專利名稱：有機(jī)介質(zhì)體系中酶法制備甘油二酯的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物油脂合成領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)介質(zhì)體系中酶法制備甘油二酯 的工藝，利用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)和脂肪酶作為催化劑在有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系中甘油 二酯的生產(chǎn)方法。
技術(shù)背景甘油二酯(Diacylglycerol,DG)是一類甘油三酯(Triacylglycerol， TG)中一個(gè)脂 肪酸被羥基取代的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。甘油二酯是天然植物油脂的微量成分及體內(nèi)脂肪代謝的 內(nèi)源中間產(chǎn)物，它是公認(rèn)安全(GRAS)的食品成分。甘油二酯具有安全、營養(yǎng)、加 工適性好、人體相容性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一類多功能添加劑，在食品、醫(yī)藥、化工(化 妝品)等行業(yè)已有廣泛的應(yīng)用。近年來發(fā)現(xiàn)，膳食甘油二酯具有減少內(nèi)臟脂肪、抑制 體重增加、降低血脂的作用，因而受到廣泛的關(guān)注。甘油二酯的生產(chǎn)方法包括化學(xué)法和生物酶法兩種方法。化學(xué)法生產(chǎn)甘油二酯具 有成本低、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。早期人們多用此法生產(chǎn)甘油二酯。 但化學(xué)法生產(chǎn)甘油二酯具有如下幾點(diǎn)不足①反應(yīng)需要高溫，能源消耗大;②高溫對(duì)不 飽和脂肪酸會(huì)造成破壞,產(chǎn)品質(zhì)量不好;③沒有位置選擇性,故不可以合成具有特定脂肪 酸結(jié)構(gòu)的油脂。生物酶法生產(chǎn)甘油二酯的過程包括轉(zhuǎn)酯化、甘油解、酸解等酯交換反 應(yīng)。由于脂肪酶具有精巧的選擇性(脂肪酸專一性、位置專一性、結(jié)構(gòu)專一性、光學(xué) 異構(gòu)專一性)，酶催化法可對(duì)產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)精確的控制，并可方便的丌發(fā)具有特殊結(jié)構(gòu)的 產(chǎn)品。酶法反應(yīng)條件溫和，所得產(chǎn)品質(zhì)量好(如色澤、活性等)，而且能耗低。另外 由于酶的高度選擇性，使得反應(yīng)更有效，副反應(yīng)少，產(chǎn)品純度高，既可降低純化費(fèi)用， 又可減少環(huán)境污染。因此， 一般優(yōu)選生物酶法制備甘油二酯。但生物酶法生產(chǎn)甘油二 酯的過程中存在反應(yīng)底物粘度大、反應(yīng)速度慢、脂肪酶易被底物或副產(chǎn)物甘油包覆而 失活等問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種有機(jī)介質(zhì)體系中酶法制備甘油二酯的工藝，解決了反 應(yīng)底物粘度大、反應(yīng)速度慢、脂肪酶易被底物或副產(chǎn)物甘油包覆而失活等問題。本發(fā)明以短鏈醇ROH作為反應(yīng)?；荏w，用叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，利用脂肪酶 催化油脂原料進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)合成甘油二酯，同時(shí)副產(chǎn)脂肪酸短鏈醇酯(即生物柴油)的過程。其特征在于將醇脂摩爾比為0.5: 1 2: 1的短鏈醇和油脂、為油脂體積20-300%的叔丁醇和干重占油脂質(zhì)量0.5 20%的固定化脂肪酶，裝入具塞三角瓶中混 合均勻，置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至2(rC 6(TC,反應(yīng)1一48小時(shí)后，油脂 原料可轉(zhuǎn)化生成甘油二酯和副產(chǎn)物甘油一酯與脂肪酸短鏈醇酯。