(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を酸を用いて部分加水分解して得られる酸含有部分加水分解液に、濃縮液としてアルカリ溶液を循環するイオン交換膜電気透析装置を用いて脱酸処理を施すことを特徴とする有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項２】
有機物を酸を用いて部分加水分解して得られる酸含有部分加水分解液に、濃縮液のｐＨ値をコントロールしながらイオン交換膜電気透析装置を用いて脱酸処理を施すことを特徴とする有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項３】
イオン交換膜電気透析装置が、それぞれ複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に備えたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項４】
ｐＨ値のコントロールが、電極液槽の濃縮液（電極液）及び濃縮液槽の濃縮液のｐＨの測定値に基づいて、アルカリ液槽からアルカリ溶液を電極液槽及び濃縮液槽に自動的に流入させることによって行われることを特徴とする請求項２又は３記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項５】
イオン交換膜電気透析装置が、複数枚の陰イオン交換膜を備えたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項６】
ｐＨ値のコントロールが、濃縮液（陽極液）槽の濃縮液のｐＨの測定値に基づいて、アルカリ液槽からアルカリ溶液を濃縮液（陽極液）槽に自動的に流入させることによって行われることを特徴とする請求項２又は５記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項７】
ｐＨ値が、ｐＨ７〜９であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項８】
有機物がキチンであり、その部分加水分解物がＮ−アセチルキトオリゴ糖であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【請求項９】
有機物がシルクプロテインであり、その部分加水分解物がシルクペプチドであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の有機物の部分加水分解物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を塩酸等の酸を用いて部分加水分解することにより得られる有機物の部分加水分解物の製造方法に関し、より詳しくは、キチンやシルクプロテイン（絹）等の有機物の部分加水分解液に、イオン交換膜電気透析装置を用いた脱酸処理を施すことを特徴とするＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎ−アセチルキトオリゴ糖は、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミンがβ−１，４結合で２〜７個結合したオリゴ糖で、従来より、カニ、エビ、オキアミ等の甲殻に含まれる多糖類キチンを部分加水分解することにより得られることが知られている。また、フラクトオリゴ糖、マルトオリゴ糖等と同様に、ビフィズス菌の増殖促進因子、低う触性甘味剤としての用途が期待されている。かかるＮ−アセチルキトオリゴ糖の製造方法としては、従来以下に挙げる方法が知られている。
【０００３】
特開平５−３２０２０４号公報には、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖の製造方法として、キトサンをバチルス属の生産するキトサナーゼで分解した後、得られたキトオリゴ糖を無水酢酸等のアシル化剤を用いてＮ−アセチル化し、電気透析を用いてＮ−アセチルキトオリゴ糖を精製する方法が記載されている。この方法は、キチンを脱アセチル化したキトサンを原料として用い、酵素を利用してキトオリゴ糖を生成せしめ、得られたキトオリゴ糖に無水酢酸等のアシル化剤を用いて、化学反応により再びＮ−アセチルキトオリゴ糖を合成し、合成により副成した塩類を電気透析法により除去する方法であるが、食品の用途に供するには、好ましくない製造法であるといえる。
【０００４】
特公平５−８６３９９号公報には、キチンを酸により部分加水分解し、アルカリにより中和し、該中和溶液中の副生塩の脱塩をイオン交換膜電気透析法で行った後、イオン交換樹脂処理し、乾燥、粉末化するＮ−アセチルキトオリゴ糖の製造方法が記載されている。この方法は、キチンを酸により部分加水分解した後、アルカリを用いて中和をしているが、中和反応を冷却しながら行っても、部分加水分解後に残存する過剰の酸を中和する際に発生する中和熱による温度上昇は著しく、中和熱により２次的な加水分解や、溶液中に存在するＮ−アセチルキトオリゴ糖とアルカリとの部分接触による脱アセチル化や糖の分解による着色物質が生成するという問題があった。
【０００５】
また、特開平２−１７７８６４号公報には、絹タンパク質を強酸、強アルカリ、又はタンパク質分解酵素により加水分解して得られる加水分解物を含む食物やその製法が記載されている。この特開平２−１７７８６４号公報において酸を用いて加水分解する場合の具体例としては、絹フィブロイン水溶液にリン酸を加え加水分解した後、水酸化カルシウムを用いて中和し、生じた白色の沈殿を濾別後、凍結乾燥し白色粉末を得ているが、生成した中和塩である難溶性のリン酸カルシウムは濾過によっても完全には除去することができず、この白色粉末の中にはリン酸カルシウムが含まれている。
