(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸結合澱粉を酵素により分解してリン酸結合オリゴ糖を製造する方法において、前記澱粉を20〜40重量％含有するスラリーに耐熱性の液化型α−アミラーゼを添加し、加圧下で 101℃以上に加熱することを含んでなる前記澱粉の液化工程を含むことを特徴とする、リン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項２】
液化工程で得られた液化液に、さらに澱粉分解酵素を加えて作用させる工程を含む、請求項１に記載のリン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項３】
澱粉分解酵素が、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、プルラナーゼ及びイソアミラーゼからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項２に記載のリン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項４】
リン酸結合澱粉に酵素を作用させて得られたリン酸結合オリゴ糖溶液を、強酸性カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで前記アニオン交換樹脂に吸着したリン酸結合オリゴ糖を水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する吸着分離工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項５】
リン酸結合澱粉に酵素を作用させて得られたリン酸結合オリゴ糖溶液を、強酸性カチオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで両アニオン交換樹脂に吸着したリン酸結合オリゴ糖を水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する吸着分離工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項６】
リン酸結合オリゴ糖を含む溶出液画分を食塩阻止率30〜60％の膜を用いて膜処理することによりリン酸結合オリゴ糖を脱塩濃縮する工程をさらに含む、請求項４又は５に記載のリン酸結合オリゴ糖の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法により得られたリン酸結合オリゴ糖の濃縮液に消石灰を加えて中和することを特徴とする、リン酸結合オリゴ糖のカルシウム塩の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン酸カルシウムの沈澱形成を阻害する作用（以下Ｃａ可溶化作用と称する）を有するリン酸結合オリゴ糖（Phosphorylated Oligosaccharides 、以下ＰＯＳという）の工業的な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本人のカルシウム所要量は成人一日当たり 600mgとされている。しかし、平成６年の国民栄養調査によれば、カルシウム摂取量は一人一日当たり平均 545mgで、所要量の91％であり、日本人の食生活で唯一摂取量が不足している栄養素である。
カルシウムの摂取不足は骨組織内の骨量減少につながり、ひいては骨の萎縮や変形が起り、腰痛などの痛みを伴うこととなる。さらに摂取不足が長期にわたると、骨は軽く脆くなり、骨粗鬆症の原因ともなる。特に、70才代の女性の半数、80才代の女性の 2/3が骨粗鬆症に罹患しており、我が国全体で 450万人もの罹患者がいるといわれている。
【０００３】
一方、食品に含まれるカルシウムの生体内での吸収率は低いということが知られている。これは、カルシウムが吸収される小腸は弱アルカリ性であることから、カルシウム塩が不溶化したり、沈澱となり、カルシウムの吸収性が低下するためである。例えば、成人男子では、牛乳、炭酸カルシウム、小魚、野菜のカルシウム吸収率は、それぞれ53％、42％、34％、18％と言われている。ところで、牛乳や乳製品のカルシウム吸収率が比較的高い要因として、乳蛋白質のカゼインが消化過程で分解されて生成するカゼインホスホペプチド（ＣＰＰ）のカルシウム吸収促進作用が知られている。ＣＰＰのカルシウム吸収促進作用は溶解性に乏しいＣａ塩、特にリン酸カルシウムを可溶性の状態に維持することによるとされている（特公平3-58718 号公報、内藤博，化学と生物，18, 551-558, 1980 等参照）。
【０００４】
釜阪らは、馬鈴薯澱粉に含まれるリン酸澱粉に注目し、酵素分解によってＰＯＳを分取し、得られたＰＯＳがリン酸カルシウムの沈澱形成を阻害する作用を有することを見出した（Biosci. Biotech. Biochem., 59(8), 1412-1416, 1995、特開平8-104696号公報等参照）。釜阪らの製造したＰＯＳは、２つのグループから成っている。即ち、グルコースが３〜５個結合したオリゴ糖に１分子のリン酸基が結合しているもの（ＰＯ−１）、及びグルコース４〜８個のオリゴ糖に２分子のリン酸基が結合したもの（ＰＯ−２）から成ることが明らかにされている。
【０００５】
