(57)【要約】  ワックスエステルをエステル交換する方法。実施態様は、ワックスエステルを含む原料を提供すること、原料をリパーゼと接触させること、および原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成することを含み得る。エステル交換産物の酸化安定性指数（ＯＳＩ）は、原料のＯＳＩよりも大きくてよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワックスエステルをエステル交換する方法であって、
ワックスエステルを含む原料を提供すること、
前記原料をリパーゼと接触させること、
前記原料中の前記ワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成すること
を含み、
前記エステル交換産物の酸化安定性指数（ＯＳＩ）は、前記原料のＯＳＩよりも大きい、
方法。
【請求項２】
前記エステル交換産物がメチルエステルを含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記原料が抗酸化物質をさらに含み、前記原料中の前記ワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換することが、前記原料中の前記抗酸化物質を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記原料が、皮膚コンディショニング剤および揮発性化合物をさらに含み、前記原料中の前記ワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換することが、前記原料中の前記皮膚コンディショニング剤および前記揮発性化合物を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記原料の前記ワックスエステルがホホバワックスエステルである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ホホバワックスエステルが水添ホホバワックスエステルをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エステル交換産物の滴点が前記原料の滴点よりも大きく、前記エステル交換産物の滴点は、前記原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ワックスエステルをエステル交換する方法であって、
ワックスエステルを含む原料を提供すること、
前記原料をリパーゼと接触させること、
前記原料中の前記ワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成すること
を含み、
前記触媒的エステル交換は９８％以上の収率で生じる、
方法。
【請求項９】
前記エステル交換産物がメチルエステルを含まない、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記原料が、抗酸化物質をさらに含み、前記原料中の前記ワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換することが、前記原料中の前記抗酸化物質を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記原料の前記ワックスエステルがホホバワックスエステルである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ホホバワックスエステルが水添ホホバワックスエステルをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エステル交換産物の滴点が前記原料の滴点よりも大きく、前記エステル交換産物の滴点は、前記原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ワックスエステルをエステル交換する方法であって、
ホホバワックスエステルを含む原料を提供すること、
前記原料をリパーゼ触媒と接触させること、
前記原料中の前記ホホバワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成すること
を含み、
前記触媒的エステル交換の収率は、固定化リパーゼ触媒１キログラム当たり４００１キログラムの産物よりも大きい、
方法。
【請求項１５】
前記エステル交換産物が、メチルエステルを含まない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記原料が、抗酸化物質をさらに含み、前記原料中の前記ホホバワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換することが、前記原料中の前記抗酸化物質を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記原料が、皮膚コンディショニング剤および揮発性化合物をさらに含み、前記原料中の前記ホホバワックスエステルを前記リパーゼにより触媒的にエステル交換することが、前記原料中の前記皮膚コンディショニング剤および前記揮発性化合物を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ホホバワックスエステルが水添ホホバワックスエステルをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記エステル交換産物の滴点が前記原料の滴点よりも大きく、前記エステル交換産物の滴点は、前記原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒的エステル交換が９８％以上の収率で生じる、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
１．技術分野
本文献の態様は、一般に、ワックスエステルおよびワックスエステル誘導体を反応させ、処理する系および方法に関する。
【０００２】
配列表
本文献は、２０１５年１月１３日に作成され、ＳｅｑｕｅｎｃｅＬｉｓｔｉｎｇ００２＿ＳＴ２５．ｔｘｔと命名され、２０１５年１月１３日に出願された５８９５バイトのサイズのＡＳＣＩＩテキスト形式の配列表ファイル中の材料を含有し、参照により全体として本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
２．背景技術
