JP2011050338A - 未利用有機物を用いた有用カビ類菌発酵物による高機能性素材の生産方法及び未利用有機物のリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】古米や食品残さのおから、焼酎粕、醤油粕等の食品関連産業や農業から排出される未利用有機物から、高効率でかつ安価に免疫賦活成分や抗酸化成分を産出又は増殖させる方法、及び免疫賦活成分や抗酸化成分を含む高機能性素材を安全性と安心性の高いリサイクル物として、前記の未利用有機物から安価に得ることができるリサイクル方法を提供する。
【解決手段】食品関連産業や農業から排出される未利用有機物を培地にカビ菌類である冬虫夏草属菌、好適には冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いて培養発酵させ、免疫賦活成分や抗酸化成分を産出或いは増殖し、４０℃〜５０℃の省エネルギーな抽出温度で機能性成分の活性を失うことなく高機能性成分を効率的に抽出する方法。抽出時に発生する約８０％以上の残さは、若干の高機能性成分を含んでいるため、乾燥させリサイクル物、具体的には、飼料として再利用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、食品関連産業や農業から排出される未利用な有機物をカビ類菌の冬虫夏草属菌、好適には冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いて、免疫賦活成分や抗酸化成分等の有益な高機能性成分を大幅に増加させ、製薬や機能性食品などへの素材、或いは機能性飼料素材として再利用するための循環システムの構築技術に関する。

ここで、未利用有機物としては、古米やおから、焼酎粕、醤油粕、野菜くず等の食品残さ等がある。

環境問題や飼料自給率の向上への必要性などから、未利用な有機物のリサイクル率の向上が求められている。しかし、既存技術は堆肥化や飼料化が主流となっているが、品質が安定せず、農家畜産で使用されないまま多くは倉庫や野積み状態となっている。その為、食品関連産業から排出される食品残さ平均リサイクル率は、現在でも５０％以下となっており、リサイクル率を高める新たな技術が求められている。

また、高齢化が進み医療費の高騰が問題となっていることから、経済的で安全、安心な製薬や機能性食品、サプリメントが求められている。

さらに、畜産業や養蚕業では、抗菌性物質に依存しない安全・安心で経済的な飼料の開発が求められている。

未利用な有機物のリサイクル技術として、特許文献１には、有機性残渣を高温で殺菌したのち乳酸菌（天然由来の一般的な物）、酵素（パパイヤ酵素）を加え発酵加工したものに単味飼料を混合し乳酸発酵させ飼料効率と吸収効率、保存性を高めることを特徴とする家畜用有機性残渣飼料の有機性残渣の保存及び製造方法並びに焼酎廃液に天然由来添加物（ｐＨ４程度のギ酸）を加え保存性を高めることを特徴とする家畜用有機性残渣飼料の焼酎廃液の保存及び製造方法がある。

冬虫夏草の培養方法として、食用ともなりえるものを培地に米又はトウモロコシ（特許文献２）、玄米と昆虫組織体（特許文献３）、食酢・食酢もろみ及び食酢もろみ酢（特許文献４）、おが屑・コーンコブ粉砕物・米糠、豆皮・さなぎ粉・魚粉・煮干粉（特許文献５）の使用例がある。

冬虫夏草の有効成分の抽出技術として、特許文献６には、事前に超音波で１０μｍ以下に粉砕後、プロテアーゼ又はセルラーゼで酵素処理し、１２０℃の熱水で抽出する抽出方法がある。

特開２００７−１４３５３９号公報 特開２００４−２４２５０７号公報 特開２００３−１１６５２２号公報 特開２００３−１１６３４２号公報 特開平９−６２号公報 特開２００２−２６２８２０号公報

特許文献１に記載されたリサイクル技術は、用途が飼料に限られる。また、乳酸菌発酵による腐敗防止効果、パパイヤ酵素（パパイアプロテアーゼ）の添加は、タンパク質分解による吸収効果が期待できるが、免疫賦活効果は期待できない。また、未利用有機物のリサイクル用途も限定的となる。

特許文献２〜特許文献５の培養方法の培地は、食用ともなる玄米やトウモロコシ、食酢、コーンコブ粉砕物、魚粉、煮干粉を使用しており、食料自給率への影響や経済的な課題が残る。

