(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂肪酸アルキルエステルを形成するための、脂肪酸源のアルコールとのエステル交換／エステル化用処理システムであって、脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の少なくとも１種とを含む反応媒体を固定化リパーゼ調製物の存在下で反応させるように構成された反応容器を含み、前記固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、前記処理システムは、前記反応媒体を少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物中を通過させるように構成され、前記反応容器は、反応容器内で反応媒体及び前記固定化リパーゼ調製物を撹拌するための撹拌システムを含む、上記処理システム。
【請求項２】
前記反応容器が、前記固定化リパーゼ調製物の膨張床又は流動床を提供するように構成された、請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
前記反応容器が、容器入口ポート及び容器出口ポートを含み、前記容器入口ポートが前記容器出口ポートより低い位置にある、請求項１又は請求項２に記載の処理システム。
【請求項４】
前記処理システムの少なくとも運転中に、前記反応容器が、前記固定化リパーゼ調製物、脂肪酸源、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種、及びアルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種を含み、前記脂肪酸アルキルエステルを形成するための前記処理システムの少なくとも運転中に、前記水は、遊離水の少なくとも１種であり、ポリオール又はポリオール類と混合される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項５】
前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、前記反応媒体が混合物を含み、前記処理システムが前記容器入口ポートを介して前記反応容器と選択的流体連通しているプレ反応容器を含み、前記プレ反応容器が前記混合物を形成するために少なくとも脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを予備混合するように構成され、かつ前記混合物を前記反応容器に選択的に送るように構成された、請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項６】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項５に記載の処理システム：
前記処理システムは、
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、脂肪酸源の供給が、前記脂肪酸源を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成された前記プレ反応容器と選択的流体連通した前記脂肪酸源の供給、および
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、アルコール源は、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成された前記プレ反応容器と選択的流体連通した前記アルコール源とをさらに含み、
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記処理システムは、前記プレ反応容器と選択的流体連通した緩衝水溶液源及び水源の少なくとも１種を含み、緩衝水溶液源及び水源の前記少なくとも１種は、アルカリ緩衝水溶液と水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送り、前記反応混合物に含まれるように構成される。
【請求項７】
以下の内の少なくとも１つのように構成される、請求項５又は６に記載の処理システム：
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記処理システムは、１種又は複数種の前記脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを連続式で、又は個別バッチ式で前記プレ反応容器に選択的に送るように構成され；
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記処理システムが、アルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を、連続式で又は個別バッチ式で前記プレ反応容器に選択的に送るように構成され；
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器が、前記混合物を連続式又は個別バッチ式で前記反応容器に選択的に送るように構成される。
【請求項８】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の処理システム：
前記処理システムが、前記脂肪酸源；アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種；アルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種の内の少なくとも１種を前記反応容器に選択的かつ直接的に送るように構成され；
前記反応容器が、前記反応容器中の前記反応媒体を選択温度範囲内で維持するように構成された温度調節処理システムを含み； 
前記処理システムの少なくとも運転中に、前記処理システムが、前記固定化リパーゼ調製物を前記反応容器内に保持するように構成された保持装置を含み；
前記処理システムの少なくとも運転中に、前記処理システムが、前記固定化リパーゼ調製物を前記反応容器内に保持するように構成され、かつ前記保持装置が、前記反応容器出口と前記反応容器入口の片方又は両方に存在する。
【請求項９】
前記反応容器と選択的流体連通した生成物分離容器をさらに含み、前記処理システムが反応生成物を含む反応混合物を前記反応容器から前記生成物分離容器に選択的に送るように構成され、前記生成物分離容器がそこに送られた反応混合物から脂肪酸アルキルエステルの生成物を選択的に分離するように構成された、請求項１〜８のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項１０】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項９に記載の処理システム：
前記生成物分離容器が、遠心分離機、コアレッサー及び重力分離処理システムの内の１つを含み；
前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記反応容器が、前記反応混合物を連続式又は個別バッチ式で前記生成物分離容器に選択的に送るように構成され；
前記生成物分離容器から脂肪酸アルカリエステルの前記生成物を選択的に分配するように構成された処理システム；
前記生成物分離容器から脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に分配するように構成され、かつ連続式又は個別バッチ式で脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記生成物分離容器から選択的に送るように構成された前記処理システム。
【請求項１１】
前記処理システムが、前記生成物分離容器に送られた前記反応混合物由来の前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を増加させるように構成された、請求項９又は１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の処理システム：
前記処理システムが、その後に前記生成物分離容器に送られる前記反応混合物由来の前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物をさらに増加させるために、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記反応容器に選択的に別のルートで送るように構成され；
前記処理システムが、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を別のルートで１つ又は複数の補助反応器モジュールに選択的に送るように構成され、それぞれの前記補助反応モジュールが補助反応容器及び補助生成物分離容器を含み、前記脂肪酸アルキルエステルの前記さらに増加した生成物が、その後、それぞれの前記補助生成物分離容器を介して選択的に送られ；
前記処理システムが、その後に前記生成物分離容器に送られる前記反応混合物由来の前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物をさらに増加させるために、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記反応容器に選択的に別のルートで送るように構成され、また前記処理システムが、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を１つ以上の補助反応器モジュールに選択的に別のルートで送られるように構成され、それぞれ前記補助反応器モジュールは、補助反応容器及び補助生成物分離容器を含み、前記脂肪酸アルキルエステルの前記さらに増加した生成物は、その後、それぞれ前記補助生成物分離容器を介して選択的に送られ；
前記処理システムは、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を１つ以上の補助反応器モジュールに選択的に別ルートで送られるように構成され、それぞれ前記補助反応器モジュールは、補助反応容器及び補助生成物分離容器を含み、前記脂肪酸アルキルエステルの前記さらに増加した生成物は、その後、それぞれ前記補助生成物分離装置を介して選択的に送られ、それぞれの前記補助反応容器が、固定化リパーゼ調製物の存在下で前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を反応させるように構成され、前記固定化リパーゼ調製物が、疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、前記処理システムが、前記反応媒体を少なくとも部分的に重力と逆方向にそれぞれの前記補助反応容器中の前記固定化リパーゼ調製物中を通過するように構成され；
前記処理システムが、その後前記生成物分離容器に送られる前記反応混合物由来に前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記反応容器に選択的に別のルートで送るように構成され、また前記処理システムが、前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を１つ以上の補助反応器モジュールに選択的に別のルートで送るように構成され、それぞれ前記補助反応器モジュールは、補助反応容器及び補助生成物分離容器を含み、前記脂肪酸アルキルエステルの前記さらに増加した生成物は、その後、それぞれ前記補助生成物分離容器を介して選択的に送られ、それぞれ前記補助反応用容器は、固定化リパーゼ調製物の存在下で前記脂肪酸アルキルエステルの前記生成物に反応させるように構成され、前記固定化リパーゼ調製物が、疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、前記処理システムが、前記反応媒体を少なくとも部分的に重力と逆方向にそれぞれの前記補助反応容器中の前記固定化リパーゼ調製物中を通過するように構成される。
【請求項１３】
前記処理システムが、前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記反応容器に戻し、前記反応容器中でさらなる処理を行い、前記脂肪酸アルキルエステルの収率を高めるように構成された、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項１４】
前記処理システムが、前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記反応容器に戻し、その後に反応生成物を含む変性反応混合物を選択的に産出し、前記生成物分離容器に送るように構成され、また、前記生成物分離容器が、送られてきた前記反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステルの生成物を選択的に分離するように構成された、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項１５】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項１３又は１４に記載の処理システム：
前記処理システムが、前記反応混合物を前記反応容器を通って少なくとも部分的に重力と逆方向に別のルートで送るように構成され；
前記処理システムが、それぞれの前記補助反応容器により供給された反応混合物を選択的に産出し、別のルートでそれぞれの前記補助反応容器に戻し、前記脂肪酸アルキルエステルの収率を高めるように構成され；
前記処理システムが、前記それぞれの補助反応容器により供給される前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートでそれぞれの前記補助反応容器に戻し、その後にそれぞれの前記補助反応容器からの反応生成物を含む変性反応混合物を選択的に産出し、それぞれの前記補助生成物分離容器に送るように構成され、また、それぞれの前記補助生成物分離容器が、送られてきた前記反応混合物由来の前記脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成され；
前記処理システムが、それぞれ前記補助は濃容器によって供給される反応混合物を選択的に産出し、別のルートでそれぞれ前記補助反応容器に戻し、前期脂肪酸アルキルエステルの収率を高めるように構成され、また前記処理システムが、前記反応生成物をそれぞれの前記補助反応容器中を少なくとも部分的に重力と逆方向に通過させるように構成され；
前記処理システムが、それぞれ前記補助反応容器により供給される前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートでそれぞれの前記補助反応容器に戻し、その後にそれぞれの前記補助反応容器からの反応生成物を含む変性反応混合物を選択的に産出し、それぞれの前記補助生成物分離容器に送るように構成され、それぞれの前記補助生成物分離容器が、送られてきた前記反応混合物由来の前記脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成され、また前記処理システムが、前記反応生成物をそれぞれの前記補助反応容器中を少なくとも部分的に重力と逆方向に通過させるように構成される。
【請求項１６】
脂肪酸アルキルエステルを含む反応生成物を提供するために、脂肪酸源のアルコールによるエステル交換／エステル化プロセスであって、脂肪酸源と、アルコール又はアルコール供与体とを含む反応媒体を固定化リパーゼ調製物の存在下で反応させることを含み、前記固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、前記反応媒体が機械的に攪拌され、アルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を含み、前記反応媒体が少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物を通過するプロセス。
【請求項１７】
再循環ステップをさらに含み、前記再循環ステップは、前記反応生成物を選択的かつ直接的に前記固定化リパーゼ調製物に再循環させることを含み、前記再循環ステップにおいて、前記反応生成物が、少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物を通過し、前記固定化リパーゼ調製物に前記反応の反応生成物を選択的かつ直接的に再循環させる前記ステップを複数回繰り返すことを含み、前記反応生成物から脂肪酸アルキルエステルを選択的に分離するステップをさらに含む、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項１６又は１７に記載のプロセス：
前記反応媒体が、前記アルカリ緩衝水溶液を含む場合、前記アルカリ緩衝水溶液の添加時に、脂肪酸源を含む前記反応媒体のｐＨが約５〜約１１であり、それぞれ、前記反応媒体が、前記アルカリ緩衝水溶液を含む場合、溶解塩及びポリオール／ポリオール類の内の少なくとも１種の水溶液の形態の前記水の添加時に、前記脂肪酸源を含む前記反応媒体のｐＨが約３〜約１１であり；
前記アルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種が、少なくとも０．０１重量％の脂肪酸源の量で含まれ；
前記アルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種が、少なくとも２重量％の脂肪酸源の量で含まれ；
