本发明属于化工技术领域，涉及单中碳链脂肪酸甘油酯类食品添加剂的制备方法，特别涉及一种亚临界一步法制备单癸月桂酸甘油酯的方法。
背景技术：
单脂肪酸甘油酯(简称单甘酯)具有优良的表面活性，可以起到乳化、分散、润滑和稳定的作用，目前在食品、药品、保健品和化妆品中广泛用作为乳化剂，表面活性剂和稳定剂等。其中，单中碳链脂肪酸甘油酯除了具有上述性质以外，还具有优秀的抑菌防腐性能，对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、酵母、霉菌和病毒等均显示出较强的抑制活性，且抗菌效果不易受环境ph和离子强度影响。单甘酯安全无毒，被美国fda批准为“一般公认安全的化合物”。最近新的研究表明，单甘酯还具有一些生理保健功能，如降低血脂水平，减少体内脂肪沉积，易于消化、快速供能等，说明单甘酯是一种具有研究潜力和应用价值的油脂类化合物。
可用作食品防腐剂的单甘酯主要是单中碳链脂肪酸甘油酯，包括单辛酸甘油酯、单癸酸甘油酯、单月桂酸甘油酯和单肉豆蔻酸甘油酯。目前应用广泛且需求较大的是单癸月桂酸甘油酯，需要先从富含中链脂肪酸的植物种子中提取油脂，脱胶脱色后再利用酸碱催化剂或脂肪酶和甘油催化酯化或甘油酯催化酯交换制备，最后经过分子蒸馏进行多级纯化。这些方法虽可制备高纯度的单癸月桂酸甘油酯，但先提取后合成的两步法过程较为繁琐，设备成本投入高，生产周期长；且酯化过程中甘油与脂肪酸的摩尔比常在3倍以上，易造成甘油的浪费；甘油的过量使用也会抑制催化剂特别是脂肪酶的底物作用活性，影响目标单甘酯的产量和纯度。目前报道了单甘酯的制备方法的现有技术，如专利cn101747997b公开了一种单癸月桂酸甘油酯的制备方法，虽可得到高纯度的单甘酯，但高温反应容易生成副产物，影响产品气味和色泽；且能耗较高，不利于工业化生产。酶法定向酯化和酯交换虽反应条件温和，但脂肪酶对反应体系要求高，需要寻找合适的反应介质且不能残留在产品中，影响食用的安全性。专利申请cn107475310a公开了一种以生物催化技术生产高含量单甘酯的制备方法，虽可在低温下反应，但产物中残留有小分子醇类溶剂，还需用多级薄膜蒸发器加热去除，增加了后处理的成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种亚临界一步法制备单癸月桂酸甘油酯的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种亚临界一步法制备单癸月桂酸甘油酯的方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将樟科植物种子脱壳，烘干后粉碎过筛，得到樟科植物种子粉；
(2)亚临界一步萃取和酶催化酯化：
①初次反应：将樟科植物种子粉、甘油和脂肪酶加入亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.05～-0.1mpa，注入亚临界流体溶剂，控制初始反应中的原料质量比为樟科植物种子粉：甘油：脂肪酶：亚临界流体溶剂＝1:(0.15～0.50):(0.005～0.1):(2～10)，调节反应温度30～70℃，压力0.05～5mpa，搅拌速度50～500r/min，反应时间1～6h；
②循环反应：初次反应后经减压回收亚临界流体溶剂，静置分层收集上层产物，再次注入亚临界流体溶剂搅拌下层液体(含甘油和脂肪酶)和樟科植物种子粉，重复初次反应的操作；
(3)水洗、脱水和脱色
合并步骤(2)的反应产物，使用20～40℃的温水喷淋洗涤所述的反应产物，搅拌10～60min，静置1～2h，分层后脱除下层水分；减压脱水后再添加脱色剂吸附脱色，过滤后即可得到纯度高达90％以上的单癸月桂酸甘油酯。
