JPH0775549B2 - 微水系における酵素反応方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエステル交換反応において、微水系で酵素反応
を利用して所望の有用な製品をうるに際し、酵素の活性
を有効に利用しかつ副反応生成物の生成を抑えることを
目的として、反応系の水分濃度を適切な極めて微小な水
分濃度に調整しながら反応させることを特徴とする微水
系における酵素反応方法に関する。

このような微水系酵素反応技術を利用する例としては、
チョコレート用の原料油脂として知られているカカオバ
ターの代用脂の製造などがあげられ、その他、反応基質
や酵素触媒を選択することにより種々任意の脂肪酸組成
を持った高純度な製品を製造することが可能である。本
発明はかくのごとき付加価値の高い油脂類を効率的に製
造するための技術を提供するものである。

［従来技術］ 近年、リパーゼを用いたエステル交換反応によって、付
加価値の高い油脂を製造する技術に関し、活発な研究が
行なわれている。

リパーゼによるエステル交換反応は、一般的にトリグリ
セライド（TG）をジグリセライド（DG）、モノグリセラ
イド（MG）あるいはグリセリンと脂肪酸（FA）とに加水
分解する反応と、該加水分解物を再びトリグリセライド
などに合成する反応との可逆反応の結果生じるもの、と
考えられる。エステル交換反応系中はこのように水の存
在が必要であり、このために反応系にある程度の水分を
加えることが行なわれる。ところが、水分の添加量が多
すぎると、加水分解の進行を抑制できず遊離の脂肪酸、
モノグリセライドおよびジグリセライドなどの副生成物
を多量に生成するので、所望のトリグリセライドの収率
を低下せしめ、ひいては製品トリグリセライドとしての
品質が低下するという問題を発生する。したがって、エ
ステル交換反応を効果的に行うためには、反応系を常に
微水系に維持しなければならなり。しかしながら、反応
系の水分が少なすぎると酵素の触媒活性を充分に発現す
ることができず反応速度が小さくなるという問題が発生
する。

このような問題に対する、従来のリパーゼを用いた油脂
のエステル交換反応の方法としては、たとえばエマルジ
ョン系では、水溶性ポリヒドロオキシ化合物と蛋白また
はペプチドを添加（特開昭57−111398号公報参照）した
り、または界面活性剤を添加（特開昭57−198798号公報
参照）することにより反応速度を増加させる方法が開示
されている。

一方、工業生産を目的とした固定化酵素あるいは微生物
を応用した方法もいくつか提案されている。そのような
方法としては、セライトなどの吸着担体に固定化する方
法（特開昭55−71797号、特開昭52−104506号、特開昭5
5−84397号および特開昭57−78796号各公報参照）、糖
類などの各種高吸水性材料に酵素を固定化する方法（特
開昭58−116688号、特開昭58−116689号、特開昭58−18
7195号および特開昭59−28482号各公報参照）および微
生物の乾燥体を反応触媒として用いる方法（特開昭60−
34189号公報参照）などがあげられる。

しかしながら、固定化酵素や微生物を応用して工業的に
エステル交換反応を行うためには、回分あるいは連続反
応方式のいずれにおいても酵素のまわりの水分濃度を常
に最適な微小濃度に調整することが高い収率と維持する
ために不可欠である。エステル交換反応においては加水
分解によって水分が消費されるため、水分を適宜補う必
要があり、たとえば水分の飽和溶解量の40〜70％程度の
水を溶解した反応液を供給し反応を進行させる方法（特
開昭56−154951号および特開昭59−500649号各公報参
照）が開示されている。しかしながら、このような方法
では酵素まわりの水分濃度を常に最適な微小濃度に精度
よく調整することが困難で、このことが工業化を企てる
うえで大きな障害となっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記したようにエステル交換反応は加水分解と合成反応
の結果生じるものであり、水が多くなると加水分解によ
って水が消費される。すなわち反応系内の水分濃度は、
反応が進行するにつれ、刻々と変化するものであり、反
応初期の水分濃度を規定することはまったく意義を有さ
ず、反応途中の水分濃度を常に適切な値に調整すること
こそが発明に求められるところである。

しかも、固定化した酵素や微生物（以下、固定化触媒と
いう）を用いる方法においては、前述したように固定化
触媒の酵素に保持された水分濃度（以下、触媒内水分濃
度という）を常に最適値に調整する技術が必要である。

しかしながら従来のほとんどの方法では反応初期の水分
濃度のみに着目し、反応中も常に好ましい水分濃度に調
整する方法については何ら提案されておらず、技術的に
も困難であるとされていた。

また、エステル交換反応の原料であるトリグリセライド
や脂肪酸または脂肪酸の低級アルコールエステルあるい
は希釈溶媒は微量の水分を含んでおり、そのまま反応に
供すると副反応である加水分解が進行しジグリセライド
やモノグリセライドを生成する。ジグリセライドはトリ
グリセライドと共融体を形成しトリグリセライドの結晶
化を鈍化させることが知られており、製品トリグリセラ
イドの収率が低下したり、品質が低下するという問題が
発生する。このため反応系の水分をさらに微小に低下さ
せて反応させる技術が必要とされていた。

本発明でいう固定化触媒とは、酵素をその体内に含有す
る微生物そのもの、酵素をその体内に含有する微生物を
担体に固定化したものまたは酵素を直に何らかの担体に
固定したもの等をいう。

高価な固定化触媒を極力有効に利用して反応速度を上
げ、かつ同時に加水分解の進行を抑制して製品の収率お
よび品質を向上させることは、エステル交換反応の工業
化のためには避けて通ることのできない課題であり、所
望の反応に見合った適切な触媒内水分濃度を決定し、常
時その適切な値に調整しながら反応を効率的に実施する
ことのできる技術の開発が強く望まれている。

