JPS606633B2 - ブドウ糖の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定化グルコアミラーゼによる澱粉からブドウ
糖を製造する方法の改良法に関し、特に部分的に加水分
解した澱粉を可溶性グルコアミラーゼと可溶性Ｑーアミ
ラーゼの２種類の酵素により、より高度に加水分解させ
、それを固定化グルコアミラーゼ存在下に反応させ、効
率よくブドウ糖を製造する方法に関する。

従来より工業的に広く行われている方法は、酵素液化−
酵素変換法の技術で、先づ約２０〜４０重量／容量％（
以下Ｗ′Ｖ％という）の澱粉と細菌性Ｑ−アミラーゼの
如き液化用酵素を含む水性懸濁液を約８５〜１１０午０
の高温で液化させ、澱粉を部分的に加水分解させる。

この場合の部分加水分解した澱粉のブドウ糖当量値（全
糖量に対する還元糖量の重量％、以下Ｄ．Ｅ．で表わす
）は１０〜２０が好ましい。次いで、グルコアミラーゼ
を用いて約５０〜６ｙｏでブドウ糖に変換するが、最終
ブドウ糖収率を対全糖量９の重量％以上とするためには
グルコアミラーゼの使用量に最適範囲が存在する。結局
、最高のブドウ糖収率を得るには、少し、グルコアミラ
ーゼ量で約６０〜７畑時間という長い反応時間を要して
おり、工業的に多大のエネルギー消費を要している現状
である。そこで、反応時間の短縮、グルコアミラーゼ使
用量節減、反応器の縦少等の利点を有し、工業的糖化の
諸問題解決手段として望ましいところの固定化酵素を用
いる連続的ブドウ糖製造法が考えられおり、特開昭５４
−１５７８９２獣こは、簡単かつ経済的な固定化法であ
る粒状ゼラチンにグルタルアルデヒドのような多官能性
架橋剤を介してグルコアミラーゼを結合させる方法が提
案されている。

しかし、最終ブドウ糖生成率（糖化液固形分あたりのブ
ドウ糖含有率、以下ＤＸという）工業的に十分とはいえ
ない欠点がある。固定化グルコアミラ−ゼとＱーアミラ
ーゼを紐合せた酵素系の使用による澱粉のブドウ糖への
変換法が米国特許第４１０２７４５号に知られているが
、両酵素の最適作用条件が異ることなどにより「反応に
長時間を要する欠点がある。

更に特開昭５３−７５３４２号‘こは可溶性Ｑーアミラ
ーゼ又は酸で澱粉をＤ．Ｅ．２〜２０迄加水分解し、次
いで可溶性グルコアミラーゼ製剤でＤ．Ｅ．約８５より
小い澱粉加水分解物を生成させ、これを固定化グルコア
ミラーゼと反応させてブドウ糖を得る方法が示されてい
るが、工業的にエネルギー的絶対条件として行われてい
る約３０〜５の重量％／容量％（以下Ｗ′Ｖ％と表わす
）の澱粉加水分解物濃度迄該濃度を高めれば、固定化グ
ルコアミラーゼの反応性が顕著に低下し、最終ブドウ糖
収率は９な重量％以下となって経済的利点がない。

本発明者は、これらの欠点を改良するため、澱粉加水分
解物を可溶性グルコアミラーゼ及び可溶性プルラナーゼ
の存在下に反応させ、ＤＸ５０〜８５の澱粉加水分解物
を得、それを固定化グルコアミラーゼを用いてブドウ糖
に変換する方法をすでに提案した。

