一种酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明采用酶催化丙酸与异丁醇酯化，不使用溶剂，反应调节温和，绿色环保，得到的产品丙酸异丁酯为高质量产品，是理想的食品香料。
【专利说明】一种酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯的工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于食品香料产品生产领域，特别涉及到一种酶催化酯化反应生产丙酸异 丁酯的技术。
【背景技术】
[0002] 丙酸异丁酯用途广泛，在食品工业，GB 2760 - 96规定为允许使用的食用香料，主 要用以配制朗姆酒、草莓等水果型香精、香料。该产品色泽好、气味纯正，因而受到调香师 的青睐。
[0003] 目前化学合成丙酸异丁酯所用的化学催化剂普遍采用浓硫酸，也有采用固体超 强酸的。采用浓硫酸时，如果条件控制不好，容易发生副反应，影响产品的色泽和香气； 固体超强酸催化剂制备过程繁琐，而且影响因素较多，无论哪个因素的改变都会影响催化 剂的催化活性。与上述方法相比，生物酶促催化是一种绿色的、环境友好的生物制造工艺， 它具有反应条件温和、催化效率高、催化专一性强等优点。
[0004] 尽管化学合成的方法目前还比较经济，但是人们对天然产物和高品质产品兴趣 逐渐增强，从而促使人们转向用生物技术的方法生产。与化学法相比，酶促法催化合成的 酯类被认为是高质量的天然产品，加上酶法反应条件温和、转化率高等优点而吸引了许多 人的研究，被看成是很有希望的工业化途径。近年来，生物制造已成为研究及产业化热 点，但是，利用酶促催化法合成丙酸异丁酯的研究未见报道。所以，开发一种丙酸异丁酯的 生物制造工艺，可以得到高品质的丙酸异丁酯，满足人们的需求。
【发明内容】
[0005] 脂肪酶是一种用途非常广泛三酸甘油酯水解酶，脂肪酶种类很多，例如假单胞菌 脂肪酶、褶皱假丝酵母脂肪酶、南极假丝酵母脂肪酶、荧光假单胞菌脂、肪酶猪胰脂肪酶、青 霉脂肪酶洋葱假单胞菌脂肪酶、圆柱假丝酵母脂肪酶、曲霉脂肪酶、产碱杆菌脂肪酶等。各 种脂肪酶的催化特性不同，所以，要选择催化效果最佳的脂肪酶进行催化反应。经过大量实 验，表明，多种脂肪酶均可催化合成丙酸异丁酯，但是，南极假丝酵母脂肪酶、猪胰脂肪酶效 果较好，猪胰脂肪酶效果最好。为了提高酶的使用寿命，采用了固定化猪胰脂肪酶，使用12 次后，剩余活性>80%。猪胰脂肪酶可以从市场上购买，为了降低成本，可以自行生产。本发 明自行生产猪胰脂肪酶，从屠宰厂购买猪胰腺，匀浆，用聚乙二醇4000/磷酸盐双水相体系 分离纯化3次，用大孔树酯吸附固定化，得到固定化猪胰脂肪酶，其比活为2000-2500U/g。 大孔树酯直径〇. 3-0. 8mm，堆密度0. 45g/mL。
[0006] 酶添加量90-120U/mL，反应温度30-35°C，反应时间为8-10h。
[0007] 酶催化反应介质包括水、非水介质。非水介质包括水-有机溶剂单相体系、水-有 机溶剂2相体系、有机溶剂单相体系、微溶液、离子液体等。选用最佳的反应介质是酶催化 反应的重要环节，经过大量实验，结果表明，只有在有机溶剂单相体系、离子液体中反应，效 果较好。但是，效果最好的是，采用无溶剂反应体系，效果最佳。反应中，采用分子筛+减 压操作除水，可以使反应向丙酸异丁酯方向移动，转化率达到100% (以丙酸计)。分子筛 使用量为90-110g/L，压力为0· 003-0. 008MPa，分子筛分批加入，加入时间点分别是（h) :0， 0. 5,1，2, 3, 5,与此时间点对于的加入量分别为分子筛总加入量的：20%，10%，10%，20%， 20 %，20 %。分批加入分子筛，可以有效调节反应的水活度，使其处于最佳状态，有利于酶催 化反应进行。
[0008] 酶催化酯化反应过程为：带夹套搅拌反应釜，装料系数0. 7-0. 8,加入丙酸和异丁 醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=1. 1-1. 2 :1。加入过量的异丁醇，是考虑到减压操作时，异 丁醇沸点远低于丙酸，会有较多的丙酸被抽出，为了保证等摩尔反应，加入过量的异丁醇。 调节反应温度至30-35°C，加入固定化猪胰脂肪酶，酶添加量90-120U/mL，加入分子筛，力口 入时间（h) 5,1，2, 3, 5,与此时间点对应的加入量为分子筛总加入量的：20%，10%， 10%，20%，20%，20%。减压，压力为0· 003-0. 008MPa，反应开始进行，反应时间8-12h, 反应结束后，用不同孔径的过滤筛分别滤除分子筛和固定化酶，分子筛可再生、重复使用， 固定化猪胰脂肪酶可以重复使用，用水洗去未反应的异丁醇，得到产品丙酸异丁酯，产率 100% (以丙酸计)。
