[0001] 本发明属于油脂深加工、 改性技术领域， 具体涉及一种利用填充床反应器制备 中长链甘油三酯的方法。

背景技术

[0002] 中长链甘油三酯是一种同吋含有中链脂肪酸 （C6-C12) 和长链脂肪酸 （C14-C

24) 的结构脂质， 其中最典型的是 MLM型结构甘油三酯， 其 Sn-1和 Sn-3位为中 链脂肪酸， Sn-2位为长链脂肪酸。 中长链甘油三酯所含的中、 长链脂肪酸比例合 理， 兼具长链甘油三酯和中链甘油三酯的优点， 降低了天然甘油三酯本身潜在 或者由于不合理摄入而带来的危害， 改善了天然油脂的营养功能， 可快速供能 ， 提供必需脂肪酸， 减少体脂积累， 是一种良好的新型功能性油脂。 此外， 其 代谢产物可改善体内氮平衡， 提高营养物质的生物利用率， 减少炎性介质产生 ， 维持细胞膜的正常磷脂构成， 可应用于临床注射用脂肪乳， 改善了天然油脂 在药物应用方面的缺陷， 是肠外营养的重要组成成分。

[0003] 传统的中长链甘油三酯的合成方法为化学合成 法。 此法反应条件剧烈， 副产物 多， 工艺技术复杂， 易对环境造成污染， 且反应过程中某种脂肪酸在甘油分子 上的分布具有随机性。 由于脂肪酸的定位分布是结构脂质在体内代谢 及功能发 挥的关键所在， 因此化学合成法的应用具有很大的局限性。 相较而言， 酶催化 方法可定向改变脂肪酸在甘油骨架上的位置分 布， 并能克服学催化方法的诸多 不利因素， 是一种经济、 绿色、 安全的生产方法。 随着酶制剂工业的发展， 脂 肪酶的活性大大提高， 酶的固定化技术也很大程度上提升了酶的重复 利用性。 在此基础上采用合适的酶反应器， 能减少酶载体的机械损伤， 提高酶的重复利 用率， 进一步降低生产成本， 以适合生产具有高附加值的中长链甘油三酯。

[0004] 不同酶反应器的特点不同， 在实际应用中， 需根据酶的应用形式， 底物和产物 的性质及操作要求， 反应动力学及传质传热特性， 酶的稳定性、 再生及更换， 反应器应用的可塑性及成本等进行选择。 目前在生产上常用的酶反应器为搅拌 罐式反应器。 在反应过程中， 机械搅拌会产生较大的剪切力， 导致固定化酶载 体的破碎， 进而导致酶分子的脱落， 从而影响酶活， 缩短酶的使用寿命， 降低 产率， 提高了生产成本。 相较而言， 在填充床反应器中， 固定化酶颗粒被填充 于反应柱中形成稳定的柱床， 然后底物溶液以一定流速流经反应柱， 通过酶催 化反应。 该反应方式效率高， 易操作， 结构简单， 有利于保留酶活， 降低了生 产成本， 适用于反应体系黏度低的均相反应。

[0005] 中国发明专利申请公布号 CN103891920A公幵了一种含中长碳链甘油三酯的油 脂组合物及其制备方法， 所得产品本发明的油脂组合物有良好的烹调性 ， 能降 低体内脂肪积累。 然而由于此法使用了无机催化剂甲醇钠， 使得产品中中长链 甘油三酯的组分波动大， 其中含有一个中碳链脂肪酸酰基的甘油三酯在 全部甘 油三酯中所占质量比为 1%-90<¾， 且脂肪酸在甘油分子骨架上的分布无法得到控 制。 同吋在反应后需要用加柠檬酸以及洗涤等后续 手段除去催化剂， 以及除臭 等处理， 导致生产工艺复杂。 加之无机催化剂和柠檬酸在产物中具有残留的 可 育 ， 因此所得中长链甘油三酯产品的应用范围受到 了一定限制， 无法用于医用 注射制剂。

[0006] 中国发明专利申请公布号 CN101979625A公幵了一种酶法催化酯交换合成中 /长 链结构甘三酯的合成方法。 发明以中碳链甘油三酯和长碳链甘油三酯为原 料， 采用脂肪酶 TL IM催化酯交换反应， 确定了中 /长链结构甘油三酯的合成的最佳 工艺和参数。 然而该法使用的反应器仍然是传统的搅拌式反 应容器， 因而只能 进行间歇反应， 且酶颗粒需直接添加到反应体系中， 不利于保持酶活性和酶的 重复回收利用， 导致反应吋间较长 （60-180 min) 。 该法尚未提及酶颗粒和副产 品的回收利用。

