(57)【要約】【課題】植物体、特に柑橘果皮やリンゴ搾汁粕から、酸、アルカリ、キレート剤、又は乳化剤などの添加剤処理を行うことなく、亜臨界水抽出処理のみでペクチン抽出を行う際に、得られるペクチンのメトキシル化度を簡便且つ効率的に調整、改質、保持する方法を提供する。【解決手段】植物体からの亜臨界水抽出において、温度を１２０〜１３５℃、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上の条件で抽出を行うことで、得られる抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％以上に保つことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物体からの亜臨界水抽出処理のみによるペクチン抽出において、温度を１２０〜１３５℃、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上として抽出することを特徴とする、亜臨界水抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％以上に保つ方法。
【請求項２】
流量を７．０〜１０．０ｍｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力を４．０〜１０．０ＭＰａとすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
植物体が柑橘果皮及び／又はリンゴ搾汁粕であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物体からのペクチン抽出に際しての、ペクチン改質方法に関する。詳細には、植物体、特に柑橘果皮やリンゴ搾汁粕からの亜臨界水抽出処理によるペクチン抽出において、ペクチンのメトキシル化度を調整、改質、保持する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの廃棄物や未利用資源のうち、バイオマス（生物資源）と呼ばれるものには、植物細胞組織（細胞壁など）に由来するセルロース、ヘミセルロース、ペクチンなどの有用多糖類が含まれている。このうち、ペクチンについては、植物細胞組織中では不溶性となって存在しているため、単に熱水抽出を行う方法では抽出することが難しい成分である。
【０００３】
この植物体からのペクチン抽出方法としては、例えば、柑橘果皮（主にレモン）、リンゴ搾汁粕、ビートパルプ、コーンスターチ、アロエなどから酸、アルカリ、キレート剤などを用いて抽出・分離する方法が開発されているが（特許文献１〜３）、これらの方法は、酸、アルカリ、キレート剤などの中和、除去といった操作を繰り返し行う必要があり、回収操作を煩雑なものとしている。また、添加剤によってはペクチン分子の分解が起こり、ペクチンが低分子化してしまい、得られたペクチンのゲル化能などに影響がでる場合もある。
【０００４】
このような問題を解消する方法として、ごく最近、亜臨界水抽出処理のみによるペクチン抽出方法が提案されている（非特許文献１、特許文献４）。これは、１１０〜１６０℃の亜臨界水によって抽出を行うことで、高分子ペクチンを酸、アルカリ等を用いることなく抽出できる。しかし、ペクチンは主にゲル化剤として用いられるため、そのメトキシル化度（エステル化度）が重要な要素のひとつであるが、上述の亜臨界水を用いた方法においては、得られたペクチンのメトキシル化度には何ら着目されていない。
【０００５】
ペクチンは、ゲル化剤として用いられる場合、特にその分子内のメトキシル化度によって異なる特性を発揮することから、その用途に応じて所定のメトキシル化度のものが選択されて用いられるという特徴がある。実際に、市販されているゲル化剤としてのペクチンは、水素結合型ゲルを形成するHＭペクチン（高メトキシルペクチン、メトキシル含量７％（メトキシル化度４２．３％）以上）として４３〜８０％程度のメトキシル化度のもの、イオン結合型ゲルを形成するＬＭペクチン（低メトキシルペクチン、メトキシル含量７％未満）として５〜４２％程度のメトキシル化度のものがあり、多種多様である。
【０００６】
例えば、ＨＭペクチンは一般にジャムやゼリーの原料として用いられており、砂糖や酸を加えた後に冷却することによってゲルを形成する。ＬＭペクチンに関しては、カルシウムやマグネシウムなどの多価カチオンが遊離のカルボキシル基に結合してゲル化することから砂糖を必要とせず、そのため、低カロリーのゼリー調整剤として多用されている。さらに、メトキシル含量が６％（メトキシル化度３６．８％）以下になると酸が存在しなくてもカルシウムの添加のみでゲル化することが報告されている。
【０００７】
