JP2015520760A

JP2015520760A - エリスリトールモノ・ジ脂肪酸エステルの選択的製造方法

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Publication number: JP2015520760A
Application number: JP2015513009A
Authority: JP
Inventors: 宗会 ▲馬▼; 妍 ▲鄭▼; ▲てぃあん▼▲くい▼ ▲やん▼; 学兵徐
Original assignee: ▲豊▼益（上海）生物技▲術▼研▲発▼中心有限公司
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103420830B; EP2857381A4; CN103420830A; EP2857381A1; ES2702352T3; JP6030227B2; WO2013174298A1; EP2857381B1; US9169191B2; US20150119594A1

Abstract

本発明は、酸触媒、帯水剤（water-carrying agent）および任意の相間移動触媒が存在する条件で、脂肪酸とエリスリトールを、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比1:2〜1:3で、80〜100℃でエステル化反応させることを含む、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法を提供する。また、酸触媒および帯水剤が存在する条件で、脂肪酸とエリスリトールを、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比2:1〜3:1で、120〜160℃でエステル化反応させることを含む、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法を提供する。

Description

本発明は、エステル化反応に関する。より具体的に、エリスリトールモノ・ジ脂肪酸エステルの選択的製造方法に関する。

近年、人たちの生活レベルの向上に伴い、食品の色・香り・味に対する要求も高まっている。香りは、食品の特徴の一つであるが、香りが長持ちしない食品もあるため、食品の加工過程でエッセンス・香料を入れて食品の香りを強化する必要がある。しかし、抽出で得られるエッセンス・香料は、一般的に揮発しやすい、保存しにくいなどの欠点がある。この問題に対し、エッセンス・香料をマイクロカプセル化すると、衛生的で、経済的で、機能が安定している、香りが均一で、保存しやすい、使用しやすいなどの利点が得られる。米国では、マイクロカプセル技術で製造される粉末エッセンスは、食品香料の50％以上を占めている。粉末エッセンスは、現在、お菓子、固体飲料、固形スープ、ファーストフード食品およびスナック食品、例えばベーカリー製品、キャンデー製品、スープ粉末などに幅広く使用されている。特に焼く過程で高温環境が必要で、この条件では、エッセンスは破壊・発揮しやすく、マイクロカプセルとした後、エッセンスの損失を大幅に減少することができる。

しかし、これらのマイクロカプセル化した香料製品の性能がまだ人たちの需要に満足できない。例えば、丁立忠らが「中国調味料」の2009年第2期第90-95頁で発表した「食用エッセンスのマイクロカプセル化の研究進展」では、マイクロカプセルの放出機序が記述されている。ベーカリー系食品の加工過程で、エッセンスは80度以上の高温を受け、伝統的な脂溶性壁材のグリセリンエステルの融点が低く（通常60度未満）、焼く過程で早めに溶融し、含まれたエッセンスを放出させる。このように、マイクロカプセル壁はある程度の徐放作用があるが、エッセンスの損失が依然大きい。人々は、依然として、より理想的な徐放機能を有するマイクロカプセル壁材の研究・開発を続けている。

より高純度のエリスリトールモノ・ジ脂肪酸エステルは、より高い融点（約80度ほど）を有し、含まれたエッセンスに対してより良い保護・徐放作用を果たし、優れたマイクロカプセル壁材である。本分野では、この二種の化合物を生物触媒法で製造することが知られている。例えば、Junkui Piaoらが「生物化学工学ジャーナル（Biochemical Engineering Journal）」の第14巻第2期第79-84頁（2003年5月）で発表した論文「固定化リパーゼの触媒によるエリスリトールとオレイン酸のアセトンにおける縮合によるエリスリトールモノオレイン酸エステル・ジオレイン酸エステルの合成（Synthesis of mono- and dioleoyl erythritols through immobilized-lipase-catalyzed condensation of erythritol and oleic acid in acetone）」では、酵素の触媒でα-エリスリトールモノオレイン酸エステルと1,4-エリスリトールジオレイン酸エステルを合成することが公開された。今まで、本分野では、生物酵素触媒以外の化学的エステル化プロセスによって高純度のエリスリトールモノ・ジエステルの製品を製造することを公開した文献がまだない。例えば、中国特許第CN1649664A号には、塩化スズを触媒として使用し、得られる産物におけるジエステル、トリエステル及びテトラエステルの比率がほぼ同じである、エリスリトールの脂肪酸エステル又はポリエステルの化粧品などの用途における応用が記載されている。このようなモノエステル〜テトラエステルの混合物の融点が顕著に低下し、通常のグリセリンエステルと比べ、顕著な優越性がない。そのため、より高い産物選択性を得ると同時に、プロセスの簡略化とコストの低減を実現する、高純度のエリスリトールモノ・ジエステルを製造する新規なプロセスの開発が必要とされている。

