DE3815961A1 - Verfahren zur enzymatischen umesterung bei einem geringen wassergehalt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Umesterung bei einem geringen Wassergehalt (ein System mit sehr geringem Wassergehalt), wobei die Reaktion unter kontinuierlicher Einstellung der Wasserkonzentration im Reaktionssystem auf einen geeigneten, sehr niedrigen Wert durchgeführt wird, um die Aktivität des Enzyms wirksam und vorteilhaft auszunutzen und um die Bildung von Nebenprodukten zu unterdrücken, wobei in einer Umesterung von Fett oder Öl die gewünschten, nützlichen Reaktionsprodukte unter Verwendung einer enzymatischen Reaktion erhalten werden.

Zur Verwendung der Technik einer enzymatischen Reaktion in einem System mit geringem Wassergehalt wird die Herstellung von Substitutionsfetten für Kakaobutter, bekannt als Rohmaterial von Schokoladen, beispielhaft genannt. Im weiteren können durch Auswahl der Art des Substrates und der Lipase verschiedene hochreine Produkte mit der gewünschten Zusammensetzung an Fettsäuren hergestellt werden.

In den letzten Jahren sind intensive Studien in bezug auf Verfahren zur Herstellung von wertvollem Fett und Öl durch Umesterung unter Verwendung von Lipase gemacht worden.

Die Umesterung durch Lipase wird im allgemeinen als reversible Hydrolysereaktion, wobei Triglycerid (TG) in Diglycerid (DG), Monoglycerid (MG) oder Glycerin und Fettsäure (FS) hydrolysiert werden, und eine anschließende Neusynthese-Reaktion des Triglycerides aus dem Hydrolysat verstanden. Aus diesem Grund ist die Anwesenheit von Wasser in einem Umesterungssystem notwendig, und deshalb wird eine gewisse Menge an Wasser zu dem Reaktionssystem hinzugefügt. Wenn jedoch Wasser im Überschuß zugefügt wird, ist es unmöglich, das Fortschreiten der Hydrolyse zu verhindern, und es werden Nebenprodukte wie freigesetzte Fettsäure, Monoglycerid und Diglycerid in einer großen Menge gebildet und die Ausbeute an dem gewünschten Triglycerid dadurch verringert. Demzufolge ergibt sich das Problem, daß die Qualität des Triglycerids als Produkt verringert wird. Aus diesem Grunde sollte das Reaktionssystem in einem System unter der Bedingung eines geringen Wassergehaltes konstant gehalten werden, um effektiv eine Umesterung durchzuführen.

Für den Fall jedoch, daß die Wassermenge in dem Reaktionssystem zu gering ist, ergibt sich das Problem, daß die katalytische Aktivität des Enzyms nicht ausreichend verstärkt werden kann und die Reaktionsgeschwindigkeit verringert wird.

Als Verfahren zur Lösung der obigen Probleme bei den herkömmlichen Veresterungsverfahren wurde z. B. die Zugabe von einer wasserlöslichen Polyhydroxyverbindung, und eines Proteins oder eines Peptids in einem Emulsionssystem veröffentlicht (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1 11 398/1982), oder die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1 98 789/1982), um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Auf der anderen Seite wurden einige Verfahren zur industriellen Herstellung vorgeschlagen, wobei ein immobilisiertes Enzym oder ein Mikroorganismus verwandt wird, z. B. sind Verfahren, bei dem ein Enzym auf einem Adsorbens wie Celite immobilisiert wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungen Nrn. 71 797/1980, 1 04 506/1977, 84 397/1980 und 78 796/1982); ein Verfahren, bei dem ein Enzym auf verschiedenen Materialien mit Absorptionskraft für Wasser wie Sacchariden immobilisiert wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungen Nrn. 1 16 688/1983, 1 16 689/1983, 1 87 195/1983 und 28 482/1984); ein Verfahren, bei dem eine getrocknete mikrobielle Zelle als Katalysator verwandt wird (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 34 189/1985); und ähnliche beispielhaft genannt.

Zur industriellen Durchführung einer Umesterung unter Verwendung eines immobilisierten Enzyms oder Mikroorganismus ist es jedoch in beiden Fällen eines chargenweisen Reaktionsverfahrens sowie eines kontinuierlichen Reaktionsverfahrens unentbehrlich, die Wasserkonzentration in der Umgebung des Enzyms konstant auf einen geeigneten, sehr niedrigen Konzentrationswert einzustellen, um eine hohe Ausbeute zu erhalten. Bei einer Umesterung ist es notwendig, ausreichend Wasser zuzuführen, da Wasser durch die Hydrolyse verbraucht wird.

Zum Beispiel wird ein Verfahren, bei dem die Reaktion unter Zuführung einer Reaktionslösung, in der Wasser in einer Menge von 40 bis 70 Gew.-% der gesättigten Menge gelöst ist, durchgeführt wird, veröffentlicht (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1 54 951/1981 und Nr. 5 00 649/1984). Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, die Wasserkonzentration in der Umgebung des Enzyms mit hoher Genauigkeit auf einen geeigneten, sehr niedrigen Konzentrationswert einzustellen, und aus diesem Grunde ist die industrielle Verwertbarkeit dieses Verfahrens erschwert.

Wie zuvor beschrieben, wird eine Umesterung durch eine Kombination einer Hydrolyse und einer Synthese bewirkt. In dem Umesterungs-Reaktionssystem wird durch die Hydrolyse Wasser verbraucht, wenn die Wasserkonzentration hoch ist. Das bedeutet, daß sich die Wasserkonzentration im Reaktionssystem im Verlauf der Reaktion ständig ändert. Aus diesem Grund ist die Begrenzung der Wasserstoffkonzentration am Beginn der Reaktion bedeutungslos und die konstante Einstellung der Wasserkonzentration auf eine geeignete Konzentration im Verlauf der Reaktion ist das wichtige Ziel in einer Erfindung.

Darüber hinaus wird bei einem Verfahren unter Verwendung eines immobilisierten Enzyms oder Mikroorganismus (im folgenden als "immobilisierter Enzymkatalysator" bezeichnet) eine Technik benötigt, um den Gehalt des im immobilisierten Enzymkatalysators gebundenen Wassers konstant auf den optimalen Wert einzustellen (im folgenden als "Wassergehalt im Katalysator" bezeichnet).

Bei fast allen herkömmlichen Verfahren wird jedoch lediglich der Wasserkonzentration am Beginn der Reaktion Aufmerksamkeit geschenkt, und es wird kein Verfahren zu Einstellung der Wasserstoffkonzentration auf eine geeignete Konzentration im Verlauf der Reaktion empfohlen. Eine solche Einstellung wurde nach dem Stand der Technik als schwierig empfunden.

Da die Ausgangsmaterialien der Umesterung wie Triglycerid, Fettsäure oder Fettsäureester mit einem niedrigen Alkohol oder Lösungsmittel zur Verdünnung eine geringe Menge an Wasser enthalten, werden Diglycerid oder Monoglyceride im Verlauf der Hydrolyse hergestellt, wenn das Ausgangsmaterial oder das Lösungsmittel ohne weitere Maßnahmen eingesetzt werden. Es ist bekannt, daß Diglycerid eine eutektische Mischung mit Triglycerid bilden, wobei die Kristallisation des Triglycerides unterdrückt wird. Folglich entsteht das Problem, daß die Ausbeute an Triglycerid als Produkt erniedrigt und die Qualität des Produktes verschlechtert wird. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren zur Durchführung der Reaktion unter Erniedrigung der Wasserkonzentration im Reaktionssystem auf einen niedrigeren Wert benötigt.

Zur industriellen Durchführung der Umesterung besteht unzweifelhaft das Problem, die Reaktionsgeschwindigkeit durch Verwendung eines teuren immobilisierten Enzymkatalysators so wirksam wie möglich zu steigern und gleichzeitig die Ausbeute und Qualität des Produktes durch Unterdrückung der Hydrolysereaktion zu verbessern. Im weiteren wurde ein Verfahren zur Bestimmung der Wasserkonzentration, die geeignet für die gewünschte Reaktion ist, und zur effizienten Durchführung der Reaktion mit ständiger Einstellung der Wasserkonzentration auf den bestimmten geeigneten Wert benötigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur wirksamen Herstellung von wertvollem Fett oder Öl wie oben beschrieben zu liefern, wobei die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt werden.

