JPS61293390A - 脂肪物質の酵素による加水分解方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は脂肪物質の酵素による加水分解方法とその装置
に関する。

より詳細には本発明は脂肪酸をエステルから、より詳細
にはトリグリセライドから製造に関する。

脂肪酸の工業的製造は、一般的には脂肪または油脂を、
水蒸気の存在下、比較的高温で加熱加水分解することに
よって行なわれる。

この方法によれば、目的とする酸を大量に急速製造する
ことができるが、しかしながら、著るしいエネルギーを
消費し、かつ多大の責合を必要とする。更に、高温を採
用するので処理物質、特に不飽和脂肪酸の分解が促進さ
れる。

すでに知られているように、脂肪酸エステル、特にトリ
グリセライドの加水分解を成る種の酵素の作用によって
行なうことは可能である。

すなわち、微生物によって分泌された細胞外のリパーゼ
の作用は長い間、知られている。

成る培養条件では、微生物および特に成る種の糸状の菌
類は、菌糸体の壁に結合して残る細胞内リパーゼ活性を
示す性質を存する。

すなわち、この酵素／壁糸は、固体担体に固定された精
製された酵素としての挙動を示す。

酵素的の活性を有する菌糸体は、事実、担体上に固定さ
れた酵素系と同一の安定性と使用方法を与えるが、天然
経路で製造されるので、より経済的である。

そこで、かかる系を脂肪酸の製造に適用することが試み
られた。しかしながら、実行可能な結果を得るためには
、原料の脂肪物質を溶解するための溶媒の使用が必要で
ある。

かかる提案は、Ｂｅ１ｌ　Ｃ，Ｔｏｄｄ　Ｊ、Ｒ，、Ｂ
ｌａｉｎＪ、Ａ、、　Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ　Ｊ、Ｄ、Ｈ
，およびＳｈａｗ　Ｃ，Ｅ、Ｌ、によって、Ｂｉｏｔｅ
ｃｈ、　Ｂｉｏｅｎｇ、（１９８１）　２３　（７）　
１７０３〜１９に記述されている。これらの著者は、菌
糸体のＲｈ１ｚｏｐｕｓ　ａｒｒｈｉｚｕｓをリパーゼ
源として使用し、油脂のジイソプロピルエーテル溶液を
用いた。しかしながら、この仕事は目的とする脂肪酸の
平均２０〜５０％の、著るしく低い収率を与えたにすぎ
ない。

一方、かかる操作条件下で、酵素の活性損失は極めて著
るしく時間当り約０．６〜１％である。

このことから、反応媒体中に導入される水の比率が重要
な役目を演じることが明らかであり、著者は、この濃度
の最適条件は反応混合物の容積あたり約０．１７重量％
であること、およびこの値に比例して脂肪物質の変換は
急速に低下することを見出した。

かかる従来技術から、許容される水の量は、処理される
エステルに対応する量論量的比率よりもむしろ低くなけ
ればならないことが明らかである。

確かに、かかる原則は興味あることではあるが、これを
工業的に実施することは、上述した欠点の故に期待する
ことができない。

本発明は、リパーゼ担持菌糸体の存在下における脂肪物
質の加水分解の原理の大幅な改善を提供するものであり
、有機溶媒中で、予期せざる改良によって真の工業的結
果を与えるものである。

事実、本発明による改良によれば、上述した工程によっ
て、使用した脂肪物質をベースとして８０％を越える収
率で、時には９０％もの収率で脂肪酸を与えることがで
きる。

一方、酵素の失活は極めておそく、一般的には時間当り
０．０１％を越えない。

本発明の方法は、酵素を利用するすべての方法のように
、操作条件が極めて温和な利点があり、一般には操作は
５０℃を越えない温度で行なわれ、より好ましくは１５
〜３５℃で行われる。

