ES2288178T3 - Monogliceridos que contienen acidos grasos conjugados y procedimiento para producirlos. - Google Patents

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Takaya Rinoru Oil Mills Co. Ltd. Yamamoto
Kentaro Rinoru Oil Mills Co. Ltd. Tsutsumi
Yuji Shimada
Yomi Watanabe
Akio Sugihara
Yoshio Tominaga
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Abstract

Procedimiento para producir un monoglicérido que contiene ácido graso conjugado que comprende someter un ácido graso libre que contiene ácido graso conjugado y glicerol a esterificación y opcionalmente a glicerolisis en presencia de lipasa como catalizador, en el que (i) se emplea glicerol en una cantidad de 1-20 moles por mol del ácido graso libre que contiene un ácido graso conjugado, y (ii) se lleva a cabo la reacción (a) a 0-20ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más. (b) a 20-70ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más mientras que se deshidrata a presión reducida desde el inicio de la reacción, o (c) a 20-70ºC mientras que se deshidrata a presión reducida en el transcurso de la reacción hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más y después se enfría el sistema de reacción hasta 0-20ºC y se deja reposar el sistema a esta temperatura para que la reacción de glicerolisis avance.

Description

Monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados y procedimiento para producirlos.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
Esta invención se refiere a monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados y a un procedimiento para prepararlos. Más particularmente, esta invención se refiere a monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados que son útiles para tales fines como un emulsionante de alimentos y un aditivo para bebidas, y a un procedimiento para preparar los monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados mediante la reacción de esterificación del ácido graso libre que contiene ácidos grasos conjugados y glicerol como los sustratos en presencia de lipasa o mediante la reacción continua de esterificación y glicerolisis en el mismo sistema de reacción.
Técnica anterior
El ácido linoleico conjugado tiene una variedad de actividades fisiológicas tales como efectos anticarcinogénicos, que reducen la grasa corporal, antiarterioscleróticos y antialérgicos, y se usa como alimento saludable en forma de un ácido graso libre pero no en forma de un monoglicérido. Los ésteres de ácidos grasos de glicerol convencionales de ácidos grasos no conjugados se han usado como emulsionantes en diversos campos de alimentos, fármacos y productos cosméticos, y entre ellos los monoglicéridos se usan de la manera más conveniente. Los monoglicéridos convencionales de ácidos grasos no conjugados se producen industrialmente mediante la alcoholisis química de aceites y grasas con dos equivalentes molares de glicerol en presencia o en ausencia de catalizadores metálicos a altas temperaturas y altas presiones.
Sin embargo, los métodos químicos convencionales no pueden aplicarse a la preparación de monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados que contienen ácido linoleico conjugado inestable, y en este contexto, que los presentes inventores conozcan, no se han realizado informes concernientes a monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados y al procedimiento para prepararlos.
Además, los métodos para sintetizar los monoglicéridos de los ácidos grasos de cadena larga no conjugados que utilizan una reacción de enzima se describen por ejemplo en la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el publico nº 268299/1997 y la publicación de patente japonesa nº 12112/1992. La primera publicación propone el método para sintetizar de manera eficaz un monoglicérido mediante glicerolisis de un triglicérido en presencia de una lipasa derivada del género Pseudomonas. Sin embargo, cuando pretende prepararse un monoglicérido de ácido graso conjugado mediante el método, el monoglicérido puede prepararse sólo después de que el ácido graso conjugado, que está disponible normalmente en forma de un ácido graso libre, se convierta en primer lugar en un triglicérido. Además, la última publicación propone el método para preparar un monoglicérido esterificando un ácido graso libre y un glicérido en presencia de mono y diglicérido lipasa. En este método, la reacción se lleva a cabo a 30ºC, de modo que el contenido en monoglicérido en los glicéridos totales alcanza el 90% o más cuando el grado de esterificación es del 60% o inferior, mientras que se observa un diglicérido como un subproducto y los contenidos del monoglicérido y el glicérido
se vuelven sustancialmente equivalentes cuando el grado de esterificación se aumenta hasta un nivel del 90% o más.
Los ácidos grasos conjugados tienen una variedad de actividades fisiológicas y se emplean como alimentos saludables en los ácidos grasos libres tal como se describió anteriormente. Se espera que los ácidos grasos conjugados se suministren en forma de monoglicéridos para desarrollar los usos como los aditivos o emulsionantes para una variedad de alimentos, particularmente bebidas. Sin embargo, debido a la inestabilidad térmica de los ácidos grasos conjugados tal como se describió anteriormente, el método químico que se ha usado de manera convencional para la preparación de glicéridos de ácido graso no conjugado no puede aplicarse a la preparación de los glicéridos de ácido graso conjugado, y los métodos enzimáticos que se han propuesto hasta la fecha para la preparación de glicéridos de ácido graso no conjugado puede aplicarse de manera eficaz sólo para la glicerolisis que usa una lipasa derivada de un microorganismo específico (género Pseudomonas) como catalizador (publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público nº 268299/1997; J. Am. Oil. Chem. Soc., 68, 6-10, 1991) y para la reacción de esterificación en la que se mantiene el grado de esterificación a un nivel bajo (publicación de patente japonesa nº 12112/1992).
El documento WO 02/24935 (técnica anterior en Art. 54(3) EPC) da a conocer un método para la fabricación de glicéridos de ácidos grasos conjugados haciendo reaccionar ésteres alquílicos de ácidos grasos conjugados con glicerol en presencia de lipasa como catalizador. Puede aplicarse el método para la producción de glicéridos de ácidos linoleicos conjugados.
El documento WO 02/41706 (técnica anterior en Art. 54(3) EPC) se refiere a una composición bio-activa que comprende un glicérido de ácido linoleico conjugado, que puede ser un monoglicérido. El documento WO 02/41706 no describe la producción de monoglicéridos que contienen AGC (ácido graso conjugado) en presencia de un catalizador de lipasa.