しかしながら、プルラナーゼは高価な酵素であるため、
これに代る酵素を探索した結果、意外にも可溶性は−ア
ミラーゼを用いて特定条件で反応させれば高収率でブド
ウ糖を製造できることが判った。固定化グルコアミラー
ゼを用いてブドウ糖を製造するに際し、前工程で、可溶
性グルコアミラーゼと可溶性Ｑーアミラーゼを組合わせ
て反応させる方法は、従釆みられない新規な方法であり
、本発明で見出した反応条件により、の−アミラーゼの
予想外の効果が生じたものと考えられる。本発明方法に
よれば、高濃度の基質条件の場合でも、二糖類等の生成
が少く反応液ＤＸ９２以の高収率でブドウ糖を生産する
ことが出来、工業的利点が大きい。即ち、本発明は澱粉
から得られたブドウ糖当量５〜３０の澱粉加水分解物凶
を、ｐＨ４．７〜７．０、温度５０〜７０００で可溶性
グルコアミラーゼおよび可溶性Ｑアミラーゼの存在下１
０〜３凪寺間反応させ、対全糖量５０〜８５重量／容量
％のブドウ糖舎量を有する澱粉加水分解物佃を得て、固
形分濃度３０〜５０重量／容量％に調節し、固定化グル
コアミラーゼの存在下に反応させることを特徴とするブ
ドウ糖の製造方法である。

以下に本発明の詳細を説明する。

【１１ 澱粉から低Ｄ．Ｅ．澱粉加水分解物を得る工程
原料となる澱粉はトウロコシ、バレィショ、甘藷、タピ
オカなどを起源とするものから選ばれ、工業的にはトウ
モロコシが好ましい。

澱粉は水不溶性であるから、これを可溶性とするために
は公知の技術を適用してよい。例えば、液化型細菌性Ｑ
−アミラーゼを用いる酵素的液化法または酸による液化
法、更にはこの組合せ法があるが、最終ブドウ糖収率を
高めるにはＱ−アミラーゼによる液化方法が好ましい。
本発明で使用するＱ−アミラーゼは多数のタイプの微生
物から、例えばバチルス リケニフオルミス（鞠ｃｉｌ
ｌ聡ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）やバチルス ズブテ
ィリス（Ｂａｄｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）から製造さ
れる。耐熱ァミラーゼと呼ばれる前記バチルスリケニフ
オルミスのＱーアミラーゼを使用すると、液化後、その
活性をほぼ完全に維持することが可能であり、後工程で
の新らたな添加は不要であるか又は非常に少量の添加で
よい利点がある。この段階での澱粉の加水分解度はＤＥ
５〜３０であるが、ＤＥ２０〜３０と高くする方が、固
定化グルコアミラーゼと反応させる際に、澱粉不熔物に
よる濁りの生じることがなく、反応性も向上するので好
ましい。■ 低Ｄ．Ｅ．澱粉加水分解物からＤＸ５０〜
８５の澱粉加水分解物を得る工程この工程で使用する酵
素はグルコアミラーゼとＱ−アミラーゼである。

Ｑーアミラーゼは液化状態で使用し、残存した酵素を加
熱などによる失活操作をせずそのまま利用することが出
来る。この工程で使用するＱ−ァミラ−ゼは澱粉１夕あ
たり５〜３０単位であるが、１５〜２３単位が好しし、
（ここでいう１単位とは、ＩＷ／Ｖ％の澱粉糊液１０の
上の青価を４０００、１分間に１％低下させる力である
）。グルコアミラーゼはアスベルギルス属、例えばアス
ベルギルス ニガー（Ａｓｐｅｒざ１１ｕｓ ｎｉｇｅ
ｒ）、アスベルギルス フオエニシス（Ａｓｐｅｒｇｍ
ｕｓｐｈｏｅｎｉｃｉｓ）およびリゾープス（Ｒｈｉｚ
ｏｐ聡＞種の菌株から製造されたものを使用する。グル
コアミラーゼは澱粉１のこ対して、１〜１山単位（ここ
でいう１単位とは４０００、ＰＨ４．５でｌＯＷ′Ｖ％
液化澱粉から１分間に１００ムタのブドウ糖を生成する
酵素量である）であるが、特に２〜５単位が好ましい。
１単位未満では加水分解度は小さく、ＤＸが低くなる。

１０単位を越えると、反応時間などの条件の選択が難し
く、コスト高となる。ｐＨは、４．７〜７．０で、特に
５．２〜６．０望ましい。ｐＨ４．７未満では、Ｑーア
ミラーゼの作用が悪く、反応は低下し、ｐＨ７を越える
と、グルコアミラーゼの作用が悪くなる。反応温度は５
０〜７００Ｃであるが、特に５５〜６５００が好しし、
。５０ｏ○未満では、グルコアミラーゼ添加量を多くす
るか、反応時間を長くする必要があるので利点がない。

