CN105331444A

CN105331444A - 对脂质进行酶处理的连续工艺

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Publication number: CN105331444A
Application number: CN201510662648.XA
Authority: CN
Inventors: C·L·G·戴顿; 马瑟隆·奥古斯托·桑托斯
Original assignee: Bunge Oils Inc
Current assignee: Bunge Oils Inc
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2016-02-17
Also published as: EP2094824B1; RU2412984C1; BRPI0622189A2; RU2009125540A; CN101595206A; WO2008069804A1; CN105368586A; UA97127C2; US20090317902A1; CA2670881C; DK2094824T3; US8361763B2; AR104111A2; EP2094824A1; AR060548A1; BRPI0622189B1; ES2427355T3; CA2670881A1; MY150772A; US20080138867A1

Abstract

对含脂质原料进行酶处理的方法，包括将该原料与加工助剂接触，然后使该原料以基本恒定的流速通过处理系统，该处理系统包括多个彼此串联连接的含酶固定床反应器。该固定床反应器可单独使用，当其中一个固定床反应器离线检修时，该原料通过该系统的流速保持基本恒定。在最优选的实施方案中，该加工助剂为基本上不含水分的硅石。该加工助剂可放入一个或多个固定床反应器中，置于反应器中的酶上方，或者可放入包括一个或多个反应器的预处理系统中。

Description

对脂质进行酶处理的连续工艺

本申请是申请日为2009年12月08日、申请号为200680056895.4、名称为“对脂质进行酶处理的连续工艺和设备”的发明申请的分案。

发明背景

本发明涉及在多个固定床反应器中对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺，以及实施该工艺的设备。更具体而言，本发明涉及采用多个固定床反应器对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中即使固定床的酶活性随时间改变，并且即使当一个固定床离线例如进行修复、替换或补充时，该含脂质组合物的流速保持基本恒定。此外，本发明涉及通过在脂质接触酶之前对脂质进行预处理以及通过连续工艺运行该设备，从而提供该酶活性出人意料的显著提升的工艺和设备。

脂肪由连接至三碳甘油骨架的脂肪酸构成。脂肪酸由具有末端羟基基团的碳原子链构成。羟基基团可连接至该甘油骨架上的一个、两个或三个羟基基团，从而形成单、双或三酰基甘油，或脂肪。脂肪的功能和营养品质取决于多种因素，包括：其为单酰基甘油(MAG)、二酰基甘油(DAG)还是三酰基甘油(TAG)；脂肪酸链中的碳原子数量；该链是饱和的、单不饱和的还是多不饱和的；该链中是否有任意的不饱和双键呈顺式或反式异构体的形式；任意双键在该链中的位置；以及不同种类的脂肪酸相对于该甘油骨架的三个碳原子的位置。

脂质是包括多种化学物质的一个类别，代表性的种类为脂肪、油、蜡和磷脂。这一广泛的类别中包括了甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯、脂肪酸、脂肪醇、皂类和清洁剂、萜烯、类固醇、以及维生素A、E、D₂和K₁。脂质可从含油种子(例如大豆、芸苔、油菜籽、葵花籽、棕榈、和橄榄)、动物产品(例如鱼、猪肉、和牛肉)、以及合成的化合物或合成衍生的组合物(例如用于营养应用的结构脂质、用于工业和药物应用的油脂化学品、和用作能源的生物柴油)中获取。植物油可从含油种子通过压榨或溶剂提取油后获得。粗制油包含了多种微量成分。这些成分中的一部分对于油的性能或观感存在不利影响，而其它的一些成分，如甾醇和生育酚则具有营养价值。

通过溶剂提取或机械压榨从油料籽实(大豆、油菜等)获得的脂质可进行精制以除去可导致最终产品中出现不良颜色和/或味道的杂质。传统的精制包括用氢氧化钠处理该油，以中和游离脂肪酸，并通过离心去除磷脂。然后用热的软化水洗涤该油，并离心去除油中存在的残余皂类和磷脂。然后使用“漂白土”对该“一次精制”的油进行脱色，并进行过滤，以吸附油中存在的叶绿素和叶绿素衍生物，以及任意残留的皂类、磷脂和痕量金属。漂白土或粘土去除脂质中的杂质的用途已为本领域公知。该物质的第一个通用名为“Fuller's土”。目前的漂白土可以是中性的或酸活化的。常用的矿物粘土为斑脱土、蒙脱土、硅镁土、蒙脱石和/或hormite。

称为“改良的碱精制”的替代性工艺为本领域公知，其中完全除去了水洗步骤，并代之以硅胶处理，从而吸附残余的皂类、磷脂和痕量金属。Pryor等人的美国专利号5,336,794和Welsh等人的美国专利号5,231,201披露了一种两相工艺，其中油首先与无定形硅石吸附剂接触，以从油中除去所有的或基本上所有的皂类或树胶，或同时除去两者，并减少磷脂含量，然后通过除色剂填充床过滤对油进行脱色。在碱处理的油被离心后，向浆状的油中添加0.01％至1.0％的硅胶。已知可用于该目的硅胶产品包括W.R.Grace&Co.销售的商标为(硅胶)的产品，该产品为不含无定形硅石的流动性粉末，其包含约60-65％的水分，最小平均颗粒大小约为18.0微米，平均孔径介于约60至堆积密度约为500kg/m³。将油与该硅石混合，随后在真空喷雾干燥器中干燥，然后从油中滤走该硅石。如果过滤器中已经有漂白粘土，则该工艺便为本领域公知的“填充床漂白”。水分保持硅石孔的完整性，并允许杂质吸附在孔内。

近几年来，人们对于传统食物制备中使用的高反式脂肪和催化加氢产品(shorteningproducts)的替代品有着越来越高的兴趣。传统上，液体油通过镍氢化被制成含功能脂肪的固体，以用于各种人造黄油和催化加氢产品。该种氢化工艺导致了反式脂肪酸的形成。据认为反式脂肪酸含量较低的脂肪对于消费者具有特定的健康益处。因此，许多大型食品生产商正以低或者甚至零反式脂肪组合物来取代高反式脂肪。最初，对于提供低反式脂肪产品的努力集中在减少脂肪产品的氢化水平上。最近，这种努力集中在改变液态油的结构，从而改变熔解属性和功能，同时不会改变脂肪酸组成或生成反式脂肪酸。实现这一点的方法之一是已知称为酯交换的工艺。

酯交换是三酰基甘油结构的一种已知反应，在该反应中，甘油部分上被酯交换的甘油三酸酯位置处的单个脂肪酸结构被互换。这有时被称为或认为是随机的，其中来自三酰基甘油的一个甘油组分的脂肪酸部分与另一三酰基甘油的甘油组分的脂肪酸部分互换。这产生了交换了脂肪酸部分的三酰基甘油结构，该交换了的脂肪酸部分随甘油结构而变化。本领域的现有技术包括Pellosa等人的美国专利号5,434,278、Doucet的美国专利号5,908,655、Cherwin等人的美国专利号6,124,486以及Liu等人的美国专利号6,238,926。

