JP2005304361A - 油脂のエステル交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アシドリシスを行う場合でも、また、脂肪酸を含有する油脂であっても問題なく使用でき、簡単な操作により、エステル交換に使用するリパーゼの寿命を延長することのできる油脂のエステル交換反応方法を提供すること。
【解決手段】リパーゼを触媒として使用して油脂のエステル交換を行う方法において、原料油脂を活性白土等の酸性吸着剤存在下で、リジン、ヒスチジン等の塩基性アミノ酸処理を行った後、リパーゼと接触させる、油脂のエステル交換反応方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、リパーゼの活性低下を抑制できる油脂のエステル交換方法に関する。

従来からリパーゼを触媒として使用した油脂のエステル交換反応によって油脂の改質を行う方法が広く行なわれている。この方法において、触媒であるリパーゼの寿命は、該方法の経済性及び生産の安定性に関わる重要な問題である。上記の油脂の改質方法においてリパーゼの寿命を延長させるために、原料油脂をアルカリ金属等のアルカリ性物質と接触させる方法（例えば特許文献１参照）、あるいは原料油脂をアルカリ処理した多孔性物質と接触させる方法（例えば特許文献２参照）、原料油脂を塩基性アミノ酸で処理する方法（例えば特許文献３参照）、あるいは原料油脂をアミノ基含有物質で処理する方法（例えば特許文献４参照）、また、極端に酸化劣化した油脂の場合は活性白土等の吸着剤や還元剤と接触させて精製した油脂を用いる方法（例えば特許文献５参照）などの方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されている方法は、原料油中に脂肪酸が存在する場合、脂肪酸がアルカリ性物質と反応し、石鹸を生成してしまい、その結果が不十分なものとなるため、使用する原料油脂は十分に精製する必要があること、油脂と脂肪酸を基質としたエステル交換即ちアシドリシスには用いることが出来ないこと、及び上記特許文献１及び特許文献２に開示されているようにアルカリ性物質を充填したカラムに原料油脂を通液した場合は、生成した石鹸がカラムを閉塞させ操作性を著しく悪化させる原因になること等の欠点があった。

また、特許文献３及び特許文献４に記載されている方法は、酵素蛋白質の失活を引き起こすと考えられる油脂中のアルデヒドを除去する方法であるが、効果が十分ではなかった。また、特許文献５記載の方法はアルデヒドの除去効率が低いため、効果が十分ではなかった。

特開平２−２０３７８９号公報 特開平２−２０３７９０号公報 特開平６−３１１８８７号公報 特開平８−１４０６８９号公報 特開平６−１９９６号公報

従って、本発明の目的は、アシドリシスを行う場合でも、また、脂肪酸を含有する油脂であっても問題なく使用でき、簡単な操作により、エステル交換に使用するリパーゼの寿命を延長させた油脂のエステル交換方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、リパーゼを触媒として使用して油脂のエステル交換を行う方法において、原料油脂を酸性吸着剤存在下で、塩基性アミノ酸処理を行った後、リパーゼと接触させることにより、上記目的を達成したものである。

本発明の油脂のエステル交換反応方法によれば、触媒として使用するリパーゼの寿命を延長できる。

以下、本発明のエステル交換方法について詳細に説明する。

本発明で用いられる酸性吸着剤としては、例えば、活性白土、強酸性陽イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂等の酸性吸着剤を挙げることができる。また、予め酸性物質で処理することにより、水に懸濁した液のｐＨが酸性となるように調製した、シリカ、アルミナ、活性炭等の吸着剤についても使用することができ、上記酸性吸着剤は１種あるいは、２種以上を組み合わせて用いることができる。本発明においては、アルデヒド除去効果が最も高いことから、活性白土を使用することが最も好ましい。

酸性吸着剤量は原料油脂に対して１〜１０重量％であるのが好ましい。酸性吸着剤量が１重量％未満ではシッフ塩基形成率向上に十分な効果が得られず、また、１０重量％以上では、原料油脂のロスが多くなるので好ましくない。