以上のような本分野の技術需要に対し、本発明の第一は、脂肪酸とエリスリトールを、酸触媒、帯水剤（water-carrying agent）および任意の相間移動触媒が存在する条件で、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比1:2〜1:3で、80〜100℃でエステル化反応させることを含む、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法を提供する。

「任意」とは、なくても、あってもよいを示す。

本発明の一つの好適な実施例において、使用される脂肪酸は、C8-C22の直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の脂肪酸である。より好ましくは、使用される脂肪酸は、オクタン酸、デカン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘン酸およびこれらの組合わせから選ばれる。

本発明のもう一つの好適な実施例において、使用される酸触媒は、無機酸、有機スルホン酸、固体酸、固体超強酸、イオン交換樹脂およびこれらの組合わせから選ばれる。より好ましくは、前述無機酸は、硫酸、硼酸、リン酸、酸性塩酸塩、酸性硫酸塩から、前述有機スルホン酸は、p-トルエンスルホン酸、p-アミノベンゼンスルホン酸から、前述固体酸は、MCM-41から、前述固体超強酸は、s-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸から、前述イオン交換樹脂は、NKC-9及びAmberlyst 15から選ばれる。

本発明のもう一つの好適な実施例において、使用される相間移動触媒は、ポリエーテル、第四級アンモニウム塩またはこれらの組合わせから選ばれる。より好ましくは、前述ポリエーテルは、ポリエチレングリコール及びポリエチレングリコールジアルキルエーテルから、前述第四級アンモニウム塩は、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドから選ばれる。

本発明のもう一つの好適な実施例において、使用される帯水剤は、シクロヘキサン、トルエン、キシレンから選ばれる。より好ましくは、帯水剤はシクロヘキサンである。

本発明のもう一つの好適な実施例において、エステル化反応の持続時間は、6〜10時間、好ましくは7〜9時間である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜20重量％、好ましくは1〜5重量％である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述相間移動触媒の使用量は、1〜10重量％である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応のβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルに対する選択性は、90％以上である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、エステル化反応の温度は、90〜100℃である。

本発明の第二は、脂肪酸とエリスリトールを、酸触媒および帯水剤が存在する条件で、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比2:1〜3:1で、120〜160℃でエステル化反応させることを含む、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法を提供する。

本発明のもう一つの好適な実施例において、使用される脂肪酸は、C8-C22の直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の脂肪酸である。好ましくは、脂肪酸は、オクタン酸、デカン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘン酸およびこれらの混合物から選ばれる。

本発明のもう一つの好適な実施例において、使用される帯水剤は、シクロヘキサン、トルエン、キシレンから選ばれる。より好ましくは、前述帯水剤はトルエン又はキシレンである。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応の持続時間は、20〜26時間、好ましくは22〜25時間である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜10重量％である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応の2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルに対する選択性は、90％以上である。

本発明のもう一つの好適な実施例において、前述エステル化反応の温度は、120〜140℃である。

本発明の方法によるβ-エリスリトールモノオレイン酸エステルの表面張力-濃度曲線図である。

本発明において、特に断らない限り、すべての百分率と比率は質量基準である。また、本発明に記載のすべての数値範囲は、いずれも末端値を含み、且つ公開された範囲の上限と下限を任意に組み合わせた新しい数値範囲も含む。例えば、公開されたある成分の含有量が質量百分率で10〜30質量％、好ましくは15〜25質量％、より好ましくは20〜23質量％である場合、10〜15質量％、10〜25質量％、10〜20質量％、10〜23質量％、15〜30質量％、15〜20質量％、15〜23質量％、20〜25質量％、23〜25質量％といった数値範囲も同時に公開されたこととなる。