J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 29(3), 389-394 (2000) es un artículo científico que da a conocer que se hizo reaccionar el cloruro de ácido linoleico conjugado sintetizado químicamente con glicerol en presencia de piridina, dando como resultado una composición de derivados de glicerol de CLA (ácido linoleico conjugado) que comprendía el 30,9% de monoglicérido del ácido linoleico conjugado, que se separó de la mezcla de reacción mediante cromatografía en gel de sílice (CGS) y cromatografía en capa fina (CCF).
El documento WO 00/18944 se refiere a triacilgliceroles que tienen un contenido de ácido linoleico conjugado enriquecido, y da a conocer la incorporación de ácido linoleico conjugado en varios tipos de glicéridos durante la esterificación de ácido linoleico conjugado con glicerol. También, el documento WO 00/18944 describe un procedimiento para producir gliceroles de ácido, que comprende la reacción de glicerol con una preparación de ácido graso que contiene más del 70% de ácido linoleico conjugado en presencia de un catalizador de lipasa.
El documento EP-A-0 191 217 describe un procedimiento para producir glicéridos y también específicamente de monoglicéridos sustancialmente libres de triglicéridos y diglicéridos, que comprende la reacción de glicerol con un ácido graso en presencia de catalizadores de lipasa. Los ácidos grasos usados en este procedimiento incluyen ácidos linoleico y linolénico. El uso de ácidos grasos conjugados no se menciona en el documento EP-A-0 191 217.
Sumario de la invención
El objeto de esta invención es proporcionar una técnica para preparar monoglicérido que contiene ácidos grasos conjugados, específicamente una técnica para preparar un éster de glicerol del ácido graso conjugado, en la que pueden emplearse todas las lipasas incluyendo monoglicérido lipasa, mono y diglicérido lipasa y triglicérido lipasa como catalizadores y pueden prepararse ésteres de glicerol del ácido graso conjugado que tienen un contenido en monoglicérido superior incluso si se aumenta el grado de esterificación.
En consideración a tales antecedentes técnicos, los presentes inventores han realizado examinaciones concienzudas para el fin de llevar a cabo el objeto descrito anteriormente.
Como resultado, se ha solucionado el problema subyacente de la presente invención mediante un procedimiento para producir un monoglicérido que contiene ácido graso conjugado que comprende someter un ácido graso libre que contiene ácido graso conjugado y glicerol a esterificación y opcionalmente glicerolisis en presencia de lipasa como catalizador, en el que
(i)
se emplea glicerol en una cantidad de 1-20 moles por mol del ácido graso libre que contiene un ácido graso conjugado, y
(ii)
se lleva a cabo la reacción
(a)
a 0-20ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más,
(b)
a 20-70ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más mientras que se deshidrata a presión reducida desde el inicio de la reacción, o
(c)
a 20-70ºC mientras que se deshidrata a presión reducida en el transcurso de la reacción hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más y después se enfría el sistema de reacción hasta 0-20ºC y se deja reposar el sistema a esta temperatura para que la reacción de glicerolisis avance.
Descripción detallada de la invención
Los monoglicéridos preparados mediante el método según esta invención son los monoglicéridos que contienen un ácido graso conjugado tal como se describió anteriormente y preferiblemente monoglicéridos que contienen el ácido graso conjugado en una cantidad del 50% o más (en los ácidos grasos totales esterificados con glicerol). Además, el monoglicérido es un monoglicérido de ácido graso conjugado que no contiene sustancialmente triglicéridos (el 2% o menos), pocos ácidos grasos libres (el 5% o menos) y una alta cantidad, normalmente del 50% o más, preferiblemente del 70% o más, más preferiblemente del 80% o más, particularmente del 90% o más de monoglicéridos dentro de los glicéridos (mono, di y tri) totales.
Los ácidos grasos conjugados incluyen preferiblemente por ejemplo ácido linoleico conjugado, ácido triénico conjugado (particularmente ácido linolénico conjugado), EPA conjugado, DHA conjugado, entre los que es típico el ácido linoleico conjugado.
A este respecto, la expresión "%" quiere decir en el presente documento el % en peso a menos que se indique lo contrario o excepto el caso en el que la expresión % sola definirá el significado (por ejemplo grado de esterificación).
Tales monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados pueden prepararse, tal como se describió anteriormente, sometiendo una mezcla de ácidos grasos que contiene el ácido graso conjugado y glicerol a reacciones de esterificación o esterificación y glicerolisis en presencia de lipasa como catalizador. El método según esta invención incluye realizaciones en las que se emplea la reacción de esterificación y una realización alternativa en la que se realizan las reacciones de esterificación y glicerolisis de manera continua en el mismo sistema de reacción.
El ácido graso libre que contiene el ácido graso conjugado usado en el método de esta invención puede incluir aquellos a partir de cualquier fuente que contenga un ácido graso conjugado tal como se describió anteriormente, preferiblemente aquellos que contengan el 50% o más, más preferiblemente el 70% o más del ácido graso conjugado. Ejemplos prácticos del ácido graso libre incluyen preferiblemente una mezcla de ácidos grasos libres que contienen, respectivamente, el 30% o más de isómeros de ácido linoleico conjugado c9-t11 y t10-c12, preparados mediante conjugación alcalina de un aceite que contiene ácido linoleico (por ejemplo aceite de cártamo y aceite de girasol) en presencia de propilenglicol o similares (por ejemplo, CLA-80: Rinoru Oil Mills. Co.). Los ácidos grasos libres también pueden ser una mezcla de ácidos grasos obtenidos a partir de grasas y aceites que contienen un ácido linoleico conjugado producidos por ejemplo por microorganismos tales como bacteria láctica (véase por ejemplo la patente estadounidense nº 6.060.304 en la que se usan lactobacilos). Además, los monoglicéridos de interés que tienen un alto contenido en ácido linoleico conjugado pueden obtenerse finalmente cuando se usan los ácidos grasos libres que tienen un alto contenido en ácido linoleico conjugado (por ejemplo del 90% o más) obtenidos mediante purificación hasta los niveles deseados con medios tales como el método de fraccionamiento de aducto de urea, el método de cristalización a baja temperatura, los métodos que usan reacciones selectivas con una enzima (lipasa) (véase por ejemplo, Lipids, 34, 979-987 (1999), J. Am. Oil Chem. Soc., 76, 1265-1268(1999), J. Am. Oil Chem. Soc., 79, 303-308 (2002)). Puede ajustarse el contenido en ácido linoleico conjugado hasta una razón deseada controlando de manera apropiada el nivel de purificación en los métodos descritos anteriormente y puede disminuirse de manera deseable diluyendo con ácidos grasos no conjugados.