７０００を越えるとグルコアミラーゼの失活が速くなる
。

反応時間は、１０〜３岬寺間であり、１餌時間禾満では
、グルコァミラーゼ添加量を増加しても効果はむしろ低
下し、３餌時間を越えて反応させても効果なく目的に対
して無駄である。｛３｝ 基質の調製 上記の澱粉加水分解度液（基質）に、不落物が存在して
いれば、ケィソウ士炉過などの手段により除去する。

基質の固形分濃度は３０一５０Ｗ／Ｖ％であることが重
要であり、３５−４０Ｗ′Ｖ％が特に好ましい。３０Ｗ
′Ｖ％禾満では、後工程での濃縮エネルギー負荷の増大
のため好し〈なく、５０Ｗ／Ｖ％を越えた場合は、反応
性が低下する。

基質のｐＨは３．５−６．０、特に４−５に調整すると
よい。

｛４）固定化グルコアミラーゼによる基質のブドウ糖へ
の変換固定化グルコアミラーゼの調製は種々の公知方法
で行うことができるが、粒状ゼラチンにグルタールアル
デヒドの如き多官能性架橋剤を介してグルコアミラーゼ
を結合させる方法が好ましい。

反応形式は固定床式カラム方式が最も好ましい。

反応温度は、グルコアミラーゼの酵素的特性の範囲であ
ることが好ましく、４０−６０００、特に４５−５５０
０がよい。

この温度範囲外では、固定化グルコアミラーゼの高い反
応性と長い酵素寿命を維持することは出釆ない。

固定化グルコアミラーゼを使用する工程では反応時間即
ち、接触時間最も重要である。

固定化グルコアミラーゼの活性に応じて、最高の反応性
が得られるように基質の滞留時間を選択する。本発明の
方法により、１０〜３解時間という従来にない短時間で
３０〜５０Ｗ／Ｖ％という高濃度の基質を用いて、経済
的にＤＸ９４〜９６という高収率でブドウ糖を製造する
ことが可能となった。次に比較例及び実施例を示して本
発明を更に説明する。

比較例（１｝ 固定化グルコアミラーゼの調製 ０．３−０．８肋の粒状ゼラチン（新田ゼラチン■製）
１０ターこグルコアミラーゼ水溶液（ナガセ生化学■製
登録商標グルコチームＸＬ−１２８をエタノールで精製
した活性１３０００単位／の【のもの）４泌とグルター
ルアルデヒド（和光純薬工業■製２５Ｗ′Ｖ％水溶液）
４の乙との混合液を加え、氷袷下、ビーカー中で５分間
蝿拝した。

その後４び分間室温放置し、得られた固定化物を２００
の‘の水に加えて、４０ｑ○６０分間縄拝、洗浄後炉過
した。得られた固定化グルコアミラーゼの比活性は乾物
換算で１５０■単位／夕であった。｛２｝ 基質調製 トウモロコシ澱粉（和光純薬工業■製）２ｋ９を水に懸
濁し、０．１Ｎ−ＮａＯＨ水溶液により、ＰＨを６．０
に調節し、総量を３．８そとした。

これに澱粉１夕あたり２Ｇ単位のＱーアミラーゼ（ナガ
セ生化学■製、商品名「スピターゼＨＳ」）を添加し、
十分混合した。容量５その反応器に水１．２そを入れ、
温度９０−９５ｏｏに保ちながら上記澱粉懸濁液を添加
した。その後、温度を１１６０に上げ５分間保った。再
び温度を下げ、８５００で上記Ｑ−アミラーゼを澱粉１
夕あたり２０単位添加し、同温度で２時間反応させた。
反応後のＤＥは２５であった。次いで温度を６０００に
下げ、０１Ｎ一ＨＣＩでｐＨを５．５に調節し、１１５
ｏ０ｌ０分間高温処理し、Ｑ−アミラーゼを失活させた
。これに基質固形分１９あたり２．５単位のグルコアミ
ラーゼ（ナガセ生化学■製、グルコチームＸＬ−１２８
）を添加し、２餌時間蝿梓下に反応させた。この反応液
を珪藻士（ジョーンズマンビルコーポレーショソ製登録
商標／・ィフロースーパーセル）を用いて炉遇し、０．
１Ｎ−ＨＣＩでｐＨを４．５に、基質濃度を３５Ｗ／Ｖ
％に調節した。得られた基質のＤＸは５１．２であった
。

