JPS59198977A - 固定化β−アミラ−ゼ酵素系およびそれを用いて澱粉加水分解物をマルト−スシロツプに連続的に転化する方法 - Google Patents

固定化β−アミラ−ゼ酵素系およびそれを用いて澱粉加水分解物をマルト−スシロツプに連続的に転化する方法

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JPS59198977A
JPS59198977A JP58234432A JP23443283A JPS59198977A JP S59198977 A JPS59198977 A JP S59198977A JP 58234432 A JP58234432 A JP 58234432A JP 23443283 A JP23443283 A JP 23443283A JP S59198977 A JPS59198977 A JP S59198977A
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ロ−ベル・アシユ・エム・ストウフス
ラオル・ジエ・ペ・ヴアロン
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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】 本発明は、固定化β−アミラーゼ酵素および高マルトー
ス含量を有するシロップを製造する方法にそれを使用す
る方法に関する。
従来技術 マルトースおよヒ高マルトースシロッフハ、通例、米国
特許第3,565,765号明細書に記載されているよ
うに、β−アミラーゼを用い、プルラナーゼを添加しま
たは添加せずに適当な澱粉基質を糖化することによって
澱粉から製造される。
近年、極めて効果的かつ経済的な酵素の使用を容易にし
、モして床あるいはカラムの中に固定化された酵素を置
くことにより連続的な酵素的方法をもくろむことを可能
にする酵素固定化の技術が発展しつつある。そして酵素
反応は、基質を床あるいはカラムに通しあるいはパーコ
レートさせることによって行なわれる。
固定化β−アミラーゼを利用するマルトースの連続的製
造方法の開発中に種々の問題が生じた。
例えば、米国特許第3,8 6 8,3 0 4号明細
書に開示された方法(この方法は多孔性アルミナ担体物
質上に吸着させることによってグルコース・イソメラー
ゼを固定化しそしてこ    ′のようにして固定化さ
れた酵素をグルコースをフルクトースに異性化するため
に使用することを包含する)を、同じ型の相体物質」二
に吸着されたβ−アミラーゼを用いるマルトース製造の
だめの連続的カラム法に適用しようと試みるならば、、
β−アミラーゼはその活性を急速に失う。従って、上記
の方法は、非固定化β−アミラーゼを用いる従来のバッ
チ法に比較1−て経済的に劣っている。
安定性の問題の一つの解決は、β−アミラーゼを担体に
化学的に結合することである。例えば、β−アミラーゼ
は、水溶性のカルボジイミドを使用してアクリルアミド
−アクリル酸の架橋されだ共重合体に化学的に結合され
うる。これおよび矛の他の化学的結合技術は、文献「澱
粉をマルトースに転化するだめのアクリル共セ採への固
定化されたρ豪1素系βーアミラーゼープルラナーゼの
調製。■.固定化βーアミラーゼの調製および安定性」 (“Preparation of Immobili
zed ’]”wo−Enzyme System。
”   ’   Vol. XVI, pp. 567
−577(1974))、「■.酵素の結合および充填
塔における使用」= 5 − Cゝl1. Co−coupling of the 
Enzymes and ’[Jse in aPac
l<ed Bed Column ″)、同誌pp. 
