WO2021088319A1 - 一种合成甘油二酯的方法 - Google Patents

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partial glyceride
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王永华
刘萱
杨博
王卫飞
蓝东明
罗日明
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华南理工大学
广东粤膳特医营养科技有限公司
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    • C12Y301/01034—Lipoprotein lipase (3.1.1.34)

Definitions

  • the invention relates to a method for synthesizing diglycerides.
  • DAG Diglyceride
  • 1,2-DAG 1,3-DAG according to the position of the vacant hydroxyl group. Because the metabolic pathway of diglycerides is completely different from that of triglycerides, DAG has the functions of lowering blood lipids, relieving diabetes and its complications, and inhibiting the accumulation of fat. It is a healthy and safe functional oil.
  • Diglycerides can be prepared by a variety of processes, including hydrolysis, esterification, and glycerollysis.
  • the hydrolysis method uses refined animal and vegetable oils as raw materials to select sn-1,3-specific lipases to hydrolyze animal and vegetable oils, and obtain DAG-rich samples by controlling the degree of hydrolysis.
  • the degree of hydrolysis is difficult to control, a large amount of by-product fatty acids are produced, and the DAG content is low.
  • Glycerolysis to prepare diglycerides refers to the use of lipase to catalyze the reaction of triglycerides and glycerol to obtain DAG. This method is affected by factors such as the solvent and the type of enzyme preparation, and has the problem of low conversion rate.
  • the esterification method is a commonly used method for the preparation of diglycerides in the industry. It uses free fatty acids and glycerol as raw materials and uses lipase to catalyze the synthesis of diglycerides.
  • the purity of DAG prepared by partial glycerol lipase can reach more than 90% after separation and purification.
  • the products are diglyceride (DAG), glycerol monoglyceride (MAG) and fatty acid (FFA).
  • DAG diglyceride
  • MAG glycerol monoglyceride
  • FFA fatty acid
  • the partial glyceride lipase catalyzes the esterification reaction to prepare diglycerides with low efficiency, and generally requires a longer reaction time, which severely restricts the prospects for industrial application.
  • Monoglyceride lipase generally has strong hydrolysis activity.
  • Patent CN102965404A discloses a method for preparing high-purity diglycerides, using glycerol and fatty acid esterification reaction, and then using monoglyceride lipase to convert the esterified product to monoglyceride.
  • the ester is hydrolyzed, and the DAG content reaches 98% after molecular distillation separation and purification.
  • the esterification activity of monoglyceride lipase is generally weak, especially the esterification activity of long-chain fatty acids is extremely low, and there is no report that it can be used to catalyze the esterification of long-chain fatty acids to prepare glycerides.
  • the purpose of the present invention is to provide a rapid and efficient method for synthesizing diglycerides in view of the deficiencies in the prior art.
  • the method adds a certain amount of monoglycerides to the reaction system of partial glyceride lipase catalyzed by long-chain fatty acids to prepare diglycerides.
  • Glyceride lipase has been found to increase the catalytic efficiency of partial glyceride lipase without changing the equilibrium point of the esterification reaction, and significantly shorten the time required for the esterification reaction to reach equilibrium.
  • a method for synthesizing diglycerides A fatty acid donor, glycerol, partial glyceride lipase, and monoglyceride lipase are mixed with water, and then subjected to esterification reaction, and further separated and purified to obtain diglyceride.
  • the partial glyceride lipase is a partial glyceride lipase derived from one or a mixture of Malassezia Lipase SMG1 and Lipase G 50 , and the monoglyceride lipase is derived from marine lichen Lipase_GMGL of Bacillus.
  • the added amount of the partial glyceride lipase is 120-240 U/g based on the total mass of the reaction mixture; the added amount of the monoglyceride lipase is 60-240 U/g based on the total mass of the reaction mixture.
  • the molar ratio of the fatty acid donor to glycerol is 1:(0.3-10); the mass ratio of the glycerol to water is (10-30):1.
  • the molar ratio of the fatty acid donor to the glycerol is 1: (3 to 4); the mass ratio of the glycerin to water is (14.2 to 28.4):1.
  • the fatty acid donor is one or a mixture of two or more of fatty acids, fatty acid lower alkyl esters, or raw materials containing fatty acids and fatty acid lower alkyl esters.
  • the fatty acid is one or a mixture of two or more fatty acids having 6-22 carbon atoms.
  • the fatty acid lower alkyl ester is one or a mixture of two of methyl ester, ethyl ester, propyl ester, butyl ester, and pentyl ester.
  • the esterification reaction time is 8-24h, more preferably, the esterification reaction time is 12 ⁇ 2h.
  • the temperature of the esterification reaction is 10-60°C, and the pH is 4-10.
  • the temperature of the esterification reaction is 20-50°C, and the pH is 6-8.
  • the temperature of the esterification reaction is 30-40°C.
  • the present invention has the following advantages:
  • the present invention relates to the use of partial glyceride lipase and monoglyceride lipase in an enzyme reaction to synthesize diglycerides.
  • the synthesis rate of diglycerides is much higher than when any enzyme is used alone, the synthesis time is shortened by more than half, and more than 45.50% of diglycerides are obtained after the esterification reaction, because the product is basically no
  • Fig. 1 is a graph showing the influence of Lipase G 50 and Lipase GMGL on the content of DAG in the catalytic synthesis of Example 1.
  • Fig. 2 is a graph showing the influence of Lipase SMG1 and Lipase GMGL on the content of DAG in the catalytic synthesis of Example 2.