食用になり得ない培地に、さなぎ粉（特許文献５）や昆虫組織体（特許文献３）の事例があるが、限定的なものとなっている。

あるいは、食品残さの食酢もろみ酢（特許文献４）、米糠、豆皮（特許文献５）の使用例があるが、限定的なものとなっている。

特許文献２〜５に記載の発明は、薬理活性、生理活性又は代謝作用を高めるための成分を有する冬虫夏草の培養方法に関するものであり、培地として食用となるものや昆虫などを使用していることから、冬虫夏草の培養方法の培地として食品関連産業や農業から排出される未利用な有機物を優先的に使用して、前記の未利用な有機物のリサイクル率を向上させることを目的としたものではない。また、特許文献２及び特許文献４には、冬虫夏草としてCordyceps militarisが実施例に記載されているが、前記の未利用な有機物を培養用の培地として適用したときの好適な冬虫夏草については開示されていない。特許文献３及び特許文献５にも、前記の未利用な有機物を培養用の培地として適用したときの好適な冬虫夏草について具体的に記載されていない。このように、従来技術では培地として前記の未利用な有機物だけを用いて冬虫夏草を培養発酵した場合に免疫賦活活性や抗酸化成分の高機能性素材を産出又は増殖できること、及び冬虫夏草を前記の未利用な有機物のリサイクル技術に適用できることは知られていなかった。

特許文献６に記載された有効成分の抽出技術は、前処理に高価な超音波粉砕装置を必要としており、また、高価なプロテアーゼ又はセルラーゼという酵素による酵素処理を行っており、経済的な課題が残る。また、抽出に１２０℃の熱水を使用するため、エネルギーコストがかかると同時に、有益な成分の活性が失われる可能性がある。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、培養用の培地として食品関連産業や農業から排出される未利用な有機物を適用したときに、少なくとも、固体及び液体培養によって純化したカビ類菌である冬虫夏草の菌糸体、好適には生理活性の高い冬虫夏草Cordyceps sinensisの菌糸体を用いることを特徴とする。該Cordyceps sinensisの菌糸体を高温殺菌された古米やおから、焼酎粕、醤油粕、野菜くず等の食品残さ等の未利用有機物に接種し、２０℃〜２８℃、湿度は８０％以上の暗室で１０日〜２５日間培養発酵させ、アミノ酸、エルゴステロール、β−グルカン、ビタミンＥ、ＳＯＤ（スーパーオキシドディスムターゼ）物質などの免疫賦活成分や抗酸化成分の有益な高機能性成分を産出或いは増殖させる技術である。

本発明の第２の構成は、少なくとも、固体及び液体培養によって純化したカビ類菌である冬虫夏草属菌、好適には生理活性の高い冬虫夏草Cordyceps sinensisの菌糸体を高温殺菌された古米やおから、焼酎粕、醤油粕、野菜くず等の食品残さ等の未利用有機物に接種し、２０℃〜２８℃、湿度は８０％以上の暗室で１０日〜２５日間培養発酵させることによって産出或いは増殖させたアミノ酸、エルゴステロール、β−グルカン、ビタミンＥ、ＳＯＤ物質などの免疫賦活成分や抗酸化成分の有益な高機能性成分を含有した前記未利用有機物を再利用する未利用有機物のリサイクル技術である。

本発明の第３の構成は、原料からの有効成分の抽出温度を４０℃〜５０℃にし、省エネルギーにアミノ酸、エルゴステロール、β−グルカン、ビタミンＥ、ＳＯＤ物質などの免疫賦活成分や抗酸化成分の有益な機能性成分の活性の低下を防ぎつつ、それらの成分を効率的に抽出する技術である。さらに、この抽出方法によって得られる免疫賦活成分や抗酸化成分は、健康食品又はサプリメントの製造に適用することを特徴とする。

本発明の第４の構成は、第２の構成を有する未利用有機物のリサイクル技術によって再利用される具体的なリサイクル物が飼料である。さらに、第３の構成を有する方法によって抽出された後に得られる原料比で約８０％〜８５％の抽出残さを、有益な機能性成分を残存する形態を有したまま、飼料に含有させることを特徴とする抽出残さの再利用方法である。

本発明によれば、食品関連産業や農業から排出される未利用な有機物を、固体及び液体培養によって純化したカビ類菌の冬虫夏草属菌、好適には生理活性の高い冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いて培養発酵させ、４０℃〜５０℃で有効成分を抽出する技術により、次の効果を奏する。
（１）商品価値を無くした農業残さや廃棄処分されている食品残さなどの未利用な有機物が、免疫賦活機能性成分等の有効成分を豊富に含んだ高付加価値な機能性素材としてリサイクルされる。
（２）前処理の菌体外酵素は、安価に生産でき、冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いての培養発酵、抽出技術も複雑な装置や工程などを有していないため、免疫賦活成分や抗酸化成分の有益な高機能性成分を安価に抽出することが可能となる。抽出された機能性成分は、健康食品、サプリメントなどへの用途として期待できる。
（３）一方で、抗菌性物質に依存しない畜産技術や養殖技術が求められている。冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いて培養発酵させた原料は、ウイルスや病原菌などに対する免疫賦活機能成分を大量に含んでおり、安全性、安心性の高い機能性素材をリサイクル物として利用できる。（２）項の抽出工程を省略し、培養発酵後の原料を畜産や養殖用の飼料に添加することで、抗菌性物質の添加量が削減でき、飼料コストも削減することができる。

