JPS5918040B2 - 粒状澱粉の可溶性水解物への変換方法 - Google Patents

粒状澱粉の可溶性水解物への変換方法

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JPS5918040B2
JPS5918040B2 JP49040849A JP4084974A JPS5918040B2 JP S5918040 B2 JPS5918040 B2 JP S5918040B2 JP 49040849 A JP49040849 A JP 49040849A JP 4084974 A JP4084974 A JP 4084974A JP S5918040 B2 JPS5918040 B2 JP S5918040B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酵素による粒状殿粉の可溶化に関し、更に詳
細には粒状殿粉な氷解生成物に変換することに関する。
殿粉のデキストローズへの氷解は、従来法では酵素を用
いて実施されて来た。
この目的に使用する主な酵素は、グルコアミラーゼであ
ったし現在もそうである。
この酵素は、殿粉分子より、1度に1分子のデキストロ
ースを開裂さすことにより殿粉を効果的に水解する。
然し、実際問題として、グルコアミラーゼの作用に処す
る前にまず殿粉を可溶化する必要がある。
この可溶化の工程は、酸又は酵素を用いて達成されうる
殿粉は約10から20までのり、E、まで可溶化し、次
にグルコアミラーゼで処理する。
この2工桓方法は、酸−酵素方法又は酵素−酵素方法と
、使用する可溶化工程に応じて呼称されている。
酸−酵素方法の場合には、最初の酸可溶化方法では、た
とえば120度C程度のむしろ高い温度を必要とする。
この結果、容易に老化する殿粉断片を生じ、又老化生成
物を生ずる。
当然望むデキストローズの生成にかなりの費用がかかる
ことになる。
同じことは、可溶化工程にやはり比較的高温をつまり8
5から95度C程度を必要とする酵素−酵素法でも同様
である。
更に、殿粉の糊化を完結させモして濾過を改良するため
には、可溶化殿粉な更に高温たとえば120から160
度C程度に加熱するのが普通である。
更に、ある種の脂肪−アミロース複合物を生じ、これは
全く不溶で、沢過を困難とする。
これらのいずれの方法も、老化生成物、殿粉−脂肪複合
物、逆行生成物が必然的に生ずることから、処理上の難
点を完全に免かれている訳でない。
これらの生成物の生ずる程度に応じて、処理上の困難を
、生成混合物の濾過の際に特に生ずる。
そしてデキストローズの収量も減少する。
Wallerstein (アメリカ合衆国特許25
83451)は、高温の糊化工程を用いない酵素的氷解
方法を記載しているが、デキストローズの収量は非常に
低い。
Leach等は、Cer″ealChemistry、
38巻、1号、1961年1月、34から46頁にこや
はり、種々のアルファーアミラーゼを用いるが低温での
粒状殿粉の酵素的氷解を示している。
それで本発明の主目的は、殿粉をデキストローズに変換
する改良方法を提供しそして粒状殿粉を可溶化する方法
を供与する。
本発明は殿粉な可溶化する方法であって、粒状殿粉を、
水、細菌性アルファーアミラーゼ及びグルコアミラーゼ
と、殿粉の正常の初期糊化温度(殿粉の水性サスペンシ
ョン中の殿粉粒子がその複屈折を失ない始める温度)と
実際の糊化温度(細菌由来のα−アミラーゼを含有する
本発明方法の系において殿粉粒子がその複屈折を失ない
始める温度)との間の温度に、約5.0から約7.0の
pHで混合することを包含する。
細菌アルファーアミラーゼとグルコアミラーゼとの組合
わされた作用は、殿粉の可溶化を増加させ又デキストロ
ーズの収量を増加させる。
細菌アルファーアミラーゼ単独つまりグルコアミラーゼ
が存在しないと、その作用は、粒状殿粉の氷解に効果的
である。
つまり、粒状殿粉と、水と、細菌アルファーアミラーゼ
とを上記条件で混合すると可溶性殿粉水解物を生ずる。
殿粉は普通に入手しうるもののいずれでもよく、とうも
ろこし殿粉、もちとうもろこし殿粉、タピオカ殿粉、ば
