專利名稱：一種固定化脂肪酶催化法制備月桂酸單甘油酯的方法
技術領域：
本發明涉及月桂酸單甘油酯的制備方法，具體涉及用固定化脂肪酶催化椰子油與甘油進行酯交換來制備月桂酸單甘油酯的方法，屬于表面活性劑合成技術領域。
背景技術：
椰子為棕櫚科單子葉多年生常綠喬木，是一種典型的熱帶木本油料作物。約87%的椰子種植地位于亞太椰子共同體(APCC)成員國家，其中，印度尼西亞和菲律賓的種植面積分別占全世界的23.4%和27.5%，在我國椰子主要產于海南省東南沿海。椰子油是椰子的胚乳經碾碎烘蒸后所榨取的油，為世界公認的具有多重生理功能的植物油，不僅能促進人體內營養物質的吸收，改善消化機能，還能調節人體內血糖水平,尤其重要的是能增強機體免疫機能，以抵抗有害病原微生物的侵襲。椰子油所含脂肪酸中約94%為中鏈飽和脂肪酸，其中約50%為月桂酸。在食品添加劑行業和化工行業中，椰子油主要用于制備脂肪酸單甘油酯，并以月桂酸單甘油酯為主。月桂酸單甘油酯(GML)是一種高效表面活性劑，具有極強的乳化能力，此外，它還是一種高效安全的廣譜抗菌劑，其抑菌效果幾乎不受PH限制，在中性和微堿性條件下仍具有較好的抗菌效果，優于苯甲酸等常規抗菌劑。我國于2005年批準月桂酸單甘油酯可作為殺菌劑及消炎劑添加到食品、日用品或化妝品中。目前，以椰子油為原料制備月桂酸單甘油酯的常規工藝如下:先將椰子油水解分離出月桂酸，再通過月桂酸和甘油的酯化反應生成月桂酸單甘油酯。但此類工藝存在下述不足:所使用催化劑為液體或固體酸堿，不可重復利用；酸堿鹽排放量較大，危害環境；通常需高溫高壓工藝，反應條件苛刻，操作繁瑣，設備投資大，生產成本高。
發明內容
針對常規月桂酸單甘油酯制備方法存在的上述缺陷，本申請人經過研究改進，提供一種固定化脂肪酶催化法制備月桂酸單甘油酯的方法。該方法反應條件溫和，操作簡便，生產效率高、成本低，對環境無危害，催化劑專一性強并可重復利用，能制備得到較高純度月桂酸單甘油酯。本發明的技術方案如下:
一種固定化脂肪酶催化法制備月桂酸單甘油酯的方法，是以椰子油和甘油為底物，以固定化脂肪酶作為催化劑，經過酯交換、離心、一級分子蒸餾和二級分子蒸餾，得到月桂酸單甘油酯，其具體制備工藝如下:
(O酯交換:將椰子油和甘油混合，于4(T60°C加熱并充分攪拌，待混合物溫度達到上述溫度后加入固定化脂肪酶，在不斷攪拌的條件下進行酯交換反應，時間24 48h ；
(2)離心:將步驟(I)所得酯交換產物于500(T6000g離心，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物；
(3)—級分子蒸餾:將步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸； 蒸餾工藝參數為進料溫度5(T55°C，蒸餾溫度10(Tl05°C，冷凝面溫度40 45°C，空氣殘壓0.5 1.5Pa，料液流速1.4 2.0mL/min。(4) 二級分子蒸餾:將步驟(2)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品，蒸餾工藝參數為進料溫度5(T55°C，蒸餾溫度12(Tl25°C，冷凝面溫度5(T60°C，空氣殘壓0.5 1.5Pa，料液流速1.4 2.0mL/min。其進一步的技術方案為:
步驟(I)所述甘油含水量為4 6%，所述椰子油和甘油的摩爾比為1: 2 1: 4。步驟(I)所述固定化脂肪酶為選自Novozym 435、Lipozyme TL IM或Lipozyme RM頂，其添加量為所述椰子油重量的4~8%。步驟(3)和步驟(4)所述分子蒸餾操作采用刮膜式分子蒸餾儀，其刮板轉速設為100 120r/min。本發明具有如下有益技術效果:
(I)本發明采用椰子油與甘油直接進行酯交換的無溶劑反應體系來制備月桂酸單甘油酯，與先油酯水解再酯化反應的常規工藝相比，省去了高溫高壓等繁瑣的工藝步驟，反應條件溫和,操作簡便,生產效率高、成本 低。(2)本發明采用固定化脂肪酶作為生產催化劑，專一性強，催化效率高，可重復利用，節省資源和成本。(3)本發明制備過程不產生對環境有害的酸水和堿水，符合環境友好型工業發展方向。(4)本發明采用兩級分子蒸餾法進行提純，可制備得到較高純度(平均約85%)的月桂酸單甘油酯，旨在充分發揮椰子油資源優勢，為制備更高純度的產品奠定了技術基礎。
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明進行具體說明。以下實施例所涉及各原料和試劑均為市售商品，所使用各儀器設備均為本領域常規設備。實施例1
(O酯交換
在150mL的平底燒瓶中加入55.7克椰子油和29.1克甘油(二者摩爾比為1:3，甘油含水量4%)，置于50°C恒溫水浴鍋中，充分攪拌，待油溫達到上述預定溫度(50°C )后，加入
4.456g Novozym 435固定化脂肪酶(諾維信公司)(添加量為上述椰子油重量的8%)，不斷攪拌，并繼續置于上述恒溫水浴鍋中進行酯交換反應，時間36h。(2)離心
將步驟(I)所得酯交換產物置于離心機離心，離心力5000g，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，取上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物。(3)—級分子蒸餾
