JPH0365950B2 - - Google Patents

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JPH0365950B2
JPH0365950B2 JP59057739A JP5773984A JPH0365950B2 JP H0365950 B2 JPH0365950 B2 JP H0365950B2 JP 59057739 A JP59057739 A JP 59057739A JP 5773984 A JP5773984 A JP 5773984A JP H0365950 B2 JPH0365950 B2 JP H0365950B2
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、リパーゼを用いる油脂類のエステル
交換反応方法に関するものである。詳しくは、リ
パーゼによる油脂類のエステル交換反応を加水分
解反応とエステル合成反応の2段階で行う反応方
法に関するものである。 油脂のエステル交換反応は、加工油脂の製造に
おいて水素添加とともに重要な技術である。 従来のエステル交換反応は、金属ナトリウム等
の無機触媒等の存在下で行われているが、このよ
うな化学的方法は交換する脂肪酸の結合部位に対
する位置選択性が低いという欠点がある。 一方、油脂等の加水分解酵素であるリパーゼ
(EC 3113)は加水分解反応だけでなく、エステ
ル合成反応をも触媒することが知られている
〔M.Iwai,Y.Tsujisaka,J.Fukumoto,J.Gen.
App1.Microbiol.10,13,(1964)参照〕。リパー
ゼを用いる油脂のエステル交換反応は酵素の持つ
基質特異性、及び位置特異性等の高選択性に加え
て常温常圧で反応が進行するなどの利点を有する
ため省エネルギー、省資源の観点からも期待され
るものである。 一般に酵素反応は水溶液中で行うことが常識と
されているが、リパーゼによる油脂のエステル交
換反応の場合、水の比較的多い反応系では加水分
解反応が優先し、好ましい反応生成物を得ること
が困難である。そのため、従来公知のリパーゼに
よる油脂のエステル交換反応は極度に水分を低く
おさえた反応系で行われている。例えば、特開昭
55−71797号公報には反応系に存在する水分が基
質に対して0.18重量%以下の方法が記載されてい
る。また、特開昭52−104506号公報には少量の水
の存在下、或いは基質に対して0.2〜1重量%の
存在下で行う方法が記載されている。 しかしながら、上記の従来公知の方法のように
極度に水分の少ない反応系では酵素が十分に水和
されず、反応するための最適な構造を取れないた
め、酵素は完全に活性化されず、反応速度も非常
に遅い。また、酵素組成物の調製にあたり、酵素
組成物中の過剰な水分の除去のために複雑な乾燥
操作を要する。このため、乾燥による酵素の失活
は免がれず、乾燥時間及び含水率の調節等は極め
て経験的なものであり、安定した反応操作は望め
ない。さらに、酵素組成物の繰り返し使用におい
て、極めて水分の少ない系では酵素組成物中の水
分が徐々に減少することから酵素活性は漸次減衰
する。このため、反応前に極く微量の水分を再添
加する必要があるが、その量を調節することは極
めて困難である。 以上のように、リパーゼによる油脂のエステル
交換反応は無機触媒を用いる化学的な方法よりも
有利な点を持つている反面、多くの問題点を抱え
ており、工業的利用のためにはこれらの問題点を
技術的に解決する必要がある。 本発明の目的は、リパーゼによる油脂類のエス
テル交換反応の工業的利用を達成すべく、反応系
内のリパーゼを充分活性化し、工業化が可能な程
度にまで反応速度を高めるとともに安定な反応を
維持するための反応操作の開発にある。 さらに、本発明の別の目的は、反応系内におけ
るリパーゼの不活性化を防止し、リパーゼの効果
的な再使用を可能にすることにより、該エステル
交換反応工程の経済性を高めることにある。 本発明者らは、かかる目的を達成すべく、リパ
ーゼによる油脂類のエステル交換反応に関し鋭意
研究を重ねた結果、リパーゼの有する機能を最大
限に発揮させることのできる反応操作方法を見い
出すことができた。 リパーゼに関しては、辻阪、岩井らの先駆的研
究〔例えば、(1)J.Gen.Appl.Microbiol.10,13,
(1964)、(2)Biochem.Biophys.Acta.489,415
(1977)、(3)ibid,575,156,(1979)、及び(4)
Agric.Biol.Chem.40,655,(1976)等参照〕によ
り、位置特異性、及び加水分解の逆反応であるエ
ステル合成反応の触媒として使用できることが実
証されている。その中で、エステル合成作用にお
けるグリセロールの位置特異性は加水分解におけ
る位置特異性と一致しており、グリセロールと脂
肪酸からのリパーゼによるグリセリド合成では反
応系中の水分含量が最終の合成率を支配している
ことを実験的に立証している。 本発明者らは、これらの事実をもとに反応工業
的に油脂類のエステル交換反応の解析を行つた結
果、油脂類のエステル交換反応速度rが基本的に
次式で表されることを見い出した。 r=k〔DG〕〔FA〕 ここで、kは総括反応速度定数、〔DG〕はジ
グリセリド濃度、〔FA〕は脂肪酸濃度である。ま
た、kは反応系内の水分に大きく依存する。 油脂のエステル交換反応速度に関しては、従
来、反応速度論的な研究報告は殆どなされていな
い。 本発明者らは、油脂類のエステル交換反応速度
に関する基礎的な研究・検討を、単純化された系
つまりトリラウリンとカプリン酸からなる系で行
つた。経時的な組成変化に対応する可能なすべて
の反応経路に基づく反応速度式によるコンピユー
ターを用いた解析の結果、トリグリセリドと脂肪
酸が直接脂肪酸基を交換し、新たなトリグリセリ
ドを生成する反応は生起し得ないと結論された。
一方、ジグリセリドと脂肪酸のエステル化によつ
て新たなトリグリセリドが生成する反応経路の仮
定、所謂ジグリセリドをエステル交換反応の中間
体とした仮定では実験値と計算値が非常によく一
致し、上記の基本的な反応速度式を導くことがで
きた。 さらにまた、リパーゼによる脂肪酸とアルコー
ルのエステル化反応についても詳細な検討を重ね
た結果、このエステル化反応は極めて速やかに進
行するが、一旦生成したエステルは、ほとんど加
水分解されないということを見い出した。 本発明のリパーゼによる油脂類のエステル交換
反応方法は、ジグリセリドが油脂類のエステル交
換反応における中間体であるという知見に基づ
き、従来、油脂類のエステル交換反応において好
ましくない副産物とされるジグリセリドを積極的
に反応に取り入れ、且つ人為的に反応平衡を制御
することを基本とするものである。 本発明のリパーゼによる油脂類のエステル交換
反応方法は、油脂類のエステル交換反応を2段の
反応で行うと共に、反応系にアルコールを添加す
ることを特徴とするものであり、第1段反応はリ
パーゼによる油脂類の加水分解反応を主とするも
のであり、第2段反応はリパーゼによるグリセリ
ドのエステル合成反応を主とするものである。
尚、上記した2段の反応は連続した操作で行うこ
とができる。また、反応収率を高めるため、多段
槽型操作を採用することもできる。 本発明において用いられるアルコールは、炭素
原子数4〜18の脂肪族アルコールが好ましく、中
でも特に好ましいのは、ブチルアルコール、ヘキ
シルアルコール、オクチルアルコール、デシルア
ルコール等である。 本発明においてアルコールは、第1段反応段階
のみ或いは第2段反応段階のみに添加されてもよ
いが、第1段反応段階及び第2段反応段階の双方
に添加されるのが好ましい。 第1段反応、即ち、加水分解反応を主とする反
応段階においては、アルコールは、反応当初から
添加されるのがよく、かかるアルコールの添加に
より、加水分解により生じた遊離脂肪酸がアルコ
ールエステルとなり、生成したアルコールエステ
ルはほとんど加水分解されないので、グリセリド
の加水分解は、大幅に促進される。 第1段反応におて添加されるアルコールの量
は、加水分解によつて生じる遊離脂肪酸と等モル
又はそれ以下がよく、好ましくは生成が想定され
る遊離脂肪量の50〜90モル%である。 また、第2段反応、即ち、エステル合成反応を
主とする反応段階においては、脂肪酸を添加して
ジグリセリドを主体とする部分グリセリドとエス
テル化し、トリグリセリドを生成させ、目的とす
るトリグリセリド組成を得た後にアルコールを添
加し、残存する遊離脂肪酸の大半をアルコールエ
ステルに変換する。 この際、第2段反応において添加されるアルコ
ールの量は、トリグリセリド生成後残存する遊離
脂肪酸と等モル又はそれ以下でよく、好ましく
は、該遊離脂肪酸量の50〜90モル%である。 このように遊離脂肪酸をアルコールエステルに
変換すると、反応後のトリグリセリドの回収が非
常に容易になるというメリツトがある。 本発明のリパーゼによる油脂類のエステル交換
反応方法において用いられるリパーゼは、その安
定化、分散性の改良のため、珪藻土、活性炭、せ
つこう、ゼオライト、セハロース等の担体を共存
させるのが望ましく、特に、担体として、多孔質
固体及びキトサン又はその誘導体からなる担体を
用い該担体に固定化した担体固定化リパーゼを用
いるのが好ましい。 上記担体を構成する上記多孔質固体としては、
フロリジル、ケイソウ土、セライト、シリカゲ
ル、白土、コーンコブ、及びオガクズからなる群
より選ばれた一種あるいは二種以上のものが好ま
