JP4335196B2 - 共役脂肪酸含有モノグリセリドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は下記のモノグリセリド、その製造方法および精製方法を要旨とするものである。
リパーゼを触媒として用い、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸とグリセリンを、エステル化またはエステル化とグリセロリシスの反応に付することを特徴とする、上記共役脂肪酸含有モノグリセリドの製造方法。
エステル化を利用する反応において、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸の1モル量に対してグリセリンを1〜20モル量使用し、温度を0℃〜20℃、あるいは20℃〜70℃に設定して反応を進行させ、温度を0℃〜20℃に設定する場合は反応途中から、また温度を20℃〜70℃に設定する場合は反応開始時から減圧下で脱水し、エステル化率が90%以上に達するまで0℃〜20℃、あるいは20℃〜70℃に維持することを特徴とする、上記モノグリセリドの製造方法(第1の方法)。
エステル化とグリセロリシスを利用する反応において、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸の1モル量に対してグリセリンを1〜20モル量使用し、温度を20℃〜70℃に設定してエステル化反応を行い、反応の途中で減圧下で脱水してエステル化率を90%以上に高めた後に冷却(好ましくは急冷)し、0℃〜20℃で静置してグリセロリシス反応を進行させることを特徴とする、上記モノグリセリドの製造方法(第2の方法)。
遊離脂肪酸が混在するモノグリセリドを含有するまたは主成分とするグリセリド生成物にアルカリを添加し、それにより該生成物中に存在する遊離脂肪酸を中和してケン化物を生成させ、さらに分子量がモノグリセリドより大きくかつケン化物と相溶性を有する物質を添加してケン化物の濃度を低下させた後、これを分子蒸留に付して該ケン化物を蒸留残渣として除去することを特徴とする、モノグリセリドを含有するまたは主成分とするグリセリド生成物の脱酸・精製方法。
本発明の製造方法によれば、あらゆる種類のリパーゼ(モノグリセリドリパーゼ、ジグリセリドリパーゼ、トリグリセリドリパーゼを含む)を触媒として利用でき、上記のようなモノグリセリドを高割合で含む共役脂肪酸含有モノグリセリドを製造することができる。
また、リパーゼを触媒として、共役脂肪酸とグリセリンを低温で反応させるエステル化反応を利用して、あるいは同一反応系内での高温によるエステル反応と低温によるグリセロリシス反応を組合わせて利用して、90%以上の共役脂肪酸をエステル化させ、グリセリド画分の共役脂肪酸モノグリセリド含量を80%以上に高めることができる。
さらに、本発明は、モノグリセリドを純度よく精製するためのモノグリセリドの精製方法を提供することができる。
本発明において、共役脂肪酸としては共役リノール酸、共役トリエン酸(特に共役リノレン酸)、共役EPA、共役DHA等が好ましい例としてあげられるが、共役リノール酸が代表的である。
なお本明細書において、%表示は特に断りのない限り、あるいは%表示のみで明確な場合(エステル化率など)を除き重量%を意味する。
なお本明細書においてエステル化率とは、反応系における全遊離脂肪酸に対する、エステル(グリセリド)生成に関与した遊離脂肪酸の割合を意味する。
エステル化反応とグリセロリシス反応を利用した第2の方法の好ましい態様は、攪拌様作用により基質と酵素の混合物をエマルションにしてエステル化反応を行い、エステル化率が90%以上、好ましくは95%以上に達した後、反応液が固化するまで強い攪拌様作用を与えながら急冷する方法である。
同一反応系内でエステル化反応とグリセロリシス反応を連続して進行させモノグリセリドを製造するときは(第2の方法)、まず20℃〜70℃、好ましくは25℃〜50℃でエステル化反応を行なうことによりモノ、ジグリセリドが生成する。グリセロリシス反応は0℃〜20℃、好ましくは0℃〜15℃で効率よく進行してグリセリド画分中のモノグリセリドの割合が増加するが、エステル化反応後、グリセロリシス反応を進行させるためには、上述のように強い攪拌様作用を与えながらグリセロリシス反応の上記の所定温度まで冷却して反応液を固化させることが好ましい。この際、冷却は可能な限り急冷することにより速やかに固化させることが好ましいが、降温速度が相対的に遅くても固化させるまでに要する時間が長くなるだけで反応に大きな影響を与えることはない。これらの温度設定、調節は通常の恒温装置等を用いて行なうことができる。
なおエステル化反応において、反応液を泡立てて固化させると共役脂肪酸が酸化あるいは異性化等の反応を受け易くなるので、泡立てないようにあるいは窒素気流下で固化させることが好ましい。
上述のような方法により、本発明の共役脂肪酸含有モノグリセリドを主成分とする生成物を製造することができる。
