JP2000236899A - キシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キシラン含有天然物からキシロース及びキシ
ロオリゴ糖を高純度に抽出することにより、工業的に効
率良く、短縮された設備で、キシロース及びキシロオリ
ゴ糖を製造する方法を提供する。 【解決手段】 キシラン含有天然物から予め１１０℃以
上１４０℃以下の熱水で抽出される成分を除去した水不
溶性の残さを、前記処理温度以上２００℃以下の熱水で
処理することを特徴とする、キシロース及びキシロオリ
ゴ糖の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キシラン含有天然
物を特別な条件の熱水で処理してキシロース及びキシロ
オリゴ糖を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、キシロース及びキシロオリゴ
糖の製造方法としては、キシラン含有天然物を約１３０
℃以上の温度で蒸煮または爆砕処理した後に、水で抽出
してキシロース及びキシロオリゴ糖を含む抽出液を得た
後、活性炭処理とイオン交換樹脂処理との組み合わせ等
により脱色処理を行い、純度の高いキシロース及びキシ
ロオリゴ糖を得る方法が知られている。

【０００３】しかしながら、上記載の方法で得られる抽
出液中には、リグニン分解成分、原料中の水溶性成分、
ヘミセルロース分解成分、等の着色物質が不純物として
多量に混入しているため、１）脱色が困難である、２）
活性炭及びイオン交換樹脂の使用量が膨大となる、３）
陰イオン交換樹脂への色素の不可逆的吸着が避けられ
ず、従って陰イオン交換樹脂の寿命が短い、４）キシロ
ース及びキシロオリゴ糖の一部が活性炭やイオン交換樹
脂に吸着され、収量が低下する等の問題を有していた。

【０００４】これらの問題を改善する目的で、キシラン
含有天然物を熱水処理して得られる抽出液を、予め、
イ）クロマト分離（特開平１−２５４６９２号公報）
や、ロ）限外濾過（特開昭６１−２８５９９９号公報）
により混入している不純物を効率良く除去しておき、そ
の後に、活性炭やイオン交換樹を用いて脱色処理を行う
方法が開示されている。しかし、イ）は、陽イオン交換
樹脂のイオン排除作用により、キシロース及びキシロオ
リゴ糖を含む溶出区分と着色不純物の溶出区分とに分画
する方法であるが、キシロース及びキシロオリゴ糖と着
色不純物とを完全に分離することは困難であり、着色不
純物の除去を効果的に行おうとするとキシロース及びキ
シロオリゴ糖の損失が起こり収量が低下してしまう、或
いは、キシロース及びキシロオリゴ糖の損失を抑えよう
とすると大量の不純物が混入してしまう傾向にある。ま
た、ロ）は、限外ろ過膜の分子ふるい作用により、比較
的分子量の小さいキシロース及びキシロオリゴ糖と比較
的分子量の大きい着色不純物とを分離する方法である
が、キシロオリゴ糖と着色不純物の中には分子量が近い
ものも存在するため、分画分子量の小さい膜を用いる
と、キシロオリゴ糖の内高分子側のものが膜を通れず、
キシロオリゴ糖の収量が低下してしまう、或いは、分画
分子量の大きい膜を用いると、着色不純物の内低分子側
のものが膜を通り、キシロース及びキシロオリゴ糖に混
入してしまう傾向にあり、キシロース及びキシロオリゴ
糖の収量を維持しつつ、着色不純物を効率的に除去する
には、未だ十分な方法とはいえなかった。

【０００５】また、特開平６−１９７８００号公報で
は、原料をササに限定してはいるが、原料から、アセト
ン、アルコール等の有機溶媒や冷水あるいは温水で抽出
される成分を除去したのち、残部の含水量を３０％〜６
０％の範囲に調整して、これを飽和水蒸気で加圧加熱処
理してキシロオリゴ糖を抽出する方法が開示されてい
る。この方法によれば、原料を前処理して酢酸カリウム
や酢酸ナトリウム等の有機酸塩を除去することにより、
キシランの二次分解が抑制され、前処理をしていない場
合と比較して、キシロオリゴ糖を高収率で高純度に抽出
できるようになる。しかし、前記前処理条件では、原料
に含まれている易分解性リグニンの分解溶出が行われ
ず、加圧加熱処理をした際、キシロオリゴ糖にリグニン
分解成分が混入してしまい、該不純物を除去するのに多
大な労力を必要とした。以上の理由により、キシラン含
有天然物からキシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に
抽出する方法が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、キシラン含
有天然物からキシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に
抽出することにより、工業的に効率良く、短縮された設
備で、キシロース及びキシロオリゴ糖を製造する方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意検討した結果、キシラン含有天然
物からキシロース及びキシロオリゴ糖を主成分とする糖
液を抽出する際、熱水のみを用いて特定の条件下で処理
することにより、抽出されるキシロース及びキシロオリ
ゴ糖の分解を抑制し、且つ、リグニン分解成分や原料中
の水溶性成分等の不純物の混入を著しく低減できること
に基づき、キシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に抽
出できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】即ち、本発明は、（１）キシラン含有天然
物から予め１１０℃以上１４０℃以下の熱水で抽出され
る成分を除去した水不溶性の残さを、前記処理温度以上
２００℃以下の熱水で処理することを特徴とする、キシ
ロース及びキシロオリゴ糖の製造方法、（２）キシラン
含有天然物がサトウキビピスであることを特徴とする
（１）に記載のキシロース及びキシロオリゴ糖の製造方
法、を提供するものである。

