JPS6250115B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 連続式エステル交換方法において、脂肪酸エ
ステルを包含する脂肪反応剤を含む水−不溶性有
機溶媒をエステル交換触媒としてリパーゼ酵素お
よび触媒を活性化させる少量の水と接触させ、触
媒は固定層に充填され、エステル交換を行なうの
に十分な２時間より少ない反応剤との平均滞留時
間を有することを特徴とする、上記方法。 ２ 滞留時間は１〜30分である、特許請求の範囲
第１項記載の方法。 ３ 滞留時間は約20分である、特許請求の範囲第
２項記載の方法。 ４ エステルはグリセライドを含む、特許請求の
範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の方
法。 ５ 反応剤を水不混和性の不活性有機溶媒に溶解
する、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
か１項に記載の方法。 ６ 溶媒はパラフインを含む、特許請求の範囲第
５項記載の方法。 ７ 触媒はエステル交換反応に反応特異性を示す
細胞外微生物リパーゼを含む、特許請求の範囲第
１項から第６項のいずれか１項に記載の方法。 ８ リパーゼは対称ジ飽和トリグリセライド含量
の少ない生成物の１−および３−位置のみから脂
肪酸の遊離を触媒する、特許請求の範囲第７項記
載の方法。 ９ リパーゼはアスペルギルス ニガー又はムコ
ール又はリゾープス種を含む、特許請求の範囲第
８項記載の方法。 １０ 触媒はゲオトリチヤム キヤンジダムを含
む、特許請求の範囲第８項記載の方法。 １１ 触媒は使用前に約10％の水を添加すること
により活性化する、特許請求の範囲第１項から第
１０項のいずれか１項に記載の方法。 １２ 反応は有機液相に溶解した少量の水の存在
で行なう、特許請求の範囲第１項から第１１項の
いずれか１項に記載の方法。 １３ 脂肪反応剤は脂肪酸グリセライドおよび遊
離脂肪酸の混合物を含み、それによつて遊離脂肪
酸を含むトリグリセライドが生成する、特許請求
の範囲第１項から第１２項のいずれか１項に記載
の方法。 １４ 遊離脂肪酸は４〜20個の炭素原子を含む飽
和脂肪酸を含む、特許請求の範囲第１３項記載の
方法。 １５ 脂肪酸はミリスチン酸、パルミチン酸又は
ステアリン酸を含む、特許請求の範囲第１４項記
載の方法。 １６ グリセライド エステルは天然に存在する
グリセライド油又は脂肪又はそれらの誘導体を含
む、特許請求の範囲第２項記載の方法。 １７ 脂肪反応剤はパーム油又はシア油又はそれ
らの誘導体を含む、特許請求の範囲第１６項記載
の方法。 １８ ０〜60℃の温度で行なう、特許請求の範囲
第１項から第１７項のいずれか１項に記載の方
法。 １９ 水は使用前に触媒を活性化するために触媒
に添加する、特許請求の範囲第１項から第１８項
のいずれか１項に記載の方法。 ２０ 触媒は不活性顆粒材料上に支持される酵素
を含む、特許請求の範囲第１項から第１９項のい
ずれか１項に記載の方法。 ２１ 水は触媒活性を保持させるために40〜705
の飽和量で有機液体に溶解する、特許請求の範囲
第１項から第２０項のいずれか１項に記載の方
法。 明細書 再配列方法 本発明はエステル交換、特に触媒として微生物
リパーゼを使用するエステル交換に関する。 エステル交換は油脂工業で使用される方法で、
トリグリセライドの性質、特にそれらのコンシス
テンシーを修正する。この方法では金属ソーダ又
はソジウムメトキサイドのような触媒は脂肪アシ
ル残基がグリセライド分子間に無作為に分配され
るグリセライド混合物から生成物が成るようにグ
リセライド分子間にアシル移動を促進するために
使用される。 細胞外微生物リパーゼ（グリセロール エステ
ル ヒドロラーゼ）は事実上脂肪の加水分解を触
媒して遊離脂肪酸、部分グリセライドおよびグリ
セロールを生成する。反応は可逆性で、酵素は一
定条件下でグリセロールおよび遊離脂肪酸からグ
リセライドの形成を触媒することを示すことがで
きる。合成反応は油脂の生合成では全く意味を有
しない。 長鎖脂肪酸の天然に存在するトリグリセライド
は水に不溶性であり、リパーゼは不溶性基質相と
酵素が溶解する水性相間の界面で急速にエステル
結合の加水分解を触媒する能力を特徴とする。グ
