JP2003064394A - 油及び脂肪の酵素的な分裂方法 - Google Patents
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Abstract
パーゼの使用により、脂肪酸及びグリセロールを得るた
めの油及び脂肪の酵素的な分裂のための方法を提供す
る。 【解決手段】分裂反応を、分裂反応の速度低下がまだ不
連続的に操作されたループ反応器を使用して予め設定さ
れた値以下である分裂度までのみ実行する。ここで、得
られる脂肪酸は、自己洗浄性の遠心分離機中で分裂した
脂肪酸を含む部分的に分裂した有機相から第一の分離に
よって部分的にのみ分裂したグリセロールを含む水相で
ある反応混合物から分離される。その後、脂肪酸は、部
分的に分裂した有機相から分離され、遊離の脂肪酸がな
い有機相の残留物は、分裂の過程へフィードバックされ
る。
Description
る、天然の油及び脂肪の、即ち油及び脂肪のトリグリセ
リドの、グリセロール及び脂肪酸への、酵素的な分裂
(splitting)即ち開裂に関する。
られてきており、産業において主として実行される圧力
分裂(pressure splitting)に反して、かなりの原理的
な利点を提示する。酵素的な分裂を、室温でさえ、酵素
及び油又は脂肪に依存して、通常の圧力で実行すること
ができる。
ものであることは、長い間知られてきている。産業上の
バイオテクノロジーの技術進歩は、また今日利用可能で
脂肪の分裂に適切な酵素を提供した。このような利用可
能な酵素は、例えば、多くの洗剤で使用される。しかし
ながら、主として非常に長い分裂時間の高い酵素消費及
び酵素の脂肪の分裂における結果として生じる低い効率
のために、酵素的な分裂は、産業で良好に確立されてい
る大規模な圧力分裂に対する産業上の代替方法にはなら
なかった。酵素の消費を低下させる多数の試みの大部分
に起こった主要な問題は、次の出版物、‘Contin
uous Use of Lipases in Fa
t Hydrolysys’,M.
ce Technology 89/Dec.87,5
98乃至605頁、‘Enzymatische Fe
ttspaltung’,M.
ce Technology 89/Nr.4/198
7,156乃至164頁、‘Oleochemical
s by Biochemical reaction
s?’,M.
ce Technology 94/No.3/199
2,82乃至94頁に記載されている。
の酵素(いわゆるリパーゼ)を使用する酵素の脂肪の分
裂は、これらの出版物に記載されている。この分裂技術
によって、油又は脂肪は、それぞれ、グリセロール及び
遊離の脂肪酸へ分裂する。グリセロールは、水相へ移動
するのに対して、有機相は、最終的に遊離の脂肪酸のみ
が有機相に残るまで、遊離の脂肪酸がますます濃縮す
る。
た酵素の活性は、時間と共に大いに減少し、その減少
は、触媒的に転化された製品の量からほとんど独立であ
る。この減少を、酵素のさらなる添加によって補償する
ことができるが、しかしながら、時間に依存して変動す
る酵素の消費を、回避することができない。分裂反応
(splitting reaction)の過程では、反応速度又は分裂
速度は、ますます減少し、酵素消費は、増加する。これ
は、酵素的に触媒された加水分解が平衡反応であるとい
う事実による。水相におけるグリセロール及び有機相に
おける脂肪酸の濃度が増加すると共に、反応速度は、遅
くなり、最終的には漸近的に平衡濃度に接近する。従っ
て、100%近くの所望の分裂度(splitting degree)
は、非常に長い反応時間の後にのみ達成することができ
る。この長い反応時間は、酵素活性の高い損失に不可避
的に帰着する。反応時間を、水相中のグリセロール濃度
を低下させることによって短くすることができるが、し
かしながら、これは、分裂反応において得ることができ
るグリセロールの濃度が低いことを意味し、水相のより
高い割合によって、水/グリセリン相は、水相と共に放
出されると共に再び使用することができない、そこに溶
解するより多くの酵素を有する。
の境界で起こり、相の境界に存在する酵素及び相の境界
に存在するトリグリセリドのみが、分裂反応に寄与する
か又は関係する。分裂度を増加させると、グリセリドと
してまだ化学的に結合した脂肪酸の占有密度即ち濃度
は、遊離の脂肪酸と比較して、相の境界で減少するの
で、反応は遅くなる。反応速度は、中間境界面を増加さ
せることによって加速させることができる。しかしなが
ら、これは、相の境界での酵素の占有密度又は濃度が変
わらないままであるように酵素の量を増加させることを
要求する。しかしながら、酵素の添加によって反応速度
を増加させる効果は、限定される。最大の濃度では、酵
素のどんなさらなる添加も、もはや反応を加速すること
に寄与しない。しかしながら、酵素の消費は、それによ
って顕著に増加するので、酵素の量及び相の境界の表面
積の最適な調節は、必ずしも容易には得られない。
