JP4313546B2

JP4313546B2 - Method for producing trehalose anhydrate

Info

Publication number: JP4313546B2
Application number: JP2002158042A
Authority: JP
Inventors: 実櫻井; 照樹池田
Original assignee: 株式会社フォトサイエンス
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003342288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレハロース無水和物の生成方法に関し、より詳細には、所望の形態のトレハロース無水和物を選択的に生成するトレハロース無水和物の生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トレハロースは、乾燥状態で生体を保護する糖として知られており、食品や薬品にまぜて凍結乾燥を行うことにより、乾燥食品や薬品の保護(保存)に用いられている。しかし、乾燥環境下におけるトレハロースの生体保護機構についてはまだ解明されていない。
【０００３】
かかる状況下、トレハロース２水和物をある条件下（昇温過程など）で脱水すると、トレハロースの一部がフォームII（form II）（Tαとも呼ばれている）状態を形成することが発見された。このform IIは、トレハロースの準安定な無水結晶であり、室温環境下で大気中の水分を吸着し簡単にトレハロース２水和物に転移する性質を持っており、乾燥状態下で生体を保護する機構に関与している可能性が報告されている(Akao et al., Carbohydr. Res. 334 (2001) 233-241)。したがって、form II状態のトレハロースは、食品や薬品の保存に利用できる可能性が考えられる。また、室温環境下で大気中の水分を吸着するform IIの性質を利用して、無毒な（食べられる）乾燥剤などへの用途が期待されている。
【０００４】
しかし、まだform IIの有用性に関し発見されたばかりであり、form IIの生成手法に関しては確立されていない。一般手法としては、トレハロース２水和物に一定の温度ないしは昇温処理をすることでform IIが生成されるといわれている。しかしながら、温度条件やトレハロースの粒の大きさ、昇温条件によっては、安定な無水トレハロース結晶やアモルファスのトレハロースになってしまい、効率的にform IIを生成する方法の開発が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、所望の形態のトレハロース無水和物を選択的に生成する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明者らはかかる現状において鋭意研究を重ねた結果、トレハロース２水和物を超臨界流体で脱水処理することにより、所望の形態のトレハロース無水和物を選択的に生成可能であることを見出し、本発明に想到した。
【０００７】
即ち、本発明は、以下のとおりである。
【０００８】
（１）少なくともトレハロース２水和物を超臨界流体で脱水処理する脱水工程を含むことを特徴とする、トレハロース無水和物の生成方法。
【０００９】
（２）前記脱水工程において、温度および圧力を調節することにより、所望の形態のトレハロース無水和物を選択的に生成することを特徴とする、（１）に記載のトレハロース無水和物の生成方法。
【００１０】
（３）前記超臨界流体が、超臨界ＣＯ₂であることを特徴とする、（１）または（２）に記載のトレハロース無水和物の生成方法。
【００１１】
（４）前記超臨界流体に、エントレーナーを加えることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載のトレハロース無水和物の生成方法。
【００１２】
（５）前記脱水工程において、圧力を１６〜２０ＭＰａ、温度を６１〜８９℃に調節し、トレハロース無水和物フォームIIを選択的に生成させることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載のトレハロース無水和物の生成方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
トレハロース無水和物のフォームII（form II）とは、トレハロースの無水結晶であり、かつ、所定の期間室温で放置するとトレハロース２水和物に戻る性質を有する準安定な結晶のことをいう。なお、本願明細書において、form II状態のトレハロースに対し、トレハロース２水和物結晶を「form I」、トレハロースの安定な無水和物結晶を「form III」と記載することがある。
【００１４】
トレハロース２水和物（form I）を超臨界流体で脱水処理する際の温度は、好ましくは６１〜８９℃、特に好ましくは７０〜８０℃である。
【００１５】
トレハロース２水和物（form I）を超臨界流体の脱水処理する際の圧力は、好ましくは１６ＭＰａ以上、特に好ましくは１６〜２０ＭＰａである。
【００１６】
本発明に用いる超臨界流体としては、超臨界ＣＯ₂が好ましい。超臨界ＣＯ₂は、取り扱いが容易であり、危険性は極めて低く、環境にも悪影響を及ぼさないなどの利点があり、工業用に用いる際にも好適である。
【００１７】
エントレーナー（モディファイヤーとも呼ばれる）は、超臨界流体技術において一般に用いられるものを用いることができるが、好ましくは、アルコール類、特に好ましくエタノールが用いられる。
【００１８】
【実施例】
