科学研究 - 高功能乳化剂“Ghatti gum”实现产品化，食品企业与深海研究者的跨界组合

将水和油混合以改善口感的乳化剂是食品制造中不可或缺的原料，目前主要使用的阿拉伯胶在稳定供应方面存在不安因素。一直在推进替代品研发的食品添加剂制造商三荣源F.F.I株式会社（大阪府丰中市）与国立研究开发法人海洋研究开发机构的出口茂中心长等人，将用于深海极限环境的新型乳化剂“高功能化Ghatti gum”成功实现了替代品转化。本次开发通过产学合作克服了食品行业存在的课题，获得了第50届井上春成奖。本文将探访乳化剂与深海这一意外组合背后的故事。

被广泛应用的阿拉伯胶
产地苏丹政局动荡

蛋黄酱是混合油、醋和蛋黄制成的。通常油和醋无法混合均匀，但原料的蛋黄中含有乳化作用的成分，因此能够制成混合均匀的蛋黄酱产品。所谓“乳化”，指的是像水和油这样本来不会混合、会分离的物质相互混合的现象，具有乳化作用的物质就被称为“乳化剂”。

乳化剂也被用于冰淇淋和软饮料中。许多着色剂和香料只溶于油、不溶于水，具有脂溶性。如果将这些着色剂或香料直接加入水中，随着时间的推移就会发生分离。但加入乳化剂后，着色剂和香料能够与水混合，且长时间保持均匀状态。此外，由于还能改善口感，所以乳化剂对食品制造商来说是不可或缺的存在。

目前食品用乳化剂中大量使用的是阿拉伯胶（图1）。阿拉伯胶是从豆科腊肠树属植物的树液中获得的高分子多糖，具有乳化性能高、对食品风味影响小的特点。然而，不能只依赖阿拉伯胶。三荣源F.F.I的木下圭刚课长代理说明了其原因：“阿拉伯胶的主要产地苏丹长期处于冲突状态，政治形势不稳定。食品生产需要稳定供应，因此需要可替代阿拉伯胶的乳化剂。”

图1 左侧的阿拉伯胶和中央的Ghatti gum都是切开树干后流出的树液固化而成。右侧是将Ghatti gum按本次研发的技术高温高压处理后，再进一步加工成更易使用的粉末状产品。

Ghatti gum的粘度变低
加热处理失误带来的意外发现

因此，三荣源F.F.I公司关注了从广泛生长于印度、斯里兰卡等地Gatinoki的树液中获得的、具有与阿拉伯胶类似乳化作用的“Ghatti gum”。这些国家的政局相对稳定，供应风险较低。将Ghatti gum用作乳化剂的研究虽然在海外已有案例，但在产业化应用上几乎没有获得进展。

以当时的项目负责人、现任三荣源F.F.I担当次长的三内刚为中心的研发却遇到了重重困难。通常，阿拉伯胶是将树液块溶于水后，经过加温到90度以上的加热处理制成。但Ghatti gum会因收获年份或产地不同而出现年度较高的情况，即使采用与阿拉伯胶相同的加热工艺，其粘度仍会升高，不适合作为食品原料。

某一天，转机意外出现了。本应对Ghatti gum进行约1小时的加热处理，但三内因被其他工作吸引注意力，竟然将其放置了一整天。第二天调查性能变化时，意外地发现粘度降低了，乳化作用反而提升了。尽管这一偶然的发现带来了新的价值，但三内苦笑道：“话虽如此，由于糊锅，产生了异味，根本无法作为食品添加剂使用。”

以海底热泉为启发的加热和急速冷却
以展会为契机迈向共同研究

解决这一问题的突破口，是因为结识了海洋研究开发机构生命理工学中心主任出口茂。出口长期从事从水深200米以下深海中发生的物理化学现象中汲取灵感的“深海启发化学（深海inspired化学）”研究。出口表示：“自然是孕育科学技术构想的源泉，深海也不例外。为了将深海特有的环境和现象应用于现实社会，将以应用为目标继续研究。”

在深海中存在着经地热加热的高温水喷出的“海底热泉”，喷出的水温有时会超过400度。另一方面，周围深海水的水温仅约5度。因此，在海底热泉附近会不断反复发生瞬间被超高温加热、随即又急速冷却的现象（图2）。而且深海的水压极高，例如水深1000米处水压约为100个大气压，可谓一种极限环境。