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて用いられる原料としては、キシランを含む天然
物、例えば白樺やブナ等の広葉樹や、とうもろこし稲
穂、綿実殻、サトウキビバカス、サトウキビピス、ビー
トパルプ等の農産廃棄物が利用できる。これら原料の
内、リグニン含有量が低く、穏和な条件で容易にキシロ
ース及びキシロオリゴ糖の抽出ができるサトウキビピス
が特に好ましい。これら原料の形状は、特に限定はしな
いが、抽出操作を容易にするためにチップ状、繊維状等
に粉砕された形状のものが好ましく用いられる。本発明
におけるキシラン含有天然物の熱水処理は、必要に応じ
て、公知の技術である爆砕と組み合わせて行うこともで
きる。熱水処理を行う際には、抽出を容易にするため
に、攪拌した状態で処理することが好ましい。

【００１０】本発明において、キシラン含有天然物の熱
水による前処理は、使用する原料により違いはあるが、
１１０℃以上１４０℃以下で行うことが必要である。１
１０℃未満の場合には、原料に含有される易分解性リグ
ニン、水溶性成分、等、不純物の溶出が不十分であり、
１４０℃を越える場合には、キシラン成分の溶出が生
じ、最終的に得られるキシリトールの収量が低下するた
めに好ましくない。前処理に要する時間は、通常１０分
以上１２０分以下、好ましくは１５分以上６０分以下、
特に好ましくは２０分以上４０分以下である。１０分未
満では、不純物の溶出が不十分であり、１２０分を越え
て実施しても更なる不純物の溶出は見られない。

【００１１】キシラン含有原料に加える水の量は、該原
料の乾燥重量に対して、通常１倍量以上１６倍量以下、
好ましくは３倍量以上１４倍量以下、更に好ましくは５
倍量以上１２倍量以下である。水の量が１倍量より少な
い場合には、不純物の溶解が十分に起こらず、不純物を
効率よく除去できないので好ましくない。一方、水の量
が１６倍量を越える場合には、遊離した酢酸に由来する
プロトン濃度が低下し、易分解性リグニンの分解が十分
に起こらず、その後の操作過程に混入するため好ましく
ない。

【００１２】以上述べた熱水処理をしたキシラン含有天
然物を、必要に応じて、１００℃以下の水で攪拌処理
し、不純物の抽出を十分に行うことも可能である。この
際、攪拌をスムーズに行うために新たに水を添加しても
良い。上記条件で処理をした後に遠心機、濾過機などに
より溶出した不純物を分離除去して必要なキシランを高
純度に含む残さを得る。得られた残さは加水して洗浄
し、不純物を十分に除去しておくことが好ましい。前処
理済みキシラン含有原料は、使用する原料により違いは
あるが、通常前処理温度以上２００℃以下で熱水処理さ
れて、キシロース及びキシロオリゴ糖が抽出される。処
理温度が前処理温度より低い場合には抽出成分がほとん
ど無く、２００℃より高い場合には原料に含有される難
分解性リグニン及びセルロースが加水分解されてキシロ
ース及びキシロオリゴ糖と共に溶出されてくるので好ま
しくない。