La lipasa usada como catalizador puede ser una cualquiera de enzimas no purificadas, parcialmente purificadas o purificadas que reconocen glicéridos como sustrato e incluye monoglicérido lipasa, mono y diglicérido lipasa así como triglicérido lipasa. Particularmente se prefieren las enzimas producidas por microorganismos tales como Pseudomonas, Burkholderia, Alcaligenes, Bacillus, Candida, Geotrichum, Penicillium, Rhizopus, Rhizomucor, Mucor, Aspergillus, y Thermomyces y una enzima derivada del páncreas porcino. En general, estas enzimas están disponibles comercialmente y pueden obtenerse fácilmente.
La cantidad de lipasa que se usa como enzima, que se determina por las condiciones de reacción tales como el tiempo de reacción y la temperatura de reacción, no se define específicamente, pero puede fijarse de manera apropiada y puede añadirse en una cantidad de normalmente 1 U-10.000 U, preferiblemente de 5 U-1.000 U por g de mezcla de reacción. La frase 1 U de lipasa (triglicérido lipasa) quiere decir en el presente documento la cantidad de enzima que libera 1 \mumol de un ácido graso por minuto en la reacción de hidrólisis de aceite de oliva, y la frase 1 U de monoglicérido lipasa o mono y diglicérido lipasa quiere decir la cantidad de enzima que libera 1 \mumol de un ácido graso por minuto en la reacción de hidrólisis de monooleína. Puede usarse la enzima en forma de una de tipo libre o en forma inmovilizada sobre vehículos tales como resinas de intercambio iónico, resinas porosas, cerámicas y carbonato de calcio. Cuando se usa la enzima de tipo libre, se prefiere que la enzima esté disuelta en primer lugar en agua y se añada la disolución acuosa enzimática a una mezcla de reacción de modo que se añade la enzima en una cantidad predeterminada. A este respecto, el agente enzimático está disuelto preferiblemente en agua tan poco como sea posible. Además, cuando se usa una enzima soportada, no es necesario añadir agua al sistema de reacción.
La cantidad de glicerol añadido al sistema de reacción es uno de los factores importantes e influye particularmente en el grado de esterificación y en el contenido en monoglicéridos de la fracción de glicéridos. La cantidad de glicerol es de 1-20 moles, y preferiblemente de 2-10 moles por mol de un ácido graso libre. Cuando la temperatura de reacción se fija a 20ºC-70ºC, puede aumentarse el grado de esterificación aumentando la cantidad de glicerol hasta 7 moles o más por mol de ácido graso libre, incluso si una pequeña cantidad de agua derivada de la disolución enzimática presente en el sistema de reacción y el agua generada por la reacción de esterificación no se elimina de manera especial mediante procedimientos tales como presión reducida o similares. Además, mientras que la síntesis de mono, di y triglicéridos en la reacción a 20ºC-70ºC apenas se ve afectada por la cantidad de glicerol, en la reacción a baja temperatura de 0ºC-20ºC, la producción de di y triglicéridos como los subproductos pueden además suprimirse aumentando la cantidad de glicerol hasta 7 moles o más por mol de ácido graso libre además del efecto de la reacción a baja temperatura, potenciando así la razón de rendimiento de un monoglicérido con respecto al glicérido total.
El agua derivada de la disolución enzimática presente en el sistema de reacción y el agua generada mediante la reacción de esterificación afectará enormemente la reacción de esterificación en la que se mantiene baja la cantidad de glicerol (en cantidades del orden de desde equimolar hasta 3 ó 5 molar). En la reacción de este caso es posible acortar el tiempo hasta que la esterificación alcanza el 90% o más mediante deshidratación a presión reducida (normalmente a vacío de 0,5-5 mmHg de presión absoluta tras vacío) con un dispositivo de vacío tal como una bomba de vacío en el transcurso de la reacción por ejemplo en el momento en el que el grado de esterificación alcanza el 50-70% o al inicio de la reacción si la temperatura se ajusta a 20ºC-70ºC, y también para obtener un grado de esterificación superior.
A este respecto, el grado de esterificación en el presente documento quiere decir el porcentaje de ácidos grasos en el éster producido (glicérido) con respecto a los ácidos grasos totales en el sistema de reacción.
En una realización del presente método utilizando la reacción de esterificación a una temperatura en el intervalo de 0ºC-20ºC, tras el inicio de la reacción usando la mezcla de un sustrato y una enzima emulsionada mediante la operación de tipo agitación, se finaliza la operación de tipo agitación cuando la fluidez de la mezcla se disminuye junto con la evolución de la reacción y finalmente se solidifica y se mantiene el sistema a la temperatura descrita anteriormente hasta que la tasa de esterificación alcanza el 90% o más, preferiblemente el 95% o más. Se realiza otra realización del presente método a una temperatura en el intervalo de 20ºC-70ºC, en la que la reacción de esterificación se lleva a cabo de modo que se mantiene la emulsión mediante la operación de tipo agitación y se mantiene el sistema a la temperatura descrita anteriormente hasta que el grado de esterificación alcanza el 90% o más, preferiblemente el 95% o más mientras que se continua la operación de agitación.
