JP2640577B2 - ニストース結晶およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニストース結晶および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニストースはいわゆるフラクトオリゴ糖
の一種であり、シュークロースにフラクトースが２分子
結合した４糖類で、構造は、Ｏ−α−Ｄ−グルコピラノ
シル−（１→２）−Ｏ−β−Ｄ−フラクトフラノシル−
（１→２）−Ｏ−β−Ｄ−フラクトフラノシル−Ｏ−β
−Ｄ−（１→２）−フラクトフラノシルである。近年こ
のニストースを含んだフラクトオリゴ糖が、難う蝕性で
あることと、及び人体に消化されないビヒズス菌活性因
子であることにより注目されている。

【０００３】従来、ニストースの結晶化については、有
機溶媒を用いた方法が提案されており、その方法は実験
室的規模でその収量も極少量にすぎないものであった。
例示すると下記のとおりである。 Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ３０，４２９〜４３３（１９６６） Ｈ．Ｔｓｕｃｈｉｄａ，Ｓ．Ｆｕｊｉｉ ａｎｄ Ｍ．
Ｋｏｍｏｔｏ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｒｅｓｅｒｃｈ２５，２
９３〜２９７（１９７２） Ｊ．Ｐ．Ｋａｍｅｒｌｉｎｇ，Ｊ．Ｆ．Ｇ．Ｖｌｉｅｇ
ｅｎｔｈａｒｔ，Ｗ．Ｋａｈｌ，Ａ．Ｒｏｓｊｋｏｗａ
ｋｉ ａｎｄ Ａ．Ｚｕｒｏｗａｋａ これらの文献には、ニストース結晶の収量は極少量しか
報告されておらず、その結晶の純度については明らかに
されていない。

【０００４】一方、ニストースを含むフラクトオリゴ等
の水溶液からの粉末化については、特開昭６０−１４９
５９６号公報に記載されているが、この方法はニストー
ス含有量が６０％以上の、若干の１−ケストースやフラ
クトシルニストースなどのフラクトオリゴ糖が含まれる
糖液を固形分濃度７５〜９０％に濃縮し、結晶ニストー
スを含む種晶を添加分散させ、結晶固化、熱成を行った
のち、粉砕して粉末とするものである。このように、こ
の方法は若干の１−ケストースやフラクトシルニストー
スなどのフラクトオリゴ糖が含まれる糖液全体を固化、
粉砕するものであり、この粉末は、全体としては３〜５
糖類のフラクトオリゴ糖が混合したアモルファス粉末と
考えられるものであった。したがって、この方法は高純
度のニストース結晶を単離するものではなかった。

【０００５】以上のように、従来、水溶液から直接、高
純度のニストースを結晶化する方法は未だ知られていな
かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記有
機溶媒を用いた結晶化の方法では、結晶化にメタノール
等の有機溶媒を多量に用いる必要があり、食品用途等の
工業的規模で大量生産をするためには、有機溶媒の処理
等の多大な困難が伴っていた。また、前記ニストースを
含むフラクトオリゴ糖の水溶液から製造したフラクトオ
リゴ糖混合品の粉末品は、純粋なニストース結晶を単離
したものではなく、しかも粉末であるがゆえに吸湿性が
依然としてあり、湿気を嫌う食品等、例えば、粉末甘味
料、インスタントスープ、粉末ジュース等の長期保存を
前提とする食品にそのままの形で使用することは不都合
であった。このような問題を解決するためには、吸湿性
の少ない高純度の結晶としなければならないが、前記３
〜５糖類の混合フラクトオリゴ糖溶液から結晶させるた
めには、まず、個々のフラクトオリゴ糖をカーボンセラ
イトカラム等を用いて分離せねばならないという煩わし
さがある。

