2007.06.19 アスタキサンチン 含 有 ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 の 開 発 技 術 紹 介 村 神 渚 飯 尾 久 美 子 石 倉 正 治 図 1 ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 Abstract Yamaha Motor Co., Ltd. (YMC)has begun sales of a new product that is a haematococcus alga 1 color extract as of October 2006. This product is an oil made by extracting the active ingredient astaxanthin from Haematococcus alga. Astaxanthin is the focus of much attention today as a strong antioxidant. The antioxidant activity of astaxanthin has been known for some time but until now the limited supply available on the market has prevented it from becoming a viable product. Now, a combination of exclusive YMC technologies has made it possible to develop a method for producing a stable supply of high-quality astaxanthin that can hopefully be used in the future as an ingredient for supplements, specialty beverages and cosmetics in the health food, beauty aid and sports industries. In this report we introduce the development of this new haematococcus alga color. It is a project that succeeded in utilizing technologies originally developed by YMC for mass culturing of algae as a means to deal with the environmental issue of CO2 fixation. The technology was then applied to the product-development efforts of the company's Life Science division. 1 はじめに 1 ヤマハ 発 動 機 ( 以 下 当 社 )は 2006 年 10 月 よりヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 ( 図 1)の 販 売 を 開 始 した ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 は ヘマ トコッカス 藻 ( 図 2)から 有 効 成 分 であるアスタキサンチン( 図 3)を 抽 出 したオイルであり アスタキサンチンは 強 い 抗 酸 化 力 を 持 つというこ とで 最 近 注 目 を 集 めている 素 材 である 図 2 ヘマトコッカス 藻 の 顕 微 鏡 写 真
元 来 アスタキサンチンが 高 い 機 能 を 有 すること は 知 られていたが 市 場 への 供 給 量 が 少 なかったた め 商 品 化 が 制 限 されていた 今 回 当 社 独 自 の 技 術 を 組 み 合 せることにより 高 品 質 なアスタキサン チンの 安 定 した 供 給 が 可 能 となり 今 後 健 康 食 品 HO O 美 容 スポーツ 市 場 等 で サプリメント ドリンク 化 粧 品 等 の 原 料 として 幅 広 い 分 野 での 利 用 が 期 待 され る 本 報 告 では 二 酸 化 炭 素 低 減 という 環 境 問 題 対 応 への 取 