(57)【要約】【課題】ヘミセルロースを含む植物から、単糖、オリゴ糖および多糖から成る水溶性糖類を加圧熱水のみで製造する。【解決手段】ヘミセルロースを含む植物から作られ水溶性糖類である。植物に、１４０〜２３０℃の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水を接触させ、ヘミセルロースを加水分解することにより抽出された単糖からオリゴ糖、及び食物繊維の範疇である多糖類を含んだものを抽出する。水溶性糖類は、加水分解の前に温度が常温〜１４０℃未満で、この常温〜１４０℃未満の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水により植物の可溶性物質を流去した後に行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘミセルロースを含む植物から作られ水溶性糖類であって、
前記植物に、１４０〜２３０℃の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水を接触させ、前記ヘミセルロースを加水分解することにより抽出された単糖からオリゴ糖、及び食物繊維の範疇である多糖類を含んだものである
ことを特徴とする水溶性糖類。
【請求項２】
請求項１において、
前記水溶性糖類は、前記加水分解の前に温度が常温〜１４０℃未満で、この常温〜１４０℃未満の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水により前記植物の可溶性物質を流去した後に行ったものである
ことを特徴とする水溶性糖類。
【請求項３】
請求項２において、
前記加圧熱水による前記植物の可溶性物質の流去する時間は、前記常温〜１４０℃未満では１０〜３０分間であり、前記１４０〜２３０℃では０．５〜３０分である
ことを特徴とする水溶性糖類。
【請求項４】
ヘミセルロースを含む植物から製造された水溶性糖類の製造方法において、
前記植物に、１４０〜２３０℃の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水を接触させ、前記ヘミセルロースを加水分解することにより、ラジカル消去能を備えた水溶性リグニン及び／又は高重合度のキシランオリゴ糖を含む水溶性糖類が抽出されたものである
ことを特徴とする水溶性糖類の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記水溶性糖類は、前記加水分解の前に温度が常温〜１４０℃未満で、この常温〜１４０℃未満の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水により前記植物の可溶性物質を流去した後に行ったものである
ことを特徴とする水溶性糖類の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記加圧熱水による前記植物の可溶性物質の流去する時間は、前記常温〜１４０℃未満では１０〜３０分間であり、前記１４０〜２３０℃では０．５〜３０分である
ことを特徴とする水溶性糖類の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物の細胞壁を構成するヘミセルロースを加水分解し、健康食品として有用な水溶性糖類とその製造法に関する。更に詳しくは、腸内ビフィズス菌増殖活性が高く整腸作用を有するオリゴ糖や、コレステロールや胆汁酸あるいは大腸癌の原因物質とされるフカペンテン等の有害物質と結合する作用を有する食物繊維をバランス良く含む水溶性糖類を、効率良くかつ安全に製造する水溶性糖類の飲食物とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オリゴ糖は単糖が複数個、一般には２〜６個結合したものを言い、それ以上、頻繁には１０個以上結合した多糖類を食物繊維と言う。オリゴ糖には、それを構成する単糖の種類によりガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、マルトオリゴ糖、大豆オリゴ糖など種々のオリゴ糖があり、ビフィズス菌増殖作用を有する特定保健用食品として市販されている。しかしこれらオリゴ糖には食物繊維としての生理活性作用はない。他方、単糖の結合数が多く、特に１０分子以上になると、血清コレステロールの上昇抑制作用、肝障害軽減作用、大腸癌発生抑制作用などの食物繊維としての生理活性を発現する。
