JPH0638778A - Production of fatty acid - Google Patents

Production of fatty acid

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JPH0638778A
JPH0638778A JP4196759A JP19675992A JPH0638778A JP H0638778 A JPH0638778 A JP H0638778A JP 4196759 A JP4196759 A JP 4196759A JP 19675992 A JP19675992 A JP 19675992A JP H0638778 A JPH0638778 A JP H0638778A
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JP
Japan
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water
fatty acid
membrane
reaction
lower alcohol
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Pending
Application number
JP4196759A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Shimizu
雅美 清水
Noriko Konishi
紀子 小西
Masaru Sakata
勝 坂田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
Application filed by Kao Corp filed Critical Kao Corp
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Publication of JPH0638778A publication Critical patent/JPH0638778A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable the use of a hydrolase for a long period and to produce a fatty acid in high purity, yield and productivity from a fatty acid lower alco hol ester used as a starting substance by using a specific process to use a hydrolase. CONSTITUTION:A fatty acid lower alcohol ester (e.g. methyl octanoate) and water are made to react with each other in a reactor 1 in the presence of a hydrolase (preferably lipase originated from the genus Rhizopus, esterase originated from the genus Pseudomonas, etc.) and, at the same time, the reaction mixture is separated into (A) a mixture of a lower alcohol and water and (B) an oil-water mixture composed of an oil layer containing unreacted fatty acid lower alcohol ester and fatty acid and a water layer using a membrane 3 impermeable to the hydrolase and selectively permeable to the water-layer in the reaction product. The oil-water mixture is returned to the reactor 1 and the procedures are repeated. The material of the membrane is preferably cellulose acetate, polysulfone, etc., having high affinity to water.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for efficiently producing a fatty acid using a fatty acid lower alcohol ester as a starting material and a hydrolase for a long period of time.

【0002】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION Fatty acids are produced by hydrolyzing vegetable oils and animal oils under high pressure and high temperature. Also, a method for hydrolyzing a fatty acid lower alcohol ester has been studied for a long time (Japanese Patent Publication No. 3-24458). However, these methods have drawbacks that the energy cost is high because of the high temperature and high pressure reaction, the equipment becomes heavy, and the handling is difficult because a dangerous catalyst is used. On the other hand, much academic research has been conducted on the enzymatic hydrolysis of fatty acid lower alcohol esters (“Fats”, Vo.
42, No.2, P91), but no industrial studies have been conducted.
Further, in the hydrolysis reaction of the fatty acid lower alcohol ester, there is a chemical equilibrium, so that the decomposition rate of the fatty acid lower alcohol ester is very low, and it was necessary to use a large amount of water to improve the decomposition rate.

【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。
An object of the present invention is to provide a method for industrially producing a large amount of fatty acid from a fatty acid lower alcohol ester by enzymatic hydrolysis.

【0004】[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) 〜(3) 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反応物を上記加水分解酵素
は透過させず、反応物中の水層側を選択的に透過するこ
とができる膜を用いて、低級アルコールと水との混合物
と、油層と水層との混合物とに分離する工程。 (3) (2) で分離された該油層と水層との混合物を反応系
に戻す工程。
The present inventors have completed the present invention as a result of intensive research to solve the above problems. That is, the present invention provides a method for producing a fatty acid characterized by repeating the following steps (1) to (3). (1) A step of reacting a fatty acid lower alcohol ester with water in the presence of a hydrolase. (2) A mixture of lower alcohol and water using a membrane capable of selectively permeating the aqueous layer side in the reaction product while allowing the reaction product to react with the reaction product in (1). And a step of separating the mixture into an oil layer and an aqueous layer. (3) A step of returning the mixture of the oil layer and the aqueous layer separated in (2) to the reaction system.

【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。
The fatty acid lower alcohol ester used in the production method of the present invention preferably has a fatty acid moiety corresponding to a fatty acid having 6 to 26 carbon atoms and an alcohol moiety corresponding to a monovalent lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms. An ester, such as caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, behenic acid, lignoceric acid, cerotic acid, palmitooleic acid, oleic acid, linoleic acid, Gondoinic acid, erucic acid and mixtures thereof, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, normal butanol, secondary butanol, tertiary butanol,
Examples thereof include esters with isobutanol. Further, these fatty acid lower alcohol esters may be used alone or as a mixture of two or more kinds.

