JP3720194B2 - 部分グリセリドの製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油脂のリパーゼによるグリセロリシス反応を利用した部分グリセリドの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部分グリセリドの製造法には、エステル化法及びグリセロリシス法があり、いずれの方法にも化学触媒を用いる場合と酵素触媒を用いる場合がある。酵素を用いたエステル化法としては、特公平６−５６３１１号公報や特開昭６２−１９０９０号公報のように脂肪酸純度の高いオレイン酸等とグリセリンから部分グリセリドを製造する方法が知られている。しかし、本法は油脂を高温高圧で分解した後、蒸留処理により着色成分を除去して製造された脂肪酸を用い、また油脂分解時に産出する約１０％程度のグリセリン水溶液を脱水濃縮、精製処理して得たグリセリンを用いるため部分グリセリドの製造法としては経済上好ましくない。従って、部分グリセリドの工業的製法としては、部分グリセリドを構成する脂肪酸基もグリセリン基も、安価な油脂から由来させ、不足のグリセリン基をグリセリンとして添加できるグリセロリシス法が有効である。
【０００３】
このような共に安価な油脂とグリセリンから酵素的グリセロリシス反応により部分グリセリドを製造する方法として特公平４−１２７１０号公報、ＪＡＯＣＳ，７１，３，３３９（１９９４）等に報告がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし特公平４−１２７１０号公報記載の方法は、低水分領域で遊離脂肪酸の副生を伴なわない条件を満たす特殊なリパーゼを必要とするため、反応系の水分設定やリパーゼの入手は困難である。一方、ＪＡＯＣＳ，７１，３，３３９（１９７４）記載の方法では、水添された硬化牛脂とグリセリンから、脂肪酸生成を抑制したグリセロリシス法により部分グリセリドを調製しているが、反応の再現性がよくないという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は酵素的グリセロリシス反応により工業的に有利に部分グリセリドを製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、容易に入手し得るリパーゼを用いた油脂のグリセロリシス反応において、従来の常識とは全く異なり、水の存在する系で、脂肪酸副生の多い条件で、かつ反応系に結晶が析出する条件で反応を行えば、部分グリセリド、特にジグリセリドの収率が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は油脂類のリパーゼによるグリセロリシス反応において、原料油脂類としてアシル基中の飽和脂肪酸の比率が３０重量％以下の油脂類を用い、水の存在下に反応させ、反応温度を０〜２５℃とし、反応途中から系内に一部結晶が析出し、かつ反応終了後の油相中の遊離脂肪酸濃度が８〜３０重量％となる条件で反応を行い、反応中又は反応終了後、反応混合物から脂肪酸、グリセリン及びモノグリセリド成分の除去操作を行うことを特徴とするジグリセリドの製造法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、原料として油脂類、リパーゼ、グリセリン及び水を用いる。ここで油脂類としては、植物油、動物油が挙げられ、より具体的には大豆油、菜種油、綿実油、コーン油、米油、魚油等が挙げられる。アシル基中の飽和脂肪酸の比率が３０重量％以下の油脂類を用いるのが好ましい。飽和脂肪酸含量が高い場合には、原料油脂自体の融点が高く、また生成する部分グリセリドの融点は更に高いので、反応に高温を必要とするばかりでなく、反応後容器から取り出せなかったり、加熱が必要となったりするため取り扱いが煩雑となる。また高温高水分系では酵素失活の問題が生じやすい。
【００１０】
リパーゼとしては、特に制限されないが、グリセリドの１，３位に特異的に作用するもの（１，３位選択的リパーゼ）が好ましく、より好ましくはリゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属、ムコール（Ｍｕｃｏｒ）属の微生物由来のリパーゼ、すい臓リパーゼ等、より具体的にはリゾプス・デレマー（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｄｅｌｅｍａｒ）：リゾプス・ジャポニカス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｊａｐｏｎｉｃｕｓ）、リゾプス・ニベウス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｎｉｖｅｕｓ）、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、ムコール・ジャバニカス（Ｍｕｃｏｒ ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、ムコール・ミーハイ（Ｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）などを起源とするリパーゼを使用することができる。また、該リパーゼを各種担体（セライト、ケイソウ土、シリカゲル、イオン交換樹脂など）に保持させた固定化リパーゼを使用することもできる。一般に、前者よりも後者、即ち広い濃度範囲で耐久性のある（耐熱性の）固定化リパーゼを用いる方が好ましい。これらのリパーゼ又は固定化リパーゼの多くは市販品として容易に入手することができる。リパーゼの使用量は、反応原料に対し０．１〜３０重量％、特に１〜１５重量％（油脂１ｇに対し２００〜１００，０００units）が好ましい。
【００１１】
本発明方法における水分量は、特に制限されないが、反応促進の観点から、反応系中に初期濃度としてグリセリンに対し５〜５０重量％、特に８〜３０重量％が好ましい。また、反応の進行に伴ない反応系中の水分量は若干変化するが、反応にはほとんど影響しない。
【００１２】
反応原料中には、油脂とグリセリンと水の他に、脂肪酸や部分グリセリドが存在してもよいが、全原料中の脂肪酸基のモル数に対し、グリセリン基のモル数が０．３〜３、特に０．８〜１．５の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
本発明における反応条件は、反応温度を０〜２５℃とし、反応の途中から系内に一部結晶が析出し、かつ反応終了後の油相中の遊離脂肪酸濃度が８〜３０重量％であることが必要である。ここで反応の途中から系内に一部結晶が析出する条件とは、反応初期は当然反応させるべき油脂は溶融しているが、反応の進行に伴なって生成するモノグリセリド及び遊離脂肪酸の一部が析出する条件である。
このように反応途中で結晶が一部析出する条件とすることにより、反応油相系中からモノグリセリド及び遊離脂肪酸の一部が排除されたことになりグリセロリシス反応が更に進行するものと考えられる。かかる条件は、反応温度を０〜２５℃、特に０〜１５℃の範囲に設定することにより達成するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、反応終了後の油相中の遊離脂肪酸濃度が８〜３０重量％の条件にすると、ジグリセリドの収率が飛躍的に向上する。かかる条件は、前記結晶析出の条件と同様、反応温度を０〜２５℃、特に０〜１５℃の範囲に設定することにより達成するのが好ましい。
【００１５】
これらの反応条件の設定により部分グリセリドの収率が向上することは、水分量を低く、かつ遊離脂肪酸の生成しない条件を設定するという、特公平４−１２７１０号等の従来法の思想とは相反するものである。これは、従来のグリセロリシス反応機構に対する考え方に誤りがあったためと考えられる。すなわち、一般に油脂（ＴＧ）とグリセリンとのグリセロリシス反応は、下式のように油脂中の脂肪酸基がグリセリン（ＧＬＹ）に結合してモノグリセリド（ＭＧ）とジグリセリド（ＤＧ）が生成すると考えられてきた。この時の反応系の水分は酵素活性（反応速度）を変化させる要因であるとされ、即ち、脂肪酸の生成しない、エステル交換あるいはアルコール基交換反応と考えられてきた。
【００１６】
【化１】

