[发明专利]第一步使用酯酶和另一步使用化学催化剂的由脂肪酸和脂族醇制备脂肪酸烷基酯的多步方法

说明书

发明领域

本发明涉及生物技术领域，并描述一种以化学-酶催化制备脂肪酸酯的方法，该脂肪酸酯的醇组分是沸点为60-120℃的脂族醇。

技术背景

在化学和生物化学合成中使用各种各样的酶作为催化剂。因此，在许多情况下，基于此在大工业方法中常常是在中等反应条件下，使用酯酶，特别是脂酶(EC 3.1.1.3)来进行脂肪分解、酯化和酯转化。

这类酶可由各种微生物产生。为分离这种酶，在微生物发酵后进行耗费的纯化过程。

这类催化剂的有效性常面对高的生产和分离成本，以致一些研究部门一直致力于增加酶的产率或提高酶的生产率。

用于合成的适用的生物催化方法例如描述于K.Drauz和H.Waldmann，Enzyme Catalysis in Organic Synthesis，WILEY-VCH，1至III卷，2002；U.T.Bornscheuer，R.J.Kazlauskas in Hydrolasis in Organic Synthesis。生物催化方法的技术转化是由A.Liese，K.Seelbach和C.Wandrey描述于IndustrialBiotransformations，WILEY-VCH，2002。

因此酶催化酯化是现有技术。为提高方法中的成本效益而使用固定的酶也是现有技术。

生物催化反应中的缺点常在于参与过程的催化剂的可利用性和稳定性。从现有技术己知例如通过微包封固定化而稳定存在并可多次应用的酶或微生物。

化学催化酯化如酸催化也是现有技术。在这种酯化中释放出化学计算量的水，该水必需去除，以将反应朝向酯产物方向进行。

用沸点为60-120℃的脂族醇对脂肪酸的纯化学催化酯化或纯酶催化酯化的缺点是产生大量的依据转化率具有不同水含量的馏出物。

在酶催化方法中，在高转化率情况下必需从反应混合物中主要以真空和较高温度下去除水，这就导致酶脱活化作用。

特别是其沸点低于水或与水形成低沸点共沸物的醇(如乙醇)是难以处理的。这时必需使用复杂的方法如膜分离法、分子筛干燥法或应用夹带剂(Schleppmitteln)的共沸物蒸馏法，这就导致高的过程成本。

如果仅使用纯化学催化方法，由此造成长的反应器占用时间。与酶催化酯化相比，由于高的热负荷，该产物的色值会大大恶化。

本发明的目的在于提供一种以沸点为60-120℃的脂族醇来酯化脂肪酸的方法，而无需对醇组分进行耗费的干燥。此外，该方法应有好的成本效益和是可再循环的。该酶就其稳定性方面仅有轻微的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种同于制备脂肪酸酯的方法，其中：

(a)在有酯酶存在下用沸点为60-120℃的含水的脂族醇处理脂肪酸，这时产生预酯化产物，

(b)从预酯化产物中分离出水和未经转化的醇，

(c)重新加入如步骤(a)的相同的脂族醇，使该预酯化产物进行化学催化的第二次酯化，

(d)由步骤(c)分离出的含水醇重新用于步骤(a)的酶催化预酯化中。

在另一实施方案中，在预酯化步骤(a)期间需要时可经相分离分离水。

令人意外地发现，用本发明方法无需处理沸点为60-120℃的脂族醇与水形成低沸点共沸物的含水组分。在化学酯化产生的含水醇可顺利地用于酶催化预酯化中，因为在低温下该酶催化酯化到达主要朝向形成酯的反应平衡。由于反应在低温下进行，不产生馏出物。结束预反应后分离和弃去水和留下的醇。因为反应主要向酯合成方向进行，所以低沸点醇的损失很少。该反应可通过加入惰性溶剂如己烷、异辛烷或正-辛烷而更向酯方向移动，以致使低沸点醇的损失可仍保持还要低得多。利用该反应不再需要与该反应相连的复杂的和耗能的含水醇的处理。这种节省在经济和生态上均是有利的。由此在本发明方法的优选实施方案中，于酶反应中混入惰性有机溶剂。

本发明方法的优点在于其是化学-酶催化方法。在第一步中该脂肪酸用脂族的醇/水混合物进行部分酯化。该反应结束后，大部分反应水经相分离可从产物混合物中分离。这可在中等温度和给定的水/醇/酯组成下实现。如要改进水的离析，则在酶催化步中加入溶剂如正-辛烷。酶催化步骤结束后蒸馏出溶剂、未反应的醇和未离析的水。接着将留下的部分转化的物料送入第二酯化步骤。该步骤如以酸或锡盐进行催化。继续反应至达99-99.7％转化率的酯化。收集所生成的醇/水反应馏出物，并完全加入到酶催化的第一预酯化步骤中。通过将两方法和在酶催化步骤中通过分离的水离析的组合，提供了一种最有协同作用的方法。