【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。
The hydrolase used in the production method of the present invention includes lipase and esterase.
These enzymes can be of microbial, animal or plant origin. Only one type of lipase or esterase can be used, or two or more types of lipase and esterase can be mixed and used. Preferably, as a lipase derived from a microorganism, those derived from the genus Rhizopus, those derived from the genus Chandida, those derived from the genus Geotrichum, and Mucor
Examples thereof include those derived from the genus, those derived from the genus Asprgillus, those derived from the genus Chromobacterium, and the like. Preferable examples of esterases include those derived from the genus Pseudomonas, those derived from the genus Chandida, those derived from the genus Penicillium, and the like. Examples of lipases and esterases derived from animals include those derived from organs such as humans, cows and pigs. Further, examples of plant-derived lipases and esterases include those derived from sunflower seeds, potatoes and the like. These hydrolases may be used in the form of powder, as an aqueous solution, or in the form of immobilized enzyme.

【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。
The water used in the production method of the present invention is preferably ion-exchanged water or distilled water. In order to obtain an effective reaction rate, an aqueous solution containing an alkali metal carboxylate, an alkaline earth metal carboxylate or a mixture thereof, an inorganic alkali metal salt, an inorganic alkaline earth metal salt or a mixture thereof is used. I don't mind. In the carboxylic acid alkali metal salt and the carboxylic acid alkaline earth metal salt, the carboxylic acid is a linear or branched aliphatic carboxylic acid having 2 to 8 carbon atoms, and examples thereof include fatty acids such as acetic acid, butyric acid, and propionic acid. Examples thereof include aromatic carboxylic acids such as group carboxylic acids and benzoic acid, and aliphatic carboxylic acids are preferable. Examples of the alkali metal include sodium and potassium, and examples of the alkaline earth metal include calcium and magnesium. Examples of the inorganic alkali metal salt or the inorganic alkaline earth metal salt include halides, carbonates and phosphates of the above metals. The amount of addition of these alkali metal salts of carboxylic acids, alkaline earth metal salts of carboxylic acids, inorganic alkali metal salts and inorganic alkaline earth metal salts is
It is preferable to add it in the range of 9.5. In the present invention, it is more preferable that pH is in the range of 5.0 to 7.0. If it deviates from this range, denaturation of the hydrolase due to pH change will occur, resulting in poor expression of hydrolase activity.

【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。こ
の場合は、(2) の工程で低級アルコールと水とグリセリ
ンとの混合物と、油層と水層との混合物とに分離する。
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。
In the production method of the present invention, it is preferable to add glycerin when the fatty acid lower alcohol ester and water are reacted in the presence of a hydrolase. In this case, the mixture of the lower alcohol, water and glycerin and the mixture of the oil layer and the water layer are separated in the step (2).
Glycerin is used as a stabilizer for hydrolases, and is added to prevent denaturation of hydrolases by lower alcohols and heat denaturation of hydrolases caused by hydrolysis reaction of fatty acid lower alcohol esters. . The concentration of glycerin as a stabilizer is preferably 0.1 to 100% by weight based on the amount of water charged at the start of the reaction,
More preferably from 10 to the amount of water charged at the start of the reaction
80% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the effect as a stabilizer of glycerin does not appear, and if it exceeds 100% by weight,
Fatty acid and glycerin produced by hydrolysis of fatty acid lower alcohol ester cause an esterification reaction by the catalytic action of the reverse reaction of hydrolase to form monoglyceride, diglyceride and triglyceride and a mixture thereof, which is caused by hydrolysis. The produced fatty acid disappears and the fatty acid cannot be efficiently produced.

【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。
The method for producing a fatty acid according to the present invention will be described with reference to FIG. The reactor 1 shown in FIG. 1 is charged with a fatty acid lower alcohol ester, and further, the reactor 1 is charged with 1 to 100 parts by weight of water per 1 part by weight of the above fatty acid lower alcohol ester. More preferably, the water content is 2 to 10 parts by weight with respect to 1 part by weight of the fatty acid lower alcohol ester. If the water content is less than 1 part by weight, the hydrolysis rate will be slow, and if it exceeds 100 parts by weight, the productivity will be poor. Then, a hydrolase is added. To enhance the stability of the hydrolase, glycerin is also charged in the reactor 1.

