JP5608903B2 - 高分子タンニンの高粘性溶液及びゲルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高分子タンニンの高粘性溶液及びゲルの製造方法に関する。

現在、プラスチック等の有機材料の多くは石油などの化石資源を原料に製造されているが、その供給量には限りがある。また、プラスチックの廃棄物による深刻な環境汚染が指摘されている。このため、化石資源に代わる有機資源として天然高分子の利用が期待されている。

タンニンは、植物の果実、葉、種子、樹皮、心材等から抽出される天然物であり、一般に皮なめし剤として用いられている環境に優しい物質である。タンニンには、ピロガロール系の加水分解型タンニンとカテコール系の縮合型タンニンがある。加水分解型タンニンとは単純型ポリフェノールカルボン酸のエステル縮合化合物であり、縮合型タンニンとはフラボノイド型ポリフェノールを構成成分とする重合体であり、近年はプロアントシアニジンポリマーとして同定されている。タンニンは植物の果実、葉、種子、樹皮、心材といったさまざまな組織や器官に含まれているが、加水分解型タンニンは双子葉植物の離弁花植物の比較的限られた局在であり、一方、縮合型タンニンは双子葉植物に限らずほとんどの樹木植物に局在している。そして、この樹木の心材や樹皮、及び果実に含まれるタンニンは古くから人々によって生活の様々な場面で利用されてきた。

しかし、タンニンは、重金属、アルカロイド、タンパク質との強い結合力や消臭作用、抗酸化性など種々の特性を有している反面、水への溶解性や品質の不安定さ、安定した保存方法のなさから現在のところ用途が限られており、ほとんどが未利用資源となっている。このため、これらを産業的な原材料として有効利用できれば、有用な資源となると考えられ、本発明者は、これまでホウ酸塩、リン酸塩等とアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを用いたゲル化（特許文献１）、酵素によるゲル化（特許文献２）、過酸化水素及び金属ポルフィリン錯体を用いたゲル化（特許文献３）について報告している。

しかしながら、作成されたゲルの品質や特性などが限られているため、使用用途が限定されるなどの問題点があり、異なる方法によるゲル化方法が望まれている。特に、高価な試薬や過激な試薬を使わずに、短時間で無臭かつ無色透明なゲルの作製が広く望まれている。

国際公開第２００６／０８５５４１号パンフレット 特開２００８−７２９６１号公報 特開２００８−２８５４５８号公報

本発明の課題は、従来とは異なる方法で高分子タンニンの高粘性溶液及びゲルを製造する方法を提供することである。

前記課題に鑑み研究を重ねた結果、本発明者は、高分子タンニン水溶液を、特定の界面活性剤で処理することにより、高分子タンニン高粘性溶液が得られ、この高粘性溶液から界面活性剤を除去することにより、高分子タンニンゲルが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）高分子タンニン水溶液を、アルキルグリコシド系界面活性剤及びＮ−アシルアミノ酸系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の界面活性剤で処理することを含む高分子タンニンの高粘性溶液又はゲルの製造方法。
（２）高分子タンニンが縮合型タンニンである前記（１）に記載の方法。
（３）縮合型タンニンがカキタンニンである前記（２）に記載の方法。
（４）アルキルグリコシド系界面活性剤がアルキルチオグリコシドである前記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）Ｎ−アシルアミノ酸系界面活性剤がＮ−ラウロイルサルコシンもしくはＮ−ステアロイルグルタミン酸又はそれらの塩である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（６）界面活性剤がｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシドもしくはＮ−ラウロイルサルコシンナトリウム、又はこれらの組み合わせである前記（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の方法によって得られた高分子タンニン高粘性溶液を有機溶媒又は水含有有機溶媒で処理することを含む高分子タンニンゲルの製造方法。
（８）有機溶媒又は水含有有機溶媒による処理が水含有有機溶媒による透析である前記（７）に記載の方法。
（９）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の方法によって得られる高分子タンニン高粘性溶液。
（１０）前記（１）〜（８）のいずれかに記載の方法によって得られる高分子タンニンゲル。

