CN106566658A - 一种高酸价油脂的酶法脱酸方法 - Google Patents

一种高酸价油脂的酶法脱酸方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高酸价油脂的酶法脱酸方法，属于生物化工领域。该方法包括如下步骤：(1)将高酸价油脂与甘油混合，以偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1的突变体为催化剂，使甘油与高酸价油脂中的游离脂肪酸进行酯化反应；所述突变体的氨基酸序列如SEQ NO.1所示；(2)分离反应产物，回收油相，即获得酶法脱酸油脂。本发明利用甘油为脂肪酸的酰基受体，游离脂肪酸的去除率可以达到90％以上，中性油脂没有副反应发生，而且反应产物易分离纯化。

Description

一种高酸价油脂的酶法脱酸方法
技术领域
本发明属于生物化工领域，涉及一种高酸价油脂酶法脱酸方法。
背景技术
正常生产的动植物油脂其游离脂肪酸含量一般比较低，但是特殊情况下，如油料中水分高、保存不当及加工中有酶的作用等，导致生产出来的油脂酸价较高，其中比较典型的植物油有高酸价小麦胚芽油和高酸价米糠油，高酸价的动物油脂有高酸价金枪鱼油和高酸价鱿鱼油。高酸价油脂的酸价一般在20mgKOH/g以上，高酸价油脂难以加工是油脂行业普遍存在的问题，现有的高酸价油脂加工工艺能耗较高，对环境治理和资源利用带来了巨大压力。我国每年产生的高酸价油脂数量巨大，高酸价油脂的酶法脱酸技术研究具有非常重要的社会与经济意义。
按照传统的化学脱酸和物理脱酸等方法，在脱酸时会出现能耗大、中性油损耗大、环境污染等问题。酯化脱酸包括化学法酯化脱酸和酶法酯化脱酸，化学法一般反应温度较高，反应缺乏选择性，反应副产物较多，目的产物分离困难，不饱和脂肪酸易被氧化，产品的安全性或活性不能得到保证。酶法脱酸由于脂肪酶具有良好的专一性，因而反应效率高，反应副产物少，产品易分离提纯，且对于高酸价油脂其优势更加明显；其次，酶法脱酸反应条件温和，不会破坏微量营养成分；另外，酶促反应条件温和，具有环境友好等特点。
CN105349259A公开了一种植物油的酶法脱酸工艺，用单乙醇胺作为酰基受体，在0.075～0.1MPa真空度下，固定化脂肪酶催化高酸价的米糠油(酸价21.8mgKOH/g)进行酰胺化反应；避免了酶法酯化反应造成的副产物增多、中性油消耗等问题。CN104327954A公开了一种米糠油的酶法脱酸工艺，利用植物甾醇为酰基受体，在溶剂体系中添加分子筛或真空状态下进行酯化脱酸，米糠油的酸价自29.31mgKOH/g降至4mgKOH/g，脂肪酸去除率可以达到86.2％。CN 104774686A公开了一种高酸价米糠油酶法酯化脱酸工艺，在真空条件下，Novozym 435固定化脂肪酶催化高酸价米糠油与甘油发生酯化反应，使米糠油酸价由39.66mgKOH/g降低至3mgKOH/g以下，脂肪酸的去除率在92％以上。CN104694251A公布了一种植物油酶法脱酸的方法，利用固定化脂肪酶Lipozyme RM IM在填充床反应器中催化甘油与游离脂肪酸酯化，利用脱水剂的填充柱对酯化反应进行脱水处理，可以将游离脂肪酸(FFA)降低50％以上。CN105419937A公布了一种高酸价小麦胚芽油酶法脱酸方法，Novozym435酶催化游离脂肪酸与过量甘油反应可以将酸价由21.72mgKOH/g降低至2.98mgKOH/g，脂肪酸的去除率可以达到86.6％。
综上所述，现有的高酸价油脂的酶法脱酸技术，需要添加分子筛脱水或者提供持续的真空条件进行脱水处理，才能提高游离脂肪酸的去除效率；而且，某些工艺还需要添加有机溶剂或者使用特殊的酰基受体，这就降低了脱酸工艺产业化应用的可行性。现有的高酸价油脂酶法脱酸技术一般均采用脂肪酶为催化剂，在脱酸过程中，会有中性油脂(甘油酯)的水解、甘油解等副反应发生，降低了中性油脂的回收率。
发明内容
鉴于上述的和现有的植物油酶法脱酸技术中存在的问题，本发明提供一种高酸价油脂酶法脱酸方法。该方法具有工艺简单、脂肪酸去除率高、中性油脂回收率高、脂肪酶回收利用率高等优点。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种高酸价油脂的酶法脱酸方法，包括如下步骤：
(1)将高酸价油脂与甘油混合，以偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1的突变体Phe278Asp为催化剂，使甘油与高酸价油脂中的游离脂肪酸进行酯化反应；
(2)分离反应产物，回收油相，即获得酶法脱酸油脂。同时回收未反应的甘油和脂肪酶可以重复使用。
步骤(1)所述催化剂的添加量为油脂质量的0.1％～5％。
所述甘油的添加量为高酸价油脂中游离脂肪酸摩尔当量的1～4倍。
所述酯化反应的温度为5℃～35℃。
所述酯化反应的时间为1～6h。
步骤(2)所述分离过程首选离心分离，回收油相，得到酶法脱酸油脂。
偏甘油酯脂肪酶具有特殊的甘油酯底物特异性，只能催化单甘油酯和甘油二酯发生水解反应，不能催化甘油三酯发生水解反应；在脂肪酸和甘油的酯化反应体系中，偏甘油酯脂肪酶只能催化酯化反应产生甘油二酯和单甘油酯，不能生成甘油三酯。在目前已经发现的偏甘油酯脂肪酶中，Lipase SMG1具有严格甘油酯底物特异性，在酯化反应中不会催化甘油三酯发生水解反应。进一步的研究发现，Lipase SMG1分子结构中的278位点是其重要的结构位点，将278位的Phe突变为Asp后，在保留其甘油酯底物特异性的同时，可以提高其酯化活力，在酯化反应时可以提高脂肪酸的转化率。利用偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1的Phe278Asp突变体为催化剂，选择性地将游离脂肪酸酯化为甘油酯，可以避免中性油脂的水解、甘油解等副反应，同时游离脂肪酸的去除率可以达到95％以上。所述突变体的氨基酸序列为SEQ NO.2，所述突变体的DNA序列为SEQ NO.1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用甘油为脂肪酸的酰基受体，以偏甘油酯脂肪酶选择性地催化高酸价油脂中的游离脂肪酸与甘油酯化进行酶法脱酸，游离脂肪酸去除率高，可以达到90％以上，中性油脂不参与反应，回收率高。
