JP2668187B2 - リパーゼ粉末を用いたエステル交換法 - Google Patents

リパーゼ粉末を用いたエステル交換法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リパーゼ粉末を用いた
エステル交換法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エステル交換反応は動植物油脂類の改質
をはじめ、各種脂肪酸のエステル、糖エステルやステロ
イドの製造法として重要な技術である。このエステル交
換反応の触媒として、油脂加水分解酵素であるリパーゼ
を用いると、室温ないし約７０℃程度の温和な条件下で
エステル交換反応を行うことができ、従来の化学反応に
比べ、副反応の抑制やエネルギーコストが低減化される
だけでなく、触媒としてのリパーゼが天然物であること
から安全性も高い。また、その基質特異性や位置特異性
により目的物を効率良く生産することができる。ところ
が、リパーゼ粉末をそのままエステル交換反応に用いて
も活性が十分に発現しないばかりか、元来が水溶性のリ
パーゼを油性原料中に均一に分散させることは困難であ
り、その回収も困難であった。このため、従来はリパー
ゼを何らかの担体、たとえば陰イオン交換樹脂（特開昭
６０−９８９８４号）、フェノール吸着樹脂（特開昭６
１−２０２６８８号）、疎水性担体（特開平２−１３８
９８６号）、陽イオン交換樹脂（特開平３−６１４８５
号）、キレート樹脂（特開平１−２６２７９５号）等に
固定化して油脂類等のエステル交換反応に用いることが
一般的な方法であった。
【０００３】このように、従来はリパーゼを固定化して
エステル交換反応に用いていたが、かかる固定化リパー
ゼは固定化処理による本来のリパーゼ活性の損失を伴う
だけでなく、多孔性担体を用いた場合は細孔に原料や生
成物が詰まり、結果としてエステル交換率の低下を招い
ていた。さらに、従来の固定化リパーゼを用いたエステ
ル交換反応においては、担体が保持する水分が反応系に
持ち込まれるため、副反応、たとえば油脂類のエステル
交換反応におけるジグリセリドやモノグリセリドの生成
等を避けることは困難であった。一方、従来のリパーゼ
を用いるエステル交換反応では、リパーゼを固定化する
としないとにかかわらず、約１００℃前後という高温の
反応系でリパーゼ使用することは実質的に知られていな
かった。これは、かかる高温に対して耐性のあるリパー
ゼが見出されていなかったこと、および従来の固定化処
理ではかかる耐熱性固定化リパーゼが開発されなかった
ことによるものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リパーゼ活
性の損失、固定化担体への基質の滞留による反応率低
下、および固定化担体に起因する反応系中水分による副
反応等の懸念がなく、従来のリパーセ粉末によるエステ
ル交換法に比べて高い反応性を有し、かつリパーゼの回
収および再利用も容易なエステル交換法を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、エステル交換
反応の原料にリパーゼ粉末を分散させ、その粒子の９０
％以上が１〜１００μｍの大きさになるようにコントロ
ールしてエステル交換反応を行うことにより、前記課題
を解決できるとの知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、不活性有機溶媒の存在下または非
存在下、エステルを含有する原料にリパーゼ粉末を分散
させてエステル交換反応を行う方法であって、エステル
交換反応時に分散リパーゼ粉末粒子の９０％以上を１〜
１００μｍの範囲の粒径に保つことを特徴とするリパー
ゼ粉末を用いたエステル交換法を提供する。
【０００６】ここで、エステルとは、カルボン酸とアル
コールとのエステルをいう。該エステルの原料であるカ
ルボン酸としては、例えば炭素数２〜４０の、飽和また
は不飽和、直鎖状または側鎖状の脂肪族一塩基酸いわゆ
る脂肪酸、炭素数２〜３０の脂肪族二塩基酸および三塩
基酸が好適であり、かかる脂肪族一塩基酸としては酢
酸、酪酸、カプリル酸、イソオクチル酸、イソノナン
酸、カプリン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、パルミト
オレイン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、イソステ
