CN105420300A - 一种甘油酯型pufa的制备方法 - Google Patents

一种甘油酯型pufa的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甘油酯型PUFA的制备方法，包括如下步骤：(1)PUFA的酰基供体与甘油混合后，与固定化脂肪酶接触进行反应，整个反应置于真空条件下；(2)将步骤(1)反应后的物料于90～120℃热处理至少1.5nmin，n＝(150-T)/20，T为热处理的温度；将物料冷却至步骤(1)的反应温度后，再加入步骤(1)的混合物料中，循环步骤(1)和(2)的反应；(3)当反应基本达到平衡，分离反应产物，回收油相，最后对油相进行纯化，获得甘油酯型的PUFA产物。本方法通过热处理控制甘油酯的组成，提高了反应进行的效率，缩短了反应时间，提高了甘油三酯的得率，PUFA酰基供体的转化率在90％以上。

Description

一种甘油酯型PUFA的制备方法
技术领域
本发明涉及一种甘油酯型PUFA的制备方法。
背景技术
多不饱和脂肪酸(PUFA)一般是指含有两个或两个以上双键且碳链长度为18～22个碳原子的直链脂肪酸。对人体具有特殊生理功能的常见PUFA主要有二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(DPA)、花生四烯酸(AA)、十八碳四烯酸(SDA)、α-亚麻酸(ALA)、γ-亚麻酸(GLA)。PUFA因具有独特的生理功能，在功能性食品、医药、保健品领域有着越来越多的应用。这些PUFA多来源于海洋鱼油、藻油或某些植物油。但是这些来源的产品中PUFA的含量较低，特别是海洋鱼油和藻油中的PUFA含量一般均不高于50％，它们同时还含有大量的其他脂肪酸。这些脂肪酸的存在，在一定程度上影响了PUFA的生物利用效率；因此，一般采用深加工的技术将PUFA以脂肪酸或者脂肪酸短链醇酯的方式富集出来，其PUFA含量可以达到85％以上。但是由于脂肪酸型或者甲酯、乙酯型的PUFA制品其氧化稳定性差，不是油脂的最佳存储和应用形式。研究表明甘油酯型的PUFA性质稳定，生物利用度高，而且更广泛适用于在食品加工中应用；因此，甘油酯型PUFA产品的制备工艺受到越来越广泛的重视。
由于PUFA性质较为活泼，很容易发生氧化或异构化而失去其生理活性，因此，目前制备甘油酯型PUFA多采用制备条件比较温和的酶催化的方法。脂肪酶根据对甘油酯位置的催化特异性，人们经常将脂肪酶分为Sn-1,3位特异性脂肪酶和非特异性脂肪酶，很多文献中对脂肪酶这样进行描述。但是，目前工业中已经广泛使用的脂肪酶，在制备PUFA甘油酯的过程中均表现出Sn-1,3位特异性，完全的非特异脂肪酶目前尚未发现，不同的脂肪酶之间只是位置特异性强弱的差别。这就使得在酶催化PUFA制备过程中，产物的过量积累抑制了酶的催化效率，从而导致了PUFA酰基供体的转化率低、甘油酯中甘油三酯含量低的问题。为了解决这个问题，一般采用延长反应时间、提高反应温度或增加酶的添加量的方法来进行。在生产过程中，延长反应时间极大地降低了设备的生产能力；提高反应温度对酶的活力和PUFA的稳定性都有显著的不利影响；由于脂肪酶的价格昂贵，增加酶的用量会降低单位质量酶的使用效率，使得该产品的生产成本升高。
发明内容
针对现有甘油酯型PUFA制备方法酶反应效率低、底物转化率不高、甘油酯中甘油三酯含量低的问题，本发明的目的是提供一种甘油酯型PUFA的快速制备方法。在本发明中，通过在物料与酶接触反应后添加热处理过程，将抑制酶反应进行的产物转化为有利于反应继续进行的形式，消除了反应混合物中产物对酶反应的抑制作用，大大缩短了脂肪酶催化制备甘油酯型PUFA所需的反应时间。该方法制备的甘油酯型PUFA产品，PUFA的转化率可以达到90％以上，甘油酯中甘油三酯含量可以达到60％以上。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种甘油酯型PUFA的制备方法，包括如下步骤：
(1)PUFA的酰基供体与甘油混合后，与固定化脂肪酶接触进行反应，整个反应置于真空条件下；
(2)将步骤(1)反应后的物料于90～120℃热处理至少1.5nmin，n＝(150-T)/20，T为热处理的温度；将物料冷却至步骤(1)的反应温度后，再加入步骤(1)的混合物料中，循环步骤(1)和(2)的反应；
