【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构油脂领域，尤其涉及一种基于液体脂肪酶催化的结构油脂的生产系统及生产方法。
技术介绍
1、天然油脂是人体进行生命活动的三大营养素之一，也是最主要的人体能量源。油脂能够为人体提供所需的脂肪酸，必需脂肪酸能够维持机体代谢和正常的生长发育功能。但随着人们生活水平的提高，我国人均油脂的摄入量逐渐增多，由此导致的一系列疾病发病率越来越高。人口老龄化促生了肠道疾病的蔓延，肠道菌群失调导致了诸如便秘、炎症性肠病及其相关疾病将是二十一世纪面临的疾病挑战之一，近几年发病率在全球范围内逐渐上升趋势。
2、天然油脂中的脂肪酸多为长链脂肪酸，长链脂肪酸代谢速度较慢，不能及时为机体提供能量，同时还会造成人体脂肪堆积。中短链脂肪酸(特别是丁酸)，具有较强的抗炎作用和调整肠道功能，对肠道的修复具有良好作用。但是，短链脂肪酸分子量小，在肠道中吸收过快，影响了其生理功能的很好发挥。将中短链脂肪酸按照人们的期望引入天然油脂分子中形成结构油脂，不仅能使油脂中的脂肪酸的种类和数量达到平衡，还能赋予结构脂独特生理功能。除中短链结构酯外，甘油二酯油和长短链脂肪酸甘油酯等结构脂制品，可作为新资源食品或功能油脂具有减肥、调节肠道菌群、平衡脂肪酸、抗炎等生理功能。
3、天然油脂分子的结构修饰主要通过酯化和酯交换的方式进行，其反应类型可以是化学催化或酶催化。考虑对食品安全的影响，结构油脂一般多采用酶催化方法制备。脂肪酶可以催化三酰甘油酯的水解、酯化和转酯化反应。工业脂肪酶一般通过微生物深层发酵获得，是一种水溶性蛋白质，当其作用于不溶于水的油
4、为了提高结构油脂的反应效率，现有技术常采用固定化酶催化的方法，即将酶用物理吸附或化学键合的方法固定在多孔载体上，通过载体高比表面积扩大酶与底物的接触面积，从而提高反应传质效率，进而提高结构油脂的生成速度。然而，物理吸附的固定化酶极易流失，反应活性不稳定，使得结构油脂的收率不稳定。化学键合的固定化酶制作工艺复杂，成本高，大大增加了结构油脂的生产成本。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种基于液体脂肪酶催化的结构油脂的生产系统及生产方法，主要利用射流反应技术提高液体脂肪酶的传质效率和酶活性，提高了酶催化反应速度，从而提高了结构油脂的生产效率，缩短反应时间。
2、液体脂肪酶的催化活性中心是由丝氨酸残基与组氨酸和天冬氨酸共同组成的三元组催化活性中心。一般情况下，该三元组催化活性中心被包埋在一或多个α螺旋结构的多肽“盖子”下与底物隔离。多肽“盖子”的疏水基团与三元组的疏水基团相结合使其具有两亲性，“盖子”内部具有疏水性，“盖子”外部具有亲水性，以水分子与氢键相连接；此时，液体脂肪酶没有催化活性。当在油水界面时，由于脂肪酶的“界面活化”现象，覆盖活性位点的α螺旋结构即“盖子”被打开，催化活性中心暴露，同时疏水基团的暴露增加了与底物的亲和力，如此变化还导致脂肪酶表面带有静电，保持了催化过程中过渡中间产物的稳定性，使得脂肪酶处于活性构象。因为脂肪酶的“盖子”具有亲水性，脂肪酶在非水体系反应中不能很好显示催化功能，需要有效激活其活性。文丘里喷射器能将气、液、固充分混合，其中的物料能形成脉冲紊流的流体动力场，通过爆发膨胀的空化作用，形成空化气穴。这种空化气穴的气液界面能够使液体脂肪酶活性位更易暴露，更易与底物接近，激活和增加脂肪酶在非水体系下脂肪酶的活性。
3、为此，本专利技术提供一种基于液体脂肪酶催化的结构油脂的生产系统，包括回路反应装置和蒸馏装置，
4、该回路反应装置主要由反应釜、物料循环泵、文丘里喷射器和外循环管路组成，且所述物料循环泵通过所述外循环管路分别与所述反应釜和文丘里喷射器连接，从所述反应釜的出料口排出的物料在所述物料循环泵的作用下，通过所述外循环管路，经所述文丘里喷射器喷射至所述反应釜的内部，所述反应釜的内部中安装有换热器；
5、所述蒸馏装置通过所述物料循环泵与所述反应釜的出料口连接，并对其中的物料进行蒸馏分离纯化处理。
6、上述生产系统中，在反应釜内部设置换热器的主要目的是为了精准控制反应系统的温度，确保脂肪酶的活性处于最佳状态，从而提高结构油脂的生产效率和产量。
7、为加料方便，所述外循环管路上安装有油脂进料泵、液体酶进料泵和改性剂进料泵。
8、为了便于将回路反应装置中的物料快速排出，位于所述反应釜和物料循环泵之间的外循环管路上还安装有放料阀，优选地，所述放料阀靠近反应釜的出料口设置。
9、为便于监测反应釜中的物料的反应状态，位于所述反应釜和物料循环泵之间的外循环管路上还设置有取样阀。为防止反应釜中的物料氧化，所述文丘里喷射器的喉管处设置有惰性气体进口。如此，所述文丘里喷射器在该处引入惰性气体，不仅能防止其中的物料氧化，还能通过流体空化作用提高反应速度。
10、所述蒸馏装置包括与所述物料循环泵连接的分子蒸馏器和与所述分子蒸馏器连接的真空系统。所述分子蒸馏器的出料口还连接有结构油脂接收罐。
11、为了便于物料在回路反应装置和蒸馏装置之间切换，所述物料循环泵和所述蒸馏装置之间安装有暂存罐。
12、本专利技术还提供一种基于上述生产系统生产结构油脂的方法，包括：
