專利名稱：一種利用脂肪酶水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的方法
一種利用脂肪酶水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用脂肪酶 生產(chǎn)脂肪酸的方法。背景技術(shù)：
脂肪酸是重要的化工、日化、輕工、制藥、食品原料，特別在日化， 表面活性劑合成，食品中應(yīng)用廣泛。過(guò)去脂肪酸主要是以動(dòng)植物油為原 料，經(jīng)物理、化學(xué)方法水解生產(chǎn)，反應(yīng)需加溫、加壓，甚至高溫高壓(如
連續(xù)裂解法需要250°C、 5.5MPa),或強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行(堿皂化法)。 物化法解脂不但能耗高，而且由于反應(yīng)條件劇烈，對(duì)設(shè)備要求很高，另 外激烈的反應(yīng)條件會(huì)使副反應(yīng)增加，副產(chǎn)物增多，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收 率。
80年代后期，日本率先推出脂肪酶水解油脂新工藝(日本專利公開(kāi) 號(hào)，JP 84091883, 1984年5月5日)。該發(fā)明報(bào)道了利用多孔疏水材料 吸附固定脂肪酶，用來(lái)水解油脂。1987年，美國(guó)一發(fā)明專門(mén)報(bào)道了利用 固定化脂肪酶水解油脂的具體工藝(United State Patent 4678580; Publication Date : July 7， 1987)。
酶法解脂是在25-55°C， pH中性的溫和條件下反應(yīng)的，克服了傳統(tǒng)物 化工藝反應(yīng)條件激烈的弊端，尤其適合富含不飽和脂肪酸，易聚合及氧 化的油脂加工。但酶法解脂水解率較低(酶法解脂水解率普遍為70%，而 高壓連續(xù)水解率達(dá)到96%以上)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(1-3天)，酶價(jià)格昂貴等 不足。
我國(guó)尚未建立或引進(jìn)脂肪酶水解油脂的生產(chǎn)技術(shù)，也未見(jiàn)相關(guān)適合 工業(yè)化生產(chǎn)的專利。僅見(jiàn)幾篇研究型文章說(shuō)明了利用游離型或固定化型 脂肪酶(酯酶)可以進(jìn)行油脂水解(顧文玲.脂肪酶油脂水解技術(shù)的研究 進(jìn)展.西部糧油，1998， 23 (6): 31-35;曹國(guó)民.蠶絲固定化脂肪酶催化橄欖油水解.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，"97, 10 (6): 35-37;等),研究的水解條 件也只限于酶用量、油水比、pH、攪拌速度等，關(guān)于采用乳化劑增加水 解率與加速反應(yīng)進(jìn)程也未曾"R道。
本發(fā)明提供了利用幾種脂肪酶及其固定化酶水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的 新工藝，而且采用在催化水解的反應(yīng)體系中添加乳化劑，極大加快了反 應(yīng)進(jìn)程，提高了水解率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用脂肪酶生產(chǎn)脂肪酸的方法。 [技術(shù)方案]
本發(fā)明涉及一種脂肪酸的生產(chǎn)方法。本發(fā)明是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的 一種利用脂肪酶水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的方法，其特征在于該方法的 步驟如下
(i) 選取動(dòng)、植物油或它們的皂腳、油腳原料，按照每克原料為50-100U 脂肪酶往其原料加入所述的脂肪酶，在每重量份所述原料為0.05-0.2重量 份乳化劑的存在下，在所述原料與水的重量比1: 0.2-1.2、水相pH 5.5-7.0、 35-55。C與100-130轉(zhuǎn)/分振蕩的條件下進(jìn)行水解反應(yīng)12-36h;
(ii) 步驟(i)得到的反應(yīng)液用酸溶液進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到 3.5-5.5，然后加熱至60-80。C，靜置分層，得到含有6.1-8.3重量％甘油的 水相與含少量水的粗脂肪酸相；
(iii) 步驟(ii)得到的含少量水的粗脂肪酸相在真空度90.6-93.3KPa下 進(jìn)行減壓水蒸汽蒸餾，收集200-24(TC餾分為所述的脂肪酸。
