(57)【要約】      （修正有）【課題】リパーゼの失活が可能な限り抑えられていて費用効率が高く、工業的に実施し得る規模でアルキルエステルを製造する方法を提供する。【解決手段】前記方法は、（１）トリグリセリドまたはカルボン酸を含む油脂源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを、第１の有機溶剤中で混合して第１の溶液とすること（前記第１の有機溶剤の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子とを含む）、（２）前記トリグリセリドまたは前記カルボン酸と、前記の第１の第１級アルコールまたは前記の第１の第２級アルコールとを、第１のリパーゼの存在下に反応させて第１のアルキルエステルを生成させること（前記の第１の溶液は、前記反応の初めから終りまで相分離しない）、および（３）前記第１の溶液から前記第１のアルキルエステルを分離することを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリグリセリドを含む油脂源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを、第１の有機溶剤中で混合して第１の溶液とすること（該第１の有機溶剤の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む）と、
該トリグリセリドと、該第１の第１級アルコールまたは該第１の第２級アルコールとを、第１のリパーゼの存在下に反応させて第１のアルキルエステルを生成させること（該第１の溶液は、該反応の初めから終りまで相分離せず、グリセロールが副生物として生成する）と、
第１の有機溶剤と、未反応の該第１の第１級または第２級アルコールとを蒸発により除去した後、該第１のアルキルエステルと該グリセロールとの間の相分離により該第１のアルキルエステルを得ることと
からなる該第１のアルキルエステルの製造方法。
【請求項２】
カルボン酸を含む油脂源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを、第１の有機溶剤中で混合して第１の溶液とすること（該第１の有機溶剤の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子とを含む）と、
該カルボン酸と、該第１の第１級アルコールまたは該第１の第２級アルコールとを、第１のリパーゼの存在下に反応させて第１のアルキルエステルを生成させること（該第１の溶液は、該反応の初めから終りまで相分離せず、水が副生物として生成する）と、
第１の有機溶剤、未反応の該第１の第１級または第２級アルコール、および水を蒸発によって除去することにより、該第１のアルキルエステルを分離することと
からなる該第１のアルキルエステルの製造方法。
【請求項３】
得られた前記第１のアルキルエステルと、第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールとを、任意選択で第２の有機溶剤中で混合して第２の溶液とすること（前記第１のアルキルエステルは、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸を不純物として含んでおり、該第２の有機溶剤の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む）と、
該モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸と、該第２の第１級アルコールまたは該第２の第２級アルコールとを、第２のリパーゼの存在下に反応させて第２のアルキルエステルを生成させること（該第２の溶液は該反応の初めから終りまで相分離しない）と、
前記第１および該第２のアルキルエステルの両方を該第２の溶液から分離することとを更に含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の有機溶剤または前記第２の有機溶剤が、Ｃ４〜Ｃ８の第３級アルコールである請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記第１の有機溶剤または前記第２の有機溶剤が、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノールまたは３−メチル−３−ヘキサノールである請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の有機溶剤または前記第２の有機溶剤がピリジンである請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の第１級アルコール、前記第１の第２級アルコール、前記第２の第１級アルコール、または前記第２の第２級アルコールが１から１８個の炭素原子を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記油脂源が植物油、動物油、または廃棄グリースである請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記油脂源が、植物油、動物油、または廃棄グリースの加水分解画分である請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のリパーゼまたは前記第２のリパーゼが担体に固定化される請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のリパーゼまたは前記第２のリパーゼが、カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ、サーモマイセス・ラヌギノーサ・リパーゼ、シュードモナス・フルオレッセンス・リパーゼ、シュードモナス・セパシア・リパーゼ、またはクロモバクテリウム・ビスコサム・リパーゼである請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