JP5465190B2 - Wood vinegar and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、例えば竹酢液などの木酢液及びその製造方法に係る。
より詳細には、例えば竹酢液中に微量に含まれるとされる、発がん性物質の一つである3、4-Benz[a]pyrene (以下、ベンツピレン)を効率的に除去することを目的とし、市販品竹酢液中のベンツピレン濃度を明らかにするとともに、簡便手法による除去した竹酢液などの液体組成物及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a wood vinegar solution such as a bamboo vinegar solution and a method for producing the same.
More specifically, for example, the purpose of efficiently removing 3,4-Benz [a] pyrene (hereinafter referred to as benzpyrene), which is one of carcinogenic substances, contained in a small amount in bamboo vinegar, for example. In addition, the concentration of benzpyrene in the commercially available bamboo vinegar is clarified, and the present invention relates to a liquid composition such as bamboo vinegar removed by a simple method and a method for producing the same.
木酢液は木材を乾留した際に生じる乾留液の上澄分のことであり。代表的な例としては、炭焼き時に副産物として木酢液が製造される。なお、本明細書においては、木材としては、竹、松などの一般的な木材のみならず、椿科植物などの花をも含む植物一般を意味するものとする。 Wood vinegar is the supernatant of dry-distilled liquid that is produced when wood is carbonized. As a typical example, wood vinegar is produced as a by-product during charcoal baking. In the present specification, wood means not only general wood such as bamboo and pine but also general plants including flowers such as vines.
木酢液は、外見は赤褐〜暗褐色の液体。ほとんどが水分であるが、木材由来の有機酸(酢酸など)が含まれ弱酸性を示す。それ以外の成分として
、アルコール類、カルボニル化合物、あるいはフェノール類やフラン類といった芳香族化合物などが含まれる。
Wood vinegar is a reddish brown to dark brown liquid in appearance. Most of it is moisture, but it contains weak organic acids (such as acetic acid) derived from wood. Other components include alcohols, carbonyl compounds, or aromatic compounds such as phenols and furans.
ベンツピレンとは図1に示す構造を有する多環芳香族類の1種である。これまでの研究において、発がん性(発がん性の誘発)物質としての可能性が強く示されており、主に、土壌、大気に広く分布することが知られている。急性毒性を示す半致死量LD50はマウスの実験から250mg/kgとされている。日本国内における食品類に対する基準値は定められていないが、EUでは食品中のベンツピレン濃度基準が1〜5μg/L(1〜5ppb)と定められており、また、WHOの水質ガイドラインは0.7ppbとされていることから、日本国内でも濃度管理項目として注視されている[非特許文献1]。 Benzpyrene is one of polycyclic aromatics having the structure shown in FIG. Previous studies have shown strong potential as a carcinogenic (carcinogenic) substance and are known to be widely distributed mainly in soil and air. The semi-lethal dose LD 50 showing acute toxicity has been determined to be 250 mg / kg from mouse experiments. Although there is no standard value for food in Japan, the EU standard for benzpyrene concentration in food is 1-5 μg / L (1-5 ppb), and the WHO water quality guideline is 0.7 ppb. Because of this, it is also being watched as a concentration management item in Japan [Non-patent Document 1].
一方、木酢液の一例として竹酢液を説明する。
竹酢液とは竹(炭)を高温で処理する際に得られる生成物で、90%程度の水成分を含む溶液中には、多種の有機酸、ポリフェノール、アルコール類を含んでおり、抗菌作用等を目的として広く市販化されている。しかしながら、製造過程で生じるタール成分中には上記ベンツピレンを含む多環芳香族の含有が示唆されている。
On the other hand, a bamboo vinegar solution will be described as an example of a wood vinegar solution.
Bamboo vinegar is a product obtained when bamboo (charcoal) is processed at high temperature. The solution containing about 90% water component contains various organic acids, polyphenols and alcohols, and is antibacterial. It is widely marketed for the purpose of action. However, it has been suggested that the tar component produced in the production process contains polycyclic aromatics including the benzpyrene.
これまでに報告されている竹酢液製造法において、低温蒸留によりベンツピレンを除去する方法や[特許文献1−6]、活性炭を用いたろ過でタール成分を除去する方法が明らかと成っている[特許文献7-11]。
その一方で、市販品竹酢液には依然としてベンツピレンを含む可能性が否定できない。
In the bamboo vinegar production methods reported so far, a method for removing benzpyrene by low-temperature distillation and [Patent Documents 1-6] and a method for removing a tar component by filtration using activated carbon have been clarified [ Patent Document 7-11].
On the other hand, the possibility that the commercial product bamboo vinegar still contains benzpyrene cannot be denied.
本発明は、簡易手法による精製により、ベンツピレンを1ppt(重量ppt、以下同じ)以下まで除去した液体組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid composition in which benzpyrene is removed to 1 ppt (weight ppt, hereinafter the same) or less by purification by a simple technique, and a method for producing the same.
請求項1に係る発明は、発がん性物質であるベンツピレンの含有量が1ppt以下である木酢液
である。
請求項2に係る発明は、精製前の木酢液を精製した木酢液であり、精製前に含有する有機酸成分が精製後除去されず残存している請求項1記載の木酢液である。
請求項3に係る発明は、オクタデシル基結合型シリカゲルを吸着剤としてベンツピレンを含有する精製前の木酢液を処理することを特徴とすると精製木酢液の製造方法である。
請求項4に係る発明は、スラリー状にしたオクタデシル基結合型シリカをオープンカラムに充填し、その後、精製前の木酢液を前記カラムに通液することを特徴とする精製木酢液の製造方法である。
請求項5に係る発明は、オクタデシル基結合型シリカは表面が親水化されていることを特徴とする請求項4記載の精製木酢液の製造方法である。
請 Motomeko according to first invention, the content of benzopyrene carcinogenic substance is Der by a tree in vinegar below 1 ppt.
The invention according to 請 Motomeko 2 is a wood vinegar was purified pyroligneous acid before purification is the wood vinegar according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
本発明によれば、人体に有効な成分を減少させることなく、木酢液中のベンツピレンを20ppt以下、さらには1ppt以下に低減することができる木酢液の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、発がんのリスクがない木酢液を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the wood vinegar liquid which can reduce the benzpyrene in a wood vinegar liquid to 20 ppt or less, Furthermore, 1 ppt or less can be provided, without reducing an effective component for a human body.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wood vinegar liquid without the risk of carcinogenesis can be provided.