ワックスエステルは、２つの炭素鎖を結合させるエステル基の形成をもたらす脂肪酸および脂肪族アルコールの化学反応から形成される。ワックスエステルは、種々の動物および植物、例として、ホホバ植物（Simmondsia chinensis）中に見出される。ワックスエステルは、種々の用途、例として、化粧品およびパーソナルケア製品において使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、ワックスエステルを含む原料を提供すること、原料をリパーゼと接触させること、および原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成することを含み得る。エステル交換産物の酸化安定性指数（oxidative stability index）（ＯＳＩ）は、原料のＯＳＩよりも大きくてよい。
【０００５】
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、以下の１つ、全て、またはいずれかを含み得る：
【０００６】
エステル交換産物は、メチルエステルを含み得ない。
【０００７】
原料は、抗酸化物質をさらに含み得、原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換することは、原料中の抗酸化物質を除去および分解せずに触媒的にエステル交換することをさらに含み得る。
【０００８】
原料は、皮膚コンディショニング剤および揮発性化合物をさらに含み得、原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換することは、原料中の皮膚コンディショニング剤および揮発性化合物を除去も分解もせずに触媒的にエステル交換することをさらに含み得る。
【０００９】
原料のワックスエステルは、ホホバワックスエステルであり得る。
【００１０】
ホホバワックスエステルは、水添ホホバワックスエステルをさらに含み得る。
【００１１】
エステル交換産物の滴点は原料の滴点よりも大きくてよく、滴点は、原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加し得る。
【００１２】
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、ワックスエステルを含む原料を提供すること、原料をリパーゼと接触させること、および原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成することを含み得る。触媒転換は、９８％以上の収率において生じ得る。
【００１３】
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、以下の１つ、全てまたはいずれかを含み得る：
【００１４】
エステル交換産物は、メチルエステルを含み得ない。
【００１５】
原料は、抗酸化物質をさらに含み得、原料中のワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換することは、原料中の抗酸化物質を除去も分解もせずに触媒的にエステル交換することをさらに含み得る。
【００１６】
原料のワックスエステルは、ホホバワックスエステルであり得る。
【００１７】
ホホバワックスエステルは、水添ホホバワックスエステルをさらに含み得る。
【００１８】
エステル交換産物の滴点は原料の滴点よりも大きくてよく、滴点は、原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加し得る。
【００１９】
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、ホホバワックスエステルを含む原料を提供すること、原料をリパーゼ触媒と接触させること、および原料中のホホバワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換してエステル交換産物を形成することを含み得る。触媒的エステル交換の収率は、固定化リパーゼ触媒１キログラム当たり４００１キログラムの産物よりも大きくてよい。
【００２０】
ワックスエステルをエステル交換する方法の実施態様は、以下の１つ、全て、またはいずれかを含み得る：
【００２１】
エステル交換産物は、メチルエステルを含み得ない。
【００２２】
原料は、抗酸化物質をさらに含み得、原料中のホホバワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換することは、原料中の抗酸化物質を除去も分解もせずに触媒的にエステル交換することをさらに含み得る。
【００２３】
原料は、皮膚コンディショニング剤および揮発性化合物をさらに含み得、原料中のホホバワックスエステルをリパーゼにより触媒的にエステル交換することは、原料中の皮膚コンディショニング剤皮膚コンディショニング剤および／または揮発性化合物を除去も分解もせずに触媒的にエステル交換することをさらに含み得る。
【００２４】
ホホバワックスエステルは、水添ホホバワックスエステルをさらに含み得る。
【００２５】
エステル交換産物の滴点は原料の滴点よりも大きくてよく、エステル交換産物の滴点は、原料中の水添ホホバワックスエステルの割合が増加するにつれて増加し得る。
【００２６】
触媒的エステル交換は、９８％以上の収率において生じ得る。
【００２７】
上記および他の態様、特徴部、および利点は、詳細な説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から当業者に明らかである。
【００２８】
実施態様は、以下、同種の記号が同種の要素を示す添付の図面とともに記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】慣用の化学触媒エステル交換プロセスのフローチャートである。
【図２】酵素触媒エステル交換プロセスのフローチャートである。
【図３】直列の３つの酵素触媒エステル交換反応器の実施態様を示すプロセス図である。
【図４】化学触媒プロセスおよび酵素触媒プロセスについてのホホバワックスエステル原料からのエステル交換産物流中のホホバワックスエステル炭素長の分布を示す比較チャートである。
【図５】化学触媒プロセスおよび酵素触媒プロセスについての約２０重量％の水添ホホバワックスエステル原料と組み合わせたホホバワックスエステルからのエステル交換産物流中のホホバワックスエステル炭素長の分布を示す比較チャートである。
【図６】化学触媒プロセスおよび酵素触媒プロセスについての約３０重量％の水添ホホバワックスエステル原料と組み合わせたホホバワックスエステルからのエステル交換産物流中のホホバワックスエステル炭素長の分布を示す比較チャートである。
【図７】化学触媒プロセスおよび酵素触媒プロセスについての約５０重量％の水添ホホバワックスエステル原料と組み合わせたホホバワックスエステルからのエステル交換産物流中のホホバワックスエステル炭素長の分布を示す比較チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
詳細な説明
