KR101302777B1 - 4-케토루테인의 제조 및 식품 첨가제로서의 용도 - Google Patents

Abstract

루테인으로부터 4-케토루테인을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 4-케토루테인 생성물은 난황 및 닭 외피에 대한 바람직한 착색을 제공하기 위한 사료 첨가제로서 유용하다.

Description

4-케토루테인의 제조 및 식품 첨가제로서의 용도{PREPARATION OF 4-KETOLUTEIN AND USE AS A FOOD ADDITIVE}

본 발명은 4-케토루테인의 화학적 합성에 관한 것이다. 합성된 화합물은 닭의 난황의 착색에 유용하다.

루테인은 식품 첨가제로서 사용하기 위해 천수국(marigold flower; 타게테스 에렉타(Tagetes erecta))으로부터 다량으로 상업적으로 제조된다. 구체적으로, 루테인은 닭의 난황을 착색하는 데 널리 사용된다. 그러나, 루테인이 난황에 진한 황색을 부여하지만, 생성된 난황이 색상 면에서 보다 진한 주황색을 띠도록 적색 착색을 가하는 것이 많은 시장거래에 있어서 바람직하다. 전형적으로, 이 적색 착색은 파프리카 추출물 또는 칸타잔틴(canthaxanthin)을 사료에 첨가함으로써 얻어진다. 이들 추출물을 사료에 첨가하는 것은 비용을 상당히 증가시킨다. 따라서, 다른 착색제의 후속 첨가 없이도 원하는 착색을 부여할 수 있는 루테인 생성물이 필요하다. 원하는 주황색-적색 착색을 달성하도록 루테인 그 자체를 비용경제적으로 변화시킨다면, 원하는 효과를 달성하기 위해 고가의 추출물을 첨가할 필요가 없을 것이다. 사실상 이것이 본 발명의 기초이다.

이전에, 본 발명자들은 제아잔틴(zeaxanthin)을 아스타잔틴(astaxanthin)으로 전환시키는 약산화법(mild oxidative procedure)을 설명한 바 있다(미국 특허 제5,973,211호 및 미국 특허 제6,329,557호). 이제, 본 발명자들은 우수한 수율로 루테인을 4-케토루테인으로 전환시키는 유사한 방법을 설명하고자 한다. 부분 산화에 의해 수득할 수 있거나 루테인과 수득된 4-케토루테인의 후속 혼합으로 수득할 수 있는, 4-케토루테인과 루테인의 혼합물은 시험에서 난황의 우수한 착색을 나타낸다.

루테인은 천수국으로부터 추출된 루테인 에스테르의 가수분해에 의해 우수한 순도로 수득된다. 루테인은 여러 수단에 의해 반-정제되고 닭 사료 내로의 제제화용으로 시판되는데, 닭 사료에서 루테인은 난황뿐만 아니라 외피에도 황색 착색을 부여한다. 그러나, 천연(native) 조건 하에서 성장한 닭은 일반적으로 난황에 약간의 적색 착색을 부여할 다른 카로테노이드를 섭취한다. 그러므로, 루테인과, 적색 착색 기능을 가지는 다른 카로테노이드의 혼합물을 사용하여 이 착색을 자극하는 것이 바람직하다.

루테인이 4-케토루테인으로 전환되는 것은 아래에 도식적으로 나타나 있다:

발명의 개요

본 발명의 실시양태는 루테인을 유기 용매에 용해시키는 단계, 루테인을 산화제와 반응시켜 4-케토루테인을 생성시키는 단계, 및 반응 혼합물로부터 4-케토루테인을 분리하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 4-케토루테인의 제조 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 유기 용매는 할로겐화된 유기 용매이다. 보다 바람직하게는, 할로겐화된 유기 용매는 클로로포름이다. 바람직한 실시양태에서, 유기 용매 대 루테인의 중량/부피 비는 각각에 대해 5부 내지 40부이다.

바람직한 실시양태에서, 산화제는 아황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산수소나트륨, 아황산수소칼륨, 중아황산나트륨 또는 중아황산칼륨일 수 있는 포화된 수용액을 포화된 브롬산염 용액과 혼합함으로써 제조된다. 보다 바람직하게는, 산화제는 포화된 중아황산나트륨 수용액을 포화된 브롬산나트륨 용액과 혼합함으로써 제조된다. 바람직한 실시양태에서, 중아황산나트륨 대 브롬산나트륨의 중량비는 약 1.5 : 1이다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 산화제는 포화된 중아황산나트륨 수용액을 포화된 브롬산칼륨 용액과 혼합함으로써 제조된다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 산화제는 포화된 중아황산나트륨 수용액을 포화된 브롬산칼슘 용액과 혼합함으로써 제조된다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 산화제는 포화된 중아황산나트륨 수용액을 포화된 브롬산세륨 용액과 혼합함으로써 제조된다. 바람직한 실시양태에서, 산화제 대 루테인의 중량비는 카로테노이드 각 부에 대해 0.5부 내지 5부이다. 바람직한 실시양태에서, 수성 산화제의 pH는 1 내지 4이다. 바람직한 실시양태에서, 반응 온도는 2℃ 내지 10℃이다.

