ゼラチン・コラーゲンペプチドのエンドトキシン対策
低エンドトキシン化の技術的課題と解決法
Jun 05, 2026
ゼリーやカプセルなど、私たちの身近な製品に使われるゼラチンは、食品だけでなく医薬・バイオ分野でも欠かせない素材です。
一方で、動物由来原料と水系プロセスを起点とするため、グラム陰性菌由来のエンドトキシン（LPS）が混入・残留する可能性があり、用途によっては安全性や実験・製造の再現性に影響を及ぼします。
本記事では、ゼラチンやコラーゲンペプチドの基礎とエンドトキシンの概要に加え、利用分野ごとの懸念点、低エンドトキシンゼラチン・コラーゲンペプチドの考え方、代表的な低減手法について解説します。
ゼラチン・コラーゲンペプチドとは
ゼラチンは、動物の皮や骨、腱などに多く含まれるコラーゲンを加水分解して得られるタンパク質です。コラーゲンは本来、水に溶けにくく硬い繊維状の構造を持ちますが、酸やアルカリ処理、加熱抽出などによって分子がほどけて水に溶けやすい形になったものがゼラチンです。
水に溶かして冷やすとゲル（ゼリー状）を形成する性質があり、この「固める」「とろみをつける」「食感を付与する」といった機能性が評価され、食品・医薬・化粧品など幅広い分野で利用されています。
さらに、このゼラチンを酵素などでさらに細かく分解し、低分子化したものがコラーゲンペプチド（加水分解ゼラチン）です。ゼラチンが冷えると固まる性質を持つのに対し、コラーゲンペプチドは分子量が小さいため、冷やしても固まらず、水に溶けやすいという特徴があります。
近年、医療・バイオ分野では、このコラーゲンペプチドも高濃度での処方設計や、粘度を抑えた注射剤の安定化剤、細胞培養の添加物として非常に重要な役割を担っています。しかし、分子量が小さくなるほどエンドトキシンとのサイズ差がなくなるため、一般的な精製法ではエンドトキシンの除去が極めて困難になるという課題があります。
ゼラチン・コラーゲンペプチドに含まれるエンドトキシンとは
ゼラチンやコラーゲンペプチドに含まれるエンドトキシンとは、原料となる動物組織（豚皮・牛骨/皮・魚皮など）や製造環境に存在するグラム陰性菌に由来するリポ多糖（LPS）を指します。
ゼラチンやコラーゲンペプチドは動物由来のコラーゲンを酸・アルカリ処理および加熱抽出して得られるタンパク質であり、原料の取り扱い・抽出・洗浄・濃縮といった工程を通じて、細菌由来のエンドトキシンが製品中に残留する可能性があります。
通常は洗浄、ろ過、加熱、殺菌などにより微生物（菌体）そのものは低減できますが、LPSは耐熱性・化学安定性が高く、菌が死滅した後も成分として残りやすいため、完全除去は困難です。
実際、医薬・バイオ用途のゼラチンでは微量のエンドトキシンでも発熱性（パイロジェン）リスクや細胞応答への影響につながり得るため、一般的な衛生管理レベルの精製だけでは規格を満たしにくいケースが問題になります。
特にゼラチンは工程中に高濃度溶液・高粘度状態を扱うことがあり、一般的なろ過や単純な化学処理のみでの低減が難しくなる場合があります。
また天然由来材料であることから、原料の保管状態、製造用水、設備内バイオフィルム、
空気中の粉塵などを介した再汚染によってエンドトキシンが増加するリスクもあります。
このため、ゼラチンやコラーゲンペプチド中のエンドトキシンは用途に応じて適切な管理が求められる重要な不純物といえます。
ゼラチン・コラーゲンペプチドの利用分野とエンドトキシンの影響
ゼラチンやコラーゲンペプチドは、コラーゲン由来のゲル形成能や保水性、被膜形成性などの機能を活かして、食品、医薬品、医療材料、化粧品、バイオ・再生医療分野など極めて幅広い分野で利用されています。
一方で、ゼラチンやコラーゲンペプチドは豚皮・牛骨/皮・魚皮などの動物由来原料を出発点とする天然タンパク質であるため、原料や製造環境に存在するグラム陰性菌由来のエンドトキシン（LPS）が混入・残留する可能性があります。
特にコラーゲンペプチドは、その低分子特性から最終製剤への配合量が多くなる傾向があり、原料由来のエンドトキシン負荷が総体的に高まりやすいという側面を持っています。
このエンドトキシンは用途によっては問題とならない場合もありますが、使用環境や人体への曝露経路によっては、安全性や機能性、さらには製品の信頼性に影響を及ぼす要因となります。
