カルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料
【課題】乳若しくは乳製品のＵＦ透過液、又はホエイからカルニチンを回収する方法により得られた無機陽イオン含量の少ないカルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料を提供する。
【解決手段】乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【解決手段】乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液、又はホエイ中のカルニチンを回収する方法により得られた無機陽イオン含量の少ないカルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルニチンは必須アミノ酸であるリジンとメチオニンから主として肝臓で、一部腎臓で生合成される。その生合成能は０．１６〜０．４８ｍｇ／ｋｇ ｏｆ ｂｏｄｙ ｗｅｉｇｈｔ／ｄａｙである。また、９５％のカルニチンは腎臓で濾過されて再吸収されるため、健常人ではカルニチン欠乏症になることはない。しかし、新生児ではカルニチンの合成能力は大人より低いと言われており、また加齢によって低下すると言われている。カルニチンは脂肪代謝において脂肪酸がミトコンドリア内に入る際に重要な役割を果たしており、また、カルニチンの持つ疲労回復、運動能力向上、脳の老化防止等の機能は最近注目されている。
カルニチンは羊肉、牛肉等に多く含まれており、これらからの抽出物や合成品、また最近では微生物発酵によるＬ−カルニチン製剤などが販売されている。
一方、牛乳に含まれるカルニチンは乾物換算で４０ｍｇ／１００ｇ前後と少ない。しかし、カルニチンはチーズやカゼイン製造の副産物であるホエイに、またホエイからＷＰＣを製造する際の副産物である限外濾過（ＵＦ）透過液に移行する。ホエイもしくはＵＦ透過液から効率的にカルニチンを回収できれば調製粉乳や機能性健康原料としての利用が期待できる。
【０００３】
カルニチンは解離定数３．８のアミノ酸の一種で、ｐＨが３．８以下の溶液では陽イオンとして挙動する。この性質を利用して陽イオン交換樹脂を充填したカラムを用いてＵＦ透過液からカルニチンを回収する方法が開示されている（特許文献１参照）。
しかし、単にＵＦ透過液を陽イオン交換樹脂に付するのみでは、カルシウムやナトリウム等のイオンもカルニチンと共に回収されてしまうという問題がある。
このため、特許文献１の発明では、ＵＦ透過液を予め電気透析により脱塩処理しているが、これは工業的に有利な方法ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−６３５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液、又はホエイからカルニチンを回収する方法により得られた無機陽イオン含量の少ないカルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料を見出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
斯かる実情に鑑み、本発明者はカルニチン及び他のイオンのイオン交換樹脂カラムにおける吸着、放出について鋭意研究を行ったところ、ある時点で、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンが多量に吸着していることを見出し、該下層部のみに溶出液を供給し、カルニチンを溶出させれば、他のイオン含量が少なく効率的にカルニチンが回収できることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法を提供するものである。
また、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることを特徴とするカルニチンの回収方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液又はホエイから、カルシウム等の陽イオンの含量が少ない状態で、カルニチンを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に用いる装置の一例を示す図である。
【図２】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図３】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図４】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図５】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図６】カルニチン溶出の手順を示す図である。
【図７】ＮａＯＨ滴定とｐＨ変化を示す図である。
【図８】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【図９】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【図１０】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
原料
本発明の出発原料である「乳」とは、生乳、牛乳、脱脂乳、部分脱脂乳、成分調整牛乳等を言い、「乳製品」とは、濃縮乳、全粉乳、脱脂粉乳、ホエイ、ホエイ粉、練乳、牛乳タンパク質濃縮物（ＭＰＣ： Ｍｉｌｋ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）、乳清タンパク質濃縮物（ＷＰＣ： Ｗｈｅｙ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）、乳清タンパク質単離物（ＷＰＩ： Ｗｈｅｙ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｉｓｏｒａｔｅ）等を言う。
乳又は乳製品のＵＦ（限外濾過）は、次の様に行うことが好ましい。
まず、上記原料は、ＵＦ膜を損傷させぬよう、清浄化してゴミ等を除去することが望ましい。また、ＵＦ膜の分画分子量は、特に限定はないが、１，０００〜５０，０００程度が好適である。
更に、ＵＦ装置に使用される膜としては、格別の限定はなく中空系タイプ、ディスクタイプその他が適宜使用可能である。
ＵＦ処理で得られた透過液、それを濃縮して得た濃縮液、濃縮に際して析出した乳糖を除去した液、のいずれもが原料として使用できる。
【００１１】
陽イオン交換樹脂を充填したカラム（以下、「陽イオン交換樹脂カラム」という）
本発明で用いる陽イオン交換樹脂は特に限定されないが、強酸性のものが好ましく、官能基は、スルホン酸が好ましい。また、総交換容量は、１．６〜２．２ｅｑ／ｌが好ましく、特に１．８〜２．０ｅｑ／ｌが好ましい。このようなイオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライトＩＲ１２０Ｂ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製）、ダイヤイオン(R)ＳＫ１Ｂ・ＳＫ１０４・ＳＫ１１０・ＳＫ１１２・ＳＫ１１６・ＰＫ２０８・ＰＨＫ２１２・ＰＫ２１６・ＰＫ２２０・ＰＫ２２８・ＨＰＫ２５等が挙げられる。
