JP2003520847A - カロテノイド結晶の単離 - Google Patents
カロテノイド結晶の単離Info
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Abstract
Description
な量を含まない純度95%以上の結晶性カロテノイド化合物及びその製造方法に
関する。 (発明の背景) カロテノイドは、自然界で見出される顔料の最も多く且つ広範囲に分布する群
である。カロテノイドの幾つかの特定の例としては、β−カロテン、β−アポ−
4′−カロテナール、β−アポ−8′−カロテナール、β−アポ−12′−カロ
テナール、β−アポ−8′−カロテン酸、アスタキサンチン、カンタキサンチン
、ゼアキサンチン、クリプトキサンチン、シトラナキサンチン、ルテイン、リコ
ペン、トルラロジン−アルデヒド、トルラロジン−エチルエステル、ニューロス
ポラキサンチン−エチルエステル、ζ−カロテン及びデヒドロプレクタニアキサ
ンチンが挙げられる。更に、カロテノイドは、食品、化粧品、医薬用の着色用と
して広く使用される顔料の一つである事も知られている。
がら、今日では、自然界の資源に由来する製品に対するかなりの要望がある。自
然界の資源に由来する場合、カロテノイドは、殆どが油状抽出物(パーム油、藻
類油)の形態である。又、自然界の資源、例えば、野菜(例えば、ニンジン)又
は微生物(例えば、藻類(デュナリエラ(Dunaliella)))又は真菌(ブラケスレ
ア(Blakeslea))から、結晶性カロテノイド、例えば、β−カロテンを得る事も
できるが、これら自然界の資源から比較的に純粋な結晶を得る為に現在利用され
ている方法には重大な欠点がある。 例えば、β−カロテンの様な結晶性カロテノイドの自然界の資源からの単離に
は、例えば、国際特許出願WO9803480に記載されている様な前記自然界
の資源からのβ−カロテンの抽出工程と、更なる精製工程が含まれる。この抽出
工程は、様々な有機溶剤、例えば、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ヘキサ
ン、二塩化メタン又はヘキサン、植物油、又は、プロパンの様な超臨界流体、エ
チレン又は二酸化炭素で行われる。比較的純粋なβ−カロテン製剤を得る為には
、抽出物の更なる精製が必要である。幾つかの精製方法が開示されていて、その
中には、クロマトグラフィー、吸着/放出方法及び結晶化又は沈殿がある。
出物から結晶化されるカロテノイド結晶は、出発物質の独特の臭いを有し、一般
に、幾らかの不純物、例えば、溶剤それ自身及び抽出工程を発生源とする不純物
を含む。その様な場合には、例えば、米国特許第3,268,606号明細書及
び第4,439,629号明細書に開示されている様な再結晶化が必要となる。
再結晶化の主たる欠点は、カロテンを溶解するのに多量の溶剤を必要とする事で
ある。更に、十分に高い収率でカロテンを再結晶化させる為には、多量の抗溶剤
(沈殿溶剤)を同様に必要とする。従って、これらの方法は、多量の溶剤を必要
とする事及びカロテンのかなりの損失が起こる点で不利である。更に、溶剤は結
晶性カロテノイドの結晶格子内に取り込まれる。
物を単離する方法が開示されていて、この方法は、微生物量の洗浄を含めて、微
生物の細胞壁を破壊する工程及びカロテノイド含有残さから細胞砕片を分離する
工程を含む。破壊された細胞量又はカロテノイド含有残さは、脂質を除去する為
に適当な溶剤で処理され、得られたカロテノイド結晶を水中に懸濁させて結晶を
浮遊させる。その後、結晶性生成物が分離され、任意に、更に精製される。国際
特許出願WO9843620、WO9723436及びWO9731894には
、含油樹脂からのカロテノイド化合物の製造方法が開示されていて、この方法は
、有機媒体中でアルカリ試薬での処理、次いで、結晶性カロテノイド化合物を得
る為の抗溶剤の添加を含む。溶剤中での破壊された細胞量の溶解及び抗溶剤の添
