KR20160098296A - 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 영양 조성물은, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 한다. 상기 아세트산셀룰로오스는, 하기로 정의되는 조성 분포 지수 (CDI) 가 2.0 이하인 아세트산셀룰로오스여도 된다.
CDI = (조성 분포 반치폭의 실측값) / (조성 분포 반치폭의 이론값)
조성 분포 반치폭의 실측값：아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 HPLC 분석하여 구한 조성 분포 반치폭
또한, 하기 식에 있어서, DS 는 아세틸 총치환도, DPw 는, 중량 평균 중합도 (아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 사용하여 GPC-광 산란법에 의해 구한 값) 이다.
[수학식 1]

Description

지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물 {NUTRIENT COMPOSITION HAVING LIPID METABOLISM-IMPROVING ACTION}
본 발명은 지질 (脂質) 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물에 관한 것이다. 상기 영양 조성물은, 중성 지방 저감에 우수한 효과를 발휘한다. 또, 비만, 고지혈증 등의 예방, 개선 효과를 기대할 수 있다. 본 발명은, 또, 지질 대사 개선제, 그리고, 염증성 장질환 및/또는 면역 이상 (알레르기 질환 등) 의 개선 또는 예방제에 관한 것이다. 본원은, 2013년 12월 20일에 일본에 출원한 일본 특허출원 2013-263889의 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근 식생활의 향상, 서양식화에 수반하여, 고칼로리, 고지방식을 섭취할 기회가 늘어나고 있다. 지방의 과잉 섭취는, 비만이나 혈청 지질의 상승을 일으키고, 그에 수반하는 합병증을 발증할 위험성이 높아진다.
종래, 체내에서 분해될 수 없기 때문에, 혈당치의 상승을 억제하기 때문에 당뇨병을 예방할 수 있고, 또 지방의 흡수를 억제하기 때문에 다이어트에 효과가 있는 것으로 여겨지고 있는 물질로서, 난소화성 덱스트린이 알려져 있다 (비특허문헌 1 참조). 특허문헌 1 에는, 장기간 섭취해도 안전한 식물 섬유를 함유하는 지질 대사 개선제로서, 특정 구조의 분기 α-글루칸을 함유하는 지질 대사 개선제가 제안되어 있다.
그러나, 난소화성 덱스트린은, 미네랄의 흡수를 방해하지 않는 것이나, 부작용이 없다는 이점이 있기는 하지만, 중성 지방의 저감에 대해서는 더 개선의 여지가 있다. 또, 난소화성 덱스트린은 대량으로 섭취하면, 설사를 발생시키는 경우가 있다.
한편, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC), 난소화성 덱스트린, 펙틴, 폴리덱스트로스 등의 가용성 식물 섬유가 식품 첨가물로서 사용되고 있다. 이들 가용성 식물 섬유는, (i) 장관 (腸管) 내용물의 점도를 높이고, 당의 흡수를 늦추기 때문에, 식후의 급격한 혈당치의 상승을 억제하고, (ii) 담즙산이나 콜레스테롤을 흡착하고, 체외로 배설하기 때문에, 혈청 콜레스테롤의 상승을 억제하고, (iii) 장관 내에서 발효·분해되고, 단사슬 지방산이 늘어나기 때문에, 장관 상피 세포의 발달을 촉진한다는 작용을 하는 것으로 일컬어지고 있다. 그러나, 단사슬 지방산 산생균을 포함하는 장내균군의 증가에 대해서는 락트산 음료 등을 제외하면, 검토되어 있지 않다.
일본 공개특허공보 2010-100583호
일본 식물 섬유 연구회지, 제 4 권, 제 2 호, 2000년, 제 59 페이지 ∼ 제 65 페이지
본 발명의 목적은, 중성 지방 저감 효과가 우수하고, 게다가 장에 부드럽고 안전성이 높은 영양 조성물 및 가축 사료를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 장에 부드럽고 안정성이 높은 지질 대사 개선제를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 장에 부드럽고 안정성이 높은 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 신규 간암의 예방 및/또는 치료제를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 저치환도의 아세트산셀룰로오스가 혈중 중성 지방치의 저감 효과가 우수한 것을 알아냄과 함께, 저치환도의 아세트산셀룰로오스가, 장내 균총에 관하여, 유익한 Clostridium subcluster XIVa 를 포함하는 OTU 군 (OTU940) 이 증가한다는 작용을 갖는 것을 알아내었다. 상기 Clostridium subcluster XIVa 는, 난치성 질환인 염증성 장 질환 (후생 노동성이 지정하는 크론병이나 궤양성 대장염 등) 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대해, 치유 그리고 예방 효과를 갖는 것이 기대되고 있기 때문에, 저치환도의 아세트산셀룰로오스의 섭취 내지 투여에 의해, 장내 균총이 개선되고, 염증성 장 질환이나 알레르기 등의 면역 이상에 대해 치유 그리고 예방 효과를 갖는 것을 높이 기대할 수 있다.
본 발명자들은 또한, 저치환도의 아세트산셀룰로오스가, 장내 균총에 관하여, Clostridium cluster XI 를 포함하는 OTU919 및 OTU338 을 감소시킨다는 작용을 갖는 것을 알아내었다. Clostridium cluster XI 는 간장의 발암에 관여하는 것으로 의심되는 2 차 담즙산을 산생하므로, 이 세균군의 감소는, 저치환도의 아세트산셀룰로오스의 섭취 내지 투여에 의해, 장내 균총이 개선되고, 간암의 예방 효과 또는 치료 효과를 갖는 것을 높이 기대할 수 있다.
즉, 본 발명은, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 영양 조성물을 제공한다.
상기 아세트산셀룰로오스는, 하기로 정의되는 조성 분포 지수 (CDI) 가 2.0 이하인 것이어도 된다.
CDI = (조성 분포 반치폭의 실측값) / (조성 분포 반치폭의 이론값)
조성 분포 반치폭의 실측값：아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 HPLC 분석하여 구한 조성 분포 반치폭
Figure pct00001
DS：아세틸 총치환도
DPw：중량 평균 중합도 (아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 사용하여 GPC-광 산란법에 의해 구한 값)
본 발명은, 또, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 가축 사료를 제공한다.
본 발명은, 또한, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 지질 대사 개선제를 제공한다. 이 지질 대사 개선제는 가축용이어도 된다.
본 발명은, 또, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는, 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제를 제공한다. 이 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제는 가축용이어도 된다.
본 발명은, 또한, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는, 간암의 예방 및/또는 치료제를 제공한다. 이 간암의 예방 및/또는 치료제는 가축용이어도 된다.
본 발명의 영양 조성물 및 가축 사료는, 수용성 혹은 수친화성이 우수한 아세틸 치환도가 낮은 아세트산셀룰로오스를 함유하므로, 고칼로리 성분이나 지방이 장벽 (腸壁) 으로부터 흡수되기 어려워지기 때문인지, 지질 대사가 크게 개선되고, 중성 지방의 저감 효과가 우수하다. 또, CMC 등의 다른 수용성 셀룰로오스 유도체와 비교하여, 장에 부드럽고 설사를 잘 일으키지 않는 등, 안전성의 점에서 우수하다.
또, 본 발명의 지질 대사 개선제 및 가축용의 지질 대사 개선제는, 지질 대사 개선 작용이 우수함과 함께, 안전성도 우수하다.
또한, 본 발명의 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제는, 염증성 장 질환이나 면역 이상에 대해 우수한 개선 또는 예방 효과를 기대할 수 있음과 함께, 안전성도 우수하다.
나아가 또, 본 발명의 간암의 예방 및/또는 치료제는, 간암의 예방 효과, 치료 효과가 우수함과 함께, 안전성도 우수하다.
도 1 은, 실시예의 평가 시험 2 에 있어서, 각 사료로 사육한 래트에 있어서의 OTU 의 종류와 그 존재량을 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 실시예의 평가 시험 2 에 있어서, 각 군 (CE, WS, CM, DE) 에 있어서의 OTU940 의 존재비 (％) 를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 실시예의 평가 시험 2 에 있어서, 각 군 (CE, WS, CM, DE) 에 있어서의, 염증성 장 질환 그리고 면역 이상에 대해 치유 그리고 예방 효과를 갖는 것이 기대되는 세균군에 특이적인 OTU 의 존재비 (％) 를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 실시예의 평가 시험 2 에 있어서, 각 군 (CE, WS, CM, DE) 에 있어서의, 발암성 2 차 담즙산을 주는 세균군에 특이적인 OTU 의 존재비 (％) 를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 영양 조성물 혹은 가축 사료, 지질 대사 개선제, 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제, 그리고, 간암의 예방 및/또는 치료제는, 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 한다.
[아세트산셀룰로오스]
(아세틸 총치환도)
본 발명에 있어서의 아세트산셀룰로오스는, 아세틸 총치환도 (평균 치환도) 가 0.4 ∼ 1.1 이다. 아세틸 총치환도가 이 범위이면, 물에 대한 용해성이 우수하고, 이 범위를 벗어나면, 물에 대한 용해성이 저하되는 경향이 된다. 상기 아세틸 총치환도의 바람직한 범위는 0.5 ∼ 1.0 이며, 더욱 바람직한 범위는 0.6 ∼ 0.95 이다. 아세틸 총치환도는, 아세트산셀룰로오스를 물에 용해하고, 아세트산셀룰로오스의 치환도를 구하는 공지된 적정법에 의해 측정할 수 있다. 또, 그 아세틸 총치환도는, 아세트산셀룰로오스의 수산기를 프로피오닐화한 다음에 (후술하는 방법 참조), 중클로로포름에 용해하고, NMR 에 의해 측정할 수도 있다.
아세틸 총치환도는, ASTM：D-817-91 (셀룰로오스아세테이트 등의 시험 방법) 에 있어서의 아세트화도의 측정법에 준하여 구한 아세트화도를 다음 식으로 환산함으로써 구해진다. 이것은, 가장 일반적인 셀룰로오스아세테이트의 치환도를 구하는 방법이다.
DS = 162.14 × AV × 0.01 / (60.052 ― 42.037 × AV × 0.01)
DS：아세틸 총치환도
AV：아세트화도 (％)
먼저, 건조시킨 아세트산셀룰로오스 (시료) 500 ㎎ 을 정밀 칭량하고, 초순수와 아세톤의 혼합 용매 (용량비 4：1) 50 ㎖ 에 용해한 후, 0.2N-수산화나트륨 수용액 50 ㎖ 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 2 시간 비누화한다. 다음으로, 0.2N-염산 50 ㎖ 를 첨가하고, 페놀프탈레인을 지시약으로 하여, 0.2N-수산화나트륨 수용액 (0.2N-수산화나트륨 규정액) 으로, 탈리한 아세트산 양을 적정한다. 또, 동일한 방법에 의해 블랭크 시험 (시료를 사용하지 않는 시험) 을 실시한다. 그리고, 하기 식에 따라 AV (아세트화도) (％) 를 산출한다.
