JP2022514748A - リシン水溶液からモノリシネート化合物の調製する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、モノリシネート化合物（２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００）の調製方法に関する。当該方法は、リシン（８０２）および金属塩（４０４）が溶解する液体反応混合体（８１０）を提供する工程（５０２）と、反応混合体に溶解したリシンと金属塩とを反応させ、モノリシネート化合物を形成する工程と、モノリシネート化合物を取得するため、液体反応混合体を乾燥させる工程とを有する。

Description

本発明は、アミノ酸／金属塩化合物、特にモノリシネート化合物を調製する方法、およびその使用に関する。
金属化合物がアミノ酸と反応すると、キレート化合物または塩化合物が形成される。アミノ酸キレート化合物は、微量元素を提供するため、特に動物の餌に使用される。現在市販されているアミノ酸キレート化合物は、微量元素含有量、アミノ酸／金属の化学量論的割合、水への溶解度、色、構造、ｐＨ、および調製工程に起因する残渣の量やタイプが互いに異なっている。特に、反応物を機械的に活性化させるのに使用されるミルに起因する材料の磨滅、および／または反応の出発原料に含まれ得る無機陰イオン（特に塩化物）は、望ましくない不純物源である。
特許文献１は、実質的に無水媒体中で実行される金属／有機酸キレートの調製方法を記載している。しかし、記載されている調製方法においては、使用金属化合物の煩雑な前処理が要求される。
特許文献２の特許はアミノ酸キレート化合物の調製方法を記載しているが、その方法では、固形の金属酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属塩化物、および／または金属水酸化物を衝撃および圧力により機械的に活性化した後、活性化された金属酸化物、金属水酸化物、金属硫酸塩、および／または金属塩化物を固形のアミノ酸と一緒にし、固相反応でそれらを反応させることにより、アミノ酸キレート化合物が形成される。特許文献３および４の特許出願では、ボールミルを使用して酢酸銅とグリシンの混合体を機械的に活性化および反応させ、グリシンキレートを調製する方法が記載されている。しかし、ボールミルおよび他のミル（例えば、振動ボールミル、アジテーターボールミル、ドラムミル）の使用における１つの欠点は、ミルにおいてはかなりの機械的応力が加わるので、材料が磨滅され、それがアミノ酸キレートの残渣として残留し、その結果、それらを除去するのに多大な努力が必要になると言うことである。加えて、斯かる方法には、反応物が（ミルの）固体表面に付着して反応を損なうと言う課題も存在する。
加えて、アミノ酸キレート化合物を調製するための上記方法の多くが、アミノ酸の（リシンではなく）グリシンに関係している。リシンは、人体や他の哺乳類の体内では生成されない必須アミノ酸である。リシンは、結合組織（特に、コラーゲン）における最も重要な構成要素の１つである。従って、リシンが欠損すると結合組織が弱体化する。グリシンは最小かつ最も単純な天然のアミノ酸であるが、リシンは長くて鎖状のアミノ酸残基を有しているので、グリシンキレート生成用の既知の方法をそのままリシンに使用することはできない。斯かる大きさの違いは、キレートの格子構造、従って各アミノ酸が形成するキレート化合物のタイプにかなりの立体効果をもたらし、必要な反応条件にも影響を及ぼす。従って、グリシンに関して記載されている調製方法をそのままリシンに使用することはできない。
欧州特許第１５２９７７５号明細書 独国特許発明第１０２０１１０１１９２４号明細書 中国特許出願第９２１０７２８２．１号 中国特許出願第２００７／１３０１２１．０号
従って、本発明が解決しようとする課題は、アミノ酸／金属化合物を調製するための代替および／または改善方法並びに対応する化合物を、アミノ酸リシン用に提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、独立請求項の特徴でそれぞれ解決される。本発明の実施形態は従属請求項に具体的に記載されている。下記の実施形態および実施例は、相互に排斥し合うものでない限り、互いに自由に組み合わせ可能である。
１つに態様において、本発明はモノリシネート化合物の調製方法に関する。当該方法は、リシンおよび金属塩が溶解する液体反応混合体を提供する工程と、反応混合体に溶解したリシンと金属塩とを反応させ、モノリシネート化合物を形成する工程と、モノリシネート化合物を取得するため、液体反応混合体を乾燥させる工程とを有する。
モノリシネート化合物を液体リシン溶液（特に水溶液）から調製する方法で取得されるモノリシネートは純度が高いので、斯かる方法は有利であろう。本発明の実施形態によれば、取得されるモノリシネート化合物は、従来技術で周知の調製方法を用いる場合に製品汚染の一般的な原因となる種々の残留物を実質的に含んでいない、あるいは全く含んでいない。
例えば、発酵工程によって取得され、モノリシネートの化学合成用出発原料として理論的に使用可能な市販のリシン硫酸塩（ＥＵ餌成分承認番号３．２．５）は、発酵副産物に起因する高レベルの不純物を含んでいる。斯かる不純物は、いくつかの例において、リシンおよび金属塩の化合物形成に関与し、キレートまたは塩を提供してはいるが、このように形成される「不純物を含む化合物」のタイプや量は予測することも、確実に回避することもできない。最終生成物由来の斯かる不確定の化合物の除去は、可能であっても限定された範囲でしか実行できない。
対照的に、本発明の実施形態によれば、液体反応混合体は純粋な形態のリシンおよび金属塩を水に溶解することにより生成されるが、その場合、リシンを溶液に加えるのは、金属塩を溶解する前であっても、溶解中であっても、溶解後であってもよい。好ましい実施形態によれば、化合物生成に係る金属塩をまだ含んでいないリシン水溶液は、既製品として、例えば市場のディストリビューターから入手されてもよい。その後、液体反応混合体を調製するため、金属塩を斯かるリシン水溶液に溶解する。
アミノ酸キレートまたはアミノ酸塩を調製する従来技術で周知の方法は、いくつかの例においては、高圧または高温で実行される。しかし、リシンは、斯かる過酷な条件下で処理できない場合が多い（または斯かる条件下では必ず破壊される）極めて不安定なアミノ酸である。対照的に、本発明の実施形態では、リシンのように化学的に不安定なアミノ酸にも適合する比較的温和な調製方法が提供される。
従って、本発明の実施形態によれば、当該方法はリシン水溶液を提供する工程を有する。金属塩をリシン水溶液に溶解することにより、液体反応混合体が生成される。
リシンを水溶液に加えることにより得られる現在市販中のリシン水溶液（「液体リシン」）は、発酵槽内でリシンを調製する方法とは異なる方法で生成されるので、および／または生産工程において残留物が除去されるので、発酵に関連する不純物は含んでいない。例えば、リシン液は、他の物質を実質的にまたは全く含んでいない純粋なまたは純化された市販の溶液であってもよい。従って、モノリシネート化合物調製に使用されるリシン水溶液は、特に、他の物質および不純物を実質的にまたは完全に含んでいない、特に発酵残留物を全く含んでいない純粋なリシン水溶液である。従って、現在市販されているリシン水溶液から本発明の実施形態に従って調製されるモノリシネート化合物は、発酵および／または機械的活性化によってリシン硫酸塩から生成される対応するキレート化合物よりも有意に高い純度を有している。
これとは別に、市販のリシン硫酸塩は、（リシン量に基づくと）現在市販の「液体リシン」よりもはるかに高価である。後者は、約５０重量％のリシン量（残りは水）を有するリシン水溶液として、例えば、ＣＪ ＣＨＥＩＬＪＥＤＡＮＧ ＢＩＯ社の商品名「ＢｅｓｔＡｍｉｎｏ（登録商標）Ｌ－Ｌｙｓｉｎｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｅｅｄ Ｇｒａｄｅ」として市販されている。リシン含有量３０～４０％のリシン水溶液は、摂氏２０度で約９～１１の範囲のｐＨを有している。
