CN109957459A - 制备脂肪酸的方法及通过该方法获得的脂肪酸 - Google Patents

制备脂肪酸的方法及通过该方法获得的脂肪酸 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制备脂肪酸的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将油脂、水、0.1‑10重量％的脂肪酶、0‑10重量％的糖化酶混合并反应；(2)加入0‑10重量％的糖化酶，继续反应；(3)停止反应，然后进行相分离，干燥油相，得到高品质的脂肪酸，其中所述糖化酶的总用量不小于0.05重量％，基于油脂的重量计。本发明还提供由上述方法制备的脂肪酸。通过本发明的方法制备的脂肪酸，其即使在长时间的储存后也具有较高的透明度，显著地降低了脂肪酸中白色颗粒物的产生，并且所制备的脂肪酸也具有较好的质量。

Description

制备脂肪酸的方法及通过该方法获得的脂肪酸
技术领域
本发明涉及油脂加工领域，具体而言，涉及一种制备高品质脂肪酸的方法以及通过该方法获得的脂肪酸。
背景技术
许多植物油可通过各种水解方法制备相应的水解物，而这些水解物可具有许多用途，例如用于制备表面活性剂、增塑剂、润滑油添加剂等，也可用来制备其他化学原料(如蓖麻油酸、油酸、亚油酸、芥酸等)，同时也用于聚合物制造、纺织品整理的制备。
目前，油脂水解的常规方法是采用化学法将油脂水解，即将油脂在高温、碱液条件下生成肥皂，皂化反应后的产物再与浓硫酸进行复分解反应而生成相应的脂肪酸。该方法使用过多的强碱、强酸会产生大量的废水，从而造成环境污染。相比之下，在使用酶法水解油脂的过程中，不涉及强碱和强酸的使用，反应条件较为温和，其是一种环境友好的方法，因此，酶法水解油脂受到了越来越多的关注。
专利CN101100628A公开了一种利用组合脂肪酶水解蓖麻油来制备蓖麻油酸的方法，具体而言，该方法采用组合脂肪酶(Novozyme 435、Lipozyme RM、LipozymeTL)进行水解，控制反应温度在35-60℃，水油摩尔比为1-50，反应时间在10-30h，最后得率在90％左右。
在《游离脂肪酶催化蓖麻油制备蓖麻油酸》(杨威等人，生物技术进展，2014年，第4卷，第5期，第373-378页)中，研究并优化了影响游离脂肪酶NS81006催化蓖麻油水解过程的以下主要因素：温度、酶用量、水用量和搅拌速度。在优化后的条件下48h水解率可达94.8％。
然而，通过现有技术的酶催化水解油脂制备相应脂肪酸时，在脂肪酸放置一段时间后会有白色颗粒状物质析出，产品出现模糊、不全透明、类混浊的现象(即“发朦”)，这严重影响了产品的透明度，导致产品稳定性降低，使得产品不易被消费者接受。
发明内容
本发明提供了一种制备高品质脂肪酸的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将油脂、水、0.1-10重量％的脂肪酶、0-10重量％的糖化酶混合并反应；
(2)加入0-10重量％的糖化酶，继续反应；
(3)停止反应，然后进行相分离，干燥油相，得到高品质的脂肪酸；
其中所述糖化酶的总用量不小于0.05重量％，基于油脂的重量计。
在本发明中，所述油脂为植物油脂，优选选自蓖麻油、菜籽油、大豆油、棕榈油、亚麻油、玉米油、花生油、火麻油、橄榄油、山茶油、棕榈油、芥花子油、葵花子油、芝麻油、亚麻籽油。
在本发明中，相分离的方法包括但不限于：过滤和/或离心。
另一方面，本发明还提供一种由上述方法制备的脂肪酸，所述脂肪酸为以下油脂的脂肪酸：蓖麻油、菜籽油、大豆油、棕榈油、亚麻油、玉米油、花生油、火麻油、橄榄油、山茶油、棕榈油、芥花子油、葵花子油、芝麻油、亚麻籽油。
通过本发明的方法制备的脂肪酸，即使在长时间的储存后也具有较高的透明度，显著地降低了脂肪酸中白色颗粒物的产生，并且所制备的脂肪酸也具有较好的质量。
具体实施方式
在本发明的上下文中，如无相反说明，所有操作均在常温常压下进行，所述重量％均基于油脂计。
本发明提供一种制备高品质脂肪酸的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将油脂、水、0.1-10重量％的脂肪酶、0-10重量％的糖化酶混合并反应；
(2)加入0-10重量％的糖化酶，继续反应；
(3)停止反应，然后进行相分离，干燥油相，得到高品质的脂肪酸，
其中所述糖化酶的总用量不小于0.05重量％，基于油脂的重量计。
在本发明的一个具体实施方案中，使用的油脂为植物油脂，例如蓖麻油、菜籽油、大豆油、棕榈油、亚麻油、玉米油、花生油、火麻油、橄榄油、山茶油、棕榈油、芥花子油、葵花子油、芝麻油、亚麻籽油，优选蓖麻油、菜籽油、玉米油、花生油、棕榈油、芝麻油、大豆油，更优选蓖麻油、菜籽油、花生油、棕榈油、大豆油。
在本发明的一个具体实施方案中，使用的糖化酶的总用量为0.05-10重量％，基于油脂的重量计。
