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する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、酵素固定化用セラミックス粒子であるSM-10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n-ヘキサン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50℃、圧力を10〜25MPa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。平均粒径60μmのSM-10を担体とし、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減少する傾向にあった。これは圧力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n-ヘキサン中に比して大きく、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。ただし、反応時の圧力条件は固定化酵素担体内における基質濃度に影響を及ぼし、反応速度を変化させる可能性がある。また、測定範囲内において、担体内有効拡散係数は圧力によらずほぼ一定の値となった。ペクレ数も圧力によらずほぼ一定の値であったが、その値はかなり小さく、超臨界二酸化炭素を移動相とする充填層内での混合拡散の影響の大きさが示唆された。