そこで本発明者らは、このような観点から鋭意研究を重
ねた結果、固定化触媒を用いた固液の混在する系では、
固定化触媒の保持する水分を直接求めることは困難であ
るが、反応液と固定化触媒との間に水分の分配平衡関係
があることを見出し、反応液中の水分濃度を分析すれ
ば、この平衡関係を用いて間接的に固定化触媒に保持さ
れた水分濃度を算出できることを知った。また、同様の
平衡関係によって、所望の触媒内水分濃度に対応するよ
うに反応液中の水分濃度を増減して調整することによ
り、その結果として固定化触媒に保持された水分を所望
の濃度に調整できることを見出し、本発明を完成するに
至った。

［問題点を解決するための手段］ すなわち本発明は、油脂と他の油脂または脂肪酸の低級
アルコールエステルもしくは脂肪酸との混合物によるエ
ステル交換反応において、リパーゼを固定化触媒とし、
予め求めた反応液と固定化触媒との間の水分分配関係お
よび固定化触媒に保持された水分濃度と反応速度または
製品収率との関係とに基づき、反応液中の微小な水分濃
度を調整することにより、所定の反応を進行させること
を特徴とする微水系における酵素反応方法に関する。

本発明を用いれば、反応速度あるいは製品収率がもっと
もよくなるように触媒内水分濃度を所定値に調整するこ
とが容易となり、またこのような方法は、回分反応およ
び連続反応にも適用でき、酵素活性の劣化度が低減され
るため、とくに長期運転に適している。

以上のように、固定化触媒を有効に利用しつつ製品収率
をも充分大きくすることを目指して、酵素の存在する環
境を常に酵素反応に適した微水系条件に調整することに
より、製品をできるだけ効率よく工業的に製造せしめよ
うとする実際的な方法は本発明が最初のものである。

［作用および実施例］ 本発明においては、微水系での固定化触媒と反応液との
間に水分分配平衡関係が存在することに着目し、予めこ
の水分分配平衡関係を求め、これを用いて反応系全体あ
るいは反応液中の極く微小の水分濃度の分析結果から、
酵素触媒内水分を換算して求める。

前記水分分配平衡関係は基質や希釈溶媒などの種類や組
成、あるいは固定化触媒に使用する酵素や微生物または
固定化に使われるゲル化剤や微生物保持材料などの担体
の種類によって異なり、それぞれの組合せについて固有
の平衡関係が存在する。このような平衡関係は通常の液
相吸着の吸着等温線の求め方にしたがって容易に採取す
ることができ、一例として第１図のような反応液−固定
化触媒間の水分分配平衡関係がえられる。

水分分配平衡関係を用いれば、反応中においても反応液
中の水分濃度を測定することにより、その値に対応する
触媒内水分濃度を求めることができる。また、反応液中
の水分濃度を設定値になるように調整すれば、その結果
としてその濃度に対応する値に触媒内水分濃度を調整す
ることができる。

一方、反応速度や製品収率におよぼす固定化触媒に保持
された水分濃度の影響は、酵素の固定化に使用される担
体の種類、固定化方法、酵素の種類、活性および特異
性、または反応基質ならびに溶媒の種類あるいはそれら
の混合比などが異なればいろいろな様相を呈する。この
ような系での最適水分濃度は一般的に別途の公知の方法
により容易に決定でき、種々の微生物について検討した
結果、菌体内の最適水分濃度はおおむね0.1〜20％が好
ましい。このような触媒内水分濃度に調整するためには
反応液中の水分濃度を５〜1000ppm程度の微小レベルに
調整する必要があり、好ましくは10〜500ppmに調整する
のがよい。さらに好ましくは、10〜200ppmが、副反応で
ある加水分解を抑制して製品の品質を向上させるために
よい。

反応液中の水分濃度を分析する方法としては、一般的に
は試料の水分だけを蒸発させその重量変化から試料の水
分を求める重量法や、あるいは脱水反応を利用したカー
ルフィッシャー法などがよく知られている。カールフィ
ッシャー法では、反応器から液体試料を採取するとき
に、たとえば焼結金属や、樹脂性の多孔性フィルターな
どの適切なフィルターによって固相を分離して液相中の
水分濃度を測定すればよい。その他の手段としては、種
々の原理に基づいたオンライン水分濃度計、たとえば試
料に赤外線を投光し吸収された光量を測定する方法、電
気的な抵抗の変化から測定する方法または液の静電容量
を測定する方法などに用いる水分濃度センサーが応用で
きる。えられた水分濃度が設定したい値よりも小であれ
ば反応液中の水分濃度を増加し、逆に大であれば減少さ
せることにより、触媒内の水分濃度を常に適切な濃度に
調整することができる。

なお、反応液中の水分濃度を調整するばあいには、副反
応である加水分解によって水分が消費されるため、一般
的には水分を添加することによって一定の値に調整する
ことができるが、調整した反応液の水分が多すぎたり、
または副生成物の濃度をさらに低減させるばあいなどに
は、反応前または反応時に反応液中の水分を除去または
減少させることによって、より微小な水分濃度に調整す
る。

反応液中の水分濃度を増加させる方法としては、水分を
直接反応器中に注入したり、反応液に水分を溶解させて
反応器に注入する方法などが適用できる。注入する反応
液は新規な反応液であってもよく、あるいは反応器から
抜き出した反応液に水分を溶解したものであってもよ
い。またその反応液は水分を飽和溶解したものであって
もよく、あるいは飽和に達せずにある程度まで水分を溶
解したものであってもよい。