れいしょ殿粉、白色さつまいも殿粉、小麦殿粉、サゴ殿
粉、ツルガム殿粉、高アミロース殿粉、及び類似のもの
がある。
もち殿粉及び非もち殿粉共に適当である。
前記のように殿粉は粒状である。
殿粉含量の高いあらびきとうもろこしも満足な結果を与
えう゛る。
□本発明方法の重要な利点は、比較的高濃度で水性
スラリー中で実施しうろことである。
殿粉スラリーの固型物含量は普通約5%から約40%の
範囲であるが、普通固型物含量は10から30%とする
もちろんより低い濃度となしうるが、一般的に濃度が減
少すると殿粉可溶化の程度は増加し、そしてデキストロ
ーズ収量は増加する。
実際的には然し、大部分の例で、より小容量つまりより
高濃度の殿粉とするのが有利である。
これは、結晶化に先立っての変換混合物を濃縮するのに
かかるかなりの費用をさけるか少なくとも減少させる。
然し、ある場合には、本発明の利点は、こうした欠点を
補なってあまりあり、約10%の固型物含量が有利であ
る。
本発明方法により、25%殿粉スラリー中の殿粉のみか
け上すべてを24時間で可溶化しうる。
更に、より高濃度で未溶解殿粉な再循環させて全体とし
ての効率を改良しうる。
つまり90%より多くの殿粉な可溶化しうる。
細菌性アルファーアミラーゼはなるべくは約4.0から
約7.0までのpH範囲で活性を有し、比較的低温つま
り、特定の殿粉が糊化するより低い温度とする。
かかるアルファーアミラーゼの有利な資源には、Bac
i l lus 属微生物たとえば、B−8ubt
ilis、B−Licheniformis、B−Co
agulans及びB−Amyloliquefaci
ensのいくつかの種を含む。
適当なアルファーアミラーゼはオーストラリア特許願A
、4836/ 70及びアメリカ合衆国特許36973
78号に記載されている。
特に適当なアミラーゼは、上記オーストラリア特許顔中
のB、Licheniformis に由来するもので
ある。
特に有利なのは、旦。Licheniformis
5train NCIB8061に由来するアルファー
アミラーゼである。
旦。Licheniformis菌株NCIB8059
、ATCC6598、ATCC6634、ATCC84
80、ATCC9945A及びATCC11945が具
体的例である。
これらは、グルコアミラーゼの実質的に存在しない状態
で使用すると、殿粉液化に常になく有効である。
この酵素は、※ニューヨークMamaroneck、N
ovo EnzymeCorporation より
Thermamy1” の商品名で入手しうる。
この使用には、前記のpH及び温度条件で、殿粉1グラ
ム(乾量)当たり約0.1から約25単位の範囲の濃度
で使用すべきである。
Thermamylは次の性質を特徴としている。
(a) 熱的に安定である。
(b) 広範囲のpHにおいて活性である。
(C) その活性及び熱安定性は、他のアルファーア
ミラーゼよりも添加カルシウムイオンに依存する程度が
少ない。
3種の異なるThermamyl標品の代表的分析値は
次のようである。
使用しうる更に適当なアミラーゼには次のものがある。
使用すべき細菌アミラーゼの量は、殿粉(乾量基準)i
f当たり約0.1から約25単位の範囲とする。
より大量を用いても実際上の利点はない。ダラム当たり
25単位より多くを用いても、それに伴う殿粉可溶化の
増加が、酵素の費用を償うものどならない。
アルファーアミラーゼの至適量はグルコアミラーゼの量
で変動するし又その逆の関係も存在する。
アルファーアミラーゼの有利な濃度範囲は、殿粉(乾量
基準)IP当たり約1.0から約lO単位となる。
酵素のアルファーアミラーゼ活性は次のように測定する
調整された条件で、酵素と標準殿粉溶液とを反応させる
酵素活性は、分光的に測定されるヨー素染色能力の減少
として反映される殿粉水解の程度で測定する。
細菌アミラーゼ活性の1単位は、操作条件において毎分
当たり10■の殿粉な水解するに必要な酵素の量である
この方法は、著しい糖化活性を有する材料を除いて、工
業的製品を含めた細菌アルファーアミラーゼに適用しう
る。
固体試料の0.3から0.5グラム又は液体試料の0.