【０００７】そこで、本発明は、吸湿性のない高純度の
ニストース結晶を提供すること、およびニストースを含
む水溶液から高純度のニストース結晶を直接回収して製
造する方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のニストース結晶の製造方法は、（１）純度５
３％以上のニストースを含む水溶液（有機溶媒を含まな
い）を固形分濃度７５％以上に加熱濃縮し、（２）得ら
れた濃縮液が５０℃以上のときニストースの微細結晶を
添加し、（３）緩やかに攪拌し且つ温度を徐々に下降さ
せることにより結晶を成長させながら温度を２０℃〜４
５℃に下げて、結晶粒径を０．１〜０．５ｍｍとし、
（４）得られたニストース結晶を含む糖液を遠心分離に
より結晶を単離し、（５）単離された結晶を６０℃〜８
０℃の温度条件下で乾燥することにより、自由流動性で
あって、純度９５％〜９９．９％の範囲内の任意の純度
のニストース結晶を得ることを特徴とする。 また本発明
のニストース結晶は前記製造方法により単離された結晶
粒径が０．１〜０．５ｍｍの自由流動性の針状ニストー
ス結晶であることを特徴とする。 また本発明のニストー
ス結晶は、前記製造方法により単離された、融点１２５
℃〜１２６℃、比旋光度〔α〕ｄ＝９．４〜９．６（Ｃ
_１０ ，水）の純度９９．８％以上の、結晶水として３分
子の水を有する、結晶粒径が０．１〜０．５ｍｍの自由
流動性の針状ニストース結晶であることを特徴とする。

【０００９】ところで、従来、糖類の結晶を得る方法と
して、有機溶媒を用いないで水溶液から直接結晶を得る
には、次に述べる、、、の方法があった。 イオン交換樹脂や活性炭セライト等によるクロマト
グラム法により、高純度に精製した糖類を調製し、その
糖の溶解度以上に濃縮し、自然に結晶核を発生させる方
法。但し、この方法では、結晶は大きく成長せず微細な
結晶になりやすく、吸湿性の少ない結晶が得られにく
い。さらに、糖液を高純度に精製しなければならないと
いう難点がある。

【００１０】 一定の純度以上の糖液を、結晶化する
糖の溶解度以上に濃縮した時点で、その糖の微細結晶、
いわゆる種結晶を添加し、その後これに糖液を供給しつ
つ濃縮を続けながら、微細結晶を一定の大きさになるま
で成長させる方法。この方法を以後、煎糖法と呼ぶ。 一定の純度以上の糖液を、その糖の溶解度以上に濃
縮し、これに結晶化しようとする糖の微細結晶を添加
し、その後ゆるやかに攪拌しながら温度を除々に下げ、
温度による糖の溶解度差を利用して結晶を一定の大きさ
に成長させる方法。この方法を以後、助晶法と呼ぶ。

【００１１】 とを組み合わせた方法。即ち、
の方法で結晶を成長させた後、ゆるやかに攪拌しながら
温度を除々に下げ、更に結晶を成長させる方法。この方
法は、工業的にシュークロース溶液からシュークロース
の結晶を得るのに広く採用され、助晶時間はシュークロ
ースの純度が低くなるほど長くなるのが通例である。そ
こで、本発明者等は、上記〜の結晶化の方法につい
て、ニストースを含む糖液からニストースの結晶を得る
方法を鋭意検討を進めた。その結果、上記の助晶法を
採用することにより、ニストースの含有量が４０％程度
のかなり低い糖の水溶液でも、直接水溶液から、しかも
高い回収率でニストースの結晶を得ることを見出した。

【００１２】次に、本発明で、ニストースの結晶化に上
記の助晶法を採用した点について述べる。ニストース
の各温度に対する溶解度を測定し、溶解度曲線を作成し
た。図１にニストースの溶解度曲線を示す。比較として
１−ケストースおよびシュークロースの溶解度曲線を併
記して示した。即ち、図１に示したとおり、シュークロ
ースや１−ケストースは、温度差による溶解度の差が比
較的小さいので、これらの糖の結晶による回収は、上記
の煎糖法か、の煎糖法と助晶法を組み合わせた方法
が有効であることがわかる。これに対し、ニストースの
場合は、図１に示したとおり、温度差による溶解度の差
がきわめて大きいことが判明した。そこで、ニストース
の結晶化には、上記の助晶法が有効な手段であること
に着目し、かかる知見に基づき効率的なニストース結晶
の回収条件について鋭意検討し、本発明を完成させた。

