專利名稱：一種超臨界CO₂體系中用脂肪酶膜制備富含中鏈脂肪酸的玉米油的方法
技術領域：
本發明涉及食用油脂加工領域，具體涉及以二氧化碳為流體，在超臨界體系中脂肪酶膜催化甘油解反應制備富含中鏈脂肪酸的玉米油的一種方法。
背景技術：
玉米油又稱玉米胚芽油，玉米油含有大量的不飽和脂肪酸，而且組成比較整齊所以油的味道好，清淡爽口，容易消化吸收，加之油中還含有多種維生素和胡蘿卜素，還有阻止人體血清中膽固醇沉積的特殊功能，因此玉米油的營養價值較高。大量研究表明，不飽和脂肪酸是人體內不能合成而又必需的脂肪酸，它們具有緩解血液中過量的膽固醇，增強細胞膜透性，阻止心肌組織和動脈硬化等功能。中鏈脂肪酸指鏈長為6 12C的飽和脂肪酸， 包括己酸、辛酸、癸酸和月桂酸，中鏈脂肪酸自19世紀50年代就開始應用于人類脂肪吸收不良癥和長鏈脂肪酸氧化障礙的治療。目前研究表明，中鏈脂肪酸可以治療人類肥胖、胰島素抵抗、心腦血管疾病。中鏈脂肪酸還有抗微生物、促進維生素吸收和降低炎性細胞因子產生的作用。隨著經濟的發展以及生活水平的提高，人們的消費觀念發生了很大的變化，健康、安全和綠色的產品逐漸成為消費者的首選食品。中鏈脂肪酸可以調節動物營養代謝、提高食品品質、降低食品微生物污染。固定化脂肪酶膜克服了脂肪酶是水溶性的，不易回收重復使用，易失活等缺點，而固定化后的酶有利于酶的分散、回收和再利用，減少了殘余酶產生的再次污染。以醋酸纖維素/聚丙烯復合膜為載體的高碘酸鈉氧化法固定化脂肪酶具有化學穩定性好、機械性能優異等優點，提高了酶在反應體系中的活性和穩定性，從而有利于酶的回收和產品的生產。超臨界C02狀態下的酶促反應，是近年來生物工程新開拓的領域，許多研究表明 超臨界C02具有類似于液體的密度和類似于氣體的擴散性和粘度。顯示出較大的溶解能力和較高的傳遞特性，從而大大的降低了酶反應過程的傳質阻力提高反應速率。通過簡單的改變操作條件或附加其他設備就可達到底物和產物分離的目的，并且不存在溶劑殘留的問題。

發明內容
為了克服目前還沒有利用辛酸和玉米油在超臨界狀態下酶法合成富含辛酸甘油酯玉米油的方法的問題，以便適應現代技術發展，滿足市場的需求，我們提出了一種經過改進的生產工藝一、復合膜的制備將5g醋酸纖維素溶于IOOml丙酮中，待溶解完全成均一的膜液后，取實驗前制備好的聚丙烯膜浸于溶有醋酸纖維素的丙酮溶液中，自然成膜，以去離子水沖洗醋酸纖維素/聚丙烯復合膜數次干燥備用。二、高碘酸鈉氧化法取一張醋酸纖維素/聚丙烯復合膜懸浮于IOml不同濃度的高碘酸鈉溶液中，室溫下置于搖床中搖動一定時間，取出立即用去離子水洗至中性，吸干水分，與酶的磷酸鹽緩沖溶液于進行交聯反應。交聯反應后取出，懸浮于IOml 氫硼化鈉溶液中于4°C反應30min，然后用0. Imol的HAI溶液、2mol的KCl溶液和水分別洗滌三次，取出測定酶活。三、脂肪酶的固定化取若干份Icm2的醋酸纖維素/聚丙烯復合膜于三角瓶中，分別加入一定量的脂肪酶酶液和PH 8. 0的磷酸氫二鈉/磷酸二氫鉀緩沖液，在溫度4°C下，加入0. 戊二醛進行交聯交聯反應186min，反應結束后取出酶膜，用去離子水沖洗，放于干燥處待其風干后測定酶活為0. 52U/cm2。四、在不銹鋼高壓釜中按3 1的摩爾比例加入辛酸和玉米油，同時加入一定量的脂肪酶膜，再加入攪拌磁珠；向不銹鋼高壓釜中吐置換不銹鋼高壓釜中的空氣；將充入氣體的不銹鋼高壓釜進行試漏；排空不銹鋼高壓釜中的氫氣，同時充入CO2，其壓力為IlMPa ； 將不銹鋼高壓釜放入一定溫度的恒溫水浴鍋中預熱一段時間；將不銹鋼高壓釜放入恒溫水浴鍋中，在恒溫恒壓的條件下開動磁力攪拌器；反應結束后將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開不銹鋼高壓釜，取出得到的反應產物；將取出的反應產物置于離心機中離心， 取出上清液后即得產品。經氣相分析，反應產物的脂肪酸組成中，具有生理活性的中鏈脂肪酸含量高達 35. 