JP7050120B2 - 酵素処理プラントおよび酵素処理方法 - Google Patents
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Description
混合力は、反応混合物流のバルク全体に亘って均一に分散されないかもしれず、結果として反応混合物の混合の不十分な区域の形成につながる可能性がある。
ラントであって:酵素処理領域を含み、酵素処理領域が、乱流を発生させて反応混合物を混合しかつ混合物が乱流生成パイプを通って流れているときの粒子の沈殿を防止するための、繰り返し変化する中心線および/または繰り返し変化する横断面を有する乱流生成パイプを含み、酵素処理プラントおよび酵素処理領域が、反応混合物を15分以上の反応時間の間、酵素処理領域内で乱流に供するように設計されている、プラントが提供される。
生成パイプを含む酵素処理領域内に反応混合物を通すことを含み、乱流生成パイプが、繰り返し変化する中心線および/または繰り返し変化する横断面を含み、乱流生成パイプにより発生した乱流が、反応混合物を混合しかつ混合物が乱流生成パイプを通って流れているときの粒子の沈殿を防止するために、用いられ、反応混合物が、15分以上の反応時間の間、酵素処理領域内で乱流に供せられる、方法が提供される。
を軽減する(理想的には最小限に抑える)こともまた望ましいことである。剪断力は、大きすぎる流体速度によって引き起こされ、乳化物の生成に寄与する可能性があり、それは望ましくないことである。
経験するからである。
で、小さな流体速度での乱流の可能性は、劇的なエネルギー節約につながる。乱流生成パイプの特性は、直径の等しい滑らかなパイプに比べて幾分かの余分な流れ抵抗を引き起こし得るが、小さな流動速度で流れさせる能力の結果として生じる節約を相殺する程のものではない。その上、小さな速度は、所与の加水分解時間にしては管の長さが短くなるという実用上の付加的利点を与える。
移動させるには、粒子に作用している流体からの平均抗力が十分に大きくなければならない。実現例では、2m/s未満、場合によっては1m/s未満、場合によっては0.5m/s未満の流速で作動するようにプラントを設計してもよい。
れない。
は少なくとも100mであり得る。以下に述べる例から明らかとなるように、長さはこれよりもかなり長くてもよい。提案した設計の特質は、付加的な配管などを処理段階に加える柔軟性を念頭に入れるようなものであり、かつ単一の連続プロセスにおいて非常に長い反応時間を考慮に入れることができるようなものである。
り好ましくは20より大きく、最も好ましくは50より大きい乱流生成パイプまたは継ぎ合わせた多数の乱流生成パイプを含む、プラントを提供する。上記および下記の特徴は、この態様および本明細書に記載されたその他の態様と組み合わせて用いることができる。
繰り返し単位の最も外側にある極値点に対する接線と、繰り返し単位の最も内側にある極値点に対する接線との垂直距離である。
く、最も好ましくは2より大きい。乱流生成パイプのp/eの比率は、好ましくは50未満、より好ましくは25未満、最も好ましくは10未満である。乱流生成パイプのp/eの比率は、好
ましくは3~6の範囲内にある。
である(好ましくは、曲率半径がパイプの直径の2倍超、パイプの直径の4倍超、またはパイプの直径の6倍超、またはそれ以上である)。そのような大半径の屈曲部を使用するこ
とにより、パイプ内の圧力損失が低減され、それゆえ詰まりのおそれも軽減される。しかしながら、大半径の屈曲部は設置体積を増大させる。当業者であれば、利用可能な設置空間を考慮して屈曲部の曲率半径を選択し得ることを理解するであろう。それゆえ、小さな空間(例えば船舶上など)では、例えば大きな工場に配置された同様のシステムに比べて、屈曲部の曲率半径をより小さくする必要があり得る。
繰り返された複数の屈曲部を有していてもよい。
。
な上部空間をも有しない。
でもよい。第2化学反応には、第1反応に関与した成分とは異なる反応混合物の成分が関与し得る。さらに、プロセスの様々な段階において、様々な種類の酵素が使用され得る。
、油溶性画分が反応混合物から分離され得、続いてリパーゼで処理され得る。
などの反応条件の調節が伴い得る。例えばpHまたはイオン強度に関して反応混合物の特性を調節できる注入地点を提供してもよい。さらに、注入地点は、水の導入を考慮に入れたものであってもよい。これは、酵素は(油溶性でなく)水溶性であるが処理される画分は油系であるという場合に必要となり得る。酵素を油系画分に作用させるためには、懸濁液を形成させて酵素と油系画分との接触を可能にしてもよい。
ペプチダーゼであるalcalase(Novozymes)が使用され得、第2加水分解段階では、pH2.5
で最もよく働く酸性のプロテアーゼA(天野エンザイム株式会社)が使用され得る。それ