しく用いられる。 また、上記担体を構成する上記のキトサン又は
キトサン誘導体としては、キトサン、N−アシル
キトサン、N−混合アシルキトサン、N,O−ア
シルキトサン、N−アリリデンキトサン、N−ア
ルキリデンキトサン、キトサン塩及びこれらの部
分反応物からなる群より選ばれた一種あるいは二
種以上からなる化合物が好ましく用いられる。こ
れらの部分反応物とは、キトサンの官能基、つま
りアミノ基あるいは水酸基の一部が反応してでき
た化合物をいう。キトサン誘導体としては、さら
に、キチンの均一反応系に於ける脱アセチル化物
であつて、脱アセチル化率が40〜60%のものも有
効に使用し得る。 また本発明で用いる固定化リパーゼにおける担
体は更に高吸水性樹脂を含むことができ、この高
吸水性樹脂としては、吸水性ポリウレタン樹脂、
ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアク
リル酸系樹脂、澱粉−アクリル酸グラフト重合物
(澱粉にアクリル酸をグラフト重合させ、中和し、
少量の架橋剤で架橋したもの)、澱粉−アクリロ
ニトリルグラフト重合物(第二セリウム塩放射線
により澱粉にアクリロニトリルにをグラフト重合
させ、加水分解し、精製、乾燥したもの)、澱粉
をモノクロル酢酸でカルボキシメチル化し、ホル
マリンで架橋したもの、あるいはセルロース−ア
クリロニトリルグラフト重合物、セルロースをモ
ノクロル酢酸でカルボキシメチル化し、ホルマリ
ンで架橋したもの、あるいは、ビニルアルコール
とアクリル酸共重合物あるいは酢酸ビニルとメタ
クリル酸メチルの共重合物を加水分解して自己架
橋させたもの、ジアルデヒドあるいは放射線によ
り分子間架橋したポリビニルアルコール、架橋ポ
リエチレンオキサイド等が挙げられる。これらの
高吸水性樹脂は単独に用いられてもよいし、二種
以上併用してもよい。これらの高吸水性樹脂のな
かで澱粉−アクリル酸グラフト重合物及びビニル
アルコールとアクリル酸共重合物あるいは酢酸ビ
ニルとメタクリル酸メチルの共重合物を加水分解
して自己架橋させたものが好ましく使用し得る。
前者としては、三洋化成工業株式会社製のサンウ
エツトIM−300、後者としては、住友化学工業株
式会社製のスミカゲルS−50が市販品として入手
できる。 多孔質固体とキトサン誘導体の使用割合(重量
比)は、多孔質固体1部に対して、キトサン誘導
体が0.05部から1部が望ましく、より望ましは、
0.1から0.5部である。高吸水性樹脂を用いる場合
は、多孔質固体1部に対して、高吸水性樹脂0.05
部から1部が望ましく、より望ましくは、0.1部
から0.5部である。 本発明で用いる固定化リパーゼは、キトサン誘
導体のゲルを形成し、このゲルに多孔質固体を分
散させた後、この分散体を乾燥させて担体を得、
該担体にリパーゼを保持させることを特徴とする
本発明の固定化酵素の製造方法により製造され
る。 担体に酵素(リパーゼ)を保持させるには、特
に上記分散体を乾燥、粉砕して担体を得、これ
に、酵素水溶液あるいは酵素のバツフアー溶液を
混合させることにより効果的に酵素を固定化でき
る。また、該乾燥、粉砕物と酵素粉末をよく混合
したのち、水あるいはバツフアー溶液を充分添加
混合することにより効果的に固定化できる。キト
サン誘導体からなるゲルに多孔質固体を分散後、
乾燥する方法としては、アセトン中に該分散体を
添加撹拌する方法、あるいは、薄膜状にして風乾
する方法、あるいは、スプレードライによる方
法、凍結乾燥による方法等々が挙げられる。 また、キトサン誘導体及び多孔質固体からなる
分散体の乾燥物に高吸水性樹脂を添加混合した
後、上記と同様方法で酵素(リパーゼ)を吸着さ
せることによつても本発明で用いる固定化リパー
ゼを製造することができる。 このようにして製造された固定化リパーゼの構
造は、多孔質固体表面をキトサン誘導体からなる
ゲルが被覆し、さらに、該キトサン誘導体ゲルに
酵素(リパーゼ)が吸着あるいは包括あるいはイ
オン結合等の仕方で固定化されていると想定され
る。また、高吸水性樹脂が含まれている系では、
多孔質固体表面をキトサン誘導体及び高吸水性樹
脂からなるゲルが被覆し、さらに、該ゲルに酵素
が吸着あるいは包括あるいはイオン結合等の仕方
で固定化されている構造をとつていると思われ
る。本発明で用いる上記固定化リパーゼは、この
ような構造のゆえに、固定化リパーゼの表面積が
大きく、高活性の固定化リパーゼとなる。また、
多孔質固体の粒径を選定することにより、分離、
回収の容易な固定化リパーゼになしうる。また、
上記固定化リパーゼの表面部分及び細孔内部はキ
トサン誘導体ゲルあるいはキトサン誘導体と高吸
水性樹脂ゲルからなつており、反応の場である固
定化リパーゼ表面及び内部の水分含量を自由にコ
ントロールすることが出来るという特徴を有す
る。つまり上記固定化リパーゼでは、酵素活性出
現に必要充分な水も勿論のこと反応に必要充分な
水をも保持出来るという特徴を有する。 油脂類の加水分解反応の場合、通常、系は基質
と水からなる不均一な基質反応系であるが、この
ような反応系ではしばしば界面にエマルジヨンが
生成し、分解生成物の分離が困難となり、作業性
が困難となるばかりか、製品の回収率の低下をき
たし、工程コストをより高いものにしてしまう。
然し、上記固定化リパーゼを用いる本発明の第1
段反応の油脂類の加水分解反応の場合、固定化リ
パーゼ内部に加水分解反応に必要充分な水分を保
持させることができるから、遊離の水が実質的に
含まれない系で本発明の反応を行うことができ、
エマルジヨンの発生が殆どなく、分解生成物の分
離が容易となり、製品の回収率も高くなる。ま
た、酵素によるエステル化反応及びエステル基交
換反応の場合、非水系になる場合が多いが、非水
系の場合には、酵素活性の見かけの低減がしばし
ば反応の場の水分の減少による酵素の一時的活性
停止により、必ずしも本質的な酵素の失活と対応
しない。然し、上記固定化リパーゼを用いる本発
明の第2段反応のエステル化反応の場合は、固定
化リパーゼ内部に酵素活性出現に必要充分な水分
を補充することが容易にできるので、安定的な酵
素活性の出現維持ができるという特徴を有する。 本発明における第1段反応の加水分解反応の場
合、上記固定化リパーゼの使用量は、基質(原料
油脂類)に対して3〜40%使用することが望まし
く、より望ましくは6〜20%である。また酵素量
は、基質に対して5〜2000U/gが望ましく、よ
り望ましくは、50〜500U/gである。第2段反
応のエステル化反応の場合、上記固定化リパーゼ
の使用量は、基質に対して、0.5〜10%が望まし
く、より望ましくは、1.0〜5.0%である。また酵
素量は、基質に対して20〜10000U/gが望まし
く、より望ましくは、100〜1000U/gである。
但し、酵素の活性単位(U)は、オリーブ油乳化
液5mlと0.1Mリン酸塩緩衝液4mlに酵素を加え、
37℃で30min反応したときに、0.05N水酸化ナト
リウム水溶液0.06mlに相当する脂肪酸を生成する
毎に1活性単位(U)とした。以下に示す実施例
中の酵素の活性単位も同様である。 本発明のリパーゼによる油脂類のエステル交換
反応方法で用いる基質となる油脂類としては一般
の植物性、動物性の油脂もしくは加工油脂あるい
は、これらの混合油脂があげられ、例えば、大豆
油、綿実油、ナタネ油、オリーブ油、コーン油、
ヤシ油、サフラワー油、牛脂、ラード、魚油等で
ある。さらにカカオバター代用脂の原料となる特
定組成のグリセリド、すなわち、1,3−ジステ
アロ−2−オレオグリセリド、1−パルミト−2
−オレオ−3−ステアログリセリド、1,3−パ
ルミト−2−オレオグリセリドをエステル交換反
応の目的物とする場合には、グリセリドの2位に
オレイン酸を多量に含有する油脂、例えばオリー
ブ油、椿油、山茶花油、パーム脂、サル脂、イリ
ツペ脂、コクム脂、シア脂、マウア脂、フルワラ
脂、ボルネオタロー脂又はこれらの分別油脂を挙
げることができる。 本発明の方法は、第1段反応即ち加水分解反応
を主とする反応段階においては比較的多量の水分
を添加した系で反応を行うことが望ましい。即
ち、水分は油脂類1重量部に対し0.01重量部以
上、好ましくは0.02重量部以上添加するのが良
く、該範囲内の量の水分の添加により、通常の酵
素反応が進行する温度である20〜50℃で混合撹拌
することにより1〜4時間で反応は平衡に達し、
ジグリセリド含量が全グリセリドに対し15〜70重
量%の反応生成物が得られる。最適な量の水分は
油脂類1重量部に対し0.02〜0.10重量部であり、
該範囲内の量の水分を添加した系を用いることに
より、ジグリセリド含量が全グリセリドに対し20
〜60重量%の反応生成物が得られる。 次に、第2段反応即ちエステル合成反応を主と
する反応段階では、エステル交換を目的とする脂
肪酸を第1段反応の反応生成物に添加し、20〜50
℃の温度を保ちながら混合撹拌する。脂肪酸の添
加により系の反応は急速に加水分解反応からエス
テル合成反応にシフトし、第1段反応で生成した
ジグリセリドはエステル合成反応によりエステル
化され、目的とするトリグリセリドが得られる。 本発明の方法で用いるリパーゼとしては、リゾ
プス系、アスペルギルス系、カンデイダ系、ムコ
ール系、すい臓リパーゼ等が利用でき、これらの
多くは市販されている。これらのリパーゼの中で
も特にトリグリセリドの1,3−位置特異性を有
するリパーゼが好ましく、これに該当するリパー
ゼとして、リゾプスデレマー(Rhizopus
delemar)、リゾプスヤポニカス(Rhizopus
