JP5481903B2 - 高純度長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、メントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸と長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物から、シリカゲルを充填剤として用いて、カラムクロマトグラフィー精製を行い、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸等の不純物を除去することにより、精製された高純度長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを製造する方法に関する。

近年、高度不飽和脂肪酸の有する生理活性作用が注目されている。中でも、リノール酸やオレイン酸はコレステロールの低下などの生理作用が報告されている。また、リノール酸は美白効果、オレイン酸は保湿効果に優れ、化粧品素材として有用な化合物であることが知られている。しかしながら、脂肪酸特有の臭い、粘性等による取り扱いの悪さが課題である。

高度不飽和脂肪酸の有する効果を有効に発揮させるための一つの方策として、メントールとのエステル体がある。特に、Ｌ−メントールはハッカ油や他のミント油から得られるハッカ成分として清涼感を付与する物質で、清涼飲料水、製菓、香料、タバコ香料、鎮痛剤、止痒剤、防腐殺菌剤などに広く利用されている安全性の高い物質である。

これまで、長鎖不飽和脂肪酸の有用エステルの合成法として無機触媒を用いた化学合成法が採用されてきたが、反応時の着色、劣化臭の発生、触媒除去、精製の煩雑さなどの問題点があった。また、この点を改善するために、例えばステロールエステルやワックスエステルの製造に酵素を利用した方法も知られている（特許文献１、２）。

また、メントールと長鎖不飽和脂肪酸のエステル体の生成については、リパーゼを用いた酵素的な製造例がある（特許文献３、４）。しかしながら、そのエステル化変換率は完全ではなく、反応混合物中に未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸等がかなり残り、そのままの状態では、有用物質として取り扱いが困難である。反応混合物からの長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの分離・精製方法として、特許文献３及び４には、ヘキサン-アルカリ分配による方法（すなわち、アルカリと反応させ、未反応の脂肪酸を脂肪酸塩とし、水層側に除去する方法）が記載されているが、反応混合物から、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を完全に除去することは、非常に困難である。また、反応混合物から長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを分離・精製する別の方法として、蒸留が考えられるが、高温・高真空を必要とし、得られる長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの精製度は低く、収量も非常に低くなってしまう。また、残留するメントールの揮発により、減圧制御も非常に難しい。このように、従来の分離・精製方法では、合理的なコストで、再現性良く、高純度の長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを得るためには、満足のいくものではなかった。そこで、反応混合物から簡便な方法で、高純度長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを分離・精製することができる製造方法の開発が望まれている。

特開昭６１-２０４１９７ 特開昭６２-２６２９９７ 特開平１１−２６３７５０ 特開２００４−９１４８７

本発明は、高純度の長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを得ることができる方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、メントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物から、シリカゲルを充填剤として用いて、カラムクロマトグラフィー精製を行うことにより、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸等の不純物を除去して、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを容易に分離・精製できることを見出し、本発明を完成するに至った。また、この方法によれば、高純度の長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルが得られることを見出した。

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、以下の高純度長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの製造方法を提供する。
項１. メントールと炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸を酵素、又は触媒存在下で反応させる工程と
反応工程で得られたメントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物を、シリカゲルを充填剤として、カラムクロマトグラフィー精製を行い、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を除去する分離・精製工程とを含むことを特徴とする長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの製造方法。
項２. 上記シリカゲルが破砕型シリカゲルである項１に記載の製造方法。
項３. 分離・精製工程に用いる溶離液がヘキサン又はヘプタンである項１又は２に記載の製造方法。
項４. 長鎖不飽和脂肪酸がリノール酸及びオレイン酸からなる群より少なくとも１種類を含むことを特徴とする項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
項５. 長鎖不飽和脂肪酸がサフラワー油であることを特徴とする項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
項６. メントールがＬ−メントールである項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
項７. 酵素がリパーゼである項１〜６のいずれかに記載の方法。
項８. 上記リパーゼがキャンディダ属由来のリパーゼであることを特徴とする項７に記載の方法。