遊離脂肪酸が混在するモノグリセリドを含有するまたは主成分とするグリセリド生成物にアルカリを添加し、それにより該生成物中に存在する遊離脂肪酸を中和してケン化物を生成させ、さらに分子量がモノグリセリドよりも大きくかつケン化物と相溶性を有する物質を添加してケン化物の濃度を低下させた後、これを分子蒸留に付して該ケン化物を蒸留残渣として除去することを特徴とする、モノグリセリドを含有するまたは主成分とするグリセリド生成物の脱酸・精製方法。
グリセリドリパーゼ
共役リノール酸を含む遊離脂肪酸の混合物はリノール油脂(株)の製品 CLA-80 (c9, t11-CLA, 33.1%; t10,c12-CLA, 33.9% c9,c11-CLA, 0.9%, c10,c12-CLA, 1.4%, other CLA,1.8%)を用いた。反応は50ml容バイアルビン中、スターラーで攪拌(500rpm)しながら行った。CLA-80/グリセリン(=1:1〜10,mol/mol)混液5gとPenicillium camembertii モノ及びジグリセリドリパーゼの水溶液(200mg/ml, 10000U/ml; 天野エンザイム; リパーゼG)0.1mlからなる反応液を30℃で24時間攪拌しながらインキュベートした。反応液の組成と反応後のエステル化率を表1に示す。エステル化反応を30℃で行ったとき、遊離脂肪酸1モル量に対して7モル量のグリセリンを使用すると減圧脱水しなくても90%以上のエステル化率が得られた。また、本反応においてトリグリセリドは全く合成されず、グリセリド画分のモノグリセリドとジグリセリドの生成量は、基質として用いたグリセリン量に関係なくほぼ等量合成された。
表1
脂肪酸/グリセリン エステル化率 反応液の組成(%)
(モル/モル) (%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド
1:1 64.0 36.0 30.2 33.8
1:2 78.8 21.2 38.8 40.0
1:5 83.4 16.6 40.7 42.7
1:7 91.1 8.9 43.0 48.1
1:10 91.9 8.1 43.6 48.2
リパーゼ
CLA-80/グリセリン(1:5,mol/mol)5gとPenicillium camembertiiモノ及びジグリセリドリパーゼの水溶液(10000U/ml)0.1mlからなる反応液を5℃から50℃の温度領域で、スターラーで攪拌(500rpm)しながらインキュベートした。反応5時間及び24時間後のエステル化率と反応液の組成を表2に示す。反応温度の上昇と共にエステル化の速度も上昇した。反応温度を30℃以上に設定するとジグリセリドが副成してくるが、15℃以下の反応ではモノグリセリドからジグリセリドへの変換は抑えられた。
表2
反応温度 反応時間 エステル化率 反応液の組成(%)
(℃) (時間) (%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド
5 5 49.5 50.5 49.1 0.4
24 88.6 11.4 83.8 4.8
15 5 66.8 33.1 64.8 2.1
24 87.9 12.1 80.5 7.4
30 5 81.1 18.9 55.4 25.7
24 85.8 14.2 44.7 41.1
40 5 82.6 17.4 58.6 24.0
24 86.1 13.9 46.9 39.2
50 5 82.1 17.9 55.5 26.4
24 86.1 13.9 45.3 40.8
媒としたエステル化反応だけを利用して共役リノール酸含有モ
ノグリセリドを製造する方法
反応は1000ml容量のマル底4つ口フラスコを用い、攪拌はウオールウェッター(関西化学機械製作(株)製)を用いて行った。CLA-80/グリセリン(1:3, mol/mol)300gとPenicillium camembertiiモノ及びジグリセリドリパーゼの水溶液(10000 U/ml)6mlからなる反応液を5℃で攪拌(250rpm)しながら反応を開始した。反応経過に伴い反応液の流動性が低下してきたため、エステル化率が38.7%に達した10時間後に攪拌速度を100rpmまで落とし、エステル化率が48%に達した12時間後に50 rpm まで落とした。反応24時間後にエステル化率は88.2%に達し、反応液は完全に固化して攪拌の効果が全く認められなかったので攪拌を停止した。同時に、エステル化率をさらに高めるために、静置のまま3mmHg の減圧下で脱水しながらさらに48時間(全反応時間は72時間)反応を継続した。反応経過に伴うエステル化率及び反応液の組成を表3に示す。エステル化率が一定値に達した後に、減圧脱水することによりエステル化率を97.1%にまで高めることができた。また、低温で反応させたときジグリセリドの副成はほとんど認められず、反応終了時のグリセリド画分のモノグリセリド含量は97.0%に達した。
