JPH02142485A - 高濃度トリグリセライドの製造法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はモノグリセラード及び／又はジグリセライドと
脂肪酸を含む基質にリパーゼを作用させてトリグリセラ
ードを製造する方法及び装置に関するものである。

［従来の技術］ 食用油脂は主成分のトリグリセラード（ＴＧ）の他に、
ＴＧの加水分解生成物である遊離脂肪酸（ＦＦＡ）、モ
ノグリセラード（ＭＧ）及びジグリセライド（ＤＧ）を
含んでいる。これらは原料の集荷から油脂分抽用操作の
間に、原料中に含まれる酵素又は外的要因により、主成
分であるＴＧが加水分解を受は生成した物である。

これらの加水分解生成物のうちＦＦＡ及びＭＧは精製段
階で除去することができる。例えばアルカリ精製または
蒸留・脱酸などの方法によりＴＧからＦＦＡ及びＭＧの
かなりの割合を分離除去することが可能である。

一方ＤＧは沸点等の物理性状や化学的性質がＴＧと類似
しているため相互の分離が困難であり、ＤＧの分離方法
は確立されていない。

ＴＧ中にＤＧが存在すると共融混合物を形成しＳＦＩ　
（固体脂含有係数）の低下、結晶核生成の妨害、チョコ
レート製造工程におけるテンパリング操作を困難にする
等の問題が生じる。

このようにＴＧ中にＤＧが含まれている場合にはその用
途に制限を受けることになるので、油脂中のＤＧ含有量
を効果的に減少させる方法が必要とされる。

リパーゼを油脂に作用させ、加水分解、エステル合成及
びエステル交換反応を行わせることは広く知られている
。

このうち、脂肪酸エステルの加水分解及び合成は下式の
如き可逆反応である。

ＤＧ＋ＦＦＡ−ＴＧ＋Ｈ２０（］、） （１１式より、水分の多い系では加水分解側に、又水分
の少ない系ではＴＧ合成側に反応が進むことは明らかで
あり、ＤＧを減少させるためには水分を除去しつつ上記
反応を行わせることが有利であるが、いずれにしてもリ
パーゼは加水分解反応又は合成反応を促進する触媒とな
る。

特公昭６３−１２５９９は水又は水及び低級アルコール
を排出する系において部分グリセリド及び遊離脂肪酸又
はその低級アルコールのエステルを含む基質にエステル
交換活性を有する脂質分解酵素を作用させるエステル化
法に関するもので、系外への水又は水及び低級アルコー
ルの排出法として減圧溜出やゼオライト、シリカゲルな
どの吸収剤を用いることが示されている。反応系内の水
分量としては０．１８％程度以下と記載されている。

特開昭６０−２０３１９６は、油脂類の加水分解反応に
続いてエステル合成反応を行うリパーゼによるエステル
交換方法に関するもので、エステル合成反応段階におい
て乾燥した不活性ガスを継続的に或は断続的に反応系内
に通気し、更に反応系外に排気して反応系内の水分を同
伴除去することにより水分を除去することが述べられて
いる。

特開昭６２−１９０９０は、グリセリンと０４〜Ｃ０飽
和（不飽和）脂肪酸に、実質的に水を加えることなく、
更に反応によって副生ずる水を除きつつ、特定の性状を
有するキャンディダ、シリンドラセの変異菌の生成する
リパーゼを作用させてジグリセリドを製造する方法に関
するもので、反応系からの脱水法としては吸収剤を用い
るか、乾燥した空気や不活性ガスを反応槽中に通気撹拌
して系外へ排気して水分を除いて反応系の含水率を０．
１・％以下にすることが示されている。