本形態においては、以下の順で実験を行った。
本形態においては木酢液の例として竹酢液を用いた。
・竹酢液中のベンツピレン濃度測定
・シリカ系吸着剤による竹酢液中のベンツピレン除去法開発
・上記手法によるベンツピレン未含有サンプルの作製
・他成分分析結果
In this embodiment, the experiment was performed in the following order.
In this embodiment, bamboo vinegar is used as an example of wood vinegar.
・ Measurement of benzpyrene concentration in bamboo vinegar ・ Development of benzpyrene removal method in bamboo vinegar with silica-based adsorbent ・ Preparation of benzpyrene-free sample by the above method ・ Results of analysis of other components
以下に、各項目における詳細について述べる。
・竹酢液中のベンツピレン濃度測定
多環芳香族の定量分析手法としては、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等のクロマトグラフィー的手法を用いることが有効である。これまでに報告されている、食品中の多環芳香族類の定量分析では、主として液体クロマトグラフィーと蛍光検出器を組み合わせたシステムが用いられている[非特許文献2-5]。液体クロマトグラフィーとは図2に示す装置で構成されており、分析カラム内で分離された各溶質は各種検出器で検出され、電気信号に変換することで、クロマトグラムと呼ばれる分離チャートを得る。この際、クロマトグラム中の各ピーク面積は検出された溶質の濃度に依存しており、その面積値を測定することで、目的の溶質の濃度を知ることができる。
Details of each item will be described below.
-It is effective to use a chromatographic method such as liquid chromatography or gas chromatography as a quantitative analysis method of polycyclic aromatics for measuring benzpyrene concentration in bamboo vinegar . In the quantitative analysis of polycyclic aromatics in foods reported so far, a system mainly combining liquid chromatography and a fluorescence detector is used [Non-patent Documents 2-5]. The liquid chromatography is composed of the apparatus shown in FIG. 2, and each solute separated in the analytical column is detected by various detectors and converted into an electric signal to obtain a separation chart called a chromatogram. At this time, each peak area in the chromatogram depends on the concentration of the detected solute, and the concentration of the target solute can be known by measuring the area value.
また、本分析で用いる蛍光検出器とは、蛍光を有する物質群に対して通常の紫外光検出よりも高い感度を得ることができる。特に、多環芳香族類は蛍光性の物質であることから、ベンツピレンの分析においても同様の手法が有効であるとされている。 In addition, the fluorescence detector used in the present analysis can obtain higher sensitivity than the ordinary ultraviolet light detection for the substance group having fluorescence. In particular, since polycyclic aromatics are fluorescent substances, the same technique is considered to be effective in the analysis of benzpyrene.
図3には、参考文献中での液体クロマトグラフィー−蛍光検出における多環芳香族類のクロマトグラムを示した。ここで、ベンツピレンは矢印で示すピークにより検出される。 In FIG. 3, the chromatogram of the polycyclic aromatics in the liquid chromatography-fluorescence detection in a reference was shown. Here, benzpyrene is detected by a peak indicated by an arrow.
この例での、ベンツピレンの定量限界値および検出限界値は、それぞれ48ng/L(48ppt)、 16ng/L(16ppt)とされている。また、その他の参考文献中でも蛍光検出における定量限界値は数十pptとされている。
分析装置
: Agilent 1100、Agilent 1046A、20mL loop injector. The
分析条件
: カラム-C18 column (4.6 mm x 260 mm)、温度-30℃、移動相-流速:0.8mL/min、0-12 minアセトニトリル 85-95% ;12-26 minアセトニトリル95%)。
In this example, the quantification limit value and detection limit value of benzpyrene are 48 ng / L (48 ppt) and 16 ng / L (16 ppt), respectively. In other references, the limit of quantification in fluorescence detection is several tens of ppt.
Analysis equipment
: Agilent 1100, Agilent 1046A, 20mL loop injector.
Analysis conditions
: Column-C18 column (4.6 mm x 260 mm), temperature -30 ° C, mobile phase-flow rate: 0.8 mL / min, 0-12 min acetonitrile 85-95%; 12-26 min acetonitrile 95%).
一方、これまでに報告されている竹酢液分析の学術論文[非特許文献6-10]のうち、一つの報告では、ベンツピレン濃度が50ppt以下であることが示されている。この濃度は、上記に示すヨーロッパ諸国での食品中のベンツピレン濃度はクリアーしているものの、それ以下の濃度については、言及されていない。しかし、本発明の目的の一つはベンツピレンを限りなくゼロに近づけることであるため、液体クロマトグラフィーと蛍光検出器における最適分析条件を探索し、試供された竹酢液サンプル(市販竹酢液サンプル1が入手)におけるより高感度な分析条件を設定した。以下に分析条件を記す。
分析装置
送液ポンプ:LC-20AD (島津製作所)
オートサンプラー:SIL-20A/20AC (島津製作所)
カラムオーブン:CTO-20A/20AC(島津製作所)
検出器:RF-20A (島津製作所)
分析条件
分析カラム:VP-ODS(150mmx4.6mmi.d.)
移動相:アセトニトリル/10mMリン酸緩衝液=8/2
流速:0.8 mL/min, Isocratic mode
評価温度:40℃
検出:蛍光検出、励起波長-295nm、蛍光波長-403nm
On the other hand, among the academic papers [Non-patent Documents 6-10] of bamboo vinegar analysis reported so far, one report shows that the concentration of benzpyrene is 50 ppt or less. Although this concentration is clear from the above-mentioned benzpyrene concentrations in foods in European countries, no lower concentration is mentioned. However, since one of the objects of the present invention is to bring Benzpyrene as close to zero as possible, the optimal analysis conditions in liquid chromatography and a fluorescence detector were searched, and a sampled bamboo vinegar sample (commercial bamboo vinegar sample) The more sensitive analysis conditions in 1) were set. The analysis conditions are described below.