La tercera realización del presente método utilizando la reacción de esterificación y la reacción de glicerolisis es un método en el que la reacción de esterificación se lleva a cabo con la mezcla de un sustrato y una enzima emulsionada mediante la operación de tipo agitación a 20-70ºC y se enfría rápidamente el sistema hasta 0-20ºC con la operación de tipo agitación vigorosa hasta que se solidifica la mezcla de reacción después de que el grado de esterificación alcanza el 90% o más, preferiblemente el 95% o más.
La reacción de esterificación hasta que se solidifica la mezcla de reacción se lleva a cabo preferiblemente con glicerol que tiene un tamaño de las partículas de fluido lo más pequeño posible y en estado de emulsión uniforme. Puede acortarse el tiempo de reacción si se disminuye el tamaño de las partículas de fluido de glicerol. Una variedad de medios para proporcionar la operación de tipo agitación puede aplicarse al método para producir un emulsión incluyendo diversas agitaciones (por ejemplo, estilos de agitación con una variedad de formas de rotores de agitación, agitadores, homogeneizadoras y mezcladoras), vibración (por ejemplo, tratamiento con sonicación), sistemas de pistones, sistemas con estructura de panal. Si se disminuye más el tamaño de las partículas de fluido, el área de contacto entre el glicerol y los ácidos grasos se aumenta adicionalmente, de modo que puede llevarse a cabo la reacción de esterificación de manera más eficaz. Pueden realizarse tales ajustes controlando de manera apropiada, por ejemplo, la producción de los medios descritos anteriormente.
En esta invención, la temperatura de reacción es especialmente importante. Cuando se preparan los monoglicéridos solo mediante la reacción de esterificación, la producción de di y triglicéridos como subproductos puede suprimirse fijando la temperatura de reacción a 0ºC-20ºC, preferiblemente 0ºC-15ºC. Además, cuando se ajusta la temperatura de reacción a 20ºC-70ºC, preferiblemente a 25ºC-50ºC, la producción de di y triglicéridos como subproductos puede suprimirse iniciando la deshidratación a presión reducida desde el inicio de la reacción.
Cuando se preparan los monoglicéridos avanzando de manera continua las reacciones de esterificación y glicerolisis en el mismo sistema de reacción, se producen los mono y diglicéridos en primer lugar realizando la reacción de esterificación a 20ºC-70ºC, preferiblemente a 25ºC-50ºC. La reacción de glicerolisis evoluciona eficazmente a 0ºC-20ºC, preferiblemente a 0ºC-15ºC, dando como resultado el aumento de la razón del monoglicérido en la fracción de glicérido. Sin embargo, con el fin de hacer evolucionar la reacción de glicerolisis tras la esterificación, se prefiere solidificar la mezcla de reacción enfriándola hasta la temperatura predeterminada para la reacción de glicerolisis con operación de tipo agitación fuerte tal como se describió anteriormente. En este caso, se prefiere solidificar rápidamente la mezcla enfriándola tan rápido como sea posible, pero la tasa descendente de temperatura relativamente baja no afectará significativamente a la reacción excepto que la solidificación requiere un tiempo más prolongado. Pueden realizarse estas asignaciones y ajustes de temperatura con termostatos convencionales o similares.
El periodo requerido para la reacción no se específica particularmente, puesto que se ve afectado enormemente por las condiciones de reacción tales como la temperatura, la cantidad de enzima y la cantidad de glicerol. La tasa de reacción aumenta junto con la temperatura y las cantidades de enzima y glicerol. En consideración a la funcionalidad, el tiempo de reacción en el método utilizando solo la reacción de esterificación, es preferiblemente durante 10 horas-1 semana, más preferiblemente durante aproximadamente 20-96 horas inclusive el tiempo de reacción después de terminar la operación de agitación a una temperatura de reacción de 0ºC-20ºC, aunque es preferiblemente durante 1-96 horas, más preferiblemente durante aproximadamente 10-72 horas si la reacción se realiza con deshidratación a presión reducida a una temperatura de reacción de 20ºC-70ºC. Además, el tiempo de reacción requerido para la esterificación, a una temperatura de reacción de 20ºC-70ºC, en el método en el que las reacciones de esterificación y glicerolisis se realizan de manera continua en el mismo sistema de reacción es preferiblemente durante 1-72 horas, más preferiblemente aproximadamente de 5-72 horas y en la reacción de glicerolisis posterior en la que se convierten los diglicéridos en monoglicéridos a una temperatura de reacción de 0ºC-20ºC, se prefiere dejar reposar la mezcla de reacción para que se enfríe rápidamente y se solidifique normalmente durante 5 horas-2 meses, preferiblemente durante 1-30 días, más preferiblemente durante aproximadamente 1-10 días. El tiempo de reposo depende enormemente de los medios de la operación de tipo agitación descrita anteriormente para el enfriamiento rápido y solidificación, y por tanto el tiempo de reacción puede acortarse en buena parte preparando una emulsión que tiene tamaños de partícula líquida pequeños de glicerol agitando fuertemente con aparatos de agitación tales como una homogeneizadora o una mezcladora manual para procesar alimentos, y manteniendo este estado mediante la solidificación.
A este respecto, si se genera espuma en la mezcla de reacción antes de la solidificación en la reacción de esterificación, los ácidos grasos conjugados tienden a oxidarse o a isomerizarse, y por tanto la mezcla de reacción se solidifica preferiblemente en condiciones sin generación de espuma o en corriente de nitrógeno.