ゆえ、第1加水分解段階は中性pH付近で行われ、その一方で第2加水分解段階は酸性条件下で行われる。
では、最初の酵素処理の間または、任意もしくは代わりに次の酵素処理段階の間に、プロテアーゼをその他の酵素、例えばリパーゼおよび/またはカルボヒドラーゼなどと一緒に使用してもよい。
油溶性成分)の流れと、水溶性成分の流れと、沈殿物の流れとを産出するように作動可能な三相分離型デカンターを含み得る。分離機システムは、油溶性の流れの中の成分および/または水溶性の流れの中の成分をさらに分離するための1つ以上の遠心分離機を含み得
る。また、分離機システムは、1つ以上のフィルター(例えばモレキュラーシーブまたは
力学的フィルター)を含み得る。
酵素処理プラント内へ反応混合物を送り込むためのポンプ;
第1段階の酵素処理を行うための第1酵素処理領域;
水溶性成分、油溶性成分および固形成分の流れを分離するためのデカンターを含む分離
機システム
を提供することによって、モジュール式部品一式から適切な酵素処理プラントを製造することを含み;
当該方法がさらに:
要求される酵素処理プロセスを行える処理プラントに下記の構成要素の各々:フィルター;第2酵素処理段階;第3酵素処理段階;分離機システム後段階;流れ分割段階;および流れ統合段階が必要であるか否かを検討することを含み;
さらに、必要な構成要素を該モジュール式プラントに含めることを含む、方法を提供する。
理段階の下流に提供され得、かつ、使用時に第2酵素処理段階が第1酵素処理領域からの反応産出物の少なくとも一部を受け入れるように第1酵素処理領域と連通するように構成さ
れ得る。
理段階の下流に提供され得、かつ、使用時に第3酵素処理段階が第2酵素処理領域からの反応産出物の少なくとも一部を受け入れるように第2酵素処理領域と連通するように構成さ
れ得る。
ムと連通するように構成され得る:水溶性成分の流れ、油溶性成分の流れ、または固形成分。
プラントは、使用時に2つ以上の流れを下流側の種々の段階で処理するかまたは1つ以上の流れをそれより前の段階に戻し得るように、構成され得る。
、または分離機システムの後に提供され得る。
、分離機システムの前、または乾燥機の前に提供され得る。
に提供され得る。
合チャンバは、反応混合物を第1加水分解段階での最適な酵素作用に適した温度にするた
めに、熱交換器によって加熱してもよい。あるいは、またさらに、供給原料に熱水を添加することによって反応混合物を要求される温度(またはそれに近い温度)にしてもよい。混合チャンバ内で酵素を反応混合物に直接添加する実施形態では、酵素が熱水で失活(変性)しないように、反応混合物の温度を失活温度未満に保つことに注意しなくてはならない。そのような問題を回避するには、酵素を混合チャンバ内に添加するのではなく、代わりに第1酵素処理段階の開始時に注入地点を通じて酵素を反応混合物に添加してもよい。
酵素処理を行うための第1酵素処理領域;ならびに水溶性成分、油溶性成分および固形成
分の流れを分離するためのデカンターを含む分離機システムを含み;かつ
部品一式がさらに:フィルター;第2酵素処理段階;第3酵素処理段階;;流れ分割段階;流れ統合段階;注入地点;混合チャンバ;清浄機;および乾燥機のうちの1つ以上を含
む、部品一式にまで、本発明の範囲が及ぶ。
パイプは、約60mmの辺を有する正方形の横断面を有する。屈曲部の角度は15°~30°の範囲内にある。
ラントは、タンパク質-脂質混合物中のタンパク質を加水分解するためのものである。加水分解のためのプラントの使用は例示的なものであり、本発明に対して限定を加えるものではない。同様の装置をいかなる多段階酵素処理に使用してもよいことは明らかであろう。さらに、この事例では、システムによって処理される原料は魚である。しかしながら、魚の処理のためのプラントの使用は例示的なものであり、本発明に対して限定を加えるものではない。別の原料を使用して同様の装置を使用してもよいことは明らかであろう。提案した装置を使用するプロセスのさらなる例を以下に示す。
ンバを含む。原料を受け入れるための投入部と次の加水分解プラントの断片に連結されるための産出部とを除けば、混合チャンバは反応混合物に接触する酸素の量を減らすために密閉されており、無視できるほど小さい上部空間を有する。これは、供給原料中に存在する油の酸化を軽減する。混合チャンバは、反応混合物を第1加水分解段階での最適な酵素
作用に適する温度にするために、熱交換器によって加熱される。
ク質は、加水分解されて高分子量ペプチドを形成する。第1加水分解段階は、平均直径が46mmであり複数の180°屈曲部を有し曲率半径が200mmである波形パイプである。
密度ρ=1000kg/m3
粘度μ=0.02Ns
レイノルズ数Re=800
平均速度ν=0.35m/s
所与の直径での体積流速は下記で与えられる:
のに十分高い温度に加熱される。