酯交换技术已经发展到能够生成，例如，具有用于某种应用所需的某种熔解特性的甘油三酸酯组合物。这种脂质在此通常被称为“结构脂质”，以区别于从未经酯交换的相同成分的物理混合物所得到的酯交换产物。Swern，Bailey'sIndustrialOilandFatProducts，第3版，第941-970页(1964)描述了通过化学方法对脂肪酸和甘油、单和多羟基醇的再酯化，脂质的酯交换(酸解和醇解)以及转酯化。

酯交换可通过化学方法或酶催化方法实现。化学酯交换通常采用甲醇钠等化学催化剂来实现。尽管化学酯交换从催化剂角度看成本较低，但它具有许多明显的缺陷。甲醇钠催化剂较为危险且难以处理。所得的酯交换是随机的，且无法使生产商对所得产品结构进行优选的控制程度。化学酯交换还可导致相对高的油损耗。本领域的现有技术包括Kaita等人的美国专利申请号2002/0010359、Bayense等人的美国专利号6,072,064、Cooper等人的美国专利号5,399,728、以及Stipp等人的美国专利号5,142,072。

在酶催化酯交换中，酶催化剂比甲醇钠成本更高，且具有较低的活性和稳定性。但酶催化剂可提供对最终酯交换产物的结构的较大程度的控制。具体地，使用某种酶可实现甘油骨架链上1和3号位置处的特异性酯交换，这也是最希望发生酯交换的位置。尽管酶催化剂最初仅被用于高附加值产品，但如今它们被越来越多地用于日用脂肪和脂肪混合物的生产。

酶是能在其它物质间形成特定化学反应且自身并不改变的复杂蛋白，即，它是一种生物催化剂。该些生物催化剂由各种微生物表达或生成。适用于本发明的酶包括酯酶；酰基转移酶；那些可促进酸解反应、转酯反应、酯合成、或酯交换反应的酶；具有磷脂酶或蛋白酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶；以及多聚核苷酸。本领域中的微生物包括：根酶属(Rhizopus)、曲霉属(Aspergillus)、毛霉菌属(Mucor)、地丝菌属(Geotrichum)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、青霉菌属(Penicillium)、色素杆菌属(Chromobacterium)、念珠菌属(Candida)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、Humicora、Humicolo、葡萄球菌(Staphylococcus)、根毛霉属(Rhizomucor)、球拟酵母属(Torulopsis)、以及杆菌属(Bacillus)。由上述微生物生成的这类酶披露于Sugiura等人的美国专利申请号2001/0004462、Bosley等人的美国专利号5,773,266、Quinlan的美国专利号5,658,768、Miyamoto等人的美国专利号5,461,170、以及Myojo等人的美国专利号5,219,733。

在美国专利5,508,182中，Schneider等人披露了多种生产两亲化合物的方法，其通过吸附在固相支持物上的亲水底物与可具有疏水性的第二底物的生物催化反应实现。Schneider等人描述了生成异构体纯的1,3-甘油二酯和1-甘油单酯、糖酯、氨基酸酯、肽、和糖脂的方法，以及醇、碳水化合物和核苷酸的磷酸酯的方法。该专利描述了在具有氨基保护的氨基酸或羰基保护的肽的固相支持物上吸附不同底物的方法。必定地，在该支持物上没有吸附底物时不发生反应(实施例1和12)，因此该支持物用作该反应的催化剂。给出的所有实施例均为分批反应，包括实施例19，其中乙烯基月桂酸酯(溶解于t-BuOMe)循环通过包含了吸附在硅胶上的甘油以及酶的填充床柱。用新鲜的t-BuOMe萃取以从柱上去除产物1,3-二月桂酸酯。它并未教导或暗示该甘油可被重吸附，并在独立于该酶和/或硅胶的固定床反应器上运行该反应。所披露的硅胶用量介于该底物的60％至1000％。

Schneider等人的披露中所用的酶来自于Mucormihei、荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)、德氏根霉(Rhizopusdelemar)、柱状假丝酵母(Candidacylindracea)、以及圆弧青霉菌(Penicilliumcyclopium)。

一种特别优选的酶催化剂为来自疏绵状嗜热丝孢菌(Thermomyceslanuginosus)的脂酶。该酶特异性针对甘油骨架上的1和3号位点，并在高达约75℃下热稳定。然而，该酶很容易被自由基(例如过氧化物)、某些极性杂质(例如磷脂和皂类)、次级氧化产物(例如酮和醛)、以及痕量金属灭活。因此，油原料的品质非常重要。美国专利公布号2003/0054509披露了在酶催化酯交换之前用硅石对油进行的预处理。在该实施例中所用的硅石的量为反应中所用酶的172％(每22g酶使用38g硅石)。

NovozymesCorporation销售固定化颗粒形式的来自疏绵状嗜热丝孢菌的脂酶，其注册商标为TLIM。伴随该酶产品的产品说明披露了使用方法，包括将脂质冷却至70℃，将该脂质泵入单个反应器柱或罐中，并将油通过该柱或者将油与酶在罐中混合。该脂质在柱或罐中接触该酶，并连续进行酯交换。然后该酯交换的脂质可与其它脂质混合、或除臭、或者运送至终端客户。

在设计酶催化酯交换工艺中要考虑的因素包括：它是分批工艺还是连续工艺；它是否会包括单个或多个固定床反应器，如果有多个固定床，该床是串联还是并联；流速可变还是恒定；如何控制酶转化的程度；以及潜在的交叉污染问题。例如，参见比利时的DeSmet小组的WimDeGreyt在2004年12月6-8日举行的IUPAC-AOCSWorkshoponFats，OilsandOilseedsAnalysesandProduction上发表的"Chemicalvs.EnzymaticInteresterificatio，其可从http://www.aocs.org/archives/analysis/pdfs/degreyt-interesterification-modifieddgw.pdf获得。其中披露了如果使用的是单个固定床，则酶活性将随时间下降。流速必须被降低，以确保反应进行至完全。这要求可变的速度控制泵，以及对转化的常规监测，并导致在酶的寿命晚期的低生产率。由于需要频繁取出并替换柱中的酶，该工艺无法连续运行。通常，当床中的部分催化剂仍具有活性时便需要替换催化剂床，这导致了活性催化剂的浪费。酶床柱的大小是有限的，因为如果高度太高，底部的酶颗粒可能被系统泵施加的压力所压碎，而如果直径过大，颗粒物质的分布可能形成通道，使得油可能从该通道通过而不接触酶并因而进行酶反应。

在多固定床串联反应器系统中，每个固定床将具有不同的酶活性，其中第一个反应器床具有最低的酶活性，而最后的反应器具有最高的酶活性。这是因为该串联中的第一反应器吸附了更多的杂质和有害成分，从而保护了后续反应器中的更多的活性酶。Owen等人在美国专利号4,789,528中披露了在多反应器固定床系统中连续旋转反应器的操作，该固定床系统在石化应用中采用沸石生产多种精制石化产品。

