JPH02211890A - 分岐サイクロデキストリンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産栗上ｑ剋朋分立 本発明は、分岐サイクロデキストリンの製造方法に関す
る。

従氷■孜査 サイクロデキストリンは、６個以上のグルコースがα−
１，４結合して環状構造を形成しているオリゴ糖であっ
て、従来、例えば、それぞれグルコース単位が６．７及
び８であるα−１β−及びγサイクロデキストリン等が
知られている。このようなサイクロデキストリンは、水
溶液中にてその内入に種々の疎水性ゲストを取り込んで
、比較的安定なホスト・ゲスト錯体を形成するので、例
えば、医薬品工業や食品工業の分野で不安定物質の安定
化や、或いは不溶性物質の可溶化等に用いられている。

しかし、サイクロデキストリンは、一般に溶解度が低く
、例えば、水に対する溶解度は、α−サイクロデキスト
リンが１４．５ｇ／ｄ！、β−サイクロデキストリンカ
＜１．８５ｇ／ｄ！、γ−サイクロデキストリンが２３
．２ｇ／ｄ！程度である。特に、β、サイクロデキスト
リンは、溶解度が著しく低いために、種々の用途への利
用が大きく制約されざるを得ない。

他方、分岐サイクロデキストリンは、近年、その構造や
性質に関する研究が急速に進展しつつあり、例えば、特
開昭６１−７０９９６号公報、特開昭６１−１９７６０
２号公報、特開昭６１−２３６８０１号公報、特開昭６
１−２８７９０１号公報、特開昭６１−２８７９０２号
公報、特開昭６２−１０６９０１号公報等に構造が記載
されており、水や有機溶剤に対する溶解性や、急性毒性
、種々の親油物質に対する包接機能等が「フード・ケミ
カル」第３巻第７号第２０〜６０頁等に記載されている
。分岐サイクロデキストリンは、−ａに、α−１β−又
はγ−サイクロデキストリンの外輪にマルトオリゴＩ！
（グルコースを含む、）が１〜３個α−１，６−結合し
たものである。このような分岐サイクロデキストリンは
、特に、水に対する溶解度がサイクロデキストリンに比
べて、数倍から数十倍も大きいことから、その利用性が
高い。

分岐サイクロデキストリンの製造方法も、従来、既に種
々知られている。例えば、Ｔａｙｌｏｒらの方法（Ａｒ
ｃｈ、　　Ｂｉｏｃｈｅｉ、　　Ｂｉｏｐｈｙｓ、、　
　１１３＋　　５００　　（１９６６））　　、Ｆｒｅ
ｎｃｈらの方法（Ｂｉｏｃｈｅａ＋、　Ｊ、、　１００
．６　（１９６６））、小林ラノ方法＜ｉｓ粉化学、３
０．２３１　（１９８３）、特開昭６１−９２５９２号
公Ｉりｌ１坂野らの方法（特開昭６１−７０９９６号公
報）、桧作らの方法（Ｂ粉化学、３０．２３１　（１９
８３））　、開田らの方法（澱粉化学、３３．１２７　
（１９８６））等が知られている。

これらのなかでは、小林らの方法と坂野らの方法が工業
的に実施されており、これらの方法によって分岐サイク
ロデキストリンが効率よく生産されるといわれているが
、しかし、これらの方法は、いずれも、回分式であって
、分岐サイクロデキストリンを連続生産することができ
ないし、更に、酵素の逆反応を利用しているために、高
価な枝切り酵素を多量に消費し、しかも、１回の仕込み
ごとに枝切り酵素を使い捨てにせざるを得す、従って、
分岐サイクロデキストリンを低廉に製造することができ
ない。

日が”・′シようとするｉ 本発明者らは、上記したような従来の分岐サイクロデキ
ストリンの製造における問題を解決するために鋭意研究
した結果、枝切り酵素の逆反応を利用して、サイクロデ
キストリン含有デキストリンに枝切り酵素とβ−アミラ
ーゼを作用させるか、又はサイクロデキストリンとマル
トオリゴ糖の混合物に枝切り酵素を作用させ、かくして
生成した分岐サイクロデキストリンを限外濾過膜によっ
て連続的に分離することによって、低廉に且つ高収率に
て分岐サイクロデキストリンを得ることができることを
見出して、本発明に至ったものである。

