(57)【要約】【課題】機能性食品材料又は薬剤中間体として有用なマンナンオリゴ糖類、特に分子量が１，０００〜６，０００程度のマンナンオリゴ糖類を高純度で効率よく製造すること。【解決手段】マンナン系天然多糖を、水溶媒中で１５０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法又はマンナン系天然多糖を、二酸化炭素が共存する水溶媒中で、１２０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンナン系天然多糖を、水溶媒中で１５０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法。
【請求項２】
マンナン系天然多糖を、二酸化炭素が共存する水溶媒中で、１２０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法。
【請求項３】
二酸化炭素を体積比で１％から９９％含む加圧熱水を用いる請求項２記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法。
【請求項４】
５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下の加圧下に加水分解する請求項２または３記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法。
【請求項５】
加水分解する時間が１分以上３６０分以下である請求項１〜４いずれか１つに記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１つに記載の製造方法により得られたマンナンオリゴ糖を含有する組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は天然多糖類であるマンナンからマンナンオリゴ糖類を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マンナンは、マンノースを主な構成成分とする多糖類の総称である。マンナンは、広義には、マンノース以外の単糖を含むガラクトマンナン又はグルコマンナンをも含む。
グルコマンナンは、植物分類上サトイモ科に属するＡｍｏｒｐｈｏｐｈａｌｌｕｓ  Ｋｏｎｊａｃ，  Ｋ  Ｋｏｃｈの塊茎（芋）に含まれるグルコマンナン（貯蔵性多糖類）から分離して得られる多糖類である。その化学的構造は、Ｄ−グルコースとＤ−マンノースがほぼ１：１．６の割合で、β−１，４結合した複合多糖類である。一般に分子量は、約１００万以上（重合度；約６２００）で、分子の長さはＲＧ＝１３００Å程度である。
【０００３】
グルコマンナンの構造は、化１に示すとおり（文献：「こんにゃくの科学」渓水社）であり、化１中のＧｌｕはグルコースを、Ｍａｎはマンノースを表している。
【化１】
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このグルコマンナンを加水分解すると、マンノースがβ−１，４結合したマンノビオース（Ｍ→Ｍ）をはじめとした下記に例示するオリゴ糖類が得られる。
【化２】
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ここにおいて、Ｍ＝Ｍａｎｎｏｓｅ、Ｇ＝Ｇｌｕｃｏｓｅを示す。
【０００４】
オリゴ糖は、単糖が複数個結合したもので、多糖に対して少糖ともいわれ、構成単糖の数が、通常２〜数十のものを指す。
オリゴ糖は、甘味性、保湿性、ビフィズス菌増殖性など種々な生理活性を有するため、機能性食品素材として注目されており、現在、フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、大豆オリゴ糖などが実用に供されている。そして、これらのオリゴ糖類については、大豆オリゴ糖以外は、主として原料に酵素を作用させることによって製造されている。
マンナンオリゴ糖は胃や小腸の消化酵素では分解されず、大腸にそのまま到達する。消化・吸収されないことにより、ダイエット食品としての機能を有する。
【０００５】
オリゴ糖を製造する代表的な方法には、酸加水分解法または酵素分解法がある。
この方法は、コンニャクマンナン（グルコマンナン）などを出発原料として、部分加水分解（低分子化）を酸加水分解法又は好ましくは酵素分解法により行うものである。
酸加水分解法の一例として、原料であるコーヒーかすを１６０℃から２６０℃の温度で、ｐＨ０．５〜４で加熱し、中和することにより重合度１〜１０のマンナンオリゴ糖を製造する方法がある（特許文献１参照）。
酸加水分解法では多糖類の側鎖が主鎖よりも早く分解されてしまう（特開昭６３−２６９９９３号公報）ので、主鎖の分解度を調整するためには、酵素分解法が好ましい。この酵素分解法に用いる酵素としては、グルコマンナンを加水分解する機能を有する市販の酵素が使用できる（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−２００１４７号公報
【特許文献２】
特開平５−２４６８６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、機能性食品材料又は薬剤中間体として有用なマンナンオリゴ糖類、特に分子量が１，０００〜６，０００程度のマンナンオリゴ糖類を高純度で効率よく製造することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、以下の手段により達成された。
（１）マンナン系天然多糖を、水溶媒中で１５０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法、
