JP5819576B2

JP5819576B2 - 改良ケラチンの製造方法

Info

Publication number: JP5819576B2
Application number: JP2008283694A
Authority: JP
Inventors: 八藤　眞; 眞八藤
Original assignee: 八藤　眞; 眞八藤; 谷光正
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: JP2010090096A

Description

この発明は、化粧品、医療品などへの応用を好適に行うことができる改良ケラチンを効率よく製造する方法に関するものである。

ケラチンは、毛髪や爪、獣毛、羽毛、皮膚の角質層などを形成している硫黄を含むたんぱく質である。このケラチンタンパクは弾力性に富み、水分をよく含む繊維状の細長い形状で紫外線や衝撃などの外部刺激から体を守るクッション効果を有しており、毛髪や爪は硬質ケラチン、皮膚は軟質ケラチンといわている。

また、ケラチンはシスチンを１４％〜１８％含む１８種のアミノ酸からできており、例えば、毛髪はケラチンが８０％−〜９０％含まれ、残りはメラニン色素、脂質、水分、微量元素（ミネラル）からできている。そして、この毛髪の成分も遺伝、生活環境、美容処理のほか、例えば、食事を低たん白質食にするとシスチンの含量が低下し、中高たんぱく質食にするとシスチン量が増加するなどの影響があり、さらににはこの中高たんぱく質食の状態でスクワランを供給するさらシスチンが増加するという報告もある。
皮膚のケラチンも同様に、例えば、やせるためやアトピーなどにより食事制限を行ってたんぱく質や脂質、ミネラルが不足気味になると、皮膚や髪が痛みやすくなるなど食事の栄養バランスによって左右されることが知られている。

組織中におけろケラチンは、分子中のシスチン残基が別のケラチン分子のシスチン残基との間でジスルフィド結合しており、繊維状として存在し不溶化している。この繊維状ケラチンを可溶化するためには、例えば、還元剤の存在下でケラチンのジスルフィド結合を開裂させる方法が採用されているが、この還元剤を除去すると開裂したジスルフィド結合が再び結合し不溶化してしまうため、還元剤の除去後も可溶化したケラチンを得ることは困難であった。

一般に、化粧品の素材は水溶性であることが必要であり、このケラチンを還元剤の非存在下でも水に可溶にする方法としては、例えば、ケラチンを酵素等を用いて低分子化する方法あるいはケラチンタンパク中のジスルフィド結合を還元剤を用いて開裂させたのち、シスチン残基をモノヨード酢酸などを用いて化学修飾を施し、還元剤を除去したのちも可溶性であるケラチン誘導体を製造する方法などがある。

しかし、酵素等を用いて低分子化したケラチンは、単に分子量が小さいだけであるため毛髪にハリやコシを与えるコンディショニング効果や、セット効果が低いという問点が指摘されている。
一方、シスチン残基を化学修飾したケラチン誘導体は、分子量は高いもののケラチンに特徴的なジスルフィド結合が不可逆的に変性されているために、毛髪内のチオール基／ジスルフィド結合との交換反応や、毛髪上でのケラチン分子同志の架橋形成が期待できず、毛髪から容易にはずれてしまうという問題点があった。

そこでこれらの問題点を解決するために、ケラチン含有物質から還元剤を含む尿素溶液を用いて還元型ケラチンタンパクを抽出し、さらにこの抽出液にアニオン界面活性剤を加えることにより、還元剤を除去したのちも安定な可溶性ケラチンを得る方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、この可溶性ケラチンは安定であり不溶化しないため、毛髪内部に浸透しても再び毛髪の外に洗い流されてしまい、毛髪の感触を変えるうえで持続性に問題があった。

なお、基本的にはタンパク質である可溶性ケラチンを不溶化する方法としては、生化学的な手法である硫酸アンモニウムや硫酸ナトリウムを用いた塩析、あるいはエタノールやイソプロパノールのような有機溶媒を用いて変性させる方法なども知られているが、これらの方法ではいずれも高濃度の硫酸アンモニウムやエタノールを用いなければならないため簡単に採用することはできないという問題もあった。

