JP7828634B2 - Health food ingredients - Google Patents
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Description
この発明は、健康増進に好ましい機能性表示食品等に用いられる健康食品素材及びその製造方法に関する。 This invention relates to a health food ingredient used in functional foods and the like that are beneficial for promoting health, and a method for producing the same.
ヒトの健康を増進させる健康食品であって、生体に必要な諸成分を体内で効率よく生成するように代謝活性を高めると共に、Tリンパ球を幼若化させて免疫機能を増強する作用があると考えられている発酵代謝物エキスとして、エンザミン(登録商標)が知られており、またその製造方法は特許公報にも開示されている(特許文献1)。 Enzamin (registered trademark) is a fermented metabolite extract that is believed to enhance human health by increasing metabolic activity to efficiently produce various components necessary for the body, and by rejuvenating T lymphocytes to strengthen immune function. Its manufacturing method is also disclosed in a patent publication (Patent Document 1).
上記製造方法によってコーンスターチを含む澱粉をアミラーゼで加水分解した糖化物を培地用基材とし、これに窒素源としてイーストエキスを添加して発酵用培地を調整し、この培地に、上記特許文献の出願当初にバチルス ズブチルス AKと称され、現在では赤澤(AK)菌と称されているパエニバチルス ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)赤澤株を接種し、長期培養した後、生成した液状成分を分取して食品用原液とし、これを用いて健康食品、保健栄養食品や化粧品を製造することができる(特許文献2)。 Using the above manufacturing method, a saccharified product obtained by hydrolyzing starch containing cornstarch with amylase is used as a culture medium base. Yeast extract is added as a nitrogen source to prepare a fermentation medium. Paenibacillus polymyxa Akazawa strain, originally called Bacillus subtilis AK in the patent application mentioned above and now known as Akazawa (AK) strain, is inoculated into this medium. After long-term cultivation, the resulting liquid component is separated and used as a food stock solution. This can then be used to manufacture health foods, nutritional supplements, and cosmetics (Patent Document 2).
しかし、上記した健康食品の製造方法では、健康食品として有用な指標成分が特定されていなかったため、特定成分をより効率よく産生するように菌株や培養条件の改良はさらに改良の余地を残していた。 However, the manufacturing method for the health food described above did not identify any indicator components useful as health foods. Therefore, there was still room for further improvement in the bacterial strains and culture conditions to produce specific components more efficiently.
従来の納豆菌類またはバチルス属菌とされるAK菌の多くは、継代培養や長期の乾燥保存のうち淘汰され、生理活性物質の産生量が多い菌群が選択されてきたが、有効な特定機能性成分が、どのような発酵段階でどの程度の量を産生しているのか判明していなかった。 While many of the conventional natto bacteria, or Bacillus species, known as AK bacteria, have been selected through subculturing and long-term dry storage to produce high levels of physiologically active substances, the specific functional components produced at each stage of fermentation and in what quantities remained unknown.
そのため、過去の経験に頼った試行によって培養されているに過ぎず、指標となる特定成分の経時的な濃度変化を判定し、最適な培養条件で健康食品をより効率よく製造できるようにする必要があった。 Therefore, the culture process was merely based on past experience and trials. It was necessary to determine the temporal changes in the concentration of specific indicator components and to develop optimal culture conditions to produce health foods more efficiently.
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、有用な特定指標成分をより効率よく産生する菌株を特定すると共に、かつそれを所定の培養条件で培養することにより、機能性表示食品等に求められる健康保持の増進作用をより充分に発揮する健康食品を創出し、かつそのような優れた健康食品をより効率よく製造することである。 Therefore, the objective of this invention is to solve the above-mentioned problems, identify a bacterial strain that more efficiently produces useful specific indicator components, and, by culturing it under predetermined culture conditions, create a health food that more fully exhibits the health-promoting effects required for functional foods, and to manufacture such excellent health foods more efficiently.
上記の課題を解決するために、この発明では、パエニバチルス ポリミキサの従来株を改良し、さらに培養条件も含めて研究を進めたことにより、培地用基材が澱粉糖化物もしくはショ糖またはこれらの混合物からなり、窒素源として酵母の水溶性成分を含有する発酵用培地で培養されたパエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株(受領番号:NITE ABP-03577)が産生する菌体外高分子物質を必須成分として含有する健康食品素材としたのである。 To solve the above problems, this invention improves conventional strains of Paenibacillus polymixa and further research, including on culture conditions, has resulted in a health food ingredient containing extracellular polymeric substances as an essential component, produced by Paenibacillus polymixa strain AK-T1-11 (receipt number: NITE ABP-03577), cultured in a fermentation medium consisting of starch saccharified sucrose or a mixture thereof, and containing water-soluble components of yeast as a nitrogen source.
上記した健康食品素材は、所定の培地で培養されたパエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株が、ヒトの健康に有用な指標成分である菌体外高分子物質を効率よく産生するので、これらの菌株から産生する所定の菌体外高分子物質を必須成分に用いた健康食品素材が得られる。 The health food ingredients described above are obtained by culturing Paenibacillus polymixa AK-T1-11 strain in a specified culture medium, which efficiently produces extracellular polymers that are indicator components useful for human health. Therefore, health food ingredients using these strains as essential components can be obtained.
