JPS6344892A - 油脂類のエステル交換反応方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はリパーゼ（脂質分解酵素）を用いる油脂類のエ
ステル交換反応方法に関する。更に詳しくは、基質とす
る油脂及び脂肪酸を融解させるのに必要な温度での十分
な耐熱性を有するリパーゼを含む酵素製剤を用いた油脂
類のエステル交換反応方法に関するものである。

油脂類のエステル交換反応は、マーガリン、ショートニ
ング等の食用加工油脂の製造において、水素添加と並ぶ
重要な加工技術である。　　−〔従来の技術〕 油脂類のエステル交換反応は、従来より化学的な方法に
より行われてきた。即ちアルカリ金属、アルカリ金属ア
ルコラード、アルカリ金属水酸化物等のアルカリ性物質
や、各種金属塩類を触媒として用いる方法により行われ
てきた。

しかしながら、この方法においては、油脂中の脂肪酸の
配置に関しては、無差別分布の法則に従った再配列が起
こるため、得られる油脂に結合する脂肪酸の位置につい
ては特異性が全く認められない。

即ち、・従来の化学的方法ではグリセリドの結合脂肪酸
の位置につ□いて非選択的である。この性質は、通常の
マーガリン、ショートニング等の食用加工油脂の製造を
目的とする場合に於いては、油脂の物理的性質″を改良
できる効果をもたらすことがある。しかしながら、特有
のグリセリド組成を有する油脂の製造を目的とする場合
には、こうした従来の非選択的な方法ではなし得なかっ
た。ここでいう特有のグリセリド組成とは、例えば天然
のカカオ脂のように、大部分のグリセリドが対称構造を
有する様な場合である。

最近、こうした油脂の製造を意図する場合に、従来の非
選択的な化学的方法にかえて、油脂のエステル交換を位
置選択的に行わしめる方法が開発されてきている。

即ち、本来、油脂を加水分解する酵素であるリパーゼを
用いて油脂のエステル交換を位置選択的に行わしめよう
とするものである（特開昭５２−１０４５０６号公報）
。この方法に従えば、リパーゼを活性化させるため、反
応系中に水分が存在する事を必須の条件としている。こ
の水分量は、０．２〜１．０％と少量ではあるが、リパ
ーゼ本来の性質により、油脂の加水分解が必然的に起こ
り、ジグリセリドの副生による交換脂の収率の低下を避
けることが出来ない。　　　　□更に、副生成物を低減
させる目的で、水分含量を０．１％以下に低下させて反
応させる試みも提案されているが、水分量の低下は実質
的に反応速度の低下をきたし、実用上は得策ではない（
特開昭５５−７１７９７号公報）。

更にエステル交換速度を増大させる方法として、反応工
程を分解と合成の二段階に分けて行う方法の提案もある
が（特開昭６０−１９４９５号公報、特開昭６０−２０
３１９６号公報）、反応の制御、特に分解工程の制御に
難点がある。該方法では、ジグリセリドに着目した点は
興味あるが、分解工程でジグリセリドのみを選択的に得
る事は技術的に困難を要し、可及的にモノグリセリド、
グリセリンへの分解を生じると同一時に、未分解のトリ
グリセリドがなお多く残存する。更に、ジグリセリドの
非酵素的転移により生ずる１、３−ジグリセリドの存在
により、第二段の合成工程での目的とするエステル交換
物の収量の低下が避けられなく、特に温度が高くなるほ
どこの悪影響が大きい。また第二段の合成反応速度は通
常のエステル交換速度に比して十分であるとは言えない
。こうした観点から工程操作の複雑化は避けられないも
のと判断される。

また、従来の酵素剤では耐熱性が不十分であり、特に高
融点の反応基質を反応させる場合には、基質を溶解させ
るため溶剤の使用が必要であった。こうした点を解決す
る手段として、最近、耐熱性を有する酵素製剤の開発が
進められているが（特開昭６０−９８９８４号公報）、
５０℃以上という酵素反応としては比較的高い温度にて
無溶剤での反応を行うと、酵素製剤の持つ水分が反応系
に放出され易く、ジグリセリドの副生が多くなり収率が
低下するという欠点を有していた。

以上の様に、リパーゼによる油脂類のエステル交換反応
は、前述の化学的な方法に比べ特徴的かつ有利な点を持
つ反面、未だ解決せねばならない多くの問題点があり、
工業的に実施するには、これらを解決する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕　　′産業上の経済
的な面からみると溶剤の使用は、生産性低下及びエネル
ギー損失が大きく、耐熱性を有するリパーゼ製剤の使用
により反応を無溶剤で行うことが望まれる。

