JP4767950B2 - 香料および芳香の分野において有用な化合物を同定または評価する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、香料および芳香(風味剤の揮発性部分)の分野において有用な化合物を同定または評価する方法に関する。本発明の方法は、口腔および特に鼻腔を含むヒト気道における酵素代謝の発生を考慮する。
本発明は、既知の分析的な方法を用いて、香料および芳香の分野において有用な化合物を同定、分析または評価する方法を提供する。
本発明の第1の観点において、本発明は、化合物または少なくとも1つのこの代謝産物のいずれかが臭気物質または臭気物質の前駆体または臭気物質を知覚するモジュレーターである、化合物を同定または評価する方法であって、
a)試験化合物で飽和したヘッドスペースを提供すること、
b)前記飽和したヘッドスペースのヒトの被験者による吸入、
c)ヒトの被験者により吐き出された息を排気すること、
d)吐き出された息を、リアルタイムで、メタボ(Metabo)−GM、メタボスペース(Metabospace)および陽子移動反応質量分析(PTR−MS)から選択された検出方法により分析すること
を含む、前記方法に関する。
飽和したヘッドスペースを、以下の例に記載するようにして提供してもよい。
1つの特定の態様において、化合物を、鼻を通して吸入し、吐き出す。他の態様において、化合物を、鼻を通して吸入し、口を通して吐き出す。他の特定の態様において、化合物を、口を通して吸入し、鼻を通して吐き出す。尚他の態様において、化合物を、口を通して吸入し、吐き出す。
検出および分析方法は、メタボ−GM、メタボスペースおよび陽子移動反応質量分析(PTR−MS)を含む。該方法の1つまたは2つ以上を、組み合わせてもよい。特に、PTR−MSを、メタボスペースに加えて用いることができる。
メタボ−GM、メタボスペースおよびPTR−MSの1つまたは2つ以上に加えて、オルファクトメーター分析を行って、モジュレーターの効果をさらに特徴づけてもよい。
「メタボスペース」技術により、関連する化合物から開始してのin vivoで生じた代謝産物(吐き出された揮発性物質)のリアルタイムでの検出および分析が可能になる。先ず、被験対象は揮発性化合物の飽和したヘッドスペースを吸入する。飽和したヘッドスペースを、以下の例に記載するように、提供してもよい。息を、ガラス漏斗中に直接吐き出し、これは、Grab, W.およびGfeller, H.、ACS Symposium Series 763 - Flavor Release (Roberts, D.D.およびTaylor, A.J.編)、American Chemical Society, Washington, DC (2002)中に記載されているように、質量スペクトルが、揮発性物質の迅速な動的変化の測定を可能にする改良された接合部分を有する周囲圧力化学イオン化(APCI)イオン供給源を備えた四重極質量分析計により記録される、分析デバイスへの接合部分として作用する。手順を、例えば以下の例にさらに記載されているように行ってもよい。
PTR−MSは、口腔から鼻への芳香放出および鼻後方の輸送の分析のために一般的に用いられる(例えば、Aliら(2003)、In vivo analysis of aroma release while eating food: a novel set-up for monitoring on-line nosespace air.1st International Conference on Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry and Its Applications, 第2版(A. Hansel, T. Maerk編)、161〜164頁)。
本発明の状況において、PTR−MSにより、リアルタイムでの化合物の検出が可能になるのみならず、さらに個別の化合物の測定された計数率を直接用いて、絶対的なヘッドスペース濃度を決定することができる。PTR−MSを、前述のメタボスペースについて記載したように行ってもよい。
吐き出された化合物を、樹脂上に捕集し、続いて結合した物質を脱着させ、質量分析に連結したガスクロマトグラフィー(GC−MS)で分析する。
被験対象は既知の化合物で飽和したヘッドスペースを吸入し、吐き出された空気を少なくとも1つの鼻孔に直接接続したガラス管中に含まれる適切な吸着剤樹脂上に捕集する。