加の主たる欠点はカロテノイド結晶中に溶剤を包含する事である。
テノイド結晶が、抽出/抗溶剤方法の使用なしに、微生物資源の結晶性懸濁液か
ら効率良く単離でき、少なくとも95%の純度のカロテノイド結晶を得る事がで
きる事を見出した。 (発明の開示) 本発明は、純度95%以上、好ましくは96%以上、更に好ましくは97%以
上、尚好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の結晶性カロテノイド
であって、結晶格子中に実質的に溶剤を含まない結晶性カロテノイドに関する。
「実質的に溶剤を含まない」とは、溶剤の量が0.5%(w/w)未満、好まし
くは0.2%(w/w)未満、更に好ましくは0.1%(w/w)未満、最も好
ましくは0.05%(w/w)未満である事を意味する。
の効率的で且つ好ましい方法が開示される。本発明方法によれば、カロテノイド
結晶は微生物細胞から、結晶格子中に溶剤を取り込む事なしに、結晶性カロテノ
イド懸濁液中に存在する全ての不純物を除去することによって精製される。 本発明方法は、以下の工程を含む。 (a)カロテノイド含有細胞、好ましくは微生物資源からの細胞を破壊して、油
状結晶性カロテノイド懸濁液を分離する工程、 (b)該油状結晶性カロテノイド懸濁液を、pH9〜12のアルカリで、10〜
95℃の温度で、好ましくは30〜85℃、最も好ましくは50〜75℃の温度
で、任意に、低級アルコールの存在下で処理する工程、 (c)該アルカリ処理された結晶性カロテノイド懸濁液に塩を添加する任意の工
程、 (d)該結晶性カロテノイド懸濁液を液相から分離する任意の工程、 (e)該結晶性カロテノイド懸濁液を、塩を含む水溶液で任意に洗浄する工程、 (f)該結晶性カロテノイド懸濁液を低級アルコールで第一洗浄工程において洗
浄する工程((b)〜(e)の工程と(f)の工程の実施順序は任意である)、 (g)(a)〜(f)の処理工程から得られる粗カロテノイド結晶を、水又は低
級アルコールと水との混合物で第二洗浄工程において洗浄する工程、 (h)該結晶を新鮮な溶剤で洗浄する工程、及び、 (i)該結晶を乾燥する工程。
養法から得ても良い。カロテノイド含有微生物は、バクテリア、真菌、藻類又は
酵母であっても良い。好ましくは、ムコラレス目(Mucorales)の真菌であり、好
ましくは、ブラケスレア−トリスポラ(Blakeslea trispora)、デュナリエラ属の
藻類、又は、ファフィア属(Phaffia)の酵母、好ましくはファフィア−−ロドチ
マ(Phaffia rhodozyma)である。 微生物細胞と培養液を含む培養ブロスは、直接、カロテノイド結晶の単離に使
用されても良い。或いは、本発明方法を実施する前に、微生物細胞は、適当な方
法、例えば濾過又は遠心分離によって培養液から分離されてもよい。
って細胞壁を破壊する事よって開かれる。例えば、細胞は、均質化処理、超音波
処理、自己融解処理、浸透圧融解処理(osmolysis)及び/又はプラズマ融解処理(
plasmolysis)に掛けられても良く、任意に、界面活性剤、酸、塩基、酵素、自己
融解促進物質、塩の様な浸透圧融解剤、及び/又はプラズマ融解剤を添加しても
良い。この方法で、油状結晶性カロテノイド懸濁液が細胞から放出され、それに
よって油状結晶性カロテノイド懸濁液が細胞砕片から、好ましくは遠心分離によ
って分離される。 この様にして得られた油状結晶性カロテノイド懸濁液は、次いで、更に、精製
される。次の精製工程を適用する前に、油状結晶性カロテノイド懸濁液は、水で
一度以上洗浄されても良い。
。アルカリ処理は、pH9〜12を有するアルカリ水溶液の油状カロテノイド懸
濁液への添加及び、好ましくは、適当な時間、10〜95℃、好ましくは30〜
85℃、更に好ましくは50〜75℃の温度で、攪拌下でのその後の培養を含む
。アルカリ溶液/油状カロテノイド懸濁液の比は、約5:1〜約1:1(w/w
)が好ましい。アルカリ処理の期間は、処理中に適用されるpHと温度が低けれ
