JPS6351000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルカリ金属形またはアルカリ土類金
属形の強酸性カチオン交換樹脂を充填した固定床
を用いてシユークロースにフラクトースが１〜４
分子結合したような三糖類以上のオリゴ糖類と二
糖類以下の糖類との混合液から当該オリゴ糖類を
高純度に、また高収率で分離することを目的とす
る。 不溶性デキストランの生成は虫歯発生の主要因
とされているが、シユークロースにフラクトース
が１〜４分子結合したような三糖類以上のオリゴ
糖（以下オリゴ糖という）はストレプトコツカ
ス・ムタンス（Streptococcus mutans）等の口
中微生物の生産するデキストランシユークラーゼ
の作用を受けないばかりか、デキストランシユー
クラーゼによるシユークロースからの不溶性デキ
ストランの生成をも抑制する効果があり、甘味料
として注目されている。当該オリゴ糖はシユーク
ロースにフラクトシルトランスフエラーゼを作用
させて得られる転移糖組成物中に含まれるが、こ
の転移糖組成物中には前記オリゴ糖の他に未反応
のシユークロース、転移反応により副生したグル
コースおよびフラクトース等の二糖あるいは単糖
などの不純物が含まれており、したがつて純度の
高いオリゴ糖を得るためには前記転移糖組成物を
精製する必要がある。 本発明者らはかかる背景のもとに、オリゴ糖と
前記二糖および単糖の混合液から高純度のオリゴ
糖を分離すべくクロマト分離の手法を用い鋭意研
究を進めた結果、アルカリ金属形またはアルカル
土類金属形の強酸性カチオン交換樹脂を用いる循
環方式によるクロマト分離により高純度の当該オ
リゴ糖を分離できることを見出した。すなわち本
発明はアルカリ金属形またはアルカル土類金属形
の強酸性カチオン交換樹脂を充填した固定層にオ
リゴ糖と二糖・単糖の混合原液を下降流あるいは
上昇流で通液してクロマト分離の手法を用いてオ
リゴ糖とその他の糖に分離するにあたり、規定量
の原液と規定量の水を原液、水の順に通液し、そ
の流出液を流出順に再び充填層にすくなくとも２
サイクル以上循環させる先行工程を行ない、当該
先行工程の循環後に流出口から、オリゴ糖液、オ
リゴ糖と二糖・単糖の混合液、二糖・単糖液の順
に流出させる流出液の内、比較的純度の高い規定
量のオリゴ糖液部分と、比較的純度の高い規定量
の二糖・単糖液部分のみを系外に取りだし、一
方、他の液は流出順に再び循環させるが、その
時、規定量の原液を循環液であるオリゴ糖と二
糖・単糖混合液との流入の途中で注入するととも
に、また規定量の水を循環液である比較的濃度の
低い二糖・単糖液の流入後に、かつ注入する原液
と水の合計液量を系外に取りだすオリゴ糖液と二
糖・単糖液の合計液量に等しくするようにして循
環させる定常工程を行ない、以後当該定常工程を
繰り返して行なうことにより、オリゴ糖液と二
糖・単糖液を順次取り出すことを特徴とするシユ
ークロースにフラクトースが１〜４分子結合した
オリゴ糖の分離方法に関するものである。 以下、本発明の実施態様の一例を図面を用いて
詳細に説明する。 第１図はオリゴ糖分離装置のフローを示す説明
図であり、アルカリ金属形またはアルカリ土類金
属形の強酸性カチオン交換樹脂１が充填されてい
る分離塔２の上端に流入管３の一端を連通し、他
端をポンプ４に連通する。また分離塔２の下端に
流出管５の一端を連通し他端を流出分岐管５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈにそ
れぞれ連通する。希薄オリゴ糖液槽６、オリゴ糖
液槽７、オリゴ糖リツチ(1)液槽８、オリゴ糖リツ
チ(2)液槽９、二糖・単糖リツチ(1)液槽１０、二
