(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体固形分含有量１００％を基準としてアルロースを９０重量％以上含むアルロース水溶液を得る段階；および
前記アルロース水溶液を溶液の温度が４０〜８５℃の範囲で蒸留して濃縮する段階を含み、
前記蒸留して濃縮する段階は、
アルロース水溶液を蒸留して全体固形分含有量１０ブリックス以上〜６０ブリックス以下の低濃縮液を製造する工程；および
前記低濃縮液を蒸留して全体固形分含有量６０ブリックス超過〜８５ブリックス以下の高濃縮液を製造する工程を含む、少なくとも２以上の蒸留工程で行われるアルロース濃縮液の製造方法であり、
前記アルロース濃縮液におけるフルクトースおよび還元糖の合計含有量が４．５重量％以下である製造方法。
【請求項２】
前記蒸留して濃縮する段階は、２回以上繰り返し行われるものである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記蒸留して濃縮する段階は、薄膜真空濃縮機または多重効用缶濃縮機を用いて行われるものである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルロース濃縮液は、アルロース純度９０ｗｔ／ｗｔ％以上であり、フルクトースおよび還元糖の合計含有量が４．５重量％以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記アルロース濃縮液は、フルクトース含有量が３．０重量％以下であり、還元糖の含有量が２．５重量％以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記アルロース濃縮液は、濃縮前のアルロース溶液のアルロース固形分含有量１００重量％を基準として、３５℃で５週間保管の条件で、アルロース含有量の減少幅が３．５重量％以下である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記高濃縮液を製造する工程の溶液温度と低濃縮液を製造する工程の溶液温度との差は、０℃〜３５℃である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記蒸留して濃縮する段階は、高濃縮液を製造する工程の溶液温度が４０℃〜７５℃の範囲であり、低濃縮液を製造する工程の溶液温度が５０℃〜８５℃の範囲で行われるものである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記蒸留して濃縮する段階は、圧力条件０．０００１〜１０ｍｍＨｇで行われるものである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記アルロース水溶液は、温度４５℃で２ｃｐｓ〜４０ｃｐｓの粘度である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記アルロース水溶液は、電気伝導度０．０１〜１００ｕＳ／ｃｍである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記アルロース水溶液は、カルシウム活性基が付着した陽イオン交換樹脂が充填されたカラムクロマトグラフを用いて擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）クロマトグラフィー分離工程を行って得られるアルロース分画である、請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルロースを製造する方法において、特に、アルロース含有溶液を低温で濃縮して、フルクトースと還元糖のような不純物の含有量を減少させてアルロース含有量を増加させ、高い収率で安定性のあるアルロース濃縮物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルロース（Ｄ−ａｌｌｕｌｏｓｅ）は、果糖（Ｄ−ｆｒｕｃｔｏｓｅ）のエピマーで希少糖として知られた機能性糖類の一種であり、砂糖の約６０〜７０％の高い甘味度を示しながらも熱量はほぼゼロカロリーに近くて、糖尿病の予防および改善に効能があることが知られている。また、アルロースは、溶解性にも優れていることが知られていて、食品への活用が注目されている素材の一つである。
【０００３】
アルロースを製造する方法は、化学的方法および生物学的方法があり、最近、生物学的方法でアルロースを製造する方法は、果糖−含有基質溶液とアルロースエピマー化酵素または前記酵素を生産する菌体と接触してアルロース転換反応を行う。アルロース転換工程に使用される反応原料の果糖含有溶液が、デンプンなどの分解から得られるブドウ糖を異性化反応で得られた果糖異性化反応生成物であってもよい。
【０００４】
しかし、Ｄ−アルロースを含む反応液は低純度製品であるため、高純度でアルロースを分離することが要求される。実際に産業的に生産される素材は、高純度で分離するために多様な方法が適用されており、糖の場合、主に、クロマトグラフィーを用いて高純度液を作った後、結晶化して製品を生産している。
【０００５】
前記アルロース転換反応生成液から高純度アルロース製品を得るためには、高純度分離工程を行い、また、アルロース結晶を得るためには、高純度のアルロースシロップを用いてアルロース結晶化工程を行うことができる。前記アルロース分離工程で得られたアルロース分画から、アルロースから不純物に転換することを最小化してアルロース含有量を増加させ、高収率でアルロースを濃縮する方法および原料の利用率を高め、アルロース濃縮液が保管期間の間保存安定性を有する濃縮方法が必要であるのが現状である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の一例は、アルロース水溶液からアルロースを濃縮する方法であって、アルロースから不純物に転換することを最小化してアルロース含有量を増加させ、高収率および保存安定性の高いアルロースを濃縮する方法およびそれに用いられる装置に関する。
