CN101200754A - 无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法 - Google Patents

无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生产植物甾醇酯的方法。无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)固定化全细胞酶的制备；2)酯化：将油酸、月见草油或食用大豆油中加入甾醇和固定化全细胞酶，置于水浴恒温振荡器中在温度40～60℃、转速100～300r/min的条件下进行酯化反应，反应时间46～50h，得酯化后的反应产物；其中，油酸、月见草油或食用大豆油与甾醇的质量比为3～7∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)油酸、月见草油或食用大豆油，(2)甾醇，二种质量之和的1.0～1.7％；3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，离心后的上层液为植物甾醇酯产品。本发明工艺制作简单、成本低、多次使用、环保并可适于工业化生产。

Description

无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法
技术领域
本发明涉及一种生产植物甾醇酯的方法。
背景技术
植物甾醇是一种具有生理功能的天然产物。许多文献报道甾醇起到预防心血管疾病的作用，因为它能有效降低有害低密度胆固醇(LDL)的水平，但游离甾醇在水和油中的溶解度小限制了它的应用，植物甾醇在应用中存在以下问题：1)结晶形式使其在人体内的溶解性和生物可利用性比较差；2)不溶于水，在油中的溶解度也很小，给应用于食品工业带来困难。由于植物甾醇酯具有良好的脂溶性，所以将植物甾醇与脂肪酸酯化后转化成油溶性的植物甾醇酯，能够解决在食品工业中应用的限制。另外由于油酸等脂肪酸本身就具有很好的生理功能，所以脂肪酸的甾醇酯则可兼具两者的功效，降低血清胆固醇和甘油三酯效果更佳，能更好地发挥植物甾醇的生理功能。
目前植物甾醇酯一般采用化学法合成和酶法催化合成两种方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作工序简单、成本低的无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成102～104孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉2.0％，菜籽油0.3～0.6％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.2～95.5％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成3～5mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加1～3ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.3～0.5g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，26～30℃条件下培养40～60h；取出长满葡枝根霉(Rhizopusstolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶，备用；
2)酯化：将油酸、月见草油或食用大豆油中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度40～60℃、转速100～300r/min的条件下进行酯化反应，反应时间46～50h，得酯化后的反应产物；其中，油酸、月见草油或食用大豆油与甾醇的质量比为3～7∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)油酸、月见草油或食用大豆油，(2)甾醇，二种质量之和的1.0～1.7％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，得固定化全细胞酶，可重复使用。
步骤3)所述的离心分离的条件是：2000～4000rpm，离心10～20min。
步骤3)所述的冷冻干燥的条件是：-10～0℃，1mbar，干燥时间3～5小时。
本发明与化学合成法相比，无溶剂全细胞酶催化合成有2个优点：1)反应选择性高，反应过程中副产物少；2)反应条件温和，整个生产过程在常温下进行，可以有效避免多元不饱和脂肪酸的氧化。本发明与有机相脂肪酶合成法相比，无溶剂全细胞酶催化合成有2个优点：1)采用全细胞，免除了脂肪酶的分离、提取、纯化和固定化等复杂工序，是克服目前脂肪酶生产、应用成本高的有效途径之一；2)无溶剂体系可以在生产过程中，不需要任何有机溶剂。这不仅可以在生产工艺中免除了有机溶剂脱除，是一种绿色环保的工艺路线。有利于今后的产品开发；而且不会产生不利于消费者身体健康的残余有机溶剂。
产生脂肪酶的生物全细胞作为催化剂(简称固定化全细胞酶)，即将产脂肪酶的微生物细胞固定在聚氨酯泡沫颗粒中，进行发酵培养后，收集聚氨酯泡沫颗粒，经过简单处理后即可作为一种生物催化剂，催化脂肪酸、油脂和植物甾醇转化生成植物甾醇酯。
本发明的有益效果是：
1)制作简单：本发明制作工序简单，不需要复杂设备；将供试菌株进行发酵培养后，收集固定菌体进行干燥。
2)降低成本：以固定化全细胞酶催化剂的形式利用脂肪酶，既省去了脂肪酶的分离提取、纯化和固定等工序，也避免在此过程中的酶损失，节省了大量设备投资、运行费用，适用于工业化生产。
3)技术先进：固定化全细胞酶催化剂代替脂肪酶用于转酯催化剂；本发明采用大分子载体，固定后的葡枝根霉细胞容易收集而且具有脂肪酶活性。
4)多次使用：采用固定化全细胞酶催化剂回收率高，可重复使用。
5)环保：无溶剂，具有很强的环保概念，且可以解决化学方法难以解决的问题。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成102孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过30目)2.0％，菜籽油(市售)0.3％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.5％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成3mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加1ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.3g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，26℃条件下培养40h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将油酸中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度40℃、转速100r/min的条件下进行酯化反应，反应时间46h，得酯化后的反应产物；其中，油酸与甾醇的质量比为3∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)油酸，(2)甾醇，二种质量之和的1.0％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，4000rpm，20min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，-10℃，1mbar，干燥时间5小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。植物甾醇酯产品经气相色谱测定甾醇的酯化率为62.2％。
实施例2：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成103孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过40目)2.0％，菜籽油(市售)0.5％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.3％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成4mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加3ml葡枝根霉(Rhizopus stoloniifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.4g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，28℃条件下培养48h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将油酸中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度50℃、转速200r/min的条件下进行酯化反应，反应时间48h，得酯化后的反应产物；其中，油酸与甾醇的质量比为5∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)油酸，(2)甾醇，二种质量之和的1.5％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，2000rpm，离心10min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品，离心后的固体物冷冻干燥，0℃，1mbar，干燥时间5小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。
实施例3：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成103孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过30～50目)2.0％，菜籽油(市售)0.5％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.3％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成4mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加2ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.4g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，28℃条件下培养48h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将月见草油中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度50℃、转速200r/min(转/分钟)的条件下进行酯化反应，反应时间48h，得酯化后的反应产物；其中，月见草油与甾醇的质量比为5∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)月见草油，(2)甾醇，二种质量之和的1.5％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，3000rpm，离心15min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，0℃，1mbar，干燥时间3小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。植物甾醇酯产品经气相色谱测定甾醇的酯化率为55.5％。
实施例4：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成104孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过50目)2.0％，菜籽油(市售)0.6％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.2％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成5mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加3ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.5g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，30℃条件下培养60h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stoloniifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将月见草油中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度60℃、转速300r/min的条件下进行酯化反应，反应时间50h，得酯化后的反应产物；其中，月见草油与甾醇的质量比为7∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)月见草油，(2)甾醇，二种质量之和的1.7％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，4000rpm，离心20min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，0℃，1mbar，干燥时间4小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。
实施例5：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成104孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过50目)2.0％，菜籽油(市售)0.6％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.2％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成5mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加3ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.5g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，30℃条件下培养60h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将食用大豆油中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度60℃、转速300r/min的条件下进行酯化反应，反应时间50h，得酯化后的反应产物；其中，食用大豆油与甾醇的质量比为7∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)食用大豆油，(2)甾醇，二种质量之和的1.7％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，4000rpm，离心20min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，-10℃，1mbar，干燥时间5小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。植物甾醇酯产品经气相色谱测定甾醇的酯化率为39.0％。
实施例6：
无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将市售的葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成103孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉(烘干后粉碎，过40目)2.0％，菜籽油(市售)0.4％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.4％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成4mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加2ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.4g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，28℃条件下培养48h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶(催化剂)，备用；
2)酯化：将食用大豆油中加入甾醇和固定化全细胞酶，加塞后置于水浴恒温振荡器中在温度48℃、转速200r/min的条件下进行酯化反应，反应时间48h，得酯化后的反应产物；其中，食用大豆油与甾醇的质量比为5∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)食用大豆油，(2)甾醇，二种质量之和的1.5％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，3000rpm，离心15min，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，0℃，1mbar，干燥时间5小时，得固定化全细胞酶，可重复使用。

