장방형 평행육면체 말티톨 document_id A220623061692

말티톨 (1,4-O-α-D-글루코피라노실-D-글루시톨)은 말토스를 수소화시켜 얻어진 폴리올이다. 말티톨 분자에서 환원 말단의 부재는 말티톨에게 높은 열 안정성 및 화학적 안정성을 부여한다. 말티톨은 수크로스보다 칼로리가 낮지만, 당과 유사한 감각 수용성을 갖는다. 그것은 비-우식원(non-cariogenic)이므로, 다수의 식품 및 제약 용품에 사용된다. 오랫동안, 말티톨은 단지 낮은 농도의 시럽 형상 또는 비결정질의 순수하지 않은 분말 형상으로만 상업적으로 입수가능하였다 . 1980년대 초반이 되어서야 하야시바라(HAYASHIBARA) 회사가 최초로 그의 미국 특허 제4　408　041호에서 무수 말티톨 결정의 생성을 기술하였다. 이전에는, 이러한 폴리올은 항상 비결정성 생성물로서 간주되었었다. 이러한 잘못된 가설은 예를 들어 과포화 용액으로부터 말티톨을 결정화시키는 것이 만니톨 또는 에리트리톨과 같은 다른 폴리올의 경우에서와 같이 용이하게 제어되지 않는다는 사실로부터 기인한다. 소위 한편으로는 "괴상(mass)" 기술 및 다른 한편으로는 수(水) 결정화 기술만이 오늘날 산업적 규모로 사용되는 거의 유일한 공정이다. 그러나, 이로부터 얻어지는 생성물은 가변성 정도가 심한 결정도를 나타내고, 이들 모두가 추잉검 또는 초콜릿과 같은 특정 용품에 적합한 것은 아니다. 또한, 이러한 결정질 생성물은, 예를 들면 건조 투여 형상, 예컨대 용해를 위한 분말상 영양 제제, 캡슐, 가용성 분말 유형의 약품 및 정제에서 수크로스 또는 락토스 대신에 말티톨이 사용될 때 완전히 만족스럽지는 않다. 또한, 감미 식품, 예컨대 분말화된 음료, 디저트, 케이크 제제 또는 초콜릿-향미 또는 바닐라-향미 조반 분말에서 동일한 유형의 대체가 있을 때 역시 그러하다. 이러한 특정 적용에 대해, 특히 괴상 기술에 의해 얻어진 가성(pseudo) 결정질 말티톨 분말의 경우 및 보다 적은 정도이지만 수 결정화 기술에 의해 얻어진 결정질 말티톨 분말의 경우 다음의 단점 중 하나 이상의 단점을 갖는다는 것이 관찰되었다: · 쉽게 흐르지 않음 · 응결 또는 덩어리화되는 경향이 있음 · 물에 단지 매우 느리게 용해됨 · 불량한 압축용 부형제임 · 다양한 약전에 의해 규정된 식별 및 순도 기준을 충족시키지 못함 따라서, 폴리올 결정화 분야의 전문가들은 공지된 말티톨 분말이 갖는 흐름, 덩어리화, 용해 또는 압축과 관련된 단점을 갖지 않는 말티톨 조성물을 스스로 개발하고자 하였다. 물론, 다른 폴리올을 사용함으로써 확인된 필요성이 충족될 수 있다고 생각했을 수도 있다. 그러나, 이는 그 어느것도 말티톨처럼 수크로스의 특성과 유사한 용해도, 흡습성, 감미된 향미 및 복합 성질의 특성을 갖지 못하기 때문에 입증 불가능하였다. 그러나, 종래 기술에 의해 이루어진 다양한 공헌의 분석으로 쉽게 추론할 수 있는 바와 같이, 수행된 연구 대부분은 말티톨 결정의 형상이 상기 언급된 단점을 극복하는데 영향을 미칠 수 있다는 것을 고려하지 않았다. 결론적으로는 거의 대부분의 연구는 특정 형상의 말티톨 결정의 생성을 촉진시키는데 어떠한 결정화 조건이 사용될 수 있는지를 결정하는 것에 대해 고려하지 않았다는 것이다. 예를 들면, 미국 특허 제4　408　041호에서, 말티톨을 결정화시킬 수 있도록 하야시바라는 단지 말티톨 함량이 높은 말티톨 시럽으로부터 출발하여 DP가 높은 (DP3 및 DP가 4 이상인) 폴리올을 소량 함유하는 것을 추천한다. 상기 특허 문헌에서 얻어진 결정은 단지 "무색, 무취 및 투명"하다고 나타낸 것을 알 수 있을 것이다. 얻어진 결정은 전자 현미경 사진 (도 3은 상기 결정의 개략도 (× 150 확대)이고, 도 4는 더 크게 확대 (× 600)하여 찍은 것임)으로 기술되어 있지만, 하야시바라는 이에 관해 언급하고 있지 않음을 알 수 있을 것이다. 