JPH02238886A

JPH02238886A - 微水系における油脂類の酵素反応モデル及び該酵素反応モデルによる酵素反応制御方法

Info

Publication number: JPH02238886A
Application number: JP5907889A
Authority: JP
Inventors: Eiji Izumimoto; 泉本　英次; Susumu Kyotani; 晋京谷; Hideki Fukuda; 秀樹福田; Eiji Nakanishi; 英二中西
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-21

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〕この発明は微水系における油脂類の酵素反応モデル及び
新規な該酵素反応モデルによる酵素反応制御方法に関す
る．〔従来の技術と解決すべき課題〕油脂類の酵素反応は水と混じり合わない油脂類に水の存
在下で始めて活性を発現する酵素を触媒として作用させ
るものである．このため、油脂溶液中の水分濃度によっ
て酵素の働きが大きく左右させられ、微量な水分濃度の
差異が反応速度や製品収率に大きな影響を与えることと
なる．たとえば、リパーゼによる油脂のエステル交換反
応は、一般的にトリグリセリド（ＴＧ）をジグリセリド
（ＤＧ）、モノグリセリド（ＭＧ）あるいはグリセリン
と脂肪酸（ＦＡ）とに分解する加水分解反応と、その加
水分解物を再びトリグリセリドなどに合成するエステル
化反応との競合反応である．したがって、反応液中の水分濃度が高くなりすぎると、
加水分解反応が促進され、副生成物のジグリセリドや脂
肪酸の生成が支配的となる．特に、ジグリセリドの生成
はエステル交換反応における製品となるトリグリセリド
の収率を低下させるとともに、ジグリセリドの製品への
混入は単に収率の低下に止まらず、最終製品の品質を低
下させることが知られている．他方、水分濃度を低下さ
せるとエステル化反応が促進されるが、水分濃度が低く
なりすぎると、酵素活性が充分に発現されず、製品とな
るトリグリセリドの生産性が低下する．このことは、ジ
グリセリドの生成を抑制しつつトリグリセリドの生産速
度を最大にする最適な水分濃度条件が存在することを示
している．これまでの実験結果から、その最適な水分濃
度は反応条件に依存するものの数１０ｐｐ■から高くと
もおよそ２００ＰＰ−までの間と推察されており、工業
化の観点からも数１０ＰＰｍオーダーで反応液中の水分
濃度を最適に制御する必要がある．そこで、反応液中の水分濃度を最適に制御する方法の一
つとして、従来より反応槽に油脂溶液中の水分濃度を検
出する水分濃度センサーを設け、その検出値に基づいて
水分濃度を制御する方法が提案されている．この方法で
は水分濃度センサーにより連続的な水分濃度信号が得ら
れるが、そのセンサーの検出原理から検出遅れが大きく
、水分濃度の制御が困難となっていた．また、油脂類の酵素反応において、反応製品の濃度を制
御するためには、先ず製品の濃度をオンラインで検出す
る必要がある．然るに、油脂類のような天然物は組成が
複雑であるため、オンラインで精度良く組成を検出でき
るセンサーがなく、サンプリングによる手分析に輔らざ
るを得ない．したがって、手分析で得られた組成の結果
に基づいて反応系の組成を制御するまでには、相当の時
間遅れを必要とした．このように水分濃度センサーによる水分濃度の制御も、
手分析による組成の制御もいずれも検出結果に基づいて
制御を行うフィードバック制御であるため、必〆的に遅
れを内在しており、迅速で精度の高い制御ができなかっ
た．更に、油脂類の酵素反応においては、１箇月単位の長期
間にわたる連続反応が行われることがある．このような
場合、酵素の本体はタンパク賞であるため、熱変性など
の自然失活により反応触媒としての機能を低下させるこ
とがあり、酵素失活現象の把握が不可欠となる．しかし