【００１３】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
の原料となる、ニストースを含有する糖液は、公知の方
法、即ち、シュークロースに微生物から得られた酵素の
フラクトシルトランスフェラーゼを作用させて製造する
方法、を用いて製造した。この酵素反応により、シュー
クロースにフラクトースが１〜４分子結合した、いわゆ
るフラクトオリゴ糖である、１−ケストース、ニストー
スおよびフラクトシルニストースが生産されていた。こ
れらのニストースおよびその他の成分の具体的な製造方
法や分離精製法等については、例えば、特開昭５８−１
６２２９２号公報、特開昭５９−９５８９５号公報、特
開昭５９−１７９１００号公報、特開昭６０−２７３９
５号公報、特開昭６０−４１４９７号公報、特開昭６２
−１４７９２号公報に詳しく記載されている。

【００１４】上記の方法等で作られた、ニストースの含
有量が４０％以上、好ましくは６０％以上に調製された
糖液を濃縮し、一定の濃度に達した時点で温度を一定の
値に調整し、これにニストースの微細結晶を種結晶とし
て添加混合する。添加する微細結晶は、上記に記載し
た方法で作り、エタノールで希釈したものを使用する
か、或いは、ニストース結晶５ｇにエタノール１００ｍ
ｌの割合で混合し、これに直径５ｍｍのガラス玉を加
え、ともに振とうさせ、粒径が０．００５〜０．０１ｍ
ｍの微細結晶のけん濁液としたものを使用する。種結晶
として添加する量は、最終的に得る結晶の粒径により異
なるが、結晶の粒径を０．１〜０．５ｍｍにするには、
上記のガラス玉を用いて作成したけん濁液の場合は、糖
液１１に対し約１０ｍｌが好ましい。

【００１５】種結晶を添加した糖液は、ゆるやかに攪拌
しながら一定の時間をかけ、一定の温度まで冷却しなが
ら結晶を成長させる。種結晶を添加するときの糖液の濃
度や温度、助晶終了時の温度や助晶時間は、作るニスト
ース結晶の大きさや糖液の純度によって異なるが、結晶
の粒径を０．１〜０．５ｍｍとする場合の好ましい結晶
化の条件の一例は、次の表１に示したとおりである。

【００１６】

【表１】

【００１７】助晶を終了したニストース結晶を含む糖液
を助晶終了時と同じ温度で遠心分離をする。分離された
結晶は、６０〜８０℃の温度条件下で乾燥し結晶ニスト
ースを得る。本法による回収率は、糖液の純度により異
なるが、糖液のニストース純度が４５％のとき約５０％
であり、純度が６５％以上になると６０〜７０％であっ
た。本法によれば、結晶を分離した後のいわゆる振密の
純度が３０％になるまで結晶の回収が可能であり、例え
ば、ニストースの純度が９０％の組成物から結晶の回収
を始める場合は３回の回収が可能であり、その結果、総
回収率は９０％以上となる。

【００１８】得られる結晶の純度は、原料の糖液の純度
により異なるが、純度４５％の糖液からは純度８８〜９
２％の結晶が得られ、純度６０〜８０％の糖液からは純
度９７〜９９％の結晶が得られ、純度８０％以上の糖液
からは９８％以上の純度の結晶が得られた。上記の方法
で得られた結晶は、１分子のニストースに対し３分子の
結晶水を有する。この結晶水の存在の確認は次の実験に
よりおこなった。即ち、本法により製造した純度９９％
以上の結晶をあらかじめ６０〜６５℃で一昼夜乾燥させ
た後、１２０℃で４時間乾燥させると、乾燥減量が７．
４８％となった。この時のニストースの性状は、結晶表
面の光沢がなくなり、吸湿性を有するようになってい
た。更にカールフィッシャー法で水分を測定したとこ
ろ、結晶の水分が７．８４％であった。以上の実験結果
から、上記の方法で得られた結晶は、３分子の結晶水を
有することを確認した。