糖・単糖リツチ(2)液槽１１、二糖・単糖液槽１
２、希薄二糖・単糖液槽１３を設置し、流出分岐
管５ａからの流出液は希薄オリゴ糖液槽６に、流
出分岐管５ｂからの流出液はオリゴ糖液槽７に、
のごとく、以下流出分岐管５ｃから５ｈを順に第
１図に示したように各槽にそれぞれ流入するよう
に構成する。一方、希薄オリゴ糖液槽６、オリゴ
糖液槽７、オリゴ糖リツチ(1)液槽８、オリゴ糖リ
ツチ(2)液槽９、二糖・単糖リツチ(1)液槽１０、二
糖・単糖リツチ(2)液槽１１、二糖・単糖液槽１
２、希薄二糖・単糖液槽１３の各槽の下部に吸入
管１４ａから１４ｈの一端を順にそれぞれ連通
し、すべての吸入管の他端を吸入母管１５に接続
し、吸入母管はポンプ４と連通する。原液槽１６
と水槽１７を設置するとともに、原液槽１６の下
部に導入管１８ａの一端を、また水槽１７の下部
に導入管１８ｂの一端をそれぞれ連通し、そし
て、これらの導入管の他端を吸入母管１５に接続
する。また吸入管１４ｂにオリゴ糖液取りだし管
１９を分岐して付設し、吸入管１４ｇに二糖・単
糖液取りだし管２０を分岐して付設する。 なおオリゴ糖リツチ液槽８，９及び二糖・単糖
リツチ液槽１０，１１は必要に応じてさらに数を
増やしてもよい。このように構成されたオリゴ糖
の分離装置を用いて原液からオリゴ糖液と二糖・
単糖液を分離するにあたり、本発明においてまず
規定量の原液と規定量の水を原液、水の順に通液
し、その流出液を流出してくる順に再び充填層に
すくなくとも２サイクル以上循環させる先行工程
を行なう。 すなわち、強酸性カチオン交換樹脂１の充填層
上部に多少の水層が形成されている状態となつて
いる分離塔２の上部から規定量の原液を原液槽１
６からポンプ４を用いて流入させ、次いでこの規
定量の原液の流入が終了したら、ひきつづき規定
量の水を水槽１７からポンプ４を用いて流入させ
る。一方、原液と水の流入と同時に分離塔２の下
部より流出液を流出させる。水が流出したあと、
流出液は第２図に示したようにオリゴ糖液部Ｐと
二糖・単糖液部Ｑにある程度分離されて流出され
てくるが、これらの流出液をそれぞれ流出分岐管
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５
ｈを用いて流出してくる液の順に希薄オリゴ糖液
槽６、オリゴ糖液槽７、オリゴ糖リツチ(1)液槽
８、オリゴ糖リツチ(2)液槽９、二糖・単糖リツチ
(1)液槽１０、二糖・単糖リツチ(2)液槽１１、二
糖・単糖液槽１２、希薄二糖・単糖液槽１３に受
ける。このようにして各部分の液を各槽に受けた
後、次にこれらの各部分の液を流出されてきた順
に再び分離塔２に流入させて循環させる。 すなわちポンプ４を用いて最初に希薄オリゴ糖
液槽６内の液を吸入管１４ａを介して分離塔２の
上部から流入させ、ひきつづきオリゴ糖液槽７、
オリゴ糖リツチ(1)液槽８、オリゴ糖リツチ(2)液槽
９、二糖・単糖リツチ(1)液槽１０、二糖・単糖リ
ツチ(2)液槽１１、二糖・単糖液槽１２、希薄二
糖・単糖液槽１３の各液を流出順に吸入管１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，
１４ｈとそれぞれ切りかえて次々に分離塔２の上
部から流入させるとともに、流出液を流出順に再
び各槽に受入れる。以上のような循環をたとえば
３サイクル行なうと第２図に示した１サイクル目
の流出液の濃度分布が第３図に示した３サイクル
目の流出液の濃度分布図に見られるようにオリゴ
糖液部Ｐおよび二糖・単糖液部Ｑの濃度曲線がし
だいに分かれてくる。すなわち強酸性カチオン交
換樹脂に対するオリゴ糖と二糖・単糖の吸着力に
は差があるので、先にオリゴ糖、次に二糖・単糖
の順に流出してくるが、分離塔から流出する当該
