JP3828252B2 - キサントフィル類の変換方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キサントフィル、特にルテインのゼアキサンチンへの変換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
既知のように、キサントフィルであるルテイン及びゼアキサンチンは、巾広い物質群であるカロテノイド類に属し、天然色素として天然に広く分布している。それらは主として高等植物、藻類、魚類、甲殻類及び細菌類に存在する。ルテイン及びゼアキサンチンは、同一の供給源中にしばしば一緒に、かつエステル化された形態で見い出されるが、ゼアキサンチンに対するルテインの比率は、実質的にはその供給源に依存して変化する。即ちルテインは、通常は例えばメロン類及びマリーゴールド〔Tagetes(T.)erecta 、T.patula及び他のTagetes 類〕及び藻類中に一緒に存在する場合には、ゼアキサンチンよりも実質的に多量に存在する。例外として、トウモロコシ中にはルテインよりも多量のゼアキサンチンが存在し、ゼアキサンチンがトウモロコシ類中に存在するカロテノイドを代表してさえいることに言及しなければならない。更に、ルテインとゼアキサンチンの立体異性も、供給源に依存する。植物供給源においては、（３Ｒ，３’Ｒ，６’Ｒ）−ルテイン又は（３Ｒ，３’Ｒ）−ゼアキサンチンが主に存在し、一方、動物供給源、例えば魚類及び甲殻類中には、ルテインは（３Ｒ，３’Ｒ，６’Ｒ）−、（３Ｒ，３’Ｒ，６’Ｓ）−及び（３Ｒ，３’Ｓ，６’Ｓ）−形態で、またゼアキサンチンは（３Ｒ，３’Ｓ）−及び（３Ｓ，３’Ｓ）−形態で存在する。
【０００３】
カロテノイドとして、ルテイン及びゼアキサンチンは、特に色素として、例えば、家禽類の卵黄、外皮（例えば、皮膚、足及び嘴）及び皮下脂肪、魚類及び甲殻類の肉及び外皮（皮膚、鱗及び殻）並びに食料品の色素として相応に使用されている。ゼアキサンチンは、同様な投与量でルテインよりも強い黄金色の着色を与えるため、多くの応用において好んで使用されている。
【０００４】
例えばTagetes erectaの花のような２種のキサントフィルを含む植物性原料、又は場合によってはその予めけん化された抽出物等を、所望のゼアキサンチンの供給源として使用する場合には、可能な場合には最初にルテインをゼアキサンチンに化学的に変換し、次いで後者を抽出により混合物から単離するほうが、予め変換を行わずに抽出するよりも明らかに経済的により好都合である。純粋又は殆ど純粋なルテインをゼアキサンチンに化学的に変換することも経済的に重要である。
【０００５】
既知のように、ルテインのゼアキサンチンへの変換は、強塩基性条件下で行われ、また種々の関連する変換工程も科学文献から知られている。１９４６年には既にKarrer及びJuckerは、減圧耐圧チューブ中、１００〜１１０℃でナトリウムエタノラートと共に３０時間加熱することにより、エタノール−ベンゼン混合物中の天然ルテイン（“キサントフィル”として引用される）をゼアキサンチンへ異性化することを認識していた〔Helv. Chem. Acta 30, 266-267(1947)参照〕。しかしながら、ゼアキサンチンの収率は極めて低かった。この方法においては、式（Ｉ）：
【０００６】
【化１】

【０００７】
（配置の詳細は示していない）で示されるルテインは、まちがいなく、まず意図的に式（II）：
【０００８】
【化２】

【０００９】
