JP3115394B2 - 牛乳に含まれる非蛋白態窒素成分の精製法及び精製物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種生理活性物質が含
まれる牛乳の非蛋白態窒素成分（以下、ＮＰＮというこ
ともある）を精製する方法及びそれによって得られた精
製物に関する。更に詳細には、本発明は、牛乳ＮＰＮ
を、甘性若しくは酸ホエイを原料として各種膜分離、脱
塩、吸着、酸並びにアルカリ溶出、濃縮、乾燥工程を経
て、機能性食品（特定保健用食品）、医薬品、並びに化
粧品原料として利用できる高度に精製された精製物とし
て得るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、牛乳中には蛋白質以外の非蛋白
態窒素成分が全窒素の５〜６％も含有されていることは
よく知られている。そして、この非蛋白態窒素成分に
は、クレアチニン、尿素、ホスホエタノールアミンなど
の含窒素化合物、グルタミン酸、グリシン、アラニン、
バリン、ロイシンなどのアミノ酸、オロット酸、５′−
ＣＭＰ、５′−ＡＭＰ、５′−ＧＭＰ、５′−ＵＭＰな
どの核酸関連物質などきわめて多種類にわたる窒素化合
物が含まれていることも分っている。

【０００３】これ等成分を多量に含む画分を得る方法と
して、原料の限外濾過処理で得られる透過液を濃縮し
て、２段階の結晶分離法により乳糖を除去した母液を脱
塩して粉末化する方法（特開昭６０−５４６３７）、並
びに、イオン交換樹脂にこのＮＰＮを吸着させ、脱塩ホ
エイ液でこの樹脂よりＮＰＮを洗い出し、これら成分の
強化されたホエイ濃縮物を製造する方法（特願平３−８
１０６３）が既に特許出願されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＮＰＮの精製に関して
は、上記のように開示ないし特許出願がなされている
が、しかしながら、これらの方法によって得られたＮＰ
Ｎには多量の乳糖等不純物を含むため、前記製品は、Ｎ
ＰＮを強化した一般食品の原料としては利用可能でも、
特定保健用食品、医薬品、化粧品原料としては精製不十
分と判断される。特に前記製品を化粧品原料にした場
合、乳糖を含むことから、カビ、酵母が生えやすく、防
腐剤の添加が化粧品によっては必要となる。しかし防腐
剤の使用は、防腐剤をなくすという時代の流れに逆行す
る結果となる。また医薬品原料として利用する場合、更
に不純物を除去し、ＮＰＮ含量を高める必要がある。本
発明は濃縮されたＮＰＮから、灰分や乳糖等不純物を除
去し、ＮＰＮの含量を高めて、特定保健用食品はもとよ
り化粧品や医薬品原料としても応用することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであって、各方面から検討し
た結果、ＮＰＮ原料をそのまま若しくは限外濾過してＮ
ＰＮ母液とし、これを脱塩した後、イオン交換処理を組
み合わせることにより、きわめて効率的にＮＰＮの精製
ができるという新知見を得、この新知見をもとにして更
に研究を重ねた結果、本発明の完成に至ったものであ
る。

【０００６】本発明において、精製されるＮＰＮ原料と
しては、牛乳、その濃縮物及びその粉末；脱脂乳、その
濃縮物及びその粉末；ホエイ、その濃縮物及びその粉
末；牛乳、脱脂乳もしくはホエイの電気透析脱塩物、そ
の濃縮物及びその粉末；ホエイの限外濾過処理で得られ
た透過液から乳糖製造時副産物として得られる母液、そ
の濃縮物及びその粉末；等ＮＰＮ含有物がすべて使用可
能であり、必要あれば、濃縮物の場合は希釈し、また粉
末の場合は溶解する等の調製処理を行う。

