半乳糖基蔗糖的製造方法
2023-08-11 11:56:11 2
專利名稱：半乳糖基蔗糖的製造方法
技術領域：
本發明是關於半乳糖基蔗糖(在別處也稱為乳糖基果糖苷或者乳糖蔗糖)的製造方法。
半乳糖基蔗糖具有作為雙尾菌增殖因子的活性，作為特定保健食品(厚生省認可)對人們的健康是起作用的。
迄今已知，使果糖基轉移酶作用於乳糖和蔗糖，通過酶反應能夠製造這種半乳糖基蔗糖。另外，作為使該製造高效化的方法，已提出使果糖基轉移酶和蔗糖酶缺損酵母作用於乳糖和蔗糖的方法(日本專利公開第293494/1992號公報)。
然而，使用上述的果糖基轉移酶的酶反應是平衡反應，因此，以間歇式製造上述的半乳糖基蔗糖的方法，半乳糖基蔗糖僅達到反應固形分中的30％左右，有收率低的問題。
與此相反，上述日本專利公開第293494/1992號公報記載的方法，酵母消耗在酶反應中生成的葡萄糖，因此，平衡反應向生成物的生成方向進行，具有半乳糖基蔗糖的含有率能夠提高至反應固形分中的60％左右的優點。但是，原理上有酵母攝取原料的糖分而損失的問題，也有酵母的加工是不容易的問題。
因此，本發明人注目於，使用上述果糖基轉移酶的酶反應是平衡反應，以間歇式不能將收率提高到平衡反應率以上，但是如果將所生成的半乳糖基蔗糖從酶反應的區域分離，就使反應向生成物的生成方向進行，使總反應率提高至平衡反應率以上，得到半乳糖基蔗糖的含有率高的反應液，進行了深入的研究，從而完成了本發明。
即，本發明的目的在於提供，通過同時進行酶反應和色譜分離，使整體操作簡化的半乳糖基蔗糖的製造方法。
另外，本發明的目的還在於提供，象間歇式那樣為了使純度高，使用長柱，不必要使用多量的洗脫液，使純度高、收率也良好，後段的濃縮過程的負擔也小，可以高效率、高生產率、低成本地製造半乳糖基蔗糖的方法。
本發明的半乳糖基蔗糖的製造方法以下述的操作進行，即，向模擬移動層裝置分別供給含有作為原料的乳糖和蔗糖的原料液、含有果糖基轉移酶的酶液及洗脫液，通過酶反應生成半乳糖基蔗糖，將富有生成的半乳糖基蔗糖的區分液與其他成份分離，將富有半乳糖基蔗糖的區分液從模擬移動層裝置提出，利用上述模擬移動層裝置同時進行以上的操作；以及將包含在得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類去除。
在上述中，作為模擬移動層裝置，例如可以使用在內部形成填充劑層、用配管將數個塔環形的連接的系統，向該系統的規定位置供給原料、洗脫液、酶液，而且能夠使該供給位置間歇地切換移動到循環流的下流側的液供給系統，一邊將已分離成份的富化帶區的液提出循環系統外，一邊與液供給系統同期，能夠間歇地切換移動到循環流的下流側的液提出系統，通過進行這些液供給系統和液提出系統的切換移動的控制構件的組合而構成的模擬移動層裝置。
本發明的半乳糖基蔗糖的製造方法還有，進行在將內部形成填充劑層的數個塔連接在環形上的系統內，以液體作為循環流向一個方向流動的操作；向該系統分別供給含有作為原料的乳糖和蔗糖的原料液、含有果糖基轉移酶的酶液及洗脫液，而且將富有對填充劑親和力弱的半乳糖基蔗糖的區分液及富有對填充劑親和力強的葡萄糖的區分液分別提出上述系統外的操作；通過閥的切換使供給上述的各液的入口位置和將各區分液從該系統提出的出口位置沿上述一個方向間歇地移動，相對於上述入口和出口使填充劑沿與液的流動外表上相反方向移動的模擬移動層式色譜分離的操作；進行通過酶反應從上述原料生成半乳糖基蔗糖，而且同時利用色譜分離操作進行分離而提出系統外，去除包含在所得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類的處理。
