JPH11313700A - 酸加水分解法によるl−アラビノースの製造方法 - Google Patents
酸加水分解法によるl−アラビノースの製造方法Info
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Abstract
場や果汁製造工場などの製造工程で副産物として産出さ
れるL−アラビノースを含有する植物繊維から、生理機
能面で非常に有用なL−アラビノースやオリゴ糖の有用
糖類を特異的に高純度で、しかも大量に生産できる商業
的な製造方法を提供する。 【解決手段】 植物繊維を酸類と接触させ、植物繊維に
含まれるL−アラビノース成分を選択的に生成させる条
件下で酸加水分解を行うことを特徴とする機能的に有用
なL−アラビノースの製造方法である。
Description
工場などの製造工程において副産物として産出される植
物由来の繊維分から生理機能的に非常に有用なL−アラ
ビノースを効率よく安価に製造する方法に関するもので
ある。
において、副産物として産出される植物由来の繊維分の
一部は、キシロースや食物繊維の材料として使用されて
いるが、大部分は家畜や家禽類の飼料や燃料として使用
されているか、又は産業廃棄物化しているため、その有
効利用の開発が望まれている。
構成糖とするセルロースやL−アラビノース、D−キシ
ロース、L−フコース、D−ガラクトース、D−マンノ
ース、L−ラムノース、D−ガラクツロン酸、D−グル
クロン酸を構成糖とし、その他フェラル酸などを含むヘ
ミセルロースやペクチン質などの多糖類やフェニールプ
ロパンのポリマーであるリグニン等から構成されてい
る。その中で穀物由来の繊維分には、ヘミセルロース成
分としてアラビノースとキシロースを構成糖とするアラ
ビノキシランが多いことが報告されている(Handbook of
Dietery Fiber,Marcel Dekker, INC., 1987)。
能面での有用性が報告されており、市場にL−アラビノ
ースが安価に大量に供給可能であれば、人類の快適な食
生活、健康維持、更には高血糖などに起因する糖尿病な
どの予防食としての期待が望まれる。しかし、残念なが
ら未だに食品及び医薬品として商品化されていない。
5080」においてはα−グルコシダーゼ阻害効果によ
る過血糖付随疾患の予防、治療剤、及び保健食としての
有用性が開示され、「特開平7−242551」におい
ては体脂肪蓄積抑制剤としての有用性等が開示されてい
る。このように食品として摂取可能で更に生理機能の有
用性も期待される。
平9−299093」では、ビートパルプ中のビートア
ラビナンを酵素で加水分解して、アラビノースを製造す
る方法が開示されている。ビートパルプ乾物重量当たり
アラビノース含量は12〜13%であるのに対し、実施
例1 ではビートパルプ中より水酸化カルシウムで90〜
100℃で12時間加熱し、総アラビナンを抽出してい
るが、ビートパルプ3.7Kgを使用して総アラビナン
55gを得ており、ビートパルプから総アラビナンの抽
出率は1.49%と計算される。また、アラビナンの分
解例1では総アラビナン(アラビノース純度72%)を
酵素で加水分解し、総アラビノースの83.3%が遊離
生成しているが、ビートパルプから遊離生成して得られ
たアラビノースの収率は0.89%(1.49×0.7
2×0.833)と計算される。これはビートパルプ中
のアラビノース含量の僅か7.4〜6.8%に相当する
にすぎない。
ノースの製造法は、原料に対するアラビノースの収率が
非常に低いことから、低コスト、大量生産を目的とする
商業的製造法としては現実的ではない。
加水分解によってとうもろこし粒外皮から選択された単
糖を製造するためのコンビネーション方法が開示されて
いるが、その内容はとうもろこし粒の外皮に含有される
ヘミセルロース成分を強酸で酸加水分解し、更に/又は
セルロース成分を酵素で加水分解することによって、D
−キシロースとL−アラビノース、及びD−グルコース
の混合液、及び/又はD−グルコース液の単糖類を製造
するための組み合わせ方法に関するものである。即ち、
基本的にはD−グルコース成分のヘキソース区分とD−
キシロースとL−アラビノース及びD−グルコース成分
を含むペントース区分の二区分間について選択的に加水
分解する方法を提供するものであり、商業的にL−アラ
ビノースを製造する目的では、ペントース区分の単糖類
混合物中のL−アラビノース含量が低すぎて、例えば実
施例1、温度85℃での酸加水分解生成水解物重量%
で、D−グルコース24.9、D−キシロース13.
