JPS61285998A - マルトオリゴ糖の製造方法 - Google Patents

マルトオリゴ糖の製造方法

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JPS61285998A
JPS61285998A JP12509385A JP12509385A JPS61285998A JP S61285998 A JPS61285998 A JP S61285998A JP 12509385 A JP12509385 A JP 12509385A JP 12509385 A JP12509385 A JP 12509385A JP S61285998 A JPS61285998 A JP S61285998A
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隆志 木村
Masaaki Noguchi
野口 雅章
Masabumi Ogata
緒方 正文
Haruto Kobayashi
治人 小林
Taizo Miwa
三輪 泰造
Teruo Nakakuki
輝夫 中久喜
Masahiro Yoshida
雅浩 吉田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマルトオリゴ糖の製造方法に関し、詳しくは固
定化マルトオリゴ糖生成アミラーゼを充填した反応器に
特定の条件で澱粉液化液を供給することを特徴とするマ
ルトオリゴ糖の製造方法に関する。
〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕澱粉ま
たはアミロースを酸またはアミラーゼで分解すると、各
種のオリゴ糖混合物が得られる。
これらは、水飴や粉飴等の澱粉糖として工業的に大量に
生産され、消費されているが、高純度のマルトオリゴ糖
を工業規模で効率良く製造することはマルトースを除い
ては困難であった。
近年、澱粉またはアミロースに作用してマルトトリオー
ス、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルト
ヘキサオース等のマルトオリゴ糖を特異的に生成する各
種マルトオリゴ糖生成アミラーゼが相ついで発見され、
マルトオリゴ糖の効率的な工業的製造に期待が集まって
いる。
マルトオリゴ糖生成アミラーゼとしてはβ−アミラーゼ
以外に次のものが知られている。
マルトトリオース生成アミラーゼ〔若生勝雄ら:澱粉化
学、26,175.  (1979)、ストレプトミセ
ス・グリセウス(鉦皿■竺と肌士士咀姐)8原のもの;
高崎義幸:昭和58年度日本農芸化学大会要旨集、P1
69 (1983)、バチルス(Bacillus)属
起原のもの〕 マルトテトラオース生成アミラーゼ(J、F、Roby
tand R,J、 Ackerman : Arch
、 Btochem、 Biophys、+145.1
05  (1971)、シェードモナス・ストツツェリ
 (Pseudomonas 5tutzeri)起原
のもの〕 マルトペンタオース生成アミラーゼ(N、 5aito
:Arch、 Biochem、 Biophys、+
 155 、 290(1973)、バチルス・リケニ
ホルミス(Bacilluslicheniformi
s)起原のもめ;小林昭−ら;昭和58年度日本澱粉学
会大会要旨集、P2O3(1983)i吉儀尚浩ら:昭
和59年度日本農芸化学大会要旨集、P584 (19
84))マルトヘキサオース生成アミラーゼ(K、 K
ainumaら:FEBS  Lett、、26.28
1 (1972)、エアロバクター・エアロゲネス(A
erobacter7−起原のもの; J、  F、 
Kennedy and C。
A、 White : 5tHrke、 3上、93 
(1979);谷口肇ら=澱粉化学、旦、107 (1
982);Y、  Takasaki : Agric
、  Biol、  Chem、+  47 。
しかしながら、これらのマルトオリゴ糖生成アミラーゼ
は一般のアミラーゼに比べて生産性が低い上に非常に高
価である。そのため、これらアミラーゼを用いて製造さ
れる各種マルトオリゴ糖としては試薬ブリード品が少量
生産されているにすぎず、しかも高価である。
また、これら試薬グレード品のマルトオリゴ糖はバッチ
法で生産されており、長時間、例えば24〜72時間の
反応時間を必要とすること、マ素と製品との分離工程が
必要になり、精製分離の操作が繁雑で多くの人手がかか
ることなどの欠点を有している。
また、通常用いられているゲル濾過法、カーボンクロマ
トグラフィー等による精製分離は試料の負荷量が小さく
、生産性も低いため、大量生産には不適当であることが
