JP4768142B2

JP4768142B2 - フコイダンの簡易製造方法

Info

Publication number: JP4768142B2
Application number: JP2001064976A
Authority: JP
Inventors: 貴宏広中; 博之小野; 仁司久米; 雅昭山崎
Original assignee: Kyodo Milk Industry Co Ltd
Current assignee: Kyodo Milk Industry Co Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP2002262788A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、褐藻類からフコイダンを効率よく抽出する方法に関する。本発明の方法により得られたフコイダンは、食品素材等として有用である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
褐藻類には、多彩な生理的機能を有し、食品や化粧品素材として利用されているフコイダンが含まれている。フコイダンはフコースを主成分とする硫酸化多糖であり、種々の生理活性が知られている。フコイダンの用途、並びに抽出及び精製に関する技術がいくつか知られている。それらの抽出及び精製方法の多くは酸性条件下での熱水抽出であり、pH2〜4、80〜100℃で抽出することを特徴としている。しかし、酸性条件下での加熱抽出では、褐変化が生じ、食品や化粧品として利用するのには問題があった。
【０００３】
この問題を回避する方法としては、酸性での室温長時間抽出の後、アルギン酸などをバリウムと共沈させ精製する方法（田幸正邦：特開平10-195106）、又は酸性での加熱抽出液もしくは藻体そのものを過酸化水素で長時間処理（弱酸性pH5〜7、20〜40℃、17時間）する方法（（株）ヤクルト本社：特開平10-19940）が挙げられる。しかし、これらの方法では処理に長時間を要し、処理温度が室温付近であるため、処理中に微生物の増殖などの問題が生じるおそれがあった。
【０００４】
褐藻類から抽出される多糖類は、フコイダンとアルギン酸が主体であるが、同時に、褐色の色素、各種の低分子物質および塩類等も共に抽出される。このような色素や各種の低分子物質は、フコイダンを食品や化粧品として利用する場合、できるだけ含まれていないことが望ましい。
【０００５】
色素や各種の低分子物質の除去には限外ろ過法またはアルコール分画法が提案されているが、製造工程適正とコストの点から通常限外ろ過法が汎用されている。しかし、フコイダンと共に抽出されるアルギン酸は中性域では非常に高粘度のゾル状であるため、限外ろ過時に多大な負荷をかけることになる。従って、抽出液をpH3〜4の酸性域にし、アルギン酸を溶解させて低粘度化することとなる。ところが、pH3〜4の酸性域での加熱条件下では、フコイダンの低分子化と部分的脱硫酸化とが進み、ネイティブなフコイダンを得ることができない。また、低分子化により、限外ろ過時にフコイダンの漏出が生じ、フコイダンの回収率が顕著に低下することが懸念される。さらに、脱硫酸化は、硫酸化多糖類の生理的機能が硫酸含量にも依存していることを考慮すると、できるだけ少ないことが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、長年、硫酸化多糖類の研究に従事してきた。硫酸化多糖体であるフコイダンの種々の褐藻類からの抽出・脱塩条件を検討したところ、褐藻類を過酸化水素を含む弱アルカリ性（pH7.0〜8.0）の抽出液で加熱処理すると、高濃度のフコイダンを含む粘度の低い抽出液が得られ、そして得られた抽出液を限外ろ過膜（UF膜）またはルーズ逆浸透膜（ルーズRO膜）を用いて不要な低分子物質を除去することにより、短時間に高収率で脱硫酸化の少ない、色調・安全性の面でも優れたフコイダンを得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
本発明は、すなわち、（a）褐藻類藻体を、その0.5〜20重量部の中性又は弱アルカリ性の水性溶媒であって過酸化水素を含むものを用いて、50〜100℃で15分以上抽出し；（b）抽出液と褐藻類藻体残留物とを分離し；（c）抽出液から、逆浸透膜又は限外ろ過膜を用いて低分子物質を除去し；そして（d）抽出液から、フコイダンを回収する工程を含む、褐藻類藻体からフコイダンを製造する方法を提供する。
【０００８】
