WO2019117224A1

WO2019117224A1 - 疎水性クラスター及び糖類を含む抗酸化剤

Info

Publication number: WO2019117224A1
Application number: PCT/JP2018/045780
Authority: WO
Inventors: 瑞希坂田; 鷹行井本
Original assignee: 日産化学株式会社
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-06-20
Also published as: JP2021070628A

Abstract

本発明は、疎水性クラスターを水溶化又は水分散化させるための新たな技術の提供を目的とする。　疎水性クラスター及び２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物、その製造方法、及び抗酸化能を有する水性組成物を提供する。

Description

疎水性クラスター及び糖類を含む抗酸化剤

　本発明は、炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスター及び２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物、その製造方法、及び抗酸化能を有する水性組成物に関する。

　近年、疎水性クラスターを水中に均一かつ安定的に調製する技術が注目されている。ここで述べる疎水性クラスターとは、一般的に水に分散・溶解することができない疎水性有機物又は無機物であって、ファンデルワールス力、水素結合又は共有結合等を介して原子又は分子が凝集して形成される、数ナノメートルから数百ナノメートルの微粒子の集合体を指す。中でも、カロテノイド等のπ－共役系化合物等の疎水性有機物やフラーレン等の炭素クラスターは、特にその抗酸化作用から、化粧品分野等での応用が期待されている。

　しかしながら、炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスター、例えばフラーレンの媒体に対する溶解度は非常に低く、良溶媒とされる限られた有機溶媒に対してもその溶解度は高いとは言い難い。さらに水に対する溶解度は極めて低い（＜０．００１ｍｇ／ｍＬ）（例えば、特許文献１参照）。そのような中、水に対する溶解性を付与する官能基を導入し、フラーレンを化学的に修飾させる手法、例えば、フラーレン核に水酸基を導入し、３０超５０以下の水酸基が結合している水溶化フラーレンと、該水溶化フラーレンを有効成分とする抗酸化剤が報告されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５－６０３８０号公報再表２００６－０２８２９７号公報

　上記のように、抗酸化剤として有望な炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスターを水に分散・溶解させる技術は煩雑な処理を必要とする等の欠点があり、実用に耐えるものとは言い難い。そのため、炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスターを、水溶化又は水分散化させるための新たな技術が依然として求められていた。

　本発明は、上記課題を鑑みなされたものであり、簡便な工程により製造が可能で、実用上十分な水溶性又は水分散性を有する、炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスター及び異なる２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含む、抗酸化能を有する粉末組成物、その製造方法、該組成物を含む抗酸化能を有する水性組成物、及びその製造方法を提供する。

　すなわち、本発明は、以下のとおりである：
［１］　炭素クラスター及びカロテノイドからなる群より選択される疎水性クラスター並びに２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物。
［２］　疎水性クラスターの、２種以上の多糖類に対する比（重量基準）が１：１００～１：１の範囲である、上記［１］に記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
［３］　２種以上の多糖類が、キサンタンガム、κ-カラギーナン及びペクチンからなる群より選択される、上記［１］又は［２］に記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
［４］　炭素クラスターが、フラーレンである、上記［１］～［３］のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
［５］　カロテノイドが、アスタキサンチンである、上記［１］～［３］のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
［６］　カロテノイド及び炭素クラスターからなる群より選択される疎水性クラスター並びに２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕し、粉末を得る工程を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物の製造方法。
［７］　上記［１］～［５］のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物を、水性媒体に溶解又は分散させた、抗酸化能を有する水性組成物。
［８］　上記［６］に記載の製造方法により得られる抗酸化能を有する粉末組成物を、水性媒体に溶解又は分散させる工程を含む、抗酸化能を有する水性組成物の製造方法。

　本発明の粉末組成物は、その調製プロセスにおいて、疎水性クラスターの粒子サイズや比重による選別を必要とせず、均一に水媒体に分散させることが可能である。本発明の粉末組成物やその水性組成物は、優れた抗酸化能を有する。

実施例１～５及び比較例１～３で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物の抗酸化能を、吸光度を効果の指標として用いることができるＦＲＡＰアッセイキットを用いて評価した結果を示したグラフであり、縦軸は吸光度を示す。実施例６～９及び比較例４～７で得られたアスタキサンチンの粉末組成物の抗酸化能を、吸光度を効果の指標として用いることができるＦＲＡＰアッセイキットを用いて評価した結果を示したグラフであり、縦軸は吸光度を示す。