3からl、Qccを、cc当たり約0.25単位を含有
する酵素溶液を与えるに十分量の0.0“025M塩化
カルシウム溶液に溶解する。
60度Cで平衡化させた1%Lintner殿粉溶液1
0CCと試験しようとする酵素1ccとを混合し、60
度Cの定温浴中に正確に10分間保つ。
1ccの試料を取り出し、1M塩酸水溶液と約50CC
の蒸留水との混合物に添加する。
このように酸性とした試料のヨー素染色力を、0.05
%ヨー素水溶液3、OCCを添加し、蒸留水で100C
Cに希釈し、十分混合する方法で測定する。
蒸留水に対する溶液の吸光度を、2cIILセル中62
0朋で測定する。
標準殿粉溶液についても酵素に代えて水を添加し、ブラ
ンク吸光度とする。
単位/グラム又は単位/ccでの酵素活性は次のようで
ある。
上記に概要を示したこの氷解方法に関して、(a)では
、粒状殿粉及びアルファーアミラーゼ水性スラリーの調
製が必要である。
このスラリーはこれらの成分のみを含有してもよいし、
上記の型の1種又は1種より多くの糖化酵素を更に含有
してもよい。
工程(a)のスラリーにグルコアミラーゼ又はベーター
アミラーゼが存在すると、粒状殿粉の可溶化の速度が増
加し、そして工程に必要な時間が減少する。
方法のこの工程での水性スラリーに1種又は1種より多
くの糖化酵素を添加することが望ましいかそうでないか
は、このような有利な影響に対して、追加される酵素の
費用をバランスさせうるかどうかにかかつている。
それでこの可溶化工程に用いる時には、糖化酵素の量は
、殿粉(乾量基準)ダラム当たり約0.01から約0.
30単位の範囲の量とするか又は場合により、殿粉(乾
量基準)ダラム当たり約0.1から約5単位のベーター
アミラーゼの量とする。
工程(a)のpHは、使用する特定のアルファーアミラ
ーゼの至適pHで支配される。
T h e rmamylはpH5から7で最高の活性
を示す。
Rapidaseは約6.0のpHで最高の活性を示す
筈である。
これらの例では、あとから論議するように、工程(a)
でアルファーアミラーゼとあわせて糖化酵素力存在する
時には、糖化酵素が至適活性を示しそして安定である低
いpHでは、アルファーアミラーゼを単独で用いる時に
もつとも良いpHを変える必要を生ずる。
グルコアミラーゼはたとえばpH4,0から4.5で最
大活性を示す。
ベーターアミラーゼはやや高いpHで最高活性を示すが
、なお、アルファーアミラーゼがもつとも活性を有する
pHよりは低い。
それでアルファーアミラーゼを単独で用いる時にもつと
も活性のあるpHか又は組合わせて用いた時に、いくつ
かの酵素が全体として最大の活性を示すpHを選択する
ようにする。
グルコースの生産には、グルコアミラーゼは、よく知ら
れている既知のアミラーゼ標品のいずれでもよく、特に
、Aspergillus 属、Endomyces属
又はRh1zopus属のいずれに由来するものでもよ
い。
特に有利なグルコアミラーゼはアメリカ合衆国特許30
42584(Kooi等)の方法で得られるもので、こ
こで、かびアミラーゼ調製物は、水性媒体中粘土材料で
処理して、望ましからぬトランスグルコシダーゼ活性を
除いておく。
使用すべきグルコアミラーゼの全量は、殿粉(乾量基準
)ダラム当たり約0.05単位から約5.0単位とする
なるべくは、酵素の費用/性能を基準としてJでんぷん
(乾量)ダラム当たり約0.05から0.3単位アミラ
ーゼとする。
グルコアミラーゼ活性は次のように測定する。
基質は、水に溶解したとうもろこし殿粉の15−18D
、E、酸水解物で、溶液100CCについて乾燥物質で
4.0グラムの割合とする。
正確に50CCの溶液を100CCの容量フラスコにピ
ペットで取る。
このフラスコに1.0モル酢酸ナトリウム−酢酸緩衝液
(pH4,3) s、occを添加する。
フラスコは60度Cの水浴中に置き、そして10分して
から適当な量の酵素標品を添加する。
酵素標品を添加してから正確に120分してから1規定