表3
反応時間 エステル化率 反応液の組成(%)
(時間) (%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド
0 0 100 0 0
2 2.1 97.9 1.7 0.4
4 6.2 93.8 5.4 0.7
7 15.0 85.0 14.4 0.6
10 38.7 62.3 36.4 1.3
12 48.0 52.0 46.8 1.2
24 88.2 11.8 84.4 3.7
28 92.9 7.1 89.3 3.6
34 94.2 5.8 90.8 3.4
48 96.5 3.5 94.0 2.5
72 97.1 2.9 94.2 2.9
媒としたエステル化反応だけを利用して共役リノール酸含有モ
ノグリセリドを製造する方法
反応は1000ml容量のマル底4つ口フラスコを用い、攪拌はウオールウェッター(関西化学機械製作(株)製)を用いて行った。CLA-80/グリセリン(1:5, mol/mol)300gとPenicillium camembertiiモノ及びジグリセリドリパーゼの水溶液(10000 U/ml)6mlからなる反応液を30℃で攪拌(280rpm)しながら反応を開始した。反応開始と共に5mmHgの減圧下で脱水を開始し、48時間反応を継続した。反応経過に伴うエステル化率及び反応液の組成を表4に示す。反応開始時から減圧脱水することにより、反応液が均一な液体状態のままでエステル化率を97.0%まで高めることができた。また、ジグリセリドの副成はほとんど認められず、反応終了時のグリセリド画分のモノグリセリド含量は89.3%に達した。
表4
反応時間 エステル化率 反応液の組成(%)
(時間) (%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド
0 0 100 0 0
2 44.2 55.8 42.4 1.8
4 73.5 26.6 71.0 2.4
7 85.1 14.9 81.3 3.8
9 87.5 12.5 81.6 5.9
24 94.8 5.2 89.8 5.0
28 95.6 4.4 89.0 6.6
34 97.2 2.8 90.0 7.2
48 97.0 2.9 89.3 7.8
媒として用い、エステル化反応とグリセロリシス反応を利用し
て共役リノール酸含有モノグリセリドを製造する方法
反応は実施例3と同じ装置を用いて同じ反応液組成で、30℃、250rpm の攪拌で開始した。エステル化率が84.0%に達した9時間後、3mmHgの減圧下で脱水しながら72時間まで攪拌しながら反応を継続した。この反応液をビーカーに取り出し、氷水につけて料理用ハンドミキサーで攪拌しながら反応液を完全に固化させた後、5℃で1週間放置した。反応経過に伴うエステル化率及び反応液の組成を表5に示す。エステル化率が一定値に達した後に、減圧脱水することによりエステル化率は72時間後に96.5%まで上昇した。この反応液中のグリセリド画分にはモノグリセリドとジグリセリドがほぼ等量存在した。取り出した反応液を固化させてから5℃で放置すると、ジグリセリドはグリセロリシスを受けてモノグリセリドに変換され、1週間後(全反応日数10日)、エステル化率は96.9%でほとんど変化しなかったが、グリセリド画分のモノグリセリド含量は95.0%まで上昇した。
表5
反応時間 エステル化率 反応液の組成(%)
(時間) (%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド
0 0 100 0 0
1 48.3 51.7 46.2 2.1
2 71.4 28.6 66.9 4.5
4 80.8 19.2 64.6 16.2
7 81.9 18.1 56.6 25.3
9 84.0 16.0 59.7 24.3
24 90.6 9.4 48.7 41.9
48 94.6 5.4 46.5 48.1
72 96.5 3.5 47.6 48.9
120 97.3 2.7 69.1 28.2
168 96.5 3.5 84.1 11.4
240 96.9 3.1 92.1 4.8
用して共役リノール酸モノグリセリドを製造する方法
反応は実施例3と同じ装置を用いて行った。CLA-80/グリセリン(1:5, mol/mol)300g とCandida rugosa リパーゼの水溶液(100mg/ml; 35000U/ml;名糖産業;リパーゼ OF)7.5mlからなる反応液を5℃で攪拌(250rpm)しながら反応を開始した。反応経過に伴い反応液の流動性が低下してきたため、エステル化率が37.7%に達した4時間後に攪拌速度を100 rpmまで落とし、エステル化率が55.8%に達した7時間後に50 rpmまで落とした。反応24時間後にエステル化率は88.1%に達し、反応液は完全に固化して攪拌の効果が全く認められなかったので攪拌を停止した。本反応で、減圧脱水しなくてもエステル化率は95%以上に達したので、反応途中での脱水は行わなかった。反応経過に伴うエステル化率及び反応液の組成を表6に示す。この低温エステル化反応により、ジグリセリド及びトリグリセリドの副成はほとんど認められず、反応終了時のグリセリド画分のモノグリセリド含量は95.4%まで上昇した。
