JPH0338837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明はリパーゼ（脂質分解酵素）を用いる油
脂類のエステル交換反応方法に関する。更に詳し
くは、基質とする油脂及び脂肪酸を融解させるの
に必要な温度での十分な耐熱性を有するリパーゼ
を含む酵素製剤を用いた油脂類のエステル交換反
応方法に関するものである。 油脂類のエステル交換反応は、マーガリン、シ
ヨートニング等の食用加工油脂の製造において、
水素添加と並ぶ重要な加工技術である。 〔従来の技術〕 油脂類のエステル交換反応は、従来より化学的
な方法により行われてきた。即ちアルカリ金属、
アルカリ金属アルコラート、アルカリ金属水酸化
物等のアルカリ性物質や、各種金属塩類を触媒と
して用いる方法により行われてきた。しかしなが
ら、この方法においては、油脂中の脂肪酸の配置
に関しては、無差別分布の法則に従つた再配列が
起こるため、得られる油脂に結合する脂肪酸の位
置については特異性が全く認められない。 即ち、従来の化学的方法ではグリセリドの結合
脂肪酸の位置について非選択的である。この性質
は、通常のマーガリン、シヨートニング等の食用
加工油脂の製造を目的とする場合に於いては、油
脂の物理的性質を改良できる効果をもたらすこと
がある。しかしながら、特有のグリセリド組成を
有する油脂の製造を目的とする場合には、こうし
た従来の非選択的な方法ではなし得なかつた。こ
こでいう特有のグリセリド組成とは、例えば天然
のカカオ脂のように、大部分のグリセリドが対称
構造を有する様な場合である。 最近、こうした油脂の製造を意図する場合に、
従来の非選択的な化学的方法にかえて、油脂のエ
ステル交換を位置選択的に行わしめる方法が開発
されてきている。 即ち、本来、油脂を加水分解する酵素であるリ
パーゼを用いて油脂のエステル交換を位置選択的
に行わしめようとするものである（特開昭52−
104506号公報）。この方法に従えば、リパーゼを
活性化させるため、反応系中に水分が存在する事
を必須の条件としている。この水分量は、0.2〜
1.0％と少量ではあるが、リパーゼ本来の性質に
より、油脂の加水分解が必然的に起こり、ジグリ
セリドの副生による交換脂の収率の低下を避ける
ことが出来ない。 更に、副生成物を低減させる目的で、水分含量
を0.1％以下に低下させて反応させる試みも提案
されているが、水分量の低下は実質的に反応速度
の低下をきたし、実用上は得策ではない（特開昭
55−71797号公報）。 更にエステル交換速度を増大させる方法とし
て、反応工程を分解と合成の二段階に分けて行う
方法の提案もあるが（特開昭60−19495号公報、
特開昭60−203196号公報）、反応の制御、特に分
解工程の制御に難点がある。該方法では、ジグリ
セリドに着目した点は興味あるが、分解工程でジ
グリセリドのみを選択的に得る事は技術的に困難
を要し、不可避的にモノグリセリド、グルセリン
への分解を生じると同時に、未分解のトリグリセ
リドがなお多く残存する。更に、ジグリセリドの
非酵素的転移により生ずる１，３−ジグリセリド
の存在により、第二段の合成工程での目的とする
エステル交換物の収量の低下が避けられなく、特
に温度が高くなるほどこの悪影響が大きい。また
第二段の合成反応速度は通常のエステル交換速度
に比して十分であるとは言えない。こうした観点
から工程操作の複雑化は避けられないものと判断
される。 また、従来の酵素剤では耐熱性が不十分であ
り、特に高融点の反応基質を反応させる場合に
は、基質を溶解させるため溶剤の使用が必要であ
つた。こうした点を解決する手段として、最近、
耐熱性を有する酵素製剤の開発が進められている
が（特開昭60−98984号公報）、50℃以上という酵
素反応としては比較的高い温度にて無溶剤での反
応を行うと、酵素製剤の持つ水分が反応系に放出
され易く、ジグリセリドの副生が多くなり収率が
低下するという欠点を有していた。 以上の様に、リパーゼによる油脂類のエステル
交換反応は、前述の化学的な方法に比べ特徴的か
つ有利な点を持つ反面、未だ解決せねばならない