リセライドは通常好ましい基質であるが、酵素は
広汎な不溶性脂肪酸エステルの加水分解を触媒
し、一方真正リパーゼによる水溶性カルボン酸エ
ステルの加水分解は非常に遅い。リパーゼ反応は
可逆性であり、この可逆性のためにグリセライド
の加水分解および再合成はリパーゼが油脂とイン
キユベートされる場合に起こる。この加水分解お
よび再合成はグリセライド分子間にアシル移動を
生じさせ、エステル交換生成物を生じる。反応系
における水量が限定される条件では、脂肪の加水
分解は最少化することができるのでリパーゼ−触
媒エステル交換は支配的反応になる。 トリグリセライドおよび遊離脂肪酸の混合物は
リパーゼ−触媒エステル交換反応に対する反応剤
としても使用することができる。これらの場合に
遊離脂肪酸はトリグリセライドのアシル基と交換
し、添加脂肪酸の導入された新しいトリグリセラ
イドを生成する。非−特異性リパーゼではすべて
の３個のトリグリセライド位置の導入が起こる
が、１・３−特異性リパーゼでは、反応はグリセ
ライドの１−および３−位置に限定される。脂肪
酸−特異リパーゼが使用される場合、脂肪酸混合
物から特別の脂肪酸を選択的に導入することがで
きる。 微生物リパーゼはそれらの反応特異性により３
種のグループに配分することができる。第１のグ
ループは攻撃するグリセロール分子の位置および
遊離する脂肪酸の性質の双方について著しい特異
性を示さない。これらのリパーゼはトリグリセラ
イドを遊離脂肪酸およびグリセロールに完全に分
解することを触媒することができるが、ジグリセ
ライドおよびモノグリセライドは反応の中間体と
して現れる。このタイプの酵素の例はキヤンジダ
シリンドラセー（Candida cylindracae）コリ
ネバクテリウム アクネス（Corynebacterium
acnes）およびスタフイロコツカスオーレウス
（Staphylococcus aureus）からのリパーゼであ
る。 リパーゼの第２のグループはグリセライド分子
から特殊タイプの脂肪酸の特異的遊離を触媒す
る。大部分の細胞外微生物リパーゼは天然油脂と
インキユベートする場合ほとんど脂肪酸特異性を
示さない。しかし、ゲオトリチヤム キヤンジダ
ム（Geotrichum candidum）により生産される
リパーゼは特殊タイプの長鎖脂肪酸エステルの加
水分解に対しきわめて著しい特異性を有すること
が示された。この酵素の基質特異性はAlford
JensenおよびFranzkeのグループにより研究さ
れ、彼らはリパーゼが９−位置にシス２重結合を
含む長鎖脂肪酸をトリグリセライドから選択的に
遊離させることを示した。飽和脂肪酸および９−
位置に２重結合をもたない不飽和脂肪酸はごくゆ
つくり遊離した。 リパーゼの第３のグループはグリセライドの特
定位置からのみ脂肪酸の遊離を触媒する。１−お
よび３−位置にのみ反応性を有するリパーゼか
ら、トリグリセライドは加水分解して反応生成物
として遊離脂肪酸、１・２（２・３）−ジグリセ
ライドおよび２−モノグリセライドを与える。
１・２（２・３）−ジグリセライド、および特に
２−モノグリセライドは化学的に不安定で、アシ
ル移動を受けて１・３−ジグリセライドおよび１
(3)−モノグリセライドをそれぞれ生ずるために
１・３−特異性リパーゼと脂肪の長期インキユベ
ーシヨンはグリセロールの形成と共にトリグリセ
ライドのあるものは完全に分解する。１・３−特
異性は微生物リパーゼのうちでは普通であり、こ
のグループからの酵素の例はアスペルギルス ニ
ガー（Aspergillus niger）、ムコール ジヤボニ
カス（Mucor javonicus）および各種リゾープス
種からのリパーゼである。２−特異性を有する酵
素の例は未だ検出されていない。 RH.アルリザス（RH.arrhizus）リパーゼの立
体特異性（すなわち、グリセロール部分のsn−
１およびsn−３位置の相対的触媒活性）は試験
された。脂肪酸は同じ割合でホスフアチジルコリ
ンの対掌形のsn−１およびsn−３位置から遊離
されることが示された。従つてRH.アルリザス
リパーゼおよびあらゆる確度において他の微生物
リパーゼは立体特異性を示さない。１・３−特異
性リパーゼの位置特異性は恐らく第２アルコール
の立体障害エステル、例えばグリセロールの２−
位置のものの無能力の結果として酵素の活性部位
