JPS6028281B2 - γ−シクロデキストリンの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ｙ−シクロデキストリン （ＣｙｃｉＭｅ幻ｒｉｎ）の新規な製造法に関する。

シクロデキストリンは、澱粉にシクロデキストリン生産
酵素を作用させて得られる分解生成物である。一般には
バチルス・マセランス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｍａｃｅｒａ
ｎｓ）を始め、バチルス・サーキュランス（母ｃｍｕｓ
ｃｉｒｃｕｌａｍ）などの微生物や、本願発明者の発見
に係る好アルカリ性細菌（Ｂａｄｌｌｕｓｓｐ．Ｎｏ．
３８−２菌など）が生産するシクロデキストリン生産酵
素を用いることによって得られている〔「酵素ハンドブ
ック」赤堀四郎監修、朝倉書店（昭和４１年）；特公昭
５３−３１２２３号公報参照〕。

またシクロデキストリンは６〜１２個のグルコース分子
がＱ−１・４−グルコシド結合で環状に結合した王冠状
の構造を有する非還元性デキストリンである。さらに最
近、これらのシクロデキストリンにＱ−１・６−グルコ
キシド結合で枝分れ構造を有する分枝シクロデキストリ
ンの存在も報告されている。しかし工業的にはグルコー
ス６分子からなるＱーシクロデキストリン、７分子から
なる３ーシクロデキストリン及び８分子からなるｙーシ
クロデキストリンが有用である。さらにシクロデキスト
リンはドーナツ状の分子を構成しており、その空洞の内
部は疎水的な雰囲気にある。

一方、空洞の外部や、空洞関口部は親水的な雰囲気にあ
り、このような特異な構造が包綾現象と密接な関係にあ
る。しかして、′このようなＱ−、８−及びｙーシクロ
デキストリンの空洞孔隙は、それぞれ約６Ａ、約８Ａ及
び約１０Ａであることが知られており、かつこれらの空
洞孔隙に蓬台して、前述の如く他の分子を包接するので
食品、医薬、化粧品、農薬等に広範囲に使用可能であり
、今後一層の用途の開発が期待されている。現在Ｑ及び
３ーシクロデキストリンについては安全な無溶媒法によ
る工業的製造法が確立され、用途についても研究がなさ
れているが、多種多様な被包酸物の孔隙への適合性、飛
躍的な溶解度の向上、動物体の内外における酵素的分解
性の容易・さ等の鶴見点からより孔隙の大きなｙ−シク
ロデキストリンが容易かつ大量に入手できるようになれ
ば用途のご「らなる拡大が期待」されるものである。・
従来、シ、ク。デギストリンの製造法としてはブロムベ
ンゼン、テトラクロルェタン等の有機溶媒とシクロデキ
ストリンを複合体として分別する方法、あるいはエタノ
ール・アセトンのような有機溶媒によってシクロデキス
トリンを選択的に沈澱させて分別する方法等が知られて
いる。しかし上述したような方法は、作業上の安全性、
残存有機溶媒の生体に対する安全性、工程処理の複雑さ
、経済性の点からみて工業的な大量生産には適さないと
いう欠点がある。本発明者らは、上述した有機溶媒を一
切使用することなく一層簡易な操作でシクロデキストー
リ′ンを単離しうる方法について研究した結果、シクロ
デキストリンの結晶化方法（特公昭５２一４細９７号公
報参照）をすでに確立した。

又、本発明者らは、前述の無溶媒法によるシク。デキス
トーリソの回収法について更に鋭意研究をすすめ澱粉、
デキストリン、；還元糖などを含むシク。デキストリン
類を含有する溶液、就中シクロデキストリン類を含有す
る澱粉分解物または８−シクロデキストリンの結晶炉液
、またはこれらを酸素処理して得られる主としてシクロ
デキストリン類と還元糖からなる糖化物を、多孔性ポリ
マーからなる合成吸着樹脂と接触せしめてシクロデキス
トリン類のみを該樹脂に選択的に吸着せしめ、次に吸着
されたシクロデキストリン類を加温下において水で港出
しシクロデキストリン類を分離することに成功した（袴
顔昭５４一筋総計号参照）。本発明者らは、前記合成吸
着樹脂を用いたシクロデキストリンの製造法について更
に鋭意研究を進めた結果、シクロデキストリン類に対し
て選択的吸着能を有する多孔性ポリマーからなる疎水性
の合性吸着樹脂に、シクロデキストリソ類を含有する溶
液を接触せしめる際、シクロデキストリンの吸着温度又
は吸着されたシクロデキストリンの‐溶出温度を制御す
ることにより、ｙーシクロデキストリンのみを選択的に
効率よく分別取得し得ることの新たな知見を得、本発明
を完成するに至った。