前記菌体外高分子物質としては、菌体外多糖(EPS)と称される多糖類が挙げられ、例えばレバン、レバンオリゴ糖及びβ-グルカンから選ばれる1種以上の多糖類を含んだものである。前記β-グルカンの代表例としては、カードランが挙げられる。 The aforementioned extracellular polymeric substance includes polysaccharides called extracellular polysaccharides (EPS), which include, for example, one or more polysaccharides selected from levan, levan oligosaccharides, and β-glucans. A typical example of β-glucan is curdlan.
このような健康食品素材を食品に所要量を配合すれば、機能性表示食品等に求められる健康保持の増進作用をより充分に発揮する健康食品を創出することができる。 By incorporating the required amounts of such health food ingredients into food products, it is possible to create health foods that more effectively exhibit the health-promoting effects required for functional foods and similar products.
このような健康食品素材を用いた健康食品を製造するために、澱粉糖化物もしくはショ糖またはこれらの混合物を培地用基材とし、これに窒素源としてイーストエキスを添加して発酵用培地を調製し、これにパエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株を接種して培養し、産生した菌体外高分子物質を含む液状成分を分取して食品用原液とする健康食品素材の製造方法を採用することができる。 To manufacture health foods using such health food ingredients, a method can be employed in which starch hydrolysates, sucrose, or mixtures thereof are used as a culture medium base, yeast extract is added as a nitrogen source to prepare a fermentation medium, Paenibacillus polymixa strain AK-T1-11 is inoculated into this medium and cultured, and the resulting liquid component containing extracellular polymers is separated to be used as a food stock.
上記製造方法によると、所定の培地で所定の菌株が効率よく糖および窒素源を資化し、発酵生産物として各種の活性を有するレバンやβ-グルカンなどの菌体外多糖(EPS)、オリゴ糖の他、脂質、アミノ酸、菌体の細胞壁構成成分や核酸などを生成する。 According to the above manufacturing method, the specified bacterial strain efficiently utilizes sugars and nitrogen sources in the specified culture medium, producing fermentation products such as extracellular polysaccharides (EPS) with various activities, including levan and β-glucan, oligosaccharides, lipids, amino acids, cell wall components of the bacterial cells, and nucleic acids.
因みに、レバンやそのオリゴ糖は、健康増進に有利な糖類であり、機能性の食物や医薬関連品、及び飼料にも利用でき、高親水性であることから化粧品への利用も研究されている。 Incidentally, levan and its oligosaccharides are sugars beneficial for health promotion and can be used in functional foods, pharmaceuticals, and animal feed. Due to their high hydrophilicity, their use in cosmetics is also being researched.
また、β-グルカンは、菌体の細胞壁に存在する物質であり、不溶性食物繊維の一種であり、血中のコレステロール値を下げる働きがある他、例えばβ-1,3-結合のみを有するカードランは、増粘多糖類として食品添加物にも利用されている。 Furthermore, β-glucan is a substance found in the cell walls of bacterial cells, and is a type of insoluble dietary fiber. It has the effect of lowering blood cholesterol levels. Additionally, curdlan, which contains only β-1,3-links, is used as a food additive as a thickening polysaccharide.
またβ-グルカンは、マクロファージやナチュラルキラー(NK)細胞などの自然免疫担当細胞の細胞膜上の外来異物レセプターに結合することで、免疫担当細胞を活性化し、免疫力を高める作用もある。 Furthermore, β-glucan also has the effect of activating immune cells and enhancing immunity by binding to foreign substance receptors on the cell membranes of innate immune cells such as macrophages and natural killer (NK) cells.
上記澱粉糖化物は、コーンスターチを含む澱粉をアミラーゼで加水分解した低分子量の澱粉糖化物であることが好ましく、また澱粉糖化物に加えて、もしくは澱粉糖化物に代えてショ糖を用いることができる。上記のようにショ糖を用いることにより、顕著に菌体外多糖の産生量を増加させることができる。 The above-mentioned starch syrup is preferably a low-molecular-weight starch syrup obtained by hydrolyzing corn starch with amylase. In addition to or in place of the starch syrup, sucrose can be used. By using sucrose as described above, the production of extracellular polysaccharides can be significantly increased.
また前記発酵用培地はpH7.0以下に調整されていることが好ましく、そのためにpH緩衝剤を適量添加することにより、培養時の酸性域への移行を遅らせることができ、これにより第1段階での培養時間を充分に確保して所期した最終産生物をより効率よく生産することができる。 Furthermore, it is preferable that the fermentation medium be adjusted to a pH of 7.0 or lower. By adding an appropriate amount of pH buffer, the transition to an acidic range during cultivation can be delayed, thereby ensuring sufficient cultivation time in the first stage and enabling more efficient production of the desired final product.
上記培養が、第1段階の培養としてpH5.5~7.2、28~32℃の培養条件で1週間以上培養した後、第2段階としてpH4.0~6.0、8℃以上13℃未満で1週間以上培養することが好ましい。 The above culture process is preferably carried out as follows: First, the culture is performed under conditions of pH 5.5–7.2 and 28–32°C for at least one week; followed by a second stage of culture under conditions of pH 4.0–6.0 and 8°C to less than 13°C for at least one week.
