KR950000444B1 - 펜토산을 함유한 소맥 및 기타 곡물전분으로부터의 글루코스 시럽 및 정제전분의 제조방법 - Google Patents
펜토산을 함유한 소맥 및 기타 곡물전분으로부터의 글루코스 시럽 및 정제전분의 제조방법 Download PDFInfo
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Description
제 1 도는 문헌 "H. Neukom et al., Cereal Chem. 44, 238(1967)"에서 제안한 소맥분말의 "글리코프로테인 2"의 가상구조를 나타낸다. 수직선(1)은 폴리펩티드쇄 ; X는 베타-D-크실로피라노제 단위 ; A는 알파-L-아리비노푸라노제단위 ; G는 갈락토스 단위; 1, 2, 3은 탄수화물과 단백질 사이의 가능한 결합을 나타낸다. 3-위치의 결합은 문헌 "G. B. Fincher, W. H. Sawyer and B. A. Stone, Biochem, J., 139, 535(1974)"에서 후에 갈락토스와 히드록시 프로린 사이에 발생한 것으로 입증되었다.
제 2 도는 50℃에서 ±1% 크실란을 함유하는 기질에의 디스포로트리춤 크실라나제의 활동도에 대한 pH의 영향 ;
제 3 도는 pH 4.7에서 ±1% 크실란을 함유하는 기질에의 디스포로트리춤 크실라나제의 활동도에 대한 온도의 영향 ;
제 4 도는 60℃, 1바 압력 하에서 소맥전분 글루코스 시럽 30% D.S.의 여과시험을 나타낸다.
본 발명은 펜토산을 함유한 비정제 소맥 및 기타 곡물전분으로부터의 글루코스 시럽의 제조방법 및 기타 곡물성분, 예를들면 글루텐으로부터의 전분의 분리방법에 관한 것이다.
셀룰로오스 및 전분은 탄수화물의 가장 많은 공급원이다.
전분은 셀룰로오스보다 사람의 소화기관에 용이하게 흡수되기 때문에 식료품으로 긴 역사를 갖고 있다. 또한 그것은 중요한 공업원료이다.
원래 전분은 산의 촉매하에 해중합될 수 있으나 이 방법은 다소 불완전한 해중합 및 과량의 부산물 형성을 유발한다. 그러므로 전분의 효소 가수분해는 상당한 관심의 대상이 되어 왔다.
천연 전분은 글루코스 단위로 구성된 두가지 형의 거대분자를 함유하는 것으로 공지되어 있다. 아밀로제인 첫째형의 분자는 선상이며 전적으로 알파, 1-4 결합 글루코스 단위로 구성되어 있다. 전분은 약 25%의 아밀로제를 함유하고 있다. 아밀로펙틴인 둘째형의 분자는 고분기상이며 알파, 1-4 및 알파, 1-6 결합 글루코스 단위를 함유하고 있다. 알파, 1-6 결합의 총량은 일반적으로 5% 이하이다.
현대의 공업용 전분분해에 있어서 두가지형의 효소가 통상 사용된다. 효소 알파-아밀라제는 전분을 평균 중합도 약 7-10을 갖는 덱스트린으로 액화(또는 희석)시키는데 사용되며, 효소 아밀로글루코시다제는 고글루코스 함량(92-96%)의 시럽이 생성되는 최종당화 과정에 사용된다.
소맥 및 대맥과 같은 곡물은 점성을 증가시키며, 상술한 바와 같이 생성된 글루코스 시럽과 정제전분을 포함하는 곡물의 수용성 추출물의 여과성을 감소시키는 검(gum)을 함유하고 있다. 그러한 검은 주로 글루캔으로 구성되나 소량의 펜토산도 함유하고 있다. 펜토산의 구조는 1, 4-베타-D-크실로피라노제의 장쇄와 하나의 1, 2 또는 1, 3-알파-L-아라비노푸라노제 측기(1아라비노제 대 2크실로제 단위의 비로)를 갖는 통상의 현존구조 보다 복잡하다 ; 문헌〔(H. Neukom, L. Providoli, H. Gremli and P. A. Jui, Cereal Chem., 44, 238(1967)〕에서 발췌한 첨부도면의 제 1 도 참고.
