CN104245949A - 油脂水解用酶促方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供一种用于在均质混合物中酶促水解油脂的有效方法。本发明特别提供用于由脂肪生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中超过98％的脂肪可转化为期望产物。本发明还提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，在终产物中几乎无sn-区域二酰基甘油(DAG)且包括小于5％的sn-区域单酰基甘油(MAG)。

Description

油脂水解用酶促方法
技术领域
本发明涉及用于由脂肪生产油化学品(oleochemicals)如脂肪酸和甘油的有效且节约成本的方法。
背景技术
油脂为甘油三酯，典型地由甘油及饱和及不饱和脂肪酸组成。近年来这些越来越多地用于开发有竞争力的高效产品，既有利于消费者也有利于环境(Hill K,Pure and Applied Chemistry 72(2000)pp.1255–1264)。对于大部分进一步的使用，油脂必须分成所谓的油化学品类材料，主要是脂肪酸和甘油。发现中间体和单酰基甘油(MAG)、二酰基甘油(DAG)、脂肪酸甲基酯以及脂肪酸甲基酯的氢化产物(即，脂肪醇)在油脂化学工业中有巨大作用(Falbe等人,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,27(1988)pp.41-62)。
用以产生游离的脂肪酸(FAs)、MAGs和甘油的三酰基甘油(TAG)的水解是初级反应，由此产生的脂肪酸进一步被互酯化(interesterified)、酯转移(transesterified)或转化成高价态脂肪醇。这些基材接着用作生产洗涤和清洁剂、化妆品、表面活性剂、聚合物和润滑剂的中间体。存在许多有巨大商业价值的有用的单甘油酯如由脂肪酸和甘油合成的甘油单硬脂酰酯、甘油单油酸酯和甘油单蓖麻醇酸酯，每年共计超过10,000吨。
已通过使用催化剂在高温高压下商业化完成油的水解，如特威切尔法(Twitchell process)和高露洁法(Colgate-Emery process)。显色、副产物形成、聚合诱导和随后蒸馏的要求是这些方法的主要弊端。反应副产物与不期望的黑色和烧焦味道相关，因而需要专业技术(如分子蒸馏)除去颜色和副产物。该领域的快速发展已导致引入更温和的化学反应条件用于脂肪分解；然而，该方法的资本支出(CAPEX)仍旧非常高，且需要更好的技术。
油脂的水解，特别是利用脂肪酶作为生物催化剂的油脂的水解，提供了包括在常压低温下反应在内的几种优势。除了控制反应产生MAGs的可能性以外，还存在几种其它酶促方法的优势。然而，迄今为止，通过使用脂解酶的脂肪分解仅在实验性试验中进行。酶促方法由于成本高和反应时间长还未商业化。
Hammond等人(Journal of American Oil Chemist’s Society,67(1990),pp.761-765)描述了在约58天内90％脂解，其中在4天内仅实现10％的转化率。作者推测水解的缓慢速率可能是由于酶受到反应产物甘油的抑制。US5932458描述了使用从粉碎种子中回收的脂肪酶催化剂用于分解饱和度和羟基化程度不同的各种类型的油脂。
还研究了在60℃下在双相混合物庚烷-缓冲液pH 7.0中将微生物脂肪酶作为葵花油、大豆卵磷脂及其混合物水解的催化剂(Ferreira等人，Enzyme andMicrobial Technology,41(1-2)2007,pp.35-43)。使用膜结合脂肪酶在两相反应体系中的棕榈油的水解，MAGs的产率为32–50％(Tianwei Tan等人，Journal ofMolecular Catalysis B:Enzymatic,18(2002),pp.325-331)。Fernandesa MLM等人(Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,30(1)2004,pp.43-49)描述了在AOT/异辛烷反向微胞体系中由TLL脂肪酶催化的水解和合成反应。Bilyk等人(Journal of American Oil Chemist’s Society,68(1991),pp.320-323)报道了在20小时内在中等温度、仲胺的存在下通过使用真菌脂肪酶产生的76％的水解。还报道了在45℃下产率的进一步改进。
Kulkarni等人(Indian Journal of Biotechnology,4(2005),pp.241-245)报道了对蓖麻油酶促水解的反应器和反应条件的优化。Ramachandran等人(Biochemical Engineering Journal,34(2007),pp.228-235)描述了使用含固定化脂肪酶的填充床反应器用于研究不同油水解的动力学并用于改进水解反应中使用的脂肪酶的操作稳定性。Goswami等人(Bioresource technology,101(1)2010,pp.6-13)描述了表面活性剂增强的蓖麻油水解用于生产脂肪酸。Martinez等人描述了在连续流的超临界CO2中通过填充床反应器的芥花油水解(Biocatalysis and Biotransformation,12(2)2002,pp.147-157)。HelenaSovova等人描述了在填充床反应器中使用超临界CO2通过脂肪酶(Lipozyme)催化黑醋栗子油水解(Chemical Engineering Science,58(11)2003,pp.2339-2350)。
WO 91/016442和US5116745描述了用于将甘油三酯选择性水解为2-酰基甘油酯的方法。该方法使用一元低级烷基醇、缓冲液体系和1,3-脂肪酶。2-酰基单甘油酯可用于通过与酸酐的酯化作用和1,3-脂肪酶催化作用制备立体特异性的1,2-二酰基甘油酯或2,3-二酰基甘油酯。立体特异性的甘油三酯可由这些材料通过标准酯化反应在控制重排的条件下制备。
