セル評価解析プロトコル - NEDO · セル評価プロジェクトではFCCJが推奨する評価方法を検証し、セル 評価解析での有効性を確認した上で評価解析プロトコルとして決定した。
目的 - 熊本大学goto/pdf/sesame.pdfSchematic diagram of Soxhlet extraction...
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超臨界二酸化炭素を用いたゴマからの高リグナンオイルの抽出 (熊大院自然 1 ・熊大バイオエレクトリクス研 2 ）○伊達美由紀 1 , シティ・マームダー 1 , キタインアルマンド 1 , 佐々木満 1 , 後藤元信 2 * 研究背景 SC-CO2 Extraction Apparatus Cold-Press Residue of Sesame Seed Lignan rich oil Yield… weight of extracted oil and sesame lignans (g)×100 weight of sesame seeds(g) Experimental Conditions Temperature:30℃ Injection of sample: 10μl Run time: 45min Flow rate: 1.0ml/min Detector: PDA Wavelength: 290nm Eluent: Methanol : Water=70:30 Column: Inertsil®ODS-3 (25 cm × 4.6 mm i.d., 5 μm film; GL Sciences Inc., Japan) ゴマ（Sesamum indicum）：ゴマ科ゴマ属の一年草である。乾燥した気候でも 生育する。種子をそのまま食用としたり、調味料やゴマ油に加工して用い る。 ゴマ油は通常ゴマを圧搾することにより採取される。また、多種類のゴマリ グナンが含まれている。 ゴマ種子 すりごま ゴマ油 加工 圧搾 圧搾残渣…約50%の油成分が 抽出されずに残っている Sesamin ・分子式：C20H16O6 ・分子量：352.337 Sesamolin ・分子式：C20H18O7 ・分子量：370.353 ゴマリグナン：ゴマ油に含まれている脂溶性の抗酸化物の総称 主な機能：抗酸化作用、中性脂肪合成抑制、肝臓機能上昇 本研究ではゴマ圧搾残渣を用いて抽出を行った。 抽出方法は環境に低負荷である超臨界二酸化炭素（以 下SC-CO 2 ）抽出法を用いた。 Sesame 目的 Merit of SC-CO2 ・常温・常圧条件下では気体として蒸発するため、溶媒の分離・回収が容易である ・人体に対して無害であるため、食品産業におけるアプリケーションの幅が広がる 実験 Starting Materials HPLC Analytical condition Starting material (g) Temperature (℃) Pressure (MPa) Flow rate(ml/min) Extraction time(min) Extraction from residue of Sesame seed 7.0 40, 60, 80 20, 30, 40 3 15-240 Extraction from Lignan oil 16.4 40, 60, 80 20, 30, 40 2 15-240 Experimental Process 1. Chillerを所定の温度とした。 2. 原料(圧搾残渣またはオイル)を所定量抽出器に仕 込み、系内に設置した。 3. ヒーター及び背圧弁を所定の温度・圧力に設定し た。 4. CO2を送液し、流量計が振れた時点を抽出開始とし た。 5. 抽出物は所定の時間毎に回収し、全抽出時間は 240分とした。 6. 抽出物は回収後すぐに定量し、HPLCを用いて分析 した。 結果 温度依存性 (P=30MPa, F=3.0ml/min) 圧力依存性 (T=60℃, F=3.0ml/min) ゴマ圧搾残渣抽出実験 リグナンオイル抽出実験 温度依存性 (P=30MPa, F=2.0ml/min) 圧力依存性 (T=60℃, F=2.0ml/min) 総括 今後の課題 謝辞 本研究は株式会社釜屋、熊本大学グローバルCOEプログラ ム「衝撃エネルギー工学グローバル先導拠点」ご支援の下に 遂行することができました。ここに感謝の意を表します。 ・超臨界向流抽出塔を用いたリグナンオイルの濃縮を行い、リグナン成分濃 縮率の最適条件を検討する(実験のスケールアップ)。 ・圧搾残渣から抽出された油成分を原料としたオイル濃縮を行う。 1, 抽出量は温度依存性よりも圧力依存性の方が顕著であった。 温度変化による抽出量の大きな増減は見られなかった。一方、圧力を増大させると抽出量も伴って増大した。圧力を大きくすることで二酸化炭素への 溶解度が増大するためと考えられる。これは圧搾残渣抽出・オイル抽出のどちらにも見られる結果であった。 2, 抽出率の最適条件は60℃, 40MPaであった。 圧搾残渣抽出およびオイル抽出率において、60℃, 40MPaで最も大きい抽出率が得られた。圧搾残渣抽出では残渣に含まれている油成分が24.8wt%で あるため、30MPa, 40MPaの条件下でほぼ100%の油成分を抽出できたと思われる。オイル抽出においては圧力による抽出量の差異が明らかである。 3, リグナン抽出率の最適条件は60℃, 20MPaであった。 