10

浦上財団研究報告書

Vol.21（2014）＜平成 24 年度助成＞

親水性抗酸化物質を高濃度で内包した
高安定液体マイクロカプセルの作製と特性評価
功 *・中嶋マルコス ネヴェス・小林光敏*（筑波大学生命環境系、（独）農研機構食品総合研究所）

1.

ている 2）。すなわち、ビタミン C の高安定化が可

はじめに能な技術開発が期待される。互いに混じらない水・L -アスコルビン酸（ビタミン C）は食品業界で油を乳化剤の作用で細かい液滴として分散させたは最も広く利用されている抗酸化物質であるが、エマルションは化粧品、医薬品、食品など様々な

長期保存時の安定性が低いことが問題である。ビ用途に使用されている。

タミン C はフリーラジカルの中和作用により強力

エマルションは、主に水中油滴型（O/W）エマな抗酸化物質である。更に心臓病、白内障、免疫ルションと、油中水滴型（W/O）エマルションが系とがんの様な病気のリスクを治める効果が報告挙げられる。例えば食品エマルションでは、油相されている 1）。ビタミン C の推奨摂取量は成人 1には脂溶性のビタミン、色素、抗酸化物質等が溶

日あたりの 30 ～ 40 mg であるが、研究レベルで解しており、水相には水溶性の蛋白質、多糖類、は 1 日あたり 250 ～ 1,000 mg の範囲に拡大される。

糖質、塩類、ビタミン、色素、抗酸化物質等が溶

ビタミン C は多くの果物や野菜に含まれてい解している。代表として、O/W エマルションの� 平 成 24 年 度 � 	 る。但し、貯蔵温度と貯蔵時間または湿気、酸中ではマヨネーズ、牛乳、スープ、ソース、W/O

親 水 性 抗 酸 化 物 質 を 高 � 度 で 内 包 し た 高 安 定 液 体 マ イ ク ロ カ プ セ ル の 作 � と 特 性 � � 	
 素、pH、および光の影響を受けやすい。なおかつ、ビタミン
C は親水系であり、水やアルコール	
 で溶け、溶解すると酸化反応が発生する。特に高1.	
  はじめに	 エマルションの中ではマーガリンやバタースプ

ネヴェス	  マルコス（筑波大学	
  生命環境系）	
 レッドが挙げられる 3）。また、多相エマルションの開発が進んでおり、水相に O/W エマルション

L-アスコルビン酸（ビタミンC）は食品業界では最も広く利用されている抗酸化物質であを分散した Water-in-Oil-in-Water（W/O/W）型エ温（>50 ℃）
やアルカリ条件下で速やかに酸化がC はフリーラジカルの中和作
マルションと、Oil-in-Water-in-Oil（O/W/O）型エ1 に示すように毒性化合物の形成が起進み、 図るが、長期保存時の安定性が低いことが問題である。ビタミン
用により強力な抗酸化物質である。更に心臓病、白内障、免疫系とがんの様な病気のリスク4）こる 2）。

マルションの二種類が挙げられる 。特に近年は、を治める効果が報告されている１）。ビタミン C の推奨摂取量は成人 1	
 日あたりの 30～40	
 mg

ビタミン C 溶液の低い安定性を踏まえながら乳

食品、医薬品、化粧品など様々な用途を踏まえてであるが、研究レベルでは 1 日あたり 250～1000	
 mg の範囲に拡大される。	
 W/O/W エマルションに関心が集まっている。し化及びカプセル化技術の開発が進められている。
ビタミン C	
 は多くの果物や野菜に含まれている。但し、貯蔵温度と貯蔵時間または湿気、かしながら、多相エマルションは一般に長期安定
これらの研究はほとんどの場合、乳化やカプセル
酸素、pH、および光の影響を受けやすい。なおかつ、ビタミン	 C	
 は親水系であり、水やアルコールで溶け、溶解すると酸化反応が発生する。特に高温(>	 50℃)やアルカリ条件下で速や性が低く、食品産業界でも用途が限られている。
化手法を用いて、ビタミンC を 1 ～ 5％を内包しかに酸化が進み、図 1 に示すように毒性化合物の形成が起こる 2）。	
 L-アスコルビン酸

デハイドロ -L-アスコルビン酸

2, 3 -ジケト -L- グロニン酸

L- キシロソム

L-アスコルビン酸	
 	 	 	
 デハイドロ-L-アスコルビン酸	 	 	 	
 2,3-ジケト-L-グロニン酸	
 	 	 	
 L-キシロソム	
 図 1	
  水 溶図液1 中水溶液中におけるビタミンに お け る ビ タ ミ ン CC の分解経路の 分 解 �（一部改変）
� 3）（ 一 � � � ） 	
 3）ビタミン C	
 溶液の低い安定性を踏まえながら乳化及びカプセル化技術の開発が進められている。これらの研究はほとんどの場合、乳化やカプセル化手法を用いて、ビタミン C を 1～5％を内包している 2）。すなわち、ビタミン C の高安定化が可能な技術開発が期待される。互い