本開示、その態様および実施態様は、本明細書に開示される規定の構成成分にも、組立手順にも、方法要素にも限定されるものではない。ワックスエステルをエステル交換する目的の方法および系と整合する当技術分野において公知の多くの追加の構成成分、組立手順および／または方法要素は、本開示から特定の実施態様による使用について明らかである。したがって、例えば、特定の実施態様が開示されるが、そのような実施態様および実施構成成分は、ワックスエステルをエステル交換するそのような方法および系についての技術分野において公知の任意の形状、サイズ、形式、型、モデル、バージョン、計測、濃度、材料、品質、方法要素、ステップなど、および目的の操作および方法と整合する他の実施構成成分および方法を含み得る。
【００３１】
エステル交換は、以下に説明されるとおり、エステル基のそれぞれの側鎖上に局在するアシル基を、アルコール基中に含有されるアシル基により交換するプロセスを含む：
【化１】
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【００３２】
天然または構造化または合成エステルのためのエステル交換により、元の原料と比較してエステル交換産物の種々の物理的特性の変更が可能となる。非限定的な例として、エステル交換産物の物理的特性、例えば、粘度、滴点、油（酸化）安定性指数（ＯＳＩ）、炭素鎖分布、および他の特性は、元のワックスエステル含有原料の対応値よりも大きく、それと等しく、またはそれ未満であり得る。これらの変化は、少なくとも部分的に生じる。それというのも、得られるエステル産物の鎖長が元のワックスエステル原料中の分布と比較してランダム化され、それにより混合物中のエステル交換材料の機能性および／または材料の熱特性が変更され得るためである。
【００３３】
慣用的には、ワックスエステルのエステル交換は、いくつかの異なる方法を使用して達成される。１５０Ｃ〜３５０Ｃの温度における酸性ベントナイト型粘土の使用を含むホホバ油をエステル交換する方法および系は、１９８０年８月１５日に出願され、１９８２年５月１１日に発行された米国特許第４，３２９，２９８号、Brownら、表題“Isomerization of Jojoba Oil and Products Thereof”および１９８１年３月９日に出願され、１９８２年１１月２３日に発行された米国特許第４，３６０，３８７号、Brownら、表題“Isomorphous Jojoba Oil Compositions Containing Trans-Isomerized Jojoba Oil”（それらの両方の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる）に開示されている。エステル交換のための上記特許に記載の方法を使用する場合、元のホホバ油の５％〜１０％の損失が観察された。
【００３４】
他の慣用のエステル交換反応は、化学触媒、例えば、ナトリウムメチレート（メトキシド）または水酸化ナトリウムを使用する。反応が触媒的である一方、触媒および原料の構成成分および／または反応物質間の副反応がエステル交換プロセスの間に生じる。これらの副反応は、プロセスの収率を低減させ、エステル交換産物の特性を変更する副生物を作出する。特性変化の一部は、化学触媒的エステル交換を実施するために要求される高温（１００Ｃ〜２３０Ｃ）および低圧（＜７ｍｍＨｇ）により引き起こされる原料エステルの損傷／変化のために生じる。他の特性変化は、それらの条件および／または化学触媒それ自体がワックスエステル原料の他の下位構成成分を分解し、破壊し、またはその有効性を低減させるために生じる。ワックスエステル原料が天然資源に由来する場合、例えば、ホホバワックスエステル原料中で、既存の抗酸化物質、ステロール、炭化水素、および他の揮発性化合物（ワックスエステルの揮発性と比較して揮発性）が副反応において化学触媒と反応する。得られるエステル交換産物は、化学触媒的エステル交換後にインタクトで残留するそれらの化合物のいずれもほとんど有し得ず、もしくは有し得ず、および／またはそれらの構成成分の有効性を低減させ得る。さらに、エステル交換産物は、産物またはその産物を含む後続の混合物中で不所望な、または不所望な効果を有するそれらの構成成分のアーティファクトを含み得る。
【００３５】
ワックスエステルの化学触媒エステル交換はバッチ反応器中で実施し、したがって、触媒は、エステル交換産物から再使用のために回収され得ない。図１を参照すると、慣用のエステル交換プロセスについてのプロセスフロー図が説明される。説明のとおり、ワックスエステルを含有する原料をバッチ触媒反応中で処理する。バッチ処理後、酸および／または水、例えば、クエン酸を使用して残留触媒を中和して反応を停止させる。この時点において、次いで反応器含有物を遊離脂肪酸の存在（存在する場合、遊離脂肪酸についての中和プロセスの使用を要求する）について確認する。次いで、バッチ反応物質を廃物分離ステップに移動させ、溶液を軟水により洗浄して反応器材料中の石鹸および塩を除去し、エステル交換産物を含有する反応器材料の油／脂質部分からそれらを分離して廃物流およびエステル交換産物流を形成する。次いで、エステル交換産物流中のエステル交換産物を漂白して化学触媒エステル交換反応の間に形成される残留着色物、石鹸、および他の不所望な副生物を除去する。次いで、エステル交換産物流を脱臭し、ボテーションを行って（votate）最終エステル交換産物を産生する。ボテーション（votation）のプロセスは、エステル交換産物を制御条件下で撹拌して後の使用に望まれるコンシステンシーおよび結晶構造を有するエステル交換産物を形成する制御される結晶化プロセスまたは焼き戻しプロセスである。ボテーションは、所望のコンシステンシーおよび／または構造を提供するための種々の加熱、冷却、フラッシュ冷却、および他の圧力調整を含む。
【００３６】
本文献において、酵素を使用してエステル交換反応を触媒的に容易にする、ワックスエステルをエステル交換する種々の方法が開示される。特定の実施態様において、酵素は、リパーゼであり、それは、種々の化合物、例えば、脂質を加水分解および／またはエステル化を触媒するために種々の生物有機体が使用するタンパク質である。本明細書において使用される「リパーゼ」は、ワックスエステルのエステル交換反応において使用され得る任意の酵素またはタンパク質を意味する。
【００３７】
図２を参照すると、酵素触媒エステル交換プロセスについてのプロセスフロー図が説明される。説明のとおり、ワックスエステル原料は、連続的な触媒的エステル交換反応の発生を可能とする１つ以上の触媒反応器を通過する。酵素を使用してワックスエステル原料をバッチ処理することが可能である一方、連続処理は、バッチ処理に対して多くの周知の利点を有する。連続触媒的エステル交換反応後、エステル交換産物を脱臭し、ボテーションを行って最終エステル交換産物流を産生する。観察することができるとおり、酵素触媒エステル交換プロセスにおいては、より少ないプロセスステップが存在する。さらに、以下に詳細に考察されるとおり、酵素触媒および反応物質間の副反応がほとんど存在せず、または存在しない一方、酵素触媒プロセスのエステル交換結果は化学触媒プロセスと極めて類似するため、酵素触媒エステル交換産物流の特性および構成成分は、重要な手法が異なる一方、本質的に同一の機能的特徴を保持する。