上記2段階の培養法によれば、特定のタイプの有効成分、特にEPSの産生量を増やすことができる。このようにして得られるEPS等は、従来の培養方法で産生される有効成分量やその機能をさらに高めるものである。 The two-stage culture method described above can increase the production of specific types of active ingredients, particularly EPS. The EPS obtained in this way further enhances the amount and function of the active ingredients produced by conventional culture methods.
この発明の健康食品素材は、パエニバチルス ポリミキサの特定株が所定の培地で培養された際に産生する所定の菌体外高分子物質を必須成分として含有するので、機能性表示食品等に求められる健康保持の増進作用をより充分に発揮する健康食品を創出できるという利点がある。 This invention's health food ingredient contains a specific extracellular polymer substance produced when a particular strain of Paenibacillus polymixa is cultured in a predetermined culture medium. Therefore, it has the advantage of creating health foods that more effectively exhibit the health-promoting effects required for functional foods.
また、この発明の健康食品素材の製造方法は、可及的に効率よく有用な指標成分を産生する発酵性菌類の菌株を選択し、かつ所定の培養条件に調整し、それによって機能性表示食品等に求められる健康保持の増進作用をより充分に発揮する健康食品素材を効率よく製造できる利点がある。 Furthermore, this invention's method for producing health food ingredients has the advantage of efficiently producing health food ingredients that more fully exhibit the health-promoting effects required for functional foods, by selecting strains of fermenting microorganisms that produce useful indicator components as efficiently as possible and adjusting them to predetermined culture conditions.
この発明の実施形態の健康食品素材は、所定の培地で培養されたパエニバチルス ポリミキサの所定株が産生する菌体外高分子物質を必須成分として含有するものであり、以下のようにして澱粉糖化物もしくはショ糖またはこれらの混合物を培地用基材とし、これに窒素源として酵母の水溶性成分を添加して発酵用培地を調製し、これにパエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株を接種して培養し、産生した菌体外高分子物質を含む液状成分を分取して食品用原液とすることにより製造できる。 The health food material in this embodiment of the invention contains, as an essential component, an extracellular polymer substance produced by a predetermined strain of Paenibacillus polymixa cultured in a predetermined culture medium. It can be produced by preparing a fermentation medium by using starch hydrolysate, sucrose, or a mixture thereof as a culture medium base, adding a water-soluble component of yeast as a nitrogen source, inoculating and culturing Paenibacillus polymixa strain AK-T1-11, and then separating the liquid component containing the produced extracellular polymer substance to obtain a food stock solution.
培地用基材の澱粉糖化物は、穀類、芋類、植物の根や幹、豆類などの植物由来の澱粉を分解する過程の最終工程で消化酵素のアミラーゼで加水分解したものであり、特にコーンスターチを含む澱粉をアミラーゼで加水分解した低分子量の澱粉糖化物であることが好ましい。 The starch saccharified product used as a culture medium base is obtained by hydrolyzing plant-derived starches such as cereals, potatoes, plant roots and stems, and legumes with the digestive enzyme amylase in the final step of the decomposition process. It is particularly preferable that the starch saccharified product is a low molecular weight product obtained by hydrolyzing starches containing cornstarch with amylase.
炭素源としてのショ糖(スクロース)は、多くの植物から得られる二糖類であり、これを主成分とするグラニュー糖を用いることが好ましい。この発明では、炭素源をショ糖のみで供給することができる。 Sucrose, as a carbon source, is a disaccharide obtained from many plants, and it is preferable to use granulated sugar, which has sucrose as its main component. In this invention, the carbon source can be supplied solely by sucrose.
酵母の水溶性成分は、イーストエキスまたは酵母エキスとも別称される酵母からの抽出物であり、酵母の菌体自体を自己消化または酸加水分解することにより得られ、アミノ酸、核酸等の他、ミネラル、ビタミンも含まれる微生物培養の培地用成分として周知なものである。 The water-soluble components of yeast, also known as yeast extract or yeast extract, are extracts from yeast obtained by autodigestion or acid hydrolysis of the yeast cells themselves. They contain amino acids, nucleic acids, minerals, and vitamins, and are well-known components for microbial culture media.
また、前記発酵用培地には、pH緩衝剤を含有させ、pH7.0以下に調整することが好ましい。例えば、前記炭素源としてグルコース等の代謝され易い成分を用いた場合には、培地中に酸が蓄積されやすくなるが、pHが低下すると発酵に関わる菌類がダメージを受ける場合があるからである。 Furthermore, it is preferable to include a pH buffer in the fermentation medium and adjust the pH to 7.0 or lower. For example, if easily metabolizable components such as glucose are used as the carbon source, acid tends to accumulate in the medium, and a decrease in pH can damage the microorganisms involved in fermentation.
pH緩衝剤としては、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二ナトリウムなどが挙げられる。また、菌体内外の浸透圧を適切に調整するために、必要に応じて適量の塩化ナトリウム、塩化カルシウム等を添加する場合もある。 Examples of pH buffering agents include dipotassium hydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate. Additionally, to properly adjust the osmotic pressure inside and outside the bacterial cells, appropriate amounts of sodium chloride, calcium chloride, etc., may be added as needed.
上記のような必須成分等を含む発酵用培地に接種する発酵菌は、パエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株であり、さらにこの発明の目的を阻害しない程度に、好ましい生育条件や菌体外高分子物質の産生能などの特性が若干異なる変異株を一種以上含ませてもよい。 The fermenting bacteria inoculated into the fermentation medium containing the essential components mentioned above is Paenibacillus polymixa AK-T1-11 strain. Furthermore, one or more mutant strains with slightly different characteristics, such as preferred growth conditions and the ability to produce extracellular macromolecules, may be included, to the extent that they do not hinder the objective of this invention.
パエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株は、最新のAPI50CHによる生化学的性状分類と細菌16S rRNA全塩基配列の成績により、1993年の細菌種の再分類でBacillus属から移されたPaenibacillus属のPaenibacillus polymyxa であることが判明している。 Based on the latest API50CH biochemical classification and the results of the complete bacterial 16S rRNA sequencing, strain Paenibacillus polymyxa AK-T1-11 has been identified as Paenibacillus polymyxa, a species of the Paenibacillus genus that was moved from the Bacillus genus in the 1993 bacterial species reclassification.
このPaenibacillus polymyxa AK-T1-11株は、コーンスターチを含む澱粉をアミラーゼで加水分解した糖化物もしくはショ糖またはこれらの混合物を基材とし、これに窒素源として少量のイーストエキス等の酵母の水溶性成分を添加した培地で効率よく増殖するものであり、通常の細菌とは異なり、大気中の窒素を固定することができるため、ごく少量の窒素源しか含まない培地中でも容易に増殖する。 This Paenibacillus polymyxa AK-T1-11 strain efficiently grows in a culture medium based on a saccharified product or sucrose obtained by hydrolyzing corn starch with amylase, or a mixture thereof, to which a small amount of water-soluble yeast components such as yeast extract are added as a nitrogen source. Unlike ordinary bacteria, it can fix nitrogen from the atmosphere, and therefore easily grows even in culture media containing only a very small amount of nitrogen source.
このことは、腐敗臭の発生やアレルゲンとなる物質の産生を防ぐために有効である。また、高熱や紫外線に耐性である芽胞を形成し、高・低温環境などの過酷な環境や条件下でも生残することができるため、保存が容易であり、この性質を利用してバクテリオファージの感染による菌力低下を抑えることができる。また逆に、各種の生理活性物質を特異的に多く産生する変異株を得ることも容易である。 This is effective in preventing the generation of putrid odors and the production of allergens. Furthermore, because it forms spores resistant to high temperatures and ultraviolet light, it can survive even in harsh environments and conditions such as high and low temperatures, making preservation easy. This property can be used to suppress the decline in bacterial activity caused by bacteriophage infection. Conversely, it is also easy to obtain mutant strains that specifically produce large amounts of various physiologically active substances.
上記菌株の菌学的性状は、以下の通りである。
<パエニバチルス ポリミキサ AK-T1-11株>
(a) 形態学的性質
(1)細胞の形及び大きさ:桿菌0.6~0.8×3.0~50μm 連鎖 単~短
(2)細胞の多形性の有無:無し
(3)運動性の有無: 有り (周毛性の鞭毛)
(4)芽胞の有無: 有り 楕円 菌体のほぼ中央 菌体膨張 有り
(b) 培養的性質
(1)肉汁寒天平板培養:円形粘調集落
(2)肉汁液体培養:上部に菌体凝集
(c) 生化学的性質
(1)グラム反応: 不定
(2)硝酸塩の還元: 陽性
(3) VPテスト: 陽性
(4) ウレアーゼ: 陰性
(5)インドールの生成: 陰性
(6)硫化水素の生成: 陰性
(7)クエン酸の利用: 陽性
(8)カタラーゼ: 陽性
(9)オキシダーゼ: 陰性
(10)生育の範囲:pH 5.5~7.6、温度 10℃~45℃
The mycological characteristics of the above strain are as follows:
<Paenibacillus polymixa AK-T1-11 strain>
(a) Morphological properties
(1) Cell shape and size: Bacilli 0.6–0.8 × 3.0–50 μm, chain-forming, simple to short chains
(2) Presence or absence of cell pleomorphism: None
(3) Motility: Yes (Peritrichous flagella)
(4) Presence or absence of spores: Present, oval shape, located near the center of the bacterial body, and swollen.
(b) Culture properties
(1) Culture on meat juice agar plate: circular viscous colonies
(2) Meat juice liquid culture: bacterial cells aggregate at the top
(c) Biochemical properties
(1) Gram reaction: Indeterminate
(2) Reduction of nitrates: Positive
(3) VP test: Positive
(4) Urease: Negative
(5) Indole production: Negative
(6) Production of hydrogen sulfide: Negative
(7) Use of citric acid: Positive
(8) Catalase: Positive
(9) Oxidase: Negative
(10) Growing range: pH 5.5–7.6, temperature 10°C–45°C
このPaenibacillus polymyxa AK-T1-11株は、2021年12月24日(受領日)に独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)に受領番号:NITE ABP-03577として国際受託されている。 This Paenibacillus polymyxa strain AK-T1-11 was internationally deposited with the National Institute of Technology and Evaluation (NITE) Patent Microorganism Depositary Center (NPMD) on December 24, 2021 (receipt date) under receipt number: NITE ABP-03577.
