(57)【要約】【課題】リン脂質や糖脂質などの複合脂質とアルコールとを効率よくエステル交換することによって脂肪酸アルキルエステルを製造することができる脂肪酸アルキルエステルの製造方法を提供する。【解決手段】複合脂質とアルコールとを混合して、マイクロ波吸収性を有する固体触媒の存在下でマイクロ波を照射し、エステル交換反応をさせることにより、脂肪酸アルキルエステルを製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合脂質とアルコールとを混合してマイクロ波の照射下でエステル交換反応させることにより、脂肪酸アルキルエステルを製造する脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【請求項２】
前記複合脂質と前記アルコールとを触媒の存在下でエステル交換反応させる、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【請求項３】
前記触媒は、マイクロ波吸収性を有する固体触媒である、請求項２記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【請求項４】
前記触媒は、酸触媒である、請求項２または請求項３記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【請求項５】
前記複合脂質は、リン脂質である、請求項１から請求項４のいずれか記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【請求項６】
前記複合脂質は、糖脂質である、請求項１から請求項４のいずれか記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合脂質をエステル交換することによって脂肪酸アルキルエステルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脂肪酸アルキルエステルは、燃料や界面活性剤の原料等として広く利用されている。その脂肪酸アルキルエステルを製造する方法としては、例えば、トリグリセリドとメタノールを、エステル交換反応させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０８０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の脂肪酸アルキルエステルの製造方法では、トリグリセリド等の単純脂質をエステル交換していた。一方、同じ方法によって複合脂質をエステル交換しても、反応性がよくなく、効率よく脂肪酸アルキルエステルを製造することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複合脂質に対してエステル交換反応を行うことによって、効率よく脂肪酸アルキルエステルを製造することができる脂肪酸アルキルエステルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上述の課題に対して鋭意研究の末、マイクロ波を照射させてエステル交換反応をさせることにより、効率よく脂肪酸アルキルエステルを製造できることを見いだし、発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は下記の通りである。
［１］  複合脂質とアルコールとを混合してマイクロ波の照射下でエステル交換反応させることにより、脂肪酸アルキルエステルを製造する脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
［２］複合脂質とアルコールとを触媒の存在下でエステル交換反応させる、［１］記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
［３］  触媒は、マイクロ波吸収性を有する固体触媒である、［２］記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
［４］  触媒は、酸触媒である、［２］または［３］記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
［５］  複合脂質は、リン脂質である、［１］から［４］のいずれか記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
