(57)【要約】【課題】効率的かつ経済的な農作物の乳酸発酵のための前処理方法および乳酸製造方法を提供する。【解決手段】糖化酵素を含む農作物を破砕または切断して成る原料に対し１０重量％以上５０重量％以下の量の１℃乃至５℃の水を加えて撹拌し、原料から糖化酵素を抽出する。抽出した糖化酵素に有機酸を加えてｐＨを４から５の間に調整した後、１℃から５℃の温度で冷蔵保存する。糖化酵素を抽出した後の原料に対し１００重量％乃至１５０重量％の量の水を加え、８０℃以上１２０℃の温度範囲で３０分乃至２時間の加熱により液化する。その液化物を４０℃以下に冷却した後、冷蔵保存した糖化酵素を加え、さらにアルカリ剤を加えてｐＨ  を５から６の間に調整し、４０℃から６０℃の温度で１２時間以上の糖化反応をさせる。糖化工程後の糖化物を乳酸発酵させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
糖化酵素を含む農作物を破砕または切断して成る原料に対し１０重量％以上５０重量％以下の量の１℃乃至５℃の水を加えて撹拌することにより、前記原料から糖化酵素を抽出する抽出工程を有することを特徴とする農作物の乳酸発酵のための前処理方法。
【請求項２】
前記抽出工程で抽出した糖化酵素に乳酸、クエン酸、酢酸、燐酸その他の有機酸の１種または２種以上を加えてｐＨを４から５の間に調整した後、１℃から５℃の温度で冷蔵保存する保存工程を有することを特徴とする請求項１記載の農作物の乳酸発酵のための前処理方法。
【請求項３】
前記抽出工程で糖化酵素を抽出した後の原料に対し１００重量％乃至１５０重量％の量の水を加え、８０℃以上１２０℃の温度範囲で３０分乃至２時間の加熱により液化する液化工程を有することを特徴とする請求項１または２記載の農作物の乳酸発酵のための前処理方法。
【請求項４】
前記液化工程による液化物を４０℃以下に冷却した後、前記抽出工程で抽出した糖化酵素または前記保存工程で冷蔵保存した糖化酵素を加え、さらにアルカリ剤を加えてｐＨ  を５から６の間に調整し、４０℃から６０℃の温度で１２時間以上の糖化反応をさせる糖化工程を有することを特徴とする請求項３記載の農作物の乳酸発酵のための前処理方法。
【請求項５】
請求項４記載の農作物の乳酸発酵のための前処理方法による糖化工程後の糖化物を乳酸発酵させることを特徴とする乳酸製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサツマイモ、カボチャその他の農作物の乳酸発酵のための前処理方法およびその前処理方法を利用した乳酸製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、カボチャを用いた乳酸製造方法に関する公表文献はなかった。サツマイモについては、焼酎向けのアルコール発酵前処理方法や、水あめ、シロップ、ペーストの製造方法において、以下のような方法が一般的に行われてきた。
【０００３】
サツマイモの皮をむき、５ｍｍ以下の大きさに破砕し、破砕したものに倍量の水を加えて、乳酸、クエン酸、酢酸、燐酸などの有機酸を加えてｐＨを４に調整した後、８０℃以上の温度にて１時間以上煮熟し、液化する。
【０００４】
そのサツマイモ煮熟液が６０℃以下に冷えた後、グルコアミラーゼ又はα‐アミラーゼを原料に対して１０Ｕ／ｇ以上加え、５０−６０℃にて１２時間以上反応させ、糖化させる。その後、酵素剤の失活と殺菌のために、再度８０℃以上にて３０分間以上煮る。こうしてできたサツマイモ糖化液は、ろ過および／あるいはセルラーゼ処理を経て、シロップ、ペーストとなる。また、ろ過液とし、あるいはそのままでアルコール発酵の原料として用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、農作物の中でもサツマイモには本来、多くのアミラーゼ類の糖化酵素が含まれているにもかかわらず、加熱液化の工程においてその酵素類を熱変性させ、失活させて、無駄にしている。そして次の糖化工程においては、購入した高価なアミラーゼ酵素剤を添加して糖化反応をさせている。このように、従来の方法では、原料の成分を有効に活用していないばかりか、経済的でない。
【０００６】
さらに市販の酵素剤には作用単位や作用条件などの制約があり、また基質としての農作物が適切なものでないこともある。その上に、市販の酵素剤は原料が細菌類であることから、失活、殺菌処理を糖化工程の後にするべきなので、熱エネルギーも相当量必要としており、この点でも経済的ではない。
