大阪環農水研報

２：21〜23(2009)

Bull. Res. Inst. Env. Agr. Fish. Osaka ２：21〜23(2009)

パルスジェット方式による乳酸菌乾燥の試み
因野要一・西村

和彦・平康Ⅰ．はじめに博章・窪谷篤芳*空気
プロパンガス

排気近年，吸収性や反応性など既存の物質に新しい機能性パルスエンジンを付与する技術としてナノテクノロジーが注目され，微４）粒子を作製する粉体化技術が急速な進歩をとげている ．
この乾燥，粉体化技術のひとつとしてパルスジェット方
３）１）

パルスジェット
乳酸菌懸濁液
圧縮空気

サイクロン

７）

式が開発され ，乳酸菌の乾燥 や薬品の溶解性改善 ，サブミクロンサイズの無機触媒の作製

８）

二流体ノズル

ガラス円筒に応用されようとしている．この方法はプロパンガスを燃料としたパルスエンジンによりパルスジェット（超音波100Hz〜1kHzと熱風）を発生させ，溶液やスラリーおよびエマルジョンを効率的に乾燥させるものである．この乾燥法は60-

捕集ビン(乾燥乳酸菌)

70℃で瞬間的（1/100s）に乾燥を行うために，必要熱エ第１図

ネルギーも少ないことから，熱による蛋白質変性が起こパルスジェット

りにくいと考えられ，乳酸菌を生菌のまま低コストで連続的に乾燥できることが期待される．また，乾燥時に運から来た乳酸菌懸濁液と圧縮空気が混ざり，微細な霧を動エネルギーが負荷されるため，微粒子ができやすいと吹き出せる構造となっている．噴霧された霧は瞬間的も言われている．乳酸菌の乾燥粉体化技術としては，乳(1/100s)に乾燥され，サイクロン中で捕集されて，捕集酸菌の活性が乾燥中の熱や空気中の酸素により失われるビンにたまる．

ことが多いため，真空凍結乾燥法が主流であった．しかし，真空凍結乾燥法は，電気代などの生産コストがかか

２）乳酸菌の培養と生菌数の測定り，連続処理が困難なことから，大量処理には不向きでLactobacillus plantarum 1コロニーを白金耳で50mlの乳あるとされてきた．そこで，今回，新しく開発されたパ酸菌用MRS Broth培地(日本ベクトン・ディッキンソン

ルスジェット方式により，乳酸菌の乾燥微粒子化の連続株式会社)に植菌し，25℃で48時間靜置培養したものを処理について検討した．

第１シードとし，次いで，別途調製したMRS Broth培地
450mlに植菌し，メイン培養として，25℃，48時間靜置Ⅱ．材料および方法培養した．培養後の生菌数は培養液を10の7乗から8乗に希釈後，希釈液50μlをBCP（BCP加プレートカウント

１）実験装置アガール，ニッスイ株式会社）寒天培地，MRS寒天培

本研究に用いたハイパルコンミニラボテスト機（パル地に塗布した後25℃，48時間培養する事により測定し，テック株式会社）(処理量0.5kg/時, 熱量500kcal/時)の概CFU（Colony Formation Unit:発生コロニー数）で示した．

略図を第１図に示した．この装置はプロパンガスを燃料とするエンジン(1,300Hz)と二流体ノズル（溶液噴霧器：３）乳酸菌生菌体の乾燥500ml/時)，ガラス円筒(内径50cm)，粒子捕集サイクロ乳酸菌培養液450mlを5℃で遠心分離（8,000rpm：ンなどからなっており，パルスジェットの吹き出し口直12,000g，20分間）し，菌体（6.2〜7.3g）を沈殿させて下に，二流体ノズルから原料溶液（乳酸菌懸濁液）が噴回収した．この菌体に5％(W/V)スキムミルク（雪印乳霧される．この二流体ノズル内部ではそれぞれ別の配管業株式会社)，5％(W/V)各種糖類を懸濁，溶解させた水*パルテック(株)(PULTECH Corporation)
Yoichi INNO・Kazuhiko NISHIMURA・Hirofumi HIRAYASU･Atsuyoshi KUBOTANI*
Production of Living Lactic Acid Bacterium in Powder by the Pulse Shock Wave Dryer System

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因野他：パルスジェット方式による乳酸菌乾燥の試み

溶液500mlを加え，菌体を均一に懸濁，分散させた．こ寒天培地，BCP寒天培地で数値は異なるものの，それぞの菌体懸濁液をハイパルコンミニラボテスト機を用いて，れ45.0％，24.7％の生存率を得た．この生存率は，文屋