反応液に水分を飽和溶解させる方法としては、反応液と
水とを長時間接触させることによって達成できる。水分
をある程度溶解するためには、水と反応液との接触時間
をその溶解速度にあわせて調整することによって可能で
ある。また反応液と相互に溶解しない、たとえばグリセ
リン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレ
ングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレング
リコールなどの水溶性物質の水溶液を反応液と接触さ
せ、反応液−水溶性物質水溶液間の水分分配平衡関係を
利用することによっても注入する反応液中の水分濃度の
調整が可能である。

反応液中の水分濃度を減少させる方法としては、水分を
除去または減少した新規な反応液を直接反応器中に注入
したり、あるいは反応器から抜出した反応液から水分を
除去または減少したのち反応器に戻す方法などが適用で
きる。

反応液のような有機溶媒系から水分を除去または減少さ
せる方法としては、吸水性材料と反応液を接触させるこ
とによって達成できる。吸水性材料としては、反応液に
溶解せずまた反応基質と反応しないものであればどのよ
うなものでも使用することができるが、たとえばグリセ
リンやエチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレ
ングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレング
リコールなどの水溶性物質；モレキュラーシーブ、ゼオ
ライト、シリカゲル、アルミナ、珪藻土、活性炭、カオ
リナイト、パーライト、セルロースパウダー、ヒドロキ
シルアパタイト、キトサンなどの吸水性物質；グルコー
ス、ガラクトース、リボース、フラクトースなどの単糖
類；シュクロース、トレハロース、デキストリン、グリ
コーゲン、デンプンなどの多糖類；焼石膏、炭酸カルシ
ウム、塩化カルシウムなどの吸水性を有する塩類；水酸
化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの潮解性を有する
塩類；または無水硫酸ナトリウムのような結晶水を失な
った金属塩類などを使用することができる。

このように反応液中の水分を増減するための水分調整装
置の型式としては、攪拌槽式、充填層式など、どのよう
な形式であってもよく、さらに撥水性または親水性の多
孔性樹脂からなる薄膜の両面あるいはチューブの内外に
それぞれ反応液と水または前記水溶性物質の水溶液を流
す隔膜式であってもよい。

本発明のおいて反応方式は回分式かまたは連続式であっ
てよいが、本発明を利用するばあい、酵素活性の劣化度
が低減されるため、とくに長期間にわたる連続反応に適
している。また反応器の段数は１段であってもよいが、
反応収率を上げるためには多段方式を用いてもよい。さ
らに反応装置の形式は攪拌槽式、流動層式、充填層式、
あるいはこれらを組合せた方式のいずれの形式であって
もよい。このうち充填層式のばあいには、供給した水分
が反応器入口の酵素触媒に選択的に吸収されてしまうた
め、効率よく反応させるには充填層を小さく分割して段
数を大きくする方がよい。

以下に、第２図乃至第７図を用いて本発明の反応装置の
実施例を説明するが、もとより本発明はそれらに限定さ
れるものではない。

第２図は、１段の攪拌槽からなる反応器と水の充填塔か
らなる水分溶解装置を組合せた概略図である。

第２図に示される装置においては、１段の攪拌槽からな
る反応器（１）、水の充填塔からなる水分溶解装置
（２）、循環ポンプ（３）、水分濃度の変化を電気的抵
抗の変化として検出する水分濃度センサー（４）、検出
された水分濃度と設定値との差を演算しポンプの流量を
制御する信号を出力するプロセッサー（５）、循環反応
液から固体触媒を除去するための焼結金属製のフィルタ
ー（６）、反応液流入口（９）および反応液流出口（1
0）が設けられている。

前記装置において、反応器（１）と水分溶解装置（２）
は、循環ポンプ（３）およびフィルター（６）を介して
反応液の通り道であるステンレス管で連結されており、
さらに反応器（１）と循環ポンプ（３）は、水分濃度セ
ンサー（４）およびプロセッサー（５）を介して電気的
シグナルを伝達する信号ラインで連結されている。

まず、反応器（１）に反応液流入口（９）より反応液を
加える。ついで菌体あるいは菌体由来の酵素またはその
固定化酵素を加え、エステル交換反応を開始する。反応
液中の水分濃度を、水分濃度センサー（４）で常時測定
し、プロセッサー（５）内部で測定値と設定値を比較し
て、循環ポンプ（３）を制御し、反応系の水分濃度を設
定値に保つ。

つまりえられた水分濃度が設定値よりも小になると、循
環ポンプ（３）で反応器から抜出した反応液を水分溶解
装置（２）に供給し、そこで水分を溶解せしめた反応液
を反応器（１）に循環して、反応器内の反応液中水分濃
度を増加させることにより触媒内水分濃度を常に所定の
適切な水分濃度に保つことができる。

このようにして、反応系の水分濃度をエステル交換反応
速度が最大となるように調整しながら連続反応を進行さ
せ、生成物は反応液流出口（10）より反応液を抜取り、
カラム分離操作や晶析操作などの通常の方法を用いて分
離する。

第３図は、１段の攪拌槽からなる反応器と攪拌槽式の水
分溶解装置を組合せた装置の概略図である。

第３図に示される装置においては、水分溶解装置（２）
が反応液を貯える攪拌槽からなっており、さらに、水添
加口（11）は水添加ポンプ（７）を介して、水分溶解装
置（２）と連結されている。

この装置は、第２図に示す装置のごとく水分を直接反応
器中に注入するばあいに、反応系の水分濃度が微小であ
るために触媒内水分濃度が不均一になる可能性があるの
で、水分溶解装置（２）で反応液に水を溶解させたのち
反応器（１）に水分を注入することができる。

まず第２図に示す装置のばあいと同様に、反応液中の水
分濃度を水分濃度センサー（４）で常時測定し、プロセ
ッサー（５）内部で測定値と設定値を比較して、循環ポ
ンプ（３）、（13）または水添加ポンプ（７）をONまた
はOFFにして注入する水を溶解した反応液の流量を調整
し反応系の水分濃度を測定値に保つ。

