バイオディ－ゼル燃料用植物ジャトロ ファに含まれる抗酸化 ......3...
TRANSCRIPT
1
バイオディ－ゼル燃料用植物ジャトロファに含まれる抗酸化成分の有効利用 ＝100％バイオ由来ＢＤＦの生産＝
香川大学 農学部 応用生物科学科
教授 片山 健至
2
従来技術とその問題点 ジャトロファ（Jatropha curcas L.）は，熱帯・亜熱帯に分布する低木である。種子中の油脂含有量は25~30%と
非常に高い。ところが，人間や草食動物に有害な成分を含み，食用とはならない。
このような特性をもつため，ジャトロファは食料と競合しないバイオディーゼル燃料（BDF）の原料として注目されていて，今後，大量に栽培され，BDFの生産が見込まれるが，大量の搾油カスの排出が予想される。
そこで，搾油カスから有用成分を見つけ，BDFの生産に付加価値を与えることが重要である。
3
新技術の特徴・従来技術との比較
• 100%バイオ（ジャトロファ）由来ＢＤＦの生産が可能。
• 搾油後の残渣より抗酸化安定剤が生産できることによる，バイオマスの効率的利用とオンサイト生産が可能。
• 従来，燃焼処理していたＢＤＦ抽出残渣が有効利用できることにより，バイオマス有効利用と温暖化防止の観点で有用である。
4
• トウダイグサ科に属し，熱帯・亜熱帯に分布する低木である。 • 種子中の油脂含有量は，25~30%と非常に高いが，有害な成
分を含み食用とはならない。 • 根づくのが簡単で比較的早く成長し，害虫と病気の被害を受け
にくい。乾燥地や不良土壌でも生育可能である。
ジャトロファ（Jatropha curcas L.）
http://nippon-cnpc.jp/index.html
果皮
果実
種子
5
• ジャトロファは食料と競合しないバイオディーゼル燃料の原料として注目されており，今後，大量に栽培され，バイオディーゼル燃料の生産が見込まれるが，搾油カスの処理が問題となる。
• 本研究では，ジャトロファ種子搾油カスから有効成分を探索し，油脂以外の利用でバイオマス資源としての更なる利用価値を見出すことを目的とした。
目的
油脂の利用 上：バイオディーゼル燃料 下：ジャトロファ石けん
ジャトロファ種子搾油カス
6
ジャトロファ搾油カスの溶媒抽出及び 粗抽出物画分の抗酸化活性試験
DPPHラジカル消去法 Folin-Ciocalteu法
IC25（25%阻害濃度） 没食子酸相当量
（μg/mL） （μg/mg）
Trolox 2.37 204
酢酸エチル 有機層画分 >6.25 54
抽出物 水層画分 >6.25 30
メタノール 有機層画分 2.51 255
抽出物 水層画分 >6.25 76
ジャトロファ種子（チェンマイ大学附属農場産）搾油カスの溶媒抽出
粗抽出物画分とtrolox（ポジティブコントロール）の抗酸化活性
メタノール抽出物有機層画分にtroloxと同程度の高い抗酸化活性を確認した。
7
[α]=＋18.6 ° (c=0.0192, EtOH)
9’-O-Methylisoamericanol A 5
62'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
OH
OH
O
CH 2 OCH 3
HOH 2 C
メタノール抽出物有機層画分から 単離・同定した二量体化合物
56
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
OH
O
H
O
O H
O H
H
OH
56
2'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
O
OH
OHCH 2 OH
HOH 2 C
56
89
3'
4'5'
6'
7'
8'
9'
2
2'
7 O
O
OH
OH
HOH 2 C CH 2 OH
56
89
3'
4'5'
6'
7'
8'
9'
2
2'
7 O
O
OH
OH
HOH 2 C CH 2 OCH 3
56
2'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
O
OH
OH
HOH 2 C
CHO
3,3’-Bisdemethylpinoresinol Isoamericanol A Americanol A
9’-O-Methtylamericanol A Isoamericanin A
リグナン ネオリグナン
[α]=＋7.08 ° (c=0.456, EtOH) (＋):(－)=61:39 [(＋)22%e.e.]
[α]=－3.89 ° (c=0.368, EtOH) (＋):(－)=44:56 [(－)12%e.e.]
[α]=＋21.5 ° (c=0.140, EtOH) (＋):(－)=64:36 [(＋)18%e.e.]