各条件下で抽出されたリグナン量を比較した結果、リグナン抽出率が最も高かった条件は60℃, 20MPaであった。特にSesaminは大量に抽出されてい た。 4, オイル抽出において、リグナン成分が濃縮されていた。 濃縮前の原料中のリグナン成分と比較して、全ての条件下のオイル抽出物はリグナン成分が濃縮されていた。この結果より、超臨界二酸化炭素抽出 によってオイル中のリグナンが濃縮できるという結果が得られたと言える。最適条件は60℃、20MPaであった。 ・残留溶媒による人体への影響が懸念される→溶媒の分離が不可欠 ・物質の酸化や熱変性が起きる。 ・排出される溶媒の処理による環境負荷が発生する。 ・抽出時間が長時間必要である。 Demerit!! 溶媒抽出法 残渣抽出の従来法として溶媒抽出法が挙げられる。 (例：Soxhlet抽出法) Critical Point (CO 2 : 31.1℃, 7.38MPa) Gaseous Pressure Temperature Liquid Solid Triple Point Supercritical Fluid Property Phase Gas Supercritical Liquid Density [kg/m 3 ] 0.6 ～ 1 200 ～ 900 1,000 Viscosity [Pa・s] 10 -5 10 -5 ～ 10 -4 10 -3 Diffusion constant [m 2 /s] 10 -5 10 -7 ～ 10 -8 < 10 -9 Property of CO 2 臨界点の温度, 圧力を超えた領域の流体 である。この流体は高密度の流体であり、圧 力をいくら高くしても液化せず、気体分子と 同様の大きな運動エネルギーを持ち、かつ 液体に匹敵する高い分子密度を兼ね備えて いる。 超臨界二酸化炭素の特色 1. 高密度, 低粘度, 高拡散性の流体 密度が液体に近く, 物質を溶解することができ、粘度・拡散係数が気体に近いため、細部まで流 体が浸透する。 2. 物性値の制御が可能 圧力・温度をわずかに制御するだけで、密度や粘度を大幅に変化させることができるため、目的 成分に対する選択性がある。 3. 分離, 回収が容易 常温・常圧下で気体となるため、溶媒除去が容易である。 4. 環境にやさしい安全な溶媒 溶媒として化学的に不活性で常温操作が可能なため、熱に弱い物質の取扱いが容易となる。ま た、食品に対しても安全・安価であり、取扱いも容易である。 超臨界流体 Schematic diagram of Soxhlet extraction ゴマ圧搾残渣抽出セル リグナンオイル抽出セル 0 10 20 30 0 20 40 60 Yield [%] CO2 consumption [g/g] 40℃ 60℃ 80℃ 本研究の目的 ・超臨界二酸化炭素抽出法を用いてゴマ圧搾残渣からゴマ油を高収率で抽出する ・得られた油成分中のゴマリグナン含有率を増加させる P CO2 cylinder CO2 pump Heating chamber Chiller Extractor BPR Water bath Wet gas meter CO2 ・圧力変化による抽出量への影響が顕著で あった。高圧条件下ほど抽出量が増大した。 ・温度変化による抽出量への大きな影響は確 認できなかった。 ・20MPaの条件下で最も多くのSesamin及び Sesamolinを抽出することができた。 ・圧力変化による抽出量への影響 が顕著であった。高圧条件下ほど 抽出量が増大した。 ・20MPaの条件下で最もリグナン が濃縮できた。 ※Soxhlet抽出の結果より、ゴマ圧搾残渣 が有する油成分は24.8wt% リグナンオイル濃縮率 ※リグナンオイル20mL中の ゴマリグナン Sesamin: 150.2mg Sesamol: 94.8mg ※リグナンオイル中の初期 リグナン濃度 Sesamin: 9.2mg/g oil Sesamolin: 5.7mg/g oil 0 10 20 30 0 20 40 60 80 Yield [%] CO2 consumption [g/g] 20MPa 30MPa 40MPa 0 20 40 60 80 100 40℃ 60℃ 80℃ 20MPa 30MPa 40MPa Recovery[%] 各条件下でのリグナン抽出量 sesamin sesamolin 0 5 10 15 0 5 10 15 20 25 Yield [%] CO 2 consumption [g/g sample] 40℃ 60℃ 80℃ 0 10 20 30 0 5 10 15 20 25 Yield [%] CO 2 consumption [g/g sample] 20MPa 30MPa 40MPa 0 20 40 60 80 100 40℃ 60℃ 80℃ 20MPa 30MPa 40MPa Recovery[%] 各条件下での抽出物中の全リグナン量 sesamin sesamolin sesamin sesamolin 40℃ 3.0 4.5 60℃ 3.5 6.5 80℃ 5.8 8.7 20MPa 14.3 23.0 30MPa 3.5 6.5 40MPa 2.2 2.8
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超臨界二酸化炭素を用いたゴマからの高リグナンオイルの抽出 (熊大院自然1・熊大バイオエレクトリクス研2）○伊達美由紀1, シティ・マームダー1,
