(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶媒に溶解しない油脂と不活性ガスとを接触させて油脂部及び気相部を形成し、該油脂部と該気相部との間に気液平衡関係を成立させた後、該気相部の湿度を測定することにより該油脂部の水分を推定し、この推定値に基づいて該油脂部の水分濃度を所定濃度に制御する油脂の水分制御方法を使用したことを特徴とする油脂のエステル交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油脂中の水分を精度良く所定濃度に制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
油脂中の水分制御が特に必要な場合として、酵素による油脂のエステル交換反応が挙げられる。酵素による油脂のエステル交換反応は、水と混じり合わない油脂に水の存在下で初めて活性を発現する酵素を触媒として作用させるものである。このため、油脂中の微量な水分の差異が反応速度や製品収率に大きな影響を与えることが知られている。
【０００３】
リパーゼによる油脂のエステル交換反応は、トリグリセリド（ＴＧ）の加水分解反応と、その加水分解物を再びＴＧに合成するエステル化反応との競合反応であり、油脂中の水分が高すぎると、加水分解反応が促進され、副生成物であるジグリセリド（ＤＧ）や脂肪酸（ＦＡ）が増加し、製品の品質と収率が低下する。また、水分が少なすぎると、酵素活性が十分に発現されず、エステル交換反応の生産性が低下する。このため、ＤＧやＦＡの生成を抑制しつつ、酵素活性が十分発現する最適水分に反応基質の水分を制御することが重要である。
【０００４】
特開昭６３−２０７３９３号公報には、反応槽内で水分の存在下にリパーゼによりパーム油脂をエステル交換反応を行うにあたって、パーム油脂溶液中の水分濃度を検出する液相中水分濃度センサ（露点温度計）を使用し、連続的に水分濃度を所定濃度に制御する方法が記載されており、補助的に反応槽内の気相部の水分濃度を検出する気相中水分濃度センサも用いることが開示されている。
【０００５】
油脂をヘキサン等の水と混和しない溶媒に溶解・希釈した場合には、特開昭６３−２０７３９３号公報に記載の方法で連続的な水分信号を得ることができるが、油脂を有機溶媒に溶解・希釈しない場合には、油脂の露点測定値が油脂中に含まれる部分グリセリドや酸化生成物等の不純物の影響を強く受け、また、油脂の粘度が高いため、 露点計のレスポンスが鈍くなる等の問題もあり、精度良く、 簡便に水分を測定することは困難であった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、油脂中の水分を精度良く所定濃度に制御する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機溶媒に溶解しない油脂と不活性ガスとを接触させて油脂部及び気相部を形成し、該油脂部と該気相部との間に気液平衡関係を成立させた後、該気相部の湿度を測定することにより該油脂部の水分を推定し、この推定値に基づいて該油脂部の水分濃度を所定濃度に制御する油脂の水分制御方法を使用したことを特徴とする油脂のエステル交換方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の油脂のエステル交換方法に使用される油脂の水分制御方法（以下、本発明の油脂の水分制御方法ともいう）を、その好ましい実施形態に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の油脂の水分制御方法の実施に用いられる装置の一例を示す概略図であり、図２は、図１に示す装置における油脂調湿槽Ａを示す概略図である。また、図１に示す装置は、油脂のエステル交換方法の実施にも用いられるものである。
【０００９】
