JPH0430837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明はモノグリセライド及び／又はジグリセ
ライドと脂肪酸を含む基質にリパーゼを作用させ
てトリグリセライドを製造する方法及び装置に関
するものである。 ［従来の技術］ 食用油脂は主成分のトリグリセライド（TG）
の他に、TGの加水分解生成物である遊離脂肪酸
（FFA）、モノグリセライド（MG）及びジグリセ
ライド（DG）を含んでいる。これらは原料の集
荷から油脂分抽出操作の間に、原料中に含まれる
酵素又は外的要因により、主成分であるTGが加
水分解を受け生成した物である。 これらの加水分解生成物のうちFFA及びMGは
精製段階で除去することができる。例えばアルカ
リ精製または蒸留・脱酸などの方法によりTGか
らFFA及びMGのかなりの割合を分離除去するこ
とが可能である。 一方DGは沸点等の物理性状や化学的性質が
TGと類似しているため相互の分離が困難であ
り、DGの分離方法は確立されていない。 TG中にDGが存在すると共融混合物を形成し
SFI（固体脂含有係数）の低下、結晶核生成の妨
害、チヨコレート製造工程におけるテンパリング
操作を困難にする等の問題が生じる。 このようにTG中にDGが含まれている場合に
はその用途に制限を受けることになるので、油脂
中のDG含有量を効果的に減少させる方法が必要
とされる。 リパーゼを油脂に作用させ、加水分解、エステ
ル合成及びエステル交換反応を行わせることは広
く知られている。 このうち、脂肪酸エステルの加水分解及び合成
は下式の如き可逆反応である。 DG＋FFA→←TG＋H₂O (1) (1)式より、水分の多い系では加水分解側に、又
水分の少ない系ではTG合成側に反応が進むこと
は明らかであり、DGを減少させるためには水分
を除去しつつ上記反応を行わせることが有利であ
るが、いずれにしてもリパーゼは加水分解反応又
は合成反応を促進する触媒となる。 特公昭63−12599は水又は水及び低級アルコー
ルを排出する系において部分グリセリド及び遊離
脂肪又はその低級アルコールのエステルを含む基
質にエステル交換活性を有する脂質分解酵素を作
用させるエステル化法に関するもので、系外への
水又は水及び低級アルコールの排出法として減圧
溜出やゼオライト、シリカゲルなどの吸収剤を用
いることが示されている。反応系内の水分量とし
ては0.18％程度以下と記載されている。 特開昭60−203196は、油脂類の加水分解反応に
続いてエステル合成反応を行うリパーゼによるエ
ステル交換方法に関するもので、エステル合成反
応段階において乾燥した不活性ガスを継続的に或
は断続的に反応系内に通気し、更に反応系外に排
気して反応系内の水分を同伴除去することにより
水分を除去することが述べられている。 特開昭62−19090は、グリセリンとC₄〜C₂₂飽和
（不飽和）脂肪酸に、実質的に水を加えることな
く、更に反応によつて副生する水を除きつつ、特
定の性状を有するキヤンデイダ、シリンドラセの
変異菌の生成するリパーゼを作用させてジグリセ
リドを製造する方法に関するもので、反応系から
の脱水法としては吸収剤を用いるか、乾燥した空
気や不活性ガスを反応槽中に通気撹拌して系外へ
排気して水分を除いて反応系の含水率を0.1％以
下にすることが示されている。 上記のごとく従来法においては反応系内を減圧
にするか、或は反応系内に乾燥ガスを通し系内の
水分をガスに同伴させて除去する方法が示されて
いるが、反応系内を減圧にするだけでは水分除去
の効率が悪く、また乾燥ガスを用いて水分を極限
まで除去しようとすると大量のガスを導入する必
要があり、それに伴う撹拌作用により固定化酵素
の減耗が甚だしく、逆に固定化酵素が減耗しない
程度のガス量では水分を極限まで除去できず高濃
度のトリグリセライドが得られないと言う欠点が
あつた。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明はモノグリセライド及び／又はジグリセ
ライドと脂肪酸にリパーゼを作用させてエステル
合成反応を行うに際し、反応系内の水分を極限ま
