JP2620277B2 - 粉末状の水に分散しうるカロチノイド製剤及びその製法 - Google Patents

粉末状の水に分散しうるカロチノイド製剤及びその製法

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C403/00Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone
    • C07C403/24Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone having side-chains substituted by six-membered non-aromatic rings, e.g. beta-carotene
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B61/00Dyes of natural origin prepared from natural sources, e.g. vegetable sources

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微細粉末状のカロチノイド製剤及びその製
法に関する。この場合カロチノイドは食用油中に溶存
し、この油溶液は微細な油滴状で存在する。この製剤は
特に食品及び飼料の着色に有用である。
カロチノイドは黄色ないし赤色の色調を有する有色顔
料群を形成し、これは自然界に広く分布して多くの食料
品に特徴となる色を与える。この物質群の最も重要な代
表はβ−カロチン、β−アホ−β′−カロチナール、カ
ンタキサンチン及びシトラナキサンチンである。食品工
業及び飼料工業においても製薬工業においても、この合
成により製造可能な物質は、例えば合成染料の代替物と
して重要な着色用物質であり、そして例えばそのプロビ
タミンA活性によつても重要とされている。
ほとんどすべてのカロチノイドが水に不溶であるが、
油脂に対する溶解性も低い。この限られた溶解性ならび
に強い酸化敏感性は、合成により得られた比較的大粒子
の生成物を直接に食品又は飼料の着色に使用することを
妨げる。なぜならば着色効率が低く、そして大きい結晶
状の物質は吸収が悪いからである。このことはカロチノ
イドを特に水性媒質(多くの場合それに全く不溶)中で
実際上使用する場合に欠点となる。
着色効率を改善しかつ吸収性を高めるため、有効物質
の結晶の大きさを小さくして粒径を10μm以下にするこ
とを目的とする種々の方法が報告されている。例えばCh
imia21巻329頁(1967)によれば、β−カロチンを食用
油と一緒にコロイドミル中で、窒素雰囲気下に粒子径が
2〜5μmになるまで粉砕する。Food Technol.12巻527
頁(1958)によれば、この場合は被覆油が同時に有効物
質の酸化防止に役立つ。こうして得られた懸濁液は20又
は30%の有効物質を含有し、油脂の着色に利用できる。
なぜならば溶解性が小さいにもかかわらず、このものは
普通に用いられる低い濃度で結晶を溶液状になしうるか
らである。
油性又は脂肪性の系を純粋な結晶性物質で着色するこ
とは容易であるが、水性系をこれによつて着色すること
は実際上できない。食品又は飼料中に含まれる純粋なカ
ロチノイドを、人又は動物の器官によつて利用すること
も、多くのカロチノイドが水に不溶であるため困難であ
る。カロチノイドの有機溶剤例えばアルコール及びアル
カンへの溶解性も著しく制限されている。
希望する着色性及び吸収性は、できるだけ微細な状態
によつてのみ得られる。1μmより小さい希望の粒子大
きさは、粉砕により有効物質にほとんど又はわずかしか
損傷を与えないで得られる。
前記方法より進歩した方法においては、有効物質を水
と混合しない溶剤、好ましくは塩素化炭化水素例えばク
ロロホルム又は塩化メチレンに溶解し、この溶液をゼラ
チン−糖溶液中に均質混合して乳化し、この乳化液から
溶剤を除去して有効物質を微細結晶状で遊離させる。こ
