科學研究 - 高功能乳化機「Ghatti gum」實現產品化，食品企業與深海研究者的跨界組合

將水和油混合以改善口感的乳化機是食品製造中不可或缺的原料，目前主要使用的阿拉伯膠在穩定供應方面存在不安因素。一直在推進替代品研發的食品添加劑製造商三榮源F.F.I株式會社（大阪府豐中市）與國立研究開發法人海洋研究開發機構的研究中心主任出口茂等人，將用於深海極限環境的新型乳化機「高功能化Ghatti gum」成功實現了替代品轉化。本次開發通過產學合作克服了食品行業存在的課題，獲得了第50屆井上春成獎。本文將探訪乳化機與深海這一意外組合背後的故事。

被廣泛應用的阿拉伯膠
產地蘇丹政局動盪

蛋黃醬是用油、醋和蛋黃混合製成的。通常油和醋無法混合均勻，但原料的蛋黃中含有乳化的成分，因此能夠製成混合均勻的蛋黃醬產品。所謂「乳化」，指的是像水和油這樣本來不會混合、會分離的物質相互混合的現象，具有乳化的物質就被稱為「乳化機」。

乳化機也被用於冰淇淋和汽水料中。許多著色劑和香料隻溶於油、不溶於水，具有脂溶性。如果將這些著色劑或香料直接加進水中，隨著時間的推移就會發生分離。但加入乳化機後，著色劑和香料能夠與水混合，且長時間保持均勻混合的狀態。此外，由於還能改善口感，所以乳化機對食品製造商來說是不可或缺的存在。

目前食品用乳化機中大量使用的是阿拉伯膠（圖1）。阿拉伯膠是從相思樹屬植物的樹液中獲得的聚合物多醣，具有乳化性能高、對食品風味影響小的特點。然而，不能隻依賴阿拉伯膠。三榮源F.F.I的木下圭剛課長代理說明了其原因：「阿拉伯膠的主要產地蘇丹長期處於衝突狀態，政治形勢不穩定。食品生產需要穩定供應，因此需要可替代阿拉伯膠的乳化機。」

圖1 左側的阿拉伯膠和中央的Ghatti gum都是切開樹幹後流出的樹液固化而成。右側是使用本次研發的高溫高壓技術將Ghatti gum處理後，再進一步加工成更易使用的粉末狀產品。

Ghatti gum的粘度變低
加熱處理失誤帶來的意外發現

因此，三榮源F.F.I公司關注了從廣泛生長於印度、斯里蘭卡等地Anogeissus latifolia的樹液中獲得的、具有與阿拉伯膠類似乳化的「Ghatti gum」。這些國家的政局相對穩定，供應風險較低。將Ghatti gum用作乳化機的研究雖然在海外已有案例，但在產業化應用上幾乎沒有獲得進展。

以當時的項目負責人、現任三榮源F.F.I擔當次長的三內剛為中心的研發卻遇到了重重困難。通常，阿拉伯膠是將樹液塊溶於水後，經過加溫到90度以上的加熱處理製成。但Ghatti gum會因收穫年份或產地不同而出現粘度較高的情況，即使採用與阿拉伯膠相同的加熱工藝，其粘度仍會升高，不適合作為食品原料。

某一天，轉機意外出現了。本應對Ghatti gum進行約1小時的加熱處理，但三內研究員因被其他工作吸引注意力，竟然將其放置了一整天。第二天調查性能變化時，意外地發現粘度降低了，乳化反而提升了。儘管這一偶然的發現帶來了新的價值，但三內研究員苦笑道：「話雖如此，由於糊鍋，產生了異味，根本無法作為食品添加劑使用。」

以海底熱泉為啟發的加熱和急速冷卻
以展會為契機邁向共同研究

解決這一問題的突破口，是因為結識了海洋研究開發機構生命理工學中心主任出口茂。出口主任長期從事從水深200米以下深海中發生的物理化學現象中汲取靈感的「深海啟發化學（深海inspired化學）」研究。出口主任表示：「自然是孕育科學技術構想的源泉，深海也不例外。為了將深海特有的環境和現象應用於現實社會，將以應用為目標繼續研究。」

在深海中存在著經地熱加熱的高溫水噴出的「海底熱泉」，噴出的水溫有時會超過400度。另一方面，周圍深海水的水溫僅約5度。因此，在海底熱泉附近會不斷反復發生瞬間被超高溫加熱、隨即又急速冷卻的現象（圖2）。而且深海的水壓極高，例如水深1000米處水壓約為100個大氣壓力，可謂一種極限環境。