图2 在海底热泉附近，海水会瞬间被加热至超过400度，随后又急速冷却，这一现象反复发生。（供图：日本海洋研究开发机构）

出口受到海底热泉喷出孔的启发，与仪器制造商共同开发了能够在高压下瞬间加热至超高温并急速冷却的装置。利用该装置，进行了针对多种材料开发的研究。某次，出口在展会上发表的研究成果，被三荣源F.F.I的员工偶然听到。听完三荣源员工的问题后，三内想到：“如果能使用这种瞬间加热和冷却的装置，就能在通过加热降低粘度的同时避免焦糊，从而制成无异味的Ghatti gum”，于是双方随即便开展了共同研究。

在推进研究得过程中，出口作为研究负责人申请了JST的“研究成果最佳展开支援项目”（A-STEP），并于2016年被采纳。借助该项目的支持，团队汇聚了相关研究人员，推进了大型装置的开发（图3）。当然，开发过程并非一帆风顺。在食品制造中，即使开发阶段使用小量生产的试制机顺利进行，扩大到工厂的大规模生产时常常会遭遇各种问题。

图3 将Ghatti gum溶于水后，经过高温高压处理制造高性能乳化剂

具体来说，当研究人员将Ghatti gum长时间、大量注入装置时，过滤器发生了堵塞，导致装置被迫停止。木下回忆当时的困境时说道：“Ghatti gum中含有金属离子，这些离子会与处理过程中添加的酸发生反应，从而造成堵塞。我们通过更换酸的种类，并改变过滤器网格的粗细等解决了这个问题。”

实现乳化能力2.5倍的高性能
提供“选择项”有意义，海外市场也进入视野

Ghatti gum的生产取得了成功。2019年，三荣源F.F.I开始向食品制造商销售着色料浓度比既往高2.5倍、用于饮料也能长时间保持稳定状态的新型乳化色素（图4）。此后，还销售包括乳化香料在内、通过在饮料中添加产生浑浊感，从视觉上表现果汁浓厚感的“Cloudy”产品，以及用于为点心面类着色的粉末型产品等。

图4 Ghatti gum不仅可用于像右侧两种产品那样着色，还可用于赋香，或像左起第二个产品那样增加浑浊度，以呈现浓厚感与果汁感。

尽管Ghatti gum的实用化已经成功，但阿拉伯胶作为乳化剂的市场份额依然非常大。三荣源F.F.I的西野雅之董事执行役员表示：“能够构建Ghatti gum这一新型乳化剂的供应渠道，为用户提供选择，我认为意义重大”，并预测Ghatti gum将会逐步实现替代阿拉伯胶。Ghatti gum在护理食品、流质食品及营养补充食品中也具有应用潜力。西野展望了老龄化社会的需求增长时表示：“针对营养不足的高龄者和患者的产品，为了在少量摄入下实现高热量，含有大量脂质，需要高性能的乳化剂”。

公司还在考虑拓展海外销售。食品添加剂的许可状况因国家而异，但已有多个国家允许将Ghatti gum用作乳化剂。公司一直在持续与各国监管机构就食品添加剂许可进行磋商，并已着手申请Ghatti gum的许可以便扩大用途。

蕴含巨大潜力的高功能化Ghatti gum生产技术，是一项有望提升食品产业价值的日本原创技术。因为上述成果获得认可，出口与三荣源F.F.I荣获了第50届井上春成奖。获奖后，出口表示：“最初以将深海现象应用于科学技术为目标而启动的深海启发化学研究，最终能够为解决食品制造中的课题作出贡献，我深以为傲。食品研究的好处在于，能够真正品尝到自己的研究成果。”

◆今后……
可在常温下仅靠压力成形
实现CO₂削减的塑料研发

出口目前在JST的CREST项目中，还在从事气压塑胶（Baroplastic）的研究。气压塑胶与通常的塑料不同，几乎可在常温下仅凭压力成形，不需要大量的热能（图5）。因此，有望降低塑料制造过程中的能源消耗和二氧化碳的排放量。同时也逐渐明确可用压力进行化学回收，有望为实现资源循环利用的循环型社会做出贡献。