도 4로부터, 숙련자라면 얻어진 말티톨 결정이 "평행육면체-다소 입방형" 형상임을 알 수 있을 것이다. 1982년에 말티톨의 X-선 결정학적 분석에 관하여 카보하이드레이트 리서치(Carbohydrate Research)에서 발행한 과학 논문에서, 하야시바라는 결정을 보다 덜 상세하게 기술했을 것이다. 그러나, 오노(OHNO) 등은 이들을 "무색의 프리즘-유사"하다고 간결히 기술하였고, 결정질 형상을 말티톨의 임의의 기능성 성질과 관련짓지 않았다. 사실상, 상기 논문에서 관찰하였던 결정은, X-선 회절에 의해 결정의 격자 매개변수를 결정할 수 있도록 특별히 제작된 "거대 결정"이었다. 치수는 0.3×0.3×0.3　mm이라고 저자가 기재한 것으로 보아 결정은 "입방형 프리즘"이었다. 1989년에 본 출원인은 미국 특허 제4　846　139호에서 결정질 말티톨의 제조 방법을 또한 기술하였다. 결정화는 물 중에서 수행되었다. 그러나, 논의의 촛점은 결정이 아니었고, 특정 형상에 대해서도 언급되지 않았다. 미국 특허 제5　583　215호 (타와(TOWA)에게 양도됨)에는 말티톨을 함유하는 고체 결정질 혼합물이 기술되어 있다. 결정화되는 출발 말티톨 용액은 말티톨 80％ 내지 98％, 소르비톨 0.5％ 내지 15％ 및 말토트리이톨 1.5％ 내지 10％를 함유하고 DP가 3 이상이다. 결정화는 압출에 의해 수행된다. 얻어지는 결정 혼합물의 "양태"의 유일한 언급은 "분쇄 및 비교적 촘촘한" 구조라고 한 것이지만, 결정의 특정 형상은 언급 및 논의되지 않았다. 결정의 크기 및 형상의 영향이 특정 식품 용품, 특히 말티톨을 함유한 제과품 제조에서 중요하다고 간주하였던 것은 본 출원인의 또다른 공헌이었다. 미국 특허 제5　580　601호에서, 본 출원인은 입자형 제과품에 자일리톨 및 말티톨 결정을 사용하는 것을 기술하였다. 상기 적용을 대상으로 한 말티톨에 대해 그 당시 다음과 같은 4가지 말티톨의 품질을 비교하였다. · 본 출원인에 의해 판매되는 말티소르브(MALTISORB, 등록 상표) P90 및 말티소르브(등록 상표) P200; · 타와(TOWA)에 의해 상표명 아말티(AMALTY, 등록 상표) MR100 하에 판매되는 말티톨; 및 · 미국 특허 제4　408　041호 (하야시바라)의 실시예 2에 기재된 바와 같이 제조된 말티톨. 미국 특허 제5　580　601호에서, 본 출원인은 상기 4종류의 말티톨은 다음과 같은 상이한 2가지 결정질 형상이었다고 언급하였다: 바늘-유사 형상 및 평행육면체의 다소 입방형 형상 (미국 특허 제4　408　041호에서 하야시바라에 의해 제시되었었음)). 미국 특허 제5　580　601호에서, 본 출원인은, 미국 특허 제4　408　041호 (하야시바라)의 실시예 2에 따라 사용된 결정화 공정 동안에 말티톨 시럽이 "평행육면체의 다소 입방형" 형상의 결정을 생성할 수 있었음을 확인하였다. 또한, 미세하게 분쇄된 바늘-유사 말티소르브 (등록 상표) P90 분말은 평행육면체의 다소 입방형 결정을 생성한다고 언급되어 있다. 마지막으로, 미국 특허 제5　580　601호에서, 본 출원인은 말티톨 결정의 크기 및 형상이 상기와 같이 제조된 입자형 제과품의 경시적 텍스쳐 품질 및 안정성에 미치는 영향을 논의하였다. 요컨대, 다음과 같이 결론지었다. · 감미제의 총량에 대해 50％ 내지 93％의 말티톨을 함유할 때, 그리고 제과품 중에 적어도 부분적으로 결정화되어 존재하는 말티톨이 본질적으로 치수가 60 마이크로미터 미만, 바람직하게는 40 마이크로미터 미만, 보다 바람직하게는 20 마이크로미터 미만인 결정 형상으로 존재하는 경우에만, 텍스쳐 품질이 탁월하고 특히 경시적으로 안정한 입자형 말티톨 제과품을 제조할 수 있다. · 예를 들어, 제과품 중에 함유된 결정이 바늘-유사한, 즉, 길이가 대략 120 마이크로미터이고 절편이 대략 35 마이크로미터이면, 제과품은 신속하게 변하고 과도하게 경화되는 경향이 있다. 