ールを含む水相を分離するための分離ステップの間に、
酵素の量は放出され、さらなる使用のために回収させる
ことができない。添加された酵素の量と同様に有機及び
水相を激しく混合することにより中間境界面を増加させ
ることによって反応速度を増加させることができること
は正しいが、酵素の相の分離、回収、及び再使用法は、
それによってより困難になる。
は、分裂を受けることになる水と油の連続的な多段式向
流系(continuous multistage counterflow system)で
起こる。グリセロールを含む水相、及び分裂した遊離の
脂肪酸を含む有機相を分離すると共に、中間即ち界面の
層を生成する。この界面の層は、乳濁状(emulsion-lik
e)であり、酵素の大部分を含む。その過程に対してこ
の酵素を回収し酵素の消費を減少させるために、前述の
出版物“Continuous Use ofLipa
ses in Fat Hydrolysis”による
過程を、次のように実施する。最初に、油を、混合反応
器中で連続的に分裂させる。遊離の脂肪酸の他に、水、
グリセロール、モノ及びジグリセリド、酵素だけでなく
まだ分裂してない油を含む反応生成物を、固い壁のボウ
ルの遠心分離機(solid wall bowl centrifuge)へ与え
る。遠心分離機は、グリセロールの水相と有機相との間
の界面の層が有機相と一緒に放出されるように調節され
る。界面の層を含む有機相は、新鮮な水/酵素の混合物
が供給される第二の混合反応器中に供給される。第二の
反応器の反応生成物は、しかしながら界面の層がグリセ
ロールを含む水相と一緒に放出されるような、及び放出
された遊離の脂肪酸が界面の乳濁層にないような、様式
で調節されるさらなる固い壁のボウルの遠心分離機中に
供給される。水相は、第一の反応器(混合器)中へ再利
用されるので、界面の乳濁層に含まれる酵素の量は、過
程に再び供給される、即ち戻して加えられる。第二の反
応器の中で達成される分裂度は、98%までであるの
で、第二の反応器から得られる最終反応生成物の蒸留の
後、遊離の脂肪酸の収率は、かなり高い。しかしなが
ら、この種の反応スキームでさえ、確立された大規模な
圧力分裂過程と比べて実際に競合する過程を提供しな
い。
過程を考慮に入れた酵素の油又は脂肪の分裂方法を提供
することである。
の各一つの特徴によって達成される。有利なさらなる実
施例は、従属請求項で定義される。本発明の特徴は、短
い反応時間及び減少した酵素の消費を提供する。
れらの多数の試みの間に、本出願の発明者は、いくつか
の基礎的及び本質的な態様において上述の出版物に示さ
れる過程のスキームから外れることが必要だったことを
評価した。
って、発明者は、従来、高い程度の分裂又は転化まで実
施されるような酵素的な分裂で、遊離の脂肪酸の所望の
収率を得ることから既に外れた。代わりに、本発明のこ
の態様による酵素的な分裂は、単に、過程のかなりの減
速が起こらない分裂度に一致する、比較的小さな分裂度
に到達するまで実行する、即ち実施する。言い換えれ
ば、反応速度が予め設定された値よりも落ちるとき、分
裂反応は止められる。このような分裂度は、通常、約8
0%から90%までの間にあり、結果として商業的に適
用可能な過程に必要と従来考えられた分裂度の値以下で
ある。次に遊離の脂肪酸は、酵素から遊離した有機相か
ら分離され、グリセリドとして化学的に結合した脂肪酸
をまだ含む残留物を、フィードバックする即ち再利用し
て、分裂を受けることになる新鮮な油又は脂肪と混合す
る。この様式において、次に、再利用されたグリセリド
は、さらなる酵素的な分裂過程を受ける。酵素の脂肪又
は油の分裂を、約80%の分裂度のみまで実行するとす
れば、これは、非常に短い時間で可能である。後に遊離
の脂肪酸が、このような様式で部分的に分裂する油又は
脂肪から抽出されるとすれば、及び、化学的に結合した
脂肪酸(トリグリセリド)が分裂の過程へ戻される即ち
フィード・バックされるとすれば、油又は脂肪の最終的
な完全な分裂に対して断念する必要なしに、酵素の消費
を徹底的に減少させることができる。酵素的な分裂過程
は、水及び有機相の間における相の境界でのグリセリド
の不足によって反応速度が著しく遅くなる、上述の重大
な過程の条件に入らない。
計算することができる理論的に可能な酸価で割った測定
された酸価の比率として、決定される。好ましくは、酸
価は、標準の共通の方法による滴定によって測定され
る。代わりに、グリセロールの水相の密度を、分裂度に
対する測定値として得ることができる。
成物から遊離の脂肪酸を分離するために、好ましくは、
減圧蒸留法、即ち好ましくは、(時々、分子蒸留と呼ば
れる)穏やかな短い経路の蒸留(short path distillat
ion)が適用される。C14乃至C22の脂肪酸の鎖の
長さの範囲をもつ脂肪及び油の場合には、あたかも最も
自然な脂肪及び油に対して正しいことを保持するよう
に、遊離の脂肪酸を、部分的に分裂した開始の生成物、
即ち脂肪又は油から、問題なしに蒸留によって分離する
