JP4301166B2 - 抗酸化剤及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また天然由来で特に植物及び植物蛋白質由来の抗酸化性物質としては大豆粕の分解物(特開平6−287554号公報)、大豆蛋白をペプシン分解して得られる特定のペプチド(特開平9−157292号公報)、大豆由来の蛋白分解物を魚類精巣成分と併用する(特開平10−219244号公報)等が知られている。植物由来以外の蛋白性の抗酸化物質としては乳蛋白の一種であるラクトフェリン由来のペプチド及びその誘導体(特開平6−199687号公報、特開平8−176190号公報)が知られている。しかしながら、これらの方法では、原料が高価なこととか、その収量が非常に少ないこと等の問題点があり、未だ実用レベルには至っていないのが現状である。
また、大豆のオカラ由来の水溶性抗酸化物質に関して、田村らが報告している(日本食品科学工学会誌Vol.46,No.5,303−310(1990))。これらは、脱脂したオカラより沸騰水を用いて抽出した抗酸化ペプチドに関する報告であり、有効成分が分子量800〜1400と非常に低分子であるため吸湿性が高く、製造工程が煩雑である上、収量が少ないため実用的ではない。またオカラ由来の抗酸化物として、大豆多糖類にも抗酸化力があることが言われている。(食品加工技術.Vol.19,No.4,173−179(1999))しかし、これらオカラ由来の抗酸化物もその抗酸化力の程度が十分でなかったり、高コストであったりで、未だ実用化されてはいない。
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、大豆種子原料より、弱酸性で100℃を越える高温下で熱水抽出して得られる熱水抽出物が抗酸化性を有することを確認し、さらにこの熱水抽出物中の抗酸化物質がその分子量により抗酸化力に差異があること、詳しくは低分子画分に抗酸化力が集中していることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、大豆種子原料より、弱酸性下、100℃を越える高温下で熱水抽出して得られる熱水抽出物より低分子画分を分離することにより抗酸化剤を得る方法である。なおここにいう低分子画分は分子量が3万以下の画分であることが好ましい。
また、本発明は熱水抽出物よりの低分子画分を分離する具体的方法の例として、含水の親水性有機溶媒を用い、高分子画分は沈殿させ、低分子画分は含水の親水性有機溶媒に溶解させることにより分離を行うことによる抗酸化剤の製造方法であり、この場合親水性有機溶媒の好ましい濃度範囲は30%以上である。また本発明は低分子画分の分離を、限外濾過膜を用いた膜分離により行う抗酸化剤の製造方法である。
さらに本発明は大豆種子原料より、弱酸性下、100℃を越える高温下で熱水抽出して得られる熱水抽出物中の、低分子画分を有効成分とする抗酸化剤である。
これらの大豆原料を弱酸性の条件下、好ましくはpH3.0からpH7.0、より好ましくはpH3.0から5.0の範囲において、100℃を超える高温、好ましくは150℃以下100℃を超える高温、より好ましくは130℃以下105℃以上の温度にて熱水抽出する。抽出は水の沸点を超え、蒸気圧が発生するため、耐圧の反応容器を用いるのが適している。熱水抽出の温度が100℃以下であると、水溶化物の歩留まりが極端に低く、実用的でない。また150℃を超えるような高温で抽出すると加水分解や重合等の副反応も起こり、着色による抽出物の品質低下や、全体の抗酸化力の低下が起こりうる。
熱水抽出物中の抗酸化性の発現は、主として分子量が3万以下の低分子側に起因する。この低分子画分を分離・濃縮する方法は、分子量として3万程度で分画出来る方法を選ぶことが必要で、含水の有機溶媒への溶解度が分子量によって異なることの利用、または分子量差で分けることの出来るフィルターの使用などが適している。