多くの問題点があり、工業的に実施するには、こ
れらを解決する必要がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 産業上の経済的な面からみると溶剤の使用は、
生産性低下及びエネルギー損失が大きく、耐熱性
を有するリパーゼ製剤の使用により反応を無溶剤
で行うことが望まれる。 一方、こうした反応を触媒するために必要な酵
素の価格は未だに非常に高価であり、該反応の工
業化に当たつては、使用する酵素の量を低減する
か、或いは回収して繰り返し使用することが前提
となる。 ここで、酵素剤中の水分量低減の試みは実質的
に反応速度の低下をまねき、反応装置の巨大化及
び生産効率の低下をきたすものであり、また回収
再使用にあたつても、酵素の経時的な劣化は避け
ることが出来ず、一定重量の酵素から生産可能な
エステル交換物の量はおのずと限界がある。この
ように、従来の技術では工業的な面での反応速度
とジグリセリドの抑制及び経済的な面での酵素の
耐久性の両立を計つたものは未だ認められない。 〔問題点を解決するための手段〕 かかる実状において、本発明者らは、油脂の加
水分解を抑制し、エステル交換のみを効率よくか
つ経済的に行わしめる方法について鋭意検討し、
上記問題点を解決する目的で、リパーゼを含有す
る酵素製剤（以後、リパーゼ剤と略称する）によ
るエステル交換方法と、リパーゼの持つ特徴につ
いて種々検討した結果、リパーゼ剤の有効な使用
方法を見い出し本発明の完成に至つた。 即ち、本発明は、リパーゼ剤を用いて油脂類の
エステル交換反応を行う方法において、50℃以上
の温度での耐熱性を有するリパーゼを含有する酵
素製剤を油脂類100重量部に対し５〜100重量部用
い、溶剤を使用することなく、かつ反応時に反応
系内から水分を除去して50〜90℃の温度で反応す
ることを特徴とする油脂類のエステル交換反応方
法に係わるものである。 本発明において油脂類のエステル交換反応と
は、油脂と脂肪酸又は脂肪酸エステルとのエステ
ル交換反応、又は油脂相互のエステル交換反応、
更に脂肪酸エステルと脂肪酸のエステル交換反
応、脂肪酸エステル相互のエステル交換反応を含
むものである。 リパーゼが加水分解のみならず逆反応である合
成反応をも触媒することは、岩井、辻坂等の先駆
的研究により明らかとなつている（M.Iwai、Y.
Tsujisaka、J.Fukumoto、J.Gen.Appl.
Microbiol.10、13、（1964）参照）。 本発明者らはこの実験事実をもとに油脂類のエ
ステル交換反応について酵素化学及び反応工学の
立場から解析を行つた結果、ジグリセリドと酵素
の複合体が反応に関与しており、エステル交換速
度が次式で表されることを見い出した。 Ｖ＝ｋ［Ｅ・DG］［FA］ ここでｋは総括反応速度定数、［FA］は脂肪酸
濃度、［Ｅ・DG］はジグリセリド・酵素複合体
濃度を表す。ｋは反応系内の水分と酵素濃度に大
きく依存するが、水分量の増加のみでは遊離のジ
グリセリドの増加のみを助長する結果となり、実
質的なエステル交換反応速度の増加は認められな
い。 一方、酵素濃度の増加は反応系内の遊離のジグ
リセリドの増加を抑制し、上記の速度式から明ら
かなようにエステル交換反応速度の増加を可能な
らしめる。しかし単にリパーゼ剤の増加のみで
は、該剤中に含まれる水分が容易に反応系内に放
出される結果となり、ジグリセリドの抑制は困難
である。 本発明者らは、リパーゼの持つ合成能力が水分
によつて異なり、低水分下では副反応の分解を伴
うことなくエステル交換を効率的に行うことがで
きることに着目し、本発明の完成に至つたのであ
る。 本発明は、具体的には次の様である。 即ち、脂質分解活性を有するリパーゼ剤を用い
て油脂類のエステル交換反応を行うにあたり、上
記反応基質混合物100部（重量基準、以下同じ）
に対し50℃以上の温度での耐熱性を有するリパー
ゼ製剤を５〜100部用い、反応の最初から又は反
応途中に反応系内から継続的に脱水することによ
り、複雑な反応工程を要することなく一段の反応
により大幅な時間の短縮が可能となり、かつ基質
の加水分解による目的成分の収率低下をきたすこ