親水性抗酸化物質を高濃度で内包した高安定液体マイクロカプセルの作製と特性評価

11

特に内水相と外水相の浸透圧平衡状態に到達するを用い、分散相にはビタミン C（5 ～ 30 wt%）とこと、また油相と外水相の体積割合の決定と、親wt%）を溶解したものを用いた。W/O
MgSO（14

水性と疎水性乳化剤の選択が重要なファクターでエマルションの作製は、攪拌乳化装置（Polytron、ある。本研究では親水性のビタミン C が高濃度

7,000 rpm、５min）を用いて行った。W/O エマルに内包する W/O/W エマルションの作製方法を検ションの特性評価に関しては、平均粒子径（d av）

討した。手法としては図 2 で示した 2 段階の乳化の測定を行い、なおかつ d av とビタミン C の保持プロセスを用いた。一次乳化では疎水性と親水性率（ r ）の経時変化（4 ℃、25 ℃）についても検討の乳化剤およびゲル化剤の選択によって、ビタミした。

ン C を内包した W/O エマルション（内水相の体2.2

積割合 30 ％）の安定化を検討した。その後、二次

二 次 乳 化：W/O/W エ マ ル シ ョ ン の 作 製
および特性評価

乳化では
W/O/W エマルション作出方法を検討
d  8U{
@ILCKN

まずは、W/O エマルションについて、内水相

した。

%）と
に ビ タ ミ ン C（10 - 30 wt ％）、MgSO（1wt
4
ゼラチン（0 ～ 1wt %）を溶解し、油相には疎水性乳化剤（TGCR（5wt %））を溶解し、調製した。内水相の体積割合 30 %で油相と混合し、上記の一次乳化と同様に予備乳化を行った。その後、二次乳化では外水相に親水性乳化剤である DGC（デカグリセロールモノラウレート）1 wt％、MgSO4（1wt%）、糖質 10 ～ 30 wt％（グルコースあるいはフルクトース、スクロース）を溶解した。予め調製した W/O エマルションを体積割合 30 %にな

図2d

攪拌乳化およびマイクロチャネル乳化の 2 段階を含む
多相エマルション（W/O/W 型）の作製プロセスの模式図るように外水相と混合し、攪拌装置（5,000 rpm、
５min）を用いて二次乳化を行った。乳化中に、

srS[-<9I>AMFJGLS[8  |=_;h@ILCKN e
W/O エマルションの安定化のため、多糖類であ
親水性であるビタミン C を 30 wt％までの高濃

8THMED8ynd
度が内包する W/O/W エマルションの新規な作製方法の開発、さらに W/O/W エマルションの高安

るキサンタンガム（1 wt%）を添加した。

定化およびビタミン C の徐放制御について検討

W/O および W/O/W エマルションの平均粒子径の測定した。また、W/O/W エマルションの保存温度がW/O エマルションと W/O/W エマルションのビタミン C の保持率に与える影響についても検平均粒子径は画像解析手法により測定した。W/

討した。

O/W エマルションのサンプルは連続相で 10 倍希

2.

実験方法

2.1

一次乳化：ビタミンＣを内包した W/O エマ
ルションの作製および特性評価

2.3

釈後、粒子径を測定した。平均粒子径の算出には、光学顕微鏡を用い、250 の液滴の画像を画像解析
ソフト（WinRoof、ver 5.6、株式会社ミタニ）を用いて、マニュアルで粒子径を測定した。また、連続相には大豆油またはモリンガ油（Moringa

変動係数（CV）は次のとおり求めた。

oleifera）に親油性乳化剤（テトラグリセリン縮合

C V（％）= （σ/d av ）× 100

リ シ ノ レ ー ト、TGCR）を 5 wt % 溶 解 し た も の（σ：粒子径（μm）の標準偏差）

12

結

3.

浦上財団研究報告書

Vol.21（2014）

あったが、25 ℃で保存した場合は d av と CV が経果

時的に増大して色調の変化が確認された。この色

調変化はビタミン C の酸化に起因するものと思
一次乳化：高濃度のビタミンＣを内包したmin）を用いて二次乳化を行った。乳化中に、W/O エマルションの安定化のため、多糖類であW/O エマルションの作製と特性評価
われる。また、高濃度（30wt %）のビタミン C を
3.1

るキサンタンガム	 (1%	
 (w/v))	
 を添加した。	
 攪拌乳化法において回転数が W/O エマルションの作製
内包した W/O エマルションが、ビタミン
C 水溶
2.3	
  	