美国专利公开号US2005/0014237披露了一种酶催化酯交换方法，其中在原料与酶接触前对原料除臭，用以延长酶的半衰期。其中描述的除臭通常是常规油精制工艺的最后一步，其主要是蒸气蒸馏，该过程中具有更大挥发性的物质在真空下被高温去除。通过除臭去除的各种物质包括原始存在或通过脂肪和油氧化生成的游离脂肪酸和各种风味和气味化合物。另外被除去的是过氧化物和色素热分解形成的物质。

如TenBrink等人在US2005/0019316中的报导，JP08000275中披露了用2％的酸活化漂白粘土在110℃下预处理20分钟可提高酶的半衰期。然而，TenBrink等人在美国专利申请号2005/0019316中进一步报导了该种通过纯化脂质来延长催化剂半衰期的在先尝试仅在小规模的实验室工艺中得以实现，且该种工艺在放大至工业规模时始终未能获得成功。为了解决该问题，TenBrink等人披露了一种处理“漂白的”甘油酯脂肪的方法，其在将脂质暴露至脂酶催化剂进行酯交换之前，在30至150℃的温度范围内，在0.5至2.5W/kg的高剪切能下，采用“漂白土沸石”处理5分钟至12小时。

已知其它对脂质组合物的酶处理。除了脂酶外，有用的酶可包括酯酶；酰基转移酶；那些可促进酸解反应、转酯反应、酯合成、或酯交换反应的酶；具有磷脂酶或蛋白酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶；以及多聚核苷酸。

因此，本发明的目的之一是提供在串联连接的多反应器模块中对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中即使其中一个模块为替换或补充该处理介质而需要离线，该工艺可继续进行。

因此本发明的另一目的是提供对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中该酶的活性被延长。

本发明的另一目的是提供在串联连接的多个固定床反应器中对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中固定床可被替换或补充，同时该工艺保持基本恒定的流速。

本发明的另一目的是提供在串联连接的多个固定床反应器中对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中在一定量的酶被替换或补充之前，该数量的酶基本上所有的活性均被利用。

本发明的另一目的是提供含脂质组合物的酶处理工艺和设备，其中该组合物在酶处理前不一定要进行除臭。

本发明的另一目的是提供对含脂质组合物进行酶处理的工艺和设备，其仅需要对处理过程进行有限的监测。

本发明的另一目的是提供对含脂质组合物进行酶处理的工艺和设备，其能够生产符合预定产品规格的含脂质产品。

本发明的另一目的是提供在串联连接的多个固定床反应器中对含脂质组合物进行酶处理的工艺和设备，其中所述流速保持基本恒定，且能够生产符合预定产品规格的含脂质产品。

发明概述

本发明涉及采用多个固定床反应器对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺和设备，其中即使固定床的酶活性随时间下降，并且即使当一个固定床离线例如进行修复、替换或补充时，该含脂质组合物通过该设备的流速可保持基本恒定。根据本发明的这一方面，连续处理组合物的方法包括如下步骤：

(a)提供含脂质原料；

(b)通过用第一加工助剂预处理所述原料，以预处理该原料；

(c)使所述原料以基本恒定的流速通过处理系统，该处理系统包含多个彼此串联连接的含酶固定床反应器；和

(d)所述固定床反应器可单独使用，当其中一个所述固定床反应器离线检修时，该原料通过该处理系统的流速保持基本恒定。

在本发明的一个实施方案中，所述加工助剂可置于每个固定床反应器中，并位于酶床的上方，从而使流入该反应器的原料首先接触该加工助剂，然后接触酶。在另一实施方案中，该加工助剂可存在于一个或多个反应器中，该反应器不同于载酶的反应器。因此，在本发明的另一方面，预处理原料的预处理系统可包括一个或多个预处理反应器，每个预处理反应器包含适于特定的待处理的含脂质组合物的预处理加工助剂，通常为硅石。根据本发明的这一方面，本发明的方法可包括如下步骤：

(a)提供含脂质原料组合物，

(b)将该含脂质原料组合物在预处理系统中与一定量的预处理加工助剂接触一段足以提供预处理原料的时间，该预处理系统包含串联连接的多个预处理反应器，

(c)使所述原料以基本恒定的流速通过处理系统，该处理系统包含多个彼此串联连接的含酶固定床反应器，和

(d)该预处理反应器可单独使用，当其中一个所述预处理反应器离线检修时，该原料通过剩余预处理系统的流速保持基本恒定。

在本发明的另一方面，发明人在此进一步发现：如果在预处理步骤中使用的硅石基本上不含水分，则所述酶催化剂的活性会被很大地延长。这不同于现有技术中用于预处理工艺的硅石产品，该硅石产品具有接近65％的含水量。因此在本发明的另一方面，本发明的方法可包括如下步骤：

(a)提供含脂质原料组合物，

(b)将该含脂质原料组合物与一定量的基本上不含水分的硅石接触以提供预处理原料，

(c)使所述原料以基本恒定的流速通过处理系统，该处理系统包含一个或多个串联连接的含酶固定床反应器。

在本发明这一方面的优选实施方案中，所述处理系统包含多个可独立使用的固定床反应器，当其中一个所述固定床反应器离线检修时，该原料通过该处理系统的流速保持基本恒定。

在部分实施方案中，所述原料科包含一种或多种优选被精制和脱色的的含脂质组合物；被精制、被脱色和被氢化的的含脂质组合物；或是被分馏、被精制和被脱色的含脂质组合物。本发明的预处理系统可用于除去原料中不需要的成分，不管该成分是已知的还是未知的。处理系统中的酶被固定在固定床反应器中，且可以是脂酶；酯酶；酰基转移酶；那些可促进酸解反应、转酯反应、酯合成或酯交换反应的酶；具有磷脂酶或蛋白酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶；以及多聚核苷酸。

另一方面，本发明涉及实施上述方法的设备，该设备包括：

(a)原料入口，

(b)产品出口，

(c)包括一个或多个处理模块的预处理系统，

(d)包括多个串联连接的含酶固定床反应器的处理系统，以及

(e)可调节的液体流通装置，其允许使原料通过所述入口流入该设备，通过所述预处理系统，通过所述处理系统，并通过所述出口流出该设备，该液体流通装置可以进行调节，使得所述预处理模块和/或固定床反应器中的一个可离线而该原料可继续流过该设备，因而在模块或反应器离线的同时该原料组合物通过该设备的流速保持基本恒定。在优选的实施方案中，该预处理系统包括置于所述一个或多个预处理模块中的一定量的基本上不含水分的硅石。在更优选的实施方案中，该预处理模块采用固定床反应器的形式。

由于预处理模块或固定床反应器可在加工进行中离线，本工艺不会产生现有技术的系统中当酶床逐渐丧失活性时出现的减速和停止。本发明的方法和设备的显著优势在于随反应的进行反应速率基本不会下降，从而不需要降低原料进入装置的流速，且即使在处理模块被补充或替换时，本方法和设备仍可在基本恒定的流速下运行。本发明的工艺和设备提供了明显延长的酶活性，并允许在反应器离线进行补充前使用该反应器中的基本所有的酶活性。本发明的工艺和设备还允许以比用单模块处理方法所需的更少加工操作监测进行处理。另一优点在于可以生产符合预定产品规格的处理后产品。本发明的另一优点是无需在预处理和酶处理步骤前对含脂质组合物进行除臭，便可得到高品质产品。

