CN109868190A - 一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，包括以下步骤：步骤1，在釜式反应器中加入棕榈酸含量不小于45%的油脂或油脂混合物进行随机化酯交换，得到Sn‑2位棕榈酸含量大于45%的酯交换油脂，步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中加入油酸含量大于70%且饱和脂肪酸含量小于10%的脂肪酸或脂肪酸非甘油酯的混合物，同时加入碱和Sn‑1,3位选择性脂肪酶，得到反应后的油脂和脂肪酸或油脂和脂肪酸非甘油酯的混合物，步骤3，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸或其非甘油酯的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，本发明原料来源广，催化效率高，酶生产力高，制备的油脂组合物具有优异的脂肪酸组成和甘油三酯组成。

Description

一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法

技术领域

本发明属于油脂技术领域，涉及一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，具体涉及一种酶催化制备富含USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的组合物，尤其是富含1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油三酯的组合物。

背景技术

现有报道主要涵盖内容：（1）原料选择，中国专利CN200680033013.2选择利用碘值(IV)为2-12的棕榈油硬脂精与油酸或其非甘油酯的酯进行酶促酯交换制备OPO，中国专利CN200880006607.3选择利用一种或多种包含三棕榈酰甘油酯并具有18-40的碘值的棕榈油硬脂酸甘油酯进行随机酯交换反应，将其产物再与油酸或其非甘油酯进行酶促酯-酯交换反应制备OPO，中国专利CN201110139857利用猪油为原料制备OPO；（2）制备工艺，中国专利CN200680033013.2和CN200880006607.3利用特殊碘值棕榈硬脂与油酸或其酯发生酸解或醇解反应制备OPO，中国专利CN201510994624.0和CN201410419532.9第一步进行随机酯交换获得酯交换油脂，第二步将所获得酯交换油脂与含有不饱和脂肪酸的脂肪酸或其酯的混合物进行酶促酯交换反应，而EP0882797则利用Sn-1,3专一性脂肪酶水解棕榈油硬脂精获得高纯度Sn-2棕榈酸单甘酯，再与油酸在固定化脂肪酶作用下获得纯度较高的OPO；（3）反应介质，酶催化酯交换需要在微水体系中进行，石油醚和正己烷等有机溶剂的存在可以使酶制剂稳定性增加，但无溶剂微水体系更适合食品生产，尤其是涉及婴幼儿配方奶粉；（4）反应方式，酶催化反应可以采用批次或连续固定床方式，但两种反应体系优缺点鲜见报道。

现有技术中存在以下问题：

1）原料主要选择Sn-2位棕榈酸含量高的棕榈油分提物或其混合物为底物油脂，而忽略了制备该油脂组合物对其底物特征的根本要求，从而导致底物选择范围小且困难；

2）现有技术对不饱和脂肪酸或其酯没有具体要求，从而导致目标产物含量较低以致增加后续纯化工序；

3）现有技术没有报道无溶剂体系中存在的无机酸对酶制剂活性/生产力的影响，而此无机酸会破坏酶制剂的活力以致明显降低其生产力；现有技术没有报道反应方式对酶制剂生产力的影响，而批次与连续固定床对酶制剂生产力影响明显，尤其是载体为硅胶的固定化脂肪酶。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，不仅解决了原料中油脂和脂肪酸选择问题，而且还提供了脂肪酶高效利用技术和与母乳脂肪在脂肪酸组成和分布上高度相似的油脂组合物，可直接或与其他油脂复配添加到婴幼儿配方奶粉或食品中使用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入棕榈酸含量不小于45%的油脂或油脂混合物，同时加入原料质量2-10%的脂肪酶或化学催化剂，在50-80℃下反应4-24小时，得到Sn-2位棕榈酸含量大于45%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中加入油酸含量大于70%且饱和脂肪酸含量小于10%的脂肪酸或脂肪酸非甘油酯的混合物，酯交换油脂和脂肪酸的质量比、酯交换油脂与脂肪酸及脂肪酸非甘油酯混合物的质量比均为1:6-1:1，同时加入10ppm-1000ppm的碱（氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等），搅拌均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶装填于连续柱反应器，预混合后的酯交换油脂和脂肪酸，或酯交换油脂和脂肪酸非甘油酯的混合物均以0.5-4kg底物油脂/kg脂肪酶/小时流速进入连续柱反应器，保持连续固定床反应系统的反应柱内温度为50-80℃，得到反应后的油脂和脂肪酸或油脂和脂肪酸非甘油酯的混合物，

