專利名稱：叔丁醇體系中酶法制備1，3-甘油二酯的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于甘油二酯制備技術(shù)領(lǐng)域,特別提供了一種介質(zhì)體系中酶法高效制備1,3-甘油二酯的工藝。
技術(shù)背景甘油二酯是一種具有兩個脂肪酸鏈的脂肪分子，有兩種同分異構(gòu)體，即1,2-甘油 二酯和l，3-甘油二酯。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，1,3-甘油二酯在人體內(nèi)的吸收代謝方式和甘 油三酯及1，2-甘油二酯的不同。甘油三酯和1,2-甘油二酯均為經(jīng)消化酶消化后生成單甘 酯和游離脂肪酸，二者吸收進入血液后，很大部分重新合成甘油三酯。而1，3-甘油二 酯經(jīng)消化酶作用后生成甘油和游離脂肪酸，二者在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成能量。因此，食用含有 1，3-甘油二酯的油脂具有防止體重增加的效果，1,3-甘油二酯顯示出很好的工業(yè)開發(fā)前景酯化和酯交換是生產(chǎn)甘油二酯的重要方法，該方法采用甘油或甘油酯同脂肪酸或 脂肪酸的衍生物反應(yīng)，通過化學(xué)催化或酶催化，可以獲得以甘油二酯為主要成分的產(chǎn) 物。同化學(xué)催化相比，脂肪酶催化具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)過程中無污染物排放以及 后續(xù)分離純化容易等優(yōu)點，所以，利用生物酶法合成甘油二酯尤其是1，3-甘油二酯的 研究近年來就越來越受到人們的關(guān)注。在利用生物酶法制備甘油二酯的報道中，基本上都采用甘油作為反應(yīng)底物。甘油 是一種高度親水性物質(zhì)，在酶轉(zhuǎn)化過程中，甘油極易附著在脂肪酶表面，對酶的活性 位點形成"屏蔽"，嚴重影響傳質(zhì)及酶促轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明提出利用叔丁醇作為反應(yīng)介 質(zhì)，以單甘酯代替甘油，利用脂肪酶催化單甘酯與其它?；w(包括單甘酯，脂肪酸，脂肪酸短鏈酯及甘油三酯)之間的酯交換反應(yīng)來高效制備l,3-甘油二酯的新工藝。 在叔丁醇體系中，除了固定化脂肪酶外，反應(yīng)物可有效溶于叔丁醇體系，反應(yīng)呈一均 相體系。叔丁醇體系可有效解決傳統(tǒng)工藝中甘油附著在酶表面影響傳質(zhì)的問題；而且， 利用單甘酯作為其中一反應(yīng)底物，可以得到更高含量的1,3-甘油二酯。該發(fā)明具有很 好的工業(yè)應(yīng)用前景。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種介質(zhì)體系中酶法高效制備1,3-甘油二酯的工藝，以叔 丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，以甘油一酯(指甘油分子中的一個羥基同一脂肪酸形成酯，下文 簡稱單甘酯)為其中一底物，通過脂肪酶催化單甘酯與其它酰基供體的酯交換反應(yīng)， 高效生產(chǎn)l，3-甘油二酯。本發(fā)明提出在叔丁醇體系中利用脂肪酶催化單甘酯制備1，3-甘油二酯的工藝。其 中單甘酯為?；荏w，?；w可以為單甘酯、脂肪酸、脂肪酸短鏈酯或甘油三酯， 在脂肪酶催化下，高效生產(chǎn)1,3-甘油二酯的工藝。工藝步驟為將摩爾比為1:0.5 1:3的單甘酯和酰基供體(?；w可為脂肪酸R-COOH、脂肪 酸短鏈酯RCOOR，、單甘酯、甘油三酯、動植物油脂或油脂水解物)，加入基于?；?體單甘酯質(zhì)量20~200%的叔丁醇，加入基于酰基受體單甘酯質(zhì)量2~20%的脂肪酶，一 起裝入適于酶反應(yīng)的任何生化反應(yīng)器中混合均勻，溫度控制在30 65'C，反應(yīng)1 12小時，?；荏w單甘酯到產(chǎn)物甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到70~95%，這些甘油二酯中1，3-甘油 二酯的含量達到75%以上。脂肪酶可以為某單一脂肪酶，也可以為不同性能脂肪酶的組合，包括不具有位置 專一性的脂肪酶和具有1,3-位置專一性的脂肪酶；所述月旨肪酶包括來、源于Ca"&Wa fl"torcrica、 r/zermowyces /a"wgz'"asw51、 i /z/zowwcor mf由/、艦zo戸o，a的月旨肪酶。所述單甘酯為甘油分子中的一個羥基同一脂肪酸R-COOH形成的酯，其中R為 10 22個碳原子的烷基鏈。所述酰基受體單甘酯和?；w單甘酯可以為某單一脂肪酸對應(yīng)的單甘酯，也可 以為兩種或兩種以上不同脂肪酸對應(yīng)的單甘酯的混合物。所述?；荏w單甘酯為1(3)-單甘酯，2-單甘酯，或1(3)-單甘酯和2-單甘酯的混合物。所述酰基供體單甘酯為1(3)-單甘酯，2-單甘酯，或1(3)-單甘酯和2-單甘酯的混合物。所述?；w脂肪酸R'-COOH可以為某一單一脂肪酸，也可以為1種以上脂肪酸 的混合物。其中R'為10 22個碳原子的烷基鏈。所述?；w脂肪酸短鏈酯RCOOR'可以為某一單一酯，也可以為幾種短鏈酯的 混合物。其中R為10 22個碳原子的垸基鏈，R，為1-5個碳原子的烷基鏈。所述?；w甘油三酯為生物油脂，生物油脂包括植物油脂、動物油脂、微生物 油脂、廢食用油、煉油腳料中的一種或一種以上的混合物。所述?；w植物油脂為蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、 米糠油、麻瘋樹籽油或文冠果油。所述?；w動物油脂為魚油、豬油、牛油或羊油。所述?；w為各種動植物 油脂的不完全水解物，為脂肪酸，單甘酯，二甘酯，三甘酯以及甘油的混合物。以上所述?；w可以單獨使用，也可以兩種或兩種以上混合，作為?；w使用；本發(fā)明的有益效果是采用叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)體系為一均相體系，酶促轉(zhuǎn) 化效率高。另外，采用單甘酯作為?；荏w，避免了甘油作為酰基受體時對酶活的負 面作用，而且，可以得到更高含量的1，3-甘油二酯。同以往的以甘油為底物通過酯化 或酯交換制備甘油二酯的方式相比，這種方法具有更好的工業(yè)應(yīng)用前景。
