カルニチン溶液の濃縮方法
【課題】
不純物の生成を抑制できる高純度のカルニチンを含む溶液を濃縮する方法を提供すること。
【解決手段】
１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法。
不純物の生成を抑制できる高純度のカルニチンを含む溶液を濃縮する方法を提供すること。
【解決手段】
１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルニチンを含む溶液を濃縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベタインの一種であるＬ−カルニチンはビタミンＢＴとも言われ、生体内で脂肪酸の代謝に関係している重要な化合物である。当該化合物は、心臓疾患治療剤（特許文献１）、過脂肪質血症治療剤（特許文献２）、静脈疾患治療剤等（特許文献３）としても注目されている。
【０００３】
種々の方法で製造したカルニチンは通常何らかの溶液状態にある。これを粉末の製品とするためには、様々な方法でカルニチンを含む溶液を濃縮する必要がある。
【０００４】
カルニチンを含む溶液を濃縮する方法としては、逆浸透装置にかけて約7倍に濃縮する方法（特許文献４）、ロータリー型蒸発装置等を使用して真空下に濃縮する方法（特許文献４及び５）が挙げられるが、濃縮の条件や濃縮によって生成する不純物等についての報告は今までになかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−７６８３０号公報
【特許文献２】特開昭５４−１１３４０９号公報
【特許文献３】特開昭５８−８８３１２号公報
【特許文献４】特開昭６１−１９９７９３号公報
【特許文献５】特開昭６２−２４９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、工業スケールにスケールアップするにつれて所要時間が長くなる工程が多数あり、特にカルニチンを含む溶液の濃縮に要する時間の遅延がより顕著になることにより、様々な不純物が生成することが判明し、製品の高品質を達成する上で課題となっていた。
【０００７】
そこで、本発明の主な目的は、不純物の生成を抑制できるカルニチンを含む溶液を濃縮する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、カルニチンを含む溶液を特定の条件で濃縮することにより不純物の生成を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カルニチンを含む溶液を濃縮する過程で生成する不純物の生成を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
（１）カルニチン
本発明において使用されるカルニチンの種類は特に限定されない。各社より販売されている種々のカルニチンを使用することができる。カルニチン分子内塩（フリー体と呼ばれることもある）の他、カルニチン塩酸塩、カルニチンフマル酸塩、カルニチン酒石酸塩等のあらゆるカルニチン有機酸塩、及び無機酸塩を使用することもできる。また、ラセミ体でも光学活性体でもどちらでも使用することができる。本明細書では、これらをまとめて「カルニチン」と称することにする。
【００１３】
カルニチンは各種前駆体から製造してもよい。例えば、カルニチンアミドを加水分解してカルニチンを製造する方法、カルニチンエステルを加水分解してカルニチンを製造する方法等がある。
【００１４】
光学活性なカルニチン（Ｌ−カルニチン、Ｄ−カルニチン）を得る場合は、（I）ラセミ体のカルニチンを光学分割する方法；（II）カルニチンニトリル、カルニチンアミド、カルニチンエステル等のカルニチン誘導体を光学分割してカルニチンに誘導する方法；（III）光学活性なカルニチン前駆体から光学活性なカルニチンを合成する方法；（IV）カルニチン誘導体から不斉合成を利用して光学活性なカルニチンを合成する方法；（V）発酵によって光学活性なカルニチンを生産する方法等により得られたものが挙げられる。これらの中でも、市場価値が高いことから、Ｌ体のカルニチン（Ｌ−カルニチン）を使用することが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては、上記のように製造したカルニチンを使用する場合には、副生成物、不純物、無機塩類等が混在することになるため、製造したカルニチンを精製して使用することが好ましい。精製する方法は限定されず、イオン交換カラム、電気透析等の公知の精製方法を用いることができる。工業的スケールで精製する場合には、電気透析による精製がより適している。
【００１６】
カルニチンは中性領域では分子内でプラスとマイナスの電荷を帯びているため、電気透析時に電荷をかけてもカチオン膜、アニオン膜は通過しない。一方、無機塩類はイオンが解離するとプラス又はマイナスの電荷を帯びているため膜を通過する。これによりカルニチンと無機塩類との分離が可能であり、精製することができる。
【００１７】
種々のカルニチン前駆体からカルニチンを製造する場合、カルニチンに無機塩類が混在する場合が多い。（i）出発物質にハロゲン原子が含まれている場合が多く、反応が進むとそれらが無機塩として系内に残存してしまうこと；（ii）加水分解反応を行う時に塩酸や硫酸等の鉱酸や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基類を触媒として使用することが多く、最終的に中和することで無機塩類が発生すること等が原因である。