の方法はChimia21巻329頁(1967)ならびに西独特許出
願公告1211911号及び同公開2534091号明細書に記載され
ている。次いで得られた懸濁液から脱水して、微細粉末
を取得する。
この方法は乳化液相中の充分高い有効物質濃度を得る
ために、塩素化炭化水素を使用せねばならないことが欠
点である。塩素化炭化水素を完全に除去することが毒性
の理由から必要であるが、これを工業的に達成すること
は困難である。
この欠点は欧州特許65193号の方法により克服するこ
とができる。この場合はカロチノイドを揮発性の水と混
合しうる有機溶剤に、50〜200℃の温度で場合により加
圧下に10秒以内の間に溶解し、得られた分子分散状溶液
を、直ちに膨潤可能なコロイドの水溶液と0〜50℃で急
速混合して、カロチノイドをコロイド分散状で沈殿さ
せ、得られた分散液から常法により溶剤及び分散媒質を
除去する。こうして得られたカロチノイド固形粒子平均
大きさは、0.3μm以下である。
他の方法(米国特許2861891号及びオーストリー特許2
02273号参照)によれば、約20〜40℃で液状の食用油中
のカロチノイドの過飽和溶液を100〜160℃で製造し、こ
の過飽和溶液を水性ゼラチン物質中に乳化し、この乳化
液を常法により乾燥細粒する。
この乾燥粉末を温水中に再分散させると、新たに濁つ
た橙黄色の乳化液が得られる。これは例えば食品の着色
に用いられる。この着色用製品の重要な応用技術上の性
質は、溶解性、色調、色濃度、濁り及び使用媒質中の安
定性である(I.C.Bauernfeind.Food,Technol.XII,1−8
1,1958)。
前記技術水準の方法により得られた微粒状カロチノイ
ド製剤をスペクトル光度計で調べると、特に乾燥粉末中
の高濃度例えば2%以上において、可視スペクトル範囲
内の色彩上活性な吸収帯の最大吸収帯における吸光値
が、最大で真正溶液中で得られる値の50%にすぎないこ
とが認められる。このことは経済的見地から大きい欠点
となる。なぜならば例えば食品の着色の場合にカロチノ
イドの潜在的有効点濃度がわずかに50%までしか利用で
きず、したがつて要求する色濃度値を得るためには、色
素の使用量を2倍にせねばならない。そのほかカロチノ
イドにより着色された食品の色調が粒子の大きさ及び物
理的集合状態(固体又は溶液)により強く影響されるこ
とも知られている。技術水準の製品によると、選ばれた
カロチノイドの色調における潜在的に可能な差異の幅を
広く利用し尽くすことができない。さらに水不溶性有効
物質の例えば経口供与による生理的吸収が、粒子の大き
さ及び物理的集合状態により強い影響を受けることも知
られている。したがつて技術水準によるカロチノイド製
剤は、最適の生理的吸収のための前提を充足しない。
本発明の課題は、前記の欠点を有しないカロチノイド
製剤の製法を開発することであつた。
この課題は、カロチノイドを揮発性の水と混合しうる
有機溶剤に、50〜240℃好ましくは150〜200℃の温度
で、カロチノイドに対し1.5〜20倍重量の食用可能な油
ならびに乳化剤と共に、場合により加圧下に急速に溶解
し、得られた分子分散状溶液を保護コロイドの水溶液と
0〜50℃の温度で急速混合することにより、親水性溶剤
成分を水相に移行させ、その際カロチノイドが溶存する
疎水性油相を微細分散相となし、そして得られた2相混
合物から常法により溶剤及び水を除去することにより、
本発明により解決される。
本発明の操作法によれば、水と混合しうる溶剤中の食
用油の溶液への冷時におけるカロチノイドの低い溶解性
が、より高い温度で明らかに増大され、その高い温度に
もかかわらず、高温における短い滞留時間によつて、色
調、色濃度及び生理活性に影響を与える異性化がほとん
ど抑制される。このことは目的物質の色調及び色濃度に
悪影響を与える乳化油相の小滴中の再結晶化が温度が低
下したときに起こることを防止するために、熱い油中で
の加熱に際して普通は生成する異性化が利用されること
ともちろん矛盾する。したがつて本発明の操作法によつ
