[发明专利]一种用循环流化床中酶催化连续合成丁酸香叶酯的方法

说明书

本发明公开了一种用循环流化床中酶催化连续合成丁酸香叶酯的方法，属于食品生物化工技术领域。本发明方法以丁酸和香叶醇为原料，脂肪酶为催化剂合成丁酸香叶酯；所述方法，是先使原料在酶的催化下间歇反应，当间歇反应达到稳定后，使原料以一定的流量进入反应器进行连续反应。本发明方法连续反应时间达到初始启动时间的3倍以上，其酯化率依然能达到70％以上，而且在反应的过程中不需要添加脱水剂。

技术领域

本发明涉及一种用循环流化床中酶催化连续合成丁酸香叶酯的方法，属于食品生物化工技术领域。

背景技术

丁酸香叶酯天然存在于薰衣草油等精油中，主要用作玫瑰、金合欢、天竺葵、铃兰、香叶、熏衣草等香精的调和香料，也用于食品香精的调配中，如冰淇淋、口香糖、糕点、糖果等。由于其天然来源有限，因此目前主要依靠工业合成。传统的合成方法是化学合成，得到的是混合物，后续分离的成本较高；且由于使用浓硫酸作催化剂，存在严重腐蚀设备及需要三废处理等缺点。本发明使用酶法合成丁酸香叶酯，与化学合成相比，其反应条件温和，专一性强，催化效率高，在生产中可以简化工序，节省原料和能源，降低分离成本，并且大大减少污染。从香气的风味方面比较，化学合成的酯香气较杂，往往带有刺激的丁酸味，而酶法合成的酯香气醇正，从而价值高。

脂肪酶是一类可以催化甘油三酯分解的酶，在有机溶剂中它可以催化酯交换反应和酯合成反应，因而在食品、化工、油脂工业、生物表面活性剂的合成以及药物合成等许多领域得到广泛应用。褶皱假丝酵母脂肪酶具有高的活性和特异性，广泛应用于化工制药、油脂、食品等传统与现代工业，是目前全世界工业应用最广泛的商品化脂肪酶之一。

国内少见酶法合成丁酸香叶酯的报道，1994年肖彬曾报道使用酶法合成丁酸香叶酯，但未具体说明实验方法以及所用的酶，且没有后续报道。国外有一些用脂肪酶催化合成丁酸香叶酯的研究。Chwen-Jen Shieh于1996年报道了用脂肪酶AY催化三丁酸甘油酯与香叶醇进行转酯化反应生成丁酸香叶酯。2002年Maha Karra-Chaabouni和Sylviane Pulvin用毛霉酯酶催化合成丁酸香叶酯。2012年J.J.Damnjanovic用固定化CRL脂肪酶合成丁酸香叶酯，达到了很高的酯化率。不过，以上报道的都是间歇反应。

本发明以有机溶剂为流化介质，将固定化脂肪酶流态化，实现了丁酸香叶酯的连续合成。流化床反应器具有操作简单、传质效率高、操作弹性大的优点，与连续搅拌式反应器相比，可避免酶粒子被搅拌桨破碎，而且无需考虑反应物与酶的分离。与填料床反应器相比，克服了因酶粒子小而导致的床层空隙率低、传质困难的缺点。本发明用酶量少，反应时间短，反应效率高，为在工业规模实现此反应提供了良好的基础。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种适合固定化脂肪酶催化连续合成的循环流化床反应器，并提供了一种连续合成风味化合物丁酸香叶酯的方法。本发明的方法反应条件温和、反应效率高，可以实现工业规模生产，优于化学法和间歇生产。

本发明的第一个目的是提供一种酶催化连续合成丁酸香叶酯的方法，所述方法是以丁酸和香叶醇为原料，固定化脂肪酶为催化剂合成丁酸香叶酯；先使原料以一定流速流过固定化酶床层，形成流化床，并在酶的催化下间歇反应；当间歇反应达到稳定后，使原料以一定的流量进入反应器，同时用循环的方式维持流化。

在本发明的一种实施方式中，所述流化床的床层膨胀比为1.2-1.6。

在本发明的一种实施方式中，所述原料中，香叶醇浓度为0.03-0.09mol/L，醇酸摩尔比为0.8:1-2:1。

在本发明的一种实施方式中，香叶醇浓度为0.045mol/L，醇酸摩尔比为1.5:1。

在本发明的一种实施方式中，所述催化剂的添加量为3-11U/mL。

在本发明的一种实施方式中，所述催化剂的添加量为7-9U/mL。