受賞者講演要旨《農芸化学技術賞》

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活性炭触媒を利用した脱水縮合技術の開発とそれを用いた難消化性グルカンの生産

日本食品化工株式会社
はじめにることが既に知られており，活性炭においてはその表面の酸性グルコースをはじめとする各種単糖やオリゴ糖は，一定の条官能基が触媒活性の本体であると考えられる．しかし，活性炭件下で加熱すると多糖化（重合）することが従来から知られてを触媒として用いた場合，それらと比較して反応物の着色度がいた．今回，我々はこれらの脱水縮合反応を促進する触媒の探顕著に低くなることから，活性炭は単純なプロトン供与型の酸索を行い，生活用品にも多く使用されている身近な物質である触媒ではない可能性が考えられた．そこで活性炭の縮合反応に活性炭が，有効な触媒となり得ることを見出した 1）．活性炭はおける触媒メカニズムの一端を解明することを目的とし，種々主に木や竹，ヤシ殻等の植物質を原料とし，水蒸気や二酸化炭の検討を実施した．

素を使う高温炭化法（800～950℃）や，塩化亜鉛等で処理した活性炭表面の官能基のモデルとして，フタル酸類，サリチル上で加熱することにより多孔質となり，その細孔に様々な有機酸類等を用い，その触媒活性を評価した．カルボキシル基及び物を吸着する．そのため活性炭は脱臭や水質浄化等の目的で，フェノール性水酸基が隣接した構造を持つサリチル酸やフタル様々な生活用品に利用されるだけでなく，古くから糖化品や精酸は高活性な触媒となることが判明した．この結果から，求核糖の製造工程において脱臭・脱色の目的で工業的に大量に使用的な置換基が一方のグルコース分子を補足し，隣接したカルボされてきた．我々は食品工業でも大量に使用され，安全性の高キシル基が酸触媒として他方のグルコースに作用することで，い素材を脱水縮合反応の触媒として用いることによって，安価結果的に隣接したグルコース間で，縮合反応が効率良く進行しなグルコースシラップから多分岐構造を有する多糖素材を効率た可能性が高いと考えられた .

的に生産する技術を開発した．更にこの多糖が難消化性を示すことを見出し，これを『難消化性グルカン』と命名した．

更に，良好な触媒能を示す活性炭を空気中 200℃～450℃で加熱して得られた空気酸化活性炭を用い，活性炭の酸性官能基

近年，健康志向の増大から，低カロリー食品や機能性食品の量，糖との親和性及び反応性を測定し，触媒適性を評価した．

開発に食物繊維が広く利用されている．我々は活性炭触媒によ

空気酸化処理を行った活性炭は，処理温度に依存して酸性官能る糖の脱水縮合にて得られる難消化性グルカンの工業的生産方基量が増加したものの，活性炭とグルコースの親和性低下が確法について検討し，得られた難消化性グルカン含有シラップの認され，総じて縮合反応の触媒能は低下した．このことから，安全性試験 2）および生理機能試験 3, 4）を実施した．以上のよう縮合反応における活性炭の触媒能には，酸性官能基と共に，糖な検討を通じて得られた活性炭触媒の様々なメリットや，難消との親和性も深く関与していることが推察された .

化性グルカン含有シラップの有用な機能性について紹介する．

2.

1.

活性炭の触媒機能の検討

難消化性グルカンとは

我々は，グルコースシラップを活性炭存在下で常圧または減脱水縮合反応において活性炭を触媒として利用した技術の開圧下で加熱重合して得られる組成物の内，消化酵素で分解され発は世界的にみても初めてである．本技術は，市販の活性炭をない食物繊維画分を難消化性グルカン（Resistant Glucan，以下そのまま用いることが可能であり，反応副産物が少ないこと，RG）と定義した．RG はグルコース骨格で構成され，α または反応と同時に着色物質を吸着除去できること，反応終了後，固–β1-2,1-3,1-4 及び 1-6 グルコシド結合を含む多分岐の構造を持つ液分離で容易に触媒の除去ができることが実生産上のメリット多糖類である．実製造においてはコスト的に有利な連続反応工である．糖の縮合反応は，塩酸やリン酸といった酸が触媒とな程と一般的な水飴の製造工程とを組み合わせた製造法を確立し，RG を約 80％含有するシラップとしてフィットファイバー＃ 80 Ⓡ（以下 FF#80）を 2014 年に上市した .
3.

FF#80 の安全性評価

FF#80 を用いた復帰突然変異原性試験，単回経口投与毒性試験，90 日反復投与毒性試験では , いずれも異常は認められなかった．ヒトにおける最大無作用量は体重 kg 当たり 0.9 g（無水物換算）以上であり，安全性に問題は認められなかった 2, 5）．
これら安全性データは毒性学・栄養学・臨床薬理学の学識経験者によって厳密に審査され，2016 年に米国 FDA の定める SelfAffirmed GRAS を取得した．体内動態の検討より，RG のカロ
リーは 0 kcal/g で，FF#80 は 1 kcal/g と低カロリー素材であることも確認された 6）.
図1

活性炭による難消化性グルカンの生成164.