て、高温での異性化傾向の抑制にもかかわらず、冷却後
にスペクトル光度計により分子分散状で検出しうるカロ
チノイドを、再結晶化が防止された顕微鏡的に小さい油
滴の形の過飽和油溶液として含有し、そして技術水準の
生成物と比較して、色濃度が100%まで高められ、同時
に色調がこれまで得られたことのない程度に改善された
生成物が得られることは予想外であつた。本発明の方法
により製造されるヒドロゾルは、技術水準の生成物と比
較して、光化学的安定性が5倍以上も優れている。
本発明に用いられるカロチノイドは、着色剤として利
用しうる既知の天然又は合成の化合物であつて、その例
はカロチン、リコピン、ビキシン、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、カ
ンタキサンチン、アスタキサンチン、β−アポ−4′−
カロチナール、β−アポ−8′−カロチナール、β−ア
ポ−12′−カロチナール、β−アポ−8′−カロチン
酸、ならびにヒドロキシ−及びカルボキシ含有化合物の
エステル、例えば低級アルキルエステル特にメチルエス
テル及びエチルエステルである。特に好ましいものは工
業上入手しやすいもの、例えばβ−カロチン、カンタキ
サンチン、β−アポ−8′−カロチナール及びβ−アポ
−8′−カロチナール及びβ−アポ−8′−カロチン酸
エステルである。
本発明の方法を実施するためには、特に水と混合可能
かつ熱安定で揮発性の炭素、水素及び酸素だけを含有す
る溶剤、例えばアルコール、エーテル、エステル、ケト
ン又はアセタールが適する。特に好ましいものはエタノ
ール、n−プロパノール、イソプロパノール、1,2−ブ
タンジオール−1−メチルエーテル、1,2−プロパンジ
オール−1−n−プロピルエーテル又はアセトンであ
る。一般に溶剤としては、少なくとも10%まで水と混合
可能で、沸点が200℃以下であり、そして/又は10個以
下の炭素原子を有するものを使用することが好ましい。
食用油としては、20〜40℃で液状のものが用いられ
る。その例は植物油、例えばとうもろこし油、やし油、
ごま油、落花生油、大豆油又は綿実油で、特に好ましい
ものは落花生油である。他の適当な油脂は、豚脂、牛脂
及びバター脂である。食用油は一般にカロチノイドに対
し1.5〜20倍重量好ましくは3〜8倍重量の量で用いら
れ、その際カロチノイド製剤の全油量は、乾燥粉末とし
た場合に60重量%を越えてはならない。
保護コロイドとしては食品及び飼料に許容される普通
の保護コロイドが用いられる。その例はゼラチン、殿
粉、デキストリン、ペクチン、アラビヤゴム、カゼイ
ン、カゼイン化合物、全乳、脱脂乳、粉乳又はこれらの
混合物である。しかしポリビニルアルコール、ポリビニ
ルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセ
ルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びアルギン
酸塩も用いられる。詳細についてはモルトン著インター
ナシヨナル・エンサイクロペデイア・オブ・フード・ア
ンド・ニユウトリシヨン9巻(1970年)128〜131頁のフ
アスト・ソルブル・ビタミンズの記載が参照される。目
的生成物の機械的安定性を高めるためには、コロイドに
軟化剤例えば糖又は糖アルコール、例えばしよ糖、グル
コース、乳糖、転化糖、ソルビツト、マンニツト又はグ
リセリンを添加することが好ましい。保存性物質とし
て、ごく少量のパラオキシ安息香酸のメチルエステル又
はプロピルエステル、ソルビン酸又は安息香酸ナトリウ
ムを添加することもできる。
カロチノイドに対する保護コロイド、軟化剤及び油の
割合は、一般に粉末の乾燥重量に対し0.5〜10重量%好
ましくは2〜5重量%のカロチノイド、5〜50重量%の
食用油、10〜50重量%の保護コロイド、20〜70重量%の
軟化剤ならびに少量の安定剤を含有する目的生成物が得
られるように選ばれる。その場合粉末中に存在する分子
分散状カロチノイドで過飽和された油相の平均粒径は0.
