JP7177081B2 - 魚油廃棄物残渣からのコレステロール抽出の改良された方法 - Google Patents
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Description
本発明は、魚油廃棄物残渣からコレステロールを高収量及び高純度で抽出するための改良された方法に関する。そのようにして得られた医薬品グレードのコレステロールは、ビタミンＤ３の調製の前駆体として有用である。
ＩＵＰＡＣ名（３β）－コレスタ－５－エン－３－オールを有し、体系名が２，１５－ジメチル－１４－（１，５－ジメチルヘキシル）テトラシクロ［８．７．０．０２’７．０１１’１５］ヘプタコサ－７－エン－５－オールであるコレステロールは、一部の食品に見出され、体内で製造されるワックス状物質であり、ステロイドホルモン、胆汁及びビタミンＤの生合成の前駆体として作用する。
コレステロールは、卵黄、内臓肉、エビ、イカ、牛肉、豚肉、鶏肉、魚、羊毛脂、全脂肪乳製品、バター、ハードマーガリン、ラード、ココナッツ油、ギー（澄ましバター）、植物性ギー、パーム油に見出すことができる。これらの供給源は通常、コレステロールをその遊離型及びエステル化型で含有している。コレステロールの最も重要な供給源は、羊毛から得られるラノリンである。しかし、羊毛脂中の脂肪酸の組成は、様々なエステルを形成し得る遊離酸とアルコールの存在により複雑な性質であり、コレステロールの抽出は煩雑で費用がかかる。
粗魚油は、約９０％に相当するトリグリセリドを主に含有する。他の残りの成分は、部分グリセリド（即ちモノ又はジグリセリド）、遊離脂肪酸、リン脂質及びコレステロール－ステロール、グリセリルエーテル、脂肪アルコール、ビタミン及び酸化色素を含む不けん化性画分としての化学物質群を含む。不けん化性画分の含有量は、季節及び給餌条件によって変わり、２～８％の範囲で変わる。
魚類精製業からの魚油廃棄物残渣は、他の脂肪酸の中でも、コレステロール、タンパク質、及び酵素等の有用な生成物を含有する。ビタミンＤ３の製造における前駆体としてのコレステロールの重要性により、魚油業の廃棄物流れを形成する魚油及び魚油残渣（多価不飽和脂肪酸の除去後）は今や、コレステロールの代替源と見なされている。
特許文献１は、少なくとも２０重量％のエイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）及び少なくとも３５重量％のドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）、コレステロール及び有用な副生成物を含有する、精製魚油濃縮物の製造方法を開示している。特許文献１に開示される方法は、精製魚油濃縮物を得ることに特に関連し、コレステロールは副生成物として分離される。特許文献１では尿素を使用して、析出する脂肪酸アルキルエステルと、尿素と付加物を形成しないコレステロールとの付加物を形成させ、溶媒を使用して濾液からコレステロールを結晶化させる。
特許文献２は、ＮａＯＨ／ＫＯＨの存在下でのけん化と、後続の３０℃を超える温度で脂肪族又は芳香族炭化水素等の少なくとも１つの非水混和性溶媒による抽出による、魚油からのコレステロールの抽出方法を開示している。この方法では、溶媒抽出、結晶化及び逆洗を反復してコレステロールを抽出することを含む。特許文献２に記載されている方法は、大量の溶媒を必要とする多段階の煩雑な溶媒抽出方法である。総収量（魚油に対して重量／重量）及び純度は低い。
上記を考慮して、本発明者らは、コレステロール（遊離及びエステル化型の両方）が豊富な魚油廃棄物残渣からコレステロールを高収量及び高純度で抽出するための改良された方法を開発した。
上記に従って、本発明は、魚油廃棄生成物から高収量及び高純度でコレステロールを抽出するための改良された方法であって、
ｉ．エステル不含有コレステロールを得るために、触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で魚油廃棄物残渣をけん化した後、酸水溶液で中和する工程；
