JP2005507233A - グルコサミンおよび微生物バイオマスからグルコサミンを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【目的】
【構成】ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミンを開示する。前記グルコサミンは、キチン質含有の微生物バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解による、グルコサミン製造方法も記載されている。
【構成】ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミンを開示する。前記グルコサミンは、キチン質含有の微生物バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解による、グルコサミン製造方法も記載されている。
Description
【技術分野】
【０００１】
この出願は、カーギル、インコーポレイテッド（米国籍および在住）により、米国を除く全ての国を指定するＰＣＴ出願として、２００２年２月１５日に出願されている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、グルコサミン組成物および、グルコサミン組成物を製造する方法に関する。
【０００３】
（背景）
グルコサミンは、関節炎および関節痛に対して、著しい治療的軽減を提供することが示されている機能性食品サプリメントである。そのメカニズムは完全には知られていないが、グルコサミンは、軟骨の回復において促進するように機能し、関節における炎症を和らげ、それにより、患者に著しい利益を提供すると考えられている。
【０００４】
現在、グルコサミンは、採取された天然の供給源、例えば甲殻類および他の水生生物から、主に由来する。これら生物の甲羅または外骨格の成分は、種々の生産技術を用いて、グルコサミンへ転換させられる。これらの天然の供給源は、幾つかの適用のためのグルコサミンを製造するには許容されるが、それらには制限がある。これらの制限には、野生の甲殻類は、制御されていない環境下で自然に生長しているので、その組成において著しい変動がある場合があるという事実が含まれる。甲殻類は、それらのサイズおよび組成のような面で、生長条件ならびにそれらの種に左右され、一様でない。また、生長条件を制御されることなく、甲殻類は重金属を含む環境汚染物質にさらされ、その環境汚染物質は、その甲殻類から生産されたグルコサミンまたは他の生産物中に、保持されうる。甲殻類採取物は、しばしばある季節だけのものであり、従って、甲殻類の供給と価格は、時として著しい変動を示す。
【０００５】
甲殻類由来のグルコサミンについての、更なる懸念は、著しい割合のヒト人口が、甲殻類アレルギーを有しており、甲殻類由来の成分を含有する生産物を用いることが不可能であるということである。高度に加工処理された材料、例えばグルコサミンは、適切に調製されれば、必ずしもアレルギーの危険性はない；しかし、異常にアレルギー性な人は、それでも、起源の甲殻類から存在する、ごく微量のアレルゲンにさえ、アレルギーを起すという懸念は残る。そのようなアレルゲンが存在しない場合でさえも、甲殻類由来のグルコサミンは、甲殻類アレルギーな人には懸念を与えうる。というのも、個々の消費者は、必ずしも、全てのアレルゲンが除去されたかどうかを、承知していないからである。
【０００６】
甲殻類由来グルコサミンの現在の供給源に関連する更なる問題は、幾つかの甲殻類供給品が、世界の海や大洋から採取されることである。甲殻類の過度な採取は、環境に非常に不利な影響を与え得る。従って、ある消費者は、海の生命を犠牲にして採取されていないグルコサミンを用いることを、むしろ選んでいると考えられている。たとえ甲殻類を採取することによる環境への影響が不利でないとしても、野生の甲殻類の供給量が制限され、年々、供給量が一定ではない、という懸念は残る。
【０００７】
従って、経済的に製造でき、かつ環境への影響が最小限である、安全で、一定で、高品質なグルコサミンの供給源に対する必要性が存在していた。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、グルコサミン（ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミン含有材料を含む）に関する。本発明のグルコサミンは、キチン質を含有する発酵された真菌性バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種（Aspergillus sp.）、ペニシリウム種（Penicillium sp.）、ムコール種（Mucor sp.）由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。真菌性バイオマスの使用により、低レベルの不純物を有する、単一なグルコサミンを通常生じる、高品質の生産物を生じる。本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分と、低い重金属含量を一般に有する。さらに、真菌性バイオマスの生産物として、前記グルコサミンは甲殻類アレルギーを有する人に危険を引き起こさない。
【０００９】
本発明はまた、発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解による、グルコサミンを生産する方法にも関する。微生物バイオマスからグルコサミンを得る方法には、キチン質−含有バイオマスを酸性溶液中で反応させること、特に、キチン質−含有バイオマスを高温で酸中で反応させることを含む。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、以下の本発明の詳細な説明および請求の範囲から明らかであろう。開示の本質の上記概要は、本開示の各実施の態様または各実施を説明するためのものではない。以下の、詳細な記載は、ここに記載した本質を用いた、ある実施の態様をより詳しく例示するものである。
