JPH06510435A - 曇っていない水溶液を生成するために使用されるシクロデキストリンを製造するための方法 - 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】 曇りを有さないシクロデキストリン 本発明は、シクロデキストリン及びより特定には、水に添加される場合、実質的 に曇りを有さない溶液を生成するシクロデキストリンを得るための方法に関する 。

シクロデキストリンは、環構造で存在する無水グルコースのオリゴマーである。

従来、シクロデキストリンは、スターチ又は１０以下のデキストロース当量（Ｄ Ｅ）を有するスターチ加水分解物に対する酵素、すなわちシクロデキストリン− グリコシルートランスフェラーゼ（ＣＧＴａｓｅ）の作用により形成される。シ クロデキストリンは、その環における無水グルコース単位の数に従って命名され る。最とも通常なシクロデキストリンは、それらの環構造にそれぞれ６，７及び ８個の無水グルコース単位を有する、α、β及びγシクロデキストリンである。

シクロデキストリンは、それらの環構造のために、他の分子（ゲスト化合物）の ためのホスト化合物として作用するそれらの能力について最とも注目される。こ のホスト−ゲスト関係は、医学、農業、化学薬品、食品及び化粧の分野において 特に重要である。

ＣＧＴａｓｅにおけるスターチの処理の間、非環式材料及びシクロデキストリン が形成される。この非環式材料は、大部分、所望するシクロデキストリンから分 離されるべき廃棄生成物であると思われる。

所望するシクロデキストリンを精製し、そして分離するための方法は、高価で、 そしてしばしば、他の酵素の使用を包含する。たとえばアメリカ特許第４．３８ ４．８９８号及び第４．４１８．１４４号を参照のこと。

１９８９年２月２８日に発行されたアメリカ特許第４．８０８．２３２号に教授 される方法の発見により、解決策が生じた。

シクロデキストリンを分離し、そして精製する従来の方法に関係する問題は、そ の分離され、そして精製されたシクロデキストリンを含む水溶液が、集中的な精 製処理の後でさえ、室温で容易に曇ることが見出された。従って、実質的に“純 粋”なシクロデキストリンを含む溶液は周囲温での放置に基づいて曇りを形成す る。いくらかの適用、たとえば曇った飲料水及び農業用化学物質においては、曇 り度はほとんど又はまったく影響を与えないが、他の分野、たとえば食品及び医 薬の分野においては、透明度が重要であり、曇りは、シクロデキストリンの市場 能力に対して有害な効果をもたらす。

デキストリンを製造するために二段階方法を用いることによって、水に添加され る場合、実質的に曇りを有さない溶液を生成するシクロデキストリンが生成され ることが現在発見された。本発明の二段階法は、約ｌＯ以下のデキストロース当 量（Ｄｆりを有するスターチ加水分解物を形成するために少なくとも９０％のア ミロペクチン含有率を有するスターチを酸又は酵素により加水分解し；そしてシ クロデキストリン−グリコシルートランスフェラーゼを用いて前記スターチ加水 分解物をシクロデキストリンに転換することを含んで成る。

スターチは、そのスターチの重量に基づいて、少なくとも約９０重量％のアミロ ペクチンを含むべきである。より好ましくは、アミロペクチンの量は約９５％又 はそれ以上である。良好な結果が、約９９％のアミロペクチンを含むスターチを 用いて得られた。

良好な結果がまた、スターチ加水分解物が、シクロデキストリン−グリコシルー トランスフェラーゼによる処理の前、精製段階にゆだねられる場合に見出された 。この精製段階は、スターチ加水分解物を炭素により漂白し、そして次に、その 漂白された加水分解物をイオン交換カラムにより処理することを含んで成る。そ の精製された加水分解物は、第２の酵素による処理の前、乾燥され得る。この乾 燥段階は、加水分解物から湿気を除去し、乾燥粉末生成物を提供する。

本発明の方法を用いる場合、αシクロデキストリンの溶液が９０％又はそれ以上 の透過率を有し；βシクロデキストリンの溶液が９５％又はそれ以上の透過率を 有し：そしてγシクロデキストリンの溶液が９７％又はそれ以上の透過率を有す ることが見出された。個々の溶液は、６６０　ｎｍで１ｃｍのセルを通して周囲 温度、すなわち２０〜２５℃で、分光光度計により、２０重量％の固形分で測定 される。α及びβシクロデキストリンの２０％溶液を得るためには、その溶液は 高い固形分レベルを得るために加熱されるべきであろう。測定の前、α及びβシ クロデキストリンの溶液を冷却した後、シクロデキストリンのいくらかは結晶化 し、そして試験管の底に残るであろう。

