している穀物は、高品質の果 糖コーンシロップの生産に用いられるとうもろこしである（Ｎ、　Ｈ，アセーン グリーンら、第３１巻、６４−６８頁（１９７９）　）。果糖への４段階転化中 に、顆粒でんぷんスラリーはｐＨにより大きく変化する。商業的な湿式磨砕操作 により生産されたスラリーのｐＨは約４であり、次いで６−６．４のｐＨに上昇 せしめられ、カルシウムが添加される。

でんぷんの糖化のために、ｐＨは４．３−４．５まで下げられ、最終的な異性化 のために、ｐＨは約７．８まで増大せしめられる。ｐＨにおけるこれらの大きな 変化の結果、加工中と加工後にシロップを脱塩する高イオン交換条件が必要とな る。さらに高いｐＩｒによりζ副生物の形成、糖の分解、百の呈色、および生産 率の全体的な減少となる。これらの要因により、高品質の果糖シロップの生産の 費用が毎年数百万ドル高くなる。工業的な異性化工程は、現在の加工技術と短い 加工時間のために現在非常に能率的である。したがって、液化段階がより低いｐ Ｈで行なわれる場合にはその工程は有用である。６未満のｐＨで液化を行なうこ ともできる（例えば米国特許第４．３７８．８２４号参照）；シかしながら、液 化はときには説明不可能に不完全である。

発明の概要 本発明は従来技術の困難を克服するものである。すなわち、−貫して顆粒でんぷ んスラリーを液化する低ｐＨ法は：ａ）　顆粒でんぷんスラリーのｐＨを約５． ０から８．０に調整し、 ｂ）　スラリーのでんぷん１グラム当たり約１２のリケフオン（ｌｉｑｕｅｆｏ ｎ）のアルファアミラーゼを添加し、Ｃ）　この溶液を緩衝するのに必要な量よ り過剰な炭酸塩イオンを添加し、 ｄ）　でんぷんを液化するのに適切な時間と温度でスラリーを反応せしめる各工 程からなる。

発明の詳細な説明 アルファアミラーゼを６未満のｐＨで顆粒でんぷんスラリーに添加したときに、 満足な液化を行なえることを発見した。

ここに使用した「顆粒でんぷんスラリー」は、湿式磨砕されてでんぷんスラリー を生産するあらゆる様々な食用の穀物を意味する。食用でんぷん含有穀物の例は 、とうもろこし、小麦、ミロ等を含む。典型的に、乾燥でんぷん成分は、おおよ そスラリーの重量基準で約３０％から４０％であり、ここに用いた実施例は３５ ％に調整した。

スラリーへの添加のためにここに使用した酵素はアルファアミラーゼである。ア ルファアミラーゼは、でんぷん分子内のα−１，４グルコシド結合の任意の開裂 を促進できるエンドでんぷん分解酵素であり、ＢａｃｉｌｌｕｓおよびＡｓｐｅ ｒｇｉ　１１ｕｓの一員のような微生物の多くの種類により生産される。特に好 ましいのは、Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓおよびＢ、５ｕｂ ｔｉＩｔｓから誘導されたアルファアミラーゼ酵素である。酵素活性はリケフォ ンと呼ばれる単位で測定する。本発明の実施に際して、スラリー中に存在するで んぷんの１乾燥ダラム当たり少なくとも約ｌＯリケフォンのアルファアミラーゼ 活性が用いられる。典型的にその量は、約１０−２０リケフォン／ｇ、好ましく は１２−１４リケフォン／ｇであるが、より早い結果が望まれる場合には、より 多くのアルファアミラーゼが加えられる。

液化は、１段階または従来の２段階工程で行なってもよい。２段階工程では、ア ルファアミラーゼをスラリーに添加し、そのスラリーを最初に、約２−１０分間 の期間に亘り１００−１０５℃に保持する。次に、温度を約９０−１００℃に減 少せしめ、１２０分間まで、好ましくは９０分以下の期間に亘り保持する。