流出液を流出順に再び流入する前述の循環を行な
うと、オリゴ糖に対して二糖・単糖の流出が遅く
なり、両糖の分離がより明確となる。このことは
充填層中に移動しながら形成されるオリゴ糖吸着
帯と二糖・単糖吸着帯の距離を増幅させたことを
示している。 本発明は以上のような流出液の循環による先行
工程を行なうことによつてオリゴ糖吸着帯と二
糖・単糖吸着帯の距離を増幅させることができる
ので、以後に行なう定常工程において高純度のオ
リゴ糖を分離することが可能である。 たとえば循環後３サイクル目の流出液中からオ
リゴ糖液と二糖・単糖液を得る場合、以下に説明
する定常工程を行なうことにより順次オリゴ糖
液、二糖・単糖液を取り出す。３サイクル目の各
液の流出は第３図に示したようになるが、最初に
流出してくる希薄オリゴ糖の部分アは希薄オリゴ
糖液槽６へ、次の比較的高純度のオリゴ糖液の部
分イはオリゴ糖液槽７へ、次のオリゴ糖リツチ(1)
液の部分ウはオリゴ糖リツチ(1)液槽８へ、次のオ
リゴ糖リツチ(2)液槽の部分エはオリゴ糖リツチ(2)
液槽９へ、次の二糖・単糖リツチ(1)液槽の部分オ
は二糖・単糖リツチ(1)液槽１０へ、次の二糖・単
糖リツチ(2)液の部分カは二糖・単糖リツチ(2)液槽
１１へ、次の比較的高純度の二糖・単糖液の部分
キは二糖・単糖液槽１２へ、そして最終に流出さ
れる希薄二糖・単糖液の部分クは希薄二糖・単糖
液槽１３にそれぞれ分取されるので、オリゴ糖液
取り出し管１９を用いてオリゴ糖液槽７内のオリ
ゴ糖液の部分イを系外に取り出し、また、二糖・
単糖液取り出し管２０を用いて二糖・単糖液槽１
３内の二糖・単糖液の部分キを系外に取り出す。
一方、その他の槽の各流出液は再びポンプ４を用
いて流出順に循環するが、その時、規定量の原液
と規定量の水を以下に説明する部分にスポツト的
に注入する。すなわち定常工程における循環は、
希薄オリゴ糖液槽６内の流出液、次にオリゴ糖リ
ツチ(1)液槽８内の流出液、次にオリゴ糖リツチ(2)
液槽９内の流出液の順にポンプ４を用いて分離塔
２へ流入させ、次いで規定量の原液を原液槽１６
からポンプ４を用いて流入させる。規定量の原液
の注入後に二糖・単糖リツチ(1)液槽１０内の流出
液、次に二糖・単糖リツチ(2)液槽１１内の流出
液、次に希薄二糖・単糖液槽１３内の流出液の順
に流入させ、次いで規定量の水を水槽１７からポ
ンプ４を用いて流入させる。一方、分離塔２から
流出させる流出液は第３図に示したようにア，
イ，ウ、エ，オ，カ，キ，クの各部分にそれぞれ
分割し、そしてこれらの各流出液を槽６，７，
８，９，１０，１１，１２，１３の各槽に順に受
け入れる。以後オリゴ糖液、二糖・単糖液の取り
出し、原液、水の注出をそれぞれ同じように繰り
返す定常工程により順次、オリゴ糖液、二糖・単
糖液を取り出す。 本発明は以上説明したような先行工程をまず行
ない、以後定常工程を順次繰り返すことにより高
純度のオリゴ糖液と高純度の二糖・単糖液を比較
的高収率下で順次取りだすことが可能である。 なお、この場合先行工程の循環中にオリゴ糖、
二糖・単糖の流出曲線を乱してはならないことが
必要であり、また、定常工程においてたとえば第
３図に形成されるようなオリゴ糖、二糖・単糖の
濃度分布が以後順に再現されることが必要であ
る。本発明においてはこれを以下に説明するよう
な三つの技術手段で達成する。 第一に先行工程、定常工程を通じて分離塔２か
らの流出液を循環する場合、流出液が流出されて
くる順に当該流出液を分離塔２に流入することで
ある。 第二に定常工程における原液の注入は循環液中
のオリゴ糖リツチ液の注入後にスポツト的に行な
うことである。 すなわち具体的には、前述したごとく、原液は