図１に示すように、超臨界ＣＯ₂用の光学セルをＦＴＩＲに設置し、時間変化スペクトルを測定することで、トレハロース２水和物から抽出される結晶水の様子をモニターした。また、比較のため、トレハロース２水和物と同じ条件下で、マルトース１水和物から抽出される結晶水の様子をモニタリングした。図２にトレハロース２水和物、マルトース１水和物から抽出された結晶水のピークを示す。
【００１９】
図２から、超臨界ＣＯ₂を用いるとトレハロース２水和物からは脱水が起こるが、マルトース１水和物では脱水が起きていないことが分かる。
【００２０】
次に、トレハロース２水和物の結晶水の抽出条件（温度、圧力）を変えて２時間抽出を行ったのち、得られたトレハロースを抽出容器より取り出し、ＡＴＲ (全反射)法を用いてＩＲスペクトルを測定した。
【００２１】
図３に圧力を２０ＭＰａとした場合におけるトレハロースの脱水の温度依存性を示す。図３から、６０℃ではほとんど脱水が起きていないが、７０℃、８０℃、９０℃では脱水が起きていることが分かる。
【００２２】
図４にトレハロースの各温度での脱水処理後のＩＲスペクトルを、また、図５にトレハロース２水和物結晶(form I)、トレハロースの準安定な無水和物結晶(form II)、トレハロースの安定な無水和物結晶(form III) 、および、トレハロースアモルファスのＩＲスペクトルを示す。
【００２３】
図５において、form Iでは、３５００ｃｍ^-1および１６８０ｃｍ^-1の結晶水のピークが確認でき、form IIでは、上記２つのピークがない。form IIIは、３３００ｃｍ^-1にピークが確認できる。
【００２４】
図４において、一番下が出発物質(トレハロース２水和物（form I）)である。図４を図５と対比すると、６０℃で脱水処理した場合では、３５００ｃｍ^-1および１６８０ｃｍ^-1の結晶水のピークが確認できることから、form Iの状態であることが分かる。すなわち脱水が起こっていないことが分かる。
一方、７０℃、８０℃で脱水処理した場合では、上記２つのピークがほぼ消失していることから、form IIが生成されていることが分かる。
９０℃で脱水処理した場合では、３３００ｃｍ^-1に新しいピークが出てきていることから、form IIIが生成されていることが分かる。
【００２５】
図６にトレハロースの脱水の圧力依存性を示す。図６から、抽出温度を８０℃とした場合、１０〜１４ＭＰａではほとんど脱水が起きていないが、１６〜２０ＭＰａでは脱水が起きていることが分かる。
【００２６】
図７にトレハロースの各圧力での脱水後のＩＲスペクトルを示す。８０℃で脱水処理した場合、１０〜１４ＭＰａでは、３５００ｃｍ^-1および１６８０ｃｍ^-1の結晶水のピークが確認できる。すなわち、form Iの状態であり、脱水が起こっていない。
一方、１６〜２０ＭＰａでは、上記２つのピークがほぼ消失しており、form IIとなっている。
【００２７】
更に抽出後のトレハロースを１週間室温で放置後、ＡＴＲ法でＩＲスペクトルを測定した。これらのスペクトルを、図５の４つの状態(form I、form II、form III、アモルファス)のＩＲスペクトルと比較した。図８に、各圧力でトレハロースを脱水後１週間室温放置したのちのＩＲスペクトルを示す。圧力１６ＭＰａ〜２０ＭＰａでは、３５００ｃｍ^-1および１６８０ｃｍ^-1の結晶水のピークが確認できる。このことから、form II状態のトレハロースが大気中の水分を吸着しトレハロース２水和物（form I）に戻ったことが分かる。
【００２８】
この結果、温度８０℃、圧力２０ＭＰａで抽出を行った後のトレハロースは、抽出直後はform IIのＩＲスペクトルと一致し、１週間室温で放置した後には、トレハロース２水和物のスペクトルとほぼ一致することがわかった。一方、温度６０℃、圧力２０ＭＰａで抽出を行った場合は、抽出直後はトレハロース２水和物に最も似ており、また、抽出温度９０℃、抽出圧力２０ＭＰａの場合は、抽出直後では無水トレハロース（form III）が生成することが分かった。
【００２９】
以上のことから、超臨界ＣＯ₂抽出法を用い、トレハロース２水和物からform IIを生成するためには、温度６１〜８９℃、圧力１６〜２０ＭＰａがほぼ最適な条件であることが確認できた。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述の通り、本発明のトレハロース無水和物の生成方法を用いてトレハロース２水和物を超臨界流体で脱水処理することにより、所望の形態のトレハロース無水和物を選択的に生成することができる。
【００３１】
また、本発明の方法によって得られるform IIは、室温環境下で大気中の水分を吸着するため、無毒な（食べられる）乾燥剤などへの用途が期待されている。
【００３２】
また、従来、乾燥食品や薬品の保護(保存)のために食品や薬品にトレハロースをまぜて凍結乾燥されていたが、この凍結乾燥の代わりに本発明のトレハロース無水和物の生成方法を用いることにより、乾燥状態下で生体を保護する機構に関与していると考えられるform II状態のトレハロースを選択的に多く生成できるため、凍結乾燥法よりも効率よく食品や薬品を保存できる可能性が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超臨界ＣＯ₂を用いてトレハロース２水和物から結晶水を抽出する装置の構成を示すブロック図である。
【図２】トレハロース２水和物およびマルトース１水和物から抽出される結晶水のピークをモニタリングしたＩＲスペクトル図である。
【図３】トレハロースの脱水の温度依存性を示すＩＲスペクトル図である。
【図４】各温度で脱水した後のトレハロースのＩＲスペクトル図である。
【図５】トレハロース２水和物結晶(form I)、トレハロースの準安定な無水和物結晶(form II)、トレハロースの安定な無水和物結晶(form III)、および、トレハロースアモルファスのＩＲスペクトル図である。
