技術資料

山口県産業技術センター

研究報告No.29 p23-27 (2017)23

果皮由来β-クリプトキサンチン高濃度含有液の低コスト製造に関する検討
山田和男 *

Study on a Method for Producing Highly Concentrated β-Cryptoxanthin-Containing Solution
Originated from Citrus peel at a Low Cost
Kazuo Yamada
１．緒

言転部(東京理化機械製 N-1110AN 型)に取り付けた後，超音波

山口県には国内では数少ない温州みかん果汁の加工業者が存在し，多量の搾汁残渣が排出されて廃棄物として処理されている．この残渣のうち外果皮(以下：果皮)中にはカ洗浄機(アズワン製 ASU-2)中で回転させながら，設定温度にて所定の時間処理を行った．
２・１・５

通常加熱

ロテノイド，ポリフェノールなどの有用な有機化合物がま

果皮と溶剤を入れたナスフラスコに還流管を取り付け，だ多く残っており，特に温州みかんは抗酸化物質であるβ-市販のホッティングスターラー（東京理化機械製 RCH-20Lクリプトキサンチン(以下：β-CRY)を豊富に含んでいるた型）を用いて処理温度にて所定時間加熱処理した．

め有効利用法の開発が望まれて来た．しかし工業用β-CRY

２・１・６は，ヘキサン抽出～分取 HPLC 分離・精製と言う高コストなマイクロ波前処理システム(CEM 社製 MARS5)を用い，出力処理により製造されており 1),2) ，結果的に高価格(1mg あた

30W にて設定温度になるよう制御しながら所定時間加熱処

り\3,000 程度)となってしまい利用が進んでこなかった．

理した．

一方我々は，先ず超臨界炭酸ガスを用いてβ-CRY 抽出効

２・１・７

高周波加熱【30W】

触媒添加率を高め低コスト化を実現する製造方法について検討を行

仕込み時（粉砕後，前処理前）に触媒を所定量添加した．

ったが，弊所所有の装置では圧力上限が低く抽出効率を十２・１・８分に上げられなかったため目標を達成できなかった3)．

そこで本研究では，従来からある一般的で簡易な手法を効果的に組み合わせ，残渣から低コストで高濃度 β-CRY含有溶液を製造する方法について検討を行ったので結果をナスフラスコに果皮と溶媒を入れ，家庭用電子レンジ(500W)で 10sec 加熱した．
２・２

β-CRY 含有量の評価

サンプル溶液中の β-CRY 含有量については日本食品標準成報告する．
２．実験方法２・１

高周波処理【500W】

サンプル溶液の試作

分表の分析法 4) に準じ，スケー
ルのみを 1/10 に変更して評価を実施した．

β-CRY 含有サンプル溶液は以下の手法を組み合わせてなお定量分析には高速液体ク作成した．なお全ての検討について果皮の荒粉砕は最低限

ロ マ ト グ ラ フ 装 置 (島 津 製 作 所実施し，特記がある場合を除き投入した果皮約 2g に対して製 HPLC)を用いた(図 1)．

溶媒(エタノール)を 40ml 使用した．
２・１・１

荒粉砕

２・３

図1

HPLC 装置溶媒の分析

赤外分光分析装置(日本分光製 FT/IR-6300)にダイアモ冷凍保存した温州みかん果皮(搾汁前に取り除いたもの)

ンド結晶を装備した全反射測定ユニット(ATR PRO 670H-S)を，そのまま市販のチョッパー(ツインバード社 KC-4817)を取り付け，回収した溶媒を滴下した後スペクトル測定をを使用して荒粉砕した．

行なった．

２・１・２

再粉砕(前処理)

荒破砕した果皮を再度チョッパーに投入し，追加の粉砕

1650cm-1 付近にある水由来の吸収についてピーク高さを測定し，検量線法により含まれる水分量を簡易定量した．

を実施した．
２・１・３

３．実験結果摩砕(前処理)荒破砕した果皮を磁製乳鉢に移し，乳棒を用いて手作業

３・１

簡易手法によるβ-CRY 高濃度含有溶液製造条件にてすり潰した．摩砕後サンプルの回収には処理用溶媒をの検討使用量の範囲内で流用した．

３・１・１

２・１・４

超音波処理

ナスフラスコに果皮と溶媒を入れ，エバポレーターの回果皮形状(前処理)の影響先ず投入する果皮の形状がサンプル溶液に含まれるβ-CRY 量に与える影響について検討を行った．荒粉砕のみ，荒粉砕＋再粉砕，荒粉砕＋摩砕の 3 種について比較したと*

企業支援部環境技術グループ

ころ，投入する果皮の形状を小さくする程サンプル溶液に含まれる β-CRY 量が多くなる傾向が見られた(図 2)．

24

山口県産業技術センター

研究報告

600

600
500

β-CRY含有量(μg/100g)

β-CRY含有量(μg/100g)

No.29 (2017)

