JP5989121B2 - 水溶液中での疎水性樹脂上に固定化されたリパーゼを使用した酵素的エステル交換 - Google Patents
水溶液中での疎水性樹脂上に固定化されたリパーゼを使用した酵素的エステル交換 Download PDFInfo
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Description
1.シリカ高分子および不溶性高分子などの固体担体への酵素の物理的吸着。
2.イオン交換樹脂への吸着。
3.エポキシ化無機担体または高分子担体などの固体担体材料との酵素の共有結合。
4.成長する高分子内での酵素の封入。
5.膜反応器または半透性ゲル内での酵素の封入。
6.架橋酵素結晶(CLEC)または架橋酵素凝集体(CLEA)。
1.pH、温度、緩衝塩の種類およびイオン強度に関して適切な緩衝液系で酵素を溶解するステップ。
2.酵素溶液に固体担体を加えて、酵素分子が該固体担体上に固定化されるまで暫く混合するステップ。
3.固定化した酵素を含む固体担体を濾過するステップ。
4.固体担体を適切な緩衝液で洗浄して、結合が弱い酵素分子を除去し、次いで該固体担体を乾燥させるステップ。
1.脂肪酸またはポリエチレングリコールなどの疎水性残基に酵素の表面官能基を結合すること。
2.酵素の表面を、ポリオール脂肪酸エステルなどの界面活性物質で被覆すること。
3.エタノールまたはイソプロパノールなどの親水性溶媒で前処理されている疎水性担体(典型的にはポリプロピレン)と酵素を接触させること。
A.前述の脂肪酸アルキルエステルの生成のための前述のシステムの少なくとも作動中に、反応容器は固定化リパーゼ調製物を含むことができる。
B.Aの特徴に加えてまたはその代わりに、前述の脂肪酸アルキルエステルの生成のための前述のシステムの少なくとも作動中に、反応容器は脂肪酸と、アルコールおよびアルコール供与体のうちの少なくとも1つとを含むことができる。
C.AもしくはBの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、前述の脂肪酸アルキルエステルの生成のための前述のシステムの少なくとも作動中に、前述の反応媒体は混合物を含み、前述のシステムは前述の反応容器と選択的流体連通している予備反応容器をさらに含み、前述の予備反応容器は前述の混合物を形成するために少なくとも脂肪酸と、アルコールおよびアルコール供与体のうちの少なくとも1つとを予備混合するように、および前述の混合物を前述の反応容器に選択的に送るように構成されている。該システムは、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、前述の予備反応容器と選択的流体連通し、かつ脂肪酸を前述の予備反応容器に選択的に送るように構成された脂肪酸源と、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、前述の予備反応容器と選択的流体連通し、かつアルコールおよびアルコール供与体のうちの少なくとも1つを前述の予備反応容器に選択的に送るように構成されたアルコール源とを随意にさらに含むことができる。該システムは、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、前述の予備反応容器と選択的流体連通し、かつ前述の混合物に含まれるべく水性アルカリ性緩衝液および水のうちの少なくとも1つを前述の予備反応容器に選択的に送るように構成された緩衝液源を随意にさらに含む。
D.AからCの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、脂肪酸および/またはアルコールおよびアルコール供与体のうちの少なくとも1つおよび/または水性アルカリ性緩衝液および水のうちの少なくとも1つからの1つまたは複数を連続方式または別々のバッチでのいずれかでそれぞれ前述の予備反応容器に選択的に送るように構成されることができる。
E.AからDの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該予備反応容器は、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、前述の混合物を連続方式および/または別々のバッチで前述の反応容器に選択的に送るように構成されることができる。
F.AからEの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、少なくとも1つの脂肪酸と;アルコールおよびアルコール供与体のうちの少なくとも1つと;水性アルカリ性緩衝液および水のうちの少なくとも1つとを前述の反応容器に選択的かつ直接的に送るように構成されることができる。
G.AからFの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該反応容器は、前述の反応容器中の反応媒体を選択温度範囲内に維持するように構成された温度調節装置を含むことができる。
H.AからGの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、固定化リパーゼ調製物を前述の反応容器内に保持するように構成された保持装置をさらに随意に含むことができる。
I.AからHの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、前述の反応容器と選択的流体連通している生成物分離容器をさらに随意に含むことができ、前述のシステムが反応産物を含む反応混合物を前述の反応容器から前述の生成物分離容器に選択的に送るように構成され、および前述の生成物分離容器がそこに送られた反応混合物から脂肪酸アルカルエステルの生成物を選択的に分離するように構成されている。例えば、生成物分離容器は、遠心分離機および重力分離装置のうちの1つでありうる。
