JPS5937954B2 - 澱粉質原料糖化前処理剤 - Google Patents

澱粉質原料糖化前処理剤

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JPS5937954B2
JPS5937954B2 JP2814781A JP2814781A JPS5937954B2 JP S5937954 B2 JPS5937954 B2 JP S5937954B2 JP 2814781 A JP2814781 A JP 2814781A JP 2814781 A JP2814781 A JP 2814781A JP S5937954 B2 JPS5937954 B2 JP S5937954B2
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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剤に関するも
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添
加、処理して、粘度及び固形物を低減せしめる、セルラ
ーゼ及びポリガラクツロナーゼを有効成分とする澱粉質
原料処理剤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して
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
ラーゼによる液化処理を行い、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テンプン質原
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
を経済的に除去した清澄なデキストリンもしくはブドウ
糖溶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、セルラ
ーゼ及びポリガラクツロナーゼを有効成分としてなる澱
粉質原料糖化前処理剤に関する。
本発明の有効成分の一つのセルラーゼは、酵素分類的に
β−1、4−glucan 4− glucanohy
drolase (3、2、1、4〕といわれるもので
、これ(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、本発明の有効成分の他の一つのポリガラクツロナ
ーゼは、酵素分類的にPo1y−α−1、4−glac
turonide glycanohyd−rolas
e(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、ペクチナーゼと、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。
本発明の澱粉質原料糖化前処理剤はこのセルラーゼとポ
リガラクツロナーゼを有効成分としてなるもので、混合
したものとして、もしくは各別に用意される。
次に、本発明の澱粉質原料糖化前処理剤の使用状態を説
明する。
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
なるものでもよい。
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、増量した
りして、10〜35係程度の懸濁液とされる。
微細化澱粉質原料懸濁液には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、本発明の有
効成分であるセルラーゼ及びポリガラクツロナーゼが添
加される。
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係以下で十分であり、好ましくは0.001〜
0,3係程度である。
酵素反応の温度範囲は20〜70°Cで、好ましくは4
0〜50°C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分離処理を行い、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%に減少し、しかも粘度
は著しるしく低下し、且つ得られる溶液はきわめて清澄
である。
ここに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係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tこ説明する。
なお、酵素蛋白量の測定は、ローリイの方法により、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〕、カーボキシメチ
ルセルロース、ペクチン、ポリガラクツロン酸等〉を0
.5%含む反応液を40℃で30分間反応させた後、ソ
モギー°ネルソン法で還元糖量(グルコース換算)を測
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(ポリガラクッロナーゼ活性)及びセル
ラーゼ活性(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、得られた残渣固形分40係を含
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、10
分間)を行い、残渣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)#こセルラーゼ製剤(5)〔(商品名)スミチーム
−AC1新日本化学工業株式会社製〕5%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Cと、ゲルの倍量
の酵素溶液を加え、4℃で30分間反応を行い、その後
、遠心分離を行い、その遠心残渣を前記緩衝液(pH4
,2)で洗浄し、両上澄液を合併した。
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%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℃で30分間反応を行った後、遠心分離
を行い、その遠心残渣を洗浄し、両上澄液を合併も、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東ポリガラクツロナーゼ活性3東アビセラー
ゼ活性97係、カーボ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東カーボキシメ
チルセルラーゼ活性44%、ペクチナーゼ活性4%、ポ
リガラクチュロナーゼ活性0係であった。
第1図tこ示したように、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(B)((商品名)スミチーム−〇、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(A)C(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tこよる場合 1時の乾燥キャンサバチップに31の水を加え磨砕機〔
(商品名) Po1ytronPT−20、KINEM
ATICA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0.5ml加え、
21の熱水(80〜85℃)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、5mlの
両酵素液の混合物(12,5■蛋白量/彪を加え、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、残渣重
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。
つぎに第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(I3)〔(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〕をそれぞれ、単独で使用した場合に
比べ、セルラーゼ製剤[13)((商品名)スミチーム
−C1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(3)〔(商品名)スミチーム−API
、新日本化学工業株式会社製〕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)を混合する
事によって、相乗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ボールミル 〔(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1500r
Illとし、液化酵素(クライスターゼ、新日本化学株
式会社製)を15万IU加え、75°C〜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に調整した。
このもろみ40−に25■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、その残渣量から、無添加に対する減
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−C1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
(5)〔(商品名)スミチーム−APn、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乗的に繊維