本発明は、原料の比率、反応系の成分の濃度、触媒の種類と使用量、反応温度および反応時間を慎重に制御することによって、高い選択性でβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルと2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルを製造することができる。本発明において、「選択性」とは、エステル化反応したエリスリトールの合計モル量と基準とする場合、生成した特定の脂肪酸エステルが占めるモル百分率を指す。本発明のβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法の一つの実施形態において、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステル産物の選択性は、90％以上である。本発明の2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法の一つの実施形態において、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステル産物の選択性は、90％以上である。

本発明の一つの実施形態において、C8-C22の直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の脂肪酸を用いて、前述β-エリスリトールモノ脂肪酸エステル又は2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルを製造する。本発明において、用語「脂肪酸」は、通常の定義の脂肪酸と脂肪油を含み、例えば、天然の脂肪と油で発見された長鎖脂肪酸があるが、直鎖または分岐鎖の脂肪鎖とカルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基のような酸基の一つ又は複数個を有する化合物を含む。前述「脂肪酸」化合物は、「エステル化」、或いは前述ポリオールにおけるヒドロキシ基と類似の化学結合を形成することができる。

脂肪酸は、適切な自然に存在するまたは合成の脂肪酸または油から誘導されたものでもよく、飽和でも不飽和でもよく、直鎖または分岐鎖の脂肪酸でもよく、位置異性体または幾何異性体でもよい。市販で、または本分野の当業者が既知の手順で容易に多くの脂肪酸または油を製造または分離することができる。前述脂肪酸は、直鎖脂肪酸が好ましく、適切な脂肪酸の実施例は、オクタン酸、デカン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘン酸およびこれらの混合物から選ばれる。より好ましくは、パルミチン酸、オクタン酸、ベヘン酸、オレイン酸およびこれらの混合物から選ばれる。相応的に、用語「C8-C22の脂肪酸」とは、炭素原子数が8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個または22個の脂肪酸である。

本発明の一つの実施形態では、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法において、前述脂肪酸とエリスリトールのモル比は1:2〜1：3で、前述エステル化反応の温度は、80〜100℃、好ましくは90〜100℃で、エステル化反応の持続時間は、6〜10時間、好ましくは7〜9時間、より好ましくは8時間である。

本発明のもう一つの実施形態では、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法において、前述脂肪酸とエリスリトールのモル比は2:1〜3：1で、前述エステル化反応の温度は、120〜160℃、好ましくは120〜140℃で、エステル化反応の持続時間は、20〜26時間、好ましくは22〜25時間、より好ましくは24時間である。

本発明において、「酸触媒」とは、ブレンステッドの定義でプロトンを供与できる物質、或いはルイスの定義で非共有電子対を有する原子、分子またはイオンと共役結合を形成できる物質を指す。本発明で使用される酸触媒は、無機酸、有機スルホン酸、固体酸、固体超強酸、イオン交換樹脂およびこれらの組合わせから選ばれてもよい。中でも、前述無機酸は、硫酸、硼酸、リン酸、酸性塩酸塩、酸性硫酸塩から、前述有機スルホン酸は、p-トルエンスルホン酸、p-アミノベンゼンスルホン酸から、前述固体酸は、MCM-41から、前述固体超強酸は、s-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸から、前述イオン交換樹脂は、NKC-9及びAmberlyst 15から選ばれてもよい。前述酸触媒は、p-トルエンスルホン酸、s-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸、NKC-9、硫酸またはこれらの混合物が好ましい。

