一種利用填充床反應器制備中長鏈甘油三酯的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于油脂深加工、改性技術領域，具體涉及一種利用填充床反應器制備中長鏈甘油三酯的方法。
【背景技術】
[0002]中長鏈甘油三酯是一種同時含有中鏈脂肪酸(C6-C12)和長鏈脂肪酸(C14-C24)的結構脂質，其中最典型的是MLM型結構甘油三酯，其Sn-1和Sn_3位為中鏈脂肪酸，Sn-2位為長鏈脂肪酸。中長鏈甘油三酯所含的中、長鏈脂肪酸比例合理，兼具長鏈甘油三酯和中鏈甘油三酯的優點，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的危害，改善了天然油脂的營養功能，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，其代謝產物可改善體內氮平衡，提高營養物質的生物利用率，減少炎性介質產生，維持細胞膜的正常磷脂構成，可應用于臨床注射用脂肪乳，改善了天然油脂在藥物應用方面的缺陷，是腸外營養的重要組成成分。
[0003]傳統的中長鏈甘油三酯的合成方法為化學合成法。此法反應條件劇烈，副產物多，工藝技術復雜，易對環境造成污染，且反應過程中某種脂肪酸在甘油分子上的分布具有隨機性。由于脂肪酸的定位分布是結構脂質在體內代謝及功能發揮的關鍵所在，因此化學合成法的應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，并能克服學催化方法的諸多不利因素，是一種經濟、綠色、安全的生產方法。隨著酶制劑工業的發展，脂肪酶的活性大大提高，酶的固定化技術也很大程度上提升了酶的重復利用性。在此基礎上采用合適的酶反應器，能減少酶載體的機械損傷，提高酶的重復利用率，進一步降低生產成本，以適合生產具有高附加值的中長鏈甘油三酯。
[0004]不同酶反應器的特點不同，在實際應用中，需根據酶的應用形式，底物和產物的性質及操作要求，反應動力學及傳質傳熱特性，酶的穩定性、再生及更換，反應器應用的可塑性及成本等進行選擇。目前在生產上常用的酶反應器為攪拌罐式反應器。在反應過程中，機械攪拌會產生較大的剪切力，導致固定化酶載體的破碎，進而導致酶分子的脫落，從而影響酶活，縮短酶的使用壽命，降低產率，提高了生產成本。相較而言，在填充床反應器中，固定化酶顆粒被填充于反應柱中形成穩定的柱床，然后底物溶液以一定流速流經反應柱，通過酶催化反應。該反應方式效率高，易操作，結構簡單，有利于保留酶活，降低了生產成本，適用于反應體系黏度低的均相反應。
[0005]中國發明專利申請公布號CN103891920A公開了一種含中長碳鏈甘油三酯的油脂組合物及其制備方法，所得產品本發明的油脂組合物有良好的烹調性，能降低體內脂肪積累。然而由于此法使用了無機催化劑甲醇鈉，使得產品中中長鏈甘油三酯的組分波動大，其中含有一個中碳鏈脂肪酸酰基的甘油三酯在全部甘油三酯中所占質量比為1% _90%，且脂肪酸在甘油分子骨架上的分布無法得到控制。同時在反應后需要用加檸檬酸以及洗滌等后續手段除去催化劑，以及除臭等處理，導致生產工藝復雜。加之無機催化劑和檸檬酸在產物中具有殘留的可能，因此所得中長鏈甘油三酯產品的應用范圍受到了一定限制，無法用于醫用注射制劑。
[0006]中國發明專利申請公布號CN101979625A公開了一種酶法催化酯交換合成中/長鏈結構甘三酯的合成方法。發明以中碳鏈甘油三酯和長碳鏈甘油三酯為原料，采用脂肪酶TL IM催化酯交換反應，確定了中/長鏈結構甘油三酯的合成的最佳工藝和參數。然而該法使用的反應器仍然是傳統的攪拌式反應容器，因而只能進行間歇反應，且酶顆粒需直接添加到反應體系中，不利于保持酶活性和酶的重復回收利用，導致反應時間較長(60-1SOmin)。該法尚未提及酶顆粒和副產品的回收利用。
【發明內容】
[0007]為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的目的在于提供一種利用填充床反應器制備中長鏈甘油三酯的方法。
[0008]本發明目的通過以下技術方案實現:
[0009]—種利用填充床反應器制備中長鏈甘油三酯的方法，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柱中制成酶填充床反應器，然后啟動熱浴栗和恒溫熱浴對填充柱進行循環水浴加熱，將填充柱加熱至所需反應溫度；
[0011](2)取一定量的中鏈脂肪酸甘油三酯和油脂作為反應物；
[0012](3)待填充柱的溫度預熱至所需反應溫度后，開啟與填充柱相連的恒流栗，使反應物不斷由填充柱底部進入酶填充床反應器中，引發酶催化反應，收集由填充柱上部流出的酯交換粗產品；反應進行一定時間后，關閉恒流栗并停止循環水浴加熱；