(3)当反应基本达到平衡，分离反应产物，回收油相，最后对油相进行纯化，获得甘油酯型的PUFA产物。
优选地，步骤(1)所述PUFA的酰基供体与甘油的摩尔比为1.0～2.5。
优选地，步骤(1)所述反应的温度为45～55℃，反应时间不低于5min。
优选地，步骤(2)所述热处理温度为100～110℃，热处理时间为2.5～8min。
优选地，所述PUFA的酰基供体为富含PUFA的脂肪酸或脂肪酸短链醇酯。
优选地，所述真空条件为反应系统的压强为100Pa以下。
所述脂肪酶为来源于根酶属、曲霉属、毛酶属、细菌、酵母菌、动物胰脏中的一种或两种以上的混合物。
所述的分离过程可以是分子蒸馏、溶剂萃取、碱中和、也可以是两种以上上述分离方法的联合。
本课题组研究发现，利用脂肪酶催化制备甘油酯型PUFA的过程中，脂肪酶的甘油酯位置专一性(或选择性)是限制催化效率、PUFA酰基供体的主要影响因素。但是由于商品化的固定化脂肪酶均具有显著的甘油酯位置专一性，在催化PUFA酰基供体和甘油反应制备PUFA甘油酯时，PUFA的酰基优先结合在甘油的Sn-1,3位上，产生了PUFA的Sn-1,3形式的甘油二酯，这一速率远远大于PUFA结合在甘油Sn-2位的速率，限制了甘油三酯的形成，也降低了酶反应效率。目前的解决方向一是通过脂肪酶的分子改造，这一途径目前尚未有成果；另一方向是通过生产工艺的设计降低酶反应产物中Sn-1,3甘油二酯的比例，消除酶反应的底物抑制，从而实现甘油酯型PUFA产品的酶法快速制备。本发明研究发现，相对于其他降低酶反应产物中Sn-1,3甘油二酯比例的方法，通过适宜的热处理温度，同时控制在该温度下的保留时间可以显著提高酶催化效率，缩短物料转化的时间，提高底物的利用率；同时，该方案简单易行，在工业上具有良好的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明对酶反应后的产物进行热处理，通过将酶反应产物异构化，解除酶反应的产物抑制效应，提高了酶反应的催化效率，缩短了制备甘油酯型PUFA产品所需的时间。
(2)用本发明方法制造的甘油酯型PUFA产品，提高了PUFA的转化率，甘油酯产物中甘油三酯的含量在65％以上，PUFA酰基供体的转化率在95％以上，在实际应用中具有更好的经济性和环保性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；1物料罐2搅拌电机3流量计4过料泵5填充床酶反应器6压力表7热处理装置8冷却装置。
具体实施方式
以下通过实施例更详细地介绍本发明的实施。在所述实施例中，所有百分比均以质量计。
实施例1
将10KgPUFA浓缩物(来自金枪鱼油，PUFA组成为ALA1.6％，AA9.8％，EPA7.8％，DPA16.4％，DHA50.8％)和甘油1Kg加入混合罐中，在磁力搅拌的情况下，如图1所示，反应物经泵输送流经填充床酶反应器5(酶反应的温度为50℃，物料跟固定化脂肪酶Novozym435接触时间为5min)，然后在热处理装置7中进行热处理，在100℃的状态下滞留3min，然后经冷却装置8降温到50℃后回到物料罐1中，固定化脂肪酶Novozym435的用量为100g，反应温度为50℃，整个反应系统置于压力为100Pa的真空状态下。调整物料的流量使其在系统中循环反应，12小时后取样分析反应产物组成，PUFA的转化率为91.4％，甘油三酯含量为65.7％，甘油二酯含量为27.2％，单甘油酯的含量为7.2％。24小时后取样分析反应产物组成，PUFA的转化率为95.2％，甘油三酯含量为68.6％，甘油二酯含量为30.2％，单甘油酯的含量为1.2％。
实施例2
在混合罐中加入甘油1Kg，CLA乙酯浓缩物9Kg(CLA含量为80.3％)，在磁力搅拌的情况下，如图1所示，反应物经泵输送流经酶反应器5(酶反应的温度为50℃，物料跟固定化脂肪酶Novozym435接触时间为5min)，然后在热处理装置7中进行热处理，在110℃的状态下滞留2.5min，然后经冷却装置8降温到50℃后回到物料罐1中，固定化脂肪酶Novozym435的用量为100g，反应温度为50℃，整个反应系统置于压力为100Pa的真空状态下。调整物料的流量使其在系统中循环反应，12小时后取样分析反应产物组成，CLA的转化率为93.1％，甘油三酯含量为68.4％，甘油二酯含量为22.5％，单甘油酯的含量为9.2％。24小时后取样分析反应产物组成，CLA的转化率为96.2％，甘油三酯含量为70.6％，甘油二酯含量为25.7％，单甘油酯的含量为4.3％。
