KR20050016445A

KR20050016445A - 카로티노이드 결정의 형성 및 분리 방법

Info

Publication number: KR20050016445A
Application number: KR10-2004-7019148A
Authority: KR
Inventors: 야닉 꿰스넬
Original assignee: 아디쎄오 프랑스 에스에이에스
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-02-21

Abstract

본 발명은 (a) 유기용매의 환류 온도하에 올레오레진을 유기용매, 알콜 및 염기에 도입하여 비누화반응 혼합물을 형성하는 제1단계; (b) 상기 비누화 반응 혼합물을 비누화 반응이 완결되기에 충분한 시간 동안 유지하여, 비누화 생성물을 생산하는 단계; (c) 그 결과 생성된 비누화 생성물이 유기상과 수상을 포함하는 두개의 상으로 분리되도록 하는 단계; (d) 상기 상들을 분리하고 수상을 추출하는 단계; 및 (e) 상기 유기상을 증류하여 카로티노이드 결정을 수득하는 단계를 포함하는, 카로티노이드-함유 식물 올레오레진으로부터 카로티노이드 결정을 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

카로티노이드 결정의 형성 및 분리 방법{Process for the formation and isolation of carotenoid crystals}

본 발명은 카로티노이드 화합물의 생산 및 분리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 만수국화(万壽菊花)로부터 잔토필(xanthophyl) 결정의 분리에 관한 것이다.

카로티노이드는 자연에 풍부하고 과일, 야채, 잎, 미생물 및 해양생물에서 발견할 수 있다. 카로티노이드는 항산화제, 식품 착색제로 사용되고 암 예방 치료에 사용된다. 이 화합물은 미국 특허 제6,191,293호에 개시된 전통적인 추출법을 이용하여 그 천연 원료로부터 쉽게 추출할 수 있다. 이 추출물은, 용매 제거 후에 미정제 올레오레진으로 된다. 결과물인 카로티노이드 농도는 미정제 올레오레진을 직접 인류의 소비를 위해 사용하기에 충분히 높지 않다.

카로티노이드를 형성, 분리 및 정제하는 다른 화학적 방법이 공지되어 있는데, 미국특허 제5,648,564호에 개시된 것이 한 예이다. 이 방법이 산업규모로 적용되는 경우, 수득된 잔토필 결정의 양은 그다지 높지 않은데, 전형적으로 수율 59%에 순도 79%이다. 마찬가지로, WO 01/94279호에 개시된 방법은 수율 80% 순도 70-51%를 제공한다. 유사한 문제점이 WO 01/28966호, ES 2 099 683호, WO 99/20587호 및 EP 0,732,378호에 개시된 방법에서도 발견된다.

더우기, 상기 인용문헌의 방법들은 알칼리, 통상적으로는 수산화칼슘, 및 수-혼화성 유기용매, 통상적으로는 1,3-프로판디올로 심하게 오염된 다량의 폐수를 생산하는 것으로 보인다. 따라서 이 생성물은 산업공정에서 고가의 추가 단계를 요구하는 후처리를 반드시 해야한다. 또한, 이 방법들에서 결정화된 카로티노이드의 분리는 원심분리 단계를 통해 진행되는데, 이는 아마도 미정제 반응 생성물의 높은 점도 때문으로 고가의 장비와 높은 출자금이 요구된다.

본 발명자들은 종래 기술에서 부딪치는 전술한 문제점들을 극복하는 방법을 개발하였고, 따라서 본 발명은 (a) 유기용매의 환류 온도하에 올레오레진을 유기용매, 알콜 및 염기에 도입하여 비누화반응 혼합물을 형성하는 제1단계; (b) 상기 비누화 반응 혼합물을 비누화 반응이 완결되기에 충분한 시간 동안 유지하여, 비누화 생성물을 생산하는 단계; (c) 그 결과 생성된 비누화 생성물이 유기상과 수상을 포함하는 두개의 상으로 분리되도록 하는 단계; (d) 상기 상들을 분리하고 수상을 추성하는 단계; 및 (e) 상기 유기상을 증류하여 카로티노이드 결정을 수득하는 단계를 포함하는, 카로티노이드-함유 식물 올레오레진으로부터 카로티노이드 결정을 생산하는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 결과 생성물이 보다 높은 수율 및 보다 높은 순도로 수득된다는 점에서 종래의 공지 기술에 비하여 잇점을 제공한다. 수득된 결정을 정제할 필요가 없다.