【０００６】
また従来、有機物等の溶液から脱塩処理に、上記のように、陽極と陰極との間に交互に設けられた複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを介して、被処理液（稀釈液）流通室と濃縮液流通室を形成したイオン交換膜透析槽に被処理液と濃縮液を循環させながら、直流電源を通電するイオン交換膜電気透析装置を用いることはよく知られている。また、かかるイオン交換膜電気透析装置や、陰イオン交換膜のみを用いる電気透析装置を用いて有機物溶液と酸を分離することも知られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、キチンやシルクプロテイン等の有機物を塩酸等の酸を用いて部分加水分解することにより生成するＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の酸含有部分加水分解液に、酸を中和する工程を省いて、そのまま脱酸処理を施し、中和熱等による２次的な加水分解による品質の劣化を防ぐとともに、脱塩処理中に生ずる細菌汚染を最小限にすることのできる、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖を製造するに際して、従来法、すなわち、キチンを塩酸により部分加水分解してアルカリで中和し、副生する塩をイオン交換膜電気透析装置を用いて除去しようとしたが、中和熱による２次的な加水分解等の品質の劣化や透析液中の細菌汚染が生じることがわかったので、次に、中和工程を省略して、イオン交換膜電気透析法により酸を除去することを試みたが、中和塩の除去の場合と異なり同一電圧を負荷しても透析効率が徐々に低下することがわかった。そこで、イオン交換膜電気透析槽に循環する濃縮液としてアルカリ溶液を用いて電気透析を行ったところ、透析効率は大幅に改善されることがわかった。しかし、一般的に陰極に使用されているステンレス板が酸により侵蝕劣化する可能性のあることや、陰イオン交換膜が強アルカリにより劣化する可能性があることもわかった。
【０００９】
そこで、イオン交換膜電気透析槽に循環する濃縮液としてアルカリ溶液を用い、該濃縮液のｐＨをコントロールしながら電気透析を行うと、透析効率の低下がなく、また電極やイオン交換膜の侵蝕劣化がない上に、良好な組成と微生物学的に汚染のない優れた品質のＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、キチンや絹等の有機物を、塩酸等の酸を用いて、部分加水分解して得られる酸含有部分加水分解液に、濃縮液としてアルカリ溶液を循環するイオン交換膜電気透析装置を用いて脱酸処理を施すことや、濃縮液のｐＨ値をコントロールしながらイオン交換膜電気透析装置を用いて脱酸処理を施すことを特徴とするＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物の製造方法に関する。
【００１１】
また本発明は、イオン交換膜電気透析装置として、それぞれ複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に備えたものを使用する上記有機物の部分加水分解物の製造方法や、ｐＨ値のコントロールが、電極液槽の濃縮液（電極液）及び濃縮液槽の濃縮液のｐＨの測定値に基づいて、アルカリ液槽からアルカリ溶液を電極液槽及び濃縮液槽に自動的に流入させることによって行われる上記有機物の部分加水分解物の製造方法や、ｐＨ値が、ｐＨ７〜９である上記有機物の部分加水分解物の製造方法に関する。
【００１２】
さらに本発明は、イオン交換膜電気透析装置として、複数枚の陰イオン交換膜を備えたものを使用する前記有機物の部分加水分解物の製造方法や、ｐＨ値のコントロールが、濃縮液（陽極液）槽の濃縮液のｐＨの測定値に基づいて、アルカリ液槽からアルカリ溶液を電極液槽及び濃縮液槽に自動的に流入させることによって行われる上記有機物の部分加水分解物の製造方法や、ｐＨ値が、ｐＨ７〜９である上記有機物の部分加水分解物の製造方法に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明における有機物としては、酸によって部分加水分解されるものであればどのような有機物でもよく、具体的には多糖類やタンパク質等を例示することができる。例えば、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖を製造する場合には、有機物として、ポリ−β−１，４−Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン構造を有するキチンが用いられ、かかるキチンとしては、例えば原料としての甲殻類の外骨格を希酸で脱灰し、アルカリで除タンパク後水洗乾燥したものを例示することができる。また、シルクペプチドを製造する場合には、有機物として絹や絹から希アルカリ溶液での不溶分を除去したシルクプロテインが用いられる。
【００１４】
本発明において、部分加水分解に使用する酸としては、キチンやシルクプロテイン等の有機物に作用させて、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の部分加水分解物が得られるものであればどのような酸でも使用することができるが、好ましい酸として塩酸や硫酸、特に濃塩酸を挙げることができる。また、部分加水分解の程度としては、目的物の用途に応じて適宜決定することができる。そしてまた、本発明により得られる部分加水分解物に、必要に応じて、さらに酵素等を作用させることもできる。