の反応工程または前記第２の反応工程が、０〜９５℃で実施される請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の反応工程または前記第２の反応工程が、１〜１８０分間で実施される請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記油脂源を１５０〜２１５℃に加熱し、前記第１の混合工程の前に該加熱油脂源を前記反応温度まで冷却することをさらに含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応工程の前にアルキルエステルを前記第１の溶液に加えることをさらに含む請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素的エステル交換またはエステル化反応により供給原料からアルキルエステルを調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物油（ｖｅｇｅｔａｂｌｅ  ｏｉｌ）および動物性脂肪（ａｎｉｍａｌ  ｆａｔ）のアルコーリシス（ａｌｃｏｈｏｌｙｓｉｓ）は、ディーゼル燃料として使用され得る脂肪酸アルキルエステルを製造するために広範に研究されてきた。アルコーリシスで広く用いられる触媒には、水酸化アルカリおよびアルコラートが含まれる。これらの非酵素触媒は、副生物であるグリセロールと一緒にそれらが除去されなければならず、再使用され得ないので、不利である。さらに、グリセロールの精製は、それがこのような触媒を大量に含んでいるので困難である。
【０００３】
別法として、酵素触媒であるリパーゼが、天然油脂から酵素的アルコーリシス反応でアルキルエステルを調製するために使用されてきた。しかし、リパーゼは、アルコーリシス反応に使用される特定のアルコールにより、あるいは、アルコーリシス反応により生成するグリセロールにより、失活し得る。リパーゼを置き換えたり再生したりするとコストが増大する。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】米国特許第６３９８７０７号明細書
【特許文献２】米国特許第５７１３９６５号明細書
【非特許文献１】Ｄｏｓｓａｔ  ｅｔ  ａｌ．，「充填床リアクタ内における高オレイン酸ひまわり油の連続的な酵素的エステル交換；グリセロール精製の影響」“Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｏｌｅｉｃ  Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ  Ｏｉｌ  ｉｎ  ａ  Ｐａｃｋｅｄ  Ｂｅｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ；  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｇｌｙｃｅｒｏｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ”，  Ｅｎｚｙｍｅ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｂａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２４；１９４−２００，１９９９．
【非特許文献２】Ｆｕｋｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，「油脂のエステル交換によるバイオディーゼル燃料の生成」“Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｉｌｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，９２．４０５−４１６，２００１．
【非特許文献３】Ｍｉｔｔｅｌｂａｃｈ，「ひまわり油のリパーゼ触媒化アルコーリシス」“Ｌｉｐａｓｅ  Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ａｌｃｏｈｏｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ  Ｏｉｌ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｏｉｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｓ‘  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１６８−１７０，１９８９．
【非特許文献４】Ｓｈｉｍａｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  「バイオディーゼル燃料生成のための酵素的アルコーリシス及び油脂処理に対する反応の適用」“Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  Ａｌｃｏｈｏｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｏｉｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｂ  Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  １７；１３３−１４２，２００２．
【非特許文献５】Ｓｏｕｍａｎｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，  「ひまわり油からの脂肪酸メチルエステルのリパーゼ触媒合成における改良」“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｌｉｐａｓｅ−Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｆａｔｔｙ  Ａｃｉｄ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒｓ  ｆｒｏｍ  Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ  Ｏｉｌ”，  Ｅｎｚｙｍｅ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３３：９７−１０３，２００３．