特公平７−３７４８０号公報

このような事情から、この発明では化粧品、医療品などへの応用を好適に行うことができる改良ケラチンを効率よく製造する方法を提供することを目的とするものである。

この課題を解決するため、本発明では、わが国で古くから行われており、安全性についても折り紙つきの、例えば、味噌、醤油の類の発酵技術に着目し、あらかじめミネラルを添加した原料としてのケラチン（ケラチンタンパク）を麹菌などを使用して醗酵させ、ついでこの醗酵ケラチンに有機酸を混合して熟成することによりケラチンの分解を行って好適な改良を図るものである。

具体的には、例えば、原料ケラチンにミネラルを添加して所定量の浄化水で蒸煮することにより殺菌し、つぎに麹菌、クエン酸菌、乳酸菌、酢酸菌、繊維分解酵素（セルラーゼ）を含む酵母を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を加えて醗酵させ、次いでこの醗酵ケラチンにクエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選ばれるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を混合して３５℃〜４５℃の温度に保持して熟成し、さらにこれを濾過抽出する手順を採用する。

この場合、原料ケラチンに添加するミネラルとしては、あらかじめ解離（イオン化）したミネラルを使用するのが好ましく、具体的には、澱粉および／もしくは穀類と種子と卵殻とを所定の割合で混合した原料を粉砕し、次いで浄化水と麹菌を加えて醗酵熟成することにより原料中に含まれているカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどのミネラルを解離させたのち濾過することにより得られた醗酵熟成液が好適に使用される。

そして、この手順（プロセス）を採用することにより、分子量がおおよそ５０〜１１０程度の改良ケラチンを得ることができるものである。

本発明に係る改良ケラチンの製造方法によれば、原料ケラチンの分散液は麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物による発酵作用によってケラチンの酸素結合が切られ、さらに切られたケラチンのモノマーユニット末端に２価ミネラルが適宜結合してその状態を保持するので、従来に比べると低分子量のケラチンを効率よくしかも安価に製造することができる。
また、本発明方法によって得られる改良ケラチンは、分子量がおおよそ５０〜１１０程度でありしかも２価ミネラルで適宜結合されているので水溶性で化粧品分野などにおいては毛髪にハリやコシを与えるコンディショニング効果や、セット効果の大幅な向上を図ることができ、また毛髪等のラチン組織に低分子ケラチンをカルシウムなどの二価のイオンで架橋させるため、シャンプーリンスしても溶脱することがなく髪質を向上でき、さらには少量で目的とする所望の効果を充分期待することができるものである。

次に、本発明に係る改良されたケラチンの製造方法における最良の実施の形態を例示し、以下詳細に説明する。
図１において、本発明に係る改良されたケラチンの製造方法で使用する原料ケラチン１０としては、ケラチン含有物質を使用する。この場合、ケラチン含有物質は真性ケラチンを含有する物質であればよく、例えば、山羊、羊、馬、豚、牛、ウサギなどの毛や各種鳥類の羽毛、さらには人毛などが用いられ、これらをある程度精製したものが好ましい。

次に、容器１２を用意して、この容器１２に原料ケラチン１０と、ミネラル１４と浄化水１６（例えば、水道水などのＴａｐｗａｔｅｒから予め塩素などを除去することにより得られた浄化水）を投入し、適度に攪拌しながら公知の加熱手段を使用して例えば、６５℃なら３０分間、８５℃以上であるなら１０分程度加熱して殺菌することによりケラチンの分散液１８を調製する。
この場合、原料ケラチン１０と浄化水１６との混合比は、原料ケラチン１〜２に対して８〜９程度にするのが好ましく、またミネラル１４の添加量は原料ケラチン１０と浄化水１６の総量に対して１０重量％〜２０重量％の範囲に設定するのが好適である。

