KR100782434B1

KR100782434B1 - 올레오 수지로부터 안정한 상업 등급의 루테인 페이스트를분리, 정제 및 제조하는 방법

Info

Publication number: KR100782434B1
Application number: KR1020067009704A
Authority: KR
Inventors: 수닐 브하스카란; 비쉬와라만 모한
Original assignee: 인두스 바이오텍 프라이빗 리미티드
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2007-12-05
Also published as: DE602005003201T2; JP2007517863A; ES2294694T3; AU2005205250A1; US7179930B2; CA2544902C; CN1860091A; DE602005003201D1; JP4001615B2; EP1704134A1; US20050182280A1; ATE377583T1; RU2321582C2; KR20060090272A; PT1704134E; WO2005068409A1; CA2544902A1; AU2005205250B2; CN100381414C; DK1704134T3

Abstract

본 발명은 실온에서 올레오 수지로부터 약 95%의 수율로 안정화된 루테인을 얻는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 여과시 투명한 용액으로서 용해된 크산토필류를 얻기 위해 세척된 올레오 수지를 용해시키는 단계, 이온 교환 수지에서 크산토필 에스테르류를 포함하는 용해된 올레오 수지를 세척하는 단계, 알코올 매질에서 상-전이 촉매의 존재 하에 상기 투명한 용액을 염기로 가수분해하는 단계, 여과시 용해되지 않은 고형물들을 얻기 위해 산성 pH를 유지하는 물에서 상기 가수분해된 용액을 퀀칭하는 단계, 여과시 에스테르 층을 얻기 위해 상기 고형물들을 에스테르에 용해시키는 단계, 반-고형 잔류물을 얻기 위해 에스테르 층을 건조하는 단계, 상기 반-고형 잔류물을 알코올에서 분쇄하여 약 65% 검사 수준의 루테인 및 알코올성 분획을 얻는 단계, 비-수용성 분획들을 얻기 위해 상기 알코올성 분획을 증류하는 단계, 및 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 루테인 결정들을 단계(h)의 비-수용성 분획들과 혼합하는 단계를 포함한다.

루테인, 올레오 수지, 메리골드, 아프리칸 메리골드, 안정화제, 균염제

Description

올레오 수지로부터 안정한 상업 등급의 루테인 페이스트를 분리, 정제 및 제조하는 방법{A process for isolating, purifying and formulating a stable, commercial grade lutein paste from oleoresin}

본 발명은 실온에서 올레오 수지(Oleoresin)로부터 약 95%의 수율로 안정화된 루테인을 얻는 방법에 관한 것이다. 루테인 결정들을 불수용성 분획들과 혼합하여 안정한 루테인 페이스트를 얻는다. 본 발명은 분리 방법, 정제 방법, 및 임의의 첨가제들을 사용하지 않는 안정화 방법에 관한 것이다.

카로티노이드류(Carotenoids)는 지용성 천연 식물 색소들의 군이다. 카로티노이드류는 2개의 주요한 범주들로 분류될 수 있다: 카로틴류(Carotenes) 및 크산토필류(Xanthophylls). 카로틴류는 탄소와 수소 원자들만을 포함하는 카로티노이드류, 예를 들면 베타 카로틴, 알파 카로틴 및 리코펜을 의미한다. 크산토필류는 추가적인 히드록실기 또는 케토기, 또는 양자 모두를 포함하는 화합물들, 예를 들면, 루테인, 지아잔틴(Zeaxanthin)을 의미한다.

수개의 연구들은 카로티노이드류가 풍부한 과일 및 야채의 섭취가 암, 심혈관질환 및 안질환들에 대한 보호를 제공할 수 있다는 것을 입증하였다. 인간은 카로틴류를 생성할 수 없기 때문에, 이와 같은 중요한 영양소들의 공급원으로서 식단 또는 보충제류에 의존한다. 카로티노이드류는 일중 산소(singlet oxygen) 및 산소 자유 라디칼과의 반응성 때문에 잠재적인 막 항산화제(membrance antioxidant) 활성을 갖는 것으로 파악되었다. 일중 산소는 생물학 시스템들에 관여하며 단백질류, 지질류 및 DNA를 손상시질 수 있다. 카로티노이드류의 항암 활성은 카로티노이드류의 항-산소(anti-oxygen) 활성에서 기인한다. 루테인은 카로티노이드류의 군에 속하는 중요한 화합물이다. 과학적 연구들은 루테인이:

1. 눈의 노인성 망막황반 퇴행성 질환의 예방

2. 결장암의 예방에 상당한 역할을 수행한다는 것을 보여준다.

신진대사 동안 체내에서 생성되는 자유 라디칼류는 눈(특히, 당뇨병의 경우에 심함)을 손상시킨다. 눈의 예민한 조직들은 주로 다불포화(polyunsaturated) 지방산류를 포함한다. 그들은 자유 라디칼류 및 산화 스트레스에 의한 손상에 매우 취약하다. 건강한 눈 조직들에는 루테인을 포함한 다량의 항산화제성 영양소들이 존재하여 이와 같은 손상에 대항한다. 다양한 공표된 연구들은 루테인 또는 카로티노이드류의 섭취가 안 질환들(eye diseases)을 낮출 수 있다고 제안한다.