となく、さらにリパーゼ剤のエステル交換活性の
低下を抑制し、回収使用回数を可及的に増大させ
る事ができる。 本発明において、反応器の形式は特に限定され
るものではなく、通常の撹拌式回分反応器または
充填塔型循環反応器等が脱水効率の点から効果的
である。また、流下式または流動床式の連続型反
応器を用いる事もできる。 本発明で用いるリパーゼ剤は各種担体に保持さ
れた耐熱性を有する固定化リパーゼ製剤が好まし
く、油脂類100部に対して５〜100部使用される。
必要以上のリパーゼ剤の存在は、反応系のスラリ
ー濃度の増加により作業性を損なうため好ましく
ない。 本発明に用いるリパーゼ剤用のリパーゼとして
は、位置選択性に優れたリゾプス（Rhizopus）
属、アスペルギルス（Aspergilus）属、クロモバ
クテリウム（Chromobacterium）属、ムコール
（Mucor）属、シユードモナス（Pseudomonus）
属、脂肪酸特異性を有するジオトリケム
（Geotrichum）属、特異性を全く示さないカンジ
ダ（Candida）属等の微生物起源のリパーゼ、及
びすい臓リパーゼ等の動物リパーゼが挙げられ
る。これらの内、リゾプス属、シユードモナス
属、クロモバクテリウム属、ムコール属、又はカ
ンジタ属の耐熱性菌株の産出するリパーゼを用い
る事が一層望ましい。 リパーゼは公知の担体に固定化して用いるのが
好ましいが、固定化担体としては、セライト、ケ
イソウ土、カオリナイト、シリカゲル、パーライ
ト、ガラス繊維、モレキユラーシーブ、活性炭、
炭酸カルシウム等のエステル交換反応系に不溶性
の無機担体、及びセルロースパウダー、イオン交
換樹脂、キトサン等の有機高分子のようなリパー
ゼ活性に悪影響を与えないものであれば何れも使
用できる。また、担体の形状としては、粉末状、
果粒状、繊維状、スポンジ状等種々有るが、その
いずれでも使用できる。特に固定化により耐熱性
と活性が増強されるものであればなお望ましく、
巨視的多孔性陰イオン交換樹脂に固定化したリパ
ーゼを用いるのが特に好ましい。 本発明で用いる油脂類としては、一般的な植物
性油脂、動物性油脂もしくは加工油脂、あるい
は、これらの混合油脂が挙げられる。これらの例
としては、大豆油、綿実油、菜種油、コーン油、
サフラワー油、ひまわり油、ヤシ油、牛脂、ラー
ド、魚油等が挙げられる。更にエステル交換反応
でカカオバター代用脂の製造を目的とする場合
は、グリセリドの２位にオレイン酸を多量に含有
する油脂、例えば、パーム油、オリーブ油、高オ
レイン酸ひまわり油、高オレイン酸サフラワー
油、椿油、さざんか油、サル脂、シア脂、イリツ
ペ脂、コクム脂、モーラ脂、フルワラ脂、ボルネ
オタロー脂、マンゴー核油、またはこれらの分別
油脂を用いることができる。 エステル交換はエステル類と脂肪酸、又はエス
テル類相互あるいはエステル類とアルコールを反
応させる事によつて行われる。脂肪酸としては、
炭素数２〜24の直鎖で通常自然界に存在するも
の、例としてはパルミチン酸、ステアリン酸、ベ
ヘニン酸等の飽和脂肪酸、あるいはオレイン酸、
リノール酸、エイコサペンタエン酸等の不飽和脂
肪酸等も用いることが出来る。 本発明における反応温度は通常の酵素反応より
もやや高い50〜90℃で行われる。反応系から水分
を除去する方法としては、反応系を水蒸気圧以下
の減圧とすることがよい。減圧度は特に限定され
るものではないが、３〜150mmHgが好ましい。 反応終了時の反応系内の水分は0.03部（基質と
する油脂類1.0部に対して）以下とする事がジグ
リセリドの副生を抑制する点から望ましい。急激
な脱水は反応速度の低下をきたすため、脱水速度
については1.0×10^-3ないし1.0×10^-2ｇ／ｇ基
質・Hr程度が反応速度の維持の点から好ましい
が、これに限定されるものではない。また必要に
応じて乾燥窒素等の不活性ガスを吹き込むことに
よつて水分を反応系外に排除することもできる。 エステル交換反応を終了した反応混合物より、
脂肪酸、少量のモノグリセリド、ジグリセリド等
の部分エステル及び未反応のアルコール等は液−
液抽出、アルカリ中和、又は真空もしくは分子蒸