前記アルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種が、少なくとも５重量％の脂肪酸源の量で含まれ；
前記アルコールが、短鎖アルコールであり；
前記アルコールが、Ｃ１〜Ｃ６アルキルアルコールであり；
前記アルコールが、Ｃ１〜Ｃ４アルキルアルコールであり；
前記アルコールが、メタノール又はエタノールであり；
前記アルコールが、中鎖脂肪族アルコール（Ｃ６〜Ｃ１０）又は長鎖脂肪族アルコール（Ｃ１２〜Ｃ２２）であり；
前記アルコール供与体が、前記反応媒体中で弱アルカリ性試薬源としての機能も果たすモノアルキルエステルであり；
前記アルコール供与体が、前記反応媒体中で弱アルカリ性試薬源としての機能も果たす酢酸メチルであり；
前記アルコール供与体が、前記反応媒体中で弱アルカリ性試薬源としての機能も果たす炭酸ジアルキルであり；
前記アルコール供与体が、前記反応媒体中で弱アルカリ性試薬源としての機能も果たす炭酸ジメチルであり；
前記少なくとも１種のリパーゼが、リゾムコールミーハイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、シュードモナス属種（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）、リゾプスニベウス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｎｉｖｅｕｓ）、ムコールジャバニクス（Ｍｕｃｏｒ ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、リゾプスオリゼ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｒｙｚａｅ）、アスペルギルスニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、ペニシリウムカメンベルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉｉ）、アルカリジェネス属種（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．）、アクロモバクター属種（Ａｃｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）、ブルクホルデリア属種（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｓｐ．）、サーモマイセスラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、クロモバクテリウムビスコサム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｖｉｓｃｏｓｕｍ）、カンジダアンタークティカＢ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ｂ）、カンジダルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ ｒｕｇｏｓａ）、カンジダアンタークティカＡ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ａ）、パパイヤ種子及びパンクレアチンの内のいずれか１種に由来するリパーゼであり；
前記固定化リパーゼが、遊離脂肪酸の前記エステル化を触媒して、脂肪酸アルキルエステルと、副産物として水とを生成することができ、また、トリグリセリド及び部分グリセリドの前記エステル交換を触媒して、脂肪酸アルキルエステルと副産物としてグリセリンとを生成することができる。
【請求項１９】
前記リパーゼ調製物が、疎水性支持体上でそれぞれ別々に固定化されるか、又は同じ疎水性の支持体上に一緒に固定化され得る少なくとも２種のリパーゼを含み、前記リパーゼが、脂肪族アシル基に対して同じ若しくは異なる位置特異性又は選択性を有する、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記支持体が、多孔性又は非多孔性疎水性脂肪族高分子ベースの支持体及び疎水性芳香族高分子ベースの支持体のいずれか１種であるか、または疎水性有機材料で被覆されている、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記アルカリ緩衝液が、予備混合の段階で前記脂肪酸源に添加されるか、又は前記反応媒体に直接添加される、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２２】
以下の内の少なくとも１つを含む、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載のプロセス：
前記脂肪酸源が、植物油、動物性脂肪、藻油、魚油、廃油、グリーストラップ及びそれらの任意の混合物の内のいずれか１種であり；、
前記脂肪酸源が、リン脂質及びワックスエステルなどの他の微量の脂肪酸誘導体の非存在下または存在下で遊離脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリドもしくはトリグリセリド、及び任意の割合でのそれらの混合物を含み；
前記脂肪酸源が、未精製物、精製物、漂白物、脱臭物又はそれらの任意の組み合わせである。
【請求項２３】
前記アルコールがメタノールであり、前記得られた脂肪酸エステルが脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ−バイオディーゼル）である、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記反応が０℃〜１００℃の温度で、または２０℃〜３０℃の温度で行われる、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２５】
２５  請求項１〜１５のいずれか１項に記載の処理システムにより行われる、請求項１６〜２４のいずれか１項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、例えば、バイオ燃料、食品、化粧品、医薬品、及び洗剤産業で使用するための脂肪酸アルキルエステル製造用処理システム並びにプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術として本明細書で開示の主題に関連すると考えられる文献を下記に挙げる：
−国際公開第ＷＯ２０１１／１０７９７７号
−同時係属国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０００６９９号
−Ｒｉｃｃａ，Ｅ．ｅｔ ａｌ．，Ａｓｉａ−Ｐａｃ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．２００９；４：３６５−３６８ 
−Ｈｉｌｔｅｒｈａｕｓ，Ｌ．ｅｔ ａｌ．，Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．２００８，１２：６１８−６２５ 
−Ｓｏｔｏｆｔ，Ｌ．Ｆ．ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１０，１０１：５２６６−５２７４ 
−Ｈａｍａ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．２０１１，５５：６６−７１
【０００３】
本明細書の上記文献を引用したことにより、これらが本明細書で開示の主題の特許性に多少なりとも関連することを意味するものと推測されるべきではない。
【０００４】
バイオ燃料（バイオディーゼル）の酵素的製造は、通常、多相系で行われ、複雑なプロセスである。この反応は、エステル交換／エステル化反応であり、例えば、出願者の国際公開第ＷＯ１１／１０７９７７号及び同時係属国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０００６９９号で開示のように、リパーゼ（又はホスホリパーゼ）調製物、特に固定化リパーゼ／ホスホリパーゼ調製物の存在下で脂肪酸源（例えば、オイル）とアルコール又はアルコール供与体とを反応させる。
【０００５】
酵素の固定化は、全体の酵素プロセスにおける酵素のコストを減少させること、生成物から酵素の回収を容易すること、及びプロセスの連続運転を可能にすることを主な目標とする極めて多くの技術によって記載されてきた。上記の国際公開第ＷＯ１１／１０７９７７号及び同時係属国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０００６９９号は、リパーゼ／ホスホリパーゼの固定化技術についても開示している。一般に、固定化技術は、シリカや不溶性高分子などの固体の支持体への酵素の物理的吸着、イオン交換樹脂上への吸着、エポキシ化無機もしくは高分子支持体などの固体支持材料への酵素の共有結合、成長している高分子中への酵素の取込み、膜反応器もしくは半透性ゲル中への酵素の閉じ込め、又は酵素結晶（ＣＬＥＣＳ）もしくは酵素凝集体（ＣＬＥＡＳ）の架橋を利用している。固定化酵素は高価であり、酵素を使った全ての製造方法のコストに影響を与えるパラメータであることから、主な課題は、多数の反応サイクルにわたり使用されるように、安定であると同時に効果的な固定化酵素調製物を製造することである。
【０００６】
リパーゼ及びホスホリパーゼは、親水性基質、特に短鎖アルコール及び短鎖脂肪酸（Ｃ４より小さいもの）に対し低い耐性を示す。多くの研究調査では、短鎖アルコール及び短鎖脂肪酸（それぞれ、メタノール及び酢酸など）が、これらの酵素の四次構造から構造水分子を引き離すことに関与して、酵素の触媒活性の変性及びその結果の触媒活性の消失を引き起こすことが観察されている。この弱点のために、基質としてオイルトリグリセリド及びメタノールを用いた商業ベースの量の脂肪酸メチルエステル（「バイオディーゼル」）の製造用としてのリパーゼの使用が妨げられてきた。
【０００７】
上記脂肪酸源と遊離アルコールとのエステル交換／エステル化反応では、通常、形成されたグリセリンと水の副産物が、生体触媒上及び／又はその近傍に蓄積し、基質が固定化酵素の活性部位に自由に接近するのを妨げる。このような生体触媒は、同じバッチの生体触媒を使用する場合、通常、数サイクル後にその触媒性能を失う。特定の固定化酵素調製物は、多くの製造サイクルにわたり良好な安定性を示し、活性を持続する。このような酵素調製物の例は、特に、出願者の国際公開第ＷＯ２００８／０８４４７０号、同ＷＯ２００８／１３９４５５号及び同ＷＯ２００９／０６９１１６号で開示されている。
【０００８】
触媒反応が行われる条件によっては、固定化酵素調製物の安定性及び効率に悪影響を与えることもある。その反応条件下で安定性及び活性を保持する酵素調製物を得ることは重要である。
【０００９】
反応速度を決める因子、酵素の再使用の可能性など（これらの内のいくつかは上で記載している）を考えれば、反応器の選択は重要である。出願者の国際公開第ＷＯ２０１１／１０７９７７号及び同時係属の国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１１／０００６９９号は、高収率を得るための、及び固定化酵素調製物の安定性を維持するための攪拌槽型反応器（ＳＴＲ）を開示している。
【００１０】
ほとんどの固定化酵素を使ったバイオディーゼル製造研究は、バッチ式又は連続式で運転される攪拌槽型反応器（ＳＴＲ）の使用について報告している。固定化酵素は、繰り返し使用するために酵素を保持するスクリーンを含むタンク型反応器中で機械的に攪拌される。このようなシステムは、反応器中で固定化酵素の分散を行うのに有用であることが明らかになった。しかし、高せん断のために、樹脂固定化酵素は、摩損を受けやすく、酵素活性の消失に繋がる場合がある。ごくわずかの研究調査においてのみ、充填ベッド型反応器（ＰＢＲ）中での固定化酵素の使用に関する研究がなされている。エステル交換／エステル化反応で形成されたグリセリン副産物は、ＰＢＲから定期的に取り出され、システムの閉塞が防止される。このようなシステムは、研究室規模で使用されてきたが、ＰＢＲ全体にわたって大きい圧力低下が発生することがあり、これがＰＢＲの連続運転を阻害する原因となり、大規模又は工業規模では使用されてこなかった。
【００１１】
基質に対する物質移動を改善し、また、システムの圧力低下を避けるために、種々の作業研究により共溶媒が使用されてきた。
【００１２】
流動床型反応器（ＦＢＲ）、気泡塔型反応器（ＢＣＲ）、及び膨張床型反応器（ＥＢＲ）を含む他のタイプの反応器は、これまで固定化酵素を使ったバイオディーゼルの製造用として評価も、提案もされてこなかった。いずれの場合でも、このような反応器は、例えば、低変換及び生成物流中での触媒活性の消失（Ｓｏｔｏｆｔら、２０１０、同上）を含む付随する問題のために、通常、この目的に適さないと考えられている。
【発明の概要】
【００１３】
脂肪酸アルキルエステルを形成するための、脂肪酸源とアルコールとのエステル交換／エステル化用処理システムであって、脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを含む反応媒体を固定化リパーゼ調製物の存在下で反応させるように構成された反応容器を含み、固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、反応媒体を少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物中を通過させるように構成された処理システムが、本明細書で開示される。
【００１４】
開示主題の少なくとも１つの実施形態では、処理システムは、前記固定化リパーゼ調製物の膨張床又は流動床を提供するように構成できる。
【００１５】
開示主題の上記又はその他の実施形態では、開示処理システムの前記反応容器には、容器入口ポート及び容器出口ポートを含めることができ、前記容器入口ポートは、前記容器出口ポートより低い位置であってよい。さらに、前記反応容器には、反応媒体と前記固定化リパーゼ調製物とを反応容器内で攪拌するための攪拌システムを含めることができる。またさらには、前記反応容器は、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、固定化リパーゼ調製物を含むことができる。またさらには、前記反応容器は、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の処理システムの少なくとも運転中に、脂肪酸源、並びにアルコール及びアルコール供与体の少なくとも１種を含むことができる。
【００１６】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、開示処理システム中の前記反応媒体は、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、アルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種を含むことができ、前記水は、遊離水及びポリオール又はポリオール類との混合水の内の少なくとも１種である。さらに、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、前記反応媒体は混合物を含み、前記処理システムは前記容器入口ポートを介して前記反応容器と選択的流体連通しているプレ反応容器を含み、前記プレ反応容器は前記混合物を形成するために少なくとも脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを予備混合するように、かつ前記混合物を前記反応容器に選択的に送るように構成される。
【００１７】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつ脂肪酸源を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成された脂肪酸源供給部と、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつアルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成されたアルコール源とをさらに含む。
【００１８】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、必要に応じて、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつアルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送り、前記反応混合物に含めるように構成された緩衝水溶液源及び水源の内の少なくとも１種をさらに含む。前記処理システムは、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、１種又は複数種の脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを連続式又は個別バッチ式で前記プレ反応容器に選択的に送るように構成できる。さらに、前記処理システムは、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、アルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を、連続式又は個別バッチ式で前記プレ反応容器に選択的に送るように構成できる。開示処理システムのいくつかの実施形態では、前記プレ反応容器は、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記混合物を連続式及び／又は個別バッチ式で前記反応容器に選択的に送るように構成できる。