この結果、形成された脂肪酸の分解が回避され、従って
、従来の工業的技術よりも、より純粋な生成物が与えら
れる。

本発明の方法は、少量の水を含む有機溶媒に溶解された
脂肪物質をリパーゼ担持菌糸体の存在下に加水分解する
ことから成り、水を含む反応媒体を、加水分解に必要な
水を溶解するか、またはミクロエマルジョン化すること
ができる薬剤の添加によって、均一にすることに特徴が
ある。

第１の態様において、均−他剤は脂肪物質を含む溶媒と
水との間の単−相を形成することができる第３の溶媒に
よって構成される。

かかる第３の溶媒は、たとえばケトン、アミド、環状窒
素含有溶媒等から選択することができる。すなわち、ア
セトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、アセト
フェノン、グリセロール−ホルマール、ジメチルアセト
アミド、Ｎ−メチルピロリドン等の液体が用いられる。

この第３の溶媒は、使用した脂肪物質の有機溶媒溶液中
に水を溶解させるために、勿論、適切な比率で存在すべ
きであり、この比率は存在する他の物質の性質に依存す
るが、一般的には全反応媒体の５〜３０％範囲である。

この態様の非限定的実施例として、下記に反応媒体構成
要素の特定の比率を示す。

脂肪物質　　　　　　１０〜３０重量％アセトン　　　
　　　１５〜２０〃 水　　　　　　　　　　　　１〜３　　〃　　。

かかる混合物は、操作温度３０℃で全く透明であり、反
応中に分離現象が起ることがない。

水を脂肪物質の溶液中にミクロエマルジョン化する本発
明の変形において、脂肪物質自体のための有機溶媒が、
この変形において媒体中に添加された乳化剤の助界面活
性剤として機能する場合には第３の溶媒は不必要である
。ここで反応媒体中に適切な界面活性剤を加えることが
重要である。

疎水性溶媒中に水のミクロエマルジョンを製造すること
は従来良く知られているので、ここで詳細を述べる必要
はない。しかしながら、脂肪族アルコールサルフェート
、スルホ−サクシネート、ソルビトールのオキシエチレ
ン化エステル、アルコール、オキシエチレン化酸または
油脂、サッカロースエステル、ポリグリコール、高級ア
ルキルホスフェート等のような界面活性剤が本発明の実
施において特に好適であることに注目すべきである。

すでに知られているように、疎水性溶媒中の水のミクロ
エマルジョンにおいては、水は一般に助界面活性剤を伴
う界面活性剤化合物によって構成された、転化されたミ
セル（ｍｉｃａｌｌｅ）の内側に見出される。

助界面活性剤は、上述したように第３の溶媒または脂肪
物質の溶媒自体であることができる。

本発明のこの態様は、使用する有機溶媒中の脂肪物質含
有量を、真の溶解を与えることを中断することなしに約
３０％にまで高め得る利点がある。

非限定的実施例によれば、菌糸体の酵素作用のために提
供される媒体組成は、重量％で下記のとおりである。

脂肪物質　　　　　　１０〜４５％ 水　　　　　　　　　　　　１〜３％ 有機溶媒　　　　　　４７〜８８％ 本発明の他の全く新規な特徴は、脂肪物質の加水分解に
必要な水が反応過程の異なる時期に導入されることであ
る。これは基Ｒ１，１１７ｇおよびＲ３の脂肪酸に相当
するトリグリセライドの場合に下記に示される反応によ
って消費される水量を補うものである。

この水は、この操作の実施のために採用された技術にお
いて、連続的に、または非連続的に導入される。

本発明の特徴は、反応媒体中に水を溶解するか、または
ミクロエマルジョン化することから成り、これは量論量
比率に関して過剰量のＨ，０の使用を可能にし、この結
果、得られる脂肪酸収率の著るしい増加がもたらされる
。上述した従来技術においては、量論量的見地から必要
とされる水量を達成することができなかったが、本発明
の方法では明らかに理論量以上のＨ２ｏ量を使用するこ
とができる。この量は一般的には理論量の１〜２倍であ
り、好ましくは１．１〜１．６倍である。

上述した従来技術においては、原料脂肪物質のための有
機溶媒の選択は、使用した酵素と適合する多くの溶媒が
反応に必要な水量を溶液中に供給しないので、極めて制
限される。

