(57)【要約】【課題】本発明の目的は、未利用資源である微細藻類由来バイオマスから農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類タンパク質を分離する方法を提供することにある。【解決手段】微細藻類由来バイオマスを含むスラリーから、有効孔径２〜２００μｍである分離膜を用いて前記微細藻類由来バイオマスを濃縮した後、前記微細藻類由来バイオマスをｐＨ１０〜１３の条件下アルカリ処理することを特徴とする、微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法であり、好ましくは、前記微細藻類がボトリオコッカス属である微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻類由来バイオマスを含むスラリーから、有効孔径２〜２００μｍである分離膜を用いて前記微細藻類由来バイオマスを濃縮した後、前記微細藻類由来バイオマスをｐＨ１０〜１３の条件下アルカリ処理することを特徴とする、微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法。
【請求項２】
前記微細藻類がボトリオコッカス属であることを特徴とする、請求項１記載の微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法により得られた微細藻類由来タンパク質組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類由来バイオマスから農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
藻類が産生する炭化水素類はバイオ燃料として有望視され、産業化に向けた研究が進められている。藻類の中でもボトリオコッカス属の微細藻類は、重油相当の性質を持つ炭化水素を産生することから液体燃料を効率よく得られる藻類として注目されている。ボトリオコッカス属の微細藻類から産生する炭化水素は、構造上の特徴より、Ｒａｃｅ−Ａ、Ｒａｃｅ−Ｂ、Ｒａｃｅ−ＬおよびＲａｃｅ−Sの大きく４つのグループに分けられ、なかでもＣｎＨ２ｎ−１０（ｎ＝３０〜３７）で表されるトリテルペン構造を持つ炭化水素を産生するＲａｃｅ−Ｂグループの株は、３０〜４０質量％の炭化水素を産生するものが多い（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ボトリオコッカス属の微細藻類は、成長の過程で数個〜数百個の細胞の集合体（コロニー）を形成し、自身が産生した炭化水素類等の重合合成物であるバイオポリマー（アルジナン）によってコロニーの構造が維持されている。前述のようにして産生した炭化水素類は、このアルジナン中に３０〜４０質量％程度まで保持、蓄積される。このようにして蓄積した炭化水素類は溶媒抽出等の過程を経てバイオ燃料やバイオリファイナリーの原料として利用されるが、炭化水素類を除かれた大量の残渣は廃棄物となり、藻類由来バイオ燃料の産業化の足枷となっており（例えば、非特許文献２参照）、残渣中に含まれる各種有用成分を有効利用するための手法の開発が望まれている。とりわけ、残渣中に含まれるタンパク質は、昨今の飼料用魚粉の枯渇問題や、トウモロコシ、ダイズ等の飼料原料植物のバイオエタノール用途との争奪による価格高騰問題等を受けて、新たなタンパク質原料として期待されている。
【０００４】
ボトリオコッカス属の微細藻類は、炭化水素類以外の成分として、先に述べた炭化水素類等の重合合成物であるアルジナンが４０〜６０％、タンパク質が２０〜３０％、その他、細胞壁を構成する糖質等が３０〜４０％といった構成比率となっているが、飼料用途のタンパク質原料のタンパク質含量は４０％以上であることが必須であるため、そのままでは利用価値に乏しい。さらに、アルジナンや細胞壁等は消化性が悪く、タンパク質とこれら成分とを分離することが、微細藻類由来タンパク質の利用価値を高めるために必須であった。
【０００５】
一方、炭化水素や燃料に変換されるような脂肪酸エステル等を産する微細藻類は、培養液中の濃度が極めて低い（１〜２ｇ／Ｌ程度）。そのため、該培養液を濃縮などしてタンパク質成分を回収すると、培養液中に分泌された多糖成分や微細藻類の細胞壁、死骸等も合わせて濃縮、凝集されるため、炭化水素類を除かれた後の残渣中のタンパク質含量は１０〜２０％程度にまで低下し、微細藻類由来タンパク質画分の利用価値を下げる原因となっていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｃｕｌｔ．Ｃｏｌｌ．２６（１）．１−１０（２０１０）ｐ．４
【非特許文献２】平成２３年度農山漁村６次産業化対策事業「農山漁村における藻類バイオマスファームの事業化可能性調査報告書」ｐ．７
【非特許文献３】Ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２２（２）．３８９−９７（１９８３）ｐ．３９５
【非特許文献４】Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｃｕｌｔ．Ｃｏｌｌ．２６（１）．１−１０（２０１０）ｐ．５−７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、微細藻類由来バイオマスから農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類由来タンパク質組成物を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題の解決のため鋭意研究を重ねた結果、原料となる微細藻類由来バイオマスのスラリーから、特定の膜処理により微細藻類由来バイオマスを濃縮した後に、得られた微細藻類由来バイオマスを特定条件下でアルカリ処理することにより、タンパク質含量を高めた農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類由来タンパク質組成物を得ることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（３）を要旨とするものである。
