CN1884564A - 全酶法生产甘油二酯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全酶法生产甘油二酯的方法，包括：用1，3位特异性脂肪酶对脂肪或油进行水解，水解度为20～55％，得到的水解产物经分子蒸馏或短程蒸馏，得主要成份为甘油二酯和甘油三酯的高温馏分和主要成份为脂肪酸和单甘酯的低温馏分；本发明采用特定的脂肪酶催化脂肪或油进行适度水解，水解产物中包含了大量甘油二酯，而副产物单甘酯的含量很低。本发明还将酶法水解反应和酶法酯化反应结合起来，提高了甘油二酯的产率。

Description

全酶法生产甘油二酯的方法

技术领域

本发明涉及全酶法生产甘油二酯的方法。

背景技术

甘油二酯是一种只具有两个脂肪酸链的脂肪分子，是油脂的天然成分和油脂在体内代谢的中间产物。近年来的研究表明，甘油二酯和甘油三酯的吸收代谢模式不同，甘油二酯食用后在体内很少蓄积，而且甘油二酯能够降低内脏脂肪。甘油二酯具有同普通食用油高度通用的性质和营养功能，还可利用甘油二酯生产具有减肥作用的功能食品。Hara K.在1993年报道了二酰基甘油具有降低血脂的功能(Ann Nutr Metab 1993；37：185)，可以用于预防和治疗高脂血症以及与高脂血症密切相关的心脑血管疾病。甘油二酯还可用作乳化剂、脂肪塑性改进剂或用作食品、药物、化妆品等的基质。

甘油二酯的生产常利用油脂的脂肪酸的酯化反应或甘油解反应来进行，但是酯化反应存在着脂肪酸原料制备的问题，在成本和防止负反应发生方面存在不足之处，而甘油解反应中甘油和甘油三酯的互溶性很差，反应效率较低。制造甘油二酯反应采用的催化剂有化学催化剂或酶催化剂，化学催化的反应常需要在高温下操作，对于富含不饱和脂肪酸的油脂会造成颜色加深、脂肪酸异构化等问题，而且化学催化的反应还存在能耗高、副产物多、环境污染等问题。

专利CN1098921C公开了一种甘油二酯的生产方法，首先对油脂采用蒸气分解，使脂肪或油部分水解至含有67％～96％的脂肪酸，然后不经蒸馏，将水解产物在脂肪酶的催化作用下进行反应。该生产方法需要对油脂进行深度水解，需要复杂的设备，水解过程能耗也高，而且高温水解过程也会导致颜色加深、脂肪酸异构化等不利的反应，需要对大量的底物进行酯化反应，过程成本较高，也会对产品品质造成不良影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种全酶法生产甘油二酯的方法，采用特定的脂肪酶催化脂肪或油进行适度水解，水解产物中包含了大量甘油二酯，而副产物单甘酯的含量很低。

本发明的目的还在于将酶法水解反应和酶法酯化反应结合起来，提高甘油二酯的产率。

本发明全酶法生产甘油二酯的方法包括以下步骤：

(1)用1，3位特异性脂肪酶对脂肪或油进行水解，水解度为20～55％，优选25～40％，最佳30～35％，得水解产物；

(2)步骤(1)得到的水解产物经分子蒸馏或短程蒸馏，得主要成份为甘油二酯和甘油三酯的高温馏分和主要成份为脂肪酸和单甘酯的低温馏分；

所采用的脂肪酶为来源于根酶属、曲霉属、毛酶属、细菌、酵母菌和胰脂肪酶中的一种或一种以上的混合物；所使用的脂肪或油为大豆油、菜籽油、玉米油、花生油、葵花籽油、米糠油、鱼油中的一种或一种以上的混合物。

为了提高产率，还包括步骤(3)，将步骤(2)得到的低温馏分补充反应底物，在1，3位特异性脂肪酶催化下在30～70℃进行酯化反应，反应产物进行分子蒸馏或短程蒸馏，或者与步骤(1)得到的水解产物混合后进行分子蒸馏或短程蒸馏；补充反应底物后，反应体系中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶0.5～3；所述的酯化反应至少进行至游离脂肪酸减少60％以上；收集步骤(2)和(3)的高温馏分物。

步骤(2)、(3)所述的蒸馏流程分为三段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度为80～100℃；第二级脱除大部分脂肪酸，温度为150～180℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度为190～220℃。步骤(3)中，优选方案为补充反应底物后，反应体系中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶1～2，补充的反应底物包括甘油。

