JPH0697998B2 - Method for producing immobilized lipase preparation - Google Patents
Method for producing immobilized lipase preparationInfo
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定化リパーゼ調製品の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing an immobilized lipase preparation.
脂肪のエステル交換用に適合した固定化リパーゼ調製品
は公知である。即ち、米国特許4,275,081においては、
固定化リパーゼ調製品が開示され、こゝにおいてはリパ
ーゼはリゾプス(Rhizopups)属ジオトリクム(Geotric
hum)属又はアスペルギルス(Aspergillus)属に属する
種を発酵させることにより得、次いで得られたリパーゼ
を珪藻土又はアルミナの不活性の個々の担体に結合させ
る。これ等の担体は非常に高い比表面積を示す。高い酵
素活性を得る為には非常に高い比表面積(即ち、小さく
かつ多孔性の担体粒子)を有する固定化リパーゼ調製品
を用いることが必要であると信じられていた。Immobilized lipase preparations suitable for transesterification of fats are known. That is, in US Pat.
An immobilized lipase preparation is disclosed, in which the lipase is Rhizopups genus Geotricum.
hum) or a species belonging to the genus Aspergillus, obtained by fermenting, and the resulting lipase is then bound to an inert individual carrier of diatomaceous earth or alumina. These carriers have a very high specific surface area. It was believed that it was necessary to use immobilized lipase preparations with very high specific surface areas (ie small and porous carrier particles) in order to obtain high enzyme activity.
エステル交換は、この様な固定化リパーゼ調製品を用い
溶剤なしでバッチ式にて行うことが出来るけれども、カ
ラムでの連続的エステル交換は溶剤(これは後に除去し
なければならない)の存在なしで工業的規模で行えな
い。何故ならばカラム操作中小粒子から成る調製品が許
容出来ない程高い圧力降下を発生せしめるからである。
ヨーロッパ特許出願公告069599においては、脂肪の酵素
的転位が、例えばセライトの如き担体に支持されたアス
ペルギルス(Aspergillus)種、リゾプス(Rhizopus)
種、ムコールジャバニクス(Mucor javanicus)又はム
コールマイヘイ(Mucor miehei)起源のリパーゼを用い
て行われることが記載されており、カラムでの連続的エ
ステル交換に関する実施例は全て溶剤を用いていること
は注目すべきである。溶剤を用いないで脂肪をエステル
交換するカラム操作に適合した固定化リパーゼは、当業
者に歓迎されるであろう。Although transesterification can be carried out batchwise without solvent using such immobilized lipase preparations, continuous transesterification on the column does not require the presence of solvent, which must be removed later. It cannot be done on an industrial scale. This is because preparations of small particles during column operation can produce unacceptably high pressure drops.
In European Patent Application Publication 069599 the enzymatic rearrangement of fat is carried on a carrier such as celite, Aspergillus sp., Rhizopus
Seed to be carried out using a lipase of the species Mucor javanicus or Mucor miehei, and all examples of continuous transesterification on columns are solvent-based. Should be noted. Immobilized lipases that are compatible with column operations for transesterification of fats without solvent will be appreciated by those skilled in the art.
勿論当業者は、イオン結合、共有結合及び取り込みによ
る、多数の固定化を研究して来ている。例えば、米国特
許4,170,696の発明者等は以下の内容を認識している。
即ち巨視孔のイオン交換樹脂の制御された大きさの分布
及び物理的特性は、酵素の支持目的の為の利点を与え
る。しかしこれ等の発明者等はイオン交換樹脂担体の単
位重量当りの結合し得る少量の酵素に対し異議を唱えて
おり更に酵素を支持する目的の為樹脂のジエチルアミノ
エチル(DEAE)誘導体の使用を提案している。特有の酵
素固定化法が非常に多くの酵素系に適用出来るという効
果についての米国特許4,170,696に主張される如き教示
は、当業者に誤解させるので批評出来る。酵素と酵素の
違い及び基質と基質の違いは、実際上酵素/基質/反応
条件のシステムを例外的なものにしており、広く適用出
来ると述べられた技術は殆んど或いは全く適用出来ない
であろう。Of course, the person skilled in the art has studied numerous immobilizations by ionic, covalent and uptake. For example, the inventors of US Pat. No. 4,170,696 are aware of the following contents.
Thus, the controlled size distribution and physical properties of the macropore ion exchange resin provide advantages for enzyme support purposes. However, these inventors objected to a small amount of an enzyme capable of binding per unit weight of the ion exchange resin carrier, and proposed the use of a resin diethylaminoethyl (DEAE) derivative for the purpose of supporting the enzyme. is doing. The teaching as claimed in US Pat. No. 4,170,696 for the effect that a particular enzyme immobilization method can be applied to a large number of enzyme systems can be criticized as it is misleading to those skilled in the art. The difference between enzyme and enzyme and the difference between substrate and substrate actually make the system of enzyme / substrate / reaction conditions exceptional, and the technology described as being widely applicable is hardly or not applicable at all. Ah
特にリパーゼは以下の点で例外的な酵素である。即ちそ
れ等の酵素活性は二種の相(水及び油)の界面で機能
し、それ単独の場合は他の酵素に十分適合する固定化法
はリパーゼには殆んど或いは全く適用が期待出来ないこ
とが分かる。当業者はリパーゼの固定は特別な困難性を
伴うことを承知している。例えば、J.ラバイレ(Lavayr
e)等による「プレパレイション アンド プロパティ
オブ イ モビライズド リパーゼ」バイオテクノロ
ジーアンド バイオエンジニアリング、24巻、1007〜10
13頁(1982年)、ジョン ウィレイ アンド サンズを
参照。業界のある研究家は、吸着又はイオン結合によ
り、共有結合により及び取り込みによりリパーゼの特異
的固定化を研究し、(セライト上の)吸着及びそれに続
くセライト粒子の取り込みははるかに最良の結果を示す
ことを結論づけた;1981年9月20〜25日カシコジマ(日
本)Enz.Eng.6で示されたポスター及びEuropean Journa
l of Applied Microbiology and Biotechnology,NO14、
1〜5頁(1982年)に記載されるそれ等の対応論文、並
び同じジャーナルのNO17、107〜112頁(1983年)におけ
る一連の論文を参照のこと。In particular, lipase is an exceptional enzyme in the following points. That is, their enzymatic activities function at the interface between two phases (water and oil), and when they are used alone, immobilization methods that are sufficiently compatible with other enzymes can be expected to have little or no application to lipases. I know there isn't. The person skilled in the art is aware that immobilization of lipases presents particular difficulties. For example, J. Lavayr
"Preparation and Property of Immobilized Lipase" by e) et al., Biotechnology and Bioengineering, 24, 1007-10
See John Willey and Sons, p. 13 (1982). Researchers in the industry have studied the specific immobilization of lipases by adsorption or ionic binding, covalently and by uptake, with adsorption (on celite) and subsequent uptake of celite particles giving much better results. 20-25 September 1981 Kashikojima (Japan) Enz. Eng. 6 poster and European Journa
l of Applied Microbiology and Biotechnology, NO14,
See their corresponding papers listed on pages 1-5 (1982), as well as a series of papers in the same journal, NO17, pages 107-112 (1983).
