JP3072022B2

JP3072022B2 - ジグリセリドの製造法

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Publication number: JP3072022B2
Application number: JP7105947A
Authority: JP
Inventors: 将勝杉浦; 康正大木; 仁志野村
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 2000-07-31
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH08294394A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はジグリセリドの製造法に
関する。より詳しくは、脂肪酸もしくはその低級アルコ
ールエステルとグリセリンとを反応させてジグリセリド
を製造するに際し、モノグリセリドを添加することによ
り高純度のジグリセリドを高速で効率的に製造する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】グリセ
リドの内、モノグリセリドとトリグリセリドは産業的利
用価値が古くから知られ、その利用面や製造技術につい
てこれまで多くの提案がなされてきた。しかし、ジグリ
セリドはあまり注目されることもなく、むしろモノグリ
セリドやトリグリセリドに混入する利用価値のない副生
成物として取り扱われていた。しかし最近になり、ジグ
リセリドは食品・医薬品・化粧品基材などに利用される
ようになり、その利用法・製造法の提案がされるように
なった。ジグリセリドは、通常グリセリンと脂肪酸との
エステル化、グリセリンと油脂とのアルコール基交換反
応などの方法により製造されている。これらの反応は、
アルカリ触媒等を用いた化学反応法と油脂加水分解酵素
（リパーゼ）等を用いた生化学反応法がある。これらの
反応で得られる反応生成物のジグリセリド選択性の問題
と省エネルギーの観点から、生化学反応による製造法が
一般的であり、種々の方法が提案されている。例えば、
山根らは、クロモバクテリウム・ビスコサム・パール・
パラリポリティカム（Chromobacterium viscosum var p
araliporytiucum ）のリパーゼを水分３〜４％の系で用
い、オレイン酸とグリセリンとの合成反応を行い、約80
％の脂肪酸消費時にジグリセリド濃度として34％を得て
いる(JAOCS.,61(4),776(1984)）。また、角田らは特殊
なアルカリリパーゼを用いステアリン酸とグリセリンか
ら72時間を要してジグリセリド濃度として70％を得てい
る（特開昭62−25987 号公報) 。また、廣田らは、脱水
下でオレイン酸とグリセリンから10時間でジグリセリド
濃度として80％を得ている（特開昭64−71495 号公
報）。以上の方法は、長時間を要してジグリセリドの純
度を上昇させることを目的としているが、実際には、反
応終了後に分子蒸留などの公知の精製処理の利用も可能
であることから、反応での高純度化は、それほど必要で
もない。実用化レベルでの課題は、反応工程におけるジ
グリセリドの純度ではなく、単位時間当たりのジグリセ
リドの生産量を向上させることである。

【０００３】

【課題を解決するための手段】かかる実状において、本
発明者らは、最新の解析技術を駆使し、酵素を用いたジ
グリセリドの合成反応機構を解明する過程において、高
純度のジグリセリドを効率良く高速で製造する方法を見
出し、本発明を完成するに至ったのである。以下に本発
明成立の経緯を説明する。本発明での反応は、基本的に
脂肪酸とグリセリンから、リパーゼを触媒としてジグリ
セリドを生成するものである。しかし、この反応の初期
・中期においてはグリセリンと脂肪酸は相互溶解性が低
いため脂肪酸相とグリセリン相の存在する不均一反応と
なる。反応で生成するモノグリセリド・ジグリセリド・
トリグリセリドは脂肪酸相に溶解しており、グリセリン
相には殆ど存在しない。またグリセリンは脂肪酸相に少
量溶解するが、殆どがグリセリン相を形成している。こ
の反応液の様態、組成分析結果をもとに、反応機構の解
明をおこなったところ、驚くべきことにエステル化反応
に寄与する原料（基質）グリセリンは脂肪酸相に溶解し
ているものだけで、グリセリン相を形成しているグリセ
リン分子は反応原料とならないことが判明した。この余
剰グリセリンは、脂肪酸相に溶解したグリセリンが消費
されそれを補うため、グリセリン相から徐々に溶解し、
最終的にグリセリン相は存在しなくなる。反応速度を解
析した結果、グリセリンの脂肪酸相への溶解度が増加す
ることにより、もう１つの原料である脂肪酸との衝突頻
度も増加し、ジグリセリドの生成速度が向上することが
明らかになった。この結果をもとに、グリセリンの脂肪
酸への溶解度を向上させるための物質としては、乳化剤
等の界面活性剤が考えられた。しかし、蔗糖脂肪酸エス
テル、ポリグリセリンエステルなどの乳化剤は、反応に
関与したり反応終了後の分離が問題となることから使用
できない。そこで、乳化剤の一種であるモノグリセリド
を添加すれば、反応初期から脂肪酸相へのグリセリンの
溶解度が高くなり反応速度も向上し、添加したモノグリ
セリドも最終的にはジグリセリドに変換されるため、反
応終了後の分離工程も不要となることが判明した。これ
により単位時間当たりのジグリセリドの生成速度を向上
させ、効率的な生産が可能となった。