579−591)、「■.連続的反応器に関するプロセ
ス動力学的考察」(”■.PrOCeSSKineti
c Studies on Continuous R
eactorsゝゝ)、同誌pp。
1567−1587)に論じられている。ベル・フレー
トブラー) (Per Vretblad)およびロル
フ・アレツク(Rol.f Alex)による論文[固
定化大麦βーアミラーゼの調製および性質J(” Pr
eparation and Properties 
of anImmobilized Barley B
eta−Amylase ’, Biotechnol
ogy andBioengineering, Vo
l. XV, pp. 783−794(1973)参
照)。
化学的結合がβ−アミラーゼの使用寿命を保護するのに
有効であり、従ってマルトースを生産するだめの連続的
カラム糖化法を可能にするとしても、化学的固定化方法
は、高いコストのゆえに工業的規模においては欠点とな
る。それは高価な化学薬品および複雑な化学反応を必要
とする。更に、酵素の活性が消耗した後に、再生しモし
てそれによって担体物質を回収することがしばしば困難
かつ費用がかさむことであり、時には不可能でさえある
= 6 = 工業的には一般に、米国特許第3,868,304号明
細j1に記載されているような多孔性の吸着性担体上に
酵素を固定化することが好腫れる。そのような相体は、
極めて簡単であり、午にカラム捷たはその他の反応容器
に担体を充填(、モして単に七の中に酵素の溶液を通す
ことからなる。
再生は、相体物質の破壊を全く伴わ々いか捷だは僅かし
か伴々わずに熱分解あるいはカラムに化学薬品を通ずと
いうような簡単な技術から々る。残念々がら、この方法
は、β−アミラーゼにとっては、カラムの寿命が極めて
短かいという欠点を有する。
」二記のように、β−アミラーゼは、かなり敏感な酵素
であり、特に希薄溶液においては急速にその活性を失う
ことが知られている。血清アルブミン、システィンおよ
びグルタチオンのようなチオールを含む化合物は、酵素
の希薄溶液用の有効な保護剤であることが判った。
英国特許第1.543.094号明細書には、多孔性担
体物質」二に物理的に吸着させることによりβ−アミラ
ーゼを固定化する方法が開示されており、その際保護的
なチオール官能基を有する有機物質の存在下に糖化が行
なわれる。この有機物質としては、チオール含有アミノ
酸、チオール含有天然ポリペプチド、チオール含有水溶
性合成重合体およびこれらの混合物から々る群から選択
される。しかしながら、この方法に従って水溶性のチオ
ール含有物質が使用される場合には、それらは、最後に
は最終的々マルトースシロップ中に含まれるので一般に
除去されなければなら々い。従って、」二記の英国特許
第1.543,094号においては、チオール官能基を
含有する水溶性合成重合体の使用が推奨されている。
ベルギー特許第862.765号明細書には、マクロ細
孔性あるいはマクロレテイキュラー性担体上に酵素を物
理的に結合させることによって、上記担体上に酵素を固
定化するだめの連続的系が開示されている。この方法は
、陽イオン性および陰イオン性樹脂の両方およびイオン
性を全く有しないマクロ細孔性重合体樹脂を使用する。
」二記文献によれば、β−アミラーゼは、ダイアモンド
aジャムロック社(1)iamond Shamroc
k)から市販されているデュオライト(Duol 1t
e)ES−762樹脂(イオン交換能力を有しないが酵
素吸着体とI−ての高い能力を有するマクロ孔性重合体
)上に固定化されうる。上記の樹脂は1.l タ/ −
ルテすすがれた後にCH3COONa/C■3COOH
の1%溶液を用いてpH5,4まで緩衝せしめられる。
β−アミラーゼが相体上に固定化され、そしてシスティ
ンのバーライターが酵素を保護するために添加される。
英国特許第1.557.9/14号明細書には、その実
施例24に、ジエチルアミノエチルアミンで変性された
フェノール樹脂上に支持されたβ−アミラーゼに可溶性
澱粉溶液を接触させることによるマルトースシロップの
製造が記載されている。このようにして生産されたマル
トースの量は、固定化酵素のカラムからの流出液1. 
ml当り12mgであることが報告されている。
本発明によれば、デュオライ) (Duolite)E
S −568(ダイアモンド・ジャムロック社(Dia
mond Shamrock) 9− から市販されている)のよう々、規定された多孔性を有
するフェノール交換樹脂は、β−アミラーゼを固定化す
るだめの担体として使用されうろことがとの度見出され
た。この固定化β−アミラーゼは、長い有効寿命を有1
. +して高いマルトース含量、す々わち30ないし5
