JP2001169796A

JP2001169796A - 油脂類の加水分解方法

Info

Publication number: JP2001169796A
Application number: JP36072299A
Authority: JP
Inventors: Masami Shimizu; 雅美清水; Toshiteru Komatsu; 利照小松; Yoshinori Arai; 賢紀新居; Naoto Yamada; 直人山田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】固定化酵素を使用して油脂類を加水分解する
に際し、反応液の反応滞留時間を短縮し、固定化酵素の
活性をより有効に発現させる方法を提供する。【解決手段】固定化酵素を充填した充填層への反応液
の通液線速度を５０〜４００mm／分、かつ（反応液の充
填層滞留時間）と（固定化酵素活性）の積が１００００
分・Ｕ／ｇ以下である油脂類の加水分解方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定化酵素を充填
した充填層で油脂類を加水分解反応させるにあたって、
固定化酵素の活性をより有効に発現させて、反応効率を
高め生産性をアップする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固定化酵素を用いた油脂類の加水分解方
法としては、非連続的な攪拌型反応装置を用いた方法の
他に、充填塔（固定床）型、流動床型、膜型等の反応装
置を用いた連続的な方法がある。しかし、これらの技術
では、固定化酵素の活性発現効率が低く、且つ酵素の脱
離により活性が低下する。

【０００３】縦型充填塔の上下より反応液となる水及び
油脂を向流的に通液し、接触させる方法（特開昭６１−
８５１９５号）は、反応液を連続相として固定化酵素と
接触させるために、水と油脂の乳化を避ける必要上、通
液速度が７．６×１０^-3mm／分と極めて小さく、反応に
要する滞留時間も数十〜数百時間と長時間に渡ってい
る。更にこの方法では充填塔に２液を向流的に供給する
ため、特殊な仕組みと運転方法が必要となるという問題
もある。水及び油脂を並流的に同一方向で通液し、接触
させる方式でも同じように滞留時間が長いという問題が
ある。流動床型反応装置を使った方法（例えば J. Am.
Oil Chem. Soc. 72 巻 1281頁, 1995年）は、滞留時間
が４０時間と長時間に渡り、短時間での高加水分解収率
が得られていない。また、膜型反応装置を使った方法
（例えば J. Am. Oil Chem. Soc. 62巻, 1016頁, 1985
年）は、反応液の酵素固定膜への透過性が悪く、加水分
解反応速度が非常に遅いものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の固定
化酵素に基質である油脂類を通過させて加水分解する方
法においては、酵素としての反応効率を高めるためには
酵素と基質との接触時間を長くする必要があることから
反応液の滞留時間が長くなり、その結果生産性が低くな
るという問題があった。一方、滞留時間を長くしたから
といって、酵素充填層内で反応は平衡に達してしまうこ
とから、酵素としての反応効率は上昇せず、酵素活性を
十分に活用しているとは言えなかった。従って、本発明
の目的は基質と酵素との接触時間が短時間で、かつ酵素
としての反応効率が高く、生産性の高い油脂類の加水分
解方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記接触
時間の短縮と酵素の反応効率という相反する課題を両立
させるべく種々検討したところ、固定化酵素の充填層に
油相基質と水相基質とを同一方向で供給する方式を採用
し、かつ通液線速度及び反応液の充填層滞留時間及び固
定化酵素の活性を一定範囲のものとすれば、充填層内で
の反応の平衡状態を回避することができ、酵素が本来発
現すべき活性を最大限発現させることができ、工業的に
有利に油脂類を加水分解できることを見出した。

【０００６】即ち、本発明は固定化酵素を充填した充填
層に油相基質と水相基質とを同一方向で供給する油脂類
の加水分解方法であって、反応液の通液線速度が５０〜
４００mm／分であり、かつ反応液の充填層滞留時間と固
定化酵素の活性の積が１００００分・Ｕ／ｇ以下である
ことを特徴とする油脂類の加水分解方法を提供するもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の油脂類の加水分解方法で
使用する油脂類とは、油脂（トリグリセライド）、ジグ
リセライド、モノグリセライド及びこれらの混合物であ
って遊離脂肪酸を含有していても良い。これらのうち油
脂が好ましい。油相基質には、油脂類の他に脂肪酸モノ
アルキルエステル等を含有しても良い。水相基質は水、
グリセリン等の水溶性物質又はその混合物であって、水
が好ましい。水は水道水、井戸水、蒸留水、イオン交換
水等のいずれでも良いが、イオン交換水が好ましい。