この発明で採用することが好ましい第1段階の培養条件は、菌株により詳細は異なるが、pH5.5~7.2、28~32℃の条件で1週間以上2ヶ月未満である。上記より強い酸性域で所定温度未満の条件では、2ヶ月以上培養しても、この発明に用いる所定の菌株が効率よく糖および窒素源を資化しないと推定され、得られた食品に期待した効果が充分得られない。また、上記のpH域を超えたアルカリ性の条件で所定温度を超えた高温では培養不十分で所定の細菌が効率よく糖および窒素源を資化せず、得られた機能性表示食品は上記同様に期待した効果が充分得られないものになる。 The preferred first-stage culture conditions used in this invention vary in detail depending on the bacterial strain, but are generally a pH of 5.5 to 7.2 and a temperature of 28 to 32°C for more than one week but less than two months. Under conditions with a stronger acidity than those described above and a temperature below the specified temperature, even after culturing for more than two months, it is estimated that the specified bacterial strain used in this invention will not efficiently utilize sugars and nitrogen sources, and the expected effects of the resulting food product will not be fully obtained. Furthermore, under alkaline conditions exceeding the above pH range and high temperatures exceeding the specified temperature, cultivation will be insufficient, and the specified bacteria will not efficiently utilize sugars and nitrogen sources, resulting in a functional food product that will not fully achieve the expected effects, similar to the above.
この発明で採用することが好ましい第2段階の低温培養条件は、pH4.0~6.0で培養温度は13~17℃、好ましくは8℃以上13℃未満であり、培養期間は1週間以上4ヶ月未満である。 The preferred second-stage low-temperature culture conditions used in this invention are a pH of 4.0 to 6.0, a culture temperature of 13 to 17°C, preferably 8°C or higher and less than 13°C, and a culture period of one week or more and less than four months.
上記より強い酸性域で所定温度未満の条件では、4ヶ月以上培養しても、発酵生産物として各種の活性を有するアミノ酸、リポ多糖(リポポリサッカライド)、リピッドなどが充分に低分子量化しないと推定され、得られた食品に所期した効果が充分得られない。 Under conditions of a stronger acidity range and below the specified temperature, even after culturing for more than four months, it is estimated that various active amino acids, lipopolysaccharides, lipids, etc., will not be sufficiently reduced in molecular weight as fermentation products, and the desired effects will not be fully obtained in the resulting food product.
また上記の酸性域を超えて中性またはアルカリ性の条件で所定温度を超えて高温で培養しても、活性が低下すると推定され、得られた機能性表示食品は上記同様に所期した効果が充分得られないものになる。 Furthermore, if cultured at temperatures exceeding the specified temperature under neutral or alkaline conditions beyond the above-mentioned acidic range, the activity is presumed to decrease, and the resulting functional food product will not fully achieve the intended effect, similar to the above.
このようにこの発明で採用することが好ましい上記培養は、第1段階としてpH5.5~7.2、28~32℃で1週間以上、好ましくは2か月未満培養した後、第2段階としてpH4.0~6.0、8℃以上13℃未満で1週間以上、好ましくは4か月未満培養することである。 Thus, the preferred culture method used in this invention involves, as a first step, culturing at a pH of 5.5 to 7.2 and a temperature of 28 to 32°C for at least one week, preferably less than two months, followed by a second step of culturing at a pH of 4.0 to 6.0 and a temperature of 8°C to less than 13°C for at least one week, preferably less than four months.
生成した液状成分を分取するには、連続遠心分離器を使用し、得られた食品用原液は、そのまま利用できるが、必要に応じて濃縮し、または希釈して利用することもできる。 To separate the generated liquid components, a continuous centrifuge is used. The resulting food-grade stock solution can be used as is, but it can also be concentrated or diluted as needed.
得られた食品用原液中には、当該菌による発酵で産生したレバン、カードラン等のβグルカン、オリゴ糖が存在するが、このことを確認するには、サイズ排除クロマトグラフィカラムを装着した高速液体クロマトグラフ(HPLC)による分子量分布で測定することができる。 The resulting food-grade stock solution contains β-glucans such as levan and curdlan, as well as oligosaccharides, produced by fermentation by the bacterium. This can be confirmed by measuring the molecular weight distribution using a high-performance liquid chromatograph (HPLC) equipped with a size exclusion chromatography column.
また、このような定性的な分析だけでなく、定量分析を行うには、エタノール沈殿法で処理した後、希硫酸による加水分解で多糖類の構成糖に分解し、HPLC法で構成糖を定量する方法で測定することができる。 Furthermore, in addition to this qualitative analysis, quantitative analysis can be performed by treating the sample with ethanol precipitation, then hydrolyzing it with dilute sulfuric acid to decompose it into its constituent sugars, and finally quantifying the constituent sugars using HPLC.
<培地の調製>
表1に示す配合割合(以下に示す「部」は、全て質量部である。)で以下の手順に従って、発酵用培地を調製した。
<Preparation of culture medium>
Fermentation media were prepared according to the following procedure using the proportions shown in Table 1 (all "parts" below refer to parts by mass).
[実施例1、2]
コーンスターチ1.5部に対し、塩化カルシウム0.05部、食塩(焼塩、塩化ナトリウム)0.1部に精製水を18.3部入れ、撹拌しながら蒸気で加温した。これを91℃まで昇温し、コーンスターチを糊化させた。さらに精製水を加えながら撹拌し、60℃付近まで温度を下げたところでアミラーゼ0.03部を加え、撹拌しながら糖化させた。
[Examples 1 and 2]
To 1.5 parts cornstarch, 0.05 parts calcium chloride, 0.1 parts salt (roasted salt, sodium chloride), and 18.3 parts purified water were added and heated with steam while stirring. The temperature was raised to 91°C to gelatinize the cornstarch. Further purified water was added while stirring, and when the temperature was lowered to around 60°C, 0.03 parts amylase was added and saccharification was carried out while stirring.