分離機システムは、油(脂質および油溶性成分)の流れと、水溶性成分の流れと、固形成分とを産出するように作動可能な三相分離型デカンターを含む。
の一部は、乾燥機へと(例えば図示されていないコンベアによって)送られ、乾燥処理されて魚粉を形成する。魚粉はシステムの製品として産出される(システムの有用な産出物は暗い色の矢印で示されている)。固形物のもう1つの部分は、さらなる処理のためにさ
らなる酵素処理段階へと(例えば図示されていないコンベアによって)送られる。
の一部は、油を浄化する清浄機へと(図示されていないポンプを使用して)送られる。浄化された油は、遠心分離機およびフィルター(図示せず)を使用して部分成分に分けられ、結果として生じる成分はシステムの製品として産出される。油溶性成分のもう1つの部
分は、(図示されていないポンプを使用して)脂質加水分解段階へと送られ、リパーゼで処理される。脂質加水分解段階は、反応混合物のpHまたはイオン特性をリパーゼの最適機能条件に適するように改変するための(網掛けした矢印として示される)投入手段を含む。さらに、投入手段は、水の導入を考慮に入れたものである。このことは、リパーゼが(油溶性でなく)水溶性であるがゆえに必要である。例えば、リパーゼを脂質に作用させるために、懸濁液を形成させてリパーゼと脂質との接触を可能にしてもよい。そのようなプロセスでは、効率的に混合するがしかし乳化物の形成を最小限に抑える乱流生成パイプを提供することが有用である。リパーゼ処理の生成物はシステムの製品として産出される。
プチド成分の一部は、(図示されていないフィルターを使用して)濾取され、製品として
システムから産出される。残りの部分は第2加水分解段階へと投入される。
製品としてシステムから産出される。残りの部分は第3加水分解段階へと投入される。
る固形物または油溶性成分から低分子量ペプチド成分を分離させる。あらゆる固形成分は乾燥機(または酵素的骨処理段階)へと戻され、あらゆる油成分は脂質加水分解段階(または清浄機)へと戻される。低分子量ペプチド成分はシステムから産出される。
プロセスは、そのままの鰯(アンチョビ)を6mmダイですり潰したものをAlcalase(Novozymes)と共に、原料/水の比を50/50(w/w)として反応温度60℃で使用する。目標%DH=17(%DH=切断されたペプチド結合の数/合計のペプチド結合の数)であり、酵素製造者からの情報をもとにして見積った反応時間は45分である。添加した酵素は、添加した水を除いて原料(w.w)の0.1%(d.w)である。プラントは、1時間あたり7MTの容量で運転
し、そのうち3.5MTが魚であり3.5MTが水である。管長さは863mとなるであろう。
のところに増圧ポンプを取り付ける。ペプチドの濃度はタンパク質加水分解が進むにつれて時間とともに増加する。ペプチドは乳化剤として作用する可能性があり、管に沿った乳化物の形成を回避することが重要である。
密度ρ=1000kg/m3
粘度μ=25cP(入口)
選択した流れ特性:
レイノルズ数Re=1125
平均速度ν=0.32m/s
これらのパラメータを用いると直径D=88mmが得られる。
上記のパラメータ値の場合、この例での体積流速は7m3/hである。
この例は、Protamex(Novozymes)を使用して加水分解される鮭の頭部と背骨を使用す
る。酵素濃度は、原料(w.w)の0.1%(d.w)である。50℃の反応温度で処理する前に、
原料を6mmダイですり潰し、原料/水の比50/50(w/w)に混合する。目標加水分解度%DH
=10(%DH=切断されたペプチド結合の数/合計のペプチド結合の数)であり、酵素製造者からの情報をもとにして見積った反応時間は30分である。
粘度が高いため)。プロセスが進行するにつれて、粘度は減少し、詰まりのおそれが大きくなる。したがって、この実施形態では、繋がり合った異なる3つの管直径によって加水
分解ユニットを構築する。
反応混合物の特性:
密度ρ=1000kg/m3
粘度μ=23cP、17cPおよび9cP
選択した流れ特性:
レイノルズ数Re=1035、1655、3620
平均速度ν=0.23m/s、0.32m/s、0.43m/s
よび257mの最終部分に分かれる。断片2の前および断片3の前には増圧ポンプが存在するであろう。
この例での体積流速は7m3/hとなるであろう。
この事例では、Alcalase(Novozymes)により鮭の骨格および頭部を処理した加水分解
物を、風味が最適化され苦みが少なくなるように特別に考案されたエキソペプチダーゼ/エンドペプチダーゼ複合物であるFlavourzyme(Novozymes)を使用する第2加水分解によ
って、さらに処理する。10%の乾燥物を含有するように加水分解物を希釈したが、そのうち主な部分を占めるのはタンパク質である(おおよそ90%)。基質は実質的に脂質を含まない。反応時間は20分であり、反応温度は55℃である。酵素濃度は原料(w.w)の0.1%(d.w)である。