、従来の油脂類の酵素反応制御方法においては、酵素の
失活は何ら考慮されていなかった．そのため、従来の固
定パラメータを用いたフィードバック制御では良好な制
御性が得られなかった．〔課題を解決するための手段〕そこで、本発明者らはこのような問題点を解決するため
、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである．本発明に係る微水系における油脂類の酵素反応モデルの
要旨とするところは、油脂類の酵素反応において、酵素
反応に関与する反応槽容量．固相客量．原料供給速度，
原料基質濃度．液相基′Ｉｔ濃度及び固相基ｉ［度に関
し、反応基質についての物質収支．水についての物質収
支及び／又は酵素の失活に関する関係式を求め、該関係
式のパラメ−タを分析値と計算値との誤差が最小となる
ように確定してなることにある．また、微水系における油脂類の酵素反応モデルによる酵
素反応制御方法の要旨とするところは、油脂類の酵素反
応に閲して予め得られた酵素反応モデルに基づき、酵素
反応系の反応基質の組成，水分濃度又は酵素失活の少な
くとも１以上の経時変化を予測して、該酵素反応を制御
するようにしたことにある．更に、前記酵素反応モデルによる酵素反応制御方法の要
旨とするところは、酵素反応系中に水分濃度検出器又は
オンライン反応液組成検出装置のいずれか一方又は双方
を設け、該検出された水分濃度又は成分組成のいずれか
一方又は双方に基づいて、酵素反応を制御するようにし
たことにある．また特に、前記酵素反応モデルによる酵
素反応制御方法におけるオンライン反応液組成検出装置
の一例として、特にオンライン液体クロマトグラフであ
ることを特徴とする．更に、前記オンライン液体クロマトグラフによる検出方
法が、サンプル抽出工程と、該抽出したサンプルを分析
する分析工程と、該分析したデータを処理するデータ処
理工程と、該処理された分析データをコントローラに送
信する送信工程とを含んで構成されていることにある．〔作　用〕かかる本発明の微水系における油脂類の酵素反応モデル
によれば、油脂類の酵素反応に関与する状態量を抽出し
、その状態量の関係を反応基質についての物質収支、水
について９物質収支及び／又は酵素失活のそれぞれに関
し関係式で表される．得られた関係式には定数や係数な
どのパラメータが含まれており、そのパラメータが実験
室レベルで得られた分析値と計算値との誤差が最小とな
るように確定され、関係式で表される酵素反応モデルが
定められる．得られた酵素反応モデルはその油脂類につ
いての酵素反応の経時変化を表しており、数値解析によ
り状態量の経時変化を予測することが可能となる．このような酵素反応モデルは他の条件設定の下でも得ら
れ、その得られた酵素反応モデルに基づいて油脂類の酵
素反応の経時変化を予測して、実際の反応系における酵
素反応を制御することが可能となる．酵素反応モデルに
基づく酵素反応の制御は状態量の経時変化とともにリア
ルタイムで実行でき、制御に時間遅れがないため、微量
の水分濃度や組成の調節が可能となり、製品収率を向上
させることができる．また、このような酵素反応モデルに基づくフイードフォ
ワード制御に加えて、反応槽に水分濃度検出器及び／又
はオンライン反応液組成検出装置を設け、いずれか一方
又は双方によって検出された検出値に基づいて、酵素反
応モデルによる制御と実際の反応系の実測値との誤差が
修正されるように構成することができる．これにより、
より精度の高い水分濃度と組成の制御が可能となる．更
に、オンライン反応液組成検出装置をオンライン液体ク
ロマトグラフにて構成し、分析値をデータ処理して自動
的にコントローラに入力させ、そのコントローラにより
成分組成の制御をするように構成することにより、組成
の分析ミスなど人為的ミスによる制ＩＩ０）誤動作を回
避できるとともに、迅速な制御が可能となる．〔実施例〕次に、本発明の実施例を図面を参照しつつ、詳細に説明
する．第１図に、原料が連続的に供給されて連続的にエステル
