JPH0638777A

JPH0638777A - 脂肪酸の製造方法

Info

Publication number: JPH0638777A
Application number: JP4196758A
Authority: JP
Inventors: Masami Shimizu; 雅美清水; Noriko Konishi; 紀子小西; Masaru Sakata; 勝坂田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】【構成】脂肪酸低級アルコールエステルと水とを加水
分解酵素の存在下で反応させると共に蒸発を行い、水／
脂肪酸低級アルコールエステル／低級アルコールの混合
物を留出させ、該留出物を油層と水層に分離し、分離さ
れた油層を反応系に戻す工程を繰り返して脂肪酸を得
る。【効果】高純度、高収率で脂肪酸を製造することがで
き、生産性の良い製造工程を組むことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脂肪酸低級アルコール
エステルを出発物質として、加水分解酵素を用い、該酵
素を長時間に渡って使用し、効率良く脂肪酸を製造する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】脂肪酸
は、植物性油脂及び動物性油脂を高圧、高温下において
加水分解することで製造されている。また、脂肪酸低級
アルコールエステルを加水分解する方法も、古くから検
討がなされている（特公平３−24458 号) 。しかし、こ
れらの方法では、高温高圧反応であるため、エネルギー
コストが高く、装置が重厚になるとか、危険な触媒を用
いるために取扱いが難しいとの欠点が生じた。一方、脂
肪酸低級アルコールエステルの酵素的な加水分解につい
ては学術的な研究はかなり行われている（「油脂」, Vo
l 42, No.2, P91)が、工業的な検討は行われていない。
また脂肪酸低級アルコールエステルの加水分解反応に
は、化学平衡が存在するため脂肪酸低級アルコールエス
テルの分解率が非常に低く、分解率の向上には大量の水
を使用する必要があった。

【０００３】本発明の目的は、工業的に大量の脂肪酸を
脂肪酸低級アルコールエステルより酵素的加水分解によ
って製造する方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究の結果、本発明を完成するに到っ
た。即ち本発明は、以下の(1) 〜(4) の工程を繰り返す
ことを特徴とする脂肪酸の製造方法を提供するものであ
る。 (1) 脂肪酸低級アルコールエステルと水とを加水分解酵
素の存在下で反応させる工程。 (2) (1) で反応させると共に蒸発を行い油分と水との留
分を得る工程。 (3) (2) の該留分を油層と水層とに分離する工程。 (4) (3) で分離された油層を反応系に戻し、水層を反応
系外に抜き出すか又は水層中から低級アルコールを除い
た水を反応系に戻す工程。

【０００５】本発明の製造方法に用いられる脂肪酸低級
アルコールエステルとしては、好ましくは脂肪酸部分が
炭素数６〜26の脂肪酸に相当し、アルコール部分が炭素
数１〜４の１価の低級アルコールに相当するエステルで
あり、例えばカプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラ
ウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン
酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン
酸、パルミトオレイン酸、オレイン酸、リノール酸、ゴ
ンドイン酸、エルカ酸及びこれらの混合物と、メタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ノ
ルマルブタノール、二級ブタノール、三級ブタノール、
イソブタノールとのエステルなどを挙げることができ
る。また、これらの脂肪酸低級アルコールエステルは単
独あるいは２種以上の混合物でもよい。

【０００６】本発明の製造方法に用いられる加水分解酵
素としては、リパーゼ及びエステラーゼが挙げられる。
これらの酵素は、微生物、動物又は植物起源のものを使
用できる。１種類だけのリパーゼまたはエステラーゼを
使用することも、２種以上のリパーゼ及びエステラーゼ
を混合して使用することもできる。好ましくは、微生物
由来のリパーゼとして、リゾプス (Rhizopus) 属由来の
もの、キャンディダ (Chandida) 属由来のもの、ジオト
リクム (Geotrichum) 属由来のもの、ムコール(Mucor)
属由来のもの、アスペルギルス (Asprgillus) 属由来の
もの、クロモバクテリウム(Chromobacterium) 属由来の
もの等を挙げることができる。また、エステラーゼとし
ては、好ましくはシュードモナス(Pseudomonas) 属由来
のもの、キャンディダ (Chandida) 属由来のもの、ペニ
シリュウム(Penicillium) 属由来のもの等を挙げること
ができる。またリパーゼ及びエステラーゼの動物由来の
ものでは、人、牛、豚等の臓器由来のものを挙げること
ができる。更に、リパーゼ及びエステラーゼの植物由来
のものでは、ひまわり種子、じゃがいも等の由来のもの
を挙げることができる。これらの加水分解酵素は、粉末
のまま、水溶液として、または固定化酵素の形のいずれ
の形状で使用しても構わない。