Überraschend wurde nun gefunden, daß, obgleich es schwer ist, den Wassergehalt eines Katalysators in einem Reaktionssystem, worin ein Feststoff und eine Flüssigkeit nebeneinander vorliegen, direkt zu bestimmen, eine dynamische Gleichgewichts-Beziehung von Wasser (Adsorptions-Isotherme) zwischen der Reaktionsflüssigkeit und dem immobilisierten Enzymkatalysator besteht, und daß der Wassergehalt des Katalysators, das in dem immobilisierten Enzymkatalysator gebunden ist, indirekt auf Basis der Gleichgewichtsbeziehung berechnet werden kann, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung gemessen wird. Weiter wurde gefunden, daß der Wassergehalt des Katalysators auf den gewünschten Wert als Ergebnis einer Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionsflüssigkeit durch Erhöhen oder Erniedrigen derselben auf einen Wert, der der gewünschten Wasserkonzentration im Katalysator entspricht, eingestellt werden kann, und demzufolge wurde die vorliegende Erfindung ausgeführt.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur enzymatischen Umesterung bei einem geringen Wassergehalt (im folgenden als "mikrowäßriges System" bezeichnet) bereitgestellt, das das Unterwerfen einer Reaktionslösung, die (a) ein Fett oder Öl und (b) ein Mitglied aus der Gruppe, die aus einem i) weiteren Fett oder Öl, ii) einem Fettsäureester mit einem niedrigen Alkohol und iii) eine Fettsäure enthält, der Einwirkung einer Lipase in Form eines immobilisierten Enzymkatalysators, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung im Verlauf der Reaktion kontinuierlich eingestellt wird.

Bei Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf Basis der Beziehung zwischen dem Wassergehalt des Katalysators und der Reaktionsgeschwindigkeit bzw. der Produktausbeute vorher festzulegen, da die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. die Produktausbeute einfach und effizient den Maximalwert durch Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf den vorher festgelegten Wasserkonzentrationswert in der Reaktionslösung erreichen kann. Durch Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird es einfach, den Wassergehalt des Katalysators auf einen bestimmten Wert einzustellen, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. die Produktausbeute den Maximalwert erreichen kann. Hinzu kommt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung sowohl für das chargenweise Reaktionsverfahren, als auch für das kontinuierliche Reaktionsverfahren angewendet werden kann, und wodurch das Verfahren besonders für Langzeitverfahren geeignet ist, da die Deaktivierung des Enzyms verringert ist.

Wie zuvor erwähnt, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung als praktisches Verfahren neu, wobei beabsichtigt ist, daß das Produkt im industriellen Maßstab so effizient wie möglich hergestellt wird, wobei die Umgebung des Enzyms auf die Bedingung eines "micro wäßrigen" Systems eingestellt wird, so daß der immobilisierte Enzymkatalysator wirksam verwendet wird und die Produktausbeute zufriedenstellend gesteigert wird.

Abb. 1 zeigt einen Graphen, der die dynamische Gleichgewichts-Beziehung von Wasser zwischen einer getrockneten mikrobiellen Zelle und der Reaktionslösung, erhalten in Beispiel 1, darstellt.

Abb. 2 bis 7 zeigen Ausführungsformen der Reaktionsgefäße, die im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird unter Beachtung der dynamischen Gleichgewichts-Beziehung von Wasser zwischen dem immobilisierten Enzymkatalysator und der Reaktionslösung in einem "micro-wäßrigen" System die dynamische Gleichgewichts-Beziehung vorher bestimmt, und darauf die Wasserkonzentration im Katalysator durch Umrechnung aus dem Ergebnis der Analyse eines sehr niedrigen Wasserkonzentrationswertes im ganzen Reaktionssystem oder in der Reaktionslösung auf Basis der zuvor erwähnten dynamischen Gleichgewichts-Beziehung erhalten.

Der Ausdruck "immobilisierter Enzymkatalysator", der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet ein Mikroorganismus selbst mit einem darin enthaltenem Enzym, einen Mikroorganismus mit einem darin enthaltenem Enzym, der auf einem Träger immobilisiert ist, ein Enzym, das auf einem Träger immobilisiert ist, und ähnliche.

Unter den immobilisierten Enzymkatalysatoren sind getrocknete mikrobielle Zellen und immobilisierte, getrocknete mikrobielle Zellen bevorzugt, da diese wirtschaftlich und leicht erhältlich sind, und da bei Verwendung der mikrobiellen Zelle die Affinität zwischen dem Enzym und dem Substrat und die Reaktionsgeschwindigkeit hoch sind, da die Zellmembran der mikrobiellen Zellen sowohl hydrophobe als auch hydrophile Eigenschaften hat.

Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Reaktionslösung" das verwendete Substrat, d. h., eine Mischung eines Fettes oder Öles und eines weiteren Fettes oder Öles, eine Mischung eines Fettes oder Öles und einer Fettsäure, oder eine Mischung eines Fettes oder Öles und eines Fettsäureesters mit einem niederen Alkohol, oder es bedeutet eine Mischung des obigen Substrats und eines organischen Lösungsmittels zur Verdünnung des Substrats.

Die zuvor erwähnte dynamische Gleichgewichts-Beziehung hängt von Art und Struktur der Substrate und Lösungsmittel zur Verdünnung ab oder von der Art der Enzyme oder Mikroorganismen, die für den immobilisierten Enzymkatalysator verwendet werden, oder den Arten der Trägermaterialien wie einem den Mikroorganismus tragenden Material und einem Gelatinierungsmittel, das für die Immobilisierung verwendet wird. Jede Kombination der zuvor erwähnten Faktoren hat eine besondere Gleichgewichts-Beziehung. Die zuvor erwähnte Gleichgewichts-Beziehung kann leicht entsprechend den herkömmlichen Verfahren zur Erhaltung von Adsorptionsisothermen einer Flüssigphasen-Adsorption erhalten werden. Als ein Beispiel ist die dynamische Gleichgewichts-Beziehung von Wasser zwischen der Reaktionslösung und dem immobilisierten Enzymkatalysator, wie in Abb. 1 gezeigt, erhalten worden.

Wenn eine dynamische Gleichgewichts-Beziehung verwendet wird, kann die Wasserkonzentration im Katalysator, die der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung entspricht, sogar im Verlauf der Reaktion durch Messung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung erhalten werden. Wenn die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, kann darüber die Wasserkonzentration im Katalysator auf einen Wert eingestellt werden, der der zuvor genannten Wasserkonzentration in der Reaktionslösung entspricht.

Auf der anderen Seite wirkt sich der Effekt des Wassergehaltes im Katalysator auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Produktausbeute in verschiedenen Richtungen aus, die von Art und Träger, die zur Immobilisierung der Enzyme verwendet werden, die Verfahren zur Immobilisierung, Arten, Aktivitäten und Spezifitäten der Enzyme, oder Arten der Substrate und Lösungsmittel oder deren Mischungsverhältnissen abhängt. Die optimale Wasserkonzentration im obigen System kann leicht im allgemeinen entsprechend einem üblichen Verfahren bestimmt werden, und die optimale Wasserkonzentration in der mikrobiellen Zelle liegt als Ergebnis der Studie von verschiedenen Mikroorganismen im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%. Um die Wasserkonzentration im Katalysator auf den zuvor erwähnten Bereich einzustellen, ist es notwendig, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf ein sehr niedriges Level im Bereich von 5 bis etwa 1000 ppm, bevorzugt von 10 bis 500 ppm, einzustellen. Mehr bevorzugt ist es, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf einen Wert im Bereich von 10 bis 200 ppm einzustellen, um die Hydrolyse als Nebenreaktion zu unterdrücken und des Produktes zu verbessern.

Als Verfahren zur Analyse der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung ist im allgemeinen die gravimetrische Analyse bekannt, wobei die Wasserkonzentration in einer Probe aus der Gewichtsänderung nach Verdampfung des Wassers in der Probe erhalten wird, Karl Fischer's Verfahren, wobei eine Dehydratations-Reaktion verwendet wird, und ähnliche. Bei dem Karl Fischer-Verfahren wird die feste Phase mittels eines geeigneten Filters, z. B. eines porösen Filters aus einem gesinterten Metall oder Harz, abgetrennt, wenn eine flüssige Probe aus dem Reaktor entnommen worden ist, und die Konzentration an Wasser in der flüssigen Phase wird gemessen. Neben den zuvor erwähnten Verfahren können Wassergehalts-Analysegeräte vom On-Line-Typ verwendet werden, die nach verschiedenen Prinzipien und mit einem darin verwandten Sensor für Wasserkonzentration arbeiten, z. B. ein Verfahren, wobei eine Probe mit Infrarotlicht bestrahlt wird und die Menge des absorbierten Lichts gemessen wird, ein Verfahren, wobei eine Messung durchgeführt wird, basierend auf einer Änderung des elektrischen Widerstandes, ein Verfahren, wobei die elektrische Kapazität der Flüssigkeit gemessen wird, oder ähnliche. Wenn der gemessene Wasserkonzentrationswert geringer als der vorher festgelegte Wert ist, wird die Konzentration des Wassers in der Reaktionslösung gesteigert. Demgegenüber wird die Konzentration des Wassers in der Reaktionslösung vermindert, wenn die Wasserkonzentration größer als der vorher bestimmte Wert ist. Dadurch kann die Wasserkonzentration im Katalysator konstant auf eine geeignete Konzentration eingestellt werden.

Im Verlauf der Reaktion wird Wasser in der Reaktionslösung durch die Hydrolyse verbraucht, die eine Seitenreaktion darstellt. Deshalb wird im allgemeinen zur Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung eine kleine Menge Wasser zugegeben. Wenn jedoch die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung zu hoch ist oder wenn die Konzentration des Nebenproduktes weiter reduziert werden soll, wird überschüssiges Wasser vor oder während der Reaktion aus der Reaktionslösung entfernt, um die Wasserkonzentration auf einen niedrigeren Wert einzustellen.