【００１８】
また、カルニチンとしてカルニチンフマル酸塩、カルニチン酒石酸塩等のカルニチンの有機酸塩塩を用いる場合、溶液中に有機化合物が混在することがある。カルニチンの有機酸塩に起因する有機化合物の混入や、種々の方法でカルニチンを製造する際の各種不純物の生成は、濃縮操作の際に不純物を発生させる大きな要因となる。これらは濃縮操作前にできる限り除去しておくことが好ましく、電荷を持っているものに関しては電気透析で除去することが可能であるため、濃縮操作前には電気透析による精製を行うことが好ましい。
【００１９】
例えば、カルニチン分子内塩を使用すれば不純物の原因となる有機酸が混在する可能性が非常に低いので、当該分子内塩を使用することが好ましい。
【００２０】
（２）カルニチンを含む溶液
本発明において、カルニチンを含む溶液とは、カルニチンを水、有機溶媒、それらの混合物等の溶媒に溶解させた溶液を指す。
【００２１】
（２−１）溶媒
本発明では、カルニチンを溶解させる溶媒として水性溶媒を用いることがより好ましい。本明細書において、「水性溶媒」とは水又は水と有機溶媒との混合物のことをいう。水と有機溶媒は二相系でもよい。
【００２２】
これらの中でも、水単独を溶媒として用いるのが特に好ましい。カルニチンの溶解度が高いためにカルニチンの濃度幅の選択範囲が広いからである。
【００２３】
使用される有機溶媒は特に限定されない。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒；アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒；酢酸エチル、プロピオン酸エチル、メタクリル酸メチル等のエステル系溶媒；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒；ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素系溶媒；アセトニトリル；ジメチルホルムアミド；テトラヒドロフラン；ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００２４】
当該有機溶媒は１種を単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。これらの有機溶媒の中でも、水への溶解度が高いアルコール系溶媒、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドを使用することが好ましい。水と有機溶媒とを混合する割合は限定されず、水に溶解する範囲で有機溶媒を使用することが好ましい。
【００２５】
（２−２）濃度
本発明者は、濃縮開始時の溶液中のカルニチン濃度が不純物の生成に大きな影響を与えていることを初めて見出した。特に、比較的低濃度なカルニチン濃度１〜２０質量％の範囲で濃縮を開始したときに不純物の生成が多いことが判明した。
【００２６】
一方、例えばカルニチンの濃度が５０質量％程度のような高濃度で濃縮を開始した場合には、上記低濃度の溶液を濃縮した場合に比べて、不純物の生成量は極めて少ない。従って、本発明は、１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を濃縮するのに非常に適している。
【００２７】
例えば、濃縮操作を行って５０質量％程度のカルニチン溶液を調製するためには、１〜２０質量％程度の低濃度領域から濃縮を開始する可能性が高い。すなわち、１〜２０質量％程度の低濃度のカルニチン溶液において不純物の生成を抑制する技術の開発は極めて重要である。
【００２８】
（２−３）ｐＨ
カルニチンを含む濃縮する際のｐＨは、副反応等が生じない限り特に限定されない。例えば、５〜９が好ましく、６〜８がより好ましい。ｐＨを９以下とすることにより、塩基性下で加熱を行うことにより生じる不純物やカルニチンが分子内脱水したクロトノベタインの生成を抑制することができる。一方、ｐＨを５以上とすることにより、酸性下で加熱することにより生じる不純物の生成を抑制することができる。
【００２９】
種々のカルニチン塩を用いた場合、対塩の影響により溶液が酸性になることがある。また、上述したように各種前駆体からカルニチンを製造した場合、その製造方法によって溶液のｐＨは変化する。
【００３０】
そのような場合は、溶液のｐＨは公知の方法で調整することができる。例えば、溶液が酸性の場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等を添加することにより上記範囲に調整することができる。一方、溶液のｐＨが塩基性の場合は、塩酸、硫酸、硝酸等無機酸を添加することにより上記範囲に調整することができる。
【００３１】
当該酸又はアルカリの添加方法は限定されず、適宜選択することができる。例えば、水溶液にして添加すればよい。また、撹拌下に添加することにより効率良く溶液のｐＨを調整することができる。
【００３２】