步骤3，在温度为180-240℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸或其非甘油酯的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯的质量分数不低于42%。

所述步骤1中油脂或油脂混合物中棕榈酸含量为50-90%，硬脂酸含量为2-8%，油酸含量为5-45%，亚油酸含量为1-15%，均以质量百分比计。

所述步骤1中含有棕榈酸的油脂选自棕榈油、棕榈硬脂、棕榈液油、棕榈油中间分提物、超级棕榈硬脂、氢化棕榈油、三棕榈酸甘三酯、猪油、棉籽油硬脂中的至少一种。

所述步骤2中脂肪酸中的饱和脂肪酸包括辛酸、癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、二十碳酸和二十二碳酸。

所述步骤1中随机化酯交换所用脂肪酶为非选择性脂肪酶或化学催化剂。

所述非选择性脂肪酶为来自疏棉状嗜热丝孢菌、南极假丝酵母和褶皱假丝酵母中的任何一种或其基因改造菌种，为Lipozyme TL IM或Lipozyme 435或Addzyme CLAB 165G。

所述化学催化剂为甲醇钠、甲醇钾、氢氧化钠、氢氧化钾或离子交换树脂。

所述步骤2中选择性脂肪酶为来自米根霉、米根毛酶和黑曲霉中的任何一种或其基因改造菌种，为Lipase D或Lipozyme RM IM或NS 40086或Addzyme RD 165 G或AddzymeSF 191G。

所述步骤3得到的脂肪酸非甘油酸酯为脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。

与现有技术相比，本发明方法所选原料来源广，工艺简单，催化效率高，酶生产力高，且由于所制备油脂组合物具有优异的脂肪酸组成和甘油三酯组成，可直接或与其他油脂复配添加到婴幼儿配方奶粉或食品中使用。

	实验A	实验B	实验C	实验D
					原料混合物预处理	×	√	×	√
反应方式	批次	批次	连续固定床	连续固定床
					脂肪酶生产力(公斤底物/公斤脂肪酶)	300-400	500-800	1000-2000	2000-4000

本发明涉及USU型甘三酯制备方法，尤其是OPO产品，其关键点是底物油脂Sn-2位棕榈酸质量占比至少45%，即可通过选择Sn-2位棕榈酸含量高的油脂，也可通过酯交换技术提高Sn-2位棕榈酸含量，因此，确定选择底物油脂的原则是至少满足两者之一：(1) 全样脂肪酸组成中棕榈酸质量占比至少45%；(2)Sn-2位脂肪酸组成中棕榈酸质量占比至少45%。这主要是基于脂肪酶催化酯交换过程中存在酰基位移，或者脂肪酶Sn-1,3位选择性不是绝对的。当底物油脂Sn-2位棕榈酸质量占比至少45%时，通过控制反应条件可实现较低的酰基位移以保证所得产品中USU型甘三酯不小于40%，减少后续纯化工序，降低能耗和成本。

实验A采用批次式且没有对原料混合物进行预处理，酶制剂生产力约为300-400公斤底物油脂/公斤脂肪酶；实验B对原料混合物进行预处理时，酶制剂生产力约为500-800公斤底物油脂/公斤脂肪酶；实验C采用连续固定床反应系统，即使没有对原料混合物进行预处理，酶制剂生产力也可达1000-2000公斤底物油脂/公斤脂肪酶；实验D采用连续固定床反应系统并对原料混合物进行预处理，酶制剂生产力约为2000-4000公斤底物油脂/公斤脂肪酶。这说明固定床反应系统和预处理可以显著提高脂肪酶生产力。