WO90/013656描述了两步酶促方法，其包括脂肪酶-催化的甘油三酯的酯转移，接着低温结晶化用于制备Ω-3脂肪酸显著富集的油基产品。该方法产生高度纯的单甘油酯的混合物，其中至少60％含有Ω-3脂肪酸。WO90/04033描述了用于通过脂肪酶催化的酯转移生产高纯度单甘油酯的方法。记载的方法包括将油或纯甘油三酯与醇类、少量水和脂肪酶混合。反应在温和条件下进行，产生高产率的β-单甘油酯产物。
US6500974描述了用于制备单甘油酯的方法，其中使脂肪酸和甘油在食品级极性溶剂的存在下反应并避免使用催化剂。Eitel Pastor等人(Biocatalysisand Biotransformation,12(2)1995,pp.147-157)描述了使用硬脂酸乙酯作为酰基供体在南极假丝酵母(Candida antarctica)脂肪酶(Novozym-435)的存在下使用极性不同的各种溶剂将甘油与硬脂酸直接酯化或酯转移。
在几乎所有的实例中，水解或者不完全，或者需要较长的反应时间(超过三天达到完全)。脂肪酶作为催化剂的效力通常被高生产和分离成本所抵消，以至于研究组不断地致力于增加酶的产率或酶的产量。另外，商业化应用已受到高酶耗、长反应时间和低生产率的限制，这已阻碍了成功的工业应用。
典型地，已使用水包油或油包水型乳液进行脂肪酶催化的酶促水解，其中如果使用游离形式的酶，酶溶液的再利用性会产生问题。另外，固定化酶制剂具有基质可达性(substrate accessibility)问题，其中在非均质介质中不良的基质扩散性限制了其有效的转化率。
现有技术的方法中没有提供以下三点期望的特性，即，酶催化的低成本、油的完全水解和酶的高度稳定性。在引用的现有技术中，没有尝试分离不完全水解的油(MAGs和DAGs)和FAs。
对于酶促单甘油酯合成的所有报道均主要集中在使用甘油的各种基质如蓖麻油、大豆油、椰子油、棕榈油、菜籽油、米糠的甘油解(glycerolysis)上。使用不同的油和甘油经甘油解生产MAG是昂贵的过程。
因此，需要开发出用于由油生产油化学品如脂肪酸和甘油的有效方法。该过程可为油和/或脂的水解的方法，该方法绕过了甘油介导的水解，即甘油解，并直接通过控制的油水解产生较高级的脂肪酸MAGs。
本公开的其它方面将阐述于说明书中的某一部分，该部分的发明从描述中显而易见，或可通过实施本发明而知晓。本发明在所附权利要求中阐述并特别指出，并且本公开不应理解为以任何方式限定权利要求的范围。下述详细描述包括本发明各种实施方案的示例性代表，其不限制所要求保护的本发明。附图构成本说明书的一部分，与描述一起，仅用于说明各种实施方案，并不限制本发明。
本申请中各种文献的引用并不是认可这些文献为本发明的现有技术。
本领域中公开的酶促水解方法没有记载油和水的均质混合物的形成。另外，该方法非常耗时，水解完成花费多达72小时。因此，本领域需要快速且较容易的方法用于在均质混合物中酶促水解油脂。
本发明提供一种用于脂肪、油以及油和脂的组合的水解的酶催化方法，该方法可在6小时内完成。
发明内容
因此，本发明提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域(sn-regio)单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油。
另外，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中所述混合物包括脂肪酸和甘油，其中混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)。
附图说明
以下附图构成本说明书的一部分并包括在内以说明本发明的各方面。通过参考附图并结合本文示出的具体实施方案的详细描述，可更好地理解本发明。
图1示出在均质介质中利用不同脂肪酶的蓖麻油的水解。
图2示出蓖麻油、叔丁醇和水的三相图。
图3示出不含溶剂和在不同极性有机溶剂中使用HypLIP(固定化疏绵状嗜热丝孢菌(Thermomyces langinousa)脂肪酶)在间歇式条件下6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。
图4示出油水解的半连续法的方案。
图5示出用于生产二酰基甘油和脂肪酸的连续法的方案。
图6示出sn-2单甘油酯和脂肪酸的生产方法。
图7示出了固定化脂肪酶柱的水解产物的HPLC-MS谱。
图8示出油水解导致sn-1(3)单甘油酯和脂肪酸生产的两步方案。
图9示出来自重排柱的水解产物的HPLC-MS谱。
图10示出用于油水解导致脂肪酸和甘油生产的三步PBR方案。
具体实施方式
本领域技术人员将意识到本文记载的发明除了具体记载的那些以外，可进行变型和改变。应该理解的是，本文记载的发明包括所有这些变型和改变。本发明还单独或共同包括本说明书中提及或指出的所有这些步骤、特征、组合物和化合物，所述步骤或特征的任意两种以上的任一或所有组合。
定义
为了方便起见，在进一步描述本发明之前，说明书、实施例和所附权利要求中采用的某些术语集中于此。这些定义应有利于本公开其他部分的阅读并被本领域技术人员所理解。除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。贯穿本说明书使用的术语如下定义，除非在特定情况下限定。
冠词"一"和所述/该用于指一个或超过一个(即至少一个)该冠词的语法上的主语。
术语"包括"、"包含"、"含有"、"特征在于"及其语法上的等同物以包含的开放式含义使用，意指可包括其它元素。不意欲将其理解为"仅由...组成”。
如本文使用的，“由...组成”及其语法上的等同物排出权利要求中未限定的任何元素、步骤或成分。