本発明によれば、従来とは異なる方法で高分子タンニンの高粘性溶液及びゲルを製造することができる。

カテキンの標準曲線を示す図である。 Ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウムを添加したときのカキタンニン溶液の粘度変化を示す図である。 ｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシドを添加したときのカキタンニン溶液の粘度変化を示す図である。 ＳＤＳを添加したときのカキタンニン溶液の粘度変化を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
タンニンは、植物の果実、葉、種子、樹皮、心材等から抽出される天然物であり、環境に優しい物質である。タンニンには、ピロガロール系の加水分解型タンニンとカテコール系の縮合型タンニンがある。

本発明に用いる高分子タンニンとは、植物の果実、葉、種子、樹皮、心材等から熱水やアルコール等で抽出されるポリフェノール重縮合体であり、渋みを呈し、多くのタンパク質と強く結合して沈殿を生じるものをいい、通常分子量は約２千〜約１００万であり、好ましくは分子量１万以上のものを用いる。本発明においては、加水分解型及びカテコール系の縮合型のいずれの高分子タンニンを用いてもよいが、カテコール系の縮合型タンニンが好ましい。高分子タンニンとしては、例えばケブラチョタンニン、ミモザタンニン、ワットルタンニン等の心材や樹皮に含まれる高分子タンニン；バナナ、リンゴ、カキ等の未熟果実に含まれる高分子タンニン；キャロブ豆、ブドウ等の未熟なサヤや種子に含まれる高分子タンニンが挙げられる。

一般に「タンニン」と呼ばれる緑茶や紅茶に含まれるカテキン等のポリフェノールは低分子であるため、皮の鞣し作用はほとんどなく、タンパク質との結合も弱く、分子量もカテキンが２９０で、大きなものでも４００から５００であり、本発明に用いる高分子タンニンとは異なる。

前記高分子タンニンは、原料から抽出後、通常は乾燥して粉末として用いられる。下記の実施例では、前記粉末の高分子タンニンを水に溶解したものを前記高分子タンニン水溶液として用いたが、原料からの抽出液をそのまま高分子タンニン水溶液として用いてもよい。

高分子タンニンの原材料（例えば、柿渋や熱水抽出物）には、高分子タンニン以外に各種の糖、有機酸、アミノ酸等が含まれているため、必要に応じて精製して、これらの不純物を除去したものを用いることが好ましい。

本発明において、高分子タンニン水溶液における高分子タンニン濃度は、通常０．５〜２５重量％であり、力学的特性や作業効率の点から、好ましくは２〜１５重量％、更に好ましくは４〜１０重量％である。

本発明においては、高分子タンニン水溶液を、アルキルグリコシド系界面活性剤及びＮ−アシルアミノ酸系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の界面活性剤で処理することにより、高分子タンニンの高粘性溶液を製造することができる。
本発明において、高粘性溶液とは、処理前の高分子タンニン水溶液よりも粘度が高い溶液をいう。

本発明に用いるアルキルグリコシド系界面活性剤とは糖と高級アルコールがグリコシド結合した非イオン（ノニオン）性界面活性剤であり、糖と高級アルコールがチオグリコシド結合したものもアルキルチオグリコシドも包含される。

本発明に用いるアルキルグリコシド系界面活性剤としては、例えばｎ−オクチル−β−Ｄ−グルコシド、ｎ−オクチル−β−Ｄ−マルトシド、ｎ−デシル−β−Ｄ−グルコシド、ｎ−デシル−β−Ｄ−マルトシド、ｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ｎ−オクチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ｎ−ノニル−β−Ｄ−チオマルトシド、好ましくはｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ｎ−オクチル−β−Ｄ−チオグルコシド、ｎ−ノニル−β−Ｄ−チオマルトシドが挙げられる。

