專利名稱：用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸甘油酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸甘油酯的方法，屬于 梓檬酸甘油酯的合成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
檸檬酸甘油酯是甘油、脂肪酸以及檸檬酸的酯化產(chǎn)物，呈雙親分子結(jié)構(gòu)， 屬于陰離子型表面活性劑。由于其具有無(wú)毒、易生物降解以及良好的表面活性 等特點(diǎn)，檸檬酸甘油酯被廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、洗滌劑等領(lǐng)域。
檸檬酸甘油酯在國(guó)內(nèi)是近十幾年發(fā)展起來(lái)的新型表面活性劑，其生產(chǎn)方法 主要是化學(xué)法①以乙酸為反應(yīng)介質(zhì)，加入0.1%~1% (W/W)的催化劑，如酸、 堿或金屬氧化物等，直接催化檸檬酸和單甘酯或甘二酯進(jìn)行酯化反應(yīng)。②先利 用乙酸軒和檸檬酸制備檸檬酸酐，再利用檸檬酸酐與單甘酯或甘二酯進(jìn)行酯化 反應(yīng)。以第一種技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸甘油酯操作簡(jiǎn)便、成本較低，但也存在諸多缺 點(diǎn)，如以磷酸或硫酸作為催化劑，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，容易造成環(huán)境污染；以 強(qiáng)堿作為催化劑，易與乙酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，催化效率降低；以金屬氧化物 作為催化劑，容易造成金屬殘留。該反應(yīng)所需溫度較高，通常為120 15(TC,常 常伴隨著大量副反應(yīng)的發(fā)生，如檸檬酸分解(130'C即發(fā)生氧化分解)、檸檬酸 自聚、擰檬酸與甘油共聚等。以第二種技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸甘油酯，催化效率較高， 但步驟繁瑣，且易形成雜質(zhì)乙酸甘油酯，與檸檬酸甘油酯同屬于表面活性劑， 性質(zhì)相近，不易分離。利用固定化脂肪酶在非水介質(zhì)中催化酯化反應(yīng)，條件溫 和、專一性強(qiáng)，且催化劑和有機(jī)溶劑易于從產(chǎn)品中去除，能有效改善化學(xué)法合 成檸檬酸甘油酯的缺點(diǎn)與不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸 甘油酯的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案 一種合成檸檬酸甘油酯的方法，利 用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸甘油酯，步驟為
(1) 底物溶解首先將摩爾比1:3 3:1的底物檸檬酸和單甘酯加入圓底燒
瓶中，再加入一定體積的有機(jī)溶劑無(wú)水異丙醇、無(wú)水異戊醇或無(wú)水叔戊醇， 使底物濃度為0.1-0.5mol/L，充分混勻，待底物充分溶解；
(2) 酯化反應(yīng)底物充分溶解后，置于RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，加入底物 總質(zhì)量的5%~20%的固定化脂肪酶，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中進(jìn)行酯化反應(yīng)，轉(zhuǎn)速100~120rpm，真空度0.01 0.1MPa，反應(yīng)溫度40 6(TC，反應(yīng)時(shí)間30~40h;反應(yīng)結(jié)束 后，過(guò)濾除去固定化脂肪酶；
(3) 減壓蒸餾脫除有機(jī)溶劑轉(zhuǎn)速10(M20rpm，真空度0.05 0.1MPa，溫 度75 85。C;
(4) 后處理減壓蒸餾以后，趁熱過(guò)濾，去除油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，
95% (w/w)為未酯化的檸檬酸，用熱水洗漆油相，將油相冷卻后，真空干燥， 得到檸檬酸甘油酯；
所用單甘酯為分子蒸餾后的單甘酯，單酯含量》98%， d6 C(長(zhǎng)鏈脂肪酸 》98%;所用檸檬酸為無(wú)水檸檬酸；
所用有機(jī)溶劑無(wú)水異丙醇、無(wú)水異戊醇或無(wú)水叔戊醇先用分子篩進(jìn)行脫 水處理；
所力口固定化月旨肪酶,選用及/w'zoAm/cor m/e/zez'月旨肪酶、Cawd/cb awtorc"ca月旨 肪酶或爿5pergz7/ws w/ger月旨肪酶。
