(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キシラン含有天然物から予め１１０℃以上１４０℃以下の熱水で抽出される成分を除去した水不溶性の残さを、前記処理温度以上２００℃以下の熱水で処理することを特徴とする、キシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法。
【請求項２】
キシラン含有天然物がサトウキビピスであることを特徴とする請求項１に記載のキシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キシラン含有天然物を特別な条件の熱水で処理してキシロース及びキシロオリゴ糖を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、キシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法としては、キシラン含有天然物を約１３０℃以上の温度で蒸煮または爆砕処理した後に、水で抽出してキシロース及びキシロオリゴ糖を含む抽出液を得た後、活性炭処理とイオン交換樹脂処理との組み合わせ等により脱色処理を行い、純度の高いキシロース及びキシロオリゴ糖を得る方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記載の方法で得られる抽出液中には、リグニン分解成分、原料中の水溶性成分、ヘミセルロース分解成分、等の着色物質が不純物として多量に混入しているため、１）脱色が困難である、２）活性炭及びイオン交換樹脂の使用量が膨大となる、３）陰イオン交換樹脂への色素の不可逆的吸着が避けられず、従って陰イオン交換樹脂の寿命が短い、４）キシロース及びキシロオリゴ糖の一部が活性炭やイオン交換樹脂に吸着され、収量が低下する等の問題を有していた。
【０００４】
これらの問題を改善する目的で、キシラン含有天然物を熱水処理して得られる抽出液を、予め、イ）クロマト分離（特開平１−２５４６９２号公報）や、ロ）限外濾過（特開昭６１−２８５９９９号公報）により混入している不純物を効率良く除去しておき、その後に、活性炭やイオン交換樹を用いて脱色処理を行う方法が開示されている。しかし、イ）は、陽イオン交換樹脂のイオン排除作用により、キシロース及びキシロオリゴ糖を含む溶出区分と着色不純物の溶出区分とに分画する方法であるが、キシロース及びキシロオリゴ糖と着色不純物とを完全に分離することは困難であり、着色不純物の除去を効果的に行おうとするとキシロース及びキシロオリゴ糖の損失が起こり収量が低下してしまう、或いは、キシロース及びキシロオリゴ糖の損失を抑えようとすると大量の不純物が混入してしまう傾向にある。また、ロ）は、限外ろ過膜の分子ふるい作用により、比較的分子量の小さいキシロース及びキシロオリゴ糖と比較的分子量の大きい着色不純物とを分離する方法であるが、キシロオリゴ糖と着色不純物の中には分子量が近いものも存在するため、分画分子量の小さい膜を用いると、キシロオリゴ糖の内高分子側のものが膜を通れず、キシロオリゴ糖の収量が低下してしまう、或いは、分画分子量の大きい膜を用いると、着色不純物の内低分子側のものが膜を通り、キシロース及びキシロオリゴ糖に混入してしまう傾向にあり、キシロース及びキシロオリゴ糖の収量を維持しつつ、着色不純物を効率的に除去するには、未だ十分な方法とはいえなかった。
【０００５】
また、特開平６−１９７８００号公報では、原料をササに限定してはいるが、原料から、アセトン、アルコール等の有機溶媒や冷水あるいは温水で抽出される成分を除去したのち、残部の含水量を３０％〜６０％の範囲に調整して、これを飽和水蒸気で加圧加熱処理してキシロオリゴ糖を抽出する方法が開示されている。この方法によれば、原料を前処理して酢酸カリウムや酢酸ナトリウム等の有機酸塩を除去することにより、キシランの二次分解が抑制され、前処理をしていない場合と比較して、キシロオリゴ糖を高収率で高純度に抽出できるようになる。しかし、前記前処理条件では、原料に含まれている易分解性リグニンの分解溶出が行われず、加圧加熱処理をした際、キシロオリゴ糖にリグニン分解成分が混入してしまい、該不純物を除去するのに多大な労力を必要とした。