【００１９】この結晶がニストースであることは、０．
０１Ｎ塩酸で加水分解した時に、フラクトーストグルコ
ースが３：１の割合で生じることと、高速液体クロマト
グラムにおける保持時間および¹³Ｃ−Ｎ．ｍ．ｒスペク
トルで確認した。本法で製造したニストースの結晶は、
いずれの純度の結晶も、６カ月間の外気にさらしても吸
湿せず安定であった。また、不純物としては、主として
１−ケストースであり、痕跡程度のシュークロースとフ
ラクトシルニストースであるので、食品に添加使用が可
能である。さらに、高純度、例えば、純度９９．５％以
上の結晶品については医薬品の増量剤として使用可能で
あり、また、４糖類の高純度標品とすることができる。

【００２０】次に得られた結晶の理化学的性質を表２に
示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】

【実施例】以下の各実施例及び各比較例において、糖液
およびニストース結晶の純度は高速液体クロマトグラム
により分析した。使用した分離カラムは、ウォーターズ
社製のマイクロボンダスフェア５μＮＨ_２カラムで、溶
媒としてはアセトニトリル：水＝７５：２５の混合液を
用いた。

【００２３】〔比較例１〕 明治製菓（株）製の市販されているフラクトオリゴ糖
液、商品名：明治メイオリゴＰ（液体）をローターリー
エバポレータで固形分濃度８０％に濃縮した。なお、上
記糖液の成分の固形分濃度（Ｂｘ）は７６％であり、固
形分当たりの糖の含有量は以下のとおりであった。 ５１の容器に、前記の８０％に濃縮した糖液を５ｋｇ取
り、温度を５０℃とし、これにニストースの微細結晶け
ん濁液５０ｍｌを添加した。この微細結晶は、ニストー
ス結晶５ｇにエタノール１００ｍｌの割合で混合し、こ
れに直径５ｍｍのガラス玉を適量加え、結晶の粒径が
０．００５〜０．０１ｍｍ程度になるまでよく振とうし
て作成したものを使用した。

【００２４】次に、ゆるやかに攪拌しながら５０℃に５
日間保ち、次に、４０℃に液温を下げ５日間保ち、さら
に、３０℃とし５日間保った。さらに液温を室温（２０
〜２５℃）とし、３日間保った。この間結晶は、０．１
〜０．２ｍｍ（長さ）に成長した。次に、これを遠心分
離で結晶と振り蜜に分離し、得られた結晶を６０〜８０
℃で乾燥し、ニストース結晶を得た。

【００２５】これまでの操作を同時に５反復行い、得ら
れた結晶の総重量は５４７５ｇであり、純度は８８〜９
２％で平均９０．２％であった。また、ニストースの回
収率は４８〜５３％で平均５０．２％であった。なお、
回収率の計算は、ニストース結晶が３分子の結晶水を有
し、結晶水の割合は理論的に７．５％であることから次
式により計算した。

【００２６】回収率（％）＝結晶に含まれるニストース
量÷糖液に含まれるニストース量×１００ 結晶に含まれるニストース量＝結晶収量×０．９２５×
Ｑ÷（９２．５＋０．０７５×Ｑ） Ｑ；結晶の純度 一方、結晶から分離された振り蜜のニストース純度は３
０％であり、１−ケストース５１．９％、フラクトシル
ニストース１２．６％、シュークロース他が５．５％で
あった。また、結晶に含まれている不純物の８割が１−
ケストースであり、残りはフラクトシルニストースとシ
ュークロースであった。

