一種無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，將油脂原料和甘油攪拌混合后，通過裝有固定化脂肪酶的玻璃柱連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50~60℃，得到含有甘油二酯的混合產(chǎn)物。本發(fā)明采用柱式連續(xù)酶解，直接得到甘油二酯粗產(chǎn)品，既有利于產(chǎn)物分離，也有利于酶的穩(wěn)定性及循環(huán)應(yīng)用。本發(fā)明得到的粗產(chǎn)物中甘油二酯含量70%左右，脂肪酸含量低于5%。經(jīng)分子蒸餾后可得到純度大于85%的甘油二酯產(chǎn)品。
【專利說明】一種無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及甘油二酯制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及采用連續(xù)酶解方法制備甘油二酯。

【背景技術(shù)】
[0002]甘油二酯是以食用油為原料制備的一類多功能添加劑，有關(guān)研究表明其具有良好的降低血脂、減輕體重、減少體脂的作用，而且食用安全。甘油二酯的化學(xué)制備方法存在高溫反應(yīng)生產(chǎn)過程能量消耗大，所得產(chǎn)物感官品質(zhì)較差，營養(yǎng)成分被破壞等問題。與化學(xué)法相比，生物酶法制備甘油二酯的條件通常較為溫和，所得產(chǎn)品品質(zhì)也較佳，是未來甘油二酯生產(chǎn)的發(fā)展方向。
[0003]如專利201310199809.7公開了甘油二酯的制備方法，采用的是游離脂肪酶間歇法酶解制備甘油二酯，但酶難以循環(huán)使用，產(chǎn)物分離步驟復(fù)雜。專利201310255990.9公開了一種甘油二酯的生產(chǎn)方法，采用的是間歇法甘油解制備甘油二酯，操作復(fù)雜，酶解反應(yīng)不能連續(xù)化。專利200310112327.X公開了一種甘油二酯油脂的生產(chǎn)方法，采用的載體吸附形式的甘油作為底物進(jìn)行甘油解制備甘油二酯，該方法中吸附形式的甘油盡管可以克服游離甘油難以反應(yīng)的缺陷，但仍存在反應(yīng)效率低和載體再生使用不方便的缺點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的難度很大；專利201310316636.2公開了一種聯(lián)產(chǎn)不飽和單甘酯的甘油二酯酶法生產(chǎn)方法，提供一種甘油三酯乙醇解反應(yīng)，隨后再在反應(yīng)產(chǎn)物中補(bǔ)加游離甘油進(jìn)行酶法甘油解反應(yīng)的方法，此方法可以在獲得甘油二酯的同時(shí)獲得低酸價(jià)的不飽和單甘酯，但操作也較復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)化實(shí)施也存在難度。
[0004]國內(nèi)目前甘油二酯酶法制備研究大多直接采用成熟的商業(yè)化脂肪酶著重于酶解工藝的研究，相關(guān)的專利有CN 200810195526.4，一種酶法連續(xù)甘油解制備甘油二酯的方法，采用的是進(jìn)口 NOVOZym435固定化脂肪酶，該固載脂肪酶采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，利用脂肪酶催化油脂原料進(jìn)行甘油解反應(yīng)，反應(yīng)完成后還需要蒸除溶劑，工藝復(fù)雜。因此開發(fā)出無需溶劑的甘油二酯酶解制備方法，將有利于甘油二酯的工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，商業(yè)化的固定化脂肪酶成本高，嚴(yán)重制約著甘油二酯制備的工業(yè)化。目前針對甘油二酯酶解制備的國產(chǎn)酶種的開發(fā)與固載研究較為少見。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]目前以甘油三酯為原料酶解制備甘油二酯的方法有甘油解法和水解法。甘油解法是利用甘油三酯與甘油的反應(yīng)制備甘油二酯，雖然成本低，但產(chǎn)物純度不高，而且反應(yīng)速度慢，產(chǎn)率較低，工業(yè)生產(chǎn)不十分令人滿意。水解法是通過脂肪酶直接水解甘油三酯制備甘油二酯，該方法較甘油法更為簡單，縮短了甘油二酯的制備過程。
