JP5019513B2 - カルボキシアルキルイヌリンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、顕著なアルカリ条件下でイヌリンをモノクロロカルボン酸と反応させることによりカルボキシアルキルイヌリンを製造する方法に関する。本発明の構成は、次の複数段階の方法よりなるものである。すなわち水性媒体に、イヌリン中のモノサッカライド単位のモル量で表わして、約２５から約１５０モル％のハロゲノアルキルカルボキシレートを分散させ、ついでイヌリンをこのハロゲノアルキルカルボキシレート媒体に添加して、５から８の範囲のｐＨを有し、スラリー中の水の量（１００％）に関して約２５％から約７０％のイヌリンを含むスラリーを形成させる。次いでこのようにして得られたスラリーを約６０℃から約９０℃の温度に加熱し、次いで同時に更なるハロゲノアルキルカルボキシレートを、ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比で１.０から５.０となる量で、そして水酸化アルカリをハロゲノアルカリカルボキシレートの全体レベルに対して等モルの量で添加し、加えてイヌリン（１００％）中のモノサッカライド単位のモル量で表わして１０から５０モル％の追加的な量の水酸化アルカリを加えて、反応混合物の温度（６０℃から９０℃）で計測して８から１２のｐＨ範囲の反応混合物を形成させる。すべての反応試薬の添加が終わった後で、９０分までの時間の間この反応温度で反応を継続する。次いでカルボキシアルキルイヌリンを自体公知の方法で回収するものである。

本発明の方法は円滑にそして徐々に進行するもので、その全反応の間に、殊に高い水準のイヌリンの存在下に制御可能に低粘度に保たれ、そしてそれゆえ反応の過程および反応生成物の収量が実質的に改良され促進されるものである。

カルボキシアルキルイヌリンそれ自体およびその製造方法に関する従来技術は顕著に実態的なものであり、また多岐に渡るものである。カルボキシメチルイヌリン塩はこれまでに長きに渡って知られている。例えばCzech patent No.90980 (1958/1959)参照。Ep 0.733.073には、アルカリ条件の許でイヌリンとクロロ酢酸ナトリウムとを反応させてカルボキシメチルイヌリンを製造する方法が記載されている。この技術は、とりわけ実質的な粘度による困難性によって低い転換率と、望ましくない副産物の生成に導かれうるものである。Chien, J. Immunol. Methods 26 (1979) 39-46 は、比較的低温度で、希釈されたアルカリ溶液中において、６倍モル過剰のクロロ酢酸ナトリウムを用いるカルボキシメチルイヌリン（ＣＭＩ）の製法に関するものである。こうして製造されたＣＭＩは非常に低い置換度のもので、厄介で、経済的に実行可能な方法として好適したものでない。既知のＣＭＩ製造技術は経済的に欠陥があり、受容しうる収量、純度および転換率でのカルボキシアルキルイヌリンの製造のためには用いることができないものであった。粘度、殊にゲル化は受容しうる製造方法を確保するための主たる障害を構成するものである。

それゆえに本発明の主目的は、約１.５から約３までの置換度（ＤＳ）を有するカルボキシアルキルイヌリンを、受容しうる収量、純度および変換率で製造する方法を提供することにある。本発明のもう一つの目的は、イヌリン反応体の高レベルでの存在で反応が行われたときの、反応の完結を阻害することが知られており、望ましくない副生成物の形成を導き、そして普通にはカルボキシアルキルイヌリン反応生成物の収量を減少させることになる、粘度殊にゲル化の問題にかかわることない、カルボキシアルキルイヌリンの製造方法を提供することにある。上記したそして他の目的は、ここで厳格に定義された複数工程方法のやりかたで達成することができる。