で示されるゼアキサンチンに化学的に変換され、この時ε−環〔式（Ｉ）、右側〕内の離れていた二重結合が、該分子の残る二重結合と共役する〔（II）、右側：β−環〕。後に〔1959年、Arch. Biochem. Biophys. 88, 59-63(1960）参照〕、Kargl 及びQuackenbush は、δ−カロテン（ε，ψ−カロテン）のγ−カロテン（β，ψ−カロテン）への同様な塩基触媒変換を達成した。しかしながら、Buchecker 等は、Karrer及びJuckerの先行の研究を満足に反復することができなかった〔Chimia 26, No.3, 134-136(1972)〕。Andrewesは、Acta Chem. Scand. B28, No.1, 137-138(1974)において、メタノール性ジメチルスルホキシド中のルテイン及びカリウムメタノラートの溶液を、１１８℃で２０分間、窒素下で閉鎖管中で加熱することによるルテインのゼアキサンチンの異性化を、わずか１０〜１５％の収率をもって報告している。引き続く文献（同文献、１３９〜１４０頁）において、Andrewes, Borch 及びLiaaen-Jensen は、この異性化が（３Ｒ，３’Ｒ，６’Ｒ）−ルテインの（３Ｒ，３’Ｓ）−ゼアキサンチンへの変換であることを示している。Andrewesの方法における欠点は、ゼアキサンチンの不満足な収率のみならず、再試行の結果として確立された、ゼアキサンチンのみでなくルテインの多くの（Ｚ）−異性体が生成し、したがって反応が非選択的であるとの知見にある。更に、閉鎖反応容器内で行われる異性化は、容易には制御することができない反応である。変換を開放系で−アルゴン下で−行ったとしても、従来のように塩基としてナトリウムメチラートを使用した後には、制御不能な（Ｅ）→（Ｚ）異性化が起きてしまう。
【００１０】
更に、関連刊行物、即ちＰＣＴ特許公開パンフレットＷＯ９６／０２５９４が最近公開されている。これは、強アルカリ溶液中で温度及び圧力条件の制御下でのルテインのゼアキサンチンへの異性化方法を記述している。塩基は、アルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウム、又は有機塩基、特にエチルアミン、エタノールアミン、又はモルホリンである。水以外の溶媒は使用されていない。４．５％（抽出物中）から１５．８〜２４．０％までのゼアキサンチンの収量増加が、この方法により達成されたと述べられている。しかしながら異性化においてどれほど多くの分解生成物が生じたかについては述べられていない。また、この収率では商業的目的には不適当である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、２種類のキサントフィルであるルテイン及びゼアキサンチン（各々、場合によりエステル化された形態で）を含有する天然物から、あるいは純粋又は殆ど純粋なルテインから出発して、ゼアキサンチンの含有量を増加させるか、あるいは可能な限りの高収率でゼアキサンチンを製造することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
驚くべきことに、この目的が、特定の反応条件の選択、詳細には溶媒及び塩基の選択によって達成されうることが見い出された。ゼアキサンチンの収率は、この選択によって決定的に改善されうる。
【００１３】
本発明は、ルテイン又はその天然に存在するエステル類の塩基触媒異性化によるゼアキサンチンへの変換方法であって、場合により前処理された天然ルテイン含有物又は純粋ルテインを、ジメチルスルホキシドかあるいは飽和脂肪族及び／又は芳香族炭化水素をベースとする有機溶媒のいずれかと水酸化アルカリ水溶液との混合物中において、約５０℃以上の温度で加熱することを含み、該方法が炭化水素をベースとする有機溶媒を使用する場合には、相移動触媒の存在下で行う、変換方法を提供する。
【００１４】
