JP6546578B2 - 藻類から脂溶性成分を抽出する方法 - Google Patents
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Description
具体的には、β−カロテンは強力な抗酸化作用を有するため、化粧品に加えると美肌効果、アンチエイジング効果が期待でき、食品として摂取すれば動脈硬化や生活習慣病の予防につながる。
β−カロテンを体内に取り込めば必要量に応じてビタミンAに変換されて使用される。
しかし、一般に、カロテノイドやEPA等の脂溶性成分を産生する細胞であっても、細胞中に含まれる脂溶性成分の含量は低く、例えば、一般に食用に供される海藻中に含まれるフコキサンチンは、湿重量あたり0.2mg/g以下と極めて微量である。
よって、有効な機能性を発揮する量の脂溶性成分を得るためには、エタノールなど水に相溶性を有する有機溶媒を用いた後、様々な方法を用いて濃縮し、油脂に可溶化する必要があり、大量の原料を必要とするうえ手間がかかるという問題点があった。
このため、藻類から脂溶性成分を効率よく、簡便に抽出できる方法の開発が求められている。
さらに、フコキサンチンは時間の経過とともに分解しやすい物質である。このため、フコキサンチンを長期間安定して保存できる抽出方法が求められている。
その中には、物理的に細胞を破砕して細胞に含まれる脂溶性成分を取り出す方法がある。
例えば、特許文献1には微細藻類を含む分散液に二酸化炭素を溶解させ、高圧分散装置により剪断力を加えることで微細藻類を破砕して脂質を抽出する方法が記載されている。しかし、特許文献1記載の方法では分散液に含まれる溶媒として水を用いており、脂質を分離するためにはその後溶媒抽出、遠心分離、静置処理、及び/又はカラムクロマトグラフィー等を行う必要があり、時間と手間を要するという問題点を有する。
特許文献2記載の方法では酵素水溶液中で脂溶性成分を抽出しているため、その後水溶液から脂溶性成分を分離する必要があり、分離に手間と時間がかかるという問題点を有する。
特許文献3では、抽出した油脂等をそのまま化粧品に用いた実施例が記載されているものの、食品として用いるにはその後滅菌操作等を行う必要があるため、抽出後の処理に時間と手間を要するという問題点を有する。さらに、特許文献3記載の方法では油脂中に抽出された脂溶性成分は均一に分散していないため、その後食品や化粧品に加える際に正確な濃度で加えることが難しいという問題点を有する。
微粒化処理することで珪藻類の細胞壁を破壊し、効率よくフコキサンチンを抽出することができる。
微粒化処理した溶液を液中プラズマ処理することで、静電反発の作用によって再凝集が防止されるとともにフコキサンチンの中鎖脂肪酸中での分散安定性が向上する。また、プラズマ中の荷電粒子の衝突による細菌の破壊や滅菌の効果もある。
さらに、液中プラズマ処理をする前に微粒化処理した溶液にエアを供給することで放電しやすい環境を作り、静電反発の作用を溶液中の微粒子に行き渡らせることが容易になる。
中鎖脂肪酸、つまり食用油を使用することで、最終的に得られた抽出物をそのまま食品や化粧品組成物に添加することができる。
以下、本発明に係る脂溶性成分について説明する。
本発明で用いる藻類は、フコキサンチンを含有するものであれば特に制限されないが、フコキサンチンは褐藻やその他の不等毛藻に存在して茶色−オリーブ色を呈するとともに、葉緑体において光合成の補助色素として機能している。特に、褐藻類や珪藻類中のカロテノイドの大部分がフコキサンチンである。そこで、フコキサンチンを比較的多く含む褐藻綱に属する海藻および珪藻綱に属する珪藻類が好ましい。
ホンダワラは褐藻綱ホンダワラ科ホンダワラ属の海藻の1種であり、本州、四国、九州、朝鮮半島等に分布している。1年生で、1−2mの長さになる。柔軟質で、葉は披針形をしており切れ込みがある。楕円や倒卵形の気泡を有することで浮力を得て流れ藻となる。古くから食用や肥料、飾り物として用いられていた。
アカモクは褐藻綱ホンダワラ科ホンダワラ属に属する海藻である。北海道(東部を除く)から日本全土の漸深帯(浅海)に分布し、朝鮮半島、中国及びベトナム北部にまで分布する。1年生で、秋から冬に生長し、4−7mの長さに達する。雌雄異株である(まれに雌雄同株の個体がある)。
本発明において、低極性溶媒は特に限定されないが、中鎖脂肪酸、大豆油、菜種油、紅花油、コーン油、綿実油、ごま油、オリーブオイル、ヤシ油、パーム油、チアシードオイル、ひまわり油、米油及びグレープシードオイルが含まれる。使用目的に応じて上記より選択し用いることができる。