量　　　”ンするための 本発明による分岐サイクロデキストリンの製造方法の第
１は、デンプン、デンプンの組成画分及びデンプンの分
解反応生成物から選ばれる少なくとも１種の基質にサイ
クロデキストリン生成酵素を反応させた後、その生成物
に枝切り酵素とβ−アミラーゼを同時に作用させ、生成
した分岐サイクロデキストリンを限外濾過膜にて連続的
に分離することを特徴とする。

また、本発明による分岐サイクロデキストリンの製造方
法の第２は、サイクロデキストリンとマルトオリゴ糖の
混合物に枝切り酵素を作用させ、生成した分岐サイクロ
デキストリンを限外濾過膜にて連続的に分離することを
特徴とする。

先ず、本発明による第１の方法について説明する。

第１の方法においては、デンプンとしては、バレイショ
、カンショ、トウモロコシ、モチトウモロコシ、大麦、
小麦、タピオカ等の任意の原料から得られるものを用い
ることができる。デンプンの組成画分としては、例えば
、アミロース、アミロペクチン等を挙げることができる
。更に、デンプンの分解反応生成物としては、例えば、
白色デキストリン、黄色デキストリン、ブリティッシュ
ガム等の焙焼デキストリン、酸化デンプン、酵素や酸で
処理し、或いは高速機械攪拌処理等によって得た低粘性
変性デンプンのような加工デンプン、リン酸デンプン、
酢酸デンプン等で代表されるデンプンエーテル、デンプ
ンエステル等のデンプン誘導体、放射線や中性子線を照
射し、或いは高周波処理や温熱処理したデンプン等の物
理的処理デンプン、α−デンプン等を挙げることができ
る。

これらデンプンや、その組成画分、分解反応生成物は、
２種以上の混合物として用いることができる。

生デンプンを基質として用いる場合は、生デンプンをα
−アミラーゼ、サイクロデキストリン生成酵素、プルラ
ナーゼ等の酵素や、酸、アルカリ等にて予め可溶化し、
酵素反応に供するのが好ましい。

本発明による第１の方法において用いるサイクロデキス
トリン生成酵素は、何ら限定されるものではないが、例
えば、バチルス・マセランスの生産する酵素・バチルス
・ステアロサーモフィラスの生産する酵素、バチルス・
メガテリウムの生産する酵素等が好ましく用いられる。

また、枝切り酵素としては、プルラナーゼが好ましく用
いられるが、イソアミラーゼを用いることができる。プ
ルラナーゼは、通常のプルラナーゼのほか、耐熱性や耐
酸性のプルラナーゼも用いることができる。耐熱性プル
ラナーゼを用いれば、基質の溶解度を上昇させて、逆反
応を容易に行なわせることができる利点がある。かかる
耐熱性プルラナーゼとしては、例えば、バチルス・アシ
ドプルライティカスが生産するプルラナーゼ（ノボ・イ
ンダストリー・ジャパン■製）が好ましく用いられる。

上記枝切り酵素と共に用いるβ−アミラーゼも、種々の
期限のものを用いることができる。

上記した酵素は、いずれも、精製品のほか、粗製品も用
いることができる。また、これら酵素は、遊離酵素とし
て用いてもよいが、適宜の支持体に固定化して、所謂バ
イオリアクターとして用いることもできる。

第１図に本発明による第２の方法のフロー・チャートを
示す、以下、本発明の好ましい実施の一態様を第１図に
括弧付き数字にて示す工程ごとに本発明の方法を詳細に
説明する。

尚、以下において、酵素活性の単位は次のとおりである
。サイクロデキストリン生成酵素のＩＴＨＵとは、３％
の可溶性デンプンを３０分間の反応によってｐｕｒｐｌ
ｅ　ｂｒｏｗｎにする酵素単位である。

