(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素数２〜２４の飽和もしくは不飽和脂肪酸またはその低級アルキルエステルとグリセリンまたはポリグリセリンとを混合し、得られた混合液を、固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼを充填した流通管式反応器中で反応させることによるグリセリンまたはポリグリセリンのジ脂肪酸エステルの製造方法において、
前記流通管式反応器中の前記混合液の空塔速度を０．０５ｃｍ／ｓ以上とすることを特徴とするグリセリンまたはポリグリセリンのジ脂肪酸エステルの製造方法。
【請求項２】
前記固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼがグリセリンの１，３位に特異的に作用するものである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記反応が生成する水または低級アルコールを反応系外に除去しながら行うものである請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
前記流通管式反応器がドーナツ型反応器である請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はグリセリンまたはポリグリセリンのジ脂肪酸エステル（以下、単に「ジグリセリド類」という）の製造方法、詳しくは固定化リパーゼ等を充填した流通管式反応器中における反応原料混合物を所定の空塔速度以上で流通させるジグリセリド類の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジグリセリド類は基剤として化粧品、医薬品等の分野で利用されている。また油脂の可塑性改良用添加剤等として食品分野において用いられている。
【０００３】
かかるジグリセリド類は、通常グリセリンと脂肪酸とのエステル化、グリセリンと油脂とのアルコール交換反応等の方法により製造されている。これらの方法を大別すると、アルカリ触媒等を用いた化学反応法と、リパーゼ等の油脂加水分解酵素等を用いた生化学反応に分類される。このなかでは、生化学反応法が反応生成物のジグリセリド類の選択性、省ネルギーの点から一般的であり、例えば以下の技術が知られている。
【０００４】
所定の脂肪酸等とグリセリンとを、１，３位選択的リパーゼの存在下、反応生成水等を系外に除去しながら反応させることを特徴とするジグリセリドの製造方法（特開昭６４−７１４９５号公報）。該方法によりジグリセリドを高収率、高純度で得ることができる。
【０００５】
所定の脂肪酸とグリセリンとのエステル合成反応において、グリセリンを脂肪酸の等モル以上加えて反応させ、ジグリセリド濃度が高い状態で反応を停止させ、不溶グリセリンを分離し、その後脱水しながらさらに反応を行うことを特徴とするジグリセリドの製造方法（特開平４−３３０２８９号公報）。該方法により、脱水効率がよくエステル化反応速度を増加させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６４−７１４９５号公報の技術では、工業レベルの生産速度を得ることができず、また特開平４−３３０２８９号公報の技術ではジグリセリド濃度がピークに達した時点で反応を停止させる等技術的にやや困難を伴っている。
【０００７】
したがって本発明は経済性に見合う程度に十分に反応速度が速く、操作も容易であり、かつ高収率で高純度のジグリセリド類を製造する方法及びかかる方法を実施するために用いる反応器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記実状に鑑み鋭意研究した結果、固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼを充填した流通管式反応器中において、炭素数２〜２４の飽和もしくは不飽和脂肪酸またはその低級アルキルエステル（以下「脂肪酸等」という）とグリセリンまたはポリグリセリンとの混合液（以下「原料混合液」という）を、所定の空塔速度以上で流通させることにより、予想外にも従来よりも反応速度が速く、操作も容易であり、かつ高収率で高純度のジグリセリド類を得ることができること；及び所定のドーナツ型反応器と脱水槽とを具備した反応器を用いることにより、かかるジグリセリド類を得ることができることを見出し本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち本発明は、脂肪酸等とグリセリンまたはポリグリセリンとを混合し、得られた原料混合液を、固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼを充填した流通管式反応器中で反応させることによるジグリセリド類の製造方法において、前記流通管式反応器中の前記原料混合液の空塔速度を０．０５ｃｍ／ｓ以上とすることを特徴とするジグリセリド類の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