釜阪らは、ＰＯＳのリン酸カルシウムの沈澱形成を阻害する作用を、リン酸緩衝液（pH7.4 ）にＰＯＳを溶解し、これに塩化カルシウムを加えて１時間振盪した後、遠心分離して上清のＣａイオンを測定することにより確認している。加えたカルシウムに対する上清のＣａイオンの割合を求めてカルシウム沈澱形成阻害率が算出されており、ＰＯ−１は38％、ＰＯ−２は 100％とされている。また、ＣＰＰIII（明治製菓製）の沈澱形成阻害率も 100％であることから、ＰＯ−２とＣＰＰIIIは同等のＣａ可溶化活性を示したとしている。
釜阪らはＰＯＳを次のような方法で製造している。まず、馬鈴薯澱粉をα−アミラーゼで液化した後、グルコアミラーゼ、プルラナーゼ及びα−アミラーゼで分解して澱粉反応の消失した時点で反応を停止し、次いで得られた糖液をアミノ基を持つキトパールＢＣＷ−２５０１に通液し、酢酸緩衝液で洗浄して中性糖を溶出した後、食塩を含む酢酸緩衝液でＰＯＳを溶出して、エタノールで沈澱精製を繰り返し、ＰＯＳを分離することによりＰＯＳを製造している。
【０００６】
また、馬鈴薯澱粉に結合リンが含まれていることは古くから知られている。檜作らは結合リンの構造を知るため、リン酸結合オリゴ糖を次のようにして製造している：馬鈴薯澱粉をα−アミラーゼで分解して得たリミットデキストリンをＯＨ型アニオン交換樹脂に吸着させて水洗後、食塩を含む塩酸溶液で溶出し、溶出液を中和後、メタノール沈澱を繰り返してホスホデキストリン（Phosphodextrin）を調製する；得られたホスホデキストリンをグルコアミラーゼでさらに分解してから、DEAE-Sephadex A-25 のカラムに吸着させる；次いでカラムを水で洗浄してぶどう糖を除去した後、食塩溶液で溶出する。得られたリン酸の結合したオリゴ糖をリン酸オリゴ糖（Phosphooligosaccharide）と称している（Die Starke,22,338-343, 1970）。
上記のように、ＰＯＳが馬鈴薯澱粉をα−アミラーゼ、グルコアミラーゼなどの澱粉分解酵素で分解することにより得られることは公知の事実である。しかしながら、上記のような従来のＰＯＳの生産は実験室レベルの調製法であり、大量に効率よくＰＯＳを製造することのできる工業的製法は全く確立されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
カルシウムの吸収促進効果を持つＰＯＳの工業的な製造方法が確立されれば、カルシウム不足に悩む多くの骨粗鬆症の患者に役立つだけでなく、広く国民の健康維持に貢献するものと期待される。
したがって、本発明の目的は、ＰＯＳを大量に効率よく製造することができる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこのような観点から鋭意研究を重ねた結果、ＰＯＳの安価で大量生産可能な製造方法を開発することに成功した。
本発明は、リン酸結合澱粉を酵素により分解してＰＯＳを製造する方法において、前記澱粉を20〜40重量％含有するスラリーに耐熱性の液化型α−アミラーゼを添加し、加圧下で 101℃以上に加熱することを含んでなる前記澱粉の液化工程を含むことを特徴とする、ＰＯＳの製造方法である。
また、本発明は、液化工程で得られた液化液に、さらに澱粉分解酵素を加えて作用させる工程を含む、上記ＰＯＳの製造方法である。
【０００９】
さらに、本発明は、上記のようにリン酸結合澱粉を各種酵素処理して得たＰＯＳ溶液を、(1) 強酸性カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで前記アニオン交換樹脂に吸着したＰＯＳを水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する吸着分離工程；又は(2) 強酸性カチオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで両アニオン交換樹脂に吸着したＰＯＳを水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する吸着分離工程をさらに含む、上記ＰＯＳの製造方法である。
【００１０】
さらに、本発明は、ＰＯＳを含む溶出液画分を食塩阻止率30〜60％の膜を用いて膜処理することにより脱塩濃縮する工程をさらに含む、上記ＰＯＳの製造方法である。
さらに、本発明は、上記方法により得られたＰＯＳの脱塩濃縮液に消石灰を加えて中和することを特徴とする、ＰＯＳのカルシウム塩の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
原料となる澱粉はリン酸が結合した澱粉であり、リン酸が結合した天然の澱粉はいずれのものも原料として使用することができる。例えば、馬鈴薯などの根茎類の澱粉が挙げられる。また、リン酸基を化学的に結合させたリン酸エステル澱粉やリン酸架橋澱粉も原料として用いることができる。その場合、どのような起源の澱粉でも利用できる。
【００１２】
リン酸結合澱粉の液化工程は、該澱粉を水と混合して澱粉濃度20〜40重量％のスラリーを調製し、これに耐熱性の液化型α−アミラーゼを添加し、加圧下で 101℃以上の温度に加熱する工程を含んでなる。
リン酸結合澱粉を耐熱性の液化型α−アミラーゼを用いて 101℃以上の温度で加熱して液化するには、該α−アミラーゼは50ppm 以上のカルシウムイオンを必要とする。そのため、スラリーに、該スラリーのpHが通常６〜6.3 になる量の水酸化カルシウムを添加する。また、必要量のカルシウムを添加する他に、水酸化ナトリウム等を添加することによりpHを調節することができる。
