(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キサンタンガムを超音波処理またはフリーラジカル分解することにより、分子量が１００,０００〜９６０,０００に低減され、分子内側鎖のピルビン酸含量が３％以上に維持された低分子化キサンタンガムを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、低分子化キサンタンガムの製造方法と、その低分子化キサンタンガムを含有する油脂含有食品に関する。詳しくは、超音波処理またはフリーラジカル分解により、分子量が１００,０００〜９６０,０００に低減され、分子内側鎖のピルビン酸含量が３％以上に維持された低分子化キサンタンガムの製造方法と、その方法により製造される低分子化キサンタンガムを含有する油脂含有食品に関する。油脂含有食品としては、マヨネーズ、ドレッシング、プリン、ミルクゼリー、マーガリン等がある。
【０００２】
【従来の技術】
現在、非常に多くの種類の油脂含有食品が製造され、食されているが、それらの油脂含有食品に共通する最大の問題点は酸化による油脂の劣化である。
【０００３】
油脂の劣化は、主に反応性の高い二重結合部分において起こる。油脂の二重結合が光や酸素分子、金属、過酸化水素、活性酸素等と接触することにより過酸化脂質が生成し、その後、連鎖反応的に過酸化反応が他の脂質分子へと飛び火し、不可逆的に油脂の劣化が進行することが知られている。
【０００４】
ドレッシングやクリーム等のように水相と油相を有する油脂含有食品においては、銅、マンガン、鉄等、多価の遷移金属イオンが水相に微量混入することにより、油脂の劣化が大きく促進されることが知られている。これらの金属は、水道や井戸水、又はその配管から混入する他、増粘剤や保形剤として使用される多糖類の安定剤からも混入するため、この混入を阻止するのは非常に困難である。
【０００５】
金属による油脂の劣化を防止する目的で有用と考えられる物質として、キサンタンガムが挙げられる。キサンタンガムは鉄イオンをキレートすることによって油脂の酸化を防ぐことが、島田らによって確かめられた(K.Shimada, H.Okada, K.Matsuo and S.Yoshioka, Biosci. Biotech. Biochem., vol.60, pp.125-127, 1996)。この効果は食品工業で用いられる他の多糖類の安定剤には見られないものである。
【０００６】
さらに、本発明者らの検討によれば、キサンタンガムのこの効果は、鉄イオンだけでなく、マンガンや銅イオンに対しても有効であることを確認し、これにより、キサンタンガムを油脂の酸化防止剤として、油脂含有食品に広く利用可能であることを確認した。
【０００７】
キサンタンガムは、微生物のキサントモナス・キャンペストリス(Xanthomonascampestris）をブドウ糖培地又は澱粉培地で純粋培養することにより、その菌体外に産生される天然多糖類である。他の多糖類の分子量は数十万程度であるのに比べ、キサンタンガムは、分子量が 1,000,000〜 2,000,000非常に大きく、また、耐熱性及び耐酸性の点で非常に優れているという特徴を有している。
【０００８】
そして、キサンタンガムは、各種食品の増粘剤や安定剤として広く使用されている。また、キサンタンガムは、単独ではゲル化しないが、ローカストビーンガムやグルコマンナン等と組み合わせることによりゲル化するという性質を有しており、ゲル化剤としても使用されている。
【０００９】
しかしながら、本来の増粘剤や安定剤としての用途に加えて、油脂の酸化防止の目的でキサンタンガムを利用する際には、大きな問題点がある。キサンタンガムは、その巨大な分子量のため、水に対する溶解性が低い（＜0.9 重量％）。また、少量の添加によっても製品の粘度が上がり、ネバついた粘調な食感を付与してしまう。さらに、 0.1〜0.5 重量％という低い濃度で溶解しても溶液が白濁して製品の透明感が失われてしまうという問題点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、かかる困難な状況に鑑み鋭意研究を重ねた結果、分子量を低下させたキサンタンガムを油脂含有食品に配合すると、元のキサンタンガムの持つ油脂の酸化防止能は維持されたままで、水に対する溶解性が向上されることが判った。また、必要に応じて分子量の異なるキサンタンガムを用いることで、テクスチャーも自由に制御できることを見出した。