【０００３】
オリゴ糖類の製造法としては、大豆オリゴ糖製造の際の抽出法以外は、デンプンやヘミセルロース等の多糖原料に酵素を作用させて作る方法が一般的であり、また蒸煮・爆砕法と酵素分解法を組み合わせた方法も提案されている（特許文献１等）。他方食物繊維は、野菜、果実、糖類、芋類、海草類など多くの食品に含まれる多糖類であるが、高度に枝分かれした構造を持つ一部の多糖類以外は大部分非水溶性であり、このままでは腸内での有害物質との結合効率が低い。
【０００４】
この非水溶性多糖類を水溶性とするためには、酸、アルカリ、触媒あるいは酵素を利用して各種糖原料を加水分解する方法があるが、酸やアルカリを用いた場合、その触媒の除去や反応器の腐食の問題、また酵素を用いた場合は、酵素が高価な事や反応速度が遅い事など問題が多い。更に加水分解反応の制御自体も困難で、分子量分布的には大部分がオリゴ糖（二〜六糖類）となることが多く、食物繊維の含量は少なくなる。
【０００５】
本発明者等は、加圧熱水のみでバイオマスからヘミセルロース等を分解する技術を提案した（特許文献２）が、この提案はこれらの分解物を丸ごと飲食物として利用するものではなかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２４８１５３号公報
【特許文献２】
特開２００２−５９１１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
【０００８】
本発明の目的は、ヘミセルロースを含む植物から、健康食品として有用な食物繊維からオリゴ糖、単糖までをバランス良く含む水溶性糖類を、水のみを使用して安全かつ効率良く製造する水溶性糖類とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
【００１０】
本発明１の水溶性糖類は、ヘミセルロースを含む植物から作られ水溶性糖類であって、前記植物に、１４０〜２３０℃の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水を接触させ、前記ヘミセルロースを加水分解することにより抽出された単糖からオリゴ糖、及び食物繊維の範疇である多糖類を含んだものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明２の水溶性糖類は、本発明１において、
前記水溶性糖類は、前記加水分解の前に温度が常温〜１４０℃未満で、この常温〜１４０℃未満の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水により前記植物の可溶性物質を流去した後に行ったものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明３の水溶性糖類は、本発明２において、
前記加圧熱水による前記植物の可溶性物質の流去する時間は、前記常温〜１４０℃未満では１０〜３０分間であり、前記１４０〜２３０℃では０．５〜３０分であることを特徴とする。
【００１３】
本発明４の水溶性糖類の製造方法は、ヘミセルロースを含む植物から水溶性糖類の製造方法において、微粉化した前記植物に、１４０〜２３０℃の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水を接触させ、前記ヘミセルロースを加水分解することにより、単糖からオリゴ糖、及び食物繊維の範疇である多糖類を抽出することを特徴とする。
【００１４】
本発明５の水溶性糖類は、本発明４において、
前記水溶性糖類は、前記加水分解の前に温度が常温〜１４０℃未満で、この常温〜１４０℃未満の飽和蒸気圧の１．０〜３．０倍の圧力の加圧熱水により前記植物の可溶性物質を流去した後に行ったものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明６の水溶性糖類は、本発明５において、
