CH667671A5 - Procede pour la fabrication d'une preparation enzymatique pour interesterification. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention se rapporte à un procédé pour l'activation d'un enzyme dans une préparation enzymatique utilisable pour la décomposition ou la modification d'huiles et de graisses.
Des recherches intensives ont été effectuées dans ce domaine technique dans le but de produire des produits huileux et graisseux ayant une valeur ajoutée élevée par modification d'huiles et de graisses végétales ou animales existant en abondance dans la nature.
Par exemple, divers procédés ont été proposés récemment pour la production d'un substitut du beurre de cacao qui est utilisé comme produit de départ pour des chocolats par une réaction d'interestérification enzymatique d'une huile ou d'une graisse de manière à ajouter une valeur élevée à l'huile ou à la graisse, en prenant avantage des propriétés spécifiques de la lipase.
La lipase présente des effets catalytiques non seulement sur l'hydrolyse des huiles et des graissés, mais également sur une réaction de formation d'ester qui est une réaction inverse de la réaction d'hydrolyse lorsque les conditions sont choisies de manière appropriée. La réaction d'interestérification qui appartient aux réactions de formation d'ester et qui constitue l'une des techniques importantes de modification des huiles et des graisses peut être effectuée de manière efficace en utilisant des propriétés caractéristiques de la lipase.
Toutefois, des problèmes très importants sont posés dans le développement des techniques enzymatiques, notamment du fait que l'activité de l'enzyme doit se manifester autant que possible et qu'un excellent procédé pour la production d'une préparation d'enzyme active doit être développé.
Pour résoudre ces problèmes, les procédés suivants ont été proposés : par exemple, un procédé dans lequel une très faible quantité d'eau est utilisée comme activateur d'enzyme afin d'obtenir l'activité d'interestérification (voir le brevet japonais N° 104.506/1977) et un procédé dans lequel un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur (tel qu'un alcool polyhydrique, par exemple le glycérol) est utilisé (voir les brevets japonais Nos 6480/1982 et 78496/1982).
Pour la production de préparations d'enzymes actives, des procédés ont été proposés dans lesquels un support est dispersé dans une solution de lipase aqueuse pour adsorber la lipase ou la substance contenant la lipase sur le support, puis le support est séché afin d'obtenir une préparation enzymatique ayant une teneur en eau donnée (voir, par exemple, les brevets japonais Nos 127087/1981 et 48006/1982).
Toutefois, ces procédés connus présentent des défauts qui seront décrits ci-après et, par conséquent, ils ne peuvent pas être employés comme procédés satisfaisants pour être mis en œuvre sur une échelle industrielle.
Ainsi, il est connu que, lorsqu'une petite quantité d'eau est utilisée comme activateur d'enzyme dans la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une graisse, la réaction d'hydrolyse de l'huile ou de la graisse se produit en plus de la réaction d'interestérification désirée, ce qui conduit à réduire le rendement du produit interestéri-fié (voir, par exemple, Journal of American Oil Chemist's Society, 60, 291-294,1983). Après des recherches, les inventeurs ont trouvé que lorsqu'un alcool polyhydrique inférieur tel que le glycérol est utilisé à la place de l'eau présentant les inconvénients précités, la réaction d'interestérification se produit seulement très lentement et elle nécessite environ une semaine pour obtenir un rendement désiré, bien qu'un effet de contrôle de la réaction d'hydrolyse puisse être obtenu dans une certaine mesure.
Les sous-produits formés par la réaction d'hydrolyse des huiles et des graisses nuisent aux propriétés des huiles et des graisses obtenues par la réaction d'interestérification, de telle sorte que la production de produits huileux et graisseux de haute qualité ou d'une qualité donnée est empêchée. En outre, afin de maintenir la qualité désirée, ces sous-produits doivent être éliminés et, par conséquent, un traitement additionnel tel qu'une séparation ou une purification est nécessaire. Cela amène une complication dans les étapes du procédé empêchant la performance pratique de celui-ci sur une échelle industrielle et tendant à produire un changement de la composition de l'huile ou de la graisse dans l'étape du traitement.
Ainsi, les procédés conventionnels dans lesquels l'activateur d'enzyme est utilisé se sont révélés jusqu'à maintenant non satisfaisants. Récemment, il a été proposé d'utiliser (1) un tensio-actif (émulsifiant) comme catalyseur d'enzyme qui remédie à plusieurs défauts de l'activateur d'enzyme et qui inhibe la réaction d'hydrolyse de manière à effectuer de manière efficace l'interestérification (voir brevet japonais N° 198798/1982, ou (2) une résine hautement absorbante d'eau (voir brevet japonais N° 116689/1983). Toutefois, lorsque ces catalyseurs d'enzyme sont utilisés selon les procédés précités, la réaction d'hydrolyse ne peut pas être inhibée suffisamment, l'émulsifiant restant dans la graisse interestérifiée ou des impuretés (tels que des monomères) pouvant exsuder de la résine hautement absorbante de l'eau comme montré dans les exemples donnés ci-après. Ainsi, ces procédés sont également insatisfaisants.