このように、ペクチン抽出や製造においてペクチン分子内のメトキシル化度の調整、改質、保持を行うことは非常に重要な要素のひとつであるが、従来法では、酸、アルカリ抽出条件でのｐH条件設定や抽出後の脱メチル化処理法などが開示されているにすぎない。つまり、亜臨界水によるペクチン抽出方法は極めて新しい技術であるため、その抽出段階においてペクチン分子内のメトキシル化度の調整、改質、保持を行うという取り組みはなされておらず、したがって、当該方法においてのメトキシル化度の調整、改質、保持方法は今まで見出されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７７０３号公報
【特許文献２】特表２００２−５１４６６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１９７００１号公報
【特許文献４】特願２００８−２９２５４８号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】化学工学会姫路大会講演要旨集，ｐ１０１（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、植物体、特に柑橘果皮やリンゴ搾汁粕から、酸、アルカリ、キレート剤、又は乳化剤などの添加剤処理を行うことなく、亜臨界水抽出処理のみでペクチン抽出を行う際に、得られるペクチンのメトキシル化度を簡便且つ効率的に調整及び／又は改質及び／又は保持する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究の結果、亜臨界水抽出処理の処理条件に着目した。そして、亜臨界水の温度（つまり、反応容器内温度）を１２０〜１３５℃、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上の条件で抽出を行うことで、分子内のメトキシル化度が４０％以上のペクチンを得られることを見出した。つまり、上述の条件で抽出を行うことで、亜臨界水抽出ペクチンのメトキシル化度が４０％以上に保持できることを見出した。さらに、亜臨界水の温度を高くすると、得られる抽出ペクチンのメトキシル化度が低下すること（ペクチン分子内メチル基の脱離が進むこと）も見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の実施形態は次のとおりである。
（１）植物体からの亜臨界水抽出処理のみによるペクチン抽出において、温度を１２０〜１３５℃（好ましくは１２０〜１２５℃）、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上として抽出することを特徴とする、亜臨界水抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％以上に保つ方法。
（２）流量を７．０〜１０．０ｍｌ／ｍｉｎ、好ましくは７．０〜８．０ｍｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（３）圧力を４．０〜１０．０ＭＰａ、好ましくは４．０〜５．０ＭＰａとすることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）植物体が柑橘果皮及び／又はリンゴ搾汁粕（生鮮品及び／又は乾燥品）であることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１つに記載の方法。
【００１３】
（５）植物体からの亜臨界水処理のみによるペクチン抽出において、温度を１４０℃以上（好ましくは１６０℃以上）、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ未満（好ましくは、流量を０．５〜２．０ｍｌ／ｍｉｎ）として抽出することを特徴とする、抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％未満に低下させる方法（ペクチン分子内のメチル基を脱離させてメトキシル化度を４０％未満とする方法）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、植物体、特に柑橘果皮やリンゴ搾汁粕から、酸、アルカリ、キレート剤、又は乳化剤などの添加剤処理を一切行うことなく、また、抽出後のメトキシル化度調整処理を一切行うことなく、亜臨界水抽出処理のみで植物体からのペクチン抽出を行いながらペクチン分子内のメチル基の脱離は抑制し、結果として４０％以上のメトキシル化度の高分子ペクチンを高い回収率で取得することができる。また、亜臨界水の温度を１４０℃以上とし、流量も所定の範囲に調整することで、逆にペクチン分子内のメチル基の脱離を促し、得られる抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％未満に低下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に用いる亜臨界水抽出装置の概略図を示す。なお、Ｔ１及びＴ２は熱伝対を表す。
【図２】生ユズ果皮から、圧力４ＭＰａで１２０℃、１４０℃、１６０℃の各温度でペクチンを亜臨界水抽出処理した際の、抽出ペクチンのメトキシル化度を示す。対照として、塩酸抽出法（ＨＣｌ）で得られた抽出ペクチンのメトキシル化度も示した。
