CN108148827A - 固定化酶及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了固定化酶及其制备方法和用途，该固定化酶包含脂肪酶、阳离子交换剂和赋形剂。本申请的固定化酶对底物主要具有酯化功能，而降低了酸解、醇解等其他功能，在混合底物中主要进行一种反应而避免了副产物的产生。此外，本申请还提供了分离或去除原料中游离脂肪酸的方法。
Description
技术领域
本申请属于酶工程、油脂改性领域。具体而言，本申请涉及固定化酶及其制备方法和用途。
背景技术
南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctic lipase B，CALB)是一种具有广泛用途的脂肪酶，底物来源广泛，催化活力高。其液体酶及其商品的固定化酶(Novozyme 435)在酯化、水解、转酯等反应类型中都具有较强的催化活力。
Carla等人以富含棕榈酸的甘油三酯和油酸为反应底物，以lipozyme TLIM，lipozyme RM IM，Novozyme 435为催化剂制备OPO，Novozyme435在反应中表现出较强的酸解活力，证明其可以催化酸解反应(Carlaet al.,Production of human milkfat substitutes enriched in omega-3polyunsaturated fatty acids usingimmobilized commercial lipases and Candida parapsilosis lipase/acyltransferase,Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,65(2010):122-127)。
Yuji Shimada等人以植物油和甲醇为底物，用Novozyme 435来制备生物柴油，在30℃反应10小时转化率可以达到95％，说明固定化的CALB可以用来催化甘油三酯和甲醇的醇解反应(Yuji Shimada,et al.,Conversion of vegetable oil to biodiesel usingimmobilized Candida Antarctica Lipase,JAOCS,76(1999):789-793)。
中国专利申请CN101575594公开了一种固定化南极假丝酵母脂肪酶B的工艺方法，以有机溶剂为固定介质，在微水相中进行CALB的固定化，用橄榄油乳化法进行固定化酶酶活的评价，发现反应一次的酶活回收率为83％。
在现有技术中，商品化的固定化CALB主要用来催化酸解、酯化、醇解等反应。在底物为脂肪酸和甘油三酯的混合底物中，以Novozyme 435为催化剂，势必会将脂肪酸和甘油三酯全部催化生成脂肪酸甲酯。Yomi Watanabe等人报道的固定化CALB中，也主要应用在甘油三酯的醇解、酸解等反应类型中(Yomi Watanabea,et al.,Conversion of acid oilby-produced in vegetable oil refining to biodiesel fuel by immobilizedCandida antarctica lipase,Journal of molecular catalysis B:Enzymatic,44(2007):99-105)。目前还没有关于一种仅催化酯化反应的固定化CALB的报道。
发明内容
第一方面，本申请提供了固定化酶，其包含脂肪酶、阳离子交换剂和赋形剂。
第二方面，本申请提供了第一方面所述的固定化酶的制备方法，其包括：将脂肪酶、阳离子交换剂以及赋形剂进行混合。
在一些实施方案中，第一方面所述固定化酶的制备方法包括：将脂肪酶、阳离子交换剂以及赋形剂的混合物通过制粒工艺制成颗粒状的固定化酶。
在一些实施方案中，第一方面所述固定化酶的制备方法还包括干燥所述固定化酶。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述固定化酶为颗粒状，其粒径分布为10～1500μm。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述固定化酶为颗粒状，其粒径分布为100～1000μm。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶为微生物脂肪酶。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述微生物选自南极假丝酵母(Candidaantarctic)、疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、米黑根毛霉(Rhizomucormiehei)、黑曲霉菌(Aspergillus niger)、褶皱假丝酵母(Candida rugosa)和假单胞菌属(Pseudononas sp.)等。