空塔速度とは流通管式反応器内を原料混合液が流通する際の、原料混合液の進行方向の速度をいい、原料混合液の単位時間あたりの流量を流れと垂直の反応器断面積で割った数値である。流通管式反応器内を原料混合液が流通する速度は、流通管式反応器内の各部位において一定でない場合には、各部位における速度の平均値を空塔速度とする。一般に空塔速度を高くすると、固定化酵素と原料との反応時間（滞留時間）が短くなるため、ジグリセリド類の収量は減少する。しかしながら空塔速度を０．０５ｃｍ／ｓ以上、好ましくは０．１５ｃｍ／ｓ以上とすることにより、原料混合液と固定化酵素との接触頻度が増大して反応性が増大するため、単位時間あたりの原料混合液の流量が増加することと相俟って、予想外にも短時間で高収率で高純度のジグリセリド類を得ることができるのである。空塔速度が０．０５ｃｍ／ｓ未満の場合は、原料混合液と固定化酵素との接触頻度が増大する効果が生じないため、短時間で高収率で高純度のジグリセリド類を得ることができない。
【００１１】
本発明の原料となる脂肪酸は、炭素数２〜２４個の飽和または不飽和の脂肪酸であり、例えば酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ゾーマリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エルカ酸などを用いることができる。また前記脂肪酸は、炭素数１〜３の低級アルコール類とエステルを形成していてもよい。炭素数１〜３の低級アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどが挙げられる。これらの脂肪酸または脂肪酸エステルは単独または２種以上混合して用いることができる。
【００１２】
グリセリンまたはポリグリセリンは市販のものを用いることができる。ポリグリセリンは、そのグリセリンの重合度に特に制限はないが、好ましくは２〜１０、特に好ましくは２〜５である。グリセリンまたはポリグリセリンと脂肪酸等との混合比は特に制限はないが、グリセリンまたはポリグリセリン１モルに対して脂肪酸等が１モル以上が好ましく、特に好ましくは１．６〜２．８モルの範囲である。
【００１３】
本発明に用いる固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼは、１，３位に特異的に作用する固定化リパーゼまたは菌体内リパーゼ（以下「固定化または菌体内１，３位選択的リパーゼ」という）であることが好ましい。固定化１，３位選択的リパーゼは、１，３位選択的リパーゼを公知の方法で固定化することにより得られる。固定化のための公知の方法は例えば「固定化酵素」千畑一郎編集、講談社刊、９〜８５頁及び「固定化生体触媒」千畑一郎編、講談社刊、１２〜１０１頁に記載されているが、イオン交換樹脂により固定する方法が好ましいものとして例示される。固定化に用いられる１，３位選択的リパーゼとしては、リゾプス（Rhizopus）属、アスペルギルス（Aspergillus）属、ムコール属（Mucor）属等の微生物由来のリパーゼ、脾臓リパーゼ等がある。例えばリゾプス・デレマー（Rhizopus delemar）、リゾプス・ジャポニカス（Rhizopus japonicus）、リゾプス・ニベウス（Rhizopus niveus）、アスペルギルス・ニガー（Aspergillus niger）、ムコール・ジャバニカス（Mucor javanicus）、ムコール・ミーハイ（Mucor miehei）などを起源とするリパーゼを使用することができる。市販の固定化１，３位選択的リパーゼとしては、ノボ・ノルディスクバイオインダストリー社製の商品名「Lipozyme IM」がある。菌体内１，３位選択的リパーゼは、微生物菌体に１，３位選択的リパーゼが吸着または結合したもので、市販品としては、大阪細菌研究所製の商品名「オリパーゼ」がある。これらの固定化または菌体内リパーゼは減圧条件でもその特性を維持するため、保水力を示すものである必要がある。このためには、特にイオン交換樹脂で固定したリパーゼが好ましい。
