KR20240004449A - D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법 - Google Patents

Abstract

과제:D-알룰로스를 함유하는 설탕의 감미도 및 미질에 매우 가까운 감미료를, 가격 경쟁력을 가지는 저비용으로, 또한, 세계적 규모로 대량 생산하는 것.
해결 수단: D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 저렴한 조성물을 원료로서 사용하고, D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성물에 있어서, D-프럭토스의 함유량이, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한 D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하는 범위인, 목적 생성물을 얻는 것을 특징으로 하는, D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법.

Description

D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법

본 발명은, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스(D-프시코스)로 이루어지는 3종의 당을 함유하는 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법에 관한 것이다. 특히, D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 혼합당인 저렴한 이성화당 또는 전화당(轉化糖)을 대상으로, 미질을 유지한 채, 혹은 개선하여, 계속 섭취에 의해 질병을 일으키지 않는 우수한 생리적 효과를 발휘하는 기능을 부여하는, 이성화당 혹은 전화당을 D-알룰로스의 기능성을 가지는 감미료로 변환하는 이성화당 또는 전화당의 개선 방법에 관한 것이다.

생물에 있어서 에너지원 등으로서, 특히 「기아를 제로로」를 위해 매우 중요하며, 지구상에 가장 많이 존재하는 유기 화합물인 탄수화물은 단당류를 주된 구성 요소로 하고 있다. 이들 단당류는, 대표적으로는 탄소수 3 내지 8의 탄소 원자가 환형으로 연결된 구조를 가지고 있어, 구조적으로, 알도스와 케토오스의 2종류로 대별된다. 알도스 및 케토오스의 각각이, 상기 탄소 원자의 수에 의해 트리오스, 테트로스, 펜토오스 및 헥소오스와 같이 분류되고 있다. 그리고, 상기 단당류의 반응에 대하여, 공업적으로 실시되고 있는 반응으로서는, D-글루코스를 D-프룩토로 이성화하고, 이성화당을 제조하는 반응을 들 수 있다. 대표적인 방법은 옥수수 전분 등의 전분으로부터 제조된다. 옥수수의 생산량의 증가에 의해, 시장에 나온 대량의 옥수수 전분을 이용하여, 이성화당이 대량으로 저렴하게 만들어지고, 설탕의 값보다도 매우 저렴하게 되어, 설탕을 대신하게 되었다.

한편, 이당류인 설탕은, 이성화당이 보급되기 이전은 고가였던 점에서, 이성화당으로 대체되는 경향이 계속되어 왔지만, 2019년도에는 세계에서 1억 8000만t 정도 생산되고 있고, 가격도 비교적 안정되어 오고 있다. 설탕을 원료로 함으로써, 설탕의 양질인 감미를 이용할 수 있고, 또한, 설탕은 포도당과 과당이 결합한 이당이므로, 포도당 및 과당의 공급 원료로서도 이용 가능하므로, 설탕의 가격에 따라서는 이성화당보다 비용적으로 저렴해진다고 생각된다. 또한, 설탕을 원료로 한 희소당을 포함하는 감미료는, 이성화당을 원료로 한 감미료보다도 잡미가 적어진다는 이점도 있다고 보고되고 있다(특허문헌 1).

이들 자화성(資化性) 당을 기초로, 감미 및 물성면에서 우수한 감미료의 공업적인 대량 생산이 행해지고 있다.

이성화당의 대표적인 제조 방법은 옥수수 전분 등의 전분에, 물과 액화 효소(α-아밀라아제)를 첨가하고, 95℃ 전후에서 가수분해하여 덱스트린으로 한다. 이것은 액화라고 하고, 액화 종료 후 55℃ 정도까지 냉각하고, 당화 효소(글루코아밀라아제)를 부가하여, 더 작게 D-글루코스로까지 분해하는, 즉 당화액으로 한다. 이 당화액 중에는 D-글루코스의 외에 올리고당이 약간 포함되어 있다. 글루코아밀라아제로 당화한 당화액을, 예를 들면 스트렙토미세스속 등의 균종에 속하는 균이 생산하는 이성화 효소(글루코스 이소머라아제)를 각종 방법으로 고정화한 고정화 효소 중을 연속적으로 통과시키고, D-글루코스를 D-프럭토스로 이성화한다. 상기 이성화는, 평형점이 1 부근에 존재하는 평형 반응이며, 평형 도달에 있어서, 약 60℃의 반응 온도에서 D-글루코스의 약 50%를 D-프룩토로 이성화할 수 있지만, 이 정도까지 이성화를 진행시키기 위해서는 상당히 장시간을 요하고, 이 장시간의 가열때문에 반응액이 착색해 버리고, 시판하기 위한 정제, 농축 공정에서의 비용을 상승시켜 버리므로, D-프럭토스의 함유량이 약 42% 정도까지 이성화가 진행한 단계에서 반응을 종료시키고 있다. 그 후, 정제·농축하면, 과당분 42%의 포도당 과당 액당을 얻을 수 있다.

이들의 제조에 사용되는 효소는 모두 안전한 미생물이 만들어 내는 것이다. 즉, 글루코스 이소머라아제에 의한 D-글루코스의 D-프럭토스로의 이성화 반응은 평형 반응이며, 이성화당의 D-글루코스와 D-프럭토스의 비율은 통상 58:42 정도이다. 해당 D-프럭토스분 42%의 포도당 과당 액당의 감미도는, 설탕의 감미도(단맛의 강도)를 100으로 하면, 70-90이다.

또한 크로마토그래피라고 하는 분리 장치를 사용함으로써, 과당분 55%인 것도 만들어진다. 즉, 상기 42% 이성화당을 55% 이성화당으로 하기 위해서는, 양이온 교환 수지를 충전한 반응탑과 같은 대규모의 설비를 이용한 연속적 당분리를 함으로써 먼저 D-프럭토스 함량 약 95%의 D-프럭토스액을 얻고, 이어서 이 D-프럭토스액과 상기 42% 이성화당을 혼합한다. 혹은, 감미 부족을 해소하기 위해, 정제 D-프럭토스를 첨가하는 경우가 있지만, 이들의 경우 최종의 D-글루코스와 D-프럭토스의 비율은 통상 45:55 정도이다.

해당 D-프럭토스분 55%의 과당 포도당 액당의 감미도는, 설탕의 감미도(단맛의 강도)를 100으로 하면, 100-120이다.

설탕의 감미도(단맛의 강도)를 100으로 하면, D-글루코스의 감미도는 65-80, D-프럭토스는 120-170이다. 감미도의 강도는 D-프럭토스(과당)>자당(설탕)> D-글루코스(포도당)의 순이지만, D-프럭토스는 고온에서는 자당의 60%의 감미도밖에 없고, 40℃에서 자당과 거의 동일, 그 이하의 온도가 아니면 자당보다도 달아지지 않으므로, 이성화당의 단맛은 온도에 의해 크게 좌우된다.

1970년대 후반에 크로마토그래피 과당 농축 기술의 출현에 의해 이성화당의 대량 생산이 가능해져, 급속도로 보급되고, 이성화당의 소비가 증가하고 설탕의 소비가 감소하여, 설탕을 대신해 왔다고 할 수 있다. 단맛을 자당과 동등하게 조정한 D-프럭토스 55%, D-글루코스 42%의 high-fructose corn syrup(HFCS) 55가, 소프트드링크에 사용되는 등, 새로운 설탕이라고 말할 수 있을만큼 한창 보급되고 있다.

D-글루코스와 D-프럭토스를 주된 조성으로 하는 혼합당인 이성화당 또는 전화당은, 경제적 장점에 의해 널리 사용되고 있지만, 일본, 미국 등을 비롯하는 선진국에 있어서, 고혈당이나 과체중(비만)(「대사증후군(Metabolicsyndrome)」) 등의 원인으로서 의심되고 있다(비특허문헌 1). D-글루코스와 비교하여 D-프럭토스의 간장에서의 대사는 지질 생성을 촉진하기 쉽고, 고지혈증이나 비만을 유도하고 쉬우므로, 과당 포도당 액당에 포함되는 D-프럭토스 섭취량과 비만자(생활습관병)의 증가의 관련에 대하여 주목되고 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 이성화당의 감미도나 감미질은, 널리 일반적으로 사용되고 있는 설탕에 비해, 차가 보이고, D-글루코스와 과당의 비를 변경하는 것에 등에 의해, 설탕의 감미도, 감미질에 접근하는 연구가 행해지고 있지만, 만족스러운 것이 확립되어 있다고까지는 말할 수 없다.

생물에 있어서 에너지원 등으로서 매우 중요한 이들 자화성 당을 기초로, 감미 및 물성면에서 우수하고, 또한, 이들의 질병을 야기하지 않는 감미료의 출시를 향하여 몇 가지의 개발이 진행되고 있다.

자화성 당의 기능면의 개선에는 에너지 제로로 각종 기능성이 있는 D-알룰로스가 주목받고 있다.

D-알룰로스는 희소당의 일종이지만, D-프럭토스에 D-케토헥소스 3-에피머라아제(특허문헌 2)를 작용시키면 D-프럭토스로부터 수율 20∼25%로 생성된다. 또한, D-알룰로스 3-에피머라아제(비특허문헌 2)를 사용한 경우에는, 40%의 수율로 D-알룰로스가 생성된다고 보고되고 있다.

순수한 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스) 제조는, 예를 들면 케토오스 3-에피머라아제(예를 들면, D-알룰로스 3-에피머라아제)를 이용하여 D-프럭토스를 원료로서 생산하고 있다. 희소당 D-알룰로스는 D-프럭토스에 에피머라아제를 작용시키고, D-프럭토스와 D-알룰로스의 혼합물을 만들고, 그것을 분리 정제함으로써 분말 결정의 D-알룰로스를 만들 수 있다. D-알룰로스는, 0킬로칼로리(비특허문헌 3), 식후 혈당 억제 효과(비특허문헌 4), 식품 및 음료에 의해 섭취한 소화성 당을 구성하는 D-글루코스에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제 효과(특허문헌 3), 항비만 효과(비특허문헌 5) 등 생활습관병 예방 소재로서의 특질을 나타내는 것이 밝혀져 있다.

이 D-알룰로스는 그 자체로 감미료, 의약품 등의 용도가 있고, 전세계에서 대량 생산되어 판매가 개시되고 있다. 이 D-알룰로스는 에너지 제로로 각종 기능성 이 있으므로, 특히 감미료로서의 판매가 선행되고 있다.

그러나, 정제 D-프럭토스의 제조를 행하고 나서 D-알룰로스의 제조를 행하는 경우, 별도의 공정으로 행하므로, 원료, 수송, 반응 비용이나 플랜트 운영 비용 등의 제약을 받고, D-알룰로스의 공업적 대량 생산에는 경제적인 면에서 해결해야 할 과제가 많은 것이 현 실정이다.

희소당 D-알룰로스는 D-프시코스라고도 하며, D-프럭토스의 에피머이며, 감미의 질에 있어서 D-프럭토스에 유사하다. 그러나, 설탕과 비교하면 약 7할의 감미도이고, 감미도를 설탕에 근접시킬 필요가 있다. 식품 및 음료와 함께 섭취한 경우에, 이들에 포함되는 소화성 당을 구성하는 D-글루코스에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제 효과를 발휘하는 희소당 D-알룰로스를 이성화당에 혼합하는 기술이 개발되고 있다.

하나는, 이성화당을 원료로 하고, 화학 반응을 이용하여(염기성 이온 교환 수지, 알칼리, 및 칼슘염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 존재하는 계(系)에서 처리하는 것에 의해) 희소당을 함유하는 시럽, 레어 슈가 스위트(RSS)를 생산하고 있다(특허문헌 4). D-글루코스 및 D-프럭토스를 주성분으로, 희소당(D-알룰로스 5.4%, D-타가토스 2.0%, D-알로스 1.4% 등)이 15% 정도 포함된 시럽이다.

