JPH0630601B2 - 分岐サイクロデキストリンの製造方法 - Google Patents

分岐サイクロデキストリンの製造方法

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JPH0630601B2
JPH0630601B2 JP63004492A JP449288A JPH0630601B2 JP H0630601 B2 JPH0630601 B2 JP H0630601B2 JP 63004492 A JP63004492 A JP 63004492A JP 449288 A JP449288 A JP 449288A JP H0630601 B2 JPH0630601 B2 JP H0630601B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はプルラナーゼを用いた分岐サイクロデキストリ
ンの製造方法に関するものである。
(従来の技術) 近年、サイクロデキストリンの包接作用が各方面から注
目され、その利用並びに製造方法に関する研究が盛んに
なっており、特にマルトースを結合させた分岐サイクロ
デキストリンはその高い水溶性を利用して食品や医薬品
等の分野で応用範囲が急速に拡大している。このような
分岐サイクロデキストリンはサイクロデキストリンとマ
ルトースとをプルラナーゼの存在下で反応させる方法で
製造することができ、その具体的方法は特開昭61−7
0996号、特開昭61−197602号、特開昭61
−236802号、特開昭61−287901号、特開
昭61−287902号公報等に開示されている。これ
らの方法は、α−サイクロデキストリン、β−サイクロ
デキストリン、γ−サイクロデキストリン等のサイクロ
デキストリンとマルトースとを、サイクロデキストリン
1重量部に対しマルトースを通常1〜7重量部、好まし
くは3〜5重量部の範囲で使用し、しかも溶液の基質濃
度を高濃度、通常40〜85%にしてプルラナーゼを反
応させる方法である。
ところがこれらの先行発明の実施例のデータからも明ら
かなように、従来法における分岐サイクロデキストリン
の収率、すなわち、全サイクロデキストリに対する分岐
サイクロデキストリンの重量百分率(以下分岐化率)は
20〜55%、所要反応時間は48〜72時間であって、長時間
を要するにもかかわらず分岐化率が50%を越えられない
場合があるところに問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記したような従来の問題点を解決して、所要
反応時間を24時間以下に短縮し、しかも確実に、分岐化
率を50%以上とすることができる分岐サイクロデキスト
リンの製造方法を目的として完成されたものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者は上記の問題点を解決するために研究を重ねた
結果、従来法においては遊離状態のプルラナーゼが用い
られており、このためプルラナーゼが反応温度60℃以上
という厳しい条件に耐えられずに反応中に活性が低下す
ることを見出した。また本発明者は、プルラナーゼを多
孔質無機材料に固定化することにより、反応温度60℃以
上、固形分濃度50%以上という反応系中にありながら機
械的強度を保ち、圧密されることなくプルラナーゼの発
現活性を長期間にわたり高い水準に維持できること、こ
れとともにマルトースとサイクロデキストリンのモル濃
度積を所定レベル以上に維持すれば、短時間に分岐サイ
クロデキストリンを高収率で生産できることを見出し
た。本発明はかかる知見に基いて完成されたものであっ
て、マルトースとサイクロデキストリンをプルラナーゼ
の存在下で反応させ、反応液から分岐サイクロデキスト
リンを採取する分岐サイクロデキストリンの製造方法に
おいて、マルトースとサイクロデキストリンの使用割合
をサイクロデキストリン1重量部に対しマルトースを3
〜5重量部とし、かつマルトースとサイクロデキストリ
ンのモル濃度積を0.25M2以上とするとともに、多孔質無
機材料に担持した固定化プルラナーゼを使用し、しかも
該固定化プルラナーゼの発現活性を反応槽中に含まれる
全サイクロデキストリン1m mole当り、マルトシル−
α−サイクロデキストリンを基質とした場合の分解活性
で3.0ユニット以上とすることを特徴とするものであ
る。尚、ここで言う1ユニットとは、1分間あたり1μ
moleのα−1.6グリコシド結合を加水分解する酵素量で
ある。以下に本発明の各条件についてその根拠を説明す
る。
第1図は基質中のマルトースとα−サイクロデキストリ
ンのモル濃度積を種々に変化させた場合の分岐化率を示
したグラフである。このグラフから明らかなように両者
のモル濃度積を0.25M2以上とすることが分岐化率を50%
以上とするための必要条件となる。このグラフを得るた
めの実験は次の手順で行われた。
まずα−サイクロデキストリンとマルトースのモル比が
1:8.52(重量比1:3)、固形分濃度75%/50mM酢
酸バッファーpH5.0を調整したのちこれを7つに分取
し、それぞれに50mM酢酸バッファーを適当量添加し、
高速液体クロマトグラフィー(HPLC)でマルトース
とα−サイクロデキストリンの濃度を測定したところ次
表のとおりであった。
上表の各濃度の基質を多孔質セラミック担体に固定化し
たプルラナーゼとともにカラム中に入れ、60℃の外とう
液を循環させながら滞留時間(HRT)を段階的に変化
させて反応させた。分岐化率は充分に一定のHRTで平