でんぷん液化工程は一般的に、酵素に熱安定性を与えるためにカルシウムの存在 下で行なわれる。様々なアルファアミラーゼは、異なる熱安定性を有し、おおよ そ２０ｐｐｍから２００ｐｐｍの量で添加される。石灰の形状のカルシウムはし ばしば、この目的のために使用され、ここでは新しいでんぷんスラリーの最初の 低いｐＨから上の水準にｐＨを調整するのを助けてもいる。一般的に、一部はそ の後の異性化工程への非適合性のために、カルシウムの水準は１１００ｐｐより 低いことが望ましい。

本発明は、液化の間、約６のｐＨまたは約５．０までのｐＨに反応を保持する。

好ましいｐＨはできるだけ５．０に近いものである。カルシウム化合物、例えば 石灰または炭酸カルシウムは通常、液化の間、顆粒でんぷんの最初のｐＨから上 にｐＨを調整するのに用いられる。上のｐＨに調整するのに用いられる他の化合 物は、水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムを含む。

本発明の実施に際して、ここに教示された液化工程の主な不明確で新しい一面は 、ｐＨを調整するのに必要な量より過剰な量で炭酸塩イオンを添加することであ る。上述したように、通常十分な炭酸塩を、４から所望のｐＨまでｐＨを調整す るのに添加する。しかしながら、本発明者は、過剰な入手可能な炭酸塩により、 炭酸塩が過剰ではない工程と比較して低いｐＨ値でほどよい期間で完全な液化を 行なえることを発見した。余分な炭酸塩は所望の５−６のｐＨ範囲を超えてスラ リーのｐＨを増大せしめる傾向にあるので、過剰な炭酸塩は通常、塩酸または硫 酸のような無機塩である水素イオン供給源で中和される。例えば、重炭酸ナトリ ウム、炭酸ナトリウム、または二酸化炭素として炭酸塩は添加される。一般的に 、必要量より過剰の炭酸塩の濃度は、ｌ　Ｑ　ｍ　Ｍ　ｓ好ましくは２ｍＭから ２０ｍＭである。

過剰な炭酸塩の存在下での工程を使用した結果、２倍を得た、すなわち、可能で あったｐＨよりも低いｐＨで工程を行なうことができる。さらに、生成したスラ リーは、約１０またそれ未満のブドウ糖当量（ＤＥ）とともにほとんどまたは全 （原料のでんぷんを有さない。

以下の実施例は本発明の代表である。当業者は、条件、温度、酵素、炭酸塩イオ ン等を置換することができ、それらは最良の様式の代表と同様に説明を意図する ものである。

実施例１ アルファアミラーゼ活性の測定 この試料は、アルファアミラーゼの活性を測定する方法を説明するものである。

アルファアミラーゼ活性の測定は、ヨウ素を有する青に着色された錯体を形成す る天然のでんぷんの能力に基づき、でんぷんがより短いデキストリン分子に加水 分解された場合に、この色は消失する。アルファアミラーゼ活性は、でんぷんの デキストリン化（ｄｅｘｔｒｉｎａｔｉｏｎ）の確定的な状態を示す色の変化を 表すのに必要な切断時間の見地から定義した。

試薬 リン酸緩衝液 水酸化ナトリウム（２５，３ｇ）とリン酸二水素カリウム（３４０ｇ）を水に溶 解せしめ、約２リツトルに希釈した〇この緩衝液を室温まで冷却し、ｐＨを６． ２±０．１に調整した。メスフラスコ中で緩衝液を２リツトルに希釈した。

でんぷん基質 １０グラム（乾燥基質）の溶解性リンドナー（Ｌ　ｉ　ｎ　ｔ　ｎｅｒ）でんぷ んを５０ｍ１の水に懸濁せしめ、約３００　ｍ　ｌの洪水で洗浄した。この懸濁 液を再度沸騰せしめ、一定に撹拌しながら５分間に亘り沸騰せしめた。でんぷん 溶液を一定に撹拌しながら室温まで冷却し、１２５　ｍ　ｌのリン酸緩衝液を加 えた。この溶液を水で５００　ｍ　ｌに希釈した。でんぷん基質は毎日新たに作 成した。