水酸化ナトリウムでフェノールフタレイン終点とする。
この溶液は次に室温に冷却しそして希釈する。デキスト
ローズで計算した還元糖の値を希釈試料及び酵素未添加
対照について測定する。
グルコアミラーゼ活性は次のように計算する。
(但し式中、Aは、酵素標品cc(又はグラム)当たり
のグルコアミラーゼ活性であり、Sは、酵素変換試料中
の還元糖の、100cc当たりのグラム量であり、Bは
、対照中の還元糖の、100CC当たりのグラム量であ
り、Eは、使用酵素標品の量で、CC又はグラムとする
)液化のための本発明方法での反応混合物の温度は、そ
の殿粉の正常の初期糊化温度と実際の糊化温度との間と
する。
普通は、その温度はこの範囲の上限とする。
この液化方法の特別の利点は、高温を避けうるという事
実である。
その結果、本発明方法では熱を供給する費用を著しく節
約でき、色素の生成が最小におさえられ、その結果精製
の費用は節約できる。
興味あることとして、この液化方法は、殿粉の正常の初
期糊化温度より高い温度で、粘度増加で示されるような
糊化を認めることな〈実施しうる。
たとえば、とうもろこし殿粉は62かも72度Cの範囲
の糊化温度つまり“正常”糊化温度の範囲を有するとい
う事実にかかわらず、本発明の液化方法は約80度Cま
での温度で、なんら粘度の増加を認めることなく、とう
もろこし殿粉に本発明の液化方法を実施しうる。
実際、殿粉の可溶化の速度の増加及び程度に拘わらず、
この程度の温度で液化方法を実施するのが普通は望まし
い。
液化反応は、殿粉の正常の初期糊化温度を超える温度で
液化反応を実施する際には、反応中に氷解生成物を存在
さすのが望ましい。
それを実施するひとつの方法としては、初期糊化温度に
等しいか又はそれより低い温度の殿粉に酵素を添加し、
次に反応混合物を望む温度に加熱する。
方法で使用する特定の酵素に応じてpHを選択する。
理想的には、液化酵素及び糖化酵素が、同じpHで最大
活性を呈するのがよいが、実際的には、これはありえな
い。
グルコアミラーゼは、もちろん、グルコースシラツブ及
びデキストロースを製造するために用いられる糖化酵素
である。
そして最大活性は約4.5のpHで現われる。
他方、ThermamylはpH5,5から7で最大活
性を呈する。
そして5より低いpHでは、望むように殿粉液化を促進
するほどには十分の活性を有しない。
他のアルファーアミラーゼについてもこの事は一般的に
同じである。
それで、グルコース又はデキストロース生産に適当なp
Hは約5.0から約7.0までの間、つまり、グルコア
ミラーゼ及びアルファーアミラーゼのそれぞれが適当な
活性を呈する範囲である。
高マルトースシラツブを製造するための糖化のためには
、糖化酵素としてマルトースを与える酵素を用いる。
マルトースを与える酵素つまりベーターアミラーゼは、
大麦のような麦芽穀粒、ツルガム、大豆、さつまいも又
は小麦に由来するものでありうる。
種々の名前のいくつかの市販されている大麦麦芽たとえ
ばFromalt 72及び麦芽アミラーゼPFがあ
る。
かび酵素であるBiozime Mも又有用である。
高マルトースシラツブを生産するための、糖化工程で用
いるべきベーターアミラーゼの全量は、殿粉1グラム(
乾量)について約0.1から約5単位とする。
ベーターアミラーゼ活性単位は次のように測定する。
ベーターアミラーゼ材料の5.00グラム試料を微細化
して20メツシユのふるいを通る状態とし、100CC
の容量フラスコ中に置きそして蒸留水70から80cc
中に懸濁させる。
この混合物は室温で3時間かきまぜ、蒸留水で正確に1
00ccに希釈し、ワットマンA12F紙で重力f遇す
る。
この酵素抽出物(P液)の1Qcc試料を蒸留水で10
0CCに希釈する。
約40.0グラムの乾量となるように、殿粉水解物の水
溶液の一定量を秤量(±0.01グラム)して、D、E
、15から20を有する。
とうもろこし殿粉水解物の約8%(重量)溶液とする。
これは500CCの容量フラスコに定量的に移し定量に