ｉｉ．コレステロール付加物を得るために、相分離の後、２－ブタノン中のけん化塊を臭化カルシウムと共に高温で加熱する工程；及び
ｉｉｉ．純粋なコレステロールを得るために、付加物からコレステロールを分離した後、メタノールから再結晶させる工程；
を含む。
ｉ．エステル不含有コレステロールを得るために、触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で魚油廃棄物残渣をけん化した後、酸水溶液で中和する工程；
ｉｉ．コレステロール付加物を得るために、相分離の後、２－ブタノン中のけん化塊を臭化カルシウムと共に高温で加熱する工程；及び
ｉｉｉ．純粋なコレステロールを得るために、付加物からコレステロールを分離した後、メタノールから再結晶させる工程；
を含む。
一態様において、ステロール含有質量と臭化カルシウムとの比は、１：１～１：１０、好ましくは１：１～１：５、より好ましくは１：１の範囲である。
一態様において、本発明の方法により得られたコレステロールは、９５～９７％のＨＰＬＣ純度で非常に純粋であり、ビタミンＤ３の製造のための前駆体として使用することができる。
生体材料の供給源：魚油廃棄生成物は、多価不飽和脂肪酸（ＰＵＦＡ）とコレステロールを含有する各種の魚から抽出された魚油から得られる。
魚油には主に、貴重な栄養補助食品である多価不飽和脂肪酸（ＰＵＦＡ）、部分グリセリド（即ち、モノ又はジグリセリド）、リン脂質、及びわずか約１～３％のコレステロールを含有する。ＰＵＦＡは、抽出、蒸留等の既知の方法で魚油から抽出される。ＰＵＦＡ除去後の残渣は、魚油廃棄物残渣の重量に応じて５－５０％のコレステロールをその遊離型で又は魚油のエステル及び高沸点留分として含む、魚油廃棄物残渣である。魚油廃棄物残渣は通常、廃棄又は焼却される。
従って、本発明者らは、コレステロールが豊富な魚油廃棄物残渣が、生体内変換反応における重要な前駆体であるコレステロールの抽出のための潜在的な原料として作用可能であると感じた。医薬品グレードのコレステロール生産の工業的要件を満足し、原料ベースを拡大するために、本発明は、魚油の分子蒸留後に得られたコレステロールが豊富な魚油廃棄生成物（遊離型及びエステル型の両方）から、高収量及び高純度でコレステロールを抽出するための改良された方法を提供する。
一実施形態において、魚油廃棄物残渣から高収量及び高純度でコレステロールを抽出するための改良された方法は、
ｉ．エステル不含有コレステロールを得るために、触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で魚油廃棄生成物をけん化した後、酸水溶液で中和する工程；
ｉｉ．コレステロール付加物を得るために、相分離の後、２－ブタノン中のけん化塊を臭化カルシウムと共に高温で加熱する工程；及び
ｉｉｉ．純粋なコレステロールを得るために、付加物からコレステロールを分離した後、メタノールから再結晶させる工程；
を含む方法工程を特徴とする。
ｉ．エステル不含有コレステロールを得るために、触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で魚油廃棄生成物をけん化した後、酸水溶液で中和する工程；
ｉｉ．コレステロール付加物を得るために、相分離の後、２－ブタノン中のけん化塊を臭化カルシウムと共に高温で加熱する工程；及び
ｉｉｉ．純粋なコレステロールを得るために、付加物からコレステロールを分離した後、メタノールから再結晶させる工程；
を含む方法工程を特徴とする。
従って、魚油廃棄生成物１グラム当たり０．４～０．６グラムの範囲で（遊離及びエステル化）コレステロールを含む魚油廃棄生成物を、０．５～５０グラムの量の触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で、水酸化ナトリウム等のアルカリ塩基中でけん化した。けん化は、メタノール等の低級アルコール中で行った。混合物を約０．５～６時間還流させた。約１時間後、温度を７０～８０℃に上昇することにより溶媒を留去した。
