JP3932788B2

JP3932788B2 - 油脂類のエステル交換方法

Info

Publication number: JP3932788B2
Application number: JP2000279933A
Authority: JP
Inventors: 信雄鷺; 忠幸岡田; 真幸深沢
Original assignee: Fuji Oil Co Ltd
Current assignee: Fuji Oil Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002088392A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酵素による油脂のエステル交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、油脂と、脂肪酸又はその１価低級アルコールエステル（脂肪酸の低級アルコールエステルを、本明細書において「脂肪酸エステル」という。）とを酵素によるエステル交換反応によってトリグリセリドを転化し、特定のトリグリセリド分子種の濃度を高めて油脂の特性を改質することが行われている。この反応は、系中の水分が高いと加水分解反応の生成物であるジグリセリドの量が多量になる。当該ジグリセリドは、それ自体が最終製品である転化トリグリセリドの品質に影響を及ぼすのみならず、上記反応中に副反応として起こるトリグリセリドの異性化のトリガー（引き金）にもなりうる。オレイック油脂とステアリン酸又はそのエステルによる SOS（1,3−ジ−ステアロイル−２−オレオイルグリセリン）型ハードバターの製造においては、上記副反応が起こると異性体トリグリセリドSSO が生じ、更にトリグリセリドSSS も生成する。
【０００３】
これらのトリグリセリドは SOS型ハードバターの品質に極めて重大な影響をもたらすので、分別等の手段によって除去する必要がある。溶剤分別は目的のトリグリセリドSOS が濃縮したフラクションを得るための有効な手段でもあるが、大がかりな設備を必要とするのでコスト高になり、作業安全性の見地からも溶剤はできるだけ使用しない方が好ましい。また、エステル交換反応によって得られた転化トリグリセリドをジグリセリド及び／又はモノグリセリドの加水分解に対して特異的な酵素による処理によって除去する提案（例えば、特開昭６２−２８７号）もあるが、工程が複雑になるのが欠点である。それゆえ、原因であるジグリセリドの生成を極力抑制する事が肝要である。
【０００４】
可及的乾燥した反応系でエステル交換反応を行うことが提案されて（特開昭５７−８７８７号など）以来、反応系の水分をコントロールすることによってジグリセリドの生成を抑える種々の提案がなされてきたが、油脂に新たに導入交換すべき脂肪酸源として遊離の脂肪酸を使用して水分を低下させる場合、エステル交換反応速度があまりにも低下してしまうため反応系に存在する水分量をあまり低下させることができず、その結果分解によって生じる部分グリセリドの影響が依然残る。また、脂肪酸は、その融点が高いため反応系の温度がかなり高くなるという問題があり、そのため耐熱性酵素を用いたり、そうでなければ、脂肪酸を溶解するために反応系に有機溶媒を導入して系の温度を下げる必要があった。有機溶媒を導入するには設備面、安全面でかなりの投資を伴う。
【０００５】
一方、脂肪酸源として脂肪酸エステルを用いる場合、有機溶媒を導入しなくともそれほど高くない温度で反応系が構成できるため工業的にすこぶる有利である。この反応系では、エステル交換反応速度が比較的速いので反応系に存在する水分量をかなり制限する事が可能ではあるものの、それでもなお SSSなどの有害なトリグリセリドが生成し得、品質的になお改善すべき余地が存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
目的のトリグリセリドを常に高品質かつ安定的に得られるエステル交換反応方法を提供するのが本発明の課題である。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
本発明者は種々のエステル交換反応方法について鋭意研究した結果、反応系の水分量を制限すると共に、反応基質として従来、油脂と脂肪酸、または、油脂と脂肪酸エステルという択一的な組合せしか試みられていなかったことを見直し、油脂と脂肪酸及び脂肪酸エステルの３種を用い、そのバランスを調節する事により品質上望ましくないジグリセリドや SSSトリグリセリドなどの生成を制御出来る事を見出し、本発明を完成させるに到った。
【０００８】
すなわち本発明は、反応基質としての油脂類が油脂（トリグリセリド），脂肪酸及び脂肪酸エステルから構成され、かつ、反応基質の酸価が８〜３０であることを骨子とする酵素による油脂類のエステル交換方法である。
【０００９】
反応基質の油脂、脂肪酸及び脂肪酸エステルは、任意の種類を選択することができるが、脂肪酸及び脂肪酸エステルの脂肪酸基の双方が油脂に導入しようとする脂肪酸基となるように選択し、この双方の合計の油脂に対する割合が0.1〜20倍好ましくは0.3〜10倍となるようにするとよい。本発明において典型的には、基質に用いられる油脂の２位は不飽和、導入脂肪酸の脂肪酸基は飽和脂肪酸、主たる生成油脂は１，３位飽和２不飽和である。
【００１０】