ｐｕｒｐｌｅ　ｂｒｏｗｎとは、０．０．５５０　ｎｓ
＋１０．Ｄ、３０２　ｎｓが０．７となる状態をいう、
枝切り酵素活性のＩＰＵＮとは、４０℃、ｐＨ５，０（
０，２％プルラン）の条件下でプルランを加水分解し、
１分間に１マイクロモルのブドウ糖に相当する還元力を
有する還元糖を生じる酵素量をいう、また、β−アミラ
ーゼの活性のＩＵとは、６０℃、ｐｆ１５．０（１％可
溶性デンプン、反応時間３０分）の条件下で１分間に１
マイクロモルの還元糖を生じる酵素量をいう。

（１）　　先ず、基質である生デンプンを酵素の至適ｐ
Ｈに調整し、これに液化酵素であるサイクロデキストリ
ン生成酵素をデンプン１ｇ当りに５〜３０ＴＨＵ、好ま
しくは、ｌＯ〜２０ＴＨＵの酵素単位で加えて、生デン
プンを液化する。基質の仕込み量は、例えば、約１０°
Ｂｘである。

（２）上記液化は、通常、６０〜７０℃の温度にて行な
われる０反応時間は、用いるサイクロデキストリン生成
酵素の活性によるが、通常、１〜３時間である。

（３）　　この生デンプンの液化の後、サイクロデキス
トリン生成反応のために、基質を約５０℃まで冷却する
。

（４）　　サイクロデキストリン生成反応のために、更
に、サイクロデキストリン生成酵素をデンプン１ｇ当り
に２〜ｌ０ＴＨＵ加え、引き続いて、５０℃で１５〜７
２時間反応させる。

（５）　　尚、生デンプンの液化に際して、液化酵素と
して、バチルス・ステアロサーモフィラスの生産した酵
素を用いるときは、この酵素が耐熱性を有するために、
生デンプンの液化とサイクロデキストリン生成反応を同
時に行なうことができる。液化からサイクロデキストリ
ン生成反応に要する時間は、通常、２４〜７２時間程度
である。

（６）上記（４）及び（５）の工程によって、サイクロ
デキストリンを約４０〜５５％程度含むデキストリンを
得ることができるので、次いで、糖化工程において、サ
イクロデキストリン以外のデキストリンをプルラナーゼ
とβ−アミラーゼを併用して、マルトースまで分解させ
、かくして、分岐サイクロデキストリン生成のための基
質を得る。

酵素の使用量は、枝切り酵素がデンプン１ｇ当りに０．
２〜１．０ＰＵＮ、β−アミラーゼがデンプン１ｇ当り
にｌＯ〜３０Ｕの範囲がそれぞれ好ましい。上記糖化の
ための反応時間は、用いた酵素量によるが、通常、１５
〜７２時間程度である。

（７）　　この糖化によって得られた糖化物を直接に分
岐サイクロデキストリン生成反応に供してもよいが、枝
切り酵素の逆反応の効率を考慮すれば、糖化物を濃縮す
ることが好ましい。この糖化物の濃縮の方法は、特に、
限定されるものではないが、逆浸透法によるのが有利で
あり、好ましくは、２０〜８０″Ｂｘ、特に好ましくは
、４０〜７０″Ｂｘまで濃縮する。このような膜による
糖化物の濃縮に際して、β−サイクロデキストリンの析
出が起こるので、濃縮は、好ましくは、５０℃以上で行
なう。

（８）次いで、得られた基質に枝切り酵素を加え、反応
させつつ、反応混合物を限外濾過膜にて処理して、反応
生成物である分岐サイクロデキストリンを含む膜透過液
を連続的に得る。枝切り酵素の使用量は、基質１ｇ当り
に５０〜１５０ＰＵＮ、好ましくは、８０〜１００ＰＵ
Ｎの範囲である。

反応温度は５０〜６５℃、好ましくは約６０℃である。

限外濾過の運転条件、例えば、圧力や膜面速度は、膜透
過液中の分岐サイクロデキストリン濃度によって、適宜
に設定すればよい。膜透過液中の分岐サイクロデキスト
リン濃度が低いときは、必要に応じて、膜透過液を再び
、循環液側に戻してもよい。別の方法として、得られた
膜透過液に更に枝切り酵素を加え、上記と同様にして、
限外濾過膜を介して、分岐サイクロデキストリンを得る
こともでき、かかる方法によって、分岐サイクロデキス
トリン濃度を高めることができる。更に、膜透過液中の
分岐サイクロデキストリン濃度を高めるために、膜透過
液に含まれる未反応のマルトオリゴ糖をクロマトグラフ
ィーによって分離してもよい。