天然のルテイン含有物としては植物由来のルテイン含有原料が好ましくは使用され、場合によりこれは化学的に、例えばけん化により、前処理されている。この様な原料は、濃縮物又は抽出物であってよく、したがって、粉末、又は液体又は樹脂状材料（“オレオレジン”：oleoresin)の形態で存在する。ルテインを主に含むのみならずゼアキサンチンも含むマリーゴールド（Tagetes erecta等）類の黄色又はオレンジ色の花の粉末又は抽出物は、この目的のために特に好ましい。Quackenbush 等〔J. AOAC, 55(3), 617-621(1972）〕によれば、これらの原料中のルテイン：ゼアキサンチン比は、約７２〜８８：１６〜４である。このキサントフィル類は、主にパルミチン酸、ミリスチン酸及びステアリン酸のエステルとして存在する〔W. Gauら, J. Chromatography 262, 277-284(1983)〕。ルテインを遊離の形態で変換させることが好ましいため、原料を本発明の方法において使用する前に、上記のようなエステル類は予めけん化して遊離のルテインとすることは好都合であり、そのようなけん化並びに同じ目的で行われる酵素的加水分解は、当該技術の水準から既知である（例えば、米国特許第３，５３５，１３８及び３，７８３，０９９号参照）。Tagetes の粉末、並びにけん化又は未けん化抽出物は、以前から商業的に入手可能であり、本発明による方法の出発材料として使用され得る。これらの原料の例としては、メキシコの会社ＡＬＣＯＳＡ及びＩＯＳＡ社のけん化Tagetes 抽出物がある。ＡＬＣＯＳＡの製品、“pasta saponificada amarillo ”は、例えば、約９２．５％のルテイン及び約６．６％のゼアキサンチンからなる、全キサントフィル含有量約２．７％の褐色のペーストであり、一方でＩＯＳＡの製品“HI-GOLD20 ”は、例えば約０．９６％の全キサントフィル（約６５．５％のルテイン及び約２７．２％のゼアキサンチン）を含む緑黄色の粉末である（百分率は、面積百分率である）。これらの詳細は、ある製造バッチの分析によって得られたもので、バッチ毎に変わりうるが、このことは下記に示す分析結果にも当てはまる。他の原料としては、“ＦＬＯＲＡ ＧＬＯ”〔Kemin Ind.アイオワ、米国；約７３９g/kgが全キサントフィルでその内、約６８１g/kgが（全−Ｅ）−ルテイン、また約５８g/kgが（全−Ｅ）−ゼアキサンチンからなる〕、“ORO GLO Layer dry ”（エステル化した、即ち非けん化のもの；Kemin Ind.と同様；約１９．４g/kgが全キサントフィル；約１７．６g/kgがルテイン及び１．８g/kgがゼアキサンチン）、“HI-GOLD20 Lutexan ”（ＩＯＳＡ；約１６．３ｇが全キサントフィル；約１１．０g/kgがルテイン及び約５．３g/kgがゼアキサンチン）並びに“XANTOPINA PLUS”（エステル化したもの；Bioquimex S.A., メキシコ；約３５１g/kgが全キサントフィル；約３３０g/kgがルテイン及び約２１g/kgがゼアキサンチン）等がある。商業的に入手可能な原料は、使用前に所望により、これらのキサントフィルを濃縮すべく、例えば、抽出、次いでクロマトグラフィー及び場合によってこれに続く結晶化により処理され得る。典型的な濃縮方法は、原料をアセトンにより抽出し、該抽出物を、溶出剤としてヘキサン／酢酸エチル混合物及び次いで純粋な酢酸エチルを使用するシリカゲル上でのフラッシュクロマトグラフィーに付し、得られた分画を濃縮し、それにより得られた固体を、例えばメチレンクロリドとメタノールとの混合物から結晶化することを含む。この方法を使用すると、例えば１００ｇの“pasta saponificada amarillo ”（ＡＬＣＯＳＡ；約２．７％の全キサントフィルを含む）から、約９３％の（全−Ｅ）−（３Ｒ，３’Ｒ，６’Ｒ）−ルテイン及び約７％の（全−Ｅ）−（３Ｒ，３’Ｒ）−ゼアキサンチンを含む約２．４ｇの結晶性材料を得ることができる。この生成物は、前処理された天然ルテイン−含有物の例である。
【００１５】
飽和脂肪族及び／又は芳香族炭化水素をベースとする有機溶媒が、本発明による方法においてジメチルスルホキシドの代わりの（有機）溶媒として使用される。これは、詳細には、液体アルカン又は芳香族炭化水素、あるいは２種以上のこれらの炭化水素の混合物、例えば数種の液体アルカン類の混合物、数種の芳香族炭化水素の混合物又は１種以上のこの様なアルカンと１種以上の芳香族炭化水素の混合物などである。液体アルカンは、特に、少なくとも５個の炭素原子、好ましくは５〜１０個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルカン、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン等である。石油エーテル、好ましくは高沸点石油エーテルは、特に好適なアルカン混合物であり、ベンゼン又はトルエンは、特に好適な芳香族炭化水素である。
