JP2015017040A - サツマイモ茎葉を用いたポリフェノール抽出濃縮液の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サツマイモ茎葉を洗浄する茎葉洗浄工程と,茎葉洗浄工程後のサツマイモ茎葉からポリフェノールを抽出するポリフェノール抽出工程と,抽出液が規定量に達するまで茎葉洗浄工程とポリフェノール抽出工程を繰り返し,ポリフェノール抽出液を一時保存する抽出液保存工程と,抽出液保存工程完了後の規定量のポリフェノール抽出液を精製するポリフェノール抽出液精製工程と,精製後のポリフェノール抽出液を濃縮する濃縮工程とを含む。ポリフェノール抽出濃縮液の製造方法。
【選択図】図1
Description
このうちサツマイモは,地下部である塊根部の利用が一般的であり,食したり,焼酎やでんぷん,菓子などの原料などに用いられる。
一方,茎葉部は,日本においてほとんど利用されていない。すなわち,茎葉部は,塊根部を収穫する前に刈り取られ,そのまま廃棄されるのが通常である。このように,廃棄されるなどして有効に利用されていない茎葉部であるが,茎葉部がポリフェノールを多く含むことが,近年,報告されている。このような背景もあって,茎葉部からポリフェノールを抽出する技術が開示されている(特許文献1,2,3)。
すなわち,ポリフェノール抽出濃縮液の商業的生産を行う場合,ポリフェノール抽出濃縮液のポリフェノール含有量を一定程度の幅に収め,その品質を担保する必要があるが,使用するサツマイモ茎葉は数十kgを超え,重量としても,そして容量としても,非常に大きなものとなってしまう。ポリフェノール抽出濃縮液の品質担保のためには,同一品種のサツマイモ茎葉を使うことが理想ではあるが,一年を通して大量のサツマイモ茎葉を担保するためには,一品種に限らず,複数種のサツマイモ茎葉を用いることが選択肢として重要である。このサツマイモ茎葉についてポリフェノール抽出を行ったところ,品種が異なる場合は当然であるが,同じ品種であっても,収穫時期ないし栽培を行う畑によってポリフェノール含量が大きくばらつくことを発明者らは発見した。このばらつきが大きいポリフェノール抽出液を濃縮して一定品質のポリフェノール抽出濃縮液の製造を行うとすると,ポリフェノール抽出液のポリフェノール含量の把握と,これに応じた濃縮条件の細かなコントロールが必要となる。そのため,ポリフェノール含量のばらつきが大きいままポリフェノール抽出濃縮液の製造を行うこととなり,製造方法自体が複雑となり,標準化することが困難となってしまう。結果として,一定品質を保ったポリフェノール抽出濃縮液を,安定的に生産することが困難であることを発明者らは発見した。
すなわち,サツマイモ茎葉が大量に及ぶと,かさばってしまい,その容量も大きなものとなってしまうが,この際,枯れ茎葉の混在が不可避である。枯れ茎葉は,抽出効率を下げ,結果として,ポリフェノール抽出液のポリフェノール含量のばらつきに影響を与えてしまうという課題を発明者らは発見した。これに加え,枯れ茎葉には,菌が付着しており洗浄によってその菌を簡単に除去することができないため,後述する保存工程におけるポリフェノール抽出液の腐食に大きな影響を及ぼしうることを発明者らは発見した。
すなわち,使用するサツマイモ茎葉は大きな量に及んでしまうが,ポリフェノール抽出液になると,容量としてはそれほど大きなものではなく,また,抽出液のポリフェノール含量は,必ずしも十分なものとはいえない。これらの理由から,ポリフェノール抽出液をそのまま精製すると,比較的短時間で精製が終わるものの,それ以降の精製や濃縮等を含めたポリフェノール濃縮液製造全体を考慮すると,必ずしも効率が良いものといえない。そのため,より大容量かつ多量のポリフェノールを含有する抽出液の精製を行うほうが,ポリフェノール濃縮液製造全体を考慮すると,好ましいという問題である。
これにより,大量のサツマイモ茎葉を用いても,ポリフェノール抽出液におけるポリフェノール含量のばらつきを抑制することが可能となり,ポリフェノール抽出濃縮液の品質ならびに製造効率を向上させる効果を有する。
これにより,抽出液の保存において,ポリフェノールの分解を抑制するとともに,菌の繁殖抑制を効果的に行うことができるという効果を有する。