組 みであった 光 合 成 藻 類 の 大 量 培 養 技 術 開 発 を ライフサイエンス 事 業 に 結 びつけた 成 果 として ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 の 開 発 についてご 紹 介 させて 頂 きたい 1 ヘマトコッカス 藻 : 湖 や 河 川 に 生 息 する 微 細 藻 類 で クロレラの 仲 間 でもある O OH 図 3 アスタキサンチンの 構 造 式 2 アスタキサンチンとは? アスタキサンチンとは サケやイクラ エビ カニ 海 藻 などの 生 物 がもっている 赤 い 色 素 で ニンジン のβ-カロテンやトマトのリコピンと 同 じカロテノイドという 天 然 の 成 分 である 既 知 の 生 物 では ヘマト コッカス 藻 が 最 も 高 濃 度 にアスタキサンチンを 蓄 積 している この 赤 い 色 素 はサケの 赤 味 の 元 であり サ ケが 産 卵 時 に 力 強 く 川 を 上 っていくことができるのは 激 しい 運 動 で 発 生 する 活 性 酸 素 を 除 去 するアス タキサンチンのパワー(= 抗 酸 化 作 用 )のおかげであるといわれている アスタキサンチンは 自 然 界 の 中 でもこのパワーが 非 常 に 高 いことで 注 目 を 集 めており ビタミンEの1000 倍 1) コエンザイムQ10の150 2) 倍 以 上 の 抗 酸 化 力 を 持 つといわれている 活 性 酸 素 は ストレス 激 しいスポーツ 紫 外 線 環 境 汚 染 喫 煙 などにより 体 内 で 増 加 し 生 体 を 構 成 するタンパク 質 脂 質 DNA 等 を 傷 つけることにより 老 化 や 動 脈 硬 化 ガンなど 様 々な 疾 病 を 引 き 起 こす この 有 害 な 活 性 酸 素 を 除 去 し 細 胞 を 酸 化 から 守 り 身 体 を 若 々しい 状 態 に 保 ってくれるのがアスタキサンチンである 3 製 造 について このように 素 晴 らしい 能 力 を 持 つアスタキサンチンであるが ヘマトコッカス 藻 を 用 いて 生 産 しようとし た 場 合 次 のような 問 題 点 があった ヘマトコッカス 藻 によるアスタキサンチンの 生 産 には 強 い 光 を 必 要 とするため 従 来 日 照 条 件 のよい 低 緯 度 地 方 で 太 陽 光 を 使 って 屋 外 場 合 によっては 開 放 系 で 培 養 されるのが 主 流 であった このため 生 産 を 行 っている 所 は 世 界 でも 海 外 に 数 箇 所 しかないのが 現 状 であった また この 方 法 は 操 作 が 簡 単 で 設 備 投 資 は 少 なくて 済 むが 外 部 からの 異 物 混 入 や 他 の 微 生 物 の 増 殖 などの 可 能 性 が 高 く 高 品 質 の 原 料 を 生 産 することは 困 難 であった このような 状 況 を 打 破 するために 当 社 では 様 々な 検 討 を 行 った 結 果 以 下 の3つのキーテクノロジーを 確 立 した 1 微 細 藻 類 高 機 能 株 の 探 索 と 育 種 数 ある 株 の 中 からより 多 くのアスタキサンチンを 安 定 して 生 み 出 す 有 望 株 を 探 索 し 育 種 する 技 術 によ 2
り アスタキサンチン 高 生 成 能 株 を 選 出 することに 成 功 した これは 効 率 的 なアスタキサンチン 生 産 の 実 現 には 欠 かせない 技 術 である 2 光 合 成 微 細 藻 類 培 養 装 置 の 開 発 制 御 独 自 開 発 の 屋 内 培 養 システム ヤマハ 高 効 率 バイオリアクター ( 図 4) においては 人 工 光 を 無 駄 なく 供 給 する 技 術 や 培 養 液 を 効 果 的 に 撹 拌 する 技 術 により 培 養 の 効 率 が 最 大 にまで 高 められている そして 人 工 光 を 用 いることで 季 節 や 天 候 の 変 化 に 左 右 されず 常 に 安 定 した 藻 体 生 産 を 行 うことができる また ヤマハ 高 効 率 バイオリアクター は 密 閉 式 のため 外 的 要 因 による 培 養 液 の 汚 染 等 のリスクが 少 なく エネルギー 効 率 も 考 慮 して 設 計 がなされている 3 培 養 液 の 制 御 図 4 ヤマハ 高 効 率 バイオリアクター 