【００１１】
本発明は、以下の図を参照して、より充分に説明されるものである。
【００１２】
本発明の本質は、様々な変更や別の形態に適用できるが、その特性は、一例として示されており、詳細に記載される。しかし、本発明は記載した特定な具体例に限定されるものではないと理解される。反対に、本発明は、開示の意図および範囲に入る、全ての変更、等価物および代替物を包含するものである。
【００１３】
（詳細な記載）
本発明は、ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミン−含有材料を含む、グルコサミンに関する。前記グルコサミンは、様々な種類の真菌性バイオマス中に存在するキチン質に由来する。キチン質は、天然の多糖類であり、その構造は、２−アセトアミド−２−デオキシ−Ｄ−グルコース（Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン）の非分枝状ポリマーである。この式は、一般的な繰り返し構造：
【００１４】
【化１】
で表すことができる。
【００１５】
キチン質は、水、希酸、アルカリ中に大部分非可溶性である、典型的な非晶質固体である。キチン質は、種々の工業的な適用を有しているが、そのポリマー構造を、グルコサミンとして知られる、２−アミノ−２−デオキシ−Ｄ−グルコースの個々の成分に変換することにより、より広い工業的な有用性が見出される可能性がある。構造的に、グルコサミンは、炭素２（Ｃ−２）に見られるＯＨ基を置き換え、アミン基を有する修飾されたグルコースである。一般的な構造は、
【００１６】
【化２】
である。
【００１７】
上述のように、本発明のグルコサミンは、キチン質含有の、発酵された真菌性バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。真菌性バイオマスの使用により、低レベルの不純物を有する、通常単一なグルコサミンを生じる、高品質の生産物を生じる。本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分と、低い重金属含量を、一般に有する。さらに、真菌性バイオマスの生産物として、前記グルコサミンは甲殻類アレルギーを有する人に危険を引き起こさない。
【００１８】
グルコサミン組成物、出発材料および製造方法は、ここに、詳細に記述する。
【００１９】
Ａ． グルコサミン
本発明のグルコサミンは、相対的に単一な真菌性バイオマス供給源由来であり、従って、一般的には単一な組成物を、典型的には有する。前記グルコサミンまたは所望のグルコサミン塩を精製するのに用いられる方法によっては；生じるグルコサミン含有組成物は、様々なレベルの純度、９５パーセント純度、９８パーセント純度、９９．８パーセント純度でさえ超える組成物を含む、組成物で製造することができる。前記グルコサミン組成物はまた、付加的成分、例えば付加的塩を含むことができる。そのような事情で、望ましくない不純物に関して、所望の組成物の全体の純度は、９５パーセント純度、９８パーセント純度、９９．８パーセント純度でさえ超えるレベルを維持することができる。
【００２０】
本発明のグルコサミンは、以下に示す一般式を有する。
【００２１】
【化３】
この一般式は、クエン酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硫酸塩、塩化物、乳酸塩、グルコン酸塩等を含む、前記グルコサミンの様々な塩の存在により、異なることが可能である。また、前記グルコサミンは、本発明の範囲から逸脱することなく、置換または修飾されてもよい。従って、ここで用いられる用語グルコサミンは、塩錯体および置換グルコサミンを含む、様々な形態のグルコサミンを指す。
【００２２】
この一般式は、クエン酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硫酸塩、塩化物、乳酸塩、グルコン酸塩等を含む、前記グルコサミンの様々な塩の存在により、異なることが可能である。また、前記グルコサミンは、本発明の範囲から逸脱することなく、置換または修飾されてもよい。従って、ここで用いられる用語グルコサミンは、塩錯体および置換グルコサミンを含む、様々な形態のグルコサミンを指す。
【００２３】
前記グルコサミンは、通常、高品質であるが、グルコース、未反応キチン質および他の材料を含む、他の成分を含むことがある。前記グルコサミンは、好ましくは１０パーセント未満のグルコース、より好ましくは５パーセント未満のグルコース、さらに好ましくは２パーセントのグルコースを含有する。
【００２４】
前記グルコサミンはまた、他の有機不純物を含有することがある。例えば、前記グルコサミンは、有機酸を含有することがある。しかし有機酸が存在しても、それらは通常、非常にわずかな量であり、例えば、グルコースについて上述したレベルか、またはさらに低い量でさえある。
【００２５】
本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分を有する。灰分は、通常５パーセント未満、より典型的には２パーセント未満、ある実施においては、１パーセント未満でさえありうる。カルシウムレベルも、本発明のグルコサミンにおいては、典型的には低い。重金属含量は、通常、同様に低く、典型的には１００百万分率より充分低く、より典型的には５０百万分率未満であり、さらに典型的には２０百万分率未満である。ある実施態様において、このレベルは、１０百万分率未満である。前記グルコサミンは、正の比施光度、例えばグルコサミン塩酸塩について、正の６９〜７４度（°）の比施光度を有しうる。
【００２６】