Als Verfahren zur Erhöhung der Wasserkonzentration in die Reaktionslösung kann ein Verfahren benutzt werden, wobei Wasser direkt in den Reaktor injiziert wird, ein Verfahren, wobei Wasser in der Reaktionslösung gelöst wird und die Reaktionslösung, in der Wasser gelöst ist, in den Reaktor injiziert wird, und ähnliche Verfahren. Die zuvor genannte Flüssigkeit kann frische Reaktionslösung, in der Wasser gelöst ist, oder aus dem Reaktor entnommene Reaktionslösung sein, in der Wasser gelöst wird. Im weiteren kann die Flüssigkeit, die injiziert werden soll, mit dem gelösten Wasser gesättigt werden, oder kann eine Lösung sein, die nicht mit Wasser gesättigt ist und in der Wasser zu einem gewissen Ausmaß gelöst ist.

Die Reaktionslösung kann dadurch mit Wasser gesättigt werden, daß man die Reaktionslösung mit Wasser über einen langen Zeitraum in Kontakt bringt. Es ist möglich, eine Reaktionslösung herzustellen, in der Wasser bis zu einem gewissen Ausmaß gelöst ist, indem man die Kontaktzeit der Reaktionslösung mit Wasser auf die Lösegeschwindigkeit abstimmt. Zusätzlich kann die Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung, die eingespritzt werden soll, nach irgendeinem anderen Verfahren durchgeführt werden, wobei eine wäßrige Lösung einer wasserlöslichen Substanz mit der Reaktionslösung in Kontakt gebracht wird und die dynamische Gleichgewichts-Beziehung von Wasser zwischen der Reaktionslösung und der wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Substanz verwendet wird. Hierbei sind die zuvor genannte wasserlösliche Substanz und die Reaktionslösung selbst nicht miteinander mischbar. Beispiele solcher wasserlöslichen Substanzen sind z. B. Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Hexylenglykol, Polyethylenglykol, und ähnliche.

Als Verfahren zur Reduzierung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung werden verwandt ein Verfahren, wobei frische Reaktionslösung, aus der Wasser entfernt oder teilweise entfernt worden ist, direkt in den Reaktor injiziert wird, ein Verfahren, worin die Reaktionslösung aus dem Reaktor in den Reaktor zurückgeführt wird, nachdem Wasser vollständig oder teilweise aus der entnommenen Reaktionslösung entfernt wurde, und ähnliche.

Als Verfahren zur vollständigen oder teilweisen Entfernung von Wasser aus dem organischen Lösungsmittelsystem, wie die Reaktionslösung der vorliegenden Erfindung, kann ein Verfahren verwendet werden, wobei die Reaktionslösung in Kontakt mit einer Substanz mit hoher Wasserabsorptionsfähigkeit gebracht wird. Als Substanz mit hoher Wasserabsorptionsfähigkeit kann jede Substanz verwendet werden, die nicht in der Reaktionslösung löslich ist, und die nicht mit dem Substrat reagiert. Beispiele für eine solche Susbstanz sind wasserlösliche Substanzen wie Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Hexylenglykol und Polyethylenglykol, wasserabsorptive Substanzen wie Molekularsieb, Zeolit, Silicagel, Aluminiumoxid, Kieselgur, Aktivkohle, Kaolin, Perlit, Cellulosepulver, Hydroxylapatit und Chitosan, Monosaccharide wie Glukose, Galactose, Ribose und Fructose, Polysaccharide wie Sucrose, Trehalose, Dextrin, Glycogen und Stärke, Salze mit wasserabsorbierender Eigenschaft wie kalzinierter Gips, Kalziumcarbonat und Kalziumchlorid, entwässernde Salze wie Natriumhydroxid und Kalziumhydroxid, Metallsalze ohne Kristallwasser wie wasserfreies Natriumsulfat und ähnliche.

Als Anlage zur Einstellung der Wasserstoffkonzentration wie oben beschrieben kann jeder mögliche Anlagentyp verwendet werden, wie z. B. eine Anlage vom Typ eines Rührtanks oder einer Füllkörperschicht. Daneben kann ebenso eine Anlage vom Membrantyp verwendet werden, wobei Ströme der Reaktionslösung und Wasser oder wäßrigen Lösungen der zuvor genannten wasserlöslichen Substanz jeweils auf beiden Seiten eines dünnen Filmes oder auf der inneren und äußeren Seite einer Röhre aus einem hydrophoben hydrophilen porösem Harz geleitet werden.

Obgleich die Reaktion der vorliegenden Erfindung sowohl chargenweise, als auch kontinuierlich durchgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, das Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders für eine kontinuierliche Reaktion über einen langen Zeitraum anzuwenden, da die Deaktivierung des Enzyms bei Anwendung der vorliegenden Erfindung verringert wird. Zusätzlich kann, obgleich auch ein Einstufenreaktor verwendet kann, ein Mehrstufenreaktor verwendet werden, um die Ausbeute zu erhöhen. Der Reaktortyp kann dabei der Typ eines Rührtanks, eines Flüssigbetts, einer Füllkörperschicht, und eine Kombination davon sein, wobei diese Typen untereinander kombiniert werden. Bei Verwendung eines Reaktors vom Typ einer Füllkörperschicht ist es bevorzugt, daß für eine effiziente Reaktion der Reaktor in mehreren Stufen unterteil wird und die Anzahl der Stufen erhöht wird, um zu verhindern, daß das zugeführte Wasser selektiv von dem Enzym, das sich um den Einlaß des Reaktors herum befindet, absorbiert wird.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Reaktoren nach der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Zeichnungen 2 bis 7 gezeigt. Jedoch ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

Abb. 2 zeigt eine schematische Abbildung eines Reaktionsapparates, wobei ein Reaktor aus einem Einstufen-Rührtank und eine Wasserlöseeinheit aus einer mit Wasser gefüllten Säule miteinander kombiniert sind.

Abb. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Reaktionsanlage, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Diese Reaktionsanlage ist mit einem Reaktor (1) aus einem Einstufenrührtank, einer Wasserlöseeinheit (2) aus einer mit Wasser gefüllten Säule, einer Umwälzpumpe (3), einem Wasserkonzentrationssensor (4) zur Messung von Änderungen der Wasserstoffkonzentration durch Messung des elektrischen Widerstandes, einem Prozessor (5) zur Berechnung des Unterschiedes zwischen der gemessenen Wasserstoffkonzentration und dem vorher festgelegten Wert und zur Ausgabe von Steuersignalen für die Fließgeschwindigkeit der Pumpe, einem Filter (6) aus einem gesinterten Metall zur Entfernung des immobilisierten Enzymkatalysators aus der zirkulierenden Reaktionslösung, einem Reaktionslösungseinlaß (9) und einem Reaktionslösungsauslaß (10) versehen.

Bei der obigen Anlage ist der Reaktor (1) und die Wasserlöseeinheit (2) über korrosionsbeständige Leitungen als Weg für die Reaktionslösung über die Unwälzpumpe (3) und den Filter (6) miteinander verbunden. Daneben sind der Reaktor (1) und die Umwälzpumpe (3) über den Wasserkonzentrationssensor (4) und den Prozessor (5) durch eine Signalleitung verbunden.

Zuerst wird der Reaktionslösung aus dem Einlaß (9) gefüllt. Dann werden mikrobielle Zellen, Enzyme aus diesen mikrobiellen Zellen oder immobilisierte Enzyme daraus hinzugefügt und die Umesterung begonnen. Die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wird ständig über den Wasserkonzentrationssensor (4) gemessen und der gemessene Wert und der vorher festgelegte Wert werden miteinander im Prozessor (5) verglichen, im Anschluß wird die Umwälzpumpe (3) gesteuert, und so die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf den vorher festgelegten, bestimmten Wert gehalten. Das bedeutet, daß, wenn der erhaltene Wasserstoffkonzentrationswert niedriger als der vorher festgelegte Wert ist, die Reaktionslösung aus dem Reaktor (1) durch die Umwälzpumpe entnommen zur Wasserlöse-Einheit (2) geführt wird, wobei Wasser in der Reaktionslösung gelöst wird, und die Reaktionslösung, in der das Wasser gelöst ist, zu dem Reaktor (1) zurück zirkuliert wird, um den Wasserkonzentrationswert in der Reaktionslösung im Reaktor (1) zu erhöhen. Dadurch kann der Wassergehalt des Katalysators konstant auf dem benötigten, geeigneten Wert gehalten werden.

Auf diese Weise läßt sich die kontinuierliche Reaktion durchführen, während die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung so eingestellt wird, daß die Umesterungsgeschwindigkeit den Maximalwert erreicht. Nachdem die Reaktionslösung aus dem Reaktionslösungsauslaß (10) entnommen worden ist, wird das Produkt auf übliche Weise wie Abtrennung über eine Säule oder durch Kristallisationsverfahren abgetrennt.