先ず、本実施形態の油脂の水分制御方法の実施に用いられる装置について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示す装置は、油脂調湿槽Ａと、水分検出部Ｂと、コンピュータＣと、飽和水分溶解槽Ｄと、ポンプＥと、自動弁Ｆと、反応原料供給槽Ｇと、反応カラムＨと、流路１〜５と、経路ａ〜ｃとから構成されている。
【００１０】
上記油脂調湿槽Ａは、油脂部及び気相部を撹拌する撹拌機Ｍと、ジャケット又は恒温槽等からなる温度調節手段Ｌと、気液平衡に達した気相部の湿度を検出、測定する湿度計（水分検出部Ｂ）とからなる。
上記油脂調湿槽Ａにおいて、外部から供給された、有機溶媒に溶解しない油脂と窒素ガスとを接触させて油脂部（液相１）及び気相部（気相２）を形成する。
【００１１】
上記水分検出部Ｂは、気液平衡に達した気相部の湿度を検出、測定する湿度計で、上記油脂調湿槽Ａにおける気相部に設けられている。
上記コンピュータＣは、上記水分検出部Ｂから経路ａを通じて、該水分検出部Ｂによる気相部の湿度の測定値を油脂部の水分に変換し、且つ経路ｂ及び経路ｃを通じてそれぞれポンプＥ及び自動弁Ｆを制御するものである。
【００１２】
上記飽和水分溶解槽Ｄは、過剰の水を油脂調湿槽Ａの油脂部に添加、撹拌することで水飽和基質を調製するものである。
上記ポンプＥは、経路ｂを通じて上記コンピュータＣにより制御され且つ上記飽和水分解槽Ｄから水飽和基質を流路２を通じて上記油脂調湿槽Ａに送液するものである。
上記自動弁Ｆは、経路ｃを通じて上記コンピュータＣにより制御され且つ乾燥した窒素ガスを流路１を通じて上記油脂調湿送Ａに送るものである。
【００１３】
上記反応原料供給槽Ｇは、上記油脂調湿送Ａからポンプにより流路３を通じて送られてきた水分調節された油脂を貯蔵・撹拌し且つ油脂のエステル交換反応に供給するものである。
上記反応カラムＨは、上記反応原料供給槽Ｇからポンプにより流路４を通じて送られてきた水分調節された油脂のエステル交換反応を行うものである。エステル交換反応後、該反応カラムＨから流路５を通じてエステル交換油脂が得られる。
【００１４】
尚、図１に示す上記反応原料供給槽Ｇ及び上記反応カラムＨは、油脂のエステル交換方法の実施に用いられるものであり、油脂の水分制御方法のみ実施する場合には必要ない。
【００１５】
次に、図１及び図２に示す装置を用いた本発明の油脂の水分制御方法の実施形態について説明する。
先ず有機溶媒に溶解しない油脂と窒素ガスを接触させて油脂部及び気相部を形成する。上記油脂と窒素ガスとを接触させるには、油脂調湿槽Ａに所定量の上記油脂を供給し（二種以上の上記油脂の場合はこれらを調合して供給し）、撹拌機Ｍで上記油脂を撹拌しながら、該油脂調湿槽Ａ中の上記油脂に、流路１から自動弁Ｆを開いて所定量の窒素ガスを送り込むことにより行う。このようにして、油脂部（液相１）及び気相部（気相２）を形成する。
【００１６】
有機溶媒に溶解しない油脂としては、パームオレイン、大豆油、ナタネ油、パーム油、綿実油、ヒマワリ油、牛脂、ラード等及びこれらの分別油等が挙げられる。
【００１７】
上記油脂部及び上記気相部を形成した後、該油脂部と該気相部との間に気液平衡関係を成立させる。この気液平衡関係を成立させるには、撹拌機Ｍにより油脂部及び気相部を撹拌し、このときの撹拌速度を制御することや、油脂部と気相部との容積比率を制御することや、温度調節手段Ｌにより油脂部と気相部との温度差を制御すること等により行う。
【００１８】
上記撹拌速度は、油脂調湿槽Ａの容器及び撹拌羽根の形状と大きさにより異なるが、油滴が飛散しない程度に強く撹拌することが好ましい。
また、上記容積比率は、撹拌や容器の利用効率の点から、油脂部／気相部を７０／３０〜３０／７０、特に６０／４０〜４０／６０とするのが好ましい。
また、上記温度差は、実質的にない状態に維持されることが望ましく、具体的には５℃未満、特に２℃未満に調節するのが好ましい。温度差が５℃以上の場合は、水分が容器内壁で結露する等により、気液平衡関係が得られず、正確な水分制御は期し難い。
【００１９】
尚、気液平衡関係が成立したか否かは、気相部の湿度が一定値を示し、変化しなくなったことにより判断する。
【００２０】