（２）マンナン系天然多糖を、二酸化炭素が共存する水溶媒中で、１２０℃以上４５０℃以下において加水分解することを特徴とするマンナンオリゴ糖類の製造方法、
（３）二酸化炭素を体積比で１％から９９％含む加圧熱水を用いる（２）記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法、
（４）５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下の加圧下に加水分解する（２）または（３）記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法、
（５）加水分解する時間が１分以上３６０分以下である（１）〜（４）いずれか１つに記載のマンナンオリゴ糖類の製造方法。
（６）（１）〜（５）いずれか１つに記載の製造方法により得られたマンナンオリゴ糖を含有する組成物。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に上記の発明を詳細に説明する。
原料のマンナン系天然多糖類は、木材、種子その他の植物体に広く存在する。
代表例を挙げると、コンニャクマンナン、ゾウゲヤシマンナン、サレップマンナン、木材マンナン、海ソウマンナン、酵母マンナンがある。本発明においてはコンニャクマンナンが好ましく使用できる。原料は粉末状で使用することが好ましい。
上記（１）記載の水溶媒中での加水分解反応は、ほぼ中性の水溶媒中で実施し、特に二酸化炭素を加えないで行う。加水分解温度は、１５０℃以上４５０℃以下（「１５０℃〜４５０℃」とも記載する。本発明において、以下同じである。
）であり、１５０℃〜３００℃が好ましく、１８０℃〜２８０℃がより好ましい。
前記の加水分解温度を得るには、加水分解する混合物を５ＭＰａ〜４０ＭＰａの圧力にする必要があり、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの圧力にすることが好ましい。
上記（１）記載の水溶媒中での加水分解反応は、反応混合物の室温におけるｐＨを３〜１１に調整することが好ましく、ｐＨを４〜９に調整することがより好ましく、ｐＨを５〜８に調整することがさらに好ましい。
【００１０】
上記（２）記載の水溶媒中での加水分解反応は、ほぼ中性の水溶媒中で実施し、二酸化炭素の共存下で行う。加水分解温度は、１４０℃以上３５０℃以下であり、１５０℃〜３００℃が好ましく、１５０℃〜２５０℃がより好ましく、１５０℃〜１９０℃が特に好ましい。
前記の加水分解温度を得るには、３ＭＰａ〜４０ＭＰａの圧力が必要であり、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの圧力が好ましい。
上記（２）記載の水溶媒中での加水分解反応は、反応混合物の室温におけるｐＨを３〜８に調整することが好ましく、ｐＨを４〜７に調整することが最も好ましい。
【００１１】
二酸化炭素の共存下で行う加水分解において、二酸化炭素の併用量は、二酸化炭素及び水の総量に対して、体積比で好ましくは５〜９５％であり、より好ましくは２０〜８０％である。
【００１２】
加水分解時間は、反応温度との関係で、適宜選択できる。連続的な製造工程では、滞留時間が１〜８０分であることが好ましく、また、バッチ式の製造工程では、反応時間が０．５〜４時間であることが好ましい。
【００１３】
二酸化炭素が共存するかどうかを問わず水媒体中でのグルコマンナンの水熱分解に用いる装置は、バッチ式とフロータイプ式に大別できる。
図５にフロータイプ式超臨界二酸化炭素反応装置の概略図を示す。この装置は二酸化炭素が共存する水媒体中のグルコマンナンの水熱分解に使用することができる。本概略図中のＣＯ２はサイホン式二酸化炭素ボンベを、Ｈ２Ｏは加水分解用の水容器を示す。連続で反応を行う場合には、この水容器中にあらかじめ粉末のグルコマンナンを入れポンプにより圧送する。また、図中のＩｎｊｅｃｔｏｒは反応解析などを行う場合の少量注入口である。二酸化炭素とグルコマンナンを含んだ水は、Ｏｖｅｎ中で混合されて反応を開始する。圧力の制御はＢａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｒｅｇｕｌａｔｏｒが行う。
バッチ式の反応装置（図４）については実施例で説明する。
【００１４】
本発明の方法により製造されたマンナンオリゴ糖は、種々の組成物に使用することができる。例えば、ミネラル吸収促進組成物（特開２００２−３０６０９３号公報）、呈味を改善した飲食物（特開２００２−２７２４１１号公報）、血清脂質改善組成物（特開２００２−２６２８２７号公報）、等が例示できる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
水媒体中でのグルコマンナンの水熱分解には、図１に示すフロータイプリアクターを用いた。出発物質（グルコマンナン）の粉末を水とともに上記のリアクターに注入し反応を進行させた。反応温度を２００℃及び２２０℃を中心に変化させ、反応時間を１０〜９０分に変えて、得られた反応混合物を液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）により生成物の定性分析を行った。
反応条件として、反応開始前の室温での圧力１０ＭＰａ、２００℃、反応時間が３０分及び７０分の場合のＨＰＬＣクロマトグラムを図２に示す。
反応時間３０分の場合の主生成物は、（成分１）糖鎖が１０糖以上２０糖以下を主成分とする分子量２，０００〜６，０００程度のマンナンオリゴ糖、である。反応時間が７０分になると、上記の（成分１）は減少して、成分２及び３が増加する。ここで、（成分２）は、糖鎖が２糖以上１０糖以下を主成分とするマンナンオリゴ糖であり、（成分３）は、単糖でグルコース、マンノースを主成分とするものである。