被験対象の鼻孔の1つを遮断する。開放されている鼻孔を通して、被験対象は試験化合物を吸入し、樹脂を含む管を通して吐き出す。あるいはまた、両方の鼻孔を、管に接続するかまたは、管を、真空に接続し、樹脂上に吸着されるべき吐き出された空気を、ガラス漏斗を通して導く。
第2の段階において、飽和したヘッドスペースをゆっくりと吸入し、吐き出された空気を、上記のように捕集する。この段階を、通常、数回繰り返して、吸着樹脂上の揮発性物質および代謝産物の濃度を増大させる。最適な繰り返し速度を、蒸気圧および代謝の程度に依存して、各々の試験化合物に対して調整する必要がある。
第4の段階において、分析管を自動試料採取装置(例えば、Thermodesorption Autosampler TDS-A, GERSTEL, Germany)中に配置し、コンピューター制御分析順序を開始する。
先ず、試料をGC注入ライナー中に樹脂結合化合物(例えば、Thermodesorption system TDS, GERSTEL, Germany)の熱的脱着により寒冷集中させ(cryo-focused)、その後の加熱および分離カラムへの移送のために、Cryo-Trap(例えば、液体窒素で冷却したCooled Injection System CIS, GERSTEL, Germany)中で濃縮する。
次に、試料中に含まれる化合物をGC(例えば、DB-Wax column, Macherey-Nagel, Germanyを備えた、Hewlett Packard Model 5890)により分離し、質量分析(例えば、Hewlett Packard Model 5972)により分析する。GCカラムを、当該分野で十分知られているように、関連する化合物の観点での、所要の分離特性により選択する。
最後に、検出された化合物のMSパターンをデータベースと比較し、化合物の化学構造を決定する。
飽和した蒸気相の希釈による特定の臭気物質の濃度を、オルファクトメーターを用いることにより達成することができる。1つまたは2つのオルファクトメーターを用いてもよい。
被験対象は、所定の試験化合物をオルファクトメーターのにおい知覚口(例えばガラス漏斗)から特定の濃度でにおいを知覚し、臭気の強度および質を評定する。関連する化合物の飽和したヘッドスペースの種々の希釈を用いる(希釈は、空気、好ましくは乾燥した空気としてもよい)。湿潤した空気もまた用いてもよいが、しばしば、これは、嗅覚知覚のために否定的なようである。あるいはまた、混合チャンバにより、第2の化合物(例えばモジュレーターを同定するための)を、におい知覚口に到達する希釈したヘッドスペースに加えることが可能になる。
他の例において、前記の第2の試験化合物を、他の揮発性の臭気を有する試験化合物の質を変化させるこの能力により、モジュレーターとして同定することができる。
例えば生体内変換酵素の基質である臭気物質の選択は、評価手順の成功のために臨界的に重要であり得、物理化学的特性、例えば蒸気圧、嗅覚的知覚しきい値、logP(clogP)についての知識は必須であり、適切な測定を行うのに必要な技術は当業者には明らかである。
本発明の方法により化合物を同定した後に、同定した試験化合物(これは、例えば、代謝酵素の基質または代謝産物またはモジュレーターであってもよい)を、情報として用いることができ、誘導体を合成して、関連する特定の所望の量の有用な化合物を見出すことができる。誘導体を再び、上に記載したように、本発明の方法における試験化合物として用いる。手順を、関連する特定の所望の嗅覚ノートを有する化合物または、他の臭気化合物と組み合わせての特定の有利な効果が確認されるまで、繰り返してもよい。関連する化合物は、臭気化合物自体であってもよいか、またはこれらは、嗅覚の知覚に対して効果を有していてもよい。化合物は代謝産物または臭気物質のこれらの前駆体であってもよく、化合物は臭気物質の性能を改善するか、または臭気化合物の不所望な嗅覚ノートの知覚を抑制もしくはマスキングすることができる。嗅覚知覚に対する効果を有するこれらの後者のすべては、臭気自体を有していても有していなくてもよい。
例1:
メタボスペースを用いる一般的な手順
メタボスペースを、以下に記載するように行う。