［抗酸化能を有する粉末組成物及びその製造方法］
　本発明の粉末組成物は、炭素クラスター又はカロテノイド等の疎水性クラスター、及び２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含み、水溶性又は水分散性であることを特徴とする。

（水分散性）
　本発明において、水分散性とは、本発明の粉末組成物を水性媒体に加え、転倒撹拌後、粉末組成物が目視上良好に分散しており、室温にて１日放置後、好ましくは１週間放置後、目視上凝集物が無いことをいう。あるいは本発明の粉末組成物より得られる、後述の水性組成物が、室温にて１日放置後、さらに好ましくは１週間放置後、孔径０．４５μｍのフィルター（材質は、再生セルロースが好ましい）を通過可能であることをいう。

（疎水性クラスター）
　本発明における疎水性クラスターとは、通常水に不溶又は分散性が低い有機物又は無機物であり、ファンデルワールス力、水素結合又は共有結合等を介して原子又は分子が凝集して形成される、数ナノメートルから数百ナノメートルの微粒子の集合体を意味する。疎水性有機物の例としては、π-共役系化合物等が挙げられ、疎水性無機物の例としては、炭素クラスターが挙げられる。

　π－共役化合物の具体例としては、β－カロテン、レチノール、レチナール、レチノイン酸、ルチン及びアスタキサンチン等のカロテノイドが挙げられる。これらの中でも抗酸化能の観点から、アスタキサンチンが好ましい。
　炭素クラスターの具体例としては、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料が挙げられる。これらの中でも抗酸化能の観点から、フラーレンが好ましい。

　本発明で使用するフラーレンは、炭素原子数が６０～１２０のフラーレンであり、好ましくは炭素原子数が６０、７０、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６のフラーレンである。また、フラーレンの中空構造中の炭素原子に別の官能基を修飾したもの、中空構造中にイオン種を内包したもの、また、中空構造の一部が開環したものも含まれる。上記フラーレンは、特に限定されないが、炭素原子数が６０及び７０のフラーレン（すなわち、Ｃ_６０フラーレン及びＣ_７０フラーレン）又はそれら混合物がより好ましく、炭素原子数が６０のフラーレン（すなわち、Ｃ_６０フラーレン）が最も好ましい。

　本発明で使用するフラーレンは、不純物として、グラファイト等のフラーレン以外の炭素材料やその他の粉体材料を含むものであってもよい。フラーレンを２０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含むものを使用することができる。

（多糖類）
　本発明にて疎水性クラスターの分散剤として使用する多糖類とは、グリコシド結合によって単糖分子が多数結合した物質の総称である。具体的には、デンプン、アミロース、アミロペクチン、ペクチン、アルギン酸、アルギン酸塩（例えば、アルギン酸カルシウム）、アルギン酸エステル（例えば、アルギン酸プロピレングリコールエステル）、グリコーゲン、グァーガム、デキストラン、セルロース類（例えば、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース）、カラギーナン（例えば、κ－カラギーナン）、カラヤガム、カルボキシメチルデキストラン、カンテン、キサンタンガム、キチン、キトサン、コンドロイチン硫酸、ムコ多糖が挙げられるが、これらの中でも、キトサン、キサンタンガム、ヒドロキシメチルセルロース、アルギン酸カルシウム、κ－カラギーナン及びペクチンから選ばれることが好ましく、キトサン、キサンタンガム、κ－カラギーナン及びペクチンが特に好ましい。

