一种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油脂深加工、改性技术领域，具体涉及一种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的方法。
【背景技术】
[0002]中长链甘油三酯是一种同时含有中链脂肪酸(C6-C12)和长链脂肪酸(C14-C24)的结构脂质，其中最典型的是MLM型结构甘油三酯，其Sn-1和Sn_3位为中链脂肪酸，Sn-2位为长链脂肪酸。中长链甘油三酯所含的中、长链脂肪酸比例合理，兼具长链甘油三酯和中链甘油三酯的优点，降低了天然甘油三酯本身潜在或者由于不合理摄入而带来的危害，改善了天然油脂的营养功能，可快速供能，提供必需脂肪酸，减少体脂积累，是一种良好的新型功能性油脂。此外，其代谢产物可改善体内氮平衡，提高营养物质的生物利用率，减少炎性介质产生，维持细胞膜的正常磷脂构成，可应用于临床注射用脂肪乳，改善了天然油脂在药物应用方面的缺陷，是肠外营养的重要组成成分。
[0003]传统的中长链甘油三酯的合成方法为化学合成法。此法反应条件剧烈，副产物多，工艺技术复杂，易对环境造成污染，且反应过程中某种脂肪酸在甘油分子上的分布具有随机性。由于脂肪酸的定位分布是结构脂质在体内代谢及功能发挥的关键所在，因此化学合成法的应用具有很大的局限性。相较而言，酶催化方法可定向改变脂肪酸在甘油骨架上的位置分布，并能克服学催化方法的诸多不利因素，是一种经济、绿色、安全的生产方法。随着酶制剂工业的发展，脂肪酶的活性大大提高，酶的固定化技术也很大程度上提升了酶的重复利用性。在此基础上采用合适的酶反应器，能减少酶载体的机械损伤，提高酶的重复利用率，进一步降低生产成本，以适合生产具有高附加值的中长链甘油三酯。
[0004]不同酶反应器的特点不同，在实际应用中，需根据酶的应用形式，底物和产物的性质及操作要求，反应动力学及传质传热特性，酶的稳定性、再生及更换，反应器应用的可塑性及成本等进行选择。目前在生产上常用的酶反应器为搅拌罐式反应器。在反应过程中，机械搅拌会产生较大的剪切力，导致固定化酶载体的破碎，进而导致酶分子的脱落，从而影响酶活，缩短酶的使用寿命，降低产率，提高了生产成本。相较而言，在填充床反应器中，固定化酶颗粒被填充于反应柱中形成稳定的柱床，然后底物溶液以一定流速流经反应柱，通过酶催化反应。该反应方式效率高，易操作，结构简单，有利于保留酶活，降低了生产成本，适用于反应体系黏度低的均相反应。
[0005]中国发明专利申请公布号CN103891920A公开了一种含中长碳链甘油三酯的油脂组合物及其制备方法，所得产品本发明的油脂组合物有良好的烹调性，能降低体内脂肪积累。然而由于此法使用了无机催化剂甲醇钠，使得产品中中长链甘油三酯的组分波动大，其中含有一个中碳链脂肪酸酰基的甘油三酯在全部甘油三酯中所占质量比为1% _90%，且脂肪酸在甘油分子骨架上的分布无法得到控制。同时在反应后需要用加柠檬酸以及洗涤等后续手段除去催化剂，以及除臭等处理，导致生产工艺复杂。加之无机催化剂和柠檬酸在产物中具有残留的可能，因此所得中长链甘油三酯产品的应用范围受到了一定限制，无法用于医用注射制剂。
[0006]中国发明专利申请公布号CN101979625A公开了一种酶法催化酯交换合成中/长链结构甘三酯的合成方法。发明以中碳链甘油三酯和长碳链甘油三酯为原料，采用脂肪酶TL IM催化酯交换反应，确定了中/长链结构甘油三酯的合成的最佳工艺和参数。然而该法使用的反应器仍然是传统的搅拌式反应容器，因而只能进行间歇反应，且酶颗粒需直接添加到反应体系中，不利于保持酶活性和酶的重复回收利用，导致反应时间较长(60-1SOmin)。该法尚未提及酶颗粒和副产品的回收利用。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的方法。
[0008]本发明目的通过以下技术方案实现:
[0009]—种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的方法，包括以下步骤:
[0010](I)将一定量的固定化酶填置于带热套的反应柱中制成酶填充床反应器，然后启动热浴栗和恒温热浴对填充柱进行循环水浴加热，将填充柱加热至所需反应温度；
[0011](2)取一定量的中链脂肪酸甘油三酯和油脂作为反应物；
[0012](3)待填充柱的温度预热至所需反应温度后，开启与填充柱相连的恒流栗，使反应物不断由填充柱底部进入酶填充床反应器中，引发酶催化反应，收集由填充柱上部流出的酯交换粗产品；反应进行一定时间后，关闭恒流栗并停止循环水浴加热；
[0013](4)用乙醇对步骤(3)得到的酯交换粗产品进行萃取，萃取后进行离心，分得上层醇相和下层油相；取下层油相，利用减压蒸馏除去残留的溶剂，即得到高纯度中长链甘油三酯。
[0014]步骤⑴所述反应温为45?80°C，优选75°C;所述固定化酶为具有1，3位特异性的可催化酯交换反应的固定化酶，优选诺维信Lipozyme TL IM固定化脂肪酶。
