WO2019220937A1 - マンノース抽出方法 - Google Patents

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WO2019220937A1
WO2019220937A1 PCT/JP2019/018003 JP2019018003W WO2019220937A1 WO 2019220937 A1 WO2019220937 A1 WO 2019220937A1 JP 2019018003 W JP2019018003 W JP 2019018003W WO 2019220937 A1 WO2019220937 A1 WO 2019220937A1
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mannose
acid
hydrolysis step
acid catalyst
amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/018003
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亨和 原
祐介 喜多
遼平 灰毛
浩史 山田
Original Assignee
フタムラ化学株式会社
国立大学法人東京工業大学
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    • C13—SUGAR INDUSTRY
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    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
    • C13K13/007—Separation of sugars provided for in subclass C13K
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
    • C07H1/06—Separation; Purification
    • C07H1/08—Separation; Purification from natural products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
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    • C07H3/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class

Definitions

  • the present invention relates to a mannose extraction method, and more particularly to an extraction method for obtaining high-purity mannose from plant-based raw materials by performing a two-stage hydrolysis treatment with acids.
  • Mannose a kind of monosaccharide, has recently attracted attention as a functional saccharide. For example, there are fields such as relevance to macrophage activation, infection control, and useful intestinal bacterial growth (see Patent Documents 1 and 2). Furthermore, it is used as an additive component for sweeteners (see Patent Document 3, etc.). For this reason, the demand for mannose is rapidly expanding in order to satisfy the use in the pharmaceutical and food fields utilizing the activity effect of mannose.
  • Mannose is a kind of sugar constituting the sugar chain of polysaccharides, and is known to appear mainly in the form of sugar chains on the surface of plant cell walls and the like.
  • Patent Documents 4 and 5 the extraction is limited to the oligosaccharide stage, and cannot be decomposed into monosaccharide mannose and extracted. Moreover, since the acid used for the reaction is a liquid, it cannot be said that removal from the oligosaccharide solution is easy. Furthermore, the acid solution had to be disposable for each treatment, and there were many problems in production efficiency and costs. However, from a series of circumstances, it has become clear that the use of an acid is effective in decomposing sugar chains containing mannose such as glucomannan. Therefore, improvements in new acid treatment have been desired.
  • the inventors have proposed a mannose extraction method using a solid acid catalyst instead of an existing liquid acid catalyst, which decomposes plant food residues into monosaccharides to extract mannose, and separates the catalyst. It was possible to make it easy (see Patent Document 6).
  • the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and provides a mannose extraction method capable of very easily extracting high-purity mannose by subjecting a plant-based raw material to a two-stage hydrolysis treatment. .
  • the first invention includes a first hydrolysis step in which the plant-based raw material and the first acid catalyst are mixed and heated, and a separation step in which the reaction product obtained by the first hydrolysis step is separated and recovered.
  • mannose is extracted from the plant-based raw material through a second hydrolysis step in which the reaction product obtained in the separation step and a second acid catalyst are mixed and heated. It relates to a mannose extraction method.
  • the second invention includes a first hydrolysis step in which a plant-based raw material containing galactomannan and a first acid catalyst are mixed and heated, and the bond between the galactose structure part and the mannose structure part in the galactomannan is decomposed.
  • the mannose contained in the reaction product is prepared by mixing and heating the reaction product containing the mannose structure separated from the galactose structure by the first hydrolysis step and the second acid catalyst.
  • the present invention relates to a mannose extraction method characterized by extracting mannose having a higher purity than that in the plant-based raw material through a second hydrolysis step in which a bond between mannose in the structure part is decomposed.
  • the third invention relates to the mannose extraction method according to the first or second invention, wherein the acid catalyst in the first hydrolysis step is a weak acid or a diluted strong acid.
  • the fourth invention relates to a mannose extraction method according to the third invention, wherein the acid catalyst in the first hydrolysis step is any one of citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid, and dilute hydrochloric acid.
  • the first hydrolysis step is heated for 3 to 72 hours under a temperature condition of 90 to 160 ° C., and after the second hydrolysis step is completed.
  • the present invention relates to a mannose extraction method in which the ratio of the mannose amount to the sum of the mannose amount and the galactose amount in the extract is 80% or more.
  • the sixth invention relates to a mannose extraction method according to the fifth invention, wherein the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount in the solution obtained in the first hydrolysis step is 38% or more.
  • the seventh invention relates to the mannose extraction method according to any one of the first to sixth inventions, wherein the acid catalyst in the second hydrolysis step is a weak acid, a diluted strong acid, a strong acid or a solid acid.
  • the acid catalyst in the second hydrolysis step is a sulfo group on a carbide derived from citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid, dilute hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, woody material.
  • the present invention relates to a mannose extraction method which is either a wood solid acid catalyst obtained by sulfonation and sulfonation by introducing a sulfo group into a phenol resin.
  • the ninth invention relates to a mannose extraction method according to any one of the first to eighth inventions, wherein the second hydrolysis step is heated at a temperature of 90 to 160 ° C. for 1 to 24 hours.
  • the tenth invention relates to a mannose extraction method according to any one of the first to ninth inventions, wherein the plant material is a coffee bean extraction residue.
  • the eleventh invention relates to a mannose extraction method according to any one of the first to ninth inventions, wherein the plant material is konjac koji.
  • the first hydrolysis step in which the plant raw material and the first acid catalyst are mixed and heated, and the reaction product obtained in the first hydrolysis step is separated and recovered.
  • a separation step and a second hydrolysis step in which the reaction product obtained in the separation step and the second acid catalyst are mixed and heated
  • high-purity mannose can be extracted very easily from plant-based materials, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the plant-based raw material containing galactomannan and the first acid catalyst are mixed and heated, and the bond between the galactose structure part and the mannose structure part in the galactomannan is decomposed.
  • a first hydrolysis step, a reaction product containing the mannose structure separated from the galactose structure separated by the first hydrolysis step, and a second acid catalyst are mixed and heated to produce the reaction product.
  • Mannose can be extracted very easily and the manufacturing cost can be reduced.
  • the acid catalyst in the first hydrolysis step is a weak acid or a diluted strong acid, it is easy to adjust the hydrolysis reaction to the plant-based raw material. Yes, the first hydrolysis step can be performed easily and reliably.
  • the acid catalyst in the first hydrolysis step is any one of citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid, dilute hydrochloric acid, High purity mannose can be extracted.
  • the extract is heated for 3 to 72 hours under a temperature condition of 90 to 160 ° C., and after the second hydrolysis step is completed. Since the ratio of the amount of mannose to the sum of the amount of mannose and the amount of galactose in the medium is 80% or more, efficient reaction promotion and stability of the purity of mannose obtained can be achieved.
  • the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount in the solution obtained in the first hydrolysis step is 38% or more.
  • Mannose can be extracted with high purity.
  • the acid catalyst in the second hydrolysis step is any one of a weak acid, a diluted strong acid, a strong acid or a solid acid. It is easy to adjust the hydrolysis reaction for the product, and the second hydrolysis step can be easily and reliably performed.
  • a sulfo group is introduced into a carbide derived from citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid, dilute hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and wood-based raw material to obtain sulfo It is either a wood solid acid catalyst obtained by converting to a solid resin or a resin solid acid catalyst obtained by sulfonation by introducing a sulfo group into a phenolic resin. Mannose can be extracted.
  • the second hydrolysis step is heated at a temperature of 90 to 160 ° C. for 1 to 24 hours. Both good reaction promotion and stability of the purity of the obtained mannose can be achieved.
  • the plant-based raw material is a coffee bean extraction residue, so that a food residue can be effectively used and the raw material can be easily procured. And the homogeneity is high.
  • the plant-based material is konjac koji, the material procurement is easy and the homogeneity is high.
  • the mannose extraction method defined in the present invention is a method for obtaining high-purity mannose by subjecting a plant material to a two-stage hydrolysis treatment. Separating a first hydrolysis step of mixing and heating a plant-based raw material and a first acid catalyst, a reaction product obtained by the first hydrolysis step, and a solution containing components eluted by the first hydrolysis step In the decomposition step, monosaccharides other than mannose (particularly galactose and the like) contained in the plant-based material are removed from the plant-based material before the second hydrolysis step. To the reaction product obtained through these steps, a second acid catalyst is added and heated in the second hydrolysis step, and mannose contained in the reaction product is extracted by performing a second hydrolysis reaction. Thus, high purity mannose is obtained. Therefore, since it is not necessary to separate other saccharides and mannose by chromatography or the like, highly pure mannose can be obtained very easily and economically.
  • the outline of the mannose extraction method will be described using the schematic process diagram of FIG. 1 and the schematic structure diagram of the sugar contained in the raw material of FIG.
  • the plant-based raw material M1 from which mannose is extracted is a residue component, konjac koji, and the like produced during food processing such as okara, sake lees, tea extract residues, and coffee bean extract residues.
  • a coffee bean extraction residue is a residue produced when roasting coffee beans and adding water or hot water thereto to extract coffee. Since coffee beverages are produced in large quantities, many have been treated as food residues. Therefore, the food residue is effectively used, the raw material is easily procured, and the residue itself is highly uniform.
  • Konjac koji is useful because it is easy to procure raw materials and has high homogeneity.
  • plant materials such as rice straw, thinned wood, waste bamboo, and copra meal are also added to the residue.
  • plant food residue has the following advantages over mere residue treatment.
  • Various sugar chains other than cellulose exist on the cell wall surface of plant cells. These sugar chains are thought to act on cell adhesion between plant cells and maintaining the shape of the plant body.
  • the human body often cannot digest these sugar chain components to provide nutrition. Therefore, although the existence as an unused component is clear, it has not been effectively utilized.
  • mannose is obtained when sugar chains such as glucomannan are decomposed into monosaccharides. Therefore, a coffee bean extraction residue that is simple and has a high mannose content is selected as a mannose supply source.
  • Plant-based materials are pulverized (crushed) to an appropriate size in advance as necessary.
  • the sugar structure contained in the coffee bean extraction residue is considered to have a galactomannan structure GMC.
  • the galactose structure part GC and the mannose structure part MC are connected by an ⁇ -1,6-glycoside bond C1. It is considered that galactose and mannose are linked at a ratio of approximately 1: 1 at the tip of the galactose structure GC linked to the mannose structure MC by the ⁇ -1,6-glycoside bond C1.