在本發(fā)明的意義上，所述的動(dòng)、植物油應(yīng)該理解是傳統(tǒng)意義上所說(shuō) 的存在于動(dòng)物體內(nèi)的脂肪(主要成分為甘油三酯)和從含油植物提取的 油脂，例如豬油、菜籽油等。所述的皂腳、油腳原料應(yīng)該理解是榨油精 煉后的沉淀物稱為油腳，油腳通常做為制皂業(yè)的原料，油脂(腳)經(jīng)鬼 化反應(yīng)后，反應(yīng)釜的上層是純凈的皂基，可用來(lái)制造肥皂，香急等，下 層是皂腳，皂腳可以在堿析時(shí)回用，例如菜籽油腳。在本發(fā)明中，所述的原料一般選自豬油、菜子油、大豆油、花生油、 棉籽油、椰子油、棕櫚油或大豆油腳、皂腳。
優(yōu)選地，所述的原料選自菜子油、大豆油、棉籽油、棕櫚油或大豆
油腳、皂腳。
更優(yōu)選地，所述的原料選自菜子油、大豆油、棉籽油或大豆油腳、 皂腳。
在本發(fā)明中，所述的脂肪酶是酯酶，^/ fl7A r塔ow脂肪酶，^t o7^ a/7&rc〃c5脂肪酶假絲酵母415脂肪酶及固定化脂肪酶。
所述的酯酶例如是南通易行通有限公司以商品名酯酶銷售的產(chǎn)品。
所述的Candida mgosa脂肪酶例如是Sigma公司以商品名LIPASE TYPE VII FROM CANDIDA RUGOSA脂肪酶銷售的產(chǎn)品。
所述的Candida antarctica脂肪酶例如是諾維信公司以商品名 NOVOZYM43 5銷售的產(chǎn)品。
所述的假絲酵母415脂肪酶例如是無(wú)錫酶制劑廠以商品名雪梅牌脂 肪酶銷售的產(chǎn)品。
所述固定化的脂肪酶為諾維信公司以商品名LIPOZYME TLIM銷售 的產(chǎn)品。
按照一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(i)中所述原料與水的重量比優(yōu)選地為 1: 0.1-1.0。
更優(yōu)選地，所述原料與水的重量比為1: 0.2-0.6。
按照另一種優(yōu)選實(shí)施方式，該步驟中所述水相pH優(yōu)選地為4.5-7.0, 反應(yīng)溫度為35-55°C。
更優(yōu)選地，在步驟(i)水解反應(yīng)時(shí)所述水相pH為5.5-6.5,反應(yīng)溫度為 40。C。
步驟(i)水解反應(yīng)優(yōu)選地是18-30小時(shí)。
在本發(fā)明中，所述水解反應(yīng)所達(dá)到的油脂的水解率是按照下式計(jì)算 得到的油脂水解率=水解后油樣的酸值 x 100% 油脂皂化價(jià)
油脂皂化價(jià)的檢測(cè)方法參照GB/T5534-1995《動(dòng)植物油脂皂化值的測(cè)定》。
根據(jù)本發(fā)明的方法，所述的水解率最高可以達(dá)到96%,所述水解反 應(yīng)24小時(shí)可以達(dá)到90%以上。
在本發(fā)明的意義上，所述的乳化劑應(yīng)該理解是一類表面活性劑，為 乳濁液的穩(wěn)定劑。例如，所述的乳化劑是一種或多種選自山梨醇酐油酸 西旨(Span80)、吐溫-80、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或硬脂酸鈉 的乳化劑。
優(yōu)選地，所述的乳化劑是一種或多種選自山梨醇酐油酸酯、吐溫-80、 十二烷基磺酸鈉或硬脂酸鈉的乳化劑。
更優(yōu)選地，所述的乳化劑是一種或多種選自吐溫-80、十二烷基磺酸 鈉或硬脂酸鈉的乳化劑。
優(yōu)選地，所述乳化劑的添加量為每重量份原料為0.08-0.18重量份乳 化劑。
更優(yōu)選地，所述乳化劑的添加量為每重量份原料為0.1-0.15重量份乳 化劑。
所述的乳化劑是一次加入或分2-5次加入。
在本發(fā)明中，步驟(i)得到的反應(yīng)液用酸溶液進(jìn)行酸化，使水相的pH 值達(dá)到3.5-5.5，使用的酸溶液選自硫酸、磷酸、鹽酸、醋酸、檸檬酸或 酒石酸溶液。
優(yōu)選地，所述的酸溶液選自硫酸、鹽酸、醋酸、檸檬酸或酒石酸溶液。
所述酶催化步驟中使用的酸溶液選自硫酸、醋酸、檸檬酸或酒石酸 溶液。
所述酸溶液的濃度是1N-6N。優(yōu)選地，所述酸溶液的濃度是2N-4N。 步驟(ii)得到的含有甘油的甜水水相，與傳統(tǒng)堿法皂化相比，這種甜水水相含鹽量很低，采取蒸發(fā)濃縮、蒸餾脫色，即可得到95%以上的精
制甘油。
在步驟(iii)中，減壓水蒸汽蒸餾使用的是普通實(shí)驗(yàn)室使用的蒸餾設(shè) 備，它們由真空泵、電加熱裝置、攪拌器、蒸餾燒瓶和冷凝管組成。真
空泵是由常州華東真空泵廠以商品名ZX-4型;5走片式真空泵銷售的產(chǎn)品， 電加熱裝置是北京中興偉業(yè)儀器有限公司以商品名ZDHW型調(diào)溫電熱套 銷售的產(chǎn)品，攪拌器是由江蘇金壇市江南儀器廠以商品名JJ一1型精密增 力電動(dòng)攪拌器銷售的產(chǎn)品，蒸餾燒瓶和冷凝管是由天津光明玻璃儀器有 限公司以商品名蒸餾燒瓶銷售的產(chǎn)品。
采用本發(fā)明方法所得到的產(chǎn)物進(jìn)行了分析
酸度分析釆用酸堿滴定法，使用0.2N KOH溶液滴定水解后的油 樣得到酸價(jià)，其酸價(jià)與油脂反應(yīng)前的皂化價(jià)的比為水解率。