6、L−アラビノース9.0であり、これより単糖類中
のL−アラビノース含量は18.9%と計算されるよう
に低く、実用的ではないという欠点を有していた。
植物繊維中のL−アラビノースを単糖類として純度良
く、特異的に遊離生成させる目的では酵素法が有利であ
るが、欠点として収率が非常に低く、生産性の点で実用
的ではない。一方、収率を重視すれば強酸での酸加水分
解法が有利であるが、酸加水分解では特異性がなく、必
要であるL−アラビノース以外に不要な単糖類まで加水
分解されて遊離生成してくるために、結果的にL−アラ
ビノースの純度が極端に低下してL−アラビノースの製
造を困難にする欠点を有していた。
るために創案されたものであり、その課題はL−アラビ
ノースを構成糖の一部に含有する植物繊維から、L−ア
ラビノースを特異的に、高純度で、しかも効率よく高収
率で、更に二次分解反応が生じ難い非常に温和な条件下
で酸加水分解することによって、副産物から生理機能的
に優れており、又食品として安全なL−アラビノースを
製造するための方法を提供しようとするものである。
ビノースは植物繊維中ではフラノース型で、主として非
還元性末端に存在し(例えばL. Saulnier et al.,
Carbohydrate Polymers, 26,(1995)279-287 )、容易
に酸分解で遊離する可能性に着目し、L−アラビノース
を構成糖の一部に含有する植物繊維から、一般的に行わ
れる予めアルカリなどでアラビナン、アラビノキシラン
などのヘミセルロース画分を抽出することを省略し、L
−アラビノースを特異的に、高純度で更に高収率で遊離
生成させる酸加水分解方法について鋭意研究した結果、
酸加水分解条件及び酸加水分解終了時期を特定すること
で、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成
させるに至った。
せ、植物繊維に含まれるL−アラビノース成分を選択的
に生成させる条件下で酸加水分解を行うことを特徴とす
る機能的に有用なL−アラビノースの製造方法である。
本発明の好ましい態様では、前記植物繊維として、構成
糖の一部に少なくともL−アラビノースを植物繊維乾物
基準で10%以上含有する物であり、具体的にはコンス
ターチ製造時の副産物であるトウモロコシ粒外皮、トウ
モロコシ穂軸、小麦ふすま、大麦ふすま、えん麦ふす
ま、らい麦ふすま、米糠、脱脂米糠、てんさい繊維又は
リンゴ繊維等である。
しては、使用する酸の濃度が0.01規定〜0.50規
定、好ましくは0.01規定〜0.15規定であり、被
加水分解物(植物繊維)の濃度が3%(w/w)〜20
%(w/w)であり、酸加水分解時の温度が80℃〜1
50℃、好ましくは96℃〜145℃である。
分解中に分解溶出される糖類の合計量が被分解物の乾物
基準で30%以上になり、酸加水分解された単糖類の合
計量に占めるL−アラビノースの割合が50%以上にな
る条件下で酸加水分解を行う。さらに、本発明の好まし
い態様では、酸加水分解液からL−アラビノース高含有
液、キシロオリゴ糖又はガラクトオリゴ糖、及び不溶性
残渣の区分に分割する。さらに前述の製造方法で得られ
たL−アラビノース含有液を水素添加することにより、
L−アラビトール含有糖アルコール溶液を製造できる。
する。本発明に使用される植物繊維はL−アラビノース
を構成糖の一部として、乾物基準で少なくとも10%
(w/w)以上含有されるものであれば何でも良く、各
種の製粉工程、澱粉製造工程、砂糖や油脂やエキスなど
の抽出工程などで副産物として産出される繊維の粗製物
及び/又は精製物(粗製物中の澱粉、蛋白、脂質色素な
どの一部又は全部を除去したもの)、例えばトウモロコ
シ粒外皮、トウモロコシ穂軸、小麦ふすま、大麦ふす