所述后處理趁熱過(guò)濾，去除油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，用油相等體積 的水洗滌油相，水洗溫度50。C，離心，收集油相，重復(fù)水洗3次；將油相冷卻 后，真空干燥，得到檸檬酸甘油酯。
所述有機(jī)溶劑的脫水處理將4A分子篩于50(TC馬福爐中活化3h，置干燥 器中冷卻后，取適量與有機(jī)溶劑同時(shí)加入試劑瓶中，密封，37'C下振搖48h，濾 去分子篩得脫水有機(jī)溶劑。
本發(fā)明制備的檸檬酸甘油酯在常溫下為乳白色蠟狀固體，60'C以上為澄清 透明的淡黃色油狀液體，酸價(jià)在70~120mgKOH/g之間，皂化價(jià)在 260 300mgKOH/g之間(酸價(jià)、皂化價(jià)的分析方法參照GB5530-85， GB5534-85)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明使用固定化脂肪酶作催化劑，在較低溫度下進(jìn) 行酯化反應(yīng)，條件溫和，專一性強(qiáng)，副產(chǎn)物少。本發(fā)明采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng) 介質(zhì)，相比乙酸，易于去除。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器作為反應(yīng)器可以使底物與 催化劑充分接觸，同時(shí)將反應(yīng)產(chǎn)生的水脫除，有利于酯化反應(yīng)進(jìn)行。
本發(fā)明所得產(chǎn)品可作為乳化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、增香劑廣泛應(yīng)用于食品、 醫(yī)藥、化妝品、洗滌劑等領(lǐng)域。此產(chǎn)品還具有螯合金屬離子的作用，可作為抗 氧化增效劑用于油脂或含油脂產(chǎn)品。


圖1減壓旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器。該設(shè)備由上海亞榮生化儀器廠制造，設(shè)備型號(hào) 是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
在圓底燒瓶中加入0.1921g (O.OOlmol)檸檬酸和0.7171g (0.002moL)單甘酯，lOmL無(wú)水異丙醇，加熱到40'C。待底物充分溶解后，加入900mg固定化 朋/zom"cwm^e/脂肪酶LipozymeRMIM，將圓底燒瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，在 45'C下反應(yīng)，轉(zhuǎn)速120rpm，真空度0.1MPa，反應(yīng)40h。反應(yīng)結(jié)束后，取樣分析， 檸檬酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%以上。減壓蒸餾脫除有機(jī)溶劑，轉(zhuǎn)速120 rpm，真空度 O.lMPa，溫度75t:，得到檸檬酸甘油酯。經(jīng)分析，產(chǎn)品酸價(jià)為90~100mgKOH/g， 皂化價(jià)為260~265mgKOH/g。 實(shí)施例2
在圓底燒瓶中加入0.1921g檸檬酸和0.3586g單甘酯，5mL無(wú)水異戊醇，加 熱到40°C。待底物充分溶解后，加入550mg固定化及/^owwcw脂W^'脂肪酶 Lipozyme RM IM,將圓底燒瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，在45°。下反應(yīng)，轉(zhuǎn)速120 rpm， 真空度0.1MPa，反應(yīng)40h。反應(yīng)結(jié)束后，取樣分析，檸檬酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%以 上。減壓蒸餾脫除有機(jī)溶劑，轉(zhuǎn)速120rpm，真空度0.1MPa，溫度75。C。減壓 蒸餾以后，趁熱過(guò)濾，去除油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，其中95% (w/w)為未 酯化的檸檬酸。用等體積的水洗漆油相，水洗溫度50°C，離心，收集油相，重 復(fù)3次。將油相冷卻后，真空干燥，得到檸檬酸甘油酯。經(jīng)分析，產(chǎn)品酸價(jià)為 110 120mgKOH/g，皂化價(jià)為290~295mgKOH/g。
實(shí)施例3