株ヨウ素溶液 ヨウ素結晶（５，５ｇ）とヨウ化カリウム（１１，０ｇ）を水に溶解せしめ、容 積測定で２５０　ｍ　ｌに希釈した。溶液には光を当てず、毎月調製した。

希釈ヨウ素溶液 ヨウ化カリウム（２０ｇ）と２ｍｌの株ヨウ素溶液を水に溶解せしめ、容積測定 で５００　ｍ　ｌに希釈した。溶液は毎日新しく調製した。

酵素希釈溶液 塩化カルシウム（１１，１ｇ）を４リツトルの水に溶解せしめた。

全ての試薬に用いた水は、蒸留水または脱イオン水のいずれかであった。

装置 ３０℃±０．２℃にセットした定温浴。特別アルファアミラーゼ色彩ディスクを 備えたヘリラジコンパレータ−（カタログ番号６２０−Ｓ５）。ヘリッジ社から の精密口径１３ｍｍ角管。１および５ミリリツトルの自動ピペット。

方法 未知のアルファアミラーゼ試料を酵素希釈溶液で１Ｏ−１５ＬＵ／ｍｌ（以下に 定義するように）に希釈した。多くの市販のアルファアミラーゼ標品に関して、 適切な希釈は２０００であることが分かった。

希釈ヨウ素溶液の５ミリリツトルのアリコートを１３Ｘ１００ｍｌの試験管に分 配し、ｌＯｍ　ｌのでんぷん溶液を２３Ｘ２００ｍｌの試験管に配し、全ての試 験管を３０℃の水浴中で温度調節した。

５ミリリツトルの希釈酵素溶液（３０℃）をでんぷん溶液と混合し、測時を開始 した。適切な時間間隔で、加水分解混合物の１ｍｌのアリコートを、温度調節し た希釈ヨウ素溶液を含有する試験管に移送した。でんぷん−ヨウ素溶液を混合し 、１３ｍｍ精密管に移送し、色をヘリラジコンパレータ−中の標準アルファアミ ラーゼ色ディスクと比較した。

終了点の時間が近付いたら試料を０．２５分間隔で取り出した。

試料と色ディスクの色を一致させるのに要した時間を記録し、ダラムまたはｍ１ 当たりのリケフォンの活性を以下の式にしたがって計算したニ ア０ ここでＬＵ−リケフォン単位 Ｖ−試料の容積（５ｍｌ） ｔ−デキストリン化時間（分） Ｄ−希釈要因−添加した酵素のｍｌまたはｇ当たりの希釈容積 実施例２ でんぷん液化条件 液化でんぷんＤＥの測定 この試料は、ジェットクツカーを用いたでんぷんの液化工程を記載するものであ る。

でんぷん液化は典型的に、混合室の背後の２．５リツトル遅延コイルが備えられ たヒドロヒーターＭＩＯ３−Ｍスチームジェットと末端背圧弁を用いて行なった 。モイノポンブによりでんぷんをジェットに供給し、９０−１００　ｐ　ｓ　ｉ に低減された１５０　ｐ　ｓ　ｉ蒸気系により蒸気を供給した。ヒドロヒーター ジェットの直後で背圧弁の直前に温度プローブを備え付けた。