japonicus)、ムコールヤポニカス(Mucor
japonicus)等を挙げることができる。 本発明のさらに好ましい方法は、選択的なエス
テル交換反応を達成するために、上記第1段反応
即ち加水分解反応段階で生成するジグリセリド中
に占める1,2(2,3)−ジグリセリドの割合が
70重量%以上、より好ましくは90重量%以上とな
るように加水分解反応を行うものである。ジグリ
セリドはしばしばアシル基転移反応がおこり得る
不安定な構造を有するため、加水分解反応温度を
40℃以下とすることが望ましく、反応時間も反応
温度を40℃とした場合10時間以内とすることが望
ましい。 本発明のさらに好ましい方法は、上記第2段反
応即ちエステル合成反応段階において反応系内の
水分を除去することを特徴とするものである。エ
ステル合成反応段階においては、脂肪酸を添加す
ることにより反応平衡のシフトがおこるが、さら
に反応系内の水分を除去することによりエステル
合成反応速度は加速され、加水分解反応速度は
徐々に減速される。 エステル合成反応段階における反応系内の水分
の除去は、乾燥した不活性ガスを反応系内に通気
し、さらに反応系外に排気することにより、反応
系内の水分を効果的に同拌除去することができ
る。該不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴン
ガス、ヘリウムガス等の爆発性がなく油脂類に対
し反応性の無いものであれば良い。反応系内への
通気は反応器内の液相部へのバブリングの他、気
相部への吹き込みによる方法を用いることができ
る。 不活性ガスの通気による水分同拌除去におい
て、排気される混合ガスは冷媒により水の凝固点
以下に冷却された凝縮器を通過させることにより
混合ガスに含まれる水蒸気は氷となりトラツプさ
れ、不活性ガスと水蒸気は完全に分離される。分
離された不活性ガスはさらに反応系内に還流する
ことにより再利用することができる。 本発明の方法の第2段反応(エステル合成反
応)段階における脂肪酸の添加量は油脂類1重量
部に対し0.4〜2.0重量部とすることが好ましい。
該脂肪酸としては炭素数2〜22の直鎖の飽和又は
不飽和の脂肪酸が利用でき、例えばパルミチン
酸、ステアリン酸オレイン酸等を利用することが
できる。また、上記脂肪酸は所定の量の全部を一
度に添加する他に、反応の進行に伴つて徐々に添
加する方法も用いることができる。添加脂肪酸の
中で例えば融点の高いステアリン酸、パルミチン
酸等を用いる場合、反応温度で不均一となること
があるが、そのような場合はリパーゼに対して不
活性な有機溶媒に脂肪酸を溶解し均一系として反
応を行うことができる。この種の有機溶媒として
は、n−ヘキサン、工業用ヘキサン、石油エーテ
ル等があり、脂肪酸1重量部に対し1〜10重量部
用いることができる。 本発明における反応温度は、第1段反応(加水
分解反応)段階、第2段反応(エステル合成反
応)段階ともに通常の酵素反応と同様に20〜70℃
で行うことができる。但し、第1段反応段階で
は、生成したジグリセリドのアシル基転移反応が
反応温度に依存するため、50℃以上で行うことは
適当ではなく、40℃以下で行うことが望ましい。 本発明の方法は、前述のように、油脂類のエス
テル交換反応を加水分解反応とエステル合成反応
の2段反応として構成しているため、微量の水分
を用いる反応系と比較し効率的な反応を行え、従
つて、従来、加水分解により生成する部分グリセ
リドを低くおさえるために反応速度を犠性にしな
ければならなかつた1段の反応と比較すると飛躍
的な反応速度の向上と同時に最終生成物中のジグ
リセリド、モノグリセリド等の部分グリセリド含
有量を低減させることができ、画期的な反応操作
方法である。反応速度を大きくすることは反応器
の運転時間を短縮し効率的で生産性の高いプロセ
スを可能にするのみならず、酵素或いは酵素含有
組成物の反応器内での滞留時間を短縮できるため
反応器内で受ける撹拌に伴う応力や表面の物理的
変化等が原因となる酵素の失活或いは酵素含有組
成物の形状変化をより少なくすることができる利
点をも有する。また、本発明の方法では、従来の
酵素含有組成物の調製における乾燥操作に見られ
るような煩雑な手間が不用となるとともに無理な
乾燥による酵素の失活は完全に回避できること、
さらに、極く微量の水分を用いる従来の方法では
加水分解をおさえるため厳重な初発水分の調節が
必須であつたが、本発明の方法では基質となる油
脂類に対し3〜10重量%の範囲の水分量であれば
第2段反応のエステル合成反応段階での水分除去
操作により容易に水分を除去できるため、非常に
操作性の効果的である。 また、本発明の方法では、酵素(リパーゼ)の
繰り返し使用に際しても厳重な水分の制御を必要
とせず、2回目以降の反応においても反応系内に
水を添加することにより酵素は再び活性化され、
常に高い酵素活性を維持できるため、安定した反
応操作が可能である。しかも、本発明の方法によ
れば、5回或いはそれ以上の酵素の再使用が可能
であり、工程の経済性を飛躍的に向上させること
ができる。 さらに、本発明の方法では、前述の如く、反応
系にアルコールを添加することにより遊離脂肪酸
がアルコールエステルに変換され、該アルコール
エステルは殆ど加水分解されないので、グリセリ
ドの加水分解が大幅に促進され、又反応後のトリ
グリセリドの回収が容易になるという利点を有す
る。 さらにまた、前述の如く、リパーゼとしての担
体固定化リパーゼを用いることにより、上述の効
果を一層向上させることができ、このことは以下
に示す実施例において明らかにされるであろう。 以下に実施例により、本発明をさらに具体的に
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 第1図にフローシートで示した装置を用いて次
のようにして油脂のエステル交換反応を行つた。 パーム軟部油38gを、リゾプスデレマー由来の
リパーゼ(98000U/g)103mgを水2.0gに溶解
しこれを担体に2.0gに吸着させて調製した固定
化リパーゼ、n−ヘキサン120g及びブチルアル
コール2.5gとともに40℃で2時間閉鎖反応器A
内で撹拌機1aにより撹拌し、第1段反応(加水
分解反応)を行つた。反応後、少量の反応混合物
を分取し後述の分析を行い第1表に示した。 尚、ここで用いた担体は、以下のようにして作
成したものである。 キトサン(共和油脂工業(株)製、商品名フローナ
ツクN)8gを10%酢酸水溶液60g中に添加混合
し、キトサン酢酸塩ゲルを形成し、さらに、該ゲ
ルに水440g及びセライト32gを添加して均一混
合物とした後、これをアセトン2000g中に滴下混
合して、不溶物を遠心分離により回収し、さら
に、該不溶物をアセトン1000g中に添加混合した
後、濾別し、風乾後、真空下で脱アセトン乾燥
し、キトサン酢酸塩−セライトからなる担体を得
た。 次に、第1段反応後、撹拌を一時停止し、ステ
アリン酸(日本油脂製、NAA−180)20gを添
加し撹拌を再開するとともに、反応器A内の液相
部1に、不活性ガスである窒素を窒素リザーバー
DからポンプCにより乾燥剤充填層Bを通して乾
燥させた乾燥窒素を吹き込み、気液平衡関係が成
立する気相部2の水蒸気を含んだ同伴不活性ガス
を反応系外に排気することにより、反応系内の水
分含量を徐々に低下させた(第2段反応のエステ
ル合成反応)。この第2段反応の際の不活性ガス
の平均滞留時間は3秒程度とした。n−ヘキサン
と水蒸気を含んだ同伴不活性ガスは、ドライアイ
スで−20℃程度に冷却された表面凝縮器Fを通る
ことでn−ヘキサンは液化し、水蒸気は氷とな
り、気−液−固の3相に分離され、液化したn−
ヘキサンは反応器Aに還流した。この第2段反応
は12時間行つた。 各段の反応終了後、少量の生成物を分取しジエ
イ.ブラム(J.Blum)らの方法〔Lipid,5,
601,(1970)参照〕に従つて、ヘキサメチルジシ
ラザン(HMDS)、トリメチルクロロシラン
(TMOS)(和光純薬製)を用いてトリメチルシ
リル化し、昇温ガスクロマトグラフイーにより分
析した。その結果を下記の第1表に示した。 第1表に示した如く、第1段反応では全グリセ
リド中に占めるジグリセリドは43.3重量%、また
全グリセリド中に占めるモノグリセリドは7.6重
量%生成した。 一方、加水分解により遊離した脂肪酸は70%程
度がアルコールエステルとなつていた。脂肪酸添
加後、第2段反応ではジグリセリド、モノグリセ
リドはエステル化反応により徐々に減少し第2段
反応終了時点つまり12時間後には11.3重量%まで
減少した。次に系に残存する遊離脂肪酸をエステ
ル化するためにさらにn−ブチルアルコールを
2.0g添加し、40℃で5時間、遊離脂肪酸のエス
テル化反応を行つた。この処理により最終生成物
の酸価は20.6となつた。この最終生成物よりトリ
グリセリド部分を回収するためには、脱酸及び蒸
留プロセスによればよく、非常に容易で回収率も
高い。