步骤(1)中所述的樟科植物种子包括但并不仅限于潺槁树、豹皮樟、香叶树、鼎湖钓樟、山胡椒、阴香、淅樟、樟树的种子中的一种或几种混合物。
步骤(1)中所述的烘干温度优选为50～80℃；烘干时间优选为2～10h；所述的烘干优选为烘干至水分含量为5％以下。
步骤(1)中所述的樟科植物种子粉优选为过100目筛的细筛粉。
步骤(2)中所述的亚临界流体溶剂包括但并不仅限于丙烷、正丁烷、异丁烷、四氟乙烷和六氟化硫中的一种或多种。
步骤(2)中所述的脂肪酶包括但并不仅限于lipozymermim,lipozyme435,lipozymetlim,lipozymens40086和novozym435中的一种或多种。
步骤(2)中所述的樟科植物种子粉：甘油：脂肪酶：亚临界流体溶剂的质量比优选为1:(0.15～0.30):(0.05～0.1):(5～10)。
步骤(2)中所述的初次反应的温度优选为40～60℃；压力优选为0.5～1mpa，搅拌速度优选为100～400r/min。
步骤(2)中所述的循环反应的次数优选为2～10次，直至单脂肪酸甘油酯总含量达到95％以上时停止反应。
步骤(3)中所述的搅拌的速度优选为200～600r/min。
步骤(3)中所述的温水喷淋洗涤的次数优选为2～4次。
步骤(3)中所述的脱色剂优选为活性炭或白土中的至少一种。
步骤(3)中所述的脱色剂的添加量优选为1～5％。
步骤(3)中所述的减压脱水的时间优选为0.5～1h。
所述的制备方法制得的单脂肪酸甘油酯含量可达95％以上，其中单癸月桂酸甘油酯的纯度可达90％以上。
本发明首次提出在亚临界体系中将脂肪酸萃取和催化酯化结合在一起，简化了生产工艺，降低了设备投入成本，缩短了生产周期；而且，相比于传统酯化方法中甘油三倍于脂肪酸的用量(摩尔比)，本发明利用脂肪酸一边萃取一边酯化的优势，可实现脂肪酸与甘油的摩尔比约为1:(1～1.5)，从而有效降低了甘油的投放量，减弱了甘油之于脂肪酶作用底物的限制，从而显著加快了酯化反应的速度；初次酯化结束后及时分离出产物，再次注入溶剂搅拌后可促使酯化反应向生成甘油酯的方向进行，依此循环，从而进一步提高单脂肪酸甘油酯的产量(其中单癸月桂酸甘油酯的含量也会增加)。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1.本发明充分利用亚临界溶剂的特性，首次提出在亚临界下一步法制备单癸月桂酸甘油酯，有效的将樟树种子油提取与酶促酯化结合在一起，实现了从原料到产品的一步法制备，极大地减少了制备工序，缩短了生产周期，提高了生产效率；
2.本发明的酯化反应中脂肪酸和甘油摩尔添加量接近1:1(据文献王静平,孟绍江,李京民.八种富含月桂酸、癸酸的樟科种子油[j].油脂科技,1982(3):82-84.报道，樟科植物种子含油量均超过50％，其中癸酸和月桂酸总比例大于90％，根据亚临界反应中种子粉与甘油的实际添加量进行换算，其摩尔比接近1:1)，有效的降低了甘油的使用量，避免甘油过多对脂肪酶催化底物脂肪酸造成限制，从而提高酶促酯化的速度和产物的产量；
3.本发明在初次反应后及时分离出产物，再次注入溶剂搅拌使得酯化反应向生成单甘酯的方向进行，依次循环多次，可显著提高单甘酯的含量(单癸月桂酸甘油酯的含量也会增加)，产量较现有技术(如cn101747997b)取得了显著提高；
4.本发明中的亚临界流体溶剂和脂肪酶可回收循环使用，经济环保；产品无有机溶剂残留，安全性高；
5.本发明采用的亚临界反应体系适合低温条件下的酶催化酯化反应，可以保护脂肪酶的催化活性，而且使用溶剂多为非极性溶剂，对脂肪酶破坏性较小，有利于酶的重复使用；
