含有α,α-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法

含有α,α-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法
【专利说明】含有a，a-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法
[0001] 本申请是申请日为2012年9月12日、申请号为201280055581. 8、发明名称为"含 有a,a-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法"的发明专利申请的分案申请。 【技术领域】
[0002] 本发明，设及含有a，a-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法，详细地说，设 及含有a,a-海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法和通过所述制备方法得到的含有 a，a-海藻糖二水合物晶体的粉末，所述方法从淀粉，通过连续的步骤，W优异收率，适于 工业地制备含有高纯度的a,a-海藻糖二水合物晶体的粉末。 【【背景技术】】
[0003]作为含有a，a-海藻糖（在下文，本说明书简称为"海藻糖"。）的二水合物晶体 的粉末的制备方法，迄今为止已知多种方法。例如，专利文献1中公开了制备含有海藻糖二 水合物晶体的粉末的方法，所述方法使0-淀粉酶或者0-淀粉酶和异淀粉酶作用于液化 淀粉，接着，使麦芽糖?海藻糖转换酶作用于液化淀粉，得到含有海藻糖的糖液，将其适宜精 制后，使海藻糖结晶，从而制备含有海藻糖二水合物晶体的粉末，专利文献2中公开了制备 含有海藻糖二水合物晶体的粉末的方法，所述方法使异淀粉酶和a-糖基海藻糖合酶（别 称"非还原性碳水化合物合酶"）W及海藻糖分离酶作用于液化淀粉，此外使葡糖淀粉酶作 用于液化淀粉，得到含有海藻糖的糖液，将其适宜精制后，使海藻糖结晶，从而制备含有海 藻糖二水合物晶体的粉末。
[0004] 此外，专利文献3、4中公开了含有海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法，所述 方法在专利文献2中公开的上述制备方法中，联用异淀粉酶和环麦芽糖糊精-葡聚糖转移 酶（在下文，简称为"CGT酶"。），通过使上述的酶与a-糖基海藻糖合酶W及海藻糖分离 酶一同发挥作用，使得上述含有海藻糖的糖液中的海藻糖含量升高。此外，专利文献5、6 中，公开了制备含有海藻糖二水合物晶体的粉末的方法，所述方法使来自属于硫化叶菌属 (Sul化Iobus)的微生物的耐热性的a-糖基海藻糖合酶，或者耐热性的a-糖基海藻糖合 酶和耐热性的海藻糖分离酶作用于液化淀粉，得到含有海藻糖的糖液，将其适宜精制后，使 海藻糖结晶，从而制备含有海藻糖二水合物晶体的粉末。
[0005] 在运些公知的制备方法中，采用上述专利文献3、4中公开的各酶的组合情况下， 将液化淀粉作为原料、不经过采用柱色谱法的分馈步骤，仅仅通过酶反应，可W容易地制备 含有海藻糖的糖液，所述糖液海藻糖含量基于无水物换算超过80质量％，并且，如此制备 的含有海藻糖的糖液的组分除海藻糖W外，大部分是葡萄糖，因此，具有海藻糖结晶性好的 优点。因此，在采用上述专利文献3、4中公开的制备方法的情况下，使海藻糖二水合物晶体 由上述含有海藻糖的糖液结晶，通过离屯、分离收集晶体的分蜜方式，可WW优异收率制备 含有较高纯度海藻糖二水合物晶体的粉末。
[0006] 具体地说，在上述专利文献3、4中公开的制备方法中，在使用a-糖基海藻糖合 酶W及作为海藻糖分离酶的来自属于节杆菌属（Art虹obacter)的微生物的酶的情况下， 属于节杆菌属的微生物繁殖较快，此外，上述酶生产力也高，因此，在适于工业规模制备含 有海藻糖二水合物晶体的粉末方面是极其有利的。由于运个原因，本申请人，现在，使用 a-糖基海藻糖合酶W及作为海藻糖分离酶的来自属于节杆菌属的微生物的酶，通过上述 专利文献3、4中公开的制备方法，制备含有高纯度海藻糖二水合物晶体的粉末（商品名为 "hk/、"、株式会社林原销售、制品规格的海藻糖纯度：98.O质量％ ^上。在下文，称为"食 品级含有海藻糖二水合物晶体的粉末"。），所述高纯度海藻糖二水合物晶体的粉末主要作 为食品原料、化妆品原料等销售。但是，真实的情况是，在采用本发明制备方法情况下，目 前，即使在将多种酶反应条件最优化的情况下，通过酶反应得到的含有海藻糖的糖液中的 海藻糖含量，基于无水物换算也仅仅为约85质量％左右，对淀粉收率达不到40质量％。