先に説明した従来技術は、手軽なカラム操作による工業
的使用に適合した固定化リパーゼを得る為当業者により
なされた例示的なものである。本発明者がこれまで知る
限りにおいてはデンマーク特許出願4025/83及び4167/84
に記載されたリパーゼ製品はカラム操作に対し実質的に
優れたリパーゼ製品を構成する。今やデンマーク特許出
願4025/83及び4167/84に記載された教示を拡張すること
が可能であり更に本発明におけるリパーゼ製品は先に記
載したリパーゼ製品とは幾分異なったものであり、それ
らの優秀性において従来技術のリパーゼ製品を上まわる
ものである。The prior art described above is exemplary by those skilled in the art to obtain immobilized lipase suitable for industrial use by easy column manipulation. To the best of our knowledge, Danish patent applications 4025/83 and 4167/84
The lipase product described in 1. constitutes a substantially superior lipase product for column operation. It is now possible to extend the teachings described in Danish patent applications 4025/83 and 4167/84, and furthermore the lipase products according to the invention are somewhat different from the lipase products described above and their excellent In terms of sex, it outperforms prior art lipase products.
今や驚くべきことに本発明によれば以下の内容が見い出
された。即ち固定化リパーゼ調製品の製造が、単にリパ
ーゼ水溶液と粒状の巨視孔のフェノールホルムアルデヒ
ド吸着樹脂と混合ししかる後樹脂を回収し次いで乾燥す
ることにより容易に行われ得る。最終固定化調製品にお
いて含水率を特定割合とすることにより、溶剤を用いず
経済的に容易な方法で脂肪の連続的エステル交換が可能
となる。スペントリパーゼ溶液を除去した後樹脂を水洗
することが有利である。According to the present invention, it has now been surprisingly found that: That is, the preparation of the immobilized lipase preparation can be easily carried out by simply mixing the aqueous lipase solution with the granular macropore phenol formaldehyde adsorbing resin, recovering the resin and then drying. By setting the water content to a specific ratio in the final fixed preparation, continuous transesterification of fat can be performed without using a solvent by an economically easy method. It is advantageous to wash the resin with water after removing the spen trypase solution.
本発明方法の好ましい態様によれば、熱安定性微生物リ
パーゼが用いられ、高温性ムコール(Mucor)種、特に
ムコールマイヘイ(Mucor miehei)生産リパーゼが好ま
しい。ムコールマイヘイ(Mucor miehei)は1,3−特異
的リパーゼの良好な生産菌であり、従って低コスト生産
が達成出来る。According to a preferred embodiment of the process according to the invention, thermostable microbial lipases are used, thermophilic mucor (Mucor) species, in particular mucor miehei-produced lipases. Mucor miehei is a good producer of 1,3-specific lipase, and thus low cost production can be achieved.
本発明方法の好ましい態様によれば、マクロポーラスフ
ェノールホルムアルデヒド吸着剤樹脂粒子の90%以上が
約100〜1000μm、好ましくは400〜800μmの粒径を有
する。この粒径間隔において、エステル交換に対する高
単位活性と低いカラム圧力降下との間の良好な歩み寄り
が得られる。According to a preferred embodiment of the method of the present invention, 90% or more of the macroporous phenol formaldehyde adsorbent resin particles have a particle size of about 100-1000 μm, preferably 400-800 μm. At this particle size interval, a good compromise between high unit activity for transesterification and low column pressure drop is obtained.
本発明方法の好ましい態様によれば、微生物リパーゼの
水溶液の量と吸着剤樹脂の重量との割合は、1gの樹脂
(乾燥重量)当り、5,000〜50,000LUに相当する。この
範囲において、商業的に入手可能な樹脂に対する十分な
リパーゼが得られる。According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the ratio of the amount of aqueous solution of microbial lipase to the weight of adsorbent resin corresponds to 5,000 to 50,000 LU / g of resin (dry weight). In this range, sufficient lipase for commercially available resins is obtained.
微生物リパーゼが高熱性ムコール(Mucor)種、特にム
コールマイヘイ(Mucor miehei)から生産される微生物
リパーゼがある場合の、本発明方法における好ましい態
様において、吸着剤と水性リパーゼ溶液との接触中のpH
は5〜7の間である。リパーゼと吸着剤樹脂との強い結
合が確保出来る。In a preferred embodiment of the method of the present invention, where the microbial lipase is a microbial lipase produced from a hyperthermophilic Mucor species, in particular Mucor miehei, the pH during contact of the adsorbent with an aqueous lipase solution is preferred.
Is between 5 and 7. A strong bond between the lipase and the adsorbent resin can be secured.
本発明方法の好ましい態様によれば、接触時間は0.5〜
8時間である。この時間範囲において、樹脂はリパーゼ
の飽和に近づく。少なくとも75%のリパーゼ活性がリパ
ーゼ溶液から除かれる。According to a preferred embodiment of the method of the present invention, the contact time is from 0.5 to
8 hours. In this time range, the resin approaches lipase saturation. At least 75% of the lipase activity is removed from the lipase solution.
本発明方法の好ましい態様によれば、濾過法により分離
を行い、簡単な手順が工業的実施に十分適合し得る。According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the separation is carried out by filtration, the simple procedure being well suited for industrial practice.