在上述任一方面的一些具体实施方案中，所述脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B(简称CALB)。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂为非极性阳离子交换剂。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂选自人造沸石、天然沸石、硅酸盐化合物、人工合成分子筛、水滑石类化合物、骨炭、膨润土、黏土、蒙皂石、蛭石或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂选自载体、粘合剂、填充剂、乳化剂、水或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶在所述固定化酶中的质量百分含量为1～8％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶在所述固定化酶中的质量百分含量为1～5％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂在所述固定化酶中的质量百分含量为1～45％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂在所述固定化酶中的质量百分含量为5～20％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为30～99％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为50～95％。
在上述任一方面的一些具体实施方案中，所述赋形剂为载体、粘合剂和/或水。
第三方面，本申请提供了一种分离或去除原料中游离脂肪酸的方法，包括：将第一方面所述的固定化酶与包含游离脂肪酸的原料和酰基受体进行反应，得到所述游离脂肪酸对应的脂肪酸酯；以及分离或去除所述脂肪酸酯。
在一些实施方案中，如果原料中的游离脂肪酸分离后还有其他用途，则上述方法还包括将所述脂肪酸酯再转化成所述游离脂肪酸加以利用。
在一些实施方案中，所述原料中还包含甘油三酯。
在一些实施方案中，第三方面所述的方法还包括将所述脂肪酸酯与甘油三酯分离的步骤，其中所述脂肪酸酯不同于甘油三酯。
在一些实施方案中，所述游离脂肪酸选自碳原子数目为6～22的脂肪酸。
在一些实施方案中，所述酰基受体为短链醇。
第四方面，本申请提供了第一方面所述的固定化酶在催化脂肪酸酯化反应、或者在分离或去除原料中游离脂肪酸中的应用。
具体实施方式
提供以下定义和方法用以更好地界定本申请以及在本申请实践中指导本领域普通技术人员。除非另作说明，术语按照相关领域普通技术人员的常规用法理解。本文所引用的所有专利文献、学术论文及其他公开出版物，其中的全部内容整体并入本文作为参考。
如本文所用术语“脂肪酶”，是指一类具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应。脂肪酶广泛存在于动植物和微生物中。
如本文所用术语“阳离子交换剂”，是指交换基团是阳离子，电离后形成固定的阴离子，而可迁移的阳离子能与溶液中的阳离子进行交换。
如本文所用术语“非极性阳离子交换剂”，是指由非极性分子组成的，其交换基团是阳离子，电离或在合适的条件下形成固定的阴离子，而可迁移的阳离子能与溶液中的阳离子进行交换。示例性的非极性阳离子交换剂包括，但不限于沸石。
如本文所用术语“赋形剂”，是指有助于固定化酶形成所需形状的天然或合成物质，例如能够使酶经固定化后形成丸状或粒状。赋形剂性质稳定，不影响酶的活性，不与酶产生化学作用，不影响酶的含量测定等。
如本文所用术语“制粒工艺”，是指把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小的粒状物的操作。几乎所有的固体制剂的制备过程都离不开制粒过程。所制成的颗粒可能是最终产品，如颗粒剂；也可能是中间产品，如片剂。
如本文所用术语“载体”，是指用于负载活性组分以参与某种化学或物理过程的物质。
如本文所用术语“粘合剂”，是指具有粘性的物质，借助其粘性使相同或不同物料连接或贴合的各种应力材料总称，主要有液态、膏状和固态三种类型。示例性的粘合剂包括，但不限于天然粘合剂、合成粘合剂或其组合，例如糊精、淀粉、蛋白质、动物胶、虫胶、树胶、松香、沥青、羧甲基纤维素钠、水玻璃、合成树脂、合成橡胶或其组合。
如本文所用术语“酰基受体”，是指能够利用酰基试剂进行酰基化反应的物质。
如本文所用术语“短链醇”，是指碳链长度小于或等于4的一元醇或多元醇。
第一方面，本申请提供了固定化酶，其包含脂肪酶、阳离子交换剂和赋形剂。
第二方面，本申请提供了第一方面所述的固定化酶的制备方法，包括：将脂肪酶、阳离子交换剂以及赋形剂进行混合。