【００１１】
本発明者らは、この現象について、さらに詳しく研究した結果、低分子化キサンタンガムにおいて残存するピルビン酸残基の含量が、油脂の酸化防止能に深く関わっていることが明らかになった。そして、分子内側鎖に存在するピルビン酸含量を維持しながらキサンタンガムを低分子化することで、油脂の酸化防止能を維持できること、並びに、こうして調製した低分子化キサンタンガムを配合した油脂含有食品においては、油脂の酸化が起こらないことを確認し、本発明を完成した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明で使用する低分子化キサンタンガムは、キサンタンガムを分解することによって得られる。有効なキサンタンガムの分解方法として、まず超音波による方法が挙げられる。これはキサンタンガムを分散させた水相を 100〜2,000 ワット、周波数10〜60キロヘルツの超音波で１分〜 200時間処理することによってキサンタンガムの分子が切断される。キサンタンガムの分子量は、超音波発生装置の出力や、処理時間、温度によって制御することができる。
【００１３】
水溶液中にフリーラジカルを発生させてキサンタンガムを低分子化することもできる。ラジカル発生系としては、ハーバー−ヴァイス(Haber-Weiss) の系が著名である。すなわち、鉄、銅、チタン、クロム等の遷移金属の低原子価のイオンと過酸化水素が反応し、フリーラジカルを発生する系である。この中、２価の鉄イオンによる反応系はフェントン(Fenton)反応として知られており、食品においてもしばしばこの系による反応が起こる。有機物においては、ビタミンＣ（アスコルビン酸）の鉄や銅イオンによる自動酸化等を用いる。ヒスチジンやイミダゾール等の電子伝達能を持った分子との混合系も利用できる。キサンタンガムの分子量は、反応時間や反応温度により制御することができる。分解反応の停止は、水溶液にラジカル消去剤を投入し、15分〜３時間撹拌することにより実施する。又は、直接アルコールやアセトンを投入してキサンタンガムを沈澱させると共にラジカルを消去することもできる。
【００１４】
本発明は、これらの方法に限定されるものではない。ただし、多糖の加水分解に一般的に用いられる酸による加水分解は適当でない。キサンタンガムの分子は非常に耐酸性が高く、酸による分解には高い温度と長い反応時間を必要とする上に、キサンタンガムの分子内側鎖に存在するピルビン酸は主鎖が加水分解される前に、速やかに全て除去されてしまう為である。
【００１５】
低分子化キサンタンガムの分子量は、マーク−ホーウィンク−桜田の式から粘度平均分子量として求めることができる。
〔η〕＝ＫＭa 
（但し、〔η〕は極限粘度を、Ｍは粘度平均分子量を、Ｋ及びa は定数をそれぞれ示す。なお、定数Ｋ及びa は粘度測定に使用する溶媒による。）
【００１６】
低分子化キサンタンガムにおけるピルビン酸の置換度は、例えば、ダックワースらの方法(M.Duckworth, W.Yaphe, Chemistry and Industry, vol.6, pp.747-748, 1970) によりピルビン酸含量を測定し、キサンタンガムの繰り返し構造の分子量を考慮して単位ユニット当たりのピルビン酸量を算出することで決定することができる。この際、混入していた遊離のピルビン酸による妨害を防ぐために、加水分解前後の値を比較すると良い。また、簡便には核磁気共鳴スペクトルを用いることもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の油脂の劣化が抑制された油脂含有食品は、低分子化処理によって調製した 100,000〜960,000 の分子量を有し、かつ分子内側鎖のピルビン酸含量が３％以上の低分子化キサンタンガムを製品全体に対する含量が0.01〜10.0重量％となるように配合して調製する。もちろん、未分解のキサンタンガムと同時に配合して、キサンタンガムの持つ油脂の酸化防止効果を増強（補強）させることも可能である。
