JP4560637B2 - 改良されたスクラロース組成物およびその結晶化の方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０００年１１月１７日に出願された仮特許出願第６０／２４９，７８２号の恩典を主張し、この仮特許出願は参照されることによって本明細書の一部をなす。
本発明は、改良された形態のスクラロースとその生成方法に関するものである。

スクラロース（４，１’，６’−トリクロロ−４，１’，６’−トリデオキシガラクトスクロース）はスクロースから作られる強い甘味料であり、多くの食品、飲料の用途に使用することができる。スクラロースは多くの人工甘味料と違って甘味をつける力を失うことなく料理したり焼いたりできる。

スクラロースは一般に米国特許第４，３６２，８６９号、同第４，３８０，４７６号、同第４，８０１，７００号、同第４，９５０，７４６号、同第５，４７０，９６９号、同第５，４９８，７０９号に記載される方法に従って生成される。これらの方法の全てにおいて、スクラロースの合成における最終工程の１つは、スクラロースの脱アシル化とそれに続く結晶化である。スクラロースの結晶化のための実験室規模の方法は、米国特許第４，３４３，９３４号、同第５，１４１，８６０号、同第４，９７７，２５４号、同第４，７８３，５２６号、同第４，３８０，４７６号、同第５，２９８，６１１号、同第４，３６２，８６９号、同第４，８０１，７００号および同第４，９８０，４６３号に開示されている。これらの多くの特許に開示されるように、スクラロース前駆体の脱アシル化は触媒作用を生じる量のナトリウムメトキシドと共にメタノール中で行われる。脱アシル化が完了した後、得られたスクラロース溶液をイオン交換樹脂に接触させて残留するナトリウムメトキシドをメタノールに転化させる。その後イオン交換樹脂を取り除き、揮発性の溶媒と反応副生成物を水と共に共通蒸留することによって取り除く。これにより溶媒が水に交換される。続いて、この混合物を活性化された炭素と接触させることによって脱色する。この炭素を取り除き、スクラロースを結晶化するのに適した脱色スクラロース溶液を得る。スクラロース溶液を約５５重量％スクラロース（約５０℃において）に濃縮する。結晶化は、温度を約２２℃に下げ約２％のスクラロースの種晶を加えることによって実施する。生成された結晶を遠心分離機によって母液から分離し、乾燥する。結晶から分離された母液を、脱色処理の直前に次のバッチに加える。

不都合なことに、この処理にはいくつかの欠点がある。母液は時間が経つと酸性になる可能性がある。また、不純物の蓄積が結晶化を妨げることになり、定期的に母液を取り除いたり捨てたりしなければならなくなる。また、上述のように生成されるスクラロースの結晶は微量の塩酸を発生する。この塩酸は、スクラロースの貯蔵寿命を減少させる。

本発明の目的は、より安定した形態のスクラロースの結晶を生成する改良された方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、より安定した改良されたスクラロース組成物の結晶を提供することである。

我々は、結晶化の前にスクラロース溶液に緩衝剤を加えると、スクラロースから結晶化されるスクラロースの安定性が著しく高められ、また処理中の母液の安定性が高められることを発見した。
また、我々は、結晶化の間スクラロースを含むスクラロース溶液のｐＨを約ｐＨ５．５乃至約８．５に保持することによって、スクラロース結晶の最終的な安定性を改善することができることを発見した。
本発明の他の実施の形態として、我々は保存中に酢酸臭を発生しない安定したスクラロース結晶生成物を提供する。
さらに本発明の他の実施の形態として、我々は保存中に酢酸臭を発生しない安定したスクラロース結晶生成物の生成方法を提供する。
さらに本発明の他の実施の形態として、我々はまた、約０．５重量％乃至約１０重量％の残留水分含有量を有するスクラロース結晶は安定性が改善されていることを予期せず発見した。
さらに本発明の他の実施の形態として、我々はまた、水分含有量を維持する容器に入れられるスクラロース結晶を含む生成物を発見した。好ましくは、３８℃で９２％の相対湿度において試験されたとき、容器は０．２５グラム水／１００平方インチの表面積／２４時間より大きくない水分蒸発透過率（ＭＶＴＲ）を有する。
当業者にとっては、以下の明細書（実施例と請求項を含む）を読むことによってこれらの発明および他の発明は明らかであろう。