【０００７】
本発明は，このような従来の課題に着目してなされたもので，効率的かつ経済的な農作物の乳酸発酵のための前処理方法および乳酸製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発明者が農作物のサツマイモやカボチャを乳酸発酵の原料に用いる際、低コストで効率的な生産工程を検討し、鋭意研究を重ねた結果、得られた方法である。
アミラーゼ類がサツマイモに多く含まれていることは、石焼芋の甘味、干し芋の甘味などから現象的にも明らかであり、１ｇの生サツマイモには２００−４００Ｕ  のβ‐アミラーゼが存在するといわれる（１Ｕ：１分間に１μｇのマルトースを生成する単位）。
【０００９】
そこで低コストを図るために、まず糖化酵素に市販のものを用いることなく、この原料由来のアミラーゼを適用するための検討を進めた。
加熱液化する前の工程に液体抽出の工程を設けて、その抽出成分を別途保存しておき、原料本体は従来と同様の液化に当てる。抽出用には原料重量の１０−５０％好ましくは３０％の量の水を、１−５℃にて用いて、酵素の失活を防いだ。
保存はｐＨ  を４−５好ましくは４．８に有機酸を用いて調整して、さらに酵素の失活を防いだ。
【００１０】
抽出した液体成分を、液化処理後の原料本体に加えて、アンモニア水にてｐＨ  を５−６好ましくは５．０に調整し、４０−６０℃好ましくは５０℃で１２時間以上好ましくは２０時間の糖化反応を行った。
こうして市販の酵素剤を用いることなく、ブドウ糖換算値８％  以上の糖度を得ることに成功し、酵素剤コストの削減ができた。
【００１１】
また、この抽出液体成分は市販の酵素剤グルコアミラーゼの例のように、１０Ｕ／  ｇ以上、６０℃、ｐＨ５．５  という厳しい条件でなく、ｐＨ  ５乃至６、４０℃から６０℃という比較的ルーズな条件であっても容易に反応が進むことがわかった。
【００１２】
市販の酵素剤は大半が細菌由来であるために、糖化処理の後に失活、殺菌のための加熱処理をするべきであるが、農作物原料由来のものを適用したため、殺菌にこだわる必要がない。よって、熱エネルギーの面からもコストの低減ができた。
【００１３】
本発明に係る農作物の乳酸発酵のための前処理方法は、糖化酵素を含む農作物を破砕または切断して成る原料に対し１０重量％以上５０重量％以下の量の１℃乃至５℃の水を加えて撹拌することにより、前記原料から糖化酵素を抽出する抽出工程を有することを特徴とする。原料に用いる糖化酵素を含む農作物としては、サツマイモおよびカボチャが適している。原料に用いる農作物は、１種類であることが好ましいが、２種類以上を用いてもよい。糖化酵素は、代表的にはアミラーゼ類である。
【００１４】
本発明に係る農作物の乳酸発酵のための前処理方法では、前記抽出工程で抽出した糖化酵素に乳酸、クエン酸、酢酸、燐酸その他の有機酸の１種または２種以上を加えてｐＨを４から５の間に調整した後、１℃から５℃の温度で冷蔵保存する保存工程を有することが好ましい。抽出工程で抽出した糖化酵素は、抽出用の水に溶けた状態であっても、濃縮された状態であってもよい。
【００１５】
本発明に係る農作物の乳酸発酵のための前処理方法では、前記抽出工程で糖化酵素を抽出した後の原料に対し１００重量％乃至１５０重量％の量の水を加え、８０℃以上１２０℃の温度範囲で３０分乃至２時間の加熱により液化する液化工程を有することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る農作物の乳酸発酵のための前処理方法では、前記液化工程による液化物を４０℃以下に冷却した後、前記抽出工程で抽出した糖化酵素または前記保存工程で冷蔵保存した糖化酵素を加え、さらにアルカリ剤を加えてｐＨ  を５から６の間に調整し、４０℃から６０℃の温度で１２時間以上の糖化反応をさせる糖化工程を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る乳酸製造方法は、前述の農作物の乳酸発酵のための前処理方法による糖化工程後の糖化物を乳酸発酵させることを特徴とする。糖化工程後の糖化物は、そのまま無処理で乳酸発酵させても、あるいは８０℃以上１２０℃の温度範囲で３０分乃至２時間の加熱を行った後に乳酸発酵させてもよい。
【００１８】
【実施例】