本発明のグルコサミンは、通常、精製された乾燥形態で、相対的に白色であるが、水溶液中に溶解されると無色である。一例には、前記グルコサミンの２０重量パーセント溶液は、50未満の米国公衆衛生協会（American Public Health Association）（APHA）色を有する。前記グルコサミンはまた、一般的に、臭気が少なく、甲殻類由来グルコサミンからの匂いで識別可能である。
【００２７】
B. 微生物真菌性バイオマス出発材料
適当な出発材料には、実質的に単一な微生物バイオマス供給源、典型的には真菌性バイオマス、例えば、全乾燥細胞重量の１０パーセントより多いキチン質を有する糸状菌、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源を含む。適当な真菌性バイオマスには、アスぺルギルスニガー（Aspergillus niger）、アスペルギルス‐テレウス（Aspergillus terreus）、アスペルギルス‐オリーゼ（Aspergillus oryzae）、ムコール−ルキシ（Mucor rouxii）、ペニシリウム‐クリソゲナム（Penicillium chrysogenum）、アオカビ（Penicillium notatum）、サッカロミセス‐セレビジエ（Saccharomyces cerevisiae）; サッカロミセス−ウバルム（Saccharomyces uvarum）;ならびに、特にカンジダ‐ギリエルモンジィ（Candida guillermondi）、アスぺルギルスニガーおよびアスペルギルス‐テレウスを含む。前記バイオマスは、通常、クエン酸を含む有機酸の工業生産のような、工業的な発酵反応から取り出される。また、グルコサミン生産に適するバイオマスは、特にこの方法のため生成されるのであって、他の方法の副生成物として生成されるのではない。ここで用いられる用語微生物には、植物プランクトンおよび甲殻類または軟体動物を含まない。
【００２８】
本発明は、前記バイオマス中のキチン質レベルが、乾燥バイオマス重量の５パーセントを超えるような場合の使用に、特によく適する。そのようなバイオマスは、前記バイオマスの乾燥重量を基に、通常、５〜２５パーセントのキチン質を有し、１０〜２０パーセントのキチン質を有することができる。また、最も高品質のグルコサミンを調製するために、前記微生物バイオマスは、バイオマスの生長の間、相対的に単一な温度と栄養レベルでの、実質的に制御されたやり方で生産されるのが、時には望ましい。
【００２９】
C. グルコサミン生産方法
本発明はまた、発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解からの形成を含む、グルコサミンの形成方法にも関している。酸加水分解は、エーテル結合を切断し、キチン質分子を脱アセチル化して、遊離グルコサミンを生じる。酸加水分解は、キチン質をグルコサミンへ切断するのに充分強いが、グルコサミン分子は、実質的に無傷のままである。加水分解反応条件は、真菌性バイオマス中に存在する他の成分（例えば、グルカン、蛋白質および脂質）の幾つかを分解するという追加の利点を有する。典型的には、そのような酸加水分解は、強酸溶液中で４時間より長く前記真菌性バイオマスを処理することにより、行われる。
【００３０】
グルコサミン生産には、キチン質含有バイオマスを準備し、前記キチン質−含有バイオマスを酸性溶液中で反応させてグルコサミンを形成し、前記グルコサミンを前記酸性溶液から分離する工程を、通常含む。その反応は、典型的には、前記真菌性バイオマス出発材料の全キチン質含量の５０パーセントより高いグルコサミンの収率を有する。
【００３１】
５０パーセント未満、より通例５〜２５パーセントの濃度の酸を含む、強酸を、前記真菌性バイオマスを加水分解するのに用いることができる。適当な強酸には、適当なレベルの、塩酸、硫酸、リン酸およびクエン酸を含む。
【００３２】
グルコサミン形成反応は、通常、５〜２０パーセントの酸、２〜５０パーセントの前処理されたバイオマス（バイオマスは典型的には、存在する水で加工処理されるが、乾燥重量を基に）および３５〜９３パーセントの水で、行われる。ある実施において、反応混合物は、８〜１２パーセントの塩酸、４〜８パーセントのバイオマス（乾燥重量を基に）および、８０〜９０パーセントの水を含む。
【００３３】
前記バイオマス、酸および水を含有する混合物を、加熱し、高温で維持する。その混合物は、通常、その沸点またはその近辺の温度まで加熱され、５時間より長く、より典型的には８時間より長く、通常１６時間未満、還流条件下で維持される。キチン質を完全に切断するのに充分長い時間、しかし、非効率的であったり、またはグルコサミンを過度に分解するのに充分長くはかけずに、反応を続けるのが望ましい。
【００３４】
前記酸溶液中での反応により、グルコサミンが生産されるが、次の精製工程は、満足のいくような生産物を生産するのに、典型的には必要である。最初の精製工程には、通常、微粒子の不純物を除去するためのろ過を含み、実質的に透明なろ液を生じる。このろ液は、通常、グルコサミンならびに少量のグルコースおよび他の糖を含む。その後、蒸発工程を行って、前記グルコサミンを濃縮し、もしかすると、リサイクルおよび再使用可能である酸の幾らかを除去することが可能である。その混合物は蒸発により濃縮することができ、前記グルコサミンは、濃縮した混合物にエタノールを添加するか、またはその溶解性の限界まで蒸発を続けるか、いずれかにより、精製された固体として、沈殿させることができる。
【００３５】
前記グルコサミンは、ろ過または遠心分離、次いで乾燥により取り出すことが可能である。乾燥したグルコサミンは、残存する糖を除去するために、任意に更に精製される。これらの過剰な糖を除去する方法の一つは、前記グルコサミンを水中に溶解させ、エタノールを添加し、それにより、さらに高い純度の前記グルコサミンを沈殿させることによる。代わりに、その溶液を、電気透析、クロマトグラフィー、メンブランろ過等により、精製することができる。前記グルコサミンは、エタノール、炭素または他の適当な材料および方法により、任意に脱色される。