混合物を同温度にて、２０～２５％硫酸を使用して中和した。水の添加後に２－ブタノンを添加して、反応塊を５０～８０℃にて１０～９０分間撹拌した。有機層と水層とを分離した。オメガ酸及び他のすべての残留酸／不純物を水層中で洗い流し、母液を飽和塩溶液で更に洗浄して、微量の水を除去した。９０～９５℃の温度で加熱することにより、有機溶媒を蒸発させた。２－ブタノンを同温度にて更に添加し、ステロールを含有する反応塊を６５～７０℃まで冷却した。
本方法の一実施形態において、上記の冷却した反応塊を、５０～５００グラムの量のアルカリ又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、好ましくは臭化カルシウム等のハロゲン化物から選択される無機塩と共に加熱することによって、エステル不含有ステロール付加物を得た。温度は２５～８０℃、好ましくは４０～８０℃、より好ましくは６０～７５℃の範囲で７～１６時間維持した。約８時間加熱した後、反応塊を約３０℃まで冷却して、濾過し、２－ブタノンで洗浄した。ステロールを含む固体残渣を更にメタノールに懸濁させ、３～４時間還流させて、３５℃まで冷却し、同温度に更に３～４時間維持して、濾過し、メタノールで洗浄して無機塩を除去した。
塩を含まない固体残渣をヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、エチルトルエン等の脂肪族又は芳香族炭化水素、好ましくはトルエンに更に懸濁させ、混合物を４０～５０℃の範囲の温度まで加熱して、更なる不純物を除去した。懸濁液を濾過し、トルエンで洗浄した。残留固体を排除し、濾液全体、即ちコレステロールを含有する有機層を真空下、６０～７０℃にて蒸発させ、更にメタノールで処理して、残留トルエンを除去した。メタノールを添加して、反応混合物を６０～７０℃にて１～５時間加熱することによって、粗コレステロールを更に精製した。反応塊を３０～３５℃まで冷却し、２～６時間維持して、固体を濾過し、洗浄して、真空下で乾燥させて、純粋なコレステロールを得た。
一実施形態において、ステロールと臭化カルシウムとの比は、１：１～１：１０、好ましくは１：１～１：５の範囲、より好ましくは１：１である。
本発明のけん化反応における触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの使用によって、コレステロール中のエステル化基の加水分解が促進され、遊離ステロールが生じる。この反応は、より短時間で、使用する溶媒の沸点以下の温度にて行うことができる。
臭化カルシウム等の無機塩はコレステロールと選択的に付加物を形成し、この付加物は溶媒から容易に分離できる。反応は、反応の持続時間を短縮する高温にて行った。本方法における付加物形成により、先行技術の方法で用いるような、コレステロール抽出のための溶媒の過剰使用が低減される。従って、本方法は費用効果が高く、工業的に実行可能である。
一実施形態において、本発明の方法により魚油廃棄生成物から抽出されたコレステロールは、９５～９７％の範囲のＨＰＬＣ純度を特徴とする。
別の実施形態において、本方法により得られたコレステロールは、当分野で既知の方法による２５－ヒドロキシコレステロールを介したビタミンＤ、好ましくはＤ３の製造のための前駆体として使用することができる。
更に別の実施形態において、コレステロールの抽出後の残渣をバイオ燃料として使用する。
有利な実施形態において、本発明は、コレステロールが豊富な魚油廃棄物残渣（遊離型及びエステル化型の両方）等の代替源から、簡単及び費用効果の高い方法で、高収量及び高純度でコレステロールを抽出する。
本明細書の例は、本開示の特定の態様を例示するために提供されて、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１：魚油からのコレステロール
魚油廃棄生成物（魚油廃棄生成物１グラム当たり０．４～０．６グラムのコレステロール（遊離及びエステル型）を含む）４００グラムをメタノール４００ｍｌに懸濁させた。水酸化ナトリウム４０グラム及び４－ジメチルアミノピリジン１グラムを添加して、反応塊を１時間還流させた。１時間後、メタノールを７０～７５℃にて蒸留した。７５℃にて２５％硫酸６００ｍｌ及び水３００ｍｌを添加した。２－ブタノン６００ｍｌを添加して、反応塊を７５℃にて３０分間撹拌した。有機層と水層を分離した。有機層を飽和塩溶液１００ｍｌで３回洗浄した。２－ブタノンを９０～９５℃にて蒸発させた。