【００３８】
図３を参照すると、ワックスエステルの酵素触媒エステル交換のための連続酵素反応器系２の実施態様のプロセスフロー図が説明される。説明のとおり、系２は、直列に接続された３つの反応器４、６、８を含む。それぞれの反応器は酵素を含有し、流入ワックスエステル原料１０を酵素と接触させて配置するように設計される。処理後、エステル交換産物１２は、後続の処理／回収のために最終反応器８を流出する。特定の実施態様において、酵素は、流入ワックスエステル原料の相互作用を容易にするように設計された基材材料上に固定化する。他の実施態様において、酵素は、反応器それ自体の内部構造物上に固定化し、または反応器系内で自由流動しており、反応器に戻して再循環させる。図３に説明される実施態様において、反応器は、充填床反応器である。当業者は、本明細書に開示される原理を使用する酵素反応器の使用を容易にするための種々の反応器構成成分ならびに他の導管、ポンプ、フィルター、および他のプロセス設備を容易に選択することができる。
【００３９】
多くの異なる酵素、例として、生物有機体に由来するもの／それから得られるもの、合成により作製されたもの、および完全に人工的であるもの（生物学的作製および／または合成作製を問わない）を、ワックスエステルのための酵素触媒エステル交換反応において用いることができる。リパーゼであるそれらの酵素について、それらは、以下の生物に由来するリパーゼの１つ、いくつかの、いずれかの、または任意の組合せを含み得る：黒麹菌（Aspergillus niger）、黄麹菌（Aspergillus oryzae）、枯草菌（Bacillus subtilis）、バシルス・サーモカテヌラタス（Bacillus thermocatenulatus）、バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）、バークホルデリア・グルメ（Burkholderia glumae）、カンジダ・ルゴサ（Candida rugosa）、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）Ａ、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）Ｂ、カンジダ・シリンドラセア（Candida cylindracea）、カンジダ・パラプシロシス（Candida parapsilosis）、クロモバクテリウム・ビスコサム（Chromobacterium viscosum）、ゲオトリクム・カンジダム（Geotrichum candidum）、ゲオトリクム属種（Geotrichum sp.）、ムコル・ミエヘイ（Mucor miehei）、フミコラ・ラヌギノセ（Humicola lanuginose）、ペニシリウム・カメンベルティ（Penicillium camembertii）、ペニシリウム・クリソゲナム（Penicillium chrysogenum）、ペニシリウム・ロックフォルティ（Penicillium roquefortii）、シュードモナス・セパシア（Pseudomonas cepacia）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、シュードモナス・フルオレンセンス（Pseudomonas fluorenscens）、シュードモナス・フラギ（Pseudomonas fragi）、シュードモナス・アルカリゲネス（Pseudomonas alcaligenes）、シュードモナス・メンドシナ（Pseudomonas mendocina）、リゾプス・アーリザス（Rhizopus arrhizus）、リゾムコル・ミエヘ（Rhizomucor miehe）、スタフィロコッカス・ヒカス（Staphylococcus hyicus）、スタフィロコッカス・アエレウス（Staphylococcus aereus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、スタフィロコッカス・ワーネリア（Staphylococcus warneria）、 スタフィロコッカス・キシロサス（Staphylococcus xylosus）、サーモマイセス・ラヌギノサス（Thermomyces lanuginosus）、アスペルギルス属種（Aspergillus sp.）、バシルス属種（Bacillus sp.）、バークホルデリア属種（Burkholderia sp.）、カンジダ属種（Candida sp.）、クロモバクテリウム属種（Chromobacterium sp.）、ゲオトリクム属種（Geotrichum sp）、ケカビ属種（Mucor sp）、フミコラ属種（Humicola sp）、アオカビ属種（Penicillium sp）、シュードモナス属種（Pseudomonas sp）、クモノスカビ属種（Rhizopus sp.）、ブドウ球菌属種（Staphylococcus sp）、およびサーモマイセス属種（Thermomyces sp.）。
【００４０】
特定の実施態様において、リパーゼは、以下のものであり得る：商品名LIPOZYME TL IMまたはLIPEXで、Bagsvaerd,DenmarkのNovozymes A/Sにより市販されているサーモマイセス・ラヌギノサス（Thermomyces lanuginosus）からのリパーゼおよびさらにNovozymesにより製造される基材上に固定化されたリパーゼである。リパーゼの代表的な配列表は、本明細書の配列番号１として含まれる。他の実施態様において、リパーゼは、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）に由来する商品名NOVOZYMでNovozymes,A/Sにより市販されているものであり得、その代表的な配列表は本明細書の配列番号２として含まれる。種々の実施態様において、リパーゼは、以下のいずれかであり得る：商品名CALB L、NOVOZYME 435、NOVOCOR AD L、およびLIPOLASE 100LでNovozymesにより市販されているもの；商品名CALB、CALA、およびCRLでLeipzig,Germanyのc-LEcta,GMBHにより市販されているもの；商品名LIPASE A “AMANO” 12、LIPASE AY “AMANO”30SD、LIPASE G “AMANO” 50、LIPASE R “AMANO”、LIPASE DF “AMANO” 15、LIPASE MER “AMANO”、および NEWLASE FでNagoya,JapanのAmano Enzyme Inc.により市販されているもの；商品名LIPASE MY、LIPASE OF、LIPASE PL、LIPASE PLC/PLG、LIPASE QLM、LIPASE QLC/QLG、LIPASE SL、およびLIPASE TLでNagoya,JapanのMeito Sangyo Co.,Ltd.により市販されているもの。