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單蒸餾除去 有機(jī)溶劑，再經(jīng)分子蒸餾可得產(chǎn)物甘油二酯，同時(shí)獲得副產(chǎn)物脂肪酸短鏈醇酯。所述固定化脂肪酶是指通過物理吸附、共價(jià)交聯(lián)等方法固定在載體上的脂肪酶， 包括根霉屬脂肪酶、曲霉屬脂肪酶、毛霉屬脂肪酶、細(xì)菌脂肪酶和胰脂肪酶等。例如Lipozyme TL, Lipozyme RM, Novozym 435或它們的混合物。所述油脂為生物油脂包括植物油脂、動(dòng)物油脂、微生物油脂。 所述植物油脂為麻風(fēng)樹油、蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、米糠油、桐油、烏桕油。所述動(dòng)物油脂為魚油、豬油。所述微生物油脂包括酵母油脂、細(xì)菌油脂、藻類油脂。 所述短鏈醇ROH中R為具有1-5個(gè)碳原子的烷基。 所述短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。 本發(fā)明的有益效果如下1、 很好的解決了生物酶法生產(chǎn)甘油二酯的過程中存在反應(yīng)底物粘度大的問題；2、 叔丁醇體系可以促進(jìn)甲醇等短鏈醇在油脂中的溶解，有效降低短鏈醇對(duì)酶反 應(yīng)活性的負(fù)面影響，顯著提高反應(yīng)效率；3、 在生產(chǎn)甘油二酯的同時(shí)副產(chǎn)脂肪酸短鏈醇酯，二者易于分離，且脂肪酸短鏈 醇酯可作為可再生能源使用而具有較高的附加值。4、 有機(jī)溶劑叔丁醇可以有效溶解甘油，從而改善甘油對(duì)固定化酶孔徑的"屏蔽" 狀況，可以降低反應(yīng)物低碳醇以及副產(chǎn)物甘油對(duì)酶反應(yīng)活性的負(fù)面影響、顯著提高酶 反應(yīng)活性。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出以叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)體系，利用脂肪酶催化油脂醇解生產(chǎn)甘油二酯 的新工藝。該工藝是以短鏈醇ROH ( R為具有l(wèi)-5個(gè)碳原子的烷基)作為反應(yīng)?；?受體，用有機(jī)溶劑叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，利用脂肪酶催化油脂原料進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)合成 甘油二酯，同時(shí)副產(chǎn)脂肪酸短鏈醇酯(即生物柴油)的過程。其工藝是將醇脂摩爾比 為0.5: 1 2: l的短鏈醇和油脂、為油脂體積20-300%的有機(jī)溶劑叔丁醇和干重占油 脂質(zhì)量0.5 20%的固定化脂肪酶，在適合于酶反應(yīng)的任何生化反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫 度控制在25。C 6(TC，反應(yīng)l-48小時(shí)后，油脂原料可轉(zhuǎn)化生成甘油二酯，副產(chǎn)物甘 油一酯和脂肪酸短鏈醇酯。固定化脂肪酶可重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單蒸餾除去有機(jī)溶劑、 短鏈醇，再經(jīng)ll(TC減壓蒸餾脫除殘余有機(jī)溶劑和短鏈醇，然后再經(jīng)0.5Pa、 15(TC進(jìn) 行分子蒸餾，分別得到脂肪酸短鏈醇酯和甘油酯餾分。脂肪酸短鏈醇酯可作為生物柴 油使用，甘油酯餾分可作為健康油脂食用。所述固定化脂肪酶是指通過物理吸附、共價(jià)交聯(lián)等方法固定在載體上的脂肪酶， 包括根霉屬脂肪酶、曲霉屬脂肪酶、毛霉屬脂肪酶、細(xì)菌脂肪酶和胰脂肪酶等。例如 Lipozyme TL, Lipozyme RM, Novozym 435或它們的混合物。所述油脂為生物油脂包括植物油脂、動(dòng)物油脂、微生物油脂。