《農芸化学技術賞》
FF#80 及び RG の機能性評価

受賞者講演要旨

感と濃厚感で高い評価が得られ，高級感のある味質となること

食物繊維の基本的な機能である便通改善作用について，排便が確認された．そこで，FF#80 の乳化安定効果の検証として，日数が週 2～4 日の成人女性 60 名を被験者としたプラセボ対照ラ試験素材にコーン油と水を加えて乳化した結果，乳化直後の油ンダム化単盲検並行群間比較法により，評価を実施した．被験

脂粒子状態は，マルトデキストリンや既存水溶性食物繊維素材

者は，対象食品としてマルトデキストリンを摂取した後（Ⅰ期），よりもキメが細かいことが確認された．また，乳化して 96 時

被験食品である FF#80 をそれぞれ 3.3 g，6.6 g，13.2 g/day（食間経過した後も，分離せず乳化状態を保つことも観察された．

物繊維として 2.5 g，5.0 g，10.0 g/day）を摂取して（Ⅱ期），ア

この乳化結果が，ラクトアイスにおいて，濃厚感やなめらかさンケート調査が実施された．その結果，Ⅱ期の排便日数，排便という評価に繋がった理由の一つと考えている．以上のように，回数及び排便量がⅠ期にくらべ有意に高い値（p＜0.05）を示し，

FF#80 は生理機能のみではなく，食品の物性や味質改善効果

また排便日数（中用量群，高用量群）及び排便回数（低用量群，も併せ持つ新規な食物繊維素材として，市場開拓を引続き推進

中用量群，高用量群）は対照食品群にくらべ用量依存的な増加していく．

傾向を示した．以上のことから，FF#80 は便通改善に有用なおわりに水溶性食物繊維素材であることが明らかになった 3）．ラットを本研究では，低分子の糖類を多糖化させるという目的から，用いた検討ではプレバイオティクス効果や糞便水分量の増加が種々の触媒の検討を実施し，身近で安全な物質である活性炭が確認されており，ヒトにおいても同様の効果を発揮していると有効な糖重合用の触媒となり得ることを見出した．この技術を推察している .

利用して新規な食物繊維素材である『難消化性グルカン』を開更に FF#80 の関与成分である RG をイオン交換樹脂分画に発した．更に活性炭の特性を活かすことで，シンプルな工程でより高純度化し，食物繊維含量を乾燥重量当たり 99％（w/w）

高品質の食物繊維含有シラップを連続的に生産する方法を確立とした．これを用いて血糖値上昇抑制効果をヒト試験で評価しした．

た．食後の血糖値が上昇しやすい成人を被験者とし，無作為化

難消化性グルカンは，酸触媒や抽出法で得られる既存の食物二重盲検プラセボ対照クロスオーバー試験で評価を実施した．

繊維素材に比べて，風味や色，食品加工におけるハンドリング①被験食品（食物繊維量として 5.0 g），②プラセボ食品（マルの観点で優れており，価格面でも優れた食物繊維素材となってトデキストリン 5.0 g）それぞれを親子丼（510 g）と同時摂取し，いる .

食後に血糖値を測定した結果 , プラセボ摂取群と比較して RG

食物繊維は，整腸作用やメタボ予防など様々な機能が知られ摂取群では有意に血糖値の上昇が抑制され（p＜0.05），血糖応ているが，「日本人の食事摂取基準（2015 年版）」によると，我4）答の AUC（曲線下面積）が有意に低下した（p＜0.05）.

が国においては食物繊維の 1 日目標摂取量（男性 20 g 以上，女5.

FF#80 の加工食品における評価

性 18 g 以上）に対して，男女共に 5～7 g 程度も不足している．

FF#80 は淡黄色の低粘性シラップで，甘味度は砂糖の 10 分

難消化性グルカンは，食物繊維の不足を補うと同時に美味しさの 1 程度とスッキリした味質である．水への溶解性や粘性は既を提供する素材として，人々の食生活と健康の維持・増進に貢存水溶性食物繊維素材と同等で飲料・食品に使いやすく，酸性献できると期待している .

やアミノ酸存在下でも着色性等の変化が少ない安定性の高い素引用文献材である．物性はマルトデキストリンに近いが，野菜ジュース

1）N. Hamaguchi, H. Hirai, K. Aizawa, M. Takada: J. Appl. Glycosci., 62, 7–13（2015）.
2）H. Bito, N. Hamaguchi, H. Hirai, K. Ogawa: J. Toxicol. Sci.,41（1）,33–44（2016）.
3）N. Hamaguchi, H. Hirai, H. Bito, K. Ogawa: J. Nutr. Sci. Vitaminol., 62（1）,62–66（2016）.
4）H. Hirai, N. Hamaguchi, H. Bito, M. Suda, T. Sato, T. Kimura, K.
Ogawa: Jpn Pharmacol Ther （in Japanese）., 44（10）, 1455–1462（2016）.
5）T. Oku, K. Tanabe, S. Morita, N. Hamaguchi, F. Shimura, S.
Nakamura: Br. J. Nutr., 114, 1550–1559（2015）.
6）S. Nakamura, K. Tanabe, S. Morita, N. Hamaguchi, F. Shimura, T. Oku: Nutr Metab., 13, 13（2016）.

飲料への利用評価で比較したところ，FF#80 は野菜・果実の香りを包接しないため香り立ちがよく，味に厚みがでることが確認された .
ラクトアイスの利用評価では，FF#80 を配合したものは乳味

謝辞

本研究に関しましてご指導頂きました先生方 , 多大なご協力を頂きました社内外の関係者の皆様に厚く御礼申し上げます . また本賞へのご推薦と適切なご指導を頂いた静岡大学
図2

難消化性グルカンの便通改善作用

河岸洋和教授に厚く御礼申し上げます．