すなわち、本発明は、シクロデキストリン類を含有する
溶液を、シクロデキストリン類に対して選択的吸着能を
有する多孔性ポリマーからなる疎水性の合成吸着樹脂に
接触させて、ｙ−シクロ／デ、′ギストリンのみを選択
的に吸着せしめ、次いで溶出‐させることを特徴とする
／ｙ−シクロデキストリンの製造法である。

本発明は又、シクロデキストリン類を含有する溶液を、
シクロデキストリン類に対して選択的吸着能を有する多
孔性ポリマーからなる疎水性の合成吸着樹脂に接触させ
て、３一及びｙ−シクロデキストリンのみを選択的に吸
着せしめ、次いで８ーシクロデキストリンを溶出せしめ
た後、ｙーシクロデキストリンを溶出させることを特徴
とするｙーシクロデキストリンの製造法である。

本発明によれば、シクロデキストリン類含有澱粉消化液
あるいはその糖化液をある種の合成吸着樹脂と接触せし
めると、シクロデキストリン以外の澱粉消化物質は全く
吸着されず、しかも樹脂の種類によってはＱーシクロデ
キストリンも全く吸着されず、さらに吸着温度範囲を選
択すれば８−シクロデキストリンも全く吸着されず、Ｂ
−及びｙーシクロデキストリンのみを又は、ｙ−シクロ
デキストリンのみを選択的に吸着させることができる。

８一及びｙーシクロデキストリンを同時に吸着ごた場合
には、溶出温度を段階的に又は連続的に変化させること
により、８−及びｙ−シクロデキストリンを効率よく分
離することができる。かくして、高純度のｙ−シクロデ
キストリンを高収率且つ効率的に製造することができる
。本発明において原料として用いられる物質には馬れし
・しよ澱粉、トウモロコシ澱粉等種々の澱粉物質を常法
により糊化あるいは液化した後、バチルス・マセランス
、／ゞチルス・サ−キユランス、好アルカリ性細菌（バ
チルス属瓜ｏ．滋−２菌（徴工研菌寄第６１４号）など
）などの微生物から調製される公知のシクロデキストリ
ン生産酵素を作用させて得られる、シクロデキストリン
を含有する澱粉消化液あるいは前記澱粉消化液よりＱ−
あるいは８ーシクロデキストリンの一部又は大部分を分
別除去して得られるｙ−シクロデキス・トリンを含む糖
化液が包含される。

なお本発明方法において上記シクロデキストリン含有液
と樹脂を接触させる場合、該液の粘度はなるべく低い方
がカラム等の透過性、洗浄効果が良いため、シクロデキ
ストリン以外の残余の直鎖または分岐構造を有するデキ
ス′トリンは、シクロデキストリンを実質上分解しない
蔭イ協鞍素を作窮させて還元糠に変換して．おいた方が
好都合である。

この際用いられる視野は酵素としてはグルコアミラーゼ
、８−アミラーゼなどが挙げられる。上述のようにして
糖イＱ酵素を作用させて得られる、主としてシクロデキ
ストリンと還元糖とからなる糠イＱ夜を合成吸着樹脂と
接触させるには、例えば、該樹脂を充填したカラムにそ
の上部から上記糖イＱ夜を連続的に流下させるか、ある
いは同様に下部から上昇させるとよく、この接触によっ
て糖イＧ夜中のａ−及びｙ−シクロデキストリン又は所
望によりッーシク。デキストリンのみが選択的に上記樹
脂に完全に吸着され、その間、上記糖化液中のＱ−シク
ロデキストリン、還元糖及び未分解のデキストリン（条
件により 、及び８−シクロデキストリン）は吸着され
ることなくカラムから定量的に流出してくる。この際用
いる合成吸着樹脂の種類、吸着温度及び溶出溢度を適当
に選択することにより、吸着及び溶出されるシクロデキ
ストリンの種類を選択することができる。本発明方法に
おいて用いる合成吸着樹脂は、巨大網状構造をもった合
成吸着剤であり、多孔性ポリマーの球状、板状ないし不
定形の樹脂である。