これに対して本発明による改良によれば、水が第３の溶
媒またはミクロエマルジョンによって溶解するので、使
用可能な溶媒の範囲が著るしく拡大される。

すなわち、例として下記に表示する溶媒は、本発明にお
いて使用可能である。

溶　　媒　　　　　　　相対活性（％）ジエチルエーテ
ル（ＤＥＥ）　　　　　　　　　　　　　　　　１２５
シイツブυピルエーテ＋Ｌ（ＤＩＰＥ）　　　　　　　
　　　　　１００メチル−ｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢ
Ｉり　　　　　　　　　　　９４．６ジイソブチ１ジエ
ーテル（ＤＩＢＥ）　　　　　　　　　　　　　　８９
．２ジーｎ−ブチｙ＆ｘ−チル　　　　　　　　　　　
　　　　　　７８．４ジメトキシブｌパン（ＤＭＰ）　
　　　　　　　　　　　　　　　７５．０フエニルエチ
ルエーテル（フエネトール）　　　　　　　　　　３５
．１フエニ】シ石ルエーテ；シ（アニソール）　　　　
　　　　　　　２７．０１．２−ジェトキシエタン　　
　　　　　　　　　　　　　　３２．４１．２ジメトキ
シエタン　　　　　　　　　　　　　　　　　２４．３
ジエチレングリコールのジメチルエーテル（５グリム）
　　　　２４．０ジオキサン　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１８．９ジメチ１岬本ルム７ミ
Ｆ（ＤＭＦ）　　　　　　　　　　　　　　　　０シメ
チルスルネキシＦ（ＤＭＳＯ）　　　　　　　　　　　
　　　０これら種々の溶媒の相対活性は、下記条件でオ
リーブ油を加水分解することにより決定された。

オリーブ油　　　　　１０　（重量％）水　　　　　　
　　　　　　０．５ アセトン　　　　　　５ 溶　　媒　　　　　　　　８４．５ オリーブ油のダラム当り０．１ｇの菌糸体、３０℃で６
０分間の非連続的反応。

ジエチルエーテルは、揮発性が高いので実際には使用す
ることができない。

他の溶媒の中から、出願人にとってメチル−ｔ−ブチル
エーテル（ＭＴ　Ｂ　Ｅ）は、従来技術のジイソプロピ
ルエーテルよりも毒性が著るしく低く、かつ他の可能な
全ての溶媒に比較して危険な過酸化物誘導体の形成傾向
が最も少ないので、とりわけ興味のある溶媒である。こ
の溶媒の使用は、従って本発明の新規性の一部を形成す
る。

微生物の培養および酵素固定にとって有効な、得られた
菌糸体の回収と、その後の処理は知られているので、こ
こでは記述しない。

しかしながら、本発明は種々の微生物から導かれた菌糸
体に関連することに言及する必要がある。この菌糸体の
単なる非限定的例のいくつかを下記に示す。

Ｒｈ１ｚｏｐｕｓ　５ｔｏｌｏｎｉｆｅｒ、　ａｒｒｈ
ｉｚｕｓ、　ｄｅｌｅｍｅｒおよびｊａｐｏｎｉｃｕｓ
　；　Ｇｅｏｔｒｉｃｈｕｉｍ　ｃａｎｄｉｄｕｍ　；
Ｍｕｃｏｒ　ｊａｖａｎｉｃｕｓ、　ｈｉｅｍａｌｉｓ
およびｍ１ｅｈｅｉ　；Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｏｒ
ｙｚａｅおよびｎｉｇｅｒ。

本発明はまた上述した方法を実施するための装置に関す
る。

この装置は、反応媒体のための少なくとも一つの貯蔵容
器、酵素を担持する適切な手段および貯蔵容器からカラ
ムに反応媒体を移送するための手段を具備した少なくと
も一つのカラムから成る。