技术问题

[0007] 为解决现有技术的缺点和不足之处， 本发明的目的在于提供一种利用填充床反 应器制备中长链甘油三酯的方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0008] 本发明目的通过以下技术方案实现： [0009] 一种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的 方法， 包括以下步骤：

[0010] (1) 将一定量的固定化酶填置于带热套的反应柱中 制成酶填充床反应器， 然 后启动热浴泵和恒温热浴对填充柱进行循环水 浴加热， 将填充柱加热至所需反 应温度；

[0011] (2) 取一定量的中链脂肪酸甘油三酯和油脂作为反 应物；

[0012] (3) 待填充柱的温度预热至所需反应温度后， 幵启与填充柱相连的恒流泵， 使反应物不断由填充柱底部进入酶填充床反应 器中， 引发酶催化反应， 收集由 填充柱上部流出的酯交换粗产品； 反应进行一定吋间后， 关闭恒流泵并停止循 环水浴加热；

[0013] (4) 用乙醇对步骤 （3) 得到的酯交换粗产品进行萃取， 萃取后进行离心， 分 得上层醇相和下层油相； 取下层油相， 利用减压蒸馏除去残留的溶剂， 即得到 高纯度中长链甘油三酯。

[0014] 步骤 （1) 所述反应温为 45~80 °C， 优选 75 °C; 所述固定化酶为具有 1,3位特异 性的可催化酯交换反应的固定化酶， 优选诺维信 Lipozyme TL IM固定化脂肪酶

[0015] 步骤 （2) 所述的中链脂肪酸甘油三酯中的脂肪酸支链碳 原子数含量为 6~12， 优选富含辛酸 （C8) 和癸酸 （C10) 的辛癸酸甘油酯； 所述的油脂为富含长链脂 肪酸 （C14~24) 的天然油脂， 优选大豆油或葵花籽油。

[0016] 步骤 （2) 所述的中链脂肪酸甘油三酯与油脂的质量比为 1:2~2:1， 在采用辛癸 酸甘油酯和大豆油吋优选 45:55。

[0017] 步骤 （3) 所述的反应物流速范围为 1.0~30 mL/min， 优选 1.4 mL/min; 所述反 应吋间为 15~60分钟。

[0018] 步骤 （4) 所述的乙醇质量浓度为 75<¾~95<¾； 粗产物与乙醇的体积质量比为 1:1 -1:9 (g/mL) ， 优选 1:6~1:9。

[0019] 步骤 （4) 所述离心之后所得的上层醇相， 经过蒸发去除残留溶剂之后， 可以 作为反应原料返回到步骤 （2) 中。

发明的有益效果

有益效果 [0020] 与现有技术相比， 本发明具有以下优点及有益效果：

[0021] (1) 本发明利用填充床反应器装载酶催化剂， 用来催化酯交换反应。 反应结 束后， 反应柱中的固定化酶无需取出， 可在不同批次的间歇式生产中重复利用 多次， 甚至可以直接采用连续生产， 从而降低反应成本； 在优选条件下， 当反 应批次达到 20次吋， 酯交换反应仍然可顺利进行， 所得中长链甘油三酯的含量 (即质量百分数， 后同） 仍然可达 70%以上。

[0022] (2) 本发明可显著缩短反应吋间。 原本需要 4小吋搅拌反应制备中长链甘油三 酯， 填充床反应器缩短反应吋间为 15~60分钟， 提高了反应效率；

[0023] (3) 酶催化酯交换所得粗产物经过萃取后可静置或 离心分层， 上层清液即乙 醇提取的副产品， 经除去溶剂之后， 可以作为原料全部返回到第 （2) 步的酯交 换反应中。

[0024] (4) 本发明的关键是通过简单的酯交换反应和后续 的乙醇萃取， 实现了稳定 制备含中长链脂肪酸甘油三酯含量不低于 75%的产品。 相较而言， 一般的酶催化 反应只能得到 68%左右的产品。

对附图的简要说明

附图说明

[0025] 图 1是几种中长链甘油三酯的结构组成示意图。

[0026] 图 2为本发明利用 1,3特异性脂肪酶催化酯交换制备中长链甘油三 酯反应式。

[0027] 图 3是本发明所用填充床反应器装置的示意图。

[0028] 图 4是本发明所述高纯度中长链甘油三酯的工艺� �程图。

[0029] 图 5是本发明所制得中长链甘油三酯的气相色谱_� ��谱联用检测结果图。

[0030] 图 6是为本发明中的固定化酶反应柱采用间歇反� �的方式反应 20批次后的酶相 对活性变化。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0031] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细 的描述， 但本发明的实施方式不 限于此。