【００１５】
本発明に用いられるイオン交換膜電気透析装置は、複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に備えたものと、複数枚の陰イオン交換膜のみを備えたものに大別することができ、まず、複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に備えたイオン交換膜電気透析装置について図１に基づいて説明し、次いで、複数枚の陰イオン交換膜のみを備えたイオン交換膜電気透析装置について図２に基づいて説明する。なお、本発明においては、酸含有部分加水分解物を含む液を稀釈液といい、稀釈液から電気透析により塩素イオン等を受け取る方の液を濃縮液といい、濃縮液には便宜上電極液や陽極液を含めることがあり、その場合、それぞれ濃縮液（電極液）、濃縮液（陽極液）と表すことがある。
【００１６】
図１には、複数枚の陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａを備えたイオン交換膜電気透析装置１が図示されている。このイオン交換膜電気透析装置１は、イオン交換膜透析槽２と、直流電源装置３と、電極液槽４と、濃縮液槽５と、稀釈液槽６と、アルカリ液槽７と、アルカリ液自動注入電磁弁８と、ｐＨコントローラー９と、各槽間を連結する配管１０と、電極液槽４、濃縮液槽５、稀釈液槽６の下流の配管１０にそれぞれ設けられた３台の循環ポンプ１１と、濃縮液槽５の下流に設けられた濃縮液冷却器１２とから構成されており、これらのうち、本発明者らによって新たに設置されたアルカリ液槽７、アルカリ液自動注入電磁弁８、ｐＨコントローラー９及び濃縮液冷却器１２を除いては、従来公知のイオン交換膜電気透析装置を用いることができる。また、アルカリ液としては、苛性ソーダ溶液や炭酸ソーダ溶液を例示することができる。
【００１７】
イオン交換膜透析槽２は、金属陽極板１３を起点とし、陽極液流通室１４、陰イオン交換膜Ａ、稀釈液流通室１５、陽イオン交換膜Ｃ、濃縮液流通室１６、陰イオン交換膜Ａ、以下順次、流通室とイオン交換膜とを多数任意に組み込み、最後に陽イオン交換膜Ｃ、陰極液流通室１７、金属陰極板１８の順に組み合わせて、両端に背板（図示せず）をあて、空隙から液漏れのないように締め付けられている。そして、イオン交換膜透析槽２の金属陽極板１３と金属陰極板１８には、直流電源装置３の陽極と陰極とがそれぞれ接続されている。そして、直流電源装置３としては、整流器を挙げることができ、また陽極としては、白金メッキチタン板、白金イリジウムメッキチタン板を、陰極としては、陽極素材と同様なものの他に、ステンレス板、銀板等を用いることができる。また、陽イオン交換膜Ｃや陰イオン交換膜Ａとしては、従来公知のものを使用することができる。
【００１８】
電極液槽４には、攪拌手段と電極液槽４中の電解液のｐＨを測定するためのｐＨ電極１９が設けられており、ｐＨ電極１９により測定されたｐＨ値に基づいてｐＨコントローラー９が苛性ソーダ溶液等のアルカリ液槽７と電極液槽４間に設けられたアルカリ液自動注入電磁弁８に作用し、ｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ７．０以下、好ましくはｐＨ７．３まで低下するとアルカリ液自動注入電磁弁８が自動的に開き、アルカリ液槽７から苛性ソーダ溶液等のアルカリ液が電極液槽４中に流入するようになっており、反対にｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ９．０以上、好ましくはｐＨ８．５まで上昇するとアルカリ液自動注入電磁弁８が閉じ、アルカリ液槽７から電極液槽４へのアルカリ液の流入が停止するようになっている。また、この電極液槽４と上記イオン交換膜透析槽２との間には、イオン交換膜透析槽２の陽極液流通室１４及び陰極液流通室１７に濃縮液（電極液）が循環ポンプ１１により流入することができるように配管１０が配設されており、また、陽極液流通室１４及び陰極液流通室１５を通過した濃縮液（電極液）が再び電極液槽４に戻り、循環することができるようにように配管１０が配設されている。なお、アルカリ液自動注入電磁弁８に代えてアルカリ液自動注入ポンプを用いることもできる。
【００１９】
濃縮液槽５には、電極液槽４と同様に、攪拌手段と濃縮液槽５中の電解液のｐＨを測定するためのｐＨ電極１９が設けられており、ｐＨ電極１９により測定されたｐＨ値に基づいてｐＨコントローラー９がアルカリ液槽７と濃縮液槽５間に設けられたアルカリ液自動注入電磁弁８に作用し、ｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ７．０以下、好ましくはｐＨ７．３まで低下するとアルカリ液自動注入電磁弁８が自動的に開き、アルカリ液槽７からアルカリ液が濃縮液槽５中に流入するようになっており、反対にｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ９．０以上、好ましくはｐＨ８．５まで上昇するとアルカリ液自動注入電磁弁８が閉じ、アルカリ液槽７から濃縮液槽５へのアルカリ液の流入が停止するようになっている。また、この濃縮液槽５と上記イオン交換膜透析槽２との間には、イオン交換膜透析槽２の各濃縮液流通室１６に濃縮液が循環ポンプ１１により流入することができるように配管１０が配設されており、また、濃縮液流通室１６を通過した濃縮液が再び濃縮液槽５に戻り、循環することができるようにように配管１０が配設されている。
【００２０】