附图说明

图1是可用于实施本发明的方法的设备的一个实施方案的示意图，该设备包括预处理系统和处理系统。

图2是可用作本发明的方法和设备中的处理模块的已知固定床反应器的一个实施方案的示意图。

图3是图1的预处理系统的放大视图。

图4是图1的处理系统的放大视图。

图5显示了适用于本发明各种实施方案的三种不同类型的填充柱。

图6是根据本发明进行预处理和处理加工的油产品的三次试验中40°固态脂肪含量随试验实施天数的变化图示。

发明详述

根据要求，此处披露了本发明的实施方案的具体描述。然而，应当理解，所披露的实施方案仅是本发明的范例，其可用各种形式表达。因此，此处披露的特定细节不应解释为限定，而仅是作为权利要求的基础，并作为教导本领域技术人员以任意适合的方式各自采用本发明多个方面的基础。

本发明涉及处理含脂质原料的工艺和设备。该原料科可包含一种或多种优选被精制和脱色的的含脂质组合物；被精制、被脱色和被完全或部分氢化的的含脂质组合物；或是被分馏、被精制和被脱色的含脂质组合物。该组合物可包含植物来源或动物来源的脂肪或油。如来自植物来源，则该油或脂肪可通过机械压榨或化学提取获得。适用于含脂质组合物的油或脂肪包括例如但不限于：卡诺拉油、蓖麻油、椰子油、芫荽油、玉米油、棉子油、榛子油、大麻籽油、亚麻子油、白芒花油、橄榄油、棕榈油、棕榈核油、花生油、菜籽油、米糠油、红花油、油茶油、大豆油、葵花籽油、妥尔油、椿油、通过遗传修饰有机体(GMO)或传统“培育”改变了脂肪酸组成的“天然”油变体如高油酸或高亚麻油酸、低饱和油(高油酸卡诺拉油、低亚麻油酸大豆油、或高硬脂酸葵花油)、植物油、鲱鱼油(menhaden)、烛鱼油、鱼肝油、桔连鳍鲑油、沙丁鱼油、鲱油(herringoils)、猪油、动物脂，以及任意前述的混合物。

本发明的预处理步骤所采用的硅石产品优选基本上不含水分。“基本上不含水分”表示该硅石产品具有少于约10％的挥发物，更优选少于约5％的挥发物。优选地，在以干物质进行分析时，该产品为至少约95％SiO₂，并优选至少约99％SiO₂。此外，该硅石产品可具有大于约优选大于约的平均孔径。为避免在反应器中形成皂类，优选该硅石具有小于约7.0的pH，特别优选约6.8的pH。据发现在预处理步骤中使用该种硅石出人意料地延长了脂质处理系统中的酶催化剂的使用寿命。该硅石加工助剂可包括选自如下一种或多种的硅石产品：层析硅石、熔凝硅石、沉淀硅石、煅制硅石、胶体硅石、无定形硅石、硅凝胶、和硅酸铝钠。据发现色谱级硅石适用于本发明的方法和设备。已知特别适用于本发明的预处理系统的一种产品是W.R.Grace&Co.提供的产品代号为SP535-10065的基本上不含水分的硅胶产品。据发现在使用基本上不含水分的硅石产品时，相对于一定量酶所用的硅石的量可以是约50％或更少，并优选约25％或更少，最优选约15％或更少。

本发明的工艺和设备中所用的酶为在固定床中的固定化酶，且可以是脂酶；酯酶；酰基转移酶；那些可促进酸解反应、转酯反应、酯合成或酯交换反应的酶；具有磷脂酶或蛋白酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶；以及多聚核苷酸。适用的酶包括但不限于：来自于无色杆菌属(Achromobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、曲霉属(Aspergillus)、杆菌属(Bacillus)、念珠菌属(Candida)、色素杆菌属(Chromobacterium)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、地丝菌属(Geotrichum)、Humicolo、Humicora、毛霉菌属(Mucor)、青霉菌属(Penicillium)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、根毛霉属(Rhizomucor)、根霉属(Rhizopus)、葡萄球菌(Staphylococcus)、嗜热真菌属(Thermomyces)、以及球拟酵母属(Torulopsis)的酶。合适的酶的来源包括但不限于：Mucormihei、荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)、德氏根霉(Rhizopusdelemar)、柱状假丝酵母(Candidacylindracea)、圆弧青霉菌(Penicilliumcyclopium)以及疏绵状嗜热丝孢菌(Thermomyceslanuginosus)。特别优选的酶催化剂为来自于疏绵状嗜热丝孢菌的脂酶。

酶处理系统对脂肪或油的生产能力可通过在该处理系统中每克酶成功处理的油的千克数来进行评估。成功处理油或脂肪表示处理后的油或脂肪符合用该酶处理希望达到的产品的产品规格。当一定量的酶失去活性，它将无法成功处理其所接触的油或脂肪。在本发明的方法和设备中，即使在发明工艺的处理前未对脂肪和油进行除臭，该酶可比现有技术工艺中相同的酶处理更多的脂肪或油。根据本发明，该酶的活性至少约1.0千克油/克酶，更优选至少约1.5千克油/克酶，最优选至少约1.8千克油/克酶。

本发明的工艺在受控pH条件下运行时可得到更好的结果。一般而言，该pH应当小于约7.2。当pH在约3-7范围内时可得到良好结果，优选的pH约为6.8。

在图中，类似的编号表示类似的部件。

现参考图1，用于本发明的方法的设备10的实施方案包括原料入口12、预处理系统20、处理系统50、和产品出口90。在该示范性的实施方案中，每个预处理系统20和处理系统50包括多个彼此串联连接的模块或反应器。然而，应当理解，并非所有本发明的实施方案都包括预处理系统。此外，当包括了预处理系统时，该包括多个模块或反应器的系统可以是预处理系统或处理系统，或同时为两者。

图2显示了可用作本发明设备中的预处理模块或处理模块的现有技术的典型固定床反应器。每个固定床反应器包括反应器室110，该反应器室110包含放置在保留装置121(例如可保留处理介质同时允许被处理的原料流过的网筛或其它可透过装置)上的预处理介质或处理介质123。反应器室110可包括在垫圈116处密封结合的主体部分112和帽部分114。帽部分114可通过具有铰链119的机械臂118从主体部分112释放。帽部分114上提供有压力计115和观察镜117，从而允许监测反应器室110内的条件。主体部分112配备有固定支架113、入口124、出口126以及次级清洁口128。观察镜127设置于出口126下方。在主体部分110内部设置有伞状原料流分布系统125，其在行业内俗称“笠帽(chinaman'shat)”。主体部分112可进一步配有位于保留装置121上方的温度探头129和位于保留装置下方的温度探头131。取样口132有利地位于出口126的下游。应理解，特定反应器或处理模块的设计本身并非本发明的关键方面，且其它结构或设计的处理模块或反应器可用于实施本发明。上文提供了对一种可能的反应器设计的描述，以帮助理解本发明的描述。