[0007] -方面，非专利文献1、2中公开了，通过使来自硫矿硫化叶菌（Sul化Iobus solfataricus)的耐热性a-糖基海藻糖合酶、耐热性海藻糖分离酶W及耐热性异淀粉酶 的各基因分别由大肠杆菌表达而制备的重组酶、或将部位特异的变异另外导入所述重组 酶从而制造的突变体酶组合作用于可溶性淀粉，得到海藻糖含量基于无水物换算为87质 量％左右的含有海藻糖的糖液。
[0008]但是，非专利文献1、2中，作为原料使用的可溶性淀粉是通过经由酸处理淀粉除 去淀粉粒内无定形部分而制备的非常特殊且昂贵的原料，即使得到例如海藻糖含量升高 的酶反应液，将可溶性淀粉用作含有海藻糖二水合物晶体的粉末的适于工业的生产用的原 料，从成本的角度看，绝对是不可能的。此外，非专利文献1、2中公开的重组酶或突变体酶 没有作用于可溶性淀粉，而是作用于适于工业规模制备中使用的液化淀粉，在运种情况下， 通过酶反应得到的含有海藻糖的糖液中的海藻糖含量当然少于87质量％左右，仅为85质 量％左右，无法预期，可W将含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率提高至目前的 制备方法所能得到的收率W上的程度。
[0009] 此外，如果仅仅将含有海藻糖的糖液中的海藻糖含量提高至86. 0质量％ ^上，可W考虑，针对含有海藻糖的糖液应用使用柱色谱法的柱分馈，收集含有大量海藻糖的级分。 但是，如果进行柱分馈，仅仅因为步骤增加就导致制备成本，此外，必然损失作为含有大量 海藻糖的级分而收集的级分W外的级分中包含的海藻糖，因此，假设，即使通过柱分馈，得 到基于无水物换算的海藻糖含量超过86.0质量％的含有海藻糖的糖液，收集由所述糖液 结晶的海藻糖二水合物晶体，制备含有海藻糖二水合物晶体的粉末，也不能避免对淀粉收 率大幅度降低。
[0010] 此外，如果仅仅提高单一的对淀粉收率，也可W考虑采用所谓的全糖方式：不采 用通过离屯、分离收集结晶的晶体的分蜜方式，而将含有结晶的晶体的糖膏取出并将其放入 容器，使全部糖膏进行晶体固化，将晶体固化的糖膏粉碎，或者，喷雾干燥糖膏，得到粉末。 但是，存在W下不方便，在采用全糖方式情况下，结晶的海藻糖W及糖膏中包含的葡萄糖的 运样的制备方法中特有的共同的杂质均共同被粉末化，因此，得到的含有海藻糖二水合物 晶体的粉末中的海藻糖含量不高于糖膏的海藻糖含量W上，不能得到含有高纯度的海藻糖 二水合物晶体的粉末。
[0011] 虽然淀粉是现在较丰富存在、便宜、容易地获得的原料，但是，不是绝对无限存在 的物质，限于一年期间地球人类生产的淀粉的总量。同时，淀粉的用途广泛，除了迄今为止 的适于工业的用途、食品用，饲料用，或者作为食品原料的用途之外，近年，由于大量需要清 洁能量，淀粉也被新用作生物乙醇等的燃料原料。在运样的情况下，从有效利用有限的资源 方面来看，提高制品，即，含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率是极其重要的。 [001引【现有技术文献】
[0013] 【专利文献】
[0014] 【专利文献1】特开平7-170977号公报
[0015] 【专利文献2】特开平7-213283号公报
[0016] 【专利文献3】特开平8-73504号公报
[0017] 【专利文献4】特开2000-228980号公报
[0018] 【专利文献5】特开平8-66188号公报
[0019] 【专利文献6】特开平8-66187号公报
[0020] 【非专利文献】
[0021] 【非专利文献1】フアシ（Fang)等人、。节一十瓜?才y力；1/子工号瓜.六 シ 一K?个Sスhy一（JournalofAgri州huralandFoodQiemistry)、2007 年、 第55卷、5588至5594页