 W/O および	
 W/O/W	 エマルションの平均粒子径の測定	
 化せずに安定であったが、25℃で保存した場合はdav と CV が経時的に増大して色調の変化が化せずに安定であったが、25℃で保存した場合は d と CV が経時的に増大して色調の変化が液に比べて保持率を高く維持できること、ならび

av
W/O エマルションとW/O/W	 エマルションの平均粒子径は画像解析手法により測定した。W/O/W	
 
確認された。この色調変化はビタミン C の酸化に起因するものと思われる。また、高濃度（30%に与える影響：確認された。
この色調変化はビタミン C の酸化に起因するものと思われる。また、高濃度（30%エマルションのサンプルは連続相で 10 倍希釈後、粒子径を測定した。
平均粒子径の算出には、のビタミン C を内包した W/O エマルションが、ビタミン C 水溶液に比べて保持率を高く維持
異 な っの液滴の画像を画像解析ソフト	
 (WinRoof、ver	
 5.6、株式会社ミタ
た 回 転 数 を 用 い た 場 合、 ビのビタミン
タ ミ ン CC を内包したに W/O
W/Oエマルションへの内包化によるビタミン
エマルションが、ビタミン C 水溶液に比べて保持率を高く維持
光学顕微鏡を用い、250
できること、ならびに W/O エマルションへの内包化によるビタミン C の徐放制御が可能であニ)を用いて、マニュアルで粒子径を測定した。また、変動係数（CV）は次のとおり求めた。
	
 できること、ならびにW/O
エマルションへの内包化によるビタミンC の徐放制御が可能であ（10 wt ％）を内包する W/O エマルションの平均
C の徐放制御が可能であることを見出した。
ることを見出した。	
 ＣＶ（％）= (σ/dav) × 100	
 ることを見出した。	
 粒子径（ d av）と変動係数（CV）の結果を図 3 に示し（a）（σ：粒子径(µ	 m)の標準偏差）	
 攪拌乳化法において回転数がエマルションの作製に与える影響：
3.0μm から 2.0μm まで低下しルションの dW/O
av は

大豆油系
大豆油系
大豆油系
変動係数,
変動係数,
CV（%）
CV（%）
変動係数,
CV（%）

行うことができた。回転数増加に伴う W/O エマ
3.1	
  一次乳化：高濃度のビタミンＣを内包した W/O エマルションの作製と特性評価	
 異なった回転数を用いた場合、ビタミン C（10％）を内包する W/O	
 エマルションの平均粒た。なお、CV は 13 ～ 20 %に徐々に増大し、多子径（dav）と変動係数	
 （CV）の結果を図 3 に示した。回転数 5000	
 rpm 以上とすることで、乳化を行うことができた。回転数増加に伴う
W/O エマルションの dav	  は 3.0µm から 2.0µm ま
分散化が進行した。

回転数,ｎ （���）n（ r p m ）
回転数,

（b）
dav
平均粒子径, ｄ（μm）
平均粒子径,
平均粒子径,
ｄ
（µ�）
（µ�）
avav

変動係数, CV（%）
CV（%）
変動係数,

dav（μm）
平均粒子径, ｄ
平均粒子径,
av （µ�）で低下した。なお、CV は 13～20%に徐々に増大し、多分散化が進行した。	
 保存時間（days）
保存時�（days）
保存時�（days）

モリンガ油
モリンガ油
モリンガ油系
系
系

	
 
回転数がビタミン
Cす
を内包する
W/O
図数3が ビ図 3	
  回 転
タミン C を内包
る W/O	 エマ ルエマルションにシ ョ ン に 与 え る 影 響 ３）	
 
３）
与える影響
記号(a,	 b,	 c,	 d)は平均粒子径の有意差を示す(P=0.05)。	
 

記号（a, b, c, d）は平均粒子径の有意差を示す（P=0.05）。
ビタミン C の濃度が W/O エマルションの作製に与える影響：	
 

変動係数,
変動係数,
CV（%）
CV（%）
変動係数, CV
（%）

3.	
  結果	
 

dav
平均粒子径,（μm）
平均粒子径,
平均粒子径,
ｄｄ
（µ�）
（µ�）
av
av

た。回転数 5,000 rpm 以上とすることで、乳化を	
 ビタミン C を異なった濃度（10～30%）で内包した W/O エマルション（大豆油系またはモ
リンガ油系）の dav 及び CV を図 4 に示した。作製されたエマルションの dav は 2.2～3.1µm でビタミン C の濃度が W/O エマルションの作製に与えるあり、油相の種類には依存せずに、ビタミン C の濃度の増加に伴い、少し増加した。ビタミ