（１）微細藻類由来バイオマスを含むスラリーから、有効孔径２〜２００μｍである分離膜を用いて前記微細藻類由来バイオマスを濃縮した後、前記微細藻類由来バイオマスをｐＨ１０〜１３の条件下アルカリ処理することを特徴とする、微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法。
（２）前記微細藻類がボトリオコッカス属であることを特徴とする（１）記載の微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法。
（３）（１）又は（２）に記載の微細藻類由来タンパク質組成物の製造方法により得られた微細藻類由来タンパク質組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原料となる微細藻類由来バイオマスのスラリーから、特定の膜処理により微細藻類由来バイオマスを濃縮した後に、得られた微細藻類由来バイオマスを特定条件下アルカリ処理することにより、タンパク質含量を高めた農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類由来タンパク質組成物を高収率で得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の微細藻類由来バイオマスは、主にバイオ燃料を産生する微細藻類由来のバイオマスをいい、具体的には、緑藻類、珪藻類由来のバイオマス等が挙げられる。さらに具体的には、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ，Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｐp.，Ｃｒｙｐｔｏｔｈｅｃｏｄｉｎｉｕｍ  ｃｏｈｎｉｉ，Ｃｙｌｉｎｄｒｏｔｈｅｃａ  ｓｐp．，Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ  ｐｒｉｍｏｌｅｃｔａ，Ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ  ｓｐp．，Ｍｏｎａｌｌａｎｔｈｕｓ  ｓａｌｉｎａ，Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓ  ｓｐp．，Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓｐp．，Ｎｅｏｃｈｌｏｒｉｓ  ｓｐp．，Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ  ｓｐp．，Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍ  ｔｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍ，Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ  ｓｐp．，Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ  ｓｕｉｅｉａなどの由来のバイオマスが挙げられる。
【００１３】
なかでも、重油相当の炭化水素類を産生するボトリオコッカス（Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ）属由来のバイオマスであることが好ましい。
【００１４】
微細藻類由来のバイオマスは、微細藻類自体、微細藻類を乾燥したもののいずれであってもかまわないが、該微細藻類からさらに有機溶媒により炭化水素類を抽出した後の抽出残渣であることがより好ましい。
【００１５】
具体的には、上記微細藻類を、ヘキサン、クロロホルム、メタノール、エタノール、ジエチルエーテル、アセトンからなる１群の有機溶媒から１種以上、又はヘキサン／アセトンの混合溶媒、クロロホルム/メタノールの混合溶媒、エタノール／ジエチルエーテルの混合溶媒などに例示される前記有機溶媒の混合物に分散し、微細藻類中の炭化水素類を抽出することにより得られる抽出残渣を、微細藻類由来バイオマスとして利用することができる。
【００１６】
本発明において微細藻類由来バイオマスは、そのまま分離膜濃縮工程の原料として用いることができるが、さらにタンパク質の分離効率を高めるため、あらかじめ粉末状、塊状等の形状に加工しておくことが好ましい。ここでいう粉末状とは、粉砕機（カッター、ハンマー等）や各種ミル（石臼タイプ、乳鉢タイプ、ボールミル等）により粒径０．１〜５ｍｍ程度まで細かくしたものが挙げられ、塊状は粒径５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の不均一な形状のものが挙げられる。
【００１７】
本発明における微細藻類由来バイオマスを含むスラリーは、前述の微細藻類由来バイオマスを溶媒に分散したものをいう。該溶媒は特に限定されないが、例えば、水、食塩水、アルカリ水溶液またはこれらの混合物、微細藻類の培養液等が挙げられる。
【００１８】