在本发明的一个具体实施方案中，使用的脂肪酶选自脂肪酶TL、脂肪酶G50、Novozym 435、Lipozyme RM或其两种以上的混合物。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，所述脂肪酶为脂肪酶TL和脂肪酶G50的混合物。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，所述油脂和水的重量比为1：0.5-5，优选为1：1-3。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，反应的温度为30-70℃。在本发明的一个优选实施方案中，在步骤(1)中，反应的温度为35-50℃。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，反应时间为0.5-50小时。在本发明的一个优选实施方案中，在步骤(1)中，反应时间为10-40小时。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，所述反应在搅拌条件下进行。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(2)中，所述反应在搅拌条件下进行。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(2)中的反应温度为30-70℃，优选为35-50℃。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(2)中的反应时间为0.5-50小时，优选为10-40小时。
在本发明的一个具体实施方案中，所述糖化酶仅在步骤(1)中使用，其用量为0.05-10重量％，基于油脂的重量计。
本发明还提供了一种脂肪酸，其通过本发明的方法制备。
在本发明中，相分离指将不溶的两相或多相(例如可以但不限制为：固相和液相，或水相和油相，或固相、油相和水相)分开的方法，作为非限制性例子，相分离的方法可以包括但不限于：过滤和/或离心。
在本发明的一个具体实施方案中，在步骤(1)中，油脂和水的重量比为1：0.5-5，优选1：0.5-3.5，最优选1：0.5-2.5，甚至更优选1：1-2.5。其中，脂肪酶的用量可为0.1-10重量％，优选0.2-5重量％，基于油脂的重量计，所述脂肪酶可选自脂肪酶TL(来源于Thermomyceslanuginosus)、脂肪酶G50(来源于Penicilliumcamembertii)、Novozym 435(来源于Candida antarctica)、Lipozyme RM(来源于Rhizomucormiehei)或其两种以上的混合物。
在本发明中，对于所用的水无特别的限制，其可为蒸馏水、去离子水、反渗水、自来水中的一种或多种。
在本发明的一个优选实施方案中，在步骤(1)中，脂肪酶和糖化酶一起加入反应器中，脂肪酶的用量可为0.1-10重量％，优选0.2-5重量％，基于油脂的重量计，所述脂肪酶为脂肪酶TL和脂肪酶G50的混合物，其中，脂肪酶TL与脂肪酶G50的用量比为1：0.5-1.5，优选1：1-0.6。
在本发明的一个优选实施方案中，在步骤(1)中，加入0.05-5重量％，优选0.1-3重量％，更优选0.1-1.5重量％的糖化酶，基于油脂的重量计。
在步骤(1)中，油脂的酶水解反应在搅拌下进行，搅拌速度可根据反应物的量进行调节，在本发明中，搅拌速度可为200-600rpm，优选300-500rpm。另外，酶水解反应可在不使酶失活的温度下进行。为此，酶水解的反应温度可为30-70℃，优选30-55℃，更优选35-45℃；酶水解的反应时间可为10-50小时，优选15-35小时。
在本发明的一个优选实施方案中，在步骤(2)中加入0.05-5重量％，优选0.1-3重量％，更优选0.1-1.5重量％的糖化酶，基于油脂的重量计。在加入糖化酶之后，在步骤(2)中，反应可在与步骤(1)相同的温度下进行，也可与步骤(1)的温度不同，温度可为30-70℃，优选30-55℃，更优选35-45℃；反应时间可为1-5小时，优选2-4小时。
在本发明中，糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，学名为α-1,4-葡萄糖水解酶(α-1,4-Glucanglucohydrolace)，其可由曲霉优良菌种(Aspergilusniger)经深层发酵提炼而成。在本发明中，所述糖化酶可通过市售的商品而获得，所述糖化酶可为固体型或液化型，优选为液化型。
在本发明中，所述糖化酶的总用量不小于0.05重量％，优选0.05-10重量％，更优选0.05-5重量％，甚至更优选0.1-1.5重量％，基于油脂的重量计。优选地，所述糖化酶仅在步骤(1)中使用，其用量可为0.05-10重量％，优选0.05-5重量％，更优选0.1-1.5重量％，基于油脂的重量计。
在步骤(3)中，在停止反应后，将反应混合物静置，然后通过分液装置(如分液漏斗等)分离油相和水相，在分离油相之后，对其进行干燥，可使用本领域常规的干燥方法，例如通过加入干燥剂(例如无水硫酸钠等，条件是所用干燥剂不与脂肪酸发生反应)。然后过滤掉干燥剂，过滤可采用本领域常见的过滤方式，如减压蒸馏或真空抽滤等。
另一方面，本发明还提供一种由本发明的方法制备的脂肪酸，所述脂肪酸为以下油脂的脂肪酸：蓖麻油、菜籽油、大豆油、棕榈油、亚麻油、玉米油、花生油、火麻油、橄榄油、山茶油、棕榈油、芥花子油、葵花子油、芝麻油、亚麻籽油。
应当理解，本发明方法的上下文中所述的优选特征不仅可在所述的特定组合中使用，也可以在其他组合中使用，而不脱离本发明的范围。
实施例
在本发明的下述实施例中，液体脂肪酶TL、Novozym 435、Lipozyme RM和糖化酶均购自诺维信(中国)投资有限公司；脂肪酶G50购自天野酶制品株式会社。
对比例1
取100g蓖麻油和200g纯水于反应器中，然后加入0.4g液体脂肪酶TL、0.3g脂肪酶G50，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后停止反应。