上記のごと〈従来法においては反応系内を減圧にするか
、或は反応系内に乾燥ガスを通し系内の水分をガスに同
伴させて除去する方法が示されているが、反応系内を減
圧にするだけでは水分除去の効率が悪く、また乾燥ガス
を用いて水分を極限まで除去しようとすると大量のガス
を導入する必要があり、それに伴う撹拌作用により固定
化酵素の減耗が甚だしく、逆に固定化酵素が減耗しない
程度のガス量では水分を極限まで除去できず高濃度のト
リグリセラードが得られないと言う欠点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はモノグリセラード及び／又はジグリセライドと
脂肪酸にリパーゼを作用させてエステル合成反応を行う
に際し、反応系内の水分を極限まで除去することができ
、高濃度のトリグリセラードを効率よく製造することの
できる方法及び装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかわる高濃度トリグリセラードの製造法は、
担体に固定化したリパーゼを充填した固定床よりなる固
定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼが充填されていな
い固定化リパーゼ不存在域とが内部に設置され、かつ固
定化リパーゼ不存在域にのみガスが導入された後排出さ
れる構造の反応槽にモノグリセラード及び／又はジグリ
セライドと脂肪酸を含有する基質を供給し、固定化リパ
ーゼ存在域において基質と固定化リパーゼを接触させて
エステル合成を行い、エステル合成で得られた反応生成
物を固定化リパーゼ不存在域に移動して乾燥したガスと
接触させ、反応生成物と接触した後のガスを反応槽外に
排出することにより反応生成物から水分を除去し、乾燥
したガスとの接触により水分を除去された反応生成物を
固定化リパーゼ存在域に循環させて再びエステル合成を
行わせることよりなる。

本発明の高濃度トリグリセラードの製造法における基質
としては、脂肪酸の他にモノグリセラードとジグリセラ
イドのうちの少なくとも一種を含むものならばいずれで
も良い。油脂のエステル交換反応により得られるＴＧの
他にＭＧ、ＤＧ、ＦＦＡなとの副生物を含むものにも応
用できる。また予め精製してＭＧやＦＦＡを除去した後
のＤＧ含有物に脂肪酸を添加するようにしても良い。

またグリセリンと脂肪酸のエステル化反応により得られ
るトリグリセラード濃度の低いものでもよい。

本発明において使用する酵素としては、リゾーブス属ｉ
１’１ｈｉｚｏｐｕｓ）、アスペルギリュウス属［Ａｓ
ｐｅｒｇｉｌｌｕｓｌ、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉ
ｌｌｕｍ）、キャンデイダ属（Ｃａｎｄｉｄａｌ　　　
シュードモナスｆｆ４　（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｌ　
、ムコール属（Ｍｕｃｏｒ）及びジョートリカム属（Ｇ
ｅｏｔａｒｉｃｕｍ）由来のリパーゼなどが挙げられる
。

リパーゼは担体に固定化して使用することにより、基質
とリパーゼの接触面を広げることができるので好ましい
。担体としては、例えばイオン交換樹脂、スチレン・ジ
ビニルベンゼン共重合体、ポリメチルメタアクリレート
、光硬化成樹脂などの重合体やゼオライト、珪藻土、パ
ーライト、カオリン、シリカ、アルミナなどの無機系材
料が利用できる。特にマクロな細孔を有する多孔性担体
が好ましく、平均細孔径として６００Å以上、好ましく
は８００Å以上の物が良い。他方平均細孔径があまり高
過ぎると比表面積が低下してリパーゼの活性発現が悪（
なる傾向にあるので平均細孔径は５００，０００Å以下
が望ましい、リパーゼの固定化法としては担体にリパー
ゼを物理吸着法により固定化することが好ましい。

前述の基質に固定化リパーゼを作用させることによりエ
ステル合成反応を行う際の反応温度は、用いるリパーゼ
にもよるが、２０〜７５℃の範囲の温度が好ましい。

反応槽の固定化リパーゼ不存在域への乾燥したガスの通
気量としては、固定化リパーゼ不存在域と固定化リパー
ゼ不存在域とにそれぞれ存在する基質の容量比や、温度
その他の操業条件にもよるが、高濃度のトリグリセラー
ドを得るためには５〜２０ｖｖｍ［１分間あたりの通気
量（１２７分）／反応槽内の固定化リパーゼ不存在域に
おける油脂の容量（氾）］、好ましくは７〜２０ｖｖｍ
、さらに好ましくは１０〜２０ｖｖｍとするのが良い。

通気量が５ｖｖｍ以下では反応系内の水分を充分に低く
できないか、または所定の水分量になるまで長時間を要
するるため高濃度のトリグリセラードを効果的に得るこ
とができない。

一方通気量を２０ｖｖｍ以上としてもトリグリセラード
濃度の向上はそれほど期待できず、また通気量が高すぎ
た場合には反応生成物の飛散等の問題も生じ、反応生成
物の収率の低下や回収のための操作付加等を招くことに
なる、上記範囲の通気量においては、乾燥ガスと反応生
成物との接触が有効に行われ、エステル合成反応が良好
に行われる。

乾燥したガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の如（油脂類に対して反応性のないものであ
ればよい。