【００１３】
リン酸結合澱粉の液化工程で用いられる酵素は、耐熱性の液化型α−アミラーゼであれば、いずれの起源のものでも使用でき、通常、80〜110 ℃で作用するものを使用する。細菌起源の高耐熱性α−アミラーゼとしては、Bacillus属等に属する微生物由来のものが挙げられ、具体的にはターマミル１２０Ｌ（ノボノルディスク  バイオインダストリー社製、Bacillus licheniformis由来）等の市販品を用いることができる。この耐熱性の液化型α−アミラーゼの添加量は、原料澱粉 100重量部に対して、通常0.01〜1.0 重量部である。
【００１４】
液化工程において原料のリン酸結合澱粉を含有するスラリーを加圧下、101 ℃以上、好ましくは 103〜110 ℃の温度でクッキングすることが重要である。このような条件でクッキングすることにより、20〜40重量％という高濃度の澱粉スラリーを短時間で均一に液化することができるので、生産性が向上する。また、加圧下、 101℃以上の温度でクッキングすることにより、澱粉の分散性が良くなり、膨潤が進めば酵素の作用が高められて加水分解が促進される。更に、 101℃以上の温度でクッキングすると、コーンスターチ等のようにタンパク質が少量含まれる澱粉の場合、そのタンパク質が変性して凝集するため、液化工程又は液化工程及びその後の酵素分解工程終了後の糖液の濾過が容易となり、ＰＯＳの純度を高めることができる。
【００１５】
液化工程は、通常、ジェットクッカー等のクッキング装置を用いて、スラリーに加圧蒸気を加えて 101〜110 ℃とし、クッカーの出口圧をゲージ圧で 0.5〜1.5kg ／cm2 に維持して、高温滞留塔内に導いて２〜15分間保持する。続いて、２〜５槽から成る熟成槽に連続的に導いて通常90〜100 ℃の温度で、30〜240 分間熟成して液化反応を終了させることができる。
上記液化工程により得られた液化液はＰＯＳを含んでおり、そのまま製品として利用することができる。しかしながら、液化酵素による分解だけではリン酸基の結合していないグルコース鎖が多く残る。また、液化酵素のみによる作用で生産されたＰＯＳはグルコース鎖長が長く、分子量が大きいこともあり、粘度が高くなる。よって、上記液化工程後、液化液に澱粉分解酵素を添加して作用させ、グルコース鎖を減少させるほうが好ましい場合がある。
【００１６】
澱粉分解酵素としては、澱粉をランダムに分解する液化型α−アミラーゼ；糖化型α−アミラーゼ；シクロデキストリンを作るＣＧＴａｓｅ（Cyclomaltodextrin glucanotransferase）；β−アミラーゼ；グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ等の澱粉からグルコースを放出する酵素；プルラナーゼ、イソアミラーゼ等の澱粉のα−１，６結合を切断する枝切り酵素など、澱粉のα−１，４結合及びα−１，６結合を切断できる酵素は全て使用することができる。これらの中でも、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、プルラナーゼ及びイソアミラーゼが好ましい。これらの酵素は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、グルコース鎖の少ない低分子ＰＯＳを製造するには、枝切り酵素とグルコアミラーゼとを組み合わせて用いるのが好ましい。酵素としては、具体的には、デキストロザイム（グルコアミラーゼとプルラナーゼの混合酵素剤、ノボノルディスク バイオインダストリー社製）等の市販品を使用することができる。
【００１７】
澱粉分解酵素を作用させる際の条件は、酵素の種類により大きく異なるが、通常用いられている条件で行うことができる。デキストロザイムを用いる場合を一例として説明すると、通常、液化液にシュウ酸や塩酸などの酸を加えてpHを４〜５に調節してから酵素を加え、50〜60℃の温度で５〜50時間程度保持することにより反応を行う。また、酵素の添加量は、酵素の種類により異なるが、デキストロザイムの場合、原料澱粉 100重量部に対して通常0.01〜1.0 重量部である。
【００１８】
澱粉分解酵素を作用させる工程により、通常、グルコースが３〜８個結合し、リン酸基が１〜２個結合したＰＯＳを含む糖液が得られる。この糖液は、そのままで製品となる。原料のリン酸結合澱粉が食品であれば、得られるＰＯＳも食品である。食品添加物として認められるリン酸結合澱粉からＰＯＳを得れば、そのＰＯＳは食品添加物となる。
【００１９】
また、上記糖液には、タンパク質等の不溶性物質が含まれるため、通常、濾過等により清澄液とする。
さらに、清澄液に含まれる着色物質を除くため、通常、活性炭による脱色処理を行う。活性炭による糖液の脱色処理には特に制限はなく、いかなる活性炭を使用してもよく、どのような処理条件で行ってもよい。一般的には、糖液を粒状炭を充填した脱色塔に通過させる方法と、粉末炭を糖液に加えて一定時間滞留させた後、濾過して活性炭を除く方法がある。糖液を脱色塔により処理する場合、通常、ＳＶ（空間速度）＝ 0.1〜1.0 の流速で通過させることができる。
【００２０】