ま、えん麦ふすま、らい麦ふすまなど各種麦類のふす
ま、米糠、脱脂米糠、てんさい繊維、リンゴ繊維等が利
用できる。L−アラビノース含量が10%(w/w)未
満のものを使用した場合は、製品収率が非常に低くな
り、そのために製造コストも高価になるので好ましくな
い。
植物の細胞壁、特に穀粒の外皮中にヘミセルロース成分
の一種である多糖類、アラビノキシランとして存在し、
代表的な精製トウモロコシ外皮や穂軸中にはアラビノー
スとして約23%含まれている(Handbook of Dietary F
iber, Mark L. Dreher, Marcel Dekker. Inc., 1987;Lu
c Saulnier, et al., Carbohydrate Polymers, 26,(199
5)279-287) 。てんさい繊維中にはヘミセルロース成分
の一種である多糖類、アラビノガラクタンとして存在
し、てんさい繊維中のL −アラビノース含量は〜21%
と報告されている(V. Micard et al., Carbohydrate
Polymers, 32,(1997)283-292)。またリンゴ果汁の搾り
粕の高分子のペクチン画分に55%のアラビノースが存
在することも報告されている(Henk A. Schols et a
l.,Carbohydrate Research,206(1990)117-129) 。従
って、使用する植物繊維はできるだけL −アラビノース
含量が高いものを用いることが好ましい。更に、必要に
応じて副産物中に混入してくる植物繊維以外の物質、例
えば澱粉、蛋白質、脂質、色素等の一部又は全部を除去
したものを使用しても構わない。又、植物繊維の形状は
細片状であっても粉砕された粉末状であっても使用でき
るが、粉末状の物を使用することが望ましい。
ある硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、亜硫酸等や有機酸であ
るシュウ酸、クエン酸、酢酸、ギ酸等酸加水分解溶液の
pHを低下できる酸類であれば限定されないが、酸加水
分解後の塩基による中和で酸と難溶性の塩を作るような
物、例えば水酸化バリウムによる中和で硫酸バリウムを
作る硫酸や、水酸化カルシウムや酸化カルシウムによる
中和でシュウ酸カルシウムを作るシュウ酸等が酸加水分
解液のイオン交換樹脂での精製負荷を考慮した場合は好
ましい。
ず酸を水又は温水に溶解させる。溶解させる酸濃度は規
定濃度で0.01規定〜0.50規定の範囲、好ましく
は0.01規定〜0.15規定に調節する。
らL−アラビノースを高純度、高収率で遊離生成させる
上で極めて重要である。酸濃度が0.50規定より高い
場合は、L−アラビノースだけでなく、随伴して他の
糖、例えばD−キシロースやD−ガラクトース、D−グ
ルコースなどが遊離生成し、L−アラビノースに対する
酸加水分解性の特異性が失われるのみならず、一旦遊離
生成したL−アラビノースが更に分解され、L−アラビ
ノースの含量を低下させる原因となる。通常、ヘミセル
ロースを酸加水分解される酸の濃度は、例えば「特開平
1−312997」の実施例1で見られるように硫酸で
7%( 規定濃度1.5規定相当)であり、本発明では通
常の酸濃度の1/150〜1/3、好ましくは1/15
0〜1/10という低濃度で特異的に酸加水分解を行う
ことに特徴がある。又、酸濃度が0.01規定より低い
場合は、所望の酸加水分解に要する時間が長時間を要
し、商業的に好ましくない。
ラビノース成分を10%(w/w)以上含有した植物繊
維を固形分濃度で3%(w/w)〜20%(w/w)に
なるように添加し、充分に懸濁させた後、この懸濁液を
加熱昇温し、液温80℃〜150℃、好ましくは96℃
〜145℃の一定の温度に保持した状態で酸加水分解を