留等、従来の分離精製手段を単独またはこれらを
適宜組み合わせて使用することにより容易に除去
可能であり、かくして精製されたエステル交換物
を得ることができる。 〔発明の効果〕 本発明の方法は、リパーゼの持つ合成活性を十
分に発揮させる為のものであり、リパーゼの合成
活性が、酵素濃度に比例し水分含量に反比例する
事を有効に活用したものである。 本発明の最も大きな効果としては、反応基質と
する油脂類に対して酵素使用量が十分高い場合
に、副反応の加水分解を促進する水分を、反応の
初期又は反応途中から反応系外へ除去することに
より、反応速度の低下をきたす事なく副生物の増
加を抑制することができることである。 本発明の併せ持つ効果としては、反応系内のリ
パーゼ剤濃度を十分高くすることによつて、酵素
相互の安定化効果が発現し、その結果経時的な酵
素活性の低下が少なくなり、反応後に回収された
りリパーゼ剤の効果的再使用が可能となり、工業
的な規模での実施において酵素重量あたりの生産
性を著しく向上させ、もつて経済性を改良しうる
点が挙げられる。更に、本発明を油脂のエステル
交換に適用すれば、位置選択的なリパーゼ剤を用
いることにより、例えば安価なパーム油から高価
なカカオ代用脂を効果的に製造する事ができる。 〔実施例〕 以下、実施例により、本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 実施例 １ パーム油中融点部（沃素価30.5、ジグリセリド
4.6％）100部と市販のステアリン酸（ルナツクＳ
−90、ステアリン酸純度93％、花王株式会社製）
100部に対し、市販の耐熱性を有する固定化酵素
（巨視的多孔性陰イオン交換樹脂に固定化したム
コール・マイヘイ（Mucor miehei）起源のリパ
ーゼ、ノボ・インダストリ・Ａ・Ｓ社製、水分
8.0％）30部を加え、60℃150mmHgにて５時間反
応を行つた。又この時の反応初期の反応系内の水
分含量は反応原料1.0部に対し0.045部であつた。
反応終了後の水分含量は0.004部となつた。 反応終了後に生成物を回収し、シリカゲルカラ
ムクロマトグラフイー（メルク社製、＃7735）に
よりトリグリセリド画分を分取した（展開溶剤；
ｎ−ヘキサン：エチルエーテル＝90：10）。分取
したトリグリセリド画分は基準油脂分析試験法の
方法に従いメチルエステルとしてガスクロマトグ
ラフイーによりアルキル基組成の分析を行つた。
反応によつてトリグリセリド中に取り込まれたス
テアリン酸の量から、次式で表わされる平衡値を
100％とした時の反応率を算出しエステル交換反
応の進行度を調べた。この時の反応率は91.8％と
なり、十分に反応が行われた結果を示していた。 反応率％（ｔ時間後） ＝100×（St−So）／（Ｓ∞−So） 上の式において、 St：時間ｔにおける油脂中のステアリン酸含量 So：反応前の原料油脂中のステアリン酸含量 Ｓ∞：１，３ランダム平衡時のステアリン酸含量 を意味する。 また反応終了後の試料から、フロリジル（メル
ク社製、＃12518）カラムクロマトグラフイーに
より脂肪酸を除去し、逆相高速液体クロマトグラ
フイー（ODSシリカ＝日立ゲル＃3750、溶離液
＝アセトン：アセトニトリル）により、グリセリ
ド組成を分析した。反応後のジグリセリド含量は
4.8％に留まり、反応による実質上の増加は0.2％
にすぎなかつた。 比較例 １ 反応を常圧下で行つた以外は実施例１と全く同
様にして反応を行つた。５時間後の反応率は101
％と高い値を示したが、ジグリセリドは25.1％と
非常に高い値を示し、目的とするエステル交換脂
の収率は低く、品質も不十分なものとなつた。 実施例 ２ 実施例１において、反応を減圧で行う代わり
に、乾燥窒素を0.01v／ｖ／ｍの流量でヘツドス
ペースに通気した。実施例１と同様に分析した結
果、反応率は91.4％、ジグリセリド9.6％となり、
減圧反応と同様に十分な結果が得られた。 実施例 ３ 実施例２において、反応途中の３時間後から反
応系を100mmHgの減圧とした。 ５時間後の反応率は96.4％、ジグリセリドは