が作用できないことになるのであろう。 非−特異性リパーゼはトリグリセライド混合物
のエステル交換を触媒するために使用される場
合、生成トリグリセライドは化学的エステル交換
により得たものと同じである。しかし、触媒とし
て１・３−特異性リパーゼではアシル移動は１−
および３−位置に限定され、化学的エステル交換
により得ることのできないトリグリセライドの混
合物が生産される。 エステル交換反応は副生物としてジグリセライ
ドおよび付加的遊離脂肪酸の形成を伴なう。触媒
として１・３−特異性酵素を使用する撹拌タンク
エステル交換反応中形成される生成物の試験は
大部分のジグリセライドおよび付加的遊離脂肪酸
は反応の第１段階で形成されることを示す。この
期間中トリグリセライド、水、１・２−ジグリセ
ライドおよび遊離脂肪酸間の平衡は確定される。
その後の緩慢なジグリセライドのそれ以上の発生
はゆつくりした異性化反応による１・３−ジグリ
セライドの形成に帰せられる。この異性化反応は
総グリセライドの損失を導き、ある場合には１・
３−ジグリセライドとトリグリセライドのエステ
ル交換反応の結果として総トリグリセライドフラ
クシヨン中の貴重なトリグリセライドの割合を低
下させることになる。いくらかの副生物の発生は
ゆつくりした異性化反応に依るために、反応剤と
触媒の接触時間の短かい反応条件の使用により利
益を得ることができる。これらの条件は連続的に
操作される充填層反応器で容易に達成される。 従つて本発明は連続的エステル交換方法を供
し、この方法では脂肪酸エステルを含む脂肪反応
剤を含む水不溶性有機液体はエステル交換触媒と
してリパーゼ酵素および触媒を活性化させるため
の少量の水と接触させ、触媒は固定層に充填さ
れ、そこで反応剤の平均滞留時間はエステル交換
を行なうのに十分な２時間より少ない時間であ
る。本方法は位置特異性微生物リパーゼを含む触
媒は触媒を活性化させる少量の水と共に使用さ
れ、かつ触媒との平均滞留時間は２時間より少な
く、脂肪又はグリセライド油の再配列に特に適す
る。短時間滞留のために、１・２−ジグリセライ
ドの１・３−ジグリセライドへの異性化はほとん
ど起らず、従つて本発明による充填層反応器から
得たトリグリセライドの収量は撹拌タンク内のバ
ツチ方法から得たものより高い。好ましくは平均
滞留時間は１〜30分、好ましくは10〜30分、特に
約20分、および好ましくは10〜60℃、好ましくは
20〜50℃である。平均滞留時間はChemical
Reaction Engineering、第２版、（1972）、Wiley
の528頁にLevenspielにより規定され、層の空所
に反応液によつてためられる時間を測定する。従
つて液体と触媒の接触時間を測定する。 位置特異性リパーゼを使用する新規トリグリセ
ライド混合物を製造する能力は油脂産業において
関心がある。何故ならば、これらの混合物のある
ものはそれらを貴重なものにする性質を有するか
らである。これは以下に例示される。 ステアリン酸又はトリステアリンを有するパー
ム油中間フラクシヨンの主要トリグリセライドで
ある、１・３−ジパルミトイル−２−モノオレイ
ン（POP）の１・３−特異性リパーセ−触媒エ
ステル交換は貴重な１−パルミトイル−３−ステ
アロイル−２−モノオレイン（POSt）および
１・３−ジステアロイル−２−モノオレイン
（StOSt）の豊富な生成物を与える。POStおよび
StOStはカカオ脂の重要な成分であり、従つてエ
ステル交換反応により安価な出発材料から貴重な
カカオ脂同等物を製造することができる。 酵素エステル交換に対し使用される触媒はアセ
トン、エタノール又はメタノールのような溶液を
珪藻土、ヒドロキシアパタイト又はアルミナのよ
うな無機顆粒材料のリパーゼ緩衝溶液スラリーに
添加することにより適当に製造される。沈澱酵素
は無機粒子を被覆し、リパーゼ−被覆粒子は濾過
により集められ、乾燥され、乾燥形で貯蔵され
る。乾燥形では粒子はエステル交換触媒として不
活性であり、触媒活性を得るためには触媒を活性
化することが必要である。このような方法は英国
特許第1577933号明細書、ヨーロツパ特許第
0034065号明細書、ヨーロツパ特許第0069599号明
細書およびヨーロツパ特許第0064855号明細書に
記載され、これらでは粒子はエステル交換反応シ
