KR790001608B1 - 말토스의 제조법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

말토스의 제조법

본 발명은 액화전분에 β-아미라제를 작용시킨후 또는 동시에 방선균속(放線菌屬)이 생산하는 아미라제를 첨가하여 당화함을 특징으로 하는 고함량 말토스의 제조방법에 관한 것이다. 말토스는 D-글루코오스 2분자가 α형으로 결합한 2당류이며 물에 극히 잘 용해하는 백색 분말로 감미도가 설탕의

이며, 극히 우수한 양질의 감미(甘味)를 나타낸다. 말토스는 감미제로서 설탕이 갖지 않은 많은 장점을 가지고 있는 동시에 발효공업의 배양원료 혹은 말티톨(maltitol)등의 유도체를 만드는 원료등으로서 광범위한 용도를 갖고 있으므로 유리한 공업적 제조방법의 개발이 기대되었다.

본 발명에서 사용하는 방선균 아미라제는 특정한 스트렙토미세스의 균주 (스트렙토미세스 아우레스 파시엔스(streptomyces anresfaciens) FERM-P 606, 스트렙토미세스 플라부스(streptomyces flavus) FERM-P 605), 스트렙토미세스 하이그로스코피카스 발 안구스토 미세티카스(strept omyces hygroscopicus var. angustomyceticus) FERM-P 607, 스트렙토미세스 비리도 크로모게네스(streptomyces viridochromogenes) FERM-P 603, 스트렙토미세스 알부스(streptomyces albus) FERM-P 604, 스트렙토미세스 토사엔시스, 노브, 에스피(streptomyces tosaensis nov. sp.) FERM-P 601을 시작하며, 탄소원으로서 전분, 가용성전분, 포도당, 콘밀(cornmeal)을, 질소원으로서 탈지대두박, 탈지면, 실류박, 소맥배아(wheat embygo), 피너트밀(peanut meal) 퍼마메디아(ferma media), 어박(fish meal), 건조효모(dried yeast), 탈지분유, 카제인(casein), 질산카리, 질산등을, 기타 필요에 따라 인산제1카리, 황산 마그네슘, 황산망간, 황산철, 탄산칼슘 등의 발육 조장제를 첨가하고 통상의 배양조건으로 배양하여 얻어지는 발효액을 다음의 참고예에 표시한 바와같이 처리하여 정제한다(일본국 특공소 49-1811호 참조).

그 정제방법의 개요는 다음과 같다.

여기서 얻어지는 효소는 전기 영동(셀룰로오즈 아세테이트겔을 사용)으로 단일성이 확인되었다.

즉, 본 효소는 정제품을 셀룰로오즈 아세테이트겔을 사용하여 트리스하이드록시메틸 아미노메탄-염산 완충액(pH 8.7, 0.05μ), 0.6mA/cm, 65분 통전(通電), 효소단백의 염색의 아미노 쉬발츠액(amino sckwartzsolution)에 의하여 검출되는 각 조건에서 전기 영동을 할때 본 효소는 양극측(陽極側)에 2.2cm 이동하여 단일 밴드로 됨을 확인하였다.

본정제(精製)아미라제의 여러가지 성상을 검토한 결과를 종합하여 보면 본 효소는 호정화력(糊精化力)을 가지며, P-클로로페닐 초산 수은으로 저해를 받지 아니하고 활성발현(發現)으로 SH기가 관계하지 않는다.

또 덱스트린을 작용시켜 반응생성당(生成糖)의 변선광(變旋光)이 부(負)로 됨으로써 반응 생성당의 변선광에 의한 아미라제의 분류는 α-아미라제에 속하고, 식물에서 알려진 β-아미라제와는 분명히 다르다. 다음으로 본 효소는 동물의 타액이나 취장의 α-아미라제와 같이 Cl-이온으로 부활성(賦活性) 또는 활성화 되지 않으며 EDTA로 저해되지 아니함으로 곰팡이나 세균의 α-아미라제와도 분명히 다르다.

또 말토스를 다량 생성하는 점에서는 바실루스, 폴리믹사(Bacillus polymyxa)를 생산하는 아미라제[(Arch. Biochem), 104, 338(1964)]에 유사하나 반응생성당이 α-말토스인 점에서 다르며 또 샤르딩거 덱스트린(Schardinger Dextrin)을 분해하지 않는 점에서 분명히 다르다.