두번째는, 종래의 감미료로서의 과당 포도당 액당의 감미질 모두 설탕과는 상이한 문제점을 해결하여, 설탕의 감미도 및 미질에 매우 가까운 감미료로 하는 것을 목적으로 하는 것이며, D-프럭토스, D-글루코스 및 D-알룰로스로 이루어지는 설탕과 거의 같은 감미도 및 미질을 가지는 감미료로서, 또한, 이성화당의 비만 효과를 억제하기 위한 감미료이며, D-글루코스 및 D-알룰로스의 합계 100 중량부에 대하여, D-알룰로스가 9 중량부 이상이고, D-프럭토스, D-글루코스 및 D-알룰로스의 합계 100 중량부에 대하여, D-프럭토스가 34∼55 중량부이며, 및 D-프럭토스, D-글루코스 및 D-알룰로스의 합계 100 중량부에 대하여, D-글루코스 및 D-알룰로스의 합계가 45∼66 중량부인 감미료가 개발되고 있다(특허문헌 5).

일본특허 제6250946호 공보 일본공개특허 평6-125776호 공보 일본특허 제5171249호 공보 일본특허 제5715046호 공보 일본특허 제5639759호 공보 일본특허 제5997693호 공보 일본특허 제5922880호 공보 일본공개특허 제2017-36276호 공보 일본특허 제4009720호 공보 일본공개특허 제2007-91696호 공보

Am. J. Clin. Nutr. 2004, 79, 774-9. The 3rd Symposium of International Society of Rare Sugars J. Nutr .Sci. Vitaminol. 48, 77-80. J. Nutr. Sci. Vitaminol. 59, 191-121. J. Clin. Biochem. Nutr., 30, 55-65.

상기 2가지 방법에 의해 제조되는 목적 생성물은, 우수한 생리적 효과를 발휘하는 이성화당이지만, 세계적인 규모의 대량 생산을 하기에는 가격 경쟁력을 가지고 있다고는 말할 수 없다. 어떻게 비용을 삭감할 것인지가 과제로 된다. CO₂ 배출의 삭감이라고 하는 새로운 과제가 대두되고 있는 최근, CO₂의 배출은 비용으로 되고, 비용 구조 중에서 그 중요성을 늘려 갈 것으로 예상된다. CO₂의 배출 삭감을 가능하게 하는 신제조 프로세스의 개발이 요구된다. 상기 2가지 방법에 의한 원리적으로 가능한 「물건 만들기」를 효율적으로 실현시키는 세계 수준에서 대결하는 신제조 프로세스의 창설이야말로 큰 임팩트를 낳는 비용 삭감이라고 생각한다.

옥수수나 사탕수수는 바이오매스로서 이상적인 특질을 가지고 있다. 옥수수의 생산량의 증가에 의해, 시장에 나온 대량의 옥수수 전분을 이용하여, 이성화당이 대량으로 저렴하게 만들어지고, 설탕의 가격보다도 매우 저렴해져, 설탕을 대신하게 되었다. 그러나, 옥수수의 이성화당으로의 안정적인 공급은, 이성화당을 개선함으로써 밖에 담보될 수 없다고 생각한다.

왜냐하면, 옥수수 전분이나 시럽으로는 알코올이 만들어지고, 해당 바이오 에탄올로 탈수 반응시켜 에틸렌을 생성하고, 소위 바이오매스 유래의 폴리에틸렌이 대량으로 제조되고 있다. 세계의 폴리에틸렌 가격은 비용이 높은 나프타 베이스로 결정되고 있으므로, 바이오 폴리에틸렌은 화석 연료 베이스의 폴리에틸렌과 가격 경쟁력을 가지고 있다고 생각된다. 바이오 폴리에틸렌의 온난화 가스 삭감 효과에 대해서는, 석유 유래의 폴리에틸렌의 5분의 1로 되고 있다. 바이오 폴리에틸렌은, 지구 온난화에 우수한 재료를 사용하고 있다는 것을 소비자에게 어필할 수 있다고 하여, 화석 연료의 폴리에틸렌의 일부 혹은 전부에 치환되고 있다. 이러한 에탄올의 옥수수 수요 급증에 의해, 물품 부족으로부터 가격 앙등도 있을 수 있는 것이며, 「기아를 제로로」를 위해 요구되는 지금을 넘어서는 대량의 이성화당 원료로 돌아 온다는 보증은 없는 것이다.

또한, 수확된 사탕수수는 전부 제당 공장에 모아져, 설탕으로 가공되고, 바이오매스의 이용에서 최대의 문제가 되는 수집 시스템은 이미 확립되어 있다. 사탕수수는, 그 생산성과 다용도성에서, 바이오매스로서 다른 작물에는 유례가 없는 큰 이점을 가지고 있다. 온난화 대책의 일환으로서 바이오매스가 주목되고 있는 중에, 사탕수수를 이용한 에탄올 생산이 행해지고 있고, 바이오매스 생산성이 높은 사탕수수는 온난화 대책의 히든카드로 되어 가고 있다. 옥수수 전분과 마찬가지로 물품 부족에 의한 가격 앙등이 우려된다.

이성화당이나 전화당의 문제점은, 계속 섭취로 비만 등의 생활습관병의 원인이 되는 것이다. 이성화당은, 그 성분인 D-프럭토스가 저온일수록 감미가 강하므로, 그 소비량 전체의 약 70%가 청량 음료 등의 음료에 첨가되고, 그 이외는 식품 전반에 이용되고 있다. 이와 같이 과잉할 때까지의 자화성 당에 의한 감미를 손쉽게 얻을 수 있는 시대가 되고 나서부터이긴 하지만, 이성화당이나 설탕으로 대표되는 당질(자화성 당)은 당뇨병이나 비만을 병발하는 것이 요즘 문제시되고 있어, 이들 자화성 당을 기초로, 감미가 우수하고, 이들의 질병을 야기하지 않는 감미료가 아니면 「기아를 제로로」를 위한 에너지원으로 제공할 수 없다.

구체적으로는, 식품 및 음료에 의해 섭취한 소화성 당을 구성하는 D-글루코스에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제 작용이 있는 D-알룰로스를 함유하는 설탕의 감미도 및 미질에 매우 가까운 감미료를, 가격 경쟁력을 가지는 저비용이면서, 또한, 세계적 규모로 대량 생산하기 위한 제조 방법이 요구되고 있다. 또한, 본 발명은, 저비용으로 제조된 D-알룰로스를 포함하는 감미가 우수하고, 장기 섭취라도 질병을 야기하지 않는 감미료를 사용한 음식물, 의약품 혹은 의약부외품, 화장품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, D-알룰로스를 생산하고, 그 유효성에만 주목해 온 희소당의 연구를, 광합성으로 태양의 빛에너지를 식물이 단당의 C₆H₁₂O₆의 포도당과 그 중합물의 전분, 포도당과 과당의 이당으로 하고, 인류에 흐르는 이 에너지의 흐름에 실어서 순환시키는 것을 생각해 냈다. 에너지원으로서 당은 중요한 작용을 가지는 것, 인류, 생물에게 있어서는 필수적인 것인 것, 많은 해결해야 할 과제도 존재하는 것. 그러나, 이 가까이에 있는 포도당은 D-자일로스 이소머라아제(글루코스 이소머라아제) 등의 이소머라아제에 의해 이성화당으로, 설탕은 전화효소(invertase)에 의해 포도당과 과당으로 변환되어 이용된다. 감미료는 물론 많은 저렴한 유기 화학 분야의 원료로서도 이용되기 시작하고 있다. 이성화당, 설탕(전화당)이 저렴하여 세계 중에서의 이용이 일상화되고, 세계의 움직임, 인류가 직면하고 있는 큰 과제를 인식하여, 희소당의 유효성을 유용하게 할 수 있는 것을 찾아냈다. D-알룰로스는 이성화당, 설탕 등의 문제점을 해결하기 위한, 전세계에서 생산이 개시된 희소당으로 된다고 확신한 것이다.

D-알룰로스의 유효성과 저렴한 이성화당, 설탕(전화당)의 융합은, 본 발명자들에게 있어서 주변에 있는 효소 케토오스 3-에피머라아제(예를 들면, 특허문헌 6, PCT/JP2019/045672)가 담당했다. 이미 세계적 규모로 이용되고 있는 과당을 원료로서 생산되어 오고 있는 새로운 당 산업이지만, 저렴한 이성화당, 설탕(전화당)을, 연구자 레벨에서는 주변에 있는 케토오스 3-에피머라아제를 구사하여 값진 조성물을 저렴하게 만드는 것을 가능하게 했다.

즉, 포도당, 과당, D-알룰로스를 적절한 비율로 생산함으로써, 목적물을 저렴하게 대량으로 생산하는 것을 가능하게 했다. 이성화당, 설탕 등이 비만 등의 문제점으로부터, 인류의 에너지원으로서의 중요성의 인식이 저하되고 있다. 그러므로, 이들을 바이오 에탄올 등으로서 저렴하게 사용되고 있는 사회 정세가 진행되고 있다. 이 당질에 관계되는 중요 과제를 해결하기 위해, 바이오의 힘(케토오스 3-에피머라아제)을 이용하여, 이들 당의 문제점을 해소하고, 인류에게 있어서 에너지원으로서 적절한 당질로 변환한다. 본 발명은 이 「기아를 제로로」에 연결시키는 것으로서의 발명이다.

케토오스 3-에피머라아제는 D-프럭토스를, 기능성을 가지는 D-알룰로스로 변환한다. 본 발명에서는 원료로서 D-프럭토스를 포함하는 어떤 당질이라도 원료로서 이용하는 것이 가능하다. 대표적으로, 이성화당, 전화당이다. 조성은 D-글루코스, D-프럭토스, D-알룰로스이며, 케토오스 3-에피머라아제만으로 기대하는 조성의 당이 생산 가능하다. 포도 등의 이성화, 설탕의 가수분해는 이미 대규모로 행해지고 있는 공장에서 실시되고 있는 것을 이용한다고 자리매김하여, 새롭게 케토오스 3-에피머라아제만의 바이오리액터(bioreactor)를 추가한다는, 지극히 단순한 방법을 찾아냈다. 당 공업에서 행해지고 있는 반응을 본 발명 중에 받아들인 구상(=신제조 프로세스의 창설)으로 함으로써 본 발명은 완성되었다.

또한, 그 신제조 프로세스의 가격 대비 성능(cost performance)을 높이기 위해 효소 케토오스 3-에피머라아제의 고내구성(수명)에 착안했다. 본 발명자들은, 일본뿐만 아니라 유럽 및 미국에 있어서 식품으로서 사용이 인정되고 있는, 리스트에 실려 있는 독성이 거의 없다로 여겨지는 균종에 착안하여, 각지의 토양을 채취 하고, 거기로부터 미생물을 분리하고, 케토오스 3-에피머라아제 활성을 가지는 미생물의 탐색을 계속했다. 그 결과, 많이 단리한 균주 중에 신규한 케토오스 3-에피머라아제를 산생하는 미생물을 찾아냈다. 그것은, 아르트로박터속 미생물인 아르트로박터 히스티디노로보란스(Arthrobacter histidinolovorans) Y586-1주이며, 활성이 높고, 또한 고내열성의 신규한 케토오스 3-에피머라아제를 산생하므로, 별도 국제출원을 한 [PCT/JP2019/045672(국제출원일 21. 11. 2019)]. 그 고내열성과 고생산성으로부터는, 활성이라기 보다도 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성이 약속된다고 확신했다.

이상과 같으며, 정리하면, 본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여, 예의 연구를 거듭하여 온 중에,

(A) D-글루코스, D-프럭토스, D-알룰로스를 함유하는 감미료의 특징이 (i) D-글루코스가 에너지원으로서 중요한 것, (ii) D-프럭토스가 감미를 부여하는 데에 중요하며, 또한, D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하는 것, 한편 장기의 계속 섭취로 비만의 원흉이 되는 등의 당으로서의 과제가 있는 것, 및 (iii) D-알룰로스가 항비만 등의 생리 기능이 존재하는 것에 있는 것을 인식했다.

그 인식 하에서, (B) 3종의 당의 조성을 적절한 것으로 하는 것에 의해 목적에 따른 조성의 저렴한 감미료를 제공할 수 있는 것을 찾아냈다.