本発明による装置の新規性は、反応混合物の異なる進展
段階に水を導入するための手段が設けられていることに
ある。後述する実施例に記述した好結果を与える装置の
実施例を以下に述べる。

添付の図面は、酵素反応のための三つのカラムから成る
本発明の装置を図示したものである。

カラムまたは反応器の数は必要に応じて変化しうろこと
が理解されるべきである。

図において容器１は原料脂肪物質を混合、貯蔵するため
に必要な容量を有する。攪拌器２および四本の液体導入
管３．４．５．６が設けられている。３は脂肪物質溶媒
用であり、４は脂肪物質用、５は第３の溶媒および／ま
たは界面活性用であり、６は水用である。

容器ｌ中で均一化された混合物は、ポンプＰ１で反応カ
ラム７の底部に運ばれる。このカラム７には酵素菌糸体
が含まれている。好ましくは、この酵素菌糸体は鉱物質
担体、特にシリカ、アルミナ、シリカアルミネート、ガ
ラス等の粒子と混合される。

図は反応混合物がカラム７の底部から頂部に運ばれる場
合を示すが、本発明はカラム頂部から底部への既知の循
環配置によっても実施可能であることを理解すべきであ
る。また流動床によっても実施可能である。

カラム７は温度調整用流体の循環のためのジャケット８
で取りまかれている。第２カラム１２に送るためにダク
ト９を経てカラム７を出る液体は、中間混合器１１にま
ず供給され、管路１０から供給される調整された比率の
水と共に混合される。添加される水の割合は、反応媒体
中に常に十分な水、特に与えられた反応帯に存在する脂
肪物質に対応する量論量の１〜２倍の水が存在するよう
に添加される。

すなわち、標準的な酵素を用いる加水分解装置では存在
しない、カラム７と１２の間の中間混合器１１は、本発
明による装置の特徴をなす新規な要素を構成する。

混合器１１からポンプＰ２を介して、調整された水含有
量の混合物は温度調整用ジャケット１３で取りまかれた
カラム１２に送られる。加水分解物は次いでダクト１４
を経て、水供給管１５および前記中間混合器１１のよう
な機能を有する第２中間混合器１６に供給される。

混合物は混合器１６からポンプＰ３によって第３カラム
１７に送られ更に要求によっては次のカラムに送られる
。

本発明を下記に示す非限定的実施例によって説明する。

実施例１ 獣脂（ｔａｌｌｏｗ）の加水分解を、Ｒｈ１ｚｏｐｕｓ
　ａｒｒ−ｈｉｚｕｓ　（八ＴＣＣ２４５６３）の菌糸
体のリパーゼを用い、図面を参照して上述したように構
成された実験装置によって行なった。

下記組成を有する均一な初期混合物を 獣　　脂　　　　２０（脂肪物質） 水　　　　　　　２（量論量の約１．６倍）アセトン　
　　　２０（第３の溶媒） ３０℃で三つのカラムを経て連続的に供給した。

夫々のカラムには、平均０．０５鰭のシリカ粒子１０ｍ
Ｚと混合した粉末状菌糸体５．５ｇが含まれ、全容積は
３５ｒｎｌであった。

カラム当りのデッドスペースは約１５ｒｎｌで生産高は
１２ｍ１／ｈの程度であり、これは各カラムにおける液
体混合物の滞留時間約７５分に相当する。

獣脂の第１カラム（図における７）通過後の転化率は６
０％である。次いで処理された混合物の水含有量は、第
１中間混合器（図における１１）における０、　８％の
水の添加によって調整される。

第２カラム（１２）の出口においては、獣脂の転化率は
８３％であり、次いで０．７％の水が中間混合器（１６
）において添加される。第３カラム（１７）の出口にお
いては、獣脂の転化率は９１％に達する。

溶媒蒸発後、加水分解物サンプルのトリメチルシリル誘
導体の気相クロマトグラフィによって決定された下記脂
肪酸（重量）組成を有する加水分解物７１．８　ｇが回
収された。

