JP5128071B2 - グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の連続的製造方法に関する。

本発明において「グルコピラノシルアルジトール」とは1-O-α-D-グルコピラノシル-D-マンニトール(1,1GPM)、6-O-α-D-グルコピラノシル-D-ソルビトール(1,6GPS)および1-O-α-D-グルコピラノシル-D-ソルビトール(1,1GPS)からなる群から選択される化合物の意味する。

これらのグルコピラノシルアルジトールは、特定の微生物から単離された酵素の活性によるショ糖の異性化により製造されるイソマルツロースおよびトレハルロースの水素化の結果生じるものである。

これらの微生物の最もよく知られているものは、プロトアミノバクター(Protaminobacter)属(たとえばP.rubrum CBS547.77)、エルウィニア(Erwinia)属(たとえばE.rhapontici NCPPB 1578)、セラチア(Serratia)属(たとえばS.marcescens NCIB 8285またはS.plymouthica ATCC15928)、ロイコノストック(Leuconostoc)属(たとえばL.mesenteroides NRRL B-521fまたATCC10830a)、シュードモナス(Pseudomonas)属(たとえばP.mesoacidophila MX-45)、アグロバクテテリウム(Agrobacterium)属(たとえばA.radiobacter MX-232)、クレブシエラ(Klebsiella)属の菌種またはエンテロバクター(enterobacter)属の菌種に属する。

イソマルツロースおよびトレハルロースの水素化は、混合物としてまたは別々に行ってよい(トレハルロースからのイソマルツロースの分離は、とくに結晶化またはクロマトグラフィー技術によって達せられる)。

イソマルツロース単独の水素化では、理論的には1,6GPSおよび1,1GPMの等モル混合物が生ずるはずであるが、実際には両異性体の各々の比は43%と57%の間になることがわかった。

1,6GPSおよび1,1GPMのこれらの混合物はISOMALT(登録商標)またはPALATINIT(登録商標)の商標名で、通常は結晶形で市販されている。

同様に、トレハルロース単独の水素化では、1,1GPMおよび1,1GPSの混合物が生ずる結果になる。

グルコピラノシルアルジトールは、単独でも、混合物としても、あるいはさらに相対比を変えたときでも、一般には低カロリー甘味剤として使用される。たとえば、ISOMALT(登録商標)は、菓子、ベーカリー製品、デザート、ジャム、チョコレート、チューインガムおよび多くの食品に使用される。

3種類のグルコピラノシルアルジトールの混合物を結晶化させる従来法では、通常、真空蒸発と実際に結晶化させることと乾燥とを組み合わせる特別の装置が必要である(M.A.CLARKE編、「Carbohydrates in Industrial Synthesis」、Verlag Dr Albert Bartens KG、ベルリン、1992年、48頁)。

しかしながらこれらの方法には、使用が簡単な装置を製作することが難しいこと、および結晶混合物を得るのに要する期間が長く、連続操作が難しいことという短所がある。

実際、これらの結晶化法では母液のグルコピラノシルアルジトール全体を単一ステップで精製することができない。それ故、結晶化収率を最適化するためには、続けて2または3ステップの結晶化を行う必要がある。

ところで、1,1GPSを結晶化させること自体難しいこと、1,1GPSは1,6GPSおよび1,1GPMの結晶化を乱すこともまた知られている。このように、連続する結晶化ステップの間に母液中の1,1GPSが増えると、両異性体を結晶化させるためには方法が複雑になり、結晶化の効率が低下する。

この短所を改善する目的で、欧州特許第1173453号で、溶解したグルコピラノシルアルジトール1種または2種以上を含む液体と、前記グルコピラノシルアルジトール1種または2種以上を含む固体粒子とを気体中に浮遊させて接触させることからなるグルコピラノシルアルジトールの結晶化法が記載されている。

しかしながらこの方法では、その方法によって得た混合物の溶媒成分を250℃に達する可能性のある温度にまで熱せられた空気を導入することによって実質的に除去するためのステップ、およびその結果生成したグルコピラノシルアルジトール堆積物を処理して、多数の結晶を含む本質的に固体の材料組成物を前記グルコピラノシルアルジトールから回収するためのステップを追加することが必須になる。

