[发明专利]用旋转蒸发器进行固定化脂肪酶催化合成柠檬酸甘油酯的方法

说明书

技术领域

一种用旋转蒸发器进行固定化脂肪酶催化合成柠檬酸甘油酯的方法，属于柠檬酸甘油酯的合成技术领域。

背景技术

柠檬酸甘油酯是甘油、脂肪酸以及柠檬酸的酯化产物，呈双亲分子结构，属于阴离子型表面活性剂。由于其具有无毒、易生物降解以及良好的表面活性等特点，柠檬酸甘油酯被广泛地应用于食品、医药、化妆品、洗涤剂等领域。

柠檬酸甘油酯在国内是近十几年发展起来的新型表面活性剂，其生产方法主要是化学法：①以乙酸为反应介质，加入0.1％～1％(w/w)的催化剂，如酸、碱或金属氧化物等，直接催化柠檬酸和单甘酯或甘二酯进行酯化反应。②先利用乙酸酐和柠檬酸制备柠檬酸酐，再利用柠檬酸酐与单甘酯或甘二酯进行酯化反应。以第一种技术生产柠檬酸甘油酯操作简便、成本较低，但也存在诸多缺点，如：以磷酸或硫酸作为催化剂，对设备腐蚀性强，容易造成环境污染；以强碱作为催化剂，易与乙酸发生酸碱中和反应，催化效率降低；以金属氧化物作为催化剂，容易造成金属残留。该反应所需温度较高，通常为120～150℃，常常伴随着大量副反应的发生，如柠檬酸分解(130℃即发生氧化分解)、柠檬酸自聚、柠檬酸与甘油共聚等。以第二种技术生产柠檬酸甘油酯，催化效率较高，但步骤繁琐，且易形成杂质乙酸甘油酯，与柠檬酸甘油酯同属于表面活性剂，性质相近，不易分离。利用固定化脂肪酶在非水介质中催化酯化反应，条件温和、专一性强，且催化剂和有机溶剂易于从产品中去除，能有效改善化学法合成柠檬酸甘油酯的缺点与不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种用旋转蒸发器进行固定化脂肪酶催化合成柠檬酸甘油酯的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案：一种合成柠檬酸甘油酯的方法，利用旋转蒸发器进行固定化脂肪酶催化合成柠檬酸甘油酯，步骤为：

(1)底物溶解：首先将摩尔比1∶3～3∶1的底物柠檬酸和单甘酯加入圆底烧瓶中，再加入一定体积的有机溶剂：无水异丙醇、无水异戊醇或无水叔戊醇，使底物浓度为0.1-0.5mol/L，充分混匀，待底物充分溶解；

(2)酯化反应：底物充分溶解后，置于RE-52型旋转蒸发器中，加入底物总质量的5％～20％的固定化脂肪酶，在旋转蒸发器中进行酯化反应，转速100～120rpm，真空度0.01～0.1MPa，反应温度40～60℃，反应时间30～40h；反应结束后，过滤除去固定化脂肪酶；

(3)减压蒸馏脱除有机溶剂：转速100～120rpm，真空度0.05～0.1MPa，温度75～85℃；

(4)后处理：减压蒸馏以后，趁热过滤，去除油相中未反应的固体悬浮物，95％(w/w)为未酯化的柠檬酸，用热水洗涤油相，将油相冷却后，真空干燥，得到柠檬酸甘油酯；

所用单甘酯为分子蒸馏后的单甘酯，单酯含量≥98％，C₁₆～C₁₈长链脂肪酸≥98％；所用柠檬酸为无水柠檬酸；

所用有机溶剂：无水异丙醇、无水异戊醇或无水叔戊醇先用分子筛进行脱水处理；

所加固定化脂肪酶，选用Rhizomucor miehei脂肪酶、Candida antarctica脂肪酶或Aspergillus niger脂肪酶。

所述后处理：趁热过滤，去除油相中未反应的固体悬浮物，用油相等体积的水洗涤油相，水洗温度50℃，离心，收集油相，重复水洗3次；将油相冷却后，真空干燥，得到柠檬酸甘油酯。

所述有机溶剂的脱水处理：将分子筛于500℃马福炉中活化3h，置干燥器中冷却后，取适量与有机溶剂同时加入试剂瓶中，密封，37℃下振摇48h，滤去分子筛得脱水有机溶剂。

本发明制备的柠檬酸甘油酯在常温下为乳白色蜡状固体，60℃以上为澄清透明的淡黄色油状液体，酸价在70～120mgKOH/g之间，皂化价在260～300mgKOH/g之间(酸价、皂化价的分析方法参照GB5530-85，GB5534-85)。

本发明的有益效果：本发明使用固定化脂肪酶作催化剂，在较低温度下进行酯化反应，条件温和，专一性强，副产物少。本发明采用有机溶剂作为反应介质，相比乙酸，易于去除。本发明采用旋转蒸发器作为反应器可以使底物与催化剂充分接触，同时将反应产生的水脱除，有利于酯化反应进行。

本发明所得产品可作为乳化剂、稳定剂、增稠剂、增香剂广泛应用于食品、医药、化妆品、洗涤剂等领域。此产品还具有螯合金属离子的作用，可作为抗氧化增效剂用于油脂或含油脂产品。

附图说明

图1减压旋转生物反应器。该设备由上海亚荣生化仪器厂制造，设备型号是旋转蒸发器RE-52。