【００２７】前記ニストース純度３０％を含む振り蜜か
ら同様の操作で助晶法によるニストースの回収を行った
が結晶はできなかった。また、メタノールを用いて結晶
化を試みたができなかった。

【００２８】〔実施例１〕 前記比較例１ で得られた結晶１ｋｇを水で溶解し、ロー
タリーエバポレータを用い減圧下で固形分濃度を７５〜
８０％に濃縮し、次に常圧に戻し液温を８０℃とした。
これに前記比較例１で用いた微細ニストース結晶けん濁
液１０ｍｌを加え、ゆるやかにロータリーエバポレータ
を回転させながら、１０時間かけて経過時間に対し直線
的に温度を下げ、液温を２０゜Ｃまで下げた。この間、
結晶は、長さでほぼ０．２〜０．５ｍｍまで成長した。
この後、前記比較例１と同じ条件で遠心分離をし、乾燥
し、ニストース結晶６６１ｇを得た。この時のニストー
ス純度は９９．７％で、ニストース回収率は７１．６％
であった。

【００２９】また、生成された振り蜜のニストース純度
は７１．５％で、固形分濃度は６８％であった。この液
４００ｇから同様の方法でニストースの結晶を回収し
た。ただし、助晶時間は２４時間とした。この時得られ
た結晶は１４５ｇであり、純度は９７．７％であった。
また、ニストースの回収率は６７．７％であり、振り蜜
の純度は４５．５％であった。

【００３０】〔実施例２〕 前記比較例１ で得た純度９０．２％のニストース結晶を
水で溶解した後、ロータリーエバポレータを用い減圧下
で固形分濃度を７５〜８０゜に濃縮し、次に、常圧に戻
し、液温を８０℃とした。この濃縮液に前記比較例１で
用いた微細ニストース結晶けん濁液１０ｍｌを加え、ロ
ータリーエバポレータをゆるやかに回転させながら８時
間かけ、４５℃まで経過時間に対し直線的に温度を下げ
た。成長した結晶を前記比較例１や前記実施例１と同じ
条件で遠心分離して回収し、この結晶を乾燥した。この
操作を３回行った。

【００３１】得られた振り蜜の純度は７７．９％であ
り、これからさらに、上記と同じ方法で２段目の結晶回
収を行った。ただし、助晶終了時の温度は４０℃とし、
助晶時間は２０時間とした。このとき得られた振り蜜の
純度は５３．０％であった。さらに、この振り蜜から３
段目の結晶回収を同じ方法で行った。ただし、このとき
の助晶終了時の温度は室温（２０〜３０℃）とし、助晶
時間は４８時間とした。

【００３２】このようにして得られた結晶の純度、結晶
の量およびニストースの回収率について得られた結果を
次の表３に示した。結果として、純度９０．２％のニス
トース糖液からの総回収率は９３％で最終振り蜜の純度
は３０．８％となった。

【００３３】

【表３】

【００３４】上記表３の純度９９．８％ニストース結晶
のｍ．ｐは１２５〜１２６℃、比旋光度〔α〕_D ²⁰＝
９．４〜９．６（Ｃ＝１０，水）であった。また、¹³Ｃ
−Ｎ．ｍ．ｒを図２に、ニストース結晶の顕微鏡写真を
図３に示す。倍率を４０倍で撮ったものである。この結
晶写真から分かるように、ニストース結晶は針状結晶で
ある。

【００３５】〔実施例３〕 前記比較例１ で用いた明治メイオリゴＰ（商品名，明治
製菓（株）製）のニストース含有糖液のニストース含有
量をイオン交換クロマトグラムで高め、ニストース結晶
の回収を行った。クロマト分離剤としてイオン交換樹脂
Ｄｏｗｅｘ９９（ＤＶＢ＝６％、粒径３４０±２０μ
ｍ、Ｎａ型）１０００ｍｌを内径４．１ｃｍ、高さ８０
ｃｍのカラムに充填した。カラム内の温度を８５℃と
し、固形分濃度５０％、温度８５℃に調整したメイオリ
ゴＰ液１００ｍｌを５００ｍｌ／時間の流速で通し、引
き続き８５℃の温水を５００ｍｌ／時間の流速で７００
ｍｌを通し分離した。