高い、たとえば９０％及びそれ以上のアミロペクチンを含むスターチ基材を用い て、実質的に曇りを有さない溶液を有するように、得られるシクロデキストリン をせしめる理由は知られていない。シクロデキストリンの他に溶液に存在するも のは何か、又は曇りを引き起こすものは何かも知られていない。シクロデキスト リン自体は曇りを引き起こさないが、しかしむしろ、溶液に存在する他の化学物 質が曇りを引き起こすと思われる。それらの他の化学物質は無水グルコースから 製造されるが、しかしながら、それらの特定構造は知られていない。それらは、 精製工程を通してシクロデキストリンと共に通過した非環式デキストリンであり 得る。

広範には、本発明の方法は、スターチ加水分解物を形成するために酸又は酵素の いづれかによりスターチの水性スラリーをまず処理し、次に、シクロデキストリ ンを形成するためにシクロデキストリン−グリコシルートランスフェラーゼによ りスターチ加水分解物を処理することを包含する。スターチ加水分解物を形成す るために、スターチの水性スラリーが形成され、ここで前記スターチは、スター チの重量に基づいて約９０重量％以上のアミロペクチン含有率を有する。次に、 スターチは、そのスラリーを加熱及び撹拌にゆだねることによってゲル化される 。次に、そのゲル化されたスターチは液化され、約ｌＯ以下のＤＥを有するスタ ーチ加水分解物が生成される。

好ましくは、スターチ加水分解物は次に、炭素により漂白される。

加水分解物は、約１２％又はそれ以下の湿分に乾燥せしめられ得る。

スターチ加水分解物からシクロデキストリンを形成するためには、スターチ加水 分解物がシクロデキストリン−グリコシルートランスフェラーゼ（ＣＧＴａｓｅ ）により処理され、シクロデキストリンが生成され、そしてそのシクロデキスト リンが回収される。その回収されたシクロデキストリンは、水に添加される場合 、実質的に曇らない溶液を生成することが見出される。

スターチ加水分解物のＤＢはいづれか既知の許容できる手段で測定され；　Ｌａ ｎｅ　−Ｒｙｎｏｎが好ましい。より好ましくは、スターチ加水分解物は約１〜 約８のＤＢを有する。良好な結果が、約５のＤＩ！を有するスターチ加水分解物 により得られる。

スターチは、無水グルコースの２種のタイプのポリマーから実質的に製造される 。１つのタイプのポリマーは一般的に、アミロースとして言及され、そしてαｌ 、４結合により一緒に結合される無水グルコースモノマーから成る。他のポリマ ーはアミロペクチンとして言及され、そしてα１，４及びαｌ、６結合の両者に より一緒に結合される無水グルコースモノマーから成る。一般的に、α１．　６ 結合は、アミロペクチンにおいてα１，４結合よりも少ない。

本発明で使用されるスターチは、少なくとも約９０％及びより好ましくは約９５ ％及びそれ以上のアミロペクチン含有率を有する。良好な結果が、約９９％のア ミロペクチンを有するスターチにより得られた。この方法のための適切なスター チは、ロウ質トウモロコシ、ロウ質米及びロウ質大麦である。ロウ質トウモロコ シが好ましい源である。

本発明のスターチスラリーを形成するためには、スターチ顆粒が水に添加され、 約５〜約５０重量％及びより好ましくは約２０〜約４０重量％の固形分を有する 懸濁液が形成される。より好ましくは、約２０〜約４０重量％で操作する。

液化の前、スターチスラリーはゲル化段階にゆだねられる。ゲル化工程は、生の スターチ顆粒内のスターチ分子の会合結合を完全に又は一部、破壊し、それによ って分子を均質液化により近づける。