つまり、えられた水分濃度が設定値よりも小になると、
循環ポンプ（３）で反応器から抜出した反応液を水分溶
解装置（２）に供給しながら、水添加ポンプ（７）によ
って水を添加し、水を溶解せしめた反応液を循環ポンプ
（13）で必要量だけ反応器（１）に循環して、反応器内
の反応液中水分濃度を増加させることにより触媒内水分
濃度を常に所定の適切な水分濃度に保つことができる。

このようにして、第２図に示す装置のばあいと同様に連
続反応を進行させ生成物を分離する。

第４図は、反応器として多段の流動層を用い、各段にそ
れぞれ撹拌槽式の水分調整装置を組合せた装置の概略図
である。

第４図に示される装置においては、反応器（１）が多段
の流動層からなっており、さらに該反応器には反応液と
相互に溶解しない水溶性物質の水溶液を反応液と接触さ
せる水分調整装置（８）とが各段に各々循環ポンプ
（３）、（13）を介して接続されている。

第４図に示す装置においては、反応器（１）を多段式と
し、循環ポンプ（12）を常時稼動して触媒を反応器内で
流動させている。反応器内の最下段である１段目の水分
は、水分溶解装置（２）に水添加口（11）より水添加ポ
ンプ（７）を介して水を供給することによって補われ、
さらに２および３段目には各々循環ポンプ（３）を介し
て水分調整装置（８）を設け、該装置中でグリセリン水
溶液と反応液を液滴が形成しない程度に穏やかに攪拌し
て接触せしめ反応液−グリセリン水溶液間の水分分配平
衡関係を利用してグリセリン水溶液中の水分を反応液に
溶解または逆に反応液中の水分をグリセリン水溶液に除
去した反応液を反応系に注入することにより反応液中の
水分濃度を微小に調整する。

なお、前記水分調整装置（８）内ではグリセリン水溶液
と反応液間の水分分配平衡関係にしたがって、平衡より
も反応液中の水分濃度が大きければ過剰の水分がグリセ
リン水溶液に吸収され、逆に小さければ不足の水分がグ
リセリン水溶液より供給される。

第２図に示す装置のばあいと同様に、反応液中の水分濃
度を水分濃度センサー（４）で常時測定し、プロセッサ
ー（５）内部で測定値と設定値を比較して、循環ポンプ
（３）、（13）または水添加ポンプ（７）をONまたはOF
Fにして注入する水を溶解または除去することにより、
反応系の水分濃度を設定値に保つ。

つまり各段で検出された水分濃度が設定値よりも小にな
ると、反応器の１段目については水分溶解装置（２）に
水添加ポンプ（７）によって水を添加して溶解した反応
液を、２および３段目については循環ポンプ（３）で反
応器から抜出した反応液を水分調整装置（８）に供給し
て水分濃度を調整した反応液を、それぞれ循環ポンプ
（12）または（13）を介して反応器（１）に循環して、
反応器内の反応液中水分濃度を増加または減少させるこ
とにより各段の触媒内水分濃度を常に所定の適切な水分
濃度に保つことができる。

このようにして第２図に示す装置のばあいと同様に連続
反応を進行させ生成物を分離する。

第５図は、第２図に示した１段の攪拌槽からなる反応器
と水の充填塔からなる水分溶解装置にさらに、塩化カル
シウムの充填塔からなる水分除去装置を組合せた概略図
である。

第５図に示される装置においては、反応器（１）と反応
液流入口（９）との間に塩化カルシウムの充填塔からな
る水分除去装置（14）が設けられている。前記装置にお
いては、反応器（１）に、反応液流入口（９）より水分
除去装置（14）を通して水分を除去または減少せしめた
反応液を加える。つぎに第２図に示す装置と同様に、反
応液中の水分濃度を水分濃度センサー（４）で常時測定
し、プロセッサー（５）内部で測定値と設定値を比較し
て循環ポンプ（３）をONまたはOFFにして、反応系の水
分濃度を設定値に保つ。

このようにして、第２図に示す装置のばあいと同様に連
続反応を進行させ生成物を分離する。

第６図は、第３図に示した１段の攪拌槽からなる反応器
と攪拌槽式の水分溶解装置にさらに、シリカゲルの充填
塔からなる水分除去装置を組合せた概略図である。

第６図に示される装置においては、反応器（１）は、フ
ィルター（６）と循環ポンプ（３）を介して水分溶解装
置（２）および循環ポンプ（13）を介して水分除去装置
（14）とそれぞれ接続されている。

第６図に示される装置においては第３図に示す装置のば
あいと同様に、反応液中の水分濃度を水分濃度センサー
（４）で常時測定し、プロセッサー（５）内部である程
度の巾を持つ設定値と測定値とを比較して、えられた水
分濃度が設定値下限よりも小になると、水添加ポンプ
（７）および循環ポンプ（３）、（13）をONにして反応
液中水分濃度を増加させ、逆に測定値が設定値上限より
大であれば循環ポンプ（15）をONにして水分を除去して
反応液中水分濃度を減少させることにより水分濃度を常
に精度良く所定の適切な水分濃度範囲内に保つ。

このようにして、第２図に示す装置のばあいと同様に連
続反応を進行させ生成物を分離する。

第５図および第６図に示した装置を用いれば、第２図お
よび第３図に示した装置を用いたばあいよりもより微小
の水分濃度を調整することができるために副反応である
加水分解の進行が抑制されるため、エステル交換反応に
よる製品の収率や品質を向上させることができる。