在一些实施方案中，第一方面所述固定化酶的制备方法包括：将脂肪酶、阳离子交换剂以及赋形剂的混合物通过制粒工艺制成颗粒状的固定化酶。
在一些实施方案中，第一方面所述固定化酶的制备方法还包括干燥所述固定化酶。
在一些实施方案中，干燥所述固定化酶可以是自然干燥、真空干燥、冷冻干燥或气流干燥。
在一些具体实施方案中，干燥所述固定化酶可以是自然干燥。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述固定化酶为颗粒状，其粒径分布为10～1500μm。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述固定化酶为颗粒状，其粒径分布为100～1000μm，例如150～900μm。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶为微生物脂肪酶。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述微生物选自南极假丝酵母(Candidaantarctic)、疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、米黑根毛霉(Rhizomucormiehei)、黑曲霉菌(Aspergillus niger)、褶皱假丝酵母(Candida rugosa)和假单胞菌属(Pseudononas sp.)等。
在上述任一方面的一些具体实施方案中，所述脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B(简称CALB)。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂为非极性阳离子交换剂。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂选自人造沸石、天然沸石、硅酸盐化合物、人工合成分子筛、水滑石类化合物、骨炭、膨润土、黏土、蒙皂石、蛭石或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂为人造沸石或天然沸石。
在一些具体实施方案中，所述阳离子交换剂为人造沸石。
在一些具体实施方案中，所述阳离子交换剂为采用浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化的人造沸石。
在一些实施方案中，所述阳离子交换剂的粒径为10～100μm。
在一些具体实施方案中，人造沸石的粒径为60～100目。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂选自载体、粘合剂、填充剂、乳化剂、水或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶在所述固定化酶中的质量百分含量为1～8％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述脂肪酶在所述固定化酶中的质量百分含量为1～5％，例如1.9％、2％或2.5％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂在所述固定化酶中的质量百分含量为1～45％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述阳离子交换剂在所述固定化酶中的质量百分含量为5～20％，例如5.1％、9.3％或19.6％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为30～99％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为50～95％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为75～95％，例如：78.4％、78.5％、88.8％或92.4％。
在上述任一方面的一些具体实施方案中，所述赋形剂为载体、粘合剂和/或水。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述载体为非极性载体，例如疏水载体，所述疏水载体优选地选自高分子树脂材料、疏水改性的二氧化硅、滑石粉、高岭土、硅藻土、石墨、炭黑、氧化铝粉、玻璃粉、石棉粉、云母粉、石英粉、碳纤维、粉末状软木、金刚砂或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，高分子树脂材料选自聚丙烯酸酯，包括丙烯酸酯类的交联聚合物，交联聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸酯，甲基乙烯基甲酮等与苯乙烯或二乙烯苯的共聚物，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与双甲基丙烯酸乙二醇酯交联共聚物；或聚苯乙烯，包括苯乙烯和二乙烯苯的共聚物。