ミリスチン酸（Ｃ１４）　　　　　　２．６バルミチン
酸（Ｃ１０）　　　　　３０．４パルミトレイン酸（Ｃ
１０：　１）　　　３．３ステアリン酸（Ｃｐｓ）　　
　　　　２１．３オレイン酸（Ｃｐｓ　：　１）、 リノール酸（−ｓ　：　２）　　　　　４２．０実施例
２ 従来技術による比較実験。

アセトンを添加せずに、実施例１の操作と同一の装置を
用いて、また第３の溶媒および中間混合器における水の
調整を行なわずに操作をした。

初期混合物の１００ｇの組成は下記のとおりである。

獣　　脂　　　　　　　２０ｇ メチＩＬ−ｔ−プチルエーテ３　　　　　　７９ｇ水　
　　　　　　　　１ｇ（溶解度の限界）第３カラム後の
獣脂の転化率は、わずかに２７％であった。

この結果は、実施例の操作方法が著るしく有利であるこ
とを示している。

実施例３ 実施例１におけるように第３の溶媒（アセトン）を用い
た加水分解において、中間混合器（１１および１６）で
水を添加しないとき、第３カラム（１７）後の転化率は
６５％であり、実施例１よりも低かった。しかしながら
、実施例２によって説明した従来例よりは著るしく高か
った。獣脂に対する初期の水含有量は１０％、すなわち
必要理論量の約１．６倍であり、反応過程を通して世論
値以下には低下しなかった。すなわち、カラム間の水の
比率の調整による転化率の改善は、第３の溶媒の使用か
ら導かれた結果に加えて全く予期せざる結果であった。

実施例４ 脂肪物質と菜種油（Ｃｏｌｚａ　ｏｉｌ）を用いた以外
は、実施例１と同一の装置および操作を採用した。

初期混合物は下記組成であった。

（１００ｇ当り） 菜種油　　　　　　　２０ｇ ＭＴＢＥ　　　　　　　６３．５ｇ 水　　　　　　　　　　　　　１．５ｇアセトン　　　
　　　１５ｇ すなわち、反応開始時に導入された水重量は油の７．５
％、または必要理論量の約１．２５倍であった。

得られた結果は下記のとおり： 転化率％　　添加ＨｚＯ（ｇ） 第１カラム後　　　５５　　　　１．１第２カラム後　
　　６３　　　　０．７第３カラム後　　　７〇− 溶媒回収後の加水分解物重量は９５．５ｇであり、その
脂肪酸組成は下記のようであった。

バルミチン酸　　　　　７．８ ステアリン酸　　　　　２．８ ＣＺＯおよびＣｚｚ　　　　　　４．１実施例５ 水のミクロエマルジョン形態における獣脂の加水分解。

実施例１と同一の条件で、獣脂のメチル−ｔ−ブチルエ
ーテル（ＭＴＢＥ）溶液における加水分解を行なった。

ただし、界面活性剤の添加によってこの？容液中に水を
ミクロエマルジョン化した。

初期混合物の構成は下記のとおりである。

獣　　脂　　　　　　３０．６ｇ 溶媒ＭＴＢＥ　　　　　　６６　ｇ 水　　　　　　　　　２．１ｇ（すｔｃｂ古対獣脂６．
８χ）この混合物は、反応カラムへの供給過程において
十分に均一化された。第１のカラムの後の転化率は６０
．８％であり、１．８ｇの水が添加され、この量は獣脂
に対する水の比率で約１０％になる。

第２カラムからの出口において転化率は８３，５％に上
昇した。

１２０ｇの加水分解物が回収され、この中への脂肪酸の
分布は下記のとおりであった。

ミリスチン酸　　　　　３．３％ パルミチン酸　　　　　２７．５％ パルミトレイン酸　　　　４．１％ ステアリン酸　　　　　２０．０％ 上記結果から、水のミクロエマルジョンの場合も、実施
例１の第３溶媒使用の場合と実質的に同一であり、より
大量の初期脂肪物質、詳細には実施例１における２０ｇ
の代りに３０．６ｇの獣脂を使用できる追加利点がある
。

