JP7484190B2 - 配糖体の分解方法及びアグリコンの製造方法 - Google Patents

配糖体の分解方法及びアグリコンの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、配糖体の分解方法及びアグリコンの製造方法に関する。
配糖体は、糖と、非糖部となるアグリコンとがグリコシド結合により結合した有機化合物であるが、配糖体及びアグリコンは、天然に存在する有機化合物群であり、柑橘類及び豆類をはじめとして、様々な植物の花、葉、根、茎、果実、種子等に含まれている。アグリコンは、種類によって特徴及び作用が異なるが、アグリコンの中でもポリフェノールは、一般的にその多くが強い抗酸化作用を有している。例えば、柑橘類に含まれるポリフェノールの一種であるポリメトキシフラボンは、抗酸化作用、発ガン抑制作用、抗菌作用、抗ウイルス作用、抗アレルギー作用、メラニン生成抑制作用、血糖値抑制作用等を有することが知られており、医薬品、健康食品、化粧品等の様々な用途への応用が期待されている。
柑橘類からポリフェノールの一種であるフラボノイドを製造する方法としては、例えば、柑橘類の果皮等からエタノール水溶液でフラボノイドを抽出し、抽出されたフラボノイドを溶液中から回収する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005-145824号公報
しかしながら、従来のポリフェノールの製造方法では、ポリフェノールの収率が低いという問題がある。そのため、ポリフェノールの収率を向上できる製造方法の開発が求められている。
例えば柑橘類の果皮には、ポリフェノールの一種であるフラボノイドの他に、それよりも多量のフラボノイド配糖体が含まれているが、これをフラボノイドとして回収できれば、フラボノイドの収率を向上させることが可能である。配糖体は、加水分解することで糖とアグリコンとに分解されるが、フラボノイド配糖体をフラボノイドに分解する方法としては、フラボノイド配糖体を塩酸等の酸と反応させる方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、使用した酸が残存して製品中に混入するおそれがあること、酸とフラボノイドとの副反応生成物が生じる恐れがあるという問題がある。
その他の手法として、配糖体を含む水溶液を亜臨界状態となるまで加熱加圧処理することで、配糖体を分解する方法が挙げられる。この場合、酸等の添加が無いため、上記の問題が発生しない。
ここで、フラボノイド及びフラボノイド配糖体は、フラボノイドを含む柑橘類や海藻類等の天然物から熱したエタノール水溶液等を用いて抽出されるが、加熱加圧処理を行う配糖体を含む水溶液としては、天然物の抽出物を含むエタノール水溶液、又はこれを乾燥した固形物を再度、所定濃度で水に溶かした水溶液が用いられる。
一方、フラボノイドを抽出する天然物にはフラボノイド及びフラボノイド配糖体以外にも糖、水溶性食物繊維、並びにアミノ酸、タンパク質、クエン酸及びアルギン酸等の有機酸などが含まれており、フラボノイド及びフラボノイド配糖体を抽出する際に同時に抽出される。このため、上記の配糖体を含む水溶液にも糖、水溶性食物繊維及び有機酸等が含まれるため、酸や亜臨界水領域での配糖体分解を行う際に、副反応として水溶性食物繊維から糖が、また、タンパク質からアミノ酸が生成する。次いで、糖が脱水縮合するカラメル反応と、糖及びアミノ酸が反応するメイラード反応が同時に進行する。この際、有機酸は、これら2つの反応に対して触媒として作用し、反応を促進する。
一般に糖及びアミノ酸は、水に可溶、有機溶剤に不溶であるが、カラメル反応及びメイラード反応によって分子量が増えることで疎水性が強くなり、有機溶剤に可溶になり、最終的に水にも有機溶剤にも溶けない巨大分子となる。水に可溶な配糖体を酸又は亜臨界水条件で分解する際、フラボノイドは水にほぼ不溶なため、溶液から析出してくる。このため、配糖体分解後の処理液を濾過や遠心分離で固液分離すると、フラボノイドと、カラメル反応及びメイラード反応で生成した化合物とが高濃度で含まれる固体の分解物が得られる。
得られた固体の分解物から、フラボノイドが可溶な有機溶剤を用いてフラボノイドを抽出し、その後乾燥を行う場合、得られる固体の抽出物は、柑橘類の果皮等から熱したエタノール水溶液等を用いてフラボノイドを抽出し、それを乾燥した一次抽出物より高濃度のフラボノイドを含む。
しかし、その際、水に不溶で有機溶剤に可溶なカラメル反応生成物及びメイラード反応生成物も同時に抽出されるが、同じ原料を使用しても、反応条件やpHによって有機溶剤に可溶な生成物の量が変化し、それに伴い、得られる固体の分解物中のフラボノイドの濃度が変化する問題がある。