Dans le second procédé pour la production d'une préparation enzymatique active, une durée longue est requise pour le traitement de séchage afin d'obtenir l'activité enzymatique, et la vitesse de séchage doit être strictement contrôlée de manière à obtenir une activité enzymatique optimale. En outre, l'activité enzymatique est perdue durant le traitement de séchage effectué sur une longue période de temps. Ainsi, ce procédé est également insatisfaisant en ce qui concerne son application sur une échelle industrielle, du fait qu'il requiert une opération compliquée et beaucoup de travail.
Après des recherches intensives effectuées dans le but de trouver un catalyseur enzymatique qui accélère uniquement la réaction d'interestérification désirée et qui inhibe de façon marquée les réactions secondaires, les inventeurs ont trouvé préalablement un procédé pour la production d'une préparation d'enzyme (lipase) par une technique nouvelle et aisée d'activation enzymatique (voir demande de brevet japonais N° 110333/1984).
Toutefois, la réaction d'interestérification des huiles et graisses avec ces préparations enzymatiques ayant une activité d'interestérification élevée présente toujours les problèmes suivants: elle nécessite une durée longue pour effectuer les procédés conventionnels sur une échelle industrielle et l'interestérification doit être effectuée de manière efficace, étant doné que l'enzyme est coûteux. Afin de résoudre ces problèmes, il est possible, par exemple, d'ajouter un activateur d'enzyme tel que de l'eau en grande quantité de manière à réduire la durée de réaction en augmentant la vitesse de cette réaction. Toutefois, des réactions secondaires telles que l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse sont produites, en plus de la réaction désirée, ce qui tend à réduire sérieusement la productivité et la qualité de l'huile ou de la graisse désirée. En outre, pour contrôler les réactions secondaires, des opérations compliquées telles qu'un traitement de
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déshydratation sont inévitables, ce qui complique les étapes du procédé et rend la performance de celui-ci sur une échelle industrielle difficile. Bien que l'on puisse proposer une autre idée, à savoir la réduction de la quantité d'enzymes coûteux, une telle simple réduction produit une diminution de la vitesse de réaction et de la qualité de l'huile ou de la graisse désirée. Ainsi, cette idée n'est pas réalisable facilement sur une échelle industrielle.
La réaction d'interestérification d'huiles et de graisses a été effectuée par un procédé chimique dans lequel une substance alcaline,
telle qu'un alcoolate de métal alcalin, un métal alcalin ou un hy-droxyde de métal alcalin, est utilisée comme catalyseur. Toutefois, selon ce procédé, aucune spécificité ne peut être obtenue en ce qui concerne la position d'un acide gras dans la graisse ou l'huile obtenue, étant donné que la position de l'acide gras à échanger dans l'huile ou la graisse est le fait du hasard. Ainsi, le procédé d'interestérification conventionnel selon la technique chimique présente l'inconvénient que la position de l'acide gras à échanger ne peut pas être spécifiée.
Récemment, des procédés pour l'interestérification d'huiles et de graisses dans lesquels la position peut être spécifiée ont été développés à la place du procédé non sélectif conventionnel.
Un exemple typique de ces procédés comprend uneinterestérifi-cation d'huiles et de graisses avec une lipase, qui est un enzyme capable d'hydrolyser les huiles et les graisses (voir brevet japonais N° 104506/1977).
Dans ce procédé, il est une exigence indispensable que l'eau soit présente dans le système réactionnel de manière à activer la lipase. Bien que la quantité d'eau soit aussi faible que seulement 0,2 à 1,0%, la sous-production d'un diglycéride, etc., par l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse et la réduction du rendement en produit inter-estérifié sont inévitables en présence même d'une petite quantité d'eau, étant donné que la lipase est essentiellement un enzyme qui hydrolyse l'huile ou la graisse en présence d'eau.
Les sous-produits tels que le diglycéride qui endommagent sérieusement les propriétés désirées de l'huile ou de la graisse interesté-rifiée doivent être éliminés par des étapes de séparation et de purification compliquées. Ainsi, ces procédés connus ne sont jusqu'à présent pas satisfaisants.
Dans ces circonstances, divers procédés ont été proposés pour effectuer l'interestérification de manière efEcace en remédiant aux défauts de ces procédés connus et en inhibant l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse. Des exemples de ceux-ci sont les suivants:
(a) un procédé pour l'interestérification d'huiles et de graisses dans lequel un alcool polyhydrique inférieur est utilisé à la place de l'eau comme activateur de lipase afin d'empêcher l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse (voir brevet japonais N° 6480/1982),
(b) un procédé développé sur la base du fait que la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une graisse se produit à l'interface du système réactionnel hétérogène comprenant une huile et de l'eau dans lequel la lipase est soluble, lequel procédé comprend l'addition d'un tensio-actif (émulsifiant) au système réactionnel hétérogène afin de mettre l'huile ou la graisse en contact avec la lipase à l'interface de manière efficace (voir brevet japonais 198798/1982),
(c) un procédé dans lequel la quantité d'eau est contrôlée avec une résine absorbante de l'eau qui absorbe plusieurs centaines de parties en poids d'eau par partie en poids de celle-ci (voir brevet japonais N° 116689/1983), ' : . ..
