专利名称：叔丁醇体系中酶法制备1，3-甘油二酯的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于甘油二酯制备技术领域,特别提供了一种介质体系中酶法高效制备1,3-甘油二酯的工艺。
技术背景甘油二酯是一种具有两个脂肪酸链的脂肪分子，有两种同分异构体，即1,2-甘油 二酯和l，3-甘油二酯。近年来的研究发现，1,3-甘油二酯在人体内的吸收代谢方式和甘 油三酯及1，2-甘油二酯的不同。甘油三酯和1,2-甘油二酯均为经消化酶消化后生成单甘 酯和游离脂肪酸，二者吸收进入血液后，很大部分重新合成甘油三酯。而1，3-甘油二 酯经消化酶作用后生成甘油和游离脂肪酸，二者在体内转化成能量。因此，食用含有 1，3-甘油二酯的油脂具有防止体重增加的效果，1,3-甘油二酯显示出很好的工业开发前景酯化和酯交换是生产甘油二酯的重要方法，该方法采用甘油或甘油酯同脂肪酸或 脂肪酸的衍生物反应，通过化学催化或酶催化，可以获得以甘油二酯为主要成分的产 物。同化学催化相比，脂肪酶催化具有反应条件温和、反应过程中无污染物排放以及 后续分离纯化容易等优点，所以，利用生物酶法合成甘油二酯尤其是1，3-甘油二酯的 研究近年来就越来越受到人们的关注。在利用生物酶法制备甘油二酯的报道中，基本上都采用甘油作为反应底物。甘油 是一种高度亲水性物质，在酶转化过程中，甘油极易附着在脂肪酶表面，对酶的活性 位点形成"屏蔽"，严重影响传质及酶促转化效率。本发明提出利用叔丁醇作为反应介 质，以单甘酯代替甘油，利用脂肪酶催化单甘酯与其它酰基供体(包括单甘酯，脂肪酸，脂肪酸短链酯及甘油三酯)之间的酯交换反应来高效制备l,3-甘油二酯的新工艺。 在叔丁醇体系中，除了固定化脂肪酶外，反应物可有效溶于叔丁醇体系，反应呈一均 相体系。叔丁醇体系可有效解决传统工艺中甘油附着在酶表面影响传质的问题；而且， 利用单甘酯作为其中一反应底物，可以得到更高含量的1,3-甘油二酯。该发明具有很 好的工业应用前景。 发明内容本发明的目的在于提供一种介质体系中酶法高效制备1,3-甘油二酯的工艺，以叔 丁醇作为反应介质，以甘油一酯(指甘油分子中的一个羟基同一脂肪酸形成酯，下文 简称单甘酯)为其中一底物，通过脂肪酶催化单甘酯与其它酰基供体的酯交换反应， 高效生产l，3-甘油二酯。本发明提出在叔丁醇体系中利用脂肪酶催化单甘酯制备1，3-甘油二酯的工艺。其 中单甘酯为酰基受体，酰基供体可以为单甘酯、脂肪酸、脂肪酸短链酯或甘油三酯， 在脂肪酶催化下，高效生产1,3-甘油二酯的工艺。工艺步骤为将摩尔比为1:0.5 1:3的单甘酯和酰基供体(酰基供体可为脂肪酸R-COOH、脂肪 酸短链酯RCOOR，、单甘酯、甘油三酯、动植物油脂或油脂水解物)，加入基于酰基受 体单甘酯质量20~200%的叔丁醇，加入基于酰基受体单甘酯质量2~20%的脂肪酶，一 起装入适于酶反应的任何生化反应器中混合均匀，温度控制在30 65'C，反应1 12小时，酰基受体单甘酯到产物甘油二酯的转化率达到70~95%，这些甘油二酯中1，3-甘油 二酯的含量达到75%以上。脂肪酶可以为某单一脂肪酶，也可以为不同性能脂肪酶的组合，包括不具有位置 专一性的脂肪酶和具有1,3-位置专一性的脂肪酶；所述月旨肪酶包括来、源于Ca"&Wa fl"torcrica、 r/zermowyces /a"wgz'"asw51、 i /z/zowwcor mf由/、舰zo戸o，a的月旨肪酶。所述单甘酯为甘油分子中的一个羟基同一脂肪酸R-COOH形成的酯，其中R为 10 22个碳原子的烷基链。所述酰基受体单甘酯和酰基供体单甘酯可以为某单一脂肪酸对应的单甘酯，也可 以为两种或两种以上不同脂肪酸对应的单甘酯的混合物。所述酰基受体单甘酯为1(3)-单甘酯，2-单甘酯，或1(3)-单甘酯和2-单甘酯的混合物。所述酰基供体单甘酯为1(3)-单甘酯，2-单甘酯，或1(3)-单甘酯和2-单甘酯的混合物。所述酰基供体脂肪酸R'-COOH可以为某一单一脂肪酸，也可以为1种以上脂肪酸 的混合物。其中R'为10 22个碳原子的烷基链。所述酰基供体脂肪酸短链酯RCOOR'可以为某一单一酯，也可以为几种短链酯的 混合物。其中R为10 22个碳原子的垸基链，R，为1-5个碳原子的烷基链。所述酰基供体甘油三酯为生物油脂，生物油脂包括植物油脂、动物油脂、微生物 油脂、废食用油、炼油脚料中的一种或一种以上的混合物。所述酰基供体植物油脂为蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、 米糠油、麻疯树籽油或文冠果油。所述酰基供体动物油脂为鱼油、猪油、牛油或羊油。所述酰基供体为各种动植物 油脂的不完全水解物，为脂肪酸，单甘酯，二甘酯，三甘酯以及甘油的混合物。以上所述酰基供体可以单独使用，也可以两种或两种以上混合，作为酰基供体使用；本发明的有益效果是采用叔丁醇作为反应介质，反应体系为一均相体系，酶促转 化效率高。