【０００７】ＮＰＮ原料はそのまま精製工程に供しても
良いが、イオン交換樹脂等に乳脂肪や高分子の蛋白質が
混合され洗滌に手間取ること等から、ＮＰＮ原料を限外
濾過（以下、ＵＦということもある）処理して、ＮＰＮ
を含む透過液（Ｐｅｒｍｅａｔｅ）と乳脂肪や蛋白質を
含む保留物（Ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）に分けることが望ま
しい。従ってＵＦ処理を前提に説明する。なお、ＵＦ処
理に先立ち、上記したＮＰＮ原料類は、ＵＦ膜を損傷さ
せぬよう、清浄化してゴミ等を除去することが望まし
い。また、ＵＦ膜の分画分子量は、必要とするＮＰＮの
最大分子量によっても相違し格別の限定はないが、１，
０００〜５０，０００程度が好適である。更に、ＵＦ装
置に使用される膜としては、格別の限定はなく中空系タ
イプ、ディスクタイプその他が適宜使用可能である。

【０００８】ＵＦ処理で得られた透過液、それを濃縮し
て得た濃縮液、濃縮に際して析出した乳糖を除去した
液、のいずれもが、次に行うＮＰＮの精製工程の原料と
して使用できるので、これらを総称してＮＰＮ母液とい
う。

【０００９】上記のように、ＵＦ処理で得られた透過液
は濃度を高めるために濃縮し、これをＮＰＮ母液として
使用することが可能なことは上に述べたとおりである。
通常の場合、濃縮度を上げると乳糖が析出するので、こ
れを除去した後の液体もＮＰＮ母液として使用可能なこ
とも上で述べたとおりである。透過液の濃縮において、
濃縮は加熱濃縮、真空濃縮、フラッシュ濃縮、逆浸透
（ＲＯ）濃縮およびこれ等を組合せた複合濃縮法のいず
れでも良いが、加熱して透過液を長時間高温にさらす
と、乳糖とＮＰＮが反応して、透過液が褐変化するため
に、透過液の加熱温度が低く、且つ短かくしかも能力ア
ップの可能な真空濃縮やフラッシュ濃縮を採用するのが
好ましい。濃縮液から乳糖を析出させ除去するときは、
濃縮液の冷却や結晶缶による方法等、公知の方法を採用
する。また結晶乳糖の大きさは特に規定しないが、ＮＰ
Ｎの収率向上の観点から、種結晶を添加して細かい結晶
をできるだけ多く析出させ、結晶内に不純物を含有させ
ないようにする必要がある。析出した乳糖の除去法は、
遠心分離や濾過等、公知の方法による。乳糖を除去した
透過液は、乳糖製造時得られる副産物と固形分換算でほ
ぼ同一組成を有する。これ等３種類の液体（透過液、濃
縮液、乳糖除去液）は、ＮＰＮ精製工程の原液となるた
めに以後ＮＰＮ母液と称することは、既に述べたとおり
である。

【００１０】ＮＰＮ母液には固形分換算で少くとも約５
０％の乳糖、２５％の灰分が含まれている。従ってＮＰ
Ｎ母液からＮＰＮを精製する方法が種々ある中で、ＮＰ
Ｎをイオン交換体に選択的に吸着させ、これをアルカリ
（若しくは酸）にて溶出、回収する方法が最も効果的で
ある。しかし吸着工程でイオン交換体への親和性（選択
係数）は無機イオンよりＮＰＮが劣ると推察されるた
め、ＮＰＮの吸着量を上げるためには無機イオンを可及
的に除いておくことが望ましい（図１、図２参照）。

【００１１】図１、図２は、ＮＰＮの回収に及ぼす脱塩
の影響を図示したものである。すなわち７５％電気透析
脱塩ホエイをＵＦ処理して得た透過液（ＮＰＮ＝０．２
２％、固形分（ＴＳ）＝１０．６６％、ｐＨ＝６．１
４）（７５％脱塩区）、及び、未脱塩ホエイをＵＦ処理
して得た透過液（ＮＰＮ＝０．２６％、ＴＳ＝１０．９
６％、ｐＨ＝６．２）（未脱塩区）のそれぞれについ
て、強酸性カチオン交換樹脂（Ｄｉａｉｏｎ ＳＫ１
Ｂ：三菱化成）に空間流速（以下ＳＶ）＝３で通液した
とき、通液量（分離剤容量の倍数で示す、以下ＢＶ）に
対する相対ＮＰＮ濃度（通過ＮＰＮ／原料ＮＰＮ）をそ
れぞれプロットしたものが図１である。同じく、強酸性
カチオン交換樹脂にかえて強塩基性アニオン交換樹脂
（ＤｉａｉｏｎＳＡ１０Ａ：三菱化成）を用い、ＳＶ＝
０．９〜３で処理した場合が図２である。