J.AからIの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該反応容器は、前述のシステムの少なくとも前述の作動中に、前述の反応混合物を前述の生成物分離容器に連続方式でおよび/または別々のバッチで選択的に送るように構成される。
K.AからIの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、前述の生成物分離容器からの脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物を選択的に送るように構成される。例えば、該システムは、前述の生成物分離容器からの脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物を連続方式でおよび/または別々のバッチで選択的に送るように構成される。
L.AからKの特徴に加えてまたはそれらの代わりに、該システムは、前述の生成物分離容器に送られた反応混合物からの脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物を増加させるように構成される。この特徴を有するシステムの一構成では、該システムは、続いて前述の生成物分離容器に送られた反応混合物からの脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物をさらに増加させるために、脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物を選択的に別のルートで送るように構成される。この特徴を有するシステムの別の構成では、該システムは、補助反応器のモジュールに脂肪酸アルキルエステルの前述の生成物を選択的に別のルートで送るように構成され、前述の補助反応器のモジュールが補助反応容器と補助生成物分離容器とを含み、脂肪酸アルキルエステルの前述のさらに増加した生成物は、続いて前述の補助生成物分離容器を介して選択的に送られる。
(実施例)
(概要)
(実施例1)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を1重量%含む精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。10重量%リパーゼ調製物を含む反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図1に示す。
(実施例2)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図2に示す。
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたシュードモナスエスピー由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図3に示す。
(実施例3)
反応条件:蒸留水を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図4に示す。
反応条件:蒸留水を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたシュードモナスエスピー由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図5に示す。
(実施例4)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を異なる量で含有する、遊離脂肪酸大豆の加水分解物(50重量%)と、初期のFFA値72mg KOH/1gの大豆油(50重量%)との混合物。メタノール(4.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたシュードモナスエスピー由来のリパーゼを用いた(20重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図6に示す。
(実施例5)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を1重量%含有する、FFA値150mg KOH/1gの遊離脂肪酸大豆の加水分解物(20g)。メタノール(2mL)を1バッチで反応物に添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたシュードモナスエスピー由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図7に示す。
(実施例6)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を1%含有する精製魚油(20g)。エタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。Amberlite(登録商標)XAD1600上に固定化したサーモマイセスラヌギノサスおよびシュードモナスエスピーに由来するリパーゼを別々に用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図8に示す。
(実施例7)
反応条件:獣脂(4g)の脂肪酸エチルエステルおよび1Mの炭酸カリウム溶液を1%含有する獣脂(16g)。エタノール(2.5mL)を等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。Amberlite(登録商標)XAD1600上に固定化したサーモマイセスラヌギノサスおよびシュードモナスエスピーに由来するリパーゼを別々にまたは等量比の組み合わせで用いた(10重量%)。反応媒体を37℃、300rpmで振盪した。結果を図9に示す。
(実施例8)
(実施例9)
