CN101294170B - 一种利用脂肪酶水解油脂生产脂肪酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用脂肪酶水解动植物油脂或废弃动植物油脂生产脂肪酸的方法。本发明使用脂肪酶在乳化剂存在下进行水解反应，水解率达到90％以上。本发明的酶法在温和条件下进行，克服了现有碱皂化、高温高压连续裂解及中压裂解反应的缺陷，具有能耗小，设备造价低，无污染排放，对原料适应面宽的优点。因此，本发明的酶法具有广阔的应用前景。

Description

一种利用脂肪酶水解油脂生产脂肪酸的方法

【技术领域】

本发明涉及生物技术领域。更具体地，本发明涉及一种利用脂肪酶生产脂肪酸的方法。

【背景技术】

脂肪酸是重要的化工、日化、轻工、制药、食品原料，特别在日化，表面活性剂合成，食品中应用广泛。过去脂肪酸主要是以动植物油为原料，经物理、化学方法水解生产，反应需加温、加压，甚至高温高压(如连续裂解法需要250℃、5.5MPa)，或强碱性条件下进行(碱皂化法)。物化法解脂不但能耗高，而且由于反应条件剧烈，对设备要求很高，另外激烈的反应条件会使副反应增加，副产物增多，影响产品的质量和收率。

80年代后期，日本率先推出脂肪酶水解油脂新工艺(日本专利公开号，JP 84091883，1984年5月5日)。该发明报道了利用多孔疏水材料吸附固定脂肪酶，用来水解油脂。1987年，美国一发明专门报道了利用固定化脂肪酶水解油脂的具体工艺(United State Patent 4678580；Publication Date：July 7，1987)。

酶法解脂是在25-55℃，pH中性的温和条件下反应的，克服了传统物化工艺反应条件激烈的弊端，尤其适合富含不饱和脂肪酸，易聚合及氧化的油脂加工。但酶法解脂水解率较低(酶法解脂水解率普遍为70％，而高压连续水解率达到96％以上)，反应时间较长(1-3天)，酶价格昂贵等不足。

我国尚未建立或引进脂肪酶水解油脂的生产技术，也未见相关适合工业化生产的专利。仅见几篇研究型文章说明了利用游离型或固定化型脂肪酶(酯酶)可以进行油脂水解(顾文玲.脂肪酶油脂水解技术的研究进展.西部粮油，1998，23(6)：31-35；曹国民.蚕丝固定化脂肪酶催化橄榄油水解.石油化工高等学校学报，1997，10(6)：35-37；等)，研究的水解条件也只限于酶用量、油水比、pH、搅拌速度等，关于采用乳化剂增加水解率与加速反应进程也未曾报道。

本发明提供了利用几种脂肪酶及其固定化酶水解油脂生产脂肪酸的新工艺，而且采用在催化水解的反应体系中添加乳化剂，极大加快了反应进程，提高了水解率。

【发明内容】

[发明要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种利用脂肪酶生产脂肪酸的方法。

[技术方案]

本发明涉及一种脂肪酸的生产方法。本发明是通过下述方式实现的：

一种利用脂肪酶水解油脂生产脂肪酸的方法，其特征在于该方法的步骤如下：

(i)选取动、植物油或它们的皂脚、油脚原料，按照每克原料为50-100U脂肪酶往其原料加入所述的脂肪酶，在每重量份所述原料为0.05-0.2重量份乳化剂的存在下，在所述原料与水的重量比1∶0.2-1.2、水相pH 5.5-7.0、35-55℃与100-130转/分振荡的条件下进行水解反应12-36h；

(ii)步骤(i)得到的反应液用酸溶液进行酸化，使水相的pH值达到3.5-5.5，然后加热至60-80℃，静置分层，得到含有6.1-8.3重量％甘油的水相与含少量水的粗脂肪酸相；

(iii)步骤(ii)得到的含少量水的粗脂肪酸相在真空度90.6-93.3KPa下进行减压水蒸汽蒸馏，收集200-240℃馏分为所述的脂肪酸。

在本发明的意义上，所述的动、植物油应该理解是传统意义上所说的存在于动物体内的脂肪(主要成分为甘油三酯)和从含油植物提取的油脂，例如猪油、菜籽油等。所述的皂脚、油脚原料应该理解是榨油精炼后的沉淀物称为油脚，油脚通常做为制皂业的原料，油脂(脚)经皂化反应后，反应釜的上层是纯净的皂基，可用来制造肥皂，香皂等，下层是皂脚，皂脚可以在碱析时回用，例如菜籽油脚。