本発明方法の好ましい態様によれば、分離した固定化リ
パーゼを水分が約2〜40%、更に好ましくは5〜20%の
含水率まで乾燥する。これにより高いエステル交換作用
を有する最終リパーゼ調製品が得られる。According to a preferred embodiment of the method of the present invention, the separated immobilized lipase is dried to a water content of about 2-40%, more preferably 5-20%. This gives a final lipase preparation with a high transesterification effect.
かくして、固定化リパーゼ調製品を製造する本発明方法
は、異なった樹脂を除いてデンマーク特許出願4025/83
及び4167/84に記載したと同様である。即ち該デンマー
ク出願においては微生物リパーゼの水溶液を粒状のマク
ロポーラス樹脂と接触させるが、本発明ではフェノール
ホルムアルデヒドマトリックスの吸着剤樹脂と接触させ
る。過剰の圧力降下がなくカラム操作に対し適当な最終
製品を得る為に、比較的大きな平均樹脂粒径が用いられ
る。リパーゼが吸着剤に結合する反応条件及び反応時間
は、所望量のリパーゼを吸着剤樹脂に結合させるのに十
分であり、しかる後形成された固定化リパーゼを水性相
から分離し次いで分離した吸着剤樹脂を含有するリパー
ゼを好ましくは約2〜20%の所望含水率に乾燥する。乾
燥操作は真空により、流動床乾燥プロセス又は固定化リ
パーゼを該リパーゼが失活する様な温度レベルにおかな
い様な大規模操作に適した如何なる他の乾燥工程であっ
てもよい。Thus, the process according to the invention for producing immobilized lipase preparations is carried out in Danish patent application 4025/83, except for the different resins.
And 4167/84. That is, in the Danish application, an aqueous solution of microbial lipase is contacted with a granular macroporous resin, but in the present invention it is contacted with a phenol formaldehyde matrix adsorbent resin. A relatively large average resin particle size is used to obtain a final product suitable for column operation without excessive pressure drop. The reaction conditions and reaction time for the lipase to bind to the adsorbent are sufficient to bind the desired amount of lipase to the adsorbent resin, after which the immobilized lipase formed is separated from the aqueous phase and then separated from the adsorbent. The resin-containing lipase is preferably dried to the desired moisture content of about 2-20%. The drying operation may be a vacuum, fluid bed drying process or any other drying step suitable for large scale operation such that the immobilized lipase is not at a temperature level such that the lipase is inactivated.
本発明で用いられる如く語句吸着剤樹脂は、イオン交換
樹脂業界から選ばれるものである。イオン交換樹脂の製
造者等は、以下の内容を見い出している。即ちアニオン
又はカチオン交換活性をもたらす活性基に作用した特定
の形態樹脂製品は、商業的に有用性のない活性基を有す
る。この様な樹脂形態は商業的に「吸着剤樹脂」として
提供される。これ等の商業的材料及び他の同様のもの即
ち物理的及び化学的性質において等価なものは、本発明
において語句吸着剤樹脂として意図している。吸着剤樹
脂の官能的特性は、主にイオン性よりも結合力に帰因す
る。The phrase adsorbent resin as used in the present invention is one selected from the ion exchange resin industry. Ion exchange resin manufacturers have found the following contents. That is, certain morphological resin products that have acted on an active group that provides anion or cation exchange activity have an active group that is not commercially useful. Such a resin form is commercially provided as an "adsorbent resin". These commercial materials and other similar or equivalents in physical and chemical properties are contemplated herein as the phrase adsorbent resin. The organoleptic properties of adsorbent resins are primarily attributed to binding strength rather than ionicity.
本発明者に公知の吸着剤樹脂には、種々のポリスチレン
マトリックス及びフェノールホルムアルデヒドマトリッ
クスが含まれる。本発明の実施は、フェノールホルムア
ルデヒドクラスの吸着剤樹脂を意図している。ポリスチ
レンクラスの吸着剤樹脂は意図していない。それ等はリ
パーゼに対し有利性が少ない担体だからである。Adsorbent resins known to the inventor include various polystyrene and phenol formaldehyde matrices. The practice of the present invention contemplates phenol formaldehyde class adsorbent resins. Polystyrene class adsorbent resins are not intended. This is because they are carriers with little advantage for lipase.
本発明のリパーゼ製品はデンマーク特許出願4025/83及
び4167/84に記載した製品に匹敵する熱及び物理的安定
性を示し更にその代りに使用出来る。The lipase products of the present invention exhibit comparable thermal and physical stability to the products described in Danish patent applications 4025/83 and 4167/84 and can be used instead.
酵素を失活させない為に、従来技術のエステル交換反応
は、高融点脂肪を溶解することの出来る溶剤の存在によ
り可能となる比較的低温度レベルで行われる。本発明に
より生産される固定化リパーゼ調製品は溶融脂肪中で十
分に安定性を示し従って比較的高温度でエステル交換を
触媒する。又、本発明方法によって得られた固定化リパ
ーゼ調製品を充填したエステル交換カラムは十分に低く
てエステル交換に対する円滑なカラム操作をなさしめ
る。又、驚くべきことに以下の内容が見い出された。即
ち接触条件、フェノールホルムアルデヒドマトリックス
を有する吸着剤樹脂及び固定化リパーゼ調製品中制御さ
れた最終含水率の組み合わせにより、溶融脂肪混合物中
高い特異的リパーゼ活性が得られる。In order not to inactivate the enzyme, prior art transesterification reactions are carried out at relatively low temperature levels, which is made possible by the presence of a solvent capable of dissolving high melting fats. The immobilized lipase preparation produced according to the present invention is sufficiently stable in molten fat and thus catalyzes transesterification at relatively high temperatures. Also, the transesterification column packed with the immobilized lipase preparation obtained by the method of the present invention is sufficiently low to allow a smooth column operation for transesterification. Also, surprisingly, the following contents were found. Thus, the combination of contact conditions, adsorbent resin with phenol formaldehyde matrix and controlled final water content in the immobilized lipase preparation results in a high specific lipase activity in the molten fat mixture.