【図３】生ユズ果皮から、圧力４ＭＰａで１２０℃（ａ）、１４０℃（ｂ）、１６０℃（ｃ）の各温度でペクチンを亜臨界水抽出処理した際の、抽出ペクチンの赤外分光（ＦＴ−IＲ）分析結果を示す。対照として、塩酸抽出法（ｄ）で得られた抽出ペクチンの結果も示した。なお、１７４０ｃｍ−１の吸収がガラクツロン酸のメチルエステル化されたカルボキシル基に由来し、１６１０ｃｍ−１の吸収がガラクツロン酸の電離したカルボキシル基に由来する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明において、ペクチン抽出原料としては植物体であれば制限はないが、果実加工や果汁搾汁時に大量に排出される柑橘果皮、リンゴ搾汁粕などが好ましい。柑橘果皮は、ユズ、レモン、ミカン、オレンジ、カボス、スダチ、ダイダイ、シークァーサー、ライム、グレープフルーツ、キンカンなどの由来が例示される。特に、ユズ果皮に関しては、他の柑橘類に比べてユズ果実は果皮の割合が多く（ユズ果実の５０％以上）廃棄量も多いため、原料に非常に適している。また、ペクチン抽出原料として、生の柑橘果皮だけでなく、柑橘果皮乾燥物、その粉砕物や柑橘果皮から超臨界抽出により精油などを抽出した抽出残渣などを使用することも可能である。
【００１７】
ペクチン抽出は、亜臨界水抽出処理により行う。亜臨界水とは、飽和水蒸気圧以上の圧力をかけた１００℃以上の加圧熱水を示す。但し、超臨界水（３７４℃以上、２２ＭＰａ以上の加圧熱水）は含まれない。方法は、特許文献４及び非特許文献１に記載の方法に順じて行えばよい。具体的には、植物体を反応容器内に入れ、所定の流量で予備加熱した脱気水を通液し、そして、反応系に所定の条件で加圧加熱して亜臨界水抽出条件とする。亜臨界水通液後の抽出液は速やかに冷却し、回収する。
【００１８】
この亜臨界水抽出条件としては、植物体からのペクチン抽出を充分行いながらペクチン分子内のメチル基の脱離は抑制するという本発明の特徴的な効果を充分に発揮させる好適条件として、亜臨界水温度（反応容器内温度）１２０〜１３５℃（より好適には１２０〜１３０℃、更には１２０〜１２５℃）、圧力（反応容器内圧力）４〜１０ＭＰａ（好ましくは４〜５ＭＰａ）が示される。温度は、１４０℃を超えるとペクチンのメトキシル化度が４０％を下回ってしまう。また、１２０℃を下回る温度では、ペクチンの抽出が充分な回収率で得られない。圧力は、より高くすると反比例して総ペクチン回収率が下がってしまうため、効率やコスト面などを考慮するとできる限り圧力４〜１０ＭＰａ付近が望ましい。
【００１９】
従来のペクチン抽出法では、植物細胞組織からの溶出をしやすくするために、抽出原料を酸やアルカリ処理してｐＨ調整を行ったり、キレート剤を抽出時に添加したりする方法が採用されているが、本発明ではこれらの処理、添加は一切必要ない。また、抽出液中への夾雑物やタンパク質などの混入を防ぐため、抽出時に乳化剤を添加する方法も知られているが、本発明では所定の条件での亜臨界水抽出により不純物の混在が非常に少なくできるため、乳化剤の添加も全く必要ない。
【００２０】
亜臨界水抽出時の流量については、５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上であることが必要であり、好適条件としては７．０〜１０．０ｍｌ／ｍｉｎ（更に好ましくは７．０〜８．０ｍｌ／ｍｉｎ）が示される。この範囲の流量とすることで、ペクチンに対して必要以上の熱エネルギーがかかることが防がれ、結果としてペクチン分子内のメチル基脱離が抑制される。流量が５．０ｍｌ／ｍｉｎ未満の条件では、亜臨界水使用量は軽減できるが、得られる抽出ペクチンのメトキシル化度は低下してしまうため、メトキシル化度の高いペクチンを取得する上では好ましくない。
【００２１】
上述のような亜臨界水抽出処理条件で植物体（特に柑橘果皮、リンゴ搾汁粕）からペクチン抽出を行うことで、従来法より高回収率であり、かつ、酸、アルカリ、キレート剤、又は乳化剤などの添加剤処理を一切行うことなく、また、抽出後のペクチンのメトキシル化度調整処理を一切行うことなく、メトキシル化度の高い高分子ペクチンを取得することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
（生ユズ果皮からの亜臨界水抽出処理によるペクチン抽出）
ペクチン抽出原料として、生ユズ果皮１０．０ｇを用いた。反応器内の温度コントロールはオーブンにて制御し、反応器の入り口、出口に熱伝対（温度センサ）を設けた。反応器内圧力については背圧弁により調節を行った。抽出条件としては、果皮を反応容器内に入れ、十分に脱気した蒸留水を７．０ｍｌ／分の流量で反応器内に通水し、回収口より気泡が無くなったのを確認後、４ＭＰａまで背圧弁にて容器内を昇圧した後に通液温度を８０℃まで昇温してサンプル回収を開始し、最終的に１２０℃、１４０℃、１６０℃の各目的温度まで昇温して、各温度帯にて７０ｍｌずつ抽出液を分画、回収した。本実施例で用いた装置の概略図を図１に、装置各部の詳細を表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