以上の理由により、キシラン含有天然物からキシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に抽出する方法が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、キシラン含有天然物からキシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に抽出することにより、工業的に効率良く、短縮された設備で、キシロース及びキシロオリゴ糖を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、キシラン含有天然物からキシロース及びキシロオリゴ糖を主成分とする糖液を抽出する際、熱水のみを用いて特定の条件下で処理することにより、抽出されるキシロース及びキシロオリゴ糖の分解を抑制し、且つ、リグニン分解成分や原料中の水溶性成分等の不純物の混入を著しく低減できることに基づき、キシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に抽出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、
（１）キシラン含有天然物から予め１１０℃以上１４０℃以下の熱水で抽出される成分を除去した水不溶性の残さを、前記処理温度以上２００℃以下の熱水で処理することを特徴とする、キシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法、
（２）キシラン含有天然物がサトウキビピスであることを特徴とする（１）に記載のキシロース及びキシロオリゴ糖の製造方法、
を提供するものである。
【０００９】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明において用いられる原料としては、キシランを含む天然物、例えば白樺やブナ等の広葉樹や、とうもろこし稲穂、綿実殻、サトウキビバカス、サトウキビピス、ビートパルプ等の農産廃棄物が利用できる。これら原料の内、リグニン含有量が低く、穏和な条件で容易にキシロース及びキシロオリゴ糖の抽出ができるサトウキビピスが特に好ましい。
これら原料の形状は、特に限定はしないが、抽出操作を容易にするためにチップ状、繊維状等に粉砕された形状のものが好ましく用いられる。
本発明におけるキシラン含有天然物の熱水処理は、必要に応じて、公知の技術である爆砕と組み合わせて行うこともできる。熱水処理を行う際には、抽出を容易にするために、攪拌した状態で処理することが好ましい。
【００１０】
本発明において、キシラン含有天然物の熱水による前処理は、使用する原料により違いはあるが、１１０℃以上１４０℃以下で行うことが必要である。１１０℃未満の場合には、原料に含有される易分解性リグニン、水溶性成分、等、不純物の溶出が不十分であり、１４０℃を越える場合には、キシラン成分の溶出が生じ、最終的に得られるキシリトールの収量が低下するために好ましくない。前処理に要する時間は、通常１０分以上１２０分以下、好ましくは１５分以上６０分以下、特に好ましくは２０分以上４０分以下である。１０分未満では、不純物の溶出が不十分であり、１２０分を越えて実施しても更なる不純物の溶出は見られない。
【００１１】
キシラン含有原料に加える水の量は、該原料の乾燥重量に対して、通常１倍量以上１６倍量以下、好ましくは３倍量以上１４倍量以下、更に好ましくは５倍量以上１２倍量以下である。水の量が１倍量より少ない場合には、不純物の溶解が十分に起こらず、不純物を効率よく除去できないので好ましくない。一方、水の量が１６倍量を越える場合には、遊離した酢酸に由来するプロトン濃度が低下し、易分解性リグニンの分解が十分に起こらず、その後の操作過程に混入するため好ましくない。
【００１２】
以上述べた熱水処理をしたキシラン含有天然物を、必要に応じて、１００℃以下の水で攪拌処理し、不純物の抽出を十分に行うことも可能である。この際、攪拌をスムーズに行うために新たに水を添加しても良い。
上記条件で処理をした後に遠心機、濾過機などにより溶出した不純物を分離除去して必要なキシランを高純度に含む残さを得る。得られた残さは加水して洗浄し、不純物を十分に除去しておくことが好ましい。
前処理済みキシラン含有原料は、使用する原料により違いはあるが、通常前処理温度以上２００℃以下で熱水処理されて、キシロース及びキシロオリゴ糖が抽出される。処理温度が前処理温度より低い場合には抽出成分がほとんど無く、２００℃より高い場合には原料に含有される難分解性リグニン及びセルロースが加水分解されてキシロース及びキシロオリゴ糖と共に溶出されてくるので好ましくない。
【００１３】
熱水処理時間は、通常２０分以上１８０分以下、好ましくは４０分以上１２０分以下である。２０分より短い場合にはキシロース及びキシロオリゴ糖の溶出が十分に行われないので好ましくない。１８０分より長い場合には反応系内で生じたキシロース及びキシロオリゴ糖の分解が著しくなるため好ましくない。