ゲル化段階は、従来の装置を用いて、従来の手段により行なわれる。

ゲル化は、一定撹拌にスターチをゆだねながら、スターチのゲル化温度以上の温 度でスターチ顆粒のスラリーを加熱することによって行なわれる。

液化は、従来の装置を用いて従来の手段で行なわれる。典型的には、ジェットガ マがこの工程のために使用される。通常、ゲル化及び液化は、ジェットガマにお いて同時に行なわれる。そのような場合、スターチの液化のために使用される酵 素又は酸は、スラリーの形成の間に添加される。液化のために使用される酵素は α−アミラーゼ及び好ましくは、細菌のα−アミラーゼである。酵素による処理 は、使用される特定酵素のための最適な濃度、ｐＨ及び温度で行なわれる。特に 、細菌のα−アミラーゼによる処理は、約６０〜約１００℃、好ましくは約８０ ℃で、約５〜約８、好ましくは約５．５のｐＨで、所望するＤＥ範囲でスターチ 加水分解物を形成するのに十分な時間行なわれる。α−アミラーゼの作用は、約 １２０℃又はそれ以上に加熱することによって、又は酸の添加によって酵素を不 活性化することにより停止される。酵素が不活性化された後すぐに、ｐＨが、次 の段階の前、約５〜約８に再調節される。好ましくは、酵素は、加熱することに よって、及び特に、細菌のα−アミラーゼを不活性化するためには、約１１０℃ の温度でスラリーをジェット調理することによって不活性化される。

酸処理は、鉱酸、たとえば塩酸、硫酸又は硝酸の存在下で、スターチ顆粒のスラ リーを、所望する範囲にスラリーのＤＥを高めるのに十分な時間、加熱すること によって行なわれる。酵素及び酸処理の両者のためには、スターチスラリーは約 ５〜約４０％の固形分、より好ましくは約３０〜約３５％の固形分を有する。

好ましくは、加水分解物の形成の後、加水分解物のスラリーは、その精製のため に炭素及びイオン交換樹脂により処理される。

スターチ加水分解物のスラリーの炭素処理は、色、色彩前駆体及び所望しない異 臭材料を除去するために活性炭を用いて達成される。

炭素処理は、存在する可溶性タンパク質材料のほとんど及び酸処理の間に形成さ れる５−（ヒドロキシメチル）−２−フラルデヒドの実質的にすべてを除去する 。さらに、活性化された炭素は、重金属、たとえば鉄及び銅の除去において有効 である。従来、炭素処理は、円柱状カラムにおける活性化された粉末炭素の２− 又は３一段階向流バッチ適用又は活性化された顆粒炭素の向流適用である。その ような操作は、従来の態様で達成される。

炭素精製はほとんどの従来のスターチ加水分解物スラリーの精製のために適切で あるが、イオン交換脱イオン剤によりスラリーをさらに処理することが好ましい 。そのような処理は、実質的にすべての残存する可溶性窒素化合物、たとえば還 元糖とのＭａｉｌｌａｒｄ反応を通して包体形成に寄与するアミノ酸及びペプチ ドを除去する。

典型的なイオン交換脱イオン化システムは、固定相カラムから成る。使用される カチオン−交換樹脂は、強酸交換体（水素形でのスルホン化樹脂）であり、そし てアニオン交換体は通常、弱塩基樹脂（遊離塩基形での第三アミン）である。

スターチ加水分解物を精製した後、そのスターチ加水分解物は約１５％又はそれ 以下の湿気レベルに乾燥され得る。より好ましくは、スターチ加水分解物の湿分 は約５％又はそれ以下である。乾燥は、まずスラリーを濃縮し、そして次にその 濃縮されたスラリーを最終乾燥段階に、たとえばドラム乾燥、噴霧乾燥又は凍結 乾燥にゆだねることによって従来の態様で達成される。次に、その乾燥され、精 製されたスターチ加水分解物は、本発明の方法の第二段階まで貯蔵される。

本発明の第二段階においては、スターチ加水分解物の水性スラリーが、シクロデ キストリンの形成に使用されるＣＧＴａｓｅのための最適な濃度、ｐＨ及び温度 でＣＧＴａｓｅにより処理される。ＣＧＴａｓｅによるシクロデキストリンの形 成は、従来の装置を用いて従来の態様で行なわれる。従来、約３０〜約１００℃ の温度が、シクロデキストリンを形成するのに十分な時間、用いられる。通常、 スターチ加水分解物の水性スラリーのｐＨは、約４〜約７で維持され、そして処 理は約４〜約４８時間行なわれる。Ｂ、マセランス（Ｂ、　ｍａｃｅｒａｎｓ） 、好アルカリ性バシラスＳｐ、　（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　Ｓｐ、）又はサーモアナ エロバクターＳｐ。

（Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ　Ｓｐ、）からのＣＧＴａｓｅが使用 される場合、精製されたスターチ加水分解物のスラリー濃度は、溶液の合計重量 に基づいて、適切には約５〜約２０％固形分である。好ましくは、スターチ加水 分解物は、約５〜約２０重量％及びより好ましくは、約１５重量％の濃度を有す る。ＣＧＴａｓｅによるシクロデキストリンの形成はまた、複合体化剤（ｃｏｍ ｐｌｅｘａｎｔ）の存在下で行なわれ得る。これは従来の装置を用いて従来の態 様で行なわれる。シクロデキストリンの形成への複合体化剤の使用は、典型的に は、溶媒工程として言及される。

この溶媒工程におけるスターチ加水分解物の濃度は、溶液の合計重量に基づいて 、約５〜約５０％固形分である。好ましくは、スターチ加水分解物のスラリーは 、約１０〜約４０重量％及びより好ましくは約２０〜約４０重量％の濃度を有す る。溶媒工程において、処理時間は、約４時間〜約４日間である。適切な複合体 化剤は、トルエン、■−デカノール、シクロヘキサン、トリクロロエチレン、テ トラクロロエタン、ブロモベンゼン、２．３−シクロドデセノピリジン、ナフタ レン、ｌ−ナフトール、２−ナフトール及びジメチルフェノールである。好まし い複合体化剤はシクロヘキサン、トルエン、■−デカノール及び２．３−シクロ デキストリンである。ＣＧＴａｓｅのための適切な酵素源は、Ｂ、マセランス、 好アルカリ性バシラスＳｐ。

及びサーモアナエロバクターＳｐ、を包含する。そのような酵素は従来のもので あり、そして従来の源から入手できる。

ＣＧＴａｓｅ酵素による処理の後、溶媒又は非溶媒工程により、シクロデキスト リンは回収されるべきである。複合体化剤が使用されない場合、酵素は不活性化 され、そしてその溶液は好ましくは、酵素により処理され、残るスターチ加水分 解物をグルコース及び／又はマルトースに分解する。良好な結果が、溶液を約１ ３０℃の温度に加熱し、そしてその溶液を、約５〜約１０分間、その温度で維持 し、酵素を不活性化することによって得られた。グルコース／マルトースを形成 するためには、良好な結果が、約４〜約６のｐＨで約２４時間、約５０〜約７０ ℃の温度でグルコアミラーゼ又はβ−アミラーゼを用いて得られた。

次に、反応混合物が濾過され、炭素処理され、そして上清液が蒸発され、βシク ロデキストリン結晶が形成される。母液は、異なったシクロデキストリン、すな わちα、β及びγシクロデキストリンをお互い分離するために、アメリカ特許第 ４．８０８．２３２号により教授されるタイプのクロマトグラフィーカラムに通 される。

複合体化剤の場合、シクロデキストリンの形成のためにＣＧＴａｓｅにより処理 した後、シクロデキストリン及び複合体化剤の複合体は、好ましくは遠心分離又 は濾過により回収され、そしてその得られる複合体が処理され、複合体化剤が除 去される。蒸留又は溶媒抽出は、複合体化剤を除去するために好ましい手段であ る。次に、シクロデキストリンの溶液が、活性炭により処理され、そして続いて シクロデキストリンが好ましくは結晶化により回収される。

溶液におけるシクロデキストリンの炭素処理は、活性炭を用いて達成され、色、 色彩前駆体及び所望しない異臭材料が除去される。

炭素処理は、円柱状カラムにおける活性化された粉末炭素のバッチ適用又は活性 化された顆粒炭素の向流適用である。そのような操作は、従来の態様で達成され る。

本発明のそれらの及び他の観点が、次の例によりさらに十分に理解され得る。

気± この例は、本発明の卓越した結果を例示する。下記第１表は、ロウ質スターチ（ ９９％アミロペクチン）、通常のコーンスターチ（７０％アミロペクチン）及び ポテトスターチ（８０％アミロペクチン）がら製造されたシクロデキストリン溶 液について測定された％透過率α−ＣＤ　９８．２　８１．３　３５．８β−Ｃ Ｄ　９９．４　９２．８　６１．８γ−ＣＤ　９９．３　９５．３　６４．８個 々の溶液を、分光光度計（Ｂｅｃｋｍａｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　Ｉｎｃ、 ）を用いて６６０　ｎｍで１ｃｍセルを通して、２０〜２５℃の周囲温度で、２ ０重量％固形分て測定した。α及びβシクロデキストリンの２０％溶液を得るた めに、その溶液をそれぞれ、初めに約５０℃及び約８０℃に加熱すべきである。