Analyzer <br/> Liquid feed pump: LC-20AD (Shimadzu Corporation)
Autosampler: SIL-20A / 20AC (Shimadzu Corporation)
Column oven: CTO-20A / 20AC (Shimadzu Corporation)
Detector: RF-20A (Shimadzu Corporation)
Analysis conditions <br/> Analysis column: VP-ODS (150mmx4.6mmi.d.)
Mobile phase: acetonitrile / 10 mM phosphate buffer = 8/2
Flow rate: 0.8 mL / min, Isocratic mode
Evaluation temperature: 40 ℃
Detection: Fluorescence detection, excitation wavelength -295nm, fluorescence wavelength -403nm
以上の条件により、ベンツピレン標準品の分析を行い、次いで、市販竹酢液サンプル1を直接測定することで、竹酢液中のベンツピレン濃度を検定した。
Under the above conditions, the benzpyrene standard product was analyzed, and then the benzpyrene concentration in the bamboo vinegar liquid was tested by directly measuring the commercially available bamboo
図4には1.Oppb(A)および10ppt(B) ベンツピレン標準液を50μL注入した際のクロマトグラムを示す。図のクロマトグラムに示すとおり、ppbレベルではっきりとしたベンツピレンのピークが確認できる。さらに、今回用いた高感度蛍光分析条件では、超希薄濃度の10pptの分析においても、良好なクロマトグラムが得られた。この際、ベンツピレンのピークは14.2分付近のピークであり、13分付近のピークに関しては、1ppbのクロマトグラムにおいても同程度の強度で見られることから、その他の条件に由来するピークであると判断できる。この程度の高感度分析では、特に蛍光分析の場合にはしばしば見られるゴーストピークであるが、ベンツピレンの定量分析には支障を来さないと判断し、竹酢液の分析を行った。 FIG. 4 shows a chromatogram when 50 μL of 1.Oppb (A) and 10ppt (B) benzpyrene standard solutions were injected. As shown in the chromatogram in the figure, a clear benzpyrene peak can be confirmed at the ppb level. In addition, with the high sensitivity fluorescence analysis conditions used this time, good chromatograms were obtained even in the analysis of ultra-dilute 10ppt. At this time, the peak of benzpyrene is a peak around 14.2 minutes, and the peak around 13 minutes is seen in the 1 ppb chromatogram with the same intensity, so it was judged to be a peak derived from other conditions. it can. In this high-sensitivity analysis, it was a ghost peak often seen especially in the case of fluorescence analysis, but it was judged that it would not interfere with the quantitative analysis of benzpyrene, and the bamboo vinegar solution was analyzed.
次に、同じく市販竹酢液サンプル1のダイレクト注入におけるクロマトグラムを図5の(A) (B) に示す。(A) には高いピーク強度含むクロマトグラムを示しているが、多量に存在する他成分のピークが非常に大きく、全体のクロマトグラムからは、ベンツピレン溶出付近のピークを確認することが不可能である。そこで、(B) にはベンツピレン溶出時間付近の拡大クロマトグラムを示した。その結果、竹酢液1中にはおおよそ10pptのベンツピレンの存在が確認された。また、この際の分析条件における検出限界は1pptとした。
Next, the chromatogram in the direct injection of the commercially available
上記の通り、市販竹酢液サンプル1において、pptレベルでのベンツピレンの存在が確認された。そこで、次にベンツピレン除去の可能性を探索するべく、疎水性物質の吸着剤として汎用である、オクタデシル基結合型シリカゲル(ODSシリカ)を充てんした固相抽出剤を用いて、ベンツピレン除去の可能性を確認した。操作方法は以下の通りである。
1.市販竹酢液サンプル1を0.45μmの細孔を有するメンブランフィルターによりろ過(目では確認できない不溶成分を除去するため)
2. ODSシリカカートリッジ(Waters社製、Sep-Pak C18) をメタノール、水を用いてコンディショニング(オクタデシル基を活性化させて、疎水性物質の吸着を促すため)
3. ろ過済み市販竹酢液サンプル1を10mL、ODSシリカカートリッジに通液し、その通過液を回収
4. 処理済みサンプルを上記液体クロマトグラフィー−蛍光検出により分析し、ベンツピレンの有無を確認
図6には、ODSシリカカートリッジによる精製前後でのクロマトグラムを示した。図6に示すとおり、ODSシリカカートリッジにより処理されたサンプルでは、ベンツピレンのピークが格段に小さくなっていることが確認できる。このクロマトグラムからは、ベンツピレン濃度が1ppt程度にまで除去されていることが確認できた。
As described above, in the commercially available bamboo
1. Commercial
2. Condition the ODS silica cartridge (Waters, Sep-Pak C18) with methanol and water (to activate the octadecyl group and promote the adsorption of hydrophobic substances)
3. Pass 10mL of filtered commercial
4. The treated sample was analyzed by liquid chromatography-fluorescence detection to confirm the presence or absence of benzpyrene. FIG. 6 shows chromatograms before and after purification using an ODS silica cartridge. As shown in FIG. 6, it can be confirmed that in the sample treated with the ODS silica cartridge, the peak of benzpyrene is remarkably reduced. From this chromatogram, it was confirmed that the benzpyrene concentration was removed to about 1 ppt.
以上のことから、竹酢液中の微量ベンツピレンの除去技術として、ODSシリカによる固相処理が有効であると判断されたため、市販品数種を含むベンツピレン濃度測定および簡易除去法の評価を続けた。 Based on the above, it was judged that solid-phase treatment with ODS silica was effective as a technique for removing trace amounts of benzpyrene in bamboo vinegar. Therefore, benzpyrene concentration measurement including several types of commercial products and evaluation of simple removal methods were continued.
上記した通り、ODSシリカカートリッジの処理により、竹酢液中のベンツピレン除去の可能性が示された。しかしながら、上記カートリッジ処理では依然として約1ppt程度のベンツピレンの残存が確認された。そこで、ODSシリカでの完全除去の可能性を評価することを目的として、カラムスイッチング法により、ODSシリカにおける完全除去の可能性を分析した。 As described above, the treatment of the ODS silica cartridge showed the possibility of removing benzpyrene in the bamboo vinegar. However, about 1 ppt of benzpyrene remained in the cartridge processing. In order to evaluate the possibility of complete removal with ODS silica, the possibility of complete removal with ODS silica was analyzed by the column switching method.
