一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法
2023-05-02 08:23:16
專利名稱:一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法
技術領域：
本發明涉及一種在有機相中脂肪酶催化連續合成非離子型表面活性劑麥芽糖月桂酸酯的方法，屬於食品生物化工技術領域：
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背景技術：
麥芽糖脂肪酸酯是由麥芽糖與脂肪酸縮合而成的一類可食用的具有特殊性能的表面活性劑。由於麥芽糖脂肪酸酯具有良好的乳化性、稠化性和膨化性而可被廣泛用於食品業、化妝品業和洗滌業。近年來，國外一些研究者對麥芽糖脂肪酸酯的酶法合成工藝以及應用於食品中的研究逐漸增多。
在我國尚未有在有機相中酶法催化合成麥芽糖脂肪酸酯的報導，但有一些其它糖酯的酶法合成報導，張念湘等人在96年報導了在有機相中脂肪酶催化合成不同單糖的脂肪酸酯。馮雷剛和張國政於2004年報導了非水相中酶法合成葡萄糖月桂酸酯的工藝研究。吳可克和安慶大(2004)以蔗糖和棕櫚酸為原料，研究了其酶法合成的工藝。但這些報導僅僅局限於間歇生產工藝的研究。
目前市售的糖酯產品基本上是化學合成的，反應是在高溫、高壓下進行，而且產物為複雜的混合物，要得到高純度的產品需進行繁雜的分離工作，產品往往具有較深的色澤。而採用間歇反應器酶法合成，底物麥芽糖在反應體系丙酮中的溶解度僅為0.59mmol/L，反應速率較慢，並且反應中需添加分子篩作為脫水劑，而且由於產物在反應器中累積從而抑制反應的進行。因此，間歇式生產不適合於大規模的工業化生產。
發明內容本發明的目的是提供一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法，通過設計一種適合脂肪酶催化連續合成的反應器，提供工業化合成非離子型表面活性劑麥芽糖月桂酸酯的方法。用本方法條件溫和、反應效率高、所得產物成分簡單便於分離純化，可以實現工業規模生產，明顯優於化學法和間歇生產。
本發明的技術方案利用連續攪拌罐式酶反應器，以麥芽糖和月桂酸為原料，脂肪酶為催化劑合成麥芽糖月桂酸酯，經過分離純化得到產物麥芽糖月桂酸酯。生產工藝條件為(1)反應器中麥芽糖起始濃度為25-200mmol/L；
(2)隨後反應過程中每天添加麥芽糖，添加量為8-20g/L；(3)進料液月桂酸丙酮溶液中的月桂酸濃度為100-400mmol/L；(4)催化劑脂肪酶NOVE435的用量為20-80g/L；(5)採用連續式反應，在反應過程中用恆流泵將月桂酸丙酮溶液抽入反應器中，同時相等體積的反應液被抽出，恆流泵流速0.08-0.36mL/min，反應10-12天；(6)將收集的反應液減壓蒸餾，回收溶劑丙酮，同時得到固體物質；(7)對上一步得到的固體採用正己烷多次洗滌純化，正己烷用量以體積計為收集的反應液體積的0.1-0.5倍，洗滌後得到的產物真空乾燥後，即為麥芽糖月桂酸酯產品。
優化的工藝條件為(1)反應器中麥芽糖起始濃度為50mmol/L；(2)隨後反應過程中每天添加麥芽糖，添加量為16g/L；(3)進料液月桂酸丙酮溶液中的月桂酸濃度為200mmol/L；(4)催化劑脂肪酶NOVE435的用量為40g/L；(5)採用連續式反應，在反應過程中用恆流泵將月桂酸丙酮溶液抽入反應器中，同時相等體積的反應液被抽出，恆流泵流速0.15mL/min，反應10-12天；(6)將收集的反應液減壓蒸餾，回收溶劑丙酮，同時得到固體物質；(7)對上一步得到的固體採用正己烷洗滌純化3次，第一次正己烷用量以體積計為收集的反應液體積的0.25倍，後兩次為0.1倍，洗滌後得到的產物真空乾燥後，即為麥芽糖月桂酸酯產品。
同時分離出未反應的月桂酸繼續參與反應，蒸發出有機溶劑回收利用。脂肪酶催化麥芽糖月桂酸酯連續合成方法的研究包括設計適合的反應器、通過實驗得到麥芽糖起始濃度和隨後反應中的添加量、月桂酸濃度、脂肪酶添加量、流速對產量的影響，確定產物的分離純化方法和連續生產工藝流程。