Cordyceps sinensisを用いて、未利用な有機物を培地とした培養発酵フロー図 高機能性成分の抽出フロー図

本発明は、前記課題について鋭意検討を行い、冬虫夏草が食品関連産業や農業から排出される未利用な有機物のリサイクル技術に適用できると共に、前記の未利用な有機物を冬虫夏草の培地として適用した場合において、免疫賦活成分や抗酸化成分を高効率で産出又は増殖できることを究明し、これらの成分を含む高機能性素材がリサイクル物として安価に得られることを見出すことによって到達することができた。本発明に使用可能な冬虫夏草としては、中国チベットでコウモリ蛾科の幼虫（Hepialus armoricanus）に寄生する天然産冬虫夏草子実体から分離した冬虫夏草（Cordyceps sinensis）が挙げられる。また、それ以外の冬虫夏草属菌であるセミタケ（Cordyceps sobolifera）、サナギタケ（Cordyceps militaris）又はミミカキタケ（Cordyceps nutans）等も使用することができる。それらの中でも、免疫賦活活性や抗腫瘍活性等の生理活性の最も高い中国天然産の冬虫夏草（Cordyceps sinensis）が、本発明において好適である。

以下、本発明の実施の形態を、図１、図２を用いて説明する。図１は、冬虫夏草Cordyceps sinensisを用いて、未利用な有機物を培地とした培養発酵フロー図、図２は、培養発酵された原料からの高機能性成分の抽出フロー図を示した。

図１にCordyceps sinensisを用いて、未利用な有機物を培地とした培養発酵フロー図を示す。（１）クリーンベンチ内で、冬虫夏草Cordyceps sinensisの子実体を切断し、（２）１２１℃で２０分間オートクレーブで殺菌されたフェニコール平板培地に接種し、２０℃〜３０℃に設定されたインキュベータで１週間培養する。（３）平板培地で培養されたCordyceps sinensisの菌糸体をクリーンベンチ内で取り出し、１２１℃で２０分間オートクレーブで殺菌されたポテト液体培地に接種し、２０℃〜３０℃に設定されたインキュベータで１週間培養する。（４）古米やおから、焼酎粕などの未利用有機物を耐熱容器に詰め、（５）レトルト殺菌装置などで殺菌後、無菌室で常温まで冷却する。（６）液体培養で培養された菌糸体を注射器で取り出し、（７）殺菌後に常温まで冷却された未利用有機物に接種し、暗室で、２０℃〜２８℃、湿度８０％以上とした培養発酵室に１０日〜２５日間培養発酵させる。

本発明では、図１に示す培養発酵フローに従って、培地として使用され、かつ、培養発酵された冬虫夏草菌を含む未利用有機物原料を、単味で、又は通常の飼料と混合することによって飼料として再利用する。この方法によって、飼料中に含まれる免疫賦活機能成分を所望の値に制御することができるため、未利用有機物のリサイクル率向上だけではなく、安全性、安心性の高い飼料が安価に得られる。

図２に、培養発酵された原料からの高機能性成分の抽出フロー図を示す。（８）培養発酵された冬虫夏草菌から菌糸体を取り出し、（９）水を加え、４０℃〜５０℃に設定された加温装置で数時間の加温後、（１０）１次フィルターを通過させる工程を２〜３回繰り返す。（１０）その後、１日〜７日間冷蔵保存し、沈殿物を除去した後、０．２μｍ以下の２次フィルターにかけ、（１１）機能性成分を抽出する。本発明では、抽出する際に用いる溶媒としては水だけに限らない。水を主成分とすれば、アルコール、アセトン又はエーテル等の水溶性の溶媒を少量含む水溶液を用いることもできる。水溶液に含まれる水の含有量は、機能性成分の種類や抽出量及び抽出速度に応じて任意に設定できるが、機能性成分の抽出効率を考慮すると、５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは９０体積％以上である。