  • a plurality of mannoses are considered to be linked by ⁇ -1,4-glycoside bonds C2.
  • the mannose extraction method of the present invention includes a first hydrolysis step S1, a separation step S2, and a second hydrolysis step S3.
  • Mannose is extracted from the plant material M1 with high purity by utilizing the difference in hydrolysis rate between the ⁇ -1,6-glycoside bond C1 and the ⁇ -1,4-glycoside bond C2. That is, in the first hydrolysis step S1, the ⁇ -1,6-glycoside that links the galactose structure part GC and the mannose structure part MC having a high hydrolysis rate by subjecting the plant raw material M1 to a hydrolysis reaction. This is a step of decomposing the bond C1. When the ⁇ -1,6-glycoside bond C1 is decomposed, the galactose structure GC is eluted in the solution M3, and the mannose structure MC remains in the reaction product M2.
  • Separation step S2 is a step of separating the reaction product M2 and the solution M3 by filtration or the like.
  • the reaction product M2 is appropriately washed here.
  • 2nd hydrolysis process S3 performs a hydrolysis reaction with respect to the reaction product M2 containing the mannose structure part MC obtained through the 1st hydrolysis process.
  • This is a step of obtaining high-purity mannose by decomposing ⁇ -1,4-glycosidic bond C2 that connects a plurality of mannose contained in mannose structure part MC having a slow hydrolysis rate.
  • the acid catalyst A1 is added to the plant raw material, mixed and heated. During the heating, the moisture is appropriately adjusted. In order to allow the plant-based raw material M1 to react smoothly, it is desirable to be in the presence of moisture. However, when the water is excessive, the extracted component that is decomposed from the plant raw material M1 is diluted. In consideration of this point, the amount of water is appropriately adjusted. In 1st hydrolysis process S1, what is necessary is just to be able to perform a hydrolysis reaction to a vegetable raw material. Therefore, the acid catalyst to be used is not particularly limited, but a weak acid or a diluted strong acid is considered good.
  • the first hydrolysis step S1 aims to decompose the ⁇ -1,6-glycoside bond C1 having a high hydrolysis rate. Therefore, if a strong acid is used as the acid catalyst A1, it is not easy to adjust the reaction temperature and reaction time necessary for carrying out an appropriate hydrolysis reaction. When a weak acid or a diluted strong acid having a relatively low hydrolysis performance is selected, the reaction temperature and reaction time can be easily adjusted, so that labor for workers is reduced and production efficiency and stability are improved.
  • the acid catalyst A1 added in the first hydrolysis step S1 may be a weak acid such as citric acid, acetic acid or oxalic acid, or a diluted strong acid obtained by diluting a strong acid such as dilute sulfuric acid or dilute hydrochloric acid. Since each acid has different hydrolysis performance, even if hydrolysis is performed under the same concentration, temperature, and time conditions, the purpose of the first hydrolysis step S1 cannot be achieved equally.
  • galactose and mannose are linked to the galactose structure GC (the tip of the ⁇ -1,6-glycoside bond C1) at a ratio of approximately 1: 1. From this, if the component ratio of mannose and galactose, which are components eluted in the first hydrolysis step S1, is a ratio close to approximately 1: 1, the purpose of the first hydrolysis step S1 has been sufficiently achieved. Can do. Considering that a part of mannose contained in the mannose structure MC is eluted, the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount contained in the solution M3 is 38% or more. It is considered better to adjust the type, amount added, heating temperature and heating time.
  • the conditions for treating the raw material with the acid catalyst described above are sufficient conditions for the decomposition of the ⁇ -1,6-glycoside bond C1 of the galactomannan structure GMC contained in the raw material. Is selected.
  • the range in which the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount contained in the solution M3 described above is 38% or more is from the viewpoint of sufficiently securing the amount of mannose extracted after the second hydrolysis step S3. It is particularly useful.
  • the reaction temperature at the time of heating is too high, the bond of the mannose structure MC may be decomposed or the mannose itself may be altered by oxidation or decomposition.
  • the heating reaction time is too long. If it does so, there exists a possibility that the quantity of the mannose extracted after 2nd hydrolysis process S3 may reduce.
  • the reaction temperature is too low or the reaction time is too short, galactose remains in the reaction product obtained after the first hydrolysis step S1, and it becomes difficult to obtain high-purity mannose. Therefore, it is considered that a reaction time of 3 to 72 hours in a heating temperature range of 90 to 160 ° C.
  • reaction temperature and reaction time are preferably adjusted so that the ratio of the mannose amount to the sum of the mannose amount and the galactose amount in the extract after the completion of the second hydrolysis step is 80% or more. It is determined appropriately depending on the type of catalyst and the amount added.
  • the reaction temperature should be lowered and heated for a short time.
  • the hydrolysis performance of the acid catalyst is low, it is considered that the reaction temperature should be increased or the heating time should be increased.
  • Balance the amount and type of acid catalyst added, and the reaction temperature and reaction time so that the ratio of the amount of mannose to the sum of the amount of mannose and galactose in the extract after the second hydrolysis step is 80% or more. Adjust it.
  • the ratio of the amount of galactose to the sum of the amount of galactose and the amount of mannose contained in the solution M3 is in the range of 38% or more.
  • the type of acid catalyst, the amount added, the reaction temperature and the reaction time should be determined.
  • the acid catalyst is any one of citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid, and dilute hydrochloric acid
  • the heating is preferably performed at a temperature of 90 to 160 ° C. for 3 to 72 hours. .
  • the lower limit of the reaction temperature is approximately 90 ° C. From the viewpoint of production efficiency, when the reaction temperature is 120 ° C. to 140 ° C., the reaction time is shortened and it is more economical.
  • the reaction product M2 generated through the hydrolysis reaction in the first hydrolysis step S1 is separated and recovered from the solution M3 from which the acid catalyst, galactose, etc. used in the reaction are eluted. Separation techniques are appropriate such as filtration and centrifugation.
  • the reaction product M2 and the weak acid, diluted strong acid, strong acid or solid acid acid catalyst A2 are mixed and heated. Each condition of temperature and time is appropriately determined depending on the type of acid catalyst used and the amount added. Similarly to the reaction temperature and reaction time in the first hydrolysis step S1, the ratio of the mannose amount to the sum of the mannose amount and the galactose amount in the extract after completion of the second hydrolysis step is adjusted to 80% or more. It is good to be done.
  • the reaction product M2 separated in the separation step S2 includes a mannose structure part MC.
  • the ⁇ -1,4-glycoside bond C2 that links the mannose contained in the solid mannose structure part MC is hydrolyzed, whereby a sugar solution containing mannose in high purity (mannose extraction) Liquid M4) can be obtained. Similar to the first hydrolysis step S1, moisture is appropriately adjusted during heating. In the second hydrolysis step S3, after the hydrolysis reaction is completed, the mannose extract M4 containing mannose in high purity and the reaction residue are separated.
  • the purpose of the second hydrolysis step S3 is to decompose the ⁇ -1,4-glycoside bond C2, which has a slower hydrolysis rate than the ⁇ -1,6-glycoside bond C1. From this, the acid product A2 of the acid stronger than the acid catalyst A1 added in the first hydrolysis step S1 is mixed with the reaction product M2, or the acid catalyst A2 having the same degree of acid is added. The hydrolysis reaction is promoted by reacting at a high temperature or by heating for a long time.
  • the acid catalyst A2 added in the second hydrolysis step S3 sulfuric acid or hydrochloric acid can be considered as the strong acid catalyst.
  • the acid catalyst for the weak acid or diluted strong acid may be citric acid, acetic acid, oxalic acid, dilute sulfuric acid or dilute hydrochloric acid.
  • the solid acid acid catalyst is obtained by sulfonation by introducing a sulfo group into a wood solid acid catalyst obtained by introducing a sulfo group into a carbide derived from a wood-based raw material and sulfonation. Resin solid acid catalysts are possible. Since each acid has different hydrolysis performance, the purpose of the second hydrolysis step S3 cannot be achieved under the same conditions of concentration, temperature and time in all acid catalysts.
  • the target mannose itself may be altered by oxidation and decomposition. Therefore, in order to decompose the ⁇ -1,4-glycoside bond C2, it is considered to be heated at a temperature of 90 to 160 ° C. for about 1 to 24 hours. Considering these efficient rate reactions, the reaction under high temperature conditions is preferable, and it is considered that heating in the range of 120 to 160 ° C. for 1 to 6 hours is more appropriate.
  • the wood solid acid catalyst is obtained by carbonization to a carbide under a temperature condition that does not burn off the wood-based raw material, and sulfonation in which a sulfo group (or sulfonic acid group) is introduced is performed.
  • a sulfo group or sulfonic acid group
  • the resin solid acid catalyst is obtained by introducing a sulfo group into a raw material phenol resin and performing sulfonation. If a resin solid acid catalyst having high heat resistance is used, the heating temperature in the second hydrolysis step S3 can be increased, and the heating time can be shortened.
  • the powdered solid acid it can also be shaped (processed) into a predetermined shape. Due to the shape retention, the particles become larger than the powder form, and separation and recovery from the reaction solution are facilitated.
  • Example The inventor tried to extract mannose from plant-based materials using the acid catalyst in each table. Ion exchange water was added to commercially available powdered (milled) coffee beans to a slurry concentration of 5% by weight, and this was boiled for 30 minutes. After boiling, filtration was repeated three times or more to separate the coffee bean extraction residue. The coffee bean extraction residue was dried overnight in a drier kept at 105 ⁇ 5 ° C. and pulverized to 0.3 mm or less by a pulverizer. In this way, a coffee bean extraction residue serving as a plant-based material sample was obtained. This coffee bean extraction residue becomes a sample of each prototype.
  • ⁇ Prototype example 1> Into a 15 mL pressure-resistant pressure-resistant reaction vessel, 1.0 g of citric acid 0.05 g and 5.0 g of ion-exchanged water were added as a first acid catalyst to 0.5 g (dry weight) of coffee bean extraction residue. It was made to react for 20 hours, maintaining 1 degreeC (1st hydrolysis process S1). After completion of the reaction, the reaction product was separated and collected using a membrane filter (pore size: 0.2 ⁇ m), and washed with an excessive amount of ion-exchanged water (separation step S2).
  • Prototype Example 7 Prototype Example 4 except that 0.05 g of 10.0% citric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step and reacted for 24 hours while maintaining 90 ° C.