[0015]步骤(2)所述的中链脂肪酸甘油三酯中的脂肪酸支链碳原子数含量为6?12，优选富含辛酸(CS)和癸酸(ClO)的辛癸酸甘油酯；所述的油脂为富含长链脂肪酸(C14?24)的天然油脂，优选大豆油或葵花籽油。
[0016]步骤(2)所述的中链脂肪酸甘油三酯与油脂的质量比为1:2?2:1，在采用辛癸酸甘油酯和大显油时优选45:55。
[0017]步骤(3)所述的反应物流速范围为1.0?30mL/min，优选1.4mL/min ;所述反应时间为15?60分钟。
[0018]步骤⑷所述的乙醇质量浓度为75%?95% ;粗产物与乙醇的体积质量比为1:1 ?1:9 (g/mL)，优选 1:6 ?1:9。
[0019]步骤(4)所述离心之后所得的上层醇相，经过蒸发去除残留溶剂之后，可以作为反应原料返回到步骤(2)中。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:
[0021](I)本发明利用填充床反应器装载酶催化剂，用来催化酯交换反应。反应结束后，反应柱中的固定化酶无需取出，可在不同批次的间歇式生产中重复利用多次，甚至可以直接采用连续生产，从而降低反应成本；在优选条件下，当反应批次达到20次时，酯交换反应仍然可顺利进行，所得中长链甘油三酯的含量(即质量百分数，后同)仍然可达70%以上。
[0022](2)本发明可显著缩短反应时间。原本需要4小时搅拌反应制备中长链甘油三酯，填充床反应器缩短反应时间为15?60分钟，提高了反应效率；
[0023](3)酶催化酯交换所得粗产物经过萃取后可静置或离心分层，上层清液即乙醇提取的副产品，经除去溶剂之后，可以作为原料全部返回到第(2)步的酯交换反应中。
[0024](4)本发明的关键是通过简单的酯交换反应和后续的乙醇萃取，实现了稳定制备含中长链脂肪酸甘油三酯含量不低于75%的产品。相较而言，一般的酶催化反应只能得到68%左右的产品。
【附图说明】
[0025]图1是几种中长链甘油三酯的结构组成示意图。
[0026]图2为本发明利用1，3特异性脂肪酶催化酯交换制备中长链甘油三酯反应式。
[0027]图3是本发明所用填充床反应器装置的示意图。
[0028]图4是本发明所述高纯度中长链甘油三酯的工艺流程图。
[0029]图5是本发明所制得中长链甘油三酯的气相色谱一质谱联用检测结果图。
[0030]图6是为本发明中的固定化酶反应柱采用间歇反应的方式反应20批次后的酶相对活性变化。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例和附图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。
[0032]实施例1
[0033]—种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的方法，该方法如图4所示，包括以下步骤:
[0034](I)将一定量的诺维信固定化脂肪酶Lipozyme TL頂填置于带热套7的玻璃反应柱中制成酶填充床反应器；所述酶填充床反应器装置示意图如图3所示，包括产物罐1、填充柱2、恒流栗3、底物罐4、恒温热浴5和热浴栗6，其中产物罐1、填充柱2、恒流栗3和底物罐4依次连接，恒温热浴5、热浴栗6与热套7循环连接。
[0035](2)取45.0g辛癸酸甘油酯和55.0g大豆油的混合物作为反应底物，加入底物罐4中。
[0036](3)打开恒温热浴5，设定温度为75°C ;开启与恒温热浴5相连的热浴栗6进行循环水浴加热，预热填充柱2 ;待填充柱2充分预热后，开启恒流栗3，设定流速为1.4mL/min，使底物罐4中的液态反应混合物由不断由填充柱2底部进入酶填充床反应器中，引发酶催化反应，并通过产物罐I收集由填充柱2上部流出的酯交换粗产品；反应进行60min后，关闭恒流栗3并停止循环水浴加热；收集所得酯交换粗产品。
[0037]所得酯交换粗产品通过气相色谱-质谱联用法检测。
[0038]气相色谱条件:DB-lht毛细管柱(15mX(X 25mm, 0.1 μ m)，进样口温度380°C，分流比40:1，压力20psi ;高纯N2载气，流速4.34mL/min ;检测器温度380°C，H2流速30mL/min，空气流速300mL/min ;进样量为0.5 μ L。柱箱升温程序:初温50°C保持lmin，以50°C /min升至 100°C，以 80°C /min 升至 220°C，以 30°C /min 升至 290°C，以 50°C /min 升至 330 °C 并保持2min，最后以50 °C /min升至380 °C并保持3min。
[0039]标准储备液及内标溶液的配制:称取中链甘油三酯(本实施例中即辛癸酸甘油酯)和长链甘油三酯(本实施例中即大豆油)各SOOmg于1mL容量瓶中，用丙酮稀释至刻度，作为标准储备液。另称取分子