【００１６】
既知のように、ジメチルスルホキシドは水溶性であり、それゆえこれも使用される水酸化アルカリ水溶液と、容易に水性−有機性溶液を形成する。これとは対照的に、アルカン類及び芳香族炭化水素類は、水に（殆ど）不溶性であり、したがって、それらを使用する場合には相移動触媒を使用しなければならない。
【００１７】
水酸化アルカリは、便利には水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであり、後者が好ましく、その水溶液の濃度は適切には少なくとも３モル（M)である。飽和濃度に至るまでの濃度の水溶液も使用されうる。水酸化アルカリ水溶液の濃度は、好ましくは約７M 〜１４M の範囲にある。
【００１８】
トリカプリルメチルアンモニウムクロリド（Aliquat(登録商標）３３６）、テトラ（ｎ−ブチル）−アンモニウム硫酸水素塩、種々のアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロリド（ベンザルコニウムクロリド）、ベンジルトリ（ｎ−ブチル）アンモニウムブロミド及びトリ（ｎ−ブチル）メチルアンモニウムヨージドは、本発明にしたがって使用される相移動触媒の例である。トリカプリルメチルアンモニウムクロリドは、相移動触媒として好ましく使用される。
【００１９】
比率に関しては、（計算による）キサントフィル類１モルあたり、約１０〜約４５０モルの塩基（水酸化アルカリ）、また必要な場合には、約０．５〜約５モルの相移動触媒が使用され、好ましくは約２００〜約２５０モルの塩基、及び約０．５〜約１．５モルの相移動触媒がそれぞれ使用される。ジメチルスルホキシド：水酸化アルカリ水溶液の体積比は、一般に約４：１〜約１：２、好ましくは約２．５：１〜約１：１である。飽和脂肪族炭化水素及び／又は芳香族炭化水素をベースとする有機溶媒が使用される場合には、それぞれ有機溶媒：水酸化アルカリ水溶液の体積比は、一般に約８：１〜約１：２、好ましくは約４：１〜約１：１である。続いて、これらの都合よい比率及び他の因子、特に、場合によって前処理されている天然ルテイン含有物中のキサントフィルの量及び組成、又はルテイン（出発材料）それ自体の量を考慮して、一般に１０ｇのキサントフィル含有出発材料当たり、約５０〜３００ml、好ましくは１０ｇあたり約６０〜８０mlの溶媒−水酸化アルカリ溶液混合物が使用される。
【００２０】
望ましくない副生成物の生成、及び所望のゼアキサンチンの分解が、高すぎる温度及び／又は長すぎる反応時間により助長される事実を考慮すると、本発明による変換は、可能な限り１２０℃を越えない温度で行われ、即ち、変換は約５０℃〜約１２０℃の範囲で実施するのが好都合である。好ましくは、変換は約８０℃〜約１００℃の範囲の温度で行われる。
【００２１】
反応時間は、とりわけ、反応温度、水酸化アルカリ水溶液の量及び濃度、及び有機溶媒の量及び性質に依存する。一般に、この時間は約５〜６５時間である。しかしながら、変換は好ましくは約２４時間以上を費やさない。
【００２２】
上記の基本的反応条件下で、抽出物中に存在するルテインが良好な収率をもって所望のゼアキサンチンに変換されるのみならず、例えば前述のパルミチン酸、ミリスチン酸及びステアリン酸エステルのような形で存在し得るルテイン及び／又はゼアキサンチンのエステルも、殆どの部分が遊離のゼアキサンチンに変換される。
【００２３】