그 생산 원료로서는, D-알룰로스의 생산에는 D-프럭토스가 존재하는 저렴한 원료일 필요가 있는 것, D-프럭토스가 존재하는 저렴한 원료에 대해서는, (i) D-프럭토스는 D-자일로스 이소머라아제에 의해 D-글루코스로부터 용이하게 생산 가능하므로, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용할 수 있는 것, (ii) 이성화당은 D-글루코스＋D-프럭토스로서 각종 조성의 것이 저렴하게 시판되고 있고, 원료로 될 수 있는 것, (iii) 설탕은 D-글루코스와 D-프럭토스가 결합한 저렴한 감미료이며, 용이하게 전화효소로 분해되고, 따라서, 바이오 에탄올 생산에도 사용할 수 있는 저렴한 원료가 될 수 있다고 생각했다. 생산 원료에 관한 상기 (i) 내지 (iii)의 지견으로부터, 생산 원료는 D-글루코스 혹은 D-프럭토스이면 되는 것이고, 대량 생산 기술이 확립되어 있는 각종 이성화당(에피머라아제 컬럼만으로 생산 가능해지고, 각종의 것으로 구분하여 사용함으로써 기대하는 조성의 생산물을 만드는 것이 가능함) 및 저렴한 설탕(바이오 에탄올용으로서 대량으로 생산되고, 이용되고 있는 것으로 D-글루코스＋D-프럭토스(1:1)의 조성의 것이 저렴하게 이용 가능함)을 사용하는 것으로 하였다. 그러한 생산 원료를 이용하면, 종래의 제조 라인을 적절한 형상으로 접속함으로써 부반응 생성물을 포함하지 않는 순수한 형태로 제조할 수 있는 바, 특별한 정제 공정을 부가시킬 필요가 없다.

그리고, (C) 다음으로, 고내열성과 고생산성의 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시키는 효소 반응을 이용하여 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성을 실현하고, 또한, 의사(擬似) 이동층 크로마토그래피는 사용하지 않고 생산함으로써, 충분히 가격 경쟁력을 가지는 세계적인 규모의 대량 생산을 가능하게 한 본 발명에 도달했다.

본 발명은, 하기의 (1) 내지 (10)의 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법을 요지로 하고 있다.

(1) D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스로 이루어지는 3종의 당을 함유하는 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법으로서,

D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 저렴한 조성물을 원료로서 사용하고,

D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고,

희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성물에 있어서, D-프럭토스의 함유량이, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한 D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하는 범위인, 목적 생성물을 얻는 것을 특징으로 하는, 방법.

(2) 상기 목적 생성물에 있어서, D-글루코스는 에너지원으로서 중요하지만, 설탕의 단맛의 강도를 100으로 하면 65-80인 것,

D-프럭토스는 단맛의 강도 120-170이고 감미를 부여하는 데에 중요하며, D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하지만, 한편 계속 섭취에 의해 비만의 원흉인 당으로서의 과제가 있는 것,

D-알룰로스는, 단맛의 강도 70이고, 항비만 및 소화성 당에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제의 생리 기능을 부여할 수 있는 것의 각 성분의 특징을 고려하여, 각 성분의 함유량을 결정하여 목적에 따른 적절한 조성으로 하는, 상기 (1)에 기재된 방법.

(3) 상기 원료가, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜 D-글루코스와 D-프럭토스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시켜 생산하거나, 또는 설탕에 전화효소를 작용시켜 분해하여 생산한, D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 방법.

(4) 상기 원료가 저렴한 이성화당 또는 전화당이며, 목적 생성물이 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의, 계속 섭취로 질병을 야기하지 않는 우수한 생리적 효과를 발휘하는 개선형 이성화당 또는 전화당인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(5) 상기 저렴한 이성화당으로서 포도당 과당 액당 및/또는 과당 포도당 액당을 사용하는 상기 (4)에 기재된 방법.

(6) 사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 효소 활성을 조정함으로써, 목적 생성물의 희소당 D-알룰로스 함유량으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(7) 상기 이성화 반응이, 기질 용액을 고정화 효소 칼럼 내를 통과시켜 행하는 반응으로서, 또한, 기질의 유속, 기질과의 반응 시간, 반응 온도, 기질 용액의 pH, 및 효소량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 조정함으로써, 목적물의 조성을 원하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(8) 원료를 기질로 하여 고정화 효소 반응을 이용하여, 이론상은 부생산물을 생산하지 않고 100% 목적 생산물로서 얻는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(9) 목적 생성물이, 제조 공정 중에 의사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작으로 소실되는 일은 없는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(10) 상기 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시킨 후에, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정을 부가시키는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

(11) 상기 원료가 저렴한 이성화당으로서, 고과당 액당을 사용하는 상기 (10)에 기재된 방법.

(12) 사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 고내열성으로부터의 해당 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성에 기초하는 공업적으로 실용 가능한 저비용의 제조 방법인, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 방법.

본 발명에 의해, D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 혼합당인 이성화당 또는 전화당을 대상으로, 미질을 유지한 채 혹은 개선하여, 계속 섭취로 질병을 야기하지 않는 우수한 생리적 효과를 발휘하는 기능을 부여하는 개선 방법을 제공할 수 있다.

D-프럭토스(과당)는 달고 맛있다는 이점이 있지만, 장기 계속 섭취로 중성지방의 축적 등으로 나쁜 영향을 나타내는 결점으로부터, 그것을 포함하는 이성화당이 비만 등의 원흉이라고 말해지는 까닭이다. D-프럭토스를 장기 계속 섭취 결점이 나오기 어려운 양으로 조정하고, D-프럭토스가 달다는 이점을 끌어내는 조성으로 조정되고, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한, D-알룰로스의 기능성을 가진 새로운 감미료를 만들어 낼 수 있다. 본 발명의, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물은 D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 조성의 조성물이므로, 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방 등)은 물론, 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물 성장 조정제, 식물 병해 저항성 증폭제 등), 공업용의 용도로 사용할 수 있다.

본 발명에 의해, 원료와 효소 반응 하나로 하고, 필요에 따라 2번째의 효소 반응을 부가함으로써, 및/또는, 필요에 따라 원료 제조에 효소 반응을 더 부가함으로써, 무엇인가를 첨가하는 일이 없는 간편한 방법으로 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료를 대량 생산하는 방법을 제공할 수 있다. 새로운 설비 투자적인 비용이 들지 않고, 에피머라아제, 필요에 따라 이소머라아제를 각각 알맞은 조건에서 반응시킴으로써 완성하는 것, 연속 혹은 개별의 반응을 자유롭게 이용하여 제조가 가능한 것, 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성을 특징으로 하는 제조 방법을 제공할 수 있다.

종래의 당질 감미료, 예를 들면 HFCS나 D-알룰로스 등을 생산하는 경우에는, 의사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작이 필수로 된다. 본 발명에 있어서는, 이 분리 조작을 행하지 않고 원료 혼합 액당 전부를 이론적으로는 수율 100%로 생산물로 변환할 수 있다.

또한, 설탕과 동일한 감미도는 D-프럭토스 함유량으로 개선할 수 있고, 제조 비용 삭감은 종래의 제조 라인에 적절한 형상으로 접속함으로써 가능해지고, D-알룰로스의 기능은 충분히 유지되고 있다는 지금까지 없는 시스템을 구축함으로써 완성한 제조 방법을 제공할 수 있다.

분리 조작을 생략함으로써, 분리에 의한 농도의 저하가 거의 없어, 농축 조작을 생략할 수 있고, 효소 반응의 생산물의 탈이온 조작 및 농축만으로 생산물이 얻어지고 대폭적인 비용 삭감을 기대할 수 있다. 그러므로 이성화당 또는 전화당의 이미 확립한 제조 방법의 장점을 모두 누릴 수 있고, 거기에 가장 저렴한 공정의 부가만으로, 즉, 식품 및 음료에 의해 섭취한 소화성 당을 구성하는 D-글루코스에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제 작용이 있는 D-알룰로스를 함유하는 설탕의 감미도 및 미질에 매우 가까운 감미료를, 가격 경쟁력을 가지는 저비용으로, 또한, 세계적 규모로 대량 생산하기 위한 제조 방법을 제공할 수 있다.

[도 1] D-글루코스를 원료로 하는 경우(1)는, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제(DXI)를 작용시켜 D-글루코스와 D-프럭토스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시켜 생산한(=이성화당의 대표적인 제조 방법에 의해 생산한), D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물(이성화당)을 원료로서 사용하고, D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성의 목적 생성물을 얻는 방법을 설명하는 도면이다.
[도 2] D-글루코스를 원료로 하는 경우(2)는, 이성화당의 대표적인 제조 방법에 의해 생산한 D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물(이성화당)에, 크로마토그래피라는 분리 장치를 이용하여, D-글루코스와 D-프럭토스로 분리를 함으로써 먼저 D-프럭토스액을 얻고, 이어서 이 D-프럭토스액과 상기 이성화당을 혼합하고, 그 D-프럭토스의 첨가량에 의해 각종 이성화당을 만들고, 그것을 원료로서 사용하고, DAE를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고 목적 생성물을 얻는 방법을 설명하는 도면이다.
[도 3] 일본 농림 규격의 각종 이성화당(포도당 과당 액당, 과당 포도당 액당, 고과당 액당)의 제조 공정과, 얻어진 각종 이성화당을 원료로 하여 DAE를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고 목적 생성물을 얻는 방법을 설명하는 도면이다. 그리고, 좌측 단은, 상기 도 1과 동일한 제조 방법을, 한가운데는 도 2와 동일한 제조 방법을 나타내고, 우측 단은, 고과당 액당을 원료로 하는 제조 방법이며, 별도 출원(PCT/JP2019/043722)을 한 제조 방법(도 4)과 마찬가지로, 상기 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시킨 후에, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정을 부가시키고 목적 생성물의 목적으로 하는 D-프럭토스의 함유량으로 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 나타내고 있다.
[도 4] D-프럭토스를 원료로 하는 경우에는, 별도 출원(PCT/JP2019/043722)을 한 방법이며, 그 방법은, 제1 단계에서, 케토오스 3-에피머라아제(DAE)로 D-프럭토스를 D-알룰로스와의 혼합물로 하고, 제2 단계에서 D-알룰로스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제(DXI)를 이용한 D-프럭토스를 D-글루코스로 변환함으로써, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는 것을 특징으로 하는 방법인 것을 설명하는 도면이다.
[도 5] 설탕을 원료로 하는 경우에는, 설탕에 전화효소를 작용시켜 분해하여 생산한(전화당의 대표적인 제조 방법에 의해 생산한), D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 조성물을 원료로서 사용하고, D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성의 목적 생성물을 얻는 방법을 설명하는 도면이다.
[도 6] 실시예 1의 기질에 D-글루코스:D-프럭토스=55:45의 당액을 사용했을 때의 배치법(batch method)에서의 당 조성의 경시 변화를 나타내는 꺾은선 그래프다.
[도 7] 실시예 1의 기질에 D-글루코스:D-프럭토스=50:50의 당액을 사용했을 때의 배치법에서의 당 조성의 경시 변화를 나타내는 꺾은선 그래프다.
[도 8] 실시예 1의 기질에 D-글루코스:D-프럭토스=45:55의 당액을 사용했을 때의 배치법에서의 당 조성의 경시 변화를 나타내는 꺾은선 그래프다.

[생산 원료]

원료로서 저렴한 것을 사용할 필요가 있다. 충분히 가격 경쟁력을 가지는 세계적인 규모의 대량 생산을 가능하게 하기 위해서는, 먼저, 사용하는 원료가 저렴하고, 또한, 대량 생산에 대응 가능하지 않으면 안 된다.

D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스로 이루어지는 3종의 당을 저렴하게 얻기 위해서는, D-글루코스 혹은 D-프럭토스를 포함하는 저렴한 것이면, 전부가 원료로 된다(도 1∼5 참조).

D-알룰로스를 만드는 경우, D-알룰로스가 D-프럭토스로부터 생산 가능하므로, D-프럭토스가 존재하는 저렴한 원료로부터 만들 필요가 있고, 그 저렴한 원료로서,

<1> D-프럭토스는 D-자일로스 이소머라아제에 의해 D-글루코스로부터 용이하게 생산 가능하므로, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용할 수 있다(도 1 및 2 참조).

예를 들면, D-글루코스를 원료로 하는 예는, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제(DXI)를 작용시켜 D-글루코스와 D-프럭토스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시켜 생산한(=이성화당의 대표적인 제조 방법에 의해 생산한), D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물(이성화당)을 원료로서 사용하고, D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성의 목적 생성물을 얻을 수 있다(도 1).