本文使用的术语“油化学品”是指源自植物、微生物或动物脂肪的物质。油化学品的实例包括但不限于脂肪酸、脂肪酸甲基酯(FAME)、脂肪醇、脂肪胺、甘油、醇乙氧基化物(alcohol ethoxylates)、醇硫酸盐、醇醚硫酸盐、季铵盐、单酰基甘油(MAG)、二酰基甘油(DAG)、结构化三酰基甘油(TAG)、糖酯，和其它油化学品。
用于本发明的术语“极性有机溶剂”是指允许溶质在溶解介质中离子化的有机溶剂。
术语"脂肪"应归属于其最广义的含义，从而包括油、脂肪和脂质。用于本说明书的术语“脂肪”是指甘油三酯、甘油和几种脂肪酸的任一种的三酯。
如本文使用的术语“区域选择性酶(regioselective enzyme)”意指酶对于脂质中脂肪酸在甘油骨架上的位置的选择性。
术语“区域选择性酶”和“特异性酶”可互换使用。
术语“基质混合物”是指包括脂肪、油或其混合物，极性有机溶剂和水的单相体系(均质混合物)，其中术语基质混合物与术语“反应混合物”可互换使用。
本发明不限于本文记载的具体实施方案限定的范围，仅意欲出于举例的目的。如本文所记载的，功能等同的产品、组合物和方法明显在本发明范围内。
本发明涉及有效且节约成本的用于生产油化学品如脂肪酸，甘油，和/或来自油、脂肪或其混合物的sn-区域单酰基甘油(sn-区域MAG异构体)的方法。这些水解产物在油化学品工业中具有巨大的潜力。
本发明特别公开了通过采用固定化脂肪酶和单相基质混合物的油、脂肪或其混合物水解的有效的方法，其中极性有机溶剂用于将油溶入水中。本发明进一步公开了包括多步骤的水解方法，借助这些步骤可控制水解方法以获得脂肪酸、甘油和/或sn-区域单酰基甘油产率。
此外，公开于本发明的方法导致在所选介质中的酶，即固定化脂肪酶的再利用性和稳定性增强。
如本发明中公开的油化学品的生产方法包括使包括基质混合物的单相体系进行第一酶促水解以获得部分水解产物，使部分水解产物经过阳离子交换树脂处理以获得第一产物，使第一产物进行第二酶促水解以获得第二产物，并通过蒸馏第一产物或第二产物将油化学品/脂肪酸从所述产物中分离以获得浓缩产物混合物并回收有机溶剂，通过离心或提取方法、采用非极性水不溶性有机溶剂，从所述浓缩产物中回收游离的脂肪酸和甘油，其中基质混合物通过将脂肪、油或其混合物与水和极性有机溶剂混合来制备，其中酶被固定化。
公开于本说明书中的极性有机溶剂的使用允许形成脂肪和水的均质混合物的，其可通过脂肪酶起作用，从而在水解反应完成时产生匀浆。
本文公开的由脂肪生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法在两个小时内进行完全水解，并且可由第一酶促水解获得的脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油来生产脂肪酸和甘油的方法需要三个小时完成。因此，脂肪完全水解为脂肪酸和甘油可在少于6小时内完成。
涉及将来自脂肪的脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油水解为脂肪酸和甘油的本说明书公开的第二水解步骤允许产生几乎无sn-区域二酰基甘油(DAG)的水解产物，仅有微量的该化合物存在于终产物中。观察到的主反应产物为脂肪酸和甘油，其中水解产物中包括小于5％的sn-区域单酰基甘油(MAG)。
本发明的实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，且其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油。
在本发明的实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的所述水解产物用固体酸催化剂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中所述混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包含脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的所述水解产物用固体酸催化剂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中所述混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中该固体酸催化剂选自由沸石、粘土、阳离子酸离子交换树脂、SO4-氧化物、无定形混合氧化物和杂多酸组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该脂肪为油。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该脂肪为选自由蔬菜油、树载油(tree borne oil)、微生物油、动物源油、鱼油、蓖麻油、橄榄油、芥子油、亚麻子油、芥花油、椰子油、芫荽油(coriander oil)、玉米油、棉花籽油、榛子油、橄榄油、印楝油(neem oil)、棕榈油、花生油、菜籽油、米糠油、红花油、大豆油、葵花籽油及其混合物组成的组的油。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该脂肪选自由饱和脂肪、不饱和脂肪、羟基不饱和脂肪、羟基饱和脂肪、环氧脂肪、磷脂、蜡脂及其混合物组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该脂肪为脂肪酸基多元醇酯(fatty acid based polyol ester)。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该极性有机溶剂选自由叔丁醇、异戊醇、二丙酮醇、乙醇、丙醇和叔戊醇及其混合物组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解利用固定化脂肪酶进行。