本発明のさらなる目的は、アルロースから不純物に転換することを最小化してアルロース含有量を増加させ、高収率でアルロースを濃縮する方法を含むアルロースの製造方法およびそれに用いられる装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アルロース水溶液を低温濃縮して、フルクトースと還元糖のような不純物の含有量を減少させながらアルロース含有量を増加させ、高収率および保存安定性の高いアルロースを濃縮する方法に関する。前記アルロース水溶液は、アルロース分離工程で得られたアルロース分画から得られるものであってもよい。
【０００８】
アルロースの濃縮工程により高いブリックスまで一度に固形分含有量を増加させる場合、フルクトースと還元糖のような不純物またはアルロース転換物の含有量が増加し、アルロース純度が低くなって、最終生産収率および製品の品質が低下し、また、保管期間の間保存安定性が低い問題がある。したがって、生産収率、製品品質および保管安定性を考慮して、既存のデンプン糖の製造方式とは異なる濃縮方法を必要とする。
【０００９】
そこで、本発明は、アルロース水溶液を低温で濃縮する方法、好ましくは、濃縮工程を少なくとも２以上の蒸留工程で行う方法を採用することによって、濃縮過程でアルロースが不純物に転換することを最小化してアルロース含有量を増加させ、高収率でアルロースが得られて原料の利用率を高め、アルロース濃縮液の保存安定性が増加するという利点がある。前記低温濃縮工程は、薄膜真空濃縮機または多重効用缶濃縮機を用いて少なくとも２段階以上に分けて段階的に濃縮することで行われる。
【００１０】
本発明によるアルロース溶液の濃縮方法により得られたアルロース濃縮物は、濃縮前のアルロース含有量１００重量％を基準として、３５℃で５週間保管の条件で、アルロース含有量の減少幅が３．５重量％以下、３．０重量％以下、２．５重量％以下、または１．５重量％以下である、保管安定性に優れたアルロース濃縮液を得ることができる。
これにより、本発明は、比較的低温でアルロース水溶液を濃縮時、含有量の変化なく製品を生産することができ、濃縮時、アルロースの含有量減少がなく、製品の品質が安定的に生産可能であることを確認した。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１１】
本発明は、アルロースを含むアルロース水溶液を得る段階；および前記アルロース水溶液を蒸留する段階を含み、前記蒸留する段階は、濃縮溶液の温度が８５℃以下、例えば、アルロース溶液の温度が４０〜８５℃の範囲で行われ、固形分含有量が６０以上、例えば、６０ブリックス以上〜８５ブリックス以下であるアルロース濃縮液を製造する方法に関する。本明細書において、「ブリックス」という用語は、試料溶液１００ｇに含まれている糖類の質量（ｇ）で定義される。
【００１２】
前記蒸留する段階は、２回以上繰り返し行われる。前記蒸留する段階は、少なくとも２以上の蒸留工程で行われる。
【００１３】
前記蒸留濃縮段階を少なくとも２以上の構成蒸留工程で行う場合、各構成工程は、蒸留温度、蒸留時間、蒸留方式、濃縮液の固形分含有量（ブリックス）、濃縮液に含まれているアルロース純度などを考慮して、少なくとも１つの蒸留工程の条件を異なって設定して分けて行うことができる。
【００１４】
具体的には、本発明による蒸留段階を２つの工程を行う場合には、アルロース水溶液を蒸留して全体固形分含有量１０ブリックス以上〜６０ブリックス以下に低濃縮液を製造する工程、および前記低濃縮液を蒸留して全体固形分含有量６０ブリックス超過〜８５ブリックス以下の高濃縮液を製造する工程を含むことができる。
【００１５】
本発明による製造方法で得られたアルロース濃縮液の最終固形分含有量の下限値は、６０ブリックス以上または超過、６５ブリックス以上または超過、７０ブリックス以上、７５ブリックス以上、７８ブリックス以上、７９ブリックス以上、８０ブリックス以上、８１ブリックス以上、８２ブリックス以上、８３ブリックス以下、または８４ブリックス以上であってもよいし、最終固形分含有量の上限値は、８５ブリックス以下、８４ブリックス以下、８２ブリックス以下、８１ブリックス以下、８０ブリックス以下、７９ブリックス以下、７８ブリックス以下、７５ブリックス以下、または７０ブリックス以下であってもよい。また、アルロース濃縮液の最終固形分含有量は、前記記載の含有量の下限値から選択された１つと上限値から選択された１つの数値とを組み合わせた範囲であってもよいし、例えば、６０ブリックス以上〜８０ブリックス、６０ブリックス超過〜８０ブリックス、６５〜８５ブリックス、６５〜８０ブリックス、または６８〜８５ブリックスなどであってもよい。
【００１６】
さらに、濃縮は、初期の全体固形分含有量（ｂｒｉｘ）５〜１５ブリックスから１０ブリックス以上〜６０ブリックス以下まで、例えば、１０〜５５ブリックス、１０〜６０ブリックス、１５〜５５ブリックス、１５〜６０ブリックス、１０〜１９ブリックス、２０〜２９ブリックス、３０〜３９ブリックス、４０〜４９ブリックス、または５０〜６０ブリックス以下まで１次濃縮し、前記１次濃縮液を６０ブリックス超過〜８５ブリックス以下、例えば、６０ブリックス超過〜８０ブリックス、６５〜８５ブリックス、６５〜８０ブリックス、または６８〜８５ブリックスまで２次濃縮する、少なくとも２段階に区分された濃縮工程で行うことができ、これにより、アルロースの含有量が高純度分離後から安定的に維持可能になる。
【００１７】
