JP4331482B2

JP4331482B2 - 亜麻種子からセコイソラリシレシノールジグリコシド（ｓｄｇ）を単離精製する方法

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Publication number: JP4331482B2
Application number: JP2002563164A
Authority: JP
Inventors: ピフラヴァ，ユハ−マッティ; ヒュヴァリネン，ヘレナ; リュハネン，エーバ−リーサ; ヒエタニエミ，ヴェリ
Original assignee: Maa Ja Elintarviketalouden Tutkimuskeskus
Current assignee: Maa Ja Elintarviketalouden Tutkimuskeskus
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: EP1362056A1; AU2002229793B2; CN1487948A; JP2004518705A; FI20010127L; US20040030108A1; WO2002062812A1; CN1294140C; FI20010127A0; FI110868B

Description

本発明は亜麻リグナンを単離する方法に関する。詳細には、本発明は、超臨界二酸化炭素抽出法（supercritical carbon dioxide extraction）およびクロマトグラフィー分離法（chromatographic separation）により、粉砕した亜麻種子からセコイソラリシレシノールジグリコシド（secoisolariciresinol diglycoside）（ＳＤＧ）を単離精製する方法を提供する。

リグナンは、植物に見出されるホルモン様フィトエストロジェンであり、植物の病気および害虫に対する植物の防御機構として作用する。さらに、リグナンは植物の成長制御に関与する。リグナンはフェノール化合物であり、ベンジルブタン構造を有する。リグナンは、遊離した状態でまたは配糖体として自然界に存在する。

リグナンは植物界に広く存在し、２００種類以上のリグナンがすでに知られている。亜麻（Linum usitatissimum）はリグナンの非常に好適な供給源であり、亜麻種子は、その他のいかなる植物由来栄養分よりもリグナンを相当多量に含有する。亜麻に含まれる最も一般的なリグナンはセコイソラリシレシノール（secoisolariciresinol）であり、亜麻種子中のセコイソラリシレシノールの濃度は６７５μｇ／ｇ（湿重量）であると報告されている（Cassidyら、2000）。

亜麻に存在するリグナン、つまりセコイソラリシレシノールおよびマタイレシノール（matairesinol）は、エンテロラクトン（enterolacton）およびエンテロジオール（enterodiol）といったヒトリグナンをバクテリアで合成する際の前駆体としての機能を果たす。腸管の微生物は亜麻リグナン（セコイソラリシレシノール（ＳＥＣＯ）およびその配糖体（ＳＤＧ））を哺乳類性リグナンに代謝／転化する。胃腸管系でのＳＤＧの転化は、胃液、胃腸管系の酵素または微生物の作用により炭水化物部分が遊離されることから始まり、これによってＳＤＧは対応するアグリコン体であるＳＥＣＯにまず転化される。その後、微生物がＳＥＣＯをエンテロジオールに代謝し、エンテロジオールは酸化されてエンテロラクトンとなり、エンテロラクトンは胃腸管系の微生物叢によりさらに代謝されることはない（Borrielloら、1985）。ＳＤＧが生物学的活性型へ転化するには、炭水化物部分及び２個のメチル基と２個のヒドロキシル基が切り離されることが必要である。腸管微生物叢は人によって異なり、おそらくそのために、生物学的に活性なリグナンの産生レベルは人によって異なる（McBurneyおよびThompson、1989；Zhangら、1999）。

実験的研究および疫学的研究によると、フィトエストロジェンは生理学的作用を有する。in vitroでの細胞培養実験およびin vivoでの動物実験において、リグナンは抗発がん性効果を有することが示されている（Cassidyら、2000）。リグナンは抗酸化物質でもあるので、例えば、脂質の過酸化を防ぐ作用や、心臓血管疾患の発症を予防する作用を有する（Prasad、1997）。この考えは疫学的研究によっても支持されている（Vanharantaら、1999）。さらに、リグナンは抗ウイルス活性および抗菌活性を有すると報告されている（Adlercreutz、1991）。

自然界に広く存在するにもかかわらず、リグナンについてはあまり研究されていない。その理由の一つは、これらの化合物を決定し単離することが困難なことである。実験室規模でリグナンを単離するために、抽出（溶媒／超臨界）およびクロマトグラフィー分離に基づく方法が用いられている（HarrisおよびHagerty、1993；Lojkovaら、1997；MuirおよびWescott、1998）。単離方法におけるさらなる問題は、リグナンの収率が低いことと、作業に時間がかかることである。