在上述的各發明中，模擬移動層的內部，當然根據需要，設定適合於酶反應和色譜分離的條件(pH、溫度等)，例如，在酶液中添加活性化劑、緩衝液等，以使酶維持活性最佳的條件。並且最好是模擬移動層的填充劑形成氫離子，防止使糖發生水解，或者向洗脫液中添加氫氧化鈉等，以使模擬移動層內的pH保持最佳的pH。另外，作為原料液的糖液，最好使用進行脫鹽或者調整至酶反應的最佳pH的糖液。
在本發明中，進行包含在從模擬移動層裝置得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類的處理。脫鹽處理必須是不導致半乳糖基蔗糖分解的處理，例如，可舉出，使加溫至50℃左右的糖液順序地向強鹼性陰離子交換樹脂、弱酸性陽離子交換樹脂進行通液而脫鹽的方法(逆向法)；使冷卻至30℃以下的糖液向強酸性陽離子交換樹脂(或者弱酸性陽離子交換樹脂)和強鹼性陰離子交換樹脂的混合床進行通液而脫鹽的方法(混合床法)；使冷卻至10℃以下的糖液順序地向強酸性陽離子交換樹脂、強鹼性陰離子交換樹脂(或者弱鹼性陰離子交換樹脂)進行通液而脫鹽的方法(冷脫鹽法)等。
按照本發明，在移動層裝置內，能夠使乳糖+蔗糖＝半乳糖基蔗糖+葡萄糖的酶反應和富有生成的半乳糖基蔗糖的液的分離同時進行，不必要分別設置酶反應裝置和分離裝置，因而使整體操作、設備簡單化，在能夠製造半乳糖基蔗糖的同時，能夠使為平衡反應的上述反應向右方向(半乳糖基蔗糖生成方向)進行，能以比平衡反應率高的收率製造半乳糖基蔗糖。
另外，因為所得到的半乳糖基蔗糖含有液進行脫鹽處理，所以去除了其中包含的鹽類，能夠製造高品質的半乳糖基蔗糖。
本發明中，向酶液的體系的供給與向原料液的供給口供給該原料液同時進行；使向酶液的體系的供給位置處於將親和力強的物質提出系統外的出口和原料液的供給口之間。
按照本發明，能夠使酶和原料高效率地接觸，其中，酶的移動流速比其他物質快，因此從循環流的上流側流動的酶能夠比原料的供給位置更高效率地與原料接觸。
本發明中，在上述的各發明中利用鹼金屬形的強酸性陽離子交換樹脂形成填充劑層。
在本發明的方法中使用的填充劑，例如可舉出離子交換樹脂、凝膠過濾用填充劑等，但按照使用鹼金屬形的強酸性陽離子交換樹脂的本發明，能夠根據分子量分離是較低分子糖類的單糖、二糖和三糖，最適用於半乳糖基蔗糖的製造。
圖1是以本發明的實施例1中使用的迴轉式導閥型模擬移動層式色譜分離裝置的構成概要作為流程圖表示的圖。
圖2是以本發明的實施例2中使用的迴轉式導閥型模擬移動層式色譜分離裝置的構成概要作為流程圖表示的圖。
實施方式1圖1是表示在實施本發明方法中使用的迴轉式導閥型模擬移動層裝置的一個例子的概要圖，實際的裝置，是在同一圓周上形成等角度地隔離配置作為填充劑填充塔的12根柱1～12，利用配管15環形地連接，但在該圖1中為了說明上的方便，以直線狀地展開配置狀態表示柱。
而且該裝置，對於由該12根柱構成的系統，利用泵21、22、23，將原料液、酶液、洗脫水的各供給液供給指定的柱，A區分液和C區分液利用泵24、25從指定的柱提出而相連接的同時，通過未圖示的開關閥的切換，每隔一定時間在循環流(圖中以箭頭表示流動方向)的下流側，一個柱、一個柱的連接被切換移動地構成。