ば低い程、処理時間は益々長くなるので、一般的に、適用するpHと温度に依存
する。例えば、アルカリ処理は、pH12で温度75℃では2時間、pH10で
温度50℃では8時間行われても良い。任意に、アルカリ処理は、低級アルコー
ルの存在下で行われても良い。
結晶性カロテノイド懸濁液に添加されても良い。次いで、結晶性カロテノイド懸
濁液は液相から分離され、任意に、塩含有水溶液で洗浄されても良い。結晶性カ
ロテノイド懸濁液の分離は、当該技術分野において公知の方法、例えば、濾過、
遠心分離又は冷却によって行っても良い。 次いで、結晶性カロテノイド懸濁液は、懸濁液を低級アルコールで洗浄して粗
カロテノイド結晶を生成する事を含む第一洗浄工程に掛けられても良い。この第
一洗浄工程は一回以上繰返されても良い。 一般的に、本発明により行われる洗浄工程は、洗浄液と共に(油状)結晶性カ
ロテノイド懸濁液又は(粗)カロテノイド結晶を攪拌する工程及び、続いて、液
相から(油状)結晶性カロテノイド懸濁液又は結晶を分離する工程を含む。 本発明の一つの実施態様では、粗カロテノイド結晶は先の工程とは別の順序で
得られる。
液は、先ず初めに水で一回以上洗浄され、次いで、前述のアルカリ処理される。
アルカリ処理は、低級アルコールの存在下で任意に行われる。或いは、低級アル
コールでの第一洗浄は、pH9〜12のアルカリ水で、任意に低級アルコールの
存在下で、そして、任意に昇温において結晶性カロテノイド懸濁液を一回以上洗
浄した後に行われる。 次いで、結晶性カロテノイド懸濁液が液相から分離されて粗カロテノイド結晶
が生成される。
d)、(e)、(f)の順序で実施される。 本発明を通して、低級アルコールとは、1〜6個の炭素原子のアルコール、例
えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール及び1−
ブタノールである。本発明で使用される低級アルコールは単独のアルコールでも
、或いは、二種以上のアルコールの混合物であっても良い。好ましくは、低級ア
ルコールは、エタノール、1−ブタノール又は1−ブタノールとエタノールとの
混合物である。
一回以上洗浄する事を含む第二洗浄工程を適用する事によって精製される。洗浄
溶液のpHは、好ましくは1〜5、更に好ましくは2〜4の値を有する。水は、
適当な酸、例えば、硫酸又は塩酸で、或いは酸性緩衝溶液、例えば、ボレート/
塩酸又はシトレート/塩酸緩衝液で酸性化されても良い。低級アルコール/水混
合物中における低級アルコール/水の比は、好ましくは5:1〜1:5、更に好
ましくは1:1〜1:2である。 結晶は、次いで、適当な方法、例えば、濾過或いは遠心分離によって液相から
分離される。 この後に、結晶は新鮮な溶剤で一回以上洗浄される。この新鮮な溶剤は低級ア
ルコールであり、好ましくは、エタノール、又は低級アルコールのアセテートエ
ステル、好ましくは酢酸エチルである。更に好ましくは、新鮮な溶剤は食品等級
の溶剤である。
浄工程で使用される低級アルコールと結晶の最後の洗浄工程で使用される新鮮な
溶剤とは同じ溶剤である。 本発明方法の最終工程で結晶が乾燥される。 本発明方法は、食品化学規格(Food Chemical Codex)(FCC)(page 90, Edition
IV (1996), National Academy Press, Washington DC)に記載されている様な方
法によって少なくとも95%の純度の結晶をもたらす。 結晶性カロテノイドの単離の為の従来の抽出/結晶化方法と比較して、本発明
の重要な利点は、カロテノイドの抽出の為の有機溶剤の使用が避けられる点であ
る。その結果、得られるカロテノイド化合物の結晶格子中に溶剤は実質的に導入
されない。
は粗結晶性カロテノイド懸濁液のカロテノイド含有量を増加させる為に使用され
る。 β−カロテン及びアスタキサンチンは本発明の好ましいカロテノイド化合物で
ある。
カロテン懸濁液からβ−カロテン結晶の調製 (I)β−カロテンを0.9g/l含むブラケスレア−トリスポラの培養ブロ