在上述任一方面的一些实施方案中，疏水改性的二氧化硅可以为疏水白炭黑。
在上述任一方面的一些具体实施方案中，所述载体为聚苯乙烯或疏水白炭黑。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述载体的粒径为10～100μm。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述粘合剂选自天然粘合剂、合成粘合剂或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述粘合剂选自生物粘合剂、矿物粘合剂、无机粘合剂、有机粘合剂或其任意组合。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述粘合剂选自糊精、淀粉、蛋白质、动物胶、虫胶、树胶、松香、沥青、羧甲基纤维素钠、水玻璃、合成树脂、合成橡胶或其任意组合。
在一些具体实施方案中，所述粘合剂选自麦芽糊精、阿拉伯胶、羧甲基纤维素钠或其任意组合。
在一些更具体的实施方案中，所述粘合剂为麦芽糊精；在一些更具体的实施方案中，所述粘合剂为麦芽糊精和阿拉伯胶；在一些更具体的实施方案中，所述粘合剂为麦芽糊精和羧甲基纤维素钠；在一些更具体的实施方案中，所述粘合剂为阿拉伯胶。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述载体在所述固定化酶中的质量百分含量为30～80％，优选为40～75％，例如41.2％、58.8％、65.4％或72％。
在上述任一方面的一些实施方案中，所述粘合剂在所述固定化酶中的质量百分含量为1～50％，优选为10～35％，例如14.7％、15.4％、18.7％或31％。
在上述任一方面的一些实施方案中，水在所述固定化酶中的质量百分含量为1～20％，优选为2～8％，例如4.7％、5.0％或6.2％。
不希望被任何理论所束缚，本申请的发明人发现，赋形剂的加入具有以下至少一项优势：1)有助于固定化酶形成所需形状；2)使得固定化酶可以重复使用，具有更强的可操作性。
在第二方面所述的固定化酶的制备方法中，制粒工艺包含高速混合剪切、和/或挤压、和/或抛丸等。在一些实施方案中，制粒工艺可以为流化床造粒法。在一些实施方案中，制粒工艺可以为高速搅拌湿法制粒法。在另一些实施方案中，制粒工艺可以为底喷制粒包衣。
在上述任一方面的一些实施方案中，脂肪酶可以通过商业途径购买，或者可以通过本领域人员已知的任何合适的方法制备，例如通过重组技术产生，或者化学合成。
在一些具体实施方案中，脂肪酶为CALB，CALB脂肪酶液为诺维信公司的产品，商品名为lipozyme CALB。
作为示例性而非限制性的方案，本申请的固定化酶的制备方法可以包含下述一个或多个步骤：
1)将一定量的CALB脂肪酶液、粘合剂(例如：麦芽糊精、麦芽糊精和阿拉伯胶、麦芽糊精和羧甲基纤维素钠、或阿拉伯胶)和水混合，制备成混合酶液。
2)将阳离子交换剂(例如：人造沸石)和载体(例如：聚苯乙烯或疏水白炭黑)放入高速混合制粒机中，然后将步骤1)制备的混合酶液喷入制粒机中；或者先喷入无水乙醇润湿，再将步骤1)制备的混合酶液喷入制粒机中。
3)待制粒机中的颗粒粒径达到200～600μm时，取出湿材，在挤压造粒机中进行挤压。
4)将挤压好的软材送入抛丸机中进行整粒。
5)将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量达8％以下，获得固定化酶。
第三方面，本申请提供了一种分离或去除原料中游离脂肪酸的方法，包括：将第一方面所述的固定化酶与包含游离脂肪酸的原料和酰基受体进行反应，得到所述游离脂肪酸对应的脂肪酸酯；以及分离或去除所述脂肪酸酯。
在一些实施方案中，如果原料中的游离脂肪酸分离后还有其他用途，则上述方法还包括将所述脂肪酸酯再转化成所述游离脂肪酸加以利用。
在一些实施方案中，分离原料中游离脂肪酸的方法包括将第一方面所述的固定化酶与包含游离脂肪酸的原料和酰基受体进行催化反应，得到所述游离脂肪酸对应的脂肪酸酯；通过本领域常用的方法(例如蒸馏或分馏)分离并收集所述脂肪酸酯；然后通过本领域常用的方法(例如，通过水解反应)再将所述脂肪酸酯转化成所述游离脂肪酸加以利用。
在一些实施方案中，去除原料中游离脂肪酸的方法包括将第一方面所述的固定化酶与包含游离脂肪酸的原料和酰基受体进行催化反应，得到所述游离脂肪酸对应的脂肪酸酯；然后通过本领域常用的方法去除所述脂肪酸酯。
在一些实施方案中，所述原料还包含甘油三酯。
在一些实施方案中，第三方面所述的方法还包括将所述脂肪酸酯与甘油三酯分离的步骤，其中所述脂肪酸酯不同于甘油三酯。
在一些实施方案中，所述游离脂肪酸选自碳原子数目为6～22(例如：6、8、10、12、14、16、18、20或22)的脂肪酸；优选地，所述碳原子数为12～20；更优选地，所述碳原子数为12、14、16、18或20。