本発明の実施により製造される製品は、本明細書中で記
載した製品に対し、デンマーク特許出願4025/83及び416
7/84で用いたと同じ賞賛の言葉で先に記載した。該製品
は匹敵し得るものでありかつ一般的に同等な製品である
が、双方とも当業界において利点を示している。しか
し、相違は存在し更にその様な相違は特定のリパーゼ触
媒プロセスにおいて一つの製品形式を使用に対し好まし
いものとする。The products produced by the practice of the present invention are the same as those described herein in Danish patent applications 4025/83 and 416.
The same praise words used on 7/84 are listed above. Although the products are comparable and generally comparable products, both have shown advantages in the art. However, differences do exist and such differences make one product type preferred for use in a particular lipase-catalyzed process.
本発明の実施により生産される固定化リパーゼ調製品
は、高い酵素回収率をもって調製出来、この結果は低コ
ストの(連続的)エステル交換プロセスを達成するのに
重要である。The immobilized lipase preparation produced by the practice of the present invention can be prepared with high enzyme recovery, the results of which are important for achieving a low cost (continuous) transesterification process.
リパーゼ溶液中に存在する初期のリパーゼ活性の75%以
上が吸着剤樹脂により溶液から除去出来、及び除去され
るべきである。ある程度まで、樹脂によるリパーゼ吸収
は時間依存性である。というのは多分マクロポーラスな
樹脂粒子中に酵素分子が分散するのに一定時間必要とす
るからであろう。8時間の混合(反応)時間の後少なく
とも吸着剤樹脂の平衡状態に近づくであろう。0.5時間
程短い少ない時間でも許容出来る結果が得られる。最適
接触時間を選択するための合理的方法は、リパーゼ溶液
からリパーゼ活性の除去にある。リパーゼ溶液から75%
以上のリパーゼ活性を除去するのに必要ないかなる接触
時間も本発明の大規模実施に対する反応時間となりう
る。Greater than 75% of the initial lipase activity present in the lipase solution can and should be removed from the solution by the adsorbent resin. To some extent, lipase absorption by the resin is time dependent. This is probably because it takes a certain amount of time for the enzyme molecules to disperse in the macroporous resin particles. At least an adsorbent resin equilibrium will be approached after a mixing (reaction) time of 8 hours. Acceptable results are obtained even in short times as short as 0.5 hours. A rational way to select the optimal contact time is to remove the lipase activity from the lipase solution. 75% from lipase solution
Any contact time required to remove the above lipase activity can be the reaction time for large scale practice of the invention.
以下の内容が注目される。即ち利用出来る実験的証拠
は、最適接触時間が5〜35℃の範囲内で接触時間と殆ん
ど無関係であることを示しており、更に5〜35℃の温度
範囲が本発明の実施に企図される。The following contents are noted. That is, the available experimental evidence shows that the optimum contact time is almost independent of the contact time within the range of 5-35 ° C, and further the temperature range of 5-35 ° C is contemplated for the practice of the present invention. To be done.
種々のフェノールホルムアルデヒド吸着剤樹脂間の物理
的及び化学的相違は、勿論固定化反応及び固定化リパー
ゼ調製品の双方に影響することが期待出来る。予期され
る如く、本発明を達成する為になされた全ての実験的研
究には、商業的に入手可能なマクロポーラス吸着剤樹脂
が含まれるが、本発明者等が知らなかった制限的事項が
商業的樹脂に入り込んでいるであろう。本発明の実施に
より得られる最終固定化リパーゼ製品は、5,000〜50,00
0LU/gm(乾燥基準)を有するリパーゼ活性を示し、これ
は好ましい範囲を構成する。10BIU/g以上の単位活性が
得られる。The physical and chemical differences between the various phenol formaldehyde adsorbent resins can, of course, be expected to affect both the immobilization reaction and the immobilized lipase preparation. As would be expected, all experimental work done to achieve the present invention involved commercially available macroporous adsorbent resins, but with limitations not known to the inventors. It will be in commercial resin. The final immobilized lipase product obtained by the practice of the present invention is 5,000-50,00.
It shows a lipase activity with 0 LU / gm (dry basis), which constitutes a preferred range. A unit activity of 10 BIU / g or more is obtained.
スペントリパーゼ溶液から分離した、未だ湿潤の樹脂粒
子を水洗する特徴的事項は、利用出来るリパーゼが比較
的粗製のリパーゼを含む場合特に有利である。The feature of washing the still moist resin particles separated from the spentripase solution with water is particularly advantageous when the available lipase comprises a relatively crude lipase.
米国特許4,275,081に記載された従来技術のプロセス
は、使用可能な固定化リパーゼ調製品を提供する為精製
されたリパーゼを必要とした。驚くべきことに、以下の
内容が見い出された。即ち本発明の実施により得られる
固定化リパーゼ調製品は相当に粗製のリパーゼ製品から
直接製造することが出来る。明らかに、従来技術におい
てリパーゼから除去されることが望まれていた不純物は
吸着剤には結合しておらず、従ってスペントリパーゼ溶
液中及び/又は洗浄水中で除去される。The prior art process described in US Pat. No. 4,275,081 required purified lipase to provide a ready-to-use immobilized lipase preparation. Surprisingly, the following contents were found. Thus, the immobilized lipase preparations obtained by the practice of the present invention can be produced directly from fairly crude lipase products. Obviously, the impurities that were desired to be removed from lipases in the prior art are not bound to the adsorbent and are therefore removed in the spentlipase solution and / or in the wash water.
何よりも、次の手順から著しく有利な結果が得られる。
即ち基本的には、粒状の吸着剤樹脂をpH5〜7の相当に
粗製リパーゼ溶液に室温で混合することだけを必要と
し、有機溶剤(時として提案されている如き)の使用さ
え必要でなく、更にスペント溶液を廃棄し次いで好まし
くは樹脂を水洗し引き続き樹脂を制御された含水率まで
乾燥する。乾燥前に分離した固定化酵素を水洗すること
は著しく製品を改善することが繰り返される。Above all, the following procedure yields significantly advantageous results.
That is, basically, it is only necessary to mix the particulate adsorbent resin into a fairly crude lipase solution of pH 5 to 7 at room temperature, not even the use of organic solvents (sometimes proposed), The spent solution is then discarded and the resin preferably washed with water, followed by drying the resin to a controlled water content. Washing the separated immobilized enzyme with water before drying is repeated to significantly improve the product.