AV (％) = (A ― B) × F × 1.201/시료 중량 (g)
A：0.2N-수산화나트륨 규정액의 적정량 (㎖)
B：블랭크 테스트에 있어서의 0.2N-수산화나트륨 규정액의 적정량 (㎖)
F：0.2N-수산화나트륨 규정액의 팩터
(조성 분포 지수 (CDI))
본 발명에 있어서, 상기 아세트산셀룰로오스의 조성 분포 (분자간 치환도 분포) 는 특별히 한정되지 않고, 조성 분포 지수 (CDI) 는, 예를 들어 1.0 ∼ 3.0 이다. 조성 분포 지수 (CDI) 는, 바람직하게는 1.0 ∼ 2.0, 보다 바람직하게는 1.0 ∼ 1.8, 더욱 바람직하게는 1.0 ∼ 1.6, 특히 바람직하게는 1.0 ∼ 1.5 이다.
조성 분포 지수 (CDI) 의 하한값은 0 이지만, 이것은 예를 들어 100 ％ 의 선택성으로 글루코오스 잔기의 6 위치만을 아세틸화하고, 다른 위치는 아세틸화하지 않는 등의 특별한 합성 기술을 가지고 실현되는 것이며, 그러한 합성 기술은 알려져 있지 않다. 글루코오스 잔기의 수산기 전부가 동일한 확률로 아세틸화 및 탈아세틸화되는 상황에 있어서, CDI 는 1.0 이 되지만, 실제의 셀룰로오스의 반응에 있어서는 이와 같은 이상 상태에 가까이 하기 위해서는 상당한 연구를 필요로 한다. 상기 조성 분포 지수 (CDI) 가 작을수록 조성 분포 (분자간 치환도 분포) 가 균일해진다. 조성 분포가 균일하면, 아세틸 총치환도가 통상보다 넓은 범위에서 수용성을 확보할 수 있다.
여기서, 조성 분포 지수 (Compositional Distribution Index, CDI) 란, 조성 분포 반치폭의 이론값에 대한 실측값의 비율 [(조성 분포 반치폭의 실측값) / (조성 분포 반치폭의 이론값)] 로 정의된다. 조성 분포 반치폭은 「분자간 치환도 분포 반치폭」 또는 간단히 「치환도 분포 반치폭」 이라고도 한다.
아세트산셀룰로오스의 아세틸 총치환도의 균일성을 평가하는 데에, 아세트산셀룰로오스의 분자간 치환도 분포 곡선의 최대 피크의 반치폭 (「반가폭」 이라고도 한다) 의 크기를 지표로 할 수 있다. 또한, 반치폭은, 아세틸 치환도를 가로축 (x 축) 으로, 이 치환도에 있어서의 존재량을 세로축 (y 축) 으로 했을 때, 차트의 피크 높이의 절반 높이에 있어서의 차트의 폭이며, 분포의 편차의 기준을 나타내는 지표이다. 치환도 분포 반치폭은, 고속 액체 크로마토그래피 (HPLC) 분석에 의해 구할 수 있다. 또한, HPLC 에 있어서의 셀룰로오스에스테르의 용출 곡선의 가로축 (용출 시간) 을 치환도 (0 ∼ 3) 로 환산하는 방법에 대해서는, 일본 공개특허공보 2003-201301호 (단락 0037 ∼ 0040) 에 설명되어 있다.
(조성 분포 반치폭의 이론값)
조성 분포 반치폭 (치환도 분포 반치폭) 은 확률론적으로 이론값을 산출할 수 있다. 즉, 조성 분포 반치폭의 이론값은 이하의 식 (1) 로 구해진다.
Figure pct00002
m：아세트산셀룰로오스 1 분자 중의 수산기와 아세틸기의 전체 수
p：아세트산셀룰로오스 1 분자 중의 수산기가 아세틸 치환되어 있는 확률
q = 1 ― p
DPw：중량 평균 중합도 (GPC-광 산란법에 의한다)
또한, 중량 평균 중합도 (DPw) 의 측정법은 후술한다.
식 (1) 은, 셀룰로오스의 모든 수산기가 동일한 확률로 아세틸화 및 탈아세틸화되었을 때에 필연적으로 발생하는 조성 분포 반치폭이며, 소위 이항 정리에 따라 유도되는 것이다. 또한, 조성 분포 반치폭의 이론값을 치환도와 중합도로 나타내면, 이하와 같이 나타내어진다. 본 발명에서는 하기 식 (2) 를 조성 분포 반치폭의 이론값을 구하는 정의식으로 한다.
Figure pct00003
DS：아세틸 총치환도
DPw：중량 평균 중합도 (GPC-광 산란법에 의한다)
또한, 중량 평균 중합도 (DPw) 의 측정법은 후술한다.
그런데, 식 (1) 및 식 (2) 에 있어서는, 보다 엄밀하게는 중합도 분포를 고려에 넣어야 하는 것이며, 이 경우에는 식 (1) 및 식 (2) 의 「DPw」 는, 중합도 분포 함수로 치환하고, 식 전체를 중합도 0 에서 무한대까지 적분해야 한다. 그러나, DPw 를 사용하는 한, 식 (1) 및 식 (2) 는 근사적으로 충분한 정밀도의 이론값을 부여한다. DPn (수 평균 중합도) 을 사용하면, 중합도 분포의 영향을 무시할 수 없게 되므로, DPw 를 사용해야 하는 것이다.
(조성 분포 반치폭의 실측값)
본 발명에 있어서, 조성 분포 반치폭의 실측값이란, 아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기 (미치환 수산기) 를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 HPLC 분석하여 구한 조성 분포 반치폭이다.
일반적으로, 아세틸 총치환도 2 ∼ 3 의 아세트산셀룰로오스에 대해서는, 전처리 없이 고속 액체 크로마토그래피 (HPLC) 분석을 실시할 수 있으며, 그에 따라 조성 분포 반치폭을 구할 수 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2011-158664호에는, 치환도 2.27 ∼ 2.56 의 아세트산셀룰로오스에 대한 조성 분포 분석법이 기재되어 있다.
한편, 본 발명에 있어서는, 조성 분포 반치폭 (치환도 분포 반치폭) 의 실측값은, HPLC 분석 전에 전처리로서 아세트산셀룰로오스의 분자 내 잔존 수산기의 유도체화를 실시하고, 그러한 후에 HPLC 분석을 실시하여 구한다. 이 전처리의 목적은, 저치환도 아세트산셀룰로오스를 유기 용제에 용해하기 쉬운 유도체로 변환하여 HPLC 분석 가능하게 하는 것이다. 즉, 분자 내의 잔존 수산기를 완전하게 프로피오닐화하고, 그 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 (CAP) 를 HPLC 분석하여 조성 분포 반치폭 (실측값) 을 구한다. 여기서, 유도체화는 완전하게 실시되고, 분자 내에 잔존 수산기는 없고, 아세틸기와 프로피오닐기만 존재하고 있지 않으면 안된다. 즉, 아세틸 치환도 (DSac) 와 프로피오닐 치환도 (DSpr) 의 합은 3 이다. 이것은, CAP 의 HPLC 용출 곡선의 가로축 (용출 시간) 을 아세틸 치환도 (0 ∼ 3) 로 변환하기 위한 교정 곡선을 작성하기 위해서 관계식：DSac ＋ DSpr = 3 을 사용하기 때문이다.
아세트산셀룰로오스의 완전 유도체화는, 피리딘/N,N-디메틸아세트아미드 혼합 용매 중에서 N,N-디메틸아미노피리딘을 촉매로 하고, 무수 프로피온산을 작용시킴으로써 실시할 수 있다. 보다 구체적으로는, 용매로서 혼합 용매 [피리딘/N,N-디메틸아세트아미드 = 1/1 (v/v)] 를 아세트산셀룰로오스 (시료) 에 대해 20 중량부, 프로피오닐화제로서 무수 프로피온산을 그 아세트산셀룰로오스의 수산기에 대해 6.0 ∼ 7.5 당량, 촉매로서 N,N-디메틸아미노피리딘을 그 아세트산셀룰로오스의 수산기에 대해 6.5 ∼ 8.0 ㏖％ 사용하고, 온도 100 ℃, 반응 시간 1.5 ∼ 3.0 시간의 조건으로 프로피오닐화를 실시한다. 그리고, 반응 후, 침전 용매로서 메탄올을 사용하고, 침전시킴으로써, 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 얻는다. 보다 상세하게는, 예를 들어, 실온에서, 반응 혼합물 1 중량부를 메탄올 10 중량부에 투입하여 침전시키고, 얻어진 침전물을 메탄올로 5 회 세정하고, 60 ℃ 에서 진공 건조를 3 시간 실시함으로써, 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 (CAP) 를 얻을 수 있다. 또한, 후술하는 다분산성 (Mw/Mn) 및 중량 평균 중합도 (DPw) 도, 아세트산셀룰로오스 (시료) 를 이 방법에 의해 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 (CAP) 로 하고, 측정한 것이다.
상기 HPLC 분석에서는, 상이한 아세틸 치환도를 갖는 복수의 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 표준 시료로서 사용하여 소정의 측정 장치 및 측정 조건으로 HPLC 분석을 실시하고, 이들 표준 시료의 분석값을 사용하여 작성한 교정 곡선 [셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 용출 시간과 아세틸 치환도 (0 ∼ 3) 의 관계를 나타내는 곡선, 통상적으로 3 차 곡선] 으로부터, 아세트산셀룰로오스 (시료) 의 조성 분포 반치폭 (실측값) 을 구할 수 있다. HPLC 분석으로 구해지는 것은 용출 시간과 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 아세틸 치환도 분포의 관계이다. 이것은, 시료 분자 내의 잔존 하이드록실기 전부가 프로피오닐옥시기로 변환된 물질의 용출 시간과 아세틸 치환도 분포의 관계이기 때문에, 본 발명의 아세트산셀룰로오스의 아세틸 치환도 분포를 구하고 있는 것과 본질적으로는 다르지 않다.
상기 HPLC 분석의 조건은 이하와 같다.