また、例えば、カルニチン分子内塩は中性であるため、これを使用すればｐＨ調整は不要であることから、分子内塩を使用することが好ましい。これまでに述べてきたことを総合すると、カルニチンはＬ−カルニチン分子内塩を使用することが好ましい。
【００３３】
（３）濃縮
本発明において濃縮とは、濃縮操作前より濃縮操作後のカルニチンを含む溶液の方が、カルニチンの濃度が高くなるような操作（方法）を指す。
【００３４】
濃縮の程度は、使用する溶媒によってカルニチンの溶解度が異なるので、溶媒の種類や実験条件に応じて適宜選択することができる。濃縮操作後のカルニチンの濃度が濃縮操作前のカルニチンの濃度と比べて１．１倍以上の濃度となることが好ましい。
【００３５】
濃縮を行う際の溶液の温度は、カルニチンを含む溶液の濃度が１〜２０質量％程度の低濃度領域での濃縮操作時において不純物の生成を抑制するためには、溶液の温度は１０〜６０℃が好ましく、１０〜４０℃がより好ましい。６０℃以下とするのは、不純物の生成を抑制することができるからである。また、１０℃以上とするのは、効率良く濃縮を行うことができるからである。
【００３６】
濃縮を行う際の圧力は特に限定されず、常圧下でも減圧下でもよい。減圧下であれば目的濃度までの濃縮に所要する時間が短くなるため、減圧下で行うことがより好ましい。圧力は１〜２００ｈＰａ程度で行うことが好ましい。
【００３７】
濃縮を行う時間も限定されない。例えば、不純物の生成が抑制され、所望の濃度のカルニチンを得ることができる範囲で適宜選択することができる。
【００３８】
本発明者が鋭意検討した結果、カルニチン溶液を濃縮する工程で様々な脂溶性不純物が発生していることが判明した。原因は、溶液のｐＨや濃縮時の温度、さらには濃縮時に外部から与える熱源の温度等が挙げられることがわかった。特に、濃縮は熱をかけて溶媒を気化させる操作であり、この溶液にかける熱とカルニチン溶液の状態が不純物生成に大きな影響を与えることがわかった。
【００３９】
濃縮は、例えば、カルニチンを製造した後、カルニチンを含む溶液からカルニチンを粉末として取得する場合に行われる。
【００４０】
このような脂溶性不純物は、例えばHPLC（不純物分析用逆相グラジエント）等の公知の分析条件で検出することができる。
【００４１】
HPLC（不純物分析用逆相グラジエント）で分析した際、カルニチンの出現（リテンションタイム（以下Ｒ．Ｔ．と略すことがある）３〜４分）以降のピークを脂溶性不純物と判断することができる。本明細書では当該脂溶性不純物を不純物の代表として述べるが、不純物としてはそれ以外のものも含む。
【実施例】
【００４２】
本発明において使用した各種定量分析方法について、分析方法の詳細を以下に示す。
【００４３】
分析方法１
ＨＰＬＣ（陽イオンクロマト）
・試料調製方法：反応液を移動相に溶解
・カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＩＣ ＹＫ−４２１，４．６ｍｍ Ｉ．Ｄ．×１２５ｍｍ（ＧＬサイエンス製）
・キャリアー：４０容量％水：３ｍＭ硝酸（水１．２Ｌで１．３８ＨＮＯ３を１６５．５μＬ）
６０容量％ＡＴＮ
・カラムオーブン温度：４０℃
・検出器：ＣＤ−５（電気伝導度検出器）
・流量：１ｍＬ／ｍｉｎ
・注入量：２０μＬ（サンプルループ）
・分析対象化合物：カルニチン（４．９ｍｉｎ）。
【００４４】
分析方法２
ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）
・各工程において観測される不純物の検出を目的とする。
・試料調製方法：基本的に濃縮液を希釈等せずにそのままの濃度で打つ
・カラム：資生堂Ｃａｐｃｅｌｌ Ｐａｋ ＵＧ−１２０、２５０ｍｍ×２．０ｍｍＩＤ、３μｍ
・キャリアー：Ａ液 ５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ ２．１）
Ｂ液 ５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ ２．１）／アセトニトリル＝３０容量／７０容量
・グラジエントプロファイルは下記表１の通り。
【００４５】
【表１】
【００４６】
・ランタイム：６５分
・流量：０．２ｍＬ／ｍｉｎ
・カラム温度：４０℃
・検出器：ＵＶ ２０５ｎｍ
・注入量：１０μＬ
・カルニチン保持時間（リテンションタイム；Ｒ．Ｔ．）：３〜４分
・適宜水を分析し、そのチャートと比較して不純物の存在を判断する。
【００４７】
本実施例において使用したカルニチンのメーカー等のうち、「当社品」とはＷＯ２００８／０５６８２７に記載された方法で製造したＬ−カルニチンを、特開２００９−１０２２６３号公報に記載された方法で再結晶して得えられた、カルニチン分子内塩の粉末のことを指す。
【００４８】
＜実施例１〜６＞
５０ｍＬのナスフラスコ又はビーカーに各種カルニチンを採取し、これにｍｉｌｌｉＱ水を加えてカルニチン水溶液を調製し、これを用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表２に示す。濃度は分析方法１（ＨＰＬＣ（陽イオンクロマト））を使用して分析、算出した。なお、溶液中のカルニチンの濃度は「質量％」を「％」と記載している。
【００４９】
【表２】
【００５０】