【００１３】熱水処理時間は、通常２０分以上１８０分
以下、好ましくは４０分以上１２０分以下である。２０
分より短い場合にはキシロース及びキシロオリゴ糖の溶
出が十分に行われないので好ましくない。１８０分より
長い場合には反応系内で生じたキシロース及びキシロオ
リゴ糖の分解が著しくなるため好ましくない。前処理済
みのキシラン含有原料に加える水の量は、該原料の乾燥
重量に対して、通常１倍量以上１６倍量以下、好ましく
は３倍量以上１４倍量以下、更に好ましくは５倍量以上
１２倍量以下である。１倍量未満の場合には、加水分解
されたキシロース及びキシロオリゴ糖を完全に水に溶解
するのに不十分であり、一方、水の量が１６倍量を越え
る場合には、遊離した酢酸に由来するプロトン濃度が低
下し、キシランの部分加水分解による水可溶化が十分に
起こらず、しいてはキシロース及びキシロオリゴ糖収量
が低下するために好ましくない。

【００１４】上記抽出操作を行った後、必要に応じて、
１００℃以下の温度の水で撹拌処理し、水溶性となった
キシロース及びキシロオリゴ糖を十分に抽出することも
可能である。この際、攪拌をスムーズに行うために、新
たに水を添加しても良い。以上述べた抽出操作を行った
後、遠心機、濾過機などにより抽出液から残さを分離除
去し、高純度のキシロース及びキシロオリゴ糖を主成分
とする抽出液を得ることができる。

【００１５】上述の抽出方法で得られたキシロース及び
キシロオリゴ糖を主成分とする水溶液は、必要に応じ
て、活性炭処理及び陽陰イオン交換樹脂処理等の通常の
脱色、脱塩処理を行い、キシロース及びキシリオリゴ糖
の損失なしに、不純物を含まない精製された糖液を容易
に得ることが出来る。以上のようにして精製されたキシ
ロース及びキシロオリゴ糖は、そのまま食品等に添加し
て用いることができる。また、カラムクロマトグラフィ
ーや限外ろ過の方法を用いて、キシロース及び任意の重
合度のキシロオリゴ糖の内、少なくとも１つ以上を含む
分画を分離して用いることも可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下で、実施例により本発明を更
に詳しく説明する。尚、水溶液中に溶解しているリグニ
ン分解成分含量の測定は、水溶液中の溶解固形分を真空
下で絶乾した試料を用い、ＪＩＳ−Ｐ８００８に準拠し
て行った。また、陰イオン交換樹脂の交換容量の測定
は、樹脂を１５倍重量の０．５Ｎ塩化ナトリウム水溶液
と共存させ、標準塩化水素溶液（和光純薬工業株式会
社）で、フェノールフタレインを指示薬として滴定を行
い求めた。

【００１７】

【実施例】（実施例１）風乾とうもろこし穂軸１００ｇ
と水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１２５
℃で４０分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら
抽出液をろ別し、キシランを高純度に含有する残さ８７
ｇを得た。（前処理） 前処理により得られた残さ８７ｇと水１．０ｋｇとを２
Ｌオートクレーブに入れ、１６０℃で９０分間加熱処理
しした。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧
下で濃縮し、固形分濃度１０重量％の抽出液を２１０ｇ
得た。（本処理） 該抽出液５０ｇに粉末活性炭０．０５ｇを加え、５０℃
で１時間攪拌した後、活性炭をろ別した。

【００１８】活性炭処理された抽出液をアンバーライト
ＩＲＡ４１０（オルガノ株式会社）を２０ｇを充填した
カラムに通過させて、無色透明なキシロース及びキシロ
オリゴ糖を含有する水溶液を得た。なお、比較のため
に、前処理を行っていないとうもろこし穂軸を用いた場
合も、上記と同一条件で抽出とそれに続く精製操作を行
ったが、得られたキシロース及びキシロオリゴ糖を含有
する水溶液は僅かに黄色く着色していた（比較例１）。

【００１９】抽出液中の糖成分及びリグニン分解成分の
固形分に占める割合、抽出液をイオン交換樹脂処理した
際、イオン交換樹脂の減少したイオン交換容量を表１示
す。表１に示すとおり、キシロース成分の抽出固形分に
対する純度は、比較例１の場合は４４．１であるが、本
発明による場合は６８．９％と高い値となっている。ま
た、比較例１では、リグニン成分の混入が著しく、活性
炭０．０５ｇと陰イオン交換樹脂２０ｇでは脱色しきれ
なかった。これらのことから、本発明によれば、キシロ
ース成分を高純度に抽出できること、そのために、後の
精製負荷が著しく減少されることが分かる。