それに加えて、グルコピラノシルアルジトール結晶の前記組成物の乾燥を追加して行い、それから互いに無秩序に塊になった多数の微結晶を含むグルコピラノシルアルジトール粒子を有する生成物を最終的に得るために、粉砕および篩い分けを行うことが必要である。

グルコピラノシルアルジトールの結晶性固体混合物を得るための、もう一つの解決法が欧州特許第1172370号に記載されている。

この特許に記載されている方法は、イソマルツロースとトレハルロース(サトウキビ砂糖から調製した)の水素化された混合物を、グルコピラノシルアルジトールの結晶核とともに、薄くて長い冷却域のある押出機へ連続的に導入することにあり、その方法によれば20から70%の1,1GPM、23から70%の1,6GPSおよび2から25%の1,1GPSを含む固体結晶性混合物を得ることができる。

さらに具体的にいえば、前記の方法は、
2〜10重量%の水分を有するグルコピラノシルアルジトールの水溶液に、グルコピラノシルアルジトールの結晶核を、前記のグルコピラノシルアルジトールの結晶核の融点よりも低い温度で加えるステップと、
ノズルから連続的に押し出されるグルコピラノシルアルジトールのマグマを形成させるように、結晶核の存在下に前記グルコピラノシルアルジトール水溶液を冷却して混練するステップとを含む。

それに続く粗粉末化、熟成、乾燥その他のステップも、最終粉末生成物を製造する範囲にあるとして、触れられている。

しかしながら、この方法においては、溶液の過飽和の程度を上げることによって結晶化を実施するために冷却が用いられる。それゆえ、結晶種が短時間のうちに均一に分散するように、グルコピラノシルアルジトールの高濃度溶液を高温で加熱することによって粘度を低下させることが必要である。

この方法は、白下、すなわち結晶核を含み高温(140℃まで)および高圧で加熱することにより粘度を下げた過飽和物質を形成させる必要があるので、莫大な量のエネルギーを吸収するという難点がある。

この特別の加熱装置は、温度低下による粘度上昇の結果として起こる混合性および分散性の低下を防止する目的でも使用する必要があり、また限られた時間内に結晶核を分散および混合するために低粘度を保つことが決定的に重要である。

一方前記の方法では、結晶種の1,1GPM/1,6GPS/1,1GPS比が、押出機に導入されたグルコピラノシルアルジトール溶液中の1,1GPM/1,6GPS/1,1GPS比と同一になるように精密に監視することも必要である。

上述の結末として、先行技術の結晶化法は不経済で、複雑で、しかも時間がかかるという欠点がある。
M.A.CLARKE編、「Carbohydrates in Industrial Synthesis」、Verlag Dr Albert Bartens KG、ベルリン、1992年、48頁 欧州特許第1173453号 欧州特許第1172370号 欧州特許第220103号

本発明の主たる目的は、先に述べた欠点が生じにくく、しかもグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末が効率的に所望の性質をもって得られる、グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の製造方法を提供することである。

本発明のグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子の製造方法では、グルコピラノシルアルジトールの非常に高い濃度は必要なく、また顆粒化/結晶化ステップの間、温度を監視または精確に測定するどのような特別の努力も必要ない。

さらに本発明の方法は、白下を形成することも、せん断または混練の力をかけることも含まず、固体顆粒をつくるために、被覆、凝集および凝集した混合物をグルコピラノシルアルジトールの融点より低い温度で熟成するにまかせることによる結晶化の誘導を同時に行うことに基づく実に簡単なものである。

本発明によってグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の製造方法が提供され、その方法は、少なくとも80重量%の乾燥物含有量および乾燥物に対して少なくとも95重量%、好ましくは少なくとも98重量%のグルコピラノシルアルジトール含有量を有するグルコピラノシルアルジトールのシロップを連続的に混合するステップであって、上記混合はグルコピラノシルアルジトール系顆粒を含む開放回転容器中にグルコピラノシルアルジトールのシロップとグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核とを同時に分散させることで実施され、それによってグルコピラノシルアルジトールのシロップとグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核とを容器中に含まれるグルコピラノシルアルジトール系顆粒の表面で混合する混合ステップと、容器からグルコピラノシルアルジトール系顆粒を回収するステップと、容器を回転させることにより動き続ける容器中のグルコピラノシルアルジトール系顆粒に含まれるグルコピラノシルアルジトールを結晶化させるステップとを含む方法である。