또한, D-글루코스를 원료로 하는 다른 예는, 이성화당의 대표적인 제조 방법에 의해 생산한 D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물(이성화당)에, 크로마토그래피라는 분리 장치를 이용하여, D-글루코스와 D-프럭토스로 분리를 함으로써 먼저 D-프럭토스액을 얻고, 이어서 이 D-프럭토스액과 상기 이성화당을 혼합하고, 그 D-프럭토스의 첨가량에 의해 각종 이성화당을 만들고, 그것을 원료로서 사용하고, DAE를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고 목적 생성물을 얻을 수 있다(도 2).

<2> 저가로 제조하는 방법이 확립되어 있는 이성화당은 D-글루코스와 D-프럭토스의 혼합물로서 각종 조성의 것이 저렴하게 시판되고 있고, 원료로 된다.

도 3에는, 일본 농림 규격의 각종 이성화당(포도당 과당 액당, 과당 포도당 액당, 고과당 액당)의 제조 공정과, 얻어진 각종 이성화당을 원료로 하여 DAE를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고 목적 생성물을 얻는 방법이 설명되어 있다. 도면 중, 좌측 단은, 상기 도 1과 동일한 과당 약 42%의 포도당 과당 액당을 원료로 하는 제조 방법을, 한가운데는 도 2와 동일한 과당 약 55%의 과당 포도당 액당을 원료로 하는 제조 방법을 나타내고, 우측 단은, 과당 약92%의 고과당 액당을 원료로 하는 제조 방법이며, 목적 생성물 중의 D-프럭토스 함유량을 설탕과 동일한 미질을 보이는 최적의 범위 내에서, 장기 계속 섭취 결점이 나오기 어려운 양으로 조정할 필요가 있을 때, D-프럭토스를 D-글루코스로 변환하지 않으면 안 된다. D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시킨 후에, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정을 부가시키고 목적 생성물의 목적으로 하는 D-프럭토스의 함유량으로 되도록 조정하는 제조 방법이 필요에 따라 채용된다. 그와 같은 2단계의 제조 방법은, 도 4에 나타내는, D-프럭토스를 원료로 하는, 별도 출원(PCT/JP2019/043722)을 한 제조 방법(도 4)과 마찬가지의 방법이다. 도 4에는, D-프럭토스를 원료로 하는 경우에서의 상기 별도 출원을 한, 제1 단계에서, 케토오스 3-에피머라아제(DAE)로 D-프럭토스를 D-알룰로스와의 혼합물로 하고, 제2 단계에서 D-알룰로스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제(DXI)를 이용한 D-프럭토스를 D-글루코스로 변환함으로써, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 새로운 조성의 목적 생산물을 얻는 것을 특징으로 하는 방법이 나타내어져 있다.

<3> 설탕은 D-글루코스가 D-프럭토스와 결합한 저렴한 감미료이며, 용이하게 전화효소로 분해된다. 따라서, 바이오 에탄올 생산에도 사용할 수 있는 저렴한 원료가 된다(도 5 참조).

설탕을 직접 원료로 하는 것이 아니라, 설탕에 전화효소를 작용시켜 분해하여 생산한(전화당이 대표적인 제조 방법에 의해 생산한), D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 조성물을 원료로서 사용한다. 해당 조성물에 D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성의 목적 생성물을 얻을 수 있다.

이상 정리하면, D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 혼합당인 이성화당 또는 전화당을 원료로서 사용하는 것이 바람직하다.

[원료로서 사용하는 이성화당의 상세]

이성화당은, 주로 D-글루코스로 이루어지는 콘 시럽을, 효소나 알칼리화에 의해 이성화한 D-프럭토스와 D-글루코스를 주성분으로 하는 당을 말한다. 영어로는 high-fructose corn syrup으로 표기되고, HFCS로 약칭한다. 일본의 식품 원재료명으로 흔히 「과당 포도당 액당」으로 표기되지만, 이성화당 제품의 표기에는, 포도당 과당 액당=과당 함유율(당 중 과당의 비율)이 50% 미만인 것, 과당 포도당 액당=과당 함유율이 50% 이상 90% 미만인 것, 고과당 액당=과당 함유율이 90% 이상인 것이 있다. 그 밖에, 설탕 혼합 이성화 액당=상기의 액당에 10% 이상의 설탕을 부가한 것, 그 액당이 포도당 과당 액당이면, 설탕 혼합 포도당 과당 액당으로 표기된다.

도 3에 나타낸 바와 같이 이성화당은 이미 확립된 방법으로 제조된다. 전분으로부터 이성화당을 생성하기 위해서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 3회의 효소 반응과 정제, 농축이 필요하다.

(1) 액화: 전분에 물과 가수분해 효소인 알파-아밀라아제를 첨가하고, 95℃ 정도로 가열한다. 이로써 고분자의 전분은 어느 정도 작게 분해된다.

(2) 당화: 액화 종료 후에 55℃ 정도까지 냉각하고, 글루코아밀라아제를 첨가한다. 이 반응에서, 당은 더욱 미세하게 분해되고, 포도당으로 된다.

(3) 이성화: 60℃에서 이성화 효소의 글루코스 이소머라아제를 가하고, 대략 절반의 포도당을 과당으로 변화시킨다. 이성화당의 명칭은 이 반응(포도당이 과당에 이성화하는 반응)에 유래하고 있다.

(4) 정제·농축: 이성화 후, 액당을 여과기나 이온 교환 장치에서 정제하고, 수분을 증발시켜 농축하는 것에 의해, 과당분 42%의 포도당 과당 액당이 얻어진다. 또한, 크로마토그래피에 의해 과당 순도를 높이는 것에 의해, 과당분 90-95%의 고과당 액당을 만들 수 있다. 이것을 과당분 42%의 포도당 과당 액당과 블렌딩함으로써 과당분 55%의 과당 포도당액 등이 만들어진다.

과당분 90-95%의 고과당 액당을 원료로서 사용할 때는, 상기 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시킨 후에, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정을 부가시키는 것이 필요한 경우가 있다. 목적 생성물의 목적으로 하는 D-프럭토스의 함유량이, 계속 섭취에 의해 비만의 원흉인 당으로서의 과제를 극복하고, 또한, D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하기 위해, 해당 반응 공정의 부가가 필요한 경우가 있다.

[원료로서 사용하는 전화당의 상세]

산 또는 효소(전화효소)에 의해, 설탕(자당)을 과당 및 포도당으로 가수분해한 감미료다. 같은 양의 자당보다도 달기 때문에, 당을 전화시키는 것에 의해 설탕의 양을 절제하는 것이 가능하다. 또한, 흡습성이 있기 때문에, 과자를 촉촉하게 한 상태로 유지하고, 설탕이 결정화되지 않도록 하는 것이 가능하다. 자당 및 포도당은 약한 우선(右旋) 광이고, 과당은 강한 좌선(左旋) 광이므로, 포도당과 과당이 등분자수인 용액은 자당이 약한 우선 광에 대하여, 약한 좌선 광으로 된다. 편광에 대한 선광면이 역전하는 것으로부터 전화당으로 명명되었다. 자당은 환원성을 나타내지 않지만, 전화당은 포도당에 유래하는 환원성을 나타낸다.

전화효소는, 설탕(자당)을 구성하는 포도당과 과당으로 분해(전화)하는 것에 의해, 전화당을 만드는 효모 유래의 효소이다. 전화당은, 벌꿀로 대표되는 고상한 감미와 순한 풍미가 장점이며, 식품에 촉촉함·부드러움을 부여하고, 윤기·맛을 개선시키는 작용이 있다. 전화 액당은, 예를 들면 70% 자당액(온수 300g, 자당 700g)을 60℃로 유지하고, 전화효소를 4.2g(대(對)자당 0.6%)을 첨가하고, 교반하면서 반나절 정도 반응시켜 제조한다.

[본 발명에서 사용하는 효소]

본 발명에서 사용하는 효소 D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)에 대하여, 병행하여, 필요에 따라 사용하는 D-자일로스 이소머라아제(DXI)에 대하여 설명한다.

에피머라아제는 단당의 경우, C에 결합한 -OH의 위치를 반대측으로 이동시키는 효소이며, 「화학식 C₆H₁₂O₆은 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 따라서, 에피머라아제는 이소머라아제에 속하는 효소이다. 이소머라아제는 「화학식은 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 헥소오스에 작용하는 이소머라아제는 「화학식 C₆H₁₂O₆은 변화하지 않는 반응」을 촉매한다. 예를 들면 알도스 이소머라아제는 「분자 내에서의 수소의 이동」을 촉매하고, C₁과 C₂ 사이의 산화 환원 반응을 진행시킨다. 이소머라아제가 에피머라아제보다도 상위에 존재한다. 즉, 효소 「이소머라아제」란, 이 업계에서 잘 알려져 있고, 예를 들면 케토오스 3-에피머라아제(D-알룰로스 3-에피머라아제), D-자일로스 이소머라아제, 글루코스 이소머라아제를 들 수 있다. 다만, 글루코스 이소머라아제는 과학적 정식 명칭이 아니다. 효소의 명칭으로서 글루코스 이소머라아제는 국제 생화학 분자생물학 연합에서 등록되어 있는 EC 번호에는 들어가 있지 않다. 이것은 「과학적인 효소의 명칭」이 아니다. D-자일로스 이소머라아제가 과학적 명칭으로 글루코스 이소머라아제는 상업명으로서 일반적으로 사용되고 있을 뿐이다. 이유는 D-자일로스 이소머라아제가 구조 유사의 D-글루코스에 작용하는 것을 「인간이 이용하고 있을 뿐」이며, 자연계에서는 D-글루코스를 D-프럭토스로 하여 이용하는 일은 없다.

에피머라아제는 이소머라아제 중에 포함된다. 따라서, (a) 「D-글루코스를 D-프룩토로 이성화하는 효소」, (b) 「D-프럭토스를 D-알룰로스로 이성화하는 효소」로 표현할 수 있다.

상기의 (a) 「D-글루코스를 D-프룩토로 이성화하는 효소」에 대하여, 이 중에는, 예를 들면 어떤 미생물의 L-람노스 이소머라아제가 D-글루코스에 작용 하고, D-프럭토스로 변환하는 것이 있었다고 해도 그 L-람노스 이소머라아제도 포함된다. 모든 미생물, 식물, 동물 등의 생물이 가지는 단백질이 D-글루코스를 D-프럭토스로 변환하는 것도 전부가 포함된다.

또한, 과당분 90-95%의 고과당 액당을 원료로서 사용할 때, 목적 생성물의 목적으로 하는 D-프럭토스의 함유량에 조정하기 위해 필요에 따라 채용되는, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 D-프럭토스에 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정에서 사용하는 D-자일로스 이소머라아제도 이것에 포함된다.

또한, (b) 「D-프럭토스를 D-알룰로스로 이성화하는 효소」에 대하여, 이것에는 모든 생물의 생산하는 단백질이 D-프럭토스를 D-알룰로스로 변환하는 경우에 있어서도 이것에 포함된다.

따라서, EC 번호에 「EC. 5.-(이성화 효소)」에 속하는 모든 효소를 포함한다. 가령 새롭게 발견된 효소, 다른 이성화 효소로 분류되어 있는 것이 이 반응을 촉매할 수 있는 작용을 약간이라도 가지고 있으면, 그것을 포함하는 것을 의미한다. 본 발명에서 『이소머라아제』를 사용한다란, 넓은 효소군을 포함하는 것으로서 사용하고 있다.

(D-알룰로스 3-에피머라아제)

원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키기 위해 사용한다. 이 케토헥소스 3-에피머라아제(D-알룰로스 3-에피머라아제)는, D-프럭토스를 D-알룰로스로 이성화하는 효소라면, 효소의 기원이나 분류 명칭이 무엇이라도 된다.

구체적으로는, 슈도모나스속에 속하는 세균(특허문헌 5), 아르트로박터 글로비포르미스(Arthrobacter globiformis) M30주(국제 기탁번호 NITE BP-1111) 유래의 D-케토헥소스 3-에피머라아제(특허문헌 6 및 비특허문헌 2)가 예시된다. M30주는, 일본 독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허생물 기탁센터(일본 지바켄 기사라즈시 히가시카즈사 카마타리 2-5-8)에 2011년 6월 22일 원기탁된 NITE P-1111로부터 부다페스트 조약에 기초하는 기탁으로의 이관을 2012년 5월 2일에 청구하고, 수탁번호 NITE BP-1111로서 국제기탁되었다.

또한, 아르트로박터 히스티디노로보란스(Arthrobacter histidinolovorans) Y586-1주(국제기탁번호-02813) 유래의 케토오스 3-에피머라아제가 바람직한 것으로서 예시된다(국제출원의 표시 PCT/JP2019/045672).