連續進出料的攪拌罐式酶反應器的設計(圖1)反應器容積為250mL，一個帶篩孔的鐵籃固定於反應器蓋上，將脂肪酶置於其中，通過磁力攪拌器不斷攪拌反應液，外部有恆溫水浴控制反應體系溫度。月桂酸丙酮溶液通過恆流泵進入反應器中，同時恆流收集流出的反應液。
麥芽糖起始濃度和隨後反應中的添加量的確定在反應開始時添加麥芽糖濃度(mmol/L)分別為25，50，100，150，200。結果發現當麥芽糖起始濃度過高時，會使產物濃度降低。當麥芽糖起始濃度為50mmol/L時，反應液中麥芽糖酯濃度最大。第一天加入50mmol/L麥芽糖，兩天後會發現反應器中的未溶解的麥芽糖已經消耗完畢，為了維持連續生產，必須添加麥芽糖。以後每天往反應器中添加8-20g/L麥芽糖，實驗結果表明每天添加16g/L，即4g麥芽糖時可以使反應維持在較高的產物濃度下連續進行。
月桂酸濃度的確定月桂酸丙酮溶液的濃度(mmol/L)分別為100，200，300，400，選用200mmol/L可以得到較高產量。
催化劑脂肪酶NOVE435添加量的確定脂肪酶的添加量為20-80g/L，添加量越多，產量越高，當添加量大於40g/L時，產量增長緩慢，考慮到酶的價錢和催化效率，所以脂肪酶NOVE435添加優選用量為40g/L。
反應液流速的選擇反應液流速為0.08-0.36mL/min，改變流速即改變月桂酸在反應器中的滯留時間，若滯留時間太短，原料尚未充分反應，產物濃度較低，而減慢流速，延長滯留時間會使產物濃度逐漸增大。當減慢到一定流速時，反應液會達到一個穩定狀態，產物濃度不再增高。當進料流速大於1.5mL/min時，反應液中的產物濃度逐漸下降，最後流速優選確定為1.5mL/min。
反應液的分離純化方法反應液通過減壓蒸餾蒸出反應溶劑丙酮，隨後加入不同量的正己烷來溶解未反應的月桂酸，以4000r/min的速度離心20min得到沉澱，沉澱的主要成分是麥芽糖月桂酸酯。第一次正己烷的添加量與原反應液的比1∶4，再以V正己烷∶V反應液＝1∶10的添加量處理兩次，可得到酯含量約95％的產品。正己烷處理後的溶液裡面主要成分是未反應的月桂酸，通過減壓蒸餾蒸出正己烷，脂肪酸繼續進入反應器反應。連續反應的工藝流程圖如圖2所示。
本發明優化後的麥芽糖月桂酸酯連續合成方法為麥芽糖的濃度為50mmol/L，月桂酸濃度為200mmol/L，加酶量為40g/L，每天添加16g/L麥芽糖，200mmol/L的月桂酸丙酮溶液以0.15ml/min流速進入反應器，麥芽糖月桂酸酯的產量能連續8-10天維持在大於10g/(L·d)，利用回收的月桂酸的產量也能達到10g/(L·d)。
間歇生產和連續生產的產量和產物組成對比採用最佳工藝條件間歇生產，麥芽糖的濃度為25mmol/L，酸醇摩爾比為3∶1，分子篩添加量為80mg/mL，脂肪酶添加量為20mg/mL，50℃振蕩水浴反應72h，麥芽糖月桂酸酯的產量約為4g/(L·d)，同時反應產物中有麥芽糖月桂酸二酯。
本發明的有益效果本發明採用連續進出料的攪拌酶反應器，連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法可以大大提高產物的產量和反應的效率，反應器的產量能達到約13g/(L·d)，而且在反應的過程中不需要添加脫水劑。由於反應產物中基本不含二酯，所以使得分離純化比較簡單，經過3次正己烷洗滌後，產物的保留率達到80％，同時得到產品的純度有95％。本發明方法具有能以工業放大規模生產、條件溫和和反應效率高等優點。在生產的工程中，由於反應以有機溶劑為反應介質，生產過程中基本沒有微生物的影響，而且所採用的溶劑為丙酮和正己烷，這兩種均可在食品工業中運用。得到的麥芽糖月桂酸酯產品可作為表面活性劑應用到食品業、化妝品業和洗滌業。
圖1連續進出料的攪拌酶反應裝置。1.進料瓶，2.恆流泵，3.磁力攪拌器，4.水浴，5.反應器，6.帶篩孔的鐵籃，7.出料瓶。
圖2連續生產工藝流程。