分画を行う一つの有力な方法は、含水の親水性有機溶媒で、高分子画分を沈殿させ、低分子画分は溶解し上澄液として分離する方法がある。このとき、親水性有機溶媒としてはアルコール類が好適に用いられ、中でもエタノール、イソプロパノールが適している。これらアルコール類への溶解性は、アルコール濃度により溶解する分子量範囲が異なる。本発明の低分子画分を効率良く分離するには、アルコール濃度として、30%以上、好ましくは30〜80%が適している。濃度が濃いと有効成分も沈降してしまう可能性があり、濃度が薄いと高分子物が充分に沈降せず、低分子物との分離が不十分となる。なお、沈殿側である高分子画分は、水溶性大豆多糖類或いは水溶性大豆ヘミセルロースとして乳化や蛋白の分散安定化等有益な機能を有する成分が精製されて得られる。
親水性有機溶媒に溶解している抗酸化物質は溶解液を凍結乾燥或いは噴霧乾燥して粉末状として単離することが出来る。また、必要に応じて乾燥する前に、減圧蒸留により親水性有機溶媒を除去した後、電気透析、イオン交換樹脂処理により脱塩し、濃縮、凍結乾燥或いは噴霧乾燥することが出来る。尚、抽出時に添加する酸及びアルカリの種類には特に制限はなく、塩酸、硫酸、クエン酸、乳酸等の有機酸及びその塩、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等も使用することができる。
他にも、熱水抽出物より抗酸化性を発現する物質を分離する方法としては、分画分子量が3万前後の限外濾過膜、限外濾過膜の一種としてセラミックフィルターによる濾過も用いることができる。限外濾過膜としては、東芝セラミックス社製のセラミックフィルター(孔径500オングストローム)等が例示できる。膜の透過液を減圧濃縮した後、乾燥することによっても、同様の機能を有する抗酸化物質を得ることができる。
以上の様にして分離した抗酸化物質は基本的に糖質及び蛋白質よりなる。糖質について言えば、糖の含量は25〜60%重量程度であり、代表的な構成糖としては、ガラクトース、アラビノース、ラムノース、フコース、キシロース、グルコース、及び、ガラクツロン酸を含有している。尚、全糖含量はフェノール硫酸法にて測定し、ウロン酸の測定は Blumenkrantz法、中性糖の測定はアルジトールアセテート化した後に GLC法にて分析した。
本発明の抗酸化剤中の蛋白質成分については、粗蛋白質として15〜35重量%含まれている。また、その量はメルカプトエタノールを含むSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法(以下SDS−PAGE)による公知の分析方法により可能であり、標準分子量マーカーの移動度から各アミノ酸重合物の分子量を評価でき、デンシトメーターによる定量も可能である。本発明の抗酸化剤に有効なアミノ酸重合物は、分子量約200〜30,000の広範囲に分布している。
SDS−PAGE後にPath染色法により糖質を染色した場合、アミノ酸重合物と同じ質量に糖が存在することが確認できる。このように、本発明の抗酸化剤はポリペプチドと糖質を主成分とする。蛋白質と糖質の存在系でどのような相互作用が働いているかは明確でない。
本発明の抗酸化剤に有効な成分のゲルろ過法による分子量評価は、以下の条件で行った。条件)カラム;東ソー(株)製、G3000PWXL(7.6mm×30cm)溶出液;1%SDS及び0.2MNaClを含む25mM燐酸緩衝液(pH7.0)を用い、流速1.0ml/分で溶出した。検出は220nmの吸光度を測定した。分析するサンプルを上記溶出液に0.5%濃度(0.1%メルカプトエタノールを含む)で溶解後、2分煮沸して完全に溶解させて分析に供した。尚、分子量既知の標準蛋白質の溶出時間をもとに、分子量評価を行った。本発明の抗酸化剤に有効な成分は、2,000〜30,000が全ピークエリア面積の70%以上である。
