一种酶法制备甘油二酯的方法

本发明属于油脂加工，具体涉及一种酶法制备甘油二酯的方法。

背景技术：

1、甘油二酯是油脂的天然组分，通常在油脂中的含量为0.8％～9.5％。甘油二酯具有与普通食用油相似的色泽、气味、口感和理化特性，可以在不改变消费者食用习惯的前提下实现对普通食用油的代替。研究表明，当食用油中甘油二酯含量高于27.3％时，食用后具有降低餐后血脂、抑制体脂积累及预防心血管疾病等功效。作为新型健康食用油，甘油二酯近年来引起了消费者的广泛关注。与此同时，关于甘油二酯的制备研究也一直是油脂化学领域的研究热点。

2、生物酶催化油脂改性和化学法催化油脂改性是甘油二酯制备的常用方法。相比于化学法，酶法具有反应条件温和、催化特异性高及绿色环保等优点，使其成为甘油二酯制备领域的主流发展方向。酶法水解、酯化、甘油解和醇解是制备甘油二酯的常用方法。酶法水解具有反应易发生，速率快等优点，但水解产物中甘油二酯含量仅为33％左右；酶法酯化是甘油二酯工业制备的常用方法，酯化前需提前制备游离脂肪酸，最终酯化产物纯化后甘油二酯纯度可达80％以上；酶法甘油解具有反应简单、副产物少及原子利用率高等优点，但甘油的高粘度限制了甘油解法在甘油二酯工业化制备中的应用；酶法醇解是近年来新兴的一种甘油二酯制备方法，具有反应温度低、速率快及产品品质高等优点。除此之外，组合酶法技术制备甘油二酯因具有底物转化率高、产品纯度高等优点，也是近年来酶法制备甘油二酯研究领域的热点。专利cn 102965404a公布了一种高纯度甘油二酯的制备方法：首先采用偏甘油酯脂肪酶催化甘油与脂肪酸供体进行酯化反应；随后采用甘油单酯脂肪酶催化上述油相产物中的甘油单酯与羟基供体反应生成非甘油酯。该发明简化了甘油二酯的分离工艺，降低了分离能耗，有效解决了反应混合物中甘油单酯的分离问题，分离纯化后，产品中甘油二酯的含量达到98％以上。专利cn 105400837a公布了一种酶催化甘油二酯的制备方法：首先采用酶法部分水解使得水解产物中的甘油二酯含量在30wt％～35wt％之间，游离脂肪酸含量在26wt％～30wt％之间；随后在上述油相水解产物中添加甘油进行酶促酯化反应，继续反应合成甘油二酯。该发明无需单独制备游离脂肪酸，甘油二酯产量高，酯化产物中甘油二酯含量可达65％。专利cn 111996218 a公布了一种酶法制备甘油二酯的方法：首先采用酶法醇解制备甘油二酯；随后继续采用固定化甘油单酯脂肪酶催化上述醇解产物中的甘油单酯转化为非甘油酯。该发明所需分离纯化温度低，产品品质高，有效避免了脂类风险因子的生成，产物分离纯化后甘油二酯含量在55％左右。总之，目前关于酶法制备甘油二酯技术的研究主要集中在提高产物中甘油二酯含量的同时改善甘油二酯的品质。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种酶法制备甘油二酯的方法，不仅大大提高了产物中甘油二酯的含量，而且大大降低了产物分离纯化难度，最终得到高品质、高纯度的甘油二酯产品，具有良好的经济效益和工业应用前景。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种酶法制备甘油二酯的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：以固定化脂肪酶作为催化剂，油脂作为反应底物，在乙醇中进行醇解反应，反应结束后回收乙醇和固定化脂肪酶，得到反应中间产物；

5、步骤2：将步骤1得到的反应中间产物作为底物，加入游离脂肪酸和分子筛，以偏甘油酯脂肪酶作为催化剂，继续进行酯化和转酯化反应，反应结束后得到反应混合物；游离脂肪酸摩尔数z、甘油单酯摩尔数x和脂肪酸乙酯摩尔数y之间的数值关系为：z＝x+(0.1～0.2)y；