また、カラム中の充填陽イオン交換樹脂の長さは、カルニチンの吸着帯の位置を考えると少なくとも６００ｍｍ以上が必要である。カラムは、１本でなくともよく、複数のカラムを直列に繋いだものであってもよい。
【００１２】
カルニチンの陽イオン交換樹脂への吸着
先ず、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液又はホエイ（以下「原料」という）を陽イオン交換樹脂カラムの上部から供給する。供給線速度は、１〜１２ｍ／ｈが好ましく、特に３〜８ｍ／ｈが好ましい。そして、カルシウム等の陽イオンは樹脂に吸着され、水素イオンが液相に放出されｐＨが低くなる。すると、カルニチンはプラスに荷電し、樹脂に吸着される。
原料の供給を続けて樹脂の吸着能が飽和に近づくと、放出される水素イオンが減り、液相のｐＨが徐々に高くなる。すると、ｐＨに荷電状態が影響を受けるカルニチンは陽イオンよりも早く樹脂から脱離し、脱塩液に出てくるようになる。
従って、原料の供給を陽イオン交換樹脂のイオン交換容量が飽和した時点で停止することが好ましく、この飽和した時点は、液相の電気伝導度が低くなる直前、液相のｐＨが高くなる直前などである。また、この飽和した時点は、原料の組成や濃度が既知の場合などでは、供給量（供給液の体積や重量）で決めることもできる。原料の供給量は樹脂１リットルあたりの原料液固形分量として１．１〜１．８５ｋｇが好ましい。これはカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．５〜２．４ｅｑ／ｌ−Ｒに相当する（イオン交換樹脂の公称交換容量は１．９ｅｑ／ｌ−Ｒ）。
【００１３】
溶出液によるカルニチンの回収
樹脂が吸着飽和に達する直前では、カルシウムはカラムの樹脂充填部の下層約１／３にはほとんど吸着しておらず、カルニチンはカラムの樹脂充填部の下層約１／３に吸着している。そこで下層の樹脂に吸着しているカルニチンを溶出液で溶出すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。なお、カラムの樹脂充填部の下層約１／３とは、樹脂の体積又は重量の約１／３であり、内径が同じカラムの場合は、長さの約１／３となるが、内径の異なる複数のカラムを用いた場合は、樹脂の長さの約１／３とはならない。
具体的には、カラムの下層から上昇流で溶出液を供給し、その後下降流で水を供給すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。
この場合、溶出液を最も上流部から供給すると、カルシウムなどが結晶として析出し、好ましくない。
また、例えば下部の約１／３を別のカラムとすれば、その別カラムの上部から、カラム全体を洗い流す様に、溶出液を供給すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。
更に、上記とは逆に、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム下部から供給し、該カラムの樹脂充填部の上約１／３の上層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該上層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることもできる。この場合、該カラムの樹脂充填部の上約１／３の上層部を別カラムにし、分離してから、溶出液を供給すると溶出液が下層部に行かず、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られ、好ましい。
【００１４】
樹脂に吸着したカルニチンは液相のｐＨが高くなれば、荷電を失い樹脂から脱離すると考えられるので、溶出液は、アルカリ溶液が好ましく、特に水酸化カリウムの溶液が好ましい。溶出液の濃度は、０．４〜３Ｎとすることが好ましく、特に０．５〜２Ｎとすることが好ましく、溶出液の液量は、充填している樹脂量（容積）に対して１／４〜１倍とすることが好ましく、特に１／３〜１／２倍とすることが好ましい。
なお、本発明の操作は、全て２〜５０℃、特に５〜２０℃で行うのが好ましい。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
１−１． 試料
試料はホエイＵＦ透過液（以下「ＵＦ透過液」という）を用いた。試料濃度の影響を調べるため、ＵＦ透過液は固形分の異なる２種を以下のように調製した。ホエイ粉を２７％に溶解後、１０℃以下に冷却して分画分子量１０，０００のホローファイバー型ＵＦ膜で分離してＵＦ透過液を得た。ただし、このＵＦ透過液はチーズカード分離後の液体ホエイを乾燥せずにＵＦ膜分離したＵＦ透過液よりカルシウム含量が低いため、これに塩化カルシウムを添加し、カルシウム含量を調整した。また、保管中の不溶性塩の生成を抑制するため、塩酸でｐＨを６．０に調整し、固形分２３〜２５％のＵＦ透過液（Ｃｏｎｃ．液）試料とした。
この液を２．５倍に希釈し、固形分９〜１０％のＵＦ透過液（Ｄｉｌ．液）試料とした。試料は調製後に冷蔵保管し、Ｃｏｎｃ．液は３日以内に、Ｄｉｌ．液は１週間以内に実験に供した。
試料の組成を表１に示す。ＵＦ透過液の主たる陽イオンであるカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムを当量換算して合計すると、Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液にはそれぞれ０．１３ｅｑ／ｌ、０．３２ｅｑ／ｌ含まれており、１価イオン、２価イオンの比率は８０：２０であった。
【００１７】
【表１】
【００１８】
１−２． 実験装置
実験装置を図１に示す。カラムを用いた実験の場合、吸着帯の移動を考えると樹脂層高は６００ｍｍ以上必要と言われている。そこで、直径２５ｍｍ、高さ５００ｍｍのガラスカラムを３本直列につなぎ、各カラムには強酸性のスチレン系ゲル型陽イオン交換樹脂「Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲ−１２０Ｂ」（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社製）を１６０ｍｌずつ充填し、樹脂層高を合計で９８０ｍｍとした。
実験終了後、８ｍ／ｈの上昇流で水を１２分間流して逆洗浄を行った。再生は通常の２倍量の塩酸で行い、樹脂の状態の安定化を図った。すなわち、樹脂１リットルあたり１０％の塩酸を２１００ｇ、次いで同量のイオン交換水をいずれも３．２ｍ／ｈの上昇流で流して樹脂を水素型にした。再生後、イオン交換水を８ｍ／ｈの下降流で１１分間流して樹脂を平衡状態とした。なお、実験に用いた樹脂の交換容量は完全再生で１リットルあたり１．９ｅｑである（メーカー測定値）。
【００１９】
１−３． 分析方法