【００１６】
後記のカラムを使用して液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）クロマトグラムに示されたピークの平均分子量を解析した。図３に反応温度２００℃、反応時間３０分、圧力１０．０ＭＰａにおけるグルコマンナンの水熱分解結果をＨＰＬＣクロマトグラムを用いて示した。クロマトグラム上に示した平均分子量は（株）ＧＬサイエンス社製標準質量校正キットを用いて測定した。分析条件を下記に示す。なお、分析にはＨ．Ｐ．社製の分析装置を使用した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
（実施例２）
二酸化炭素が共存する水媒体中でのグルコマンナンの水熱分解には、図４に示す反応装置を用いた。室温にて、出発物質（グルコマンナン）の粉末および水５０ｍｌを反応容器に入れ、密閉後、液体の二酸化炭素約５０ｍｌを圧入した。
反応条件は、圧力を約１５ＭＰａ〜２０ＭＰａとし、反応時間１５分で一定とし、反応温度を１３０℃から１０℃間隔で上昇させ、各温度において水熱分解反応を試みた。
水熱分解後、得られた反応混合物をＨＰＬＣクロマトグラフィーにより反応生成物の分析を行った。
【００１９】
得られた結果は次の通りである。
グルコマンナンは適当な温度範囲で水熱分解が進行し、マンノース誘導体が得られた。
図６に反応温度１５０〜２１０℃におけるグルコマンナンの水熱分解における経時変化を、ＨＰＬＣクロマトグラムを用いて示した。分析条件を下記に示す。
なお、分析にはＨ．Ｐ．社製の分析装置を使用した。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
反応温度が１５０℃より低温では原料はゲル化したままで、水熱分解反応はほとんど進行しなかった。１５０℃より低い温度条件下では、グルコマンナンのグリコシド結合を加水分解するには不十分であった。
反応温度が１５０℃では単一化合物と思われるピークがＨＰＬＣより確認された。
その後反応温度を上昇させるにつれ、水熱分解反応は進行し、反応温度１９０℃で、セロビオース、グルコースおよびマンノースの存在が確認された。またそれより高温で水熱分解反応を行ったところ、反応はさらに進行し、２−ヒドロキシメチル−５−ホルミルフラン（ＨＭＦ）などの二次生成物が確認された。
以上のことから、二酸化炭素の共存下でも水熱分解反応は可能であり、グルコマンナンのグリコシド結合を加水分解するのに有効であることが明らかになった。
【００２２】
結論として、以上の実験結果から、分解温度によって異なる成分を主成分とするマンナンオリゴ糖の製造が可能になった。
（成分１）糖鎖が１０糖以上で２０糖以内を主成分とする分子量２，０００〜６，０００程度のマンナンオリゴ糖：分解温度が１５０ないし１６０℃である場合の主生成物、
（成分２）糖鎖が２糖以上で１０糖以内を主成分とするマンナンオリゴ糖：分解温度が１６０〜１７０℃である場合の生成物成分、
（成分３）単糖でグルコース、マンノースを主成分とするもの：分解温度が１９０℃以上の場合の生成物、または、
（成分４）上記（成分１）、（成分２）および（成分３）のいずれか２種類または３種類の混合物。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のマンナン系多糖類を、必要に応じて二酸化炭素の共存下に、水溶媒中で加熱加水分解することにより、機能性食品材料又は薬剤中間体として有用なマンナンオリゴ糖類、特に分子量が１，０００〜６，０００程度のマンナンオリゴ糖類を高純度で効率よく製造することができる。
本発明の製造方法は酸触媒を使用しないので、アルカリによる中和工程が不要である。
本発明の製造方法は酸性条件を使用しないために、高温高圧下での加水分解反応に関して反応容器の腐食等を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水熱加水分解法に使用する装置の一例の概略図である。
【図２】グルコマンナンの水熱加水分解法による反応生成物のＨＰＬＣクロマトグラムの一例である。
【図３】グルコマンナンの水熱加水分解法による反応生成物のＨＰＬＣクロマトグラムに示したピークの平均分子量が２３３６であることを示す一例である。
【図４】バッチ式超臨界二酸化炭素反応装置の一例の概略図である。
【図５】フロータイプ式超臨界二酸化炭素反応装置の一例の概略図である。
【図６】二酸化炭素共存下のグルコマンナンの水熱加水分解法による反応混合物のＨＰＬＣクロマトグラムの一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月6日(2003.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記（２）記載の水溶媒中での加水分解反応は、ほぼ中性の水溶媒中で実施し、二酸化炭素の共存下で行う。加水分解温度は、１２０℃以上４５０℃以下であり、１５０℃〜３００℃が好ましく、１５０℃〜２５０℃がより好ましく、１５０℃〜１９０℃が特に好ましい。
前記の加水分解温度を得るには、３ＭＰａ〜４０ＭＰａの圧力が必要であり、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの圧力が好ましい。
上記（２）記載の水溶媒中での加水分解反応は、反応混合物の室温におけるｐＨを３〜８に調整することが好ましく、ｐＨを４〜７に調整することが最も好ましい。




【手続補正書】
【提出日】平成15年8月7日(2003.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−９６９４７号公報
【特許文献２】
特開平５−２４６８６０号公報