一種超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，屬于生物工程技術領域。本發明專利技術包括以下步驟：（1）將反應底物溶于一定體積的溶劑中，再加入一定量的脂肪酶，混合均勻；(2)置于超高壓設備中進行酶催化反應，得到脂肪酸和甘油酯混合物；（3）通過分子蒸餾技術將步驟（2）所得混合物分離純化，得到單甘酯和甘二酯。本發明專利技術的超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，反應條件溫和，轉化速率高，酶活損失少，有利于縮短反應時間，降低生產成本，適合大規模推廣應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種在超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，屬于生物工程
技術介紹
單甘酯和甘二酯是一類多元醇型非離子型表面活性劑。單甘酯、甘二酯和它們的復配物，常用作乳化劑、穩定劑、起泡劑、潤滑劑、抗黏劑、增塑劑及抗菌劑等，被廣泛應用在日化、食品、醫藥、紡織印染、金屬加工等行業。目前，工業上合成單甘酯和甘二酯主要采用油脂甘油解法，一般是在高溫(220-2500C )下以無機堿為催化劑，氮氣保護下催化油脂與甘油進行反應，反應結束后需迅速降溫，防止可逆反應導致單甘酯含量降低。產物為單甘酯、甘二酯、甘三酯、脂肪酸以及甘油的混合物，單甘酯含量一般為30% 40%，甘二酯為35% 40%。該方法由于需要高溫，因此能耗大，色澤深，產生的副產物多。特別是對于含有雙鍵的不飽和油脂，高溫容易使雙鍵氧化，嚴重影響了甘油酯產品的質量。酶法由于反應條件溫和，具有選擇特異性，被認為是能夠代替化學法催化甘油解最有潛力的方法。目前，限制酶法工業化的因素主要有兩個:一個是酶的成本問題，一個是催化效率問題。目前，用于提高酶穩定性和催化效率的手段很多，包括:基因工程、固定化和采用新型反應體系等。超高壓是一門新興的非熱加工前沿技術。目前，被廣泛用來進行食品加工和食品中有害酶的鈍化。此外，研究表明在超高壓作用下，有些酶可被激活。因此，超高壓作為一種改善酶活性的手段受到廣泛的關注，其可與傳統的提高酶活性的手段相互補充和協同。超高壓影響酶催化反應的機制主要體現在三個方面:(I)影響酶結構的改變；(2)改變反應機制，如限速步驟的改變；(3)改變底物或溶劑的物理特性(pH、密度、粘度、相)。其中改變提高酶活的原因主要有以下3個方面:(1)使酶分子構象發生限制性改變，利于酶與底物接觸；(2)超高壓使酶的部分活性部位裸露，使活性上升；(3)超高壓處理使酶分子轉變為具有催化活性的酶。
技術實現思路
本專利技術目的在于:為了改善目前甘油酯產品質量低和酶催化效率低問題，本專利技術提出一種在超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，該方法反應條件溫和，所用酶借于壓力的保護和激活作用，反應速率快，酶活損失少，可大大改善產品質量，降低生產成本，具有工業化應用前景。本專利技術的技術方案:為了實現上述目的，在本專利技術的第一方面，提供了一種在超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二 酯的方法，包括以下步驟: (I)將反應底物溶于一定體積的溶劑中，其質量濃度為30%-50%，再加入一定量的脂肪酶，混合均勻；所述脂肪酶為動植物來源的脂肪酶，選用小麥胚芽脂肪酶或豬胰腺脂肪酶；脂肪酶為游離或固定化脂肪酶；加酶量為反應底物的1%_50% (w/w)0所述反應底物油脂為大豆油、色拉油、橄欖油、蓖麻油、甘油、脂肪酸中的一種或幾種； 所述酶催化反應類型為水解、甘油解或酯化反應中的一種； 甘油解反應中，甘油和油脂摩爾比為2-48:1，甘油采用游離或固定于吸附材料上，吸附材料為硅膠、碳酸鈣粉末、活性炭、硅藻土中的一種或幾種的混合物，吸附材料和甘油的質量比為1-5:1 ;酯化反應中，甘油和脂肪酸摩爾比為1-10:1 ； 反應體系為微乳體系或有機溶劑體系，其中用于形成微乳體系的表面活性劑為聚乙二醇、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、溴化十六烷基三甲基銨、烷基聚乙二醇醚、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺中的一種或幾種；有機溶劑為叔丁醇、正己烷、正庚烷、丙酮、異丙醇、乙腈、苯、甲苯中的一種或幾種。(2)將步驟(I)中混合物置于超高壓設備中進行酶催化反應，得到脂肪酸和甘油酯混合物。反應溫度為40-90°C，反應時間為15-240min，采用分子篩或水和鹽對控制體系的水分，控制水分含量為1%_10%。對于豬胰腺脂肪酶，壓力控制在100-250MPa ;對于小麥胚芽脂肪酶，壓力控制在100-300MPa ； (3)通過分子蒸餾技術將步驟(2)所得混合物分離純化，分子蒸餾分離純化分為兩個階段:第一階段為在110_145°C，真空度為IO-1OOpa下進行脫水，脫氣，除去部分甘油、部分表面活性劑和有機溶劑；第二階段控制溫度為145-200°C，真空度為5-30pa，得到單甘酯和甘二酯。 本專利技術中通過甘油解合成單甘酯和甘二酯的過程中，甘油對酶和親水性固定化材料具有吸附作用，嚴重影響了酶的活性以及降低底物進入酶活性位點的速率和產物的疏散速率。本專利技術采用將甘油固定于吸附材料上，使甘油在反應過程中慢慢釋放出來，避免了上述存在的問題，有助于促進傳質作用。所用的吸附材料可以為硅膠、碳酸鈣粉末、活性炭、硅藻土中的一種或一種以上的混合物，吸附材料和甘油的質量比為1-5:1，較佳地，選擇質量比為1:1。本專利技術中通過酯化反應合成單甘酯和甘二酯的過程中，控制體系中的水含量十分關鍵。脂肪酸和甘油酯化合成單甘酯和甘二酯時，產物中還伴有水分子，且該反應為可逆反應，當水分過多時，反應將朝著逆反應方向進行，不利用單甘酯和甘二酯的合成。此外，體系中水分過多時，酶周圍聚集的水分子增加，不利於底物與酶接觸?？刂企w系水分的方法可采用分子篩或水和鹽對，控制水分含量為1%-10%。步驟(I)中，壓力可以減少溫度對酶的失活作用，這種作用在高溫下尤為明顯。酶催化反應過程中，溫度升高有助于加快傳質，提高反應速率，但溫度高同時對酶的影響加大，酶更易失活。本專利技術中通過壓力對酶的保護作用，可在較高溫度下進行酶催化反應。此時，酶較穩定，酶活損失少。對于豬胰腺脂肪酶，壓力控制在100-250MPa ;對于小麥胚芽脂肪酶，壓力控制在100-300MPa。本專利技術的有益效果: 本專利技術的超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯，利用壓力對酶的激活作用和保護作用，可提高底物的轉化速率和降低酶的失活速度，有利于縮短反應時間和增加固定化酶的重復利用次數。此外，本專利技術相對于化學法合成單甘酯和甘二酯，條件溫和，生成的副產物較少，產品質量高，適合大規模推廣。本專利技術利用動植物來源的脂肪酶，提取原料豐富，價格低廉，酶穩定性較好，且可采用固定化形式，可大大降低生產成本，具有工業化應用的潛力。附圖說明圖1為豬胰腺脂肪酶在60°C，在叔丁醇體系中催化大豆油甘油解反應轉化率隨壓力的變化圖。其它反應條件為:甘油摩爾比為3:1，加酶量為12%，反應時間為60min。具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本專利技術的
技術實現思路