以下の内容が見出された。すなわち、本発明の実施によ
り得られる固定化リパーゼ調製品は悪いpHおよび/又は
温度条件以外では簡単には失活せず、又は調製品から離
れない。例えば、リパーゼ活性は洗液中には表われな
い。The following contents were found. That is, the immobilized lipase preparations obtained by the practice of the present invention do not readily inactivate or leave the preparations except at bad pH and / or temperature conditions. For example, lipase activity does not appear in the wash liquor.
以下の内容が言及されている。すなわち、本発明の好ま
しい態様は、熱安定性リパーゼ、特にムコールマイヘイ
(Mucor miehei)リパーゼを固定化することを企図して
いる。勿論、リパーゼに対する熱安定性は溶剤を用いな
い、高融点脂肪のエステル交換に対して重要である。最
も合理的な昇温下でエステル交換を行う場合、他の利
点、例えば細菌汚染の減少可能性および脂肪粘度低下を
も生じる。The following contents are mentioned. That is, a preferred embodiment of the invention contemplates immobilizing thermostable lipases, particularly Mucor miehei lipases. Of course, thermal stability to lipases is important for solvent-free transesterification of high melting point fats. If the transesterification is carried out at the most reasonable elevated temperatures, other advantages also occur, such as the possibility of reducing bacterial contamination and the reduction of fat viscosity.
実際、先に記載した従来技術を上まわる多くの利点は大
規模での本発明実施に対する実用性に対し事実上損なわ
れない。同様の利点は、デンマーク出願4025/83および4
167/84中、本発明者によって記載した発明の実施に対し
て存在する。該発明も代りに実施できるであろう。In fact, many of the advantages described above over the prior art are practically impaired for practical implementation of the invention on a large scale. Similar advantages apply to Danish applications 4025/83 and 4
167/84 for the practice of the invention described by the inventor. The invention could instead be implemented.
本発明の大規模実施に関する決定は、デンマーク出願40
25/83および4167/84の発明に対し実施の好ましい形態に
比較してその相対的利点次第で決まるであろう。従っ
て、好ましい形式のプロセスおよび製品の条件は、本発
明の実施に対し独断的に範囲を制限したとしても、実用
的なものとして認められうる。明確に、吸着剤により水
性処理溶液からリパーゼ活性の除去は75%を超えるべき
である。固定化酵素製品のリパーゼ活性単位は5000LU/g
m(乾燥基準)(NOVU法 AF 95.1/2-GB)を超えるべきで
ある。すでに言及した5,000〜50,000LU/gmの範囲が好ま
しい。BIU/g(NOVO法AF-26)は10を超えるべきである。
製品の半減期は60℃で2500時間を超えるべきである。The decision on the large-scale implementation of the invention is made in Danish application 40
It will depend on its relative advantages over the preferred embodiment for the invention of 25/83 and 4167/84. Accordingly, the preferred form of process and product conditions may be found to be practical, even if arbitrarily limiting the scope of the practice of the invention. Clearly, the removal of lipase activity from the aqueous treatment solution by the adsorbent should exceed 75%. The immobilized enzyme product has a lipase activity unit of 5000 LU / g
m (dry basis) (NOVU method AF 95.1 / 2-GB) should be exceeded. The already mentioned range of 5,000 to 50,000 LU / gm is preferred. BIU / g (NOVO method AF-26) should exceed 10.
The half-life of the product should exceed 2500 hours at 60 ° C.
上記数値範囲は、本発明によって明確には予期しなかっ
た実施、例えばポリスチレン吸着剤樹脂の使用並びに以
下の本発明の説明から導びかれる方法と本発明とを区別
するのにも有効である。The above numerical range is also useful for distinguishing the present invention from the methods which are clearly unexpected according to the present invention, such as the use of polystyrene adsorbent resin and the method which follows from the description of the present invention.
デンマーク出願4025/83および4167/84に記載された有利
な固定化リパーゼ製品が製造できる機構を調べてみる
と、必ずしも全てのそれらの利点がリパーゼが固定化さ
れる樹脂の弱アニオン交換能に寄与し得るわけでないこ
とが分かった。リパーゼに対する樹脂の結合能力は一部
アニオン交換に寄与し、一部はリパーゼと樹脂との他の
物理的な力に寄与し、更に一部は樹脂マトリックスの化
学的および物理的構造に寄与し得ると思われる。Examining the mechanisms by which the advantageous immobilized lipase products described in Danish applications 4025/83 and 4167/84 can be produced, not all of these advantages contribute to the weak anion exchange capacity of the resin on which the lipase is immobilized. I realized that it was not possible. The ability of the resin to bind the lipase may contribute in part to anion exchange, some to other physical forces between the lipase and the resin, and some to the chemical and physical structure of the resin matrix. I think that the.
三種の典型的に商業的に入手可能な物質についての固定
から得られる試験結果は、存在するものと確信されてい
る関係を例示している。The test results obtained from immobilizations on three typically commercially available substances exemplify the relationships believed to exist.
多くの関係が含まれているので、本発明の実施に対する
(任意の)多くの規準は、多くの関係を大ざっぱに反映
している。固定化リパーゼ調製品の最少単位活性5000LU
/gm(乾燥基準)および10BIU/gm(乾燥基準)は、比較
的大きな担体粒子に対しての活性を得るため一定の最少
ローディングの必要性を反映している。 Since many relationships are involved, many (arbitrary) criteria for the practice of the invention mirror many relationships. The minimum unit activity of immobilized lipase preparation is 5000 LU
The / gm (dry basis) and 10 BIU / gm (dry basis) reflect the need for constant minimum loading to obtain activity against larger carrier particles.