本発明において、用語「相間移動触媒」とは、その少なくとも一部が第一相（通常は有機相）に存在し、または第一相に浸潤され、第一相における反応物と第二相（通常は水含有相であるが、固体の場合もある）から第一相に移動できる反応物の間の反応を促進することができる物質である。反応後、反応物をさらに移動させるため、相間移動触媒が放出される。E.V.Dehmlowは、Angewante Chemie(国際版)，13(3)，170(1974)で、相間移動触媒に対するレビューをした。他の関連レビューは、Jozef Dockx，Synthesis(1973)，441-456とC.M.Starks，JACS.，(93)1，1971 年1月13日，195-199を参照する。適切な相間移動触媒は、嵩の大きい有機基を含む第四級アンモニウム塩またはポリエーテルが好ましく、前述嵩の大きい有機基は、通常、有機相に溶解させるために、アルキル基またはアラルキル基である。好適な相間移動触媒は、テトラアルキルアンモニウム又はアラルキル（例えばベンジル）トリアルキルアンモニウム又はポリエーテルで、その各窒素原子またはリン原子に連結する炭素原子の数は、10〜70で、特に好ましくは16〜40である。本発明の反応系において、任意に相間移動触媒で反応物の疎水相と親水相の間の物質移動を促進することによって、反応過程の進行を促進することができる。本発明の一つの実施形態において、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法に対し、使用される相間移動触媒は、ポリエーテルと第四級アンモニウム塩から選ばれる。前述ポリエーテルは、ポリエチレングリコール及びポリエチレングリコールジアルキルエーテルから、前述第四級アンモニウム塩は、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドから選ばれる。

本発明のエステル化反応は、可逆反応であるため、帯水剤を入れることで、当該反応のエステル生成への正方向移動を促進することができる。用語「帯水剤」とは、生成した水をすぐに反応系から除去できる物質で、水または反応物の一つと二元または三元の共沸物を形成して水をすぐに反応系から出し、反応の熱力学的平衡を崩し、反応をエステル生成に有利な方向に進行させることができる。本発明の一つの実施形態において、モノエステル・ジエステルの製造方法に対し、前述帯水剤は、シクロヘキサン、トルエン、キシレンから選ばれる。本発明のもう一つの実施形態において、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルを製造するために、前述帯水剤は好適にシクロヘキサンである。本発明のもう一つの実施形態において、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法に対し、前述帯水剤は好適にトルエン又はキシレンである。

本発明の一つの実施形態において、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法に対し、前述エステル化反応に使用される脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜20重量％、好ましくは7〜12重量％である、より好ましくは1〜5重量％である。2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法に対し、前述エステル化反応に使用される脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜10重量％である。

以上の明細書を読んだ後、当業者は、本分野の範囲内で以上の実施形態をある程度の改良、代替や組合わせを行い、本発明を実施して類似の技術効果を得ることができる。このような改良、代替や組合わせも、全部本発明の範囲に含まれる。

以下、より深く正確に本発明を理解してもらうために、具体的な実施例を挙げて本発明の好適な実施形態をさらに詳しく説明する。しかし、以下の具体的な実施例は、挙例・説明のためのものだけで、本発明の保護範囲を制限せず、本発明の範囲は請求の範囲によって限定される。

実施例
まず、以下の実施例1〜6において、例を挙げてβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの選択的製造方法を説明する。

β-エリスリトールモノパルミチン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた2Lの三口フラスコに105g（0.41 mol)のパルミチン酸と150g（1.23 mol）のエリスリトールを入れた。1Lのシクロヘキサンを帯水剤としてこのフラスコに入れた後、相間移動触媒であるヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（7.65g、3wt％）と反応触媒であるp-トルエンスルホン酸（5.1g、2wt％）を入れた。油浴装置で混合物を94±2℃に加熱し、且つ同温度で6時間還流させた。エリスリトールの融点が122℃であるため、反応終了後、反応系に固体として存在する未反応のエリスリトールが見られ、熱いうちに前述未反応のエリスリトールをろ過で除去した。その後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過して一部の固体産物を得て、液体をエバポレーターで乾燥し、得られた産物を前にろ過して得た固体と合併し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した後、石油エーテルで洗浄し、固体産物を合計80g得た。スイスブルカー社（Bruker）から購入したBruker-400核磁気共鳴装置で当該産物のCDCl₃溶液に対して¹H NMR(400 MHz)の特徴付けを行い、以下の結果を得た。δ 0.88 (3H, t, J = 6.8 Hz), 1.25 (24H, m), 1.64 (2H, m), 2.39 (2H, t, J = 7.6 Hz), 3.71 (1H, dd, J = 5.6 Hz), 3.81 (1H, dd, J = 4 Hz), 3.97 (1H, dd, J = 5.6 Hz), 4.07 (1H, dd, J = 5.6 Hz), 4.45 (1H, m), 5.14 (1H, m)。以上の核磁気共鳴による特徴付けデータから、得られた産物は、エリスリトールβ位におけるヒドロキシ基がエステル化して生成したモノエステル、即ちβ-エリスリトールモノパルミチン酸エステルであることがわかった。アジレント・テクノロジー株式会社（Agilent）から購入したAgilent 1200高速液相クロマトグラフ（ELSD検出器を使用する）で産物の純度を特徴付け、測定された産物におけるβ-エリスリトールモノパルミチン酸エステルの純度が91％である。