펜토산의 성질은 펩티드, 페룰산 및 아라비노갈락탄의 존재 또는 부존재에 따라 변한다. 총펜토산의 약 2/3는 그의 고분자량과 단백질 및 기타 성분과의 약간의 쇄교 때문에 불용이다. 그것은 매우 높은 수분 보유력을 가지며, 다량의 벌크상태의 여과 케익(cake)을 제공한다. 가용성 펜토산과 아라비노푸라노제 측기가 가수분해되면 비-치환 크실란의 회합 및 침전이 관찰된다.
다양한 곡물의 평균 펜토산 함량은 다음과 같다.(문헌 "Handbuch der Lebensmittelchemie", Vol. 5, p. 32, 1967, Springer Verlag" 참조) :
비정제된 소맥 전분으로부터 얻은 글루코스 시럽의 여과성을 향상시키기 위해, 시럽을 크실라나제로 처리하였다. 크실라나제는 펜토산에서 생성되는 크실란을 가수분해시키는 효소이다.
문헌 "Starch 36, 135(1984)"에 균류속의 베타-글루카나제 생성물이 펜토사나제 활성을 갖고 있음이 개시되어 있다. 이 효소는 소맥전분공업의 페수처리에 사용된다.
영국 명세서 No. 2,150,933은 타라로미세스(즉, 페니실륨) 에머소니의 발효로 얻은 펜토사나제를 개시하고 있다. 이 효소는 크실란의 분해에 촉매작용할 수 있으며, 전분회수를 증가시키기 위해 전분 슬러리의 점도를 감소시키는데 특히 유용하다는 사실이 기술되어 있다.
본 발명에 있어서, 향상된 여과성 및/또는 저점도를 갖는 글루코스 시럽은 펜토산을 함유한 비정제 곡물 전분으로부터 이 비정제 곡물 전분에 디스포로트리춤 크실라나제를 작용시켜 펜토산을 가수분해시키고 이로 인하여 전분을 글루코스로 전환시키는 과정에 의해 생성된다.
이리하여 비정제 소맥 전분으로 부터의 글루코스 시럽의 제조는 전분을 알파-아밀라제 및/또는 아밀로글루코시다제 뿐만 아니라 디스포로트리춤 크실라나제를 함유한 효소 혼합물로 가수분해 시키므로써 향상될 수 있다.
크실라나제도 소맥 또는 펜토산을 함유한 곡물로부터 얻은 기타 분말로부터 전분을 회수한는데 사용할 수 있다. 소맥은 습윤제분함에 있어, 글루텐은 기타 성분(전분 슬러리)으로부터 기계적으로 분리된다. 전분 슬러리는 빽빽히 압축된 정제전분과 표면에 부유한 점액질의 물질로 분리된다. 작은 전분과립, 반셀룰로오스 및 단백질을 함유한 이 점액질 부분을 스퀴지(squeegee), 테일링(tailing) 또는 슬러지(sludge)라 부른다. 반셀룰로오스 부분은 크실로제(약 60%), 아라비노제(약 38%) 및 글루코제(약 2%)를 함유하고 있다.
소맥 전분 슬러리는 연속 원심분리기로 분리시키면, 보다 정제된 농축물 또는 "A" 전분 스트림(stream)을 분리시킬 수 있으며 그 반면에 팽윤되고 손상된 낟알과 펜토산 복합물을 갖는 작은 낟알은 비정제 농축물 또는 "B" 전분 스트림을 형성한다. 소맥 전분 슬러리를 연속 원심분리기로 분리시키기 전에 디스포로트리춤 크실라나제로 전처리한 후 "A"의 질의 전분의 수율은 펜토산의 가수분해 및 테일링의 점도 감소에 의해 증가된다. 본 발명에 사용된 크실라나제는 바시디오미세테 디스포로트리춤 및 특히 문헌 "revision of the genus Sporotrichum by J. A. Stalpers, Studies in Mycology, 24, 1(1984)"에 개시된 디스포로트리춤 디모르포스포름으로부터 얻은 엔도-코실라나제이다.