反応槽の固定化リパーゼ不存在域から排出されたガスは
冷却して水分を分離し、再度反応槽に循環し乾燥ガスと
して再利用することができる。

固定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼが充填されてい
ない固定化リパーゼ不存在域とが内部に設置され、かつ
固定化リパーゼ不存在域にのみガスが導入された後排出
される構造の反応槽の具体例としては、第１図に示すよ
うに、直立円筒状の反応槽１の外筒２にそれより高さの
低い内筒３を挿入して上下に空間を有するように設置さ
れた形状で、外筒２と内筒３との間に固定化したリパー
ゼの充填床４を設け、内筒３の直下にガスの吹込口６、
槽上部にガス排出ロアを有するものが挙げられる。記号
５は基質及び反応生成物の混合物、記号８は加熱用ジャ
ケットである。記号４の部分が固定化リパーゼ存在域、
反応槽底部及び内筒３の内部が固定化リパーゼ不存在域
となる。

ガスの吹込口６から内筒３に乾燥したガスな導入すると
、基質及び反応生成物の混合物は撹拌されながら脱水し
て内筒３を上昇し、水分を含んだガスはガス排出ロアか
ら系外に排気される。ガスに伴われて内筒を上昇した基
質及び反応生成物の混合物は内筒吐縁をオーバーフロー
して内筒と外筒との間に設けられた固定化リパーゼの充
填床４を下降しエステル合成反応が行われる。固定化リ
パーゼの充填床４を通った基質及び反応生成物は再び内
筒に導入され、乾燥されたガスと接触して脱水される。

内筒３の上下の空間は基質及び反応生成物の循環路とな
る。

この形式の反応槽は、内筒内を乾燥ガスが上昇するに伴
って、ドラフト作用により、固定化リパーゼ存在域から
固定化リパーゼ不存在域への反応生成物の移動及び固定
化リパーゼ不存在域から固定化リパーゼ存在域への水分
を除去された反応生成物の循環が自動的に行われると言
う利点を有する。

連続操業を行う場合は、さらに基質の供給口と反応生成
物の排出口を設ける。

図とは逆に内筒に固定化したリパーゼの充填床を設け、
乾燥したガスを内筒と外筒との間に導入することにより
、内筒側を反応域、内筒と外筒との間を脱水域としても
よい。

また第２図に示すように、反応槽１を構成する筒状容器
の下半部に担体に固定化したリパーゼの存在域（充填層
）４゛を設け、該充填層を有しない上半部の固定化リパ
ーゼ不存在域９の下部に乾燥ガス吹込口６、上部にガス
排出ロア、上平部における前記乾燥ガス吹込口とガス排
出口との間の適当な位置（液面を形成すべき）から下半
部の担体に固定化したリパーゼの充填層４′の下部／＼
の液循環管】０を設けるようにしても良い。

固定化リパーゼ存在域４°の下方から導入された基質は
、固定化リパーゼの充填層４°を上昇しエステル合成反
応が行われる。固定化リパーゼ充填Ｈ４°を出た基質及
び反応生成物の混合物は固定化リパーゼ不存在域９にお
いて乾燥ガス吹込口６からの乾燥したガスと接触しなが
ら脱水して上昇し、水分を含んだガスはガス排出ロアか
ら系外に排気される。ガスと接触した後の基質及び反応
生成物の混合物は液循環管１０を通して再び固定化リパ
ーゼ充填層４゛に導入され再びエステル合成反応に供さ
れる。液の循環に際しては乾燥ガスの吹込みによる液の
ドラフト方式を利用しても良いが、ポンプ等を使用する
強制循環方式の反応槽を用いても良い。

本発明において使用するこのような反応槽は、反応を主
とする区域（固定化リパーゼ存在域）と脱水を主とする
区域（固定化リパーゼ不存在域）とが別々に設けられて
いるので、固定化リパーゼは吹き込まれたガスによる撹
拌作用を受けず減耗が著しく抑制される。

固定化リパーゼの形状としては粒状、膜状、ハニカム型
などのものが使用できる。

固定化リパーゼが細かすぎると基質及び反応生成物の流
れが遅くなり、荒すぎる場合には比表面積が低下しリパ
ーゼの活性発現が悪くなるので、粒状の固定化リパーゼ
を用いる際の粒径としては０．５〜５ｍｍが好ましい。

固定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼ不存在域との容
量比は５：１〜ｌ：５程度の範囲が好ましい。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