치수가 60 마이크로미터 미만인 바람직하게 평행육면체의 다소 입방형인 결정을 함유할 때 그러한 것은 아니다. 이러한 경우, 입자형 제과품은 수개월 동안 안정하다. 따라서, 결정의 말티톨 순도는 95％ 초과, 통상 98％, 또는 심지어는 99％로 높다. 유럽 특허 제735　042호에서, 본 출원인은 신규한 결정질 말티톨 조성물을 기술하였다. 여기서, 결정화는 분무 건조에 의해 달성된다. 얻어진 결정은, 날카로운 연부가 없고 함께 응집되어 있는 다수의 결정질 미세입자로 이루어진 본질적으로 구상인 입자 형상이고 본질적으로 다공성이며 폐포성 구조라고 기재되어 있다. 관찰된 구조는, 평행육면체의 다소 입방형 입자들로 이루어진, 물로부터 결정화된 말티톨 및 압출된 말티톨의 구조와 확실히 상이하다. 또다른 유럽 특허 제741　140호 (타와)에는, 결정질 말티톨, 및 결정화된 말티톨의 고체 결정질 혼합물의 제조 방법이 기술되어 있다. 여기에서, 결정화는 물 중에서 수행된다. 그러나, 결정 형상에 관한 정보는 제공되지 않았다. 이는 또다른 주요한 진전이 이루어진 유럽 특허 제905　138호 (본 출원인이 출원함)에서 제공되었다. 상기 특허에서, 본 출원인은, 공지된 말티톨 분말이 나타내는 흐름, 덩어리화, 용해 또는 압축과 관련한 어떠한 단점도 갖지 않는 말티톨 조성물을 개발하였다. 이러한 말티톨 조성물의 개발에 관하여 연구하는 동안에, 본 출원인은 바늘-유사 형상 및 평행육면체의 다소 입방형 형상이 아닌, 말티톨 결정의 2가지 특정 형상, 즉 쌍뿔형 형상 및 각주형 형상을 단리할 수 있었다. 그 당시 본 출원인은, 결정화하고자 하는 말티톨 시럽 중의 말토트리이톨 함량에 의해 상기 2가지 형상의 말티톨 결정의 존재를 설명하였다. 본 출원인은 말티톨 시럽 중의 말토트리이톨의 양을 제어함으로써, 말티톨 시럽에 결정화 단계를 수행할 때 말티톨 결정의 형상을 상기 형상 중 어느 하나로, 또는 2가지 형상의 혼합물로 배향시킬 수 있음을 관찰하였다. 유럽 특허 제905　138호에서, 본 출원인은 결정화 형상 (쌍뿔형 또는 각주형 형상)은 필연적으로 제조 및 적용 둘 모두와 관련하여 중요한 영향력을 가짐을 관찰하였음을 주장하였다. 요컨대, 특정 비율의 각주형 결정을 포함하는 말티톨의 반결정화된 물질은, 특히 큰 결정 크기를 고려할 때 다른 모든 것은 동일하면, 동일한 비율의 쌍뿔형 결정을 포함하는 물질보다 더 점성이다. 따라서, 분무 건조된 말티톨을 제조하기 위해 응결되지 않도록, 말토트리이톨은 거의 함유하지 않고, 각주형 결정이 아닌 쌍뿔형 결정을 추가로 함유하는 현탁액을 선택하는 것이 바람직하다. 다른 양태에서, 쌍뿔형 말티톨 결정을 사용하는 것은 초콜릿 (정련 전에 더 증점된 물질), 추잉검 (다량의 분말상 말티톨을 함유한 가요성 텍스쳐를 보유할 수 있는 것), 건조 투여 형상 (더 잘 흐름) 등을 제조하는데 바람직한 것으로 보인다. 반면, 각주형 형상은 보다 압축성이고, 때때로 요구되는 낮은 결정 함량으로 응결 (괴상물 증가)시킬 수 있다 (추잉검, 당-코팅되는 추잉검 코어). 적용 분야를 고려하여 특정 방식으로 사용될 때 말티톨 결정의 특정 치수 및 형상을 선택하는 것이 중요하다는 것은 상기한 기재로부터 명백하다. 이와 같이, 다음과 같은 4가지 결정질 형상이 기록된 바 있다. · 평행육면체의 다소 입방형 형상 · 각주형 형상 · 쌍뿔형 형상, 및 · 바늘-유사 형상. 도 1은 이들 4가지 결정질 형상 (1.1, 1.2, 1.3 및 1.4) (하기에 규정된 조건 하에서의 주사 전자 현미경 사진 화상)을 예시한다.