【０００７】本発明の製造方法に用いられる水は、好ま
しくはイオン交換水、蒸留水を用いる。また効果的な反
応速度を得るために、カルボン酸アルカリ金属塩、カル
ボン酸アルカリ土類金属塩もしくはそれらの混合物、無
機アルカリ金属塩、無機アルカリ土類金属塩もしくはそ
れらの混合物を含む水溶液を用いても構わない。カルボ
ン酸アルカリ金属塩、及びカルボン酸アルカリ土類金属
塩においては、カルボン酸は炭素数２〜８の直鎖または
分岐型の脂肪族カルボン酸であって、例えば酢酸、酪
酸、プロピオン酸等の脂肪族カルボン酸、または安息香
酸等の芳香族カルボン酸が挙げられるが、脂肪族カルボ
ン酸が望ましい。またアルカリ金属としては、ナトリウ
ム、カリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属として
は、カルシウム、マグネシウム等が挙げられる。また無
機アルカリ金属塩、または無機アルカリ土類金属塩とし
ては、上記金属のハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩等が
挙げられる。これらのカルボン酸のアルカリ金属塩、カ
ルボン酸のアルカリ土類金属塩、無機アルカリ金属塩及
び無機アルカリ土類金属塩の添加量は、水層がpH＝4.0
〜9.5 の範囲になるように添加することが好ましい。本
発明では、pH＝5.0〜7.0の範囲にあることが更に好まし
い。この範囲からはずれると、加水分解酵素のpH変化に
よる変性が生じ、加水分解酵素の活性の発現が悪くな
る。

【０００８】本発明の製造方法において、脂肪酸低級ア
ルコールエステルと水とを加水分解酵素の存在下で反応
させる際に、グリセリンを添加することが好ましい。グ
リセリンは、加水分解酵素の安定化剤として使用するも
のであり、脂肪酸低級アルコールエステルの加水分解反
応で生ずる低級アルコールによる加水分解酵素の変性と
熱による加水分解酵素の変性を防止するために添加す
る。安定化剤としてのグリセリンの濃度は、反応開始時
の仕込み水分量に対して 0.1〜100 重量％が好ましく、
より好ましくは反応開始時の仕込み水分量に対して10〜
80重量％である。0.1重量％未満では、グリセリンの安
定化剤としての効果が現れず、 100重量％を越えると、
脂肪酸低級アルコールエステルの加水分解によって生じ
た脂肪酸とグリセリンが、加水分解酵素の逆反応の触媒
作用により、エステル化反応を起こし、モノグリセライ
ド、ジグリセライド及びトリグリセライド及びそれらの
混合物を形成してしまい、加水分解によって生じた脂肪
酸が消失し、効率的に脂肪酸を生成することができな
い。

【０００９】本発明による脂肪酸の製造法を図１に基づ
いて説明する。図１に示す反応器１に、脂肪酸低級アル
コールエステルを仕込み、更に同反応器１に上記脂肪酸
低級アルコールエステル１重量部に対して１〜100 重量
部の水を仕込む。より好ましくは上記脂肪酸低級アルコ
ールエステル１重量部に対して２〜10重量部の水分量が
望ましい。水分量が１重量部未満では加水分解速度が遅
くなり、 100重量部を越えると生産性が悪くなる。そし
て、加水分解酵素を添加する。加水分解酵素の安定性を
増強する場合は、グリセリンも同反応器１に仕込む。

【００１０】上記の仕込みが終了した時点で、反応器１
を反応温度まで加熱する。反応温度は、使用する加水分
解酵素の至適温度によって決まるが、５〜90℃が望まし
い。更に好ましくは30〜70℃が採用される。５℃未満で
は反応速度が遅く生産性が悪くなると同時に、脂肪酸低
級アルコールエステル及び生成脂肪酸が凝固し、反応系
が固−液系となり極端に反応性が悪くなる。また90℃を
越えると、加水分解酵素の熱失活が大きくなり、良好な
反応性を示さなくなる。

【００１１】加水分解酵素は、反応を十分進行させる濃
度を必要とする。具体的には、脂肪酸低級アルコールエ
ステル１ｇに対して、１〜1000ユニットを反応器１に添
加する。より好ましくは脂肪酸低級アルコールエステル
１ｇに対して、10〜500 ユニットを添加する。１ユニッ
ト未満では十分な反応速度が得られず、また1000ユニッ
トより多く添加しても反応速度はほとんどアップしな
い。ここで言う酵素単位１ユニットとは、脂肪酸低級ア
ルコールエステルを加水分解して、１分間に１μモルの
脂肪酸を生成させる酵素の分解力を表す。