  • the extract of Prototype Example 7 was obtained by the same method.
  • Prototype Example 8 An extract of Prototype Example 8 was obtained in the same manner as Prototype Example 7, except that the reaction time of the first hydrolysis step was 48 hours.
  • Prototype Example 10 An extract of Prototype Example 10 was obtained in the same manner as Prototype Example 7, except that 0.10 g of 20.0 wt% citric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • Prototype Example 11 The extract of Prototype Example 11 was obtained in the same manner as Prototype Example 7 except that 0.15 g of 30.0 wt% citric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • Prototype Example 12 The extract of Prototype Example 12 was obtained in the same manner as in Prototype Example 4 except that the reaction temperature in the first hydrolysis step was 140 ° C. and the reaction time was 3 hours.
  • Prototype Example 14 An extract of Prototype Example 14 was obtained in the same manner as Prototype Example 4 except that 0.0185 g of 3.7% by weight sulfuric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. .
  • Prototype Example 15 The extract of Prototype Example 15 was obtained in the same manner as Prototype Example 4, except that 0.009 g of 1.8 wt% sulfuric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • Prototype Example 16 The extract of Prototype Example 16 was obtained in the same manner as Prototype Example 4, except that 10.0 g of sulfuric acid 0.05 g and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • Prototype Example 17 An extract of Prototype Example 17 was obtained in the same manner as in Prototype Example 4 except that 0.012 g of 2.4% by weight hydrochloric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. .
  • Prototype Example 18 An extract of Prototype Example 18 was obtained in the same manner as Prototype Example 17 except that 0.006 g of 1.2 wt% hydrochloric acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. .
  • ⁇ Prototype Example 19 Prototype in the same manner as in Prototype Example 4 except that 0.005 g of 1.0% by weight acetic acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step and the reaction temperature was 140 ° C. The extract of Example 19 was obtained.
  • Prototype Example 20 An extract of Prototype Example 20 was obtained in the same manner as Prototype Example 19 except that 0.05 g of acetic acid of 10.0 wt% and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. .
  • Prototype Example 21 The extract of Prototype Example 21 was obtained in the same manner as Prototype Example 4 except that 1.05% oxalic acid (0.005 g) and ion-exchanged water (5.0 g) were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • Prototype 22 An extract of Prototype Example 14 was obtained in the same manner as Prototype Example 21, except that 0.05 g of 10.0% by weight oxalic acid and 5.0 g of ion-exchanged water were added as the first acid catalyst in the first hydrolysis step. It was.
  • a mannose extraction process was performed without performing the first hydrolysis step S1. Since the first hydrolysis step S1 is omitted, the separation step S2 is also omitted.
  • ⁇ Comparative Example 1> 3 In a 15 mL pressure-resistant reaction vessel, 0.3 g (dry weight) of coffee bean extraction residue, 0.3 g of wood solid acid catalyst (ZP150DH, manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd.) and ion-exchanged water as the (second) acid catalyst 2 g was added and reacted for 3 hours while maintaining 140 ° C. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to ice temperature, and 9.3 g of ion exchange water was added to the reaction vessel for dilution. And the reaction liquid was filtered using the syringe filter (same as the above), and the extract was obtained. That is, the first hydrolysis step and the separation step in Prototype Example 4 were omitted, and the extract of Comparative Example 1 was obtained.
  • Comparative Example 2 An extract of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the reaction temperature was 120 ° C. and the reaction time was 6 hours.
  • Comparative Example 3 An extract of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as Comparative Example 1, except that 0.3 g of 10% (v / v) dilute sulfuric acid and 4.2 g of ion-exchanged water were added as the acid catalyst.
  • Comparative Example 4 An extract of Comparative Example 4 was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that 0.3 g of 10% (v / v) dilute sulfuric acid and 4.2 g of ion-exchanged water were added as the acid catalyst.
  • the production amount of the mannose and galactose of a measuring object was measured from the peak area ratio which appeared in the corresponding retention time of HPLC.
  • the amount of mannose produced was converted as the weight (mg) of mannose produced from 0.1 g of the residue (mg / 0.1 g).
  • Tables 1 to 6 show the results of the mannose extraction operation for the coffee bean extract residue, which is a plant-based material.
  • the kind of 1st acid catalyst in a 1st hydrolysis process, the addition amount (weight%), reaction temperature (degreeC), and reaction time (h) were shown. Furthermore, the amount of mannose (mg / 0.1 g), the amount of galactose (mg / 0.1 g) and the galactose ratio (%) contained in the solution M3 separated in the separation step are shown.
  • the galactose ratio (%) is a ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount in the solution M3, and the galactose amount in the solution M3 is divided by the sum of the mannose amount and the galactose amount to obtain a percentage.
  • the type of the second acid catalyst in the second hydrolysis step, the reaction temperature (° C.), the reaction time (h), and the amount of mannose contained in the extract after completion of the second hydrolysis step (mg / 0) as a reaction result. 0.1 g), the amount of galactose (mg / 0.1 g) and the mannose ratio (%).
  • the mannose ratio (%) is the ratio of the amount of mannose to the sum of the amount of mannose and the amount of galactose in the extract M4 after the second hydrolysis step, and the amount of mannose in the extract M4 is the amount of the amount of mannose and the amount of galactose. It is the ratio divided by the total amount.
  • the purity evaluation (A, B, C and F) which evaluated the purity of the mannose in the extract M4 after completion
  • comprehensive evaluation best, good, good, good and bad was performed based on purity evaluation and yield evaluation.
  • mannose when 100 g of coffee bean extraction residue was analyzed and tested by high performance liquid chromatography, mannose was 26.2 g and galactose was 9.3 g. That is, the component ratio of mannose and galactose in the coffee bean extraction residue is about 74:26. From this, in the purity evaluation, those having a mannose ratio of 95% or more were designated as “A”. A mannose ratio of 90% or more and less than 95% was designated as “B”. A mannose ratio of 80% or more and less than 90% was defined as “C”. A mannose ratio of less than 80% was designated as “F”.
  • A was defined as the amount of mannose produced in the extract M4 of 10 mg / 0.1 g or more.
  • B was defined as 5 mg / 0.1 g or more and less than 10 mg / 0.1 g.
  • the sample of less than 5 mg / 0.1 g was designated as “C”.
  • both the purity evaluation and the yield evaluation were “A” and “best”. Either purity evaluation or yield evaluation was “A” and the other was “B” as “excellent”. Either “A” for purity evaluation or “yield evaluation” and “C” for the other was determined as “good”. Both purity evaluation and yield evaluation were “C”, and one was “B” and the other was “C” as “OK”. Those with “F” in either the purity evaluation or the yield evaluation were determined to be “impossible”.
  • Prototype examples 7 to 9 are examples in which the reaction time was changed to a low temperature of 90 ° C. Since citric acid is a weak acid and its hydrolysis performance is low, Trial Example 9 with a long reaction time showed better results when the reaction temperature was 90 ° C., which is a low temperature. Moreover, when the prototype examples 7, 10, and 11 were compared, the prototype example 11 with much addition amount of a citric acid showed the better result. In the case where the reaction temperature is 90 ° C. and the reaction time is 24 hours, it is considered that a better result is obtained by increasing the amount of citric acid added to improve the hydrolysis performance.
  • ⁇ Types of first acid catalyst> Consider the first acid catalyst in the first hydrolysis step. Comparing prototype examples 4, 7 to 22 with the same second acid catalyst, reaction temperature and reaction time in the second hydrolysis step, the first acid catalyst used is weak acid such as citric acid, acetic acid or oxalic acid or It turned out that a highly pure mannose extract can be obtained even with sulfuric acid or hydrochloric acid which is a strong acid, and it has been found that various acids can be adopted as the first acid catalyst in addition to citric acid. In addition, comparing Prototype Examples 14 to 16, Prototype Examples 17 and 18, Prototype Examples 19 and 20, and Prototype Examples 21 and 22, respectively, the smaller the amount of acid catalyst added, the more mannose is produced. It turns out that there is a tendency to.
  • the purpose of the first hydrolysis step is to decompose and elute the galactose structure part of the galactomannan structure of the sugar contained in the raw material. This is because the purity of mannose finally obtained is considered to increase. Therefore, the acid catalyst used in the first hydrolysis step may be a weak acid or a strong acid. If the mannose structure part is decomposed and eluted at the stage of the first hydrolysis step, the amount of mannose finally obtained decreases. For this reason, it is good to adjust addition amount, reaction temperature, and reaction time suitably according to the kind of 1st acid catalyst used. If the amount of the first acid catalyst added is increased, it is better to lower the reaction temperature or to shorten the reaction time.
  • the reaction time may be shortened or the amount of the first acid catalyst added may be adjusted to be small. If the reaction time is lengthened, the reaction temperature should be lowered or the amount added should be adjusted small. That is, if the galactose structure part in the galactomannan contained in the raw material is decomposed and the mannose structure part is not decomposed, the type of the first acid catalyst, the addition amount, the reaction temperature, and the reaction time are determined. It was found that the purity and yield of mannose produced increased.
  • the conditions for these first hydrolysis steps are obtained in the first hydrolysis step so that the ratio of the mannose amount to the sum of the mannose amount and the galactose amount in the extract after completion of the second hydrolysis step is 80% or more.
  • the type and addition amount of the first acid catalyst were adjusted so that the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount in the solution was 38% or more, and 3 to 72 under a temperature condition of 90 to 160 ° C. It would be good to heat for hours.
  • the second acid catalyst to be used is not particularly limited because the reaction product obtained by decomposing and removing the galactose structure from the raw material is hydrolyzed. Comparing Prototype Examples 1 and 3 and Prototype Examples 2 and 5, in Prototype Examples 1 and 3 having a high reaction temperature, the ratio of mannose is almost the same, and the production amount of mannose is larger in Prototype Example 1, and In Example 5, Prototype Example 2 is superior in both purity and yield of mannose. This is considered to be due to the difference in hydrolysis performance of the second acid catalyst used.
  • the second acid catalyst is a strong acid having high hydrolysis performance, mannose can be sufficiently decomposed and extracted in a short time at a low reaction temperature. Even if the second acid catalyst is a weak acid having low hydrolysis performance, it is considered that mannose can be sufficiently decomposed and extracted by increasing the reaction temperature or lengthening the reaction time. As described above, when a solid acid is used as the second acid catalyst, it is easy to separate the extract, and therefore any acid catalyst can be selected according to the extraction environment, purpose of use, and the like of mannose.