液化工程で得られた液化液、又は液化後さらに澱粉分解酵素を作用させて得られた糖液にはＰＯＳの他にリン酸基を持たないグルコースやオリゴ糖が含まれている。以下、このような混合糖液をＰＯＳ溶液という。純度の高いＰＯＳを得るには、ＰＯＳ以外の糖やイオン性物質を除く必要がある。ＰＯＳはリン酸基が結合している構造からアニオンとしての性質を持ち、アニオン交換樹脂に吸着されるのに対して、グルコースやオリゴ糖はアニオン交換樹脂に吸着されない。したがって、ＰＯＳとＰＯＳ以外の糖とを効果的に分離するにはアニオン交換樹脂による方法が有効である。
【００２１】
しかしながら、ＰＯＳ溶液には塩類が含まれているため、ＰＯＳ溶液を直接アニオン交換樹脂に通液すると、糖液がアルカリ性となり、ＰＯＳの分解や糖の異性化が起こるので、イオン交換樹脂による吸着分離の工程ではＰＯＳ溶液を常に中性から酸性の状態に維持することが重要な技術となる。
ぶどう糖や水飴などの澱粉糖製造においては、糖液の脱塩工程は糖の異性化を防ぐため、糖液が常に中性から酸性状態に維持されるように配慮してイオン交換樹脂の組み合わせが決められている。即ち、強酸性カチオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の２ベッドを２つ組み合わせる方式と、強酸性カチオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂の２ベッドに、強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の混合樹脂塔の組み合わせ方式が採用されている。
【００２２】
２つの方式ともに、最初に強酸性カチオン交換樹脂に糖液が通液されてカチオンが除去され、糖液のpHは 1.5〜2.5 の酸性液となる。次に、アニオン交換樹脂に通液されても、弱塩基性アニオン交換樹脂であれば、糖液のpHは中性付近に維持される。次いで、さらに強酸性カチオン交換樹脂に通液されて糖液のpHは酸性となり、次に強塩基性アニオン交換樹脂に通液しても糖液は中性付近に維持される。混合樹脂塔の場合も同様に糖液は中性付近に維持されている。
【００２３】
なお、ＰＯＳはアニオン交換樹脂であれば、弱塩基性でも、強塩基性でも吸着されるが、大量生産する場合には、品質及び経済性の面から２ベッド２塔の直列４塔方式が好ましい。混合樹脂塔からＰＯＳを回収することは操作が複雑であるため困難である。１段目の弱塩基性アニオン交換樹脂に大部分のＰＯＳが吸着されるものの、２段目の強塩基性アニオン交換樹脂にも少量のＰＯＳが吸着していることが観察されていることから、２ベッド２塔の直列４塔方式が好ましい。
【００２４】
本発明においては、ＰＯＳ溶液からのＰＯＳの吸着分離工程は、
(1) 強酸性カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで前記アニオン交換樹脂に吸着したＰＯＳを水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する、又は
(2) 強酸性カチオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の順に通液させ、次いで両アニオン交換樹脂に吸着したＰＯＳを水酸化ナトリウム溶液、食塩溶液、又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液で溶出して、pHが８以下の溶出液画分を回収する
ことにより行う。
【００２５】
強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、DIAION SK シリーズ、IR-120B 、IR-200C 、レバチットS-100WS 、レバチットSP-112WS等を使用することができる。
弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、DIAION WA シリーズ、IRA-93、レバチットMP-64WS 等を使用することができる。また、強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、DIAION SA シリーズ、IRA-411 、レバチットMP-600WS等を使用することができる。上記吸着分離工程(1) において用いるアニオン交換樹脂としては、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂のいずれも使用することができる。
【００２６】
ＰＯＳの溶出には、実験室法として、塩酸や酢酸などの酸、食塩などの塩類、又は酸と塩の混合液が使用されており、アルカリ性溶液を使用する溶出法は行われていない。
そこで、酸性溶液によるアニオン交換樹脂からのＰＯＳの溶出を試みたが、ＰＯＳと無機リン酸との分離が困難であった。即ち、ＰＯＳと無機リン酸を効果的に分離するには、酸や食塩などの塩の濃度を徐々に変化させて注意深く溶出する必要がある。その場合でも、一部のＰＯＳと無機リン酸は混合状態で同時に溶出する。回収率を高くするには繰り返してアニオン交換樹脂に吸着させて溶出する操作が必要となる。いずれにしても、酸や塩類でＰＯＳを溶出すると、溶出液に含まれるＰＯＳの濃度は数％にまで希釈されることになる。しかも、ＰＯＳの純度を高めるには溶出に用いた酸や塩類を除去することが必要となる。
【００２７】