5%以上のマルトースを含有するシロップを製造するた
めに使用されうる。
発明の概要 本発明によれば、澱粉加水分解物からマルトースシロッ
プを製造するだめの固定化β−アミラーゼ系は、多孔性
フェノール樹脂上に固定されたβ−アミラーゼ酵素から
なり、」二記樹脂は、細孔の少くとも30%が約30々
いし約25OAの半径を有している約30X以上の細孔
の範囲において1g当り約40々いし約200m3の全
表面積を有することを特徴とする。
本発明は、また固定化β−アミラーゼ系に澱粉加水分解
物を連続的に接触させることを特徴とする、澱粉加水分
解物をマルトースシロップに10− 転化するだめの連続的方法に関する。
好ま1−<は、多孔性フェノール樹脂は、陰イオン交換
型樹脂である。好ましい樹脂は、約30々いし約25O
Aの半径を有する細孔のうちで、少くとも50%が50
カいし150Aの半径を有し、および/!f、たは少く
とも20%が約60々いし約9OAの半径を有し、およ
び/丑たは少くとも20%が約70々いし約8OAの半
径を有する樹脂である。細孔の寸法は、使用中の樹脂に
関するもの々ので、樹脂が10容量%以下の水膨潤能力
を有することが便宜である。
欧州特許出願811.02]、83.1 (公開番号0
036662)への添付物として再現された図面は、本
発明の系において使用された担体を含む数種の担体の示
差細孔半径分布曲線である。更に詳細には、特許請求の
範囲において規定されている多孔性フェノール樹脂担体
は、上記図面の曲線■に類似する多孔性の輪郭を有する
。この曲線は、水銀細孔針によって細孔の寸法および容
積を測定し、細孔に凝縮された容積と半径との関係を表
わしだ積分曲線をプロット1−1そして半径における微
分的増加に対応する細孔容積の増加量を表わす一層説明
的な示差分布曲線を得るだめに積分曲線を微分すること
によって得られた。この測定方法の詳細な記述は、表面
積の測定方法の記述と共に、文献「固体上の吸着J(’
 Adsorption on 5olids ″。
V、 Ponec、 e t al、、 Butter
worths、 1974. pp、38−39.54
0−545および552−555参照)に記載されてい
る。
本発明において規定された表面積および多孔性を有する
いかなるフェノール性樹脂でも本発明の系において使用
されうるが、陰イオン交換能力を有する樹脂を使用する
ことが好ましい。
特にすぐれていることが判った特定の樹脂は、デュオラ
イト(Duolite) ES−568である。これは
、ダイヤモンド−ジャムロック社(1)iamond 
Shamrock)から市販されているフェノールホル
ムアルデヒド樹脂である。
一日の=、 な記述 本発明に従って製造されるシロップは、シロップの乾燥
固形物含量の少くとも30重量%々いし約55重量%以
上のマルトース含量を有する。
(本明細書中で示されるすべての百分率は、特記し々い
限り重量による)。それらは、ソフトドリンク、糖果、
パン、生パン、ビールおよび幼児用および病人用の食品
を含む食品用の香味成分および添加剤としての多数の用
途を有する。それらは、また印刷用組成物およびその他
の工業用の用途にも使用される。
本発明の連続的方法は、好ましくはカラム内で行なわれ
る。樹脂は、まずカラム内に装着される。次に、β−ア
ミラーゼが樹脂上に固定化される。これに続いて澱粉加
水分解物をカラムに通すことによって高マルトースシロ
ップカ製造される。
樹脂は、それをカラムに装着しそして同伴された空気の
泡を除去するために脱イオン水で洗滌することによって
本発明において使用すべ(準備される。それは、次いで
水酸化アンモニウムのようなアルカリで洗滌される。次
に、過剰のアルカリは、約4.5ないし約8.0、好ま
しくは約13− 5.5ないし約7.0のpHに達する丑で脱イオン水で
洗い出される。
本発明の実施に使用されるβ−アミラーゼ酵素は、植物
性または細菌性β−アミラーゼでよい。
特に好ましいβ−アミラーゼは、麦芽抽出物から誘導さ
れたものである。
β−アミラーゼは、溶液としてカラムを循環させること
によって樹脂上に固定される。その後に、樹脂を脱イオ
ン水で洗いそI−で流出液を回収して結合された酵素を
測定する。
次に、澱粉加水分解物をカラム内に導入する。
特に好適な澱粉加水分解物は、約12ないし約20のデ
キストロース・エクイヴアレント(以下ゞDE ”と略
称する)および約30ないし約55の乾物量(以下“%
d、 s、 //と略称する)を有する酵素で溶解され
たトウモロコシマルトデキストリンである。
プロセスのpHは、基質供給原料に添加された水酸化ナ
トリウム、炭酸ナトリウムまたは水酸化アンモニウムの
ような適当なアルカリを使用して約5.5ないし約7.