リシンは、Ｌ－リシン一塩酸塩（または略してリシンＨＣｌ）（ＥＵ餌成分承認番号３．２．３）の形態で市販されている。しかし、調製工程に使用される機械や機器が金属製または金属を含む場合、リシンＨＣｌが斯かる機械や機器を腐食させることを本出願者は見出した。特に、リシンＨＣｌが熱的、機械的、および／または湿式化学的に活性化される場合に、強烈な腐食作用が観察される。その結果、素材の摩耗の加速、容器や機械の腐食損傷、従って製造原価の増加のみならず、錆や他の腐食関連の不純物、特に重金属が反応生成物に取り込まれる場合も生じる。従って、本発明の調製方法により、特に純粋なモノリシネート化合物の調製が、より少ない製造原価および腐食による素材の摩耗の減少を伴って可能となる。
別の利点として、リシン水溶液はアルカリ領域のｐＨを有しているので、モノリシネート化合物の調製中に、機械や機器の腐食損傷が回避される。
本発明の実施形態によれば、液体反応混合体は金属製容器で調製され、反応混合体の出発原料もそこで反応して、最終モノリシネート化合物が形成される。斯かる方法の代替方法として、反応混合体を生成し、化学反応を行わせるのに複数の金属製容器が使用される場合もあり、および／または金属製の機器、例えば撹拌機、ミキサーなどが使用される場合もある。化学反応を実行したり監視したりするのに使用される市販の多くの反応装置や容器が金属製なので、当該方法は有利であろう。斯かる標準の容器は、リシン水溶液がアルカリ領域のｐＨなので、および／または塩化物（塩酸塩）不在なので、斯かる金属製の物体を腐食することがなく、従って、斯かる容器の早期損傷の可能性を考えることなく使用できるようになる。
本発明の実施形態によれば、本明細書記載のリシンは、特に、水に溶解するＬ－リシン（ＣＡＳ Ｎｏ．５６－８７－１）である。リシンは経験式Ｃ６Ｈ１４Ｎ２Ｏ２を有しており、分子量は１４６．１９ｇ／ｍｏｌである。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は図２～９のいずれかに示される構造式を有しており、その場合、図２、４、６、８におけるＭは金属塩の金属陽イオンを示し、Ａは金属塩の陰イオンを示している。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物において、陰イオン形態の正確に１つのリシン分子が、イオン結合を通して、一価または二価陽イオン形態の金属塩の正確に１つの金属塩に結合している。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は、モノリシネート水和物、すなわち少なくとも１つの水分子を含有するモノリシネート化合物である。
本発明の実施形態によれば、金属塩は金属硫酸塩、金属水酸化物、または金属炭酸塩である。
上述の金属塩は、他の塩、特に金属塩化物と比べると、液体反応混合体と接触する金属製物体の腐食率を全く増大させない（増大させたとしても僅か）であると言う利点を有している。
１つの実施形態によれば、金属塩は金属塩化物である。この実施形態もモノリシネート化合物の調製に使用可能ではあるが、斯かる溶液反応において金属製機器の腐食傾向が増大するので、金属塩化物の使用は好ましくない。
本発明の実施形態によれば、金属塩の金属は二価の金属、特にマンガン（Ｍｎ２＋）、鉄（Ｆｅ２＋）、亜鉛（Ｚｎ２＋）、銅（Ｃｕ２＋）、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、ナトリウム（Ｎａ２＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）、カリウム（Ｋ＋）、またはニッケル（Ｎｉ２＋）である。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物はモノリシネート塩である。従って、塩格子の各単量体単位は、正確に１つのリシン分子を有しており、好ましくは（金属塩の）正確に１つの金属原子を有している。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は単量体モノリシネート塩、重合体モノリシネート塩、または単量体モノリシネート塩と重合体モノリシネート塩との混合体である。
本発明の実施形態によれば、使用される金属塩は、ａ）１つの二価金属原子と１つの二価陰イオンとの塩、ｂ）１つの二価金属原子と２つの一価陰イオンとの塩、ｃ）２つの一価金属原子と１つの二価陰イオンとの塩、またはｄ）１つの一価金属原子と１つの一価陰イオンとの塩である。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は、モノリシネート硫酸マンガンまたはモノリシネート硫酸鉄である。
本発明の特定の好ましい実施形態によれば、金属塩は硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）、または硫酸マンガン（ＭｎＳＯ４）である。しかし、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）、硫酸ナトリウム（ＮａＳＯ４）、または硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）であってもよい。
本発明の実施形態によれば、液体反応混合体は、リシン１モルに対し金属塩の金属原子１モルのモル比で、金属塩をリシン水溶液に溶解することにより生成される。
反応混合体中の金属塩とリシンとの重量比は、各例で使用される金属または金属塩に依存する。上記１対１の比率から大幅に乖離するリシン対金属原子のモル比を有する液体反応混合体でも、図２、４、６、または８の式に基づく構造的に実質的に純粋な反応物が形成されることが、試験によって観察された（この場合、未反応の金属塩の残渣は反応混合体中に残留しているものと思われる）。従って、本発明の実施形態によれば、リシンと金属または金属塩とのモル比の変動に対して強固であるので、本発明の方法は有利であろう。しかし、液体反応混合体は、全ての出発原料、少なくとも金属塩の全ての金属原子が反応し、望ましい生成物（上記モノリシネート化合物）を形成するように、リシンと金属原子とが１対１のモル比で存在するように生成されるのが好ましい。
本発明の実施形態によれば、化学反応工程は、少なくとも摂氏６０度、好ましくは摂氏６０度～摂氏９０度の温度で少なくとも１５分間、溶解したリシンおよび溶解した金属塩を機械的に混合する工程を有する。例えば、液体反応混合体は、少なくとも２０分間、特に約２５～３５分間、約摂氏８０度の温度で攪拌されてもよい。液体反応混合体中で全ての出発原料が十分にまたはほぼ十分に反応して、モノリシネート化合物を形成するのに必要な攪拌時間は６０分未満、更には５０分未満、更には４０分未満でさえ通常十分であることが観察されている。
本発明の実施形態によれば、提供されるリシン水溶液は、リシン水溶液に対し、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも４０重量％のリシン含有量を有する。リシン水溶液の残りは、実質的にまたは完全に水である。例えば、５０％のリシン含有量を有する水溶液は市販されている。斯かる水溶液は、次に、その後の噴霧乾燥工程における十分反応した液体反応混合体の噴霧並びにリシン水溶液中の金属塩の溶解を円滑化させるため、水を添加することにより更に希釈されてもよい。追加の水は、必要ならば、金属塩をリシン水溶液に溶解する前に、提供されるリシン水溶液に添加されるのが好ましい。しかし、追加の水は、金属塩と一緒に、あるいは金属塩の後に添加されてもよい。