ことができ、任意の適切な量のグリセリド、又は言い換
えれば、グリセリドとしてまだ化学的に結合した任意の
適切な量の脂肪酸から同時に蒸留することなく除去する
ことができる。約80及び90%の間の分裂度の場合に
は、モノ及びジグリセリドとして化学的に結合した脂肪
酸の量は、驚くほど小さい。主要な部分は、まだ分裂し
てないトリグリセリドから成る。さらに、残留物が分裂
反応へ再利用されるので、蒸留ステップの残留物に残る
脂肪酸の量は、損失に至らない。
遊離の脂肪酸を、吸着の分離方法(例えば、カラムクロ
マトグラフィー)によって分離することができるかもし
れない。都合良くは、減圧蒸留による遊離の脂肪酸の蒸
留のために、流下薄膜(falling-film)若しくはダウン
フロー(down-flow)蒸発器又は短い経路の蒸留装置の
ような減圧薄膜蒸発器(vacuum-thin film-evaporato
r)が、バブル蒸留(bubble distillation)技術と比較
すればこれらの蒸留技術がより温和であると共にとりわ
け連続的に実行することができるので、使用される。さ
らに、これらの蒸留技術は、本質的に約5%乃至10%
の液体の残留物を、そうでなければ蒸留フィルム(dist
illation film)が剥がれるか又は壊れるかもしれない
ので、要求する。従って、それは、本発明によって比較
的小さな分裂度をまだ示す反応生成物が減圧蒸留装置に
供給されるとき、かなりの利点を構成する。蒸留装置を
残す底を再利用する前に、好ましくは脱ろう、防寒及び
漂白のような化学物理的な既知の手段によって、ろう又
は他の望まれない物質及び副産物は分離される。そうで
なければ、これらの物質は、再利用する過程の中で濃縮
されるかもしれない。
な分裂を連続的な分裂によってのみ98%の分裂又は転
化の程度に到達するようにこのように実施した過程と比
較して、徹底的に短縮することができるかもしれない。
これは、例えば高オレイン酸ヒマワリ油に対して証明さ
れた。さらに、本発明における酵素的な分裂の比較的初
期の打ち切りは、時間の経過と共に酵素活性の上述の減
少によって酵素の損失を強く減少させた。98%程度の
分裂度まで働くことに比較して、酵素活性が著しく減少
する前に分裂反応が止められるので、これらの損失を著
しく縮小させることができる。従って、過程は、酵素の
脂肪の分裂を、圧力分裂より少ないコストで実施するこ
とができるようなものである。従って、最初に、発明の
第一の態様による過程は、確立した産業の圧力分裂に対
する有利な代替法として酵素的な分裂を使用する可能性
を提示する。
て、過程の時間及び酵素の消費は、グリセロールを含
む、より重い水相、及び脂肪酸を含む、より軽い有機相
の分離に対して、自己洗浄性の遠心分離機(self-clean
ing centrifugal separator)、いわゆる自己放出(sel
f-discharge)をもつ分離機を使用することによって、
かなり改善することができる。遠心分離機は、有機相も
水相も、分離された水及び有機相の間の相の境界即ち界
面で生成する乳剤相を構成すると共に実質的な量の酵素
を含む適切な量の上述の界面の乳濁相を含まないよう
に、調節される。遠心分離機は、この界面の乳濁相が、
好ましくは分離機のディスク・スタック(diskstack)
の領域にある分離機のボウルの内部の分離区域で蓄積す
るように調節される。ディスク・スタックは、自己洗浄
性の遠心分離機の分離区域内にあり、前記の乳濁相を蓄
積するのに適切である任意のディスク、リップ(rip)
又は翼状の構造であり得る。
am)の直径及び放出管(dischargepipe)の逆圧を選択
し調節するような既知の手段によって達成される。両方
の相、水相及び有機相は澄んでおり乳濁なしに放出され
るとき、適切な調節を達成する。一般に、両方の相は、
分離機の動作中に流れて、観察され得る。
は、通常、液/液相分離の間に分離機のディスク・スタ
ックにおけるそのかなり量の中間即ち界面の層の蓄積を
回避するので、主として遠心分離機のための普通でない
調節を表わす。代わりに、分離される液体間のどんな中
間の層もできるだけ小さく、その層が、主として生成さ
れる相でなく分離機に蓄積しない相と一緒に放出される
ことを一般に注意する。主として、これは、また前述の
出版物の系に対して正しいことを保持し、ここで中間又
は界面の乳濁層は、第二の連続的に操作される固い壁の
ボウルの遠心分離機の後で、水相と一緒に放出され、次
に第一の混合反応器にフィードバックされた。
層は、遠心分離機に蓄積され、分離機のボウルの周期的
な放出によって不連続的に放出され、酵素を含む放出さ
れ蓄積された中間の層は、再使用される。連続的に放出
され流れ出る有機相及びグリセロールの水相が、中間の
層の同時に放出される量によってどんな乳濁又は曇りを
示し始めるときはいつでも、周期的なボウルの放出を達
成することを推薦できる。この断続的なボウルの放出
で、また水相及び有機相が完全に放出されるという事実
は、すべての相が分裂の過程へ再利用されるので、不都