色譜分析將油脂水解后的脂層提取出來(lái)，利用氣相色譜法檢測(cè)出 脂層中的脂肪酸含量，與標(biāo)準(zhǔn)脂肪酸的氣相色譜圖比較，計(jì)算脂層中含 有的脂肪酸的量。
色譜條件島津GC-2010氣相色譜檢測(cè)儀，色譜柱為DB-1HT，柱 箱程序升溫條件為初始IO(TC; 100-180°C ，20。C/min;180-36(TC,45。C/min, 保留50min。
由上述分析方法所得到的結(jié)果證明，采用本發(fā)明方法所得到的產(chǎn)物 主要是亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸。 [有益效果]
本發(fā)明在酶法解脂體系中加入乳化劑，提高了水解率，最高可達(dá) 96%,使用乳化劑增加了水分子與油的碰撞機(jī)會(huì)，提高了反應(yīng)速率，在本 發(fā)明的條件下在24小時(shí)內(nèi)水解率達(dá)到90%以上，而現(xiàn)有技術(shù)在同樣條件 下水解率只是達(dá)到70°/。左右。因此，本發(fā)明解決了酶法水解油脂水解率 低，水解時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
另外，本發(fā)明的酶用量?jī)H為40-60U (水解橄欖油活力)/克油脂，酶用量少，降低了酶法解脂的生產(chǎn)成本，利于酶法水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的 工業(yè)化應(yīng)用。
本方法特別適合于生產(chǎn)多不飽和脂肪酸，特別是易聚合及氧化的脂 肪酸。而且可利用該方法和固定化脂肪酶催化脂肪酸-低碳醇酯化相結(jié)合 生產(chǎn)生物柴油，應(yīng)用在生物能源領(lǐng)域。
采用本發(fā)明方法生產(chǎn)脂肪酸獲得副產(chǎn)物甘油甜水，它的甘油濃度高， 含鹽量低，經(jīng)蒸餾脫色即可得到高純度甘油。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例非限制性地說(shuō)明本發(fā)明利用脂肪酶生產(chǎn)脂肪酸。本技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以 對(duì)本發(fā)明做出各種變化和修改，但所有等效的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的 范疇，本發(fā)明保護(hù)范圍是由本申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)所限定的。
實(shí)施例1
在50ml磨口帶塞的錐形瓶中加入2克市售的口福牌豆油，然后加入 1.2ml用pH6-pH7磷酸緩沖溶液配制的酶液(油與水重量比為1: 0.6， 酶粉為無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn)的脂肪酶粉，酶活80U/tnl),用2NNaOH溶液將 水相的pH調(diào)節(jié)到6.0，在4(TC與130轉(zhuǎn)/分條件下進(jìn)行振蕩反應(yīng)36h。得 到的脂肪水解液采用酸度分析方法測(cè)定其酸價(jià)為125mgKOH/g油，根據(jù)上 述方法計(jì)算得到水解率為62. 5%。
得到的水解液用2N硫酸進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到4.5，然后 加熱至68。C,靜置分層，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量 水的粗脂肪酸。使用高碘酸法測(cè)水相中甘油含量為4.8%。
含少量水的粗脂肪酸用上述的蒸餾設(shè)備在真空度92.3KPa下進(jìn)行減 壓蒸餾，收集200-240。C餾分，得到所述的脂肪酸。
采用色譜分析分析方法，測(cè)定該脂肪酸主要是亞油酸、油酸、棕櫚 酸和硬脂酸。
實(shí)施例2
在250ml磨口帶塞的錐形瓶中加入IO克秦皇島金海糧油工業(yè)有限公司以商品名棕櫚油銷售的椋櫚油，然后加入O.lg NOVOZYM435 (酶活 10000 PLU/g， PLU/g指每lg酶生成的月桂酸丙酯單位)，用pH6-7的磷 酸緩沖溶液調(diào)節(jié)油與水的重量比為1: 0.2,加入石更脂酸鈉1.4g，用2N NaOH溶液將水相的pH調(diào)節(jié)到5.7，在45°C ， 130轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)30h。 得到的水解液采用酸度分析法測(cè)定其酸價(jià)為162mgKOH/g油，根據(jù)上述 方法計(jì)算得到水解率為81%。