장치：Agilent 1100 Series
칼럼：Waters Nova-Pak phenyl 60 Å 4 ㎛ (150 ㎜ × 3.9 ㎜Φ) ＋ 가드 칼럼
칼럼 온도：30 ℃
검출：Varian 380-LC
주입량：5.0 ㎕ (시료 농도：0.1 ％ (wt/vol))
용리액：A 액：MeOH/H2O = 8/1 (v/v), B 액：CHCl3/MeOH = 8/1 (v/v)
그래디언트：A/B = 80/20 → 0/100 (28 min)；유량：0.7 ㎖/min
교정 곡선으로부터 구한 치환도 분포 곡선 [셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 존재량을 세로축으로 하고, 아세틸 치환도를 가로축으로 하는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 치환도 분포 곡선] (「분자간 치환도 분포 곡선」 이라고도 한다) 에 있어서, 평균 치환도에 대응하는 최대 피크 (E) 에 관하여, 이하와 같이 하여 치환도 분포 반치폭을 구한다. 피크 (E) 의 저치환도측의 기부 (基部) (A) 와, 고치환도측의 기부 (B) 에 접하는 베이스라인 (A-B) 을 긋고, 이 베이스라인에 대해, 최대 피크 (E) 로부터 가로축에 수선을 내린다. 수선과 베이스라인 (A-B) 의 교점 (C) 을 결정하고, 최대 피크 (E) 와 교점 (C) 의 중간점 (D) 을 구한다. 중간점 (D) 을 통과하여, 베이스라인 (A-B) 과 평행한 직선을 긋고, 분자간 치환도 분포 곡선과의 2 개의 교점 (A', B') 을 구한다. 2 개의 교점 (A', B') 으로부터 가로축까지 수선을 내려, 가로축 상의 2 개의 교점간의 폭을, 최대 피크의 반치폭 (즉, 치환도 분포 반치폭) 으로 한다.
이와 같은 치환도 분포 반치폭은, 시료 중의 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 분자 사슬에 대해, 그 구성하는 고분자 사슬 1 개 1 개의 글루코오스 고리의 수산기가 어느 정도 아세틸화되어 있는가에 따라, 유지 시간 (리텐션 타임) 이 다른 것을 반영하고 있다. 따라서, 이상적으로는, 유지 시간의 폭이, (치환도 단위의) 조성 분포의 폭을 나타내는 것이 된다. 그러나, HPLC 에는 분배에 기여하지 않는 관부 (管部) (칼럼을 보호하기 위한 가드 칼럼 등) 가 존재한다. 그러므로, 측정 장치의 구성에 의해, 조성 분포의 폭에서 기인하지 않는 유지 시간의 폭이 오차로서 내포되는 경우가 많다. 이 오차는, 상기와 같이, 칼럼 길이, 내경 (內徑), 칼럼에서 검출기까지의 길이나 둘러쌈 등에 영향을 받고, 장치 구성에 따라 다르다. 이 때문에, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트의 치환도 분포 반치폭은, 통상적으로, 하기 식으로 나타내는 보정식에 기초하여, 보정값 Z 로서 구할 수 있다. 이와 같은 보정식을 사용하면, 측정 장치 (및 측정 조건) 가 달라도, 동일한 (거의 동일한) 값으로서, 보다 정확한 치환도 분포 반치폭 (실측값) 을 구할 수 있다.
Z = (X2 ― Y2)1/2
[식 중, X 는 소정의 측정 장치 및 측정 조건으로 구한 치환도 분포 반치폭 (미보정값) 이다. Y = (a ― b)x / 3 ＋ b (0 ≤ x ≤ 3) 이다. 여기서, a 는 상기 X 와 동일한 측정 장치 및 측정 조건으로 구한 총치환도 3 의 셀룰로오스아세테이트의 겉보기의 치환도 분포 반치폭 (실제로는 총치환도 3 이므로, 치환도 분포는 존재하지 않는다), b 는 상기 X 와 동일한 측정 장치 및 측정 조건으로 구한 총치환도 3 의 셀룰로오스프로피오네이트의 겉보기의 치환도 분포 반치폭이다. x 는 측정 시료의 아세틸 총치환도 (0 ≤ x ≤ 3) 이다]
또한, 상기 총치환도 3 의 셀룰로오스아세테이트 (혹은 셀룰로오스프로피오네이트) 란, 셀룰로오스의 하이드록실기 전부가 에스테르화된 셀룰로오스에스테르를 나타내며, 실제로는 (이상적으로는) 치환도 분포 반치폭을 갖지 않는 (즉, 치환도 분포 반치폭 0 인) 셀룰로오스에스테르이다.
본 발명에 있어서, 상기 아세트산셀룰로오스의 조성 분포 반치폭 (치환도 분포 반치폭) 의 실측값으로는, 바람직하게는 0.12 ∼ 0.34 이고, 보다 바람직하게는 0.13 ∼ 0.25 이다.
앞서 설명한 치환도 분포 이론식은, 모든 아세틸화와 탈아세틸화가 독립 또한 균등하게 진행되는 것을 가정한 확률론적 계산값이다. 즉, 이항 분포에 따른 계산값이다. 이와 같은 이상적인 상황은 현실적으로는 있을 수 없다. 아세트산셀룰로오스의 가수 분해 반응이 이상적인 랜덤 반응에 가까워지는, 및/또는, 반응 후의 후처리에 대해 조성에 대해 분획이 발생하는 특별한 연구를 하지 않는 한, 셀룰로오스에스테르의 치환도 분포는 확률론적으로 이항 분포로 정해지는 것보다 대폭 넓어진다.
반응의 특별한 연구 중 하나로는, 예를 들어, 탈아세틸화와 아세틸화가 평형하는 조건으로 계를 유지하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우에는 산 촉매에 의해 셀룰로오스의 분해가 진행되므로 바람직하지 않다. 다른 반응의 특별한 연구로는, 탈아세틸화 속도가 저치환도물에 대해 느려지는 반응 조건을 채용하는 것이다. 그러나, 종래, 그러한 구체적인 방법은 알려져 있지 않다. 즉, 셀룰로오스에스테르의 치환도 분포를 반응 확률론대로 이항 분포에 따르도록 제어하는 반응의 특별한 연구는 알려져 있지 않다. 또한, 아세트화 과정 (셀룰로오스의 아세틸화 공정) 의 불균일성이나, 숙성 과정 (아세트산셀룰로오스의 가수 분해 공정) 에서 단계적으로 첨가하는 물에 의한 부분적, 일시적인 침전의 발생 등의 다양한 사정은, 치환도 분포를 이항 분포보다 넓게 하는 방향으로 작용하고, 이들을 모두 회피하고, 이상 조건을 실현하는 것은, 현실적으로는 불가능하다. 이것은, 이상 기체가 어디까지나 이상의 산물이며, 실재하는 기체의 거동은 그것과는 많든 적든 상이한 것과 비슷하다.
종래의 저치환도 아세트산셀룰로오스의 합성과 후 처리에 있어서는, 이와 같은 치환도 분포의 문제에 대해 거의 관심이 기울어져 있지 않아, 치환도 분포의 측정이나 검증, 고찰이 실시되어 있지 않았다. 예를 들어, 문헌 (섬유 학회지, 42, p 25 (1986)) 에 의하면, 저치환도 아세트산셀룰로오스의 용해성은, 글루코오스 잔기 2, 3, 6 위치로의 아세틸기의 분배로 정해진다고 논해지고 있으며, 조성 분포는 전혀 고려되어 있지 않다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 후술하는 바와 같이, 아세트산셀룰로오스의 치환도 분포는, 놀랍게도 아세트산셀룰로오스의 가수 분해 공정 후의 후처리 조건의 연구로 제어할 수 있다. 문헌 (CiBment, L., and Rivibre, C., Bull. SOC. chim., (5) 1, 1075 (1934), Sookne, A. M., Rutherford, H. A., Mark, H., and Harris, M. J. Research Natl. Bur. Standards, 29, 123 (1942), A. J. Rosenthal, B. B. White Ind. Eng. Chem., 1952, 44 (11), pp 2693-2696.) 에 의하면, 치환도 2.3 의 아세트산셀룰로오스의 침전 분별에서는, 분자량에 의존한 분획과 치환도 (화학 조성) 에 수반하는 미미한 분획이 일어나는 것으로 되어 있고, 본 발명자들이 알아낸 바와 같은 치환도 (화학 조성) 로 현저한 분획을 할 수 있다라는 보고는 없다. 또한, 저치환도 아세트산셀룰로오스에 대해, 용해 분별이나 침전 분별로 치환도 분포 (화학 조성) 를 제어할 수 있는 것은 검증되어 있지 않았다.
본 발명자들이 알아낸 치환도 분포를 좁게 하는 또 하나의 연구는, 아세트산셀룰로오스의 90 ℃ 이상의 (또는 90 ℃ 를 초과하는) 고온에서의 가수 분해 반응 (숙성 반응) 이다. 종래, 고온 반응으로 얻어진 생성물의 중합도에 대해 상세한 분석이나 고찰이 이루어져 오지 않았음에도 불구하고, 90 ℃ 이상의 고온 반응에서는 셀룰로오스의 분해가 우선하는 것으로 되어 왔다. 이 생각은, 점도에 관한 고찰에만 기초한 확신 (스테레오타입) 이라고 말할 수 있다. 본 발명자들은, 아세트산셀룰로오스를 가수 분해하여 저치환도 아세트산셀룰로오스를 얻을 때에, 90 ℃ 이상의 (또는 90 ℃ 를 초과하는) 고온하, 바람직하게는 황산 등의 강산의 존재하, 다량의 아세트산 중에서 반응시키면, 중합도의 저하는 보이지 않는 한편으로, CDI 의 감소에 수반하여 점도가 저하되는 것을 알아내었다. 즉, 고온 반응에 수반하는 점도 저하는, 중합도의 저하에서 기인하는 것이 아니라, 치환도 분포가 좁아지는 것에 의한 구조 점성의 감소에 기초하는 것인 것을 해명하였다. 상기 조건으로 아세트산셀룰로오스의 가수 분해를 실시하면, 정 (正) 반응뿐만 아니라 역반응도 일어나기 때문에, 생성물 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 CDI 가 매우 작은 값이 되고, 물에 대한 용해성도 현저하게 향상된다. 이에 반해, 역반응이 일어나기 어려운 조건으로 아세트산셀룰로오스의 가수 분해를 실시하면, 치환도 분포는 다양한 요인으로 넓어지고, 물에 잘 녹지 않는 아세틸 총치환도 0.4 미만의 아세트산셀룰로오스 및 아세틸 치환도 1.1 을 초과하는 아세트산셀룰로오스의 함유량이 증대하고, 전체적으로 물에 대한 용해성이 저하된다.