これにより,一連の製造工程において,枯れ茎葉による菌の混入等が防止でき,ポリフェノール抽出濃縮液の品質ならびに製造効率を向上させるという効果を有する。
これにより,茎葉の洗浄と枯れ茎葉の除去という二つの作用を伴った効率的な枯れ茎葉除去が可能となるという効果を有する。
これにより,製造方法の熱効率を向上させ,より経済的なポリフェノール抽出濃縮液の製造が可能となるという効果を有する。
これにより,安全性ならびに製造効率を向上させた,ポリフェノール抽出濃縮液の製造が可能になるという効果を有する。
これにより,送液通水孔に,ポリフェノール抽出液を次の工程に送るための配水管を設置すること,ならびに,重力を用いて効率よく送液作業を行うことが可能となることから,容易かつ安全で効率的な保存タンクへのポリフェノール抽出液の送液を行うことができるという効果を有する。
これにより,ポリフェノール抽出完了後,スラッジ状に変化するサツマイモ茎葉を効率的に除去することが可能となり,加熱釜へのサツマイモ茎葉の混入を最小限にとどめることができるという効果を有する。
これにより,ポリフェノール含有率を向上させたポリフェノール濃縮液を得ることが可能となる効果を有する。
これにより,より効率的なポリフェノール精製が可能となるという効果を有する。
茎葉洗浄工程は,使用するサツマイモ茎葉の洗浄を行う工程である。茎葉洗浄工程は,サツマイモ茎葉を洗浄しうるかぎり特に限定する必要はなく,種々の洗浄方法を採用することができる。例えば,水による洗浄などである。
枯れ茎葉除去工程は,使用するサツマイモ茎葉から,枯れ茎葉を除去する工程である。枯れ茎葉除去工程は,枯れ茎葉の除去が可能な限り,特に限定する必要はなく,種々の枯れ茎葉除去方法を採用することができる。例えば,人の目視で枯れ茎葉を除去するなどである。
本発明において,これら茎葉洗浄工程と枯れ茎葉除去工程は,それぞれを区別した形で行ってもよいし,これらを合わせて一つの工程として行っても構わない。
異物除去洗浄装置では,サツマイモ茎葉が移動する進路にコンベアが設けられており,水が満たされている。この進路が水に満たされた状態のときに,サツマイモ茎葉を置き,水に漬ける(サツマイモ茎葉水漬け工程)。すると,枯れていないサツマイモ茎葉は水につかりながら進路を移動するのであるが,枯れ茎葉は,水に浮くことになる。この際,水の上部では,進行方向に対し垂直に水流ができているため,浮いた枯れ茎葉は,進路外に逸れることになる。結果として,活きた茎葉を多く含むサツマイモ茎葉が,進路に従い進むことにより,枯れ茎葉を除去することが可能になる。
ポリフェノール抽出工程は,枯れ茎葉除去後のサツマイモ茎葉から,ポリフェノールを抽出する工程である。サツマイモ茎葉からのポリフェノール抽出が可能な限り,特に限定する必要はなく,種々のポリフェノール抽出方法を採用することができる。例えば,熱水抽出法や,有機溶媒抽出法などである。
より,好ましい条件として,97℃以上の熱水で,20分以上,熱水抽出を行うことができる。これにより,サツマイモ茎葉の加熱殺菌ならびに効率的なポリフェノール抽出が可能となり,ポリフェノール抽出濃縮液の品質ならびに製造効率を向上させる効果を有する。
なお,温度の上限については,標準大気圧上での上限温度とすればよく,時間の上限については,サツマイモ茎葉と熱水の重量比に応じて,適宜,調整すればよい。
また,熱水抽出法として,図3又は4に示すような,熱水抽出装置を用いることができる。
この熱水抽出装置は,作業効率ならびに安全性の向上を課題として,発明者らにより完成されたものである。すなわち,熱水抽出法において,大量かつ大容積のサツマイモ茎葉を用いるわけであるが,このサツマイモ茎葉からのポリフェノール抽出,ならびに抽出作業を完了した後,ポリフェノール抽出液からのサツマイモ茎葉の除去を,効率的かつ安全に行うことを可能とするものである。
(1) 初期状態として,落としざるを加熱釜に落とした状態にしておく(図6,a)。
(2) 加熱されていない水を,熱水抽出装置に入れる(図6,b)。
(3) サツマイモ茎葉を,熱水抽出装置に入れる(図6,c)。
(4) 水の加熱を行い,所定の温度に達した後,規定の時間,熱水抽出を行う。必要に応じて,蓋をしたり,押さえ棒を用いて,サツマイモ茎葉を浸漬させる。
(5) 落としざるを加熱釜から挙げ,サツマイモ茎葉を除去する(図6,d)。