本発明に用いるＮ−アシルアミノ酸系界面活性剤としては、次式（Ｉ）で表されるものが挙げられる。
Ｒ^１−ＣＯ−Ｎ（Ｒ^２）−ＣＨ（Ｒ^３）−ＣＯＯＭ （Ｉ）
（式中、Ｒ^１は直鎖又は分岐鎖の炭素数７〜２１のアルキル基又はアルケニル基を示し、Ｒ^２は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基もしくはアルケニル基を示し、Ｒ^３は水素原子又は−（ＣＨ_２）_ｐＲ^４（Ｒ^４は水素原子、水酸基又は−ＣＯＯＭを示し、ｐは１〜４の整数を示す。）を示し、Ｍは水素原子、アルカリ金属又はアルカノールアミンを示す。）

前記式（Ｉ）中、Ｒ^１としては、炭素数６〜１８のアルキル基が好ましい。Ｒ^２としては、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、特に水素原子、メチル基が好ましい。Ｒ^３としては、水素原子、−（ＣＨ_２）_ｐＲ^４が好ましい。Ｍとしては、ナトリウム、カリウム、トリエタノールアミンが好ましい。

前記式（Ｉ）で表されるＮ−アシルアミノ酸系界面活性剤のうち、好ましいものとしては、Ｎ−ココイルグリシン、Ｎ−ラウロイルグルタミン酸、Ｎ−ミリストイルグルタミン酸、Ｎ−ステアロイルグルタミン酸、Ｎ−ラウロイルサルコシン（Ｎ−ラウロイル−Ｎ−メチルグリシン）、Ｎ−ラウロイル−β−アラニン、Ｎ−ミリストイル−β−アラニン、Ｎ−ラウロイルアスパラギン酸、Ｎ−ラウロイルセリン等；又はそれらの塩、例えばナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン塩等が挙げられる。なお、前記式（Ｉ）で表わされる化合物には、Ｌ体、Ｄ体、ラセミ体があるが、本発明においては、これらのいずれをも用いることができる。

前記界面活性剤の反応溶液中の濃度は、通常０．１〜１５重量％、好ましくは０．５〜１０重量％、更に好ましくは１〜５重量％である。

処理温度は、通常３〜３０℃、好ましくは５〜２５℃であり、処理時間は、通常２０分〜２４時間、好ましくは３０分〜１２時間である。

前記のようにして得られた高粘性溶液から界面活性剤を除去することにより、高分子タンニンゲルを得ることができる。

高粘性溶液から界面活性剤を除去する方法としては、例えば高粘性溶液を有機溶媒又は水含有有機溶媒で処理、好ましくは水含有有機溶媒を用いて透析する方法が挙げられる。前記水含有有機溶媒における有機溶媒の濃度は、好ましくは３０〜９０重量％、更に好ましくは５０〜８０重量％である。

前記有機溶媒としては、水混和性の有機溶媒であれば特に制限はなく、例えばアセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、好ましくはアセトン、エタノールが挙げられる。

透析の処理温度は、通常２〜３０℃、好ましくは４〜１０℃であり、透析時間は、通常１２〜４８時間、好ましくは１２〜３０時間である。３、４時間おきに３回透析外液を交換すると透析の効果が高まる。透析後、溶液を適当な容器に移し、例えば、常温あるいは低温（冷蔵庫内）で通常１〜７日間放置することにより、有機溶媒をゆっくりと気散させることにより高分子タンニンゲルを得ることができる。
本発明には、必要に応じ本発明の効果を損なわない範囲で、各種添加剤を用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下において濃度の単位「％」は、特に明示がない限り「重量％」を示す。

（実施例１）
１．カキタンニンの抽出と精製
＜カキタンニンの抽出＞
サンプルは２００９年７月１３日に鹿児島大学農学部付属唐湊果樹園で摘果した渋柿（品種：平種無）を用いた。