  • the temperature range and reaction time of reaction temperature suitably according to the kind of acid catalyst used like the 1st hydrolysis process.
  • the second acid catalyst used in the second hydrolysis step is dilute sulfuric acid, it is preferable to react at a high temperature of 140 ° C. for a short time of about 1 hour. It is better to react. Even when a weak acid catalyst is used, it is considered that the production amount (yield) and ratio (purity) of mannose can be improved by reacting at a high temperature for a long time.
  • ⁇ Summary> By first decomposing, separating and removing galactose contained in the raw material in the first hydrolysis step, mannose is extracted with high purity in the second hydrolysis step.
  • a reaction product containing a very small amount of galactose and a large amount of mannose is obtained by mainly decomposing ⁇ -1,6-glycoside bonds that bind galactose and mannose, which have a high hydrolysis rate. It is done.
  • the first acid catalyst used in the first hydrolysis step is not particularly limited, but an ⁇ -1,6-glycoside bond having a high hydrolysis rate can be obtained without decomposing a ⁇ -1,4-glycoside bond having a low hydrolysis rate. From the viewpoint of decomposition, it is considered better to use a weak acid acid catalyst.
  • Decomposed galactose is eluted in the solution. For this reason, the already decomposed galactose can be separated from the reaction product by separating and removing the solution in the separation step.
  • high-purity mannose can be extracted by hydrolyzing ⁇ -1,4-glycosidic bonds that bind mannoses of the mannose structure part contained in the reaction product.
  • the 2nd acid catalyst used is not specifically limited. In particular, it is preferable to use a solid acid catalyst because it is very easy to separate from a mannose extract.
  • the first acid catalyst is mixed with the plant-based raw material and heated, and the reaction product obtained by the first hydrolysis step and the first hydrolysis step are eluted.
  • High purity mannose can be obtained through a decomposition step of separating the solution containing the components and a second hydrolysis step of adding a second acid catalyst to the reaction product and heating.
  • the first hydrolysis step is appropriately heated under a temperature condition of 90 to 160 ° C. for a reaction time of 3 to 72 hours, so that the final mannose ratio exceeds 80%, and high purity mannose is obtained. Can be obtained.
  • the ratio of the galactose amount to the sum of the galactose amount and the mannose amount in the solution obtained in the first hydrolysis step is 38% or more, the yield of mannose finally obtained tends to increase. It was.
  • mannose extraction method of the present invention which can very easily extract high-purity mannose from plant-based food residues, is very useful.
  • the mannose extraction method of the present invention can produce mannose of high purity from plant-based food residues very easily.
  • a complicated process is not required, and mannose can be extracted only by a simple operation such as filtration and separation. Therefore, the design of equipment and the like is facilitated, and the cost burden is reduced. For this reason, compared with the conventional mannose extraction method, it is rich in price competitiveness and is very promising as an alternative.
  • the extracted mannose since the extracted mannose has a very high purity, it can be used for medicines and the like.

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Abstract

【課題】植物系原料に、植物系原料に対して２段階の加水分解処理を施すことによって、極めて容易に高純度のマンノースを抽出可能とするマンノース抽出方法を提供する。 【解決手段】植物系原料Ｍ１と弱酸又は希釈強酸の第１酸触媒Ａ１とが混合され加熱される第１加水分解工程Ｓ１と、第１加水分解工程により得られた反応生成物Ｍ２が分離回収される分離工程Ｓ２と、分離工程により得られた反応生成物と弱酸、希釈強酸、強酸又は固体酸の第２酸触媒Ａ２とが混合され加熱される第２加水分解工程Ｓ３とを経ることによって植物系原料中よりマンノースを抽出する。

Description

マンノース抽出方法
　本発明は、マンノース抽出方法に関し、特に、酸類による２段階の加水分解処理を施すことによって植物系原料から高純度のマンノースを得る抽出方法に関する。
　単糖の一種であるマンノースは、近年機能性糖類として注目されている。例えば、マクロファージの活性化との関連性、感染症抑制、有用腸内細菌の増殖等の分野である（特許文献１、２等参照）。さらには甘味料の添加成分としての利用である（特許文献３等参照）。このため、マンノースの活性効果を生かした製剤や食品分野への利用を満たすべく、マンノースの需要は急速に拡大している。
　現状、マンノース単体は、グルコマンナン等の多糖類から微生物等による酵素的分解により生産される。そのため、生産効率を向上させることは容易ではない。加えて、製造経費も問題となっていた。そのため、より効率の良いマンノースの抽出方法が模索されている。マンノースは多糖類の糖鎖を構成する糖の一種であり、主に植物の細胞壁等の表面に糖鎖状に現出していることが知られている。
　しかしながら、グルコマンナン等の糖鎖はデンプンを構成するアミロースやアミロペクチン等と異なり、溶解が容易ではないことから十分に溶出することができなかった。そのため、存在は確認されてはいるものの残存成分として有効に活用されてはいなかった。この点に鑑み、植物の細胞壁、つまりは食品の残渣物に対して酸と熱処理によりマンノースのオリゴ糖を抽出する方法が提案されている（特許文献４、５等参照）。特許文献４ではコーヒー抽出物に硫酸が添加され、特許文献５では酢酸またはギ酸が添加され、加熱を経てマンノオリゴ糖（マンナンオリゴ糖）が抽出される。
　ただし、当該特許文献４，５では、オリゴ糖段階の抽出に留まっており、単糖のマンノースまでに分解して抽出することはできなかった。また、反応に用いた酸は液体であるため、オリゴ糖溶液からの除去は容易とは言えなかった。さらに、処理ごとに酸液を使い捨てにしなければならず、生産効率や経費上の問題も山積していた。ただし、一連の経緯から、グルコマンナン等のマンノースを含有する糖鎖の分解に、酸の使用が効果的であることまでは明らかとなった。そこで、新たな酸処理に際しての改良が望まれていた。
　発明者らは、既存の液体の酸触媒に代えて固体酸触媒を用いたマンノース抽出方法を提案し、植物系食品残渣中から単糖まで分解してマンノースを抽出し、かつ、触媒の分離を容易にすることを可能とした（特許文献６等参照）。
特開２００４－１５９６５９号公報 特開２０１０－２２２６７号公報 特開２００１－３５２９３６号公報 特公平５－５２２００号公報 特開２０１１－１３２１８７号公報 特開２０１７－０００１２０号公報
　また、これらマンノースの抽出の際には、マンノースだけでなくガラクトースをも抽出され、両者は分離が容易ではない。マンノースを高純度で抽出するためには、さらにクロマトグラフィー等によってガラクトースとマンノースを分離するなど、手間やコストがかかってしまうことがあった。
　本発明は、上記状況に鑑み提案されたものであり、植物系原料に対して２段階の加水分解処理を施すことによって、極めて容易に高純度のマンノースを抽出可能とするマンノース抽出方法を提供する。
　すなわち、第１の発明は、植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱される第１加水分解工程と、前記第１加水分解工程により得られた反応生成物が分離回収される分離工程と、前記分離工程により得られた前記反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱される第２加水分解工程とを経ることによって前記植物系原料中よりマンノースを抽出することを特徴とするマンノース抽出方法に係る。
