CN114250256A - 一种酶法合成1,3-甘油二酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酶法合成1,3‑甘油二酯的方法，属于油脂加工技术领域。在天然低共熔溶剂体系中使用Lipozyme RM IM催化脂肪酸和甘油进行酯化反应，反应结束后，离心，分别回收天然低共熔溶剂、Lipozyme RM IM和上层油相产物。与无溶剂体系或有机溶剂体系中合成1,3‑甘油二酯相比，在天然低共熔溶剂中催化酯化合成1,3‑甘油二酯可有效抑制反应过程中酰基转移的发生，从而可避免酯化反应生成的1,3‑甘油二酯向1,2‑甘油二酯转移，确保反应产物中1,3‑甘油二酯的含量较高；此外，由于酯化反应时，酰基转移被有效抑制，从而可有效避免1,2‑甘油二酯、2‑甘油单酯和甘油三酯等副产物的产生；再者，通过离心即可实现与脂肪酶、低共熔溶剂和反应产物的分离，大大降低了后续产物分离纯化的难度。
Description
技术领域
本发明属于油脂加工技术领域，具体涉及一种酶法合成1,3-甘油二酯的方法。
背景技术
甘油二酯(Diacylglycerol,DAG)是油脂中的天然成分，相较于甘油三酯(Triacylglycerol,TAG)其在动植物油脂中的含量较低(<10％)。根据酰基与甘油羟基结合的位置不同DAG可分为1,2-DAG和1,3-DAG，1,3-DAG与甘油三酯及1,2-DAG在人体具有不同的代谢途径。甘油三酯和1,2-DAG均会经消化酶消化后生成甘油单酯(monoacylglycerol,MAG)和游离脂肪酸,二者会在小肠上皮细胞重新合成甘油三酯后，吸收进入血液。但1,3-DAG经消化酶作用后生成甘油和游离脂肪酸，绝大多数游离脂肪酸经门静脉转移到肝脏后，会通过β氧化为机体代谢提供能量，而不会在体内重新酯化生成TAG，因此1,3-DAG具有降低脂肪积累、防止体重增加的功能。目前研究表明1,3-DAG不仅可作为保健油脂，而且还能够替代普通的食用油。因此，关于1,3-DAG的制备研究极具市场及经济价值。
目前酶法制备1,3-DAG的方法主要包括酯化法、甘油解法和水解法，其中酶法酯化法是工业制备1,3-DAG的方法。但酯化法和其他两种方法一样，在反应制备1,3-DAG的过程中均会发生酰基转移，导致1,3-DAG产量下降，同时产生大量副产物如1,2-DAG和2-MAG，增加了后续产物的分离难度。如宋志华等(中国油脂,2019,44(05):63-66)在无溶剂体系中以固定化脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，以油酸和甘油的酶促酯化反应体系为模型，研究发现随着酯化温度的升高和酯化时间的延长酰基转移速率逐渐增大(65℃酯化10h时的酰基转移率达26.1％，75℃酯化2h时的酰基转移率达15.1％)，1,2-DAG的含量逐渐升高，1,3-DAG的纯度逐渐降低。Duan等(Process Biochem.,2010,45(12):1923-1927.)在叔丁醇体系下以固定化脂肪酶Novozym 435为催化剂，同样以油酸和甘油的酶促酯化反应体系为模型，在最优的反应条件下(温度60℃、底物摩尔比2.5:1、1g Novozym 435、6g叔丁醇)，1,3-DAG的含量仅为40％，且产物中还伴随着许多副产物：甘油单酯(>10％)、1,2-甘油二酯(～5％)、甘油三酯。
总之，目前的研究表明，无论是在无溶剂体系还是有机溶剂体系中合成1,3-DAG，由于酰基转移的存在，产物中1,3-DAG含量低，产物存在大量副产物(1,2-DAG和MAG)，且产物分离纯化难度大。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种酶法合成1,3-甘油二酯的方法，能够显著提高反应产物中1,3-甘油二酯的含量/显著降低反应过程中副产物的产生，同时还有利于反应产物的分离纯化。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种酶法合成1,3-甘油二酯的方法，包括以下步骤：
步骤1：在天然低共熔溶剂中采用脂肪酶Lipozyme RM IM催化脂肪酸和甘油进行酯化反应；
步骤2：反应结束后进行离心处理，反应产物出现分层，分别回收脂肪酶LipozymeRM IM和天然低共熔溶剂，得到包含1,3-甘油二酯的上层油相产物。
优选地，步骤1中，天然低共熔溶剂为甜菜碱、尿素和水按照摩尔比1:2:1或甜菜碱和木糖醇按照摩尔比1:2组成的低共熔混合物。
优选地，步骤1中，脂肪酸为动物来源、植物来源或海洋动植物来源的脂肪酸。
优选地，步骤1中，脂肪酸与甘油的摩尔比为1:2～1:5。
优选地，步骤1中，天然低共熔溶剂的添加量为底物总质量的30％～60％。
优选地，步骤1中，脂肪酶Lipozyme RM IM的添加量为底物总质量的2％～8％。
优选地，步骤1中，酯化反应的温度为40～60℃，酯化反应的时间为3～6h。
优选地，步骤2中，离心分离的转速为5000～12000rpm，时间为1～2min。
