本發(fā)明涉及一種合成脂肪酸甘油酯的方法。
背景技術(shù)：
甘油酯是人和動(dòng)物飲食中最主要的脂質(zhì)成分，尤其是在植物油脂和動(dòng)物油脂中，甘油酯的含量通常大于90％，甚至高于99％。游離脂肪酸廣泛存在于各種油脂中，在常見(jiàn)的動(dòng)植物油脂的毛油中，游離脂肪酸的含量可以達(dá)到1％～5％，在某些高酸價(jià)油脂中可以達(dá)到25％以上。在油脂加工過(guò)程中，游離脂肪酸會(huì)作為副產(chǎn)物而分離出來(lái)，這就產(chǎn)生大量的天然動(dòng)植物油脂的游離脂肪酸產(chǎn)品。游離脂肪酸性質(zhì)不穩(wěn)定，一般具有加工過(guò)程中產(chǎn)生的不良?xì)馕叮荒茏鳛閯?dòng)物飼料或人類(lèi)食品原材料使用。因此，開(kāi)發(fā)適宜的工藝方法，將脂肪酸轉(zhuǎn)化成甘油酯是人們長(zhǎng)期關(guān)注的重要課題。
脂肪酸甘油酯的合成方法主要有化學(xué)法及酶法兩種，化學(xué)法為采用化學(xué)催化劑在高溫下以甘油和脂肪酸為底物合成甘油酯，其反應(yīng)效率高，但是由于其反應(yīng)溫度高，催化劑殘留，不適用不飽和脂肪酸酯化等缺點(diǎn)而逐漸被酶法催化合成所取代。
cn102994580a公布的一種高純度甘油三酯型pufa的制備方法中，以固定化脂肪酶催化多不飽和脂肪酸與甘油酯化制備甘油酯，脂肪酸的酯化率最高只能達(dá)到86.4％。鐘南京等，酶法酯化脂肪酸與甘油合成1,3-甘油二酯中利用固定化脂肪酶催化甘油和脂肪酸酯化制備甘油二酯，脂肪酸轉(zhuǎn)化率不超過(guò)78％。
游離脂肪酶催化脂肪酸與甘油進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，由于脂肪酶可以均勻分散于油相與甘油相的界面上，使得其催化效率非常高，酯化反應(yīng)可以快速達(dá)到平衡狀態(tài)。但是，游離脂肪酶在反應(yīng)體系中需要一定量的水分以維持其分子結(jié)構(gòu)和催化效率，而水是酯化反應(yīng)中產(chǎn)物，水的存在及蓄積會(huì)導(dǎo)致酯化反應(yīng)向逆反應(yīng)方向偏移，所以采用游離脂肪酶催化的酯化反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，脂肪酸的酯化率偏低，通常在50～70％之間。
固定化脂肪酶在無(wú)溶劑體系中催化脂肪酸與甘油進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，可以通過(guò)脫水處理和增加甘油的添加量等方式提高脂肪酸的酯化率，達(dá)到提高脂肪酸轉(zhuǎn)化率的目的。但是，水分含量過(guò)低和過(guò)量的甘油存在時(shí)會(huì)對(duì)脂肪酶的催化效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。特別是過(guò)量的甘油對(duì)固定化酶的包裹作用會(huì)極大地限制酯化反應(yīng)體系的傳質(zhì)效率，延長(zhǎng)了酯化反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間(約24h)，降低了酶促酯化工藝的生產(chǎn)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的酶促酯化反應(yīng)方法中存在的脂肪酸轉(zhuǎn)化率低，酯化反應(yīng)達(dá)到平衡所需時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提供了一種催化制備脂肪酸甘油酯的方法。首先采用游離脂肪酶對(duì)以甘油和脂肪酸為底物的體系進(jìn)行第一步酯化反應(yīng)，將大部分的脂肪酸酯化為甘油酯；分離反應(yīng)體系中的油相后在高真空的無(wú)水體系中由固定化脂肪酶進(jìn)行第二步酯化反應(yīng)，進(jìn)一步提高脂肪酸的轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明大大提高了脂肪酸與甘油酯化合成甘油酯的反應(yīng)效率，縮短了反應(yīng)時(shí)間；提高了脂肪酸的轉(zhuǎn)化率，使反應(yīng)的酯化率達(dá)到了99％以上?？s減了最后的分離工藝，所得產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值提高。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種制備脂肪酸甘油酯的方法，包括如下步驟：
(1)將質(zhì)量比(1～5)：1的甘油和游離脂肪酸混合，添加反應(yīng)物總質(zhì)量0.1％～2％的游離脂肪酶、反應(yīng)物總質(zhì)量1％～6％的水，于30～60℃下攪拌反應(yīng)2～4h；
(2)離心分離上述反應(yīng)中的油相與甘油相，甘油相留存循環(huán)使用，油相經(jīng)脫水處理；
(3)向上述脫水后的油相中添加油相總質(zhì)量1～5％的固定化脂肪酶，45～65℃下高真空反應(yīng)4～8h，即得到脂肪酸甘油酯。
步驟(1)中所述游離脂肪酸與甘油的質(zhì)量比為1:1～1:3，游離脂肪酶的添加量為底物總質(zhì)量的0.1％～2％，水添加量為2％～5％。
步驟(1)所述反應(yīng)溫度為30～55℃，反應(yīng)時(shí)間為3～4h。