明らかにされている〔鈴木繁男、中村道徳編集;「澱粉
科学実験法」、朝食書店、197〜202頁〕。
そこで、本発明者らは上記欠点を解消したマルトオリゴ
糖の製造方法を開発すべく研究を重ねた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明物らは、先にマルトオリゴ糖の連続的製法を前提
にして、各種マルトオリゴ糖生成アミラーゼを固定化し
た固定化酵素を提案したく特願昭60−81340号)
そこで、これら固定化酵素を充填した反応器に、澱粉液
化液を供給して検討したところ、充填した固定化酵素の
活性に対応して該澱粉液化液を特定の条件で供給して加
水分解を行なわせることによって効率良くマルトオリゴ
糖を製造できることを見出し、かかる知見に基いて本発
明を完成した。
すなわち本発明は、固定化マルトオリゴ糖生成アミラー
ゼを充填した反応器に澱粉液化液を固定化酵素単位活性
あたりの重量基準空塔速度1×10−’〜3 X 10
−4〜3×10 (I U/ g) −’の条件で供給
することを特徴とするマルトオリゴ糖の製造方法である
本発明で使用する原料澱粉としては種々のものが使用で
きるが、通常馬鈴薯澱粉、せ薯澱粉、コーンスターチ、
ワキ名−ンスターチ、キャラサバ澱粉等を用いる。また
、反応器に通液する澱粉液化液のグルコース当量(DE
)は通常、1〜35、好ましくは5〜20の範囲にある
ものを用いるのが良い。ここで、澱粉液化液のDEがワ
キシーコーンスターチの場合1以下、それ以外の澱粉で
はDEが10以下のものは老化が激しく、また老化を防
止するために70〜80℃以上に加熱保持する必要があ
り、工程上不利である。一方、DEが35以上になると
、グルコース、マルトース等の低分子糖の生成が増大し
、かつ目的とするマルトオリゴ糖の収量が低下するので
適当でない。
なお、各種澱粉を液化する方法は特に制限はないが、通
常は液化型α−アミラーゼまたは塩酸等の酸で処理する
次に、マルトオリゴ糖とはマルトトリオース。
マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキ
サオース等であり、マルトオリゴ糖生成アミラーゼとは
前述の各種マルトオリゴ糖を生成するアミラーゼである
酵素の固定化方法としては各種の方法が知られており、
その1つに物理的吸着法、イオン結合法。
共有結合法等を含む担体結合法がある。この中、物理的
吸着法、イオン結合法は操作が簡単であり、酵素タンパ
ク質の活性中心の破壊あるいは高次構造の変化が小さく
、また担体の再生利用も容易であることから適当な担体
を発見できれば工業化に対して有望な方法と云える。
また、本発明者らが先に提案したマルトオリゴ糖生成ア
ミラーゼの固定化手段(特願昭60−81340号)も
有利な方法の1つである。この方法ではマルトオリゴ糖
生成アミラーゼの担体として、酵素との親和性が80%
以上であ″す、かつ100Å以上の細孔径を有する細孔
の比表面積が20〜300rrr/gである多孔性担体
を使用する。
ここで、酵素と担体の親和性は次の方法によって求めた
値を意味する。
担体0.5gと251Uの酵素(p H7,0の50m
Mリン酸緩衝液2.0mlに溶解したもの)を59ml
三角フラスコに入れ、室温下で1時間、120ストロー
ク、  4c1m幅で振とうしながら酵素を担体に固定
化したのち濾過を行ない、得られた濾液中の活性を測定
して次式により酵素と担体との親和性を求める。
親和性を求める際に用いる酵素の純度は必ずしも絶対的
なものではないが、好ましくは比活性が301U/■・
タンパク質以上あるものを使用する。なお、上記酵素と
担体の親和性は工業的に利用する場合の酵素活性/担体
重量比よりも低いレベルで求めたものであるが、酵素と
担体の親和性を知る尺度として重要である。すなわち、
実際に高い酵素活性/担体重量比において固定化した酵
素が基質に対し高い発現活性を示すものは上記親和性に
ついても高い値を示すことを本発明者らは見出している
。この親和性については、上記の如く80%以上である
ことが必要であるが、マルトテトラオース生成アミラー
ゼ用担体の場合は95%以上であることが好ましく、マ
ルトペンタオース生成アミラーゼ用担体の場合は80%
以上であることが好ましい。これらの値は使用酵素の起
源および比活性によって決まる。ここで発現活性とは以
下の如く定義されるものである。
固定化酵素の発現する活性がその使用条件によって絶対
値が大きく変わるので、次のような測定条件を設定して
求めた。すなわち、固定化酵素10 w (wet)を
9.5 m lの10mMリン酸バッフy−(pH7,
0)(50ml三角フラスコ中)に加え、十分に馴染ま
せた後、10w/v%可溶性でん粉(Merck社製)