Y586-1주는, 2018년 11월 7일에 일본 지바켄 기사라즈시 카즈사 카마타리 2-5-8 소재의 독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물 기탁센터에 국제기탁하고, 수탁번호 NITE BP-02813으로서 기탁되었다. Y586-1주는, 당초 아르트로박터 프로토포르미애(Arthrobacter protophormiae)로 동정되었다. 그 후, 일본 식품 분석 센터의 동정에서는, 아르트로박터 히스티디노로보란스(Arthrobacter histidinolovorans)로 판정되었기 때문에, Y586-1주의 전게놈의 서열 검색을 행한 결과, 아르트로박터 히스티디노로보란스라고 확정했다. 그러므로, 수탁번호 NITE BP-02813의 균주의 명칭 변경을 독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물 기탁센터에 신고하여, 2019년 10월 4일에 승인되었다.

해당 Y586-1주 유래의 케토오스 3-에피머라아제는, 상기 특허문헌 6에 기재된 아르트로박터 글로비포르미스 유래의 케토오스 3-에피머라아제에 비하여, 배양액당으로 생산되는 효소가 약 2배 높은 활성을 가지므로, 그것을 사용함으로써 효율적으로 D-알룰로스의 대량 생산이 가능해진다. 또한, 효소의 최적 온도가 70℃로 높고, 게다가 80℃에 있어서도, 최적 온도에서의 70℃에서의 활성을 100으로 한 상대 활성이 59.4로 약 60%이고, 고내열성이다. 게다가, 60℃에사 1시간 보온 처리한 후의 잔존 활성도 49.4%라는 열 내성을 가지므로, 최적 온도의 70℃에서의 반응에 있어서, 보다 다량의 생산물을 얻을 수 있다. 이 효소가 가지는 우수한 내열성은, 효소의 아미노산 치환 변이체의 작성에 의해, 더욱 높일 수 있다는 특성이 있다.

즉, 해당 Y586-1주 유래의 케토오스 3-에피머라아제의 유전자에 돌연변이를 도입하여, 대응하는 아미노산 잔기를 부위특이적 변이 조작에 의해 다른 아미노산잔기로 치환하여, 다양한 아미노산 치환을 가지는 변이체를 조제하는 것에 의해, 아미노산 치환하고 있지 않은 야생형 효소보다 내열성이 높은 효소를 얻을 수 있고, 그 변이체를 사용할 수 있다. 반응 온도 70℃와 50℃에서의 케토오스 3-에피머라아제 활성의 비(T70/T50), 혹은, 60℃에서 1시간 보온 후의 잔존 활성이라는 2가지 지표로 내열성을 평가한, 내열성을 가지는 변이체다. 그에 의해 사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 고내열성으로부터의 해당 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성에 기초하는 공업적으로 실용 가능한 저비용의 제조 방법을 실현했다.

본 발명의 실시예에서는, 부위특이적 변이 조작에 의한 염기 치환에 의해 변화시켜 각종 케토오스 3-에피머라아제 변이체를 작성하고, 그 중에서, 효소의 수명을 높이는 데에 중요한 성질은 내열성이라는 효소 일반의 기술 상식을 고려하여, 야생형보다 내열성이 높은 아미노산 치환 변이체가 얻어지는 부위의 것을 선택하고, 그 중 신주(新株) 야생형 재조합 효소 Y586-1주 DAE(1.78)를 상회하는 변이 효소는 37종 중 20종 얻어진 바, 해당 국제출원의 명세서 중의 표 10의 8번째에 기재된 아미노산 치환 변이체를 이용하여 실험했다.

해당 변이체는, (1) 변이 서열명과 (2) 서열 번호 1로 표시되는 아미노산 서열로 이루어지는 단백질이다.

(1) Y586DAE_V129IA200VS218N

(2) 서열 번호 1로 표시되는 아미노산 서열 MKIGCHGLVWTGRFDAEGIRYSVQKTKEAGFDLIEFPLMDPFSFDVATAKSALAEHGLTASASLGLSEATDVSSEDPAIVKAGEELLNRALDVLAELGATDFCGVIYSAMKKYMEPATEQGLSNSKAAIGRVVDRAAGLGINVSLEVVNRYETNVLNTGRQALSYLSDVKRPNLGVHLDTYHMNIEESDMFSPVLDTAEVLKYVHIGESHRGYLGTGNVDFDNFFKALGRIGYDGPVVFESFSSAVVAPDLSRMLGIWRNLWADNEELGAHANAFIRDKLTAIKTIELH

이와 같은 내열성을 가지는 변이체를 사용함으로써, 고내열성과 고생산성으로부터는, 활성이라기보다는 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성이 초래된다.

(D-자일로스 이소머라아제)

D-자일로스 이소머라아제는 D-글루코스를 D-프룩토로 이성화하는 능력이 있는 효소라면, 효소의 기원이나 명칭에 제한은 없다(예를 들면 특허문헌 5 및 7). 원료로서 사용하는 D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 저렴한 조성물을, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜 D-글루코스와 D-프럭토스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시켜 생산할 수 있다.

또한, 과당분 90-95%의 고과당 액당을 원료로서 사용할 때, 목적 생성물의 목적으로 하는 D-프럭토스의 함유량으로 조정하기 위해 필요에 따라 채용되는, 희소당 D-프시코스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 D-프럭토스에 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정에서 사용할 수 있다(도 3 참조). D-자일로스 이소머라아제는 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다.

이들 효소는 정제 효소를 사용해도 되고, 해당 효소를 생산하는 미생물이라도 된다. 본 발명에 있어서는, 정제 효소 또는, 해당 효소 생산 미생물은, 정제 효소 또는, 해당 효소 생산 미생물을 고정화한 고정화 효소, 고정화 미생물로서 사용된다.

[효소의 고정화]

고정화 효소를 사용함으로써, 연속적으로 대량의 에피머화 반응을 행하는 것이 가능하게 되고, 해당 효소로서 내열성의 효소를 사용하면, 그 수명이 연장된다.

효소는 이온 교환 수지 등의 적절한 기재(基材)에 고정화하여 사용하는 것이 가장 실용적이다. 이온 교환 수지, 예를 들면 염기성 음이온 교환 수지로서는, 강염기성 음이온 교환 수지 혹은 약염기성 음이온 교환 수지 중 어느 것이라도 사용할 수 있고, 예를 들면, 강염기성 음이온 교환 수지로서는, HPA25L(미쓰비시 케미컬사 제조), IRA904CL(오르가노사 제조) 등을 들 수 있고, 약염기성 음이온 교환 수지로서는 WA30(미쓰비시 케미컬사 제조), FPA54, FPA95(오르가노사 제조) 등을 들 수 있다. 실시예에서는, 퓨로라이트사의 약염기성 음이온 교환 수지(A111S)를 사용하고 있다.

약염기성 음이온 교환 수지를 담체에 이용하여 고정화 효소를 제조한 경우, 고정화한 케토오스 3-에피머라아제는, 그 이성화 능력이 소실된 후에 용이하게 용리시킬 수 있으므로, 고정화 담체의 재생을 매우 간편하게 행할 수 있고, 생산 비용을 내릴 수 있다. 내열성의 효소를 사용하면, 그 수명이 연장되고, 생산 비용을 한층 내릴 수 있다.

전체의 제조 공정은, 배치식 또는 연속식 중 어느 방식이라도 적용할 수 있다. 연속식의 경우, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제(글루코스 이소머라아제)를 작용시켜 D-프럭토스와 D-글루코스의 혼합물을 제조하는 원료 제조 이성화 공정과 원료 중의 D-프럭토스의 D-알룰로스 3-에피머라아제를 사용하는 이성화 반응 공정을 일련의 공정으로 행하고, 또한, 글루코스 이소머라아제와 D-알룰로스 3-에피머라아제를 각각 고정화하여 행해진다. 이와 같이, D-프럭토스와 D-글루코스의 혼합물을 원료로 한 에피머화 반응 공정과 그 원료 제조 이성화 공정을 일련의 공정으로 행하고, 또한, 사용하는 효소를 고정화하여 개별로 제조에 이용한 제조법은 지금까지 없어, 신규한 제조법이라고 할 수 있다.

효소에 의한 이성화는, 효소를 고정화하고서의 이용이 가능하며, 각종 고정화 방법에 의해 안정적으로 이용하기 쉬운 고정화 효소를 얻을 수 있다. 고정화 효소를 사용함으로써, 연속적으로 대량의 이성화 및 이성화 반응을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각각 1000U/습중량 수지(g)의 활성을 가지는 고정화 효소를 사용하여 행해진다. 균체세포를 파괴하거나 하여 얻어진 파괴 세포의 용액으로부터 조(粗)효소액으로서 채취하고, 칼럼 충전한 이온 교환 수지에 대하여, 해당 조효소액을 저온(4℃) 하에서 통액(通液)시키고, 이온 교환 수지에 조효소 단백질을 결합시키고, 정제수를 통액시켜 세정하고, 고정화 효소를 얻을 수 있다. 상업적 생산에 완전히 만족할 수 있는 안정성(활성 유지)의 점에서 연속 생산에 견딜 수 있는 고정화계가 얻어진다. 얻어진 고정화 효소를 이용하여 연속적으로 대량의 이성화 반응(에피머화 반응)을 행할 수 있다. 효소를 고정화하는 담체로서도, 고정화 담체로서 공지의 임의의 것을 사용할 수 있고, 상기 예시된 수지 담체에 한정되지 않는다.

본 발명의 제조 방법의 개요는 도 1∼3에 나타내는 바와 같고, D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 저렴한 조성물을 원료로서 사용하고, 원료를 하나의 바이오리액터(고정화 에피머라아제(DAE) 컬럼)를 통과시킴으로써 원료에 포함되는 D-프럭토스를 D-알룰로스로 변환하는 반응은 진행하고, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 새로운 조성의 목적 생산물이 얻어진다.

고정화 에피머라아제(DAE) 컬럼의 반응을 설명하면, D-알룰로스 3-에피머라아제(DAE)를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 희소당 D-알룰로스로 이성화하는 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물인 개선된 이성화당 또는 전화당의 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성에 있어서, D-프럭토스의 함유량이, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한 설탕에 가까운 미질이 되는 범위인, D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 변환형의 이성화당 또는 전화당이 칼럼으로부터 나온다.

[목적 생산물]

얻어지는 희소당 함유 조성물은, 에너지원으로서의 D-글루코스 및 D-프럭토스의 함유량이 최적의 범위이며, 또한, 달고 맛있는 D-프럭토스를 그 결점(장기의 계속 섭취로 중성지방의 축적 등으로 나쁜 영향)이 나오지 않을 정도의 양으로 조정되고 있지만, D-알룰로스 및 D-글루코스의 약점인 감미도를 보충하기 위해서는 충분한 양이며, 게다가 D-알룰로스의 기능성을 발휘하는 양의 D-알룰로스를 함유하는, 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물(감미료)이다.

D-알룰로스의 함유량에 대하여, 감미료의 기능성을 최소한으로 할 필요가 있는 경우가 있다. 스포츠 음료 등은, 에너지원으로서 D-글루코스 및 D-프럭토스의 함유량이 많은 쪽이 좋다. 그 경우의, D-알룰로스의 기능성은, 급격한 당의 흡수를 억제하여, 지속적인 흡수를 담보하는 것이며, 그러한 기능은 5 질량% 이상에서의 함유량으로 발휘하는 것이 이미 뒷받침되어 있다. 비만증이나 혈당값이 높은 사람에 대해서는, 치료 혹은 예방을 목적으로 하여 섭취시키기에는, D-알룰로스의 함유량이 높을수록 좋고, 계속 사용할 것이 요구된다. 따라서, D-알룰로스의 양에 대해서는 5∼30 질량%, 바람직하게는 10∼20 질량%로 폭을 가지고 있다.

원료 중의 D-프럭토스에 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜 희소당 D-알룰로스로 변환하여, D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스의 혼합물을 얻는다. D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스의 혼합물이, D-프럭토스 및 희소당 D-알룰로스의 평형 혼합물이거나, 또는 목적으로 하는 농도로 조정된 D-프럭토스 및 희소당 D-알룰로스의 혼합물이다. 평형까지 반응을 시키지 않음으로써, D-알룰로스의 목적 생산물에서의 함유량을 변경할 수 있다.

