アンカー型イソマルトメガロ糖 ( 直鎖環状 ) とは難消化性糖 ( 単糖 ) オリゴ糖メガロ糖多糖重合度 D- グルコースプレビオティック作用 ( 大腸発酵 ) O O フレキシブル部分 O O n' α-1,6 結合のイソマルト糖構造 O O 作用未知

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あいとかりこめ
5 years ago
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1 JST 新技術説明会北海道大学大学院農学研究院 : 原博木村淳夫石塚敏大阪府立大学大学大学大学院生院生命環境科学命環境科学研究科 : 北村進一鈴木志保農研機構食品総合研究所 : 日本食品化工 ( 株 ) : 舟根和美藤本佳則飯塚貴久飯塚貴久相沢健太相沢健太本成果は平成 26 年度農林水産業食品産業科学技術研究推進事業アンカー型イソマルトメガロ糖の生産技術確立とその分子特性に基づく食品素材の開発により得られたものである 1

2 アンカー型イソマルトメガロ糖 ( 直鎖環状 ) とは難消化性糖 ( 単糖 ) オリゴ糖メガロ糖多糖重合度 D- グルコースプレビオティック作用 ( 大腸発酵 ) O O フレキシブル部分 O O n' α-1,6 結合のイソマルト糖構造 O O 作用未知食物繊維作用 ( 高分子物理作用 ) α-1,4 結合からなるアンカーなるアンカー構造さまざまな物質と相互作用可能 ( フラボノイド可溶化作用 ) 新規機能 * 結合の柔軟さと中分子であるメガロ柔軟さと中分子であるメガロ糖としてのサイズ * アンカー構造付加による安定化 2

3 アンカーメガロ糖へのアンカー構造付加によるクラス２分子との相互作用の強化 α-1,4結合からなる環状グルコース重合体シクロデキストリンは結合からなる環状グルコース重合体シクロデキストリンは環の中への包接作用環の中への包接作用で可溶化形式が異なる中への包接作用で可溶化形式が異なる 3

アンカー ( 黄色部 ) 導入によるメガロ糖 -C 60 複合体の安定化ー分子動力学動力学計算より大阪府立大学北村進一イソマルトメガロ糖アンカー

0-20 -40-60 -80-100 -120 C 60 非アンカー型 (CI-8) -140 0 20 40 60 80 100 120 140

-80-100 -120 アンカー型 (Cib-9) -140 0 20 40 60 80 100 120 140 160 time (ps (

4 アンカー ( 黄色部 ) 導入によるメガロ糖 -C 60 複合体の安定化ー分子動力学動力学計算より大阪府立大学北村進一イソマルトメガロ糖アンカーアンカー型イソマルトメガロ糖 Cib-9 (µg/ml) 可溶化フラーレン van del Waals energy (kcal/mol mol) C 60 非アンカー型 (CI-8) time (ps ( ps) van del Waals energy (kcal/ kcal/mol mol) アンカー型 (Cib-9) time (ps ( ps) 力場 : CHARMm 温度 : 300 K 溶媒 : 誘電率モデル Step: : 2 fs フラーレン (C 60 ): BCS クラス 2 分子 4

5 Biopharmaceutics Classification System (BCS) provided by FDA The fundamental basis for the BCS was established by Gordon Amidon クラス 1 高い溶解性高い膜透過性クラス 3 高い溶解性低い膜透過性 BCS Classification クラス 2 低い溶解性高い膜透過性クラス 4 低い溶解性低い膜透過性 BCSクラス2 分子生理活性物質 : 多い生体利用性 : 低いクラス 2 化合物は溶解律速溶解度の増加が吸収率 ( 速度 ) 改善機能性を有する食品成分はクラス 2 に属するものが多数フラボノール類 ( お茶リンゴなど ) イソフラボン類 ( 大豆など ) その他ポリフェノール類 ( レスベラトロールクルクミン等 ) オリザノール ( 植物ステロール ) ( 米など ) 5