表6
反応時間 エステル 反応液の組成(%)
(時間) 化率(%)脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド トリグリセリド
0 0 100 0 0 0
2 29.3 70.7 26.9 2.4 0
4 37.7 62.3 33.7 4.0 0
7 55.8 44.2 49.7 6.1 0
10 62.9 37.1 51.5 11.4 0
24 88.1 11.9 76.9 9.9 1.3
48 94.4 5.6 86.5 6.9 1.0
72 96.0 4.0 91.6 3.2 1.1
リセロリシス反応を利用して共役リノール酸含有モノグリセリ
ドを製造する方法
反応は実施例3と同じ装置を用いて行った。CLA-80/グリセリン(1:3, mol/mol)300gとAlcaligenes sp.リパーゼの水溶液(50mg/ml; 1800U/ml; 名糖産業; リパーゼ OF)33mlからなる反応液を30℃、250 rpmで攪拌しながら反応を開始した。エステル化率が36.4%に達した20時間後、3mmHgの減圧下で脱水しながら30時間まで攪拌しながら反応を継続した。この反応液をビーカーに取り出し、氷水につけて料理用ハンディーミキサーで攪拌したが、反応液は固化しなかったのでそのまま5℃で1日放置した。反応液は固化していたが、加温して流動性を与えた後、氷水につけてミキサーで攪拌しながら反応液を完全に固化させた後、5℃で4日放置した。反応経過に伴うエステル化率及び反応液の組成を表7に示す。エステル化率が一定値に達した後に、減圧脱水することによりエステル化率は30時間後に96.4%まで上昇した。この反応液中のグリセリド画分にはモノ、ジ、トリグリセリドが存在した。取り出した反応液を5℃で放置し、途中で反応液を攪拌固化させることにより、ジおよびトリグリセリドはグリセロリシスを受けてモノグリセリドに変換された。全反応時間、150時間でのグリセリド画分のモノグリセリド含量は90.3%まで上昇し、低温放置によりエステル化率は全く変化しなかった。
表7
反応時間 エステル 反応液の組成(%)
(時間) 化率(%) 脂肪酸 モノグリセリド ジグリセリド トリグリセリド
0 0 100 0 0 0
7 23.4 76.6 7.4 10.1 5.9
20 36.4 63.6 12.2 16.6 7.7
25 85.8 14.2 29.8 41.0 15.0
30 96.4 3.6 14.9 54.3 27.2
54 95.1 4.9 50.9 34.2 10.0
102 96.8 3.2 76.3 19.4 1.1
150 96.2 3.8 86.9 8.4 0.9
実施例3〜7で調整した反応液を加温して溶解した後、7000xgで遠心分離して油層を回収した。Na-methylate を触媒として、常法に従いグリセリド画分の脂肪酸をメチル化し、その組成をガスクロマトグラフィーにより分析・定量した。結果を表8に示す。グリセリド画分の脂肪酸組成は原料として用いたCLA-80の脂肪酸組成と同じであった。これより、Penicillium camembertii のモノ及びジグリセリドリパーゼ、Candida rugosa リパーゼ、および Alcaligenes リパーゼは、CLA-80に含まれている全ての脂肪酸種を同じように認識することが分かった。したがって本明細書で示した方法を採用すると、原料中に含まれている脂肪酸組成と同じ組成のモノグリセリドを製造することができた。
表8
共役リノール酸
試 料 16:0 18:0 18:1 c9,t11 t10,c12 c9,c11 c10,c12 others
原料(CLA-80) 6.7 2.7 17.0 33.1 33.9 0.9 1.4 1.8
実施例3 6.6 2.8 17.3 32.7 34.2 1.0 1.3 2.1
実施例4 7.0 2.5 18.1 32.3 33.5 1.0 1.6 1.9
実施例5 6.5 2.9 16.9 33.0 34.6 0.9 1.5 2.0
実施例6 7.0 2.5 18.1 32.3 33.5 1.0 1.6 1.9
実施例7 6.7 2.6 17.1 33.4 34.2 0.8 1.4 1.6