3μm以下で、粒度分布の半値幅は50%以下である。こ
の生成物は1μm以上の大きさの油粒を実際上含有しな
い。
有効物質の酸化分解に対する安定性を高めるために
は、安定剤例えばα−トコフエロール、レシチン、三級
ブチルヒドロキシトルオール、三級ブチルヒドロキシア
ニソール、エトキシクイン又はアスコルビルパルミテー
トを添加することが好ましい。これは水相又は溶剤に添
加することができるが、カロチノイド及び油と一緒に溶
剤相に溶解することが好ましい。
本発明の方法によれば濃色で粘稠な液体が得られ、こ
れから溶剤をその沸点に対応して既知の方法により、例
えば場合により減圧下の蒸留により、あるいは水と混合
しない溶剤を用いて抽出することにより除去できる。し
かし噴霧乾燥又は噴霧粒状化により、その除去を水の除
去と一緒に行うことが好ましい。
水中に有効物質を0.5μm以下の粒径で均一に分布し
て溶解しうる乾燥粉末が得られる。こうして得られる有
効物質のヒドロゾルは、その微細分散にもかかわらず光
化学的安定性試験において、きわめて安定である。
場合により微細分散されたカロチノイドで過飽和され
た油相を、適当なpH価にすることにより保護コロイドと
共に凝集させ、これによつて過又は遠心分離により溶
剤及び大部分の分散媒質が簡単に分離されうる形に変え
ることもできる。こうして得られたコアセルベートは、
既知の方法で乾燥して顆粒にすることができる。
第1図は本発明の実施態様を説明するための工程図
で、第I、第II及び第IIIの部分から成る。第II部は高
温部であり、第I部及び第III部の温度は50℃以下であ
る。
容器(1)に、選ばれた溶剤中の混合物に対し2〜20
重量%の濃度のカロチノイド及び油の懸濁液を、場合に
より0.1〜10重量%の安定剤を添加して用意する。容器
(2)にはカロチノイドを添加しない溶剤が入れてあ
る。ポンプ(3)及び(4)により、有効物質懸濁液及
び溶剤を混合室(7)に送る。その際各ポンプの推進量
の選択によつて混合比を予定することができ、そして溶
剤及び滞留時間によつて混合室中のカロチノイド濃度を
溶液に対し0.5〜10重量%にする。混合室(7)の容積
は、ポンプ(3)及び(4)の選ばれた推進量におい
て、その中の滞留時間が好ましくは1秒以下となるよう
に定められている。
溶剤は混合室への入口の前で熱交換器(6)により希
望の温度に加熱され、油を含有する有効物質懸濁液は熱
を絶縁した導管(5)を経て送られることにより50℃以
下の温度に保たれる。混合室(7)の中で渦流混合を行
うことにより、有効物質の溶液を50〜240℃好ましくは1
50〜200℃の温度範囲となし、得られた溶液を短時間の
好ましくは1秒より短い滞留時間ののち、導管(8)を
経て第2の混合室(11)に送入し、そこで保護コロイド
−軟化剤水溶液を混合することにより、分子分散状カロ
チノイド溶液を、有効物質が分子状に分散する過飽和溶
液を含有する油相と、水と混合しうる溶剤を含有する均
質水相に分離させる。次いで分子分散状2相混合物を、
導管(12)により過圧弁を経て取り出し、受器(14)に
送る。できるだけ高い有効物質濃度を得るため、分散液
を吸収導管(15)及びポンプ(9)を経て循環供給する
ことができる。
過圧弁(13)の作用で圧力を1バール以上にすると、
新規方法では溶剤をその沸点(常圧での)より高い温度
で使用することができる。
分散液から既知の方法で例えば西独特許出願公開2534
091号の指示により、噴霧乾燥、噴霧冷却又は粒子の封
入を行うことにより、粉末状製品を分離し、流動床中で
乾燥することができる。
噴霧乾燥するためには、まず好ましくは減圧下の蒸留
によつて又は水と混合しない溶剤で抽出することによつ
て溶剤を除去するか、あるいは全混合物を噴霧乾燥して
噴霧搭中で水と溶剤を一緒に除去する。
噴霧搭の底部で、乾燥状の又は流下可能なカロチノイ