【００１４】
固定化または菌体内１，３位選択的リパーゼを充填する流通管式反応器は、一般には円筒形であるが、固定化または菌体内１，３位選択的リパーゼを充填することができるものであれば、どのような形状であってもよい。また大きさも特に制限はない。固定化または菌体内１，３位選択的リパーゼは原料混合液と最も接触する機会が多くなるように充填することが好ましい。例えば流通管式反応器内に、イオン交換樹脂等の基材に固定した酵素を充てんするものでもよく（かかる形態を以下「円筒型反応器」という）、また流通管式反応器内に同心円状の円筒を２つ設け、外側の円筒にイオン交換樹脂等の基材に固定した酵素を充填し、内側の円筒形に原料反応液を流通させて酵素と原料反応液とを接触させるものであってもよい（以下かかる形態を「ドーナツ型反応器」という）。
【００１５】
原料混合液を、固定化酵素を充填した流通管式反応器内に、空塔速度が０．０５ｃｍ／ｓ以上となるように流通させる。これにより、脂肪酸等濃度が初期濃度の１５％以下となるまでの反応所要時間を従来の約１／２以下とすることができる。
【００１６】
なお一般に空塔速度が増大すると流通管式反応器内の圧力損失が増大するが、ドーナツ型反応器の場合はかかる圧力損失の増大を円筒型反応器よりも低く抑えることができるため、空塔速度をより増大させることができる。流通管式反応器において、円筒型反応器を用いて空塔速度を０．２０ｃｍ／ｓとした場合の圧力損失は約２．５Ｋｇ／ｃｍ2 となるのに対し、ドーナツ型反応器を用いて空塔速度を０．２０ｃｍ／ｓとした場合の圧力損失は約１Ｋｇ／ｃｍ2 である。かかる数値は流通管式反応器の大きさ、形状、反応器の配置位置、混合液の流量等によって変化するものであるが、工業化レベルの円筒型反応器では、圧力損失はさらに大きくなり反応器の耐圧が問題となる。圧力損失が従来より小さいドーナツ型反応器はジグリセリド類の合成以外の系でも有効である。
【００１７】
なお原料混合液にモノグリセリドまたはポリグリセリンモノエステルを添加してもよい。グリセリンまたはポリグリセリンと脂肪酸等とを混合しても相互溶解性が低いため脂肪酸相とグリセリンまたはポリグリセリン相の存在する不均一反応となるが、モノグリセリドまたはポリグリセリンモノエステルを添加することにより反応初期から脂肪酸相へのグリセリンまたはポリグリセリンの溶解度が高くなり、反応速度が向上する。
【００１８】
この反応は２０℃〜１００℃で行うことが好ましい。さらに好ましくは３５℃〜７０℃である。
【００１９】
この反応はヘキサン、オクタン、石油エーテルの溶剤を用いても良いが、その除去・精製を考慮すると溶剤を加えない方が好ましい。また、加水分解を抑制するため、この反応系にリパーゼ製剤、反応原料に溶解している水分以外に水を添加しない方が好ましい。
【００２０】
エステル合成率を高くするため、反応により生成する水または低級アルコールを系外へ除去しながら反応を行うことが好ましい。水等を系外へ除去する方法としては、例えば減圧による脱水、脱アルコールの他、乾燥した不活性ガスを通気したり、または、モレキュラーシーブス等の吸水剤を用いる等の脱水、脱アルコール法が使用できる。ただし、低温で可能であり、不活性ガス・脱水剤の回収なども不要な減圧による方法が好ましく、減圧度は、５０Torr以下が好ましく、さらに１０Torr以下の状態が好ましい。これらの脱水、脱アルコールは、流通管式反応器内で行ってもよいが、反応器外の脱水部、脱アルコール部（脱水槽）で行い、液を流通管式反応器と脱水槽間で循環させる方法が特に好ましい。なお脱水槽の形状、大きさ、数量は特に制限はない。
【００２１】
なお、反応は、回分式、半回分式、多段反応、連続反応のいずれでもよい。
【００２２】
反応終了物より未反応のグリセリンやポリグリセリン、脂肪酸または脂肪酸の低級アルキルエステル及びモノグリセリドまたはポリグリセリンモノエステルは分子蒸留等従来周知の分離・精製手段を単独または適宜併用することにより容易に除去することができる。かくして精製ジグリセリド類が高純度で収率良く得られる。
【００２３】
かかるジグリセリド類の製造工程を例示すると、例えば図１に示す通りである。図１は流通管式反応器として円筒型反応器６を用いた場合のジグリセリド類の製造工程を示す略図である。脱水槽１に原料混合液２を入れ、攪拌器３で適宜攪拌しながら混合液２をポンプ５を用いライン１１により円筒型反応器６に送液する。円筒型反応器６内で反応により生成したジグリセリド類、副生成物及び未反応原料４はライン１２から脱水槽１に入る。上記操作を繰り返すことにより、ジグリセリド類の濃度が増大する。この間脱水槽１は減圧状態となっており、ジグリセリド類の生成反応により生じた水等が除去される。