カラムスイッチング液体クロマトグラフィーとは、図7に示すシステムで構成されており、前処理カラムとしてのODSシリカ充てんカラムに対して一定量のサンプルを導入することが可能である。本手法を用いることで、ODSシリカ充てんカラムにおいて完全除去が可能であるかと知ることができる。 The column switching liquid chromatography is constituted by the system shown in FIG. 7, and a certain amount of sample can be introduced into an ODS silica packed column as a pretreatment column. By using this method, it can be known whether complete removal is possible in an ODS silica packed column.
竹酢液の導入量を段階的に変化させた結果、ベンツピレン濃度を検出限界以下の1ppt以下にまで低減できることが示された。
これらの結果から、ODSシリカでのベンツピレン完全除去の可能性が見出されたため、続いて、簡易処理法としての検討を行うとともに、数種の市販竹酢液を用いた更なる検討を続けた。
As a result of changing the amount of bamboo vinegar introduced step by step, it was shown that the concentration of benzpyrene could be reduced to 1ppt below the detection limit.
From these results, the possibility of complete removal of benzpyrene with ODS silica was found, and then, as a simple treatment method, further studies using several types of commercially available bamboo vinegar continued .
・シリカ系吸着剤による竹酢液中のベンツピレン除去法開発
1.市販竹酢液サンプル中のベンツピレン濃度測定
前項の評価結果より、依頼者から試供された竹酢液中に微量ではあるがベンツピレンの存在が確認された。また、ODSシリカを充てんしたカートリッジ、カラム精製の結果からは、同吸着剤での処理により、ベンツピレンを完全に除去できる可能性が示された。そこで、本項では市販竹酢液中の簡便なベンツピレン除去技術を確立することを目的とし、ODSシリカ吸着剤を用いて、多量竹酢液の処理を行い、その効果を確認した。
・ Development of benzpyrene removal method in bamboo vinegar with silica-based adsorbent
1. Measurement of Benzpyrene Concentration in Commercial Bamboo Vinegar Samples Based on the evaluation results in the previous section, the presence of benzpyrene in the bamboo vinegar liquid sampled by the client was confirmed. In addition, the results of cartridge purification and column purification packed with ODS silica showed that benzpyrene could be completely removed by treatment with the same adsorbent. Therefore, in this section, for the purpose of establishing a simple benzpyrene removal technology in commercially available bamboo vinegar, a large amount of bamboo vinegar was treated using an ODS silica adsorbent, and the effect was confirmed.
まず、現状市販竹酢液として多くの種類が市販されている。また、本項の実験では、多量の竹酢液処理の必要があるため、数種の市販竹酢液を新たに購入し、検討を行った。用いた竹酢液は以下の通りである。
試料
市販竹酢液サンプル2
市販竹酢液サンプル3
市販竹酢液サンプル4
市販竹酢液サンプル5(サンプル4の蒸留精製品として市販)
First, many types of commercially available bamboo vinegar are commercially available. In addition, in the experiment of this section, since a large amount of bamboo vinegar solution treatment is necessary, several kinds of commercially available bamboo vinegar solutions were newly purchased and examined. The used bamboo vinegar is as follows.
Sample of commercial
Commercial bamboo
Commercial
Commercial bamboo vinegar solution sample 5 (commercially available as distilled purified product of sample 4)
また、これらの市販竹酢液中のベンツピレン濃度を測定するため、前項と同じく液体クロマトグラフィー−蛍光検出を用いて、各竹酢液中のベンツピレン濃度測定を試みた。その際用いた検量線は図8に示すとおりである。本検量線では、ベンツピレン濃度が1ppt (1ng/L)から10ppb (10μg/L)の範囲で相関係数0.9999の良好な直線性を得ている。 In addition, in order to measure the concentration of benzpyrene in these commercially available bamboo vinegar solutions, an attempt was made to measure the concentration of benzpyrene in each bamboo vinegar solution using liquid chromatography-fluorescence detection as in the previous section. The calibration curve used at that time is as shown in FIG. In this calibration curve, good linearity with a correlation coefficient of 0.9999 is obtained when the concentration of benzpyrene ranges from 1 ppt (1 ng / L) to 10 ppb (10 μg / L).
各竹酢液におけるベンツピレン濃度を表1にまとめた。ここで、4種の竹酢液中、2種の竹酢液ではベンツピレンの明確なピークが確認できなかった。この理由としては、竹酢液の精製度合いが極めて低く、そのため、ベンツピレン以外の來雑成分が非常に多く、ベンツピレンを検出することが不可能であることに依存すると考えられる。 Benzpyrene concentrations in each bamboo vinegar are summarized in Table 1. Here, a clear peak of benzpyrene could not be confirmed in 2 kinds of bamboo vinegar liquids in 4 kinds of bamboo vinegar liquids. The reason for this is thought to be dependent on the fact that the degree of purification of bamboo vinegar is very low, and therefore there are so many contaminant components other than benzpyrene that it is impossible to detect benzpyrene.
一方、市販竹酢液サンプル4、5ではベンツピレンの濃度が確認され、それぞれ、サンプル4では10ppb程度、サンプル5では60ppt程度となり、蒸留により大半のベンツピレンが除去されることが示唆されている。しかし、蒸留品であるサンプル5についても、依然として明確なベンツピレンの存在が確認されたため、上記4種のサンプルを用いてベンツピレンの除去を目的とした除去法の検討を続けた。
On the other hand, in the commercially available bamboo
2. 0DSシリカを用いたベンツピレン除去法検討
(i)バッチ吸着法による除去法検討
前項において、ODSシリカの処理により、竹酢液中のベンツピレンの除去の可能性が見出された。そこで、同吸着剤での簡易処理法を検討するべく、バッチ吸着によるベンツピレン除去を試みた。
2. Examination of Benzpyrene removal method using 0DS silica
(i) Examination of removal method by batch adsorption method In the previous section, the possibility of removal of benzpyrene in bamboo vinegar by treatment with ODS silica was found. Therefore, in order to examine a simple treatment method using the same adsorbent, we tried to remove benzpyrene by batch adsorption.
