JPH0724592B2 - デキストランの製造法 - Google Patents

デキストランの製造法

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JPH0724592B2
JPH0724592B2 JP3132336A JP13233691A JPH0724592B2 JP H0724592 B2 JPH0724592 B2 JP H0724592B2 JP 3132336 A JP3132336 A JP 3132336A JP 13233691 A JP13233691 A JP 13233691A JP H0724592 B2 JPH0724592 B2 JP H0724592B2
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ddase
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一也 山本
憲司 芳川
茂孝 岡田
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療あるいは生化学な
どの分野で利用されているデキストラン(α−1,6グ
ルカン)を、アミロース,又は還元水飴(澱粉の分解物
を還元したものをいう。以下おなじ)から酵素化学的に
デキストランを製造するものである。
【0002】
【従来の技術】デキストランは、従来から蔗糖を原料と
してロイコノストック属菌(Leuconostoc
mesenteroides)あるいはそれに由来する
デキストランスクラーゼ(以下、DSaseという。)
を使用して産業的に生産され、医療や生化学の分野で利
用されている。DSaseは、蔗糖の構成糖であるグル
コースのみを利用してデキストランを生産するのである
が、この際に、同じく構成糖であるフラクトースはデキ
ストラン生産には全く利用されずに遊離する。このよう
な作用機構ゆえに、DSaseを用いて蔗糖からデキス
トランを生産する場合には、対糖収率が決して50%を
超えることはない。実際には37%程度の収率しか得ら
れていない。
【0003】デキストリンデキストラナーゼ(以下、D
Daseという。)は約40年前に、糸引きビールの原
因菌であるグルコノバクターオキシダンスATCC11
894株(Gluconobacter oxydan
s American Type Culture C
ollection Strain No.1189
4)より粗精製され、重合度3以上のα−1,4結合か
ら成るマルトオリゴ糖からデキストランを生成すること
がすでに報告されている(Journal ofBio
logical Chemistry,第161巻,第
161〜174頁(1951))。この報告によると、
DDaseの作用は重合度3以上のα−1,4結合した
直鎖のマルトオリゴ糖及びそれを含むアミロースや澱粉
などの加水分解物の非還元末端側のグルコース残基を転
移するとこによってデキストランを生成することであ
る。
【0004】しかしながら、重合度が大きくなりすぎる
とDDaseの作用は認められず、たとえばアミロース
からのデキストラン生成はこれまで知られていなかっ
た。また、澱粉分解物を水素添加した還元水飴に対する
DDaseの作用も知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】DSaseによるデキ
ストランの生産収率は低いため、デキストランの安全性
が広く認められているにもかかわらず、高価なものとな
り、食品への利用がほとんど行われていない。もし安価
にデキストランを供給できるならば、安全性の高いすぐ
れた食品用多糖類としての利用が期待できる。そのため
には、安価な原料からより高収率でデキストランを生産
する必要がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、アミ
ロース又は還元水飴にDDaseを作用させることによ
ってデキストランを製造することを試みた。DDase
の精製は本発明者による平成3年1月10付け特許出願
により詳細に記載されている。DDaseはグルコノバ
クターオキシダンスATCC11894株(Gluco
nobacter oxydans American
TypeCulture Collection s
train No.11894)又はグルコノバクター
オキシダンスATCC11895株(Gluconob
acter oxydansAmerican Typ
e Culture Collection stra
in No.11895)などの菌に存在する酵素であ
り、またDDaseを有するこれら酢酸菌に病原性など
は知られていないことから、DDaseを食品原料加工
に用いても安全である。DDaseは、上記菌体から直
接有機溶媒、殊に極性の低い有機溶媒を用いて簡便に抽
出され、さらに各種クロマトグラフィーによって効率的
に精製された。これにより約40年前の報告では、菌体
内に存在する酵素量のわずか数%を取得できるのみであ
ったがそれよりも多量かつ純粋に酵素を取得できた。
【0007】本発明に用いるアミロースとは、D−グル
コースがα−1,4のグルコシド結合で直鎖状に重合し
た高分子化合物である。殊に澱粉を枝切り酵素で切断し
た時に得られる平均重合度約17のものが好適に用いら