The present invention relates to a method for transesterification of oils and fats using lipase. Specifically, the present invention relates to a reaction method in which transesterification of oils and fats using lipase is carried out in two steps: a hydrolysis reaction and an ester synthesis reaction. Transesterification of oils and fats is an important technology along with hydrogenation in the production of processed oils and fats. Conventional transesterification reactions are carried out in the presence of inorganic catalysts such as sodium metal, but such chemical methods have the drawback of low regioselectivity for the binding site of the fatty acid to be exchanged. On the other hand, lipase (EC 3113), which is an enzyme that hydrolyzes fats and oils, is known to catalyze not only hydrolysis reactions but also ester synthesis reactions [M. Iwai, Y. Tsujisaka, J. Fukumoto, J. .Gen.
See App1. Microbiol. 10 , 13, (1964)]. The transesterification reaction of fats and oils using lipase has the advantage of not only the substrate specificity of the enzyme and high selectivity such as positional specificity, but also the fact that the reaction proceeds at room temperature and pressure, so it is also useful from the viewpoint of energy and resource conservation. This is to be expected. It is generally accepted that enzymatic reactions are carried out in aqueous solutions, but in the case of transesterification of fats and oils using lipase, hydrolysis reactions take precedence in a relatively water-rich reaction system, making it difficult to obtain a desirable reaction product. Have difficulty. Therefore, the transesterification reaction of fats and oils using conventionally known lipases is carried out in a reaction system with extremely low moisture content. For example, Tokukai Akira
No. 55-71797 describes a method in which the amount of water present in the reaction system is 0.18% by weight or less based on the substrate. Further, JP-A-52-104506 describes a method in which water is added in the presence of a small amount of water, or in the presence of 0.2 to 1% by weight based on the substrate. However, in a reaction system with extremely low water content, such as in the conventionally known method described above, the enzyme is not sufficiently hydrated and cannot take the optimal structure for reaction, so the enzyme is not fully activated and the reaction does not occur. The speed is also very slow. Furthermore, in preparing the enzyme composition, a complicated drying operation is required to remove excess water from the enzyme composition. For this reason, deactivation of the enzyme due to drying is unavoidable, and adjustments to drying time and moisture content are highly empirical, and stable reaction operations cannot be expected. Further, in repeated use of an enzyme composition, in a system with extremely low water content, the water content in the enzyme composition gradually decreases, so that the enzyme activity gradually declines. For this reason, it is necessary to re-add a very small amount of water before the reaction, but it is extremely difficult to control the amount. As mentioned above, while the transesterification reaction of fats and oils using lipase has advantages over chemical methods using inorganic catalysts, it also has many problems, and these are difficult to achieve for industrial use. It is necessary to solve the problems technically. The purpose of the present invention is to sufficiently activate the lipase in the reaction system, increase the reaction rate to the extent that industrialization is possible, and maintain a stable reaction in order to achieve industrial utilization of the transesterification reaction of oils and fats using lipase. The goal lies in the development of reaction operations to achieve this goal. Furthermore, another object of the present invention is to prevent inactivation of lipase within the reaction system and to enable effective reuse of lipase, thereby increasing the economic efficiency of the transesterification process. . In order to achieve this objective, the present inventors have conducted intensive research into the transesterification reaction of oils and fats using lipase, and as a result, have discovered a reaction operation method that can maximize the functions of lipase. Ta. Regarding lipase, the pioneering research of Tsujisaka, Iwai et al. [for example, ( 1 ) J.Gen.Appl.Microbiol.