Abb. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Reaktionsanlage, bei dem ein Reaktor vom Typ eines einstufigen Rührtanks mit einer Wasserlöse- Einheit vom Typ eines Rührtanks verbunden ist.

In der in Abb. 3 gezeigten Anlage umfaßt die Wasserlöse-Einheit (2) einen Rührtank, der die Reaktionslösung enthält, und eine Wasserzugabeleitung (11) ist mit der Wasserlöse-Einheit (2) über die Wasserzugabepumpe (7) verbunden.

Für den Fall, daß Wasser direkt in den Reaktor auf solche Weise wie in der in Abb. 2 gezeigten Anlage injiziert wird, besteht die Möglichkeit, daß der Wassergehalt des Katalysators nicht einheitlich ist, da die Wasserkonzentration im Reaktionssystem sehr niedrig ist. Unter Verwendung der in Abb. 3 gezeigten Anlage wird Wasser in den Reaktor (1) injiziert, nachdem das Wasser in der Reaktionslösung in der Wasserablöse- Einheit (2) gelöst wurde.

Im Anfang wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung ständig durch einen Wasserkonzentrations-Sensor (4) auf gleiche Weise wie in Abb. 2 gezeigt gemessen. Im folgenden werden der gemssene Wert und der vorher festgelegte Wert im Prozessor (5) miteinander verglichen und die Umwälzpumpe (3), die Umwälzpumpe (13) oder die Wasserzugabepumpe (7) gestartet oder gestoppt, um den Fluß der Reaktionslösung einzustellen, in der das injizierte Wasser gelöst wird. So wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung im Reaktionssystem auf dem vorher festgelegten Wert gehalten. Das bedeutet, daß, wenn die gemessene Wasserkonzentration niedriger als der vorher festgelegte Wert ist, die Reaktionslösung aus dem Reaktor (1) durch die Umwälzpumpe (3) entnommen, zu der Wasserlöse-Einheit (2) geführt wird und zur gleichen Zeit Wasser durch die Wasserzugabepumpe (7) hinzugefügt wird, im Anschluß die benötigte Menge an Reaktionslösung, in der Wasser gelöst ist, zu dem Reaktor (1) geführt wird, um die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung in dem Reaktor (1) zu erhöhen. Dadurch kann der Wassergehalt des Katalysators ständig auf dem benötigten, geeigneten Wert gehalten werden. Dadurch läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen, und das Produkt wird auf gleiche Weise wie bei der in Abb. 2 gezeigten Anlage abgetrennt.

Abb. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Reaktionsanlage, bei der ein Mehrstufen-Flüssigbett als Reaktor benutzt wird und jede Stufe des Reaktors mit einer Wassergehalt-Einstelleinheit vom Rührtank-Typ verbunden ist. In der in Abb. 4 gezeigten Anlage umfaßt der Reaktor ein Mehrstufen-Flüssigbett, und jede Stufe des Reaktors (1) und jede Wassergehalt-Einstelleinheit (8) sind miteinander jeweils über eine Umwälzpumpe (3) und (13) verbunden. In der Wassergehalt-Einstelleinheit (8) wird eine wäßrige Lösung einer wasserlöslichen Substanz mit der Reaktionslösung in Kontakt gebracht. Die zuvor genannte wasserlösliche Substanz und die Reaktionslösung sind dabei nicht miteinander mischbar. In der in Abb. 4 gezeigten Anlage ist der Reaktor (1) ein Mehrstufenreaktor, und eine Umwälzpumpe (12) wird die ganze Zeit betrieben, um den Katalysator im Reaktor (1) aufgewirbelt zu halten. Die Wasserkonzentration der ersten Stufe, die die niedrigste Stufe im Reaktor (1) ist, wird durch Zugabe von Wasser durch eine Wasserlöse- Einheit (2) über die Wasserzugabeleitung (11) durch die Wasserzugabepumpe (7) gesteigert. Zusätzlich sind die zweite und dritte Stufe jeweils an die Wasserkonzentrations-Einstelleinheit (8) über die Umwälzpumpe (3) angeschlossen. In der Wasserkonzentrations-Einstelleinheit (8) werden eine wäßrige Lösung von Glycerin und der Reaktionslösung so ruhig gerührt, daß die Bildung von Wassertröpfchen verhindert wird. So werden die wäßrige Lösung von Glycerin und die Reaktionsmischung miteinander in Kontakt gebracht. Unter Verwendung der dynamischen Gleichgewichts-Beziehung zwischen der Reaktionslösung und der wäßrigen Lösung von Glycerin wird Wasser aus der wäßrigen Lösung von Glycerin in der Reaktionslösung gelöst, oder Wasser in der Reaktionslösung wird durch die wäßrige Lösung von Glycerin entfernt, und im folgenden wird die Reaktionslösung in den Reaktor zurückgeführt. Dadurch wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung genauestens eingestellt. Dabei wird in der obigen Wassergehalts-Einstelleinheit (8), wenn die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung höher als die Konzentration im Gleichgewichtszustand ist, der Überschuß Wasser in der wäßrigen Lösung von Glycerin entsprechend der dynamischen Gleichgewichts-Beziehung zwischen der wäßrigen Lösung und Glycerin und der Reaktionslösung absorbiert. Auf der anderen Seite wird, wenn die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung niedriger als die Konzentration im Gleichgewichtszustand ist, die benötigte Menge an Wasser aus der wäßrigen Lösung von Glycerin bereitgestellt.

Die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wird immer mittels eines Wasserkonzentrationssensors (4) auf gleiche Weise wie in der in Abb. (2) gezeigten Anlage gemessen. Im Anschluß werden der gemessenen Wert und der vorher festgelegte Wert im Prozessor (5) miteinander verglichen und die Umwälzpumpe (3), die Umwälzpumpe (13) oder die Wasserzugabepumpe (7) angelassen oder angehalten, um Wasser in der Reaktionslösung zu lösen oder um Wasser aus der Reaktionslösung zu entfernen. Auf diese Weise wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf den vorher festgelegten Wert konstant eingestellt.

Das bedeutet, daß, wenn die Wasserkonzentration, die auf jeder Stufe gemessen wurde, niedriger als der vorher festgelegte Wert ist, die Reaktionslösung, in der Wasser durch Zugabe von Wasser durch die Wasserlöse-Einheit (2) über die Wasserzugabepumpe (7) gelöst wird, zu der ersten Stufe des Reaktors (1) unter Verwendung der Umwälzpumpe (12) geführt wird, und die Reaktionslösung, die aus dem Reaktor (1) durch die Umwälzpumpe (3) entnommen wird und die der Wassergehalts-Einstelleinheit (8) zugeführt wird, wo die Wasserkonzentration eingestellt wird, zu der zweiten und dritten Stufe des Reaktors (1) durch Verwendung der Umwälzpumpe (13) geführt wird. Dadurch wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung im Reaktor gesteigert oder verringert und der Wassergehalt des Katalysators kann auf jeder Stufe konstant auf dem benötigten geeigneten Wert gehalten werden. So läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen, und das Produkt wird auf gleiche Weise wie bei der in Abb. 2 gezeigten Anlage und der dazugehörigen Erklärung der Abb. 2 abgetrennt.

Abb. 5 zeigt eine schematische Abbildung einer Reaktionsanlage, bei der ein Reaktor aus einem Einstufenrührtank wie in Abb. 2 und einer Wasserlöse-Einheit aus einer mit Wasser gefüllten Säule wie in Abb. 2 gezeigt mit einer Wasserentfernungs-Einheit aus einer Füllkörpersäule aus Kalziumchlorid kombiniert werden. Die Reaktionsanlage, die in Abb. 5 gezeigt ist, ist mit einer Wasserentfernungs-Einheit (14) versehen, die eine Kalziumchlorid-Füllkörpersäule zwischen dem Reaktor (1) und dem Reaktionslösungseinlaß (9) umfaßt. Bei diesem System wird die Reaktionslösung, die zur vollständigen oder teilweisen Wasserentfernung durch die Wasserentfernungs-Einheit (14) geleitet wird, zu dem Reaktor (1) über den Reaktionslösungseinlaß (16) zugegeben. Daneben wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung über die ganze Zeit über einen Wassergehaltssensor (4) auf gleiche Weise wie in der in Abb. (2) gezeigten Anlage gemessen. Daraufhin werden der gemessene Wert und der vorher festgelegte Wert miteinander im Prozessor (5) verglichen, und die Umwälzpumpe (3) in Betrieb genommen oder angehalten. Auf diese Weise wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf dem vorher festgelegten Wert gehalten. Auf diese Weise läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen, und das Produkt wird auf gleiche Weise wie der in Abb. 2 gezeigten Anlage abgetrennt.

Abb. 6 zeigt eine schematische Abbildung einer Reaktionsanlage, bei der ein Einstufenrührtank-Reaktor wie in Abb. 3 und eine Wasserlöse- Einheit vom Rührtank-Typ wie in Abb. 3 mit einer Wasserentfernungs- Einheit aus einer Füllkörper-Kieselgelsäule kombiniert werden. Bei der in Abb. 6 gezeigten Anlage ist ein Reaktor (1) mit einer Wasserlöse- Einheit (2) über eine Umwälzpumpe (3) und gleichzeitig mit einer Wasserentfernungs-Einheit (14) über eine Umwälzpumpe (13) verbunden.