スを、ホモジナイザー(APV Gaulin)で600barで一度均質化した。次いで、
均質化されたブロスを円板遠心分離機で遠心分離した。β−カロテン結晶を含む
最上層を遠心分離機から分離し、この最上層を様々な実施例の出発材料として使
用した。 (II)3000mlの水を、このβ−カロテン含有最上層2200gに添加
し、次いで、この混合物を、pH12(8N−NaOHでpH調整した)で75
℃で2時間培養した。反応混合物を室温まで冷却し、350gの塩化ナトリウム
を添加した。得られた混合物を5分間、5000rpmで遠心分離した。この様
にして得られた結晶性β−カロテン懸濁液をpH7の緩衝液で一度洗浄して、そ
れに50g/lの塩化ナトリウムを添加した。 遠心分離後、β−カロテン懸濁液を、2.5容量(約5000ml)の新鮮な
1−ブタノールで四回洗浄した。遠心分離後に回収されて得られた結晶を、緩衝
液/ブタノールの比が2:1の、1−ブタノールとpH2の緩衝液(シトレート
/塩酸)との混合物で三回洗浄した。 最後に、β−カロテンが濃縮された中間物を2500mlの96%エタノール
で二度洗浄した。遠心分離後に得られた湿潤結晶を一晩、真空下で42℃で乾燥
した。 得られた結晶のFCC法(Food Chemical Codex, Edition IV (1996), Nationa
l Academy Press, Washington DC, page 90に記載されている)による分析結果は
次の通りである。
、β−カロテン結晶を含有する最上層から結晶性β−カロテンの調製 1000mlの水を、実施例1で回収されたβ−カロテン懸濁液250gに添
加し、pH12で75℃で培養した。室温に冷却後、50gの塩化ナトリウムを
この反応混合物に添加し、得られた混合物を5分間、5000rpmで遠心分離
した。
50g/lの塩化ナトリウムを添加した。遠心分離後、懸濁液を2.5容量(=
500ml)の新鮮な1−ブタノールで洗浄した。この工程を三回繰返した。 1−ブタノールで洗浄後、ペレットを、1−ブタノールとエタノールと水が2
:3:1の比の混合物250mlで三回洗浄した。最後に、β−カロテンが濃縮
されたペレットを50mlの96%エタノールで二度洗浄した。遠心分離後に得
られたペレットを一晩真空下で40℃で乾燥した。FCC法で決定された得られ
たβ−カロテン結晶の純度は98%であり、結晶中の溶剤量は870ppmであ
った。
物で懸濁液を洗浄する事による、結晶性β−カロテン懸濁液から結晶性β−カロ
テンの調製 実施例1の(I)で回収された最上層の250gを2.5容量(=500ml
)の新鮮な1−ブタノールで洗浄した。この工程を三度繰返した。 1−ブタノールで洗浄後、結晶性β−カロテン懸濁液を、1―ブタノールとp
H10の緩衝液との混合物250mlに室温で懸濁した。遠心分離後、β−カロテ
ン懸濁液を、1―ブタノールとpH10の緩衝液との混合物で二度洗浄した。最
後に、β−カロテンが濃縮された懸濁液を50mlの96%エタノールで、50
℃の温度で30分間、二度にわたって洗浄した。遠心分離後に得られた結晶を一
晩、真空下で40℃で乾燥した。FCC法により決定されたβ−カロテン結晶の
純度は96%であった。
懸濁液から結晶性β−カロテンの単離 β−カロテン含有量が平均して1g/lのブラケスレア−トリスポラの五つの
異なる培養ブロスを900barで一度均質化した。様々なブロスの均質化され
ら混合物を遠心分離して、β−カロテン結晶を含む約600mlの最上層を得た
。この最上層を約600mlの脱塩水で三回洗浄した。 次いで、900mlの水を、回収されたβ−カロテン懸濁液50gに添加した
。pHを8N−水酸化ナトリウムで12に調整した。このpHで75℃で二時間
の培養後、反応混合物を室温に冷却した。 250mlの1−ブタノールを500mlの反応混合物に添加し、5分間攪拌
後、1−ブタノール層をデカントし、250mlの新鮮な1−ブタノールを添加
した。更に5分間攪拌後、混合物を遠心分離した。β−カロテン結晶を含有する