【０００８】本発明の反応液は、油脂類を含有する油相
基質と水相基質とを所定の混合比率で混合させたもので
あって、充填層内で油相基質と水相基質が同一方向で供
給されれば良く充填層で加水分解反応が進行する以前に
既に混合される。混合方法は予め基質供給槽において、
一般的に使用される攪拌機を用いて油相基質と水相基質
を混合する方法、定量ポンプ等で別々に送液し、加水分
解反応が行なわれる固定化酵素充填層に供給される工程
の途中で又は直前に強制的に混合する方法等が適宜選択
されるが、充填層内で油相基質と水相基質とが所定の割
合で混合していれば、何れの方法を用いても良い。反応
液の油相基質と水相基質との混合割合は、所望の加水分
解率に経験的に適合させれば良いが、概ね、油相基質の
油脂類１００重量部に対して、水相基質は２５〜１００
重量部を混合するのが良い。

【０００９】固定化する酵素は、油脂類を加水分解する
ものであれば特に制限なく使用でき、例えばリパーゼ、
エステラーゼ等が挙げられる。また酵素の選択性はラン
ダムタイプ、α位置選択タイプ等任意選択することがで
き、高い分解率を希望する場合は、ランダムタイプの酵
素が好ましい。酵素としては、リパーゼが好ましく、リ
ゾプス（Rizopus）属、アスペルギルス（Aspergillus）
属、クロモバクテリウム（Chromobacterium）属、ムコ
ール（Mucor）属、シュードモナス属（Pseudomonas）
属、ジオトリケム（Geotrichum）属、ペニシリウム（Pe
nicilium）属、キャンデイダ（Candida）属等の微生物
起源のリパーゼ及び膵臓リパーゼ等の動物リパーゼが例
として挙げられ、特にシュードモナス（Pseudomonas）
属、キャンデイダ（Candida）属が好ましい。

【００１０】酵素の固定化は、適当な担体に酵素を固定
化すればよい。当該担体としては、イオン交換樹脂やセ
ラミック等々の公知の担体が使用できる。高い酵素活性
の発現を得るためには、イオン交換樹脂が好ましい。イ
オン交換樹脂の材質や特性、及びイオン交換基に関して
は、吸着する酵素の吸着活性や、活性発現性を考慮して
選択すれば良いが、陰イオン交換樹脂が良く、フェノー
ルホルムアルデヒド系、ポリスチレン系、アクリルアミ
ド系、ジビニルベンゼン系等が挙げられ、特に、フェノ
ールホルムアルデヒド系樹脂（例えば商品名 Duolite A
-568）が好ましい。本発明のように通液線速度を高めた
場合の充填層内での圧力損失を低下させるためには、担
体の重量平均粒径（篩法）は、１００〜１０００μｍ、
特に１５０〜５００μｍの粒径範囲のものが好ましい。
使用する担体の粒子径は、充填層に反応液を通液した際
に発生する圧力損失、通液速度の観点から担体の物理的
強度以下になるように決められる。また、担体の細孔径
（ＢＥＴ法）は１００〜１５００Å、特に１５０〜１０
００Åが酵素の固定化量の点から好ましい。

【００１１】固定化酵素は高活性を発現させるために公
知の処理（特開平９−２５７号、特開平１−１５３０９
０号等）を施しても良いが、例えば、酵素を多孔性の陰
イオン交換樹脂からなる固定化担体に吸着固定した後に
油脂で処理する方法（特願平１０−３５０９２０号）が
挙げられる。また、固定化前に該担体を油脂類、炭素数
８〜１８の脂肪酸の１価アルコールエステル、ポリグリ
セリンエステル、ソルビタンエステル、ショ糖エステル
等で予め処理してから固定化しても良い。この際前処理
に用いる物質は乾燥した担体１重量部に対し、０．０１
〜１重量部、特に０．０５〜０．５重量部であることが
好ましい。