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は実施例によってその技術的な範囲を限定されるものではない。
【００１９】
［実施例１］サツマイモの乳酸発酵前処理
乳酸発酵原料であるサツマイモ（紅アズマ）の皮をむき３００ｇをとり、１００ｍｌの純水を加えて、カッターミキサーにて数ｍｍの大きさに破砕した。そこから１００ｇを採取して、１００００Ｇ，    １℃にて、７分間遠心分離にかけた。その上澄み液を２０ｍｌ採取し、酢酸緩衝液にてｐＨ  を４．８に調整してから、４℃にて冷蔵保存した。以降、この冷蔵保存した液を抽出液と称する。
【００２０】
サツマイモ抽出液におけるアミラーゼ活性を分析定量した。
α‐アミラーゼ活性についてはネルソン法、β‐アミラーゼ活性についてはホブソン法をそれぞれ用いて計測した。
【表１】
2005058004.tif 000002
β‐アミラーゼ活性の結果を元に、たとえば１０ｇの澱粉基質に対して、酵素反応時間を２０時間にすると、０．３３ｍｌ以上の添加量にて充分な糖化が行われることになる。
【００２１】
遠心分離にて残ったサツマイモ本体８０ｇに、さらに１２０ｍｌの純水を加えて、そこに乳酸を添加し、ｐＨを４にした。これをオートクレーブにて、１２０℃、３０分間加熱し、液化した。
放置して、室温までさめた後、そこに別途冷蔵保管してあったサツマイモ抽出液を２ｍｌ加え、アンモニア水にてｐＨを５．０に調整し、５０℃にて２０時間、よく撹拌しつつ反応させた。
【００２２】
糖化反応後のサツマイモ液を糖度計にて分析したところ、ブドウ糖換算値として１０．１％を得た。さらにこれを糖類分析のため液体クロマト分析にかけたところ、全糖類のうち蔗糖と麦芽糖の合計が８１％、ブドウ糖５％、果糖１０％、他の糖類４％という結果であった。
【００２３】
［実施例２］カボチャの乳酸発酵前処理
乳酸発酵原料であるカボチャ（えびす）の皮をむき３００ｇをとり、１００ｍｌの純水を加えて、カッターミキサーにて数ｍｍの大きさに破砕した。そこから１００ｇを採取して、１００００Ｇ，  １℃にて、７分間遠心分離にかけた。その上澄み液を２０ｍｌ採取し、酢酸緩衝液にてｐＨ  を４．８に調整してから、４℃にて冷蔵保存した。以降この冷蔵保存した液を抽出液と称する。
【００２４】
カボチャ抽出液におけるアミラーゼ活性を分析定量した。
α‐アミラーゼ活性についてはネルソン法、β‐アミラーゼ活性についてはホブソン法をそれぞれ用いて計測した。
【表２】
2005058004.tif 000003
β‐アミラーゼ活性の結果を元に、たとえば１０ｇの澱粉基質に対して、酵素反応時間を２０時間にすると、０．３３ｍｌ以上の添加量にて充分な糖化が行われることになる。
【００２５】
遠心分離にて残ったカボチャ本体８０ｇに、さらに８０ｍｌの純水を加えて、そこに乳酸を添加し、ｐＨを４にした。これをオートクレーブにて、１２０℃、３０分間加熱し、液化した。
放置して、室温までさめた後、そこに別途冷蔵保管してあったカボチャ抽出液を２ｍｌ加え、アンモニア水にてｐＨを５．０に調整し、５０℃にて２０時間、よく撹拌しつつ反応させた。
【００２６】
糖化反応後のカボチャ液を糖度計にて分析したところ、ブドウ糖換算値として８．６％を得た。さらにこれを糖類分析のため液体クロマト分析にかけたところ、全糖類のうち蔗糖と麦芽糖の合計が３２％、ブドウ糖２９％、果糖２４％、他の糖類１５％という結果であった。
【００２７】
［比較例１］市販酵素剤によるサツマイモの糖化処理
乳酸発酵原料であるサツマイモ（紅アズマ）の皮をむき３００ｇをとり、１００ｍｌの純水を加えて、カッターミキサーにて数ｍｍの大きさに破砕した。さらに６００ｍｌの純水を加えて、そこに乳酸を添加し、ｐＨを４にした。これをオートクレーブにて、１２０℃、３０分間加熱し、液化した。
放置して、５０℃までさめた後、市販の糖化酵素（天野エンザイム株式会社製の商品名「グルクザイムＡＦ６」：リゾプス菌（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｓｐ．）由来のグルコアミラーゼ剤））を０．３３ｇ添加し、アンモニア水にてｐＨ  を５．０として、  ６０℃にて２０時間、よく撹拌しつつ反応させた。
【００２８】
糖化反応後のサツマイモ液を糖度計にて分析したところ、ブドウ糖換算値として１０．３％を得た。さらにこれを糖類分析のため液体クロマト分析にかけたところ、全糖類のうち蔗糖と麦芽糖の合計が１５％、ブドウ糖８３％、他の糖類２％という結果であった。