評価に用いた試薬および操作方法は以下の通りである。
試薬
・アセトニトリル(和光純薬工業)
・メタノール(和光純薬工業)
・純水(Milli-Q 純水製造装置)
・ODSシリカ(Cosmosil 140C18-0PN、ナカライテスク)
※評価に用いたODSシリカは平均粒径が140μmである。
このODS表面は親水性となっている。このODSシリカはオープンカラムにて使用できる。
操作
各竹酢液サンプルを0.45μmの細孔を持つメンブランフィルターを用いてろ過(不溶成分を除去するため)
↓
それぞれのろ過済みサンプル各50mL量り、ビーカーに移した
↓
各サンプル中に、上記ODSシリカ(乾燥状態) 5 g、10 g、20 gを分散させた。
この際、
ODSシリカのコンディショニング効果確認のため、10g添加分について、別途メタノール/水でコンディショニングした比較サンプルも作製した。
↓
上記ODSシリカ分散液をかくはん器を用いて、回転数200rpm、室温で12時間撹拌した。
撹拌後のサンプルはろ過によりODSシリカを取り除いた。さらに、得られた精製液中のベンツピレンを定量した。
The reagents and operation methods used for the evaluation are as follows.
Reagent / Acetonitrile (Wako Pure Chemical Industries)
・ Methanol (Wako Pure Chemical Industries)
・ Pure water (Milli-Q pure water production equipment)
・ ODS silica (Cosmosil 140C 18 -0PN, Nacalai Tesque)
* The average particle size of the ODS silica used in the evaluation is 140 μm.
The ODS surface is hydrophilic. This ODS silica can be used in an open column.
Operation Filter each bamboo vinegar sample using a membrane filter with 0.45μm pores (to remove insoluble components)
↓
Weighed 50 mL of each filtered sample and transferred to a beaker
↓
In each sample, 5 g, 10 g, and 20 g of the ODS silica (dried state) were dispersed.
On this occasion,
In order to confirm the conditioning effect of ODS silica, a comparative sample was separately conditioned with methanol / water for the 10g addition.
↓
The ODS silica dispersion was stirred for 12 hours at room temperature using a stirrer at 200 rpm.
The ODS silica was removed from the sample after stirring by filtration. Furthermore, benzpyrene in the obtained purified solution was quantified.
図9には竹酢液サンプル3を用いた際の、ODSシリカバッチ吸着処理後の各竹酢液の写真を示した。4種の竹酢液サンプル中で、サンプル3の着色が著しく、この着色はタール分に依存すると考えられる。したがって、可視的な変化で精製が確認できればベンツピレンの除去にも効果的であると予想される。
FIG. 9 shows a photograph of each bamboo vinegar solution after the ODS silica batch adsorption treatment when the
これらの写真から明らかなとおり、添加したODSシリカの量に依存して、竹酢液の色が劇的に変化していることが分かる。さらに、(C) と(E) の比較から明らかなように、ODSシリカのコンディショニング操作が、吸着効果に重要であることが確認された。これは、前項でも言及したとおり、ODSシリカの吸着活性化を図るためには、有機溶剤/水系での処理が重要であることに起因する。 As is clear from these photographs, it can be seen that the color of the bamboo vinegar changes dramatically depending on the amount of ODS silica added. Furthermore, as is clear from the comparison between (C) and (E), it was confirmed that the conditioning operation of ODS silica is important for the adsorption effect. As mentioned in the previous section, this is due to the fact that treatment in an organic solvent / water system is important in order to achieve adsorption activation of ODS silica.
さらに、図10には、市販竹酢液サンプル3の上記バッチ吸着処理で最も精製効果が高いと予想されるサンプルのベンツピレン測定クロマトグラムを示した。このクロマトグラムが示すように、精製後のサンプルにおいてわずかではあるが、ベンツピレンの存在が確認された。このときのベンツピレン濃度は約20pptであった。
Further, FIG. 10 shows a benzpyrene measurement chromatogram of a sample expected to have the highest purification effect in the batch adsorption treatment of the commercially available
以上のように、ODSシリカのパッチ処理において、竹酢液のタール成分等の除去効果が確認された一方で、方法ではベンツピレンの除去が完全ではないことから、別法により、ベンツピレン完全除去の検討を続けた。 As described above, in the patch treatment of ODS silica, the removal effect of bamboo vinegar liquid tar components, etc. has been confirmed, but the method does not completely remove benzpyrene. Continued.
(ii)カラム法による除去法検討
上記検討の結果、ODSシリカによる吸着処理により、竹酢液中のベンツピレン除去の可能性が見出された。しかしながら、単純なバッチ吸着処理では、目的とする完全除去に対しては除去効果が十分ではなく、別手法での検討が必要となった。そこで、通常大量の溶液を処理する手法として用いられる、カラムクロマトグラフィー法により、処理を試みた。
(ii) Examination of removal method by column method As a result of the above examination, the possibility of removal of benzpyrene in bamboo vinegar was found by adsorption treatment with ODS silica. However, the simple batch adsorption treatment does not have a sufficient removal effect for the intended complete removal, and it is necessary to examine it by another method. Therefore, processing was attempted by column chromatography, which is usually used as a method for processing a large amount of solution.
本評価で用いたカラム法の概念図を図11に示した。一般的には、ガラス管に吸着剤(今回の場合はODSシリカ)をスラリー状(液体に分散した状態で)にて充てんし、その後コンディショニングを施した後、測定すべき試料を通液する。その過程で、化学的な相互作用により要除去成分(今回の場合はベンツピレン)が除去され、通過液を回収することで、精製試料を得ることが可能である。本試験では、市販竹酢液サンプル4種を用いて評価を行った。回収液は、上記クロマトグラフィー手法(蛍光での検出)による分析し、ベンツピレンの濃度を確認した。 A conceptual diagram of the column method used in this evaluation is shown in FIG. In general, a glass tube is filled with an adsorbent (in this case, ODS silica) in the form of a slurry (in a state dispersed in a liquid), and after conditioning, the sample to be measured is passed through. In the process, a component to be removed (benzpyrene in this case) is removed by chemical interaction, and a purified sample can be obtained by collecting the passing liquid. In this test, evaluation was performed using four types of commercially available bamboo vinegar liquid samples. The collected liquid was analyzed by the above-mentioned chromatography method (detection by fluorescence) to confirm the concentration of benzpyrene.