第７図は、１段の攪拌槽からなる反応器と、グリセリン
水溶液の充填塔からなる水分調整装置を組合せた概略図
である。

第７図に示される装置においては、反応器（１）は循環
ポンプ（３）を介して水分調整装置（８）と連結されて
いる。反応液は循環ポンプ（３）により反応器（１）と
水分調整装置（８）との間を常時循環し、グリセリン水
溶液と反応液間の水分分配平衡関係により、循環する反
応液中の水分濃度が設定値に保たれる。ここで、反応液
と接触するグリセリン水溶液の組成を変えれば水分分配
平衡関係により反応液中の水分濃度を任意に調節するこ
とができ、グリセリン水溶液は水分溶解と水分除去の両
方の役割をはたす。

つまり、水分調整装置（８）内ではグリセリン水溶液と
反応液間の水分分配平衡関係にしたがって、平衡よりも
反応液中の水分濃度が大きければ過剰の水分がグリセリ
ン水溶液に吸収され、逆に小さければ不足の水分がグリ
セリン水溶液より供給されるために、反応液中の水分濃
度は常に設定値に保たれ、その結果、反応器内では反応
液中の水分と触媒内水分の分配平衡関係により触媒内水
分濃度が常に所定の濃度に保たれることができるのであ
る。

このようにして、第２図に示す装置のばあいと同様に反
応を進行させ生成物を分離する。

第７図に示したものは、水分濃度センサーを使用せずに
水分濃度を所定値に調整する例である。このばあい、水
分調整装置（８）に充填したグリセリン水溶液と反応液
との水分分配平衡関係により、水分調整装置（８）でグ
リセリン水溶液の濃度に対応して反応液中の水分が調整
され、その反応液が水分調整装置（８）と反応器（１）
との間を常時循環した結果、反応器（１）内の触媒内水
分濃度が設定値に保たれる。

その他第２図ないし第６図に示したばあいにおいても、
反応器（１）内の反応液中水分濃度が水分濃度センサー
（４）で常時測定され、プロセッサー（５）内部で測定
値と設定値を比較してポンプをONまたはOFFし、流量が
調整されることによって反応液中の水分濃度を設定値に
調整し、結果として触媒内水分濃度が設定値に保たれ
る。

本発明に用いるリパーゼはその起源に限定されるもので
はないが、酵素はその起源によって位置特異性や基質特
異性が異なり、そのような特異性を利用すれば、純度の
高い製品を任意に製造することができる。

たとえば、ほとんど特異性を示さないカンジダ・シリン
ドラッセ（Candida cylindracea）、コリネバクテリウ
ム・アクネス（Corynebacterium acnes）、スタフィロ
コッカス・アウレウス（Staphyrococcus aureus）など
を起源とする酵素を用いれば、トリグリセライドの１、
２および３位を無秩序にエステル交換できる。また、９
位にシス２重結合を含む長鎖脂肪酸だけをトリグリセラ
イドから選択的に遊離させるゲオトリクム・カンディダ
ム（Geotrichum candidum）を起源とする酵素を用いれ
ば、トリグリセライド中の当該脂肪酸だけを他の脂肪酸
と交換することができる。さらに、トリグリセライドの
１、３位だけに作用する特異性を有するアスペルギルス
・ニガー（Aspergirus niger）、ムコール・ジャバニカ
ス（Mucor javanicus）、各種リゾプス（Rhizopus）属
微生物を起源する酵素を用いてエステル交換すれば、２
位の脂肪酸は変化させず１、３位の脂肪酸だけを他の脂
肪酸と交換することができる。このような酵素を利用し
た例としては、１、３位にステアリン酸およびパルミチ
ン酸を結合したSOP（１−stearoyl−２−oleyl−３−pa
lmitoyl−glycerol）を豊富に含むカカオバター代用脂
の製造があげられる。

以上のような酵素の使用に際しては、高価な酵素の使用
量を低減させるために、各種固定化法によって酵素を固
定化酵素触媒とし、該固定化酵素触媒を再利用または連
続使用できるようにすることが工業的には好ましい。酵
素を固定化する方法としては、セライト、活性アルミ
ナ、活性白土、珪藻土、活性炭のような担体を用いる吸
着法、ポリウレタン系の樹脂、カラギィーナン、アルギ
ン酸ナトリウムや光硬化性樹脂を用いる包括法および各
種架橋剤で酵素と担体を結合させる架橋法などがあげら
れ、いずれの方法も本発明に使用することができる。

本発明に用いる酵素は精製された酵素であってもよい
が、培養液を塩析することによってえられるような粗酵
素などを用いることもできる。

本発明に用いる酵素は菌体から抽出された酵素だけでな
く、リパーゼを含有した菌体そのものを使用することも
できる。菌体を用いたばあい、菌体の細胞膜は疎水性、
親水性の両性を合せ持っているので、酵素と反応基質と
の親和性がよく、反応速度も大きい。また、菌体は培養
菌体そのものを利用することもできるが、前記酵素と同
様の固定化方法あるいはスポンジ状または網状の多孔質
材料に付着させる方法による固定化菌体を用いることも
できる。とくにこの方法においては、ゲル化剤を用いる
包括法などの方法に比べゲル化剤が不要であり、反応速
度が高いなどの利点を有し、工業的に有利なプロセスを
提供する。そのような多孔質材料としては、金属製また
は高分子樹脂製のブロック状または球状のものを使用で
きる。金属製多孔質材料としては、ステンレススチール
や鉄、アルミニウムなどの繊維を塊状にまるめたものな
どがあげられ、高分子多孔質材料としてはポリオレフィ
ン系、ジエン系、ビニル系重合体など付加系高分子材料
またはポリエーテル、ポリエステル、ナイロンなどの縮
合系高分子材料またはシリコン、フッ素樹脂などの材料
などがあげられ、たとえばポリウレタンフォーム製のも
の（（株）ブリジストン製、商品名：エバーライトスコ
ットHR−40）を使用できる。これらの多孔質材料のうち
でも微生物を良好に固定化させるためには、空隙率が60
〜99％、単位直線長さ当たりの孔数が２〜50個/cm、外
形寸法が1mm〜20mmの範囲にあるものを用いるのが好ま
しい。