希釈し十分混合する。
この殿粉水解溶液のso、occ試料を1ooccの容
量フラスコに移し、5ccの酢酸ナトリウム緩衝溶液を
添加する。
生ずる溶液の温度を50度Cとし、そこで、上記希釈酵
素抽出物の一定の割合をフラスコにピペットで移す。
同様にブランクの溶液を、希釈酵素抽出物に蒸留水を代
えて調製する。
55から57分してから、各フラスコにフェノールフタ
レイン指示薬3滴を加える。
正確に60分経過してから、フラスコは500CC温度
の浴から取り出し、すぐに、1%水酸化ナトリウム水溶
液を添加して、最初の淡いピンク色が現われるまで、中
和し、更に0.5CCを追加する。
フラスコ内容物を室温に冷却し、蒸留水で定量に希釈し
、十分に混合する。
5.9 cc部分の還元糖含量を、5choorl法で
測定する。
乾燥殿粉グラム当たりの酵素活性の単位を次のように測
定する。
A 還元糖(R,S、)含量 全還元糖R,S、? B 酵素活性、単位/fI 殿粉水解生成物は、常法たとえば濃縮そして結晶化で処
理しうる。
本発明の有利な具体例としては超遠心の方法がある。
適当な半透膜を用いて、酵素及び未反応殿粉を膜に完全
に保留させながら低分子量であるデキストローズ生成物
を、生成するままに通過させうる。
別の有利な具体例として、殿粉変換混合物は陰イオン性
表面活性剤を含有する。
ある濃度では、たとえば約0.01から約1.0%まで
の範囲の濃度では、可溶化及び単糖類及び(又は)2糖
類の可溶化の程度を増加する。
約0.05から約0.50%までの範囲の陰イオン性表
面活性剤の濃度で最良の結果をうる。
本発明で有用な表面活性剤の代表的陰イオン性のものに
は、ナトリウムラウリルスルフェート、ナトリウムドデ
シルベンゼンスルホネート、ナトリウムろう置換ナフタ
レンスルホネート、ナトリウムステアレート及びアルキ
ル基がメロウ又はココナツト油グリセライドの還元で生
ずるアルコールに由来するものであるトリエタノールア
ミンアルキルスルホネートがある。
一般的に、ここで、陰イオン性分散剤は、約8から約2
0までの炭素原子数のアルキル基、スルホン酸又は硫酸
のエステル基を有し、そして、ナトリウム、カリウム、
アンモニウム又は10炭素原子数より少ない脂肪族アミ
ンを陽イオンとして有する水溶性塩である。
グルコース生産のための別の有利な具体例としては、殿
粉変換混合物のpHに関して、2つの工程でこの方法を
実施する。
第1の工程は上記のものに一致するもので、pHは約5
.0から約7.0に保ち、殿粉の少な(とも約10%が
可溶化され、そしてなるべくは殿粉の可溶化の程度が平
らになるに至らす。
普通の例では約16時間でこの状態となる。
変換混合物は、望むならばこの点でf過してもよい。
pHは約4.0から約5.0の範囲まで調整する。
この範囲内で、グルコアミラーゼの活性は、より高いp
Hにおけるよりは犬で、そして全体としての結果は、デ
キストローズ収量のいくらかの増加となる。
デキストロースの実質的割合を形成さす特に有;利な具
体例としては、(1)殿粉の正常の初期糊化温度から実
際の糊化温度のあいだの温度で約5、Oから約7.0ま
でのpHで、粒状殿粉と、水と、細菌アルファーアミラ
ーゼの混合物をかきまぜ、殿粉の少なくとも10%を可
溶性氷解物に変換させそして(2)温度を50から65
5CCしてpHを4.0から4.8に調整しグルコアミ
ラーゼを添加して可溶性氷解物を糖化する。
工程(1)は一般的に約12時間を必要とし、他方、工
程(2)は一般的により長時間たとえば約24から約1
20時間を必要とする。
ある例では、工程(1)で、グルコアミラーゼを混合物
に添加することが望ましい。
工程(1)で使用するアルファーアミラーゼ及びグルコ
アミラーゼの量は、粒状殿粉な可溶性氷解物に1工程に
て変えるための前記した工程と同じである。
第2の工程で使用する上記の追加量のグルコアミラーゼ
は、乾燥殿粉グラム当たり約0.1から約1.0単位の
範囲とする。