カルニチンは、特開２００２−２７７４５２（食品中のＬ−カルニチン類の測定法）に準じて測定した。非たんぱく態窒素（ＮＰＮ）は１２％トリクロル酢酸可溶性の窒素をケルダール法で測定し、６．３８の係数を乗じて求めた。尿素は１２％トリクロル酢酸可溶性の画分を「尿素窒素Ｂテストワコー」（和光純薬）で測定した。ミネラルは原子吸光法により測定した。
【００２０】
１−４． 吸着分布の測定
（実験方法）
陽イオン交換樹脂カラムにＵＦ透過液を供給すると、カルニチンは他の陽イオンとともに樹脂に吸着し、供給し続けるとこれらの吸着分布は変化していく。そこで、ＵＦ透過液をカラムに一定量供給した後に、直列に連結した３本のカラムに吸着している成分をそれぞれ溶出し、無機陽イオンおよびカルニチンの吸着分布を測定した。
Ｄｉｌ．液とＣｏｎｃ．液を固形分として１．２〜１．６ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．６， １．８， ２．０， ２．２ｅｑ／ｌ−Ｒ）供給し、出口液の糖度（Ｂｒｉｘ）が０．２以下になるようにカラム内に残っている液を樹脂容量の１．２倍の水で押し出した。供給線速度はＤｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液でそれぞれ８ｍ／ｈ、３．２ｍ／ｈとした。また、カルニチンと無機陽イオンの分離性を向上する目的でＤｉｌ．液を３ｍ／ｈの線速度で供給した実験も行った。その後、直列に連結した３本のカラムの配管を独立させ、それぞれ再生と同じ条件で吸着している成分を脱離させ、再生液の重量および各成分の含量を測定した。一段目のカラムＩの再生液には樹脂の最上層から３３０ｍｍまでに吸着している成分が含まれる。同様に二段目のカラムＩＩ、および三段目のカラムＩＩＩの再生液には樹脂の最上層からそれぞれ３３０〜６５０ｍ、６５０〜９８０ｍｍの間に吸着している成分が含まれる。９８０ｍｍまでに吸着していない分は脱塩液側に移行した成分である。
【００２１】
（実験結果）
横軸に樹脂の最上層からの高さ、縦軸にその高さまでに吸着した各成分の入口液の含量に対する積算比率をプロットした結果を図２、３に示す。Ｄｉｌ．液を１．１８ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合、カルニチンはカラムＩおよびＩＩの樹脂（樹脂層高６６０ｍｍまで）にはほとんど吸着しておらず、カラムＩＩＩの樹脂に大部分が吸着していた（図２）。ＵＦ透過液の供給量が１．４６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上に増えるとカルニチンはカラムＩＩＩの樹脂から急激に溶出して脱塩液に移行した。一方、カルシウムは今回の実験条件の範囲ではカラムＩの樹脂に７０％以上、カラムＩＩまでの樹脂に９０％以上吸着していた。カリウム、ナトリウムは供給量が増えると徐々により下層のカラムの樹脂への吸着比率が増えていき、ナトリウムは脱塩液側に溶出していった。
【００２２】
Ｃｏｎｃ．液を１．１６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合（図３）、カルニチンはカラムＩの樹脂には吸着していないが、カラムＩＩの樹脂に約３０％吸着していた。Ｃｏｎｃ．液の供給量が増えるとカルニチンはカラムＩＩＩの樹脂に吸着する比率が増え、更に供給すると溶出して脱塩液に移行した。
Ｃｏｎｃ．液とＤｉｌ．液の吸着分布を比較するために、１．３ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給したときの吸着分布を図４に示す。
また、Ｄｉｌ．液を試料とし、カルニチンと他の成分の分離を改善する目的で、供給線速度を遅くした実験結果を図５に示す。供給線速度を遅くすることで、カラムＩＩＩに吸着するカルニチン量が多くなる傾向はあるものの、吸着分布に及ぼす影響は少なかった。
ＵＦ透過液を１．２〜１．６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合の吸着分布測定の結果より、以下のことがわかった。
（１）カルシウムはカラム上部の樹脂に吸着している比率が高く、カルシウムの９０％は上部２／３の樹脂に吸着していた。ＵＦ透過液の濃度が低い場合、この傾向は顕著になった。
（２）ナトリウム、カリウムの１価イオンもカラムの上部の樹脂に吸着しており、特にＵＦ透過液の濃度が高いと、カラムの上部に吸着する比率が高くなっていた。これは試料濃度が高いとカラム上部に２価イオンが吸着しにくいためと考えられる。
（３）カルニチンはカラムの上部には吸着しておらず、樹脂が吸着飽和に達する直前（およそ１．３ｋｇ．ＴＳ／ｌ−ＲのＵＦ透過液の供給後）ではカルニチンの約７０％は下部１／３の樹脂に吸着していた。
【００２３】
１−５． 溶出剤によるカルニチンの回収
（実験方法）
樹脂が吸着飽和に達する直前では、カルニチンはカラムの下層の樹脂に吸着しているので、カラムの下層から上昇流で溶出剤を供給し、その後に下降流で水を供給してカルニチンを溶出する方法について検討した。
まず、溶出剤を選定する実験を行った。ＵＦ透過液は固形分として１．３ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．８ｅｑ／ｌ−Ｒ）に相当する量を供給した。ＵＦ透過液の供給速度は実験１−４．に準じた。図６に示すようにＵＦ透過液を供給した後に、樹脂容量の１．２倍の水でカラム内のＵＦ透過液を押し出し、脱塩液と混合した。次に樹脂に吸着したカルニチンを溶出するために以下の操作を行った。
（１）配管を上昇流に変更し、カラムＩＩＩの底から溶出剤を供給した。
（２）配管内およびカラム最下部に滞留している溶出剤を樹脂に接触させるために水を供給した。
（３）配管を下降流に戻し、溶出したカルニチンを含む画分を樹脂容量の３倍量の水で押し出し、溶出液とした。
【００２４】
溶出剤は、ナトリウムよりも樹脂に対する吸着選択性が大きい可溶性の塩溶液である塩化カルシウム、塩化カリウム、水酸化カリウムを用いた。また、再生に使われている塩酸も比較対照とした。溶液の濃度は０．５Ｎとし、ＵＦ透過液と溶出剤の合計当量として２．２ｅｑ／ｌ−Ｒになるように樹脂容量の０．８倍（０．４ｅｑ／ｌ−Ｒ）供給した。（２）の操作の水は溶出剤との合計で樹脂容量と同じ容量になるように樹脂容量の０．２倍とした。
次に溶出剤を水酸化カリウムとし、ＵＦ透過液の供給量と溶出剤の供給量等を変えた実験を行った。実験条件を表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
ＵＦ透過液の供給量は固形分として１．１〜１．６ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．５〜２．２ｅｑ／ｌ−Ｒ）に相当する量とした。テスト３では、カルニチンを濃縮するために、供給開始から１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した脱塩液にはカルニチンが含まれていないので、これを脱塩液（Ａ）とした。さらに１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上供給した脱塩液を脱塩液（Ｂ）として別に採取した。