即，在圖1的狀態，原料液和酶液利用泵21、22向柱5的塔頂供給液地被連接的同時，洗脫液利用泵23向柱1的塔頂供給地被連接，而且A區分液利用泵24從柱10的塔底提出液體，C區分液利用泵25從柱2的塔底提出液體地分別被連接。於是該連接通過向間歇地進行液循環的下流側移動，在間歇地移動的下一時刻，向柱6的塔頂供給原料液和酶液，並且向柱2的塔頂供給洗脫水，A區分液從柱11的塔底、C區分液從柱3的塔底分別提出液體地進行連接切換。以下同樣地進行，各液的供給位置、提出位置被切換以使其每隔一定時間，一個柱、一個柱地向循環流的下流側移動。
在上述裝置中，通過進行以上的操作，在環形連接的柱系統中被作為原料液和酶液的混合液供給的原料和酶，通過酶反應生成反應生成物，生成物中對填充劑的親和力弱的成份(A區分液的成份)藉助循環流，其富化帶區從原料向下流方向進行，從A區分液的提出口提出到系統外。另一方面，生成物中對填充劑的親和力強的成份(C區分液的成份)，利用上述的供給口和提出口的每隔一定時間的切換，通過填充劑向與表觀上循環流的流動相反的方向進行移動，其富化帶區從原料的供給位置向上流側移動，被擠向所供給的洗脫水，從C區分液的提出口提出到系統外。
如以上那樣進行，使用圖1的裝置，通過實施本發明的方法，在包含在原料液中的原料、包含在酶液中的酶即將供給模擬移動層裝置之前，從被混合的時刻，就應該在模擬移動層裝置內進行酶反應的同時，也進行是模擬移動層的作用的色譜分離，通過同時進行該酶反應和模擬移動層式色譜分離，能夠連續地進行高效率的酶反應和生成物質的分離提出。
而且特別是，在酶反應是平衡(可逆)反應的場合，通過色譜分離作用使生成物質從酶反應的場合分離(從原料和酶接觸的場合，向與此無關的場合移動)，因此能夠促進平衡(可逆)反應中的生成物質的生成方向的反應。
實施方式2圖2所示的本例，與在上述圖1中說明的實施方式1的裝置相比，酶液的供給位置是在從C區分液的提出位置(按圖2所言是柱2的塔底)的下流，在原料液的供給位置(按圖2所言是柱5的塔頂)的上流，向柱系統供給酶液，其他的構成和實施方式1相同。再者，圖2作為在從柱2的塔底向柱3的塔頂的配管15上設置止回閥30的例子而表示，但該止回閥30不一定是必須的，通過控制循環流的流量，循環流實質上也可以不進行流動。並且該止回閥的供給口和提出口同樣也每隔一定時間向循環流的下流側移動。
按照本例的裝置，向流動方向的進行最快的酶液，通過循環流遍及原料存在的區域，可靠地進行通過，因此與實施方式1相比，能使酶反應更高效率地進行。
實施例1作為單位填充層，使用12根內徑1.2cm、長20cm，且帶加熱外套的氣體柱，構成圖1的迴轉式導閥型模擬移動層裝置。
作為上述填充劑，使用隆安德赫斯(ロ-ムアンドハ-ス)公司制的離子交換樹脂(Amberlite)CR1310(色譜分離用凝膠型強酸性陽離子交換樹脂)的鈉形。各區的柱數從洗脫液供給口至下流方向達到2根、2根、6根、2根。即，使對從洗脫液供給口至C區分提出口的填充劑的親和力強的成份回收區達到2根，使從C區分提出口至原料供給口的區達到2根，使從原料供給口至A區分提出口的區達到6根，使從A區分提出口至洗脫液供給口的親和力弱的成份回收區達到2根。在該裝置內進行由β-果糖呋喃糖苷酶引起以下的果糖基轉移反應。
乳糖+蔗糖＝半乳糖基蔗糖+葡萄糖在此，乳糖是半乳糖和葡萄糖的結合物質，蔗糖是葡萄糖和果糖的結合物質，半乳糖基蔗糖是乳糖和果糖的結合物質，該反應是使構成蔗糖的果糖向乳糖轉移的平衡反應。
從原料供給口供給pH調整至7.0的乳糖和蔗糖的混合水溶液以及用由β-果糖呋喃糖苷酶原液的脫鹽水形成的稀釋液，為了調整裝置內的pH，從洗脫液供給口供給在脫鹽水中溶解10mg/L的氫氧化鈉的洗脫水。反應溫度是55℃，原料糖濃度分別是10重量％，酶濃度達到180U/ml。但是，1U規定為按照常規方法在1分鐘使1μmol的果糖基轉移的酶量。1個循環周期規定為2小時。另外，各流速象以下那樣規定。