本発明方法によれば、メントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸と長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物から、シリカゲルを充填剤とするカラムクロマトグラフィーを用いて、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を除去することで、煩雑な操作や特殊な反応装置等を必要とすることなく、非常に温和な条件下、常温常圧下で容易にかつ効率よく目的とする長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを高純度で得ることができる。また、光学純度も維持又は向上されうる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高純度長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの製造方法は、メントールと炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸を酵素、又は触媒存在下で反応させる工程と、反応工程で得られたメントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物を、シリカゲルを充填剤とするカラムクロマトグラフィー精製を行い、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を除去する分離・精製工程とを含む方法である。

メントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物の合成方法は、特に制限されないが、炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸とメントールとのエステル化反応において、触媒を用いた化学反応でもリパーゼを用いた酵素反応であっても良い。
長鎖不飽和脂肪酸メントールエステル反応混合物中の未反応の長鎖不飽和脂肪酸の含有量は、約１５％以下が好ましく、約１０％以下がより好ましい。また、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステル反応混合物中の未反応のメントールの含有量は、約１５％以下が好ましく、１１％以下であることがより好ましい。上記範囲であれば、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を十分に除去できる。
また、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステル反応混合物は、長鎖不飽和脂肪酸、メントール、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステル、酵素、又は触媒、水などの夾雑物を含んでいてもよく、その含有量も特に制限されない。

反応工程に用いる炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸は、二重結合を少なくとも１つ以上有する天然または非天然の脂肪酸であり、特に天然界に存在する長鎖不飽和脂肪酸およびその誘導体（たとえば、置換誘導体、付加誘導体等）が挙げられる。また、炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸であれば、単一でも混合物でも使用することができ、混合物を用いた場合、各脂肪酸のエステル体の混合物として高純度のメントールエステルを得ることができる。炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸を含有するものとして、特に限定されないが、具体的には、リノール酸、オレイン酸、パルミトレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガトレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸、リノレン酸、ピノレン酸、エレオステアリン酸、ミード酸、アラキドン酸、エイコペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸などを例示することができる。中でも、リパーゼと基質特異性が高く、温和な温度条件下によって液化、固体化を制御し易い点で、長鎖不飽和脂肪酸がリノール酸、オレイン酸、パルミトレイン酸、リノレン酸、アラキドン酸、エイコペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸からなる群より少なくとも１種類を含んでいるものが好ましく、長鎖不飽和脂肪酸がリノール酸、オレイン酸からなる群より少なくとも１種類を含んでいるものがより好ましく、サフラワー油が特に好ましい。

反応工程に用いる触媒として、化学反応には、通常、エステル化反応にぢ用することのできる触媒を用いることができる。具体的には、塩酸、硫酸等の無機酸、又は燐酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸を例示することができる。また、酵素反応に用いる酵素はリパーゼが好ましい。リパーゼは、その起源に特に制限されるものではなく、本発明における酵素反応性を有するかぎり各種微生物、動物、植物起源のいずれでもよい。微生物起源のリパーゼとしては、例えば、スタフィロコッカス属、シュードモナス属、キャンディダ属、リゾプス属、クロモバクテリウム属等に属する微生物に由来するものがあげられる。中でも、基質特異性、温度安定性の点で、シュードモナス属、キャンディダ属、クロモバクテリウム属由来のリパーゼが好ましく、シュードモナス・エスピー由来のリパーゼ、キャンディダ・シリンドラシェ由来のリパーゼ、クロモバクテリウム・ビスコサム由来のリパーゼがより好ましく、キャンディダ・シリンドラシェ由来のリパーゼが特に好ましい。
動物起源のリパーゼとしては、例えば膵リパーゼ、消化管リパーゼ等があげられ、また植物起源のリパーゼとしては、例えば、米ぬか、なたね種子、パーム果肉、ヒマ種子のリパーゼ等が挙げられる。これらの酵素は市販されたものをそのまま用いてもよいが、特に精製された市販品を用いる必要はなく、目的とする酵素の生産能を有する微生物菌体そのもの、その培養液、該培養液を処理して得られる粗酵素液や酵素を含む組成物等を使用することもできる。