前処理済みのキシラン含有原料に加える水の量は、該原料の乾燥重量に対して、通常１倍量以上１６倍量以下、好ましくは３倍量以上１４倍量以下、更に好ましくは５倍量以上１２倍量以下である。１倍量未満の場合には、加水分解されたキシロース及びキシロオリゴ糖を完全に水に溶解するのに不十分であり、一方、水の量が１６倍量を越える場合には、遊離した酢酸に由来するプロトン濃度が低下し、キシランの部分加水分解による水可溶化が十分に起こらず、しいてはキシロース及びキシロオリゴ糖収量が低下するために好ましくない。
【００１４】
上記抽出操作を行った後、必要に応じて、１００℃以下の温度の水で撹拌処理し、水溶性となったキシロース及びキシロオリゴ糖を十分に抽出することも可能である。この際、攪拌をスムーズに行うために、新たに水を添加しても良い。
以上述べた抽出操作を行った後、遠心機、濾過機などにより抽出液から残さを分離除去し、高純度のキシロース及びキシロオリゴ糖を主成分とする抽出液を得ることができる。
【００１５】
上述の抽出方法で得られたキシロース及びキシロオリゴ糖を主成分とする水溶液は、必要に応じて、活性炭処理及び陽陰イオン交換樹脂処理等の通常の脱色、脱塩処理を行い、キシロース及びキシリオリゴ糖の損失なしに、不純物を含まない精製された糖液を容易に得ることが出来る。
以上のようにして精製されたキシロース及びキシロオリゴ糖は、そのまま食品等に添加して用いることができる。また、カラムクロマトグラフィーや限外ろ過の方法を用いて、キシロース及び任意の重合度のキシロオリゴ糖の内、少なくとも１つ以上を含む分画を分離して用いることも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下で、実施例により本発明を更に詳しく説明する。尚、水溶液中に溶解しているリグニン分解成分含量の測定は、水溶液中の溶解固形分を真空下で絶乾した試料を用い、ＪＩＳ−Ｐ８００８に準拠して行った。また、陰イオン交換樹脂の交換容量の測定は、樹脂を１５倍重量の０．５Ｎ塩化ナトリウム水溶液と共存させ、標準塩化水素溶液（和光純薬工業株式会社）で、フェノールフタレインを指示薬として滴定を行い求めた。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
風乾とうもろこし穂軸１００ｇと水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１２５℃で４０分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出液をろ別し、キシランを高純度に含有する残さ８７ｇを得た。（前処理）
前処理により得られた残さ８７ｇと水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１６０℃で９０分間加熱処理しした。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度１０重量％の抽出液を２１０ｇ得た。（本処理）
該抽出液５０ｇに粉末活性炭０．０５ｇを加え、５０℃で１時間攪拌した後、活性炭をろ別した。
【００１８】
活性炭処理された抽出液をアンバーライトＩＲＡ４１０（オルガノ株式会社）を２０ｇを充填したカラムに通過させて、無色透明なキシロース及びキシロオリゴ糖を含有する水溶液を得た。
なお、比較のために、前処理を行っていないとうもろこし穂軸を用いた場合も、上記と同一条件で抽出とそれに続く精製操作を行ったが、得られたキシロース及びキシロオリゴ糖を含有する水溶液は僅かに黄色く着色していた（比較例１）。
【００１９】
抽出液中の糖成分及びリグニン分解成分の固形分に占める割合、抽出液をイオン交換樹脂処理した際、イオン交換樹脂の減少したイオン交換容量を表１示す。表１に示すとおり、キシロース成分の抽出固形分に対する純度は、比較例１の場合は４４．１であるが、本発明による場合は６８．９％と高い値となっている。また、比較例１では、リグニン成分の混入が著しく、活性炭０．０５ｇと陰イオン交換樹脂２０ｇでは脱色しきれなかった。
これらのことから、本発明によれば、キシロース成分を高純度に抽出できること、そのために、後の精製負荷が著しく減少されることが分かる。
【００２０】
（実施例２）
実施例１で得られた無色透明のキシロース及びキシロオリゴ糖を含有する水溶液を、分画分子量５０００の限外ろ過膜ＹＭ５（アミコングレースジャパン社）に３．８ｋｇ／ｃｍ２の圧力で通した。透過液を再び、分画分子量１０００の限外ろ過膜ＹＭ２（アミコングレースジャパン社）を用いて、３．８ｋｇ／ｃｍ２の圧力でろ過した。その保持液からは、キシロビオース及びキシロトリオースを主成分とするキシロオリゴ糖が得られた。