루테인 및 지아잔틴은 눈의 망막황반(Macula)에 고도로 농축된다. 망막황반은 중심부 시야(central vision) 및 고도의 시력을 담당하는 망막의 작은 부분이다. 루테인 및 지아잔틴으로 구성되는 망막황반의 황 색소는 UV 청색광(UV Blue light)의 광산화 효과에 의한 손상들로부터 망막황반을 보호한다. 인체는 루테인을 지아잔틴으로 대사한다. 루테인 섭취는 루테인 및 지아잔틴의 혈청 내 수준을 증가시키고 UV 청색광의 차단 및 보호 기능을 개선한다. 따라서, 루테인은 건강 증진 및 질병 예방을 위해 중요한 영양소로 부상하고 있다. 전세계의 노령층으로부터 루테인 보충제들에 대한 수요가 증가하고 있다.

카로티노이드류는 식물 색소들로서 존재한다. 그들은 꽃들(메리골드-아프리칸 메리골드:Marigold-Tagatea erecta), 과일류(베리류, 토마토류) 및 근채류(당근류, 황색 감자류)로부터 용이하게 얻을 수 있다. 히드록실 카로티노이드류는 복합 형태(combined form)인 에스테르류로서 발견된다. 그들은 통상적으로 라우르산, 미리스트산 및 팔미트산의 디에스테르류로 나타난다. 이 형태에서, 그들은 매우 안정한다. 그러나, 루테인 에스테르류(예를 들면, 메리골드 유래의 루테인의 디팔미테이트)는 사람의 혈청에서 발견되지 않는다.

R = 팔미트산, 미리스트산 또는 라우르산

크산토필의 구조

따라서, 크산토필은 "R"로 표시된 바와 같이 팔미트산과의 화학 결합을 가진 루테인의 에스테르이다. 알칼리 가수분해에 의해, R(팔미트산)은 제거되고 하기와 같은 (알코올인) 유리 루테인이 형성된다.

루테인

그들은 부분적으로 가수분해를 수행하고 루테인만 혈청으로 흡수된다. 따라서, 유리 루테인을 생체 이용(bioavailablity)을 위한 보충제로 제공하는 것이 중요하다. 그러나, 유리 형태인 루테인은 열에 대한 노출 및 산화에 의한 분해에 매우 취약하다. 루테인은 저장 동안 안정하게 유지되지 않는다. 루테인은 공기에 의한 산화 때문에 루테인의 에폭시드로 전환된다. 따라서, 이 분야의 중요한 도전과제는 저장 수명을 개선하기 위해 루테인을 안정화시키고 가수분해 반응 동안 루테인의 손실을 최소화하는 방법을 찾는 것이다. 화학물질들을 사용하지 않고 안정화시키는 것이 매우 중요할 것이다. 온도 및 장시간의 처리들에 노출되지 않으며, 임의의 화학적 첨가제들을 사용하지 않고 천연 안정화 물질로 안정화될 수 있는 유리 루테인을 제조하는 방법을 개발할 중요한 필요성이 있다.

루테인은 현재 5%, 10%의 미립들의 제형 및 10%, 20%, 및 30% 검사 수준 프리 퓨어(assay level Free pure)인 안정된 페이스트류의 제형으로 구입 가능하다. 90% 검사 수준의 루테인은 안정하지 않다. 이 루테인은 즉시 에폭시드로 산화된다. 이 에폭시드는 유용한 생물학적 특성을 갖지 않는다. 루테인은 통상적으로 화학적 첨가제류의 첨가에 의해 안정화되고 5% 내지 30%의 검사들에서 사용가능하다. 이는 소르브산, 벤조산 나트륨, 폴리소르베이트, 폴리에틸렌 글리콜, HPMC(히드록시프로필 메틸 셀룰로오스), 토코페롤류, 로즈마리 추출물류, 식물성 오일류와 같은 외인적 안정화 화합물들의 첨가에 의해 안정화된다. 순수한 루테인이 제조되어도, 보존제류 및 안정제류(stabilizing agents)의 첨가에 의해 안정화 동안 전술된 수준들 까지 희석된다. 이와 같은 안정화 화학물질들의 다수는 또한 매우 비싸다. 상업적으로 입수가능한 루테인은 안정화, 복잡한 제조 방법 및 내재된 불안정성에 의한 낮은 제조 수율의 문제들 때문에 엄청나게 높은 가격이다.

미국특허 제5,382,714호(프레드릭 카쉬크)에서, 아이오와주 드 모인의 케민 인더스리즈( KEMIN INDUSRIES)사로부터 케민 옐로우(KEMIN YELLOW)오일이라는 상품명 하에 수득한 비누화된 메리골드 올레오 수지로부터 루테인을 분리, 정제 및 재결정화하는 방법이 개시된다. 동 특허는 식물에 존재하는 바와 같은 루테인 에스테르류로부터 루테인을 방출하는 효율적인 방법을 특정하지 않는다는 주요한 단점을 갖는다. 동 특허는 투입 물질(input material)에 존재하는 유리 루테인을 분리하는 방법을 제공한다. 동 특허는 투입된 원재료에 대해 수행되는 에스테르교환 반응(transesterification)의 비효율성을 그대로 존속시킨다. 동 특허는 에스테르 분해 방법(ester breaking process)에 관해서는 전혀 언급하지 않는다. 또한, 제안된 정제 방법은 복수의 용매류 및 -20℃의 온도를 포함한다. 동 특허는 상업적으로 실행 가능한 방법이 될 수 없다.