　本発明の多糖類は、２種以上の多糖類を組み合わせて用いることが好ましく、上記に列挙した多糖類の中から２種又は３種の多糖類を組み合わせて用いることがより好ましい。また２種以上の多糖類のうち少なくとも１種が、キトサン、キサンタンガム、ヒドロキシメチルセルロース、アルギン酸カルシウム、κ－カラギーナン及びペクチンから選ばれることが好ましく、キサンタンガム、κ－カラギーナン及びペクチンから選ばれることがより好ましい。特に、キサンタンガム及びペクチンの組み合わせ、又はキサンタンガム、ペクチン及びκ－カラギーナンを組み合わせて用いることが好ましい。
　２種以上の多糖類を組み合わせにおいて、その配合比に特に制限はなく、組み合わせる多糖類の種類等に応じて適宜選択される。例えば、キサンタンガム及びペクチンの組み合わせの場合、キサンタンガムのペクチンに対する比（重量基準）は、１：１０～１０：１の範囲であり、好ましくは１：５～５：１の範囲であり、より好ましくは１：２～２：１の範囲である。

（乾式粉砕）
　本発明で使用する疎水性クラスターと２種以上の多糖類との混合物において、疎水性クラスターの、２種以上の多糖類（の合計量）に対する比（重量基準）は、１：１００～１：１の範囲であり、好ましくは１：５０～１：５の範囲であり、より好ましくは１：２５～１：７の範囲である。

　疎水性クラスターと多糖類との混合物における乾式粉砕の条件において、疎水性クラスター及び多糖類を小片に粉砕できる条件であれば特に制限されないが、乳鉢、ボールミル、ポットミル、擂潰機、カッターミル、ホモジナイザー、マルチビーズショッカー、ピンミル、ジェットミル、ハイブリダイゼーション、エクストルーダー又はマスコロイダー等の粉砕機を用いることが望ましい。また、粉砕時間や処理圧等は、粉砕される疎水性クラスター及び多糖類の硬さに応じて、適宜調整される。
　得られる組成物中の疎水性クラスターの分散性が良好になる点で、ボールミル、ポットミル、擂潰機又はマルチビーズショッカーを用いて、乾式粉砕を行うのが好ましい。

　乾式粉砕した粉末の平均粒径は、例えば水性媒体中の動的光散乱装置（ＤＬＳ）による散乱強度平均粒子径により求められる。その平均粒子径は１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは３００ｎｍ以下である。平均粒子径の下限値は、例えば１０ｎｍである。

　このように、本発明の粉末組成物は、カロテノイド又は炭素クラスター等の疎水性クラスター及び２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕し、粉末を得る工程を含む方法により製造することができる。得られた粉末組成物は、疎水性クラスターを含むにもかかわらず、良好な水溶性又は水分散性を示し、かつカロテノイド又は炭素クラスター等の疎水性クラスターに由来する抗酸化能を有することから、水溶性又は水分散性の抗酸化剤として使用することができる。

（抗酸化能）
　本発明の抗酸化能とは、実施例記載のFerric Reducing Ability of Plasma（以下、ＦＲＡＰと表記）試験に準じた方法にて求められた吸光度が、比較対象（例えば疎水性クラスターと１種の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末）に比較し、３０％以上、好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上増加することを意味する。

［抗酸化能を有する水性組成物及びその製造方法］
　本発明の粉末組成物を、水性媒体に溶解又は分散させることにより、抗酸化能を有する水性組成物を得ることができる。本発明の水性組成物は、高濃度の疎水性クラスターを水媒体に均一に分散させることができ、かつ長期安定性に優れる。そのため本発明の水性組成物は、疎水性クラスターに由来する抗酸化能が期待される各種技術分野に適用可能である。
　本発明の水性組成物に含まれる疎水性クラスターの濃度は、その粉末組成物の性質に応じて適宜設定されるが、例えば１０ｐｐｍ～１０００ｐｐｍ、好ましくは１０ｐｐｍ～５００ｐｐｍ、より好ましくは１０ｐｐｍ～３００ｐｐｍ、さらに好ましくは１０ｐｐｍ～２００ｐｐｍ、特に好ましくは１０ｐｐｍ～１００ｐｐｍである。

（水性媒体）
　水性媒体は、水、水混和性有機溶媒又はその混合物であり、好ましくは水、又は水と水混和性有機溶媒の混合物である。水混和性有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等の炭素数１～４のアルコール類、アセトン等のケトン類、アセトニトリル等のニトリル類、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－シクロヘキシルピロリドン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等のアミド類、γ－ブチロラクトン等のラクトン、テトラヒドロフラン等のエーテル類が挙げられる。これらは、本発明の水性組成物の目的に応じて適宜選択され、疎水性クラスターの溶解又は分散に悪影響を及ぼさない範囲内で含むことができる。