交換反応が行われる連続反応装置の概略を示す．連続反
応装置の反応槽は流動層型反応槽１０と水分濃度調節槽
１２の２槽から構成されている．流動層型反応槽１０に
は酵素が封入されていて、供給されてきた油脂類がこの
反応槽１０内でエステル交換反応させられる．使用され
る酵素としてはリパーゼ、リパーゼ生産菌である微生物
を例えばアセトン処理したのち乾燥させた乾燥菌体、リ
パーゼをイオン交換樹脂やセライト等に固定化させた固
定化物、又は乾燥菌体を多孔質体による微生物保持粒子
やイオン交換樹脂等に固定化させた固定化物が用いられ
る．一方、水分濃度！１１節槽ｌ２には撹拌機ｌ４が設けら
れていて、その撹拌機１４により、原料貯槽ｌ６から原
料供給ボンブｌ８によって供給されてきた原料である油
脂類と、水貯槽２０から水供給ポンプ２２によって供給
されてきた水と、流動層型反応槽１０から循環ボンプ２
４によって循環させられてきた反応中の原料とが均一に
撹拌混合させられるようにされている．原料供給ポンプ
１８及び水供給ポンプ２２はコントローラ２６によって
制御されていて、原料や水の供給量が調節されている．
反応系における水分濃度の制御はｐｐ−オーダーで行わ
れることを要するため、通常、水供給ポンプ２２による
水分濃度調節槽ｌ２への水の供給はオンオフコントロー
ルで水を点滴させて行われる．更に高精度な制１ｎが要
求される場合、マイクロフィーダーポンプ等を用いるこ
とにより、より精密な水の供給が可能である．水分濃度！ｌ１ｗｉ槽ｌ２にて水分濃度が調節された原
料と反応中の原料との混合液（反応液）は循環ポンプ２
４によって直ちに流動層型反応槽ｌＯへ供給され、流動
層型反応槽１０内の水分濃度は水分濃度調節槽ｌ２内の
水分濃度と同等に保たれる．流動層型反応槽１０には水
分濃度検出器２８の検知部３０と、オンライン反応液組
成検出装置３２のサンプル抽出口３４が配設されていて
、反応液中の水分濃度検出値はリアルタイムで、また反
応液の組成検出値は一定のサンプリングタイム毎に、コ
ントローラ２６に入力される．コントローラ２６は水分濃度検出器２８及びオンライン
反応液組成検出装置３２からのデータに基づき、原料供
給ポンプ１８及び／又は水供給ボンプ２２をフィードバ
ック制御するとともに、コントローラ２６に予め入力さ
れている酵素反応モデルに基づいて、反応液の水分濃度
や組成及び酵素の失活を予測して、原料供給ポンプ１日
及び／又は水供給ポンプ２２をフィードフォワード制御
するようにされている．酵素反応モデルは適宜、条件を
設定して構成することができるが、特に、微水系におけ
る油脂類の酵素反応に関与する状態量である流動層型反
応槽ｌＯの容量、菌体保持粒子などの固相容量、原料供
給ポンプ１８による原料供給速度、その原料基質濃度、
液相基質濃度、固相基質濃度及び酵素失活に関し、反応
基質についての物質収支、水についての物質収支及び／
又は酵素失活の関係式を求め、その関係式のパラメータ
を実験によって求めた分析値と計算値との誤差が最小と
なるように確定して、得られたモデルが好ましい．なお、反応液中の水分濃度を減少させる場合、流動層型
反応槽１０や循環パイプ３６部にバイパスにて吸水性材
料を封入したカラムを設け、そのカラムへの反応液の流
入をコントローラ２６にて制御するようにされている．
また、反応した製品は、水分濃度調節槽ｌ２よりオーバ
ーフローで排出される．かかる本発明の微水系における油脂類の酵素反応モデル
による酵素反応制御方法によれば、微水系における油脂
類の酵素反応において重要な状態量である反応液の水分
濃度や成分組成及び酵素の失活の経時変化を酵素反応モ
デルによって予測でき、その予測に基づいて反応液の水
分濃度や成分組成を精度良く制御することができる．更
に、水分濃度検出器やオンライン反応液組成検出装置に
よって検出した実際の反応液の水分濃度や組成に基づい
て、反応液の水分濃度や組成をフィードバック制御する
ことにより、一層精度の高い酵素反応の制御が可能とな