気液平衡関係を成立させた後、気相部の湿度を測定することにより油脂部の水分を推定する。
気相部の湿度を測定するには、湿度計（水分検出部Ｂ）を用いて行う。該湿度計としては特に限定されるものではないが、例えば、石油化学分野で広く使用されている、検出部にＡｌ2 Ｏ3 薄膜を用いた静電容量式湿度計〔日本パラメトリクス社製〕が好ましい。
【００２１】
また、油脂部の水分を推定するには、上記のように気相部の湿度を測定すると共に、湿度計により気相部の温度を測定し、該湿度計から経路ａを通じて、測定された湿度及び温度に基づきコンピューターＣにより油脂部の水分に変換することにより行う。このコンピューターＣによる油脂部の水分に変換は下記のようにして行う。
即ち、温度Ｔ（℃）で気液平衡関係が成立した場合、気相部の湿度ＲＨ（％）と油脂部の水分Ｗ（ｐｐｍ）との間には、温度Ｔで予め測定しておいた油脂部の飽和水分をＷsat とすると、Ｗ＝Ｗsat ×ＲＨ／１００の関係があり、この関係式により気相部の湿度から油脂部の水分Ｗを推定する。このとき、湿度計での測定値に影響を与える油脂中の部分グリセリドや酸化生成物等の不純物は、酵素によるエステル交換反応温度である３０〜７０℃では、その蒸気圧が低いため気相２の湿度測定には影響を与えることはなく、不純物の有無に関わらず正確な油脂中の水分測定が可能となる。
【００２２】
上記のように油脂分の水分を推定した後、この推定値（推定した水分）に基づいて油脂部の水分濃度を所定濃度に制御する。油脂部の水分濃度を所定濃度に制御するには、以下のようにして行う。
即ち、油脂調湿槽Ａでの目標とする水分（所定濃度）をＷsv、調合した原料油脂の水分をＷとすると、Ｗ＜Ｗsvの場合は、経路ｂを通じてコンピューターＣで制御されたポンプＥにより飽和水分溶解槽Ｄから水飽和基質を流路２を通じて油脂調湿槽Ａに送液する。水飽和基質の送液による油脂調湿槽Ａ中の水分増加は、気相部の湿度上昇として検出し、コンピューターＣによりポンプＥを制御し、所定濃度Ｗsvに調節する。尚、飽和水分溶解槽Ｄは、過剰の水を原料油脂に添加、撹拌することで水飽和基質を調製するものであり、ここでの基質水分は温度に依存し、一定温度では定数Ｗsat となる。また、Ｗ＞Ｗsvの場合は、経路ｃを通じてコンピューターＣで制御された自動弁Ｆから、乾燥した窒素ガスを流路１を通じて油脂調湿槽Ａに送る。基質水分の低下は気相部の湿度の低下として検出され、コンピューターＣにより自動弁Ｆを制御し、所定濃度Ｗsvに調節する。
このようにして、油脂部の水分濃度を所定濃度に制御することにより、所望の水分に調節された油脂を得ることができる。
【００２３】
本発明の油脂の水分制御方法は、上述した好ましい実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更可能である。
本発明においては、窒素ガスにより気相部を形成することが好ましいが、Ｈｅガス、ＣＯ2 ガス等の不活性ガスにより気相部を形成してもよい。
また、本発明においては、水分検出部Ｂとして静電容量式湿度計を用いることが好ましいが、電気抵抗式湿度計等を用いてもよい。
【００２４】
次に、上述した実施形態の油脂の水分制御方法を使用した油脂のエステル交換方法の実施形態について説明する。
本実施形態においては、上述した実施形態の油脂の水分制御方法により水分が調節された油脂を、図１に示すように、油脂調湿槽Ａからポンプにより流路３を通じて反応原料供給槽Ｇに送る。該反応原料供給槽Ｇでは、送られてきた上記油脂を貯蔵し、撹拌機により撹拌する。次いで、該反応原料供給槽Ｇから上記油脂をポンプにより流路４を通じて反応カラムＨに送る。この反応カラムＨにおいて、上記油脂のエステル交換反応を行う。そして、反応後、該反応カラムＨから流路５を通じて所望のエステル交換油脂を得る。
油脂調湿槽Ａと反応原料供給槽Ｇと反応カラムＨの温度差は、±１℃とするのが好ましく、温度差がないのが最も好ましい。
【００２５】
本実施形態の油脂のエステル交換方法では、図１に示すように、反応カラムＨを用いて連続的にエステル交換を行うカラム式を使用しているが、回分反応によるバッチ式を使用することもできる。
