一種利用填充床反應(yīng)器制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油脂深加工、改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用填充床反應(yīng)器制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中長(zhǎng)鏈甘油三酯是一種同時(shí)含有中鏈脂肪酸(C6-C12)和長(zhǎng)鏈脂肪酸(C14-C24)的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，其中最典型的是MLM型結(jié)構(gòu)甘油三酯，其Sn-1和Sn_3位為中鏈脂肪酸，Sn-2位為長(zhǎng)鏈脂肪酸。中長(zhǎng)鏈甘油三酯所含的中、長(zhǎng)鏈脂肪酸比例合理，兼具長(zhǎng)鏈甘油三酯和中鏈甘油三酯的優(yōu)點(diǎn)，降低了天然甘油三酯本身潛在或者由于不合理攝入而帶來(lái)的危害，改善了天然油脂的營(yíng)養(yǎng)功能，可快速供能，提供必需脂肪酸，減少體脂積累，是一種良好的新型功能性油脂。此外，其代謝產(chǎn)物可改善體內(nèi)氮平衡，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物利用率，減少炎性介質(zhì)產(chǎn)生，維持細(xì)胞膜的正常磷脂構(gòu)成，可應(yīng)用于臨床注射用脂肪乳，改善了天然油脂在藥物應(yīng)用方面的缺陷，是腸外營(yíng)養(yǎng)的重要組成成分。
[0003]傳統(tǒng)的中長(zhǎng)鏈甘油三酯的合成方法為化學(xué)合成法。此法反應(yīng)條件劇烈，副產(chǎn)物多，工藝技術(shù)復(fù)雜，易對(duì)環(huán)境造成污染，且反應(yīng)過(guò)程中某種脂肪酸在甘油分子上的分布具有隨機(jī)性。由于脂肪酸的定位分布是結(jié)構(gòu)脂質(zhì)在體內(nèi)代謝及功能發(fā)揮的關(guān)鍵所在，因此化學(xué)合成法的應(yīng)用具有很大的局限性。相較而言，酶催化方法可定向改變脂肪酸在甘油骨架上的位置分布，并能克服學(xué)催化方法的諸多不利因素，是一種經(jīng)濟(jì)、綠色、安全的生產(chǎn)方法。隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，脂肪酶的活性大大提高，酶的固定化技術(shù)也很大程度上提升了酶的重復(fù)利用性。在此基礎(chǔ)上采用合適的酶反應(yīng)器，能減少酶載體的機(jī)械損傷，提高酶的重復(fù)利用率，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，以適合生產(chǎn)具有高附加值的中長(zhǎng)鏈甘油三酯。
[0004]不同酶反應(yīng)器的特點(diǎn)不同，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)酶的應(yīng)用形式，底物和產(chǎn)物的性質(zhì)及操作要求，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及傳質(zhì)傳熱特性，酶的穩(wěn)定性、再生及更換，反應(yīng)器應(yīng)用的可塑性及成本等進(jìn)行選擇。目前在生產(chǎn)上常用的酶反應(yīng)器為攪拌罐式反應(yīng)器。在反應(yīng)過(guò)程中，機(jī)械攪拌會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，導(dǎo)致固定化酶載體的破碎，進(jìn)而導(dǎo)致酶分子的脫落，從而影響酶活，縮短酶的使用壽命，降低產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。相較而言，在填充床反應(yīng)器中，固定化酶顆粒被填充于反應(yīng)柱中形成穩(wěn)定的柱床，然后底物溶液以一定流速流經(jīng)反應(yīng)柱，通過(guò)酶催化反應(yīng)。該反應(yīng)方式效率高，易操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于保留酶活，降低了生產(chǎn)成本，適用于反應(yīng)體系黏度低的均相反應(yīng)。
[0005]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公布號(hào)CN103891920A公開(kāi)了一種含中長(zhǎng)碳鏈甘油三酯的油脂組合物及其制備方法，所得產(chǎn)品本發(fā)明的油脂組合物有良好的烹調(diào)性，能降低體內(nèi)脂肪積累。然而由于此法使用了無(wú)機(jī)催化劑甲醇鈉，使得產(chǎn)品中中長(zhǎng)鏈甘油三酯的組分波動(dòng)大，其中含有一個(gè)中碳鏈脂肪酸酰基的甘油三酯在全部甘油三酯中所占質(zhì)量比為1% _90%，且脂肪酸在甘油分子骨架上的分布無(wú)法得到控制。同時(shí)在反應(yīng)后需要用加檸檬酸以及洗滌等后續(xù)手段除去催化劑，以及除臭等處理，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝復(fù)雜。加之無(wú)機(jī)催化劑和檸檬酸在產(chǎn)物中具有殘留的可能，因此所得中長(zhǎng)鏈甘油三酯產(chǎn)品的應(yīng)用范圍受到了一定限制，無(wú)法用于醫(yī)用注射制劑。