また、原料として天然物の抽出物を含むエタノール水溶液等を用いた場合、当該エタノール水溶液には有機酸も含まれているため、エタノール水溶液における天然物の抽出物の濃度が高くなると酸性が強くなる。その場合、カラメル反応及びメイラード反応が促進され、これらの反応により生成する化合物も多くなるため、有機溶剤抽出後に乾燥した固体の抽出物中のフラボノイドの濃度が低くなったり、カラメル反応及びメイラード反応により生成した、水及び有機溶剤に不溶の化合物にフラボノイドが取り囲まれ、有機溶剤により抽出されにくくなり、フラボノイドの収率が大きく低下する問題があった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、配糖体を効率的にアグリコンに分解できる配糖体の分解方法、及び、アグリコンの収率を向上できるアグリコンの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、配糖体を含む原料を溶媒存在下で加熱加圧処理することで、配糖体をアグリコンに分解する分解処理工程を有し、溶媒が、水と、水に不溶であり且つアグリコンが可溶な疎水性溶媒と含む混合溶媒である、配糖体の分解方法を提供する。
上記方法によれば、配糖体を効率的にアグリコンに分解することができる。また、この方法を用いることで、アグリコンを低コストで効率的に製造することが可能となる。
上記方法において、上記疎水性溶媒は、ヘキサンであってもよい。上記疎水性溶媒がヘキサンであることにより、配糖体を特に効率的に分解することができる。
上記方法において、上記溶媒及び上記原料の合計質量に占める上記配糖体の質量割合は、0.05質量%以上であってよい。上記配糖体の質量割合が0.05質量%以上であることにより、配糖体を特に効率的に分解することができる。
上記方法において、上記配糖体は、フラボノイド配糖体を含んでいてもよい。上記方法によれば、フラボノイド配糖体を特に効率的に分解することができる。
上記方法において、上記配糖体は、スダチチン配糖体及び/又はデメトキシスダチチン配糖体を含んでいてもよい。上記方法によれば、スダチチン配糖体及びデメトキシスダチチン配糖体を特に効率的に分解することができる。
上記方法において、上記配糖体は、ケルセチン配糖体を含んでいてもよい。上記方法によれば、ケルセチン配糖体を特に効率的に分解することができる。
上記方法において、上記加熱加圧処理は110~300℃の条件で行われてもよい。上記範囲内の温度であると、配糖体の分解をより促進することができる。
本発明はまた、上記本発明の方法により配糖体を分解する分解工程と、上記分解工程で得られた分解生成物からアグリコンを分離する分離工程と、を含む、アグリコンの製造方法を提供する。かかる製造方法によれば、アグリコンを高い収率で、低コスト且つ効率的に製造することができる。溶媒としてアグリコンが溶解しない水等を用いた場合には、配糖体の分解により生成したアグリコンが析出する。そのため、分離工程では、アグリコンが溶解する溶媒により析出したアグリコンを溶解させ、その後、不溶物を濾過などで除去する必要がある。しかし、上記の本発明に係る方法では、溶媒が、アグリコンが溶解する疎水性溶媒を含むため、分解工程後にアグリコンが析出せず、分離工程において新たな溶媒でアグリコンを溶解させる必要が無い。そのため、アグリコンを効率的に製造することができる。
本発明によれば、酸を用いなくても配糖体を効率的にアグリコンに分解できる配糖体の分解方法、及び、アグリコンの収率を向上できるアグリコンの製造方法を提供することができる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(配糖体の分解方法)
本実施形態に係る配糖体の分解方法は、配糖体を含む原料を溶媒存在下で加熱加圧処理することで、配糖体をアグリコンに分解する分解工程を有し、溶媒が、水と、水に不溶であり且つアグリコンが可溶な疎水性溶媒と含む混合溶媒である。
配糖体は、アグリコンと糖がグリコシド結合により結合した親水性の化合物である。本発明に供される配糖体は、フェノール配糖体、クマリン配糖体、フラボノイド配糖体、カルコン配糖体、アントシアニジン配糖体、アントラキノン配糖体、インドール配糖体、及びスフィンゴ糖脂質等に適応できるが、これらに限定されない。
また、本実施形態に係る配糖体の分解方法は、酸無水物や分子中にエステル結合を有する分子の酸加水分解にも適応することができる。
フラボノイド配糖体の元となるフラボノイド(アグリコン)は、フェニルクロマン骨格を基本構造とする芳香族化合物であり、フラボン類、フラボノール類、フラバノン類、フラバノノール類、イソフラボン類、アントシアニン類、フラバノール類、カルコン類、オーロン類等が挙げられる。これらの中でも、フラボノイドは、フラボン類であるポリメトキシフラボン、フラボノ-ル類であるケルセチン又はフラバノン類であるヘスペリチン(ヘスペリジンのアグリコン)であってもよい。
ポリメトキシフラボンとしては、スダチチン、デメトキシスダチチン、ノビレチン、タンゲレチン、ペンタメトキシフラボン、テトラメトキシフラボン、ヘプタメトキシフラボン等が挙げられる。これらの中でも、ポリメトキシフラボンは、スダチチン、又は、デメトキシスダチチンであってもよい。
