一種酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明采用酶催化丙酸與異丁醇酯化，不使用溶劑，反應(yīng)調(diào)節(jié)溫和，綠色環(huán)保，得到的產(chǎn)品丙酸異丁酯為高質(zhì)量產(chǎn)品，是理想的食品香料。
【專利說明】一種酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯的工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于食品香料產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及到一種酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異 丁酯的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 丙酸異丁酯用途廣泛，在食品工業(yè)，GB 2760 - 96規(guī)定為允許使用的食用香料，主 要用以配制朗姆酒、草莓等水果型香精、香料。該產(chǎn)品色澤好、氣味純正，因而受到調(diào)香師 的青睞。
[0003] 目前化學(xué)合成丙酸異丁酯所用的化學(xué)催化劑普遍采用濃硫酸，也有采用固體超 強(qiáng)酸的。采用濃硫酸時(shí)，如果條件控制不好，容易發(fā)生副反應(yīng)，影響產(chǎn)品的色澤和香氣； 固體超強(qiáng)酸催化劑制備過程繁瑣，而且影響因素較多，無論哪個(gè)因素的改變都會影響催化 劑的催化活性。與上述方法相比，生物酶促催化是一種綠色的、環(huán)境友好的生物制造工藝， 它具有反應(yīng)條件溫和、催化效率高、催化專一性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 盡管化學(xué)合成的方法目前還比較經(jīng)濟(jì)，但是人們對天然產(chǎn)物和高品質(zhì)產(chǎn)品興趣 逐漸增強(qiáng)，從而促使人們轉(zhuǎn)向用生物技術(shù)的方法生產(chǎn)。與化學(xué)法相比，酶促法催化合成的 酯類被認(rèn)為是高質(zhì)量的天然產(chǎn)品，加上酶法反應(yīng)條件溫和、轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)而吸引了許多 人的研究，被看成是很有希望的工業(yè)化途徑。近年來，生物制造已成為研究及產(chǎn)業(yè)化熱 點(diǎn)，但是，利用酶促催化法合成丙酸異丁酯的研究未見報(bào)道。所以，開發(fā)一種丙酸異丁酯的 生物制造工藝，可以得到高品質(zhì)的丙酸異丁酯，滿足人們的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 脂肪酶是一種用途非常廣泛三酸甘油酯水解酶，脂肪酶種類很多，例如假單胞菌 脂肪酶、褶皺假絲酵母脂肪酶、南極假絲酵母脂肪酶、熒光假單胞菌脂、肪酶豬胰脂肪酶、青 霉脂肪酶洋蔥假單胞菌脂肪酶、圓柱假絲酵母脂肪酶、曲霉脂肪酶、產(chǎn)堿桿菌脂肪酶等。各 種脂肪酶的催化特性不同，所以，要選擇催化效果最佳的脂肪酶進(jìn)行催化反應(yīng)。經(jīng)過大量實(shí) 驗(yàn)，表明，多種脂肪酶均可催化合成丙酸異丁酯，但是，南極假絲酵母脂肪酶、豬胰脂肪酶效 果較好，豬胰脂肪酶效果最好。為了提高酶的使用壽命，采用了固定化豬胰脂肪酶，使用12 次后，剩余活性>80%。豬胰脂肪酶可以從市場上購買，為了降低成本，可以自行生產(chǎn)。本發(fā) 明自行生產(chǎn)豬胰脂肪酶，從屠宰廠購買豬胰腺，勻漿，用聚乙二醇4000/磷酸鹽雙水相體系 分離純化3次，用大孔樹酯吸附固定化，得到固定化豬胰脂肪酶，其比活為2000-2500U/g。 大孔樹酯直徑〇. 3-0. 8mm，堆密度0. 45g/mL。
[0006] 酶添加量90-120U/mL，反應(yīng)溫度30-35°C，反應(yīng)時(shí)間為8-10h。
[0007] 酶催化反應(yīng)介質(zhì)包括水、非水介質(zhì)。非水介質(zhì)包括水-有機(jī)溶劑單相體系、水-有 機(jī)溶劑2相體系、有機(jī)溶劑單相體系、微溶液、離子液體等。選用最佳的反應(yīng)介質(zhì)是酶催化 反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，只有在有機(jī)溶劑單相體系、離子液體中反應(yīng)，效 果較好。但是，效果最好的是，采用無溶劑反應(yīng)體系，效果最佳。反應(yīng)中，采用分子篩+減 壓操作除水，可以使反應(yīng)向丙酸異丁酯方向移動，轉(zhuǎn)化率達(dá)到100% (以丙酸計(jì))。分子篩 使用量為90-110g/L，壓力為0· 003-0. 008MPa，分子篩分批加入，加入時(shí)間點(diǎn)分別是（h) :0， 0. 5,1，2, 3, 5,與此時(shí)間點(diǎn)對于的加入量分別為分子篩總加入量的：20%，10%，10%，20%， 20 %，20 %。分批加入分子篩，可以有效調(diào)節(jié)反應(yīng)的水活度，使其處于最佳狀態(tài)，有利于酶催 化反應(yīng)進(jìn)行。
[0008] 酶催化酯化反應(yīng)過程為：帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料系數(shù)0. 7-0. 8,加入丙酸和異丁 醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=1. 1-1. 2 :1。加入過量的異丁醇，是考慮到減壓操作時(shí)，異 丁醇沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于丙酸，會有較多的丙酸被抽出，為了保證等摩爾反應(yīng)，加入過量的異丁醇。 調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至30-35°C，加入固定化豬胰脂肪酶，酶添加量90-120U/mL，加入分子篩，力口 入時(shí)間（h) 5,1，2, 3, 5,與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的加入量為分子篩總加入量的：20%，10%， 10%，20%，20%，20%。減壓，壓力為0· 003-0. 008MPa，反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間8-12h, 反應(yīng)結(jié)束后，用不同孔徑的過濾篩分別濾除分子篩和固定化酶，分子篩可再生、重復(fù)使用， 固定化豬胰脂肪酶可以重復(fù)使用，用水洗去未反應(yīng)的異丁醇，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，產(chǎn)率 100% (以丙酸計(jì))。
[0009] 本發(fā)明采用酶催化丙酸與異丁醇酯化，不使用溶劑，綠色環(huán)保，得到的產(chǎn)品丙酸異 丁酯為高質(zhì)量產(chǎn)品，可以用于食品香料。