(2, 3, 6 위치의 치환도의 표준 편차)
본 발명에 있어서, 상기 아세트산셀룰로오스의 글루코오스 고리의 2, 3, 6 위치의 각 아세틸 치환도는, 테즈카 (Tezuka, Carbonydr. Res. 273, 83 (1995)) 방법에 따라 NMR 법으로 측정할 수 있다. 즉, 아세트산셀룰로오스 시료의 유리 수산기를 피리딘 중에서 무수 프로피온산에 의해 프로피오닐화한다. 얻어진 시료를 중클로로포름에 용해하고, 13C-NMR 스펙트럼을 측정한다. 아세틸기의 탄소 시그널은 169 ppm 내지 171 ppm 의 영역에 고자장으로부터 2 위치, 3 위치, 6 위치의 순서로, 그리고, 프로피오닐기의 카르보닐 탄소의 시그널은, 172 ppm 내지 174 ppm 의 영역에 동일한 순서로 나타난다. 각각 대응하는 위치에서의 아세틸기와 프로피오닐기의 존재비로부터, 원래의 셀룰로오스디아세테이트에 있어서의 글루코오스 고리의 2, 3, 6 위치의 각 아세틸 치환도를 구할 수 있다. 또한, 이와 같이 구한 2, 3, 6 위치의 각 아세틸 치환도의 합은 아세틸 총치환도이며, 이 방법으로 아세틸 총치환도를 구할 수도 있다. 또한, 아세틸 총치환도는, 13C-NMR 외, 1H-NMR 로 분석할 수도 있다.
2, 3, 6 위치의 치환도의 표준 편차 σ 는, 다음 식으로 정의된다.
Figure pct00004
본 발명에 있어서는, 아세트산셀룰로오스의 글루코오스 고리의 2, 3 및 6 위치의 아세틸 치환도의 표준 편차가 0.08 이하 (0 ∼ 0.08) 인 것이 바람직하다. 그 표준 편차가 0.08 이하인 아세트산셀룰로오스는, 글루코오스 고리의 2, 3, 6 위치가 균등하게 치환되어 있고, 물에 대한 용해성이 우수하다.
(다분산성 (분산도, Mw/Mn))
본 발명에 있어서, 분자량 분포 (중합도 분포) 의 다분산성 (Mw/Mn) 은, 아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 사용하여 GPC-광 산란법에 의해 구한 값이다.
본 발명에 있어서의 상기 아세트산셀룰로오스의 다분산성 (분산도, Mw/Mn) 은, 1.2 ∼ 2.5 의 범위인 것이 바람직하다. 다분산성 Mw/Mn 이 상기 범위에 있는 아세트산셀룰로오스는, 분자의 크기가 갖추어져 있고, 물에 대한 용해성이 우수하다.
아세트산셀룰로오스의 수 평균 분자량 (Mn), 중량 평균 분자량 (Mw) 및 다분산성 (Mw/Mn) 은, HPLC 를 사용한 공지된 방법으로 구할 수 있다. 본 발명에 있어서, 아세트산셀룰로오스의 다분산성 (Mw/Mn) 은, 측정 시료를 유기 용제에 가용으로 하기 위해서, 상기 조성 분포 반치폭의 실측값을 구하는 경우와 동일한 방법으로, 아세트산셀룰로오스 (시료) 를 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 (CAP) 로 한 후, 이하의 조건으로 사이즈 배제 크로마토그래피 분석을 실시함으로써 결정된다 (GPC-광 산란법).
장치：Shodex 제조 GPC 「SYSTEM-21H」
용매：아세톤
칼럼：GMHxl (토소) 2 개, 동 (同) 가드 칼럼
유속：0.8 ㎖/min
온도：29 ℃
시료 농도：0.25 ％ (wt/vol)
주입량：100 ㎕
검출：MALLS (다각도 광 산란 검출기) (Wyatt 제조, 「DAWN-EOS」)
MALLS 보정용 표준 물질：PMMA (분자량 27600)
(중량 평균 중합도 (DPw))
본 발명에 있어서, 중량 평균 중합도 (DPw) 는, 아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 사용하여 GPC-광 산란법에 의해 구한 값이다.
본 발명에 있어서의 상기 아세트산셀룰로오스의 중량 평균 중합도 (DPw) 는, 50 ∼ 800 의 범위인 것이 바람직하다. 중량 평균 중합도 (DPw) 가 지나치게 높으면, 여과성이 나빠지기 쉽다. 상기 중량 평균 중합도 (DPw) 는, 바람직하게는 55 ∼ 700, 더욱 바람직하게는 60 ∼ 600 이다.
상기 중량 평균 중합도 (DPw) 는, 상기 다분산성 (Mw/Mn) 과 동일하게, 상기 조성 분포 반치폭의 실측값을 구하는 경우와 동일한 방법으로, 아세트산셀룰로오스 (시료) 를 완전 유도체화 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트 (CAP) 로 한 후, 사이즈 배제 크로마토그래피 분석을 실시함으로써 구해진다 (GPC-광 산란법).
상기 서술한 바와 같이, 수용성 아세트산셀룰로오스의 분자량 (중합도), 다분산성 (Mw/Mn) 은 GPC-광 산란법 (GPC-MALLS, GPC-LALLS 등) 에 의해 측정된다. 또한, 광 산란의 검출은, 일반적으로 수계 용매에서는 곤란하다. 이것은 수계 용매는 일반적으로 이물질이 많아, 일단 정제해도 2 차 오염되기 쉬운 것에 따른다. 또, 수계 용매에서는, 미량으로 존재하는 이온성 해리기의 영향 때문에 분자 사슬의 확대가 안정되지 않는 경우가 있고, 그것을 억제하기 위해서 수용성 무기염 (예를 들어, 염화나트륨) 을 첨가하거나 하면, 용해 상태가 불안정해지고, 수용액 중에서 회합체를 형성하거나 하는 경우가 있다. 이 문제를 회피하기 위한 유효한 방법의 하나는, 수용성 아세트산셀룰로오스를 유도체화하고, 이물질이 적고, 2 차 오염되기 어려운 유기 용매에 용해하도록 하고, 유기 용매로 GPC-광 산란 측정을 실시하는 것이다. 이 목적의 수용성 아세트산셀룰로오스의 유도체화로는 프로피오닐화가 유효하고, 구체적인 반응 조건 및 후 처리는 상기 조성 분포 반치폭의 실측값의 설명 개소에서 기재한 바와 같다.
(6 ％ 점도)
본 발명에 있어서의 상기 아세트산셀룰로오스의 6 ％ 점도는, 예를 들어 5 ∼ 500 mPa·s, 바람직하게는 6 ∼ 300 mPa·s 이다. 6 ％ 점도가 지나치게 높으면, 여과성이 나빠지는 경우가 있다.
아세트산셀룰로오스의 6 ％ 점도는, 하기 방법으로 측정할 수 있다.
50 ㎖ 의 메스 플라스크에 건조 시료 3.00 g 을 넣고, 증류수를 첨가하고 용해시킨다. 얻어진 6 wt/vol％ 의 용액을 소정의 오스트발트 점도계의 표선까지 옮기고, 25±1 ℃ 에서 약 15 분간 정온 (整溫) 한다. 계시 (計時) 표선간의 유하 (流下) 시간을 측정하고, 다음 식에 의해 6 ％ 점도를 산출한다.
6 ％ 점도 (mPa·s) = C × P × t
C：시료 용액 항수
P：시료 용액 밀도 (0.997 g/㎤)
t：시료 용액의 유하 초수
시료 용액 항수는, 점도계 교정용 표준액 [쇼와 석유사 제조, 상품명 「JS-200」 (JIS Z 8809 에 준거)] 을 사용하여 상기와 동일한 조작으로 유하 시간을 측정하고, 다음 식으로부터 구한다.
시료 용액 항수 = {표준액 절대 점도 (mPa·s)} / {표준액의 밀도 (g/㎤) × 표준액의 유하 초수}
(저치환도 아세트산셀룰로오스의 제조)
본 발명에 있어서의 상기 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 는, 예를 들어, (A) 중 (中) 내지 고 (高) 치환도 아세트산셀룰로오스의 가수 분해 공정 (숙성 공정), (B) 침전 공정, 및, 필요에 따라 실시하는 (C) 세정, 중화 공정에 의해 제조할 수 있다.
[(A) 가수 분해 공정 (숙성 공정)]
이 공정에서는, 중 내지 고치환도 아세트산셀룰로오스 (이하, 「원료 아세트산셀룰로오스」 라고 칭하는 경우가 있다) 를 가수 분해한다. 원료로서 사용하는 중 내지 고치환도 아세트산셀룰로오스의 아세틸 총치환도는, 예를 들어, 1.5 ∼ 3, 바람직하게는 2 ∼ 3 이다. 원료 아세트산셀룰로오스로는, 시판되는 셀룰로오스디아세테이트 (아세틸 총치환도 2.27 ∼ 2.56) 나 셀룰로오스트리아세테이트 (아세틸 총치환도 2.56 초과 ∼ 3) 를 사용할 수 있다.
가수 분해 반응은, 유기 용매 중, 촉매 (숙성 촉매) 의 존재하, 원료 아세트산셀룰로오스와 물을 반응시킴으로써 실시할 수 있다. 유기 용매로는, 예를 들어, 아세트산, 아세톤, 알코올 (메탄올 등), 이들의 혼합 용매 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 아세트산을 적어도 포함하는 용매가 바람직하다. 촉매로는, 일반적으로 탈아세틸화 촉매로서 이용되는 촉매를 사용할 수 있다. 촉매로는, 특히 황산이 바람직하다.
유기 용매 (예를 들어, 아세트산) 의 사용량은, 원료 아세트산셀룰로오스 1 중량부에 대해, 예를 들어, 0.5 ∼ 50 중량부, 바람직하게는 1 ∼ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 3 ∼ 10 중량부이다.
촉매 (예를 들어, 황산) 의 사용량은, 원료 아세트산셀룰로오스 1 중량부에 대해, 예를 들어, 0.005 ∼ 1 중량부, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.5 중량부, 더욱 바람직하게는 0.02 ∼ 0.3 중량부이다. 촉매의 양이 지나치게 적으면, 가수 분해의 시간이 지나치게 길어지고, 아세트산셀룰로오스의 분자량의 저하를 일으키는 경우가 있다. 한편, 촉매의 양이 지나치게 많으면, 가수 분해 온도에 대한 해중합 속도의 변화 정도가 커지고, 가수 분해 온도가 어느 정도 낮아도 해중합 속도가 커져, 분자량이 어느 정도 큰 아세트산셀룰로오스가 얻어지기 어려워진다.