実施例１〜６の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下でリテンションタイム２０分付近に出現する不純物（以下、「２０分不純物」という。）について、そのＡＲＥＡ（経時変化）を表３に示す。不純物は他にも観測されるが、その中で最も大きなＡＲＥＡを示す不純物の２０分不純物について考察する。表に示す値は、全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００５１】
【表３】
【００５２】
ＡＲＥＡの増加割合を「０〜８ｈまでの傾き（＝8hr後の値／8）」で示した。カルニチンの種類によってＡＲＥＡの増加割合が異なることがわかる。同一品種のカルニチンで比較すると、カルニチン濃度が高い方（１７．５％）が２０分不純物の生成が抑制されていた。
【００５３】
＜実施例７，８＞
Ｌ−カルニチンアミドを原料として用いて、ＮａＯＨ水溶液を触媒としたＬ−カルニチンへの加水分解反応完了後、過剰のアルカリ触媒及び副生するアンモニアを塩酸により中和した。続いてこの水溶液を電気透析を行って塩類を除去した。この電気透析を終了した液（「Ｅ．Ｄ．上がり液」）と、それをアスピレーター引きっきり（１５〜２０Torr程度）、水浴温度４０℃で３０分程度の時間濃縮した液（「E.D.上がり液濃縮」を用いて、下記表４に示す通り濃縮実験を行った。
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例７及び８の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表５に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００５６】
【表５】
【００５７】
０〜８ｈまでの傾きはかなり小さいことが分かる。濃縮操作の前に電気透析を行うと、２０分不純物が生成しにくいカルニチン溶液になることがわかる。
【００５８】
＜実施例９，１０＞
実施例７に記したカルニチン水溶液を用いて工業スケールで濃縮を行った。７ｍ３のＧＬ釜に実施例７で示したE.D.上がり液を仕込み、ジャケットに９０℃温水を用い、真空ポンプで減圧して水濃縮を行った。濃縮時の圧力は約５０ｈＰａで、内温は３０〜３５℃程度であった。製造時の仕込み、条件詳細を表６に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
実施例９、１０の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表７に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００６１】
【表７】
【００６２】
Ｃａｒ濃度が刻々と増大しているため、対カルニチンとして表す相対値ではむしろ２０分不純物は減っている傾向にある。実施例７、８と同様に、２０分不純物の増加割合を示す「０ｈ〜終了までの傾き」は非常に小さいものであった。
【００６３】
＜比較例１〜６＞
５０ｍＬのナスフラスコ又はビーカーに各種カルニチンを採取し、これにｍｉｌｌｉＱ水を加えてカルニチン水溶液を調製し、これを用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表８に示す。
【００６４】
【表８】
【００６５】
比較例１〜６の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表９に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００６６】
【表９】
【００６７】
実施例は４０℃、比較例は９０℃で加熱を行ったが、９０℃の方が不純物の生成が遥かに多い（AREAの値が非常に←大きい）ことがわかる。
【００６８】
＜参考例＞
実施例９で濃縮した約５０％の水溶液を用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表１０に示す。
【００６９】
【表１０】
【００７０】
参考例の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分付近に出現する不純物について、そのＡＲＥＡ（経時変化）を表１１に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００７１】
【表１１】
【００７２】
表１１と表９を比較すると、表１１に示すようにすでに５０％程度の濃い溶液を９０℃という高温で加熱しても２０分不純物の増加割合を示す「０〜４ｈまでの傾き」はあまり大きくはないことがわかる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルニチンを含む溶液を濃縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベタインの一種であるＬ−カルニチンはビタミンＢＴとも言われ、生体内で脂肪酸の代謝に関係している重要な化合物である。当該化合物は、心臓疾患治療剤（特許文献１）、過脂肪質血症治療剤（特許文献２）、静脈疾患治療剤等（特許文献３）としても注目されている。
【０００３】
種々の方法で製造したカルニチンは通常何らかの溶液状態にある。これを粉末の製品とするためには、様々な方法でカルニチンを含む溶液を濃縮する必要がある。
【０００４】