Tal como se describió anteriormente, en las realizaciones que sólo utilizan la reacción de esterificación de lipasa, la operación de tipo agitación, el ajuste de la concentración de glicerol y la deshidratación apropiada a presión reducida en el transcurso de la reacción tal como anteriormente o la deshidratación a presión reducida desde el inicio de la reacción aumentan el grado de esterificación para dar el grado de esterificación del 90% o más, preferiblemente del 95% o más en un tiempo corto. Si se deja reposar la mezcla de reacción tras la solidificación a baja temperatura, el contenido en monoglicéridos de la fracción de glicéridos en la mezcla de reacción alcanza finalmente el 80% o más. Además, en la realización en la que la reacción de esterificación de lipasa y la reacción de glicerolisis se realizan de manera continua en el mismo sistema de reacción, la deshidratación apropiada a presión reducida particularmente en el transcurso de la reacción da como resultado el grado de esterificación de hasta el 90% o más, preferiblemente el 95% o más y la mezcla de reacción en este estado se solidifica completamente mediante la operación de tipo agitación vigorosa y el enfriamiento preferiblemente rápido y se deja reposar a baja temperatura para realizar adicionalmente la reacción de glicerolisis, dando como resultado así el contenido en monoglicéridos en la fracción de glicéridos en la mezcla de reacción del 80% o más.
Es posible preparar productos que comprenden los monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados como el componente principal mediante el método anteriormente mencionado.
Con el fin de refinar el monoglicérido de la mezcla de reacción (productos que comprenden los monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados como componente principal), si se desea, tras la reacción, es posible emplear cualquier método razonable entre los que la desacidificación habitual, desacidificación en disolventes, separación de membrana, destilación, cromatografía de intercambio iónico o similares, y cualquier combinación de estos métodos pueden eliminar los ácidos grasos libres y refinar los monoglicéridos en altas purezas. Son particularmente eficaces para tal purificación los métodos en combinación con el método de destilación y particularmente por ejemplo la mezcla de reacción puede cargarse en destilación molecular para eliminar los ácidos grasos libres que no han reaccionado como un corte y después para obtener fracciones de monoglicéridos refinadas mediante la destilación de los monoglicéridos.
Con respecto al método de refinamiento descrito anteriormente, un método es adecuado como procedimiento para la desacidificación y purificación de un producto de glicéridos que comprende o comprende como componente principal un monoglicérido, en el que se añade álcali al producto de glicéridos que comprende o comprende como componente principal un monoglicérido que contiene de manera concomitante un ácido graso libre para neutralizar de ese modo el ácido graso libre presente en el producto para producir un producto de saponificación y se añade un material que tiene un peso molecular superior que el monoglicérido y compatibilidad con el producto de saponificación para disminuir la concentración del producto de saponificación, que se somete después a destilación molecular para eliminar el producto de saponificación como residuo de destilación.
El método de desacidificación y purificación descrito anteriormente puede aplicarse eficazmente en el caso en el que sólo una pequeña cantidad (normalmente de 20 mg de KOH/g o menos de valor de ácido) de ácidos grasos libres está presente en un producto que contiene como componente principal el monoglicérido que contiene ácido graso conjugado descrito anteriormente (por ejemplo, monoglicérido que contiene ácido linoleico conjugado). Además, en la desacidificación y destilación descritas anteriormente, el método de desacidificación y purificación puede aplicarse en el caso en el que el ácido graso libre está presente de manera concomitante en la fracción residual (que comprende el monoglicérido que contiene ácido graso conjugado como componente principal) en el que se ha eliminado el ácido graso libre por destilación o el caso en el que se desea un refino adicional debido a la suposición de contaminación que queda todavía de ácido graso libre en las fracciones de monoglicérido con ácido graso conjugado que se obtienen como destilados mediante la destilación de la fracción residual como "el producto de glicéridos que comprende como componente principal el monoglicérido que contiene de manera concomitante los ácidos grasos libres". Los ejemplos preferidos se ilustran a continuación.
En primer lugar, se añade álcali (preferiblemente hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de calcio, etc.) en una cantidad equimolar a ácidos grasos libres presentes todavía de manera concomitante en el producto de glicéridos que contiene como componente principal el monoglicérido que contiene de manera concomitante los ácidos grasos libres para disminuir el valor de ácido hasta de 0-10 mg de KOH/g, preferiblemente de 0-5 mg de KOH/g, más preferiblemente de 0-3 mg de KOH/g, produciendo así el producto de saponificación de los ácidos grasos. Después se añade un material que tiene compatibilidad con el producto de saponificación y un punto de ebullición o peso molecular superior que el monoglicérido y se somete la mezcla a destilación molecular a 180ºC-250ºC a vacío de 0,5-0,005 mmHg. Tales materiales incluyen preferiblemente por ejemplo diglicéridos y triglicéridos y también pueden usarse ésteres de colesterol, ceras, ésteres de azúcar y similares. Puede realizarse la destilación molecular con aparatos de destilación molecular convencionales. Como resultado de la destilación molecular puede recuperarse el monoglicérido como destilado y pueden eliminarse como residuos de destilación los productos de saponificación, materiales añadidos compatibles con los productos de saponificación y sustancias de punto de ebullición superior (que comprenden diglicéridos y triglicéridos como componentes principales) contaminados en la mezcla de reacción (fracción de monoglicéridos). A este respecto, puede fijarse de manera apropiada la cantidad de los materiales compatibles con los productos de saponificación y puede destilarse de la manera más eficaz el monoglicérido y refinarse cuando la cantidad de los materiales se fija en la cantidad más baja de modo que la viscosidad del residuo de destilación puede disminuirse hasta un nivel en el que la operación de destilación no se alterará.