在原料供給口和C區分液提出口間的單位填充塔中的流速1.45ml/min原料液供給量0.05ml/min酶液供給量0.05ml/min
洗脫水供給量0.75ml/minA區分液提出量0.40ml/minC區分液提出量0.45ml/min運轉的結果，在15小時後得到下述表1所示的濃度和組成的A區分液和C區分液。
表1
再者，按照下式(i)計算出的出口標準的總反應率是55.8％，與比較例1的平衡反應率44.9％相比，高10.9％。
另外，在反應中生成的半乳糖基蔗糖的A區分液的回收率是100％，A區分液的半乳糖基蔗糖的純度與比較例1的間歇反應相比，能夠提高19.5％。
但是，A區分液的導電率是254μS/cm，按照離子交換樹脂法測定的全陽離子是3.2meq/L，全陰離子是3.4meq/L，含有離子性的雜質。因此，使用截留分子量1萬的超濾膜超濾器QO100(安邦帝克(アドンテツク)東洋株式會社制)處理200ml該A區分液，使酶分離後，向混合強酸性陽離子交換樹脂離子交換樹脂Amb200C(隆安德赫斯(ロ-ム·アンド·ハ-ス)公司制)的氫離子形10ml和強鹼性陰離子交換樹脂離子交換樹脂XT-5007(隆安德赫斯(ロ-ム·アンド·ハ-ス)公司制)的羥基形25ml而填充的氣體柱進行通液。通液溫度是室溫，通液速度是1ml/min。其結果，處理液的導電率是0.8μS/cm，全陽離子和全陰離子共同成為按照離子交換樹脂法測定極限的0.4meq/L以下，得到高品質的糖液。
再者，以用上述超濾膜分離的酶，也能夠作為在半乳糖基蔗糖製造中使用的酶進行再利用。
比較例1以間歇反應進行實施例1的反應。在和保持在55℃的實施例1相同的100ml原料液中添加101Uβ-果糖呋喃糖苷酶，分別在3小時、6小時、9小時、21小時、27小時後，一邊將反應液各取樣2ml，一邊在100℃加熱10分鐘使酶失活後，利用高速液體色譜法測定組成，其結果示於下述表2中。
表2
另外，從按下式(ii)計算出的乳糖向半乳糖基蔗糖反應後的標準反應率在3小時後是25.9％，在6小時後是39.8％，在9小時後是44.9％，在21小時後是44.2％，在27小時後是39.6％，因此，使用間歇法的平衡反應率，即使採用上述反應率成為最大的反應時間(9小時)，最大是44.9％。
實施例2使用在圖1的迴轉式導閱型模擬移動層裝置中變更酶液的供給場所的圖2的裝置，除此之外，條件全部和實施例1相同，製造半乳糖基蔗糖。
運轉的結果，在15小時後得到下述表3所示的濃度和組成的A區分液和C區分液。
表3
再者，與實施例相同地計算出的出口標準的總反應率是60.2％，比實施例1高4.4％。另外，在反應中生成的半乳糖基蔗糖的A區分液的回收率是100％，A區分液的半乳糖基蔗糖的純度與實施例1的53.1％相比，能夠提高5.2％。
A區分液的導電率是259μS/cm，按照離子交換樹脂法測定的全陽離子是3.3meq/L，全陰離子是3.5meq/L，含有離子性的雜質。因此，使用截留分子量1萬的超濾膜超濾器QO100(安邦帝克(アドバンテツク)東洋株式會社制)處理200ml該A區分液，使酶分離後，向混合強酸性陽離子交換樹脂離子交換樹脂Amb200C(隆安德赫斯(ロ-ム·アン ド·ハ-ス)公司制)的氫離子形10ml和強鹼性陰離子交換樹脂離子交換樹脂XT-5007(隆安德赫斯(ロ-ム·アンド·ハ-ス)公司制)的羥基形25ml而填充的氣體柱進行通液。通液溫度是室溫，通液速度是1ml/min。其結果，處理液的導電率是0.8μS/cm，全陽離子和全陰離子共同成為按照離子交換樹脂法測定極限的0.4meq/L以下，得到高品質的糖液。