糖化後、ショ糖(グラニュー糖)1部または11部、グルコース(ブドウ糖)1部、酵母エキス(国内産)0.3部、リン酸水素二ナトリウム0.05部を投入して撹拌し溶解し、さらに米飴1部の入ったカゴをタンク内に入れて溶かした。 After saccharification, 1 or 11 parts sucrose (granulated sugar), 1 part glucose, 0.3 parts yeast extract (domestically produced), and 0.05 parts disodium hydrogen phosphate were added and stirred to dissolve. Then, a basket containing 1 part rice syrup was placed in the tank and dissolved further.
米飴溶解後、精製水を100部まで加水しながら10%水酸化ナトリウム0.2部を投入してpHを調整した。 After dissolving the rice syrup, the pH was adjusted by adding purified water up to 100 parts while simultaneously adding 0.2 parts of 10% sodium hydroxide.
pH・Brixを測定し、規格基準内にあることを確認し、基準値内(pH7.2~7.6、Brix4.5~4.8)であれば培養缶に分注し、高圧蒸気滅菌(121℃、15分間)を行なった後、水冷による急速冷却を行なった。なお、前記pH基準値は、培養後の培地pHが速やかにpH5.5~7.2になることを前提に設定した。 pH and Brix were measured and confirmed to be within the specified limits. If within the limits (pH 7.2–7.6, Brix 4.5–4.8), the sample was dispensed into culture vessels, sterilized by autoclaving (121°C, 15 minutes), and then rapidly cooled by water cooling. The pH limit was set assuming that the culture medium pH would quickly reach 5.5–7.2 after incubation.
[実施例3、4]
ショ糖(グラニュー糖)10部または15部に対し、イーストエクストラクト(BBL社製)0.2部、リン酸水素二カリウム0.55部及び硫酸マグネシウム0.02部を投入して撹拌し溶解した。
次いで、精製水を100部まで加水しながら10%水酸化ナトリウム0.2部を投入して培地のpHを調整した。
[Examples 3 and 4]
To 10 or 15 parts of sucrose (granulated sugar), 0.2 parts of yeast extract (manufactured by BBL), 0.55 parts of dipotassium hydrogen phosphate, and 0.02 parts of magnesium sulfate were added and stirred until dissolved.
Next, the pH of the culture medium was adjusted by adding purified water up to 100 parts while simultaneously adding 0.2 parts of 10% sodium hydroxide.
pH・Brixを測定し、前記規格基準内にあることを確認し、基準値内(pH7以下、Brix4.5~4.8)であれば培養缶に分注し、高圧蒸気滅菌(121℃、15分間)を行なった後、水冷による急速冷却を行なった。 pH and Brix were measured and confirmed to be within the specified limits. If within the limits (pH 7 or less, Brix 4.5–4.8), the solution was dispensed into culture vessels, sterilized by autoclaving (121°C, 15 minutes), and then rapidly cooled by water cooling.
<AK菌の接種と培養>
芽胞状態で菌株保存用ビーズに吸着させて-80℃で保存していたAK-T1-11株を前記培地に接種する直前に85℃10分間の加熱処理(芽胞の発芽を促進する処理)した後500mL、1ビーズずつ、500mL容コルベンに入れた200mLの増菌培地に投入し、回転式振盪培養器で30℃、150rpmで一夜培養した。
<Inoculation and cultivation of AK bacteria>
The AK-T1-11 strain, which had been stored at -80°C in spore form adsorbed onto strain preservation beads, was subjected to a heat treatment at 85°C for 10 minutes (a treatment to promote spore germination) immediately before inoculation into the culture medium. Then, one bead per 500 mL was added to 200 mL of enrichment medium placed in a 500 mL container of corvette, and incubated overnight in a rotary shaking incubator at 30°C and 150 rpm.
次いで、振盪培養が終了した培養液は、直ちに新鮮液体培地30L入りステンレス培養
缶に各100mLづつ無菌的に接種した後、30℃恒温室内に静置し1週~2ヶ月間第1
段階の培養を行なった。
Next, after the shaking culture is complete, the culture medium is immediately aseptically inoculated into 100 mL each of stainless steel culture containers containing 30 L of fresh liquid medium, and then left to stand in a 30°C constant temperature room for 1 to 2 months.
Stage-by-stage culturing was performed.
所定の培養期間が経過した培養缶は、8~10℃の恒温室に移動させ、2~4ヶ月間、第2段階の低温培養を行った。 After the prescribed incubation period, the culture vessels were moved to a constant temperature room at 8-10°C, where a second stage of low-temperature incubation was performed for 2-4 months.
