JPS5937953B2 - 澱粉質原料の処理方法 - Google Patents

澱粉質原料の処理方法

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JPS5937953B2
JPS5937953B2 JP2814681A JP2814681A JPS5937953B2 JP S5937953 B2 JPS5937953 B2 JP S5937953B2 JP 2814681 A JP2814681 A JP 2814681A JP 2814681 A JP2814681 A JP 2814681A JP S5937953 B2 JPS5937953 B2 JP S5937953B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、糖化工程前の澱粉質原料の処理方法に関する
ものである。
更に、詳細には本発明は、糖化工程前の澱粉質原料にセ
ルラーゼ及びポリガラクツロナーゼを添加、処理して、
粘度及び固形物を低減せしめる方法に関するものである
一般に、キャラサバ、トウモロコシ、サツマイモ、ジャ
ガイモ等の澱粉質物を発酵原料として使用する場合は、
粘質物や繊維性固形物を除去するために、一旦摩砕した
後、洗滌等の処理を行い、精製して澱粉だけを分離[7
て使用していた。
゛しかしながら、近年になって、洗滌廃水の公害問題が
起るとともに、より効率よく原料を使用する課題が与え
られ、これらのことから澱粉質原料をそのまますべて発
酵原料とすることが必要となってきたのである。
そこで、澱粉質原料をそのまま微細化した後、α−アミ
ラーゼにかる液化処理を行い、ついでグルコアミラーゼ
による糖化処理をして発酵原料とすることが一般的に行
なわれている。
しかしながら、このような処理だけでは澱粉質原料に特
有である高粘度繊維性固型物が大量に存在し、これが工
程管理上大きな問題となっている。
遠心分離で除去するにしても大量の残渣が排出され、ま
た残渣中に含浸しているデンプン由来のデキストリンが
捨てられるため、デンプンの収率がきわめて悪くなる。
たとえば、エタノール発酵で廃糖蜜を使用すればわずか
24時間で発酵が終了しているのに対してデンプン質原
料を微細化し、α−アミラーゼで液化し、ついでグルコ
アミラーゼで糖化した発酵原料を用いたものでは繊維性
固型物が存在するために酵母の回収技術が適用できず、
発酵時間は120時間にもおよぶのである。
ここで、本発明者らは、澱粉質発酵原料から粘性固型物
を経済的に除去し清澄なテキストリンもしくはブドウ糖
浴液を用いると発酵時間を短縮でき、しかもエタノール
等の発酵生産物を安価に大量に提供できるとの考えのも
とに、各種酵素を選択研究したところ意外にも、セルラ
ーゼとポリガラクツロナーゼを同時に作用させることに
よって、粘性物及び分離固形物が一挙に低減されること
が分った。
本発明は、この知見によって完成されたもので、糖化工
程前(こ、澱粉質原料を微細化し、α−アミラーゼを添
加し、加熱、液化し、次いでセルラーゼ及びポリガラク
ツロナーゼを添加し、酵素反応を行なわしめ、粘度及び
固形物を低減せしめる澱粉質原料の処理方法である。
本発明において、処理される澱粉質原料は、キャラサバ
、トウモロコシ、サツマイモ、ジャガイモなどで澱粉質
原料であればいかなるものでもよG)。
これら澱粉質原料は普通乾燥状態にあるので、これをそ
のままもしくは加水しつつ微細化する。
微細化は細粉機、磨砕機などを用いて行う。
微細化された澱粉質原料は、水を添加したり、増加した
りして、10〜35%程度の懸濁液とされる。
微細化澱粉質反量懸濁液にはα−アミラーゼが液化に十
分な量添加され、加熱され液化される。
加熱、液化処理された澱粉質原料懸濁液に、セルラーゼ
及びポリガラクツロナーゼが添加される。
ここに用いるセルラーゼは、酵素分類的にβ−1、4−