本発明における製造方法においては、微細藻類由来バイオマスを含むスラリーから、有効孔径２〜２００μｍである分離膜を用いて微細藻類由来バイオマスを濃縮することが必要である。具体的には、該分離膜の有効孔径が２〜２００μｍであり、より有効な分離の観点から、３〜３０μｍが好ましく、５〜１０μｍがより好ましい。該膜分離における有効孔径の効果は明らかではないが、２μｍ以上の有効孔径を有する分離膜を用いることで、分泌する多糖を分離膜通過させ、微細藻類の単細胞または単細胞が複数繋がった集合体（コロニー）を有効に保持することにより、分離濃縮することができるものと考えられる。
【００１９】
次に、アルカリ処理工程について説明する。
本発明においては、特定の分離膜により微細藻類由来バイオマスを含むスラリーから濃縮した微細藻類由来バイオマスに対し、アルカリ処理を行う。該アルカリ処理においては、前記微細藻類由来バイオマスをアルカリ金属やアルカリ土類金属等の水酸化物などを含む水溶液、アルコール溶液などにより処理を行うものであり、具体的には、アルカリ剤として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムを用いることが好ましい。これらアルカリ処理においては、効率的なタンパク質の遊離の観点から、アルカリ処理液のｐＨが１０以上１３以下となるようにアルカリ剤の添加量を調整するのが必要であり、１１以上１２．５以下が好ましい。
【００２０】
本発明におけるアルカリ処理では、アルカリ処理によるタンパク質の遊離効率を高めるために、各種攪拌、混合、粉砕処理を併用しても良い。具体的には、プロペラ式攪拌翼等による攪拌、各種ポンプによる処理液の循環、ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等による粉砕等である。
【００２１】
本発明におけるアルカリ処理では、固液比は特に限定されないが、微細藻類由来バイオマスの流動性の観点から、微細藻類由来バイオマス１質量部に対して溶媒量は３〜２０質量部とするのが好ましく、５〜１０質量部とするのがより好ましい。３〜２０質量部とすることで流動性を確保しつつ、高いたんぱく質遊離効率を得ることができる。
【００２２】
このようにして得られたタンパク質組成物は、固液分離、濃縮、乾燥、粉砕等の工程を経た乾燥粉体として調製された後、農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類由来タンパク質として利用することができる。
【００２３】
次に、実施例により、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではない。
【００２４】
本発明の実施例におけるタンパク質の定量、含量（純度）測定には、タンパク質の遊離したアルカリ処理〜固液分離後の溶液、あるいは、乾燥、粉砕工程を経て得られたタンパク質の乾燥粉体を対象として、Ｌｏｗｒｙ法（ナカライテスク社製、プロテインアッセイＬｏｗｒｙキット）を用いた。 なお、本発明においては、得られる微細藻類タンパク質組成物中のタンパク質純度は４０質量％以上、タンパク質収率（原料に対するタンパク質回収率）は１５％以上を合格とした。
【００２５】
＜比較例１＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）を中空糸膜（旭化成製、マイクローザＭＦ、ＵＬＰ−１４３、有効孔径；０．４５μｍ）にて１Ｌに濃縮した。濃縮液をバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ５８ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１１．６とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ３８ｍＬを得た。うち３０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ３．１ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；１．１ｇ、タンパク質純度；２９．３％であった。
【００２６】
＜比較例２＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）を中空糸膜（旭化成製、マイクローザＭＦ、ＵＬＰ−１４３、有効孔径；０．４５μｍ）にて１Ｌに濃縮した。ポリシリカ鉄（水道機工社製、ＰＳＩ−０２５）１０ｍＬを攪拌した濃縮液に滴下し、バイオマス分を凝集させた。凝集物を金属製の篩（孔径１００μｍ）にて回収し、バットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ６０ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１１．８とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ３７ｍＬを得た。うち３０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ２．９ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；０．９ｇ、タンパク質純度；２５．２％であった。
【００２７】