【００１２】反応中の撹拌は、撹拌所要動力として0.05
〜２kW／m³を与えるのが好ましい。更に好ましくは、0.
1 〜１kW／m³である。脂肪酸低級アルコールエステルの
加水分解酵素による加水分解反応は、水／油界面で進行
し、通常の酵素反応での基質濃度の項に界面積を用いた
Michaelis-Menten型の式で反応速度が表現できる。よっ
て界面積が大きいほど反応速度が大きい。したがって、
撹拌所要動力が、0.05kW／m³未満では、反応に必要な界
面積を確保できず反応速度が小さい。また、２kW／m³を
越えると、反応後の油／水分離が非常に困難になり、油
分の収率が著しく悪くなる。

【００１３】本発明においては、水／脂肪酸低級アルコ
ールエステル／反応によって生成する低級アルコールが
共沸化合物を形成するので、反応器１より水／脂肪酸低
級アルコールエステル／低級アルコールの混合物で留出
させ、凝縮器３で留出物を凝縮させ、油／水分離装置２
に供給し、油層（未反応脂肪酸低級アルコールエステ
ル）と水層（水＋低級アルコール）に分離する。そし
て、油層は再び反応器１に戻し、水層には酵素およびグ
リセリンは含有されておらず水層はそのまま系外に抜き
出しても良いし、低級アルコールを蒸留等により除いた
後、反応器１に戻しても良い。上記のように油水分離し
た後、水層をそのまま抜き出す場合は反応器１に水を供
給する必要があり、反応器１には、上記のようにして系
外に抜き出された水分量と加水分解反応で消費される水
分量に等しい重量の水分を、水供給槽４から加えると反
応系中の水分量を一定に保ちながら操作することができ
る。一方、得られた水層から低級アルコールを除いた水
を循環使用する場合は反応器１への新たな水の添加は必
ずしも必要でなく、必要に応じて加水分解反応で消費さ
れた量の水を添加すれば良い。反応器１から該水／脂肪
酸低級アルコールエステル／低級アルコールの混合物を
留出させる条件としては、反応器１内には酵素が存在す
るので酵素の失活を抑制する温度で行う必要があり、90
℃以下、より好ましくは70℃以下で行う必要があり、減
圧下で沸点を降下させて行う。油／水分離装置２での油
水分離は、静置分離、遠心分離、膜分離等の方法で行え
ば良い。装置的には静置分離法が簡便であり本発明の様
な系においては分離性においても良好な結果が得られ
る。このような操作を行うことによって、化学平衡を生
成系側にシフトさせ、脂肪酸低級アルコールエステルの
分解率を高め、油層中の脂肪酸純度を高め、脂肪酸の収
量を向上させることができる。

【００１４】以上の操作は、一定時間反応した後に留出
操作を一定時間行い留出物の油水分離を行い、油層は反
応器へ戻し水層を抜き出す操作を繰り返す間欠的な操
作、反応と同時に連続的に留出操作を行うが、留出物の
油水分離は回分的に行い、油層の反応器への戻しと水層
の抜き出しは間欠的に行う半連続操作、または反応と同
時に連続的に留出操作を行い連続的に留出物の油水分離
を行い、油層の反応器への戻しと水層の抜き出しを連続
的に行う連続操作等によって行うことができる。

【００１５】反応終了後は、遠心分離等によって脂肪酸
と未反応脂肪酸低級アルコールエステルの混合物からな
る油層と水層を分離し、得られた油層を蒸留等によって
未反応脂肪酸低級アルコールエステルと脂肪酸に分離し
て、脂肪酸を単離することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明の方法によれば、
連続的、半回分的、または回分的に化学平衡を生成系側
にシフトさせ、脂肪酸低級アルコールエステルの分解率
を向上させることができるため、高純度、高収率で脂肪
酸を製造することができる。また、生産性の良い製造工
程を組むことが可能になる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例をもって、本発明を詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
尚、本実施例中の％は特記しない限り重量基準である。

【００１８】実施例１図１に示した装置を用いて以下の反応を行った。1000ml
の反応器１に、オクタン酸メチル（和光純薬工業（株）
製）150 ｇ、水750 ｇ、リパーゼ粉末（花王（株）製：
Pseudomonas sp. 由来）1.5 ｇ、48000Ｕ（基質として
オクタン酸メチルを用いた時の活性 3.2万Ｕ／ｇ−リパ
ーゼ粉末) を添加し、55℃で反応させた。反応中の撹拌
は６cmの三日月羽根型撹拌翼を用いて、400rpmの撹拌回
転数（撹拌所要動力約 0.2kW／m³) を与えた。反応開始
３時間後より真空ポンプ５を作動させ反応系を50Torrに
減圧した。留出してきた油分、メタノール及び水分を凝
縮器３で凝縮させ油／水分離装置２に回収し、油層（未
反応オクタン酸メチル）と水層（水＋メタノール）に分
離し、水層は系外に抜き出し油層は反応器１に戻した。
このような油水分離後の水層の抜き出し、および油層の
反応器１への戻し操作は２〜３時間に１度の頻度で行
い、その都度、反応で消費された水分量と系外に抜き出
された水分量に相当する水を水供給槽４から新たに加え
ながら反応した。反応時間27時間後の反応器１内の油層
中のオクタン酸の純度は95％であった。オクタン酸の定
量はガスクロマトグラフィー（ガラスカラムφ 2.6mm×
２ｍ、充填剤FFAPを15％担持させたUniport S 80〜100
mesh、インジェクション温度 250℃、イニシャル温度10
0 ℃、ファイナル温度１７０℃、昇温速度５℃／分、検
出器ＦＩＤ）によって分析した。