カルニチンを含む溶液を濃縮する方法としては、逆浸透装置にかけて約7倍に濃縮する方法（特許文献４）、ロータリー型蒸発装置等を使用して真空下に濃縮する方法（特許文献４及び５）が挙げられるが、濃縮の条件や濃縮によって生成する不純物等についての報告は今までになかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−７６８３０号公報
【特許文献２】特開昭５４−１１３４０９号公報
【特許文献３】特開昭５８−８８３１２号公報
【特許文献４】特開昭６１−１９９７９３号公報
【特許文献５】特開昭６２−２４９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、工業スケールにスケールアップするにつれて所要時間が長くなる工程が多数あり、特にカルニチンを含む溶液の濃縮に要する時間の遅延がより顕著になることにより、様々な不純物が生成することが判明し、製品の高品質を達成する上で課題となっていた。
【０００７】
そこで、本発明の主な目的は、不純物の生成を抑制できるカルニチンを含む溶液を濃縮する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、カルニチンを含む溶液を特定の条件で濃縮することにより不純物の生成を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カルニチンを含む溶液を濃縮する過程で生成する不純物の生成を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
（１）カルニチン
本発明において使用されるカルニチンの種類は特に限定されない。各社より販売されている種々のカルニチンを使用することができる。カルニチン分子内塩（フリー体と呼ばれることもある）の他、カルニチン塩酸塩、カルニチンフマル酸塩、カルニチン酒石酸塩等のあらゆるカルニチン有機酸塩、及び無機酸塩を使用することもできる。また、ラセミ体でも光学活性体でもどちらでも使用することができる。本明細書では、これらをまとめて「カルニチン」と称することにする。
【００１３】
カルニチンは各種前駆体から製造してもよい。例えば、カルニチンアミドを加水分解してカルニチンを製造する方法、カルニチンエステルを加水分解してカルニチンを製造する方法等がある。
【００１４】
光学活性なカルニチン（Ｌ−カルニチン、Ｄ−カルニチン）を得る場合は、（I）ラセミ体のカルニチンを光学分割する方法；（II）カルニチンニトリル、カルニチンアミド、カルニチンエステル等のカルニチン誘導体を光学分割してカルニチンに誘導する方法；（III）光学活性なカルニチン前駆体から光学活性なカルニチンを合成する方法；（IV）カルニチン誘導体から不斉合成を利用して光学活性なカルニチンを合成する方法；（V）発酵によって光学活性なカルニチンを生産する方法等により得られたものが挙げられる。これらの中でも、市場価値が高いことから、Ｌ体のカルニチン（Ｌ−カルニチン）を使用することが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては、上記のように製造したカルニチンを使用する場合には、副生成物、不純物、無機塩類等が混在することになるため、製造したカルニチンを精製して使用することが好ましい。精製する方法は限定されず、イオン交換カラム、電気透析等の公知の精製方法を用いることができる。工業的スケールで精製する場合には、電気透析による精製がより適している。
【００１６】
カルニチンは中性領域では分子内でプラスとマイナスの電荷を帯びているため、電気透析時に電荷をかけてもカチオン膜、アニオン膜は通過しない。一方、無機塩類はイオンが解離するとプラス又はマイナスの電荷を帯びているため膜を通過する。これによりカルニチンと無機塩類との分離が可能であり、精製することができる。
【００１７】
種々のカルニチン前駆体からカルニチンを製造する場合、カルニチンに無機塩類が混在する場合が多い。（i）出発物質にハロゲン原子が含まれている場合が多く、反応が進むとそれらが無機塩として系内に残存してしまうこと；（ii）加水分解反応を行う時に塩酸や硫酸等の鉱酸や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基類を触媒として使用することが多く、最終的に中和することで無機塩類が発生すること等が原因である。
【００１８】
また、カルニチンとしてカルニチンフマル酸塩、カルニチン酒石酸塩等のカルニチンの有機酸塩塩を用いる場合、溶液中に有機化合物が混在することがある。カルニチンの有機酸塩に起因する有機化合物の混入や、種々の方法でカルニチンを製造する際の各種不純物の生成は、濃縮操作の際に不純物を発生させる大きな要因となる。これらは濃縮操作前にできる限り除去しておくことが好ましく、電荷を持っているものに関しては電気透析で除去することが可能であるため、濃縮操作前には電気透析による精製を行うことが好ましい。
【００１９】
例えば、カルニチン分子内塩を使用すれば不純物の原因となる有機酸が混在する可能性が非常に低いので、当該分子内塩を使用することが好ましい。
【００２０】
（２）カルニチンを含む溶液
本発明において、カルニチンを含む溶液とは、カルニチンを水、有機溶媒、それらの混合物等の溶媒に溶解させた溶液を指す。
【００２１】
（２−１）溶媒
