專利名稱：超臨界CO₂體系酶法催化甘油解制備甘油二酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及食用油脂加工領(lǐng)域，具體涉及以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采 用脂肪酶催化甘油解反應(yīng)制備甘油二酯的一種方法。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高、不良生活習(xí)慣的形成，肥胖癥、心血管疾病、脂肪肝等 富貴病越來越普遍，目前已嚴(yán)重威脅到了人類的健康。甘油二酯不僅能改善食品風(fēng)味，延長 儲存期，而且是功能食品的主要添加劑，能減少體內(nèi)的脂肪堆積，預(yù)防和治療高血脂及相關(guān) 疾病。甘油二酯簡稱甘二酯(DAG)，是由甘油和兩個脂肪酸酯化后得到的，是天然植物油 脂中的微量成分及人體內(nèi)脂肪代謝的內(nèi)源中間產(chǎn)物。制取富含甘油二酯油脂關(guān)鍵在于甘油 二酯制備。根據(jù)生產(chǎn)過程中使用催化劑不同，甘油二酯制取方法可分為化學(xué)法和生物酶法； 根據(jù)體系中油脂反應(yīng)機理不同，可分為甘油解法、水解法、水解_酯化聯(lián)用法。從現(xiàn)有信息 來看，甘油解法是生產(chǎn)甘油二酯最經(jīng)濟的方法，也是目前主要采用的方法?；瘜W(xué)溶劑使用在一定程度上提高了反應(yīng)速率，但不能從根本上改變酶法轉(zhuǎn)化率和 目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量低的現(xiàn)象；同時從工業(yè)生產(chǎn)的角度看，安全性降低，成本加大。采用CO2超臨 界體系具有的優(yōu)勢在于粘度低、溶解性高，超臨界狀態(tài)下流體CO2同時起到溶劑和催化劑的 作用，可避免其它方法出現(xiàn)中毒和催化劑失活的現(xiàn)象。另外，重要的是在該反應(yīng)環(huán)境下可阻 止甘油解逆反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服生產(chǎn)甘油二酯難的問題，以便適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，滿足市場的需求，我們 提出了一種經(jīng)過改進(jìn)的生產(chǎn)工藝將大豆一級油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油以一定摩爾比加入到150mL不銹鋼高壓 釜中，添加一定量的脂肪酶Lipozyme RMim快速攪拌，加入微量的水，密封高壓釜，通入CO2 進(jìn)行試漏，再用CO2置換不銹鋼高壓釜中的空氣。置換完成后，控制溫度在32°C條件下，充 入CO2壓力為7. 5MPa，保證反應(yīng)過程處于超臨界狀態(tài)。在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器加熱 到一定溫度后，調(diào)節(jié)一定的轉(zhuǎn)速，恒溫反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束后，將不銹鋼高壓釜冷卻至 室溫，放出氣體，打開高壓釜，取出流體物，用離心機離心分離除去催化劑，得反應(yīng)產(chǎn)物，取 反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行薄層層析，觀察薄層層析圖，然后進(jìn)行液相測定，得出甘油二酯百分含量。本發(fā)明的有益點是1、超臨界二氧化碳的使用提高了反應(yīng)速率，從而改變了酶法轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物 產(chǎn)量低的現(xiàn)象。得到反應(yīng)產(chǎn)物中甘油二酯含量可達(dá)70.2%，其中1，3_甘油二酯含量可占 48. 8%。2、超臨界體系粘度低、溶解性高，超臨界狀態(tài)下流體二氧化碳同時起到溶劑和催 化劑的作用，是非極性分子，可避免其它方法出現(xiàn)中毒和催化劑失活的現(xiàn)象。另外，重要的是在該反應(yīng)環(huán)境下可阻止甘油解逆反應(yīng)，從而提高了甘油二酯的含量。本發(fā)明的步驟如下步驟一將大豆一級油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油以1 1 3 1的摩爾比分別 加入到150mL不銹鋼高壓釜中，添加一定量的脂肪酶Lipozyme RMim快速攪拌，加入微量的 水，密封高壓釜，通入CO2進(jìn)行試漏，再用CO2置換不銹鋼高壓釜中的空氣。置換完成后，控 制溫度在32°C條件下，充入CO2壓力為7. 5MPa，保證反應(yīng)過程處于超臨界狀態(tài)。在集熱式 恒溫加熱磁力攪拌器加熱到一定溫度后，調(diào)節(jié)一定的轉(zhuǎn)速，恒溫反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束 后，將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開高壓釜，取出流體物，用離心機離心分離除 去催化劑，得反應(yīng)產(chǎn)物，取反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行薄層層析，觀察層析圖，然后進(jìn)行液相測定，得出甘 油二酯百分含量，確定底物摩爾比；步驟二 選擇脂肪酶Lipozyme RM 添加量分別為2% 4%，過程同步驟一，確定 脂肪酶Lipozyme RMim添加量；步驟三選擇甘油含水量分別為0% 4%，過程同步驟一，確定甘油含水量；步驟四選擇反應(yīng)溫度分別為50 75°C，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)溫度；步驟五選擇反應(yīng)時間分別為5 9h，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)時間；步驟六選擇攪拌速度分別為80 160r/min，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)攪 拌速度；本發(fā)明的關(guān)鍵是制備甘油二酯條件的確定，包括底物大豆油/甘油的摩爾比、加 酶量、加水量、反應(yīng)溫度、時間和攪拌速度。按照最佳工藝參數(shù)試驗，得到反應(yīng)產(chǎn)物中甘油二 酯含量為70.2%，其中1，3-甘油二酯含量達(dá)48.8%。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的步驟如下步驟一將大豆一級油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油以1 1 3 1的摩爾比分別 加入到150mL不銹鋼高壓釜中，添加一定量的脂肪酶Lipozyme RMim快速攪拌，加入微量的 水，密封高壓釜，通入CO2進(jìn)行試漏，再用CO2置換不銹鋼高壓釜中的空氣。置換完成后，控 制溫度在32°C條件下，充入CO2壓力為7. 5MPa，保證反應(yīng)過程處于超臨界狀態(tài)。在集熱式 恒溫加熱磁力攪拌器加熱到一定溫度后，調(diào)節(jié)一定的轉(zhuǎn)速，恒溫反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束 后，將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開高壓釜，取出流體物，用離心機離心分離除 去催化劑，得反應(yīng)產(chǎn)物，取反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行薄層層析，觀察層析圖，然后進(jìn)行液相測定，得出甘 油二酯百分含量，確定底物摩爾比；步驟二 選擇脂肪酶Lipozyme RM 添加量分別為2% 4%，過程同步驟一，確定 脂肪酶Lipozyme RMim添加量；步驟三選擇甘油含水量分別為0% 4%，過程同步驟一，確定甘油含水量；步驟四選擇反應(yīng)溫度分別為50 75°C，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)溫度；步驟五選擇反應(yīng)時間分別為5 9h，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)時間；步驟六選擇攪拌速度分別為80 160r/min，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)攪 拌速度；具體實施方法二 本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟一中將大豆一級
