JP2009153449A

JP2009153449A - 有用物の製造方法

Info

Publication number: JP2009153449A
Application number: JP2007335340A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshida; 弘之吉田
Original assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University
Current assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】簡単な処理で、タマネギなどの廃棄処理が問題となっている植物系材料から、糖類をはじめとする有用物を効率よく製造する方法の提供。
【解決手段】タマネギを亜臨界水または超臨界水を用いて分解処理することにより、バイオマスから製造されるエタノールの原料となるグルコースなどの糖類、ケルセチン、その他の有用な有機酸、アミノ酸などを製造する方法。前記タマネギが、タマネギの皮または鱗茎である、有用物の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、タマネギから有用物を製造する方法に関する。

バイオマスから製造されるエタノールは、二酸化炭素の排出削減に直結するガソリン添加剤として極めて重要な低級アルコール燃料である。現在、多くのエタノールは、トウモロコシなどの穀類から得られている。

しかし、穀類を原料とするエタノールの製造は、穀類の高騰を生じ望ましくない。このため、廃木材、間伐材、古紙などの木質原料から、糖を生産することが試みられている（例えば、特許文献１、２参照）。この糖を用いて、エタノールを得ることが行われている。

特許文献１には、廃木材などを糖化するための前処理として、原料の微粉化とリグニン処理をする方法が開示されている。

また、特許文献２には、多糖類系バイオマスを亜臨界流体などで処理し、糖類を生産する際に、前工程として、酸またはアルカリ処理をしてリグノセルロースを分解することが記載されている。

このように木質材料から糖を生産する場合には、リグニンなどを除去する必要があり、工程が複雑になる。このため、前処理を必要とせずに、植物材料から糖を得ることは極めて重要である。

一方、通常野菜として用いられるタマネギは、わが国において、平成１８年度で１，１５８，０００トン収穫され、出荷量は１，０１４，０００トン出荷されている。出荷できないタマネギの廃棄処理が問題となっている。

特開２００６−１４９３４３号公報特開２００６−２２３１５２号公報

すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な処理で、植物系材料から、糖類をはじめとする有用物を効率よく製造する方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、タマネギを亜臨界水または超臨界水を用いて分解処理することにより、グルコースなどの糖類、ケルセチン、その他の有用な有機酸、アミノ酸などを製造できることを見出し、本発明を完成した。

前記タマネギは、タマネギの皮または鱗茎であればよい。

本発明は、超臨界状態または亜臨界状態の水を用いて、タマネギを分解処理することで、グルコースなどの糖類、ケルセチンなどのフラボノイド、その他の有用な有機酸、アミノ酸、オリゴペプチドなどを製造する製造方法を提供することができる。
特に、亜臨界状態の条件を選択することで、タマネギの鱗茎の乾燥重量の約７０％が、全糖になる。したがって、これを原料に、エタノールなどの原料とすることができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。

［タマネギ］
本発明の有用物の製造方法に用いるタマネギは、ネギ科の多年草の植物である。このうち、原料として用いるのは、廃棄される皮または食用にされる鱗茎の部分である。タマネギでは、皮の部分がタマネギ全体の約８％、鱗茎の部分がタマネギ全体の約８９％を占める。したがって、これらを有効に利用できれば、タマネギのほとんどの部分が処理できるので、好ましい。皮または鱗茎のいずれを用いるかは、製造目的により異なる。両方同時に用いてもよい。例えば、糖類、有機酸、アミノ酸などを得る場合には、鱗茎を用い、ケルセチンなどを得る場合には、皮を用いるなどである。

タマネギは、直接または破砕・粉砕処理をした状態で、反応器に供給されるとよい。また、必要に応じて事前に乾燥処理を行ってもよい。

［分解条件］
本発明の有用物の製造方法においては、タマネギを亜臨界状態または超臨界状態の水と接触させて分解することにより行う。タマネギと、亜臨界状態または超臨界状態の水との混合比は、特に制限されないが、タマネギ（乾燥物換算）１質量部に対して、水を５〜３０質量部、好ましくは１０〜２５質量部の範囲であるとよい。本発明の方法において、反応は、バッチ式であっても、連続式であってもよい。

ここで、水の超臨界状態とは、温度及び圧力が臨界点（３７４℃、２２ＭＰａ）以上の状態にあることを言い、水の亜臨界状態とは、臨界点以下の高温の水（３７４℃以下の水）で飽和蒸気圧曲線で示される圧力以上の状態の水を言う。例えば３７４℃以下、２２ＭＰａ以上の状態、あるいは３７４℃以下、２２ＭＰａ未満であっても飽和蒸気圧曲線が示す圧力以上の高温高圧水をいう。処理温度は、処理後に得る糖や有機酸などの種類によって適宜選択すればよい。例えば、二糖類であるショ糖を多く製造する場合は、１６０℃以下、グルコース、フルクトースなどの単糖類を多く製造する場合は、１００℃〜１６０℃の水の亜臨界状態で処理すればよい。有機酸を多く製造する場合は、２００℃以上の水の亜臨界状態で処理すればよい。グルタチオンを得る場合は、１３０℃〜１５０℃の水の亜臨界状態で処理すればよい。ケルセチンを得る場合は、１３０℃〜１５０℃の水の亜臨界状態で処理すればよい。