(d) un procédé dans lequel la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une graisse est effectuée de manière hautement homogène en utilisant un ester d'alcool inférieur d'un acide gras ayant un point de fusion bas à la place de l'acide gras per se ayant un point de fusion élevé (voir brevet japonais N° 27159/1982),
(e) un procédé pour lequel la vitesse d'interestérification d'une huile ou d'une graisse est augmentée et l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse est inhibée en contrôlant la quantité d'eau dans le système réactionnel par séchage et circulation de vapeur de solvant (voir brevet japonais N° 500638/83).
Toutefois, ces procédés connus se sont révélés jusqu'à présent insatisfaisants, étant donné qu'ils présentent quelques défauts. Ces défauts seront maintenant décrits en détail ci-après.
Le procédé (a) est caractérisé en ce qu'un alcool polyhydrique in-5 férieur tel que le glycérol est utilisé à la place de l'eau comme activateur de lipase. Toutefois, selon les résultats des recherches des inventeurs, la réaction d'interestérification se produit seulement très lentement et elle prend environ une semaine pour obtenir un rendement désiré, bien qu'un effet de contrôle de la réaction d'hydrolyse puisse io être obtenu dans une certaine mesure.
Il a été rapporté que, dans le procédé (b), l'huile ou la graisse est mise en contact efficacement avec la lipase sur l'interface entre la phase d'huile ou de graisse et la phase aqueuse en présence d'un tensio-actif (émulsifiant) et, en conséquence, la réaction d'interestérifi-15 cation se produit sélectivement. Plus particulièrement, on estime qu'une condition appropriée pour la formation d'un complexe de lipase et du substrat est réalisée par la formation d'un micelle inverse sur la surface de la protéine d'enzyme et, comme résultat, la réaction d'interestérification est accélérée.
20 Toutefois, comme divulgué dans les exemples donnés dans la description du brevet japonais N° 198798/1982, la réaction d'hydrolyse n'est inhibée que de manière insuffisante et le tensio-actif (émulsifiant) reste dans le produit interestérifié et endommage les propriétés physiques de l'huile ou de la graisse. L'élimination du tensio-actif 25 (émulsifiant) du produit obtenu requiert, toutefois, des étapes de traitement compliquées et l'application dudit procédé sur une échelle industrielle est rendue difficile.
De même, dans le procédé (c) l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse ne peut pas être inhibée de manière satisfaisante et un mono-30 mère de départ contenu dans la résine comme impureté peut exsuder dans l'huile ou la graisse. En outre, selon les tests des inventeurs, lorsque les résines absorbantes de l'eau sont mises en contact avec l'eau, elles gonflent et se déposent sur les parois du récipient réactionnel. Cela provoque une perte de lipase qui doit être récupérée 35 pour être réutilisée.
Dans le procédé (d) un ester d'acide gras doit être préparé avant rinterestérification de l'huile ou de la graisse et, par conséquent, ce procédé requiert des étapes compliquées.
40 Dans le procédé (e), la lipase pourrait être désactivée par une grande quantité d'eau alors que l'eau est éliminée du système réactionnel par la circulation et le séchage du solvant. C'est un sérieux défaut dans la récupération et la réutilisation de la lipase.
Ainsi, ces procédés connus présentent des défauts et, par consé-4S quent, ils ne peuvent pas être employés comme procédés satisfaisants à être mis en œuvre sur une échelle industrielle.
Bien que divers procédés aient été proposés en plus des procédés connus mentionnés précédemment, aucun procédé capable d'inhiber l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse et d'effectuer uniquement l'in-50 terestérification n'a été établi jusqu'à présent.
Après des recherches intensives effectuées dans le but de développer un procédé capable d'effectuer uniquement l'interestérification de manière efficace en inhibant l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse, les inventeurs ont trouvé préalablement que ce but pourrait être 55 atteint en utilisant une préparation d'enzymes (lipase) obtenue par un procédé nouveau et aisé d'activation de lipase (voir brevet japonais N° 110334/1984).
Toutefois, la réaction d'interestérification des huiles et graisses avec les préparations de lipase mentionnées précédemment ont tou-60 jours des défauts en ce qu'elles nécessitent une longue durée réac-tionnelle. La nécessité d'une réaction de longue durée est désavantageuse dans la mise en œuvre de la réaction sur une échelle industrielle et, en outre, la lipase pourrait être détériorée durant son utilisation comme catalyseur d'enzyme pendant une longue période de 65 temps.
Cette invention fournit un procédé amélioré pour l'interestérification entre une huile ou une graisse et un acide gras ou entre une huile ou une graisse et une autre, puis une préparation de lipase.
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La préparation de lipase est produite par mélange de la lipase, d'un activateur de lipase et d'un support, addition d'une huile ou d'une graisse au mélange, réaction du mélange réactionnel pour décomposer l'huile ou la graisse, puis par élimination du composant huile ou graisse du produit réactionnai afin de séparer la préparation de lipase, et séchage de la préparation de lipase avec un activateur de lipase pour activer la lipase.
Après des recherches intensives effectuées dans le but de développer un procédé dans lequel des réactions secondaires sont inhibées de manière remarquable, la durée de réaction a été réduite par augmentation de la vitesse de réaction d'interestérification désirée et la quantité de l'enzyme utilisé a été réduite dans les conditions précitées, les inventeurs ont trouvé un procédé d'activation d'enzyme aisé, efficace pour atteindre le but précité.
La présente invention a été effectuée sur la base de ces constatations.