合ではない。
軽い脂肪酸の有機相と一緒に任意の適切な酵素の量の放
出は、回避されるので、事実、実際に、相当な酵素量が
失われない。酵素の主要な部分は、分離機のディスク・
スタックに蓄積し、不連続的に十分又は部分的なボウル
の放出によって回収され再使用され得る。十分なボウル
の放出の代わりに、部分的なボウルの放を適用してもよ
いが、しかしながら、それらを、中間の層を可能な限り
完全に放出するように調節するべきである。
相と一緒に放出することによる酵素の損失は、徹底的に
低下させることができる。避けられない酵素の経年変化
による時間依存の酵素消費との比較で、本発明の過程の
放出損失は、非常に小さい。
酵素の損失を達成するための本発明のさらなる開発は、
追加の自己洗浄性の洗浄(polishing)即ち浄化遠心分
離機を使用することに存する。この追加の洗浄分離機
は、単一の分裂の段階の分離機の後に、又は複数の分裂
の段階の最終的な分離機の後に、直接提供されると共
に、そこから放出された有機相を受け取る。好ましく
は、追加の洗浄分離機は、ディスク・スタックをもつ自
己洗浄性の遠心分離機の形態で提供される。この分離機
は、沈降した固体、即ちこの場合には酵素、及び水相の
分離可能な残りは、ボウルの壁に付着するように調節さ
れる。
の量は、不連続なボウルの放出によって再び得られ、分
裂の過程へ再利用される。有機相の分離のために自己洗
浄性の遠心分離機を使用することによって、本発明は、
ループ反応器(loop rector)において、即ち言い換え
れば、バッチで、分裂の過程を不連続的に実施する可能
性を特に提示する。これは、上述の出版物に記載された
システムと対照的である。不連続の過程の目的に関し
て、以下の過程を、本発明の第三の態様によって採用す
ることができる。油は、第一のループ反応器に満たさ
れ、油(又は脂肪)、水、及び酵素の反応器内容物を循
環させるためのこの反応器の循環ループ(circulation
loop)は、その時には活動中ではない。同時に、第二の
ループ反応器は、活動中の再循環ループをもつ分裂反応
を実施し、第三のループ反応器は、その時間に自己洗浄
性の遠心分離機によって放出され、それにより、分離機
中の遠心過程によって、放出された反応混合物は、グリ
セロールを含む水相、脂肪酸を含む有機相、及び上記の
中間の層を構成する、酵素を含む界面の乳濁相へ分離さ
れる。後者は、分離機から間隔的に不連続的に放出さ
れ、新鮮な酵素が補われ、反応器へ戻される。
れる循環ポンプ中で発生するそのような循環及びせん断
力は、異常に大きな中間の境界面を生成するので、分裂
反応を非常に高い酵素レベルで実施することができる。
さらに本発明の第一の態様によって、80%乃至90%
の分裂度のみが到達されるとき、供給された水の量を、
相当に減少させることができ、以前には可能でなかった
高度に増加したグリセロール濃度をもつ水相を得ること
は可能である。反応時間は、30%以上のグリセロール
濃度でさえ必ずしも著しく延長されない。このような高
いグリセロール濃度は、従来実行可能ではなかった。さ
らに、酵素中間の層の分離は、高いグリセロール濃度に
よって促進される。
の態様による操作モードは、上述の先行技術とは対照的
に、わずか1時間の短い時間枠の中で93%までの分裂
度に到達する。この程度では、単一の段階の短い経路の
蒸留を、本発明の第一の態様によって、問題なしに実行
することができる。しかしながら、95%以上の分裂度
の場合には、これは、既に述べた理由により、むしろ非
常に困難であるかもしれない。
物が分裂の過程へ再利用されると、そうでなければ通常
のように、複数の連続の蒸留段階又は脂肪酸を分離する
ための他の分離手段を提供する必要なしに、材料は、完
全に転化される。
つのステップのループ反応器と共に、即ち二つの脂肪の
分裂ステップ又は段階と共に、本発明によって特に有利
に実行することができる。そうすることにおいて、好ま
しくは、最終分裂度の約三分の二は、第二の段階のグリ
セロールを含む水相が水相として使用される第一のステ
ップ又は段階で、既に到達する。所望の分裂度の約三分
の一は、水相として新鮮な水が供給される第二のステッ
プ又は段階で達成される。この様式において、90%以
上の分裂度もまた、より著しく長い反応時間を受け入れ
る必要なしに得ることができる。両方の段階は、さらに
上述されるように、バッチで及び間隔的に放出されるそ
れ自体の酵素の再循環を有する。新鮮な酵素は、主とし
て酵素の経年変化を補償するために、各段階の循環した
酵素に加えられる。しかしながら、水及び有機相と共に
放出によって引き起こされる酵素の損失は、本発明によ
れば重要ではない。
態様における全て又は二つを組み合わせるとすれば、分
裂の過程は特に有利である。しかしながら、それらの各
々は、本発明の基礎となる問題も単独で解決することを
認識しなければならない。完全な転化のための反応時間
を、二つの時間のみの過程の時間に対するさらなる過程
の最適化なしで、短縮することができるかもしれないと