スフィンゴ糖脂質は、糖とスフィンゴシンとがグリコシド結合により結合している。スフィンゴ糖脂質としては、例えば、グルコシルセラミドが挙げられる。
配糖体の元となる糖としては特に限定されず、アグリコンとグリコシド結合により結合して上述した配糖体を形成することができる公知の糖が挙げられる。
配糖体分解処理に処する原料は、配糖体以外の他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、アグリコン、水溶性食物繊維、難溶性食物繊維、糖類、タンパク質、有機酸等が挙げられる。原料における配糖体の含有量は、原料の固形分全量を基準として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.25~30質量%であることがより好ましく、0.5~5質量%であることが更に好ましい。原料がアグリコンを更に含む場合、配糖体の含有量は、アグリコンの含有量1質量部に対して、0.25質量部以上であることが好ましく、0.5~100質量部であることがより好ましく、5~50質量部であることが更に好ましい。
原料として具体的には、植物及び海草の花、葉、根、茎、果実、種子等を用いることができる。特に果皮はポリメトキシフラボン、及びそれらの配糖体を多く含有するため、柑橘果実の搾汁残渣を好適に用いることができる。また、原料は、柑橘類から得られた乾燥粉末であってもよく、柑橘類の果皮から得られた乾燥粉末であってもよい。柑橘類としては、スダチ、温州みかん、ポンカン、シークワサー等が挙げられる。柑橘類は、スダチチン及びデメトキシスダチチン等のポリメトキシフラボン、及びそれらの配糖体を多く含有するスダチであってもよい。
加熱加圧処理は、水と、水に不溶で且つアグリコンが可溶な疎水性溶媒とを含む混合溶媒及び原料を共に耐圧性の密閉容器内に封入し、密閉したまま100℃を超える温度で加熱することで行うことができる。上記原料及び上記混合溶媒が密閉容器内で加熱されることで、密閉容器内が加熱及び加圧環境となり、亜臨界状態の混合溶媒による加熱加圧処理(水熱合成)が行われる。加熱加圧処理は、混合溶媒を撹拌しながら行ってもよい。耐圧性の密閉容器としては、加熱加圧処理に使用可能な公知の容器を特に制限なく用いることができる。密閉容器における原料及び混合溶媒の合計充填率は、高い分解効率を得る観点から、密閉容器の容積を基準として20体積%以上であることが好ましく、40~80体積%であることがより好ましい。
混合溶媒に含まれる、水と、疎水性溶媒との混合比率は特に限定されないが、得られるアグリコンの全量を溶解させるために必要な疎水性溶媒の量以上の量を溶媒が含むように、水と、疎水性溶媒との混合比率を調整することで、生成したアグリコンが疎水性溶媒に溶解して、水可溶性物質及び析出したカラメル反応、メイラード反応による生成物からの分離が容易になる。得られるアグリコンの全量を溶解させるために必要な疎水性溶媒の量は、疎水性溶媒に対するアグリコンの溶解度から算出することができる。ここで加熱加圧処理後の混合溶媒は、水と、疎水性溶媒との2層に分離しているため、分液漏斗等で疎水性溶媒を分離することでアグリコンの濃縮が容易にでき、それを蒸発乾燥させることでさらに高濃度のアグリコンが得られる。水と、疎水性溶媒との混合比率は、例えば、水の質量:疎水性溶媒の質量=1:99~99:1であってよい。
混合溶媒及び原料の合計質量に占める配糖体の質量割合は、特に制限されないが、例えば、0.05質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、25質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。混合溶媒及び原料の合計質量に占める配糖体の質量割合が上記範囲内であると、配糖体の分解を効率的に行うことができる。
疎水性溶媒としては、水に不溶であり且つ得られるアグリコンが可溶な溶媒であれば特に制限されないが、例えば、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素が挙げられる。脂肪族炭化水素は、直鎖状又は分岐状であってよく、飽和又は不飽和であってよい。脂肪族炭化水素の炭素数は、特に制限されないが、例えば、4~10であってよい。芳香族炭化水素の炭素数は、特に制限されないが、例えば、6~10であってよい。脂肪族炭化水素としては、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びデカンが挙げられる。芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン及びトルエンが挙げられる。