担体中のアニオン性引力、特定の相互作用およびマトリ
ックス材料の累積的効果により、固定化リパーゼ製品形
成のための従来技術の提案は変化していることが理解で
きる(例えば、米国特許4,275,081;4,272,503および4,4
51,565、例12)。実際どのような担体物質にリパーゼを
固定化しても明らかに、不ぞろいの生成物が得られるで
あろう。しかし、本発明のパラメーターによって設定さ
れた標準、すなわち75%収率、5,000LU/gmおよび10BIU/
gは似た担体であるが、本発明又はその親特許出願番号6
46,752の請求の範囲外では容易に達成できないと考えら
れる。典型的ポリスチレン基材吸着剤樹脂により得られ
た低収率および活性は上記表に示される。同様の試験に
おいて強塩基のポリスチレンアニオン交換樹脂について
12BIU/g製品が得られたが、収率はわずか50%であっ
た。It can be seen that prior art proposals for the formation of immobilized lipase products are changing due to anionic attractive forces in the carrier, specific interactions and the cumulative effects of the matrix material (e.g. U.S. Pat. 4,4
51,565, example 12). In fact, immobilization of lipase on any carrier material will obviously yield a non-uniform product. However, the standards set by the parameters of the present invention are: 75% yield, 5,000 LU / gm and 10 BIU /
g is a similar carrier, but the invention or its parent patent application number 6
It would not be readily achievable outside the claims of 46,752. The low yields and activities obtained with typical polystyrene-based adsorbent resins are shown in the table above. Strong base polystyrene anion exchange resin in a similar test
12BIU / g product was obtained, but the yield was only 50%.
本発明並びにデンマーク出願4025/83および4167/84中で
説明された樹脂は、本発明の実施に適した孔径および多
孔性を有していることが今や見出された。大孔径のアニ
オン交換および吸着剤樹脂による試験は、収率結果から
予知し得たような単位活性の小さい製品をもたらした。
リパーゼは非常に大きな孔径のアニオン交換および吸着
剤の孔に深く入り、その中で作用を失うと考えられてい
る。特定の物理的相互作用およびアニオン性結合は、樹
脂に対し、結合能力の独立した源であるように思われ
る。上記第1表中に示される製品はA(1%のトリトン
X-100)およびC(1Mの酢酸ナトリウム、pH6)で抽出さ
れた。条件Aは非イオン的結合リパーゼのみを取出す傾
向にあり、更に条件Cはイオン的に結合されたリパーゼ
のみを取出す傾向にある。結果を下記に示す。It has now been found that the resins described in the present invention and in Danish applications 4025/83 and 4167/84 have pore sizes and porosities suitable for the practice of the present invention. Testing with large pore size anion exchange and adsorbent resins resulted in products with low unit activity as predicted from the yield results.
Lipases are believed to penetrate deeply into the pores of very large pore size anion exchange and adsorbents, where they lose their action. Certain physical interactions and anionic bonds appear to be an independent source of binding capacity for the resin. The products shown in Table 1 above are A (1% Triton
X-100) and C (1M sodium acetate, pH 6). Condition A tends to remove only non-ionically bound lipase, and condition C tends to remove only ionically bound lipase. The results are shown below.
上記第2表に記載された部分抽出の結果にするどく対比
して、セライトに吸着されたリパーゼは、2,3分以内で
純水により事実上100%抽出された。 In contrast to the results of the partial extractions listed in Table 2 above, the lipase adsorbed on Celite was virtually 100% extracted with pure water within a few minutes.
本発明によって得られる最も広いプロセス適応性および
/又は最良の収率および最高の単位活性の製品が弱アニ
オン交換樹脂により、すなわちデンマーク出願4025/83
および4167/84の実施により生起するけれども、良好な
収率で許容できる高単位活性製品を、フェノールホルム
アルデヒドマトリックスのマクロポーラス吸着剤樹脂に
より得ることができる。そのような吸着剤樹脂に関す
る、例示的な最良の形態のリパーゼ製品は3000時間以上
の半減期を示した(デュライトS761、この樹脂に対し暗
示が先の表にすでになされていた)。どちらかと言え
ば、本発明者はデンマーク出願4025/83および4167/84で
記載した発明の実施に対し適度な選択を有するであろう
が、全ての事情は決して等しくはない。其の第2表は製
品の事実上の差異が存在することを実証している。製品
の相違は、本発明の実施に一致して得られた製品の幾つ
かのリパーゼ触媒反応に対しより好ましいものとするで
あろう。本発明の実施およびデンマーク出願4025/83お
よび4167/84の実施は、近い又は等しい立場の近密に関
連した発明として業界に提供される。The broadest process adaptability and / or the best yield and highest unit activity product obtained according to the invention is due to the weak anion exchange resin, ie Danish application 4025/83.
And 4167/84, but with high yields and acceptable high unit activity products, can be obtained with a macroporous adsorbent resin of phenol formaldehyde matrix. An exemplary best mode lipase product for such an adsorbent resin showed a half-life of greater than 3000 hours (Durite S761, an implication for this resin was already made in the previous table). If anything, the inventor will have a reasonable choice for carrying out the invention described in Danish applications 4025/83 and 4167/84, but not all circumstances are equal. The second table demonstrates that there are de facto product differences. Product differences would be more favorable for some lipase-catalyzed reactions of the products obtained consistent with the practice of the invention. The practice of the present invention and the practice of Danish applications 4025/83 and 4167/84 is provided to the industry as a closely related invention in a near or equal position.
本発明方法によるエステル交換を行うための温度範囲
は、25℃〜85℃、好ましくは50℃〜80℃、特に55℃〜75
℃である。添付の図面を参照されたい。この図面中に
は、後に述べる充填した床(カラム)連続エステル交換
用の例証的に好ましい態様の固定化酵素の重要な特徴事
項が画かれている。第1図は、60℃での操作において時
間(時)に対し図示した流速(g/hr)の対数を示す。The temperature range for carrying out the transesterification according to the process of the invention is 25 ° C to 85 ° C, preferably 50 ° C to 80 ° C, especially 55 ° C to 75 ° C.
℃. Please refer to the attached drawings. In this figure, the important features of the immobilized enzyme of the illustratively preferred embodiment for the packed bed (column) continuous transesterification described below are depicted. FIG. 1 shows the logarithm of the flow rate (g / hr) shown with respect to time (hour) in the operation at 60 ° C.
本発明方法を詳細に説明するため以下の例に掲げるリパ
ーゼ活性単位(LU)は、ノボインダストリーA/S(ノボ
アレ、2880 バスグバエルト、デンマーク)から入手可
能な刊行物83−01−03のAF95.1/2-GBに記載した如く測
定される。The lipase activity unit (LU) given in the examples below to illustrate the method of the invention is described in AF95.1 of publication 83-01-03 available from Novo Industry A / S (Novoales, 2880 Basugbaert, Denmark). Measured as described in / 2-GB.