循環液であるオリゴ糖リツチ液(2)（第３図におけ
るエの部分）と二糖・単糖リツチ液(2)（第３図に
おけるオの部分）の間に、スポツト的に流入する
ものであり、当該両循環液は第３図に示されるご
とく、オリゴ糖と二糖・単糖との混合液の部分、
換言すれば原液の組成に最も近似している部分で
あり、循環液のこの部分に原液を注入することに
より各糖の吸着帯に与える外乱を極力小さくする
ことができる。 第三に定常工程における原液の注入量と水の注
入量の合計を系外に取りだすオリゴ糖液と二糖・
単糖液の合計と合致させることである。 以上説明した三つの技術手段を駆使してはじめ
てオリゴ糖含量80％以上の高純度のオリゴ糖液を
高収量の下で得ることが可能となる。 なお本発明の先行工程における循環について説
明すると、循環を続行していくに従い第２図、第
３図に示したごとくオリゴ糖と二糖・単糖の濃度
曲線は変化し、オリゴ糖部Ｐと二糖・単糖部Ｑと
が離間してくるが、同時に流出液の各糖の濃度も
低下してくる。従つてあまり多数サイクル循環す
ると糖濃度が低下しすぎるので好ましくなく通常
３ないし５サイクルぐらいの循環回数とするのが
よい。 次に本発明における先行工程時の原液と水の流
入量および定常工程時における循環液、原液、水
の注入量およびオリゴ糖液、二糖・単糖液の流出
量について説明する。 まず、先行工程における原液の流入量は0.1〜
0.5／−樹脂（イオン交換樹脂）とするとよ
く、この範囲内で原液を多量に流入させればさせ
る程定常工程で得られるオリゴ糖の濃度を高くす
ることができる。但し、0.5／−樹脂以上流
入すると分離効率が低下するので好ましくない。
次の水の流入量は原液の流入量に大体比例させて
0.1〜0.7／−樹脂とするとよく、これ以上流
入するとオリゴ糖が必要以上に希釈されてしまう
ので好ましくない。定常工程時における各液の各
槽へ対する受量および原液、水の注入量は第３図
における希薄オリゴ糖液の部分アは0.03〜0.1
／−樹脂、好ましくは0.05／−樹脂前後
として、希薄オリゴ糖液槽６へ受け、以下順にオ
リゴ糖液の部分イは0.1〜0.2／−樹脂、好ま
しくは0.1／−樹脂前後、オリゴ糖リツチ(1)
液の部分ウは0.1〜0.2／−樹脂、好ましくは
0.14／−樹脂前後、オリゴ糖リツチ(2)液の部
分エは0.1〜0.2／−樹脂、好ましくは0.14
／−樹脂前後、二糖・単糖リツチ(1)液の部分
オは0.07〜0.15／−樹脂、好ましくは0.1／
−樹脂前後、二糖・単糖リツチ(2)液の部分カは
0.07〜0.15／−樹脂、好ましくは0.1／−
樹脂前後、二糖・単糖液の部分キは0.1〜0.3／
−樹脂、好ましくは0.2／−樹脂前後、そ
して希薄二糖・単糖液の部分クは0.05〜0.2／
−樹脂、好ましくは0.1／−樹脂前後とし
て各槽にそれぞれ受けるとよい。なお、注入する
原液の量は通常、0.05〜0.2／−樹脂、好ま
しくは0.1／−樹脂前後とし、また水の量は
通常、0.15〜0.4／−樹脂、好ましくは0.2
／−樹脂前後とするとよい。なお、希薄オリ
ゴ糖液の部分アはオリゴ糖液の部分イに、希薄二
糖・単糖液の部分クは二糖・単糖液の部分キに含
めてもよい。 本発明に使用する強酸性カチオン交換樹脂とし
ては多孔性のものがよいが、その粒径は細かい
程、分離性の点で好ましい。しかし、あまり細か
いと工業装置の場合、圧力損失が大となり通液不
能や片流れを起こす原因となるので、通常は40〜
200メツシユ（湿潤状態）のものを使用する。 また、原液はオリゴ糖類の合計含有率が20％以
上、通常50％前後で、糖液濃度が35〜60％のもの
を使用する。 なお通液温度は通液時の圧力損失、微生物汚染
の防止、オリゴ糖の安定性の観点から60〜70℃が