藻 類 が 光 合 成 を 行 うには 光 だけではなく 水 や 二 酸 化 炭 素 ミネラルといった 成 分 が 必 要 である 培 養 液 に 含 まれるそれらの 成 分 構 成 を 最 適 な 比 率 に 制 御 することによって ヘマトコッカス 藻 の 細 胞 濃 度 やアスタキ サンチン 生 産 効 率 を 飛 躍 的 に 高 めることに 成 功 した そして 2006 年 10 月 には これらのキーテクノロジーを 生 かした ヤマハ 高 効 率 バイオリアクター を 中 心 とし 健 康 食 品 GMP( 適 正 製 造 規 範 ) 取 得 を 前 提 としたアスタキサンチン 原 料 工 場 ( 図 5)が 稼 動 した リア クターの 生 産 性 能 を 最 大 限 発 揮 するとともに 水 空 気 光 にこだわった 工 場 設 計 を 行 い 衛 生 面 省 エネ ルギー 経 済 性 を 満 足 する 生 産 システムを 有 している 衛 生 的 な 環 境 で 製 造 されていることにより コンタミ ネーションが 少 なく 最 終 的 な 製 品 もにおいや 味 の 良 い 高 い 品 質 の 原 料 として 供 給 できている また 藻 の 培 養 からアスタキサンチンの 製 品 化 までの 全 工 程 を 国 内 で 行 うことが 初 めて 可 能 になったことで 品 質 保 証 面 で 競 合 他 社 より 競 争 優 位 に 立 てる 基 盤 ができあがった その 他 工 場 の 生 産 体 制 は24 時 間 稼 動 であるが 夜 は 遠 隔 管 理 システムによる 完 全 無 人 運 転 を 行 っており 省 人 化 によるコスト 削 減 も 達 成 している また 工 場 はモジュール 化 思 想 の 設 計 を 取 り 入 れ 基 準 ユニットで 増 設 が 可 能 なため 市 場 規 模 の 拡 大 に 合 わせた 迅 速 な 設 備 増 設 や 工 場 建 設 がしやすいことが 特 徴 である 図 5 アスタキサンチン 原 料 工 場 内 観
技 術 紹 介 上 記 工 場 で 培 養 されたヘマトコッカス 藻 からヘマ 国 内 屋 内 での 生 産 体 制 /トレーサビリティーの 確 立 トコッカス 藻 色 素 製 剤 が 製 品 化 されるまでには 6 つの 工 程 を 経 る( 図 6) 全 ての 工 程 で 医 薬 品 と 同 等 レベルの 厳 しい 製 造 管 理 基 準 を 適 用 し 培 養 から 製 品 出 荷 まで 生 産 出 荷 履 歴 を 一 貫 して 管 理 するト サプリメントメーカー 食 品 メーカー 化 粧 品 メーカー 飲 料 メーカー レーサビリティーを 確 立 している ヤマハ 発 動 機 図 6 医 薬 品 食 品 メーカー ヤマハ 発 動 機 ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 の 製 造 工 程 4 アスタキサンチンの 持 つ 様 々な 活 性 について アスタキサンチンは 上 で 述 べたような 強 い 抗 酸 化 力 に 加 え 多 様 な 生 物 活 性 ( 有 効 性 )を 持 つことが 明 らかとなってきている 当 社 も 独 自 にエビデンス( 科 学 的 根 拠 )データを 取 得 しており アスタキサンチ ンの 持 つ 可 能 性 を 考 慮 し 新 規 活 性 探 索 を 行 ってきた 近 年 では 特 に 生 活 習 慣 病 の 予 防 や 美 容 効 果 へ の 関 心 が 高 いことから これらに 関 連 した 活 性 についての 当 社 のオリジナルデータをご 紹 介 させていた だきたい 1 抗 炎 症 作 用 炎 症 とは 細 菌 など 体 にとって 有 害 な 物 質 が 体 内 に 侵 入 した 際 の 生 体 防 御 反 応 として かゆみ 痛 み 腫 れ などを 生 じるものであるが 過 剰 な 炎 症 反 応 や 慢 性 炎 症 は 正 常 な 組 織 や 細 胞 にも 障 害 をもたらし 生 活 習 慣 病 につながると 言 われている 炎 症 の 原 因 物 質 として は 生 体 が 刺 激 を 受 けた 際 に 放 出 されるプロスタグラ ンジンやインターロイキンなどが 知 られており 当 社 はアスタキサンチンがプロスタグランジンを 生 成 する 酸 化 酵 素 COX-2 の 活 性 を 阻 害 する 作 用 ( 図 7)や イ ンターロイキンの 放 出 を 抑 制 する 作 用 を 有 することを 確 認 した これらの 作 用 により アスタキサンチンは 炎 図 7 アスタキサンチンによる COX-2 活 性 阻 害 症 を 抑 える 働 きがあることが 示 唆 された 2 美 白 作 用 肌 が 黒 くなるのはメラニンという 黒 色 色 素 が 生 成 蓄 積 されるためである メラニンは 生 体 構 成 成 分 で あるチロシンがチロシナーゼという 酵 素 の 働 きで 酸 化 されることにより 作 り 出 される アスタキサンチンは このチロシナーゼの 活 性 を 阻 害 することにより メラ ニンの 生 成 を 抑 え 肌 の 黒 化 を 抑 制 する 美 白 作 用 を 持 つ 可 能 性 が 示 唆 された( 図 8) 図 8 アスタキサンチンによるチロシナーゼ 活 性 阻 害
3 血 管 新 生 抑 制 作 用 血 管 新 生 は 正 常 な 個 体 ではほとんど 見 られず 様 々な 疾 病 や 症 状 の 進 行 例 えば 皮 膚 の 老 化 ( 紫 外 線 等 による 光 老 化 )やガンの 進 行 などに 関 与 していることが 報 告 されている このことから 老 化 や 疾 病 の 予 防 には 血 管 新 生 の 抑 制 が 有 効 であると 考 えられる 血 管 新 生 は 大 きく 分 けて3つのステップから 成 る が 当 社 はアスタキサンチンがこの3つのステップ 全 てを 抑 制 する 可 能 性 があることを 明 らかにした 4 血 中 中 性 脂 肪 過 酸 化 脂 質 の 減 少 効 果 過 剰 な 中 性 脂 肪 は 善 玉 コレステロールを 減 少 させ 悪 玉 コレステロールを 増 加 させるなど 動 脈 硬 化 を 引 き 起 こす 一 因 となる 高 血 圧 や 糖 尿 病 脂 肪 肝 の 原 因 となることもあり メタボリックシンドロームの 診 断 指 標 のひとつとなっている また 血 中 の 脂 質 が 活 性 酸 素 により 酸 化 を 受 けると 過 酸 化 脂 質 となって 血 管 壁 に 障 害 を 与 え 他 の 臓 器 組 織 に 損 傷 を 引 き 起 こすことが 知 られている これが 動 脈 硬 化 心 筋 梗 塞 脳 梗 塞 糖 尿 病 などの 要 因 のひとつとなっている アスタキサンチン( 当 社 製 ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 含 有 ソフトカプセル:フリー 体 アスタキサンチン 換 算 で4mg 含 有 )を1ヵ 月 間 摂 取 した 健 康 な 成 人 において 血 中 の 中 性 脂 肪 及 び 過 酸 化 脂 質 量 を 測 定 したところ 摂 取 前 と 比 較 して いずれも 減 少 するという 結 果 が 得 られた( 図 9) その 他 体 感 事 項 としては 疲 れがとれた 目 の 疲 れが 和 らいだ 運 動 後 の 疲 れが 減 った 肌 がしっとりした などがあがった 100 0.5 血 中 中 性 脂 肪 濃 度 (mg/dl) 80 60 40 20 P<0.01 血 中 過 酸 化 脂 質 濃 度 (μm) 0.4 0.3 0.2 0.1 P<0.001 0 摂 取 前 摂 取 後 摂 取 前 摂 取 後 a) 血 中 中 性 脂 肪 濃 度 b) 血 中 過 酸 化 脂 質 濃 度 0 P( 値 ):T 検 定 の 結 果 偶 然 に 摂 取 後 の 平 均 値 と 摂 取 前 の 平 均 値 が 上 記 の あるいはそれ 以 上 の 差 を 生 じうると した 時 に その 偶 然 が 起 こりうる 確 率 P<0.05とは その 確 率 が5% 以 下 であるということを 示 し 一 般 にP<0.05で あれば 有 意 な 差 があると 判 定 される 図 9 アスタキサンチン 摂 取 による 血 中 中 性 脂 肪 及 び 過 酸 化 脂 質 量 の 低 減 以 上 の 他 にも 抗 動 脈 硬 化 作 用 3) 抗 疲 労 作 用 4~6) 免 疫 賦 活 作 用 7~8) 抗 ガン 作 用 9~10) 眼 精 疲 労 予 防 作 用 11) 糖 尿 病 合 併 症 予 防 作 用 12~13) など 様 々な 作 用 が 報 告 されており 今 後 もさらに 研 究 が 進 むにつ れ 新 たな 機 能 が 明 らかとなっていくことが 期 待 される 5 アスタキサンチンの 安 全 性 について ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 の 成 分 アスタキサンチンは サケやカニなどに 含 まれていることから 長 年 の 食 経 験 がある また 天 然 の 食 品 添 加 物 ヘマトコッカス 藻 色 素 として 既 存 添 加 物 名 簿 にも 収 載 されてお り その 安 全 性 に 関 する 報 告 もなされている しかしながら 近 年 食 品 とりわけ 健 康 食 品 の 安 全 性 に 対