크실라나제의 생성은 디스포로트리춤 디모르포스포름으로부터 유도하는 것이 바람직하다. 미국형 배양 콜렉션으로부터 입수할 수 있으며, 네덜란드 바아른에 있는 중앙사상균 배양소에서 입수할 수 있는 변종 CBS 484.76과 동일한 디스포로트리춤 디모르포스포룸 변종 ATCC 24562로부터 유도 생성한 크실라나제를 사용할 때 매우 만족스러운 결과를 얻었다. 이 변종은 본 발명에 바람직하다.
본 발명에 사용될 수 있는 다른 크실라나제 생성법은 디스포로트리춤 디모르포스포룸 변종 ATCC 24562(또는 CBS 484.76)으로부터 얻을 수 있는 크실라나제 생성법과 실질적으로 동일한 특징을 갖는 것이다. 이에는 상기 디스포로트리춤 변종 ATCC 24562(또는 CBS 484.76)으로 생성한 크실라나제의 유전자 부호를 갖는 변형숙주 미생물로부터 얻는 생성법이 있다.
셀룰로오스, 펙틴 이스트 추출물 및 상이한 염을 함유하는 매체 위에 배양하여 디스포로트리춤 디모르포스포룸은 엔도-크실라나제를 생성한다. 엔도-크실라나제는 펜토산쇄내에 1, 4-베타-크실로제 결합을 가수분해시킨다. 기술적 관점에서 엔도-형 효소는 고분자량의 폴리사카리드를 매우 빨리 가수분해 시키므로 일반적으로 바람직하다. 엑소-형 효소는 동일한 기술적 결과를 얻기 위해서 보다 많은 시간 및 보다 높은 효소농도를 필요로 한다.
1985년 12월 3일 출원한 유럽특허출원 85202016.3에 기초하고, 동일자로 출원되어 공히 출원계속중인 특허 출원에 엔도-크실라나제 활성을 측정하는 방법이 개시되어 있다. 이 출원을 참고로 여기에 설명한다.
본 발명에 사용하기 적합한 디스포로트리춤 크실라나제의 농축물은 다음 방법으로 얻을 수 있다. 발효는 살균한 통 및 매제내에서 공지의 방법으로 수행한다. 배양 매제는 셀룰로오스, 펙틴, 이스트 추출물 및 적당한 염을 함유한다. 그것은 디스포로트리춤 디모르포스포룸의 순수배양으로 접종된다. 발효는 20℃와 37℃ 사이의 일정한 온도, 바람직하게는 약 32℃에서 수행되며, pH는 3.0 내지 6.0 바람직하게는 4.0 내지 4.5 범위내에 유지시킨다. 발효는 배치식 또는 연속식일 수 있다.
크실라나제 활성은 진행되는 동안 계속된다. 크실란-함유물질(예, 옥수수속 또는 분말)을 가하여 효소의 생성을 유도하는 것이 필요하지 않으며, 그러한 생성물의 첨가는 주로 본 발명에 덜 유용한 엑소크실라나제의 형성을 촉진한다. 필요한 효소활성에 도달하면 매시(mash)는 수확되고 여과되어 진공농축법 또는 한계여과법으로 농축된다. 농축물은 액상으로 생성되어 분무건조시켜 분말형태로 판매될 수 있다. 엔도크실라나제는 페토산 쇄내에, 1, 4-베타-크실로제 결합을 가수분해한다.
비정제된 효소 생성물의 성질은 ±1% 크실란을 함유한 기질과 함께 정도계로 연구하였다(첨부된 제 2 도 및 제 3 도 참조). 최적 pH는 4.7이나, pH 3.0과 6.0 사이에서 상대 활성은 50% 이상이다. 최적온도는 55℃이나 65℃에서 50% 이상 상대활성이 있다. 이 디스포로트리춤 크실라나제의 정제는 콤타르 등에 의해 연구되었다.(J. Comtat, K. Ruel, J.-P. Joseleau 및 F. Barnoud, Symposium on Enzymatic Hydrolysis of Cellulose, S. I. T. R. A., Helsinki, Finland, 351(1975) ; J. Comtat and J.-P. Joseleau, Carbohydr. Res., 95, 101(1981)).