在圓底燒瓶中加入0.1921g檸檬酸和0.3586g單甘酯，5mL無(wú)水叔戊醇，加 熱到40'C。待底物充分溶解后，加入550mg固定化Ow必^ awtorc&a脂肪酶 Novozym435，將圓底燒瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，在5(TC下反應(yīng)，轉(zhuǎn)速120rpm， 真空度0.1MPa，反應(yīng)30h。反應(yīng)結(jié)束后，取樣分析，檸檬酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%以 上。減壓蒸餾脫除有機(jī)溶劑，轉(zhuǎn)速120rpm，真空度0.1MPa,溫度85。C。減壓 蒸餾以后，趁熱過(guò)濾，去除油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，95% (w/w)為未酯化 的檸檬酸。用等體積的水洗滌油相，水洗溫度50°C，離心，收集油相，重復(fù)3 次。將油相冷卻后，真空干燥，得到檸檬酸甘油酯。經(jīng)分析，產(chǎn)品酸價(jià)為 110~120mgKOH/g，皂化價(jià)為290~295mgKOH/g。
權(quán)利要求
1、一種合成檸檬酸甘油酯的方法，其特征在于利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸甘油酯，步驟為(1)底物溶解首先將摩爾比1∶3～3∶1的底物檸檬酸和單甘酯加入圓底燒瓶中，再加入一定體積的有機(jī)溶劑無(wú)水異丙醇、無(wú)水異戊醇或無(wú)水叔戊醇，使底物濃度為0.1-0.5mol/L，充分混勻，待底物充分溶解；(2)酯化反應(yīng)底物充分溶解后，置于RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，加入底物總質(zhì)量的5％～20％的固定化脂肪酶，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中進(jìn)行酯化反應(yīng)，轉(zhuǎn)速100～120rpm，真空度0.01～0.1MPa，反應(yīng)溫度40～60℃，反應(yīng)時(shí)間30～40h；反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾除去固定化脂肪酶；(3)減壓蒸餾脫除有機(jī)溶劑轉(zhuǎn)速100～120rpm，真空度0.05～0.1MPa，溫度75～85℃；(4)后處理減壓蒸餾以后，趁熱過(guò)濾，去除油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，用熱水洗滌油相，將油相冷卻后，真空干燥，得到檸檬酸甘油酯；所用單甘酯為分子蒸餾后的單甘酯，單酯含量≥98％，C16～C18長(zhǎng)鏈脂肪酸≥98％；所用檸檬酸為無(wú)水檸檬酸；所用有機(jī)溶劑無(wú)水異丙醇、無(wú)水異戊醇或無(wú)水叔戊醇先用分子篩進(jìn)行脫水處理；所加固定化脂肪酶，選用Rhizomucor miehei脂肪酶、Candida antarctica脂肪酶或Aspergillus niger脂肪酶。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述后處理趁熱過(guò)濾，去除 油相中未反應(yīng)的固體懸浮物，用油相等體積的水洗滌油相，水洗溫度5(TC，離 心，收集油相，重復(fù)水洗3次；將油相冷卻后，真空干燥，得到檸檬酸甘油酯。
全文摘要
用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行固定化脂肪酶催化合成檸檬酸甘油酯的方法，屬于檸檬酸甘油酯的合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以單甘酯和檸檬酸為反應(yīng)底物，有機(jī)溶劑無(wú)水異丙醇、無(wú)水異戊醇或無(wú)水叔戊醇為反應(yīng)介質(zhì)，固定化脂肪酶為催化劑，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到檸檬酸甘油酯產(chǎn)品。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器作為反應(yīng)器，可以使底物與催化劑充分接觸。本發(fā)明方法具有條件溫和、專一性強(qiáng)、副產(chǎn)物少、轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P7/64GK101560531SQ200910027528
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者劉元法, 良 單, 吳曉娟, 宋志華, 潘秋琴, 王興國(guó), 金青哲, 黃健花 申請(qǐng)人:江南大學(xué)