本発明では、カルニチンを溶解させる溶媒として水性溶媒を用いることがより好ましい。本明細書において、「水性溶媒」とは水又は水と有機溶媒との混合物のことをいう。水と有機溶媒は二相系でもよい。
【００２２】
これらの中でも、水単独を溶媒として用いるのが特に好ましい。カルニチンの溶解度が高いためにカルニチンの濃度幅の選択範囲が広いからである。
【００２３】
使用される有機溶媒は特に限定されない。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒；アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒；酢酸エチル、プロピオン酸エチル、メタクリル酸メチル等のエステル系溶媒；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒；ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素系溶媒；アセトニトリル；ジメチルホルムアミド；テトラヒドロフラン；ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００２４】
当該有機溶媒は１種を単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。これらの有機溶媒の中でも、水への溶解度が高いアルコール系溶媒、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドを使用することが好ましい。水と有機溶媒とを混合する割合は限定されず、水に溶解する範囲で有機溶媒を使用することが好ましい。
【００２５】
（２−２）濃度
本発明者は、濃縮開始時の溶液中のカルニチン濃度が不純物の生成に大きな影響を与えていることを初めて見出した。特に、比較的低濃度なカルニチン濃度１〜２０質量％の範囲で濃縮を開始したときに不純物の生成が多いことが判明した。
【００２６】
一方、例えばカルニチンの濃度が５０質量％程度のような高濃度で濃縮を開始した場合には、上記低濃度の溶液を濃縮した場合に比べて、不純物の生成量は極めて少ない。従って、本発明は、１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を濃縮するのに非常に適している。
【００２７】
例えば、濃縮操作を行って５０質量％程度のカルニチン溶液を調製するためには、１〜２０質量％程度の低濃度領域から濃縮を開始する可能性が高い。すなわち、１〜２０質量％程度の低濃度のカルニチン溶液において不純物の生成を抑制する技術の開発は極めて重要である。
【００２８】
（２−３）ｐＨ
カルニチンを含む濃縮する際のｐＨは、副反応等が生じない限り特に限定されない。例えば、５〜９が好ましく、６〜８がより好ましい。ｐＨを９以下とすることにより、塩基性下で加熱を行うことにより生じる不純物やカルニチンが分子内脱水したクロトノベタインの生成を抑制することができる。一方、ｐＨを５以上とすることにより、酸性下で加熱することにより生じる不純物の生成を抑制することができる。
【００２９】
種々のカルニチン塩を用いた場合、対塩の影響により溶液が酸性になることがある。また、上述したように各種前駆体からカルニチンを製造した場合、その製造方法によって溶液のｐＨは変化する。
【００３０】
そのような場合は、溶液のｐＨは公知の方法で調整することができる。例えば、溶液が酸性の場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等を添加することにより上記範囲に調整することができる。一方、溶液のｐＨが塩基性の場合は、塩酸、硫酸、硝酸等無機酸を添加することにより上記範囲に調整することができる。
【００３１】
当該酸又はアルカリの添加方法は限定されず、適宜選択することができる。例えば、水溶液にして添加すればよい。また、撹拌下に添加することにより効率良く溶液のｐＨを調整することができる。
【００３２】
また、例えば、カルニチン分子内塩は中性であるため、これを使用すればｐＨ調整は不要であることから、分子内塩を使用することが好ましい。これまでに述べてきたことを総合すると、カルニチンはＬ−カルニチン分子内塩を使用することが好ましい。
【００３３】
（３）濃縮
本発明において濃縮とは、濃縮操作前より濃縮操作後のカルニチンを含む溶液の方が、カルニチンの濃度が高くなるような操作（方法）を指す。
【００３４】
濃縮の程度は、使用する溶媒によってカルニチンの溶解度が異なるので、溶媒の種類や実験条件に応じて適宜選択することができる。濃縮操作後のカルニチンの濃度が濃縮操作前のカルニチンの濃度と比べて１．１倍以上の濃度となることが好ましい。
【００３５】
濃縮を行う際の溶液の温度は、カルニチンを含む溶液の濃度が１〜２０質量％程度の低濃度領域での濃縮操作時において不純物の生成を抑制するためには、溶液の温度は１０〜６０℃が好ましく、１０〜４０℃がより好ましい。６０℃以下とするのは、不純物の生成を抑制することができるからである。また、１０℃以上とするのは、効率良く濃縮を行うことができるからである。
【００３６】
濃縮を行う際の圧力は特に限定されず、常圧下でも減圧下でもよい。減圧下であれば目的濃度までの濃縮に所要する時間が短くなるため、減圧下で行うことがより好ましい。圧力は１〜２００ｈＰａ程度で行うことが好ましい。