る．ここで、酵素反応モデルの一例を示す．第１図に示す反
応槽１０内で菌体保持粒子に固定化された乾燥菌体リゾ
プス・キネンシス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ　ｃｈｉｎｅｎｓ
ｉｓ）によって起こされるエステル交換反応について示
す．なお、リゾプス・キネンシスは、グリセリドの１．
３位特異性を有するリパーゼ酵素生産菌である．このエ
ステル交換反応は固液二相系での反応であり、液相（反
応液）と固相（菌体保持粒子）のそれぞれについて物質
収支式をたてる必要がある．反応槽容量をｖ，国体保持粒子量をＶとし、また原料供
給速度をＦｆ、原料基質濃度をＣｆ、液相基質濃度をｃ
ｂ、固相（菌体保持粒子内）基質濃度をＣｓとする．反応基質についての物質収支を考える．エステル交換反
応に関与する基質として、トリグリセリド（０００，Ｐ
００，ＰＯＰ，５００，ＳＯＰ，ＳＯＳ）　、ジグリセ
リド（ＯＯＸ．ＰＯＸ，ＳＯＸ）　、脂肪酸（ＯＡ，Ｐ
Ａ，ＳＡ）の計１２種類の反応基質を考えると、次の物
質収支式が成立する．（液相内蓄積）一（流入項）一（流出項）＋（固相への
物質移動） ■−！−！ｌ−！！一Ｆｆ・Ｃｆ−Ｆｆ・Ｃｂ−ｋ・Ａ
（Ｃｂ−ＣＳ）ｄｔｄＣｂ　　Ｆｆ −＝　−　（Ｃｆ−Ｃｂ）　−　Ｋ　（Ｃｂ−Ｃｓ）　
　　　　（１）ｄ　ｔ　　■ ｋ−Ａここで　Ｋ＝　　ｖ固相（菌体保持粒子内）における物質収支は、（固相内
蓄積）＝（液相からの物質移動）＋（反応項）Ｖ４”−　−　ｋ　−　Ａ　（Ｃｓ−Ｃｂ）　＋　Ｖ　
・Ｒ一佳Ｃｓ＝　　ｋ二八（Ｃｓ−Ｃｂ）　十Ｒｄｔ　
　　　　　Ｖｋ−Ａ　　Ｖ　　ｋ′Ａ　　　よりところで、　ｙｖＶ ■ Ｖ　，　　ｗ−− Ｖとおけば、丈ｎ＝−■，・Ｋ　（Ｃｓ−Ｃｂ）　十Ｒ　　　　　（
２）ｄｔ（１），　（２１式において、Ｃ，Ｋ，Ｒは次のべクト
ノレを示すものとする．ここで、Ｒは反応項である．リパーゼ酵素を生体触媒と
して用いた油脂のエステル交換反応の反応動力学は、従
来、加水分解反応、エステル交換反応の逐次反応として
扱われていたが、本発明者らは反応動特性を更に良好に
表現するモデノレとして、グリセリド酵素錯体に基づい
た反応モデルを提案している．この反応モデルでは、次
の４段階の反応ステップによりエステル交換反応が進行
すると考えられる．第一段階；酵素とトリグリセリドが錯体を形成第二段階
；ジグリセリド錯体と脂肪酸に分解第三段階；他の脂肪
酸とトリグリセリド錯体を形成最終段階；酵素を遊離して他のトリグリセリドを生成これら４つのステップを経て、エステル交換反応が完結
すると考えられる．また、加水分解反応は、水とエステ
ル交換反応における中間生成物であるジグリセリド錯体
との間で生じると考えられる．更に、モデル化に際して、以下の仮定を設けている．仮定ｌ；反応系は、反応液中にリパーゼ酵素を含有した
菌体保持粒子の懸濁しｋ異相反応系であり、酵素反応は
菌体保持粒子内で起こる．仮定２；反応に用いる酵素は
１．３位特異性を有しており、トリグリセリドの２位は
攻撃されない．仮定３；モノグリセリドは実験結果からもほとんど生成
されていないので、モデル化の対象としない．以上の仮定の下で、反応基質についての物質収支式がた
てられた．次に、水についての物質収支を考える．加水分解反応に
関与する水も反応基質と考えられるが、水の物質収支に
ついては前述の第（２）式は成立しない．菌体保持粒子
内の水分は一般に数％程度存在し、他方反応液中の水分
濃度は、反応液が油・有機溶媒系であるため水の溶解度
も低く、高くとも数百ｐｐ一のオーダーである．本発明
者らは、非活性化させた菌体保持粒子を用いた実験から
、菌体保持粒子内の水分濃度と液相の水分濃度との間に
はある種の平衡関係があることを見出した．すなわち、
水の物質移動は、固相の水分濃度と液相の水分濃度との
差をそのまま推進力とするのではなく、固相の水分濃度
と平衡な菌体保持粒子壁の水分濃度と、液相の水分濃度
との差を推進力として生ずる旨を、先に提案している．