スクラロースおよびスクラロースの生成方法は、多数の特許、例えば米国特許第４，８０１，７００号、同第４，９５０，７４６号、同第５，４７０，９６９号、同第５，４９８，７０９号に開示されており、これらの開示は参照されることによって本明細書の一部をなす。スクラロースの合成における保護アルコール基の脱アシル化に続いて、スクラロースを含む反応混合物は中和され、安定化され、脱色される必要があり、スクラロースは結晶化によって混合物から取り出される。

スクラロースを含む反応混合物は、存在するいかなる残留メトキシドをメタノールに転化する処理によって中和することができる。従来からこの処理は［Ｈ＋］イオン交換樹脂を加えることによって達成される。適切なイオン交換樹脂は当分野で知られており、例えばAMBERLITE（登録商標）ＩＲＣ５０［Ｈ＋］（Rohm and Haas）がある。

中和された反応混合物を容易に濃縮しさらに処理を行うために、いかなる残留する揮発性溶媒または反応生成物を蒸留によって取り除く。好ましくは、この蒸留は減圧下で行う。中和された反応混合物を濃縮するために、水を加え、約３０重量％乃至約７０重量％スクラロース、好ましくは約４５重量％乃至約６５重量％スクラロースを含む水溶液を得る。溶液中でスクラロースを保持するのに十分なように反応混合物を一定の温度に保つ。一般に、温度は約４５℃乃至約５０℃であろう。

スクラロース含有溶液の中和処理前または後に、スクラロース含有溶液を脱色剤に接触させてもよい。最も一般的には脱色剤は活性化炭素であろうが他の脱色剤を用いてもよい。炭素は粉末状でもよいしカラムに充填されてもよい。しかしながら、炭素は結晶化される前に溶液から取り除かなければならない。使用される炭素の量は反応混合物中の着色剤の量と炭素のタイプによる。当業者は混合物を脱色するために加える炭素の適切な最小量を容易に決定することができる。この炭素はばらばらの形態で加えられていれば、従来の手段（例えば濾過）によって取り除くことができる。

このとき、濃縮したスクラロース溶液を安定させるために少量の緩衝剤塩を加える。ｐＨをさらに調整するため中性溶液を加える。緩衝剤は食品として許容される弱酸の、食品として許容されるいかなる塩でもよく、例えば酢酸、クエン酸、アスコルビン酸、安息香酸、カプリル酸、二酢酸、フマル酸、グルコン酸、乳酸、リン酸、ソルベート、酒石酸のナトリウム塩またはカリウム塩、およびその混合物がある。好ましい緩衝剤には酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムがあり、これらを使用してもよい。実際には、少量の酢酸ナトリウムが反応の副生成物として存在する可能性があるが、結晶化の酸性度を調整するには不十分である。中和処理は、食品へのスクラロースの使用に調和し、またはスクラロースの最終生成物の味を傷めないいかなるｐＨ調整用の酸化合物または塩基化合物を用いて行われてもよい。一般に、次のようなｐＨ調整用化合物が使用されてもよい。すなわち、水酸化物、炭酸、炭酸水素、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸、安息香酸、カプリル酸、二酢酸、フマル酸、グルコン酸、乳酸、リン酸、ソルベート、酒石酸のナトリウム塩、カリウム塩または他の食品として許容される塩およびその混合物がある。好ましいｐＨ調整用化合物は水酸化ナトリウムである。

しかしながら、我々は少量の酢酸ナトリウムを使用することの利点を発見した。すなわち、結晶化母液中の酢酸ナトリウムの量を、１００ｐｐｍ（百万分の一）以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、最も好ましくは約３５ｐｐｍ乃至約５０ｐｐｍの濃度に維持することによって、固体のスクラロース生成物が酢酸臭を発生しないことが保証される。

結晶化する間、スクラロース含有溶液のｐＨは、約５．５乃至約８．５、好ましくは約６．５乃至７．８、最も好ましくは約７乃至約７．８に保持されるべきである。ｐＨをこれらの範囲に保持することによって、スクラロース生成物および再利用される母液の長期に渡る安定性を著しく高めることができる。

スクラロースは、従来の結晶化装置を用いてスクラロース含有溶液から結晶化されてもよい。スクラロース水溶液はスクラロース含有量約５５重量％に濃縮され、約１０℃乃至約３０℃、好ましくは約２０℃乃至約２５℃に冷却される。好ましくは、結晶形成を引き起こすためにスクラロース溶液にスクラロース種晶を入れる。一般的な指針として、結晶化混合物中にスクラロースを約２重量％含む種晶は望ましい結晶生成を引き起こすようである。