[002引【非专利文献2】フアシ（Fang)等人、。节一十瓜?才y力；1/于工号瓜.六 シ 一K?个Sスhy一（JournalofAgri州huralandFoodQiemistry)、2008 年、 第56卷、5628至5633页 [002引【发明概述】
[0024] 【发明解决的课题】
[0025] 本发明的目的是，克服上述W往含有海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法中的 不方便，保持海藻糖的纯度，显著提高含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率，因 此，本发明的课题是提供含有海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法和通过所述制备方法 制备的新的含有海藻糖二水合物晶体的粉末，所述方法可W将淀粉作为原料、通过连续的 步骤、W优异收率、适于工业的规模制备含有高纯度的海藻糖二水合物晶体的粉末。
[0026] 【为了解决课题的手段】
[0027] 为了解决上述的课题，本发明人，针对上述专利文献3、4中公开的制备方法使用 的多种酶的组合，反复进行多种研究和尝试失败，结果发现，当作为a-糖基海藻糖合酶W 及海藻糖分离酶，使用来源于微生物培养容易、酶生产力也高的属于节杆菌属的微生物的 酶时，作为与运些酶一同使用的CGT酶，不采用迄今使用的来源于嗜热脂肪±芽抱杆菌属 (GeobacillusStearothermo地ilus)Tc-91 株（阳RMBP-11273)的CGT酶，而使用来源于 类芽抱杆菌属（Paenibacillus)微生物的天然型或者重组型CGT酶或者它们的突变体酶， 从而使海藻糖生成反应效率更加优异地进行，不经过采用柱色谱法的分馈步骤，可W将葡 糖淀粉酶处理步骤后的含有海藻糖的糖液中的海藻糖含量提高至，基于无水物换算的86. 0 质量％水平W上，优选87.0质量％ ^上。发现，然后，按照常规方法，将如此得到的含有海 藻糖的糖液脱色、脱盐，浓缩，使海藻糖二水合物晶体结晶、通过离屯、分离收集得到的晶体， 使其熟化，干燥，可WW比W往更加高的对淀粉收率制备含有高纯度的海藻糖二水合物晶 体的粉末，所述粉末含有基于无水物换算的98. 0质量％W上的海藻糖，从而完成本发明。
[0028] 目P，本发明通过提供含有基于无水物换算的98. 0质量％W上的海藻糖的海藻糖 二水合物晶体的制备方法，解决上述课题，所述制备方法是含有海藻糖二水合物晶体的粉 末的制备方法，所述方法含有如下步骤：使异淀粉酶、W及CGT酶、和来源于节杆菌属微生 物的a-糖基海藻糖合酶、和来源于节杆菌属微生物的海藻糖分离酶作用于液化淀粉，接 着，使葡糖淀粉酶发挥作用，从而得到含有海藻糖的糖液的步骤，从上述糖液使海藻糖二水 合物晶体结晶的步骤，W及，通过离屯、分离而收集结晶的海藻糖二水合物晶体，使其熟化、 干燥的步骤，所述方法特征是，通过使用作为上述CGT酶的来源于类芽抱杆菌属微生物的 天然型或者重组型酶或者它们的突变体酶，不经过采用柱色谱法的分馈步骤，使得上述糖 液中的海藻糖含量超过基于无水物换算的86.O质量％。
[0029] 根据本发明人确认，通过上述本发明制备方法制备的含有海藻糖二水合物晶体的 粉末的海藻糖纯度相当良好，流动性良好，是与W往食品级含有海藻糖二水合物晶体的粉 末相比毫不逊色的粉末，所述粉末，与W往食品级含有海藻糖二水合物晶体的粉末同样，可 W在作为食品原料、化妆品原料等广泛的领域中使用。
[0030] 此外，作为CGT酶的供给源的属于上述类芽抱杆菌属的微生物，包括例如，依利 诺斯类芽抱杆菌（Paenibacillusillinoisensis)、饲料类芽抱杆菌（Paenibacillus P油uli)，或者，溶淀粉类芽抱杆菌（Paenibacillusamylol^ixus)，其中，依利诺斯类芽抱 杆菌或者饲料类芽抱杆菌，因为产生提高海藻糖生成反应反应液中的海藻糖含量效果大的 CGT酶，所W是优选的，尤其是优选依利诺斯类芽抱杆菌。
[0031] 此外，作为上述CGT酶，尤其是，适宜地使用的是具有下述（a)至（d)中显示的部 分氨基酸序列的酶：
[0032] (a)Gly-Ser-Xj-Ala-Ser-Asp；
