專利名稱：超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及甘油二酯的制備方法，特別涉及一種超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法。
背景技術(shù)：
甘油二酯(Diglyceride，簡稱DG)是由甘油與兩個脂肪酸酯化后得到的產(chǎn)物，有1,3-甘油二酯和1， 2-甘油二酯兩種異構(gòu)體。研究表明甘二酯具有普通甘油三酯所不具備的一些性 質(zhì)，在食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特別是1，3-甘二酯異構(gòu)體不僅與甘三酯有 不同的代謝特征,還具有防止體內(nèi)脂肪積累的功能，因而甘油二酯被作為一種油脂替代品使 用。2000年，美國FM通過了甘油二酯的GMS認證。
甘油二酯的生產(chǎn)方法包括化學(xué)法和生物酶法兩種。化學(xué)法是人們生產(chǎn)甘油二酯的傳統(tǒng)方 法。該方法是用堿性催化劑催化甘油和脂肪酸直接酯化(180 240 t;)或者甘油和甘油三酯甘油 解(200~250 °C)，再經(jīng)堿洗，分子蒸餾，超濾，活性炭處理來純化產(chǎn)品。該方法在高溫下進行， 能耗大、所得產(chǎn)品顏色較深、需要脫色等后處理。并且此方法缺乏專一性，所得產(chǎn)品為單、 雙、三甘油酯的混合物。酶催化反應(yīng)具有高催化活性和較強的專一性，反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn) 物少。隨著酶生產(chǎn)成本的降低，甘油二酯的酶催化生產(chǎn)越來越受到人們的重視。但生物酶法 生產(chǎn)甘油二酯同樣存在目標(biāo)產(chǎn)物甘油二酯選擇性不高、收率較低的問題，同時在反應(yīng)過程中 存在反應(yīng)底物粘度大、反應(yīng)速度慢、脂肪酶容易被底物或副產(chǎn)物包f而失活等問題。通過乂寸 甘油二酯生產(chǎn)方法的研究和改進，實現(xiàn)DG的高選擇合成一直是人們的重點關(guān)注領(lǐng)域。
超臨界體系的酶催化反應(yīng)是酶催化的新領(lǐng)域之一，是利用超臨界流體的特殊性質(zhì)而發(fā)展 起來的新興工藝，具有反應(yīng)速度快、選擇性高、產(chǎn)物易于分離純化等優(yōu)點。本發(fā)明以超臨界 流體作為反應(yīng)介質(zhì)，在超臨界體系中酶催化合成甘油二酯，解決常規(guī)生物酶法生產(chǎn)甘油二酯 中存在的的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，能夠提高甘油二 酯選擇性，解決反應(yīng)底物粘度大、反應(yīng)速度慢等問題，并實現(xiàn)甘油二酯的綠色合成。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法將摩爾比為0,2:1 6:1的脂肪酸與甘油或摩爾比為0.5:1 5:1的短鏈醇和油脂，與古反應(yīng)物總重(7.5 10%的固定化脂肪酶酶置于反 應(yīng)釜；加入反應(yīng)介質(zhì)，升溫至2(K90'C，控制反應(yīng)壓力為5 40MPa，使體系處于超臨界狀態(tài) 或近臨界狀態(tài)，反應(yīng)時間2 15小時，過濾后得產(chǎn)物甘油二酯。
所述的反應(yīng)介質(zhì)包括超臨界二氧化碳、超臨界甲烷、超臨界乙烷或近臨界丙垸等。 所述的固定化脂肪酶指來源于根酶屬、曲霉屬、毛霉屬、假絲酵母、洋蔥假單胞菌、熒 光假單胞菌、細菌脂肪酶和胰脂肪酶中的一種或一種以上的混合物。例如Lipozyme TL， LipozynieRM, Novozym 435 (Novozymes公司產(chǎn)品),Immobilized Lipase (Wako公司產(chǎn)品)。 所述的脂肪酸為C8 C18的直碳鏈脂肪族羧酸。
所述的油脂包括植物油脂和動物油脂，具體為菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、蓖麻 油、棉籽油、桐油、烏桕油、魚油、豬油中的一種或一種以上的混合物。 所述的短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
本發(fā)明的有益效果如下
1. 由于超臨界流體具有類似于氣體的高擴散性能，以其作為反應(yīng)介質(zhì)，能夠有效的降低 反應(yīng)物粘度，提高反應(yīng)速度，大大縮短反應(yīng)時間。
2. 超臨界體系中反應(yīng)結(jié)束后，通過降壓即可實現(xiàn)產(chǎn)物與反應(yīng)介質(zhì)的分離，無有tl溶劑殘 留，所得產(chǎn)品可用于醫(yī)藥、食品行業(yè)。
3. 大大提高了目標(biāo)產(chǎn)物甘油二酯的選擇性，選擇性為63%~88%。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的實施過程。
實施例1-
將摩爾比為0.2:1的辛酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重0.5%的固定化脂肪 酶Novozym435，加入二氧化碳升溫至50°C ，控制反應(yīng)壓力為10MPa，使其處于超臨界狀態(tài)， 反應(yīng)2小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重 復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)氣相色譜^^析，辛酸轉(zhuǎn)化率為80%，甘油二酯選擇性為85%。 實施例2:
將摩爾比為2:1的癸酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重10%的固定化脂肪酶 Lipozyme TL，加入乙垸升溫至6(TC，控制反應(yīng)壓力為5MPa，使其處于超臨界狀態(tài)，反應(yīng)6 小時后降金常溫，緩慢放出乙烷至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重復(fù){吏用。產(chǎn) 物經(jīng)氣相色譜分析，癸酸酸轉(zhuǎn)化率為89%，甘油二酯選擇性為78%。 實施例3:將摩爾比為4:1的棕櫚酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，孤入占反應(yīng)物總重2M的固定化脂肪酶 LipozymeRM，加入二氧化碳升溫至70°C，控制反應(yīng)壓力為llMPa，使其處于超臨界狀態(tài)， 反應(yīng)8小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重 復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，棕櫚酸轉(zhuǎn)化率為83%,甘油二酯選擇性為73%。 實施例4*.
將摩爾比為6:1的硬脂酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重1%的固定化脂肪酶 Novozym435和占反應(yīng)物總重3%的LipozymeRM,加入丙垸升溫至90°C,控制反應(yīng)壓力為 15MPa，使其處于近臨界狀態(tài)，反應(yīng)15小時后降至常溫，緩慢放出丙烷至反應(yīng)釜壓力為常壓， 過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，硬脂酸轉(zhuǎn)化率為92%，甘油二 酯選擇性為80%。 實施例5:
將摩爾比為6:1的油酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重1%的固定化脂肪酶 Novozym435和占反應(yīng)物總重3%的LipozymeTL，加入乙烷升溫至3(TC，控制反應(yīng)壓力為 5MPa，使其處于近臨界狀態(tài)，反應(yīng)7小時后降至常溫，緩慢放出乙烷至反應(yīng)釜壓力為常壓， 過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，硬脂酸轉(zhuǎn)化率為78%，甘油二 酯選擇性為79%。 實施例6:
將摩爾比為0.2:1的亞油酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重1%的固定化脂肪 酶Novozym435和占反應(yīng)物總重3°/。的LipozymeRM,加入二氧化碳升溫至75°C，控制反應(yīng)壓 力為30MPa，使其處于超臨界狀態(tài)，反應(yīng)10小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓 力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析,硬脂酸轉(zhuǎn)化率為91%， 甘油二酯選擇性為81%。 實施例7:
將摩爾比為2:1的Y-亞油酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重2%的固定化脂 肪酶Immobilized Lipase (Wako公司產(chǎn)品)，加入二氧化碳升溫至60°C ，控制反應(yīng)壓力為12MPa， 使其處于超臨界狀態(tài)，反應(yīng)8小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過 濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，硬脂酸轉(zhuǎn)化率為86%，甘油二酯 選擇性為63%。 實施例8:
將摩爾比為3:1的棕櫚油酸和甘油5g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重lM的固定化脂肪 酶Novozym435，加入甲垸升溫至20。C，控制反應(yīng)壓力為40MPa，使其處于超臨界狀態(tài)，反應(yīng)15小時后降至常溫，緩慢放出甲烷至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。 產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，硬脂酸轉(zhuǎn)化率為84%,甘油二酯選擇性為88%。 實施例9:
將摩爾比為0.5:1的甲醇和大豆油10g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重5%的固定化脂 肪酶Novozym435，加入二氧化碳升溫至7(TC，控制反應(yīng)壓力為18MPa，使其處于超臨界狀 態(tài)，反應(yīng)10小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪 酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，油脂中甘油二酯含量為69%。 實施例10:
將摩爾比為3:1的丙醇和花生油10g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重2%的固定化脂肪 酶LipozymeRM，加入二氧化碳升溫至55°C，控制反應(yīng)壓力為13MPa，使其處于超臨界狀態(tài)， 反應(yīng)12小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重 復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，油脂中甘油二酯含量為71%。 實施例11:
將摩爾比為1:1的丁醇和魚油10g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重1%的固定化脂肪酶 Novozym435和占反應(yīng)物總重3%的LipozymeRM，加入丙垸升溫至8(TC，控制反應(yīng)壓力為 18MPa，使其處于近臨界狀態(tài)，反應(yīng)4小時后降至常溫，緩慢放出丙烷至反應(yīng)釜壓力為常壓， 過濾回收固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，油脂中甘油二酯含量為64%。 實施例12:
將摩爾比為5:1的戊醇和豬油10g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重5%的固定化脂肪酶 Novozym435，加入二氧化碳升溫至75°C，控制反應(yīng)壓力為15MPa，使其處于超臨界狀態(tài)， 反應(yīng)6小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收固定化脂肪酶重 復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，油脂中甘油二酯含量為73%。 實施例13:
將摩爾比為5:1的甲醇、豬油和魚油的混合物10g置于反應(yīng)釜中，加入占反應(yīng)物總重5% 的固定化脂肪酶Novozym435，加入二氧化碳升溫至75°C，控制反應(yīng)壓力為15MPa，使其處 于超臨界狀態(tài)，反應(yīng)5小時后降至常溫，緩慢放出二氧化碳至反應(yīng)釜壓力為常壓，過濾回收 固定化脂肪酶重復(fù)使用。產(chǎn)物經(jīng)高效液相色譜分析，油脂中甘油二酯含量為70%。
本發(fā)明提出的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法。，已通過實施例進行了描述，相 關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法進行改動或適當(dāng) 變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域 技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征在于將摩爾比為0.2∶1～6∶1的脂肪酸與甘油或摩爾比為0.5∶1～5∶1的短鏈醇和油脂，與占反應(yīng)物總重0.5～10％的固定化脂肪酶酶置于反應(yīng)釜；加入反應(yīng)介質(zhì)，升溫至20～90℃，控制反應(yīng)壓力為5～40MPa，使體系處于超臨界狀態(tài)或近臨界狀態(tài)，反應(yīng)時間2～15小時，過濾后得產(chǎn)物甘油二酯。
2. 如權(quán)利要求1所述的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征為所述的反 應(yīng)介質(zhì)包括超臨界二氧化碳、超臨界甲烷、超臨界乙烷或近臨界丙烷。
3. 如權(quán)利要求1所述的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征為所述的固 定化脂肪酶指來源于根酶屬、曲霉屬、毛霉屬、假絲酵母、洋蔥假單胞菌、熒光假 單胞菌、細菌脂肪酶和胰脂肪酶中的一種或一種以上的混合物。
4. 如權(quán)利要求1所述的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征為所述的脂 肪酸為C8 C18的直碳鏈脂肪族羧酸。
5. 如權(quán)利要求l所述的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征為所述的油 脂包括植物油脂和動物油脂，具體為菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、蓖麻油、 棉籽油、桐油、烏桕油、魚油、豬油中的一種或一種以上的混合物。
6. 如權(quán)利要求1所述的超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法，其特征為所述的短 鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或戊醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界體系中酶催化制備甘油二酯的方法。將摩爾比為0.2∶1～6∶1的脂肪酸與甘油或摩爾比為0.5∶1～5∶1的短鏈醇和油脂，與占反應(yīng)物總重0.5～10％的固定化脂肪酶酶置于反應(yīng)釜；加入反應(yīng)介質(zhì)，升溫至20～90℃，控制反應(yīng)壓力為5～40MPa，使體系處于超臨界狀態(tài)或近臨界狀態(tài)，反應(yīng)時間2～15小時，過濾后得產(chǎn)物甘油二酯。由于超臨界流體具有類似于氣體的高擴散性能，以其作為反應(yīng)介質(zhì)，能夠有效的降低反應(yīng)物粘度，提高反應(yīng)速度，大大縮短反應(yīng)時間。本發(fā)明通過降壓即可實現(xiàn)產(chǎn)物與反應(yīng)介質(zhì)的分離，無有機溶劑殘留。大大提高了目標(biāo)產(chǎn)物甘油二酯的選擇性，選擇性為63％～88％。
文檔編號C12P7/64GK101555500SQ20091006898
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者呂惠生, 姜浩錫, 張敏華, 董秀芹, 陶敏莉 申請人:天津大學(xué)