一方、こうした反応を触媒するために必要な酵素の価格
は未だに非常に高価であり、該反応の工業化に当たって
は、使用する酵素の量を低減するか、或いは回収して繰
り返し使用することが前提となる。

ここで、酵素剤中の水分量低減の試みは実質的に反応速
度の低下をまねき、反応装置の巨大化及び生産効率の低
下をきたすものであり、また回収再使用にあたっても、
酵素の経時的な劣化は避けることが出来ず、一定重量の
酵素から生産可能なエステル交換物の量はおのずと限界
がある。このように、従来の技術では工業的な面での反
応速度とジグリセリドの抑制及び経済的な面での酵素の
耐久性の両立を計ったものは未だ認められない。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる実状において、本発明者らは、油脂の加水分解を
抑制し、エステル交換のみを効率よくかつ経済的に行わ
しめる方法について鋭意検討し、上記５問題点を解決す
る目的で、リパーゼを含有する酵素製剤（以後、リパー
ゼ剤と略称する）によるエステル交換方法と、リパーゼ
の持つ特徴について種々検討した結果、リパーゼ剤の有
効な使用方法を見い出し本発明の完成に至った。

即ち、本発明は、リパーゼ剤を用いて油脂類のエステル
交換反応を行う方法において、反応基質を融解させるの
に十分な温度以上での耐熱性を有するリパーゼ剤を用い
、溶剤を使用することなく、かつ反応時に反応系内から
水分を除去することを特徴とする油脂類のエステル交換
反応方法に係わるものである。

本発明において油脂類のエステル交換反応とは、油脂と
脂肪酸又は脂肪酸エステルとのエステル交換反応、又は
油脂相互のエステル交換反応、更に脂肪酸エステルと脂
肪酸のエステル交換反応、脂肪酸エステル相互のエステ
ル交換反応を含むものである。

リパーゼが加水分解のみならず逆反応である合成反応を
も触媒することは、岩井、辻坂等の先駆的研究により明
らかとなっている（Ｍ、Ｉｗａｉ。

Ｙ、Ｔｓｕｊｉｓａｋａ、　Ｊ、Ｆｕｋｕｍｏｔｏ＋　
Ｊ、Ｇｅｎ、Ａｐｐｌ、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ。

１０、１３．　（１９６４）参照）。

本発明者らはこの実験事実をもとに油脂類のエステル交
換反応について酵素化学及び反応工学の立場から解析を
行った結果、ジグリセリドと酵素の複合体が反応に関与
しており、エステル交換速度が次式で表されることを見
い出した。

Ｖ＝ｋ　［Ｅ−ＤＧ］　　［ＦＡ］ ここでｋは総括反応速度定数、［ＦＡ］は脂肪酸濃度、
［Ｅ−ＤＧ］はジグリセリド・酵素複合体濃度を表す。

ｋは反応系内の水分と酵素濃度に大きく依存するが、水
分量の増加のみでは遊離のジグリセリドの増加のみを助
長する結果となり、実質的なエステル交換反応速度の増
加は認められない。

一方、酵素濃度の増加は反応系内の遊離のジグリセリド
の増加を抑制し、上記の速度式から９　　　　　　　　
　　　／”％Ｍ 明らかなようにエステル交換反応速度の増加を可能なら
しめる。しかし単にリパーゼ剤の増加のみでは、該剤中
に含まれる水分が容易に反応系内に放出される結果とな
り、ジグリセリドの抑制は困難である。

本発明者らは、リパーゼの持つ合成能力が水分によって
異なり、低水分下では副反応の分解を伴うことなくエス
テル交換を効率的に行うことができることに着目し、本
発明の完成に至ったのである。

本発明は、具体的には次の様である。

即ち、脂質分解活性を有するリパーゼ剤を用いて油脂類
のエステル交換反応を行うにあたり、上記反応基質混合
物１００部（重量基準、以下同じ）に対しリパーゼ剤を
好ましくは５〜１００部用い、反応の最初から又は反応
途中に反応系内から継続的に脱水することにより、複雑
な反応工程を要することなく一段の反応により大幅な時
間の短縮が可能となり、かつ基質の加水分解による目的
成分の収率低下をきたすことなく、さらにリパーゼ剤の
エステル交換活性の低下を抑制し、回収使用回数を可及
的に増大させる事ができる。