亜麻リグナンを単離するための本発明の方法によって、セコイソラリシレシノールジグリコシドを従来よりも効率的に製造することが可能である。本発明の方法は超臨界抽出法およびクロマトグラフィー分離法に基づく。ＳＤＧの用途展開が望める分野としては、例えば機能性食品が挙げられる。

従って、本発明の目的は、亜麻種子からリグナン、特にＳＤＧを単離する方法であって、まず、粉砕した亜麻種子から超臨界二酸化炭素抽出法で脂質を除去して、実質的に脂質を含まない粉砕亜麻種子を得、得られた粉砕亜麻種子をすりつぶして粒子状粉末を得、得られた粉末からアルカリ性低級アルコールでＳＤＧを抽出することを包含する。得られた低級アルコール溶液を遠心分離に付して上清を得、そして上清を中和し、濃縮し、クロマトグラフィーにより分画する。溶出液からＳＤＧに富んだ画分を回収し、所望であれば、さらに精製する。

粉砕した亜麻種子からの脂質の除去
リグナンを抽出するために冷却圧搾粉砕した亜麻種子から、超臨界二酸化炭素抽出装置によって脂質を除去する。容易に抽出可能な脂質は、粉砕した亜麻種子から超臨界二酸化炭素によってはじめに除去される。適切な抽出条件は、例えば、抽出時間１〜５時間、抽出圧力３００〜４５０ａｔｍおよび抽出温度５０〜８０℃である。粉砕した亜麻種子は、低級アルコール（例えばエタノール）で変性した超臨界二酸化炭素で、例えば抽出時間１〜４時間、抽出圧力３００〜４５０ａｔｍおよび抽出温度５０〜８０℃の条件で再抽出することもできる。低級アルコールの適切な量は５〜１０％である。この種の再抽出で、より極性の高い脂質成分およびその他の未同定脂溶性有機化合物を亜麻種子粉砕物から除去することができる。

ＳＤＧの加水分解的抽出
セコイソラリシレシノールジグリコシド（ＳＤＧ）は亜麻種子のマトリックスに強固に結合するかまたは複雑に結合（complexed）しているので、例えば純粋なメタノールで抽出された顕著な量のＳＤＧを得ることは困難である。従って、本発明では、アルカリ性低級アルコール、好ましくはメタノール、またはエタノール、を抽出に使用し、また、抽出の前に亜麻種子粉砕物をすりつぶして粒子状粉末にする。

従って、超臨界クロマトグラフィーカラムから得た、実質的に脂質を含まない粉砕亜麻種子を可能な限り粒子状にすりつぶす。粒子の適切なサイズは０．５５ｍｍ未満である。粉末を、例えば水酸化ナトリウム−メタノールといったアルカリ性低級アルコールでおよそ２４時間、公知の振とう機または磁気撹拌機を用いて抽出する。０．０５〜１Ｍ水酸化ナトリウム−メタノールが好ましく用いられ、それは例えば、水酸化ナトリウムを、水を含まないメタノールに１：２０（ｗ／ｖ）の割合などで溶解して調製する。抽出はアルゴン雰囲気下で１６〜２４時間実施することが好ましい。

抽出に伴って、加水分解がおこる。その後、下記の手順（ｉ）または手順（ｉｉ）のいずれかを実施する。

（ｉ）加水分解で生成した沈殿から遠心によりアルカリ性低級アルコールを分離する。上清を、例えば容量フラスコに慎重に分離し、その後上清のｐＨ値を、例えば濃塩酸などの酸で６〜７に調整することにより上清を中和する。析出してくる塩はフラスコの底に沈殿させる。沈殿した塩の上部から抽出物を慎重にデカンテーションする。塩を数回以上低級アルコールで洗浄し、アルコール洗液と抽出物を合わせたものを、例えばロータリーエバポレーターでほとんど完全に蒸発乾燥させる。分取用（preparative）Ｃ１８材料（例えば、Waters社製、C18 125Å）を濃縮溶液に例えば４：１（ｗ／ｗ）の割合で加えて混合物を得、それをロータリーエバポレーターで蒸発させて可能な限り乾燥させる。