가수 분해 공정에 있어서의 물의 양은, 원료 아세트산셀룰로오스 1 중량부에 대해, 예를 들어, 0.5 ∼ 20 중량부, 바람직하게는 1 ∼ 10 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ∼ 7 중량부이다. 또, 그 물의 양은, 유기 용매 (예를 들어, 아세트산) 1 중량부에 대해, 예를 들어, 0.1 ∼ 5 중량부, 바람직하게는 0.3 ∼ 2 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 ∼ 1.5 중량부이다. 물은, 반응 개시시에 있어서 모든 양을 계내에 존재시켜도 되지만, 아세트산셀룰로오스의 침전을 방지하기 위해서, 사용하는 물의 일부를 반응 개시시에 계내에 존재시키고, 나머지 물을 1 ∼ 수 회로 나누어 계내에 첨가해도 된다.
가수 분해 공정에 있어서의 반응 온도는, 예를 들어, 40 ∼ 130 ℃, 바람직하게는 50 ∼ 120 ℃, 더욱 바람직하게는 60 ∼ 110 ℃ 이다. 특히, 반응 온도를 90 ℃ 이상 (혹은 90 ℃ 를 초과하는 온도) 으로 하는 경우에는, 정반응 (가수 분해 반응) 에 대한 역반응 (아세틸화 반응) 의 속도가 증가하는 방향으로 반응의 평형이 기우는 경향이 있고, 그 결과, 치환도 분포가 좁아져, 후 처리 조건을 특별히 연구하지 않아도, 조성 분포 지수 CDI 가 매우 작은 저치환도 아세트산셀룰로오스를 얻을 수 있다. 이 경우, 촉매로서 황산 등의 강산을 사용하는 것이 바람직하고, 또, 반응 용매로서 아세트산을 과잉으로 사용하는 것이 바람직하다. 또, 반응 온도를 90 ℃ 이하로 하는 경우라도, 후술하는 바와 같이, 침전 공정에 있어서, 침전 용매로서 2 종 이상의 용매를 포함하는 혼합 용매를 사용하여 침전시키거나, 침전 분별 및/또는 용해 분별을 실시함으로써, 조성 분포 지수 CDI 가 매우 작은 저치환도 아세트산셀룰로오스를 얻을 수 있다.
[(B) 침전 공정]
이 공정에서는, 가수 분해 반응 종료 후, 반응계의 온도를 실온까지 냉각시키고, 침전 용매를 첨가하여 저치환도 아세트산셀룰로오스를 침전시킨다. 침전 용매로는, 물과 혼화하는 유기 용제 혹은 물에 대한 용해도가 큰 유기 용제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤；메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등의 알코올；아세트산에틸 등의 에스테르；아세토니트릴 등의 함질소 화합물；테트라하이드로푸란 등의 에테르；이들의 혼합 용매 등을 들 수 있다.
침전 용매로서 2 종 이상의 용매를 포함하는 혼합 용매를 사용하면, 후술하는 침전 분별과 동일한 효과가 얻어지고, 조성 분포 (분자간 치환도 분포) 가 좁고, 조성 분포 지수 (CDI) 가 작은 저치환도 아세트산셀룰로오스를 얻을 수 있다. 바람직한 혼합 용매로서, 예를 들어, 아세톤과 메탄올의 혼합 용매, 이소프로필알코올과 메탄올의 혼합 용매 등을 들 수 있다.
또, 침전하여 얻어진 저치환도 아세트산셀룰로오스에 대해, 또한 침전 분별 (분별 침전) 및/또는 용해 분별 (분별 용해) 을 실시함으로써, 조성 분포 (분자간 치환도 분포) 가 좁고, 조성 분포 지수 CDI 가 매우 작은 저치환도 아세트산셀룰로오스를 얻을 수 있다.
침전 분별은, 예를 들어, 침전하여 얻어진 저치환도 아세트산셀룰로오스 (고형물) 를 물에 용해하고, 적당한 농도 (예를 들어, 2 ∼ 10 중량％, 바람직하게는 3 ∼ 8 중량％) 의 수용액으로 하고, 이 수용액에 빈용매를 첨가하고 (또는, 빈용매에 상기 수용액을 첨가하고), 적절한 온도 (예를 들어, 30 ℃ 이하, 바람직하게는 20 ℃ 이하) 로 유지하여, 저치환도 아세트산셀룰로오스를 침전시키고, 침전물을 회수함으로써 실시할 수 있다. 빈용매로는, 예를 들어, 메탄올 등의 알코올, 아세톤 등의 케톤 등을 들 수 있다. 빈용매의 사용량은, 상기 수용액 1 중량부에 대해, 예를 들어 1 ∼ 10 중량부, 바람직하게는 2 ∼ 7 중량부이다.
용해 분별은, 예를 들어, 상기 침전하여 얻어진 저치환도 아세트산셀룰로오스 (고형물) 혹은 상기 침전 분별로 얻어진 저치환도 아세트산셀룰로오스 (고형물) 에, 물과 유기 용매 (예를 들어, 아세톤 등의 케톤, 에탄올 등의 알코올 등) 의 혼합 용매를 첨가하고, 적절한 온도 (예를 들어, 20 ∼ 80 ℃, 바람직하게는 25 ∼ 60 ℃) 에서 교반 후, 원심 분리에 의해 농후상과 희박상으로 분리하고, 희박상에 침전 용제 (예를 들어, 아세톤 등의 케톤, 메탄올 등의 알코올 등) 를 첨가하고, 침전물 (고형물) 을 회수함으로써 실시할 수 있다. 상기 물과 유기 용매의 혼합 용매에 있어서의 유기 용매의 농도는, 예를 들어, 5 ∼ 50 중량％, 바람직하게는 10 ∼ 40 중량％ 이다.
[(C) 세정, 중화 공정]
침전 공정 (B) 에서 얻어진 침전물 (고형물) 은, 메탄올 등의 알코올, 아세톤 등의 케톤 등의 유기 용매 (빈용매) 로 세정하는 것이 바람직하다. 또, 염기성 물질을 포함하는 유기 용매 (예를 들어, 메탄올 등의 알코올, 아세톤 등의 케톤 등) 로 세정, 중화하는 것도 바람직하다. 또한, 중화 공정은 가수 분해 공정의 직후에 마련해도 되고, 그 경우에는 염기성 물질 또는 그 수용액을 가수 분해 반응욕에 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 염기성 물질로는, 예를 들어, 알칼리 금속 화합물 (예를 들어, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물；탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염；탄산수소나트륨 등의 알칼리 금속 탄산수소염；아세트산나트륨, 아세트산칼륨 등의 알칼리 금속 카르복실산염；나트륨메톡시드, 나트륨에톡시드 등의 나트륨알콕시드 등), 알칼리 토금속 화합물 (예를 들어, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등의 알칼리 토금속 수산화물, 탄산마그네슘, 탄산칼슘 등의 알칼리 토금속 탄산염；아세트산마그네슘, 아세트산칼슘 등의 알칼리 토금속 카르복실산염；마그네슘에톡시드 등의 알칼리 토금속 알콕시드 등) 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 특히, 아세트산칼륨 등의 알칼리 금속 화합물이 바람직하다.
세정, 중화에 의해, 가수 분해 공정에서 사용한 촉매 (황산 등) 등의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 저치환도 아세트산셀룰로오스는, 필요에 따라, 분쇄, 체질 또는 조립 (造粒) 하여, 특정 입도의 범위로 조정할 수 있다.
[지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물 및 가축 사료]
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물, 가축 사료는, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스를 함유하고 있다. 이와 같은 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물, 가축 사료를 섭취하면, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스의 세균에 의한 분해가 신속하고, 이러한 생분해에 있어서의 분해 생성물이 아세트산 그 밖의 산성 성분을 발생하고, 또, 숙주의 건강 유지에 공헌하는 장내 세균에 적합한 장내 환경에 있어서, 숙주의 건강에 해를 미치는 장내 세균이 열세가 되기 때문에, 장에 부드럽고, 섭취량이 많아도 설사를 잘 일으키지 않고, 혈청 생화학 검사의 결과도 포함하여 안전성이 우수하다는 이점이 있다. 한편에서는, 장내 균총에 관해서는, 유익한 Clostridium subcluster XIVa 를 포함하는 OTU940 군이 증가한다는 작용을 갖는다.
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물은 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스와 필요에 따라 일반적인 식품과 기타 첨가물로 구성된다. 기타 첨가물로는, 예를 들어 콘 스타치, α 스타치, 카제인, 수크로오스, 대두유, 셀룰로오스, 미네랄 믹스, 비타민 믹스, L-시스틴, 중타르타르산콜린, t-부틸하이드로퀴논 등을 들 수 있다.
지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물의 형태는, 특별히 한정되지 않고 용도에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 분말상, 과립상, 캡슐상, 태블릿상, 구미상, 검상, 캔디상, 환제상, 정제상, 산제상, 봉상 (棒狀), 판상, 액상, 유탁상, 현탁상, 시럽상, 젤리상, 크림상, 연고상, 시트상, 트로키상 등 중 어느 형태를 취할 수도 있다.
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물에 있어서, 그 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물 중의 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 함유량은, 통상적으로 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량％ 이상이다. 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스의 함유량이 0.1 중량％ 미만에서는, 지질 대사 개선 효과가 발휘되지 않는 경우가 있다.
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물은, 인간에 한정되지 않고, 가축, 가금, 페트 등의 사육 동물을 위한 사료, 이료 (餌料) 등으로서 지질 대사 개선의 목적으로 사용할 수 있다. 즉, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스를 함유하는 가축 사료는, 가축 체내에 있어서, 지질 대사가 크게 개선되고, 과잉인 중성 지방이 현저하게 저감된다.
[식품, 의약품]
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물은, 일반 식품에 더하여, 건강 식품, 특정 보건 식품, 영양 보조 식품, 영양 기능 식품, 영양 보건 식품 등, 건강 유지의 목적으로 섭취하는 식품 및/또는 음료로서 사용할 수 있다. 또, 상기의 식품 및/또는 음료에 한정되는 것은 아니고, 지질 대사 개선 작용을 갖는 의약품 영양제 및/또는 농후 유동식에도 사용할 수 있다.