［実施例１］ 珪藻±（比表面積：０．８ｍ’／ｇ、細孔容積：１．０
８ｃｃ／ｇ、平均細孔径：９７２００人）をシリカを主
成分とするバインダーを用いて粒径２〜３ｍｍに成型し
た担体１０重量部を調製し、これにシュードモナス属（
Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｌ起源のリパーゼ０．３重量部
を水１０重量部に溶解した溶液を含浸させて４０℃、ｌ
ｍｍＨｇ、４時間の条件で乾燥し、水分を０．１％以下
にした固定化酵素を調製した。

内径２０ｍｍ、高さ２００ｍｍの温水ジャケット付き外
管に、外径１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１８０ｍｍの内
管を設置した反応槽の内管と外管の間に上記固定化酵素
３０ｇを充填し、固定化酵素が移動しないように固定化
酵素充填層の上下にステンレス製２０メツシユの金網を
設けて固定して固定化リパーゼ存在域とした。（第１図
参照）基質としてトリグリセラード（ＴＧ）８７．０重
量％、ジグリセライド（ＤＧ）７．３重量％、モノグリ
セラ・イド（ＭＧ）０．３重量％及び遊離脂肪酸（ＦＦ
Ａ）５．４重量％よりなる組成のクルード・パームオレ
イン３０ｇをこの反応槽に入れ内管の最下部より窒素ガ
スを吹き込み基質の撹拌と反応生成物の脱水を行った。

６０℃の温水をジャケットに通液し、窒素ガス通気量１
０ｖｖｍで２４時間反応を行ったところ基質中のトリグ
リセラード（ＴＧ）の濃度は９５重量％になった。また
ＤＧ、ＭＧ、ＦＦＡの濃度はそれぞれ２．６重量％、０
．１重量％、２．４重量％、反応系内の水分はｌＯｐｐ
ｍ以下であった。

［実施例２］ 内径８０ｍｍ、高さ８００ｍｍののジャケット付き反応
槽に外径４５ｍｍ、内径４４ｍｍ、高さ２００ｍｍのの
内管を取り付け、実施例１で使用したのと同じ固定化酵
素２００ｇを内管と外管の間に充填し、前記クールド・
パームオレイン９００ｍβ（８１０ｇ）を入れ、実施例
１と同様に６０℃で１０ｖｖｍの乾燥窒素ガスを導入し
たところ２４時間でＴＧ濃度は９５重量％に達した。反
応系内の水分は１０ｐｐｍ以下であった。

また窒素ガス流３１５　ｖ　ｖ　ｍの条件で反応を行っ
たところ、２４時間でＴＧ濃度は９３重量％と、１０ｖ
ｖｍの時よりは低かった。反応系内の水分は１９ｐｐｍ
以下であった。

［実施例３］ 実施例２で用いた反応槽の内管と外管の間に実施例１で
使用したのと同じ固定化酵素を１００ｇを充填し、実施
例１で使用したのと同じクールド・パームオレインを１
．ＯＯＯｍＪ２　（９００ｇ）使用し、反応槽への窒素
ガスの送入量を２．５．７．１０または１４ｖｖｍの各
速度に変化させて温度６０°Ｃでエステル合成反応を行
った。２４時間後のトリグリセラード濃度を第３図に示
した。

第３図において横軸はガス流速（ｖｖｍ）　、縦軸はト
リグリセラード濃度（重量％）を示す。

第３図より高トリグリセラード濃度を得るには５〜２０
　ｖ　ｖ　ｍ　、特に７〜２０ｖｖｍのガス速度が適当
であることがわかる。

［実施例４］ 実施例２で用いたのと同じ反応槽の内管と外管との間に
、実施例１で使用したのと同じ固定化酵素１００ｇを充
填した固定化リパーゼ存在域を設け、実施例１で使用し
たのと同じクールド・パームオレイン１０００ｍＩ２（
９１００Ｏを仕込み１０ｖｖｍのガス流速で乾燥した窒
素ガスを送入して攪拌・液循環及び脱水を行い温度６０
℃で合成反応を行った。

反応は４１．７ｍρ／ｈ（滞留時間２４時間に相当）の
速度で連続的に基質の送入と反応生成物の抜き出しなが
ら行った。反応槽から連続的に抜き出される反応生成物
中のトリグリセラード濃度を定期的に分析測定したとこ
ろ４８時間後に安定した。その時の反応生成物中のトリ
グリセラード濃度は９３．３重量％、反応系内の水分量
は１９ｐｐｍであった。さらに反応を続けたところ第１
表に示す結果を得た。