[0032] 实施例 1 [0033] 一种利用填充床反应器制备中长链甘油三酯的 方法， 该方法如图 4所示， 包括 以下步骤：

[0034] ( 1) 将一定量的诺维信固定化脂肪酶 Lipozyme TL IM填置于带热套 7的玻璃反 应柱中制成酶填充床反应器； 所述酶填充床反应器装置示意图如图 3所示， 包括 产物罐 1、 填充柱 2、 恒流泵 3、 底物罐 4、 恒温热浴 5和热浴泵 6， 其中产物罐 1、 填充柱 2、 恒流泵 3和底物罐 4依次连接， 恒温热浴 5、 热浴泵 6与热套 7循环连接

[0035] (2) 取 45.0 g辛癸酸甘油酯和 55.0 g大豆油的混合物作为反应底物， 加入底物 罐 4中。

[0036] (3) 打幵恒温热浴 5， 设定温度为 75 °C; 幵启与恒温热浴 5相连的热浴泵 6进行 循环水浴加热， 预热填充柱 2; 待填充柱 2充分预热后， 幵启恒流泵 3， 设定流速 为 1.4 mL/min, 使底物罐 4中的液态反应混合物由不断由填充柱 2底部进入酶填充 床反应器中， 引发酶催化反应， 并通过产物罐 1收集由填充柱 2上部流出的酯交 换粗产品； 反应进行 60 min后， 关闭恒流泵 3并停止循环水浴加热； 收集所得酯 交换粗产品。

[0037] 所得酯交换粗产品通过气相色谱 -质谱联用法检测。

[0038] 气相色谱条件： DB-lht毛细管柱 （15 m x 0.25 mm， 0.1 μηι) ， 进样口温度 380 °C， 分流比 40: 1， 压力 20 psi; 高纯 N ₂ 载气， 流速 4.34 mL/min; 检测器温度 380 °C， H ₂ 流速 30 mL/min， 空气流速 300 mL/min; 进样量为 0.5 μί。 柱箱升温程序 ： 初温 50 °C保持 1 min， 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 2 min， 最后以 50

°C/min升至 380 °C并保持 3 min。

[0039] 标准储备液及内标溶液的配制： 称取中链甘油三酯 （本实施例中即辛癸酸甘油 酯） 和长链甘油三酯 （本实施例中即大豆油） 各 800 mg于 10 mL容量瓶中， 用丙 酮稀释至刻度， 作为标准储备液。 另称取分子蒸馏单甘酯 200 mg添加于 10 mL容 量瓶中， 用丙酮定容， 混匀作为内标溶液备用。

[0040] 标准曲线的制作： 分别称取中链甘油三酯和长链甘油三酯的标准 储备液， 用丙 酮分别稀释为 5、 10、 20、 30、 40 mg/mL溶液， 与内标品溶液等体积混合， 以溶 液浓度为横坐标， 相应组分的峰面积与内标物的峰面积之比为纵 坐标作图， 通 过线性拟合得到回归曲线。

[0041] 样品的检测： 称取所得酯交换粗产品 1.60 g加入 10 mL容量瓶， 并用丙酮稀释至 刻度， 彻底溶解， 制得供试样品溶液的配制。 通过气相色谱 -质谱联用测得其中 的中链甘油三酯和长链甘油三酯的质量百分含 量。 中长链甘油三酯的质量百分 含量可采用间接法由下列公式算出：

[0042] 中长链甘油三酯含量 = 100% -中链甘油三酯含量 -长链甘油三酯含量

[0043] 按上述方法测得酯交换反应后所得粗产品中的 中长链甘油三酯含量为 73.8% ( 质量） ， 中长链甘油三酯的气相色谱 _质谱联用检测结果如图 5所示。

[0044] (4) 采用质量浓度为 95%的乙醇对步骤 （3) 所得的酯交换粗产品进行萃取， 酯交换粗产品和乙醇的料液比 （质量体积比） 为 1 : 6； 离心之后产品分为上下 两层， 取下层油相， 利用减压蒸馏除去残留的溶剂， 即得到高纯度中长链甘油 三酯最终产品。 最终产品的得率 （=最终产品总质量 /酯交换前反应底物总质量 ) 为 79.2% ' 采用如步骤 （3) 所述的气相色谱 -质谱联用法检测， 得到最终产品 中的中长链甘油三酯含量为 80.1% (质量） 。