通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸95.21g，收率95.21％。
实施例1
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入0.4g液体脂肪酶TL、0.3g脂肪酶G50，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后再加入0.2g的糖化酶，继续反应3h后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸94.77g，收率94.77％。
实施例2
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入0.4g Novozym 435、0.3g LipozymeRM，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后再加入1.0g的糖化酶，继续反应3h后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸95.02g，收率95.02％。
实施例3
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入1.0g液体脂肪酶TL、0.8g脂肪酶G50，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后再加入3g的糖化酶，继续反应3h后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸94.18g，收率94.18％。
实施例4
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入2.0g液体脂肪酶TL、2.3g脂肪酶G50、1.5g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应25小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸95.44g，收率95.44％。
实施例5
取100g蓖麻油和50g水于反应器中，然后加入2.0g液体脂肪酶TL、3.0g脂肪酶G50、2.5g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应48小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸94.67g，收率94.67％。
实施例6
取100g蓖麻油和150g水于反应器中，然后加入2.0g液体脂肪酶TL、3.0g脂肪酶G50、5.0g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在45℃下反应25小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸93.86g，收率93.86％。
实施例7
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入4.0g液体脂肪酶TL、3.0g脂肪酶G50、8.0g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在55℃下反应15小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸93.09g，收率93.09％。
实施例8
取100g蓖麻油和400g水于反应器中，然后加入0.4g液体脂肪酶TL、0.1g脂肪酶G50、0.5g的糖化酶，在500rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸92.71g，收率92.71％。
实施例9
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入0.4g Lipozyme RM、0.3g脂肪酶G50、0.5g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在35℃下反应24小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸93.22g，收率93.22％。
实施例10
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入0.2g Novozym 435、0.05g脂肪酶G50、0.15g的糖化酶，在500rpm的搅拌速度下加热进行反应，在45℃下反应48小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸94.21g，收率94.21％。
实施例11
取100g蓖麻油和200g水于反应器中，然后加入0.6g液体脂肪酶TL、0.5g Novozym435、0.5g的糖化酶，在400rpm的搅拌速度下加热进行反应，在45℃下反应30小时，然后停止反应。通过分液漏斗分离油相和水相，并使用无水硫酸钠干燥油相，然后通过真空抽滤，得到干燥透明的蓖麻油酸92.88g，收率92.88％。
测试
将上述制备的蓖麻油酸在常温常压下分别保存一段时间后，通过目测检验各蓖麻油酸的透明度情况(即，蓖麻油酸中生成白色颗粒物的情况)。将上述检测结果汇总于下表1中。