本発明で用いられる塩基性アミノ酸としては、例えば、ヒスチジン、リジン、アルギニン、ヒドロキシリジン及びこれらの塩酸塩、さらには、これらを多く含むタンパク質、あるいはその分解物をあげることができる。上記塩基性アミノ酸は１種あるいは、２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明においては、アルデヒドとシッフ塩基を効率よく形成させるため処理を酸性域で行う必要があるので、塩基性アミノ酸の塩酸塩を使用することが好ましく、中でもシッフ塩基形成率が高い点でリジン塩酸塩を使用することが特に好ましい。

本発明の油脂のエステル交換反応方法を実施するに際して、塩基性アミノ酸は原料油脂に対して概ね０．００１〜０．０５重量％であればよいが、より効率的に行うためには、上記原料油脂のアルデヒド含量を測定し、該アルデヒド１モルに対してアミノ基が１〜２モルとなる様に塩基性アミノ酸添加量を決定するのが好ましい。該アルデヒド１モルに対してアミノ基が１モル未満では、シッフ塩基形成率が低くなりアルデヒド除去率の低下の問題があるため好ましくなく、また、２モルを超えると反応に関与しない塩基性アミノ酸の割合が多くなるので、コストが割高になる問題があるため好ましくない。
なお、アルデヒド含量の測定は、例えば、JAOCS，68,748-751(1991)により測定することができる。

本発明で用いられるリパーゼとしては、例えば、リゾプス属、ムコール属、アスペルギルス属、シュードモナス属、アルカリゲネス属、キャンディダ属等の微生物由来のもの、及び、動植物由来のものを挙げることができる。これらのリパーゼは、珪藻土、シリカ、イオン交換樹脂等の担体に固定化した固定化リパーゼであってもよいし、アルカリゲネス属等の粉末状でエステル交換活性があるリパーゼは固定化せずに粉末状で用いることもできる。

本発明で用いられる原料油脂としては、脂肪酸組成が炭素数４〜２４の飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸からなる油脂で、具体的にはパーム油、大豆油、菜種油、コーン油、ヒマワリ油、サフラワー油、綿実油、サル脂、シア脂、マンゴー核油、ヤシ油、パーム核油、牛脂、豚脂、魚油、乳脂等の動物油脂、これらの油脂の硬化油、分別油等選ばれる一種又は二種以上の混合物を挙げることができる。また、これらの油脂と、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸等の炭素数が６〜２４の脂肪酸又はその低級アルコールエステルとの混合物を用いることができる。

本発明の油脂のエステル交換反応方法を実施するに際しては、先ず、上記原料油脂を、通常の方法で脱水した後、酸性吸着剤存在下で、塩基性アミノ酸と接触させる。原料油脂を酸性吸着剤存在下で、塩基性アミノ酸と接触させる方法としては、２０〜９０℃、好ましくは３０〜７０℃で原料油脂に酸性吸着剤及び塩基性アミノ酸を添加し、５分〜２４時間攪拌する方法、塩基性アミノ酸を酸性吸着剤に吸着したものをカラムに充填し、該カラムに原料油脂を２０〜１００℃、好ましくは５０〜１００℃、より好ましくは７０〜１００℃で通液する方法等を挙げることができる。なお、接触させる環境としては、非極性溶媒中あるいは油脂中等の非水系で行うことが望ましい。また、接触させる温度は、２０℃未満では効果が小さく、また１００℃超では油脂の酸化が促進されるため、上記の通り２０〜９０℃が好ましい。また、接触させる際の環境は、１００Ｐａ〜２０００Ｐａの減圧条件下で行うことが好ましく、より好ましくは３００Ｐａ〜１５００Ｐａの減圧条件下であることが好ましい。

なお、上記処理を施した油脂は、実質的に酸性吸着剤及び塩基性アミノ酸を除去することが好ましい。これは、これらの物質を含有したままエステル交換反応を行うと、反応効率が著しく低下することに加え、固定化リパーゼを充填したカラムを用いてエステル交換反応を行うとこれらの物質によりカラムが閉塞してしまい、操作性を著しく悪化させる原因となってしまうからである。
この、酸性吸着剤と塩基性アミノ酸を除去する方法としては、濾別する方法、遠心分離する方法など特に限定されないが、濾過により除去する方法が簡便であることから好ましく使用できる。