【００２６】
本発明の油脂の水分制御方法は、上述した実施形態の油脂のエステル交換方法、特に酵素を用いた油脂のエステル交換方法に使用することが有効であるが、ナトリウムメチラート等の化学触媒を用いた油脂の水分制御の際にも使用することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明する。実施例は図１に示す装置を用いて実施したが、本発明は実施例により何等制限されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
油脂調湿槽Ａにパームオレイン４０部と大豆油６０部とを混合し、乾燥した窒素ガスを接触させて形成した油脂部及び気相部の容積比率（油脂部／気相部）を５０／５０とし、油脂部と気相部との温度差を２℃以内として、油脂部と気相部との間に気液平衡関係を成立させた。そして、油脂調湿槽Ａから反応カラムＨまでをすべて４９〜５１℃の恒温槽に設置し、温度変化を極力少なくした。このとき、水分検出部Ｂで測定した油脂部の温度は４９〜５１℃であった。気相部の湿度の測定値から求めた油脂部の水分に基づき、コンピューターＣによりポンプＥ及び自動弁Ｆを調節し、水分溶解槽Ｄからの水飽和基質の供給と、乾燥窒素による脱水を行い油脂部の水分の制御を行った。この間、水分検出部Ｂの湿度測定値から求めた油脂部の水分と油脂を抜き出しカールフィッシャー水分計で測定した水分値とを求めた。それらの相関関係のグラフを図３に示す。図３に示すように、両者は良好な相関を示し、ＲＨにより油脂中水分の推定が可能で、高精度の水分制御が可能であった。
【００２９】
（比較例１）
実施例１で用いた水分検出部Ｂを直接油脂部に入れ、検出値を得た他は実施例１と同様の操作を行った。水分検出部Ｂの湿度の測定値から求めた油脂部の水分と油脂を抜き出しカールフィッシャー水分計で測定した水分値との相関関係のグラフを図４に示す。図４に示すように、両者の相関は低く、水分制御は不可能であった。
【００３０】
（比較例２）
実施例１における油脂調湿槽Ａの油脂部のみ温水ジャケットで４９〜５１℃に保温し、気相部の温度を非制御とし、該油脂部と該気相部との間に気液平衡関係は成立させなかった他は実施例１と同様の操作を行った。このとき、気相部の温度は４０〜４４℃であった。水分検出部Ｂの湿度の測定値から求めた油脂部の水分と油脂を抜き出しカールフィッシャー水分計で測定した水分値との相関関係のグラフを図５に示す。図５に示すように、両者の相関は低く、水分制御は不可能であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の油脂の水分制御方法によれば、有機溶媒に溶解しない油脂の水分制御において、油脂中の不純物の影響を受けずに、油脂中の水分を正確且つ簡便に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の油脂の水分制御方法及び油脂のエステル交換方法の実施に用られる装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１に示す装置における油脂調湿槽Ａを示す概略図である。
【図３】図３は、実施例１における湿度測定値ＲＨ（％）とカールフィッシャー水分計で測定した水分（ｐｐｍ）との相関関係を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例１における湿度測定値ＲＨ（％）とカールフィッシャー水分計で測定した水分（ｐｐｍ）との相関関係を示すグラフである。
【図５】図５は、比較例２における湿度測定値ＲＨ（％）とカールフィッシャー水分計で測定した水分（ｐｐｍ）との相関関係を示すグラフである。
【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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