本发明中，脂肪酶的性质是决定水解产物中甘油二酯含量的关键因素，本发明采用1，3位特异性脂肪酶进行油脂水解比没有位置特异性的脂肪酶可以生成更多的甘油二酯，因此，本发明的水解环节采用1，3位特异性脂肪酶。在很多油脂酶法水解的研究和应用中，往往希望水解反应进行的比较彻底，但是，对于以生产甘油二酯为目的的水解过程需要控制水解度，过低的水解度不利于生成大量甘油二酯，而过高的水解度则需要消耗更多的酶制剂和需要更高的过程成本，因此，控制20～55％的水解度，优选地，控制25～40％的水解度，更优选地，控制30～35％的水解度。油脂的酶法水解反应是一常规操作，酶法水解反应的温度、加酶量、加水量和反应时间等条件的确定可以根据具体情况而定，在本发明中不做限定，而是以达到特定的水解度为反应控制目标。

酶法水解后生成的产物包括甘油三酯、甘油二酯、脂肪酸、单甘酯和少量甘油，需要对水解产物进行蒸馏分离，蒸馏一般采用分子蒸馏或短程蒸馏，蒸馏的一般流程分为3段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度一般为80～100℃左右；第二级脱除大部分脂肪酸，温度一般为150～180℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度一般为190～220℃。尽管本处给出了一般的操作参数，实际实施时的蒸馏操作可不受本描述的限制。根据实际需要，可以增加分子蒸馏的级数，根据真空度的大小，可以灵活调整蒸馏温度。蒸馏分离产物分为高温馏分和低温馏分，高温馏分以甘油二酯和甘油三酯为主，低温馏分以脂肪酸和单甘酯为主。高温馏分可以直接作为产品，也可以经过脱色和脱臭等传统的精炼工艺后作为产品。脱色和脱臭是油脂精炼的常规操作，一般脱色采用活性白土或活性炭等进行脱色，脱臭采用真空汽提的方法进行，相应的操作见《贝雷：油脂化学与工艺学》等专业书籍。低温馏分可以经过进一步的酯化反应使生成大量甘油二酯后再经过上述类似的蒸馏过程分为高温馏分和低温馏分。由于低温馏分中包含的酰基受体不足以满足酯化反应的需要，因此，在低温馏分中尚需要补充甘油等酰基受体，对于需要开发包含特殊脂肪酸的甘油二酯产品时，还可以在低温馏分中补充某些功能性脂肪酸，如亚麻酸、亚油酸、共轭亚油酸等。本发明通过调节甘油的添加量来控制酯化反应底物的特性，一般控制酯化反应底物中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶0.5～3比较有利于生成甘油二酯反应的发生，优选地，控制酯化反应底物中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶1～2，更优选地，控制酯化反应底物中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶1～1.5。酯化反应采用1，3位特异性脂肪酶催化进行，优选地，采用固定化后的1，3位特异性脂肪酶进行酯化反应，酯化反应进行至反应物中的游离脂肪酸减少60％以上。对于脂肪酶催化的酯化反应，反应伴随水的生成，一般需要对反应物进行脱水处理，脱水方式优选采用真空脱水，脱水属于常规的操作，具体操作条件不作限定。酯化反应的温度随不同的脂肪酶性质而变动，一般反应温度为30～70℃。

具体实施方式

实施例1

市售canola菜籽油180kg，加入30％的水和1％的脂肪酶Lipase F-AP15(Amano Enzyme Inc.产品)进行机械搅拌水解反应，反应温度40℃，控制水解度为20％时停止反应。反应物经自然沉降2小时油水分离后，弃去水相，油相于80℃真空条件下脱除剩余水分，得水解产物。水解产物经过分子蒸馏分离，蒸馏流程分为三段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度为100℃；第二级脱除大部分脂肪酸，温度为180℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度为210℃。高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物1，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物2。

实施例2

水解反应条件同实施例1，控制水解度为55％，水解产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物3，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物4。该实施例分子蒸馏的条件为：蒸馏流程分为三段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度为80℃；第二级脱除大部分脂肪酸，温度为150℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度190℃。

实施例3

以大豆油进行水解反应，脂肪酶采用Palatase20000L(Novozymes公司产品)，其它水解反应条件同实施例1，控制水解度为30％，水解产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物5，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物6。该实施例分子蒸馏的条件为：蒸馏流程分为三段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度为90℃；第二级脱除大部分脂肪酸，温度为160℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度220℃。