具體實施方式
下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明。實施例1將摩爾比為l:l的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯)和油酸，基于單甘酯質(zhì)量100%的叔 丁醇，以及基于油酸質(zhì)量100%的吸水劑3久分子篩，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并 置于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至5(TC后，加入基于單甘酯質(zhì)量5%的固定化脂肪 酶Novozym435 (來源于Om力Wa a"torc"ca)，反應(yīng)2小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化 率為80%，其中1,3-甘油二酯占80%。實施例2將摩爾比為1:0.5的單甘酯(為1(3)-硬脂酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和 脂肪酸甲酯，以及基于單甘酯質(zhì)量80%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置 于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至50 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量10%的固定化脂肪 酶Lipozyme TL IM (來源于7T eA7Mowyces /a"wg/"ora)，反應(yīng)5小時，單甘酉旨到甘油二 酯的轉(zhuǎn)化率達到70%,其中1，3-甘油二酯占85%。實施例3將兩份等量的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)，以及基于?；?受體單甘酯質(zhì)量200%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往 復(fù)搖床中加熱至60 °C后，加入基于?；荏w單甘酯質(zhì)量10%的固定化脂肪酶Lipozyme RMIM (來源于朋/zwm/cor w/e/^')，反應(yīng)12小時，?；荏w單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn) 化率達到85%，其中1,3-甘油二酯占80%。實施例4將摩爾比為1:1的單甘酯(1(3>油酸甘油酯和l-棕櫚酸甘油酯的混合物)和大豆 油，以及基于單甘酯質(zhì)量70%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動 控溫的往復(fù)搖床中加熱至50 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量10n/。的固定化脂肪酶Novozym 435,反應(yīng)10小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到80%，其中1，3-甘油二酯占75%。實施例5將摩爾比為1:3的單甘酯U(3)-月桂酸甘油酯和2-月桂酸甘油酯的混合物)和脂 肪酸(油酸和棕櫚酸的混合物)，基于脂肪酸酸質(zhì)量100%的吸水劑3^分子篩，以及基 于單甘酯質(zhì)量100%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往復(fù) 搖床中加熱至3(TC后，加入基于單甘酯質(zhì)量2%的固定化脂肪酶LipozymeTLIM，反 應(yīng)l小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到80%，其中1,3-甘油二酯占85%。實施例6將摩爾比為1:2的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亞油酸甘油酯，2-油酸甘油酯， 2-亞油酸甘油酯的混合物)和麻風(fēng)樹油，以及基于單甘酯質(zhì)量150%的叔丁醇，裝入具 塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至35。C后，加入基于單甘 酯質(zhì)量6%的固定化脂肪酶Lipozyme TLIM，，反應(yīng)10小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化 率達到70%，其中1,3-甘油二酯占70%。實施例7將兩份等量的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亞油酸甘油酯，1(3)-亞麻酸甘油酯， 2-油酸甘油酯，2-亞油酸甘油酯和2-亞麻酸甘油酯的混合物)，以及基于單甘酯質(zhì)量 150%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至 45 °<:后，加入基于一份單甘酯質(zhì)量3。/。的固定化脂肪酶Novozym 435和6%的固定化 脂肪酶Lipozyme TLIM，反應(yīng)2小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到90%,其中1，3-甘油二酯占78%。