本発明において、反応器の形式は特に限定されるもので
はなく、通常の攪拌式回分反応器または充填塔型循環反
応器等が脱水効率の点から効果的である。また、流下式
または流動床式の連続型反応器を用いる事もできる。

本発明で用いるリパーゼ剤としては各種担体に保持され
た耐熱性を有する固定化リパーゼ製剤が好ましい。適当
な使用量としては、油脂類１００部に対して５〜１００
部が好ましい。また必要以上のリパーゼ剤の存在は、反
応系のスラリー濃度の増加により作業性を損なうため好
ましくない。

本発明に用いるリパーゼ開用のリパーゼとしては、位置
選択性に優れたリゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）属、アス
ペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓ）属、クロモバクテ
リウム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）属、ムコ
ール（Ｍｕｃｏｒ）属、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏ
ｍｏｎｕｓ）属、脂肪酸特異性を有するジオトリケム（
Ｇｅｏｔ−ｒｉｃｈｕｍ）属、特異性を全く示さないカ
ンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属等の微生物起源のリパーゼ
、及びすい臓リパーゼ等の動物リパーゼが挙げられる。

これらの内、リゾプス属、シュードモナス属、クロモバ
クテリウム属、ムコール属、又はカンジタ属の耐熱性菌
株の産出するリパーゼを用いる事が一層望ましい。

リパーゼは公知の担体に固定化して用いるのが好ましい
が、固定化担体としては、セライト、ケイソウ土、カオ
リナイト、シリカゲル、パーライト、ガラス繊維、モレ
キュラーシーブ、活性炭、炭酸カルシウム等のエステル
交換反応系に不溶性の無機担体、及びセルロースパウダ
ー、イオン交換樹脂、キトサン等の有機高分子のような
リパーゼ活性に悪影響を与えないものであれば何れも使
用できる。また、担体の形状としては、粉末状、果粒状
、繊維状、スポンジ状等種々有るが、そのいずれでも使
用できる。特に固定化により耐熱性と活性が増強される
ものであればなお望ましく、巨視的多孔性陰イオン交換
樹脂に固定化したリパーゼを用いるのが特に好ましい。

本発明で用いる油脂類としては、一般的な植物性油脂、
動物性油脂もしくは加工油脂、あるいは、これらの混合
油脂が挙げられる。これらの例としては、大豆油、綿実
油、菜種油、コーン油、サフラワー油、ひまわり油、ヤ
シ油、牛脂、ラード、魚油等が挙げられる。更にエステ
ル交換反応でカカオバター代用脂の製造を目的とする場
合は、グリセリドの２位にオレイン酸を多□量に含有す
る油脂、例えば、パーム油、オリーブ油、高オレイン酸
ひまわり油、高オレイン酸すフラワー油、椿油、さざん
か油、サル脂、シア脂、イリッペ脂、コクム脂、モーラ
脂、フルワラ脂、ポルネオタロー脂、マンゴ−核油、ま
たはこれらの分別油脂を用いることができる。

エステル交換はエステル類と脂肪酸、又はエステル類相
互あるいはエステル類とアルコールを反応させる事によ
って行われる。脂肪酸としでは、炭素数２〜２４の直鎖
で通常自然界に存在するもの、例としてはパルミチン酸
、ステアリン酸、ベヘニン酸等の飽和脂肪酸、あるいは
オレイン酸、リノール酸、エイコサペンクエン酸等の不
飽和脂肪酸等も用いることが出来る。

本発明における反応温度は通常の酵素反応よりもやや高
い３０〜９０℃で行うことができる。反応系から水分を
除去する方法としては、反応系を水蒸気圧以下の減圧と
することがよい。減圧度は特に限定されるものではない
が、３〜１５０ｍｍ）Ｉｇが好ましい。

反応終了時の反応系内の水分は０．０３部（基質とする
油脂類１．０部に対して）以下とする事がジグリセリド
の副生を抑制する点から望ましい。

急激な脱水は反応速度の低下をきたすため、脱水速度に
ついては１．０　Ｘｌ０−’ないし１．ＯＸｌ０−”ｇ
／ｇ基質・Ｈｒ程度が反応速度の維持の点から好ましい
が、これに限定されるものではない。