【００３６】
上述の工程に加えて、前記バイオマスは、最初に処理されて、不純物の幾らかを除去するか、またはグルコサミン生産を向上させることができる。これらの処理には、前記バイオマスを加熱すること、消化酵素を添加すること、酸または塩基で混合すること、機械的攪拌または圧縮による脱水を含むことができる。特に適した処理の一つは、水酸化ナトリウムの存在下に、前記バイオマスを前処理することである。ある実施において、１０パーセント未満の濃度の水酸化ナトリウムを前記真菌性バイオマスに添加し、それを、非キチン質含有材料の相当量を除去するのに充分な時間、高温で加熱する。この間は、通常２時間未満である。この前処理の特定な例の一つには、前記真菌性バイオマスを１００〜１２５℃で水酸化ナトリウムの２〜８パーセント溶液中で、２０〜６０分間加熱する必要がある。この工程により、前記バイオマス中の蛋白質とグルカンの幾らかが加水分解され、その副生成物は、任意にろ過して除去される。ろ過工程は、可溶性蛋白質、アミノ酸等を除去した後である。本発明の特定な実施においては、洗浄および前処理されたバイオマスは、５０パーセントより多い水、７０または８０パーセントより多くさえある水を含む。典型的には、水レベルは、この予め洗浄した真菌性バイオマスについて約８０〜９５パーセントである。
【００３７】
D. 実施例
本発明を、以下の非限定的な例により、さらに説明する。明記しない限り、全ての量は、重量部で表現されている。
【００３８】
実施例１
クエン酸性のバイオマスを、オートクレーブ中、１２０℃で１時間の間、４パーセント水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液で前処理した。この工程により、過剰の蛋白質および他の望ましくない材料を除去した。前記バイオマスをその後、脱イオン水で、そのｐＨが約７．０になるまで、徹底的に洗浄した。この洗浄された材料を、濃塩酸（ＨＣｌ）および水と混合し、前記バイオマスの乾燥重量を基に、１０〜１５パーセントのＨＣｌと５〜６パーセントのバイオマスの混合物を形成した。この混合物を還流加熱した。時々サンプルを取り出し、取引名称「ＤＸ−５００」のディオネック（Dionex）ＨＰＬＣから入手可能な高圧液体クロマトグラフィで、その反応を分析した。
【００３９】
その結果を図１に示す。図１はグルコサミン生産を示す図であり、グルコサミンは８時間に渡って反応を行った結果、益々生産されたが、グルコースの量は、４時間後に減少したことを示す。８時間後、グルコサミンは収率１４パーセントで生産された。生産物のクロマトグラムは、図２に示す。
【００４０】
反応に続き、その混合物をろ過し、ろ液をロータベープ（RotaVap）により製造された回転エバポレーターを用いて蒸発させ、溶液のグルコサミン濃度を増加させた。最終的な容量は、約１０〜２０ｍｌに減らした。この溶液に２０ｍｌのエタノールを加えると、その溶液は渦を巻いてグルコサミンの沈殿を促進し、収率を高めた。これらのグルコサミン沈殿物をろ過して得、色が白色になるまで、アルコールで更に洗浄した。図３には、９７パーセントより高いグルコサミンを示す生成物のクロマトグラムを示す。
【００４１】
実施例２
前処理されたバイオマスを１３時間の間、還流条件下で維持した以外は、実施例１を繰り返した。生じたグルコサミンは、９８パーセントより高い純度であった。
【００４２】
前述の詳細な記載と実施例は、理解を明確にするためのみのものである。不必要な限定は、この記載または例から理解されるものではない。その変形は、請求の範囲により定義された本発明内に含まれるものであるので、本発明は、示されたり記載された細部そのものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明に従い、グルコサミンを製造する方法例の、時間に対するグルコサミンのパーセント収率を示す図である。
【図２】図２は、本発明に従い製造された、グルコサミンのクロマトグラムである。
【図３】図3は、本発明に従い製造されたグルコサミンのクロマトグラムである。
【０００１】
この出願は、カーギル、インコーポレイテッド（米国籍および在住）により、米国を除く全ての国を指定するＰＣＴ出願として、２００２年２月１５日に出願されている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、グルコサミン組成物および、グルコサミン組成物を製造する方法に関する。
【０００３】
（背景）
グルコサミンは、関節炎および関節痛に対して、著しい治療的軽減を提供することが示されている機能性食品サプリメントである。そのメカニズムは完全には知られていないが、グルコサミンは、軟骨の回復において促進するように機能し、関節における炎症を和らげ、それにより、患者に著しい利益を提供すると考えられている。
【０００４】
現在、グルコサミンは、採取された天然の供給源、例えば甲殻類および他の水生生物から、主に由来する。これら生物の甲羅または外骨格の成分は、種々の生産技術を用いて、グルコサミンへ転換させられる。これらの天然の供給源は、幾つかの適用のためのグルコサミンを製造するには許容されるが、それらには制限がある。これらの制限には、野生の甲殻類は、制御されていない環境下で自然に生長しているので、その組成において著しい変動がある場合があるという事実が含まれる。甲殻類は、それらのサイズおよび組成のような面で、生長条件ならびにそれらの種に左右され、一様でない。また、生長条件を制御されることなく、甲殻類は重金属を含む環境汚染物質にさらされ、その環境汚染物質は、その甲殻類から生産されたグルコサミンまたは他の生産物中に、保持されうる。甲殻類採取物は、しばしばある季節だけのものであり、従って、甲殻類の供給と価格は、時として著しい変動を示す。
【０００５】