稀釈液槽６には、有機物の酸による部分加水分解処理後に稀釈された稀釈液が収容され、この稀釈液槽６と上記イオン交換膜透析槽２との間には、イオン交換膜透析槽２の各稀釈液流通室１５に稀釈液が循環ポンプ１１により流入することができるように配管１０が配設されており、また、稀釈液流通室１５を通過した稀釈液が再び稀釈液槽６に戻り、循環することができるようにように配管１０が配設されている。
【００２１】
このイオン交換膜電気透析装置１の始動時には、アルカリ液槽７には例えば５〜１５Ｗ／Ｖ％の苛性ソーダ液を入れ、電極液槽４及び濃縮液槽５にはそれらそれぞれに設けられたオーバーフロー口より溢出するまで水を入れ、稀釈液槽６には有機物の酸による部分加水分解処理後に稀釈された稀釈液を入れてから、３つの循環ポンプ１１を作動させ、濃縮液（電極液）、濃縮液及び稀釈液をイオン交換膜透析槽２に送り込み、各槽との間で循環させ、電極液槽４及び濃縮液槽５には循環により減少した水をそれぞれオーバーフロー口近くまで補充し、次いで、直流電源装置３を定電圧に調整して、陽極１３及び陰極１８に電流を流し、透析による脱酸処理を開始する。運転開始後、電流が殆ど流れなくなった時点で運転を停止する。
【００２２】
上記イオン交換膜電気透析装置１を用いて脱酸処理を開始すると、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物は非電解質であり、陽イオン交換膜Ｃや陰イオン交換膜Ａを通過することができないが、稀釈液中の塩酸に由来する水素イオンは陽イオン交換膜Ｃを通過して濃縮液流通室１６に移動し、その中の水酸イオンと反応して水となり、稀釈液中の塩酸に由来する塩素イオンは陰イオン交換膜Ａを通過して濃縮液流通室１６に移動し、その中のナトリウムイオンと中和反応して塩化ナトリウムとなる。これらの反応により発熱が生じるが、発熱が生じる場は、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物が存在しない濃縮液流通室１６中であり、また温度が上昇した濃縮液は濃縮液槽５の下流に設けられた濃縮液冷却器１２により冷却されることから、反応熱によりＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物が２次的な加水分解を受けることがない。また、稀釈液のｐＨは、塩酸が存在する間は強い酸性を示し、塩素イオンの残存量が０．０８ｇ／１００ｍｌになった時点でｐＨが約３となり、更にｐＨ５．４〜５．６でほぼ、ｐＨ変化がなくなり、ｐＨが３から５以上に達する時間は全体の運転時間の１／１５に満たない短時間であり、運転中の細菌の増殖を著しく抑制することができる。さらに、稀釈液中に存在するＮ−アセチルキトオリゴ糖等はアルカリ溶液と部分接触もないことから、脱アセチル化や糖の分解による着色物質が生成することもない。
【００２３】
次に、図２に基づいて、複数枚の陰イオン交換膜のみを備えたイオン交換膜電気透析装置３１について説明する。このイオン交換膜電気透析装置３１は、陰イオン交換膜透析槽３２と、直流電源装置３３と、濃縮液（陽極液）槽３４と、稀釈液槽３５と、苛性ソーダ溶液等のアルカリ液槽３６と、アルカリ液自動注入電磁弁３７と、ｐＨコントローラー３８と、各槽間を連結する配管３９と、濃縮液（陽極液）槽３４と稀釈液槽３５の下流の配管３９にそれぞれ設けられた２台の循環ポンプ４０と、濃縮液（陽極液）槽３４の下流に設けられた濃縮液冷却器４１とから構成されており、これらのうち、本発明者らによって新たに設置されたアルカリ液槽３６、アルカリ液自動注入電磁弁３７、ｐＨコントローラー３８及び濃縮液冷却器４１を除いては、従来公知のイオン交換膜電気透析装置を用いることができる。
【００２４】
陰イオン交換膜透析槽３２は、金属陽極板４２を起点とし、濃縮液（陽極液）流通室４３、陰イオン交換膜Ａ、稀釈液流通室４４、陰イオン交換膜Ａ、濃縮液流通室４５、陰イオン交換膜Ａ、以下順次、流通室と陰イオン交換膜Ａとを多数任意に組み込み、最後に陰イオン交換膜Ａ、稀釈液（陰極液）流通室４６、金属陰極板４７の順に組み合わせて、両端に背板４８をあて、空隙から液漏れのないように締め付けられている。そして、陰イオン交換膜透析槽３２の金属陽極板４２と金属陰極板４７には、直流電源装置３３の陽極と陰極とがそれぞれ接続されている。
【００２５】
濃縮液（陽極液）槽３４には、攪拌手段と濃縮液（陽極液）槽３４中の電解液のｐＨを測定するための電極４９が設けられており、電極４９により測定されたｐＨ値に基づいてｐＨコントローラー３８がアルカリ液槽３６と濃縮液（陽極液）槽３４間に設けられたアルカリ液自動注入電磁弁３７に作用し、ｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ７．０以下、好ましくはｐＨ７．３まで低下するとアルカリ液自動注入電磁弁３７が自動的に開き、アルカリ液槽３６から苛性ソーダ溶液等のアルカリ液が濃縮液（陽極液）槽３４中に流入するようになっており、反対にｐＨ値が一定の設定値、例えばｐＨ９．０以上、好ましくはｐＨ８．５まで上昇するとアルカリ液自動注入電磁弁３７が閉じ、アルカリ液槽３６から濃縮液（陽極液）槽３４へのアルカリ液の流入が停止するようになっている。また、この濃縮液（陽極液）槽３４と上記陰イオン交換膜透析槽３２との間には、陰イオン交換膜透析槽３２の濃縮液（陽極液）流通室４３及び濃縮液流通室４５に濃縮液が循環ポンプ４０により流入することができるように配管３９が配設されており、また、濃縮液（陽極液）流通室４３及び濃縮液流通室４５を通過した濃縮液が再び濃縮液（陽極液）槽３４に戻り、循環することができるようにように配管３９が配設されている。なお、アルカリ液自動注入電磁弁３７に代えてアルカリ液自動注入ポンプを用いることもできる。
【００２６】