例1 この例は、本発明に係るリパーゼの固定化並びに固定化
酵素の特徴を説明する。Example 1 This example illustrates the immobilization of lipase according to the invention and the characteristics of the immobilized enzyme.
固定 124,000LU/gのムコールマイヘイ(Mucor miehei)1gを1
0mlの水に溶解し次いで水性懸濁液中で予じめpH6.0に調
整したジュオライトS-761樹脂4.25g(乾燥体)と混合し
た(バッチD.E. 3.12.7002,ロット81312 E4、85%粒径4
25〜825μm)。次いでpHを6.0に調節し更に混合物を含
有するビンを室温で2時間撹拌し、この間において回転
1時間後pHを再調整した。Fixed 124,000 LU / g of Mucor miehei 1g 1
Dissolved in 0 ml water and then mixed with 4.25 g (dry matter) of Duolite S-761 resin, adjusted to pH 6.0 beforehand in an aqueous suspension (batch DE 3.12.7002, lot 81312 E4, 85% granules) Diameter 4
25-825 μm). The pH was then adjusted to 6.0 and the bottle containing the mixture was further stirred for 2 hours at room temperature, during which time the pH was readjusted after 1 hour of rotation.
樹脂をロ過し、10mlの水で2回洗浄し、更に室温で一昼
真空乾燥した。The resin was filtered, washed twice with 10 ml of water and then vacuum dried at room temperature for one day.
pH6.3の一緒にしたロ液31mlは700LU/mlを有し、これは
最初の全酵素の約17.5%である。31 ml of the combined filtrate at pH 6.3 has 700 LU / ml, which is about 17.5% of the original total enzyme.
固定化リパーゼの収率は94.3%の乾燥体で4.91%であっ
た。計算したロードは22,000LU/g(乾燥)であった。The yield of immobilized lipase was 4.91% in 94.3% dried form. The calculated load was 22,000 LU / g (dry).
バッチエステル交換活性 この分析は、後記の国際ノボ法AF206に従って行なわれ
た。活性は20.3BIU/gであった。Batch Transesterification Activity This assay was performed according to International Novo Method AF206, described below. The activity was 20.3 BIU / g.
カラム試験 プレカラム 30gのジュオライトA561、水21gで水和した86%の乾燥体
を石油エーテルと共に2.5×25cmのカラムに充填する。Column test 30 g of pre-column, Duolite A561, 86% dry matter hydrated with 21 g of water are packed in a 2.5 x 25 cm column with petroleum ether.
リパーゼカラム 3.5gの上記固定化リパーゼを石油エーテルと共に1.5×2
5cmカラムに充填する。Lipase column 3.5 g of the above immobilized lipase together with petroleum ether 1.5 x 2
Pack in a 5 cm column.
基質 0.1%BHTで安定化した、2.5対1w/w比のオリーブ油(シ
グマ0-1500)/デカン酸(メルク)を用いる。基質を溜
め内で60℃で撹拌し、次いで水で飽和する。トリオレイ
ン(オリーブ中主なトリグリセリド)中デカンD00-トリ
グリセリドへの導入を行う。基質を石油エーテルと置換
しながらカラム内を下方にポンプ送入する。A 2.5 to 1 w / w ratio of olive oil (Sigma 0-1500) / decanoic acid (Merck) stabilized with substrate 0.1% BHT is used. The substrate is stirred in the reservoir at 60 ° C and then saturated with water. Introduction into decane D00-triglyceride in triolein (main triglyceride in olive). Pump the column downwards while displacing the substrate with petroleum ether.
分析 OOO+PのDOO+Pへの65%変換に相当する、製品流中約
23%DOOを得るように流速を調整する。7〜8mlの試料を
秤量し次いで流れをg/hで計算する。Analysis About 65% conversion of OOO + P to DOO + P in the product flow
Adjust the flow rate to obtain 23% DOO. A sample of 7-8 ml is weighed and the flow is calculated in g / h.
トリグリセリド(TG)組成分析に対し、試料の7滴を4m
lのヘプタンに溶解し次いでヘプタン中活性Al2O312gを
カラムに充填する。15mlのエーテルで溶離を行い、該エ
ーテルを蒸発させ次いで残留物を1.5mlのヘプタンに再
溶解する。以下に説明する如きAF206のHPLCで操作する
と、DOOおよびDODのピークがそれぞれ5.6および3.9分に
現われる。For triglyceride (TG) composition analysis, 4 drops of 7 drops of sample
Dissolve in l of heptane and then load the column with 12 g of active Al 2 O 3 in heptane. Elution is carried out with 15 ml of ether, the ether is evaporated and the residue is redissolved in 1.5 ml of heptane. Operating on AF206 HPLC as described below, the DOO and DOD peaks appear at 5.6 and 3.9 minutes, respectively.
製品流の含水率はカールフィッシャー滴定法でチェック
する。The water content of the product stream is checked by Karl Fischer titration.
カラム操作 試料を2日および3日間隔で採取した。1時間当たりの
1gの基質の流速を、活性単位としてgTG/h・g酵素
(F)単位に再計算した。また、gTG/g酵素(Pの単位
の生産性を計算した。温度は0.4℃の標準偏差を有し平
均で60.3℃であった。Column operation Samples were taken at 2 and 3 day intervals. Per hour
The flow rate of 1 g of substrate was recalculated to gTG / hg enzyme (F) units as activity units. The productivity of gTG / g enzyme (unit of P was also calculated. The temperature had a standard deviation of 0.4 ° C and averaged 60.3 ° C.
製品中の含水率は、400時間後0.36%から0.28%に降下
した。次いでプレカラムを取り替え更に水は400時間に
わたって0.50から0.31%に降下した。23±1%DOOの変
換範囲内の結果を流速対時間の半対数プロット用に用い
た。このプロットから、初期活性はFinit=1.94gTG/h・
g酵素製品触媒であると推定したがこれは60℃で3100時
間の半減期を有する。第1図はこの試験結果のプロット
である。The water content in the product dropped from 0.36% to 0.28% after 400 hours. The precolumn was then replaced and the water dropped from 0.50 to 0.31% over 400 hours. Results within the conversion range of 23 ± 1% DOO were used for the semilogarithmic plot of flow rate versus time. From this plot, the initial activity is Finit = 1.94gTG / h
It was estimated to be a g-enzyme product catalyst, which has a half-life of 3100 hours at 60 ° C. FIG. 1 is a plot of the test results.