采用刮膜式短程分子蒸餾儀(德國UIC公司產品，型號:KDL1)對步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度50°C，蒸餾溫度10(TC，冷凝面溫度40°C，空氣殘壓0.7Pa，料液流速1.5mL/min，刮板轉速100 r/min，具體操作按照分子蒸餾儀使用說明書進行。(4) 二級分子蒸餾
將步驟(3)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度50°C，蒸餾溫度120°C，冷凝面溫度50°C，空氣殘壓
0.7Pa,料液流速1.5mL/min,刮板轉速100 r/min,具體操作按照分子蒸懼儀使用說明書進行。實施例2
(O酯交換
在150mL的平底燒瓶中加入55.7克椰子油和38.8克甘油(二者摩爾比為1:4，甘油含水量5%)，置于40°C恒溫水浴鍋中，充分攪拌，待油溫達到上述預定溫度(40°C )后，加入
3.342g Lipozyme TL頂固定化脂肪酶(同上)(添加量為上述椰子油重量的6%)，不斷攪拌，并繼續置于上述恒溫水浴鍋中進行酯交換反應，時間24h。(2)離心
將步驟(I)所得酯交換產物置于離心機離心，離心力5500g，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，取上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物。(3)—級分子蒸餾
采用刮膜式短程分子蒸餾儀(同上)對步驟`(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度52°C，蒸餾溫度103°C，冷凝面溫度40°C，空氣殘壓1.0Pa，料液流速1.8mL/min，刮板轉速110 r/min,具體操作按照分子蒸餾儀使用說明書進行。(4) 二級分子蒸餾
將步驟(3)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度52°C，蒸餾溫度120°C，冷凝面溫度52°C，空氣殘壓
1.0Pa,料液流速1.8mL/min,刮板轉速110 r/min,具體操作按照分子蒸懼儀使用說明書進行。實施例3
(O酯交換
在150mL的平底燒瓶中加入55.7克椰子油和38.8克甘油(二者摩爾比為1:4，甘油含水量5%)，置于40°C恒溫水浴鍋中，充分攪拌，待油溫達到上述預定溫度(40°C )后，加入
2.785g Lipozyme RM頂固定化脂肪酶(同上)(添加量為上述椰子油重量的5%)，不斷攪拌，并繼續置于上述恒溫水浴鍋中進行酯交換反應，時間48h。(2)離心
將步驟(I)所得酯交換產物置于離心機離心，離心力5000g，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，取上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物。(3)—級分子蒸餾
采用刮膜式短程分子蒸餾儀(同上)對步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度55°C，蒸餾溫度105°C，冷凝面溫度45°C，空氣殘壓1.2Pa，料液流速2.0mL/min，刮板轉速115 r/min,具體操作按照分子蒸餾儀使用說明書進行。(4) 二級分子蒸餾
將步驟(3)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度55°C，蒸餾溫度125°C，冷凝面溫度55°C，空氣殘壓
1.2Pa,料液流速2.0mL/min,刮板轉速115 r/min,具體操作按照分子蒸懼儀使用說明書進行。實施例4
(O酯交換
在150mL的平底燒瓶中加入55.7克椰子油和19.4克甘油(二者摩爾比為1:2，甘油含水量6%)，置于60°C恒溫水浴鍋中，充分攪拌，待油溫達到上述預定溫度(60°C )后，加入
2.228g Novozym 435固定化脂肪·酶(同上)(添加量為上述椰子油重量的4%)，不斷攪拌，并繼續置于上述恒溫水浴鍋中進行酯交換反應，時間24h。(2)離心
將步驟(I)所得酯交換產物置于離心機離心，離心力6000g，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，取上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物。(3)—級分子蒸餾
采用刮膜式短程分子蒸餾器(同上)對步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度51°C，蒸餾溫度100°C，冷凝面溫度42°C，空氣殘壓1.5Pa，料液流速1.4mL/min，刮板轉速120 r/min,具體操作按照分子蒸餾儀使用說明書進行。(4) 二級分子蒸餾