脱塩液および溶出液の重量を測定し、カルニチン、ＮＰＮ、尿素、ミネラル含量を分析した。供給したＵＦ透過液および脱塩液、溶出液の各成分の重量を計算し、脱塩液および溶出液における回収率を求めた。なお、各陽イオンの回収率の計算において、溶出に用いた塩溶液由来の陽イオンは計算に入れていない。
【００２７】
（実験結果）
溶出剤の検討
溶出剤として塩化カルシウム、塩化カリウム、水酸化カリウム、塩酸を用いた場合、溶出液における各成分の回収率を表３に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液のいずれを試料とした場合でも、水酸化カリウムを用いるとカルニチンは溶出されやすくなることがわかった。尿素、ＮＰＮはＣｏｎｃ．液を原料とする方がＤｉｌ．液を原料とした場合より溶出されやすく、カルニチンと同様、水酸化カリウムを用いた場合が最も溶出されやすいが、溶出剤の種類の影響は小さかった。
水酸化カリウムを用いた場合にカルニチンの溶出率が大きかった理由は、カルニチンがアルカリ性溶液ではプラスの荷電が弱くなる、もしくは失うためと推定される。図７にカルニチンおよび酢酸の０．１Ｍ溶液１０ｍｌに対して０．１Ｍ水酸化ナトリウムを滴定した時のｐＨの変化を示す。カルニチンはプラスに荷電した窒素原子基とマイナスに荷電したカルボキシル基を有し、弱酸であるカルボキシル基は酸性溶液では解離せず、カルニチンは酸性域では強くプラスに荷電していると考えられる。しかし、カルニチンは酢酸と同様の滴定曲線を描くことから、アルカリ性溶液ではカルボキシル基は解離し、窒素原子のプラス荷電を中和するため、カルニチン分子全体のプラスの荷電は弱まると考えられる。
【００３０】
アルカリ溶出法の検討
テスト１：
Ｄｉｌ．液を１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給して得られた脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ２％、２５％、４６％（ｎ＝９）で、カルニチンは脱塩液にほとんど含まれていなかった。
溶出に用いた水酸化カリウム溶液の供給量が０．２ｅｑ／ｌ−Ｒ以下の場合、カルニチンはほとんど溶出液に回収されないが、水酸化カリウム溶液の供給量が０．４ｅｑ／ｌ−Ｒ以上に増えると急激に回収率が上がり、０．６ｅｑ／ｌ−Ｒ供給した場合、６２％のカルニチンが回収された。この場合の尿素とＮＰＮの回収率はそれぞれ４３％、３５％であった（図８）。溶出液に回収されたナトリウム、カリウムはいずれの条件でも１０％以下で、２価イオンは溶出されなかった。
【００３１】
テスト２：
Ｄｉｌ．液を１．３ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給して得られた脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ９％、２６％、５０％（ｎ＝４）であった。一方、Ｃｏｎｃ．液を原料とした場合、脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ６％、５％、３７％（ｎ＝４）であった。したがって、濃度が高いＵＦ透過液をカラムに供給すると、ＮＰＮ成分、特に尿素の脱塩液への回収率は低くなった。
溶出液へのカルニチンの回収率は水酸化カリウム溶液供給量の増加に比例して上がり、０．４５ｅｑ／ｌ−Ｒ供給すると、Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液を試料とした溶出液にはそれぞれ７９％、６１％のカルニチンが回収された（図９、１０）。ＵＦ透過液の濃度が高い方が尿素、ＮＰＮの溶出液への回収率は高くなった。この場合の陽イオンの溶出液への回収率はいずれも１０％以下であった。
【００３２】
テスト３：
テスト３では、カルニチンを濃縮するために、供給開始から１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した脱塩液にはカルニチンが含まれていないので、これを脱塩液（Ａ）（Ｄｅｍ．（Ａ））とした。さらに１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上供給した脱塩液を脱塩液（Ｂ）（Ｄｅｍ．（Ｂ））として別に採取した。
Ｄｉｌ．液およびＣｏｎｃ．液を１．３ｋｇ．ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した後、０．４もしくは０．５ｅｑ／ｌ−Ｒ相当の水酸化カリウム溶液で溶出した実験における脱塩液（Ａ）（Ｄｅｍ．（Ａ））および脱塩液（Ｂ）（Ｄｅｍ．（Ｂ））と溶出液（Ｅｌｕ．）に回収された各成分の比率を表４に、脱塩液（Ｂ）と溶出液の混合液もしくは溶出液の組成を表５に示す。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
Ｄｉｌ．液の場合、供給量１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒまでの脱塩液（Ａ）を別に採取することで脱塩液（Ｂ）と溶出液の混合液に無機陽イオン漏出率１１％以下でカルニチンを９０〜９５％回収できた。一方、Ｃｏｎｃ．液の場合は、同様に無機陽イオン漏出率１０％以下でカルニチンを７９〜８７％回収できた。カルニチンは乾物換算０．１８〜０．１１％でＵＦ透過液の３〜４倍に濃縮された計算になる。
脱塩液（Ｂ）を混合しない場合、溶出液へのカルニチンの回収率は７６〜８７％で、乾物換算のカルニチン含量は約２％であった。
液の混合液の乾物換算のカルニチン含量は０．１〜０．２％である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、乳又は乳製品から、カルシウム等の陽イオンの含量が少ない状態で、カルニチンを回収することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液、又はホエイ中のカルニチンを回収する方法により得られた無機陽イオン含量の少ないカルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルニチンは必須アミノ酸であるリジンとメチオニンから主として肝臓で、一部腎臓で生合成される。その生合成能は０．１６〜０．４８ｍｇ／ｋｇ ｏｆ ｂｏｄｙ ｗｅｉｇｈｔ／ｄａｙである。また、９５％のカルニチンは腎臓で濾過されて再吸収されるため、健常人ではカルニチン欠乏症になることはない。しかし、新生児ではカルニチンの合成能力は大人より低いと言われており、また加齢によって低下すると言われている。カルニチンは脂肪代謝において脂肪酸がミトコンドリア内に入る際に重要な役割を果たしており、また、カルニチンの持つ疲労回復、運動能力向上、脳の老化防止等の機能は最近注目されている。
カルニチンは羊肉、牛肉等に多く含まれており、これらからの抽出物や合成品、また最近では微生物発酵によるＬ−カルニチン製剤などが販売されている。