次いで、上記処理を施した油脂に上記粉末リパーゼを添加、攪拌後、粉末リパーゼを濾別する方法、又は上記固定化リパーゼを充填したカラムに上記処理を施した油脂を通液する方法等により、リパーゼと接触させ、エステル交換反応を行う。
また、この際、上記処理を施した油脂をヘキサン、エーテル等の非極性溶媒に溶解した後、上記方法により上記リパーゼと接触させることもできる。

なお、固定化リパーゼを充填したカラムに原料油脂を通液する上記の方法の場合、固定化リパーゼ１ｇ当たりの原料油脂の通液量（単位通液速度）は、充填した固定化リパーゼの活性に大きく依存するが、概ね油脂０．５〜１０（ｇ）／ｈｒ／固定化リパーゼ（ｇ）である。

ここで、塩基性アミノ酸を酸性吸着剤に吸着したものを充填したカラムに原料油脂を通液し、次いで固定化リパーゼを充填したカラムに上記処理を施した油脂を通液する方法を採用する場合は、塩基性アミノ酸を担体に吸着したものを充填したカラムと固定化リパーゼを充填したカラムとを直列に繋いで原料油脂を一方のカラムから他方のカラムに連続して通液することももちろん可能である。

以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等制限されるものではない。なお、例中に示す％は、重量％を意味する。

〔実施例１〕
ハイオレイックヒマワリ油とステアリン酸の１：１混合物を原料油脂とした。この原料油脂のアルデヒド含量は０．４ｍｍｏｌ／ｋｇであった。
２リットルのフラスコに原料油脂１ｋｇ、５０％リジン塩酸塩水溶液８８ｍｇ（アルデヒド１モルに対してアミノ基は１．２モル）、活性白土２０ｇを入れ、温度９０℃、１０００Ｐａの減圧下で３０分撹拌した。次に、濾過により活性白土とリジン塩酸塩を除去した。

アルカリゲネス属由来のリパーゼ（リパーゼＰＬ：名糖産業（株）製）の５％水溶液２０ｇを、セライト５３５（マンビル社製）５０ｇに吸収、乾燥して得た固定化リパーゼ４ｇをカラムに充填し、上記処理を施した油脂を、定量ポンプ（温度：６５℃、通液速度：２８ｇ／ｈｒ）で固定化リパーゼ充填カラムに通液してエステル交換反応を行った。

反応生成物についてＨＰＬＣでオレオイルジステアリン（ＳＯＳ）含量を測定し、下記［式１］に示す式で反応率を求めた。
［式１］反応率＝（反応生成物のＳＯＳ含量−原料油脂のＳＯＳ含量）／（反応平衡組成物のＳＯＳ含量−原料油脂のＳＯＳ含量）

また、この反応率と単位通液速度（１時間に通液した原料油脂の重量ｇ／固定化リパーゼ１ｇ）から下記[式２]に示す式でエステル交換活性を求めた。
［式２］エステル交換活性＝単位通液速度×ｌｎ〔１／（１−反応率）〕
反応開始時に反応率が９０％になるよう通液速度量を調節し、以降一定の流量で連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例１〕
活性白土未添加の他は実施例１と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔実施例２〕
塩基性アミノ酸としてアルギニンを用いた他は実施例１と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔実施例３〕
パームオレインを原料油脂とした。この原料油脂のアルデヒド含量は０．５ｍｍｏｌ／ｋｇであった。
２リットルのフラスコに原料油脂１ｋｇ、５０％リジン塩酸塩水溶液３８ｍｇ（アルデヒド１モルに対してアミノ基は１．５モル）、シリカ（Silopute403：５％水懸濁液のｐＨ＝３．４、富士シリシア株式会社製）５０ｇを入れ、温度７０℃、１３３０Ｐａ以下の減圧下で４０分撹拌した。次に、濾過によりシリカとリジン塩酸塩を除去した。

