超臨界流体クロマトグラフィーによる固定化酵素反応カラム内の物質移動現象の解明

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油脂の品質向上・改質やフレーバーの合成に用いられる微水分系固定化リパーゼ反応の反応溶媒として超臨界二酸化炭素を利用した場合の固定化酵素内外の物質移動現象について、有機溶媒中における物質移動現象と比較しつつ検討を行った。充填層型反応器を想定し、固定化担体のモデルとしてODS粒子を充填したカラムに対して、リパーゼによるエステル交換反応の基質であるトリオレイン等をトレーサーとして、超臨界二酸化炭素およびアセトン-アセトニトリル(9:1)混合溶媒等の有機溶媒を移動相としたパルス応答実験を行った。カラム出口において観測されるトレーサー溶出曲線の一次および二次中央モーメントを解析し、物質移動に関与するパラメータである分配係数、担体内有効拡散係数、およびペクレ数を求めた。なお、超臨界二酸化炭素を移動相とするパルス応答実験においては、温度を323K、圧力を18.5,21.5,24.5MPaとし、移動相にモディファイヤーとして10%のエタノールを添加した。有機溶媒を移動相とするパルス応答実験においては温度を30℃とした。超臨界二酸化炭素を移動相とした場合、トリオレインの分配係数は圧力の増加に伴ってやや減少した。これは圧力の増加に伴う超臨界二酸化炭素の溶解力の増大によるものと考えられるが、いずれの圧力においても分配係数の値はアセトン-アセトニトリル(9:1)混合溶媒中に比して大きく、したがって反応溶媒として超臨界二酸化炭素を用いる方が固定化酵素担体内における基質濃度が高くなる可能性が示唆された。また、超臨界二酸化炭素中での担体内有効拡散係数は21.5MPaで最大となった。この最大値は有機溶媒中における有効拡散係数の約2倍であり、超臨界二酸化炭素内での溶質拡散の容易さが反映されたものと考えられる。さらに、超臨界二酸化炭素中でのペクレ数は有機溶媒中における値の1/2以下であり、充填層内での混合拡散の影響の大きさが示唆された。