바람직한 실시양태에서, 루테인은 식물 추출물의 비누화로 수득된다. 바람직하게는, 상기 식물은 천수국이다. 대체가능한 바람직한 실시양태에서, 루테인은 합성적으로 제조된다.

본 발명의 실시양태는 화학식 I의 4-케토루테인을 동물 사료 첨가제로서 사용하는 방법에 관한 것이다. 바람직한 실시양태에서, 상기 동물은 암탉(chicken egg layer)이고, 4-케토루테인을 사료에 첨가한다. 바람직한 실시양태에서, 4-케토루테인을 4-케토루테인 생성물의 농도가 약 1 ppm 내지 80 ppm이 되기에 충분한 양으로 사료에 첨가한다. 바람직하게는, 4-케토루테인을 암탉 사료 중의 4-케토루테인 생성물의 농도가 약 2 ppm 내지 10 ppm이 되기에 충분한 양으로 암탉 사료에 첨가한다. 보다 바람직하게는, 사료 중의 루테인의 농도가 2 ppm 내지 3 ppm 루테인이 되기에 충분한 양으로 소정량의 루테인을 4-케토루테인과 함께 사료에 첨가한다.

본 발명의 실시양태는 4-케토루테인을 동물 사료 첨가제로서 사용하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 4-케토루테인은 루테인을 유기 용매에 용해시키고 루테인을 산화제와 반응시켜 4-케토루테인을 생성하고 반응 혼합물로부터 4-케토루테인을 분리함으로써 제조된다.

본 발명의 추가적 측면, 특징 및 장점은 하기 바람직한 실시양태의 상세한 설명으로부터 당업자에게 자명해질 것이다.

기재된 실시양태는 본 발명의 바람직한 실시양태를 대표하는 것이지만, 당업자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명을 변형시킬 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 결정되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시양태는 루테인을 4-케토루테인으로 전환시키는 산화법에 관한 것이다. 본 발명자들은 간단한 산화법으로 우수한 수율로 루테인을, 사실상 바람직한 적색 착색 기능을 가지는 4-케토루테인으로 전환시킬 수 있음을 발견하였다.

이 산화법은 분자의 원하는 측면만이 영향을 받는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 적합한 조건은 혼합된 수성/유기 매질 또는 과산화물에서의 할로겐화 조건이다. 이 할로겐화제는 브롬, NBS 또는 유사한 물질일 수 있다. 올레핀에 히드록실화 알파를 부여하는 것으로 공지되어 있는 유사한 조건을 이용할 수 있다. 알릴 산화를 수행하는 비-제한적 예, 또는 산화 반응에서 사용될 수 있는 물질은 그 전체가 참고로 본원에 도입되어 있는 주요 참고 교재[Trost and Larock, "Comprehensive Organic Synthesis," Volume 7, Pergamon Press, New York, 1991, pages 83-117] 및 [Richard C. Larock "Comprehensive Organic Transformations," Wiley- VCH, New York, 1999, pages 1207-1209]에 검토되어 있다.

바람직한 실시양태에서는, 브롬산염과 중아황산염의 혼합물을 산화제로서 사용한다. 바람직한 실시양태에서는, 이 반응들을 수성 매질 및 미반응성 비혼화성 유기 매질을 사용하는 2-상 조건에서 수행한다. 일반적으로 사용되는 브롬산염은 중아황산나트륨, 중아황산칼륨, 메타-중아황산나트륨 또는 메타-중아황산칼륨과 함께 사용되는 브롬산나트륨 또는 브롬산칼륨이다. 브롬산염과 중아황산염은 반응 도중에 또는 반응 직전에 혼합될 수 있다. 가장 바람직한 실시양태에서는, 브롬산염/중아황산염 혼합물을 제조한 후, 이를 유기 용매 중의 루테인 슬러리에 서서히 첨가한다. 바람직한 실시양태에서는, 포화된 중아황산나트륨 수용액을 적당히 혼합하면서 약 1 내지 3 : 1, 바람직하게는 약 1.0 내지 1.5 : 1의 비로 포화된 브롬산나트륨 용액과 반응시킨다.

루테인을 용해시킬 수 있는 용매인 한, 임의의 미반응성 비혼화성 유기 매질을 유기 용매로서 사용할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 용매는 클로로포름이다.