【００１９】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、開示処理システムは、少なくとも１種の脂肪酸源、並びに／又はアルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種、並びに／又はアルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を前記反応容器に選択的かつ直接的に送るように構成できる。
【００２０】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記反応容器は、前記反応容器中の反応媒体を選択温度範囲内に維持するように構成された温度調節処理システムを含むことができる。
【００２１】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、前記処理システムの少なくとも運転中に、固定化リパーゼ調製物を前記反応容器内に保持するように構成された保持装置をさらに含むことができる。前記保持装置は、前記反応容器出口と前記反応容器入口の片方又は両方に存在してよい。
【００２２】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、前記反応容器と選択的流体連通している生成物分離容器をさらに含み、前記処理システムが反応生成物を含む反応混合物を前記反応容器から前記生成物分離容器に選択的に送るように構成され、前記生成物分離容器は、そこに送られた反応混合物から脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成される。前記生成物分離容器は、遠心分離機、コアレッサー、及び重力分離処理システムの内の１種を含むことができる。
【００２３】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムの前記反応容器は、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、連続式又は個別バッチ式で前記反応混合物を前記生成物分離容器に選択的に送るように構成できる。
【００２４】
開示主題の上記又はその他の実施形態では、処理システムは、前記生成物分離容器から脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に分注するように構成できる。さらに、前記処理システムは、前記生成物分離容器から脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を連続式で又は個別バッチ式で選択的に送るように構成できる。またさらに、前記処理システムは、前記生成物分離容器に送られた反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を増加させるように構成できる。またさらに、前記処理システムは、その後に前記生成物分離容器に送られる反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステルの前記生成物をさらに増加させるために、脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記反応容器に選択的に別のルートで送るように構成される。前記処理システムはまた、脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に別のルートで補助反応モジュールに送るように構成され、前記補助反応モジュールが補助反応容器及び補助生成物分離容器を含み、脂肪酸アルキルエステルのさらに増加した前記生成物が、その後に前記補助生成物分離容器を介して選択的に送られる。
【００２５】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、開示処理システムの前記補助反応容器が、固定化リパーゼ調製物の存在下で脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を反応させるように構成でき、固定化リパーゼ調製物は、疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、前記処理システムは、反応媒体を少なくとも部分的に重力と逆方向に前記補助反応容器中の前記固定化リパーゼ調製物中を通過させるように構成される。
【００２６】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記反応容器に戻し、その中でさらなる処理を行い、前記脂肪酸アルキルエステルの収率を高めるように構成できる。
【００２７】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記反応容器に戻し、その後に反応生成物を含む変性反応混合物を産出し、前記生成物分離容器に送るように構成でき、また、前記生成物分離容器は、送られてきた反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成される。さらに、前記処理システムは、反応混合物が前記反応容器を通って少なくとも部分的に重力と逆方向に別のルートで送られるように構成できる。開示処理は、前記補助反応容器により供給される反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記補助反応容器に戻して、前記脂肪酸アルキルエステルの収率を高めるように構成できる。前記処理システムは、前記補助反応容器により供給される前記反応生成物を含む反応混合物を選択的に産出し、別のルートで前記補助反応容器に戻し、その後に前記補助反応容器からの反応生成物を含む変性反応混合物を選択的に産出し、前記補助生成物分離容器に送るように構成でき、また、前記補助生成物分離容器は、送られてきた反応混合物から脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成される。
【００２８】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、反応生成物を、前記補助反応容器を通って少なくとも部分的に重力と逆方向に通過させるように構成できる。
【００２９】
本明細書で開示の主題の上記又はその他の実施形態では、前記処理システムは、任意の所望の組み合わせ又は順序で、以下の特徴の１つ又は複数を含むことができる：
Ａ．前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、反応容器は固定化リパーゼ調製物を含むことができる。
Ｂ．Ａの特徴に加えて又はその代わりに、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、反応容器は脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを含むことができる。
Ｃ．ＡもしくはＢの特徴に加えて又はそれらの代わりに、前記脂肪酸アルキルエステルの製造用の前記処理システムの少なくとも運転中に、前記反応媒体は混合物を含み、前記処理システムは前記反応容器と選択的流体連通しているプレ反応容器をさらに含み、前記プレ反応容器は前記混合物を形成するために少なくとも脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種とを予備混合するように、かつ前記混合物を前記反応容器に選択的に送るように構成されている。処理システムは、必要に応じて、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつ脂肪酸源を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成された脂肪酸源と、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつアルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送るように構成されたアルコール源とをさらに含むことができる。処理システムは、必要に応じて、前記プレ反応容器と選択的流体連通し、かつ前記処理システムの少なくとも前記運転中に、アルカリ緩衝水溶液及び水（又は本明細書で定義する水溶液）の内の少なくとも１種を前記プレ反応容器に選択的に送り、前記混合物に含めるように構成された緩衝液源をさらに含むことができる。
Ｄ．ＡからＣの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、１種又は複数種の脂肪酸源、並びに／又はアルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種、並びに／又はアルカリ緩衝水溶液及び水（若しくは本明細書で定義する水溶液）の内の少なくとも１種を連続式又は個別バッチ式のいずれかの方式でそれぞれ前記プレ反応容器に選択的に送るように構成できる。
Ｅ．ＡからＤの特徴に加えて又はそれらの代わりに、プレ反応容器は、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記混合物を連続式及び／又は個別バッチ式で前記反応容器に選択的に送るように構成できる。
Ｆ．ＡからＥの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは、少なくとも１種の脂肪酸源と、アルコール及びアルコール供与体の内の少なくとも１種と、アルカリ緩衝水溶液及び水（又は本明細書で定義する水溶液）の内の少なくとも１種とを前記反応容器に選択的かつ直接的に送るように構成できる。
Ｇ．ＡからＦの特徴に加えて又はそれらの代わりに、反応容器は、前記反応容器中の反応媒体を選択温度範囲内に維持するように構成された温度調節処理システムを含むことができる。
Ｈ．ＡからＧの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは、必要に応じて、前記処理システムの少なくとも運転中に、固定化リパーゼ調製物を前記反応容器内に保持するように構成された保持装置をさらに含むことができる。
Ｉ．ＡからＨの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは前記反応容器と選択的流体連通している生成物分離容器をさらに含み、前記処理システムは反応生成物を含む反応混合物を前記反応容器から前記生成物分離容器に選択的に送るように構成され、前記生成物分離容器はそこに送られた反応混合物から脂肪酸アルキルエステル生成物を選択的に分離するように構成される。例えば、生成物分離容器は、遠心分離機、コアレッサー、及び重力分離処理システムの内の１種であってよい。
Ｊ．ＡからＩの特徴に加えて又はそれらの代わりに、反応容器は、前記処理システムの少なくとも前記運転中に、前記反応混合物を前記生成物分離容器に連続式で及び／又は個別バッチ式で選択的に送るように構成される。
Ｋ．ＩからＪの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは、脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を前記生成物分離容器から選択的に送るように構成される。例えば、処理システムは、脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を連続式及び／又は個別バッチ式で前記生成物分離容器から選択的に送るように構成される。
Ｌ．ＡからＫの特徴に加えて又はそれらの代わりに、処理システムは、前記生成物分離容器に送られる反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を増加させるように構成される。この特徴を有する処理システムの一構成では、処理システムは、その後に前記生成物分離容器に送られる反応混合物由来の脂肪酸アルキルエステルの前記生成物をさらに増加させるために、脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に別のルートで前記反応容器に送るように構成される。この特徴を有する処理システムの別の構成では、処理システムは、補助反応器モジュールに脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に別のルートで送るように構成され、前記補助反応器モジュールが補助反応容器と補助生成物分離容器とを含み、脂肪酸アルキルエステルのさらに増加した前記生成物が、引き続き前記補助生成物分離容器を介して選択的に送られる。
Ｍ．ＡからＬの特徴に加えて又はそれらの代わりに、このシステムは、反応媒体出力を反応容器の上端から反応容器の底部に戻し、その後反応容器を通して反応器の上端に向けて流し、再循環流量に応じて固定化リパーゼ調製物の膨張／流動化を起こさせる反応媒体再循環配管を含む。このような特徴は、脂肪酸源、アルコール源及び水／緩衝液源の内の１種又は複数種の反応容器中への供給速度に無関係であり得る流量で、かつ反応容器中の酵素ビーズなどの固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の流動化／膨張のさらなる制御を可能とする流量で生成物を反応容器に対し再循環させることができる。
【００３０】
脂肪酸アルキルエステルを形成するための、脂肪酸源とアルコールとのエステル交換／エステル化プロセスであって、脂肪酸源と、アルコール又はアルコール供与体とを含む反応媒体を固定化リパーゼ調製物の存在下で反応させることを含み、固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、必要に応じて、反応媒体が攪拌され、アルカリ緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類との混合水）の内の少なくとも１種を含み、反応媒体が少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物を通過するプロセスも同様に本明細書で開示される。開示プロセスの反応生成物は、前記脂肪酸アルキルエステルを含む。開示プロセスは、前記反応生成物を選択的かつ直接的に前記固定化リパーゼ調製物に再循環させるステップをさらに含むことができる。開示プロセスのいくつかの実施形態では、前記再循環ステップにおいて、前記反応生成物は、少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物を通過する。選択的かつ直接的に前記固定化リパーゼ調製物に前記反応の反応生成物を再循環させる前記ステップは、複数回繰り返すことができる。開示プロセスのいくつかの実施形態では、前記反応を０℃〜１００℃、特に、２０℃〜３０℃の温度で行うことができる。
【００３１】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記プロセスは前記反応生成物から脂肪酸アルキルエステルを選択的に分離するステップをさらに含むことができる。
【００３２】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記アルカリ緩衝水溶液の添加時に、オイル供給原料を含む反応媒体のｐＨは、約５〜約１１であり、溶解塩及びポリオール／ポリオール類の内の少なくとも１種の水溶液の形態の前記水のそれぞれの添加時に、オイル供給原料を含む反応媒体のｐＨは、約３〜約１１である。前記アルカリ緩衝水溶液及び水の少なくとも１種は、少なくとも０．０１重量％の量の脂肪酸源、具体的には、少なくとも２重量％の量の脂肪酸源、さらに具体的には、少なくとも５重量％の量の脂肪酸源を含むことができる。
【００３３】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記アルコールは、短鎖アルコール、具体的には、Ｃ１〜Ｃ６アルキルアルコール、さらに具体的には、Ｃ１〜Ｃ４アルキルアルコール、特に、メタノール又はエタノールであり得るか、又は前記アルコールは、中鎖脂肪アルコール（Ｃ６〜Ｃ１０）、もしくは長鎖脂肪族アルコール（Ｃ１２〜Ｃ２２）である。さらに、前記アルコール供与体は、酢酸メチルなどのモノアルキルエステル、又は炭酸ジメチルなどの炭酸ジアルキルであり、反応媒体中の弱アルカリ性試薬源としても機能する。