6、步骤3：将步骤2得到的反应混合物进行离心分离，再进行分子蒸馏，得到甘油二酯。

7、优选地，步骤1中，固定化脂肪酶为novozym 435或lipozyme 435，固定化脂肪酶得添加量为反应底物总质量的4％～10％。

8、优选地，步骤1中，油脂为陆地动植物油脂、海洋动植物油脂或微生物发酵产生的油脂。

9、优选地，步骤1中，所述反应中间产物中甘油单酯和甘油二酯的总量在反应中间产物中所占质量百分比为40％～60％，且脂肪酸乙酯与甘油单酯的比例为1～2：1。

10、优选地，步骤1中，醇解反应的条件为：醇油质量比为2.5～3.5，醇解温度为25～35℃，醇解时间为2～6h。

11、优选地，步骤2中，游离脂肪酸为单一脂肪酸或混合脂肪酸。

12、优选地，步骤2中，偏甘油酯脂肪酶为lipase g50、lipase smg1或lipase aol。

13、优选地，步骤2中，反应条件为：反应温度为25～45℃，反应时间为6～12h，酶添加量为甘油单酯、游离脂肪酸和脂肪酸乙酯总质量的0.5％～3％；分子筛为4a分子筛，分子筛的添加量为甘油单酯、游离脂肪酸和脂肪酸乙酯总质量的3％～6％。

14、优选地，步骤3中，离心分离的条件为：转速为12000～15000rpm，时间为1～2min。

15、优选地，步骤3中，分子蒸馏的进料温度为60℃，进料流速为2.0～3.0ml/min，蒸发面温度为110～120℃，分离柱真空度为0.1～10pa。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开的酶法制备甘油二酯的方法，首先采用固定化脂肪酶催化油脂适度醇解，将醇解产物中的甘油二酯、甘油单酯和脂肪酸乙酯产量控制在一定比例范围内；随后，在醇解产物中添加一定量游离脂肪酸后，采用偏甘油酯脂肪酶选择性将甘油单酯继续酯化转化生成甘油二酯。本发明前期实验发现，当醇解混合物中脂肪酸乙酯与甘油单酯的比例在一定范围内时，偏甘油酯脂肪酶催化游离脂肪酸与甘油单酯的酯化反应速率是偏甘油酯脂肪酶催化游离脂肪酸与脂肪酸乙酯的转酯化反应速率的100倍以上，从而可使得特定比例下的甘油单酯和脂肪酸乙酯的混合物，在偏甘油酯脂肪酶催化下，选择性将甘油单酯酯化转化生成甘油二酯。基于上述发现，本发明采用两步法制备甘油二酯。两步反应结束后，产物中主要为甘油二酯和脂肪酸乙酯，并含有少量甘油三酯、甘油单酯和游离脂肪酸。相比于酶促酯化制备甘油二酯，本发明的副产物为脂肪酸乙酯，分离纯化所需温度更低，分离纯化难度低，且产品品质高；相比于酶促醇解制备甘油二酯，本发明不仅分离纯化操作简单，产品品质高，而且产品中甘油二酯纯度高。总之，本发明兼顾了酶促酯化和醇解的优点，制备得到了高品质、高纯度的甘油二酯，为甘油二酯的工业化制备提供了良好的替代方案，具有良好的经济效益和工业应用前景。

18、进一步地，所用固定化脂肪酶及添加量，一方面可确保较高的甘油二酯产量，另一方面可确保反应的经济性。

19、进一步地，醇解反应程度，可确保甘油二酯、甘油单酯和脂肪酸乙酯的产量在一定比例范围内。

20、进一步地，游离脂肪酸的添加比例范围，可确保偏甘油酯脂肪酶选择性几乎将全部甘油单酯转化为甘油二酯，而几乎不将脂肪酸乙酯转酯化转化生成甘油二酯。

21、进一步地，酯化反应条件，可确保较高的甘油单酯和脂肪酸转化率及较高的甘油二酯生成量。

22、进一步地，分子蒸馏的分离纯化条件一方面可确保酯化混合物中副产物被有效分离，另一方面可确保较高的甘油二酯品质。