　第２の発明は、ガラクトマンナンを含む植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱され、前記ガラクトマンナン中のガラクトース構造部とマンノース構造部との結合が分解される第１加水分解工程と、前記第１加水分解工程により前記ガラクトース構造部が分解されて分離された前記マンノース構造部が含まれる反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱され、前記反応生成物に含まれる前記マンノース構造部中のマンノース同士の結合が分解される第２加水分解工程とを経ることによって前記植物系原料中より高純度のマンノースを抽出することを特徴とするマンノース抽出方法に係る。
　第３の発明は、第１又は２の発明において、前記第１加水分解工程の酸触媒が弱酸又は希釈強酸であるマンノース抽出方法に係る。
　第４の発明は、第３の発明において、前記第１加水分解工程の酸触媒がクエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸のいずれかであるマンノース抽出方法に係る。
　第５の発明は、第１ないし４の発明のいずれかにおいて、前記第１加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で３～７２時間加熱され、前記第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上であるマンノース抽出方法に係る。
　第６の発明は、第５の発明において、前記第１加水分解工程で得られる溶液中のガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上であるマンノース抽出方法に係る。
　第７の発明は、第１ないし６の発明のいずれかにおいて、前記第２加水分解工程の酸触媒が、弱酸、希釈強酸、強酸又は固体酸であるマンノース抽出方法に係る。
　第８の発明は、第７の発明において、前記第２加水分解工程の酸触媒が、クエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸、硫酸、塩酸、木質系原料に由来する炭化物にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た木質固体酸触媒又はフェノール樹脂にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た樹脂固体酸触媒のいずれかであるマンノース抽出方法に係る。
　第９の発明は、第１ないし８の発明のいずれかにおいて、前記第２加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で１～２４時間加熱されるマンノース抽出方法に係る。
　第１０の発明は、第１ないし９の発明のいずれかにおいて、前記植物系原料がコーヒー豆抽出残渣であるマンノース抽出方法に係る。
　第１１の発明は、第１ないし９の発明のいずれかにおいて、前記植物系原料がこんにゃく芋であるマンノース抽出方法に係る。
　第１の発明に係るマンノース抽出方法によると、植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱される第１加水分解工程と、前記第１加水分解工程により得られた反応生成物が分離回収される分離工程と、前記分離工程により得られた前記反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱される第２加水分解工程とを経ることによって前記植物系原料中よりマンノースを抽出するため、植物系原料から高純度のマンノースを極めて容易に抽出することができ、かつ、製造経費の圧縮が可能となる。
　第２の発明に係るマンノース抽出方法によると、ガラクトマンナンを含む植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱され、前記ガラクトマンナン中のガラクトース構造部とマンノース構造部との結合が分解される第１加水分解工程と、前記第１加水分解工程により前記ガラクトース構造部が分解されて分離された前記マンノース構造部が含まれる反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱され、前記反応生成物に含まれる前記マンノース構造部中のマンノース同士の結合が分解される第２加水分解工程とを経ることによって前記植物系原料中より高純度のマンノースを抽出するため、植物系原料から高純度のマンノースを極めて容易に抽出することができ、かつ、製造経費の圧縮が可能となる。
　第３の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１又は２の発明において、前記第１加水分解工程の酸触媒が弱酸又は希釈強酸であるため、植物系原料に対する加水分解反応の調節が容易であり、第１加水分解工程を容易かつ確実に施すことができる。
　第４の発明に係るマンノース抽出方法によると、第３の発明において、前記第１加水分解工程の酸触媒がクエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸のいずれかであるため、極めて容易に高純度のマンノースを抽出することができる。
　第５の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１ないし４の発明のいずれかにおいて、９０～１６０℃の温度条件下で３～７２時間加熱され、前記第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上であるため、効率良い反応促進と得られるマンノースの純度の安定性が図られる。
　第６の発明に係るマンノース抽出方法によると、第５の発明において、前記第１加水分解工程で得られる溶液中のガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上であるため、マンノースを高純度で抽出することができる。
　第７の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１ないし６の発明のいずれかにおいて、前第２加水分解工程の酸触媒が弱酸、希釈強酸、強酸又は固体酸のいずれかであるため、反応生成物に対する加水分解反応の調節が容易であり、第２加水分解工程を容易かつ確実に施すことができる。
　第８の発明に係るマンノース抽出方法によると、第７の発明において、クエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸、硫酸、塩酸、木質系原料に由来する炭化物にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た木質固体酸触媒又はフェノール樹脂にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た樹脂固体酸触媒のいずれかであるため、植物系原料から触媒反応を通じて円滑に高純度のマンノースを抽出することができる。
　第９の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１ないし８の発明のいずれかにおいて、前記第２加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で１～２４時間加熱されるため、効率良い反応促進と得られるマンノースの純度の安定性の両立が図られる。
　第１０の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１ないし９の発明のいずれかにおいて、前記植物系原料がコーヒー豆抽出残渣であるため、食品残渣物の有効利用が可能となり、原料調達も容易、かつ、均質性も高い。
　第１１の発明に係るマンノース抽出方法によると、第１ないし９の発明のいずれかにおいて、前記植物系原料がこんにゃく芋であるため、原料調達も容易、かつ、均質性も高い。
本発明のマンノース抽出方法に係る概略工程図である。 植物系原料に含まれる糖の構造の模式図である。
　本発明に規定するマンノース抽出方法とは、植物系原料に対して２段階の加水分解処理を施すことによって、高純度のマンノースを得る方法である。植物系原料と第１酸触媒とを混合、加熱する第１加水分解工程と、該第１加水分解工程により得られた反応生成物と第１加水分解工程により溶出した成分を含む溶液とを分離する分解工程によって、植物系原料に含まれるマンノース以外の単糖類（特にガラクトース等）を第２加水分解工程の前に植物系原料から取り除くのである。これらの工程を経て得た反応生成物に対し、第２加水分解工程において第２酸触媒を添加し加熱して、２回目の加水分解反応を施すことで該反応生成物に含まれるマンノースを抽出して高純度のマンノースを得る。それゆえ、クロマトグラフィー等によって、他の糖類とマンノースを分離する必要がないため、極めて容易に、かつ経済的に高純度のマンノースを得ることができる。
　図１の概略工程図及び図２の原料に含まれる糖の構造模式図を用い、マンノース抽出方法の概要を説明する。マンノースが抽出される植物系原料Ｍ１は、おから、酒粕、茶類抽出残渣、コーヒー豆抽出残渣等の食品加工時に生じる残渣成分やこんにゃく芋等である。コーヒー豆抽出残渣は、コーヒー豆を焙煎してこれに水または熱湯を加えてコーヒーを抽出した際に生じる残渣である。コーヒー飲料は生産量も多いため、これまで多くは食品残渣物として処理されていた。従って、食品残渣物の有効利用となり、原料調達も容易であり、また、残渣自体の均質性も高い。こんにゃく芋は、原料調達も容易、かつ、均質性も高いため有用である。なお、食品には含まれないものの、稲藁、間伐材、廃竹、コプラミール等の植物原料も残渣物に加えられる。
　植物系食品残渣物の利用が好適な理由は、単なる残渣物処理以上に下記の利点があるからである。植物細胞の細胞壁表面には、セルロース以外の各種の糖鎖が存在している。これらの糖鎖は植物細胞同士の細胞接着や植物体の形状維持に作用していると考えられている。しかしながら、人体はこれらの糖鎖成分を消化して栄養とすることはできないことが多い。そのため、未利用成分として存在は明らかではあるものの有効活用に至っていなかった。例えば、グルコマンナン等の糖鎖が単糖に分解されると、マンノースが得られる。そこで、マンノースの供給源として簡便且つマンノースの含有量が多いコーヒー豆抽出残渣が選択される。
　植物系原料は必要に応じて予め適度な大きさに粉砕（破砕）される。図２に示されるように、コーヒー豆抽出残渣物に含まれる糖の構造は、ガラクトマンナン構造ＧＭＣを持つと考えられる。ガラクトース構造部ＧＣとマンノース構造部ＭＣは、α－１，６－グリコシド結合Ｃ１により連結している。α－１，６－グリコシド結合Ｃ１によりマンノース構造部ＭＣに連結しているガラクトース構造部ＧＣの先には、おおよそ１：１の割合でガラクトースとマンノースが連結していると考えられる。マンノース構造部ＭＣには、複数のマンノース同士がβ－１，４－グリコシド結合Ｃ２で連結していると考えられる。
　図１に示されるように、本発明のマンノース抽出方法は、第１加水分解工程Ｓ１と分離工程Ｓ２と第２加水分解工程Ｓ３とを含む。α－１，６－グリコシド結合Ｃ１とβ－１，４－グリコシド結合Ｃ２との加水分解速度の差を利用し、植物系原料Ｍ１からマンノースを高純度で抽出する。つまり、第１加水分解工程Ｓ１は、植物系原料Ｍ１に対して加水分解反応を施すことによって、加水分解速度が速いガラクトース構造部ＧＣとマンノース構造部ＭＣとを連結するα－１，６－グリコシド結合Ｃ１を分解する工程である。α－１，６－グリコシド結合Ｃ１が分解されると、ガラクトース構造部ＧＣは溶液Ｍ３中に溶出し、マンノース構造部ＭＣは反応生成物Ｍ２に残留することとなる。
　分離工程Ｓ２は、反応生成物Ｍ２と溶液Ｍ３を濾過等により分離する工程である。反応生成物Ｍ２はここで適宜洗浄される。そして、第２加水分解工程Ｓ３は、第１加水分解工程を経て得たマンノース構造部ＭＣを含む反応生成物Ｍ２に対し、加水分解反応を施す。これによって、加水分解速度の遅いマンノース構造部ＭＣに複数含まれるマンノース同士を連結するβ－１，４－グリコシド結合Ｃ２を分解して高純度のマンノースを得る工程である。