按照本發明，從原料和酶存在的反應時，以色譜分離的動作使半乳糖基蔗糖分離的作用連續地發生作用，因此抑制住從半乳糖基蔗糖向原料生成方向的逆反應，半乳糖基蔗糖生成的總反應率比在通常的攪拌槽中進行的平衡反應率高，達到能夠以高收率製造半乳糖基蔗糖的效果。
另外，酶反應和色譜分離同時進行，因此與分別單獨地進行酶反應的操作或者色譜分離的操作時相比，能使全體操作簡單化，在設備方面也不必要設置酶反應裝置和分離裝置的二個裝置，純度高，收率也良好，能夠使後段的濃縮過程的負擔小，達到能夠具有高效率、高生產率、以低成本製造半乳糖基蔗糖的效果。
另外，與使用酵母的以往方法相比，能夠有效地利用原料，沒有所謂的酵母加工的複雜性。
權利要求
1.半乳糖基蔗糖的製造方法，其特徵在於，進行以下的操作向模擬移動層裝置分別供給作為原料含有乳糖和蔗糖的原料液、含有果糖基轉移酶的酶液和洗脫液，通過酶反應生成半乳糖基蔗糖，使富有生成的半乳糖基蔗糖的區分液與其他的成份分離，從模擬移動層裝置提出富有半乳糖基蔗糖的區分液，利用上述模擬移動層裝置同時進行以上的過程的操作，以及去除包含在所得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類的操作。
2.半乳糖基蔗糖的製造方法，其特徵在於，進行以下的操作和處理在將內部形成填充劑層的數個塔環形連接成的系統內，使液體作為循環流向一個方向流動的操作；進行向該系統分別供給作為原料含有乳糖和蔗糖的原料液、含有果糖基轉移酶的酶液和洗脫液，而且將富有對填充劑的親和力弱的半乳糖基蔗糖的區分液和對填充劑的親和力強的葡萄糖的區分液分別提出到上述系統外的操作；通過閥的切換，使供給上述的各液的入口位置和從該系統提出各區分液的出口位置沿上述一個方向間歇地移動，相對於上述入口和出口，使填充劑沿與液體的流動表觀上相反方向移動的模擬移動層式色譜分離的操作；通過酶反應從上述原料生成半乳糖基蔗糖，而且以同時進行色譜分離操作進行分離而提出到系統外，進行去除包含在所得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類的處理。
3.權利要求2所述的半乳糖基蔗糖的製造方法，其特徵在於，向酶液的體系的供給與向原料液的供給口供給該原料液同時進行。
4.權利要求2所述的半乳糖基蔗糖的製造方法，其特徵在於，使向酶液的體系的供給位置處於將富有葡萄糖的區分液提出系統外的出口和原料液的供給口之間。
5.權利要求2～4中任一項權利要求所述的半乳糖基蔗糖的製造方法，其特徵在於，填充劑層是由鹼金屬形的強鹼性陽離子交換樹脂構成。
全文摘要
以比平衡反應率高的收率、利用酶反應製造是平衡反應的半乳糖基蔗糖,進行向模擬移動層裝置分別供給作為原料含有乳糖和蔗糖的原料液、含有果糖基轉移酶的酶液和洗脫液,通過酶反應生成半乳糖基蔗糖,使富有生成的半乳糖基蔗糖的區分液與其他的成份分離,從模擬移動層裝置提出富有半乳糖基蔗糖的區分液,利用上述模擬移動層裝置同時進行以上處理的操作以及去除包含在所得到的半乳糖基蔗糖含有液中的鹽類的操作。
文檔編號C12P19/00GK1253182SQ9812442
公開日2000年5月17日 申請日期1998年10月30日 優先權日1998年10月30日
發明者橋本健治, 河瀨元明, 原耕三, 藤田孝輝, 松田文彥, 增田隆之 申請人:鹽水港精糖株式會社, 株式會社橫浜國際生物化學研究所, 奧爾加諾株式會社