一方、牛乳に含まれるカルニチンは乾物換算で４０ｍｇ／１００ｇ前後と少ない。しかし、カルニチンはチーズやカゼイン製造の副産物であるホエイに、またホエイからＷＰＣを製造する際の副産物である限外濾過（ＵＦ）透過液に移行する。ホエイもしくはＵＦ透過液から効率的にカルニチンを回収できれば調製粉乳や機能性健康原料としての利用が期待できる。
【０００３】
カルニチンは解離定数３．８のアミノ酸の一種で、ｐＨが３．８以下の溶液では陽イオンとして挙動する。この性質を利用して陽イオン交換樹脂を充填したカラムを用いてＵＦ透過液からカルニチンを回収する方法が開示されている（特許文献１参照）。
しかし、単にＵＦ透過液を陽イオン交換樹脂に付するのみでは、カルシウムやナトリウム等のイオンもカルニチンと共に回収されてしまうという問題がある。
このため、特許文献１の発明では、ＵＦ透過液を予め電気透析により脱塩処理しているが、これは工業的に有利な方法ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−６３５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液、又はホエイからカルニチンを回収する方法により得られた無機陽イオン含量の少ないカルニチンを用いた調製粉乳または機能性健康原料を見出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
斯かる実情に鑑み、本発明者はカルニチン及び他のイオンのイオン交換樹脂カラムにおける吸着、放出について鋭意研究を行ったところ、ある時点で、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンが多量に吸着していることを見出し、該下層部のみに溶出液を供給し、カルニチンを溶出させれば、他のイオン含量が少なく効率的にカルニチンが回収できることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法を提供するものである。
また、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることを特徴とするカルニチンの回収方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液又はホエイから、カルシウム等の陽イオンの含量が少ない状態で、カルニチンを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に用いる装置の一例を示す図である。
【図２】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図３】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図４】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図５】樹脂の長さと吸収の関係を示す図である。
【図６】カルニチン溶出の手順を示す図である。
【図７】ＮａＯＨ滴定とｐＨ変化を示す図である。
【図８】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【図９】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【図１０】ＫＯＨと回収率の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
原料
本発明の出発原料である「乳」とは、生乳、牛乳、脱脂乳、部分脱脂乳、成分調整牛乳等を言い、「乳製品」とは、濃縮乳、全粉乳、脱脂粉乳、ホエイ、ホエイ粉、練乳、牛乳タンパク質濃縮物（ＭＰＣ： Ｍｉｌｋ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）、乳清タンパク質濃縮物（ＷＰＣ： Ｗｈｅｙ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）、乳清タンパク質単離物（ＷＰＩ： Ｗｈｅｙ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｉｓｏｒａｔｅ）等を言う。
乳又は乳製品のＵＦ（限外濾過）は、次の様に行うことが好ましい。
まず、上記原料は、ＵＦ膜を損傷させぬよう、清浄化してゴミ等を除去することが望ましい。また、ＵＦ膜の分画分子量は、特に限定はないが、１，０００〜５０，０００程度が好適である。
更に、ＵＦ装置に使用される膜としては、格別の限定はなく中空系タイプ、ディスクタイプその他が適宜使用可能である。
ＵＦ処理で得られた透過液、それを濃縮して得た濃縮液、濃縮に際して析出した乳糖を除去した液、のいずれもが原料として使用できる。
【００１１】
陽イオン交換樹脂を充填したカラム（以下、「陽イオン交換樹脂カラム」という）
本発明で用いる陽イオン交換樹脂は特に限定されないが、強酸性のものが好ましく、官能基は、スルホン酸が好ましい。また、総交換容量は、１．６〜２．２ｅｑ／ｌが好ましく、特に１．８〜２．０ｅｑ／ｌが好ましい。このようなイオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライトＩＲ１２０Ｂ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製）、ダイヤイオン(R)ＳＫ１Ｂ・ＳＫ１０４・ＳＫ１１０・ＳＫ１１２・ＳＫ１１６・ＰＫ２０８・ＰＨＫ２１２・ＰＫ２１６・ＰＫ２２０・ＰＫ２２８・ＨＰＫ２５等が挙げられる。
また、カラム中の充填陽イオン交換樹脂の長さは、カルニチンの吸着帯の位置を考えると少なくとも６００ｍｍ以上が必要である。カラムは、１本でなくともよく、複数のカラムを直列に繋いだものであってもよい。
【００１２】
カルニチンの陽イオン交換樹脂への吸着
先ず、乳若しくは乳製品のＵＦ透過液又はホエイ（以下「原料」という）を陽イオン交換樹脂カラムの上部から供給する。供給線速度は、１〜１２ｍ／ｈが好ましく、特に３〜８ｍ／ｈが好ましい。そして、カルシウム等の陽イオンは樹脂に吸着され、水素イオンが液相に放出されｐＨが低くなる。すると、カルニチンはプラスに荷電し、樹脂に吸着される。
原料の供給を続けて樹脂の吸着能が飽和に近づくと、放出される水素イオンが減り、液相のｐＨが徐々に高くなる。すると、ｐＨに荷電状態が影響を受けるカルニチンは陽イオンよりも早く樹脂から脱離し、脱塩液に出てくるようになる。
従って、原料の供給を陽イオン交換樹脂のイオン交換容量が飽和した時点で停止することが好ましく、この飽和した時点は、液相の電気伝導度が低くなる直前、液相のｐＨが高くなる直前などである。また、この飽和した時点は、原料の組成や濃度が既知の場合などでは、供給量（供給液の体積や重量）で決めることもできる。原料の供給量は樹脂１リットルあたりの原料液固形分量として１．１〜１．８５ｋｇが好ましい。これはカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．５〜２．４ｅｑ／ｌ−Ｒに相当する（イオン交換樹脂の公称交換容量は１．９ｅｑ／ｌ−Ｒ）。
【００１３】