で除去することができ、高濃度のトリグリセライ
ドを効率よく製造することのできる方法及び装置
を提供するものである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明にかかわる高濃度トリグリセライドの製
造法は、担体に固定化したリパーゼを充填した固
定床よりなる固定化リパーゼ存在域と固定化リパ
ーゼが充填されていない固定化リパーゼ不存在域
とが内部に設置され、かつ固定化リパーゼ不存在
域にのみガスが導入された後排出される構造の反
応槽にモノグリセライド及び／又はジグリセライ
ドと脂肪酸を含有する基質を供給し、固定化リパ
ーゼ存在域において基質と固定化リパーゼを接触
させてエステル合成を行い、エステル合成で得ら
れた反応生成物を固定化リパーゼ不存在域に移動
して乾燥したガスと接触させ、反応生成物と接触
した後のガスを反応槽外に排出することにより反
応生成物から水分を除去し、乾燥したガスとの接
触により水分を除去された反応生成物を固定化リ
パーゼ存在域に循環させて再びエステル合成を行
わせることよりなる。 本発明の高濃度トリグリセライドの製造法にお
ける基質としては、脂肪酸の他にモノグリセライ
ドとジグリセライドのうちの少なくとも一種を含
むものならばいずれでも良い。油脂のエステル交
換反応により得られるTGの他にMG、DG、
FFAなどの副生物を含むものにも応用できる。
また予め精製してMGやFFAを除去した後のDG
含有物に脂肪酸を添加するようにしても良い。ま
たグリセリンと脂肪酸のエステル化反応により得
られるトリグリセライド濃度の低いものでもよ
い。 本発明において使用する酵素としては、リゾー
プス属（Rhizopus）、アスペルギリユウス属
（Aspergillus）、ペニシリウム属（Penicillum）、
キヤンデイダ属（Candida）、シユードモナス属
（Pseudomonas）、ムコール属（Mucor）及びジ
ヨートリカム属（Geotoricum）由来のリパーゼ
などが挙げられる。 リパーゼは担体に固定化して使用することによ
り、基質とリバーゼの接触面を広げることができ
るので好ましい。担体としては、例えばイオン交
換樹脂、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体、
ポリメチルメタアクリレート、光硬化成樹脂など
の重合体やゼオライト、珪藻土、パーライト、カ
オリン、シリカ、アルミナなどの無機系材料が利
用できる。特にマクロな細孔を有する多孔性担体
が好ましく、平均細孔径として600Å以上、好ま
しくは800Å以上の物が良い。他方平均細孔径が
あまり高過ぎると比表面積が低下してリパーゼの
活性発現が悪くなる傾向にあるので平均細孔径は
500000Å以下が望ましい、リパーゼの固定化法と
しては担体にリパーゼを物理吸着法により固定化
することが好ましい。 前述の基質に固定化リパーゼを作用させること
によりエステル合成反応を行う際の反応温度は、
用いるリパーゼにもよるが、20〜75℃の範囲の温
度が好ましい。 反応槽の固定化リパーゼ不存在域への乾燥した
ガスの通気量としては、固定化リパーゼ不存在域
と固定化リパーゼ不存在域とにそれぞれ存在する
基質の容量比や、温度その他の操業条件にもよる
が、高濃度のトリグリセライドを得るためには５
〜20vvm［１分間あたりの通気量（／分）／反
応槽内の固定化リパーゼ不存在域における油脂の
容量（）］、好ましくは７〜20vvｍ、さらに好
ましくは10〜20vvｍとするのが良い。通気量が
5vvｍ以下では反応系内の水分を充分に低くでき
ないか、または所定の水分量になるまで長時間を
要するるため高濃度のトリグリセライドを効果的
に得ることができない。 一方通気量を20vvｍ以上としてもトリグリセ
ライド濃度の向上はそれほど期待できず、また通
気量が高すぎた場合には反応生成物の飛散等の問
題も生じ、反応生成物の収率の低下や回収のため
の操作付加等を招くことになる、上記範囲の通気
量においては、乾燥ガスと反応生成物との接触が
有効に行われ、エステル合成反応が良好に行われ
る。 乾燥したガスとしては、窒素ガス、アルゴンガ