미국특허 제5,648,564호(오시크, 등)는 루테인 에스테르의 비누화 및 유리 루테인의 정제 방법을 개시한다. 본 방법은 3가지 주요한 단점들을 갖는다:

1. 비누화가 65℃ 내지 80℃의 고온에서 수행된다. 이는 루테인의 분해를 야기할 정도로 높다.

2. 비누화 공정 시간은 통상적으로 3시간 이상이다. 따라서, 반응 시간이 길다. 온도와 함께 이는 루테인의 추가적인 분해를 초래한다.

3. 반응은 프로필렌 글리콜 및 에탄올 및 알칼리 수용액에서 수행된다. 반응 혼합물 내에 물이 존재하기 때문에 생성된 반응 혼합물은 매우 점도가 높은 비누같은(soapy) 물질이다. 루테인은 메리골드 올레오 수지의 수상(aqueous) 비누화 반응 동안 미세한 결정들로 존재한다는 것이 매우 잘 알려져 있다. 이와 같은 미세한 결정들은 점성이 있는 혼합물에 분산된다. 동 특허에서 제안된 분리 공정은 모든 유리 루테인을 효율적으로 회수하지 못한다.

따라서, 이 방법은 매우 효율적이고 비용-효과적인 상업적 방법이 아니다.

미국특허 제5,876,782호(사스 등)는 바이오매스에서 비-유리 형태의 크산토필을 유리 크산토필로 전환하는 방법을 개시한다. 동 방법은 바이오매스에서 낮은 비율(percentage)의 루테인 생성에 적합하다. 동 특허에서도, 그 방법은 고온(69℃) 및 장시간의 처리 시간(10시간)의 단점들을 갖는다. 이와 같은 조건들은 모두 가혹하고 루테인의 분해를 유발한다. 이 물질은 동물 또는 가금류의 사료로만 적합하다. 그 자체로는 사람의 섭취에 적합하지 않다.

미국특허 제6,262,784B1호(카쉬크)는 유해한 유기 용매들의 사용 없이 식물로부터 루테인 및 지아잔틴을 동시에 고순도로 추출, 비누화 및 분리하는 방법을 개시한다. 동 방법은 추출 및 비누화를 위해 과량의 용매를 포함한다. 용매인 테트라히드로푸란은 분해되어 과산화물류(Peroxides)를 생성하는 것으로 관찰된다. 이 과산화물은 카로티노이드를 분해할 수 있다. 식물 물질에 존재하는 카로티노이드는 통상 1% 내지 2%의 낮은 비율로 존재한다. 이와 같은 크산토필의 낮은 농도 및 높은 부피의 용매를 사용해야 하는 필요성은 동 방법을 비용-효과적이지 못하게 한 다. 용매 대비 끼니 비율(meal to solvent ratio)은 1: 20이고 용매 대비 총 추출가능량 비율은 1: 1000이다. 이는 동 방법의 상업적 실행가능성을 의문시하게 한다.

미국특허 제6,380,442B1호(메다비 등)는 고농도의 특정 화합물들을 포함하는 혼합된 카로티노이드류를 분리 및 정제하는 방법을 개시한다. 동 방법은 60 내지 65℃에서 90분간 이소프로판올, 물 및 알칼리를 이용한 메리골드 올레오 수지의 가수분해를 포함한다. 동 방법은 온도 및 시간 면에서 이전 방법보다 분명히 뛰어나나, 여전히 다음과 같은 단점들을 갖고 있다:

1. 65℃의 가수분해 온도는 높고 루테인 분해를 야기한다.

2. 90분의 반응시간은 여전히 길며 이 온도에서 산화를 초래한다.

3. 수상 가수분해 동안 방출되는 유리 루테인은 항상 매우 미세한 결정들이며 그들은 점액성의 비누 용액에 분산된다. 알칼리 수용액의 존재는 반응 혼합물을 매우 점성있게 한다. 동 방법은 유리 루테인의 효율적인 회수를 위한 상업적으로 실행가능한 분리 방법을 제공하지 않는다. 제안된 방법 자체로 침전된 루테인의 결정들을 점성이 높은 비누같은 혼합물로부터 모두 분리하는 것은 매우 어렵다.

미국특허 제 6,504,067B1호(몬토야 등)는 올레오 수지를 알칼리 및 산으로 세척하는 것에 관한 특허를 개시한다. 이와 같이 세척된 올레오 수지는 효과적인 접촉을 위해 특정 유화제류의 존재 하에 8시간 동안 90℃의 온도에서 알칼리 수용액 가수분해를 거친다. 동 방법은 또한 전술된 분리 문제들과 함께 유리 루테인의 분해를 초래하는 고온 및 긴 사이클 시간의 단점들을 갖는다.