例えば、以下のような分野ではエンドトキシンに関する懸念があります。
| 分野 | 用途 | 懸念点 |
|---|---|---|
| 食品 | ゼリー、飲料、粉末サプリメント（コラーゲンペプチド） | 経口摂取では直ちに重篤化しにくいが、慢性炎症との関連が研究されている。また、製造・流通時の微生物汚染の指標となる。 |
|
化粧品 外用剤 |
美容液、乳液、創傷被覆材 | 損傷皮膚や粘膜に使用する場合、炎症や発赤、アレルギー反応のリスク要因となる可能性がある。 |
|
医薬品 バイオ医薬品 |
カプセル、ワクチン安定化剤 | 体内に直接投与されるため、微量でも免疫反応（発熱等）を誘発することが示唆される。血中投与ではエンドトキシンとして極めて厳格な管理が必要となる。 |
| 医療材料 | 止血スポンジなど体内使用材料 | 体内留置部位での炎症性サイトカイン産生を誘発し、組織修復の妨げやショックを引き起こすリスクがある。 |
| 再生医療 | 細胞足場材料（スキャフォールド）、バイオインク、培養添加物 | 「隠れた不純物」として細胞応答を撹乱。未分化維持の失敗や転写/代謝異常を引き起こし、研究/製造の再現性を著しく低下させることが報告されている。 |
特に、ライフサイエンスの分野では低エンドトキシンゼラチンやコラーゲンペプチドを利用する必要があります。
低エンドトキシンゼラチン・コラーゲンペプチドとは
低エンドトキシンゼラチンやコラーゲンペプチドとは、原料の受入・保管から抽出・精製、乾燥・包装に至る製造工程および品質管理を通じて、ゼラチンやコラーゲンペプチド中に含まれるエンドトキシン（LPS）を極力低減・管理した原料を指します。
特にライフサイエンス分野では、エンドトキシンが発熱や炎症反応、重篤な場合はショックなどのリスクに直結し得るほか、細胞を扱う用途では細胞応答やデータの再現性を乱す要因となります。
このため、医薬・医療・バイオ用途では、最終製品の投与量や使用形態から逆算して原料段階でのエンドトキシン管理が求められ、低エンドトキシングレードとして供給されるケースもあります。
エンドトキシンに関する考え方は、用途分野によって以下のように異なります。
| 分野 | 規定・考え方 |
| 医薬品 バイオ医薬品 | ・各国薬局方/規制の考え方に基づき、最終製品ごとにエンドトキシン許容限度が設定される（投与量/投与経路から逆算） ・投与経路別の許容量により、原料ゼラチン側にも低EU/gが要求され得る ・医療/再生医療/細胞関連では、低エンドトキシン化が安全性/データ信頼性/規制対応に直結し、エンドトキシン管理グレードが用いられる ・用途に応じた低エンドトキシングレード階層があり、管理レンジが提示される |
| 医療機器 | ・FDAの枠組みでは、デバイスの接触部位に応じて抽出液の限度（EU/mL）またはデバイス当たり限度（EU/device）が設定される ・ゼラチンを医療機器材料として用いる場合、最終製品の抽出条件/使用形態から原料EU/gを逆算して目標設定する必要がある |
ゼラチンを低エンドトキシン化する方法
ゼラチンやコラーゲンペプチドの低エンドトキシン化は、通常の洗浄・ろ過・殺菌だけでは達成しにくく、用途（医薬・医療・バイオなど）に応じて専用の除去工程を組み合わせることが重要です。
特にゼラチンは高分子・高粘度で、エンドトキシン（LPS）が会合体を形成したりタンパク質に結合したりするため、条件によって除去効率や再現性が大きく変わります。
限外ろ過（UF）法
限外ろ過（UF）は膜のサイズ排除を利用した分離法で、条件が合えばゼラチンを保持しつつエンドトキシンを低減できます。
LPSは水中でミセル状に会合し、大きな凝集体として存在するため、適切な膜を選べば捕捉が期待されます。実際に目安100 kDaのUF膜で有効に分離できた例が報告されています。ただし、ゼラチン溶液では以下のような課題があります。
- 高粘性による膜閉塞
ゼラチンやコラーゲンペプチドは高濃度/低純度であるほど膜表面に強力なゲル層を形成しやすく、膜閉塞を発生させやすくなります。これにより、プロセスの効率の低下や、洗浄工程（CIP）の頻度が増大し、コストが高くなる可能性があります。