反応条件:2重量%の0.1M重炭酸ナトリウム溶液を含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を、特に明記しない限り1ステップで、等量の3バッチで、各々1時間間隔で段階的に添加した。10重量%のリパーゼ調製物を含有する反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図10〜13に示す。
(実施例10)
反応条件:0.1M重炭酸ナトリウム溶液を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図14に示す。
反応条件:0.1M重炭酸ナトリウム溶液を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたシュードモナスエスピー由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図15に示す。
(実施例11)
反応条件:蒸留水を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図16に示す。
(実施例12)
反応条件:0.1M重炭酸ナトリウム溶液を異なる濃度で含有するオレイン酸(20g)。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図17に示す。
(実施例13)
反応条件:オレイン酸を異なる濃度で含有する精製、漂白した大豆油(20g)に8重量%の0.1M重炭酸ナトリウム溶液を補充した。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図18に示す。
(実施例14)
反応条件:リン脂質を異なる濃度で含有する粗製大豆油(20g)に8重量%の0.1M重炭酸ナトリウム溶液を補充した。メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図19に示す。
(実施例15)
反応条件:異なるpH値で8重量%の0.1M重炭酸ナトリウム溶液を含有する精製、漂白した大豆油(20g)。 メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図20に示す。
反応条件:異なるpH値で8重量%の0.1M酢酸ナトリウム溶液を含有する精製、漂白した大豆油(20g)。 メタノール(2.5mL)を1ステップで添加した。疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼを用いた(10重量%)。反応媒体を30℃、300rpmで振盪した。結果を図21に示す。
(実施例16)
反応条件:0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液を2%含有する廃食油(1100g)およびメタノール(140g)をまず、予備反応調整容器140で予備混合して、エマルジョンを形成し、次いでこれを約2リットルの内容積V2を有する反応容器120に導入した。反応容器120中で反応混合物を、疎水性で多孔質のポリスチレン・ジビニルベンゼンをベースにした樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサスに由来するリパーゼ(油の30重量%)と30℃で6時間混合した。フィルタ125を介して反応混合物を濾過して、生成物分離容器160に送った。生成物分離容器160中の反応混合物からグリセロールおよび過剰な水を除去した。脂肪酸メチルエステルを含有する上相および非反応グリセリドを、別ルートライン165を介して反応容器120に再導入し、次いでメタノール(110g)を反応容器120中の反応媒体に添加してから、反応容器120での撹拌を再び始めた。2時間後のメチルエステルへの変換は、98%であった。廃食油(83重量%)、メタノール(15%)および0.1Mの重炭酸ナトリウム溶液(2%)を含有する乳化反応媒体(調製したエマルジョン)をおよそ30mL/分の流量で反応容器120に連続的に送った。マクロ多孔質の疎水性樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサスリパーゼに由来する同じバッチの生体触媒を用いると、脂肪酸メチルエステルへの変換は、著しい活性消失もなく、3カ月以上維持された。
Claims (24)
- 下記から選択されるプロセス:
(A)脂肪酸源をアルコールでエステル交換/エステル化して脂肪酸アルキルエステルを形成するプロセスであって、固定化リパーゼ調製物の存在下で、脂肪酸源とアルコールまたはアルコール供与体とを反応させることを含み、前記固定化リパーゼ調製物が疎水性の多孔質担体上に固定化された少なくとも1つのリパーゼを含み、反応媒体が水性アルカリ性緩衝液を脂肪酸源の5重量%超および最高30重量%の量で含む、プロセス、及び
(B)脂肪酸源をアルコールでエステル交換/エステル化して脂肪酸アルキルエステルを形成するプロセスであって、固定化リパーゼ調製物の存在下で、脂肪酸源とアルコールとを反応させることを含み、前記固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質の担体上に固定化されたリパーゼを含み、および該脂肪酸源又は反応媒体に水が脂肪酸源の5重量%超および最高30重量%の量で加えられている、プロセス。 - プロセス(A)であり、前記水性アルカリ性緩衝液が7から11までのpH値を有する、請求項1に記載のプロセス。
- プロセス(A)であり、前記水性アルカリ性緩衝液が脂肪酸源の5%、6%、7%、8%、10%、12%、15%、20%、25%超および最高30重量%までの量で含まれる、請求項1または請求項2に記載のプロセス。
- プロセス(B)であり、前記水が3〜11のpH値の溶解塩の水溶液の形態である、請求項1に記載のプロセス。