00%，增強了玉米油的功能特性。本發明采用超臨界(X)2狀態下酶膜法合成富含辛酸甘油酯的玉米油，可大大降低酶反應過程的傳質阻力，提高酶反應速率，最重要的是控制了反式脂肪酸的生成。本發明的有益點是1、高碘酸鈉氧化法可以有效的氧化活化復合膜上的羥基氧化成醛基，更好的固定化脂肪酶。2、固定化的酶膜有利于酶的固定、分散、回收和再利用，減少了酶的損耗和殘余酶產生的再次污染，提高了酶在反應體系中的活性和穩定性，從而有利于酶的回收和產品的生產。3、超臨界體系粘度低、溶解性高，超臨界狀態下流體二氧化碳同時起到溶劑和催化劑的作用，是非極性分子，可避免其它方法出現中毒和催化劑失活的現象。超臨界二氧化碳的使用提高了反應速率，從而改變了酶法轉化率和目標產物產量低的現象。得到反應產物中中鏈脂肪酸含量高達35. 00%。本發明的步驟如下步驟一復合膜的制備將5g醋酸纖維素溶于IOOml丙酮中，待溶解完全成均一的膜液后，取實驗前制備好的聚丙烯膜浸于溶有醋酸纖維素的丙酮溶液中，自然成膜，以去離子水沖洗醋酸纖維素/聚丙烯復合膜數次干燥備用。步驟二 高碘酸鈉氧化法取一張醋酸纖維素/聚丙烯復合膜懸浮于IOml不同濃度的高碘酸鈉溶液中，室溫下置于搖床中搖動一定時間，取出立即用去離子水洗至中性，吸干水分，與酶的磷酸鹽緩沖溶液于進行交聯反應。交聯反應后取出，懸浮于IOml 1% 氫硼化鈉溶液中于4°C反應30min，然后用0. Imol的HAI溶液、2mol的KCl溶液和水分別洗滌三次，取出測定酶活。步驟三脂肪酶的固定化取若干份Icm2的醋酸纖維素/聚丙烯復合膜于三角瓶中，分別加入一定量的脂肪酶酶液和PH 8. 0的磷酸氫二鈉/磷酸二氫鉀緩沖液，在溫度4°C下，加入0. 戊二醛進行交聯交聯反應186min，反應結束后取出酶膜，用去離子水沖洗， 放于干燥處待其風干后測定酶活為0. 52U/cm2。步驟四在不銹鋼高壓釜中按3 1的摩爾比例加入辛酸和玉米油，同時加入一定量的脂肪酶膜，再加入攪拌磁珠；向不銹鋼高壓釜中吐置換不銹鋼高壓釜中的空氣；將充入氣體的不銹鋼高壓釜進行試漏；排空不銹鋼高壓釜中的氫氣，同時充入CO2，其壓力為 IlMPa ；將不銹鋼高壓釜放入一定溫度的恒溫水浴鍋中預熱一段時間；將不銹鋼高壓釜放入恒溫水浴鍋中，在恒溫恒壓的條件下開動磁力攪拌器；反應結束后將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開不銹鋼高壓釜，取出得到的反應產物；將取出的反應產物置于離心機中離心，取出上清液后即得產品。經氣相分析，反應產物的脂肪酸組成中，具有生理活性的中鏈脂肪酸含量高達 35. 00%，增強了玉米油的功能特性。本發明采用超臨界(X)2狀態下酶膜法合成富含辛酸甘油酯的玉米油，可大大降低酶反應過程的傳質阻力，提高酶反應速率，最重要的是控制了反式脂肪酸的生成。步驟五選擇脂肪酶膜添加量分別為 6%，過程同步驟四，確定固定化脂肪酶膜的添加量；步驟六選擇反應溫度分別為50 90°C，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應溫度。步驟七選擇反應時間分別為12 36h，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應時間。步驟八選擇反應壓力分別為8 15h，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應壓力。本發明的關鍵是制備富含中鏈脂肪酸玉米油條件的確定，包括酶膜用量，反應溫度，反應時間，反應壓力。按照最佳工藝參數試驗，得到反應產物中中鏈脂肪酸含量為 35. 00%。