［６］  複合脂質は、糖脂質である、［１］から［４］のいずれか記載の脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による脂肪酸アルキルエステルの製造方法によれば、複合脂質に対してエステル交換反応を行うことによって、効率よく脂肪酸アルキルエステルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における実験結果の一例を示す図
【図２】同実施の形態における実験結果の一例を示す図
【図３】同実施の形態における実験結果の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、複合脂質とアルコールとを混合してマイクロ波の照射下でエステル交換反応させることにより、脂肪酸アルキルエステルを製造する脂肪酸アルキルエステルの製造方法である。
【００１１】
本発明において、複合脂質は、分子中に糖やリン酸などを含む脂質であり、例えば、リン脂質であってもよく、糖脂質であってもよく、または、その他の複合脂質であってもよい。リン脂質は、構造中にリン酸エステルを有する脂質であり、例えば、グリセロリン脂質であってもよく、スフィンゴリン脂質であってもよい。グリセロリン脂質とは、グリセリンを骨格とするリン脂質の分子構造を持つものであり、例えば、レシチン（ホスファチジルコリン）、ヒドロキシル化レシチン、ケファリン（ホスファチジルエタノールアミン）、リゾケファリン、プラスマローゲン等が挙げられる。グリセロリン脂質として、例えば、レシチンが好適に使用される。リン脂質の由来は特に限定されないが、例えば、大豆、トウモロコシ、落花生、菜種、麦等の植物由来のもの、卵黄、牛等の動物由来のもの、及び大腸菌や藻類等の微生物等由来のものなどを挙げることができる。スフィンゴリン脂質とは、スフィンゴシンを骨格とするリン脂質の分子構造を持つものであり、例えば、スフィンゴミエリン等が挙げられる。糖脂質は、糖を結合した脂質であり、例えば、グリセロ糖脂質であってもよく、スフィンゴ糖脂質であってもよく、その他の糖脂質であってもよい。グリセロ糖脂質とは、グリセリンを骨格とする糖脂質の分子構造を持つものであり、例えば、モノガラクトシルジアシルグリセロール、ジガラクトシルジアシルグリセロール、及びスルホキノボシルジアシルグリセロール等が挙げられる。スフィンゴ糖脂質とは、スフィンゴシンを骨格とする糖脂質の分子構造を持つものであり、例えば、セレブロシド、ガングリオシド等が挙げられる。
【００１２】
また、アルコールは、炭素数１〜２２の飽和または不飽和の直鎖または分岐鎖の一価のアルコールであって、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、イソ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、ｎ−オクタノール、イソオクチルアルコール、２−エチルヘキサノール、ドデカノール、ミリスチルアルコール、セタノール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、リノリルアルコール、ベヘニルアルコール等が挙げられる。製造された脂肪酸アルキルエステルを燃料として用いる場合には、アルコールとして、例えば、炭素数１〜３のアルコール、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノールが好適に使用される。なお、アルコールは、単独で、または、２種以上を混合して用いることができる。
【００１３】
複合脂質とアルコールとは混合され、マイクロ波が照射される。その結果、そのマイクロ波の照射下において、複合脂質とアルコールとのエステル交換反応が行われる。マイクロ波の照射によって加熱を行うことで、被加熱物を直接かつ急速に加熱することができ、反応を促進することができる。マイクロ波を照射することによって化学反応を行う化学反応装置としては、回分式（バッチ式）のものであってもよく、流通式（フロー式）のものであってもよく、例えば、特開２０１１−２３５２６２、特開２０１１−２３５２６３、特開２０１１−２４０２１３等で開示されているものを挙げることができる。照射するマイクロ波の周波数は、例えば、例えば、２．４５ＧＨｚであってもよく、５．８ＧＨｚであってもよく、２４ＧＨｚであってもよく、９１３ＭＨｚであってもよく、または、その他の３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの範囲内の周波数であってもよい。また、２以上の周波数のマイクロ波を照射することによって加熱してもよい。また、マイクロ波の照射出力は反応の種類やスケール等に応じて任意に決定することができる。また、マイクロ波の照射容器は、例えば、マルチモードのものであってもよく、あるいは、シングルモードのものであってもよい。また、マイクロ波の照射は、連続的に行われてもよく、あるいは、断続的（不連続）に行われてもよい。