(6) 送液通水孔を開き,フィルターに通しながら,ポリフェノール抽出液の送液を行う(図6,e)。
また,ポリフェノール抽出液が規定量に達した後,濃縮工程が始まるのであるが,この間,保存装置から濃縮機へのポリフェノール抽出液の送液を行いつつ,上記洗浄工程から保存工程までを繰り返し行うことができる。これにより,濃縮工程を行いつつ,次の濃縮のためのポリフェノール抽出液を準備することができ,製造方法の効率を向上させることができる。
ポリフェノール抽出液保存工程は,規定量に達するまでポリフェノール抽出液を一時的に保存する工程である。ポリフェノール抽出液保存工程は,このポリフェノール抽出液の一時保存が可能な限り,特に限定する必要はなく,種々の方法ないし装置を用いることができる。なお,規定量とは,容積値又は重量値として定義され,後述する保存装置の容量や精製装置,又は製造規模に応じて,適宜,設定できるものである。
ポリフェノール抽出液精製工程は,種々の成分が混在するポリフェノール抽出液について,ポリフェノール以外の成分を可能な限り除去し,ポリフェノールが多く含まれるよう精製する工程である。この精製が可能な限り,特に限定する必要はなく,種々の精製方法を採用することができ,例えば,カラム精製法や,膜ろ過精製法などを用いることができる。
濃縮工程は,得られた精製後のポリフェノール抽出液を濃縮する工程である。この精製後のポリフェノール抽出液の濃縮が可能な限り,特に限定する必要はなく,種々の濃縮方法を採用することができる。例えば,煮沸濃縮法,膜濃縮法,減圧蒸留濃縮法などである。
<I.製造方法概略>
1.サツマイモ茎葉について,洗浄,抽出,保存を行い,適宜これらの工程を繰り返した。これらについては,以下の手順で行った。
(1) 異物除去洗浄装置(製品名:アル・パートC,株式会社アルス製)を用いて,サツマイモ茎葉の洗浄ならびに枯れ茎葉の除去を行った。
(2) 加熱抽出装置(図2)に,水道水を加えた後,サツマイモ茎葉を加えた。
(3) 加熱抽出装置の加熱を開始し,抽出水の温度が98℃に達してから,さらに20分以上,抽出作業を行った。
(4) 落としざるを上げ,サツマイモ茎葉を加熱抽出装置から除去した。
(5) 加熱釜中の抽出液を,保存装置(図6)に送液した。送液する際は,抽出液をフィルターに通しながら,送液を行った。加えて,熱交換器(製品名,プレート式熱交換器)を通して送液を行い,次のサイクルの抽出水の加熱に利用した。
(6) 保存装置(容量1000L)に規定量(200〜800L)のポリフェノール抽出液が満たされるまで,上記(1)から(5)を繰り返した。保存中のポリフェノール抽出液については,保存温度を40から70℃とし,適宜,撹拌を行った。
(7) なお,ポリフェノール抽出液が規定量に達した後は,適宜,一連の洗浄・抽出を繰り返し,ポリフェノール抽出液の保存装置への送液と,後述するカラム精製への通液が平衡化するよう調整した。
(1) 保存装置から,フィルターを通した後,流速2.0L/minでカラムに通液することにより,ポリフェノールを吸着させた。
(2) 流速4.0L/minで約10分ほど水道水を通液させ洗浄した後,80%エタノール水溶液60Lを流速1.5L/minで通液することにより,ポリフェノールの溶出を行った。さらに,水道水を通液し,残存するポリフェノールの回収,ならびにカラムの洗浄を行った。
(1) 期間および製造回数:2012年4月から11月にかけて合計114回
(2) サツマイモ茎葉の重量平均値:445kg(100〜1200kg)
(3) サツマイモ茎葉種:安納芋,ムラサキマサリ,宮崎紅,紅はるか,紅キララ,紅アズマ,鳴門金時,タマアカネ,シロユタカ,コガネセンガン,クイックスイート,エイムラサキ,アヤムラサキ
(4) ポリフェノール抽出液容量平均値:1280L(350〜1600L)
(5) ポリフェノール抽出液中のポリフェノール含量平均値:1.7g/L(0.47〜2.80g/L)
(6) ポリフェノール精製液容量平均値:211L(69〜287L)
(7) ポリフェノール濃縮液重量平均値:35kg(3〜61kg)
(8) ポリフェノール濃縮液中のポリフェノール含量平均値:33g/L(18〜74g/L)
※ ポリフェノール含量は,クロロゲン酸換算量として算出