れる。還元水飴とは、澱粉の加水分解物,マルトオリゴ
糖又はそれらの混合物に水素添加し還元したものをい
う。本発明では分解度は重合度約5〜10が好適である
が、その水素添加については、還元性末端を,部還元す
るとか全部還元するとか、その還元性の程度については
特に限度がない。
【0008】既述のようにして精製されたDDaseは
以下の特徴を有する。 1)作用 本酵素はアミロースなどを含めて重合度3以上のマルト
オリゴ糖に作用し、それら基質の非還元末端側のグルコ
ース残基を転移することによってデキストランを生産す
る。この作用は、反応に用いた物質がマルトースなどの
重合度が2つとなるマルトオリゴ糖となるまで進行す
る。このDDaseの作用はマルトオリゴ糖の還元末端
に位置するグルコースが水素添加などの修飾を受けてい
ても同様である。 2)最適PH及び安定PH DDaseの最適作用PHは4.0〜4.5であり、各
種PH下で30分置いた時にPHは2.5〜6.0で安
定であった。 3)最適温度及び安定温度 DDaseの最適作用温度は37〜45℃であり各種温
度下で30分置いた時に温度は45℃以下で安定であっ
た。また、本酵素は55℃まで活性を示した。 4)分子量 電気泳動によるDDaseの分子量は約30万であっ
た。 5)力価測定法 酵素反応基質には低糖化還元水飴を用い、常法により測
定した。力価は1分間に1μmolのグルコース単位が
デキストランとなる時の酵素量を1Uとした。
【0009】酵素化学的に作用させるには、常法によ
る。即ち、例えば酵素反応の条件として好ましくは温度
20〜45℃,反応時間3〜72時間である。この時に
用いるDDaseは精製したものでも良いが、粗精製の
ものでも良い。すなわち、例えば菌体から有機溶媒を用
いて抽出された粗精製のDDaseを使用しても良い。
また、原料であるアミロース又は還元水飴などの一部が
もし未反応で残る場合には、澱粉液化型α−アミラーゼ
等を加えてこれを分解すればよい。この処理を行えば、
アルコールを用いてデキストランのみを沈澱させ、効果
的に純度の高いデキストランを取得することができる。
【0010】
【作用】アミロースはこれまでDDaseとは作用せ
ず、デキストランは生成しないとされてきた。しかし、
DDaseによるデキストランの生成は、反応に用いた
基質からグルコース単位でデキストランへ転移した結
果、基質分子量が減少してマルトース(重合度2)とな
るまで進行する。つまり、マルトースになれば最早デキ
ストランへの転移反応は起こらなくなる。したがって、
反応に用いるマルトオリゴ糖の重合度が大きいほどデキ
ストラン製造における対糖収率は高いはずである。例え
ば、マルトテトラオース(重合度4)からデキストラン
を製造すれば反応残渣としてのマルトースが元のマルト
テトラオースの半量だけ生ずることとなるから、理論上
の対糖収率は50%となり、又、短鎖アミロース(重合
度16〜17)からは同じく約80%となる。もし、ア
ミロース等の高重合度物質からデキストランを製造でき
れば、従来からのDSaseによるデキストランの製造
法よりも高収率でデキストランを製造することが可能と
なる。さらに、反応残渣であるマルトースは、反応速度
は極めて小さいながらも、他のマルトースと反応してパ
ノースを生成するなどの副反応をおこす。そこで還元性
末端を還元しておいて反応残渣たるマルチトールにして
おけばマルチトールは最早マルトースと反応ないしマル
チトールとの反応性がないから、副生物を生ぜず対糖収
率の向上に寄与できることになる。
【0011】実際には、表1に示すように、DDase
はアミロースからかなりの高収率でデキストランを生成
した。すなわち、デキストランを製造する場合にアミロ
ースは非常にすぐれた基質となることが初めて明らかと
なった。この場合の対糖収率70%という値はDDas
eを用いてデキストランを製造する際に用いられるいか
なるマルトオリゴ糖よりも高いものであることは、DD
aseの作用及び供給されうる原料のうちでアミロース
が最も重合度が高いことを考慮すれば明らかである。
【0012】また、各種のオリゴ糖からの収率を表1で
比較すると、マルトトリオースからマルトヘキサオース
へと重合度が増加するにつれてデキストラン生産星が増
加する。このことは、マルトオリゴ糖の非還元末端から
グルコース単位に作用してマルトースを残すとされるD
Daseの作用様式とよく一致している。しかし、たと
えばマルトテトラオースを基質として本酵素を完全に作
用させれば、収率50%でデキストランが生成し、マル
トースが残るものと考えられたが、表1のようにその収
率は低いものであった。これは本酵素がパノースやグル
コースなど種々のオリゴ糖を副生するなどの副反応によ
るためである。
【0013】また、可溶性澱粉がアミロースに比べて低
収率なのは、本酵素は澱粉中の非還元末端のα−1,4
グルコース残基を転移するが、分枝部分すなわちα−
1,6結合したグルコース残基を側鎖として有する構造
の付近には作用しないので未反応部分が多く残るためと
考えられる。そのため、原料として用いる澱粉分解物の
重合度が単に大きいだけでは、未反応の部分が多くなる
ばかりで、収量は逆に低くなる。デキストランの製造に
おけるより良い原料は、α−1,4結合した直鎖で、そ
の構造中に他の結合や分岐を含まず、かつ、その重合度
が大きいものである。このような原料を効率的に得るに
は澱粉中の分枝のみを選択的に切断することが最も適当
