JP4501088B2 - 混合物から物質又は物質群を取得する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶媒を使用して混合物から物質又は物質群を取得する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法として、選択的な、すなわち取得すべき物質又は取得すべき物質群だけを溶解する又は残さい中に残す溶媒による抽出が周知である。１つ又は複数の溶解可能な物質を溶解する際に、溶媒中に設定された条件においてはそれ自体溶解不可能な別の物質の分子も一緒に溶解されるので、抽出の能力は、しばしば分離鮮鋭度に関して制限されており；その上しばしば初めからすでに、分離すべき物質の間の溶解度の相違はわずかである。さらにこれは、実際に常に溶解可能な物質と溶解不可能な物質との間の１つの切断しか可能にしないという点において制限されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、さらに能力の高い分離方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため本発明によれば、溶媒を使用して不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物を含む混合物（以下脂肪酸混合物という）から不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物を取得する方法において、固定相としての吸着剤により覆われた充填物を収容するカラム内を流れる溶媒としての液状又は超臨界の二酸化炭素（以下二酸化炭素という）が、脂肪酸混合物に対して並流又は向流で脂肪酸混合物と接触せしめられ、それにより脂肪酸混合物が次第に溶解され、吸着剤の吸着作用が、脂肪酸混合物の溶解過程において溶媒としての二酸化炭素による脂肪酸混合物の不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物の抽出を援助し、かつ溶解過程後、移動相としての二酸化炭素との共同作用でこの抽出を引き続き行う。
【０００５】
溶媒を動かない混合物のそばを通す変形は、抽出の処理技術である。ここでは本発明により利用されるゾルベンは、さもなければ一緒に溶解されることがある分子を、又はそれどころかそれ自体溶媒中に溶解するかつ溶解してはいけない物質の分子を結合するように、選定することができる。ゾルベンは、なるべく混合物から直接、溶解過程の前にすでに分子を結合することができかつそのようにするので、これら分子は、まず全く溶液中に達しず：抽出は、ゾルベンによって援助される。しかしその代わりでもあるが、なるべく追加的に、移動相として相応して選択された溶媒との相互作用によりこれら分子を結合することによって、すでに溶液中に達した分子をすぐに再び溶液から引き離すことができる。結合は、継続的なものであることができ、すなわちゾルベンからゾルバート（Ｓｏｒｂａｔ：被吸着物質）を分離することができるように残さいを除去するまで継続的なものであることができる。しかし一時的でしかない結合も、すでにきわめて有利に作用する。いずれの場合にも、分離鮮鋭度は改善されている。
【０００６】
溶媒を混合物に対して向流において案内する変形は、連続的な向流抽出の処理技術である。ここにおいては、最終結果において当該の分子が、残さい中において一緒に取出されるようにするので、ゾルベンは、混合物又は溶液又はその両方からであろうと、当該の分子を一時的にしか結合できない。向流抽出の分離鮮鋭度も、本発明の処置によって上昇する。
【０００７】
溶媒を混合物と並流において案内する変形は、基本的に抽出の新しい処理様式である。抽出及び向流抽出の前に取り扱った方法は、本発明によっても通常選択的に１つの物質又は物質群だけを溶解する溶媒によって行なわれ、かつこのようにして混合物は、２つのフラクションに分離されるが、並流における新しい処理に対して通常、混合物は、分離すべき複数の物質又は物質群を溶解するが、異なった速さで溶解する溶媒を利用して、バッチ状に加えられ、かつ溶媒と並流において複数のフラクションに分離されることが考慮されている。