脂肪酸とは、長鎖炭化水素の1価のカルボン酸であり、一般的に、炭素数5−12個のものを中鎖脂肪酸と呼ぶ。中鎖脂肪酸は、乳製品やパーム油、ココナッツ油などに多く含まれている。不飽和脂肪酸に比べて飽和脂肪酸は酸化臭が少なく、濁りも少ないことから、本発明において好適に利用できる。中鎖脂肪酸は、長鎖脂肪酸と比較して水溶性が高いため体内に吸収されやすく、酸化臭が少ないことから、本発明において好適に利用できる。
本発明において、藻類から脂溶性成分を抽出する方法は、(1)藻類を粉砕する工程、(2)粉砕した藻類に低極性溶媒を添加してなる溶液を作製する工程、(3)該溶液を湿式微粒化処理して抽出物を得る工程、を含む。
低極性溶媒中で微粒化処理する「湿式微粒化処理」を行うことで、溶媒を水等の極性溶媒を使用した場合のように極性溶媒から脂溶性成分を分離する必要がなく、脂溶性成分が低極性溶媒に溶解するため、抽出処理後の抽出物をそのまま食品や化粧品組成物に使用することができる。微粒化処理したことで抽出物中の脂溶性成分の濃度が高い(1.5mg/g程度)ため、濃縮工程を経ることなく、そのまま食品や化粧品組成物に使用することができる。
また、さらに高濃度(例えば5−10mg/g)でフコキサンチン等の脂溶性成分を抽出したい場合、一度湿式微粒化処理をした結果得られた抽出物に、さらに藻類を加えて再び湿式微粒化処理をする、という工程を繰り返すことで、さらに高濃度(例えば5−10mg/g)で脂溶性成分を含む抽出物を得ることができる。
湿式微粒化処理の前処理として、藻類を粗く粉砕することが望ましい。予め粗く粉砕することで湿式微粒化処理にかける時間を短縮でき、湿式微粒化処理を行う装置にかける負担を軽減できる。
粉砕するための装置は特に限定されず、ミルを使用して粉砕しても、圧力を利用して粉砕しても良く、粉砕刃による衝撃粉砕であっても良い。粉砕機構としてボールミル、ロッドミル、SAGミル、自生粉砕ミル、高圧粉砕ロール、縦軸インパクタミル、ジェットミル等が挙げられる。
粉砕した後の藻類の粒径は1mm以下が望ましい。
低極性溶媒を入れた状態で微粒化処理することで、藻類の細胞中の脂溶性成分が低極性溶媒中に放出される。
湿式微粒化処理として湿式ジェットミル、超音波振動による分散、ビーズミル等の粉砕用媒体を使用した湿式の機械的接触式粉砕等が挙げられる。この発明においては湿式ジェットミルがより好ましく採用できる。
高圧ノズルからの圧力は特に限定されないが、15から500MPaの間で調整し、必要に応じて高圧ノズルから溶液を所定の圧力で高圧噴射する作業を複数回繰り返しても良い。このように使用することで、藻類を所望のメジアン径の粒子とすることが容易にできる。
つまり、高圧噴射処理装置の物理的作用による分散と液中プラズマ処理による改質作用が連続的に行われる構成となり、これらの相乗効果によって再凝集が防止されるとともに分散安定性が向上する。また、プラズマ中の荷電粒子の衝突による細菌の破壊や滅菌の効果もある。
液中プラズマ処理の前にエアを供給することが好ましい。エアを供給することにより、気泡中で放電されるため、プラズマ処理の効果が溶液中に均一に行き渡る。
繰り返す回数は1−30回であることが好ましい。30回を超えても、それ以上脂溶性成分の抽出効率は向上しないためである。
さらに、抽出物中には高濃度の脂溶性成分が含まれている。例えば、上記方法であればフコキサンチンの濃度が1.5mg/g以上となる。
(実施例1)
原料に用いる珪藻類(Phaeodactylum tricornutum)はf/2培地を用いて培養した。培養は、22℃の恒温室内で500Lの水槽(ポリカーボネート製)を用い100μmol m−2 S−1(明期24時間)にて10日間培養した。
得られた培養液は遠心分離(3,000rpm、10分間)に供し、上清を除去し沈殿物として珪藻を回収した。回収した珪藻は中鎖脂肪酸(パナセート810、日油株式会社製)と重量比1:1となるように混ぜ合わせた。
その後この混合物を、高圧ノズルの圧力を250MPaとした湿式ジェットミルに4回供し、抽出物を得た。
得られた抽出物を遠心分離(3000rpm、10分間等)して、脂溶性成分を含む上清を脂肪酸が溶解する抽出液として回収した。
抽出液約1gをメタノールに溶解後、超音波装置にて5分間処理し、その後100mLに定容した。これを実施例1とした。
原料に用いる珪藻類(Phaeodactylum tricornutum)はf/2培地を用いて培養した。培養は、22℃の恒温室内で500Lの水槽(ポリカーボネート製)を用い100μmol m−2 S−1(明期24時間)にて10日間培養した。