【０００４】即ち本発明は、炭素数２〜24の飽和もしく
は不飽和脂肪酸またはその低級アルコールエステルとグ
リセリンとをエステル合成反応させてジグリセリドを製
造する方法において、反応原料に炭素数２〜24の脂肪酸
とグリセリンとのモノエステルであるモノグリセリド
を、好ましくは炭素数２〜24の飽和もしくは不飽和脂肪
酸またはその低級アルコールエステルとモノグリセリド
の合計（脂肪酸基）モル数が、グリセリンとモノグリセ
リドの合計（グリセリン基）モル数の 1.6〜2.8倍とな
るように添加して、反応により生成する水もしくは低級
アルコールを反応系外に除去しながら反応させることを
特徴とするジグリセリドの製造法である。更に、本発明
の反応はエステル合成反応とその逆反応である加水分解
反応が関与する平衡反応であるため、反応を長時間継続
してもジグリセリド濃度は、平衡濃度で一定となりそれ
以上の純度は得られない。加えて、反応後半は原料の脂
肪酸とグリセリンの濃度は低下しており反応速度が低
い。従って、反応終了混合物のジグリセリド濃度が反応
平衡濃度の95重量％以下の生成率で反応を終了させるか
又は反応液を反応器から取り出すことで、効率的にジグ
リセリドを生成させる方法も発明した。また、このよう
な効率的な反応により反応液が反応器内で滞留する時間
を短縮することができる。これにより、１−モノグリセ
リドの２−モノグリセリドへの転位と1,3 −ジグリセリ
ドの1,2 −ジグリセリドへの転位が抑制されることによ
り、最終的にトリグリセリドの生成を抑制しジグリセリ
ドの高純度化に繋がる。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明においては、固定化1,3 位選択的リパーゼまたは菌
体内1,3 位選択的リパーゼの存在下で反応を行うことが
好ましく、固定化1,3 位選択的リパーゼは1,3 位選択的
リパーゼを公知の方法で固定化することにより得られ
る。固定化のための公知の方法は、例えば、「固定化酵
素」千畑一郎編集、講談社刊、９〜85頁及び「固定化生
体触媒」千畑一郎編集、講談社刊、12〜101 頁に記載さ
れているが、イオン交換樹脂に固定化する方法が好まし
いものとして例示される。固定化に用いられる1,3 位選
択的リパーゼとしては、リゾプス（Rhizopus) 属、アス
ペルギルス(Aspergillus) 属、ムコール(Mucor) 属等の
微生物由来のリパーゼ、膵臓リパーゼ等がある。例え
ば、リゾプス・デレマー（Rhizopus delemer）、リゾプ
ス・ジャポニカス（Rhizopus japonicus）、リゾプス・
ニペウス（Rhizopus niveus ）、アスペルギルス・ニガ
ー（Aspergillus niger ）、ムコール・ジャパニカス
（Mucor javanicus)、ムコール・ミーハイ（Mucor mieh
ei）などを起源とするリパーゼを使用することができ
る。市販の固定化1,3 位選択的リパーゼとしては、ノボ
・インダストリ・Ａ・Ｓ社製の商品名「Lipozyme3A」等
がある。菌体内1,3 位選択的リパーゼとしては、微生物
菌体に1,3 位選択的リパーゼが吸着または結合したもの
で、市販品としては大阪細菌研究所製の商品名「オリパ
ーゼ」がある。これらの固定化もしくは菌体内リパーゼ
は減圧条件でもその特性を維持するため、保水力を示す
ものである必要がある。このためには、特にイオン交換
樹脂で固定化したリパーゼが好ましい。