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물을 가공 식품으로서 사용할 때의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 치쿠와, 한펜, 소시지 등의 어개 (魚介) 가공품；햄 등의 농산 가공품；젤리, 캔디, 구미, 츄잉검, 쿠키, 비스켓, 초콜릿 등의 과자류；치즈, 버터, 요구르트 등의 유제품；빵, 케이크 등의 소맥분 가공품；국수, 우동 등의 면류；설탕, 인공 감미료 등의 조미 식품 등의 식품；차, 청량 음료수, 쥬스, 주류, 영양 드링크 등의 음료 등을 들 수 있다.
본 발명의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물은 의약품으로서도 사용할 수 있다. 그 의약품으로는, 지질 대사 이상증 환자의 예방이나 치료 목적으로 사용하는 의약품 영양제나 농후 유동식도 들 수 있다. 또한, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스를 유효 성분으로 하는 정제, 캡슐제, 산제, 시럽제 등의 형태의 의약품도 들 수 있다.
상기 식품, 의약품에 있어서, 그 조성물 중의 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 함유량은, 통상적으로 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량％ 이상이다. 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스의 함유량이 0.1 중량％ 미만에서는, 지질 대사 개선 효과가 잘 발휘되지 않는다.
[지질 대사 개선제]
본 발명의 지질 대사 개선제는 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 를 함유하고 있다. 상기와 같이, 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스는, 인간이나 가축에 섭취시켰을 경우, 지질 대사 개선 작용을 발휘한다. 또, 장에 부드럽고, 섭취량이 많아도 설사를 잘 일으키지 않아 안전성이 우수하다.
본 발명의 지질 대사 개선제는, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스를 그대로 제제로서 사용해도 되지만, 필요에 따라, 제제 학문적으로 허용되는 식품 소재나, 식품 첨가물, 의약품, 의약품 첨가물, 의약 부외품 첨가물 등의 첨가제와 조합한 제제로 해도 된다. 제제는 경구 제제여도 되고, 비경구 제제여도 된다. 제제의 형태는, 특별히 한정되지 않고 용도에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어, 분말상, 과립상 등, 상기 영양 조성물의 형태와 동일한 형태로 할 수 있다.
상기 첨가제로는, 예를 들어, 콘 스타치, α 스타치, 유당, 백당, 말토오스, 트레할로스, 고리형 4 당, 덱스트린, 전분, 결정 셀룰로오스, 중탄산나트륨, 탄산칼슘 등의 부형제 (담체)；카르복시메틸셀룰로오스, 한천, 젤라틴 분말 등의 붕괴제；폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스 등의 결합제；실리카, 스테아르산마그네슘, 탤크 등의 활택제；하이드록시프로필메틸셀룰로오스 등의 코팅제；계면 활성제；유화제；가소제；방부제 (항균제)；보습제；증점제；증점 안정제；항산화제；킬레이트제；색소；향료；산미료；조미료；pH 조정제；비타민제；각종 아미노산；미네랄；유지；영양 보조제；수용성 고분자；전해질；희석제；물；생리 식염수；알코올류；유기 용매；동물이나 식물의 엑기스 등을 들 수 있다.
본 발명의 지질 대사 개선제에 있어서, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 함유량은, 통상적으로 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량％ 이상이다. 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스의 함유량이 0.1 중량％ 미만에서는, 지질 대사 개선 효과가 잘 발휘되지 않는다.
본 발명의 지질 대사 개선제는, 인간에 한정되지 않고, 가축, 가금, 페트 등의 사육 동물에도 적용할 수 있다.
[염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제]
본 발명의 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제는, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 를 함유하고 있다. 상기 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제에 있어서, 그 조성물 중의 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 함유량은, 통상적으로 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량％ 이상이다.
전술한 바와 같이, 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스는, 장내 균총에 관해서는, 유익한 Clostridium subcluster XIVa 를 포함하는 OTU940 군이 증가한다는 작용을 갖는다.
최근, 상기 Clostridium subcluster XIVa 를 포함하는 세균군 (Clostridium subcluster IV, 동 (同) XIVa, 동 XVIII) 은, 난치성 질환인 염증성 장 질환 (후생 노동성이 지정하는 크론병이나 궤양성 대장염 등) 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대해, 치유 그리고 예방 효과를 갖는 것이 기대된다는 연구 성과가 발표되어 있다 (Nature, 500, 232-236 (2013), 2013년 8월 8일). 보다 구체적으로는, 상기 논문의 저자들은, Clostridium subcluster IV, 동 XIVa, 동 XVIII 에 속하는 17 의 클로스트리듐속 균이, 제어성 T 세포 (Treg) 의 증식을 촉진하는 효과가 있는 것을 실험적으로 증명하였다. 그리고, 상기 논문의 저자들은, 다른 실험 사실에 기초하여, 클로스트리듐속 균에 의한 제어성 T 세포 증식 촉진의 메커니즘을 다음과 같이 설명하고 있다. (i) 동 (同) 균은, 장내에서의 발효에 있어서 부티르산을 산생한다. (ii) 부티르산은, 히스톤 탈아세틸화 효소를 저해한다. 그 결과, 히스톤의 아세틸화가 촉진된다. 또한, 히스톤이란, 세포의 핵내에서 DNA 에 휘감기는 단백질이며, 유전자의 발현에 관여한다. 이것이 아세틸화되면, DNA 와의 결합이 약해지고, 유전자가 온이 되기 쉽다. (iii) 전항의 메커니즘에 의해, 미숙한 T 세포의 DNA 중, Treg 로의 분화에 중요한 Foxp3 유전자 영역의 히스톤의 아세틸화가 촉진되고, 유전자가 온이 되고, Treg 로 분화한다. Treg 는 장의 항상성에 관여하므로, 상기 논문의 저자들은, 난치성 질환인 염증성 장 질환 (후생 노동성이 지정하는 크론병이나 궤양성 대장염) 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대해, 치유나 예방의 관점에서 이번 지견이 도움이 된다고 하고 있다. 또, 상기 논문의 저자들은, 부티르산화한 전분을 사용한 실험에서, Treg 가 2 배로 증가하였다는 실험 사실을 공표하고 있다.
이 논문 「Nature, 500, 232-236 (2013), 2013년 8월 8일」 에 발표된 지견에서 보면, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 는, 장내 균총에 관해서는, 유익한 Clostridium subcluster XIVa 를 포함하는 OTU940 군이 증가한다는 작용을 갖고, 상기 Treg 의 증식 촉진 효과를 통해서, 염증성 장 질환 그리고 알레르기 등 면역성 질환의 치유 및 예방에 효과가 있는 것으로 강하게 기대된다.
[간암의 예방 및/또는 치료제]
본 발명의 간암의 예방 및/또는 치료제는, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 를 함유하고 있다. 상기 간암의 예방 및/또는 치료제에 있어서, 그 조성물 중의 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 함유량은, 통상적으로 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 0.5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1 중량％ 이상이다.
최근, 상기 OTU940 은, 인간의 소화 활동에 있어서, 메탄을 저감하고, 수소를 늘리는 것을 시사하는 논문이 발표되어 있다 (Hirosaki Med. J. 62：7-17, 2011). 상기와 같이, 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (를 포함하는 조성물) 를 인간이나 가축에 투여하면, 장내 균총에 있어서, OTU940 을 갖는 세균이 현저하게 증가한다. 따라서, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스를 포함하는 조성물을 인간이나 가축에 투여함으로써, 메탄 가스가 저감되고 온실 효과 가스 저감에 이바지하는 것이 기대됨과 함께, 수소 가스가 늘어나고, 간장의 산화 스트레스를 저감하는 효과가 발휘되는 것으로 생각된다. 수소 가스에 의해 간장의 산화 스트레스가 저감되는 것은, British Journal of Nutrition, 2012, 107, 485-492 에 보고되어 있다.
또한, 최근, Clostridium cluster XI 는, 발암성 2 차 담즙산을 주는 세균인 것이 보고되어 있다 [Nature, 499, 97-101 (2013), 2013년 7월 4일 참조]. 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (를 포함하는 조성물) 를 인간이나 가축에 투여하면, 장내 균총에 있어서, Clostridium cluster XI 가 현저하게 감소한다. 따라서, 상기 저치환도 아세트산셀룰로오스를 포함하는 조성물을 인간이나 가축에 투여함으로써, 간암의 발증 억제 효과가 얻어지는 것으로 강하게 기대할 수 있다.
실시예
이하에, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
아세트산셀룰로오스 (다이셀사 제조, 상품명 「L-50」, 아세틸기 총치환도 2.43, 6 ％ 점도：110 mPa·s) 1 중량부에 대해, 5.1 중량부의 아세트산 및 2.0 중량부의 물을 첨가하고, 40 ℃ 에서 5 시간 교반하여 외관 균일한 용액을 얻었다. 이 용액에 0.13 중량부의 황산을 첨가하고, 얻어진 용액을 70 ℃ 로 유지하고, 가수 분해 (부분 탈아세틸화 반응；숙성) 를 실시하였다. 또한, 이 숙성 과정에 있어서는, 도중에 2 회, 물을 계에 첨가하였다. 즉, 반응을 개시하여 1 시간 후에 0.67 중량부의 물을 첨가하고, 또한 2 시간 후, 1.67 중량부의 물을 첨가하고, 또한 6 시간 반응시켰다. 합계 가수 분해 시간은 9 시간이다. 또한, 반응 개시시부터 1 회째 물 첨가까지를 제 1 숙성, 1 회째 물 첨가로부터 2 회째 물 첨가까지를 제 2 숙성, 2 회째 물 첨가로부터 반응 종료 (숙성 완료) 까지를 제 3 숙성이라고 한다.
가수 분해를 실시한 후, 계의 온도를 실온 (약 25 ℃) 까지 냉각시키고, 반응 혼합물에 15 중량부의 아세톤/메탄올 = 1/2 (중량비) 혼합 용매 (침전화제) 를 첨가하여 침전을 생성시켰다.
고형분 15 중량％ 의 웨트 케이크로서 침전을 회수하고, 8 중량부의 메탄올을 첨가하고, 고형분 15 중량％ 까지 탈액함으로써 세정하였다. 이것을 3 회 반복하였다. 세정한 침전물을, 아세트산칼륨을 0.004 중량％ 함유하는 메탄올 8 중량부로 추가로 2 회 세정하여 중화하고, 건조시켜, 수용성 아세트산셀룰로오스를 얻었다.