カキタンニン（ＫＴ）の抽出は、以下のような方法で行った。
（１）まず包丁で果実の皮をむき、１センチ四方のダイズ状に切りジューサーを用いて果汁を絞り出した。
（２）その後果汁に含まれるＫＴの酸化防止のため０．５％となるようにＬ−アスコルビン酸を加えポリボトルに詰めて−２０℃で冷凍保存した。
以下の実験では、この冷凍保存されたKT溶液を冷蔵庫や常温で自然解凍して用いた。

＜カキタンニンの精製＞
カキタンニン（ＫＴ）溶液に含まれる比較的大きな夾雑物を除去するために、ＫＴ溶液約１８０ｍｌを遠心チューブに取り大型冷却遠心機（ＲＢ−１８IV）を用いて７５００ｒｐｍで３０分間遠心分離した。その上澄み液を遠心チューブに約３５ｍｌ取り更に１５０００ｒｐｍで３０分間遠心分離し、無色透明な上澄み液をサンプルとして用いた（やや薄黄色や薄緑色を呈することもある）。

遠心分離により夾雑物を除去したＫＴ溶液を、自動連続限外ろ過装置（マクロテック 株式会社）を用いて更に限外ろ過を施した。自動限外ろ過装置の特徴は、省力化と安定した純度の溶液が精製できることなどが挙げられる。原理は、精製する溶液に圧を加えて繰り返し限外ろ過するというものだが、そのろ過の繰り返しの過程では、水分減少による粘度上昇やろ過滞留が起こってしまうため、薄め液を定期的に自動補給しながら行った。

本実施例で行ったＫＴ溶液の限外ろ過では分子量１万以下の夾雑物を除去できるろ過膜を用いた。
まず、ＫＴ溶液２５０ｍｌと特級エタノール（ナカライテスク）２５０ｍｌの混合液を調製した。エタノールを混合させる目的は、ろ過膜にＫＴが付着し、ろ過が滞留することを防ぐためである。このＫＴ溶液とエタノールの混合液５００ｍｌをサンプルとし（エタノール濃度５０％が特に好ましい）、連続１５回（ろ液が１００ｍｌになると１回とカウントされる）の限外ろ過を行った。また、１００ｍｌろ過されると５０％のエタノールが入った薄め液タンクから１００ｍｌ自動的に補水された。連続１５回のろ過を行うために薄め液タンクには１．５Ｌ以上の５０％エタノールを準備した。

最終的にこの連続１５回の限外ろ過によってＫＴ溶液の夾雑物終濃度は、１回のろ過で１００ｍｌ（２０％）ずつ夾雑物が薄まっていくことになるので、
（８０／１００）^１５＝０．０３５１８
より夾雑物終濃度３．５２％となった。通常、約７０時間要した。ろ過の終了したＫＴ溶液５００ｍｌを回収し、ロータリーエバポレータＲII（ＢＵＣＨＩ）でエタノールを蒸留除去した。最終液量は約２５０ｍｌとなり、次にこのＫＴ溶液の濃度を測定した。

以下に濃度を規定すると同時に安定した品質を持つ高粘性カキタンニン溶液を作製するために、品質の規格化を実施した。精製したカキタンニン水溶液を高純度のＲＯ水で希釈して１％として、以下の測定を行い、品質の確認を行った。用途によっては、この数値を超える試料は実験、あるいは、素材原料として用いないことを規定している。
精製カキタンニン：１％水溶液：無臭でかつほぼ無色透明である。
電気伝導度：１８８μＳ／ｃｍ、酸化還元電位：７２．８ｍＶ、ｐＨ：６．６
５％水溶液の粘度：６．３６ｃＰの特性を持つ。
それ以外に、紫外部検出器を装備したゲル浸透クロマトグラフィーで高分子側にカキタンニン以外の高分子物質は検出されない。