一方、本発明者らはアニオン交換樹脂の再生に用いる水酸化ナトリウム溶液でＰＯＳの溶出を試みたところ、溶出の初期にpHが７以下の酸性液が溶出するが、pH８を超えると着色物質が大量に溶出すること、そして着色物質の溶出が始まるpH８以下の溶出液中にＰＯＳの大部分が存在することを見出した。しかも、溶出液に含まれるＰＯＳの濃度は酸性溶液で溶出する場合に比べて、高濃度であった。実際に、上記吸着分離工程で溶出したpH８以下の溶出液画分の最大ＰＯＳ濃度は10重量％を超える場合もあった。
【００２８】
例えば、上記吸着分離工程(2) の直列４塔方式２塔目の弱塩基性アニオン交換樹脂を４％水酸化ナトリウム溶液で溶出すると、溶出の初期は溶出液のpHが低く、大部分のＰＯＳは溶出液のpHが７に達するまでに溶出した。一方、４塔目の強塩基性アニオン交換樹脂を同じ４％水酸化ナトリウム溶液で溶出すると、溶出液は直ちにpHが上昇し、ＰＯＳを含む溶出液のpHは11〜14のアルカリ性となった。したがって、強塩基性アニオン交換樹脂からの溶出液がアルカリ性となる時には強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂の順に水酸化ナトリウム溶液を通液することにより、ＰＯＳを含んだ酸性の溶出液を得ることができる。
【００２９】
上記吸着分離工程(1) 又は(2) において、原料のリン酸結合澱粉の性状により水酸化ナトリウム溶液のみによる溶出ではpH８以下の溶出液が得られない場合がある。その場合、食塩溶液又は食塩を含有する水酸化ナトリウム溶液を通液させるのが好ましい。これにより、溶出液のpHを８以下に維持することができる。特に、上記吸着分離工程(1) においてアニオン交換樹脂として強塩基性アニオン交換樹脂を用いる場合、ＰＯＳ溶液が局部的にアルカリ性となってオリゴ糖の一部が異性化を起こす場合があり、好ましい方法とはいえない。また、水酸化ナトリウム溶液でＰＯＳを直接溶出すると、溶出液のpHがアルカリ性となってもＰＯＳの溶出が続いたり、着色物質がＰＯＳと同時に溶出したりする場合がある。そのため、強塩基性アニオン交換樹脂を用いる場合には、食塩溶液又は食塩を含む水酸化ナトリウム溶液を通液させて溶出するのが好ましい場合がある。また、食塩の濃度及び通液量は少ないほうがその後の精製工程の負担を軽減することになる。したがって、食塩の濃度は、通常２〜８重量％であり、通液量は、最大で、アニオン交換樹脂の容量と同じ量であるのが好ましい。
【００３０】
本発明においては、pHが８以下の溶出液画分を回収することがきわめて重要である。ＰＯＳがアルカリ性で分解されることや、糖が異性化を起こすことに鑑みれば、ＰＯＳの吸着分離工程はpH８以下の中性付近から酸性領域で実施する必要がある。さらに、pHは８より高い溶出液画分には、着色成分や無機リン酸を含む酸性物質が大量に含まれているという問題もある。pHが８より高い溶出液画分にもＰＯＳが少量含まれるものの、純度が低く、アルカリ分解を受けるなどの問題があるためこれを回収利用することは得策ではない。さらに、着色成分や無機リン酸の含有量をより少なくするために、pH７以下の酸性溶出液画分を回収するのが好ましい。
【００３１】
ＰＯＳのイオン交換樹脂による吸着分離の一例として、２ベッド２塔の直列４塔方式によるＰＯＳ吸着分離法(2) （溶出液として水酸化ナトリウム溶液を使用する場合）の操作条件を説明する。
イオン交換樹脂の再生は糖液の品質及び経済性の面から樹脂再生率80〜100 ％の最適な条件が選ばれており、再生方法には特に制限はない。強酸性カチオン交換樹脂の再生は、例えば、樹脂１Ｌ当たり 0.5〜1.5 Ｌの液量の６％塩酸をＳＶ＝１〜３の流速で通液することにより行う。また、弱塩基性及び強塩基性アニオン交換樹脂も80〜100 ％の再生率で再生されており、再生条件には特に制限はなく、例えば、樹脂１Ｌ当たり１〜３Ｌの液量の４％水酸化ナトリウム溶液をＳＶ＝１〜４の流速で通液することにより行う。
【００３２】
ＰＯＳ溶液は、カチオン交換樹脂塔に導かれて、通常、ＳＶ＝２〜４の流速で通液される。強酸性カチオン交換樹脂を通過したＰＯＳ溶液のpHは、通常、 1.5〜2.5 の酸性液である。次いで、弱塩基性アニオン交換樹脂塔に導かれて、通常、ＳＶ＝２〜４の流速で通液される。続いて、ＰＯＳ溶液は２回目の強酸性カチオン交換樹脂塔、強塩基性アニオン交換樹脂塔に通液されて、通常、電導度10μS/cm以下にまで脱塩される。
ＰＯＳ溶液の通液量は、通常、糖液の電導度やpHの上昇で管理され、電導度の上昇により通液は停止される。イオン交換樹脂は純水で洗浄して糖液を押出した後、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂は前述の処理条件で再生される。
【００３３】
目的のＰＯＳは両アニオン交換樹脂に吸着されており、水酸化ナトリウム溶液で溶出される。ここでＰＯＳ溶出の条件は特に制限されないが、糖液の純度などの品質及び経済性の観点から、ＰＯＳの溶出条件が決められる。例えば、糖液の通液終了後、純水による洗浄操作を経てから、４％水酸化ナトリウム溶液でＰＯＳの溶出操作を開始する。
【００３４】
水酸化ナトリウム溶液は強塩基性アニオン交換樹脂に通液され、続いて弱塩基性アニオン交換樹脂に通液される。この時、強塩基性アニオン交換樹脂の溶出液はアルカリ性であるが、この溶出液を続いて弱塩基性アニオン交換樹脂に通液すると、溶出液は始めpH３前後の酸性溶液として溶出する。すなわち、水酸化ナトリウム溶液による溶出を強塩基性アニオン交換樹脂に続いて弱塩基性アニオン交換樹脂と連続処理することにより、大部分のＰＯＳを酸性溶液で回収することができる。
【００３５】