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包含脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解利用固定化脂肪酶进行。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解利用固定化在支持体上的固定化脂肪酶进行，其中该支持体的基材选自由聚苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物、聚丙烯酸类、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包含脂肪酸的、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中利用脂肪酶的酶促水解利用固定化在支持体上的固定化脂肪酶进行，其中该支持体的基材选自由聚苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物、聚丙烯酸类、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯组成的组。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中该离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中该离子交换树脂为选自由磺化高分子树脂、Indion130、Indion140、Indion190、Indion770、DIAION(R)SK1B、DIAION(R)SK104、DIAION(R)SK110、DIAION(R)SK112、DIAION(R)SK116、DIAION(R)PK208、DIAION(R)PHK212、DIAION(R)PK216、DIAION(R)PK220、DIAION(R)PK228和DIAION(R)HPK25组成的组的强酸性阳离子交换树脂。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解在30℃至80℃范围内的温度下进行。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解在50至65℃范围内的温度下进行，优选在60℃进行。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该方法产生脂肪向脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的超过99％的转化率。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该方法产生存在于脂肪中的TAGS(三酰基甘油)向脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的超过99％的转化率。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该均质混合物以1:4:0.15至1:7:0.5的比例包括脂肪、极性有机溶剂和水。
本发明的另一实施方案，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中脂肪与极性有机溶剂的比例在1:4至1:7的范围内。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中脂肪与水的比例为1:0.15至1:0.5。
在本发明的另一实施方案中，还提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解在间歇式反应器、连续式反应器或半连续式反应器中进行。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解以10至60分钟的停留时间在连续式反应器中进行。
在发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解以10至150分钟的停留时间在连续式反应器中进行。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，并使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油，其中该利用脂肪酶的酶促水解以0.5小时至2小时的停留时间在间歇式或半连续式反应器中进行。
本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，所述方法包括使包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的水解产物用离子交换树脂处理，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解以0.5小时至24小时的停留时间在间歇式或半连续式反应器中进行。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)。
本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；和使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该脂肪为油。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；和使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中所述混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该脂肪为选自由蔬菜油、树载油、微生物油、动物源油、鱼油、蓖麻油、橄榄油、芥子油、亚麻子油、芥花油、椰子油、芫荽油、玉米油、棉花籽油、榛子油、橄榄油、印楝油、棕榈油、花生油、菜籽油、米糠油、红花油、大豆油、葵花籽油及其混合物组成的组的油。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中所述混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该脂肪选自由饱和脂肪、不饱和脂肪、羟基不饱和脂肪、羟基饱和脂肪、环氧脂肪、磷脂、蜡脂及其混合物组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该脂肪为脂肪酸基多元醇酯。