5.0mlを加えて40℃で10分間往復振とう機によ
り120ストロ一ク/min、4cm幅で振とうしなが
ら酵素反応を行ない、生成還元糖をSomogyi−N
elson法で測定し、発現する活性を求めた。なお、
1単位とは1分間に1μll1ORのグルコシド結合を
切断する酵素量を意味する。
この担体は、さらに以下の条件を満足するものであるこ
とを要する。すなわち、担体の100Å以上の細孔径を
有する細孔の比表面積が20〜300r+f/g、好ま
しくは40〜200イ/gであることが必要である。こ
の比表面積が30 On?/gを越えると、担体1よ強
度が弱いものとなり、好ましくない。なお、マルトテト
ラオース生成アミラーゼ用担体にあっては、さらに40
0Å以上の細孔径を有する細孔の比表面積が3〜100
nf/g1好ましくは5〜50nf/gであることが望
ましい。ここで、比表面積は水銀圧入法により測定した
値である。
上記の条件は、いずれか一方を満足するだけでは不十分
であり、すべての条件を同時に満たすものだけが基質に
対して高い反応性を示す。
多孔性担体としては上記特性を満足するものであれば、
素材、製法等を問わないが、通常はフェノール系吸着m
脂、スチレンージビニルベンゼン系吸着樹脂、トリアジ
ン系吸着樹脂、アクリルエステル系吸着樹脂2弱塩基性
アニオン交換樹脂などの多孔性合成樹脂が用いられる。
より具体的には、デュオライト系樹脂(ダイヤモンドジ
ャムロック社製)の商品名rS−761J、rS−76
2J。
rES−771J、rEs−8610Jなど;ダイヤイ
オン系樹脂(三菱化成工業■製)の商品名rHP−10
J、rHP−20J、rHP−50J。
rSP−206Jなど;アンバーライト系樹脂(ローム
・アンド・ハース社製)の商品名rXAD−7J、rX
AD−8Jなどを挙げることができる。
また、多孔性担体の粒径については、発現活性が高けれ
ば特に制限はないが、通常は0.05〜1.5fi、よ
り好ましくは0.2〜1.0fiのものを用いるのが適
当である。粒径が小さいことは酵素の固定化や発現活性
に対しては好ましい要因であるが、あまり小さいと、固
定化酵素を反応器に充填し、これにでん粉液化液を供給
したときに、圧力損失が大きいため、運転上不都合であ
る。一方、粒径があまり大きいと、酵素の固定化や発現
活性に対して効率的でない。
上記担体への酵素の固定化は各種の方法を適用しうるが
、最も一般的な方法は、前述したように、適当な緩衝液
に酵素を溶解し、この酵素液を担体と混ぜて攪拌する方
法である。次いで、濾過等の操作により固・液分離を行
ない、得られた固定化酵素を適当な緩衝液で洗浄する。
緩衝液としてはリン酸緩衝液(p H6〜7)、トリス
塩酸緩衝液(p H7〜9)または蒸留水などが好適に
用いられる。
酵素の固定化量は、用いる酵素およびその比活性や担体
の種類等によっても異なるが、通常は担体1g当りタン
パク質として1〜40■、好ましくは2〜15■が適当
である。
酵素の固定化量が担体1g当りタンパク質として1■よ
り少ない場合、固定化率が高く、効率的に固定化するこ
とができるが、発現活性の絶対値が小さく、目的成分の
収量が少ない。一方、固定化量が担体1g当りタンパク
質として40■よりも多い場合、酵素固定化時の固定化
率が低下するため、酵素の使用効率が悪いばかりでなく
、発現活性として利用される割合も減少し、好ましくな
い。
そのほか、上記方法で得られる固定化マルトオリゴ糖生
成アミラーゼに対し、適当な多官能性架橋剤、たとえば
グルタルアルデヒドで処理することによって酵素の固定
化活性の維持性能を改良したものを用いても良い。
本発明者らは、種々の固定化酵素を用いてマルトオリゴ
塘を効率よく生成するため条件について種々検討を重ね
た結果、次のような因子等が大きく影響していることが
判った。すなわち、使用する基質の種類、濃度およびそ
の供給量、固定化担体の種類(物性)、固定化した酵素
量、その充填塔への充填量、反応系の温度、pH等の条
件などである。
これらを系統的に検討した結果、これら因子等の影響は
以下に示す表現および条件の範囲内において効率よくマ
ルトオリゴ糖を生成することができることを見出した。
すなわち、本発明の方法は、固定化マルトオリゴ糖生成
アミラーゼを反応器に充填し、前述の澱粉液化液を固定
化酵素単位活性あたりの重量基準空塔速度がlXl0−
’〜3×10−4〜3×10−’ (I U/ g )
−’、好ましくは3X10−’〜I X 10−4〜3
×10−’ (I U/ g) −’の条件で供給する
ことによって効率良くマルトオリゴ塘を製造するもので
ある。ここで、固定化酵素の単位活性あたりの重量基準
空塔速度は次のようにして求めた値である。まず、反応
器に充填するものと同じ固定化マルトオリゴ糖生成アミ