In der in Abb. 6 gezeigten Anlage wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung die ganze Zeit durch einen Wassergehaltssensor (4) auf gleiche Weise wie in der Abb. 3 gezeigten Anlage gemessen. Im Anschluß wird der gemessene Wert mit der vorher festgelegten Konzentration mit einer gewissen zulässigen Schwankungsbreite im Prozessor (5) verglichen. Wenn der gemessene Wert niedriger als der niedrigste zulässige Grenzwert der vorher festgelegten Konzentration ist, werden die Wasserzugabepumpe (7) und die Umwälzpumpen (3) und (13) angelassen, um die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung zu erhöhen. Demgegenüber wird, wenn der gemessene Wert höher als der höchste zulässige Grenzwert der vorher festgelegten Konzentration ist, die Umwälzpumpe (15) angelassen, um Wasser zu entfernen und die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung zu erniedrigen. Entsprechend wird die Wasserkonzentration konstant im benötigten, geeigneten Bereich der Wasserkonzentration mit einer zufriedenstellenden Genauigkeit gehalten. Auf diese Weise läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen, und das Produkt wird auf gleiche Weise wie in der in Abb. 2 gezeigten Anlage abgetrennt.

Bei Verwendung der Anlagen, die in Abb. 5 und 6 gezeigt werden, kann die Wasserkonzentration genauer eingestellt werden als bei Verwendung der in Abb. 2 und 3 gezeigten Anlagen, und aus diesem Grunde wird die Nebenreaktion, d. h. die Hydrolyse unterdrückt, und die Ausbeute und Qualtität des als Ergebnis der Umesterung erhaltenen Produktes kann verbessert werden.

Abb. 7 stellt eine schematische Ansicht einer Reaktionsanlage dar, wobei ein Einstufenrührtank-Reaktor mit einer Wassergehalts- Einstelleinheit aus einer mit einer wäßrigen Lösung von Glycerin gefüllten Füllkörpersäule kombiniert wird.

In der in Abb. 7 gezeigten Anlage ist der Reaktor (1) mit der Wassergehalts-Einstelleinheit (8) über die Umwälzpumpe (3) verbunden. Die Reaktionslösung zirkuliert ständig zwischen dem Reaktor (1) und der Wassergehalts-Einstelleinheit über die Umwälzpumpe (3), und die Wasserkonzentration in der zirkulierten Reaktionslösung wird über die dynamische Gleichgewichts-Beziehung zwischen der wäßrigen Lösung von Glycerin und der Reaktionsflüssigkeit auf den vorher festgelegten Wert gehalten.

In der Wassergehalt-Einstelleinheit (8) kann durch Änderung der Zusammensetzung der wäßrigen Lösung von Glycerin, die mit der Reaktionslösung in Berührung gebracht wird, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf jeden gewünschten Wert entsprechend der dynamischen Gleichgewichtsbeziehung eingestellt werden. Aus diesem Grund dient die wäßrige Lösung von Glycerin sowohl der Zugabe von Wasser als auch zur Entfernung von Wasser.

Das bedeutet, daß, wenn die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung größer als die Konzentration im Gleichgewichtszustand ist, der Überschuß an Wasser von der wäßrigen Lösung von Glycerin absorbiert wird. Demgegenüber wird, wenn die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung niedriger als die Konzentration im Gleichgewichtszustand ist, die benötigte Menge an Wasser aus der wäßrigen Lösung von Glycerin zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise kann die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf dem vorher festgelegten Wert in der Wassergehalt- Einstelleinzheit (8) entsprechend der dynamischen Gleichgewichtsbeziehung gehalten werden. Als Ergebnis kann in dem Reaktor der Wassergehalt des Katalysators entsprechend der dynamischen Gleichgewichtsbeziehung zwischen der Wasserkonzentration in der Reaktionsflüssigkeit und dem Wassergehalt des Katalysators konstant auf der vorher festgelegten Konzentration gehalten werden. Auf diese Weise läßt sich eine kontinuierliche Reaktion durchführen, und das Produkt wird auf gleiche Weise wie in der in Abb. 2 gezeigten Anlage abgetrennt.

Die in Abb. 7 gezeigte Anlage ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Wasserkonzentration auf den vorher festgelegten Wert ohne Verwendung eines Wassergehaltssensors eingestellt wird. In der Wassergehalt- Einstelleinheit (8) dieser Anlage wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf einen Wert eingestellt, der der Wasserkonzentration der wäßrigen Lösung von Glycerin entsprechend der dynamischen Gleichgewichtsbeziehung zwischen der wäßrigen Lösung von Glycerin und der Reaktionslösung entspricht. Daneben zirkuliert die zuvor erwähnte Reaktionslösung ständig zwischen der Wassergehalt- Einstelleinheit (8) und dem Reaktor (1). Dadurch wird die Wasserkonzentration im Katalysator im Reaktor (1) auf dem vorher festgelegten Wert gehalten. Im weiteren wird in den Anlagen, die in den Abb. 2 bis 6 gezeigt werden, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung im Reaktor (1) immer über den Wasserkonzentrationssensor (4) gemessen, und die Pumpe wird gestartet oder angehalten, während der gemessene Wert mit dem vorher festgelegten Wert im Prozessor (5) verglichen wird. Im Anschluß wird die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf den festgelegten Wert durch Kontrolle der Flußrate eingestellt. Dadurch wird der Wassergehalt im Katalysator auf dem vorher festgelegten Wert gehalten.

Hinsichtlich der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Lipase gibt es keinerlei Herkunftsbeschränkung. Jedoch hängt die Positionsspezifität und Substratspezifität des Enzyms von der Herkunft des Enzyms ab, und aus diesem Grunde können Produkte mit hoher Reinheit nach Belieben durch Verwendung der obigen Spezifitäten hergestellt werden.

Zum Beispiel kann bei Verwendung von Enzymen aus Candida rugosa, Corynebacterium acnes, Staphylococcus aureus oder ähnlichen, die kaum Spezifitäten zeigen, die Umesterung zufällig in der 1-, 2- und 3-Position erfolgen. Bei Verwendung eines Enzyms aus Geotrichum candidum, das selektiv nur langkettige Fettsäuren mit einer cis-Doppelbindung in der 9- Position aus dem Triglycerid freisetzt, nur der zuvor genannte Acylrest im Triglycerid gegen einen anderen Acylrest ausgetauscht werden. Daneben ist es möglich, wenn die Umesterung unter Verwendung eines Enzymes aus Aspergillus niger, Mucor javanicus oder einem Mikroorganismus aus dem Stamm Rhizopus, das spezifisch für die 1- und 3-Position im Triglycerid ist, einen Acylrest in den 1- und 3-Positionen gegen andere Acylreste auszutauschen, wohingehend der Acylrest in der 2-Position unverändert bleibt. Beispielhaft für die Verwendung eines Enzymes der zuvor erwähnten Art kann die Herstellung von Substitutionsfetten für Kakaobutter, eingeschlossen eine große Menge an SOP (1-Stearoyl-2-oleyl-3-palmitoyl- glycerin) gelten, wobei Stearinsäure und Palmitinsäure in der 1- und 3- Position jeweils gebunden ist.

Bei Verwendung des zuvor erwähnten Enzyms ist es industriell bevorzugt, daß der immobilisierte Enzymkatalysator mit dem Enzym entsprechend den verschiedenen Immobilisierungsverfahren präparat wird, so daß der immobilisierte Enzymkatalysator wieder verwendet werden kann oder kontinuierlich verwendet wird, um den Verbrauch des teuren Enzyms zu reduzieren. Als Verfahren zur Immobilisierung des Enzyms können beispielhaft genannt werden ein Absorptionsverfahren unter Verwendung von Trägern wie Celit, aktiviertem Aluminiumoxyd, aktiviertem Ton, Kieselgur und Aktivkohle, ein Einschlußverfahren unter Verwendung von Polyurethanharzen, Carageenan, Natriumalginat oder photovernetzbaren Harzen, ein Vernetzungsverfahren, wobei das Enzym auf dem Träger unter Verwendung verschiedener Vernetzungsmittel immobilisiert wird. Jedes der zuvor genannten Verfahren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Das Enzym, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein gereinigtes Enzym oder ein Rohenzym sein, das durch Aussalzen aus der Kulturlösung erhalten wird, oder ähnliche.

Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Enzym ist nicht auf ein bestimmtes Enzym beschränkt, das aus einer mikrobiellen Zelle extrahiert wurde, sondern daneben können ebenso mikrobielle Zellen selbst, die Lipase enthalten, verwendet werden. Wenn eine mikrobielle Zelle verwandt wird, ist die Affinität zwischen dem Enzym und Substrat hoch und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch, da die Zellmembran der mikrobiellen Zelle sowohl hydrophobe als auch hydrophile Eigenschaften hat. Daneben kann als mikrobielle Zelle eine Kulturzelle selbst verwendet werden, und dann kann entsprechend eine mikrobielle Zelle verwendet werden, die mit denselben Immobilisierungsverfahren wie oben beschrieben oder entsprechend einem Verfahren, worin eine mikrobielle Zelle auf einem porösen Material mit einer Schwamm- oder Netzstruktur immobilisiert wird, immobilisiert wurde. Besonders dann, wenn das letzte Verfahren verwendet wird, wird kein Gelatinierungsmittel benötigt, wohingegen bei dem Einschlußverfahren ein Gelatinierungsmittel verwendet wird. Daneben hat dieses Verfahren weitere Vorteile, einschließlich der hohen Reaktionsgeschwindigkeit. Aus diesem Grund stellt dieses Verfahren das industriell vorteilhafteste Verfahren dar. Als zuvor erwähntes poröses Material kann ein Material mit Block- oder Kugelform aus Metall oder Polymerharz verwendet werden. Das poröse metallische Material sind beispielsweise Partikel in Form aufgerollter Metallfasern, wobei die Fasern aus rostfreiem Stahl, Eisen, Aluminium oder ähnlichem sind. Das poröse Polymermaterial sind beispielsweise Additionspolymermaterialien wie Polyolefine, Dienpolymere und Vinylpolymere, Kondensationspolymermaterialien wie Polyäther, Polyester und Nylon, oder Materialien wie Silikonharze und Fluorharze und Fluorharze. Beispielweise kann ein Material aus Polyurethanschaum verwendet werden, das im Handel von Kabushiki Kaisha Bridgestone unter dem Handelsnamen HR-40 erhältlich ist. Um die Mikroorganismen ausreichend zu immobilisieren, wird unter den zuvor erwähnten porösen Materialien bevorzugt poröses Material verwendet, das eine Porösität von 60 bis 99% hat, wobei die Anzahl der Poren pro Einheit gerader Länge 2 bis 50 cm und die Außenabmessungen 1 bis 20 mm sind. Daneben ist es wünschenswert, den Wassergehalt des Katalysators auf einen gewissen Wert vor der Reaktion einzustellen, um eine effektive Einstellung im Verlauf der Reaktion einschließlich der Anfangsphase zu erreichen. Wenn der Überschuß Wasser entfernt wird, kann die Entfernung des Überschusses Wasser durch Extraktion des Wassers über Auslaugen des Katalysators mit Aceton oder einer wäßrigen Lösung von Aceton, oder falls notwendig durch Trocknen des immobilisierten Enzymkatalysators unter erniedrigtem Druck durchgeführt werden.

Als Substrat kann bei der vorliegenden Erfindung eine Mischung eines Fettes oder Öles und eines weiteren Fettes oder Öles, eine Mischung eines Fettes oder Öles und einer freien Fettsäure mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen, oder eine Mischung eines Fettes oder Öles und eines Esters der zuvor genannten Fettsäure mit einem niedrigen Alkohol mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen verwandt werden. Als zuvor genanntes Fett oder Öl kann ein Fett oder Öl wie Palmöl, Olivenöl, Kokosnußöl, Schibutter, Fischöl oder Teeöl verwendet werden. Eine Mischung davon kann ebenfalls verwendet werden.

Als Fettsäure werden beispielhaft genannte gesättigte Fettsäuren wie Caprylsäure, Caprinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Behensäure ungesättigte Fettsäuren wie Palmitolsäure, Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure. Die zuvor genannten Fettsäuren können einzeln oder als Mischung verwandt werden. Als Fettsäureester mit einem Alkohol können verwendet werden eine Ester aus den zuvor genannten Fettsäuren und einem niederen Alkohol, z. B. ein Ester der zuvor erwähnten Fettsäuren mit Methylalkohol, Ethylalkohol oder Propylalkohol.

Im weiteren kann bei der vorliegenden Erfindung das zuvor erwähnte Substrat in reiner Form verwendet werden, oder das Substrat kann nach Verdünnung - falls notwendig - mit organischen Lösungsmitteln wie n-Hexan, Isooctan, Aceton, Ethanol, Methanol und Petroläther verwendet werden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Umesterung unter Verwendung einer Lipase mittels einer reversiblen Hydrolyse-Reaktion und bei einem geringen Wassergehalt. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird Wasser geeignet dem Reaktionssystem, in dem Wasser im Verlauf der Hydrolyse verbraucht wird, besonders den immobilisierten Enzymkatalysatoren zugeführt, so daß der Wassergehalt des Katalysators konstant auf einen geeigneten, sehr niedrigen Konzentrationswert eingestellt wird, bei dem die Aktivität des Enzyms effektiv ausgenutzt wird und die Bildung von Nebenprodukten unterdrückt wird. Auf diese Weise läßt sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung als industrielle Anwendung dieser Reaktion ausnutzen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Reaktion nicht nur über eine Chargen-Reaktion durchgeführt werden, sondern ebenso als kontinuierliche Reaktion, die bisher wegen der Inaktivierung des Enzyms durch den Verbrauch von Wasser als schwierig galt.

Das Verfahren der kontinuierlichen Reaktion entsprechend der vorliegenden Erfindung hat die Vorteile, daß die Produktionsgeschwindigkeit des Produktes hoch ist und so eine Energieeinsparung erreicht wird, und daß die Konzentration der Nebenprodukte im Vergleich mit der Chargen- Reaktion erniedrigt wird. Aus diesem Grund können weitere Schritte zur Veredelung des Produktes vermindert werden, und darüberhinaus ist die Ausbeute und die Qualität des Produktes bei der kontinuierlichen Umesterung verbessert.

Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Wasserkonzentration des Reaktionssystems geeignet einstellen kann, kann das teure Enzym entsprechend sehr wirkungsvoll verwendet werden, und so sind große Erträge auf dem Gebiet der biochemischen Verwertbarkeit ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung wird genauer beschrieben und in den folgenden Beispielen erklärt. Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist und verschiedene Abänderungen und Modifikationen in der Erfindung gemacht werden können, ohne von deren Geist und Inhalt abzuweichen.

Beispiel 1

Zu der Reaktionslösung, die einen Gewichtsteil Olivenöl, zwei Gewichtsteile Methylenstearat und drei Gewichtsteile Hexan enthält, wurden 0,5 Gewichtsteile getrockneter Zellen von Rhizopus chinensis IFO 4768 zur Durchführung einer Umesterung gegeben, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung über einen Wassergehaltssensor gemessen wurde und die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung entsprechend eingestellt wurde. Der verwendbare Mikroorganismus wurde bei 30°C über 40 Stunden in einem Kulturmedium kultiviert, das durch Auflösen von sieben Gewichtsteilen Pepton, zwei Gewichtsteilen Glukose, 0,1 Gewichtsteil Kaliumdihydrogenphosphat, 0,1 Gewichtsteil Natriumnitrat und 0,05 Gewichtsteile Magnesiumsulfat in 100 Gewichtsteilen Wasser erhalten wurde, und wobei der pH-Wert im Kulturmedium bei 5,6 gehalten wurde. Nach Fertigstellung der Kultur wurde die Kulturbrühe filtriert, um die kultivierten Zellen aus dem Kulturmedium abzutrennen, und die so erhaltenen Zellen wurden zweimal mit 5 Gewichtsteilen Aceton auf ein Gewichtsteil Zellen durchtränkt. Die halbgetrockneten Zellen, die durch Refiltration erhalten wurden, wurden über 2 Stunden unter reduziertem Druck getrocknet, wobei man getrocknete Zellen erhielt. Die Wasserkonzentration in den erhaltenen Zellen betrug 8 Gew.-%.

Getrennt davon wurden die gleichen Zellen vor der oben erwähnten Trocknung durch Erhitzen inaktiviert und entsprechend dem oben erwähnten Verfahren getrocknet, wobei man inaktivierte getrocknete Zellen erhielt. Die erhaltenen inaktivierten getrockneten Zellen wurden mit der oben erwähnten Reaktionslösung gemischt, und die dynamische Gleichgewichtsbeziehung von Wasser zwischen der Reaktionslösung und den inaktivierten getrockneten Zellen wurde untersucht. Um die dynamische Gleichgewichtsbeziehung zu untersuchen, wurden einige Zubereitungen von Mischungssystemen von drei Gewichtsteilen der inaktivierten Zellen und 100 Gewichtsteilen der oben erwähnten Reaktionslösung hergestellt. Zu jeder der Mischungen wurde Wasser in einer Menge von 0 bis 1 Gewichtsteil gegeben, und die Mischungen wurden über einen Zeitraum von 3 bis 24 Stunden gerührt, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, und daraufhin wurde die Wasserkonzentration in jeder der Reaktionslösungen über das Karl Fischer-Verfahren bestimmt. Die absorbierte Wassermenge in den getrockneten Zellen wurde aus dem Unterschied zwischen der Menge an zugegebenem Wasser und der Menge an in der Reaktionslösung vorhandenen Wasser gemessen. Die erhaltene dynamische Gleichgewichtsbeziehung von Wasser zwischen der Reaktionslösung und den getrockneten Zellen ist in Abb. 1 gezeigt.