キタインアルマンド1, 佐々木満1, 後藤元信2*
研究背景
SC-CO2 Extraction Apparatus
Cold-Press Residue of Sesame Seed
Lignan rich oil
Yield… weight of extracted oil and sesame lignans (g)×100 weight of sesame seeds(g)
Experimental Conditions
Temperature:30℃ Injection of sample: 10μl Run time: 45min Flow rate: 1.0ml/min Detector: PDA Wavelength: 290nm Eluent: Methanol : Water=70:30 Column: Inertsil®ODS-3 (25 cm × 4.6 mm i.d., 5 μm film; GL Sciences Inc., Japan)
ゴマ（Sesamum indicum）：ゴマ科ゴマ属の一年草である。乾燥した気候でも
生育する。種子をそのまま食用としたり、調味料やゴマ油に加工して用いる。
ゴマ油は通常ゴマを圧搾することにより採取される。また、多種類のゴマリグナンが含まれている。
ゴマ種子 すりごま
ゴマ油
加工
圧搾
圧搾残渣…約50%の油成分が抽出されずに残っている
Sesamin ・分子式：C20H16O6 ・分子量：352.337
Sesamolin ・分子式：C20H18O7 ・分子量：370.353
ゴマリグナン：ゴマ油に含まれている脂溶性の抗酸化物の総称 主な機能：抗酸化作用、中性脂肪合成抑制、肝臓機能上昇
本研究ではゴマ圧搾残渣を用いて抽出を行った。 抽出方法は環境に低負荷である超臨界二酸化炭素（以下SC-CO2）抽出法を用いた。
Sesame
目的
Merit of SC-CO2
・常温・常圧条件下では気体として蒸発するため、溶媒の分離・回収が容易である ・人体に対して無害であるため、食品産業におけるアプリケーションの幅が広がる
実験
Starting Materials
HPLC Analytical condition
Starting
material
(g)
Temperature
(℃) Pressure
(MPa)
Flow
rate(ml/min)
Extraction
time(min)
Extraction
from residue
of Sesame
seed
7.0 40, 60, 80 20, 30, 40 3 15-240
Extraction
from Lignan
oil
16.4 40, 60, 80 20, 30, 40 2 15-240
Experimental Process 1. Chillerを所定の温度とした。 2. 原料(圧搾残渣またはオイル)を所定量抽出器に仕
込み、系内に設置した。
3. ヒーター及び背圧弁を所定の温度・圧力に設定した。
4. CO2を送液し、流量計が振れた時点を抽出開始とした。
5. 抽出物は所定の時間毎に回収し、全抽出時間は240分とした。
6. 抽出物は回収後すぐに定量し、HPLCを用いて分析した。
結果
温度依存性 (P=30MPa, F=3.0ml/min)
圧力依存性 (T=60℃, F=3.0ml/min)
ゴマ圧搾残渣抽出実験 リグナンオイル抽出実験
温度依存性 (P=30MPa, F=2.0ml/min)
圧力依存性 (T=60℃, F=2.0ml/min)
総括 今後の課題
謝辞
本研究は株式会社釜屋、熊本大学グローバルCOEプログラム「衝撃エネルギー工学グローバル先導拠点」ご支援の下に遂行することができました。ここに感謝の意を表します。
・超臨界向流抽出塔を用いたリグナンオイルの濃縮を行い、リグナン成分濃縮率の最適条件を検討する(実験のスケールアップ)。 ・圧搾残渣から抽出された油成分を原料としたオイル濃縮を行う。
1, 抽出量は温度依存性よりも圧力依存性の方が顕著であった。 温度変化による抽出量の大きな増減は見られなかった。一方、圧力を増大させると抽出量も伴って増大した。圧力を大きくすることで二酸化炭素への溶解度が増大するためと考えられる。これは圧搾残渣抽出・オイル抽出のどちらにも見られる結果であった。
2, 抽出率の最適条件は60℃, 40MPaであった。 圧搾残渣抽出およびオイル抽出率において、60℃, 40MPaで最も大きい抽出率が得られた。圧搾残渣抽出では残渣に含まれている油成分が24.8wt%であるため、30MPa, 40MPaの条件下でほぼ100%の油成分を抽出できたと思われる。オイル抽出においては圧力による抽出量の差異が明らかである。
3, リグナン抽出率の最適条件は60℃, 20MPaであった。 各条件下で抽出されたリグナン量を比較した結果、リグナン抽出率が最も高かった条件は60℃, 20MPaであった。特にSesaminは大量に抽出されていた。
4, オイル抽出において、リグナン成分が濃縮されていた。 濃縮前の原料中のリグナン成分と比較して、全ての条件下のオイル抽出物はリグナン成分が濃縮されていた。この結果より、超臨界二酸化炭素抽出によってオイル中のリグナンが濃縮できるという結果が得られたと言える。最適条件は60℃、20MPaであった。
・残留溶媒による人体への影響が懸念される→溶媒の分離が不可欠
・物質の酸化や熱変性が起きる。
・排出される溶媒の処理による環境負荷が発生する。
・抽出時間が長時間必要である。
Demerit!!