する 関 心 がますます 高 まっていることから 当 社 製 品 自 身 についても 安 全 性 を 確 認 することは 大 変 重 要 であると 考 えられる 当 社 で 製 造 したヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 は 医 薬 品 ではなく 食 品 ではあるが より 高 い 信 頼 性 を 得 るため 医 薬 品 の 安 全 性 試 験 で 必 須 とされている 医 薬 品 GLP 2 基 準 を 遵 守 した 試 験 を 実 施 した その 結 果 細 菌 を 用 いた 復 帰 突 然 変 異 試 験 ラットを 用 いた 単 回 投 与 毒 性 試 験 13 週 間 反 復 投 与 毒 性 試 験 全 てにおいて 当 社 製 ヘマトコッカス 藻 色 素 製 剤 による 毒 性 は 見 られず 安 全 性 が 高 い ことが 確 認 された 2 GLP: 試 験 の 信 頼 性 を 保 証 するための 試 験 実 施 適 正 基 準 6 おわりに このように 当 社 独 自 の 技 術 開 発 を 行 うことによりヘマトコッカス 藻 の 効 率 的 な 培 養 に 成 功 高 品 質 な アスタキサンチンの 安 定 的 な 供 給 を 可 能 とした さらには 生 活 習 慣 病 の 予 防 の 可 能 性 を 含 め 種 々の 効 果 効 能 を 明 らかとしてきた 今 後 はさらに 多 くの 技 術 的 データを 取 得 し アスタキサンチンの 有 効 性 をア ピールしていく さらに 様 々な 形 体 の 食 品 への 応 用 を 可 能 とする 水 溶 化 製 剤 や その 他 の 応 用 製 品 の 開 発 を 行 っていく 予 定 である 参 考 文 献 1)Matsuno T and Miki W, KAGAKU TO SEIBUTSU, 1990, 28, 219-227 2)Ryu:A, Japanese society for Astaxanthin, 2005, 11, 3)Li W et al., J. Mol. Cell. Cardiol., 2004, 37, 969-978. 4)Sawaki K et al., J. Clin. Therap. Med., 2002, 18, 1085-1099. 5)Aoi W et al., Antioxid. Redox Signal., 2003, 5, 139-144 6)Ikeuchi M et al., Biol. Pharm. Bull., 2006, 29, 2106-2110 7)Jyonouchi H et al., Nutr. Cancer., 2000, 36, 59-65. 8)Beddedsen M et al., Immunol. Lett., 1999, 70, 185-189 9)Tanaka T et al., Carcinogenesis, 1995, 16, 2957-2963. 10)Chew B P et al., Anticancer Res., 1999, 19, 1849-1853 11)Nagaki Y et al., J. Trad. Med., 2002, 19,170-173 12)Uchiyama K et al., Redox Rep., 2002, 7, 290-293. 13)Naito Y et al., Biofactors., 2004, 20, 49-59. 6
著 者 村 神 渚 Nagisa Murakami コーポレートR&D 統 括 部 ライフサイエンス 事 業 推 進 部 飯 尾 久 美 子 Kumiko Iio コーポレートR&D 統 括 部 ライフサイエンス 事 業 推 進 部 石 倉 正 治 Masaharu Ishikura コーポレートR&D 統 括 部 ライフサイエンス 事 業 推 進 部 7