實施例8將摩爾比為1:2的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯，2-亞油酸甘油酯和1(3)-亞麻酸甘油 酯的混合物)和酸化油，基于酸化油中脂肪酸酸質(zhì)量100%的吸水劑3眾分子篩，以及 基于單甘酯質(zhì)量100%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至50 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量2%的固定化脂肪酶Novo 435和4%的 固定化脂肪酶Lipozyme RMIM，反應(yīng)2小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到90%, 其中1，3-甘油二酯占80%。 實施例9將摩爾比為1:3的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亞油酸甘油酯，2-硬脂酸甘油酯 以及1(3)-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和豬油，以及基于單甘酯質(zhì)量150%的叔丁 醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至60。C后，加 入基于單甘酯質(zhì)量3%的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反應(yīng)10小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到90%，其中1,3-甘油二酯占75%。實施例10將摩爾比為1:3的單甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亞油酸甘油酯，1(3)-硬脂酸甘油 酯以及2-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和廢棄油脂(動物油和植物油的混合物)，以 及基于單甘酯質(zhì)量120%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫的 往復(fù)搖床中加熱至60 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量3%的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM 和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反應(yīng)10小時，單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達 到88%，其中1,3-甘油二酯占78%。實施例11將摩爾比為1:0.5的單甘酯(為1(3)-棕櫚酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和 脂肪酸乙酯，以及基于單甘酯質(zhì)量60%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置 于可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至50 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量10%的固定化脂肪 酶Lipozyme TL IM (來源于77zewzw^ce;y/a"wg/"asw)，反應(yīng)5小時，單甘酯到甘油二 酯的轉(zhuǎn)化率達到75%，其中1,3-甘油二酯占90%。實施例12將摩爾比為1:1的單甘酯(為1(3)-硬脂酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和脂 肪酸戊酯，以及基于單甘酯質(zhì)量40%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于 可自動控溫的往復(fù)搖床中加熱至50 °C后，加入基于單甘酯質(zhì)量10%的固定化脂肪酶 Lipozyme TL IM (來源于7Tzerwow;w;y/朋wg/mww)，反應(yīng)5小時，單甘酯到甘油二酯 的轉(zhuǎn)化率達到78%，其中1,3-甘油二酯占88%。實施例13將摩爾比為1:2.5的?；荏w單甘酯(為1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亞油酸甘油酯，1(3)-硬脂酸甘油酯以及2-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和油脂不完全水解物(主要為脂 肪酸，單甘酯，二甘酯，三甘酯以及甘油的混合物，其中油脂水解物中單甘酯的含量 為40%)，基于油脂不完全水解物中脂肪酸酸質(zhì)量60%的吸水劑3^分子篩，以及基于 酰基受體單甘酯質(zhì)量120%的叔丁醇，裝入具塞三角瓶中混合均勻，并置于可自動控溫 的往復(fù)搖床中加熱至60 °C后，加入基于?；荏w單甘酯質(zhì)量3%的固定化脂肪酶 Lipozyme TL IM和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反應(yīng)10小時，酰基受體單 甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到88%，其中1，3-甘油二酯占78%。
權(quán)利要求