これより、液相における水の物質収支は、（液相内蓄積）一（流入項）−（流出項）＋（固相への
物質移動）Ｖ　’　””　＝Ｆｆ　・Ｃｆ．ｗ−Ｆ４　・Ｃｂ，ｗ
ｄｔ水は加水分解反応にのみ関与し、ジグリセリドに対して
等モルの反応を行うので、ｒ，　　塩−　　ｒｏｏｘ　　−　　ｒｐｏｘ　　−　
　ｒｓｏｘで表される．固相の水分濃度Ｃｓ，ｗと閑体保持粒子壁の水分濃度Ｃ
ｗ＋一との平衡関係は次式により表される．ｔ四二一”
　（Ｃｆ　＋　ｗ−　Ｃｂ＋　ｗ）　−　ｋ　ｗ　（Ｃ
ｂ　＋　ｗ−　Ｃｗ＋　ｗ）　　（３）ｄｔ　　　　　
Ｖまた、固相における物質収支としては、（固相内蓄積）
＝（液相からの物質移動）＋（反応項）ｖｄ　Ｃｓコー−　ｋ　・Ａ（Ｃｂ，ｗ−Ｃｗ，ｗ）　
＋　ｖ　・ｒｗｄｔｋ′Ａ　　Ｖ　　ｋ′Ａ　　　よりところで、　　ｖｖＶｖＩＩ−又　　とおくと、 ■ ’　””　＝−Ｖｍ　・ｋｗ　（Ｃｂ，ｗ−Ｃｗ，ｗ）
ｄｔ＋　ｒ　，　（４）Ｘ＝旦艶ＬＣｓａｔＣｓａｔは水の飽和溶解度、Ｖｍ，Ｃ，は定数である．次いで、酵素の失活について考える．ここでは、酵素失活の速度論として最も簡単な不可逆的
一次失活モデルを採用する．ｄ”　＝−ｋｅ　−Ｃｅ　　　　　（５）ｄｔ二二でｋｅは失活速度定数である．第（５）式で良好な推算値が得られない場合、例えば速
度定数中に基質阻害、生成物阻害の項を付加すれば良い
．以上、得られた酵素反応モデルは菌体保持粒子に固定化
されたリゾブス・キネンシスに関して、所定の条件設定
の下で求められたモデルであり、他の酵素を使用する場
合又は条件設定を変更したり或いは条件設定を簡略化あ
るいは更に追加して、種々の反応モデルを設定すること
は可能である．例えば、短期間の酵素反応においては、
酵素の失活を考慮する必要はなく、酵素失活の関係式を
省略できる等、一々例示するのは省略するが、いずれも
本発明の範囲に属するものである．また、得られた反応
モデルには、グリセリド酵素錯体モデルの速度パラメー
タや総括物質移動係数など、更に決定すべきパラメータ
が含まれている．これらのパラメータは、回分式のエス
テル交換反応を実施し、実験によって得られた分析値と
計算値との誤差が最小となるように最小二乗法により求
められ、パラメータが同定される．このようにしてパラ
メータの同定された反応モデルがコントローラに入力さ
れ、その反応モデルに基づいて、トリグリセリドやジグ
リセリド等の反応基質や反応液の水分濃度、更に酵素の
失活の経時変化を予測して、原料や水の供給量が制御さ
れるのである．このような酵素反応モデルによるフィー
ドフォワード制御のみによって、反応系を制御すること
は可能である．しかし、フィードフォワード制御のみに
よる制御では、例えば供給される原料中の水分濃度や組
成が変化した場合に対応できない．そこで、酵素反応モデルによるフィードフォワード制御
の他に、水分濃度検出器やあるいはオンライン反応液組
成検出装置が反応槽に設けられることが望まれる．水分
濃度検出器あるいはオンライン反応液組成検出装置によ
り、反応液中の水分濃度や組成を検出し、この実際の反
応系における検出値（実測値）と基準設定値との誤差を
修正するようにコントローラから制御信号が出力される
ことになる．これにより、より精度の高い水分濃度や組
成の制御が可能となる．ここで、オンライン反応液組成検出装置の具体例として
、オンライン液体クロマトグラフについて説明する．オ
ンライン液体クロマトグラフは油脂などの天然物の組成
をオンラインで検出することを目的に開発したものであ
り、液体クロマトグラフをオンライン化し、得られたク
ロマトグラフに演算処理を施し、反応液組成を経時的に
分析するものである．オンライン液体クロマトグラフは第２図に示すように、
まずデータ処理装置３８からの指示により、反応槽１０
に設けられたサンプル抽出口３４からサンプル抽出ポン
プ４０により反応液の一部がサンプルとして抽出され、
インジエクタ−４２に送られる．インジエクタ−４２は
データ処理装置３８の指示により流路が切り換えられ、