6.本发明使用的亚临界设备制作要求低，相比于超临界设备可大大降低成本投入，制备工艺简单，生产周期短，成品中单癸月桂酸甘油酯纯度高，是一种值得推广的单癸月桂酸甘油酯制备方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1.原料预处理：取新鲜脱壳的潺槁树籽仁，60℃烘干4h(水分含量5.0％)，粉碎后过100目筛，得到潺稿树籽仁细筛粉。
2.亚临界一步萃取和酶催化酯化：
(1)初次反应：称取10kg潺稿树籽仁细筛粉，2kg甘油，100g脂肪酶lipozymermim于100l亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.05mpa，注入30kg液态正丁烷，在38℃，0.5mpa下100r/min搅拌反应2h。
(2)循环反应：初次反应后减压回收亚临界溶剂，静置分层后收集上层单甘酯粗产物(含量为98.5％)，再次注入等体积溶剂后搅拌下层液体(包含甘油和脂肪酶)和潺稿树籽仁粉，重复上述酯化反应。依次循环操作8次，产物中单脂肪酸甘油酯的总含量依次为98.7％，98.5％，98.2％,97.9％，97.7％，97.3％，96.8％和96.6％。
3.水洗、脱水和脱色：合并多次反应产物，其中单脂肪酸甘油酯的总含量为98.1％。用25℃水喷淋粗单甘酯，并以600r/min搅拌20min后静置1h，待溶液分层后脱除下层的水，重复水洗3次。再减压脱水30min后添加3％(质量分数)活性炭吸附脱色，过滤后即得含量为98.8％的精制单脂肪酸甘油酯产品(其中单癸月桂酸甘油酯含量为93.0％)。
其中，单脂肪酸甘油酯含量检测方法参照文献《单脂肪酸甘油酯总单酯含量的测定》中的催化高碘酸氧化法，单癸月桂酸甘油酯含量检测方法参照文献高道龙.酶法转化樟树籽仁油制备单中碳链脂肪酸甘油酯[d].南昌大学,2012.中的4.2.3的整套gc/ms方法，包括gc/ms条件和样品处理方法。
实施例2
1.原料预处理：取新鲜脱壳的潺稿树籽仁，80℃烘干2h(水分含量4.6％)，粉碎后过100目筛，得到潺稿树籽仁细筛粉。
2.亚临界一步萃取和酶催化酯化：
(1)初次反应：称取10kg潺稿树籽仁细筛粉，1.5kg甘油，50g脂肪酶novozym435于100l亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.08mpa，注入20kg液态丙烷，在50℃，0.6mpa下400r/min搅拌反应3h。
(2)循环反应：初次反应后减压回收亚临界溶剂，静置分层后收集上层单甘酯粗产物(含量为97.3％)，再次注入等体积溶剂后搅拌下层液体(包含甘油和脂肪酶)和潺稿树籽仁粉，重复上述酯化反应。循环操作5次，产物中单脂肪酸甘油酯的总含量依次为97.9％，97.5％，96.8％，96.1％和95.8％。
3.水洗、脱水和脱色：合并多次反应产物，其中单脂肪酸甘油酯的总含量为97.1％。用25℃水喷淋粗单甘酯，并以400r/min搅拌40min后静置1h，待溶液分层后脱除下层的水，重复水洗4次。再减压脱水60min后添加5％活性炭吸附脱色，过滤后即得含量为97.6％的精制单脂肪酸甘油酯产品(其中单癸月桂酸甘油酯含量为91.9％)。单脂肪酸甘油酯、单癸月桂酸甘油酯的含量检测方法同实施例1。
实施例3
1.原料预处理：取新鲜脱壳的香叶树籽仁，60℃烘干4h(水分含量5.0％)，粉碎后过100目筛，得到香叶树籽仁细筛粉。
2.亚临界一步萃取和酶催化酯化：