変換完了後の混合物の精製は、該混合物を室温又は約０℃まで冷却し、場合によりアルコール、好ましくはメタノール又はエタノールを添加し、主にゼアキサンチンに富む固体を濾取することによる、簡単な方法で行われる。更に、例えば、抽出、カラムクロマトグラフィー及び再結晶等の慣用の精製技術が使用され得る。特に相移動触媒を使用した場合には、前記の３種の処理が要求される。再結晶は行ってもよく、メチレンクロリドとメタノールの混合物を使用して特に良好に行われる。
【００２４】
【実施例】
本発明を、下記の実施例により例示した。
【００２５】
実施例１
出発材料の前処理
“pasta saponificada amarillo ”〔Industrias ALCOSA S.A. DEC.V. ；２３．９g/kgの（全−Ｅ）−ルテイン及び３．１g/kgの（全−Ｅ）−ゼアキサンチン〕３００ｇを、１．５リットルのアセトンに懸濁し、該懸濁液を室温で３０分間撹拌した。次いで、２００ｇのDicalite（登録商標）（濾過補助剤；Decalite Europe Nord S.A.)をこれに添加し、混合物を更に５分間撹拌した。次いで得られた懸濁液をDicaliteの層を通して濾過し、該Dicalite層を７８０mlのアセトンに懸濁し、この新たな懸濁液を室温にて３０分間撹拌した。該懸濁液をDicalite層を通して濾過した後、各回５０mlのアセトンで６回洗浄した。合わせた濾液を減圧下で３５℃で濃縮し、この様にして１４３ｇの暗赤色の糊状物を得た。
次いで、該ペーストを、４リットルのヘキサン／酢酸エチル（２：１）、次いで１．３リットルの酢酸エチルを用いて、１kgのシリカ（７０〜２３０メッシュ）でフラッシュクロマトグラフィーに付した。酢酸エチル分画を減圧下３５℃で濃縮し、２０．６ｇの赤色、半結晶性油状物を得た。次いで、この油状物をメチレンクロリド／メタノール混合物から結晶化させ、結晶化物を高真空下、３７℃で６時間乾燥した。このようにして、６．３６ｇの（全−Ｅ）−ルテインと（全−Ｅ）−ゼアキサンチンの混合物（９３：６の面積比）を暗赤色結晶として得た。
【００２６】
実施例２
ルテインのゼアキサンチンへの変換
一般的方法：
溶媒であるジメチルスルホキシド又は液体アルカンもしくはアルカン混合物を、還流凝縮器、撹拌器及び温度計を備えた丸底フラスコ中で、キサントフィル含有材料〔例えば、実施例１で得たルテイン及びゼアキサンチン混合物、商業的に入手可能なけん化済みの、ゼアキサンチン増量Tagetes 抽出物“oleoresina amarillo saponificada”（ＡＬＣＯＳＡ）又は“Hi GOLD20 ”（ＩＯＳＡ）、あるいは同様に米国の会社Kemin Industries, Iowaから商業的に入手可能な未けん化Tagetes 抽出物など〕に添加した。液体アルカン又はアルカン混合物を使用する場合には、次いで相移動触媒が添加される。ついで、水酸化アルカリの水溶液をこれに添加し、反応混合物を加熱した。反応の進行を追跡するために、反応混合物の試料（溶液又は懸濁液）を定期的に取り出し、メチレンクロリドで希釈し、該メチレンクロリド溶液を飽和塩化アンモニウム水溶液及び次いで水にて中性となるまで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、最終的に溶液をＨＰＬＣ分析に付すことができた。
【００２７】
反応の完了が確立した後に（更なるルテイン→ゼアキサンチン変換がない）、均質又は不均質溶液を室温又は０℃まで撹拌しつつ冷却し、場合によりアルコール、例えば、メタノール又はｎ−プロパノールを撹拌及び冷却の間に添加した。得られた懸濁液を紙又はグラスファイバーのフィルターで濾過し、固体を選択したアルコールで数回洗浄し、高真空下、約３７℃で少なくとも１時間乾燥させ、所望によりメチレンクロリド／メタノール又はメチレンクロリド／ヘキサンから再結晶した。
【００２８】
出発材料“oleoresina amarillo saponificada”を使用する方法及び結果