优选地，所得产物中1,3-甘油二酯的含量＞60％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，在天然低共熔溶剂体系中使用Lipozyme RM IM催化脂肪酸和甘油进行酯化反应，反应结束后，离心，分别回收天然低共熔溶剂、Lipozyme RM IM和上层油相产物。与无溶剂体系或有机溶剂体系中合成1,3-甘油二酯相比，在天然低共熔溶剂中催化酯化合成1,3-甘油二酯可有效抑制反应过程中酰基转移的发生，从而可避免酯化反应生成的1,3-甘油二酯向1,2-甘油二酯转移，确保反应产物中1,3-甘油二酯的含量较高；此外，由于酯化反应时，酰基转移被有效抑制，从而可有效避免1,2-甘油二酯、2-甘油单酯和甘油三酯等副产物的产生；再者，通过离心即可实现与脂肪酶、低共熔溶剂和反应产物的分离，大大降低了后续产物分离纯化的难度。
进一步地，天然低共熔溶剂为甜菜碱、尿素和水按照摩尔比1:2:1或甜菜碱和木糖醇按照摩尔比1:2组成的低共熔混合物，不仅可确保酯化反应时具有较高的酯化速率，而且可有效抑制反应过程中1,3-甘油二酯向1,2-甘油二酯的酰基转移。
进一步地，脂肪酸和甘油的摩尔比为1:2～1:5，不仅可确保酯化反应具有较高的反应速率，而且可确保产物中1,3-甘油二酯含量较高。
进一步地，天然低共熔溶剂的添加量为底物总质量的30％～60％，可有效抑制反应过程中的酰基转移，促进1,3-甘油二酯的生成，抑制副产物的产生。
进一步地，Lipozyme RM IM的添加量为底物总质量的2％～8％，可确保酯化反应具有较高的反应速率。
进一步地，酯化反应的温度为40～60℃，可保证Lipozyme RM IM具有较高的催化活性和操作稳定性；酯化反应的时间为3～6h，可确保产物中1,3-甘油二酯具有较高的含量。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。如非写明，所有百分比均为质量百分比。
实施例1
首先称取30g天然低共熔溶剂(甜菜碱：尿素：水(1：2：1，摩尔比))倒入50mL锥形瓶中，再称取100g油酸与甘油(1：2，摩尔比)倒入锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至40℃，向其中加2g Lipozyme RM IM，待反应3h后，在5000rpm下离心2min，低共熔溶剂、LipozymeRM IM和反应产物出现分层，分别回收Lipozyme RM IM、低共熔溶剂和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为92.4％，TAG含量为3.26％，1,3-DAG含量为60.8％，1,2-DAG含量为0.75％，1-MAG含量为27.34％，2-MAG含量为0.25％。
实施例2
首先称取40g天然低共熔溶剂(甜菜碱：木糖醇(1：2，摩尔比))倒入50mL锥形瓶中，再称取100g二十二碳六烯酸与甘油(1：3，摩尔比)倒入锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至60℃，向其中加6g Lipozyme RM IM，待反应4h后，在12000rpm下离心1min，低共熔溶剂、Lipozyme RM IM和反应产物出现分层，分别回收Lipozyme RM IM、低共熔溶剂和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为93.6％，TAG含量为3.52％，1,3-DAG含量为63.78％，1,2-DAG含量为0.64％，1-MAG含量为25.35％，2-MAG含量为0.31％。
实施例3
首先称取50g天然低共熔溶剂(甜菜碱：木糖醇(1：2，摩尔比))倒入50mL锥形瓶中，再称取100g油酸与甘油(1：4，摩尔比)倒入锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至50℃，向其中加4g Lipozyme RM IM，待反应5h后，在8000rpm下离心1.5min，低共熔溶剂、Lipozyme RMIM和反应产物出现分层，分别回收Lipozyme RM IM、低共熔溶剂和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为94.26％，TAG含量为4.33％，1,3-DAG含量为65.62％，1,2-DAG含量为0.51％，1-MAG含量为24.31％，2-MAG含量为0.33％。
实施例4
首先称取40g天然低共熔溶剂(甜菜碱：木糖醇(1：2，摩尔比))倒入50mL锥形瓶中，再称取100g共轭亚油酸与甘油(1：4，摩尔比)倒入锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至60℃，向其中加6g Lipozyme RM IM，待反应6h后，在5000rpm下离心2min，低共熔溶剂、Lipozyme RM IM和反应产物出现分层，分别回收Lipozyme RM IM、低共熔溶剂和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为94.57％，TAG含量为3.45％，1,3-DAG含量为66.01％，1,2-DAG含量为0.47％，1-MAG含量为24.23％，2-MAG含量为0.41％。