(1964), (2)Biochem.Biophys.Acta. 489 , 415
(1977), (3) ibid, 575 , 156, (1979), and (4)
Agric.Biol.Chem. 40 , 655, (1976), etc.], it has been demonstrated that it has regiospecificity and can be used as a catalyst for ester synthesis reaction, which is the reverse reaction of hydrolysis. Among them, the position specificity of glycerol in ester synthesis is consistent with the position specificity in hydrolysis, and in glyceride synthesis from glycerol and fatty acids by lipase, the water content in the reaction system controls the final synthesis rate. It has been experimentally proven that Based on these facts, the present inventors analyzed the transesterification reaction of oils and fats from a reaction industrial perspective, and found that the transesterification reaction rate r of oils and fats is basically expressed by the following equation. I found it. r=k[DG][FA] Here, k is the overall reaction rate constant, [DG] is the diglyceride concentration, and [FA] is the fatty acid concentration. Further, k largely depends on the water content in the reaction system. Regarding the transesterification reaction rate of fats and oils, there have been few kinetic research reports to date. The present inventors conducted basic research and examination on the rate of transesterification of oils and fats using a simplified system, that is, a system consisting of trilaurin and capric acid. As a result of computer-based analysis using reaction rate equations based on all possible reaction paths that correspond to changes in composition over time, it was found that a reaction in which triglyceride and fatty acid directly exchange fatty acid groups and generate new triglyceride cannot occur. It was concluded that no.
On the other hand, assuming a reaction pathway in which a new triglyceride is generated by esterification of diglyceride and fatty acid, that is, assuming that diglyceride is an intermediate in the transesterification reaction, the experimental values and calculated values agree very well, and the above basic We were able to derive a reaction rate equation. Furthermore, as a result of detailed studies on the esterification reaction of fatty acids and alcohols by lipase, they discovered that although this esterification reaction progresses extremely quickly, once the ester is produced, it is hardly hydrolyzed. The method for transesterification of fats and oils using lipase of the present invention is based on the knowledge that diglyceride is an intermediate in the transesterification reaction of fats and oils. The basic idea is to incorporate it into the reaction and artificially control the reaction equilibrium. The method for transesterification of fats and oils using lipase of the present invention is characterized in that the transesterification reaction of fats and oils is carried out in two stages, and alcohol is added to the reaction system. This reaction is mainly a hydrolysis reaction of fats and oils by lipase, and the second stage reaction is mainly a glyceride ester synthesis reaction by lipase.
Incidentally, the two-stage reaction described above can be performed in a continuous operation. Moreover, in order to increase the reaction yield, a multi-stage tank type operation can also be adopted. The alcohol used in the present invention is preferably an aliphatic alcohol having 4 to 18 carbon atoms, and particularly preferred among these are butyl alcohol, hexyl alcohol, octyl alcohol, decyl alcohol, and the like. In the present invention, alcohol may be added only to the first reaction stage or only to the second reaction stage, but it is preferably added to both the first reaction stage and the second reaction stage. In the first stage reaction, that is, the reaction stage mainly consisting of hydrolysis reaction, alcohol is preferably added from the beginning of the reaction, and by adding such alcohol, free fatty acids generated by hydrolysis become alcohol esters. Since the alcohol ester produced is hardly hydrolyzed, the hydrolysis of glycerides is greatly accelerated. The amount of alcohol added in the first stage reaction is preferably equal to or less than the amount of free fatty acid produced by hydrolysis, preferably 50 to 90 mol% of the amount of free fat expected to be produced. . In addition, in the second stage reaction, that is, the reaction stage mainly consisting of ester synthesis reaction, a fatty acid was added to esterify with a partial glyceride mainly consisting of diglyceride, to generate triglyceride, and obtain the desired triglyceride composition. Alcohol is then added to convert most of the remaining free fatty acids into alcohol esters. At this time, the amount of alcohol added in the second stage reaction may be equal to or less than the amount of free fatty acids remaining after triglyceride production, and is preferably 50 to 90 mol% of the amount of free fatty acids. Converting free fatty acids into alcohol esters in this way has the advantage that triglycerides can be very easily recovered after the reaction. In order to stabilize and improve dispersibility of the lipase used in the transesterification method of fats and oils using lipase of the present invention, it is preferable to coexist with a carrier such as diatomaceous earth, activated carbon, plaster, zeolite, or sehalose. It is preferable to use a carrier-immobilized lipase immobilized on a carrier consisting of a porous solid and chitosan or a derivative thereof, as the carrier. The porous solid constituting the carrier includes:
One or more selected from the group consisting of florisil, diatomaceous earth, celite, silica gel, clay, corn cob, and sawdust are preferably used. In addition, the above-mentioned chitosan or chitosan derivative constituting the above-mentioned carrier includes chitosan, N-acyl chitosan, N-mixed acyl chitosan, N,O-acyl chitosan, N-allylidene chitosan, N-alkylidene chitosan, chitosan salt, and One or more compounds selected from the group consisting of these partial reactants are preferably used. These partial reactants refer to compounds formed by the reaction of a part of the functional groups of chitosan, that is, amino groups or hydroxyl groups. Furthermore, chitosan derivatives that are deacetylated in a homogeneous reaction system of chitin and have a deacetylation rate of 40 to 60% can also be effectively used. Further, the carrier in the immobilized lipase used in the present invention can further contain a super absorbent resin, and the super absorbent resin includes a water absorbent polyurethane resin,
Polyhydroxyethyl methacrylate, polyacrylic acid resin, starch-acrylic acid graft polymer (graft polymerization of acrylic acid to starch, neutralization,
(crosslinked with a small amount of crosslinking agent), starch-acrylonitrile graft polymer (starch is graft-polymerized with acrylonitrile by ceric salt radiation, hydrolyzed, purified, and dried), starch is converted to carboxymethyl with monochloroacetic acid. cellulose-acrylonitrile graft polymer, cellulose carboxymethylated with monochloroacetic acid and cross-linked with formalin, vinyl alcohol and acrylic acid copolymer, or vinyl acetate and methyl methacrylate copolymer. Examples include self-crosslinked polymers obtained by hydrolysis, polyvinyl alcohol intermolecularly crosslinked with dialdehyde or radiation, and crosslinked polyethylene oxide. These super absorbent resins may be used alone or in combination of two or more. Among these superabsorbent resins, those obtained by hydrolyzing and self-crosslinking starch-acrylic acid graft polymers, vinyl alcohol and acrylic acid copolymers, or vinyl acetate and methyl methacrylate copolymers are preferably used. obtain.
As the former, Sunwet IM-300 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., and as the latter, Sumikagel S-50 manufactured by Sumitomo Chemical Industries, Ltd., are commercially available. The proportion (weight ratio) of the porous solid and the chitosan derivative used is preferably 0.05 to 1 part of the chitosan derivative per 1 part of the porous solid, and more preferably,
0.1 to 0.5 parts. When using a super absorbent resin, 0.05% of the super absorbent resin is used for 1 part of the porous solid.