[0013](4)用乙醇對步驟(3)得到的酯交換粗產品進行萃取，萃取后進行離心，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，即得到高純度中長鏈甘油三酯。
[0014]步驟⑴所述反應溫為45?80°C，優選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的固定化酶，優選諾維信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含量為6?12，優選富含辛酸(CS)和癸酸(ClO)的辛癸酸甘油酯；所述的油脂為富含長鏈脂肪酸(C14?24)的天然油脂，優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量比為1:2?2:1，在采用辛癸酸甘油酯和大顯油時優選45:55。
[0017]步驟(3)所述的反應物流速范圍為1.0?30mL/min，優選1.4mL/min ;所述反應時間為15?60分鐘。
[0018]步驟⑷所述的乙醇質量濃度為75%?95% ;粗產物與乙醇的體積質量比為1:1 ?1:9 (g/mL)，優選 1:6 ?1:9。
[0019]步驟(4)所述離心之后所得的上層醇相，經過蒸發去除殘留溶劑之后，可以作為反應原料返回到步驟(2)中。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0021](I)本發明利用填充床反應器裝載酶催化劑，用來催化酯交換反應。反應結束后，反應柱中的固定化酶無需取出，可在不同批次的間歇式生產中重復利用多次，甚至可以直接采用連續生產，從而降低反應成本；在優選條件下，當反應批次達到20次時，酯交換反應仍然可順利進行，所得中長鏈甘油三酯的含量(即質量百分數，后同)仍然可達70%以上。
[0022](2)本發明可顯著縮短反應時間。原本需要4小時攪拌反應制備中長鏈甘油三酯，填充床反應器縮短反應時間為15?60分鐘，提高了反應效率；
[0023](3)酶催化酯交換所得粗產物經過萃取后可靜置或離心分層，上層清液即乙醇提取的副產品，經除去溶劑之后，可以作為原料全部返回到第(2)步的酯交換反應中。
[0024](4)本發明的關鍵是通過簡單的酯交換反應和后續的乙醇萃取，實現了穩定制備含中長鏈脂肪酸甘油三酯含量不低于75%的產品。相較而言，一般的酶催化反應只能得到68%左右的產品。
【附圖說明】
[0025]圖1是幾種中長鏈甘油三酯的結構組成示意圖。
[0026]圖2為本發明利用1，3特異性脂肪酶催化酯交換制備中長鏈甘油三酯反應式。
[0027]圖3是本發明所用填充床反應器裝置的示意圖。
[0028]圖4是本發明所述高純度中長鏈甘油三酯的工藝流程圖。
[0029]圖5是本發明所制得中長鏈甘油三酯的氣相色譜一質譜聯用檢測結果圖。
[0030]圖6是為本發明中的固定化酶反應柱采用間歇反應的方式反應20批次后的酶相對活性變化。
【具體實施方式】
[0031]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0032]實施例1
[0033]—種利用填充床反應器制備中長鏈甘油三酯的方法，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的玻璃反應柱中制成酶填充床反應器；所述酶填充床反應器裝置示意圖如圖3所示，包括產物罐1、填充柱2、恒流栗3、底物罐4、恒溫熱浴5和熱浴栗6，其中產物罐1、填充柱2、恒流栗3和底物罐4依次連接，恒溫熱浴5、熱浴栗6與熱套7循環連接。
[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底物，加入底物罐4中。
[0036](3)打開恒溫熱浴5，設定溫度為75°C ;開啟與恒溫熱浴5相連的熱浴栗6進行循環水浴加熱，預熱填充柱2 ;待填充柱2充分預熱后，開啟恒流栗3，設定流速為1.4mL/min，使底物罐4中的液態反應混合物由不斷由填充柱2底部進入酶填充床反應器中，引發酶催化反應，并通過產物罐I收集由填充柱2上部流出的酯交換粗產品；反應進行60min后，關閉恒流栗3并停止循環水浴加熱；收集所得酯交換粗產品。
[0037]所得酯交換粗產品通過氣相色譜-質譜聯用法檢測。
[0038]氣相色譜條件:DB-lht毛細管柱(15mX(X 25mm, 0.1 μ m)，進樣口溫度380°C，分流比40:1，壓力20psi ;高純N2載氣，流速4.34mL/min ;檢測器溫度380°C，H2流速30mL/min，空氣流速300mL/min ;進樣量為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]標準儲備液及內標溶液的配制:稱取中鏈甘油三酯(本實施例中即辛癸酸甘油酯)和長鏈甘油三酯(本實施例中即大豆油)各SOOmg于1mL容量瓶中，用丙酮稀釋至刻度，作為標準儲備液。另稱取分子