바람직하게는, 반응을 0℃ 내지 70℃의 임의의 온도에서 수행한다. 보다 바람직하게는, 반응을 2℃ 내지 10℃의 온도에서 수행한다.

카로테노이드 생성물을 유기층 내로의 추출로 반응 혼합물로부터 분리할 수 있다. 경우에 따라, 생성물의 추출 후 유기층을 세정할 수 있다.

카로테노이드는 미반응된 루테인과 4-케토루테인의 혼합물로서 사용될 수 있다. 정제된 4-케토루테인을 루테인 및/또는 다른 카로테노이드와 병용하여 원하는 착색을 제공할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 방법으로 수득한 4-케토루테인을 동물 사료에 첨가하여 생성된 식품에서 원하는 착색을 제공한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 방법으로 제조한 4-케토루테인을 포함하는 조성물을 닭 사료 첨가제로 사용하여 닭 외피 및/또는 난황의 바람직한 황색을 띠는 오렌지색 착색을 달성한다. 4-케토루테인 생성물을 식품에 직접 첨가하여 바람직한 착색을 제공할 수도 있다.

적절한 용기에서, 슬러리화되어 있는 카로테노이드 106 g(이 중 90 g이 루테인에 상응함) 및 물 180 ㎖ 중의 수산화나트륨 180 g을 함유하는 천수국 추출물 1 kg을 첨가하였다. 혼합물을 1시간 동안 교반하면서 103℃로 가열하였다. 비누화의 완결 후, 헥산 18 ℓ를 첨가하고 혼합물을 교반하였다. 헥산층을 분리하고 수층을 140 mm Hg 절대압 하에서 50℃까지 가열하였다. 대략 pH=4까지 용액을 중화시키는 25% 인산 1.4 ℓ로 수층을 처리하였다. 비누화된 추출물을 분리하고, 수성 염층을 제거하였다. 유기층을 클로로포름 12,800 ㎖ 및 요오드 7.2 g과 혼합하고, 온도를 5℃로 조절하였다. 이어서, 이 혼합물을 물 1200 ㎖, 브롬산나트륨 53.6 g, 탄산나트륨 24.3 g, 메타-중아황산나트륨 29.2 g 및 구연산 48.6 g(이 구연산은 계속 교반하고 5℃의 일정 온도를 유지하면서 1시간 경과 후에 첨가함)을 혼합하여 제조한 용액으로 처리하였다. 반응을 HPLC 분석에 의한 측정 시 98% 초과의 루테인이 4-케토루테인으로 전환되는 시점까지 2시간 동안 더 진행시켰다. 이 시점에서, 28% 탄산나트륨 용액 1,400 ㎖를 첨가하여 반응을 켄칭하였다. 혼합물을 25℃에서 10분 동안 교반한 후, 물 1,400 ㎖를 첨가하고 5분 동안 더 혼합하였다. 그 후, 층 분리를 위해 혼합물을 정치시켰다. 수층을 분리하고, 유기층을 이용하여 계속 처리를 행하고, 45℃에서 640 mm Hg의 진공을 이용하여 용매를 제거하였다. 용매가 일단 제거되면, 트윈-80 200 g을 40℃에서 농축물에 혼입시키고, 최대 12.7 ℓ의 부피까지 물을 첨가하여 에멀젼화시켰다. 수득한 생성물은 총 카로테노이드 5.1 g/kg을 함유하였고, 상기 카로테노이드의 57%는 4-케토루테인이었다. 출발 물질에 대한 총 카로테노이드의 수율은 60%이었고, 루테인으로부터의 4-케토루테인의 수율은 41%이었다.

당업자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 다수의 다양한 변형을 가할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 형태는 단지 설명을 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 명확히 이해해야 한다.

Claims (22)

1. 하기 화학식 I의 4-케토루테인을 암탉 사료에 첨가하는 것을 포함하는, 암탉에 의해 생산된 난황에 황색을 띠는 오렌지색(yellow-orange) 착색을 제공하기 위한 암탉 사료 첨가제로서 4-케토루테인을 사용하는 방법으로서,

   상기 4-케토루테인은, 루테인을 유기 용매에 용해시키고, 상기 루테인을 산화제와 반응시켜 반응 혼합물을 생성시키고, 상기 반응 혼합물로부터 4-케토루테인을 분리함으로써 제조되고,

   4-케토루테인의 농도가 1 ppm 내지 80 ppm이 되기에 충분한 양으로 4-케토루테인이 사료에 첨가되는, 방법.

   화학식 I

   
2. 제 1 항에 있어서,

   4-케토루테인의 농도가 2 ppm 내지 10 ppm이 되기에 충분한 양으로 4-케토루테인이 사료에 첨가되는 방법.
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