　本発明の水性組成物は、目的に応じて他の成分を配合することができる。例えば、本発明の疎水性クラスター、例えばフラーレン含有水性組成物を化粧品分野において利用する場合、フラーレンの溶解又は分散に悪影響を及ぼさない範囲で、任意の他の成分を配合できる。そのような他の成分の例として、アルコール類、多価アルコール類、糖類、エモリエント剤、ノニオン性界面活性剤、植物抽出液、水溶性高分子、香料、着色剤、紫外線防御剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、殺菌剤、酸化防止剤、金属封鎖剤及び生理活性成分が挙げられる。また他の成分の溶解又は分散のために、適宜分散剤、増粘剤又は界面活性剤を配合しても良い。

［実施例１～５、比較例１～３］
（１）粉末組成物の調製
　表１に従ってＣ_６０フラーレン（Sigma-Aldrich CO. LLC.製）及び２種以上の多糖類（分散剤）を秤量し、一緒にマルチビーズショッカー（安井器械（株）製）にて乾式粉砕・混合処理（２７００ｒｐｍ、４分間）を行い、実施例１～５のＣ_６０フラーレンの粉末組成物を得た。また、１種の多糖類（分散剤）のみを用いて同様の乾式粉砕・混合処理を行い、比較例１～３の組成物を得た。
　多糖類（分散剤）としては、キサンタンガム（KELTROL CG-SFT：三昌（株）製）、ペクチン（GENU（登録商標）LM-101AS-J、GENU（登録商標）LM-104AS-J、GENU（登録商標）HM-USP-L：三昌（株）製）、κ－カラギーナン（GENUGEL（登録商標）SWG-J：三昌（株）製）を種々混合して使用した。また比較例として、ペクチン（GENU（登録商標）LM-101AS-J、GENU（登録商標）LM-104AS-J、GENU（登録商標）HM-USP-L：三昌（株）製）を単体で使用した。

（２）分散試験
　上記実施例１～５で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物、及び上記比較例１～３で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物の水への分散試験を実施した。その試験方法は、表１に記載の所定の濃度になるように各Ｃ_６０フラーレンの粉末組成物を水に加え、転倒攪拌後、水分散液を得た。得られた水分散液を一晩静置後、その分散状態を目視で確認した。各水分散液において、Ｃ_６０フラーレンの粉末組成物が目視上、◎：良好に分散し、透明性が高い；○：懸濁して分散する；△：分散するが、経時的に凝集；×：全く分散せず、と定義した。結果を表１に示す。

（３）抗酸化能評価
　吸光度を効果の指標として用いることができる、ＦＲＡＰアッセイキット（Cell Biolabs, Inc.製）を用いて抗酸化試験を行った。上記実施例１～５で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物の抗酸化能と、上記比較例１～３で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物の抗酸化能とを比較した。

ＦＲＡＰ試験
　アッセイバッファーに上記実施例１～５で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物、及び上記比較例１～３で得られたＣ_６０フラーレンの粉末組成物を溶解して４０ｐｐｍのＣ_６０分散液を調製した。つぎに、調製した４０ppmの溶液及び分散液を９６wellプレート（Corning Inc.製、９６Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates ＃3603）にそれぞれ１００μL×６wellずつ入れ、そのうち３wellにReaction Reagent溶液（Colorimetric Probe／Iron Chloride）を１００μLずつ加え、残りの３wellにはアッセイバッファーを１００μLずつ加えた。上記手順で調製したwell中の吸光度をプレートリーダー（TECAN TRADING AG製）にて測定し、サンプル自身の吸光度を引くことで正味の吸光度を算出した。試験の結果を図１に示す。試験結果から、比較例１～３のサンプルの抗酸化能と比較して、実施例１～５のサンプルは最大で５倍の抗酸化能を示すことが確認された。