アリン酸、オレイン酸、エライジン酸、１０−ヒドロキ
システアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、リシ
ノール酸、リノール酸、リノレン酸、エルシン酸、ベヘ
ン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘ
キサエン酸、セロチン酸、モンタン酸、ノナコサン酸、
メリシン酸等を例示でき、脂肪族二塩基酸としてはコハ
ク酸、リンゴ酸、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、グル
タル酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，１２−ドデカ
ジカルボン酸、１，２４−テトラコサジカルボン酸等を
例示でき、また脂肪族三塩基酸としてはクエン酸等を例
示できる。
【０００７】また、アルコールとしては炭素数１〜５０
の、飽和または不飽和、直鎖状または側鎖状の脂肪族一
価アルコール、および二価〜六価アルコールが好適であ
る。これらのアルコール類の例として、メタノール、エ
タノール、イソプロピルアルコール、ヘキサノール、イ
ソオクタノール、イソノナノール、ラウリルアルコー
ル、セタノール、ステアリルアルコール、イソステアリ
ルアルコール、オレイルアルコール、ベヘニルアルコー
ル、オクタコサノール、米国ペトロライト社製のユニリ
ンアルコール４２５（平均分子量：５１０）、同ユニリ
ンアルコール５５０（平均分子量：６６０）、同ユニリ
ンアルコール７００（平均分子量：８５０）等の一価ア
ルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、
ブチレングリコール、１，８−オクタンジオール、１，
１０−デカンジオール等の二価アルコール、グリセリ
ン、ジグリセリン、トリグリセリン、ポリグリセリン、
ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、トリ
メチロールエタン、トリメチロールプロパン等の三価以
上のアルコールをあげることができる。なお、前記カル
ボン酸およびアルコールにおいて、炭素数の上限は工業
的に容易に入手できるものとして設定したが、これ以上
にも入手可能であればさしつかえない。かかるカルボン
酸とアルコールとのエステルは、動物、植物、魚介類、
微生物、鉱物等の天然物から抽出し、あるいは常法によ
りエステル合成して得ることができる。本発明における
エステルの好適例は油脂およびワックスである。
【０００８】本発明では、前記エステルを原料とし、こ
れにリパーゼ粉末を添加してエステル交換反応させるも
のであり、エステルは単独もしくは混合して用いること
ができる。さらに必要に応じて前記したカルボン酸の１
種あるいは２種以上、または前記したアルコールの１種
あるいは２種以上をエステルに共存させてもよいが、リ
パーゼ粉末を添加し、分散させる原料はエステルである
ことを必須とする。リパーゼ粉末を直接、カルボン酸ま
たはアルコールに添加すると、リパーゼの活性低下をま
ねき、ひいてはエステル交換反応時間の長期化につなが
るので好ましくない。従って、本発明では、カルボン酸
またはアルコールとエステルとを原料とする場合、少な
くとも予めエステル中にリパーゼ粉末を分散させてお
き、ついでカルボン酸またはアルコールを添加するのが
好ましい。なお、リパーゼ粉末を原料に添加するとき、
直接添加してもよいが、反応基質となる原料やリパーゼ
に対して不活性な有機溶媒、たとえばヘキサン、ヘプタ
ン等の炭化水素を用いることは至便である。この際、不
活性な有機溶媒をエステル交換用原料１００重量部当た
り１０〜９０重量部使用するのがよい。またリパーゼの
活性を損なわないかぎり、適宜、加温操作を加えてもよ
い。
【０００９】次に本発明においては、前述のようにして
分散させたリパーゼを、エステル交換反応時にその粒子
の９０％以上が１〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０
μｍの粒径となるように調節することを特徴とする。す
なわち、エステルにリパーゼ粉末を添加すると、数１０
０μｍもしくはそれ以上の種々の粒子サイズの小塊が分
散したいわゆる“ダマ”の状態となるため、これを前記
特定粒子サイズの範囲に該当するように均一化処理す
る。かかる処理の手段としては、リパーゼ粉末を分散さ
せた不活性有機溶媒及び／又はエステルを超音波処理す