表1
0.5小时 1小时 2小时 10小时 24小时 240小时
对比例1 透明 透明 不透明 不透明 不透明 不透明
实施例1 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例2 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例3 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例4 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例5 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例6 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例7 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例8 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例9 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例10 透明 透明 透明 透明 透明 透明
实施例11 透明 透明 透明 透明 透明 透明
由上表可以看出，在对比例1(不使用糖化酶)中，蓖麻油酸在2小时后即出现不透明的现象，而在实施例1-11(使用糖化酶)中，所制备的蓖麻油酸即使在240小时后仍然保持透明状态，这表明蓖麻油酸的稳定性得到明显提高。
另外，为了评价糖化酶对酶法水解制备的蓖麻油酸的影响，本发明还对各实施例制备的蓖麻油酸在保存2小时至240小时后的酸值、羟值、皂化值和碘值进行了测试，其中蓖麻油酸的酸值根据GB/T 5530-2005方法测定，羟值根据GB/T 8234-2009附录A中的方法测定，皂化值根据GB/T5534-2008方法测定，碘值根据GB/T 5532-2008方法测定。检测结果示于下表2中。
表2
由表2可知，由实施例1-11制备的蓖麻油酸在保存240小时后其酸值、羟值、皂化值和碘值仍无显著变化，并且与由对比例1制备的蓖麻油酸的酸值、羟值、皂化值和碘值相比，不存在明显差异，由此可知，在酶解法制备脂肪酸的过程中，加入的糖化酶在明显降低脂肪酸中白色颗粒物产生的同时，也不会对所制备的脂肪酸的质量有不良影响。
进一步使用大豆油、花生油、菜籽油、棕榈油重复上述实施例1-11和对比例1，取得了使用蓖麻油相似的结果：加入的糖化酶在明显降低脂肪酸中白色颗粒物产生的同时，也不会对所制备的脂肪酸的质量有不良影响(结果相似，未具体列出数据)。上述结果显示，使用不同的油脂，对本发明的方案所达成的效果无实质性影响。

Claims (10)

1.一种制备高品质脂肪酸的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将油脂、水、0.1-10重量％的脂肪酶、0-10重量％的糖化酶混合并反应；
(2)加入0-10重量％的糖化酶，继续反应；
(3)停止反应，然后进行相分离，干燥油相，得到高品质的脂肪酸，
其中所述糖化酶的总用量不小于0.05重量％，基于油脂的重量计；
其中所述油脂优选为植物油，优选的植物油选自蓖麻油、菜籽油、大豆油、棕榈油、亚麻油、玉米油、花生油、火麻油、橄榄油、山茶油、棕榈油、芥花子油、葵花子油、芝麻油、亚麻籽油，优选蓖麻油、菜籽油、玉米油、花生油、棕榈油、芝麻油、大豆油，更优选选自蓖麻油、菜籽油、花生油、棕榈油、大豆油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述糖化酶的总用量为0.05-10重量％，基于油脂的重量计。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脂肪酶选自脂肪酶TL、脂肪酶G50、Novozym 435、Lipozyme RM或其两种以上的混合物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述脂肪酶为脂肪酶TL和脂肪酶G50的混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述油脂和水的重量比为1：0.5-5，优选为1：1-3。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，反应的温度为30-70℃，优选为35-50℃，和/或反应时间为0.5-50小时，优选为10-40小时。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)和/或(2)中，所述反应在搅拌条件下进行。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中的反应温度为30-70℃，优选为35-50℃，和/或反应时间为0.5-50小时，优选为10-40小时。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述糖化酶仅在步骤(1)中使用，其用量为0.05-10重量％，基于油脂的重量计。
10.脂肪酸，其通过权利要求1-9中任一项所述的方法制备。
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