在一些实施方案中，所述游离脂肪酸可以选自油酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、软油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、硬脂酸、二十碳五烯酸、花生酸、山嵛酸、二十二碳六烯酸。
在一些具体实施方案中，所述游离脂肪酸为油酸。
在一些实施方案中，所述甘油三酯为脂肪酸中碳链上碳原子数为6～22，优选地为16～20的甘油三酯，包括但不限于三月桂酸甘油酯、三油酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、三棕榈酸甘油酯、1,3油酸-2-硬脂酸甘油酯、1,3棕榈酸-2油酸甘油酯、MCT(中链脂肪酸甘油酯)、LCT(长链脂肪酸甘油酯)、MLCT(中长链脂肪酸甘油酯)等。
在一些具体实施方案中，所述甘油三酯为脂肪酸碳原子数为8～24的甘油三酯。甘油三酯可以来自植物油或动物油。常见的植物油包括蓖麻油、椰子油、橄榄油、菜籽油、大豆油、葵籽油、红花油、稻米油、玉米油、棕榈油或上述油种的混合物；常见的动物油包括猪油、鸡油、牛油、鱼油、鱼肝油或其中几种的混合物。甘油三酯可以是从天然动物或植物中提取，也可以通过遗传育种，基因突变等方法获得，还可以通过氢化、酯交换反应等对上述油脂改性得到。
在一些实施方案中，所述酰基受体为短链醇。
在一些实施方案中，所述酰基受体为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇或戊醇等。
在一些具体实施方案中，所述酰基受体为甲醇。
在一些具体实施方案中，固定化酶催化游离脂肪酸(例如：油酸)和酰基受体(例如，甲醇)进行酯化反应，生成脂肪酸酯(例如：脂肪酸甲酯)，而对甘油三酯基本没有催化效果，利用生成的脂肪酸酯与甘油三酯的沸点差异，通过蒸馏或分馏的方法从而可以将所述脂肪酸酯与甘油三酯进行分离，达到去除游离脂肪酸，纯化甘油三酯的目的。
作为示例性的实施方案，可以采用刮板式分子蒸馏装置分离不同种类的脂肪酸酯，例如将甘油三酯与其他脂肪酸酯(例如，脂肪酸甲酯)进行分离，设置合适的蒸馏温度(例如，150～220℃)和刮板转速(例如，100～300rpm)，薄膜蒸发真空度为0.1～50pa，以蒸发其他脂肪酸酯(轻相，例如脂肪酸甲酯)，未蒸发部分(重相)为甘油三酯，从而实现了分离不同种类脂肪酸酯的目的。
在一些实施方案中，所述分离或去除原料中游离脂肪酸的方法还可用于植物油脂、动物油脂、微生物油脂、化工废弃油脂、废弃食用油脂等中游离脂肪酸的去除，例如，地沟油、酸化油、动物油脂、废餐饮用油或黄油脂等中游离脂肪酸的去除。
在一些实施方案中，所述分离或去除原料中游离脂肪酸的方法还可用于鱼肝油中多种不饱和脂肪酸的分离和纯化。
第四方面，本申请提供了第一方面所述的固定化酶在催化脂肪酸酯化反应、或者在分离或去除原料中游离脂肪酸中的应用。
因此，本申请提供的固定化酶及其制备方法和用途，具有以下至少一种优势：对底物具有很强的酯化功能，而降低了酸解、醇解等其他功能，在混合底物中主要进行一种反应而避免了副产物的产生；具有特异的酯化作用，例如仅具有催化脂肪酸进行酯化反应的能力，从而可以将游离脂肪酸从原料或混合底物中分离。此外，由于固定化酶对甘油三酯的催化效果很弱，可以将混合底物中的游离脂肪酸与甘油三酯进行分离。
实施例
实施例1
将100mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，20g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，80mL水，混合均匀，得到混合酶液。另取10g活化好的(浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化)人造沸石(60～100目，阿拉丁试剂)和70g聚苯乙烯粉末(安徽三星树脂科技有限公司)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZL MINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为1.9％，麦芽糊精的质量百分含量为18.7％，水的质量百分含量为4.7％，人造沸石的质量百分含量为9.3％，聚苯乙烯的质量百分含量为65.4％。
实施例2