また必要に応じて乾燥窒素等の不活性ガスを吹き込むこ
とによって水分を反応系外に排除することもできる。

エステル交換反応を終了した反応混合物より、脂肪酸、
少量のモノグリセリド、ジグリセリド等の部分エステル
及び未反応のアルコール等は液−液抽出、アルカリ中和
、又は真空もしくは分子蒸留等、従来の分離精製手段を
単独またはこれらを適宜組み合わせて使用することによ
り容易に除去可能であり、かくして精製されたエステル
交換物を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明の方法は、リパーゼの持つ合成活性を十分に発揮
させる為のものであり、リパーゼの合成活性が、酵素濃
度に比例し水分含量に反比例する事を有効に活用したも
のである。

本発明の最も大きな効果としては、反応基質とする油脂
類に対して酵素使用量が十分高い場合に、副反応の加水
分解を促進する水分を、反応の初期又は反応途中から反
応系外へ除去することにより、反応速度の低下をきたす
事なく副生物の増加を抑制することができることである
。

本発明の併せ持つ効果としては、反応系内のリパーゼ剤
濃度を十分高くすることによって、酵素相互の安定化効
果が発現し、その結果経時的な酵素活性の低下が少なく
なり、反応後に回収されたリパーゼ剤の効果的再使用が
可能となり、工業的な規模での実施において酵素重量あ
たりの生産性を著しく向上させ、もって経済性を改良し
うる点が挙げられる。更に、本発明を油脂のエステル交
換に適用すれば、位置選択的なリパーゼ剤を用いること
により、例えば安価なパーム油から高価なカカオ代用脂
を効果的に製造する事ができる。

〔実施例〕

以下、実施例により、本発明を更に詳細に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ パーム油中融点部（沃素価３０．５、ジグリセリド４．
６％）１００部と市販のステアリン酸（ルナツクＳ□−
９０、ステアリン酸純度９３％、花王株式会社型）１０
０部に対し、市販の耐熱性を有する固定化酵素（巨視的
多孔性陰イオン交換樹脂に固定化したムコール・マイヘ
イ（Ｍｕｃｏｒ　ｍ１ｅｈｅｔ）起源のリパーゼ、ノボ
・インダストリ・Ａ−３社製、水分８．０％）３０部を
加え、６０℃１５０　ｍｍＷｇにて５時間反応を行った
。又この時の反応初期の反応系内の水分含量は反応原料
１．０部に対し０．０４５部であった。反応終了後の水
分含量は０．００４部となった。

反応終了後に生成物を回収し、シリカゲルカラムクロマ
トグラフィー（メルク社製、１１７７３５）によりトリ
グリセリド画分を分取した（展開溶剤；ｎ−ヘキサン：
エチルエーテル＝９０　：　１０）。

分取したトリグリセリド画分は基準油脂分析試験法の方
法に従いメチルエステルとしてガスクロマトグラフィー
によりアルキル基組成の分析を行った。反応によってト
リグリセリド中に取り込まれたステアリン酸の量から、
次式で表わされる平衡値を１００％とした時の反応率を
算出しエステル交換反応の進行度を調べた。この時の反
応率は９１．８％となり、十分に反応が行われた結果を
示していた。

反応率％（を時間＆）　＝１００Ｘ　（Ｓｔ−３ｏ）／
（Ｓｏｏ−３ｏ）上の式において、 Ｓｔ：時間ｔにおける油脂中のステアリン酸含量Ｓｏ：
反応前の原料油脂中のステアリン酸含量Ｓ００　：　１
．３ランダム平衡時のステアリン酸含量を意味する。

また反応終了後の試料から、フロリジル（メルク社製、
１１１２５１８）カラムクロマトグラフィーにより脂肪
酸を除去し、逆相高速液体クロマトグラフィー（ＯＤＳ
シリカ＝日立ゲル１１３７５０　、溶離液＝アセトン：
アセトニトリル）により、グリセリド組成を分析した。

反応後のジグリセリド含量は４．８％に留まり、反応に
よる実質上の増加は０．２％にすぎなかった。

比較例１ 反応を常圧下で行った以外は実施例１と全く同様にして
反応を行った。５時間後の反応率は１０１％と高い値を
示したが、ジグリセリドは２５．１％と非常に高い値を
示し、目的とするエステル交換脂の収率は低く、品質も
不十分なものとなった。

実施例２ 実施例１において、反応を減圧で行う代わりに、乾燥窒
素を０．０１ｖ／ｖ／ｍの流量でヘッドスペースに通気
した。実施例１と同様に分析した結果、反応率は９１．
４％、ジグリセリド９．６％となり、減圧反応と同様に
十分な結果が得られた。