好ましい。 本発明においてはナトリウム形のようなアルカ
リ金属形あるいはカルシウム形のようなアルカリ
土類金属形を用いるが、アルカリ土類金属形の場
合は二糖・単糖液部Ｑの流出曲線の後半がのびる
傾向にあり、そのため分離時間が若干長くなるの
でナトリウム形の方が好ましい。 ただしナトリウム形でクロマト分離をするとサ
イクルを続行するにつれオリゴ糖の収率が若干低
下するという欠点を有している。発明者等はこの
収率低下の原因を追求したところサイクルを続行
するにつれてナトリウム形の樹脂の１部が水素形
となり、この水素形樹脂によつてオリゴ糖の一部
が加水分解することが判明した。したがつてこの
加水分解を防止するために以下のような操作をす
ることが望ましい。 すなわち原液あるいは水に小量のアルカリ金属
水酸化物、アルカリ土類水酸化物あるいはアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属のアルカリ塩たと
えば水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸
ナトリウム、酢酸ナトリウムなどを添加し、原液
あるいは水をアルカリ性となし、これを強酸性カ
チオン交換樹脂に通液するとよい。このように原
液あるいは水をアルカリ性とすることにより水素
形樹脂の生成を防止することができる。またクロ
マト分離を行なう前にあるいは後に、強酸性カチ
オン交換樹脂にアルカリ金属水酸化物、アルカリ
土類金属水酸化物あるいはアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属のアルカリ塩または中性塩たとえ
ば水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナ
トリウム、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩
化カルシウムなどの水溶液を定期的な通液して生
成した水素形樹脂をアルカリ金属形あるいはアル
カリ土類金属形にしてもさしつかえない。 以下に本発明の実施例を説明する。 実施例 強酸性カチオン交換樹脂XT−1007（東京有機
化学工業(株)製）の粒径40〜80メツユのものを径
49.4mm、高さ６ｍのカラムに11.5を充填し、IN
−塩化ナトリウム溶液３／−樹脂を通薬して
完全にナトリウム形に再生した。 次に、この樹脂に原液濃度50％、シユークロー
スにフラクトースが１〜４分子結合したオリゴ糖
の含有比率48％、二糖・単糖含有比率52％、酢酸
ナトリウム0.01mol／を含有する糖液2.76を
温度60℃、通液SV0.2で下降流で通液し、さらに
水酸化ナトリウム0.001mol／を含有する水7.59
を通水した。 次に流出してくる流出液を0.05／−樹脂の
フラクシヨンに分けて採取し、採取した順に順次
塔上部より通液し、３サイクル繰り返した。３サ
イクル目の流出液中のオリゴ糖と二糖・単糖の分
離状態を第４図に示した。すなわち、各フラクシ
ヨンは希薄オリゴ糖液、オリゴ糖液、オリゴ糖リ
ツチ液、二糖・単糖リツチ液、二糖・単糖液、希
薄二糖・単糖液に分けた。 次に第４図のフラクシヨン番号No.38〜40の３フ
ラクシヨンのオリゴ糖液1.73（オリゴ糖186ｇ、
二糖・単糖７ｇ）とフラクシヨン番号No.50〜52の
３フラクシヨンの二糖・単糖1.73（オリゴ糖20
ｇ、二糖・単糖224ｇ）を系外に取り出し、その
代りに酢酸ナトリウム0.01mol／を添加した原
液0.71（オリゴ糖210ｇ、二糖・単糖227ｇ）と
NaOH0.001mol／を添加した水2.75を注入
し、再び循環を続行した。すなわち、注入は希薄
オリゴ糖液、オリゴ糖リツチ液、原液、二糖・単