[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有以植物油為原料制備甘油二酯產(chǎn)業(yè)化方法的不足，提供一種酶的固定化及連續(xù)水解植物油制備甘油二酯的方法。具有操作簡單、酶穩(wěn)定性好、可連續(xù)使用，成本低，節(jié)能環(huán)保，清潔安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的主要原理是:植物油中甘油三酯在微水環(huán)境下酶解形成甘油二酯。由于酶的特異性，游離酶被固載到載體上時(shí)，載體在固載酶的同時(shí)吸附一定的水分，固載好的酶裝進(jìn)填充柱后，原料植物油中無需添加溶劑，直接泵入填充柱中反應(yīng)，此酶解過程是利用脂肪酶直接水解甘油三酯，近似于油包水的酶解反應(yīng)，粗產(chǎn)物中甘油二酯純度達(dá)到70%左右，脂肪酸含量低于5%。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:將油脂原料和甘油攪拌混合后，通過裝有固定化脂肪酶的玻璃柱連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為5(T60°C，得到含有甘油二酯的混合產(chǎn)物。
[0009]所述固定化脂肪酶通過如下方法制備:
(I)配制脂肪酶緩沖溶液:以脂肪酶為原料，按照脂肪酶的質(zhì)量:緩沖溶液體積比為lg:0.5-1.5L的比例，將脂肪酶加入緩沖溶液中，攪拌混合均勻，其中，所述的緩沖溶液為pH值6.0-9.0的磷酸氫二鉀與磷酸二氫鉀混合緩沖溶液；
(2)制備固定化脂肪酶:以樹脂為載體，按照樹脂質(zhì)量:脂肪酶緩沖溶液的體積比為25g:50-350mL的比例，先將樹脂加入到脂肪酶緩沖溶液中，攪拌吸附1-3小時(shí)后在真空過濾器中過濾，收集濾出樹脂得到固定化脂肪酶，即所述脂肪酶固載在樹脂上。
[0010]所述樹脂是大孔樹脂、環(huán)氧樹脂、伯胺基樹脂、季胺基樹脂、叔胺基樹脂、羥基樹脂中的一種或幾種混合物。
[0011]所述油脂原料為大豆油、菜籽油、花生油、玉米油、葵花籽油、小麥胚芽油、米糠油中的一種或幾種混合物。
[0012]所述油脂原料與甘油質(zhì)量之比為25g: 0-5go
[0013]所述油脂原料和甘油的混合物以逆流方式泵入到準(zhǔn)備好的固定化脂肪酶玻璃柱中進(jìn)行反應(yīng)。
[0014]所述玻璃柱的高徑比均為5-8 ;固載脂肪酶后的樹脂裝填量為0.1-0.3g/cm3 ;控制油脂原料和甘油混合物的泵入速度為固定化脂肪酶玻璃柱體積mL的2-6倍/小時(shí)，進(jìn)行連續(xù)水解反應(yīng)10-35小時(shí)，收集固定化脂肪酶玻璃柱底端的流出液即為甘油二酯的混合產(chǎn)物。
[0015]對甘油二酯的混合產(chǎn)物進(jìn)行分子蒸餾，經(jīng)一次分子蒸餾得到的輕相為甘油二酯產(chǎn)品O
[0016]所述分子蒸餾后的分子蒸餾重相中含有未反應(yīng)的油脂和脂肪酸，采用直接酯化法將脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸單酯，采用分子蒸餾分離出脂肪酸單酯，剩余油脂回收利用。
[0017]本發(fā)明有益效果為:
(1)本發(fā)明制備甘油二酯使用連續(xù)法柱式酶解法及分子蒸餾等設(shè)備，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)物純度高；
(2)本發(fā)明的生產(chǎn)過程反應(yīng)條件溫和，低溫反應(yīng)，無添加溶劑，節(jié)約能源；工藝全過程無廢物排放，未反應(yīng)物料采用循環(huán)利用，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本；
(3)本發(fā)明制備出固定化脂肪酶可連續(xù)反復(fù)使用，減少了對酶的需求量，降低了生產(chǎn)成本，有利于可持續(xù)發(fā)展；