(2)本发明采用无溶剂体系下常压反应，反应条件温和，反应体系简单，产物易分离；回收的脂肪酶和甘油可以重复循环利用。
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。本发明所使用的脂肪酶为实验室自制，制备方法已在Structure of product-bound SMG1lipase:active sitegating implications[FEBS Journal,282(23)4538-4547]中公布。
实施例1(突变体LipaseSMG1)
取20g脱胶、脱色后的米糠油，米糠油的游离脂肪酸含量25.6％，和3.42g的甘油置于50mL具塞三角瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为1:2)，混匀并预热至30℃后，加入0.5g的偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1Phe278Asp，在30℃下开始脱酸反应，磁力搅拌速度400r/min，酯化反应6h后离心分离反应混合物，分别回收甘油相和油相，油相为脱酸油脂。利用液相色谱分析样品的游离脂肪酸含量，米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至1.42％，同时米糠油中的甘三酯含量保持不变；游离脂肪酸的去除率可以达到94.4％。
实施例2(突变体LipaseSMG1)
取20g脱胶、脱色后的米糠油，米糠油的游离脂肪酸含量25.6％，和1.71g的甘油置于50mL具塞三角瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为1:1)，混匀并预热至30℃后，加入0.5g的偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1Phe278Asp，在30℃下开始脱酸反应，磁力搅拌速度400r/min，酯化反应6h后离心分离反应混合物，分别回收甘油相和油相，油相为脱酸油脂。利用液相色谱分析样品的游离脂肪酸含量，米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至2.41％，同时米糠油中的甘三酯含保持不变；游离脂肪酸的去除率可以达到90.6％。
对比实施例1(野生型LipaseSMG1)
取20g脱胶、脱色后的米糠油，米糠油的游离脂肪酸含量25.6％，和3.42g的甘油置于50mL具塞三角瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为1:2)，混匀并预热至30℃后，加入0.5g的偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1(野生型)，在30℃下开始脱酸反应，磁力搅拌速度400r/min，酯化反应6h后离心分离反应混合物，分别回收甘油相和油相，油相为脱酸油脂。利用液相色谱分析样品的游离脂肪酸含量，米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至3.28％，同时米糠油中的甘三酯含量保持不变；游离脂肪酸的去除率可以达到87.2％。
对比实施例2(现有酶法脱酸)
取20g脱胶、脱色后的米糠油，米糠油的酸价为51mgKOH/g，和0.57g的甘油置于50mL具塞三角瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为3:1)，混匀并预热至65℃后，加入1g的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，在65℃和1200Pa的真空条件下开始脱酸反应，磁力搅拌速度200r/min，酯化反应8h后过滤除去酶颗粒，分析样品的游离脂肪酸含量。米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至3.86％，同时米糠油中的甘三酯含量由65.35％升至73.51％；游离脂肪酸的去除率可以达到84.9％。
对比实施例3(脂肪酶CALB)
取20g脱胶、脱色后的米糠油，米糠油的游离脂肪酸含量25.6％，和3.42g的甘油置于50mL具塞三角瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为1:2)，混匀并预热至30℃后，加入0.5g的脂肪酶CALB L，在30℃下开始脱酸反应，磁力搅拌速度400r/min，酯化反应6h后离心分离反应混合物，分别回收甘油相和油相，油相为脱酸油脂。利用液相色谱分析样品的游离脂肪酸含量，米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至5.33％，游离脂肪酸的去除率可以达到79.2％。同时，由于甘油三酯与甘油发生了甘油解反应，米糠油中的甘三酯含量由65.5％降低到53.9％。

Claims (6)

1.一种高酸价油脂的酶法脱酸方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高酸价油脂与甘油混合，以偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1的突变体为催化剂，使甘油与高酸价油脂中的游离脂肪酸进行酯化反应；所述突变体的氨基酸序列如SEQ NO.2所示；
(2)分离反应产物，回收油相，即获得酶法脱酸油脂。
2.根据权利要求1所述的酶法脱酸方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂的添加量为油脂质量的0.1％～5％。
3.根据权利要求2所述的酶法脱酸方法，其特征在于，所述甘油的添加量为高酸价油脂中游离脂肪酸摩尔当量的1～4倍。
4.根据权利要求1～3任一项所述的酶法脱酸方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为5℃～35℃。
5.根据权利要求4所述的酶法脱酸方法，其特征在于，所述酯化反应的时间为1～6h。
6.根据权利要求5所述的酶法脱酸方法，其特征在于，步骤(2)所述分离为离心分离。
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