ラーゼ10■(wet)を0.5mfの10rnMリン
酸バッフy   (pH7,0)(50m!三角フラス
コ中)に加え、十分に馴染ませた後、反応器に供給する
ものと同じ基質(R粉の種類、濃度等も同じ)5.0m
lを加えて、反応器と同じ温度で往復振とう機により1
20ストロークス/1llIn−+  4cm幅で振と
うしながら酵素反応を行ない、生成還元糖をSomog
yi−Nelson法で測定するか、高速液体クロマト
グラフィーのような分析機器で直接生成するマルトオリ
ゴ糖を測定して発現する活性を測定する(この発現活性
をA  107g−担体とする。)。また、反応器に充
填する固定化マルトオリゴ糖生成アミラーゼをB g 
(wet)、反応器に供給する澱粉液化液量を固形分と
してCg−固形分/hrとするとき、単位活性あたりの
重量基準空塔速度をC/ (AXB) hr−’ (E
 U/ g)−’として求める。なお、DBが大きい場
合には原料中に目的とするマルトオリゴ着やそれよりも
小さい糖を含むので、上記Cの値としてはそれらを除い
た固形分量を用いるのがより実際的である。単位活性あ
たりの重量基準空塔速度が3 X 10−4〜3×10
−鳳(IU/g)−’よりも大きいと、すなわち反応器
中での反応時間が短いと、加水分解反応が十分におこな
われないため、マルトオリゴ糖の収率が悪くなり好まし
くない。
また、単位活性あたりの重量基準空塔速度が1×10−
’hr−’ (I U/ g) −’よりも小さくなる
と、すなわち反応器中での反応時間が長くなると、下記
の刊行物に明らかにされているように、生成したマルト
オリゴ糖がさらに過分解されるため、グルコース、マル
トース等の低分子の糖が生成され、製品の純度が著しく
低下するばかりでなく、後に精製分離を行なう場合の効
率を悪くするので好ましくない。
上記したマルトオリゴ糖の過分解については、マルトオ
リゴ穂先ムアミラーゼは、反応初期にはそれぞれのオリ
ゴ糖(マルトトリオース、マルトテトラオース、マルト
ペンタオース、マルトヘキサオース等)を特異的に生産
するが、反応後期になるにつれて生成物そのものを分解
することが明らかにされている(T、  Nakaku
ki et al ;Carbohydro、  Re
s、、128. 297 (1984) )。
本発明によれば、固定化マルトオリゴ糖生成アミラーゼ
の使用によって固定化しない元のマルトオリゴ糖生成ア
ミラーゼよりも反応条件の拡大が期待できる。たとえば
、本発明者が提案した固定化マルトテトラオース生成ア
ミラーゼ(特願昭60−18340号に開示)の場合に
は、温度安定性が10℃程度高温側に広がると共にpH
安定性も低pH側に1程度広がる。また、至適温度は固
定化により10〜15℃上昇し、至適pH曲線も酸性側
に広がることを見出しており、固定化酵素の酵素化学的
性質は可成り改善され、元の酵素を用いる場合よりも極
めて有利な条件で反応を行なうことができる。
本発明の方法によりマルトオリゴ糖を製造する場合、マ
ルトオリゴ糖の目的とする純度に応じて様々な製造方式
をとり得る。たとえば、純度20〜60%程度のマルト
オリゴ糖は、澱粉液化液を前述の固定化マルトオリゴ糖
アミラーゼを充填した反応器に前述の条件で供給するこ
とによって得られる。また、さらに高純度(60〜10
0%)のマルトオリゴ糖は、上記反応器から得られた生
成物をさらに精製分離することにより得られる。
この場合の精製分離手段は特に制限はなく種々の方法を
とりうるが、たとえば限外濾過、ゲル濾過。
カチオン交換樹脂カラムクロマトグラフィー、カーボン
カラムクロマトグラフィー等の手段が有効である。また
、上記精製分離を行なった際に得られる未分解物の一部
または全部を固定化マルトオリゴ糖主減酵素を充填した
反応器へ再循環させて供給原料の一部とすることによっ
て原料澱粉液化液あたりのマルトオリゴ糖収量を増大さ
せることができる。さらに、該未分解物の一部または全
部をそのままリミットデキストリンとして利用すること
もできる。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例1 酵素としてマルトテトラオース生成アミラーゼ(シュー
ドモナス・ストツツェリ起源のもの、比活性80.81
U/■・タンパク質)を用い、担体としてダイヤイオン
系吸着樹脂5P−206を使用して固定化酵素を得た。
すなわち、担体20gに対し20000IUの酵素をp
 H7,0の50mMリン酸緩衝液で150m#とじた
ものを500mA三角フラスコに入れ、室温下1時間、
120ストロース、4cm幅で振とうしながら酵素を担
体に固定化した。次いで、これを濾過して濾液を除き、
さらに10mMリン酸緩衝液(pH7,0)を用いタン