La présente invention fournit un procédé aisé pour l'activation d'un enzyme dans une préparation enzymatique ayant l'activité d'interestérification. Lorsque la préparation enzymatique activée par le procédé selon la présente invention est utilisée pour la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une graisse, les réactions secondaires sont inhibées, la réaction d'interestérification désirée est effectuée efficacement dans une courte période de temps et la quantité de l'enzyme utilisé peut être réduite.
La présente invention fournit un procédé pour activer la lipase caractérisé en ce qu'une préparation de lipase est soumise à un traitement de mouillage avec un activateur de lipase pour activer la lipase dans la préparation de lipase avant l'utilisation de celle-ci.
Les préparations de lipase selon la présente invention comprennent celles obtenues par addition d'une huile ou d'une graisse à un mélange d'un activateur de lipase, d'une lipase et d'un support pour faire réagir ceux-ci l'un avec l'autre et pour décomposer l'huile ou la graisse, puis l'élimination de l'huile ou de la graisse du produit de décomposition par filtration ou par une technique similaire, et celles utilisées au moins une fois pour la réaction d'interestérification.
L'activateur de lipase utilisable dans cette invention est un élément ou un mélange de deux ou de plusieurs éléments du groupe comprenant l'eau et les alcools dihydriques et trihydriques inférieurs.
La présente invention sera maintenant décrite plus en détail. Premièrement, un mélange comprenant un huile ou une graisse, un support, un activateur de lipase (tel que de l'eau ou un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur) et une lipase est mis en réaction afin de décomposer l'huile ou la graisse. Ensuite, l'huile ou la graisse restantes sont éliminées du produit de décomposition par filtration ou par une technique similaire afin d'obtenir un mélange comprenant la lipase et le support (préparation de lipase).
La préparation de lipase ainsi obtenue est utilisée telle quelle ou, si nécessaire, après lavage avec un solvant qui n'affecte pas l'activité de la lipase (tel qu'un hydrocarbure). La prépartion de lipase est séchée, puis mouillée. Particulièrement, la préparation de lipase est soumise à un traitement de mouillage avec l'activateur de lipase et laissée au repos pendant une période donnée de temps avant son utilisation dans la réaction d'interestérification. L'activité d'interestérification de la préparation de lipase est augmentée par le traitement de mouillage. La préparation de lipase ainsi activée peut être utilisée pour la réaction d'interestérification.
Les préparations de lipase utilisées dans la présente invention sont produites dans les conditions suivantes: la lipase utilisée a de. préférence une sélectivité pratique telle qu'une sélectivité par rapport à la position de liaison avec le glycéride ou par rapport à la variété d'acide gras, étant donné que sa sélectivité est faible dans l'interestérification, et une supériorité particulière par rapport à la réaction d'interestérification conventionnelle effectuée en présence d'un catalyseur de métal alcalin ou similaire peut être obtenue. Des exemples de lipase ayant une excellente sélectivité par rapport à la position comprennent celles produites par les micro-organisems Rhizopus, Aspergillus, Candida et Mucor, et la lipase du pancréas. Plusieurs de celles-ci sont facilement disponibles dans le commerce. Dans le cas où les groupes acides gras en position 1 et 3 du glycéride doivent être interestérifiés de façon spécifique, une lipase ayant les propriétés appropriées à ce but telle que celle produite par Rhizopus delemar, s Rhizopus japonicus ou Mucor japonicus est utilisée.
Des exemples préférés d'activateurs de lipase comprennent l'eau et les alcools dihydriques et trihydriques inférieurs. Parmi ceux-ci, l'eau et le glycérol sont plus particulièrement efficaces. Ces activa-teurs de lipase peuvent être utilisés soit seuls soit sous la forme d'un io mélange de deux ou plusieurs d'entre eux.
Le support est choisi parmi les supports connus qui sont insolubles dans le système réactionnel utilisé dans la production de la préparation de lipase selon l'invention, et qui n'affecte pas l'activité de la lipase, telle que la Celite, de la terre d'infusoires, de la kaolinite, 15 de la pearlite, du silicagel, des fibres de verre, du charbon acif, de la poudre de cellulose et du carbonate de calcium. Le support peut être sous différentes formes telles que poudres, granules ou fibres.
Les huiles et graisses utilisées dans la présente invention comprennent d'une manière générale les huiles et graisses végétales et 20 animales, celles traitées et les mélanges de celles-ci. Des exemples comprennent l'huile de soya, l'huile de pousses de coton, l'huile de colza, l'huile d'olive, l'huile de céréales, l'huile de noix de coco,
l'huile de carthame, le suif de bœuf, le lard et l'huile de poisson. Lorsque la préparation de lipase obtenue dans le procédé selon la 25 présente invention est utilisée dans la réaction d'interestérification effectuée pour la production d'un substitut du beurre de cacao, on peut utiliser une huile ou une graisse contenant un groupe acide oléique en position 2 du glycéride, telle que de l'huile de palme, de l'huile d'olive, de l'huile de tsubaki, de l'huile de sasanqua, du «sai 30 fat», du beurre illippe, du beurre kokum, du beurre shea, de la graisse mowrah, du beurre phulwara, du suif de Bornéo et des huiles fractionnées obtenues à partir de celles-ci.