【００１２】脱塩方法としては、（１）イオン交換、
（２）ゲル濾過、（３）ルーズ逆浸透圧処理、（４）電
気透析脱塩といった方法が採用できる。しかしながら、
（１）の方法は、無機塩と同時にＮＰＮもイオン交換体
に吸着するため無塩イオンの選択的脱塩可能なイオン交
換体のスクリーニング若しくは開発が必要である。
（２）、（３）の方法は、無機塩とＮＰＮの分子量差が
小さいために溶出位置が近接しており、したがってＮＰ
Ｎ母液の脱塩操作が繁雑である。（４）の方法は、イオ
ン化したＮＰＮが無機塩とともにイオン交換膜を透過
し、ＮＰＮの収率低下のおそれがある。しかし、経済
性、作業性を考慮すると電気透析脱塩の採用が好まし
い。以下本法についてのみ説明する。

【００１３】脱塩工程での収率低下を解消する手段とし
て、（ａ）先ず分画分子量１００程度のイオン交換膜を
用い１価のイオンを除去する。このイオン交換膜はＮＰ
Ｎ透過は阻止されるが、２価のイオンの透過は困難であ
る。（ｂ）１価のイオンが脱塩されたＮＰＮ母液は２価
イオンの選択透過が可能なイオン交換膜（例えば旭ガラ
ス社ＣＳＶ／ＡＳＶ）を用いて脱塩する。上記した
（ａ）、（ｂ）以外の操作条件は、公知の方法とし、ま
た、透過したＮＰＮを再回収したいときは、ＮＰＮを含
む濃縮液を前述の方法で再脱塩すればよい。

【００１４】このようにして脱塩されたＮＰＮ母液はイ
オン交換体の充填されたカラムを通液し、ＮＰＮを本樹
脂に吸着される。イオン交換体は強酸性、強アルカリ
性、弱酸性、弱アルカリ性の一つまたはこれ等の数種を
併用する。ＮＰＮ母液を通液するイオン交換カラムとし
ては、前記イオン交換体を何種類か混合使用する混床
式、一種類の交換体を充填したイオン交換カラムを使用
する単床式、若しくは異なったイオン交換体が充填され
たイオン交換カラムを逐次通液する多床式を採用する。
ＮＰＮの吸着率は、多床式、並びに混床式を採用したと
きに高い。しかし設備投資額、運転費、イオン交換体の
再生処理の難易度を考えると、イオン交換体は、強酸性
陽イオン交換樹脂、並びに強塩基性陰イオン交換樹脂の
２種類とし、これ等は別々に充填して、ＮＰＮ母液を逐
次通液する２床式が望ましい。従って以下説明はこの２
床式を例にとってすすめることにする。

【００１５】ＮＰＮ母液は、まず強酸性陽イオン交換体
（以下ＳＣＩ）の充填されたカラムに通液し、ついで通
過液を強塩基性陰イオン交換体（以下ＳＡＩ）の充填さ
れたカラムに通液してＮＰＮを吸着させる。ＮＰＮ母液
の電気透析脱塩によりある程度は抑制できるが、最初に
ＳＡＩ処理すると処理後のｐＨは上昇し、コロイド状の
リン酸カルシウムが析出する（下記の表１）。これは特
にカラム法で処理した場合、目詰りの原因となる。すな
わち通液量の低下、カラム内圧上昇、並びにチャネリン
グを引き起こし、効果的なＮＰＮ吸着が達成できない
（下記の表２）。ＮＰＮ母液を最初にＳＣＩ処理すれ
ば、カルシウムが除かれるため、後工程即ちＳＡＩ処理
に流速低下が起きず、処理量が増大する（図３参照）。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】つまり図３は、ＳＡＩの処理量に及ぼすＳ
ＣＩ処理の影響を図示したものであって、ＮＰＮ母液を
ＳＣＩ（ＳＫ１Ｂ使用）で処理した液（ＳＣＩ処理区）
と、ＳＣＩ処理することなくＮＰＮ母液を直接ＳＡＩ
（ＳＡ１０Ａ使用）で処理した場合（直接通液区）の、
通液量ＢＶに対する相対ＮＰＮ濃度（通過ＮＰＮ／原料
ＮＰＮ）の変化を図示したものである。なお、点線はｐ
Ｈの変化を表わす。