本发明的另一实施方案，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该极性有机溶剂选自由叔丁醇、异戊醇、二丙酮醇、乙醇、丙醇和叔戊醇，及其混合物组成的组。
在本发明的另一实施方案中,提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解利用固定化脂肪酶进行。
本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解利用固定化在支持体上的固定化脂肪酶进行，其中该支持体的基材选自由聚苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物、聚丙烯酸类、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯组成的组。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。
本发明的另一实施方案提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该离子交换树脂为选自由磺化高分子树脂、Indion130、Indion140、Indion190、Indion770、DIAION(R)SK1B、DIAION(R)SK104、DIAION(R)SK110、DIAION(R)SK112、DIAION(R)SK116、DIAION(R)PK208、DIAION(R)PHK212、DIAION(R)PK216、DIAION(R)PK220、DIAION(R)PK228和DIAION(R)HPK25组成的组的强酸性阳离子交换树脂。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；和使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中利用脂肪酶的酶促水解在30℃至80℃范围内的温度下进行。
在本发明的另一实施方案中,提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该利用脂肪酶的酶促水解在50至65℃范围内的温度下进行，优选在60℃进行。
本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理该水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中该均质混合物以1:4:0.15至1:7:0.5的比例包括脂肪、极性有机溶剂和水。
在本发明的另一实施方案中,提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中脂肪与极性有机溶剂的比例在1:4至1:7的范围内。
在本发明的另一实施方案中，提供一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；使该均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中该水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；并使用离子交换树脂处理水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中该混合物包括脂肪酸和甘油，和其中该混合物具有5％的单酰基甘油(MAG)，其中脂肪与水的比例为1:0.15至1:0.5。
现将详细描述本发明的方法。
将脂肪、油或其混合物与水和极性有机溶剂混合，从而形成单相体系。由此形成的该信号相体系(signal phase system)称作均质基质混合物。由此获得的均质基质混合物可任选地通过穿过吸附剂填充床除去酶抑制剂，具体为脂肪酶抑制剂，来进行预处理，从而将抑制油中存在的成分的脂肪酶选择性地吸附至吸附剂上。这些抑制剂成分如醛类、酮类和磷脂等的去除确保固定化酶在随后步骤中的重复利用，从而使得该方法节约成本。因此利用或不利用预处理获得的基质混合物随后通过在控制的温度和停留时间下穿过固定化酶的(一个或多个)第一填充床反应器、或者固定化酶的填充床反应器和吸附剂而水解。由此获得的水解混合物进一步在控制的温度和停留时间下穿过另一离子交换吸附剂填充床。接着在控制的温度和停留时间下穿过固定化酶的(一个或多个)第二填充床。从固定化酶的(一个或多个)第一填充床反应器或固定化酶的(一个或多个)第二填充床反应器获得的所得产物如脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油和甘油使用常规方法如蒸馏、结晶以及吸附或色谱技术分离。
在如上所述的预处理后如此获得的均质基质混合物，随后穿过一系列(一种或多种)固定化脂肪酶的填充床反应器和吸附剂，从而使用适当的固定化酶在控制的30℃和80℃之间的温度和10至150分钟的停留时间下实现期望的油的水解(66％至90％)。接着在控制的20℃和80℃之间的温度和5至60分钟的停留时间下穿过固定化酶的(一个或多个)第二填充床反应器。从固定化酶的(一个或多个)第一填充床反应器或固定化酶的(一个或多个)第二填充床反应器获得的所得产物如脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)和甘油使用常规方法如蒸馏、结晶以及吸附或色谱技术分离。