行う。固形分濃度が3%(w/w)未満の場合は、酸加
水分解液の濃度が低く、後の工程の濃縮等で多大のエネ
ルギーを必要とするため好ましくない。又、固形分濃度
が20%(w/w)を越える場合は、酸加水分解終了後
の流動性がなくなり、濾過操作等で取り扱いが困難にな
るため好ましくない。
接蒸気吹込式のインラインヒーター)や、間接加熱方式
等で加熱昇温可能であれば特に限定されない。又、酸加
水分解容器は耐酸性、耐熱性、及び/又は耐圧性で開放
式又は密閉式容器であればいずれも使用できるが、好ま
しくは懸濁液を撹拌できる構造のものを用いる。反応温
度は反応速度に大きく影響する因子である。基本的に、
酸加水分解反応の速度は温度に依存するので、例えば一
般的に反応温度が10℃上昇すると、反応速度は約2倍
に促進されるように、酸加水分解に要する時間は低温域
では長くなり、高温域になるほど時間は短縮される。酸
加水分解温度が80℃未満の場合は反応時間が長くなり
過ぎ、効率が悪くなり、150℃を越える場合は遊離生
成した糖の分解反応が顕著になり、酸加水分解終了液の
着色が増大することによる脱色、及び/又はイオン交換
樹脂での精製負荷の増加等の経済的理由で好ましくな
い。
対する反応液中の遊離溶出される糖類の合計量の乾物基
準での割合(以後「可溶化率」という)が30%以上
で、更に反応液中の単糖類の合計量に対するL−アラビ
ノースの乾物基準での割合( 以後「L−アラビノースの
占有率」という)が50%以上になる条件の範囲内で任
意に行うことができる。「可溶化率」が30%未満の場
合は「L−アラビノースの占有率」は高くなるが、生産
収率が低下し、「L−アラビノースの占有率」が50%
未満の場合は生産収率は増大するが、高純度のアラビノ
ースの回収が困難になるので好ましくない。酸類の濃度
や加水分解温度にもよるが、反応は通常10分から6時
間で終了し得る。
は、常法によりそのまま又は中和剤としての塩基類の必
要量を添加混合することで溶液のpHを中和した後、公
知の分離方法、例えば硅藻土濾過、遠心分離、膜濾過、
フィルタープレス等の方法によって分解残査を除き、清
澄化される。
酸と難溶性の塩を形成する物を使用することが好ましい
が、中和できる物であれば特に限定されない。pHは溶
液中に混在する蛋白質由来の溶出物を不溶化するため
に、それの等電点付近で止めることも可能であり、特に
限定されない。又、中和液の濾過に先立って、難溶性の
塩及び不溶化物を充分析出させる目的で中和液を冷却す
る、及び/又は一定期間保存した後に濾過する方法をと
っても構わない。更に、必要であれば、清澄化された糖
液は公知の方法、例えば骨炭や活性炭等による脱色精製
及び/又は透析、イオン交換膜やイオン交換樹脂等によ
る精製を行うことで「L−アラビノース占有率」50%
以上の単糖類成分と有用なキシロオリゴ糖又はガラクト
オリゴ糖の両成分を含んだ液を得ることができる。
含む溶液は、公知の分離法(膜分離、ゲル濾過、活性炭
クロマト分離等)を用いて、容易にL−アラビノース高
含有液区分と機能性キシロオリゴ糖又はガラクトオリゴ
糖区分の両区分に分離することができる。又、公知の方
法を用いてL−アラビノースを水素添加することで、L
−アラビトールを含有する糖アルコールを得ることがで
きる。更に、分離されたL- アラビノース高含有液を水
素添加することで、L−アラビトール高含有液を得るこ
ともできる。
本発明の技術的範囲が当該実施例により限定されるもの
ではない。又、詳細な実施データを得るために使用した
植物繊維は、湿式澱粉製造工程で得られた繊維を酵素に
よって澱粉を完全に除去したトウモロコシの外皮を用い
た。又、トウモロコシの外皮中の総アラビノース含量等
の成分組成や、ヘミセルロース中のアラビノキシランの