（ｉｉ）溶離液のｐＨ値を濃縮酸で６〜７に調整する。固形分および抽出物を遠心して互いに分離し、その後上清を慎重にデカンテーションして容量フラスコに移すか、丸底フラスコに直接に移す。上清をほとんど完全に蒸発乾燥させ、その後分取用Ｃ１８材料を溶液に加えて混合物を得、それをロータリーエバポレーターで蒸発させて可能な限り乾燥させる。

ＳＤＧのクロマトグラフィー精製
Ｃ１８材料とサンプルの混合物をフラッシュクロマトグラフィー（flash chromatography）システムに充填する。溶離液として使用する水−メタノールまたは水−エタノールでカラムを最終的に平衡にする。水−メタノールまたは水−エタノール混合物でサンプルカートリッジから精製カラムにＳＤＧを溶出する。カラムを流れる溶離液を回収する。最終的にメタノール−水またはエタノール−水で精製カラムを洗浄してから、次回のクロマトグラフィー精製操作を行う。

サンプル−Ｃ１８混合物は開管Ｃ１８クロマトグラフィーカラムに充填することもでき、そこから水性低級アルコール、例えばメタノールまたはエタノールでＳＤＧを抽出することが可能である。

ＳＤＧの分析
抽出物中のＳＤＧを高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で分析する。分析用カラムとしては、逆相カラムを使用することが好ましく、溶離液としてはリン酸緩衝液およびメタノールの勾配を使用することが好ましい。化合物の同定は保持時間およびＵＶスペクトルに基づいて行なう。

ＳＤＧの貯蔵および更なる精製
分析後、ＳＤＧに富んだ画分を集め、可能な限り乾燥するまで蒸発させ、サンプルを得る。得られたサンプルに少量の水を加えて冷凍庫に入れ、急速冷凍し凍結乾燥した。凍結乾燥したＳＤＧは黄色がかった粉末であり、その粉末の純度は少なくとも８０％である。

必要であれば、単離したＳＤＧを開管Ｃ１８カラムでさらに精製することができる。凍結乾燥したＳＤＧを少量の水に溶解し、カラムに供給する。塩およびその他の未同定物質を水で溶出させ、その後ＳＤＧをカラムから低級アルコール、例えばメタノールまたはエタノールで溶出させる。アルコールをロータリーエバポレーターで蒸発させて、ＳＤＧを結晶として得る。ＳＤＧ結晶の純度は少なくとも９０％である。

本発明の方法によって、高純度のＳＤＧを十分な収率で亜麻種子から単離精製することができる。例えば、粉砕した亜麻種子から有機溶媒を使用せずに脂質を除去できることは、公知技術に対する本発明の方法の利点と考えられる。さらに、低級アルコール中での直接的なアルカリ性分解により、ＳＤＧが亜麻のマトリックスから効果的に遊離されると同時に、ＳＤＧの単離を阻害するいわゆる亜麻ガム（flax gum）が分解される。溶離液は水を含まず、従って、例えばロータリーエバポレーターでの溶離液の蒸発が、水性の溶出液系の蒸発よりも容易で且つ早い。国際公開公報ＷＯ９６／３０４６８に従った方法においては、ＳＤＧを５０〜７０％メタノールで抽出し、その後抽出物を蒸発させて粘性の液体にし、塩基で分解する。水性アルコール抽出物の蒸発は、純粋なメタノールやエタノールの蒸発よりもかなり遅い。その上、本発明で使用するフラッシュクロマトグラフィーによる化合物の分画は迅速で効率がよい。本発明の方法はまた、工業的規模で容易に実施することができる。

超臨界抽出法による粉砕亜麻種子からの脂質の除去
冷却圧搾粉砕した亜麻種子の１〜２ｋｇを、超臨界二酸化炭素で４５０ａｔｍ、７０℃で抽出した。抽出時間は約５時間とした。抽出は、エタノールで変性した超臨界二酸化炭素を用い、約２時間続けた。抽出後、脂質を含まない粉砕物を粒子状粉末にすりつぶし、粒子サイズを０．５５ｍｍ未満にした。