【非特許文献６】Ｖｉｋｌｕｎｄ，「自然生成物に基づく界面活性剤−酵素的合成及び基本的特性」“Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ−Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ”，  Ｋｕｎｇｌ  Ｔｅｋｎｉｓｋａ  Ｈｏｇｓｋｏｌａｎ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｒｏｙａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１１−１７，２００３．
【非特許文献７】Ｃｈｅｎ，Ｄｏｃｔｏｒａｌ  Ｔｈｅｓｉｓ，「トリグリセリドのエステル交換のための処方開発及びその適用」“Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｒｉｇｌｙｃｅｒｉｄｅ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，”７７−８５，２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうして、リパーゼの失活が可能な限り抑えられていて費用効率が高く、工業的に実施し得る規模でアルキルエステルを製造する方法を開発することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、高純度アルキルエステルが、油脂源（例えば、植物油脂または動物性脂肪）から、リパーゼの失活が可能な限り抑えられたリパーゼ触媒反応により容易に製造され得るという発見に基づいている。
【０００６】
一態様では、本発明は、エステル交換またはエステル化反応により、アルキルエステルを製造する方法を主題とする。この方法は、（１）トリグリセリドまたはカルボン酸を含む油脂源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを、第１の有機溶剤中で混合して第１の溶液とすること（第１の有機溶剤の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む）、（２）前記トリグリセリドまたは前記カルボン酸と、前記第１の第１級アルコールまたは前記第１の第２級アルコールとを、第１のリパーゼの存在下に反応させて第１のアルキルエステルを生成させること（前記第１の溶液は、前記反応の初めから終りまで相分離しない）、および（３）前記第１の溶液から前記第１のアルキルエステルを分離すること、を含む。
【０００７】
適切な油脂源の例には、植物油（ｐｌａｎｔ  ｏｉｌ）（例えば微細藻類からのオイル（ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ  ｏｉｌ））、動物油（例えば、魚油、ラード、精製（ｒｅｎｄｅｒｅｄ）脂肪、またはタロー（ｔａｌｌｏｗ））、廃棄グリース（ｗａｓｔｅ  ｇｒｅａｓｅ）（例えば、レストランからの廃棄グリース）、あるいは、これらの加水分解画分（例えばカルボン酸）が含まれる。前記の混合工程の前に、油脂源を１５０〜２１５℃に加熱し、反応温度まで冷却することが可能である。
【０００８】
反応前に、油脂源は、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールと第１の有機溶剤中で混合されて１相の溶液となる。第１の第１級アルコールおよび第２級アルコールの例には、１から１８個の炭素原子を含むもの、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノール、またはラウリルアルコールが含まれる。第１の有機溶剤の例には、ピリジン、あるいは、Ｃ４〜Ｃ８の第３級アルコール（例えば、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノールまたは３−メチル−３−ヘキサノール）が含まれる。
【０００９】
第１の有機溶剤はまた、他の適切な溶剤と混合され得る。好ましくは、第１の有機溶剤は、本発明の方法により得られるアルキルエステル、あるいは、他の供給元から得られる（例えば、販売している供給元から購入される）アルキルエステルであり得る、アルキルエステルと混合され得る。
【００１０】
第１の有機溶剤が別の溶剤と共に使用される場合は、第１の溶液の均一性が反応中に保たれることにより第１のリパーゼの失活が可能な限り抑制されるのに十分な量で、それは添加される。「リパーゼ」という用語は、エステル交換またはエステル化反応の触媒であり得る酵素を表す。例には、カンジダ・アンタークチカ（ｃａｎｄｉｄａ  ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）リパーゼ、サーモマイセス・ラヌギノーサ（ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ）リパーゼ、シュードモナス・フルオレッセンス（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）リパーゼ、シュードモナス・セパシア（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃｅｐａｃｉａ）リパーゼ、またはクロモバクテリウム・ビスコサム（ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｖｉｓｃｏｓｕｍ）リパーゼが含まれる。第１のリパーゼは、１種のリパーゼまたは２種以上のリパーゼの組合せを含み得る。それは、好ましくは、第１の反応器内では担体に固定化されている。第１のアルキルエステルを得るために、エステル交換またはエステル化反応は、０〜９５℃（例えば、２０〜９５℃）で、１〜１８０分間（例えば、１０〜９０分間または、２０〜６０分間）実施され得る。