前記加圧熱水による前記植物の可溶性物質の流去する時間は、前記常温〜１４０℃未満では１０〜３０分間であり、前記１４０〜２３０℃では０．５〜３０分であることを特徴とする。
【００１６】
植物
本発明でいう植物とは、針葉樹や広葉樹などの木質、もみ殻や麦わらなどの農産廃棄物、又はケナフ、茶葉（引用緑茶の抽出後の茶葉も含む。）等の草木類を意味する。加圧熱水は、植物からラジカル消去活性を有する水溶性糖類を抽出するための加水分解のための反応場（液）として用いるものである。従って、加水分解反応速度は水分子との接触頻度に直接関係するので、１２メッシュ程度に粉砕した粒子が好ましい。ただし、籾殻、茶葉等のように粉砕せずにそのまま加圧熱水で加水分解しても良い。
【００１７】
加圧熱水
本発明の加圧熱水は、植物からラジカル消去活性を有する水溶性糖類を加水分解により抽出するための反応場として用いるものである。従って、この前後の処理で酸、アルカリ、酵素等による前処理、後処理を否定するものではない。また、前記加圧熱水の１４０〜２３０℃の意味は、温度が１４０℃より低いとヘミセルロースの分解が起こらず、また２３０℃より高いとセルロースの分解が始まり、かつ得られた糖類の二次分解も起こるため好ましくないめにこの範囲に限定した。１４０℃付近は、ヘミセルロースの加水分解の遷移領域で、分解しても少量であり、非常に時間がかかる曖昧な温度領域である。
【００１８】
厳密な分解の開始温度は、その植物に由来するヘミセルロースの構成糖や立体構造によって異なる。前記加圧熱水の圧力は、その温度での飽和蒸気圧の１．０〜３．０に限定されるものではなく、それ以上の圧力でも製造可能であるが、製造装置の耐圧強度、ポンプの加圧能力で決まる実用的な数値である。
【００１９】
処理時間
前記加圧熱水による前記植物の可溶性物質の流去する時間は、前記常温〜１４０℃未満では１０〜３０分間であり、前記１４０〜２３０℃では０．５〜３０分であるとした。この時間は、一般的な目安である。例えば常温の場合は、生産効率は低くなるが３０分以上であっても良い。また、前記１４０〜２３０℃での抽出の場合は、分解物の濃度はピーク値がありそれを過ぎると濃度が急速に低下する。従って、前記植物の可溶性物質の流去する時間は、システムの形状、構造、容量等によって最適な数値は決められるべき性質のものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水溶性糖類の製造に用いる製造装置の実施の形態を説明する。図１は水溶性糖類の製造装置の概要を示すものであり、熱水の流れを示すフロー図である。加圧熱水を作る水は、水道水等が水供給パイプ１から供給される。供給された水は、イオン交換器、フィルター等からなりカートリッジタイプの純水器２に通水される。
【００２１】
純水器２で濾過された純水は、純水タンク３に供給され貯蔵される。ポリエチレン製の純水タンク３に貯蔵された純水は、ステンレス製のポンプ４で吸引されステンレス製の容器であるバッファタンク５に送られる。ポンプ４の能力は、本例では６．５Ｍｐａまで加圧可能である。バッファタンク５は、反応器１０に供給する純水の圧力と流量を安定化するためのものである。バッファタンク５には、３．０Ｍｐａで作動する安全弁６、及び窒素ボンベ７が接続されている。
【００２２】
系内の空気を置換し、リークがないかをチェックする目的のものである。バッファタンク５からの水は、パイプ８から熱交換器９に供給される。熱交換器９には、加熱した熱媒体油が供給されているのでこの熱媒体油の熱により水が加熱され加圧熱水となる。加圧熱水は、バルブ等を通り反応器１０に供給される。反応器１０は、本発明の水溶性糖類を抽出するための一種の圧力釜である。反応器１０は、ステンレス製であり内部が空洞の円筒型であり、本例では縦方向に設置されている。
【００２３】
反応器１０の上下端面には、ステンレス製の焼結フィルタ１４が固定配置されている。焼結フィルタ１４は平均２０μｍの孔が開いている。この孔径は特定のでなくても良いが、平均５〜３０ミクロンが好ましい。平均３０ミクロン以上では微細試料の流出が起こり、また平均５ミクロン未満では熱水を供給する際の抵抗が大きくなる。
【００２４】