本発明において、油脂の酵素によるエステル交換反応によるトリグリセリドの転化に際して、新たに導入交換すべき脂肪酸源として遊離の脂肪酸と脂肪酸エステルを併用するが、この反応系内では次式のようにトリグリセリド(TG)、ジグリセリド(DG)、水(H2O) および遊離脂肪酸(FA)は平衡状態で共存する。
【００１１】
ＴＧ＋Ｈ２Ｏ＝ＤＧ＋ＦＡ
【００１２】
ここで、ＦＡの存在量が多ければ多いほどＦＡを生成する右方向への加水分解反応が抑制される。したがって、油脂と脂肪酸エステルとのエステル交換反応系に遊離脂肪酸が加わることにより、加水分解反応は抑制され、反応速度の低下や溶剤使用の必要なくジグリセリドの生成ひいては上記典型例においてＳＳＳの生成を抑制できる。
【００１３】
遊離脂肪酸の存在量を示す酸価は高ければ高い程この効果を高めるが、30を超えると主反応であるエステル交換反応速度が低下し、目的のトリグリセリドの転化率の低下も著しくなる上に、遊離脂肪酸の結晶が析出しやすくなる。この防止のために反応温度を60℃近くまで上げる必要が生じるが、そのような高温下での反応は一般に酵素の失活を速めるので望ましくない。よって反応基質の酸価は30以下、特に20以下が好ましい。また、酸価が８より小さい場合には加水分解を抑制する効果が殆ど認められない。以上のことから、基質の酸価は８以上、特にエステル交換反応を多段で実施する場合１０以上が好ましい。
【００１４】
水の存在量は、少なければ少ないほど水を消費する右方向への反応即ち加水分解が抑制される。反応基質に含まれる水分の量が1800ppmを超える場合、基質の酸価が上述の範囲内にあっても、加水分解が起こるので望ましくなく、本発明の目的を達成させるには1800ppm以下、好ましくは100ppm以下の必要がある。
【００１５】
以上の条件に沿って調製した反応基質に酵素を作用させてエステル交換反応を行う。酵素は、微生物，植物，動物起源のいずれでも用いることができ、たとえばリゾプスデレマー（Rhizopus delemar），ムコールマイヘイ（Mucor miehei），アルカリゲネスエスピー（Alcaligenes sp. ）等の微生物由来でグリセリドの１位および３位に選択性を有するリパーゼ、アスペルギルスニガー（Aspergillus niger ），キャンディダシリンドラセ（Candidacylindracea ），ジオトリカムキャンディダム（Geotricum candidum）等の微生物由来のいわゆるランダム型リパーゼ，大豆，米ヌカ，ヒマ種子等の植物由来のリパーゼ、動物の膵臓リパーゼ等があるが、通常これらの市販品を用いるのが便利である。かかるリパーゼ剤としては、リパーゼそのもののほか、吸着法，イオンもしくは共有結合法，包括法などの常法によって得られる固定化リパーゼ、さらに該リパーゼを生産する能力のあるカビ，酵母，バクテリア等の微生物そのものを用いてもよい。
【００１６】
本発明の方法により、品質上望ましくないジグリセリドや SSSトリグリセリドなどの生成を抑制出来る結果、目的のトリグリセリドを高品質かつ安定的に得ることができる。また、本発明を多段反応に適用すること、すなわち、下記１）〜４）を繰り返し、最終サイクルでは３）４）の操作を行わずに反応物から脂肪酸及び脂肪酸エステルを全部留去して残余の油脂を得ることにより、溶剤分別を行わずにエステル交換反応のみで目的のトリグリセリドの高濃度化を行うことが可能となる。
１）油脂（トリグリセリド）、脂肪酸及び脂肪酸エステルから構成され、酸価が８〜３０である反応基質を調製し、
２）当該反応基質に対して酵素を用いた油脂類のエステル交換反応を行い、
３）反応物から脂肪酸及び脂肪酸エステルを蒸留により全部または一部留去し、
４）留去した残余の油脂類に脂肪酸及び脂肪酸エステルを添加することにより１）に記載の反応基質を調製する。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を掲げてこの発明を更に具体的に説明するが、この発明の範囲はこれらの例示に限定されない。なお、例中、部及び％はいずれも重量基準を意味する。
(実施例１）
ステアリン酸エチル (Ｃ18純度97.8%)とステアリン酸（Ｃ18純度97.2%)を混合して、酸価12.5に調整した。この脂肪酸/ 脂肪酸エステル混合組成物80部に対し、ハイオレイックひまわり油の脱酸油 (酸価0.13) 20部を加え、均一混合した。得られた油脂類混合液 (酸価10.0) を真空下で 110℃に加熱し、油脂類混合液中の水分を30ppm になるまで脱水した。脱水後の油脂類混合液 (反応基質) にモレキュラーシーブス3Aを加え水分を更に20ppm まで低下させた。1,3 特異性を持ち且つエステル交換活性能を有するリパーゼを担持したケイソウ土( 固定化酵素触媒)120g を充填したカラムに、上記の反応基質を40℃で流速50g/hrにて通液してエステル交換反応させた。反応開始後、67時間経過後のカラム出口の反応後の混合液の組成をＧＬＣとＨＰＬＣにて分析した。その分析結果を次の比較例１と共に表１に示す。
【００１８】
(比較例１）
実施例１に於いて、ステアリン酸を用いずにステアリン酸エチル80部に対して、ハイオレイックひまわり油の脱酸油 (酸価0.13) 20部を加えて油脂類混合液を調製した以外は、実施例１と同様に行った。結果を上の実施例１と共に表１に示す。
【００１９】