本発明は、カルボキシアルキルイヌリンが次に特徴づけられたアルカリ条件下で製造することができるという知見に基づくものである。すなわち、
（ａ）水性媒体中に、イヌリン中のモノサッカライド単位のモル量で表わして、２５ないし１５０モル％のＸ−ハロゲノアルキルカルボキシレートを分散させ、ここでハロゲンは、塩素、臭素、及びよう素から選ばれ、アルキル鎖は１〜５個の炭素原子を含み、そしてＸはアルカリイオンで、ナトリウム及びカリウムの群から選ばれるものとし、
（ｂ）イヌリンをこのハロゲノアルキルカルボキシレート媒体（ａ）に添加し、分散させて、２０℃から７０℃の温度でスラリー上で測定して、約５〜８の範囲のｐＨを有し、スラリー中の水の量（１００％）に関して表わして約２５％から約７０％のイヌリンを含むスラリーを形成させ、
（ｃ）このスラリー（ｂ）を約６０℃から約９０℃の温度に加熱し、次いで同時に追加のハロゲノアルキルカルボキシレートを、ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比で１.０から５.０となる量で、そして水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの群からの水酸化アルカリを、ハロゲノアルカリカルボキシレートの全体レベルに対して等モルの量で添加し、加えてイヌリン（１００％）中のモノサッカライド単位のモル量で表わして１０から５０モル％の追加的な量の水酸化アルカリを添加し、反応混合物の温度（６０℃〜９０℃）で測定してｐＨ８から１２の範囲の反応混合物を形成させ、
（ｄ）すべての反応試薬の添加が終わった後で、９０分までの時間の間この反応温度で反応を継続し、そして
（ｅ）カルボキシアルキルイヌリンを自体公知の方法で回収するものである。

ここで好ましい態様に於いて、ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比は１.５から４.５であり、そして反応は総ての反応成分が添加されてから２０分から６０分の時間にわたって継続される。カルボキシアルキルイヌリンのアルキル基部分は好ましくは、１〜３個の炭素原子を有するものを意味するが、最も好ましくはメチルである。

本出願の全体を通じて使用される“％”または“百分率”の用語は、異なった定義がなされない限り、“質量％”または“質量百分率”を意味する。用語“フルクタン”および“イヌリン”は特に異なって記載しない限り互換可能に使用される。用語“分散体”および“溶液”は互換可能に使用され、そして当業者に認識されているように、通常混合した分散体／溶液または場合によって個々の溶液または分散体を表わす。

特許請求された本発明はカルボキシアルキルイヌリンの製造方法に関するものである。アルキル基部分は一般に、１〜５個の、好ましくは１〜３個の炭素原子を有する鎖を表わしている。

反応媒体（ａ）は、イヌリン（１００％）中のモノサッカライドのモル量で表わして２０から１５０モル％、好ましくは７０から１００モル％のＸ−ハロゲノアルキルカルボキシレートを水性媒体中に分散させて調製されるが、ここでハロゲンは塩素,臭素およびよう素から選択され、アルキルは、１から５個の炭素原子を含有し、そしてＸはナトリウムおよびカリウムの群からのアルカリイオンであるものとする。続いてこの工程（ａ）カルボキシレート媒体中にイヌリンを加えそして分散させて、２０℃から７０℃の温度でスラリーを測定して５から８、好ましくは６から８の範囲のｐＨを有し、スラリー中の水の量（１００％）で表わして約２５から約７０％、好ましくは約４０から６０％のイヌリンを含むスラリーを形成させる。

フルクタンはオリゴサッカライドおよびポリサッカライドであって、その大部分がアンヒドロフルクトース単位を有するものである。フルクタンは鎖長さが多分散した分布を有しうるもので、直鎖のものか分枝鎖のものでありうる。好ましくは、フルクタンは主にβ−２，１結合を含む。フルクタンは植物源または他の原料から直接得られる生成物で、その平均鎖長さは、分画、酵素合成または加水分解によって変更され、増大されまたは減少されたものである。フルクタンは少なくとも３から約１０００の平均鎖長さ（重合度、ＤＰ）を有する。好ましくは、平均鎖長が３から６０、殊に５から３０のモノサッカライド単位のものである。使用するのに好ましいイヌリンはβ−２，１−フルクタンまたは変性イヌリンで表わされる。本発明の特許請求された技術の中で使用するのに好適な変性されたフルクタンは、酵素的に増大された鎖長のイヌリン、鎖が短縮されたフルクタン加水分解生成物、および変性された鎖長を有する分画生成物で表わすことができる。イヌリンの分画は、例えば低温度結晶法（ＷＯ９４／０１８４９参照）、カラムクロマトグラフィー（ＷＯ−９４／１２５４１参照）、膜ろ過（ＥＰ−Ａ−０４４００７４、ＥＰ−Ａ−０６２７４９０参照）またはアルコールを用いる分別沈殿法によって行うことができる。より短鎖長のフルクタンを得るための加水分解は、例えば酵素的に（エンド−インシュラーゼを用いる）、化学的に(水および酸を用いる)、または不均一系触媒作用(酸イオン交換樹脂を用いる)により行うことができる。還元−、酸化−、ヒドロキシアルキル化−および／または交差結合−フルクタンはまた好適した出発物質である。