在本发明中，所述的原料一般选自猪油、菜子油、大豆油、花生油、棉籽油、椰子油、棕榈油或大豆油脚、皂脚。

优选地，所述的原料选自菜子油、大豆油、棉籽油、棕榈油或大豆油脚、皂脚。

更优选地，所述的原料选自菜子油、大豆油、棉籽油或大豆油脚、皂脚。

在本发明中，所述的脂肪酶是酯酶，Candida rugosa脂肪酶，Candidaantarctica脂肪酶假丝酵母415脂肪酶及固定化脂肪酶。

所述的酯酶例如是南通易行通有限公司以商品名酯酶销售的产品。

所述的Candida rugosa脂肪酶例如是Sigma公司以商品名LIPASETYPE VII FROM CANDIDA RUGOSA脂肪酶销售的产品。

所述的Candida antarctica脂肪酶例如是诺维信公司以商品名NOVOZYM435销售的产品。

所述的假丝酵母415脂肪酶例如是无锡酶制剂厂以商品名雪梅牌脂肪酶销售的产品。

所述固定化的脂肪酶为诺维信公司以商品名LIPOZYME TLIM销售的产品。

按照一种优选实施方式，步骤(i)中所述原料与水的重量比优选地为1∶0.1-1.0。

更优选地，所述原料与水的重量比为1∶0.2-0.6。

按照另一种优选实施方式，该步骤中所述水相pH优选地为4.5-7.0，反应温度为35-55℃。

更优选地，在步骤(i)水解反应时所述水相pH为5.5-6.5，反应温度为40℃。

步骤(i)水解反应优选地是18-30小时。

在本发明中，所述水解反应所达到的油脂的水解率是按照下式计算得到的：

油脂皂化价的检测方法参照GB/T5534-1995《动植物油脂皂化值的测定》。

根据本发明的方法，所述的水解率最高可以达到96％，所述水解反应24小时可以达到90％以上。

在本发明的意义上，所述的乳化剂应该理解是一类表面活性剂，为乳浊液的稳定剂。例如，所述的乳化剂是一种或多种选自山梨醇酐油酸酯(Span80)、吐温-80、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或硬脂酸钠的乳化剂。

优选地，所述的乳化剂是一种或多种选自山梨醇酐油酸酯、吐温-80、十二烷基磺酸钠或硬脂酸钠的乳化剂。

更优选地，所述的乳化剂是一种或多种选自吐温-80、十二烷基磺酸钠或硬脂酸钠的乳化剂。

优选地，所述乳化剂的添加量为每重量份原料为0.08-0.18重量份乳化剂。

更优选地，所述乳化剂的添加量为每重量份原料为0.1-0.15重量份乳化剂。

所述的乳化剂是一次加入或分2-5次加入。

在本发明中，步骤(i)得到的反应液用酸溶液进行酸化，使水相的pH值达到3.5-5.5，使用的酸溶液选自硫酸、磷酸、盐酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸溶液。

优选地，所述的酸溶液选自硫酸、盐酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸溶液。

所述酶催化步骤中使用的酸溶液选自硫酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸溶液。

所述酸溶液的浓度是1N-6N。优选地，所述酸溶液的浓度是2N-4N。

步骤(ii)得到的含有甘油的甜水水相，与传统碱法皂化相比，这种甜水水相含盐量很低，采取蒸发浓缩、蒸馏脱色，即可得到95％以上的精制甘油。

在步骤(iii)中，减压水蒸汽蒸馏使用的是普通实验室使用的蒸馏设备，它们由真空泵、电加热装置、搅拌器、蒸馏烧瓶和冷凝管组成。真空泵是由常州华东真空泵厂以商品名ZX-4型旋片式真空泵销售的产品，电加热装置是北京中兴伟业仪器有限公司以商品名ZDHW型调温电热套销售的产品，搅拌器是由江苏金坛市江南仪器厂以商品名JJ-1型精密增力电动搅拌器销售的产品，蒸馏烧瓶和冷凝管是由天津光明玻璃仪器有限公司以商品名蒸馏烧瓶销售的产品。