实施例5
首先称取60g天然低共熔溶剂(甜菜碱：尿素：水(1：2：1，摩尔比))倒入50mL锥形瓶中，再称取100g共轭亚油酸与甘油(1：5，摩尔比)倒入锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至50℃，向其中加8g Lipozyme RM IM，待反应6h后，在12000rpm下离心1min，低共熔溶剂、Lipozyme RM IM和反应产物出现分层，分别回收Lipozyme RM IM、低共熔溶剂和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为94.01％，TAG含量为2.66％，1,3-DAG含量为66.85％，1,2-DAG含量为0.41％，1-MAG含量为23.78％，2-MAG含量为0.31％。
对比例1
称取100g油酸与甘油(1：4，摩尔比)倒入50mL锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至50℃，向其中加4g Lipozyme RM IM，待反应5h后，在8000rpm下离心1.5min，分别回收Lipozyme RM IM和油相产物。采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为88.11％，TAG含量为4.9％，1,3-DAG含量为45.16％，1,2-DAG含量为7.18％，1-MAG含量为28.77％，2-MAG含量为2.1％。和实施例3相比，对比例1产物中1,3-DAG含量(45.16％)显著低于实施例3产物中1,3-DAG含量(65.62％)，且副产物1,2-DAG含量(7.18％)、2-MAG含量(2.1％)显著高于实施例3产物中1,2-DAG含量(0.51％)和2-MAG含量(0.33％)。
对比例2
称取100g共轭亚油酸与甘油(1：5，摩尔比)倒入50mL锥形瓶中，搅拌使之混合均匀，加热至50℃，向其中加8g Lipozyme RM IM，待反应6h后，在12000rpm下离心1min，分别回收Lipozyme RM IM和油相产物。后采用高效液相色谱分析产物组成，产物中脂肪酸的转化率为87.34％，TAG含量为4.74％，1,3-DAG含量为45.56％，1,2-DAG含量为6.83％，1-MAG含量为27.01％，2-MAG含量为3.2％。和实施例5相比，对比例2产物中1,3-DAG含量(45.56％)显著低于实施例5产物中1,3-DAG含量(66.85％)，且副产物1,2-DAG含量(6.83％)、2-MAG含量(3.2％)显著高于实施例5产物中1,2-DAG含量(0.41％)和2-MAG含量(0.31％)。
Claims (9)
1.一种酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在天然低共熔溶剂中采用脂肪酶Lipozyme RM IM催化脂肪酸和甘油进行酯化反应；
步骤2：反应结束后进行离心处理，反应产物出现分层，分别回收脂肪酶Lipozyme RMIM和天然低共熔溶剂，得到包含1,3-甘油二酯的上层油相产物。
2.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，天然低共熔溶剂为甜菜碱、尿素和水按照摩尔比1:2:1或甜菜碱和木糖醇按照摩尔比1:2组成的低共熔混合物。
3.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，脂肪酸为动物来源、植物来源或海洋动植物来源的脂肪酸。
4.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，脂肪酸与甘油的摩尔比为1:2～1:5。
5.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，天然低共熔溶剂的添加量为底物总质量的30％～60％。
6.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，脂肪酶Lipozyme RM IM的添加量为底物总质量的2％～8％。
7.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤1中，酯化反应的温度为40～60℃，酯化反应的时间为3～6h。
8.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，步骤2中，离心分离的转速为5000～12000rpm，时间为1～2min。
9.根据权利要求1所述的酶法合成1,3-甘油二酯的方法，其特征在于，所得产物中1,3-甘油二酯的含量＞60％。
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