前記高濃縮液を製造する工程の溶液温度と低濃縮液を製造する工程の溶液温度との差は、０℃〜３５℃、例えば、０℃〜２５℃、５℃〜２５℃、１０℃〜２５℃、５℃〜３５℃、１０℃〜３５℃、０℃〜２０℃、５℃〜２０℃、または１０℃〜２０℃であってもよい。
【００１８】
例えば、前記蒸留濃縮工程は、アルロース溶液の温度が４０℃〜８５℃の範囲で行うことができ、濃縮段階を２つの工程で行う場合、１次濃縮時の溶液温度が４０℃〜７５℃の範囲であり、２次濃縮時の溶液温度が５０℃〜８５℃であってもよい。
【００１９】
具体例として、多重効用缶濃縮機を用いる２段濃縮工程は、アルロース溶液の温度が４０℃〜６０℃の範囲で１次濃縮して得られる濃縮物のブリックスが２０〜２９であり、溶液の温度が６０℃〜８５℃の範囲で２次濃縮を行うか、アルロース溶液の温度が４５℃〜７０℃の範囲で１次濃縮して得られる濃縮物のブリックスが３０〜３９であり、溶液の温度が５０℃〜７５℃の範囲で２次濃縮を行うことができる。
【００２０】
また、薄膜真空濃縮機を用いる２段濃縮工程は、アルロース溶液の温度が４０℃〜５５℃の範囲で１次濃縮して得られる濃縮物のブリックスが１０〜６０ブリックスであり、溶液の温度が４５℃〜７５℃の範囲で２次濃縮を行うことができる。
【００２１】
本発明による蒸留する段階において、圧力条件（蒸留器内部）は、１０ｍｍＨｇ以下（例えば、０．０００１〜１０ｍｍＨｇ、より具体的には０．０００１〜８ｍｍＨｇ）であることが好ましく、５ｍｍＨｇ以下（例えば、０．００１〜５ｍｍＨｇ）であることがさらに好ましく、１ｍｍＨｇ以下（例えば、０．０１〜１ｍｍＨｇ、より具体的には０．０１〜０．８ｍｍＨｇ）であることがより好ましい。このような圧力条件を達成すべく、減圧ポンプを用いることができる。前記蒸留する段階において、前記減圧条件を外れるか、例えば、減圧ポンプを中断して工程を、低濃縮液を製造する工程と高濃縮液を製造する工程との間に追加的に含むことができ、例えば、低濃縮液を製造する濃縮装置と高濃縮液を製造する濃縮装置に搬送することで行われる。
【００２２】
前記蒸留圧力が１０ｍｍＨｇより高ければ、無水糖アルコールを蒸留するためには、蒸留温度を高めなければならず、その場合、上記のような問題点が発生しうる。これに対し、蒸留圧力を低くするためには、高真空装置費用が追加的にかかるので、過度に低い蒸留圧力は好ましくない。本発明の好ましい一具体例によれば、蒸留段階を行う時、蒸留器の内部を真空ラインを介して減圧することに加えて、蒸留残留物排出ラインを介して追加的に減圧することができる。
【００２３】
本発明による濃縮液を製造するためのアルロース水溶液は、アルロースを９０重量％以上、例えば、９５重量％以上の含有量で含む高純度アルロース溶液であってもよい。前記アルロース水溶液の粘度は、温度４５℃で２ｃｐｓ〜４０ｃｐｓであってもよいし、電気伝導度は、０．０１〜１００ｕＳ／ｃｍ、０．１〜１００ｕＳ／ｃｍ、好ましくは、０．０１〜３０ｕＳ／ｃｍ、または０．１〜３０ｕＳ／ｃｍであってもよい。
【００２４】
前記濃縮工程の対象となるアルロース水溶液の一例は、カルシウム活性基が付着した陽イオン交換樹脂が充填されたカラムクロマトグラフを用いて擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）クロマトグラフィー分離工程を行って得られるアルロース分画であってもよいし、具体的には、生物学的触媒を用いて果糖−含有原料をアルロースに転換するアルロース転換反応生成物を得て、前記アルロース転換反応生成物の活性炭処理、イオン精製および擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）クロマトグラフィー分離工程を行って得られたアルロース分画であってもよい。前記アルロース分画物は、ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で得られたそれ自体、またはイオン精製工程を経て得られたものであってもよい。前記果糖−含有原料の果糖含有量は、果糖−含有原料の固形分総含有量１００重量％を基準として８５重量％以上であり、アルロース転換反応のアルロース転換率は１５％〜７０％である生物学的触媒を使用するものであってもよい。前記アルロース水溶液では下記にさらに詳しく説明する。
【００２５】
本発明の濃縮方法により得られたアルロース濃縮液は、固形分含有量が６０以上〜８５ブリックス以下、例えば、６０ブリックス超過〜８０ブリックス、６５〜８５ブリックス、６５〜８０ブリックス、または６８〜８５ブリックスであってもよい。前記アルロース濃縮液は、アルロース純度９０ｗｔ／ｗｔ％以上、例えば、９１ｗｔ／ｗｔ％以上、９２ｗｔ／ｗｔ％以上、９３ｗｔ／ｗｔ％以上、９４ｗｔ／ｗｔ％以上、９５．５ｗｔ／ｗｔ％以上、９６重量％以上、９７重量％以上、９８重量％以上、または９９重量％以上であってもよい。前記アルロース濃縮物に含まれているアルロース含有量は、前記ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で得られたアルロース分画のアルロース含有量と変動がほとんどなく、固形分含有量が増加して後の結晶化工程を行えるようにする。
【００２６】
本発明において、「還元糖（ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｓｕｇａｒ）」は、遊離アルデヒド基またはケトン基を有して還元性を示す糖を意味する。本発明の「還元糖」は、アルロース、グルコース、およびフルクトースを除いた遊離の単糖類と、アルドースあるいはケトースを還元して得られる糖アルコール類とを含み、さらに詳しくは、本発明の還元糖の種類は、アラビノース、キシロース、マンノース、アルトロース（Ａｌｔｒｏｓｅ）、およびアロース（Ａｌｌｏｓｅ）を含む単糖類；並びにグルシトール（Ｇｌｕｃｉｔｏｌ）、マンニトール（Ｍａｎｎｉｔｏｌ）、アルトリトール（Ａｌｔｒｉｔｏｌ）、およびアリトール（Ａｌｌｉｔｏｌ）を含む糖アルコール類を含む。