0に調整される。
14− 本発明の生成物は、マルトース含量に富んでいる。約3
0%から約55%以上までの乾物量マルトース濃度は、
以下の実験結果によって示されるように容易に達成され
る。1500時間を超えるカラム寿命も′!f、た普通
に達成される。
実施例 例1 2.5X30cmの寸法を有する3つのカラムにデュオ
ライト(Duo] 1te)ES−568樹脂1oom
gを充填した。乙の樹脂は、同伴された空気の泡を除去
するだめに、脱イオン水を用いて60℃において1時間
上昇流的に洗滌された。次に、2%水酸化アンモニウム
を下降流として毎時40床容積(以下″BVI(“と略
称する)の割合で25℃において1時間洗滌した。
次いで、流出液中のpHが6.0に達するまで脱イオン
水を用いて過剰のアルカリを洗い出l−だ。次に、樹脂
」二に酵素を固定するために、β−アミラーゼ溶液を担
体1md当り34単位の酵素負荷において供給し、そし
て4B■の流量で24時間再循環させた。その後、樹脂
を脱イオン水で4B■の割合で1時間洗いそして結合さ
れた酵素を測定するために流出液を回収した。結合され
た酵素の量を下記の式を用いて計算した: %結合酵素= は、最終の水洗いにおいて回収された流出液の4床容積
の活性から測定された。この活性は、流出液1. ml
中の単位数として測定される。この場合には、カラム1
00m1を通過する4床容積は、400m1lを表わす
。すなわち、流出液中の全活性は、400×単位数/m
7流出液である。次に、これを供給された酵素の全単位
数で割る。この分数に次いで100を掛けることによっ
て%結合酵素の値が得られる。
1単位のβ−アミラーゼを、可溶性澱粉からpH4,5
および45℃において毎分1ミリモルのマルトースを生
産するために必要とされる酵素活性の量と仮定すれば、
種々のカラムについての平均値として98.4%の結合
度が測定された。これは供給された酵素3400の全単
位数および流出液中で測定された0、14単位/mlに
基づいている。
次に、各カラムに12DEの酵素で可溶化されたトウモ
ロコシのマルトデキストリンの溶液をそれぞれ30%、
40%および50%のd、s、で供給した。
マルトデキストリン供給物は、透明化されていたが脱イ
オン化されていなかった。それらは約150ppmのS
O2を含有し、そして水酸化ナトリウムでpH6,0に
調整された。3つのカラムは、それぞれの供給物を室温
において1時間通すことによってスィートニングされた
。カラム温度は次いで50℃に」二昇され、そして流量
は55%のマルトースシロップ(乾物量基準)が生産さ
れるように調整された。
種々の基質乾物量において得られた初期B■流量は下記
のとおりであっだ: %d、s、      初期B■ 30      6.2 40      4.8 50      3.2 17− これらの条件下で、各乾物量において糖含量が分析され
た。生産されたシロップは、次の組成を有していたニ ブドウ糖      1.5%乾物量 マルトース    54.5〜55.5%乾物量り、P
、 3      1.5.2〜15.5% 〃D、P
、 4+      27.5〜28.8% 〃例2 本発明による系および方法が長期間に亘って使用されう
ろことを示すために、固定化酵素調整物の長期生産性を
測定する実験を行なった。
例1の一般的手法に従ってβ−アミラーゼをカラムに装
荷した。β−アミラーゼ溶液は、市販されている濃縮麦
芽抽出物であるニー・ビー・エム・ケミカルズ社(A、
B、M、 Chemicals、 Ltd、)製のハイ
ジアスターゼ(High Diastase) 150
0 カら調製すした。
供給原料溶液は、40%d、s、の20DE脱イオン化
トウモロコシ由来マルトデキストリンであり、これに塩
化カルシウムが150ppmCa++の割合で添18− 加された。この供給原料は、安定剤として5O2150
ppmを含有し、モして水酸化ナトリウムでpT(6,
0まで緩衝された。カラムは、50℃において操作され
そして流量は、操作中乾物量基準で50%マルト−スの
転化率を確保するように調整された。
この実験中の操作条件は下記のとおりであった: 初期BVT((50%マルト−ス)5.3第1半期(I
I)             44.6第2半期(ロ
)             18.3全期寿卸印) 
            72(a)全床容積    
          4987生産性、kgd、s、/
l担体      2339(a)全寿命は、0.5B
VT(までの全操作時間を表わす。
上記のことから判るように、この方法は、2ケ月以」−
も連続的に操作することができ、そして担体−酸素の接
合物11は、40%d、 s、  および50%マルト
ースにおいて2.3トン以上の高マルトースシロップを
生産する。
例3 本発明の方法は、高い乾物量において使用されうろこと
を示すために、例1および例2の一般的手法に従ったが
、カラムには、50%d、 s、の← 20DEマルトデキストリンおよび200 ppm C
a  の塩化カルシウムを用いて供給した。この供給原
料に約200 ppmのS02を添加した。
結果は、下記のとおりであった: 初期B■50%マルトース        3.0第1