【０００８】
すでに抽出及び向流抽出を変形する本発明による方法の別の２つの変形におけるように、なるべく調製クロマトグラフィーにさらに近いこの変形において、ゾルベンと溶媒の適当な選択によって１つの物質又は物質群は、まずすでに混合物への直接の作用により確保されるので、溶液中へのこの物質又は物質群の侵入は遅らされ、かつそれから溶液中に侵入した後に、もう一度クロマトグラフィーの周知の様式において固定及び移動の相の間の交換によって確保されるので、この物質又は物質群のその後の通過は遅らされる。しかしここでも状態に応じて、一方のものだけ又は他方のものだけが、すでに捕獲されたフラクションの順序で利用可能なさもなければ到達してはいけない程度に物質又は物質群を分離する結果に至ることができる。
【０００９】
この処理様式は、クロマトグラフィーを前提として考慮して、定性的に進行する抽出によって援助されるクロマトグラフィーとも考えることができる。調製クロマトグラフィーの生産性は、このようにしてかなり上昇することができ、これについてなお詳細に説明する。ここではここに能力上昇の課題の解決策が存在する。
【００１０】
本発明による処置様式は、実質的に多様に拡大された課題量によってのみ、従来のクロマトグラフィーと相違している。クロマトグラフィーは、液状、ガス状又は超臨界の移動相と固体の固定相とからなる２相系と考えられる。分離すべき混合物は、移動相内において溶解されなければならない。その分子は、移動相における移動度と固定相における堆積との間において交代できなければならない。本発明により通常ゾルベンにより覆われたフレームを有するカラムの上又は下において移動相に、例えば超臨界二酸化炭素に入力される混合物の量は、遅くともカラムに到達する際に溶解しない。これは、カラムの初めに、前にカラム内に流入した移動相と後から続いて流れる移動相との間のカラムの長さの少なくとも２％、さらに良好には５ないし１０％又はそれ以上の“詰まり”を形成する。詰まりは、後から流れる移動相の入力された混合物がフレーム内に押し込まれるかぎり、ほぐれているが、これは、それにもかかわらずさしあたって詰まりである。物質又は物質群におけるゾルベンの保持作用なしで、すでに混合物において物質の溶解度に相応して異なった速さで混合物の種々の物質の溶解が行なわれる。溶解しやすい物質は、優先的に溶液中に達する。例えば脂肪族炭化水素化合物の混合物の場合、優先的にまず最小の連鎖長さを有する化合物が、かつそれから次に大きな長さを有するもの、以下同様に溶解する。移動相の流れによって引起こされるカラムの通過の際、種々の物質の異なった濃度の範囲が引き離される。このことは、いずれにせよ順にカラムの出口における異なった物質の分離及び別個の捕獲のためには十分ではなかった。しかしながら作用は、クロマトグラフィーの同期作用によって重畳される。これは、その他の点では個々の物質又は物質群におけるその選択作用を除けば、適当なゾルベンによりなお同様に化合物をその連鎖長さにしたがって引き離すことができる。クロマトグラフィーは、同時に移動相における詰まりの進行する分解によって行なわれる。ゾルベンが溶液と接触するところでは、溶解した分子は、移動相としての溶液と固定相としてのゾルベンとの間の相互作用を生じる。まだ溶解していない詰まりと最終的に純粋な溶液との間のカラムの高さ範囲において、溶解しない混合物と溶液は、互いに密に並んで分配して存在する。それ故にすでにカラムのこの高さ範囲は、クロマトグラフィーのために利用されている。純粋なクロマトグラフィーの多かれ少なかれ大きな下側範囲が続くことがあるが、無条件であってはいけない。
【００１１】