一方、原料ケラチン１０に添加するネラル１４としては、あらかじめ解離（イオン化）したミネラルを使用するが、このイオン化ミネラルとしては、例えば、澱粉および／もしくは穀類と種子と卵殼とを所定の割合で混合した原料を粉砕し、次いで浄化水と麹菌を加えて醗酵熟成することにより粉砕原料中に含まれているカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどのミネラルを解離させたのち濾過して得られた醗酵熟成液を使用するのが好ましい。

このようにして加熱殺菌した容器１２内のケラチン分散液１８の温度が４０℃程度まで低下したら、このケラチン分散液１８に対して、酒麹菌、醤油麹菌、味噌麹菌、クエン酸菌、乳酸菌、酢酸菌、セルラーゼ（繊維分解酵素）を含む酵母を単独でまたはこれらの２種以上の混合物２０、砂糖などの糖質２２を加えてよく混合し、その温度を３５℃〜４５℃に保持して前記ケラチン分散液１８を、例えば、２週間程度醗酵させる。
この場合、麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物２０の分量は、ケラチン分散液１８の１０重量％〜３０重量％の範囲に設定するのが好ましい。
麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物２０の分量が１０重量％未満になると醗酵に長時間を要するだけでなく充分な発酵を行えなくなり、また３０重量％を超えると量が多すぎて経済性が低下することになる。
また、糖質２２の分量は麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物２０よりも若干多めの分量を目安とする。

なお、ケラチン分散液１８の発酵に際しては、スターラなど公知の手段による攪拌を適宜繰り返して麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物２０の発酵を促進させるのが好ましく、この発酵作用によってケラチンはその酸素結合が切られ、最終的には、粘稠性のある醗酵液となる。

次に、このようにして得られた醗酵ケラチン液２６に、例えば、クエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選ばれるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上を混合してなる有機酸溶液２８を加え、ヒータなどにより３５℃〜４５℃に保持した状態で静電磁場および電位差を有する雰囲気、さらに必要に応じて、例えば、２５ＫＨｚ〜４０ＫＨｚ程度の超音波の照射下においてゆっくりと攪拌しながら流動させて熟成（有機酸発酵）する。
この場合、醗酵ケラチン液２６に加える有機酸溶液２８の分量としては醗酵ケラチン液２６の１０重量％〜３０重量％に設定するのが好ましく、有機酸溶液２８が醗酵ケラチン液の１０重量％以下だと熟成醗酵に長時間を必要とし低分子化が遅くなり、また３０重量％を超えるとケラチン自体の量が少なくなるため熟成がうまくできず経済性も低下する。

この熟成により、ケラチンは麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物２０の発酵作用によってその酸素結合を切られ、さらに有機酸の作用で分断されていくが、この際、ケラチンのモノマーユニット（一つの断片）末端にはカルシウムなどの二価のミネラルが適宜結合していくため、分子量５０〜１１０程度のケラチンを含む発酵ケラチン液３０として好適に保持されることになる。
なお、この醗酵ケラチン液３０の熟成に際しては、適宜の攪拌手段を使用して醗酵ケラチン液を攪拌するとともにポンプ装置などでゆっくり流動させながら行うのが好ましい。

そして、このようにして得られた醗酵熟成ケラチン液３０を加熱あるいは紫外線照射などの手段で再び殺菌したのち濾過抽出することにより透明ないしは黄味かがった色を呈する改良ケラチン３２を得た。

次に、前述の手順で得られた本発明方法に係る改良ケラチン３２と、原料ケラチン１０の質量分析を行ったところ、図２および図３（改良ケラチン３２）、図４および図５（原料ケラチン１０）に示すような分子量分布の結果を得た。
なお、質量分析の条件および要領は以下の通りである。
使用装置；レーザーイオン化飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）
ＡＸＩＭＡ−ＣＦＲ（株式会社島津製作所製）
引き出し電圧；２０ｋｖ
飛行モード；Ｌｉｎｅａｒ
検出イオン；正イオン
マトリックス；Ｓｉｎａｐｉｎｉｃａｃｉｄ（ＳＡ）
１０ｍｇ／ｍｌｉｎ０．１％ＴＦＡ，５０％ＭｅＣＮｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎ
サンプル前処理；サンプルとなる各ケラチン１μｌを直接ＭＡＬＤＩプレートにアプライし、風乾後マトリックス溶液を重層し、さらに風乾後、質量分析装置にプレートを搭載して質量分析を行った。