【００３６】この方法によると、糖類はフラクトシルニ
ストース、ニストース、１−ケストース、シュークロー
ス、グルコースの順に溶出してきた。温水を通し始めて
から、溶出液量が２１０〜２２０ｍｌの時点で糖の溶出
が始まり、２５０ｍｌ時点で固形分濃度が２％に達し、
４１０〜４２０ｍｌで固形分濃度が最大（２４．５〜２
５．５％）となり、６８０ｍｌの時点で糖の溶出が終わ
った。温水を通し始めてからの溶出液量が２５０ｍｌの
時点から４００ｍｌの時点まで回収した。回収液の濃度
は１４〜１５％で、これを固形分濃度８０％まで濃縮し
た。

【００３７】得られた濃縮液の糖組成は、ニストース５
３．５％、１−ケストース２９．１％、フラクトシルニ
ストース１４．４％、シュークロース他が３．０％であ
り、ニストースの回収率は、クロマト分画に供した明治
メイオリゴＰ（商品名，明治製菓（株）製）の全ニスト
ースに対し、５９％であった。上記の濃縮液１ｋｇを用
いて実施例２と同じ方法でニストースの結晶化を行っ
た。ただし、助晶終了温度を４０℃とし助晶時間は４８
時間とした。得られた結晶の重量は３００ｇで純度９
６．５％、ニストース回収率は６３％であった。また、
振り蜜のニストース純度は２９．９％であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果が奏される。 （１）本発明のニストース結晶は吸湿性がないので湿気
を嫌う食品の添加物として利用可能である。 （２）純度９９．５％以上の結晶品については医薬品の
増量剤として使用可能であり、また、４糖類の高純度標
品とすることができる。 （３）ニストースの含有率が５３％程度の純度の低い水
溶液からも純度９５％以上のニストース結晶を得ること
ができ、且つ、１回の結晶化での結晶回収率が５０〜７
０％と、きわめて高いことから、効果的なニストース結
晶の回収ができる。 （４）純度９５％以上の高純度のニストースの結晶の大
量生産が可能である。 （５）本発明の製造方法によって、純度９５％〜９９．
９％の範囲内の任意の純度のニストース結晶が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ニストースの溶解度曲線を示す。

【図２】ニストースの¹³Ｃ−Ｎ．ｍ．ｒを示す。

【図３】ニストース結晶構造を示す顕微鏡写真である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）純度５３％以上のニストースを含
   む水溶液（有機溶媒を含まない）を固形分濃度７５％以
   上に加熱濃縮し、 （２）得られた濃縮液が５０℃以上のときニストースの
   微細結晶を添加し、 （３）緩やかに攪拌し且つ温度を徐々に下降させること
   により結晶を成長させながら温度を２０℃〜４５℃に下
   げて、結晶粒径を０．１〜０．５ｍｍとし、 （４）得られたニストース結晶を含む糖液を遠心分離に
   より結晶を単離し、 （５） 単離された結晶を６０℃〜８０℃の温度条件下
   で乾燥することにより、自由流動性であって、純度９５
   ％〜９９．９％の範囲内の任意の純度のニストース結晶
   を得ることを特徴とするニストース結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法により単離され
   た結晶粒径が０．１〜０．５ｍｍの自由流動性の針状ニ
   ストース結晶。
3. 【請求項３】 請求項１記載の製造方法により単離され
   た、融点１２５℃〜１２６℃、比旋光度〔α〕 _ｄ ＝９．
   ４〜９．６（Ｃ _１０ ，水）の純度９９．８％以上の、結
   晶水として３分子の水を有する、結晶粒径が０．１〜
   ０．５ｍｍの自由流動性の針状ニストース結晶。