共に、酵素の消費は、過程に投入される油の0.02重
量%まで減少させることができるかもしれない。この値
は、前述の追加の洗浄遠心分離機を使用することによっ
て、さらに低下させることができるかもしれない。
よる過程は、また大規模な高い圧力分裂と比較して優れ
ている。酵素の消費のコストは、圧力分裂プラントに必
要な相当な投資に対する償却コスト以下にあり、酵素の
分裂は、定性的により高度の生成物を提供し、エネルギ
ー消費は、明らかにより低く、過程は、安全に関して技
術的に問題ではない。生成物は、低温及びより少ない副
産物(分裂反応の副反応で生成された分解生成物及び望
まれない生成物で、それらは、不飽和脂肪酸を有する油
と共に生じる)のために、それらが示すように特に高く
格付けされる。材料を、さらなる圧力分裂過程を受ける
必要なしに、酵素的な分裂によって単独で完全に分裂さ
せ転化することができる。
うに、酵素として非特異的なリパーゼ、又は非特異的及
び特異的なリパーゼの混合物を使用することは好まし
い。適切な酵素を、実施例に示す。
発明による過程を特異的な酵素のみと共に実行すること
ができ、このように、それは、例えば、モノグリセリノ
ールアート(monoglycerinoleate)、又は他のモノ若し
くはジグリセリドを生成することができる。この場合
に、蒸留の残留物中のモノグリセリノールアートを最大
にすることは都合が良く、それは、本発明の特徴と共に
全く可能である。
による過程は、食用油のアルカリ精製過程からのいわゆ
る石鹸の原料(soap-stock)に含まれるモノ、ジ及びト
リグリセリドを分裂させることにも適切である。この様
式において、石鹸の原料は、中性油の先行するけん化な
しで、定量的に脂肪酸に転化することができる。この目
的のために、石鹸において化学的に結合した脂肪酸は、
好ましくは分裂の前に、酸の添加を通じて放出される。
好ましくは、緩衝溶液は、分裂の過程に関する水及び酵
素に加えて使用される。可能な解決方法は、好適な実施
例中に示される。
及び添付した図面を参照して説明する。
高オレイン酸ヒマワリ油を使用した。多数の以前の研究
所の試みが示してきたように、本発明の利点は、それ
は、実際には、すべての油及び脂肪に、特にオレイン酸
の通常の含有量を有する従来のヒマワリ油にもまた適用
可能であるということである。好ましくは、(酵素反応
を阻害する材料がない)軟水の緩衝溶液及び酢酸ナトリ
ウム/酢酸を水相として使用した。しかしながら、その
酸とともにナトリウム又はカリウムの塩、炭酸塩、クエ
ン酸塩、又はリン酸塩のような他の緩衝剤もまた酵素の
活性を最適化するために、可能性がある。
合する、本発明による二段階の脂肪の分裂の配置を示
す。図1は、産業プラントに対する可能な処理能力容量
に関する例を示す。各場合において対応する循環ループ
をもつ三つのループ反応器を含む、二つの脂肪の分裂ス
テップ即ち段階1及び2を提供する。反応器を、上述の
ように断続的に操作する。ある段階における三つの反応
器の各々に提供される循環ループは、図面に示す渦巻き
ポンプによって、及びポンプに先行する熱交換器によっ
て実施される。反応器は、例えば、攪拌機をもつガラス
又はステンレス鋼からなる。さらに、遠心分離機は、各
段階に対してディスク・スタックをもつ自己洗浄性の遠
心分離機の形態で提供される。脂肪酸を有する有機相が
放出される、第二の分裂の段階における分離機の出口
は、短い経路の蒸留手段に接続され、そこで遊離の脂肪
酸を分離するための減圧蒸留が達成される。蒸留の残留
物又は底は、攪拌器手段を含む結晶器に供給され、そこ
でろうの結晶化が達成される。固体の物体として結晶し
てきた、ろうの結晶化手段から取り出された残油及び運
搬ろう(carrying wax)及び他の高沸点の副産物は、ポ
ンプによってフィルタ装置へ導入され、フィルター処理
によりこれらの副産物から供給される。次に、精製され
た油は、分裂の過程における第一の段階へ戻して実施さ
れる。
セリド及び酵素が供給される。さらに、酵素溶液は、自
己洗浄性の遠心分離機のどの断続的なボウルの放出でも
得られ、それぞれの放出される分離機がその時に接続さ
れる、満たされることになる同じ段階の反応器中へ戻さ
れる。このように、同時に放出される遊離の脂肪酸の分
離された部分と一緒に酵素、まだ分裂してないトリグリ
セリドなどは、同じ段階又はステップの循環で残る。こ
れによって、二つの段階の異なる質の開始の生成物が逆
混合することは予防される。バック即ち逆反応の危険性
は、このようにしてもまた減少する。最終的に、グリセ
ロール水溶液が、分離されるより重い液相として第一の
段階の分離機から取り出され、このようにさらなる処理
に提供することを述べるべきである。
つ本発明による過程は、図によって説明される。
ければならないが、しかしながら、発明による過程の最
適な限界値をまだ満たさない。 1A 分裂 1)開始の相 第1の脂肪の分裂:(新鮮な酵素を伴う) 第一の段階の反応器には、30.0kgの、4の酸価を