【００２７】
前記アルロース濃縮物に含まれているフルクトースおよび還元糖の合計含有量が４．５重量％以下、好ましくは、４．０重量％以下、３．７重量％以下、３．５重量％以下、３．０重量％以下、２．０重量％以下、または１．０重量％以下であってもよい。前記アルロース濃縮液は、フルクトース含有量が３．０重量％以下であり、還元糖の含有量が２．５重量％以下であってもよいし、好ましくは、前記フルクトースと還元糖と共に含有量は４．５重量％以下の条件を満足するものである。具体例として、前記アルロース濃縮液は、フルクトース含有量が２．８重量％以下であり、還元糖の含有量が２．０重量％以下、２．０重量％以下、１．５重量％以下、１．３重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下であってもよい。
【００２８】
本発明によるアルロース濃縮液を得る方法は、高純度アルロース溶液の温度が８５℃以下、例えば、４０℃〜８５℃の温度で行われ、具体的には、薄膜濃縮機または多重効用蒸発器を用いて行うことができる。
【００２９】
本発明のアルロースの製造方法において使用可能な薄膜真空濃縮機（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）は、内蔵型または外付型薄膜真空濃縮機を含む。内蔵型薄膜真空濃縮機の具体例は、凝縮器内蔵型薄膜真空濃縮機であって、内蔵型凝縮器、原料投入ライン、蒸留残留物排出ライン、真空形成用側鎖ライン、真空ライン、および蒸留物排出ラインを備え、その他、加熱のための加熱ジャケット、ワイパー（ｗｉｐｅｒ）、凝縮器ガード、および冷却水流入／流出ラインを含む。本発明で使用可能な凝縮器内蔵型薄膜真空濃縮機は、前記構成要素のほか、必要に応じて、追加の構成要素をさらに含むことができ、その形態も多様である。
【００３０】
本発明のアルロースの製造方法において使用可能な多重効用缶濃縮機（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）は、熱源として供給される蒸気によって投入された溶液から蒸発された蒸気を次段（ｅｆｆｅｃｔ）濃縮機（蒸発器）の熱源蒸気として用いる方式でエネルギー効率を増進させる。蒸発器が複数段に連結されて、順次に蒸発が起こり、初期に投入された溶液は高濃度に濃縮される。多重効用蒸発システムの蒸発性能を向上させる代表的な方法として、瞬間蒸発（ｆｌａｓｈ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、蒸気再圧縮（ｖａｐｏｒ  ｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）、蒸気分離（ｖａｐｏｒ  ｂｌｅｅｄｉｎｇ）などがある。瞬間蒸発は、高温、高圧の液体がｆｌａｓｈ  ｔａｎｋで減圧されて瞬間的に蒸発が起こる現象で液相と気相とに分離される。この時発生した蒸気は高いエネルギーを有し、蒸発システムに投入されて全体的なエネルギー効率を上昇させる。蒸気分離は、蒸発システムで分離された蒸気で溶液の温度を上昇させることを意味する。溶液の温度を上昇させる代表的な装置は、予熱器（ｐｒｅｈｅａｔｅｒ）であり、蒸発器で分離された蒸気をエネルギー源として用いて溶液の温度を上昇させる。蒸発器に投入された溶液の温度が上昇すれば、蒸発器との温度差が大きくなるので、溶液から蒸発する水分の量は増加する。蒸気再圧縮は、蒸発過程中に発生した低圧の蒸気を高圧に圧縮して高温の蒸気を蒸発システムに再供給することを意味する。投入された蒸気流量の増加と温度の上昇で高いエネルギーの蒸気が蒸発システムに投入され、蒸発性能は向上する。蒸発器に蒸気が流入すれば、溶液との熱交換により蒸気は凝縮され、溶液は放出された凝縮熱を吸収して、蒸発過程を経て蒸気と濃縮された溶液とに分離される。分離された蒸気は次の蒸発器のエネルギー源として用いられ、濃縮された溶液は蒸発過程を経て高濃度に濃縮される。このような連鎖反応により蒸発が起こり、溶液の濃度は上昇する。
【００３１】
水蒸気の潜熱を回収して利用するために、同型の蒸発管を通常２〜７個を直列に連結して、最初の管に用いた蒸気を次の管に順次に供給して蒸発を行い、熱源として用いる方式をいう。最後の管で発生蒸気を凝縮器で冷却し、真空ポンプで排気させて最低圧力にし、各管の圧力および沸点を徐々に降下させて加熱を有効にして、エネルギー効率を高めるためのものであって、液状成分の濃縮のための用途に使用される。好ましくは、減圧濃縮機であってもよい。
【００３２】
３重効用（効用数Ｎ＝３）の蒸発濃縮装置における３重効用蒸発濃縮装置は、水封式水蒸気圧縮機のほか、主な機構として、第１効用蒸発器、第２効用蒸発器、第３効用蒸発器、凝縮器、凝縮水ポンプ、および真空ポンプなどからなるシステムであり、必要に応じて、前記構成要素以外の追加の構成要素をさらに含むことができ、その形態も多様である。
【００３３】
本発明のさらに他の例は、前記アルロース濃縮物を製造する方法を含むアルロースの製造方法に関する。
【００３４】
具体的な一例において、本発明のアルロースの製造方法は、（１）果糖−含有原料でアルロースの生物学的転換反応を行ってアルロース転換反応生成物を製造するアルロース転換工程；（２）前記転換反応生成物を第１次イオン精製および擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）クロマトグラフィーを用いた分離を行ってアルロース分画と果糖ラフィネートとを得るアルロース分離工程；および（３）前記アルロース分画を濃縮する工程を含むことができ、追加的に、（４）前記アルロース濃縮物を用いてアルロース結晶を得る工程を含むことができる。