【００１２】固定化温度は、酵素の特性によって選択さ
れるが酵素活性が失われない。０〜６０℃、好ましくは
５〜４０℃の範囲で行なうのが良い。酵素水溶液のpH
は、酵素の特性によって選択されるが、pH３〜９の範囲
で行なうのが良い。これらのpHは酢酸緩衝液、リン酸緩
衝液、トリス塩酸緩衝液等のpH緩衝液を用いて維持する
のが良い。固定化担体と酵素との比率は、固定化担体１
重量部に対して、酵素０．０５〜１０重量部、特に０．
１〜５重量部であることが好ましい。固定化後に油脂で
処理する場合、用いる油脂としては、ナタネ油、大豆
油、コーン油、オリーブ油、牛脂、魚油等に挙げられる
が、油脂を加水分解する場合は、加水分解をする油脂と
同一油脂を用いるのが良い。

【００１３】固定化酵素の加水分解活性は、２０Ｕ／ｇ
以上、好ましくは１００〜１００００Ｕ／ｇ、特に好ま
しくは５００〜５０００Ｕ／ｇ、更に好ましくは１００
０〜５０００Ｕ／ｇの活性を有するのが好ましい。ここ
で酵素の１Ｕは、４０℃において、油脂：水＝１００重
量部：２５重量部の混合液を攪拌混合しながら３０分間
加水分解をさせたとき、１分間に１μmolの遊離脂肪酸
を生成する酵素の分解能を示す。

【００１４】固定化酵素を充填した充填層に反応液は、
油相基質及び水相基質を所定の混合割合で供給される。
この際、油相基質と水相基質とが同一方向で充填層に供
給される方式が、安定した高加水分解率が得られる運転
が可能となり、反応に使う充填塔を非常に簡便な装置と
することができる利点を有する。

【００１５】反応液の通液線速度は、５０〜４００mm／
分、好ましくは１００〜２００mm／分であって、この通
液線速度は次の様に定義される。通液線速度（mm／分）＝１分間当りの通液量（mm³／
分）÷充填層断面積（mm²）

【００１６】通液線速度の上限値は、固定化酵素の活性
とも関係するが、通液線速度を上げることによる充填塔
内圧力の増大に伴ない、通液が困難となり、耐圧性の高
い充填塔が必要となる他に、固定化酵素が塔内圧力増加
により破砕される場合が生じることもあり、これ以上は
望ましくない。充填層での反応液の滞留時間は、加水分
解反応の平衡の観点から固定化酵素の活性をより有効に
引き出すために、好ましくは０．１〜２．５分、特に
０．５〜１分が好ましい。滞留時間（分）とは、充填層
の厚み（mm）を通液線速度（mm／分）で割った値で表わ
される。

【００１７】本発明の油脂類の加水分解方法では、反応
液の充填層滞留時間と固定化酵素の活性の積が、１００
００分・Ｕ／ｇ以下であることを要し、特に５００〜９
０００分・Ｕ／ｇであるのが好ましい。

【００１８】本発明の油脂類の加水分解方法では、反応
液を固定化酵素を充填した充填塔の充填層に１度、所要
条件の下に通液することにより、良好な所望の加水分解
収率を得ることができる。

【００１９】本発明の油脂類の加水分解法では、基質供
給槽において油相基質と水相基質を攪拌混合しながら、
ポンプ等で所要条件下に充填塔へ通液し反応を行い、充
填塔を流出した反応液を基質供給槽に戻し、所望の分解
率が得られるまで繰り返し反応させても良い。また、基
質供給槽で攪拌混合することなく、油相基質と水相基質
を別々に抜き出し、充填塔入口に通ずる配管等の中で混
合して、充填塔に所要条件で通液し反応を行い、充填塔
を流出した反応液を基質供給槽に戻し、この基質供給槽
内で油水を静置分離しながら、所望の分解率が得られる
まで繰り返し反応させても良い。この時生成物であるグ
リセリンを除去するための装置（グリセリン抽出槽）で
反応液を水相基質と接触させ、グリセリンを除去しても
良い。