インジェクタ−４２内のサンプル液は移動相ボンプ４４
によって溶媒貯槽４６から送られてきた溶媒とともにカ
ラム４８に送られる．サンプル液はカラム４日で組成毎
に分離させられ、その組成がＲｉ検出器５０によって検
出される．Ｒｉ検出器５０にて検出されたデータはデー
タ処理装置３８において、クロルトグラフの面積処理や
移動平均などのスムージング処理などの必要なデータ処
理が為される．得られた分析データはデータ処理装置３
８からコントローラ２６に適当な通信手段により送られ
る．コントローラ２６では分析値と基準値とが比較され
、反応液の水分濃度や組成の制御に供される．このオンライン液体クロマトグラフによる反応液のサン
プリングはデータ処理装置３８からの指示に基づいて為
され、所定の定められた時間毎に上述の作動が為される
．また、このようなオンライン液体クロマトグラフの作
動はシーケンス制扉やマイクロコンピエータによる制ｊ
′ｎなどによって為される．得られたオンライン液体クロマトグラフを用いて検出し
た一例を第３図に示す．実験に用いた原料は、オリーブ
油（０００）、ステアリン酸メチル、ヘキサンをｌ：２
：３重量比に調整し、その原料１２００ｇに対して酵素
面体Ｌｏｇを用い、反応温度４０℃で酵素反応させた．
同図は一例としてトリグリセリド中のＳＯＳ組成をプロ
ットしたちのである．次に、水分濃度検出器としては、薄膜式酸化アルミニウ
ム被膜への水分子吸着によるインピーダンスの変化を利
用した水分濃度検出器が最も好ましいが、その他赤外線
を投光し吸収された光量から水分濃度を測定する装置や
、液の静電容量から水分濃度を測定する装置など、何ら
限定されるものではない．反応液への水の供給は前述のように水供給ポンプによっ
て水を点滴で補うものであっても良いが、その他、例え
ば水を噴霧させて補うものであっても良い．要は、水の
供給量が正確に把握できることが望ましい．逆に、反応液中から水分の除去は、吸水性材料と反応液
とを接触させることによって達成でき、吸水性材料とし
ては反応液に溶解せず、また反応基質と反応しないもの
であれば良い．たとえば、前述のシリカゲルの他、ゼオ
ライト、モレキエラーシープ、アルミナ、珪藻土、活性
炭、カオリナイト、パーライト、セルロースパウダー、
ヒドロキシルアパルタイト、キトサンなどの吸水性物質
や、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリ
コール、トリエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリ
エチレングリコールなどの水溶性物質や、グルコース、
ガラクトース、リボース、フラクトースなどの単Ｉ！類
、あるいはシュクロース、トレハロース、デキストリン
、グリコーゲン、デンプンなどの多糖類、更に焼石膏、
炭酸カルシウム、塩化カルシウムなどの吸水性を有する
塩類、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの潮解
性を有する塩類、又は無水硫酸ナトリウムのような結晶
水を失った金属塩類などを使用することができる．その
他、反応液中に不活性ガスを噴出させ、その不活性ガス
の気泡中に水蒸気を取込んで水分を除去するようにして
も良い．また、本発明に用いられる反応基質である油脂
類としては、油脂単独、あるいは油脂と他の油脂との混
合物、あるいは油脂と遊離の炭素数３〜２４の脂肪酸又
は同脂肪酸の炭素数１〜３の低級アルコールエステルの
混合物が用いられる．そのような油脂としては、パーム
油、オリーブ油、ヤシ油、魚油、茶油、大豆油、綿実油
、ラード、あるいはこれらの混合物が挙げられる．また、脂肪酸としては、酪酸、吉草酸、カブリル酸、カ
ブリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸又はベヘン酸な
どの飽和脂肪酸、あるいはパルミトオレイン酸、オレイ