实施例4

以大豆油进行水解反应，水解反应条件同实施例1，控制水解度为30％，水解产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物7，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物8。

实施例5

以玉米油进行水解反应，水解反应条件同实施例1，控制水解度为25％，水解产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物9，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物10。

实施例6

以葵花籽油进行水解反应，水解反应条件同实施例1，控制水解度为40％，水解产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯和甘油三酯为主的油脂组合物11，低温馏分为以游离脂肪酸和单甘酯为主的组合物12。

实施例7

将组合物2和甘油(脂肪酸基团∶甘油基团＝2，mol比)共30kg置于密封搅拌反应釜中，加入5％的市售固定化1，3-位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM(Novozymes)，控制反应温度为70℃，搅拌速度200r/min，保持反应处于3Torr以内的绝对压力的条件下进行酯化反应，直至游离脂肪酸含量降到60％后停止反应，反应产物经过分子蒸馏分离，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯为主的油脂组合物13。

实施例8

将组合物4和6的混合后再加入2％的共轭亚油酸，然后与适量甘油(脂肪酸基团∶甘油基团＝2，mol比)混合，混合物共计200kg，将混合物连续通过由固定化脂肪酶Lipozyme RM IM装成的填充床式柱式酶反应器进行酯化反应，酶的用量为2kg，反应温度为30℃，从酶反应器中流出的反应物经真空脱水，反应物经过多次循环反应，直至游离脂肪酸的量减少了75％，反应产物经过分子蒸馏分离得高温馏分和低温馏分，高温馏分接着以常规方式进行脱色、脱臭，得到以甘油二酯为主的组合物14。

实施例9

采用Palatase20000L(Novozymes公司产品)对canola菜籽油180kg进行水解，控制水解度为35％，得到水解产物，蒸馏后分为高温馏分和低温馏分，低温馏分参照实施例7和8类似的方法进行酶法酯化，得酯化反应产物15。采用Palatase20000L对另外180kg canola菜籽油进行水解，控制水解度为35％，得到水解产物，将上步骤中所述的酯化反应产物15加入到水解产物中进行蒸馏，得到高温馏分16，即为产品。

以上所述实施例中，所有百分比均以重量计。表1是各实施例得到的油脂组合物的组成。

                     表1：各油脂组合物的组成

油脂组合物	甘油三酯(％)	甘油二酯(％)	单甘酯(％)	游离脂肪酸(％)
					12345678910111213141516	65.20.543.40.448.10.647.80.350.80.343.80.37.410.16.335.5	34.21.455.81.651.11.552.31.848.31.855.31.891.989.368.363.6	0.59.10.611.90.512.70.811.70.89.80.89.80.60.59.60.8	0.188.90.286.10.285.20.186.20.188.10.188.10.10.115.80.1

从表中可以看出，水解产物中包含了大量甘油二酯，而副产物单甘酯的含量很低。从而提高了甘油二酯的产率。

Claims (6)

1、一种全酶法生产甘油二酯的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)用1，3位特异性脂肪酶对脂肪或油进行水解，水解度为20～55％，得水解产物；

(2)步骤(1)得到的水解产物经分子蒸馏或短程蒸馏，得主要成份为甘油二酯和甘油三酯的高温馏分和主要成份为脂肪酸和单甘酯的低温馏分；

所采用的脂肪酶来源于根酶属、曲霉属、毛酶属、细菌、酵母菌和胰脂肪酶中的一种或一种以上的混合物；所使用的脂肪或油为大豆油、菜籽油、玉米油、花生油、葵花籽油、米糠油、鱼油中的一种或一种以上的混合物。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤(3)，将步骤(2)得到的低温馏分补充反应底物，在1，3位特异性脂肪酶催化下在30～70℃进行酯化反应，反应产物进行分子蒸馏或短程蒸馏，或者与步骤(1)得到的水解产物混合后进行分子蒸馏或短程蒸馏；补充反应底物后，反应体系中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶0.5～3；所述的酯化反应至少进行至游离脂肪酸减少60％以上；收集步骤(2)和(3)的高温馏分物。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(2)、(3)所述的蒸馏流程分为三段蒸馏，第一级脱气和脱水，温度为80～100℃；第二级脱除大部分脂肪酸，温度为150～180℃；第三级脱除大部分单甘酯，温度为190～220℃。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(3)中，补充反应底物后，反应体系中甘油基团和脂肪酸基团的摩尔比为1∶1～2，补充的反应底物包括甘油。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述的水解度为25～40％。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的水解度为30～35％。