溶出液によるカルニチンの回収
樹脂が吸着飽和に達する直前では、カルシウムはカラムの樹脂充填部の下層約１／３にはほとんど吸着しておらず、カルニチンはカラムの樹脂充填部の下層約１／３に吸着している。そこで下層の樹脂に吸着しているカルニチンを溶出液で溶出すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。なお、カラムの樹脂充填部の下層約１／３とは、樹脂の体積又は重量の約１／３であり、内径が同じカラムの場合は、長さの約１／３となるが、内径の異なる複数のカラムを用いた場合は、樹脂の長さの約１／３とはならない。
具体的には、カラムの下層から上昇流で溶出液を供給し、その後下降流で水を供給すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。
この場合、溶出液を最も上流部から供給すると、カルシウムなどが結晶として析出し、好ましくない。
また、例えば下部の約１／３を別のカラムとすれば、その別カラムの上部から、カラム全体を洗い流す様に、溶出液を供給すれば、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られる。
更に、上記とは逆に、乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム下部から供給し、該カラムの樹脂充填部の上約１／３の上層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該上層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることもできる。この場合、該カラムの樹脂充填部の上約１／３の上層部を別カラムにし、分離してから、溶出液を供給すると溶出液が下層部に行かず、カルシウム等の混入が少ないカルニチン液が得られ、好ましい。
【００１４】
樹脂に吸着したカルニチンは液相のｐＨが高くなれば、荷電を失い樹脂から脱離すると考えられるので、溶出液は、アルカリ溶液が好ましく、特に水酸化カリウムの溶液が好ましい。溶出液の濃度は、０．４〜３Ｎとすることが好ましく、特に０．５〜２Ｎとすることが好ましく、溶出液の液量は、充填している樹脂量（容積）に対して１／４〜１倍とすることが好ましく、特に１／３〜１／２倍とすることが好ましい。
なお、本発明の操作は、全て２〜５０℃、特に５〜２０℃で行うのが好ましい。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
１−１． 試料
試料はホエイＵＦ透過液（以下「ＵＦ透過液」という）を用いた。試料濃度の影響を調べるため、ＵＦ透過液は固形分の異なる２種を以下のように調製した。ホエイ粉を２７％に溶解後、１０℃以下に冷却して分画分子量１０，０００のホローファイバー型ＵＦ膜で分離してＵＦ透過液を得た。ただし、このＵＦ透過液はチーズカード分離後の液体ホエイを乾燥せずにＵＦ膜分離したＵＦ透過液よりカルシウム含量が低いため、これに塩化カルシウムを添加し、カルシウム含量を調整した。また、保管中の不溶性塩の生成を抑制するため、塩酸でｐＨを６．０に調整し、固形分２３〜２５％のＵＦ透過液（Ｃｏｎｃ．液）試料とした。
この液を２．５倍に希釈し、固形分９〜１０％のＵＦ透過液（Ｄｉｌ．液）試料とした。試料は調製後に冷蔵保管し、Ｃｏｎｃ．液は３日以内に、Ｄｉｌ．液は１週間以内に実験に供した。
試料の組成を表１に示す。ＵＦ透過液の主たる陽イオンであるカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムを当量換算して合計すると、Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液にはそれぞれ０．１３ｅｑ／ｌ、０．３２ｅｑ／ｌ含まれており、１価イオン、２価イオンの比率は８０：２０であった。
【００１７】
【表１】
【００１８】
１−２． 実験装置
実験装置を図１に示す。カラムを用いた実験の場合、吸着帯の移動を考えると樹脂層高は６００ｍｍ以上必要と言われている。そこで、直径２５ｍｍ、高さ５００ｍｍのガラスカラムを３本直列につなぎ、各カラムには強酸性のスチレン系ゲル型陽イオン交換樹脂「Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲ−１２０Ｂ」（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社製）を１６０ｍｌずつ充填し、樹脂層高を合計で９８０ｍｍとした。
実験終了後、８ｍ／ｈの上昇流で水を１２分間流して逆洗浄を行った。再生は通常の２倍量の塩酸で行い、樹脂の状態の安定化を図った。すなわち、樹脂１リットルあたり１０％の塩酸を２１００ｇ、次いで同量のイオン交換水をいずれも３．２ｍ／ｈの上昇流で流して樹脂を水素型にした。再生後、イオン交換水を８ｍ／ｈの下降流で１１分間流して樹脂を平衡状態とした。なお、実験に用いた樹脂の交換容量は完全再生で１リットルあたり１．９ｅｑである（メーカー測定値）。
【００１９】
１−３． 分析方法
カルニチンは、特開２００２−２７７４５２（食品中のＬ−カルニチン類の測定法）に準じて測定した。非たんぱく態窒素（ＮＰＮ）は１２％トリクロル酢酸可溶性の窒素をケルダール法で測定し、６．３８の係数を乗じて求めた。尿素は１２％トリクロル酢酸可溶性の画分を「尿素窒素Ｂテストワコー」（和光純薬）で測定した。ミネラルは原子吸光法により測定した。
【００２０】
１−４． 吸着分布の測定
（実験方法）
陽イオン交換樹脂カラムにＵＦ透過液を供給すると、カルニチンは他の陽イオンとともに樹脂に吸着し、供給し続けるとこれらの吸着分布は変化していく。そこで、ＵＦ透過液をカラムに一定量供給した後に、直列に連結した３本のカラムに吸着している成分をそれぞれ溶出し、無機陽イオンおよびカルニチンの吸着分布を測定した。
Ｄｉｌ．液とＣｏｎｃ．液を固形分として１．２〜１．６ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．６， １．８， ２．０， ２．２ｅｑ／ｌ−Ｒ）供給し、出口液の糖度（Ｂｒｉｘ）が０．２以下になるようにカラム内に残っている液を樹脂容量の１．２倍の水で押し出した。供給線速度はＤｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液でそれぞれ８ｍ／ｈ、３．２ｍ／ｈとした。また、カルニチンと無機陽イオンの分離性を向上する目的でＤｉｌ．液を３ｍ／ｈの線速度で供給した実験も行った。その後、直列に連結した３本のカラムの配管を独立させ、それぞれ再生と同じ条件で吸着している成分を脱離させ、再生液の重量および各成分の含量を測定した。一段目のカラムＩの再生液には樹脂の最上層から３３０ｍｍまでに吸着している成分が含まれる。同様に二段目のカラムＩＩ、および三段目のカラムＩＩＩの再生液には樹脂の最上層からそれぞれ３３０〜６５０ｍ、６５０〜９８０ｍｍの間に吸着している成分が含まれる。９８０ｍｍまでに吸着していない分は脱塩液側に移行した成分である。
【００２１】
（実験結果）