5.6％となり、十分な効果が得られた。 実施例 ４ 実施例１において、市販の耐熱性を有する固定
化酵素（巨視的多孔性陰イオン交換樹脂に固定化
したムコール・マイヘイ（Mucor miehei）起源
のリパーゼ、ノボ・インダストリ・Ａ・Ｓ社製、
水分8.0％）を予め減圧乾燥し、水分5.5％とし、
その50部を用い、温度を70℃とした以外は実施例
１と同様にして反応を行つた。 ５時間後の反応率は98.1％となり、ジグリセリ
ドは4.1％と出発原料のジグリセリド含量よりも
低い値を示し、合成が行われている事が裏づけら
れた。 実施例 ５ 第１図に示す反応器を用い以下に示す反応を行
つた。 即ち、市販の耐熱性を有する固定化酵素（巨視
的多孔性陰イオン交換樹脂に固定化したムコー
ル・マイヘイ（Mucor miehei）起源のリパー
ゼ、ノボ・インダストリ・Ａ・Ｓ社製、水分8.0
％）を予め減圧乾燥し、水分6.2％とし、その30
ｇを内容量75mlの充填塔１に充填し、パーム油中
融点部100ｇ、ステアリン酸100ｇの混合物を65℃
にて該充填塔に循環通液させた。このときの通液
速度は、空塔速度として0.18cm／secとした。ま
た充填塔１の最下部に500mlの受槽３を直結し循
環液を回収した。このとき受槽３内は160mmHgの
減圧とした。５時間後の反応率は90.2％、ジグリ
セリドは9.0％であつた。さらに８時間反応後ま
で循環を継続することにより、反応率は96.9％迄
増加し、ジグリセリドは8.1％に低下した。 尚、第１図に示す反応器において、２，２′は
ジヤケツト、４は固定翼、５は撹拌翼、６は送液
ポンプ、７は流量計、８は圧力計である。 また、本実施例の詳細な結果は第１表に示し
た。

【表】 比較例 ２ 受槽内を常圧とした以外は実施例５と同様にし
て実施した。５時間後の反応率は90.6％となつた
が、ジグリセリドの生成は経時的に増加し５時間
後には18.0％と非常に多い値を示した。この実施
結果の詳細は第２表に示した。

【表】 以上の実施例からわかるように、耐熱性のリパ
ーゼを含有する酵素製剤を用い、無溶剤反応中に
脱水することにより、エステル交換反応速度の維
持と、副生ジグリセリドの抑制の両立が可能とな
り、工業的な実施が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例５で用いた反応器（充填塔を用
いた外部循環反応器）の概略を示す説明図であ
る。 １……充填塔、２，２′……ジヤケツト、３…
…受槽、４……固定翼、５……撹拌翼、６……送
液ポンプ、７……流量計、８……圧力計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リパーゼを含有する酵素製剤を用いて油脂類
   のエステル交換反応を行う方法において、50℃以
   上の温度での耐熱性を有するリパーゼを含有する
   酵素製剤を油脂類100重量部に対し５〜100重量部
   用い、溶剤を使用することなく、かつ反応時に反
   応系内から水分を除去して50〜90℃の温度で反応
   することを特徴とする油脂類のエステル交換反応
   方法。 ２ 水分を除去するため反応を減圧下で行う特許
   請求の範囲第１項記載の油脂類のエステル交換反
   応方法。 ３ 水分を除去するため反応系内に不活性ガスを
   導入する特許請求の範囲第１項記載の油脂類のエ
   ステル交換反応方法。 ４ 耐熱性を有するリパーゼを含有する酵素製剤
   として、固定化酵素を用いる特許請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれかの項に記載の油脂類のエ
   ステル交換反応方法。 ５ 固定化酵素として、巨視的多孔性陰イオン交
   換樹脂に固定化したリパーゼを用いる特許請求の
   範囲第４項記載の油脂類のエステル交換反応方
   法。 ６ リパーゼが、リゾプス属、シユードモナス
   属、クロモバクテリウム属、ムコール属、又はカ
   ンジタ属の耐熱性菌株から産生したリパーゼであ
   る特許請求の範囲第１項又は第５項記載の油脂類
   のエステル交換反応方法。