【００４１】
他の実施態様において、リパーゼは、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）Ａからのリパーゼ、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）Ｂ、カンジダ・ルゴサ（Candida rugosa）からのリパーゼまたはそれらの任意の組合せであり得る。種々の実施態様において、リパーゼは、２０１３年１０月１日に出願され、２０１４年１月１６日に発行された米国特許出願公開第２０１４００１７７４１号（‘７１４刊行物）、Nielsenら、表題“Esterification Process”（その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる）に開示されるいずれかであり得る。既に参照により組み込まれる‘７４１刊行物の段落［００２６］〜［００２９］に列記される種々の特許出願についての配列表に開示されるそれらのリパーゼ（それらの出願のそれぞれは、参照により全体として本明細書に組み込まれる）は、特定の実施態様において利用されるものであってもよい。種々の実施態様において、リパーゼは、本明細書、‘７１４刊行物、および‘７１４刊行物に開示される特許出願（それらの全ては、参照により既に組み込まれている）に開示されるリパーゼのいずれかと少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、またはさらには少なくとも９９％の同一性を有するものであり得る。
【００４２】
本明細書に開示される酵素触媒エステル交換プロセスを使用して広範なワックスエステルを処理することができる。非限定的な例として、以下の材料中で含有されるワックスエステルを、本明細書に開示される原理を使用して処理されるワックスエステル原料中に含めることができる：蜜蝋、いぼた蝋、シェラック蝋、鯨蝋、ラノリン、カルナバワックス、オウリクリ（ouricuri）ワックス、ホホバ油、キャンデリラワックス、エスパルトワックス、木蝋、ぬか油、ヒマワリワックス、オゾセライト、オゾケライト、およびモンタンワックス。本明細書に開示される原理を使用して任意の他の天然または合成産生ワックスエステルを処理することもできる。ホホバ油原料中のワックスエステルに関して種々の実施例が本文献において考察されるが、それらの実施例は本明細書に開示される原理を説明するために挙げられるにすぎない。
【００４３】
ホホバ植物の種子に由来するホホバ油は、ワックスエステルおよび種々の機能に有用であることが知られた他の構成成分を含有する。これらとしては、化粧品およびパーソナルケア製品中の皮膚コンディショニング剤として有用であり得るステリルエステル、ステロール、ならびに種々の炭化水素が挙げられる。抗酸化物質、例えば、トコフェロールも、油中に天然に存在する種々の揮発性成分とともに含まれ、それはワックスエステルと比較して揮発性である。ホホバ油中のワックスエステルは、一般に、３４から４８個の炭素長間で変動する。ホホバ油中のワックスエステル分布、構造特徴、および他の構成成分の詳細な分析は、Thomas K. Miwa、表題“Structural Determination and Uses of Jojoba Oil,”J.Amer.Oil Chem.Soc.,Vol.61,No.2(February 1984),p.407-410（その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる）による論文に見出すことができる。南米、イスラエル、および北米産の植物に由来するホホバ油は、化学組成がいくぶん異なることが観察されているが、それらの差異はわずかであり、産物の機能的特徴に対するいかなる効果も産生することは観察されていない。チリ産のホホバ油の組成に関する詳細は、Cappillinoら、表題“Composition of Chilean Jojoba Seeds,”Ind.Crops and Prod.,v.17,p.177-182 (2003)（その開示は参照により全体として本明細書に組み込まれる）による論文に見出すことができる。チリ、北米、イスラエル、および他の南米産のホホバ種子から産生されるホホバ油の差異に関する追加の情報は、5th New Crops Symposium in Atlanta,GA Nov 10-13,2001において示されたCappillinoら、“Composition of Chilean Jojoba Seed”によるプレゼンテーションに見出すことができ、その複写物を本明細書において付属書Ｂとして含め、その開示は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００４４】
ホホバ油のエステル交換は、慣用的には、本明細書に開示される化学触媒プロセスを使用して行われている。このような化学触媒プロセスを使用する場合、副反応が種々の脂肪酸メチルエステルを形成し、ナトリウムメトキシドを使用する場合、種々の遊離脂肪族アルコールを遊離させる。得られるエステル交換産物流は、エモリエントとして機能し得る５重量％未満のそれらの脂肪酸メチルエステルと、エモリエントおよび粘度調整剤として機能し得る遊離脂肪族アルコールとを含み得る。しかしながら、既に考察されたとおり、化学触媒の反応はホホバ油中のステリルエステル、ステロール、トコフェロール、炭化水素、および揮発性成分を除去または分解する。これらの構成成分のこの分解および／または除去により、エステル交換産物流の機能性および物理的特性が変化する。特に、トコフェロールおよび他の天然抗酸化物質の分解および／または除去により、エステル交換産物のＯＳＩが元のホホバ油のＯＳＩ未満に低減する。ホホバ油は約０から約５００ｐｐｍのトコフェロール（主な構成成分はガンマ−トコフェロールである）を含むため、天然トコフェロールの排除は、混合物の酸化安定性に対する顕著な効果を有する。５００ｐｐｍのトコフェロールの添加は、材料の酸化安定性を元の酸化安定性の約５０％から約２００％だけ向上させ得る。
【００４５】
表１は、一部のプロセスパラメータならびに化学触媒エステル交換プロセスについてのエステル交換産物流および酵素触媒エステル交換プロセスについてのエステル交換産物流の一部の特徴を列記する。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