殿粉水解生成物は、常法たとえば濃縮及び結晶化により
処理する。
上記のような酵素的氷解のための代表的方法は次のよう
である。
殿粉125部(乾量)及び蒸留水350部を含有するス
ラリーを、1リツトルのステンレススティール中で調製
する。
望むならば、Thermamyl以外のアルファーアミ
ラーゼを用いる場合と同様に、CC当たり40rIII
!のカルシウムを含有する水性塩化カルシウム溶液の形
でカルシウムを添加し、スラリー中に存在するカルシウ
ムの全量は1100ppだけ増加させる。
なお、殿粉はいくらかのカルシウムを含有し、アルファ
ーアミラーゼも同゛様である。
希水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pHは5.5に調
整する。
細菌性アルファーアミラーゼ及びグルコアミラーゼを添
加し、蒸留水を添加してスラリーの全重量を500部に
調整する。
ビーカーは水浴中におき、内容物をかきまぜ60から7
5度Cに加熱する。
そして示した反応時間※※その温度に保つ。
つまりpHは一定時間毎にチェックし、必要なら5.5
に再調整する。
生成物は次にr過し次に沢塊を洗い、乾燥してそして秤
量して、可溶化しないで残存している殿粉の割合を確か
める。
以下はこの方法で得られたデータの例である。
それぞれの場合に、データは、pHが5.5で温度が6
5から75度C粒状とうもろこし殿粉の25から30%
の水性スラリーを用いている。
65から75度C(とうもろこし殿粉の記載されている
初期糊化温度よりずっと上)で変換さす時に、可溶化さ
れてない殿粉は、変換の間ずつと、粒状構造を保つ。
本発明の定められた温度での粒状殿粉へのアルファーア
ミラーゼだけの可溶化する影響は、表3中のデータで示
す。
それぞれの例で25又は30%の粒状殿粉な含有する殿
粉スラリーは、60から75度Cで、5,5のpHで約
25時間アルファーアミラーゼとかくはんする。
前記のように、本発明の特に有利な具体例として、2工
程方法でデキストローズを製造する。
第1の工程では、殿粉の正常初期糊化温度と実際の糊化
温度との間でpH5から7として、単独か又はグルコア
ミラーゼと組合わせて、アルファーアミラーゼで処理し
て殿粉水解物に変える。
次に第2の工程では、温度を50から65度Cに下げp
Hを4.0から4.8に下げ、更にゲルコアミラー★★
ゼを添加する。
これらの条件を24から120時間保つ。
アルファーアミラーゼとグルコアミラーゼを組合わせて
第1工程で使用する2工程方法で得られたデータを表4
に示す。
それぞれの場合、殿粉スラリーは25%の殿粉を含有す
る。
温度は60度CとしplE(を(第1の工程の5.5か
ら)4.3にして、第2の工程で0.14単位のグルコ
アミラーゼを添加する。
第1工程にアルファーアミラーゼのみを用いた同様な試
験の結果は表5に示す。
それぞれの例で殿粉スラリーは30%の殿粉を含有する

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1(a)殿粉の正常な初期糊化温度と実際の糊化温度と
    の間の温度で、約4.0から約7.0のpHで、加水分
    解中糊化を回避する条件下、粒状殿粉、水および細菌ア
    ルファー・アミラーゼとの混合物を攪拌し、残存する不
    溶性殿粉は実質的にその粒状未糊化状に保持し、殿粉の
    少なくとも10%を可溶性氷解物に変換し、そして(b
    )温度を50から65度CにそしてpHを4.0から4
    .8に調整し、そして可溶性氷解物をグルコアミラーゼ
    で糖化する工程を特徴とする、デキストローズの製造方
    法。
JP49040849A 1973-04-10 1974-04-10 粒状澱粉の可溶性水解物への変換方法 Expired JPS5918040B2 (ja)

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