水を添加するべきか否か、添加するとすればどの程度添加すべきかの問題は、選択される乾燥工程、リシン溶液の濃度、および溶解対象の金属塩のタイプに基づいて決定される。しかし、簡単な実験手順を行うことにより、斯かる疑問への答えを得ることが可能である。例えば、摂氏６０度を超える温度で１５分間攪拌しても金属塩の計算量がリシン水溶液に十分溶解しない場合には、金属塩が十分に溶解するまで、少量の水を繰り返し添加してもよい。添加された水の量を記録しておき、同タイプのリシン水溶液または同タイプの金属塩を用いるその後の調製工程において、リシン水溶液または反応混合体にそれを最初から添加するようにしてもよい。十分に反応した反応混合体を乾燥させるのに噴霧工程が使用される場合、その工程中に使用されるノズルに対して反応混合体の粘性が高過ぎ、噴霧形成が生じない、または生じてもそれが不十分な場合、同タイプのリシン水溶液または同タイプの金属塩を用いるその後の調製工程において、追加の水をリシン水溶液または反応混合体に添加してもよい。その後、噴霧工程が望ましい方向に進行するならば、水の追加量を記録しておき、その後調製工程を反復する際に、その量をリシン溶液または反応混合体に必ず添加するようにする。過度に高い反応混合体の粘性の故に噴霧工程が依然として正確に機能しない場合には、当該方法が次回に実行される際に、水の追加量を更に増大させるようにする。化学反応を以後の噴霧と共に反復し、望ましい噴霧効果が達成されるまで、必要ならば、必要な回数だけ、水の量を調整するようにする。
いくつかの実施形態においては、金属塩の溶解工程を加速させるため、提供されるリシン水溶液は、金属塩を溶解させる前に摂氏６０度を超える温度に既に加熱されている。しかし、金属塩を溶解させるために、まず金属塩をリシン水溶液に添加し、斯かる溶解工程後に、あるいは溶解工程中に、溶液の温度を摂氏６０度を超える温度に高めることも可能である。金属塩は、絶えず攪拌しながらリシン溶液に溶解させるのが好ましい。
本発明の実施形態によれば、リシン水溶液および液体反応混合体は、塩酸およびその塩を実質的に含んでいない。特に、リシン水溶液および液体反応混合体は、リシンＨＣｌ塩および溶解生成物を実質的に含んでいない。
特にＣｌ－イオン、塩酸およびその塩、および／またはリシンＨＣｌ残渣は、金属製の物体（例えば、金属製の反応容器や撹拌機）の腐食の原因となるので、これは有利であろう。
本発明の実施形態によれば、反応後の液体反応混合体中に含まれるモノリシネート化合物は、一般的にまたは具体例として図２～９のいずれかに示される構造式を有する化合物である。液体反応混合体は、異なる構造式を有するモノリシネート化合物、またはリシンと金属原子とのモル比が異なるモノリシネート化合物を通常１％未満しか含んでいない。
本発明の実施形態によれば、当該方法は、乾燥後または乾燥中に、モノリシネート化合物から顆粒を生成する工程を更に有するものである。
更なる態様において、本発明は、本明細書記載の実施形態および実施例のいずれかに従ってモノリシネート化合物を生成する方法によって生成されるモノリシネート化合物に関するものである。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は、図２、４、６、および８のいずれかに示される構造式を有している（Ｍは金属塩の金属陽イオンを示し、Ａは金属塩の陰イオンを示す）。その具体例が図３、５、７、および９にそれぞれ示されている。
本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は、塩化物およびＣｌ－イオンを実質的に含んでいない、または全く含んでいない。完全に反応した液体反応混合体およびそれから得られる乾燥反応生成物は、塩化物および塩素イオンを実質的に含んでいない、または全く含んでいないのが好ましい。特に、乾燥工程および／または顆粒化工程で得られる粉末または顆粒は、塩化物および塩素イオンを実質的に含んでいない、または全く含んでいない。
本発明の実施形態によれば、本明細書記載の方法で調製されるモノリシネート化合物は結晶水を含んでいる。結晶水の量は、モノリシネート化合物の重量の５％～１０％の範囲にあるのが一般的である。従って、本発明の実施形態によれば、モノリシネート化合物は水和物である。水和物はそれほど吸湿性ではないので、これは有利であろう。従って、斯かる方法で調製されるモノリシネート化合物は、乾燥形態において、周囲の空気から湿気を吸収して凝集塊を形成すると言う傾向は有していない。従って、モノリシネート化合物は流動性が良く、長期間の保存が可能であり、加工可能な状態を維持するものである。
いくつかの実施形態によれば、水性反応混合体の水分量は、例えばリシン水溶液の水分量によって、固形物（固形物はリシンと金属塩の合計で構成される）と水の比が２対１になるように調整される。いくつかの実施形態によれば、加工の容易性および溶解促進のため、固形物の含有量を例えば１対１の比率まで下げることも可能である。
金属塩として鉄塩が使用され、少量のクエン酸が反応混合体に添加される場合、クエン酸の量は固体塊の０．１５％～０．２５％（例えば、固体塊の０．２％）であってもよい。
リシン水溶液および／または液体反応混合体に溶解している酸素濃度の変動に対して、当該方法の実施形態は強固であることを本出願者は観察している。溶液中の酸素濃度の変動は、取得されるモノリシネート化合物の組成に大きな影響は及ぼさないことをこれは意味している。従って、本発明の実施形態によれば、当該調製方法は、リシン水溶液および／または液体反応混合体を煮沸（沸点以上に加熱）する工程は（モノリシネート化合物の製造者が、耐用年数の改善のため、リシン溶液を煮沸する場合もあるので、少なくともモノリシネート化合物調製中は）全く必要ではない。
アミノ酸リシンの等電点は９．７４である。本発明の実施形態によれば、液体反応混合体は、斯かる等電点よりもかなり低いｐＨを有している（すなわち９．５未満であるが、８．５未満であるのが好ましい）。リシン水溶液は、最初は例えば約１０．２のｐＨを有している。リシン水溶液に金属塩を溶解することにより液体反応混合体を生成する場合、その結果得られる液体反応混合体のｐＨは酸性側に傾く（ｐＨは使用される金属塩に大きく左右される）。
以下の表は、種々の構成要素の好ましい混合比、およびｐＨに及ぼす種々の金属塩の影響を示している。
Figure 2022514748000002
斯かるｐＨを得るために、すなわちｐＨを調整して望ましい反応生成物を得るために、液体反応混合体に酸または塩基を更に添加する必要はない（金属塩として鉄塩を使用するいくつかの実施形態は例外であるが）。ｐＨを満足できるレベルにまで下げるには、金属塩の添加で十分である。ほとんど全ての例において（鉄塩を加える場合を除き）、ｐＨを下げるのに追加の酸を使用する必要がないことを本出願者は観察しており、アミノ酸リシンと金属イオンはモノリシネート化合物を形成する傾向がかなり高いことがその理由であると考えている。
本発明の実施形態によるモノリシネート化合物の調製方法によれば、ピコリン酸や蟻酸などの（追加の）酸を添加しなくても液体反応混合体が生成される。酸の添加は本明細書記載の構成要素を溶液に入れるのに不必要なだけでなく、液体反応混合体の腐食性を増大させる可能性のあることが観察されている。反応混合体の調製および加工に金属製の容器および機器を使用する場合、重金属の導入を最小限に抑えるため、腐食は回避されるべきである。鉄塩を使用する場合にのみ、鉄を望ましい酸化段階に維持するため、有機酸（例えば、クエン酸）を追加して添加するのが好ましい。
更なる酸の添加によりモノリシネート化合物が他の反応生成物、特にキレートで汚染されるようになるので、酸の添加は回避した方が有利であろう。加えて、本発明の実施形態によれば、液体反応混合体に電圧を加える工程は、当該調製方法には含まれていない。電圧を加えなくても、反応混合体に含まれる出発原料が迅速かつ効果的に反応してモノリシネート化合物を形成することを本出願者は観察している。液体反応システムにおいては、反応を加速させるため、短時間の電流が使用される場合がある。しかし、電圧の適用はエネルギー消費を増大させるだけでなく、高電圧が使用される場合には、液体反応混合体の腐食性を増大させるイオンおよび／またはラジカルが更に生じる。
更なる態様において、本発明は、本発明の実施形態による１つ以上のモノリシネート化合物を含む物質混合体に関するものである。物質混合体は、例えば、家畜やペット用の餌または餌添加物、堆肥または生物ガス植物用の発酵添加物、植物用の肥料、食品、食品添加物、または人間用の食品補足剤などである。