【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。
At the end of the above-mentioned preparation, the reactor 1
Is heated to the reaction temperature. The reaction temperature depends on the optimum temperature of the hydrolase used, but is preferably 5 to 90 ° C. More preferably, 30 to 70 ° C is adopted. If the temperature is lower than 5 ° C, the reaction rate is slow and the productivity is deteriorated. At the same time, the fatty acid lower alcohol ester and the produced fatty acid are coagulated, and the reaction system becomes a solid-liquid system, and the reactivity is extremely deteriorated. On the other hand, when the temperature exceeds 90 ° C, the heat deactivation of the hydrolase becomes large, and good reactivity cannot be obtained.

【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。
The hydrolase requires a concentration that allows the reaction to proceed sufficiently. Specifically, 1 to 1000 units are added to the reactor 1 with respect to 1 g of the fatty acid lower alcohol ester. More preferably, 10 to 500 units are added to 1 g of the fatty acid lower alcohol ester. If it is less than 1 unit, a sufficient reaction rate cannot be obtained, and if more than 1000 units are added, the reaction rate hardly increases. The term “one unit of enzyme unit” as used herein refers to the decomposing power of an enzyme that hydrolyzes a fatty acid lower alcohol ester to produce 1 μmol of fatty acid per minute.

【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
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。
Stirring during the reaction is performed at a stirring power requirement of 0.05.
It is preferred to provide ~ 2 kW / m 3 . More preferably, 0.
It is 1 to 1 kW / m 3 . The hydrolysis reaction of fatty acid lower alcohol ester with hydrolases proceeds at the water / oil interface, and the interfacial area is used for the term of substrate concentration in the usual enzyme reaction.
The reaction rate can be expressed by a Michaelis-Menten type formula. Therefore, the larger the interfacial area, the faster the reaction rate. Therefore,
If the power required for stirring is less than 0.05 kW / m 3 , the interfacial area required for the reaction cannot be secured and the reaction rate is low. On the other hand, if it exceeds 2 kW / m 3 , oil / water separation after the reaction becomes very difficult, and the yield of oil is significantly deteriorated.