[0010] 實(shí)施例1 酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯，反應(yīng)過程為：使用100L帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料系 數(shù)0.7,加入丙酸和異丁醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=I. 1 :1 ;調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至30°C，力口 入固定化豬胰脂肪酶90U/mL，加入分子篩90g/L，分子篩加入時(shí)間：0h，0. 5h，lh，2h，3h，5h， 與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的分子篩加入量為總加入量的：20 %，10 %，10 %，20 %，20 %，20 %。反應(yīng)壓 力為0. 008MPa，反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)結(jié)束后，分別濾除分子篩和固定化酶，用水洗去未反應(yīng)的 原料，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，以丙酸計(jì)產(chǎn)率98%。
[0011] 實(shí)施例2 酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯，反應(yīng)過程為：使用1000L帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料系 數(shù)0. 8,加入丙酸和異丁醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=1. 2 :1 ;調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至35°C，力口 入固定化豬胰脂肪酶120U/mL，加入分子篩110g/L，分子篩加入時(shí)間：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的分子篩加入量為總加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 應(yīng)壓力為〇.〇〇3MPa，反應(yīng)時(shí)間12h，反應(yīng)結(jié)束后，分別濾除分子篩和固定化酶，用水洗去未 反應(yīng)的原料，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，以丙酸計(jì)產(chǎn)率100%。
[0012] 實(shí)施例3 酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯，反應(yīng)過程為：使用IOm3帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料系數(shù) 0. 75,加入丙酸和異丁醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=1. 15-:1 ;調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至33°C，力口 入固定化豬胰脂肪酶l〇〇U/mL，加入分子篩100g/L，分子篩加入時(shí)間：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的分子篩加入量為總加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 應(yīng)壓力為0.003-0. 008MPa，反應(yīng)時(shí)間10h，反應(yīng)結(jié)束后，分別濾除分子篩和固定化酶，用水 洗去未反應(yīng)的原料，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，以丙酸計(jì)產(chǎn)率99%。
[0013] 實(shí)施例4 酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯，反應(yīng)過程為：使用30m3帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料系數(shù) 0.78,加入丙酸和異丁醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=I. 17 :1 ;調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至35°C，力口 入固定化豬胰脂肪酶120U/mL，加入分子篩110g/L，分子篩加入時(shí)間：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的分子篩加入量為總加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 應(yīng)壓力為〇.〇〇4MPa，反應(yīng)時(shí)間12h，反應(yīng)結(jié)束后，分別濾除分子篩和固定化酶，用水洗去未 反應(yīng)的原料，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，以丙酸計(jì)產(chǎn)率100%。
【權(quán)利要求】
1. 一種酶催化酯化反應(yīng)生產(chǎn)丙酸異丁酯的方法，其特征在于使用固定化豬胰脂肪酶 催化丙酸與異丁醇酯化反應(yīng)生成丙酸異丁酯，反應(yīng)過程為：使用帶夾套攪拌反應(yīng)釜，裝料 系數(shù)0.7-0. 8,加入丙酸和異丁醇，2者摩爾比為異丁醇：丙酸=1. 1-1.2 :1 ;調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度 至30-35°C，加入固定化豬胰脂肪酶90-120U/mL，加入分子篩90-110g/L，分子篩加入時(shí)間： 0h，0. 5h，lh，2h，3h，5h，與此時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的分子篩加入量為總加入量的：20 %，10 %，10 %， 20%，20%，20% ;反應(yīng)壓力為0. 003-0. 008MPa，反應(yīng)時(shí)間8-12h，反應(yīng)結(jié)束后，分別濾除分 子篩和固定化酶，用水洗去未反應(yīng)的原料，得到產(chǎn)品丙酸異丁酯，以丙酸計(jì)產(chǎn)率98-100%。
【文檔編號】C12P7/62GK104212842SQ201410442157
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】張媛媛, 劉濤, 鄒慧斌, 劉均洪 申請人:青島科技大學(xué)