10%, 20% 또는 30% 루테인 상품에 대한 수요 증가를 고려할 때, 유리 루테인의 방출을 위한 무수(no water), 실온, 낮은 노출시간 가수분해 방법 및 임의의 화학적 첨가제류의 사용없이 저장 동안 안정되게 유지될 수 있는 에스테르류로부터의 분리 방법에 대한 필요가 존재한다. 이와 같은 루테인의 미세한 결정들은 전체 수율을 높이기 위해 지방산 비누 매트릭스로부터 효과적으로 분리되어야 한다. 전술된 특징들이 만족되면, 온도 및 산화에 의한 루테인의 분해를 최소화하고 유리 루테인을 최소한의 비누성 매스로부터 방출시키는 것에 의해 수율을 개선할, 비용-효과적이고 상업적으로 실행 가능한 방법을 개발할 수 있다. 이 루테인은 임의의 첨가제들의 추가 없이 신규한 방법에 의해 안정화될 수 있다. 루테인은 실용적인 가격들로 10%, 20% 및 30% 검사 수준들의 상업용 루테인으로서 입수될 수 있다.

본 발명은 안정화된 루테인을 얻는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고수율의 순수한 루테인을 얻는 방법을 개발하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열 에너지에 대한 소비 없이 실온에서 루테인을 얻는 방법을 개발하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수득된 루테인이 약 35% 검사(35% assay)의 안정한 루테인인, 루테인을 얻는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 6개월 이상 분해 없이 주위 환경 조건들에서(ambient conditions) 안정적인, 루테인을 얻는 방법을 개발하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정상적인 저장 조건들에서 유지되며 상업적 응용들에 적용가능한 루테인을 얻는 방법을 개발하는 것에 관한 것이다.

발명의 요약

본 발명은 물을 사용하지 않고, 저온에서 상전이 촉매(phase transfer catalyst)를 이용한 최소한의 반응 시간으로 크산토필을 루테인으로 가수분해하는 신규한 방법을 제공한다. 선언된 발명은 가수분해 동안 생성되는 비누 매트릭스 내에 분산된 미세한 결정성 루테인을 분리하는 매우 효율적인 방법을 제공한다. 제안된 방법은 비누의 형성을 최소화한다.

본 발명의 특정 실시예들에 따르면, 유리 상태의 안정한 루테인의 생성을 위한 매우 간결하고 비용-효과적인 방법이 제공되며, 바람직하게는 10%, 20% 및 30% 검사 수준의 상품 순도로 루테인을 생성하는 방법이 제공된다. 본 발명은 저온 및 보다 짧은 사이클 시간들에서 이와 같은 공정들을 달성하여 온도에 불안정한(temperature labile) 루테인의 분해를 최소화하는 방법 및 이와 같은 루테인을 임의의 첨가제 없이 안정화 시키는 방법을 제공하며 상업 등급의 루테인을 만드는 데 기여한다.

발명의 상세한 설명

따라서, 본 발명은 실온에서 약 95%의 수율로 올레오 수지로부터 안정화된 루테인을 수득하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 여과에 의해 투명한 용액으로서 용해된 크산토필류를 얻기 위해 세척된 올레오 수지를 알코올에 용해시키는 단계, 이온 교환 수지에서 크산토필 에스테르류를 포함하는 용해된 올레오 수지를 세척하는 단계, 알코올 매질 내에서 상전이 촉매의 존재 하에 염기로 투명한 용액을 가수분해하는 단계, 여과로 용해되지 않은 고형물을 얻기 위해 산성 pH를 유지하는 물에서 가수분해된 용액을 퀀칭(quenching)하는 단계, 여과시 에스테르 층을 얻기 위해 고형물들을 에스테르에 용해시키는 단계, 반-고형 잔류물을 얻기 위해 에세테르층을 건조시키는 단계, 반-고형 잔류물을 알코올에서 분쇄(triturating)하여 약 65% 검사 수준의 루테인 결정들 및 알코올 분획을 얻는 단계, 비-수용성 분획들을 얻기 위해 알코올성 분획을 증류하는 단계 및 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 루테인 결정들을 비-수용성 분획들과 혼합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에서, 본 발명은 실온에서 올레오 수지로부터 약 95%의 수율로 안정화된 루테인을 얻는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:

a. 여과시 투명한 용액으로서 용해된 크산토필류를 얻기 위해 세척된 올레오 수지를 알코올에 용해시키는 단계,

b. 이온 교환 수지에서 크산토필 에스테르류를 포함하는 용해된 올레오 수지를 세척하는 단계,

c. 알코올 매질에서 상전이 촉매의 존재 하에 상기 투명한 용액을 염기로 가수분해하는 단계,

d. 여과시 용해되지 않은 고형물들을 얻기 위해 산성 pH를 유지하는 물에서 상기 가수분해된 용액을 퀀칭하는 단계,

e. 여과시 에스테르 층을 얻기 위해 상기 고형물들을 에스테르에 용해시키는 단계,

f. 반-고형 잔류물을 얻기 위해 에스테르 층을 건조하는 단계,

g. 상기 반-고형 잔류물을 알코올에서 분쇄하여 약 65% 검사 등급의 루테인 및 알코올성 분획을 얻는 단계,

h. 비-수용성 분획들을 얻기 위해 상기 알코올성 분획을 증류하는 단계,

i. 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 단계(g)의 루테인 결정들을 단계(h)의 비-수용성 분획들과 혼합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 구성되는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 알코올은 부탄올이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 이온 교환 수지는 강염기 음이온 수지이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 염기는 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 포함하는 군으로부터 선택되는 분말 형태이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 상전이 촉매는 4차염(quaternary salt)이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 방법의 4차염은 4차 포스포늄염 및 4차 암모늄염을 포함하는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 4차염은 테트라 부틸 암모늄 부로미드 및 테트라부틸 암모늄 히드로겐 술페이트이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 에스테르는 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트, 및 2-에틸 헥실 아세테이트로 구성되는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 에스테르는 에틸 아세테이트이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 반응 매스는 우레아로 퀀칭된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 pH는 3.2와 4.3 사이의 범위이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 pH는 아세트산으로 유지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 용액류는 여과지로 여과된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 올레오 수지는 메리골드 올레오 수지이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 분쇄용 알코올은 에틸 알코올이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 방법에서 사용되는 안정한 루테인은 약 35% 검사 수준(of about 35% assay)이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 안정화 물질은 알코올의 여과 후 얻어지는 가수분해 반응 혼합물의 비-수용성 분획들이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 루테인 분획은 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 가수분해 반응 혼합물의 비-수용성 분획들과 혼합된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 안정화된 루테인은 어떠한 분해 없이 6개월 이상의 기간 동안 주변 환경 조건들에서 유지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 루테인은 정상적인 저장 조건들에서 유지되며, 상업적 응용들에 적용가능하다.

본 발명에서, 본 발명자들은 n-부탄올이 크산토필 에스테르를 완전히 용해시키고 전술된 기준들을 충족시키므로 이를 용매로서 이용하였다. 선택된 염기는 각각 98% 및 85% 강도의 수산화나트륨 및 수산화칼슘 고형 분말들이다. 상전이 촉매는 4차 포스포늄염류, 4차 암모늄염류를 포함하는 일련의 화합물들로부터 선택되었으며, 이온쌍 형성 능력(ion pair capability) 때문에 바람직하게는 암모늄염이었다. 반응 조건들은 지방산 에스테르류의 가수분해 메카니즘에 맞도록 개발된다. 본 발명의 경우에, 형성된 루테인이 과다한 열 때문에 손상되지 않도록 주의를 기울였고, 이는 상기 화합물들이 열에 불안정하기 때문이다. 반응 온도는 40℃와 50℃ 사이, 바람직하게는 45℃였다. 상기 조건을 유지하여, 반응 기간은 30분으로 단축되었다. 48℃에서, 반응은 완료을 위해 단지 1/2시간을 필요로 한다. 40℃에서, 필요한 기간은 1시간으로, 이는 비전형적인 상전이 조건이었다.

가수분해 동안 유리 산도(free acidity) 및 후속의 점성있는 비누 형성에 대비하기 위하여 올레오 수지로부터 모든 유리 지방산류를 제거하기 위한 전처리로서, 이온 교환 수지에 의한 처리가 40℃와 50℃ 사이의 온도들에서 도입되었다. 사용된 수지는 겔 또는 마크로 다공성 수지의 형태인 강염기 음이온 교환기였다. 본 방법은 비누성 물질(soapy matter)의 최소 생성 및 루테인의 보다 나은 분리를 가능하게 한다. 본 방법은 루테인 수율을 개선한다.

균염제(complexing agent)로서 우레아를 포함하는 DM수(DM water)에서 반응 매스를 퀀칭하는 것에 의해 분리를 수행하였다. 이는 pH 조절, 여과, 루테인이 가용성인 에스테르 용액에 의한 추출로 이어진다. 생성된 비누성 물질, 상전이 촉매, 등과 같은 모든 수용성 반응 생성물들은 수상에 용해된 상태로 남는다. 에스테르는 본래의 반응 혼합물로부터 루테인, 유리 지방산, 및 왁스와 같은 반응의 비-수용성 반응 생성물들을 제거한다. 15℃ 내지 50℃ 범위의 온도들에서, 바람직하게는 40℃에서 상기 용매들은 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트, 2-에틸 헥실 아세테이트, 바람직하게는 에틸 아세테이트이다. 용매는 45℃, 진공 하에 증발된다.

이전 프로세스로부터의 결과물인 페이스트는 단일 탄소 지방산 내지 펜타 탄소 직쇄형 지방성 알코올류를 포함하는 알코올성 용매 4 내지 5 부피부(4 to 5 volume)와 혼합된다. 이는 잘 교반된다. 바람직하게는 사용되는 알코올은 에탄올이고, 이는 사람의 섭취에 적용가능하다. 루테인은 고형으로 떨어진다. 순도 55% 내지 60%의 루테인을 얻기 위해 여과되고 진공 오븐에서 건조된다. 알코올성 분획은 진공 하에서 완전히 증류되어 붉은색의 페이스트성 물질이 된다. 이 물질은 가수분해 반응의 비-수용성 분획으로 구성되고 유리 지방산류 및 왁스로 구성된다. 이는 루테인을 결정들로서 방출하고 나 후 반응 매스로부터의 잔류 물질이다. 이는 소량의 분리되지 않은 루테인을 포함하므로 색상이 붉은빛을 띠는 오렌지색이다. 정제된 루테인이 이 지방산 및 왁스의 혼합물과 혼합되면, 루테인이 안정화되고 산화되지 않은 채 안정된 형태로 유지된다는 놀라운 발견이 이루어졌다. 따라서, 이에 의해 얻은 루테인을 실험실용 리본 블렌더(laboratory ribbon blender)에서 물리적 혼합에 의해 이 페이스트성 물질로 혼합시킨다. 이 결과물인 페이스트는 약 30의 루테인을 가지며 저장의 정상적인 주변 환경 조건들에서 6개월 이상 안정한 상태로 유지된다. 유리 루테인은 유리 상태로 존재한다. 유리 루테인은 지방산 또는 왁스와 화학적으로 결합하지 않는다.