純粋な試験化合物Aの飽和したヘッドスペースを調製する。液体化合物について、5つの吸取紙の細長い一片を試験化合物中に浸漬し、これらを、ガラス栓で閉鎖したガラスフラスコ(容積250ml)中に配置し、室温で20分間放置して平衡にすることにより、これを達成する。固体化合物を、好ましくは大きい表面積を有する形態で、ガラスフラスコに単に加えることができる。
試験化合物が純粋であり、汚染物を含まないことを確実にするために、供給源に依存して、試験化合物を、例えばフラッシュクロマトグラフィーによりさらに精製しなければならない場合があるかもしれない。
その後、被験対象は試験化合物Aを含む調製した飽和したヘッドスペースを鼻を通して吸入し、デバイスにおけるガラス漏斗中に直接、鼻を通して吐き出す。鼻を漏斗から離脱させずに、吸入/吐き出しを、30回継続する。
これを15分後に再び繰り返し、この時点において、バックグラウンド(基質および代謝産物から得られた信号を欠如する)は通常、試験化合物への曝露の前に記録した最初のバックグラウンドと同一であるか、または極めて類似している。
試験化合物Aの代謝産物を、これがヒトの鼻中で生成するに従ってリアルタイムで同定するために、以下の擬分子イオンの相対的な存在度を分析する:ヒトからの吐き出された空気中に常に存在するアセトン(m/z 59における[M+H]+)、試験化合物(適切に選択された[M+H]+)、この代謝産物(1種または2種以上)(適切に選択された[M+H]+);および記録された質量スペクトル(1秒あたり2回の走査)の合計イオンクロマトグラム(TIC)。
試験化合物 2−メトキシアセトフェノン
試験化合物として2−メトキシアセトフェノンを用いて例1に記載したように手順を行い、以下の変更を加えた:
汚染物として2−ヒドロキシアセトフェノンを含まない試料を用いて開始するために、市販の品質(Fluka, Buchs, Switzerland)をフラッシュクロマトグラフィーによりさらに精製した。
例1に記載した分析により、m/z 151において検出された2−メトキシアセトフェノンの吸入に続いて、m/z 137において、2−ヒドロキシアセトフェノンに相当する化合物が検出されることが示された。
試験化合物 2−メトキシアセトフェノン、異なる吸入/吐き出しプロトコル
試験化合物として2−メトキシアセトフェノンを用いて、例2に記載したように手順を行い、以下の変更を加えた:
吸入/吐き出しプロトコルを、以下のようにして調整した。室内空気(対照)または2−メトキシアセトフェノンの飽和したヘッドスペースを、鼻または口のいずれかを通して吸入し、鼻または口のいずれかを通して吐き出した。4種の可能な変法の2種を、試験化合物および対照=室内空気の両方について、分析した。第1の変法において、吸入および吐き出しは共に口を通して行った。第2の変法において、吸入は口を通して行われ、吐き出しは鼻を通して行った。
試験化合物に対して、呼吸プロトコル間に明確な差異があった。
第1の変法で、代謝産物に相当する信号は検出されなかった。
これにより、2−メトキシアセトフェノンの気道での代謝が、主に鼻孔中の酵素活性の結果行われることが示された。
吐き出された息中の2−ヒドロキシアセトフェノンの放出の、吐き出された2−メトキシアセトフェノンとの比較;信号強度、遅延放出の分析
例2に記載したように手順を行った。基質2−メトキシアセトフェノンおよび2−ヒドロキシアセトフェノン(代謝産物)に特異的な質量クロマトグラム信号の強度並びに、時間(吸入/吐き出しサイクル)の関数としてのこれらの減少を分析した。
検出された遅延効果は、水性粘液中で生成した代謝産物の一層高い水溶解性のためであり、代謝産物が吐き出される延長された時間をもたらし得る。
試験化合物ケタノン(メチルラズベリーケトン)
ケタノン(メチルラズベリーケトン)を試験化合物として、例2に記載したように手順を行った。
信号の分析により、m/z 179において検出されるケタノンの吸入に続いて、4−(4−ヒドロキシフェニル)ブタン−2−オン(ラズベリーケトン)(代謝産物)に相当する化合物がm/z 165において検出されることが示された。これは、気道中に存在する酵素による試験化合物のメトキシ基の脱メチル化のためであると考えられる。
本発明者らは、ケタノンの記載されたラズベリー観点は、ケタノンのためではなく、ラズベリー芳香中の低いしきい値の痕跡成分であるこの代謝産物の少量の知覚から誘導されると、考える。あるいはまた、基質はすでに、弱いラズベリー芳香(一層高い嗅覚しきい値)を有していてもよい。