【００２４】
また図２は流通管式反応器としてドーナツ型反応器６を用いた場合のジグリセリド類の製造工程を示す略図である。ドーナツ型反応器６内の外側の円筒７には固定化酵素が充填されている。攪拌器３で適宜攪拌しながら原料混合液２をポンプ５を用いてドーナツ型反応器６に送液し、ドーナツ型反応器６内の内側の円筒８を流通する。原料混合液２は内側の円筒８から外側の円筒７に浸透し、反応が行われる。その後の工程は図１における場合と同様である。なおこの場合の空塔速度は、原料混合液２が内側の円筒８から外側の円筒７に浸透する速度である。
【００２５】
本発明の製造方法により、あらゆる種類のジグリセリド類の製造が可能であるが、本発明は特にジグリセリドとジグリセリンのジ脂肪酸エステルの製造に適している。
【００２６】
【実施例】
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお以下の実施例、比較例においては、流通管式反応器として円筒型反応器を用いた。
【００２７】
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２
流通管式反応器として固定化酵素「ＬＩＰＯＺＹＭＥ  ＩＭ」１００ｇを充填した円筒型反応器６を用いてジグリセリドの製造を行った（図１参照）。原料としてオレイン酸８６０ｇとグリセリン１４０ｇを用い、円筒型反応器６内での反応は４０℃で行った。空塔速度、脂肪酸濃度が１５％に低下するまでの反応所要時間（反応所要時間）、生成したジグリセリドの量を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003892928.tif 000002
【００２９】
表１より空塔速度が０．０５ｃｍ／ｓ以上であれば、短時間で高収量のジグリセリドを得ることができることが確認された。
【００３０】
実施例３、比較例３
流通管式反応器として固定化酵素「ＬＩＰＯＺＹＭＥ  ＩＭ」を１００ｇ充填した円筒型反応器６を用いてジグリセリンジ脂肪酸エステルの製造を行った（図１参照）。原料としてオレイン酸７７０ｇとジグリセリン２３０ｇを用い、円筒型反応器６内での反応は７０℃で行った。空塔速度、脂肪酸濃度が１５％に低下するまでの反応所要時間（反応所要時間）、生成したジグリセリンジ脂肪酸エステルの量を表２に示す。
【００３１】
【表２】
0003892928.tif 000003
【００３２】
表２より空塔速度が０．０５ｃｍ／ｓ以上であれば、短時間で高収量のジグリセリンジ脂肪酸エステルを得ることができることが確認された。
【００３３】
参考例１
図３は、図１における脱水槽１を２基設けたものである。すなわち一の脱水槽１に原料を仕込み、原料混合液２を流通管式反応器６にて反応させる間に、他の脱水槽１に原料を仕込む。一の脱水槽１で仕込んだ原料混合液２の反応が終了し、抜液する間に他の脱水槽１の原料混合液２を流通管式反応器６にて反応させる。この操作を繰り返すことにより、脱水槽が１槽の場合と比較して、原料の仕込み時間と抜液時間を概ね０時間とすることができる。特に工場で大量生産する場合に有利である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の方法により短時間で高収率、高純度のジグリセリド類を得ることができる。すなわち空塔速度を増大させるという簡単な操作により、固定化酵素と原料混合液との接触頻度が増大する結果、反応性が増大し、単位時間あたりの原料混合液の流量が増加することと相俟って、短時間で高収率、高純度のジグリセリド類を得ることができる。また本発明により、かかるジグリセリド類を得るための反応器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る製造方法の工程を示す略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る製造方法の工程を示す略図である。
【図３】参考例の製造方法の工程を示す略図である。
【符号の説明】
１：脱水槽
２：混合液
３：攪拌器
４：ジグリセリド類、副生成物及び未反応原料
５：ポンプ
６：円筒型反応器またはドーナツ型反応器
７：外側円筒
８：内側円筒
１１、１２：ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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