得到的水解液用3N硫酸進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到4.5,然后 加熱至70。C,靜置分層，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量 水的粗脂肪酸。使用高碘酸法測(cè)水相中甘油含量為6.9%
將含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸餾設(shè)備在真空度90.6-93.3KPa 下進(jìn)行減壓蒸餾，收集200-240。C餾分，得到所述的脂肪酸。采用色譜分 析分析方法，測(cè)定該脂肪酸主要是棕櫚酸、油酸和亞油酸
實(shí)施例3
在2000ml四口反應(yīng)釜中加入1000克秦皇島金海糧油工業(yè)有限公司 銷售的大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸緩沖溶液配制的酶液(油 與水重量比為1: 0.6，酶粉為無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn)的脂肪酶粉，酶活 80U/ml)，硬脂酸鈉140g,用2N NaOH溶液控制水相pH為6.5-7.0,在 4(TC, 100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璺磻?yīng)36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法測(cè)定 其酸價(jià)為143mgKOH/g油，根據(jù)上述方法計(jì)算得到水解率為71.5%。
得到的水解液用3N硫酸進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到4.5,然后 加熱至65。C,靜置分層，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量 水的粗脂肪酸。使用高碘酸法測(cè)水相中甘油含量為6.1%。
將含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸餾設(shè)備在真空度90.6-93.3KPa 下進(jìn)行減壓蒸餾，收集200-240。C餾分，即所述的脂肪酸。釆用色譜分析 分析方法，測(cè)定該脂肪酸主要是油酸、亞油酸、棕櫚酸和硬脂酸。
實(shí)施例4
在2000ml四口反應(yīng)釜中加入1000克秦皇島金海糧油工業(yè)有限公司 銷售的大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸緩沖溶液配制的酶液(油與水重量比為1: 0.6,酶粉為無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn)的脂肪酶粉，酶活 80U/ml),十二烷基石黃酸鈉136g分三次加入，具體時(shí)間為反應(yīng)每隔二小 時(shí)加45g，共三次，用2N NaOH溶液控制水相pH為6.5-7.0,在40°C ， 100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璺磻?yīng)36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法測(cè)定其酸價(jià) 為193mgKOH/g油，根據(jù)上述方法計(jì)算得到水解率為96.5%。得到的水解液用3N硫酸進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到4.5，然后 加熱至60-80°C,靜置分層，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含 少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法測(cè)水相中甘油含量為8.3%將含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸餾設(shè)備在真空度90.6-93.3KPa 下進(jìn)行減壓蒸餾，收集200-240。C餾分，即所述的脂肪酸。采用色譜分析 分析方法，測(cè)定該脂肪酸主要是油酸、亞油酸、棕櫚酸和^便脂酸。實(shí)施例5在2000ml四口反應(yīng)釜中加入1000克秦皇島金海糧油工業(yè)有限公司 銷售大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸緩沖溶液配制的酶液(油 與水重量比為1: 0.6，酶粉為無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn)的脂肪酶粉，酶活 80U/ml),硬脂酸鈉140 g分三次加入，具體時(shí)間為反應(yīng)每隔二小時(shí)加46g, 共三次，用2NNaOH溶液控制水相pH為6.5-7.0,在40。C， 100轉(zhuǎn)/分?jǐn)?