本発明において抗酸化力の測定方法は以下の方法にて行った。過酸化脂質が分解されて生じるマロンジアルデヒド(MDA)が酸性下でTBAと反応して生じる赤色の呈色物質を定量するTBA法により脂肪の酸化を測定し、抗酸化力を調べた(Buege and Aust,Method in Enzymology,52,302−310(1978))。先ず、乳化剤(0.5%β−カゼイン、または、2%Tween20)を予め10mM燐酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、乳化剤と油(リノール酸メチル)を19:1の比率で混合し、ホモゲナイザー(日音理科機器製作所製)で予備乳化(22,000rpm、3分)した後、超音波処理(2分)で本乳化して乳化物を得た。抗酸化能を有する物質を乳化物3mlに溶解し、アゾ化合物0.5μMまたは硫酸鉄0.5μMを添加後に激しくタッチミキサーで撹拌し、37℃恒温槽中で酸化反応を開始した。24時間後、48時間後に恒温槽から0.5mlずつ取り出した。MDA量の測定は、乳化物0.5mlに燐酸緩衝液0.5ml、TBA試薬(15gトリクロロ酢酸+0.375g TBA+25ml 1N HCl(水100ml中)と2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール60mg(エタノール3ml中)の混合物)2mlを添加し、95℃以上で15分間沸騰し、氷水で急冷後に上清を532nmにて測定した。
本発明の抗酸化剤は、上記の抗酸化物を含有するものであれば、その形態等は、水溶液またはペースト状、粉末状態等のいずれであっても構わない。本発明の抗酸化剤を油脂の抗酸化に用いる場合、油脂に対する上記の抗酸化物質の使用割合は、乾燥抗酸化物質の量に換算して0.005〜20重量%、好ましくは0.01〜5重量%の範囲で使用されることが好ましい。0.005重量%未満では、抗酸化効果が小さく、20重量%を越えて配合しても添加量に見合う抗酸化効果が発揮されず不経済となる。また、予め本発明の抗酸化剤を油脂及び乳化剤とともに、O/W乳化物乃至W/O乳化物として添加することも可能である。本発明の抗酸化剤には、その他に蛋白質、糖質、油脂、或いは他の天然抗酸化物質を併用することは任意である。蛋白質としては例えば大豆蛋白、小麦蛋白、とうもろこし蛋白、米蛋白等の植物由来の蛋白質、乳蛋白、卵蛋白、魚肉蛋白、畜肉蛋白等の動物由来の蛋白質及びそのペプチドが例示される。糖質としては例えば単糖、二糖及びオリゴ糖、さらに糖アルコール、ペクチン、ヘミセルロース、セルロース等の多糖類、澱粉類とガム質及びそれらの部分分解物等の公知の糖質が例示される。油脂としては例えば大豆油、綿実油、ごま油、オリーブ油、パーム油、菜種油、ひまわり油等の植物由来の油脂及び乳脂、牛脂、豚脂、魚油等の動物由来の油脂の様な公知の油脂が例示される。乳化剤はいずれの物でも使用可能であるが、カゼイン、レシチン、リゾレシチン、蔗糖脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル等が例示される。他の天然抗酸化物質としては例えばトコフェロール、L−アスコルビン酸及びその誘導体、β−カロチン、ごま種子由来のセサモリノールやセサミノール、茶カテキンに含まれるエビガロカテキンガレート、イソフラボンなどのポリフェノール類、サポニン等が例示される。これらの抗酸化物以外の他成分は単独又は2種以上を併用できる。以上述べたように本発明の抗酸化剤は油脂に抗酸化能を賦与することができるため、食品、化粧品、医療品等の分野において適用される。
[オカラからの抗酸化物質の調製1]
実施例1(抗酸化物質A)
分離大豆蛋白製造工程において得られたオカラ100部(水分80%)に2倍量の水(200部)を加え、塩酸にてpHを4.5に調製し、120℃で1.5時間加熱抽出した。冷却後に、遠心分離し(10,000G×30分)、上澄と沈澱部に分離した。こうして分離した沈澱部を更に等重量の水で水洗し、遠心分離した後、上澄を先の上澄と一緒にして東芝セラミックス社製のセラミックフィルター(孔径500オングストローム)を用いて限外濾過し、口液を減圧下で10倍濃縮した後凍結乾燥して抗酸化物質Aを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は5.6%であった。また、東ソー(株)製のHPLCカラム(G3000PWXL(7.6mm×30cm))を用いて分子量を確認したところ、抗酸化物質Aの分子量分布は2,000−28,000の範囲であった。なお乾燥物は室内に放置して、潮解を起こすようなことはなかった.