또한, 본 발명은 모두 트랜스 형태로 있는 카로틴 및 잔토필과 같은 순수한 카로티노이드를 생산하는 방법을 제공한다. 증류 단계 중에 시스 이성체의 이성화가 일어난다. 따라서, 본 발명의 방법으로 부터 직접 수득된 생성물은 인간의 소비 또는 사료 보충물로서 적합하다. 본 발명의 다른 잇점은 이 방법에 의해 발생된 폐수량이 종래 방법에서의 폐수량 보다 2배 내지 32배 낮다는 것이다. 사용된 용매는 공정 말기에 증류로 제거되어 다시 사용될 수 있고, 이렇게 환경적으로 효율적인 카로티노이드 생산 방법을 제공한다. 또한, 이 방법에 사용된 장비는 간단하고 원심분리나 동결건조 장치가 필요 없으므로, 산업규모의 생산에 매력적인 옵션을 제공한다.

본 발명의 방법은 카로티노이드-함유 식물로부터 카로티노이드 결정 추출에 관한 것이다. 본 발명의 방법으로부터 수득된 카로티노이드로는 예컨대 루테인, 제아잔틴, 캅소루빈, 캅산틴, 아스타잔틴 및 카타잔틴과 같은 잔토필; 베타-카로틴 및 리코펜과 같은 카로틴이 있다. 카로티노이드-함유 식물은, 고 농도의 바람직한 카로티노이드 에스테르를 함유하는 것으로 알려진 식물이 바람직하고, 만수국화와 베리(*블루베리 등의 작고 수분이 많은 식물류)가 포함된다. 올레오레진은 공지된 방법으로 추출된다.

본 발명의 제1 단계에서, 올레오레진을 유기 용매, 알콜 및 염기와 혼합하여 비누화 반응 혼합물을 형성한다. 적합한 유기 용매는 수-불혼화성 유기용매로, 예컨대 펜탄, 헥산, 헵탄 및 톨루엔과 같은 탄화수소; 디이소프로필에테르, 메틸 t-부틸 에테르(MTBE), 디에틸에테르와 같은 에테르; 디클로로메탄, 디클로로에탄, 모노클로로벤젠(MCB)와 같은 염화용매가 있다. 용매의 농도는 0.5 내지 10 ℓ/올레오레진 1kg, 바람직하게는 1 내지 4ℓ/올레오레진 1kg이다.

알콜에 대해서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, t-부탄올 및 부탄올로부터 선택된 알콜일 수 있다. 바람직한 알콜은 이소프로판올 또는 프로판올이다. 알콜은 0.5 내지 10ℓ/올레오레진 1kg, 바람직하게는 1 내지 4ℓ/올레오레진 1kg의 농도로 존재한다.

염기에 대해서는, 적합한 염기로는 수산화알칼리, 예컨대 수산화리튬, 수산화나트륨 및 수산화칼륨; 탄산알칼리, 예컨대 탄산리튬, 탄산나트륨 및 탄산칼륨이 포함된다. 바람직한 염기는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨이다.

본 방법의 제1 단계는 용매의 환류 온도하에서 수행된다. 반응물들은 비누화 반응을 완결하기에 충분한 시간동안 환류 온도로 유지된다. 결과물인 비누화 생성물은 두개의 상, 즉, 유기상과 수상을 포함한다. 이 두개의 상이 분리되도록 하여 수상을 반응계로부터 제거한다. 그 다음, 남은 유기상을 증류하여 유기용매흔적을 제거하고, 이렇게 카로티노이드 결정을 제공한다. 본 방법의 이 공정은 50 내지 100℃, 바람직하게는 80 내지 85℃에서 적합하게 수행된다. 증류 단계 동안에는, 액체의 부피가 유지되도록 물을 반응계로 지속적으로 도입하는 것이 바람직하다.

그 결과 생성된 결정을 여과 분리할 수 있다. 여과는 50 내지 100℃ 온도에서 수행될 수 있다. 그 다음 분리된 결정을 세척할 수 있다. 세척은 물 또는 아세토니트릴 또는 알콜(메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 등)과 같은 적합한 용매로 수행할 수 있다. 물을 사용하는 것이 바람직한 경우, 이 단계는 50 내지 100℃, 바람직하게는 80 내지 85℃에서 수행될 수 있다. 아세토니트릴 또는 알콜과 같은 용매를 사용하는 것이 바람직한 경우에는, 이 단계는 5 내지 40℃, 바람직하게는 20 내지 25℃에서 수행될 수 있다.

물의 양은 1 내지 20ℓ/kg, 바람직하게는 5 내지 10ℓ/kg이 적합하다.

그 결과 생성된 결정은 고 순도, 전형적으로 85 내지 99%, 일반적으로 95%보다 높게 수득된다. 생성물의 수율은 전형적으로는 40 내지 90%, 일반적으로는 70 내지 80%이다.