【００１８】
低分子化キサンタンガムの分子内側鎖のピルビン酸含量は、低分子化する前のキサンタンガムのピルビン酸含量に依存するが、前述のように、低分子化する方法によってはピルビン酸が除去されたり、含量が低下したりするので、低分子化の際は、例えば、試験例で述べる方法等でピルビン酸含量を厳密に管理しながら処理すべきである。
【００１９】
製品に添加する低分子化キサンタンガムの添加量は、製品に混入している金属の含量や、含有する油脂の酸化され易さによって決定する。製品における油脂の酸化防止能は、キサンタンガムに結合したピルビン酸の含量で類推することができる。製品に必要な粘度は、添加する低分子化キサンタンガムの分子量で調節できる。キサンタンガムの分子量が下がることによって、同じ粘度でもより多く添加することができ、テクスチャーを制御しながら油脂の酸化を防止することができる。
【００２０】
次に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【参考例１】
50mMクエン酸−クエン酸ナトリウム緩衝液(pH5.6) 100 l に、キサンタンガム500gを溶解し、60℃において過酸化水素及び硫酸鉄をそれぞれ9.0 mmol/l及び3.0 mmol/lになるように加えた。同一の溶液を４バッチ作成した。温度を一定にしながら予め設定した反応時間溶液を撹拌した後、エチルアルコール 180 lを投入した。沈澱の生じた混液をさらに10分間撹拌した後、沈澱を分離し、乾燥して低分子化キサンタンガムを得た。なお、各バッチにおける反応時間は、30分間（低分子化品１）、60分間（低分子化品２）、 120分間（低分子化品３）及び 240分間（低分子化品４）で行った。
【００２１】
【参考例２】
キサンタンガム 50gを2mol/lの硫酸 20 l に分散させ、80℃にて加水分解を行った。同一の溶液を２バッチ作成した。予め設定した反応時間で溶液を撹拌した後、室温まで冷し、水酸化バリウムにてpHを 6.0まで上昇させた。沈澱を遠心分離で除去し、溶液を脱イオン水に対して透析した後、乾燥して低分子化キサンタンガムを得た。なお、各バッチにおける反応時間は、60分間（低分子化品５）及び 120分間（低分子化品６）で行った。
【００２２】
【参考例３】
キサンタンガム2.0gを 200mmol/lの塩化ナトリウム溶液 1.0 lに分散させた。同一の溶液を２バッチ作成し、それぞれ予め設定した時間で連続して超音波処理した。超音波処理には、アイワ医科工業社製の超音波発進装置（AU-501CO型；出力750W、発振周波数28kHz)を用いた。溶液を脱イオン水に対して透析した後、乾燥して低分子化キサンタンガムを得た。なお、各バッチにおける超音波処理時間は、40分間（低分子化品７）及び 360分間（低分子化品８）で行った。
【００２３】
【試験例１】
キサンタンガム及び参考例１〜３で得られたそれぞれの低分子化キサンタンガムの粘度平均分子量を測定した。まず、各濃度に調整したキサンタンガム溶液又は低分子化キサンタンガム溶液の粘度を毛細管型粘度計で測定し、各濃度の溶液に対する粘度をプロットして濃度ゼロに外挿したときの粘度、すなわち、極限粘度を求め、次に、以下のマーク−ホーウィンク−桜田の式から粘度平均分子量を求めた。
〔η〕＝ＫＭa 
（但し、〔η〕は極限粘度を、Ｍは粘度平均分子量を、Ｋ及びa は定数をそれぞれ示す。なお、定数Ｋ及びa は、粘度測定に使用する溶媒による。）
【００２４】
本試験例では、温度25℃で0.1M塩化ナトリウム水溶液を溶媒として、キャノン−フェンスケ毛管粘度計で極限粘度を測定し、粘度平均分子量を求めた。なお、温度25℃で0.1M塩化ナトリウム水溶液を溶媒とした場合の定数Ｋ及びa の値は、次の通りである(R.Lapasin and S.Pricl, ^Rheology of Industrial Polysaccharides, Theory and Applications", p.277, Blackie Academic & Professional, London, 1995)。
Ｋ＝ 1.7×10-4
a ＝ 1.14
【００２５】