glucan 4− glucanohydrolas
e(,3。
2.1.4,1といわれるもので、これ1こ属するもの
であれば、繊維素分解酵素、アビセル分解酵素等と称さ
れているものなどいかなるものでもよい。
また、ポリガラクツロナーゼは、酵素分類的lこPo1
y−α−1、4−glacturonide glyc
anohyd=rolase(3、2、1、15)とい
われるもので、これに属するものであればペクチン分解
酵素、ペクチナーゼ、ポリメチルガラクツロナーゼ等と
称されているものなどいかなるものでもよい。
セルラーゼ及びポリガラクツロナーゼの添加量はそれぞ
れ1,0%以下で十分であり、好ましくはo、ooi〜
0.3%程度である。
酵素反応の温度範囲は20〜70℃で、好ましくは40
〜50℃の範囲で、反応時のpHは3.5〜7.5で、
好ましくは4.0〜5.5の範囲である。
反応時間は2〜24時間程度で十分であるが、長ければ
長いほどよい。
反応は一般にバッチ式で攪拌しつつ行なわれるが、パイ
プ移送中に行ってもさしつかえない。
酵素反応終了後は遠心力前処理を行い、沈澱性固形物を
分離する。
遠心分離後の分離固形物は、酵素処理前は原料の50係
のものが、わずか原料の5〜8引こ減少し、しかも粘度
は著しろく低下し、且つ得られる溶液はきわめて清澄で
ある。
本発明の方法によって処理された原料処理液は、粘度が
完全に下げられ、しかも澱粉質原料を液化した後の懸濁
液の固型分5〜8采を遠心除去するだけで有効に澱粉を
利用でき、きれいなデキストリン液となるものである。
この処理液はエタノール発酵等の発酵原料としてきわめ
て好ましいものであり、そのまま糖化工程、もしくは併
行複発酵工程に移行させることができるものである。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
なお、酵素蛋白量の測定は、ローリイの方法tこより、
血清アルブミンを標準試料として、測定した。
また、各酵素活性の測定は、0.1M酢酸緩衝液(pH
5,0)に各基質く結晶性セルロース〔(商品名)アビ
セルSF、フナコシ薬品株式会社製〕、カーポキシメチ
ルセルロース、ペクチン、ポリカラクツロン酸等〉を0
.5%含む反応液を40℃で30分間反応させた後、ソ
モギー・ネルラン法で還元糖量(グルコース換算)わ測
った。
1 ”?の酵素蛋白量、1分間当りの生成グルコースの
μモルを各酵素活性の国際標準単位(IU)として表示
した。
なお、活性の増大とは、一定の活性を示すのに必要な酵
素量が減少した場合を言う。
たとえば、AがBの半量の酵素蛋白量で同一活性を示し
た場合、AはBの2倍の活性があると以下表現する。
実施例 1 デンプン質原料の前処理、すなわち、液化処理後の原料
もろみの繊維固形分の分解及び粘度の低下を図る事を目
的として、種々の酵素を用いて、試験を行った結果、ペ
クチナーゼ活性(ポリガラクツロナーゼ活性)及びセル
ナーゼ活性(アビセラーゼ活性)が、特に、繊維固形分
分解作用において、極めて重要な働きを示した。
繊維固形分分解活性は、乾燥キャラサバチップを磨砕、
液化、遠心分離を行い、得られた残査固形分40%を含
む反応液(pH5,0)を目盛付遠沈管に採り、40℃
で反応させた後、遠心分離(3000r−p−m・、1
0分間)を行い、残査量から繊維固形分の減少量を求め
、無添加を対照として、減少率として表示した。
ペクチナーゼ(ポリガラクツロナーゼ)及びセルラーゼ
(アビセラーゼ)の効果を確認するために両酵素を同時
に含有しているセルラーゼ製剤から、両酵素の除去を試
み、次いで、繊維固形分分解活性を測定した。
以下具体的に述べる。0、1 M酢酸緩衝液(pH4,
2)にセルラーゼ製剤囚〔(商品名)スミチーム−AC
,新日本化学工業株式会社製〕5係を溶解し、次いで、
ペクチンにアルカリ条件で塩化カルシウムを反応させて
得たカルシウム−ペクチンゲルに、ゲルの倍量の酵素溶