另外，采用单甘酯作为酰基受体，避免了甘油作为酰基受体时对酶活的负 面作用，而且，可以得到更高含量的1，3-甘油二酯。同以往的以甘油为底物通过酯化 或酯交换制备甘油二酯的方式相比，这种方法具有更好的工业应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明。实施例1将摩尔比为l:l的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯)和油酸，基于单甘酯质量100%的叔 丁醇，以及基于油酸质量100%的吸水剂3久分子筛，装入具塞三角瓶中混合均匀，并 置于可自动控温的往复摇床中加热至5(TC后，加入基于单甘酯质量5%的固定化脂肪 酶Novozym435 (来源于Om力Wa a"torc"ca)，反应2小时，单甘酯到甘油二酯的转化 率为80%，其中1,3-甘油二酯占80%。实施例2将摩尔比为1:0.5的单甘酯(为1(3)-硬脂酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和 脂肪酸甲酯，以及基于单甘酯质量80%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置 于可自动控温的往复摇床中加热至50 °C后，加入基于单甘酯质量10%的固定化脂肪 酶Lipozyme TL IM (来源于7T eA7Mowyces /a"wg/"ora)，反应5小时，单甘酉旨到甘油二 酯的转化率达到70%,其中1，3-甘油二酯占85%。实施例3将两份等量的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)，以及基于酰基 受体单甘酯质量200%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往 复摇床中加热至60 °C后，加入基于酰基受体单甘酯质量10%的固定化脂肪酶Lipozyme RMIM (来源于朋/zwm/cor w/e/^')，反应12小时，酰基受体单甘酯到甘油二酯的转 化率达到85%，其中1,3-甘油二酯占80%。实施例4将摩尔比为1:1的单甘酯(1(3>油酸甘油酯和l-棕榈酸甘油酯的混合物)和大豆 油，以及基于单甘酯质量70%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动 控温的往复摇床中加热至50 °C后，加入基于单甘酯质量10n/。的固定化脂肪酶Novozym 435,反应10小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达到80%，其中1，3-甘油二酯占75%。实施例5将摩尔比为1:3的单甘酯U(3)-月桂酸甘油酯和2-月桂酸甘油酯的混合物)和脂 肪酸(油酸和棕榈酸的混合物)，基于脂肪酸酸质量100%的吸水剂3^分子筛，以及基 于单甘酯质量100%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复 摇床中加热至3(TC后，加入基于单甘酯质量2%的固定化脂肪酶LipozymeTLIM，反 应l小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达到80%，其中1,3-甘油二酯占85%。实施例6将摩尔比为1:2的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亚油酸甘油酯，2-油酸甘油酯， 2-亚油酸甘油酯的混合物)和麻风树油，以及基于单甘酯质量150%的叔丁醇，装入具 塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至35。C后，加入基于单甘 酯质量6%的固定化脂肪酶Lipozyme TLIM，，反应10小时，单甘酯到甘油二酯的转化 率达到70%，其中1,3-甘油二酯占70%。实施例7将两份等量的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亚油酸甘油酯，1(3)-亚麻酸甘油酯， 2-油酸甘油酯，2-亚油酸甘油酯和2-亚麻酸甘油酯的混合物)，以及基于单甘酯质量 150%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至 45 °<:后，加入基于一份单甘酯质量3。/。的固定化脂肪酶Novozym 435和6%的固定化 脂肪酶Lipozyme TLIM，反应2小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达到90%,其中1，3-甘油二酯占78%。