糖リツチ液、希薄二糖・単糖液、水の順序で行な
い、次のサイクルからは毎サイクル糖液を抜き出
し、注入を行なうことによつて、オリゴ糖の分離
を行なつた。第１表に系外に取りだされたオリゴ
糖液と二糖・単糖液の平均の糖組成を示した。 【表】

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施態様の一例を示す
ものであつて、第１図はオリゴ糖の分離方法のフ
ローを示す説明図、第２図、第３図はいずれも流
出液のオリゴ糖と二糖・単糖の濃度分布を示すも
のであつて、縦軸は糖の濃度、横軸は流出時間を
表わし、第２図は循環１サイクル目の、第３図は
循環３サイクル目の濃度分布のグラフである。ま
た、第４図は実施例における循環３サイクル目の
流出液のオリゴ糖と二糖・単糖の濃度分布を示し
たグラフであり、縦軸は糖の濃度を表わし、横軸
は各フラクシヨンNo.を表わしたものである。 １……強酸性カチオン交換樹脂、２……分離
塔、３……流入管、４……ポンプ、５……流出
管、６……希薄オリゴ糖液槽、７……オリゴ糖液
槽、８……オリゴ糖リツチ(1)液槽、９……オリゴ
糖リツチ(2)液槽、１０……二糖・単糖リツチ(1)液
槽、１１……二糖・単糖リツチ(2)液槽、１２……
二糖・単糖液槽、１３……希薄二糖・単糖液槽、
１４……吸入管、１５……吸入母管、１６……原
液槽、１７……水槽、１８……原液、水導入管、
１９……オリゴ糖液取り出し管、２０……二糖・
単糖液取り出し管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ金属形またはアルカリ土類金属形の
   強酸性カチオン交換樹脂を充填した固定層に三糖
   類以上のオリゴ糖類と二糖類以下の糖類との混合
   原液を下降流あるいは上昇流で通液してクロマト
   分離の手法を用いて三糖類以上のオリゴ糖類と二
   糖類以下の糖類に分離するにあたり、規定量の原
   液と規定量の水を原液、水の順に通液し、その流
   出液を流出順に再び充填層に少なくとも２サイク
   ル以上循環させる先行工程を行ない、当該先行工
   程の循環後に流出口から、三糖類以上のオリゴ糖
   類液、三糖類以上のオリゴ糖類と二糖類以下の糖
   類との混合液、二糖類以下の糖類液の順に流出さ
   れる流出液の内、比較的純度の高い規定量の三糖
   類以上のオリゴ糖類液部分と、比較的純度の高い
   規定量の二糖類以下の糖液部分のみを系外に取り
   だし、一方、他の液は流出順に再び循環させる
   が、その時規定量の原液を循環液である三糖類以
   上のオリゴ糖類と二糖類以下の糖類との混合液の
   流入の途中で注入するとともに、また規定量の水
   を循環液である比較的濃度の低い二糖類以下の糖
   類の流入後に注入し、かつ注入する原液と水の合
   計液量を、系外に取りだす前記三糖類以上のオリ
   ゴ糖類液部分と前記二糖類以下の糖液部分の合計
   液量と等しくするようにして循環させる定常工程
   を行ない、以後当該定常工程を繰り返して行なう
   ことにより、三糖類以上のオリゴ糖類液と二糖類
   以下の糖類液を順次取りだすことを特徴とする三
   糖類以上のオリゴ糖の分離法。 ２ 原液あるいは水にアルカリ金属水酸化物、ア
   ルカリ土類金属水酸化物あるいはアルカリ金属ま
   たはアルカリ土類金属のアルカル塩を添加する特
   許請求の範囲第１項記載のオリゴ糖の分離法。 ３ 強酸性カチオン交換樹脂にアルカリ金属水酸
   化物、アルカリ土類金属水酸化物あるいはアルカ
   リ金属またはアルカリ土類金属のアルカリ塩また
   は中性塩の水溶液を定期的に通液する特許請求の
   範囲第１項記載のオリゴ糖の分離法。