엔도- 및 엑소-크실라나제 활성을 갖는 효소의 비정제 소맥전분으로 생성된 글루코스 시럽의 여과성에 대한 영향을 관찰하였을 때 수미짐 AC(신니혼 제품인 아스페르길루스 니거 셀룰라제) 드럼 펙티나제(기스트-브로카데스 제품인 아스페르길루스 니거 드럼 펙티나제) 및 디스포로트리춤 크실라나제는 매우 활성적임을 발견하였다. 수미짐 AC로 얻은 결과는 효소 농도에 매우 의존적이나 디스포로트리춤 크실라나제로 얻은 결과는 그렇지 않다. 그것은 수미짐 AC는 그의 엑소-효소 활성만에 의해 효능이 발생하며, 디스포로트리춤은 그의 엔도-효소 활성만에 의해 효능이 발생한다.
디스포로트리춤 크실라나제의 총 효능은 저농도에서 명백히 얻는다. 드럼 펙티나제 및 수미짐 AC는 동일한 효능을 갖고 있으나 드럼 펙티나제는 보다 좋은 글루코스 전환율을 제공한다.
디스포로트리춤 엔도-크실라나제 및 페니실륨 에머소니 엔도-크실라나제는 동량의 엑소-크실라나제를 가하여 아스페르길루스 니거 생성물로부터의 활성을 비교하였다. 피, 에머소니 크실라나제 및 엑소-크실라나제 혼합물은 디스포로트리춤 크실라나제 및 엑소-크실라나제 혼합물 보다 적은 효능을 나타낸다.
다음 실시예는 본 발명을 예증한다.
[실시예 1]
B형 소맥전분의 액화, 당화 및 여과의 표준방법
기질로서 약 1.2-1.5% 단백질 및 3-4% 펜토산을 함유한 로케트 프레레, 참고 LAB 833의 B형 소맥전분을 사용하였다.
A. 액화 과정
소맥전분을 다음 과정에 따른 액화 파일럿 플랜트에서 센물(160ppm Ca++)에 30% D.S.로 액화시켰다 ;
105-106℃에서 6분간
95℃에서 2시간
D.S. 그램당 기스트-브로카데스 제품인 열안정성 바실루스 리첸니포르미스 알파-아밀라제, 맥스아밀 6단위를 사용하였다. pH를 수산화나트륨을 사용하여 6.4로 조절하였다. 슬러리는 매우 점성이 크므로 높은 D.S.에서 액화시키는 것은 불가능하였다.
B. 당화 과정
액화 전분의 pH를 4.2로 조절하였다. 첫째 실험에서 D.S.kg당 아미가제 지엠의 25000AGI(기스트-브로카데스 제품인 아스페르길루스 니거 아밀로글루코시다제)를 사용하였다. 여과 시험에서 전분 퇴화 억제를 피하기 위해 이 초과 용량이 사용되었다. 최종 실험은 보통 17500AGI/kg D.S.로 행하였다. 여과 효소는 당화 초기에 아미가제에 가하였다. 60℃에서 3일후 여과성을 시험하였다.
C. 여과시험 및 분석
천필터, 디칼라이트 4258 S2(키이젤구우르)가 장비되어 있고 물이 순환되어 60℃로 유지되는 세이쯔 실험용 필터를 사용하였다. 15g의 디칼라이트 4258 S2로 생성한 초벌제를 30% D.s.에서 150ml 글루코스 시럽에 분산시켰다. 당화 전분을 1바 압력하에 여과시켰다. 단위 시간당 여과액의 부피를 측정하였다. 여과성계수는 다음 식으로 구하였다.
여과후 20℃에서 모세관 점도계로 점도를 측정하였으며 당을 측정하는데는 HPLC 분석을 사용하였다.
