著者の所属・活動拠点の国は、ポルトガルです。

掲載誌：Gels

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ドングリは炭水化物、特にでんぷんを多く含みます。論文によると、ポルトガルでは大量に実りますが、年間生産量の半分以上は活用されず、利用される分も主に家畜の飼料です。ドングリには渋み成分として知られるタンニンも多く含まれます。タンニンは栄養面では好ましくない成分とされがちですが、革のなめしに使えば、環境や健康への懸念がある クロム塩の代わりになります。そこで研究チームは、でんぷんとタンニンを一つの工程でまとめて回収できれば、ドングリの価値を高められると考えました。

でんぷんを取り出す方法としては、薄いアルカリ液を使う方法が収量や純度の面で効果的とされています。しかし、アルカリで処理したでんぷんは、欧州連合では独立した表示用の食品添加物としてまだ認められていません。このため、化学薬品に頼らない、より環境にやさしい抽出法が求められています。

研究チームが注目したのは「パルス電界（PEF）」という技術です。ごく短い高電圧の電気パルスを細胞に当てて細胞膜に小さな穴をあけ、中身を外へ出しやすくします。PEFはさまざまな素材から成分を取り出す補助技術として使われてきましたが、でんぷんの抽出に向くかどうかを調べた研究は見つからなかったといいます。そこで本研究では、電界の強さと処理時間がでんぷんとポリフェノール類の同時抽出にどう影響するかを調べ、最もよい条件を探しました。さらに、その条件で得たでんぷんを、アルカリ抽出で得たでんぷんと粒の形や加熱時の性質で比べました。

何を、どのように調べたか

材料は、2019年11月にポルトガル北部の国立公園で拾い集めたヨーロッパナラ（Quercus robur）のドングリです。殻をむいて中身（子葉）を粉にし、水に混ぜた懸濁液を、連続式の実験室規模のPEF装置に流して電気パルスを当てました。抽出に使った溶媒は水だけです。

条件として変えたのは、電界の強さと処理時間（35、60、85マイクロ秒）の2つです。少ない実験回数で条件の影響を調べられる「ボックス・ベーンケン計画」という実験の組み方を用いました。処理後に液体部分と固形部分を分け、液体部分ではポリフェノール類の総量、加水分解型タンニンと縮合型タンニンの量、抗酸化活性を測りました。固形部分はふるいにかけて洗い、でんぷんを集めて収量を求めました。結果から条件と各測定値の関係を表す数式モデルを作り、でんぷん、ポリフェノール類、タンニン、抗酸化活性のすべてがなるべく高くなる条件を計算しました。その条件で追加の抽出を行い、予測が当たるかも確かめています。

比較対象として、同じドングリ粉を0.25%の水酸化ナトリウム液に入れ、5℃で24時間かき混ぜるアルカリ抽出も行いました。両方の方法で得たでんぷんについて、走査型電子顕微鏡で粒の形を観察しました。また、でんぷんを水と一緒に50〜100℃で加熱し、溶け出す割合（溶解度）と水を吸ってふくらむ度合い（膨潤力）を比べました。これらは、でんぷんが加熱によって糊のようになる「糊化」の性質を表す指標です。

主な報告結果

すべての目標を同時に満たす最適条件は、電界の強さ0.1 kV/cm、処理時間63.3マイクロ秒でした。目標をどれだけ同時に満たせたかを示す「望ましさ」の値は87%でした。この条件で実際に抽出した値と予測値の差は10%未満で、研究チームはモデルが妥当だと判断しています。

アルカリ抽出と比べると、でんぷんの収量はアルカリ抽出のほうが有意に高くなりました。一方、加水分解型タンニンの回収量は、PEFの最適条件のほうがアルカリ抽出の11倍でした。

電子顕微鏡で観察すると、どちらの方法で得たでんぷん粒も主に丸形、楕円形、半円形で、割れや表面の浸食、つぶれは見られませんでした。PEFで得た粒は表面がなめらかで輪郭もはっきりしていました。研究チームは、PEFでの収量が低かった原因は粒が壊れたことではなく、粉から粒が十分に放出されなかったことにある可能性が高いと考えています。