- プロセス(B)であり、前記水または溶解塩の水溶液が脂肪酸源の5%、6%、7%、8%、10%、12%、15%、20%、25%超および最高30重量%までの量で加えられている、請求項1または4に記載のプロセス。
- 前記アルコールが短鎖アルコールであり、または前記アルコール供与体は、モノアルキルエステル、または炭酸ジアルキルであって、反応媒体中のアルカリ性試薬の源としても役立つ、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記短鎖アルコールがC 1 −C 6 アルキルアルコールである、請求項6に記載のプロセス。
- 前記短鎖アルコールがC 1 −C 4 アルキルアルコールである、請求項6または7に記載のプロセス。
- 前記アルコールがメタノールもしくはエタノールである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記モノアルキルエステルが酢酸エチルであり、前記炭酸ジアルキルが炭酸ジメチルである、請求項6に記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つのリパーゼが、リゾームコールミーハイ(Rhizomucor miehei)、シュードモナスエスピー(Pseudomonas sp.)、リゾプスニベウス(Rhizopus niveus)、ムコールジャバニクス(Mucor javanicus)、リゾプスオリゼ(Rhizopus oryzae)、アスペルギルスニガー(Aspergillus niger)、ペニシリウムカメンベルティ(Penicillium camembertii)、アルカリジェネスエスピー(Alcaligenes sp.)、アクロモバクターエスピー(Acromobacter sp.)、ブルクホルデリアエスピー(Burkholderia sp.)、サーモマイセスラヌギノサス(Thermomyces lanuginosus)、クロモバクテリウムビスコサム(Chromobacterium viscosum)、カンジダアンタークティカB(Candida antarctica B)、カンジダルゴサ(Candida rugosa)、カンジダアンタークティカA(Candida antarctica A)、パパイヤ種子およびパンクレアチンのいずれか1つに由来するリパーゼである、請求項1〜10のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記少なくとも1つの固定化リパーゼが、遊離脂肪酸のエステル化を触媒して、脂肪酸アルキルエステルと、副産物として水とをもたらすことができ、また、トリグリセリドおよび部分グリセリドのエステル交換を触媒して、脂肪酸アルキルエステルと副産物としてグリセロールとをもたらすことができる、請求項1〜11のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記リパーゼ調製物が、疎水性担体上に各々別々に固定化されうる、または同じ疎水性担体上に共固定化されうる少なくとも2つのリパーゼを含み、前記少なくとも2つのリパーゼが同一のまたは異なる位置特異性を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記リパーゼが、遊離脂肪酸のエステル化を同時にもしくは連続的に触媒して、脂肪酸アルキルエステルと、副産物として水とをもたらすことができ、また、トリグリセリドおよび部分グリセリドのエステル交換を同時にもしくは連続的に触媒して、脂肪酸アルキルエステルと、副産物としてグリセロールとをもたらすことができる、請求項13に記載のプロセス。
- 前記担体が、疎水性脂肪族高分子をベースとした担体および疎水性芳香族高分子をベースとした担体のいずれか1つである、請求項1〜14のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記疎水性高分子担体が線状または分岐状の有機鎖から構成される、請求項15に記載のプロセス。
- 前記担体がマクロ網状有機高分子またはコポリマー鎖を含む、請求項15または16に記載のプロセス。
- 前記担体が、疎水性でありうるまたは疎水性の有機材料で被覆されている、多孔質もしくは非多孔質の無機担体である、請求項1〜17のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記有機材料が線状、分岐状、または官能基を有する疎水性有機鎖である、請求項18に記載のプロセス。
- 前記水性アルカリ性緩衝液が無機アルカリ塩または有機塩基の溶液である、請求項1〜3および6〜16のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記アルカリ性緩衝液が、アルカリ金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、脂肪酸カルボン酸塩およびクエン酸塩、第一級、第二級および第三級のアミン、ならびにそれらの混合物のいずれかの溶液である、請求項20に記載のプロセス。
- 前記脂肪酸源が、植物油、動物性脂肪、藻油、魚油、廃油およびそれらの任意の混合物のいずれか1つである、請求項1〜21のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記アルコールがメタノールであり、結果としてもたらされる前記脂肪酸エステルが脂肪酸メチルエステル(FAME−Biodiesel)である、請求項1〜22のいずれか1項に記載のプロセス。
- 前記アルコールが中鎖脂肪アルコール(C6−C10)または長鎖脂肪アルコール(C12−C22)である、請求項1〜22のいずれか1項に記載のプロセス。
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