将100mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，10g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，5g阿拉伯胶，80mL水，混合均匀，得到混合酶液。另取20g活化好的(浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化)人造沸石(60～100目，阿拉丁试剂)和60g疏水白炭黑(德固赛，型号：R974)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，先喷入10mL无水乙醇润湿，再将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZL MINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为1.9％，麦芽糊精的质量百分含量为9.8％，阿拉伯胶的质量百分含量为4.9％，水的质量百分含量为5.0％，人造沸石的质量百分含量为19.6％，疏水白炭黑的质量百分含量为58.8％。
实施例3
将100mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，25g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，5g羧甲基纤维素钠，80mL水，混合均匀，得到混合酶液。另取20g活化好的(浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化)人造沸石(60～100目，阿拉丁试剂)和40g聚苯乙烯粉末(安徽三星树脂科技有限公司)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZLMINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为2％，麦芽糊精的质量百分含量为25.8％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为5.2％，水的质量百分含量为6.2％，人造沸石的质量百分含量为19.6％，聚苯乙烯的质量百分含量为41.2％。
实施例4
将120mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，15g阿拉伯胶(河南豫中生物科技有限公司)，80mL水，加热混合均匀，得到混合酶液。另取5g活化好的(浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化)人造沸石(60～100目，阿拉丁试剂)和70g聚苯乙烯粉末(安徽三星树脂科技有限公司)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZL MINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为2.5％，阿拉伯胶的质量百分含量为15.4％，水的质量百分含量为5.0％，人造沸石的质量百分含量为5.1％，聚苯乙烯的质量百分含量为72％。
实施例5
将100mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，10g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，80mL水，混合均匀，得到混合酶液。另取60g活化好的(浓度为0.5mol/L的NaCl溶液活化)人造沸石(60～100目，阿拉丁试剂)和30g聚苯乙烯粉末(安徽三星树脂科技有限公司)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZL MINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为1.9％，麦芽糊精的质量百分含量为9.3％，水的质量百分含量为4.8％，人造沸石的质量百分含量为56％，聚苯乙烯的质量百分含量为28％。
实施例6
将100mL CALB脂肪酶液(诺维信公司，商品名：lipozyme CALB)，15g麦芽糊精(河南豫中生物科技有限公司)，80mL水，混合均匀，得到混合酶液。另取80g聚苯乙烯粉末(安徽三星树脂科技有限公司)放入高速混合制粒机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：GHL-7.5)，将配制好的混合酶液喷入制粒机中。待颗粒变大为200～600μm时，取出湿材，在实验室挤压造粒机(常州市永昌制粒干燥设备有限公司，型号：JZL-80)中进行挤压。然后将挤压好的软材送入抛丸机(常州市佳发制粒干燥设备有限公司，型号：QZL MINI)中进行整粒，将抛好的样品放在通风的自然条件下干燥至水分含量8％以下，得到固定化酶。固定化酶的粒径大小为150～900μm。固定化酶中CALB的质量百分含量为1.9％，麦芽糊精的质量百分含量为14.7％，水的质量百分含量为5.0％，聚苯乙烯的质量百分含量为78.4％。
实施例7固定化酶的催化作用