【００１１】
トリグリセリドを含む油脂源と第１の第１級または第２級アルコールとの間のエステル交換反応の間に、グリセロールが副生物として生成する。予想に反して、第１の有機溶剤と未反応の第１の第１級または第２級アルコールを蒸発により除去した後の、第１のアルキルエステルとグリセロールとの間の相分離により、第１のアルキルエステルを容易に得ることが可能である。ここで記載した油脂源は、モノグリセリド、ジグリセリド、あるいはカルボン酸もまた含み得る。モノグリセリドおよびジグリセリドは、トリグリセリドと同様の仕方で第１の第１級または第２級アルコールと反応する。カルボン酸は、エステル化反応により、第１の第１級または第２級アルコールと反応し、その反応では副生物として水が生成するが、蒸発工程の間に容易に除去され得る。
【００１２】
カルボン酸を含む油脂源と第１の第１級または第２級アルコールとの間のエステル化反応の間に、副生物として水が生成する（グリセロールは生成しない）。第１の有機溶剤と未反応の第１の第１級または第２級アルコールと水とを蒸発によって除去することにより、第１のアルキルエステルを容易に得ることが可能であることもまた予想外である。ここで記載した油脂源は、かなりの量のトリグリセリド、ジグリセリド、またはモノグリセリドを含んでおり、第１のアルキルエステルを前の段落に記載された方法で得ることが可能である。
【００１３】
上で得られる第１のアルキルエステルが、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、あるいはカルボン酸を不純物として含む場合、別のエステル交換またはエステル化反応により、アルコールとさらに反応させることによって不純物を除去することが可能である。詳細には、第１のアルキルエステルと第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールとを、任意選択で第２の有機溶剤中で、混合して、第２の溶液とすることが可能である。第２の有機溶剤の各分子は、４〜８個の炭素原子と１個のへテロ原子を含む。第２の有機溶剤は第１の有機溶剤と同じか、あるいは異なり得る。第２の第１級または第２級アルコールは、好ましくは、第１の第１級または第２級アルコールと同じである。次に、第２のリパーゼの存在下に、第２の溶液中の、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、あるいはカルボン酸と、第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールとを反応させて、第２のアルキルエステルを生成させることが可能である。この反応では、第２の溶液は相分離を起こさない。第２のリパーゼは、第１のリパーゼと同じか、あるいは異なり得る。次に、こうして得られた第１および第２のアルキルエステルは第２の溶液から分離され得る。好ましくは、第２のアルキルエステルは、第１のアルキルエステルと全く同じである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、この説明と請求範囲により明らかとなるであろう。
以下はアルキルエステル製造の例である。
【００１５】
最初に、第１の混合装置内で、第１の有機溶剤（例えば無水のＣ４〜Ｃ８の第３級アルコールまたは無水ピリジン）に、トリグリセリドを含む油脂源（例えば大豆油）と、第１の第１級または第２級アルコール（例えば無水メタノール）とが混合されて第１の溶液となり、この溶液は本明細書に記載されるエステル交換反応の初めから終りまで１つの相のままである。油脂源は脱ガムまたは精製され得る。油脂源が含むリン脂質は可能な限り少量であることが好ましい（例えば、０．２ｗｔ％未満または０．００１ｗｔ％未満）。通常、第１の第１級または第２級アルコールの量は、油脂源を完全に転化するのに必要とされる化学量論的な量よりも約１０〜５０ｍｏｌ％過剰である。第１の有機溶剤は、続くリパーゼ触媒反応に不活性である（すなわち、無視し得ない程度にトリグリセリドと反応したり、リパーゼを失活させたりしない）。油脂源が脂肪酸を含んでいる場合、ピリジンが第１の有機溶剤として使用され得る。任意選択で、第１の有機溶剤を、アルキルエステルのような別の有機溶剤と混合することが可能である。共溶剤としてアルキルエステルを使用すると、続くエステル交換およびエステル化反応でのリパーゼの寿命が延びる。混合工程は、反応温度または他の適当な温度で実施され得る。
【００１６】
混合工程の前に、油脂源は、所定の時間（例えば、５〜６０分間）、１５０〜２１５℃に加熱され、次いで反応温度まで冷却され得る。加熱時間は使用される油脂源に応じて変わる。熱処理された油脂源を使用すると、予想外にも、反応時間が短くなる。
【００１７】
次に、こうして得られた第１の溶液は、担体に固定化された第１のリパーゼで満たされた第１の反応器に供給される。第１の反応器は、充填床反応器（例えば、栓流（ｐｌｕｇ  ｆｌｏｗ）反応器）、あるいは、当技術分野において知られている他の適切な反応器であり得る。通常、第１の反応器は、反応の間、一定温度（例えば０〜９５℃）に保たれる。第１の溶液は、それが第１の反応器に送られる前に、好ましくは、重量で１０，０００ｐｐｍより少ない（例えば、５，０００ｐｐｍより少ない）水を含む。反応器を通る第１の溶液の流量は、滞留時間が、見積もられた反応時間とほぼ同じになるように調節される。反応時間は、経験的に求めることが可能であるが、使用されるリパーゼ、あるいは、第１の溶液の組成に依存する。典型的には、反応時間は、１〜１８０分の範囲である。反応の間、第１の溶液は均一であり、全く相分離を起こさないので、グリセロールあるいは第１の第１級または第２級アルコールによる第１のリパーゼの失活は最小限度に抑えられる。