甲殻類由来のグルコサミンについての、更なる懸念は、著しい割合のヒト人口が、甲殻類アレルギーを有しており、甲殻類由来の成分を含有する生産物を用いることが不可能であるということである。高度に加工処理された材料、例えばグルコサミンは、適切に調製されれば、必ずしもアレルギーの危険性はない；しかし、異常にアレルギー性な人は、それでも、起源の甲殻類から存在する、ごく微量のアレルゲンにさえ、アレルギーを起すという懸念は残る。そのようなアレルゲンが存在しない場合でさえも、甲殻類由来のグルコサミンは、甲殻類アレルギーな人には懸念を与えうる。というのも、個々の消費者は、必ずしも、全てのアレルゲンが除去されたかどうかを、承知していないからである。
【０００６】
甲殻類由来グルコサミンの現在の供給源に関連する更なる問題は、幾つかの甲殻類供給品が、世界の海や大洋から採取されることである。甲殻類の過度な採取は、環境に非常に不利な影響を与え得る。従って、ある消費者は、海の生命を犠牲にして採取されていないグルコサミンを用いることを、むしろ選んでいると考えられている。たとえ甲殻類を採取することによる環境への影響が不利でないとしても、野生の甲殻類の供給量が制限され、年々、供給量が一定ではない、という懸念は残る。
【０００７】
従って、経済的に製造でき、かつ環境への影響が最小限である、安全で、一定で、高品質なグルコサミンの供給源に対する必要性が存在していた。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、グルコサミン（ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミン含有材料を含む）に関する。本発明のグルコサミンは、キチン質を含有する発酵された真菌性バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種（Aspergillus sp.）、ペニシリウム種（Penicillium sp.）、ムコール種（Mucor sp.）由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。真菌性バイオマスの使用により、低レベルの不純物を有する、単一なグルコサミンを通常生じる、高品質の生産物を生じる。本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分と、低い重金属含量を一般に有する。さらに、真菌性バイオマスの生産物として、前記グルコサミンは甲殻類アレルギーを有する人に危険を引き起こさない。
【０００９】
本発明はまた、発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解による、グルコサミンを生産する方法にも関する。微生物バイオマスからグルコサミンを得る方法には、キチン質−含有バイオマスを酸性溶液中で反応させること、特に、キチン質−含有バイオマスを高温で酸中で反応させることを含む。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、以下の本発明の詳細な説明および請求の範囲から明らかであろう。開示の本質の上記概要は、本開示の各実施の態様または各実施を説明するためのものではない。以下の、詳細な記載は、ここに記載した本質を用いた、ある実施の態様をより詳しく例示するものである。
【００１１】
本発明は、以下の図を参照して、より充分に説明されるものである。
【００１２】
本発明の本質は、様々な変更や別の形態に適用できるが、その特性は、一例として示されており、詳細に記載される。しかし、本発明は記載した特定な具体例に限定されるものではないと理解される。反対に、本発明は、開示の意図および範囲に入る、全ての変更、等価物および代替物を包含するものである。
【００１３】
（詳細な記載）
本発明は、ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミン−含有材料を含む、グルコサミンに関する。前記グルコサミンは、様々な種類の真菌性バイオマス中に存在するキチン質に由来する。キチン質は、天然の多糖類であり、その構造は、２−アセトアミド−２−デオキシ−Ｄ−グルコース（Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン）の非分枝状ポリマーである。この式は、一般的な繰り返し構造：
【００１４】
【化１】
【００１５】
キチン質は、水、希酸、アルカリ中に大部分非可溶性である、典型的な非晶質固体である。キチン質は、種々の工業的な適用を有しているが、そのポリマー構造を、グルコサミンとして知られる、２−アミノ−２−デオキシ−Ｄ−グルコースの個々の成分に変換することにより、より広い工業的な有用性が見出される可能性がある。構造的に、グルコサミンは、炭素２（Ｃ−２）に見られるＯＨ基を置き換え、アミン基を有する修飾されたグルコースである。一般的な構造は、
【００１６】
【化２】
【００１７】
上述のように、本発明のグルコサミンは、キチン質含有の、発酵された真菌性バイオマス由来である。適当な出発材料には、実質的に単一な微生物真菌性供給源、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源およびそれらの組み合わせを含む。真菌性バイオマスの使用により、低レベルの不純物を有する、通常単一なグルコサミンを生じる、高品質の生産物を生じる。本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分と、低い重金属含量を、一般に有する。さらに、真菌性バイオマスの生産物として、前記グルコサミンは甲殻類アレルギーを有する人に危険を引き起こさない。
【００１８】
グルコサミン組成物、出発材料および製造方法は、ここに、詳細に記述する。
【００１９】
Ａ． グルコサミン