本发明通过使部分水解的均质混合物经过离子交换树脂，接着在控制的温度和时间条件下穿过任何其它的或与上述步骤中使用的相同的适当制备(一种或多种)固定化脂肪酶的另一填充床反应器，实现了甘油三酯的超过99％的转化率，游离脂肪酸的95％产率。
现有技术中记载的方法利用任何已知酶都不能实现接近100％的转化率，并且实现接近100％的转化率，所需时间过长而不适合于商业应用。相反，本发明中公开的水解方法导致超过99％的甘油三酯水解，单相体系和固定化脂肪酶中游离脂肪酸产率为95％。
本发明中公开的方法还可使用间歇式半连续或连续模式进行。
均质基质反应混合物中加载4％酶的间歇式反应导致99％的甘油三酯水解，80-88％的游离脂肪酸和12-20％的单酸甘油酯。
油水解用的半连续过程在由固定化脂肪酶组成的填充床反应器中进行，反应时间为12小时，导致99％的甘油三酯水解和88％的游离脂肪酸。
利用固定化酶的具有9-15min停留时间的连续过程导致99％的甘油三酯水解，以及33％的游离脂肪酸和66％的甘油二酯产率。
利用连接有离子交换树脂柱的固定化脂肪酶柱的油水解用的另一实施方案，在90-120分钟的停留时间内水解了99％的甘油三酯，并分别获得66％和33％的游离脂肪酸和单酸甘油酯产率。
采用固定化脂肪酶、离子交换树脂三联柱的油水解用的连续法水解了99％的甘油三酯，并获得95％的脂肪酸产率和5％的单酸甘油酯。
从第一酶反应器或最终酶反应器中所得的产物蒸汽可通过方法如蒸馏、结晶和/或吸附或色谱技术分离成sn-区域MAG异构体和游离脂肪酸。本发明的方法因而能够产生游离脂肪酸、sn-区域MAG异构体以及甘油用于各种工业应用。
油脂中的次生化合物(minor compound)如液体氢过氧化物、磷脂、乳化剂、叶绿素、类胡萝卜素、脂质聚合物、重金属离子和甚至某些抗氧化剂对用于水解反应的(一种或多种)脂肪酶的稳定性具有有害影响(Xu等人,Stability and Stabilization of Biocatalysts,Amsterdam:Elsevier Science,1998,pp.441-446)。因此必须通过用柱反应器中的吸附剂预处理来除去这些脂肪酶抑制成分。次生化合物的除去确保随后采用的酶反应器的重复利用，从而使该方法节约成本。
本发明中记载的油脂包括但不限于普通植物和动物油脂以及加工的油脂，及它们的混合物。它们的实例包括但不限于大豆油、蓖麻油、棉籽油、芥子油、亚麻子油、菜油、橄榄油、玉米油、椰子油、红花油、棕榈油、橄榄油、山茶油(tsubaki oil)、山茶花油(sasanqua oil)、牛油(beef tallow)、猪油和鱼油、婆罗脂(sal fat)、狭翅娑罗脂(illippe butter)、烛果油脂(kokum butter)、乳木果油(shea butter)、莫那脂(mowrah fat)、藏榄脂(phulwara butter)、婆罗洲脂(borneo tallow)和由其分馏的那些以及源自植物来源/动物来源/微生物来源(原核/真核)任何油。另外，油化学品如脂肪酸基多元醇酯，例如季戊四醇四单蓖麻醇酸酯、三甲基丙烷油酸酯等可包括在内作为油基原料用于酶促水解方法。
根据本发明的方法，用于本发明的固定化脂肪酶可为任何商购可得制剂，或特别制备，并证明为适用于本发明。本文的制剂的适用性意味着稳定且长寿命而使得该方法经济。
脂肪酶由微生物如疏绵状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、包括德氏根霉(Rhizopus delemar)和臼本根霉(Rhizopus japonicas)等的根霉属(Rhizopus)、曲霉属(Aspergillus)、包括南极假丝酵母(Candida antarctica)等的假丝酵母属(Candida)和毛霉属(Mucor)如(Mucor japonicus)生产。胰腺脂肪酶也可使用。这些脂肪酶可在市场上获得。也可使用在耶氏酵母菌株(Yarrowiaspp.)中克隆并在适当的宿主中表达的特定脂肪酶。
根据本发明的水解反应中记载的极性有机溶剂为对脂肪酶呈惰性的极性有机溶剂。极性有机溶剂的实例包括但不限于叔丁醇、异戊醇、二丙酮醇、乙醇、丙醇和叔戊醇及上述溶剂的不同组合。
用于预处理油的吸附剂填充床的实例包括但不限于，HP2MG、HPA-75、HPA-25、WK10或WA11；或SP207或SP700。
离子交换树脂的实例包括但不限于磺化高分子树脂例如但不限于，Indion130、140、190或770，Indion FFIP、NIP、GS 300/400，Indion 204、214、234、284/294、404、414；DIAION(R)SK1B、SK104、SK110、SK112、SK116、PK208、PHK212、PK216、PK220、PK228和HPK25。
因此，公开于本发明的油和/或脂水解的方法采用混合油和/或脂、极性有机溶剂和水以形成均质基质混合物的单相体系，其穿过填充床、包含(一种或多种)固定化脂肪酶的连续或间歇式混合反应器；吸附体系；和/或固体催化反应器等一系列操作，从而获得高产率的包括游离脂肪酸、甘油和/或sn-区域MAG异构体的油化学品。
本发明人观察到，当进行酶促水解时通过将油、脂或其混合物与水和极性有机溶剂混合获得的单相体系，油或脂的水解增加至>99％，以及不小于95％的游离脂肪酸和甘油的产率。高产率和纯度的油化学品如脂肪酸、甘油和/或sn-区域MAG异构体在明显短的时间内获得。
根据本发明中公开的方法，相互不可溶的油和水混合在极性有机溶剂中。将三种组分混合以形成一定比例范围内的单相体系。这三种组分彼此之间的互溶度形成单相基质混合物的基础。极性有机溶剂添加至油-水两相体系是本发明公开的新方法，从而使用固定化脂肪酶来进行油水解.