加熱加圧処理の反応条件は特に限定されないが、例えば、110~300℃で0.5~20時間とすることができる。反応温度は、120~190℃であることが好ましく、140~185℃であることがより好ましい。反応温度が110℃以上であると、反応がより良好に発生しやすい傾向があり、300℃以下であると、原料及びアグリコンの炭化が進行しにくく、収率がより向上する傾向がある。反応時間は、0.5~20時間であることが好ましく、1~10時間であることがより好ましい。反応時間が0.5時間以上であると、反応がより進みやすくなる傾向があり、20時間以下であると、反応の進行とコストとのバランスがとりやすくなる傾向がある。
加熱加圧処理時の容器内の圧力は、上記反応温度に対応する溶媒の飽和蒸気圧又はそれ以上であればよいが、装置の耐圧性の観点から、飽和蒸気圧であることが好ましい。
上記条件で加熱加圧処理を行うことで、配糖体をアグリコンに、効率的に分解することができる。
(アグリコンの製造方法)
本実施形態に係るアグリコンの製造方法は、配糖体を分解する分解工程と、分解工程で得られた分解生成物から得られたアグリコンを分離する分離工程を含む。分解工程は、上述した本実施形態に係る配糖体の分解方法により配糖体を分解する工程である。
分離工程は、分解工程で得られた分解生成物のうち、アグリコンが高濃度で溶解した疎水性溶媒を固形分及び水から分離する工程である。疎水性溶媒と、固形分との分離は濾過等で、疎水性溶媒と、水との分離は、分液漏斗等で容易に行うことができる。その後、分離したアグリコンが溶解した疎水性溶媒を乾燥させることにより、アグリコンを得ることができる。
上記方法により、アグリコンを高い収率で効率的に製造することができる。本実施形態の製造方法で製造されるアグリコンは、ポリメトキシフラボンであってもよく、スダチチン及び/又はデメトキシスダチチンであってもよい。本実施形態の製造方法は、ポリメトキシフラボン、特にスダチチン及びデメトキシスダチチンの製造に好適であり、その収率を大きく向上させることができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
スダチチン含有量1000質量ppm、配糖体由来スダチチン含有量9000質量ppmであるスダチ果皮エキス粉(池田薬草株式会社製)2gを超純水47.5gとヘキサン2.5g(溶媒混合比95/5)に溶解/分散させた。この溶解/分散液を容量100mlのテフロン(登録商標)容器に封入し、更にそのテフロン(登録商標)容器をステンレス製耐圧容器に収め、耐圧容器を密閉した。密閉した耐圧容器内で、テフロン(登録商標)容器内の溶液をマグネティックスターラーを用いて回転数600rpmで撹拌しながら、溶液の温度が180℃となるようにヒーターで加熱した。180℃到達後、撹拌を続けながら180℃で60分間加熱処理を行った。その後、加熱及び撹拌を止めて常温(25℃)まで自然冷却した。なお、加熱処理中の最高到達温度は181℃であった。
冷却後、溶液と固形分を目開き0.2μmの親水化PTFE製メンブレンフィルター(メルク-ミリポア社製、商品名:Omnipore 0.2μm JG)を用いて、ダイアフラムポンプを用いて減圧濾過した。次いで、得られた溶液を200ccのガラス製ビーカーに入れて、90℃のオーブンで24時間乾燥し、固形分を得た。得られた固形分を再度、超純水50gで溶解/分散し、目開き0.2μmの親水化PTFE製メンブレンフィルターを用いてダイアフラムポンプを用いて減圧濾過した。フィルター上に残った固形分を90℃のオーブンで24時間乾燥し粉末状のフラボノイド濃縮粉末1を0.007g得た。
(実施例2)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水37.5gとヘキサン12.5g(溶媒混合比75/25)に溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にしてフラボノイド濃縮粉末2を0.022g得た。
(実施例3)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水25.0gとヘキサン25.0g(溶媒混合比50/50)に溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にしてフラボノイド濃縮粉末3を0.053g得た。
(実施例4)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水12.5gとヘキサン37.5g(溶媒混合比25/75)に溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にしてフラボノイド濃縮粉末4を0.052g得た。
(実施例5)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水2.5gとヘキサン47.5g(溶媒混合比5/95)に溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にしてフラボノイド濃縮粉末5を0.05g得た。
(実施例6)