방선균이 생산하는 아미라제로서는 심프손(Simpson)등의 보고[(Appln. Microbial), 1,228(1953)]가 있으나 내열성이라는 점에서 크게 다르다. 즉, 80℃에서 10분간 처리함으로써 완전히 활성을 소실하는데 대해서 본 효소는 90℃, 15분간 처리하여도 50%의 잔존 활성이 있다는 점에서 특징적이다.

본 발명은 위와같이 스트렙토미세스 속에 속하는 균주가 생산하는 아미라제 또는 이것을 단일 성분으로 함유한 효소품(이하 방선균 아미라제라 함)의 화학적 특질을 이용하여 전분에서 말토스의 공업적 생산을 종래법에 비하여 현저히 유리하게 즉, 높은 말토스 함량의 제품을 보다 고농도로 하고, 보다 단(短) 작용시간으로 제조할수 있는 공정을 제공한 것이다.

종래의 공업적인 효소법에 의해 고함량의 말토스를 생산하는 경우, 필요한 효소로서 α-아미라제와 이소아미라제 또는 플라나아제가 사용되어 필요에 따라 α-아미라제를 주로 전분의 액화과정에 사용되는 것이 제안되었다.

이들 효소의 조합 및 협동작용에 의한 생성당은 주로 말토스와 말토트리오스로 되어 있으나 이 말토트리오스의 생성량은 α-아미라제 작용정도에 의해 영향을 받는다.

따라서, 효소당화에 의해 말토스의 제조를 실시할 경우 말토트리오스는 위의 3종의 효소중 어느것에 의하여도 실제적으로 분해되지 않는 것은 잘알려져 있으며, 이 때문에 제품의 말토스 함량을 높이기 위해서는 말토트리오스의 생성량을 가능한 한 적게하는 것이 요구되었다.

이와같은 점의 해결책으로서 종래에는 전분의 액화공정에서 α-아미라제의 작용을 조절하거나 기계액화에 의한 전분의 액화를 실시하여 전분의 분해율(DE)이 현저하게 저하되는 전분액을 만들어 이것을 한 예로서 β-아미라제와 이소아미라제를 작용시켜 당화하는 방법이 얻어질 수 있으나 낮은 DE 때문에 전분 액화액은 노화되기 쉽고, 노화정도는 그 처리농도의 증가에 따라 커지므로 높은 말토스함유제품을 제조하는데는 고농도처리가 곤란하며, 일반적으로 처리농도는 낮아 공업적으로는 불리한 조건하에 실시되었다.

본 발명자들은 위와같은 결점을 극복하여 공업적으로 유리한 고말토스함량 제품의 제조법을 개발할수 있도록 여러가지의 검토를 거듭한 결과 β-아미라제와 위의 방선균 아미라제를 한정된 조건에서 병용함으로써 본발명이 실현되는 것을 발견하여 본발명을 완성하게 되었다.

즉, 위의 방선균 아미라제는 위와같이 전분 액화 능력과 함께 말토스생성능력을 갖고 있음과 동시에 저분자 기질의 친화성도 있으며, 말토트리오스의 분해능력도 갖고 있어 그 결과 이 효소가 종래 방법과는 다른 메카니즘 작용에 의해 고말토스 함유제품을 제조할수 있으나 이 기능을 β-아미라제의 작용과 유기적으로 결합함으로써 상승적인 효과가 실현되며, 각각의 효소가 단독으로는 실현될수 없는 결과를 얻을수 있다는 것을 확인하였다.

본발명에서는 처음에 액화전분에 β-아미라제를 작용시켜 전분을 구성하는 아미로오스 및 아미로펙틴의 외측 체인의 부분을 거의 분해한도에 달할때까지 분해하고 그 다음 방선균 아미라제를 첨가하고 남은 미분해부분을 분해하는 방법이 기본으로 되나 β-아미라제와 방선균 아미라제의 작용속도가 차이가 있으므로 적당한 단위의 β-아미라제와 방선균 아미라제를 공존시켜도 거의 상술한 과정이 실현되기 때문에 양효소를 동시에 혹은 β-아미라제 작용도중에서 방선균 아미라제를 첨가하는 것도 가능하다.

또, 예로서 특히 외측체인 부분이 많은 전분질 기질에 대해서는 경우에 따라서 이소아미라제의 병용에 의해 당화공정을 유리하게 추진시키는것도 고려할수 있다.