本発明のグルコサミンは、相対的に単一な真菌性バイオマス供給源由来であり、従って、一般的には単一な組成物を、典型的には有する。前記グルコサミンまたは所望のグルコサミン塩を精製するのに用いられる方法によっては；生じるグルコサミン含有組成物は、様々なレベルの純度、９５パーセント純度、９８パーセント純度、９９．８パーセント純度でさえ超える組成物を含む、組成物で製造することができる。前記グルコサミン組成物はまた、付加的成分、例えば付加的塩を含むことができる。そのような事情で、望ましくない不純物に関して、所望の組成物の全体の純度は、９５パーセント純度、９８パーセント純度、９９．８パーセント純度でさえ超えるレベルを維持することができる。
【００２０】
本発明のグルコサミンは、以下に示す一般式を有する。
【００２１】
【化３】
【００２２】
この一般式は、クエン酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硫酸塩、塩化物、乳酸塩、グルコン酸塩等を含む、前記グルコサミンの様々な塩の存在により、異なることが可能である。また、前記グルコサミンは、本発明の範囲から逸脱することなく、置換または修飾されてもよい。従って、ここで用いられる用語グルコサミンは、塩錯体および置換グルコサミンを含む、様々な形態のグルコサミンを指す。
【００２３】
前記グルコサミンは、通常、高品質であるが、グルコース、未反応キチン質および他の材料を含む、他の成分を含むことがある。前記グルコサミンは、好ましくは１０パーセント未満のグルコース、より好ましくは５パーセント未満のグルコース、さらに好ましくは２パーセントのグルコースを含有する。
【００２４】
前記グルコサミンはまた、他の有機不純物を含有することがある。例えば、前記グルコサミンは、有機酸を含有することがある。しかし有機酸が存在しても、それらは通常、非常にわずかな量であり、例えば、グルコースについて上述したレベルか、またはさらに低い量でさえある。
【００２５】
本発明のグルコサミンは、相対的に低い灰分を有する。灰分は、通常５パーセント未満、より典型的には２パーセント未満、ある実施においては、１パーセント未満でさえありうる。カルシウムレベルも、本発明のグルコサミンにおいては、典型的には低い。重金属含量は、通常、同様に低く、典型的には１００百万分率より充分低く、より典型的には５０百万分率未満であり、さらに典型的には２０百万分率未満である。ある実施態様において、このレベルは、１０百万分率未満である。前記グルコサミンは、正の比施光度、例えばグルコサミン塩酸塩について、正の６９〜７４度（°）の比施光度を有しうる。
【００２６】
本発明のグルコサミンは、通常、精製された乾燥形態で、相対的に白色であるが、水溶液中に溶解されると無色である。一例には、前記グルコサミンの２０重量パーセント溶液は、50未満の米国公衆衛生協会（American Public Health Association）（APHA）色を有する。前記グルコサミンはまた、一般的に、臭気が少なく、甲殻類由来グルコサミンからの匂いで識別可能である。
【００２７】
B. 微生物真菌性バイオマス出発材料
適当な出発材料には、実質的に単一な微生物バイオマス供給源、典型的には真菌性バイオマス、例えば、全乾燥細胞重量の１０パーセントより多いキチン質を有する糸状菌、例えば、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種由来の真菌性供給源を含む。適当な真菌性バイオマスには、アスぺルギルスニガー（Aspergillus niger）、アスペルギルス‐テレウス（Aspergillus terreus）、アスペルギルス‐オリーゼ（Aspergillus oryzae）、ムコール−ルキシ（Mucor rouxii）、ペニシリウム‐クリソゲナム（Penicillium chrysogenum）、アオカビ（Penicillium notatum）、サッカロミセス‐セレビジエ（Saccharomyces cerevisiae）; サッカロミセス−ウバルム（Saccharomyces uvarum）;ならびに、特にカンジダ‐ギリエルモンジィ（Candida guillermondi）、アスぺルギルスニガーおよびアスペルギルス‐テレウスを含む。前記バイオマスは、通常、クエン酸を含む有機酸の工業生産のような、工業的な発酵反応から取り出される。また、グルコサミン生産に適するバイオマスは、特にこの方法のため生成されるのであって、他の方法の副生成物として生成されるのではない。ここで用いられる用語微生物には、植物プランクトンおよび甲殻類または軟体動物を含まない。
【００２８】
本発明は、前記バイオマス中のキチン質レベルが、乾燥バイオマス重量の５パーセントを超えるような場合の使用に、特によく適する。そのようなバイオマスは、前記バイオマスの乾燥重量を基に、通常、５〜２５パーセントのキチン質を有し、１０〜２０パーセントのキチン質を有することができる。また、最も高品質のグルコサミンを調製するために、前記微生物バイオマスは、バイオマスの生長の間、相対的に単一な温度と栄養レベルでの、実質的に制御されたやり方で生産されるのが、時には望ましい。
【００２９】
C. グルコサミン生産方法
本発明はまた、発酵された真菌性バイオマスの酸加水分解からの形成を含む、グルコサミンの形成方法にも関している。酸加水分解は、エーテル結合を切断し、キチン質分子を脱アセチル化して、遊離グルコサミンを生じる。酸加水分解は、キチン質をグルコサミンへ切断するのに充分強いが、グルコサミン分子は、実質的に無傷のままである。加水分解反応条件は、真菌性バイオマス中に存在する他の成分（例えば、グルカン、蛋白質および脂質）の幾つかを分解するという追加の利点を有する。典型的には、そのような酸加水分解は、強酸溶液中で４時間より長く前記真菌性バイオマスを処理することにより、行われる。
【００３０】