【図６】トレハロースの脱水の圧力依存性を示すＩＲスペクトル図である。
【図７】各圧力で脱水した後のトレハロースのＩＲスペクトル図である。
【図８】トレハロースの各圧力での脱水後、１週間室温放置したのちのＩＲスペクトル図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an anhydrous trehalose, and more particularly to a method for producing an anhydrous trehalose that selectively produces a desired form of an anhydrous trehalose.
[0002]
[Prior art]
Trehalose is known as a sugar that protects living organisms in a dry state, and is used for protection (preservation) of dried foods and drugs by lyophilization with foods and drugs. However, the biological protective mechanism of trehalose in a dry environment has not yet been elucidated.
[0003]
Under such circumstances, it was discovered that when trehalose dihydrate was dehydrated under certain conditions (such as a temperature rising process), a part of trehalose formed a form II (also called Tα) state. It was. This form II is a metastable anhydrous crystal of trehalose, has the property of adsorbing moisture in the atmosphere at room temperature and easily transferring it to trehalose dihydrate, and protects living organisms under dry conditions. Possible involvement in the mechanism has been reported (Akao et al., Carbohydr. Res. 334 (2001) 233-241). Therefore, there is a possibility that trehalose in the form II state can be used for storage of foods and drugs. In addition, it is expected to be used as a non-toxic (eatable) desiccant using the properties of form II that adsorbs moisture in the atmosphere at room temperature.
[0004]
However, it has just been discovered about the usefulness of form II, and the generation method of form II has not been established. As a general method, it is said that form II is generated by subjecting trehalose dihydrate to a certain temperature or temperature increase treatment. However, depending on temperature conditions, trehalose grain size, and temperature rising conditions, stable anhydrous trehalose crystals and amorphous trehalose are formed, and development of a method for efficiently generating form II has been desired.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a method for selectively producing a desired form of trehalose anhydrate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In other words, as a result of intensive studies in the present situation, the present inventors are able to selectively produce trehalose anhydrate in a desired form by dehydrating trehalose dihydrate with a supercritical fluid. As a result, the present invention has been conceived.
[0007]
That is, the present invention is as follows.