400
300
200
100

400

2000
荒粉砕のみ

再粉砕

摩砕00

【超音波処理：40℃,240min】
図2

100
200
処理時間(min)【通常加熱：60℃】

果皮形状(前処理)の影響

図4
３・１・２

300

処理時間の影響

加熱方法の影響

次に加熱方法の違いがβ-CRY 含有量に与える影響につい て 検 討 し た ． 通 常 加 熱 (80℃ ,overnight)， 超 音 波 処 理

３・１・４

触媒添加の効果

果皮中に含まれる被加水分解物を，化学反応により処理(40℃，30min)並びに高周波加熱【30W】(90℃,60min)につと並行して小分子化する事で得られる溶液中のβ-CRY 含いて比較した結果，超音波または高周波を利用した方がよ

有量を向上できるのではないかと考え，その効果を確認す

り高い含有量のサンプル溶液を調整できる可能性がある事るため，仕込み時に触媒を所定量添加する検討を実施したがわかった(図 3)．

(図 5)．

600
β-CRY含有量(μg/100g)

β-CRY含有量(μg/100g)

600

400

200

400
300
200
100
00

３・１・３500

通常加熱

超音波処理

図3

加熱方法の影響

高周波加熱【30W】

処理時間の影響

続いて加熱処理時間が β-CRY 含有量に与える影響につ【通常加熱：90℃，overnight】

いて検討を行った．前処理として荒粉砕のみを施した果皮を用い，通常加熱(60℃)による処理を，処理時間を変えて

図5

触媒添加の効果実施し，得られたサンプル溶液中のβ-CRY 含有量を比較した．

その結果，触媒添加した方がより高い含有率の溶液を製

その結果，処理時間が延びてもサンプル溶液中の β-CRY造できることが判明した．特に重曹のような食品添加物で含有量は大きく変化しない事が確認できた(図 4)．このこ効果が出たので，含有液の用途も考慮して，次の検討にはとから，処理時間は必要十分な時間(今回の処理条件であれ重曹を触媒として用いる事とした．

ば 30min 以内)を取れば問題無く，不要な長時間処理は含有３・１・５

量の低下は招かないものの無駄となる可能性が高いと推察

ここまでの検討で，各処理は得られる溶液のβ-CRY 含有された．

組み合わせ処理とその効果量を向上させる効果はあるものの，その程度はそれほど高くない事が判明した．そこでこれら処理を組み合わせてよ果皮由来β-クリプトキサンチン高濃度含有液の低コスト製造に関する検討

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り高含有率の溶液を作成する方法について検討した．具体の組み合わせ処理で，回収可能なβ-CRY をほぼ全量回収で的には荒破砕の後に，①触媒として重曹を 10wt%加え，②きている事が確認できた．

乳鉢にて摩砕した後，③攪拌しながら超音波処理を

３・２

40℃,30min，④その後高周波加熱【30W】を 90℃で 30min

３・２・１

製造コスト低減に関する検討行った．その結果，得られた溶液中のβ-CRY 含有量は個別先の検討から，簡易な手法でもそれを組み合わせる事でに処理する場合と比べて大きく向上した(図 6 中 ALL)．

β-CRY 高含有溶液を作成する事が可能となった．一方で，組み合わせ処理のコスト試算

実験室スケールではあるが処理フローを基に製造コストの1200
β-CRY含有量(μg/100g)

試算を実施したところ，その製造コストはβ-CRY 含有量1mg あたり 9 千円強と高額であり実用上の問題が残ることが明らかになった(図 8)．

8004000

図6

組み合わせ処理と個別処理との比較次に，この組み合わせ処理により果皮中からどの程度のβ-CRY を取り出す事ができたかを確認するために，処理済み残渣を再度処理した際の溶液中に含まれるβ-CRY 量を確認する実験を行った．すなわち 1 回目の組み合わせ処理（荒破砕した果皮 2g に溶媒 40ml と，10wt%の重曹を加えたものを 40℃で 30min 超音波処理した後，90℃で 60min 高周波加熱【30w】し，溶液を分離）して回収した残渣全量に対し、再び溶媒 40ml を加えて 90℃で 60min 高周波加熱【30w】した後溶液を回収し，各々のβ-CRY 含有量を比較した．結図8

組み合わせ処理フローとコスト試算

果を図 7 に示した．
そこで製造コストの大半を占める溶媒代に注目し，使用

1000
β-CRY含有量(μg/100g)

溶媒量を削減し低コスト化を実現する事を目的として，固液分離後の溶液からエバポレーターによる溶媒の回収と，750その再利用について検討を行う事とした．
３・２・２再利用による溶媒への影響

先ず，回収操作(再利用)による溶媒変質の有無について

500

赤外吸収スペクトルによる確認を行った(図 9)．回収した溶媒のスペクトルは，新品と比べて 3350 cm -1 付近の吸収が大きくなると共に 1650cm -1 付近に新たな吸収が見られる

250

N.D.