实施例8将摩尔比为1:2的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯，2-亚油酸甘油酯和1(3)-亚麻酸甘油 酯的混合物)和酸化油，基于酸化油中脂肪酸酸质量100%的吸水剂3众分子筛，以及 基于单甘酯质量100%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至50 °C后，加入基于单甘酯质量2%的固定化脂肪酶Novo 435和4%的 固定化脂肪酶Lipozyme RMIM，反应2小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达到90%, 其中1，3-甘油二酯占80%。 实施例9将摩尔比为1:3的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亚油酸甘油酯，2-硬脂酸甘油酯 以及1(3)-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和猪油，以及基于单甘酯质量150%的叔丁 醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的往复摇床中加热至60。C后，加 入基于单甘酯质量3%的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反应10小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达到90%，其中1,3-甘油二酯占75%。实施例10将摩尔比为1:3的单甘酯(1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亚油酸甘油酯，1(3)-硬脂酸甘油 酯以及2-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和废弃油脂(动物油和植物油的混合物)，以 及基于单甘酯质量120%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温的 往复摇床中加热至60 °C后，加入基于单甘酯质量3%的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM 和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反应10小时，单甘酯到甘油二酯的转化率达 到88%，其中1,3-甘油二酯占78%。实施例11将摩尔比为1:0.5的单甘酯(为1(3)-棕榈酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和 脂肪酸乙酯，以及基于单甘酯质量60%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置 于可自动控温的往复摇床中加热至50 °C后，加入基于单甘酯质量10%的固定化脂肪 酶Lipozyme TL IM (来源于77zewzw^ce;y/a"wg/"asw)，反应5小时，单甘酯到甘油二 酯的转化率达到75%，其中1,3-甘油二酯占90%。实施例12将摩尔比为1:1的单甘酯(为1(3)-硬脂酸甘油酯和2-油酸甘油酯的混合物)和脂 肪酸戊酯，以及基于单甘酯质量40%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于 可自动控温的往复摇床中加热至50 °C后，加入基于单甘酯质量10%的固定化脂肪酶 Lipozyme TL IM (来源于7Tzerwow;w;y/朋wg/mww)，反应5小时，单甘酯到甘油二酯 的转化率达到78%，其中1,3-甘油二酯占88%。实施例13将摩尔比为1:2.5的酰基受体单甘酯(为1(3)-油酸甘油酯，1(3)-亚油酸甘油酯，1(3)-硬脂酸甘油酯以及2-二十碳脂肪酸甘油酯的混合物)和油脂不完全水解物(主要为脂 肪酸，单甘酯，二甘酯，三甘酯以及甘油的混合物，其中油脂水解物中单甘酯的含量 为40%)，基于油脂不完全水解物中脂肪酸酸质量60%的吸水剂3^分子筛，以及基于 酰基受体单甘酯质量120%的叔丁醇，装入具塞三角瓶中混合均匀，并置于可自动控温 的往复摇床中加热至60 °C后，加入基于酰基受体单甘酯质量3%的固定化脂肪酶 Lipozyme TL IM和4%的固定化脂肪酶Lipozyme RM IM，反应10小时，酰基受体单 甘酯到甘油二酯的转化率达到88%，其中1，3-甘油二酯占78%。
权利要求