更なる態様において、本発明は、家畜やペット用の餌添加物、および／または発酵添加物、および／または肥料添加物、および／または食品添加物、および／または食品補足剤として、本明細書記載の実施形態および実施例のいずれかのモノリシネート化合物を使用することに関するものである。
動物栄養素にモノリシネート化合物を使用することにより、動物のパーフォ―マンスおよび微量元素の腸内吸収が改善される。餌中の微量元素の効率が改善され、排泄率も減少する。生理学的供給不足およびパーフォーマンス低下も減少する。加えて、有機的に結合した微量元素は、生理学的な特長、例えば、畜産学的能力および生殖能力の改善、卵の品質の向上、体の器官または組織への微量元素の取り込み率の向上などを有しているようである。
「イオン結合」（「塩結合」、「異極性結合」、「電気原子価結合」を含む）とは、プラスおよびマイナスに荷電したイオンの静電引力に起因する化学結合を意味する。電気陰性度の差ΔＥＮ＝１．７は、５０％の部分イオン性を意味する。従って、差が１．７を超えると、極性結合（主に共有結合）を含むイオン結合が存在することになる。しかし、純粋なイオン結合が理想的である。周期律表（ＰＴＥ）の左側にある元素（すなわち金属）とＰＴＥの右側にある元素（すなわち非金属）との間には、一般的にイオン結合が存在する。塩化ナトリウムのイオン結合％（イオン結合の標準例と見なされる場合が多い）を考慮するならば、約７３％と言う値が計算される。フッ化セシウムのイオン性は約９２％である。
本発明の実施形態によるモノリシネート化合物は、配位結合を有する錯体や狭義のキレートではなく、イオン結合に基づくモノリシネートであることを分光学的画像が示している。
「モノリシネート化合物」とは、１つ以上の単量体で形成された化合物であり、各単量体において、正確に１つのリシン分子が、イオン結合を通して、正確に１つの金属塩またはそのイオン成分に結合しているものである。
「キレート化合物」とは、「キレート錯体」または「キレート」とも呼ばれるが、多座配位の配位子（「キレート化剤」、２つ以上の自由電子対を有する）が中央原子に少なくとも２つの配位部位を有する化合物である。中央原子は、二価のプラスに荷電したイオン（例えば、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋）であるのが好ましい。配位子と中央原子は配位結合で結合されている。これは、結合電子対が配位子だけによって提供されていることを意味する。キレート錯体は、単座非結合配位子を有する同じ錯体よりも安定である。配位子と金属との間の配位結合（錯体結合）は極性共有結合と見なし得るものであり、他の形態の化学結合とは異なっている。イオン結合は、配位結合とは異なり、結合電子対を有していない。非極性共有結合の場合、配位結合とは異なり、各結合パートナーが結合電子対に１つの電子を提供する。
特定の物質を「実質的に含んでいない」物質とは、重量の１％未満、好ましくは０．４％未満の割合の特定の物質から成る、あるいは重量の１％未満、好ましくは０．４％未満の割合の特定の物質を含む物質を意味することは理解されたい。
「リシン水溶液」とは、本明細書においては、リシンが溶解している水を意味することは理解されたい。好ましい実施形態によれば、リシン水溶液は、リシン以外の他のアミノ酸を全く含まない、または実質的に含まないものである。本発明の実施形態によれば、液体反応混合体は、塩化物およびＣｌ－を全く含まない、または実質的に含まないものである。
「液体反応混合体」とは、出発原料および／または化学反応の反応生成物を含む水溶液を意味することは理解されたい。反応混合体は、化学反応の開始前には、実質的に出発原料しか含んでいない。全てのまたは少なくとも制限された出発原料が十分に反応して１つ以上の反応生成物を形成すると、反応混合体は、反応生成物および化学量論的残渣として残留する出発原料を含むことになる。
本発明の実施形態が、純粋に例示目的で、当該実施形態を含む図面を参照することにより、以下に詳細に説明される。
図１は、Ｌ－リシンの一般構造式を示す。 図２は、モノリシネート化合物の一般構造式を示す。 図３は、図２の一般式によるモノリシネート化合物の具体例を示す。 図４は、更なるモノリシネート化合物の一般構造式を示す。 図５は、図４の一般式によるモノリシネート化合物の具体例を示す。 図６は、更なるモノリシネート化合物の一般構造式を示す。 図７は、図６の一般式によるモノリシネート化合物の具体例を示す。 図８は、更なるモノリシネート化合物の一般構造式を示す。 図９は、図８の一般式によるモノリシネート化合物の具体例を示す。 図１０は、図１の例に示されるモノリシネート化合物の調製方法のフローチャートを示す。 図１１は、一般化されたモノリシネート化合物の調製方法のフローチャートを示す。 図１２は、液体反応混合体を含む容器を示す。 図１３は、モノリシネートマンガン顆粒の写真を示す。 図１４は、モノリシネート鉄顆粒の写真を示す。 図１５は、モノリシネート硫酸鉄の電子顕微鏡写真を示す。 図１６は、モノリシネート硫酸マンガンの電子顕微鏡写真を示す。 図１７は、２つのモノリシネートのＩＲスペクトルを示す。
図１は、必須のタンパク新生αアミノ酸リシンの天然型を示している。本発明の好ましい実施形態によれば、「リシン」はＬ－リシンとして理解されるべきである。リシンは、アミノ酸に特徴的な基、すなわちアミノ基１０４、カルボキシル基１０６、リシン特有の残基１０２を含んでいる。カルボキシル基はマイナスに帯電しているので、リシンはリシン陰イオンの形態で存在する。
図２は、本明細書記載の調製方法の実施形態に従って得られるモノリシネート化合物２００の一般構造式を示している。
モノリシネート化合物２００は、金属原子当たり正確に１つのリシン分子を含んでいる。この化合物は例えばリシン水溶液および金属塩から生成されるものであり、その場合、金属塩は１つの二価金属と１つの二価陰イオンから構成される。
カルボキシル基はマイナスに帯電しているので、リシンはリシン陰イオンの形態で存在する。リシン陰イオンは、イオン結合を通して、溶解した金属塩の金属陽イオンに結合する。特に、イオン結合において、金属陽イオンＭは、金属塩の陰イオンＡとリシン陰イオンとの間のリンクである。図２に示される実施形態において、金属イオンＭは二価のプラスに荷電した陽イオンであり、金属塩陰イオンは二価のマイナスに荷電した陰イオンである（そのうちの１つは帯電した陽子で飽和されている）。プラスに荷電した金属イオンは、特にＭｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎａ２＋、またはＮｉ２＋である。陰イオンは、例えば、硫酸残基または炭酸残基で構成されていてもよい。
図３は、図２の一般式によるモノリシネート化合物の具体例、すなわちモノリシネート硫酸マンガン３００の構造式である。モノリシネート化合物２００、３００は結晶水（水和水）を含んでいてもよい。
図４は、本明細書記載の調製方法の実施形態に従って得られるモノリシネート化合物４００の一般構造式を示している。モノリシネート化合物４００は、金属原子当たり正確に１つのリシン分子を含んでいる。この化合物は例えばリシン水溶液および金属塩から生成されるものであり、その場合、金属塩は１つの二価金属と２つの一価陰イオンから構成されている。
図５は、図４の一般式のモノリシネート化合物の具体例、すなわちモノリシネート塩化マンガン５００の構造式である。モノリシネート化合物は結晶水（水和水）を含んでいてもよい。この化合物５００は、液体リシンと塩化マンガンＭｎＣｌ２との反応生成物として得られてもよい。ＭｎＣｌ２塩の２つの塩化物イオンのうちの１つはリシンのアミノ酸残基のアミンに付着し、ＭＨ３＋基と塩化物イオンとの間にイオン結合を形成する。もう一つの塩化物イオンは二価のマンガン陽イオンに付着し、金属陽イオンと塩化物イオンとの間にイオン結合を形成する。ＭｎＣｌ２の陰イオンおよび陽イオンは塩形成前には溶液中に存在するので、２つの塩化物イオンは異なるＭｎＣｌ２塩単量体由来であってもよい。塩化物を陰イオンとして有するこの実施形態は可能ではあるが、塩化物の腐食性の故に好ましいものではない。