当需要预处理原料时，合适的预处理系统可包含单个模块或多个模块。每个该种模块均可采用图2所示的固定床反应器的形式，或者可以是对具体情况最为适合的不同实施方案。图3显示了本发明的该种预处理系统的实施方案，其中使用了多个预处理模块，每个预处理模块基本采用图2所示的固定床反应器的形式。在所示实施方案中，预处理系统20包括固定床反应器22和22’，以及可调节的液体流通装置30，该流通装置30包括了进入、导出反应器22和22’和在反应器22和22’之间的液体导管系统，包括合适的阀和仪表，这在下文有更全面的说明。每个固定床反应器包括入口端口24、24’和出口端口26、26’。与每个出口端口26、26’连接流体截流阀27、27’。每个反应器床填充了合适的预处理介质(未显示)。在优选的实施方案中，该预处理介质是基本上不含水分的硅石。可调节的液体流通装置30包括由入口12引入的导管32。在入口12的下游是泵14，其保持进入导管32的原料具有基本恒定的流速。导管32通过热交换器33，该热交换器33具有热交换介质入口和出口31、31’，并可用于保持流入原料相对于特定预处理介质的最佳温度。水是一种可接受的热交换介质。导管32配备有流量传感器34(其监测原料的流速)，以及分别导入反应器22和22’的入口端口24、24’的连接器36和36’。每个连接器36、36’带有截流阀38、38’。反应器22和22’通过主反应器间连接器39彼此串联连接，该连接器39具有截流阀40，并从反应器22的出口26延伸至反应器22’的入口24’。反应器22和22’还通过次反应器间连接器39’彼此串联连接，该连接器39’具有截流阀40’和41’，并从反应器22’的出口26’通过截流阀41’和40’延伸至反应器22的入口24。

在常规操作下，液体流通装置30初始设置为阀38、40和27’处于开启位置，而截流阀38’、40’、27和41’处于关闭位置。在初始操作中，原料由入口12通过泵14流入导管32，并通过热交换器33，然后通过流量传感器34。由于截流阀38’和40’关闭，所有的原料将经开启的截流阀38流入连接器36，通过入口端口24，然后进入反应器22，并在其中到达第一预处理固定床。该原料通过出口26流出。由于输出阀27关闭，该原料随后通过主反应器间连接器39并经开启的阀40’到达入口24’，然后流入反应器22’，到达第二预处理床。然后，完全预处理后的原料经出口26’流出，并通过开启的阀27’。在此处，反应器22’的输出物已经完全预处理，且该预处理的原料可通过导管42流入处理系统50。

应能理解，反应器22中的预处理介质最初比反应器22’中的预处理介质将遭遇明显更多的杂质，从而使反应器22在反应器22’之前耗尽。反应器22、22’上的取样口28、28’允许操作者对反应器末端的预处理组合物进行取样，以确定该反应器中预处理介质的功能。在现有技术的系统中，反应器的输出物需要被频繁监测，以确定该介质的功能是否下降。当该种情况发生时，反应器22中的处理速率将下降，因而通过流量传感器34测得的通过泵14的原料输入速率必须下降。最终，整个系统必须关闭，一个或多个反应器中的填充物需要用新鲜的预处理介质进行替换，即使并非床中所有的介质已经失活。

现有技术的这些缺点已通过本发明的方法和设备得到克服。根据本发明，可参照如下步骤确定反应器22中的预处理介质是否需要被替换。关闭截流阀38和40，开启截流阀38’。在该种配置下，原料不再流入导管36和反应器22，转而通过导管36’流入反应器22’。由于阀40’关闭，原料无法通过主反应器间连接器39流回。现在反应器22’成为第一预处理反应器。原料通过出口26’流出反应器22’，然后通过阀27’流入导管42并进入处理系统50。

在该加工状态下，反应器22为“离线”，即没有原料流入或流出反应器22。反应器22可被打开，并替换“失效”的预处理物质，或者反应器22可进行其它的维护和检修步骤。一旦反应器22的检修完成，它可从新在线。将阀27’关闭，并将阀41’、40’和27全部开启，这允许原料从反应器22’通过阀41’并继续通过次反应器间连接器39’，然后通过阀40’并进入入口24，从而允许该原料接触反应器22中的新预处理物质。反应器22现在成为第二预处理反应器。现在预处理的原料通过出口26，然后通过阀27和导管42进入处理系统50。

上文所显示和描述的针对双模块预处理系统的相同原理也可应用于如图4所示的多固定床处理系统。在所示的实施方案中具有五个固定床反应器形式的处理模块422、522、622、722和822，每个床包含了适合于处理含脂质组合物的固定化酶。每个固定床反应器包括入口端口424、524、624、724和824，以及出口端口426、526、626、726和826。与每个出口端口连接出口流体截流阀427、527、627、727和827。可调节液体流通装置930包括流入、流出、以及介于反应器422、522、622、722和822之间的液体导管，以及阀和仪表，这在下文有更完全的说明。导管932引导自预处理系统20的导管42。导管932配备有流体传感器934，其可监测预处理原料的流速。连接器436、536、636、736、836分别导向反应器422、522、622、722、822的入口端口424、524、624、724和824。每个连接器均提供截流阀438、538、638、738、838。这些反应器通过带有截流阀440、540、640和740的主反应器间连接器439、539、639、739彼此串联连接。该反应器还通过具有截流阀340的次反应器间连接器339彼此串联连接。

在常规的初始操作下，阀438、440、540、640、740和827全部开启，而剩余的阀关闭。预处理的原料通过导管42流入导管932，通过流量传感器934，并通过开启的阀438。由于截流阀340、538、638、738和838均关闭，所有的原料将通过开启的截流阀438进入连接器436，通过入口端口424后进入反应器422，在此接触第一处理固定床。该原料通过出口426流出。由于输出阀427关闭，该原料随后通过主反应器间连接器439并经开启的阀440到达入口524，然后流入反应器522，到达第二预处理床。该原料流以相同的方式继续流过反应器622、722和822。此时反应器822的输出物被完全处理，且该处理过的脂质组合物可通过导管90流出该设备。

类似于预处理系统20，该该串联处理系统50中的第一处理模块将首先显示酶活性的下降，并最终需要被替换。如下描述适用于将第一反应器422离线用于检修，例如补充酶，然而参照相应部分，该描述同样适用于使任意其它的反应器离线。根据本发明，可参照如下步骤确定固定床反应器422是否需要检修。关闭截流阀438和440，开启截流阀538。在该种配置下，原料不再流入导管436和反应器422，转而由导管536流入反应器522。由于阀440关闭，原料无法通过主反应器间连接器439流回。反应器522现在成为第一处理床。该原料从反应器522经出口526流出，然后继续以相同的方式经过反应器622、722和822，并经导管90流出处理系统50。

在该加工状态下，反应器422为“离线”，即没有原料流入或流出反应器422。反应器422可被打开，并替换“失效”的处理物质，或者反应器422可进行其它的维护和检修步骤。一旦反应器422的检修完成，它可从新在线。将阀827关闭，并将阀340和427开启，这允许原料从反应器822通过出口826进入次反应器间连接器339，然后通过阀340并进入入口424，从而允许该原料接触反应器422中的新处理物质。反应器422现在成为最后的处理床。现在完全处理的原料通过出口426，然后通过阀427和导管90流出处理系统50。