もつ(DIN53169及びDIN53402による水
酸化カリウム溶液に対する滴定によって確認された)D
r.Frische GmbH社の生の精製してない高
オレイン酸ヒマワリ油90プラス(登録商標)が、12
重量%のグリセロールを有するグリセリン/水の溶液か
らなり、3.0gの酢酸ナトリウムで緩衝された7.0
kgの緩衝溶液と一緒に投入される。油及び緩衝溶液の
投入された混合物は、第一の段階の反応器に供給され、
渦巻きポンプによる撹拌の下で循環され、35乃至40
℃まで加熱される。その後、30gの酵素‘candi
da rugosa’OF360(Meito San
gyo,Japanからの粉末状固体の物体の形態にあ
るリパーゼ、360000U/g(単位/g))を加え
た。
される。50分後に、図2により、滴定によって決定さ
れた酸価は、総計135に達し、68%の分裂度に対応
する。分裂度は、滴定によって測定され、過程において
投入される油に対して予測され得る遊離の脂肪酸及び副
物質(side substance)又は副産物の混合物に対して計
算される理論的な酸価(約199)で割られた、酸価
(今の場合には135)から結果として生じる。ここ
で、その混合物は、もはや撹拌されず、もはや循環しな
い。攪拌器及び循環ポンプの両方のスイッチを切った後
約5分で、安定した混合物は、分離された相、脂肪酸を
含む有機相及びグリセロールを含む水相、を得るために
第一の段階の遠心分離機(Westfalia社の分離
機AGのセルフクリーニング・ディスク・スタック遠心
分離機SA1−01)における遠心分離を受ける。この
分離過程の間に、遠心分離機を通じたおよそ40kg/
時の反応器内容物の流れ、及び分離機のボウルは、15
分ごとに完全に水力学的に放出される。
は、ボウルの放出生成物として得られる。放出生成物
は、有機相と水相の間の乳濁層で濃縮された酵素を含
み、油、水、酵素及び緩衝溶液で満たされるか投入され
ようとしている第一の段階の反応器に供給される。水相
は、約36重量%まで分裂することによって生成するグ
リセロールが濃縮される。遊離のオレイン酸を有する液
体の有機相は、ほとんど水相がなく、小さな残量の酵素
のみを含む。遠心分離機を介して反応器の容器を放出し
処理するとき、有機相の酸価は、相分離の間に起こるさ
らなる分裂によって142である。
満たされようとしていると共に、次の反応の終了に混合
した後、新たに148の酸価を有する(図3)、第二の
脂肪の分裂段階における反応器に供給される。同じ反応
器には、軟水から新鮮に調製された7.0kgの緩衝溶
液、3gの酢酸ナトリウム及び30gの前述のリパーゼ
が供給される。60分後に、酸価は、190以上であ
り、95%以上の分裂度に対応する。ここで混合物は、
もはや撹拌されず、もはや循環せず、第一の段階の場合
におけるのと同じ条件下で第二の段階の分離機によって
分離される。オレイン酸が濃縮された澄んだ有機相は、
この分離ステップの間に、分離機のより軽い相の側から
流れる。有機相から取り出されたこれは、短い経路の蒸
留を受ける。
溶液中のグリセロールは、重い相として遠心分離機から
離れて流れて、満たされようとしている第一の段階の反
応器へ戻される。酵素が濃縮された約2kgの乳濁相
は、ボウルの放出生成物として、結果として生じる。こ
れは、第二の段階に満たされようとしている反応器に供
給される。
階(ここではまだ開始の相)の水/緩衝溶液の12重量
%のグリセロールと一緒に、30.0kgの前述の油が
投入される。この混合物は、渦巻きポンプによって撹拌
することにより循環され、35乃至40℃まで加熱され
る。その後、酵素及び前述のタイプの3gの新鮮なリパ
ーゼが濃縮された乳濁に対応する‘開始の実験’の第一
の分離機段階の2kgのボウルの放出生成物もまた加え
る。
り、約68%の分裂度に対応する。ここで、混合物は、
開始の相におけるように分離され、重い相の側で、グリ
セロールの約36重量%をもつ水溶液中のグリセロール
は、流れ出て、過程から取り出される。
第一の段階の有機相を得る。反応器の内容物を混合した
後、この相は、142の酸価を有する。さらに、反応器
には、‘開始の実験’における第二の分離機段階の2k
gのボウルの放出生成物、即ち、酵素及び補給用の5g
の前述のタイプの新鮮なリパーゼが濃縮された乳濁も
7.0kgの上記の緩衝溶液も供給される。
5)、93%の分裂度に対応する。反応生成物の放出
は、開始の相におけるように達成され、流れ出るオレイ
ン酸が濃縮された澄んだ有機相は、185の酸価を示
す。12重量%のグリセロール水/緩衝溶液は、分離さ
れ、分離機から流れ出る。約2kgの酵素が濃縮された
乳濁は、ボウルの放出によって得られる。
ような様式で得られる生の脂肪酸(酸価184)は、可
能性のある少量の湿気を分離するための前の脱ガス段階
と共に、中間の容器として役立つ200リットルの樽に
集められ、UIC,Alzenau−Horstein
社タイプKD10の減圧の短い経路の蒸留デバイスにお
いて、短い経路の蒸留を受ける。例えば、蒸留を、0.