液を加え、4°Cで30分間反応を行い、その後、遠心
分離を行い、その遠心残有を前記緩衝液(pH4,2)
で洗浄し、雨上澄液を合併した。
これをカルシウム−ペクチン処理液(A液)とした。
また、この処理液の一部を取り、20係の結晶性セルロ
ース〔(商品名)アビセル SF、フナコシ薬品株式会
社製〕を加え、4°Cで30分間反応を行った後、遠心
分離を行い、その遠沈残有を洗浄し、雨上澄液を合併し
、カルシウム−ペクチン・結晶性セルロース処理液(B
液)を得た。
原液及びA液、B液は、pH5,0に調整し、希釈度を
揃え、繊維固形分分解活性を調べ、それらの結果を第1
図に示した。
なお、A液の残存酵素活性は、原液に比べ、ペクチナー
ゼ活性30%、ポリガラクツロナーゼ活性3%、アビセ
ラーゼ活性97獣カーポキシメチルセルラーゼ活性67
係、また、B液は、アビセラーゼ活性29%、カーボキ
シメチルセルラーゼ活性44%、ペクチナーゼ]活性4
係、ポリガラクチュロナーゼ活性0係であ、つた。
第1図に示したように、カルシウム−ペクチン処理によ
るペクチナーゼ活性(ポリガラクツロナーゼ活性)の除
去により、繊維固形分分解活性に、大きな減少をきたし
、また更に、結晶性セルロース処理によるセルラーゼ活
性(アビセラーゼ活性)の除去により、殆んどの繊維固
形分分解活性を喪失した。
したがって、この2種の酵素成分、すなわち、ペクチナ
ーゼ(ポリガラクツロナーゼ)及びセルラーゼ(アビセ
ラーゼ)が繊維固形分分解活性に、大きく寄与している
事は、極めて明白である。
実施例 2 セルラーゼ活性(アビセラーゼ活性)の強いセルラーゼ
製剤(13)((商品名)スミチーム−C2新日本化学
工業株式会社製〕とペクチナーゼ活性(ポリガラクツロ
ナーゼ活性)の強いペクチナーゼ製剤(5)〔(商品名
)スミチーム−APII、新日本化学工業株式会社製〕
を用いて、液化処理後の原料もろみに対して、繊維固形
分の分解を調べた。
(1)磨砕法による場合 1 K9−の乾燥キャラサバチップに31の水を加え磨
砕機〔(商品名) Po1y TR0NPT−20。
KINEMATICA社製〕を用いて、約30分間磨砕
し、液化酵素〔(商品名) Termamyl 。
Novo 1ndustri社製〕を0.5m/!加え
、21の熱水(80〜85°C)中で液化を行い、冷却
後にpH4,5に調整した。
このキャラサバもろみ95gを遠沈管に採り、5ydの
両酵素液の混合物(12,5772?蛋白量/ml)を
加え、40℃恒温水槽中で往復振とう(110回/分)
を24時間行い、そ′の後、遠心分離を行い、上澄液を
除き、残有重量を測定し、無添加物に対する減少率で繊
維固形分分解活性を表した。
これらの結果を第2図に示した。第2図中a = fは
次の混合比を示すものである。
つきに、第2図中で最大活性を示した混合比の酵素溶液
を用い、種々の添加量で、繊維固形分分解力を検討した
その結果、セルラーゼ製剤(B)((商品名)スミチー
ム−C2新日本化学株式会社製〕及びペクチナーゼ製剤
(A)((商品名)スミチーム−APII、新日本化学
工業株式会社製〕をそれぞれ、単独で使用した場合に比
べ、セルラーゼ製剤(B)((商品名)スミチーム−C
,新日本化学工業株式会社製〕では8.1倍、ペクチナ
ーゼ製剤(5)〔(商品名)スミチーム−API[、新
日本化学工業株式会社〕では1.6倍、繊維固形分分解
力が増大した。
以上の結果から、活性の強いペクチナーゼ((ポリガラ
クツロナーゼ)とセルラーゼ(アビセラーゼ)と混合す
る事によって、相剰的に繊維固形分分解活性が増大する
事が判る。
(2)粉砕法による場合 乾燥キャラサバチップを振動ポールミル 〔(商品名)振動ミルB−3(乾式)、中央化工機製〕
で粉砕し、その375gに水を加え、全量を1500m
lとし、液化酵素(クライスターゼ、新日本化学工業株
式会社製)を15万■U加え、75℃〜85℃で40分
間液化した後、120℃で20分間オートクレーブし、