リパーゼの使用形態について、特に制限されるものではないが、遊離型のままの状態、固定化酵素の状態など好ましい形態で使用することができる。遊離型酵素を使用する場合、一旦、酵素を水などに溶解し、酵素溶液を反応に用いる酵素量になるように反応液に添加することが好ましい。固定化剤（イオン交換樹脂、多孔性樹脂、セラミックス単体、アルギン酸ナトリウム、カラギナンなど）に、固定化して使用すれば、リパーゼが安定化され、繰り返しや長時間の連続使用することができる。

また、リパーゼの使用量は、その活性や反応混液の組成によっても異なるが適宜決定すればよく、特に制限されるものではない。

反応工程で用いるメントールは、光学活性および光学不活性のいずれを用いることができる。メントールには、Ｄ−またはＬ−メントール、ラセミ体、ジアステレオマーが挙げられる。

反応工程におけるメントールと炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸のモル比は、通常１：１程度であるが、原料の種類や反応性の程度に応じて上記以外のモル比で反応を行うこともできる。また、反応条件は、用いる触媒（酵素）の種類、使用量、基質の種類等によって異なるが、通常、水存在下で１５〜６０℃の温度条件で３０分〜１２０時間で終了する。また、反応は、静置、振とう又は攪拌することにより、反応が進行するが、反応効率の点から攪拌が好ましい。

分離・精製工程に用いる未反応のメントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸と長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物は、そのまま分離・精製工程に用いても良いが、カラムクロマトグラフィー精製を実施する前に遠心分離や膜ろ過によって、反応液中に含まれている不溶物（固形分）及び水相を除去しておくことが望ましい。遠心分離を行うと水相と有機相を分液が容易になる。また、カラムクロマトグラフィー精製前に、未反応のメントールおよび炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸と長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物を冷却し、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を析出させることで粗除去しておけば、シリカゲルへの負荷量（アプライ量）を多くすることが出来る。また、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを高い回収率で得ることができる。具体的には、未反応のメントールまたは/および炭素数１６以上の長鎖不飽和脂肪酸と長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルとを含む反応混合物を１０℃以下に冷却することが好ましい。また、冷却時間として、数時間でも十分に未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸が析出するが、１２時間以上冷却することが好ましい。

本発明において、分離・精製工程はメントールエステルと長鎖不飽和脂肪酸のシリカゲルに対する吸着力の差を利用しているが、分離性能に関わる粒子の大きさ、形状、均一性については特に制限は無く、安価な破砕型のシリカゲルを使用することができる。特に、シリカゲルは、平均粒子径は１０〜２００μmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が、この範囲であれば、カラムの分離性能よく、不純物を旨く除去することができる。平均細孔径は、メントールや不飽和脂肪酸が細孔に入り込める大きさがよく、４〜８ｎｍの範囲であることが好ましい。細孔径が大きすぎるか、小さすぎる場合、メントールエステルの拡散・保持挙動を最適化しにくくなる。また、シリカゲルの比表面積は、シリカゲルに対する試料の負荷量が増加するため、より高表面積であることがよく、４００〜６００ｍ^２/gの範囲であることが好ましい。なお、適切な粒子径及び平均細孔径は、精製に用いるカラムのサイズ（内径×長さ）にも依存して変化することがある。

カラムクロマトグラフィーは、ＨＰＬＣまたはオープンカラムを用いることができる。また、カラム径・担体量は、原料の種類や不純物の量によって最適化することができる。

カラムクロマトグラフィー精製に用いる溶離液は、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルに影響を与えない限り、極性が低く、粘性の低い有機溶剤ならば、特に制限無く使用することができるが、具体的には、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、メチル-ｔ-ブチルエーテル等のエーテル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒などを例示することができる。中でもメントール、長鎖不飽和脂肪酸、長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの分離能の点から、ヘキサンまたはヘプタンが好ましい。これら１種を単独で、または２種以上を組み合わせて使用できる。なお、混合比は、精製に用いる反応混合物に応じて、適宜選択できる。