【００１８】
次に、第１の反応器からの流出物は、窒素または脱気された過熱蒸気を用いてのストリッピングが可能である、第１の真空蒸発装置に供給される。真空蒸発装置は、薄膜降下式蒸発装置（ｆａｌｌｉｎｇ  ｆｉｌｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、薄膜（ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ）蒸発装置、カラム蒸発装置、あるいは当技術分野において知られている他の適切な蒸発装置であり得る。第１の真空蒸発装置の温度と圧力は、前の反応で使用された第１の有機溶剤と第１の第１級または第２級アルコールとに応じて変わり得る。典型的には、温度は１２０℃より低く、圧力は１００ｍｍＨｇより低い。水（油脂源に含まれていたか反応で生成したかのいずれか）、第１の有機溶剤、および未反応の第１の第１級または第２級アルコールが、第１の蒸発装置で除去される。次に、それらは捕集され、一連の液体分離または除去ユニットからなる回収ユニットで、互いに分離され得る（純粋な形で、あるいは混合物として）。回収ユニットから除去された水は、通常、水処理設備に送られ棄てられる。第１の有機溶剤と未反応の第１の第１級または第２級アルコールは回収され、前記の混合工程で再使用され得る。好ましくは、それらは、第１の溶液が第１の反応器に送られる前に重量で１０，０００ｐｐｍより少ない水を含むように、可能な限り少量の水を含む。
【００１９】
次に、第１の真空蒸発装置を出て行く残分は冷却され、第１の液−液分離装置へ送られる。分離装置の温度を２０〜８０℃に保って、固体の生成を最小限に抑えることが可能である。分離装置では、残分は静置されて２つの相を形成する。副生物のグリセロールが底の層をなす。それは分離装置から容易に捕集され、残留量の水、第１の有機溶剤、および未反応の第１の第１級または第２級アルコールを真空蒸発器で除去することにより、さらに精製され得る。上側の相は第１のアルキルエステルを含み、さらに精製することなく、潤滑油、乳化剤、洗浄剤、および溶剤のような特定の用途に使用され得る。こうして得られた第１のアルキルエステルはまた、第１の溶液に共溶剤としても使用され得る。液−液分離装置は、カルボン酸を含む油脂源とアルコールとの間のエステル化反応により得られるアルキルエステルを分離するためには、副生物としてグリセロールが生成しないので、必要とされないこともある。
【００２０】
不純物を除去するために、上で得られた第１のアルキルエステルを、別のエステル交換またはエステル化反応により、さらにアルコールと反応させることが可能である。詳細には、第１のアルキルエステルを第２の混合装置に送り、任意選択で第２の有機溶剤中で、第２の第１級または第２級アルコ−ルと混合して、第２の溶液とすることが可能である。第２の溶液は、本明細書に記載されるエステル交換またはエステル化反応の初めから終りまで１つの相のままである。好ましくは、第２の第１級または第２級アルコ−ルは、第１の第１級または第２級アルコ−ルと同じである。
【００２１】
第２の第１級または第２級アルコ−ルだけでは、第１のアルキルエステルと１相の溶液を生成しない場合、第２の有機溶剤が第２の溶液に含められなければならない。第２の第１級または第２級アルコ−ルと第２の溶剤との量は、第２の溶液が続くエステル交換またはエステル化反応の間に全く相分離を起こさないように設定される。この量は、続く反応の完了を促進するために過剰であり得る。その量は第１の混合装置に添加された量と同じ量に達することがあり得る。
【００２２】
第２の第１級または第２級アルコールだけで、第１のアルキルエステルと１相の溶液を生成する場合、第２の有機溶剤は用いても用いなくてもよい。別の言い方をすると、このような状況では、第２の溶液は第２の有機溶剤を含むことも含まないこともある。
【００２３】
次に、第２の溶液は第２のリパーゼを固定化した担体を含む第２の反応器に送られる。第２の反応器は一定温度に保たれ、通常、第１の反応器の温度と同じである。第２の反応器での滞留時間は、一般に、第１の反応器の滞留時間より短く、経験的に求められ得る。次に、第２の反応器からの流出物は第２の真空蒸発装置に送られ、そこで、水、第２の有機溶剤、および、未反応の第２の第１級または第２級アルコールが除去され、前記の回収ユニットに送られる。次に、第２の真空蒸発装置からの残分は第２の液−液分離装置に送られる。副生物のグリセロールが残分から分離され、第１の液−液分離装置から得られたものと一緒にされる。第２の液−液分離装置から高純度アルキルエステルを得ることが可能である。それは、ディーゼル燃料、潤滑油、または中間体化学物質として使用され得る。それはまた、前記の第１の溶液の共溶剤としても使用され得る。
【００２４】
前記の方法は、回分（ｂａｔｃｈ）法、あるいは、流通（ｆｌｏｗ）法、すなわち連続製造法により、実施され得る。通常、相応な製造コストを維持するために流通法が用いられ得る。リパーゼは、一般に、制限時間を超えて高温に曝された後に活性を失うので、リパーゼの寿命を延ばすために、流通工程は、ある特定の時間の運転後に、停止されるか、あるいは別の反応系に切り替えられる。リパーゼの寿命は、反応温度、リパーゼの種類、および、有機溶剤の種類に応じて変わる。エステル交換またはエステル化反応が室温以下で実施された場合には、流通法を停止したり、別の反応系に切り替えたりする必要のないこともある。
【００２５】
以下の具体的な実施例は単に例示のためであり、如何なる仕方においてもこの開示の他の部分を限定しようとするものではないと解釈されるべきである。さらに詳述しなくても、当業者は、本明細書の記述に基づいて、本発明を十全に利用し得ると想定されている。
【実施例１】
【００２６】