冷却後、pH4,0に調製した。
このもろみ40m1に25m’il蛋白相当の両酵素混
合物を加え、40℃で44時間放置した。
これを遠心分離し、その残有量から、無添加物に対する
減少率で繊維固形分分解活性を表わした。
これらの結果を第3図に示した。
第3図中で最大活性を示した混合酵素製剤は、セルラー
ゼ製剤(B)((商品名)スミチーム−〇。
新日本化学工業株式会社製〕に比べ、3.2倍、ペクチ
ナーゼ製剤(3)〔(商品名)スミチーム−API[、
新日本化学工業株式会社製〕に比べ3.6倍活性が増大
した。
このことは、両酵素を混合する事によって相剰的に繊維
固形分分解活性が増大する事を同様に示している。
以上の2種の方法tこよって、乾燥キャラサバを粉砕し
た場合、そのいずれの方法でもペクチナーゼ(ポリガラ
クツロナーゼ)及びセルラーゼ(アビセラーゼ)の両者
をほどよく含有したものが、相乗的に繊維固形分分解活
性を増大させる事が明らかとなった。
しかしながら、その粉砕法の違いにより、最適の両酵素
の混合比は異っていた。
実施例 3 セルラーゼ活性(アビセラーゼ活性)の強いセルラーゼ
製剤(B)((商品名)スミチーム−〇、新日本化学工
業株式会社製〕及びペクチナーゼ活性(ポリガラクツロ
ナーゼ活性)の強いペクチナーゼ製剤囚〔(商品名)ス
ミチーム−AP−II、新日本化学工業株式会社製〕を
用いて、これら両酵素製剤とその混合物による粘度の除
去を調べた。
実施例2の(1)に述べたのと同様の方法で、キャラサ
バもろみを調製した。
この液化物19gに1−の酵素液(2,57’2?蛋白
量//727りを加え、40°Cで往復振という(11
0回/分)を44時間行った。
この反応液の粘度を先を切った5彪容ピペツト(内容3
.0 mm )を用いて、ピペットの管球部を挾む一定
区間(容量3.6 rne)を試料が流下する時間を測
定し、秒車りに流下するキャラサバもろみの量で粘度除
去活性を表わした。
この結果を第4図に示した。
第4図に示したように、両酵素製剤の混合物は、セルラ
ーゼ製剤(B)((商品名)スミチーム−C1新日本化
学工業株式会社製〕及びペクチナーゼ製剤(3)〔(商
品名)、スミチーム−API[、新日本化学工業株式会
社製〕に対し、各々1/6 、1/10の酵素量で同一
の粘度除去活性を示した。
すなわち、各々、粘度除去活性は混合することによって
6倍及び10倍増大した。
粘度除去の観点からも、この2種の酵素混合物は相乗的
に粘度除去活性に働いている事を示している。
実施例 4 Trichoderma pseudokoningi
i(微工研菌寄第5880号)及びAspergil
lus niger (微工研菌寄第5879号)を用
いた繊維固形分分解活性を示す培養物の調製法は以下に
述べる。
フスマ(100g)に対して70−の水を加え、よく混
和し、これを三角フラスコ(種培養用100−容、酵素
生産用500ml容に適当量分取しく種培養用8.5g
、酵素生産用35g)、120℃で30分間オートクレ
ーブを行い、種培養基及び酵素生産用培養基の調製を行
った。
麦芽汁寒天(BIIF、8°、1.5%寒天末含有、p
H6,0)斜面培養基を用いて、30℃で好気的に培養
した保存培地から、1白金耳を種培養基に接種し、30
℃で3日間培養した。
これを酵素生産用培養基をこ全量接種し、よく混和した
後に30℃で一週間培養を行った。
培養後、培養基を集め、等量の水で抽出を行った。
抽出液を口紙を用いて、清澄化しこれを各菌株の培養液
とした。
この各培養液に30%エタノール濃度になるようにエタ
ノールを添加し、硅藻土を口過助剤として使用し、吸引
口過を行った。
0液に最終エタノール濃度70係になるようにエタノー
ルを添加し、生じた沈澱を遠心分離(8000r、p、
m、 )20分間)で集め、真空デシケーク−中で、半
日間真空ポンプを用いて減圧にし、アルコールを除いた
この2つの菌株(T r 1chode r m a