でんぷんスラリーは典型的にとうもろこし湿式磨砕から毎日新たに得て、同日に 使用した。でんぷんを脱イオン水で所望の固体水準まで希釈し、でんぷんのｐＨ を２％のＮａＯＨまたは飽和Ｎａ２　Ｃｏ、で調整した。典型的な液化条件を以 下に示す： でんぷん　３２％−３５％固体 カルシウム　３５−４５ｐ　ｐ　ｍ　（２５ｐ　ｐｍ添加）ｐＨ５，０−８，０ アルフアアミラーゼ １２−１４ＬＵ／ｇでんぷん乾燥基準 でんぷんを約５００ｍ１／分でジェットに導入した。ジェット温度を１０３−１ ０５℃に保持した。でんぷんの試料をジェットクツカーから９５℃の第２段階液 化浴に移送し、９０分間保持した。

第２段階の液化の直後に、試料のブドウ糖当量（ＤＥ）の測定と原料のでんぷん の存在の検定によりでんぷんの液化度を測定した。これらの方法はともに、とう もろこし精製者協会社の会員の標準分析法、第６版に記載された方法によるもの である。一般的に上述した条件下とｐＨ８，０で処理された場合に、でんぷんは 約１０のＤＥを有し、原料のでんぷんがない液化でんぷんを生産する。

実施例３ アルファアミラーゼによるでんぷん液化への効果この実施例は、でんぷんを液化 するアルファアミラーゼの能力はｐＨの関数であることを説明する。

１３．２Ｌ　Ｕ／　ｇのでんぷんとｐＨ５，２と６．０の間のｐＨを用いて実施 例２に記載したように、新鮮なでんぷんスラリーを液化した。表１に示したよう に、ｐＨが減少するに連れ、液化したでんぷんのＤＥも下落した。それゆえ、ア ルファアミラーゼは約ｐａｅ、ｏで最高にでんぷんを液化し、ｐＨが減少すると 、でんぷん液化の度合い（ＤＥにより測定される）が低減した。

表！ でんぷん液化へのｐＨの効果 反応ｐＨ原料 ジェット入口　ジェット出口　９０分ＤＥ　でんぷん６．０　Ｂ、８　１１．４ 　− ５．７　５．７　１０．０　− ５．４　５．５　７．７　＋ ５．２　５．３　１．３　＋ 表ＩはまたでんぷんスラリーのｐＨへの液化の効果を示す。液化でんぷんの出口 のｐＨは、とうもろこし湿式磨砕によっては通常測定されない。ｐＨの変化は小 さいと思われる。これらの実験において、液化により生じたｐＨの変化は０．Ｏ から０．１ｐＨ単位であった。

実施例４ 低ｐＨでのでんぷん液化への炭酸塩イオンの効果この実施例は、６．０より低い ｐＨででんぷんを液化するアルファアミラーゼの能力への炭酸塩イオンの効果を 説明する。

炭酸塩イオン（Ｎ　ａ　２　ＣＯｓとして）をでんぷんスラリーに添加し、８． ５から１０．５ｍ　ｍの範囲に亘る濃度とし、このスラリーのｐＨを６％のＭＣ Ｉで所望のｐＨに調整した。

ＬＬ２ＬＵ／ｇでんぷんのアルファアミラーゼ濃度を用いて実施例２に記載した ようにでんぷんスラリーを液化した。

でんぷんの最初のｐＨは４．８から５．７で変化した。

表１１はでんぷん液化への添加炭酸塩の効果を示す。炭酸塩の添加により、でん ぷんが液化されたときにでんぷんのｐＨに見られる変化が増大した（液化ジェッ トの出口ｐＨ対入口ｐＨ）。添加した炭酸塩の濃度に依存して、０．５　ｐＨ単 位だけｐＨが上に（ｐｌＨ７のほうに）移行した。

ｐＨはでんぷんを液化するアルファアミラーゼの能力に影響するので、このｐＨ の移行に注意することが重要である。しかしながら、ｐＨの移行のみに予期され るよりも、炭酸塩を添加したでんぷん液化に見られる改良のほうが大きい。炭酸 塩の存在下または不在下で得られたデータの比較を容易にするために、全ての表 は、液化の最初と最終のｐａ値の両方を含み、一方図のデータは、でんぷん液化 の最終ｐＨ値のみに基づく。この表示は明確に、炭酸塩の添加により生じた低ｐ Ｈでの液化における改良は、ｐＨの移行のみにより生じる改良より大きいことを 示す。