- LPSの解離と膜透過
溶液のpHや塩濃度、温度条件の変化、あるいはゼラチンやコラーゲンペプチド分子との相互作用により、LPSの会合体が単量体（約10〜20 kDa）へと解離することがあります。この場合、膜を透過して最終製品に残留してしまい、除去効率が不安定になります。
- ゼラチンやコラーゲンペプチドとLPSの相互作用
ゼラチンやコラーゲンペプチドはタンパク質であり、LPSのリピドA部位と疎水性結合や静電的結合を起こしやすい性質を持ちます。LPSがゼラチン分子と強固に結合/トラップされることで、サイズ差があっても膜分離ができず、ゼラチンと共に保持されてしまうことが課題となります。
- 物理的せん断による品質劣化
高粘度溶液をろ過するために高圧/高速循環を行うと、せん断力によってゼラチンの高次構造が影響を受け、ゲル強度などの物性が変化するリスクがあります。
そのためUFは、単独で万能というより、前処理（温度・塩・pH条件）や他手法との併用を前提に設計されます。
イオン交換法
イオン交換法は、負電荷を持つLPSをアニオン交換媒体（樹脂/膜）に吸着させて除去する方法です。原理的に除去力が高く、工業的にも確立された手段で、例としてゼラチン溶液をアニオン交換で処理し、エンドトキシンを注射用水レベル（<0.25 EU/mL）まで低減した事例が報告されています。
一方で、ゼラチンやコラーゲンペプチドでは製造条件が適切ではないと以下が問題になります。
- 等電点（pI）に依存するゼラチンの吸着と収率低下
ゼラチンやコラーゲンペプチドは、酸処理（タイプA：pI 7~9）もしくはアルカリ処理（タイプB：pI 5前後）によって等電点が大きく異なります。処理液のpHがpIから離れ、ゼラチンが負に帯電する条件下では、LPSだけでなくゼラチン分子もイオン交換樹脂に吸着してしまいます。これにより、製品の回収率（歩留まり）が著しく低下するリスクがあります。
- 高粘度/多分散性によるスケールアップの課題
ゼラチン溶液は高粘度かつ分子量分布が広いため、イオン交換樹脂を用いた場合、著しい圧力損失が発生します。これは通液速度の制限や流路の不均一化を引き起こし、工業規模での生産性を著しく阻害する要因となります。
- 原料由来に依存する製造プロセスの複雑性
LPSの除去挙動は、ゼラチンの由来原料や処理方法、共存する塩濃度やpHに強く依存します。そのため、原料ロットごとに精密な条件最適化が必要となり、品質の安定化に多大な工数を要します。
対策として、NaClなどの塩を適量添加し、ゼラチンの過剰吸着を抑えつつLPSを捕捉するなど、条件設計を工程に組み込む運用が取られます。
加熱・pH処理（分解・不活性化）
LPSは耐熱性が高いため通常の加熱では十分に失活しませんが、極端な条件では分解・低減が狙えます。器具のデピロジェネーションでは250℃・30分といった乾熱条件が例示されますが、ゼラチン溶液へ適用すると品質劣化につながるため、用途を限定した手法として検討されます。
- 加水分解と低分子化
過度な加熱や極端なpH操作は、ゼラチンの主鎖を分断（加水分解）させます。これにより、ゼラチン本来の特性であるゲル形成能の低下や、粘度低下を発生させます。
- 物理化学的特性の不可逆的変化
熱変性や化学的改変により、等電点（pI）や色度、透明度といった品質規格を維持できなくなり、最終製品の機能性に多大な影響を及ぼします。
非イオン界面活性剤＋吸着（相分離／ミセル法）
非イオン界面活性剤を用いて、タンパク質–LPS結合を解離させ、LPSをミセルとして捕捉し、吸着材で除去する考え方です。LPSの会合状態を「作って捕まえる」設計ができる一方、以下が課題になります。
- 残留界面活性剤による安全性リスク
界面活性剤が最終製品に残留することは許されません。しかし、高粘度なゼラチン溶液から微量の界面活性剤を完全に除去・保証することは技術的に極めて難しく、医薬品や細胞培養分野における「安全性」のリスクが大きな懸念点となります。
- 製造プロセスの不均一性とスケールアップ障壁
相分離を伴う手法では、大容量バッチにおける精密な温度制御と均一な撹拌が不可欠です。高粘度下では熱伝導が悪いため、ロット内でのエンドトキシン除去率にムラ（バラツキ）が生じやすく、品質の再現性が困難です。