【００２１】
（実施例３）
風乾サトウキビピス１００ｇと水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１３０℃で３０分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出液をろ別し、キシランを高純度に含有する残さ８５ｇを得た。（前処理）
前処理により得られた残さ８５ｇと水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１５０℃で６０分間加熱処理した。７０℃まで冷却後、水５００ｇを加えて２時間撹拌した。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度１０重量％の抽出液を２２０ｇ得た。（本処理）
該抽出液５０ｇに粉末活性炭０．０５ｇを加え、５０℃で１時間攪拌した後、活性炭をろ別した。
【００２２】
活性炭処理された抽出液をアンバーライトＩＲＡ４１０（オルガノ株式会社）を２０ｇ充填したカラムに通過させて、無色透明なキシロース及びキシロオリゴ糖を含有する水溶液を得た。
なお、比較のために、前処理条件を８０℃、２時間（比較例２）、又は、本処理条件を２１０℃、２０分（比較例３）とした場合も、上記と同一条件で抽出とそれに続く精製操作を行った。
抽出液中の糖成分及びリグニン分解成分の固形分に占める割合、抽出液をイオン交換樹脂処理した際、イオン交換樹脂の減少したイオン交換容量を表２に示した。
【００２３】
表２が示すように、本発明では６８．９％とキシロース成分を高純度に抽出できるのに対して、比較例２では、前処理による不純物の除去が不充分なため、易分解性リグニンが大量に混入してしまい、４８．９％と純度が低い、また、比較例３では、本処理の際、難分解性リグニン及びセルロースの加水分解が生じて処理液に混入してしまうため、４６．０％と純度が低いのが分かる。従って、表２に示すように、比較例２、３が脱色処理に必用としたイオン交換樹脂容量は本発明の場合の３倍以上となる。
これらのことから、本発明によれば、キシロース成分を高純度に抽出することができること、そのために、後の精製負荷が著しく減少されることが分かる。
【００２４】
【表１】
0004148609.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004148609.tif 000003
【００２６】
（実施例４）
風乾綿実殻１００ｇと水８００ｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１２０℃で４０分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出物をろ別し、キシランを含有する残さ８６ｇを得た。
得られた残さ８６ｇと水８００ｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１５０℃で９０分間加熱処理した後、７０℃まで冷却し、水５００ｇを加えて１時間撹拌した。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度５重量％の抽出液６４０ｇを得た。
その後該抽出液を実施例１と同様に処理した。その結果、キシロース成分が高純度で抽出でき、しかもイオン交換樹脂の精製負荷が著しく減少した。
【００２７】
（実施例５）
風乾白樺チップ１００ｇと水１．０ｋｇを２Ｌオートクレーブに入れ、１３５℃で２５分間加熱処理した。次いで、加水洗浄しながら抽出物をろ別し、キシランを含有する残さ９１ｇを得た。
得られた残さ９１ｇを温度１７５℃で１分間爆砕処理した処理品と、水１．０ｋｇとを２Ｌオートクレーブに入れ、１７０℃で９０分間加熱処理した後、７０℃まで冷却して２時間撹拌した。次いで、残さをろ別し、得られた抽出液を減圧下で濃縮し、固形分濃度５重量％の抽出液４３０ｇを得た。
その後該抽出液を実施例１と同様に処理した。その結果、キシロース成分が高純度で抽出でき、しかもイオン交換樹脂の精製負荷が著しく減少した。
【００２８】
【発明の効果】
キシラン含有天然物を特定の条件の熱水を用いて処理することにより、キシロース及びキシロオリゴ糖を高純度に抽出することができるため、純度の良いキシロース及びキシロオリゴ糖を効率良く製造する方法として極めて有用である。