본 발명은 다음의 실시예들에 의해 보다 상세하게 기술되며 다음의 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실험예 1

40℃에서 중량 기준으로 13.8%의 루테인 에스테르(크산토필-메리골드 올레오 수지)를 포함하는 50g의 메리골드 올레오 수지를 500ml의 n-부틸 알코올에 용해시키고 투명한 용액을 얻기 위해 여과지를 통해 여과시켰다. 이 용액을 온도계, 질소 스파지 라인(sparge line)이 장착된 원형-3목 플라스크(round bottom 3neck flask)에 넣고 내부 온도를 45℃로 조절했다. 상기 용액에, 3.0g의 테트라 부틸 암모늄 브로미드를 첨가하고 5분간 교반하였다. 상기 용액에 5g의 수산화나트륨 분말을 첨가하고 교반하였다. 발열반응 때문에, 내부 온도는 50℃까지 상승했다. 이를 45℃까지 냉각시켰다. 1/2시간 후에 반응 매스에 개시 물질의 부재 여부를 확인했다. 반응 매스를 250g의 우레아를 포함하는 5 리터의 물에서 퀀칭시켰다. 80g의 아세트산을 이용하여 이 용액의 pH를 3.5 내지 4.0으로 조절했다. 반응 매스를 여과지를 통해 여과시켰다. 잔류된 고형물들을 35℃에서 250ml의 에틸 아세테이트에 용해시 키고 불용물질들을 제거하기 위해 다시 여과시켰다. 반고형 잔류물을 얻기 위해 에틸 아세테이트 층을 무수 황산나트륨으로 건조시키고 50℃이하에서 증류하여 제거했다. 질소 블랭킷 하에서 잔류물을 4 내지 5 부피부의 에틸 알코올로 4시간 동안 분쇄하고 여과시켰다. 건조된 루테인 결정들을 회수하고 진공 오븐에서 50℃에서 건조시켰다. 건조 후에 질소를 이용하여 진공을 해제시키고 물질을 검정색의 2층형 식품 등급 용기(black coloured two layered food grade container)에 채웠다. 최종 중량은 6g이었고 UV 방법에 의해 루테인의 검사는 52%이고 루테인의 총 수율은 90%였다.

실험예 2

40℃에서 중량 기준으로 14.9%의 루테인 에스테르(올레오 수지)를 포함하는 50g의 메리골드 올레오 수지를 500ml의 n-부틸 알코올에 용해시키고 투명한 용액을 얻기 위해 여과지를 통해 여과시켰다. 이 용액을 온도계, 질소 스파지 라인이 장착된 원형-3목 플라스크에 넣고 내부 온도를 45℃로 조절했다. 상기 용액에, 3.0g의 테트라 부틸 암모늄 히드로겐 술페이트를 첨가하고 5분간 교반했다. 상기 용액에 5g의 수산화나트륨 분말을 첨가하고 교반했다. 발열반응 때문에, 내부 온도는 50℃까지 상승했다. 이를 45℃까지 냉각시켰다. 1/2시간 후에 반응 매스에 개시 물질의 부재 여부를 확인했다. 반응 매스를 250g의 우레아를 포함하는 5 리터의 물에서 퀀칭시켰다. 80g의 아세트산을 이용하여 이 용액의 pH를 3.5 내지 4.0으로 조절했다. 반응 매스를 여과지를 통해 여과시켰다. 잔류된 고형물들을 35℃에서 250ml의 에틸 아세테이트에 용해시키고 불용물질들을 제거하기 위해 다시 여과시켰다. 반고형 잔류물을 얻기 위해 에틸 아세테이트 층을 무수 황산나트륨으로 건조시키고 60℃이하에서 증류하여 제거했다. 질소 블랭킷 하에서 잔류물을 4 내지 5 부피부의 에틸 알코올로 4시간 동안 분쇄하고 여과시켰다. 건조된 루테인 결정들을 회수하고 진공 오븐에서 50℃에서 건조시켰다. 건조 후에 질소를 이용하여 진공을 해제시키고 물질을 검정색의 2층형 식품 등급 용기에 채웠다. 최종 중량은 5.8g이었고 UV 방법에 의한 루테인의 검사는 91%의 수율에서 58%였다.