拌反應(yīng)36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法測(cè)定其酸價(jià)為184 mgKOH/g油，根據(jù)上述方法計(jì)算得到水解率為92%。得到的水解液用3N硫酸進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到4.5,然后 加熱至60-80°C,靜置分層，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含 少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法測(cè)水相中甘油含量為7.9%。將含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸餾設(shè)備在真空度90.6-93.3KPa 下進(jìn)行減壓蒸餾，收集200-240。C餾分，即所述的脂肪酸。采用酸度分析 法測(cè)得酸價(jià)為198mgKOH/g油采用色譜分析分析方法，測(cè)定該脂肪酸主要是油酸、亞油酸、棕櫚 酸和硬脂酸。
權(quán)利要求
1、一種利用脂肪酶水解油脂生產(chǎn)脂肪酸的方法，其特征在于該方法的步驟如下(i)選取動(dòng)、植物油或它們的皂腳、油腳原料，按照每克原料為50-100U脂肪酶往其原料加入所述的脂肪酶，在每重量份原料為0.05-0.2重量份乳化劑的存在下，在所述原料與水的重量比1∶0.2-1.2、水相pH 5.5-7.0、35-55℃與100-130轉(zhuǎn)/分振蕩的條件下進(jìn)行水解反應(yīng)12-36小時(shí)；(ii)步驟(i)得到的反應(yīng)液用酸溶液進(jìn)行酸化，使水相的pH值達(dá)到3.5-5.5，然后加熱至60-80℃，靜置分層，得到含有6.1-8.3重量％甘油的水相與含少量水的粗脂肪酸相；(iii)步驟(ii)得到的含少量水的粗脂肪酸相在真空度90.6-93.3KPa下進(jìn)行減壓蒸餾，收集200-240℃餾分為所述的脂肪酸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的原料選自豬油、 菜子油、大豆油、花生油、棉籽油、椰子油、棕櫚油或大豆油腳、急腳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脂肪酶是酯酶， 。/w7A /7/^ m脂肪酶，^/W/A s/ ^rc〃ca脂肪酶及其固定化脂肪酶。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述乳化劑是一種或多 種選自山梨醇酐油酸酯、吐溫-80、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉 或硬脂酸鈉的乳化劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的乳化劑是一次加 入或分2-5次力口入。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酶催化步驟中使用 的酸溶液選自硫酸、磷酸、鹽酸、醋酸、檸檬酸或酒石酸溶液。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸溶液濃度是 2N匿4N。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(i)中，所述水相 的pH4直是4.5-7.0。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(i)的水解反應(yīng)進(jìn)行18-30小時(shí)。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于含有甘油的水相進(jìn)行 蒸發(fā)濃縮、蒸餾脫色得到精制甘油。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用脂肪酶水解動(dòng)植物油脂或廢棄動(dòng)植物油脂生產(chǎn)脂肪酸的方法。本發(fā)明使用脂肪酶在乳化劑存在下進(jìn)行水解反應(yīng)，水解率達(dá)到90％以上。本發(fā)明的酶法在溫和條件下進(jìn)行，克服了現(xiàn)有堿皂化、高溫高壓連續(xù)裂解及中壓裂解反應(yīng)的缺陷，具有能耗小，設(shè)備造價(jià)低，無(wú)污染排放，對(duì)原料適應(yīng)面寬的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的酶法具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12P7/64GK101294170SQ20081011099
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者周志奇, 孟永宏, 徐志文, 李月娟, 東 王 申請(qǐng)人:秦皇島領(lǐng)先科技發(fā)展有限公司