(1)初次反应：称取10kg香叶树籽仁细筛粉，5kg甘油，500g脂肪酶lipozyme435于100l亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.1mpa，注入60kg液态异丁烷，在50℃，0.5mpa下200r/min搅拌反应4h。
(2)循环反应：初次反应后减压回收亚临界溶剂，静置分层后收集上层单甘酯粗产物(含量为96.9％)，再次注入等体积溶剂后搅拌下层液体(包含甘油和脂肪酶)和香叶树籽仁粉，重复上述酯化反应。循环操作4次，产物中单脂肪酸甘油酯的总含量依次为96.9％，96.7％，96.3％和95.9％。
3.水洗、脱水和脱色：合并多次反应产物，其中单脂肪酸甘油酯的总含量为96.7％。用40℃水喷淋粗单甘酯，并以500r/min搅拌30min后静置1h，待溶液分层后脱除下层的水，重复水洗2次。再减压脱水40min后添加2％活性炭吸附脱色，过滤后即得含量为97.2％的精制单脂肪酸甘油酯产品(其中单癸月桂酸甘油酯含量为91.6％)。单脂肪酸甘油酯、单癸月桂酸甘油酯的含量检测方法同实施例1。
实施例4
1.原料预处理：取新鲜脱壳的山胡椒籽仁，80℃烘干4h(水分含量4.3％)，粉碎后过100目筛，得到山胡椒籽仁细筛粉。
2.亚临界一步萃取和酶催化酯化：
(1)初次反应：称取20kg山胡椒籽仁细筛粉，4kg甘油，1000g脂肪酶lipozymetlim于100l亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.08mpa，注入60kg液态四氟乙烷，在60℃，0.45mpa下400r/min搅拌反应5h。
(2)循环反应：初次反应后减压回收亚临界溶剂，静置分层后收集上层单甘酯粗产物(含量为96.5％)，再次注入等体积溶剂后搅拌下层液体(包含甘油和脂肪酶)和山胡椒籽仁粉，重复上述酯化反应。循环操作4次，产物中单脂肪酸甘油酯的总含量依次为96.5％，96.1％，95.9％和95.6％。
3.水洗、脱水和脱色：合并多次反应产物，其中单脂肪酸甘油酯的总含量为96.2％。用20℃水喷淋粗单甘酯，并以200r/min搅拌1h后静置2h，待溶液分层后脱除下层的水，重复水洗4次。再减压脱水40min后添加4％白土吸附脱色，过滤后即得含量为96.4％的精制单脂肪酸甘油酯产品(其中单癸月桂酸甘油酯含量为90.8％)。单脂肪酸甘油酯、单癸月桂酸甘油酯的含量检测方法同实施例1。
实施例5
1.原料预处理：取新鲜脱壳的樟树籽仁，75℃烘干4h(水分含量4.5％)，粉碎后过100目筛，得到樟树籽仁细筛粉。
2.亚临界一步萃取和酶催化酯化：
(1)初次反应：称取5kg樟树籽仁细筛粉，2.5kg甘油，50g脂肪酶lipozymens40086于100l亚临界反应釜中，密封抽真空至-0.1mpa，注入25kg液态六氟化硫，在50℃，0.65mpa下200r/min搅拌反应6h。
(2)循环反应：初次反应后减压回收亚临界溶剂，静置分层后收集上层单甘酯粗产物(含量为96.7％)，再次注入等体积溶剂后搅拌下层液体(包含甘油和脂肪酶)和樟树籽仁粉，重复上述酯化反应。循环操作3次，产物中单脂肪酸甘油酯的总含量依次为96.7％，95.8％和95.3％。
3.水洗、脱水和脱色：合并多次反应产物，其中单脂肪酸甘油酯的总含量为95.9％。用30℃水喷淋粗单甘酯，并以300r/min搅拌50min后静置2h，待溶液分层后脱除下层的水，重复水洗4次。再减压脱水50min后添加5％白土吸附脱色，过滤后即得含量为96.1％的精制单脂肪酸甘油酯产品(其中单癸月桂酸甘油酯含量为90.5％)。单脂肪酸甘油酯、单癸月桂酸甘油酯的含量检测方法同实施例1。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。