(4)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了固定化脂肪酶樹脂柱中連續(xù)進(jìn)行酶解反應(yīng)，工藝步驟簡單，轉(zhuǎn)化效率高，能實(shí)現(xiàn)甘油二酯的規(guī)模化生產(chǎn)與連續(xù)生產(chǎn)，便于推廣使用；
(5)本發(fā)明制備的甘油二酯產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于代用油脂、保健食品等行業(yè)； (6)本專利采用甘油二酯脂肪酶，并固定化到樹脂載體上，采用柱式連續(xù)酶解，直接得到甘油二酯粗產(chǎn)品，既有利于產(chǎn)物分離，也有利于酶的穩(wěn)定性及循環(huán)應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例1:
以脂肪酶為原料，按照脂肪酶的質(zhì)量:緩沖溶液體積比為lg:1L的比例，將脂肪酶加入緩沖溶液中，攪拌混合均勻，其中，所述的緩沖溶液為pH值7.0的磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液。取25g樹脂加入緩沖溶液250ml中搖床吸附3小時(shí)，后在真空過濾器中過濾，將固載脂肪酶好的羥基樹脂樹脂裝入玻璃柱中，裝填量為0.2g/cm3 ；
將300g大豆油加入9g甘油混合均勻,控制原料油的泵入速度為固定化脂肪酶玻璃柱體積的2倍/小時(shí)，進(jìn)行連續(xù)水解反應(yīng)10小時(shí)，收集固定化脂肪酶玻璃柱底端的流出液，夾套溫度為55°C。
[0020]將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分子蒸餾分離，采用一級蒸餾直接脫去甘油三酯和甘油，蒸餾溫度為210°C。分子蒸餾所得的輕相為純度85%的甘油二酯產(chǎn)品。
[0021]分子蒸餾所余重相中含有未反應(yīng)的植物油和少量脂肪酸，采用直接酯化法將脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸單酯，采用分子蒸餾分離出脂肪酸單酯，剩余植物油回用于下一批甘油二酯生產(chǎn)。
[0022]實(shí)施例2:
以脂肪酶為原料，按照脂肪酶的質(zhì)量:緩沖溶液體積比為0.Sg:1L的比例，將脂肪酶加入緩沖溶液中，攪拌混合均勻，其中，所述的緩沖溶液為pH值9.0的磷酸氫二鉀和磷酸二氫鉀緩沖溶液。取25g環(huán)氧樹脂樹脂加入緩沖溶液250ml中搖床吸附I小時(shí)，后在真空過濾器中過濾，將固載好的樹脂裝入玻璃柱中，裝填量為0.3g/cm3。
[0023]將300g大豆油加入30g甘油混合均勻，控制原料油的泵入速度為固定化脂肪酶玻璃柱體積的4倍/小時(shí)，進(jìn)行連續(xù)水解反應(yīng)24小時(shí)，收集固定化脂肪酶玻璃柱底端的流出液，夾套溫度為60°C。
[0024]將反應(yīng)粗產(chǎn)物進(jìn)行分子蒸餾精制，采用二級蒸餾，第一步直接脫去甘油三酯和甘油，蒸餾溫度為210°C。分子蒸餾出來的輕相再一次分子蒸餾提高甘油二酯純度，得到純度86%的甘油二酯產(chǎn)品。
[0025]將分子蒸餾重相含有未反應(yīng)的植物油和少量脂肪酸，采用直接酯化法將脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸單酯，采用分子蒸餾分離出脂肪酸單酯，剩余植物油回用于下一批甘油二酯生產(chǎn)。
[0026]實(shí)施例3:
以脂肪酶為原料，按照脂肪酶的質(zhì)量:緩沖溶液體積比為0.6g:1L的比例，將脂肪酶加入緩沖溶液中，攪拌混合均勻，其中，所述的緩沖溶液為pH值6.0的磷酸氫二鉀和磷酸二氫鉀緩沖溶液。取25g伯胺基樹脂樹脂加入緩沖溶液350ml中搖床吸附I小時(shí)，后在真空過濾器中過濾，將固載好的樹脂裝入玻璃柱中，裝填量為0.lg/cm3。
[0027]將300g花生油，控制原料油的泵入速度為固定化脂肪酶玻璃柱體積的4倍/小時(shí)，進(jìn)行連續(xù)水解反應(yīng)30小時(shí)，收集固定化脂肪酶玻璃柱底端的流出液，夾套溫度為60°C。
[0028]將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分子蒸餾分離，采用二級蒸餾，第一步直接脫去甘油三酯和甘油，蒸餾溫度為210°C。分子蒸餾出來的輕相再一次分子蒸餾提高甘油二酯純度，得到純度89%的甘油~■酷廣品。