이제 하기 실시예를 참조로 하여 본 발명을 보다 상세히 기술하고자 한다:

실시예 1:

만수국 올레오레진 (프랑스 나투렉스로부터, 올레오레진 1kg당 카로티노이드 128g의 함량으로 얻음) 72.8g을 헥산 150㎖ 및 이소프로판올 150㎖에 환류하에 용해시켰다. 그 다음 수성 수산화나트륨(30%wt) 150㎖을 도입하고 미정제 반응 혼합물을 강한 교반 및 질소 분위기하에 환류하며 비누화가 완결(2.5시간, 외관>97% 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 측정)될 때까지 계속하였다. 이 시점에서, 교반을 멈추면 혼합물이 신속하게 두개의 상(상층 유기상과 하층 수상)으로 분리되었다. 하층인 수상을 제거하였다. 유입속도를 대략 유출속도와 동일하게 하여 액체상의 전체 부피가 600㎖를 초과하지 않도록 하면서 예열(90℃)된 물 500㎖를 도입하는 한편 유기용매(헥산 및 이소프로판올)을 증류 제거하였다. 증류 말기에, 수성 액체상과 결정화 카로티노이드를 포함하는 미정제 혼합물을 여과하여 결정화 카로티노이드를 분리하였다. 여과 덩어리를, 온수 150㎖ 삼회 분량으로 세척하고, 실온의 아세토니트릴 150㎖ 삼회 분량으로 세척한 후, 실온의 헥산 150㎖ 삼회 분량으로 세척하였다. 용매 잔류 흔적은 실온에서 감압하에 제거하였다. 주홍/빨강색의 순수 잔토필 결정 6.76g을 수거하였다(수율: 총 카로티노이드 기준으로 하여 72.3%). HPLC로 결정을 분석하였다: 모두 트랜스인 루테인 91.2%, 모두 트랜스인 제아잔틴 8.8%, 시스 이성체와 다른 카로티노이드는 검출되지 않았고, 총 카로티노이드 수율은 95%를 넘었다.

실시예 2:

만수국 올레오레진 (인도 플랜트 리피드사(Plant Lipids Limted)로부터, 올레오레진 1kg당 카로티노이드 100g의 함량으로 얻음) 82.5g을 헥산 150㎖ 및 이소프로판올 150㎖에 환류하에 용해시켰다. 그 다음 수성 수산화나트륨(30%wt) 150㎖을 도입하고 미정제 반응 혼합물을 강한 교반 및 질소 분위기하에 환류하며 비누화가 완결(2.5시간, 외관>97% 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 측정)될 때까지 계속하였다. 이 시점에서, 교반을 멈추면 혼합물이 신속하게 두개의 상(상층 유기상과 하층 수상)으로 분리되었다. 하층(수상)을 제거하였다. 유입속도를 대략 유출속도와 동일하게 하여 액체상의 전체 부피가 600㎖를 초과하지 않도록 하면서 예열(90℃)된 물 500㎖를 도입하는 한편 유기용매(즉, 헥산 및 이소프로판올)을 증류 제거하였다. 증류 말기에, 미정제 혼합물(수성 액체상과 결정화 카로티노이드를 포함)을 여과하여 결정화 카로티노이드를 분리하였다. 여과 덩어리를, 온수 150㎖ 삼회 분량으로 세척한 후 실온의 에탄올 150㎖ 삼회 분량으로 세척하였다. 용매 잔류 흔적은 실온에서 감압하에 제거하였다. 주홍/빨강색의 순수 잔토필 결정 6.45g을 수거하였다(수율: 총 카로티노이드 기준으로 하여 78.2%). HPLC로 결정을 분석하였다: 모두 트랜스인 루테인 91.2%, 모두 트랜스인 제아잔틴 8.8%, 시스 이성체와 다른 카로티노이드는 검출되지 않았고, 총 카로티노이드 수율은 95%를 넘었다.

실시예 3:

만수국 올레오레진 (프랑스 나투렉스로부터, 올레오레진 1kg당 카로티노이드 128g의 함량으로 얻음) 56.1g을 헥산 150㎖ 및 이소프로판올 150㎖에 환류하에 용해시켰다. 그 다음 수성 수산화나트륨(30%wt) 150㎖을 도입하고 미정제 반응 혼합물을 강한 교반 및 질소 분위기하에 환류하며 비누화가 완결(2.5시간, 외관>97% 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 측정)될 때까지 계속하였다. 이 시점에서, 교반을 멈추면 혼합물이 신속하게 두개의 상(상층 유기상과 하층 수상)으로 분리되었다. 하층인 수상을 제거하였다. 유기상을 서서히 예열(95℃)된 물 500㎖에 가하고 유기용매를 즉시 증류 제거하였고, 유입류는 내부 부피가 600㎖ 미만을 유지하도록 조절하였다. 부가 말기에, 유기용매의 증류가 종결될 때까지 열을 유지하였고, 그 다음, 카로티노이드 결정을 여과로 수거하였다. 여과 덩어리를, 온수 150㎖ 삼회 분량으로 세척한 후 실온의 헥산 150㎖ 삼회 분량으로 세척하였다. 용매 잔류 흔적은 실온에서 감압하에 제거하였다. 주홍/빨강색의 순수 잔토필 결정 3.5g을 수거하였다(수율: 총 카로티노이드 기준으로 하여 51%, 카로티노이드 함량 92%). HPLC로 결정을 분석하였다: 모두 트랜스인 루테인 93%, 모두 트랜스인 제아잔틴 7%, 시스 이성체와 다른 카로티노이드는 검출되지 않았고, 총 카로티노이드 수율은 95%를 넘었다.