稀釈液槽３５には、有機物の酸による部分加水分解処理後に稀釈された稀釈液が収容され、この稀釈液槽３５と上記陰イオン交換膜透析槽３２との間には、陰イオン交換膜透析槽３２の各稀釈液流通室４４及び稀釈液（陰極液）流通室４６に稀釈液が循環ポンプ４０により流入することができるように配管３９が配設されており、また、稀釈液流通室４４及び陰極液流通室４６を通過した稀釈液が再び稀釈液槽３５に戻り、循環することができるようにように配管３９が配設されている。
【００２７】
陰イオン交換膜透析槽３２における陽極には、白金板、白金メッキチタン板又はチタンメッシュ、イリジウム白金メッキチタン板又はチタンメッシュ、炭素板等を用いることができ、また、陰極は銀板等の良導体でかつ耐酸性のある材質を用いることができる。陰イオン交換膜透析槽３２における各液流通室は、硬質塩化ビニル板を可及的に空間面積が大きくなるように六角形にくり抜いたものに、ゴム板を貼着し液の漏洩を防ぐように作製することができる。ゴム板に狭持させる陰イオン交換膜としては、強塩基性陰イオン交換膜、例えば旭硝子株式会社製セレミオン「ＡＭＶ」等を使用することができる。配管３９としては、軟質塩化ビニル管等を用いることができる。
【００２８】
このイオン交換膜電気透析装置の始動時には、アルカリ液槽３６には例えば５〜１５Ｗ／Ｖ％の苛性ソーダ液を入れ、濃縮液（陽極液）槽３４にはそれに設けられたオーバーフロー口より溢出するまで０．２％苛性ソーダ溶液を入れ、稀釈液槽３５には有機物の酸による部分加水分解処理後に稀釈された稀釈液を入れてから、２つの循環ポンプ４０を作動させ、濃縮液及び稀釈液を陰イオン交換膜透析槽３２に送り込み、各槽との間で循環させ、濃縮液（陽極液）槽３４には循環により減少した０．２％苛性ソーダ溶液をオーバーフロー口近くまで補充し、次いで、直流電源装置３３を定電圧に調整して、陽極４２及び陰極４７に電流を流し、透析による脱酸処理を開始する。運転開始後、稀釈液のｐＨが強酸性からｐＨ６．５程度に上昇したことを確認して運転を停止する。また、電流が殆ど流れなくなった時点で運転を停止してもよい。
【００２９】
上記イオン交換膜電気透析装置３１を用いて脱酸処理を開始すると、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物は非電解質であり、陰イオン交換膜Ａを通過することができないが、稀釈液中の塩酸に由来する塩素イオンは陰イオン交換膜Ａを通過して濃縮液流通室４５に移動し、その中のナトリウムイオンと中和反応して塩化ナトリウムとなり、濃縮液中の水酸イオンは陰イオン交換膜Ａを通過して稀釈液流通室４４に移動し、その中の水素イオンと反応して水となる。これらの反応により発熱が生じるが、中和反応による発熱が生じる場は、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物が存在しない濃縮液流通室４５中であり、また温度が上昇した濃縮液は濃縮液槽３４の下流に設けられた濃縮液冷却器４１により冷却されることから、反応熱によりＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチド等の有機物の部分加水分解物が２次的な加水分解を受けることがない。また、稀釈液のｐＨは、塩酸が存在する間は強い酸性を示し、塩素イオンの残存量が０．０８ｇ／１００ｍｌになった時点でｐＨが約３となり、更にｐＨ５．４〜５．６でほぼ、ｐＨ変化がなくなり、ｐＨが３から５以上に達する時間は全体の運転時間の１／１５に満たない短時間であり、運転中の細菌の増殖を著しく抑制することができる。さらに、稀釈液中に存在するＮ−アセチルキトオリゴ糖等はアルカリ溶液と部分接触もないことから、脱アセチル化や糖の分解による着色物質が生成することもない。
【００３０】
次に、本発明の特徴をより明確なものとするために、有機物の酸加水分解液を中和したのち、該中和物から塩を除去する従来方法と、有機物の酸加水分解物から直接脱酸処理を施す、図１に示すイオン交換膜電気透析装置を用いた本発明方法との効果上の相違点について以下に説明する。
【００３１】
有機物の酸加水物を中和したのち、該中和物から塩を除去する従来方法の場合、例えば、キチンを塩酸で加水分解したＮ−アセチルキトオリゴ糖の製造や、キトサンを塩酸で加水分解してキチンオリゴ糖の製造の場合、原料に対して通常、２〜３倍容量の濃塩酸を加えて３０〜５０℃で、３〜６時間反応させ、反応終了後直ちに水を加えて反応を停止させた後、苛性ソーダ溶液や炭酸ソーダ溶液を用いて中和するが、中和熱を抑えるために、冷却しながら中和反応を行っても、発熱により２次的分解が生じたり、またアルカリとの接触によるアセチル基の脱離あるいは低分子化が促進されて、グルコサミンの増加等の副反応を生じ、品質が劣化する。
【００３２】
また、イオン交換膜電気透析装置を用いて中和塩を除去する場合に用いられるイオン交換膜透析槽は、工業的な装置では、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを対として、１００対以上、ときには５００対に及ぶ大規模なものもあり、イオン交換膜と液流通室は、液漏れを生じないように締めつけられてはいるが、使用後に、いちいち解体して、１枚１枚洗滌するには、２〜３日間を要することもあって実際上不可能であり、したがって、使用後は水をオーバーフローしながら循環洗滌するか、稀酸あるいは稀アルカリを循環させたのち、充分水洗する等の方法が通常採用されている。しかし、これらの洗滌では、イオン交換膜と液流通室との締めつけ部を完全に洗滌することが不可能であることから、完全に洗浄しきれない有機物を栄養源として微生物が増加する。工業的には、中和塩を除去するに要する時間を２０時間近くに設定して運転することが多いために、原料に用いる中和塩溶液中の一般生菌数が全く無いような状態で運転を開始をしても、中和塩除去後の溶液から約１０6cfu／ｍｌの一般生菌が検出されることが多い。