The amount is preferably from 1 part to 1 part, more preferably from 0.1 part to 0.5 part. The immobilized lipase used in the present invention forms a gel of a chitosan derivative, disperses a porous solid in this gel, and then dries this dispersion to obtain a carrier.
It is produced by the method for producing an immobilized enzyme of the present invention, which is characterized in that the carrier retains lipase. In order to retain the enzyme (lipase) on the carrier, the enzyme can be effectively immobilized by drying and pulverizing the above dispersion to obtain the carrier, and mixing the carrier with an aqueous enzyme solution or an enzyme buffer solution. Furthermore, after thoroughly mixing the dried and pulverized product with the enzyme powder, water or a buffer solution can be sufficiently added and mixed to effectively immobilize the enzyme powder. After dispersing the porous solid in a gel made of chitosan derivative,
Examples of the drying method include adding and stirring the dispersion in acetone, forming a thin film and air drying it, spray drying, freeze drying, and the like. Alternatively, the immobilized lipase used in the present invention can be obtained by adding and mixing a super absorbent resin to a dried dispersion consisting of a chitosan derivative and a porous solid, and then adsorbing the enzyme (lipase) in the same manner as above. can be manufactured. The structure of the immobilized lipase produced in this way is such that the porous solid surface is coated with a gel made of a chitosan derivative, and the enzyme (lipase) is further adsorbed onto the chitosan derivative gel by adsorption, entrapment, ionic bonding, etc. It is assumed that it is fixed. In addition, in systems containing super absorbent resin,
It seems to have a structure in which the surface of a porous solid is coated with a gel made of a chitosan derivative and a superabsorbent resin, and the enzyme is further immobilized on the gel by adsorption, encapsulation, ionic bonding, or the like. Because of this structure, the immobilized lipase used in the present invention has a large surface area and becomes a highly active immobilized lipase. Also,
By selecting the particle size of the porous solid, separation,
It can be made into an immobilized lipase that is easily recovered. Also,
The surface part and the inside of the pores of the immobilized lipase are made of chitosan derivative gel or chitosan derivative and super absorbent resin gel, and the water content on the surface and inside of the immobilized lipase, which is the reaction site, can be freely controlled. It has the characteristic of being able to In other words, the above-mentioned immobilized lipase has the characteristic that it can retain not only water necessary and sufficient for the appearance of enzyme activity, but also water necessary and sufficient for the reaction. In the case of hydrolysis reactions of fats and oils, the system is usually a heterogeneous substrate reaction system consisting of a substrate and water, but in such reaction systems, emulsions are often formed at the interface, making it difficult to separate the decomposition products. This not only makes workability difficult, but also lowers the product recovery rate and increases process costs.
However, the first method of the present invention using the above immobilized lipase
In the case of the hydrolysis reaction of fats and oils in the stage reaction, the immobilized lipase can retain sufficient moisture necessary for the hydrolysis reaction, so the reaction of the present invention can be carried out in a system that does not substantially contain free water. can be done,
Almost no emulsion is generated, the decomposition products are easily separated, and the product recovery rate is also high. In addition, in the case of esterification reactions and transesterification reactions using enzymes, they are often non-aqueous, but in the case of non-aqueous systems, the apparent reduction in enzyme activity is often caused by a temporary decrease in enzyme activity due to a decrease in water in the reaction site. cessation of activity does not necessarily correspond to inactivation of the essential enzyme. However, in the case of the esterification reaction of the second stage reaction of the present invention using the above-mentioned immobilized lipase, it is possible to easily replenish the inside of the immobilized lipase with water necessary and sufficient for the appearance of enzyme activity. It has the characteristic of being able to maintain the appearance of activity. In the case of the hydrolysis reaction of the first stage reaction in the present invention, the amount of the immobilized lipase used is preferably 3 to 40%, more preferably 6 to 20%, based on the substrate (raw oil and fat). be. The amount of enzyme is preferably 5 to 2000 U/g, more preferably 50 to 500 U/g, relative to the substrate. In the case of the esterification reaction in the second stage reaction, the amount of the immobilized lipase used is preferably 0.5 to 10%, more preferably 1.0 to 5.0%, based on the substrate. The amount of enzyme is preferably 20 to 10,000 U/g, more preferably 100 to 1,000 U/g relative to the substrate.
However, the activity unit (U) of the enzyme is determined by adding the enzyme to 5 ml of olive oil emulsion and 4 ml of 0.1M phosphate buffer.
When the reaction was carried out at 37°C for 30 minutes, one activity unit (U) was defined as each fatty acid produced corresponding to 0.06 ml of 0.05N aqueous sodium hydroxide solution. The same applies to the enzyme activity units in the Examples shown below. The substrate oils and fats used in the transesterification method of oils and fats using lipase of the present invention include general vegetable oils, animal oils, processed oils and fats, and mixtures thereof, such as soybean oil, cottonseed oil, rapeseed oil, olive oil, corn oil,
These include coconut oil, safflower oil, beef tallow, lard, and fish oil. In addition, glycerides with specific compositions, which are raw materials for cocoa butter substitutes, such as 1,3-distearo-2-oleoglyceride, 1-palmito-2
- When using oleo-3-stearoglyceride or 1,3-palmito-2-oleoglyceride as the target product of the transesterification reaction, use an oil or fat containing a large amount of oleic acid at the 2-position of the glyceride, such as olive oil or camellia oil. , sasanya oil, palm fat, monkey fat, iritupe butter, kokum butter, shea butter, maua butter, furwara butter, Borneo tallow butter, or fractionated fats and oils thereof. In the method of the present invention, it is preferable to carry out the reaction in a system to which a relatively large amount of water is added in the first stage reaction, that is, the reaction stage mainly consisting of the hydrolysis reaction. In other words, water should be added in an amount of 0.01 part by weight or more, preferably 0.02 part by weight or more, per 1 part by weight of fats and oils, and by adding an amount of water within this range, the temperature at which normal enzymatic reactions can proceed is 20. By mixing and stirring at ~50℃, the reaction reaches equilibrium in 1 to 4 hours.
A reaction product having a diglyceride content of 15 to 70% by weight, based on total glycerides, is obtained. The optimal amount of water is 0.02 to 0.10 parts by weight per 1 part by weight of fats and oils,
By using a system in which water is added in an amount within this range, the diglyceride content can be reduced to 20% of the total glyceride content.
~60% by weight of reaction product is obtained. Next, in the second stage reaction, that is, the reaction stage mainly consisting of ester synthesis reaction, a fatty acid for the purpose of transesterification is added to the reaction product of the first stage reaction, and 20 to 50%
Mix and stir while maintaining the temperature at °C. By adding the fatty acid, the reaction of the system rapidly shifts from the hydrolysis reaction to the ester synthesis reaction, and the diglyceride produced in the first stage reaction is esterified by the ester synthesis reaction to obtain the desired triglyceride. As the lipase used in the method of the present invention, Rhizopus type, Aspergillus type, Candida type, Mucor type, pancreatic lipase, etc. can be used, and many of these are commercially available. Among these lipases, lipases having 1,3-position specificity for triglycerides are particularly preferred;
delemar), Rhizopus japonicus (Rhizopus
japonicus), Mucor japonicus (Mucor
japonicus), etc. In a more preferred method of the present invention, in order to achieve selective transesterification, the proportion of 1,2(2,3)-diglyceride in the diglyceride produced in the first stage reaction, that is, the hydrolysis reaction step, is reduced.
The hydrolysis reaction is carried out so that the amount is 70% by weight or more, more preferably 90% by weight or more. Diglycerides often have unstable structures where acyl group transfer reactions can occur, so the hydrolysis reaction temperature must be adjusted.