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Abstract

本发明公开了一种合成甘油二酯的方法，将脂肪酸供体与甘油、偏甘油酯脂肪酶、单甘油酯脂肪酶加水混合后，进行酯化反应，反应时间8-24h，进一步分离纯化得到甘油二酯。本发明利用单甘油酯脂肪酶在酯化反应中促进偏甘油酯脂肪酶的反应效率，以提高合成甘油二酯的速率，相比于单酶，合成时间缩短了一半以上，而且酯化反应后得到45.50％以上的甘油二酯，因产物基本没有甘油三酯的生成，经分子蒸馏纯化后，DAG含量达98％以上。

Description

一种合成甘油二酯的方法 技术领域
本发明涉及一种甘油二酯的合成方法。
背景技术
甘油二酯(DAG)是甘油上的两个羟基与脂肪酸酯化的产物，是油脂的一种天然组分，也是油脂代谢的中间产物。天然存在的DAG有两种，根据空位羟基的位置不同分为1,2-DAG与1,3-DAG两种异构体。因甘油二酯的代谢途径与甘油三酯截然不同，DAG具有降低血脂、缓解糖尿病及其并发症、抑制脂肪的积累功能，是一种健康、安全的功能性油脂。
甘油二酯可以通过多种工艺制备，主要有水解法、酯化法、甘油解法。水解法是以精炼动植物油为原料选用sn-1,3位专一性脂肪酶对动植物油脂进行水解反应，通过控制水解程度得到富含DAG的样品。但水解程度难以控制，会产生大量的副产物脂肪酸，而且DAG含量偏低。甘油解制备甘油二酯是指用脂肪酶催化甘油三酯与甘油反应获得DAG。此方法受溶剂、酶制剂的类型等因素的影响，存在转化率低的问题。
酯化法是目前工业上制备甘油二酯常用的方法，是以游离脂肪酸和甘油为原料，利用脂肪酶催化合成甘油二酯。而采用偏甘油脂肪酶制得的DAG经分离纯化后纯度可以达到90％以上。产物有甘油二酯(DAG)、甘油单甘脂(MAG)和脂肪酸(FFA)。但是，偏甘油酯脂肪酶催化酯化反应制备甘油二酯的效率较低，一般需要较长的反应时间，严重制约了工业化应用前景。单甘油酯脂肪酶一般具有较强的水解活力，专利CN102965404A公开了一种制备高纯度的甘油二酯，利用甘油和脂肪酸酯化反应，再将酯化产物用单甘油酯脂肪酶将单甘酯水解，经分子蒸馏分离纯化后DAG含量达到98％。但是，单甘油酯脂肪酶的酯化活力一般较弱，特别是对长链脂肪酸的酯化活力极低，目前尚未有可以用于催化长链脂肪酸酯化制备甘油酯的报导。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种快速高效合成甘油二酯的方法，该方法在偏甘油酯脂肪酶催化长链脂肪酸制备甘油二酯的反应体系中添加一定量的单甘油酯脂肪酶，发现在不改变酯化反应平衡点的同时，可以提高偏甘油酯脂肪酶的催化效率，显著地缩短酯化反应达到平衡所需的时间。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种合成甘油二酯的方法，将脂肪酸供体与甘油、偏甘油酯脂肪酶、单甘油酯脂肪酶加水混合后，进行酯化反应，进一步分离纯化，得到甘油二酯。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
优选地，所述偏甘油酯脂肪酶为偏甘油酯脂肪酶来源于马拉色霉菌Lipase SMG1和Lipase G 50中的一种或两种的混合，所述单甘油酯脂肪酶为来源于海洋地衣芽孢杆菌的Lipase_GMGL。
优选地，所述偏甘油酯脂肪酶的添加量为基于反应混合物总质量的120～240U/g；所述单甘油酯脂肪酶的添加量为基于反应混合物总质量的60～240U/g。
优选地，所述脂肪酸供体与甘油的摩尔比1:(0.3～10)；所述甘油与水的质量比为(10～30):1。
优选地，所述脂肪酸供体与甘油的摩尔比1:(3～4)；所述甘油与水的质量比为(14.2～28.4):1。
优选地，所述的脂肪酸供体为脂肪酸、脂肪酸低碳烷基酯或是含有脂肪酸、脂肪酸低碳烷基酯的原料中的一种或两种以上的混合。
优选地，所述脂肪酸为具有6～22个碳原子的脂肪酸中的一种或两种以上的混合物。
所述脂肪酸低碳烷基酯为甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、戊酯中的一种或两种的混合物。
优选地，酯化反应时间8-24h，更优选地，酯化反应时间12±2h。
优选地，所述酯化反应的温度为10～60℃，pH为4～10。
优选地，所述酯化反应的温度为20～50℃，pH为6～8。
优选地，所述酯化反应的温度为30～40℃。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明涉及将偏甘油酯脂肪酶和单甘油酯脂肪酶一起用于酶反应来合成甘油二酯。当两种酶一起使用时甘油二酯的合成速率远远高于任何一种酶单独使用时，合成时间缩短了一半以上，而且酯化反应后得到45.50％以上的甘油二酯，因产物基本没有甘油三酯的生成，经分子蒸馏纯化后，DAG含量高达98％以上。
附图说明
图1为实施例1中Lipase G 50和Lipase GMGL对催化合成DAG含量影响图。
图2为实施例2中Lipase SMG1和Lipase GMGL对催化合成DAG含量影响图。
具体实施方式
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例1
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量，购自日本天野酶制剂公司)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为49.50％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化，DAG含量高达98.07％。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例2 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃；反应12小时，酯化产物DAG含量为50.04％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化，DAG含量高达98.30％。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例3
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.2g的pH 为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为45.50％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例4 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.2g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃；反应12小时，酯化产物DAG含量为46.01％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例5 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，同时添加60U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为48.11％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例6 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，同时添加60U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃；反应12小时，酯化产物DAG含量为49.01％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例7 
取5.0360g脂肪酸和4.9640g甘油(摩尔比为1:3)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加 入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为46.91％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
实施例8
取5.0360g脂肪酸和4.9640g甘油(摩尔比为1:3)的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，同时添加240U/g的单甘油酯脂肪酶GMGL，控制反应温度为35℃；反应12小时，酯化产物DAG含量为46.10％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例1 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为39.30％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例2 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶GMGL(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时后，发现基本不合成DAG。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例3 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时后，酯化产物DAG含量为37.42％，经分子 蒸馏进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例4 
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.2g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为35.20％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例5
取4.3210g脂肪酸和5.6790g甘油(摩尔比为1:4)和0.2g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时后，酯化产物DAG含量为35.02％，经分子蒸馏进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例6 
取5.0360g脂肪酸和4.9640g甘油(摩尔比为1:3)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶Lipase G 50(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时，酯化产物DAG含量为36.30％，经分子蒸馏分离进一步分离纯化。
[根据细则91更正 22.04.2020]　
对比实施例7
取5.0360g脂肪酸和4.9640g甘油(摩尔比为1:3)和0.4g的pH为7.5的磷酸缓冲溶液，加入具塞三角瓶中混合均匀，并置于转速为500rpm的恒温磁力搅拌器上35℃预热10min，预热结束后加入240U/g的偏甘油酯脂肪酶SMG1(基于反应物总质量)，控制反应温度为35℃，反应12小时后，酯化产物DAG含量为35.42％，经分子蒸馏进一步分离纯化。