【００３３】
これに対して、有機物の酸加水分解液から直接に酸を除去する本発明方法の場合、中和のための工程を省略することができるという利点がある上に、前記したように、塩酸等の脱酸処理中、品質に悪影響を与えることがない。このことは、次の比較結果によっても裏付けられている。すなわち、キチンを塩酸で加水分解して不溶分を濾過したＮ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液を同量づつ採取し、図１に示すイオン交換膜電気透析装置を用いて直接に脱酸処理する本発明方法と、アルカリ溶液で中和後従来公知のイオン交換膜電気透析装置を用いて脱塩処理する従来方法とにおける糖組成等の比較結果は次の通りであり、好ましくないＤ−グルコサミンの含量からしても、明らかに従来方法に比較して本発明方法の方が品質において優れていた。
【００３４】
0003650700.tif 000002
【００３５】
次に、シルクプロテインを塩酸により部分加水分解して得られるシルクペプチド中の微生物生菌数について、直接脱酸処理する本発明方法とアルカリ溶液との中和後に脱塩処理する従来方法とを比較した。絹を稀苛性ソーダ溶液に浸漬後、水を加え不溶分を濾過してシルクプロテインを調製した。このシルクプロテインを塩酸で加水分解したシルクペプチド塩酸溶液を同量づつ採取し、図１に示すイオン交換膜電気透析装置を用いて直接に脱酸精製処理する本発明方法と、アルカリ溶液で中和後従来公知のイオン交換膜電気透析装置を用いて脱塩精製処理する従来方法とにおける、精製工程中の微生物生菌数増加の比較試験を行った。以下の比較結果から明らかなように、従来方法の方が本発明方法に比べて一般生菌数が著しく増加することがわかった。なお、イオン交換膜電気透析装置は、０．１Ｎ苛性ソーダ溶液を循環させたのち、水をオーバーフローしながら、流出液がアルカリ性を示さなくなる迄洗浄後に使用した。
【００３６】
0003650700.tif 000003
【００３７】
【実施例】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１（Ｎ−アセチルキトオリゴ糖の製造）
濃塩酸５１０ｍｌを１リットルの三口フラスコに入れ、液温を３０℃に調節し、攪拌しながらキチン１１５ｇを少量ずつ加え、キチンが液中に均質になじんだ後、液温３５．０〜３６．５℃で５時間加水分解を行った。反応終了後ただちに水６００ｍｌを加えて反応を停止させ、この稀釈液に精製ケイソウ土（昭和化学株式会社製「ラジオライトＦＮＦ−Ａ」）３０ｇと活性炭（二村化学社製「ＳＷ−５０」）１０ｇとを加えて１５分間攪拌・混合した後、吸引濾過し、濾過残渣に水１００ｍｌを注加して洗浄濾過して濾液に合わせ、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液１２００ｍｌを得た。この溶液中の塩酸濃度は１６．５Ｗ／Ｖ％（４．４Ｎ−ＨＣｌ）であった。
【００３８】
次いで、上記Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液に図１に示すイオン交換膜電気透析装置を用いて脱塩処理を施した。かかるイオン交換膜電気透析装置におけるイオン交換膜透析槽としては、旭硝子株式会社製「ＤＵ−Ｏｂ型」（有効膜面積；０．２１ｄｍ2 、稀釈液流通室１０室）を用い、陽イオン交換膜Ｃとしては旭硝子株式会社製「セレミオンＣＭＶ」を、陰イオン交換膜Ａとしては旭硝子株式会社製「セレミオンＡＭＶ」をそれぞれ１０枚ずつ用いた。また、直流電源装置としては、日東電工株式会社製「ＤＣ  ＰＯＷＥＲ  ＳＵＰＰＬＹ  ＭＯＤＥＬ  ＰＳ−２０；出力３０Ｖ、３０Ａ」を用い、陽極には白金メッキチタン板を、陰極にはステンレス板を用いた。ｐＨコントローラーとしては株式会社日伸理化社製「ＮＰＨ−６８０Ｄ型」を、電磁弁としてはフロン工業株式会社製「ＦＳＳ−０３ＴＢＦＣ」をそれぞれ用いた。
【００３９】
上記Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液は稀釈槽へ入れられた。また、濃縮液槽及び電極液槽には、オーバーフロー口より溢出するまで水を入れ、苛性ソーダ液槽には１０Ｗ／Ｖ％の苛性ソーダ液２リットルをいれ、ｐＨコントローラーは電磁弁がｐＨ７．３で開き、８．５で閉じるようにあらかじめ設定した。稀釈槽、濃縮液槽及び電極液槽に連通した配管にそれぞれ設けられたポンプを作動させ、稀釈液、濃縮液及び濃縮液（電極液）をイオン交換膜透析槽に送り込み、各槽内間を循環させ、濃縮液槽及び電極液槽には循環により減少した水をそれぞれオーバーフロー口近くまで補充した。次いで、直流電源装置を低電圧１０Ｖに調整して、陽極及び陰極に電流を流し運転を開始した。
【００４０】
運転開始時の電流は３．５Ａであったが、通電後４５分で９．５Ａに上昇し、通電２２５分後にほとんど電流がゼロになったため、運転を停止した。運転開始から停止までの電流曲線を図３に示す。運転停止時、稀釈液は８５０ｍｌに減少し、そのｐＨは５．６３であり、濃縮液のｐＨは７．１２、電極液のｐＨは７．２３、電極液オーバーフロー量は２０３０ｍｌで、そのｐＨは７．１１であり、また１０Ｗ／Ｖ％の苛性ソーダ液の消費量は１９３０ｍｌであった。この間の通電量は１３．４ＡＨで、平均電流は３．５７Ａであった。
【００４１】