表２は、ホホバ油中の種々の天然に存在する構成成分および副反応副生物に対する化学触媒プロセスおよび種々の酵素触媒プロセスの観察された効果を示す。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表から観察することができるとおり、酵素エステル交換プロセスは、実質的に大気圧下でホホバ油（および原料中に含まれる任意の水添ホホバ油）の融点において生じる。反応はまた、ホホバ油中に天然に含有されるトコフェロールも揮発性物質も除去／分解せずに進行する。さらに、酵素触媒プロセスは、産物のエモリエントおよび／または粘度挙動に影響を及ぼすためにエステル交換産物の適用を制限し得るメチルエステルも遊離脂肪族アルコールも作出しない。さらに、化学触媒プロセスにおけるトコフェロールの分解／除去は、エステル交換産物の酸化安定性（ＯＳＩにより計測される）およびしたがって保存可能期間に悪影響を及ぼす。脂肪酸メチルエステルの追加は、約５重量％までのレベルにおいてさえも化学エステル交換産物中の異なる材料の拡散および屈折特性を作出する。
【００５０】
酵素触媒エステル交換反応と比較した化学触媒エステル交換反応のいくつかの実施例を本文献において、図４〜７を含め開示する。これらを順次考慮する。
【実施例】
【００５１】
実施例１
化学触媒バッチプロセス対酵素触媒バッチプロセス
撹拌羽根を備える１リットルの３首ガラスフラスコに、８００ｇの精製ホホバ油を装入した。油を１１０Ｃに加熱し、真空下で３０分間乾燥させた。乾燥を完了させた後、少量のナトリウムメチレート（０．３重量％）を混合物に添加した。エステル交換反応物を真空下で１２０Ｃにおいて２時間撹拌した。次いで、触媒を１ｇのクエン酸により中和し、次いでシリカおよび漂白粘土混合物により処理して反応により誘導された着色および他の残留不純物を除去した。エステル交換産物は、黄色液体であった。
【００５２】
撹拌羽根を備える２リットルのジャケット付きガラス反応器に、１．２ｋｇの精製ホホバ油および４８ｇ（４重量％）のNovozymes製LIPOZYME TL IM(サーモマイセス・ラヌギノサス（Thermomyces lanuginosus）リパーゼ)を装入した。窒素層により油上を覆い、混合物を周囲温度において撹拌した。５時間後、リパーゼを混合物から除去し、ホホバ誘導体を分析した。エステル交換産物は、最初の原料とテクスチャーおよび着色が類似する、わずかに黄色の液体であった。原料および両方のエステル交換産物についてのワックスエステル分布の計測は、Crossbond６５％ジフェニル／３５％ジメチルポリシロキサンの０．１ミクロンの皮膜厚を有するRestek MxT-65TG ３０メートル、内径０．２５ｍｍのキャピラリークロマトグラフィーカラムを有するHewlett Packard GC 5980シリーズIIガスクロマトグラフを使用して行った。ガスクロマトグラフは、スプリット／スプリットレス注入部を有し、ＦＩＤ検出器を使用する。ガスクロマトグラフの操作パラメータは、以下のとおりであった：注入ポート：３００Ｃ、検出器：３２５Ｃ、スプリット比：１００：１、２０分間にわたる２８０Ｃから３５０Ｃの傾斜オーブン温度での１マイクロリットル注入。ヘリウムキャリアガスを使用した。トコフェロールの濃度は、ガスクロマトグラフではなくＨＰＬＣを使用して計測した。使用設備は、オートサンプラー、クオータナリポンプ、ダイオードアレイ検出器（ＤＡＤ）、および４０．０℃のドリフトチューブ温度で１．７ｍＬ／分間の窒素を用いて作動するAlltech 2000 ELSDを有するAgilent LC 1100シリーズであった。使用カラムは、Agilent RX-SIL  ４．６×５０ｍｍ  １．８ｕｍ順相シリカカラムであり、４０．０℃において保持した。ＤＡＤは、波長２１０ｎｍおよび２９５ｎｍにおけるＵＶを検出するように設定してトコフェロールの光学活性部分をそれがカラムから溶出されるときに同定した。移動相は、０．５ｍＬ／分における９８％のヘキサンおよび２％のイソプロパノールの定組成流からなるものであり、総実行時間は１５．００分間であった。表３は、両方の実験の結果をまとめる。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
結果の試験は、化学触媒エステル交換反応における脂肪酸メチルエステルおよび遊離脂肪族アルコールの形成が、元の出発材料よりも低いワックスエステル割合を有する産物を産生することを示す。この結果は、化学触媒反応が原料中に存在する元の量のトコフェロールを破壊し、そのことはエステル交換産物のＯＳＩを低減させることも示す。しかしながら、驚くべきことに、酵素触媒エステル交換産物のＯＳＩは、原料のものよりも大きい。この結果は、酵素触媒が、反応の間に原料中に元々存在する天然トコフェロールを保存する酵素触媒により簡易に説明され得ないＯＳＩに対する予測外の有効な効果を有することを示す。ＯＳＩは、Omnion Scientific Services 機器、Model OSI-8-110をAmerican Oil Chemist’s Society (AOCS)Official Method Cd 12b-92に記載の手順に従って使用して計測し、その複写物を付属書Ａとして本明細書とともに提出し、それは参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００５５】
上記実験の全てにおいて、化学触媒および酵素触媒エステル交換産物間の粘度の有意差は観察されなかった。
【００５６】
化学触媒および酵素触媒エステル交換産物を、典型的なクリーム配合物における性能について試験した。それぞれのクリーム配合物は、上記実験において作出された３重量％のそれぞれのエステル交換産物（化学または酵素触媒されたもの）を使用した。表４は、クリームの配合物の詳細を構成成分および供給業者とともに示す。以下の表４は、使用される混合手順である。
【００５７】
【表４】
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【００５８】
クリームは、以下のとおり調製した：VERSENE Na2結晶を脱イオン水中に、７５Ｃにおいて撹拌しながら溶解させて相Ａを形成する。ステップ２：KELTROL CG-TをグリセリンＵＳＰ中で混合して相Ｂを形成する。相Ａを相Ｂに急速撹拌しながら添加して相ＡＢを形成する。ステップ３：相Ｃの全ての成分を７５Ｃにおいてプロペラ撹拌を使用して合わせる。相Ｃを相ＡＢに７５Ｃにおいてプロペラ撹拌を使用して添加して相ＡＢＣを形成する。ステップ４：クリームの温度を５０Ｃに低減させ、相Ｄを相ＡＢＣにプロペラ撹拌により添加する。穏やかな撹拌によりバッチを室温に冷却する。
【００５９】
表５は、２つのクリーム配合物間の粘度および外観の差異をまとめる。粘度計を使用してそのような材料の粘度を計測することができる一方、粘度を計算するために使用される試験、粘度計を用いずに粘度を計算する方法は、重量０．５ｇの試料を水平に向けた紙片上に配置し、試料のすぐ隣に出発線を描画することを含む。次いで、紙を垂直に３０秒間向け、次いで再び平面に置く。次いで、試料が紙を下方流動し終わった場所の端部に線を描画する。次いで、定規を使用して出発線および最終線間の距離を計測する。公知の粘度の材料を使用するこの方法についての較正曲線を作成し、紙の下方移動長さを計測することにより、材料の移動の長さおよび材料の粘度間の相関を明らかにすることができる。