所述植物油脂為麻風(fēng)樹油、蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、 米糠油、桐油、烏桕油。所述動(dòng)物油脂為魚油、豬油。所述微生物油脂包括酵母油脂、細(xì)菌油脂、藻類油脂。 所述短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。 下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例l將摩爾比為1.5: 1的甲醇和麻風(fēng)樹油10g和基于油脂體積100%的叔丁醇，裝入 具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至4(TC后，加入油脂質(zhì) 量5%的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)，經(jīng)10小時(shí)后過濾回收固定化脂肪酶重 復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單蒸餾除去叔丁醇、甲醇，再經(jīng)ll(TC減壓蒸餾脫除殘余叔丁醇和 甲醇，然后再經(jīng)0.5Pa、 15(TC進(jìn)行分子蒸餾，分別得到脂肪酸甲酯和甘油酯餾分。脂 肪酸甲酯可作為生物柴油使用，甘油酯餾分可作為健康油脂食用。甘油酯餾分中各成 分的質(zhì)量百分含量如下甘油三酯32.5%，甘油二酯53.4%,甘油一酯13.8%，游離 脂肪酸0.3%。進(jìn)一步于0.5Pa、 200'C條件下分子蒸餾可得到甘油二酯含量大于85% 的甘油酯。 實(shí)施例2將摩爾比為2: l的乙醇和棉籽油(棉籽油10g)、基于油脂體積120%的叔丁醇， 裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至6(TC后，加入基 于油脂質(zhì)量3%的固定化脂肪酶Novozym 435開始反應(yīng)，經(jīng)6小時(shí)后過濾回收固定化 脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單蒸餾除去叔丁醇、乙醇，再經(jīng)iio'c減壓蒸餾脫除殘余 叔丁醇和乙醇，然后再經(jīng)0.5Pa、 150。C進(jìn)行分子蒸餾，分別得到脂肪酸乙酯和甘油酯 餾分。脂肪酸乙酯可作為生物柴油使用，甘油酯餾分可作為健康油脂食用。甘油酯餾 分中各成分的質(zhì)量百分含量如下甘油三酯22.1%,甘油二酯66.5%，甘油一酯11.0%， 游離脂肪酸0.4%。進(jìn)一步于0.5Pa、 20(TC條件下分子蒸餾可得到甘油二酯含量大于 85%的甘油酯。 實(shí)施例3將摩爾比為l: l的丁醇和酵母油脂(酵母油脂10g)、基于油脂體積60%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至35'C后，加 入基于油脂質(zhì)量3%的固定化脂肪酶Lipozyme RM和基于油脂質(zhì)量5%的固定化脂肪 酶Lipozyme TL開始反應(yīng)，經(jīng)15小時(shí)后過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn) 單蒸餾除去叔丁醇、丁醇，再經(jīng)ll(TC減壓蒸餾脫除殘余叔丁醇和丁醇，然后再經(jīng) 0.5Pa、 15(TC進(jìn)行分子蒸餾，分別得到脂肪酸丁酯和甘油酯餾分。脂肪酸丁酯可作為 生物柴油使用，甘油酯餾分可作為健康油脂食用。甘油酯餾分中各成分的質(zhì)量百分含 量如下甘油三酯18.5%，甘油二酯66.2%，甘油一酯15.0%，游離脂肪酸0.3%。進(jìn) 一步于0.5Pa、 20(TC條件下分子蒸餾可得到甘油二酯含量大于85%的甘油酯。 實(shí)施例4將摩爾比為0.8: 1的丙醇和菜籽油與酵母油脂的混合物(菜籽油與酵母油脂各5g)、基于油脂體積80%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至45'C后，加入基于油脂質(zhì)量1。/。的固定化脂肪酶Novozym435與 基于油脂質(zhì)量3。/。