＜比較例３＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；５μｍ）に入れ、振盪しながら、１Ｌに濃縮した。濃縮液をバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３０ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた（ｐＨ５．６を示した）後、１６時間攪拌の後、固液分離を行ない、処理液およそ４７ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ０．８ｇを得た。前記処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；１．１ｇ、タンパク質純度；８９．１％であった。
【００２８】
＜比較例４＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；５μｍ）に入れ、振盪しながら、１Ｌに濃縮した。濃縮液をバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３０ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ８．６とした。１６時間攪拌した後、固液分離を行ない、処理液およそ４７ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ１．３ｇを得た。前記処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；１．４ｇ、タンパク質純度；８８．９％であった。
【００２９】
＜実施例１＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；５μｍ）に入れ、振盪しながら、１Ｌに濃縮した。濃縮液をバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３２ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１０．２とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ４６ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ２．５ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；２．６ｇ、タンパク質純度；９０．１％であった。
【００３０】
＜実施例２＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；５μｍ）に入れ、振盪しながら、１Ｌに濃縮した。濃縮液をバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３２ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１１．７とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ４８ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ２．６ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；２．８ｇ、タンパク質純度；９０．９％であった。
【００３１】
＜実施例３＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；５μｍ）に入れ、振盪しながら、１Ｌに濃縮した。ポリシリカ鉄（水道機工社製、ＰＳＩ−０２５）１０ｍＬを攪拌した濃縮液に滴下し、バイオマス分を凝集させた。凝集物を金属製の篩（孔径１００μｍ）にて回収し、バットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３５ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１１．５とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ４７ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ２．７ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；２．７ｇ、タンパク質純度；８５．７％であった。
【００３２】
＜実施例４＞
ボトリオコッカス属の培養液４０Ｌ（バイオマスとしておよそ１．５ｇ／Ｌ）をナイロンメッシュの袋状物（有効孔径；２５μｍ）に入れ、振盪脱水し、およそ６５０ｇの湿バイオマスを得た。得られた湿バイオマスをバットに広げ、通風下、乾燥し、乾燥バイオマスおよそ３２ｇを得た。乾燥バイオマスをはさみにて５ｍｍ画に細断し、うち１０ｇを５０ｍＬの水で膨潤させた後、４Ｎ水酸化ナトリウムを滴下し、ｐＨ１１．５とした。１６時間攪拌（アルカリ処理）の後、固液分離を行ない、アルカリ処理液およそ４８ｍＬを得た。うち４０ｍＬを凍結乾燥し、粉末およそ２．６ｇを得た。前記アルカリ処理液を用いてタンパク質遊離量を、前記凍結乾燥粉末を用いてタンパク質含量（純度）を測定したところ、タンパク質遊離量；２．９ｇ、タンパク質純度；９２．３％であった。
【００３３】
【表１】
2017038538.tif 000002
【００３４】
表１に示すように、原料となる微細藻類由来バイオマスのスラリーから、特定の膜処理により濃縮した微細藻類由来バイオマスを特定条件下アルカリ処理することにより、タンパク質含量を高めた微細藻類由来タンパク質組成物を高収率で得ることができることがわかった。なお、実施例３の結果より、バイオマスの膜濃縮時の有効孔径が適切であれば、凝集剤を使用して回収したバイオマスを原料としても農・水産飼料用タンパク質原料として有用な微細藻類タンパク質を得ることが可能であることがわかった。