【００１４】
脂肪酸アルキルエステルとしては、例えば、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、脂肪酸プロピルエステル、脂肪酸ブチルエステル、脂肪酸ペンタエステル、オクチルエステル、２−エチルヘキシルエステル、及び脂肪酸ヘキシルエステル等を挙げることができる。
【００１５】
また、複合脂質とアルコールとを触媒の存在下でエステル交換反応させてもよい。その触媒は、固体触媒であってもよく、液体触媒であってもよい。また、その触媒は、酸触媒であってもよく、塩基触媒であってもよい。酸触媒として、例えば、ｐＴＳＡ（ｐ−トルエンスルホン酸）を挙げることができる。触媒が固体触媒である場合に、その固体触媒はマイクロ波吸収性を有するものであることが好適である。固体触媒がマイクロ波を吸収することによって、その固体触媒の周囲の加熱を促進できるようにするためである。なお、そのマイクロ波吸収性については、照射されるマイクロ波の周波数や反応の温度等に依存することになる。すなわち、使用するマイクロ波の周波数、及び反応温度において、誘電損失係数の高いものがマイクロ波吸収性の高いものとなる。したがって、例えば、そのようなマイクロ波吸収性の高い物質を含む固体触媒を用いるようにしてもよい。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が照射される場合には、マイクロ波吸収性を有する物質として、フラーレンを除くカーボン類（例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、または活性炭など）や、鉄、ニッケル、コバルト、フェライト、または、金属酸化物等がある。したがって、固体触媒は、そのようなマイクロ波吸収性を有する物質を含むものであってもよい。具体的には、固体触媒は、そのようなマイクロ波吸収性やマイクロ波感受性を有する物質と、金属もしくは金属酸化物とを組み合わせたコンポジットであってもよく、そのようなマイクロ波吸収性を有する物質と、アルカリ触媒もしくは酸触媒等の触媒とを組み合わせたコンポジットであってもよく、または、マイクロ波吸収性を有する物質と、アルカリ触媒もしくは酸触媒等の触媒と、金属もしくは金属酸化物とを組み合わせたコンポジットであってもよい。そのコンポジット化は、例えば、物理吸着によって行われてもよく、化学結合によって行われてもよく、合金化によって行われてもよく、その他の方法によって行われてもよい。
【００１６】
また、上記エステル交換反応は、常圧下で行われる。常圧下とは、加圧や減圧を行わないで反応を行うことである。常圧は、約１気圧である。また、反応雰囲気は、特に限定がなく、空気のほか、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスであってもよい。また、上記反応は、バッチ式の方法によって行ってもよく、あるいは、フロー式の方法によって行ってもよい。
【００１７】
また、上記エステル交換反応は、６０〜２００℃の範囲内で行われる。なお、その反応は、７０〜１１０℃の範囲内で行われることが好適であり、９０〜１００℃の範囲内で行われることがさらに好適である。反応時間は、原料の複合脂質、反応温度により異なるが、通常、０．５時間から９時間であり、好ましくは１時間から５時間である。反応の終了は、例えば、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）法などによって容易に確認することができる。また、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ），ＮＭＲ，高速液相クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）等によって反応の終了を確認することもできる。
【００１８】
以上のように、本発明による脂肪酸アルキルエステルの製造方法によれば、複合脂質から効率よく脂肪酸アルキルエステルを製造することができる。また、通常、複合脂質とアルコールとをエステル交換反応させて脂肪酸アルキルエステルを製造する方法によって、単純脂質とアルコールとをエステル交換反応させて脂肪酸アルキルエステルを製造することができる。複合脂質に対するエステル交換反応の条件の方が、単純脂質に対するエステル交換反応の条件よりも厳しいからである。したがって、本発明による脂肪酸アルキルエステルの製造方法により、単純脂質と複合脂質との混合物に対してエステル交換反応を行うことにより、単純脂質と複合脂質の両方から脂肪酸アルキルエステルを製造することができることになる。
【実施例１】