反応器１０に投入された原料植物は、この孔径以上のものは流出することはない。反応器１０の外周には、反応器１０を加熱するための熱媒体油を循環するための加熱回路１１が管接続されている。加熱回路１１は、本実施の形態では３００℃又は２３０℃で加熱するものである。即ち、熱交換器９で純水を加熱した後、反応器１０の外周面に配置された外部ジャケット１３に送られる。
【００２５】
外部ジャケット１３は、反応器１０を外部から熱媒体油で加熱するための熱交換器である。熱交換器９に熱媒体油を送る熱媒体油加熱器１５には電熱ヒーター１６が設置されている。熱媒体油加熱器１５には熱媒体油を循環させるためのポンプ（図示せず）が接続されている。ポンプは、熱媒体油を熱交換器９、反応器１０及び熱媒体油加熱器１５の間を循環させる。
【００２６】
反応器１０から出た熱水は、吐出管２０から出て冷却器２１で冷却されて、その後に平均５μのステンレス製の焼結フィルタであるラインフィルタ２２を通り、更に保圧弁２３を通り排出され回収される。ラインフィルタ２２、及び反応器１０の焼結フィルタ１４は、目詰まりを起こす場合があるために熱交換器９から出た加圧熱水を、逆流洗浄ライン２４を通してラインフィルター２２側から流すことにより目詰まりを解消する配管が配置したものである。
【００２７】
［水溶性糖類の製造方法］
以下、前述した製造装置を用いたて水溶性糖類を製造する製造方法の好適な例について説明する。本発明方法において用いられる原料としては、ヘミセルロースを含む植物、例えば針葉樹や広葉樹などの木質、もみ殻や麦わらなどの農産廃棄物、あるいはケナフ、茶葉（茶を抽出した抽出残渣を含む。）などの草木類が利用できる。これら原料の形状は特に限定しないが、抽出を効率よく行うためには、１２メッシュ篩通過程度にまでは粉砕することが好ましい。これらの原料は乾燥する必要がなく、粉砕後そのままあるいは水とのスラリーとして反応器１０に投入する。反応器１０は試料が流出しないように入口と出口を前述した焼結フィルタ１４でキャップされている。
【００２８】
試料の充填された反応器１０に加圧熱水を通水して糖類の分解抽出を行うが、その際の温度は１４０〜２３０℃の範囲であり、またその時の圧力は、その時の温度の飽和水蒸気圧以上、すなわち０．４〜２．８ＭＰａ以上に加圧されて熱水が液体状態で試料と接触する必要がある。加圧熱水温度が１４０℃より低いとヘミセルロースの分解が起こらず、また２３０℃より高いとセルロースの分解が始まり、かつ得られた糖類の二次分解も起こるため好ましくない。
【００２９】
圧力がその時の飽和水蒸気圧以下であると、熱水は蒸気状態で試料と接触するため、加水分解反応より熱分解反応が優勢となり、生成物は糖以外のガスあるいは芳香族系の成分となるので好ましくない。圧力は極度に高くする必要はなく、熱水を安定に液体状態に保つためには飽和水蒸気圧の１．０〜３．０倍、好ましくは１．１〜１．５倍の圧力を維持するのが好ましい。
【００３０】
上記加圧熱水の流速は、熱水の反応器１０内での通過時間が通常３０秒以上１５分以内、好ましくは２分以上８分以内となるように設定する。３０秒未満では低分子糖の含量が少なく、１５分を超えると生成した糖の二次分解が進む。熱水処理時間は流出液中の溶質がほとんど認められなくなるまで続ける方が州立は向上するが、運転効率を考慮して実用上は通常１５〜３０分である。
【００３１】
反応器１０から流出した熱水は、その中に含まれる水溶性糖類の二次分解を抑制するために直ちに冷却するのが望ましい。また運転開始時の加圧熱水温度が１４０℃に達するまでに得られる流出液は、糖以外の水溶性成分を含んでいるため、除去するのが好ましい。またこうした糖以外の細胞内含有成分を予め除去する方法として、常温〜１４０℃未満、好ましくは１１０〜１３０℃の加圧熱水を１０〜３０分間、好ましくは１５〜２０分間流通しておく事も純度の高い水溶性糖類を得るために有効である。
【００３２】
上記の方法で得られた水溶液は、必要があれば活性炭やイオン交換樹脂による通常の脱色や脱塩処理を行えば、精製した水溶性糖液として用いることもできる。また更に乾燥して、易水溶性粉末糖としても用いる事ができる。
【００３３】
【実施例１】