特异性和非特异性固定化脂肪酶的使用
对来自南极假丝酵母的435(Sigma Chemicals,L4777)脂肪酶丙烯酸类树脂和来自疏绵状嗜热丝孢菌的固定化脂肪酶 100L(HypLIP)(Sigma Chemical Co.L0777)1,3-特异性脂肪酶用于本发明公开的水解反应进行评价。
极性有机溶剂，叔丁醇、异戊醇、二丙酮醇、乙醇、丙醇、叔戊醇，已用于评价反应。观察到叔丁醇在两种酶作用下产生最高的％转化率。
本发明的方法可外推至操作模式适当变化的间歇式和连续式模式。此外，回收有机溶剂，其可循环再利用。
现描述本发明的适当的实施方案。在讨论特定构造和设置的同时，应理解的是，此举仅用于示例。相关领域技术人员将意识到，在不偏离本发明的精神和范围下可使用其它构造和设置。同样地，所附权利要求的精神和范围不限于本文包含的优选实施方案的记载。
尽管已参考某些优选实施方案相当详细地描述了本发明，但其它实施方案也是可行的。同样地所附权利要求的精神和范围不限于本文包含的优选实施方案的记载。
实施例
现将利用实施例说明本公开，其意欲说明本公开的工作而不意欲暗示对本公开的范围的任何限制。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所述领域普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管与本文公开的类似或相当的方法和材料可用于实施本公开的方法和组合物，但本文仍记载了示例性方法、装置和材料。
实施例1
间歇法-叔丁醇作为水解用溶剂
1)油作为基质：24小时内～80-88％的转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g不同的固定化脂肪酶的100ml反应烧瓶中，将10g蓖麻油添加至叔丁醇和水中(1:4:0.15的比例)，从而形成均质反应混合物。基质混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为80-88％和12-20％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌(Pseudomonas cepacia)的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP当与用于研究的任意其它酶制剂相比时示出高转化初始速率。
2)脂肪作为基质：24小时内～70-80％的转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g不同的固定化脂肪酶的100ml反应烧瓶中，将10g三硬脂精(tristrearin)添加至叔丁醇和水中(1:6:0.15的比例)，从而形成均质反应混合物。基质混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为74％和26％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
3)油脂作为基质：24小时内～80-88％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g固定化脂肪酶(HypLIP)的100ml反应烧瓶中，将10g棕榈油和三硬脂精(比例为1:1)添加至叔丁醇和水中(1:4:0.25的比例)，从而形成均质反应混合物。基质混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为84％和16％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
间歇法-异戊醇作为水解用溶剂
1)油作为基质：24小时内～65-70％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g固定化疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶(HypLIP)的100ml反应烧瓶中，将10g蓖麻油添加至异戊醇和水中(1:5:0.15的比例)，从而形成均质反应混合物。基质混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为68％和32％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
2)脂肪作为基质：24小时～62-68％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g固定化脂肪酶(HypLIP)的100ml反应烧瓶中，将10g三硬脂精添加至异戊醇和水中(1:6:0.2的比例)，从而形成均质反应混合物。基质混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为64％和36％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
3)油脂作为基质：24小时内～60-65％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
在含有1g固定化脂肪酶(HypLIP)的100ml反应烧瓶中，将10g棕榈油和三硬脂精添加至叔丁醇和水中(1:4:0.2的比例)，从而形成均质反应混合物。反应混合物保持在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的定轨振荡器上，并通过酸值监测反应24小时。在24小时结束时，发现获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸和单甘油酯的％转化率分别为65％和35％。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
将使用上述方法的油和/或脂的转化率百分比与现有技术相比较。比较分析示于表1。
实施例2
半连续法
1)单柱：12小时内～88％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
油水解用的连续法在60℃的由夹套式玻璃柱组成的填充床反应器(PBR)中进行。对于50℃和55℃，实验可类似地进行。包含固定化在甲基丙烯酸酯支持体(50ml体积)上的1,3特异性酶的PBR供给有包含蓖麻油、叔丁醇和水(比例为1:6:0.15)的基质混合物，将其在磁力搅拌器的辅助下连续搅拌。基质混合物通过PBR循环12小时。获得的甘油三酯转化率为99％，而油向脂肪酸的％转化率为88％，12％为未反应的单甘油酯。形成产物为脂肪酸、甘油和单甘油酯。图4示出油水解用半连续法的示意图。由本文所示示意图可获得蓖麻油的99％分解和88％的游离脂肪酸产率(图7)。观察到蓖麻油水解产物如单蓖麻醇酸酯与蓖麻油酸一起作为主产物。其它脂肪酸也可在图谱中观察到。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
实施例3
连续法
1)单柱：<10-15分钟内的30-33％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
油水解用连续法在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的由夹套式玻璃柱组成的包含固定化在甲基丙烯酸酯支持体上的1,3特异性酶的填充床反应器中进行。在上述实施例中描述的反应混合物供给至PBR中，并将停留时间保持在9至15分钟的范围内。甘油三酯水解的产率超过99％，且观察到游离脂肪酸为33％的产率。由此形成的二酰基甘油可进一步从脂肪酸分离(图5)。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
2)单柱：15分钟内66-70％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
油水解用连续法在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的由夹套式玻璃柱组成的包含固定化在甲基丙烯酸酯支持体上的1,3特异性酶的填充床反应器中进行。在上述实施例中描述的反应混合物供给至PBR中，并将停留时间保持在15至20分钟的范围内。油水解的产率超过99％，且游离脂肪酸的产率记录为66％。Sn-2单甘油酯和脂肪酸可进一步从脂肪酸分离(图6)。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