<分子量分布の測定>
上記低温培養後の培養液に対してHPLCを行ない、その際に島津製品の送液ポンプ(LC-20AD)、システムコントローラー(CBM-20ALite)、脱気ユニット(DGU-20A3R)、カラム恒温槽(CTO-20A)、UV-VIS検出器(SPD-20A)、示差屈折率計検出器(RID-20A)、LC-ワークステーション(Lab solution single)を使用した。
<Measurement of molecular weight distribution>
HPLC was performed on the culture medium after the low-temperature incubation described above, using Shimadzu products including a liquid transfer pump (LC-20AD), system controller (CBM-20ALite), degassing unit (DGU-20A3R), column thermostat (CTO-20A), UV-VIS detector (SPD-20A), differential refractometer detector (RID-20A), and LC workstation (Lab solution single).
サイズ排除クロマトグラフィカラムは、糖類の分子量分布を測定するためShodex製Sugar KS-803(φ8mm×300mm)とKS-804(φ8mm×300mm)の連結カラムを使用し、カラム恒温槽80℃、移動相(水)、流量1.25mL/min、示差屈折率計検出器の測定条件で20μL注入する方法で行なった。 Size exclusion chromatography was performed using a linked Shodex Sugar KS-803 (φ8 mm × 300 mm) and KS-804 (φ8 mm × 300 mm) column to measure the molecular weight distribution of sugars. The procedure involved injecting 20 μL of solution into a column at an 80°C constant temperature bath, using water as the mobile phase, a flow rate of 1.25 mL/min, and a differential refractometer detector.
分子量は、予め分子量既知の成分を測定し、保持時間(溶出時間)と分子量との関係から算出した分子量較正曲線式を作成し、未知成分の分子量を求めた。分子量既知の成分はグルコース(分子量:MW180)、スクロース(MW342)、グルコースのみからなる多糖類の一種プルラン(MW6,100、MW9,600、MW22,000、MW47,100、MW107,000、MW194,000、MW337,000)の9成分とし、濃度1,000mg/Lを測定したクロマトグラムを図1に示した The molecular weights of unknown components were determined by first measuring the molecular weights of components with known molecular weights and creating a molecular weight calibration curve equation based on the relationship between retention time (elution time) and molecular weight. The components with known molecular weights were glucose (molecular weight: MW180), sucrose (MW342), and pullulan (MW6,100, MW9,600, MW22,000, MW47,100, MW107,000, MW194,000, MW337,000), a type of polysaccharide composed solely of glucose. The chromatograms obtained at a concentration of 1,000 mg/L are shown in Figure 1.
分子量較正曲線式は、9成分の保持時間を説明変数、分子量の対数値を目的変数にした最小二乗法により算出し、分子量較正曲線を図2中に示し、分子量較正曲線式は、前記同様に算出すると以下の式で示された。 The molecular weight calibration curve equation was calculated using the least squares method, with the retention times of the nine components as explanatory variables and the logarithm of the molecular weight as the dependent variable. The molecular weight calibration curve is shown in Figure 2, and the equation, calculated in the same manner as described above, is as follows:
分子量較正曲線式:y=‐0.4636x+9.2797
寄与率:0.9964
Molecular weight calibration curve equation: y = -0.4636x + 9.2797
Contribution rate: 0.9964
上記培養開始後に採取した実施例1-4の培養液について、上記HPLCにより分子量分布を測定し、その結果を図3-6に示した。
また、エタノール沈澱処理で上記低温培養後の培養液に含まれている多糖類を分離し、加水分解により単糖に分解した後、HPLC法で単糖の測定を行ったところ、フルクトースが検出された。これによりエンザミン原液に含まれている多糖類は、フルクトースがグリコシド結合で繋がったポリマーを形成しているレバンであると判定された。
さらにまた、上記低温培養後の培養液沈査物に含まれている非水溶性の多糖類を分離し、加水分解により単糖に分解した後、HPLC法で単糖の測定を行ったところ、グルコースがグリコシド結合で繋がったβ-1,3-グルカンであるカードランであると判定された。
The molecular weight distribution of the culture media from Examples 1-4, collected after the start of cultivation, was measured using the HPLC method described above, and the results are shown in Figure 3-6.
Furthermore, polysaccharides contained in the culture medium after the low-temperature culture were separated by ethanol precipitation treatment, decomposed into monosaccharides by hydrolysis, and then measured by HPLC, which detected fructose. This determined that the polysaccharides contained in the Enzamin stock solution are levan, which forms a polymer in which fructose is linked by glycosidic bonds.
Furthermore, when the water-insoluble polysaccharides contained in the culture medium sediment after the low-temperature culture were separated and decomposed into monosaccharides by hydrolysis, and then measured by HPLC, they were determined to be curdlan, which is a β-1,3-glucan in which glucose is linked by glycosidic bonds.
このように多糖類の二種類の種別が判定され、さらに図3-図6に示される結果からも明らかなように、培養後に二糖(スクロース)は単糖に分解されており、新たにオリゴ糖と二種類の多糖類(レバン及びカードラン)が産生されていることが確認された。 Thus, two types of polysaccharides were identified, and as is clear from the results shown in Figures 3-6, it was confirmed that the disaccharide (sucrose) was broken down into monosaccharides after culturing, and that oligosaccharides and two types of polysaccharides (levan and curdlan) were newly produced.