また、反応中に触媒内水分濃度を調整するためには、反
応初期から効果的に調整するという目的で触媒内の水分
を反応に先立ってある程度調整しておくほうが望まし
い。過剰の水分を除去するばあいには、アセトン水溶液
またはアセトンで触媒を洗うことにより水分を抽出した
り、さらに必要に応じて減圧下で乾燥することによって
達成しうる。

本発明に用いる反応基質としては、油脂と他の油脂の混
合物、あるいは油脂と遊離の炭素数８〜20の脂肪酸また
は同脂肪酸の炭素数１〜３の低級アルコールエステルの
混合物を用いる。

そのような油脂としては、パーム油、オリーブオイル、
ヤシ油、魚油、茶油などの油脂、あるいはそれらの混合
物などを使用することができる。

脂肪酸としては、カプリル酸、カプリン酸、パルミチン
酸またはステアリン酸などの飽和脂肪酸、あるいはパル
ミトオレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸
などのような不飽和脂肪酸の単独あるいはそれらの混合
物を使用することができる。脂肪酸のアルコールエステ
ルとしては、上記脂肪酸のメチルエステル、エチルエス
テル、またはプロピルエステルなどの低級アルコールエ
ステルを使用することができる。

また本発明において上記の反応基質は、直接用いること
ができるが、必要に応じて基質をｎ−ヘキサン、イソオ
クタン、アセトン、エタノール、メタノール、石油エー
テルのような有機溶媒に希釈して用いることもできる。

以下に本発明を実施例を用いて説明するが、もとより本
発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１ オリーブオイル１重量部、ステアリン酸メチル２重量部
およびヘキサン３重量部を含む反応液にリゾプス・キネ
ンシス（Rhizopus chinensis）の乾燥菌体0.5重量部を
加え、反応液中の水分濃度を水分濃度センサーで監視し
反応液中の水分濃度を調整しながらエステル交換反応を
実施した。

培養菌体はペプトン７重量部、グルコース２重量部、燐
酸二水素カリウム0.1重量部、硝酸ナトリウム0.1重量部
および硫酸マグネシウム0.05重量部を水1000重量部に溶
解したものを培地とし、pH5.6に調節しながら、30℃40
時間の培養によりえられた。えられた培養液を濾別して
培養菌体を分離し、菌体１重量部に対してアセトン５重
量部を加えて２回洗浄を行った。再度濾別してえられた
半乾燥菌体を減圧下で２時間乾燥し乾燥菌体を製造し
た。えられた乾燥菌体内の水分含量は8.0％であった。

つぎに前記乾燥前の培養菌体に熱を加えて失活せしめ、
前記と同様の方法にしたがって乾燥し失活乾燥菌体を製
造した。えられた失活乾燥菌体を前記反応液に加え。反
応液−失活乾燥菌体間の固液間の水分分配平衡関係を調
べた。水分分配平衡関係は、失活乾燥菌体3.0重量部に
対し100重量部の前記反応液を加えた混合系を複数個調
製した。これら混合系にそれぞれ０〜１重量部の水を加
えて、３〜24時間攪拌することによって平衡に達しせし
め、各反応液中の水分濃度をカールフィッシャー法によ
って分析した。添加した水分量と反応液中の水分との差
から乾燥菌体に吸収された水分量が算出できる。えられ
た反応液−乾燥菌体間の水分分配平衡関係を第１図に示
す。

一方、前記乾燥菌体3.0重量部に前記反応液100重量部を
加え、反応液中の水分濃度を調整しながら、回分式の攪
拌槽を用いてエステル交換反応を実施した。反応液中の
水分濃度はパナメトリックス（PANAMETRICS）社製の水
分濃度センサー（商品名：システム１）を用いて分析
し、水を添加することにより反応液中水分濃度を一定に
調整した。反応液の組成は液体クロマトグラフィーによ
って分析し、オリーブオイル中のトリオレイン組成の減
少速度を求めた。また調整した反応液中水分濃度と第１
図の水分分配平衡関係から菌体内水分濃度を算出した。
ただし、流出液中のトリグリセライド組成は、メルク
（Merck）社製（商品名：リクロスファー（Lichrosphe
r）100Rp−18（５μｍ 4mm×250mm））カラムに30℃で
溶出液（アセトニトリル：クロロホルム＝7:3の溶液）
を1cc/minで流して各成分を分離し、示差屈折計RIで分
析を行った結果、成分はトリオレイン、１−ステアロイ
ル−2,3−ジオレイル−グリセロールおよび1,3−ジステ
アロイル−２−オレイル−グリセロールであった。回分
式反応器でオリーブオイル中のトリオレイン組成の減少
速度を調べた結果からエステル交換反応速度を大きくす
るためには、乾燥菌体内の水分濃度を8.0％、すなわち
反応液中の水分濃度を300ppmに保つのが好ましいことが
わかった。

つぎに第２図に示す反応装置を用い、前記反応液と同一
組成の反応液を反応器内における滞留時間が１時間にな
るように流しながら、エステル交換反応の連続反応を実
施した。攪拌槽型反応器は内径6cm、高さ15cmの槽を使
用し、水分溶解装置としては水を充填した内径3cm、高
さ10cmの筒状槽を用いた。反応液中の水分は前記水分濃
度センサーを用いて監視し、循環ポンプ（３）をON−OF
Fさせて調整した。反応は温度40℃、攪拌速度350rpm、
反応液中水分濃度300ppmで行った。反応結果は前記の方
法でトリグリセライド組成を分析し各時間での流出液中
の製品1,3−ジステアロイル−２−オレイル−グリセロ
ール（以下、SOSという）濃度について整理し、第１表
に示す。