The temperature is preferably 40°C or less, and the reaction time is preferably within 10 hours when the reaction temperature is 40°C. A more preferred method of the present invention is characterized in that water in the reaction system is removed in the second stage reaction, that is, the ester synthesis reaction stage. In the ester synthesis reaction stage, adding fatty acids causes a shift in the reaction equilibrium, but further removing water from the reaction system accelerates the ester synthesis reaction rate and gradually slows down the hydrolysis reaction rate. . Moisture in the reaction system during the ester synthesis reaction stage is removed by effectively stirring and removing dry inert gas by passing dry inert gas into the reaction system and exhausting it outside the reaction system. be able to. The inert gas may be any gas such as nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc., as long as it is non-explosive and non-reactive with oils and fats. Ventilation into the reaction system can be carried out by bubbling into the liquid phase in the reactor or by blowing into the gas phase. In the agitation removal of water by inert gas ventilation, the exhausted mixed gas is passed through a condenser cooled to below the freezing point of water by a refrigerant, and the water vapor contained in the mixed gas is trapped as ice, and the inert gas and water vapor are completely separated. The separated inert gas can be reused by further refluxing it into the reaction system. The amount of fatty acid added in the second reaction (ester synthesis reaction) step of the method of the present invention is preferably 0.4 to 2.0 parts by weight per 1 part by weight of fats and oils.
As the fatty acid, linear saturated or unsaturated fatty acids having 2 to 22 carbon atoms can be used, such as palmitic acid, stearic acid, oleic acid, etc. Furthermore, in addition to adding a predetermined amount of the fatty acid in its entirety at once, it is also possible to use a method in which it is added gradually as the reaction progresses. When using stearic acid, palmitic acid, etc., which have high melting points, as added fatty acids, the reaction temperature may become non-uniform. In such cases, dissolve the fatty acids in an organic solvent that is inactive to lipase. The reaction can be carried out in a homogeneous system. Examples of this type of organic solvent include n-hexane, industrial hexane, petroleum ether, etc., and can be used in an amount of 1 to 10 parts by weight per 1 part by weight of fatty acid. The reaction temperature in the present invention is 20 to 70°C in both the first stage reaction (hydrolysis reaction) and the second stage reaction (ester synthesis reaction), which is the same as in normal enzyme reactions.
It can be done with However, in the first reaction stage, since the acyl group transfer reaction of the produced diglyceride depends on the reaction temperature, it is not appropriate to carry out the reaction at a temperature of 50°C or higher, and it is desirable to carry out the reaction at a temperature of 40°C or lower. As mentioned above, in the method of the present invention, the transesterification reaction of oils and fats is configured as a two-step reaction of hydrolysis reaction and ester synthesis reaction, so the reaction is more efficient than a reaction system that uses a trace amount of water. Therefore, compared to the conventional one-stage reaction in which the reaction rate had to be sacrificed in order to keep the partial glyceride produced by hydrolysis low, the reaction rate is dramatically improved and the final product is improved. This is an innovative reaction operation method that can reduce the content of partial glycerides such as diglycerides and monoglycerides. Increasing the reaction rate not only reduces reactor operation time and enables an efficient and highly productive process, but also reduces the residence time of the enzyme or enzyme-containing composition in the reactor, thereby increasing the reaction rate. It also has the advantage that deactivation of the enzyme or change in shape of the enzyme-containing composition caused by stress or physical changes on the surface caused by stirring in the container can be reduced. Further, the method of the present invention eliminates the need for the complicated labor involved in drying operations in the preparation of conventional enzyme-containing compositions, and completely avoids deactivation of enzymes due to excessive drying.
Furthermore, in conventional methods that use extremely small amounts of water, it was essential to strictly control the initial water content in order to suppress hydrolysis, but in the method of the present invention, the initial water content is in the range of 3 to 10% by weight based on the fats and oils that serve as the substrate. If the water content is , the water can be easily removed by the water removal operation in the ester synthesis reaction stage of the second stage reaction, which is very effective in terms of operability. Furthermore, the method of the present invention does not require strict moisture control even when the enzyme (lipase) is repeatedly used, and the enzyme can be reactivated by adding water to the reaction system in the second and subsequent reactions. ,
Since high enzyme activity can be maintained at all times, stable reaction operations are possible. Moreover, according to the method of the present invention, the enzyme can be reused five or more times, and the economic efficiency of the process can be dramatically improved. Furthermore, in the method of the present invention, as mentioned above, free fatty acids are converted into alcohol esters by adding alcohol to the reaction system, and since the alcohol esters are hardly hydrolyzed, the hydrolysis of glycerides is greatly promoted. It also has the advantage that triglyceride can be easily recovered after the reaction. Furthermore, as described above, by using a carrier-immobilized lipase as the lipase, the above-mentioned effects can be further improved, and this will be made clear in the Examples shown below. EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 Using the apparatus shown in the flow sheet in FIG. 1, transesterification of oils and fats was carried out as follows. 38 g of palm soft part oil, immobilized lipase prepared by dissolving 103 mg of lipase derived from Rhizopus deremer (98000 U/g) in 2.0 g of water and adsorbing this to 2.0 g on a carrier, 120 g of n-hexane and 2.5 g of butyl alcohol, 40 Closed reactor A for 2 hours at °C.
The first stage reaction (hydrolysis reaction) was carried out by stirring with a stirrer 1a inside the reactor. After the reaction, a small amount of the reaction mixture was separated and analyzed as described below, and the results are shown in Table 1. The carrier used here was prepared as follows. 8 g of chitosan (manufactured by Kyowa Yushi Kogyo Co., Ltd., trade name Fronac N) was added and mixed in 60 g of a 10% acetic acid aqueous solution to form a chitosan acetate gel, and further, 440 g of water and 32 g of Celite were added to the gel. After making a homogeneous mixture, this was mixed dropwise into 2000 g of acetone, and the insoluble matter was collected by centrifugation, and the insoluble matter was further added and mixed in 1000 g of acetone, filtered, air-dried, and then mixed under vacuum. The mixture was dried to remove acetone and a carrier consisting of chitosan acetate and celite was obtained. Next, after the first stage reaction, stirring was temporarily stopped, 20 g of stearic acid (NAA-180, manufactured by NOF Corporation) was added, and stirring was resumed. Dry nitrogen is blown from the nitrogen reservoir D through the desiccant packed bed B using the pump C, and the entrained inert gas containing water vapor in the gas phase 2 where a vapor-liquid equilibrium relationship is established is removed from the reaction system. By evacuation, the water content in the reaction system was gradually lowered (ester synthesis reaction of the second stage reaction). The average residence time of the inert gas during this second stage reaction was about 3 seconds. The entrained inert gas containing n-hexane and water vapor passes through a surface condenser F cooled to around -20°C with dry ice, where the n-hexane liquefies and the water vapor becomes ice, forming a gas-liquid-solid state. The n-
Hexane was refluxed into reactor A. This second stage reaction was carried out for 12 hours. After the reaction of each stage is completed, a small amount of the product is collected and stored in the J.A. The method of J. Blum et al. [Lipid, 5,
601, (1970)] using hexamethyldisilazane (HMDS) and trimethylchlorosilane (TMOS) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and analyzed by temperature-programmed gas chromatography. The results are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, in the first stage reaction, diglycerides accounted for 43.3% by weight of the total glycerides, and monoglycerides accounted for 7.6% by weight of the total glycerides. On the other hand, about 70% of the fatty acids liberated by hydrolysis were converted into alcohol esters. After the fatty acid was added, diglyceride and monoglyceride gradually decreased in the second stage reaction due to the esterification reaction, and decreased to 11.3% by weight at the end of the second stage reaction, that is, 12 hours later. Next, n-butyl alcohol is added to esterify the free fatty acids remaining in the system.
2.0g was added and the free fatty acid esterification reaction was carried out at 40°C for 5 hours. This treatment gave the final product an acid value of 20.6. In order to recover the triglyceride portion from this final product, deacidification and distillation processes may be used, which is very easy and has a high recovery rate.