実施例３ 実施例２において、反応途中の３時間後から反応系を１
００　ｍｍＨＨの減圧とした。

５時間後の反応率は９６．４％、ジグリセリドは５．６
％となり、十分な効果が得られた。

実施例４ 実施例１において、市販の耐熱性を有する固定化酵素（
巨視的多孔性陰イオン交換樹脂に固定化したムコール・
マイヘイ　（Ｍｕｃｏｒ　ｍ１ｅｈｅｉ）起源のリパー
ゼ、ノボ・インダストリ・Ａ−、Ｓ社製、水分８．０％
）を予め減圧乾燥し、水分５．５％とし、その５０部を
用い、温度を７０℃とした以外は実施例１と同様にして
反応を行った。

５時間後の反応率は９８．１％となり、ジグリセリドは
４．１％と出発原料のジグリセリド含量よりも低い値を
示し、合成が行われている事が裏づけられた。

実施例５ 第１図に示す反応器を用い以下に示す反応を行った。

即ち、市販の耐熱性を有する固定化酵素（巨視的多孔性
陰イオン交換樹脂に固定化したムコール・マイヘイ　（
Ｍｕｃｏｒ　ｍ１ｅｈｅｉ）起源のリパーゼ、ノボ・イ
ンダストリ・Ａ−３社製、水分８．０％）を予め減圧乾
燥し、水分６．２％とし、その３０ｇを内容量７５−の
充填塔１に充填し、パーム油中融点部１００　ｇ　、ス
テアリン酸１００ｇの混合物を６５℃にて該充填塔に循
環通液させた。このときの通液速度は、空塔速度として
０．１８ｃｍ／ｓｅｃとした。また充填塔１の最下部に
５００−の受槽３を直結し循環液を回収した。このとき
受槽３内は１６０　ｍｍＨｇの減圧とした。５時間後の
反応率は９０．２％、ジグリセリドは９．０％であった
。さらに８時間反応後まで循環を継続することにより、
反応率は９６．９％迄増加し、ジグリセリドは８．１％
に低下した。

尚、第１図に示す反応器において、２，２“はジャケッ
ト、４は固定翼、５は攪拌翼、６は送液ポンプ、７は流
量計、８は圧力計である。

また、本実施例の詳細な結果は第１表に示した。

第１表 比較例２ 受槽内を常圧とした以外は実施例５と同様にして実施し
た。５時間後の反応率は９０．６％となったが、ジグリ
セリドの生成は経時的に増加し５時間後には１８．０％
と非常に多い値を示した。

この実施結果の詳細は第２表、に示した。

第２表 以上の実施例かられかるように、耐熱性のり。

バーゼを含有する酵素製剤を用い、無溶剤反応中に脱水
することにより、エステル交換反応速度の維持と、副生
ジグリセリドの抑制の両立が可能となり、工業的な実施
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例５で用いた反応器（充填塔を用いた外部
循環反応器）の概略を示す説明図である。 １・・・充填塔 ２．２゛・・・ジャケット ３・・・受槽 ４・・・固定翼 ５・・・攪拌翼 ６・・・送液ポンプ ７・・・流量計 ８・・・圧力計 出願人代理人　古　　谷　　　　　馨 第　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リパーゼを含有する酵素製剤を用いて油脂類のエス
   テル交換反応を行う方法において、反応基質を融解させ
   るのに十分な温度以上での耐熱性を有するリパーゼを含
   有する酵素製剤を用い、溶剤を使用することなく、かつ
   反応時に反応系内から水分を除去することを特徴とする
   油脂類のエステル交換反応方法。 ２、水分を除去するため反応を減圧下で行う特許請求の
   範囲第１項記載の油脂類のエステル交換反応方法。 ３、水分を除去するため反応系内に不活性ガスを導入す
   る特許請求の範囲第１項記載の油脂類のエステル交換反
   応方法。 ４、耐熱性を有するリパーゼを含有する酵素製剤として
   、固定化酵素を用いる特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかの項に記載の油脂類のエステル交換反応方法
   。 ５、固定化酵素として、巨視的多孔性陰イオン交換樹脂
   に固定化したリパーゼを用いる特許請求の範囲第４項記
   載の油脂類のエステル交換反応方法。 ６、リパーゼが、リゾプス属、シュードモナス属、クロ
   モバクテリウム属、ムコール属、又はカンジタ属の耐熱
   性菌株から産生したリパーゼである特許請求の範囲第１
   項又は第５項記載の油脂類のエステル交換反応方法。