6 産学連携の経歴 2014 年度農林水産業食品産業科学技術研究推進事業発展融合ステージに採択 ( 2016) アンカー型イソマルトメガロ糖開発チーム ( コンソーシアム ) メガロ糖生産開発実用化チーム北海道大学大学院農学研究院農業食品産業技術総合研究機構食品総合研究所日本食品化工株式会社物理化学的機能解析機能解析チーム大阪府立大学大学院生命環境科学研究科生理機能解析チーム北海道大学大学院農学研究院糖質酵素物理化学物理化学食品生理作用食品生理作用の各エキスパートの混成チーム + 糖質酵素合成に高度な技術を持つ企業参画 6

7 メガロ糖開発研究課題メガロ糖生産技術開発北海道大農 ( 木村 ) 日本食品化工 ( 株 ) 直鎖イソマルトメガロ糖天然酵素による生産法確立 C 末削除体 DDase ( 食品 X) 天然型 ( 酢酸菌 )DDase ( 食品 ) アンカー型メガロ糖生産農研機構食総研 ( 舟根 ) 環状イソマルトメガロ糖アンカー付加法確立既存製品 ( 低純度 ) 天然型 GSase α-1,3 分岐 ( アンカー ) フラボノイドなど 20 種可溶化特異性メガロ糖フラボノイド可溶化と吸収促進安全性北海道大農 ( 原石塚 ) 生理機能解析分岐メガロ糖単一分子分取可溶化分子構造解明大阪府大大 ( 北村 ) 物理化学的機能解析 7

2 45 4 日間 * 天然酵素 DDase は菌体結合型菌体結合型収率は 35% ( でんぷんより ) 平均重合度が約 15 アンカー部分 40% 収率は 60% ( でんぷんより )

8 直鎖イソマルトメガロイソマルトメガロ糖の糖の天然酵素天然酵素による生産技術の開発北海道大学大学院農学研究院木村淳夫天然酵素を生産する酢酸菌の培養 5% フラクトース 0.5% 酵母エキス菌体法遊離酵素法イソマルトメガロ糖生産 200 mm マルト - ヘキサオース /- ヘプタオース ph 日間 * 天然酵素 DDase は菌体結合型菌体結合型収率は 35% ( でんぷんより ) 平均重合度が約 15 アンカー部分 40% 収率は 60% ( でんぷんより ) 平均重合度が約 16 アンカー部分 35% 直鎖メガロ糖大量生産プロセスの開発天然酵素で生産されたアンカー型イソマルトメガロ糖の構造 α-(1 6)- 鎖主鎖 α-(1 4)- 鎖アンカー平均重合度 : 12.1( ( 分子量 =2,098) α-(1 6) 割合 :68.4% L-IMS 1 kg 8

環状メガロ糖生産技術のメガロ糖生産技術の開発 ( 分岐 = アンカー構造の導入 ) 農研機構食品総合研究所舟根和美 GSase アクセプタ反応スクロース乳酸菌グルカンスクラーゼ (GSase) 遊離 CGTase カップリング反応 CDグルカノトランスフラーゼ (CGTase) マルトオリゴ糖 C-IMS フルクトース α-1,3 アンカー型 C-IMS C-IMS α-1,4 アンカー型

9 環状メガロ糖生産技術のメガロ糖生産技術の開発 ( 分岐 = アンカー構造の導入 ) 農研機構食品総合研究所舟根和美 GSase アクセプタ反応スクロース乳酸菌グルカンスクラーゼ (GSase) 遊離 CGTase カップリング反応 CDグルカノトランスフラーゼ (CGTase) マルトオリゴ糖 C-IMS フルクトース α-1,3 アンカー型 C-IMS C-IMS α-1,4 アンカー型 C-IMS mv (IG-2) (IG-3) IG-4 IG-5 CI-7 CI-8 CI-9 CI-10 α-1,3 分岐 CI-11 CI-12 L. citreum S32 mv Glc 5 (IG-2) 6 (IG-3) 7 (IG-4) 8 9 IG-5 10 CI-7 11 CI-8 α-1,4 分岐 (CI-9) (CI-10) CGTase (CI-11) (CI-12) min min 9

10 可溶化試験 : 作用が高かったフラボノイド 3 種 + レスベラトロール可溶化濃度ケルセチンミリセチンメガロ糖濃度可溶化濃度ルテオリン配糖体レスベラトロール直鎖メガロ糖 : 0-20 mm フラボノイド : 1 mm メガロ糖濃度アンカー型直鎖イソマルトメガロ糖のフラボノイド可溶化作用特異性 :B 環に複数水酸基 ( 抗酸化性強 ) 北海道大学大学院農学研究院原博 10

直鎖メガロ糖 : 0-20 mm フラボノイド : 1 mm アンカー型メガロ糖採血フラボノイド + メガロ糖投与カニューレ門脈腸ケルセチン溶解度相対値 3 2

quercetin-derivatives (µmol/l) μmol/l 60 50 40 30 20 10 0 フラボノイド吸収促進 a ab a b ab b 7.