次に、実際に行った操作方法について、以下に示す。なお、用いた試薬類は上記バッチ吸着法の場合と同じである。
操作
30%アセトニトリル水溶液、100mL中にODSシリカ20gを分散させスラリーとした。
↓
脱脂綿、海砂を一端に充てんした内径25mmのガラスカラムに、上記スラリーを充てんした。
↓
コンディショニングとして、メタノール、水を各100mL通液し、ODSシリカを活性化した。
↓
市販竹酢液サンプルを各100mL通液し、通過液を回収した。
↓
回収液中のベンツピレン濃度を測定するため、液体クロマトグラフィー−蛍光検出により、各回収液を分析した。
Next, the operation method actually performed is shown below. The reagents used are the same as in the batch adsorption method.
operation
A slurry was prepared by dispersing 20 g of ODS silica in 100 mL of a 30% acetonitrile aqueous solution.
↓
The slurry was filled in a glass column having an inner diameter of 25 mm filled with absorbent cotton and sea sand at one end.
↓
As conditioning, 100 mL each of methanol and water was passed to activate ODS silica.
↓
100 mL of each commercially available bamboo vinegar solution sample was passed through to collect the passing solution.
↓
In order to measure the concentration of benzpyrene in the collected liquid, each collected liquid was analyzed by liquid chromatography-fluorescence detection.
ここで、通常ODSシリカの再生方法として、有機溶剤を用いた洗浄が有効であるとされている。今回の評価においても、通過液回収後にアルコールを用いてODSシリカ充てんカラムの洗浄を行った結果、 ODSシリカの着色がほぼ除去され、再利用の可能性が示唆された。 Here, as a method for regenerating normal ODS silica, cleaning using an organic solvent is considered to be effective. In this evaluation as well, the ODS silica-filled column was washed with alcohol after collecting the flow-through liquid. As a result, the color of the ODS silica was almost removed, suggesting the possibility of reuse.
次に、カラム法により得られた試料評価結果について述べる。まず、カラム法による処理における酸性度の評価について、すべてのサンプルにおいて精製前後でのpH変化は見られなかった。例えば、市販竹酢液サンプル3では、精製前のpHが2.62であったのに対して、精製後では2.65となった。この結果が意味するところは、精製前後において主要成分である酢酸を含む有機酸成分は除去されておらず、抗菌性を有する有機酸の残存が示唆されている。
Next, sample evaluation results obtained by the column method will be described. First, regarding the evaluation of acidity in the treatment by the column method, no pH change was observed before and after purification in all samples. For example, in the commercially available bamboo
一方、可視的な変化として、バッチ吸着法の結果として示した竹酢液サンプル3の精製前後の様子を図12に示す。これらの写真から明らかなように、精製前後において、タール成分由来の着色がほぼ完全に除去されていることが分かる。同様に、竹酢液特有の燻臭もほぼ消失していることが分かった。このことから、ベンツピレンを含むタール成分等が効率よく除去される可能性が高いと判断できる。
On the other hand, FIG. 12 shows the state before and after purification of the
さらに、ベンツピレンの除去効果について評価した。その結果、用いた市販竹酢液サンプルすべてにおいてベンツピレンの濃度が検出限界以下にまで低減されていることが明らかとなった。例として、精製後の市販竹酢液サンプル5の最終のクロマトグラムを図13に示した。この図の通り、ベンツピレンのピークは確認できず、ODSシリカのカラム法により、竹酢液中のベンツピレン除去が可能となった。
Furthermore, the removal effect of benzpyrene was evaluated. As a result, it was revealed that the concentration of benzpyrene was reduced below the detection limit in all the commercially available bamboo vinegar samples. As an example, the final chromatogram of the purified commercial
また、再現性評価についても、市販竹酢液サンプル5の繰り返し実験を行った結果、いずれのサンプルでもベンツピレンは確認されず、上記4種ですべて機能したことからも本法の再現性が良好であると判断できる。
As for the reproducibility evaluation, as a result of repeated experiments with the commercially available
以上のことより、竹酢液中のベンツピレン除去技術として、シリカ系吸着剤の一つであるODSシリカによる固相処理が有効であることが示された。さらに、精製法として、カラム法の有効性が確認され、ベンツピレン除去効果および再現性の点からも本法が良好な手法であることが証明された。 From the above, it was shown that solid phase treatment with ODS silica, which is one of silica-based adsorbents, is effective as a technique for removing benzpyrene in bamboo vinegar. Furthermore, the effectiveness of the column method was confirmed as a purification method, and it was proved that this method was a good method in terms of the effect of removing benzpyrene and reproducibility.
・他成分分析結果
上記の通り、竹酢液中のベンツピレン除去法として、ODSシリカによる固相処理が有効であることが確認された。また、ベンツピレンに関しては、当初の目標である1ppt以下(検出限界以下)までの精製が達成された。
-Results of analysis of other components As described above, it was confirmed that solid-phase treatment with ODS silica was effective as a method for removing benzpyrene in bamboo vinegar. As for benzpyrene, purification to the original target of 1 ppt or less (below the detection limit) was achieved.
一方、本操作により除去される物質は、ベンツピレンのみではなく、他のタール成分や疎水成分、その他いくつかの極性化合物が考えられる。上記の可視的な評価結果から、竹酢液に特有の着色がODSシリカ処理によって、除去されていることが確認された。しかしながら、同じく上記の評価結果から、酸性度を示すpHの値は精製前後でほとんど変化していないことから、竹酢液中の抗菌作用の主成分として考えられる有機酸の除去は起こっていないことを考えられる。これらのベンツピレン以外の他成分を定性的に確認するために、ガスクロマトグラフィー−質量分析(GC-MS)により、市販竹酢液およびODSシリカ処理サンプルの分析を行い、含有成分の違いを評価した。GC-MSのシステム概略図は以下の通りである(図14)。この手法では、移動相としてガスを用い、効率よく分離成分の質量数に応じた検出、定性を達成する。 On the other hand, the substance removed by this operation is not limited to benzpyrene, but may be other tar components, hydrophobic components, and some other polar compounds. From the above visual evaluation results, it was confirmed that the coloration peculiar to bamboo vinegar was removed by the ODS silica treatment. However, also from the above evaluation results, the pH value indicating acidity has hardly changed before and after purification, so that removal of organic acid considered as the main component of antibacterial action in bamboo vinegar has not occurred Can be considered. In order to qualitatively confirm the other components other than these benzpyrenes, the commercial bamboo vinegar solution and the ODS silica-treated sample were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and the differences in the components were evaluated. . A schematic diagram of the GC-MS system is as follows (FIG. 14). In this method, gas is used as the mobile phase, and detection and qualification according to the mass number of the separation component are efficiently achieved.