【００３５】
本発明のアルロース製造工程は、連続式とバッチ式とも使用可能であり、好ましくは、連続式工程である。本発明の一例において、アルロース転換工程で得られる産物は、原料基質の果糖と生産物のアルロースとを含む混合物であり、高純度分離工程を経て目的物質であるアルロースの含有量が増加したアルロース分画と残留液とを得て、残留液にはアルロース転換反応の基質である果糖が多量含まれるので、過剰ラフィネートを意味することができる。本明細書において、用語「ラフィネート（ｒａｆｆｉｎａｔｅ）」とは、抽残液ともいい、分離工程に投入された原料が分離工程を通過して得られる産物には、分離工程で含有量を高めようとする目的物質を含む目的分画と、分離工程で除去または含有量を減少しようとする物質などを含む残留液とを含み、前記残留液ラフィネートという。
【００３６】
本発明のアルロース製造工程でＳＭＢクロマトグラフィーを用いた高純度分離工程で得られたアルロース分画は、アルロース濃縮工程を経て液状シロップに製品化するか、アルロース結晶化工程を経てアルロース結晶に製品化することができる。前記ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で得られたアルロース分画をイオン精製し濃縮して得られた濃縮物を製造する段階である。前記濃縮物は、アルロースシロップ製品として使用されるか、結晶化工程に投入されてアルロース結晶に製造できる。
【００３７】
以下、本発明によりアルロース転換反応の産物の高純度分離工程で得られるアルロース分画を濃縮する工程を用いたアルロース製造工程を各段階ごとに詳しく記述する。
【００３８】
アルロース転換工程として、アルロース転換反応を行って果糖−含有原料からアルロースを転換する工程であって、工程の産物として果糖から転換されたアルロースを含有する反応液を得る。
【００３９】
本発明の一具体例において、生物学的方法によりアルロースを製造する方法としては、アルロースエピマー化酵素を生産する菌株またはアルロースエピマー化酵素を暗号化する遺伝子が導入された組換え菌株を培養し、これから得られたアルロースエピマー化酵素を果糖−含有原料と反応して生産することができる。前記アルロースエピマー化酵素は、液相反応または固定化酵素を用いた固相反応で行われる。
【００４０】
あるいは、アルロースエピマー化酵素を生産する菌株またはアルロースエピマー化酵素を暗号化する遺伝子が導入された組換え菌株を得て、菌株の菌体、前記菌株の培養物、前記菌株の破砕物、および前記破砕物または培養物の抽出物からなる群より選択された１種以上を含むアルロース生産用組成物を、果糖−含有原料と反応して製造できる。アルロースエピマー化酵素を生産する菌株の菌体を用いてアルロースを製造する場合、液相反応または固定化菌体を用いた固相反応で行われる。
【００４１】
本発明の一例によるアルロース転換工程は、生物学的方法で行い、前記アルロースエピマー化酵素を担体に固定化させる段階は、固定化された酵素をカラムに充填させる段階、および前記充填されたカラムに果糖溶液を供給する段階をさらに含むことができる。酵素や菌体が固定化された担体を充填させるカラムおよび前記カラムに充填させる方法は、本発明の属する技術分野における当業者が使用された酵素や菌体、または固定化担体によって好適なもので容易に選択して行うことができる。本発明の一具体例において、前記固定化された酵素をカラムに充填させて、充填床カラム（ｐａｃｋｅｄ−ｂｅｄ  ｃｏｌｕｍｎ）を製造することができる。充填床カラムに基質の果糖溶液を供給することによって、酵素反応、つまり、果糖のアルロースへの転換が行われる。
【００４２】
アルロースおよびその製造方法に関する詳細な技術内容は、韓国公開特許第２０１４−００２１９７４号、韓国公開特許第２０１４−００５４９９７号、韓国公開特許第２０１４−００８０２８２号、または韓国登録特許第１０−１３１８４２２号に記載されている。
【００４３】
本発明によるアルロース転換工程に投入される果糖原料は、生物学的方法または化学的方法で製造可能であり、好ましくは、生物学的方法である。前記果糖原料は、果糖シロップのような液状原料、または果糖粉末のような粉末原料として提供可能であり、前記果糖シロップの場合、生物学的方法または化学的製造工程で得られた産物の形態であるか、果糖粉末を水のような溶媒に溶解して製造されたものであってもよい。
【００４４】
前記果糖原料を生物学的方法で製造する一例は、ブドウ糖−含有原料を果糖異性化酵素または前記酵素を生産する菌体を用いて異性化する果糖異性化工程を行い、前記果糖の分離、精製および濃縮する工程により分離して得ることができる。
【００４５】
前記アルロースの生産方法において、効率的なアルロース生産のために、基質として使用される果糖の濃度は、全体反応生成物を基準として、８５ｗ／ｖ％以上、９０ｗ／ｖ％以上、または９５ｗ／ｖ％以上であってもよいし、例えば、８５〜９９ｗ／ｖ％、８８〜９９ｗ／ｖ％、８８〜９９ｗ／ｖ％、８５〜８７％（ｗ／ｖ）、８８〜９０％（ｗ／ｖ）、９１〜９３％（ｗ／ｖ）、９４〜９９％（ｗ／ｖ）、または９７〜９９％（ｗ／ｖ）であってもよい。果糖の濃度工程の経済性および果糖の溶解性を考慮して決定可能であり、前記果糖は、緩衝溶液または水（例えば、蒸留水）に溶解した溶液状態で使用可能である。
【００４６】
本発明の一例において、アルロース製造の高純度分離工程で得られる果糖ラフィネートは、アルロース製造のアルロース転換反応の原料として単独、または新規果糖原料と共に投入される。前記果糖ラフィネートと新規果糖原料との混合物をアルロース転換反応の反応原料として用いる場合、果糖ラフィネートの活用を最大化し、既存の工程で得られるアルロースの収率を最大に維持できるように、果糖ラフィネートと新規果糖原料との混合比を適切に調節することができる。