的固定化脂肪酶Lipozyme TL開始反應(yīng)，經(jīng)5小時(shí)后過濾回收固定 化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)簡(jiǎn)單蒸餾除去叔丁醇、丙醇，再經(jīng)ll(TC減壓蒸餾脫除殘 余叔丁醇和丙醇，然后再經(jīng)0.5Pa、 150'C進(jìn)行分子蒸餾，分別得到脂肪酸丁酯和甘油 酯餾分。脂肪酸丁酯可作為生物柴油使用，甘油酯餾分可作為健康油脂食用。甘油酯 餾分中各成分的質(zhì)量百分含量如下甘油三酯33.5%，甘油二酯52.4%，甘油一酯 13.9%,游離脂肪酸0.2%。進(jìn)一步于0.5Pa、 20(TC條件下分子蒸餾可得到甘油二酯含 量大于75%的甘油酯。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)介質(zhì)體系中酶法制備甘油二酯的工藝，該工藝是以短鏈醇ROH作為反應(yīng)酰基受體，有機(jī)溶劑叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，利用脂肪酶催化油脂原料進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)合成生物柴油；其特征在于將醇脂摩爾比為0.5∶1～2∶1的短鏈醇和油脂、為油脂體積20-300％的有機(jī)溶劑和干重占油脂質(zhì)量0.5～20％的固定化脂肪酶，裝入具塞三角瓶中混合均勻，置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至20℃～60℃，反應(yīng)1-48小時(shí)后，油脂原料轉(zhuǎn)化生成甘油二酯，副產(chǎn)物甘油一酯和脂肪酸短鏈醇酯；產(chǎn)物經(jīng)蒸餾除去有機(jī)溶劑，再經(jīng)分子蒸餾得到產(chǎn)物甘油二酯，同時(shí)獲得副產(chǎn)物脂肪酸短鏈醇酯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述制備甘油二酯的工藝，其特征在于所述 短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇；所述短鏈醇ROH中R為具 有l(wèi)-5個(gè)碳原子的烷基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備甘油二酯的工藝，其特征在于所述固 定化脂肪酶是指通過物理吸附、共價(jià)交聯(lián)方法固定在載體上的脂肪酶， 包括LipozymeTL、 Lipozyme RM、 Novozym 435或它們的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述制備甘油二酯的工藝，其特征在于所述油 脂為生物油脂，包括麻風(fēng)樹油、蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉 米油、棉子油、米糠油、桐油、烏桕油、魚油、豬油、酵母油脂、細(xì)菌 油脂、藻類油脂中一種或它們的混合物。
全文摘要
一種有機(jī)介質(zhì)體系中酶法制備甘油二酯的工藝，屬于生物油脂合成領(lǐng)域。將醇酯摩爾比為0.5∶1～2∶1的短鏈醇和油脂、為油脂體積20-300％的有機(jī)溶劑和干重占油脂質(zhì)量0.5～20％的固定化脂肪酶，裝入具塞三角瓶中混合均勻，置于可自動(dòng)控溫的往復(fù)搖床中加熱至20℃～60℃，反應(yīng)1-48小時(shí)后，油脂原料轉(zhuǎn)化生成甘油二酯，副產(chǎn)物甘油一酯和脂肪酸短鏈醇酯；產(chǎn)物經(jīng)蒸餾除去有機(jī)溶劑，再經(jīng)減壓蒸餾和分子蒸餾得到產(chǎn)物甘油二酯，同時(shí)獲得副產(chǎn)物脂肪酸短鏈醇酯。優(yōu)點(diǎn)在于，很好的解決了生物酶法生產(chǎn)甘油二酯的過程中存在反應(yīng)底物粘度大的問題；有效降低短鏈醇對(duì)酶反應(yīng)活性的負(fù)面影響，顯著提高反應(yīng)效率。
文檔編號(hào)C12P7/62GK101225415SQ20081005717
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者劉德華, 偉 杜, 偉 里 申請(qǐng)人:清華大學(xué)