また、評価に用いた分析条件、使用サンプルは以下の通りである。評価した市販品サンプルのうちもっとも多くの成分が混在すると考えられる、市販竹酢液サンプル2を用いて、各成分の同定を行った。また、下記に示すODSシリカ処理サンプルは、上記カラム法過程と同じサンプルであり、市販竹酢液サンプル5を用いた処理サンプルである。
分析条件
GC-MS装置 : Agilent 5973
Vent-free GC/MS adaptor使用
キャピラリーカラム : UA5-15M-0.25F (5%polydiphenylsiloxane)
(15m、 0.25mmi.d.、0.25micron)
サンプル注入量
: 1μL
インジェクター
: Split/split less injector-300℃、split
ratio: 1/30
GC/MS interface : 300℃
MSイオン源 : 250℃
試料
市販竹酢液サンプル2(未精製)
市販竹酢液サンプル3(未精製)
市販竹酢液サンプル4(未精製)
市販竹酢液サンプル5(未精製) (サンプル4の蒸留精製品として市販)
ODSシリカ精製サンプル(市販竹酢液サンプル5を使用)
The analysis conditions and samples used for the evaluation are as follows. Each component was identified using the commercially available bamboo
Analysis conditions
GC-MS instrument: Agilent 5973
Capillary column with Vent-free GC / MS adaptor: UA5-15M-0.25F (5% polydiphenylsiloxane)
(15m, 0.25mmi.d., 0.25micron)
Sample injection volume
: 1μL
injector
: Split / split less injector-300 ℃, split
ratio: 1/30
GC / MS interface: 300 ℃
MS ion source: 250 ℃
Sample <br/> Commercial bamboo vinegar solution sample 2 (unrefined)
Commercial bamboo vinegar sample 3 (unrefined)
Commercial bamboo vinegar sample 4 (unrefined)
Commercial Bamboo Vinegar Sample 5 (unrefined) (commercially available as distilled product of Sample 4)
ODS silica purified sample (use commercially available bamboo vinegar solution sample 5)
図15には、市販竹酢液サンプル2のGC-MSクロマトグラムを示した。溶出時間の違いにより、前半(A) と後半(B) をそれぞれ示す。また、化合物データベースより得られた各ピークの主要化合物名は表示の通りである。これらのクロマトグラムに示すとおり、市販品サンプルには極めて多くの有機酸、フェノール系化合物、炭化水素、アルコール、ケトン類等が含まれていることが分かる。一方、この条件では、ベンツピレンを含む多環芳香族類は全く検出されないことから、ベンツピレンは主成分に比べて極めて希薄であることが再確認できる。
FIG. 15 shows a GC-MS chromatogram of commercially available
上記クロマトグラムに示すとおり、市販品の竹酢液中には主成分として酢酸などの無毒性物質の他に、フェノール系化合物2、クレゾール系化合物、その他芳香族化合物類が高濃度で存在することが分かる。
As shown in the chromatogram,
これらのフェノール、クレゾール類は、ベンツピレンのような発がん誘発物質としての報告はされていないが、化学物質としての急性毒性値は、フェノールで約500mg/kgおなじくクレゾールでは350mg/kgとなっており、ベンツピレンのそれ(250mg/kg) とそれほど大きな差異がないと言える。その為、竹酢液の簡易精製では、可能な限り主成分中の毒性(可能性)物質群の除去が望ましいと予想される。 Although these phenols and cresols have not been reported as carcinogens such as benzpyrene, the acute toxicity value as a chemical substance is about 500 mg / kg for phenol, and 350 mg / kg for cresol, It can be said that there is not much difference from that of Benzpyrene (250mg / kg). Therefore, it is expected that removal of toxic (possible) substance groups in the main component is desirable in simple purification of bamboo vinegar as much as possible.
次に、上記市販竹酢液サンプル2を含む4種の市販竹酢液に関して、同様の分析を行い、その含有物の違いを評価した。各市販竹酢液サンプルのGC-MSクロマトグラムを図16に示した。
Next, regarding the four kinds of commercially available bamboo vinegar liquids including the above-mentioned commercially available bamboo
それぞれのクロマトグラムの比較において、含有物質量に比例するピークシグナル強度(縦軸)のスケールを統一していることから、それぞれのクロマトグラムを比較することで、各竹酢液中の含有物質濃度が定性的に見ることができる。 In the comparison of each chromatogram, the scale of peak signal intensity (vertical axis) proportional to the amount of contained substances is unified, so by comparing each chromatogram, the contained substance concentration in each bamboo vinegar solution Can be seen qualitatively.
それぞれを比較すると、市販竹酢液サンプル2において、最も多種の物質が高濃度で存在していることが分かる。さらに、他の竹酢液サンプル間の比較においても、含有物質の濃度が大きく異なっており、竹酢液製造方法の違いで含有物が劇的に変化することが示唆されている。
Comparing each, it can be seen that in the commercially available
次に、市販竹酢液サンプル5については、上記のサンプルの説明通り、市販竹酢液サンプル4の蒸留精製品として、市販されている。そこで、これら2種のクロマトグラムを比較することで、蒸留の効果を見ることができる。これらの結果、蒸留品である5では、フルフラール、クレゾール、シリンゴールなどの芳香族化合物の他炭化水素類がほぼ除去されていることが分かつた。
Next, the commercially available bamboo
上記の通り、GC-MSによる定性分析によって、特に、蒸留精製により竹酢液中の芳香族系化合物が除去される可能性が示された。一方、我々の行ったベンツピレンの分析結果からは、蒸留精製によってベンツピレン濃度が大きく減少はしているものの、依然として、ベンツピレンが検出できる程度で存在することが明らかとなった。さらに、我々の用いた簡易精製法としてのODSシリカによる固相処理の結果として、ベンツピレンを検出限界以下にまで低減できることを示した。 As described above, qualitative analysis by GC-MS showed the possibility of removing aromatic compounds in bamboo vinegar by distillation purification. On the other hand, from the results of our analysis of benzpyrene, it was clarified that although benzpyrene concentration was greatly reduced by distillation purification, benzpyrene was still present to the extent that it could be detected. Furthermore, as a result of solid-phase treatment with ODS silica as a simple purification method used, we showed that benzpyrene could be reduced below the detection limit.