【００３７】
濃縮を行う時間も限定されない。例えば、不純物の生成が抑制され、所望の濃度のカルニチンを得ることができる範囲で適宜選択することができる。
【００３８】
本発明者が鋭意検討した結果、カルニチン溶液を濃縮する工程で様々な脂溶性不純物が発生していることが判明した。原因は、溶液のｐＨや濃縮時の温度、さらには濃縮時に外部から与える熱源の温度等が挙げられることがわかった。特に、濃縮は熱をかけて溶媒を気化させる操作であり、この溶液にかける熱とカルニチン溶液の状態が不純物生成に大きな影響を与えることがわかった。
【００３９】
濃縮は、例えば、カルニチンを製造した後、カルニチンを含む溶液からカルニチンを粉末として取得する場合に行われる。
【００４０】
このような脂溶性不純物は、例えばHPLC（不純物分析用逆相グラジエント）等の公知の分析条件で検出することができる。
【００４１】
HPLC（不純物分析用逆相グラジエント）で分析した際、カルニチンの出現（リテンションタイム（以下Ｒ．Ｔ．と略すことがある）３〜４分）以降のピークを脂溶性不純物と判断することができる。本明細書では当該脂溶性不純物を不純物の代表として述べるが、不純物としてはそれ以外のものも含む。
【実施例】
【００４２】
本発明において使用した各種定量分析方法について、分析方法の詳細を以下に示す。
【００４３】
分析方法１
ＨＰＬＣ（陽イオンクロマト）
・試料調製方法：反応液を移動相に溶解
・カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＩＣ ＹＫ−４２１，４．６ｍｍ Ｉ．Ｄ．×１２５ｍｍ（ＧＬサイエンス製）
・キャリアー：４０容量％水：３ｍＭ硝酸（水１．２Ｌで１．３８ＨＮＯ３を１６５．５μＬ）
６０容量％ＡＴＮ
・カラムオーブン温度：４０℃
・検出器：ＣＤ−５（電気伝導度検出器）
・流量：１ｍＬ／ｍｉｎ
・注入量：２０μＬ（サンプルループ）
・分析対象化合物：カルニチン（４．９ｍｉｎ）。
【００４４】
分析方法２
ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）
・各工程において観測される不純物の検出を目的とする。
・試料調製方法：基本的に濃縮液を希釈等せずにそのままの濃度で打つ
・カラム：資生堂Ｃａｐｃｅｌｌ Ｐａｋ ＵＧ−１２０、２５０ｍｍ×２．０ｍｍＩＤ、３μｍ
・キャリアー：Ａ液 ５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ ２．１）
Ｂ液 ５０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ ２．１）／アセトニトリル＝３０容量／７０容量
・グラジエントプロファイルは下記表１の通り。
【００４５】
【表１】
【００４６】
・ランタイム：６５分
・流量：０．２ｍＬ／ｍｉｎ
・カラム温度：４０℃
・検出器：ＵＶ ２０５ｎｍ
・注入量：１０μＬ
・カルニチン保持時間（リテンションタイム；Ｒ．Ｔ．）：３〜４分
・適宜水を分析し、そのチャートと比較して不純物の存在を判断する。
【００４７】
本実施例において使用したカルニチンのメーカー等のうち、「当社品」とはＷＯ２００８／０５６８２７に記載された方法で製造したＬ−カルニチンを、特開２００９−１０２２６３号公報に記載された方法で再結晶して得えられた、カルニチン分子内塩の粉末のことを指す。
【００４８】
＜実施例１〜６＞
５０ｍＬのナスフラスコ又はビーカーに各種カルニチンを採取し、これにｍｉｌｌｉＱ水を加えてカルニチン水溶液を調製し、これを用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表２に示す。濃度は分析方法１（ＨＰＬＣ（陽イオンクロマト））を使用して分析、算出した。なお、溶液中のカルニチンの濃度は「質量％」を「％」と記載している。
【００４９】
【表２】
【００５０】
実施例１〜６の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下でリテンションタイム２０分付近に出現する不純物（以下、「２０分不純物」という。）について、そのＡＲＥＡ（経時変化）を表３に示す。不純物は他にも観測されるが、その中で最も大きなＡＲＥＡを示す不純物の２０分不純物について考察する。表に示す値は、全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００５１】
【表３】
【００５２】
ＡＲＥＡの増加割合を「０〜８ｈまでの傾き（＝8hr後の値／8）」で示した。カルニチンの種類によってＡＲＥＡの増加割合が異なることがわかる。同一品種のカルニチンで比較すると、カルニチン濃度が高い方（１７．５％）が２０分不純物の生成が抑制されていた。
【００５３】
＜実施例７，８＞
Ｌ−カルニチンアミドを原料として用いて、ＮａＯＨ水溶液を触媒としたＬ−カルニチンへの加水分解反応完了後、過剰のアルカリ触媒及び副生するアンモニアを塩酸により中和した。続いてこの水溶液を電気透析を行って塩類を除去した。この電気透析を終了した液（「Ｅ．Ｄ．上がり液」）と、それをアスピレーター引きっきり（１５〜２０Torr程度）、水浴温度４０℃で３０分程度の時間濃縮した液（「E.D.上がり液濃縮」を用いて、下記表４に示す通り濃縮実験を行った。