工程（a）は、褐藻類から、粘度が低くかつ脱硫酸化の少ないフコイダンを高濃度で含む抽出液を調製する工程である。
本発明の方法において原料として用いられる褐藻類は、モズク、コンブ、ワカメ、ホンダワラ等である。本発明の方法においては、フコイダンが豊富に含まれるモズクを原料とすることが好ましい。
【０００９】
工程（a）では、褐藻類中のフコイダンが過酸化水素によって部分的に酸化分解を受けて低分子化（例えば、数千〜数十万）されることにより、粘度のそれほど高くない、高濃度のフコイダン含有抽出液を得ることができる。低分子化は、抽出効率を高めるために好ましく、また低粘度であることは、後の工程（c）において、膜を用いて処理する点からも好ましい。本工程ではアルギン酸も分解されうる。
【００１０】
低分子化されたフコイダンの分子量は、食品や化粧品に使用する場合に問題となる塩類及び重金属類を含む低分子物質の分子量が約1000Da以下であり、後の限外ろ過膜（UF膜）又は逆浸透膜（RO膜）を用いてそれらを除去することを考慮すると、少なくとも約1000Da以上であることが好ましい。このような観点から、溶媒に含まれる過酸化水素濃度の上限値を定めてもよい。工程（a）で用いられる過酸化水素は、系に対する濃度（原料と溶媒とを合わせた容積あたりの濃度をいい、最終濃度ということもある。）として、約0.01〜2.0％、好ましくは、約0.1〜1.0％、より好ましくは約0.1〜0.3％である。
【００１１】
抽出液に残存する過酸化水素は、カタラーゼ等により分解することができる。分解処理は、必要であれば適当な時期に行えばよいが、微生物増殖抑制の観点からは、工程（c）を経た後に行うとよい。
【００１２】
工程（a）では、中性又は弱アルカリ性（好ましくは弱アルカリ性）の水性溶媒を用いることにより、脱硫酸化されていないフコイダン、又は脱硫酸化されているとしてもその主要な生理活性を著しく損なうほどではないフコイダンを含む抽出液を得ることができる。すなわち、本工程を経たフコイダンの硫酸含量は、アルコール分画、イオン交換、アフィニィティークロマト及びゲルろ過法で注意深く調製したフコイダンの硫酸含量とほぼ同一であり、モズクに含まれるフコイダンと極めて近似したものであり得る。
【００１３】
工程（a）で用いられる溶媒のpHは、約7.0以上、好ましくは約7.0〜8.5、より好ましくは約7.0〜8.0である。溶媒をこのようなpH値とするためには、溶媒に必要に応じてアルカリを加える。アルカリは、一般に、溶媒に溶解して溶媒pHを塩基性側に変動させうるものであり、炭酸水素ナトリウム（重曹）、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを含む。食品添加物として広く用いられている観点から、炭酸水素ナトリウム（重曹）が好ましい。重曹添加による場合、重曹の系中の濃度（原料と溶媒とを合わせた容積あたりの濃度をいい、最終濃度ということもある。）は、例えば0.01〜500mM、より好ましくは0.1〜200mM、最も好ましくは約1〜100mMである。
【００１４】
工程（a）での原料褐藻類と水性溶媒との比は、特に限定されないが、通常、褐藻類重量対して0.1〜40部、好ましくは0.5〜20部、より好ましくは0.75〜10重量部の溶媒を用いる。
【００１５】
工程（a）での加熱は、主としてフコイダンの抽出効率を高めるため、及び抽出中に微生物を増殖させないために行われる。加熱温度は、約50〜100℃、好ましくは約85〜100℃である。なお、工程（a）における処理時間は、フコイダンの抽出量等を指標に、適宜設定することができるが、通常は約15分以上、好ましくは約30〜240分間、より好ましくは約60〜120分間である。工程（a）では、撹拌、振とう等のフコイダンの抽出効率を高めるための操作を行ってもよい。
【００１６】
工程（b）は、工程（a）により得られたフコイダンを含む抽出液と褐藻類藻体残留物とを分離し、フコイダン抽出液を得る工程である。分離は、同様の目的のために用いられる通常の方法、例えば、ろ過、遠心分離等で行うことができるが、単一の工程でろ過と清澄化とが行える観点からは珪藻土を用いたろ過によることが好ましい。
【００１７】
工程（c）は、工程（b）により得られたフコイダンを含む抽出液から、適切な膜を用いて低分子物質を除去する工程である。