調製クロマトグラフィーは、通常利用可能な程度に分離することさえ可能であり、かつこれは、それ自体過負荷によって不正確になるにすぎない。しかし定性的に進行する抽出の作用との重畳は、本発明により認識されかつ利用されるようにするように、クロマトグラフィーによって得られたフラクションを少なくとも局所的に二重又はそれ以上に引き離すことができる。このようにしていずれにせよこのことは、ゾルベンがすでに直接混合物内においても有効な場合に当てはまり、これは、通常の場合である。それにより生産量の徹底的な増加が可能であり、すなわち生産性の徹底的な上昇が可能である。
【００１２】
その場合その他に、異なった溶解度の及び場合によっては吸着能力の物質の強力な引き離しが、同じ溶解度の異なった物質の、例えば同じ炭素原子数及び異なった飽和度の脂肪酸の純粋なクロマトグラフィー分離にも役に立つことがあることは、決定的である。移動及び固定の相の間の分子の相互作用は、別の分子がすでに取り除かれており、かつ総合濃度が相応して減少しているとき、自由に行なうことができる。本発明のとくに有利な構成は、不飽和脂肪酸及び／又はこのような脂肪酸の化合物を取得するためドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０６５３９号明細書及びヨーロッパ特許出願公開第０５５８９７４号明細書により公知の方法と、すなわち少なくとも１つの群の１つ又は複数のその分子に少なくとも１つの遊離電子対を有しかつ／又は１つ又は複数の分子内に少なくとも１つの多重結合を有するゾルベンと組合わせてそれを利用することにあり、その際、脂肪酸及び／又は脂肪酸化合物は、同じ炭素原子数の存在する限り飽和した脂肪酸又は脂肪酸化合物を通した後にカラムそれ自体により又は濃厚化した混合物中に捕獲される。両方の処置は補い合う。定性的に進行する抽出は、溶解度にしたがった分離を促進し、遊離電子対及び／又は多重結合を有するゾルベンは、同じ溶解度であるが異なった飽和度の脂肪酸を分離する。
【００１３】
基本的にクロマトグラフィーと定性的に進行する抽出を組合わせた場合にも、通常の抽出の技術的動作様式が可能である。このことは、とりわけこのように単純に圧力をかけたシステム内に供給できない脂肪酸に対しても考慮される。溶媒としてかつ同時に移動相として、二酸化炭素以外に抽出及びクロマトグラフィーのためその他の場合に通常の純粋な形又は混合物としての溶媒が、例えばヘキサン、ジクロルメタン、メタノール、エタノール、流体として６フッ化硫黄、プロパン、酸化二窒素、超臨界水が考慮される。
【００１４】
次に本発明を例によってさらに説明する。
【００１５】
例１
肝油エチルエステルから混合物が抽出され、この混合物中に、不飽和脂肪酸、アラキドン酸（２０：４）、アイコサペンタエン酸（２０：５）、ドコサペンタエン酸（２２：５）及びドコサヘキサエン酸（２２：６）が濃厚化されていた。抽出は、４．５ｃｍの直径及び３００ｃｍの高さの高級鋼−ズルツァー（Ｓｕｌｚｅｒ）−パッケージを備えたカラム内において、１３５バールの圧力及び５７°Ｃの温度で、超臨界二酸化炭素によって向流法で行なわれた。下から上へカラムを通って導かれた二酸化炭素の流速は、２０ｋｇ／ｈであった。肝油エチルエステルの導入は、ほぼ２００ｃｍの高さのところで０．５４ｋｇ／ｈの供給速度で行なわれた。
【００１６】
図１は、ガスクロマトグラムにおいて肝油エチルエステルの解析を示している。一層重要な酸は、ここにおいてその通常の記号様式で記入され、すなわち炭素原子数：二重結合数で記入されている。上にはっきりと挙げた酸の含有量は、次のようになった。
２０：４ ０．５重量％
２０：５ ８．９重量％
２２：５ １．３重量％
２２：６ １０．５重量％
【００１７】
通常の向流抽出の後に、残さい中に図２に示すように次のものがあった。
２０：４ ０．９重量％
２０：５ １１．０重量％
２２：５ ２．１重量％
２２：６ １５．４重量％
【００１８】
抽出は、アミノプロピル相により覆われた心直径１０００μのシリカゲルを有するカラムの６０ｃｍの高さのパッケージによって繰返され；その上ここでも高級鋼−ズルツァー−パッケージがあった。残さい中には今度は次のものがあった−図３参照。
２０：４ ０．９重量％
２０：５ １５．９重量％
２２：５ ５．１重量％
２２：６ ３４．３重量％