2−メトキシアセトフェノンを代謝する酵素の抑制因子
手順を、例2に記載したように行い、以下の変更を加えた:
揮発性の抑制因子化合物(鼻代謝酵素CYP2A13の阻害剤)を、試験化合物2−メトキシアセトフェノンの吸入の直前に吸入した。
被験対象は、3回の試行を連続して行った:(1)試験化合物のみ;(2)抑制因子、続いて試験化合物;(3)試験化合物のみ。試行の前および間に、ブランク対照を記録した(室内空気の吸入および30回の吸入/吐き出しサイクルの記録)。
試行(2)において、m/z 137信号(代謝産物)は、比較において主要ではなく、これは、顕著に比較的少量の代謝産物が、抑制因子の存在下で生成することを示した。
ケタノンを代謝する酵素の抑制因子
手順を、例6Aに記載したように行うが、試験化合物として、ケタノンを用い、ケタノンおよびこの代謝産物4−(4−ヒドロキシフェニル)ブタン−2−オン(ラズベリーケトン)を、例5に記載したように検出した。
結果は、例6Aと同様である。抑制因子を用いた試行により、代謝産物4−(4−ヒドロキシフェニル)ブタン−2−オン(ラズベリーケトン)についての顕著に低下した信号強度が示された。
メタボ−GM、一般的手順
吐き出された化合物を、樹脂上に捕集し、続いて結合した物質を脱着し、質量分析と連結させたガスクロマトグラフィー(GC−MS)により分析した。
被験対象は、既知の化合物の飽和したヘッドスペースを吸入し、吐き出された空気を、吸着剤Tenax(登録商標)TA樹脂上に捕集した。
次に、試料中に含まれる化合物を、GC(DB-Waxカラムを備えた、Hewlett Packard Model 5890, Macherey-Nagel, Germany)により分離し、質量分析(Hewlett Packard Model 5972)により分析した。最後に、検出された化合物のMSパターンをデータベースと比較して、化合物の化学構造を決定した。
メタボ−GM、2−メトキシアセトフェノン
2−メトキシアセトフェノンを試験化合物として、例7に記載したように手順を行った。
対照として、試験化合物のヘッドスペースを樹脂上に直接吸引すした。2−メトキシアセトフェノンのみが、見出された。
被験対象の吐き出した息中で、さらに2−ヒドロキシアセトフェノン(代謝産物)が、GC−MSを用いて検出された。
メタボ−GM、2−メトキシアセトフェノン
例7および8に記載したように手順を行い、以下の修正を加えた。
被験対象は、異なって吸入し、吐き出した。
第1の変法で、吸入および吐き出しを共に口を通して行い、吐き出された空気をガラス管中に直接ゆっくりと吹き込んだ。第2の変法において、口を通して吸入を行い、鼻を通して吐き出した。
これは、2−メトキシアセトフェノンの気道での代謝が、主に鼻孔中の酵素活性の結果起こることを示す。
メタボ−GM、2−メトキシアセトフェノンの代謝の抑制因子
試験化合物の吸入の前に吸入される揮発性抑制因子を用いて、例6Aに記載したように手順を行った。試験化合物および代謝産物の検出を、例7に記載したように行った。
試験化合物は、2−メトキシアセトフェノンであった。
これにより、抑制因子は気道、さらに特に鼻孔に到達する試験化合物から生じる代謝産物の生成に影響することが、確認された。
メタボ−GM、酢酸スチルアリル、鼻を通しての吸入/吐き出し
例7に記載したように手順を行った。
試験化合物は、エステルである酢酸スチルアリルである。エステルを、加水分解酵素により、この代謝産物に潜在的に加水分解することができる。酢酸スチルアリルについて、代謝産物のスチルアリルアルコールおよび酢酸が予測される。このタイプの反応は、カルボキシルエステラーゼの群の酵素により触媒される。
これは、カルボキシルエステラーゼ活性が、酢酸スチルアリルを酢酸およびスチルアリルアルコールに代謝した気道中に存在することを示す。
メタボ−GM、酢酸スチルアリル、口を通しての吸入/吐き出し
例11Aに記載したように手順を行い、以下の修正を加えた:試験化合物のヘッドスペースを、実験9に記載したように、口を通して吸入し、吐き出す。
メタボ−GM、酢酸フェネチルおよび代謝の抑制因子(カルボキシルエステラーゼの阻害剤)
例7および10に記載したように手順を行い、以下の修正を加えた:
抑制因子として、カルボキシルエステラーゼについての阻害剤を用いた。試験化合物として、酢酸フェネチルを用いたが、これはカルボキシルエステラーゼについての基質である。