例えばスチレンージビニルベンゼン共重合体、エチレン
ービニルベンゼン共重合体、弗素樹脂、シリコン樹脂、
ポリオレフィン系樹脂等よりなる疎水性有機多孔質樹脂
である。就中スチレンージビニルベンゼン共重合体が有
効である。それらの中例えば、球状のスチレンージビニ
ルベンゼンは、スチレンとジビニルベンゼン（架橋剤）
のモノマーを水に懸濁し、重合することにより得られ、
かつ微細な細孔を多数有する多孔質として形成される。

本発明に於ては、ほ）、１００〆／タ以上の比表面積を
有する多孔性スチレンージビニルベンゼン共重合体が特
に有効である。前述のような共重合体は極性は極めて小
さく、内部表面積が大きく、水蒸気は吸着するが、液体
の水は紬孔内に入らないという特性を有している。

本発明において、共重合体組成ならびに比表面積の上限
などには特に制限はない。

通常、比表面積は１０００の／タ程度までのものが適宜
使用可能である。また、この気孔率はほゞ４０〜９０％
の範囲にあることが望ましい。前記に於て３５％以下で
は表面積の低下、、重量の増大等を生起し、また９５％
以上ではカラムに充填中に変形して最終的には流水の水
圧損失の増大を来たすこ．とになるので共にＬ好ましく
ない。更に前記のような英重合体は、シラン等で疎水化
処理した誘導体の形で用いることもできる。

前記吸着剤の表面積に関連して重要なことはその孔径で
ある。すなわち、本発明に於てはシクロデキストリン類
がその孔を通って吸着表面まで移動するに十分な、しか
もシクロデキストリン類の吸着に適切な大きさの孔蓬を
もつことが必要である。ところで表面積と外径との間に
は反比例の関係がある。すなわち、小さい孔径の吸着剤
ほど大きな表面積をもっている。、故にシクロデキスト
リンの分子量（Ｑ：９７３ ８：１１３５、ｙ：１２９
７）及び分子サイズを考慮して比表面積が前述のとおり
はゞ１００〜１０００〆′夕の範囲において適切な外径
の吸着剤を選択すればよい。前述の如き諸性能を有する
多孔性スチレンージビニルベンゼン共重合体吸着剤とし
ては例えば、アンバーライトＸＡＤ−２及び−４（米国
・ローム・アンド・ハース社製）、ダイヤイオンＨＰ〔
三菱化成工業■製〕、ポラパック−Ｎ、一Ｐ、一Ｑ、一
Ｒ、ポラパック−ＱＳ（米国・ウオーターズァソシェー
ト社製）などを挙げることができる。

本発明方法において、吸着温度、溶出温度による吸着お
よび溶出されるシクロデキストリンの種類及び順序は使
用する樹脂の種類により若干異なる。

例えばダイヤイオンＨＰ一２０を用いた場合、Ｑ−シク
ロデキストリンは全く吸着されず、０〜８０ｑ０の温度
範囲では低温ほど８ーシクロデキストリンが吸着され易
く、高温になるにしたがい、８ーシクロデキストリンは
吸着されなくなる。一方、この温度範囲ではｙーシクロ
デキストリンは完全に樹脂に吸着されるので、約７０ｑ
Ｃ〜約８０００の温度範囲ではｙーシクロデキストリン
のみが選択的に吸着されることになる。したがって、本
発明方法は前記のとおり、‘１｝吸着温度を、８−シク
ロデキストリンが実質的に吸着されなくなる温度より高
く、且つｙ−シクロデキストリンが実質的に溶出されな
い温度より低い範囲の温度（８ーシクロデキストリン溶
出溢度）とすることにより、実質的にンーシクロデキス
トリンのみを吸着させるか（第２図参照）、あるいは又
、■大部分の８−シクロデキストリンが吸着される温度
以下で３一及びｙーシクロデキストリンを同時に吸着さ
せ、溶出時において前記８−シクロデキストリン溶出温
度又はこれよりやや高い温度で若干のシーシクロデキス
トリンも伴うが実質的にすべての８−シクロデキストリ
ンを脱離させ、しかる後ｙーシクロデキストリンの溶出
温度でｙ−シクロデキストリンを脱離ごせて純粋なｙー
シクロデキストリンを得る（第１図参照）ものである。
上記二方法の選択は製造工程の主目的により選べば良い
。即ちｙ−シクロデキストリンを比較的多量に含有する
糖化液からｙーシクロデキストリンのみを得る場合には
前者が簡単で有利であるが、Ｑーシクロデキストリンを
比較的多量に含有する糖化液から８・ｙーシクロデキス
トリンを除去してｙーシクロデキストリンを副産物的に
得る場合には後者の方法を用いた方が有利である。本発
明に於ては、既に述べた如く溶出、分離は加温下におい
て水で行なう。