On décrira maintenant les conditions pour la production de la préparation de lipase utilisée dans la présente invention. 0,01 à 35 10 parties en poids d'une lipase disponible commercialement, 0,1 à 20 parties en poids d'eau ou d'un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur et 1 à 50 parties en poids d'un support sont ajoutées à 100 parties en poids de l'huile ou de la graisse, et le mélange est agité à 20-80° C pendant 1 à 24 heures afin de décomposer l'huile ou la 40 graisse. L'ordre de l'addition des composants n'est pas particulièrement limité. La température de décomposition pour l'huile ou la graisse est choisie de manière appropriée pour l'action de la lipase à l'intérieur du domaine précité.
Ensuite, l'huile ou la graisse est éliminée du produit de décompo-45 sition par filtration ou par une technique similaire afin d'obtenir la préparation de lipase ayant une activité d'interestérification élevée. Si nécessaire, la préparation de lipase peut être lavée avec un solvant organique inerte qui n'endommage pas l'activité de la lipase, tel qu'un hydrocarbure, par exemple de la benzine de pétrole, du n-50 hexane ou de l'éther de pétrole, puis séché afin d'obtenir le produit désiré.
La préparation de lipase obtenue comme ci-dessus est soumise au traitement de mouillage avec l'activateur de lipase avant son utilisation dans la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une 55 graisse. Les conditions de traitement de mouillage sont les suivantes:
Dans le procédé selon l'invention, la préparation de lipase obtenue par le procédé précité est mélangée avec un activateur de lipase à utiliser dans la réaction d'interestérification pour activer la lipase contenue dans la prépartion de lipase avant son utilisation 60 dans la réaction d'interestérification de l'huile ou de la graisse. La lipase ainsi activée est ajoutée au système réactionnel.
Les activateurs de lipase utilisés dans le traitement de mouillage selon l'invention sont les mêmes que ceux utilisés dans la réaction d'interestérification de l'huile ou de la graisse. Plus spécifiquement, 65 de l'eau ou un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur est préféré. Parmi ceux-ci, l'eau ou le glycérol sont particulièrement efficaces. L'activateur de lipase tel que l'eau ou l'alcool dihydrique ou trihydrique inférieur utilisé dans la production de la préparation de lipase
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peut être le même ou peut être différent de celui utilisé dans le traitement de mouillage.
L'activateur de lipase est utilisé de préférence en une quantité de 0,01 à 30% en poids par rapport à la lipase comprenant la quantité totale de support. Ces activateurs de lipase peuvent être utilisés soit seuls, soit sous la forme d'un mélange de deux ou de plusieurs d'entre eux dans n'importe quelle proportion.
Le traitement de mouillage est effectué de préférence à une température choisie de façon appropriée à l'intérieur d'un domaine de températures dans lequel l'activité de la lipase n'est pas inhibée. Généralement, une activation. suffisante peut être obtenue par le traitement de mouillage effectué aux alentours de la température ambiante (25° C).
Bien que la durée du traitement de mouillage varie selon la variété et la quantité d'activateur de lipase utilisée et la température de traitement, celui-ci est effectué de préférence en laissant le mélange au repos pendant au moins plusieurs heures.
Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il est efficace pour l'activation non seulement de la préparation de lipase mentionnée précédemment, mais également d'une préparation de lipase utilisée dans la réaction d'interestérification une ou plusieurs fois pour manifester également une activité de lipase élevée.
Comme décrit ci-dessus en détail, la préparation de lipase ayant une activité élevée peut être obtenue par le traitement de mouillage.
Selon le procédé de la présente invention pour l'activation de la préparation de lipase ayant une activité d'interestérification, une réaction secondaire (hydrolyse) est contrôlée et seule la réaction d'interestérification est effectuée efficacement. En outre, la durée de réaction peut être réduite de manière remarquable en comparaison avec celle requise dans les procédés connus, ainsi que cela ressortira des exemples et exemples comparatifs suivants. Un autre avantage du procédé selon la présente invention consiste en ce que la quantité de lipase utilisée peut être réduite de manière remarquable. Par conséquent, le procédé selon la présente invention peut être effectué aisément sur une échelle industrielle en présentant des effets économiques significatifs (tels que la réduction de la durée de réaction et de la quantité de lipase utilisée).
La présente invention fournit un procédé pour l'interestérification d'huiles et de graisses caractérisé en ce que la réaction d'interestérification entre une huile ou une graisse et un acide gras ou entre des huiles ou des graisses est effectuée en présence d'une préparation de lipase prétraitée par mouillage avec un activateur de lipase.
Plus particulièrement, selon la présente invention, la lipase dans la préparation de lipase est activée par son prétraitement par mouillage avec les mêmes activateurs de lipase que ceux utilisés dans la réaction d'interestérification (tels que l'eau ou un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur) avant l'interestérification des huiles ou des graisses, puis la préparation contenant la lipase ainsi activée est ajoutée au mélange réactionnel pour effectuer la réaction d'interestérification de ces huiles ou graisses. Par ce procédé, la durée de réaction peut être réduite de manière remarquable et l'hydrolyse des huiles et des graisses peut être contrôlée.