[0009] 本发明采用酶催化丙酸与异丁醇酯化，不使用溶剂，绿色环保，得到的产品丙酸异 丁酯为高质量产品，可以用于食品香料。
[0010] 实施例1 酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯，反应过程为：使用100L带夹套搅拌反应釜，装料系 数0.7,加入丙酸和异丁醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=I. 1 :1 ;调节反应温度至30°C，力口 入固定化猪胰脂肪酶90U/mL，加入分子筛90g/L，分子筛加入时间：0h，0. 5h，lh，2h，3h，5h， 与此时间点对应的分子筛加入量为总加入量的：20 %，10 %，10 %，20 %，20 %，20 %。反应压 力为0. 008MPa，反应时间8h，反应结束后，分别滤除分子筛和固定化酶，用水洗去未反应的 原料，得到产品丙酸异丁酯，以丙酸计产率98%。
[0011] 实施例2 酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯，反应过程为：使用1000L带夹套搅拌反应釜，装料系 数0. 8,加入丙酸和异丁醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=1. 2 :1 ;调节反应温度至35°C，力口 入固定化猪胰脂肪酶120U/mL，加入分子筛110g/L，分子筛加入时间：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，与此时间点对应的分子筛加入量为总加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 应压力为〇.〇〇3MPa，反应时间12h，反应结束后，分别滤除分子筛和固定化酶，用水洗去未 反应的原料，得到产品丙酸异丁酯，以丙酸计产率100%。
[0012] 实施例3 酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯，反应过程为：使用IOm3带夹套搅拌反应釜，装料系数 0. 75,加入丙酸和异丁醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=1. 15-:1 ;调节反应温度至33°C，力口 入固定化猪胰脂肪酶l〇〇U/mL，加入分子筛100g/L，分子筛加入时间：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，与此时间点对应的分子筛加入量为总加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 应压力为0.003-0. 008MPa，反应时间10h，反应结束后，分别滤除分子筛和固定化酶，用水 洗去未反应的原料，得到产品丙酸异丁酯，以丙酸计产率99%。
[0013] 实施例4 酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯，反应过程为：使用30m3带夹套搅拌反应釜，装料系数 0.78,加入丙酸和异丁醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=I. 17 :1 ;调节反应温度至35°C，力口 入固定化猪胰脂肪酶120U/mL，加入分子筛110g/L，分子筛加入时间：0h，0. 5h，lh，2h，3h， 5h，与此时间点对应的分子筛加入量为总加入量的：20%，10%，10%，20%，20%，20%。反 应压力为〇.〇〇4MPa，反应时间12h，反应结束后，分别滤除分子筛和固定化酶，用水洗去未 反应的原料，得到产品丙酸异丁酯，以丙酸计产率100%。
【权利要求】
1. 一种酶催化酯化反应生产丙酸异丁酯的方法，其特征在于使用固定化猪胰脂肪酶 催化丙酸与异丁醇酯化反应生成丙酸异丁酯，反应过程为：使用带夹套搅拌反应釜，装料 系数0.7-0. 8,加入丙酸和异丁醇，2者摩尔比为异丁醇：丙酸=1. 1-1.2 :1 ;调节反应温度 至30-35°C，加入固定化猪胰脂肪酶90-120U/mL，加入分子筛90-110g/L，分子筛加入时间： 0h，0. 5h，lh，2h，3h，5h，与此时间点对应的分子筛加入量为总加入量的：20 %，10 %，10 %， 20%，20%，20% ;反应压力为0. 003-0. 008MPa，反应时间8-12h，反应结束后，分别滤除分 子筛和固定化酶，用水洗去未反应的原料，得到产品丙酸异丁酯，以丙酸计产率98-100%。
【文档编号】C12P7/62GK104212842SQ201410442157
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】张媛媛, 刘涛, 邹慧斌, 刘均洪 申请人:青岛科技大学