[α]=＋29.2° (c=0.0084, EtOH) [α]=+78.8 ° (c=0.0032, EtOH)
8
メタノール抽出物有機層画分から 単離・同定した三量体化合物
56
8
9
5'6'
7'
8'
9' 5''6''
7''
8''9''
4'
3'
27
2'
2''
O
O
HH
O
O
HO
HOOH
OH
CH 2 OH
Isoprincepin Princepin
セスキネオリグナン
[α]=＋74.2 ° (c=0.0160, EtOH) [α]=＋55.7° (c=0.0080, EtOH)
9''
56
8
9
5'6'
7'
8'
9'
5''6''
7''
8''
4'
3'
27
2'
2''
H
O
O
O
H
O
OH
OH
CH 2 OH
HO
HO
9
単離･同定した化合物の抗酸化活性試験結果 DPPHラジカル消去法 （25%阻害濃度）
11.4 9.96
4.85 12.8
15.5 9.71 10.0
11.9 8.30
9.47
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
α-Tocopherol （コントロール） Princepin
IsoprincepinIsoamericanin A
9'-O-Methylamericanol A9'-O-Methylisoamericanol A
Americanol AIsoamericanol A
3,3'-BisdemethylpinoresinolTrolox （コントロール）
IC25 （μM） 活性 高 活性 低
全ての化合物に活性が確認できた。 特に，isoprincepin，3,3’-bisdemethylpinoresinolに高い活性が認められた。
10
単離･同定した化合物の抗酸化活性試験結果 Folin-Ciocalteu法 （没食子酸相当量）
270
301
201
164
240
214
250
300
204
0 50 100 150 200 250 300 350
Princepin
Isoprincepin
Isoamericanin A
9'-O-Methylamericanol A
9'-O-Methylisoamericanol A
Americanol A
Isoamericanol A
3,3'-Bisdemethylpinoresinol
Trolox （コントロール）
没食子酸相当量 （μg/mg） 活性 低 活性 高 全ての化合物に活性が確認できた。 特に，isoprincepin，3,3’-bisdemethylpinoresinol，princepinに高い活性が認められた。
11
油脂酸化抑制試験 抽出物の具体的な利用法として，ジャトロファ油に対するメタノール抽出物有機層画分の酸化抑制効果を調べ，酸化防止剤としての利用を検討した。
油 10mL
油 10mL α-Tocopherol 1mg
油 10mL メタノール抽出物有機層画分 1mg
180℃の恒温槽で1時間加熱 ↓
室温に戻す ↓
簡易試験紙で測定
ポジティブコントロール
コントロール
12
抽出物の具体的な利用法を検討するため，メタノール抽出物
有機層画分を酸化防止剤として用いて油脂酸化抑制試験を行い，サラダ油に対する効果を確認した。
AV-CHECK：加水分解に伴う遊離脂肪酸の量を対象とする TBA試験紙：変敗による過酸化物質が分解して生成した2次生成物の量を対象とする
13
ジャトロファ油の酸化抑制試験
POV試験紙：脂質の自動酸化による過酸化物の量を対象とする
効果 小
効果 大
POV試験紙
ポジティブコントロールのα-Tocopherol以上の効果が確認できた。
14
ジャトロファ種子 ジャトロファ油脂
バイオディーゼル（BDF） ×軽油に比べ酸化しやすい ×酸化防止剤（石油由来）を添加する必要がある
搾油カス ×廃棄コストがかかる
抗酸化成分の抽出・利用 ◎酸化防止剤のオンサイト生産 ◎100%バイオ由来のBDF生産へ
15
• 単離・同定した化合物について，他の生理活性試験を行うため，大量合成を試みた。
• 3,3’-Bisdemethylpinoresinol，isoamericanol A，americanol Aの合成を行った。
〈付帯成果とその応用〉 単離・同定した抗酸化成分の合成 ー食品や食用油脂分野への応用ー
56
2'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
O
OH
OHCH 2 OH
HOH 2 C
56
89
3'
4'5'
6'
7'
8'
9'
2
2'
7 O
O
OH
OH
HOH 2 C CH 2 OH
3,3’-Bisdemethylpinoresinol Isoamericanol A Americanol A 5
6
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
OH
O
H
O
O H
O H
H
OH
16
• 原料であるカフェイルアルコールを合成した。