保存時�（days）
保存時�（days）
保存時間（days）

図 3	
  ビ タ ミ ン C を 内 包 す る W/O	
 エ マ ル シ ョ ン の 貯 蔵 安 定 � （ 25℃ ） ３）	
 

が 3	
 
1 ヶ月以上に変ン C 内包 W/O影響：
エマルションの安定性については、4℃で保存した場合は dav図ビタミン
4 内ビタミン 図Cを包 す るC を内包する
W/O	
 エ マW/O
ル シエマルションの貯蔵ョ ン の 貯 蔵 安 定 � （ 25℃ ） ３）	
 ３）
dav（黒）、変動係数：CV（白抜き）。	
 （a）大豆油系、(b)モリンガ油系。平均粒子径：
安定性（25 ℃）

dav（黒）、変動係数：CV（白抜き）。	
 （a）大豆油系、(b)モリンガ油系。平均粒子径：ビタミン C を異なった濃度（10 ～ 30 wt
%）で
（a）
大豆油系、
モリンガ油系。平均粒子径：d av（ 黒）、変動係数：
ビタミン
C （b）
の濃度：●○=10%、■□=20%、▲△=30%	
 。	
 ビタミン C の濃度：●○=10%、■□=20%、▲△=30%	
 。	
 CV（白抜き）。
内包した W/O エマルション（大豆油系またはモW/O エマルションにおけるビタミン C 保持率の検討：	
 リンガ油系）の d av

ビ タ ミ ン C の 濃 度：
● ○ =10wt %、 ■ □ = 20wt %、 ▲ △W/O エマルションにおけるビタミンC 保持率の検討：	
 C の保持率に与える影響を示した。ビタミン C	
 を
図 4 に貯蔵温度（4℃、25℃）がビタミン= 30wt% 。
及び CV を図 4 に示した。作製

図 4 に貯蔵温度（4℃、25℃）がビタミン C の保持率に与える影響を示した。ビタミン C	
 を
10％～30％の濃度で内包する W/O	
 エマルションについて、4	
 ℃で保存した時にビタミン C のW/O エマルションにおけるビタミンC 保持率の検討：
10％～30％の濃度で内包する
W/O	
 エマルションについて、4	
 ℃で保存した時にビタミンCのであり、されたエマルションの d av は 2.2 ～ 3.1μm
保持率は 50%に達した。また、油相の種類にも関わらずビタミン C の保持率に有意差はなか
保持率は 50%に達した。また、油相の種類にも関わらずビタミン C の保持率に有意差はなか

油相の種類には依存せずに、ビタミン C の濃度の図 5 に貯蔵温度（4 ℃、25 ℃）がビタミン C の保増加に伴い、少し増加した。ビタミン C 内包 W/

持率に与える影響を示した。ビタミン C を 10 ～O エマルションの安定性については、4 ℃で保存

30 wt％の濃度で内包する W/O エマルションにつした場合は d av が 1 ヶ月以上に変化せずに安定で

いて、4 ℃で保存した時にビタミン C の保持率は

親水性抗酸化物質を高濃度で内包した高安定液体マイクロカプセルの作製と特性評価

50 %に達した。また、油相の種類にも関わらずビ

3.2

13

W/O/W エマルションの安定性

タミン C の保持率に有意差はなかった（ P > 0.05)。

浸透圧は W/O/W エマルション液滴の安定性に

W/O エマルションの d av はそれぞれ 1 ヶ月間 4 ℃

重要な役割を果たしていて、逆にラプラス圧の影と 25 ℃で保存した場合、2.6 ～ 3.4μm であった。

響でエマルションが不安定になる。さらに、分散

また、保持率は貯蔵温度に依存していることが分相に電解質を少量添加することでラプラス圧に対かった。これらの結果は Lee らの文献と一致して抗する効果を示し、エマルションの安定性向上に２）いる 。W/O エマルションにビタミン C を内包

繋がると考えられる 5）。そこで次の実験として、することで、保持率の向上が得られた。なおかつ、

外水相に異なる糖質の添加と、内水相にゼラチン

5）25 ℃貯蔵におけるビタミン C 水溶液の保持率よの添加の効果について調べた。
ラス圧に対抗する効果を示し、エマルションの安定性向上に繋がると考えられる。そ次の実験として、外水相に異なる糖質の添加と、内水相にゼラチンの添加の効果についビタミン C を内包する W/O/W エマルションにおけるた（P>0.05)。W/O
エマルションのdav はそれぞれ 1 ヶ月に 4℃	
 と25℃で保存した場合、2.6
りも、W/O
エマルションでの保持率の方が顕著べた。	
 3.4µm であった。また、保持率は貯蔵温度に依存していることが分かった。これらの結果
た（P>0.05)。W/O
エマルションの dav はそれぞれ 1 ヶ月に 4℃	
 と 25℃で保存した場合、2.6
糖質添加の影響：に高いことが示された。この結果は、水溶液中に
２）
ビタミン
C を内包する W/O/W エマルションにおける糖質添加の影響：	
 。W/O エマルションにビタミンC を内包することで、保持率
Lee らの文献と一致している
3.4µmであった。また、保持率は貯蔵温度に依存していることが分かった。これらの結果