11 直鎖メガロ糖 : 0-20 mm フラボノイド : 1 mm アンカー型メガロ糖採血フラボノイド + メガロ糖投与カニューレ門脈腸ケルセチン溶解度相対値フラボノイド可溶化オリゴ糖オリゴ糖アンカー型非アンカー型メガロ糖イソマルト糖重合度門脈血ケルセチン濃度 Total quercetin-derivatives (µmol/l) μmol/l フラボノイド吸収促進 a ab a b ab b min メガロ糖添加群オリゴ糖添加群対照群アンカー型直鎖直鎖メガロ糖によるフラボノイド吸収促進 ( ラット ) 北海道大学大学院農学研究院篠木亜季熊谷祐也木村淳夫原博 11

12 アンカー構造をもつ環状環状メガロ糖分子の単離とヘスペレチン可溶化作用溶解度ヘスペレチン単離分岐 CI9,10 腸モデル膜透過 6.1 倍 CIb9 CIb10 ヘスペレチン + 分岐メガロ糖環状メガロ糖ヘスペレチン複合体分子構造透過速度 O OCH 3 OH O 大阪府立大学北村進一 12

13 13 13 13 アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開ダブルアンカー型直鎖メガロ糖天然型酵素天然型酵素天然型酵素天然型酵素 (DDase)

アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材第 2 世代のアンカー型メガロ糖高機能型フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進 ( 機能性の増強 ) ( 機能性の増強 ) ( 機能性の増強 )

13 アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開アンカー型メガロ糖の今後の展開ダブルアンカー型直鎖メガロ糖天然型酵素天然型酵素天然型酵素天然型酵素 (DDase) 工業生産プロセス工業生産プロセス工業生産プロセス工業生産プロセス確立確立確立確立フラボノイド可溶化機構分子間相互作用解析食品設計新規生理機能開発安全性試験安全性試験安全性試験安全性試験 II アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖アンカー型イソマルトメガロ糖新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材新規機能性糖質素材第 2 世代のアンカー型メガロ糖高機能型フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進フラボノイド吸収促進 ( 機能性の増強 ) ( 機能性の増強 ) ( 機能性の増強 ) ( 機能性の増強 ) 糖尿病糖尿病糖尿病糖尿病動脈硬化症動脈硬化症動脈硬化症動脈硬化症大腸がん大腸がん大腸がん大腸がん認知症認知症認知症認知症消化管バリア機能消化管バリア機能消化管バリア機能消化管バリア機能増強増強増強増強炎症性腸疾患炎症性腸疾患炎症性腸疾患炎症性腸疾患慢性炎症の軽減慢性炎症の軽減慢性炎症の軽減慢性炎症の軽減免疫機能免疫機能免疫機能免疫機能調整調整調整調整低粘度低粘度低粘度低粘度無味無臭無味無臭無味無臭無味無臭幅広い用途幅広い用途幅広い用途幅広い用途アンカー型アンカー型アンカー型アンカー型直鎖直鎖直鎖直鎖メガロ糖メガロ糖メガロ糖メガロ糖シングルアンカー型直鎖メガロ糖との違い解析アンカー型アンカー型アンカー型アンカー型環状環状環状環状メガロ糖メガロ糖メガロ糖メガロ糖

14 ダブルアンカー型直鎖イソマルトメガロ糖によるフラボノイド可溶化申し訳ありませんがスライドをご覧ください 14

15 現在の市場へのイソマルトメガロ糖導入によるの市場へのイソマルトメガロ糖導入による経済経済効果 γ シクロデキストリン市場 ( 用途類似 ):10 億円 / 年同等の新規糖質市場開拓新規糖質市場開拓により費用対効果 X10 倍イソマルトメガロ糖利用利用した機能性した機能性食品開発により健康志向飲料市場 :2,000 億円 1% 程度 = 20 億円 / 年サプリメント市場 :1.2 兆円 2% 程度 = 240 億円 / 年 15