横軸に樹脂の最上層からの高さ、縦軸にその高さまでに吸着した各成分の入口液の含量に対する積算比率をプロットした結果を図２、３に示す。Ｄｉｌ．液を１．１８ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合、カルニチンはカラムＩおよびＩＩの樹脂（樹脂層高６６０ｍｍまで）にはほとんど吸着しておらず、カラムＩＩＩの樹脂に大部分が吸着していた（図２）。ＵＦ透過液の供給量が１．４６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上に増えるとカルニチンはカラムＩＩＩの樹脂から急激に溶出して脱塩液に移行した。一方、カルシウムは今回の実験条件の範囲ではカラムＩの樹脂に７０％以上、カラムＩＩまでの樹脂に９０％以上吸着していた。カリウム、ナトリウムは供給量が増えると徐々により下層のカラムの樹脂への吸着比率が増えていき、ナトリウムは脱塩液側に溶出していった。
【００２２】
Ｃｏｎｃ．液を１．１６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合（図３）、カルニチンはカラムＩの樹脂には吸着していないが、カラムＩＩの樹脂に約３０％吸着していた。Ｃｏｎｃ．液の供給量が増えるとカルニチンはカラムＩＩＩの樹脂に吸着する比率が増え、更に供給すると溶出して脱塩液に移行した。
Ｃｏｎｃ．液とＤｉｌ．液の吸着分布を比較するために、１．３ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給したときの吸着分布を図４に示す。
また、Ｄｉｌ．液を試料とし、カルニチンと他の成分の分離を改善する目的で、供給線速度を遅くした実験結果を図５に示す。供給線速度を遅くすることで、カラムＩＩＩに吸着するカルニチン量が多くなる傾向はあるものの、吸着分布に及ぼす影響は少なかった。
ＵＦ透過液を１．２〜１．６ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した場合の吸着分布測定の結果より、以下のことがわかった。
（１）カルシウムはカラム上部の樹脂に吸着している比率が高く、カルシウムの９０％は上部２／３の樹脂に吸着していた。ＵＦ透過液の濃度が低い場合、この傾向は顕著になった。
（２）ナトリウム、カリウムの１価イオンもカラムの上部の樹脂に吸着しており、特にＵＦ透過液の濃度が高いと、カラムの上部に吸着する比率が高くなっていた。これは試料濃度が高いとカラム上部に２価イオンが吸着しにくいためと考えられる。
（３）カルニチンはカラムの上部には吸着しておらず、樹脂が吸着飽和に達する直前（およそ１．３ｋｇ．ＴＳ／ｌ−ＲのＵＦ透過液の供給後）ではカルニチンの約７０％は下部１／３の樹脂に吸着していた。
【００２３】
１−５． 溶出剤によるカルニチンの回収
（実験方法）
樹脂が吸着飽和に達する直前では、カルニチンはカラムの下層の樹脂に吸着しているので、カラムの下層から上昇流で溶出剤を供給し、その後に下降流で水を供給してカルニチンを溶出する方法について検討した。
まず、溶出剤を選定する実験を行った。ＵＦ透過液は固形分として１．３ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．８ｅｑ／ｌ−Ｒ）に相当する量を供給した。ＵＦ透過液の供給速度は実験１−４．に準じた。図６に示すようにＵＦ透過液を供給した後に、樹脂容量の１．２倍の水でカラム内のＵＦ透過液を押し出し、脱塩液と混合した。次に樹脂に吸着したカルニチンを溶出するために以下の操作を行った。
（１）配管を上昇流に変更し、カラムＩＩＩの底から溶出剤を供給した。
（２）配管内およびカラム最下部に滞留している溶出剤を樹脂に接触させるために水を供給した。
（３）配管を下降流に戻し、溶出したカルニチンを含む画分を樹脂容量の３倍量の水で押し出し、溶出液とした。
【００２４】
溶出剤は、ナトリウムよりも樹脂に対する吸着選択性が大きい可溶性の塩溶液である塩化カルシウム、塩化カリウム、水酸化カリウムを用いた。また、再生に使われている塩酸も比較対照とした。溶液の濃度は０．５Ｎとし、ＵＦ透過液と溶出剤の合計当量として２．２ｅｑ／ｌ−Ｒになるように樹脂容量の０．８倍（０．４ｅｑ／ｌ−Ｒ）供給した。（２）の操作の水は溶出剤との合計で樹脂容量と同じ容量になるように樹脂容量の０．２倍とした。
次に溶出剤を水酸化カリウムとし、ＵＦ透過液の供給量と溶出剤の供給量等を変えた実験を行った。実験条件を表２に示す。
【００２５】
【表２】
【００２６】
ＵＦ透過液の供給量は固形分として１．１〜１．６ｋｇ／ｌ−Ｒ（カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムの合計当量として１．５〜２．２ｅｑ／ｌ−Ｒ）に相当する量とした。テスト３では、カルニチンを濃縮するために、供給開始から１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した脱塩液にはカルニチンが含まれていないので、これを脱塩液（Ａ）とした。さらに１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上供給した脱塩液を脱塩液（Ｂ）として別に採取した。
脱塩液および溶出液の重量を測定し、カルニチン、ＮＰＮ、尿素、ミネラル含量を分析した。供給したＵＦ透過液および脱塩液、溶出液の各成分の重量を計算し、脱塩液および溶出液における回収率を求めた。なお、各陽イオンの回収率の計算において、溶出に用いた塩溶液由来の陽イオンは計算に入れていない。
【００２７】
（実験結果）
溶出剤の検討
溶出剤として塩化カルシウム、塩化カリウム、水酸化カリウム、塩酸を用いた場合、溶出液における各成分の回収率を表３に示す。
【００２８】
【表３】
【００２９】
Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液のいずれを試料とした場合でも、水酸化カリウムを用いるとカルニチンは溶出されやすくなることがわかった。尿素、ＮＰＮはＣｏｎｃ．液を原料とする方がＤｉｌ．液を原料とした場合より溶出されやすく、カルニチンと同様、水酸化カリウムを用いた場合が最も溶出されやすいが、溶出剤の種類の影響は小さかった。
水酸化カリウムを用いた場合にカルニチンの溶出率が大きかった理由は、カルニチンがアルカリ性溶液ではプラスの荷電が弱くなる、もしくは失うためと推定される。図７にカルニチンおよび酢酸の０．１Ｍ溶液１０ｍｌに対して０．１Ｍ水酸化ナトリウムを滴定した時のｐＨの変化を示す。カルニチンはプラスに荷電した窒素原子基とマイナスに荷電したカルボキシル基を有し、弱酸であるカルボキシル基は酸性溶液では解離せず、カルニチンは酸性域では強くプラスに荷電していると考えられる。しかし、カルニチンは酢酸と同様の滴定曲線を描くことから、アルカリ性溶液ではカルボキシル基は解離し、窒素原子のプラス荷電を中和するため、カルニチン分子全体のプラスの荷電は弱まると考えられる。
【００３０】
アルカリ溶出法の検討
テスト１：