であり、そうして得られるものが重合度約17のアミロ
ースである。それ故、枝切り酵素であるイソアミラーゼ
又はプルラナーゼをDDaseと共に澱粉に作用させれ
ば、澱粉から高収率(65%)でデキストランを製造す
ることができる。
【0014】また表1には、低糖化水飴及びマルトオリ
ゴ糖等の澱粉分解物の水素添加物にDDaseを作用さ
せデキストランを生成させた結果が示されている。同様
に、これら水素添加物がデキストランを製造する場合に
有用な基質であることが明らかになった。マルトトリイ
トールやマルトテトライトールはそれぞれマルトトリオ
ースやマルトテトラオースの水素添加物であるが、水素
添加物の方がデキストラン製造における対糖収率がかな
り高いことが明らかである。低糖化水飴と低糖化還元水
飴の重合度を同一としたにもかかわらずこのような大き
な差が認められたのは、DDaseの基質特異性に起因
するものである。本発明者は、DDaseの作用機作
が、マルトオリゴ糖からデキストランを生産する(α−
1,4からα−1,6転移)のみならず、α−1,4か
らα−1,4転移やあるいはα−1,6からα−1,6
転移のような副反応をも触媒するものであることを明ら
かにした。また、2分子のマルトースがパノースとグル
コースに変換されるという事実を確認した。これらDD
aseの有する種々の転移活性により、通常のマルトオ
リゴ糖などの基質からデキストランを製造する場合、多
種のオリゴ糖がかなりの量副成し、その結果対糖収率が
低下するものと考えられる。一方、水素添加物では、マ
ルチトールがマルトースと異なってDDaseと作用し
ないために、副生成オリゴ糖はほとんどなく、またその
量もきわめて少ないことから、高い対糖収率でのデキス
トランの製造が可能となるものと考えられる。
【0015】
【表1】
【0016】
【実施例】(実施例1)1gの低糖化還元水飴(市販
品)を20ミリリットルの水に溶解し、これに0.1U
/ミリリットルDDaseとなるように酵素を加え、3
0℃で70時間反応させた。これを15分間沸騰水中に
置いてDDaseを変性失活させた後、市販の澱粉液化
型アミラーゼ(500U/ミリリットル)を1ミリリッ
トル加え、37℃で2時間反応させた。これを再び15
分間沸騰水中に置いてアミラーゼを失活させた後、50
ミリリットルのエタノールを加えて4℃に置くことによ
って生産されたデキストランを沈澱させた。この沈澱を
乾燥して得られたデキストランは0.64gであり、こ
の時の対糖収率は64%であった。
【0017】(実施例2)0.1gの短鎖アミロースを
5ミリリットルの水に溶解し、これに0.2U/ミリリ
ットルDDaseとなるように酵素を加え、30℃で2
0時間反応させた。これを15分間沸騰水中に置いてD
Daseを変性失活させた後、これに市販の澱粉液化型
α−アミラーゼ(500U/ミリリットル)を加えて3
7℃で30分間反応させた。これを再び15分間沸騰水
中に置いてアミラーゼを失活させた後、9ミリリットル
のエタノールを加えて4℃に置くことによってデキスト
ランを沈澱させた。この沈澱を乾燥して得られたデキス
トランは0.07gであり、収率は70%であった。
【0018】(実施例3)1gのとうもろこし澱粉を5
ミリリットルの水に懸濁し、煮沸糊化した後、これに5
0Uのイソアミラーゼ及び20UのDDaseを含む水
溶液5ミリリットルを混合し、30℃で一晩反応させ
た。これを15分間沸騰水中に置いて両酵素を変性失活
させた後、これに市販の澱粉液化型α−アミラーゼ(5
00U/ミリリットル)を加えて37℃で2時間反応さ
せた。これを再び15分間沸騰水中に置いてアミラーゼ
を失活させた後、20ミリリットルのエタノールを加え
て4℃に置くことによってデキストランを沈澱させた。
この沈澱を乾燥して得られたデキストランは0.65g
であり、収率は65%であった。
【0019】
【効果】アミロースは澱粉などにイソアミラーゼ等を作
用させるなどの簡便な方法によって多量に得ることがで
きる。しかも澱粉そのものはDSaseを用いたデキス
トランの製造原料であるショ糖よりも安価であることか
ら、アミロースからデキストランを製造する方法によっ
て、従来と比較して安価にデキストランを供給できるも
のと思われる。還元水飴は、これまでに知られている水
飴等の澱粉加水分解物と比較して、すぐれたデキストラ
ン製造の原料となりうる。また、低糖化水飴は、澱粉を
原料として安価に製造されているので、これを用いて製
造したデキストランも従来法と比較して安価供給が可能
である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アミロース又は澱粉の分解物を還元した
    ものにグルコノバクター属の微生物由来のデキストリン
    デキストラナーゼを作用させることを特徴とするデキス
    トランの製造法。
  2. 【請求項2】 デキストリンデキストラナーゼがグルコ
    ノバクター属の微生物から有機溶媒で抽出して得られる
    ものであることを特徴とする請求項1に記載のデキスト
    ランの製造法。
  3. 【請求項3】 微生物がグルコノバクターオキシダンス
    に属する菌株であることを特徴とする請求項1に記載の
    デキストランの製造法。
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