半期(日)23 第2半期(日)45 全寿命 (B)              86(a
)全床容積              2624生産
性、kgd、s、/(l担体       16115
0%d、 s、において得られたより低い生産性にもか
かわらず、40%d、 s、における実験(例2)に比
較した場合、50%d、阻におけるカラム操作は、次の
ような利点を示す: 1) 供給原料として50%d、 s、において生産さ
れた澱粉加水分解物を用いた場合には、蒸発台が節約さ
れる。
2)50%d、 s、において操作した場合には、微生
物による汚染の危険が少ない。
3)50%d、S。で操作した場合には、β−アミラー
ゼカラムの全寿命(日)が比較的長い。
例4 この例においては、本発明による系において使用された
担体を、例1および2の一般的操作に従う他の担体と比
較した。塩化カルシウムを1.50ppmの割合でそし
て二酸化イオウもまた1、50ppmの割合で添加され
た40%または50%の溶解固形物量(7)200Eマ
ルトデキストリンを各カラムに供給した。得られた結果
を下記の表に示す二21− 担体dS     初期F3VI−1全寿命(a)マル
トース) デュオライトES−5684,0%     5.3 
     72  日デュオライトES−76240%
     3.7      30  日(b)デュオ
ライトES−771,40%     3.5    
  33  日(0,04−1,5E) コーニング社製アルミナ 40%    4.9   
  26  日しワチット  MP−6450%   
  1.1      14  日代理人  江 崎 
光 好 代理人  江 崎 光 史 22−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 多孔性フェノール樹脂上に固定化されたβ−アミ
    ラーゼ酵素からなる、澱粉加水分解物からマルトースシ
    ロップを製造するだめの固定化β−アミラーゼ系におい
    て、上記樹脂が、約30Å以上の細孔の範囲内であって
    その少くとも30%の細孔が約30ないし約250Xの
    半径を有する上記細孔の範囲内において約40ないし約
    200m 1gの全表面積を有することを特徴とする前
    記固定化β−アミラーゼ系。 2、 多孔性フェノール樹脂が陰イオン交換型の樹脂で
    ある特許請求の範囲第1項記載の固定化β−アミラーゼ
    ′系。 3、 約30ないし約250Xの半径を有する細孔の少
    くとも50%が50ないし150Xの半径を有する特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の固定化β−アミ
    ラーゼ系。 4、 約30カいし約25OAの半径を有する細孔の少
    くとも約20%が約60々いし約90Xの半径を有する
    特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の固定
    化β−アミラーゼ系。 5、 約30ないし約25OAの°半径を有する細孔の
    少くとも約20%が約70ないし80Xの半径を有する
    特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の固定
    化β−アミラーゼ系。 6、 多孔性フェノール樹脂上に固定化されたβ−アミ
    ラーゼ酵素から々る、澱粉加水分解物からマルトースシ
    ロップを製造するための固定化β−アミラーゼ系であっ
    て、上記樹脂が、約30X以上の細孔の範囲内であシそ
    の少くとも30%の細孔が約30ないし約250Xの半
    径を有する上記細孔の範囲内において約40ないし約2
    00m/gの全表面積を有する前記固定化β−アミラー
    ゼ系に澱粉加水分解物を連続的に接触せしめることを特
    徴とする、澱粉加水分解物をマルトースシロップに連続
    的に転化する方法。 7.澱粉加水分解物が約12々いし約20のI)E値お
    よび約30々いし約55の%d、 s、値を有し、そし
    て製造されたシロップが少くとも30%のマルトースを
    含有する溶解された固形物を含有する特許請求の範囲第
    6項記載の方法。 8、 澱粉加水分解物が水酸化す) IJウム、炭酸す
    トリウムおよび水酸化アンモニウムから々る群から選ば
    れたアルカリによって約55々いし約7.0のpH値に
    維持される特許請求の範囲第6項または第7項に記載の
    方法。 9、 固定化β−アミラーゼ酵素が約4.5ないし約8
    .0のpHを有する特許請求の範囲第6項〜第8項のい
    ずれかに記載の方法。
JP58234432A 1982-12-14 1983-12-14 固定化β−アミラ−ゼ酵素系およびそれを用いて澱粉加水分解物をマルト−スシロツプに連続的に転化する方法 Pending JPS59198977A (ja)

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