실시예 4-17:

상업적으로 입수가능한 만수국 올레오레진을 45℃에서 헵탄 10㎖, 부탄올 2.5㎖ 및 수성 수산화나트륨(30%wt) 2㎖에 용해하였다. 반응 혼합물을 교반 및 불활성 분위기하에 5시간 두었다. 교반을 멈추자 혼합물이 두개의 상으로 신속하게 분리하였다. 두 상의 분리 및 이후의 처리는 실시예 1에서와 같이 수행되었다. 생성물의 수율은 하기 [표 1]에 기재되어 있다.

실시예	질량(mg)	전환%(5h)	용량카로티노이드(mg)	트랜스/시스 비율	수율%(올레오레진)	수율% (/총카로티노이드함량)
4	97.3	>97	110.5	87/13	11.4%	88.2%
5	97.3	>97	111.3	87/13	11.4%	88.2%
6	111.6	>97	119.2	90/10	10.6%	92.2%
7	111.6	>97	118.4	90/10	10.6%	92.2%
8	120.8	>97	126.2	83/17	10.4%	87.5%
9	120.8	>97	124.7	84/16	10.4%	87.5%
10	108.8	>97	137.2	94/6	12.7%	93.6%
11	108.8	>97	138.4	94/6	12.7%	93.6%
12	112.1	>97	114.9	82/18	10.2%	86.5%
13	112.1	>97	113.4	82/18	10.2%	86.5%
14	132.4	>97	146.6	91/9	11.1%	84.9%
15	132.4	>97	146.0	92/8	11.1%	84.9%
16	131.9	>97	139.4	89/11	10.6%	86.9%
17	131.9	>97	139.0	90/10	10.6%	86.9%

실시예 18-23:

올레오레진 1g(플랜트 리피드사로부터 얻음, 1kg 당 카로티노이드 100g)을 하기 [표 2]에 상세히 기재된 여러 용매들에 용해시키고, 알콜을 부가한 후, 수산화알칼리 3㎖를 부가하였다. 반응 혼합물을 교반 및 불활성 분위기하에 완결될 때까지 두었다.

실시예	용매	알콜	염기(30%wt)	T℃	시간(h)	전환(%)
18	MTBE	부탄올	KOH	50	3	>95
19	톨루엔	부탄올	NaOH	60	5	>95
20	C₂H₄Cl₂	이소프로판올	NaOH	60	3	>95
21	C₂H₄Cl₂	t-부탄올	KOH	60	3	>95
22	MCB	프로판올	KOH	60	3	>95
23	MCB	2-부탄올	NaOH	60	3	>95

Claims

(a) 유기용매의 환류 온도하에 올레오레진을 유기용매, 알콜 및 염기에 도입하여 비누화반응 혼합물을 형성하는 제1단계; (b) 상기 비누화 반응 혼합물을 비누화 반응이 완결되기에 충분한 시간 동안 유지하여, 비누화 생성물을 생산하는 단계; (c) 그 결과 생성된 비누화 생성물이 유기상과 수상을 포함하는 두개의 상으로 분리되도록 하는 단계; (d) 상기 상들을 분리하고 수상을 추출하는 단계; 및 (e) 상기 유기상을 증류하여 카로티노이드 결정을 수득하는 단계를 포함하는, 카로티노이드-함유 식물 올레오레진으로부터 카로티노이드 결정을 생산하는 방법.
제 1 항에 있어서,

유기용매가 수-불혼화성 유기용매인 방법.
제 2 항에 있어서,

유기용매가 탄화수소, 에테르 또는 염화용매인 방법.
제 3 항에 있어서,

유기용매가 펜탄, 헥산, 헵탄 및 톨루엔으로부터 선택된 탄화수소인 방법.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

알콜이 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, t-부탄올 및 부탄올로부터 선택된 방법.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

염기가 수산화알칼리 또는 탄산알칼리로부터 선택된 방법.
제 6 항에 있어서,

염기가 수산화리튬, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨인 방법.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

유기상 증류 동안에 물이 지속적으로 반응계로 도입되는 방법.