（９）分岐サイクロデキストリン生成のための基質は、
上記分岐サイクロデキストリン生成反応において膜透過
液として得られた濃度及び液量骨に相当する量を連続的
に補給し、また、この際に、分岐サイクロデキストリン
生成反応時に枝切り酵素の失活が起こるので、この失活
骨を補うために、補給液に枝切り酵素を新たに２０〜６
０ＰＵＮ加えることが望ましい。

本発明による第２の方法は、第１図において、前記（７
）の工程にて得られる分岐サイクロデキストリン生成の
ための基質に代えて、市販されているサイクロデキスト
リンとマルトオリゴ糖の混合物を分岐サイクロデキスト
リン生成反応の基質として用いるものであるので、その
後の工程は、先に説明したものと同じである。

サイクロデキストリンとマルトオリゴ糖の混合物におい
て、マルトオリゴＩ！／サイクロデキストリン重量比は
、１〜５、好ましくは３〜４の範囲であり、また、基質
濃度は、２０〜８０°Ｂｘ、好ましくは４０〜７０°Ｂ
ｘである。

本発明の方法において用いる限外濾過膜は、分画分子量
が１０００〜１００００００の範囲である緻密層と、孔
径が数μｍ乃至１００μｍの微孔を有する多孔質層とか
らなるものが好ましいが、その形状は何ら制限されるも
のではなく、例えば、平板状、管状、中空糸状等、任意
である。有効膜面積を大きくするためには、限外濾過膜
として中空糸状膜を用いることが好ましい。

上記限外濾過膜を構成する重合体としては、例えば、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリ
イミド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル等が好
ましく用いられるが、特に、限定されるものではない。

しかし、上記した重合体のなかでも、食品や医薬品の製
造に要求される厳格な分画分子量を満足するものとして
、ポリスルホン、ポリアミド又はポリイミドを用いるこ
とが好ましく、特に、ポリスルホンが好適である。

本発明の方法によれば、膜透過液として、分岐サイクロ
デキストリンを１５〜５５％含有する無色透明の水溶液
を得ることができる。分岐このすイクロデキストリン水
溶液は、必要に応じて、適宜の濃縮手段によって濃縮す
ることができる。濃縮手段としては、例えば、加熱蒸発
法等の一般的な手段も採用し得るが、逆浸透法によって
、容易且つ効率的に濃縮することができる。

従って、例えば、分岐サイクロデキストリンを含有する
マルトオリゴ糖粉末を得る場合には、膜透過液を上記の
ようにして適宜に濃縮した後、噴霧乾燥等の手段によっ
て粉末化する。更に、分岐サイクロデキストリンのそれ
ぞれの単品を得る場合は、膜透過液を濃縮した後、低温
晶出法やエタノールを用いる沈殿法、カラムクロマトグ
ラフィーによる精製法等によればよい。

見所■蓋果 以上のように、本発明の方法によれば、枝切り酵素の逆
反応を利用して、サイクロデキストリン含有デキストリ
ンを枝切り酵素及びβ−アミラーゼにて処理するか、又
はサイクロデキストリンとマルトオリゴ糖の混合物に枝
切り酵素を作用させるかして、分岐サイクロデキストリ
ンを生成させると同時に、これを限外濾過膜によって、
連続的に分離するので、高生産性にて分岐サイクロデキ
ストリンを製造することができる。

また、本発明の方法によれば、酵素を反応のごとに消費
することがなく、繰り返して用いることができるるので
、分岐サイクロデキストリンを低度に製造することがで
きる。

１施Ｍ 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１ バレイショデンプン２．５　ｋｔｒに逆浸透処理した水
２２、５１を加えてスラリーとした後、これにバチルス
・マセランス由来のサイクロデキストリン生成酵素３７
５００ＴＨＵ加え、６６〜７０℃まで加温し、約２時間
撹拌して、デンプンを液化させた。