アルキルエステルを調製する油脂源として大豆油を用いた。詳細には、第１の混合装置内で、精製された大豆油（５５．４ｗｔ％）を、無水メタノール（８．６ｗｔ％）、および無水ｔ−ブタノール（３６．０ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。次に、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５（ｃａｎｄｉｄａ  ａｎｔａｒｃｔｉｃａ  ｌｉｐａｓｅ  カンジダ・アンタークチカ  リパーゼ；ノボザイム（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ）Ａ／Ｓ、バグスバード（Ｂａｇｓｖａｅｒｄ）、デンマーク）で満たされた第１の反応器に送った。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体（マクロ多孔性樹脂）に固定化し、それから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は６２分であった。反応が完了した後、溶液を真空蒸発装置、それから液−液分離装置に供給して生成物を得た。生成物の組成を、ＨＰＬＣ（カラム：Ｌｕｎａ  Ｓｕ  Ｃ１８（２）２５０ｘ４．６ｍｍ、フェノメネックス（ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ）；移動相：メタノール、ヘキサン、およびイソプロパノール；ＵＶ検出器：ＵＶ−２０７５、日本分光（ＪＡＳＣＯ）、日本）により求めた。予想外にも、得られた生成物は、９６．１９ｗｔ％のアルキルエステル、３．５９ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．２２ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００２７】
別の実験では、アルキルエステルを共溶剤として使用した。詳細には、第１の混合装置内で、精製大豆油（４９．１ｗｔ％）を、無水メタノール（７．６ｗｔ％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５ｗｔ％）、およびアルキルエステル（２２．８ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、５８．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９６．１０ｗｔ％のアルキルエステル、３．２３ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．６７ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００２８】
さらに別の実験では、溶剤として、ｔ−アミルアルコールおよびアルキルエステルを用いた。詳細には、第１の混合装置内で、精製大豆油（４０．８ｗｔ％）を、無水メタノール（６．３ｗｔ％）、無水ｔ−アミルアルコール（３７．３ｗｔ％）、およびアルキルエステル（１５．６ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、５３．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９６．９６ｗｔ％のアルキルエステル、２．６４ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．４０ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【実施例２】
【００２９】
実施例１で得られたアルキルエステルを、別の混合装置内で、無水メタノールおよび無水ｔ−ブタノールと混合して１相の溶液とした。こうして生成した溶液は、７０．００ｗｔ％のアルキルエステル、２．８ｗｔ％の不純物（すなわち、２．４７ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．３１ｗｔ％のトリグリセリド）、７．２８ｗｔ％のメタノール、ならびに１９．９４ｗｔ％のｔ−ブタノールを含んでいた。次に、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５で満たされた別の反応器に送った。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化し、それから反応器に入れた。第２の反応器の温度は４５℃であった。反応時間は１７．５分であった。反応が完了した後、溶液を別の真空蒸発装置、それから別の液−液分離装置に供給して生成物を得た。生成物の組成をＨＰＬＣにより求めた。
【００３０】
予想外にも、上で得られた生成物は、９９．２４ｗｔ％のアルキルエステル、０．６５ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．１１ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【実施例３】
【００３１】
実施例１に記載されたものと同様の方法でアルキルエステルを調製する出発物質として大豆油以外の油脂源を用いた。使用された油脂源には、多量の遊離脂肪酸を含むレストラン廃棄グリース、少量の遊離脂肪酸を含むレストラン廃棄グリース、タロー、ラード、魚油、ヤシ油、また、ひまし油が含まれていた。１つの実験では、多量の遊離脂肪酸を含むレストラン廃棄グリースを使用した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を含む反応器に、このレストラン廃棄グリース（４９．１ｗｔ％）、無水メタノール（７．６ｗｔ％）、ｔ−ブタノール（２０．５ｗｔ％）、およびアルキルエステル（２２．８ｗｔ％）を含む溶液を供給した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化して、それから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は２４．０分であった。反応器からの生成物を単離して、その組成をＨＰＬＣにより求めた。予想外にも、上で得られた生成物は、９６．６３ｗｔ％のアルキルエステル、３．１７ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．２０ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３２】
