一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法技术

本发明专利技术属于生物催化技术领域，涉及一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法。本发明专利技术固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法具体为：将咪唑类修饰剂与羰二咪唑加入到无水二甲亚砜中，磁力搅拌；将活性体加入到脂肪酶液中，反应得到修饰后的脂肪酶；将硝酸锌加入到去离子水中；将2‑甲基咪唑、修饰后的脂肪酶与聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中；将上述溶液混合，得到固定化脂肪酶；将脂肪酸与甘油混合，得到反应物，加入固定化脂肪酶，置于反应釜，加入CO2介质，得到1,3甘油二酯。本发明专利技术的反应条件温和，操作简单，原料利用率高，转化率高，纯度高，且酶催化剂可重复利用，选择性高，对环境污染小，生产成本低，有望进行工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法
本专利技术属于生物催化
，涉及一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高、不良生活习惯的形成，肥胖症、心血管疾病、脂肪肝等富贵病越来越普遍，目前已严重威胁人类的健康。1,3甘油二酯不仅能改善食品风味，延长储存期，而且是功能食品的主要添加剂，能减少体内的脂肪堆积，预防和治疗高血脂及相关疾病。1,3甘油二酯是油脂的天然成分，是油脂代谢的中间产物。1,3甘油二酯安全性高，已经通过了美国FDA认证，是“世界公认安全（GRAS）”的食品成分。综上所述，制备1,3甘油二酯是十分必要的，而选择一种绿色高效的方式制备1,3甘油二酯又是一个很值得我们探索与研究的课题。当前1,3甘油二酯制备工艺中的底物甘油和脂肪酸酸并不是脂肪酶在自然界中的天然底物，有机溶剂体系也不是脂肪酶催化的天然环境，极大地限制了脂肪酶的选择性及活性表达，导致1,3甘油二酯收率普遍偏低，并且当前工艺中有机溶剂的大量使用不仅污染环境，同时对于油脂食品有着重大的安全隐患。目前已经有很多关于制备1,3甘油二酯方面的专利。例如相关专利报道的是一种利用石墨烯固定化脂肪酶，催化油脂反应生成1,3甘油二酯的方法，属于食品化工
该方法按如下步骤进行：(1)将游离脂肪酶溶液置于pH为8.0的磷酸缓冲溶液中，质量分数为5％～50％，收集上层酶溶液，加入基于游离脂肪酶质量30％～200％的氧化石墨烯，控制温度为45℃，恒温震荡吸附6～12h，过滤，用磷酸缓冲溶液冲洗至无蛋白洗出为止，制得石墨烯固定化脂肪酶；(2)将油脂及基于油脂质量1～20％的石墨烯固定化脂肪酶置于适于酶反应的任何生化器中混合均匀，置于转速为500r/min下恒温振荡器中，温度控制在30～65℃，反应1～10h，得反应产物；(3)回收固定化脂肪酶，将步骤(2)中所得反应产物进行蒸馏纯化，制得1,3甘油二酯。该方法具有催化剂容易分离，实现可循环利用的优点，但油脂作为反应底物，实现油脂2-位水解活性低，不利于工业化生产。相关专利阐述的1,3甘油二酯的生产方法是：采用脂肪酶对油脂在容器I中进行甘油解反应；然后将反应物分离甘油和脂肪酶后的油相输送到容器II中，容器II内油脂的温度为60～150℃，油脂在容器II中的停留时间为1～12hr，然后降温至甘油解反应的温度，返回至容器I中，添加甘油和脂肪酶，继续甘油解反应；再重复上述反应，使得油脂发生1～10次循环，得到富含1,3甘油二酯的反应产物。该专利技术通过升温或者化学催化的方法对反应产物中的1,3甘油二酯进行构型转化，从而得到1,3甘油二酯含量更高的反应产物。该方法提高了1,3甘油二酯转化率，而且易于操作，但游离的脂肪酶不利于工业中连续化快速生产。相关专利涉及1,3-甘油二酯猪脂肪的制备方法，该专利技术将猪脂肪、甘油和脂肪酶震荡反应，利用酶在温和条件下催化产生1,3-甘油二酯；在常温下离心分离，弃去甘油和脂肪酶，得到富含1,3-甘油二酯的猪脂肪；其中甘油三酯转化为1,3-甘油二酯的量在44%以上，该方法反应条件温和，但是反应时间较长，未加入溶剂进行强化传质，因此达到的甘油二酯收率偏低。富含1,3-甘油二酯的猪脂肪常温下呈白色固态；熔点较普通猪脂肪稍高，在36℃～48℃之间。富含1,3-甘油二酯的猪脂肪保持了猪脂肪本身特有的香味和口感，作为一种预防和改善肥胖症、高血脂症以及抑制糖尿病异常代谢的新型功能性油脂，富含1,3-甘油二酯的猪脂肪可用于调制特殊人群的营养餐，可用于肉制品、焙烤食品、月饼等多种食品工业配料，亦可用于传统烹饪。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，如：收率较低，反应时间长，脂肪酶活性低及不能重复利用等问题，本专利技术提供一种绿色高效制备1,3甘油二酯的新方法，尤其是一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法。具体的，本专利技术采用的技术方案是：（1）对脂肪酶进行修饰：将咪唑类修饰剂与羰二咪唑加入到无水二甲亚砜中，磁力搅拌，室温反应，得到活性体；将活性体加入到脂肪酶液中，磁力搅拌反应，透析，得到修饰后的脂肪酶；（2）制备固定化脂肪酶：将硝酸锌加入到去离子水中，得到溶液A；将2-甲基咪唑、修饰后的脂肪酶与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于去离子水中，得到溶液B；将溶液A与溶液B混合，搅拌，离心、洗涤，得到固定化脂肪酶；（3）制备1,3甘油二酯：将脂肪酸与甘油混合，得到反应物，加入固定化脂肪酶，置于反应釜，加入CO2介质，反应，过滤，得到1,3甘油二酯。