2つの半減期の操作時間とした生産性は、1kgの酵素製
品触媒当たり6.5トンTGであるべきである。The productivity, with two half-life operating times, should be 6.5 ton TG / kg enzyme product catalyst.
例2 この例は、固定化中に高イオン強度を有する又は有しな
い二種の類似のフェノール性樹脂に対し、本発明に係る
リパーゼの固定を示す。Example 2 This example shows the immobilization of a lipase according to the invention on two similar phenolic resins with or without high ionic strength during immobilization.
ノボ法AF206によるリパーゼエステル交換活性(BIU)の
測定原理は、純粋トリオレイン(OOO)中遊離パルミチ
ン酸(P)の導入であり、ここにおいて初期速度はこの
平衡割合に対し計算される: OOO+PPOO+O POO+PPOP+P もしもリパーゼ(例えばルコールマイヘイリパーゼとし
て)が1,3特異的である場合、PPPは形成されない。 The principle of measurement of lipase transesterification activity (BIU) by the Novo method AF206 is the introduction of free palmitic acid (P) in pure triolein (OOO), where the initial rate is calculated for this equilibrium ratio: OOO + PPOO + O POO + PPOP + P If the lipase (for example as rucor mayay lipase) is 1,3 specific, then no PPP will be formed.
値Pincはトリグリセリドの1位および3位のパルミチン
酸の量として与えられた反応時間で計算される: この曲線は指数モデルに適合し、初期活性は40℃〜1BIU
で毎分OOOに導入されたPの1μmoleとして計算する。The value Pinc is calculated with the reaction time given as the amount of palmitic acid in positions 1 and 3 of the triglyceride: This curve fits an exponential model with an initial activity of 40 ° C to 1 BIU
Calculated as 1 μmole of P introduced into OOO every minute.
12mlの石油エーテル中678μmoleのOOOと678μmoleのP
とを、10%の水に水和した、250mgの乾燥体と混合す
る。この混合物を15分および/又は30分間40℃で振とう
し、更にOOO,POOおよびPOPの関係組成物をHPLCにより測
定する。678 μmole OOO and 678 μmole P in 12 ml petroleum ether
And are mixed with 250 mg dry matter, hydrated in 10% water. The mixture is shaken for 15 minutes and / or 30 minutes at 40 ° C. and the relevant composition of OOO, POO and POP is determined by HPLC.
Pinc,eqは平衡Pinc(モル分率)であり、〜0.22であ
る。 Pinc, eq is the equilibrium Pinc (molar fraction) and is ˜0.22.
Pincはモル分率で記載した如く計算される。Pinc is calculated as stated in mole fraction.
MはOOOおよびPのモル量であり、〜678μmoleである。M is the molar amount of OOO and P and is ˜678 μmole.
tは時間(分)である。t is time (minutes).
Mは触媒の乾燥重量(0.250g)である。M is the dry weight of the catalyst (0.250 g).
変換、活性、半減期およびカラムテストの生産性の計算 カラム又は流れ活性 F=Fo・exp(−ln2−t/t1/2)〔gTG/h・触媒(g)〕 Fo:初期活性、t1/2=半減期 トリグリセリド(g)/時間・触媒(g)の単位は、基
質中のトリグリセリドの量およびカラム内の触媒の量を
知ることにより、g/hrで表わした基質の流れから誘導さ
れる。Calculation of conversion, activity, half-life and column test productivity Column or flow activity F = Fo · exp (−ln2-t / t1 / 2) [gTG / h · catalyst (g)] Fo: initial activity, t1 / 2 = half-life triglyceride (g) / hour · catalyst (g Units are derived from the substrate flow in g / hr by knowing the amount of triglyceride in the substrate and the amount of catalyst in the column.
第1図は基質の流れと時間との関係を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing the relationship between substrate flow and time.
Claims (5)
製品の製造方法であって、ムコールマイヘイリパーゼの
水溶液と、90%以上の樹脂粒子が100〜1000μmであ
る、粒状のマクロポーラスフェノールホルムアルデヒド
吸着剤樹脂とを、少なくとも75%のリパーゼ活性を溶液
から除去するのに十分な時間5〜7の範囲のpHで接触さ
せ、これにより所望量のリパーゼを樹脂に結合させ、し
かる後、このように形成された固定化酵素を水相のスペ
ントリパーゼ溶液から分離し、次いでその後分離した固
定化酵素を乾燥して含水率約5〜20%とし、得られた調
製品が1gの乾燥基準当たり少なくとも10BIUおよび1gの
乾燥基準当たり少なくとも5000LUを有する、前記方法。1. A method for producing an immobilized enzyme preparation suitable for transesterification of fat, which comprises an aqueous solution of mucor mayay lipase and 90% or more of resin particles of 100 to 1000 μm in the form of granular macroporous phenol. The formaldehyde adsorbent resin is contacted at a pH in the range of 5-7 for a time sufficient to remove at least 75% of the lipase activity from the solution, thereby binding the desired amount of lipase to the resin, after which this The immobilized enzyme thus formed is separated from the aqueous-phase spentripase solution, and then the separated immobilized enzyme is dried to a water content of about 5 to 20%. Such a method having at least 10 BIU and at least 5000 LU per gram dry basis.
から分離後水洗する、特許請求の範囲第1項記載の方
法。2. The method according to claim 1, wherein the immobilized lipase is washed with water after being separated from the spentlipase solution.
子が、約400〜約800μmの粒径を有する、特許請求の範
囲第1項記載の方法。3. The method of claim 1 wherein 90% or more of the particles of macroporous adsorbent resin have a particle size of about 400 to about 800 μm.
燥吸着剤樹脂1g当り5,000〜20,000LUを有する、特許請
求の範囲第1項記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein the aqueous solution of mucor mayay lipase has 5,000 to 20,000 LU per gram of dry adsorbent resin.
の範囲第1項記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the contact time is 0.5 to 4 hours.
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