Auf der anderen Seite wurden zu 3,0 Gewichtsteilen der oben erwähnten getrockneten Zellen 100 Gewichtsteile der oben erwähnten Reaktionslösung gegeben und die Umesterung wurde in einem Rührtank vom Chargentyp durchgeführt, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung eingestellt wurde. Die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wurde über einen Wassergehaltsanalysator (Hygrometer) hergestellt von PANAMETRICS INC. (Warenzeichen: SYSTEM 1) gemessen und wurde durch Zugabe von Wasser auf einen bestimmten Wert gehalten. Der Wassergehalt der Zellen wurde aus dem Wert der Wasserkonzentration in der wie oben hergestellten Reaktionslösung und der dynamischen Gleichgewichtsbeziehung wie in Abb. 1 gezeigt berechnet. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wurde mittels Flüssigkeitschromatografie bestimmt, wobei die Abnahmerate des Trioleingehaltes im Olivenöl gemessen wurde.

Die Flüssigkeitschromatografieanalyse wurde unter Verwendung eines Eluents (Acetonitril:Chloroform = 7:3) bei einer Flußgeschwindigkeit von 1 ml/ Minute und bei einer Temperatur von 30°C zur Abtrennung der Komponenten durchgeführt. Es wurde eines Säule der Firma Merck Co. Inc. verwendet (Handelsname: Lichrospher 100Rp-18 (4 mm × 250 mm, Teilchengröße 5 µm)). Das Eluat wurde mittels eines Refraktometers RI analysiert. Es ergaben sich die Komponenten Tiolein, 1-Stearoyl-2,3-dioleyl-glycerin und 1,3- Distearoyl-2-oleyl-glycerin. Anhand des Ergebnisses der Untersuchung der Abnahmerate der Tioleinkomponente im Olivenöl über den Reaktor vom Chargen-Typ wurde gefunden, daß der Wassergehalt der getrockneten Zellen vorzugsweise auf 8,0 Gew.-% einzustellen ist, um die Umesterungsgeschwindigkeit zu steigern, oder mit anderen Worten, die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wird bevorzugt auf 300 ppm eingestellt.

Die Reaktionslösung mit der gleichen Zusammensetzung wie die oben erwähnte Reaktionslösung wurde in einen Reaktor in der in Abb. 2 gezeigten Reaktionsanlage eingefüllt und einer kontinuierlichen Umesterung unterzogen, so daß die mittlere Aufenthaltsdauer in dem Reaktor eine Stunde betrug. Der verwendete Reaktor (1) vom Rührtank-Typ hatte dabei einen inneren Durchmesser von 6 cm und eine Höhe von 15 cm, und die Wasserlöse-Einheit (2) bestand aus einem zylindrischen Turm mit einem inneren Durchmesser von 3 cm und einer Höhe von 10 cm, der mit Wasser gefüllt war. Die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wurde über den oben erwähnten Wassergehaltssensor analysiert und eingestellt durch Ein- oder Ausschalten der Umwälzpumpe (3). Die Reaktion wurde durchgeführt bei einer Temperatur von 40°C und bei einer Rührgeschwindigkeit von 350 UpM, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf konstant 300 ppm eingestellt wurde.

Die Triglycerid-Zusammensetzung wurde auf oben beschriebene Weise analyisiert und die Konzentration des gewünschten Produktes 1,3- Distearoyl-2-Oleyl-Glycerol (im folgenden als SOS bezeichnet) in der Reaktionslösung wurde 0,5, 1, 4, 10 und 20 Tage nach Beginn der Umesterung analysiert. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiele 2, 3 und Vergleichsbeispiel 1

In Beispiel 2 wurde die Umesterung der Reaktionslösung unter Verwendung der gleichen getrockneten Zellen und der gleichen Reaktionslösung wie im Beispiel 1 unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 unter Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf konstant 150 ppm durchgeführt.

In Beispiel 3 wurde das Verfahren von Beispiel 2 wiederholt mit der Ausnahme, daß die Wasserkonzentration auf 500 anstelle von 150 ppm eingestellt wurde.

Im Vergleichsbeispiel 1 wurde das Verfahren vom Beispiel 2 wiederholt mit der Ausnahme, daß die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung nicht eingestellt wurde.

Die Konzentration des gewünschten Produktes SOS wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert, und die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Wie anhand Tabelle 1 ersichtlich, war die Produktivität des Produktes in Beispiel 1, bei dem die Reaktionslösung der Reaktion unter Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 300 ppm unterworfen wurde im Vergleich mit den Produktivitäten im Vergleichsbeispiel 1 und den Beispielen 2 und 3 am höchsten. Wenn die eingestellte Wasserkonzentration zu hoch war wie in Beispiel 3 oder zu niedrig wie in Beispiel 2, wurde die Produktivität erniedrigt. Wenn die kontinuierliche Reaktion ohne Zugabe von Wasser wie im Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt wurde, lief nach einiger Zeit die Reaktion nicht weiter. Wenn jedoch die Reaktion unter Zugabe von Wasser durchgeführt wurde, um die Wasserkonzentration einzustellen, konnten die Produkte, die eine ebenfalls konstante Konzentration an SOS aufwiesen, sogar nach dem zweiten Tag und sogar über zwanzig Tage hergestellt werden.

Tabelle 1

Beispiel 4

Zu der Reaktionslösung, die einen Gewichtsteil Olivenöl, zwei Gewichtsteile Methylstearat und drei Gewichtsteile Hexan enthielt, wurden 0,5 Gewichtsteile des immobilisierten Enzymkatalysators gegeben, der durch Absorption eines Enzyms, gewonnen aus Rhizopus delemar, auf Celit hergestellt worden war. Anschließend wurde eine Umesterung durchgeführt, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung über einen Wassergehaltssensor bestimmt wurde und die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung eingestellt wurde.

Wie in Abb. 3 gezeigt, war der benutzte Reaktor (1) ein Reaktor vom Rührtank-Typ mit einer Stufe (innerer Durchmesser 6 cm × Höhe 15 cm), und die benutzte Wasserlöse-Einheit (2) war ebenfalls eine Einheit vom Rührtank-Typ (innerer Durchmesser 4 cm × Höhe 8 cm). Zur Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung wurde die Reaktionslösung konstant zirkuliert, und die benötigte Menge an Wasser wurde über die Wasserlöse-Einheit zugefügt und in der Reaktionslösung gelöst.

Der immobilisierte Enzymkatalysator wurde auf folgende Weise hergestellt. Als Rohmaterial wurde Enzym (hergestellt von Seikagaku Kogyo Kabushiki Kaisha), abgeleitet von Rhizopus delemar, verwandt. 0,3 Gewichtsteile des Enzyms auf 10 Gewichtsteile Wasser wurden aufgelöst, und dazu 2 Gewichtsteile Celit hinzugefügt, und im folgenden 50 Gewichtsteile Aceton hinzugefügt, um das Enzym auf die Oberfläche des Celits abzuscheiden. Zu dem immobilisierten Enzymkatalysator, der durch Filtration der obigen Mischung erhalten wurden, wurden 50 Gewichtsteile Aceton gegeben, und dadurch der Überschuß Wasser im immobilisierten Enzymkatalysator durch das Aceton extrahiert. Im Anschluß wurde die Mischung wiederum filtriert, wobei man einen halbgetrockneten immobilisierten Enzymkatalysator erhielt, der weiterhin über 24 Stunden unter reduziertem Druck getrocknet wurde, wobei man einen getrockneten immobilisierten Enzymkatalysator erhielt. Die Wasserkonzentration in dem erhaltenen getrockneten immobilisierten Enzymkatalysator betrug 3 Gew.-%.

Im folgenden wurde die dynamische Gleichgewichtsbeziehung von Wasser in der Reaktionslösung und dem immobilisierten Enzymkatalysator und die Beziehung zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Wasserkonzentration im Katalysator auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Auf Basis der Ergebnisse der obigen Untersuchung wurde die Umesterung der Reaktionslösung unter Einstellung der Wasserkonzentration im Katalysator auf 3,5 Gew.-% und Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 280 ppm eingestellt, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit einen Maximalwert erreicht. Die Analyse der Triglycerid-Zusammensetzung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, und die Konzentration des Produktes SOS in der Reaktionslösung 0,5, 1, 4, 10 und 20 Tage nach Beginn der Umesterung bestimmt. Die Werte sind in Tabelle 2 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Eine kontinuierliche Umesterung wurde unter Verwendung des gleichen immobilisierten Enzymkatalysators wie in Beispiel 4 und unter den gleichen Reaktionsbedingungen wie in Beispiel 4, jedoch ohne die Zufügung von Wasser durchgeführt. Die Konzentration des gewünschten Produktes SOS in der Reaktionslösung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Wie anhand der Tabelle 2 ersichtlich ist, war die Konzentration des Produktes SOS in der Reaktionslösung in Beispiel 4, bei dem die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung eingestellt wurde, bei einem nahezu konstanten Konzentrationswert in der Reaktionslösung schon nach dem zweiten Tag und sogar über einen Zeitraum von 20 Tagen erhalten. Im Gegensatz dazu nahm die Konzentration an Produkt SOS in der Reaktionslösung im Vergleichsbeispiel 2, bei dem die Wasserkonzentration nicht eingestellt wurde, langsam ab. Anhand der Ergebnisse wird ersichtlich, daß die Produktivität des Produktes im Beispiel 4, bei dem die kontinuierliche Reaktions unter Einstellung der Wasserkonzentration durchgeführt wurde, höher war als im Vergleichsbeispiel 2, bei dem die Reaktion ohne Zugabe von Wasser durchgeführt wurde.