以下の実施例で類似の反応装置を使用し、同じ設備と方法で産物に対して定性・定量の分析を行った。

β-エリスリトールモノパルミチン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた500mLの三口フラスコに10.5g（0.041 mol)のパルミチン酸と15g（0.123 mol）のエリスリトールを入れた。

200mLのシクロヘキサンを帯水剤としてフラスコに入れ、反応触媒であるNKC-9（南大樹脂工場から購入、NKC-9乾燥水素触媒樹脂）（5g、20wt％）を入れた。

当該混合物を85±2℃で10時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で触媒と過量のエリスリトールを除去し、エバポレーターで乾燥し、産物を5g得た。

¹H NMRによる特徴付けでは、β-エリスリトールモノパルミチン酸エステルであり、HPLCによる特徴付けでは、純度が93％である。

200mLのシクロヘキサンを帯水剤としてフラスコに入れ、相間移動触媒であるポリエチレングリコールジアルキルエーテル（2.6g、10wt％）と反応触媒であるs-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸（厦門▲しん▼達康無機材料有限公司から購入）（1.28g、5wt％）を入れた。当該混合物を88±2℃で8時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で触媒と過量のエリスリトールを除去し、エバポレーターで乾燥し、産物を8g得た。¹H NMRによる特徴付けでは、β-エリスリトールモノパルミチン酸エステルであり、HPLCによる特徴付けでは、純度が91％である。

β-エリスリトールモノオクタン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた500mLの三口フラスコに14.4g（0.1 mol)のオクタン酸と24.4g（0.2 mol）のエリスリトールを入れた。200mLのシクロヘキサンを帯水剤としてこのフラスコに入れた後、相間移動触媒であるポリエチレングリコール（国薬グループ化学試薬有限公司から購入）（1.17g、3wt％）と反応触媒であるリン酸（0.4g、1wt％）を入れた。

当該混合物を96±2℃で9時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で触媒と過量のエリスリトールを除去し、エバポレーターで乾燥し、産物を10g得た。

¹H NMRによる特徴付けでは、β-エリスリトールモノオクタン酸エステルであり、HPLCによる特徴付けでは、純度が92％である。

β-エリスリトールモノオレイン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた1Lの三口フラスコに50g（0.18 mol)のオレイン酸と65g（0.54 mol）のエリスリトールを入れた。

500mLのシクロヘキサンを還流溶媒としてフラスコに入れた後、相間移動触媒であるテトラメチルアンモニウムブロミド（4.6g、4wt％）と反応触媒であるp-トルエンスルホン酸（3.45g、3wt％）を入れた。

この混合物を98±2℃で8時間還流させ、熱いうちに未反応のエリスリトールをろ過で除去し、冷却させて2時間静置し、ろ過して沈殿した固体産物を得て、液相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と石油エーテルの順で洗浄し、エバポレーターで乾燥した後、得られた固体産物を前にろ過して得た固体産物と合併し、固体産物を合計30g得た。

¹H NMRで産物のCDCl3溶液に対して特徴付けを行い(400 MHz)、以下の結果を得た。

δ 0.88 (3H, t, J = 6.8 Hz), 1.29 (20H, m), 1.64 (2H, m), 2.1 (4H, m), 2.37 (2H, m), 3.66 (1H, m), 3.81 (2H, m), 3.89 (1H, m), 5.13 (2H, m), 5.35 (2H, t, J = 5.6 Hz)。