【００１９】
溶媒として利用した二酸化炭素の前記の温度及び圧力の設定の場合、ほぼ炭素原子数１８までの酸は溶解し、かつそれを越えるものはもはや溶解しない。しかしながら純粋な抽出の切断は、鋭くはない。図２から明らかなように、残さい中にそれより短い分子を有する酸もなお存在し、かつその逆に、第２の実験において得られた考慮された酸の高い含有量における吸着援助した抽出と比較すれば明らかなように、さらに長い連鎖の分子を有する酸が一緒に抽出される。図３において残りのピークは、増加した含有量に相応して一部さらに大きな面積になっている。その他に、ゾルベンの利用との組合せにおいて抽出断面が著しく鋭くなったことがわかる。１８の炭素原子数を有するものより小さな分子は、まだほとんど見つけることができない。吸着された分子は、溶解過程に負担をかけず、かつ一緒に溶解されない。溶媒は、妨害されずに作用することができる。
【００２０】
図４のガスクロマトグラムが示すように、主としてパルミチン酸（１６：０）、パルミトオレイン酸（１６：１）及びアイコサペンタエン酸（２０：５）からなる魚油濃縮物から、高濃度アイコサペンタエン酸を分離した。
【００２１】
魚油濃度は、エチルエステルの変換した後、超臨界ＣＯ２中において１１０ｃｍの高さ及び１０ｃｍの直径のカラムを通って案内され、このカラムは、アミノプロピル相で被覆された１０００μの心直径のシリカゲルのパッケージを有していた。ＣＯ２流は、４０°Ｃ１１０バールで１６０ｋｇ／ｈであった。
【００２２】
４つの実験において７０ｍｌ、２００ｍｌ、２６０ｍｌ及び４００ｍｌの量が、カラムを介してＣＯ２流内に入力された。溶出物は、２０のフラクションにして捕獲された。
【００２３】
結果は、図５に示されている。
【００２４】
個々のフラクションの解析から明らかなように、フラクションＮｏ．１ないしＮｏ．３から延びた第１のピーク（２分後のピーク）において主として１６：０が溶出し、かつＮｏ．４ないしＮｏ．６から延びた第二のピーク（６分後のピーク）において主として１６：０、１６：１及び２０：４が溶出した。その際、７０ｍｌの入力の際にＮｏ．２までの解析は、純粋に１６：０のままであり；Ｎｏ．３において初めて第２のピークとの重なりが存在する。第２のピークとの重なりは、２００ｍｌの入力の際にさらに大きくなり、かつ２６０ｍｌの入力の際になお一段と多くなり；２００ｍｌの際に第１のフラクションだけがまだ純粋であり、２６０ｍｌの際になおさらにわずかである。
【００２５】
それに対して第２のピークの後に、入力量を増加した際に徐々に第３のピークが生じる。これは、７０ｍｌ及び２００ｍｌの場合、フラクションＮｏ．７においてかすかに示されているだけであり；２６０ｍｌの場合はっきりとしており、かつすでにＮｏ．８をわずかに含んでおり；４００ｍｌの場合、Ｎｏ．７からＮｏ．１３まで（１７ないし２５分）大幅にはっきりと延びている。ここでは範囲として記入したように、最後に優勢な２２：６とともに、Ｎｏ．１３以後２０：５が支配的に溶出している。
【００２６】
４００ｍｌの入力の際、図５に範囲として強調したフラクションＮｏ．７ないしＮｏ．１５は、全体として９０％以上の２０：５の含有量を有する。図６は、これをガスクロマトグラムにして示している。このことは、得られる量と濃縮度との間において調整目標設定においてきわめて望ましい関係を表しており：１つの作業過程だけでほぼ６５％の２０：５を含む魚油濃度から、９２％の濃度を有する２０：５の量の５１％が再発見されている。
【００２７】