当需要替换反应器522时，可通过相同的方式使其离线，反应器622成为该串联中的第一反应器，反应器522将被检修，并将作为该串联中的最后反应器重新在线。当酶床逐渐丧失功能时，可对每个反应器重复该过程。可以看到最新鲜的床始终作为该串联中最后一个在线，因而接受已经通过所有剩余反应器的脂质组合物。当组合物到达串联中的最后一个反应器时，它已经被较大程度地处理，并由于每个在先反应器中的去除或与先前的酶的反应而相对地不含杂质，从而确保了该组合物的基本完全的反应。该串联中最后一个反应器中的酶保留其功能的时间远长于作为串联中第一个的相同反应器。此外，在反应器必须再次离线之前，反应器中更多的酶被利用。令人惊奇的是，据发现通过本发明的方法和设备可使酶反应器床的使用寿命比在先系统延长高达六倍。

相对于现有技术的方法和设备，本发明的方法和设备对于脂质组合物的酶处理提供了显著的优势。催化剂寿命可延长高达六倍。由于在具体预处理模块中灭活和替换预处理介质，因此通过硅石或其它预处理介质进行的预处理是连续的而没有中断。类似地，由于固定化酶的酶失活和替换，因此对脂质的修饰也是连续的而没有中断。所述流速不仅连续，而且基本恒定。可实现对脂质组合物基本100％的转化，而无须中断或改变加工流速。仅需有限的加工监测来确保基本100％转化。此外，不需要在硅石预处理或酶处理之前或同时进行除臭步骤，便可获得高品质产品。

如下实施例阐述了本发明方法的实施，包括本发明的步骤的验证和与其它工艺的比较。在实施例涉及的此处主张的本发明的范围内，该实施例仅作阐述之用，并非作为限制，且意在阐述可以实施本发明的多种可能途径中的有限几种。

实施例1

酶酯交换的验证

(对照)

如下每个实施例中所用的油为由棕仁(PK)和棕榈油(PO)生产的全氢化精制和漂白的油的混合物(60:40混合物)，其用作具有“零”反式脂肪酸的“零”反式型人造黄油产品的硬浆(hardstock)，将其置于液体温度下，并根据已知方法采用1％漂白土和0.5％的硅石进行脱色。采用氮气打破真空并将所得的物质储存在10℃以下，直至用于此处的各个实施例。

在初始的酶催化酯交换验证中，所述油混合物的样本可同时以甲醇钠催化剂通过传统CIE(化学酯交换)法和以NovozymesTLIM固定化酶通过EIE(酶酯交换)工艺，不经任何预处理进行酯交换。在CIE工艺中，在玻璃搅拌反应器中将400-500g的干燥油混合物加热至95-105℃，然后添加0.1-0.2％甲醇钠催化剂，反应40-60分钟。在EIE工艺中，实验室规模的酶处理系统被配置为串联的三根柱，每根柱高250毫米，内径10毫米，并含有约7克的NovozymesTLIM酶，每个柱子装填成总体如图5所示的柱类型“1”的构造。在每根柱的顶部和底部，在玻璃棉层之间保留了少量的玻璃珠(直径2mm)，并将这些玻璃珠置于柱中以在柱中保留固定化酶且不会堵塞柱之间的连接。将5.2kg的油混合物样本加热至70℃，此时该样本处于液态，将其以大约2克油/克酶/小时的恒定速率用泵输送通过该处理系统。该工艺生成了3.8kg的酶催化酯交换油，相当于每克酶完全转化0.14kg的油的生产能力(3.8千克/21克酶)。

据发现通过CIE和EIE工艺生产的产品的溶解性质基本相同。下文的表1列举了CIE和EIE产品在不同目标温度下各自的固态脂肪含量(SFC)，并将其与预期的零反式脂肪人造黄油产品的规格进行了比较。CIE油中的生育酚水平是EIE油中生育酚水平的50％。可以看到，EIE工艺保留了任意酯交换之前油混合物中原始存在的基本所有的有益的生育酚，而CIE工艺破坏了约50％的生育酚。

表1

为了进一步评估CIE和EIE工艺的产品，将该产品混合为油组合物，其中包含14.0％的酯交换产品，85.5％的大豆油，以及1.5％全氢化棕榈油。下文的表2列举了两种混合物在不同目标温度下的固态脂肪含量。采用RancimatMetrohm(型号743)在130℃下测定的油组合物的稳定性：采用CIE产品的混合物为10小时，采用EIE产品的混合物为20小时。

表2

实施例2

柠檬酸作为预处理加工助剂的评估

(比较实施例)

已经表明油产品中存在的痕量金属可氧化油并引起酶的提前失活。根据Dutton等人在J.A.O.C.S.(1948和1949)中的报导，柠檬酸作为痕量金属的螯合剂会导致它们失活。因此，将柠檬酸作为预处理加工助剂进行测试，以确定其是否能在后续EIE工艺中延长酶活性。进行了以柠檬酸作为预处理加工助剂的两个试验。采用如实施例1所述的实验室级的酶催化酯交换处理系统，但使用串联连接的三根柱子。在串联中的第二和第三柱是图5所示并在实施例1中使用的“1”型，但第一柱是图5所示的“2”型。三根柱中每根填充了大约7克的NovozymesTLIM酶，如实施例1所述，在每根柱中在酶的上部和下部还有玻璃棉层和玻璃珠。在2型的第一柱中，在酶床顶部添加了0.80克颗粒状柠檬酸(从TateandLyIe获得，产品代码510104176)作为加工助剂(1厘米高)。在第一试验中，使用了总计21.57克的酶。在每个试验中，将如上所述的5.2kg的油混合物样本升温至70℃，并使其以大约2.0克脂肪/克酶/小时的流速在约五天的周期内流过三根柱。

下文的表3列举了本实施例所用的油在脱色后、进行酶催化酯交换前的属性。可以看到除了两种属性外，所有的属性均在该产品类型的内部规范的范围内。

美国油类化学家学会官方方法

表3

下文的表4列举了经过第一试验中的柠檬酸预处理，在三根柱中的EIE处理后的油产品的属性。可以看到随着试验持续到第五天，更多的属性未能满足产品规格，特别是在升高温度下的固态脂肪含量。

表4

2天的生产后，产品偏离出了SFC产品规范，显示当保持恒定流速时该反应不再进行完全。为实现更多的完全反应，将需要减缓组合物通过该系统的流速，这与本发明的目的相悖。五天的周期后(仅前两天获得了可接受的产品)，该工艺获得了2.4kg达到预期产品规格的酯交换脂肪，相当于0.11kg脂肪/克酶(2.4千克/21.57克酶)的生产能力或转化率。

在该第二试验中，来自于相同来源的油通过含有0.80g柠檬酸和20.79g酶的柱子的相同排列，采用第一试验相同的流速和温度，但周期仅为四天。在脱色后EIE处理前的油的属性列举于下文的表5中。该起始油的样本取自相同来源的混合物，然而，它与第一试验所用的样本具有略微不同的分析结果。