結晶は遠心分離機または濾過によって母液から分離され、母液は中性化の後で結晶化の前の処理工程の早期の段階で再利用される。好ましくは、母液は再利用され、中性化の後で結晶化の前の処理工程において反応混合物に加えられる。

残留するいかなる母液を取り除くために結晶を洗い、従来の乾燥機、例えばトレイ乾燥機または仕切り乾燥機、攪拌トレイ鉛直ターボ乾燥機、攪拌バッチ回転乾燥機、流動化ベッド乾燥機、気体搬送乾燥機を用いて乾燥してもよい。乾燥機は大気圧下または減圧下で、バッチモードまたは連続モードで使用される。残ったスクラロースの水分含有量が、約０．５重量％乃至約１０重量％、好ましくは約０．５重量％乃至約５重量％、最も好ましくは約０．５重量％乃至２重量％の範囲であれば、スクラロースの安定性が高められることが実験により予期せずに証明された。このパラグラフで言及されるスクラロースは非水和物である。非水和物とは、いかなる量のスクラロース水和物（例えばスクラロース５水和物）も含まないことを意味する。スクラロースは乾燥されて水分含有量が減ると実際に安定性が減少する。乾燥機内の温度は６０℃以下、好ましくは約３５℃乃至約４５℃に保持されるべきである。

理想的には、最終的なスクラロース生成物の水分含有量は、水分含有量を維持する容器を用いて、出荷および操作の間約０．５重量％乃至約１０重量％に維持されるであろう。容器の材料の透過性が減少すると水分がより維持され、生成物はより安定するであろう。一般に、容器はスクラロースの水分含有量を維持するであろう入れ物であろう。この容器は、３８℃で９２％の相対湿度においてテストされたとき、０．２５グラム水／１００平方インチの表面積／２４時間を越えない水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）を有することが望ましい。好ましくは、容器のＭＶＴＲは０．２グラム／１００平方インチ／２４時間を越えないであろう。より好ましくは、容器のＭＶＴＲは０．１５グラム／１００平方インチ／２４時間を越えないであろう。最も好ましくは、容器のＭＶＴＲは０．１グラム／１００平方インチ／２４時間を越えないであろう。容器は可撓性のものであってもよいし剛体でもよい。スクラロースの容器を生成するための適切な材料には、限定されないが、ポリマーフィルムまたはクラフト紙のような基質を、金属で被膜し、またはアルミニウム箔で積層した基質のような水分制限容器がある。適切なポリマーには、ポリオレフィン（例えば高密度（直鎖型）ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリアルキルテレフタレート、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサン−１，４−ジメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニル、塩化ポリビニルおよびフッ化ポリビニルのコポリマーがある。さらに、使用されうる容器の材料には、適切な水分バリアを有する重ね合わせの紙袋、ドラム状の壁または結び付けていない挿入された裏地を備えたポリマーまたはアルミニウム箔の裏地付き体を有するファイバードラムがある。中空成形ドラム、および水分バリアを用いてポリマーから作られるバケツのような剛体の容器を使用してもよい。ポリマー基質から作られる出荷袋のような柔軟な容器が好ましい。最も好ましいのは、一般に水分耐性容器を作るために使用されるポリマーから形成されるポリマーフィルムに積層されたアルミニウム箔から作られる容器である（例えばアルミニウム箔の薄層および上記のポリオレフィンまたはポリエステル）。

実施例
一般的な手順
促進された安定性の試験のためのサンプルの調製：
７つの６オンス容量、および７つの１８オンス容量のWHIRLPAK（登録商標）ポリエチレン袋に消えないマーカーでそれぞれのバッチが安定性の試験が行われていることを示すためにラベルを付ける。正確に２５ｇ±０．０１ｇのスクラロースを６オンス容量の各WHIRLPAK（登録商標）ポリエチレン袋に入れる。空気を引き締めるため、６オンス容量の袋を熱するか、またはインパルスシールを行う。シールの上方の袋の表面にある、すべての余分なポリエチレンを取り除く。シールされた６オンス容量の袋を１８オンス容量の袋に入れ、空気を引き締めるために１８オンス容量の袋を熱するか、またはインパルスシールを行う。１８オンス容量の袋のシール上方の上端を巻き下げ、金属のタイを曲げてフックを形成する。

促進された安定性のテスト：
生成した袋を、フックをラックから吊り下げて５０℃±０．５℃に安定された乾燥室に入れる。袋は自由に動くように、かつ何にも触れないように吊り下げられなければならない。サンプルを乾燥室内に入れた時間を記録する。