図５の溶出プロファイルは、その他に次ぎのように解釈することができ：７０ｍｌの入力量は、完全にまだクロマトグラフィーの枠内にあり；純粋なクロマトグラフィー分離を行なうため、入力量は、ほぼ３０ｍｌに制限されていた。過負荷が進行する際、それ自体存在するクロマトグラフィーの選択度が消失する。第２及び第１のピークは、さらに近くに近付き、かつさらに大幅に重なり合う。重なりは、破線で記入されている。しかし第３と第２のピークの間において選択度の驚くべき改善が成立しており、すなわち２０：５とその前に溶出した脂肪酸との間の選択度の改善が成立している。この位置において前記の作用が生じ：定性的に進行する抽出及びクロマトグラフィーの引き離し作用は、一緒になり；その際、追加的に特定の量のアミノプロピル相は、多数の二重結合を有する長鎖脂肪酸を確保し、かつそれに応じて遅らせて溶出する。さらに大きな重なりの際に初めて第３のピークがとくに現われることは、この時被覆相の結合活性位置がかなり完全にもっとも強力に引き付けられた長鎖のおおいに不飽和の脂肪酸によってのみ独占されており、かつその点においてさらに小さな親和力を有する分子にとってもはやクロマトグラフィー容量が全く利用できないということによって説明することができる。
【００２８】
例３
図７にそのクロマトグラムを示した図１による肝油エチルエステルに類似のいわし油エチルエステルは、例２におけるように、入力量４００ｍｌで処理された。最後に図５上部におけるものと類似の溶出プロファイルが得られた。しかし２０：５の主要量を含むピークは、さらに短い連鎖長さの多数の脂肪酸に相応して一層遅くなり、かつ短かった。２１ないし２５分に、全体として９１％の２０：５の濃度を有する６つのフラクションが捕獲できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】肝油エチルエステルの分析を示すガスクロマトグラムである。
【図２】残さい中の成分を示す図である。
【図３】残さい中の成分を示す図である。
【図４】魚油濃縮物のガスクロマトグラムである。
【図５】魚油濃縮物のガスクロマトグラフィーによる溶出物のプロファイルを示す図である。
【図６】それぞれの物質のクロマトグラムである。
【図７】それぞれの物質のクロマトグラムである。
【図８】それぞれの物質のクロマトグラムである。

Claims (4)

1. 溶媒を使用して不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物を含む混合物（以下脂肪酸混合物という）から不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物を取得する方法において、固定相としての吸着剤により覆われた充填物を収容するカラム内を流れる溶媒としての液状又は超臨界の二酸化炭素（以下二酸化炭素という）が、脂肪酸混合物に対して並流又は向流で脂肪酸混合物と接触せしめられ、それにより脂肪酸混合物が次第に溶解され、吸着剤の吸着作用が、脂肪酸混合物の溶解過程において溶媒としての二酸化炭素による脂肪酸混合物の不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物の抽出を援助し、かつ溶解過程後、移動相としての二酸化炭素との共同作用でこの抽出を引き続き行うことを特徴とする、方法。
2. 脂肪酸混合物が、抽出により２つのフラクションに分離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 分離すべき不飽和脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物を溶解するけれども異なった速さで溶解するため、脂肪酸混合物がバッチ状に加えられ、かつ溶媒と並流で複数のフラクションに分離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 吸着剤が、その１つ又は複数の分子の少なくとも１つの群に少なくとも１つの遊離電子対を有し、かつ／又はこの吸着剤が、その１つ又は複数の分子内に少なくとも１つの多重結合を有し、不飽和の脂肪酸及び／又はこのような脂肪酸の化合物が、同じ炭素原子数の飽和した脂肪酸又はこのような脂肪酸の化合物が存在する場合これがカラムを通過した後に、単独で又は濃縮された混合物で集められることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

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