16 従来技術とその問題点フラボノイドなどの BCS クラス II 分子可溶化従来技術 1, シクロデキストリンによる可溶化包接であるため可溶化できる分子が限定される 2, 糖転移フラボノイド配糖体対象分子自体の化学修飾であるため用途が限定される 16

17 新技術の特徴 ( 従来技術との比較 ) アンカー型イソマルトメガロ糖によるフラボノイド類 (BCS クラス II 分子 ) 可溶化技術 1, 包接と異なるため多くのフラボノイド分子に適用できる 2, 緩やかな分子間相互作用であるため解離が妨げられない吸収が阻害されない 3, でんぷん原料の糖質素材であるためその利用範囲が余り限定されない食材としての利用も可能である 17

18 想定される用途幅広い用途低粘度無味無臭でんぷん食品パン麺類パスタ類飲料スポーツドリンクなどサプリメント各種フラボノイド類他のポリフェノール類 18

19 実用化に向けた課題酵素生産の効率化技術アンカー型メガロ糖に使用する糖転移酵素の効率的調製法の確立安全性試験原料 : でんぷんやショ糖酵素生産菌 ( 食用 ) 安全性は高いが用途によりより厳密な安全性試験が必要直鎖タイプと環状タイプの差別化 ( 用途開発 ) * 環状タイプの開発が予想外に進んでいる 19

20 企業への期待効率的生産酵素 (DDase) の発現系構築高力価の酵素の安価安定供給用途開発 ( 商品開発 ) での提携各種動物試験 ( 吸収動態や生理作用 ) メガロ糖-フラボノイド複合体の分子構造解析をもとにした食品設計 ( コンソーシアム内で実施予定 ) 20

21 本技術に関する知的財産権発明の名称 : 可溶化剤出願番号 : 特願出願人 : 北海道大学大阪府立大学農業食品産業技術総合研究機構発明者 : 原博北村進一鈴木志保中野歩美舟根和美発明の名称 : ダブル及びシングルアンカー型イソマルトメガロ糖その製造方法及びその利用出願番号 : 特願出願人 : 北海道大学発明者 : 木村淳夫原博ラングビ-ラヌッチ 21

22 産学連携の経歴 2014 年年農林水産業食品産業科学技術研究推進事業発展融合型課題アンカー型イソマルトメガロ糖の生産技術確立とその分子特性に基づく食品素材の開発に採択される産学官コンソーシアムを結成 22

23 お問い合わせ先北海道大学大学院教授原博農学研究院 TEL FAX hara@chem.agr.hokudai.ac.jp 23

血糖値 (mg/dl) 血中インスリン濃度 (μu/ml) パラチノースガイドブック Ver.4. また 2 型糖尿病のボランティア 1 名を対象として健康なボランティアの場合と同様の試験が行われていますその結果図 5 に示すように摂取後 6 分までの血糖値および摂取後 9 分までのインスリ

血糖値 (mg/dl) 血中インスリン濃度 (μu/ml) パラチノースガイドブック Ver.4. 7. 摂取後の血糖値変化パラチノースは小腸のイソマルターゼによりグルコースとフルクトースに分解され消化吸収されますこの酵素反応はゆっくり進むためパラチノースの消化吸収速度は遅くスクロースの約 1/5 とされています 18) パラチノースは摂取した際の血液中へのグルコースの流入が穏やかであり

アンカー型イソマルトメガロ糖 ( 直鎖 環状 ) とは 難消化性糖 ( 単糖 ) オリゴ糖 メガロ糖 多糖 重合度 D- グルコース プレビオティック作用 ( 大腸発酵 ) O O フレキシブル部分 O O n' α-1,6 結合のイソマルト糖構造 O O 作用未知

アンカー型イソマルトメガロ糖 ( 直鎖環状 ) とは難消化性糖 ( 単糖 ) オリゴ糖メガロ糖多糖重合度 D- グルコースプレビオティック作用 ( 大腸発酵 ) O O フレキシブル部分 O O n' α-1,6 結合のイソマルト糖構造 O O 作用未知