【００６０】
【表５】
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【００６１】
表５は、酵素触媒エステル交換ホホバ油の使用が、化学触媒クリームの粘度からほぼ３５％の粘度降下を有するクリーム配合物を作出したことを示す。このデータは、酵素触媒エステル交換ホホバ油が、化学触媒産物と比較して得られる産物粘度を低下させる機能的効果を有することを示す。２つのクリーム配合物間の外観の差異（すなわち、酵素触媒産物は、表面に施与された場合に光沢および艶がより少ない）は、化学触媒産物中の脂肪酸メチルエステルの相対存在量に起因する。
【００６２】
実施例２
リパーゼを使用する連続流酵素触媒エステル交換
１０ｃｍ×１００ｃｍステンレス鋼シリンダに、基材上に固定化された０．５ｋｇのLIPOZYME TL IMを充填した。シリンダの両端部上にメッシュスクリーニング材料を備えて酵素基材を確保し、密封し、酵素製造プロセスにおいて使用される過剰の水分および塩を触媒から排出することにより調整した。シリンダを計量ポンプに接続し、シリンダへの入口における圧力が１５ｐｓｉを超えて上昇すると流動を自動的に閉鎖するソレノイドにより圧力ゲージをモニタリングした。流速は、同一の酵素触媒を使用するバッチ反応から得られる転化の率により計算し、０．８ｋｇ／時間であった。シリンダを水バッチ中で浸水させて反応器温度を一定に保持しながら、精製ホホバ油の原液を反応器シリンダに一定温度および圧力において供給した。シリンダを流出する得られた産物は、室温においてわずかに黄色の液体であった。産生されたエステル交換産物の特性を表６にまとめる。
【００６３】
【表６】
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【００６４】
観察することができるとおり、連続プロセスは、反応を流出する前に完全転化に達した完全にランダム化されたエステル交換ホホバ油産物を作出した。ここでも、原材料からのＯＳＩの増加がここでも驚くべきことに顕著であった。本実施例におけるエステル交換産物を表４と同様のクリーム配合物中に含め、表５における酵素触媒クリームと類似する視覚的外観および粘度結果が観察された。
【００６５】
実施例３
ホホバ油および水添ホホバ油を使用する連続酵素触媒エステル交換
実施例２と同一の実験系を使用したが、７０Ｃにおいて操作して原料中の反応器に流入するホホバ油および水添ホホバ油の均一な原料混合物を維持するように改変した。構造、使用に関する、および水添ホホバワックスエステルを使用するエステル交換反応の種々の追加の背景情報は、James Brown and Robert Kleiman “Trans Isomers in Cosmetics”,Parts 1 and 2,Soap & Cosmetics,May 2001,p.33-36 and June 2001、ならびにSessaら、“Differential Scanning Calorimetry Index for Estimating Level of Saturation in Transeesterified Wax Esters,”J.Amer.Oil Chem. Soc.,v.73,271-273 (1996)、およびDavid J.Sessa,“Derivation of a Cocoa Butter Equivalent from Jojoba Transesterified Ester via a Differential Scanning Calorimetry Index,”J.Sci.Food Agric.,v.72,p.295-298 (1996)（それらの全ての開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる）による論文に見出すことができる。
【００６６】
水添ホホバワックスエステル（ＨＪＷ）中では不飽和ワックスエステルが不存在のため、反応の進行は、反応の間のモノ不飽和ワックスエステルの形成を観察することにより計測することができる。滴点、またはエステル交換産物が半固体から液体状態に転移する温度もモニタリングした。滴点は、ＡＳＴＭ  Ｄ１２７−６３に概略される方法を使用して計算した。処理の結果は、水添ホホバワックスエステルを含有しない原料と比較して表７に含める。
【００６７】
【表７】
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【００６８】
表７における転化率は、原料の脂肪酸および脂肪族アルコール比率から導出された理想モノ不飽和ワックスエステル値に基づき計算した。これらの比率（および本文献における他のワックスエステル分布データ）は、本明細書に開示されるHewlett Packardガスクロマトグラフおよび試料を可溶化させるための溶媒を使用して決定した。試験の間、約１滴の試料を１０滴の溶媒により希釈し、１．０ｕＬの得られた混合物をガスクロマトグラフ中に注入した。既に得られたホホバワックスエステルの履歴データおよび種々の鎖長の割合の理論ランダム化（全てのエステルがエステル交換されると想定）に基づき、それぞれのワックスエステル種（すなわち、Ｃ３６：２、Ｃ４２：２など）についての理想値を決定することができる。Ｃ４２：２エステルは、エステル交換前から後への最大変化を有するものであるため、それは反応物質の転化をモニタリングするために実施例３において使用されるものである。純粋ホホバ油中のＣ４２：２の理想割合は、完全および総ランダム化後に４１．２８％である。したがって、純水ホホバ油の転化は、
％転化ＨＪＷ０＝（％Ｃ４２：２）／４１．２８×１００
として計算することができる。
【００６９】
ＨＪＷ０が、いかなる水添ホホバワックスエステルも含有しないホホバ油原料である場合。水添ホホバ油およびワックスエステルを含む原料について、転化率をモノ不飽和種の形成によりモニタリングする。これらの反応においてモニタリングされる種としては、Ｃ３８：１、Ｃ４０：１、Ｃ４２：１、Ｃ４４：１、およびＣ４６：１が挙げられる。本文献において使用される同一のガスクロマトグラフィー手順を使用してエステル交換反応の間およびその後の種々の反応物質をモニタリングする。表８は、２０％、３０％、および５０％の水添ホホバワックスエステルを含有する原料（それぞれＨＪＷ２０、ＨＪＷ３０、およびＨＪＷ５０）についてのモノ不飽和ワックスエステルについての理想全体値（一緒に追加された全ての個々の種の割合を表す）を含有する。
【００７０】
【表８】
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【００７１】
これらの値を使用して、原料中のモノ不飽和構成成分の重量基準割合を考慮してモノ不飽和ワックスエステルの理想混合物に対するホホバワックスエステル転化率を計算することができる。計算は以下のとおり行う：