セコイソラリシレシノールジグリコシド（ＳＤＧ）の加水分解的抽出
脂質を含まない亜麻種子の粉末１００ｇを、２０００ｍｌの１Ｍ水酸化ナトリウム−メタノール（１：２０、ｗ／ｖ）でアルゴン雰囲気下で２４時間、磁気撹拌機を用いて抽出した。

抽出および加水分解後、アルカリ性メタノールを遠心分離に付した（１５００ｒｐｍ、１０分）。上清を容量フラスコに慎重に分離し、その後上清のｐＨ値を濃塩酸で６〜７に調整した。析出してきた塩はフラスコの底に沈殿させた。沈殿している塩の上部から抽出物を慎重にデカンテーションした。塩を数回以上メタノールで洗浄した。メタノール洗液と抽出物を合わせたものを、ロータリーエバポレーターでほとんど完全に蒸発乾燥させた。分取用Ｃ１８材料（Waters社製、C18 125Å）を、濃縮溶液にサンプル：Ｃ１８の割合が４：１（ｗ／ｗ）になるように加えて混合物（溶液）を得、溶液をロータリーエバポレーターで蒸発させて可能な限り乾燥させた。

サンプルとＣ１８の混合物の１５ｇをフラッシュシステムのサンプルカートリッジに充填した。フラッシュ４０Ｃ１８カラム（Biotage社製）を３００ｍｌの８０％メタノール、３００ｍｌの５０％メタノール、最後に３００ｍｌの４０％メタノールで活性化した。サンプルカートリッジを活性化カラムにつないだ。６５０ｍｌの４０％メタノールでサンプルカートリッジからＳＤＧを溶出した。その後、サンプルカートリッジを取りはずし、カラムを３５０ｍｌの別の４０％メタノールで洗浄した。カラムを流れる４０％メタノールを５０ｍｌの画分として試験管に回収した。フラッシュ４０Ｃ１８カラムから２５０〜４５０ｍｌのＳＤＧを溶出させた。最後にカラムを洗浄してから、８０％メタノールを用いて次回のクロマトグラフィー精製操作を行った。

ＳＤＧの分析
高速液体クロマトグラフィーで得た溶出画分からＳＤＧを分析した。分析用カラムとして、逆相カラム（Waters社製、Nova Pak C18；３．９×１５０ｍｍ）を使用し、溶離液として０．０５Ｍのリン酸二水素ナトリウム緩衝液（ｐＨ２．９）およびメタノールの勾配を使用した。保持時間およびＵＶスペクトル（２００−４００ｎｍ）に基づいて化合物の同定を行った（図２および３）。

貯蔵および更なる精製
分析後、ＳＤＧに富んだ画分を集め、可能な限り乾燥するまで蒸発させ、サンプルを得た。得られたサンプルに少量の水を加えて冷凍庫に入れ、急速冷凍し凍結乾燥した。凍結乾燥したＳＤＧは黄色がかった粉末であり、その粉末の純度は少なくとも８０％だった。

単離したＳＤＧの一部を開管Ｃ１８カラム（Waters社製、分取用Ｃ１８カラム）でさらに精製した。凍結乾燥したＳＤＧを少量の水に溶解し、カラムに供給した。塩およびその他の未同定物質をカラムから水で溶出させ、その後ＳＤＧをカラムからメタノールで溶出させた。ロータリーエバポレーターでメタノールを蒸発させて、ＳＤＧを結晶として得た。ＳＤＧ結晶の純度は約９０％だった。

参考文献

Adlercreutz, H. 1991. Diet and Sex Hormone Metabolism. In: Rowland, I.R. (ed.) Nutrition, Toxicity and Cancer. CRC Press.: p. 137-195. ISBN 0-8493-8812-0.

Borriello, S.P., Setchell, K.D.R., Axelson, M. & Lawson, A.M. 1985. Production and metabolism of lignans by the human faecal flora. Journal of Applied Bacteriology 58: p. 37-43.

Cassidy, A.C., Hanley, B. & Lamuela-Raventos, M. 2000. Isoflavones, lignans and stilbenes - origins, metabolism and potential importance to human health. Journal of the Science of Food and Agriculture 80: p. 1044-1062.

Harris, R.K. & Hagerty, W.J. 1003. Assays of potentially anticarcinogenic phytochemicals in flaxseed. Cereal Foods World 38 (3): p. 147-151.