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例７及び８の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表５に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００５６】
【表５】
【００５７】
０〜８ｈまでの傾きはかなり小さいことが分かる。濃縮操作の前に電気透析を行うと、２０分不純物が生成しにくいカルニチン溶液になることがわかる。
【００５８】
＜実施例９，１０＞
実施例７に記したカルニチン水溶液を用いて工業スケールで濃縮を行った。７ｍ３のＧＬ釜に実施例７で示したE.D.上がり液を仕込み、ジャケットに９０℃温水を用い、真空ポンプで減圧して水濃縮を行った。濃縮時の圧力は約５０ｈＰａで、内温は３０〜３５℃程度であった。製造時の仕込み、条件詳細を表６に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
実施例９、１０の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表７に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００６１】
【表７】
【００６２】
Ｃａｒ濃度が刻々と増大しているため、対カルニチンとして表す相対値ではむしろ２０分不純物は減っている傾向にある。実施例７、８と同様に、２０分不純物の増加割合を示す「０ｈ〜終了までの傾き」は非常に小さいものであった。
【００６３】
＜比較例１〜６＞
５０ｍＬのナスフラスコ又はビーカーに各種カルニチンを採取し、これにｍｉｌｌｉＱ水を加えてカルニチン水溶液を調製し、これを用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表８に示す。
【００６４】
【表８】
【００６５】
比較例１〜６の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分不純物について、そのＡＲＥＡの経時的増減を表９に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００６６】
【表９】
【００６７】
実施例は４０℃、比較例は９０℃で加熱を行ったが、９０℃の方が不純物の生成が遥かに多い（AREAの値が非常に←大きい）ことがわかる。
【００６８】
＜参考例＞
実施例９で濃縮した約５０％の水溶液を用いて濃縮実験を行った。実験の仕込み、条件詳細を表１０に示す。
【００６９】
【表１０】
【００７０】
参考例の濃縮液について、ＨＰＬＣ（不純物分析用逆相グラジエント）で分析を行った。この分析条件下で２０分付近に出現する不純物について、そのＡＲＥＡ（経時変化）を表１１に示す。表に示す値は全て濃縮実験液を希釈せずに直接打ちした場合のＡＲＥＡである。
【００７１】
【表１１】
【００７２】
表１１と表９を比較すると、表１１に示すようにすでに５０％程度の濃い溶液を９０℃という高温で加熱しても２０分不純物の増加割合を示す「０〜４ｈまでの傾き」はあまり大きくはないことがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法。
【請求項２】
濃縮を１〜２００ｈＰａの圧力下で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カルニチンを含む溶液が電気透析により精製された溶液である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
カルニチンを含む溶液が水溶液である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
カルニチンを含む溶液のｐHが５〜９である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
１〜２０質量％の濃度のカルニチンを含む溶液を、１０〜６０℃の温度下で１．１倍以上に濃縮する方法。
【請求項２】
濃縮を１〜２００ｈＰａの圧力下で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カルニチンを含む溶液が電気透析により精製された溶液である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
カルニチンを含む溶液が水溶液である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
カルニチンを含む溶液のｐHが５〜９である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【公開番号】特開２０１２−１２１８３２（Ｐ２０１２−１２１８３２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３４１５（Ｐ２０１０−２７３４１５）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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