【0013】本発明においては、上記の反応物を反応器
1より反応器外に抜き出し、膜分離装置2に送液する。
膜分離装置2には油層(未反応脂肪酸低級アルコールエ
ステルおよび脂肪酸)と酵素は透過させず水層(水およ
び低級アルコール。但しグリセリンを添加して反応する
場合はグリセリンも含まれる。)を選択的に透過させる
分離膜3が装着されており、反応系外に水層のみを抜き
出し分離膜を透過しなかった反応物(酵素を含む)を再
度反応器1に戻す。本発明に使用される分離膜3として
は、上記のような性能を有する膜であれば特に限定され
ないが、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜、イオン交
換膜、透析膜等の半透膜あるいは多孔質膜が使用され、
材質についても限定されるものではないが水との親和性
が高いものが望ましく、例えば、酢酸セルロース、ポリ
アクリロニトリル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、および
セラミック等が使用される。膜の形態についても特に限
定されるものではなく、例えば、平膜、中空糸膜、チュ
ーブラー膜、スパイラル状膜等の膜が使用できる。この
様に、酵素を透過させず、しかも水層のみを透過させる
膜であれば本発明に使用可能であるが、水層が膜を透過
する際、水層中の水が低級アルコールに比較して透過し
やすい膜かあるいは低級アルコールと水の透過性が同等
である膜であれば反応を効率よく行うためには反応系に
水を供給する必要があり、一方、低級アルコールが水に
比較して透過しやすい膜を選べば反応系への新たな水の
添加は必ずしも必要でなく、必要に応じて水を添加すれ
ば良い。また、反応系には膜分離装置で除去された水分
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。ここで膜分離装置で
除去された水分量を加える代わりに膜により分離された
低級アルコールと水との(グリセリンを含む場合もあ
る)混合物から低級アルコールを除いた水(グリセリン
を含む場合もある)を反応系に戻してもよい。この様に
水を供給する際、必要に応じてグリセリンを添加するこ
ともできる。反応物中の水層が効率よく膜を透過するよ
うにさせるには、供給液側と透過液側に圧力勾配をつけ
る方法が一般に用いられる。圧力勾配をつける方法に
は、供給液側を加圧する方法、透過液側を減圧にする方
法、あるいはこれらの方法を同時に用いる方法がある。
また、透過液側に供給液側より低級アルコール濃度が低
い水層を供給すれば濃度勾配により低級アルコールを効
率よく透過させることもできる。さらに、透過液を液状
のまま取り出す方法や蒸気として取り出す方法(いわゆ
るパーベーパレーション)もある。供給液側をを加圧す
る際の圧力は通常、0.01〜50kg/cm2 が好ましく、更に
好ましくは0.1 〜30kg/cm2 である。圧力が0.01kg/cm
2 より小さいと透過速度が小さく、50kg/cm2 より大き
いと膜の耐久性の問題、装置が重装備になる等の問題が
ある。膜分離の温度は膜の耐熱性、酵素の熱による失活
を考慮し、90℃以下、より好ましくは70℃以下で行うの
が好ましい。ただし、固定化酵素を反応器内に保持して
反応させた場合であって、水層中に酵素が存在しない場
合は膜の耐熱性を考慮して膜分離を行えば良い。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。
In the present invention, the above reaction product is extracted from the reactor 1 to the outside of the reactor and fed to the membrane separation device 2.
In the membrane separation device 2, an oil layer (unreacted fatty acid lower alcohol ester and fatty acid) and an enzyme are not permeated, and an aqueous layer (water and lower alcohol. However, glycerin is also included when reacting by adding glycerin). A separation membrane 3 for permeation is attached to the reaction system, and only the aqueous layer is extracted to the outside of the reaction system, and the reaction product (including the enzyme) that has not permeated the separation membrane is returned to the reactor 1. The separation membrane 3 used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-mentioned performance, but it is a semi-permeable membrane such as a reverse osmosis membrane, an ultrafiltration membrane, a microfiltration membrane, an ion exchange membrane or a dialysis membrane. A permeable or porous membrane is used,
Although the material is not limited, those having a high affinity with water are desirable, and for example, cellulose acetate, polyacrylonitrile, polysulfone, polyamide, polyimide, polyvinyl alcohol, polyolefin, and ceramics are used. The form of the membrane is not particularly limited, and for example, a membrane such as a flat membrane, a hollow fiber membrane, a tubular membrane, and a spiral membrane can be used. As described above, a membrane that does not allow the enzyme to permeate, and can further permeate only the water layer, can be used in the present invention, but when the water layer permeates the membrane, the water in the water layer is lower than that of the lower alcohol. If it is a membrane that is easily permeated by water or a membrane that has a water permeability equivalent to that of lower alcohol, it is necessary to supply water to the reaction system in order to carry out the reaction efficiently. If a membrane that is easy to permeate is selected, it is not always necessary to add new water to the reaction system, and water may be added as necessary. Further, when a water amount equal to the amount of water removed by the membrane separator and the amount of water consumed in the hydrolysis reaction is added to the reaction system from the water supply tank 4, operation is performed while keeping the amount of water in the reaction system constant. can do. Water obtained by removing the lower alcohol from the mixture of the lower alcohol and water (which may include glycerin) separated by the membrane instead of adding the amount of water removed by the membrane separator (which may also include glycerin). May be returned to the reaction system. When water is supplied in this way, glycerin can be added if necessary. In order to allow the water layer in the reaction product to efficiently permeate through the membrane, a method of forming a pressure gradient between the feed liquid side and the permeate side is generally used. As a method of forming a pressure gradient, there are a method of pressurizing the supply liquid side, a method of depressurizing the permeate liquid side, and a method of using these methods simultaneously.
Further, if a water layer having a lower alcohol concentration lower than that of the supply liquid side is supplied to the permeate side, the lower alcohol can be efficiently permeated due to the concentration gradient. Further, there are a method of taking out the permeated liquid as a liquid and a method of taking out as a vapor (so-called pervaporation). Pressure applied to the feed side generally preferably 0.01~50kg / cm 2, more preferably from 0.1 ~30kg / cm 2. Pressure is 0.01kg / cm
When it is less than 2 , the permeation rate is low, and when it is more than 50 kg / cm 2, there are problems such as durability of the membrane and heavy equipment of the device. The temperature for membrane separation is preferably 90 ° C. or lower, more preferably 70 ° C. or lower in consideration of the heat resistance of the membrane and the inactivation of the enzyme due to heat. However, when the immobilized enzyme is held in the reactor for the reaction and the enzyme is not present in the aqueous layer, the heat resistance of the membrane may be taken into consideration for membrane separation. By performing such an operation, the chemical equilibrium can be shifted to the production system side, the decomposition rate of the fatty acid lower alcohol ester can be increased, the fatty acid purity in the oil layer can be increased, and the fatty acid yield can be improved.