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種の方法によって、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)及ぶセルラーゼ(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【こより、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−01新日本化学株
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(5)〔(商品名)ス
ミチーム−API[、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ゴの酵素液(2,5〜蛋白量/−
)を加え、40℃で往復振とう(110回/分)を44
時間行った。
この反応液の粘度を先を切った5ゴ容ピペツト(内径3
. Q mm )を用いて、ピペットの管球部を挾む一
定区間(容量3.6772/! )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iこ示した。
第4図に示したように、両酵素製剤の混合物は、セルラ
ーゼ製剤の)〔(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−APII、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Aspergill
us 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ゴの水を加え、よく混
和し、これを三角フラス′コ(種培養用100ゴ容、酵
素生産用500ゴ容)に適当量分取しく種培養用8,5
g、酵素生産用35F)、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(B11.9.8°、1.5係寒天末含有、
pH6,0)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、3
0℃で3日間培養した。
これを酵素生産用培養基に全量接種し、よく混和した後
lこ、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%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、真空デシケータ−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(Trichoderma pseu
dokoningi i 、 Aspergi flu
s niger )の各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、カーボキシメチルセル
ラーゼ活性二〇、0IIUであった。
またAspergi flus 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、カーボキシメチルセルラーゼ活性:0.
IIU、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)で示した方法を用いて、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、Trich。
−derma pseudokoningii由来の
培養粉末囚単独より7倍、Aspergillus n
iger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、
Trichoderma pseu−dokonin
gi i由来の培養粉末(5)単独より4倍、Aspe
rgillus 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
培養物においても、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)((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(5)
〔(商品名)スミチーム−API[、新日本化学工業株
式会社製〕を加えてそれ以外のセルラー土゛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
最大活性を示すのに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0.05φ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に示したように、各種酵素製剤を混合する事によ
って、相乗的tこ、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(ポリガラクツロナーゼ)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 生のサラマイ−q(IKy)に500ゴの水を加え、磨
砕機〔(商品名) Po1ytron PT−20、K
INEMATICA社製〕を用いて、約30分間磨砕し
、液化酵素〔(商品名) Termamy I 。
Novo 1ndustri社製〕0.1−を加え、2
00彪の熱水(80〜85°C)中で液化を行い、これ
を120℃で10分間オートクレーブをし、冷却後pH
4,5に調整した。
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)((商品名)スミチーム−
〇、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(5)〔(商品名)スミチーム−APII、
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CB)((商品名)スミチーム−C1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
ゼ製剤囚〔商品名)スミチーム−APII、新日本工業
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(400g)に500rnI2の水
及び液化酵素〔(商品名) Termamy 1 +N
ovo 1ndustri社製〕0.2−を加え、10
00−の熱水(80〜85°C)中で一次液化を行い、
これを128℃、1.4 K!i’ 7cm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
) Termamy I 、 Novo 1ndus
tri社製〕0、2 wLe加え、90℃で1時間二次
液化を続け、冷却後pH4,2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活
性は、セルラーゼ製剤(13)C(商品名)スミチーム
−C1新日本化学工業株式会社製〕単独より、83倍、
ペクチナーゼ製剤(3)〔(商品名)スミチーム−AP
II、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
(B)((商品名)スミチーム−C1新H本化学工業株
式会社製〕単独に対し、69倍、また、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イニテイ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(こよる繊維固形分
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Ml(A)((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−C1新日本化学工業株式会社製〕単独、8・・
・・・・ペクチナーゼ製剤(5)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
(5)とセルラーゼ製剤(B)がに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
ーゼ製剤の混合に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・・・・・・ペクチナーゼ製剤囚〔(商品名)スミ
チーム−APn、新日本化学工業株式会社製〕単独、1
1・・・・・・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〕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 セルラーゼ及びポリガラクツロナーゼを有効成分と
    してなる澱粉質原料糖化前処理剤。
JP2814781A 1981-02-27 1981-02-27 澱粉質原料糖化前処理剤 Expired JPS5937954B2 (ja)

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JP2814781A JPS5937954B2 (ja) 1981-02-27 1981-02-27 澱粉質原料糖化前処理剤

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JP2814781A JPS5937954B2 (ja) 1981-02-27 1981-02-27 澱粉質原料糖化前処理剤

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