【００３４】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記少なくとも１種のリパーゼは、リゾムコールミーハイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、シュードモナス属種（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）、リゾプスニベウス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｎｉｖｅｕｓ）、ムコールジャバニクス（Ｍｕｃｏｒ ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、リゾプスオリゼ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｒｙｚａｅ）、アスペルギルスニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、ペニシリウムカメンベルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉｉ）、アルカリジェネス属種（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．）、アクロモバクター属種（Ａｃｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）、ブルクホルデリア属種（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｓｐ．）、サーモマイセスラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、クロモバクテリウムビスコサム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｖｉｓｃｏｓｕｍ）、カンジダアンタークティカＢ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ｂ）、カンジダルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ ｒｕｇｏｓａ）、カンジダアンタークティカＡ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ａ）、パパイヤ種子及びパンクレアチンのいずれか１種に由来するリパーゼであり得る。
【００３５】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記固定化リパーゼは、遊離脂肪酸のエステル化を触媒して、脂肪酸アルキルエステル及び副産物としての水を得ることができ、トリグリセリド及び部分グリセリドのエステル交換を触媒して脂肪酸アルキルエステル、及び副産物としてのグリセリンを得ることができる。
【００３６】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記リパーゼ調製物は、疎水性支持体上でそれぞれ別々に固定化されるか、又は同じ疎水性の支持体上で一緒に固定化され得る少なくとも２種のリパーゼを含むことができ、前記リパーゼは、同じ若しくは異なる位置特異性、又は脂肪酸選択性を有する。
【００３７】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記支持体は、疎水性脂肪族高分子ベース支持体及び疎水性芳香族高分子ベース支持体の内のいずれか１種であり得る。さらに、前記支持体は、多孔質又は非多孔質の無機支持体であり得、これらは疎水性であり得るか、又は疎水性有機材料で被覆されている。
【００３８】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記アルカリ緩衝液は、予備混合段階で前記脂肪酸源に添加され得るか、又は直接的に反応媒体に添加され得る。
【００３９】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記脂肪酸源は、植物油、動物性油脂、藻油、魚油、廃油、グリーストラップ及びそれらの任意の混合物のいずれか１種であり得る。より具体的には、前記脂肪酸源は、リン脂質及びワックスエステルなどの他の微量の脂肪酸誘導体の非存在下または存在下で遊離脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリドもしくはトリグリセリド、任意の割合でのそれらの混合物を含むことができ、より具体的には、前記脂肪酸源は、未精製物、精製物、漂白物、脱臭物又はそれらの任意の組み合わせである。
【００４０】
本明細書で開示のプロセスの上記又はその他の実施形態では、前記アルコールがメタノールであり、前記生成脂肪酸エステルが脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ−バイオディーゼル）である。
【００４１】
脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に別のルートで前記反応容器に送るように構成される処理システムの少なくとも１つの実施形態の特徴は、この生成物が、脂肪酸源、アルコール源及び水／緩衝液源の内の１種又は複数種の反応容器中への供給速度に無関係であり得る流量で反応容器を通って再循環できることである。これにより、反応容器中の酵素ビーズなどの固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の流動化／膨張のさらなる制御が可能となる。
【００４２】
脂肪酸アルキルエステルの前記生成物を選択的に別のルートで前記補助反応モジュールに送るように構成される処理システムの少なくとも１つの実施形態の特徴は、この生成物が、生成物の反応容器からの供給速度に無関係であり得る流量で補助反応モジュールを通して再循環できることである。これにより、補助反応モジュール中の酵素ビーズなどの固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の流動化／膨張のさらなる制御が可能となる。
【００４３】
本明細書で開示されている主題をよりよく理解するために、かつ本発明をどのようにして実際に行うことができるかを例示するために、以降で単なる非限定的な例として添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本明細書で開示の主題の一態様による脂肪酸アルキルエステルの製造のための処理システムの第１の例を示す概略図である。
【図２】本明細書で開示の主題の一態様による脂肪酸アルキルエステルの製造のための処理システムの第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】本明細書で開示の主題の一態様による脂肪酸アルキルエステルの製造のための処理システムの第３の実施形態を示す概略図である。
【図４】本明細書で開示の主題の一態様による脂肪酸アルキルエステルの製造のための処理システムの第４の実施形態を示す概略図である。
【図５】本明細書で開示の主題の一態様による脂肪酸アルキルエステルの製造のための処理システムの第５の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
バイオディーゼルの製造に通常使用される反応器は、出願者の国際公開第ＷＯ２０１１／１０７９７７号に記載の攪拌槽型反応器（ＳＴＲ）であり得る。あるいは、充填ベッド反応器（ＰＢＲ）を使用することが可能である。酵素触媒エステル交換反応の多相的な性質は、通常、反応器を選択する際に考慮に入れるべき因子であり、この反応器は、不均一反応器でなければならない。
【００４６】
本発明者らは、新規処理システム、方法及び対応する反応器を開発した。これらは、特に、脂肪酸アルキルエステル、具体的には、脂肪酸メチルエステル（バイオディーゼル）の酵素的製造に使用できる。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態では、反応器は、攪拌槽型反応器及び膨張床型反応器の要素をその中に組み込み、固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の攪拌及び膨張床を提供するため、本明細書においては、これをハイブリッド反応器と呼ぶ。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態では、反応器は、攪拌槽型反応器及び膨張床型反応器の要素をその中に組み込み、固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の攪拌及び膨張床を提供するため、本明細書においては、これをハイブリッド反応器と呼ぶ。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態では、反応器は、膨張床型（非撹拌型）反応器として動作し、固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の膨張床を提供する。
【００５０】
少なくとも１つの実施形態では、反応器は、流動床型（非撹拌型）反応器として動作し、固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の流動床を提供する。
【００５１】
本明細書で開示の反応器、特にハイブリッド反応器の少なくともいくつかの実施形態は、反応器中の酵素ビーズの流動化／膨張を可能とし、反応媒体の反応器を通る流れを著しく促進し、それぞれの処理システムの閉塞の潜在リスクを低減する。特に、それは、酵素床の詰め込みを回避し、代わりに供給物を使って酵素床（必要に応じて、再循環配管）を膨張させるか、又は流動化させることによって、反応物と生体触媒との間の曝露／接触時間を増加させることにより改良された反応器性能の効果を提供する。この効果は、重力と逆方向に（例えば、底部から上端に）反応器を通して反応媒体を供給し、必要に応じて、同時に酵素床の機械的な撹拌を付与することにより達成される。さらに、反応器を通して重力と逆方向への反応媒体の供給及び／又は再循環による酵素樹脂の膨張又は流動化により、形成されたグリセリン副産物の樹脂固定化酵素上への固着を防ぐか、又は少なくとも著しく減らし、それにより、酵素床の閉塞を防ぐか、又は少なくとも減らし、反応器及び処理システムからの流れを促進すると本明細書では考えられている。例えば、反応器を通して重力と逆方向に反応媒体を供給（必要に応じて、反応生成物を再循環）しながら、同時に攪拌器で機械的に酵素床を攪拌することにより、この効果を高められることがさらに考えられている。
【００５２】
本明細書で開示の、特に、例えば、反応媒体出力を反応容器の上端から反応容器の底部に戻し、その後反応容器を通って反応器の上端に向けて流す、重力と逆方向に反応器を通して反応媒体を再循環させるように構成される反応器の少なくともいくつかの実施形態は、再循環流量に応じて、固定化リパーゼ調製物の膨張／流動化を高めることができる。このような特徴は、脂肪酸源、アルコール源及び水／緩衝液源の内の１種又は複数種の反応容器中への供給速度に無関係であり得る流量で、かつ反応容器中の酵素ビーズなどの固定化酵素（例えば、リパーゼ調製物）の流動化／膨張のさらなる制御を可能とする流量で生成物を反応容器に対して再循環させることができる。
【００５３】
一般的な意味では、反応器を通る方向は、便宜上、反応容器の入口と反応容器の出口との間の直線連結として定義され得る。
【００５４】
本明細書で開示の主題の少なくともいくつかの態様では、反応媒体は、反応器を通って重力方向と一直線にならない方向、例えば、部分的にもしくは完全に重力と逆方向、又は水平方向にある反応器内に供給される。
【００５５】
本明細書で開示の主題の一態様により、脂肪酸アルキルエステル、特に脂肪酸低級メチルエステル（バイオディーゼル）の製造のための処理システムが提供される。図１に関して、参照数字１００で標識された、このような処理システムの第１の実施形態は、反応容器１２０の形態の反応器、プレ反応調製容器１４０、及び生成物分離容器１６０を含む。
【００５６】
プレ反応調製容器１４０は、供給原料と、必要に応じて、緩衝水溶液及び水（又は本明細書で定義する水溶液）の内の少なくとも１種を受け取り、それらから適切なエマルジョンを形成し、調製エマルジョンＰＥ（本明細書では乳化供給原料とも呼ぶ）を反応容器１２０に供給するように構成される。特に、このような供給原料は、脂肪酸源の供給部１８２からの脂肪酸源ＦＡ（例えば廃食油）と、アルコール源１８４からのアルコールＡＬ（例えばメタノール）と、必要に応じて、緩衝液／水源１８６からの緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々比率のグリセリンとの混合水）ＢＵの内の少なくとも１種とを含むことができ、前記プレ反応調製容器１４０と、それぞれ容器入口１７２、１７４、１７６及び適切なバルブ（図示せず）を介して流体連通している適切な供給配管１５２、供給配管１５４、及び必要に応じて、供給配管１５６を介して供給される。
【００５７】
プレ反応調製容器１４０は内容積Ｖ１を規定し、その中で、容器入口１７２、１７４、１７６を介してそこに供給される供給原料及び必要に応じて、緩衝液／水を含む反応混合物が、動力源（図示せず）によって駆動される適切な撹拌処理システム１４２を用いて一緒に混合され、エマルジョンＰＥが形成される。プレ反応調製容器１４０は、外部ジャケット１４９を含み、それを通って適切な作動流体が循環して、容積Ｖ１を所望の定常温度に維持することが可能となる。例えば、作動流体は、油、水又は任意の他の適切な液体もしくは気体であり得、別の容器（図示せず）中で加熱又は冷却されて、ジャケット１４９を通って適切な入口ポート及び出口ポート（図示せず）を介して圧送される。この実施形態の代替変形例では、プレ反応調製容器１４０は、外部ジャケット１４９の代わりに又はそれに追加して、加熱要素及び／又は冷却要素からなる処理システム、例えば電力加熱素子及び／又は冷却素子を含むことができる。この実施形態のさらに他の代替変形例では、温度調節処理システムを省略することができる。
【００５８】
反応容器１２０は、プレ反応調製容器１４０から調製エマルジョンＰＥを受け取り、その中の供給原料を適切な生体触媒ＢＣ（本明細書においては、酵素床とも呼ばれる）の存在下で反応させて、反応生成物ＲＰを生成し、次いで反応生成物ＲＰを反応混合物から生成物分離容器１６０に供給するように構成される。出口配管１４８は、プレ反応調製容器１４０と、反応容器１２０との間で出口１４１、適切なバルブ１２６を介して選択的流体連通を供給し、必要であればプレ反応調製容器１４０で調製された調製エマルジョンＰＥの反応容器１２０への選択的供給を可能にする。出口配管１４８は、調製エマルジョンＰＥを反応容器１２０に圧送する動力ポンプ１２８を含み、必要に応じて、出口１４１、好ましくは、出口１２７も、入口１２１よりも高い位置にあり、したがって、調製エマルジョンＰＥは少なくとも部分的に重力により反応容器１２０へと流れる。
【００５９】
反応容器１２０は内容積Ｖ２を規定し、その中で、容器入口１２１を介してその中へ供給される反応混合物中の調製エマルジョンＰＥを反応させる。
【００６０】
この実施形態では、反応容器１２０は、反応混合物の選択的攪拌オプションを備えたハイブリッド反応器であり、酵素床の膨張又は流動化を可能とする。反応混合物は、動力源（図示せず）によって駆動される適切な撹拌処理システム１２４により選択的に撹拌され、反応生成物ＲＰを形成できる。反応混合物の攪拌は、調製エマルジョンＰＥの反応容器１２０内の反応混合物中への供給と同時に、又は、ＰＥの供給とは独立して（例えば、調製エマルジョンＰＥの反応容器１２０への供給が停止され、既に反応容器１２０内にある反応混合物を攪拌する場合に）行うことができる。この実施形態の代替変形例では、攪拌処理システム１２４を省略することができる。
【００６１】
生体触媒ＢＣは、例えば、適切な酵素を含んでもよく、また、この及びその他の実施形態では、固定化酵素ビーズの形態で提供される。このビーズは効力がなくなるまで、又は十分効果的でないために除去されて新しい生体触媒ＢＣと交換されるまで反応容器１２０中に残存する。例えば、生体触媒ＢＣは、疎水性で多孔質のポリスチレンジビニルベンゼンベース樹脂、又はアルケンベース樹脂の重合体もしくは共重合体上に固定化されたリゾムコールミーハイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、ムコールミーハイ（Ｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、シュードモナス属種（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）、リゾプス属種（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｓｐ．）、ムコールジャバニクス（Ｍｕｃｏｒ ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、ペニシリウムロックフォルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｒｏｑｕｅｆｏｒｔｉ）、アスペルギルスニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、クロモバクテリウムビスコサム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｖｉｓｃｏｓｕｍ）、アクロモバクター属種（Ａｃｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）、ブルクホルデリア属種（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｓｐ．）、カンジダアンタークティカＡ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ａ）、カンジダアンタークティカＢ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ｂ）、サーモマイセスラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、カンジダルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ ｒｕｇｏｓａ）、アルカリジェネス属種（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．）、ペニシリウムカメンベルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉｉ）、パパイヤ種子及びパンクレアチンの内のいずれか１種に由来するリパーゼを含むことができるが、これらに限定されない。