원료는 D-글루코스에 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜 D-프럭토스로 변환하고, D-글루코스 및 D-프럭토스의 혼합물로서 얻어진다. D-글루코스 및 D-프럭토스의 혼합물이, D-프럭토스 및 D-글루코스의 평형 혼합물이거나, 또는 목적으로 하는 농도로 조정된 D-글루코스 및 D-프럭토스의 혼합물이다. 평형까지 반응을 시키지 않음으로써, D-글루코스의 목적 생산물에서의 함유량을 변경할 수 있다. 목적 생산물인 D-글루코스, D-프럭토스, D-알룰로스를 함유하는 감미료의 특징의 하나가 설탕과 같은 미질에 있다. D-글루코스는 에너지로서 중요한 성분이며, 「기아를 제로로」를 위해서는 많이 포함되는 쪽이 좋지만, 그 감미도는 설탕을 100으로 한 경우, 65-80이고, 설탕과 같은 미질을 부여하기 위해서는 D-프럭토스의 감미가 필요하므로, D-글루코스 함유량은 D-프럭토스와 D-알룰로스의 함유량에 의해 결정된다.

D-프럭토스는 감미도가 120-170이고, 감미를 부여하는 데에 중요하고, 또한, D-글루코스와 함께 설탕과 같은 미질을 부여하는 성분이지만, 한편 장기의 계속 섭취로 비만의 원흉이 되는 등의 당으로서의 과제가 있으므로, D-프럭토스 함유량은, 목적 생산물이 설탕과 같은 미질로 되도록, D-글루코스와 D-알룰로스의 함유량에 의해 결정된다. D-프럭토스를 중성지방의 축적 등으로 나쁜 영향이 나오지 않을 정도의 양으로서, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하는 D-프럭토스가 달다는 이점을 끌어내는 함유량으로 조정된다.

목적 생산물의 감미도는 지금까지의 실적에 기초하여 계산값으로서 표현함으로써, 설탕과 동일한 미질의 감미료라고 평가할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 설탕과 같은 미질, 설탕에 가까운 미질, 설탕과 동일한 미질 등의 표현은, 설탕의 감미도(단맛의 강도)를 100으로 하여 계산값으로서 표현한 100에 가깝거나, 혹은 100에 상당하는 경우로서, 바람직하게는 관능 검사로 뒷받침될 때에 채용되는 표현이다.

[제조 방법의 특징 및 이점]

[특징 1] D-글루코스와 D-프럭토스가 존재하는 저렴한 원료를 사용할 수 있다. 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제(DXI)를 작용시켜 생산했거나, 또는 설탕에 전화효소를 작용시켜 분해하여 생산한, D-글루코스와 D-프럭토스를 주조성으로 하는 조성물을 사용할 수 있다.

[특징 2] 이소머라아제(DXI)와 에피머라아제(DAE)를, 각각 고정화 반응 칼럼을 분리하여 반응할 수 있으므로, 목적의 반응을 적절한 조건에서 진행시키는 것이 용이하다.

[특징 3] 2가지의 효소는 각각 적정한 반응 조건에서 진행시키는 것이 가능하며, 활성의 저하 등이 일어난 경우에 개별로 교환하는 것 등으로, 간이하게 대응하는 것이 가능하다.

[특징 4] 2가지의 효소 반응을 따로따로 행함으로써, 목적으로 하는 당만을 반응시키는 것이 가능하다. 2가지의 특이성에 따라 능숙하게 컨트롤함으로써, 목적물을 에너지원으로 하는 D-글루코스의 함유량이 최적의 범위이고, 달고 맛있는 D-프럭토스를 그 결점(장기의 계속 섭취로 중성지방의 축적 등으로 나쁜 영향)이 나오지 않을 정도의 양으로 조정되어 있지만, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하기 위해서는 충분한 양이며, 게다가 D-알룰로스의 기능성을 가진 양의 D-알룰로스를 함유하는 설탕과 동일한 미질의 희소당 함유 조성물(감미료)인 것이 큰 특징이다.

[이점 1] 대량 생산 기술이 확립되어 있는 각종 이성화당(에피머라아제 컬럼만으로 생산 가능해지고, 각종의 것을 구분하여 사용함으로써 기대하는 조성의 생산물을 만드는 것이 가능함) 및 저렴한 설탕(바이오 에탄올용으로서 대량으로 생산되고, 이용되고 있는 것으로 D-글루코스＋D-프럭토스(1:1)의 조성인 것이 저렴하게 이용 가능함)을 사용하고, 종래의 제조 라인을 적절한 형상으로 접속함으로써 부반응 생성물을 포함하지 않는 순수한 형태로 제조할 수 있다.

[이점 2] 본 희소당 함유 조성물을 생산하는 데에 필요한 에피머라아제(DAE) 컬럼은, 일반적으로 이성화당 또는 전화당을 제조하는 경우에 사용되고 있는 이소머라아제(DXI) 컬럼에 그대로 접속하는 것만으로 된다. 그러므로 매우 저렴하게 제조가 가능하다.

[이점 3] 본 희소당 함유 조성물의 조성은, 원료 생산 단계의 이소머라아제(DXI), D-알룰로스 생산 단계의 에피머라아제(DAE)의 효소 반응을 조정함으로써, 일정하게 하는 것도 변화시키는 것도 용이하다.

[이점 4] 제조 공정에 분리 과정이 없는 것에 의해, 제조 공정을 단순하게 할 수 있다. 이러한 점에서 비용 삭감은 현저할 뿐만 아니라 제조 공정의 관리가 용이하다.

[이점 5] 제조 공정 중에 원료나 생산물이 제조 중에, 분리 조작 등으로 소실되는 일은 없고, 원리적으로는 원료의 전체 100%가 생산물로서 얻는 것이 가능하다.

[이점 6] 2가지의 효소 활성의 조정, 혹은 반응 칼럼을 통과하는 속도를 조정함으로써, 생산물의 조성비를 변경하는 것도 가능하다. 그 기질의 유속 외에, 기질과의 반응 시간, 반응 온도, 기질 용액의 pH, 및 효소량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 조정함으로써, 목적물의 조성을 원하는 것으로 할 수 있다.

[이점 7] 사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 고내열성으로부터의 해당 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성에 기초하는 공업적으로 실용 가능한 저비용의 제조 방법을 제공할 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 신규 감미료는 기호에 따라, 자당, 당 알코올, 아스파르테임이나 스테비아 등의 감미료와 병용할 수도 있다. 또한 바디감의 부여 등을 위해, 감미도가 낮은 수용성 식물 섬유(폴리덱스트로오스, 이눌린이나 난소화성 덱스트린 등)을 적절히 첨가해도 된다.

본 발명의 감미료에 있어서, D-글루코스:D-프럭토스:D-알룰로스가 58:29.4:12.6 또는 45:38.5:16.5의 희소당 함유 조성물인 태양(態樣)을 포함하지만, 감미도 및 감미질을 살려서 이용하는 경우에는, 그 함량은 특별히 한정되지 않는다. 목적으로 하는 기능의 정도, 사용 태양, 사용량 등에 의해 적절히 조정할 수 있다.

본 발명의 설탕과 동일한 미질의 신규 감미료는, D-알룰로스를 함유하는 것으로, 비만 예방 효과를 가진다. 또한, 생활습관병 예방이라고 하는 것으로, 다른 유효 성분과 병용 혼합하여 사용할 수도 있다.

[용도]

본 발명의, 희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스 설탕과 동일한 미질의 감미료 조성물은, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 희소당 함유 조성물의 기지(旣知)의 용도와 마찬가지로 사용된다.

본 발명의 감미료 조성물은, 원료가 되는 이성화당, 전화당 등의 생산물로서, 또한, 의사 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작을 경과하고 있지 않는 생산물인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 원료가 되는 이성화당, 전화당 등의 생산물로서, 또한, 고정화 효소 반응 칼럼을 통과한 액당 그 자체인 것을 특징으로 하고 있고, D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스의 조성물이므로, 역시 특허문헌 7에 기재된 용도로 사용된다. 포도당·과당·D-알룰로스도, 모두 식품(인가 인증의 면에서)이며, 식품의 혼합물이기 때문에 지극히 안전하고 취급하기 쉽다. D-알룰로스(=D-프시코스)는 식품 소재에 미량으로 존재하고, 안전성이 높고, 대량 생산 기술이 개발된 지금, 비용면에서도 이용 가치는 높은 것이다. 그리고, 급성 경구 독성 시험에서는 5,000mg/kg 이상인 것이 이미 알려져 있다.

D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물의 용도로서는, 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방 등), 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물 성장 조정제, 식물 병해 저항성 증폭제 등), 공업용이 예시된다. 설탕과 동일한 미질의 감미료는 식품, 보건용 식품, 환자용 식품, 식품 소재, 보건용 식품 소재, 환자용 식품 소재, 식품 첨가물, 보건용 식품 첨가물, 환자용 식품 첨가물, 음료, 보건용 음료, 환자용 음료, 음료수, 보건용 음료수, 환자용 음료수, 약제, 제제 원료, 사료, 환축(患畜) 및/또는 환수(患獸)용 사료 등에 감미를 필요로 하는 것 전부에 사용할 수 있다.

본 발명의 설탕과 동일한 미질의 감미료를 식품에 이용하는 경우, 그대로의 형태, 물 등에 희석한 형태, 오일 등에 현탁한 형태, 유액상 형태, 또는 식품업계에서 일반적으로 사용되는 담체를 첨가한 형태 등의 것을 조제해도 된다. 음료의 형태는, 비알코올 음료 또는 알코올 음료다. 비알코올 음료로서는, 예를 들면 탄산계 음료, 과즙 음료, 넥타 음료 등의 비탄산계 음료, 청량 음료, 스포츠 음료, 차, 커피, 코코아 등, 또한, 알코올 음료 형태에서는 맥주, 발포주, 제3 맥주, 청주, 매실주, 와인, 샴페인, 리큐어, 츄하이, 약용주 등의 형태를 들 수 있다.

본 발명의 희소당 함유 조성물의, 상기 당질 대사 이상 및/또는 지질 대사 이상 개선을 목적으로 한 식품 소재 혹은 식품 첨가물로서의 사용 형태로서는, 정제, 캡슐제, 음료 등에 용해시키는 분말 혹은 과립 등의 고형제, 젤리 등의 반고형체, 음료수 등의 액체, 희석하여 사용하는 고농도 용액 등이 있다.

또한, 본 발명의 설탕과 동일한 미질의 감미료를 적절히 식품에 첨가하여 당질 대사 이상 및/또는 지질 대사 이상 개선 등을 목적으로 한 보건식 또는 환자식으로 할 수 있다. 임의적 성분으로서, 통상 식품에 첨가되는 비타민류, 탄수화물, 색소, 향료 등 적절히 배합할 수 있다. 식품은 액상 또는 고형이 임의의 형태로 먹을 수 있다. 젤라틴 등으로 외포하여 캡슐화한 연질캡슐제로 하여 먹을 수 있다. 캡슐은, 예를 들면 원료 젤라틴에 물을 첨가하여 용해하고, 이것에 가소제(글리세린, D-소르비톨 등)를 가하는 것에 의해 조제한 젤라틴 피막으로 만들어진다.

본 발명의 설탕과 동일한 미질의 감미료는, 감미료로서 설탕과 같은 용도로 사용할 수 있다. 또한, 조리나 차, 커피, 조미료(미림 등) 등에도 사용할 수 있다.