1.細かな抽出条件は異なるものの,ポリフェノール抽出液におけるポリフェノール含量の平均値は,1.30から1.88g/Lと品種間で大きく異なった(表1)。
2.同品種であっても,年間のポリフェノール含量には大きく差があり,例えば,鳴門金時では最大値が2.43g/L,最小値が1.42g/Lと,その差は,約1.7倍に及んだ。さらに,コガネセンガンおいては,最大値が2.63g/L,最小値が0.47g/Lと,その差は約5.6倍にも及んだ。
3.これらの結果から,サツマイモ茎葉のポリフェノール抽出液におけるポリフェノール含量が,品種間においても,そして同一品種間においても,大きく異なることが分かった。
1.得られたポリフェノール抽出濃縮液について,HPLC分析を行った。
2.結果を図8(カラム精製無し)および図9(カラム精製あり)に示す。
(1) いずれの結果においても保持時間13分付近に,3つのポリフェノールに関するピークが確認された。
(2) これらについてはそれぞれ,保持時間の早い順に,3,4-ジカフェオイルキナ酸,3,5-ジカフェオイルキナ酸,4,5-ジカフェオイルキナ酸であることが確認された。
(3) また,7.5分付近のピークがカフェ酸,9.1分付近のピークがクロロゲン酸であり,これらについてもポリフェノール体である。
(4) 上記(3)のピークは,カラム精製により,大きく減少することから,カラム精製により,ジカフェオイルキナ酸の含有率が向上することが確認された。
Claims (12)
- サツマイモ茎葉を用いたポリフェノール抽出濃縮液の製造方法であって,
サツマイモ茎葉を洗浄する茎葉洗浄工程と,
茎葉洗浄工程後のサツマイモ茎葉からポリフェノールを抽出するポリフェノール抽出工程と,
抽出液が規定量に達するまで茎葉洗浄工程とポリフェノール抽出工程を繰り返し,ポリフェノール抽出液を一時保存する抽出液保存工程と,
精製後のポリフェノール抽出液を濃縮する濃縮工程とを含むことを特徴とするポリフェノール抽出濃縮液の製造方法 - 抽出液保存工程において,保存温度が,40〜110℃であることを特徴とする請求項1から7に記載の製造方法
- さらに,サツマイモ茎葉から,枯れ茎葉を除去する枯れ茎葉除去工程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法
- 前記枯れ茎葉除去工程が,
サツマイモ茎葉を水に漬けるサツマイモ茎葉水漬け工程と,
水漬け上澄みに水流をかけることにより,浮いた枯れ茎葉を除去する水流式枯れ茎葉除去工程からなることを特徴とする請求項3に記載の製造方法 - 前記ポリフェノール抽出工程において,ポリフェノール抽出が加熱液体によりなされており,
n回目(nは1以上の整数)のポリフェノール抽出後の抽出液の余熱を利用して,n+1回目の抽出液の加熱を行うことを特徴とする請求項1から4に記載の製造方法 - 前記ポリフェノール抽出工程が,
水を溜め,加熱することができる加熱釜と,
加熱釜の上部から落とすことが可能であり,かつ,通水穴を有する落としざるとからなる熱水抽出装置により行われることを特徴とする請求項1から5に記載の製造方法 - 前記加熱釜の最下部に送液通水孔を設けられることを特徴とする請求項6に記載の製造方法
- 前記落としざるにおける通水穴が,一つ又は複数種の一定形状の通水穴が規則正しく配列されており,かつ,その開口率が40から60%であることを特徴とする請求項6又は7に記載の製造方法
- さらに,抽出液保存工程後の規定量のポリフェノール抽出液を精製するポリフェノール抽出液精製工程を含むことを特徴とする請求項1から8に記載の製造方法
- 前記ポリフェノール抽出液精製工程における精製が,カラム精製により行われることを特徴とする請求項9に記載の製造方法
- 用いるサツマイモ茎葉が,安納芋,ムラサキマサリ,宮崎紅,紅はるか,紅キララ,紅アズマ,鳴門金時,タマアカネ,シロユタカ,コガネセンガン,クイックスイート,エイムラサキ,アヤムラサキから選択されることを特徴とする請求項1から10に記載のポリフェノール抽出濃縮液製造方法
- 請求項1ないし11に記載の製造方法を用いて得られたポリフェノール抽出濃縮液を凍結乾燥,濃縮乾固,スプレードライ等して得られることを特徴とするポリフェノール含有粉末
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