反応時間は、処理温度、処理物の種類、処理後に得られる製造物の種類により適宜設定すればよく、例えば、１分以上、１０分以下である。

反応器から流出した熱水は、得られた有機酸が過度に加水分解するのを防ぐために、直ちに冷却するのが好ましい。得られた製造物は、常法に従って、分離回収する。

このように、タマネギの亜臨界水処理により、単糖類、二糖類などの糖類、有機酸、アミノ酸、ケルセチンなどのフラボノイド、グルタチオンなどのオリゴペプチドなどが得られる。糖類が多く得られる条件で、分解した場合は、アルコール発酵を行い、エタノールなどの原料とすることができる。抗炎症剤ケルセチンなどのフラボノイド、抗酸化剤であるグルタチオンなどのオリゴペプチドなど、薬理作用を有する物質が得られた場合は、これらの薬剤やサプリメントの原料にすることもできる。

さらに、タマネギの亜臨界水処理物は、甘い臭いがし、玉葱独特の臭いはなくなる。。また、原料は、本来食用にできる。したがって、タマネギの亜臨界水処理物自体を発酵させ、機能性の食品として利用することもできる。この場合にも、ケルセチン、グルタチオンなどを含んでいるので、有効な健康食品として利用できる。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
タマネギの鱗茎１００ｋｇ（含水量９０．７ｋｇ）を原料に用いた。タマネギの乾燥基準で鱗茎１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した。この反応管を、それぞれ、８０℃、１００℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１６０℃、２００℃、２２０℃、２４０℃、２７０℃、３２０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、５分間保持して、分解反応を行った。分解物中の糖分を測定した。結果を図１に示す。

図１において、横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、乾燥原料に対する糖の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を示す。また、全糖の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）は、左の縦軸に、各糖の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）は、右の縦軸による。▽はグルコースを、△は、フルクトースを、□は、スクロースを、■は、全糖を示す。図１から、フルクトース、グルコースは、１３０〜１６０℃の亜臨界水処理で、それぞれ約０．２５（ｋｇ／ｋｇ−乾燥原料）と高い収率で製造されることがわかる。また、１６０℃以上で処理をすると、糖は分解していくことがわかる。１６０℃までの亜臨界水処理で、乾燥基準原料の約７０％が糖に転換したことがわかる。

具体的には、１３０℃の亜臨界水処理で、含水量９０．７ｋｇのタマネギの鱗茎１００ｋｇから、グルコース２．５４７ｋｇ、フルクトース２．３３７ｋｇ、スクロース１．３２９ｋｇ、１６０℃の亜臨界水処理で、グルコース２．４１６ｋｇ、フルクトース２．０１６ｋｇ、スクロース０．７６３ｋｇが得られた。

上記分解物の有機酸の生成量を測定し、収率を求めた。結果を図２に示す。収率横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、初期グルコース（ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）に対する有機酸の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）を示す。また、図２（ａ）において、▼は、ピルビン酸を、▲は、グリコール酸を、■は、Ｌ−乳酸を、◆は、ギ酸を、●はピログルタミン酸を示す。図２（ｂ）において、▼は、クエン酸を、▲は、リンゴ酸を、■は、酢酸を。◆は、レブリン酸を示す。図２から、有機酸は、高温になるほど、収率が増加するものが多いが、これは、糖が分解することにより得られると考えられた。

具体的には、１６０℃の亜臨界水処理で、含水量９０．７ｋｇのタマネギの鱗茎から、０．２５ｋｇの有機酸が、３２０℃の亜臨界水処理で、含水量９０．７ｋｇのタマネギの鱗茎から、０．９６９ｋｇの有機酸が得られた。

上記分解物のアミノ酸の生成量を測定し、収率を求めた。結果を図３に示す。収率横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、初期グルコース（ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）に対する有機酸の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）を示す。また、図３（ａ）において、▼は、メチオニンを、▲は、イソロイシンを、■は、フェニルアラニンを、◆は、ヒスチジンを、示す。図３（ｂ）において、▼は、スレオニンを、▲は、リシンを、■は、チロシンを、◆は、ロイシンを、示す。図３（ｃ）において、▼は、アスパルギン酸を、▲は、セリンを、■は、アラニンを、◆は、バリンを、示す。図３から、アミノ酸は、１６０℃付近で最大収率を示すことがわかる。