図６は、本明細書記載の調製方法の実施形態に従って得られるモノリシネート化合物６００の一般構造式を示している。モノリシネート化合物６００は、金属原子当たり正確に１つのリシン分子を含んでいる。この化合物は例えばリシン水溶液および金属塩から生成されるものであり、その場合、金属塩は２つの一価金属原子と１つの二価陰イオン（例えば、硫酸塩、炭酸塩）から構成される。化合物６００、７００は結晶水を含んでいてもよい。リシン分子は、イオン結合を通して、一価のマイナスに荷電したカルボキシル基によって、一価のプラスに荷電した金属イオンに結合している。二価の陰イオンはモノリシネート化合物の一部ではなく、反応液中に残渣６０１として残留する。
構造式６００は、例えば、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）が金属塩として使用される場合に本発明の方法の実施形態に従って得られる構造を示している。
図７は、図６の一般式６００のモノリシネート化合物の具体例、すなわちモノリシネートカリウム７００の構造式である。モノリシネート化合物７００は結晶水（水和水）を含んでいてもよい。
図８は、本明細書記載の調製方法の実施形態に従って得られるモノリシネート化合物８００の一般構造式を示している。モノリシネート化合物８００は、金属原子当たり正確に１つのリシン分子を含んでいる。この化合物は例えばリシン水溶液および金属塩から生成されるものであり、その場合、金属塩は例えば１つの一価金属原子と１つの一価陰イオン（例えば、塩化物イオン）から構成される。化合物８００、９００は結晶水を含んでいてもよい。リシン分子は、イオン結合を通して、一価のマイナスに荷電したカルボキシル基によって、一価のプラスに荷電した金属イオンに結合している。
図９は、図８の一般式８００のモノリシネート化合物の具体例、すなわちモノリシネート塩化カリウム９００の構造式である。モノリシネート化合物９００は結晶水（水和水）を含んでいてもよい。
リシン残基のアミン基の窒素原子上の遊離電子対は、図８の例に示されるように、陽子を受け取ってもよい。
本発明の実施形態によるモノリシネート化合物は、単量体であってもよいし、複数の単量体を含む重合体であってもよい。化合物は、単量体と重合体の混合体であってもよい。例えば、単量体は、図２～９のいずれかに示される式の化合物から形成されてもよい。斯かる方法により、均一な塩結晶格子およびリシネート塩単量体の密なパッキングが達成できるので、重合体リシネート塩の形成は有利であろう。
いくつかの実施形態においては、リシン水溶液に添加される金属塩は水和水を含んでいてもよい。
図１０は、例えば図２～９に示されるモノリシネート化合物２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００を調製する方法のフローチャートである。
第一工程６０２において、リシン水溶液が提供される。例えば、リシン水溶液は市場の供給業者から入手されてもよい。例えば約５０重量％のリシン含有量を有するリシン水溶液が市場で入手できる。リシン水溶液は、焦げ茶色で、アルカリ性ないし僅かにアルカリ性のｐＨを有している。斯かるｐＨの溶液は、スチール製の容器を腐食させることはない、あるいは腐食させたとしても僅かである。
リシン水溶液は、長期間安定な状態で溶解させておくことができ、例えばプラスチックまたはスチール製のタンクに保存可能である。いくつかの実施形態においては、望みの量のリシンを水または金属塩水溶液に溶解することによりリシン水溶液が調製できる。しかし、既に調製されたリシン水溶液（金属塩を含まない）が既製品として市場で入手できるので、そのような溶液を用いれば時間の節約につながる。
特に、使用されるリシン水溶液は、塩化物、Ｃｌ－、あるいは容器や機器を腐食させる他の物質を一切含むべきではない。斯かる方法により、工場の耐用年数だけでなく取得されるモノリシネート化合物の品質にとっても望ましくない工場の腐食が防止できる。従来技術で使用されるキレート形成用の化学工程においては、塩酸またはその塩が反応混合体に含まれており、それ故に、塩酸によってもたらされる工場の腐食に起因する、クロムや他の重金属などのスチール安定化剤の放出が観察されている。腐食の結果放出される重金属は反応液に溶解している金属塩と何らかの方法で反応し、最終生成物内に含まれる化合物を不純物として形成する可能性がある。乾式工程はミルまたは他の形態の機械的活性化を使用し、素材の磨滅に起因する汚染をもたらす。特に餌添加物、食品補足剤、および／または植物の肥料としてモノリシネート化合物を使用する場合には、クロムなどの重金属の最終生成物への混入は極めて望ましくない。重金属は、その多くが健康に有害なので、動物や人間の新陳代謝や耕作地に導入されるべきではない。従って、モノリシネートを調製するのにリシン水溶液を使用する方法は、腐食工程およびそれに関連して生じる望ましくない重金属の反応液への導入が回避できるので、費用効果が高いだけでなく、健全でしかも環境的にも優しいやり方である。
提供されるリシン水溶液は、餌および／または食品関連の法律に基づいて許可されたリシン溶液であるのが好ましい。
選択工程において、提供されるリシン水溶液を希釈するため、その溶液に追加の水が添加されてもよい。特にリシン溶液を市場で入手する場合、金属塩の溶解度を上げるため、および／またはその後の乾燥工程において反応液の噴霧を容易にするため、濃度を下げる必要があるかもしれない。追加の水は、必要に応じて、金属塩をリシン水溶液に溶解する前、溶解中、またはその後で添加してもよい。
更なる工程６０４において、金属塩をリシン水溶液に溶解することにより液体反応混合体が生成される。金属塩は、例えば攪拌しながらリシン溶液に添加されてもよい。金属塩（例えば、硫酸塩）を溶解することにより熱が発生し、その結果、調製液が加熱される。金属塩は温度の上昇により多少迅速に溶解する。いくつかの実施形態によると、リシン水溶液および／または液体反応混合体の反応は、例えば摂氏３０度超、例えば摂氏５０度超、更に例えば摂氏６０度超に加熱することにより加速される。エネルギー節約のため、反応は積極的な加熱なしに行われるのが好ましく、しかもそうすることにより、反応混合体の温度は、溶解中に室温よりも約摂氏５～１５度上昇する。
金属塩は、金属対リシンのモル比１対１で添加されるのが好ましい。必要な金属塩の量は、使用される金属塩のタイプおよびリシン溶液の濃度に依存する。
例えば、液体反応混合体は、約１ｋｇのモノリシネートマンガンを得るのに、以下の成分を含んでいてもよいし、それらで構成されていてもよい。
・５７０グラムのモノリシネート硫酸マンガン（５７％）
・５０重量％のリシン含有量を有する９８０グラムのリシン水溶液
・７００グラムの追加の水。
更なる例において、液体反応混合体は、約１ｋｇのモノリシネート鉄を得るのに、以下の成分を含んでいてもよいし、それらで構成されていてもよい。
・５７０グラムのモノリシネート硫酸鉄（５７％）
・５０重量％のリシン含有量を有する９８０グラムのリシン水溶液
・７００グラムの追加の水。
次の工程３０６において、モノリシネート化合物を生成するため、反応混合体に溶解したリシンと金属塩との間で化学反応が行われる。溶解したリシンは絶えず攪拌され、好ましくは摂氏６０度超の温度で金属塩と反応して、モノリシネート鉄金属塩に変換される。反応混合体の出発原料が完全に反応してモノリシネート化合物が形成されるまで、あるいはモノリシネート化合物の濃度の更なる上昇が期待できないレベルに化学平衡が達するまで、攪拌工程を継続するのが好ましい。それには通常２０～６０分、特に約２５～３５分必要である。攪拌の替わりに、他の形態による液体反応混合体の機械的混合方法、例えば、振盪、ノズルを用いた乱流、他の容器への液体反応混合体の反復移動などを使用してもよい。
モノリシネート化合物を形成するためのリシンおよび金属塩の化学反応が、例えば、硫酸マンガンを用いた以下の反応式で与えられる。
Figure 2022514748000003