[실시예 2]
디스포로트리춤 크실라나제의 첨가에 의한 액화 소맥 전분의 여과성의 향상
2-3% 펜토산을 함유한 B형 소맥전분을 1°알파-아밀라제에 의한 고형전분의 액화 및 2°아밀로 글루코시다제에 의한 생성액상 전분의 당화로 이루어지는 옥수수 전분 시럽에 사용되는 전통적 방법으로 액화시켰다. 이 방법은 글루코스 고함량을 갖는 시럽을 제공하였다.
디스포로트리춤 크실라나제를 당화 단계에 아밀로글루코시다제와 함께 디스포로트리춤 크실라나제를 도입시켰다.
60℃ 및 pH 4.2∼4.5에서 3일간 배양시킨 후 여과시험을 표준 조건 하에서 행하였다. 제 4 도에 나타나 있는 결과는 디스포로트리춤 크실라나제의 첨가는 시럽의 점도를 감소시켜 여과성을 향상시킨다는 사실을 보여주고 있다.
[실시예 3]
액상 B형 소맥전분의 여과에 대한 디스포로트리춤 크실라나제 및 수미짐 AC의 활성
25000AGI/kg D.S.와 함께 실시예 1과 동일한 조건으로
수미짐 AC로 얻은 결과는 효소 농도에 매우 의존적이나, 디스포로트리춤 크실라나제로 얻은 결과는 그렇지 않다.
[실시예 4]
액상 B형 소맥전분의 여과에 대한 디스포로트리춤 크실라나제 - 수미짐 AC 또는 드럼펙티나제 혼합물의 활성
25000AGI/kg D.S.와 함께 실시예 1과 동일한 조건으로
디스포로트리춤 크실라나제의 총 효능을 저농도에서 얻는다. 이 엔도-크실라나제를 사용했을 때 드럼 펙티나제 및 수미짐 AC로부터 엑소-크실라나제는 동일한 효능을 가지나 드럼 펙티나제는 보다 큰 글루코스 전환율을 제공한다.
[실시예 5]
액상 B형 소맥전분의 여과에 대한 디스포로트리춤 크실라나제 + 수미짐 AC 또는 펙티나제 혼합물의 활성 및 글루코스 수율
25000AGI/kg D.S.와 함께 실시예 1과 동일한 조건으로
이 실험은 드럼 펙티나제의 글루코스 수율에 대한 고전환 효과를 나타낸다. 수미짐 AC로 비교를 위하여 테스트를 행하였다.
[실시예 6]
엑소-크실라나제 활성을 공히 첨가한 디스포로트리춤 크실라나제 및 페니실륨 에머소니 베타-크실라나제의 활성
17500AGI/kg D.S.와 함께 실시예 1과 동일한 조건으로
이 실험에서 디스포로트리춤 크실라나제 + 엑소-크실라나제의 혼합물에 비하여 피, 에머소니 베타-글루카나제 엔도-크실라나제 + 엑소-크실라나제 혼합물이 보다 낮은 상승효과를 나타낸다.
Claims (6)
- 비정제 전분을 디스포로트리춤 크실라나제의 작용을 받게 하여 펜토산을 가수분해시키고 가수분해를 받게하여 전분을 글루코스로 전환시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펜토산을 함유하는 비정제 곡물전분으로부터 향상된 여과성 및/또는 저점도를 갖는 글루코스 시럽의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 글루코스 시럽은 비정제 소맥 전분에 알파-아밀라제 및/또는 아밀로글루코시다제 및 상기 크실라나제를 작용시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 크실라나제는 디스포로트리춤 디도르포스포룸 ATCC 24562로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 하나에 있어서, 상기 크실라나제는 디스포로트리춤 디모르포스포룸 ATCC 24562에서 얻을 수 있는 크실라나제와 실질적으로 동일한 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나에 있어서, 크실라나제는 아스페르길루스 니거 엑소-크실라나제와의 혼합물로 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 전분이 기계적으로 기타 슬러리 성분과 분리되기 전에 곡물전분의 생슬러리에 디스포로트리춤 크실라나제를 작용시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡물의 기타 성분으로 부터의 곡물전분의 분리방법.
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