將步驟(3)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度51°C，蒸餾溫度125°C，冷凝面溫度51°C，空氣殘壓1.5Pa,料液流速1.4mL/min,刮板轉速120 r/min,具體操作按照上述刮膜式分子蒸懼儀使用說明書進行。實施例5 (O酯交換
在150mL的平底燒瓶中加入55.7克椰子油和19.4克甘油(二者摩爾比為1:2，甘油含水量6%)，置于45°C恒溫水浴鍋中，充分攪拌，待油溫達到上述預定溫度(45°C )后，加入
3.899g Lipozyme TL頂固定化脂肪酶(同上)(添加量為上述椰子油重量的7%)，不斷攪拌，并繼續置于上述恒溫水浴鍋中進行酯交換反應，時間36h。(2)離心
將步驟(I)所得酯交換產物置于離心機離心，離心力6000g，以分離出固定化脂肪酶和未反應甘油，取上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物。(3)—級分子蒸餾
采用刮膜式短程分子蒸餾儀(同上)對步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸出的輕相為殘余甘油和少量脂肪酸；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度54°C，蒸餾溫度105°C，冷凝面溫度43°C，空氣殘壓0.5Pa，料液流速2.0mL/min,刮板轉速120 r/min,具體操作按照分子蒸餾儀使用說明書進行。(4) 二級分子蒸餾
將步驟(3)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品；蒸餾工藝參數控制如下:進料溫度54°C，蒸餾溫度125°C，冷凝面溫度54°C，空氣殘壓0.5Pa,料液流速2.0mL/min,刮板轉速120 r/min,具體操作按照分子蒸懼儀使用說明書進行。實施例f實施例5月桂酸單甘油酯成品純度測定
采用液相色譜法測定月桂酸單甘油酯的含量，根據月桂酸單甘油酯標樣的保留時間和峰面積，采用外標法定量，具體液相色譜分析條件參考如下文獻:
VALE RIO A, KRU GER R L, NINOff J, et al.Kinetics of Solvent-FreeLipase-Catalyzed Glycerolysis of Olive Oil in Surfactant System [J].J Agr FoodChem, 2009， 57(18): 8350-8356。測定結果參見表I。表I
權利要求
1.一種固定化脂肪酶催化法制備月桂酸單甘油酯的方法，其特征在于以椰子油和甘油為底物，以固定化脂肪酶作為催化劑，經過酯交換、離心、一級分子蒸餾、二級分子蒸餾，得到月桂酸單甘油酯，其具體制備工藝如下: (O酯交換:將椰子油和甘油混合，于4(T60°C加熱并充分攪拌，待混合物溫度達到上述溫度后加入固定化脂肪酶，在不斷攪拌的條件下進行酯交換反應，時間24 48h ； (2)離心:將步驟(I)所得酯交換產物于500(T6000g離心，所得上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物； (3)—級分子蒸餾:將步驟(2)所得脂肪酸甘油酯混合物進行一級分子蒸餾，蒸餾工藝參數為進料溫度5(T55°C，蒸餾溫度10(Tl05°C，冷凝面溫度4(T45°C，空氣殘壓0.5 1.5Pa，料液流速1.4^2.0mL/min ； (4)二級分子蒸餾:將步驟(2)所得蒸余物進行二級分子蒸餾，取蒸出的輕相即為月桂酸單甘油酯成品，蒸餾工藝參數為進料溫度5(T55°C，蒸餾溫度12(Tl25°C，冷凝面溫度5(T60°C，空氣殘壓0.5 L 5Pa，料液流速L 4 2.0mL/min。
2.根據權利要求1所述制備月桂酸單甘油酯的方法，其特征在于:步驟(I)所述甘油含水量為4 6%，所述椰子油和甘油的摩爾比為1: 2 1: 4。
3.根據權利要求1所述制備月桂酸單甘油酯的方法，其特征在于:步驟(I)所述固定化脂肪酶為選自Novozym 435、Lipozyme TL IM或Lipozyme RM IM,其添加量為所述椰子油重量的4 8%。
4.根據權利要求1所述制備月桂酸單甘油酯的方法，其特征在于:步驟(3)和步驟(4)所述分子蒸餾操作采用刮膜式分子蒸餾儀，其刮板轉速設為10(Tl20r/min。
全文摘要
本發明公開一種固定化脂肪酶催化法制備月桂酸單甘油酯的方法，其工藝步驟如下(1)酯交換將適量椰子油與甘油混合，加熱到預設溫度，以固定化脂肪酶作為催化劑進行酯交換反應；(2)離心酯交換反應后的混合物經離心，得上層油相即為脂肪酸甘油酯混合物；(3)分子蒸餾將甘油酯的混合物在一定條件下進行分子蒸餾，經一級分子蒸餾取蒸余物，蒸余物進行二級分子蒸餾，蒸出輕相即為月桂酸單甘油酯成品。本發明反應條件溫和，操作簡便，生產效率高、成本低，對環境無危害，催化劑專一性強并可重復利用，能制備得到較高純度的月桂酸單甘油酯。
文檔編號C11C3/10GK103074164SQ20131001079
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者陳正行, 鄭聯合, 查寶萍, 王莉, 王韌, 王濤 申請人:江南大學