モノリシネート鉄を調製するための反応式は以下の通りである。
Figure 2022514748000004
一般式は以下の通りである。
Figure 2022514748000005
Ｍは金属塩の金属を示し、Ａは金属塩の非金属部分を示す。金属塩の荷電比を考慮すると、Ｍは金属陽イオンを示し、Ａは対応する陰イオンを示す。
Ｍは、例えば、マンガン（Ｍｎ２＋）、鉄（Ｆｅ２＋）、亜鉛（Ｚｎ２＋）、銅（Ｃｕ２＋）、カルシウム（Ｃａ２＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）、ナトリウム（Ｎａ２＋）、カリウム（Ｋ＋）、またはニッケル（Ｎｉ２＋）である。Ａは、例えば、硫酸基（ＳＯ４ ２－）、水酸基、または炭酸基（ＣＯ３ ２－）である。一価の金属の場合、それに従って化学量論が調整されなければならない。
１つの実施形態により反応混合体から得られるモノリシネート化合物、すなわち［ＭｎＣ６Ｈ１３Ｎ２Ｏ２］ＨＳＯ４は、１７．３８重量％のマンガン、３０．７０重量％の硫酸塩、および４６．２２重量％のリシンから成る。最終生成物であるリシネートマンガン錯体は、約５重量％～１０重量％の水分を含んでいる。最終生成物において、リシンの重量％とマンガンの重量%の比は１対２．５６である。
本発明の別の実施形態により反応混合体から得られるモノリシネート化合物、すなわち［ＦｅＣ６Ｈ１３Ｎ２Ｏ２］ＨＳＯ４は、１７．６０重量％の鉄、３０．６１重量％の硫酸塩、および４６．１０重量％のリシンから成る。最終生成物であるリシネート鉄錯体は、約５重量％～１０重量％の水分を含んでいる。最終生成物において、リシンの重量％と鉄の重量%の比は１対２．６１９である。
本発明の実施形態による金属硫酸塩とリシン溶液の好ましい量比は、様々な金属硫酸塩について、以下の表に基づいて計算できる。リシン溶液は、例えば、５０重量％のリシンを有していてもよい。リシン溶液および金属塩の量は、リシン分子対金属塩の金属原子の等モル比が、最終反応液において存在するように選択されるのが好ましい（以下の表では「等モル混合体」と呼ばれる）。反応混合体を調製するにあたり、１対１のモル比ではなく、他のモル比、例えば、１：１．２０や１：０．８０のモル比でリシンおよび金属塩を溶液に添加するのも可能である。しかし、反応生成物は、出発原料が反応溶液に残るとすれば、僅かな化学量論的残渣しか残らないように、以下の比率で溶液に添加されるのが好ましい。
Figure 2022514748000006
分子量２９０．１９ｇ／ｍｏｌは５０％リシン溶液について計算された値であるが、これは以下のように計算される。１０００グラムの純粋な５０％リシン水溶液は、分子量１４６．１９ｇ／ｍｏｌを有する５００グラムのリシンおよび分子量１８．０１５ｇ／ｍｏｌを有する５００グラムの水を含んでいる。従って、１０００グラムの液体リシンは、５００ｇ／１４６．１９ｇ／ｍｏｌ＝３．４２ｍｏｌのリシンおよび５００ｇ／１８．０１５ｇ／ｍｏｌ＝２７．７ｍｏｌの水を含む。従って、リシン対Ｈ２Ｏのモル比は３．４２ｍｏｌ対２７．７ｍｏｌ＝1：８．１１である。従って、この５０％のリシン溶液はリシン１モル当たり約８モルの水を含んでいる。従って、仮定的に計算された５０％リシン水溶液の分子量は、１４６．１９ｇ／ｍｏｌ＋８．１１ｘ１８．０１５ｇ／ｍｏｌ＝２９２．３ｇ／ｍｏｌである。上記表は数学的概算値として２９０．１９ｇ／ｍｏｌを示しているが、これは、約１８ｇ／ｍｏｌの分子量の水を含むリシン１モル当たりの水（Ｈ２Ｏ）８モルから得られたものである。異なる濃度のリシン溶液が使用される場合、それに従って、上記表の液体リシンの計算された「仮定的」分子量は調整されなければならない。
従って、モノリシネート硫酸マンガンを調製するには、上述の５０％リシン溶液の１重量部と硫酸マンガン１．９２重量部とが組み合わされるが、例えば、リシン溶液１重量部を含む溶液に硫酸マンガン１．９２重量部を加えることによりそれが行われる。
更なる実施形態において、モノリシネートマグネシウム塩を調製するのに種々のマグネシウム塩が使用される。以下の表は、種々のリシネートマグネシウム調製用の重量比を示している。
Figure 2022514748000007
上記表から分かるように、いくつかの金属塩は水和物である。この場合、溶解対象の金属塩の重量または量を計算する際に、水和水の含有量を考慮しなければならない。液体リシンおよび各金属塩の混合比に及ぼす水和水の影響は、上記表にマグネシウム塩の例として示してある。
Figure 2022514748000008
モノリシネートホウ素を調製する場合、例えば、金属塩として炭酸ホウ素または硫酸ホウ素が使用できる。モノリシネートナトリウムを得るには、硫酸ナトリウムの他に、金属塩として、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム一水和物、または炭酸ナトリウム十水和物が使用できる。従って、上記表は、単なる例として理解されるべきである。
出発原料が完全に反応してモノリシネート化合物が形成されたら、あるいは化学反応が平衡に達したら、含まれる反応生成物すなわちモノリシネート化合物を得るため、更なる工程６０８において、液体反応混合体が乾燥される。
例えば、乾燥は噴霧乾燥（または霧化乾燥）によって行われてもよい。噴霧乾燥の場合、完全に反応した、または平衡に達した反応混合体は、混合体に含まれる反応生成物を短時間内に（数秒ないし１秒の何分の一かで）乾燥させる高温ガスの流れに、噴霧器によって導入される。例えば、乾燥対象の反応混合体は、加圧型噴霧器（型にもよるが一般的に５０～２５０バール）、空気噴霧器（型にもよるが一般的に１～１０バール）、または回転型噴霧器（型にもよるが一般的に４０００～５０，０００リットル／分）によって霧化される。その結果、液体の全表面積は大幅に増大する。霧化された反応混合体は高温ガスの流れに噴霧され、その結果、表面積が大きいので、液体は短時間内に蒸発し、湿った物質は乾燥して微粉末が形成される。蒸発エネルギーは高温ガスによって提供されるので、噴霧乾燥はいわゆる対流乾燥工程である。高温ガスは空気であるのが好ましい。しかし、不活性ガスを使用するのも可能である。
高温ガスの入口温度は摂氏１５０～２００度の範囲、特に摂氏１７０～１９０度の範囲である。完全に反応した反応混合体（焦げ茶色の溶液）の供給温度は摂氏６０～８０度の範囲にある。噴霧圧は、２．０～３．０バールの範囲、特に２．０～２．８バールの範囲であるのが好ましい。噴霧される完全に反応した反応混合体の固形物含有量は、約４０～６０％、特に約４５～５２％であるのが好ましい。
次に、結果的に得られる粉末形態の乾燥物質は、分離され、収集される。例えば、サイクロン分離器は、乾燥により生成されるモノリシネート粉末を空気の流れから分離できる。噴霧乾燥器は、連続的に操作されてもよいし、非連続的に操作されてもよい。
噴霧乾燥によって得られるモノリシネート粉末粒子の直径は、通常８０μｍ～１００μｍである。１つの実施形態によれば、モノリシネート粉末粒子の９０％超、好ましくは９５％超が８０μｍ～１００μｍの直径を有している。
本発明のいくつかの実施形態によれば、乾燥されたモノリシネート粉末粒子は、粉末特性（粉末の流動性、沈降性、粉塵発生傾向）を改善するため、顆粒形態に凝集される。例えば、極めて細かいモノリシネート粉末は、凝集促進のため、噴霧器内に戻される。
当該方法のいくつかの実施形態によれば、完全に反応した反応混合体を乾燥させる工程は、乾燥中に得られる粉末から顆粒を生成する工程前の別の工程で実行される。
別の実施形態によれば、モノリシネート顆粒は乾燥中に生成される。この変形方法の一例は噴霧式造粒で、純粋な噴霧乾燥の場合同様、まず細かい乾燥粒子を処理容器（「流動層」）内に浮遊させておく。斯かる細かい粒子の表面は、噴霧によって生成される更に小さい飛沫の結晶核として機能する。従って、噴霧造粒工程においては、乾燥および造粒が共通の工程段階で行われるので、粒子の成長の監視、従って粒子サイズおよびある場合にはその表面構造の監視も可能となる。
