脂肪のエステル交換反応

食品産業や生化学において、エステル交換反応（IE）は、脂肪製品（通常はトリグリセリドの混合物）の脂肪酸を再配列するプロセスです。このプロセスでは、脂肪酸鎖を脂肪分子のグリセロール中心に結合しているエステル結合C–O–Cを切断して再形成します。反応には、無機化学物質（化学的エステル交換反応、CIE）または酵素（酵素的エステル交換反応、EIE）のいずれかの触媒が関与します。 ^{[ 1 ]}

このプロセスは通常、特定の用途に合わせて、融点や可塑性などの脂肪の物理的特性を調整するために使用されます。たとえば、他の固体脂肪と組み合わせることで、油を固体または半固体の製品に変えるために使用できます。また、パーム油やラウリン酸脂肪の固体成分の分離を防いだり、酸化を遅らせたり、揚げ物に適した油を作ったりするためにも使用できます。^{[ 2 ]}

水素化とは対照的に、エステル交換反応自体は一般的に製品中の脂肪酸の元の分布を維持するため、栄養価や健康特性が維持されると期待されます。ただし、水素化やその他の技術は、出発原料の脂肪またはIEの生成物に適用される場合があり、生成物は他の脂肪と混合される可能性があります。また、IEによって生成された新しいトリグリセリドの一部は、制御された結晶化によって分画（分離）される可能性があります。^{[ 3 ]}

エステル交換脂肪は、クッキー、クラッカー、ビスケット、ケーキ、アイシング、乳脂肪代替品、パイ生地、ポップコーン、フラットブレッド、トルティーヤなど、多くの工業用食品に使用されています。^{[ 4 ]}

通常、原料（出発原料）は2種類以上の油の混合物である。

特に、不飽和植物油は、右の図のように、完全に水素化されたものとエステル交換反応させることができます。この手順では、部分水素化によって生成されるトランス脂肪酸を生成することなく、飽和脂肪酸の量を減らすことができます。 ^{[ 3 ]}反応は完全には進まず、生成物は飽和度の異なるトリグリセリドの混合物になります。

単純なブレンドと比較して、エステル交換脂肪は可塑性の範囲が広く、つまり、成分が分離することなく、より広い温度範囲で物理的特性を維持します。^{[ 16 ]}また、IEは、大豆油 などのより多様な原料を使用することもできます。IEは、世界中で生産されているパーム油よりも優れたリスク管理プロファイルを提供します。

酵素によるエステル交換反応の最も古い記録は1844年にテオフィル・ジュール・ペルーズが酪酸によるグリセロールのエステル化によるトリグリセリドの合成に関する研究を発表した時である。^{[ 17 ]} 1920年には、脂肪酸の触媒的水素化の特許も取得したヴィルヘルム・ノルマンが、食用脂質の化学的エステル交換反応の特許を取得した。^{[ 18 ]}このプロセスは、一般的なショートニングであるラードの塗りやすさや焼き上がり特性を改善したため、食品業界にとって実行可能な選択肢となった。

酵素的エステル交換反応は、1970年代にイギリスのコルワース・ハウスにあるユニリーバ研究センターのチームによって開発されました。彼らの研究により、特定の酵素を使用することで、トリグリセリドのグリセロール骨格上の脂肪酸が1位と3位で予測通りに再配置されることが証明されました。これにより、利用可能なトリグリセリドの種類が拡大しました。^{[ 19 ]}

それでも、EIEは酵素価格が高いため、主に研究室に限定されたままでした。トランス脂肪酸の健康への影響に関する一般的な懸念から、業界が部分水素添加に代わるものとしてエステル交換反応を採用するようになったのは2000年代になってからのことです。部分水素添加は、コストが低いため、それまで油の硬化方法として好まれていました。^{[ 20 ]}ノボザイムズ社や他の企業がシリカ などの不活性固体基質に結合した酵素を開発したことで、採用は大きく促進されました。^{[ 15 ]}