加熱試験では、50℃ではどちらのでんぷんも溶け出しもふくらみもせず、60℃から100℃へ温度を上げるにつれて、どちらも溶解度と膨潤力が増えました。溶解度はアルカリ抽出のでんぷんのほうが有意に高い一方、膨潤力には両者で有意な差がありませんでした。研究チームは、アルカリ処理によってでんぷんの成分の一つであるアミロースが溶け出しやすくなったと解釈しています。また膨潤力が同程度だったことから、もう一つの成分であるアミロペクチンの構造はどちらの方法でも保たれたとみています。

条件ごとの影響にも違いがありました。処理時間は、ポリフェノール類、加水分解型タンニン、抗酸化活性のいずれも中程度で最も高く、短すぎても長すぎても下がりました。でんぷんの収量には処理時間の有意な影響はなく、主に電界の強さに左右されました。電界の強さは、ポリフェノール類の総量には有意な影響を与えませんでした。一方、加水分解型タンニンと抗酸化活性は中程度の強さで高くなりました。縮合型タンニンは定量できないほど少量でした。

この報告が示すこと

研究チームは、PEFが水だけを使って、ドングリからでんぷんと、抗酸化活性をもつタンニンを多く含む抽出液とを同時に得られる、環境に配慮した方法だと結論づけています。でんぷんを最大限に取り出すことだけが目的ならアルカリ抽出が有利です。しかし、化学薬品を使わないこと、食品表示を簡潔にできること、価値の高い成分をあわせて回収できることを重視するなら、PEFが望ましい選択肢になるというのが研究チームの見方です。得られた抽出液は革なめし用の天然タンニン源に、でんぷんは化学処理を経ない食品素材になりうると論文は述べています。

限界もあります。PEFで得られるでんぷんの量はアルカリ抽出より少なく、論文は収量の改善を課題に挙げています。また、作成した数式モデルは測定値のばらつきの大部分を説明できたものの、どのモデルでも当てはまりの悪さを示す指標が有意でした。研究チームは、電界の強さと処理時間の間に、モデルでとらえきれていない複雑な相互作用があると考えています。でんぷんの性質は形と溶解度・膨潤力で評価しており、粘りなどの流動特性や熱的な性質は今回調べていません。

原著論文の著者・所属：Luís M. G. Castro（CBQF—Centro de Biotecnologia e Química Fina—Laboratório Associado, Escola Superior de Biotecnologia, Universidade Católica Portuguesa, Rua Diogo Botelho 1327, 4169-005 Porto, Portugal; LAQV-REQUIMTE—Laboratório Associado, Department of Chemistry, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal）、Carlos A. Pinto（LAQV-REQUIMTE—Laboratório Associado, Department of Chemistry, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal）、Sérgio C. Sousa（CBQF—Centro de Biotecnologia e Química Fina—Laboratório Associado, Escola Superior de Biotecnologia, Universidade Católica Portuguesa, Rua Diogo Botelho 1327, 4169-005 Porto, Portugal）、Elisabete M. C. Alexandre（CBQF—Centro de Biotecnologia e Química Fina—Laboratório Associado, Escola Superior de Biotecnologia, Universidade Católica Portuguesa, Rua Diogo Botelho 1327, 4169-005 Porto, Portugal; LAQV-REQUIMTE—Laboratório Associado, Department of Chemistry, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal）、Jorge A. Saraiva（LAQV-REQUIMTE—Laboratório Associado, Department of Chemistry, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal）、Manuela Pintado（CBQF—Centro de Biotecnologia e Química Fina—Laboratório Associado, Escola Superior de Biotecnologia, Universidade Católica Portuguesa, Rua Diogo Botelho 1327, 4169-005 Porto, Portugal）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Luís M. G. Castro, Carlos A. Pinto, Sérgio C. Sousa, et al. Sustainable Co-Extraction of Starch and Tannins from Quercus robur Acorns Using Pulsed Electric Field Technology and Evaluation of Starch Gelatinization Properties. Gels（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-24. DOI: 10.3390/gels12090756. 原著ライセンス：CC BY.