ン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸又はセト
レイン酸などのような不飽和脂肪酸の単独あるいはそれ
らの混合物が挙げられる．脂肪酸のアルコールエステル
は、上記脂肪酸のメチルエステル、エチルエステル、又
はプロビルエステルなどの低級アルコールエステルを使
用することができる．更に、本発明において、上記反応基質は直接用いること
ができるが、必要に応じて基質をｎ−へキサン、イソオ
クタン、アセトン、エタノール、メタノール、石油エー
テルのような有機溶媒に希釈して用いることもできる．次に、本発明に用いられる酵素としては、リパーゼを含
有する微生物としてリゾプス属、アスベルギルス属、ム
コール属、キャンデイダ属、ジョートリクム属などの微
生物を用いることができ、その他、本発明においては他
の酵素であっても用いることができ、何ら限定されるも
のではない．また、酵素はパウダー状のものから、セラ
イト、活性アルミナ、活性白土、珪藻土、活性炭のよう
な担体に固定化させたものや、その他イオン交換樹脂に
固定化させたもの、更には、酵素を含む菌体そのものを
多孔質体やイオン交換樹脂に固定化したものなどが用い
られ、何ら限定されるものではない．その他、反応槽や水分濃度調節槽などの形式は何ら限定
されるものではなく、またコントローラはパーソナルコ
ンピエー夕など公知の装置を使用し得るものであるなど
、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知
識に基づき種々なる改良、変形、修正を加えた態様で実
施し得るものである．１隻■一土第１図に示す流動層型反応槽において、原料としてオリ
ーブ油（０００）　、ステアリン酸メチル、ヘキサンを
それぞれ１：２＝３重量比に調整した原料液を用いて、
回分反応実験を行った．反応槽内に、リパーゼ酵素の固
定化された微生物保持粒子ＢＳＰｓを４０ｇ仕込んだ後
、原料液で反応槽を満たした．反応槽の容量は水分濃度
調節槽の容量を含めて５．５５　１であった．また、反
応温度は４０゜Ｃであった．反応開始後、適当な時間間隔でサンプリングを行い、脂
肪酸はガスクロマトグラフで、ジグリセリド及びトリグ
リセリドは液体クロマトグラフで分析した．各トリグリセリド（０００，　ＰＯＯ，　ＰＯＰ，　５
００，　ＳＯＰ，　ＳＯＳ）の組成比、各脂肪酸（ＯＡ
，Ｐ＾，　ＳＡ）の組成比、全油脂中のトリグリセリド
、ジグリセリド、脂肪酸に対する比に着目し、前述の一
例として明示した酵素反応モデルに基づき、分析値と計
算値との誤差が最小となるように反応速度定数ｋｌ−．
ｋ６及び総括物質移動係数ｋｔ，ｋｄ，ｋｚ，ｋｗの値
を決定した．決定さ？たパラメータを次に示す．反庭迷皮足敗Ｋ１＝２１８６．５０本Ｌｎ（Ｃｓ，ｗ）＋７５８６．
９０Ｋ２＝２．８０４４申Ｌｎ（Ｃｓ，ｗ）＋１３．４
９５Ｋ３＝０．０２３７傘Ｌｎ（Ｃｓ，ｗ）＋０．１２
７５Ｋ４■４５０．８０＊Ｌｎ（Ｃｓ，ｗ）＋１３８１
．３κ５”−３６．５６８−Ｌｎ（Ｃｓ．ｗ＞＋９．８
３３１Ｋ６−０．８４５１２寧Ｌｎ（Ｃｓ．ｗ）＋１５
．００ここで、反応速度定数ｋ１〜ｋ６は菌体保持粒子
内の水分濃度の関数として与えられている．■五隻１柊
軌保歎ｋｔ本０．０００８０ｋｄ＝ｏ．ｏｏ０８３ｋｚ−０．　０００８９ｋｗ．０．０２５７５また、反応基′ｉ！組成の経時変化を第４図に示す．同
図において、縦軸は反応基質の絶対濃度ではなく、トリ
グリセリド（０００〜ＳＯＰ）については各トリグリセ
リドのトリグリセリド合計に対する比、脂肪＠＜ＯＡ，
ＰＡ，ＳＡ）に７いては各脂肪酸の脂肪酸合計に対する
比、総トリグリセリド（Ｔ−ＡＬ）、総脂肪酸（Ａ−Ａ
Ｌ）、総ジグリセリド（Ｄ−ＡＬ）は、それぞれのトリ
グリセリド、脂肪酸、ジグリセリドの総和に対する比を
示す．また、同図において、実線や破線等で示すのがシ
ミュレーシッン結果であり、プロットが実験結果を示し
ている．第４図からも明らかなように、トリグリセリド、ジグリ
