CN105441494B - 一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法 - Google Patents

一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种酶法合成1,2‑甘油二酯的方法，其是将植物油和有机溶剂以1：10～100的摩尔比混合，搅拌乳化后，加入占底物总质量2～20％的固定化脂肪酶，在20～70℃的温度下反应0.5～6h后，离心去除脂肪酶，得到含有1,2‑甘油二酯的产物。本发明提供的合成方法可明显加快反应速率，得率高，产物易于纯化，是一种高效、快速、符合绿色化学、便于工业化生产的合成方法。

Description

一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法
技术领域
本发明属于结构甘油酯的合成技术领域，具体涉及一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法。
背景技术
甘油二酯(Diacylglycerol，DAG)是一类甘油三酯(Triacylglycerol，TAG)中一个脂肪酸被羟基取代所形成的结构脂质，主要存在1,3-DAG和1,2-DAG两种异构体，是公认安全(GRAS)的食品成分，同时也是一种多功能添加剂，在食品、医药、化工等行业有着广阔的应用前景。
目前所开发出来的甘油二酯(主要指1,3-甘油二酯)的制备方法主要有四种：
第一种制备方法公开在日本第6-3438号专利中，其是利用假单细胞细菌属微生物来催化固体油脂与甘油进行酶水解与酯交换反应。所获得的油脂产物具有85％纯度的甘油二酯。但是若使用液态油取代固体油脂为反应物时，无法获得高纯度的甘油二酯，因此所获得的油脂产物在常温时为固体，在使用上较不方便。
第二种制备方法公开在日本第11-123097号公告专利中，其是利用一种特别的甘油1、3位置特异性脂肪水解酶，来专门水解位于脂肪酸甘油酯第1、3位置上脂肪酸使其游离出来。但是此种方法需先水解脂肪酸甘油酯，再让甘油或甘油单酯与脂肪酸进行酯化反应，如此才能获得甘油二酯。因此要获得甘油二酯，需进行复杂的反应步骤才行。
第三种制备方法为韩国第2001-002974号公开专利所揭示的制备方法。其是使用1、3位置特异性脂肪水解酶或是非特异性脂肪水解酶来水解一般的油脂，可获得具有60％纯度以上的甘油二酯的油脂组合物。但是在水解反应之后，必须迅速移除水分，否则会继续水解油脂产生大量的游离脂肪酸。
第四种制备方法为韩国第2004-0015668号公开专利所揭示的制备方法。其是利用甘油单酯、共轭亚麻油酸、油脂、脂肪酸或及其混合物，经混合及搅拌等阶段，在低真空髙温(不添加酶)或30～60℃(添加酶)的情况下，合成含有80％纯度的甘油二酯的油脂组合物。但是其所使用的甘油单酯需经特殊方法合成，因此此种制备方法的前置准备作业程序比前三种制备方法更为复杂。
1,2-甘油二酯和1,3-甘油二酯互为同分异构体，与1,3-甘油二酯不同的是，1,2-甘油二酯可以作为生物体内的信号分子，控制细胞的增殖、分化和生存；作为趋化因子刺激白细胞向感染部位迁移，促进伤口的愈合；以及帮助改善心肌功能紊乱。
由于1,2-甘油二酯的热稳定性较差，目前国内并没有1,2-甘油二酯的专业生产厂家。目前报道的合成1,2-甘油二酯的方法公开在南京工业大学的“相转移催化D-甘露醇合成1,2-甘油二酯”文献中，源自《现代化工》2013年第33卷第1期，其是利用D-甘露醇，经丙叉基保护、氧化还原、苄基保护、脱丙叉保护、醇的酰化、苄基的脱保护，合成产率49.3％的1,2-甘油二酯。该反应耗时超过60h，且反应过程中引入了溴化苄、四丁基硫酸氢铵、氯仿等大量有毒试剂，不是一种高效绿色的合成途径。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有酶法合成1,2-甘油二酯的方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是，克服现有常规化学法合成的不足，提供一种在有机单相体系中酶法合成1,2-甘油二酯的方法。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法，其将植物油和有机溶剂以1：10～100的摩尔比混合，搅拌乳化后，加入占底物总质量2～20％的固定化脂肪酶，在20～70℃的温度下反应0.5～6h后，离心去除脂肪酶，得到含有1,2-甘油二酯的产物。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述植物油为高油酸葵花籽油、棕榈油、橄榄油、大豆油、玉米油、花生油、椰子油或合成的结构甘油三酯中的一种或几种。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种或几种。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述脂肪酶为固定化酶Lipozyme RM IM、固定化酶Lipozyme 435、固定化酶Lipozyme TL IM、固定化酶Novozym 435中的一种或几种。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述脂肪酶为固定化酶Lipozyme 435。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述固定化酶Lipozyme 435，其加入量占底物总质量的6％。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：将植物油和有机溶剂以1：50的摩尔比混合，在50℃的温度下反应1h。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述搅拌乳化，是在400～600rpm的条件下搅拌乳化10～20min。
作为本发明所述酶法合成1,2-甘油二酯的方法的一种优选方案，其中：所述离心去除脂肪酶，是在3000～5000rpm的条件下离心8～12min。
本发明所具有的有益效果：本发明所提供的酶法合成1,2-甘油二酯的方法，利用物质反应特性及在有机单相体系中反应的优势，能达到常规化学法合成所不具备的效果，反应时间由之前的60h缩短至0.5～6h，得率提高至90％。本发明原料来源广泛，反应条件温和；不引入多余的有机试剂，增加了酶与底物的相互作用，提高了反应效率，同时降低了后续纯化操作的难度。由此可见，本发明提供的合成方法是一种高效、快速、符合绿色化学、便于工业化生产的合成方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明反应产物中1,2-甘油二酯得率随底物摩尔比变化的关系示意图，反应条件为：高油酸葵花籽油与无水乙醇以1：30～55的摩尔比混合，加入占底物总质量6％的固定化脂肪酶Lipozyme 435，在50℃下反应1h。