工程（ａ）において、Ｘ−ハロゲノアルキルカルボキシレートが分散させられる水性媒体は、水であるか、または３５％までの、好ましい実施態様としては約１０％から約３０％(水媒体について表わして)までのイヌリンを含む水性分散体でありうる。工程（ａ）における水性媒体としての水性イヌリン溶液の使用は、イヌリン出発物質の如何によるものでありうるが、それは溶液として都合よく利用可能とされうる。

次いでスラリー（ｂ）を、約６０℃から約９０℃の温度、好ましくは約６０℃から約７０℃の温度に加熱し、次いで実質的に同時に追加のハロゲノアルキルカルボキシレートを、ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比で１.０から５.０、好ましくは１.５から４.５となる量で、そして水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムの群からの水酸化アルカリをハロゲノアルカリカルボキシレートの全体レベルに対して等モルの量で添加し、加えて、イヌリン中のモノサッカライド単位のモル量（１００％）に関して表わして１０から５０モル％の追加的な量の水酸化アルカリを添加し、かくして反応混合物の温度（６０℃から９０℃）で計測して約８から１２、好ましくは約９.５から１１.５のｐＨ範囲の反応混合物を形成させる。

すべての反応体／成分の添加が終わった後（ｃ）、９０分までの時間、好ましくは３０から６０分の間、反応温度で反応を継続する。

工程（ｂ）において、２０℃から７０℃の温度においてスラリー上で測定されるｐＨは、望ましくないイヌリンの分解が５よりも低いｐＨで起こりうることと、ハロゲノアルキルカルボキシレートの加水分解が８よりも大きいｐＨで起こりうることから、本特許請求の範囲の方法構成の文脈から、５から８の範囲好ましくは６から８と規定される。

カルボキシアルキルイヌリン反応生成物は、本技術分野においてよく知られた慣用方法によって、そのままで又は精製されたものとして回収することができる。

次の実施例は、本発明と本特許請求の範囲の方法の構成に随伴した利益を例証するものである。

実施例１
イヌリン(５００ｇ)を、攪拌された水(５００ｇ）中のモノクロロ酢酸ナトリウム（ＳＭＣＡ，３６０ｇ）溶液に分散させた。この分散体を攪拌下に徐々に７０℃に加熱した。粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ，ｐｒｏｂｅ ＬＶ２を６０ｒｐｍで用いて種々の温度で測定した。比較実験はイヌリン（５００ｇ）を水（５００ｇ）に加えて行った。

粘度の比較測定の結果は次のとおりである。
〔表１〕
温度（℃） 実施例 η 比較例 η
２０ ５３３ ペースト状
３０ ２８８ ペースト状
４０ １５４ １６０００以上
５０ １０１ １００００
６０ ８５ ４０００
７０ ６４ １０００
粘度の測定値はｍＰａ／ｓ．による。

これらのデータは、本発明によれば事実上一定の反応に有利な粘度となるものであるのに対して、練り混ぜることになる（kneadable）反応混合物の形成は、一般に許容できない非常に低い転換率が結果することを示すものである。

実施例２
イヌリン（１５０ｇ）を攪拌された水（２００ｇ）中のＳＭＣＡ（１００ｇ）溶液に室温で添加した。得られたスラリーを次いで７０℃に加熱した。水酸化ナトリウム（５０％、２１５ｇ）とＳＭＣＡ（２００ｇ）の水溶液を温度７０℃の反応混合物にゆっくり加えた。総ての試薬を加えた後、反応をこの反応温度で９０分の間続けた。カロボキシメチルイヌリン（ＤＳ １.９、７６５ｇ、２９％活性塩）が収率７５％で生成した。

実施例３
イヌリン（１５０ｇ）を攪拌された水（１１２ｇ）中のＳＭＣＡ（８０ｇ）溶液に室温で添加した。得られたスラリーを次いで７５℃に加熱した。水酸化ナトリウム（５０％、３０６ｇ）とＳＭＣＡ（３４７ｇ）の水溶液を温度７５℃のイヌリンスラリーにゆっくり加えた。総ての試薬を加えた後、反応をこの反応温度で９０分の間続けた。カロボキシメチルイヌリン（ＤＳ ２.５、８３８ｇ、３４％活性塩）が収率６６％で生成した。