Tabelle 2

Beispiel 5

Eine kontinuierliche Umesterung wurde durchgeführt unter Verwendung der Reaktionslösung aus einem Gewichtsteil Olivenöl, einem Gewichtsteil Caprylsäure und einem Gewichtsteil Hexan und den getrockneten Zellen aus Beispiel 1, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 auf 300 ppm eingestellt wurde. Die Zusammensetzung der Triglyceride in der Reaktionslösung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert, und die Konzentrationen des Produktes 1,3-Dicapryloyl-2-oleyl-glycerin (im folgenden als COC bezeichnet) in der Reaktionslösung wurden nach 1, 4, 10 und 20 Tagen nach Beginn der Umesterung bestimmt, und die Werte sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Beispiel 6

Eine Umesterung wurde kontinuierlich durchgeführt unter Verwendung der Reaktionslösung aus einem Gewichtsteil der Palmölfraktion mit dem mittleren Schmelzpunkt, einen Gewichtsteil der Schifettfraktion mit dem mittleren Schmelzpunkt und einem Gewichtsteil Hexan und den getrockneten Zellen wie im Beispiel 1, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 200 ppm auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 eingestellt wurde.

Die Zusammensetzung der Triglyceride wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert und die Konzentration des Produktes 1-Stearoyl-2- oleyl-3-palmitoyl-glycerin (im folgenden als SOP bezeichnet) in der Reaktionslösung wurde nach 1, 4, 10 und 20 Tagen nach Beginn der Umesterung bestimmt, und die Werte sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Wie anhand der Tabellen 3 und 4 der Beispiele 5 und 6 ersichtlich ist, kann die kontinuierliche Umesterung unter Einstellung der Wasserkonzentration in der Reaktionslösung durchgeführt werden und die Ausbeute der gewünschten Produkte wurden konstant auch über einen Zeitraum von 20 Tagen beibehalten.

Beispiel 7

Eine kontinuierliche Umesterung wurde durchgeführt, wobei man eine Reaktionsanlage wie in Abb. 5 gezeigt, getrocknete Zellen mit einer Wasserkonzentration von 4,0 Gew.-%, die durch zusätzliches Trocknen der getrockneten Zellen aus Beispiel 1 unter reduziertem Druck für 12 Stunden erhalten wurden, und die gleiche Reaktionslösung wie in Beispiel 1 benutzte, und wobei die Reaktionslösung so zirkulierte, daß die Aufenthaltsdauer im Reaktor 3 Stunden betrug, und wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 40 ppm eingestellt wurde. Der Reaktor (1) und die Wasserlöse-Einheit (2) wurden wie in Beispiel 1 verwandt. Die benutzte Wasserentfernungs-Einheit (14) war eine Füllkörpersäule aus Calciumchlorid mit einem inneren Durchmesser von 2 cm und einer Höhe von 30 cm. Die Zusammensetzung an Triglycerid wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert, und die Konzentration an getrocknetem Produkt SOS sind in Tabelle 5 gezeigt. Demgegenüber wurde die Konzentration an Diglycerid in der Reaktionslösung mittels Säulenchromatografie unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Eluent mit einer Flußgeschwindigkeit von 1 ml/min bei einer Temperatur von 30°C und Verwendung einer Serie von 4 Säulen, hergestellt von Shimadzu Corporation (Handelsname: HGS 15 und HGS 20), gemessen, wobei die Reaktionslösung in Fraktionen von Triglycerid, Diglycerid, Monoglycerid und Fettsäure aufgetrennt wurden. Die Fraktionen wurden über ein Refractometer RI analysiert. Die Konzentrationen an Diglycerid (im folgenden als DG bezeichnet) sind ebenfalls in Tabelle 5 gezeigt.

Beispiel 8 und Vergleichsbeispiel 3

In Beispiel 8 wurde eine kontinuierliche Umesterung unter Verwendung der gleichen getrockneten Zellen und der gleichen Reaktionslösung wie in Beispiel 7, unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 und Einstellung der Wasserkonzentration der Reaktionslösung auf 300 ppm durchgeführt.

Im Vergleichsbeispiel 3 wurde das Verfahren von Beispiel 8 wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung nicht eingestellt wurde.

Die Ergebnisse wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 7 analysiert, und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Wie anhand der Tabelle 5 ersichtlich ist, ist die Produktivität des Produktes in Beispiel 7, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 40 ppm eingestellt wird, die höchste im Verhältnis mit den Produktivitäten in den Vergleichsbeispielen 3 und im Beispiel 8. Im weiteren ist die Menge an gebildetem DG in Beispiel 7 niedriger als in Beispiel 8, und selbstverständlich kann die gebildete Menge DG zur Veredelung des Produktes SOS leicht enfernt werden. Zusätzlich tritt der Effekt auf, daß, wenn die Umesterung kontinuierlich ohne die Zugabe von Wasser durchgeführt wird wie in Beispiel 3, nach einiger Zeit die Reaktion nicht mehr weiterläuft. Demgegenüber können die gewünschten Produkte in einer nahezu konstanten Konzentration über einen Zeitraum von 20 Tagen erhalten werden, wenn die Reaktion unter Zugabe von Wasser zur Einstellung der Wasserkonzentration durchgeführt wird wie in den Beispielen 7 und 8.

Tabelle 5

Beispiel 9

Eine Chargen-Umesterung wurde durchgeführt, wobei man 0,5 Gewichtsteile der gleichen getrockneten Zellen wie in Beispiel 1 und eine Reaktionslösung aus einem Gewichtsteil Olivenöl und 4 Gewichtsteilen Palmitoleinsäure verwandte. Bei der Umesterung wurde eine Reaktionsanlage wie in Abb. 7 gezeigt verwendet. Die Wassergehalts-Einstelleinheit (8) in der in Abb. 7 gezeigten Reaktionsanlage wurde mit einer wäßrigen Lösung von Glycerin beladen, die so hergestellt wurde, daß die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 20 ppm eingestellt wurde. Nach einer Stunde wurde die Reaktion gestoppt und die Zellen aus der Reaktionslösung durch Filtration entfernt. Die Reaktionslösung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 analysiert. Die Konzentration an DG in der Reaktionslösung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 7 bestimmt. Die Konzentrationen des Produktes 1,3-Dipalmitoleyl-2-oleyl-glycerin (im folgenden als P′OP′ bezeichnet) und die des Nebenproduktes DG sind in Tabelle 6 gezeigt.

Beispiele 10, 11 und 12

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 9 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die wäßrige Lösung an Glycerin mit einer anderen Wasserkonzentration gegen eine Wassergehalts-Einstelleinheit ausgetauscht wurde, so daß die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf 50 ppm (Beispiel 10), 100 ppm (Beispiel 11) oder 250 ppm (Beispiel 12) eingestellt wurde. Im Anschluß wurde wie Chargen-Umesterung in Beispiel 10, 11 und 12 durchgeführt. Die Reaktionslösung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 7 analysiert und die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammen mit den Ergebnissen von Beispiel 9 gezeigt.

Tabelle 6

Anhand der Ergebnisse in Tabelle 6 kann gezeigt werden, daß je kleiner die eingestellte Wasserkonzentration in der Reaktionslösung war, desto kleiner war die Konzentration am Nebenprodukt DG.

Zusätzlich zu den Inhaltsstoffen, die in den Beispielen verwandt wurden, können andere Inhaltsstoffe in den Beispielen verwendet werden, wie bereits in der Beschreibung gezeigt, wobei im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur enzymatischen Umesterung von einem Fett oder Öl bei einem niedrigen Wassergehalt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktionslösung, die a) ein Fett oder Öl und b) ein Mitglied der Gruppe, die aus i) einem anderen Fett oder Öl, ii) einem Fettsäureester eines niederen Alkohols und iii) einer Fettsäure besteht, der Einwirkung einer Lipase in Form eines immobilisierten Enzymkatalysators unterzogen wird, wobei die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung im Verlauf der Reaktion kontinuierlich eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkonzentration in der Reaktionslösung auf Basis der Beziehung zwischen dem Wassergehalt, gebunden in dem immobilisierten Enzymkatalysator, und der Reaktionsgeschwindigkeit oder der Produktausbeute vorher festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der immobilisierte Enzymkatalysator aus getrockneten mikrobiellen Zellen oder immobilisierten getrockneten mikrobiellen Zellen besteht.