［比較例１］ 実施例４で用いた反応槽において、固定化酵素の固定床
を設けることなく、固定化酵素を基質に分散させて流動
層とした以外は実施例４と同様にして同量の乾燥ガスを
送入してエステル合成反応を行った。反応を開始して４
８時間後に安定し、その時の反応生成物中のトリグリセ
ラード濃度は９３．５重量％、反応系内の水分量は１９
ｐｐｍであった。さらに反応を続けたところ第１表に示
す結果を得た。

（以下余白） 第１表 比較例１の場合、短期間では実施例４と同等の成績を示
したが、長期操業では固定化酵素の漏出が甚だしく固定
化酵素の寿命に差があることが判った・ 即ち固定化酵素を基質に分散させた流動層形式の比較例
１では２０日間の連続操業で４５％の固定化酵素が漏出
して活性が低下しトリグリセラード濃度は低下するのに
対して、実施例４の固定床方式の方は若干の固定化酵素
の漏出は認められるものの４０日間安定して活性が発現
され高トリグリセラード濃度が維持されることが確認さ
れた。

なお固定床方式においても初期に若干の固定化酵素の漏
出が認められるのは、担体の製造過程で原料粒子に粉末
が付着している為に、酵素固定化の際この粉末にも酵素
が固定化され、反応時間が長くなるにつれて反応生成物
と共に粉末状の固定化酵素が漏出した為であると推定さ
れる。

固定床の場合の固定化酵素漏出量は２０日間の連続操業
で僅かに７％であったが、この量は初期固定化酵素の担
体製造時の担体付着粉末量に相当する。

また流動層の場合は、同様に粉末状固定化酵素が速やか
に漏出するばかりではな（、粒状固定化酵素同志が衝突
し合う為の摩耗により粉末化して固定床方式に比べ固定
化酵素の漏出量が大きくなり活性の低下が早まったもの
と推定される。

［発明の効果］ 反応系から水分を有効に除去し、水分を低く維持できる
のでジグセライト及び／又はモノグリセラードと脂肪酸
からリパーゼの作用により高濃度のトリグリセラードを
得ることができ、しかも長時間連続操業しても活性が低
下しない。

また本発明の装置は、簡単な構造で固定化リパーゼの損
失を防ぎ、長時間の連続操業を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用した固定床型反応槽の説明図、第
２図は本発明方法を実施するに適した他の形式の反応槽
の説明図、第３図は反応槽への窒素ガスの送入量を変化
させてエステル合成反応を行った場合の２４時間後のト
リグリセラード濃度を示す図で、横軸はガス流速（ｖＶ
ｍ）、縦軸はトリグリセラード濃度（重量％）を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　担体に固定化したリパーゼを充填した固定床よりな
   る固定化リパーゼ存在域と固定化リパーゼが充填されて
   いない固定化リパーゼ不存在域とが内部に設置され、か
   つ固定化リパーゼ不存在域にのみガスが導入された後排
   出される構造の反応槽にモノグリセラード及び／又はジ
   グリセライドと脂肪酸を含有する基質を供給し、固定化
   リパーゼ存在域において基質と固定化リパーゼを接触さ
   せてエステル合成を行い、エステル合成で得られた反応
   生成物を固定化リパーゼ不存在域に移動して乾燥したガ
   スと接触させ、反応生成物と接触した後のガスを反応槽
   外に排出することにより反応生成物から水分を除去し、
   乾燥したガスとの接触により水分を除去された反応生成
   物を固定化リパーゼ存在域に循環させて再びエステル合
   成を行わせることを特徴とする高濃度トリグリセラード
   の製造法。 ２　反応槽を構成する外筒の内部に、外筒より高さの低
   い内筒がその上下に空間を有するように設置されており
   、外筒と内筒との間又は内筒内部のいずれか一方の側に
   担体に固定化したリパーゼの充填層を有し、且つ上記固
   定化したリパーゼの充填層を有しない側に乾燥ガス吹込
   口、上部にガス排出口を有することを特徴とする高濃度
   トリグリセラードの製造装置。 ３　反応槽を構成する筒状容器の下半部に担体に固定化
   したリパーゼの充填層を有し、該充填層を有しない上半
   部の下部に乾燥ガス吹込口、上部にガス排出口を有し、
   且つ上半部における前記乾燥ガス吹込口とガス排出口と
   の間の位置から下半部の担体に固定化したリパーゼの充
   填層の下部への液循環管が設けられていることを特徴と
   する高濃度トリグリセラードの製造装置。