メタボ−GM、酢酸スチルアリルおよび代謝の抑制因子(カルボキシルエステラーゼの阻害剤)
手順を、カルボキシルエステラーゼについての阻害剤を抑制因子として、例12Aに記載したように行い、以下の修正を加えた:
試験化合物として、カルボキシルエステラーゼについての基質である酢酸スチルアリルを用いた。
カスケードオルファクトメーター、モジュレーター(阻害剤)の同定
モジュレーターを、オルファクトメーターを用いて同定した。参照の試験化合物として、臭気物質エステルを用いた。第2の試験化合物(潜在的なモジュレーター、モジュレーター試験化合物)を、これらの臭気物質試験化合物と組み合わせて、試験した。臭気物質参照試験化合物を、モジュレーター濃度を変化させて、一定の濃度に維持した。
モジュレーター試験化合物の濃度を、被験対象の嗅覚しきい値よりも低く選択した。
負の対照(溶媒、この場合においてはフタル酸ジエチル)を、潜在的なモジュレーター化合物と同一の流れにおいて用いた。被験対象は、潜在的なモジュレーターを有しない試行と比較した場合に、強度における差異を全く記録しなかった。
カスケードオルファクトメーター、増強化合物の同定
試験化合物として臭気物質である酢酸スチルアリルを用いて、例13に記載したように分析を行い、以下の修正を加えた:臭気物質濃度を変化させ、一方モジュレーター濃度を一定に維持した。
モジュレーターの酢酸スチルアリルの嗅覚しきい値に対する影響を、以下のようにして決定した。
カスケード1において、被験対象の嗅覚しきい値よりもわずかに高い酢酸スチルアリルの参照濃度を、用いた(20ml/分)。
被験対象は、カスケード1(参照の酢酸スチルアリル)を、カスケード2(モジュレーター+種々の濃度の酢酸スチルアリル)と比較した。各々の対(2と比較したカスケード1)について、被験対象に、強度が等しいか、一層高いか、はるかに一層高いか、一層低いかまたははるかに一層低いかを、JNDプロトコル(即ち、これらは、「最小可知差異」を示す)を用いて示すように依頼した。
負の対照(フタル酸ジエチル)について、被験対象は、強度においていかなる差異をも記録しなかった。
被験対象は、モジュレーターと混ぜ合わせた酢酸スチルアリルについての嗅覚しきい値を、酢酸スチルアリル単独についての決定された嗅覚しきい値よりも低いと同定した。
用いたモジュレーター試験化合物は、カルボキシルエステラーゼの阻害剤であり、エステル加水分解の速度を低下させる。従って、嗅覚系を刺激するのに有用なエステルの量は増大した。
Claims (6)
- 化合物またはこの代謝産物の少なくとも1種のいずれかが、臭気物質または臭気物質の前駆体または臭気物質の知覚のモジュレーターである、試験化合物を同定または評価する方法であって、
a)ヘッドスペースを試験化合物で飽和し、任意で飽和したヘッドスペースを希釈し、
b)前記ヘッドスペースを、試験対象により吸入し、
c)ヒト試験対象により吐き出された息を排気し、
d)吐き出された息を、
− 吐き出された化合物を、樹脂上に捕集し、続いて結合した物質を脱着させ、質量分析法に結合したガスクロマトグラフィー(GC−MS)により分析する方法(メタボ−GM)、
− インビボで生じた代謝産物(吐き出された揮発性物質)を分析する方法であって、質量スペクトルが、揮発性物質の迅速な動的な変化の測定を可能にする改良された接合部分を有する周囲圧力化学イオン化(APCI)イオン供給源を備えた四重極質量分析計により記録される、前記方法(メタボスペース)、および
− 陽子移動反応質量分析(PTR−MS)、
またはこれらを2以上組み合わせたものから選択された検出方法により分析する、
ことを含む、前記方法。 - 試験化合物を、鼻を通して吸入し、鼻を通して吐き出す、請求項1に記載の方法。
- 試験化合物を、鼻を通して吸入し、口を通して吐き出す、請求項1に記載の方法。
- 試験化合物を、口を通して吸入し、鼻を通して吐き出す、請求項1に記載の方法。
- 試験化合物を、口を通して吸入し、口を通して吐き出す、請求項1に記載の方法。
- メタボ−GM、メタボスペースもしくは陽子移動反応質量分析(PTR−MS)またはこれらを2以上組み合わせたものによる分析に加えて、オルファクトメーター分析を行う、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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