实验分为7组，每组均称取50g油酸(嘉里油脂化工)和50g精炼大豆油(嘉里食品)，混合均匀后置于250mL三口烧瓶中。第1组加入实施例1制备的固定化酶5g，第2组加入实施例2制备的固定化酶5g，第3组加入实施例3制备的固定化酶5g，第4组加入实施例4制备的固定化酶5g，第5组加入实施例5制备的固定化酶5g，第6组加入实施例6制备的固定化酶5g，第7组加入5g的Novozyme 435。然后各组分别加入20mL甲醇，2小时分三次加完，反应温度为35℃，搅拌速240rpm。反应结束后分别取1～7组反应后的产物，采用TLC-FID进行分析。
结果如表1所示：实施例1～4制备的固定化酶在催化FFA(游离脂肪酸)和TG(甘油三酯)混合物酯化时，主要催化FFA进行酯化反应，对TG基本无效果。实施例5加大了非极性阳离子交换剂的比例，会导致部分TG在固定化酶的作用下发生转酯反应生成FAME(脂肪酸甲酯)。实施例6中没有加入非极性阳离子交换剂，会使CALB酶不能区分FFA和TG，从而将二者全部酯化。商品化的Novozyme 435对TG和FFA均可进行转酯化。
表1 TLC-FID实验结果
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.固定化酶，其包含脂肪酶、阳离子交换剂和赋形剂，优选地，所述固定化酶为颗粒状，其粒径分布优选为10～1500μm，更优选为100～1000μm。
2.权利要求1所述的固定化酶的制备方法，其包括：
将脂肪酶、阳离子交换剂以及赋形剂进行混合；
优选地，将上述混合物通过制粒工艺制成颗粒状的固定化酶，其粒径分布优选为10～1500μm，更优选为100～1000μm；
任选地，所述方法还包括干燥所述固定化酶。
3.如权利要求1所述的固定化酶或权利要求2所述的方法，其中所述脂肪酶为微生物脂肪酶，优选地，所述微生物选自南极假丝酵母(Candida antarctic)、疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)、黑曲霉菌(Aspergillusniger)、褶皱假丝酵母(Candida rugosa)和假单胞菌属(Pseudononas sp.)等，更优选地，所述脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B；和/或
所述脂肪酶在所述固定化酶中的质量百分含量为1～8％，优选为1～5％。
4.如权利要求1所述的固定化酶或权利要求2所述的方法，其中所述阳离子交换剂为非极性阳离子交换剂；优选地，所述阳离子交换剂选自人造沸石、天然沸石、硅酸盐化合物、人工合成分子筛、水滑石类化合物、骨炭、膨润土、黏土、蒙皂石、蛭石或其任意组合；和/或
所述阳离子交换剂在所述固定化酶中的质量百分含量为1～45％，优选为5～20％。
5.如权利要求1所述的固定化酶或权利要求2所述的方法，其中所述赋形剂选自载体、粘合剂、填充剂、乳化剂、水或其任意组合；和/或
所述赋形剂在所述固定化酶中的质量百分含量为30～99％，优选为50～95％。
6.如权利要求5所述的固定化酶或方法，其中所述赋形剂为载体、粘合剂和/或水；
优选地，所述载体为非极性载体，例如疏水载体，所述疏水载体优选地选自高分子树脂材料、疏水改性的二氧化硅、滑石粉、高岭土、硅藻土、石墨、炭黑、氧化铝粉、玻璃粉、石棉粉、云母粉、石英粉、碳纤维、粉末状软木、金刚砂或其任意组合；和/或，
所述粘合剂选自糊精、淀粉、蛋白质、动物胶、虫胶、树胶、松香、沥青、羧甲基纤维素钠、水玻璃、合成树脂、合成橡胶或其任意组合；
更优选地，所述载体在所述固定化酶中的质量百分含量为30～80％，优选为40～75％；和/或，
所述粘合剂在所述固定化酶中的质量百分含量为1～50％，优选为10～35％；和/或，
水在所述固定化酶中的质量百分含量为1～20％，优选为2～8％。
7.一种分离或去除原料中游离脂肪酸的方法，包括：
将权利要求1-6中任一项所述的固定化酶与包含游离脂肪酸的原料和酰基受体进行反应，得到所述游离脂肪酸对应的脂肪酸酯；以及
分离或去除所述脂肪酸酯；
任选地，所述方法还包括将所述脂肪酸酯转化成所述游离脂肪酸。
8.如权利要求7所述的方法，所述原料包含甘油三酯，优选地，所述方法还包括将所述脂肪酸酯与甘油三酯分离的步骤，其中所述脂肪酸酯不同于甘油三酯。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述游离脂肪酸选自碳原子数目为6～22的脂肪酸；优选地，所述碳原子数为12～20；更优选地，所述碳原子数为12、14、16、18或20；和/或，
所述酰基受体为短链醇；优选地，所述酰基受体为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇或戊醇等。
10.权利要求1-6中任一项所述的固定化酶在催化脂肪酸酯化反应、或者在分离或去除原料中的游离脂肪酸中的应用。
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