実施例６ 不飽和脂肪酸の選択的加水分解。

Ｒｈ１ｚｏｐｕｓの場合と同様な方法で製造した、Ｇｅ
ｏｔｒｉｃｈｕｍ　Ｃａｎｄｉｄｕｎ＋の菌糸体を触媒
として用いた。

用いた媒体は実施例１と同一であり、１０ｍｆのシリカ
と混合した５、５ｇの菌糸体を含む単一カラム中に導入
した。

滞留時間は７５分で前述した実施例と類似した程度であ
り、１８％の転化率が得られた。

加水分解物を回収した結果、下記組成の遊離酸が得られ
た。

ミリスチン酸　　　　　２．３％ バルミチン酸　　　　　１１．９％ パルミトレイン酸　　　　２．３％ ステアリン酸　　　　　　７．４％ 不飽和脂肪酸の全含有量はＲｈ１ｚｏｐｕｓのリパーゼ
を使用した実施例１の４５．３％に対して７８．４％で
あった。

すなわち、不飽和脂肪酸の選択的加水分解が行われたこ
とが明らかである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の装置の実施例を示す概要配置図である。 １・・・容器、７．１２．１７・・・カラム、１１．１
６・・・中間混合器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、脂肪物質の、水を含む有機溶媒溶液をリパーゼを担
   持した菌糸体と接触させて前記脂肪物質が含む脂肪酸を
   遊離させる脂肪物質の酵素による加水分解方法において
   、前記水が第３の溶媒または界面活性剤によって均一化
   されていることを特徴とする脂肪物質の酵素による加水
   分解方法。 ２、第３の溶媒がケトンまたはアミドである特許請求の
   範囲第１項記載の脂肪物質の酵素による加水分解方法。 ３、第３の溶媒がアセトンである特許請求の範囲第２項
   記載の脂肪物質の酵素による加水分解方法。 ４、第３の溶媒の比率が加水分解にかけられる混合物の
   約５〜３０％である特許請求の範囲第１項、第２項また
   は第３項記載の脂肪物質の酵素による加水分解方法。 ５、約１〜５％の界面活性剤の添加によって、水が脂肪
   物質の溶液によって有機溶媒中でミクロエマルジョン化
   されている特許請求の範囲第１項記載の脂肪物質の酵素
   による加水分解方法。 ６、脂肪物質自体の有機溶媒が助界面活性剤の役目をは
   たさない場合に、界面活性剤が助界面活性剤を伴う特許
   請求の範囲第５項記載の脂肪物質の酵素による加水分解
   方法。 ７、処理されるべき混合物が脂肪物質の１０〜３０％を
   含む特許請求の範囲第４項記載の脂肪物質の酵素による
   加水分解方法。 ８、処理されるべき混合物が１０〜４５％の脂肪物質を
   含む特許請求の範囲第５項または第６項記載の脂肪物質
   の酵素による加水分解方法。 ９、処理されるべき混合物の水含有量が脂肪物質に対す
   る量論量的比率よりも大きく、特に理論量の１〜２倍で
   ある特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、
   第５項、第６項、第７項または第８項記載の脂肪物質の
   酵素による加水分解方法。 １０、脂肪物質のための溶媒がメチル−ｔ−ブチルエー
   テルである特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第
   ４項、第５項、第６項、第７項、第８項または第９項記
   載の脂肪物質の酵素による加水分解方法。 １１、水の添加が反応の種々の段階で行なわれる特許請
   求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第
   ６項、第７項、第８項、第９項または第１０項記載の脂
   肪物質の酵素による加水分解方法。 １２、第１の混合器およびリパーゼを担持する菌糸体を
   含む連続する一連のカラムおよび処理されるべき液体混
   合物を前記カラムに循環する手段とから成る脂肪物質の
   酵素による加水分解装置において、夫々のカラムとその
   後のカラムとの間に循環混合物に水を添加する役目をす
   る中間混合器が接続されていることを特徴とする脂肪物
   質の酵素による加水分解装置。