【００２９】
［比較例２］市販酵素剤によるカボチャの糖化処理
乳酸発酵原料であるカボチャ（えびす）の皮をむき３００ｇをとり、１００ｍｌの純水を加えて、カッターミキサーにて数ｍｍの大きさに破砕した。さらに４００ｍｌの純水を加えて、そこに乳酸を添加し、ｐＨを４にした。これをオートクレーブにて、１２０℃、３０分間加熱し、液化した。
放置して、５０℃までさめた後、市販の糖化酵素（天野エンザイム株式会社製の商品名「グルクザイムＡＦ６」）を０．２ｇ添加し、アンモニア水にてｐＨを５．０として、６０℃にて２０時間、よく撹拌しつつ反応させた。
【００３０】
糖化反応後のカボチャ液を糖度計にて分析したところ、ブドウ糖換算値として７．７％を得た。さらにこれを糖類分析のため液体クロマト分析にかけたところ、全糖類のうち蔗糖と麦芽糖の合計が１３％、ブドウ糖７０％、果糖１３％、他の糖類４％という結果であった。
【００３１】
以上の実施例１，２および比較例１，２を総合し、糖度、糖組成の分析データを一覧表として表３にまとめた。
【表３】
2005058004.tif 000004
サツマイモを用いた実施例１およびカボチャを用いた実施例２では、それぞれの抽出液を糖化工程に用いることで、市販の酵素添加における結果と遜色のない、糖度を得ることができた。
【００３２】
【実施例３】カボチャの乳酸発酵
前述の実施例２と比較例２で得た糖化処理液を用いて、乳酸発酵の試験を実施した。
それぞれの糖化処理液を加熱もろ過もせず、無処理にて１００ｍｌずつとり、そこに１００万個／ｍｌ以上の細菌生育数を確認した各２ｍｌのラクトバチルス菌（Ｌａｃｔｏ  Ｂａｃｉｌｌｕｓ  Ｓｐ．  ＡＴＣＣ２７０９２）培養液を添加した。そしてアンモニア水にて、ｐＨ  を７に調整し、３７℃で５日間培養した。
【００３３】
こうして得た培養液をそれぞれＨ型再生済みのカチオン交換樹脂（オルガノ株式会社製、商品名「アンバーライト２００Ｃ」）  に通液し、そして０．４５μｍ孔径の精密フィルターでろ過した後、乳酸の分析を高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）（東ソー株式会社製、商品名「ＴＳＫ−Ｇｅｌ．ＯＡＰａｋＡ＋Ｐ」カラム使用）にておこなった。
その結果、本発明での抽出液処理後の糖化液では３．６％の乳酸、市販酵素処理後の糖化液では３．１％の乳酸の生成があったことがわかった。
【００３４】
以上の結果から、本発明の実施例２による農作物の乳酸発酵のための前処理方法およびその前処理方法を利用した実施例３による乳酸製造方法によって、乳酸発酵が円滑に行われることがわかった。
なお、比較例２による発酵液では細菌由来の酵素剤を用いているので、ろ過の後、食品用途とするには、外部からの菌汚染を防止するために、酵素剤使用後の失活、殺菌処理が不可欠である。これに対し、本発明の実施例２および実施例３による方法では、原料の農作物由来の酵素のみを使用しているので、殺菌処理に厳しく配慮する必要はない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、原料に用いる農作物の成分を有効活用することとなり、抽出した酵素成分が十分な糖化作用をもたらすことから、高価な添加酵素を購入せずに、糖化処理を行うことができる。これにより、効率的かつ経済的な乳酸発酵前処理工程を構築することができる。
【００３６】
さらに、原料由来の糖化酵素を用いて糖化処理を行うことにより、その糖化作用工程の条件調整が比較的容易であり、工程管理が容易である。その上に、市販の細菌由来の酵素では糖化工程の後すぐに、失活、殺菌のための加熱工程を設ける必要があるが、本発明では農作物由来の糖化酵素を用いるため、失活、殺菌のための加熱工程を少なくとも糖化工程の後すぐに行う必要はなく、熱エネルギー的にみて経済的である。
【００３７】
本発明は、農作物からの乳酸発酵製造における経済的な工程の確立に寄与することによって、市場への安価な乳酸の提供を可能にし、食品向けの添加物への利用や、工業用途の乳酸エチルのような安全な溶剤の供給、ポリ乳酸のような生分解性プラスチックへの原料供給などに役立つ。
【００３８】
本発明は、農作物を原料に活用するため、原料を供給する農業の振興につながり、産業的に有益である。