［実施例６～９、比較例４～７］
（１）粉末組成物の調製
　表２に従ってアスタキサンチン（和光純薬工業（株）製）及び多糖類（分散剤）を秤量し、一緒にマルチビーズショッカー（安井器械（株）製）にて乾式粉砕・混合処理（２７００ｒｐｍ、３０秒、２分、３分間）を行い、実施例６～９のアスタキサンチンの粉末組成物を得た。また、１種の多糖類（分散剤）のみを用いて同様の乾式粉砕・混合処理を行い、比較例４～７の組成物を得た。
　多糖類（分散剤）としては、キサンタンガム（KELTROL CG-SFT：三昌（株）製）、ペクチン（GENU（登録商標）LM-104AS-J：三昌（株）製）を種々混合して使用した。また比較例としてキサンタンガム（KELTROL CG-SFT：三昌（株）製）を単体で使用した。

（２）分散試験
　上記実施例６～９で得られたアスタキサンチンの粉末組成物、及び上記比較例４～７で得られたアスタキサンチンの粉末組成物の水への分散試験を実施した。その試験方法は、表２に記載の所定の濃度になるように各アスタキサンチンの粉末組成物を水に加え、転倒攪拌後、水分散液を得た。得られた水分散液を一晩静置後、その分散状態を目視で確認した。各水分散液において、アスタキサンチンの粉末組成物が目視上、◎：良好に分散し、透明性が高い；○：懸濁して分散する；△：分散するが、経時的に凝集；×：全く分散せず、と定義した。結果を表２に示す。

（３）抗酸化能評価
　吸光度を効果の指標として用いることができる、ＦＲＡＰアッセイキット（Cell　Biolabs, Inc.製）を用いて抗酸化試験を行った。
　上記実施例６～９で得られたアスタキサンチンの粉末組成物の抗酸化能と、上記比較例４～７で得られたアスタキサンチンの粉末組成物の抗酸化能とを比較した。

ＦＲＡＰ試験
　アッセイバッファーに上記実施例６～９で得られたアスタキサンチンの粉末組成物、及び上記比較例４～７で得られたアスタキサンチンの粉末組成物を溶解して４０ppmのＣ_６０分散液を調製した。つぎに、調製した４０ppmの溶液及び分散液を９６wellプレート（Corning Inc.製、９６Well Flat Clear Bottom Black Polystyrene TC-Treated Microplates ＃3603）にそれぞれ１００μL×６wellずつ入れ、そのうち３wellにReaction Reagent溶液（Colorimetric Probe／Iron Chloride）を１００μLずつ加え、残りの３wellにはアッセイバッファーを１００μLずつ加えた。上記手順で調製したwell中の吸光度をプレートリーダー（TECAN TRADING AG製）にて測定し、サンプル自身の吸光度を引くことで正味の吸光度を算出した。試験の結果を図２に示す。試験結果から、比較例４～７のサンプルの抗酸化能と比較して、実施例６～９のサンプルは最大で１．５倍の抗酸化能を示すことが確認された。

　本発明の、水溶性又は水分散性の抗酸化能を有する粉末組成物の作製方法は至って簡便であり、ろ過、遠心分離、沈降物の除去、蒸留操作という煩雑な処理を行う必要がない。したがって、効率的に抗酸化剤として使用できる粉末組成物を得ることができ、また、そのものが水に溶解又は分散可能であることで特徴づけられる。

Claims

　炭素クラスター及びカロテノイドからなる群より選択される疎水性クラスター並びに２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕した粉末を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物。
　疎水性クラスターの、２種以上の多糖類に対する比（重量基準）が１：１００～１：１の範囲である、請求項１に記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
　２種以上の多糖類が、キサンタンガム、κ-カラギーナン及びペクチンからなる群より選択される、請求項１又は２に記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
　炭素クラスターが、フラーレンである、請求項１～３のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
　カロテノイドが、アスタキサンチンである、請求項１～３のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物。
　カロテノイド及び炭素クラスターからなる群より選択される疎水性クラスター並びに２種以上の多糖類からなる混合物を乾式粉砕し、粉末を得る工程を含む、水溶性又は水分散性の、抗酸化能を有する粉末組成物の製造方法。
　請求項１～５のいずれかに記載の抗酸化能を有する粉末組成物を、水性媒体に溶解又は分散させた、抗酸化能を有する水性組成物。
　請求項６に記載の製造方法により得られる抗酸化能を有する粉末組成物を、水性媒体に溶解又は分散させる工程を含む、抗酸化能を有する水性組成物の製造方法。