【００１９】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１  レシチンからの脂肪酸メチルエステルの生成
以下の各実験に供したレシチンは、溶媒分画の結果、脂質に関わらない糖質・タンパク質が約１０%含まれていた。また、スフィンゴ骨格を持つスフィンゴ脂質、糖脂質はほとんど含まれていなかった。本実施例では、これら脂質以外の物質を除外した総脂質の反応効率を算出した。
【００２１】
［レシチンの反応性］
まず、マイクロ波を照射しない外部加熱におけるレシチンの反応性について説明する。以下に示す実験条件で、グリセリドであるトリグリセリド（ＴＧ）、ジグリセリド（ＤＧ）と、グリセリン骨格をもつレシチンとを用いて反応性の比較を行った。実験の結果、図１及び以下の表で示されるように、レシチンを用いた場合の脂肪酸メチルエステルの含有量は３％であり、９９％を超える通常のグリセリドに比べ、脂肪酸メチルエステルの収率が１／３０以下であり、反応性が著しく低いことが確認された。
【００２２】
実験条件
試料：レシチン  ３０ｇ（山桂産業製）
反応剤：メタノール  １２ｅｑ（脂肪酸に対して）
触媒：ｐ−ＴＳＡ  ６ｗｔ％（試料に対して）
反応温度：８０℃
反応時間：３０，６０，１２０，１８０ｍｉｎ
【表１】
2014109010.tif 000002
【００２３】
［マイクロ波と固体触媒による効果］
グリセリン骨格をもつリン脂質であるレシチン３０ｇと、メタノール１２モル当量とを混合し、酸触媒であるｐＴＳＡまたはマイクロ波吸収性の固体酸触媒を６重量パーセント加えた。そして、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の照射により、またはマイクロ波を照射しない外部加熱によって、７０℃または８０℃まで加熱し、１８０分間または３００分間その温度を維持した。なお、この実験の実験条件は、次の通りである。固体酸触媒としては、カーボン材料をベースとしたハイブリッド触媒を使用した。
【００２４】
実験条件
試料：レシチン  ３０ｇ（山桂産業製）
反応剤：メタノール  １２ｅｑ（脂肪酸に対して）
触媒：固体酸触媒（Ｓｏｌｉｄ  ｃａｔ．）、ｐ−ＴＳＡ  ６ｗｔ％（試料に対して）
反応温度：７０℃、８０℃
加熱手段：マイクロ波（ＭＷ）、外部加熱（ＣＨ）
【００２５】
この実験におけるレシチンの反応結果は図２のグラフの通りである。実験の結果、均一系触媒であるｐ−ＴＳＡに比べ、固体酸触媒は高い反応性を示した。また、マイクロ波と固体酸触媒の組み合わせにより、さらに脂肪酸メチルエステル収率が向上することが確認出来た。３００分経過時の脂肪酸メチルエステル収率では、通常加熱の１３％に比べ、マイクロ波照射は１８％と約４割の収率向上が認められた。したがって、マイクロ波を照射することによってエステル交換を行った方が、より効率よく脂肪酸メチルエステルを生成できることが分かる。
【００２６】
［マイクロ波用固体酸触媒の効果］
グリセリン骨格をもつリン脂質であるレシチン３０ｇと、メタノール１２モル当量とを混合し、マイクロ波吸収性の異なる固体酸触媒を６重量パーセントそれぞれ加えた。そして、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射し、９０℃まで加熱し、３００分間その温度を維持した。なお、この実験の実験条件は、次の通りである。固体酸触媒Ｓｏｌｉｄ  ｃａｔ．Ａとしては、カーボン材料をベースとしたハイブリッド触媒を使用し、固体酸触媒Ｓｏｌｉｄ  ｃａｔ．Ｂとしては、金属酸化物をベースとしたハイブリッド触媒を使用した。
【００２７】
実験条件
試料：レシチン  ３０ｇ（山桂産業製）
反応剤：メタノール  １２ｅｑ（脂肪酸に対して）
触媒：固体酸触媒（Ｓｏｌｉｄ  ｃａｔ．Ａ：カーボンベース、Ｓｏｌｉｄ  ｃａｔ．Ｂ：金属酸化物ベース）  ６ｗｔ％（試料に対して）
反応温度：９０℃
加熱手段：マイクロ波（ＭＷ）
【００２８】
この実験におけるレシチンの反応結果は図３のグラフの通りである。実験の結果、固体酸触媒Ａに比べ、固体酸触媒Ｂのほうが高い反応性を示し、触媒種の活性の違い、またはマイクロ波吸収特性の違いにより反応収率が異なることが確認された。
【００２９】
また、本発明は、以上の実施例に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の製造法によって得られた脂肪酸アルキルエステルは、例えば、燃料や界面活性剤等として利用することができる。
【図１】
2014109010.tif 000003
【図２】
2014109010.tif 000004
【図３】
2014109010.tif 000005