014mbarの全圧力で、及び191℃で実行する。
次に、連続的に供給されてきた約重量8%の脂肪酸は、
これらの条件下で沸騰することなく、残留物として蒸留
手段の底に放出される。粗製の生成物における残りの9
2重量%を、199乃至200の酸価をもつオレイン
酸、及びより低い蒸気圧をもつ脂肪酸の形態にある最も
少量の副産物としてのみ蒸留する。この値は、測定精度
の範囲内で、理論上計算された酸価に一致する。(値
は、少量のより短い鎖の長さのより容易に揮発する脂肪
酸によって、理論的な酸価よりわずかに高い。) 残留生成物は、脱ろうを受け、それによって、今のより
高い脂肪酸(C22及びより長い鎖の長さ)、ろう及び
油の他のより高沸点の副産物は、固体の物体として結晶
し、濾過によって分離される。
に研究所規模でアリコートとして実行した。これもま
た、予備テストが、水による油の酵素的に触媒された転
化と比較して非常によい条件を研究所規模で調節するこ
とができることを示したので、正当化された。
rische GmbHによる91.5gの生の精製し
てない高オレイン酸ヒマワリ油90プラスと一緒の9
1.5gのろ過された残留生成物、及び第二の分離機段
階における46.0gの前記緩衝された12重量%の水
中のグリセロール溶液を、調製して、1000回転/分
で磁石の攪拌器で混合した。混合物の酸価は、総計64
までになる。それをすると同時に、反応混合物を、湯浴
で約40℃まで加熱する。反応混合物を40℃まで加熱
した後、前述のテストに対して適切な量である19gの
量の前述のタイプのリパーゼを加えて、反応を、酸価に
よってモニターする(図6参照)。酸価の推移は、油の
残留物の再利用が効率に関して過程を改善することを示
す。
35乃至40℃に維持した。しかしながら、一般に、本
発明による過程を、約20℃及び90℃の間で実行する
ことができる。下限は、混合される液体の流動性によっ
て決定されるのに対して、上限は、酵素の熱安定性及び
液体混合物における最低の沸点によって決定される。
る、例えば、3つのステップで既に、グリセロール濃度
を顕著に増加させることができる。
び第三の解決方法の態様によって、短時間の注目すべき
高い分裂度を達成することができた後に、テスト実験の
開始の相が示すように、それは95%以上に到達するこ
とができる。しかしながら、この点において、第一の態
様による手続き的アプローチは、より困難である。
分裂度は、広範囲に変動し得る。推薦可能なのは、80
%以下の値ではなく、過程の容量を十分に活用すること
ができるように、好適な値は90%以上である。
は、それは、また60%ほどの低い分裂度で働き得るか
もしれない。
のエチルエステルに首尾良く適用されてきた。一般に、
酵素的に分裂可能なエステルを、本発明の第二及び第三
の態様による利点で分裂させることができる。第一の解
決方法の態様によって過程を適用する可能性は、過程の
中で生成されるアルコール及び脂肪酸の成分に依存す
る。
て、1Aで概説したように、さらなる実施例を実行し
た。二つの分裂の段階内における30分の滞在時間の後
のみ、例1において60分後に達成された程度に対応す
る分裂度を、この実施例で達成することができるかもし
れない。
代わりに酵素としての60gのOF360及び脂肪とし
ての牛脂(bft:漂白できる特選の牛脂)を使用し
て、実行した。牛脂は、従来の圧力の脂肪の分裂プラン
トにおいて一般的に高圧の加水分解を受ける牛脂の質に
対応する質を有していた。また、高オレイン酸ヒマワリ
油の容易さにおけるように、約93%の同じ高い分裂度
は、30分後のみに到達することができるかもしれな
い。
の非特異的な酵素OF360(60g)及び、トリグリ
セリド骨格の1,3の位置に化学的に結合した長い鎖の
脂肪酸を特異的に分裂させることができる(Novoz
ymes A/S,Denmarkによる液体状200
00U/gの1440gの)酵素Novozym388
の混合物(1500g)を使用して実行した。言い換え
れば、Novozym388は、1,3の位置に対する
良好な位置特異性、2の位置に対する乏しい位置特異性
を有するのに対して、典型的な非特異的な酵素としての
OF360は、1,3の位置におけるエステル結合を単
に非常に遅く分裂させる。更に、60%のエルカ酸を有
する30kgのハナマ油を、ヒマワリ油の代わりに当て
た。1Aにおけるような同じ条件を使用して、80%の
分裂度を達成することができるかもしれない。同様に、
1B及び1Cで概説した方法のステップをこの例に連続
的に適用することができるかもしれない。この結果は、
Novozym388が、エルカ酸の場合に主として占
められる1,3の位置に対する良好な位置特異性を有す
るという、及び非特異的な酵素OF360もまた存在し
ていたという事実によっていた。1,3の特異的な酵素
及び非特異的な酵素のみを使用することは、同等な好結
果を表さなかった。
低下が、その速度低下が反応時間が増加する共に大きく
なるように変動することを示す。
る例の概略図を示す。
加する酸価を示す図である。
加する酸価を示す図である。
加する酸価を示す図である。
加する酸価を示す図である。
加する酸価を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 生体触媒として作用するリパーゼを利用
する脂肪酸及びグリセロールを得るためにトリグリセリ
ドを酵素的に分裂させる方法であって、 トリグリセリド、水、及びリパーゼを含む混合物を調製
するステップ、 前記混合物にグリセリド分裂反応を、前記混合物に対す
る前記分裂反応の速度低下が予め設定された値以下であ
る、予め決められた分裂度に到達するまで、受けさせる
ステップ、 グリセロールを含む水相及び分裂した遊離の脂肪酸を含
む部分的に分裂した有機相を含む、前記分裂させるステ
ップの前記反応混合物から、 第一に前記分裂した遊離の脂肪酸を含む前記部分的に分
裂した有機相から前記水相を分離することによって、 次に前記分離された部分的に分裂した有機相から前記遊
離の脂肪酸を分離することによって、得られる前記脂肪
酸を分離するステップ、並びに前記分裂させる過程へ、
前記遊離の脂肪酸のない前記有機相の、得られた残留物