パク質が流出しなくなるまで十分に洗浄して発現活性が
1371U/gの固定化酵素を得た。
得られた固定化酵素20gを直径271.長さ130鶴
のカラムに充填した。当該カラムリアクターに原料とし
て20−/−%ワキシーコーンスターチ液化液(DE7
.5)を40 g/h r、すなわち単位活性あたりの
重量基準空塔速度2.92Xi o−3,温度45℃の
条件で供給した。360時間経過時点の反応生成物の組
成を第1表に示す。なお、該反応における酵素の半減期
は1680時間であった。
実施例2 担体としてデュオライト系吸着樹脂E S −8610
を用いて実施例1と同様な方法で得た固定化マルトテト
ラオース生成アミラーゼ10g(発現活性139IU/
g)を反応器に充填し、これに原料として16.7 w
/w%可溶性澱粉(和光純薬■製)を10.7g/hr
(固形分として1.79 g /hr)、温度40℃の
条件で供給したく単位活性あたりの重量基準空塔速度1
.3 X 10−’hr−’ (I U/g)−’)。
その運転結果を第1図に示す。
図から明らかなように、1500時間を越えてきわめて
安定して運転を継続している。
また、カラムリアクター出口の反応生成物を膜の分画分
子量1000の限界濾過装置を用いてマルトテトラオー
スを主成分として含む製品1と分離残の製品2とに分離
した。運転時間1500時間経過時点の製品1の組成を
第1表に示す。
比較例1 担体としてダイヤイオン系吸着樹脂HP−50を用い、
実施例1と同様な方法で得た固定化マルトテトラオース
生成アミラーゼ7g(発現活性1671U/g)を反応
器に充填した。これに4.16s/%1%ワキシーコー
ンスターチの液化液(DE8)を温度40℃にて1.2
1 g /hrで供給(単位活性あたりの重量基準空塔
速度4.9X10−’hr (I U/ g) −’)
 して反応生成物を得た。この生成物の組成を第1表に
示す。
比較例2 担体としてダイヤイオン系吸着樹脂HP−50を用い、
実施例1と同様な方法で得た固定化マルトテトラオース
生成アミラーゼ7g(発現活性を温度40℃にて56.
0 g /hrで供給(単位活性あたりの重量基準空塔
速度3.8 X 10−4〜3×10 (I U/g)
−’)して反応生成物を得た。この生成物の組成を第1
表に示す。
〔発明の効果〕
本発明の方法による澱粉液化液の供給条件により活性は
長時間保持され、目的のマルトオリゴ糖が効率よく製造
でき、しかも高純度のものが得られる。また、反応器運
転の際に広範囲の反応温度。
pHが適用できる。
それ故、本発明の方法は工業的に有用なマルトオリゴ糖
の製造法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は固定化酵素を使用したときの経過時間とマルト
テトラオースの相対活性を示すものである。 特許出願人  食品産業バイオリアクターシステム技術
研究組合

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固定化マルトオリゴ糖生成アミラーゼを充填した
    反応器に澱粉液化液を固定化酵素単位活性あたりの重量
    基準空塔速度1×10^−^4〜3×10^−^2hr
    ^−^1(IU/g)^−^1の条件で供給することを
    特徴とするマルトオリゴ糖の製造方法。
  2. (2)固定化マルトオリゴ糖生成アミラーゼが、酵素と
    の親和性が80%以上であり、かつ100Å以上の細孔
    径を有する細孔の比表面積が20〜300m^2/gで
    ある多孔性担体に固定化せしめたものである特許請求の
    範囲第1項記載の方法。
JP60125093A 1985-04-18 1985-06-11 マルトオリゴ糖の製造方法 Expired - Lifetime JPH0673466B2 (ja)

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EP86105255A EP0200095B1 (en) 1985-04-18 1986-04-16 Immobilized maltooligosaccharide-forming amylase and process for the production of maltooligosaccharide using said enzyme

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63258484A (ja) * 1987-04-15 1988-10-25 Ensuikou Seito Kk マルトオリゴ糖の製造法

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