この研究は、ブラジルの研究機関の研究論文です。

掲載誌：Acta Scientiarum. Technology/Acta scientiarum. Technology

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

硬い細胞壁をどう攻略するか

アスタキサンチンは赤い色素の一種（カロテノイド）で、強い抗酸化性が評価されています。栄養補助食品、食品・飼料の添加物、化粧品などに使われています。その主要な天然の供給源が、淡水性の微細藻類ヘマトコッカス・プルビアリスです。この藻は、栄養不足や強い光といったストレスを受けると細胞内にアスタキサンチンをため込みます。一方で、そのときにできる細胞壁は機械的にも化学的にも非常に丈夫です。そのため溶媒が細胞の中まで届きにくく、色素を効率よく取り出すことが難しいとされてきました。

細胞壁を弱める方法の一つに、塩酸で処理する「酸加水分解」があります。先行研究でも高い回収率が報告されていました。ただし、酸で処理した藻を遠心分離で酸の液から分け、その後に溶媒で抽出するという一連の工程で、酸処理の条件がどう影響するかは調べられていませんでした。ブラジルの研究チームは、ある仮説を立てました。遠心分離の力に耐えるだけの細胞壁の強さを残しつつ、溶媒は十分に通るようにする。そうした酸処理条件の「狭い窓」が存在するのではないか、というものです。研究チームはこの条件の特定を目指しました。

何をどう調べたか

研究チームは、光を強めてストレスを与えた藻を、乾燥させない湿った状態のまま使いました。まず予備試験を行い、二つの点を確かめました。一つは、酸処理後の藻を回収するのに必要な遠心分離の強さと時間です。もう一つは、酸処理を長くして処理を厳しくしたときに、遠心分離で回収できる藻の量がどう変わるかです。

続いて、塩酸の濃度、処理温度、処理時間の三つを組み合わせて変える実験計画を立てました。結果から回収率を予測する数式（応答曲面モデル）を作り、最適な条件を探しています。実験は二つの系列に分けました。「酸処理だけで遠心分離をしない場合」と「酸処理の後に重力の2,000倍の力で3分間遠心分離する場合」です。この比較で、遠心分離の工程がどんな制約を加えるのかを切り分けました。抽出には実験室で標準的なアセトンによる抽出装置を使いました。回収率は、別の溶媒で色素を出し尽くして求めた総量に対する割合として示しています。

主な結果：遠心分離があると条件の幅が狭まる

予備試験では、既存の条件（2.5規定の塩酸、70℃、10分）で処理した藻は、重力の1,000倍を超える力で3分間遠心すれば97%を超えて回収できました。しかし同じ濃度と温度でも、処理時間が10分を超えると回収量は下がり続けました。40分では約24%にとどまりました。顕微鏡では、壊れた細胞が上澄みに散らばり、アスタキサンチンが細胞の外へ漏れ出す様子が確認されています。

本実験でも同じ傾向がはっきり表れました。例えば80℃・15分・4規定という厳しい条件では、遠心分離をしない場合の回収率は約96%でした。これが遠心分離をすると約74%に落ちました。最適条件は、遠心分離なしでは70℃・17分・3.6規定、遠心分離ありでは71℃・11分・2.9規定と予測されました。確認実験ではどちらも約99%の回収率が得られ、予測値とよく一致しました。温度70℃のとき、98%を超える回収率が得られる範囲は、遠心分離なしでは酸濃度4.5規定・時間18分まで広がっていました。遠心分離ありでは3.9規定・14分までに狭まりました。

研究チームは、条件の幅が狭まる理由を二つ挙げています。酸の濃度が4規定を超えると、藻が液面に浮いて沈みにくくなります。また、処理が約16分を超えると、遠心分離の際に色素が細胞外へ漏れて失われます。逆に、酸が弱すぎたり温度が低すぎたりすると色素が細胞内に残りました。90%を超える回収にはおおむね2規定以上の塩酸が必要でした。最適に近い条件では、細胞壁の形を保ったまま中の色素だけが抜けた無色の細胞が観察されました。著者らはこの観察から、酸で生じた微小な穴を通って溶媒が入り込んでいると考えています。

この研究が示すこと

この研究は、酸処理という前処理を「抽出しやすくするための工程」としてだけ見てはいけないことを示しています。後に続く遠心分離に耐えられるかどうかも合わせて条件を決める必要がある、という点を具体的な数値で示しました。著者らは、藻を酸の液から濃縮した状態で分けられれば、中和が必要な酸の量を減らせる可能性があると述べています。ただし、酸の再利用や排水処理、装置の腐食などの点は今後の検討課題としています。酸処理はアスタキサンチン抽出の有望な手段である一方、条件を精密に管理する必要がある。これが研究チームの結論です。

著者：Henrique Vechio（Universidade Federal do Paraná）、André Bellin Mariano（Universidade Federal do Paraná）、Rafael Bruno Vieira（Universidade Federal de Uberlândia）、Fernando Augusto Pedersen Voll（Universidade Federal do Paraná）

※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）：Henrique Vechio, André Bellin Mariano, Rafael Bruno Vieira, et al. Acid hydrolysis-centrifugation process for high-recovery astaxanthin extraction from Haematococcus pluvialis. Acta Scientiarum. Technology/Acta scientiarum. Technology 2026-09-14. DOI: 10.4025/actascitechnol.v48i1.76447. 原著ライセンス：CC BY.