アニオン交換樹脂から水酸化ナトリウム溶液で溶出したＰＯＳを含む液には、無機リン酸塩などの塩類が含まれてはいるものの、ＰＯＳの純度は高い。したがって、ＰＯＳ溶液をイオン交換樹脂で吸着分離して得た着色度の低い、pH５〜８の溶出液はそのまま製品として利用できる。
上記吸着分離工程で得られた製品のＰＯＳの純度をさらに高めるには無機リン酸の除去が必要となる。イオン交換樹脂法などにより無機リン酸の除去を種々試みたが、前述のように、無機リン酸とＰＯＳを効果的に分離するには、酸性あるいはアルカリ性溶液や塩類溶液を多量に要するためＰＯＳの溶出液が希釈されたり、塩類を含むことになるので望ましくない。
【００３６】
最近の膜処理技術の向上に伴い、糖液の分離、濃縮に膜処理が利用されるようになり、オリゴ糖の分離、濃縮には一般にナノフィルトレーション膜が使用されている。そこで、上記吸着分離工程で得られた、アニオン交換樹脂から溶出したＰＯＳ溶液を各種膜で処理して無機リン酸の分離効果を調べたところ、オリゴ糖の分離に使用されているナノフィルトレーション膜（低食塩阻止逆浸透膜）が有効であることがわかった。
使用される膜は特には制限はないが、ＰＯＳの通過が少なく、且つ無機リン酸の通過が多いものが選択され、食塩阻止率が30〜60％のものが使用される。例えば、日東電工製のＮＴＲ−７４５０（食塩阻止率50％）、ＮＴＲ−７４３０（食塩阻止率30％）、東レ製のＳＵ−６１０（食塩阻止率55％）などの膜が使用される。
【００３７】
ＰＯＳは上記膜処理により濃縮側に残り、無機リン酸等の無機塩類は透過液と共に除去される。したがって、膜処理により精製脱塩効果が得られるだけでなく、ＰＯＳ溶液の固形分濃度が数％から20〜30％まで濃縮される利点がある。
ＰＯＳ溶出液中の無機リン酸の膜分離にはpHの低い方が効果的である。pH６程度のＰＯＳ溶出液を膜処理すると、無機リン酸の透過性が低下し、脱塩効果が低くなる場合がある。一方、ＰＯＳ溶出液のpHを４以下にすると、無機リン酸の透過率が高くなり、脱塩効果が高められるのでpH４以下が好ましい。このように、膜処理の際のＰＯＳ溶出液のpHは低いほど無機リン酸の除去に有効であるが、pHが低いと膜の寿命が短くなることや、装置の腐食、酸を多く必要とするなど別な問題を生じることとなる。したがって、ＰＯＳ溶出液のpHは 1.5〜３がより好ましい。pH調節に用いる酸としては、例えば、塩酸等の鉱酸が挙げられる。
【００３８】
膜処理により脱塩精製されたＰＯＳの濃縮液はそのまま減圧濃縮して液状製品とすることができる。さらに、着色成分を除くために活性炭を用いて常法どおりの脱色処理をすることができる。
脱色に用いる活性炭は粉末状又は粒状のものを用いることができる。また、処理条件は特に制限されないが、ＰＯＳの脱色条件を種々検討した結果、同じ活性炭粉末の添加量でも、ＰＯＳの濃縮液のpHが７より低い酸性条件で高い脱色率の得られることがわかった。粉末活性炭による脱色効果を調べると、pH４以下で着色度の減少が大きく、pH２で最も高い脱色率を示した。膜処理もpHの低い方が無機リン酸の除去に有効であり、脱色処理もpHの低い方が着色度の減少に有効であるので、２つの処理工程でpHの変更なしで連続処理が可能となる。即ち、上記膜処理により得られたＰＯＳの濃縮液はpH４以下の酸性溶液であることから、そのまま活性炭処理に用いることができる。一例として粉末炭を使用する場合を示すと、pH７以下、好ましくはpH２〜４のＰＯＳ溶液を50〜60℃に維持し、活性炭粉末を１〜30％（対固形分）添加し、15分〜４時間処理した後、濾過により活性炭を除いて清澄液を得ることができる。
【００３９】
尚、上記脱色処理の温度は80℃前後の高い温度で行われている例も多い。しかし、ＰＯＳ溶液の場合、80℃前後の処理温度では脱色と同時に着色反応が起り、高い温度で処理しても脱色効果が実質的に得られないので、処理温度は60℃以下が好ましい。
ＰＯＳはリン酸化合物であり、塩の形態でないフリーのＰＯＳは強い酸性を呈するため、そのまま食品として使用することは不適切である。そこで、上記膜処理や脱色処理により得られたＰＯＳ溶液は必要に応じてアルカリで中和して製品化される。例えば、NaOHや、消石灰（Ca(OH)2 ）を加えて塩の形態にするのが通常である。また、Ca(OH)2 を使用すれば、ＰＯＳのカルシウム塩が得られる。ＰＯＳの重要な機能がカルシウム可溶化作用であり、カルシウム強化食品に添加して使用されることから、ＰＯＳの塩としてもナトリウム塩とするよりカルシウム塩にすれば、カルシウムの添加量を増すことができ、食品への利用範囲が広がるものと期待される。
【００４０】
脱色処理したＰＯＳ溶液にCa(OH)2 を加えてpH５〜７の中和液を調製すると、少量の沈澱が生じるため、ＰＯＳを液状として製品化するには清澄濾過が必要となる場合がある。また、Ca(OH)2 によるＰＯＳの中和処理を検討したところ、上記の脱色処理において活性炭と15分〜４時間反応した後、濾過前にCa(OH)2 を加えてから清澄濾過してもＰＯＳ溶液の脱色率が濾過してから中和処理する場合と同等であることをも見出した。
一方、ＰＯＳのカルシウム塩はアニオン交換樹脂からのＰＯＳ溶出液に塩化カルシウムを加えてから、pHを 1.5〜４に調節して膜処理することによっても製造することができる。
【００４１】
中和処理したＰＯＳ溶液は必要に応じて除菌濾過され、常法どおり減圧下で濃縮され得る。ＰＯＳ溶液を75重量％程度の濃度まで濃縮すると、粘度は同じ濃度の水飴よりやや高い程度である。濃度75重量％のＰＯＳ溶液は流動性が水飴と同程度であって、カルシウム塩であっても透明性の高い液状製品が得られる。