表5

下文的表6列举了通过EIE系统处理4天后的油的属性。四天后，45.0℃下的固态脂肪含量的值明显偏离该规格，且该评估终止。

表6

四天后，该试验获得3.5kg酯交换脂肪，相当于0.17千克脂肪/克酶的生产能力。两个试验生产能力的差异的原因并不确定，但推断为柠檬酸在油中的溶解度具有一定影响。以柠檬酸进行的两个试验得到了极低的转化/生产能力。对实施例1的无预处理试验和实施例2的柠檬酸预处理试验之间在40℃下的SFC含量的比较可得到如下结论：柠檬酸并未提高酶的寿命，却实际是一种毒药。

实施例3

EDTA作为预处理加工助剂的评估

(比较实施例)

由于从实施例2的两个试验可得出柠檬酸对酶具有“毒性”作用的结论，人们认为不同的螯合剂可通过去除油中存在的痕量金属而对酶的活性产生积极作用。EDTA(乙二胺四乙酸二钠)已知可作为使痕量金属失活的螯合剂。

进行了以EDTA作为预处理加工助剂的两个试验。如上文实施例2所述将一个“2”型柱和两个“1”型柱串联连接。如上所述，排列中的三根柱包含了总计21.3g的同种酶。对于第一试验，0.43g的微颗粒EDTA(来自于AksellQuimica(lndaiatuba，SPBrazil)，产品代号1282710200)被用作第一柱中酶床顶部的加工助剂(1厘米高)。在70℃的温度下以2.0克脂肪/克酶/小时的流速在七天的周期中使实施例1和2中所用的相同油混合物样本通过这些柱。下文的表7列举了酶处理前油的属性。表8列举了经EDTA预处理的酶处理后的油的属性。

表7

表8

该试验在六天后由于高泵压而终止。显然该EDTA加工助剂在床中紧密堆积。该试验获得7.2kg的酯交换脂肪，相当于0.39千克脂肪/克酶的生产能力或转化。

对于第二试验，其设置与第一试验相同，在三根串联连接的柱中含有总计21.3g的酶，流速为2.0克脂肪/克酶/小时，区别之处在于在提高流速并降低泵压的尝试中采用了比例为75:25的EDTA(0.43g)和玻璃珠(直径2mm)的混合物作为加工助剂。该EDTA/玻璃珠混合物被放置在第一柱中的酶的顶部，高度为1厘米。油在处理前的属性列举于表9中，处理后油的属性列举于表10中。

表9

表10

与第一试验类似，该第二试验显示了EDTA的紧密堆积。在第二试验中所用的玻璃珠减缓了堆积的速率，但八天后，该试验由于泵压过高而必须终止。该第二试验获得9.6kg的酯交换脂肪，相当于0.45千克脂肪/克酶的生产能力或转化。EDTA使系统生产能力相比上文未使用加工助剂的实施例1的EIE系统提高了大约100％。

实施例4

硅胶作为预处理加工助剂的评估

针对本实验准备四根柱子并串联排列。串联中的第一根柱采用图5所示的“3”型构造，采用来自于W.R.Grace的代号为SP535-10065的色谱级硅石床(3.3g硅石)，该硅胶基本上不含水分，具有大约316m²/g的表面积，孔体积为1.029ml/g，pH为6.8，总挥发物为4.4％，装填密度358g/1，平均孔径颗粒尺寸分布介于100和300微米，筛目尺寸50至150，以干重计SiO₂含量为99.7％。该串联中的其它三根柱采用图5所示的“1”型柱，其中装填了22.0g的NovozymesTLIM，该固定化酶产品与前三个实施例分别所用的固定化酶相同。硅石与酶的比例为约15％。该试验使用与前三个实施例所用相同的油混合物。该试验以2.0克脂肪/克酶/小时的流速持续三十三天。

下文的表11列举了酶处理前油的属性，而表12和13列举了经硅石预处理的酶处理后油的属性，该硅石基本上不含水分。酶催化工艺的活性和稳定性可通过45℃和40℃下SFC读数的变化得到测定。

表11

表12

表13

该工艺生成了40千克符合稳定系统的内部规格的酯交换脂肪。酶的生产能力计算为1.82千克脂肪/克酶，显示相对于未经任何预处理的酶活性(基于0.14千克油/克酶的生产能力)，活性提高了1000％以上。对硅石预处理前和预处理后但在酶处理前的油的分析显示以常规测定的工业标准来看基本没有区别。不希望受限于理论，可认为该基本上不含水分的硅石从该含脂质组合物中去除了仍未鉴定的物质。

表14

分析	用硅石前	用硅石后
			FFA(以油酸计％)	0.443	0.440
皂(ppm)	10.30	9.06
			金属Cu	＜0.02	＜0.02
Fe	＜0.1	＜0.1
			Ni	＜0.5	＜0.5
磷(ppm)	0.413	0.318
			茴香胺指数	1.19	1.16
过氧化值(meq/Kg)	0.588	0.600

图6显示了无预处理的实施例1、用柠檬酸预处理的实施例2、以及用基本上不含水分的硅石预处理的实施例4的试验所得的固态脂肪含量。可以看到柠檬酸预处理提供了负面作用，即其结果甚至比没有预处理时所得的结果还要差。基本上无水分硅石预处理的数据曲线显示了明显较小的斜度，并能够运行更长的测试期间。

前述结果证明了柠檬酸对于酶的活性以及对要酯交换的原料的总体转化是有害的。由于床的压缩和产生的压力，所测试的粉末形式的EDTA不可接受，甚至在与玻璃珠混合以提高加工流速时也是如此。据发现基本上无水分的硅石对于酶催化剂的活性和寿命极为有益。此外，这些结果可通过比其它现有实验室规模工艺中所披露的更小量的硅石用量来实现。此处的实施例4的工艺中每22.0g固定化酶采用了3.3g基本上无水分硅石(约15％)。在美国专利申请公开号2003/0054509和美国专利申请公开号2005/0014237中，在实施例3中报导了每22g酶采用了38g据推测并非无水的硅石产品(约172％)。因此本发明允许大量减少预处理介质的用量，同时能在连续工艺中获得高品质的酯交换产品。

实施例5

工业工艺

(对照)

工业酶催化酯交换(EIE)规模工艺可参照图4进行配置，区别之处在于仅用四根柱串联，并在每根柱中填充20kg的NovozymesTLIM，总计80kg酶。在本实施例中使用了分别在前四个实施例中采用的相同的固定化酶产品。该工业工艺以连续模式运行，其中根据图4将四个反应器串联放置。在工厂中该反应器从左到右命名为“A”、“B”、“C”和“D”。反应器序列“CDBA”表示反应器“C”是与脂质材料接触的第一个反应器，随后为反应器“D”、“B”和“A”。反应器“C”应是在线最长的反应器，而反应器“A”应填充新酶。在该试验中的反应器配置为“ABCD”。在该实施例5的试验之前，这些反应器已经将10吨除臭基质油处理至符合产品规格。在本对照实施例中，该工业配置未配备预处理系统，也未在任意柱中使用加工助剂。将一定量的实施例1-4所用的相同油置于罐中并保持在液态温度下(通常为70-100℃)，以200kg/小时的恒定流速泵入热交换器以将油冷却至70℃，然后通过串联的填充柱以接触该酶。