そして、水酸化ナトリウムを添加してpHを7.3~7.8の範囲内に調整し、これを培養缶に入れて120℃で20分間高圧滅菌した。これを冷却した後、パエニバチルス ポリミキサ(従来周知のバチルス ズブチリスAK株:FERM P-18291)を接種し、温度30±2℃の恒温室でpH4.5~6.5で60日間発酵させ、次いで温度15±2℃の恒温室でpH4.0~6.0の条件下で180日間熟成させて培養液を透明化させた。これをフィルターによってろ過し、54.3部の液状の保健栄養食品の原液(以下、培養濾液と称する。)を得た。 Then, sodium hydroxide was added to adjust the pH to within the range of 7.3 to 7.8, and this was placed in a culture vessel and autoclaved at 120°C for 20 minutes. After cooling, Paenibacillus polymixa (the conventionally known Bacillus subtilis AK strain: FERM P-18291) was inoculated, and fermentation was carried out for 60 days at a constant temperature of 30±2°C with a pH of 4.5 to 6.5. Subsequently, the culture solution was matured for 180 days at a constant temperature of 15±2°C with a pH of 4.0 to 6.0 to make it clear. This was filtered to obtain 54.3 parts of a liquid health food stock solution (hereinafter referred to as the culture filtrate).
上記培養濾液について、東ソー社製カラム(TSKgel G2500PWXL)を用い、移動相を水、アセトニトリルおよびトリフルオロ酢酸の55:45:0.1混合液とする液体高速クロマトグラム(Shodex社製: GPC SYSTEM-21)でサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を測定し、そのときの検出器感度(紫外分光光度計:mV)を分子量既知の標準品の溶出時間と比較して分析した分子量分布から、分子量画分の面積が全体に占める割合(百分率)を表2に示した。 For the above culture filtrate, size exclusion chromatography (SEC) was measured using a liquid high-performance chromatograph (Shodex: GPC SYSTEM-21) with a Tosoh Corporation column (TSKgel G2500PWXL) and a mobile phase of a 55:45:0.1 mixture of water, acetonitrile, and trifluoroacetic acid. The detector sensitivity (UV spectrophotometer: mV) was compared with the elution time of a known molecular weight standard to analyze the molecular weight distribution. The percentage of the molecular weight fraction area relative to the total area is shown in Table 2.
表2に示される結果からも明らかなように、比較例では従来周知のパエニバチルス ポリミキサ(バチルス ズブチリス AK株:FERM P-18291)を用いており、分子量500以下のオリゴ糖の産生が認められたが、分子量10000以上の多糖類の産生は顕著ではなかった。 As is clear from the results shown in Table 2, the comparative example used the conventionally known Paenibacillus polymixa (Bacillus subtilis AK strain: FERM P-18291). While the production of oligosaccharides with a molecular weight of 500 or less was observed, the production of polysaccharides with a molecular weight of 10,000 or more was not significant.
これに対して、前記した実施例1~4では、パエニバチルス ポリミキサAK-T1-11株を用いているため、多糖類の顕著な産生が認められ、分子量log(MW)約5.5付近にレバン及び分子量log(MW)約6.0付近にカードランの産生が認められた。 In contrast, in Examples 1-4 described above, since the Paenibacillus polymixa AK-T1-11 strain was used, significant polysaccharide production was observed, with levan production at approximately log(MW) 5.5 and curdlan production at approximately log(MW) 6.0.
このようなレバン及びカードランの産生量は、培地に添加されるショ糖(グラニュー糖)の配合量の増加に伴って顕著な増加が認められ、かつ実施例3、4のように、pH緩衝剤を含有し、pH7.2以下、例えばpH7.0に調整された発酵用培地を用いることにより、培養時の酸性域への移行を遅らせ、これにより第1段階での培養時間を充分に確保することによって、さらなる産生量の増加が認められた。 The production of levan and curdlan increased significantly with increasing amounts of sucrose (granulated sugar) added to the culture medium. Furthermore, as in Examples 3 and 4, using a fermentation medium containing a pH buffer and adjusted to a pH of 7.2 or lower, for example, pH 7.0, delayed the transition to an acidic range during cultivation. This allowed for sufficient cultivation time in the first stage, resulting in a further increase in production.
以下に得られた保健栄養食品原液を利用して製造した健康飲料、カプセル状健康食品、化粧水、動植物用栄養剤の配合例を表3~6に示した。 Tables 3-6 show examples of formulations for health drinks, capsule-type health foods, lotions, and animal and plant nutrients manufactured using the obtained health and nutritional food concentrate.
健康飲料は、培養濾液2~50%に表3に示すような他の原料を配合して調製した。 The health beverages were prepared by blending 2-50% of the culture filtrate with other ingredients as shown in Table 3.
カプセル状健康食品は、培養濾液を20倍に濃縮し、表4に示すような他の原料を配合して調製した。 The capsule-type health food was prepared by concentrating the culture filtrate 20 times and adding other ingredients as shown in Table 4.
化粧水は、培養濾液2%に表5に示すような他の原料を配合して調整した。 The lotion was prepared by blending 2% of the culture filtrate with the other ingredients shown in Table 5.
動植物用栄養剤は、培養濾液20%に、表6に示すその他の原料を配合して調製した。 The plant and animal nutrient solution was prepared by mixing 20% of the culture filtrate with the other ingredients shown in Table 6.
1)受領機関名:独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(NPMD)
2)受領日:2021年12月24日
3)受領番号:NITE ABP-03577
1) Receiving organization: National Institute of Technology and Evaluation, Patent Microbial Depository Center (NPMD)
2) Date of receipt: December 24, 2021 3) Receipt number: NITE ABP-03577
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