【００６２】
反応容器１２０は、外部ジャケット１２９の形態の温度調節処理システムを含み、それを通って適切な作動流体が循環して、容積Ｖ２を所望の定常温度で維持することが可能になる。例えば、作動流体は、油、水又は他のいずれかの適切な液体もしくは気体もしくは流体であり得、別の容器（図示せず）中で加熱又は冷却されて、ジャケット１２９を通って適切な入口ポート及び出口ポート１２３を介して圧送される。この実施形態の代替変形例では、温度調節処理システムは、ジャケット１２９の代わりに又はそれに追加して、加熱要素及び／又は冷却要素、例えば、電力加熱素子及び／又は冷却素子の処理システムを含む。この実施形態のさらに他の代替変形例では、温度調節処理システムを省略することができる。
【００６３】
反応容器１２０は、入口１２１の下流に設けられ、生体触媒ＢＣが入口１２１を介して反応容器１２０から出るのを防止するように、かつ／又は生体触媒ＢＣが入口１２１を閉塞するのを防ぐように構成されたフィルター１２５’の形態の適切な保持装置を含む。
【００６４】
反応容器１２０は、出口１２７を含み、反応容器１２０から除去される前に、反応混合物、特に反応生成物ＲＰを濾過し、生体触媒ＢＣが反応生成物ＲＰとともに除去されるのを防ぐように構成されたフィルター１２５の形態の適切な保持装置が、出口１２７の上流に設けられる。
【００６５】
この及び他の処理システムの実施形態の代替変形例では、フィルター１２５とフィルター１２５’の片方又は両方を省略することができる。例えば、反応容器１２０を通る反応混合物の流量を調節して、酵素床の膨張又は流動化を提供でき、その結果、生体触媒ＢＣを容積Ｖ２内に閉じ込めたままで残すことができる。
【００６６】
容器出口１２７は、容器入口１２１から重力勾配とほぼ逆方向に間隔を置いて配置される、すなわち、容器入口１２１は、容器出口１２７より重力作用的に低い位置にある。この特定の実施形態では、容器入口１２１は、容器１２０の下方部分、特に、その容器の底部又は底部近傍に配置されるが、容器出口１２７は、容器１２０の上方部分又はその近傍に配置される。容器出口１２７は、この実施形態では、容器入口１２１から水平方向に間隔を置いて配置されるが、その代わりに、水平方向ではあるが垂直方向に相互に間隔を置いて配置することができる。
【００６７】
この実施例の代替変形例では、容器出口１２７は、重力の助けなしに調製エマルジョンＰＥを反応容器１２０中の反応混合物を通って水平に供給可能とするために、容器入口１２１から水平方向ではあるが同じ垂直位置で間隔を置いて配置される。調製エマルジョンＰＥの反応容器１２０中の反応混合物を通る重力に助けられない方向の（すなわち、少なくとも部分的に重力と逆方向の、又は水平方向の）流れは、重力により助けられる方向に反応容器１２０中の反応混合物を通して調製エマルジョンＰＥを供給するのに比べて、反応容器１２０中の生体触媒ＢＣの膨張又は流動化を付与するか、又は反応容器１２０中の生体触媒ＢＣの膨張又は流動化を少なくとも著しく高めると考えられる。この実施形態を含む少なくともいくつかの実施形態では、反応容器１２０に付与される膨張又は流動化の程度は、反応容器１２０を通る体積流量又は質量流量、生体触媒ＢＣの比重、反応混合物の比重、反応容器１２０の内部形状、すなわち、容積Ｖ２の内の１つ又は複数を含む多くの因子に依存し得る。
【００６８】
特に、反応容器１２０中の反応混合物を通る調製エマルジョンＰＥの流れが、反応容器１２０を通る正味水平方向にあるこの実施形態の代替変形例については、例えば、図２および図３の実施形態について本明細書で開示するように、好ましくは、処理システムは再循環配管１７０を含む。
【００６９】
このように、処理システム１００の運転では、調製エマルジョンＰＥは、入口１２１を経由して容器１２０に圧送され、反応生成物ＲＰは、容器１２０から出口１２７を経由して部分的に又は完全に重力勾配に反して、例えば、ポンプ１２８の動作により圧送される。
【００７０】
生成物分離容器１６０は、反応生成物ＲＰ、所望の生成物Ｐ（脂肪酸アルキルエステル）と、過剰の水及びグリセリンＧを含む副産物を分離するように構成される。出口配管１４７は、生成物分離容器１６０と反応容器１２０との間に適切なバルブ（図示せず）を介して選択的流体連通を形成し、必要であれば、反応生成物ＲＰの反応容器１２０から生成物分離容器１６０への供給を可能にする。この実施形態では、生成物分離容器１６０は、前記分離を行うための遠心分離機、コアレッサー又は重力分離処理システムを含み、かつ生成物Ｐを出力するための第１の出口接続器１６２と、過剰な水及びグリセリンＧ（副産物中の又は補充／反応媒体中に元々存在する過剰な水及びグリセリン）を収集するための第２の出口１６４とを含む。生成物Ｐは、例えば、タップ１６３を介して収集できる。
【００７１】
このように、処理システム１００は、連続製造方式で運転することが可能であり、この方式では調製エマルジョンＰＥは、反応容器１２０に送られ、所望の生成物Ｐはタップ１６３を介して連続式で収集される。エマルジョンＰＥを連続式で調製し、反応容器１２０の下方部分に送り、反応容器１２０の上方部分の出口１２７から反応生成物ＲＰが取り出されるのと同じ速度で反応容器中に一定量の反応物を補給することができる。必要に応じて、このような連続運転中、撹拌処理システム１２４により反応混合物を連続的に又は断続的に攪拌してもよく、必要に応じて、このような連続運転中に反応混合物を撹拌しなくてもよい。
【００７２】
もう一つの方法として、エマルジョンＰＥを調製し、反応容器１２０の下方部分にバッチ式で送り、反応容器１２０の上方部分の出口１２７から反応生成物ＲＰを連続的に取り出した後に、反応容器１２０内の反応物の量が特定の最低レベルまで低下したときはいつでも不連続の間隔で反応混合物中に一定量の反応物を補給することができる。むろん、加えて又は代わりに、処理システム１００が連続式ではなく、バッチ式で所望の生成物Ｐを生成するように動作することも可能である。いずれの場合でも、必要に応じて、処理システム１００のこのようなバッチ式での運転中に攪拌処理システム１２４によりこのようなバッチ中の反応混合物を連続的に又は断続的に攪拌し、必要に応じて、このようなバッチ式での運転中に反応混合物を撹拌しない。
【００７３】
発明者らは、入口１２１から間隔を置いて重力勾配と逆方向に配置した容器出口１２７が、反応容器１２０の働きを改善できることを発見したが、これは、予想外の、驚くべき効果である。
【００７４】
図２を参照すると、参照数字１００’で標識された処理システムの第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、したがって、処理システム１００の第１の実施形態について本明細書で開示するような全ての要素および特徴を含む。処理システム１００’は、必要に応じて、第１の高収率モードで選択的に運転されるように構成され、生成物Ｐは、出口１２７から直ちに、かつ完全に生成物分離容器１６０に供給されてタップ１６３を経由して収集される代わりに、任意の第１の再循環配管１７０（本明細書では同義で、任意の第１の別ルート処理システムとも呼ぶ）を経由して反応容器１２０に選択的に、かつ部分的に又は完全に別ルートで送られる。この第１の再循環配管１７０は、配管１６５Ａ、容器入口１２１、及びバルブ１６７Ａと１６８Ａを含む。
【００７５】
バルブ１６７Ａは、配管１４７の第１の部分（すなわち、配管１４７Ａ）を介して容器出口１２７に連結された入口又はポートを備える。バルブ１６７Ａは、配管１４７の第２の部分（すなわち、配管１４７Ｂ）を介して生成物分離容器１６０に連結された第１の出口又はポート、並びに配管１６５Ａ、バルブ１６８Ａ、及び入口１２７を介して反応容器１２０に連結された第２の出口又はポートを備える。このように、再循環配管１７０は、配管１４７Ａ、配管１６５Ａ、バルブ１６７Ａ、及び配管１７１により形成される。バルブ１６８Ａは、バルブ１２６に置き換えて設置するか、又はそれと組み合わせて動作させることができる。バルブ１６７Ａが生成物分離容器１６０に直接連結される場合には、配管１４７の第２の部分、すなわち、配管１４７Ｂは省略することができる。
【００７６】
したがって、バルブ１６７Ａを３ポートバルブとして動作させて、出口１２７から出て、生成物分離容器１６０と反応容器１２０に供給される反応生成物ＲＰの相対的比率を、例えば、以下に示すように、選択的に制御できる：
−バルブ１６７Ａは、生成物分離容器１６０を出て、反応容器１２０に向けて全反応生成物ＲＰを完全に迂回させて、反応容器を通る完全再循環を可能にできる；
−バルブ１６７Ａは、生成物分離容器１６０中に全反応生成物ＲＰを完全に迂回させて、反応容器を通る再循環を防止できる；
−バルブ１６７Ａは、反応生成物ＲＰの一部を生成物分離容器１６０に、反応生成物ＲＰの一部を反応容器１２０に分流させて、これらの２つの部分の比率を選択的に０〜１まで変えることができ、これにより、反応容器を通る部分再循環を可能にできる；
−バルブ１６７Ａを閉鎖して、反応生成物ＲＰの生成物分離容器１６０と反応容器１２０への流れを止める。
【００７７】
バルブ１６７Ａは、共に制御され、バルブ１６７Ａと同じ機能をもたらし得る複数のシンプルバルブ（例えば、複数の１方向バルブ）で置換することができる。
【００７８】
この実施形態の代替変形例では、バルブ１６７Ａを複数の２ポートバルブ又は他のいずれかの適切なバルブ装置で置換して、生成物分離容器１６０と反応容器１２０に供給される（出口１２７から出てくる）反応生成物ＲＰの相対的比率の同様の選択的制御を提供できる。この実施形態のさらに他の代替変形例では、バルブ１６７Ａ再循環配管１７０を、配管１４７とその中の制御バルブと置換して、生成物分離容器１６０への反応生成物ＲＰの流れのみを選択的に制御でき、加えて、独立した再循環配管とその中の制御バルブと置換して、反応生成物ＲＰの反応容器１２０への流れのみを選択的に制御できる。
【００７９】
図２に示す実施形態では、バルブ１６８Ａは、配管１７１を介して容器入口１２１に連結された出口又はポート、配管１６５Ａに連結された第１の入口又はポート、及び配管１４８を介してプレ反応調製容器１４０に連結された第２の入口又はポートを備える。配管１７１は、バルブ１６８Ａが反応容器１２０と入口１２１で直接連結される場合には、省略することができる。
【００８０】
したがって、バルブ１６８Ａを３ポートバルブとして動作させて、配管１６５Ａを介して入口１２１に（したがって、反応容器１２０に）供給される反応生成物ＲＰの相対的比率、及び反応容器１２０に供給される調製エマルジョンＰＥの相対的比率を、例えば、以下に示すように、選択的に制御できる：
−バルブ１６８Ａは、調製エマルジョンＰＥを入口１２１経由で反応器１２０に供給させ、同時に、配管１６５Ａ中の反応生成物ＲＰが反応容器１２０に供給されるのを防止する；
−バルブ１６８Ａは、配管１６５Ａ中の反応生成物ＲＰを入口１２１経由で反応容器１２０に供給させ、同時に、調製エマルジョンＰＥがプレ反応調製容器１４０から反応容器１２０に供給されるのを防止する（配管１６５Ａ及び／又は配管１４７Ａに追加の動力ポンプが必要となるもしくは望ましい場合がある、又は反応生成物ＲＰを配管１６５Ａに重力を利用して流すことができる）；
−バルブ１６８Ａは、調製エマルジョンＰＥの一部を入口１２１経由で反応器１２０に供給させ、同時に、配管１６５Ａ中の反応生成物ＲＰの一部が反応容器１２０に供給されるのを可能とし、これらの２つの部分の比率を選択的に０〜１に変えることができる；
−バルブ１６８Ａを閉鎖して、調製エマルジョンＰＥの入口１２１を介した反応器１２０への流れを停止し、配管１６５Ａ中の反応生成物ＲＰの反応容器１２０への流れを止める。
【００８１】
バルブ１６８Ａは、共に制御され、バルブ１６８Ａと同じ機能をもたらし得る複数のシンプルバルブ（例えば、複数の１方向バルブ）で置換することができる。
【００８２】
反応容器１２０に別ルートで送る場合、生成物Ｐを含むそれぞれの比率の反応生成物ＲＰを、反応容器１２０中に既に存在しているアルコールＡＬと、その中で（必要に応じて、緩衝液ＢＵの存在下で）さらに反応させることができる。必要に応じて、アルコールＡＬは、供給源１８４を直接配管１６５Ａに連結する別の配管（図示せず）を介して、及び／又は配管１６５Ａに連結された異なるアルコール源（図示せず）を介して、及び／又は供給源１８４を（プレ反応調製容器１４０を介して）配管１６５Ａに間接的に連結する別の配管（図示せず）を介して、反応生成物ＲＰを直接別ルートで送ることができる。
【００８３】
再循環配管１７０を介して別のルートで反応生成物ＲＰを反応容器１２０に戻す効果は、生成物分離容器１６０を使って再度副産物から分離できるので、生成物Ｐが高収率で製造されることである。
【００８４】
第１の高収率モードに加えて、処理システムは、必要に応じて、第２の高収率モードで選択的に運転するように構成できる。これにより、処理システムが２つの高収率モードを選択的に（同時に若しくは順次に若しくは任意の方式で）運転すること、又は１つのみの高収率モードで（連続的に、若しくは任意の方式で）運転することが可能となる。あるいは、処理システムは、第１の高収率モードで運転するように構成されないで、代わりに、第２の高収率モードでのみ選択的に運転するように構成される。
【００８５】
したがって、図３を参照すると、参照数字１００’’で標識された処理システムの第３の実施形態は、処理システム１００の代替変形例、及び／又は処理システム１００’の代替変形例であり、処理システム１００、並びに／又は処理システム１００’に関し本明細書で開示され、必要な変更が加えられたそれぞれの要素及び特徴を含む。
【００８６】
処理システム１００’’は、必要に応じて、第２の高収率モードで選択的に運転するように構成され、生成物Ｐは、分離容器１６０を出る際に、タップ１６３を介してすぐに収集されるのではなく、任意の第２の再循環配管１７５を介して選択的に別ルートで反応容器１２０に送られる（本明細書では同義で、任意の第２の別ルート処理システムとも呼ぶ）。第２の再循環配管１７５は、配管１６５Ｂ、バルブ１６１、容器入口１２１及びバルブ１６８Ｂ、並びに配管１７１を含む。配管１７１は、バルブ１６８Ａが入口１２１で反応容器１２０に直接連結される場合には、省略できる。バルブ１６１は、第１の出口接続器１６２、バルブ１６６及びタップ１６３の上流にある。バルブ１６１は、生成物Ｐをタップ１６３から容器１２０に第２の再循環配管１７５を介して迂回させるように選択的に運転することができる。別のルートで反応容器１２０に送られる場合、高収率の生成物Ｐを製造するために、生成物Ｐを、供給源１８４から、別のアルコール源（図示せず）から、又はプレ反応調製容器１４０を介して供給源１８４から別の配管（図示せず）を介して供給されるアルコールＡＬと反応容器内でさらに反応させることができる。生成物分離容器１６０を用いて、生成物Ｐを副産物から再度分離することも可能である。アルコールが調製容器１４０を介して供給される場合、調製容器は、最初は、調製エマルジョンＰＥがない状態であり、適切なバルブにより脂肪酸源ＦＡ及び必要に応じて緩衝液／水が供給部１８２及び供給源１８６から供給されるのを止めている。
【００８７】
図３に示された実施形態では、バルブ１６８Ｂは、必要な変更が加えられた図２の実施形態のバルブ１６８Ａに類似しており（したがって、効果的に置換でき）、追加の第３の入口又はポートをさらに含み、配管１６５Ｂを介してバルブ１６８Ｂのバルブ１６６への選択的連結を可能とする。バルブ１６８Ｂは、必要な変更を加えて、バルブ１６８Ａとして、又は４方バルブとして、例えば、以下のように選択的に動作可能である：
−３本の配管１４８、１６５Ａ、１６５Ｂの内の１本のみを選択的に入口１２１に連結させ、同時に、その他の２本のそれぞれの配管と入口１２１との間の流体連通を止めることができる；
−３本の配管１４８、１６５Ａ、１６５Ｂの内のいずれか２本を選択的に入口１２１に連結させ、同時に、その他の配管と入口１２１との間の流体連通を止めて、選択された２本の配管中を流れるそれぞれの材料（配管１４８を経由する調製エマルジョンＰＥ；配管１６５Ｂを経由する生成物Ｐ；配管１６５Ａを経由する反応生成物ＲＰ）の相対的比率を所望の通りにできる；
−３本の配管１４８、１６５Ａ、１６５Ｂを選択的に入口１２１に連結させることができ、選択された３本の配管中を流れるそれぞれの材料（配管１４８を経由する調製エマルジョンＰＥ；配管１６５Ｂを経由する生成物Ｐ；配管１６５Ａを経由する反応生成物ＲＰ）の相対的比率を所望の通りにできる；
−選択的に全ての入口を閉鎖することにより、３本の配管１４８、１６５Ａ、１６５Ｂのそれぞれと、入口１２１との間の流体連通を停止する。
【００８８】
バルブ１６８Ｂは、共に制御され、バルブ１６８Ｂと同じ機能をもたらし得る複数のシンプルバルブ（例えば、複数の１方向バルブ）で置換することができる。
【００８９】