ようになった．両者の差スペクトルを計算してデータベース検索したところ，この違いは水の有無に由来する事が判

0
1回目
図7

2回目

組み合わせ処理の効果検証図示したとおり，再処理時(2 回目)のサンプル溶液中からはβ-CRY を検出できなかった．この事から，1 度(1 回）明し，回収溶媒中には果皮由来の水分が共存している事が明らかになった．

26

山口県産業技術センター

研究報告No.29 (2017)

含水量 (v/v%)

1510500
図910

再利用による溶媒の変質
図 11３・２・３5
再利用回数

溶媒再利用回数増加に伴う含水量の推移

溶媒含水量がβ-CRY 含有量に与える影響

回収溶媒中に水の共存が確認されたので，続いて溶媒中試験の結果，図 11 に示した様に溶媒の再利用回数 5 回前に含まれる水の量がサンプル溶液中の β-CRY 含有量に与後で含水量は約 13(v/v%)となり，その後は大きく変化しなえる影響をについて確認を行った．新品の溶媒(エタノーい事が明らかになった．

ル)に含水量が各々0，5，10 並びに 20(v/v％)となる様イオ

この結果と先の検討結果と併せて考えると，回収溶媒のン交換水を加えて調整した溶媒 40ml に荒粉砕した果皮 2g

水分量を調整することなく再利用を進めることで 1 回処理を加え，高周波処理【500W】の後に超音波処理(50℃,30min)

あたりのサンプル溶液中 β-CRY 含有量は若干下がるものを施した．得られた溶液中の β-CRY 含有量を分析した結果，の，そのまま再利用を繰り返しても大きな低下は無いと判

溶媒の含水量が大きいほどこの値は低下し，特に 20(v/v%)

断できた．そのため本研究では，回収溶媒については操作以上ではその低下量が大きくなる事が判明した(図 10)．こによるロスを補充するのみで，無調整のまま再利用する事の結果から，回収溶媒を溶液製造に利用する場合，含まれとした．

る水分量を多くとも 10(v/v%)程度になるよう制御する必

３・２・５

要があると判断した．

これまでの検討により溶媒の回収・再利用について概ね知見が集まったので，本手法の有効性を確認するために，

800

実際にサンプル溶液の作成～溶媒回収・再利用の操作を繰り返す実証試験を行った．試験結果を図 12 に示した．

600
700
40000

図 10

510
含水量 (v/v％)

20

溶媒含水量の影響

60%

400
300
20020%
100
１２回目

繰り返し試験結果

１１回目

１０回目

９回目

７回目

８回目

６回目

５回目

調整した系にて再利用を繰り返し，確認試験を行った．

図 12

４回目

３回目

0に変化して行くか確認を行った．先の検討と同様の条件で，溶媒のみ回収品に新品を補充して所定量(40ml)なるように

40%

β-CRY含有量
溶媒再利用率

２回目

続いて，再利用を繰り返す事で溶媒の含水量がどのよう

500

１回目

再利用回数が回収溶媒含水量に与える影響

80%

0%

溶媒再利用率(％)

200

３・２・４

100%

600
β-CRY含有量(μg/100g)

β-CRY含有量(μg/100g)

溶媒再利用による低コスト製造法の確認

果皮由来β-クリプトキサンチン高濃度含有液の低コスト製造に関する検討４．結

検討期間短縮のため工程の一部を省略・簡略化したため

27

言

含有量の値は低めに出てしまったが，繰返し回数に関わら温州みかん果汁作成時に廃棄される外果皮から，超音波ず，本法の利用時に高い溶媒再利用率と安定した含有量を処理と高周波加熱を併用する事でβ-CRY 高含有溶液を製維持した溶液の製造が可能である事が確認できた．この結造する事ができた．また使用した溶媒を回収・再利用する

果により溶媒使用量を大幅に抑えた工程が実現可能である

事で製造コストを低く抑える事にも成功した．一方でその事が判明したので，先述の処理フローを低コスト版に更新

製造コストはβ-CRY 含有量 1mg あたり 1.4 千円であり，実して製造コストの再計算を実施した(図 13)．

用化のためには更なる低コスト化が必要となるものとなっ試算の結果，製造コストはβ-CRY 含有量 1mg あたり 1.4た．

千円弱となり，検討前の 15％以下まで下げる事が可能とな

参考文献

った．(約 85％カット)

1) 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構，日本果実工業株式会社：カロテノイド組成物の製造方法，高濃度カロテノイド組成物の製造方法，高純度遊離型カロテノイド組成物の製造方法，カロテノイド組成物，高濃度カロテノイド組成物，及び高純度遊離型カロテノイド組成物，特開 2011-241197．
2) 稲畑香料株式会社：β-クリプトキサンチンを含有する抽出物からなる食品素材の製造方法，
特開 2012-213359．
3) 山田和男：超臨界炭酸ガスを用いた研究事例，山口県産業技術センター技術発表会要旨(2014)．
4) 安藤教傳，竹内昌昭，安井明美，渡邊智子：五訂増補日本 食 品 標 準 成 分 表 分 析 マ ニ ュ ア ル ， 建 帛 社 ， p.83-87(2006)．

図 13

組み合わせ処理フロー(低コスト化検討後)