工程（c）で用いられる膜は、低分子化されたフコイダンと除去すべき低分子物質とを分画できるものであれば特に制限されないが、好ましくは、逆浸透膜（「RO」膜ということもある）又は限外ろ過膜（UF膜）である。分画分子量は、例えば約10kDa以下であり、好ましくは約5kDa以下であり、最も好ましくは約1kDa以下である（一般的な測定方法による。）。膜材料（例えは、アセチルセルロース系、セルロース系、スルホン化ポリエーテルスルホン系、ポリビニルアルコール系、ポリアミド系）、形態（例えば、平膜、中空糸膜、支持層を有する複合膜）とも、特に限定されない。また、比較的高圧で低分子物質を除去しうるという点からはルーズRO膜を用いることが好ましい。
【００１８】
工程（c）で除去される物質は、分子量が約1000Da以下の、食品や化粧品に使用する場合に好ましくない低分子物質であり、褐色色素、塩類及び重金属類（例えば、ヒ素）を含む。
【００１９】
工程（c）での処理時間は、低分子物質の除去率、フコイダン含有抽出液の濃縮率等を指標に、及び／又は用いる膜の処理限界に応じて、適宜定めることができる。例えば、最終的に得られる乾燥フコイダン中のヒ素含量が約5ppm以下となること、最終的に得られる乾燥フコイダン中の重金属含量が約2ppm以下となること、及び／又は濃縮率等を指標とし、及び／又はその膜により濃縮が困難になったときに処理を終了する。濃縮率は、濃縮前の抽出液の体積／濃縮後の抽出液の体積により算出された値をいう。本工程により、通常、濃縮率を少なくとも約2倍とすることができるが、好ましくは約4倍以上、より好ましくは約8倍以上、最も好ましくは10倍以上にまで濃縮する。
【００２０】
工程（c）での処理は、先の工程（a）によりフコイダンやアルギン酸が低分子化されているために、ろ過に多大な負荷をかけることなく実施することができると考えられる。
【００２１】
工程（d）は、工程（c）により得られた低分子の除去された抽出液から、フコイダンを回収する工程である。回収は、同様の目的のために用いられる通常の方法、例えば、凍結乾燥、温風乾燥等により実施することができる。
【００２２】
所望により、本発明の方法に殺菌工程を追加することができる。殺菌は、同様の目的のために用いられる通常の方法、例えば、加熱により行うことができ、汚染リスクの観点からは、工程（c）を経た後に行うとよい。
【００２３】
また、より原料臭や雑味の少ないフコイダンを得たい場合には、食品及び医薬品の分野で脱色・脱臭等の目的で行われる一般的な操作を上記の工程に追加することができる。例えば、活性炭、多孔性吸着樹脂、イオン交換樹脂、透析、限外ろ過、エタノールによる分別、ピロ亜硫酸等による処理、及び過酸化水素による処理等をさらに行うことができる。
【００２４】
本発明の方法により得られたフコイダンは、その生理的活性に大きく寄与していると考えられる硫酸基がネイティブのフコイダンとほぼ同様に維持されていると考えられ、また褐色色素の除去等により色調に優れていると考えられることから、医薬品原料・食品（飲料を含む）素材等として有用であろう。食品には、菓子類（例えば、チューインガム、キャンディー、ゼリー、ビスケット、チョコレート、米菓）、乳製品（例えば、ヨーグルト）、健康食品（例えば、カプセル、タブレット、粉末）、飲料（例えば、清涼飲料、乳飲料、野菜・果汁飲料、茶）及びドリンク剤が含まれる。
【００２５】
【実施例】
次に本発明の詳細を実施例によって示すが、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（1）方法；
原料とする褐藻としては、トンガ産冷凍モズクを用いた。以下の抽出条件で検討した。
条件1：モズク100gに対し、溶媒100ml。pH7.5。最終濃度10mM重曹・0.175％過酸化水素。90℃×60分間抽出。
条件2：モズク100gに対し、溶媒100ml。pH7.5。最終濃度10mM重曹・0.35％過酸化水素。90℃×60分間抽出。
【００２７】
抽出処理後、抽出液を珪藻土ろ過により清澄化し、そして脱塩濃縮処理を行った。この処理には、UF膜であるマイクローザUF・ACP-3013（旭化成製）、またはルーズRO膜であるNTR-7450HG（日東電工製）を用いた。脱塩濃縮処理後、カタラーゼなどにより残存する過酸化水素を分解し、加熱殺菌の後、凍結乾燥した。
【００２８】
得られたフコイダンについて、収率、濃縮限界などとともにフコース含量（硫酸−チオグリコール酸反応法）、硫酸含量（ロジゾン酸法）、色調（色差計）などを調べ、別途調製したフコイダン標準品（アルコール分画、イオン交換、アフィニィティークロマト及びゲルろ過法で注意深く調製）及び酸加熱抽出法で調製したフコイダン（市販品）と比較検討し、評価した。
【００２９】
（2）結果；
【００３０】
【表１】