ＰＯＳは液状品だけでなく、粉末製品としても得られる。例えば、常法どおりスプレードライヤーで粉末化するには、ＰＯＳ溶液を20〜70重量％の濃度まで濃縮して、必要に応じて加温しながら、噴霧乾燥すると、水分５％以下、粒径10〜50μｍのＰＯＳ粉末が得られる。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
馬鈴薯澱粉を水と混合して澱粉濃度30重量％のスラリーを調製した。このスラリーに、Ca(OH)2 水溶液を添加してpH6.3 に調整した。次いで、これに高耐熱性液化型α−アミラーゼ（商品名ターマミル１２０Ｌ、ノボノルディスク  バイオインダストリー社製）を対澱粉0.05重量％添加して、クッカーに導入した。クッキングの温度を 105℃、圧力を１kg／cm2 （ゲージ圧）に保持してから高温滞留槽に導き、加圧下、 105℃で５分間保持した後、熟成槽に移して95℃にて２時間保持することにより液化を行った。得られた液化液を減圧下で60℃に冷却した後、シュウ酸を添加してpH4.5 に調節した。続いて、澱粉分解酵素としてグルコアミラーゼとプルラナーゼの混合製剤（商品名デキストロザイム、ノボノルディスク  バイオインダストリー社製）を対澱粉 0.1重量％添加して40時間保持して、追加酵素分解処理した。
【００４３】
得られたＰＯＳ溶液をドラムフィルターで真空濾過し、清澄液を粒状活性炭を充填した脱色塔に通液して脱色した。得られた脱色ＰＯＳ溶液を、強酸性カチオン交換樹脂（レバチットS-100WS ）、弱塩基性アニオン交換樹脂（レバチットMP-64WS ）、強酸性カチオン交換樹脂（レバチットSP-112WS）、強塩基性アニオン交換樹脂（レバチットMP-600WS）に順次通液した。
通液終了後、樹脂に純水を通液して糖液を押し出した。次いで、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂の順に水酸化ナトリウム溶液を通液してＰＯＳを溶出した。溶出は、50℃に加温した４重量％濃度の水酸化ナトリウム溶液を、強塩基性アニオン交換樹脂にはＳＶ＝３の通液速度で、弱塩基性アニオン交換樹脂にはＳＶ＝２の通液速度で通液することにより行った。
【００４４】
図１は、各溶出液画分の性状を示すグラフである。即ち、図１は、アニオン交換樹脂容量に対する溶出液量の割合（（溶出液量／樹脂容量）×100 ）を横軸とし、溶出液画分のpHを縦軸としてプロットしたグラフ；同じく溶出液画分の着色度を縦軸としてプロットしたグラフ；同じく溶出液画分の糖濃度（重量％）を縦軸としてプロットしたグラフ；同じく溶出液画分の結合リン濃度（重量％）を縦軸としてプロットしたグラフ；及び同じく溶出液画分の無機リン濃度（重量％）を縦軸としてプロットしたグラフを示す。
【００４５】
ここで、着色度の分析は各分画試料をpH5.5 に調整し、 420nmと 720nmの吸光度を測定して（420nm の吸光度−720nm の吸光度）の値を求めて行い、30重量％濃度当たりに換算して表示した。また、糖及びリン濃度は、澱粉関連糖質実験法（学会出版センター、中村道徳ら）に準じて測定した。糖濃度はフェノール硫酸法で測定し、グルコースを標準として換算した。無機リン濃度は試料のpHを２に調整してそのまま測定し、全リン濃度は湿式灰化後、pH２に調整して同様に測定した。結合リン濃度は（全リン濃度−無機リン濃度）で算出した。
【００４６】
図１からわかるように、溶出液のpHは最初３以下であり、溶出液量がイオン交換樹脂容量の80％となる頃から糖の溶出が始まり、同時に溶出液画分中の結合リン濃度も増加した。溶出液量が樹脂容量の 1.3倍量前後になると、溶出液画分中の糖濃度は10％を越える濃度となり、糖濃度及び結合リン濃度がほぼ同時に最大となった。この間の溶出液画分のpHは６前後であった。溶出液量が樹脂容量の 1.6倍になると、溶出液画分中の糖濃度及び結合リン濃度は急激に減少し始め、無機リン濃度が増加した。溶出液量が樹脂容量の 1.7倍になると溶出液画分中の無機リン濃度が最大となり、その後減少した。溶出液量が樹脂容量の 1.9倍を越えると、溶出液画分の糖濃度、結合リン濃度及び無機リン濃度は全て減少し、また、その溶出液画分のpHは７を越えた。その後の溶出液画分は急激にアルカリ性となってpHは13以上となった。
【００４７】
溶出液画分中の糖濃度が最大となる頃から、液の着色度が増加し始め、無機リン濃度が増加する頃には黄色味を帯びた液となった。ＰＯＳの溶出量を調べると、無機リン濃度が最大となる、溶出液量が樹脂容量の 1.7倍以後に溶出されるＰＯＳの量は全体のＰＯＳ溶出量の10％未満であった。
ＰＯＳの回収は糖濃度が１％を越える溶出液画分、すなわち溶出液量が樹脂容量の80％となった時の溶出液画分から回収を開始して、無機リン濃度が高く、着色度の高くなる溶出液画分、すなわち、溶出液量が樹脂容量の 1.7倍となるまでの溶出液画分を回収した。回収液量は樹脂容量の90％であった。
このようにして、馬鈴薯澱粉80トンから得られた糖液を原料として、塩基性アニオン交換樹脂から回収された溶出液にはＰＯＳ 750kgが含まれていた。
【００４８】
〔実施例２〕
実施例１と同様にして、馬鈴薯澱粉からＰＯＳ溶液を得、これを濾過して清澄液とし、脱色塔に通液して脱色ＰＯＳ溶液を得た。