采用本发明方法所得到的产物进行了分析：

酸度分析：采用酸碱滴定法，使用0.2N KOH溶液滴定水解后的油样得到酸价，其酸价与油脂反应前的皂化价的比为水解率。

色谱分析：将油脂水解后的脂层提取出来，利用气相色谱法检测出脂层中的脂肪酸含量，与标准脂肪酸的气相色谱图比较，计算脂层中含有的脂肪酸的量。

色谱条件：岛津GC-2010气相色谱检测仪，色谱柱为DB-1HT，柱箱程序升温条件为：初始100℃；100-180℃，20℃/min；180-360℃，45℃/min，保留50min。

由上述分析方法所得到的结果证明，采用本发明方法所得到的产物主要是亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸。

[有益效果]

本发明在酶法解脂体系中加入乳化剂，提高了水解率，最高可达96％，使用乳化剂增加了水分子与油的碰撞机会，提高了反应速率，在本发明的条件下在24小时内水解率达到90％以上，而现有技术在同样条件下水解率只是达到70％左右。因此，本发明解决了酶法水解油脂水解率低，水解时间长的缺点。

另外，本发明的酶用量仅为40-60U(水解橄榄油活力)/克油脂，酶用量少，降低了酶法解脂的生产成本，利于酶法水解油脂生产脂肪酸的工业化应用。

本方法特别适合于生产多不饱和脂肪酸，特别是易聚合及氧化的脂肪酸。而且可利用该方法和固定化脂肪酶催化脂肪酸-低碳醇酯化相结合生产生物柴油，应用在生物能源领域。

采用本发明方法生产脂肪酸获得副产物甘油甜水，它的甘油浓度高，含盐量低，经蒸馏脱色即可得到高纯度甘油。

【具体实施方式】

下述实施例非限制性地说明本发明利用脂肪酶生产脂肪酸。本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明做出各种变化和修改，但所有等效的技术方案都属于本发明的范畴，本发明保护范围是由本申请权利要求书所限定的。

实施例1

在50ml磨口带塞的锥形瓶中加入2克市售的口福牌豆油，然后加入1.2ml用pH6-pH7磷酸缓冲溶液配制的酶液(油与水重量比为1∶0.6，酶粉为无锡酶制剂厂生产的脂肪酶粉，酶活80U/ml)，用2N NaOH溶液将水相的pH调节到6.0，在40℃与130转/分条件下进行振荡反应36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法测定其酸价为125mgKOH/g油，根据上述方法计算得到水解率为62.5％。

得到的水解液用2N硫酸进行酸化，使水相的pH值达到4.5，然后加热至68℃，静置分层，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法测水相中甘油含量为4.8％。

含少量水的粗脂肪酸用上述的蒸馏设备在真空度92.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分，得到所述的脂肪酸。

采用色谱分析分析方法，测定该脂肪酸主要是亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸。

实施例2

在250ml磨口带塞的锥形瓶中加入10克秦皇岛金海粮油工业有限公司以商品名棕榈油销售的棕榈油，然后加入0.1g NOVOZYM435(酶活10000 PLU/g，PLU/g指每1g酶生成的月桂酸丙酯单位)，用pH6-7的磷酸缓冲溶液调节油与水的重量比为1∶0.2，加入硬脂酸钠1.4g，用2NNaOH溶液将水相的pH调节到5.7，在45℃，130转/分振荡反应30h。得到的水解液采用酸度分析法测定其酸价为162mgKOH/g油，根据上述方法计算得到水解率为81％。

得到的水解液用3N硫酸进行酸化，使水相的pH值达到4.5，然后加热至70℃，静置分层，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法测水相中甘油含量为6.9％

将含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸馏设备在真空度90.6-93.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分，得到所述的脂肪酸。采用色谱分析分析方法，测定该脂肪酸主要是棕榈酸、油酸和亚油酸

实施例3

在2000ml四口反应釜中加入1000克秦皇岛金海粮油工业有限公司销售的大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸缓冲溶液配制的酶液(油与水重量比为1∶0.6，酶粉为无锡酶制剂厂生产的脂肪酶粉，酶活80U/ml)，硬脂酸钠140g，用2N NaOH溶液控制水相pH为6.5-7.0，在40℃，100转/分搅拌反应36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法测定其酸价为143 mgKOH/g油，根据上述方法计算得到水解率为71.5％。