また、キサンタンガム及び参考例１〜３で得られたそれぞれの低分子化キサンタンガムのピルビン酸含量をダックワースらの方法(M.Duckworth, W.Yaphe, Chemistry and Industry, vol.6, pp.747-748, 1970) に従って求めた。まず、３〜５mgのキサンタンガムを含む 0.04Nシュウ酸溶液(3ml) を 100℃に加熱し、４時間加水分解した。室温まで冷却後、炭酸カルシウムで中和し、遠心分離した上清を10mlにメスアップした。この溶液から２mlを分光光度計のセル (光路長1cm)に取り、1Mトリエタノールアミン１ml及びニコチンアミド (ＮＡＤＨ) を 0.1％重炭酸ナトリウム中に 1.0％に溶解した溶液0.05mlを加えた。このセルを分光光度計に入れ、波長340 nmでモニターしつつ、0.01mlのラクテートデヒドロゲナーゼ（シグマ社製）を加え、その後一定となるまで毎分の吸光度を記録した。そして、次式からピルビン酸含量 (Ｐ（％))を算出した。
Ｐ（％）＝｛５×88× 100 (ＡINITIAL ×3.05−ＡFINAL ×3.06）｝／（Ｗ×6.22×1,000)
（但し、Ｗはサンプルに含まれるキサンタンの含量(mg)を示し、ＡINITIAL 及びＡFINAL は吸光度の初期値並びに最終値を示す。）
【００２６】
キサンタンガム及び参考例１〜３で調製した低分子化キサンタンガム（低分子化品１〜８）について、結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0004263805.tif 000002
【００２８】
フェントン試薬で低分子化したキサンタンガム（低分子化品１〜４）及び超音波で低分子化したキサンタンガム（低分子化品７〜８）においては、分子内側鎖のピルビン酸含量が維持されているのに対し、酸による加水分解で低分子化したキサンタンガム（低分子化品５〜６）においては、側鎖のピルビン酸が全て除去されていることが明らかとなった。
【００２９】
【実施例１】
乳化剤としてβ−シクロデキストリンを 1.5重量％添加した大豆油と水の混合物（体積比１：４）に、キサンタンガム又は低分子化キサンタンガムを 0.5重量％添加し、特殊機科社製のROBO MIX型ホモジナイザーを用いて25℃にて10,000 (1/min)、15分ホモジナイズしたエマルジョンを37℃に保存し、定法により経時的に過酸化物価（ＰＯＶ）及びチオバルビツール酸値（ＴＢＡ値）を測定した（測定法は例えば金田尚志、植田伸夫編；「過酸化脂質実験法」，医歯薬出版(1983)参照）。結果を表２及び表３に示す。
【００３０】
【表２】
0004263805.tif 000003
【００３１】
【表３】
0004263805.tif 000004
【００３２】
フェントン試薬で低分子化したキサンタンガム（低分子化品１〜４）及び超音波で低分子化したキサンタンガム（低分子化品７〜８）においては、50日保存後もＰＯＶ値、ＴＢＡ値共に上昇しなかった。すなわち、キサンタンガムが持つ油脂の抗酸化能は、低分子化品においてもそのまま保持されていることが明らかとなった。これに対して酸による加水分解で低分子化したキサンタンガム（低分子化品５〜６）においては、ＰＯＶ値、ＴＢＡ値共に上昇し、油脂の酸化防止能が失われていることが明らかとなった。以上の結果及び試験例１の結果を併せ考えることにより、分子内側鎖のピルビン酸を維持しながらキサンタンガムを低分子化することによって、低分子化品においてもキサンタンガムの持つ油脂の酸化防止能を維持できることが明らかとなった。
【００３３】
【実施例２】
キサンタンガム及び低分子化キサンタンガム（低分子化品１、２、７）の濃度と粘度の関係を調べた。 HAAKE社製の VT550型回転粘度計にて60℃における粘度を測定した。ローターは円筒型（ＭＶ１）を用い、剪断速度は 702 1/sec (約300rpm) とした。低分子化品はキサンタンガムと同等の粘度を与えるように溶解した。結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
0004263805.tif 000005
【００３５】