[0033] 化）Lys-T虹-Ser-Ala-Val-Asn-Asn;
[0034] k)Lys-Met-Pro-Ser-Phe-Ser-Lys;
[0035] (d)Val-Asn-Ser-Asn-Xz-Tyr。
[003引（其中，Xi意指Ala或者Ser,X2意指Ala或者1'虹。）
[0037] 此外，为了举例说明作为本发明使用的CGT酶的其他适宜的酶，可W举出具有序 列表序列编号1、2、3、12或者13中的任一个所示的氨基酸序列的CGT酶。
[0038] 本发明人，进一步反复进行尝试经历失败，结果发现，当由含有基于无水物换算的 超过86. 0质量％、优选87. 0质量％ ^上的海藻糖的上述含有海藻糖的糖液使海藻糖二水 合物结晶时，如果应用下文所述的控制冷却法或者拟似控制冷却法，与通过使含有海藻糖 的糖液的溫度自然降低的自然冷却法而使海藻糖二水合物结晶的情况相比，可W进一步提 高得到的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率。目P，本发明也通过提供如下含有 海藻糖二水合物晶体的粉末的制备方法，解决上述的课题，所述方法，在上述本发明制备方 法中，使上述海藻糖二水合物晶体结晶的步骤，通过控制冷却法或者拟似控制冷却法进行。
[0039] 此外，虽然当应用控制冷却法或者拟似控制冷却法时，提高对淀粉收率的原因不 确定，但是，通过控制冷却法或者拟似控制冷却法，在结晶初期中，抑制冷却导致的突然的 过饱和度的上升和第二次的晶体核的形成，大小几乎一致的微小晶体核多数生成，在微小 晶体核多数都出现的结晶后期中通过快速冷却，使得大小一致的多数晶体核同时成长，因 此，得到含有微晶体少的粒径连续的晶体的糖膏，采用离屯、分离容易地收集晶体，通过较少 量的水可W洗涂收集的晶体，因此，可W推测的是，也减少洗涂时的海藻糖的损失。
[0040] 另外，本发明人发现，如上所述地，在海藻糖二水合物晶体的结晶时，通过应用控 制冷却法或者拟似控制冷却法制备的含有海藻糖二水合物晶体的粉末，与通过自然冷却法 制备的含有海藻糖二水合物晶体的粉末和W往食品级含有海藻糖二水合物晶体的粉末相 比，出人意料地在固结难方面出色。然后，确认运样的出色的物性是由含有海藻糖二水合物 晶体的粉末的海藻糖纯度和海藻糖二水合物晶体的结晶度的差异造成的，从而完成关于含 有海藻糖二水合物晶体的粉末本身的本发明。
[0041]目P，本发明通过提供含有海藻糖二水合物晶体的粉末，解决上述的课题，所述粉 末通过本发明制备方法得到，所述方法当使海藻糖二水合物晶体结晶时，应用上述控制冷 却法或者拟似控制冷却，所述海藻糖二水合物晶体的粉末含有基于无水物换算的99. 0质 量％W上且99. 6质量％W下的海藻糖、基于粉末X射线衍射图谱算出的海藻糖二水合物晶 体的结晶度是90. 0%W上且96. 0%W下。
[0042] 此外，根据本发明人确认，含有基于无水物换算的99. 0质量％W上且99. 6质量％ W下的海藻糖、基于粉末X射线衍射图谱算出的海藻糖二水合物晶体的结晶度是90. 0%W 上且96.0%W下的含有海藻糖二水合物晶体的粉末，海藻糖含量与W往食品级含有海藻糖 二水合物晶体的粉末具有相同程度或稍高程度，同时，海藻糖二水合物晶体的结晶度与食 品级含有海藻糖二水合物晶体的粉末相比显著更高，是可W与W往食品级含有海藻糖二水 合物晶体的粉末区分开的新粉末。
[0043] 此外，虽然不确定通过应用控制冷却法或者拟似控制冷却法，得到固结难的含有 海藻糖二水合物晶体的粉末的原因，但是，推测可能原因是，通过控制冷却法或者拟似控制 冷却法，如上所述，得到了含有微晶体少的粒径连续的晶体的糖膏，因此，得到的粉末的海 藻糖的纯度和海藻糖二水合物晶体的结晶度提高。所述推测也通过W下事实得到支持：通 过应用控制冷却法或者拟似控制冷却法得到的本发明的含有海藻糖二水合物晶体的粉末 的海藻糖二水合物晶体结晶度，与自然冷却得到的粉末和W往食品级含有海藻糖二水合物 晶体的粉末的海藻糖二水合物晶体结晶度相比，显著更高。
[0044]【发明的效果】