得到的水解液用3N硫酸进行酸化，使水相的pH值达到4.5，然后加热至65℃，静置分层，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法测水相中甘油含量为6.1％。

将含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸馏设备在真空度90.6-93.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分，即所述的脂肪酸。采用色谱分析分析方法，测定该脂肪酸主要是油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸。

实施例4

在2000ml四口反应釜中加入1000克秦皇岛金海粮油工业有限公司销售的大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸缓冲溶液配制的酶液(油与水重量比为1∶0.6，酶粉为无锡酶制剂厂生产的脂肪酶粉，酶活80U/ml)，十二烷基磺酸钠136g分三次加入，具体时间为反应每隔二小时加45g，共三次，用2N NaOH溶液控制水相pH为6.5-7.0，在40℃，100转/分搅拌反应36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法测定其酸价为193mgKOH/g油，根据上述方法计算得到水解率为96.5％。

得到的水解液用3N硫酸进行酸化，使水相的pH值达到4.5，然后加热至60-80℃，静置分层，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法测水相中甘油含量为8.3％

将含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸馏设备在真空度90.6-93.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分，即所述的脂肪酸。采用色谱分析分析方法，测定该脂肪酸主要是油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸。

实施例5

在2000ml四口反应釜中加入1000克秦皇岛金海粮油工业有限公司销售大豆酸化油，加入600ml用pH6-pH7磷酸缓冲溶液配制的酶液(油与水重量比为1∶0.6，酶粉为无锡酶制剂厂生产的脂肪酶粉，酶活80U/ml)，硬脂酸钠140 g分三次加入，具体时间为反应每隔二小时加46g，共三次，用2N NaOH溶液控制水相pH为6.5-7.0，在40℃，100转/分搅拌反应36h。得到的脂肪水解液采用酸度分析方法测定其酸价为184mgKOH/g油，根据上述方法计算得到水解率为92％。

得到的水解液用3N硫酸进行酸化，使水相的pH值达到4.5，然后加热至60-80℃，静置分层，放出水相(含有甘油的甜水)，即可得到含少量水的粗脂肪酸。使用高碘酸法测水相中甘油含量为7.9％。

将含少量水的粗脂肪酸相用上述的蒸馏设备在真空度90.6-93.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分，即所述的脂肪酸。采用酸度分析法测得酸价为198mgKOH/g油

采用色谱分析分析方法，测定该脂肪酸主要是油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸。

Claims (5)

1.一种利用脂肪酶水解油脂生产脂肪酸的方法，其特征在于该方法的步骤如下：

(i)选取动、植物油或它们的皂脚、油脚原料，按照每克原料为50-100U脂肪酶往其原料加入所述的脂肪酶，在每重量份原料为0.05-0.2重量份乳化剂的存在下，在所述原料与水的重量比1∶0.2-1.2、水相pH 5.5-7.0、35-55℃与100-130转/分振荡的条件下进行水解反应12-36小时；

所述的脂肪酶是酯酶，Candida rugosa脂肪酶，Candidaantarctica脂肪酶及其固定化脂肪酶；

所述乳化剂是十二烷基磺酸钠或硬脂酸钠；

(ii)步骤(i)得到的反应液用2N-4N酸溶液进行酸化，使水相的pH值达到3.5-5.5，然后加热至60-80℃，静置分层，得到含有6.1-8.3重量％甘油的水相与含少量水的粗脂肪酸相；

(iii)步骤(ii)得到的含少量水的粗脂肪酸相在真空度90.6-93.3KPa下进行减压蒸馏，收集200-240℃馏分为所述的脂肪酸；

所述的原料选自猪油、菜子油、大豆油、花生油、棉籽油、椰子油、棕榈油或大豆油脚、皂脚。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的乳化剂是一次加入或分2-5次加入。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酶催化步骤中使用的酸溶液选自硫酸、磷酸、盐酸、醋酸、柠檬酸或酒石酸溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(i)的水解反应进行18-30小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(ii)得到的含有甘油的水相进行蒸发浓缩、蒸馏脱色得到精制甘油。