1. 一種叔丁醇介質(zhì)體系中酶法制備1，3-甘油二酯的工藝，其特征在于將摩爾比為1∶0.5～1∶3的酰基受體單甘酯和?；w，加入基于?；荏w單甘酯質(zhì)量20～200％的叔丁醇、基于?；荏w單甘酯質(zhì)量2～20％的脂肪酶，一起裝入適于酶反應(yīng)的任何生化反應(yīng)器中混合均勻，溫度控制在30～65℃，反應(yīng)1～12小時，?；荏w單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到70～90％，生成的甘油二酯中1，3-甘油二酯的含量達到75％以上；所述的?；w為脂肪酸R-COOH、脂肪酸短鏈酯RCOOR’、單甘酯、甘油三酯、動植物油脂或油脂的不完全水解物；?；w為脂肪酸或含有脂肪酸的油脂類物質(zhì)時，反應(yīng)體系中加有基于游離脂肪酸質(zhì)量60-100％的id="icf0001" file="S2008101122551C00011.gif" wi="6" he="6" top= "94" left = "160" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>分子篩作為吸水劑實行在線除水。
2、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述單甘酯為甘油分 子中的一個羥基與一脂肪酸R-COOH形成的酯，其中R為10~22個碳原 子的烷基鏈。
3、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述酰基受體單甘酯 和?；w單甘酯為某單一脂肪酸對應(yīng)的單甘酯，或者為兩種或兩種以上 不同脂肪酸對應(yīng)的單甘酯的混合物。
4、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述酰基受體單甘酯 為1(3)-單甘酯或2-單甘酯，或1(3)-單甘酯和2-單甘酯的混合物。
5、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述?；w單甘酯 為1(3)-單甘酯或2-單甘酯，或1(3)-單甘酯和2-單甘酯的混合物。
6、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述脂肪酶包括來源 于C"wt//<i" ow^rc/7'e"、 77 ^7WO附j(luò)c^y /"wwg/"osws、 ^/^!zowwcor w/e/zez'或 艦zo戸.的月旨肪酶。
7、 按照權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于，所述脂肪酶單獨使用， 或者為多種脂肪酶組合使用。
8、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述脂肪酶包括不具 有位置專一性的脂肪酶或具有1，3-位置專一性的脂肪酶。
9、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述?；w脂肪酸 R'-COOH為某一單一脂肪酸，或者1種以上脂肪酸的混合物，其中R'為 10 22個碳原子的垸基鏈。
10、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述?；w脂肪酸 短鏈酯RCOOR'為某一單一酯，或者為幾種短鏈酯的混合物，其中R為10 22個碳原子的烷基碳鏈，R'為l-5個碳原子的烷基鏈。
11、 按照權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述?；w甘油三 酯為生物油脂，所述的生物油脂包括植物油脂、動物油脂、微生物油脂、 廢食用油、煉油腳料中的一種或一種以上的混合物。
12、 按照權(quán)利要求ll所述的工藝，其特征在于，所述植物油脂為蓖麻 油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油、麻瘋樹籽油或 文冠果油；所述動物油脂為魚油、豬油、牛油或羊油。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，所述酰基供體為各種動植物油脂的 不完全水解物，各種動植物油脂的不完全水解物為脂肪酸，單甘酯，二甘 酯，三甘酯或甘油的混合物。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，所述不同?；w單獨使用，或者 兩種或兩種以上混合，作為?；w使用。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，酰基供體為脂肪酸或含有脂肪酸的 油脂類物質(zhì)時，反應(yīng)過程中采取其它方式實行在線除水，所述的其它方式 實行在線除水包括膜除水或真空除水。
全文摘要
一種叔丁醇體系中酶法制備1，3-甘油二酯的工藝，屬于甘油二酯制備技術(shù)領(lǐng)域。工藝步驟為將摩爾比為1∶0.5～1∶3的?；荏w單甘酯和酰基供體，加入基于酰基受體單甘酯質(zhì)量20～200％的叔丁醇、基于?；荏w單甘酯質(zhì)量2～20％的脂肪酶，一起裝入適于酶反應(yīng)的任何生化反應(yīng)器中混合均勻，溫度控制在30～65℃，反應(yīng)1～12小時，?；荏w單甘酯到甘油二酯的轉(zhuǎn)化率達到70～90％，生成的甘油二酯中1，3-甘油二酯的含量達到75％以上；所述的酰基供體為脂肪酸、脂肪酸短鏈酯、單甘酯、甘油三酯、動植物油脂或油脂的不完全水解物。優(yōu)點在于，采用叔丁醇作為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)體系為一均相體系，酶促轉(zhuǎn)化效率高。
文檔編號C12P7/64GK101270375SQ20081011225
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者劉德華, 偉 杜, 段章群 申請人:清華大學(xué)