JPH0660202B2 - 分枝シクロデキストリンの製造方法およびそれによって製造した生成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、分枝シクロデキストリン、特に分枝ベータシ
クロデキストリンの製造方法およびそれによって製造し
た物質に関する。

澱粉は、トウモロコシ、ジャガイモ、モロコシ、米など
の各種の植物中で、天然に生成し、植物から澱粉を分離
する製粉作業を経て、これらの植物の部分から抽出され
る。物理的には、澱粉は、一般にアミロースおよびアミ
ロペクチンの両方から成る顆粒形状になっている。

アミロースは、1,4 結合で互いに結合したアンヒドログ
ルコース単位の直鎖重合体であるのに対し、アミロペク
チンは、アルファ1,4 アンヒドログルコースの直鎖重合
体上にアルファ1,4 アンヒドログルコース重合体の側鎖
が結合したものである。アミロペクチンでは、直鎖と側
鎖との結合、アルファ1,6 結合である。澱粉顆粒中のア
ミロースおよびアミロペクチンの量は、その澱粉の生成
源により異なる。例えば、高アミローストウモロコシか
ら得た澱粉は50：50の比で含むのに対し、ろう分の多い
トウモロコシから得た澱粉は、アミロペクチン対アミロ
ースの比が約99：１である。

シクロデキストリンは、シャルジンガーデキストリン、
シクロアミロース、シクロマルトースおよびシクログル
カンとも呼ばれ、アンヒドログルコースがアルファ1,4
結合により結合し、環状化合物を形成している重合体で
ある。６員環をアルファシクロデキストリンと呼び、７
員環をベータシクロデキストリン、８員環をガンマシク
ロデキストリンと呼ぶ。これらの６，７および８員環
は、それぞれシクロマルトヘキサオース、シクロマルト
ヘプタオースおよびシクロマルトオクタオースとも呼ば
れる。

分枝シクロデキストリンは、1965年に既にFrenchおよび
彼の協同研究者らにより、Frenchら、「生物化学および
生物物理学の資料」、第３巻、153 〜160 頁、1965に記
載されているが、最近までほとんど研究されていない。
分枝シクロデキストリンは、その名が示す様に、その環
構造から外に枝が延びている様に、その環構造に結合し
た一つ以上のアンヒドログルコース単位を持つ。

通常、分枝シクロデキストリンは、ろう質澱粉の様なア
ミロペクチン含有量が高い澱粉のスラリーを、酵素また
は酸で処理し、DEが１〜５の間にあるゲル化した、液化
澱粉スラリーにすることによって得られる。次いで、ゲ
ル化し、液化した澱粉スラリーを、シクロデキストリン
グリコシル 転移酵素（CGT ）により、その特定のCG
T にとって適当なpH、温度および時間で処理する。この
酵素CGT は、Bacillus macerans,B.magaterium,B.circu
lans,B.stearothermophilusおよびBacillus sp.（親ア
ルカリ性）その他の微生物から得られる。このCGT から
のの分解物は、分枝シクロデキストリン、非分枝シクロ
デキストリン、および脂肪族物質を含む。この分解物
は、一般に低濃度の分枝シクロデキストリンを含む。次
いで、分枝シクロデキストリンおよびシクロデキストリ
ンは、一般に、溶剤抽出工程により分解物から分離され
る。

主にベータシクロデキストリンおよび分枝ベータシクロ
デキストリンのみを製造するために、CGT とゲル化し、
液化した澱粉スラリーとの反応を、トルエンまたはｐ−
キシレンなどの溶剤中で行なう。その様な溶剤により、
ベータシクロデキストリンおよび分枝ベータシクロデキ
ストリン両方の収量が著しく増加する。

分枝シクロデキストリンを製造する別の方法が、1987年
５月26日付けの米国特許第4,668,626 号に開示されてい
る。この第4,668,626 号特許は、分枝シクロデキストリ
ンを製造するための、別の酵素方法を開示している。分
枝シクロデキストリンを得るための、これら両酵素処理
方法において、分枝とシクロデキストリン環との間の結
合がアルファ1,6 結合であり、アミロペクチンの分枝と
主鎖との間の結合と同じ結合であることが開示されてい
る。

出願者は、乾燥した結晶性シクロデキストリンの熱分解
により、分枝シクロデキストリンが形成されることを発
見した。また、出願者は、本発明に係わる方法を使用し
た場合、分枝と環との間に形成される結合が、必ずしも
すべてアルファ1,6 結合ではなく、その分枝が必ずしも
すべてアンヒドログルコース単位ではないので、その様
な方法により得られる生成物は、酵素処理により形成さ
れる分枝シクロデキストリンと類似の挙動を示すが、酵
素処理により製造されるものと必ずしも同じ物質ではな
いことを発見した。

出願者は、全く驚くべきことに、澱粉顆粒とシクロデキ
ストリン結晶とは物理的にも化学的にも異なっているに
もかかわらず、シクロデキストリンの熱分解により大量
の分枝シクロデキストリンが形成されることを見出し
た。また、小さな炭水化物分子が融解する前に、これら
が形成されたことも驚きであった。この熱分解過程は、
異なった製造方法から得られたシクロデキストリンでも
再現性があり、ベータシクロデキストリン分解の温度依
存性を、直鎖アレーニウスプロット（活性化エネルギー
＝36kcal）から予測できることも予期せることであっ
た。

本発明の利点は数多い。第一に、その様な方法により製
造原価が下がり、分枝シクロデキストリン製造方法が大
幅に簡略化される。シクロデキストリンは市販されてい
るので、および本発明に係わる方法を採用するだけ
で、分枝シクロデキストリンを製造できる。本発明に係
わる方法により製造した分枝シクロデキストリンを他の
シクロデキストリンおよび脂肪族デキストリンから分離
するには、本出願と同時に出願中の第 号に開示す
る市販のクロマトグラフィ用カラムを使用するのが好ま
しい。未反応シクロデキストリンは、好ましくは回収
し、再度循環する。酵素による分枝シクロデキストリン
の製造に比べて、本発明に係わる方法は、製造速度およ
び分枝シクロデキストリンの総生産量を向上させる。

分枝シクロデキストリンの、シクロデキストリンよりも
有利な点、特に分枝ベータシクロデキストリンの、ベー
タシクロデキストリンヨリモ有利な点は、溶解性にあ
る。通常の条件下では、分枝ベータシクロデキストリン
は水溶性が高く、約60％であるのに対し、ベータシクロ
デキストリンは水溶性が悪く、約２％である。分枝ベー
タシクロデキストリンは、多くの化合物に対してホスト
として作用し易く、その化合物を可溶性にすることがで
きる。

本発明に係わる分枝シクロデキストリンを製造するため
の方法は、乾燥した、結晶性シクロデキストリンを約13
5 〜220 ℃の温度で、分枝シクロデキストリンを形成す
るのに十分な時間加熱し、生成物を加熱段階から冷却
し、最後に残留物質から分枝シクロデキストリンを分離
することから成る。残留物質には、未反応のシクロデキ
ストリンおよび脂肪族デキストリンの両方が含まれる。
未反応シクロデキストリンは、好ましくは分離し、加熱
段階に最循環させる。

シクロデキストリンは、どの様な澱粉供給源から、どの
様な方法で得たものでも良い。シクロデキストリンは、
通常の方法で造るが、ジャガイモ澱粉から造ったシクロ
デキストリンを使用すると良好な結果が得られる。

通常、シクロデキストリンを調製するには、固形分約35
重量％のまでの濃度で、澱粉水溶液を形成する。次い
で、このスラリーをゲル化し、酵素または酸によりDEが
約１から約５になるまで液化する。液化用に適した酵素
は、微生物のアルファアミラーゼである。次に、特定の
CGT を、このゲル化し、液化したスラリーに加え、その
CGT に応じて、pH、温度、および処理時間を調整する。
一般に、pHは、約4.5 〜約8.5 、温度は常温から約75℃
までの範囲である。反応時間は、約10時間から７日間で
ある。次いで、シクロデキストリンを通常の方法で沈澱
により、溶液から分離する。シクロデキストリンの供給
源は市販されている。

本発明においては、アルファ、ベータおよびガンマシク
ロデキストリンを、混合物で、あるいは個別に使用す
る。本方法では、各種類を混合せず、一種類のシクロデ
キストリンだけを使用するのが好ましい。ベータシクロ
デキストリンで良好な結果が得られている。

シクロデキストリンは、結晶性で、非炭水化物系の不純
物を洗い流しておかなければならない。シクロデキスト
リンが結晶形でなければ、結晶化させなければならな
い。結晶化は、通常の方法で、シクロデキストリンの溶
液を造り、その溶液を冷却し、それを冷却状態に約２日
間保持することによって行なう。この冷却した溶液から
結晶が生じる。次いで、その結晶を通常の方法で洗浄
し、非炭水化物系の不純物を除去する。

乾燥した、結晶性シクロデキストリンの水分は、約15％
以下、好ましくは約12％未満にすべきである。より好ま
しくは、水分は約４％〜約７％であり、良好な結果は、
約５％の水分で得られる。水分は、通常の方法で測定す
る。

結晶性シクロデキストリンは、脂肪族デキストリンを含
まないのが好ましい。約５のDEを持つ脂肪族デキストリ
ンの存在下で、ベータシクロデキストリンの熱分解を試
みたが、脂肪族デキストリンは、分枝反応を促進しない
ことが分かった。

上に述べた様に、アルファ、ベータまたはガンマのどれ
でも良いが、好ましくは乾燥した、結晶性シクロデキス
トリンは、他のシクロデキストリン、非炭水化物系の物
質および脂肪族炭水化物を本質的に含まない様にすべき
である。純度が約95重量％以上の、結晶性シクロデキス
トリンで良好な結果が得られている。

好ましくは、結晶の大きさは、100 メッシュスクリーン
を通過する位にすべきであるが、粉塵問題を引き起こす
程小さくすべきではない。

熱分解は、約135 〜約220 ℃の温度で行なうべきであ
る。より好ましい温度は、約180 〜約190 ℃であり、良
好な結果は約190 ℃の温度で得られている。

その様な反応のための時間は、使用する装置の種類によ
って異なる。一般に、製造に使用する工業規模の装置で
は、約10〜約20時間が必要である。この方法は、一般に
常温で行なう。

本発明に係わる分枝シクロデキストリン製造に使用する
容器は、通常の容器である。その容器は、被覆して良好
な断熱性を与え、シクロデキストリンの温度を本発明の
範囲に保つための加熱手段を備えているべきである。澱
粉を熱分解して、一般にブリティッシュガムと呼ばれる
デキストリンの製造に使用する容器を、本発明に使用す
ることができる。あるいは、シクロデキストリンをベル
ト上に広げ、そのベルトを、予め決めた時間をかけて
の中を通過させ、本発明に係わる物質を製造する方法も
ある。別の方法としては、シクロデキストリンを浅い容
器に広げ、その容器をに置く。小規模製造には、乾燥し
た、結晶化したシクロデキストリンを浅い容器の上に広
げ、その容器を、約185 ℃〜約200 ℃の温度にした中
に、約２〜約４時間報知する。シクロデキストリンは、
約25.4mm（約１インチ）の厚さに広げる。

加熱は、シクロデキストリンの水分を著しく少なくして
行なう。

加熱工程の後、生成物を熱源から離し、冷却する。生成
物を単に紙の上に広げ、通常の条件下で、常温に冷却す
るだけで、良好な結果が得られている。

最後に、分枝シクロデキストリンを、この方法の他の成
分から分離しなければならない。分離には、ざの様なな
通常の方法でも使用できる。

分枝シクロデキストリンを非分枝シクロデキストリンか
ら分離するための実用的な方法は、1987年７月８日付け
の、同じく審査中の出願第071,097 号に記載されてい
る。この出願を参考としてここに含める。

出願第071,097 号は、分枝ベータシクロデキストリンを
脂肪族およびベータシクロデキストリンから分離するた
めの方法を広範囲に開示しているが、その方法は、分枝
ベータシクロデキストリンを含む第一の溶液に、ベータ
シクロデキストリンcomplexantを加えることにより、そ
の第一の水溶液から第一の沈澱物および第一の液を形成
し、その第一沈澱物を回収し、その第一の沈澱物で第二
の水溶液を形成し、その第二溶液にベータシクロデキス
トリンcomplexantを加えることにより第二の沈澱物およ
び第二液を形成し、第二の液を回収し、最後にその第二
の液から分枝ベータデキストリンを回収することから成
る。

ここに参考として含める、同時に審査中の米国特許出願
第 号に開示される様に、分枝シクロデキストリン
は、非分枝シクロデキストリンから分離するのが好まし
い。この出願は、混合物を、マトリックス上に包接化合
物を結合させたものの中を通して、非分枝シクロデキス
トリンから分枝シクロデキストリンを分離する方法を開
示している。分枝シクロデキストリンおよびシクロデキ
ストリンは、カラムから順次溶離される。

生成物の成分から分枝シクロデキストリンを分離した後
は、未反応のシクロデキストリンは、加熱工程に最循環
するのが好ましい。

本発明に係わる生成物は、酵素法により製造される分枝
シクロデキストリンと同様に機能するが、分枝のすべて
が必ずしもアルファ1.6 結合によりシクロデキストリン
の環に結合しているのではないことが分かっており、分
枝のすべてが、アンヒドログルコース単位から成るので
はないと考えられる。一般に、分解されたシクロデキス
トリンの約35％が分枝シクロデキストリンに転換され
る。本発明に係わる方法により得られる生成物の平均分
子量は、約1800（４分枝糖単位平均）である。分子量に
は範囲があり、これらの約80％が、分枝ベータシクロデ
キストリンに関する分子量2800（10分枝糖単位）より下
であると推定される。

本発明のこれらの、および他の特徴を、以下に示す実施
例でさらに詳細に説明する。

実施例１ この実施例は、本発明に係わる分枝ベータシクロデキス
トリンの調製を説明する。

従来方法の有機溶剤を使用せずに、ジャガイモ澱粉を、
親アルカリ性シクロデキストリングリコシル転換酵素で
処理することにより、純度98％のベータシクロデキスト
リンを調製した。この処理から得られたスラリーを、通
常の活性炭で漂白し、次いで通常の方法でイオン交換カ
ラムを通過させて精製した。溶液から、２日間かけて、
ベータシクロデキストリンを結晶化した。結晶化前の溶
液は、約10〜15％のベータシクロデキストリンを含んで
いた。この結晶化したベータシクロデキストリンを溶液
から別し、その過ケークを洗浄し、乾燥させた。

この300 ｇの量の、乾燥したベータシクロデキストリン
結晶を、１リットルの、攪拌機を備えた被覆付き加熱容
器に入れた。この攪拌機は、その軸に、２枚の45゜角度
の羽根を備えていた。この容器は210 ℃で運転し、ベー
タシクロデキストリン結晶は、188 ℃に保った。

２時間後、容器の内容物を取り出し、紙の上に広げ、常
温で冷却した。

分枝ベータシクロデキストリンを残留物から分離するた
めに、その冷却した内容物を使って10％水溶液を調製
し、トルエンの層を造り（総体積の２％）、約３日間保
持した。次いで、この混合物を過し、液を蒸発さ
せ、乾燥し、分枝および非分枝ベータシクロデキストリ
ンを回収した。この混合物は、30〜40重量％の分枝ベー
タシクロデキストリンを含んでいた。

この混合物を精製するために、Dowex １×２樹脂の上に
ベータシクロデキストリン包接化合物、安息香酸エステ
ルを結合したものを詰めたカラムに、この混合物を通し
た。このカラムに水を通し、分枝ベータシクロデキスト
リンを、脂肪族およびベータシクロデキストリンから順
次分離して溶出させた。この液を乾燥させたものは、
約80重量％の分枝ベータシクロデキストリンを含んでい
た。

実施例２ 通常の方法でジャガイモ澱粉から得た結晶化ベータシク
ロデキストリンを洗浄し、強制空気循環で68℃（155
゜F）で乾燥させた。乾燥した、結晶過ベータシクロデ
キストリン110.9ｇ，水分5.2 ％，を１リットルのステ
ンレス鋼ビーカーに入れ、250rpmで攪拌した。これは実
施例１で使用したものと同じ装置である。被覆を211 ℃
（412 ゜F）に保ち、ベータシクロデキストリンを約188
℃（370 ゜F）に保持した。ベータシクロデキストリン
を、被覆容器内で188 ℃（370 ゜F）に約２時間保持し
てから取り出し、常温で冷却した。

得られた95.6ｇの生成物を分析した結果、10.2％の分枝
ベータシクロデキストリン、16.2％の脂肪族炭水化物、
および73.6％の非分枝ベータシクロデキストリンが含ま
れていることが分かった。従って、反応物質の38.7％が
分枝ベータシクロデキストリンに転換されたことにな
る。

実施例３ この実施例では、本発明に係わる方法を使用して、４種
類の異なった温度で行なった転換を説明する。下記の表
Ａに、各種試験のパラメータを示す。各試験は、実施例
１の装置を使用して行なった。

例えば試験２〜４で明らかな様に、高温で良好な転換率
が得られている。

また、乾燥した結晶化シクロデキストリンに、加熱前に
塩酸、硫酸、または硝酸などの希釈鉱酸を吹き付けてか
ら熱分解を行なうこともできる。この方法は、澱粉をデ
キストリンに転換するには有利であるが、本発明を実行
するには好ましくない。

当業者には明らかな様に、分枝シクロデキストリンを製
造する方法は、幾つかの点で、熱分解により澱粉からデ
キストリンを製造する方法に似ている。

ここで説明のために選んだ本発明の好ましい実施形態
は、本発明の精神および範囲から逸脱しないすべての変
形および修正を含むものである。

以下、本発明の実施態様を項に分けて記載する。

1)(a) 乾燥した、結晶性シクロデキストリンを約135 ℃
〜220 ℃の温度に加熱し、分枝シクロデキストリンを含
む物質を形成すること、 (b) その分枝シクロデキストリンを含む物質を冷却する
こと、および (c) その物質から分枝シクロデキストリンを分離するこ
とから成る分枝シクロデキストリンを製造するための方
法。

2) 乾燥した、結晶性シクロデキストリンがベータシク
ロデキストリンであり、分枝シクロデキストリンが分枝
ベータシクロデキストリンであることを特徴とする実施
態様１記載の方法。

3) 乾燥した、結晶性シクロデキストリンが15％以下の
水分を含有することを特徴とする実施態様１記載の方
法。

4) 結晶性シクロデキストリンから非炭水化物を除去す
るために、段階(a) の前に、乾燥した、結晶性シクロデ
キストリンを洗浄する段階をさらに含むことを特徴とす
る実施態様１記載の方法。

5) 乾燥した、結晶性シクロデキストリンが、本質的に
純粋な結晶性シクロデキストリンであることを特徴とす
る実施態様１記載の方法。

6) 結晶性シクロデキストリンから非炭水化物を除去す
るために、段階(a) の前に、乾燥した、結晶性シクロデ
キストリンを洗浄する段階をさらに含むことを特徴とす
る実施態様２記載の方法。

7) 乾燥した、結晶性シクロデキストリンが、15％以下
の水分を含有し、水分以外は、本質的に純粋な結晶性シ
クロデキストリンであることを特徴とする実施態様２記
載の方法。

8) 実施態様１により製造された、分枝シクロデキスト
リン。

9) 実施態様２により製造された、分枝ベータシクロデ
キストリン。

10) 実施態様７により製造された、分枝ベータシクロデ
キストリン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) 乾燥した、結晶性シクロデキストリン
   を約135 ℃〜220 ℃の温度に加熱し、分枝シクロデキス
   トリンを含む物質を形成すること、 (b) その分枝シクロデキストリンを含む物質を冷却する
   こと、および (c) その物質から分枝シクロデキストリンを分離するこ
   とから成る分枝シクロデキストリンを製造するための方
   法。
2. 【請求項２】乾燥した、結晶性シクロデキストリンがベ
   ータシクロデキストリンであり、分枝シクロデキストリ
   ンが分枝ベータシクロデキストリンであることを特徴と
   する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】請求項１により製造された、分枝シクロデ
   キストリン。