具体实施方式

实施例1

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入棕榈硬脂，其中棕榈酸含量60%，，同时加入原料质量8%的Lipozyme TL IM，在65℃下反应8小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为59%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:3加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入50ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶Lipozyme RM IM装填于连续固定床反应柱中，预混合后的酯交换棕榈硬脂和脂肪酸以为1.5-2.0公斤油和酸混合物/公斤脂肪酶/小时的平均流速进入并流过连续固定床系统进行Sn-1,3选择性酯交换，（其中预混合后的酯交换棕榈硬脂和脂肪酸的添加速度根据酶制剂的活性和交换能力的改变而改变，添加速度逐渐减小）保持连续固定床反应系统内柱温为60℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为220℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为45%。

实施例2

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入棕榈油中间分提物，其中棕榈酸含量为48%，同时加入原料质量4%的Lipozyme TL IM，在60℃下反应12小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为47%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:2加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入100ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶Lipozyme RM IM装填于连续固定床反应柱中，预混合后的酯交换棕榈油中间分提物和脂肪酸以为1.0-1.5公斤油和酸混合物/公斤脂肪酶/小时的平均流速进入并流过连续固定床系统进行Sn-1,3选择性酯交换，（其中预混合后的酯交换棕榈油中间分提物和脂肪酸的添加速度根据酶制剂的活性和交换能力的改变而改变，添加速度逐渐减小）保持连续固定床反应系统内柱温为55℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为230℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为43%。

实施例3

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入超级棕榈硬脂，其中棕榈酸含量78%，同时加入原料质量2%的Lipozyme TL IM，在80℃下反应24小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为77%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:6加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入300ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶NS 40086装填于连续固定床反应柱中，预混合后的酯交换超级棕榈硬脂和脂肪酸以为0.5-1.5公斤油和酸混合物/公斤脂肪酶/小时的平均流速进入并流过连续固定床系统进行Sn-1,3选择性酯交换，（其中预混合后的酯交换超级棕榈硬脂和脂肪酸的添加速度根据酶制剂的活性和交换能力的改变而改变，添加速度逐渐减小）保持连续固定床反应系统内柱温为75℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为220℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为46%。

实施例4

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入超级棕榈硬脂和棉籽油硬脂，其中棕榈酸含量68%，同时加入原料质量6%的Lipozyme TL IM，在70℃下反应6小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为67%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:5加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入200ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶Addzyme SF 191G装填于连续固定床反应柱中，预混合后的酯交换超级棕榈硬脂和棉籽油硬脂和脂肪酸以为1.5-2.0公斤油和酸混合物/公斤脂肪酶/小时的平均流速进入并流过连续固定床系统进行Sn-1,3选择性酯交换，（其中预混合后的超级棕榈硬脂和棉籽油硬脂和脂肪酸的添加速度根据酶制剂的活性和交换能力的改变而改变，添加速度逐渐减小）保持连续固定床反应系统内柱温为60℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为220℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为45%。

实施例5

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入超级棕榈硬脂和棕榈液油，其中棕榈酸含量53%，同时加入原料质量10%的Lipozyme TL IM，在60℃下反应4小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为52%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:1加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入20ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶Lipozyme RM IM装填于连续固定床反应柱中，预混合后的酯交换超级棕榈硬脂和棕榈液油和脂肪酸以为2.0-2.5公斤油和酸混合物/公斤脂肪酶/小时的平均流速进入并流过连续固定床系统进行Sn-1,3选择性酯交换，（其中预混合后的酯交换超级棕榈硬脂和棕榈液油和脂肪酸的添加速度根据酶制剂的活性和交换能力的改变而改变，添加速度逐渐减小）保持连续固定床反应系统内柱温为50℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为220℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为42%。