【0014】以上の操作は、一定時間反応した後反応物
の全量を抜き出し、膜分離装置において、水層を除去す
る操作を繰り返す回分操作、一定時間反応した後反応物
の一部を抜き出し膜分離装置において水層を除去する操
作を繰り返す半回分操作、又は反応器から反応物を連続
的に抜き出し膜分離装置において水層を除去する連続的
操作によって行うことができる。
In the above operation, after reacting for a certain period of time, the whole amount of the reaction product is extracted, and in the membrane separation device, the operation of removing the aqueous layer is repeated, and after reacting for a certain period of time, a part of the reaction product is extracted and membrane separation is performed. It can be performed by a semi-batch operation in which the operation of removing the water layer is repeated in the apparatus, or a continuous operation of continuously withdrawing the reaction product from the reactor and removing the water layer in the membrane separation apparatus.

【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。
After the reaction is completed, an oil layer and a water layer which are composed of a mixture of fatty acid and unreacted fatty acid lower alcohol ester are separated by centrifugation or the like, and the obtained oil layer is separated into unreacted fatty acid lower alcohol ester and fatty acid by distillation or the like. The fatty acid can then be isolated.

【0016】[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。
As described above, according to the method of the present invention,
Since the chemical equilibrium can be continuously, semi-batchly, or batchwise shifted to the production system side to improve the decomposition rate of the fatty acid lower alcohol ester, the fatty acid can be produced with high purity and high yield. . Further, it becomes possible to set up a manufacturing process with good productivity.

【0017】[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%は特記しないかぎり重量基準であ
る。
The present invention is described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.
In the examples,% is based on weight unless otherwise specified.

【0018】実施例1 図1に示した反応システムにおいて膜分離装置の透過液
側に真空ポンプを接続した装置を用いて、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750g、リパーゼOF粉
末(名糖産業(株)製:Candida cylindracea 由来)9.4
1g、48000 U(基質としてオクタン酸メチルを用いた
時の活性 5.1千U/g−リパーゼOF粉末) を添加し、
37℃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、反応器
1から100 ml/min の速度で反応物を抜き出し、膜分装
置2に供給した。膜分離装置の分離膜3としては有効膜
面積0.02m2の酢酸セルロース膜(ダイセル化学工業
(株)製)を使用した。膜分離装置2の透過液側を真空
ポンプに接続し20Torrに減圧しながらメタノールと水を
膜から透過させ反応系から連続的に抜き出した。一方、
膜を透過しなかった反応物は、膜により除去された水分
量を水供給槽4から新たに加えて反応器1に連続的に戻
した。この様にして48時間反応を行った。24時間、48時
間後の油層のオクタン酸の純度はそれぞれ90%、97%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。
Example 1 In the reaction system shown in FIG. 1, the following reaction was carried out using an apparatus in which a vacuum pump was connected to the permeate side of the membrane separation apparatus. In a 1000 ml reactor 1, methyl octanoate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 150 g, water 750 g, lipase OF powder (manufactured by Meito Sangyo Co., Ltd .: derived from Candida cylindracea) 9.4
1 g, 48000 U (activity 5.1 thousand U / g-lipase OF powder when using methyl octanoate as a substrate) was added,
The reaction was carried out at 37 ° C. During the reaction, the stirring speed of 400 rpm (the power required for stirring was about
0.2 kW / m 3 ) was given. After 3 hours from the start of the reaction, the reaction product was withdrawn from the reactor 1 at a rate of 100 ml / min and supplied to the membrane separation device 2. As the separation membrane 3 of the membrane separation device, a cellulose acetate membrane (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) having an effective membrane area of 0.02 m 2 was used. The permeate side of the membrane separator 2 was connected to a vacuum pump, and methanol and water were permeated through the membrane while reducing the pressure to 20 Torr and continuously withdrawn from the reaction system. on the other hand,
The reaction product that did not permeate the membrane was continuously returned to the reactor 1 by newly adding the amount of water removed by the membrane from the water supply tank 4. In this way, the reaction was carried out for 48 hours. After 24 hours and 48 hours, the purity of octanoic acid in the oil layer was 90% and 97%, respectively. Octanoic acid was quantified by gas chromatography (glass column φ 2.6 mm × 2 m, Uniport S 80-100 mesh with 15% loading of FFAP packing material, injection temperature)
250 ° C, initial temperature 100 ° C, final temperature 170
C, temperature rising rate 5 ° C / min, detector FID) was used for analysis.