ステムで使用する前に約10％の水の添加により活
性化される。好ましくは反応は有機相に溶解した
少量の水の存在で行なわれる。この目的に対し、
少なくとも液体の１部は、例えば不活性顆粒材
料、例えばセライトの充填層と、好ましくは１％
より少ない飽和量の40〜70％の量で接触させるこ
とにより予め飽和させることができる。いずれに
しても反応媒体中の水の溶解度は触媒の活性を保
有するために限定すべきである。 記載の方法におけるように、本発明のエステル
交換方法は０〜60℃で、不活性有機溶媒、特に炭
化水素又はそれらの混合物中の溶液で、５〜50重
量％の反応剤の濃度で行なうことが好ましい。反
応剤溶液中の任意の遊離脂肪酸は含まれるトリグ
リセライドの10〜50重量％の量で含むことが好ま
しい。反応は動物、植物又は海産起源のトリグリ
セライド油および脂肪の広い範囲に適用でき、そ
れらの分別および水素添加誘導体に、および合成
グリセライドに適用することもできる。油の例は
パームおよびシアを含む。使用脂肪酸は飽和され
ることが好ましく、３〜20個の炭素原子、特にミ
リスチン酸、パルミチン酸およびステアリン酸を
含む。 例 １ BP100〜120℃の石油エーテル220重量部に溶解
したパーム油中間フラクシヨン100重量部および
40ｇのミリスチン酸を本発明による連続操作およ
び比較のために対照試験のバツチ式でアスペルギ
ルス ニガー リパーゼ触媒を使用して40℃でエ
ステル交換した。触媒は英国特許第1577933号明
細書例２記載の方法に従つて、矢野製薬から供さ
れた940U／ｇの活性を有するリパーゼAP6から
調製した。セライト上の触媒は使用の24時間前に
８重量％の蒸溜水により濕らせた。 バツチ試験では10重量部の活性化触媒は16時間
溶液中で撹拌し、次に濾別し、生成物は溶媒を溜
去後分析した。 本発明による連続反応では、溶液は直径1.5cm
で５mlの蒸溜水と混合した酸−洗滌セライト５ｇ
の下部層を含むカラムに30ml／時間でポンプで上
げ、カラムの底部に導入した供給液は実質的に水
で飽和させたことを確証した。ガラスウールプラ
グにより下部と分離した上部層は6.7ｇの濕潤触
媒より成り、その速度は22分の平均滞留時間を供
する。 分析は選択された条件はそれぞれの生成物のト
リグリセライドの脂肪アシル残基がきわめて酷似
し、充填層反応器からの生成物では僅かに飽和残
基が多く、表１に示すように生成物との比較は近
似することを示した。パーム油中間フラクシヨン
の脂肪酸分析は重量％で以下の通りであつた： Ｃ₁₄:₀1.0、Ｃ₁₆:₀56.9、Ｃ₁₈:₀6.9 Ｃ₁₈:₁30.9、Ｃ₁₈:₂4.3。 両生成物のトリグリセライド分析は供給液中の
１％と比較して約18％のミリスチン酸の存在を示
した。

【表】 表１はトリグリセライド組成の実質的増加が充
填層反応器からかなり少ない遊離脂肪酸および実
質的に少ないジグリセライドを有するものの供さ
れることを示す。トリグリセライド分析は又バツ
チ生成物より多い貴重な２−オレイルジ飽和グリ
セライド含量の有意の増加を示し、相当する不斉
トリグリセライドでは全く増加せず、確実に対称
的リノール酸同族体においても全く増加を示さな
かつた。本発明により製造された生成物の全SOS
含量は撹拌反応生成物の32.2％に比し（68×
0.63）％＝42.8％であることは明らかである。 例 ２ ３倍重量のアセトンから５℃で分別した精製、
中和シア油の液体フラクシヨン、およびステアリ
ン酸の５：１比の混合物をBP100〜120℃の石油
エーテル2.8容量部に溶解し、33ml／時間の割合
および40℃の温度で、続いて水飽和カラムおよび
混合物が再配列される同じ大きさの反応カラムま
でポンプで送つた。両カラムは水ジヤケツトによ
り40℃に保持した。飽和カラムは供給原料を飽和
させるために4.5mlの吸着水を保持する５ｇの酸
−洗滌セライトを充填した。反応カラムはセライ
ト上に沈澱させ、英国特許第1509543号明細書記
載の方法に従つて調製したムコール ミーハイ
（Mucor miehei）リパーゼを含む７ｇの触媒を充
填した。リパーゼ活性は1.0U／mgで、触媒は0.7
mlの水による処理により予め活性化した。反応カ
ラム中の平均滞留時間は28分であつた。 例 ３ 中和し、極性不純物を除去するためにシリカで