本発明において、カラムへの反応混合物の１回の負荷量（アプライ量）は、反応混合物中の未反応のメントールまたは/及び長鎖不飽和脂肪酸の含有量ならびに、チャート上で長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルと近接した保持時間を示す不純物の含有量などに依存して決定される。負荷量（アプライ量）は、特に限定されるものではないが、通常、担体１ｋｇ当り、約１ｋｇ程度まで可能である。従って、本発明を工業的規模での実施に適用する場合でも十分に実用的な効率で長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを回収することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
１）エステル化率の計測
本発明において、リパーゼによるエステル化率は下記に従って算出することができる。
反応混合物を遠心分離（１２，０００ｒｐｍ、１５分、４℃）した上層（油層）を１００ｍｇ分注し、３０ｍｌのエタノールに溶解させ、１％（ｗ／ｖ）のフェノールフタレイン／エタノール溶液を２、３滴加えた後、スターラーで撹拌しながら０．２Ｎ水酸化カリウムで未反応の遊離脂肪酸量滴定した。
エステル合成率（％）＝［（反応開始時の反応混液中の遊離脂肪酸量−反応終了時の反応混液中の遊離脂肪酸量）÷（反応開始時の反応混液中の遊離脂肪酸量）］×１００
２）メントールエステルの分析方法
試料２０μｌに対し、トルエン：メタノール(３：２)を１ｍｌ加えて溶解後、２．０Ｍトリメチルシリルヂアゾメタン/ジエチルエーテルを黄色が持続するまで添加し、試料０．５μｌをガスクロマトグラフィーにアプライした。測定機器はガスクロマトグラフにＧＣ１４Ｂ（Ｓｈｉｍａｄｚｕ）、カラムはＤＢ-２３ (３０ｍ×０．３２μｍ、ＤＦ＝０．２５μｍ)キャピラリーカラム（Ｊ＆Ｗサイエンティフィック社製）を用いた。
分析条件：窒素６０ｋＰａ、水素５０ｋＰａ、空気５０ｋＰａ。注入口温度２４０℃、検出器（ＦＩＤ）温度２４０℃、カラム温度条件は１５０℃→１０℃/ｍｉｎ→２３０℃とした。スプリット比１/１００にて測定を行った。
リテンション時間：メントール２．７分、パルミチン酸４．７分、ステアリン酸５．５分、オレイン酸５．６分、リノール酸５．８分、パルミチン酸メントールエステル８．８分、ステアリン酸メントールエステル１１．１分、オレイン酸メントールエステル１１．５分、リノール酸メントールエステル１２．６分。

実施例１ サフラワー油由来メントールエステル
サフラワー油(八代株式会社製：組成を下記表１に示す。)１６８０ｇとＬ-メントール(東洋薄荷工業（株）製)９３６ｇと水４７２gからなる反応混液に、リパーゼＯＦ(名糖産業（株）製)１８．２ｇ(反応混液１ｇ当たり１０００Ｕ)を加え、撹拌しながら２５℃でエステル化反応を７０ｈｒ行い、反応混合物を得た。反応によって消費された酸価からエステル合成率を算出し、結果を表２に示した。

反応終了後、反応混合物を遠心分離（１２，０００ｒｐｍ、１５分、２５℃）を行い、固形分を除去し上清１を得た。上清１の組成を表３に示す。さらに、反応混合物の一部を４℃で２０ｈｒ静置し、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を析出させた後、遠心分離（１２，０００ｒｐｍ、１５分、２５℃）を行い、上清２を得た。各上清をそれぞれ２５重量％になるようにヘキサンに溶解し、精製用試料とした。