る方法、該分散液を必要に応じて適度に攪拌後、精密濾
過膜処理または遠心沈降処理等があげられる。これらを
単独もしくは組み合わせて、要すれば粒度測定器を用い
て粒径および分布を求め、リパーゼの分散粒子の大きさ
が１〜１００μｍの範囲に該当するものが９０％以上と
なるような分散液を選別することができる。このうち、
超音波処理が簡便で好ましい。超音波処理条件は２０〜
１５０kHz 、１〜３０分である。１〜１００μｍに該当
するリパーゼの分散粒子が９０％未満の場合には、粒径
が大きすぎると反応性が低下し、逆に粒径が小さすぎる
とこれを反応液から回収することが困難となり、再利用
することができない。
【００１０】以上のように、本発明においては、使用前
のリパーゼ粉末の粒子の大きさは重要でなく、エステル
中に添加し、上記手段により微細化できるものであれば
任意のリパーゼ粉末を使用することができる。尚、通常
は、リパーゼ粉末として平均粒径が１０〜１００μｍの
ものを使用するのが好ましい。上述のようにして分散リ
パーゼの粒径を所望の大きさに均一化した分散液は、こ
れが不活性有機溶媒に分散させたものであるときは、次
いでエステルと混合し、さらにカルボン酸又はアルコー
ルを混合してエステル交換反応させる。また前記分散液
がエステルに分散させたものであるときは、そのまま、
もしくは適宜にカルボン酸またはアルコールを添加して
同様に反応に供すればよい。エステル交換反応の途中お
よび終了後のリパーゼ粒径は、反応液中の粒度を測定
し、必要に応じて前記処理を単独もしくは組み合わせて
反応液に施し、該粒径を調節すればよい。
【００１１】なお、本発明に用いるリパーゼ粉末は、動
物、植物および微生物のいずれの起源のものでもよく、
たとえばブタ膵臓リパーゼ、大豆、米ヌカ、ヒマ種子等
由来のリパーゼ、アスペルギルス ニガー（Aspergillu
s niger ）、キャンディダシリンドラセ（Candida cyli
ndracea ）、リゾプス デレマー（Rhizopus delema
r）、リゾプス ジャバニカス（Rhizopus javanicu
s）、アルカリゲネス エスピー（Alcaligenes sp.
）、アルカリゲネス ファエカリス（Alcaligenes fae
calis）、ムコール ミーハイ（Mucor miehei）、シュ
ードモナス フルオレッセンス（Pseudomonas fluoresc
ens ）等由来のリパーゼをあげることができる。かかる
リパーゼは、常法により前記組織もしくは培養液から抽
出、精製して調製することもできるが、市販品を利用す
ることが至便である。
【００１２】このうち、アルカリゲネス エスピー（Ａ
ｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．）菌株から得られるのリ
パーゼが好ましい。具体的には、特公昭５８−３６９５
３号公報に記載され、微工研菌寄第３１８７号（ＦＥＲ
Ｍ Ｐ−３１８７）として寄託されているリパーゼ生産
菌名糖ＰＬ−２６６号が生産するリパーゼＱＬ（名糖産
業（株）製）である。このリパーゼはグリセリドの１位
および３位に対して位置特異性を有し、アルカリ側に至
適ｐＨを有する胆汁賦活性リパーゼであり、特公昭５８
−３６９５３号公報に記載の酵素的性質を有する。アル
カリゲネス エスピー（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓ
ｐ．）菌株から得られる上記とは別のリパーゼＰＬ（名
糖産業（株）製）も使用することができる。これらのリ
パーゼを使用すると、８１〜１３０℃という高温でエス
テル交換反応を実施することが可能であり、このとき該
反応系は実質的に無水状態とできるので分解反応を抑制
でき、また高融点の原料、たとえばワックス類を無溶媒
系で使用できる等の利点があり、極めて有用である。具
体的には、エステル交換用原料基質に水分を添加するこ
となく、上記リパーゼを加え、溶媒の不存在下、８１〜
１３０℃、好ましくは９１〜１２０℃、より好ましくは
９１〜１１０℃、最も好ましくは９５〜１００℃に加熱
し、分散粒子の粒径を上記の方法で所定の大きさにして
所定の時間、例えば、１０分〜５０時間反応を行う。反
応終了後、常法により反応物を回収、精製してエステル
交換反応物を得ることができる。
【００１３】上記高温エステル交換以外のエステル交換
反応は、使用するリパーゼの至適温度付近で、好ましく
は実質的に無水条件下で１０分〜５０時間行うのがよ