【００１９】ＳＣＩ、ＳＡＩに吸着したＮＰＮは、各々
のカラム内に残存した乳糖を主成分とする不純物を水洗
によって除去した後、酸並びにアルカリ液を用いて、Ｓ
ＣＩ、ＳＡＩより溶出される。本操作は作業効率を考慮
した場合、イオン交換体に吸着したＮＰＮの脱着とイオ
ン交換体の再生は同時に行うことが望ましい。各種、
酸、アルカリによるＮＰＮ溶出力は、イオンの選択係数
と関係して居り、選択係数の大きいものほどＮＰＮ溶出
力は強いと考えられる。三菱化成社が発刊した書籍「ダ
イヤイオン（Ｉ），基礎編」より代表的なイオンを拾っ
てみると、ＳＣＩ；Ｃａ++＞Ｎａ+＞Ｈ+、及びＳＡＩ；
クエン酸イオン＞塩素酸イオン＞Ｃｌ-＞ＯＨ-、となる
（但し濃度が高い場合は逆転）。この知見をもとに、食
品、化粧品、医薬品等に使用できる代表的な酸、アルカ
リ、塩のＮＰＮ溶出力を調ベたところ、ＳＣＩ；２ＮＮ
ａＯＨ＞２ＭＣａＣｌ₂＞２ＮＨＣｌ、及びＳＡＩ；２
ＮＨ₂ＳＯ₄＞１ＮＨ₂ＳＯ₄＞２ＮＨＣＯＯＨとなった
（下記の表３）。

【００２０】

【表３】

【００２１】なお、濃度を２Ｎ以上としても２Ｎとの差
は小で、濃度を更に上げると成分の分解が懸念されるた
めに、避けるベきである。

【００２２】ＮＰＮが飽和状態になるまで吸着したＳＣ
Ｉ、ＳＡＩに対して、それぞれ２ＮＮａＯＨ、２ＮＨ₂
ＳＯ₄を通液した状態では、ＮＰＮの脱着、回収は十分
できない。これは、ＳＣＩ、ＳＡＩにそれぞれ、塩基性
側、酸性側、で溶出し難いＮＰＮが吸着されているもの
と推察される。そこでこれ等イオン交換体からＮＰＮを
脱着、回収、水洗した後、ＳＣＩには酸を、ＳＡＩには
アルカリを作用させて、未回収のＮＰＮを脱着、回収す
る。なお、この操作はこれ等イオン交換体の再生も兼ね
ることが可能である。

【００２３】ＳＣＩ並びにＳＡＩより、酸並びにアルカ
リ剤にて溶出されたＮＰＮ溶出液は混合し、公知の方法
でｐＨ６．０〜７．０に中和した後これを濃縮する。濃
縮方法は、ＲＯ濃縮、加熱濃縮、真空濃縮、フラッシュ
濃縮並びにこれ等を組合せた複合濃縮法のいずれかを採
用する。濃縮されたＮＰＮ溶出液は、ＮＰＮ母液の脱塩
方法と同一方法で脱塩し、ＮＰＮ溶出時並びに中和時添
加した塩類を除去する。脱塩レベルは精製ＮＰＮの用途
に応じて変更する。脱塩後の精製ＮＰＮは、再度濃縮し
てペースト状若しくは乾燥後粉末化して製品とする。こ
こで乾燥は、通気乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥等公知の乾
燥方法を採用し、噴霧乾燥、凍結乾燥以外の乾燥方法を
採用して、ケーキングが起きた時は、粉砕して粉末化す
るとよい。