实施例4
单柱+重排用吸附剂：115分钟内66-70％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
油水解用连续法在60℃(对于50℃和55℃，实验可类似地进行)的由夹套式玻璃柱组成的包含固定化脂肪酶和吸附剂的填充床反应器中进行。在上述实施例中描述的反应混合物供给至固定化脂肪酶的第1PBR中15分钟，接着在重排用吸附剂的第2PBR中90-120分钟(图8)。这导致99％的甘油三酯水解，以及游离脂肪酸66-70％的产率，并包含1/3-MAG和脂肪酸。观察到蓖麻油水解产物如sn-1(3)单蓖麻醇酸酯作为主产物。蓖麻油酸也在图谱中观察到(图9)。
b.脂肪酸和甘油的形成
用脂肪酶HypLIP酶(Indigenously immobilized100L)、TL IM酶(Immobilized100L)、RM IM酶、435酶和来自洋葱假单胞菌的脂肪酶重复反应，对第一酶促水解反应之后产生的产物起作用。图1示出均质介质中蓖麻油水解百分比的图谱。图3示出在间歇式条件下使用无溶剂和不同极性有机溶剂中的HypLIP，6小时后获得的游离脂肪酸转化率(％)。HypLIP与用于研究的任意其它酶制剂相比示出高转化初始速率。
实施例5
双柱+重排用吸附剂：140分钟内88-95％转化率
a.脂肪酸和单甘油酯的形成
油水解用连续法在60℃的由夹套式玻璃柱组成的一系列填充床反应器中进行。对于50℃和55℃，实验可类似地进行。包含固定化在甲基丙烯酸酯支持体(50ml体积)上的1,3特异性酶的第1PBR供给有如实施例1a的反应混合物。停留时间在3至100分钟的范围内。
b.脂肪酸和甘油的形成
第1PBR的产物混合物供给至包含重排用吸附剂的第2PBR中(100ml体积)，停留时间在40至120分钟的范围内。然后使来自第2PBR的产物蒸汽穿入包含固定化1,3特异性酶的第3PBR中(25ml体积)，停留时间在5至50分钟的范围内。油水解用三步PBR方案产生三酰基甘油向脂肪酸和甘油的完全转化。140分钟的停留时间产生超过95％的游离脂肪酸，所得产物即脂肪酸和甘油可进一步分离(图10)。
表1：使用脂肪酶的油水解的比较分析

Claims (23)

1.一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物，且使所述均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中所述水解产物包括脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油。
2.一种用于生产脂肪酸和甘油的方法，其包括用离子交换树脂处理权利要求1所述的水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中所述混合物包括脂肪酸和甘油，和其中所述混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪为油。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述油选自由蔬菜油、树载油、微生物油、动物源油、鱼油、蓖麻油、橄榄油、芥子油、亚麻子油、芥花油、椰子油、芫荽油、玉米油、棉花籽油、榛子油、橄榄油、印楝油、棕榈油、花生油、菜籽油、米糠油、红花油、大豆油、葵花籽油及其混合物组成的组。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪选自由饱和脂肪、不饱和脂肪、羟基不饱和脂肪、羟基饱和脂肪、环氧脂肪、磷脂、蜡脂及其混合物组成的组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪为脂肪酸基多元醇酯。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述极性有机溶剂选自由叔丁醇、异戊醇、二丙酮醇、乙醇、丙醇和叔戊醇及其混合物组成的组。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解利用固定化的脂肪酶进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述脂肪酶固定化于支持体上，其中所述支持体的基材选自由聚苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物、聚丙烯酸类、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯组成的组。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述离子交换树脂选自由磺化高分子树脂、Indion130、Indion140、Indion190、Indion770、DIAION(R)SK1B、DIAION(R)SK104、DIAION(R)SK110、DIAION(R)SK112、DIAION(R)SK116、DIAION(R)PK208、DIAION(R)PHK212、DIAION(R)PK216、DIAION(R)PK220、DIAION(R)PK228和DIAION(R)HPK25组成的组。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解在30℃至80℃的温度范围内进行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解在50至65℃的温度范围内进行，优选在60℃进行。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法导致所述脂肪向脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的转化率超过99％。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述均质混合物以1:4:0.15至1:7:0.5的比例包括脂肪、极性有机溶剂和水。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪与极性有机溶剂之比在1:4至1:7的范围内。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪与水之比在1:0.15至1:0.5的范围内。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解在间歇式反应器、连续式反应器或半连续式反应器中进行。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解以10至60分钟的停留时间在连续式反应器中进行。
20.根据权利要求2所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解以10至150分钟的停留时间在连续式反应器中进行。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解以0.5小时至2小时的停留时间在间歇式或半连续式反应器中进行。
22.根据权利要求2所述的方法，其中所述利用脂肪酶的酶促水解以0.5小时至24小时的停留时间在间歇式或半连续式反应器中进行。
23.一种用于生产脂肪酸、sn-区域单酰基甘油(MAG)、sn-区域二酰基甘油(DAG)和甘油的方法，其中所述方法包括：
制备脂肪、极性有机溶剂和水的均质混合物；
使所述均质混合物进行利用脂肪酶的酶促水解以获得水解产物，和其中所述水解产物包括脂肪酸、MAG、DAG和甘油；和
使用离子交换树脂处理所述水解产物，接着进行另一利用脂肪酶的酶促水解以获得混合物，其中所述混合物包括脂肪酸和甘油，和其中所述混合物具有小于5％的单酰基甘油(MAG)。
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