圖2 在海底熱泉附近，海水會瞬間被加熱至超過400度，隨後又急速冷卻，這一現象反復發生。（供圖：日本海洋研究開發機構）

出口主任受到海底熱泉噴出孔的啟發，與儀器製造商共同開發了能夠在高壓下瞬間加熱至超高溫並急速冷卻的裝置。利用該裝置，進行了針對多種材料開發的研究。某次，出口主任在展會上發表的研究成果，被三榮源F.F.I的員工偶然聽到。聽完三榮源員工的問題後，三內研究員想到：「如果能使用這種瞬間加熱和冷卻的裝置，就能在通過加熱降低粘度的同時避免焦糊，從而製成無異味的Ghatti gum」，於是雙方隨即便開展了共同研究。

在推進研究的過程中，出口主任作為研究負責人申請了JST的「研究成果最佳展開支援項目」（A-STEP），並於2016年被採納。藉助該項目的支持，團隊匯聚了相關研究人員，推進了大型裝置的開發（圖3）。當然，開發過程並非一帆風順。在食品製造中，即使開發階段使用小量生產的試製機順利進行，擴大到工廠的大規模生產時常常會遭遇各種問題。

圖3 將Ghatti gum溶於水後，經過高溫高壓處理製造高性能乳化機

具體來說，當研究人員將Ghatti gum長時間、大量注入裝置時，過濾器發生了堵塞，導致裝置被迫停止。木下回憶當時的困境時說道：「Ghatti gum中含有金屬離子，這些金屬離子會與處理過程中添加的酸發生反應，從而造成堵塞。我們通過更換酸的種類，並改變過濾器網格的粗細等解決了這個問題。」

實現乳化能力2.5倍的高性能
提供「選擇項」有意義，海外市場也進入視野

Ghatti gum的生產取得了成功。2019年，三榮源F.F.I開始向食品製造商銷售著色料濃度比既往高2.5倍、用於飲料也能長時間保持穩定狀態的新型乳化色素（圖4）。此後，還銷售包括乳化香料在內、通過在飲料中添加產生渾濁感，從視覺上表現果汁濃厚感的「Cloudy」產品，以及用於為點心面類著色的粉末型產品等。

圖4 Ghatti gum不僅可用於像右側兩種產品那樣著色，還可用於賦香，或像左起第二個產品那樣增加濁度，以呈現濃厚感與果汁感。

儘管Ghatti gum的實用化已經成功，但阿拉伯膠作為乳化機的市場份額依然非常大。三榮源F.F.I的西野雅之董事執行役員表示：「能夠構建Ghatti gum這一新型乳化機的供應渠道，為用戶提供選擇，我認為意義重大」，並預測Ghatti gum將會逐步實現替代阿拉伯膠。Ghatti gum在介護食品、流質食品及營養補充食品中也具有應用潛力。西野展望了老齡化社會的需求增長時表示：「針對營養不足的高齡者和患者的產品，為了在少量攝入下實現高熱量，含有大量脂質，需要高性能的乳化機」。

公司還在考慮拓展海外銷售。食品添加劑的許可狀況因國家而異，但已有多個國家允許將Ghatti gum用作乳化機。公司一直在持續與各國監管機構就食品添加劑許可進行磋商，並已著手申請Ghatti gum的許可以及擴大用途。

蘊含巨大潛力的高功能化Ghatti gum生產技術，是一項有望提升食品產業價值的日本原創技術。因為上述成果獲得認可，出口主任與三榮源F.F.I榮獲了第50屆井上春成獎。獲獎後，出口主任表示：「最初以將深海現象應用於科學技術為目標而啟動的深海啟發化學研究，最終能夠為解決食品製造中的課題作出貢獻，我深以為傲。食品研究的好處在於，能夠真正品嚐到自己的研究成果。」

◆今後……
可在常溫下僅靠壓力成形
實現CO₂削減的塑膠研發

出口主任目前在JST的CREST項目中，還在從事壓力成型塑膠（Baroplastic）的研究。壓力成型塑膠與通常的塑膠不同，幾乎可在常溫下僅憑壓力成形，不需要大量的熱能（圖5）。因此，有望降低塑膠製造過程中的能源消耗和二氧化碳的排放量。同時也逐漸增加了利用壓力進行化學回收的認知，有望為實現資源循環利用的循環型社會做出貢獻。