リゾムコール由来の固定化リパーゼ（リポザイムＲＭ−ＩＭ：ノボノルディスク製）の５％水溶液２０ｇを、セライト５３５（マンビル社製）５０ｇに吸収、乾燥して得た固定化リパーゼ４ｇをカラムに充填し、上記処理を施した油脂を、定量ポンプ（温度：５０℃、通液速度：２８ｇ／ｈｒ）で上記固定化リパーゼ充填カラムに通液してエステル交換反応を行った。

反応生成物についてＨＰＬＣでオレオイルジパルミチン（ＰＯＰ）含量を測定し、下記［式３］に示す式で反応率を求め、実施例１と同様に[式２]に示す式でエステル交換活性を計算し、以降一定の流量で連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。
［式３］反応率＝（反応生成物のＰＯＰ含量−原料油脂のＰＯＰ含量）／（反応平衡組成物のＰＯＰ含量−原料油脂のＰＯＰ含量）

〔比較例２〕
シリカ未添加の他は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例３〕
シリカを未添加とし、５０％リジン塩酸塩水溶液の添加量を３８ｍｇから７６ｍｇに変更した以外は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例４〕
シリカとしてSilopute202（富士シリシア株式会社製：5%水懸濁液のpH7.6）を使用した以外は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例５〕
５０％リジン塩酸塩水溶液未添加とした以外は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例６〕
５０％リジン塩酸塩水溶液未添加とし、シリカの添加量を５０ｇから１００ｇに変更した以外は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例７〕
５０％リジン塩酸塩水溶液未添加とした以外は実施例３同様に、温度７０℃、１３３０Ｐａ以下の減圧下で４０分撹拌後、濾過によりシリカを除去した。
次いで、５０％リジン塩酸塩水溶液３８ｍｇ（アルデヒド１モルに対してアミノ基は１．５モル）を添加、温度７０℃、１３３０Ｐａ以下の減圧下で４０分撹拌後、濾過によりリジン塩酸塩を除去した。

以降は実施例３と同様に、連続してエステル交換反応を行ない、エステル交換活性が初期活性の半分になるまでの日数（半減期）を求めた。その結果を下記〔表１〕に示す。

〔比較例８〕
パームオレインをそのまま固定化リパーゼ充填カラムに通液してエステル交換反応を行った。反応率、半減期については、実施例３と同様に求め、その結果を下記〔表１〕に示した。

上記〔表１〕に示す結果から、何の処理も施さない油脂を用いてエステル交換を行った場合〔比較例８〕に比べて、酸性吸着剤存在下で塩基性アミノ酸処理した油脂を用いた場合〔実施例１〜３〕は半減期、すなわちリパーゼの寿命が延長されていることがわかる。
なお、原料油脂を塩基性アミノ酸のみと接触させた場合〔比較例１及び比較例２〕や、塩基性の吸着剤存在下で塩基性アミノ酸と接触させた場合〔比較例４〕、酸性吸着剤のみと接触させた場合 〔比較例５〕、酸性吸着剤処理と塩基性アミノ酸処理を同じに行わなかった場合 〔比較例７〕はいずれも半減期、すなわちリパーゼの寿命の延長効果は乏しいことがわかる。
また、酸性吸着剤を含まない条件下で塩基性アミノ酸を２倍に増量した場合〔比較例３〕や、塩基性アミノ酸を含まない条件下で酸性吸着剤を２倍に増量した場合〔比較例６〕においても、いずれも半減期、すなわちリパーゼの寿命の延長効果は乏しいことがわかる。

Claims (4)

1. リパーゼを触媒として使用して油脂のエステル交換を行なう方法において、原料油脂を酸性吸着剤存在下で、塩基性アミノ酸処理を行なった後、リパーゼと接触させることを特徴とする油脂のエステル交換方法。
2. リパーゼと接触させる前に酸性吸着剤と、塩基性アミノ酸を実質的に除去することを特徴とする請求項１記載の油脂のエステル交換方法。
3. 酸性吸着剤が活性白土である請求項１または２記載の油脂のエステル交換方法。
4. 塩基性アミノ酸を塩酸塩の形態で使用することを特徴とする請求項１〜３記載の油脂のエステル交換方法。