【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OF粉末(名糖産
業(株)製:Candida cylindracea 由来)9.41g、4800
0 U(基質としてオクタン酸メチルを用いた時の活性
5.1千U/g−リパーゼOF粉末) を添加し、37℃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48時間反応を行った。24時
間、48時間後の油層のオクタン酸の純度はそれぞれ58
%、60%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φ2.6mm×2m、充填剤FFAPを1
5%担持させたUniport S 80〜100mesh、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1
70℃、昇温速度5℃/分、検出器FID)によって分析し
た。
Comparative Example 1 In a 1000 ml reactor, methyl octanoate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 150 g, water 750 g, lipase OF powder (manufactured by Meito Sangyo Co., Ltd .: derived from Candida cylindracea) 9.41 g, 4800
0 U (activity when using methyl octanoate as substrate
5.1 thousand U / g-lipase OF powder) was added and reacted at 37 ° C. Stirring during the reaction was carried out using a 6 cm crescent blade type stirring blade, and the stirring speed was 400 rpm (required power of about 0.2 kW /
m 3 ) was given. In this way, the reaction was carried out for 48 hours. After 24 hours and 48 hours, the purity of octanoic acid in the oil layer is 58.
% And 60%. Octanoic acid was quantified by gas chromatography (glass column φ2.6mm × 2m, packing material FFAP 1
Uniport S 80-100mesh loaded with 5%, injection temperature 250 ℃, initial temperature 100 ℃, final temperature 1
It was analyzed by 70 ° C., heating rate 5 ° C./min, detector FID).