衡化したカラムより流出された溶液中に含まれる全サイ
クロデキストリンに対する分岐サイクロデキストリンの
重量百分率で計算した。
このように基質中のマルトースとサイクロデキストリン
とのモル濃度積を0.25M2以上にすることとともに、プル
ラナーゼの発現活性を反応時間中高いレベルに維持する
ことが本発明の目的を達成するために重要である。この
ために本発明においてはプルラナーゼを遊離した状態で
はなく、多孔質無機材料、好ましくは多孔質セラミック
ス担体に固定化して用いる。これらのセラミックス担体
は粒状又は粉末状のほか必要に応じてハニカム状等任意
の形状に成型したものを用いることができる。
一方、固定化に用いられるプルラナーゼは、どのような
起源のものでも使用することができる。このような酵素
としては例えば、バチルス−アシドプリティカス(Baci
llus acidopullulyticus)、エアロバクタ−エアロゲネ
ス(Aerobacter aerogenes)、クレブシィエラ−ニュー
モニア(Klebsiella pneumoniae)等から得られるプル
ラナーゼを使用することができる。
また、固定化に使用する酵素は固定化後の発現酵素活性
を高くするために1.5U/mg蛋白以上の活性を有する精
製品を用いることが好ましい。
このような高純度(高活性)のプルラナーゼは市販の酵
素をアセトン沈澱法、硫安分画法等を用いて精製するこ
とにより容易に製造することができる。多孔質セラミッ
クスを用いた場合の固定化の手順は次のとおりである。
まず80〜100メッシュの多孔質セラミックス担体を10%
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン/トルエンで4
時間還流したのち、充分にトルエン及びアセトンで洗浄
しシラン化セラミックス担体を得た。次にこれを風乾の
のち10g分取し、1%グルタルアルデヒド水溶液中に室
温にて3時間静置し、シラン化セラミックス担体表面に
アルデヒド基を導入した。その後水洗し、37ユニット/
mに調整したプルラナーゼ/50mM酢酸バッファー中
で一晩静置することにより固定化プルラナーゼを得た。
最終的にこの固定化プルラナーゼを500mMNaCl/50mM
酢酸バッファーで更に洗浄し、多孔質セラミックス担体
への酵素蛋白の不特異的な吸着を取り除き、共有結合に
より固定化されたプルラナーゼのみを残したものを酵素
固定化標品とした。このとき得られた固定化酵素の発現
活性は分岐サイクロデキストリンであるマルトシル−α
−サイクロデキストリンを基質としたときの分解活性が
13ユニット/g−担体であった。
これを直径1cmの外とう付のカラムに充填し、外とうに
60℃の水を流して保温した。ここに基質(α−サイクロ
デキストリンとマルトースを重量比で1:3に混合、固
形分濃度60%/50mM酢酸バッファー、pH5.0)を3m
/時で供給し、カラムより流出した反応液中のマルトシ
ル−α−サイクロデキストリンの生成量を高速液体クロ
マトグラフィーで測定し活性の指標とした。最初のカラ
ムの活性を100%として各時間における残存活性を求め
た結果は第2図に示されるとおりであり、400時間経過
後もなお97%の残存活性を保っていた。
一方、遊離プルラナーゼの残存活性は次のようにして測
定した。まずプルラナーゼ粉末(1.6ユニット/mg、マ
ルトシル−α−サイクロデキストリン基質)125mgを保
存液(β−サイクロデキストリン:マルトース=1:
3、固形分濃度60%)10mに溶解し、20ユニット/m
の酵素液を得た。これを60℃の恒温槽中で保温、保存
した。この液から経時的に100μずつサンプリング
し、基質(α−サイクロデキストリン:マルトース=
1:3、固形分濃度60%)1mに混和した。その後60
℃で1時間反応させた反応液を高速液体クロマトグラフ
ィーで測定しマルトシル−α−サイクロデキストリンの
生成量を測定して活性とした。その結果は第2図に示す
ように、保存液中で100時間保存した場合には遊離プル
ラナーゼの残存活性はほとんどなかった。
以上の実験から、プルラナーゼの発現活性を高レベルに
維持するためには多孔質セラミックスへの固定化が有利
であることが確認されたが、次にプルラナーゼの固定化
量を変化させた場合の影響を調べた。
まず80〜100メッシュの多孔質セラミックスを10gずつ
7つに分取した。このセラミックスを前述した方法でシ
ラン化し、グルタルアルデヒド処理を施した。次にリゾ
チーム蛋白を次表のように含むプルラナーゼ溶液に浸漬
し、プルラナーゼを固定化したのち1モルのNaClで洗浄
した。その結果、リゾチーム蛋白の添加量に応じ、プル
ラナーゼの固定化量の異なる担体が得られた。
これらの固定化プルラナーゼを前述のカラムに充填した
ところ、ボイドボリュームはブルーデキストランの溶出
速度によりそれぞれ7.2mであった。このカラムを外
とう液により60℃に保温し、基質(マルトース518g/
、α−サイクロデキストリン173g/、モル濃度積
0.27M2)を一定流速で供給した。途中、それぞれのカラ
ムの基質流速を段階的に変え、種々の滞留時間(HR
T)におけるマトルシル−α−サイクロデキストリンの
生成量を測定し第3図に示した。なおNO.1〜NO.7のカ
ラムでカラム内に存在する全サイクロデキストリン1m
mole分子あたりに寄与する酵素活性は次のとおりであ
る。
NO.1 29.7U/m mole−サイクロデキストリン NO.2 21.1U/m mole−サイクロデキストリン NO.3 15.6U/m mole−サイクロデキストリン NO.4 9.4U/m mole−サイクロデキストリン NO.5 3.1U/m mole−サイクロデキストリン NO.6 2.3U/m mole−サイクロデキストリン NO.7 1.6U/m mole−サイクロデキストリン 第3図のグラフからも明らかなように、24時間以内に50
%以上の分岐化率を達成するにはマルトシル−α−サイ
クロデキストリンを基質とした場合の発現活性をカラム
内の全サイクロデキストリン1m mole当り3.0ユニッ
ト以上とすることが必要であった。
(実施例) β−サイクロデキストリン(塩水港精糖KK製、β−10
0)100g、マルトース(三和澱粉工業KK製、サンマル
ト−S)500gを含むモル濃度積0.29M2の混合溶液(50
mM酢酸バッファー、pH5.0)に、前述の方法により調
製した固定化プルラナーゼをβ−サイクロデキストリン
1m moleの当り3.2ユニットになるように加え、60℃
で24時間反応を行う。終了後、反応液から固定化プルラ
ナーゼを濾別して回収し、一方、濾液をイオン交換樹脂
により脱塩、濃縮して、分岐サイクロデキストリン含有
糖液を得た。次に、上記反応液から濾別して回収した固
定化プルラナーゼを用い、上記と同様の反応を反復して
実施し、更に濾過、脱塩、濃縮して、それぞれ分岐サイ
クロデキストリン含有糖液を得た。次に、上記により得
られた各糖液(反応液)から化学修飾シリカ担体を用い
てマルトース等のオリゴ糖を除去し、各糖液中のサイク
ロデキストリン組成(分岐サイクロデキストリンの含有
率)を調べた結果を下表に示す。尚、液中のサイクロデ
キストリンの測定は高速液体クロマトグラフィー(HP
LC)により行った。
本発明に従い分岐サイクロデキストリンを製造する場合
には上表の如く安定に50%以上の分岐化率が得られてい
ることがわかる。
(発明の効果) 本発明は以上の説明及び実施例からも明らかなように、
マルトースとサイクロデキストリンの使用割合をサイク
ロデキストリン1重量部に対しマルトースを3〜5重量
部とし、かつマルトースとサイクロデキストリンのモル
濃度積を0.25M2以上とするとともに、プルラナーゼを反
応系中に固定化し、その発現活性を反応槽中に含まれる
全サイクロデキストリン1m mole当り3.0ユニット以
上とすることにより、24時間以内の反応時間で確実に50
%以上の分岐化率を達成することに成功したものであ
る。よって本発明は従来の問題点を一掃した分岐サイク
ロデキストリンの製造方法として、産業の発展に寄与す
るところは極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はマルトースとα−サイクロデキストリンのモル
濃度積と分岐化率との関係を示すグラフ、第2図はプル
ラナーゼの残存活性を示すグラフ、第3図はプルラナー
ゼの発現活性と分岐化率との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小暮 靖夫 埼玉県児玉郡上里町大字神保原419番地の 7 (72)発明者 坂野 好幸 東京都調布市多摩川1丁目8番地6号 (西調布住宅RG―203号) (72)発明者 吉田 安子 愛知県名古屋市熱田区旗屋1丁目9番26号 (72)発明者 川瀬 三雄 愛知県名古屋市緑区鳴海町字姥子山22番地 の1 (鳴海団地45棟403号) (56)参考文献 特開 昭61−287902(JP,A) 特開 昭61−236802(JP,A) 特開 昭61−236801(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マルトースとサイクロデキストリンをプル
    ラナーゼの存在下で反応させ、反応液から分岐サイクロ
    デキストリンを採取する分岐サイクロデキストリンの製
    造方法において、マルトースとサイクロデキストリンの
    使用割合をサイクロデキストリン1重量部に対し、マル
    トースを3〜5重量部とし、かつマルトースとサイクロ
    デキストリンのモル濃度積を0.25M2以上とするととも
    に、多孔質無機材料に固定化したプルラナーゼの発現活
    性を、反応槽中に含まれる全サイクロデキストリン1m
    mole当たり、マルトシル−α−サイクロデキストリン
    を基質とした場合の分解活性で3.0ユニット以上とする
    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。
JP63004492A 1988-01-11 1988-01-11 分岐サイクロデキストリンの製造方法 Expired - Lifetime JPH0630601B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61236802A (ja) * 1985-04-13 1986-10-22 Nikken Kagaku Kk 新規な分岐γ―サイクロデキストリンの製造方法
JPS61236801A (ja) * 1985-04-13 1986-10-22 Nikken Kagaku Kk 新規な分岐α―サイクロデキストリンの製造方法
JPS61287902A (ja) * 1985-06-17 1986-12-18 Nikken Kagaku Kk 新規分岐β―サイクロデキストリンの製造方法

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