[0006]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公布號(hào)CN101979625A公開(kāi)了一種酶法催化酯交換合成中/長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)甘三酯的合成方法。發(fā)明以中碳鏈甘油三酯和長(zhǎng)碳鏈甘油三酯為原料，采用脂肪酶TL IM催化酯交換反應(yīng)，確定了中/長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)甘油三酯的合成的最佳工藝和參數(shù)。然而該法使用的反應(yīng)器仍然是傳統(tǒng)的攪拌式反應(yīng)容器，因而只能進(jìn)行間歇反應(yīng)，且酶顆粒需直接添加到反應(yīng)體系中，不利于保持酶活性和酶的重復(fù)回收利用，導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(60-1SOmin)。該法尚未提及酶顆粒和副產(chǎn)品的回收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種利用填充床反應(yīng)器制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯的方法。
[0008]本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]—種利用填充床反應(yīng)器制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯的方法，包括以下步驟:
[0010](I)將一定量的固定化酶填置于帶熱套的反應(yīng)柱中制成酶填充床反應(yīng)器，然后啟動(dòng)熱浴栗和恒溫?zé)嵩?duì)填充柱進(jìn)行循環(huán)水浴加熱，將填充柱加熱至所需反應(yīng)溫度；
[0011](2)取一定量的中鏈脂肪酸甘油三酯和油脂作為反應(yīng)物；
[0012](3)待填充柱的溫度預(yù)熱至所需反應(yīng)溫度后，開(kāi)啟與填充柱相連的恒流栗，使反應(yīng)物不斷由填充柱底部進(jìn)入酶填充床反應(yīng)器中，引發(fā)酶催化反應(yīng)，收集由填充柱上部流出的酯交換粗產(chǎn)品；反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，關(guān)閉恒流栗并停止循環(huán)水浴加熱；
[0013](4)用乙醇對(duì)步驟(3)得到的酯交換粗產(chǎn)品進(jìn)行萃取，萃取后進(jìn)行離心，分得上層醇相和下層油相；取下層油相，利用減壓蒸餾除去殘留的溶劑，即得到高純度中長(zhǎng)鏈甘油三酯。
[0014]步驟⑴所述反應(yīng)溫為45?80°C，優(yōu)選75°C;所述固定化酶為具有1，3位特異性的可催化酯交換反應(yīng)的固定化酶，優(yōu)選諾維信Lipozyme TL IM固定化脂肪酶。
[0015]步驟(2)所述的中鏈脂肪酸甘油三酯中的脂肪酸支鏈碳原子數(shù)含量為6?12，優(yōu)選富含辛酸(CS)和癸酸(ClO)的辛癸酸甘油酯；所述的油脂為富含長(zhǎng)鏈脂肪酸(C14?24)的天然油脂，優(yōu)選大豆油或葵花籽油。
[0016]步驟(2)所述的中鏈脂肪酸甘油三酯與油脂的質(zhì)量比為1:2?2:1，在采用辛癸酸甘油酯和大顯油時(shí)優(yōu)選45:55。
[0017]步驟(3)所述的反應(yīng)物流速范圍為1.0?30mL/min，優(yōu)選1.4mL/min ;所述反應(yīng)時(shí)間為15?60分鐘。
[0018]步驟⑷所述的乙醇質(zhì)量濃度為75%?95% ;粗產(chǎn)物與乙醇的體積質(zhì)量比為1:1 ?1:9 (g/mL)，優(yōu)選 1:6 ?1:9。
[0019]步驟(4)所述離心之后所得的上層醇相，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)去除殘留溶劑之后，可以作為反應(yīng)原料返回到步驟(2)中。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0021](I)本發(fā)明利用填充床反應(yīng)器裝載酶催化劑，用來(lái)催化酯交換反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)柱中的固定化酶無(wú)需取出，可在不同批次的間歇式生產(chǎn)中重復(fù)利用多次，甚至可以直接采用連續(xù)生產(chǎn)，從而降低反應(yīng)成本；在優(yōu)選條件下，當(dāng)反應(yīng)批次達(dá)到20次時(shí)，酯交換反應(yīng)仍然可順利進(jìn)行，所得中長(zhǎng)鏈甘油三酯的含量(即質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，后同)仍然可達(dá)70%以上。