【００１７】
しかし、グリセロリシス反応の実験を行うと微量水分域でも加水分解が起こり、脂肪酸が生成してくる。上記式から各成分の反応速度式を算出して動力学的解析を行っても、生成する脂肪酸の存在は理論的に証明することができない。また、一般にリパーゼの反応は、油相と水相の界面で起こると考えられてきたが、水相の無い非水系でも反応するため、これも説明できない。
【００１８】
そこで、１，３選択性のリパーゼを酵素触媒として用いた場合のグリセロリシス反応機構を、アルコール基（エステル）交換反応が一切起こらず、加水分解とエステル合成とＭＧ転移とＤＧ転移のみが起こると考えた。また反応場は油相と酵素との接点であると考え、各成分の速度式中の濃度は油相中の濃度とした。すなわち、反応に寄与するのは、油相を構成する脂肪酸、グリセリド濃度と溶解した水分、ＧＬＹ濃度であり、グリセリン水溶液相の水分、ＧＬＹ部は、反応に寄与せず、単に油相の水分、ＧＬＹ濃度を左右するのみと考えた。このような仮定をもとに、速度式の連立微分方程式を用いて、実験データをフィッティング（数値解析）したところ、計算結果と実験データはかなりの精度で一致した。また、結晶の析出しない域で、種々の温度での反応実験結果を数値解析し、各速度定数を算出した。これを温度に対してアレニウスプロットしたところ直線性が得られたことから、モデルの妥当性が証明でき、グリセロリシス反応は次の下記式で進行すると考えられる。
【００１９】
【化２】