い。反応終了後、常法により反応物を回収、精製処理し
てエステル交換物を得る。なお本発明では、精密膜濾
過、遠心分離、不活性有機溶媒による洗浄等により、反
応液から分散リパーゼ粒子を回収することができ、必要
に応じて前記方法により該粒子サイズを調整して再びエ
ステル交換反応に供することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、粉末リパーゼを用いる
従来のエステル交換法に比べて高い反応性を有し、かつ
リパーゼの回収および再利用も容易に行うことができ
る。また８１〜１３０℃という極めて高温で、ワックス
等の高融点脂質のエステル交換反応を無溶媒下で容易か
つ効率的に行うことができる。なお本法によれば、固定
化リパーゼの調製が不要となり、固定化リパーゼを用い
るエステル交換反応に比べて反応性の低下すなわち反応
時間の長期化、および水分による副反応を抑制すること
ができる。次に実施例により本発明を説明する。
【００１５】
【実施例】
実施例１ ２００mlの攪拌装置付きフラスコにカプリル酸／カプリ
ン酸＝７５／２５の中鎖脂肪酸トリグリセリド（日清製
油（株）製、商品名：ＯＤＯ）５０ｇを採り、アルカリ
ゲネス エスピー（Alcaligenes sp. ）由来のリパーゼ
粉末（名糖産業（株）製、商品名：リパーゼＱＬ、平均
粒径３０μｍ）０．１ｇを添加した。これを、超音波発
生装置（（株）島津製作所製、型式：ＳＵＳ−１０３
型）を用い、室温にて２８kHz 、４５kHz および１００
kHz を各１０秒間サイクル照射させる条件下で１分間、
超音波照射処理した。該処理後の分散液中のリパーゼ粒
子の分布を粒度分布測定装置（コールターエレクトロニ
クス社製、型式：マルチサイザー）で測定したところ、
９８％が粒径２０〜５０μｍに該当した。次いでこの分
散液にトリオレイン５０ｇを加え、７５℃にて、回転速
度３５０rpm で攪拌してエステル交換反応を行った。エ
ステル交換率を経時的に求め、反応の進行をチェックし
た。なおエステル交換率は、ガスクロマトグラフィーを
用いてグリセリド組成を分析し、測定試料中におけるエ
ステル交換反応物の比率を算出して求めた。本実施例の
エステル交換率の経時変化を図１に示す。図１から明ら
かなように、本発明の方法によれば、反応開始後の短時
間で高活性が発現し、約３時間で反応は終了した。
【００１６】比較例１ 実施例１と同様の方法でエステル交換反応を行った。た
だし、該反応前に超音波処理を行わず、攪拌速度は２０
０rpm とした。その時、リパーゼ粒子の９０％が５００
〜８００μｍであった。その結果は、図１に示すよう
に、反応開始後約２時間はエステル交換反応が進まず、
反応が終了するまで約５時間を要した。
【００１７】実施例２ パーム油５０ｇおよびなたね油５０ｇに、アルカリゲネ
ス エスピー（Alcaligenes sp. ）由来のリパーゼ粉末
（名糖産業（株）製、商品名：リパーゼＰＬ）０．５ｇ
を添加し、実施例１と同様に超音波処理（ただし５０kH
z で５分間）し、リパーゼ粒子の９２％が粒径２０〜５
０μｍにある分散状態となし、６０℃でゆるやかに攪拌
しながら２４時間、エステル交換反応させた。このとき
エステル交換率は９７％であった。次いで、精密濾過膜
（東洋濾紙 No.５Ｃ、細孔径：１μｍ）を用いて、反応
液からリパーゼ粒子を回収し、これをそのまま新たなパ
ーム油およびなたね油各５０ｇの混合原料に添加して、
同様にエステル交換反応を行った。以降、同様の操作で
繰り返しのエステル交換反応を５回行った時点で、回収
したリパーゼ粒子をヘキサンで洗浄して脱脂し、これを
再び同様のエステル交換反応に供した。その結果、リパ
ーゼ活性は第１回ないし第２回目の反応の状態に復元し
たので、これをさらに繰り返してエステル交換反応を行
った。最終的には初期活性を保ったまま約４０回の上記
回分反応が行え、使用したリパーゼ粉末の自重量の約７
０００倍の油脂をエステル交換処理することができた。
【００１８】実施例３ サフラワー油３０ｇに、キャンディダ シリンドラセ
（Candida cylindracea)由来のリパーゼ粉末（名糖産業
（株）製、商品名：リパーゼＯＦ）０．１ｇを添加し懸
濁させた後、ナイロン製濾布（細孔径：１００μｍ）お
よび実施例２で用いた精製濾過膜（細孔径：１μｍ）を
用いて濾過処理し、リパーゼ粒子が１〜１００μｍにあ
る分散液を調製した。これにパーム油３０ｇを添加し、
６０℃で、マグネティックスターラーを用いて攪拌速度