次いで、５０℃まで冷却し、更に、サイクロデキストリ
ン生成酵素７５００ＴＨＵを加えた後、５０℃で２４時
間反応させて、サイクロデキストリン含有デキストリン
を得た。反応後、プルラナーゼ１２５００ＰＵＮ及びβ
−アミラーゼ５００００Ｕを加え、更に、５０℃で３０
時間反応させた。

このようにして得られた糖化物を分岐サイクロデキスト
リン生成反応に供する前に、逆、浸透膜によって６０’
Ｂｘまで濃縮した。次いで、この濃縮液を基質として、
これにプルラナーゼ２５００００ＰＵＮを加えた後、６
０℃で反応させつつ、生成した分岐サイクロデキストリ
ンを限外濾過膜（日東電工■製ＮＴＵ−３２５０ＣＩＲ
）にて膜透過液として分離した。

膜透過液中の分岐サイクロデキストリンをＨＰＬＣ（カ
ラム：　Ｆｉｎｅ　５ｉｌ−ＮＯ３、溶剤ニアセトニト
リル／水（６５／３５）　）にて分析した結果、１７．
８％であった。

また、膜透過液中のマルトオリゴ糖をクロマトグラフィ
ーによって分離し、得られたマルトオリゴ糖を再び循環
液側に戻したところ、膜透過液中の分岐サイクロデキス
トリン含有量は４８．２％に上昇した。

実施例２ 実施例１において得られたサイクロデキストリン生成の
ための基質にプルラナーゼをデンプン１ｇ当だ性に１０
０ＰＵＮ加えた後、６０℃で１０日間連続的に反応させ
つつ、同時に反応生成物を限外濾過膜にて分離した。補
給液中の基質濃度は、循環液のそれと同じにした。また
、補給液のプルラナーゼ活性は、デンプン１ｇ当たり３
０ＰＵＮとなるように加えた。その結果、連続運転の間
、膜透過液中の分岐サイクロデキストリン含有量は、１
７％前後の値を示した。

実施例３ バレイショデンブン２．５　ｋｇに逆浸透処理した水２
２、５１を加えてスラリーとした後、これにバチルス・
ステアロサーモフィラス由来のサイクロデキストリン生
成酵素４００００ＴＨＵを加え、６６〜７０℃まで加温
し、め２４時間反応させて、サイクロデキストリン含有
デキストリンを得た。

この後、実施例１と同じ操作を行なって、分岐サイクロ
デキストリンを得た。

膜透過液中の分岐サイクロデキストリン含有量は１６．
３％であった。

実施例４ β−サイクロデキストリン０．７５　ｋｇとマルトース
２．７５　ｋｇを逆浸透処理した水５１に溶解させ、こ
れにプルラナーゼ３５００００ＰＵＮ加えて、６０℃で
反応させつつ、且つ、膜透過液中のマルトースをクロマ
トグラフィーにて分離、得られたマルトースを再び循環
液側に戻しつつ、実施例１と同じ限外濾過膜を用いて、
反応生成物を分離した。応を行なった。その結果、膜透
過液中の分岐サイクロデキストリン含有量は５１．１％
であった。

実施例５ 実施例３において、β−サイクロデキストリンに代えて
、α−サイクロデキストリンを用いた以外は、実施例３
と同様にして、分岐サイクロデキストリン５０．９％を
含む膜透過液を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を示すフロー・チャートである
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）デンプン、デンプンの組成画分及びデンプンの分
   解反応生成物から選ばれる少なくとも１種の基質にサイ
   クロデキストリン生成酵素を反応させた後、その生成物
   に枝切り酵素とβ−アミラーゼを同時に作用させ、生成
   した分岐サイクロデキストリンを限外濾過膜にて連続的
   に分離することを特徴とする分岐サイクロデキストリン
   の製造方法。
2. （２）サイクロデキストリンとマルトオリゴ糖の混合物
   に枝切り酵素を作用させ、生成した分岐サイクロデキス
   トリンを限外濾過膜にて連続的に分離することを特徴と
   する分岐サイクロデキストリンの製造方法。