具体的には、１２０℃の亜臨界水処理で、含水量９０．７ｋｇのタマネギの鱗茎１００ｋｇから、０．６８６ｋｇのアミノ酸が、１６０℃の亜臨界水処理で、含水量９０．７ｋｇのタマネギの鱗茎から、０．３９７ｋｇの有機酸が得られた。

（実施例２）
タマネギの皮１００ｋｇ（含水量１２．３ｋｇ）を原料に用いた。乾燥基準でタマネギの皮１質量部に対して、純水１６質量部を反応管（ＳＵＳ３１６）に充填して密閉した。この反応管を、それぞれ、８０℃、１００℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１６０℃、２００℃、２２０℃、２４０℃、２７０℃、３２０℃の恒温槽に浸漬して急激に加熱し、５分間保持して、分解反応を行った。分解物中の糖分を測定した。結果を図４に示す。

図４において、横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、乾燥原料に対する糖の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｄｒｙｓａｍｐｌｅ）を示す。また、▽はグルコースを、△は、フルクトースを、□は、スクロースを、■は、全糖を示す。図４から、タマネギの皮においては、１８０℃付近の亜臨界水処理で、グルコースが、高い収率で製造されることがわかる。１８０℃までの亜臨界水処理で、乾燥基準原料の約７％が糖に転換した。

具体的には、１４０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮１００ｋｇから、２．４８６ｋｇの全糖（グルコース０．５６６ｋｇ、フルクトース０．０６１６ｋｇ、スクロース０．０１４ｋｇ）が、１８０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮から、６．３８７ｋｇの全糖（グルコース０．７６６ｋｇ、フルクトース０．２０１ｋｇ、スクロース０．０２２９ｋｇ）が得られた。

上記分解物の有機酸の生成量を測定し、収率を求めた。結果を図５に示す。収率横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、初期グルコース（ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）に対する有機酸の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）を示す。また、図５（ａ）において、▼は、ピルビン酸を、▲は、グリコール酸を、■は、Ｌ−乳酸を、◆は、ギ酸を、●はピログルタミン酸を示す。図５（ｂ）において、▼は、クエン酸を、▲は、リンゴ酸を、■は、酢酸を。◆は、レブリン酸を示す。図５から、有機酸は、高温になるほど、増加していることがわかる。これは、糖が分解することにより得られると考えられた。

具体的には、１６０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮１００ｋｇから、０．１０８ｋｇの有機酸が、３２０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮１００ｋｇから、８．６３８ｋｇの有機酸が得られた。

上記分解物のアミノ酸の生成量を測定し、収率を求めた。結果を図６に示す。収率横軸を分解処理温度（℃）を、縦軸は各処理温度における、初期グルコース（ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）に対する有機酸の生成収率（ｋｇ／ｋｇ−ｉｎｉｔｉａｌ−ｇｌｕｃｏｓｅ）を示す。また、図６（ａ）において、▼は、メチオニンを、▲は、イソロイシンを、■は、フェニルアラニンを、◆は、ヒスチジンを、示す。図６（ｂ）において、▼は、スレオニンを、▲は、リシンを、■は、チロシンを、◆は、ロイシンを、示す。図６（ｃ）において、▼は、アスパルギン酸を、▲は、セリンを、■は、アラニンを、◆は、バリンを、示す。図６から、アミノ酸は、１６０℃付近で最大収率を示すことがわかる。

具体的には、１４０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮１００ｋｇから、０．０１３９ｋｇのアミノ酸が得られた。

上記分解物の油層からケルセチンを抽出し、液体クロマトグラフィーにより、生成量を求めた。１４０℃の亜臨界水処理で、含水量１２．３ｋｇのタマネギの皮１００ｋｇから、３．０７９ｋｇのケルセチンが得られた。このことから、タマネギの皮を亜臨界水処理することで、高濃度のケルセチンが獲られることがわかった。

図１は、タマネギの鱗茎を温度を変えて亜臨界水処理をしたときの糖の収率を示すグラフである。図２は、タマネギの鱗茎を温度を変えて亜臨界水処理をしたときの有機酸の収率を示すグラフである。図３は、タマネギの鱗茎を温度を変えて亜臨界水処理をしたときのアミノ酸の収率を示すグラフである。図４は、タマネギの皮を温度を変えて亜臨界水処理をしたときの糖の収率を示すグラフである。図５は、タマネギの皮を温度を変えて亜臨界水処理をしたときの有機酸の収率を示すグラフである。図６は、タマネギの皮を温度を変えて亜臨界水処理をしたときのアミノ酸の収率を示すグラフである。

Claims

タマネギを亜臨界状態または超臨界状態の水と接触させて分解し、有用物を製造する有用物の製造方法。
前記タマネギが、タマネギの皮または鱗茎である、請求項１に記載の有用物の製造方法。
前記有用物が、糖類またはケルセチンである、請求項１または２に記載の有用物の製造方法。