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的步驟如下步驟一在不銹鋼高壓釜中按1 1 4 1的摩爾比例加入辛酸和玉米油，同時加入總質量1 % 6%的脂肪酶膜，再加入攪拌磁珠，加入微量的水，密封高壓釜，通入CO2 進行試漏，再用CO2置換不銹鋼高壓釜中的空氣；置換完成后，控制溫度在32°C條件下，充入(X)2壓力為llMPa，保證反應過程處于超臨界狀態；在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器加熱到一定溫度后，調節一定的轉速，恒溫反應一段時間。反應結束后，將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開高壓釜，取出流體物，用離心機離心分離除去催化劑，得反應產物，取反應產物進行氣相分析，得出富含中鏈脂肪酸玉米油中中鏈脂肪酸百分含量，確定底物摩爾比。步驟二 選擇脂肪酶膜添加量分別為 6%，過程同步驟一，確定脂肪酶膜添加量。步驟三選擇反應溫度分別為50 90°C，過程同步驟一，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應溫度。
步驟四選擇反應時間分別為12 36h，過程同步驟一，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應時間。步驟五選擇反應壓力分別為8 15h，過程同步驟一，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應壓力。具體實施方法二本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟一中將辛酸和玉米油以1 1 3 1的摩爾比例加入到150mL不銹鋼高壓釜中，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。具體實施方法三本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟二中選擇脂肪酶膜添加量分別為2. 5% 5. 5%，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。具體實施方法四本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟三中選擇反應溫度分別為60 80°C，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。具體實施方法五本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟四中選擇反應時間分別為16 30h，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。具體實施方法六本實施方法與具體實施方法一不同點在于步驟五中選擇反應壓力分別為10 13h，其它組成和步驟與具體實施方法一相同。
權利要求
1.一種以二氧化碳為溶劑，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化制備富含中鏈脂肪酸的玉米油的方法，其特征步驟如下步驟一復合膜的制備將5g醋酸纖維素溶于IOOml丙酮中，待溶解完全成均一的膜液后，取實驗前制備好的聚丙烯膜浸于溶有醋酸纖維素的丙酮溶液中，自然成膜，以去離子水沖洗醋酸纖維素/聚丙烯復合膜數次干燥備用。步驟二 高碘酸鈉氧化法取一張醋酸纖維素/聚丙烯復合膜懸浮于IOml不同濃度的高碘酸鈉溶液中，室溫下置于搖床中搖動一定時間，取出立即用去離子水洗至中性，吸干水分，與酶的磷酸鹽緩沖溶液于進行交聯反應。交聯反應后取出，懸浮于IOml 氫硼化鈉溶液中于4°C反應30min，然后用0. Imol的HAI溶液、2mol的KCl溶液和水分別洗滌三次，取出測定酶活。步驟三脂肪酶的固定化取若干份Icm2的醋酸纖維素/聚丙烯復合膜于三角瓶中，分別加入一定量的脂肪酶酶液和PH 8. 