グルコサミン生産には、キチン質含有バイオマスを準備し、前記キチン質−含有バイオマスを酸性溶液中で反応させてグルコサミンを形成し、前記グルコサミンを前記酸性溶液から分離する工程を、通常含む。その反応は、典型的には、前記真菌性バイオマス出発材料の全キチン質含量の５０パーセントより高いグルコサミンの収率を有する。
【００３１】
５０パーセント未満、より通例５〜２５パーセントの濃度の酸を含む、強酸を、前記真菌性バイオマスを加水分解するのに用いることができる。適当な強酸には、適当なレベルの、塩酸、硫酸、リン酸およびクエン酸を含む。
【００３２】
グルコサミン形成反応は、通常、５〜２０パーセントの酸、２〜５０パーセントの前処理されたバイオマス（バイオマスは典型的には、存在する水で加工処理されるが、乾燥重量を基に）および３５〜９３パーセントの水で、行われる。ある実施において、反応混合物は、８〜１２パーセントの塩酸、４〜８パーセントのバイオマス（乾燥重量を基に）および、８０〜９０パーセントの水を含む。
【００３３】
前記バイオマス、酸および水を含有する混合物を、加熱し、高温で維持する。その混合物は、通常、その沸点またはその近辺の温度まで加熱され、５時間より長く、より典型的には８時間より長く、通常１６時間未満、還流条件下で維持される。キチン質を完全に切断するのに充分長い時間、しかし、非効率的であったり、またはグルコサミンを過度に分解するのに充分長くはかけずに、反応を続けるのが望ましい。
【００３４】
前記酸溶液中での反応により、グルコサミンが生産されるが、次の精製工程は、満足のいくような生産物を生産するのに、典型的には必要である。最初の精製工程には、通常、微粒子の不純物を除去するためのろ過を含み、実質的に透明なろ液を生じる。このろ液は、通常、グルコサミンならびに少量のグルコースおよび他の糖を含む。その後、蒸発工程を行って、前記グルコサミンを濃縮し、もしかすると、リサイクルおよび再使用可能である酸の幾らかを除去することが可能である。その混合物は蒸発により濃縮することができ、前記グルコサミンは、濃縮した混合物にエタノールを添加するか、またはその溶解性の限界まで蒸発を続けるか、いずれかにより、精製された固体として、沈殿させることができる。
【００３５】
前記グルコサミンは、ろ過または遠心分離、次いで乾燥により取り出すことが可能である。乾燥したグルコサミンは、残存する糖を除去するために、任意に更に精製される。これらの過剰な糖を除去する方法の一つは、前記グルコサミンを水中に溶解させ、エタノールを添加し、それにより、さらに高い純度の前記グルコサミンを沈殿させることによる。代わりに、その溶液を、電気透析、クロマトグラフィー、メンブランろ過等により、精製することができる。前記グルコサミンは、エタノール、炭素または他の適当な材料および方法により、任意に脱色される。
【００３６】
上述の工程に加えて、前記バイオマスは、最初に処理されて、不純物の幾らかを除去するか、またはグルコサミン生産を向上させることができる。これらの処理には、前記バイオマスを加熱すること、消化酵素を添加すること、酸または塩基で混合すること、機械的攪拌または圧縮による脱水を含むことができる。特に適した処理の一つは、水酸化ナトリウムの存在下に、前記バイオマスを前処理することである。ある実施において、１０パーセント未満の濃度の水酸化ナトリウムを前記真菌性バイオマスに添加し、それを、非キチン質含有材料の相当量を除去するのに充分な時間、高温で加熱する。この間は、通常２時間未満である。この前処理の特定な例の一つには、前記真菌性バイオマスを１００〜１２５℃で水酸化ナトリウムの２〜８パーセント溶液中で、２０〜６０分間加熱する必要がある。この工程により、前記バイオマス中の蛋白質とグルカンの幾らかが加水分解され、その副生成物は、任意にろ過して除去される。ろ過工程は、可溶性蛋白質、アミノ酸等を除去した後である。本発明の特定な実施においては、洗浄および前処理されたバイオマスは、５０パーセントより多い水、７０または８０パーセントより多くさえある水を含む。典型的には、水レベルは、この予め洗浄した真菌性バイオマスについて約８０〜９５パーセントである。
【００３７】
D. 実施例
本発明を、以下の非限定的な例により、さらに説明する。明記しない限り、全ての量は、重量部で表現されている。
【００３８】
実施例１
クエン酸性のバイオマスを、オートクレーブ中、１２０℃で１時間の間、４パーセント水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液で前処理した。この工程により、過剰の蛋白質および他の望ましくない材料を除去した。前記バイオマスをその後、脱イオン水で、そのｐＨが約７．０になるまで、徹底的に洗浄した。この洗浄された材料を、濃塩酸（ＨＣｌ）および水と混合し、前記バイオマスの乾燥重量を基に、１０〜１５パーセントのＨＣｌと５〜６パーセントのバイオマスの混合物を形成した。この混合物を還流加熱した。時々サンプルを取り出し、取引名称「ＤＸ−５００」のディオネック（Dionex）ＨＰＬＣから入手可能な高圧液体クロマトグラフィで、その反応を分析した。
【００３９】
その結果を図１に示す。図１はグルコサミン生産を示す図であり、グルコサミンは８時間に渡って反応を行った結果、益々生産されたが、グルコースの量は、４時間後に減少したことを示す。８時間後、グルコサミンは収率１４パーセントで生産された。生産物のクロマトグラムは、図２に示す。
【００４０】
反応に続き、その混合物をろ過し、ろ液をロータベープ（RotaVap）により製造された回転エバポレーターを用いて蒸発させ、溶液のグルコサミン濃度を増加させた。最終的な容量は、約１０〜２０ｍｌに減らした。この溶液に２０ｍｌのエタノールを加えると、その溶液は渦を巻いてグルコサミンの沈殿を促進し、収率を高めた。これらのグルコサミン沈殿物をろ過して得、色が白色になるまで、アルコールで更に洗浄した。図３には、９７パーセントより高いグルコサミンを示す生成物のクロマトグラムを示す。
【００４１】
実施例２