[0008]
(1) A method for producing trehalose anhydrate, comprising a dehydration step of dehydrating at least trehalose dihydrate with a supercritical fluid.
[0009]
(2) The method for producing a trehalose anhydrate according to (1), wherein in the dehydration step, a trehalose anhydrate with a desired form is selectively produced by adjusting temperature and pressure. .
[0010]
(3) The method for producing a trehalose anhydrate according to (1) or (2), wherein the supercritical fluid is supercritical CO ₂ .
[0011]
(4) The method for producing an anhydrous trehalose according to any one of (1) to (3), wherein an entrainer is added to the supercritical fluid.
[0012]
(5) In the dehydration step, the pressure is adjusted to 16 to 20 MPa, the temperature is adjusted to 61 to 89 ° C., and the trehalose anhydrate form II is selectively produced, (1) to (4) A method for producing an anhydrous trehalose according to any one of the above.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The form II of trehalose anhydrate refers to an anhydrous crystal of trehalose and a metastable crystal having a property of returning to trehalose dihydrate when left at room temperature for a predetermined period. In the present specification, trehalose dihydrate crystals are sometimes referred to as “form I”, and trehalose stable anhydrous crystals are sometimes referred to as “form III” relative to form II state trehalose.
[0014]
The temperature when dehydrating trehalose dihydrate (form I) with a supercritical fluid is preferably 61 to 89 ° C, particularly preferably 70 to 80 ° C.
[0015]
The pressure when dehydrating the supercritical fluid with trehalose dihydrate (form I) is preferably 16 MPa or more, particularly preferably 16 to 20 MPa.
[0016]
As the supercritical fluid used in the present invention, supercritical CO ₂ is preferable. Supercritical CO ₂ has advantages such as easy handling, extremely low danger, and no adverse effects on the environment, and is also suitable for industrial use.
[0017]
As the entrainer (also referred to as a modifier), those generally used in the supercritical fluid technology can be used, but alcohols, particularly ethanol is preferably used.
[0018]
【Example】
As shown in FIG. 1, the state of crystal water extracted from trehalose dihydrate was monitored by installing an optical cell for supercritical CO ₂ in FTIR and measuring the time-varying spectrum. For comparison, the state of crystal water extracted from maltose monohydrate was monitored under the same conditions as trehalose dihydrate. FIG. 2 shows the peak of crystal water extracted from trehalose dihydrate and maltose monohydrate.
[0019]
FIG. 2 shows that dehydration occurs from trehalose dihydrate when supercritical CO ₂ is used, but no dehydration occurs from maltose monohydrate.
[0020]
Next, the extraction conditions (temperature, pressure) of trehalose dihydrate were changed for 2 hours, and the resulting trehalose was taken out from the extraction vessel and IR was used by ATR (total reflection) method. The spectrum was measured.
[0021]
FIG. 3 shows the temperature dependence of trehalose dehydration when the pressure is 20 MPa. FIG. 3 shows that almost no dehydration occurs at 60 ° C., but dehydration occurs at 70 ° C., 80 ° C., and 90 ° C.
[0022]
Fig. 4 shows the IR spectrum after dehydration of trehalose at each temperature. Fig. 5 shows trehalose dihydrate crystals (form I), trehalose metastable anhydrous crystals (form II), and trehalose stability. The IR spectrum of the anhydrous hydrate crystal (form III) and trehalose amorphous is shown.
[0023]
In FIG. 5, peaks of crystal water at 3500 cm ⁻¹ and 1680 cm ⁻¹ can be confirmed in form I, and in the case of form II, the above two peaks are absent. In form III, a peak can be confirmed at 3300 cm ⁻¹ .
[0024]
In FIG. 4, the bottom is the starting material (trehalose dihydrate (form I)). When the 4 comparison with FIG. 5, in the case of dehydrated at 60 ° C., since the peak of the crystal water of 3500 cm ^-1 and 1680 cm ^-1 was confirmed, it is understood that the state of the form I. That is, it can be seen that dehydration has not occurred.
On the other hand, in the case of dehydration treatment at 70 ° C. and 80 ° C., it can be seen that form II is generated because the two peaks are almost disappeared.
When dehydration is performed at 90 ° C., a new peak appears at 3300 cm ⁻¹ , indicating that form III is generated.