出発材料は、２３．９g/kgのルテイン及び３．１g/kgのゼアキサンチンを含んでいた。抽出、クロマトグラフィー及び結晶化の後に、９３．１％のルテイン、６．６％のゼアキサンチン及び０．５％の付加的物質からなる混合物を得た。上記方法にしたがって行った変換の結果を、下記表１にまとめた。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
さらなる注：
− ヘキサン、ヘプタン又は石油エーテルを有機溶媒として使用したため、実験（ｈ）及び（ｈ’）の例外を除いて全ての場合に、１００mgのAliquat(登録商標）３３６（Fluka Chemi AG, Buchs Switzerland)を、反応混合物に相移動触媒として添加し；実験（ｈ）及び（ｈ’）においては、３００mgのAliquat(登録商標）３３６を添加した。
− 実験（ａ）の場合には、温度は加熱浴の温度であり、他の全ての場合は反応混合物の実際の温度が示されている。
【００３３】
出発材料“oleoresina amarillo saponificada”を使用する方法及び結果（直接的使用）
出発材料は上記の組成を有しており、抽出、クロマトグラフィー及び結晶化を行わずに直接に使用した。上記の方法にしたがって行われた変換（相移動触媒無し）の結果は下記の表２にまとめた。
【００３４】
【表４】

【００３５】
出発材料“ＦＬＯＲＡ ＧＬＯ”を使用する方法及び結果
出発材料は、９１．３％の（全−Ｅ）−ルテイン及び６．６％の（全−Ｅ）−ゼアキサンチンの相対（百分率）組成、並びに７３．９％（７３９g/kg粗材料）の全キサントフィル含有量を有していた。この材料は既にけん化されたもので、したがって、副反応の可能性は低い。上記の方法にしたがって（相移動触媒なしで）、粗材料をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及び濃水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）の混合物中で、約８０℃又はそれ以上の温度で撹拌した。実際的には、抽出物から生成物まで反応が手際よく行われることは注目に値する。また、反応溶液の精製も簡単である；ルテイン−ゼアキサンチン混合物を、溶液（０℃に冷却）から結晶化し、容易に濾別し、殆ど痕跡量である過剰塩基を除去するために水ですすいだ。この様にして行った変換の結果を、下記の表３にまとめた。
【００３６】
【表５】

【００３７】
【表６】

【００３８】
【表７】

【００３９】
１ ４５０nmにおけるＨＰＬＣ面積の百分率
２ どの無水ルテイン及び他のカロテノイドがこの分画を作っているのかは決定できなかった。
３ 定量的ＨＰＬＣ分析の結果
４ ＤＭＳＯ−ＦＬＯＲＡ ＧＬＯ懸濁液が８０℃に達した後にのみ、塩基を添加
５ ＤＭＳＯ−ＦＬＯＲＡ ＧＬＯ懸濁液が９０℃に達した後にのみ、塩基を添加
６ それぞれの場合において、高い値は、反応溶液のアリコートをメタノールに添加し、引き続いて懸濁物を撹拌し、濾過及びＨＰＬＣ分析を行うことにより、０．５時間及び１時間後に得た。低い値の決定は既に記述の通り。
【００４０】
出発材料としてXANTOPINA PLUSを使用した方法及び結果
出発材料は、９０．９％のルテイン及び５．３％のゼアキサンチンをエステル化された形態において含む組成を有し；残部はルテインエステルの（Ｚ）−異性体及び少量の無水ルテインエステルからなっていた。XANTOPINA PLUSのキサントフィル含有量は３５．１％である。上記方法にしたがって行った変換（相移動触媒無し）の結果を、下記の表４にまとめた。
【００４１】
【表８】

Claims (1)

1. ルテイン又は天然に存在するそのエステル類のゼアキサンチンへの塩基触媒異性化による変換方法であって、場合により前処理した天然ルテイン含有物又は純粋ルテインを、ジメチルスルホキシドかあるいは飽和脂肪族及び／又は芳香族炭化水素をベースとする有機溶媒かのいずれかと水酸化アルカリ水溶液との混合物中において、約５０℃以上の温度で加熱することを含み、該方法が炭化水素をベースとする有機溶媒を使用する場合は相移動触媒の存在下で行う、変換方法。