그 다음으로 본 발명에 대하여 β-아미라제를 작용시킨후에 이 방선균 아미라제를 작용시켜 말토오스를 제조하는 공정을 예로하여 구체적으로 설명한다. β-아미라제를 사용하기에 앞서 먼저 전분을 액화한다.

전분의 원료로서는 일반적인 물엿 제조의 원료가 되는 콘스타치(Cornstarch), 감자전분, 고구마전분, 타피오카(Tapioka) 전분 및 이들의 α화 전분을 사용할수 있다.

액화법으로서는 가열을 수반하는 기계적 액화법, α-아미라제를 사용하는 통상적인 액화법 또는 방선균 아미라제로 사용하는 방법은 채용할수 있다.

이 액화단계에서 액화액의 전분질의 아미로오스체인 전달은 그 정도가 적은 것이 바람직하다. 일반적으로 DE 10이하의 범위에 있으면 본 발명의 목적에서 현저하게 이탈되지 아니하나 DE 4이하가 바람직하다.

다음으로 상술한 액화액을 냉각하여 β-아미라제의 작용온도, 예컨대 45-65℃, pH가 4.5-6.0의 통상적인 범위내에서 β-아미라제를 첨가한다. 작용시간은 작업성에 따라 적당한 효소량을 가감하며, 온도 pH를 조절하여 결정할 수 있다. β-아미라제의 반응종점은 동효소의 분해한도까지 처리시켜도 좋으며, 또 약간 그 처리전에 다음 반응으로 처리하여도 좋다.

이 단계에서 말토오스의 함량은 일반적으로 60% 전후를 나타낸다. 다음으로, 계속해서 방선균 아미라제를 첨가하고 다시 분해를 전행시키나 여기서 먼저 β-아미라제의 활성을 소실시켜도 좋으며 또 공존시켜도 특히 지장을 주지 않는다. 방선균 아미라제의 첨가량은 일반적으로 200-1,500 단위 g의 전분이 적당하며, 반응온도는 45-65℃, pH는 5.0-7.0의 범위로 실시한다.

상술한 효소활성 단위는 2%가용성 전분액 2ml, 5.5의 막킬반 완충액(Mc Ilvaine Buffer) 2ml 및 요소액 1ml의 반응조성물로 하여 40℃에서 3분간 반응한후 반응혼액 1ml을 소모기 시약(somogyi's reagent)중에 가하여 반응을 정지시켜 소모기 적정법에 의해 생성환원당을 정량하며, 반응혼액 5ml중에 생성된 환원당은 말토스로서 산출되므로 60분간에 1mg의 말토스를 생성하는 효소량을 1단위로 정한다. 당화시간은 합계 48-72시간이 실제적이며, 이 단계에서 말토스의 순도는 80-90%이다.

당화 완료후에는 통상적인 방법에 의해서 활성탄과 이온교환수지에 의해 탈색 정제를 하며 소정 농도까지 농축하여 제품으로 한다.

[실시예 1]

수분 16%의 고구마 전분 6kg을 물 11ℓ에 분산시켜 유액으로 한다음 pH 6.0으로 조절하여 세균액화형아미라제(bacterial liquefying amylase)를 10단위 g 전분 첨가하여 87℃에서 항고온액화법(恒高溫液化法)에 의해 액화하였다. 보일링(Boilsng)하여 α-아미라제의 활성을 소실할 때 DE는 3.6이었다.

이것을 55℃까지 냉각하고 β-아미라제 15단위/g전분을 첨가하여 4시간 당화를 진행시켰다. 그 다음으로 당액을 끓여서 β-아미라제의 활성을 소실시켜 다시 액온을 55℃까지 저하시키고 pH 6.0으로 유지시키면서 스트렙토미세스, 하이그로스코피카스발, 안구스토미세스티카스, FERM P607의 배양 여액에서 정제하여 얻은 방선균 아미라제를 1,200단위/g분의 상당량으로 하여 가하였다.

당화는 합계 70시간 반응을 진행시켰다. 반응이 완료된 후 용액을 끓여 여과하고 활성탄 및 이온교환수지를 사용하여 탈색정제를 하였다.

제품중의 당성분을 가스크로마토그래피에 의한 정량결과는 다음과 같다.