本発明で使用される場合、「顆粒」は、粒子の少なくとも９５％、好ましくは９７％の直径が１００μｍ～８００μｍの範囲にある粒子状物質である。顆粒は、嵩密度７００～８００ｇ／Ｌ（モノリシネート鉄：約７５０ｇ／Ｌ、モノリシネートマンガン：約７６０～７７０ｇ／Ｌ）で、残留水分量が５％未満（例えば、２～３％）であるのが好ましい。
モノリシネート粉末から顆粒を形成する処理は、例えば、粉塵発生傾向の減少、取り扱い易さの改善、流動性の向上、凝集塊形成傾向の減少などの利点、および少なくとも単位体積当たりのモノリシネート化合物の濃度を低下させるため充填材や添加物を用いて顆粒を「拡張させる」実施形態においては量調整の容易さなど、多くの利点を有している。
しかし、いくつかの適用では、粉末の比表面積が大きく、従って、噴霧乾燥した粉末は対応する顆粒よりも水に溶け易いので、乾燥したモノリシネート粉末を直ちに排除し、次の処理を行う方が有利である。
本明細書記載の方法を用いて調製されるモノリシネート化合物は、結晶水を含んでいるのが通常である。例えば、モノリシネート化合物である［ＭｎＣ６Ｈ１３Ｎ２Ｏ２］ＨＳＯ４は、重量の約５％の結晶水を含んでいる。
本明細書記載の方法を用いて得られるモノリシネート化合物は、特に純粋である、すなわち出発原料に既に含まれている、あるいは処理工程中に導入される不純物をほとんど含んでいないと言う利点を有している。特に、スチール製の容器に由来する重金属の導入は回避される。既に市販されているリシン水溶液が使用できるので、費用効果が高く、短期間内に実行可能である。
このようにして得られるモノリシネート化合物は、種々の方法で使用可能である。リシンは制限アミノ酸の１つで、核酸合成や炭水化物の代謝に使用され、抗体、ホルモン、および酵素の生産においても重要である。リシンは、家畜を含む多くの有機体において、窒素バランスを改善し、消化酵素の分泌を増大し、細胞内のカルシウムの運搬を促進し、一般的に健康状態、食物消化、およびパーフォーマンスの改善をもたらす。餌に添加される微量元素の生理学的効果が、斯かる微量元素（金属）をモノリシネート化合物に導入することにより増大するので、餌に添加される金属塩または金属化合物の量が全体的に減少し、その結果、対応する金属が動物の排泄物を通して河川や牧草地に放出される量が減少する。
従って、本発明の実施形態による本明細書記載のモノリシネート化合物の使用分野の１つは、動物の餌の構成要素、例えば、家畜やペット用の食品補足剤または餌補足剤として用いられる微量元素混合体の一部としての使用である。
モノリシネート化合物は、植物用肥料の成分としても使用される。本明細書記載のモノリシネート化合物が持つ数多くの効果が植物用肥料で観察されており、その中には、葉による微量元素（鉄、マンガン、亜鉛、銅、カルシウム、マグネシウムなど）の吸収増大も含まれる。モノリシネート化合物の形態で植物によって吸収されるリシンは、植物の免疫システムを強化し、クロロフィルの合成を向上させる。
図１１は、図２～９に例として示されるモノリシネート化合物２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００を調製する一般的方法のフローチャーを示している。工程７０２において、図１０で既に記載された液体反応混合体が生成されるが、図１０に示されるように、まずリシン溶液が提供され、次に金属塩がその溶液に添加されるか否か、金属塩が望ましい量だけ既に溶解されている水溶液にリシンが添加されるか否か、あるいはリシンと金属塩が水溶液に同時に添加されるか否かは全て自由である。斯かる変形の全てが、液体反応混合体の調製に使用できる。リシンおよび／または金属塩は、溶解工程を加速させると言う理由で、少なくとも摂氏３０度の高温の溶液に添加されるのが好ましい。既に上記したように、溶解した出発原料を化学的に反応させてモノリシネートを形成する工程７０４は、絶えず攪拌しながら、通常２０～６０分（例えば、２５～３５分）、摂氏６０～９０度の範囲の温度で行われるのが好ましい。次に、十分反応させた溶液は乾燥させて（７０６）モノリシネートを得てもよいし、任意に造粒されてもよい。
図１２は、溶解物質を反応させるため、摂氏６０～９０度で約３０分間攪拌中の液体反応混合体８１０を含む容器８０６の概略図を示している。反応混合体８１０は、リシン８０２および金属塩（例えば、硫酸マンガン８０４）が溶解した水溶液である。溶解工程中に、金属塩はプラスに帯電した金属イオンとマイナスに帯電した陰イオン（例えば、硫酸イオン）に解離する。図２～９の例に示されるように、反応混合体中で生じる化学反応中に、斯かる出発原料はモノリシネート化合物２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００に変換される。反応容器８０６は、例えば、撹拌機および他の混合装置８０８を有するスチール製の容器であってよい。
図１３Ａおよび１３Ｂは、噴霧造粒によって得られたモノリシネートマンガン化合物（化学式［ＭｎＣ６Ｈ１３Ｎ２Ｏ２］ＨＳＯ４）の顆粒の写真を示している（モノリシネートマンガン化合物は水和物である）。
図１４Ａおよび１４Ｂは、噴霧造粒によって得られたモノリシネート鉄化合物（化学式［ＦｅＣ６Ｈ１３Ｎ２Ｏ２］ＨＳＯ４）の顆粒の写真を示している（モノリシネート鉄化合物は水和物である）。
図１５は、異なる解像度による、モノリシネート硫酸鉄顆粒の電子顕微鏡写真を示す。図１５Ａは、黒い画像の枠に１００μｍの長さの白色の水平棒を含んでいる。この画像に示される顆粒構造は、各例とも、主に乾燥および造粒工程に依存している。図１５Ｂの対応する棒は１０μｍに対応し、図１５Ｃの棒は１００μｍに対応する。特に、図１５Ｃは、選択される乾燥または造粒工程にほとんど依存しない鉄モノリシネート硫酸塩の結晶表面を明瞭に示している。表面は、数多くの窪みおよび丸い凹部だけでなく、明瞭かつかなり直線状の破断線も示している。
図１６は、異なる解像度による、モノリシネート硫酸マンガン顆粒の電子顕微鏡写真を示している。図１６Ａは、黒い画像の枠に１００μｍの長さの白色の水平棒を含んでいる。図１６Ｂの対応する棒は１０μｍに対応し、図１６Ｃの棒は１００μｍに対応する。特に、図１６Ｃは、マンガンモノリシネート硫酸塩の結晶表面を明瞭に示している。表面は、数多くの窪みおよび丸い凹部だけでなく、明瞭かつかなり直線状の破断線も示している。表面は、全体的に、図１５の鉄リシネート塩の表面よりも多少滑らかなように見える。
図１７は、モノリシネート鉄とモノリシネートマンガンのＩＲ分析結果を示している。以下の表は、対応するマンガン化合物の元素分析に基づく、斯かる化合物の化学量論的側面を含んでいる。組成を特徴付けるため、本発明の方法の実施形態によって調製されたリシネート硫酸鉄およびリシネート硫酸マンガンの赤外線スペクトルを記録するのに、ＡＴＲ－ＩＲ技術が使用された。この手順はあらゆる試料調製を回避するので、それに関連する望ましくない分析物の任意の変更も回避される。ＩＲスペクトルは、両方共（いくつかの場所で「ｘ」の印が付けられているリシネート硫酸マンガン、いくつかの場所で丸の印が付されているリシネート硫酸鉄）、硫酸残基内の酸素および硫黄原子のＩＲ振動に典型的な波数１０５０領域のバンドによって特徴付けられる。このバンドは、斯かる２つの金属化合物に一致している。１５８０ｃｍ－１近辺の領域において、使用されるアミノ酸リシンのカルボン酸塩のバンドとして、予想される特徴的な炭素／酸素の伸縮振動νＣ＝Ｏが示されている。鉄化合物の場合、この振動は波数１５８２の値に移動し、マンガン化合物の場合には１５７５ｃｍ―１に現れる。加えて、波数３０００のすぐ下に顕著なバンドが存在するが、これは伸縮振動νＣ－ＨＣに特徴的なものであり、特にリシンの４つのメチレン単位に割り当てられる。従って、既に赤外線分光学により、各例において、金属リシネート硫酸塩が実際に存在する生成物であることが観察できている。金属自体、金属含有量の標的分析によって決定できる（ＬＵＦＡ）。キレートの特徴を持つ類似の既知の化合物とは対照的に、両生成物共、３５００ｃｍ－１近辺の高エネルギー領域への典型的なバンドシフトは欠如しているので、この場合、厳密な意味での（すなわち、αアミノ酸基と金属陽イオンとの配位結合を有する）「キレート」は存在しておらず、その代わりに、金属を有するアミノ酸の標準的な塩がイオン特性を有して形成されているものである。