ス、ヘリウムガス等の如く油脂類に対して反応性
のないものであればよい。 反応槽の固定化リパーゼ不存在域から排出され
たガスは冷却して水分を分離し、再度反応槽に循
環し乾燥ガスとして再利用することができる。 固定化リパーゼ存在域の固定化リパーゼが充填
されていない固定化リパーゼ不存在域とが内部に
設置され、かつ固定化リパーゼ不存在域にのみガ
スが導入された後排出される構造の反応槽の具体
例としては、第１図に示すように、直立円筒状の
反応槽１の外筒２にそれより高さの低い内筒３を
挿入して上下に空間を有するように設置された形
状で、外筒２と内筒３との間に固定化したリパー
ゼの充填床４を設け、内筒３の直下にガスの吹込
口６、槽上部にガス排出口７を有するものが挙げ
られる。記号５は基質及び反応生成物の混合物、
記号８は加熱用ジヤケツトである。記号４の部分
が固定化リパーゼ存在域、反応槽底部及び内筒３
の内部が固定化リパーゼ不存在域となる。 ガスの吹込口６から内筒３に乾燥したガスを導
入すると、基質及び反応生成物の混合物は撹拌さ
れながら脱水して内筒３を上昇し、水分を含んだ
ガスはガス排出口７から系外に排気される。ガス
に伴われて内筒を上昇した基質及び反応生成物の
混合物は内筒上縁をオーバーフローして内筒と外
筒との間に設けられた固定化リパーゼの充填床４
を下降しエステル合成反応が行われる。固定化リ
パーゼの充填床４を通つた基質及び反応生成物は
再び内筒に導入され、乾燥されたガスと接触して
脱水される。 内筒３の上下の空間は基質及び反応生成物の循
環路となる。 この形式の反応槽は、内筒内を乾燥ガスが上昇
するに伴つて、ドラフト作用により、固定化リパ
ーゼ存在域から固定化リパーゼ不存在域への反応
生成物の移動及び固定化リパーゼ不存在域から固
定化リパーゼ存在域への水分を除去された反応生
成物の循環が自動的に行われると言う利点を有す
る。 連続操業を行う場合は、さらに基質の供給口と
反応生成物の排出口を設ける。 図とは逆に内筒に固定化したリパーゼの充填床
を設け、乾燥したガスを内筒と外筒との間に導入
することにより、内筒側を反応域、内筒と外筒と
の間を脱水域としてもよい。 また第２図に示すように、反応槽１を構成する
筒状容器の下半部に担体に固定化したリパーゼの
存在域（充填層）４′を設け、該充填層を有しな
い上半部の固定化リパーゼ不存在域９の下部に乾
燥ガス吹込口６、上部にガス排出口７、上半部に
おける前記乾燥ガス吹込口のガス排出口との間の
適当な位置（液面を形成すべき）から下半部の担
体に固定化したリパーゼの充填層４′の下部への
液循環管１０を設けるようにしても良い。 固定化リパーゼ存在域４′の下方から導入され
た基質は、固定化リパーゼの充填層４′を上昇し
エステル合成反応が行われる。固定化リパーゼ充
填層４′を出た基質及び反応生成物の混合物は固
定化リパーゼ不存在域９において乾燥ガス吹込口
６からの乾燥したガスと接触しながら脱水して上
昇し、水分を含んだガスはガス排出口７から系外
に排気される。ガスと接触した後の基質及び反応
生成物の混合物は液循環管１０を通して再び固定
化リパーゼ充填層４′に導入され再びエステル合
成反応に供される。液の循環に際しては乾燥ガス
の吹込みによる液のドラフト方式を利用しても良
いが、ポンプ等を使用する強制循環方式の反応槽
を用いても良い。 本発明において使用するこのような反応槽は、
反応を主とする区域（固定化リパーゼ存在域）と
脱水を主とする区域（固定化リパーゼ不存在域）
とが別々に設けられているので、固定化リパーゼ
は吹き込まれたガスによる撹拌作用を受けず減耗
が著しく抑制される。 固定化リパーゼの形状としては粒状、膜状、ハ
ニカム型などのものが使用できる。 固定化リパーゼが細かすぎると基質及び反応生
成物の流れが遅くなり、荒すぎる場合には比表面
積が低下しリパーゼの活性発現が悪くなるので、
粒状の固定化リパーゼを用いる際の粒径としては
0.5〜５mmが好ましい。 固定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼ不存在
域との容量比は５：１〜１：５程度の範囲が好ま