通常、殆んどの吸着剤にとって吸着された物質の溶出、
分離方法は吸着剤の表面と相互に作用し合う適当な有機
溶剤又は塩基、酸などを用いることによって行われるの
に対して、本発明の方法では吸着されたシクロデキスト
リン類は、有機溶剤などの溶出剤を全く用いることなく
、単に熱水或は水蒸気を流入させることによって容易且
つ的確に行なうことができる。なお本発明においては、
シクロデキストリン以外は全く吸着されないため、合成
吸着樹脂が吸着飽和に達するまで行なった方が樹脂量に
対する生達性が良くなるのは当然である。

また吸着時における澱粉消化液あるいは礎イＱ夜のカラ
ムへの通液速度は、カラム中の樹脂粒内へのシクロデキ
ストＩＪンの拡散速度と密接に関係するものであり、遅
いほど有利であるが約ＳＶ＝１においても実用上差支え
がない。

また樹脂に対するシクロデキストリンの吸着量は澱粉消
イＱ夜あるいは糖化液中のシクロデキストリン濃度に対
し実質上殆んど関係なく、含有するシクロデキストリン
の絶対量に比例する。

カラムに通液される原糖化液の濃度は、一般にこういっ
た多孔性の樹脂の比重が小さいため３０％以下が好まし
いが、樹脂の浮上を押える装置を組み込めばチヤンネリ
ングが起こらない限り理論的にはいくら濃くても可能で
ある。以上述べたように、本発明によると澱粉にシクロ
デキストリン生産酵素を作用させて得られるシクロデキ
ストリン含有澱粉消イは夜からのＱ・３・ｙ−各シクロ
デキストリン、とりわけｙ−シク。

デキストリンの分離、回収が従来法における有機溶媒を
何ら使用することなく、作業性の優れた連続方式で全て
遂行することが可能となるのでシクロデキストリン、特
にｙーシクロデキストリンの製造上寄与するところが多
大である。以下実施例を例示して本発明を具体的に説明
する。

参考例 ４％（ｗ／ｖ）馬れし、しよ澱粉１５夕（澱粉重：６０
０の を苛性ソーダでｐＨ９．０に調製後、１２ｙＣで
３０分間、均質で糊化した。

これを６０ｏｏに冷却後、バチルス属Ｎｏ．斑−２菌（
徴工研菌寄第６１４号）の生産する酵素６００のｏ（３
０００山単位ノタ）〔名糖産業■製〕を加えて６０ｑｏ
で３■時間反応させた。反応後、１００００で５分間加
熱して該酵素を失活ごせた後、５５００に冷却し、塩酸
でｐＨ５．０に調製した。これに９００のｏのグルコア
ミラーゼ〔天野製薬■製、商品名：ＧＡＳ−１、２００
０単位／夕）を添加して更に２餌時間反応させた。常法
により、活性炭で脱色し、炉過を行い、脱塩処理をして
固形分５０％まで濃縮した後、５００のｏの８ーシクロ
デキストリンを添加して袷室中に一夜放置した。生成し
た８−シクロデキストリンの沈澱を炉別して８−シクロ
デキストリンの結晶炉液を得た。実施例 １ 参考例で得られた結晶炉液（Ｑ：２．５％、８：６．８
％、ｙ：１０．７％含有）の一部（Ｂｘ３０．０、ｄ＝
１．１２、３８７の‘、固形分１３０夕）をダイヤイオ
ンＨＰ−２０５００の‘のカラムに４０ｑｏにてＳＶ＝
０．５で通液した後、水で完全に洗浄した。

カラム温度を８５ｑｏにして５００の‘の水で抽出した
、若干のｙーシクロデキストリンが混入した８ーシクロ
デキストリン液（乾物にして９．０夕）を得た。さらに
カラム温度を９７０にして５００の‘の水で溶出し、濃
縮して２５％溶液３０Ｍを得た（第１図参照）。脱色、
脱塩処理後さらにＢｘ７２まで濃縮し、若干のシードを
加えて縄拝しながら４℃にて一夜結晶化した。結晶を炉
過後、６ぴ０にて真空乾燥を１幼時間行ない結晶粉末ｌ
ｏ．５夕を得た。有効通液中のｙ−シクロデキストリン
に対し収率７５．５％であった。高速液体クロマトグラ
フィーで分析した結果純度９９．２％であった。実施例
２ 参考例においてグルコアミラーゼに代えて細菌液化型Ｑ
ーアミラーゼ〔大和化成■製、１００００単位ノタ）を
９００Ｍ用いたほかは参考例と同一の方法によって得ら
れたシクロデキストリン含有糖液（Ｑ：２．５％、３：
６．８％、ｙ：１０．７％含有）にグルコアミラーゼ（
新日本化学■製、スミチーム２００ｕ ２００山単位／
夕）を固型分に対し０．０５％加えｐＨ５．５５０ｑｏ
にて一夜反応させた。