[0045] 通过本发明制备方法，使用培养容易、酶生产力也高的来自属于节杆菌属的微生 物的a-糖基海藻糖合酶和海藻糖分离酶，将淀粉作为原料，通过连续的步骤，可WW优异 的对淀粉收率、适于工业的规模制备含有高纯度的海藻糖二水合物晶体的粉末。因此，造成 的出色的优点是，归功于作为原料的淀粉资源的有效利用。具体地说，存在如下优点，当使 海藻糖二水合物晶体从含有海藻糖的糖液结晶时，在应用控制冷却法或者拟似控制冷却法 的情况下，可W进一步提高制备的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率。此外，通 过应用控制冷却法或者拟似控制冷却法的本发明制备方法制备的含有海藻糖二水合物晶 体的粉末，与W往食品级含有海藻糖二水合物晶体的粉末相比，是海藻糖纯度W及海藻糖 二水合物晶体的结晶度更高、在固结难方面出色的粉末。
[0046]【附图的简要说明】
[0047]【图1】是基本上由海藻糖二水合物晶体组成的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的 由特征X射线产生的粉末X射线衍射图谱的一个例子。
[0048]【图2】是基本上由无定形部分组成的海藻糖粉末的由特征X射线产生的粉末X射 线衍射图谱的一个例子。
[0049]【图3】是基本上由海藻糖二水合物晶体组成的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的 由同步加速器放射光产生的粉末X射线衍射图谱的一个例子。
[0050]【图4】是基本上由无定形部分组成的海藻糖粉末的由同步加速器放射光产生的粉 末X射线衍射图谱的一个例子。
[00川【图5】是显示各种冷却图谱的图。
[0052]【图6】是表示含有来源于依利诺斯类芽抱杆菌NBRC15379株的CGT酶的基因的重 组DNA"PR沈T-iPI"的构成W及相同的重组DNA的制限酶识别部位的图。
[0053]【发明实施方式】
[0054] 1.术语的定义
[0055] 本说明书中W下的术语具有W下含义。
[0056] <对淀粉收率〉
[0057] 本说明书所说的"对淀粉收率"是W百分率（％)表示的比例，所述比例是得到的 含有海藻糖二水合物晶体的粉末的基于无水物换算的质量与单位质量的比例，所述单位质 量是原料淀粉的基于无水物换算的单位质量。此外，在本说明书中，将淀粉作为原料，使酶 作用于淀粉，通过所谓的生成海藻糖、使生成的海藻糖被结晶、收集、熟化、干燥的一系列的 连续的步骤，制备含有海藻糖二水合物晶体的粉末，运被作为前提，因此，本说明书所说的 "对淀粉收率"含义是，由使酶作用于淀粉而得到的从含有海藻糖的糖液最初结晶的、所谓 的由第一晶体制备的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的对淀粉收率，本说明书所说的"对 淀粉收率"不包含由第二晶体W后制备的含有海藻糖二水合物晶体的粉末，所述第二晶体 是将收集结晶的晶体之后残留的糖液或由糖膏分离的糖浆等返回糖液而进行再度结晶的、 所谓的第二晶体。此外，在添加晶种而进行结晶的情况下，对淀粉收率的算出中的晶种的 量，在本说明书的通篇，包含在得到的含有海藻糖二水合物晶体的粉末的量中。
[005引<CGT酶的活性〉
[0059] 在本说明书中"CGT酶的活性"如W下一样定义。旨P，对于含0.3% (w/v)可溶性 淀粉、20mM醋酸缓冲液（P册.5)、ImM氯化巧的底物水溶液5ml，加适宜稀释的酶液0.2ml， 将底物溶液保持在40°C，反应第0分钟及反应第10分钟各采样0. 5ml底物溶液，立即加至 0. 02N硫酸溶液15ml而停止反应之后，向各硫酸溶液各加0. 2ml的0.IN舰溶液而呈色，10 分钟后，由吸光光度计各自测定波长660nm中的吸光度，由下述式[1]作为淀粉分解活性算 出。CGT酶的活性1单位定义为在运样的测定条件下，使溶液中的淀粉15mg的舰呈色完全 地消失的酶的量。
[0060]式山：
[00川【数学公式1】
[006引 < 控制冷却法〉
[0064] 本说明书中所说的"控制冷却法"是指由"控制的冷却"使晶体结晶的方法，作为 结晶步骤设定的操作时间设为"T"、结晶开始时的液溫设为"T。"、结晶结束时的目标液溫 设为"T/'、时间"t"中的液溫设为"T"，则时间t中的液溫T在原则上对应于下述式[7]表 示的冷却方法。
[006引式凹：
[006引【数学公式2】
[0067] T=V灯厂Tf) (t/1)3