4油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油以1.5 1 2.5 1的摩爾比分別加入到150mL不銹鋼高壓 釜中，其它組成和步驟與具體實施方法一相同；具體實施方法三本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟二中選擇脂肪酶 Lipozyme RMim添加量分別為2. 5% 3. 5%，其它組成和步驟與具體實施方法一相同；具體實施方法四本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟三中選擇甘油含 水量分別為0% 2%，其它組成和步驟與具體實施方法一相同；具體實施方法五本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟四中選擇反應(yīng)溫 度分別為60 75°C，其它組成和步驟與具體實施方法一相同；具體實施方法六本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟五中選擇反應(yīng)時 間分別為7 9h，其它組成和步驟與具體實施方法一相同；具體實施方法七本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟六中選擇攪拌速 度分別為100 140r/min，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。
權(quán)利要求
一種以二氧化碳為溶劑，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征步驟如下步驟一將大豆一級油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油以1∶1～3∶1的摩爾比分別加入到150mL不銹鋼高壓釜中，添加一定量的脂肪酶Lipozyme RMIM快速攪拌，加入微量的水，密封高壓釜，通入CO2進(jìn)行試漏，再用CO2置換不銹鋼高壓釜中的空氣。置換完成后，控制溫度在32℃條件下，充入CO2壓力為7.5MPa，保證反應(yīng)過程處于超臨界狀態(tài)。在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器加熱到一定溫度后，調(diào)節(jié)一定的轉(zhuǎn)速，恒溫反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束后，將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開高壓釜，取出流體物，用離心機離心分離除去催化劑，得反應(yīng)產(chǎn)物，取反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行薄層層析，觀察層析圖，然后進(jìn)行液相測定，得出甘油二酯百分含量，確定底物摩爾比；步驟二選擇脂肪酶Lipozyme RMIM添加量分別為2％～4％，過程同步驟一，確定脂肪酶Lipozyme RMIM添加量；步驟三選擇甘油含水量分別為0％～4％，過程同步驟一，確定甘油含水量；步驟四選擇反應(yīng)溫度分別為50～75℃，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)溫度；步驟五選擇反應(yīng)時間分別為5～9h，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)時間；步驟六選擇攪拌速度分別為80～160r/min，過程同步驟一，確定甘油解反應(yīng)攪拌速度；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘 油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟一中大豆一級油和經(jīng)分子篩脫水后的甘油 以2 1 2. 5 1的摩爾比加入到150mL不銹鋼高壓釜中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化 甘油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟二中脂肪酶Lipozyme RMim添加量為 2. 5% 3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘 油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟三中甘油含水量為O 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘 油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟四中反應(yīng)溫度為60 65°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘 油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟五中反應(yīng)時間為7 8h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶催化甘 油解反應(yīng)制備甘油二酯的方法，其特征在于步驟六中攪拌速度為120 140r/min。
全文摘要
甘油二酯(diglyceride，DAG)是油脂的天然成分，含量在5％左右，是天然油脂中功能較強的成分，根據(jù)酰基與甘油羥基結(jié)合的位置不同可將其分為1，2-DAG和1，3-DAG兩類，其中1，3-DAG活性功能較好。近年來，以天然油脂為原料，制取DAG的方法有甘油解法、水解法、水解-酯化聯(lián)用法等。目前主要采用的是甘油解法，但反應(yīng)得率低，且1，3-DAG含量少。超臨界狀態(tài)下CO2流體同時起到溶劑和催化劑的作用，可有效避免催化劑中毒、失活等現(xiàn)象。另外，重要的是在該反應(yīng)環(huán)境下可阻止甘油解逆反應(yīng)。此方法生成產(chǎn)物中的甘油二酯含量為70.2％，其中1，3-DAG含量可達(dá)48.8％。
文檔編號C12P7/64GK101948885SQ20101029228
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者于殿宇, 侯俊才, 孫博, 李紅玲, 江連洲, 王立琦, 胡立志, 陳曉慧 申請人:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)