別の実験では、魚油（動物油）を油脂源として使用した。詳細には、第１の混合装置内で、魚油（５２．４ｗｔ％）を、無水メタノール（７．８ｗｔ％）、および無水ピリジン（３９．８ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、２５．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９５．６３ｗｔ％のアルキルエステル、３．０３ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに１．３４ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３３】
さらに別の実験では、ヤシ油（植物油）を油脂源として用いた。詳細には、第１の混合装置内で、ヤシ油（４６．５ｗｔ％）を、無水メタノール（７．５ｗｔ％）、および無水ｔ−アミルアルコール（４６．０ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、４１．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９６．９７ｗｔ％のアルキルエステル、１．９５ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに１．０８ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【実施例４】
【００３４】
実施例１に記載されたものと同様の方法でアルキルエステルを調製する出発物質として第１級アルコールを用いた。使用されたアルコールには、メタノール、エタノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノール、また、ラウリルアルコールが含まれていた。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を含む反応器に、魚油（５２．０ｗｔ％）、エタノール（１１．２ｗｔ％）、および無水ｔ−ブタノール（３６．８ｗｔ％）を含む溶液を供給した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化して、それから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離して、その組成をＨＰＬＣにより求めた。予想外にも、上で得られた生成物は、９７．４４ｗｔ％のアルキルエステル、１．４４ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに１．１１ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３５】
別の実験では、ヘキサノール（Ｃ６アルコール）を出発物質として使用した。詳細には、第１の混合装置内で、大豆油（５３．７ｗｔ％）を、無水ヘキサノール（２６．６ｗｔ％）、および無水ｔ−ブタノール（１９．７ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、４６．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９５．０６ｗｔ％のアルキルエステル、４．１１ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．８８ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３６】
さらに別の実験では、ラウリルアルコール（Ｃ１２アルコール）を出発物質として使用した。詳細には、第１の混合装置内で、大豆油（３７．２ｗｔ％）を、無水ラウリルアルコール（３３．６ｗｔ％）、および無水ｔ−ブタノール（２９．２ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、６６．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９５．０３ｗｔ％のアルキルエステル、４．０７ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに０．９０ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【実施例５】
【００３７】
実施例１に記載されたものと同様の方法でアルキルエステルを調製する出発物質として第２級アルコールを用いた。使用されたアルコールには、イソプロパノール（Ｃ３アルコール）、２−ブタノール（Ｃ４アルコール）、また、第２級ｎ−オクチルアルコール（Ｃ８アルコール）が含まれていた。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を含む反応器に、なたね油（５２．９ｗｔ％）、イソプロパノール（１４．１ｗｔ％）、および無水ｔ−アミルアルコール（３３．０ｗｔ％）を含む溶液を供給した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化して、それから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離して、その組成をＨＰＬＣにより求めた。予想外にも、上で得られた生成物は、９３．９２ｗｔ％のアルキルエステル、４．８６ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに１．２２ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３８】