【００４７】
本発明によるアルロース転換反応生成物の分離工程として、本発明によるアルロース製造工程は、前記アルロース転換反応生成物をイオン精製および擬似移動層（ＳＭＢ）クロマトグラフ分離工程を含むアルロース転換反応生成物の分離工程を行うことができる。具体的な一例において、前記アルロース転換反応生成物をＳＭＢクロマトグラフィー分離を行って、転換反応生成物よりアルロース含有量の高いアルロース分画と果糖ラフィネートとに分離し、前記アルロース分画は、アルロース濃縮工程または結晶化工程に投入される。前記アルロース分画内のアルロースの含有量は、８５重量％以上、例えば、８５重量％〜９５％（ｗ／ｗ）以上となるように分離／精製することを含むことができる。
【００４８】
前記アルロース製造工程におけるイオン精製工程は、反応生成物内に含まれているイオンを除去する工程であって、ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程前および／または後に行うことができる。前記ＳＭＢクロマトグラフィー分離を行う前にイオン精製工程を行う第１次イオン精製は、下記のアルロース分画の第２次イオン精製と同一または異なる方法で行うことができ、例えば、同一種類または異なる種類のイオン交換樹脂が充填された分離塔を１つまたは２以上用いて行うことができる。前記イオン精製工程は、イオン精製に使用される樹脂の物性およびイオン精製効率を考慮して、３５℃〜５０℃の温度、または３８℃〜５８℃で行われる。
【００４９】
本発明の一例において、前記アルロース転換反応生成物の第１次イオン精製工程を行う前に、選択的に、アルロース転換反応生成物を活性炭で処理する工程を追加的に行うこともできる。
【００５０】
本発明の一例において、ＳＭＢクロマトグラフィーを用いた高純度分離工程は、分離過程で相変化がなくて物質の安定性の確保に容易な分離方法である。このような吸着分離方法のうち、液相吸着分離方法としては、クロマトグラフィー分離方法が多く用いられている。このうち、擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）吸着分離方法は、１９６１年、米国特許第２，９８５，５８９号で提案された分離技術で、複数のカラムを用いて連続的に分離することによって、既存の回分式クロマトグラフィーに比べて純度および生産性に優れ、少ない溶媒の使用が可能であるという利点を有する。前記擬似移動層（ＳＭＢ）吸着分離工程は、分離対象混合物の注入とラフィネートおよび抽出物の生産が連続的に行われる工程である。
【００５１】
前記ＳＭＢで分離樹脂として、単糖分離工程にも幅広く使用されている塩が添加された強酸の陽イオン交換樹脂を使用するので、分離工程を行った後に得られる産物には金属イオンが含まれる。前記強酸の陽イオン交換樹脂の例は、カルシウム活性基が付着した陽イオン交換樹脂であってもよい。
【００５２】
前記高純度分離工程は、４５〜７０℃の温度、例えば、５０〜６５℃で行われる。
【００５３】
前記アルロース濃縮物の製造工程は上述した通りである。
【００５４】
本発明によるアルロース濃縮物の結晶化のための段階として、本発明の一具体例において、アルロース結晶を製造する方法は、ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で得られたアルロース分画を第２次イオン精製する段階と、前記イオン精製されたアルロース分画を濃縮する段階と、前記濃縮物からアルロースを結晶化してアルロース結晶とアルロース結晶化母液とを得る段階とを含み、選択的に、アルロース結晶の回収工程、洗浄工程、および乾燥工程を追加的に含むことができる。
【００５５】
前記アルロース結晶製造の具体例は、第１次イオン精製、ＳＭＢクロマトグラフィー分離、第２次イオン精製、濃縮、および結晶化工程を含むことができ、選択的に、アルロース転換反応生成物を活性炭処理工程、イオン精製工程、または活性炭処理工程とイオン精製工程をすべて行うことができる。
【００５６】
本発明によるアルロース結晶を製造する方法は、アルロース濃縮物溶液の温度および濃度を調節して結晶化することができ、具体的には、結晶化のために要求される過飽和状態は、アルロース溶液の温度を低くするか、またはＤ−アルロース溶液中のＤ−アルロースの濃度を変化させることによって維持できる。本発明の一具体例において、前記結晶化段階で一定の間隔で試料を採取して肉眼や顕微鏡で観察するか、または試料の遠心分離から得られた上層液中の糖濃度を分析することによって結晶化経過をモニタリングし、その結果に応じて温度またはＤ−アルロースの濃度を調節することができる。アルロース結晶を製造するために、アルロース濃縮溶液を冷却させて結晶化する場合、熱交換器を介して１０℃〜２５℃の温度範囲に急速に冷却させた後、昇温と冷却を繰り返し行って結晶成長を誘導することができる。
【００５７】
本発明によるアルロース結晶を製造する方法は、前記結晶化段階で得られたアルロース結晶を多様な固液分離方法、例えば、遠心分離で回収する段階、脱イオン水で洗浄する段階、および乾燥する段階をさらに含むことができる。前記乾燥段階は、流動層乾燥機または真空乾燥機で行われるが、これに制限されない。前記アルロース結晶に含まれているアルロースは、固形分総含有量１００重量％を基準として、９４重量％以上、９５重量％以上、９６重量％以上、９７重量％以上、９８重量％以上、または９９重量％以上であってもよい。
【００５８】