１００rpm でエステル交換反応を行った。その結果、エ
ステル交換反応が速やかに進行し、反応開始後４時間で
反応が終了した。
【００１９】比較例２ 実施例３と同様の方法でエステル交換反応を行った。た
だし、リパーゼ粉末は直接原料に添加し、前処理を行わ
ずに反応に供した。このとき反応液中のリパーゼ粒子
は、その１０％が粒径１０〜９０μｍにあり、他は１０
０μｍを超えていた。その結果、攪拌速度１００rpm で
はリパーゼ粒子が大きく、エステル交換反応は進行しな
かった。
【００２０】実施例４ モンタンワックスの分解脂肪酸（ヘキスト社製、商品
名：Ｓワックス）のエチルエステル５０ｇ、実施例１で
使用したＯＤＯ５０ｇおよびリパーゼＱＬ１ｇを用い、
マグネティックスターラーによる攪拌速度３００rpm で
エステル交換反応した。反応温度はモンタンワックスの
融点以上である９５℃とし、７時間反応を行った。なお
リパーゼ粉末は、該反応に先立ち、ＯＤＯ中に分散さ
せ、実施例１と同様の処理を行った。リパーゼ粒子の９
６％が粒径２０〜４０μｍであった。反応物のガスクロ
マトグラフィー分析による結果から、トリグリセリドで
あるＯＤＯ中へのモンタンワックス脂肪酸の導入が確認
された。このことから、９５℃という高温で、リパーゼ
を用い、高融点脂質の１種であるワックスを無溶媒下に
エステル交換できることがわかる。
【００２１】実施例５ 炭素数１４の二塩基酸２０ｇ、グリセリンとブタン酸と
のトリエステルであるドリブチリン（和光純薬（株）
製、商品名：トリブチリン）８０ｇ、および実施例１で
使用したリパーゼＱＬ１ｇを用い、マグネティックスタ
ーラーによる攪拌速度３００rpm でエステル交換反応し
た。反応温度は、前記長鎖二塩基酸を溶解させるため１
２０℃とし、６．５時間反応を行った。なおリパーゼ粉
末は、該反応に先立ちトリブチリン中に分散させ、実施
例１と同様の処理を行った。リパーゼ粒子の９０％が粒
径１０〜９０μｍであった。反応物のガスクロマトグラ
フィー分析による結果から、トリブチリン中への前記長
鎖二塩基酸の導入が確認された。このことから、１２０
℃という高温で、リパーゼを用い、高融点脂質の１種で
ある長鎖二塩基酸を無溶媒下にエステル交換できること
がわかる。
【００２２】比較例３ 実施例３で使用したリパーゼＯＦを１０％水溶液とし、
この１００mlにセライト５０ｇを添加、混合した後、凍
結乾燥して固定化リパーゼ（含水率0.１％、粒径0.１〜
1.４mm）を調製した。この固定化リパーゼ２ｇをサフラ
ワー油３０ｇおよびパーム油３０ｇに加え、実施例３と
同様にエステル交換反応を行った。反応が終了するまで
に１５時間を要し、反応物をＧＬＣ分析したところ、他
の実施例では認められなかったジグリセリドが反応物中
7.５％生成していた。
【図面の簡単な説明】
【図１】原料を超音波処理した場合（実施例１）と同処
理をしない場合（比較例１）とのエステル交換率の経時
変化を示す図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不活性有機溶媒の存在下または非存在
    下、エステルを含有する原料にリパーゼ粉末を分散させ
    てエステル交換反応を行う方法であって、エステル交換
    反応時に分散リパーゼ粉末粒子の９０％以上を１〜１０
    ０μｍの範囲の粒径に保つことを特徴とするリパーゼ粉
    末を用いたエステル交換法。
  2. 【請求項２】 リパーゼ粉末がアルカリゲネス属に属す
    る微生物から得られるものである請求項１記載のエステ
    ル交換法。
  3. 【請求項３】 エステル交換反応を８０〜１３０℃で行
    う請求項１又は２記載のエステル交換法。
  4. 【請求項４】 分散リパーゼの粒子の９０％以上を１〜
    １００μｍの粒径に保つ手段が、リパーゼ粉末を分散さ
    せた不活性有機溶媒及び／又は原料を超音波処理するこ
    と、エステル交換反応液を精密濾過処理すること、また
    は不活性有機溶媒により洗浄処理することの単独もしく
    は組み合わせである請求項１〜３のいずれか１項に記載
    のエステル交換法。
JP5231629A 1993-09-17 1993-09-17 リパーゼ粉末を用いたエステル交換法 Expired - Lifetime JP2668187B2 (ja)

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