乾燥室温度70℃，処理量500ml/時の条件で運転し，乾ら燥乳酸菌粉末を得た．乾燥後の生菌数も２)の培養液の60℃の低温で，処理量2L／時で乾燥処理を行ったが，方法と同様に測定した．

当所の500ml/時の実験装置では，乾燥室温度60℃では，１）の生存率58.2％より劣るが，文屋らは，乾燥室温度乾燥粉末の水分が20％以上で，飴状となり，十分な乾燥粉末が得られなかった．パルスジェット（超音波100Hz４）乾燥粉末の分析調査
乳酸菌の生存率の計算は乾燥後の乳酸菌粉末１g中の〜１kHzと熱風）を発生させ，溶液やスラリーおよびエ生菌数を乾燥前の懸濁液1ml中の菌数で割り，乾燥前のマルジョンを瞬間的（1/100s）に乾燥させるために，熱固形物（100−水分%）を乾燥後の固形物で割った係数

によるタンパク質変性が起こりにくいと考えられ，乳酸をかけることによって求めた．すなわち，生存率( ％)菌を生菌のまま連続的に乾燥できることが期待されたが，＝乾燥後菌数／乾燥前菌数×( 1 0 0 −乾燥前水分％) ／乾燥雰囲気温度は60℃以下で一気に乾燥しなければ高い(100−乾燥後水分％)×100の式で求めた．

生存性が得られないことが明らかになった。BCP寒天培

パルスジェットにより作製した乾燥粉末の安全性を調地とMRS寒天培地で生存率が異なるのは，デキストロ査するために，燃料の精製が不十分であると発生する窒ース濃度がMRS寒天培地の１％に対してBCP寒天培地で素酸化物，硫黄酸化物および燃焼が不完全な場合に発生は0.1％と低いため，25℃，48時間ではコロニーの生育すると考えられるベンゾ[a]ピレン含量を測定した．試が不十分で肉眼で確認できるまで生育せず，コロニー計

料は10％トレハロース水溶液を乾燥温度70℃で乾燥した測から漏れているおそれがある．また，菌数計測シャー粉末を用い，硝酸イオン(NO3)，亜硝酸イオン(NO2)，

レのコロニーの大きさが乾燥後では乾燥前のものより小亜硫酸イオン(NO3)含量はイオン試験紙法（Merck，リさく，乾燥処理により，何らかのショックを受けている

フレクトクワント)

６）で，ベンゾ[a]ピレン含量は衛生試

験法注解2005の方法（HPLC，蛍光検出)５）ことも考えられた．
続いて各種糖類およびスキムミルク懸濁液を用いてパで行った．

ルスジェット乾燥を行った後の生存率を第２表に示した。

Ⅲ．結果および考察

BCP寒天培地で24.4〜38.7％，MRS寒天培地で23.3〜48.1とトレハロースでやや低く，グルコース，スクロースで高かったが，グルコースを用いた場合，乾燥粉末は粘着

１）乳酸菌の乾燥および生存率
当初，トレハロース10％の等張溶液(330mOsm)に懸性があるため，利用性に難があった．真空凍結乾燥法の１）は18.8％，加香ら

２）

は70％

濁したものを乾燥したが，乳酸菌の生存率は１％以下で乳酸菌の生存率は，文屋らあった．

前後と文献により，ばらつきがあり，仮に70％程度とし
１），乳ても，必要電気量が多く，乾燥コストが高くなる難点が酸菌の生存率が飛躍的に向上した．５％スキムミルク，ある。このパルスジェット方式は乾燥に必要なエネルギ

５％トレハロース懸濁液で乾燥した結果を第１表に示しーコストで，真空凍結乾燥法の10分の１以下と試算され，9生存率がその半分としても，生存乳酸菌量の回収コスト

そこで，スキムミルクを５％加えることによりた．25℃，48時間靜置培養した後の菌数は，4〜5×10
CFU，乾燥後の乳酸菌数は1〜2×10

10CFUとなり，MRSは２〜３割に低減されることが期待できる。
２）乳酸菌の乾燥粉末性状第１表

乾燥乳酸菌の生存率（5%スキムミルク,5%トレハロース懸濁液）
乾燥前

乾燥後（菌体懸濁液1ml） （粉末1g）
原液cfu/ml

cfu/g

水分(％)