構造は、Luc Saulnier et al. の報文(Carbohydrate Po
lymers, 26(1995), 279-287)を参考にした。尚、糖含量
はフェノール硫酸法、糖組成はHPLC法、還元糖はソモジ
ー・ネルソン法を用いて測定し、L−アラビノースとD
−キシロースの加水分解率は、それぞれ外皮中の総アラ
ビノース含量に対して遊離生成した、L−アラビノース
の割合又は総キシロース含量に対して遊離生成したD−
キシロースの割合で示した。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.05規
定〜0.50規定の硫酸溶液10mlを加え、密栓して
沸騰水中で1時間酸加水分解させた。酸加水分解溶液に
硫酸を中和するのに必要な水酸化バリウムを加え、冷蔵
庫内で振とうさせた。これを25mlに定容し、遠心分
離器を用いて酸加水分解されなかったトウモロコシ外皮
と硫酸バリウムを取り除くと、有用糖類を含む溶液が得
られた。これらの溶液について可溶化率、糖含量、加水
分解率、L−アラビノースの占有率を測定した結果を表
1に示す。表1 ではトウモロコシ外皮から生産された有
用糖類をトウモロコシ外皮に対する生成率で示してい
る。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.01規
定〜0.50規定の塩酸溶液10mlを加え、密栓して
沸騰水中で1時間酸加水分解させた。酸加水分解溶液に
塩酸を中和するのに必要な水酸化ナトリウムを加え、冷
蔵庫内で振とうさせた。これを25mlに定容し、遠心
分離器を用いて酸加水分解されなかったトウモロコシ外
皮を取り除くと、有用糖類を含む溶液が得られた。これ
らの溶液について可溶化率、糖含量、加水分解率、L−
アラビノースの占有率を測定した結果を表2に示す。表
2ではトウモロコシ外皮から生産された有用糖類をトウ
モロコシ外皮に対する生成率で示している。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.05規
定〜2.00規定のシュウ酸溶液10mlを加え、密栓
して沸騰水中で1時間酸加水分解させた。酸加水分解溶
液にシュウ酸を中和するのに必要な酸化カルシウムを加
え、冷蔵庫内で振とうさせた。これを25mlに定容
し、遠心分離器を用いて酸加水分解されなかったトウモ
ロコシ外皮とシュウ酸カルシウムを取り除くと、有用糖
類を含む溶液が得られた。これらの溶液について可溶化
率、糖含量、加水分解率、L−アラビノースの占有率を
測定した結果を表3に示す。表3ではトウモロコシ外皮
から生産された有用糖類をトウモロコシ外皮に対する生
成率で示している。又、図1に濃度0.20規定のシュ
ウ酸を用いて、100℃で1時間反応させたものについ
てのP2によるBio-Gel でのゲル濾過の結果を示してい
る。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.1規定
の硫酸溶液10mlを加え、密栓して沸騰水中で0.5
〜6.0時間酸加水分解させた。酸加水分解溶液に硫酸
を中和するのに必要な水酸化バリウムを加え、冷蔵庫内
で振とうさせた。これを25mlに定容し、遠心分離器
を用いて酸加水分解されなかったトウモロコシ外皮を取
り除くと有用糖類を含む溶液が得られた。これらの溶液
について可溶化率、糖含量、加水分解率、L−アラビノ
ースの占有率を測定した結果を表4に示す。表4ではト
ウモロコシ外皮から生産された有用糖類をトウモロコシ
外皮に対する生成率で示している。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.05規
定の塩酸溶液10mlを加え、密栓して沸騰水中で0.