したがって、バルブ１６７Ａ及び１６８Ｂの動作を制御することにより、処理システムは、第１の高収率モード、もしくは第２の高収率モード、又は両方の高収率モードで同時にもしくは順次に又は任意の組み合わせで選択的に動作できる。
【００９０】
図３の実施形態の代替変形例では、配管１６５Ａは省略でき、その場合、それぞれの処理システムは、必要に応じて、かつ選択的に前記第２の高収率モードで動作できるが、前述の第１の高収率モードでは動作できない。
【００９１】
上記の処理システムのそれぞれの実施形態では、それぞれの配管１５２、１５４、１５６、１４８、１４７、１４７Ａ、１４７Ｂ、１６５Ａ、１６５Ｂ、１７１の内の１本又は複数本を介してそれぞれの原料を選択的に運ぶために、適切なポンプ及び／又は重力送り装置並びに追加の制御可能なバルブを設けることができ、さらに適切な制御装置（図示せず）がそれぞれの処理システムの動作をモニターし、制御する。
【００９２】
第１、第２、又は第３の実施形態の少なくとも一部の代替変形例では、プレ反応調製容器１４０は、それぞれの反応容器１２０と一体になることができる。例えば、それぞれの内容積Ｖ１及びＶ２は、壁によって分離でき、その壁は配管１４８に相当し、したがって配管１４８を置き換える開口装置を有する。あるいは、それぞれの内容積Ｖ１及びＶ２は隣接し得、内容積Ｖ１は、生体触媒ＢＣから十分に間隔を置くことで、生体触媒ＢＣに達する前にエマルジョンＰＥが形成されるのに十分な時間を与える。いずれにせよ、それぞれのプレ反応調製容器１４０及びそれぞれの反応容器１２０は、エマルジョンＰＥが容積Ｖ２を部分的に又は完全に重力勾配とは逆方向に通過するように構成される。
【００９３】
１つまたは複数の上記実施形態の代替変形例では、脂肪酸源ＦＡ、アルコールＡＬ、必要に応じて、緩衝液／水ＢＵの内の１種、２種又は全ては、プレ反応調製容器１４０を迂回して、反応容器１２０に直接供給できる。例えば、脂肪酸源供給部１８２、アルコール源１８４、及び緩衝液／水源１８６の内の１種又は複数種を、別の配管を介した水（遊離水若しくはポリオール／ポリオール類、例えば、異なる比率のグリセリンとの混合水）又は緩衝液の添加に加えて、プレ反応調製容器１４０を迂回して、適切な供給配管（図示せず）を介して反応容器１２０と直接、選択的流体連通させることができる。このような場合には、少なくとも脂肪酸ＦＡ、必要に応じてアルコールＡＬ、及び／又は緩衝液／水ＢＵは、容器１２０の下方部分に供給され、容器１２０を通って垂直に上方へ通過する。
【００９４】
第１、第２、第３の実施形態、又はその代替変形例による処理システム１００は、それぞれの処理システムの収率をさらに高めるために、必要に応じて、補助反応器モジュールをさらに含むように修正することができる。
【００９５】
図４を参照すると、本明細書で第４の実施形態とも呼ばれ、いかなる場合にも参照番号２００で標識されている処理システムの修正された第１の実施形態は、必要な変更を加えて、いくつかの差異を有する図１と類似の番号の全ての要素を含む、第１の実施形態（その代替変形例を含む）の全ての要素及び特徴を含む。例えば、処理システム２００は以下も含む：第１の実施形態、第２の実施形態、及び第３の実施形態で開示され、必要な変更が加えられた反応容器１２０、プレ反応調製容器１４０、生成物分離容器１６０、脂肪酸源供給部１８２、アルコール源１８４、必要に応じて、緩衝液／水源１８６、供給配管１５２、１５４、１５６、容器入口１７２、１７４、１７６、撹拌システム１４２、外部ジャケット１４９、出口配管１４８、容器入口１２１、任意の撹拌システム１２４、生体触媒ＢＣ、外部ジャケット１２９、入口及び出口ポート１２３、出口１２７、フィルター１２５、フィルター１２５’、出口配管１４７、第１の出口接続器１６２、第２の出口１６４、バルブ１２６。
【００９６】
しかしながら、第４の実施形態では、第１の実施形態のタップ１６３及びバルブ１６６は省略されており、代わりに補助反応モジュール３００が、生成物分離容器１６０の第１の出口接続器１６２に機能的に連結されている。
【００９７】
補助反応モジュール３００は、補助反応容器２２０及び補助生成物分離容器２６０を含み、この実施形態では、これらは、本明細書で開示し、必要な変更が加えられた反応容器１２０及び生成物分離容器１６０の図示した実施形態又はその変形例にそれぞれ実質的に類似している。
【００９８】
したがって、補助反応容器２２０は、第１の実施形態、第２の実施形態、及び第３の実施形態、又はそれらの代替変形例について開示され、必要な変更が加えられた容器入口１２１、攪拌システム１２４、生体触媒ＢＣ、外部ジャケット１２９、入口及び出口ポート１２３、出口１２７、フィルター１２５、フィルター１２５’を含む反応容器１２０にそれぞれ類似している容器入口２２１、攪拌システム２２４、生体触媒ＢＣ、外部ジャケット２２９、入口及び出口ポート２２３、出口２２７、フィルター２２５、フィルター２２５’を含む。
【００９９】
したがって、補助生成物分離容器２６０は、第１の実施形態、第２の実施形態、及び第３の実施形態、又はそれらの代替変形例について開示され、必要な変更が加えられた第１の出口接続器１６２、第２の出口１６４、バルブ１６６及びタップ１６３を含む生成物分離容器１６０にそれぞれ類似している第１の出口接続器２６２、第２の出口２６４、バルブ２６６及びタップ２６３を含む。
【０１００】
運転中、生成物分離容器１６０からの所望の生成物Ｐは、（第１の出口接続器１６２に連結している）配管２６７、バルブ２２６及び容器入口２２１を介して補助反応容器２２０に送られる。補助反応容器２２０に送られると、生成物Ｐはその中で、供給源１８４又は別のアルコール源（図示せず）から別の配管（図示せず）を介して供給されるアルコールＡＬと（必要に応じて、水（遊離水、又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々の比率のグリセリンとの混合水）と緩衝水溶液の内の少なくとも１種の存在下で）さらに反応して、反応がさらに進んだ生成物ＦＲＰを製造出来る。配管２４９は、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰが容器出口２２７から補助生成物分離容器２６０に送られるのを可能にし、その後この分離容器は、高収率生成物Ｐ’と副産物を分離するように動作し、この生成物はバルブ２６６及びタップ２６３を介して取り出すことができる。反応容器１２０と同様であるが、必要な変更を加えて、容器出口２２７は、容器入口２２１から重力勾配と逆方向に間隔を置いて配置される。
【０１０１】
処理システム２００は、必要な変更を加えて、処理システム１００と同様に運転できるが、主な差異は、生成物Ｐがタップ１６３を介して収集される代わりに、補助反応容器２２０中でさらに処理された後に、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰが補助分離容器２６０に送られることである。補助分離容器２６０では、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰ中の所望の高収率生成物Ｐ’（脂肪酸アルキルエステル）が過剰の水及びグリセリンＧ’を含む副産物から分離され、その後、高収率生成物Ｐ’はタップ２６３を介して収集される。
【０１０２】
第２の実施形態による処理システム１００’及び／又は第３の実施形態による処理システム１００’’は、第４の実施形態の処理システム２００中の第１の実施形態の処理システム１００について本明細書で開示したものと同様にして、必要な変更を加えて、それぞれ必要に応じて、補助反応器モジュール３００を含むように修正でき、それぞれの場合において、実質的に、それぞれのバルブ１６６及びタップ１６３が取り除かれ、補助反応器モジュール３００で置換されることに留意されたい。
【０１０３】
図５を参照すると、本明細書で第５の実施形態とも呼ばれ、参照番号２００’で標識されている修正された第２の実施形態の処理システムは、必要な変更を加えて、いくつかの差異を有する図２と類似の番号の全ての要素を含む、第２の実施形態（その代替変形例を含む）の全ての要素及び特徴を含む。例えば、処理システム２００’は以下も含む：第２の実施形態について開示され、必要な変更を加えた、反応容器１２０、プレ反応調製容器１４０、生成物分離容器１６０、脂肪酸源供給部１８２、アルコール源１８４、必要に応じて、緩衝液／水源１８６、供給配管１５２、１５４、１５６、容器入口１７２、１７４、１７６、任意の撹拌システム１４２、外部ジャケット１４９、出口配管１４８、容器入口１２１、撹拌システム１２４、生体触媒ＢＣ、外部ジャケット１２９、入口及び出口ポート１２３、出口１２７、フィルター１２５、出口配管１４７（配管１４７Ａ及び１４７Ｂを含む）、第１の出口接続器１６２、第２の出口１６４、バルブ１６７Ａ、バルブ１６８Ａ、第１の再循環配管１７０。
【０１０４】
しかしながら、第５の実施形態では、第２の実施形態のタップ１６３及びバルブ１６６は省略されており、代わりに、参照番号３００’で標識された第２の実施形態の補助反応モジュールが、生成物分離容器１６０の第１の出口接続器１６２に機能的に連結されている。
【０１０５】
補助反応モジュール３００’は、第４の実施形態の補助反応器モジュール３００に類似しており、したがって、同様に、補助反応容器２２０及び補助生成物分離容器２６０を含み、したがって、この実施形態では、これらも、必要な変更を加えた反応容器１２０及び生成物分離容器１６０にそれぞれ実質的に類似している。運転中、生成物分離容器１６０からの所望の生成物Ｐは、（第１の出口接続器１６２に連結している）配管２６７、バルブ２２６及び容器入口２２１を介して補助反応容器２２０に送られる。補助反応容器２２０に送られると、生成物Ｐはその中で、供給源１８４又は別のアルコール源（図示せず）から別の配管（図示せず）を介して供給されるアルコールＡＬと（必要に応じて、水（遊離水、又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々の比率のグリセリンとの混合水）と緩衝水溶液の内の少なくとも１種の存在下で）さらに反応して、反応がさらに進んだ生成物ＦＲＰを製造出来る。配管２４７は、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰが容器出口２２７から補助生成物分離容器２６０に送られるのを可能にし、その後この分離容器は、高収率生成物Ｐ’と副産物を分離するように動作し、この生成物はバルブ２６６及びタップ２６３を介して取り出すことができる。反応容器１２０と同様に、必要な変更を加えて、容器出口２２７は、容器入口２２１から重力勾配と逆方向に間隔を置いて配置される。
【０１０６】
しかしながら、補助反応器モジュール３００’は、配管２４７Ａ（配管２４７の一部）、配管２６５Ａ、バルブ２６７Ａ、及び配管２７１から形成される再循環配管２７０を含む。これらは、それぞれ、必要な変更を加えた処理システム１００’の再循環配管１７０、配管１４７Ａ、配管１６５Ａ、バルブ１６７Ａ、及び配管１７１に類似している。したがって、再循環配管２７０は、必要な変更を加えた反応容器１２０の再循環配管１７０の動作と同様に、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰを、補助生成物分離容器２６０に送る代わりに、反応容器２２０に選択的に別ルートで送り、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰ中の生成物Ｐの収率をさらに高めることが可能である。
【０１０７】
処理システム２００’は、必要な変更を加えて、処理システム１００’と同様に運転できるが、主な差異は、生成物Ｐがタップ１６３を介して収集される代わりに、補助反応容器２２０中でさらに処理された後に、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰが分離容器２６０に送られることである。必要に応じて、さらに反応が進んだＦＲＰは、再循環配管２７０を経由して所望の再循環サイクルの数だけ反応容器２２０に別ルートで送ることができ、最終的にさらに反応が進んだＦＲＰが分離容器２６０に送られる。分離容器２６０では、さらに反応が進んだ生成物ＦＲＰ中の所望の高収率生成物Ｐ’（脂肪酸アルキルエステル）が過剰の水及びグリセリンＧ’を含む副産物から分離され、その後高収率生成物Ｐ’がタップ２６３を介して収集される。
【０１０８】
第１の実施形態による処理システム１００及び／又は第３の実施形態による処理システム１００’’は、第５の実施形態の処理システム２００’中の第２の実施形態の処理システム１００’について本明細書で開示されるものと同様に、必要な変更を加えて、それぞれ、必要に応じて、補助反応器モジュール３００’を含むように修正でき、それぞれの場合において、実質的に、それぞれのバルブ１６６及びタップ１６３が取り除かれ、補助反応器モジュール３００’で置換されることに留意されたい。
【０１０９】
補助反応器モジュール３００及び／又は補助反応器モジュール３００’の実施形態の代替変形例では、追加の再循環配管を設けて、例えば、本明細書で開示するように、必要な変更を加えて、生成物Ｐ及び反応容器１２０に対する再循環配管１７５と同様に、高収率生成物Ｐ’をそれぞれのタップ２６３からそれぞれの再循環配管を介してそれぞれの補助反応容器２２０に選択的に送ることができる。
【０１１０】
第１、第２、第３、第４又は第５の実施形態、又はその代替変形例による処理システムの全ての要素は、温度、圧力、ｐＨなどを含むそれぞれの条件で各要素がそれぞれの機能を果たすことを可能にするために、当技術分野で周知の適切な形状であり、かつ適切な原料から作られていると理解されたい。例えば、単一の補助反応器モジュール３００及び／又は補助反応器モジュール３００’の代わりに、複数の補助反応器モジュール３００及び／又は複数の補助反応器モジュール３００’を直列に相互連結して、より高い収率を与えるか、かつ／又はそれぞれの反応容器若しくはそれぞれの補助反応容器中の滞留時間を短縮することができることもさらに理解されたい。反応器及び分離容器の数を増やした変形例を作製して、さらに反応が進んだ生成物を得るか、又はそれぞれの反応器中の生成物の滞留時間を短縮することもできる。例えば、残留未反応生成物を、さらにエステル交換／エステル化に供することができる。
【０１１１】
固定化リパーゼ（複数可）の存在下でのアルコールを使った脂肪酸源のエステル交換／エステル化プロセスは、本明細書で開示の処理システム内で、多数の製造サイクルにわたり固定化リパーゼ（複数可）の安定性を保持できる特定の条件下で実行できる。
【０１１２】
本明細書で開示の主題の少なくとも１つの実施形態では、本明細書で開示の主題は、アルコールを使った脂肪酸源のエステル交換／エステル化により脂肪酸アルキルエステルを形成するプロセスに関し、脂肪酸源と、アルコール又はアルコール供与体とを含む反応媒体を固定化リパーゼ調製物の存在下で反応させることを含み、固定化リパーゼ調製物が疎水性多孔質の支持体上に固定化された少なくとも１種のリパーゼを含み、必要に応じて、反応媒体がアルカリ緩衝水溶液及び水の内の少なくとも１種を含み、反応媒体が少なくとも部分的に重力と逆方向に前記固定化リパーゼ調製物を通過する。
【０１１３】
開示プロセスでは、アルキルエステルは、脂肪酸の短鎖アルキルエステル、例えば、脂肪酸メチル及びエチルエステル（バイオディーゼル）であり得る。
【０１１４】
開示プロセスのいくつかの実施形態では、反応は、必要に応じて、（１）緩衝水溶液、具体的にはアルカリ緩衝液、さらに具体的には、弱アルカリ緩衝液及び（２）遊離水又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々の比率のグリセリンとの混合水の内の少なくとも１種の存在下で実行できる。脂肪酸源は、アルカリ緩衝液で前処理できる。理論に拘泥するものではないが、このような前処理は、酵素に対し阻害効果を持つ可能性のある酸を中和し、また、例えば、重い副産物のグリセリン及び水の反応容器から分離容器への流出を容易にすることが示唆される。１００％変換に至る反応の完結に必要なアルコール又はアルコール供与体及び水の内の少なくとも１種の量は、段階的に又は１バッチで添加できる。さらに、アルコールは、短鎖アルコール、例えばメタノール又はエタノールであり得る。他のアルコール供与体を加水分解酵素調製物の存在下での脂肪酸源との反応に使用でき、これにより前記脂肪源が脂肪酸アルキルエステル、具体的には、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）又は脂肪酸エチルエステルに変換されるまで、適切な条件下で反応を進行させることが可能になる。この場合、前記加水分解酵素調製物は、適切な巨大網状多孔質疎水性高分子ベース支持体上に別々に又は一緒に固定化された１種又は複数種のリパーゼを含む。
【０１１５】
用語「緩衝液（ｂｕｆｆｅｒ）」、「水性緩衝液（ａｑｕｅｏｕｓ ｂｕｆｆｅｒ）」、「緩衝液（ｂｕｆｆｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」及び「緩衝水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ ｂｕｆｆｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」は、本明細書では同義に使用される。
【０１１６】