음식물로서는, 구체적으로는 이하의 것을 예시할 수 있다. 양과자류(푸딩, 젤리, 젤리캔디, 캔디, 드롭, 캬라멜, 츄잉검, 초콜릿, 페이스트리, 버터 크림, 커스터드크림, 슈크림, 핫케이크, 빵, 포테이토칩, 감자튀김, 팝콘, 크래커, 파이, 스폰지케이크, 카스테라, 와플, 케이크, 도너츠, 비스킷, 쿠키, 센베이, 전병, 오카키, 만주, 엿 등), 건조면 제품(마카로니, 파스타), 계란 제품(마요네즈, 생크림), 음료(기능성 음료, 유산 음료, 유산균 음료, 농후 유성(乳性) 음료, 과즙 음료, 무과즙 음료, 과육 음료, 투명 탄산 음료, 과즙 첨가 탄산 음료, 과실 착색 탄산 음료), 기호품(녹차, 홍차, 인스턴트 커피, 코코아, 캔커피 드링크), 유제품(아이스크림, 요구르트, 커피용 밀크, 버터, 버터소스, 치즈, 발효유, 가공유), 페이스트류(마멀레이드, 잼, 플라워 페이스트, 땅콩 페이스트, 과일 페이스트, 과실의 시럽 절임), 축육 제품(햄, 소세지, 베이컨, 건조 소시지, 비프저키, 라드(lard)), 어개류 제품(어육 햄, 어육 소시지, 가마보코, 치쿠와(원통형 어묵), 팡빙, 건어물, 가다랑어포, 사바부시, 니보시, 성게, 오징어젓, 오징어포, 생선 미림 건어물, 조개 건어물, 연어 등의 훈제품), 츠쿠다니류(잔 물고기, 조개류, 산채, 버섯, 다시마), 카레류(즉석 카레, 레토르트 카레, 캔 카레), 조미료제(된장, 분말 된장, 간장, 분말 간장, 전국, 어간장, 소스, 케첩, 굴소스, 부용 큐브, 불고기 양념, 카레루, 스튜 원료, 스프 원료, 다시 원료, 페이스트, 인스턴트 스프, 후리카케, 드레싱, 샐러드유), 튀김 제품(유부, 유부 과자, 즉석라면), 두유, 마가린, 쇼트닝 등을 들 수 있다.

상기 음식물은 조성물을 상법에 따라서, 일반식품 원료와 배합하는 것에 의해, 가공 제조할 수 있다. 상기 음식물로의 조성물의 배합량은 식품의 형태에 의해 상이하고 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 0.1∼50 중량%가 바람직하다.

상기 음식물은 기능성 식품, 영양 보조 식품 혹은 건강 식품류로서도 사용할 수 있다. 그 형태는 특별히 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 식품의 제조예로서는, 아미노산 균형이 잡힌 영양가가 높은 유단백질, 대두단백질, 난알부민 등의 단백질, 이들의 분해물, 난백의 올리고펩티드, 대두 가수분해물 등 외에, 아미노산 단체의 혼합물 등을 상법에 따라서 사용할 수 있다. 또한, 소프트 캡슐, 타블릿 등의 형태로 이용할 수도 있다.

영양 보조 식품 혹은 기능성 식품의 예로서는, 당류, 지방, 미량 원소, 비타민류, 유화제, 향료 등이 배합된 유동식, 반소화 영양식, 성분 영양식, 드링크제, 캡슐제, 경장영양제 등의 가공 형태를 들 수 있다. 상기 각종 식품에는, 예를 들면 스포츠 드링크, 영양 드링크 등의 음식물은 영양 밸런스, 풍미를 양호하게 하기 위해, 아미노산, 비타민류, 미네랄류 등의 영양적 첨가물이나 감미료, 향신료, 향료, 색소 등을 더 배합할 수도 있다.

기능성 식품은, 특정한 질병 등을 예방(비만 예방)하는 건강 식품, 예방 의약품의 분야의 이용에 적합하다. 특정한 질병을 예방하는 건강 식품에 있어서는, 필수 성분인 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물 외에, 임의적 성분으로서, 통상 식품에 첨가되는 비타민류, 탄수화물, 색소, 향료 등을 적절히 배합할 수 있다. 식품은 액상 또는 고형의 임의의 형태로 먹을 수 있다. 젤라틴 등으로 외포하여 캡슐화한 캡슐제로 하여 먹을 수 있다. 캡슐은 예를 들면 원료 젤라틴에 물을 첨가하여 용해하고, 이것에 가소제(글리세린, D-소르비톨 등)를 첨가함으로써 조제한 젤라틴 피막으로 만들어진다.

본 발명의 설탕과 동일한 미질의 감미료를 식품 첨가물로서 사용하는 경우, 그 형태는 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면, 본 발명에 관련된 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 감미료를 그대로 식품으로서 조제한 것, 다른 식품에 첨가한 것, 혹은, 캡슐, 정제 등, 식품 또는 건강식품에 통상 사용되는 임의의 형태를 들 수 있다. 또한, 식품 중에 배합하여 섭취 혹은 투여하는 경우에는, 적절히 부형제, 증량제, 결합제, 증점제(增粘劑), 유화제, 착색료, 향료, 식품 첨가물, 조미료 등과 혼합하고, 용도에 따라, 분말, 과립, 정제 등의 형태로 성형할 수 있다. 나아가, 식품 원료 중에 혼합하여 식품을 조제하고, 기능성 식품으로서 제품화함으로써 섭취할 수 있다.

본 발명의 감미료 조성물은 가축, 가금, 애완동물류의 사료용에 응용할 수 있다. 예를 들면, 드라이 도그 푸드, 드라이 캣 푸드, 웨트 도그 푸드, 웨트 캣 푸드, 세미모이스트 도그 푸드, 양계용 사료, 소, 돼지 등의 가축용 사료에 배합할 수 있다. 사료 자체는 상법에 따라서 조제할 수 있다.

이들의 치료제 및 예방제는 인간 이외의 동물, 예를 들면, 소, 말, 돼지, 양등의 가축용 포유류, 닭, 메추라기, 타조 등의 가금류, 파충류, 조류 혹은 소형 포유류 등의 애완동물류, 양식 어류 등에도 사용할 수 있다.

본 발명의 감미료의 감미를 살리면서, 생리 작용의 발현을 의도한 당질 대사 이상 및/또는 지질 대사 이상 개선 효과, 비만 개선 효과를 목적으로 한 약제는, 이들을 단독으로 이용하는 것 이외에, 일반적 부형제, 안정제, 보존제, 결합제, 붕괴제 등의 적당한 첨가제를 배합하고, 액제, 과립제, 세립제(細粒劑), 산제, 정제, 캡슐제, 환제, 살포제, 스프레이제 등이 적당한 제형을 선택하여 제제하고, 경구적, 경비적으로 투여할 수 있다.

경구 투여, 경비 투여에 적합한 의약용의 유기 또는 무기의 고체, 반고체 또는 액체의 담체, 용해제 혹은 희석제를, 본 발명의 조성물을 약제로서 조제하기 위해 사용할 수 있다. 물, 젤라틴, 유당, 전분, 스테아르산마그네슘, 탈크, 동·식물유, 벤질알코올, 껌, 폴리알킬렌글리콜, 석유 수지, 야자유, 라놀린, 또는 의약에 이용되는 다른 캐리어(담체)는 모두, 본 발명의 조성물을 포함하는 약제 담체로서 사용할 수 있다. 또한, 안정제, 습윤제, 유화제나, 침투압을 바꾸거나, 배합제의 적절한 pH를 유지하기 위한 염류를 보조 약제로서 적절히 사용할 수 있다.

의약조성물로서 사용되는 경우, 그 제제화에는 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 투여 형태는 적절히 선택할 수 있고, 그와 같은 투여 형태로서는, 예를 들면 경구 투여 제제로서 조제하는 경우에는, 정제, 과립제, 산제, 캡슐제, 코팅제, 액제, 현탁제 등의 형태를 들 수 있고, 비경구 투여 제제로 하는 경우에는, 주사제, 점적제(点滴劑), 좌약 등의 형태를 들 수 있다. 또한, 그 투여량은, 의약조성물의 제제 형태, 투여 방법, 사용 목적 및 이것에 적용되는 투여 대상의 연령, 체중, 증상에 의해 적절히 설정할 수 있다. 약제에 있어서는, 유효 성분인 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물은 그것 자체뿐만 아니라 그것의 약제로서 허용되는 염으로서 사용된다. 해당 약제는, D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 감미료 조성물을 단독으로 제제로서 사용할 수 있는 것 외에, 제약상 사용할 수 있는 담체 혹은 희석제를 첨가한 제제 조성물로 가공한 것을 사용할 수도 있다. 이와 같은한 제제 또는 약제 조성물은 상기한 바와 같이, 경구 또는 비경구의 경로로 투여 할 수 있다. 예를 들면, 경구 투여용의 고체 또는 유체(겔 및 액체)의 제제 또는 약제 조성물은 타블릿, 캡슐, 정제, 환제, 분말, 과립 혹은 겔 조제품의 형태를 취한다. 제제 또는 약제 조성물이 정확한 투여량은, 그 목적으로 하는 사용 형태 및 처치 시간에 의해 변화되므로, 담당의 의사 또는 수의사가 적당하다고 생각하는 양으로 된다. 복용 및 투여 용량은 제제 형태에 의해 적절히 조정할 수 있다. 정제 등의 경구 고형 제제, 경구 액제 등으로서 1일 복용량을 1회 내지 수회로 나누어 복용해도 된다. 또한, 예를 들면 시럽이나 트로키, 츄어블정 등으로 유아 돈복하여, 국소에서 작용시키고 또한 내복에 의한 전신성 작용도 발휘시키는 제제 형태에서는 1일 복용량의 1/2∼1/10을 1회량으로서 배합하여 복용하면 되고, 이 경우 전체 복용량이 1일량에 충족하지 않아도 된다.

반대로, 제제 형태로부터 볼 때 무리한 복용 용량으로 되지 않으면 1일 복용량에 상당하는 양을 1회분으로서 배합해도 된다. 제제의 조제에 있어서는, 통상 사용되는 충전제, 증량제, 결합제, 붕괴제, 표면 활성제, 활택제, 코팅제, 서방화제(徐放化劑) 등, 희석제나 부형제를 사용할 수 있다. 이 밖에, 필요에 따라 용해 보조제, 완충제, 보존제, 가용화제, 등장화제, 유화제, 현탁화제, 분산제, 증점제, 겔화제, 경화제, 흡수제, 점착제, 탄성제, 가소제, 흡착제, 향료, 착색제, 교미제, 항산화제, 보습제, 차광제, 광택제, 대전 방지제 등을 사용할 수 있다.

본 발명은, 희소당 D-알룰로스(D-프시코스)의 피부 보습, 피부 항산화 및 피부 항노화 작용을 이용하는 피부외용제, 즉 치료약, 피부외용제, 화장료 등이 알려져 있는(특허문헌 8) 피부 거칠어짐, 거칠어진 쉬운 성질에 대하여 개선·예방 효과를 가지는 피부외용제를 제공할 수 있다. 본 발명의 피부외용제에는, 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물을 필수 성분으로 하고, 그 외에, 통상 화장품이나 의약품 등의 피부외용제에 사용되는 성분, 예를 들면 수성 성분, 유성 성분, 분말 성분, 알코올류, 보습제, 증점제, 자외선 흡수제, 미백제, 방부제, 산화 방지제, 계면활성제, 향료, 색제, 각종 피부 영양제 등을 필요에 따라 적절히 배합할 수 있다. 그 외에, 에데트산이나트륨, 에데트산삼나트륨, 시트르산나트륨, 폴리인산나트륨, 메타인산나트륨, 글루콘산 등의 금속 봉쇄제, 카페인, 탄닌, 베라파밀, 감초 추출물, 글라브리딘(glabridin), 모과의 과실의 열수(熱水) 추출물, 각종 생약, 아세트산토코페롤, 글리시리진산, 트라넥사민산 및 그의 유도체 또는 그의 염 등의 약제, 비타민 C, 아스코르브산 인산 마그네슘, 아스코르브산 글리코시드, 알부틴, 코지산, D-글루코스, D-프럭토스, 트레할로오스 등의 당류 등도 적절히 배합할 수 있다. 즉, 희소당 D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물에, 예를 들면 식물유 등의 유지류, 라놀린이나 밀랍 등의 납류, 탄화수소류, 지방산, 고급 알코올류, 에스테르류, 각종 계면활성제, 색소, 향료, 비타민류, 식물이나 동물의 추출 성분, 자외선 흡수제, 항산화제, 방부제, 살균제 등의, 통상의 피부외용제의 원료로서 사용되고 있는 것을 적절히 배합하여, 피부외용제를 제조할 수 있다. 또한, 항염증성의 피부외용제 원료인 글리시르레틴산 등의 감초 추출 성분, 염산 디펜히드라민, 아줄렌(azulene), dl-α-토코페롤 및 그의 유도체, 비타민 B2, 비타민 B6 등과 함께 사용할 수 있다. 피부외용제는, 예를 들면 연고, 크림, 유액, 로션, 팩, 욕용제 등, 종래의 피부외용제에 사용되는 형태라면 어느 것이라도 되고, 제형은 특별히 상관없다. 즉, 피부외용제로서 이용되는 경우, 그 제형은 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 용액계, 가용화계, 유화계, 분말 분산계, 물-오일 2층계, 물-오일-분말 3층계, 젤, 미스트, 스프레이, 무스, 롤온(roll-on), 스틱 등 외에, 부직포 등의 시트에 함침 내지 도포한 제제 등을 들 수 있다.