实施例6

本实施例采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入超级棕榈硬脂，其中棕榈酸含量53%，同时加入原料质量10%的Lipozyme 435，在80℃下反应24小时，得到Sn-2位棕榈酸含量为52%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中按照质量比为1:3加入脂肪酸，其中脂肪酸中油酸含量78%，亚油酸含量12%，棕榈酸含量5%，其他为5%，同时加入50ppm的氢氧化钠（添加时以水溶液形式），混合均匀，按照酯交换超级棕榈硬脂和脂肪酸总重量的10%加入Sn-1,3位选择性脂肪酶Addzyme RD 165 G釜式反应器中，保持釜式反应器内温度为60℃，得到反应后的油脂和脂肪酸混合物，

步骤3，在温度为220℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯(1,3-二不饱和脂肪酰-2-棕榈酰甘油三酯)的质量分数为45%。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (9)

1.一种采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，在釜式反应器中加入棕榈酸含量不小于45%的油脂或油脂混合物，同时加入原料质量2-10%的脂肪酶或化学催化剂，在50-80℃下反应4-24小时，得到Sn-2位棕榈酸含量大于45%的酯交换油脂，

步骤2，在所述步骤1制得的酯交换油脂中加入油酸含量大于70%且饱和脂肪酸含量小于10%的脂肪酸或脂肪酸非甘油酯的混合物，酯交换油脂和脂肪酸的质量比、酯交换油脂与脂肪酸及脂肪酸非甘油酯混合物的质量比均为1:6-1:1，同时加入10ppm-1000ppm的碱，搅拌均匀，同时将Sn-1,3位选择性脂肪酶装填于连续柱反应器，预混合后的酯交换油脂和脂肪酸，或酯交换油脂和脂肪酸非甘油酯的混合物均以0.5-4kg底物油脂/kg脂肪酶/小时流速进入连续柱反应器，保持连续固定床反应系统的反应柱内温度为50-80℃，得到反应后的油脂和脂肪酸或油脂和脂肪酸非甘油酯的混合物，

步骤3，在温度为180-240℃，压力小于10mbar条件下，通过分子蒸馏将所述步骤2制得的油脂和脂肪酸或其非甘油酯的混合物进行分离，得到脂肪酸和USU型甘油三酯的组合物，其中USU型甘油三酯的质量分数不低于42%。

2.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤1中油脂或油脂混合物中棕榈酸含量为50-90%，硬脂酸含量为2-8%，油酸含量为5-45%，亚油酸含量为1-15%，均以质量百分比计。

3.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤1中含有棕榈酸的油脂选自棕榈油、棕榈硬脂、棕榈液油、棕榈油中间分提物、超级棕榈硬脂、氢化棕榈油、三棕榈酸甘三酯、猪油、棉籽油硬脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤2中脂肪酸中的饱和脂肪酸包括辛酸、癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、二十碳酸和二十二碳酸。

5.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤1中随机化酯交换所用为非选择性脂肪酶和化学催化剂。

6.根据权利要求5所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述非选择性脂肪酶为来自疏棉状嗜热丝孢菌、南极假丝酵母和褶皱假丝酵母中的任何一种或其基因改造菌种，为Lipozyme TL IM或Lipozyme 435或Addzyme CLAB 165 G。

7.根据权利要求5所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述化学催化剂为甲醇钠、甲醇钾、氢氧化钠、氢氧化钾或离子交换树脂。

8.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤2中选择性脂肪酶为来自米根霉、米根毛酶和黑曲霉中的任何一种或其基因改造菌种，为Lipase D或Lipozyme RM IM或NS 40086或Addzyme RD 165 G或Addzyme SF 191G。

9.根据权利要求1所述的采用批次生产系统制备油脂组合物的方法，其特征在于，所述步骤3得到的脂肪酸非甘油酸酯为脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。