本明細書で使用する場合、水（ｗａｔｅｒ）は、純水又は蒸留水を意味する。また、水（ｗａｔｅｒ）は、本明細書では、実質的に溶質不含の「遊離水（ｆｒｅｅ ｗａｔｅｒ）」及び（水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）とも呼ばれる）「水溶液（ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」とも呼ばれ、水溶液は、水道水、海水もしくはその他のいずれかの天然水源もしくは貯水池からの水、脱塩水、化学的にもしくは酵素的に精製又は処理された水、及びその他のいずれかの水溶液、例えば、溶解塩溶液であり得るがこれらに限定されるものではない。反応処理システム又は水溶液のｐＨは変化することがあり、例えば、約３〜１１、例えば、４〜１０、５〜１０、５〜９、６〜１０、６〜９、又は７〜９であり得る。
【０１１７】
開示プロセスでは、緩衝水溶液及び水（遊離水又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々の比率のグリセリンとの混合水）の内の少なくとも１種を、（脂肪酸源を基準にして）少なくとも０．０００１重量％の量で添加できる。適切な比率は、１：９９〜９９：１の水：ポリオール／グリセリンの範囲である。
【０１１８】
上述のように、本明細書で開示の主題のプロセスは、形成されるグリセリン及び全ての過剰な水を、反応混合物から連続的に除去しながら行うことも可能である。前記脂肪酸源に含まれる脂肪酸アシル基又は遊離脂肪酸の、脂肪酸アルキル、具体的にはメチルエステルへの変換は、反応の間に種々の時点でモニターできる。反応媒体は、反応の間の任意の所望の時点で適切な手段により除去でき、それによって反応が停止され、形成された脂肪酸メチルエステルと、必要に応じ、形成されたグリセリンとが反応媒体から単離される。前記脂肪酸源に含まれる脂肪酸アシル基又は遊離脂肪酸の脂肪酸メチルエステルへの変換が少なくとも７０％、例えば少なくとも８５％、又は少なくとも９０％に達したときに、明確に反応を停止できる。
【０１１９】
特に指示がない限り、パーセンテージは、通常、重量パーセントである。
【０１２０】
例えば、製造処理システムには、焼結ガラス、ウエッジワイヤフィルター、ウエッジワイヤノズル又はステンレス鋼フィルターの形態の上部フィルター１２５を備えた攪拌槽型反応器の形態の反応容器１２０を使用でき、この上部フィルターは、生体触媒を反応器中に保持するが、反応媒体を反応器の外へ通過させることを可能にする。このような反応器の構成は、反応中に、副産物、具体的には、固定化酵素から自己脱着したグリセリン及び水を、反応混合物と一緒に重力と逆方向に移動させ、フィルター１２５を通って上部出口１２７から外へ通過させることを可能にする。その結果、形成され、脱着したグリセリン及び過剰な水も反応媒体から連続除去され、合成方向への反応のシフトに繋がり、それにより、９６％を超える変換率に達する。この反応器で用いられる生体触媒は、本明細書に記述するように、リパーゼの脂肪酸アシル基の種類に対する位置特異性又は選択性ならびにその起源を考慮すると、単一種又は複数種のリパーゼから構成できる。あるいは、攪拌槽型反応器の形態の、それぞれ上部フィルターを備えた２つ以上の連続型反応容器を使用できる。例えば、沈殿タンク、コアレッサー又は遠心分離器の形態の生成物分離容器１６０を、それぞれ連続した対の反応容器の間で使用できる。第１の反応容器は、単一種又は複数種のリパーゼから構成される固定化生体触媒を含むことができる。それぞれの連続した対の反応容器の間の沈殿タンク、コアレッサー又は遠心分離器の役割は、形成されるグリセリン及び過剰な水を反応媒体から除去することであり、適切な反応時間での、第２の反応器中の原材料の対応する脂肪酸アルキルエステルへの９６％を超える変換の増加に繋がる。いくつかの特定の反応処理システム及び方法を以下で説明する。
【０１２１】
用語「反応混合物」及び「反応媒体」は、本明細書では同義に使用できる。
【０１２２】
本明細書で開示の主題のプロセスの実施形態のように、必要に応じて、アルカリ緩衝液又は水（上述のように、遊離水又はポリオール／ポリオール類、例えば、種々の比率のグリセリンとの混合水）の存在下で、固体不溶性樹脂、特に、固体不溶性の疎水性樹脂上に固定化されたリパーゼの使用は、酵素の高い安定性、並びに水及び形成されたグリセリン副産物などの親水性物質の生体触媒上への蓄積の回避も確かなものにする。アルカリ又は弱アルカリ緩衝液が使用される本明細書で開示の主題のプロセスの全ての態様及び実施形態では、その緩衝液は、（脂肪酸源の）０．００１重量％超のアルカリ又は弱アルカリ緩衝液、例えば、限定されないが、０．０１〜５０％、０．０５〜５０％、０．１〜５０％、０．５〜５０％、１〜５０％、１〜４５％、１〜４０％、１〜３５％、１〜３０％、１〜２５％、１〜２０％、１〜１５％、１〜１０％、１〜８％、例えば、限定されないが、０．００１％、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．５％、０．７５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、７％、８％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、又は７０％超で使用できる。アルカリ又は弱アルカリ緩衝液の量は、９９重量％まで可能である。水又は水溶液が使用される本明細書で開示の主題の全ての態様及び実施形態では、その水又は水溶液（上述のような、ポリオール／ポリオール類、例えば、グリセリン及び／又は糖を種々の比率で含む水など）は、限定されないが、０．０００１％超の量、例えば、０．０００１〜５０％、０．００１〜５０％、０．１〜５０％、０．０００１〜３０％、０．００１〜３０％、０．１〜３０％、０．０００１〜２０％、０．００１〜２０％、０．１〜２０％の量で、例えば、限定されないが、０．０００１％、０．００１％、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．５％、０．７５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、７％、８％、１０％、１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、又は７０％超の量で使用される。反応混合物中の水又は水溶液の量は、９９重量％まで可能である。上述のように、アルカリ溶液を用いる場合、その溶液は、通常、脂肪酸源中に存在する又は副反応により生成される酸を中和できる。これらの副産物を連続的かつ積極的に除去することで、プロセスの効率をさらに高めることができる。単離したグリセリンを、工業的に使用することも可能である。
【０１２３】
脂肪酸源は、トリグリセリド、部分グリセリド、遊離脂肪酸、リン脂質、脂肪酸エステル及び脂肪酸アミド、又は少なくとも２種の前記脂肪酸源で構成される混合物の内の少なくとも１種である。さらに具体的には、本明細書で開示の主題のプロセスで用いられる脂肪酸源は、大豆油、カノーラ油、藻類油、菜種油、オリーブ油、ヒマシ油、パーム油、ひまわり油、ピーナッツオイル、綿実油、ジャトロファ油、粗トウモロコシ油、魚油、動物性油脂、廃食油、ブラウングリース、非食用植物源由来トリグリセリドオイル、これらのオイル又はこれらのオイルの内の少なくともいずれか２種の任意の所望比率の混合物由来の部分グリセリド及び遊離脂肪酸の内の少なくとも１種を含むことができる。
【０１２４】
本明細書で開示の主題の全てのプロセスでは、反応によって形成される脂肪酸短鎖アルキルエステルは、具体的には、脂肪酸メチル、脂肪酸エチル、脂肪酸イソプロピル又は脂肪酸ブチルエステル（バイオディーゼル）である。他の中鎖脂肪アルコール（Ｃ６〜Ｃ１０）及び長鎖脂肪アルコール（Ｃ１２〜Ｃ２２）も同様に本明細書で開示の主題の製造プロセスで用いることが可能である。これらのより長鎖のアルコールは、特に、ワックス、例えば、化粧品の製造に適し得る。
【０１２５】
リパーゼは、リゾムコールミーハイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、ムコールミーハイ（Ｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ）、シュードモナス属種（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）、リゾプス属種（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｓｐ．）、ムコールジャバニクス（Ｍｕｃｏｒ ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、ペニシリウムロックフォルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｒｏｑｕｅｆｏｒｔｉ）、アスペルギルスニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ）、サーモマイセスラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）、クロモバクテリウムビスコサム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｖｉｓｃｏｓｕｍ）、アクロモバクター属種（Ａｃｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．）、ブルクホルデリア属種（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｓｐ．）、カンジダアンタークティカＡ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ａ）、カンジダアンタークティカＢ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ Ｂ）、カンジダルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ ｒｕｇｏｓａ）、アルカリジェネス属種（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．）、ペニシリウムカメンベルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉｉ）、パパイヤ種子及びパンクレアチンに由来するリパーゼであり得るが、これらに限定されるものではない。
【０１２６】
複数リパーゼが、適切な支持体上に、具体的には疎水性脂肪族高分子ベース若しくは共重合体ベースの支持体又は疎水性芳香族高分子支持体上に一緒に固定化できる。加えて及びあるいは、２種以上のリパーゼを使う場合、それぞれの前記リパーゼを適切な支持体上に固定化でき、その場合、前記リパーゼが固定化される支持体は同じか又は異なっている。使用されるリパーゼは、それらの基質に対して位置特異的であるか、又はランダムであり得る。同一の支持体上に同時に固定化されるリパーゼは、それらの基質に対する基質選択性又は位置特異性が同じでも、異なっていてもよい。複数のリパーゼは、グリセリン主鎖上の脂肪族アシル基の鎖長に関し、又は炭素鎖上の二重結合の位置に関し、位置特異的（又は部位特異的）であっても、又は選択的であってよく、各々を単独で、又は同一もしくは異なる部位特異性のリパーゼと組み合わせて使用してもよい。位置を、ｓｎ−１位、ｓｎ−２位又はｓｎ−３位と呼ぶとき、これらは種々のグリセリドのグリセリン主鎖上の位置である。このように、本明細書で開示の主題のプロセスで用いられるリパーゼは、ランダムリパーゼよりも高いｓｎ−２位に対する選択性を有し得（すなわち、アルコールもしくはアルコール供与体と、ｓｎ−２位の脂肪酸アシル基との間の反応を触媒することを好む）が、ランダムリパーゼは、グリセリン主鎖上の３つの全ての位置で脂肪酸アシル基に対し同じエステル交換活性を示す。一部のリパーゼは、ｓｎ−２位上で、特に、基質、生成物などによって定まる特定の条件下で、特有の位置活性を示す。本明細書で開示の主題のプロセスで用いられる他のリパーゼは、ｓｎ−１、３位特異的である。それらのリパーゼは単独で、又はランダムリパーゼ、具体的には部分グリセリドに親和性を有するリパーゼ、必要に応じて、ｓｎ−２位に対して高親和性を有する第３のリパーゼと一緒に使用できる。
【０１２７】
支持体は、具体的には、多孔質及び巨大網状疎水性支持体であり、これは、有機又は無機支持体であり得る。支持体の例としては、限定されないが、疎水化シリカ又はアルミナベース支持体などの多孔質無機支持体、及び限定されないが高分子支持体又は高分子ベース支持体などの疎水性有機支持体が挙げられる。支持体は、必要に応じて、エポキシ基及び／若しくはアルデヒド基から選択される活性官能基、又はイオン基を含み得る。
【０１２８】
本明細書で開示の主題のプロセスで用いられる不溶性支持体は、具体的には、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＸＡＤ１６００及びＳｅｐａｂｅａｄｓ（登録商標）ＳＰ７０（両方とも、ジビニルベンゼンから、又はジビニルベンゼンとポリスチレンとの混合物から調製された多孔質の巨大網状樹脂で構成されている）、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＸＡＤ ７ＨＰ（巨大網状脂肪族アクリル高分子で構成されている）などの多孔質の網状疎水性脂肪族もしくは芳香族高分子ベース支持体、及び多孔質ポリプロピレン（Ａｃｃｕｒｅｌ（登録商標））などの多孔質脂肪族高分子であり得る。他の具体的支持体は、ジビニルベンゼン、又はジビニルベンゼンとスチレンとの混合物で構成された網状疎水性高分子、及び脂肪族アクリル高分子、又はポリプロピレンなどのポリアルケンで構成された網状疎水性脂肪族高分子であり得る。特定の支持体は、孔径が２５〜１０００Åの範囲、より具体的には５０〜２００Åの範囲の孔径の多孔質母材である。したがって、孔径の範囲は、２５Å〜１０００Å、２５Å〜５００Å、５０Å〜５００Å、５０Å〜３００Å、もしくは５０Å〜２００Å、又はそれらの間の任意の範囲であり得る。また、支持体は、粉末状もしくは顆粒状の多孔質疎水性シリカ又は他の無機酸化物であり得る。また、支持体は、粉末状もしくは顆粒状の多孔質疎水化シリカ又は他の無機酸化物であり得る。特定の実施形態では、支持体樹脂の表面積は、１００ｍ２／ｇよりも大きい。親水性樹脂は、グリセリン及び水を吸着する傾向があり、反応器システムの閉塞に繋がることに留意されたい。
【０１２９】
脂肪酸源とアルコールとの間のリパーゼ触媒エステル交換／エステル化反応に補充されるアルカリもしくは弱アルカリ緩衝水溶液又は水（上述のような、遊離水又はポリオール／ポリオール類、例えば、グリセリンとの種々の比率の混合水）の量は、通常、他の反応条件、出発材料、生体触媒などに基づいて調節される。この量は、本明細書で報告され、例示されているように変更できる。このアルカリ溶液は、例えば、無機アルカリ塩基もしくは塩から、又は有機塩基から調製される。無機塩基及び塩は、例えば、アルカリ金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩及びクエン酸塩である。有機塩基は、例えば、一級、二級若しくは三級アミン、又はグリセリン、プロピレングリコールなどのポリオール／ポリオール類、及び糖であり得る。これらアルカリ性薬剤の混合物も意図されている。本明細書で開示の主題によるプロセスの実施形態では、固定化酵素の微小環境のｐＨは、約５．５〜約９のｐＨ値で維持できる。
【０１３０】
脂肪酸アルキルエステルの製造は、同時の又は順次のエステル交換又はエステル化により実行される。このような反応処理システム下では、生体触媒活性は、複数回の使用で何ら著しい活性消失もなく維持され、かつ生体触媒上にグリセリン及び水の副産物又は他の親水性化合物の蓄積もない。
【０１３１】
本明細書で開示の主題は、多数の製造サイクルにわたり高い活性及び安定性を保持する特定の固定化界面酵素を使用するプロセスを提供する。特に、エステル交換／エステル化反応において、リパーゼ及びホスホリパーゼ調製物が使用される。これらの反応は、食料品、化粧品及びバイオ燃料（「バイオディーゼル」）の製造に利用可能である。特に興味深いのは、これらの酵素が、「バイオディーゼル」として使用される脂肪酸短鎖アルキルエステルの合成に使用できることである。
【０１３２】
本明細書で開示の主題は、メタノール、エタノール及びグリセリンなどの短鎖アルコール、ならびに酢酸などの短鎖脂肪酸に対する耐性が高い、安定な固定化界面酵素を採用した。また、これらの酵素調製物を使用することにより、親水性物質、特にグリセリン及び水の固定化生体触媒上への蓄積も防止される。
【０１３３】
本明細書で開示の主題のプロセスで使用されるアルコール又はアルコール供与体は、短鎖アルキルアルコール、具体的にはＣ１〜Ｃ６アルキルアルコール、より具体的にはＣ１〜Ｃ４アルキルアルコール、特にメタノールもしくはエタノールであり得、又はアルコール供与体は、モノアルキルエステル、もしくは炭酸ジメチルなどの炭酸ジアルキルであり得る。例えば、炭酸ジアルキルなどのアルコール供与体は、反応処理システムのアルカリ源又は弱アルカリ源としての機能も果たすことができる。
【０１３４】
開示されかつ記述されるように、プロセスステップ及び材料はある程度変わってもよいので、本明細書で開示の主題は、本明細書で開示される特定の実施例、プロセスステップ及び材料に限定されるものではないことを理解されたい。本明細書で開示の主題の範囲は添付の請求項及びその均等物によってのみ限定されることから、本明細書で用いた専門用語は、特定の実施形態を説明する目的でのみ用いられ、限定することを意図するものではないことも理解されたい。
