[发明专利]一种超高压下脂肪酶催化合成单甘酯和甘二酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在超高压下脂肪酶催化合成单甘酯和甘二酯的方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

单甘酯和甘二酯是一类多元醇型非离子型表面活性剂。单甘酯、甘二酯和它们的复配物，常用作乳化剂、稳定剂、起泡剂、润滑剂、抗黏剂、增塑剂及抗菌剂等，被广泛应用在日化、食品、医药、纺织印染、金属加工等行业。

目前，工业上合成单甘酯和甘二酯主要采用油脂甘油解法，一般是在高温( 220 -250℃)下以无机碱为催化剂，氮气保护下催化油脂与甘油进行反应，反应结束后需迅速降温，防止可逆反应导致单甘酯含量降低。产物为单甘酯、甘二酯、甘三酯、脂肪酸以及甘油的混合物，单甘酯含量一般为30%～40%，甘二酯为35%～40%。该方法由于需要高温，因此能耗大，色泽深，产生的副产物多。特别是对于含有双键的不饱和油脂，高温容易使双键氧化，严重影响了甘油酯产品的质量。

酶法由于反应条件温和，具有选择特异性，被认为是能够代替化学法催化甘油解最有潜力的方法。目前，限制酶法工业化的因素主要有两个：一个是酶的成本问题，一个是催化效率问题。目前，用于提高酶稳定性和催化效率的手段很多，包括：基因工程、固定化和采用新型反应体系等。

超高压是一门新兴的非热加工前沿技术。目前，被广泛用来进行食品加工和食品中有害酶的钝化。此外，研究表明在超高压作用下，有些酶可被激活。因此，超高压作为一种改善酶活性的手段受到广泛的关注，其可与传统的提高酶活性的手段相互补充和协同。

超高压影响酶催化反应的机制主要体现在三个方面：（1）影响酶结构的改变；（2）改变反应机制，如限速步骤的改变；（3）改变底物或溶剂的物理特性（pH、密度、粘度、相）。其中改变提高酶活的原因主要有以下3 个方面：（1）使酶分子构象发生限制性改变，利于酶与底物接触；（2）超高压使酶的部分活性部位裸露，使活性上升；（3）超高压处理使酶分子转变为具有催化活性的酶。

发明内容

    本发明目的在于：为了改善目前甘油酯产品质量低和酶催化效率低问题，本发明提出一种在超高压下脂肪酶催化合成单甘酯和甘二酯的方法，该方法反应条件温和，所用酶借于压力的保护和激活作用，反应速率快，酶活损失少，可大大改善产品质量，降低生产成本，具有工业化应用前景。

本发明的技术方案：为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种在超高压下脂肪酶催化合成单甘酯和甘二酯的方法，包括以下步骤：

（1）将反应底物溶于一定体积的溶剂中，其质量浓度为30%-50%，再加入一定量的脂肪酶，混合均匀；

所述脂肪酶为动植物来源的脂肪酶，选用小麦胚芽脂肪酶或猪胰腺脂肪酶；脂肪酶为游离或固定化脂肪酶；加酶量为反应底物的1%-50%（w/w）。 

所述反应底物油脂为大豆油、色拉油、橄榄油、蓖麻油、甘油、脂肪酸中的一种或几种； 

所述酶催化反应类型为水解、甘油解或酯化反应中的一种；

甘油解反应中，甘油和油脂摩尔比为2-48:1，甘油采用游离或固定于吸附材料上，吸附材料为硅胶、碳酸钙粉末、活性炭、硅藻土中的一种或几种的混合物，吸附材料和甘油的质量比为1-5:1；酯化反应中，甘油和脂肪酸摩尔比为1-10:1；

反应体系为微乳体系或有机溶剂体系，其中用于形成微乳体系的表面活性剂为聚乙二醇、2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、溴化十六烷基三甲基铵、烷基聚乙二醇醚、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺中的一种或几种；有机溶剂为叔丁醇、正己烷、正庚烷、丙酮、异丙醇、乙腈、苯、甲苯中的一种或几种。

（2）将步骤（1）中混合物置于超高压设备中进行酶催化反应，得到脂肪酸和甘油酯混合物。 

反应温度为40-90℃，反应时间为15-240min，采用分子筛或水和盐对控制体系的水分，控制水分含量为1%-10%。对于猪胰腺脂肪酶，压力控制在100-250MPa；对于小麦胚芽脂肪酶，压力控制在100-300MPa；

（3）通过分子蒸馏技术将步骤（2）所得混合物分离纯化，分子蒸馏分离纯化分为两个阶段：第一阶段为在110-145℃，真空度为10-100pa下进行脱水，脱气，除去部分甘油、部分表面活性剂和有机溶剂；第二阶段控制温度为145-200℃，真空度为5-30pa，得到单甘酯和甘二酯。