图2为本发明反应产物中1,2-甘油二酯的HPLC-ELSD图，反应条件为：高油酸葵花籽油与无水乙醇以1:50摩尔比混合，加入占底物总质量6％的固定化脂肪酶Lipozyme 435，在50℃下反应1h。
图3为本发明反应产物中1,2-甘油二酯得率随脂肪酶种类变化的关系示意图，反应条件为：高油酸葵花籽油与无水乙醇以1:50摩尔比混合，加入占底物总质量6％的固定化酶Lipozyme 435、固定化酶Lipozyme TL IM、固定化酶Lipozyme RM IM或固定化酶Novozym435，在50℃下反应1～2h。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明公开了一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法，它解决了目前国内没有利用酶促反应制备1,2-甘油二酯的问题，其中，采用乙醇为反应物的反应原理为：
实施例1：
将高油酸葵花籽油和正丙醇以1:30的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为40℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量6％的脂肪酶Lipozyme RM IM，开始反应，反应1h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为45.3％。
实施例2：
将高油酸葵花籽油和无水乙醇以1:50的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为50℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量6％的脂肪酶Lipozyme 435，开始反应，反应1h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为90％。
实施例3：
将棕榈油和无水乙醇以1:40的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为45℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量8％的脂肪酶Lipozyme 435，开始反应，反应1h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为80.5％。
实施例4：
将橄榄油和无水乙醇以1:60的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为50℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量4％的脂肪酶Novozym 435，开始反应，反应2h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为62.7％。
实施例5：
将大豆油和异丙醇以1:70的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为55℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量4％的脂肪酶Novozym 435，开始反应，反应2h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为56.8％。
实施例6
将玉米油和异丙醇以1:80的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为60℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量4％的脂肪酶Lipozyme TL IM，开始反应，反应1.5h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为49.6％。
实施例7
将花生油和正丁醇以1:20的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为40℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量8％的脂肪酶Lipozyme TL IM，开始反应，反应0.5h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为42.9％。
实施例8
将椰子油和正丁醇以1:10的摩尔比加入反应釜中，放入搅拌子，在温度为50℃的恒温水浴锅中预热，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速搅拌乳化15min后，加入占底物总质量8％的脂肪酶Lipozyme TL IM，开始反应，反应0.5h后，取出产物，4000prm离心10min去除脂肪酶，经HPLC分析，产物中1,2-甘油二酯的得率为27.6％。
由此可见，与化学法相比，本发明反应迅速，不引入有毒试剂，是一种高效绿色的合成途径；本发明不引入多余的有机试剂，增加了酶与底物的相互作用，提高了反应效率，且降低了后续纯化操作的难度；本发明原料来源广泛，反应条件温和，是一种经济环保的合成途径，便于工业化生产。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种酶法合成1,2-甘油二酯的方法，其特征在于：将植物油和有机溶剂以1：50的摩尔比混合，搅拌乳化后，加入占底物总质量6％的固定化脂肪酶Lipozyme435，在50℃的温度下反应1h后，离心去除脂肪酶，得到含有1,2-甘油二酯的产物；所述搅拌乳化，是在400～600rpm的条件下搅拌乳化10～20min。
2.如权利要求1所述的酶法合成1,2-甘油二酯的方法，其特征在于：所述植物油为高油酸葵花籽油、棕榈油、橄榄油、大豆油、玉米油、花生油、椰子油或合成的结构甘油三酯中的一种或几种。
3.如权利要求1或2所述的酶法合成1,2-甘油二酯的方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种或几种。
4.如权利要求1或2所述的酶法合成1,2-甘油二酯的方法，其特征在于：所述离心去除脂肪酶是在3000～5000rpm的条件下离心8～12min。
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