[실시예 2]

수분 18%의 감자전분 100kg을 농도 30%의 유액(乳液)으로 하고 pH 6.0으로 조절한 다음 방선균 아미라제 200단위 g 전분을 첨가하여 항고온액화를 하였다. 보일링하여 활성을 소실시킨후의 액화액을 65℃까지 냉각하고 β-아미라제 15단위/g 전분을 첨가하여 pH 6.0으로 당화를 진행시키고 약 2시간후 당조성으로 말토스 6.2%, 말토트리오스 0.3%, 리미트덱스트린(limit dextrin) 37.7%의 당화액을 얻었다. 이것을 55℃까지 냉각하고, 방선균 아미라제(스트렙토미세스, 하이그로스코피카스, 발, 안그스토미세티카스, FERM-P 607), 1,500단위/g 전분을 가하여 pH 6.0으로 유지하면서 다시 48시간 반응을 진행하였다. 통상적인 방법으로 탈색 정제를 하고 75%까지 농축하여 제품으로 하였다.

가스코로마토그래피에 의한 제품분석 결과 글루코오스 8.0%, 말토오스 84.5%, 말토트리오스 5.0% 이었다.

[실시예 3]

콘스타치(Cornstarch) 1.4kg을 수도물 1.5ℓ에 분산시키고 세균액화형 아미라제를 대응하는 전분 0.3% 첨가하며, 또 수산화칼슘 0.02%를 가한후 pH를 6.0으로 하고 별도로 조제한 90-91℃의 열수(hotwater) 1.3ℓ중에 적하하여 1차 액화(primary liquefication)를 하였다.

그 다음으로 세균액화형 아미라제를 0.05% 첨가하여 2차 액화를 실시하였다.

액화완료후 100℃에서 5분간 열처리하여 액화 아미라제의 활성을 소실시켜 액온을 55℃로 냉각하고 β-아미라제를 대응하는 전분 0.2% 첨가하여 4시간 당화한후 방선균 아미라제 [(스트렙토미세스, 하이그로스코피카스, 발, 안그스토미세티카스, (FERM-P 607)]를 800μ/g 전분을 추가하여 당화를 계속하고 총72 시간에 당화를 완료하였다.

통상적인 방법으로 탈색정제를 하고 75%까지 농축하여 제품을 얻었다. 본 제품의 분석치는 글루코오스 4.3%, 말토스 80.2%, 말토트리오스 9.5%이었다.

[실시예 4]

콘스타치 전분 1.4kg을 수도물 1.5ℓ에 분산하여 세균액화형 아미라제를 대응하는 전분 0.3% 첨가하고 다시 0.02%의 수산화칼슘을 가한 후 pH를 6.0으로 하고 별도로 조제한 90-91℃의 열수 13ℓ중에 적하하여 1차 액화를 하였다.

1차 액화를 완료한 후 120℃에서 10분간 가열하여 90℃까지 냉각하고 세균액화형 아미라제를 0.05%추가하여 2차액화를 실시하였다.

액화완료후 100℃에서 5분간 가열처리하며 액화아미라제의 활성을 소실시킨후 액온을 60℃까지 냉각시키고, 동시에 β-아미라제를 대응하는 전분 30단위, 방선균 아미라제를 대응하는 전분 1,500단위 첨가하고 60℃로 당화반응을 계속하여 48시간으로 당화를 완료하였다.

당화종료후 100℃에서 10분간 가열하여 β-아미라제 및 방선균 아미라제의 활성을 소실시킨후 통상적인 방법으로 여과, 탈색, 탈염 및 정제를 하고 75% 농도로 농축하여 제품 1.2kg을 얻었다.

본 제품의 분석하는 글루코오스 6.0%, 말토스 80.6%, 말토트리오스 10.1%이었다.

Claims (1)

1. 액화전분에 β-아미라제를 작용시킴과 동시에, 또는 작용시킨후 스트렙토미세스속에 속하는 FERM-P 601, FERM-P603, FERM-P604, FERM-P605, FERM-P606 및 FERM-P607군(群)에서 선택된 하나의 균주를 배양하여 얻어진 효소로서 전분질 기질(基質)에 대하여 최적작용 pH 5.0~7.0, 분해한도 말토스 환산 75% 이상, 글루코오스 말토오스의 생성비 0.06이하의 활성을 갖는 방선균(放線菌) 아미라제를 첨가 작용시켜 액화전분에 의해 말토스를 제조하는 방법.