セリド、脂肪酸の組成比の半回分反応系での経時変化の
みならず、微水系バイオリアクターにおいて非常に重要
な状ａ量といえる反応液中の水分濃度の経時変化をも比
較的良好に表現するエステル交換反応の反応モデルが得
られた．〔発明の効果〕かかる本発明の微水系における油脂類の酵素反応モデル
によれば、酵素の追加を伴わない長期間連続の酵素反応
において、反応系の組成の経時変化とともに反応液中の
水分濃度の経時変化を酵素の失活を考慮して表す反応モ
デルが得られ、この反応モデルによって微水系における
油脂類の酵素反応の状態量の変化が予測可能となった．
また、酵素反応モデルによって反応系の経時変化を予測
して、反応液の水分濃度と組成をフィードフォワード制
御することができ、時間遅れのない迅速な制御が可能と
なる．これにより、製品収率とともに品質をも向上する
ことができる．更に、酵素反応モデルによるフィードフ
ォワード制御とともに、水分濃度検出器やオンライン反
応液組成検出装置を用いることにより、実際の反応液中
の水分濃度や組成の検出値に基づいて、基準値と比較し
てフィードバック制御することが可能となり、一層精度
の高い水分濃度や組成の制御ができる．また、オンライン液体クロマトグラフにより、迅速で且
つ人為的ミスのない組成の検出が可能となるだけでな《
、省大化をも図れる等、本発明は優れた効果を奏する．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微水系における油脂類の酵素反応
モデルによる酵素反応制御方法を説明するための概念図
である．第２図はオンライン液体クロマトグラフの構成
を示す説明図であり、第３図は第２図のオンライン液体
クロマトグラフを用いてトリグリセリド中のＳＯＳ組成
を検出した結果を示す図である．第４図は実施例ｌに示
す実験結果とシミエレーシゴン結果とを示す図である．
１０；流動層型反応槽１２ｉ水分濃度調節槽ｌ４；撹拌機１６；原料貯槽１８；原料供給ポンプ２０；水貯槽２２；水供給ポンプ２４；循環ポンプ２６；コントローラ２８；水分濃度検出器３２；オンライン反応液組成検出装置３８；データ処理装置４０；サンプル抽出ポンプ４２；インジェクター４４；移動相ボンプ４８；カラム５０；Ｒｉ検出器特許出願人　鐘淵化学工業株式会社第図第図反応時間：ＨＲ：

Claims

【特許請求の範囲】

（１）油脂類の酵素反応において、酵素反応に関与する
反応槽容量、固相容量、原料供給速度、原料基質濃度、
液相基質濃度及び固相基質濃度に関し、反応基質につい
ての物質収支、水についての物質収支及び／又は酵素の
失活に関する関係式を求め、該関係式のパラメータを分
析値と計算値との誤差が最小となるように確定してなる
ことを特徴とする微水系における油脂類の酵素反応モデ
ル。
（２）微水系における油脂類の酵素反応において、該油
脂類の酵素反応に関して予め得られた酵素反応モデルに
基づき、酵素反応系の反応基質の組成、水分濃度又は酵
素失活の少なくとも１以上の経時変化を予測して、該酵
素反応を制御するようにしたことを特徴とする酵素反応
モデルによる酵素反応制御方法。
（３）請求項第２項に記載する酵素反応モデルによる酵
素反応制御方法において、酵素反応系中に水分濃度検出
器又はオンライン反応液組成検出装置のいずれか一方又
は双方を設け、該検出された水分濃度又は成分組成のい
ずれか一方又は双方に基づいて、酵素反応を制御するよ
うにしたことを特徴とする酵素反応モデルによる酵素反
応制御方法。
（４）請求項第３項に記載するオンライン反応液組成検
出装置が、オンライン液体クロマトグラフであることを
特徴とする酵素反応モデルによる酵素反応制御方法。
（５）請求項第４項に記載するオンライン液体クロマト
グラフによる検出方法が、サンプル抽出工程と、該抽出
したサンプルを分析する分析工程と、該分析したデータ
を処理するデータ処理工程と、該処理された分析データ
をコントローラに送信する送信工程とを含むことを特徴
とする酵素反応モデルによる酵素反応制御方法。