【００２４】

【作用】精製ＮＰＮは、ＮＰＮ母液をイオン交換体に吸
着させてＮＰＮ以外の成分と分離し、これを溶出、脱
塩、回収して得られる。吸着操作に先立ってＮＰＮ母液
に含まれるＮＰＮよりイオン交換体に吸着しやすいミネ
ラルを電気透析脱塩により除去する。ＮＰＮは（＋），
（−）並びに（＋）と（−）両方の電荷をもつ成分が含
まれる。従って吸着は陽イオン、陰イオン交換体の両者
を利用し、溶出は両方のイオン交換体ともに、酸並びに
アルカリの両者を使用することが好ましい。

【００２５】以下に本発明の実施例について述べる。

【００２６】

【実施例１】７５％電気透析脱塩ホエイをＵＦ処理して
透過液を得、これを固形分１１％に濃縮し、ＮＰＮ母液
とした。この母液はホエイの段階で脱塩を完了している
ため、ＳＣＩを充填したカラムにＳＶ＝３で通液し、イ
オン交換体体積の２０倍相当量（２０ＢＶ）を通液した
後、２ＢＶの水でカラム内のＳＣＩを水洗した。ＳＣＩ
は三菱化成社製Ｄｉａｉｏｎ ＳＫ１Ｂを使用した。Ｓ
ＣＩに未吸着のＮＰＮは全ＮＰＮの４１％であった。水
洗後、２ＢＶの２ＮのＮａＯＨを循環し、延６ＢＶ通液
してＮＰＮを溶出した。後、２ＢＶの水でカラム並びに
ＳＣＩを水洗し、残液を回収した。次いで２ＮのＨ₂Ｓ
Ｏ₄を使って、２ＮのＮａＯＨの時と同様の操作を行い
ＮＰＮを溶出し、水洗により残液を回収した。（本工程
の）アルカリ溶出（水洗水含む）で通液した全ＮＰＮの
３５％を、酸溶出（水洗水含む）では２２％を回収し
た。

【００２７】ＳＣＩを通過したＮＰＮ母液並びに母液の
水洗水はＳＣＩの１．１倍のＳＡＩを充填したカラムに
ＳＶ＝３で通液し、２０ＢＶ通液した後２ＢＶの水でカ
ラム内のＳＡＩを水洗した。ＳＡＩは三菱化成社製Ｄｉ
ａｉｏｎ ＳＡ１０Ａを使用した。ＳＡＩに未吸着のＮ
ＰＮは全ＮＰＮの２４％であった。

【００２８】水洗したＳＡＩに２ＢＶの２ＮのＨ₂ＳＯ₄
を循環し、延６ＢＶ通液してＮＰＮを溶出した。後、２
ＢＶの水でカラム並びにＳＣＩを水洗し、残液を回収し
た。次いで２ＮのＮａＯＨを使って２ＮのＨ₂ＳＯ₄の時
と同様の操作を行い、ＮＰＮを溶出し水洗により残液を
回収した。本工程の酸溶出（水洗水含む）でＮＰＮの９
％を、アルカリ溶出（水洗水含む）では７％を回収し
た。物質収支は図４の通りであった。

【００２９】すなわち全イオン交換体から回収されたＮ
ＰＮは、ＮＰＮ母液の７３％であった。これ等ＮＰＮ溶
出液を混合し、中和後、電気透析脱塩したところ、固形
分当り、７４％のＮＰＮ（Ｎ×６．３８）を含むＮＰＮ
溶液が得られた。

【００３０】

【実施例２】甘性ホエイをＵＦ処理して透過液を得、こ
れを固形分３０％に濃縮してＮＰＮ母液とした。このＮ
ＰＮ母液を旭化成社製イオン交換膜（Ｋ−１７２／Ａ−
１７２）を用いて１価イオンを９８％脱塩した後、旭ガ
ラス社製イオン交換膜（ＣＳＶ／ＡＳＶ）を用いて２価
イオンを８５％脱塩した。この脱塩ＮＰＮ母液を実施例
（１）に準じてイオン交換体を用いてＮＰＮを精製し
た。物質収支は図５の通りで、得られた精製液のＮＰＮ
含量は、固形分当り７３％（Ｎ×６．３８）である。