Como objeto de refinamiento, es decir, el producto de glicéridos que comprende o comprende como componente principal un monoglicérido que contiene de manera concomitante ácido graso libre, es posible usar un producto que comprende como componente principal un monoglicérido que contiene ácido graso conjugado obtenido mediante el método de esta invención como anteriormente y un producto parcialmente purificado del mismo (producto de refinamiento parcial en el que el ácido graso libre se ha eliminado parcialmente de la mezcla de reacción mediante destilación molecular) así como cualquier producto de glicéridos que comprende monoglicéridos que contienen de manera concomitante ácidos grasos libres tales como productos de glicéridos que contienen ácido graso no conjugado (que pueden contener di o triglicérido) obtenidos mediante métodos enzimáticos o químicos convencionales o productos parcialmente purificados de los mismos. Como ácido graso no conjugado en los productos de glicéridos que contienen ácido graso no conjugado, pueden darse como ejemplo los ácidos grasos no conjugados que corresponden a los ácidos grasos conjugados mencionados anteriormente, por ejemplo ácido linoleico.
En esta invención, se expresó el grado de esterificación mediante la cantidad de ácidos grasos que reaccionaron (la cantidad de ácidos grasos consumida en la reacción) con respecto a la cantidad de ácidos grasos libres antes de la reacción y se determinó la cantidad de ácidos grasos libres a partir del valor de ácido medido por alcalimetría. Se analizó la composición de los glicéridos extrayendo los glicéridos con benceno/cloroformo/ácido acético (50:20:0,5) seguido de cuantificación con un analizador CCF/FID (IATROSCAN). Se analizó la composición de los ácidos grasos en los monoglicéridos mediante la esterificación del metilo de los ácidos grasos constituyentes seguido de cromatografía de gas equipada con una columna capilar DB-23 (0,25 mm x 30 mm).
Ejemplos
Esta invención se ilustra además de manera específica a continuación en el presente documento con respecto a los ejemplos, pero no se limita a estos ejemplos.
Ejemplo 1 Efecto de la cantidad de glicerol: mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii
Se usó como mezcla de ácidos grasos libres que contenían ácido linoleico conjugado, el producto de Rinoru Oil Mills. Co. CLA-80 (c9,t11-CLA, 33,1%; t10,c12-CLA, 33,9%; c9,c11-CLA, 0,9%; c10,c12-CLA, 1,4%; otro CLA, 1,8%). Se llevó a cabo la reacción en una botella en forma de vial que tiene un volumen de 50 ml con agitación con un agitador a 500 rpm. Se incubó la mezcla de reacción que consistía en 5 g de un CLA-80/glicerol (1:1-10, mol/mol) y 0,1 ml de una disolución acuosa de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii (200 mg/ml, 10000 U/ml; Amano Enzyme; Lipasa G) con agitación a 30ºC durante 24 horas. Se muestran las composiciones de las mezclas de reacción y los grados de esterificación tras la reacción en la tabla 1. Cuando se llevó a cabo la reacción de esterificación a 30ºC, el grado de esterificación alcanzó el 90% o más con 7 moles de glicerol por mol de ácidos grasos libres sin deshidratación a presión reducida. Además, no se sintetizaron triglicéridos en la reacción y se sintetizaron los monoglicéridos y diglicéridos en la fracción de glicéridos aproximadamente en cantidades equimolares independientemente de las cantidades de glicerol usado como sustrato.
TABLA 1
1
Ejemplo 2 Efecto de la temperatura: mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii
Se incubó una mezcla de reacción que consistía en 5 g de CLA-80/glicerol (1:5, mol/mol) y 0,1 ml de una disolución acuosa de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii (10000 U/ml) con agitación con un agitador (500 rpm) a una temperatura en el intervalo de 5ºC-50ºC. Se muestran el grado de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción tras 5 horas y 24 horas de la reacción en la tabla 2. Se aumentó el grado de esterificación junto con el aumento de la temperatura de reacción. Cuando se fijó la temperatura de reacción a 30ºC o más, se produjeron diglicéridos como subproductos, pero se suprimió la conversión de monoglicéridos en diglicéridos en la reacción a 15ºC o menos.
TABLA 2
2
Ejemplo 3 Procedimiento para producir monoglicéridos que contienen ácido linoleico conjugado con reacción de esterificación solo en presencia de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii como catalizador
Se llevó a cabo la reacción en un matraz de fondo redondo de cuatro bocas que tenía un volumen de 1000 ml y se llevó a cabo la agitación con un WALL WETTER (KANSAI KAGAKU KIKAI SEISAKU (K.K.)). Se inició la reacción con una mezcla de 300 g de CLA-80/glicerol (1:3, mol/mol) y 6 ml de una disolución acuosa de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii (10000 U/ml) con agitación (250 rpm) a 5ºC. A medida que la fluidez de la mezcla de reacción se disminuyó con el paso de la reacción, se disminuyó la velocidad de agitación hasta 100 rpm tras 10 horas cuando el grado de esterificación alcanzó el 38,7%, y hasta 50 rpm tras 12 horas cuando el grado de esterificación alcanzó el 48%. El grado de esterificación alcanzó el 88,2% tras 24 horas de la reacción, se solidificó completamente la mezcla de reacción y no se observó ningún efecto de agitación, de modo que se detuvo la agitación. Después, se continuó la reacción con deshidratación a presión reducida a 3 mmHg durante 48 horas adicionales (tiempo de reacción total, 72 horas) mientras que se dejo reposar la mezcla de reacción con el fin de aumentar adicionalmente el grado de esterificación. Se muestran el grado de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción con el paso de la reacción en la tabla 3. Después de que la tasa de esterificación alcanzó el nivel constante, fue posible aumentar el grado de esterificación hasta un nivel del 97,1% mediante deshidratación a presión reducida. Además, cuando se llevó a cabo la reacción a baja temperatura, casi no se observaron diglicéridos como subproductos y el contenido en monoglicéridos de la fracción de glicéridos alcanzó el 97,0% cuando se completó la reacción.