　第１加水分解工程Ｓ１では、植物系原料に酸触媒Ａ１が添加され、混合、加熱される。加熱の際、水分が適宜調整される。植物系原料Ｍ１を円滑に反応させるべく、水分存在下であることが望ましい。ただし、水分過剰である場合には、植物系原料Ｍ１から分解されて生じる抽出成分が希釈される。この点も考慮して、水分量は適当に調整される。第１加水分解工程Ｓ１では、植物性原料に加水分解反応を施すことができればよい。そのため、使用される酸触媒は特に限定されないが、弱酸や希釈された強酸がよいと考えられる。第１加水分解工程Ｓ１は、加水分解速度が速いα－１，６－グリコシド結合Ｃ１を分解することを目的とする。そのため、酸触媒Ａ１に強酸を用いるとすると、適度な加水分解反応を施すために必要な反応温度や反応時間の調整が容易ではない。加水分解性能が比較的低い弱酸や希釈された強酸が選択されると、反応温度や反応時間の調整が容易であるため、従業者の手間も減り、生産効率や安定性が向上する。
　第１加水分解工程Ｓ１で添加される酸触媒Ａ１は、クエン酸、酢酸、シュウ酸等の弱酸や、希硫酸や希塩酸等の強酸を希釈した希釈強酸が考えられる。それぞれの酸によって加水分解性能が異なるため、同じ濃度、温度、時間の条件で加水分解したとしても、第１加水分解工程Ｓ１の目的を同等に達成できるわけではない。
　前述の通り、ガラクトース構造部ＧＣ（α－１，６－グリコシド結合Ｃ１の先）にはおおよそ１：１の割合でガラクトースとマンノースが連結していると考えられる。このことから、第１加水分解工程Ｓ１で溶出される成分であるマンノースとガラクトースの成分比がおおよそ１：１に近い割合であれば、第１加水分解工程Ｓ１の目的を十分に達したということができる。マンノース構造部ＭＣに含まれるマンノースの一部が溶出してしまうことも鑑みると、溶液Ｍ３に含まれるガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上となるように、酸の種類、添加量、加熱温度及び加熱時間が調整されるのがより良いと考えられる。
　溶液Ｍ３に含まれる成分のうち、マンノースの成分割合が大きすぎる場合は、マンノース構造部ＭＣに含まれるマンノースが流出していると考えられるため、第２加水分解工程Ｓ３後に抽出されるマンノースの量が減少してしまうと考えられる。しかしながら、抽出されるマンノースの純度が低くなるわけではない。よって、第１加水分解工程Ｓ１において、前掲の酸触媒により原料が処理される条件は、原料に含まれるガラクトマンナン構造ＧＭＣのα－１，６－グリコシド結合Ｃ１が分解されるのに十分な条件が選択される。先に述べた溶液Ｍ３に含まれるガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上の範囲は、第２加水分解工程Ｓ３後に抽出されるマンノースの量を十分に確保できる観点から特に有用である。
　第１加水分解工程Ｓ１において、加熱時の反応温度が高すぎるとマンノース構造部ＭＣの結合が分解されたり、マンノース自体も酸化、分解により変質したりすることがある。加熱の反応時間が長すぎても同様である。そうすると、第２加水分解工程Ｓ３後に抽出されるマンノースの量が減少してしまうおそれがある。逆に、反応温度が低すぎたり、反応時間が短すぎたりすると第１加水分解工程Ｓ１後に得られる反応生成物にガラクトースが残留し、高純度のマンノースを得ることが難しくなる。そこで、効率の良い反応促進と反応生成物の安定性の両立を図る観点から、９０～１６０℃の加熱温度域で３～７２時間の反応時間が適当であると考えられる。反応温度及び反応時間の各条件は、第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上となるよう調整されるのが良く、用いる酸触媒の種類及びその添加量によって適宜決定される。
　第１加水分解工程Ｓ１において、酸触媒の添加量や種類により酸触媒の加水分解性能が高いような場合には、反応温度を低くして短時間加熱されるのが良いと考えられる。逆に、酸触媒の加水分解性能が低いような場合は、反応温度を高くしたり加熱の時間を長くしたりするのが良いと考えられる。第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上となるように、酸触媒の添加量や種類、さらに反応温度や反応時間のバランスを調整するのである。また、第２加水分解工程Ｓ３後に抽出される最終的なマンノースの抽出量を鑑みれば、溶液Ｍ３に含まれるガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上の範囲となるよう、酸触媒の種類、添加量、反応温度及び反応時間の条件が決定されるのがよい。該条件は例えば、酸触媒がクエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸のいずれかであれば、９０～１６０℃の温度条件下で３～７２時間加熱されるのがより良いと考えられる。加水分解は８０℃以下で起こりにくいことから、反応温度の下限はおおよそ９０℃である。また、生産効率の観点から、反応温度を１２０℃～１４０℃とすると、反応時間が短くなりより経済的である。
　第１加水分解工程Ｓ１では、α－１，６－グリコシド結合Ｃ１が分解されるため、ガラクトース構造部ＧＣに含まれるマンノースやガラクトース等は溶液Ｍ３中に溶出する。そして、反応生成物Ｍ２にはマンノース構造部ＭＣが残留することとなる。分離工程Ｓ２において、第１加水分解工程Ｓ１による加水分解反応を経て生じた反応生成物Ｍ２は、反応に用いられた酸触媒やガラクトース等が溶出した溶液Ｍ３と分離され回収される。分離の手法は、濾過、遠心分離等適宜である。水分条件下における酸触媒Ａ１との加水分解反応により、植物系原料Ｍ１に含有されるガラクトース構造部ＧＣのガラクトースやマンノースは溶出され分離、除去される。必要に応じて、反応生成物Ｍ２は洗浄される。
　第２加水分解工程Ｓ３では、該反応生成物Ｍ２と弱酸、希釈強酸、強酸又は固体酸の酸触媒Ａ２とが混合されて加熱される。温度及び時間の各条件は、用いる酸触媒の種類及びその添加量によって適宜決定される。第１加水分解工程Ｓ１における反応温度や反応時間等と同様に、第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上となるように調整されるのが良い。分離工程Ｓ２により分離された反応生成物Ｍ２は、マンノース構造部ＭＣを含む。このことから、該固形物のマンノース構造部ＭＣに複数含まれるマンノース同士を連結するβ－１，４－グリコシド結合Ｃ２が加水分解されることにより、マンノースが高純度で含まれる糖液（マンノース抽出液Ｍ４）を得ることができる。第１加水分解工程Ｓ１と同様に、加熱の際、水分が適宜調整される。第２加水分解工程Ｓ３において、加水分解反応が終了した後には、マンノースが高純度に含まれるマンノース抽出液Ｍ４と反応の残渣物とが分離される。
　第２加水分解工程Ｓ３では、α－１，６－グリコシド結合Ｃ１よりも加水分解速度の遅いβ－１，４－グリコシド結合Ｃ２を分解することを目的とする。このことから、反応生成物Ｍ２に対して、第１加水分解工程Ｓ１において添加される酸触媒Ａ１よりも強い酸の酸触媒Ａ２を混合するか、または、同程度の酸性の酸触媒Ａ２をより高温で若しくは長時間加熱して反応させることにより加水分解反応を促進させる。
　第２加水分解工程Ｓ３で添加される酸触媒Ａ２のうち、強酸の酸触媒は、硫酸又は塩酸が考えられる。弱酸又は希釈強酸の酸触媒は、クエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸又は希塩酸が考えられる。そして、固体酸の酸触媒は、木質系原料に由来する炭化物にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た木質固体酸触媒又はフェノール樹脂にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た樹脂固体酸触媒が考えられる。それぞれの酸によって加水分解性能が異なるため、全ての酸触媒において同じ濃度、温度、時間の条件で第２加水分解工程Ｓ３の目的を達成できるわけではない。高温すぎたり加熱時間が長すぎたりすると、目的物であるマンノース自体を酸化、分解により変質させてしまうおそれがある。そのため、β－１，４－グリコシド結合Ｃ２が分解されるには、９０～１６０℃の温度条件下で１～２４時間程度加熱されるのが良いと考えられる。これらの効率的な速度反応を勘案すれば、高温条件下の反応が好ましく、１２０～１６０℃の範囲で１～６時間加熱されるのがより適当であると考えられる。
　特に、固体酸触媒は植物系原料との水分存在下において混合加熱された後、分解により生じたマンノースは存在水分中に溶出される。そこで、濾過、遠心分離等により水分のみを分離すると、極めて簡便にマンノースを含有する水分のみが分離可能となる。そのため、触媒反応後の分離に要する負担は大きく軽減され、製造コストを低減することができる。
　木質固体酸触媒は、木質系原料を焼失しない程度の温度条件下にて炭化されて炭化物とし、スルホ基（またはスルホン酸基とも称される）を導入するスルホ化が行われて得られる。木質系固体酸触媒としては、例えば、特許第５５２８０３６号等に開示の固体酸等を用いることができる。樹脂固体酸触媒は、原料のフェノール樹脂にスルホ基が導入しスルホ化が行われて得られる。樹脂固体酸触媒は耐熱強度が高いものを用いると、第２加水分解工程Ｓ３での加熱温度を高くすることができ加熱時間を短縮することができる。粉末状の固体酸の他、さらに所定の形状物に保形（加工）することもできる。保形により粉末状よりも粒が大きくなり、反応液中からの分離、回収が容易となる。
　　［試料］
　発明者は、各表中の酸触媒を使用し、植物系原料よりマンノースの抽出を試行した。市販の粉末状（ミル粉砕）のコーヒー豆にイオン交換水を添加してスラリー濃度を５重量％とし、これを３０分間煮沸した。煮沸後濾過を３回以上繰り返してコーヒー豆抽出残渣を分離した。コーヒー豆抽出残渣を１０５±５℃に保温した乾燥機内で一晩乾燥し、粉砕機により０．３ｍｍ以下に粉砕した。こうして、植物系原料の試料となるコーヒー豆抽出残渣を得た。このコーヒー豆抽出残渣が各試作例の試料となる。
　　＜試作例１＞
　１５ｍＬ耐圧耐圧反応容器に、コーヒー豆抽出残渣０．５ｇ（乾燥重量）に対し、第１酸触媒として１．０重量％のクエン酸０．０５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加して１２０℃を維持しながら２０時間反応させた（第１加水分解工程Ｓ１）。反応終了後、反応生成物をメンブレンフィルター（孔径：０．２μｍ）を用いて分離し回収し、イオン交換水を過剰量通水して洗浄した（分離工程Ｓ２）。回収した反応生成物０．３ｇに対し、第２酸触媒として１０％（ｖ／ｖ）の希硫酸０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加し、１４０℃を維持しながら１時間反応させた（第２加水分解工程Ｓ３）。反応終了後氷温に冷却するとともに、反応容器内にイオン交換水９．３ｇを添加して希釈した。そして、シリンジフィルター（孔径：０．２μｍ）を用いて反応液を濾過し試作例１の抽出液を得た。
　　＜試作例２＞
　試作例１と同様の第１加水分解工程を経て得た反応生成物を分離回収し、該反応生成物０．３ｇに対し、第２酸触媒として１０％（ｖ／ｖ）の希硫酸０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加し、１２０℃を維持しながら３時間反応させた。反応終了後氷温に冷却するとともに、反応容器内にイオン交換水９．３ｇを添加して希釈した。そして、シリンジフィルター（前記同様）を用いて反応液を濾過し試作例２の抽出液を得た。
　　＜試作例３＞
　試作例１と同様の第１加水分解工程を経て得た反応生成物を分離回収し、該固形物０．３ｇに対し、第２酸触媒として木質固体酸触媒（フタムラ化学株式会社製、ＺＰ１５０ＤＨ）０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加し、１４０℃を維持しながら１時間反応させた。反応終了後氷温に冷却するとともに、反応容器内にイオン交換水９．３ｇを添加して希釈した。そして、シリンジフィルター（前記同様）を用いて反応液を濾過し試作例３の抽出液を得た。
　　＜試作例４＞
　第２加水分解工程の反応時間を３時間とする以外は試作例３と同じ方法で試作例４の抽出液を得た。
　　＜試作例５＞
　第２加水分解工程の反応温度を１２０℃とする以外は試作例４と同じ方法で試作例５の抽出液を得た。
　　＜試作例６＞
　第２加水分解工程の反応時間を６時間とする以外は試作例５と同じ方法で試作例６の抽出液を得た。