本発明によるアルロース結晶化母液は、結晶化工程でアルロース結晶を除去した後に得られるろ液であってもよいし、また、結晶洗浄段階で得られる洗浄水を追加的に含むことができる。前記アルロース結晶化母液は、固形分総含有量１００重量％を基準として、アルロース含有量が８０重量％以上、例えば、８０重量％〜９９重量％、または８５重量％〜９６重量％であってもよいし、固形分含有量は、７０ブリックス未満、例えば、６０ブリックス〜７０ブリックスであってもよい。
【００５９】
本発明によるアルロース結晶化母液の再循環工程として、前記結晶化段階で得られたアルロース結晶化母液は、アルロース転換反応生成物の分離工程に投入されて再利用可能である。具体的には、アルロース結晶化母液は、アルロース転換反応生成物の活性炭処理、イオン精製、および擬似移動層（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ、ＳＭＢ）クロマトグラフィー分離工程からなる群より選択された１種以上の分離工程に投入されてアルロースの製造に再循環できる。具体的には、前記分離工程の例は、アルロース転換反応生成物を１次イオン精製工程およびＳＭＢクロマトグラフィー分離工程を行い、またはアルロース転換反応生成物を活性炭処理、１次イオン精製工程、およびＳＭＢクロマトグラフィー分離工程を行うことができ、前記分離工程でＳＭＢクロマトグラフィー分離工程を行う前に、選択的に、濃縮工程を追加的に行うことができる。前記分離工程は、アルロース転換反応生成物の分離工程の欄で上述したものと同一である。
【００６０】
一例において、アルロース結晶化母液を前記１次イオン精製工程に投入してアルロース転換反応生成物と同様にイオン精製工程を行う場合、順次に、イオン精製およびＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で処理されるか、または順次に活性炭処理工程、イオン精製、およびＳＭＢクロマトグラフィー分離工程で処理される。さらに、選択的に、ＳＭＢクロマトグラフィー分離工程前に濃縮固定を追加的に行うことができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によるアルロース濃縮液の製造方法は、特に、低温条件で濃縮工程を行うことによって、アルロース製品の品質低下を防止し、アルロース純度および収率を向上させ、原料の利用率を高め、アルロースの保管安定性を向上させる方法である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明を下記の実施例によってさらに詳しく説明する。しかし、これらの実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００６３】
製造例１．アルロースシロップの製造
韓国公開特許第２０１４−００５４９９７号に記載の製造方法と実質的に同一の生物学的方法で果糖基質からアルロースシロップを製造した。
具体的には、クロストリジウムシンデンス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｉｍ  ｓｃｉｎｄｅｎｓ  ＡＴＣＣ３５７０４）に由来するアルロースエピマー化酵素の暗号化遺伝子（ＤＰＥ  ｇｅｎｅ；Ｇｅｎｅ  ｂａｎｋ：ＥＤＳ０６４１１．１）を組換えベクター（ｐＣＥＳ＿ｓｏｄＣＤＰＥ）に導入して、前記製造された組換えベクター（ｐＣＥＳ＿ｓｏｄＣＤＰＥ）プラスミドを、電気穿孔法（ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ）を用いてコリネバクテリウムグルタミクムを形質転換させた。前記形質転換されたコリネバクテリウムグルタミクム細胞を含むビーズを製造し、固定化反応カラムに充填し、４０ブリックスの８８重量％果糖または９５重量％果糖からアルロースシロップを製造した。つまり、８８重量％果糖含有基質からブドウ糖：果糖：アルロース：オリゴ糖＝４１：３９：１５：５の２１〜２３（ｗ／ｗ）％アルロースシロップを得て（アルロースシロップＡ）、果糖含有量９５重量％で含む原料からブドウ糖：果糖：アルロース：オリゴ糖＝６：６７：２５：２の２４〜２７（ｗ／ｗ）％アルロースシロップを得た（アルロースシロップＢ）。
【００６４】
比較例１
製造例１と同様に、果糖含有量８８重量％または９５重量％のアルロースシロップを用いて、アルロース含有量９５重量％の固形分１０トンを生産するために、流量３．８ｍ3／ｈｒでアルロース転換工程と分離工程を行った。
具体的には、果糖含有量８８重量％または９５重量％の原料基質溶液（アルロースシロップ）をアルロース転換工程を経て得たアルロースシロップのアルロース含有量は２０〜２７重量％であり、イオン精製および濃縮工程を行った後、４５〜５５重量％のアルロース濃度のシロップが得られた。Ｃａ2+−類型の分離樹脂を用いて高純度クロマトグラフィーを行って５〜１５重量％のアルロース分画を得た。
アルロース分画は、イオン精製工程を経て電気伝導度を２０ｕＳ／ｃｍ以下に合わせた後、多重効用缶濃縮機を用いて濃縮をした。濃縮は時間あたり１０ｍ3／ｈｒで進行させ、スチームの温度は１２５℃〜１４０℃であった。この時、液の温度は８６℃〜１００℃で濃縮が行われた。当該スチーム温度条件は、デンプン糖産業において通常使用される濃縮温度である。濃縮は、アルロース含有量を基準として、初期の５〜１５重量％から７０〜７２重量％まで一度に濃縮をし、アルロース分画が多重効用缶設備で濃縮にかかる時間は８分から１５分の間である。濃縮された製品は、熱交換器を経て１０〜３０℃の温度に冷却してＰＥ容器に包装した。各工程ごとの含有量は、アルロースシロップＡの濃縮工程の結果を表１に示し、アルロースシロップＢの濃縮工程の結果を表２に示した。下記表１および表２にて、アルロース、グルコース、フルクトース、および還元糖の含有量はＨＰＬＣを用いて測定した。