２．カキタンニン溶液のFolin-Ciocalteu法による濃度検定
（目的）
カテキンの標準曲線を用いてカキタンニン（ＫＴ）溶液の濃度を測定する。

（実験方法）
ポリフェノールの還元性を利用して、アルカリ性でリンタングステン、モリブデン酸を還元して生じる青色を比色定量した。

まず、カテキンの標準曲線を作成した。方法は、６００μｇ／ｍｌのカテキン（ＳＩＧＭＡ）を１０倍希釈して６０μｇ／ｍｌカテキンをつくり、表１の通りに試験管にそれぞれの試薬と共に加えた。フェノール試薬（Ｆ−Ｃ溶液）（ナカライテスク（株））はＲＯ水を用いて５０％に調製したもの、Ｎａ_２ＣＯ_３はＲＯ水にて１０％に調製したしたものを用いた。これを各３本ずつ、計１８本の試験管に入れた。

全ての試験管をvoltexにかけ１時間放置後、分光光度計（UVmini1240）を用いてＯＤ７６０ｎｍを測定し、吸光度の値から標準曲線を作成した（図１）。

次に、このカテキンの標準曲線を用いてサンプルの濃度を測定した。方法は、まず測定したいＫＴ溶液をＲＯ水にて１０００倍、２０００倍、４０００倍に希釈した。そして、各々の希釈率のＫＴ溶液を試験管にそれぞれの試薬と共に表２の通りに加えた。これを各３本ずつ、計９本の試験管に入れた。また、コントロールとしてＲＯ水を加えた試験管を１本用意した。

全ての試験管をvoltexにかけ１時間放置後、分光光度計を用いてＯＤ７６０ｎｍを測定し、作成したカテキンの標準曲線から濃度を求め、最終的に補正係数をかけてタンニン濃度を計算した。

３．界面活性剤の添加によるカキタンニン高粘性溶液の調製
前記１．において自動連続限外ろ過装置により精製したカキタンニン（ＫＴ）を用いて調製した。５．２％ＫＴ溶液に表３に示す各種界面活性剤を０％、１％、２％、４％となるように添加した。Ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（ＮＬＳ）においては、０％、１％、２％、４％、６％になるように添加した。また、ｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシド（ＨＴＧ）においては、０％、６％、８％になるように添加した。各濃度のサンプル量は２ｍｌで、それぞれを試験管に用意した。コントロールは、ＲＯ水に前記と同じ濃度になるように界面活性剤を添加したものを用いた。界面活性剤を添加した全ての溶液をＶＯＲＴＥＸ−ＧＥＮＩＥ ２（エムエス機器（株））を用いて撹拌し、冷蔵庫で約３０分間冷却した後、音叉振動式（ＳＶ−１Ｈ型）粘度計（エー・アンド・デイ（株））を用いて粘度を測定した。なお、測定温度は一律１９．５℃で行った。

結果を図２〜４に示す。これらの図における「相対粘度」は、界面活性剤が無添加のときの粘度を１とした相対粘度である。

ＮＬＳ、ＨＴＧ、ＳＤＳ以外の界面活性剤はＫＴ溶液に添加すると沈殿が生じたため測定できなかった。現在までに測定できた界面活性剤の中ではＮＬＳの添加による粘度上昇が一番大きく、３〜４％のときは無添加のときに比べ約１００倍以上も上昇した。また、ＮＬＳ添加による粘度上昇ほどではないが、ＨＴＧの添加による粘度上昇も観察された。８％のときの粘度は無添加のときに比べ、約３倍上昇した。ＳＤＳの添加では、４％のときの粘度は無添加のときに比べ、約１．３倍上昇した。このように、ＮＬＳあるいは類似界面活性剤を添加することにより、ほとんど品質を変化させずに高粘性のカキタンニン水溶液（無臭、無色透明）を作製することに成功した。

また、ＮＬＳの添加により大きく粘度が上昇したＫＴ溶液をしばらく冷蔵庫で放置したが、ゲルが形成されることはなかった。

４．有機溶媒による高粘性溶液のゲル化
水含有アセトン（７５％）で透析することによりカキタンニン（ＫＴ）の溶液中にあるＮ−ラウロイルサルコシンナトリウム（ＮＬＳ）を除去した。