以上の核磁気共鳴による特徴付けデータから、得られた産物は、エリスリトールβ位におけるヒドロキシ基がエステル化して生成したモノエステル、即ちエリスリトールモノオレイン酸エステルであり、HPLCで測定された純度が92％であることがわかった。

β-エリスリトールモノベヘン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた1Lの三口フラスコに34g（0.1 mol)のベヘン酸と36.6g（0.3 mol）のエリスリトールを入れた。

500mLのシクロヘキサンを帯水剤としてフラスコに入れた後、相間移動触媒であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリド（2.1g、3wt％）と反応触媒であるp-アミノベンゼンスルホン酸（1.4g、2wt％）を入れた。

当該混合物を94±2℃で8時間還流させ、冷却させて静置し、ろ過で触媒と過量のエリスリトールを除去し、エバポレーターで乾燥し、産物を20g得た。

¹H NMRによる特徴付けでは、β-エリスりトールモノベヘン酸エステルで、HPLCによる特徴付けでは、純度が93％である。

表面張力法によるβ-エリスりトールモノオレイン酸エステルの臨界ミセル濃度（CMC）の測定：
本発明で製造されるβ-エリスりトールモノ脂肪酸エステルと、既存の技術方法で製造されるα-エリスりトールモノ脂肪酸エステルの性質における区別を説明するため、表面張力法で実施例5で製造された産物水溶液の臨界ミセル濃度を測定した。具体的な手順は以下の通りである。

実施例5で製造されたβ-エリスりトールモノオレイン酸エステルを水に溶解させ、10^-3mol/Lの母液を調製した後、さらに水で段階希釈し、10^-3〜10^-7mol/Lの範囲内の一連の水溶液を得た。

Kruss社のK100表面張力測定装置を使用し、一定の温度（本発明はそれぞれ25℃と45℃で測った）でリング法によって表面張力の数値を測定し、各サンプルに対して平行に3回測定し、平均値を取った。

図1は測定された濃度に伴う表面張力の変化の関係の曲線を示し、ここで、濃度（mol/L）は横軸で、表面張力値（mN/m）は縦軸で、曲線における傾斜度が急変する点に該当する界面活性剤の濃度はCMC値となる。

図1から、β-エリスりトールモノオレイン酸エステルの25℃におけるCMC値は2.73×10^-5で、45℃におけるCMC値は是2.47×10^-6で、Junkui Piaoらの文献で製造されたα-エリスりトールモノオレイン酸エステルのCMCと比較すると、β-モノエステルのCMCはα-モノエステルよりも小さく、即ち、β-エリスりトールモノオレイン酸エステルはより優れた界面活性作用を有する。

以下、実施例8〜10は、本発明の方法で2,3-エリスりトールジ脂肪酸エステルを製造する具体的な実施形態を示す。

2,3-エリスりトールジパルミチン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた2Lの三口フラスコに210g（0.82 mol)のパルミチン酸と50g（0.41 mol）のエリスりトールを入れた。1Lのトルエンを帯水剤としてフラスコに入れ、反応触媒であるp-トルエンスルホン酸（7.8 g、3wt％）を入れた。油浴装置で当該混合物を125±2℃に加熱し、そして当該混合物を24時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で固体を除去し、液相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と石油エーテルの順で洗浄し、エバポレーターで乾燥し、固体産物を220g得た。¹H NMRでこの産物のCDCl₃溶液に対して測定し(400 MHz)、以下の結果を得た。δ 0.88 (3H, t, J = 6.8 Hz), 1.26 (48H, m), 1.61 (4H, m), 2.32 (4H, t, J = 7.6 Hz), 3.80 (2H, dd, J = 4 Hz), 4.08 (2H, dd, J = 5.6 Hz), 5.32 (2H, m)。以上の結果から、製造された産物はエリスりトールの2,3-位のヒドロキシ基がそれぞれエステル化して生成した産物、即ち2,3-エリスりトールジパルミチン酸エステルであり、HPLCによる純度が92％であることがわかった。