得られた培養液は遠心分離(3,000rpm、10分間)に供し、上清を除去し沈殿物として珪藻を回収した。
回収したサンプル13.80gを同重量のエタノールで10分間超音波処理した。得られた混合物を遠心分離(3000rpm、10分間)して、脂溶性成分を含む上清を脂肪酸が溶解する抽出液として回収した。抽出液約1gをメタノールに溶解後、超音波装置にて5分間処理し、その後100mLに定容した。これを比較例1とした。
実施例1及び比較例1のフコキサンチンの抽出効率を測定するために、HPLCカラムを用いた液体クロマトグラフィー分析を行った。分析の条件は以下の通りである。
・装置 LC−20AT、及び紫外可視吸光光度計 SPD−20A
(株式会社島津製作所製)
・カラム Tosoh TSK−Gel ODS−80TM
Φ4.6mm×250mm(東ソー株式会社製)
・移動相 メタノール:水=90:10
・流量 1.0ml/分
・カラム温度 40℃
・SPD−20A解析波長 450nm
つまり、本発明の抽出方法は、従来のエタノールによる抽出よりもフコキサンチンの抽出効率が高いことがわかった。
(比較例2、及び実施例2−4)
原料に用いる珪藻類(Phaeodactylum tricornutum)はf/2培地を用いて培養した。培養は、22℃の恒温室内で500Lの水槽(ポリカーボネート製)を用い100μmol m−2 S−1(明期24時間)にて10日間培養した。
得られた培養液は遠心分離(3,000rpm、10分間等)に供し、上清を除去し沈殿物として珪藻を回収した。
回収した珪藻2,400gを400gの中鎖脂肪酸(パナセート810、日油株式会社製)と混ぜ合わせ、その後0回、1回、3回、4回湿式微粒化処理した。これらをそれぞれ比較例2、実施例2、3、4とした。この時のフコキサンチンの濃度を以下の表2に示す。
本発明を冷凍(−20℃)、冷蔵(4℃)、常温(25℃)暗所下で保管し、1か月後のフコキサンチン濃度を測定した。
原料に用いる珪藻類(Phaeodactylum tricornutum)はf/2培地を用いて培養した。培養は、22℃の恒温室内で500Lの水槽(ポリカーボネート製)を用い100μmol m−2 S−1(明期24時間)にて10日間培養した。
得られた培養液は遠心分離(3,000rpm、10分間等)に供し、上清を除去し沈殿物として珪藻を回収した。
回収した珪藻約1kgに同重量の中鎖脂肪酸を添加し、高圧ノズルの圧力を250MPaとした湿式ジェットミルによる処理を4回繰り返した。これを実施例5とした。
1か月保管後、実施例5のフコキサンチン濃度は冷凍保管で2.35mg/g、冷蔵保管で2.25mg/g、常温保管で2.30mg/gであった。同じく2か月保管後の実施例5のフコキサンチン濃度は冷凍保管で2.42mg/g、冷蔵保管で2.34mg/g、常温保管で2.30mg/gであった。
つまり保存率は2か月間経過しても冷凍で82%以上、冷蔵で78%以上、常温で80%であった。
いずれの保存方法でも、8割程度のフコキサンチンが保存されることがわかった。
つまり、本発明の抽出方法でフコキサンチンを抽出すると、フコキサンチンの保存率が高い脂溶性成分高濃度含有抽出物を得ることができる。
Claims (4)
- 珪藻類からフコキサンチンを1.5mg/g以上の濃度で抽出する方法であって、
(1)珪藻類を粉砕する工程、
(2)粉砕した珪藻類に中鎖脂肪酸を添加してなる溶液を作製する工程、及び
(3)該溶液を湿式微粒化処理して抽出物を得る工程
を含み、
湿式微粒化処理が、
(a)該溶液を高圧ノズルから高圧噴射し微粒化処理する工程、
(b)微粒化処理した溶液にエアを供給する工程、
(c)エアを供給することによって形成された気泡中で放電させ、液中プラズマ処理し、フコキサンチンを含む抽出物を得る工程、
を含むことを特徴とする、方法。 - 湿式微粒化処理によって形成された粒子の5%以上が粒径1μm−100μmの範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 珪藻類と中鎖脂肪酸のみからなり、珪藻類由来のフコキサンチンの濃度が1.5mg/g以上であり、2か月保存してもフコキサンチンの保存率が78%以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法により製造された、フコキサンチン含有抽出物。
- 請求項3に記載のフコキサンチン含有抽出物を含む食品又は化粧品組成物。
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