psendokon i−ngi i y Asper
gi l lus n iger )口培養粉末を用い
て以下の実験に供した。
なお、Trichoderma pseudokon
ingiiから得た培養粉末(5)の酵素活性は結晶性
セルラーゼ活性=0.2IU、カーポキシメチルセルラ
ーゼ活性=〇、7IU、ペクチナーゼ活性:0.0II
Uであつた。
また、Aspergillus nigerから得た培
養粉末(B)の各酵素活性は、結晶性セルラーゼ活性:
0.03IU、カーポキシメチルラーゼ活性:0.I
IU。
ペクチナーゼ゛活性:2.6IUであった。
したがって、前者は、結晶性セルラーゼ活性の強い培養
粉末、後者は、ポリガラクツロナーゼ活性の強い培養粉
末であった。
(1)繊維固形分分解活性 実施例2(1):示した方法を用いて、繊維固形分分解
活性を一定した。
これらの結果、最適混合比の混合物の繊維固形分分解活
性は、Tricho−derma pseudokon
ingi i由来の培養粉末(5)単独より7倍、As
pergillus niger由来の培養粉末(B)
の単独添加物に比べ、1.8倍活性が増大した。
(2)粘度除去活性 実施例3で示した方法を用いて、粘度除去活性を測定し
た。
これらの結果、最適混合比の混合物の粘度除去活性は、
Trichcxlerma pseudo−koni
gii由来の培養粉末(5)単独より4倍、Asper
gillus niger由来の培養粉末(B)単独よ
り8倍、活性が増大した。
以上の事から、市販酵素標品のみでなく、2種の菌株の
培養物tこおいても、繊維固形分分解活性及び粘度除去
活性が混合することによって、相乗的に増大することが
分った。
実施例 5 セルラーゼ製剤(B)(I(商品名)スミチーム−〇。
新日本化学工業株式会社製〕及びペクチナーゼ製剤(3
)〔(商品名)スミチーム−AP…、新日本化学工業株
式会社製〕に加えてそれ以外のセルラーゼ製剤及びペク
チナーゼ製剤、更に実施例4において用いた2種菌株よ
り得られた培養物を用いて、その効果を実施例2の(1
)に示した方法によって調べた。
それらの結果を表−1にまとめた。なお、各欄の上段は
最大活性を示すの【こ要する各ペクチナーゼ製剤の混合
比(各セルラーゼ製剤を1とする。
添加量は0.05%蛋白量を基準とする。
)、また、下段は最大活性時のペクチナーゼ製剤添加に
よる繊維固形分分解活性の増強効果を示している。
表−1〔こ示したように、各種酵素製剤を混合する事l
こよって、相乗的に繊維固形分分解活性に影響を及ぼす
事が示されている。
この際、セルラーゼ製剤及びペクチナーゼ製剤のどちら
かの活性が、極度に低い場合には、繊維固形分分解活性
に及ぼす相乗効果が現われない事が分った。
したがって、ペクチナーゼ(ポリガラクッロナーゼ)及
びセルラーゼ(アビセラーゼ)の活性の強い酵素製剤を
用いる事が必要である。
実施例 6 (1)サツマイモ 生のサツマイモ(1即)に500mlの水を加え、磨砕
器〔(商品名) poiy TR0NPT−20。
KINEMATICA社製〕を用いて約30分間磨砕し
、液化酵素〔(商品名) Termamyl +Nov
−1ndlustri社製〕0.1−を加え、200r
nlの熱水(80〜85℃)中で液化を行い、これを1
20°Cで10分間オートクレーブをし、冷却後pH4
,5に調製した。
これを実施例2の(1)の方法に従って、繊維固形分分
解活性を測定した。
これらの結果、最適混合比の混合物の繊維固形分分解活
性は、セルラーゼ製剤(B)C(商品名)スミチーム−
C2新日本化学工業株式会社製〕単独より、3倍、ペク
チナーゼ製剤囚(商品名)スミチーム−APn、新日本
化学工業株式会社製〕単独より3倍、活性が増大した。
同一のサツマイモもろみを用いて、実施例3と同様の方
法で粘度除去活性を調べた。
これらの結果、最適混合比の混合酵素製剤は、セルラー