おいてビタミン C が素早くイオン化するためと

図 6 に糖質の添加がエマルションの作製に与え5 に糖質の添加がエマルションの作製に与える影響を示した。ビタミンC を内包
図
向上が得られた。なおかつ、25℃貯蔵におけるビタミン
C 水溶液の保持率よりも、W/Oエ
C を内包することで、保持率
Lee らの文献と一致している２）。W/O エマルションにビタミンる影響を示した。ビタミンC を内包する 値の低い単分散液滴のW/O エ
考えられる。
ルションでの保持率の方が顕著に高いことが示された。この結果は、水溶液中においてビ向上が得られた。なおかつ、25℃貯蔵におけるビタミン
C W/O	 エマルションの内水相にゼラチンを添加することにより、CV水溶液の保持率よりも、W/Oエ

より、CV 値の低い単分散液滴の作製ができて、次の実験として、外水相に異なる糖質の添加と、内水相にゼラチンの添加の効果についべた。	
 

大豆油系 ビタミン C を内包する W/O/W エマルションにおける糖質添加の影響：	
 変動係数, CV（%） ��係�, CV（％） ��係�,
変動係数, CVCV（％）（%）
��係�, CV（％） ��係�,
CV（％）

ビタミン
ビタミン
C の保持率,
の保持率,
ｒ
（％）
ｒ （％）
r（%）
ビタミン
CCの保持率,

（b）

大豆油系
大豆油系

�����, ｄ av （µ�）�����, ｄ av （µ�）
平均粒子径, davｄ
平均粒子径, dｄ
（μm）
（μm）
av
�����,
�����,
av （µ�）av （µ�）ビタミン
ビタミン
C の保持率,C の保持率,
ｒ （％）
ｒ
（％）
r（%）
ビタミン
C の保持率,ミン
C が素早くイオン化するためと考えられる。	
 ができて、エマルション安定性の向上に繋がることがわかった。また、ゼラチンのゲルルションでの保持率の方が顕著に高いことが示された。この結果は、水溶液中においてビマルションの内水相にゼラチンを添加することに（a）
ラス圧に対抗する効果を示し、エマルションの安定性向上に繋がると考えられる 5）。そキレート作用が安定性の向上に関係するとみなされた。	
 ミン C が素早くイオン化するためと考えられる。	
 

図 5 に糖質の添加がエマルションの作製に与える影響を示した。ビタミン C を内包

W/O	
 エマルションの内水相にゼラチンを添加することにより、CV 値の低い単分散液滴のができて、エマルション安定性の向上に繋がることがわかった。また、ゼラチンのゲル
キレート作用が安定性の向上に関係するとみなされた。	
 水溶液

保存��（days）
保存時間（days）
保存��（days）
モリンガ油
系
モリンガ油
モリンガ油系
系

水溶
液溶 液
水溶
水
液
保存��（days）

	
 
図 4	
  貯 蔵 温 度 が W/O	
 エ マ ル シ ョ保存��（days）
ン保存時間に お け（days）
る ビ タ ミ ン C の 保 持 率 に � え る 影 響 ３）	
 
	
 
。	
  ３）	
 
図 4	
  （a）大豆油系、(b)モリンガ油系。貯蔵温度：4℃（黒）貯 蔵 温 度 が図W/O	 エマ ル シW/Oョ ンエマルションにおけるビタミンに お け る ビ タ ミ ン C の、25℃（白抜き）保C持の率 に � え る 影 響
5 貯蔵温度が

	
 
�6が �
�
�
�
�
（
d
）
と
�
�
係
�
（
CV）
に
与
え
る 影 響 5）	 図 5	
  糖 質 の �図
av （dav）
糖質の種類が平均粒子径と変動係数（CV）に
（a）
大豆油系、
（b）
モリンガ油系。
貯蔵温度
：
4℃
（黒）
、
25
℃
（白抜き）
。
タミン C の濃度：●○=10%、■□=20%、▲△=30%	
 。▼：ビタミン C 水溶液の保持率（25℃）	
 
5）
与える影響
dav と
CV、	
 (下)	
 W/O/W エマルションの dav と CV。	
 ビ タ ミ ン C の 濃 度： ● ○ = 10wt %、 ■ □ = 20wt %、(上)	
 W/O	
 エマルションの▲△2	
 W/O/W エマルションの安定性	
 ▲ △ = 30wt% 。
（上）W/O エマルションの d av と CV、（下）W/O/W エマルションのより安定した W/O/W エマルションを作製するため、各水相のバランスのとれた組成を▼：ビタミンC 水溶液の保持率（25 ℃）
d av と CV。
浸透圧は
W/O/W
エマルション液滴の安定性に重要な役割を果たしていて、逆にラプラス圧2	
 W/O/W エマルションの安定性	
 た。一次乳化プロセスで調製した W/O エマルション液滴の dav は 2.5µm と、CV は約	
 20％
影響でエマルションが不安定になる。さらに、分散相に電解質を少量添加することでラプ
浸透圧はW/O/W エマルション液滴の安定性に重要な役割を果たしていて、逆にラプラス圧った。また、二次乳化プロセスによる調製したエマルション液滴の dav が 12～20µm と、影響でエマルションが不安定になる。さらに、分散相に電解質を少量添加することでラプ