실험예 3

중량 기준으로 13.3%의 루테인 에스테르(올레오 수지)를 포함하는 50g의 메리골드 올레오 수지를 200ml의 n-부틸 알코올에 용해시키고 투명한 용액을 얻기 위해 여과시켰다. 상기 용액에 50ml의 새롭게 재생된 강염기 음이온 교환 수지(예를 들면, 수지 인디온(INDION) 860)를 첨가했다. 이 용액을 50℃에서 2시간 동안 교반하고 냉각시키며 여과에 의해 수지를 제거했다. 수지를 200ml의 부틸 알코올로 세척하고 세척액(washings)을 여과액(filtrate)과 통합했다. 총 여과액에 3g의 테트라 부틸 암모늄 브로미드 및 5g의 수산화나트륨 분말을 첨가하고 50℃ 미만의 온도에서 1시간 동안 교반했다. 반응은 T.L.C를 이용하여 모니터링하고 실험예 1에서 기술된 바와 같이 워크-업(work-up)을 수행했고, 최종 중량은 6g이고 94%의 수율로 52% 검사 수준의 루테인을 얻는다.

실험예 4

수산화나트륨 분말 대신 5.3g의 수산화칼슘 분말을 사용하여 전술된 실험예들을 반복하였다. 최종 워크-업은 전술된 두개의 실험예들에 따라 수행하였다. UV 방법에 의해 각각 60% 검사 및 58% 검사 수준의 5g 및 5.5g의 루테인을 얻었다.

실험예 5

중량 기준으로 14.8%의 루테인 에스테르(올레오 수지)를 포함하는 50g의 메리골드 올레오 수지를 200ml의 n-부틸 알코올에 용해시키고 투명한 용액을 얻기 위해 여과시켰다. 상기 용액에 50ml의 새롭게 재생된 강염기 음이온 교환 수지를 첨가했다. 이 용액을 50℃에서 2시간 동안 교반하고 냉각시키며 여과에 의해 수지를 제거했다. 수지를 200ml의 부틸 알코올로 세척하고 세척액을 여과액과 결합했다. 총 여과액에 3g의 테트라 부틸 암모늄 히드로겐 술페이트 및 5g의 수산화나트륨 분말을 추가하고 50℃ 미만의 온도에서 1시간 동안 교반했다. 반응은 T.L.C를 이용하여 모니터링하고 실험예 1에서 기술된 바와 같이 워크-업(work-up)을 수행했고, 최종 중량은 54% 검사 수준 루테인 6.1g이었다.

실험예 6

수산화나트륨 분말 대신 5.3g의 수산화칼슘 분말을 사용하여 전술된 두개의 실험예들을 반복하였다. 반응 조건 및 최종 워크-업은 전술된 실험예들에 기술된 바와 동일했다. 58.3% 검사 및 58% 검사 수준의 루테인 중량은 각각 5.9g 및 5.8 g이다.

실험예 7

40℃에서 중량 기준으로 13.4%의 루테인 에스테르를 포함하는 50g의 메리골드 올레오 수지를 200ml의 n-부틸 알코올에 용해시키고 투명한 용액을 얻기 위해 여과시켰다. 질소 대기 하에서 40 내지 45℃에서 상기 용액에 3.0g의 테트라 부틸 암모늄 브로미드를 첨가하고 5분간 교반했다. 상기 용액에 교반 하에 5g의 수산화나트륨 분말을 첨가했다. 발열 반응 때문에 내부 온도는 10분 후에 45℃에 도달했고 1/2 시간 동안 유지되었다. TLC 체킹을 수행하고 실험예 1에서 주어진 바와 같이 우레아 및 아세트산에서 워크 업을 하여 페이스트를 얻었다. 이 페이스트를 250 ml의 에틸 아세테이트에 용해시키고 무수 황산나트륨을 이용하여 용매층을 건조하여 물을 제거하였다. 용매층은 진공 하에 40℃에서 증류되어 19 g의 페이스트성 물질을 얻었다. 이 페이스트를 100ml의 순수 에틸 알코올과 혼합하고 페이스트가 에틸 알코올에 용해될 때까지 실온에서 보관했다. 그 후, 교반을 중단하고 안정되도록 방치했다. 건조 후 52% 검사 수준의 루테인 잔류물 5.8g을 얻기 위해 여과시켰다. 알코올성 분획을 완전히 증류하여 4.3g의 페이스트를 얻었다. 이 분획은 반응 생성물들의 비-수용성 분획이다. 이는 본질적으로 반응 혼합물로부터의 지방산류 및 왁스로 구성된다. 이 물질은 유리 루테인을 이 물질과 혼합하여 유리 루테인을 안정화시키기 위한 안정화제로서 사용된다. 루테인을 실험실용 블렌더에서 이 페이스트와 혼합하여 10.1g의 루테인 페이스트를 얻었다. 이는 루테인과 페이스트의 유 리된 혼합물(free mixture)이다. 화학 반응이 전혀 없다. 유리 루테인 함량을 측정하기 위해 이 물질을 분광계로 분석하여 30.2%의 유리 루페인을 파악하였다. 저장 안정성을 위해 이 물질을 이중층의 검정색 식품 등급 용기(double-layered Black colored food grade container)에서 35 내지 40℃에서 유지시켰다. 온도 및 습도의 주변 환경 조건들(35 내지 40℃의 온도 및 49 내지 76%의 상대습도)에서 결과는 다음과 같았다:

기간	초기	1개월차	2개월차	3개월차	4개월차	5개월차	6개월차
%루테인	30.2	30.1	30.1	30.2	30.1	30.1	30.1

위의 표는 정상적인 주변(35 내지 40℃) 저장 조건들 하에서 루테인의 분해가 일어나지 않았다는 것을 보여준다. 유리 루테인 함량은 6개월 기간의 종료까지 30.1%에서 유지되었다. 이와 같은 안정한 루테인 페이스트는 상업 등급 루테인에서 얻을 수 있는 최대 검사와 유사하다. 이는 식품 및 보충제들에서의 용법을 위해 사용될 수 있다. 이는 또한 5% 내지 10% 빌렛(billets)으로의 전환에 적합하며 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 수행될 수 있다.