1. 一种叔丁醇介质体系中酶法制备1，3-甘油二酯的工艺，其特征在于将摩尔比为1∶0.5～1∶3的酰基受体单甘酯和酰基供体，加入基于酰基受体单甘酯质量20～200％的叔丁醇、基于酰基受体单甘酯质量2～20％的脂肪酶，一起装入适于酶反应的任何生化反应器中混合均匀，温度控制在30～65℃，反应1～12小时，酰基受体单甘酯到甘油二酯的转化率达到70～90％，生成的甘油二酯中1，3-甘油二酯的含量达到75％以上；所述的酰基供体为脂肪酸R-COOH、脂肪酸短链酯RCOOR’、单甘酯、甘油三酯、动植物油脂或油脂的不完全水解物；酰基供体为脂肪酸或含有脂肪酸的油脂类物质时，反应体系中加有基于游离脂肪酸质量60-100％的id="icf0001" file="S2008101122551C00011.gif" wi="6" he="6" top= "94" left = "160" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>分子筛作为吸水剂实行在线除水。
2、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述单甘酯为甘油分 子中的一个羟基与一脂肪酸R-COOH形成的酯，其中R为10~22个碳原 子的烷基链。
3、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基受体单甘酯 和酰基供体单甘酯为某单一脂肪酸对应的单甘酯，或者为两种或两种以上 不同脂肪酸对应的单甘酯的混合物。
4、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基受体单甘酯 为1(3)-单甘酯或2-单甘酯，或1(3)-单甘酯和2-单甘酯的混合物。
5、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基供体单甘酯 为1(3)-单甘酯或2-单甘酯，或1(3)-单甘酯和2-单甘酯的混合物。
6、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述脂肪酶包括来源 于C"wt//<i" ow^rc/7'e"、 77 ^7WO附jc^y /"wwg/"osws、 ^/^!zowwcor w/e/zez'或 舰zo戸.的月旨肪酶。
7、 按照权利要求l所述的工艺，其特征在于，所述脂肪酶单独使用， 或者为多种脂肪酶组合使用。
8、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述脂肪酶包括不具 有位置专一性的脂肪酶或具有1，3-位置专一性的脂肪酶。
9、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基供体脂肪酸 R'-COOH为某一单一脂肪酸，或者1种以上脂肪酸的混合物，其中R'为 10 22个碳原子的垸基链。
10、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基供体脂肪酸 短链酯RCOOR'为某一单一酯，或者为几种短链酯的混合物，其中R为10 22个碳原子的烷基碳链，R'为l-5个碳原子的烷基链。
11、 按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述酰基供体甘油三 酯为生物油脂，所述的生物油脂包括植物油脂、动物油脂、微生物油脂、 废食用油、炼油脚料中的一种或一种以上的混合物。
12、 按照权利要求ll所述的工艺，其特征在于，所述植物油脂为蓖麻 油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米糠油、麻疯树籽油或 文冠果油；所述动物油脂为鱼油、猪油、牛油或羊油。
13、 根据权利要求1所述的工艺，所述酰基供体为各种动植物油脂的 不完全水解物，各种动植物油脂的不完全水解物为脂肪酸，单甘酯，二甘 酯，三甘酯或甘油的混合物。
14、 根据权利要求1所述的工艺，所述不同酰基供体单独使用，或者 两种或两种以上混合，作为酰基供体使用。
15、 根据权利要求1所述的工艺，酰基供体为脂肪酸或含有脂肪酸的 油脂类物质时，反应过程中采取其它方式实行在线除水，所述的其它方式 实行在线除水包括膜除水或真空除水。
全文摘要
一种叔丁醇体系中酶法制备1，3-甘油二酯的工艺，属于甘油二酯制备技术领域。工艺步骤为将摩尔比为1∶0.5～1∶3的酰基受体单甘酯和酰基供体，加入基于酰基受体单甘酯质量20～200％的叔丁醇、基于酰基受体单甘酯质量2～20％的脂肪酶，一起装入适于酶反应的任何生化反应器中混合均匀，温度控制在30～65℃，反应1～12小时，酰基受体单甘酯到甘油二酯的转化率达到70～90％，生成的甘油二酯中1，3-甘油二酯的含量达到75％以上；所述的酰基供体为脂肪酸、脂肪酸短链酯、单甘酯、甘油三酯、动植物油脂或油脂的不完全水解物。优点在于，采用叔丁醇作为反应介质，反应体系为一均相体系，酶促转化效率高。
文档编号C12P7/64GK101270375SQ20081011225
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者刘德华, 伟 杜, 段章群 申请人:清华大学