9010MRS培地

4.2x109

1.7x10BCP培地

5.4x1091.2x10

第２図に乳酸菌の乾燥粉末の写真を示した．乾燥物は第２表

各種糖類添加による乳酸菌の生存率

生存率 *（％）

生存率（％）
各種糖類(BCP培地)(MRS培地)1045.0トレハロース

24.4

31.1

1024.7スクロース

28.048.1

ラクトース

30.2

23.3

グルコース

38.746.9

生存率 * ＝乾燥後菌数/乾燥前菌数×(100-乾燥後水分)/(100乾燥前水分)×100

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大阪府環境農林水産総合研究所研究報告第２号（2009）について検討した結果，約30％の生存率で，70％以上と言われる真空凍結乾燥法より低いものの，安価，連続的，短時間で乳酸菌の微粒子乾燥粉末を得ることができた．
粒径については5-20μmで，乳酸菌１菌体の粒子は作製できなかったが，微粒子が作製できた．安全性についても，燃焼による窒素酸化物，硫黄酸化物および不完全燃焼物の発生は認められなかった．
本研究は，(独)科学技術振興機構革新技術開発研究事
業の一部をパルテック株式会社から受託し，同社製装置（ハイパルコン）を用いて行ったものである．

第２図

乳酸菌の乾燥粉末写真

Ⅳ．摘

要

パルスジェットにより，５％スキムミルクおよび５％各種糖類に懸濁した乳酸菌(Lactobacillus plantarum)を70℃で乾燥した結果，安価，連続的に約30％生存率の微粒子乾燥粉末（水分4-17％）を得た．粒径は5-20μmであった．乾燥粉末中の硝酸イオン，亜硝酸イオン，亜硫酸イオン，ベンゾ[a]ピレンはいずれも検出限界以下（硝酸イオン<20mg/kg，亜硝酸イオン<2mg/kg，亜硫酸イオ
ン<40mg/kg，<2μg/kg）であった．

第３図

乳酸菌乾燥粉末の電子顕微鏡写真

Ⅴ．引用文献非常に微粒子でなめらかであり，水分は5〜17％であった．

１）文屋秀雄・西村和彦：特許

続いて第３図に乳酸菌の電子顕微鏡写真を示した．丸微生物菌体の乾燥方法

特開 2006-197829

い粒径（5 〜2 0 μm）の粒子が確認されたが，乳酸菌

２）加香芳孝・青木孝良・柳田宏一・小野田實・花田博(Lactobacillus plantarum)は直径0.6×長さ2〜8μmのグラ之(1985)凍結乾燥乳酸菌の実用性に関する研究．鹿ム陽性杆菌であるので，この微粒子が懸濁液中に存在し大農場研報．10：29-38．

た乳酸菌であるとは考えにくい．しかし，乾燥粉末は水３）小南清和・窪谷篤芳・米原

分10％前後であるので，萎縮，あるいは重なり合っていることも考えられ，乾燥した乳酸菌がどういう形態を取っているかは今後，詳細な検討が必要である．

一：特許稔・貴嶋俊二・小野功

特開 平7-110110

パルス燃焼器４）窪谷篤芳・清藤勝弘（2008）パルスジェットによる難溶解性薬物の溶解性改善および微粒子合成の応用．
化学装置．No.4：77-82．

３）有害物の分析
二糖類であるトレハロース乾燥粉末より，水抽出を行

５）日本薬学会編（2 0 0 6 ）衛生試験法・注解2 0 0 5 ．
p509-510，金原出版，東京．

ったものについて，硝酸イオン，亜硝酸イオン，亜硫酸６）Reflectquant, Nitrate(116971), Nitrite(116973), Sulfite

イオンを測定した結果，いずれも検出限界以下（硝酸イ(116987), Merck KGaA, 64271 Darmstadt, Germany．

オン<20mg/kg，亜硝酸イオン<2mg/kg，亜硫酸イオン

７）安井真一郎・米澤頼信・砂田久一(2008)．パルス衝<40mg/kg）であった．ベンゾ[a]ピレンもトレハロース

撃波による乾燥システムを用いたプランルカスト水乾燥粉末からは検出されず（<2μg/kg)，不完全燃焼は和物の溶解性改善，薬剤学, 68(1)：59-66．

起こっていないと考えられた．以上のことより，パルス

８）Widiyastuti W., Wang Wei-Ning, Purwanto Agus,

ジェットにより作製されたトレハロース乾燥粉末は有害

Wuled Lenggoro I., and Okuyama Kikuo (2007)．A物質を含んでいないものと考えられた．

Pulse Combustion-Spray Pyrolysis Process for the

今回，パルスジェットを用いて機能性を保持した有機

Preparation of Nano- and Submicrometer Sized Oxide

性微粒子の作製を目指して，乳酸菌の生きたままの乾燥

Particles, J. Am. Ceram. Soc., 90(12)：3779-3785．