(치환도 (DS) 의 측정)
테즈카의 방법 (Carbohydr. Res. 273, 83 (1995)) 에 준하여 수용성 아세트산셀룰로오스 시료의 미치환 수산기를 프로피오닐화하였다. 프로피오닐화 저치환도 아세트산셀룰로오스의 아세틸기 총치환도는, 테즈카의 방법 (동 (同)) 에 준하여 13C-NMR 에 있어서의 169 ∼ 171 ppm 의 아세틸카르보닐의 시그널 및 172 ∼ 174 ppm 의 프로피오닐카르보닐의 시그널로부터 결정하였다. 이와 같이 구한 수용성 아세트산셀룰로오스의 아세틸기 총치환도는 0.87 이었다.
(조성 분포 지수 (CDI) 의 측정)
아세트산셀룰로오스의 CDI 는, 프로피오닐화아세트산셀룰로오스로 유도한 후에 다음 조건으로 HPLC 분석을 실시함으로써 결정하였다.
장치：Agilent 1100 Series
칼럼：Waters Nova-Pak phenyl 60 Å 4 ㎛ (150 ㎜ × 3.9 ㎜Φ) ＋ 가드 칼럼
칼럼 온도：30 ℃
검출：Varian 380-LC
주입량：5.0 ㎕ (시료 농도：0.1 ％ (wt/vol))
용리액：A 액：MeOH/H2O = 8/1 (v/v), B 액：CHCl3/MeOH = 8/1 (v/v)
그래디언트：A/B = 80/20 → 0/100 (28 min)；유량：0.7 ㎖/min
먼저, 아세틸 DS (아세틸기 총치환도) 가 0 ∼ 3 의 범위에서 DS 이미 알려진 표품을 HPLC 분석함으로써, 용출 시간 대 DS 의 교정 곡선을 작성하였다. 교정 곡선에 기초하여, 미지 시료의 용출 곡선 (시간 대 검출 강도 곡선) 을 DS 대 검출 강도 곡선 (조성 분포 곡선) 으로 변환하고, 이 조성 분포 곡선의 미보정 반치폭 X 를 결정하고, 다음 식에 의해 조성 분포의 보정 반치폭 Z 를 결정하였다.
Z = (X2 ― Y2)1/2
또한, Y 는 다음 식으로 정의되는 장치 정수 (定數) 이다.
Y = (a ― b)x/3 ＋ b
a：아세틸 DS = 3 의 표품의 X 값
b：아세틸 DS = 0 의 표품의 X 값
x：미지 시료의 아세틸 DS
보정 반치폭 Z 로부터, 다음 식에 의해 조성 분포 지수 (CDI) 를 결정하였다.
CDI = Z/Z0
여기에, Z0 은 모든 부분 치환 아세트산셀룰로오스의 조제에 있어서의 아세틸화 및 부분 탈아세틸화가 모든 분자의 모든 수산기 (또는 아세틸기) 에 대해 동등한 확률로 발생했을 경우에 생성하는 조성 분포이며, 다음 식으로 정의된다.
Figure pct00005
DPw：중량 평균 중합도
p：(미지 시료의 아세틸 DS)/3
q：1 ― p
이와 같이 구한 수용성 아세트산셀룰로오스의 CDI 는 1.4 였다.
(중량 평균 중합도 (DPw), 분산도 (DPw/DPn) 의 측정)
아세트산셀룰로오스의 중량 평균 중합도 및 분산도는, 프로피오닐화아세트산셀룰로오스로 유도한 후에 다음 조건으로 GPC-광 산란 측정을 실시함으로써 결정하였다.
장치：Shodex 제조 GPC 「SYSTEM-21H」
용매：아세톤
칼럼：GMHxl (토소) 2 개, 동 가드 칼럼
유속：0.8 ㎖/min
온도：29 ℃
시료 농도：0.25 ％ (wt/vol)
주입량：100 ㎕
검출：MALLS (다각도 광 산란 검출기) (Wyatt 제조, 「DAWN-EOS」)
MALLS 보정용 표준 물질：PMMA (분자량 27600)
이와 같이 구한 수용성 아세트산셀룰로오스의 DPw 는 180, DPw/DPn 은 1.9 였다.
실시예 1
제조예 1 에서 얻어진 수용성 아세트산셀룰로오스를 사용하고, 표 1 에 기재된 조성이 되도록 각 성분을 혼합하여, 분말상의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물을 조제하였다.
비교예 1
주식회사 하야시바라 생물 화학 연구소 「AIN-93G」 (저널·오브·뉴트릿션 (Journal of Nutrition), 제 123 권, 제 1939-1951 페이지 (1993년)) 의 정제 사료 (조성은 표 1 참조) 를 비교예 1 로 하였다.
참고예 1
마츠타니 화학 공업 주식회사 제조의 난소화성 덱스트린 「파인 파이버」 를 사용하고, 표 1 에 기재된 조성이 되도록 각 성분을 혼합하여, 분말상의 영양 조성물을 조제하였다.
참고예 2
다이셀 파인켐 주식회사 제조의 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) 「CMC1220」 을 사용하고, 표 1 에 기재된 조성이 되도록 각 성분을 혼합하여, 분말상의 영양 조성물을 조제하였다.
평가 시험 1 (래트에 의한 지질 대사 개선 효과의 검증)
7 주령의 위스타계 웅성 래트 (일본 찰스 리버 주식회사 판매) 를, 무작위로 4 군 각 12 마리로 나누어, 1 주간, 정제 사료로 예비 사육하였다. 그 후, 1 군은 계속해서 정제 사료로, 나머지 3 군은, 난소화성 덱스트린, 수용성 아세트산셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) 로부터 소정의 구성으로 조제한 사료에 의해, 추가로 4 주간 사육하였다. 그 후, 각각 에테르 마취하에서 하대동맥으로부터 채혈 후 도살하고, 해부하여, 장기 중량, 혈청 지질 등을 조사하였다. 또한, 래트의 사육은, 시험 기간 중을 통해서, 2 또는 3 일 간격으로 체중과 섭이량을 측정하면서, 먹이 및 물은 자유 섭취로 하였다. 또, 해부 전은 하룻밤 절식으로 하였다.
중성 지방, 총 콜레스테롤, HDL-콜레스테롤의 측정은, 각각 시판되는 중성 지방 트리글리세라이드 측정용 키트 (와코 쥰야쿠 주식회사 「트리글리세라이드 E-테스트 와코」), 총 콜레스테롤 측정용 키트 (와코 쥰야쿠 주식회사 「콜레스테롤 E-테스트 와코」), HDL-콜레스테롤 측정용 키트 (와코 쥰야쿠 주식회사 「HDL-콜레스테롤 E-테스트 와코」) 를 사용하였다.
결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 로부터, 실시예 1 의 지질 대사 개선 작용을 갖는 영양 조성물에 의하면, 혈중 중성 지방치를 유의하게 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
실시예 2
주식회사 하야시바라 생물 화학 연구소 「AIN-93G」 (저널·오브·뉴트릿션 (Journal of Nutrition), 제 123 권, 제 1939-1951 페이지 (1993년)) 의 정제 사료 (조성은 표 1 참조) 100 중량부에, 제조예 1 에서 얻어진 수용성 아세트산셀룰로오스를 2 중량부, 셀룰로오스 (오리엔탈 효모 공업 주식회사 제조, 상품명 「셀룰로오스 파우더」) 를 3 중량부 첨가하여 혼합하고, 사료를 조제하였다.
참고예 3
주식회사 하야시바라 생물 화학 연구소 「AIN-93G」 (저널·오브·뉴트릿션 (Journal of Nutrition), 제 123 권, 제 1939-1951 페이지 (1993년)) 의 정제 사료 (조성은 표 1 참조) 100 중량부에, 셀룰로오스 (오리엔탈 효모 공업 주식회사 제조, 상품명 「셀룰로오스 파우더」) 를 5 중량부 첨가하여 혼합하고, 사료를 조제하였다.
참고예 4
주식회사 하야시바라 생물 화학 연구소 「AIN-93G」 (저널·오브·뉴트릿션 (Journal of Nutrition), 제 123 권, 제 1939-1951 페이지 (1993년)) 의 정제 사료 (조성은 표 1 참조) 100 중량부에, 다이셀 파인켐 주식회사 제조의 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) 「CMC1220」 을 2 중량부, 셀룰로오스 (오리엔탈 효모 공업 주식회사 제조, 상품명 「셀룰로오스 파우더」) 를 3 중량부를 첨가하여 혼합하고, 사료를 조제하였다.
참고예 5
주식회사 하야시바라 생물 화학 연구소 「AIN-93G」 (저널·오브·뉴트릿션 (Journal of Nutrition), 제 123 권, 제 1939-1951 페이지 (1993년)) 의 정제 사료 (조성은 표 1 참조) 100 중량부에, 마츠타니 화학 공업 주식회사 제조의 난소화성 덱스트린 「파인 파이버」 를 2 중량부, 셀룰로오스 (오리엔탈 효모 공업 주식회사 제조, 상품명 「셀룰로오스 파우더」) 를 3 중량부를 첨가하여 혼합하고, 사료를 조제하였다.
평가 시험 2 (안전성 시험 및 장내 세균총 해석)
4 주령의 위스타계 웅성 래트 (일본 찰스 리버 주식회사 판매) 를 1 주간 순화시키고, 셀룰로오스 (CE) 군 (「CE 군」 이라고 칭하는 경우가 있다), 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) 군 (「CM 군」 이라고 칭하는 경우가 있다), 난소화성 덱스트린 (DE) 군 (「DE 군」 이라고 칭하는 경우가 있다), 수용성 아세트산셀룰로오스 (WSCA) 군 (「WS 군」 이라고 칭하는 경우가 있다) 의 합계 4 군 각 6 마리로 나누고, 4 주간 사육하였다. 사료는, CE 군에 대해서는 참고예 3 의 사료, CM 군에 대해서는 참고예 4 의 사료, DE 군에 대해서는 참고예 5 의 사료, WS 군에 대해서는 실시예 2 의 사료를 사용하였다. 사육은, 사육 온도 23±2 ℃, 습도 50±10 ％, 명암 사이클 12 시간으로 실시하고, 사료 및 물은 자유 섭취로 하였다.
＜안전성 시험법＞
사육 기간 중에는, 체중, 사료 섭취량을 기록하였다. 사육 종료 후, 하룻밤 절식한 후, 각종 장기 중량 및 도체중 (屠體重) 을 측정하였다. 섭취한 혈청은 혈청 생화학 검사값 해석에 사용하였다. 맹장은 해부 직후에 맹장 내용물의 중량을 측정하고, 10 배량의 PBS 로 희석하고, 하기의 장내 세균총 해석에 사용하였다.