【0020】実施例2 図1に示した反応システムにおいて膜分離装置の透過液
側に真空ポンプを接続した装置を用いて、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OF粉末(名糖産業(株)製:Candida cy
lindracea 由来)6.27g、32000 U(基質としてオクタ
ン酸メチルを用いた時の活性 5.1千U/g−リパーゼO
F粉末) を添加し、37℃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、反応器1から100 ml/min の速度で反応物
を抜き出し、膜分離装置2に供給した。膜分離装置の分
離膜3としては有効膜面積0.02m2 の酢酸セルロース膜
(ダイセル化学工業(株)製)を使用した。膜分離装置
2の透過液側を真空ポンプに接続し20Torrに減圧しなが
らメタノールと水を膜から透過させ反応系から連続的に
抜き出した。この時グリセリンも水、メタノールととも
に膜を透過し反応系から抜き出された。一方、膜を透過
しなかった反応物は、膜により除去された水分量とグリ
セリンを水供給槽4から新たに加えて反応器1に連続的
に戻した。反応時間24時間後に反応器内の反応液を全量
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、残った水層の重量と水層中
のグリセリン濃度が初期の仕込み時と同等になるように
新たに水とグリセリンを加え反応器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。
Example 2 In the reaction system shown in FIG. 1, the following reaction was carried out using an apparatus in which a vacuum pump was connected to the permeate side of the membrane separation apparatus. In a 1000 ml reactor 1, 100 g of methyl octoate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 500 g of water, 250 of glycerin
g, lipase OF powder (manufactured by Meito Sangyo Co., Ltd .: Candida cy
derived from lindracea) 6.27 g, 32000 U (activity when using methyl octanoate as a substrate 5.1 1,000 U / g-lipase O
F powder) was added and reacted at 37 ° C. For stirring during the reaction, a stirring rotation speed of 400 rpm (required power of stirring: about 0.2 kW / m 3 ) was applied using a 6-cm crescent-shaped stirring blade. Reaction start 3
After a lapse of time, the reaction product was extracted from the reactor 1 at a rate of 100 ml / min and supplied to the membrane separation device 2. As the separation membrane 3 of the membrane separation device, a cellulose acetate membrane (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) having an effective membrane area of 0.02 m 2 was used. The permeate side of the membrane separator 2 was connected to a vacuum pump, and methanol and water were permeated through the membrane while the pressure was reduced to 20 Torr and continuously withdrawn from the reaction system. At this time, glycerin also permeated the membrane together with water and methanol and was extracted from the reaction system. On the other hand, for the reaction product that did not permeate the membrane, the amount of water removed by the membrane and glycerin were newly added from the water supply tank 4 and continuously returned to the reactor 1. After 24 hours of the reaction time, the whole amount of the reaction liquid in the reactor was extracted and oil / water separation was performed by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes. The oil layer was removed, and water and glycerin were newly added so that the weight of the remaining aqueous layer and the concentration of glycerin in the aqueous layer were the same as those at the time of initial charging, and the mixture was returned to the reactor 1 and 100 g of new methyl octanoate was added. Was added and the reaction was carried out under the same conditions as above. In this way, the reaction and centrifugation were repeated 5 times. Table 1 shows the octanoic acid purity of the oil layer at the end of each reaction. Octanoic acid was quantified by gas chromatography (glass column φ 2.6 mm × 2 m, loading FFAP 15%)
Uniport S 80-100 mesh, injection temperature 250
C., initial temperature 100.degree. C., final temperature 170.degree. C., heating rate 5.degree. C./min, detector FID).

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】 1 反応器 2 膜分離装置 3 分離膜 4 水供給槽[Explanation of Codes] 1 Reactor 2 Membrane Separation Device 3 Separation Membrane 4 Water Supply Tank

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の(1) 〜(3) 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反応物を上記加水分解酵素
は透過させず、反応物中の水層側を選択的に透過するこ
とができる膜を用いて、低級アルコールと水との混合物
と、油層と水層との混合物とに分離する工程。 (3) (2) で分離された該油層と水層との混合物を反応系
に戻す工程。
1. A method for producing a fatty acid, which comprises repeating the following steps (1) to (3). (1) A step of reacting a fatty acid lower alcohol ester with water in the presence of a hydrolase. (2) A mixture of lower alcohol and water using a membrane capable of selectively permeating the aqueous layer side in the reaction product while allowing the reaction product to react with the reaction product in (1). And a step of separating the mixture into an oil layer and an aqueous layer. (3) A step of returning the mixture of the oil layer and the aqueous layer separated in (2) to the reaction system.
【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。
2. The method for producing a fatty acid according to claim 1, wherein water is supplied to the reaction system.
【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、(2) の工程で、低級アルコールと水とグリセリンと
の混合物と、油層と水層との混合物とに分離する請求項
1又は2記載の脂肪酸の製造方法。
3. When the fatty acid lower alcohol ester and water are reacted in the presence of a hydrolase, the glycerin concentration in the aqueous layer is 0.1 to 100% by weight relative to the weight of water charged at the start of the reaction. The method for producing a fatty acid according to claim 1 or 2, wherein glycerin is added and reacted, and in the step (2), a mixture of a lower alcohol, water and glycerin and a mixture of an oil layer and an aqueous layer are separated.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013524779A (en) * 2010-03-17 2013-06-20 ドウエミルヨ アーエス Process for obtaining fatty acid alkyl esters from lipids in membrane contactors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013524779A (en) * 2010-03-17 2013-06-20 ドウエミルヨ アーエス Process for obtaining fatty acid alkyl esters from lipids in membrane contactors

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