　　＜試作例７＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１０．０重量％のクエン酸０．０５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加し、９０℃を維持しながら２４時間反応させた以外は試作例４と同じ方法で試作例７の抽出液を得た。
　　＜試作例８＞
　第１加水分解工程の反応時間を４８時間とする以外は試作例７と同じ方法で試作例８の抽出液を得た。
　　＜試作例９＞
　第１加水分解工程の反応時間を７２時間とする以外は試作例７と同じ方法で試作例９の抽出液を得た。
　　＜試作例１０＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として２０．０重量％のクエン酸０．１０ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例７と同じ方法で試作例１０の抽出液を得た。
　　＜試作例１１＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として３０．０重量％のクエン酸０．１５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例７と同じ方法で試作例１１の抽出液を得た。
　　＜試作例１２＞
　第１加水分解工程の反応温度を１４０℃とし、反応時間を３時間とする以外は試作例４と同じ方法で試作例１２の抽出液を得た。
　　＜試作例１３＞
　第１加水分解工程の反応温度を１６０℃とし、反応時間を３時間とする以外は試作例４と同じ方法で試作例１２の抽出液を得た。
　　＜試作例１４＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として３．７重量％の硫酸０．０１８５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例４と同じ方法で試作例１４の抽出液を得た。
　　＜試作例１５＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として、１．８重量％の硫酸０．００９ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例４と同じ方法で試作例１５の抽出液を得た。
　　＜試作例１６＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として、１０．０重量％の硫酸０．０５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例４と同じ方法で試作例１６の抽出液を得た。
　　＜試作例１７＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として２．４重量％の塩酸０．０１２ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例４と同じ方法で試作例１７の抽出液を得た。
　　＜試作例１８＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１．２重量％の塩酸０．００６ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例１７と同じ方法で試作例１８の抽出液を得た。
　　＜試作例１９＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１．０重量％の酢酸０．００５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加して反応温度を１４０℃とした以外は試作例４と同じ方法で試作例１９の抽出液を得た。
　　＜試作例２０＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１０．０重量％の酢酸０．０５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例１９と同じ方法で試作例２０の抽出液を得た。
　　＜試作例２１＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１．０重量％のシュウ酸０．００５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例４と同じ方法で試作例２１の抽出液を得た。
　　＜試作例２２＞
　第１加水分解工程の第１酸触媒として１０．０重量％のシュウ酸０．０５ｇ、及びイオン交換水５．０ｇを添加した以外は試作例２１と同じ方法で試作例１４の抽出液を得た。
　比較例として、第１加水分解工程Ｓ１を行わずにマンノース抽出処理を行った。第１加水分解工程Ｓ１を省略しているため、分離工程Ｓ２も省略される。
　　＜比較例１＞
　１５ｍＬ耐圧反応容器に、コーヒー豆抽出残渣０．３ｇ（乾燥重量）に対し、（第２）酸触媒として木質固体酸触媒（フタムラ化学株式会社製、ＺＰ１５０ＤＨ）０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加し、１４０℃を維持しながら３時間反応させた。反応終了後氷温に冷却するとともに、反応容器内にイオン交換水９．３ｇを添加して希釈した。そして、シリンジフィルター（前記同様）を用いて反応液を濾過し抽出液を得た。つまり、試作例４の第１加水分解工程と分離工程を省略して比較例１の抽出液を得た。
　　＜比較例２＞
　反応温度を１２０℃とし、反応時間を６時間とする以外は比較例１と同じ方法で比較例２の抽出液を得た。
　　＜比較例３＞
　酸触媒として１０％（ｖ／ｖ）の希硫酸０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加した以外は比較例１と同じ方法で比較例３の抽出液を得た。
　　＜比較例４＞
　酸触媒として１０％（ｖ／ｖ）の希硫酸０．３ｇ、及びイオン交換水４．２ｇを添加した以外は比較例２と同じ方法で比較例４の抽出液を得た。
　　［マンノース生成量及びガラクトース生成量の測定］
　分離工程Ｓ２により反応生成物Ｍ２と分離された溶液Ｍ３及び第２加水分解工程Ｓ３を含む全工程を経て得た抽出液Ｍ４中それぞれのマンノース量及びガラクトース量について、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（株式会社島津製作所製、ＲＩＤ－１０Ａ）、カラム（昭和電工株式会社、品名：Ｓｈｏｄｅｘ　ＳＵＧＡＲ　ＳＣ１０１１、Ｓｈｏｄｅｘ　ＳＵＧＡＲ　ＳＣ０８１０連結）、オーブン（株式会社島津製作所製、ＣＴＯ－２０ＡＣ）、デガッサ（株式会社島津製作所製、ＤＧＵ－２０Ａ３）を使用して測定した。はじめにマンノース、ガラクトースを各々２重量％ずつ添加した検量線溶液を調製してＨＰＬＣに装填した。そして、ＨＰＬＣの対応するリテンションタイムに出現したピーク面積比から、測定対象のマンノース及びガラクトースの生成量を測定した。マンノースの生成量は残渣物０．１ｇから生成したマンノース重量（ｍｇ）として換算した（ｍｇ／０．１ｇ）。
　植物系原料であるコーヒー豆抽出残渣に対し、マンノース抽出操作を行った結果を表１～６に示す。第１加水分解工程における第１酸触媒の種類、添加量（重量％）、反応温度（℃）、反応時間（ｈ）を示した。さらに、分離工程において分離された溶液Ｍ３内に含まれるマンノース量（ｍｇ／０．１ｇ）とガラクトース量（ｍｇ／０．１ｇ）及びガラクトース比率（％）を示した。ガラクトース比率（％）は、溶液Ｍ３中のガラクトース量とマンノース量の和に対するガラクトース量の比率であって、溶液Ｍ３中のガラクトース量をマンノース量とガラクトース量の和により除し、百分率とした。また、第２加水分解工程における第２酸触媒の種類、反応温度（℃）、反応時間（ｈ）と、反応結果として第２加水分解工程終了後の抽出液に含まれるマンノース量（ｍｇ／０．１ｇ）とガラクトース量（ｍｇ／０．１ｇ）及びマンノース比率（％）を示した。マンノース比率（％）は、第２加水分解工程終了後の抽出液Ｍ４中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率であって、抽出液Ｍ４中のマンノース量をマンノース量とガラクトース量の総量で割った割合である。さらに、第２加水分解工程終了後の抽出液Ｍ４中のマンノースの純度を評価した純度評価（Ａ，Ｂ，Ｃ及びＦ）と、該抽出液Ｍ４に含まれるマンノースの量について評価した収量評価（Ａ，Ｂ，Ｃ及びＦ）である。最後に、純度評価と収量評価に基づいて総合評価（最優、優、良、可及び不良）を行った。
　ここで、コーヒー豆抽出残渣１００ｇを高速液体クロマトグラフ法で分析試験したところ、マンノースは２６．２ｇ、ガラクトースは９．３ｇであった。つまり、コーヒー豆抽出残渣中のマンノースとガラクトースの成分比は約７４：２６である。このことから、純度評価において、マンノース比率が９５％以上のものを「Ａ」とした。マンノース比率が９０％以上９５％未満のものを「Ｂ」とした。マンノース比率が８０％以上９０％未満のものを「Ｃ」とした。マンノース比率が８０％未満のものを「Ｆ」とした。
　収量評価においては、抽出液Ｍ４に含まれるマンノース生成量が１０ｍｇ／０．１ｇ以上のものを「Ａ」とした。５ｍｇ／０．１ｇ以上１０ｍｇ／０．１ｇ未満のものを「Ｂ」とした。５ｍｇ／０．１ｇ未満のものを「Ｃ」とした。
　総合評価においては、純度評価と収量評価の両方が「Ａ」のものを「最優」とした。純度評価と収量評価のどちらか一方が「Ａ」で他方が「Ｂ」のものを「優」とした。純度評価と収量評価のどちらか一方が「Ａ」で他方が「Ｃ」のものを「良」とした。純度評価と収量評価の両方が「Ｃ」のもの、及びどちらか一方が「Ｂ」で他方が「Ｃ」のものを「可」とした。純度評価と収量評価のどちらかに「Ｆ」があるものは「不可」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　　［結果と考察］
　　　〈第１加水分解工程、分離工程について〉
　全試作例と比較例１ないし４との比較から、第１加水分解工程及び分離工程を含む本発明の製造方法によって、最終的に得られるマンノースの純度は大幅に向上していることがわかる。第１加水分解工程における加水分解反応によって、原料であるコーヒー豆抽出残渣に含まれるガラクトース構造部が分解され溶出されることによって、最終的な抽出液に含まれるガラクトースの量が減少し、マンノースの比率（純度）が高くなると考えられる。このため、第１加水分解工程終了後には第１加水分解工程における加水分解反応後の反応生成物を分離回収し、反応液（溶液）を除去することがマンノースの純度を高めるために重要であることがわかった。
　　　〈第１加水分解工程における反応温度、反応時間について〉
　試作例４と１２を比較する。試作例４に対して、試作例１２は反応温度を高く、反応時間を短く設定したところ、両者とも最終的に得られるマンノースの純度、収率ともに評価が良くなった。次に、試作例１２と試作例１３を比較する。試作例１３の反応温度を試作例１２よりも高温とすると、最終的に得られるマンノースの収量は減少した。これは、反応温度を高温にしすぎたために、コーヒー豆抽出残渣に含まれるマンノース構造部まで分解されてしまったことが理由であると考えられる。高温で加水分解処理を施したとしても、高純度のマンノース抽出液を得ることができるものの、適宜加水分解処理の反応温度や反応時間を調整すると、マンノースの収量も上がることがわかった。
　次に、試作例７～９を比較する。試作例７～９は、反応温度を低温の９０℃として反応時間を変化させた例である。クエン酸は弱酸であって加水分解性能が低いため、反応温度が低温の９０℃にあっては反応時間が長い試作例９がより良い結果を示した。また、試作例７，１０，１１を比較すると、クエン酸の添加量の多い試作例１１がより良い結果を示した。反応温度が９０℃、反応時間を２４時間とした場合にあってはクエン酸の添加量を増やして加水分解性能を高めた方が良い結果となったと考えられる。
　これらの傾向から、マンノースの純度及び収量の評価を鑑みると、第１加水分解工程における、反応温度と反応時間の関係はおおよそ反比例していると考察することができる。第１酸触媒にクエン酸を採用すれば、反応温度と反応時間の条件を１２０℃で２０時間ないし１４０℃で３時間とすると、マンノースの純度及び収量ともに良好な結果が得られることが分かった。また、第１酸触媒であるクエン酸の添加量を増やして加水分解性能を高めたところ、反応温度を低くしたり、反応時間を短くすることができることが分かった。
　　　〈第１酸触媒の種類について〉
