超音波と酵素によるジアシルグリセロールの製造
ジアシルグリセロール（DAG）を豊富に含む油は、体重を大幅に減少させるように消化・代謝されるため、高い栄養価を有することが示されています。ジアシルグリセロールは、超音波処理下で市販のリパーゼを触媒としてパーム油を加水分解することで製造できます。超音波と酵素による加水分解により、非常に低い処理コストでDAGを大量に製造できます。
超音波で支援する生体触媒による加水分解により、一般的な植物油を、栄養価が高くDAGを豊富に含む食用油に変換できます。超音波と酵素による加水分解では、より短い反応時間と穏やかな条件下で、ジアシルグリセロールを豊富に含む油を良好な収率で得られます。
超音波加水分解の利点：
- 微細な乳化
- 物質移動の促進
- 穏やかな条件
- 短い処理時間
- 温度制御
- インライン製造
乳化用の超音波ガラス製フローセル
超音波によるジアシルグリセロール合成の研究と成果
Awadallakら（2013）は、Lipozyme RM IMを生体触媒として用いた、超音波で支援するパーム油の加水分解を研究しました。この二段階の反応では、油と水の乳化を促進するために超音波を使用します。第二段階では、触媒による変換のために酵素を添加します。
Awadallakの研究で使用された超音波装置構成： 超音波処理装置UP200St にガラス製フローセルを組み合わせた構成です（左の写真を参照）。
研究グループは、次の二段階のプロセスが最良の結果をもたらすことを見いだしました。超音波プローブを水／油系に約10mmの深さまで挿入し、出力を80 Wに調整して3 min作動させ、系を乳化した後にプローブを取り出しました。続いて、溶液をマグネチックスターラーで撹拌しながら（300 rpm）、酵素（水と油の合計質量に対して1.36 wt.%）を添加しました。
超音波処理は、 Hielscherの200ワットの強力な超音波プローブ型処理装置UP200Stを使用して実施されました。
このように、超音波で支援する生体触媒反応により、12hの反応時間で濃度34.17 wt.%のDAG油が得られました。超音波処理の段階自体は非常に短く、わずか1.2 minでした。
微細な超音波エマルションを得るために最初の段階で超音波処理を行うため、この二段階のプロセスには大規模生産における利点があります。エネルギーコストが非常に低く、乳化時間が短いため、規模を抑えた連続式超音波装置を使用して大型の加水分解反応器に供給できます。
MultiphaseCavitator：超音波フローセル用インサートMPC48は乳化プロセスを改善します
パイロット試験および生産用の超音波装置
Hielscher Ultrasonicsは、効率的なジアシルグリセロール合成を含む超音波プロセスにおいて、長年の経験を持つパートナーです。あらゆる処理量に対応する、強力で信頼性の高い超音波システムを製造しています。医薬品業界および食品業界への供給企業として、超音波装置の製造に加え、超音波プロセスとその生産工程への導入に関するコンサルティングを専門としています。
以下の表は、当社の超音波処理装置の処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | より大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
Hielscherの超音波MultiphaseCavitator
Hielscherが開発した独自のフローセル用インサートは、 MultiphaseCavitator MPC48です。インサートMPC48（右の写真を参照）には48本の細いカニューレが備わっており、これらを通して第二相が直径0.3mm–1.2mmの非常に細い液流として注入されます（カニューレのサイズによって異なります）。第二相は、すでに非常に微細な状態で超音波キャビテーション領域に直接注入されるため、超音波処理によってマイクロエマルションまたはナノエマルションが生成されます。MPC48インサートはHielscherのフローセル反応器用に設計されており、バッチ処理および連続処理に使用できます。
MultiphaseCavitatorの詳細はこちらをご覧ください！
超音波処理装置UIP2000hdT とジアシルグリセロール製造用反応器
文献／参考文献
- Awadallak, Jamal A.; Voll, Fernando; Ribas, Marielen C.; da Silva, Camila da; Filho, Lucio Cardozo; da Silva, Edson A. (2013): Enzymatic catalyzed palm oil hydrolysis under ultrasound irradiation: Diacylglycerol synthesis. Ultrasonics Sonochemistry 20; 2013. 1002-1007.
- Dhara R.; Dhar P.; Ghosh M. (2013): Dietary effects of diacylglycerol rich mustard oil on lipid profile of normocholesterolemic and hypercholesterolemic rats. Journal of Food Science Technology 50(4); 2013. 678-86.
- Goncalves, Karen M.; Sutili, Felipe K.; Leite,Selma G.F.; de Souza, Rodrigo O.M.A.; Ramos Leal, Ivana Correa (2012): Palm oil hydrolysis catalyzed by lipases under ultrasound irradiation – The use of experimental design as a tool for variables evaluation. Ultrasonics Sonochemistry 19; 2012: 232–236.
ジアシルグリセロールとは？
ジアシルグリセロール（DAG）は、油脂の可塑性を高める添加剤として、または食品、医薬品、化粧品業界向けの基剤として、さまざまな純度で一般的に使用されています。DAGは、型から材料を分離するための油や油脂結晶の調整剤としても使用されるほか、リン脂質、糖脂質、リポタンパク質などの製品、リンパ腫治療用のDAG結合クロラムブシルやパーキンソン病治療用の(S)-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine（LDOPA）などのプロドラッグ、その他多くの物質の有機合成における前駆体としても使用されています。近年では、1,3-DAGを少なくとも80%含有するDAG高含有油が、機能性調理油として使用されています。
ジアシルグリセロール（DAG）は、化学触媒または酵素触媒による部分加水分解、エステル化、あるいはグリセロリシスによって製造できます。超音波処理は、ジアシルグリセロールの酵素触媒反応を大幅に促進することが実証されています。超音波と酵素による加水分解により、非常に短い処理時間で高品質のDAGをより高い収率で得られます。