- 固液分離の負荷と収率低下
吸着材を含む高粘度スラリーのろ過や分離は、装置への負荷が大きく、工程時間の延長や目的物（ゼラチン）のロスを招き、生産スループットを著しく低下させます。
高い低減効果が期待できる一方で、工程設計と品質保証をセットで組む必要があります。
吸着法（活性炭）
LPSは両親媒性で疎水性部分を持つため、活性炭や疎水吸着材で吸着除去を狙う方法があります。装置としては比較的単純ですが、ゼラチン側も吸着されやすく、以下の点が課題になります。
- 非特異的吸着と歩留まり低下
ゼラチンやコラーゲンペプチドもまた疎水的なアミノ酸残基を有するため、活性炭に対して非特異的に吸着します。特に低分子画分や特定の機能を持つ成分が優先的に吸着されることで、ゼラチンやコラーゲンペプチドの収率（歩留まり）が低下するだけでなく、組成の変化による物性のバラツキを招く原因となります。
- 吸着容量の限界
活性炭のLPS吸着容量には少なく、限りがあります。原料ゼラチンの初期エンドトキシン濃度が高い場合、活性炭では吸着しきれません。
そのため、単独での主法というより、前処理・仕上げ工程の一部としての位置づけになりやすい手法です。
吸着法（ポリミキシンB修飾樹脂）
ポリミキシンBは、エンドトキシン（LPS）の毒性中心であるリピドA部分に高い親和性を示すため、ポリミキシンBを固定化した樹脂や膜を用いることで、エンドトキシンを選択的に捕捉できる可能性があります。条件設定が適切であれば、ゼラチンやコラーゲンペプチドの吸着を抑えつつエンドトキシンを除去することも期待できます。しかし、大規模な工業生産においては、以下のような課題があります。
- 材料コスト
ポリミキシンBが高価な原料であり、これを固定化した吸着材は、他の手法（活性炭やイオン交換等）と比較して極めて高コストです。特に、大量のゼラチンを処理する製造プロセスにおいては、製造原価を圧迫するため、適用は一部の超高付加価値製品に限定されてしまいます。
- リガンドの脱離
固定化されたポリミキシンBが製造工程中に担体から脱離し、製品中に混入するリスクがあります。ポリミキシンBは抗生物質であり、微量の混入でも最終製品の安全性評価（毒性試験や免疫原性評価）に影響を及ぼす可能性があるため、厳格な残留管理が求められます。
このため、ポリミキシンB系の吸着材は材料コストが高く、処理規模が大きくなるほど製造コストが課題になりやすい点に加え、条件によっては歩留まり低下が生じる可能性もあります。こうした課題から、現状では実験室レベルの検討や、高付加価値用途に限定されやすいのが実情です。
ゼラチン精製手法の比較と限界
| 手法 | 原理 | 技術課題 |
|---|---|---|
| 限外ろ過 | サイズ排除 | 高粘度による膜閉塞 |
| イオン交換 | 静電相互作用 | ゼラチンの等電点に依存する吸着・収率低下 |
| 活性炭吸着 | 疎水性相互作用 | 残留成分の毒性リスクと、ゼラチン物性への影響 |
ナガセケムテックスの低エンドトキシンゼラチン・コラーゲンペプチド
ナガセケムテックスでは、ポリミキシンBを使用することなく、エンドトキシンを選択的に吸着できる独自のエンドトキシン吸着材を設計しました。
本吸着法により、ゼラチンやコラーゲンペプチド中のエンドトキシンを効率的に除去することが可能です。原料ロットや物性（分子量分布・粘度など）の影響を受けにくく、複数グレードの低エンドトキシンゼラチン（Arcofeliz® GE series）や低エンドトキシンコラーゲンペプチド（Arcofeliz® CP series）をラインアップしており、用途（医薬・医療・バイオ用途など）に応じた提案が可能です。
ナガセケムテックスの低エンドトキシンゼラチンは、独自の選択的吸着法を用いているため、下記の特徴があります。
- ゼラチン物性（ゼリー強度など）の維持
強引な加熱やpH調整、高圧ろ過を必要としません。ゼラチン本来の分子量分布やゲル強度（ブルーム値）、粘度特性を損なうことがありません。
- 界面活性剤/抗生物質不使用
除去が困難な界面活性剤や、ポリミキシンBを使用しないプロセスにより、残留成分による細胞毒性や免疫原性のリスクを低くしています。再生医療や注射剤などの高度な安全性が求められる用途でも使用することができます。