次に、稀釈槽から稀釈液を捕集し、配管及び透析槽中の少量の残存液を水で流し取って、稀釈液と合わせた。この合わせた液１０５０ｍｌに、ケイソウ土（昭和化学株式会社製「ラジオライトＦＮＦ−Ａ」）６ｇを投入し、よく混合攪拌した後減圧濾過した。この濾液を噴霧乾燥し、淡黄白色の粉末６４．５ｇを得た（対キチン当たりの収率は５６．１％）。この得られた淡黄白色粉末を分析したところ、全窒素５．８６重量％、強熱残分１．１重量％、５重量％溶液のｐＨは５．２８であり、また、高速液体クロマトグラフィーにより糖組成を測定したところ、Ｄ−グルコサミン８．８重量％、Ｎ−アセチルグルコサミン２３．８重量％、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖（Ｇ２〜５）４７．５重量％、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖（Ｇ６〜）１９．９重量％であり、良質のＮ−アセチルキトオリゴ糖が得られたことがわかった。
【００４２】
実施例２（シルクペプチドの製造）
絹を０．１Ｎ苛性ソーダ液に浸漬したのち、充分に水洗いして乾燥した精製シルクプロテイン２５０ｇに６Ｎ塩酸９００ｍｌを加え、８５〜９０℃に１．５時間加熱しながら攪拌してシルクプロテインを溶かしながら部分加水分解した後、水３００ｍｌを加えて冷却後、ケイソウ土（昭和化学株式会社製「ラジオライトＦＮＦ−Ａ」）１５ｇ及び活性炭（二村化学社製「ＳＷ−５０」）９０ｇを加えて混合攪拌し、吸引濾過したのち、残渣に水を注ぎながら吸引濾過して、シルクペプチドの塩酸溶液１５００ｍｌを得た。この溶液の塩酸濃度は、８．４Ｗ／Ｖ％（３．４Ｎ−ＨＣｌ）だった。これを稀釈液槽に入れ、実施例１と同様に、図１に示すイオン交換膜電気透析装置により塩酸を除去した。
【００４３】
図４に示すように、運転開始時の電流は、２．３アンペアだったが、３０分後には８．４アンペアに上昇し、以後は下降して、２１０分後にほとんど電流がゼロになったので、運転を停止した。運転停止時、稀釈液は９８０ｍｌに減少し、そのｐＨは５．４８であり、濃縮液のｐＨは７．０８、濃縮液（電極液）のｐＨは７．２１、濃縮液（電極液）のオーバーフロー量は２１４０ｍｌで、そのｐＨは７．１６であり、また苛性ソーダ（１０Ｗ／Ｖ％）液の消費量は１８７０ｍｌであった。この間の通電量は１２．１ＡＨで、平均電流は３．４６Ａであった。次に、稀釈槽から稀釈液を捕集し、配管及び透析槽中に残存する少量の残存液を水で流し取って、稀釈液と合わせ、シルクペプチドの脱塩酸溶液１２００ｍｌを得た。この溶液は、水８３．６重量％、全窒素２．１９重量％、固形分１６．４重量％、塩素０重量％の組成からなり、またｐＨ５．４８で、一般生菌数は１８cfu／ｍｌであり、良質のシルクペプチドが得られることがわかった。
【００４４】
シルクペプチドの脱塩酸溶液を５０℃に加温し、プロテアーゼ（ノボノルデイスク社製「フレーバザイムＬ」）２．４ｇを加えて、４８〜５０℃で８時間攪拌して反応させたのち、８５℃に１０分間保持して、酵素を失活させた。この溶液を常温まで冷却し、活性炭（二村化学社製「ＳＷ−５０」）２０ｇを混合して減圧濾過し、残渣に少量の水を加えて濾過して濾液に合わせた後、噴霧乾燥したところ、全窒素１５．９３重量％、強熱残分０．８重量％、５重量％溶液のｐＨが５．３５であって、高速液体グラフィーによるペプチド組成（分子量分布）が１００以下のもの１２．０重量％、１００〜２５０のもの２０．０重量％、２５０〜５００のもの６８．０重量％の良質のシルクオリゴペプチドが得られた。
【００４５】
実施例３（Ｎ−アセチルキトオリゴ糖の製造）
濃塩酸４５０ｍｌを１リットルの三口フラスコに入れ、液温を２０℃に調節し、液温が３５℃以上にならないように攪拌しながらキチン２００ｇを少量ずつ加え、キチンが液中に均質になじんだ後、液温３５〜３７℃で５時間加水分解を行った。反応終了後ただちに水８００ｍｌを加えて反応を停止させ、この稀釈液に精製ケイソウ土（昭和化学株式会社製「ラジオライトＦＮＦ−Ａ」）５ｇと活性炭（二村化学社製「ＳＷ−５０」）１０ｇとを加えて１５分間攪拌・混合した後、吸引濾過し、濾過残渣に水１００ｍｌを注加して洗浄濾過して濾液に合し、Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液１４５０ｍｌを得た。この溶液中の塩酸濃度は１６．５Ｗ／Ｖ％（４．４Ｎ−ＨＣｌ）であった。
【００４６】
次いで、上記Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液に図２に示すイオン交換膜電気透析装置を用いて脱塩処理を施した。かかるイオン交換膜電気透析装置における陰イオン交換膜透析槽としては、硬質塩化ビニル板を可及的に空間面積が大きくなるように六角形にくり抜いたものに、ゴム板を貼着し液の漏洩を防ぐように作製した。ゴム板間に狭持される陰イオン交換膜としては、旭硝子株式会社製「セレミオンＡＭＶ」を５枚用いた。また、直流電源装置としては、日東電工株式会社製「ＤＣ  ＰＯＷＥＲ  ＳＵＰＰＬＹ  ＭＯＤＥＬ  ＰＳ−２０；出力３０Ｖ、３０Ａ」を用い、陽極には白金板を、陰極には銀板をそれぞれ用いた。ｐＨコントローラーとしては株式会社日伸理化社製「ＮＰＨ−６８０Ｄ型」を、電磁弁としてはフロン工業株式会社製「ＦＳＳ−０３ＴＢＦＣ」をそれぞれ用いた。
【００４７】
上記Ｎ−アセチルキトオリゴ糖塩酸溶液１４５０ｍｌを稀釈液槽に入れ、濃縮液（陽極液）槽には０．２％の苛性ソーダ溶液１５００ｍｌを入れ、また、苛性ソーダ液槽に１５％苛性ソーダ液１，５００ｍｌを入れた。稀釈液槽及び濃縮液（陽極液）槽に連通した配管にそれぞれ設けられたポンプを作動させ、稀釈液及び濃縮液をイオン交換膜透析槽に送り込み、各槽内間を４００ｍｌ／分の流速で循環させ、濃縮液（陽極液）槽には循環により減少した０．２％の苛性ソーダ溶液をオーバーフロー口近くまで補充した。次いで、直流電源装置を用いて、陽極及び陰極に２４ボルト、２０アンペアの直流電流を流し運転を開始した。運転中、濃縮液（陽極液）のｐＨ値が７．３〜８．５の範囲が持続できるようにｐＨをコントロールしながら苛性ソーダ液槽から１５％苛性ソーダ溶液を濃縮液（陽極液）槽に流入させた。