La préparation de lipase utilisée une fois dans la réaction d'interestérification d'une huile ou d'une graisse peut être utilisée en plus des préparations de lipase mentionnées précédemment. La préparation de lipase séparée du mélange réactionnel de l'interestérification par filtration par une technique similaire est utilisée telle quelle ou, si nécessaire, après lavage avec un solvant qui n'affecte pas l'activité de lipase (tel qu'un hydrocarbure). La préparation de lipase est séchée, puis soumise au traitement de mouillage. L'activateur de lipase (tel que de l'eau ou un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur) tel qu'utilisé dans la réaction d'interestérification de l'huile ou de la graisse est ajouté à la préparation de lipase obtenue comme ci-dessus. Le mélange obtenu est soumis au traitement de mouillage par agitation ou en le laissant reposer, puis est ajouté au mélange réactionnel comprenant l'huile ou la graise, un acide gras et un solvant (hydrocarbure) ou à un mélange d'huile ou de graisse et d'un solvant (hydrocarbure) afin d'effectuer la réaction d'interestérification des huiles ou des graisses.
L'acide gras et de petites quantités de monoglycéride et diglycéride sont éliminées du produit de réaction d'interestérification par des techniques de séparation ou de purification connues telle que l'extraction liquide-liquide, la neutralisation alcaline, la distillation sous vide ou la distillation moléculaire, ou par une combinaison de ces techniques, afin d'obtenir le produit raffiné.
Bien que l'huile ou la graisse utilisée dans la production de la préparation de lipase et celle à interestérifier puissent être choisies indépendamment l'une de l'autre, il est préférable que la composition de la première huile ou graisse soit la même ou aussi proche que possible de celle de la dernière.
L'interestérification de l'huile ou de la graisse est effectuée par réaction de celle-ci avec un acide gras ou avec une autre huile ou graisse.
Les acides gras utilisés comprennent des acides gras à chaîne linéaire ayant de 8 à 22 atomes de carbone et existant dans la nature, tels que l'acide palmitique, l'acide stéarique ou l'acide oléique.
Dans l'interestérification, des esters alcooliques d'acides gras peuvent être utilisés en plus des acides gras mentionnés précédemment. Ces esters sont formés à partir d'acides gras (acides gras à chaîne linéaire ayant de 8 à 22 atomes de carbone) et d'alcools monohydriques saturés à chaîne linéaire ayant de 1 à 6 atomes de carbone. Des exemples de ceux-ci comprennent le palmitate de méthyle, le palmitate d'êthyle, le stéarate de méthyle et le stéarate d'éthyle. L'huile ou la graisse est choisie selon le but, à partir des huiles et graisses mentionnées précédemment (huiles et graisses végétales et animales ordinaires, huiles et graisses traitées et mélange de celles-ci).
Les solvants utilisés dans la réaction d'interestérification à effectuer dans un solvant selon la présente invention comprennent des solvants organiques inertes par rapport à la lipase, tel que le n-hexane, l'hexane technique, l'éther de pétrole et la benzine de pétrole. Les solvants utilisés dans la production de la préparation de lipase peuvent être les mêmes que ceux utilisés dans l'interestérification.
La préparation de lipase obtenue comme précédemment est soumise au traitement de mouillage avec l'activateur de lipase. Avec cette préparation de lipase mouillée, la réaction d'interestérification est effectuée comme suit: 100 parties en poids de l'huile ou de la graisse sont mélangées avec 25 à 300 parties en poids d'un acide gras (ou d'un ester alcoolique de l'acide gras ou d'une autre huile ou ■graisse), 0,01 à 100 parties en poids d'un produit obtenu par le traitement de mouillage de 0,1 à 100 parties en poids de la préparation de lipase (comprenant de 0,1 à 10 parties en poids de lipase et le reste constitué par le support) avec 0,01 à 10 parties en poids de l'activateur de lipase (eau ou alcool dihydrique ou trihydrique inférieur) à une température à laquelle l'activité de la lipase n'est pas endommagée (de préférence 25 à 30° C) pendant au moins une heure (de préférence au moins plusieurs heures) et, si nécessaire, jusqu'à 1000 parties en poids du solvant organique inerte. Le mélange est agité à 20-80° C.
La température de réaction d'interestérification est choisie de manière appropriée pour l'activité de lipase dans le domaine de températures mentionné précédemment selon la présente invention. La préparation de lipase précitée peut être remplacée par une préparation utilisée au moins une fois dans l'interestérification d'une huile ou graisse. Dans ce cas, elle est soumise au traitement de mouillage de la même manière que ci-dessus, puis utilisée dans l'interestérification.
Après la fin de la réaction d'interestérification, l'acide gras et une petite quantité de monoglycéride et diglycéride peuvent être éliminés facilement par des techniques de séparation ou de purification conventionnelles telles que l'extraction liquide-liquide, la neutralisation alcaline, la distillation sous vide ou la distillation moléculaire, ou une combinaison de ces techniques, afin d'obtenir le produit raffiné.
5
10
15
20
25
30
35
40
45'
50
55
60
65
667 671
6
Les effets et avantages de la présente invention résident en ce que la préparation de lipase ayant une activité d'interestérification élevée obtenue par un procédé aisé est soumise au traitement de mouillage pour améliorer encore son activité avant son utilisation dans la réaction d'interestérification, de telle sorte que seule la réaction d'interestérification désirée est effectuée efficacement pendant une courte période de temps alors que l'hydrolyse de l'huile ou de la graisse est inhibée. Une productivité remarquablement élevée peut être obtenue par ce procédé.