ゼ製剤(B)((商品名)スミチーム−C9新日本化学
工業株式会社製〕単独に対し5倍、また、ペクチナーゼ
製剤(3)〔(商品名)スミチーム−APII、新日本
化学工業株式会社製〕単独に対し、10倍、粘度除去活
性が増大した。
(2)トウモロコシ 乾燥コーンフラワー(40i)に500m1の水及び液
化酵素〔(商品名) Termamy l 。
1ndustri社製)0.2mlを加え、1000d
の熱水(80〜85°C)中で一次液化を行い、これを
128℃tl−4’9/cmで2時間半オートクレーブ
を行い、その後更に液化酵素〔(商品名)Termam
yL Novo 1ndustri社製)0.2ml加
え、90℃で1時間二次液化を続け、冷却後pH42に
調整した。
これを用いて実施例2の(1)の方法に従って、繊維固
形分分解活性を測定した。
これらの結果、最適混合比の混合物の繊維固形分分解酵
素活性は、セルラーゼ製剤(B)C(商品名)スミチー
ム−C2新日本化学工業株式会社製〕単独より8.3倍
、ペクチナーゼ製剤(3)〔(商品名)スミチーム−A
PI[、新日本化学工業株式会社製〕単独より1.2倍
、活性が増大した。
同じくトウモロコシのもろみを用いて、実施例3と同様
の方法で粘度除去活性を調べた。
これらの結果、最適混合比の混合物は、セルラーゼ製剤
(13)((商品名)スミチーム−C2新日本化学工業
株式会社製〕単独に対し6.9倍、また、ペクチナーゼ
製剤(3)〔(商品名)スミチーム−APn、新日本化
学工業株式会社製〕単独に対し2.4倍、粘度除去活性
が増大した。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1において、カルシウム−ペクチンゲル
及びアビセルを用いたアフィニティ除去による繊維固形
分分解活性の減少をみた図である。 1・・・・・・原液、2・・・・・・原液(2倍稀釈)
、3・・・・・・カルシウム−ペクチン処理液、4・・
・・・・カルシウム−ペクチン処理液(2倍稀釈)、5
・・・・・・カルシウム−ペクチン・アビセル処理液(
2倍稀釈に相当)第2図は実施例2において、セルラー
ゼ製剤とペクチナーゼ製剤の混合比による繊維固形分分
解活性の推移(磨砕法による)をみた図である。 第3図は実施例2の(2)において、セルラーゼ製剤と
ペクチナーゼ製剤の混合物による繊維固形分分解活性の
増大(粉砕法による)をみた図である。 6・・・・・・ペクチナーゼ製剤囚〔(商品名)スミチ
ーム−APn、新日本化学工業株式会社製〕単独、7・
・・・・・セルラーゼ製剤(B)〔(商品名)スミチー
ム−〇、新日本化学工業株式会社製〕単独、8・・・・
・・ペクチナーゼ製剤■とセルラーゼ製剤(B)が4,
1の混合物、9・・・・・・ペクチナーゼ製剤囚とセル
ラーゼ製剤(B)が1:4の混合物、 第4図は実施例3において、セルラーゼ製剤とペクチナ
ーゼ製剤の混合(こよる粘度除去活性の増大(磨砕法に
よる)をみた図である。 10・・・・・・ペクチナーゼ製剤■〔(商品名)スミ
チーム−APn、新日本化学T業株式会社製〕単独、1
1・・・・・・セルラーゼ製剤CB)C(商品名)スミ
チーム−C2新日本化学工業株式会社製〕単独、12・
・・・・・上記2酵素製剤1:1の混合製剤。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 糖化工程前に、澱粉質原料を微細化し、α−アミラ
    ーゼを添加し、加熱、液化し、次いでセルラーゼ及びポ
    リガラクツロナーゼを添加し、酵素反応を行なわしめ、
    粘度及び固形物を低減せしめることを特徴とする澱粉質
    原料の処理方法。
JP2814681A 1981-02-27 1981-02-27 澱粉質原料の処理方法 Expired JPS5937953B2 (ja)

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