表１および表２のように、高純度アルロースは、濃縮工程でアルロース含有量が減少することが確認された。
【００６５】
【表１】
0006974506.tif 000002
【００６６】
【表２】
0006974506.tif 000003
【００６７】
前記表１および表２に示すように、果糖原料の果糖含有量が低いほど、高純度分離工程でアルロース分画のｂｒｉｘが低くなり、それによって、濃縮工程を経た時、アルロース含有量が低くなる結果を確認した。本濃縮工程により７０重量％まで一度に固形分含有量を増加させる場合、生産収率および製品品質を考慮して、アルロース生産収率が維持されるように、既存のデンプン糖の製造方式とは異なる濃縮方法を必要とする。
【００６８】
実施例１
比較例１と同様に（アルロースシロップＡ）を得て、これを用いてアルロース転換工程と分離工程を行った。具体的には、果糖含有量８８重量％の原料基質溶液（アルロースシロップ）からアルロース転換工程を経て得たアルロースシロップのアルロース含有量は２０〜２７重量％であり、イオン精製および濃縮工程を行った後、アルロース濃度４５〜５５重量％のアルロースシロップが得られた。Ｃａ2+−類型の分離樹脂を用いて高純度クロマトグラフィーを行って５〜１５重量％のアルロース分画を得た。
アルロース分画は、イオン精製工程を経て伝導度を２０ｕＳ／ｃｍ以下に合わせた後、濃縮工程で多重効用缶濃縮機を用いて２段濃縮で濃縮を行った。濃縮は、初期の固形分含有量（ｂｒｉｘ）５〜１５重量％から２０〜２９重量％まで１次濃縮し、さらに７０〜７２重量％まで２次濃縮した。
前記１次濃縮の場合、スチームの温度は８０℃〜９０℃で与え、この時、液の温度は４５℃〜５０℃に加温されて濃縮が進行した。２次濃縮の場合、スチームの温度は１１０℃〜１２０℃に加温し、アルロース溶液の濃縮温度７０℃〜８０℃で進行させた。アルロース分画が多重効用缶設備で濃縮にかかる時間は１次、２次濃縮とも８分から１５分の間に進行させた。
濃縮された製品は、熱交換器を経て１０〜３０℃の温度に冷却してＰＥ容器に包装した。各工程ごとの含有量は下記表３に示した。
【００６９】
【表３】
0006974506.tif 000004
【００７０】
前記表３に示すように、アルロースを多重効用缶濃縮設備を用いて２段階濃縮をする時、初期の２０〜３０重量％に濃縮後、さらに７０〜７２重量％にする場合、２段階で加えられるスチームの強度が高くてアルロースの含有量が小幅減少することが分かる。
【００７１】
実施例２
実施例１と同様の方法で進行させるが、濃縮工程で多重効用缶濃縮機を用いて２段濃縮で濃縮を行った。濃縮は、初期の５〜１５重量％から３０〜３９重量％まで１次濃縮をし、さらに７０〜７２重量％まで２次濃縮をした。
アルロース１次濃縮の場合、スチームの温度は９０℃〜１００℃で与え、この時、液の温度は５０℃〜６０℃に加温されて濃縮が進行した。２次濃縮の場合、スチームの温度は１００℃〜１１０℃に加温し、溶液の濃縮温度６０℃〜７０℃で進行させた。アルロース分画が多重効用缶設備で濃縮にかかる時間は１次、２次濃縮とも８分から１５分の間に進行させた。濃縮された製品は、熱交換器を経て１０℃〜３０℃の温度に冷却してＰＥ容器に包装した。各工程ごとの含有量は下記表４に示した。
【００７２】
【表４】
0006974506.tif 000005
【００７３】
前記表４に示すように、アルロースを多重効用缶濃縮設備を用いて２段階濃縮をする時、初期の３０〜４０重量％に濃縮後、さらに７０〜７２重量％にする場合、アルロースの含有量が高純度分離後から安定的に維持されることが分かる。
【００７４】
実施例３
実施例１と同様の方法で進行させるが、濃縮工程で薄膜真空濃縮機を用いて２段濃縮で濃縮を行った。
アルロース分画は、イオン精製工程を経て伝導度を２０ｕＳ／ｃｍ以下に合わせた後、遠心式薄膜真空濃縮機を用いて濃縮した。遠心式薄膜真空濃縮機を用いて４００〜６００の濃縮ｒｐｍで、スチームの温度７０℃〜８０℃で与え、この時、溶液の温度は４０℃〜５０℃に加温して、初期アルロース溶液のアルロース含有量５〜１５重量％から５０〜６０重量％まで１次濃縮をした。次に、２次濃縮の場合、スチームの温度は８０〜９０℃に加温し、濃縮対象溶液の温度５０〜６０℃で行って、アルロース含有量７０〜７２重量％まで２次濃縮した。アルロース分画が遠心薄膜真空濃縮機設備で濃縮にかかる時間は１次濃縮および２次濃縮はそれぞれ３０分〜９０分の範囲で進行させた。濃縮液は、熱交換器を経て１０℃〜３０℃に冷却してポリエチレン容器に包装した。各工程ごとの含有量は下記表５に示した。
【００７５】
【表５】
0006974506.tif 000006
【００７６】
前記表５に示すように、アルロースを遠心薄膜真空濃縮設備を用いて２段階濃縮をする時、初期含有量の５０〜６０重量％に濃縮後、さらに７０〜７２重量％にする場合、アルロースの含有量が高純度分離後から安定的に維持されることが分かった。
【００７７】
実施例４
比較例、実施例２および実施例３で得られたアルロースシロップを用いて、ＳＵＳ３０４材質の保管容器にそれぞれ５００ｇずつ入れて２５℃、３５℃、４５℃保管し、１週間に１回ずつアルロース含有量の変化を測定した。実験は５週間進行させた。各週ごとのアルロース含有量は下記表６に示した。
【００７８】
【表６】
0006974506.tif 000007
【００７９】
前記表６に示すように、アルロースを多重効用缶濃縮機を用いて１段階濃縮で生産した比較例サンプルの場合、保存安定性が低下するのに対し、実施例２および３の製品は、比較例サンプルより減少幅が少ないことが分かった。特に、３５℃保存安定性テストの結果からは、含有量の減少幅がそれぞれ比較例４．１％、実施例２の１．１％、および実施例３の１．３％を示し、濃縮温度を低くすることによって、アルロースの安定性を向上させる効果を得た。