別の実験では、２−ブタノールを出発物質として用いた。詳細には、第１の混合装置内で、大豆油（５２．５ｗｔ％）を、無水２−ブタノール（１８．９ｗｔ％）、および無水ｔ−アミルアルコール（２８．６ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、４６．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９２．８４ｗｔ％のアルキルエステル、５．０８ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに２．０９ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００３９】
さらに別の実験では、第２級ｎ−オクチルアルコールを出発物質として用いた。詳細には、第１の混合装置内で、大豆油（４６．４ｗｔ％）を、無水の第２級ｎ−オクチルアルコール（２９．３ｗｔ％）、および無水ｔ−ブチルアルコール（２４．３ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。反応条件は、４２．０分で反応が完了したこと以外は、前記の条件と同じであった。予想外にも、得られた生成物は、９４．６９ｗｔ％のアルキルエステル、２．４５ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに２．８６ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【実施例６】
【００４０】
実施例１に記載されたものと同様の方法で、出発物質としてラウリン酸とメタノールを用いて、エステル化反応によりアルキルエステルを調製した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を含む反応器に、無水ラウリン酸（７７．７ｗｔ％）、無水メタノール（１７．６ｗｔ％）、および無水ｔ−ブタノール（４．７ｗｔ％）を含む溶液を供給した。ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化して、それから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３７．０分であった。反応器からの生成物を単離して、その組成をＧＣ（８６１０Ｃ、エス・アール・アイ（ＳＲＩ）、米国；カラム：ＭＸＴ−６５ＴＧ、長さ：３０ｍ、Ｉ．Ｄ．：０．２５μｍ、キャリアガス：Ｈｅ、流量：１ｍｌ／分；注入部のスプリット比：２０：１、温度：３００℃；検出装置：ＦＩＤ、温度：３７０℃）により求めた。
【００４１】
予想外にも、上で得られた生成物は、９６．０ｗｔ％のラウリン酸メチルおよび４．０ｗｔ％のラウリン酸を含んでいた。
【実施例７】
【００４２】
出発物質として大豆油とメタノールを用いて、使用前に大豆油を所定の時間加熱したこと以外は実施例１に記載されたものと同様の方法で、アルキルエステルを調製した。詳細には、最初に、大豆油を２００℃で５分間、あるいは、２１０℃で１時間加熱し、次に、反応温度まで冷却した。続いて、混合装置内で、大豆油（４９．１ｗｔ％）を、無水メタノール（７．６ｗｔ％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５ｗｔ％）、およびアルキルエステル（２２．８ｗｔ％）と混合して１相の溶液とした。次に、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５で満たされた反応器に送った。詳細には、前もって、ＮＯＶＯＺＹＭ  ４３５を担体に固定化して、反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応器からの各生成物を単離して、その組成をＨＰＬＣにより求めた。
【００４３】
予想外にも、２００℃で５分間加熱された大豆油を用いて、また、２１０℃で１時間加熱された大豆油を用いて、１．５ｗｔ％未満のトリグリセリドを含む生成物を得るためには、それぞれ、５０．３分と４７．４分を要した。比較では、前もって熱処理をしない大豆油を用いると、同様の反応条件で同じようになるのに５３．８分かかった。
【実施例８】
【００４４】
実施例１に記載されたものと同様の方法でアルキルエステルを調製する触媒として、ＬＩＰＯＺＹＭＥ  ＴＬ  ＩＭ（ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ  ｌｉｐａｓｅ  サーモマイセス・ラヌギノーサ  リパーゼ、ノボザイム  Ａ／Ｓ、バグスバード、デンマーク）を用いた。詳細には、それを顆粒シリカ担体に固定化し、それから反応器に入れた。次に、反応器に、大豆油（４９．１ｗｔ％）、無水メタノール（７．６ｗｔ％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５ｗｔ％）、およびアルキルエステル（２２．８ｗｔ％）を含む溶液を供給した。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は５１．０分であった。反応器からの生成物を単離して、その組成をＨＰＬＣにより求めた。
【００４５】
予想外にも、上で得られた生成物は、９４．０４ｗｔ％のアルキルエステル、３．６５ｗｔ％のモノグリセリドおよびジグリセリド、ならびに２．３１ｗｔ％のトリグリセリドを含んでいた。
【００４６】
他の実施形態
任意の組合せで、本明細書に開示された全ての特徴を組み合わせることが可能である。本明細書に開示された特徴の各々を、同一の、等価な、あるいは類似の目的に適う別の特徴により置き換えることが可能である。したがって、そうではないと明確に指摘されない限り、開示された各特徴は、等価なまたは類似の特徴の包括的な一組の一例にすぎない。
【００４７】
以上の説明から、当業者は、本発明の本質的な特徴を容易に確認することが可能であり、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明を様々な使用法と条件に適合させるために、本発明に様々な変更と修正をなし得る。したがって、他の実施形態もまた、請求範囲の範囲内にある。