実施例２、３および比較例１ 実施例１と同一の乾燥菌体、同一の反応液、同一の反応
条件下で、反応液中の水分濃度を150ppmに調整しながら
エステル交換を実施したものを実施例２、また反応液中
の水分濃度を500ppmに調整しながらエステル交換反応を
実施したものを実施例３および水分をまったく調整せず
に連続的にエステル交換を実施したものを比較例１とし
た。その反応結果を実施例１と同様の方法で分析し、そ
の結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように、反応液中の水分濃度を300p
pmに調整して反応させた実施例１が、比較例１および実
施例２、３と比べて製品生産性がもっとも高くなり、調
整する水分濃度は大きすぎても（実施例３参照）小さす
ぎても（実施例２参照）製品生産性が低くなることがわ
かる。また、とくに水分をまったく添加せずに連続反応
を実施したばあいなど（比較例１参照）、時間が経過す
るにつれて反応が進行しなくなってしまうけれども、水
分を調整しながら反応させると２日目以降も20日間にわ
たりほとんど一定濃度の製品をえることができることが
わかる。

実施例４ オリーブオイル１重量部、ステアリン酸メチル２重量
部、ヘキサン３重量部を含む反応液にリゾプス・デレマ
ー（Rhizopus delemar）起源の酵素をセライトに吸着さ
せた酵素触媒0.5重量部を加え、反応液中の水分濃度を
水分濃度センサーで監視し反応液中の水分濃度を調整し
ながらエステル交換反応を実施した。

反応装置は第３図に示しているように、１段の攪拌槽
（内径6cm×高さ15cm）であり、水分溶解装置も攪拌槽
（内径4cm×高さ8cm）を用いた。水分の調整は、反応液
を常時循環し、水を溶解槽に所要量だけ注入し溶解する
ことによって、反応液中の水分濃度を調整した。

酵素触媒はリゾプス・デレマー起源の酵素（生化学工業
（株）製）を原料とし、0.3重量部の該酵素を10重量部
の水に溶解し、セライト２重量部を加えて、つぎにアセ
トン50重量部を加えて溶液中の未吸着酵素をセライト表
面に沈澱させた。濾過によって回収してえた酵素触媒に
さらにアセトン50重量部を加え酵素触媒中の過剰の水分
をアセトンで抽出し、再度濾別することによって半乾燥
酵素触媒をえ、減圧下で24時間乾燥することにより乾燥
酵素触媒を製造した。このとき乾燥酵素触媒中の水分含
量は3.0％であった。

つぎに実施例１とまったく同様にして、前記反応液−触
媒酵素間の水分分配平衡関係、および反応速度と触媒内
水分濃度との関係を調べた結果から、反応速度がもっと
も大きくなるように酵素触媒内水分濃度を3.5％、反応
液中水分濃度を280ppmに調整しながらエステル交換反応
を実施した。反応結果は実施例１と同様の方法で分析
し、各時間での流出液中の製品SOS濃度について整理し
その結果を第２表に示す。

比較例２ 実施例４と同一の酵素触媒、同一反応条件下で、まった
く水分を添加せずに連続的にエステル交換反応を実施し
た。反応結果は実施例１と同様の方法で分析し、その結
果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、反応液中の水分濃度を調整
しながらエステル交換反応を実施した実施例４のばあ
い、２日目以降も20日間にわたりほぼ一定濃度の製品を
えることができるが、水分を調整しない比較例２では流
出液中の製品濃度が徐々に減少していくことがわかる。
すなわちこの結果から、水分を調整して連続反応を実施
した実施例４の方が水分をまったく添加しない比較例２
よりも製品SOSの生産性が高いことがわかる。

実施例５ オリーブオイル１重量部、カプリル酸１重量部、ヘキサ
ン１重量部からなる反応液を用い、実施例１と同様に、
実施例１と同一の乾燥菌体を用い、反応液中の水分濃度
を300ppmに調整しながら、連続的にエステル交換反応を
実施した。反応結果は実施例１と同様の方法で分析し、
各時間における流出液中の製品1,3−ジカプリロイル−
２−オレイル−グリセロール（以下、COCという）の濃
度について整理し第３表に示す。

実施例６ パーム油の中融点部とシア脂の中融点部とをそれぞれ１
重量部、ヘキサン１重量部からなる反応液を用い、実施
例１と同様に、実施例１と同一の乾燥菌体を用い、反応
液中の水分濃度を200ppmに調整しながら、連続的にエス
テル交換反応を実施した。反応結果は実施例１と同様の
方法で分析し、各時間における流出液中の製品１−ステ
アロイル−２−オレイル−３−パルミトイル−グリセロ
ール（以下、SOPという）の濃度について整理し第４表
に示す。

第３表および第４表から明らかなように、実施例５およ
び６ともに反応液中の水分濃度を調整することにより、
20日間にわたって製品収率をほぼ一定のまま連続的にエ
ステル交換を実施することができることがわかる。

実施例７ 第５図に示す反応装置、実施例１の乾燥菌体を更に12時
間減圧下で乾燥してえた水分含量4.0％の乾燥菌体を用
いて、実施例１と同様の反応液を反応器内の滞留時間が
３時間になるように流しながら、反応液中の水分濃度を
40ppmに調整して、連続的にエステル交換反応を実施し
た。反応器および水分溶解装置は実施例１と同様のもの
を用い、水分除去装置は内径2cm、高さ30cmの塩化カル
シウムの充填塔を用いた。反応結果は実施例１と同様の
方法でトリグリセライド組成を分析し、製品SOS濃度に
ついて整理し、第５表に示す。またジグリセライドの濃
度は、（株）島津製作所製（商品名:HGS−15および20）
カラム各２本からなる直列カラムに30℃で溶出液テトラ
ヒドロフランを1cc/minで流してトリグリセライド、ジ
グリセライド、モノグリセライドおよび脂肪酸画分をそ
れぞれ分離し、示差屈折計RIで分析を行った。ジグリセ
ライド（以下、DGという）の濃度を同じく第５表に示
す。