步驟(3)高真空反應(yīng)的溫度為45～60℃，時(shí)間為3～5h，真空度小于200pa。
步驟(3)中所述固定化脂肪酶為無(wú)甘油酯酰基位置專(zhuān)一性的固定化脂肪酶。
所述固定化脂肪酶為novozym435。
步驟(1)中所述游離脂肪酶為來(lái)源于根酶屬、曲霉屬、毛酶屬、細(xì)菌、酵母菌和胰脂肪酶中的一種或兩種以上的混合物。
所述游離脂肪酶為lipozymetl100l脂肪酶或
上述的一種合成甘油三酯的方法中采取先由游離脂肪酶在高甘油的環(huán)境下催化反應(yīng)，充分利用無(wú)溶劑體系中游離脂肪酶催化脂肪酸與甘油酯化反應(yīng)的高效性，將體系中的脂肪酸酯化在甘油基團(tuán)上。然后分離出反應(yīng)體系中的油相，即甘油三脂(tag)、甘油二酯(dag)、單甘脂(mag)、游離脂肪酸(ffa)的混合物，回收了體系中的甘油及水分和游離脂肪酶。將油相再經(jīng)固定化的脂肪酶在高真空度下催化酯化反應(yīng)，由于此時(shí)體系中已沒(méi)有水的存在，所以酯化反應(yīng)向反應(yīng)正方向偏移，大大提高了反應(yīng)的酯化率，在最優(yōu)條件下反應(yīng)完成后的酯化率≥98％，產(chǎn)物中tag≥38％，dag≥50％，mag≤5％，ffa≤1％，此產(chǎn)物可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的精煉過(guò)程處理后直接作為油脂產(chǎn)品使用。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
(1)本發(fā)明采用兩步法酯化合成脂肪酸甘油酯，通過(guò)兩種脂肪酶在各自條件下的聯(lián)合酯化，只需5～10h就可反應(yīng)完畢，大大減少了反應(yīng)時(shí)間，效率高。
(2)本發(fā)明提高了脂肪酸的酯化率，反應(yīng)產(chǎn)物中98％以上都是甘油酯，減少了分離純化步驟，此產(chǎn)品通過(guò)簡(jiǎn)單的精煉工藝即可作為油脂產(chǎn)品使用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實(shí)施。
實(shí)施例1(兩步酶法)
取深海魚(yú)油加工中的脂肪酸副產(chǎn)物為原料，其中脂肪酸含量為99.5％，在其脂肪酸中dha為20％，epa含量為22％。取此脂肪酸100g與100g甘油混合于反應(yīng)容器中，加入4g的lipozymetl100l(來(lái)源于疏棉狀嗜熱絲孢菌的脂肪酶)和5g水后置于50℃甘油浴中在攪拌下反應(yīng)2h，液相色譜檢測(cè)得此反應(yīng)酯化率為62％。離心分離上述反應(yīng)中的油相與甘油相，甘油相留存循環(huán)使用，油相經(jīng)脫水處理；取上述油相100g置于反應(yīng)容器中，加入1.6gnovozym435脂肪酶(來(lái)源于南極假絲酵母的脂肪酶)，置于55℃的恒溫磁力攪拌器中，在100pa真空狀態(tài)下攪拌反應(yīng)5h后得到反應(yīng)產(chǎn)物，液相色譜檢測(cè)得，此時(shí)產(chǎn)物中，tag含量為41.73％，dag53.76％，mag3.85％，ffa0.65％；脂肪酸的酯化率為99.35％。
實(shí)施例2(兩步酶法)
取大豆油脫臭精煉過(guò)程中的脫臭流出物為反應(yīng)原料，其中脂肪酸含量為91.3％，取該復(fù)合物500g，甘油600g，水11g，
實(shí)施例3(兩步酶法)
取大豆油精煉副產(chǎn)物酸化油，其中脂肪酸含量為51.5％、甘油三酯含量為48.3％，取該復(fù)合物500g，甘油250g，水11g，lipozymetl100l脂肪酶5g，混合后置于反應(yīng)器中45℃攪拌反應(yīng)4h。離心分離上述反應(yīng)中的油相與甘油相，甘油相留存循環(huán)使用，油相經(jīng)脫水處理；取上述油樣400g加入8g的novozym435脂肪酶于100pa真空下攪拌反應(yīng)4h后得到反應(yīng)產(chǎn)物，液相色譜檢測(cè)得，此時(shí)產(chǎn)物中，tag含量為66.5％，dag含量為30.27％，mag含量為2.09％，ffa含量為1.14％；脂肪酸的酯化率為97.78％。
對(duì)比實(shí)施例1(一步酶法)
取深海魚(yú)油加工中的脂肪酸副產(chǎn)物為原料，其中脂肪酸含量為99.5％，在其脂肪酸中dha為20％，epa含量為22％。取此脂肪酸100g與100g甘油混合于反應(yīng)容器中，加入1.6gnovozym435脂肪酶，置于55℃的恒溫磁力攪拌器中，在100pa真空狀態(tài)下攪拌反應(yīng)24h后得到反應(yīng)產(chǎn)物，液相色譜檢測(cè)得脂肪酸的轉(zhuǎn)化率為86.18％，此時(shí)產(chǎn)物中，tag含量為32.10％，dag43.96％，mag10.11％，ffa13.82％。
對(duì)比實(shí)施例2(一步酶法)
取油酸100g與100g甘油混合于反應(yīng)容器中，加入1.6gnovozym435脂肪酶，置于55℃的恒溫磁力攪拌器中，在100pa真空狀態(tài)下攪拌反應(yīng)24h后得到反應(yīng)產(chǎn)物，液相色譜檢測(cè)得脂肪酸的轉(zhuǎn)化率為87.14％，此時(shí)產(chǎn)物中tag含量為33.51％，dag42.78％，mag10.84％，ffa12.86％。該方法催化10h時(shí)酯化率低，需要24h以上才能達(dá)到平衡；效率低。