0的磷酸氫二鈉/磷酸二氫鉀緩沖液，在溫度4°C下，加入0. 戊二醛進行交聯交聯反應186min，反應結束后取出酶膜，用去離子水沖洗，放于干燥處待其風干后測定酶活為0. 52U/cm2。步驟四在不銹鋼高壓釜中按1 1 4 1的摩爾比例加入辛酸和玉米油，同時加入一定量的脂肪酶膜，再加入攪拌磁珠；向不銹鋼高壓釜中H2置換不銹鋼高壓釜中的空氣； 將充入氣體的不銹鋼高壓釜進行試漏；排空不銹鋼高壓釜中的氫氣，同時充入CO2,其壓力為IlMPa ；將不銹鋼高壓釜放入一定溫度的恒溫水浴鍋中預熱一段時間；將不銹鋼高壓釜放入恒溫水浴鍋中，在恒溫恒壓的條件下開動磁力攪拌器；反應結束后將不銹鋼高壓釜冷卻至室溫，放出氣體，打開不銹鋼高壓釜，取出得到的反應產物；將取出的反應產物置于離心機中離心，取出上清液后即得產品。經氣相分析，反應產物的脂肪酸組成中，具有生理活性的中鏈脂肪酸含量高達 35. 00%，增強了玉米油的功能特性。本發明采用超臨界(X)2狀態下酶膜法合成富含辛酸甘油酯的玉米油，可大大降低酶反應過程的傳質阻力，提高酶反應速率，最重要的是控制了反式脂肪酸的生成。步驟五選擇脂肪酶膜添加量分別為 6%，過程同步驟四，確定固定化脂肪酶膜的添加量；步驟六選擇反應溫度分別為50 90°C，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應溫度。步驟七選擇反應時間分別為12 36h，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應時間。步驟八選擇反應壓力分別為8 15h，過程同步驟四，確定制備富含中鏈脂肪酸玉米油的反應壓力。
2.根據權利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化甘油解反應制富含中鏈脂肪酸玉米油的方法，其特征在于步驟四中辛酸和玉米油以 1 1 3 1的摩爾比加入到150mL不銹鋼高壓釜中。
3.根據權利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化甘油解反應制備富含中鏈脂肪酸玉米油的方法，其特征在于步驟五中脂肪酶膜添加量為 2. 5% 5. 5%。
4.根據權利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化甘油解反應制備富含中鏈脂肪酸玉米油的方法，其特征在于步驟六應溫度分別為60 80 "C。
5.根據權利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化甘油解反應制備富含中鏈脂肪酸玉米油的方法，其特征在于步驟七中反應時間分別為 16 30h。
6.根據權利要求1所述的一種以二氧化碳為流體，在超臨界體系中采用脂肪酶膜催化甘油解反應制備富含中鏈脂肪酸玉米油的方法，其特征在于步驟八中反應壓力分別為 10 13h。
全文摘要
玉米油又稱玉米胚芽油，其中不飽和脂肪酸含量在80％以上，主要為亞油酸和油酸，亞油酸占油脂總量的50％以上，富含維生素E、磷脂等，是一種高品質的食用油。而膳食中食用中鏈或中長鏈脂肪酸可降低體重和體脂含量、促進能量消耗等作用，用中鏈脂肪酸代替長鏈脂肪酸還可以有效減少健康人體脂肪聚集和餐后血甘油三酯水平。由于玉米油中不含有中鏈的脂肪酸，因此，本發明以辛酸和玉米油為原料，在超臨界狀態下脂肪酶膜法合成富含中鏈脂肪酸的玉米油，且得到的富含中鏈脂肪酸的玉米油中具有生理活性中鏈脂肪酸含量為35.00％。
文檔編號A23D9/04GK102349582SQ201110290418
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者于殿宇, 劉晶, 周曉丹, 常云鶴, 張佳寧, 張立國, 李志平, 李越, 梁單瓊, 王立琦, 王雪, 陳曉慧 申請人:東北農業大學