具體實施方式實施例1反應初始在反應器中添加麥芽糖的濃度為25mmol/L(2.125g)，100mmol/L月桂酸丙酮溶液250ml，20g/L脂肪酶，其後反應每天向反應器中添加8g/L麥芽糖，100mmol/L的月桂酸丙酮溶液以0.36ml/min流速進入反應器，反應10d。產量和分離純化後得到的產品量見表1。
表1
實施例2反應初始在反應器中添加麥芽糖的濃度為50mmol/L(4.275g)，200mmol/L月桂酸丙酮溶液250ml，40g/L脂肪酶，其後反應每天添加12g/L麥芽糖，200mmol/L的月桂酸丙酮溶液以0.2ml/min流速進入反應器，反應10d。產量和分離純化後得到的產品量見表2。
表2
實施例3反應初始在反應器中添加麥芽糖的濃度為100mmol/L，300mmol/L月桂酸丙酮溶液250ml，60g/L脂肪酶，其後反應每天添加16g/L麥芽糖，300mmol/L的月桂酸丙酮溶液以0.15ml/min流速進入反應器，反應10d。產量和分離純化後得到的產品量見表3。
表3
實施例4反應初始在反應器中添加麥芽糖的濃度為200mmol/L，400mmol/L月桂酸丙酮溶液250ml，80g/L脂肪酶，其後反應每天添加20g/L麥芽糖，400mmol/L的月桂酸丙酮溶液以0.1ml/min流速進入反應器，反應10d。產量和分離純化後得到的產品量見表4。
表4
權利要求
1.一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法，其特徵是在具有連續進料和連續出料功能的攪拌罐式反應器中反應，以麥芽糖和月桂酸為原料，脂肪酶為催化劑合成麥芽糖月桂酸酯，經過分離純化得到產物麥芽糖月桂酸酯，生產工藝條件為(1)反應器中麥芽糖起始濃度為25-200mmol/L；(2)隨後反應過程中每天添加麥芽糖，添加量為8-20g/L；(3)進料液月桂酸丙酮溶液中的月桂酸濃度為100-400mmol/L；(4)催化劑脂肪酶NOVE435的用量為20-80g/L；(5)採用連續式反應，在反應過程中用恆流泵將月桂酸丙酮溶液抽入反應器中，同時相等體積的反應液被抽出，恆流泵流速0.08-0.36mL/min，反應10-12天；(6)將收集的反應液減壓蒸餾，回收溶劑丙酮，同時得到固體物質；(7)對上一步得到的固體採用正己烷多次洗滌純化，正己烷用量以體積計為收集的反應液體積的0.1-0.5倍，洗滌後得到的產物真空乾燥後，即為麥芽糖月桂酸酯產品。
2.根據權利要求
1所述的一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法，其特徵是工藝條件為(1)反應器中麥芽糖起始濃度為50mmol/L；(2)隨後反應過程中每天添加麥芽糖，添加量為16g/L；(3)進料液月桂酸丙酮溶液中的月桂酸濃度為200mmol/L；(4)催化劑脂肪酶NOVE435的用量為40g/L；(5)採用連續式反應，在反應過程中用恆流泵將月桂酸丙酮溶液抽入反應器中，同時相等體積的反應液被抽出，恆流泵流速0.15mL/min，反應10-12天；(6)將收集的反應液減壓蒸餾，回收溶劑丙酮，同時得到固體物質；(7)對上一步得到的固體採用正己烷洗滌純化3次，第一次正己烷用量以體積計為收集的反應液體積的0.25倍，後兩次為0.1倍，洗滌後得到的產物真空乾燥後，即為麥芽糖月桂酸酯產品。
專利摘要
一種在有機相中酶催化連續合成麥芽糖月桂酸酯的方法，屬於食品生物化工技術領域：
。本發明利用連續進出料的攪拌罐式酶反應器合成麥芽糖月桂酸酯，確定了其最佳生產工藝條件和產物的分離純化方法以及連續生產工藝流程。反應器產量能維持在10g/(L·d)以上8－10天，分離純化後能得到純度達到95％的產品。本發明方法具有能以工業放大規模生產，條件溫和、反應效率高等優點。
文檔編號C12P19/00GK1995366SQ200610166428
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日
發明者馮驫, 張曉鳴, 賈承勝, 高旭, 劉巧瑜, 張文斌 申請人:江南大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan