JPS5858075B2 - フルクト−スの製造法 - Google Patents

フルクト−スの製造法

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JPS5858075B2
JPS5858075B2 JP55135732A JP13573280A JPS5858075B2 JP S5858075 B2 JPS5858075 B2 JP S5858075B2 JP 55135732 A JP55135732 A JP 55135732A JP 13573280 A JP13573280 A JP 13573280A JP S5858075 B2 JPS5858075 B2 JP S5858075B2
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    • C07C29/09Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis
    • C07C29/10Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis of ethers, including cyclic ethers, e.g. oxiranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12P17/02Oxygen as only ring hetero atoms
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概して、グルコースから2段階工程即ち酵素に
よる酸化に次いで化学的水素添加を行う工程による、結
晶性フルクトースの製造方法に関する。
本工程は出発物質であるグルコースの残渣を物理的に分
離する必要がない結晶性フルクトースの製造方法のため
の新規なアプローチである。
本結晶性フルクトースの独得な物理的、化学的および代
謝特性は、典型的にフルクトース42%、デキストロー
ズ50%およびポリサッカライド8φを含む高濃度フル
クトースとうもろこしシロップ(1(Fe2 )を生産
するグルコースイソメラーゼではあり得ない様な特別な
応用の可能性を示すものである。
一方HFC8は蔗糖と同じ程度の甘味であり、結晶フル
クトースはおよそ50%甘味が強く、同一甘味のために
低レベルで使用され得る。
HFC8は乾燥あるいは液体型での種々の伝統的な食品
、第1に楽用および必要とされる甘味の単位に対して低
カロリーにおさえた食品において、直接的に経費の面で
液体砂糖と競っている。
結晶フルクトースはダイエツトキャンデーおよびアイス
クリームに用いられ、飲料において好都合に補足されあ
るいはグルコース、蔗糖あるいはHFC8に置き換えら
れ得る。
結晶性フルクトースの商業規模における製造面では種々
の重要な問題に直面して来た。
これらの問題の最大の一つは製造経費の点である。
現在の発明に匹敵する唯一の商業的に実行可能な生産方
法は、先ずグルコース(グルコースイソメラーゼを用い
るあるいはアルカリ異性化を行うことにより)あるいは
蔗糖(転化糖を経由して)から、グルコース−フラクト
ース混合シロップを生産する、次に2種の糖を物理的に
分離する(イオン交換あるいは選択的カルシウム塩沈澱
による)そして、最終的に、水溶液中から結晶状(種を
植えるかメタノール沈澱により)1 フルクトースを回
収するという工程に基ずいている。
2種の糖の物理的分離処理が必要とされる。
その理由はもし実質上すべてのイオン性物質、残余のグ
ルコースおよび他の夾雑物を除かない場合、結晶フルク
トースを水溶液から回収すること15が最も困難であり
、しばしば不可能となるからである。
その様な処理を行うには費用がかさみ、それ故フルクト
ースに対する市場価格が高いものになり一食用として角
砂糖に太刀打ち出来ない値段になる。
文献によればフルクトースはグルコーソンから低濃度で
あるが作られ得る。
1889年という初期の文献にフルクトースはD−グル
コーソンを酢酸水溶液中亜鉛末で還元することにより生
成された。
にの還元は種々の生体物質中のD−グルコーソンの検出
用分析試験として行われて来ている。
8戸〇、12. D−グルコーソンのD−フラクトー
スへの還元はナトリウムボロハイドライドでも達成サレ
ル。
D−グルコーソンのフラクトースへの転換は−CH0−
+CH20Hを行う還元酵素が既知となって以来、実行
可能な酵素反応となった。
又グルコーソンがグルコースから低濃度作られ得るとい
う文献によれば、グルコースを酸化する。
種々の方法即ちH2O24あるいは酢酸銅5で行うもの
が報告されでいる。
これらの反応それぞれにおいて変換収量が低く(30%
以下)、多くの副生成物が出来ている。
グルコースをD−グルコーソンへ変換するのは、先ずグ
ルコースの誘導体を製造しく例えばフェニルヒドラジン
と反応させ、ゲルコサシン6を作るか或はパラトルイジ
ンと反応させる7)、それからその誘導体を化学的に処
理して、D−グルコーソンを製造するやり方で行って来
た。
これらの反応では収率が50%以上にならなかったし、
又試薬が回収不可能なため、市販の目的には高価につき
過ぎる。
加つるに、芳香族化合物を含む試薬を使用することは、
食品としての品質の糖を得るために種々の問題を提出す
ることなり得る。
グルコースのD−グルコーソンへの変換は又酵素反応も
知られている。
1932年、グルコースをD−グルコーソンへ酸化する
のに軟体動物の一種、サクシドームスギガンテラス(S
axidomusgiganteous ) 8という
結晶状物を用いた記載がある。
1937年に、D−グルコーソンの製造が、グルコース
、澱粉、マルトースあるいは蔗糖を2種のかび即ちアス
ペルギルスパラジテイクス(Aspergillus
parasiticus)およびアスペルギルスフラブ
ス・オリーサエ(Aspergi I−Ius fla
uus −oryzae)の原形質離解物で酸化するこ
とにより行われると報告された。
1956年には、グルコースのグルコーソンへの酵素に
よる酸化が紅藻類の一種イリドフイクスフラシドウム(
Ir1dophycus flaccidum)10に
より行われるという報告があった。
グルコースをD−グルコーソンに酸化する炭水化物酸化
酵素が担子菌類ポリポルスオブソスス(Polypor
us obtusus)の菌糸体から単離された。
収率については言及されていない。
終りに、1978年に、グルコース−2一酸化酵素活性
が担子菌類、オウデマンシエラムシダ(Qudeman
siella mucida )において、他の木材腐
敗病菌類12と同様に検出された。
最上の収率が50%より高くなかった。
これらの場合すべてにおいてD−グルコーソンの生成に
は過酸化水素の発生を伴うと信じられている。
本発明の目的の一つはグルコースから実質的に純粋なフ
ルクトースを製造するための改良法を得ることである。
本発明のもう一つの目的はフルクトースあるいはフルク
トースを多量に含むシロップから残余のグルコースを物
理的に分離するのに費用がか\る必要のない様なフルク
トース製造工程を得ることである。
本発明のさらに別の目的は純粋なフルクトースをグルコ
ースから作るのに経済的ならびに商業的に実行可能な方
法で行う工程を得ることである。
本発明の他の目的は次の説明および実施例から、そして
以下の付記した図式を参考にして明らかになるであろう
下記の図式は本発明の方法の適当な実施例の図式である
下記式はD−グルコースの分子構造式を表している。
下記式ばD グルコーソンの分子構造式を表し でいる。
下記式はD−フルクトースの分子構造式を表しでいる。
D−グルコーソンの分子構造式に関して、他の幾つかの
分子構造式が水溶液中で存在することが推定されること
が、この分野の専門家に認められるであろう。
これらの多くは遠吠構造式である。′)3こSに用いら
れている「グルコース」 「D−グルコース」および「
デキストローズ」という用語はこのモノサンカライドの
溶液中あるいは乾燥状態のいずれの形態をも包含し、交
代に用いられる。
式Iはグルコースを表わしている。
こSに用いられている「D−グルコーソン」および「D
−アラビノ−2−ヘキソースウロース」の用語は交代に
用いられる。
弐用はD−グルコーソンを表わしている。
こしに用いられている「フルクトースJ、rDフルクト
ース」および「レブロース」の用語はグルコースより甘
いグルコースの異性体に対して云うために交代に用いら
れる。
「結晶フルクトース」の語は無水状態におけるこのモノ
サッカライドを包含する意味の応用で用いられる。
式■はフルクトースを表わしている。
本発明によれば、一般的に云って、水溶液中におけるグ
ルコースは炭水化物オキシターゼあるいはグルコース−
2−オキシターゼの如き適当な酵素で、酵素的にD−グ
ルコーソンへ変換される。
この変換は自発的に、急速にそして実質的に完全に進行
させられる。
D−グルコーソンは予め単離しておかずに、適当な化学
的水素化によってフルクトースへ変換させる。
この変換も又、急速にそして本質的に完全に進行させら
れる。
得られたフルクトースはグルコースおよび他の糖類すべ
てを実質的に含まない状態で、水溶液あるいは固体かい
ずれかの形で回収される。
上記に言及され、参照された、グルコースからD−グル
コーソンへおよびD−グルコーソンカラフルクトースへ
の低収率の変換は科学文献で既知であるが、グルコース
からフルクトースを製造するこれらの2種の反応を結合
させる概念は現在まで他の文献に見られていない。
加うるに、経済的、商業的に有用な工程で、グルコース
から結晶フルクトースを製造するためこれらの2種の反
応を用いるのに成功したことは、我々の発明に先立って
報告されていない。
グルコースからD−グルコーソンへの!換もD−グルコ
ーソンからフルクトースへの変換のどちらの報告にも、
グルコースから結晶フルクトースを製造する概念は考察
されていなかった。
D−グルコーソンは化学的標品として必要とされたので
化学的に合成された。
D−グルコーソンは生物系で、無意識的に(例えば研究
中に生化学経路における未知成分として→かあるいは意
識的に(例えば血液中グルコースの生化学的酸化の研究
の一部として)発見された。
D−グルコーソンはD−グルコーソンの検出のためのは
ん点試験として、フルクトース会還元された。
モジ、クルコースのD−グルコーソンへノ変換およびD
−グルコースのフルクトースへの変換の両者が高収率で
行われなければ、この方法での結晶フルクトースの工業
的製造は、残余のグルコースをとり除く高価な物理的分
離処置が必要とされるから、差し止められていただろう
本発明によれば、炭水化物オキシダーゼあるいはグルコ
ース−2−オキシダーゼの如き純粋なオキシドレダクタ
−−t44を用いて、グルコースはD−グルコーソンへ
容易にそして完全に変換される。
本発明において得られた収率はこの酵素に対して文献に
報告された収率を超えている。
D−グルコーソンへの変換率が高いことにより、残余の
未変換グルコースを物理的に分離する必要がない。
或種のオキシドレダクターゼはグルコースの2番目の炭
素にある水酸基を酸化することに関して、即ち水酸基を
ケト基に酸化することを促進する、例えば式Iの構造を
弐Hの構造へ変換する如き触媒活性を有する。
こ利こ記した実施例における特別なオキシドレダクター
ゼ酵素は「グルコース−2−オキシダーゼ」、「ピラノ
ース−2−オキシダーゼ」および「炭水化物オキシダー
ゼ」の如き多種を意味するが、本発明はその様に示され
た酵素に限定される訳ではない。
グルコース−2−オキシダーゼは基質のグルコースに対
して高度な特異性を有しているが、一方炭水化物オキシ
ダーゼは適当な基質としてグルコースが挙げられるが、
より広い基質特異性を有している。
グルコースの第2の炭素にある水酸基をケト基に変換し
得て、グルコース分子の他の基に実質的に影響を及ぼさ
ないような酵素はいずれも我々の発明の範晒である。
その様な酵素はグルコース−2−オキシダーゼ活性を有
する酵素の1種として明記され得る。
適当な炭水化物オキシダーゼ酵素は微生物ポリポールス
オブンスス(PoJyporus Qbtusus )
に由来するものである。
グルコース−2−オキシダーゼの原料は他の数種の微生
物、上記の軟体動物および紅藻類を含む。
これら酵素およびその原料は単に示されているだけで、
本発明の範噴における適当な酵素およびその原料をすべ
て包含していることを意味しない。
議論を容易にするために、本発明の種々の様相は特徴的
にしかし絶対的でなく、ポリポルスオブソスス(Pol
yporus 0btusus)の適当な炭水化物オキ
シダーゼおよびアスペルギルスオリザエのグルコース−
2−オキシダーゼを用いることに関連して述べられるで
あろう。
微生物は常法により、常温で振とう、深部培養を行う。
酵素は振とう、深部培養条件下培養した微生物の菌糸体
から製造される。
本酵素はそのま\の酵素でも用いられ得るが、むしろ固
定化して用いられる。
酵素の固定化工程はこの分野の専門家によく知られたも
ので、処理あるいは未処理有機および無機担体の広範囲
の表面の一部と酵素溶液を反応させることよりなる。
担体の中にはボリアクリルア□ド、エチレンマレイン酸
共重合体、メタアラル塩基性重合体、ポリペプチド、ス
チレン−塩基重合体、ポリペプチド、スチレン−塩基重
合体、ポリペプチド、スチレン−塩基重合体、アガロー
ス、セルロース、デキストラン、シリカ、多孔性のガラ
ス玉、活性炭あるいはカーボンブランク、木材およびお
がくず、水酸燐灰石および水酸化アルミニウムあるいは
水酸化チタンが含まれる。
この形態の酵素は安定性を増加し、耐久性および有用性
および再生能力を拡大する。
固定化酵素を用いて行う反応はカラム中を通すことある
いは反応タンクあるいは他の適当な反応器中で行われ得
る。
炭水化物オキシダーゼあるいはグルコース−2−オキシ
ダーゼ酵素に加えて、酸素原料が必要とされる。
又、過酸化水素の除去あるいは利用法が、グルコースの
D−グルコーソンへの変換反応を最も効果的に行うため
に必要である。
このことは過酸化水素が酵素分子のある決定的部位を酸
化してその機能を損傷するからである。
過酸化水素を除去する処理は(1)酵素カタラーゼによ
る分解(2)既知の化学的手法による分解、そして(3
)オキシドレダククーゼ酵素のための固定化担体と同じ
酸化マンガンあるいはカーボンブラック16,170如
き分解用鋳型を用いて分解する。
別の適当な方法は生成した過酸化水素を分解するよりむ
しろ、貴重な副産物を作るために消費されてもよい。
上記図式に示される通り、D−グルコーソンの製造とプ
ロピレンハロヒドリンあるいはプロピレンオキシドの製
造とを組合せることは好適実施例である。
グルコースからD−グルコーソンへの酵素による変換は
水溶液中、はぼ中性のpHで行われるのが望ましいが、
適当な緩衝液を用いて、pH領域約3から約8以内で行
われ得る。
この変換は室温で行われるのが適当であるが、約15℃
から約65℃の温度範囲で行われ得る。
気圧条件は大気圧が適当であるが大気圧以下あるいは以
上に変動することも出来る。
化学的あるいは酵素的手段でグルコースを製造するどん
な炭水化物物質でも、D−グルコーソンへの変換および
フルクトース合成のためのグルコースの適当な原料であ
る。
これらの物質は以下のものを含むが、これらのみに限定
されない:セルロース、澱粉、蔗糖、とうもろこしシロ
ップ、HFC8およびグルコースおよびフルクトースを
種々の量比で含有する他のシロップ○ 実質的にすべてのグルコースをD−グルコーソンへ変換
した後、D−グルコーソンは分子状水素と適当な触媒を
用いて、容易にそして本質的に完全にフルクトースへ変
換される。
この工程の第2段階に対する適当な触媒はよく知られた
水素添加触媒のどれでもよい。
これらの触媒には水素化活性を有する1種以上の金属あ
るいは金属化合物が含まれる。
触媒は単独あるいは促進剤と混合で用いられる。
適当な触媒は周期表の■元素群から選択される。
これらの元素はしばしば貴金属と呼ばれるが、ニッケル
、プラチナ、パラジウム、ロジウム等を含む。
最も適当な触媒はパラジウムとニッケルである。
その他の満足すべき触媒は周期表のIBおよびJIHの
金属元素群で、銅および亜鉛が含まれる。
遷移金属もこの工程に対する満足すべき触媒である。
これらにクロム、タングステン、およびマンガンが含ま
れる。
この触媒は固形の不活性担体粒子上に支持された触媒金
属あるいは金属化合物の形態にある。
これらの担体つき触媒は、水素ガスおよび有機試料が触
媒の不溶型上接触する様な不均質水素化反応に有用であ
る。
適当な担体にシリカ、酸化アルミニウム、酸化ジルコニ
ウム、硅藻土、カーボン、およびそれらの混合物が含ま
れる。
至適触媒はパラジウム黒である。
この触媒も例えばラネーニッケルの様に反応帯域でスラ
リーを作る小さい不溶性粒子の形態になっている。
不均質触媒は一般に金属塩例えばオキシド、炭酸塩ある
いは水酸化物を固形担体上に析出させることによって製
造される。
これらの物質は触媒の活性型にその場で変換される。
換言すれば、この工程における中間体は化学的還元方法
を用いて最終産物まで還元される。
この均質な還元のための至適物質はナトリウムボロハイ
ドライドで、このものは化学量論量存在しなくてはなら
ない。
この水素添加は室温と常圧で行われるが更に高温高圧あ
るいは低温低圧でも行われ得る。
本発明の糖の分析のために用いられた分析法は以下に示
される: 1゜薄層クロマトグラフィー(TLC)。
アビセル被覆ガラス板で、イソプロパツール:ピリジン
:酢酸:水の容量比8:8:2:4の溶媒系で展開する
グルコースおよびフルクトースはRf O,5〜0.6
;D−グルコーソンはRf O,4〜0.5の条痕を示
す。
(Rf−物質の原点からの移動距離/溶媒の原点から先
端までの距離)プレートにトリフェニルテトラゾリウム
クロライド(2%T T CO,5N水酸化ナトリウム
溶液)を噴霧すると、D−グルコーソンおよびフルクト
ース両者とも即時赤色スポットを生ずる。
グルコースは100℃10分間加熱する時のみ赤色スポ
ットを生ずる。
プレートにジフェニルアミン/アニリン/燐酸/酢酸エ
チル試薬(0,15θ70.8ml/ 11mA/10
0111)を噴霧すると、グルコースは褐色スポットを
生ずる:D−グルコーソンは紫色の条痕を生ずる;およ
びフルクトースは95℃10分間加熱する時黄色スポッ
トを生ずる。
2、高性能液体クロマトグラフイボ(HPLC)A、
<ニーボンダパック(μmBondapak )−炭
水化物カラム〔ウォータースアソシエイツ(Water
s As5ociates )社から購入した〕を0.
001Mリン酸カリウム緩衝液(pH7)を含む15φ
アセトニトリル水溶液を用い2ml/分の流速で展開す
る。
グルコースは、Bt 11.5、D−グルコーソンはR
,t14.0.フルクトースはR,t 9.5 (Rt
−保持時間)を有している。
分析はウォータースアソシエイツ(WatersAss
ociates )屈折率検出器およびシエソフエル(
5choeffe1)波長可変紫外線検出器(192n
m)の両者を用いて、スペクトル物理エスピー8000
機器(5pectra Phys−ics S P
8000 instrument)で実験される。
3、質量分析法(MS)。
次の様な誘導体作製工程が揮発性化学成分を作るために
使われる:(a) 凍結乾燥した試料的1007”P
へN、N−ジフェニルヒドラジン(H2NNm、 1
10//21よび75%エタノール水1mlを加える。
反応混合物を攪拌し、室温1夜放置する。
(b) この反応混合物へ水3mlを加え、生ずる沈
澱を遠心分離および傾瀉により上澄から分離する。
この沈澱ヘビリジン−無水酢酸1:1混合液1 mlを
加える。
この反応混合物を35゜〜40℃の水浴中に15分間放
置し、時々振とうする。
(c)反応を停止するために水2mlを加え、それから
混合物をエチルエーテル3mlずつで2回抽出する。
このエーテル液を少量の無水硫酸ナトリウムで乾燥し、
それからエーテルを穏やかに加熱しく〜40 ’G )
、窒素を吹きつけて飛ばす。
(d) 得られた固形物あるいはシロップを質量分析
のために準備する。
予想反応ニ ゲルコースは556マス(C28H32N2010 )
に分子イオン、168マス(Nφ2 イオンフラグメン
ト)にベースイオンを生ずる;フルクトースは390マ
ス(Cl6H220+1 )に分子イオンを生ずる:D
−グルコーソンは512マス(C26H2B N20g
)に分子イオンそして223マス(QC−CH=N−
Nφ2イオンフラグメントノに強い、特徴的なフラグメ
ントイオンを生ずる。
分析はフインニガン(Fin−nigar+)ガスクロ
マトグラフィー/質量分析/濃度計(GC/MS/DS
)型式4023機器で、70eVで電子衝撃イオン化、
そして試料温度220°で実験を行う。
4、試験管比色分析。
D−グルコース過剰量の存在下D−グルコーソンの分析
は2種の比色法で容易に定量される。
トリフェニルテトラゾリウムクロライド(TTC)を用
いて、2種の糖の還元速度の差に基ずく検出法がある。
20m1の試験管内に、試料0.5蔵、1%TTC水溶
液0.1蔵、および6 N NaOH0,4mlを加え
る。
正確に5分後、酢酸:エタノール(1:9)15rfL
lを加え、試験管内容物を攪拌する。
空試験として水を使用し、パリアン(Varian )
635紫外/可視(Uv/vIS)スペクトロメーター
を用い、480nmで吸光度を測定する。
グルコースがTTCを還元して赤色々素−トリフェニル
ホルマザンにするのはD−l’ルコーソンの等量より約
100倍も遅い速度である。
ジフェニルアミン/アニリン/リン酸試薬ヲ用いて行う
検出法は糖の構造の違いにより異なる呈色をすることに
基いている。
20rfLlの試験管に試料0.2 mlおよび次の試
薬混合物5mA加える;ジフェニルアミン
0.159アニリン O,S
O縦イソプロパツール 100 ml燐
酸 11m1 試験管を37°の水浴中に60分間入れておく。
グルコースでは黄色溶液となる:D−グルコーソンでは
紫色溶液となる。
本発明の種々の分析的観点で用いられる純品の糖の出所
は以下の通りである: 1、 D−グルコースはアプライド・サイエンス・ラ
ボラトリーズ(Appl ied 5cience L
ab。
ratories)から購入した99%純品。
2、 D−フルクトースはアプライド・サイエンス・
ラボラトリーズから購入した99%以上純品。
3、 D−グルコーソンは次の方法により化学的に合
成されたニゲルコース20gを氷酢酸27 rnlを含
む蒸留水1tと混合する。
フェニルヒドラジン41?を加える。
反応を攪拌器により激しく攪拌しながら80℃で3時間
続け、その後室温まで一夜冷却する。
固形物を1過し、10%酢酸水で、次いでエチルエーテ
ルで洗滌する。
固形物を真空乾燥器中50℃で充分に乾燥する。
実験収量はゲルコサシン16.1gである。
このゲルコサシンを3tの二頭フラスコに入れ、エタノ
−に450m1、蒸留水750m1および氷酢酸9Mを
加える。
新製ベンツアルデヒド27.8gを加え、攪拌器により
激しく攪拌しながら還流にまで導く。
この反応を5時間還流させ続ける。
コンデンサーを逆にして、蒸留水(添加漏斗を経由して
)750rIllをフラスコに加えながら、450m蒸
留する。
本反応を一夜冷却して、ベンツアルデヒドフェニルヒド
ラゾンヲ沈澱させる。
この溶液を1過し、残渣を洗液が澄明になる迄、蒸留水
(約1t)で洗滌する。
P液と洗液を500 mlまで濃縮し、エチルエーテル
300 Ir1lずつで10回抽出する。
水溶液中にある残りのエチルエーテルを取り除くために
、ロータリーエバポレーターに移して30分留去する。
この水溶液は厳密にアセトンで洗滌したアンバーライト
(Amberl ite ) XAD−2を含む4×1
00cIILのカラムに通過させる。
このカラムは残りのグルコーソンを除くために、更に2
00 mlの水で洗滌する。
水溶液を集めて凍結乾燥する。
グルコーソンの実験収量は3.49(全体の収量16%
)。
次の実施例は本発明の種々の特徴を説明するが、しかし
付加した特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲
に限ることを意味するのでは全くない。
もし他に指示がない場合、温度はすべて室温(約25℃
)であり、圧力はすべて常圧(約1気圧)である。
参考例 I 固定化炭水化物オキシダーゼを用いて、グルコースのD
−グルコーソンへの実質的に完全な変換がこの実施例で
示されている。
グルコース(29)を100rIllのパイレックス(
Pyrex)フラスコ中の蒸留水20TLlへ加え、こ
の糖溶液を攪拌する。
酸素ガスをフラスコ中へ吹き込み、カタラーゼ〔シグマ
化学(Sigma Che−mical Co、、)、
C40,牛の肝臓より製造〕3myを加える。
培養液200wLlから以下の様に製造されたアガロー
ス固定化炭水化物オキシダーゼも又このフラスコ中に加
える。
この酵素を製造するために、ポリポルスオブツスス(P
olyporus obtusus)ATCC#267
33の菌糸体を以下の様に酵母/麦芽エキス寒天斜面培
地上に発育させる:酵母エキス(39)、麦芽エキス(
3g)、寒天C209)、ペプトン(59)およびグル
コース(10g)を蒸留水(1t)中へ加え、そしてp
Hを6.7に調整する。
培地を121℃15分間で滅菌する。
pHをそれから6.4に調整する。
この寒天刷面培地に菌を接種し7日間25℃で生育させ
る。
この刷面で生育した菌を次に、上記の様に(しかし寒天
を加えずに)調整した酵母/麦芽エキス培地(125r
ILlのエルレンマイヤーフラス−](Erlenme
yer flask)中培地20mりに接種する。
この菌は回転振とう器で25℃9日間生育させる。
この培地をブフナ−(Buchner )漏斗で#54
1ワットマン(Wa tman ) P紙を通して吸引
1過する。
1紙上に保持された菌糸体にこの酵素が含まれる。
培地400 rnlから得られた菌糸体をp H7,0
の0.05M燐酸カリ緩衝液70m1を含むワーリング
ブレンダー(Waring blender)に入れ、
3分間ホモジナイズする。
混合物を600Orpmで20分間遠沈し、上澄液を固
形物から細筒法で分離スる。
500mAのエルレンマイヤーフラスコに入れた上澄液
にポリエチレングリコール(分子量4000)195’
を加えて、溶液を30分間攪拌する。
それから懸濁液を700Orpmで20分間遠心分離す
る。
上澄液を傾斜分離し棄てる。0.2M塩化ナトリウム1
5rIllと0.05M燐酸カリウム緩衝液(pH7,
0)15dをこの沈澱物に加え、攪拌する。
溶液を30分放置するとその間に沈澱が生成する。
この混合物を1400Orpmで20分間遠心分離する
細胞不含の純品の酵素を含む不透明な白色上澄液が傾斜
法で分離される。
この酵素のアガロースへの固定化は以下の様に行われる
:細胞不含の純品の酵素を蒸留水500縦に対して一晩
透析させる。
それからp H8,0で0.1M炭酸水素ナトリウム5
r/llを加える。
この溶液に活性化CH−セファロース(5epharo
se )4B(洗滌し、1mMHCt 500 劇を用
いて半融グラスフィルター上、再膨潤させておく)を加
える。
エンドオーバーエンドミキサー(end −overe
nd m1xer )を用いて、ゲル懸濁液を25°C
で1時間攪拌する。
それからケル懸濁液を先ず0、1 M炭酸水素ナトリウ
ム(pH8,0) 40rILlで洗滌し、次に0.5
M塩化ナトリウムを含む0.05Mトリス(Tris)
緩衝液(pH8,0) 40rnlで、次に0.5 M
塩化ナトリウムを含む0.5M蟻酸ナトリウム緩衝液(
pH4,0)で洗滌する。
反応混合物のサンプルは何か変化がある度に引出され、
グルコースとD−グルコーソンの分析がなされた。
HPLCを用いて、R,tll、5分(グルコース)と
R,t14.0分(D−グルコーソンノにおけるピーク
面積を定量し、存在する糖の程度を計算する。
次の様な結果が得られた;反応の全経過を追って、グル
コースのD−グルコーソンへの実質的変換はR,fO,
58(グルコース)のスポットが消えて、P、fo、4
3−0.49(D−グルコーソン)のすしの出現によっ
ても又示され、TTCの試験管比色分析を用いて、反応
の経過と共に480nmの吸収の増加により示される。
生成物が確実にD−グルコーソンであるということは前
述の通り質量分析により追跡したフラグメンテーション
によって確められる。
512マス(分子イオン)と223マス(QC−CH=
N−Nφ2イオンフジグメント)における特徴的なり一
グルコーソンのマスイオンがこの生成物に対し得られる
実施例 I 次の実施例は種々の触媒を用いてD−グルコーソンから
フルクトースへの化学的変換を説明する:D−グルコー
ソン(201n9)をミクロ水素添加装置(スペルコ社
製(Supelco、 Inc、) )に蒸留水2蔵を
入れた中へ加える。
それから触媒(501n9 )を加え、装置に水素ガス
を満たしもし常圧ならば連続的に吹き込み、もし常圧よ
りも高いならば、1回分ずつ吸収させる。
5時間後、残余のD−グルコーソンおよび生成したフル
クトースを分析する。
HPLCを用いてRt14.0分(D−グルコーソン)
およびR,t9.5分(フルクトース)におけるピーク
面積を定量し、存在する糖量を計算する。
次のような結果が得られる: ラネー二゛ノケルはパルツバウェル社(Pfa−1tz
and Bauer、 Inc、)から入手し、他の
触媒はエンジェルバードインダストリーズ(Engel
hard Industries )より入手した。
b この触媒は生成したフルクトースも還元するという
望ましくない効果を示した。
D−グルコーソンのフルクトースへの変換は又Rf O
,43−0,49(D−グルコーソン)のすしの消失と
R,fO,52のスポットの出現によって示される。
この生成物が実際にフルクトースであることは前述の如
く質量分析により追跡したフラグメンテーションにより
確められる。
390マス(分子イオン)に特徴的なフルクトースのマ
スイオンが本生成物から得られている。
実施例 ■ 水素添加条件を変化させてもD−グルコーソンのフルク
トースへ本質的に完全に変換されることが本実施例で示
される。
反応A: D−グルコーソン(1g)をミクロ水素添加装置に入れ
た蒸留水200縦の中に加える。
5φパラジウム(pd )カーボン(1g)を加え、水
素ガスを常圧常温で容器内へ連続的に吹き込む。
24411豪時間後更に5饅パラジウム・カーボン(5
00mLi)を追加する。
反応は30時間で終結する。反応B: D−グルコーソン(1g)を水136Mに溶解し、5%
pdカーボン0.1gをこの容器に加える。
溶液を能率のよい磁気攪拌器を備えた耐圧容器に入れる
この装置の空気を常法で除いた後、水素で500 ps
igまで加圧する。
内容物を激しく攪拌しながら容器を130℃まで加熱す
る。
計算量の水素は75分間で消費される。
触媒を除去し、水を真空留去後、シロップ状残渣が残る
生成物はフルクトースと同定される。
つけ加えると、プロトン核磁気共鳴(NMR)スペクト
ルにより、更に還元された生成物のマンニトールおよび
ソルビトールの存在しないことが確認される。
反応C: D−グルコーソン(2g)を88%稀エタノールi 4
0 miに溶解し、反応Bにおけると同様に反応させる
H2の理論量は16時間で消費される。各反応条件なら
びに得られた結果は次表にまとめられる: D−グルコーソンの水素化によりフルクトースの変換は
温度、圧力、溶媒、反応時間および基質に対する触媒の
重量比における変化を含む多くの異なる工程成績表の条
件下で行われ得ることが見出された。
パラジウム触媒はフルクトースをそれ以上還元しない。
実施例 ■ 次は固定化した炭水化物オキシダーゼを作用させ、次い
で化学的還元を行うことによ、リグルコースをフルクト
ースに本質的に完全に変換させる実施例を示す。
グルコース(19)を250m1のパイレックスフラス
コ中蒸留水50mAを入れた中へ加え、糖溶液を攪拌す
る。
参考例Iと同様に細胞不含の純品の酵素50m1から製
造したアガロースに固定化した炭水化物オキシダーゼを
カタラーゼ(参考例Iと同様>1mtiと共に、フラス
コ中に加える。
18時間後水浴液を固形物から傾斜法で移す。
この溶液の分析結果はグルコースの99%以上がD−グ
ルコーソンに変換されていることを示す。
この水溶液を1001nlのパイレックスフラスコに入
れ攪拌する。
5%パラジウム−炭素触媒1gを加え、水素ガスの吹き
込みを開始する。
24時間後、水溶液をワットマン#IP紙およびセライ
トを1過助剤として用いて1過し、固形物を分離する。
分析結果はこの溶液が95%以上のフルクトースより成
ることを示す。
実施例 ■ この実施例はグルコースから結晶フルクトースの製造を
示す。
グルコースのD−グルコーソンへのm末的変換およびD
−グルコーソンのフルクトースへの化学的還元により実
施例■の水溶液を生成する。
このt過水溶液を45℃で真空蒸留乾固する。
白色固形物が得られ、このものは急速にゴム状残渣に変
化する。
この残渣を熱エタノール10r111に溶解し、溶液を
室温まで冷却し、5日間放置する。
結晶フルクトースと同一の物理的特性(即ち、外観、融
点および施光度)を有する白色、結晶性物質が得られた
:このものは結晶フルクトースである。
参考例 ■ 本実施例はグルコース−2−オキシダーゼを用いて、グ
ルコースをD−グルコーソンへ本質的に完全な酵素的変
換を行うことを示す。
参考例I(固定化加俸としてアガロースを用う)の反応
と条件を、炭水化物オキシダーゼに代ってグルコース−
2−オキシダーゼを用いて繰返す。
反応量#J5時間後、99係以上のグルコースがD−グ
ルコーソンへ変換された。
グルコース−2−オキシダーゼ酵素を作るために、アス
ペルギルスオリザエATTC:#7252の菌体系培養
を以下の如き牛、酵母エキス/トリプトン培地で行う:
牛エキス(5g)、酵母エキス(5g)、トリプトン(
3g)、デキストローズ(1g)およびディフコ(Di
fco )澱粉(24g)を蒸留水(1t)中に加え、
pHを7.3に調整する。
培地を121℃で35分滅菌する。常法で得られた胞子
を用いで、培地に約3X10’胞子/ mlの量接種し
、回転振とう機(180rpm)で30℃2日間生育さ
せる。
この培養物を#541ワットマンP紙でブフナーf斗を
用いて吸引1過し、水で数回洗滌する。
1紙に残った菌糸体にこの酵素が含まれる。
本酵素の精製および固定化は実施例Iの処理を用いて進
め得る。
それから実施例Hの処理を用いてD−グルコーソンをフ
ルクトースへ化学的に変換させ得る。
実施例 ■ 参考例IにおいてD−グルコーソン生成と関連して炭水
化物オキシダーゼとグルコースの反応によって生成する
遊離の過酸化水素のレベルをカタラーゼにより過酸化水
素を分解して最低にさせた。
遊離の過酸化水素のレベルを最低にする他の方法は適当
な(有益な)副産物を生産する過酸化水素利用反応にこ
の生成法を結びつけることである。
本実施例において、過酸化水素の生成をプロピレン−ブ
ロモヒドリン(著者のアメリカ特許出願第39337号
および第42219号に詳述された理論によりプロピレ
ンオキシド合成の中間体である)の製造と結びつける。
グルコースとポリポルスオブツススATCC−#267
33の固定化シた炭水化物オキシダーゼと処理して、D
−グルコーソンと過酸化水素を生成する反応はブロマイ
ドとプロピレンの存在下コラリーナ種(Corali
−na sp、 )から得た固定化した海藻パーオキシ
ダーゼの反応と結合させることにより、プロピレンブロ
モヒドリンを生成する。
それからこの結合反応の最終結果はフルクトースの製造
のためのグルコーソンと特許出願第39337号および
第42219号に記した通り容易にプロピレンオキシド
に変化しやすいプロピレンブロモヒドリンの共同生産で
ある。
過酸化水素の生成と連合してグルコースの炭素2の水酸
基を酸化しうるどんな酵素でも、著者の先行の参考文献
である出願中の特許の教えに従って、アルケン−ハロヒ
ドリン製造のために用いられる複合物とノ\ロゲン化用
過酸化酵素とを結合することが出来る。
細胞不含の精製海藻パーオキシダーゼ酵素は以下の様に
製造される。
カリホルニアのラジョラ(La jolla)海岸沿
いで得られたカロリナ種(Coralina sp、
)をビルテイス(Virtis )45ホモゲナイザー
に入れ蒸留水中5分間摩砕する。
均質化物を20.00Orpm20分間遠心機にかける
上澄を傾刹法で移し保存する。
残渣の塊を蒸留水で再懸濁し再度遠沈する。
この上澄と前の上澄を合する。この溶液を硫酸アンモニ
ウムを加えて、先ず33%、次に55%飽和にする。
遠沈および塊の分離の操作を各段階で行う。
この33φ〜55%の塊のフラクションをDEAEカラ
ムにかけ、0.3Mから1Mリン酸緩衝液(pf(6,
0)を用いてこう配溶出を行う。
1M濃度で溶出したフラクションを20mM’)ン酸緩
衝液(pH6)に対して一夜透析を行う。
固定化された海藻パーオキシダーゼを以下の様に製造す
る。
ガラスピーズ(シグマケミカルカンパニー(S igm
a Chemical Company )より入手、
PG−700−200)を脱イオン水18r/ll中ガ
ラスピーズ19を懸濁することにより活性化させる。
i o % (容量/容量)α−アミノプロピルトリエ
トキシシラン2就加え、混合物のpHを6NHC,ff
で3〜5に調整する。
混合物を75℃2時間振とうする。
ガラスピーズを80℃一夜真空乾燥する。
上記の通り製造した精製カロリナ種(Coralina
sp、 )酵素3.21nlおよび水溶性カルボジイ
ミド50ηをガラスピーズに加える。
pHを4.5に調整し、混合物を4℃−夜振とうする。
この生成物(酵素被覆ビーズ)を水洗する。このものの
活性は2モノクロロジノトン単位/ビーズの重量gとし
て測定される。
アガロースに固定化した炭水化物オキシダーゼは参考例
■と同様、細胞不含精製酵素10r111から製造され
る。
次の様な成分を含む反応混合物を100mAパイレック
スフラスコ中に整える: a)海藻パーオキシダーゼ被覆ガラスピーズ、凪b)上
記の如く製造した固定化炭水化物オキシダーゼ、 C)臭化カリ800■および d、)0.01Mリン酸カリウム緩衝液(pH7,0)
20rrLl。
このフラスコにプロピレンと酸素の両者を連続的に吹き
込む。
この反応を1.9mのグルコースで開始する。
20時間後反応液から試料を採取し、残渣のグルコース
、D−グルコーソン、およびプロピレンブロモヒドリン
に対して分析を行う。
製造したプロピレンブロモヒドリンは以下の様に分析さ
れる: 反応混合物5μlをヘラレット・パンカード(Hewl
ett −Packard )型式402ガスクロマト
グラフに6−フィート×1/8インチのガラスカラムに
ボラパンク(Porapak ) R(80/100メ
ツシユ)をつめたものへ注入する。
流速はヘリウムガスに対し30TLl/分に調整し、カ
ラム温度200℃にする。
プロピレンブロモヒドリンの保持時間は1−ブ狛モー2
−プロパツールは9分、2−ブロモ−1−プロパツール
は10分である。
生成物の同定はプロピレンブロモヒドリンの標品と比較
することにより確認する:1−ブロモー2−プロパツー
ルはプラノン・エンド・バラエル社(Pfaltz
and□ Bauer 、 Inc、 )から購入され
たもの。
2−ブロモ−1−プロパツールは1−ブロモプロピオニ
ルクロライドの水素化リチウムアルミニウム還元により
合成される。
反応生成物と標品は同一保持時間と同一質量分析結果を
示す:臭素は等しい強度のMおよびM+2同位元素群の
存在により同定される:異性体の両者に対する分子イオ
ンはイソブタン試薬のガスで化学的にイオン化させるこ
とにより確められる(M+;m/e 138+140
): 1−ブロモ−2−プロパツールに対する主なフラ
グメンテーションはCH2Brが失われたと予測される
フラグメントで、一方2−ブロモ−1−プロパツールで
は主なフラグメンテーションはCH3CHB rの欠損
と予測されるものである。
試料の分析結果により、グルコースからD−グルコーソ
ンへの変換は99%以上であり、プロピレンブロモヒド
リン製造は20.!?m/4であると見積られる。
実施例 ■ この実施例は、実施例■で示された概念を更に詳しく説
明することに役立つものである。
この場合は固定化グルコース−2−オキシダーゼを固定
化炭水化物オキシダーゼにおき替えている。
固定化海藻パーオキシダーゼ酵素は実施例■と同様に製
造される。
固定化グルコース−2−オキシダーゼは参考例■におけ
ると同様製造される。
反応混合物は実施例Vと同様に、固定化炭水化物オキシ
ダーゼの代りに固定化グルコース−2−オキシダーゼに
おき替えてつくられる。
20時間後、反応物から試料を採取して残余のグルコー
ス、D−グルコーソン、およびプロピレンブロモヒドリ
ンに対する分析を行う。
この結果はグルコースのD−グルコーソンへの変換は9
9饅以上、プロピレンブロモヒドリン製造は19.5E
l m / tであることが示された。
実施例 ■ 本実施例はカラムの反応量中固定化炭水化物オキシダー
ゼを用いて長い反応時間をかけてグルコースのD−グル
コーソンへ高収量で変換することを説明する。
参考例Iと同様に製造した炭水化物オキシダーゼ(細胞
不含、精製酵素)(101+IJ)を以下の様に水酸化
燐灰石(リン酸水素カルシウム)に固定化する: 細胞不含の精製酵素100771/l!に水酸化燐灰石
209の1mM燐酸カリウム緩衝液(pH7,0)10
0 ml溶液を加える。
混合物を30分攪拌し、それから細筒法により固形物を
液体から分離する。
そして固形物を先ず10mMの燐酸カリウム緩衝液(p
H7,0) 200rIllで、次いで蒸留水200m
1で洗滌する。
それからこの物質をガラスカラム(0,5CI′Il×
4、5 C1r1.)につめる。
1%グルコース溶液をこのカラムに1時間1.5mlの
流速で流す。
溶出液を残余のグルコースおよび生成したD−グルコー
ソンの検出のため定期的に分析する。
5日間連続的に流した溶出液では、グルコースのD−グ
ルコーソンへの変換が95φ以上であったことを示した
過酸化水素は検出されなかった。本研究は酵素の真の半
減期を定量する前に終了してしまった。
この実験のように緩慢な流出速度においては、酸素の利
用と過酸化水素を蓄積させない点の両者がグルコースの
D−グルコーソンへの実質的に完全な変換へ導くきめ手
となる。
この場合は担体の母体である、水酸化燐灰石が過酸化水
素を分解させた。
それ故、本発明がグルコースをフルクトースへ変換する
方法で、グルコースとフルクトースの分離のために経費
のかSる工程を必要としない、商業的に実行可能な最初
の方法を意味すると思われる。
各工程が室温と常圧で容易に実行しつるので、エネルギ
ーをもし必要とされる場合でも最低におさえられる。
反応工程の副産物を処分するのもあるいは利用するのも
難かしくない、そして主な産物は容易に結晶状態で得ら
れる程実質的に純品のフルクトースである。
こ\に示され記述されたことにつけ加えて、本発明の種
々の変形も前述の説明および添えた図式から、この分野
の技術者には明らかであろう。
その様な変形も特許請求の範囲に含まれる。
同前記の注は下記参考文献を示す。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 D−グルコース水溶液をつくり、D−グルコースを
    溶液中同時生成の過酸化水素を除去あるいは利用しなが
    ら酵素により酸化することによりDグルコースの少くと
    も約95優をD−グルコーソンへ変換し、このD−グル
    コーソンを水素添加してD−フラクトースを生成するこ
    とからなるグルコースからフルクトースを製造する方法
    。 2 D−フルクトースを結晶状で回収する特許請求の範
    囲第1項記載の方法。 3 D−フルクトースを蒸留により回収する特許請求の
    範囲第2項記載の方法。 4 D〜フルクトースを沈澱により回収する特許請求の
    範囲第2項記載の方法。 5 D−グルコーソンを溶液からシロップとして回収し
    そして有機溶媒に可溶化し、D−グルコーソンを水素添
    加することにより、フルクトースの結晶を直接沈澱させ
    る特許請求の範囲第2項記載の方法。 6 酵素がグルコース−2−オキシダーゼ活性を有する
    オキシドレダクターゼからなる特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 7 酵素はアスペルギルス・オリザエ(Asper−g
    illus oryzae)を基原とするグルコース−
    2オキシダーゼとポリポールス・オブッスス(Po1y
    porus obtusus )を基原とする炭水化物
    オキシダーゼよりなる群から選択される特許請求の範囲
    第6項記載の方法。 8 酵素を特徴とする特許請求の範囲第6項記載の方法
    。 9 過酸化水素をカタラーゼを用いた酵素分解により除
    去する特許請求の範囲第1項記載の方法。 10過酸化水素を共同工程で利用する特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 11水素添加工程が■族元素、IBおよびJIB族の金
    属元素および遷移元素クロム、タングステンおよびマン
    ガンよりなる群から選択される水素添加触媒によって触
    媒される特許請求の範囲第1項記載の方法。 12 水素添加触媒が粕体付パラジウムからなる特許請
    求の範囲第11項記載の方法。 13 カラム反応器中で行う特許請求の範囲第12項記
    載の方法。
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