実施例5で得られた反応液200g(酸価:6.01mgKOH/g)に5N KOHを4.28ml加え、さらにサフラワー油200gを添加した。脱水後、分子蒸留機(神鋼パンテック(株))、Wiprene type 2-03)に負荷し、モノグリセリドの精製を試みた。まず、0.2mmHg、120℃で低沸点物質(7.9g)を除去した後、0.2mmHg、180℃で蒸留し、9.1gの留分を得た。この蒸留条件下で、通常遊離脂肪酸は留出してくる。それにもかかわらずモノグリセリドが留出してこないという結果は、遊離脂肪酸とモノグリセリドは分子蒸留により粗分画できることを示している。次いで、0.005mmHg、200℃で蒸留し、181.3gの留分を得た。留分の酸価は1.8mg KOH/gで、モノグリセリド/ ジグリセリド/遊離脂肪酸の重量比は97.2:1.9:0.9であった。これにより、少量混在している遊離脂肪酸を除去するために、これをケン化してから蒸留分画する方法が効果的であることを認めた。
Claims (12)
- 遊離脂肪酸が混在するモノグリセリドを含有するまたは主成分とするグリセリド生成物にアルカリを添加し、それにより該生成物中に存在する遊離脂肪酸を中和してケン化物を生成させ、さらに分子量がモノグリセリドより大きくかつケン化物と相溶性を有するジグリセリド、トリグリセリド、コレステロールエステル、ワックス類、糖エステルまたは混合物を添加してケン化物の濃度を低下させた後、これを分子蒸留に付して該ケン化物を蒸留残渣として除去することを特徴とする、モノグリセリド含有グリセリド生成物の脱酸・精製方法。
- 請求項1に記載の脱酸・精製方法であって、下記の方法で得られたモノグリセリド精製物を原料として使用する方法。
リパーゼを触媒として用い、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸とグリセリンを、エステル化またはエステル化とグリセロリシスの反応に付することを特徴とする共役脂肪酸含有モノグリセリドの製造方法。 - モノグリセリドの製造方法が、エステル化を利用する反応において、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸の1モル量に対してグリセリンを1〜20モル量使用し、温度を0℃〜20℃に設定して反応を進行させ、エステル化率が90%以上に達するまで0℃〜20℃に維持することを特徴とする、請求項2に記載の製造方法。
- モノグリセリドの製造方法が、攪拌様作用により基質と酵素の混合物をエマルションにして反応を行い、流動性が低下して固化した時点で攪拌様作用を停止し、そのままエステル化率が90%以上に達するまで所定温度に維持することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- モノグリセリドの製造方法が、反応の途中で減圧脱水を行なうことにより、エステル化の速度とエステル化率を高めることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- モノグリセリドの製造方法が、エステル化を利用する反応において、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸の1モル量に対してグリセリンを1〜20モル量使用し、温度を20℃〜70℃に設定して反応を進行させ、エステル化率が90%以上に達するまで20℃〜70℃に維持し、かつ、反応開始時から減圧脱水を行なうことにより、エステル化の速度とエステル化率を高めることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- モノグリセリドの製造方法が、エステル化とグリセロリシスを利用する反応において、共役脂肪酸を含む遊離脂肪酸の1モル量に対してグリセリンを1〜20モル量使用し、温度を20℃〜70℃に設定してエステル化反応を行い、エステル化率を90%以上に高めた後冷却し、0℃〜20℃で静置してグリセロリシス反応を進行させることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- モノグリセリドの製造方法が、攪拌様作用により基質と酵素の混合物をエマルションにしてエステル化反応を行い、エステル化率が90%以上に達した後、反応液が固化するまで強い攪拌様作用を与えながら急冷することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- モノグリセリドの製造方法が、反応の途中で減圧脱水を行なうことにより、エステル化の速度とエステル化率を高めることを特徴とする、請求項7または8に記載の方法。
- モノグリセリドが共役脂肪酸を全脂肪酸中50重量%以上含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 共役脂肪酸が共役リノール酸である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 全グリセリド中のモノグリセリドの割合が50重量%以上である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
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