2,3-エリスりトールジオレイン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた2Lの三口フラスコに347g（1.23 mol)のオレイン酸と50g（0.41 mol）のエリスりトールを入れた。1Lのトルエンを帯水剤としてフラスコに入れ、反応触媒であるp-トルエンスルホン酸（7.9 g、2wt％）を入れた。当該混合物を135±2℃で26時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で固体を除去し、液相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と石油エーテルの順で洗浄し、エバポレーターで乾燥し、産物を160g得た。¹H NMRでこの産物の(CD₃)₂CO溶液に対して測定し(400 MHz)、以下の結果を得た。(400 MHz): δ 0.89 (3H, t, J = 6.8 Hz), 1.30 (20H, m), 1.60 (4H, m), 2.05 (8H, m), 2.34 (4H, t, J = 7.6 Hz), 3.72 (2H, dd, J = 4 Hz), 4.02 (2H, dd, J = 5.6 Hz), 5.36 (6H, m)。以上の結果から、製造された産物はエリスりトールの2,3-位のヒドロキシ基がそれぞれエステル化して生成した産物、即ち2,3-エリスりトールジオレイン酸エステルであり、HPLCによる純度が91％であることがわかった。

2,3-エリスりトールジベヘン酸エステルの製造
撹拌器、冷却器および仕込み漏斗を取り付けた2Lの三口フラスコに340（1 mol)のベヘン酸と61g（0.5 mol）のエリスりトールを入れた。1Lのキシレンを帯水剤としてフラスコに入れ、反応触媒である硫酸（32g、8wt％）を入れた。当該混合物を145±2℃で22時間還流させ、反応終了後、反応系を室温まで冷却させて2時間静置し、ろ過で固体を除去し、液相を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と石油エーテルの順で洗浄し、エバポレーターで乾燥し、産物を260g得た。¹H NMRによる特徴付けでは、2,3-エリスリトールジベヘン酸エステルであり、HPLCによる特徴付けでは、純度が91％である。

以上のように、本発明の方法は、原料の比率、反応系における濃度、触媒の使用量、温度および反応時間を制御することによって、高純度のエリスリトールモノ・ジ脂肪酸エステルを製造することができ、且つ核磁気共鳴による特徴付けの結果から、得られた産物が位置選択性を有することが確認された。さらに、本発明で得られる産物は、より優れた機能とより幅広い商業用途を有する。例えば、既存技術における化学的触媒法で、製造できるのは、モノエステル、ジエステル、トリエステル及びテトラエステルの混合物だけである。混合物と比較すると、高純度のエリスリトールモノ・ジ脂肪酸エステルは、より高い融点を有し、マイクロカプセルの壁材に使用される場合、より高い徐放作用を得ることができる。

また、既存技術における生物酵素触媒法で製造される産物は、α-エリスリトールモノ脂肪酸エステルと1,4-エリスリトールジ脂肪酸エステルである。以上のCMC実験結果から、α-エリスリトールモノ脂肪酸エステルと比べ、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルはより優れた界面活性作用を有することがわかった。また、エリスリトールジ脂肪酸エステルが食品用途に使用される場合、パンクレリパーゼは特異的に第一級アルコールエステルのみを加水分解するため、1,4-エリスリトールジ脂肪酸エステルはパンクレリパーゼに加水分解されやすい。これに対し、2,3エリスリトールジ脂肪酸エステルは、パンクレリパーゼにより加水分解されないため、糖尿病患者により好適に使用される。つまり、本発明の2種類の方法は、高い選択性でより優れた性質を有するβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルと2,3エリスリトールジ脂肪酸エステルの産物を製造することができ、商業的応用と市場の開拓に顕著な促進効果がある。