13、油脂水解、先利用所述文丘里喷射器将液体脂肪酶与油脂底物在所述反应釜中均匀混合并使所述油脂底物于40℃-60℃在所述回路反应装置中发生水解反应，形成水解产物，直至水解产物的酸价达到10-20 mg koh/g；
14、油脂改性、然后再次利用所述文丘里喷射器将改性剂加入所述水解产物中，并于所述回路反应装置中发生反应，得到结构油脂粗产物；
15、分离纯化、利用所述蒸馏装置对所述结构油脂粗产物进行分离纯化处理，即可制得精制的结构油脂。
16、其中，在所述油脂水解的步骤中，因所述液体脂肪酶的活性最佳温度为40℃-60℃，所以，该步骤的水解温度优选为40℃-60℃，更优选地，所述水解温度为40℃-50℃，水解时间优选为0.5-2.0 h。所述液体脂肪酶为现有的市售各种来源的液体脂肪酶，如可由黑曲酶、假丝酵母等微生物发酵制得，所述液体脂肪酶的活力优选为104-105u/g。
17、在所述油脂水解的步骤中，先用于水稀释所述液体脂肪酶，制得脂肪酶液；再将所述脂肪酶液加入所述油脂底物中，并利用文丘里喷射器在所述反应釜内强烈混合，形成气-液界面，大大增加了液体脂肪酶和油脂底物的接触面积，充分降低了脂肪酶催化反应的传质阻力，加快了油脂底物的水解速度；同时由于气-液界面作用，也激活了脂肪酶活性。
18、具体地，所述油脂水解的步骤包括：将所述油脂底物通过所述油脂进料泵输送至所述反应釜中，所述油脂底物输送完毕后，启动所述物料循环泵及换热器，利用所述换热器调节所述回路反应装置中的物料温度维持40℃-60℃；然后开启所述液体酶进料泵将脂肪酶液输送至所述文丘本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于液体脂肪酶催化的结构油脂的生产系统，其特征在于，包括回路反应装置和蒸馏装置，
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，位于所述反应釜和物料循环泵之间的外循环管路上还设置有放料阀和取样阀。
3.根据权利要求1或2所述的生产系统，其特征在于，所述文丘里喷射器的喉管处设置有惰性气体进口。
4.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述蒸馏装置包括与所述物料循环泵连接的分子蒸馏器和与所述分子蒸馏器连接的真空系统；
5.根据权利要求4所述的生产系统，其特征在于，所述物料循环泵和所述蒸馏装置之间安装有暂存罐。
6.一种基于权利要求1所述的生产系统生产结构油脂的方法，包括：
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述油脂水解的步骤包括：将所述油脂底物通过所述油脂进料泵输送至所述反应釜中，所述油脂底物输送完毕后，启动所述物料循环泵及换热器，利用所述换热器调节所述回路反应装置中的物料温度维持40℃-60℃；然后开启所述液体酶进料泵将脂肪酶液输送至所述文丘里喷射器，经该文丘里喷射器喷射至所述反应釜的内
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述油脂改性的步骤包括：开启所述改性剂进料泵，将所述改性剂输送至所述文丘里喷射器，经该文丘里喷射器喷射至所述反应釜中，所述改性剂输送完毕后关闭所述改性剂进料泵；所述换热器及物料循环泵一直处于启动状态，其中的物料继续反应形成结构油脂，直至所述回路反应装置中的原料的转化率或目标产物的质量分数达到设定标准，制得结构油脂粗产物；
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述文丘里喷射器设置有惰性气体进口，在所述油脂水解和油脂改性的步骤中，惰性气体从所述惰性气体进口填充至所述回路反应装置，且填充压力为0.2-0.5 MPa。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述油脂底物为甘油三酯原料油；
...【技术特征摘要】
1.一种基于液体脂肪酶催化的结构油脂的生产系统，其特征在于，包括回路反应装置和蒸馏装置，
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，位于所述反应釜和物料循环泵之间的外循环管路上还设置有放料阀和取样阀。
3.根据权利要求1或2所述的生产系统，其特征在于，所述文丘里喷射器的喉管处设置有惰性气体进口。
4.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述蒸馏装置包括与所述物料循环泵连接的分子蒸馏器和与所述分子蒸馏器连接的真空系统；
5.根据权利要求4所述的生产系统，其特征在于，所述物料循环泵和所述蒸馏装置之间安装有暂存罐。
6.一种基于权利要求1所述的生产系统生产结构油脂的方法，包括：
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述油脂水解的步骤包括：将所述油脂底物通过所述油脂进料泵输送至所述反应釜中，所述油脂底物输送完毕后，启动所述物料循环泵及换热器，利用所述换热器调节所述回路反应装置中的物料温度维持40℃-60℃；然后开启所述液体酶进料泵将脂肪酶液输送至...
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