３）
タミン（a）大豆油系、(b)モリンガ油系。貯蔵温度：4℃（黒）C の濃度：●○=10%、■□=20%、▲△=30%	
 。▼：ビタミン
C 水溶液の保持率（25℃）
	
 
保持率に与える影響、25℃（白抜き）
。	
 

	
 
5）

が発生した。	
 ビタミン C 保持に関わる動力学解析：	
 W/O/W エマルション	
 におけるビタミン C の保持機構について、以下の一次反応速度
浦上財団研究報告書
価した:	
 	
  	
  	
  	
 Vol.21	  	  （2014）
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ln	
 CAA/CAA,0	
 =	
 -kt	
 

14

（CAA と CAA,0 はビタミン C の濃度、k	 は速度定数、t	
 は 4ºC での貯蔵時間）	
 2ての W/O/W
エマルションについて、相関（rエマルション安定性の向上に繋がることがわかっ値）
初期過程でビタミンC 保持の動力パラメーターがビタミン
C 保持率の実験結果のフ7 に示した。すべての	
 W/O/W エマルションにィングを適用し求めた。その結果を図た。また、ゼラチンのゲル化とキレート作用が安が > 0.95 であり、一次速度論が妥当と考えられる。
相関（r2 値）が>	
 0.95 であり、一次速度論が妥当と考えられる。	
 るため、各水相のバランスのとれた組成を調べ	 	 た。一次乳化プロセスで調製した W/O エマルショ
	 ン 液 滴 の d av は 2.5μm と、CV は 約 20 ％ で あ っ	 た。また、二次乳化プロセスによる調製したエマ
	
 
	
  が 約
ル シ ョ ン 液 滴 の d av が 12 ～ 20μm と、CV	 20 ％～ 25 ％に増大した。さらに、糖質の添加に動力パラメーター	 	
 より安定した W/O/W エマルションを作製す
	
 

ビタミン
C 保持の	 ビタミン
C 保持の 	 動力パラメーター, In C AA / C AA, 0（days）

定性の向上に関係するとみなされた。

より、d av 値が 20 ～ 30 ％低下した。
Ǣ

内水相にビタミン C を 10 ％を内包する
Ɇɚ ɆtĨĬdkUctTǠȗuƨý]T/D èu ɚ W/O/WɆøƩņ^ȘbdkU
図8

保存時間, tt（
days）
保�時間,
（days）
4 ºC におけるビタミン C 保持動態の経時変化

6）tǐɆïāf -%- ³¾ºÁƦƯuȾœȲƿìĞ  ビタミンC 濃度：● =10 wt%、■ = 20 wt%、▲ = 30 wt%。
図 7 に示した。
エマルション液滴の顕微鏡画像をïƜǊt¯¢´Á  
dkU

C AA = 0%は内水相中のビタミン C の初期濃度を示す。

Ʊƨý°¾§Å

本研究では、水中での安定性が低いビタミン Cの高安定化を図るため、高濃度のビタミン C を含む内水相を必要に応じてゲル化させて安定化した

ÀÅ

W/O/W エマルションの作製技術の開発を図るこ
	
 
¾Å
図 7	
 
4� に � � る ビ タ ミ
C 保 持 動 � の � � 変 化 6）	
 C の初期
図Cン
9=0	
 %は内水相中のビタミンに本研究によるビタミとを目的としている。
ビタミン C 濃度：●=10%、■=20%、▲=30%。
AA
ン C 安定化の模式図を示した。ビタミン C を高す。	
 本研究では、水中での安定性が低いビタミン
C の高安定化を図るため、高濃度の濃度（30 wt %まで）で内包した
W/O エマルショ
C を含む内水相を必要に応じてゲル化とさせて安定化した
W/O/W エマルションの作ンが、ビタミン C 水溶液に比べて保持率を高く開発を図ることを目的としている。図 8 に本研究によるビタミン C 安定化の模式図をW/O エマルションへ
W/O/W
ā7f ビタミン-%- C
内包する³¾º
Á Ʀ Ưエマルション液滴のu Ⱦ œ Ȳ ƿ ìɐĪ Ɯ Ǌ u Ǡ ȗ維持できること、ならびにƂƱuĞ  ¯ ¢ ´ Á  ï図
6）
ビタミン
C
を高濃度（30	
 wt%まで）で内包した
W/O
エマルションが、ビタミン C 水
顕微鏡画像：外水相の糖質有無の影響Ɉŋȼ
の内包化によるビタミン C の徐放制御が可能でべて保持率を高く維持できること、ならびにW/O エマルションへの内包化によるビĪƜǊyuǠȗƨýuǩƊ]TƱƨýǡ¾ÅǡuĥĐv
ź|p½Å´Á]