5〜6.0時間酸加水分解させた。酸加水分解溶液に塩
酸を中和するのに必要な水酸化ナトリウムを加え、冷蔵
庫内で振とうさせた。これを25mlに定容し、遠心分
離器を用いて酸加水分解されなかったトウモロコシ外皮
を取り除くと、有用糖類を含む溶液が得られた。これら
の溶液について可溶化率、糖含量、加水分解率、L−ア
ラビノースの占有率を測定した結果を表5に示す。表5
ではトウモロコシ外皮から生産された有用糖類をトウモ
ロコシ外皮に対する生成率で示している。
ウモロコシ外皮を乾燥重量で1.0g加え、0.1規定
のシュウ酸溶液10mlを加え、密栓して沸騰水中で
0.5〜6.0時間酸加水分解させた。酸加水分解溶液
にシュウ酸を中和するのに必要な酸化カルシウムを加
え、冷蔵庫内で振とうさせた。これを25mlに定容
し、遠心分離器を用いて酸加水分解されなかったトウモ
ロコシ外皮を取り除くと、有用糖類を含む溶液が得られ
た。これらの溶液について可溶化率、糖含量、加水分解
率、L−アラビノースの占有率を測定した結果を表6に
示す。表6ではトウモロコシ外皮から生産された有用糖
類をトウモロコシ外皮に対する生成率で示している。
75mm) にトウモロコシ外皮を乾燥重量で500g加
え、0.022規定のシュウ酸溶液4500gを加え、
撹拌密閉して蒸気(蒸気圧4.0Kg/cm2 )を用い
て、直接及び間接加熱併用で液温130℃に昇温し、そ
の後間接加熱のみで130℃に維持し、酸加水分解を行
った。途中、一定時間毎に冷却器付耐圧容器(容量10
0ml)を用いて反応液のフラッシングによる濃度上昇
を防止し、サンプリングを行い、反応終了液100gに
対し水酸化カルシウムを加え中和した。中和液に水を加
えて全量200gに調製後、遠心分離器を用いて酸加水
分解されなかった外皮とシュウ酸カルシウムを取り除く
と、有用糖類を含む溶液が得られた。これらの溶液につ
いて可溶化率、糖含量、加水分解率、L−アラビノース
の占有率を測定した結果を表7に示す。尚、生蒸気で直
接加熱することによる水分混入量は反応前の液重量に対
する全反応終了液の重量増加分を適用した。表7ではト
ウモロコシ外皮から生産された有用糖類をトウモロコシ
外皮に対する生成率で示している。
などの製造工程で副産物として産出されるL−アラビノ
ースを含有する植物繊維から、従来考えられなかった非
常に温和な酸加水分解条件を用いることにより、生理機
能面で非常に有用なL−アラビノースやオリゴ糖の有用
糖類を特異的に高純度で、しかも大量に生産できる商業
的な製造方法が提供される。
示したものである。
Claims (9)
- 【請求項1】 植物繊維を酸類と接触させ、植物繊維に
含まれるL−アラビノース成分を選択的に生成させる条
件下で酸加水分解を行うことを特徴とするL−アラビノ
ースの製造方法。 - 【請求項2】 植物繊維として、構成糖の一部に少なく
ともL−アラビノースを植物繊維乾物基準で10%以上
含有する物を使用することを特徴とする請求項1記載の
L−アラビノースの製造方法。 - 【請求項3】 植物繊維として、コーンスターチ製造時
の副産物であるトウモロコシ粒外皮、トウモロコシ穂
軸、小麦ふすま、大麦ふすま、えん麦ふすま、らい麦ふ
すま、米糠、脱脂米糠、てんさい繊維又はリンゴ繊維を
使用することを特徴とする請求項1記載のL−アラビノ
ースの製造方法。 - 【請求項4】 酸の濃度が0.01規定〜0.50規定
の範囲である条件下で酸加水分解を行うことを特徴とす
る請求項1〜3のいずれか記載のL−アラビノースの製
造方法。 - 【請求項5】 植物繊維の固形分濃度が3%(w/w)
〜20%(w/w)の範囲である条件下で酸加水分解を
行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか記載のL
−アラビノースの製造方法。 - 【請求項6】 温度が80℃〜150℃である条件下で
酸加水分解を行うことを特徴とする請求項1〜5のいず
れか記載のL−アラビノースの製造方法。 - 【請求項7】 酸加水分解溶液中に分解溶出される糖類
の合計量が被分解物の乾物基準で30%以上になり、酸
加水分解された単糖類の合計量に占めるL−アラビノー
スの割合が50%以上になる条件下で酸加水分解を行う
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載のL−ア
ラビノースの製造方法。 - 【請求項8】 酸加水分解液からL−アラビノース高含
有液、キシロオリゴ糖又はガラクトオリゴ糖、及び不溶
性残渣の区分に分割することを特徴とする請求項1〜7
のいずれか記載のL−アラビノースの製造方法。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか記載の製造方法
で得られたL−アラビノース含有液を水素添加する工程
を含むことを特徴とするL−アラビトール含有糖アルコ
ール溶液の製造方法。
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