- 原料ロットに左右されない安定したプロセス
ゼラチン特有の等電点（pI）や分子サイズの影響を受けにくい吸着設計により、原料ロットごとのバラツキを抑え、安定した低エンドトキシン品質を維持しています。
製品ラインナップ
用途（医薬・医療・バイオ）に応じ、由来原料や物性の異なる幅広いグレードをご提案いたします。
Arcofeliz® GE Series (低エンドトキシンゼラチン)
由来原料を問わず、高ゲル強度（高ブルーム）と低エンドトキシン（≦10 EU/g~）を両立しています。
| 由来原料 | Grade | Endotoxin | Gel strength |
|---|---|---|---|
| Porcine(ブタ) | Type A/Type B | ≦10EU/g | ≧250 g |
| Bovine(ウシ) | Type B | ≦100EU/g | ≧250 g |
| Fish(フィッシュ) | Type A/Type B | ≦10EU/g | ≧250 g |
Arcofeliz® CP Series (低エンドトキシンコラーゲンペプチド)
分子量が小さく、従来法では精製が極めて困難だったコラーゲンペプチドにおいても、安定した低エンドトキシン化を可能にしました。
| 由来原料 | Grade | Endotoxin |
|---|---|---|
| Porcine(ブタ) | Type A/Type B | ≦50EU/g |
| Bovine(ウシ) | Type B | ≦50EU/g |
| Fish(フィッシュ) | Type A/Type B | ≦50EU/g |
低エンドトキシンゼラチンやコラーゲンペプチドについてご興味のある方は、まずはお気軽にご相談ください。
【参考文献】
Gorbet, M. B., & Sefton, M. V. (2005). Biomaterials, 26(34), 6811-6817.
Erridge, C., et al. (2007). The American Journal of Clinical Nutrition, 86(5), 1286-1292.
Csako, G., et al. (1983). Applied and Environmental Microbiology, 45(4), 1342-1350.
Cani, P. D., et al. (2007). Diabetes, 56(7), 1761-1772.
The Japanese Pharmacopoeia, Eighteenth Edition. (2021). General Tests, 4.01 Bacterial Endotoxins Test. Ministry of Health, Labour and Welfare.
The Japanese Pharmacopoeia, Eighteenth Edition. (2021). General Tests, 4.01
U.S. Pharmacopeia (USP). Chapter <85>, Bacterial Endotoxins Test.
European Pharmacopoeia (Ph. Eur.). 2.6.14. Bacterial Endotoxins.
- 【薬機法（旧薬事法）に関する重要なお知らせ】
- 本技術の位置づけ：本記事で紹介している製品および技術は、医薬品や医療機器の製造プロセス、または研究開発において使用される「原料」や「処理技術」です。最終製品（医薬品等）の有効性や安全性を保証するものではありません。
- Arcofeliz®について：Arcofeliz®シリーズは、医薬品添加剤や医療機器原材料としての使用を想定した「素材」です。これ単体が疾病の診断、治療、予防を目的とした医薬品ではありません。
- 品質規格：「低エンドトキシン」等の表現は、各製品の規格値に基づく物理化学的な特性を示したものであり、臨床的な効果を標榜するものではありません。
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