外水相への糖質添加の結果が、無添加系やグルあることを示した。
ǅƻds\mkutķdoTÀÅ[x°¾§ÅuƨýǡpřȤt½Å´Áの徐放制御が可能であることを示した。	
 ]ǅƻdkUコース系の場合は 2 日までクリーミングが発生	 Āûĳȋƈɐ
しなかったのに対して、スクロースおよびフルク-%- ³¾ºÁ t[` ¯¢´Á  uæŧƔƐtnXoT×ÈuÆƕćŖȤńŅpȎ （不安定）ädk:<   !
トースの添加系で急速にクリーミングが発生した。
¯¢´Á  æŧtȶɇ q  v¯¢´Á  uưńT vȤńĵŴT! v I puȕǾŽȵɈ

ビタミン C 保持に関わる動力学解析：

	
 
	
 
	
 

óƃȧǓp¯¢´Á  æŧuĀû®¼¶Å¢Å]¯¢´Á  æŧƷuĶɃǩƊu°¤¥

W/O/W エマルション
におけるビタミン
Cの tǐdkUfzou-%- ³¾ºÁtnXoTÁȩƽdƝkUiuǩƊĞ	 Ǌȶɇ@ èɈ]

保持機構について、以下の一次反応速度式で評価	 l n C A A / CA A , 0 = - k t	  pWTÆƕȤńȑ]İňqǯZ

した :

U

	
 

¯¢´Á  æŧuĀû®¼¶Å¢Å

（C A A と C A A , 0 はビタミン C の濃度、k は速度定	 数、t は 4 ºC での保存時間）
	
 初期過程でビタミン C 保持の動力パラメーター
	
 がビタミン C 保持率の実験結果のフィッティング
多相エマルション中への内包によるビタミンの 安定性化の模式
図ン
9 中
へ の 内 包 に よ る ビ タ ミ ン C のC高
図 8	
 多 相 エ マ ル シ ョ
高安定性化の模式図5）を適用し求めた。その結果を図 8 に示した。すべ左側：水中で不安定ビタミン C; 右側：内水相のゲル化による	 æĲŽȵ, t ɇdaysɈ

左側：水中で不安定なビタミン C; 右側：内水相のゲル化による高濃度のビタミン C を内包する安定化した
W/O/W エマルション
高濃度のビタミン
C を内包する安定化した
W/O/W エマルション	
 

	
 
4.	
  まとめ	
 本研究では、ビタミン C を安定させるために	
 W/O/W	 エマルションの適用を図っ親水性抗酸化物質を高濃度で内包した高安定液体マイクロカプセルの作製と特性評価

4．ま と め謝15

辞本研究の実施にあたり、多大な研究助成を賜り

本研究では、ビタミン C を安定させるためにました（公財）浦上食品・食文化振興財団ならび

W/O/W エマルションの適用を図った。水溶液中に関係者各位に心より感謝を申し上げます。またのビタミン C の挙動の基礎的理解、安定化システ

共同研究者としてご尽力いただきました Nauman

ムの構築が見出された。これらの結果、適切な条

Khalid 氏に深く感謝いたします。

件のもとでビタミン C は長期間安定化され、初期の特性を維持できる分散系の開発が可能となっ文た。また、安定したビタミン C の成功例は、皮1) Bendich, A. (1990) Antioxidant micronutrients andimmune responses, in: A. Bendich, R.K.Chandra (Eds.)
Micronutrients and Immune Functions, New York Academyof Sciences, New York, pp. 168–180.

膚浸透などの最終的な用途の例を挙げることができ、その機能を維持することが期待される。ビタミン C を高濃度で内包する W/O/W エマルショ
ンを低温貯蔵した場合、検討期間（35 日間）中に液滴サイズはほとんど変化せず物理的に安定であった。W/O/W エマルションは、貯蔵 30 日後にビタミン C の比較的高い保持率を示し、その保持率は動力学的に一次反応により解析できた。得
られた結果は高濃度ビタミン C などの重要なビタミンを W/O/W エマルション系に利用する技術として、食品業界での用途が期待される。また、多相エマルションやマイクロカプセル化によりビタミン C を安定的に内包化する技術の開発により、飲料用途に実用的に応用可能な液体マイクロカプ
セルの作出が期待される。