Un autre effet de la présente invention consiste en ce que la lipase n'est substantiellement pas désactivée pendant la réaction, étant donné que la durée de réaction est réduite. En conséquence, la préparation de lipase récupérée après la fin de la réaction peut être utilisée à nouveau de manière efficace. Lorsque le procédé selon l'invention est effectué sur une échelle industrielle, un avantage économique important peut être obtenu.
Lorsque la lipase ayant une sélectivité par rapport à la position est utilisée dans la réaction d'interestérification selon la présente invention, par exemple un substitut du beurre de cacao coûteux peut être produit efficacement à partir d'huile de palme peu coûteuse.
La présente invention sera maintenant illustrée au moyen des exemple de référence, exemples et exemples comparatifs suivants.
Exemple de référence (production de la préparation de lipase)
100 g d'une fraction douce d'huile de palme, 10 g de Celite, 1,0 g d'eau échangée ioniquement et 8,7 g de lipase disponible commercialement (lipase produite par Rhizopus delemar et ayant une activité de 600 unités lipase/g; un produit de Tanabe Seiyaku Co. Ltd) ont été agités ensemble dans un récipient fermé à 40°C, pendant 18 h, afin d'effectuer la réaction enzymatique (hydrolyse).
Après la fin de la réaction, un produit insoluble (mélange de Celite et lipase) a été séparé par filtration. Le résidu a été lavé trois fois avec 5 ml de n-hexane, afin d'éliminer complètement l'huile. Après séchage à 20-30° C sous pression réduite pendant 1 h, une préparation de lipase a été obtenue.
Exemple 1
Réaction d'interestérification avec la préparation de lipase (avec traitement de mouillage)
0,015 g d'eau échangée ioniquement ont été ajoutés à la préparation de lipase obtenue dans l'exemple de référence ci-dessus (comprenant 0,87 g de lipase et 1,00 g de Celite) pour effectuer le traitement de mouillage dans un récipient fermé pendant 24 h. Le produit obtenu a été agité avec 10 g d'une fraction à point de fusion moyen d'huile de palme (ayant une valeur d'iode de 34 et une teneur en diglycéride de 1 %), 10 g d'acide stéarique et 40 ml de n-hexane, à 40° C, dans un récipient fermé et pendant 1 jour, afin d'effectuer la réaction enzymatique (réaction d'interestérification). Après la fin de la réaction, des substances insolubles telle que la préparation de lipase ont été éliminées par filtration et le n-hexane a été éliminé par distillation du filtrat sous pression réduite. Des fractions diglycéride et triglycéride ont été éliminées par Chromatographie sur colonne de l'huile interestérifiée obtenue. La teneur en acide stéarique de la frac-5 tion triglycéride a été déterminée par Chromatographie gazeuse. Les teneurs en acide stéarique et en diglycéride ainsi déterminées sont présentées dans le tableau 1.
Exemple comparatif 1
io Réaction d'interestérification avec la préparation de lipase (sans traitement de mouillage)
1,87 g de préparation de lipase obtenue dans l'exemple de référence ci-dessus, 10 g d'une fraction à point de fusion moyen d'huile de palme, 10 g d'acide stéarique, 0,015 g d'eau échangée ionique-15 ment, 40 ml de n-hexane ont été agités ensemble à 40° C dans un récipient fermé et pendant deux jours, afin d'effectuer la réaction enzymatique (réaction d'interestérification). Après la fin de la réaction, les teneurs en acide stéarique et en diglycéride du triglycéride obtenu ont été déterminées de la même manière que dans l'exemple 1, afin 20 d'obtenir les résultats présentés dans le tableau 1.
Exemple comparatif 2
Réaction d'interestérification sans préparation de lipase (avec traitement de mouillage)
25
0,87 g de la même lipase disponible commercialement que dans l'exemple de référence ci-dessus ont été mélangés avec 1,0 g de Celite. 0,015 g d'eau ont été ajoutés au mélange et le traitement de mouillage a été effectué dans un récipient fermé pendant 24 heures. 30 La totalité du produit obtenu a été agitée avec 10 g d'une fraction à point de fusion moyen d'huile de palme, 10 g d'acide stéarique et 40 ml de n-hexane, à 40° C, dans un récipient fermé et pendant 3 jours, afin d'effectuer la réaction enzymatique (réaction d'interestérification). Après la fin de la réaction, les teneurs en acide stéarique 3J et en diglycéride du triglycéride obtenu ont été déterminées de la même manière que dans l'exemple I afin d'obtenir les résultats présentés dans le tableau 1.
Exemple comparatif 3
40 Réaction d'interestérification sans préparation de lipase (sans traitement de mouillage)
0,87 g de la même lipase disponible commercialement que dans l'exemple de référence ont été agités avec 1,0 g de Celite, 10 g d'une fraction à point de fusion moyen d'huile de palme, 10 g d'acide stéa-45 rique, 0,015 g d'eau échangée ioniquement et 40 ml de n-hexane, à 40°C, dans un récipient fermé et pendant 4 jours, afin d'effectuer la réaction enzymatique (réaction d'interestérification). Après la fin de la réaction, les teneurs en acide stéarique et en glycéride du triglycéride obtenu ont été déterminées de la même manière que dans 50 l'exemple 1 afin d'obtenir des résultats présentés dans le tableau 1.