玉ねぎ皮粉(淡路島産玉ねぎ粉末、自然健康社製)を超純水とエタノールとの混合溶液(混合比は、超純水:エタノール=50:50)に対して濃度が5重量%になるように分散させ、玉ねぎ皮粉の分散液を得た。得られた分散液を60℃で3時間加熱し、玉ねぎ皮粉に含まれるケルセチンアグリコン及びケルセチン配糖体を抽出した。抽出後、遠心分離機で10000rpm 10分で固液分離し、上澄み液を分取してオーブンで乾燥し、乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末をメノウ乳鉢で粉砕してケルセチンアグリコン7質量%及びケルセチン配糖体1質量%を含む玉ねぎ皮抽出粉末を得た。
スダチ果皮エキス粉2gを超純水25.0gとヘキサン25.0g(溶媒混合比50/50)に溶解/分散させたことに代えて、得られた玉ねぎ皮抽出粉末1gを超純水25.0gとヘキサン25.0g(溶媒混合比50/50)に溶解/分散させたこと以外は、実施例3と同様にして粉末状のフラボノイド濃縮粉末6を0.12g得た。
(実施例7)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水25.0gとヘキサン25.0g(溶媒混合比50/50)に溶解/分散させたことに代えて、大豆由来グルコシルセラミド粉(和光純薬製)0.2gを超純水25.0gとヘキサン25.0g(溶媒混合比50/50)に溶解/分散させたこと以外は、実施例3と同様にして粉末状のセラミド濃縮粉末7を0.16g得た。
(比較例1)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水47.5gとヘキサン2.5g(溶媒混合比95/5)に溶解/分散させたことに代えて、スダチ果皮エキス粉2gを超純水50gに溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にして作業をおこなったが、乾燥粉末は得られなかった。
(比較例2)
スダチ果皮エキス粉2gを超純水47.5gとヘキサン2.5g(溶媒混合比95/5)に溶解/分散させたことに代えて、スダチ果皮エキス粉2gをヘキサン50gに溶解/分散させたこと以外は、実施例1と同様にして作業をおこない粉末状のフラボノイド濃縮粉末8を0.07g得た。
<評価方法>
<アグリコン濃度の測定>
各実施例及び比較例で得られた濃縮粉末中のスダチチン、ケルセチン又はセラミドアグリコンの濃度は、以下の方法で測定した。まず、濃縮粉末0.1gを希釈倍率が500倍となるように、エタノールに溶解/分散させ、孔径0.1μmのPTFEフィルターでろ過して、エタノール溶液を得た。このエタノール溶液について、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により成分分析を行った。
Figure 0007484190000001
表1に示すとおり、実施例1~7は全て、比較例1及び2と比較してアグリコン濃度及び収率が上昇しており、配糖体の分解によってアグリコンが新たに生成し、アグリコン濃度及び収率を向上させることができることが分かった。

Claims (8)

  1. 配糖体を含む原料を溶媒存在下で加熱加圧処理することで、前記配糖体をアグリコンに分解する分解工程を有し、
    前記加熱加圧処理の反応時間が、0.5~20時間であり、
    前記溶媒が、水と、水に不溶であり且つ前記アグリコンが可溶な疎水性溶媒と含む混合溶媒であり、
    前記疎水性溶媒が、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素のうち少なくとも一方であり、配糖体の分解方法。
  2. 前記疎水性溶媒が、ヘキサンである、請求項1に記載の分解方法。
  3. 前記溶媒及び前記原料の合計質量に占める前記配糖体の質量割合が、0.05質量%以上である請求項1又は2に記載の分解方法。
  4. 前記配糖体が、フラボノイド配糖体を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の分解方法。
  5. 前記配糖体が、スダチチン配糖体及び/又はデメトキシスダチチン配糖体を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の分解方法。
  6. 前記配糖体が、ケルセチン配糖体を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の分解方法。
  7. 前記加熱加圧処理は、温度110~300℃の条件で行われる、請求項1~6のいずれか一項に記載の分解方法。
  8. 請求項1~7のいずれか一項に記載の方法により配糖体を分解する分解工程と、
    前記分解工程で得られた分解生成物から前記アグリコンを分離する分離工程と、
    を含む、アグリコンの製造方法。
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