前処理されたバイオマスを１３時間の間、還流条件下で維持した以外は、実施例１を繰り返した。生じたグルコサミンは、９８パーセントより高い純度であった。
【００４２】
前述の詳細な記載と実施例は、理解を明確にするためのみのものである。不必要な限定は、この記載または例から理解されるものではない。その変形は、請求の範囲により定義された本発明内に含まれるものであるので、本発明は、示されたり記載された細部そのものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明に従い、グルコサミンを製造する方法例の、時間に対するグルコサミンのパーセント収率を示す図である。
【図２】図２は、本発明に従い製造された、グルコサミンのクロマトグラムである。
【図３】図3は、本発明に従い製造されたグルコサミンのクロマトグラムである。
Claims (27)
- ヒトまたは動物の消費に適するグルコサミン含有材料であって、前記グルコサミンが、発酵された微生物バイオマス由来であるグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、２パーセント未満の灰分を有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、２０百万分率未満の重金属含量を有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、発酵された微生物バイオマスの酸加水分解により形成された請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、前記微生物バイオマスを、４時間より長い間、酸で処理することによる微生物バイオマスの酸加水分解により形成された請求項４に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、前記バイオマスを、８時間より長い間、酸で処理することによる微生物バイオマスの酸加水分解により形成された請求項４に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、前記バイオマスを、５〜２５パーセント強酸溶液で処理することによる微生物バイオマスの酸加水分解により形成された請求項４に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、前記バイオマスを、４時間より長い間、５〜２５パーセント強酸溶液で処理することによる微生物バイオマスの酸加水分解により形成された請求項４に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが塩酸塩の形態であるとき、前記グルコサミンが、正の６９〜７４度の比施光度を有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記微生物バイオマスが、前記バイオマス出発材料の全キチン質含量の５０パーセントより多い収率を有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミン含有材料が、５パーセント未満のグルコースを含有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミン含有材料が、乾燥重量を基に９８パーセントより高い純度である請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミン含有材料が、グルコサミンのみ、または付加的成分と混合されたグルコサミンを含む請求項１２に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンの２０重量パーセント水溶液が、５０未満の米国公衆衛生協会の色を有する請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、実質的に単一な微生物真菌性供給源由来である請求項１に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種およびその組み合わせ由来である請求項１５に記載のグルコサミン含有材料。
- 前記グルコサミンが、全細胞重量の１０パーセントより多いキチン質を有する糸状菌種由来である請求項１５に記載のグルコサミン含有材料。
- 微生物バイオマスからグルコサミンを得る方法であって、
その方法は、
（ａ） キチン質含有バイオマスを準備し；
（ｂ） 前記キチン質含有バイオマスを、５パーセントより高い酸濃度の酸性溶液中、８０℃より高い反応温度で、少なくとも４時間の反応時間の間、反応させ、前記バイオマス中のキチン質をグルコサミンに転換させ；および
（ｃ） 前記グルコサミンを前記酸性溶液から分離する
工程を含む。 - 前記グルコサミンを分離する工程が、前記酸性溶液からの前記グルコサミンの結晶化を含む請求項１８に記載の方法。
- 前記酸性溶液が、５〜２５パーセントの酸濃度を有する請求項１８に記載の方法。
- 前記酸性溶液が、５〜５０パーセントの酸濃度を有する請求項１８に記載の方法。
- 前記反応温度が、８０℃より高い請求項１８に記載の方法。
- 前記反応時間が、４〜２５時間である請求項１８に記載の方法。
- 前記グルコサミン含有材料が、キチン質−含有バイオマスの全キチン質含量の５０パーセントより高い収率を有し、かつ５パーセント未満のグルコースを含有する請求項１８に記載の方法。
- 前記グルコサミン含有材料が、５パーセント未満の可溶性糖を含有する請求項１８に記載の方法。
- 前記グルコサミン含有材料が、乾燥重量を基に９８パーセントより多いグルコサミンである請求項１８に記載の方法。
- 前記グルコサミンが、アスペルギルス種、ペニシリウム種、ムコール種およびその組み合わせ由来である請求項１８に記載の方法。
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