【００２０】
すなわち、酵素を触媒として、油脂とグリセリンから部分グリセリドを生成する機構は、ＴＧが加水分解され、ＤＧと脂肪酸が生成し、この脂肪酸とＧＬＹとがエステル合成されＭＧが、更にエステル化されＤＧが合成されると考えられる。このようなグリセロリシス反応の機構の解明により本発明の反応条件により部分グリセリドの収率が向上することが立証された。
【００２１】
反応温度は、前記の如く、０〜２５℃（特に０〜１５℃）の範囲で用いる油脂の種類により適宜調整するのが好ましく、反応時間は１０〜２００時間、特に２０〜１００時間が適当である。
【００２２】
反応途中で、析出した結晶を系外に除去した後更に反応を継続してもよいが、反応終了後に当該結晶を除去してもよい。反応混合物から部分グリセリドを採取するには、上記結晶除去操作、水相（ＧＬＹ相）除去操作及び蒸留操作を適宜組み合わせて行うのが好ましい。
【００２３】
本発明方法においてジグリセリドを得ようとする場合には、反応混合物から脂肪酸、グリセリン及びモノグリセリド成分の除去操作を行えばよい。脂肪酸とモノグリセリド成分の一部は結晶除去操作で除去できる。また水相除去操作により水分、グリセリン及びリパーゼが除去できる。また、蒸留、特に分子蒸留により油相中の脂肪酸、モノグリセリド及びグリセリンが効率良く除去できる。従って、これらの操作を組み合わせることによりジグリセリド含量の高い目的物（ジグリセリド濃度５５重量％以上、トリグリセリド３０重量％以下）を得ることができる。
【００２４】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を説明する。以下の実施例において、実施例５は、特許請求の範囲外の参考例である。
【００２５】
実施例１〜５、比較例１〜６
原料油脂１００ｇに粉末リパーゼ３ｇ（固定化リパーゼの場合は３０ｇ）と水０〜３ｇとグリセリン２１ｇ（グリセリン水分０．１５０％）を４つ口フラスコに投入し、５〜４５℃の恒温槽で、攪拌回転数４５０rpm で７２時間反応を行った（表１）。反応開始の約２時間までは、油相とグリセリン水溶液の液−液エマルションの形態であったが、実施例と比較例１、２及び６ではそれ以後は徐々に白い結晶が析出して、反応終了まで結晶の存在するスラリー状態であった。
【００２６】
反応終了後に、結晶を含む反応液を７０℃に昇温し、結晶を融解した後、遠心分離（３０００rpm ・５分）を行うと２相に分離した。分離した上層部は油相（Ａ）であり、トリグリ（ＴＧ）、ジグリ（ＤＧ）、モノグリ（ＭＧ）、脂肪酸（ＦＡ）、可溶グリセリン（ＧＬＹ）、可溶水分が存在し、下層部は酵素を含むグリセリン水溶液であった。油相の分析では、脂肪酸濃度は酸価と平均分子量から、ＴＧ・ＤＧ・ＭＧ・ＧＬＹ濃度はトリメチルシリル化した後、ガスクロマトグラフィーを用い、純品の標準サンプルのピーク面積から補正し算出した。水分はカールフィッシャー法にて測定した。結果を表２に示す。
【００２７】
また、反応終了後、反応温度と同一の温度下で超遠心分離（４００００rpm ・１時間）した結果、上層には結晶を含まない透明な油相（Ｂ）と、下層には酵素、結晶部、グリセリン水溶液の混合物であった。油相（Ｂ）の分析は、油相（Ａ）と同様の分析に加え、油相（Ｂ）を加水分解後メチルエステル化を行いガスクロマトグラフィーを用い脂肪酸（アルキル）組成分析を行い、飽和脂肪酸量を測定した。結果を表３に示す。
【００２８】
更に、油相（Ｂ）を２４０℃、６．４５Paの条件で分子蒸留処理を行い、残渣部にＤＧを濃縮し、グリセリド組成・アルキル組成を分析した。結果を表４に示す。
【００２９】
更に、残渣部をプラスチック容器（ペットボトル）に充填し５℃、１５℃の恒温室に移し、結晶の析出度合いを観察した。結果を表５に示す。
【００３０】
実施例の全てと比較例１、２、６の反応では、途中で結晶が析出していた。
比較例３、４、５は、結晶が析出していない為、超遠心分離は行っていない。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

【００３５】
【表５】

【００３６】
以上の結果から、油脂のリパーゼによるグリセロリシス反応による部分グリセリドの製造においては、（１）反応系に水が存在したほうが収率が向上すること、（２）反応途中で結晶が析出し、かつ油相中の遊離脂肪酸含量が高い条件でより収率が向上すること、及び（３）飽和脂肪酸含量の高い豚脂等の場合には高温条件にしなければ部分グリセリドの採取が困難で精製が困難であるのに対し、飽和脂肪酸含量の低い油脂の場合低温条件でも取り扱いが良好で容易に精製できることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば純度の高い部分グリセリドが温和な条件で工業的に有利に生産できる。

Claims (2)

1. 油脂類のリパーゼによるグリセロリシス反応において、原料油脂類としてアシル基中の飽和脂肪酸の比率が３０重量％以下の油脂類を用い、水の存在下に反応させ、反応温度を０〜２５℃とし、反応途中から系内に一部結晶が析出し、かつ反応終了後の油相中の遊離脂肪酸濃度が８〜３０重量％となる条件で反応を行い、反応中又は反応終了後、反応混合物から脂肪酸、グリセリン及びモノグリセリド成分の除去操作を行うことを特徴とするジグリセリドの製造法。
2. 脂肪酸、グリセリン及びモノグリセリド成分の除去操作が、（１）反応中系内に析出した結晶の除去操作、（２）水相の除去操作、及び（３）蒸留操作から選ばれる１以上の操作である請求項１記載のジグリセリドの製造法。