抽出後の残さは、機能性成分が残っており、家畜用飼料に配合して利用することができる。その際、図２に示す抽出後の残さは、乾燥処理して使用する。乾燥後の抽出後の残さを通常の畜産や養殖用の飼料に添加することで、通常の飼料に免疫賦活機能成分を添加する場合に、その添加量を削減することができる。また、図２に示す抽出後の（１１）高機能性成分は、健康食品やサプリメントの機能性食品用として使用されるだけではなく、そのまま通常の家畜用飼料に配合する場合も、本発明の実施の形態に含まれる。

未利用有機物として、古米、おから、焼酎粕の実施例を以下に示す。
各原料の培養発酵前後の実証データとして、表１に、免疫賦活効果成分であるβグルカン、表２に、抗酸化成分であるＳＯＤ、表３にはアミノ酸総量を示す。有効成分の発酵後の値を発酵前で割った数値を増加率として示したように、大幅に増加することが証明されている。

本発明は、商品価値を無くした農業残さや副産物、お金を支払って処理されている食品残さを原料とし、培養発酵、前処理、抽出工程に必要な設備コストやランニングコストも経済的なため、高機能性成分の生産原価を安価にすることができる。そのため、免疫賦活効果を有する未利用有機物を原料とした飼料の生産販売、免疫賦活効果や抗酸化効果を有する健康食品、サプリメント用の素材の生産販売など畜産業や養殖業、食品産業、医療業界への利用が期待できる。

Claims (15)

1. カビ類菌である冬虫夏草の菌糸体を用いて、食品関連産業や農業から排出される未利用有機物を培地とし、培養発酵させ、免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を産出又は増殖させる方法。
2. カビ類菌である冬虫夏草の菌糸体を用いて、食品関連産業や農業から排出される未利用有機物を培地とし、培養発酵させることによって産出或いは増殖させた免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を含有する前記の未利用有機物を再利用することを特徴とする未利用有機物のリサイクル方法。
3. 前記の冬虫夏草の菌糸体として、冬虫夏草の菌糸体Cordyceps sinensisを用いることを特徴とする請求項１に記載の免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を産出又は増殖させる方法。
4. 前記の冬虫夏草の菌糸体として、冬虫夏草の菌糸体Cordyceps sinensisを用いることを特徴とする請求項２に記載の未利用有機物のリサイクル方法。
5. 前記の未利用有機物が古米、食品残さ、おから、焼酎かす、醤油かすの一種又は二種以上からなることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を産出又は増殖させる方法。
6. 前記の未利用有機物が古米、食品残さ、おから、焼酎かす、醤油かすの一種又は二種以上からなることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の未利用有機物のリサイクル方法。
7. 冬虫夏草の子実体をフェニコール寒天培地に表面培養させた後、さらにポテト液体培地で培養させた冬虫夏草菌の菌糸体を用いることを特徴とする請求項１、３又は５に記載の免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を産出又は増殖させる方法。
8. 冬虫夏草の子実体をフェニコール寒天培地に表面培養させた後、さらにポテト液体培地で培養させた冬虫夏草菌の菌糸体を用いることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の未利用有機物のリサイクル方法。
9. 請求項７に記載の冬虫夏草菌の菌糸体を前記の未利用有機物からなる培地に接種し、２０℃〜２８℃、湿度８０％以上の暗室で１０日〜２５日間培養し、活性化した冬虫夏草の菌糸体を用いることを特徴とする免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を産出又は増殖させる方法。
10. 請求項８に記載の冬虫夏草菌の菌糸体を前記の未利用有機物からなる培地に接種し、２０℃〜２８℃、湿度８０％以上の暗室で１０日〜２５日間培養し、活性化した冬虫夏草の菌糸体を用いることを特徴とする未利用有機物のリサイクル方法。
11. 請求項１、３、５、７又は９に記載の方法によって培養発酵させた冬虫夏草菌の菌糸体を主成分が水である水溶液で抽出することによって得られる免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分の抽出方法。
12. 請求項１１に記載の抽出が４０℃〜５０℃の温度で行われることを特徴とする免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分の抽出方法。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の方法によって抽出された免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を含有することによって得られる健康食品又はサプリメントの製造方法。
14. 請求項２、４、６、８又は１０に記載のリサイクル方法によって冬虫夏草の菌糸体を培養発酵して得られた後の未利用有機物原料を単味で、又は通常の飼料と混合して使用することによって、免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を含有させたことを特徴とする飼料。
15. 請求項２、４、６、８又は１０に記載の培養発酵後の冬虫夏草菌の菌糸体を主成分が水である水溶液で抽出した後に、免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分が残存する形態で得られる抽出残さを配合することによって、免疫賦活成分及び／又は抗酸化成分を含有させたことを特徴とする飼料。

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