，特舉以下實施例詳細說明，其目的僅在于更好理解本專利技術的內容而非限制本專利技術的保護范圍。實施例1 稱取橄欖油50g，加入150mL 4%的聚乙二醇溶液，10000 rpm高速勻漿機混勻成微乳液。量取IOOmL微乳液作為底物，加入橄欖油質量20%的小麥胚芽脂肪酶，混勻后裝于IOOmL反應瓶中，密封。控制高壓設備溫度為50°C，壓力為250MPa，反應時間為2h。反應結束后，將反應混合物通過分子蒸餾進行分離純化，純化過程分為兩個階段，第一階段控制溫度為110°C，真空度為80pa，在此條件下除去大部分水；第二階段控制溫度為180°C，真空度為30pa,得到組合物I。實施例2 底物組分和操作步驟同實施例1，控制設備溫度為50°C，壓力為常壓(0.1MPa)。反應結束后的混合物進行分子蒸餾，得到組合物2。實施例3 稱取甘油和硅膠各15g，混合后攪拌均勻，于50°C烘箱中干燥除水。在IOOmL反應瓶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，其特征在于，步驟為：（1）將反應底物油脂溶于一定體積的溶劑中，其質量濃度為30%?50%，再加入一定量的脂肪酶，混合均勻；所述脂肪酶為動植物來源的脂肪酶，選用小麥胚芽脂肪酶或豬胰腺脂肪酶；脂肪酶為游離或固定化脂肪酶；加酶量為反應底物w/w的1%?50%；?所述反應底物油脂為大豆油、色拉油、橄欖油、蓖麻油、甘油、脂肪酸中的一種；?所述酶催化反應類型為水解、甘油解或酯化反應中的一種；甘油解反應中，甘油和油脂摩爾比為2?48:1，甘油采用游離或固定于吸附材料上，吸附材料為硅膠、碳酸鈣粉末、活性炭、硅藻土中的一種，吸附材料和甘油的質量比為1?5:1；酯化反應中，甘油和脂肪酸摩爾比為1?10:1；反應體系為微乳體系或有機溶劑體系，其中用于形成微乳體系的表面活性劑為聚乙二醇、2?乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、溴化十六烷基三甲基銨、烷基聚乙二醇醚、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺中的一種或幾種；有機溶劑為叔丁醇、正己烷、正庚烷、丙酮、異丙醇、乙腈、苯、甲苯中的一種或幾種；（2）將步驟（1）中混合物置于超高壓設備中進行酶催化反應，得到脂肪酸和甘油酯混合物；?反應溫度為40?90℃，反應時間為15?240min，采用分子篩或水和鹽對控制體系的水分，控制水分含量為1%?10%；對于豬胰腺脂肪酶，壓力控制在100?250MPa；對于小麥胚芽脂肪酶，壓力控制在100?300MPa；（3）通過分子蒸餾技術將步驟（2）所得混合物分離純化，分子蒸餾分離純化分為兩個階段：第一階段為在110?145℃，真空度為10?100pa下進行脫水，脫氣，除去部分甘油、部分表面活性劑和有機溶劑；第二階段控制溫度為145?200℃，真空度為5?30pa，得到單甘酯和甘二酯。...
【技術特征摘要】
1.一種超高壓下脂肪酶催化合成單甘酯和甘二酯的方法，其特征在于，步驟為: (1)將反應底物油脂溶于一定體積的溶劑中，其質量濃度為30%-50%，再加入一定量的脂肪酶，混合均勻； 所述脂肪酶為動植物來源的脂肪酶，選用小麥胚芽脂肪酶或豬胰腺脂肪酶；脂肪酶為游離或固定化脂肪酶；加酶量為反應底物w/w的1%-50% ； 所述反應底物油脂為大豆油、色拉油、橄欖油、蓖麻油、甘油、脂肪酸中的一種； 所述酶催化反應類型為水解、甘油解或酯化反應中的一種； 甘油解反應中，甘油和油脂摩爾比為2-48:1，甘油采用游離或固定于吸附材料上，吸附材料為硅膠、碳酸鈣粉末、活性炭、硅藻土中的一種，吸附材料和甘油的質量比為1-5:1 ;酯化反應中，甘油和脂肪酸摩爾比為1-10:1 ； 反應體系為微乳體系或有機溶劑體系，其中用于形成微乳體系的表面活性劑為聚乙二醇、2-乙基己基琥珀酸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏小樂，夏袖民，溫小榮，張增英，辛瑜，王武，
申請(專利權)人：江南大學，揚州凱爾化工有限公司，
類型：發明
國別省市：
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