【００２０】（実施例２）実施例１で得られた無色透明
のキシロース及びキシロオリゴ糖を含有する水溶液を、
分画分子量５０００の限外ろ過膜ＹＭ５（アミコングレ
ースジャパン社）に３．８ｋｇ／ｃｍ２の圧力で通し
た。透過液を再び、分画分子量１０００の限外ろ過膜Ｙ
Ｍ２（アミコングレースジャパン社）を用いて、３．８
ｋｇ／ｃｍ２の圧力でろ過した。その保持液からは、キ
シロビオース及びキシロトリオースを主成分とするキシ
ロオリゴ糖が得られた。

【００２１】（実施例３）風乾サトウキビピス１００ｇ
と水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１３０
℃で３０分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら
抽出液をろ別し、キシランを高純度に含有する残さ８５
ｇを得た。（前処理） 前処理により得られた残さ８５ｇと水１．０ｋｇとを２
Ｌオートクレーブに入れ、１５０℃で６０分間加熱処理
した。７０℃まで冷却後、水５００ｇを加えて２時間撹
拌した。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧
下で濃縮し、固形分濃度１０重量％の抽出液を２２０ｇ
得た。（本処理） 該抽出液５０ｇに粉末活性炭０．０５ｇを加え、５０℃
で１時間攪拌した後、活性炭をろ別した。

【００２２】活性炭処理された抽出液をアンバーライト
ＩＲＡ４１０（オルガノ株式会社）を２０ｇ充填したカ
ラムに通過させて、無色透明なキシロース及びキシロオ
リゴ糖を含有する水溶液を得た。なお、比較のために、
前処理条件を８０℃、２時間（比較例２）、又は、本処
理条件を２１０℃、２０分（比較例３）とした場合も、
上記と同一条件で抽出とそれに続く精製操作を行った。
抽出液中の糖成分及びリグニン分解成分の固形分に占め
る割合、抽出液をイオン交換樹脂処理した際、イオン交
換樹脂の減少したイオン交換容量を表２に示した。

【００２３】表２が示すように、本発明では６８．９％
とキシロース成分を高純度に抽出できるのに対して、比
較例２では、前処理による不純物の除去が不充分なた
め、易分解性リグニンが大量に混入してしまい、４８．
９％と純度が低い、また、比較例３では、本処理の際、
難分解性リグニン及びセルロースの加水分解が生じて処
理液に混入してしまうため、４６．０％と純度が低いの
が分かる。従って、表２に示すように、比較例２、３が
脱色処理に必用としたイオン交換樹脂容量は本発明の場
合の３倍以上となる。これらのことから、本発明によれ
ば、キシロース成分を高純度に抽出することができるこ
と、そのために、後の精製負荷が著しく減少されること
が分かる。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】（実施例４）風乾綿実殻１００ｇと水８０
０ｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１２０℃で４０分間
加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出物をろ別
し、キシランを含有する残さ８６ｇを得た。得られた残
さ８６ｇと水８００ｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１
５０℃で９０分間加熱処理した後、７０℃まで冷却し、
水５００ｇを加えて１時間撹拌した。次いで、残さをろ
別し、得られた抽出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度５
重量％の抽出液６４０ｇを得た。その後該抽出液を実施
例１と同様に処理した。その結果、キシロース成分が高
純度で抽出でき、しかもイオン交換樹脂の精製負荷が著
しく減少した。

【００２７】（実施例５）風乾白樺チップ１００ｇと水
１．０ｋｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１３５℃で２
５分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出物
をろ別し、キシランを含有する残さ９１ｇを得た。得ら
れた残さ９１ｇを温度１７５℃で１分間爆砕処理した処
理品と、水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、
１７０℃で９０分間加熱処理した後、７０℃まで冷却し
て２時間撹拌した。次いで、残さをろ別し、得られた抽
出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度５重量％の抽出液４
３０ｇを得た。その後該抽出液を実施例１と同様に処理
した。その結果、キシロース成分が高純度で抽出でき、
しかもイオン交換樹脂の精製負荷が著しく減少した。

【００２８】

【発明の効果】キシラン含有天然物を特定の条件の熱水
を用いて処理することにより、キシロース及びキシロオ
リゴ糖を高純度に抽出することができるため、純度の良
いキシロース及びキシロオリゴ糖を効率良く製造する方
法として極めて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キシラン含有天然物から予め１１０℃以
   上１４０℃以下の熱水で抽出される成分を除去した水不
   溶性の残さを、前記処理温度以上２００℃以下の熱水で
   処理することを特徴とする、キシロース及びキシロオリ
   ゴ糖の製造方法。
2. 【請求項２】 キシラン含有天然物がサトウキビピスで
   あることを特徴とする請求項１に記載のキシロース及び
   キシロオリゴ糖の製造方法。