本発明を実施するとき、グルコピラノシルアルジトールのシロップは、液滴すなわち小球体または噴射物すなわちジェットビームのような細分化した形態で容器へ導入することがのぞましい。

前記の方法の好ましい実施形態によれば、少なくとも80重量%の乾燥物含有量を有するグルコピラノシルアルジトールのシロップを、少なくとも90℃の温度にし、グルコピラノシルアルジトールを含む結晶核と容器中で連続的に混合し、結晶核/シロップ比、容器の大きさ、回転軸の向き、および回転速度は、容器から回収される生成物が約100〜50000μmの粒径を有する顆粒の形態で現れるように選択する。

本発明の方法は、
水平に倒すことができる回転軸のある開放回転容器と、
グルコピラノシルアルジトールのシロップの一部を、容器内の、容器を部分的に満たしている塊の上の指定された区域へ入れて、その中でグルコピラノシルアルジトールのシロップを、好ましくは上記の形態およびグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核に細分化して分散するための手段と、
容器を部分的に満たしている動く塊の表面でグルコピラノシルアルジトールのシロップとグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核との混合を達成する手段と
を含む装置のなかで実施する。

グルコピラノシルアルジトール系顆粒は、好ましくは容器の出口に流出させて回収し、容器から出た顆粒の滞留時間がグルコピラノシルアルジトールの結晶化を生ずるのに十分な寸法特性を備えた回転筒の中に顆粒を移すことにより、顆粒の結晶度を増大させる目的で熟成させることができる。

それから顆粒は残存水分を減少させるために乾燥機中に、次いで粉砕および篩い分けの装置に移し変えることができる。

本発明の方法を実施するときには、市販されているタイプの、乾燥物含有量が少なくとも70%で、乾燥物に対して少なくとも95重量%、好ましくは少なくとも98重量%のグルコピラノシルアルジトール含有量を有するグルコピラノシルアルジトールのシロップを、実質的に底が平らで、回転軸を水平面に対して25°〜45°傾斜させることができるタンクまたは開放ドラム状の開放回転容器の内部に約80℃で分散させる。

パイロット規模の造粒機では、グルコピラノシルアルジトールを含む結晶核となる物質の回転床上に水性シロップを噴射するために、エアスプレーノズルを使用することが好都合であった。

上記の混合物中のグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核の移送および結晶化したグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核として用いられる構成粒子に関していえば、約100μmの粒子サイズが好ましい。

グルコピラノシルアルジトールを含む結晶核とグルコピラノシルアルジトールのシロップとからなる混合物中の重量比は、約4/1であるが、しかし、所望の性能に従って2/1に、または1/1にでも下げることができる。

混合は容器を部分的に満たしている移動塊の表面で実施される。移動塊の動きは丸薬製造機中の丸薬塊に類似したものであり、顆粒は大きさを増しながら形成され、最も大きな顆粒が移動塊の表面に来る傾向があることが観察された。

混合によって得られたグルコピラノシルアルジトールの顆粒は、次いで結晶度を増大させる目的で熟成させる。

この熟成ステップは、移動顆粒を顆粒の融点より低い温度、好ましくは50から90℃に20分から2時間空気流中に保つことによって実施され得る。

次に、顆粒化された生成物は残存水分が2%〜10%になるように乾燥する。

次に、顆粒を所望の粒径に粉砕し、それから篩い分けによって区分することができる。次いで篩い分けで除いた粒子はグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核として使用する目的で、都合のよいことに前記の容器へ再循環させることができる。

本発明のグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む生成物粉末は、試験Aによる圧縮値が220Nより大で、好ましくは250〜400Nの、さらに好ましくは280〜350Nの圧縮値を有するという事実によって特徴づけられる。

グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む前記粉末の圧縮値は、本出願人の会社が所有する欧州特許第220103号に記載した下記試験Aにしたがって測定する。この試験Aは、粉砕および篩い分けの後250〜1250μmの粒子サイズを有するグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の圧縮値を表わす、ニュートンで示した力を測定することにある。使用する測定装置は硬度計ERWEKA TBH 30 GMDである。

それゆえ、圧縮値を表わす力は、この試験では、凸面(曲率半径13mm)をもち、直径13mm、厚さ6mmおよび重量0.845g、すなわち見かけ密度1.48g/mlの円筒形錠剤の破砕に対する抵抗を示すものである。

測定結果が示すところでは、本発明のグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末は、本出願人の会社の知識では未だ嘗て記載されたことのない高い圧縮値を有する。

通気密度、充填密度および傾斜角の測定は、HOSOKAWA社によりPOWDER TESTERの商標で市場に出されている装置によって、製造者の薦める方法を用いて行う。

これらの条件下で、粒子サイズが250μm〜1250μmのグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末は、通気密度が0.700g/ml〜0.750g/mlで、充填密度が0.700g/ml〜0.750g/mlであり、傾斜角は42°〜45°である。

次の実施例は本発明の方法を用いることによるグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末の調製を例証するものである。

(実施例)
約85%の乾燥物含有量を有するグルコピラノシルアルジトールのシロップを得るために、乾燥物として70%のグルコピラノシルアルジトール(化合物A)を懸濁させた液を調製して蒸発容器に入れる(化合物Aのグルコピラノシルアルジトール含有量は、混合物の成分の総量に対する乾燥重量として下の表1に示す)。

グルコピラノシルアルジトールのシロップを約135℃で貯蔵槽に入れておき、ノズルを用いて供給するポンプを使用して、グルコピラノシルアルジトールのシロップの分散液を小球体として槽から連続的にサンプリングを行う。

前記のグルコピラノシルアルジトールのシロップの分散液と同時に、追加する結晶核の材料を、グルコピラノシルアルジトールのシロップ1部に対して結晶核が約4部の結晶核/シロップ重量比になるように、中間試験規模の造粒機に連続的に導入する。

結晶核は生成する固化物の画分の連続的再循環によって得られる。

グルコピラノシルアルジトールのどのような結晶性固体粒子でも、造粒を開始するための結晶核を供給するために使用できる。

造粒機の温度を制御するために特別の努力はしていない(造粒機の温度は90℃程度のままである)。

造粒機は毎分6.5回転の速度で回転し、その傾斜は30°であり、その結果粒径約100μm〜50000μmの顆粒が得られる。

この造粒ステップの後、前記顆粒は熟成装置(長い回転ドラム)中で結晶化を完成させることにより熟成される。

このようにして得られた熟成顆粒を粗い粉砕にかけ、それから流動床で空気を使用して60℃で30分間乾燥する。

乾燥後、顆粒は約6%の残存水分(カールフィッシャー法により定量した値)を含む粉末の形態になる。

流動床のローラーコンベヤーの出口で、乾燥粉末を通常の粉砕設備へ導く。それから乾燥粉末を篩い分けして、その一部をグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核として造粒機へ再循環させる。

残る粉末が本発明のグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末(化合物B)である。

次の表1に、化合物AおよびBのグルコピラノシルアルジトール組成ならびにDSCパラメーター(融点およびエンタルピー)の測定結果を示す。

本発明の方法による化合物Aの造粒はグルコピラノシルアルジトールの化学組成を変化させることは決してない。

しかしながら、造粒は結果として化合物Bの溶融熱特性の変化を起こさせ、その変化は化合物Bの第2吸熱ピークの融点およびエンタルピーの両者の著しい低下によって示され、その変化にはまた化合物Bの第1吸熱ピークのエンタルピーの僅かな低下も伴う。

次の表2には、化合物AおよびBの圧縮率、通気密度、充填密度、傾斜角および流動測定の結果を示す。

本発明の方法は、このようにして得られたグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末に、出発物質よりも低い密度、および特に優れた圧縮特性を与える。

Claims (19)