中間物を分離し、20mlの水と15mlの1−ブタノールとの混合物に懸濁し
、5分間攪拌し、β−カロテン結晶を含む中間層を遠心分離で分離した。この工
程を5回繰返した。この後、β−カロテン結晶を40mlのエタノール(96%
)で洗浄し、真空下で16時間、35℃で乾燥した。FCC法による得られた結
晶の純度は97%であり、溶剤の濃度は340ppmであった。
Claims (15)
- 【請求項1】結晶格子中に実質的に溶剤を含まない、純度95%以上の結晶性カ
ロテノイド化合物。 - 【請求項2】請求項1の結晶性カロテノイド化合物の製造方法であって、 (a)カロテノイド含有細胞、好ましくは微生物資源からの細胞を破壊して、油
状結晶性カロテノイド懸濁液を分離する工程、 (b)該油状結晶性カロテノイド懸濁液を、pH9〜12のアルカリで、10〜
95℃の温度で、好ましくは30〜85℃、最も好ましくは50〜75℃の温度
で、任意に、低級アルコールの存在下で処理する工程、 (c)該アルカリ処理された結晶性カロテノイド懸濁液に塩を添加する任意の工
程、 (d)該結晶性カロテノイド懸濁液を液相から分離する任意の工程、 (e)該結晶性カロテノイド懸濁液を、塩を含む水溶液で任意に洗浄する工程、 (f)該結晶性カロテノイド懸濁液を低級アルコールで第一洗浄工程において洗
浄する工程((b)〜(e)の工程と(f)の工程の実施順序は任意である)、 (g)(a)〜(f)の処理工程から得られる粗カロテノイド結晶を、水又は低
級アルコールと水との混合物で第二洗浄工程において洗浄する工程、 (h)該結晶を新鮮な溶剤で洗浄する工程、及び、 (i)該結晶を乾燥する工程、 を含む事を特徴とする方法。 - 【請求項3】(a)〜(f)の工程が、(a)、(b)、(c)、(d)、(e
)、(f)の順序で実施される、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】(a)〜(f)の工程が、(a)、(f)、(b)、(c)、(d
)、(e)の順序で実施される、請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】工程(g)が、1〜5のpHで実施される、請求項2〜4の何れか
一項に記載の方法。 - 【請求項6】低級アルコールが、1〜6個の炭素原子のアルコール、好ましくは
エタノール及び1−ブタノールから成る群から選ばれる、請求項2〜5の何れか
一項に記載の方法。 - 【請求項7】工程(h)で結晶を洗浄するのに使用される新鮮な溶剤がエタノー
ル又は酢酸エチルである、請求項2〜6の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項8】工程(a)〜(g)で使用される低級アルコールと工程(h)で使
用される新鮮な溶剤が同じ溶剤である、請求項2〜7の何れか一項に記載の方法
。 - 【請求項9】微生物資源が、バクテリア、真菌、藻類又は酵母である、請求項2
〜8の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項10】真菌がムコラレス目に属する、請求項9に記載の方法。
- 【請求項11】真菌がブラケスレア−トリスポラである、請求項10に記載の方
法。 - 【請求項12】酵母がファフィア属に属し、好ましくはファフィア−ロドチマ種
に属する、請求項8に記載の方法。 - 【請求項13】カロテノイド化合物がβ−カロテンである、請求項2〜12の何
れか一項に記載の方法。 - 【請求項14】カロテノイド化合物がアスタキサンチンである、請求項2〜12
の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項15】請求項2の処理工程(b)〜(i)を適用して結晶性カロテノイ
ド化合物のカロテノイド含有量を増加させる方法。
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