１２０００１５分加熱して酵素を失活ごせた後脱色脱塩
処理を行なった。

得られた液の一部（Ｂｘ２８５、ｄ＝１．１１、１．２
６夕、固形分４００夕）をダイヤイオンＨＰ−５０３そ
のカラムに上昇法により７５℃にてＳＶ＝１で通過させ
た後下降法により水で完全に洗浄した。

カラム温度を９７０まで上げ、１０その水で抽出し濃縮
して２８％溶液１４０私（乾物３９．２夕）を得た（第
２図参照）。脱色脱塩処理後さらにＢｘ６８まで濃縮し
、若干のシードを加えて擬伴しながら４℃にて一夜結晶
化した。結晶を炉過後、６０ｑｏにて真空乾燥を２岬時
間行ない、結晶粉末３１夕を得た。有効通液中のｙーシ
クロデキストリンに対し収率７２．４％であった。高速
液体クロマトグラフィーで分析した結果、純度９９．６
％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１における溶出パターンを示す図面で
あり、第２図は、実施例２における溶出パターンを示す
図面である。 図面番号の説明、１…・・・還元糖溶出濃度、２・・・
．・・Ｑ−シクロデキストリン溶出濃度、３．．．．．
．８−シクロデキストリン溶出濃度、４・・・・・・ｙ
−シクロデキストリン溶出濃度、５・・・・・・カラム
温度。 第１図第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シクロデキストリン類を含有する溶液を、シクロデ
   キストリン類に対して選択的吸着能を有する多孔性ポリ
   マーからなる疎水性の合成吸着樹脂を用いて、β−シク
   ロデキストリンが、実質的に吸着されなくなる温度より
   高く、且つγ−シクロデキストリンが実質的に溶出され
   なくなる温度より低い温度において、実質的にγ−シク
   ロデキストリンのみを吸着させ、次いで、加温下におい
   て水で溶出を行つてγ−シクロデキストリンを得ること
   を特徴とするγ−シクロデキストリンの製造法。 ２ 該溶出を、温度を段階的に又は連続的に変化させて
   水で行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ シクロデキストリン類を含有する溶液が、澱粉にシ
   クロデキストリン生産酸素を作用させて得られる澱粉消
   化液、又は前記澱粉消化液よりα−及び／又はβ−シク
   ロデキストリンの一部又は大部分を分離除去して得られ
   る溶液であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の方法。 ４ 合成吸着樹脂が多孔質スチレン・ジビニルベンゼン
   共重合体からなる樹脂である特許請求の範囲第１項また
   は第２項また第３項記載の方法。 ５ シクロデキストリン類を含有する溶液を、シクロデ
   キストリン類に対し選択的吸着能を有する多孔性ポリマ
   ーからなる疎水性の合成吸着樹脂を用いて、大部分のβ
   −シクロデキストリンが吸着される温度以下において、
   β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンを
   同時に吸着させ、次いでβ−シクロデキストリンの溶出
   温度又は、該温度よりやや高い温度において、実質的に
   すべてのβ−シクロデキストリンを離脱し、更に加温下
   において水で溶出を行つてγ−シクロデキストリンを得
   ることを特徴とするγ−シクロデキストリンの製造法。 ６ 該溶出を、温度を段階的に又は連続的に変化させて
   水で行うことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   方法。７ シクロデキストリン類を含有する溶液が、澱
   粉にシクロデキストリン生産酸素を作用させて得られる
   澱粉消化液、又は前記澱粉消化液よりα−及び／又はβ
   −シクロデキストリンの一部又は大部分を分離除去して
   得られる溶液であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項または第６項記載の方法。 ８ 合成吸着樹脂が多孔質スチレン・ジビニルベンゼン
   共重合体からなる樹脂である特許請求の範囲第５項また
   は第６項または第７項記載の方法。