【０００６】本発明で使用する脂肪酸は、炭素数２〜24
の飽和もしくは不飽和脂肪酸であり、例えば酪酸、吉草
酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン
酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチ
ン酸、パルミチン酸、ゾーマリン酸、ステアリン酸、オ
レイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、ア
ラキドン酸、ガドレン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エル
カ酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸等を
用いることができる。また、前記の脂肪酸は炭素数１〜
３の低級アルコール類とエステルを形成していてもよ
い。炭素数１〜３の低級アルコールとしては、例えば、
メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノ
ールなどが挙げられる。これらの脂肪酸または脂肪酸エ
ステルは単独または２種以上混合された状態で用いるこ
とができる。本発明で使用するモノグリセリドは上記の
脂肪酸などの単独または２種以上混合された脂肪酸とグ
リセリンとのモノエステルを使用することができる。ま
た、モノグリセリドは反応原料として全量一括に添加し
ても良いし、反応途中に徐々に添加していってもよい。

【０００７】本発明において、反応原料である、炭素数
２〜24の飽和もしくは不飽和脂肪酸またはその低級アル
コールエステル、グリセリン、モノグリセリドの配合比
率は、炭素数２〜24の飽和もしくは不飽和脂肪酸または
その低級アルコールエステルとモノグリセリドの合計
（脂肪酸基）モル数が、グリセリンとモノグリセリドの
合計（グリセリン基）モル数の 1.6〜2.8 倍となるよう
にすることが好ましい。この比率が高いと反応終了時点
での未反応の脂肪酸濃度が高くジグリセリド濃度が低く
なり、またこの比率は低いと反応終了時点でのモノグリ
セリド濃度が高くジグリセリド濃度が低くなってしま
う。なお、反応原料や添加するモノグリセリド等にはジ
グリセリドやトリグリセリドなど混入されている可能性
がある。この場合は、全体の脂肪酸基とグリセリン基の
合計モル比率を 1.6〜2.8 倍にすればよい。また、トリ
グリセリドの生成を抑制するために、添加するモノグリ
セリドは、異性体の内、２−モノグリセリドよりも１−
モノグリセリドの方が好ましい。

【０００８】また、モノグリセリドの添加量としては、
５重量％以上ならばいずれでも良いが、５〜40重量％が
好ましく、更に10〜30重量％がより好ましい。添加量が
５重量％未満の場合は、本発明所期の目的である反応速
度の向上が達せられない。この反応は20℃〜100 ℃で行
うことが望ましい。さらに好ましくは35℃〜70℃である
ことが好ましい。この反応はヘキサン、オクタン、石油
エーテルの溶剤を用いても良いが、その除去・精製を考
えると溶剤を加えない方が好ましい。また、加水分解を
抑制するため、この反応系にリパーゼ製剤、反応原料に
溶解している水分以外に水を添加しない方が好ましい。

【０００９】エステル合成率を高くするため、反応によ
り生成する水もしくは低級アルコールを系外へ除去する
方法としては、例えば減圧による脱水、脱アルコールの
他、乾燥した不活性ガスを通気したり、または、モレキ
ュラーシーブス等の吸水剤を用いる等の脱水、脱アルコ
ール法が使用できる。ただし、低温で可能であり、不活
性ガス・脱水剤の回収なども不要な減圧による方法が好
ましく、減圧度は、50Torr以下が好ましく、さらに10To
rr以下の状態が好ましい。これらの脱水、脱アルコール
は、酵素反応場（器）で行ってもよいし、反応場ではな
い脱水部、脱アルコール部で行い、反応場との循環を行
ってもよい。反応は、回分式でも半回分式でも連続反応
でもよく、リパーゼ製剤は反応液中に浮遊した状態で
も、充填塔等に固定した状態で反応を行ってもよい。リ
パーゼ製剤から反応終了物を分離した後、脂肪酸、脂肪
酸アルコールエステル、モノグリセリドなどは分子蒸留
等の公知の分離・精製手段を単独または適宜併用して容
易に除去することができる。このような分離・精製によ
って得られたものをモノグリセリドとして添加してもよ
い。また、回分、半回分反応では分離したリパーゼ製剤
は繰り返し反応に使用できるし連続反応の場合には継続
して使用できる。生成率で反応を終了させる又は反応液
を反応器から取り出す時の反応終了混合物のジグリセリ
ド濃度は反応平衡濃度の95重量％以下の生成率であるこ
とが好ましい。さらに好ましくは88重量％以下が好まし
い。