献2) Lee, J., Kim, J., Han, S., Chang, I., Kang, H., Lee, O., Oh,
S., & Suh. K. (2004) The stabilization of L-ascorbic acid inaqueous solution and water-in-oil-in-water double emulsion
by controlling pH and electrolyte concentration. Journal of
Cosmetic Science, 55, 1-12.
3) Khalid, N., Kobayashi, I., Neves, M. A., Uemura, K.,
Nakajima, M. (2013) Preparation and characterization ofwater-in-oil emulsions loaded with high concentration of
L-ascorbic acid. LWT- Food Science and Technology, 51, 2,
448-454.
4) McClements, D. J. (2004) Food Emulsions: Principles,
Practice and Techniques (2nd ed.), CRC Press, Boca Raton,
FL, pp. 233–268.
5) Khalid, N.，Neves, M. A., 小林功，植村邦彦，中嶋光敏.
(2013) ビタミンＣを高濃度で内包した W/O エマルションの作製と特性評価. 日本食品科学工学会, 第 60 回記念大会, 実践女子大学, 東京, 要旨集 2Fa12, p. 105.
6） Khalid, N., Kobayashi, I., Neves, M. A., Uemura, K.,
Nakajima, M. (2013) Preparation and characterizationof water-in-oil-in-water emulsions containing a highconcentration of L-ascorbic acid. Bioscience, Biotechnology,
and Biochemistry, 77, 6, 1171-1178.

16

浦上財団研究報告書

Vol.21（2014）

Preparation and characterization of highly stable liquid
microcapsules encapsulating high concentrations ofhydrophilic antioxidant substances
Marcos A. Neves, Isao Kobayashi *, Mitsutoshi Nakajima
University of Tsukuba, *National Food Research Institute, NARO
Summary
We have investigated a novel approach for encapsulating high concentrations ofhydrophilic antioxidants. In particular, the authors have investigated the formulation ofVitamin C into W/O/W emulsions, aiming to increase the dispersion stability, comparedto the considerably low stability of such vitamins when dissolved in water. For instance,
Vitamin C is well known for its various physiological effects, such as antioxidant activity,
enhancement of collagen synthesis, inhibition of melanin synthesis, antiviral activity,and enhancement of immune system, among others. On the other hand, Vitamin C and
its derivatives are extremely sensitive to heat, light, and oxidation, mostly due to free
radical chain reactions, which may eventually lead to the formation of toxic compounds
such as 2,3-diketo-L-gulonic and L-xylosome, especially at a high temperatures. On
this concern, we have investigated the formulation of double emulsions encapsulatinghigh concentrations of Vitamin C, foreseeing extended shelf-life stability. The techniqueof choice was to prepare W/O/W emulsions encapsulating up to 30 wt% Vitamin C in
the inner aqueous phase, using soybean oil or moringa (Moringa oleifera) oil as the oilphase, by Two-step homogenization process. In the first-step homogenization, an (inner)aqueous phase was prepared by dissolving between 5 to 30 wt% Vitamin C and 1 wt%
MgSO4 in Milli-Q water, followed by dispersion in a continuous oil phase containing
5 wt% tetraglyceryl condensed ricinoleate (TGCR) a hydrophobic emulsifier, using a rotorstator homogenizer (Polytron, 7,000 rpm, 10 min). In some cases, up to 1 wt% gelatin was
also included in the inner aqueous phase, prior to homogenization, in order to enhance thestability of the W/O emulsions prepared. The primary W/O emulsions formulated had an
average aqueous droplet diameter of 2.0 to 3.0μm. On the sequence, W/O/W emulsions
were prepared in the second-step homogenization, by using a rotor-stator homogenizer(5,000 rpm, 5 min) to disperse the previous W/O emulsion (30 % volume ratio) in anouter aqueous phase containing 1 wt% decaglycerol monolaurate (DGM), a hydrophilic
emulsifier, 1 wt% MgSO4, and between 10 to 30 wt% sugar (glucose, fructose or sucrose).
The W/O/W emulsions contained oil droplets with an average diameter of 14 to 18μm, andcoefficient of variation (CV) values between 18 % to 25 %. The results demonstrated thatstable food-grade W/O/W emulsions containing a high concentration of L-ascorbic acid
were successfully formulated by adding gelatin and magnesium sulfate to the inner aqueous
phase and glucose in both aqueous phases, in order to balance the osmotic pressure between
the inner and outer phases. Furthermore, the addition of gelatin contributed to higher
retention of vitamin C (up to 40 %), following a first-order kinetics. Moreover, the resulting
W/O/W emulsions containing high contents of Vitamin C were physically stable up to 35
days storage at 4 ºC. Our results provide a better understanding of the stable formulationof dispersions containing high concentrations of vital vitamins such as vitamin C. In
particular, W/O/W emulsions have promising application in food industry, considering theenhanced protection for bioactive compounds while enabling their controlled release, ascompared to W/O emulsions.