　第１加水分解工程における第１酸触媒について考察する。第２加水分解工程での第２酸触媒、反応温度及び反応時間が同一の試作例４，７～２２を比較すると、用いられる第１酸触媒は、弱酸であるクエン酸、酢酸若しくはシュウ酸又は強酸である硫酸若しくは塩酸でも高純度のマンノース抽出液が得られることがわかり、第１酸触媒は、クエン酸の他、様々な酸類を採用することができることがわかった。また、試作例１４～１６、試作例１７と１８、試作例１９と２０、試作例２１と２２をそれぞれ比較すると、酸触媒の添加量が少ない方が最終的に得られるマンノースの生成量が増加する傾向があることがわかった。これは第２酸触媒に加水分解性能の高い強酸を使用したため、添加量を増やす（使用される酸触媒の加水分解性能がさらに高まる）ことによって、第１加水分解工程における加水分解でコーヒー豆抽出残渣に含まれ、反応生成物に残存させる予定であったマンノース構造部の一部まで分解されてしまったためであると考えられる。
　　　〈第１加水分解工程のまとめ〉
　第１加水分解工程の目的は、原料に含まれる糖のガラクトマンナン構造のうち、ガラクトース構造部が分解、溶出されることである。そうすれば最終的に得られるマンノースの純度が高くなると考えられるからである。このことから、第１加水分解工程で使用される酸触媒は弱酸でも強酸でも構わない。第１加水分解工程の段階でマンノース構造部が分解、溶出されてしまうと最終的に得られるマンノースの量が減少してしまう。このため、用いられる第１酸触媒の種類によって、添加量や反応温度、反応時間を適宜調整するのが良い。第１酸触媒の添加量を増加させれば、反応温度を低くしたり、反応時間を短く調整するのが良い。同様に、反応温度を高くすれば、反応時間を短くしたり、第１酸触媒の添加量を少なく調整するのが良い。反応時間を長くすれば、反応温度を低くしたり添加量を少なく調整するのが良い。つまり、原料に含まれるガラクトマンナン中のガラクトース構造部が分解され、マンノース構造部が分解されない条件で、第１酸触媒の種類、添加量、反応温度及び反応時間を決定すれば、最終的に得られるマンノースの純度及び収量が上がることがわかった。これら第１加水分解工程の条件は、第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上の範囲で、第１加水分解工程で得られる溶液中のガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上となるように、第１酸触媒の種類、添加量を調整し、９０～１６０℃の温度条件下で３～７２時間加熱されるのがよいと考えられる。
　　　〈第２加水分解工程の第２酸触媒の種類について〉
　第２加水分解工程においては、原料からガラクトース構造部が分解、除去された反応生成物が加水分解処理される工程であることから、使用される第２酸触媒は特に限定されない。試作例１と３、試作例２と５を比較すると、反応温度の高い試作例１と３ではマンノースの比率はほぼ同等で、マンノースの生成量は試作例１の方が多く、試作例２と５では試作例２の方がマンノースの純度及び収量の両者とも優れている。これは、用いられた第２酸触媒の加水分解性能の差によるものであると考えられる。第２酸触媒が加水分解性能が高い強酸であれば、低い反応温度で短時間でマンノースを十分に分解、抽出することができることがわかった。第２酸触媒が加水分解性能が低い弱酸であっても反応温度を高くしたり、反応時間を長くすればマンノースを十分に分解、抽出することができると考えられる。前述の通り、固体酸が第２酸触媒として用いられると、抽出液の分離が容易であるため、マンノースの抽出環境や使用目的等に応じて任意の酸触媒を選択することが可能である。
　　　〈第２加水分解工程における反応温度、反応時間について〉
　次に、試作例３と４、試作例５と６を比較する。反応時間が高い方がマンノースの純度及び収量がより向上している。そして、試作例４と５を比較すると、反応温度が高い方がマンノースの純度及び収量がより向上している。第１加水分解反応により得た反応生成物に含まれるマンノース構造部がしっかりと分解されてマンノースがより多く溶出されたと考えられる。また、反応温度が低くとも反応時間を長くすることによって、マンノースの生成量及び比率を向上させることができることがわかった。第１加水分解工程より得た反応生成物に対して加水分解反応を生ぜしめればマンノースが生成される。このため、第２加水分解工程でも、第１加水分解工程と同様に、使用される酸触媒の種類に応じて反応温度の温度域と反応時間を適宜調整するのが良い。第２加水分解工程に用いられる第２酸触媒が希硫酸の場合は高温の１４０℃で１時間程度の短い時間反応させるのが良いし、木質系固体酸の場合は高温の１４０℃で３時間反応させるのが良い。弱酸の酸触媒が用られる場合であっても高温で長時間反応させることで、マンノースの生成量（収量）と比率（純度）を向上させることができると考えられる。
　　　〈まとめ〉
　第１加水分解工程によって、原料に含まれるガラクトースを事前に分解し、分離、除去することによって、第２加水分解工程ではマンノースが高純度で抽出されることとなる。第１加水分解工程では、加水分解速度の速いガラクトースとマンノースを結合するα－１，６－グリコシド結合を主に分解することによって、ガラクトースが極めて少量であってマンノースを多く含む反応生成物が得られる。第１加水分解工程において用いられる第１酸触媒は特に限定されないが、加水分解速度の遅いβ－１，４－グリコシド結合を分解せずに加水分解速度の速いα－１，６－グリコシド結合を分解する観点から、弱酸の酸触媒を使用した方がとりまわしが良いと考えられる。
　分解されたガラクトース等は溶液中に溶出される。このため、分離工程により溶液を分離、除去することによって、既に分解されたガラクトースを反応生成物から分離することができるのである。第２加水分解工程では、反応生成物に含まれるマンノース構造部のマンノース同士を結合するβ－１，４－グリコシド結合を加水分解することによって、高純度のマンノースを抽出することができる。第２加水分解工程についても、使用される第２酸触媒は特に限定されない。特には、固体酸触媒を使用すると、マンノース抽出液との分離が非常に容易であるため、好適である。
　前述の通り、第１加水分解工程において溶出されるマンノース量とガラクトース量の和に対するガラクトース量の比率が３８％以上となるように調整されると最終的に得られるマンノースの収量及び純度評価が高い傾向にある。例えば、試作例４，１６，２２を比較する。第１加水分解工程における溶液中のガラクトース比率が約４９％の試作例４は最終的なマンノースの純度及び収量の評価はともに優れている。ガラクトース比率が約３２％の試作例１６と、約３０％の試作例２２は、マンノースの収量が試作例４と比較して少なくなった。また、マンノースの収量が減少したため、ガラクトースの溶出量が少なくともマンノースの純度評価が下がったと考えられる。
　これまで述べた通り、植物系原料に対して第１酸触媒を混合、加熱する第１加水分解工程と、該第１加水分解工程により得られた反応生成物と第１加水分解工程により溶出した成分を含む溶液とを分離する分解工程と、該反応生成物に第２酸触媒を添加し加熱する第２加水分解工程を経ることによって高純度のマンノースを得ることができる。特に、第１加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で反応時間を３～７２時間適宜加熱されることにより、最終的に得られるマンノースの比率が８０％を超え、高純度のマンノースを得ることができる。また、第１加水分解工程で得られる溶液中のガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上とすると、最終的に得られるマンノースの収量も増加する傾向があることが分かった。
　高純度のマンノースは医薬等に用いられるため需要が高い。マンノースとガラクトースは構造が非常に近似しているため、分離が容易ではなく、分離する際にはコストと手間が非常にかかってしまう。従って、極めて容易に植物系食品残渣物から高純度のマンノースを抽出することができる本発明のマンノース抽出方法は、非常に有用である。
　本発明のマンノース抽出方法は極めて容易に、植物系食品残渣物から高純度のマンノースを生成することができる。特に、煩雑な工程も必要とせず、濾過分離等の簡易な作業でのみマンノースの抽出が可能であることから、設備等の設計が容易となり、経費負担が軽減する。このため、従前のマンノース抽出方法と比較しても価格競争力に富み、代替として非常に有望である。また、抽出されるマンノースは非常に純度が高いため、医薬等にも用いることができる。
　　Ａ１　第１酸触媒
　　Ａ２　第２酸触媒
　　Ｃ１　α－１，６－グリコシド結合
　　Ｃ２　β－１，４－グリコシド結合
　　ＧＣ　ガラクトース構造部
　　ＧＭＣ　ガラクトマンナン構造部
　　Ｍ１　植物系原料
　　Ｍ２　反応生成物
　　Ｍ３　溶液
　　Ｍ４　マンノース抽出液
　　ＭＣ　マンノース構造部
　　Ｓ１　第１加水分解工程
　　Ｓ２　分離工程
　　Ｓ３　第２加水分解工程

Claims (11)

  1. 　植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱される第１加水分解工程と、
    　前記第１加水分解工程により得られた反応生成物が分離回収される分離工程と、
    　前記分離工程により得られた前記反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱される第２加水分解工程と
    　を経ることによって前記植物系原料中よりマンノースを抽出する
    　ことを特徴とするマンノース抽出方法。
  2. 　ガラクトマンナンを含む植物系原料と第１酸触媒とが混合され加熱され、前記ガラクトマンナン中のガラクトース構造部とマンノース構造部との結合が分解される第１加水分解工程と、
    　前記第１加水分解工程により前記ガラクトース構造部が分解されて分離された前記マンノース構造部が含まれる反応生成物と第２酸触媒とが混合され加熱され、前記反応生成物に含まれる前記マンノース構造部中のマンノース同士の結合が分解される第２加水分解工程と
    　を経ることによって前記植物系原料中より高純度のマンノースを抽出する
    　ことを特徴とするマンノース抽出方法。
  3. 　前記第１加水分解工程の酸触媒が弱酸又は希釈強酸である請求項１又は２に記載のマンノース抽出方法。
  4. 　前記第１加水分解工程の酸触媒がクエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸のいずれかである請求項３に記載のマンノース抽出方法。
  5. 　前記第１加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で３～７２時間加熱され、前記第２加水分解工程終了後の抽出液中のマンノース量とガラクトース量の和に対するマンノース量の比率が８０％以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマンノース抽出方法。
  6. 　前記第１加水分解工程で得られる溶液中のガラクトース量とマンノース量の和に対する該ガラクトース量の比率が３８％以上である請求項５に記載のマンノース抽出方法。
  7. 　前記第２加水分解工程の酸触媒が弱酸、希釈強酸、強酸又は固体酸のいずれかである請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマンノース抽出方法。
  8. 　前記第２加水分解工程の酸触媒が、クエン酸、酢酸、シュウ酸、希硫酸、希塩酸、硫酸、塩酸、木質系原料に由来する炭化物にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た木質固体酸触媒又はフェノール樹脂にスルホ基を導入してスルホ化することにより得た樹脂固体酸触媒のいずれかである請求項７に記載のマンノース抽出方法。
  9. 　前記第２加水分解工程が、９０～１６０℃の温度条件下で１～２４時間加熱される請求項１ないし８のいずれか１項に記載のマンノース抽出方法。
  10. 　前記植物系原料がコーヒー豆抽出残渣である請求項１ないし９のいずれか１項に記載のマンノース抽出方法。
  11. 　前記植物系原料がこんにゃく芋である請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のマンノース抽出方法。
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