そこで、上記GC-MSの未処理サンプル分析に追加して、ODSシリカでの処理後のサンプルについても、同様にGC-MS分析を行った。用いた処理サンプルは、上記に示すとおり市販竹酢液サンプル5を同様の処理によって精製したサンプルである。
Therefore, in addition to the GC-MS untreated sample analysis, the GC-MS analysis was also performed on the sample after the treatment with ODS silica. The processing sample used is a sample obtained by purifying the commercially available
得られたクロマトグラムを図17に示した。図には、市販竹酢液サンプル5 (A)の精製前とODSシリカによる処理後のクロマトグラム(B) を示している。また、クロマトグラム(B) 中には、縦軸(検出強度)を10倍に拡大したクロマトグラムも合わせて示した。 The obtained chromatogram is shown in FIG. The figure shows the chromatogram (B) before purification of the commercial bamboo vinegar sample 5 (A) and after treatment with ODS silica. In addition, in the chromatogram (B), a chromatogram in which the vertical axis (detection intensity) is enlarged 10 times is also shown.
これらの結果から、市販竹酢液サンプル5に含まれるブチルアクトン、フェノール系、グアイアコール、シリンゴール等が完全に除去されていることが分かる。
From these results, it can be seen that butylactone, phenolic, guaiacol, syringol and the like contained in the commercially available bamboo
一方、酢酸を主成分とするl分付近の非常に大きなピークはほとんど変化していないことから、ODSシリカ処理によって、ベンツピレンのみではなく、同じく毒性を有する芳香族系化合物も除去されていることが明らかとなった。 On the other hand, since the very large peak in the vicinity of 1 minute containing acetic acid as a main component is hardly changed, not only benzpyrene but also aromatic compounds having the same toxicity are removed by the ODS silica treatment. It became clear.
確認のために、精製後の竹酢液中に含まれる多環芳香族類を高感度GC-MSを用いて評価した。評価に用いたのは、市販竹酢液サンプル5の未精製サンプルとそのODSシリカ精製品(カラム法)である。詳細な分析の結果、未精製の竹酢液サンプル5では、上記蛍光分析と同じく、数十pptのベンツピレンが確認された。一方、ODSシリカ精製後のサンプルでは、ベンツピレンを含む主要な多環芳香族類は全く検出されなかった。これらの結果から、他の分析法においてもベンツピレン除去が証明され、ODSシリカを用いたカラム法による精製が効果的であることが支持された。
For confirmation, polycyclic aromatics contained in the purified bamboo vinegar were evaluated using high-sensitivity GC-MS. What was used for evaluation was an unpurified sample of commercially available
以上の通り、市販竹酢液中には非常に低濃度であるものの、発がん性物質であるベンツピレンの存在が、高感度液体クロマトグラフィー−蛍光検出によって確認された。 As described above, the presence of benzpyrene, which is a carcinogenic substance, was confirmed by high-sensitivity liquid chromatography-fluorescence detection, although the concentration was very low in the commercially available bamboo vinegar solution.
また、竹酢液中の低濃度ベンツピレンの除去方法として、ODSシリカを用いた固相処理法を種々の方法により評価した。その結果、ガラスカラム管内にODSシリカを充てんし、竹酢液サンプルを通液することで、ベンツピレン濃度を検出限界以下にまで低減できることが明らかとなった。 In addition, as a method for removing low-concentration benzpyrene in bamboo vinegar, solid-phase treatment methods using ODS silica were evaluated by various methods. As a result, it became clear that the benzpyrene concentration could be reduced below the detection limit by filling the glass column tube with ODS silica and passing the bamboo vinegar sample.
加えて、ODSシリカ処理により得られた竹酢液サンプルでは、未精製品に特有のタール成分に依存する着色がほぼ完全に除去されていることから、わずかに残存するタール成分も同様に除去されたと考えられる。一方で、精製前後の酸性度の結果からは、大きな変化は見られないことから、抗菌作用に重要と考えられる有機酸類の除去はほとんど無いと判断できる。 In addition, the bamboo vinegar sample obtained by the ODS silica treatment almost completely removes the coloring depending on the tar component peculiar to the unpurified product, so the slightly remaining tar component is removed as well. It is thought. On the other hand, from the result of the acidity before and after purification, since there is no significant change, it can be judged that there is almost no removal of organic acids considered to be important for antibacterial action.
さらに、ガスクロマトグラフィーを用いた定性的な分析結果からは、市販品間でもその含有成分が大きく異なることが明らかとなり、同様に蒸留精製による効果も定性的に見ることができた。同じく、ODSシリカ処理効果の確認分析では、いくつかの芳香族系化合物の除去が確認され、ODSシリカ処理の有効性を支持する結果となった。 Furthermore, from the qualitative analysis results using gas chromatography, it became clear that the components contained in the commercial products differ greatly, and the effects of distillation purification could also be seen qualitatively. Similarly, in the confirmation analysis of the effect of ODS silica treatment, the removal of some aromatic compounds was confirmed, which supported the effectiveness of ODS silica treatment.
これらの総括より、本研究において取り扱ったODSシリカによる竹酢液の処理は、極低濃度ベンツピレン除去を含む精製法として有用であると結論づけられる。 From these summaries, it can be concluded that the treatment of bamboo vinegar with ODS silica treated in this study is useful as a purification method including removal of extremely low concentration benzpyrene.
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