【００４８】
運転開始してから８時間２０分後に、稀釈液のｐＨが強酸性から６．５に上昇したことを確認し、運転を停止して稀釈液１１５０ｍｌを得た。稀釈液中の残存塩素イオンは０．０８ｇ／１００ｍｌであった。この稀釈液に活性炭５ｇを加えて１５分間攪拌してから吸引濾過し、濾液を噴霧乾燥して、淡黄白色粉末１１８ｇ（原料キチンより収率５９％）を得た。この得られた淡黄白色粉末を分析したところ、全窒素６．２４重量％、水素２．８重量％、塩素０．６８重量％、強熱残分０．８５重量％、５重量％溶液のｐＨは５．２８であり、また、薄層クロマトグラフィーにより糖組成を測定したところ、Ｎ−アセチルグルコサミン４０．１重量％、２量体Ｎ−アセチルキトオリゴ糖１９．５重量％、３量体以上のＮ−アセチルキトオリゴ糖４０．４重量％、微量のＤ−グルコサミンであり、良質のＮ−アセチルキトオリゴ糖が得られたことがわかった。
【００４９】
実施例４（Ｎ−アセチルキトオリゴ糖の製造）
濃塩酸８５０ｍｌを２０℃に調節し、キチン４００ｇを液温が３５℃以上にならないように攪拌しながらキチンを少量づつ加え、キチンが完全に均質に塩酸中になじんだのち、３５〜３７℃で４．５時間加水分解を行った。反応終了後、ただちに水１６００ｍｌを加えて反応を停止させ、精製ケイソウ土１０ｇおよび活性炭２０ｇを加え、１５分間攪拌後に、濾紙を用いて吸引濾過し、濾過器中の残渣に水２００ｍｌを注加して洗浄濾過して濾液に合わせた。この濾液２８７０ｍｌを、実施例３と同様に、稀釈液槽に移し、次に濃縮液槽には、０．２％苛性ソーダ溶液３０００ｍｌを入れ、また、苛性ソーダ液槽に１５％苛性ソーダ溶液３０００ｍｌを入れた。以下、実施例３と同一条件で、図２に示されるイオン交換膜電気透析装置を運転し、運転開始してから１５時間４０分後に稀釈液のｐＨが強酸性から６．４に上昇したことを確認し、装置の運転を停止して、稀釈液２２７０ｍｌを得た。
【００５０】
稀釈液中に残存する塩素イオンは０．１１ｇ／１００ｍｌで、標準寒天培地培養法による一般生菌数の測定結果は、１０ cfu／１００ｍｌ以下であった。稀釈液に活性炭１０ｇを加えて１５分間攪拌してから吸引濾過し、濾液を噴霧乾燥して、淡黄白色粉末２６０ｇ（原料キチンより収率６５％）を得た。この粉末の分析値は水素３．４重量％、全窒素６．２２重量％、塩素０．８５重量％、強熱残分０．８８重量％であり、また、薄層クロマトグラフィーにより糖組成を分析したところ、Ｎ−アセチルグルコサミン３３．７重量％、２量体Ｎ−アセチルキトオリゴ糖２０．０重量％、３量体以上のＮ−アセチルキトオリゴ糖４６．３重量％、微量のＤ−グルコサミンであり、良質のＮ−アセチルキトオリゴ糖が得られたことがわかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のＮ−アセチルキトオリゴ糖等の有機物の部分加水分解物の製造方法によると、酸を中和することなくそのまま脱酸処理を施すことから、従来法に比べて中和のための一工程を省略することができる上に、中和熱等による２次的な加水分解による品質の劣化や、中和に用いられるアルカリとの部分接触に起因するアセチル基の脱離によるＤ−グルコサミンの生成や低分子化が生じる恐れがない。また、本発明においては、酸性域で脱酸精製処理が行えるために、精製中に生ずる細菌汚染を最小限にすることのできる。さらに、本発明によると、濃縮液としてアルカリ溶液を循環するイオン交換膜電気透析装置を用いて脱酸処理を施すことから脱酸効率がよく、またｐＨ値をコントロールしながらイオン交換膜電気透析処理を行うことから、電極やイオン交換膜の劣化がない。このように本発明によると、細菌汚染が少なく、かつ高品質のＮ−アセチルキトオリゴ糖やシルクペプチドが工業レベルで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に備えたイオン交換膜電気透析装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明に用いられる複数枚の陰イオン交換膜を備えたイオン交換膜電気透析装置の概略縦断面図である。
【図３】実施例１における運転開始から停止までの電流曲線を示す図である。
【図４】実施例２における運転開始から停止までの電流曲線を示す図である。
【符号の説明】
１，３１    イオン交換膜電気透析装置
２          イオン交換膜透析槽
３，３３    直流電源装置
４          電極液槽
５          濃縮液槽
６，３５    稀釈液槽
７，３６    アルカリ液槽
８，３７    アルカリ液自動注入電磁弁８
９，３８    ｐＨコントローラー
１０，３９  配管
１１，４０  循環ポンプ
１２，４１  濃縮液冷却器
１３，４２  金属陽極板
１４        陽極液流通室
１５，４４  稀釈液流通室
１６，４５  濃縮液流通室
１７        陰極液流通室
１８，４７  金属陰極板
１９，４９  ｐＨ電極
３２        陰イオン交換膜透析槽
３４        濃縮液（陽極液）槽
４３        濃縮液（陽極液）流通室
４６        稀釈液（陰極液）流通室
４８        背板
Ｃ          陽イオン交換膜
Ａ          陰イオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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