【００３１】
UF処理では、条件1、2ともに透過速度は速かった。濃縮は、条件1で4倍、条件2では8倍まで可能であった。条件1では溶液の粘性が高く、濃縮が進むにつれろ過装置入口での圧力が上昇し、送液が困難となった。収率は、条件1で1.23％であり、条件2では0.31％であった。透過液の分子量分布をHPLCで分析したところ、フコイダンの低分子化による漏出を確認した。
【００３２】
ルーズRO膜では、条件1ではRO膜に耐圧性があるものの、濃縮の進行に伴い溶液の粘性が上昇し、10倍までの濃縮は困難であった。条件2では10倍以上の濃縮が可能であった。
【００３３】
このように、ルーズRO膜処理は、膜に耐圧性があるため濃縮による圧力上昇にある程度耐えうること、さらに条件2のように過酸化水素濃度を上げ、フコイダンを低分子化させてもフコイダンを漏出することなく回収が可能であることから、充分に脱塩濃縮を行うことができた。
【００３４】
（3）調製したフコイダンの評価；
【００３５】
【表２】

【００３６】
本発明の方法で調製したフコイダンのフコース含量は50.2〜54.8％であり、いずれも酸加熱抽出法で調製したフコイダンに比べ、高い値となった。ヒ素、重金属は低い値となっており、安全面での優位性も確認された。色調は、標準品及び酸加熱抽出（市販品）と比較し、明度（L）が最も高く、赤色（a）は標準品に次いで低い値であり、黄色（b）が最も高い値を示した。
【００３７】
このように、本発明の方法により、食品素材として品質、安全面で優れたフコイダンを製造することが可能となった。

Claims

褐藻類藻体からフコイダンを製造する方法であって：
（ａ）褐藻類藻体を、その０．５〜２０重量部の中性又は弱アルカリ性の水性溶媒であって過酸化水素を含むものを用いて、５０〜１００℃で１５分以上抽出し；
（ｂ）抽出液と褐藻類藻体残留物とを珪藻土を用いたろ過により分離し；
（ｃ）抽出液から、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて低分子物質を除去し；そして
（ｄ）抽出液から、フコイダンを回収する
工程を含む、前記製造方法。
（ａ）の工程において、褐藻類藻体を、その０．７５〜１０重量部のｐＨ７．０〜８．０の水性溶媒であって、最終濃度で０．０１〜２．０％（好ましくは０．１〜１．０％）の過酸化水素を含むものを用いて、８５〜１００℃で３０〜２４０分間抽出する、請求項１に記載の方法。