をフィードバックするステップ、を含む方法。 - 【請求項2】 前記分裂反応は、60%及び95%の間
における分裂度に到達するまでのみ実行され、 前記遊離の脂肪酸を分離するために、前記分離された部
分的に分裂した有機相は、短い経路の蒸留及び流下薄膜
蒸留から選択される減圧蒸留を受ける請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 生体触媒として作用するリパーゼを利用
する脂肪酸及びグリセロールを得るためにトリグリセリ
ドを酵素的に分裂させる方法であって、 トリグリセリド、水、及びリパーゼを含む混合物を調製
するステップ、 前記混合物にグリセリド分裂反応を受けさせるステッ
プ、 分裂した遊離の脂肪酸を含む有機相から前記分裂させる
過程で得られたグリセロールを含む水相を分離するため
に、前記反応混合物を自己洗浄性の遠心分離機へ供給す
ることによって、前記分裂反応の前記反応混合物に遠心
分離ステップを受けさせるステップ、 前記水相と前記有機相の間で発達すると共にリパーゼが
濃縮された界面の乳濁状の層が前記分離機内に蓄積する
ように前記分離機を調節するステップ、 予め決められた時間の後に前記遠心分離機にボウルの放
出を受けさせるステップ、並びに前記グリセリドを分裂
させるステップへ前記分離機の前記放出されたボウルの
内容物をフィードバックするステップを含む方法。 - 【請求項4】 生体触媒として作用するリパーゼを利用
する脂肪酸及びグリセロールを得るためにトリグリセリ
ドを酵素的に分裂させる方法であって、 トリグリセリド、水、及びリパーゼを含む混合物を調製
するステップ、 単一の脂肪を分裂させる段階、又は複数の脂肪を分裂さ
せる段階の各一つに対して、循環ループが供給されると
共に、内容物をポンプ手段によって循環させることがで
きるように操作可能である、複数の並列の分裂ループ反
応器を提供するステップ、 前記反応器が満たされる間、前記反応器の前記循環ルー
プは活動せず、前記混合物を前記反応器の最初の一つに
供給するステップ、 同時に分裂の操作モードにおいて、活動中の循環ループ
とともに、同じ段階の第二の反応器を操作するステッ
プ、 同時に、前記循環ループが活動せず、前記反応器の内容
物は、遠心分離機へ放出されるように、前記同じ段階の
第三の反応器を操作するステップ、 分裂した遊離の脂肪酸を含む有機相から前記分裂させる
過程で得られるグリセロールを含む水相を分離するため
に前記遠心分離機を操作するステップ、並びに前記分離
された有機相から前記遊離の脂肪酸を分離するステッ
プ、を含む方法。 - 【請求項5】 前記分離するステップは、 分裂した遊離の脂肪酸を含む有機相から前記分裂させる
過程で得られるグリセロールを含む水相を分離するため
に、前記反応混合物を自己洗浄性の遠心分離機へ供給す
ることによって、前記分裂反応の前記反応混合物に遠心
分離ステップを受けさせるステップ、 前記水相と前記有機相の間で発達すると共にリパーゼが
濃縮された界面の乳濁状の層が前記分離機内に蓄積する
ように前記分離機を調節するステップ、 予め決められた時間の後に前記遠心分離機にボウルの放
出を受けさせるステップ、及び前記グリセリドを分裂さ
せるステップへ前記分離機の前記放出されたボウルの内
容物をフィードバックするステップを含む請求項1、2
又は4記載の方法。 - 【請求項6】 前記第二の反応器は、前記混合物にグリ
セリド分裂反応を、前記混合物に対する前記分裂反応の
前記速度低下が予め設定された値以下である、予め決め
られた分裂度に到達するまで受け、 前記第三の反応器の後の前記分離ステップは、グリセロ
ールを含む水相及び分裂した遊離の脂肪酸を含む部分的
に分裂した有機相、を含む前記分裂させるステップの前
記反応混合物から、 第一に前記分裂した遊離の脂肪酸を含む前記部分的に分
裂した有機相から前記水相を分離することによって、 次に前記分離された部分的に分裂した有機相から前記遊
離の脂肪酸を分離することによって、得られる前記脂肪
酸を分離するステップ、及び前記分裂させる過程へ、前
記遊離の脂肪酸のない前記有機相の、得られた残留物を
フィードバックするステップ、を含む請求項4記載の方
法。 - 【請求項7】 前記リパーゼとして、非特異的なリパー
ゼ、特異的なリパーゼ、又は非特異的及び特異的なリパ
ーゼの混合物を使用する請求項1乃至6いずれか1項記
載の方法。 - 【請求項8】 前記得られた有機相からの前記脂肪酸の
前記分離の後に残る前記有機相の残留物は、脱ろうさ
れ、次に前記分裂させる過程へ戻される請求項1乃至7
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 前記脂肪を分裂させるステップは、二つ
の段階で実行され、 各段階において、所望の分裂度の一部分が達成され、 前記第二の段階から得られた前記グリセロールの水相
は、前記第一の段階に水相として供給され、 前記第二の段階は、水相としての新鮮な水、及びさらに
前記第一の段階で得られた前記有機相が供給される請求
項1乃至8いずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 脱ろうステップを受けた後、 前記有機相の前記残留物は、トリグリセリド、水、及び
リパーゼを含む分裂する新鮮な混合物と混合される請求
項1乃至9いずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 前記自己洗浄性の遠心分離機を離れる
前記有機相は、前記分裂させる過程へ前記量を戻すため
の、前記ボウルの壁における付着物の形態で分離される
任意の残留した酵素を回収するために、断続的なボウル
の放出もまた受ける洗浄遠心分離機の形態にあるさらな
る自己洗浄性の分離機に供給される請求項3、5、又は
7乃至10いずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 石鹸の原料のモノ、ジ、及びトリグリ
セリドを分裂させるために適用される請求項1乃至11
いずれか1項記載の方法。
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