表１１ アルファアミラーゼによるでんぷん液化への炭酸塩の効果ｐＨ原料 濃度　最初　最ご終　９０分ＤＥ　でんぷん検定０．０　ｍＭ　８．０　’８． ０　１１．３　−３．５　ｍＭ　５．７　６．、ｏ１８．１　−０．０　ｍＭ　 ５．７　５．’７　１０．０　＋Ｌ５　ｍＭ　５．４　５．６　１０．９　−０ ．０ｍＭ　５．４　５．．５　７．７　＋５．０ｍＭ　５．２　５．．５　１０ ．３　−７．０ｍＭ　５．１　５，４　９．７　−０．０ｍＭ　５．２　５．２ 　１．３　＋７．０ｍＭ　５．０　５．１　２．８　＋１０．５ｍＭ　５．０　 ５．２　６．５　＋表１１に示すように、添加炭酸塩で処理したでんぷんを未処 理でんぷんのｐＨより数十分の−低いｐＨで液化し、最終ｐＨが未処理でんぷん と同じがまたはやや低い場合、ＤＥにより測定した酸化度は著しく大きい。

実施例５ 分離源からのでんぷんのでんぷん液化へのｐＨと炭酸塩の効果 この実施例は、アルファアミラーゼによるでんぷんの液化へのｐＨと炭酸塩の効 果が、異なるとうもろこしの湿式磨砕植物からのでんぷん１じいてその効果が示 されるという点て、一般的な現象であることを説明する。

でんぷんスラリーを、第２のとうもろこし湿式磨砕植物から得て、概して実施例 ２に記載したようにｐ　Ｈ５，９，５゜６および５．３で液化した。次いでｌ（ １ｍ　Ｍの炭酸塩の存在下においてｐＨ５，２ででんぷんを液化した。

表ＩＩ＋ でんぷん液化へのｐＨと炭酸塩の効果 Ｈ 濃度　最初　最終　９０分のＤＥ Ｏ，ＯｍＭ　５．９　Ｂ、２　９．８ ５．６　５．８　Ｂ、８ ５．３　５．４　１．７ １０．０ｍＭ　５．２　５．６　７．７表ＩＩ＋に示すように、でんぷんスラリ ーのｐＨが減少するに連れて、でんぷんの酸化度もまた減少した。しかしながら 、液化の前に１０ｍ　Ｍの炭酸塩が添加された場合には、液化でんぷんのＤＥに おいて７５％の増大が観察された。再度、実施例４のように、炭酸塩の添加によ り、でんぷんが液化されたときに生じたｐＨの変化を増大させた。前述したよう に、ｐＨの移行により生じた効果と添加した炭酸塩により生じた効果とを区別す るために、最終ｐＨ値のみを比較に用いた。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．顆粒でんぶんスラリーを液化する方法であって、ａ）該スラリーのｐＨを約 ５．０から約６．０に調整し、ｂ）該スラリー中の乾燥でんぶんのグラム当たり 少なくとも１０リケフォンのアルファアミラーゼを加え、ｃ）この溶液のｐＨを 調整するのに必要な量より過剰の炭酸塩イオンを添加し、 ｄ）前記でんぶんを液化するのに適した時間と温度で前記スラリーを加熱する各 工程からなることを特徴とする方法。 ２．前記アルファアミラーゼがＢａｃｉｌｌｕｓｌｉｃｈｅｎｆｏｒｍｉｓから 誘導されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記でんぶんが２段階工程で液化されることを特徴とする請求の範囲第１項 記載の方法。 ４．前記炭酸塩イオンが、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは二酸化炭素 の添加により提供されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ５．前記スラリーのＤＥが約１０以下となるまで行なわれることを特徴とする請 求の範囲第１項記載の方法。