次に、前述した製造装置を用いた本発明の実施例を詳細に具体的に説明する。本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。容積１．２Ｌのステンレス製反応容器１０にケナフ芯部の粉砕物約１００ｇを仕込み、孔径２０ミクロンのステンレス製焼結フィルターでキャップした後、反応器１０下部より温度制御された加圧熱水を高圧ポンプを用いて、圧力３ＭＰａ、流量３００ｃｃ／ｍｉｎで通水した。反応器１０より流出した水溶液は冷却器２１で４０℃以下まで冷却された後、保圧弁１６を通って大気圧下の受器に導かれた。
【００３４】
１２０℃の熱水を２０分間流して糖以外の成分（第１画分）を除去した後、２００℃の熱水を２５分間流して得たヘミセルロース分解物（第２画分）のダイオネクス社（米国）製の糖分析装置によるイオンクロマトグラムを図２（Ａ）に、また同様に、１８０℃の熱水で２５分間処理した時の第２画分のイオンクロマトグラムを図２（Ｂ）に示す。いずれの温度で得た分解抽出物も、そのピークはキシロース、及びキシロースが２−１０個結合したオリゴ糖のピーク、更に長時間側で見られる一団のピークより成る事が示された。
【００３５】
この４５分ないし５０分付近のピークの成分は、硫酸加水分解法により、キシロースを単位とする多糖である事が確認された。これによりケナフ芯部の第２画分中の水溶性糖は、単糖のキシロース、及びキシロースが複数個結合したキシロオリゴ糖、及びキシロ多糖であることが確認された。
【００３６】
【実施例２】
実施例１と同様にケナフ芯部の粉砕物を試料とし、操作圧力３．０ＭＰａにて、１２０℃の熱水で２０分間第１画分を抽出除去した後、１６７℃、１８５℃、１９３℃、２０４℃、でそれぞれ２５分間の分解抽出を行った時の第２画分の収率、及び第２画分の組成を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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ここで単糖から５糖までの量は、標準物質を用いた検量線法によるイオンクロマトグラフ分析法より求め、リグニン量は第２画分の３％硫酸不溶分量として求めた。また、多糖量は第２画分量から単糖から５糖までの量、及びリグニン量を差し引いた値として求めた。加圧熱水温度が低いほど高分子多糖の割合が多くなるが、混入リグニン量の割合は低下することが示された。このように水溶性食物繊維に相当する成分の割合が多いのが本法の特徴である。また熱水温度が高いほど第２画分収率は高くなるが、これはリグニンの分解も進み、その結果、低分子化されたリグニンが糖類と共に流出してくるためである。
【００３８】
【実施例３】
試料として、ケナフ、イナワラ、麦ワラ、もみ殻を用い、操作圧力３．０ＭＰａにて１２０℃で２０分間第１画分を抽出除去した後、１９８℃付近で２５分間第２画分の分解抽出を行った。その時の第２画分の収率、及び第２画分中における単糖から５糖（単−５糖）のそれぞれの濃度を表２に示す。
【００３９】
【表２】
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イナワラ、麦ワラ、もみ殻の場合、糖成分としてアラビノースも得られた。ケナフやワラ類の場合、第２画分収率は４０％台と高いが、単糖−５糖の割合が１０−１５％と比較的低いのに対し、もみ殻では第２画分収率は３２％と低いが、単糖−５糖の割合は約２５％と非常に高いことが特徴的であった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の水溶性糖類とその製造方法は、ヘミセルロースを含む植物から、健康食品として有用な食物繊維からオリゴ糖、単糖までをバランス良く含む水溶性糖類を加圧熱水のみを使用して安全かつ効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、水溶性糖類の製造装置の概要を示すものであり、熱水のフロー図である。
【符号の説明】
２…純水器
３…純水タンク
５…バッファタンク
７…窒素ボンベ
９…熱交換器
１０…反応器
１１…加熱回路
１３…外部ジャケット
１５…熱媒体油加熱器
１６…電熱ヒーター
２２…ラインフィルタ
２３…保圧弁
【図１】
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