체중 변화, 섭취량, 장기 중량 (맹장, 신장, 간장) 에 대해서는, 4 군간에 유의한 차는 없었다. 또, 혈청 생화학 검사값으로부터, 간 기능 (AST, ALT), 신 (腎) 기능 (BUN, CRE), 췌 기능 (GLU), 영양 상태 (TP, ALB) 전부에 대해서는, 4 군간에 유의한 차는 없었다. 체중 변화, 섭취량, 장기 중량, 혈청 생화학 검사의 결과로부터, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 투여는, 안전성의 점에서 우수한 것이 확인되었다. 또한, 사육 기간 중에 래트의 변 성상을 확인한 결과, 특히 CMC 등의 수용성 셀룰로오스 유도체를 투여한 CMC 군에서는 설사 혹은 연변이 발생하고 있던 데 반해, WSCA 군에서는 정상 변이었다. 이로부터, CMC 등의 다른 수용성 셀룰로오스 유도체와 비교하여, 장에 부드럽고 설사를 잘 일으키지 않는 점에서도 우수한 것이 확인되었다.
＜장내 세균총 해석법＞
장내 세균총 해석은, Nagashima 들의 방법 (Appl. Environ. Microbiol., 2003. 69 (2). 1251-1262) 에 일부 변경을 가하고, T-RFLP 해석에 의해 실시하였다. 즉, PBS 로 희석한 맹장 내용물 1 ㎖ 로부터, DNeasy Blood ＆ Tissue Kit (QIAGEN 사 제조) 를 사용하여 DNA 추출을 실시하였다. 얻어진 DNA 추출물은 순도를 확인하고, PCR 을 실시하였다. PCR 은, 프라이머의 형광 표지를 FAM 표지로 실시하였다. 이어서, 전기 영동으로 목적 사슬 길이의 PCR 산물 밴드를 잘라내고, QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN 사 제조) 를 사용하여 PCR 산물의 정제를 실시하였다. 정제한 샘플은 BslI 제한 효소 처리 후, T-RFLP 해석에 제공하였다.
T-RFLP 해석이란, 16S rRNA 유전자를 제한 효소 처리함으로써 각 세균종간에 있어서의 특이적인 DNA 의 단편 (=OTU) 을 피크로서 검출하고, 각 피크의 존재비로부터 균총을 해석하는 방법이다. OTU 의 피크의 위치가 균종을, 면적값이 그 균의 존재량을 나타낸다. 해석 결과를 표 3 ∼ 6, 도 1 ∼ 4 에 나타낸다.
표 3 에는, CE 군, WS 군, CM 군, DE 군의 각 래트에 대해, 세균 종간에 있어서의 특이적인 DNA 단편인 OTU 의 종류와 그 존재비 (％), 및 그 OTU 로부터 추정되는 균종을 해석한 결과를 나타낸다. 표 3 의 제 2 행의 숫자 (5, 7, 10 …) 는 개체 번호, 제 3 행의 부호 (CE-1, CE-2, CE-3 …) 는, 그 개체가 속하는 군명과 그 몇 번째인지 (래트 개체명) 를 나타낸다. 표 중의 숫자는, 각 OTU 의 존재비 (％) 를 나타낸다. 도 1 은, 표 3 을 막대 그래프화한 것으로, 가로축은 래트 개체명, 세로축은 존재비 (％) 이다.
표 4 에는, CE 군, WS 군, CM 군, DE 군의 각 래트에 있어서의, OTU940 존재비 (％) 를 나타낸다. 도 2 는, 표 4 를 막대 그래프화한 것으로, 가로축은 군명, 세로축은 각 군에 있어서의 OTU940 의 존재비 (％) 의 평균값이다. OTU940 은, Clostridium subcluster XIVa 가 갖는 특이적인 DNA 단편이다. 전술한 바와 같이, Clostridium subcluster XIVa 는, 난치성 질환인 염증성 장 질환 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대해, 치유 그리고 예방 효과를 갖는다는 연구 성과가 발표되어 있다. 표 4 및 도 2 로부터, WSCA (수용성 아세트산셀룰로오스) 를 투여한 WS 군에 있어서는, OTU940 존재비 (％) 가, CE 군, CM 군, DE 군과 비교하여 현저하게 높기 때문에, 장내에서 Clostridium subcluster XIVa 가 현저하게 증식하고 있는 것이 추찰된다. 이로부터, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 투여에는, 난치성 질환인 염증성 장 질환 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대한 치유 그리고 예방 효과를 강하게 기대할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, OTU940 은, 인간의 소화 활동에 있어서, 메탄을 저감하고, 수소를 늘리는 것을 시사하는 논문이 발표되어 있다. 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 를 포함하는 조성물을 인간이나 가축에 투여하면, 장내 균총에 있어서, OTU940 이 현저하게 증가하기 때문에, 상기 아세틸 총치환도 0.4 ∼ 1.1 의 아세트산셀룰로오스 (저치환도 아세트산셀룰로오스) 의 투여에는, 메탄 가스가 저감되고 온실 효과 가스 저감에 이바지하는 것이 기대됨과 함께, 수소 가스가 늘어나고, 내장의 산화 스트레스를 저감시키는 효과를 강하게 기대할 수 있다.
표 5 에는, CE 군, CM 군, DE 군, WS 군의 각 래트에 대해, 전술한 염증성 장 질환 그리고 면역 이상에 대해 치유 그리고 예방 효과를 갖는 것이 기대되는 세균군 [Nature, 500, 232-236 (2013), 2013년 8월 8일 참조] 이 갖는 특이적인 DNA 단편인 OTU (즉, OTU940, OTU106, OTU754, OTU955, OTU990, OTU494, OTU505, OTU517, OTU369, OTU749, OTU650) 의 존재비 (％) 를 해석한 결과를 나타낸다. 표 5 의 제 2 행의 숫자 (5, 7, 10 …) 는 개체 번호, 제 3 행의 부호 (CE-1, CE-2, CE-3 …) 는, 그 개체가 속하는 군명과 그 몇 번째인지 (래트 개체명) 를 나타낸다. 표 중의 숫자는, 각 OTU 의 존재비 (％) 를 나타낸다. 도 3 은, 표 5 를 막대 그래프화한 것으로, 가로축은 군명, 세로축은 각 군에 있어서의 상기 특정한 OTU 의 전체 존재비 (％) 의 평균값이다. 표 5 및 도 3 으로부터, WSCA (수용성 아세트산셀룰로오스) 를 투여한 WS 군에 있어서는, 상기 특정한 OTU 의 존재비 (％) 가, CM 군, DE 군과 비교하여 높기 때문에, 장내에서 상기 특정한 세균이 현저하게 증식하고 있는 것이 추찰된다. 이로부터도, WSCA (수용성 아세트산셀룰로오스) 의 투여에는, 난치성 질환인 염증성 장 질환 그리고 알레르기 등의 면역 이상에 대한 치유 그리고 예방 효과를 강하게 기대할 수 있다.
표 6 에는, CE 군, CM 군, DE 군, WS 군의 각 래트에 대해, 발암성 2 차 담즙산을 주는 세균 (Clostridium cluster XI) [Nature, 499, 97-101 (2013), 2013년 7월 4일 참조] 이 갖는 특이적인 DNA 단편인 OTU (OTU919 및 OTU338) 의 존재비 (％) 를 해석한 결과를 나타낸다. 표 6 의 제 2 행의 숫자 (5, 7, 10 …) 는 개체 번호, 제 3 행의 부호 (CE-1, CE-2, CE-3 …) 는, 그 개체가 속하는 군명과 그 몇 번째인지 (래트 개체명) 를 나타낸다. 표 중의 숫자는, 각 OTU 의 존재비 (％) 를 나타낸다. 도 4 는, 표 6 을 막대 그래프화한 것으로, 가로축은 군명, 세로축은 각 군에 있어서의 상기 특정한 OTU 의 전체 존재비 (％) 의 평균값이다. 표 6 및 도 4 로부터, WSCA (수용성 아세트산셀룰로오스) 를 투여한 WS 군에 있어서는, 상기 특정한 OTU 의 존재비 (％) 가, CE 군, CM 군, DE 군과 비교하여 현저하게 낮기 때문에, 장내에서 상기 특정한 세균이 현저하게 감소하고 있는 것이 추찰된다. 이로부터, WSCA (수용성 아세트산셀룰로오스) 의 투여에는, 간암의 발증 억제 효과를 기대할 수 있다.
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
산업상 이용가능성
본 발명의 영양 조성물 및 가축 사료는, 중성 지방의 저감 효과가 우수하다. 또, CMC 등의 다른 수용성 셀룰로오스 유도체와 비교하여, 장에 부드럽고 설사를 잘 일으키지 않는 등, 안전성의 점에서 우수하다. 또, 본 발명의 지질 대사 개선제 및 가축용의 지질 대사 개선제는, 지질 대사 개선 작용이 우수하다. 또한, 본 발명의 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제는, 염증성 장 질환이나 면역 이상에 대해 우수한 개선 또는 예방 효과를 기대할 수 있다. 또, 본 발명의 간암의 예방 및/또는 치료제는, 간암의 예방 효과, 치료 효과가 우수하다.

Claims (9)

  1. 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 영양 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아세트산셀룰로오스가, 하기로 정의되는 조성 분포 지수 (CDI) 가 2.0 이하인 아세트산셀룰로오스인 영양 조성물.
    CDI = (조성 분포 반치폭의 실측값) / (조성 분포 반치폭의 이론값)
    조성 분포 반치폭의 실측값：아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 HPLC 분석하여 구한 조성 분포 반치폭
    [수학식 1]
    Figure pct00012

    DS：아세틸 총치환도
    DPw：중량 평균 중합도 (아세트산셀룰로오스 (시료) 의 잔존 수산기를 모두 프로피오닐화하여 얻어지는 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트를 사용하여 GPC-광 산란법에 의해 구한 값)
  3. 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 가축 사료.
  4. 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 지질 대사 개선제.
  5. 제 4 항에 있어서,
    가축용인 지질 대사 개선제.
  6. 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는, 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제.
  7. 제 6 항에 있어서, 가축용인 염증성 장 질환 및/또는 면역 이상의 개선 또는 예방제.
  8. 아세틸 총치환도가 0.4 ∼ 1.1 인 아세트산셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는, 간암의 예방 및/또는 치료제.
  9. 제 8 항에 있어서, 가축용인 간암의 예방 및/또는 치료제.
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