カフェイルアルコールの合成
O H
O H
COOH
O H
O H
COOC 2 H 5
O H
O H
CH 2 OH
+ CH3CH2OH H2SO4 DIBAL-H
THF, 0℃
カフェー酸 カフェー酸エチル 収率 96.5%
カフェイルアルコール 収率 48.3%
西洋ワサビペルオキシダーゼ（HRPO）を用いた合成 炭酸銀Ag2CO3を用いた合成
17
HRPOを用いた合成
O H
O H
CH 2 OH
カフェイル アルコール
HRPO, H2O2 1,4-Dioxane 室温 リン酸緩衝液 Isoamericanol A 収率 1.2%
Americanol A 収率 0.4%
56
2'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
O
OH
OHCH 2 OH
HOH 2 C
56
89
3'
4'5'
6'
7'
8'
9'
2
2'
7 O
O
OH
OH
HOH 2 C CH 2 OH
56
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
OHO
H
OO H
O H
H
OH
3,3’-Bisdemethylpinoresinol 存在未確認
18
炭酸銀Ag2CO3を用いた合成
O H
O H
CH 2 OH
Caffeyl alcohol カフェイルアルコール
Ag2CO3, 室温 Acetone-toluene (1:2, v/v)
(±)-Isoamericanol A 収率 44.1%
Americanol A 存在未確認
56
2'
5'6'
8'
9'
4'
3'2
7'
9
7
8
O
O
OH
OHCH 2 OH
HOH 2 C
56
89
3'
4'5'
6'
7'
8'
9'
2
2'
7 O
O
OH
OH
HOH 2 C CH 2 OH
56
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
OHO
H
OO H
O H
H
OH
3,3’-Bisdemethylpinoresinol 存在未確認
19
BBr3を用いた合成
56
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
O
H
O
H
O
O
O
O5
6
5'6'
7'
8'
9'8
27
9 2'
OHO
H
OO H
O H
H
OH
BBr3/CH2Cl2，-78℃
CH2Cl2
(8R,8’R)-Sesamin (8R,8’R)- 3,3’-Bisdemethylpinoresinol 収率 12.1%
既存の反応停止方法 ※ ① 2-プロパノールを加え，-78℃で2分間撹拌する ② 徐々に0℃まで温度を上げながら，濃縮・乾固させる
反応停止方法の改良と後処理 ① メタノールを加え，-78℃で2分間撹拌する ② 0℃で撹拌しながら，水を加える ③ 酢酸エチルと水で二層分配する
反応停止不十分 後処理なし
改善
※ サントリー酒類株式会社：カテコール基が導入されたジオキサビシクロ［3.3.0］オクタン誘導体の製造方法．特開2009-143884．2009-07-02．
20
• ジャトロファ搾油カス（残渣）より抗酸化安定剤を生産できることを見出し，その化学成分を同定した。
• 同成分の活用により，ジャトロファBDF生産の効率化およびオンサイト生産の可能性が示された。
• 従来，燃焼処理していたＢＤＦ抽出残渣を有効利用できることにより，バイオマスの有効利用と温暖化防止の観点から有用である。
• 抗酸化成分の同定と合わせて，化学合成法も確立し，食品や食用油脂への展開の可能性も示された。
まとめ
21
想定される用途
• BDF用抗酸化安定剤 • 油脂酸化防止剤
• 酸化防止剤
22
実用化に向けた課題
• ジャトロファBDFへの添加・効能試験
• 現在，ジャトロファメタノール抽出物を加えたBDFを用いて，燃焼実験を行っている。
• 実用化に向けて，抗酸化剤の大量生産方法の確立が重要である。
23
企業への期待 • BDF大量生産技術および使用実績を有する企業との共同研究を希望する。
• また，BDFを開発中の企業，同分野への展開
を考えている企業には，本技術の導入が有効と思われる。
• 食用油脂抗酸化剤の開発を考えている企業には，本技術の導入が有効と考えれる。
24
本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：ジャトロファ抽出物、抗酸化剤および抗酸化剤の製造方法
• 出願番号 ：特願2012-191038 • 出願人 ：香川大学 • 発明者 ：鈴木利貞、江藤恭子、 片山健至
25
お問い合わせ先
香川大学 農学部 応用生物科学科
教授 片山 健至
ＴＥＬ ０８７－８９１－３０８１
ＦＡＸ ０８７－８９１－３０２１
E-mail [email protected]
香川大学
産学官コーディネーター 狩野 保
ＴＥＬ ０８７－８６４－２５３５
E-mail [email protected]