TABLA 3
3
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Ejemplo 4 Procedimiento para producir monoglicéridos que contienen ácido linoleico conjugado con reacción de esterificación solo en presencia de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii como catalizador
Se llevó a cabo la reacción en un matraz de fondo redondo de cuatro bocas que tenía un volumen de 1000 ml, y se llevó a cabo la agitación con un WALL WETTER (KANSAI KAGAKU KIKAI SEISAKU (K.K.)). Se inició la reacción con una mezcla de 300 g de CLA-80/glicerol (1:5, mol/mol) y 6 ml de una disolución acuosa de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii (10000 U/ml) con agitación (280 rpm) a 30ºC. Al mismo tiempo del inicio de la reacción, se inició la deshidratación a presión reducida de 5 mmHg y se continuó la reacción durante 48 horas. Se muestran la tasa de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción con el paso de la reacción en la tabla 4. Fue posible aumentar el grado de esterificación hasta un nivel del 97,0%, estando la mezcla de reacción en estado líquido, mediante deshidratación a presión reducida desde el inicio de la reacción. Además, apenas se observaron diglicéridos como subproductos y el contenido en monoglicérido alcanzó el 89,3% cuando se completó la reacción.
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TABLA 4
5
6
Ejemplo 5 Procedimiento para producir monoglicéridos que contienen ácido linoleico conjugado con reacciones de esterificación y de glicerolisis en presencia de mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii como catalizador
Se inició la reacción con la misma composición de reacción usando el mismo aparato tal como se describió en el ejemplo 3 a 30ºC con agitación a 250 rpm. Tras 9 horas cuando la tasa de esterificación alcanzó el 84,0%, se continuó la reacción con deshidratación a presión reducida a 3 mmHg y con agitación hasta el tiempo de 72 horas. Se extrajo la mezcla de reacción en un vaso de precipitados, que se puso en agua helada para solidificar completamente la mezcla de reacción con agitación mediante una mezcladora manual de cocina, y se dejó reposar a 5ºC durante una semana. Se muestran el grado de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción con el paso de la reacción en la tabla 5. Se aumentó el grado de esterificación hasta un nivel del 96,5%, tras 72 horas, mediante deshidratación a presión reducida después de que éste alcanzase el nivel constante. Los monoglicéridos y los diglicéridos estaban presentes aproximadamente en cantidades equimolares en la fracción de glicéridos de la mezcla de reacción. Si la mezcla de reacción extraída se solidificó y después se dejó reposar a 5ºC, se convirtieron los diglicéridos en monoglicéridos experimentando glicerolisis. Después de una semana (periodo de reacción total, 10 días), aumentó el contenido en monoglicéridos en la fracción de glicéridos hasta el 95,0% aunque el grado de esterificación no cambió de manera sustancial.
TABLA 5
7
Ejemplo 6 Procedimiento para producir monoglicéridos con ácido linoleico conjugado con reacción de esterificación solo en presencia de lipasa de Candida rugosa como catalizador
Se llevó a cabo la reacción usando el mismo aparato que en el ejemplo 3. Se inició la reacción con una mezcla de 300 g de CLA-80/glicerol (1:5, mol/mol) y 7,5 ml de una disolución acuosa de lipasa de Candida rugosa (100 mg/ml; 35000 U/ml; Meito Sangyo Co., Ltd.; Lipasa OF) con agitación (250 rpm) a 5ºC. A medida que la fluidez de la mezcla de reacción se disminuyó con el paso de la reacción, se disminuyó la velocidad de agitación hasta 100 rpm tras 4 horas cuando el grado de esterificación alcanzó el 37,7%, y hasta 50 rpm tras 7 horas cuando el grado de esterificación alcanzó el 55,8%. El grado de esterificación alcanzó el 88,1% tras 24 horas de la reacción, se solidificó completamente la mezcla de reacción y no se observó ningún efecto de agitación, de modo que se detuvo la agitación. En la reacción, el grado de esterificación alcanzó el 95% o más sin deshidratación a presión reducida y por tanto no se realizó la deshidratación durante la reacción. Se muestran el grado de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción con el paso de la reacción en la tabla 6. Debido a la reacción de esterificación a baja temperatura, apenas se observaron diglicéridos y triglicéridos como subproductos. El contenido en monoglicéridos en la fracción de glicéridos aumentó hasta el 95,4% cuando se completó la reacción.
TABLA 6
8
Ejemplo 7 Procedimiento para producir monoglicéridos que contienen ácido linoleico conjugado con reacciones de esterificación y glicerolisis en presencia de lipasa de Alcaligenes como catalizador
Se llevó a cabo la reacción usando el mismo aparato que en el ejemplo 3. Se inició la reacción con una mezcla de 300 g de CLA-80/glicerol (1:3, mol/mol) y 33 ml de una disolución acuosa de lipasa de Alcaligenes sp. (50 mg/ml; 1800 U/ml; Meito Sangyo Co., Ltd.; Lipasa OF) con agitación (250 rpm) a 30ºC. Tras 20 horas cuando la tasa de esterificación alcanzó el 36,4%, se continuó la reacción con deshidratación a presión reducida a 3 mmHg y con agitación hasta 30 horas. Se extrajo la mezcla de reacción a un vaso de precipitados, que se puso en agua helada y se agitó con una mezcladora manual de cocina, pero no se solidificó y se dejó reposar a 5ºC durante un día. Aunque se solidificó la mezcla de reacción, se calentó para proporcionar fluidez, se enfrió en agua helada para solidificar completamente la mezcla de reacción con agitación con una mezcladora y después se dejó reposar a 5ºC durante 4 días. Se muestran el grado de esterificación y las composiciones de la mezcla de reacción con el paso de la reacción en la tabla 7. Después de que el grado de esterificación alcanzó el nivel constante, la deshidratación a presión reducida aumentó el grado de esterificación hasta un nivel del 96,4% tras 30 horas. La fracción de glicéridos en la mezcla de reacción contenía mono, di y triglicéridos. La mezcla de reacción extraída se dejó reposar a 5ºC y se solidificó agitando en el transcurso de la reacción. Por tanto, se convirtieron los di y triglicéridos en monoglicéridos experimentando glicerolisis. El contenido en monoglicéridos de las fracciones de glicéridos tras 150 horas del tiempo de reacción total aumentó hasta el 90,3% y el grado de esterificación no se cambió dejando reposar a baja temperatura.