測定の前、α及びβシクロデキストリンの溶液を冷却した後、シクロデキストリ ンのいくらかが結晶化し、そして試験管の底部に残った。

上記第１表における測定を得るためには、個々のシクロデキストリンの２０％溶 液を、溶液を加熱することによって製造した。次に、その溶液を周囲温度に冷却 した。γシクロデキストリンを冷却の後、測定し、同時にα及びβシクロデキス トリン溶液の％透過率を、結晶を除去するためにシクロデキストリンの結晶化及 びＷｈａｔｍａｎ　＃１フィルター紙を通しての濾過の後、測定した。

上記第１表に見出されるように、約９０重量％以上のアミロペクチンでの高いス ターチから生成されたシクロデキストリンは、より低い量のアミロペクチンを有 するスターチから生成されたシクロデキストリンよりも卓越した結果を生成した 。

ロウ質コーンスターチからシクロデキストリンを形成するためには、ロウ質コー ンスターチのスラリーを３０％固形分で形成し、そして約５のＤＥを宵するロウ 質スターチ加水分解物を形成するためにスラリーをα−アミラーゼにより処理す ることによって、ゲル化及び続いて液化にゆだねた。次に、ロウ質スターチ加水 分解物（３０％固形分）を、６０℃の温度で４日間、Ｂ、マセランスからのＣＧ Ｔａｓｅにより処理した。シクロデキストリンの形成の間、ｌ−デカノールの複 合体化剤を用いて、αシクロデキストリンを得た。トルエンを、βシクロデキス トリンのための複合体化剤として使用し、そして２゜３−シクロドデセノピリジ ンを、γシクロデキストリンのための複合体化剤として使用した。異なった複合 体化剤が、ＣＧＴａｓｅによる処理の開始で、反応体積の５％に等しい量で溶液 に添加された。シクロデキストリンから複合体化剤を除去するために、溶媒抽出 及び蒸留法を用いた。

通常のコーンスターチからシクロデキストリンを形成するためには、ロウ質スタ ーチに使用されるのと同じ方法が使用されるが、但し、スターチのスラリーは、 ３０％固形分ではなく、１５％固形分であった。

ポテトスターチからシクロデキストリンを製造するためには、１５％固形分のポ テトスターチのスラリーが形成され、そしてロウ質及び通常のコーンスターチと 同じゲル化及び液化段階で処理された。

Ｂ、マセランスからのＣＧＴａｓｅが、５０〜６０℃の温度で、２日間使用され 、シクロデキストリンが形成された。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年５月１３日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．水に添加される場合、曇りを有さない溶液を生成するシクロデキストリンを 製造するための方法であって、（ａ）スターチをα−アミラーゼ又は酸により処 理することによって、少なくとも９０％のアミロペクチン含有率を有するスター チから約１０以下のＤＥを有するスターチ加水分解物を形成し；そして（ｂ）シ クロデキストリンを形成するために、シクロデキストリン−グリコシル−トラン スフェラーゼにより前記スターチ加水分解物を処理することを含んで成る方法。
2. ２．前記スターチがロウ質コーンから得られる請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記スターチ加水分解物が、シクロデキストリン−グリコシルートランスフ ェラーゼによる処理の前、炭素による漂白の段階にゆだねられる請求の範囲第１ 項記載の方法。
4. ４．前記スターチ加水分解物が、シクロデキストリン−グリコシルートランスフ ェラーゼによる処理の前、炭素処理及びイオン交換樹脂による精製の段階にゆだ ねられる請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．前記α−アミラーゼが細菌性α−アミラーゼである請求の範囲第１項記載の 方法。
6. ６．前記シクロデキストリン−グリコシル−トランスフェラーゼが熱安定性であ る請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．前記シクロデキストリンが炭素処理の段階にゆだねられる請求の範囲第１項 記載の方法。