【００３１】

【実施例３】甘性ホエイを出発原料とし、これをＵＦ処
理して得られた透過液を５０％（ＴＳ）に濃縮した。こ
の濃縮液を５℃に冷却し、乳糖を析出させた後、連続デ
カンターを使って結晶乳糖を豊富に含む画分と、結晶乳
糖の少ない画分に分離した。結晶乳糖を含まない画分を
加温後、固形分３５％になるまで濃縮し、ＮＰＮ母液と
した。この母液を実施例（１）並びに（２）の要領でＮ
ＰＮを精製し、凍結乾燥して粉末化した。本品の組成は
水分５．２％、ＮＰＮ（Ｎ×６．３８）７１％、灰分２
４％、糖質０．０％となった。

【００３２】

【発明の効果】牛乳に含まれるＮＰＮの中には種々の生
理活性物質が多量に含まれる。しかし、従来のＮＰＮ精
製物には乳糖等多くの不純物を含むため、医薬品や化粧
品原料としての活用は不可能であった。本発明によりこ
うした不純物を除去して、精製することにより、特定保
健用食品、医薬品、化粧品原料として利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＰＮの回収に及ぼす強酸性カチオン交換樹脂
による脱塩の影響を図示したものである。

【図２】同じく強塩基性アニオン交換樹脂による脱塩の
影響を図示したものである。

【図３】強塩基性アニオン交換樹脂の処理量に及ぼす強
酸性カチオン交換樹脂処理の影響を図示したものであ
る。

【図４】実施例１におけるＮＰＮの物質収支を図示した
ものである。

【図５】実施例２におけるＮＰＮの物質収支を図示した
ものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑 田 有 東京都東村山市栄町１−21−３ 明治乳 業株式会社 中央研究所内 (72)発明者 山 本 良 郎 東京都東村山市栄町１−21−３ 明治乳 業株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−54637（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−240437（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−143351（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−261343（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−356159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A23C 9/142 A23C 9/144 A23C 9/146 A23C 21/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非蛋白態窒素成分（ＮＰＮ）含有成分を
   そのまま若しくはその限外濾過透過液を、予め電気透析
   脱塩処理したＮＰＮ含有原料の場合はそのままＮＰＮ母
   液とし、またそうでない場合は電気透析脱塩処理した後
   にＮＰＮ母液とし、次いでＮＰＮ母液を陽イオン交換樹
   脂処理及び陰イオン交換樹脂処理して、各々の樹脂にＮ
   ＰＮを吸着せしめ水洗した後にＮＰＮを樹脂より脱着せ
   しめることを特徴とする非蛋白態窒素成分の精製法。
2. 【請求項２】 電気透析脱塩処理が、１価イオンの選択
   透過が可能なイオン交換膜処理をし、次いで２価イオン
   の選択透過が可能なイオン交換膜処理をする請求項１に
   記載の精製法。
3. 【請求項３】 限外濾過透過液として、限外濾過処理で
   得られる透過液、該透過液の濃縮液、及び／又は該透過
   液から乳糖を分離した後の液体を使用することを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載の精製法。
4. 【請求項４】 ＮＰＮ含有原料が、牛乳、その濃縮物及
   びその粉末；脱脂乳、その濃縮物及びその粉末；ホエ
   イ、その濃縮物及びその粉末；牛乳、脱脂乳、もしくは
   ホエイの電気透析脱塩物、その濃縮物及びその粉末；ホ
   エイの限外濾過処理で得られた透過液から乳糖製造時副
   産物として得られる母液、その濃縮物及びその粉末；か
   らなる群から選ばれるものであり、必要あれば、濃縮物
   の場合は希釈し、また粉末の場合は溶解することを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の精製法。