低分子化品１（分子量960,00）はキサンタンガムの約３倍、低分子化品２、７は約８倍溶解して、キサンタンガムと同等の粘度を与えた。このことから低分子化キサンタンガムは、増粘に伴って製品にネバネバ感を付与する等の悪影響を及ぼすことなく、キサンタンガムよりもはるかに多くの量を添加することができ、それだけ油脂の酸化防止能を高められることが明らかとなった。同時に、低分子化キサンタンガムを用いることにより、キサンタンガムにおける溶液の白濁化 (不透明化) の問題も解決できることが明らかになった。
【００３６】
【実施例３】
乳化剤としてβ−シクロデキストリンを 1.5重量％添加した大豆油と水の混合物（体積比１：４）に、キサンタンガム又は低分子化キサンタンガムを 0.5重量％添加し、特殊機科社製のROBO MIX型ホモジナイザーを用いて25℃にて10,000 (1/min)、15分ホモジナイズしたエマルジョンを60℃に保存し、14日後に定法によりＰＯＶ値及びＴＢＡ値を測定した。結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
0004263805.tif 000006
【００３８】
この結果及び実施例２の結果より、低分子化キサンタンガムは粘度を上昇させずにキサンタンガムよりも多くの量を添加でき、油脂含有食品にさらに高い酸化防止能を付与できることが明らかになった。なお、キサンタンガムは、水への溶解性が非常に低く、溶液の粘度の上昇並びに白濁化を無視するとしても 1.0重量％以上添加することはできない。
【００３９】
【実施例４】
製品1,000g当たり、大豆油400g、食塩 15g、砂糖 30g、食酢150g、β−シクロデキストリン9g、水371gを配合したものに、低分子化品２ 25gを添加した（ドレッシングＡ）。対照として、キサンタンガム3gと水 22g添加したもの（ドレッシングＢ）も作成した。対照におけるキサンタンガムの濃度は、保存中に沈澱を生じない濃度（製品当たり 0.3重量％) に設定した。両者をそれぞれホモゲナイザーにて20℃、20分間ホモジナイズし、ドレッシングを製造した。
【００４０】
両者を60℃に14日間保存した。14日後にクロロホルム：メタノール（２：１）の混液で油分を抽出し、常法によりＰＯＶ値及びＴＢＡ値を測定した。結果を表６に示す。
【００４１】
【表６】
0004263805.tif 000007
【００４２】
低分子化キサンタンガムは水に対する溶解度が高いため、ドレッシング等の油脂含有食品においてキサンタンガムよりも多く製品に添加できることから、より高い油脂の酸化防止能を発揮できることが明らかとなった。
【００４３】
【実施例６】
製品1,000g当たり牛乳600g、生クリーム 80g、砂糖100g、全卵 20g、寒天4g、水171gを配合したものに、低分子化品７ 25gを添加した（プリンＡ）。対照として、キサンタンガム3gと水 22g添加したもの（プリンＢ）、及び水 25gを添加したもの（プリンＣ）も作成した。
【００４４】
これらの材料を用い、以下の手順でプリンを製造した。すなわち、予め牛乳、生クリーム及び全卵以外の材料を混合し、95℃で５分間撹拌して  完全に溶解した後、牛乳を加えて混合物の温度を70℃まで低下させた。これに生クリーム及び全卵を加え、 160kg/cm2にてホモジナイズした後、冷却した。
【００４５】
製造の翌日製品のテクスチャー検査を実施した（n=12）。さらに、遮光下で50℃に５日間保存した後、風味検査を実施した。結果を表７に示す。
【００４６】
【表７】
0004263805.tif 000008
【００４７】
キサンタンガムを配合することにより、プリンに柔らかな食感（ヌルヌル感）が付与されてしまった。しかしながら、低分子化キサンタンガムは：その８倍量添加したにも関わらず、食感に悪影響を与えることはなかった。低分子化キサンタンガムによって、プリン中の油脂の劣化が抑えられていることが明らかとなった。
【００４８】
【発明の効果】
低分子化されたキサンタンガムを配合してなる本発明の油脂含有食品は、キサンタンガムが分子内側鎖に含有するピルビン酸の含量を低下させずに低分子化することにより、油脂の酸化が抑えられる。添加するキサンタンガムの分子量を変化させることで、製品の粘度を上昇させることなく低分子化キサンタンガムの添加量を増加し、油脂の酸化を防止する機能を上昇させることができる。