％転化＝（％モノ不飽和物）／（理想％モノ不飽和物）×１００
【００７２】
計算の性質のため、計測結果および理想数がホホバ油についての履歴平均データに基づく事実に応じてその計算について１００％を超えることが考えられる。
【００７３】
図４〜７を参照すると、化学触媒エステル交換および酵素触媒エステル交換ホホバワックスエステルについてのワックスエステル分布の種々の比較グラフが説明される。図４は、純粋ホホバ油産物（ＨＪＷ０）についてのものである。実線は、化学触媒プロセスについてのワックスエステル分布を示し、点線は、酵素触媒プロセスについてのワックスエステル分布を示す。観察により、酵素触媒プロセスが、化学触媒プロセスと極めて類似して種々のエステルを良好にランダム化することが明らかである。図５、６、および７はそれぞれ、添加された２０重量％、３０重量％、および５０重量％の水添ホホバワックスエステルを有するエステル交換産物についてのワックスエステル分布を示す。実線（化学）および点線（酵素）間の類似性は、いかに酵素触媒プロセスの転化率が化学触媒プロセスのものを追跡するかを実証する。２つのプロセス間の差異は、化学触媒材料からの酵素触媒処理材料の機能的性能および物理的特性の差異に部分的に寄与し得る。
【００７４】
リパーゼ、例えば、本明細書に開示されるものは、トリグリセリドの処理に慣用的に使用され、一部は、特定の手法でトリグリセリドの処理に特に選択されている。例えば、一部のリパーゼは、それらがトリグリセリド中の１および３位のアルキルエステルを切断し得る一方、２位におけるアルキルエステルに影響を及ぼさないため、１，３特異的として公知である。このようなリパーゼは、リパーゼ外表面上のトリグリセリド分子と相互作用する。他のリパーゼは、アルキルエステルがリパーゼ分子それ自体中に挿入される場合に作動する。明らかに、１，３リパーゼは、アルキルエステルの構造に基づき種々のトリグリセリド分子を、ならびに種々の要因、例として、立体障害および他の立体効果に起因してトリグリセリド分子を処理するそれらの能力が異なる。
【００７５】
興味深いことに、１，３リパーゼおよびトリグリセリドの挿入を使用して作動するリパーゼの両方は、ホホバエステルエステル交換反応において使用される場合、十分に同等に機能する。この結果は予測外である。それというのも、それらのリパーゼはそれらが触媒において関与する分子と、全く異なって立体的に相互作用するためである。いかなる理論によっても拘束されるものではないが、ホホバエステルが、エステル基に起因する多くの分子屈曲部を有さない主として長い炭素鎖であるため、１，３リパーゼおよび挿入を使用して作動するリパーゼの両方が、実質的に同一の触媒効果を産生するようにホホバエステルと立体的に相互作用し得ることが考えられる。換言すると、長鎖ホホバエステルは、挿入リパーゼ中の開口部中にフィットし、さらに１，３リパーゼの活性区域中にスライドし得る。ホホバワックスエステルのリパーゼ触媒処理についてのこの処理特徴は予測される結果でないため、これは、リパーゼを使用するホホバワックスエステルの処理のユニークな態様を説明する。
【００７６】
さらに、リパーゼを使用するトリグリセリドの慣用の処理は、典型的には、触媒を交換しなければならない前に触媒１ｋｇ当たり最大４０００ｋｇの産物を生じさせる。広範な要因、例として、ゴム状化およびトリグリセリド原料中の水による触媒の汚染が触媒の最終的な変性の原因となる。トリグリセリド植物油原料の慣用のエステル交換プロセスの一例は、２０１１年６月２８日に出願され、２０１３年６月１３日に刊行された米国特許出願公開第２０１３０１４９４１４号、Favreら、表題“Processing of Vegetable Oils”（その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる）に見出すことができる。基材上の固定化リパーゼを含有する連続流反応器を使用する試験は、それぞれのカラム中で０．４６ｋｇの触媒を使用して９６日間の１００％の転化を実証した。触媒の交換を必要とするこの期間の終わりにあたり、２３０５．１５ｋｇの産物が産生され、それにより、１ｋｇの産物と１ｋｇの触媒との比５０１１がもたらされた。１ｋｇの産物と１ｋｇの固定化触媒とのこの比は、同一のリパーゼをトリグリセリド産生に使用する場合の比よりも２０％を超えて大きい。リパーゼをホホバ油の触媒的エステル交換に使用する場合のこの結果はリパーゼについての慣用の予測を顕著に超過し、慣用の酵素トリグリセリド処理の結果によっては予測されない予測外の結果である。種々の実施態様において、酵素エステル交換ワックスエステル反応の収率は、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４００１ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４１００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４２００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４３００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４５００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４７００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４８０００ｋｇの産物、固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも４９００ｋｇの産物、またはさらには固定化触媒１ｋｇ当たり少なくとも５０００ｋｇの産物を生じさせ得る。
【００７７】
上記詳細な説明が酵素触媒エステル交換系、プロセスの特定の実施態様、および実施構成成分、下位構成成分、方法および下位方法を指す場合において、それらの主旨から逸脱せずに多数の改変を行うことができること、ならびにそれらの実施態様、実施構成成分、下位構成成分、方法および下位方法を他の酵素触媒エステル交換系およびプロセスに適用することができることが直ちに明らかであるはずである。
【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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【図６】
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【図７】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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