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。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、オレイン酸メチル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い、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することにより、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場合、温度は50℃、圧力は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場合についても温度は50℃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、各トレーサーの分配係数は圧力の増加に伴って減少する傾向にあり、特にトリオレインにおいてその傾向が顕著であった。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同程度以上であり、反応溶媒として超臨界二酸化炭素を用いた場合には、反応時の圧力条件によって固定化酵素担体内における基質濃度、ひいては反応速度を高め得ることが示唆された。また、担体内有効拡散係数は、測定範囲内においては圧力に対する依存性はほとんど見られず、10^<-10>[m^2/s]程度の値であった。ペクレ数も圧力に依存せず、ほぼ一定の値であったが、担体の形状が完全な球ではないこともあり、球充填層におけるペクレ数に比べてその値は小さく、0.1程度の値であった。