実施例４
３０質量％のイヌリンを含有するスラリー（６５０ｇ）に攪拌下にＳＭＣＡ（３００ｇ）を６０℃で添加した。次いでこのイヌリンスラリーにスラリー中の水の量に関してイヌリン濃度が５５％に達するまでイヌリン粉末（３６０ｇ）を添加した。反応混合物を次いで８０℃に加熱し、反応混合物中のＳＭＣＡの量に関して１当量の水酸化ナトリウム（２００ｇ、５０％水溶液）を、反応温度を８０℃に保ちながら添加した。次いでＳＭＣＡ（４２５ｇ）を水酸化ナトリウム水溶液（５０％、３３６ｇ）と一緒に加えた。総ての試薬を加えた後、反応をこの反応温度で９０分の間続けた。カロボキシメチルイヌリン（ＤＳ １.４６、２２７０ｇ、３７％活性塩）が収率８１％で生成した。

Claims (11)

1. （ａ）水性媒体中に、イヌリン中のモノサッカライド単位のモル量（１００％）の関係で表わして、２５から１５０モル％のＸ−ハロゲノアルキルカルボキシレートを分散させ、ここでハロゲンは、塩素、臭素、及びよう素から選ばれ、アルキル鎖は１〜５個の炭素原子を含み、そしてＸは、ナトリウム及びカリウムの群から選ばれるアルカリイオンであるものとし、
   （ｂ）イヌリンをこのハロゲノアルキルカルボキシレート媒体（ａ）に添加し、分散させて、２０℃から７０℃の温度でスラリー上で測定されるｐＨが５〜８の範囲であり、スラリー中の水の量（１００質量％）の関係で表わして２５質量％から７０質量％のイヌリンを含むスラリーを形成させ、
   （ｃ）このスラリー（ｂ）を６０℃から９０℃の温度に加熱し、次いで、同時に追加のハロゲノアルキルカルボキシレートを、ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比で１.０から５.０となる量で、そして水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの群から選ばれる水酸化アルカリを、ハロゲノアルキルカルボキシレートの全体レベルに対して等モルの量で添加し、加えてイヌリン（１００％）中のフルクトース単位のモル量の関係で表わして１０から５０モル％の追加量の水酸化アルカリを添加し、反応温度（６０℃〜９０℃）で測定してｐＨ８から１２の範囲の反応混合物を形成させ、
   （ｄ）すべての反応試薬の添加が終わった後で、９０分までの時間の間この反応温度で反応を継続し、そして
   （ｅ）カルボキシアルキルイヌリン反応生成物をそれ自体知られた方法で回収する
   ことを特徴とする、イヌリンとモノクロロカルボン酸とをアルカリ条件下で反応させることによる、カルボキシアルキルイヌリンの製造方法。
2. 工程（ａ）におけるハロゲノアルキルカルボキシレートが７０モル％から１００モル％で表わされる量であり、スラリー（ｂ）がイヌリンを４０質量％から６０質量％含有する、請求項１に記載の方法。
3. ハロゲノアルキルカルボキシレート：イヌリンのモル比が１.５から４.５の範囲である請求項１または２に記載の方法。
4. スラリー（ｂ）が７０℃から９０℃の範囲の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
5. 反応混合物のｐＨが９.５から１１.５の範囲である請求項１または４に記載の方法。
6. すべての反応試薬の添加が終わった後で、２０分から６０分までの間反応が継続される請求項１または４に記載の方法。
7. カルボキシアルキルイヌリンのアルキル部分は１から３個の炭素原子を有する炭素鎖で表わされるものである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. スラリー（ｂ）は７５℃から８５℃の範囲の温度に加熱される請求項１または４に記載の方法。
9. カルボキシアルキルイヌリンがカルボキシメチルイヌリンである請求項１または７に記載の方法。
10. 工程（ａ）の水性媒体が、３５質量％までのイヌリンを場合によって含有する請求項１に記載の方法。
11. 工程（ａ）の水性媒体が、１０質量％から３０質量％までのイヌリンを含有する請求項１０に記載の方法。