步骤（1）中，所述咪唑类修饰剂与羰二咪唑的摩尔比为1:1；所述咪唑类修饰剂为2-甲基4-羧酸咪唑或2-甲基4,5-二羧酸咪唑；所述室温反应的时间为2-10h；所述活性体与脂肪酶液的体积比为90μL:5-15mL，所述脂肪酶的浓度为30-150μmol/L；所述磁力搅拌的温度为0-4℃，所述磁力搅拌的时间为4-12h；步骤（1）中，所述脂肪酶液中的脂肪酶为皱褶假丝酵母脂肪酶、南极假丝酵母脂肪酶、猪胰脂肪酶、米曲霉脂肪酶、黑曲霉脂肪酶、米黑毛霉菌脂肪酶、洋葱假单胞菌脂肪酶或者嗜热栖热菌脂肪酶的一种；步骤（2）中，所述硝酸锌、去离子水与2-甲基咪唑的用量比为10-400mg:1-5mL:410.0mg；所述2-甲基咪唑、修饰后的脂肪酶与聚乙烯吡咯烷酮的用量比为410.0mg：5mL：50.0mg；所述溶解的温度为42℃；所述搅拌的时间为5-10min；步骤（3）中，所述脂肪酸与甘油的摩尔比为2:1，固定化脂肪酶的用量占反应物总量的0.5-10wt%；所述反应的温度为20-90℃，所述反应的压力为5-40MPa，所述反应的时间为2-15小时；所述脂肪酸的来源为菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、蓖麻油、棉籽油、桐油、乌柏油、鱼油、猪油中的一种或一种以上的混合物。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果体现如下：（1）一般1,3甘油二酯都可以通过催化制备，酶是一种生物催化剂，其优势在于高效、无毒以及温和的反应条件。酶法制备1,3甘油二酯，关键就是对酶的选择，该酶需要具有高甘油解和低水解活性。本专利技术着重于利用一种反应条件温和的脂肪酶催化剂，并将脂肪酶固定在载体上，其次，用脂肪酶催化甘油分解成1,3甘油二酯的生产过程中不接触有毒物质，且固定化脂肪酶可重复利用，非常适合1,3甘油二酯的工业生产，是一种绿色低碳的生产方式，具有利用价值。（2）本专利技术采用超临界流体工艺，当一种流体处在高于其临界点的温度和压力下，被称之为超临界流体（SCFs），它既具有与气体相似的密度、粘度、扩散系数等物性，又兼有与液体相近的特性，是处于气态和液态之间的中间状态的物质。超临界状态下流体CO2同时起到溶剂和催化剂的作用，由于CO2是非极性分子，可避免其它方法出现中毒和催化剂失活的现象。另外，该反应环境下可阻止甘油解逆反应，具有很好的应用前景。（3）本专利技术实现了超临界工艺下酶催化制备1,3甘油二酯，该反应条件温和，操作简单，原料利用率高，转化率高，纯度高，并且酶催化剂可重复利用，选择性高，对环境污染小，有利于降低生产成本。超临界二氧化碳作为酶催化反应的介质，具有许多其它介质无法比拟的优点，可以通过简单调节温度、压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对脂肪酶进行修饰：将咪唑类修饰剂与羰二咪唑加入到无水二甲亚砜中，磁力搅拌，室温反应，得到活性体；将活性体加入到脂肪酶液中，磁力搅拌反应，透析，得到修饰后的脂肪酶；（2）制备固定化脂肪酶：将硝酸锌加入到去离子水中，得到溶液A；将2‑甲基咪唑、修饰后的脂肪酶与聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，得到溶液B；将溶液A与溶液B混合，搅拌，离心、洗涤，得到固定化脂肪酶；（3）制备1, 3甘油二酯：将脂肪酸与甘油混合，得到反应物，加入固定化脂肪酶，置于反应釜，加入CO2介质，反应，过滤，得到1, 3甘油二酯。

【技术特征摘要】
1.一种超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对脂肪酶进行修饰：将咪唑类修饰剂与羰二咪唑加入到无水二甲亚砜中，磁力搅拌，室温反应，得到活性体；将活性体加入到脂肪酶液中，磁力搅拌反应，透析，得到修饰后的脂肪酶；（2）制备固定化脂肪酶：将硝酸锌加入到去离子水中，得到溶液A；将2-甲基咪唑、修饰后的脂肪酶与聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，得到溶液B；将溶液A与溶液B混合，搅拌，离心、洗涤，得到固定化脂肪酶；（3）制备1,3甘油二酯：将脂肪酸与甘油混合，得到反应物，加入固定化脂肪酶，置于反应釜，加入CO2介质，反应，过滤，得到1,3甘油二酯。2.根据权利要求1所述的超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述咪唑类修饰剂与羰二咪唑的摩尔比为1:1；所述室温反应的时间为2-10h。3.根据权利要求1所述的超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述咪唑类修饰剂为2-甲基4-羧酸咪唑或2-甲基4,5-二羧酸咪唑。4.根据权利要求1所述的超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述活性体与脂肪酶液的体积比为90μL:5-15mL，所述脂肪酶的浓度为30-150μmol/L。5.根据权利要求1所述的超临界CO2工艺固定化酶催化制备1,3甘油二酯的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述磁力搅拌的温度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹彬，张黎明，夏姣姣，储嫣红，霍书豪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32