1-O-α-D-グルコピラノシル-D-マンニトール(1,1GPM)、6-O-α-D-グルコピラノシル-D-ソルビトール(1,6GPS)および1-O-α-D-グルコピラノシル-D-ソルビトール(1,1GPS)から構成されるグルコピラノシルアルジトール系顆粒の製造方法であって、
- 少なくとも80重量%の乾燥物含有量および前記乾燥物に対して少なくとも95重量%のグルコピラノシルアルジトール含有量を有するグルコピラノシルアルジトールのシロップを少なくとも80℃の温度にするステップと、
- グルコピラノシルアルジトールを含む結晶核を連続的に混合するステップであって、前記混合はグルコピラノシルアルジトール系顆粒を含む開放回転容器中に前記グルコピラノシルアルジトールのシロップとグルコピラノシルアルジトールを含む結晶核とを同時に分散させることで実施され、それによって前記グルコピラノシルアルジトールのシロップと前記グルコピラノシルアルジトールを含む結晶核とを前記容器中に含まれる前記グルコピラノシルアルジトール系顆粒の表面で混合する混合ステップと、
- 前記容器から前記グルコピラノシルアルジトール系顆粒を回収するステップと、
- 前記容器を回転させることにより動き続ける前記容器中の前記グルコピラノシルアルジトール系顆粒に含まれる前記グルコピラノシルアルジトールを結晶化させるステップと
からなる方法。

グルコピラノシルアルジトール系顆粒を、残存水分を減少させるために乾燥機中に、次いで粉砕および篩い分けの装置に移し変えて、グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末を提供する、請求項1に記載の方法。

前記グルコピラノシルアルジトールのシロップを液滴の形態で導入する、請求項1に記載の方法。

前記グルコピラノシルアルジトールのシロップを噴射物の形態で導入する、請求項1に記載の方法。

前記容器の回転軸が水平方向に対して傾斜している、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。

前記グルコピラノシルアルジトール系顆粒を前記容器の出口でのオーバーフローにより回収する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。

前記結晶核/シロップ比、容器の大きさ、回転軸の向きおよび回転速度は、容器から回収される生成物が100〜50000μmの粒径を有する顆粒の形態で現れるように選択される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。

前記結晶核/シロップ比が4/1以下である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。

前記容器が実質的に平らな底部を有するタンクまたは開放ドラムの形状をしている、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。

前記容器の回転軸が水平方向に対して25°〜45°の角度をなす、請求項9に記載の方法。

前記回収したグルコピラノシルアルジトール顆粒を、前記顆粒を空気流中で動かし続けながら、前記顆粒を50〜90℃に20分〜2時間保つことにより、その結晶度を増大させるように熟成する、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。

前記熟成し回収したグルコピラノシルアルジトール顆粒を粉砕し、乾燥して残存水分を2〜10%にする、請求項11に記載の方法。

前記グルコピラノシルアルジトール含有量が、前記乾燥物に対して少なくとも98重量%である、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。

請求項1から13のいずれか一項に記載の方法によって得ることができるグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末。

- 前記グルコピラノシルアルジトールの顆粒を、顆粒の融点より低い温度で熟成し、乾燥して残存水分を2〜10%とし、粉砕し、次いで篩い分けによって区分することによって得ることができ、
- 凸面(曲率半径13mm)をもち、直径13mm、厚さ6mmおよび重量0.845gの円筒形錠剤の破砕に対する抵抗を示す圧縮値が220Nである、
請求項14に記載の粉末。

250N〜400Nの圧縮値を有する、請求項14または15に記載の粉末。

HOSOKAWA法による0.700g/ml〜0.750g/mlの通気密度および0.700g/ml〜0.750g/mlの充填密度を有する、請求項14〜16のいずれか一項に記載のグルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末。

請求項14から17のいずれか一項に記載の、または請求項1から13のいずれか一項に記載の方法により得ることができる、グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末を使用することにより錠剤を製造する方法。

請求項14から17のいずれか一項に記載の、または請求項1から13のいずれか一項に記載の方法により得ることができる、グルコピラノシルアルジトールの結晶粒子を含む粉末を使用することにより菓子を製造する方法。