【００１０】

【発明の効果】本発明により、脂肪酸もしくはそのアル
コールエステルとグリセリンとの反応を脱水もしくは脱
アルコール下で行う時に、モノグリセリドを添加しエス
テル化反応をおこなわせることによりジグリセリドを高
速で効率的に製造することが可能となった。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
試験方法例基本配合（FA／GLY ＝２）オレイン酸 1000ｇ（3.57モル）グリセリン 164ｇ（1.78モル）固定化酵素 50ｇ（ノボ・インダストリー・Ａ・Ｓ社
製の商品名「Lipozyme3A」ムコール・ミーハイ（Mucor
miehei）起源のリパーゼをイオン交換樹脂に固定化した
リパーゼ製剤）全ての実施例、比較例では、脂肪酸基（オレイン酸＋モ
ノグリセリド）のモル数＝3.57に固定して、モノグリセ
リド・グリセリンでFA/GLYを調製した。尚、脂肪酸／グ
リセリン比率（FA/GLY）は以下の如くして求めた。

【００１２】

【数１】

【００１３】実施例１〜２、比較例１〜３表１に示すような添加量で、原料であるオレイン酸、グ
リセリン、固定化酵素及びモノグリセリドをフラスコ内
に仕込み、混合し、40℃で攪拌（300rpm) しつつ、反応
を行った。尚、反応の際、エステル化により生成する水
分を除去しエステル合成率をより高くするため、系内を
５torrの真空状態とした。経時でサンプリングし、ガス
クロ分析することにより、ジグリセリド濃度が60重量
％、70重量％となるのに必要な反応時間を測定した。
尚、初期グリセリン溶解度は、反応原料を40℃で充分攪
拌した後、3000rpm 、10分の遠心分離を行い、上相とな
る脂肪酸相をガスクロ分析して求めた。結果を表１に示
す。

【００１４】

【表１】

【００１５】* 反応時間は、経時の濃度変化をグラフ化
し、各濃度に到達した時間を内挿して求めた。

【００１６】実施例３ナタネ油を加水分解して得た脂肪酸1000ｇとグリセリン
164ｇと固定化酵素50ｇで反応させ、８時間後に反応を
終了し、酵素を濾過した後、分子蒸留を行って、留分を
次の反応原料に使用した。２回目の反応原料は、留分 4
92ｇ、脂肪酸 576ｇ、グリセリン96ｇ、固定化酵素50ｇ
とした。この時の仕込み比率（FA／GLY）は２とした。
上記実施例と同様に、経時でサンプリングし、ガスクロ
分析したところ、初期グリセリン濃度は4.4 重量％、ジ
グリセリド濃度が60重量％となるのに必要な反応時間は
4.3 時間、ジグリセリド濃度が70重量％となるのに必要
な反応時間は6.4 時間であった。上記留分の組成等を表
２に示す。

【００１７】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−19090（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−25987（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−71495（ＪＰ，Ａ) 特開平４−330289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C12P 7/62 - 7/64 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素数２〜24の飽和もしくは不飽和脂肪
酸またはその低級アルコールエステルとグリセリンとを
エステル合成反応させてジグリセリドを製造する方法に
おいて、反応原料に炭素数２〜24の脂肪酸とグリセリン
とのモノエステルであるモノグリセリドを添加して、反
応により生成する水もしくは低級アルコールを反応系外
に除去しながら反応させることを特徴とするジグリセリ
ドの製造法。
【請求項２】モノグリセリドの添加量が、炭素数２〜
24の飽和もしくは不飽和脂肪酸またはその低級アルコー
ルエステルとモノグリセリドの合計（脂肪酸基）モル数
が、グリセリンとモノグリセリドの合計（グリセリン
基）モル数の 1.6〜2.8 倍となるような量である請求項
１記載のジグリセリドの製造法。
【請求項３】固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼの
存在下で反応を行う請求項１又は２記載のジグリセリド
の製造法。
【請求項４】グリセリドの1,3 位に選択的に作用する
リパーゼを用いた請求項３記載のジグリセリドの製造
法。
【請求項５】反応終了油を分離・精製処理し、回収さ
れたモノグリセリドを次の反応原料として添加する請求
項１〜４のいずれか１項に記載のジグリセリドの製造
法。