得られた脱色ＰＯＳ溶液を強酸性カチオン交換樹脂（レバチットS-100WS ）、弱塩基性アニオン交換樹脂（レバチットMP-64WS)に順次通液した。
通液終了後、上記弱塩基性アニオン交換樹脂を純水を通液して糖液を押し出した。次いで、弱塩基性アニオン交換樹脂に、50℃に加温した４％水酸化ナトリウム溶液をＳＶ＝２の速度で通液してＰＯＳを溶出した。
【００４９】
ＰＯＳの回収は糖濃度が１％を越える溶出液画分、すなわち溶出液量が樹脂容量の80％となった時の溶出液画分から回収を開始して、無機リン濃度が高く、着色度の高くなる溶出液、すなわち、溶出液量が樹脂容量の 1.7倍となるまでの溶出液画分を回収した。回収液量は樹脂容量の90％であった。
このようにして、馬鈴薯澱粉80トンから得られたＰＯＳ溶液を原料として、塩基性アニオン交換樹脂から回収された溶出液にはＰＯＳ 650kgが含まれていた。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例１で回収したＰＯＳ溶液の一部 210Ｌ（ＰＯＳ 20kg を含む）を原料として、下記のようにして脱塩濃縮、脱色、中和及び減圧濃縮処理を行って、透明性の高いＰＯＳの濃厚塩溶液を調製した。
(1) 脱塩濃縮
ＰＯＳ溶液 210Ｌ（pH6.5)に塩酸を加えてpH３に調節し、日東電工製ＮＴＲ−７４５０（食塩阻止率50％）のスパイラル膜を装着した濾過装置で膜処理することにより、ＰＯＳ溶液の濃縮を行った。まず、pH３のＰＯＳ溶液を40℃に加温して20kg/cm2の圧力で濃縮を開始した。 150kgの透過液を得た時点で１回目の濃縮を停止し、濃縮液に純水60kgを加えて希釈した。これを同じく40℃に加温して、20kg/cm2の圧力で２回目の濃縮を行って、60kgの透過液が得られた時点で２回目の濃縮を停止し、濃縮液に純水60kgを加えて希釈した。これを同じく40℃に加温して、20kg/cm2の圧力で３回目の濃縮を行い、60kgの透過液が得られた時点で３回目の濃縮を停止した。
【００５１】
(2) 脱色、中和、減圧濃縮処理
得られた濃縮液60kgに粉末活性炭（三井製薬製、ＰＭ−ＫＩとＰＭ−ＳＸの等量混合物）を対固形分15％の添加率で加えて、50℃で、１時間保持した。これに10％水酸化ナトリウム溶液を加えて pH5.5に調節してから、濾過器で清澄濾過した。得られたＰＯＳを含む液はポアサイズ 0.2μｍのセラミックフィルター（セラフロー、ミリポア社製）で濾過して除菌処理し、透過液を回収した。除菌処理して得た清澄なＰＯＳ溶液を減圧下で濃縮し、濃度74重量％の清澄な濃縮ＰＯＳ溶液23kgを得た。このＰＯＳ製品はＰＯＳのナトリウム塩であり、固形分中に82％の糖を含み、結合リンは同じく 3.8％であった。
【００５２】
〔実施例４〕
実施例２で回収したＰＯＳ溶液の一部 240Ｌ（ＰＯＳ 20kg を含む）を原料として、下記のようにして脱塩濃縮、脱色、中和及び減圧濃縮処理を行って、ＰＯＳのカルシウム塩溶液を製造した。
(1) 脱塩濃縮
ＰＯＳ溶液 240Ｌ（pH6.5)に塩酸を加えてpH２に調節し、日東電工製ＮＴＲ−７４３０（食塩阻止率30％）のスパイラル膜を装着した濾過装置で膜処理することにより、ＰＯＳ溶液の濃縮を行った。まず、pH２のＰＯＳ溶液を40℃に加温して20kg/cm2の圧力で濃縮を開始した。 180kgの透過液を得た時点で１回目の濃縮を停止し、濃縮液に純水60kgを加えて希釈した。これを同じく40℃に加温して、20kg/cm2の圧力で２回目の濃縮を行って、60kgの透過液が得られた時点で２回目の濃縮を停止し、濃縮液に純水60kgを加えて希釈した。これを同じく40℃に加温して、20kg/cm2の圧力で３回目の濃縮を行い、60kgの透過液が得られた時点で３回目の濃縮を停止した。
【００５３】
(2) 脱色、中和、減圧濃縮処理
得られた濃縮液60kgに粉末活性炭（三井製薬製、ＰＭ−ＫＩとＰＭ−ＳＸの等量混合物）を対固形分５％の添加率で加えて、50℃で、１時間保持した。これに10％消石灰スラリーを加えて pH5.5に調節してから、濾過器で清澄濾過した。得られたＰＯＳを含む液はポアサイズ 0.2μｍのセラミックフィルター（セラフロー、ミリポア社製）で濾過して除菌処理し、透過液を回収した。除菌処理して得た清澄なＰＯＳ溶液を減圧下で濃縮し、濃度75重量％の清澄な濃縮ＰＯＳ溶液22kgを得た。このＰＯＳ製品はＰＯＳのナトリウム塩とカルシウム塩の混合塩であり、固形分中に80％の糖を含み、結合リンは同じく 3.8％であった。
【００５４】
〔実施例５〕
実施例４で除菌処理して得たＰＯＳ塩溶液を減圧濃縮し、濃度33重量％の濃縮液10kgを得た。このＰＯＳ溶液をコンパクト型スプレードライヤー（松阪貿易製）で粉末化処理した。処理条件は供給液量14kg／時間、入口温度 180℃、出口温度90℃とした。水分 4.4％の粉末を 2.9kg回収した。ＰＯＳ塩の粉末品の平均粒径は26μｍであった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、ＰＯＳを大量に、効率よくしかも経済的に製造することができる。したがって、本発明のＰＯＳ製造法によれば、ＰＯＳの工業的生産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】アニオン交換樹脂から水酸化ナトリウム溶液でＰＯＳを溶出した場合における各溶出液画分の性状を示すグラフを表した図である。
【図１】
0003861337.tif 000002