ド粉末が得られる。多くの場合にさらに流動床中で完全
乾燥を行うことが好ましい。水/油/溶剤の分散液中に
ある微細なカロチノイドを粉末状に変えるためには、噴
霧乾燥により粉末製剤を製造する代わりに、任意の他の
方法を利用することもできる。
同様に使用できる既知の方法では、例えば溶剤を除去
した分酸液をパラフイン油と共に乳化し、混合物を冷却
し、封入されたカロチノイド粒子からパラフイン油を分
離し、得られたカロチノイド製剤をベンジンで洗つたの
ち、流動床中で乾燥する。
本発明の方法において、食用油(これはさらに乳化剤
例えばアスコルビルパルミテート、モノもしくはジグリ
セライド、モノグリセライドと酢酸、くえん酸、乳酸又
はジアセチル酒石酸とのエステル、ポリグリセリン脂肪
酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレング
リコール−脂肪酸エステル、ステアロイル−2−ラクチ
レート又はレシチンを含有しうる)との混合に前記の水
と混合しうる溶剤を使用する場合に、高度の過飽和溶液
を製造することができ、これら微細分散油相中のトラン
ス−シス異性化が抑制されているにもかかわらず、保護
コロイド水溶液の渦流混合により生ずる相分離後に、揮
発性溶剤の例えば蒸留又は噴霧乾燥による分離中も、そ
して冷却後も、有効物質で過飽和された顕微鏡的に微小
な油滴中でカロチノイドの再結晶が起こらないことは全
く予想外であつた。
さらに溶剤を含有するカロチノイドの油溶液を保護コ
ロイド水溶液と混合することにより相分離が起こり、そ
の際分散油相が、機械的均質化によつては得られなかつ
たような著しく微細な小滴として得られることも予想外
であつた。この有効物質で過飽和された油相の微細分散
状態は、揮発性溶剤の例えば噴霧乾燥による分離中も不
変である。油相の大部分が0.2μmの小粒として存在
し、そして同時に1μm以上の有効物質粒子が存在しな
い製品を、困難なしに製造することができる。このカロ
チノイド製剤の吸収スペクトルは、噴霧乾燥後も水性媒
質に再溶解したのちも、食用油中のカロチノイドの分子
分散状溶液にとつて代表的な吸収帯及び吸収を示す。
実施例1 β−トランスカロチン5gを、イソプロパノール中のア
スコルビルパルミテート4g、α−トコフエロール5g及び
落花生油20gの溶液240gに懸濁し、圧力制御弁(13)に
より混合室(7)中を25バールにしてイソプロパノール
360gと混合し、熱交換器(6)で225℃に加熱する。供
給速度を懸濁液側では2/時、溶剤側では3/時と
して、混合室(7)内の滞留時間は0.35秒である。その
際190℃の温度で生じた分子分散状溶液を、混合室(1
1)に送り、そこで27/時の供給速度で、1N−NaOH400
0gでpH9にしたゼラチン60g及びしよ糖90gの水溶液と渦
流混合することにより、β−カロチンに過飽和に溶解し
て含有する微細分散油相を形成して相分離を起こさせ
る。受器(14)に黄色の色調を有し温度が50℃の微細分
散2相混合物が得られる。プロトン相関スペクトル分析
により粒径を分析すると、油相の平均粒径は分布幅±40
%において210nmである。
蒸留装置で減圧下に50℃で溶剤を分離すると、粘稠な
液体が得られ、これを噴霧乾燥すると安定な水溶性乾燥
粉末にすることができる。そのβ−カロチン含量は2.4
重量%である。この乾燥粉末を冷水に再溶解すると、そ
の中で油相が再び粒径が220nm±30%の微細分散相とし
て存在する黄色溶液が得られる。
スペクトル光度計により調べると、この溶液は第2図
aに示すβ−カロチンに特有の吸収帯を有する分子分散
状溶液である。これに対し技術水準の方法によれば、同
じ有効物質濃度の水溶液において特有なβ−カロチン固
体スペクトル(第2図b)を示す吸収スペクトルが認め
られる。吸収極大における吸収値の比は2.1である。本
発明の方法によると、色濃度において技術水準のものよ