しい。 以下実施例により本発明を具体的に説明する。 実施例 １ 珪藻土（比表面積：0.8m²／ｇ、細孔容積：
1.08c.c.／ｇ、平均細孔径：97200Å）をシリカを
主成分とするバインダーを用いて粒径２〜３mmに
成型した担体10重量部を調製し、これにシユード
モナス属（Pseudomonas）起源のリパーゼ0.3重
量部を水10重量部に溶解した溶液を含浸させて40
℃、１mmHg、４時間の条件で乾燥し、水分を0.1
％以下にした固定化酵素を調製した。 内径20mm、高さ200mmの温水ジヤケツト付き外
管に、外径10mm、内径７mm、長さ180mmの内管を
設置した反応槽の内管と外管の間に上記固定化酵
素30ｇを充填し、固定化酵素が移動しないように
固定化酵素充填槽の上下にステンレス製20メツシ
ユの金網を設けて固定して固定化リパーゼ存在域
とした。（第１図参照） 基質としてトリグリセライド（TG）87.0重量
％、ジグリセライド（DG）7.3重量％、モノグリ
セライド（MG）0.3重量％及び遊離脂肪酸
（FFA）5.4重量％よりなる組成のクルード・パー
ムオレイン30ｇをこの反応槽に入れ内管の最下部
より窒素ガスを吹き込み基質の撹拌と反応生成物
の脱水を行つた。 60℃の温水をジヤケツトに通液し、窒素ガス通
気量10vvｍで24時間反応を行つたところ基質中
のトリグリセライド（TG）の濃度は95重量％に
なつた。またDG、MG、FFAの濃度はそれぞれ
2.6重量％、0.1重量％、2.4重量％、反応系内の水
分は10ppm以下であつた。 実施例 ２ 内径80mm、高さ800mmののジヤケツト付き反応
槽に外径45mm、内径44mm、高さ200mmのの内管を
取り付け、実施例１で使用したのと同じ固定化酵
素200ｇを内管と外管の間に充填し、前記クール
ド・パームオレイン900ml（810ｇ）を入れ、実施
例１と同様に60℃で10vvｍの乾燥窒素ガスを導
入したところ24時間でTG濃度は95重量％に達し
た。反応系内の水分は10ppm以下であつた。 また窒素ガス流量5vvｍの条件で反応を行つた
ところ、24時間でTG濃度は93重量％と、10vvｍ
の時よりは低かつた。反応系内の水分は19ppm以
下であつた。 実施例 ３ 実施例２で用いた反応槽の内管と外管の間に実
施例１で使用したのと同じ固定化酵素を100ｇを
充填し、実施例１で使用したのと同じクールド・
パームオレインを1000ml（900ｇ）使用し、反応
槽への窒素ガスの送入量を２、５、７、10または
14vvｍの各速度に変化させて温度60℃でエステ
ル合成反応を行つた。24時間後のトリグリセライ
ド濃度は第３図に示した。第３図において横軸は
ガス流速（vvｍ）、縦軸はトリグリセライド濃度
（重量％）を示す。 第３図より高トリグリセライド濃度を得るには
５〜20vvｍ、特に７〜20vvｍのガス速度が適当
であることがわかる。 実施例 ４ 実施例２で用いたのと同じ反応槽の内管と外管
との間に、実施例１で使用したのと同じ固定化酵
素100ｇを充填した固定化リパーゼ存在域を設け、
実施例１で使用したのと同じクールド・パームオ
レイン1000ml（900ｇ）を仕込み10vvｍのガス流
速で乾燥した窒素ガスを送入して撹拌・液循環及
び脱水を行い温度60℃で合成反応を行つた。 反応は41.7ml／ｈ（滞留時間24時間に相当）の
速度で連続的に基質の送入と反応生成物の抜き出
しながら行つた。反応槽から連続的に抜き出され
る反応生成物中のトリグリセライド濃度を定期的
に分析測定したところ48時間後に安定した。その
時の反応生成物中のトリグリセライド濃度は93.3
重量％、反応系内の水分量は19ppmであつた。さ
らに反応を続けたところ第１表に示す結果を得
た。 比較例 １ 実施例４で用いた反応槽において、固定化酵素
の固定床を設けることなく、固定化酵素を基質に
分散させて流動層とした以外は実施例４と同様に
して同量の乾燥ガスを送入してエステル合成反応
を行つた。反応を開始して48時間後に安定し、そ
の時の反応生成物中のトリグリセライド濃度は
93.5重量％、反応系内の水分量は19ppmであつ
た。さらに反応を続けたところ第１表に示す結果