実施例2(抗酸化物質B)
抗酸化物質Aを調製する際に、固液分離後の上澄に最終イソプロパノール濃度が70%になるように99%イソプロパノールを加えた。生じた沈殿物を遠心分離(10,000G×30分)で除去し、減圧下でイソプロパノールを除去した後、凍結乾燥して抗酸化物質Bを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は6.3%であった。また、東ソー(株)製のHPLCカラム(G3000PWXL(7.6mm×30cm))を用いて分子量を確認したところ、抗酸化物質Bの分子量30,000以下の範囲であった。
実施例3(抗酸化物質C)
抗酸化物質Bを調製する際の最終イソプロパノール濃度が60%である以外は全く同様にして、抗酸化物質Cを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は6.5%であった。また、HPLCで分子量を確認したところ28,000以下の範囲であった。
実施例4(抗酸化物質D)
抗酸化物質Bを調製する際の最終イソプロパノール濃度が50%である以外は全く同様にして、抗酸化物質Dを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は6.2%であった。また、HPLCで分子量を確認したところ、26,000以下の範囲であった。
実施例5(抗酸化物質E)
抗酸化物質Bを調製する際の最終イソプロパノール濃度が40%である以外は全く同様にして、抗酸化物質Eを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は5.8%であった。また、HPLCで分子量分布を確認したところ、2,600−25,000の範囲であった。
実施例6(抗酸化物質F)
抗酸化物質Bを調製する際の最終イソプロパノール濃度が35%である以外は全く同様にして、抗酸化物質Fを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は5.1%であった。また、HPLCで分子量分布を確認したところ、2,000−22,000の範囲であった。
比較例1(抗酸化物質G)
抗酸化物質Bを調製する際の最終イソプロパノール濃度が20%である以外は全く同様にして、抗酸化物質Gを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は29.1%であった。また、HPLCで分子量分布を確認したところ、1,200,000程度の範囲の分子量のものまで確認された。
比較例2(抗酸化物質H)
抗酸化物質Aを調製する際に、セラミックフィルターで濾過することなく凍結乾燥して抗酸化物質Hを得た。原料オカラの乾燥重量に対する収量は41.5%であった。また、HPLCで分子量分布を確認したところ、2,000,000程度の分子量のものまで確認された。
以上の方法で調製した抗酸化物質に関して、リノール酸メチルに対する抗酸化を24時間及び48時間保存した後、TBA法を用いてMDA量を測定した。尚、抗酸化物質の添加量は系中1.0%とした。尚、数値が小さい方が酸化脂質の量が少なく、抗酸化力が強いと評価出来る。
オカラより抽出した熱水抽出物には少なからず、抗酸化能が認められたが、抗酸化機能を有する画分を高度に分離する為には、30重量%以上のイソプロパノール濃度が必要である。それ未満の濃度では、多糖類成分が混入する為に収量は向上するが、充分な抗酸化能を有するものが高純度では得られない。また、セラミックフィルターで濾過して調製しても、60%イソプロパノール沈殿で調製したものと同程度の機能を有していた。
[オカラからの抗酸化物質の調製2]
実施例3及び実施例5において、使用する親水性有機溶媒をイソプロパノールからエタノールに変える以外は全く同様にして、抗酸化物質を得た。イソプロパノールの場合とほぼ同様の結果であった。抗酸化能を有する物質の収量はそれぞれ5.3%、6.6%で、分子量分布はいずれも30,000以下の範囲であった。
[オカラからの抗酸化物質の調製3]
実施例3の結果より、熱水抽出物から抗酸化物質を分離する際のイソプロパノールの濃度を60%とし、オカラを原料として、熱水抽出する際の温度を変えて検討を行った。