【００２０】

【発明の効果】高活性の固定化酵素充填層にて、油相基
質及び水相基質とを所定条件下にて反応させることによ
り、固定化酵素の活性をより有効に発現させ加水分解反
応効率を高め生産性がアップする。

【００２１】

【実施例】固定化酵素の調製ＤｕｏｌｉｔｅＡ−５６８（ダイヤモンドシャムロック
社製、粒径分布１００〜１０００μｍ、ｄ５０＝４００
μｍ、樹脂耐圧１０kg／cm²以下）１重量部をＮ／１０
のＮａＯＨ溶液１０重量部中で１hr攪拌した。ろ過した
後１０重量部のイオン交換水で洗浄し５００mMの酢酸緩
衝液（pH７）１０重量部でpHの平衡化を行なった。その
後５０mMの酢酸緩衝液（pH７）重量部で２hrづつ２回pH
の平衡化を行なった。この後ろ過を行ない担体を回収し
た後、エタノール５重量部でエタノール置換を３０分行
なった。ろ過した後、リシノール酸を１重量部含むエタ
ノール５重量部を加え３０分間、リシノール酸を担体に
吸着させた。その後ろ過し、担体を回収し、５０mMの酢
酸緩衝液（pH７）５重量部で３０分づつ４回洗浄し、エ
タノールを除去し、ろ過して担体を回収した。その後市
販のリパーゼ（リパーゼＡＹアマノ天野製薬（株）
製）０．２５〜１重量部を５０mMの酢酸緩衝液（pH７）
９重量部に溶解した酵素液と５時間接触させ、固定化を
行なった。ろ過し固定化酵素を回収して５０mMの酢酸緩
衝液（pH７）１０重量部で洗浄を行ない、固定化してい
ない酵素やタンパクを洗浄した。その後実際に分解を行
なう大豆油を４重量部加え１２時間攪拌した。以上の操
作はいずれも２０℃で行なった。その後ろ過して油脂と
分離し、固定化酵素とした。１０００、１５００、２０
００、３５００Ｕ／ｇ（乾燥重量）の活性（発現すべき
活性）を示す固定化酵素が得られた。

【００２２】固定化酵素による加水分解反応上記方法で調製した固定化酵素をジャケット付きステン
レス製カラムに１６ｇ（乾燥重量）充填した。大豆油１
６０ｇと蒸留水９６ｇをジャケット付きガラス製攪拌槽
（基質供給槽）に仕込み、４００rpm で攪拌して反応液
を調製後、攪拌槽底部より反応液を定量ポンプで送液
し、４０℃の反応温度で加水分解反応を行なった。反応
液の充填層滞留時間（Ａ）及び固定化酵素活性（Ｂ）を
変化させて加水分解反応を行なった結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】固定化酵素の見掛け活性は、各加水分解反
応において生成した遊離脂肪酸量から、使用した固定化
酵素の活性を逆算した値である。

【００２５】反応液の充填層滞留時間（Ａ）と固定化酵
素の活性（Ｂ）の積（Ａ）×（Ｂ）が１００００分・Ｕ
／ｇを超える反応条件では、使用した固定化酵素の発現
すべき活性の７３％以下の見掛け活性しか示さなかった
のに対し、１００００分・Ｕ／ｇ以下の反応条件では、
いずれも８０％を超える見掛け活性を示し、固定化酵素
の活性が有効に発現した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新居賢紀茨城県鹿島郡神栖町東深芝20 花王株式会社研究所内 (72)発明者山田直人茨城県鹿島郡神栖町東深芝20 花王株式会社研究所内Ｆターム(参考） 4B064 AD87 CA21 CA35 CB03 CC03 CC05 CD22 DA16 4H059 AA04 BC03 BC13 BC48 CA38 CA96

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定化酵素を充填した充填層に油相基質
と水相基質とを同一方向で供給する油脂類の加水分解方
法であって、反応液の通液線速度が５０〜４００mm／分
であり、かつ反応液の充填層滞留時間と固定化酵素の活
性の積が１００００分・Ｕ／ｇ以下であることを特徴と
する油脂類の加水分解方法。