对比实施例1
将10KgPUFA浓缩物(来自金枪鱼油，PUFA组成为ALA1.6％，AA9.8％，EPA7.8％，DPA16.4％，DHA50.8％)和甘油1Kg加入混合罐中，在磁力搅拌的情况下，反应物经泵输送流经酶反应器(酶反应的温度为50℃，物料跟固定化脂肪酶Novozym435接触时间为5min)，然后回到物料罐中，固定化脂肪酶Novozym435的用量为100g，反应温度为50℃，整个反应系统置于压力为100Pa的真空状态下。调整物料的流量使其在系统中循环反应，12小时后取样分析反应产物组成，PUFA的转化率为51.8％，甘油三酯含量为28.9％，甘油二酯含量为49.7％，单甘油酯的含量为22.4％；24小时后取样分析反应产物组，PUFA的转化率为74.2％，甘油三酯含量为38.5％，甘油二酯含量为44.6％，单甘油酯的含量为16.8％。
对比实施例2
在混合罐中加入甘油1Kg，CLA乙酯浓缩物9Kg(CLA含量为80.3％)，10g脂肪酶Novozym435，在磁力搅拌的情况下，反应物经泵输送流经酶反应器(酶反应的温度为50℃，物料跟固定化脂肪酶Novozym435接触时间为5min)，然后回到物料罐中，固定化脂肪酶Novozym435的用量为100g，反应温度为50℃，整个反应系统置于压力为100Pa的真空状态下。调整物料的流量使其在系统中循环反应，12小时后取样分析反应产物组成，CLA的转化率为64.2％，甘油三酯含量为34.8％，甘油二酯含量为43.7％，单甘油酯的含量为21.4％。24小时后取样分析反应产物组成，CLA的转化率为78.6％，甘油三酯含量为40.1％，甘油二酯含量为47.5％，单甘油酯的含量为13.4％。

Claims (8)

1.一种甘油酯型PUFA的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)PUFA的酰基供体与甘油混合后，与固定化脂肪酶接触进行反应，整个反应置于真空条件下；
(2)将步骤(1)反应后的物料于90～120℃热处理至少1.5nmin，n＝(150-T)/20，T为热处理的温度；将物料冷却至步骤(1)的反应温度后，再加入步骤(1)的混合物料中，循环步骤(1)和(2)的反应；
(3)当反应基本达到平衡，分离反应产物，回收油相，最后对油相进行纯化，获得甘油酯型的PUFA产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述PUFA的酰基供体与甘油的摩尔比为1.0～2.5。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应的温度为45～55℃，反应时间不低于5min。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热处理温度为100～110℃，热处理时间为2.5～8min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热处理温度为100～110℃，热处理时间为2.5～8min。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述PUFA的酰基供体为富含PUFA的脂肪酸或脂肪酸短链醇酯。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述真空条件为反应系统中的压强为100Pa以下。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脂肪酶为来源于根酶属、曲霉属、毛酶属、细菌、酵母菌、动物胰脏中的一种或两种以上的混合物。
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