Tableau 1
Résultats de la réaction d'interestérification
Conditions d'interestérification
Teneur en acide stéarique
Teneur en diglycéride
Teneur en eau*
Durée de mouillage
Durée de réaction
Préparation de lipase (Exemple 1)
0,15%
24 h
1 jour
38,6%
4,6%
Préparation de lipase (Exemple comparatif 1)
0,15%
0
2 jours
37,9%
4,4%
Préparation de lipase per se disponible commercialement (Exemple comparatif 2)
0,15%
24 h
3 jours
28,8%
4,7%
7
Tableau 1 (suite)
667671
-
Conditions d'interestérification
Teneur en acide stéarique
Teneur en diglycéride
Teneur en eau*
Durée de mouillage
Durée de réaction
Préparation de lipase per se disponible commercialement (Exemple comparatif 3)
0,15%
0
4 jours
19,0%
4,7%
* Par rapport à l'huile.
Exemple 2
Réaction d'interestérification avec la préparation de lipase (réduc- ]5 tion de la quantité de lipase par traitement de mouillage)
L'interestérification a été effectuée avec la préparation de lipase obtenue dans l'exemple de référence dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, la quantité de lipase variant dans un domaine compris entre 100 et 300 u/g huile. Pour comparaison, l'interestérifi- 20 cation a été effectuée dans les mêmes conditions que ci-dessus, mais sans traitement de mouillage. Le produit de réaction a été traité et analysé de la même manière que dans l'exemple 1, afin d'obtenir des résultats présentés dans le tableau 2.
25
Tableau 2 Réduction de la quantité de lipase **
30
* Traitement de mouillage; 30° C, 24 h
** Conditions de la réaction:
teneur en eau 0,15% par rapport à l'huile, 43° C, 3 jours
Exemple 3
Réaction d'interestérification avec la préparation de lipase utilisée de manière répétée (avec traitement de mouillage)
0,3 g d'eau échangée ioniquement ont été ajoutés à 18,7 g de préparation de lipase obtenue dans l'exemple de référence ci-dessus et le traitement de mouillage a été effectué à 30° C dans un récipient fermé et pendant 24 h. Un mélange comprenant la totalité de la préparation de lipase obtenue par le traitement de mouillage, 200 g d'une fraction à point de fusion moyen d'huile de palme, 200 g d'acide stéarique et 800 ml de n-hexane ont été agités à 40° C dans le récipient fermé afin d'effectuer la réaction enzymatique (réaction d'interestérification). Après la fin de la réaction, les substances insolubles telles que la préparation de lipase ont été éliminées par filtration et le filtrat a été récupéré. Le n-hexane a été éliminé par distillation du filtrat sous pression réduite afin d'obtenir une huile interesté-rifiée. La teneur en acide stéarique de l'huile interestêrifiée a été déterminée de la même manière que dans l'exemple 1. La préparation de lipase séparée par filtration a été séchée à 20° C sous pression réduite et pendant 1 h. Ensuite, 0,3 g d'eau échangée ioniquement ont été ajoutés au mélange, et celui-ci a été soumis à nouveau au même traitement de mouillage que précédemment, puis à la réaction d'interestérification dans les mêmes conditions. La teneur en acide stéarique de l'huile interestêrifiée obtenue a été déterminée de la même manière que ci-dessus.
La préparation de lipase a été récupérée et traitée de la même manière que précédemment avant d'être soumise au traitement de mouillage et utilisée dans la réaction d'interestérification. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 3.
Quantité de lipase utilisée (unités lipase/g huile)
Teneur en acide stéarique (%)
Avec traitement de mouillage *
Sans traitement de mouillage
100
41,2
31,6
130
40,6
33,5
260
40,8
38,8
390
41,2
41,2
40
Tableau 3
Résultats obtenus avec la préparation de lipase utilisée de manière répétée
Nombre de réactions
1
2
3
4
Teneur en acide stéarique (%)
38,0
38,2
38,3
37,1
R
Claims (4)
1. Procédé pour la fabrication d'une préparation de lipase activée, qui comprend le mélange d'une lipase, d'un activateur de lipase et d'un support, l'addition d'une huile ou d'une graisse au mélange, la réaction du mélange réactionnel pour décomposer l'huile ou la graisse, puis l'élimination du composant huileux ou graisseux du produit réactionnel afin de séparer la préparation de lipase et le mouillage de la préparation de lipase séchée avec un activateur de lipase pour activer la lipase.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'activateur de lipase est l'eau, un alcool dihydrique ou trihydrique inférieur ou un mélange de ceux-ci.
2
REVENDICATIONS
3. Préparation de lipase obtenue par le procédé selon la revendication 1.
4. Procédé pour la réaction d'interestérification entre une huile ou une graisse et un acide gras, ou entre une huile ou une graisse et une autre huile ou une autre graisse, en présence d'une préparation de lipase, caractérisé par le fait qu'il comprend l'utilisation de la préparation de lipase selon la revendication 3.
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