루테인은 원래 올레오 수지에서 인근 분자들에 화학적으로 결합된 상태로 존재한다. 본 발명의 가수분해는 순수한 루테인의 분리를 촉진한다. 그러나, 분리된 순수한 루테인을 안정화시키기 위해, 루테인과 동일한 공급원으로부터의 비-수용성 분획과 혼합된다. 이 상호작용은 물리적 상호작용이고 어떠한 화학 결합도 포함하지 않는다. 루테인은 매트릭스 내에 안전하게 존재하며 다양한 원하는 목적들을 위해 사용될 수 있다.

루테인을 전술된 분획과 혼합하는 것이 안정화를 가져온다. 어떠한 화학 반 응도 없다. 통상적인 위험한 화학물질들 대신에, 본 발명자들은 이 천연 산물의 부분이 안정화제로 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 실제로, 본 발명자들 스스로도 활성의 상당한 손실 없는, 그와 같은 루테인의 높은 안정성을 발견하고 놀랐다.

본 발명은 저온 및 짧은 반응 시간의 조건들을 제공한다. 이는 반응 동안 감소된 루테인의 손상을 가져온다. 이는 또한, 수율을 증가시킨다.

또한, 분리 공정에서 물을 사용하지 않기 때문에, 비누 형성이 감소된다. 이는 또한 루테인의 손실을 최소화한다.

안정화된 루테인은 식품류 및 식품-보충제류에서 안전하게 사용될 수 있다.

본 발명은 값비싼 화학물질들로 루테인을 안정화시킬 필요를 제거한다. 또한, 이는 본 발명에 따른 방법을 통상적인 방법들과 차별화할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 훨씬 경제적인 방법이다.

Claims

실온에서 올레오 수지로부터 95%의 수율로 안정화된 루테인을 얻는 방법으로서, 상기 방법은:

a. 여과시 투명한 용액으로서 용해된 크산토필류를 얻기 위해 올레오 수지를 알코올에 용해시키는 단계,

b. 이온 교환 수지에서 크산토필 에스테르류를 포함하는 용해된 올레오 수지를 세척하는 단계,

c. 알코올 매질에서 상-전이(phase-transfer) 촉매의 존재 하에 상기 용해된 올레오 수지를 염기로 가수분해하는 단계,

d. 여과시 용해되지 않은 고형물들을 얻기 위해 산성 pH의 용액에서 상기 가수분해된 용액을 퀀칭(quenching)하는 단계,

e. 여과시 에스테르 층을 얻기 위해 상기 고형물들을 에스테르에 용해시키는 단계,

f. 반-고형 잔류물을 얻기 위해 상기 에스테르 층을 건조하는 단계,

g. 상기 반-고형 잔류물을 알코올에서 분쇄(triturating)하여 65% 검사 수준의 루테인 및 알코올성 분획을 얻는 단계,

h. 비-수용성 분획들을 얻기 위해 상기 알코올성 분획을 증류하는 단계, 및

i. 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 상기 단계(g)의 루테인 결정들을 상기 단계(h)의 비-수용성 분획들과 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 구성되는 군으로부터 선택되는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 알코올은 부탄올인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 사용된 이온 교환 수지는 강염기 음이온 수지인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 염기는 수산화나트륨 및 수산화칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 분말 형태인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 상-전이 촉매는 4차염인, 방법.
제 6항에 있어서, 상기 4차염은 4차 포스포늄염 및 4차 암모늄염으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 방법.
제 6항에 있어서, 상기 4차염은 테트라 부틸 암모늄 브로미드 및 테트라 부틸 암모늄 히드로겐 술페이트인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 에스테르는 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트, 및 2-에틸 헥실 아세테이트로 구성되는 군으로부터 선택되는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 에스테르는 에틸 아세테이트인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계(d)에서 가수분해된 용액을 우레아로 퀀칭(quenching)하는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 pH는 3.2와 4.3 사이에 있는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 pH는 아세트산으로 유지시키는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 용액들은 여과지로 여과시키는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 올레오 수지는 메리골드 올레오 수지인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 분쇄시키는 알코올은 에틸 알코올인, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 안정한 루테인은 35% 검사 수준인, 방법
제 1항에 있어서, 상기 안정화된 루테인은 상기 단계(h)에서 상기 알코올성 분획의 증류 후 얻어지는 가수분해 반응 혼합물의 비-수용성 분획들에 의해 안정화되는 것인 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계(g)에서 얻은 루테인 분획은 안정한 루테인 페이스트를 얻기 위해 가수분해 반응 혼합물의 비-수용성 분획들과 혼합되는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 안정화된 루테인은 분해 없이 6개월의 기간 동안 주변 환경 조건들에서 유지되는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계(i)의 루테인은 정상적인 저장 조건들에서 유지되고, 상업적 응용들에 적용가능한, 방법.