Claims

酸触媒、帯水剤（water-carrying agent）および任意の相間移動触媒が存在する条件で、脂肪酸とエリスリトールを、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比1:2〜1:3で、80〜100℃でエステル化反応させることを含む、β-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの製造方法。
前述脂肪酸は、C8-C22の直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の脂肪酸であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述脂肪酸は、オクタン酸、デカン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘン酸およびこれらの組合わせ、好ましくはパルミチン酸、オクタン酸、ベヘン酸、オレイン酸およびこれらの組合わせから選ばれることを特徴とする請求項2に記載の方法。
前述酸触媒は、無機酸、有機スルホン酸、固体酸、固体超強酸、イオン交換樹脂およびこれらの組合わせから選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述無機酸は、硫酸、硼酸、リン酸、酸性塩酸塩、酸性硫酸塩から、前述有機スルホン酸は、p-トルエンスルホン酸、p-アミノベンゼンスルホン酸から、前述固体酸は、MCM-41から、前述固体超強酸は、s-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸から、前述イオン交換樹脂は、NKC-9及びAmberlyst 15から選ばれることを特徴とする請求項4に記載の方法。
前述相間移動触媒は、ポリエーテル、第四級アンモニウム塩およびこれらの組合わせから選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述ポリエーテルは、ポリエチレングリコール及びポリエチレングリコールジアルキルエーテルから、前述第四級アンモニウム塩は、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドから選ばれることを特徴とする請求項6に記載の方法。
前述帯水剤は、シクロヘキサン、トルエン、キシレンから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前述帯水剤は、シクロヘキサンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前述エステル化反応の持続時間は6〜10時間、好ましくは7〜9時間であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜20重量％、好ましくは1〜5重量％であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述相間移動触媒の使用量は、1〜10重量％であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述エステル化反応のβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルに対する選択性は、90％以上であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
前述エステル化反応の温度は90〜100℃であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
食品における請求項1〜14のいずれかに記載の方法で製造されるβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの使用。
マイクロカプセルにおける請求項1〜14のいずれかに記載の方法で製造されるβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの使用。
化粧品における請求項1〜14のいずれかに記載の方法で製造されるβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの使用。
徐放材料としての請求項1〜14のいずれかに記載の方法で製造されるβ-エリスリトールモノ脂肪酸エステルの使用。
酸触媒および帯水剤が存在する条件で、脂肪酸とエリスリトールを、前述脂肪酸と前述エリスリトールのモル比2:1〜3:1で、120〜160℃でエステル化反応させることを含む、2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの製造方法。
前述脂肪酸は、C8-C22の直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の脂肪酸であることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述脂肪酸は、オクタン酸、デカン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘン酸およびこれらの組合わせ、好ましくはパルミチン酸、オクタン酸、ベヘン酸、オレイン酸およびこれらの組合わせから選ばれることを特徴とする請求項20に記載の方法。
前述酸触媒は、無機酸、有機スルホン酸、固体酸、固体超強酸、イオン交換樹脂およびこれらの組合わせから選ばれることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述無機酸は、硫酸、硼酸、リン酸、酸性塩酸塩、酸性硫酸塩から、前述有機スルホン酸は、p-トルエンスルホン酸、p-アミノベンゼンスルホン酸から、前述固体酸は、MCM-41から、前述固体超強酸は、s-/Fe₃O₄-Al₂O₃型固体超強酸から、前述イオン交換樹脂は、NKC-9及びAmberlyst 15から選ばれることを特徴とする請求項4に記載の方法。
前述帯水剤は、シクロヘキサン、トルエン、キシレンから選ばれることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述帯水剤は、トルエン又はキシレンであることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述エステル化反応の持続時間は20〜26時間、好ましくは22〜25時間であることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述エステル化反応に使用される前述脂肪酸とエリスリトールの合計重量を基準とする場合、前述酸触媒の使用量は、1〜10重量％であることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述エステル化反応の2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルに対する選択性は、90％以上であることを特徴とする請求項19に記載の方法。
前述エステル化反応の温度は120〜140℃であることを特徴とする請求項19に記載の方法。
食品における請求項19〜29のいずれかに記載の方法で製造される2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの使用。
マイクロカプセルにおける請求項19〜29のいずれかに記載の方法で製造される2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの使用。
化粧品における請求項19〜29のいずれかに記載の方法で製造される2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの使用。
徐放材料としての請求項19〜29のいずれかに記載の方法で製造される2,3-エリスリトールジ脂肪酸エステルの使用。