魚油廃棄生成物（魚油廃棄生成物１グラム当たり０．４～０．６グラムのコレステロール（遊離及びエステル型）を含む）４００グラムをメタノール４００ｍｌに懸濁させた。水酸化ナトリウム４０グラム及び４－ジメチルアミノピリジン１グラムを添加して、反応塊を１時間還流させた。１時間後、メタノールを７０～７５℃にて蒸留した。７５℃にて２５％硫酸６００ｍｌ及び水３００ｍｌを添加した。２－ブタノン６００ｍｌを添加して、反応塊を７５℃にて３０分間撹拌した。有機層と水層を分離した。有機層を飽和塩溶液１００ｍｌで３回洗浄した。２－ブタノンを９０～９５℃にて蒸発させた。
更に、２－ブタノン８００ｍｌを上記の反応塊に添加して、６５～７０℃まで冷却した。臭化カルシウム１９０グラムを添加し、反応物を６５～７０℃にて８時間加熱した。反応物を３０℃まで冷却し、濾過して、２－ブタノン１００ｍｌで洗浄した。固体残渣をメタノール６００ｍｌに懸濁し、３時間還流させた。反応容器を３５℃まで冷却し、同温度で３時間維持し、濾過して、メタノール１５０ｍｌで洗浄した。
固体残渣をトルエン１０８０ｍｌに懸濁させ、４５～５０℃まで加熱し、濾過して、トルエン１００ｍｌで洗浄した。濾液全体、即ちコレステロールを含むトルエン層を真空下、６５～７０℃にて蒸発させた。残渣をメタノール１００ｍｌで処理して、残留トルエンを除去した。メタノール４００ｍｌを更に添加して、６５℃まで加熱し、同温度で２時間維持した。反応塊を３０～３５℃まで冷却し、２時間維持した。固体を濾過して、メタノール１００ｍｌで洗浄した。単離した固体を６５～７０℃の真空下で乾燥させ、ＨＰＬＣにより決定された高純度のコレステロールを得た。
収量：２００～２２０グラム
収量パーセント（重量／重量、魚油廃棄生成物に関して）：≧５０％
ＨＰＬＣ純度：９５％
収量パーセント（重量／重量、魚油廃棄生成物に関して）：≧５０％
ＨＰＬＣ純度：９５％
上記の説明は例示的であり、限定的ではないことを理解されたい。説明を検討すれば、多くの実施形態が当業者には明らかとなる。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定されるべきではなく、代わりに、添付の特許請求の範囲並びにそのような特許請求の範囲が権利を付与する均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。
Claims (7)
- ｉ．エステル不含有コレステロールを得るために、触媒としての４－ジメチルアミノピリジンの存在下で魚油廃棄物残渣をけん化した後、酸水溶液で中和する工程；
ｉｉ．コレステロール付加物を得るために、相分離の後、２－ブタノン中の前記けん化塊を臭化カルシウムと共に高温で加熱する工程；及び
ｉｉｉ．純粋なコレステロールを得るために、前記付加物からコレステロールを分離した後、メタノールから再結晶させる工程；
を含むことを特徴とする、コレステロールが豊富な魚油廃棄物残渣から高収量及び高純度でコレステロールを抽出するための改良された方法。 - コレステロールと臭化カルシウムとの比が１：１～１：１０の範囲である、請求項１に記載の改良された方法。
- コレステロールと臭化カルシウムとの比が１：１の範囲にある、請求項２に記載の改良された方法。
- 工程（ｉｉ）における臭化カルシウム及びステロール含有反応塊の混合物を２５～８０℃の範囲の温度まで加熱する、請求項１に記載の改良された方法。
- 工程（ｉｉ）における臭化カルシウム及びステロール含有反応塊の混合物を６５～７０℃の範囲の温度まで加熱する、請求項４に記載の改良された方法。
- 前記コレステロールが、９５～９７％の範囲のＨＰＬＣ純度を特徴とする、請求項１に記載の改良された方法。
- ビタミンＤ３の調製における、請求項１の方法により得られたコレステロールの使用。
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