[0022](2)本發(fā)明可顯著縮短反應(yīng)時(shí)間。原本需要4小時(shí)攪拌反應(yīng)制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯，填充床反應(yīng)器縮短反應(yīng)時(shí)間為15?60分鐘，提高了反應(yīng)效率；
[0023](3)酶催化酯交換所得粗產(chǎn)物經(jīng)過(guò)萃取后可靜置或離心分層，上層清液即乙醇提取的副產(chǎn)品，經(jīng)除去溶劑之后，可以作為原料全部返回到第(2)步的酯交換反應(yīng)中。
[0024](4)本發(fā)明的關(guān)鍵是通過(guò)簡(jiǎn)單的酯交換反應(yīng)和后續(xù)的乙醇萃取，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定制備含中長(zhǎng)鏈脂肪酸甘油三酯含量不低于75%的產(chǎn)品。相較而言，一般的酶催化反應(yīng)只能得到68%左右的產(chǎn)品。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是幾種中長(zhǎng)鏈甘油三酯的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明利用1，3特異性脂肪酶催化酯交換制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯反應(yīng)式。
[0027]圖3是本發(fā)明所用填充床反應(yīng)器裝置的示意圖。
[0028]圖4是本發(fā)明所述高純度中長(zhǎng)鏈甘油三酯的工藝流程圖。
[0029]圖5是本發(fā)明所制得中長(zhǎng)鏈甘油三酯的氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)結(jié)果圖。
[0030]圖6是為本發(fā)明中的固定化酶反應(yīng)柱采用間歇反應(yīng)的方式反應(yīng)20批次后的酶相對(duì)活性變化。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0032]實(shí)施例1
[0033]—種利用填充床反應(yīng)器制備中長(zhǎng)鏈甘油三酯的方法，該方法如圖4所示，包括以下步驟:
[0034](I)將一定量的諾維信固定化脂肪酶Lipozyme TL頂填置于帶熱套7的玻璃反應(yīng)柱中制成酶填充床反應(yīng)器；所述酶填充床反應(yīng)器裝置示意圖如圖3所示，包括產(chǎn)物罐1、填充柱2、恒流栗3、底物罐4、恒溫?zé)嵩?和熱浴栗6，其中產(chǎn)物罐1、填充柱2、恒流栗3和底物罐4依次連接，恒溫?zé)嵩?、熱浴栗6與熱套7循環(huán)連接。
[0035](2)取45.0g辛癸酸甘油酯和55.0g大豆油的混合物作為反應(yīng)底物，加入底物罐4中。
[0036](3)打開(kāi)恒溫?zé)嵩?，設(shè)定溫度為75°C ;開(kāi)啟與恒溫?zé)嵩?相連的熱浴栗6進(jìn)行循環(huán)水浴加熱，預(yù)熱填充柱2 ;待填充柱2充分預(yù)熱后，開(kāi)啟恒流栗3，設(shè)定流速為1.4mL/min，使底物罐4中的液態(tài)反應(yīng)混合物由不斷由填充柱2底部進(jìn)入酶填充床反應(yīng)器中，引發(fā)酶催化反應(yīng)，并通過(guò)產(chǎn)物罐I收集由填充柱2上部流出的酯交換粗產(chǎn)品；反應(yīng)進(jìn)行60min后，關(guān)閉恒流栗3并停止循環(huán)水浴加熱；收集所得酯交換粗產(chǎn)品。
[0037]所得酯交換粗產(chǎn)品通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測(cè)。
[0038]氣相色譜條件:DB-lht毛細(xì)管柱(15mX(X 25mm, 0.1 μ m)，進(jìn)樣口溫度380°C，分流比40:1，壓力20psi ;高純N2載氣，流速4.34mL/min ;檢測(cè)器溫度380°C，H2流速30mL/min，空氣流速300mL/min ;進(jìn)樣量為0.5 μ L。柱箱升溫程序:初溫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]標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及內(nèi)標(biāo)溶液的配制:稱(chēng)取中鏈甘油三酯(本實(shí)施例中即辛癸酸甘油酯)和長(zhǎng)鏈甘油三酯(本實(shí)施例中即大豆油)各SOOmg于1mL容量瓶中，用丙酮稀釋至刻度，作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。另稱(chēng)取分子