[0029]將分子蒸餾重相含有未反應(yīng)的植物油和少量脂肪酸，采用直接酯化法將脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸單酯，采用分子蒸餾分離出脂肪酸單酯，剩余植物油回用于下一批甘油二酯生產(chǎn)。
[0030]在實(shí)施例1-3中酶解反應(yīng)后固定化脂肪酶玻璃柱底端流出液中的甘油二酯粗產(chǎn)品純度達(dá)到65-70%，脂肪酸含量低于5%，經(jīng)分子蒸餾后可得到純度大于85%的甘油二酯產(chǎn)品O
[0031]綜上所述，盡管本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，上述實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:將油脂原料和甘油攪拌混合后，通過裝有固定化脂肪酶的玻璃柱連續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為50飛01，得到含有甘油二酯的混合產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于所述固定化脂肪酶通過如下方法制備: (1)配制脂肪酶緩沖溶液:以脂肪酶為原料，按照脂肪酶的質(zhì)量:緩沖溶液體積比為1^:0.5-1.51的比例，將脂肪酶加入緩沖溶液中，攪拌混合均勻，其中，所述的緩沖溶液為邱值6.0-9.0的磷酸氫二鉀與磷酸二氫鉀混合緩沖溶液； (2)制備固定化脂肪酶:以樹脂為載體，按照樹脂質(zhì)量:脂肪酶緩沖溶液的體積比為25^:50-3501111的比例，先將樹脂加入到脂肪酶緩沖溶液中，攪拌吸附1-3小時(shí)后在真空過濾器中過濾，收集濾出樹脂得到固定化脂肪酶即所述脂肪酶固載在樹脂上。
3.如權(quán)利要求2所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述樹脂是大孔樹脂、環(huán)氧樹脂、伯胺基樹脂、季胺基樹脂、叔胺基樹脂、羥基樹脂中的一種或幾種混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述油脂原料為大豆油、菜籽油、花生油、玉米油、葵花籽油、小麥胚芽油、米糠油中的一種或幾種混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述油脂原料與甘油質(zhì)量之比為258: 0-58。
6.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述油脂原料和甘油的混合物以逆流方式泵入到準(zhǔn)備好的固定化脂肪酶玻璃柱中進(jìn)行反應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述玻璃柱的高徑比均為5-8 ；固載脂肪酶后的樹脂的裝填量為0.1-0.38/挪3 ；控制油脂原料和甘油混合物的泵入速度為固定化脂肪酶玻璃柱體積此的2-6倍/小時(shí)，進(jìn)行連續(xù)水解反應(yīng)10-35小時(shí)，收集固定化脂肪酶玻璃柱底端的流出液即甘油二酯的混合產(chǎn)物。
8.如權(quán)利要求1所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:對甘油二酯的混合產(chǎn)物進(jìn)行分子蒸餾，經(jīng)過一次分子蒸餾得到輕相高純度甘油二酯產(chǎn)品。
9.如權(quán)利要求8所述的無溶劑連續(xù)酶解制備甘油二酯的方法，其特征在于:所述分子蒸餾后的分子蒸餾重相含有未反應(yīng)的油脂和脂肪酸，采用直接酯化法將脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸單酯，采用分子蒸餾分離出脂肪酸單酯，剩余油脂回收利用。
【文檔編號】C12P7/64GK104388483SQ201410653409
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】楊海燕, 吳啟旋, 李波, 陳福明 申請人:深圳清華大學(xué)研究院