【０１３５】
本明細書及び添付の請求項で使用される単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」及び「その」は、文脈で特に明確に示されない限り、複数の参照対象を含むことに留意されたい。
【０１３６】
文脈上異なる解釈を要する場合を除き、本明細書及び以下に続く特許請求の範囲の全体を通して、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、ならびに「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、記述した整数もしくはステップ又は複数の整数もしくはステップの群を含むが、いかなる他の整数もしくはステップ又は複数の整数もしくはステップの群を除外するものではないことを意味すると理解されたい。
【０１３７】
以下の実施例は、本明細書で開示の主題の態様を実施する際に本発明者らによって用いられた代表的技術である。これらの技術は、本明細書で開示の主題の実行のための代表的実施形態であり、本開示を踏まえて、当業者が本明細書で開示の主題の意図する範囲から逸脱することなく多数の修正を行えることを理解されたい。
【０１３８】
実施例
材料及び方法
リパーゼの固定化：出願者の国際公開第ＷＯ２０１１／１０７９７７号（参照により本明細書に組み込まれる）で開示したものなどの標準的な手順に従ってリパーゼを固定化した。簡単に説明すると、微生物などの特定の供給源由来のリパーゼを、適切なｐＨ値、通常７．５の０．１Ｍの緩衝液に可溶化する。疎水性の有機又は無機高分子樹脂をリパーゼ溶液に添加する。混合物を室温で８時間振盪する。その後、混合物を濾過して、固定化酵素を乾燥させ、含水量を１０％未満に減らす。
【０１３９】
ポリスチレン／ジビニルベンゼン、パラフィン又はそれらの任意の組み合わせをベースにした多孔質疎水性高分子樹脂を含む種々の樹脂を使用した。Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＸＡＤ１６００（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社、米国）及びＳｅｐａｂｅａｄｓ（登録商標）ＳＰ７０（Ｒｅｓｉｎｄｉｏｎ社、イタリア）などの多孔質巨大網状ジビニルベンゼン／ポリスチレン（ＤＶＢ−ＰＳ）樹脂、又は他の等価の樹脂を含む典型的な疎水性樹脂を用いた。
【０１４０】
疎水性樹脂としての多孔質ＤＶＢ−ＰＳ上のアルカリジェネス属種（ＡＬ）、シュードモナス属種（ＰＳ）及びサーモマイセスラヌギノサス（ＴＬ）由来のリパーゼを種々の供給原料のエステル交換／エステル化反応に使用した。これらの供給原料には、供給原料のＦＦＡ（遊離脂肪酸）値に関係なく、精製又は粗製植物油、動物性油脂、廃食油、グリーストラップ、又はこのような供給原料の任意の組み合わせが含まれる。
【０１４１】
全てのエステル交換／エステル化反応実験は、ガラス反応器の形態の反応容器を含む処理システム中で行われた。この反応容器は、ほぼ重力と同じ方向（上端−底部）又はほぼ重力と逆方向（底部−上端）の反応容器を通る流れを有する膨張床型、流動床型又は攪拌槽型のバッチ又は連続反応器として動作できる。それぞれの場合の反応容器を機械的撹拌条件下でも動作させた。反応容器の寸法は、以下の通りであった：
内径：１０ｃｍ；高さ：２７ｃｍ；反応容積：２１２０ｍｌ。
【０１４２】
実施例１
この実施例では、３種の処理システムを２６２日にも及ぶ期間の間、試験した。
【０１４３】
第１のシステム（本明細書の実施例１（ａ））は、反応容器１２０を通る流れを重力とほぼ逆方向（底部から上端）にした、図２に示す処理システム１００’の実施形態をベースにして、処理システムを２０ｍｌ／分の流量のスループットで運転を行った。
【０１４４】
対照としての役割を果たす第２のシステム（本明細書の実施例１（ｂ）（ｉ））は、図１のシステム１００に類似の処理システムをベースにしたが、反応容器を通る流れを重力とほぼ逆方向（底部から上端）とする代わりに、ほぼ重力と同じ方向（上端から底部）にして、それぞれの処理システムを２０ｍｌ／分の流量のスループットで運転を行った。
【０１４５】
対照としての役割を果たす第３のシステム（本明細書の実施例１（ｂ）（ｉｉ））は、第２のシステムに類似の（すなわち、反応容器を通る流れをほぼ重力と同じ方向（上端から底部）にした）処理システムをベースにして、処理システムを１０ｍｌ／分の減らした流量のスループットで運転を行った。
【０１４６】
実施例１（ａ）
本明細書で開示の主題の第２の実施形態（図２参照）による、上記ガラス反応器の形態の反応容器１２０を含む処理システム１００’に相当するシステムを使って、大豆油又はその他の供給原料（初期ＦＦＡ値に無関係）のメタノールを用いたエステル交換／エステル化を使用してバイオディーゼル（及びグリセリン／水）を形成した。反応システム１００’の種々の要素は、下記の実施例中で言及される。
【０１４７】
反応条件：
図２のシステムに関し、８４ｇの０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液及びメタノール（１２５ｇ）を含む大豆油（１６８０ｇ）を、最初にプレ反応調製容器１４０で予備混合してエマルジョンを形成し、次いでこれを反応容器１２０に導入した。反応容器１２０中で反応混合物を、疎水性で多孔質のポリスチレンジビニルベンゼンベースの樹脂（５００ｇ）上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼと３０℃で６時間混合した。上部フィルター１２５を通して反応混合物を濾別し、出口１２７を介して生成物分離容器１６０に供給した。生成物分離容器１６０中の反応混合物からグリセリン及び過剰な水を除去した。
【０１４８】
連続式反応
連続プロセスを開始するために、以下のことを最初に行った。容器１２０中で初期段階で生成された脂肪酸メチルエステルと全ての未反応グリセリドを含有する上相を、別ルート配管を介して反応容器に再導入し、メタノール（１２５ｇ）及び８４ｇの０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液を反応容器中の反応媒体に添加後、反応容器の撹拌を再開した。
【０１４９】
２時間後のメチルエステルへの変換は、８７％であった。その後、処理システムの連続運転を以下のように行った。大豆油（８０重量％）、メタノール（１５％）及び０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液（５％）を含む乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、２０ｍＬ／分の流量で反応容器１２０に連続的に送った。反応器の上部の出口１２７から出た反応媒体を反応容器１２０の下部への供給配管１７０（図２参照）を介して、１２０ｒｐｍのスクリューで撹拌しながら通過流量１００ｍｌ／分で反応混合物を反応器１２０に再循環させた。酵素床を膨張させるためには、再循環配管１７０中の１００ｍｌ／分の流量が適切であった。反応媒体の温度を３０℃に維持した。マクロ多孔質の疎水性樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサスリパーゼ由来の同じバッチの生体触媒を用いた場合、このような反応条件下での連続システムによる脂肪酸メチルエステルへの変換は、著しい活性消失もなく、３カ月を超える期間維持された。
【０１５０】
表１の列２は、上記システムによる２６２試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１５１】
実施例１（ｂ）（ｉ）
本実施例で使用した運転のシステム、反応条件及び連続反応方式は、必要な変更を加えた実施例１（ａ）のものと類似しており、実施例１（ｂ）（ｉ）のわずかな差異は以下の通りである：
−容器１６０から収集された生成物（１６８０ｇ）をメタノール（１２５ｇ）及び０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液（８４ｇ）と混合した。
−反応媒体を反応容器に再循環させなかった。
−その後、処理システムの連続運転を以下のように行った。大豆油（８０重量％）、メタノール（１５％）及び０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液（５％）を含む乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、２０ｍＬ／分の流量で反応容器の反応器の上部に連続的に供給し、同時に、１２０ｒｐｍのスクリューにより反応混合物の撹拌を継続した。反応媒体の温度を３０℃に維持した。マクロ多孔質の疎水性樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサスリパーゼ由来の同じバッチの生体触媒を用いた場合、このような反応条件下での脂肪酸メチルエステルへの変換は、著しい活性消失もなく、７カ月を超える期間維持された。
【０１５２】
表１の列３は、上記システムによる２６２試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１５３】
実施例１（ｂ）（ｉｉ）
本実施例で使用した運転のシステム、反応条件及び連続反応方式は、必要な変更を加えた実施例１（ｂ）（ｉ）のものと類似しており、実施例１（ｂ）（ｉｉ）の唯一の差異は、大豆油（８０重量％）、メタノール（１５％）及び０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液（５％）を含む乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、２０ｍＬ／分（実施例１（ｂ）（ｉ））又は実施例１（ａ）で使用）の代わりに、１０ｍＬ／分の流量で反応容器に連続的に供給したことである。
【０１５４】
表１の列４は、上記システムによる２６２試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１５５】
【表１】
0006430960.tif 000002
【０１５６】
実施例２
第１段階の流出物を使用した第２段階エステル交換／エステル化反応
この実施例では、３種の処理システムを１２１日にも及ぶ期間試験した。
【０１５７】
第１のシステム（本明細書の実施例２（ａ））は、流れが反応容器１２０中、及び補助反応容器２２０中を重力とほぼ逆方向（底部から上端）に通る図５のシステム２００’をベースにして、システム２００’を２０ｍｌ／分の流量のスループットで運転を行った。
【０１５８】
対照としての役割を果たす第２のシステム（本明細書の実施例２（ｂ）（ｉ））は、図５のシステム２００’に類似の処理システムをベースにしたが、反応容器１００を通る流れ、及び補助反応容器２２０中の流れを重力とほぼ逆方向（底部から上端）とする代わりに、ほぼ重力と同じ方向（上端から底部）にして、それぞれの処理システムを２０ｍｌ／分の流量のスループットで運転を行った。
【０１５９】
第３のシステム（本明細書の実施例２（ｂ）（ｉｉ））は、実施例２の第２のシステムに類似の（すなわち、反応容器１００を通る流れ、及び補助反応容器２２０中の流れをほぼ重力と同じ方向（上端から底部）にした）処理システムをベースにして、それぞれのシステムを１０ｍｌ／分の低減流量のスループットで運転を行った。
【０１６０】
実施例２（ａ）
それぞれガラス反応器の形態の上記反応容器１２０及び補助反応容器２２０を含む本明細書で開示の主題の第５の実施形態（図５参照）による処理システム２００’に相当するシステムを使用し、容器１６０で分離された流出物の上相の未反応のグリセリド及び遊離脂肪酸のメタノールでのエステル交換／エステル化を用いて、バイオディーゼルグリセリン／水を形成した。反応システム２００’の種々の要素は、下記の実施例中で言及される。
【０１６１】
反応条件：
図５のシステムに関し、３３．６ｇの０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液及びメタノール（１２５ｇ）を含み、脂肪酸メチルエステル（８０％超）及び未反応グリセリド並びに遊離脂肪酸（１６８０ｇ）で構成される、分離容器１６０中で分離された反応容器１２０由来の流出物の上相を反応容器２２０に導入した。反応容器２２０中で反応混合物を、疎水性で多孔質のポリスチレンジビニルベンゼンベースの樹脂（５００ｇ）上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサス由来のリパーゼと３０℃で３０分間混合した。
【０１６２】
連続式反応
その後、処理システムの連続運転を以下のように行った。分離容器１６０で得られた反応容器１２０の流出物から得た上相と、７％のメタノール及び２％の０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液との混合物で構成される乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、実施例１（ａ）の場合のように調製し、その後、２０ｍｌ／分の流量で補助反応容器２２０中に連続的に供給した。反応器２２０の上部にある出口２２７から出た反応媒体を、補助反応容器２２０の下部への供給配管２７０を介して１００ｍｌ／分の通過流量で補助反応容器２２０へ再循環し、その間、反応混合物の１２０ｒｐｍのスクリューによる撹拌を継続した。反応媒体の温度を３０℃に維持した。マクロ多孔質の疎水性樹脂上に固定化されたサーモマイセスラヌギノサスリパーゼ由来の同じバッチの生体触媒を用いた場合、このような反応条件下の連続的な反応方式による脂肪酸メチルエステルへの変換は、著しい活性消失もなく、３カ月超維持された。
【０１６３】
表２の列２は、上記システムによる１２１試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１６４】
実施例２（ｂ）（ｉ）
この実施例で使用した運転のシステム、反応条件及び連続反応方式は、必要な変更を加えた実施例２（ａ）のものと類似しており、実施例２（ｂ）（ｉ）のわずかな差異は以下の通りである：
−反応媒体を反応容器に再循環させなかった。
−反応媒体を補助反応容器に再循環させなかった。
−それぞれの反応容器及びそれぞれの分離容器の流出物から得た上相と、７％のメタノール及び２％の０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液との混合物で構成される乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、２０ｍｌ／分の流量で反応器の上端に送り、それぞれの補助反応容器に連続的に供給した。
−反応器中の反応媒体の流れは、上端から底部への流れである。
【０１６５】
表２の列３は、上記システムによる１２１試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１６６】
実施例２（ｂ）（ｉｉ）
この実施例で使用した運転のシステム、反応条件及び連続反応方式は、必要な変更を加えた実施例２（ｂ）（ｉ）のものと類似しており、唯一の差異は、実施例２（ｂ）（ｉｉ）では、分離容器１６０で得られたそれぞれの反応容器の流出物から得た上相と、７％メタノール及び２％の０．１Ｍ重炭酸ナトリウム溶液との混合物で構成される乳化反応媒体（調製エマルジョン）を、２０ｍＬ／分（実施例２（ｂ）（ｉ））又は実施例２（ａ）で使用）の代わりに、１０ｍＬ／分の流量で、反応容器の上端から底部及び補助反応容器中へ（同様に上端から底部へ）連続的に供給したことである。
【０１６７】
表２の列４は、上記システムによる１２１試験日数中の表示日数での供給原料の脂肪酸メチルエステルへの変換率を示す。
【０１６８】
【表２】
0006430960.tif 000003
【０１６９】
ＡＳＴＭ及びＥＮ規格に準拠したバイオディーゼルを製造するために、本明細書で開示の主題により製造される反応流出物（典型的には、９６％超の脂肪酸メチルエステル、１〜３％の遊離脂肪酸（ＦＦＡ）、及び０．５〜２％の未反応グリセリドを含む）を、例えば、下記の選択肢の内の１つにより後処理できる：
１．水と過剰なメタノールの相分離及び除去後の、反応混合物からの脂肪酸メチルエステルの蒸留。
２．相分離後の無水反応混合物のメタノール及び遊離又は固定化カンジダアンタークティカリパーゼＢ（これに限定されない）などのエステル化触媒を用いた処理による、未反応ＦＦＡ及び部分グリセリドの脂肪酸メチルエステルへの変換。このような処理は、残留遊離脂肪酸のメタノールを使ったエステル化による脂肪酸メチルエステル形成を触媒できる酸ベースのイオン交換樹脂の使用も含む。必要に応じて、エステル化触媒に曝露する前に、ガードカラムを使って反応混合物内に存在する可能性のある種々の成分、例えば、正電荷の有機又は無機イオンを除去できる。
３．ＦＦＡの塩基による中和とその後の水洗。
４．アルカリケイ酸塩、例えば、Ｍａｇｎｅｓｏｌ（登録商標）などの吸着剤を使ったフラッシュ蒸発後の反応混合物の処理によるＦＦＡ及び部分グリセリド含量の低減化。
５．イオン交換樹脂を使ったフラッシュ蒸発後の反応混合物の処理による残留ＦＦＡ及び部分グリセリドの吸着。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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