TABLA 7
9
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Ejemplo 8 Contenido en ácido linoleico conjugado en monoglicéridos
Tras disolver las mezclas de reacción preparadas en los ejemplos 3-7 calentando, se recuperaron las fases de aceite mediante centrifugación a 7000 x g. Se metilaron los ácidos grasos en las fracciones de glicéridos mediante los métodos convencionales usando metilato de Na como catalizador y se analizaron las composiciones y se determinaron cuantitativamente mediante cromatografía de gas. Se muestran los resultados en la tabla 8. Los ácidos grasos en las fracciones de glicéridos tenían las mismas composiciones que los de CLA-80 usado como material de partida. Se encontró a partir de estos resultados que la mono y diglicérido lipasa de Penicillium camembertii, lipasa de Candida rugosa y lipasa de Alcaligenes reconocían igualmente todas la especies de ácidos grasos contenidas en CLA-80. Por tanto, fue posible preparar los monoglicéridos que tenían las mismas composiciones que las de los ácidos grasos contenidos en el material de partida usando el método ilustrado en el presente documento.
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TABLA 8
11
12
Ejemplo 9 Purificación de monoglicéridos mediante método de destilación
A 200 g de la mezcla de reacción (que tenía un valor de ácido de 6,01 mg de KOH/g) obtenida en el ejemplo 5, se añadieron 4,28 ml de KOH 5 N, seguido de 200 g de aceite de cártamo. Tras la deshidratación, se cargó la mezcla en un aparato de destilación molecular (Sinko Pantec Co., Ltd.; Wiprene type 2-03) para refinar los monoglicéridos. En primer lugar, después de que se eliminaron los materiales (7,9 g) de bajo punto de ebullición a 120ºC a vacío de 0,2 mmHg, se continuó adicionalmente la deshidratación a 180ºC a vacío de 0,2 mmHg para dar 9,1 g de un destilado. Los ácidos grasos se destilan convencionalmente en esta condición de destilación. Sin embargo, el resultado de que los monoglicéridos no se destilaron reveló que los ácidos grasos libres y los monoglicéridos pueden fraccionarse de manera aproximada mediante destilación molecular. A continuación, se realizó la destilación a 200ºC a vacío de 0,005 mmHg para dar 181,3 g de un destilado. El destilado tenía un valor de ácido de 1,8 mg de KOH/g y una razón en peso de monoglicérido/diglicérido/ácido graso libre de 97,2:1,9:0,9. Por tanto, se reconoció que los ácidos grasos libres contenidos de manera concomitante en una pequeña cantidad en la mezcla se eliminan de manera eficaz mediante el método de fraccionamiento por destilación tras la saponificación.
Ventajas obtenidas mediante la presente invención
Tal como se describió anteriormente, esta invención puede proporcionar monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados (normalmente ácido linoleico conjugado) que contiene una alta razón de monoglicérido.
Según el procedimiento de la invención, pueden usarse todos los tipos de lipasas (incluyendo monoglicérido lipasa, diglicérido lipasa y triglicérido lipasa) como catalizador y pueden prepararse monoglicéridos que contienen ácidos grasos conjugados que contienen una alta razón de monoglicéridos tal como se describió anteriormente.
Además, mediante el uso de lipasa como catalizador, es posible esterificar el 90% o más de los ácidos grasos conjugados y aumentar el contenido en monoglicérido con ácido graso conjugado en la fracción de glicéridos hasta un nivel del 80% o más usando la reacción de esterificación en la que se hacen reaccionar los ácidos grasos conjugados y glicerol a baja temperatura, o usando la combinación de la reacción de esterificación a alta temperatura y la reacción de glicerolisis a baja temperatura en el mismo sistema de reacción.

Claims (5)

1. Procedimiento para producir un monoglicérido que contiene ácido graso conjugado que comprende someter un ácido graso libre que contiene ácido graso conjugado y glicerol a esterificación y opcionalmente a glicerolisis en presencia de lipasa como catalizador, en el que
(i)
se emplea glicerol en una cantidad de 1-20 moles por mol del ácido graso libre que contiene un ácido graso conjugado, y
(ii)
se lleva a cabo la reacción
(a)
a 0-20ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más,
(b)
a 20-70ºC hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más mientras que se deshidrata a presión reducida desde el inicio de la reacción, o
(c)
a 20-70ºC mientras que se deshidrata a presión reducida en el transcurso de la reacción hasta que el grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más y después se enfría el sistema de reacción hasta 0-20ºC y se deja reposar el sistema a esta temperatura para que la reacción de glicerolisis avance.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en las condiciones de reacción (a)
-
se forma una emulsión de una mezcla de un sustrato y una enzima mediante la operación de tipo agitación para llevar a cabo la reacción,
-
se detiene la operación de tipo agitación cuando la fluidez de la emulsión se disminuye y solidifica, y
-
se mantiene la reacción a la temperatura predeterminada hasta que al grado de esterificación alcanza un nivel del 90% o más.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en las condiciones de reacción (a) la velocidad de esterificación y el grado de esterificación están potenciados mediante la deshidratación a presión reducida en el transcurso de la reacción.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en las condiciones de reacción (c)
-
se forma una emulsión de una mezcla de un sustrato y una enzima mediante la operación de tipo agitación para llevar a cabo la reacción de esterificación, y
-
después de que el grado de esterificación alcanza el nivel del 90% o más, se enfría rápidamente el fluido de reacción con la operación de tipo agitación fuerte hasta que éste se solidifica.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el ácido graso conjugado es ácido linoleico conjugado.
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