｛３｝ 固定化グルコアミラーゼによる連続反応前記固
定化グルコアミラーゼの全量を５０００に保温した直径
１．５伽、高さ４０肌のジャケット付がラスカラム（光
和機材■製、登録商標ェクセルカラム）に充填し、直ち
に■で調製した基質を下行方式でミクロポンプにより連
続的に供給し、反応を開始した。

得られた結果を第１表に示す。尚、Ｆ／Ｗは乾燥固定化
グルコアミラーゼ１仇こ対して１時間に供給する基質量
の汎‘数である。

第１表 実施例 １ 比較例において、高温処理によって、Ｑーアミラーゼを
失活させた後、新らたにＱ−アミラーゼを添加して、可
溶性グルコアミラーゼ反応を行ない、Ｆ／Ｗ８で固定化
グルコアミラーゼ反応を行なう以外は同様に行なった。

第２表実施例 ２ 比較例において、基質調製で、液化後ｐＨを調節した後
、１１５００の高温処理を行なわずにグルコアミラーゼ
を添加した。

この時、Ｑ−アミラーゼは、澱粉１夕あたり２０単位残
存していた。以下比較例１と同様に行なった。第３表 注）＊１：高速液体クロマトグラフィー（日本ウオータ
ーズリミテッド製カラム：マイクロボンダパツクＣＨ） ＊２：本発明の範囲外 更に第３表実験番号１２の条件３０日間連続反応を行な
い、３０日目のＤＸは９５．０であった。

実施例 ３実施例２において、基質調製時、グルコアミ
ラーゼを添加する時のｐＨを変化させて、実験を行ない
、固定化グルコアミラーゼ反応のＦ／Ｗ８で行なった以
外は、同様に行なった。

第４表 ＊ 本発明の範囲鞘外 実施例 ４ 実施例２において、基質調製時、グルコアミラーゼの反
応温度を変化させ、固定化グルコアミラーゼ反応をＦノ
Ｗ８で行なった以外は同様に行なつた。

第５表 ＊本棚の鰯 実施例 ５ 実施例２において、基質調製時、グルコアミラーゼ添加
後の反応時間を変化させ、固定化グルコアミラーゼ反応
のＦ／Ｗを８で行なった以外は同様に行なった。

夫第６表 ＊ は本発明の範囲外 実施例 ６ 実施例２において「基質調製時のグルコアミラーゼ添加
量と高温処理（１１５ｑ○処理）後のＱ−アミラーゼ添
加量を変化させて、固定化グルコアミラーゼ反応液への
影響を調べた。

固定化グルコアミラーゼ反応のＦ／Ｗは８で行なった。
第７表 実施例 ７ 実施例２において、固定化グルコアミラーゼ反応の基質
濃度を４０Ｗ／Ｖ％とした以外は同様に行なつた。

第８表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 澱粉から得られたブドウ糖当量５〜３０の澱粉加水
   分解物（Ａ）を、ｐＨ４．７〜７．０、温度５０〜７０
   ℃で可溶性グルコアミラーゼおよび可溶性α−アミラー
   ゼの存在下１０〜３０時間反応させ、対全糖量５０〜８
   ０重量／容量％のブドウ糖含量を有する澱粉加水分解物
   （Ｂ）を得て、固形分濃度３０〜５０重量／容量％に調
   節し、固定化グルコアミラーゼの存在下に反応させるこ
   とを特徴とするブドウ糖の製造方法。 ２ 固定化グルコアミラーゼが粒状ゼラチンに多官能性
   架橋剤でグルコアミラーゼを結合したものであるところ
   の特許請求の範囲第１項記載の製造方法。