り2倍以上優れた製品が得られる。
特に微細で高い色濃度にもかかわらず、ヒドロゾルは
光安定試験において優れた安定性を示す。標準の照射条
件下に270分の照射時間において、有効物質の損失は10
%である。技術水準の方法により製造されたβ−カロチ
ン含量が2.4%の製品では、有効物質の10%の損失は、
同じ照射条件下で既に50分後に観察される。
実施例2 実施例1と同様に操作し、ただしβ−トランスカロチ
ン10g、アスコルビルパルミテート8g及び落花生油40gを
使用して、β−カロチンで過飽和した油相が249nm±52
%の平均粒径を有する顕微鏡的に微細な小滴として存在
する2相混合物が得られる。
噴霧乾燥して得られた乾燥粉末は、有効物質含量が5
%で、水に再溶解すると平均粒径が289nm±54%のヒド
ロゾルが得られる。技術水準の製品と比較すると、吸収
極大の吸光比は1.8である。
実施例3 実施例1と同様に操作し、ただしカンタキサンチン5g
を使用すると、水に再溶解したのち、平均粒径が191nm
±42%のヒドロゾルを生成する乾燥粉末が得られる。理
論的極大値の90%において吸収極大における吸光値はλ
=478nmであり、技術水準の製品では同じ吸光値を、理
論値の最大50%において与える。
実施例4 実施例1と同様に操作し、ただし保護コロイドとして
アラビヤゴム60gを使用すると、水に再溶解したのち平
均粒径が359nm±42%のヒドロゾルを生成する乾燥粉末
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施態様を説明するための工程図であ
つて、1はカロチノイド及び油の懸濁液の容器、2は溶
剤の容器、7及び11は混合室、14は受器である。第2図
は本発明の製品(a)と技術水準の製品(b)の吸収ス
ペクトル図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カロチノイドを揮発性の水と混合しうる有
    機溶剤に、50〜240℃の温度でカロチノイドに対し1.5〜
    20倍重量の食用油及び乳化剤と共に急速に溶解し、これ
    を直ちに保護コロイドの水溶液と0〜50℃の温度で混合
    することにより、親水性溶剤成分を水相に移行させ、そ
    の際カロチノイドを溶解含有する疎水性油相を微細分散
    相となし、そして得られた2相混合物から溶剤及び水を
    除去することにより得られた、カロチノイドが食用油中
    に溶存し、そして油溶液が小滴状で粉末状母体中に分散
    している粉末状の水に分散しうるカロチノイド製剤。
  2. 【請求項2】カロチノイドを揮発性の水と混合しうる有
    機溶剤に、50〜240℃の温度でカロチノイドに対し1.5〜
    20倍重量の食用油ならびに乳化剤と共に急速に溶解し、
    得られた分子分散状溶液から0〜50℃の温度で直ちに保
    護コロイドの水溶液と混合することにより、親水性溶剤
    成分を水相に移行させ、その際カロチノイドを溶解含有
    する疎水性油相を微細分散相となし、そして得られた2
    相混合物から溶剤及び水を除去することを特徴とする、
    カロチノイドが食用油中に溶存し、そして油溶液が小滴
    状で存在する粉末状の水に分散しうるカロチノイド製剤
    の製法。
  3. 【請求項3】カロチノイドを150〜200℃の温度で溶解す
    ることを特徴とする、第2請求項に記載の方法。
  4. 【請求項4】カロチノイドを1秒以内に溶解し、得られ
    た溶液を直ちに保護コロイドの水溶液と混合することに
    より冷却し、そして微細分散した2相混合物に移行させ
    ることを特徴とする、第2請求項に記載の方法。
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