を得た。

【表】 比較例１の場合、短期間では実施例４と同等の
成績を示したが、長期操業では固定化酵素の漏出
が甚だしく固定化酵素の寿命に差があることが判
つた。 即ち固定化酵素を基質に分散させた流動層形式
の比較例１では20日間の連続操業で45％の固定化
酵素が漏出して活性が低下しトリグリセライド濃
度は低下するのに対して、実施例４の固定床方式
の方は若干の固定化酵素の漏出は認められるもの
の40日間安定した活性が発現され高トリグリセラ
イド濃度が維持されることが確認された。 なお、固定床方式においても初期に若干の固定
化酵素の漏出が認められるのは、担体の製造過程
で原料粒子に粉末が付着している為に、酵素固定
化の際この粉末にも酵素が固定化され、反応時間
が長くなるにつれて反応生成物と共に粉末状の固
定化酵素が漏出した為であると推定される。 固定床の場合の固定化酵素漏出量は20日間の連
続操業で僅かに７％であつたが、この量は初期固
定化酵素の担体製造時の担体付着粉末量に相当す
る。 また流動層の場合は、同様に粉末状固定化酵素
が速やかに漏出するばかりではなく、粒状固定化
酵素同志が衝突し合う為の摩耗により粉末化して
固定床方式に比べ固定化酵素の漏出量が大きくな
り活性の低下が早まつたものと推定される。 ［発明の効果］ 反応系から水分を有効に除去し、水分を低く維
持できるのでジグセライド及び／又はモノグリセ
ライドと脂肪酸からリパーゼの作用により高濃度
のトリグリセライドを得ることができ、しかも長
時間連続操業しても活性が低下しない。 また本発明の装置は、簡単な構造で固定化リパ
ーゼの損失を防ぎ、長時間の連続操業を可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用した固定床型反応槽の説
明図、第２図は本発明方法を実施するに適した他
の形式の反応槽の説明図、第３図は反応槽への窒
素ガスの送入量を変化させてエステル合成反応を
行つた場合の24時間後のトリグリセライド濃度を
示す図で、横軸はガス流速（vvｍ）、縦軸はトリ
グリセライド濃度（重量％）を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 担体に固定化したリパーゼを充填した固定床
   よりなる固定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼ
   が充填されていない固定化リパーゼ不存在域とが
   内部に設置され、かつ固定化リパーゼ不存在域に
   のみガスが導入された後排出される構造の反応槽
   にモノグリセライド及び／又はジグリセライドと
   脂肪酸を含有する基質を供給し、固定化リパーゼ
   存在域において基質と固定化リパーゼを接触させ
   てエステル合成を行い、エステル合成で得られた
   反応生成物を固定化リパーゼ不存在域に移動して
   乾燥したガスと接触させ、反応生成物と接触した
   後のガスを反応槽外に排出することにより反応生
   成物から水分を除去し、乾燥したガスとの接触に
   より水分を除去された反応生成物を固定化リパー
   ゼ存在域に循環させて再びエステル合成を行わせ
   ることを特徴とする高濃度トリグリセライドの製
   造法。 ２ 反応槽を構成する外筒の内部に、外筒より高
   さの低い内筒がその上下に空間を有するように設
   置されており、外筒と内筒との間又は内筒内部の
   いずれか一方の側に担体に固定化したリパーゼの
   充填層を有し、且つ上記固定化したリパーゼの充
   填層を有しない側に乾燥ガス吹込口、上部にガス
   排出口を有することを特徴とする高濃度トリグリ
   セライドの製造装置。 ３ 反応槽を構成する筒状容器の下半部に担体に
   固定化したリパーゼの充填層を有し、該充填層を
   有しない上半部の下部に乾燥ガス吹込口、上部に
   ガス排出口を有し、且つ上半部における前記乾燥
   ガス吹込口とガス排出口との間の位置から下半部
   の担体に固定化したリパーゼの充填層の下部への
   液循環管が設けられていることを特徴とする高濃
   度トリグリセライドの製造装置。