[0025]
FIG. 6 shows the pressure dependence of trehalose dehydration. FIG. 6 shows that when the extraction temperature is 80 ° C., almost no dehydration occurs at 10 to 14 MPa, but dehydration occurs at 16 to 20 MPa.
[0026]
FIG. 7 shows the IR spectrum after dehydration of trehalose at each pressure. If dehydrated at 80 ° C., in 10～14MPa, peaks of crystal water of 3500 cm ^-1 and 1680 cm ^-1 can be confirmed. That is, it is a form I state, and no dehydration has occurred.
On the other hand, at 16 to 20 MPa, the above two peaks are almost disappeared and form II is obtained.
[0027]
Further, the extracted trehalose was allowed to stand at room temperature for 1 week, and then the IR spectrum was measured by the ATR method. These spectra were compared with the IR spectra of the four states in FIG. 5 (form I, form II, form III, amorphous). FIG. 8 shows IR spectra after trehalose is dehydrated at room pressure for 1 week after dehydration. At a pressure of 16 MPa to 20 MPa, peaks of crystal water at 3500 cm ⁻¹ and 1680 cm ⁻¹ can be confirmed. This shows that form II state trehalose adsorbed moisture in the atmosphere and returned to trehalose dihydrate (form I).
[0028]
As a result, trehalose after extraction at a temperature of 80 ° C. and a pressure of 20 MPa agrees with the IR spectrum of form II immediately after extraction, and almost coincides with the spectrum of trehalose dihydrate after standing at room temperature for one week. I found out that On the other hand, when the extraction was performed at a temperature of 60 ° C. and a pressure of 20 MPa, it was most similar to trehalose dihydrate immediately after extraction, and when the extraction temperature was 90 ° C. and the extraction pressure was 20 MPa, anhydrous trehalose ( Form III) was found to form.
[0029]
From the above, it can be confirmed that a temperature of 61 to 89 ° C. and a pressure of 16 to 20 MPa are almost optimal conditions for producing form II from trehalose dihydrate using the supercritical CO ₂ extraction method. It was.
[0030]
【The invention's effect】
As described above in detail, a trehalose anhydrate with a desired form is selectively produced by dehydrating trehalose dihydrate with a supercritical fluid using the method for producing an anhydrous trehalose of the present invention. Can do.
[0031]
Form II obtained by the method of the present invention adsorbs moisture in the atmosphere at room temperature, and therefore is expected to be used as a non-toxic (eatable) desiccant.
[0032]
Conventionally, trehalose is mixed with food and medicine for freeze-drying to protect (preserve) dried food and medicine. Instead of this freeze-drying, the method for producing an anhydrous trehalose of the present invention should be used. Can selectively produce more form II trehalose, which is thought to be involved in the mechanism that protects living organisms in a dry state, which may allow food and medicine to be stored more efficiently than freeze-drying. It is done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for extracting crystal water from trehalose dihydrate using supercritical CO ₂ .
FIG. 2 is an IR spectrum diagram monitoring the peak of crystal water extracted from trehalose dihydrate and maltose monohydrate.
FIG. 3 is an IR spectrum diagram showing temperature dependence of trehalose dehydration.
FIG. 4 is an IR spectrum diagram of trehalose after dehydration at each temperature.
FIG. 5: IR spectrum diagrams of trehalose dihydrate crystals (form I), trehalose metastable anhydrous crystals (form II), trehalose stable anhydrous crystals (form III), and trehalose amorphous It is.
FIG. 6 is an IR spectrum diagram showing the pressure dependence of trehalose dehydration.
FIG. 7 is an IR spectrum diagram of trehalose after dehydration at each pressure.
FIG. 8 is an IR spectrum diagram after standing at room temperature for 1 week after dehydration of trehalose at various pressures.

Claims

A method for producing trehalose anhydrate form II , comprising a dehydration step of dehydrating at least trehalose dihydrate with a supercritical fluid at a pressure of 16 to 20 MPa and a temperature of 61 to 89 ° C.

The supercritical fluid, characterized in that it is a supercritical CO _2, the method of generating the trehalose anhydrate Form II of claim 1.

The method for producing trehalose anhydrate form II according to claim 1, wherein an entrainer is added to the supercritical fluid .