実施例８および比較例３ 実施例７と同一の乾燥菌体、同一の反応液、同一の反応
条件の下で、反応液中の水分濃度を、300ppmに調整しな
がらエステル交換反応を実施したものを実施例８および
水分をまったく調整せずに連続的にエステル交換を実施
したものを比較例３とした。

その反応結果を実施例７と同様の方法で分析し、その結
果を第５表に示す。

第５表から明らかなように、反応液中の水分濃度を40pp
mに調整して反応させた実施例７が、比較例３および実
施例８と比べて製品生産性が最も高くなることがわか
る。しかも実施例７は実施例８よりもDG生成量が低く、
製品SOSを精製する際にDGを除去することが容易である
ことがわかる。また、水分をまったく添加せずに連続反
応を実施したばあいなど（比較例３参照）、時間が経過
するにつれて反応が進行しなくなってしまうけれども、
水分を調整しながら反応させると（実施例７および８参
照）20日間にわたりほとんど一定濃度の製品をえること
ができることがわかる。

実施例９ オリーブオイル１重量部、パルミトオレイン酸４重量部
からなる反応液を用い、実施例１と同様の乾燥菌体を0.
5重量部加え、反応液中の水分濃度が20ppmになるように
調整したグリセリン水溶液を、第７図に示した反応装置
の水分調整装置に充填し、同反応装置を用いて回分式エ
ステル交換反応を実施した。

１時間後反応を停止し、菌体を濾過によって除去し、反
応液を実施例１と同様の方法によって分析した。反応結
果は実施例７と同様の方法で分析し、製品1,3−ジパル
ミトオレイル−２−オレイル−グリセロール（以下、
Ｐ′OP′という）の濃度、および副生成物DG濃度につい
て整理し第６表に示す。

実施例10、11および12 実施例９と同様の方法により、反応液中の水分濃度が50
ppm（実施例10）、100ppm（実施例11）、250ppm（実施
例12）になるように調整したグリセリン水溶液を水分調
整装置に充填し、回分式エステル交換反応を実施した。
反応結果は実施例７と同様の方法で分析し、実施例９と
同様に整理し第６表に示す。

第６表から明らかなように、水分濃度を小さく設定して
反応させるほど副生成物であるDG濃度が小さくなること
がわかる。

［発明の効果］ 本発明は、微水系でリパーゼを用い加水分解の逆反応を
利用してエステル交換反応を実施せしめる方法に関し、
加水分解で消費される反応系、とくに固定化触媒内の水
分を適宜補い常に適切な微小水分濃度に調整することに
より酵素の活性を有効に利用しかつ副反応生成物の生成
を抑制することにより、このような反応の工業的応用に
貢献するものである。本発明を利用すれば、回分式では
もちろんのこと、水分が消費されて酵素活性が発現でき
なくなることから従来困難であるとされていた連続式で
も反応の実施が可能である。本発明を利用した連続反応
方法は回分反応方式と比較して製品の生産速度が大き
く、省エネルギー化をはかることができ、しかも、副生
成物の濃度を小さくすることができることから、製品精
製の負荷を小さくすることができ、最終製品の収率およ
び品質も向上するという効果を奏する。

したがって本発明は、反応系の水分を自在に調整するこ
とができるので、高価な酵素を極力有効に利用して製品
を製造することができるなど、当該生化学分野に大きな
利益をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、乾燥菌体−反応液間の水分分配平衡関係図の
一例である。 第２図は、実施例１、２、３、５および６ならびに比較
例１で用いた１段の攪拌槽からなる反応器と水の充填塔
からなる水分溶解装置とを組合せた反応装置の概略図で
ある。 第３図は、実施例４および比較例２で用いた１段の攪拌
槽からなる反応器と攪拌槽式の水分溶解装置とを組合せ
た反応装置の概略図である。 また、第４図は、多段の流動層からなる反応器と各段に
攪拌槽式の水分調整装置を組合せた反応装置の概略図で
ある。 第５図は、実施例７、８および比較例３で用いた１段の
攪拌槽からなる反応器と水の充填塔からなる水分溶解装
置および塩化カルシウムの充填塔からなる水分除去装置
とを組合せた反応装置の概略図である。 第６図は、１段の攪拌槽からなる反応器と撹拌槽式の水
分溶解装置およびシリカゲルの充填塔からなる水分除去
装置とを組合せた反応装置の概略図である。 また第７図は、実施例９、10、11および12で用いた１段
の攪拌槽からなる反応器および反応液と水溶性物質の水
溶液との分配平衡関係を利用したグリセリンの充填塔か
らなる水分調整装置を組合せた反応装置の概略図であ
る。 （図面の主要符号） （１）：反応器 （２）：水分溶解装置 （４）：水分濃度センサー （５）：プロセッサー （８）：水分調整装置 （14）：水分除去装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油脂と他の油脂または脂肪酸の低級アルコ
   ールエステルもしくは脂肪酸との混合物によるエステル
   交換反応において、リパーゼを固定化触媒とし、予め求
   めた反応液と固定化触媒との間の水分分配関係および固
   定化触媒に保持された水分濃度と反応速度または製品収
   率との関係とに基づき、反応液中の微小な水分濃度を調
   整することにより、所定の反応を進行させることを特徴
   とする微水系における酵素反応方法。