Ｄｉｌ．液を１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給して得られた脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ２％、２５％、４６％（ｎ＝９）で、カルニチンは脱塩液にほとんど含まれていなかった。
溶出に用いた水酸化カリウム溶液の供給量が０．２ｅｑ／ｌ−Ｒ以下の場合、カルニチンはほとんど溶出液に回収されないが、水酸化カリウム溶液の供給量が０．４ｅｑ／ｌ−Ｒ以上に増えると急激に回収率が上がり、０．６ｅｑ／ｌ−Ｒ供給した場合、６２％のカルニチンが回収された。この場合の尿素とＮＰＮの回収率はそれぞれ４３％、３５％であった（図８）。溶出液に回収されたナトリウム、カリウムはいずれの条件でも１０％以下で、２価イオンは溶出されなかった。
【００３１】
テスト２：
Ｄｉｌ．液を１．３ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給して得られた脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ９％、２６％、５０％（ｎ＝４）であった。一方、Ｃｏｎｃ．液を原料とした場合、脱塩液に回収されたカルニチン、尿素、ＮＰＮはそれぞれ６％、５％、３７％（ｎ＝４）であった。したがって、濃度が高いＵＦ透過液をカラムに供給すると、ＮＰＮ成分、特に尿素の脱塩液への回収率は低くなった。
溶出液へのカルニチンの回収率は水酸化カリウム溶液供給量の増加に比例して上がり、０．４５ｅｑ／ｌ−Ｒ供給すると、Ｄｉｌ．液、Ｃｏｎｃ．液を試料とした溶出液にはそれぞれ７９％、６１％のカルニチンが回収された（図９、１０）。ＵＦ透過液の濃度が高い方が尿素、ＮＰＮの溶出液への回収率は高くなった。この場合の陽イオンの溶出液への回収率はいずれも１０％以下であった。
【００３２】
テスト３：
テスト３では、カルニチンを濃縮するために、供給開始から１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した脱塩液にはカルニチンが含まれていないので、これを脱塩液（Ａ）（Ｄｅｍ．（Ａ））とした。さらに１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒ以上供給した脱塩液を脱塩液（Ｂ）（Ｄｅｍ．（Ｂ））として別に採取した。
Ｄｉｌ．液およびＣｏｎｃ．液を１．３ｋｇ．ＴＳ／ｌ−Ｒ供給した後、０．４もしくは０．５ｅｑ／ｌ−Ｒ相当の水酸化カリウム溶液で溶出した実験における脱塩液（Ａ）（Ｄｅｍ．（Ａ））および脱塩液（Ｂ）（Ｄｅｍ．（Ｂ））と溶出液（Ｅｌｕ．）に回収された各成分の比率を表４に、脱塩液（Ｂ）と溶出液の混合液もしくは溶出液の組成を表５に示す。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
Ｄｉｌ．液の場合、供給量１．１ｋｇ・ＴＳ／ｌ−Ｒまでの脱塩液（Ａ）を別に採取することで脱塩液（Ｂ）と溶出液の混合液に無機陽イオン漏出率１１％以下でカルニチンを９０〜９５％回収できた。一方、Ｃｏｎｃ．液の場合は、同様に無機陽イオン漏出率１０％以下でカルニチンを７９〜８７％回収できた。カルニチンは乾物換算０．１８〜０．１１％でＵＦ透過液の３〜４倍に濃縮された計算になる。
脱塩液（Ｂ）を混合しない場合、溶出液へのカルニチンの回収率は７６〜８７％で、乾物換算のカルニチン含量は約２％であった。
液の混合液の乾物換算のカルニチン含量は０．１〜０．２％である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、乳又は乳製品から、カルシウム等の陽イオンの含量が少ない状態で、カルニチンを回収することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項２】
乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイの供給を陽イオン交換樹脂の交換容量が飽和した時点で停止することを特徴とする請求項１記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項３】
溶出液がアルカリ液である請求項１又は２記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項４】
溶出液を陽イオン交換樹脂を充填したカラムの下部から供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の調製粉乳の製造方法によって製造された調製粉乳または機能性健康原料。
【請求項１】
乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイを、陽イオン交換樹脂を充填したカラム上部から供給し、該カラムの樹脂充填部の下約１／３の下層部にカルニチンを吸着させ、次いで、該下層部に溶出液を供給し、カルニチンを溶出させることによって回収した無機陽イオン含量が低減されたカルニチンを用いる、調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項２】
乳若しくは乳製品の限外濾過透過液又はホエイの供給を陽イオン交換樹脂の交換容量が飽和した時点で停止することを特徴とする請求項１記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項３】
溶出液がアルカリ液である請求項１又は２記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項４】
溶出液を陽イオン交換樹脂を充填したカラムの下部から供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の調製粉乳または機能性健康原料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の調製粉乳の製造方法によって製造された調製粉乳または機能性健康原料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４８６３１（Ｐ２０１３−４８６３１Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４５４８９（Ｐ２０１２−２４５４８９）
【出願日】平成２４年１１月７日（２０１２．１１．７）
【分割の表示】特願２００７−５３１０２３（Ｐ２００７−５３１０２３）の分割
【原出願日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（０００００６１３８）株式会社明治 (265)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月７日（２０１２．１１．７）
【分割の表示】特願２００７−５３１０２３（Ｐ２００７−５３１０２３）の分割
【原出願日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（０００００６１３８）株式会社明治 (265)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]