McBurney, M.I. & Thompson, L.U. 1987. Effect of human faecal inoculum on in vitro fermentation variables. British Journal of Nutrition 58: p. 233-243.

Lojkova, L., Slanina, J., Mikesova, M., Taborska, E. & Vejrosta, J. 1997. Supercritical fluid extraction of lignans from seeds and leaves of Schizandra chinesis. Phytochemical analysis 8: p. 261-265.

Muir, A. & Wescott, N.D. 1998. Process for extracting lignans from flaxseed. Patent application WO 96/30468.

Prasad, K. 1997. Hydroxyl radical-scavenging property of secoisolariciresinol diglucoside (SDG) isolated from flaxseed. Molecular and cellular biochemistry 168 (1/2): p. 117-123.

Vanharanta, M., Voutilainen, S., Lakka, T.A., van der Lee, M., Adlercreutz, H. & Salonen, J.T. 1999. Risk of acute coronary events according to serum concentrations of enterolactone: a prospective population-based case control study. Lancet 354: p. 2112-2115.

Zhang, Y., Wang, G.-J., Song, T.T., Murphy, P.A. & Hendrich, S. 1999. Urinary disposition of the soybean isoflavones daidzein, genistein and glycitein differs among humans with moderate fecal isoflavone degration activity. Journal of Nutrition 129: p. 957-962.

以下、図面に参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明によるＳＤＧ単離および精製方法を示すフローチャートである。図２は、本発明によって単離および精製したＳＤＧの波長２８０ｎｍでのＨＰＬＣクロマトグラムである。図３は、本発明によって単離および精製したＳＤＧの波長２００〜４００ｎｍでのＵＶスペクトルである。

Claims

亜麻種子からセコイソラリシレシノールジグリコシド（ＳＤＧ）を単離する方法であって、
ａ）冷却圧搾粉砕した亜麻種子から、圧力が３００〜４５０ａｔｍの範囲内及び温度が５０〜８０℃の範囲内の条件下での超臨界二酸化炭素抽出法で脂質を除去して、実質的に脂質を含まない粉砕亜麻種子を得、
ｂ）得られた粉砕亜麻種子をすりつぶして粒子状粉末を得、
ｃ）得られた粉末からアルカリ性低級アルコールでＳＤＧを抽出することにより加水分解と抽出を同時に行なって、ＳＤＧの低級アルコール溶液を得、
ｄ）得られた低級アルコール溶液を遠心分離に付して上清を得、そして、該上清を中和し、
ｅ）該上清を回収し、濃縮してＣ１８材料と混合し、溶媒をほぼ完全に蒸発させて混合物を得、
ｆ）得られた混合物をフラッシュクロマトグラフィーで分画し、
ｇ）ＳＤＧに富んだ画分を回収し、そして
ｈ）ＳＤＧに富んだ該画分を開管Ｃ１８カラムで精製する、
ことを特徴とする方法。
超臨界二酸化炭素抽出法の最終段階で超臨界二酸化炭素の補助剤として低級アルコールを使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
低級アルコールがエタノールであることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
工程ｂ）において、粉砕亜麻種子をすりつぶして粒子サイズが０．５５ｍｍ未満の粉末にすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
アルカリ性低級アルコールが、水酸化ナトリウムが溶解している、水を含まないメタノールまたはエタノールであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
低級アルコールの水酸化ナトリウム濃度が０．０５〜１Ｍであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
工程ｄ）を以下の（ｉ）または（ｉｉ）のいずれかの手順で行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。（ｉ）低級アルコール溶液を遠心分離に付した後に、上清のｐＨ値を濃縮酸でｐＨ６〜７に調整することによって上清を中和する。（ｉｉ）低級アルコール溶液のｐＨ値を濃縮酸でｐＨ６〜７に調整することによって低級アルコール溶液を中和し、その後に遠心分離に付す。
工程ｆ）において、フラッシュクロマトグラフィーにより、Ｃ１８カラム中で水−メタノールまたは水−エタノールを溶離液として用いて混合物を分画することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
工程ｈ）において、Ｃ１８クロマトグラフィーにより、開管Ｃ１８カラム中で低級アルコールを溶離液として用いて混合物を分画することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
低級アルコールがメタノールであることを特徴とする、請求項９に記載の方法。