この質量測定によると、２００〜４００、７００前後などに多数のピークが混在している原料ケラチン（図４および図５）に対し、本発明方法により得られた改良ケラチン（図２および図３）は、いくつかのピークが見られるものの、おおよそ４０前と１１０をピークトップとする分布が得られたことから、約４０〜１１０程度の分子量はあることが確認された。
このように分子量が約４０〜１１０程度の改良された低分子ケラチンを得られるのは、麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物による発酵作用によってケラチンの酸素結合が分断され、この際、ケラチンのモノマーユニット末端に、例えば、カルシウムなど二価のミネラルが適宜結合してこの状態がバランスよく保持されるからである。

そして、このようにして得られた改良ケラチンを化粧品、たとえば、毛髪用化粧品に配合すると、分子量がおおよそ４０〜１１０程度でありしかもミネラルで適宜結合されているので、低分子量であるにも拘わらず毛髪にハリやコシを与えるコンディショニング効果や、セット効果の大幅な向上を図ることができるものである。
また、毛髪等のケラチン組織に低分子ケラチンをカルシウムなどの二価のイオンで架橋させるので、シャンプーリンスしても溶脱することがなく髪質の向上を図ることができ、さらにはカラーリング、パーマなどによる損毛へのケラチンの補填および修復を好適に行うことができるなど少量で所望の効果を充分期待することができるものである。

本発明に係る改良ケラチンの製造方法の最良の実施の形態を示す手順説明図である。図１に示す手順で得られた本発明に係る改良ケラチンの質量分析結果を示すイオンピーク２０〜５００近辺の特性（分子量分布）図である。図１に示す手順で得られた本発明に係る改良ケラチンの質量分析結果を示すイオンピーク１００〜５００近辺の特性（分子量分布）図である。図１に示す手順で使用された原料ケラチンの質量分析結果を示すイオンピーク２００〜８００近辺の特性（分子量分布）図である。図１に示す手順で使用された原料ケラチン硫酸の質量分析結果を示すイオンピーク５００〜１５００近辺の特性（分子量分布）図である。

符号の説明

１０・・原料ケラチン
１２・・容器、
１４・・ミネラル、
１６・・浄化水、
１８・・ケラチン分散液、
２０・・麹菌などの細菌、酵母またはこれらの混合物
２２・・砂糖などの糖質、
２６・・醗酵ケラチン液、
２８・・カルボキシル基を有する有機酸溶液
３０・・醗酵熟成ケラチン液
３２・・改良ケラチン、

Claims

ミネラルを添加した原料としてのケラチンを醗酵させ、ついでこの醗酵ケラチンに有機酸を混合して熟成することを特徴とする改良ケラチンの製造方法であって、
原料ケラチンにミネラルを添加して所定量の浄化水で蒸煮することにより殺菌し、つぎに麹菌、クエン酸菌、乳酸菌、酢酸菌、繊維分解酵素を含む酵母を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を加えて醗酵させ、次いでこの醗酵ケラチンにクエン酸、乳酸、酢酸、酒石酸、リンゴ酸から選ばれるカルボキシル基を有する有機酸を単独でまたはこれらの２種以上の混合物を混合して３５℃〜４５℃の温度に保持して熟成し、さらにこれを濾過することを特徴とする改良ケラチンの製造方法。
ミネラルとして、あらかじめイオン化（解離）したミネラルを使用することからなる請求項１に記載の改良ケラチンの製造方法。
あらかじめイオン化（解離）したミネラルは、澱粉および／もしくは穀類と種子と卵殻とを所定の割合で混合した原料を粉砕し、次いで浄化水と麹菌を加えて醗酵熟成することにより原料中に含まれているカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどのミネラルを解離させたのち濾過することにより得られた醗酵熟成液である請求項２に記載の改良ケラチンの製造方法。