Claims (10)

  1. 一种合成甘油二酯的方法，其特征在于：将脂肪酸供体与甘油、偏甘油酯脂肪酶、单甘油酯脂肪酶加水混合后，进行酯化反应，反应结束后进一步分离纯化，得到甘油二酯。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏甘油酯脂肪酶为偏甘油酯脂肪酶来源于马拉色霉菌Lipase SMG1和Lipase G 50中的一种或两种的混合，所述单甘油酯脂肪酶为来源于海洋地衣芽孢杆菌的LipaseGMGL。
  3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏甘油酯脂肪酶的添加量为基于反应混合物总质量的120～240U/g；所述单甘油酯脂肪酶的添加量为基于反应混合物总质量的60～240U/g。
  4. 根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸供体与甘油的摩尔比1:(0.3～10)；所述甘油与水的质量比为(10～30):1。
  5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸供体与甘油的摩尔比1:(3～4)；所述甘油与水的质量比为(14.2～28.4):1。
  6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的脂肪酸供体为脂肪酸、脂肪酸低碳烷基酯或是含有脂肪酸、脂肪酸低碳烷基酯的原料中的一种或两种以上的混合。
  7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
    所述脂肪酸为具有6～22个碳原子的脂肪酸中的一种或两种以上的混合物；
    所述脂肪酸低碳烷基酯为甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、戊酯中的一种或两种的混合物。
  8. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为10～60℃，反应时间8-24h，pH为4～10。
  9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为20～50℃，酯化反应时间12±2h，pH为6～8。
  10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为30～40℃。
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