反応混合物の特性:
密度ρ=1040kg/m3
粘度μ=6.5cP
選択した流れ特性:
レイノルズ数Re=1811
平均速度ν=0.09m/s
上記のパラメータ値の場合、体積流速は4m3/hである。
Claims (13)
- 連続流に基づく魚由来成分の酵素処理のための酵素処理プラントであって、
酵素処理領域を含み、該酵素処理領域が、乱流を発生させて反応混合物を混合しかつ該反応混合物が乱流生成パイプを通って流れているときの粒子の沈殿を防止するための、繰り返し変化する中心線および/または繰り返し変化する横断面を有する前記乱流生成パイプを含み、
前記乱流生成パイプは、
相互接続された一連の水平な層において、積層型、コイル型または入れ子型に配置された配管であり、
10より大きい概念的繰り返し単位を含み、
全長が少なくとも50mであり、
平均直径が20mm~200mmの範囲内であり、
繰り返し単位の幅p/深さの比率は2より大きく25未満の波形パイプであり、
前記酵素処理プラントおよび前記酵素処理領域が、前記反応混合物を15分以上の反応時間の間、前記酵素処理領域内で乱流に供するように設計されており、
前記乱流生成パイプを通る前記反応混合物の流速が2m/s未満で作動するように設計されており、
前記乱流生成パイプ内の反応混合物の流れは、レイノルズ数が1000未満で乱流である、
プラント。 - 前記反応時間が30分超である、請求項1に記載のプラント。
- 前記乱流生成パイプが、変化する横断面積を有する、請求項1または2に記載のプラント。
- 前記乱流生成パイプが波形パイプである、請求項1~3のいずれか1項に記載のプラント。
- 前記プラントが、前記乱流生成パイプを通る前記反応混合物の流速が1m/s未満である状態で作動するように設計されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のプラント。
- 前記乱流生成パイプが、前記乱流生成パイプの内面に付着した固定化酵素の層を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のプラント。
- 前記反応混合物の特性を変化させる試薬を導入するための注入地点を含み、好ましくは該試薬が酸、塩基または水である、請求項1~6のいずれか1項に記載のプラント。
- 前記乱流生成パイプの少なくとも一部を加熱するための熱交換器を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のプラント。
- 分離機システムを含み、好ましくは該分離機システムが、油および油溶性成分の流れと、水溶性成分の流れと、沈殿物の流れとを産出するように作動可能な三相分離型デカンター、ならびに/または遠心分離機および/もしくはフィルターを含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のプラント。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載のプラントを装備した船舶。
- 乱流生成パイプを含む第1酵素処理領域内に反応混合物を通すことを含む、魚由来成分の酵素処理方法であって、
前記乱流生成パイプが、繰り返し変化する中心線および/または繰り返し変化する横断面を有し、
前記乱流生成パイプは、
相互接続された一連の水平な層において、積層型、コイル型または入れ子型に配置されており、
10より大きい概念的繰り返し単位を含み、
全長が少なくとも50mであり、
平均直径が20mm~200mmの範囲内であり、
繰り返し単位の幅p/深さeの比率は2より大きく25未満の波形パイプであり、
前記乱流生成パイプにより発生した乱流が、前記反応混合物を混合しかつ前記混合物が前記乱流生成パイプを通って流れているときの粒子の沈殿を防止するために用いられ、
前記反応混合物が、15分以上の反応時間の間、前記第1酵素処理領域内で乱流に供せられ、
前記反応混合物は、乱流生成パイプを通る2m/s未満の流速を有し、
前記乱流生成パイプ内の反応混合物の流れは、1000未満のレイノルズ数で乱流である、
方法。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載のプラントを使用することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記第1酵素処理領域の下流にある第2酵素処理領域内に前記反応混合物を通すことを含み、
前記第2酵素処理領域内で行われる化学反応が、前記第1酵素処理領域内で行われる化学反応とは異なる、請求項11または12に記載の方法。
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