【００２０】
（比較例２）
実施例１に於けるステアリン酸/ ステアリン酸エステル混合組成物の酸価を4.5(油脂類混合液の酸価3.6)とした以外は、実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。
【００２１】
（実施例２）
ステアリン酸エチル (Ｃ18純度92.1%)とステアリン酸（Ｃ18純度97.2%)を混合して、酸価15に調整した。このステアリン酸/ ステアリン酸エステル混合組成物80部に対してハイオレイックひまわり油の脱酸油 (酸価0.13) 20部を加えて調製した油脂類混合液 (酸価12) を真空加熱により脱水し、更にモレキュラーシーブス3Aを加え水分含量を20ppm に調整した。その後、実施例１と同様にカラム内でエステル交換反応を行った。反応後の混合組成物を蒸留により脂肪酸エステル及び脂肪酸の一部を除去し、グリセリド油脂を濃縮した。
【００２２】
この濃縮されたグリセリド油脂に、上記の蒸留で留去された脂肪酸エステル及び脂肪酸混合組成物を不飽和脂肪酸エステル及び不飽和脂肪酸が飽和脂肪酸エステル及び飽和脂肪酸になるまで極度硬化したのち加えて、全体の酸価が再び12になるよう調合した。それから、水分含量を20ppm に再調整し、再度カラム内で酵素によるエステル交換反応を行った。
【００２３】
得られた再反応後の混合組成物を蒸留により脂肪酸エステル及び脂肪酸の全部を除去し、エステル交換油脂グリセリドを得た。その組成分析結果を次の比較例３と共に表２に示す。
【００２４】
（比較例３）
実施例２に於いて、ステアリン酸/ ステアリン酸エチル混合組成物の酸価を8(油脂類混合液の酸価6.4)とした以外は、実施例２と同様に行った。結果を表１に示す。
【００２５】

【００２６】
【発明の効果】
以上のように、反応系に於ける遊離状態の脂肪酸の存在量をある一定の比率以上とする事により、実施例は比較例に対して望ましくない副生物の生成が抑制され目的のトリグリセリドを常に高品質かつ安定的に得られるエステル交換反応方法であることがわかる。

Claims

反応基質としての油脂類が油脂（トリグリセリド。但し、分別液体画分を含む場合を除く。），脂肪酸及び脂肪酸エステルから構成され、かつ、反応基質の酸価が８〜３０であることを特徴とする酵素による油脂類のエステル交換方法。
基質中の水分含量が１８００ｐｐｍ以下である請求項１記載の油脂類のエステル交換方法。
下記１）〜４）を繰り返し、最終サイクルでは３）４）の操作を行わずに反応物から脂肪酸及び脂肪酸エステルを全部留去して残余の油脂を得ることを特徴とする油脂類のエステル交換方法。
１）油脂（トリグリセリド）、脂肪酸及び脂肪酸エステルから構成され、酸価が８〜３０である反応基質を調製し、
２）当該反応基質に対して酵素を用いた油脂類のエステル交換反応を行い、
３）反応物から脂肪酸及び脂肪酸エステルを蒸留により全部または一部留去し、
４）留去した残余の油脂類に脂肪酸及び脂肪酸エステルを添加することにより１）に記載の反応基質を調製する。