ｐＨ安定性：
ｐＨ安定性試験を時間０（サンプルを乾燥室に入れた日であって、スクラロースを上昇された温度にさらす前）において、またバッチが試験に不合格になるまでの２４時間毎にスクラロースについて試験する。

ｐＨを調整した水の作成：
約１００ｍｌの脱イオン水を１５０ｍｌビーカーに入れる。０．１Ｎ塩酸および／または０．１Ｎ水酸化ナトリウムを用いて、水のｐＨを５．８乃至６．０に調整する。読み出したｐＨを記録する。

スクラロースサンプル溶液の作成：
試験される生成物を正確に５ｇ±０．００１ｇ量り、５０ｍｌ容積のフラスコに移す。ｐＨ調整水を加えて溶解し、マークまで入れる。試験されるサンプルが熱にさらされたものであれば、テストされるバッチの１つを乾燥室から取り出し、開封しサンプリングする前に室温に冷却する。

ｐＨの測定：
攪拌棒を備えた１００ｍｌビーカーに上記溶液を注ぎ、磁気攪拌機上で溶液をゆっくりと攪拌する。サンプル中にｐＨ電極を浸し、ｐＨの示す値を安定させてサンプルのｐＨの読み出した値を記録する。すべての袋を試験した結果ｐＨの下降が見られなければこの実験は無効であるため、より多くの袋を用いて再び試験を行わなければならない。

色の安定性：
この試験にはただ１つのサンプルのみが必要である。上述したような２重の袋を準備し、熱する。色の安定性のために準備した１重の袋の中身を２４時間毎に視覚的に点検する。最初に発色するまでの日数を記録する。

計算と解釈：
ｐＨ安定性：
使用されたｐＨ調整水、およびスクラロース溶液のサンプルのｐＨをともに（小数第１位まで）記録する。ｐＨ調整水のｐＨからサンプル溶液のｐＨを引く。ｐＨの下降を（−）で示し、ｐＨの上昇を（＋）で示す。例えば：
ｐＨ調整水のｐＨ ６．０
サンプルのｐＨ ５．７
結果 −０．３

ｐＨが１．０ｐＨまたはそれ以上下降したら、サンプルは不合格とする。バッチのｐＨの安定性は、サンプル溶液とｐＨ調整水の間のｐＨの下降が１．０以上になるまでの日数によって定義される。

色の安定性：
バッチの色の安定性は、最初に発色するまでの日数によって定義される。

実施例１
結晶化母液中の生成物の安定性に対する緩衝剤濃度の影響
母液中の酢酸ナトリウムの量を異ならせたスクラロースのバッチを一定の数準備し、上述のように試験した。
結果：

表にまとめたデータから、３００ｐｐｍより多くの酢酸ナトリウムを含む溶液から結晶化された生成物のｐＨ安定性の平均値（不合格になるまでの日数）は、５．６日である。これらのサンプル溶液の最初のｐＨの平均値は５．７であり、時間０でのサンプル溶液とｐＨ調整水とのｐＨの差の平均値は−０．２１（ｐＨ下降）である。種々のバッチは酢酸の穏やかな臭いから強い臭いを示した。

酢酸ナトリウムを３５ｐｐｍ乃至５０ｐｐｍのみ含む溶液から結晶化されたバッチでは、不合格までの日数は同様である（平均５．７日）。最初のｐＨの平均値は６．０であり、時間０のときのｐＨの差の平均値は＋０．０８である。どのバッチも酢酸臭は示さなかった。

結論：
スクラロースを結晶化する間の溶液中の酢酸ナトリウムの最適量は３５ｐｐｍ乃至５０ｐｐｍである。この量は結晶化する間ｐＨを許容できるレベルに維持するのに十分であることを証明している。最終生成物の安定性は優れており、生成物は酢酸臭を示さなかった。

実施例２
結晶化中の生成物の安定性に対するｐＨの影響
結晶化中に存在するアセテートまたは他の緩衝物質の量に関わらず、母液のｐＨは時間が経つと下降する傾向がある。従来から、ｐＨは約３乃至約４の範囲を有する。我々は結晶化中にｐＨを中性付近に調整すると、最終生成物の安定性が極めて高くなることを発見した。次の表は、結晶化中にｐＨを変化させた種々のバッチの安定性の結果を示す。