下文的表15列举了酶处理前油的属性，表16列举了无预处理的酶处理后油的属性。

表15

表16

20公吨的混合油在四天的工艺试验中被加工。油的流速在第二天被降低，以试图生产符合产品规格的物质。该工艺在第四天由于产品不符合所需规格而被停止。该试验期间内的生产能力或转化为零(kg/g)，因为未能生产符合产品规格的油。

实施例6

以硅石预处理的工业工艺

该采用硅石的工业工艺使用与实施例5相同的配置，其区别之处在于当每个反应器需要新酶时，在填充20kgNovozymesTLIM后，将随后填充3kg的基本上无水分层析硅石(SP535-10065，由W.R.Grace销售)，即每根柱都按照图5的“2”型填充，并将基本上不含水分硅石用作加工助剂。该工艺持续运行至每根柱被重新填充为“2”型柱，然后开始本实施例的评估。将实施例1-5中所用的相同批次的油混合物在第一天以200kg/小时的恒定流速泵入系统，在随后的每天中的流速为170kg/小时，在每根柱中，在70℃的温度下，该油首先接触该硅石，然后接触酶。下文的表17列举了在EIE处理前评估第1天、第69天和第101天取样的本实施例中所用油混合物的特征，而下文的表18列举了在评估的同一天取样的酯交换油的特征。

表17

表18

为了确定在连续系统中所用的酶的产率，对每根柱定义了“周期”。一个周期由新反应器在线后作为串联中第四、然后第三、第二和最后为第一反应器的阶段组成。下文表19中的周期1是反应器“A”的周期，即反应器A的周期1为从第1天至第69天。每次当反应器顺序按表19所示进行变化时，其步骤可参照上文有关图4的描述，且通过该系统的流速保持恒定。

表19

周期1的产率计算为将反应器在线的时间内所有泵出的油的总量(190,000kg)除以该油接触的酶的量(80kg)，所得产率为2.38千克油/克酶。所有周期的产率显示于表20。可以看到所有这些值均比实施例1-3的现有技术工艺有了明显提高，甚至超过了实施例5中本发明的小试工艺的值。

表20

试验过程中产率的这些差异可归结于酶催化酯交换系统因工厂维护和工厂运行关闭而不被使用的时间段。预期在工业反应器中当酶达到100％利用且当通常如图5中的“3”型柱所示的预处理反应器在线时，可达到约3.5kg/g的产率。本实施例清楚地演示了多反应器系统的应用，以及用基本上不含水分的硅石作为预处理加工助剂对于连续酶催化工艺的改良和经济性的出人意料的优势。

此处披露了连续酶催化处理含脂质组合物的方法和设备，其优选带有预处理系统，其中不论是处理、预处理还是两者均发生在串联连接的多个处理模块中，该模块所采用的配置方式使得可在系统运行时使其中一个模块离线，从而确保连续运行。该方法和设备明显延长了酶的寿命，并提供了在全部的酶在该处理模块中更为有效的利用。本发明进一步包括了以基本上不含水分的硅石作为加工助剂的预处理的EIE工艺，该加工助剂即可在单独的预处理反应器或系统中使用，也在每个反应器中置于酶的上方。

Claims

1.以基本恒定的流速对含脂质组合物进行连续酶处理的方法，该方法包括如下步骤：

(a)提供含脂质原料，

(b)将所述原料与第一加工助剂相接触，以预处理该原料，从而获得预处理后的原料，

(c)使所述预处理后的原料以基本恒定的流速通过处理系统，该处理系统包括多个彼此串联连接的含酶固定床反应器，其中在所述预处理后的原料通过该反应器时反应的速率基本不下降，并

(d)所述固定床反应器的每一个可单独使用，所述固定床反应器中的一个离线检修时该原料通过该处理系统的流速保持基本恒定，其中该加工助剂包含具有大于约的平均孔径和以重量计少于约10％的挥发物的硅石，其中硅石与酶的重量比不大于约50％。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述加工助剂被置于至少一个所述含酶固定床反应器中。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述加工助剂在所述至少一个所述含酶固定床反应器中被置于所述酶的上方。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述加工助剂被置于与所述含酶固定床反应器分离的预处理系统中。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述预处理系统包括至少一个固定床反应器。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述预处理系统包括多个固定床反应器，每个所述固定床反应器可单独使用，当其中一个所述预处理固定床反应器离线检修时，该原料通过所述预处理系统的流速保持基本恒定。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述酶选自由以下组成的组中的一种或多种：脂酶；酯酶；酰基转移酶；可促进酸解反应、转酯反应、酯合成或酯交换反应的酶；以及具有磷脂酶或蛋白酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述酶来自由以下组成的组的一种或多种来源：无色杆菌属、产碱杆菌属、曲霉属、杆菌属、念珠菌属、色素杆菌属、棒状杆菌属、地丝菌属、Humicolo、Humicora、毛霉菌属、青霉菌属、假单胞杆菌属、根毛霉属、根霉属、葡萄球菌、嗜热真菌属、以及球拟酵母属。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述一种或多种来源选自由如下组成的组：Mucormihei、荧光假单胞菌、德氏根霉、柱状假丝酵母、圆弧青霉菌、以及疏绵状嗜热丝孢菌。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述硅石选自由如下组成的组中的一种或多种：层析硅石、熔凝硅石、沉淀硅石、煅制硅石、胶体硅石、无定形硅石以及硅凝胶。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述硅石含有以重量计少于5％的挥发物。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述硅石以干物质进行分析时为至少95％的SiO₂。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述硅石以干物质进行分析时为至少99％的SiO₂。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述硅石产品具有大于的平均孔径。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述硅石具有低于7.0的pH。

16.如权利要求1所述的方法，其中硅石与酶的重量比不大于25％。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述含脂质原料在用于该方法前不进行除臭。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述含脂质原料包含选自由如下组成的组的一种或多种油或脂肪：卡诺拉油、蓖麻油、椰子油、芫荽油、玉米油、棉子油、榛子油、大麻籽油、亚麻子油、白芒花油、橄榄油、棕榈油、棕榈核油、花生油、菜籽油、米糠油、红花油、油茶油、大豆油、葵花籽油、妥尔油、椿油、高油酸油、低亚麻油酸油、低饱和油、植物油、鲱鱼油、烛鱼油、鱼肝油、桔连鳍鲑油、沙丁鱼油、鲱油、猪油、动物脂、以及任意前述的混合物。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述原料包含

曾被(a)精制和脱色；(b)精制、脱色和部分氢化；(c)精制、脱色和完全氢化；或(d)精制、脱色和分馏的脂质材料。

20.如权利要求1所述的方法，其中所述酶以至少约1.0千克含脂质原料/克酶进行加工，且其中所述含脂质原料是油。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述的酶以至少约1.5千克含脂质原料/克酶进行加工，且其中所述含脂质原料是油。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述的酶以至少约1.8千克含脂质原料/克酶进行加工，且其中所述含脂质原料是油。