マンガン化合物に関して、詳細な元素分析（炭素、酸素、および窒素元素の標準測定を有するＣ、ＨまたはＣ、Ｈ、Ｎだけでなく、むしろ具体例として、硫黄および酸素の含有量も追加されている）から計算できる化学量論的組成が予想される値に合致するか否かを確認するため、追加の試験が行われた。以下の表がその結果を示している。
Figure 2022514748000009
定量的に測定され元素である炭素、水素、窒素、酸素、および硫黄（ＣＨＮＯＳ分析）の測定重量％は、ＬＵＦＡ金属分析と共に、実際にモノリシネート硫酸マンガン（マンガンモノリシネート硫酸塩と同意語）が推定できることを示している。しかし、これは無水の形態ではなく、むしろ１当量の結晶水を含む一水和物の形態である（表の右側の欄を参照）。
二価の金属陽イオン１つがリシネート陰イオン１つおよび硫酸塩と基本ユニットを形成する化学量論的比率は、単量体の特徴、すなわち１対１対１の化合物（恐らくそれプラス結晶水）を必ずしも示すものではない。図８の例に示されるように、複数の上記基本ユニットに基づくオリゴマー構造も原理的には考えられる。オリゴマーモノリシネートの場合、金属塩の陰イオン（すなわち、例えば、硫酸残基）は、リンクとして（すなわち、例えば、ＳＯ４ ２－の形で）機能し、一方単量体構造の場合には、ＳＯ４ ２－陰イオンの原子価は水素原子または陽子で飽和されている。
１００ Ｌ－リシンの構造式
１０２ アミノ酸リシンのアミノ酸残基
１０４ アミノ酸リシンのアミノ基
１０６ アミノ酸リシンのカルボキシル基
２００ モノリシネート化合物の一般構造式
３００ 図２のモノリシネートの例
４００ モノリシネート化合物の一般構造式
５００ 図４のモノリシネートの例
６００ モノリシネート化合物の一般構造式
６０２～６０８ 工程
７００ 図６のモノリシネートの例
７０２～７０６ 工程
８００ モノリシネート化合物の一般構造式
８０２ リシン分子
８０４ 硫酸マンガン
８０６ 反応率
８０８ 攪拌装置
８１０ 液体反応混合体
９００ 図８のモノリシネートの例

Claims (19)

  1. モノリシネート化合物（２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００）の調製方法であって、
    リシン（８０２）および金属塩（４０４）が溶解する液体反応混合体（８１０）を提供する工程（５０２）と、
    前記反応混合体に溶解した前記リシン（８０２）と前記金属塩とを反応させ、モノリシネート化合物を形成する工程（３０６）と、
    前記モノリシネート化合物を取得するため、前記液体反応混合体を乾燥させる工程（３０８）とを有するものである
    方法。
  2. 請求項１記載の方法において、リシン水溶液を提供する工程（３０２）と、前記金属塩（４０４）を前記リシン水溶液に溶解することにより、前記液体反応混合体（８１０）を調製する工程（３０４）とを有するものである方法。
  3. 請求項１または２記載の方法において、前記モノリシネート化合物は、以下の構造式ａ）、ｂ）、ｃ）、またはｄ）のいずれかを有する化合物である：
    Figure 2022514748000010
    （ここで、Ｍは前記金属塩の金属陽イオンを示し、Ａは前記金属塩の陰イオンを示す）。
  4. 請求項１～３のいずれか一項記載の方法において、前記モノリシネート化合物において、正確に１つのリシン分子が前記金属塩の正確に１つの金属塩に結合し、前記結合がイオン結合である方法。
  5. 請求項１～４のいずれか一項記載の方法において、前記金属塩は金属硫酸塩、金属水酸化物、または金属炭酸塩である方法。
  6. 請求項１～５のいずれか一項記載の方法において、前記金属塩の金属は二価の金属、特にＭｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎａ２＋、またはＮｉ２＋である方法。
  7. 請求項１～６のいずれか一項記載の方法において、前記モノリシネート化合物は、モノリシネート硫酸マンガン、モノリシネート硫酸鉄である方法。
  8. 請求項１～７のいずれか一項記載の方法において、前記金属塩は硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）、または硫酸マンガン（ＭｎＳＯ４）である方法。
  9. 請求項１～８のいずれか一項記載の方法において、前記液体反応混合体は、前記リシン１モルに対し前記金属塩の金属原子１モルのモル比で、金属塩を前記リシン水溶液に溶解することにより調製されるものである方法。
  10. 請求項１～９のいずれか一項記載の方法において、前記反応は、少なくとも摂氏６０度、好ましくは摂氏６０度～摂氏９０度の温度で少なくとも１５分間、前記溶解したリシンおよび前記溶解した金属塩を機械的に混合する工程を有するものである方法。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項記載の方法において、前記提供されるリシン水溶液は、前記リシン水溶液に対し、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも４０重量％のリシン含有量を有するものである方法。
  12. 請求項１～１１のいずれか一項記載の方法において、前記リシン水溶液および前記液体反応混合体は、塩化物およびＣｌ－イオンを実質的に含んでいない、特にリシンＨＣｌ塩を実質的に含んでいないものである方法。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項記載の方法において、前記液体反応混合体は、ｐＨ８．０～８．３で前記金属塩が硫酸マンガンである、ｐＨ６．４～６．８で前記金属塩が硫酸鉄である、ｐＨ５．５～５．９で前記金属塩が硫酸亜鉛である、またはｐＨ３．６～４．０で前記金属塩が硫酸銅である方法。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項記載の方法において、前記リシンン水溶液および前記液体反応混合体は、前記金属塩が鉄塩でない場合、更なる有機酸を全く含んでいない、および／または前記金属塩が鉄塩の場合、有機酸、特にクエン酸を含むものである方法。
  15. 請求項１～１４のいずれか一項記載の方法において、前記乾燥後または前記乾燥中に、前記モノリシネート化合物から顆粒を生成する工程を更に有するものである方法。
  16. モノリシネート化合物（２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００）であって、
    請求項１～１５のいずれか一項記載の方法によって生成されるものである
    モノリシネート化合物。
  17. 以下の構造式を有するモノリシネート化合物であって、
    Figure 2022514748000011
    （ここで、Ｍは前記金属塩の金属陽イオンを示し、Ａは前記金属塩の陰イオンを示す）
    構造式ａ）、ｂ）、ｃ）、またはｄ）のいずれかによるものである
    モノリシネート化合物。
  18. 請求項１６～１７のいずれか一項記載のモノリシネート化合物において、前記金属塩は金属硫酸塩、金属水酸化物、または金属炭酸塩である、および／または前記金属塩の金属は二価の金属、特にＭｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎａ２＋、またはＮｉ２＋であり、好ましくは塩化物および塩化物イオンを全く含んでいないものであるモノリシネート化合物。
  19. 請求項１６～１８のいずれか一項記載のモノリシネート化合物の使用であって、
    家畜およびペット用の餌添加物、および／または発酵添加物、および／または肥料添加物、および／または食品添加物、および／または食品補足剤としての
    使用。
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