Claims (3)

1.无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)固定化全细胞酶的制备：
(1)将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)按常规方法配制成102～104孢子悬浮液，得葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，备用；
(2)摇瓶培养基配制：按各组份所占质量百分比：全脂豆粉2.0％，菜籽油0.3～0.6％，磷酸氢二钾1.2％，硫酸铵0.3％，硫酸镁0.3％，磷酸二氢钠0.4％，水95.2～95.5％；选取全脂豆粉、菜籽油、磷酸氢二钾、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠和水混合，得摇瓶培养基，备用；
(3)将聚氨酯剪切成3～5mm泡沫颗粒，备用；
(4)按100ml摇瓶培养基中加1～3ml葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)孢子悬浮液，100ml摇瓶培养基中加聚氨酯泡沫颗粒0.3～0.5g，将葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)和聚氨酯在摇瓶培养基中，26～30℃条件下培养40～60h；取出长满葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)的聚氨酯泡沫颗粒，真空干燥，得固定化全细胞酶，备用；
2)酯化：将油酸、月见草油或食用大豆油中加入甾醇和固定化全细胞酶，置于水浴恒温振荡器中在温度40～60℃、转速100～300r/min的条件下进行酯化反应，反应时间46～50h，得酯化后的反应产物；其中，油酸、月见草油或食用大豆油与甾醇的质量比为3～7∶1；固定化全细胞酶为下述：(1)油酸、月见草油或食用大豆油，(2)甾醇，二种质量之和的1.0～1.7％；
3)离心分离、干燥：将酯化后的反应产物离心分离，离心后的上层液为植物甾醇酯产品；离心后的固体物冷冻干燥，得固定化全细胞酶催化剂。
2.根据权利要求1所述的无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于：步骤3)所述的离心分离的条件是：2000～4000rpm，离心10～20min。
3.根据权利要求1所述的无溶剂系统中固定化全细胞酶催化生产植物甾醇酯的方法，其特征在于：步骤3)所述的冷冻干燥的条件是：-10～0℃，1mbar，干燥时间3～5小时。
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