前記１．において自動連続限外ろ過装置により精製したカキタンニン（ＫＴ）を用いて調製した５．２％ＫＴ溶液にＮＬＳを添加し、その濃度が６％となるように調製した。高粘度状態にあるこの６％ＮＬＳ−ＫＴ溶液１０ｍｌを７５％アセトン（ナカライテスク）１１５０ｍｌで約２４時間透析した。透析方法は、まず分画分子量３，５００の標準グレード再生セルロース膜（透析チューブ）（Spectrum Laboratories, Inc.）約１２ｃｍを１５分間煮沸消毒し、片方の口を結び、透析膜の中をＲＯ水で数回すすいだ。そして、６％ＮＬＳ−ＫＴ溶液１０ｍｌをこのチューブに入れ、少し空気を入れた状態でもう一方の口をタコ糸で結んだ。最後に、この透析チューブを７５％アセトンの入った１Ｌメスフラスコにビニルテープで吊るし、適度な速度で透析した。なお、透析チューブを吊るすときは７５％アセトンの液面が６％ＮＬＳ−ＫＴ溶液の液面よりも高い位置にくるように設置した。約２４時間の透析後、溶液を試験管に移し、試験管の口を塞がずに常温放置した。また、条件を変えずに透析したＫＴ溶液を市販のプラスチック容器に移し、試験管よりも空気に接する面積を大きくした状態で常温放置した。

口の狭い試験管に移したＫＴ溶液は、常温放置２日目から大きく粘度が上昇し、５日目には試験管を傾けてもＫＴ溶液が流れないほどに粘度が上がり、弾力のあるゼリー状のものになった。そのまま放置し続けると更に弾力のあるものになった。このＫＴ溶液は、ゲル化により褐変し薄黄色から薄赤茶色になったが、ゲル自体は透き通っていた。市販のプラスチック容器に移したＫＴ溶液は、放置２日目には弾力のあるゼリー状のものになった。色はやはり薄黄色から薄赤茶色に変色していた。

本発明の方法によって得られる高粘性溶液は、繊維、紙や木材への塗料として、又は糸や紙、布への染料などとして利用でき、従来のタンニン水溶液を用いた場合よりも作業効率が高まり、耐久性に優れたものができる。また、防水、防虫、静菌、耐摩耗性、消臭効果などが期待されることから、各種容器へのコーティング剤、あるいは各種の生活化成品（歯磨き用の練り製品・湿布薬など）や化粧品としても利用できる。

本発明の方法によって得られるゲルは、細かく砕いて飼料に添加することによって、ポリフェノール含量の高い抗酸化性飼料を家禽、家畜、ペットに与えることができ、ストレスの軽減化、血圧降下作用や疲労回復効果が期待できる。また、細菌、ウイルスの吸着除去フィルター、産業用水の浄化カラム及び飲料品の成分調整剤として利用することが期待できる。

Claims (8)

1. 高分子タンニン水溶液を、アルキルグリコシド系界面活性剤及びＮ−アシルアミノ酸系界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の界面活性剤で処理することを含む高分子タンニンの高粘性溶液又はゲルの製造方法。
2. 高分子タンニンが縮合型タンニンである請求項１記載の方法。
3. 縮合型タンニンがカキタンニンである請求項２記載の方法。
4. アルキルグリコシド系界面活性剤がアルキルチオグリコシドである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. Ｎ−アシルアミノ酸系界面活性剤がＮ−ラウロイルサルコシンもしくはＮ−ステアロイルグルタミン酸又はそれらの塩である請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 界面活性剤がｎ−ヘプチル−β−Ｄ−チオグルコシドもしくはＮ−ラウロイルサルコシンナトリウム、又はこれらの組み合わせである請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって得られた高分子タンニン高粘性溶液を有機溶媒又は水含有有機溶媒で処理することを含む高分子タンニンゲルの製造方法。
8. 有機溶媒又は水含有有機溶媒による処理が水含有有機溶媒による透析である請求項７記載の方法。

Images