中性付近（約６乃至約８）にｐＨを調整することによって、安定化を促進した試験環境の下で平均的な安定性を著しく高めることができることがデータから明らかである。

実施例３
スクラロースの安定性に対する残留水分の影響
スクラロースの種々のバッチのため、促進された安定化の試験のためのサンプルを、乾燥処理中に中間的な水分量に取り除き、試験を最終的な乾燥生成物だけでなく部分的に乾燥した生成物について行った。水分量は乾燥ロス（ＬＯＤ）法によって測定する。結果を以下の表にまとめる。

これらの結果から、乾燥生成物の安定性は残留する水分量に比例することが明らかである。ほとんどの結晶生成物は乾燥したときにより安定になるため、これは予像外の結果であった。

要約
残留する水分量が生成物の安定性に最も大きな影響を示すが、これが唯一の重要な可変値ではない。例えば、これは結晶化中にｐＨの制御ができない場合の影響を抑えることはできない。これは、ｐＨを制御しないで結晶化した実験サンプル３２，３３，３４が、中間的な水分含有量（３％乃至５％）の場合、最終的な水分含有量（それぞれ０．０５％、０．１１％および０．２１％）の場合よりも実際には安定性が少ないという事実から実証される。

実施例４
スクラロースの保存のための水分不浸透性の容器の使用
スクラロースサンプルを上述の手順で安定性試験を行った。ただし、異なる水分浸透性の袋を用いた。実験の他の細部は全て同様である。TYVEK（登録商標）／ポリエチレンバッグは浸透性を有し、WHIRLPAK（登録商標）は浸透性が少ない。Ａ８０８０バッグは低密度ポリエチレンに積層されたアルミニウム箔から構成され、アルミニウム箔によって低密度ポリエチレンは非常に水分不浸透性になっている。結果を以下に示す。

結論
袋の中の水分を維持できる不浸透性の容器を使用することによって、我々は促進された安定性のテストにおいてスクラロースの安定性を４日から３３日に増すことができた。袋の水分透過性と生成物の安定性との間には直接的な相互関係が存在する。他の水分不透過性の材料をスクラロースの容器に使用してこの改善された安定性を実現してもよい。

図１はこの明細書に記載される結晶化処理のある実施の形態のフローチャートを示す図である。この実施の形態に示されるように、スクラロースを含む水性反応混合物は母液と接触され、その後脱色タンクに移される。続いて、混合物を濾過して濃縮する。濃縮したスクラロースを含む溶液を結晶化装置にいれ、種晶を入れて冷やし、スクラロースの結晶を遠心分離機によって母液から分離する。続いて、スクラロース結晶を乾燥させて包装する。母液をこの手順の最初に再利用する。

Claims (14)

1. スクラロース含有水溶液に弱酸の食品として許容される塩である緩衝剤を加え、且つスクラロース結晶を形成させる間に水溶液のｐＨを５．５乃至８．５の範囲に保持するように調整することを備えた前記水溶液からのスクラロースの結晶化方法。
2. 塩のカチオンが、ナトリウム、カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 塩のアニオンが、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸、安息香酸、カプリル酸、二酢酸、フマル酸、グルコン酸、乳酸、リン酸、ソルベート、酒石酸およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記緩衝剤が酢酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記水溶液が１００ｐｐｍより少ない緩衝剤を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記水溶液が５０ｐｐｍより少ない酢酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記水溶液が３５ｐｐｍ乃至５０ｐｐｍの酢酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 再結晶化の間にスクラロース溶液にスクラロースの結晶を加えることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記溶液のｐＨが６．５乃至７．８の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 溶液のｐＨが７乃至７．８の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. （ａ）スクラロース含有水溶液に弱酸の食品として許容される塩である緩衝剤を加え、且つスクラロース含有水溶液のｐＨを５．５乃至８．５の範囲に保持するように調整し、その後、
    （ｂ）スクラロース含有水溶液にスクラロース結晶および母液を供給することによってスクラロース含有水溶液からスクラロース結晶を形成させ、
    （ｃ）母液からスクラロース結晶を分離し、
    （ｄ）スクラロース結晶を乾燥することを備えたスクラロースの結晶化方法。
12. スクラロースは、０．５重量％乃至１０重量％の水分含有量になるまで乾燥されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 結晶化の前にスクラロース含有水溶液にスクラロース結晶を加えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. スクラロース含有水溶液のｐＨを６．５乃至７．８に調整することを特徴とする請求項１１記載の方法。

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