抽出ペクチンは３倍量のエタノールを加え、その沈殿物として回収した。回収ペクチンは陽イオン交換樹脂（ＤＩＡＩＯＮ  ＳＫ  １０４Ｈ、三菱化学社製）カラムおよび、陰イオン交換クロマトグラフィー（ＤＥＡＥトヨパール６５０Ｍ、東ソー社製）に供し、精製ペクチンを得た。ペクチン定量はジメチルフェノール−硫酸法に従い、加熱した濃硫酸中にて遊離したモノガラクツロン酸の脱水物であるフルフラールと３，５−ジメチルフェノールとの発色を吸光光度計にて測定した。亜臨界水抽出においては、生ユズ果皮に含まれるペクチンを７５〜７８％の高収率で回収した。塩酸抽出法では７２％程度の収率であった。
【実施例２】
【００２６】
（亜臨界水抽出条件によるペクチンのメトキシル化度、メトキシル含量の確認）
実施例１で得られた抽出ペクチン（１２０℃、１４０℃、１６０℃）及び、従来法である塩酸抽出法（０．０５Ｍ  ＨＣｌ水溶液中にて、９５℃で１時間抽出）によって得られた抽出ペクチン（ＨＣｌ）について、それぞれメトキシル化度、メトキシル含量を測定した。メトキシル化度の測定は稲荷・竹内の方法に従い、ペクチンを弱アルカリで部分加水分解する時に生じるメタノール量を測定し、そのデータからメトキシル化度を算出した。表２に算出式を示した。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
さらに、それぞれの抽出ペクチンサンプル（１２０℃（ａ）、１４０℃（ｂ）、１６０℃（ｃ）、塩酸抽出（ｄ））について、ＦＴ−ＩＲ（赤外分光分析：Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｏｎｅ、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ社製）を用い、全反射吸収（ＡＴＲ）法にてペクチン分子中の官能基の変化についての分析も行った。
【００２９】
各抽出ペクチンのメトキシル化度の比較を図２に示した。塩酸で抽出したペクチンのメトキシル化度は３３％程度であったのに対して、亜臨界水で抽出されたペクチンはどれもメトキシル化度がそれより高いことが示された。特に、１２０℃で回収したペクチンに関しては１．２５倍（４１〜４２％程度）もメトキシル化度が高かった。１４０℃で回収したペクチンも、ほぼ４０％のメトキシル化度であった。つまり、本発明により従来法より高い収率かつメトキシル化度が高いペクチンの抽出が可能になる。なお、１６０℃で回収したペクチンのメトキシル化度も含めて考察すると、亜臨界水の温度が上昇するにつれて、抽出ペクチンのメトキシル化度は低下していくことが示され、抽出温度を調節することによりメトキシル化度を変えることができる技術であることが示された。
【００３０】
次に、各抽出ペクチンの赤外分光分析結果を図３に示した。１７４０ｃｍ−１の吸収はガラクツロン酸のメチルエステル化されたカルボキシル基のＣ＝Ｏ（炭素原子と酸素原子間の二重結合）伸縮振動に由来しており、１６１０ｃｍ−１の吸収はガラクツロン酸の電離したカルボキシル基のＣ＝Ｏ伸縮振動に由来するものである。１２０℃で抽出されたペクチンに関してはメチルエステル化されたカルボキシル基と電離したカルボキシル基の吸収が同程度であるのに対して、抽出温度上昇に伴い、メチル化したカルボキシル基の吸収が減少し、電離したカルボキシル基の吸収が増加していくことがわかる。この結果から、図２の結果と同様に、亜臨界水の温度が上昇するにつれてペクチン分子内でメチルエステル化されたカルボキシル基からメチル基の脱離が起こり、電離したカルボキシル基が増加していることが示された。
【００３１】
以上の結果より、亜臨界水抽出処理において、亜臨界水抽出温度を変化させることでペクチン分子内のメチルエステル化度を変化させて回収することが可能となった。本発明は、ペクチンが存在している様々な植物体に応用できる技術であり、その産物について、食品はもちろん医薬品や金属キレート剤の開発などに幅広く応用されうるものである。
【００３２】
本発明を要約すれば、以下の通りである。
【００３３】
本発明は、植物体、特に柑橘果皮やリンゴ搾汁粕から、酸、アルカリ、キレート剤、又は乳化剤などの添加剤処理を行うことなく、亜臨界水抽出処理のみでペクチン抽出を行う際に、得られるペクチンのメトキシル化度を簡便且つ効率的に調整、及び／又は改質、及び／又は保持する方法を提供することを目的とする。
【００３４】
そして、植物体からの亜臨界水抽出において、温度を１２０〜１３５℃（好ましくは１２０〜１３０℃）、流量を５．０ｍｌ／ｍｉｎ以上（好ましくは７．０ｍｌ／ｍｉｎ以上）の条件で抽出を行うことで、得られる抽出ペクチンのメトキシル化度を４０％以上に保つことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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