[0045] 本发明利用填充床反应器装载酶催化剂， 用来催化酯交换反应。 反应结束后， 反应柱中的固定化酶无需取出， 可在不同批次的间歇式生产中重复利用多次， 甚至可以直接采用连续生产， 从而降低反应成本； 将本实施例按照上述步骤反 应批次达到 20次吋， 酯交换反应仍然可顺利进行， 所得酯交换粗产品中的中长 链甘油三酯的含量 （质量百分数） 仍然可达 70%左右 （如图 6所示） 。

[0046] 实施例 2

[0047] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 40.0 g辛 癸酸甘油酯和 60.0 g大豆油的混合物； 步骤 （3) 中所述的反应温度为 80 °C， 流 速为 1.4 mIJmin， 反应吋间为 60 min; 步骤 （4) 中采用质量浓度为 85%的乙醇对 酯交换反应后所得粗产品进行萃取， 粗产品和乙醇的料液比为 1 : 9， 再经过减 压蒸馏后得到最终产品。

[0048] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例步骤 （3) 酯交换反应后所得粗产 品中的中长链甘油三酯含量为 68.8% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得 率为 82.1%， 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 76.8%。

[0049] 实施例 3

[0050] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 45.0 g辛 癸酸甘油酯和 55.0 g大豆油的混合物； 步骤 （3) 中所述的反应温度为 70 °C， 流 速为 l m!Jmin, 反应吋间为 30 min; 步骤 （4) 中采用质量浓度为 75%的乙醇溶 液对酯交换反应后所得粗产品进行萃取， 粗产品和乙醇溶液的料液比为 1 : 9， 再经过减压蒸馏后得到最终产品。

[0051] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例步骤 （3) 酯交换反应后所得粗产 品中的中长链甘油三酯含量为 67.0% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得 率为 80.4%， 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 75.7%。

[0052] 实施例 4

[0053] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 50.0 g辛 癸酸甘油酯和 50.0 g大豆油的混合物； 步骤 （3) 中所述的反应温度为 65 °C， 流 速为 30 mL/min， 反应吋间为 60 min; 步骤 （4) 中采用质量浓度为 85%的乙醇对 酯交换反应后所得粗产品进行萃取， 粗产品和乙醇的料液比为 1 : 3， 再经过减 压蒸馏后得到最终产品。

[0054] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例步骤 （3) 酯交换反应后所得粗产 品中的中长链甘油三酯含量为 65.7% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得 率为 82.5%， 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 76.3%。

[0055] 实施例 5

[0056] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 45.0 g辛 癸酸甘油酯和 55.0 g大豆油的混合物； 步骤 （3) 中所述的反应温度为 75 °C， 流 速为 8 mL/min， 反应吋间为 15 min; 步骤 （4) 中采用质量浓度为 85%的乙醇对 酯交换反应后所得粗产品进行萃取， 粗产品和乙醇的料液比为 1 : 1， 再经过减 压蒸馏后得到最终产品。

[0057] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例步骤 （3) 酯交换反应后所得粗产 品中的中长链甘油三酯含量为 52.3% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得 率为 81.6%， 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 75.4%。 [0058] 实施例 6

[0059] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 45.0 g辛 癸酸甘油酯和 55.0 g葵花籽油的混合物； 粗产品经过萃取和减压蒸馏后得到最终 ¾ 口

厂口 Π。

[0060] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例酯交换反应后所得粗产品中的中 长链甘油三酯含量为 71.6% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得率为 80.2 %, 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 79.4%。

[0061] 实施例 7

[0062] 本实施实例除以下技术特征外同实施例 1 : 步骤 （2) 中所用反应物为 50.0 g辛 癸酸甘油酯和 50.0 g葵花籽油的混合物； 步骤 （3) 中所述的反应温度为 45 °C， 流速为 lO m!Jmin, 反应吋间为 60 min; 步骤 （4) 中采用质量浓度为 75%乙醇对 产物进行萃取， 粗产品和乙醇的料液比为 1 : 2， 再减压蒸馏后得到最终产品。

[0063] 经实施例 1所述的方法检测及计算， 本实施例步骤 （3) 酯交换反应后所得粗产 品中的中长链甘油三酯含量为 70.1% ; 经过萃取和减压蒸馏后得到最终产品， 得 率为 75.5%， 最终产品中的中长链甘油三酯含量为 76.8%。

[0064] 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例 的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下 所作的改变、 修饰、 替 代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。