【表】【table】

【表】 実施例 2 アルコールとしてn−デシルアルコールを用い
た以外は全く実施例1と同様の方法で反応を行つ
た。アルコールの添加量は第1段反応段階では
5.3gとし40℃で4時間加水分解反応を行つた。
第2段反応段階ではステアリン酸20gを系に添加
するとともに、系内の脱水を開始し8時間撹拌し
てエステル化反応を行つた。全グリセリド中に占
めるジグリセリド濃度が10%程度まで下がつた時
点でさらにn−デシルアルコールを5.0g添加し、
遊離脂肪酸をエステル化した。実施例1と同様に
して行つた分析の結果を下記の第2表に示した。
[Table] Example 2 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that n-decyl alcohol was used as the alcohol. The amount of alcohol added in the first reaction stage is
A hydrolysis reaction was carried out using 5.3 g at 40°C for 4 hours.
In the second reaction stage, 20 g of stearic acid was added to the system, dehydration of the system was started, and the system was stirred for 8 hours to carry out the esterification reaction. When the diglyceride concentration in the total glyceride decreased to about 10%, an additional 5.0 g of n-decyl alcohol was added,
Free fatty acids were esterified. The results of the analysis conducted in the same manner as in Example 1 are shown in Table 2 below.

【表】 実施例 3 第1段反応でアルコールを添加しない以外は実
施例1の第1段反応及び第2段反応と同様の方法
で反応を行うことによつて調製した反応生成物
に、n−ブチルアルコール4.5gを添加し、系内
を第1図に示したシステム(装置)により脱水を
行いながら4時間撹拌を行い遊離脂肪酸のエステ
ル化を行つた。この場合の分析の結果を下記の第
3表に示した。
[Table] Example 3 N - 4.5 g of butyl alcohol was added, and the system was stirred for 4 hours while dehydrating the system using the system (apparatus) shown in FIG. 1 to esterify free fatty acids. The results of the analysis in this case are shown in Table 3 below.

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施に好適な装置のフローシ
ートである。 A……反応器、B……乾燥剤充填層、C……ポ
ンプ、D……窒素リザーバー、E……窒素ボン
ベ、F……凝縮器、1a……撹拌機、1……液相
部、2……気相部。
FIG. 1 is a flow sheet of an apparatus suitable for carrying out the present invention. A... Reactor, B... Desiccant packed bed, C... Pump, D... Nitrogen reservoir, E... Nitrogen cylinder, F... Condenser, 1a... Stirrer, 1... Liquid phase section, 2... Gas phase part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 油脂類の加水分解反応を主とする第1段反応
と、エステル合成反応を主とする第2段反応の連
続する2段の反応により構成されるリパーゼによ
る油脂類のエステル交換反応方法であつて、第1
段反応段階及び/又は第2段反応段階においてア
ルコールを添加することを特徴とするリパーゼに
よる油脂類のエステル交換反応方法。 2 リパーゼを、多孔質固体及びキトサン誘導体
からなる担体に固定して用いることを特徴とす
る、特許請求の範囲第1項記載のリパーゼによる
油脂類のエステル交換反応方法。 3 リパーゼが1,3−位置特異性を有するリパ
ーゼである、特許請求の範囲第1又は第2項記載
のリパーゼによる油脂類のエステル交換反応方
法。 4 第1段反応が全グリセリド中15〜70重量%の
ジグリセリドの得られる反応である、特許請求の
範囲第1〜3項何れかに記載のリパーゼによる油
脂類のエステル交換反応方法。 5 第1段反応が全グリセリド中20〜60重量%の
ジグリセリドの得られる反応である、特許請求の
範囲第1〜4項何れかに記載のリパーゼによる油
脂類のエステル交換反応方法。 6 第1段反応によつて得られるジグリセリドが
全ジグリセリド中70重量%以上の1,2(2,3)
−ジグリセリドを含有するジグリセリドである、
特許請求の範囲第1〜5項何れかに記載のリパー
ゼによる油脂類のエステル交換反応方法。 7 第1段反応によつて得られるジグリセリドが
全ジグリセリド中90重量%以上の1,2(2,3)
−ジグリセリドを含有するジグリセリドである、
特許請求の範囲第1〜6項何れかに記載のリパー
ゼによる油脂類のエステル交換反応方法。 8 第2段反応が脂肪酸を添加してエステル合成
反応を行う反応である、特許請求の範囲1〜7項
何れかに記載のリパーゼによる油脂類のエステル
交換反応方法。 9 脂肪酸の添加量が油脂類1重量部に対し0.4
〜2.0重量部である、特許請求の範囲1〜8項何
れかに記載のリパーゼによる油脂類のエステル交
換反応方法。 10 第2段反応において、反応系内の水分除去
を行う、特許請求の範囲第1〜9項何れかに記載
のリパーゼによる油脂類のエステル交換反応方
法。 11 乾燥した不活性ガスを継続的或いは断続的
に反応系内に通気し、さらに反応系外に排気して
反応系内の水分を同拌除去することにより、水分
除去を行う、特許請求の範囲第1〜10項何れか
に記載のリパーゼによる油脂類のエステル交換反
応方法。 12 反応系外に排気されたガスを凝縮器を通過
させて水分を分離除去し、反応系内に還流させ
る、特許請求の範囲第1〜11項何れかに記載の
リパーゼによる油脂類のエステル交換反応方法。
[Scope of Claims] 1. The production of fats and oils by lipase, which consists of two consecutive reactions: a first stage reaction mainly consisting of a hydrolysis reaction of fats and oils, and a second stage reaction mainly consisting of an ester synthesis reaction. A transesterification reaction method comprising:
1. A method for transesterification of oils and fats using lipase, which comprises adding alcohol in a step reaction step and/or a second step reaction step. 2. A method for transesterification of oils and fats using lipase according to claim 1, characterized in that the lipase is used fixed on a carrier consisting of a porous solid and a chitosan derivative. 3. A method for transesterifying fats and oils using a lipase according to claim 1 or 2, wherein the lipase is a lipase having 1,3-regiospecificity. 4. The method for transesterification of oils and fats using lipase according to any one of claims 1 to 3, wherein the first stage reaction is a reaction that yields 15 to 70% by weight of diglyceride based on the total glyceride. 5. The method for transesterification of oils and fats using lipase according to any one of claims 1 to 4, wherein the first stage reaction is a reaction that yields 20 to 60% by weight of diglyceride based on the total glyceride. 6 1,2 (2,3) in which the diglyceride obtained by the first stage reaction is 70% by weight or more of the total diglyceride
- is a diglyceride containing diglyceride,
A method for transesterifying fats and oils using a lipase according to any one of claims 1 to 5. 7 1,2 (2,3) in which the diglyceride obtained by the first stage reaction is 90% by weight or more of the total diglyceride
- is a diglyceride containing diglyceride,
A method for transesterifying fats and oils using a lipase according to any one of claims 1 to 6. 8. The method for transesterifying fats and oils using lipase according to any one of claims 1 to 7, wherein the second stage reaction is a reaction of adding a fatty acid to perform an ester synthesis reaction. 9 The amount of fatty acid added is 0.4 per part by weight of fats and oils.
9. A method for transesterifying fats and oils using the lipase according to any one of claims 1 to 8, wherein the amount is 2.0 parts by weight. 10. A method for transesterification of oils and fats using lipase according to any one of claims 1 to 9, wherein in the second stage reaction, water in the reaction system is removed. 11 Claims in which moisture is removed by continuously or intermittently passing dry inert gas into the reaction system and exhausting it outside the reaction system to simultaneously remove moisture within the reaction system. A method for transesterification of oils and fats using the lipase according to any one of Items 1 to 10. 12 Transesterification of oils and fats using the lipase according to any one of claims 1 to 11, in which the gas exhausted outside the reaction system is passed through a condenser to separate and remove moisture, and then refluxed into the reaction system. Reaction method.
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