【００１９】比較例１ 1000mlの反応器に、オクタン酸メチル（和光純薬工業
（株）製）150ｇ、水750ｇ、リパーゼ粉末（花王（株）
製：Pseudomonas sp. 由来）1.5 ｇ、48000 Ｕ（基質と
してオクタン酸メチルを用いた時の活性 3.2万Ｕ／ｇ−
リパーゼ粉末) を添加し、55℃で反応させた。反応中の
撹拌は６cmの三日月羽根型撹拌翼を用いて、400rpmの撹
拌回転数（撹拌所要動力約 0.2kW／m³) を与えた。この
様にして反応を行い反応時間27時間後の反応器内の油層
中のオクタン酸の純度は58％であった。オクタン酸の定
量はガスクロマトグラフィー（ガラスカラムφ 2.6mm×
２ｍ、充填剤FFAPを15％担持させたUniport S 80〜100
mesh、インジェクション温度250℃、イニシャル温度100
℃、ファイナル温度170 ℃、昇温速度５℃／分、検出
器FID)によって分析した。

【００２０】実施例２図１に示した装置を用いて以下の反応を行った。1000ml
の反応器１に、オクタン酸メチル（和光純薬工業（株）
製）100 ｇ、水500 ｇ、グリセリン250 ｇ、リパーゼ粉
末（花王（株）製：Pseudomonas sp. 由来）1.0 ｇ、32
000 Ｕ（基質としてオクタン酸メチルを用いた時の活性
3.2万Ｕ／ｇ−リパーゼ粉末) を添加し、55℃で反応さ
せた。反応中の撹拌は６cmの三日月羽根型撹拌翼を用い
て、400rpmの撹拌回転数（撹拌所要動力約 0.2kW／m³)
を与えた。反応開始３時間後より真空ポンプ５を作動さ
せ反応系を50Torrに減圧した。留出してきた油分、メタ
ノール及び水分を凝縮器３で凝縮させ油／水分離装置２
に回収し、油層（未反応オクタン酸メチル）と水層（水
＋メタノール）に分離し、水層は系外に抜き出し油層は
反応器に戻した。このような油水分離後の水層の抜き出
し、および油層の反応器への戻し操作は２〜３時間に１
度の頻度で行い、その都度、反応で消費された水分量と
系外に抜き出された水分量に相当する水を水供給槽４か
ら新たに加えながら反応した。反応時間24時間後の反応
器１内の反応液を全量抜き出し 4000rpm×10分間の遠心
分離により油／水分離を行った。油層を取り除き、残っ
た水層に反応で消費された水分量を加え反応器１に戻
し、これに新規のオクタン酸メチル100 ｇを加えて上記
と同条件で反応を行った。この様にして反応と遠心分離
を５回繰り返した。各反応終了時の油層のオクタン酸純
度を表１に示す。オクタン酸の定量はガスクロマトグラ
フィー（ガラスカラムφ 2.6mm×２ｍ、充填剤FFAPを15
％担持させたUniport S 80〜100 mesh、インジェクショ
ン温度 250℃、イニシャル温度100 ℃、ファイナル温度
170 ℃、昇温速度５℃／分、検出器FID)によって分析し
た。

【００２１】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に用いられる装置の略示図で
ある。

【符号の説明】

１反応器２油／水分離装置３凝縮器４水供給槽５真空ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の(1) 〜(4) の工程を繰り返すこと
を特徴とする脂肪酸の製造方法。 (1) 脂肪酸低級アルコールエステルと水とを加水分解酵
素の存在下で反応させる工程。 (2) (1) で反応させると共に蒸発を行い油分と水との留
分を得る工程。 (3) (2) の該留分を油層と水層とに分離する工程。 (4) (3) で分離された油層を反応系に戻し、水層を反応
系外に抜き出すか又は水層中から低級アルコールを除い
た水を反応系に戻す工程。
【請求項２】反応系に水を供給することを特徴とする
請求項１記載の脂肪酸の製造方法。
【請求項３】脂肪酸低級アルコールエステルと水とを
加水分解酵素の存在下で反応させる際に、水層中のグリ
セリン濃度が 0.1〜100 重量％対反応開始時仕込み水分
重量となるような割合でグリセリンを添加して反応させ
る請求項１又は２記載の脂肪酸の製造方法。