ステンレス製カラム（φ５０×１０００ｍｍ）に１ｋｇの破砕型シリカゲルＩＲ−６０−６３/２１０（ダイソー株式会社製）を充填した。充填カラムに精製用試料をアプライし、ヘキサンを移動相として定量ポンプで２４ｍｌ / ｍｉｎで１１．５Ｌ流し、カラム出口からの流出液をＵＶ検出器でモニタリングしながら分画を行った。カラム温度は２５℃にて行った。各フラクションをＴＬＣにて分析し、メントール、不飽和脂肪酸が含まれないフラクションを集めてエバポレーターにてヘキサン濃縮した。濃縮液をガスクロマトグラフィーにて各脂肪酸メントールエステルを分析した。上記の方法によって、上清１および上清２の分離・精製を行った。結果を表４に示す。

冷却を行わなかった精製用試料（上清１）は、負荷量（アプライ量）４２５．４ｇで、２４１．５の不飽和脂肪酸メントールエステルが得られた。また、冷却を行った精製用試料（上清２）は、負荷量（アプライ量）１０５０．１ｇで、８６２．２ｇの不飽和脂肪酸メントールエステルが得られた。得られた不飽和脂肪酸メントールエステル体としての化学純度は、９９．４％および９９．２％であった。また、冷却を行った方が、高い回収率で不飽和脂肪酸メントールエステルが得られた。

実施例２ オレイン酸由来メントールエステル
オレイン酸(東京化成工業株式会社製：組成を表５に示す)４７．９ｇとＬ-メントールに４．１ｇと水３．５ｇからなる反応混液に、リパーゼＯＦ０．４４ｇ(反応混液１グラム当たり１０００Ｕ)を加え、撹拌しながら２５℃でエステル化反応を５０ｈｒ行い、反応混合物を得た。反応によって消費された酸価からエステル合成率を算出し、結果を表６に示した。

反応終了後、反応混合物を４℃で２０ｈｒ静置し、未反応のメントールおよび長鎖不飽和脂肪酸を析出させた後、遠心分離（１２，０００ｒｐｍ、１５分、４℃）を行い、上清を得た。上清（有機層）を２５重量％になるようにヘキサンに溶解し、精製用試料とした。

ステンレス製カラム（φ１２×１７０ｍｍ）に１４ｇの破砕型シリカゲルＩＲ−６０−６３/２１０（ダイソー株式会社製）を充填した。充填カラムに精製用試料を１．５０ｇアプライし、ヘキサンを移動相として定量ポンプで３．２ｍｌ/ｍｉｎで９０ｍｌ流し、カラム出口からの留出液をＵＶ検出器でモニタリングしながら分画を行った。カラム温度は２５℃にて行った。濃縮はサフラワー油の場合と同様に行った。濃縮液をガスクロマトグラフィーにて各脂肪酸メントールエステルを分析した。その結果、不飽和脂肪酸エステル体としての化学純度は９４．５％であった。結果を表７に示す。

本発明の製法を用いれば、高純度の長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを効率的に製造することができ、化粧品基剤、医薬品、生化学試薬等に有効利用が可能である。

Claims (4)

1. メントールとリノール酸及びオレイン酸の少なくとも１種類を含む長鎖不飽和脂肪酸とをリパーゼ存在下で反応させる工程と、
   反応工程で得られたメントール、リノール酸及びオレイン酸の少なくとも１種類を含む長鎖不飽和脂肪酸、及び長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルを含む反応混合物を１０℃以下に冷却し、未反応のメントール及びリノール酸及びオレイン酸の少なくとも１種類を含む長鎖不飽和脂肪酸を析出させ、反応混合物中から除去する工程と、
   破砕型シリカゲルを充填剤とし、溶離液としてヘキサン又はヘプタンを用いてカラムクロマトグラフィー精製を行い、未反応のメントール及びリノール酸及びオレイン酸の少なくとも１種類を含む長鎖不飽和脂肪酸を除去する分離・精製工程と
   を含むことを特徴とする純度９４．５％以上の長鎖不飽和脂肪酸メントールエステルの製造方法。
2. 長鎖不飽和脂肪酸がリノール酸及びオレイン酸の少なくとも１種類を含むサフラワー油であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. メントールがＬ−メントールである請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 上記リパーゼがキャンディダ属由来のリパーゼであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。