実施例7(抗酸化物質I)
抗酸化物質Cを調製する際の熱水抽出物を得る温度を110℃にする以外は全く同様にして、抗酸化物質Iを得た。原料オカラの乾燥重量に対する抗酸化物質の収量は5.2%であった。また、HPLCで分子量を確認したところ、30,000以下の範囲であった。
実施例8(抗酸化物質J)
抗酸化物質Cを調製する際の熱水抽出物を得る温度を130℃にする以外は全く同様にして、抗酸化物質J得た。原料オカラの乾燥重量に対する抗酸化物質の収量は6.6%であった。
実施例9(抗酸化物質K)
抗酸化物質Cを調製する際の熱水抽出物を得る温度を140℃にする以外は全く同様にして、抗酸化物質Kを得た。原料オカラの乾燥重量に対する抗酸化物質の収量は7.1%であった。
実施例10(抗酸化物質L)
抗酸化物質Cを調製する際の熱水抽出物を得る温度を150℃にする以外は全く同様にして、抗酸化物質Lを得た。原料オカラの乾燥重量に対する抗酸化物質の収量は7.5%であった
比較例3(抗酸化物質M)
抗酸化物質Cを調製する際の熱水抽出物を得る温度を98℃にする以外は全く同様にして、抗酸化物質Mを得た。原料オカラの乾燥重量に対する抗酸化物質の収量は1.1%であった。また、HPLCで分子量を確認したところ、32,000以下の範囲であった。
以上の方法で調製した抗酸化物質に関して、リノール酸メチルに対する抗酸化力を24時間及び48時間保存した後、TBA法を用いてMDA量で測定した。尚、抗酸化物質の添加量は系中1.0%とした。また、調製した抗酸化物質の色調についても評価した。数値が小さい程、酸化脂質の量が少なく、抗酸化力が強いと評価出来る。
抗酸化能は熱水抽出物を得る温度によって、機能に大きな差が認められる。つまり、100℃以下の温度では、若干の抗酸化性を示すが、抗酸化剤としては不十分と考えられるし、収量が著しく低下する。一方、100℃より高い温度で抽出すると、収量も高く、強い抗酸化性を示した。但し、140℃以上の温度では褐変が起き、やや実用的ではないと考えられる。
[大豆蛋白質及びペプチドとの抗酸化性の比較]
先に[オカラからの抗酸化物質の調製1]に記載の方法に基づいて、実施例3の抗酸化物質と、市販の分離大豆蛋白「フジプロ−E(商品名;不二製油社製)」(比較例4)、並びに、酵素分解大豆ペプチド「ハイニュートS(商品名;不二製油社製)」(比較例5)の抗酸化能を評価した。尚、数値が小さい程、酸化脂質の量が少なく、抗酸化力が強いと評価出来る。
以上の結果より、本発明の抗酸化物質が良好な抗酸化能を有していることがわかる。
[大豆油に対する抗酸化試験]
比較例6
実施例11において、抗酸化物質Cの代わりにトコフェロールを用いる以外は全く同様にして、強制劣化試験を実施した。CDM試験(メトロームシバタ社製、「ランシマットE679型」)にて抗酸化力を測定し、結果を表4に示した。
誘導時間が長い程、抗酸化力が強いことを示している。
表4より本発明の抗酸化物質は良好な抗酸化力を示しており、トコフェロール添加品と比較して略同等のレベルの効力を有していた。
[マーガリンでの抗酸化性試験]
Claims (7)
- 大豆種子原料より、弱酸性下、100℃を越える高温下で熱水抽出して得られる熱水抽出物より、低分子画分を分離することを特徴とする抗酸化剤の製造方法。
- 請求の範囲1において、低分子画分の分子量が3万以下である抗酸化剤の製造方法。
- 熱水抽出物よりの低分子画分の分離を、含水の親水性有機溶媒を用いて、高分子画分は沈殿させ、低分子画分は含水親水性有機溶媒に溶解させることにより行う請求の範囲1または2のいずれかに記載の抗酸化剤の製造方法。
- 含水の親水性有機溶媒の濃度が30%以上である請求の範囲3に記載の抗酸化剤の製造方法。
- 熱水抽出物よりの低分子画分の分離を、限外濾過膜による膜分離により行う請求の範囲1乃至2のいずれかに記載の抗酸化剤の製造方法。
- 大豆種子原料より、弱酸性下、100℃を越える高温下で熱水抽出して得られる熱水抽出物の分子量が3万以下の画分を有効成分とする抗酸化剤。
- 請求の範囲6において、分子量が3万以下の画分が糖質と蛋白質との組成よりなる画分である抗酸化剤。
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