予め処理したヘキサン溶液のパーム油液体フラク
シヨンとステアリン酸の1/2重量との混合物を供
給原料として例２を反復した。混合物は石油エー
テルに溶解し１：3.3v／ｗ溶液を形成させた。 飽和カラムは3.6mlの水を保持する４ｇの酸−
洗滌セライトを含み、反応カラムはセライト上に
記載のように沈澱させた2.1U／mgの活性を有す
るリゾープスジヤポニカス（Rhizopus
japonicus）リパーゼ7.5ｇを含んだ。触媒は0.75
mlの水を吸着させて予め活性化した。 反応カラムの流速は45ml／時間で22分の滞留時
間であつた。 12時間の試験後例２および例３からの生成物溶
液を集め、溶媒を除き、油生成物はメタノール抽
出により中和した。470ｇの油生成物は0.5％の水
を含むアセトン中で、表面かき取り撹拌機を備え
た３のガラスジヤケツト付容器で分別した。
StOStの豊富なフラクシヨンは溶媒：油比５：１
を使用してシア生成物から結晶させた。溶液は40
℃で１時間撹拌し、その後60℃／時間の割合で12
℃に冷却し、その温度で１時間保持し、その後沈
澱結晶を濾別し、940ｇのアセトンで２回洗滌し
27％の生成物収量を得た。 パーム生成物は又分別し、しかし２工程で、
POStの豊富なフラクシヨンを回収した。最初の
分別工程では、中和油生成物は１：３比（ｗ／
ｗ）の水性アセトンに溶解し、１時間40℃に保持
し、１時間につき60℃の割合で20℃に冷却した。
20℃に１時間保持後、形成結晶は濾別し、740ml
のアセトンで洗滌し、37ｇの結晶を除いた。液体
フラクシヨンは再び分別した。今回は同じ冷却お
よび保持操作後に１：８（ｗ／ｗ）水性アセトン
中の溶液で10℃で行なつた。初めの中和生成物で
計算して、POStの豊富な結晶の40％を全体収量
で回収した。 例２および３からの生成物は同じ触媒を供給原
料溶液に分散させることによりバツチ式で使用し
た反応から得たものと比較した。450ｇのパーム
油フラクシヨンおよび225ｇのステアリン酸を記
載のように調製し、3.5mlの水で４時間予め活性
化した2.1U／mgの活性度を有するリゾープス
ジヤポニカス触媒35ｇを含む100〜120℃の石油エ
ーテル1620mlに分散させた。 １Kgのシア油および0.2Kgのステアリン酸を100
〜120℃の石油エーテル3.61中で、10mlの水を
添加して予め活性化したムコール ミーハイ触媒
100ｇと共に８ 1/3時間撹拌した。両バツチ反応
は40℃で行ない、生成物の回収は充填層反応に対
し記載した通りであつた。 メチルエーテル方法による中和生成物の脂肪酸
分析はステアレート含量のかなりの増加を示し、
ステアリン酸反応剤との実質的に完全な相互作用
度を反映した。シア供給原料はバツチ生成物にお
ける34.3％に比較して例１では29.8％から36.2％
に増加した。パーム油供給原料は例２では4.3％
から28.3％に、バツチ反応では28.7％に増加し
た。バツチパーム生成物からPOStフラクシヨン
の収量は36％であつた。 バツチ試験は双方の油から粗生成物中に著しく
高い遊離脂肪酸および中和生成物に実質的に高い
ジグリセライド含量を生成し、バツチ方法におけ
る全グリセライドのかなりの低収量を反映した。 バツチおよび充填層反応器双方からの分別生成
物の銀相高圧液体ククロマトグラフイ方法による
個個のトリグリセライドの分析は、市販品として
入手しうるシアフラクシヨンの組成と、およびア
セトンから分別により得たものとも全く有意差が
なかつた。これは次の分析を示した： S₃ 2.2％、SOS 77.5％、SSO 1.8％、 SL_oS8.3％、SOO 5.9％、その他3.5％。 このことは特性に有意の差のないことを示した
プルスNMRによる生成物フラクシヨンの個体含
量の測定により確証された。Jensenの冷却カー
ブもシア分別生成物から、および等部のパーム中
間フラクシヨンとの混和物に対しても得られた。
すべてのJensenデータはすぐれた生成物である
ことを示したが、充填層生成物はバツチ反応から
のものよりすぐれており、市販シア生成物とは十
分に匹敵できるものであつた。 バツチおよび充填層パーム生成物は組成の点で
相互に、かつカカオ脂自体に非常に近似した。 シア生成物のそれ以上の詳細は表２および３に
示す。

【表】

【表】