溶媒抽出法
残渣抽出の従来法として溶媒抽出法が挙げられる。 (例：Soxhlet抽出法)
Critical Point
(CO2 : 31.1℃, 7.38MPa)
Gaseous
Pre
ssu
re
Temperature
Liquid
Solid
Triple Point
Supercritical
Fluid
Property Phase
Gas Supercritical Liquid
Density
[kg/m3] 0.6 ～ 1 200 ～ 900 1,000
Viscosity
[Pa・s] 10-5 10-5 ～ 10-4 10-3
Diffusion
constant
[m2/s]
10-5 10-7 ～ 10-8 < 10-9
Property of CO2
臨界点の温度, 圧力を超えた領域の流体
である。この流体は高密度の流体であり、圧力をいくら高くしても液化せず、気体分子と同様の大きな運動エネルギーを持ち、かつ液体に匹敵する高い分子密度を兼ね備えている。
超臨界二酸化炭素の特色
1. 高密度, 低粘度, 高拡散性の流体 密度が液体に近く, 物質を溶解することができ、粘度・拡散係数が気体に近いため、細部まで流体が浸透する。
2. 物性値の制御が可能 圧力・温度をわずかに制御するだけで、密度や粘度を大幅に変化させることができるため、目的成分に対する選択性がある。
3. 分離, 回収が容易 常温・常圧下で気体となるため、溶媒除去が容易である。
4. 環境にやさしい安全な溶媒 溶媒として化学的に不活性で常温操作が可能なため、熱に弱い物質の取扱いが容易となる。また、食品に対しても安全・安価であり、取扱いも容易である。
超臨界流体
Schematic diagram of Soxhlet
extraction
ゴマ圧搾残渣抽出セル
リグナンオイル抽出セル
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Yie
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%]
CO2 consumption [g/g]
40℃
60℃
80℃
本研究の目的 ・超臨界二酸化炭素抽出法を用いてゴマ圧搾残渣からゴマ油を高収率で抽出する ・得られた油成分中のゴマリグナン含有率を増加させる
P
CO2 cylinder
CO2 pump
Heating chamber
Chiller
Extractor
BPR
Water bath
Wet gas meter
CO2
・圧力変化による抽出量への影響が顕著であった。高圧条件下ほど抽出量が増大した。
・温度変化による抽出量への大きな影響は確認できなかった。 ・20MPaの条件下で最も多くのSesamin及びSesamolinを抽出することができた。
・圧力変化による抽出量への影響が顕著であった。高圧条件下ほど抽出量が増大した。 ・20MPaの条件下で最もリグナンが濃縮できた。
※Soxhlet抽出の結果より、ゴマ圧搾残渣が有する油成分は24.8wt%
リグナンオイル濃縮率
※リグナンオイル20mL中のゴマリグナン Sesamin: 150.2mg Sesamol: 94.8mg
※リグナンオイル中の初期リグナン濃度 Sesamin: 9.2mg/g oil Sesamolin: 5.7mg/g oil
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CO2 consumption [g/g]
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40℃ 60℃ 80℃ 20MPa 30MPa 40MPa
Rec
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[%]
各条件下でのリグナン抽出量
sesamin
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CO2 consumption [g/g sample]
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CO2 consumption [g/g sample]
20MPa
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40℃ 60℃ 80℃ 20MPa 30MPa 40MPa
Rec
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[%]
各条件下での抽出物中の全リグナン量
sesamin
sesamolin
sesamin sesamolin
40℃ 3.0 4.5
60℃ 3.5 6.5
80℃ 5.8 8.7
20MPa 14.3 23.0
30MPa 3.5 6.5
40MPa 2.2 2.8