농약의 사용량을 비약적으로 감소시킬 가능성이 있는, 식물에 대하여 병해 저항성을 증폭시키는 작용의 물질을 제공하는 것을 목적으로 하여, 본 발명자들의 다른 그룹은, 희소당에 의한 식물 병해 저항성 증폭제의 발명이 이미 등록되어 있으나(특허문헌 9), 그 후 연구 개발이 비약적으로 진행되고 있고, 복수의 특허가 존재한다.

또한, 치약 등에 첨가하여, 감미료로서 사용할 수 있다.

또한, 화장품 등의 제제화에 가용성 필름이 사용되도록 되어 오고 있다. 예를 들면, 향료 등을 유지시킨 플레이버 필름 등으로서 기분 전환, 구취 예방 등을 목적으로 하여, 가식성의 가용성 필름이 사용되고 있다. 식품, 의약품 등의 포장재로서, 또한 식품, 의약품 등의 유효 성분을 유지하는 담체로서, 우수한 용해성과 필름 특성을 나타내고, 이들의 용도에 바람직하게 사용할 수 있는 가용성 필름이 제안되어 있고(특허문헌 10), 이와 같이 하여, 본 발명의 설탕의 감미도 및 미질 을 가지는 감미료를 의약품 혹은 의약부외품, 화장품에 적응할 수 있다.

식품, 음료 또는 화장품, 혹은 사료에서의 배합량은 특별히 제한되지 않지만 D-알룰로스(=D-프시코스) 0.01∼10 중량% 정도가 바람직하다. 의약품 경우, 캡슐이나 분말, 정제 등으로서 경구 투여할 수 있고, 물에 녹는 것으로부터 경구 투여 이외에 정맥 주사, 근육 주사 등의 투여 방법을 채용하는 것이 가능하다. 투여량은 예를 들면 당뇨병의 증상의 정도나 체중, 연령, 성별 등에 따라 상이한 것이며, 사용 시에 적당한 양을 증상에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 의약품에서의 배합량은 특별히 제한은 되지 않지만, 체중 1kg당, 경구 투여의 경우 D-알룰로스(=D-프시코스) 0.01∼2,000mg, 정맥 주사 투여의 경우 0.01∼1,000mg, 근육주사 투여의 경우 0.01∼1,000mg 정도가 바람직하다.

본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

D-알룰로스 3-에피머라아제는, 상기한 서열 번호 1로 표시되는 아미노산 서열로 이루어지는 단백질을 사용했다. 고정화 담체로서는 퓨로라이트사의 약염기성 음이온 교환 수지(A111S)를 사용했다.

[배치법에서의 신감미료의 생산]

D-알룰로스 3-에피머라아제를 고정화한 고정화 효소를 3ml 재어 취하고, 60%의 당액을 가하여 60℃에서 진탕하고 효소 반응을 행했다. 기질에 사용한 당액은, D-글루코스:D-프럭토스=55:45, D-글루코스:D-프럭토스=50:50 및 D-글루코스:D-프럭토스=45:55인 것을 사용했다.

D-글루코스:D-프럭토스=55:45를 사용했을 때, 평형 상태에서 D-글루코스:D-프럭토스:D-알룰로스=55.6:32.1:12.3이었다(도 6).

D-글루코스:D-프럭토스=50:50을 사용했을 때, 평형 상태에서 D-글루코스:D-프럭토스:D-알룰로스=51.0:34.7:14.3이었다(도 7).

또한, D-글루코스:D-프럭토스=45:55를 사용했을 때, 평형 상태에서 D-글루코스:D-프럭토스:D-알룰로스=45.6:38.8:15.6이었다(도 8).

[컬럼법에서의 신감미료의 생산]

D-알룰로스 3-에피머라아제를 고정화한 고정화 효소를 재킷 칼럼에 약 250mL충전하고 바이오리액터를 구축했다. 기질에는 60%의 당액을 사용하고, 재킷부에 60℃의 온수를 순환시키고 SV=1∼SV=5까지 유속을 변화시켜 효소 반응을 행했다. 기질에 사용한 당액은, D-글루코스:D-프럭토스=58:42, D-글루코스:D-프럭토스=50:50 및 D-글루코스:D-프럭토스=45:55인 것을 사용했다.

기질에 D-글루코스:D-프럭토스=58:42인 당액을 사용하고 SV를 변화시켰을 때의 칼럼법에서의 당 조성의 변화 결과를 표 1에 나타냈다.

기질에 D-글루코스:D-프럭토스=50:50인 당액을 사용하고 SV를 변화시켰을 때의 칼럼법에서의 당 조성의 변화를 표 2에 나타냈다.

기질에 D-글루코스:D-프럭토스=42:58인 당액을 사용하고 SV를 변화시켰을 때의 칼럼법에서의 당 조성의 변화를 표3에 나타냈다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

식품업계 등에서 널리 사용되어도 비만 등의 생활습관병의 원인이 되지 않는 설탕과 거의 같은 감미도 및 미질을 가지는 감미료를 충분히 가격 경쟁력을 가지는 저비용으로 세계적인 규모의 대량 생산하는 것이 기대된다. 저비용으로 세계적인 규모의 대량 생산의 성공에 의해, D-알룰로스(=D-프시코스)를 포함하는 당 조성물의 용도가 식품, 음료, 특히 기능성 식품(비만 예방 등), 의약품, 화장품, 사료, 농약(식물 성장 조정제, 식물 병해 저항성 증폭제 등), 공업용으로서 확대될 뿐만 아니라 「기아를 제로로」를 위한 에너지원 등으로서 세계에 공급되는 것이 기대된다.

독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물 기탁센터 NITEBP-1111 20110622 독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물 기탁센터 NITEBP-02813 20181107

SEQUENCE LISTING <110> NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION KAGAWA UNIVERSIT <120> Mass production method of flavoring agent with taste similar to sugar with D-allulose functionality <130> PCT21653UK <160> 1 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 289 <212> PRT <213> Arthrobacter histidinolovorans <400> 1 Met Lys Ile Gly Cys His Gly Leu Val Trp Thr Gly Arg Phe Asp Ala 1 5 10 15 Glu Gly Ile Arg Tyr Ser Val Gln Lys Thr Lys Glu Ala Gly Phe Asp 20 25 30 Leu Ile Glu Phe Pro Leu Met Asp Pro Phe Ser Phe Asp Val Ala Thr 35 40 45 Ala Lys Ser Ala Leu Ala Glu His Gly Leu Thr Ala Ser Ala Ser Leu 50 55 60 Gly Leu Ser Glu Ala Thr Asp Val Ser Ser Glu Asp Pro Ala Ile Val 65 70 75 80 Lys Ala Gly Glu Glu Leu Leu Asn Arg Ala Leu Asp Val Leu Ala Glu 85 90 95 Leu Gly Ala Thr Asp Phe Cys Gly Val Ile Tyr Ser Ala Met Lys Lys 100 105 110 Tyr Met Glu Pro Ala Thr Glu Gln Gly Leu Ser Asn Ser Lys Ala Ala 115 120 125 Ile Gly Arg Val Val Asp Arg Ala Ala Gly Leu Gly Ile Asn Val Ser 130 135 140 Leu Glu Val Val Asn Arg Tyr Glu Thr Asn Val Leu Asn Thr Gly Arg 145 150 155 160 Gln Ala Leu Ser Tyr Leu Ser Asp Val Lys Arg Pro Asn Leu Gly Val 165 170 175 His Leu Asp Thr Tyr His Met Asn Ile Glu Glu Ser Asp Met Phe Ser 180 185 190 Pro Val Leu Asp Thr Ala Glu Val Leu Lys Tyr Val His Ile Gly Glu 195 200 205 Ser His Arg Gly Tyr Leu Gly Thr Gly Asn Val Asp Phe Asp Asn Phe 210 215 220 Phe Lys Ala Leu Gly Arg Ile Gly Tyr Asp Gly Pro Val Val Phe Glu 225 230 235 240 Ser Phe Ser Ser Ala Val Val Ala Pro Asp Leu Ser Arg Met Leu Gly 245 250 255 Ile Trp Arg Asn Leu Trp Ala Asp Asn Glu Glu Leu Gly Ala His Ala 260 265 270 Asn Ala Phe Ile Arg Asp Lys Leu Thr Ala Ile Lys Thr Ile Glu Leu 275 280 285 His

Claims (12)

1. D-글루코스, D-프럭토스 및 D-알룰로스로 이루어지는 3종의 당을 함유하는 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의 감미료의 대량 생산 방법으로서,
   D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 저렴한 조성물을 원료로서 사용하고,
   D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시키고,
   희소당 D-알룰로스, D-글루코스 및 D-프럭토스로 이루어지는 조성물에 있어서, D-프럭토스의 함유량이, D-알룰로스의 약점인 감미도를 보충하고, 또한 D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하는 범위인, 목적 생성물을 얻는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 목적 생성물에 있어서, D-글루코스는 에너지원으로서 중요하지만, 설탕의 단맛의 강도를 100으로 하면 65-80인 것,
   D-프럭토스는, 단맛의 강도가 120-170이고 감미를 부여하는 데에 중요하며, D-알룰로스 및 D-글루코스와 함께 설탕에 가까운 미질을 부여하지만, 한편 계속 섭취에 의해 비만의 원흉인 당으로서의 과제가 있는 것,
   D-알룰로스는, 단맛의 강도가 70이고, 비만 및 소화성 당에 의한 급격한 혈당값 상승의 억제의 생리 기능을 부여할 수 있는 것의 각 성분의 특징을 고려하여, 각 성분의 함유량을 결정하여 목적에 따른 적절한 조성으로 하는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 원료가, 전분으로부터 생산되는 D-글루코스를 사용하여, D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜 D-글루코스와 D-프럭토스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시켜 생산하거나, 또는 설탕에 전화효소(invertase)를 작용시켜 분해하여 생산한, D-글루코스와 D-프럭토스를 포함하는 조성물인, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 원료가 저렴한 이성화당 또는 전화당(轉化糖)이고, 목적 생성물이 D-알룰로스의 기능성을 가지는 설탕에 가까운 미질의, 계속 섭취로 질병을 야기하지 않는 우수한 생리적 효과를 발휘하는 개선형 이성화당 또는 전화당인, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 원료가 저렴한 이성화당으로서, 포도당 과당 액당 및/또는 과당 포도당 액당을 사용하는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 효소 활성을 조정함으로써, 목적 생성물의 희소당 D-알룰로스 함유량으로 하는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이성화 반응이, 기질 용액을 고정화 효소 칼럼 내를 통과시켜 행하는 반응으로서, 또한, 기질의 유속, 기질과의 반응 시간, 반응 온도, 기질 용액의 pH, 및 효소량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 조정함으로써, 목적물의 조성을 목적하는 것으로 하는, 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   원료를 기질로 하여 고정화 효소 반응을 이용하여, 이론상은 부생산물을 생산하지 않고 100% 목적 생산물로서 얻는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   목적 생성물이, 제조 공정 중에 의사(擬似) 이동 크로마토그래피에 의한 분리 조작으로 소실되는 일이 없는, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 D-알룰로스 3-에피머라아제를 작용시켜, 원료 중의 D-프럭토스를 D-프럭토스와 희소당 D-알룰로스간의 이성화 반응에 의해 이성화를 진행시키고, 목적 생성물의 목적으로 하는 희소당 D-알룰로스 함유량에 도달한 단계에서 반응을 종료시킨 후에,
    희소당 D-알룰로스에 작용하지 않는 D-자일로스 이소머라아제를 작용시켜, D-프럭토스와 D-글루코스간의 평형 반응에 의해 이성화를 진행시키는 반응 공정을 부가시키는, 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 원료가 저렴한 이성화당으로서, 고과당 액당을 사용하는, 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용하는 D-알룰로스 3-에피머라아제의 고내열성으로부터의 상기 효소의 고내구성(수명)에 유래하는 총생산성에 기초하는 공업적으로 실용 가능한 저비용의 제조 방법인, 방법.