一種固定化脂肪酶催化油脂水解的工藝的制作方法

專利名稱：一種固定化脂肪酶催化油脂水解的工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種利用固定化脂肪酶的選擇 性透水聚合物膜催化油脂水解的工藝。
背景技術：
脂肪酶能催化酯的水解和醇解、酯合成、酯交換、內酯合成、多肽合 成、高聚物合成和立體異構拆分等一系列反應，具有重要的工業應用價值， 是目前研究最為活躍的一種酶催化劑。但是和其它的酶一樣，在實際應用 中脂肪酶很容易喪失它的催化活性。固定化是一種4^高酶穩定性的有效方 法，同時還有利于酶的循環使用和產物的分離純化。特別是非7jC相中的脂 肪酶促反應，由于不存在一個連續的水相，在提高底物溶解度的同時，降 低了反應的動力學和熱動力學障礙，因而大大提高了酶促反應的效率。
眾多的研究報道都展示了非水相中的脂肪酶優于水相中的脂肪酶。發
明專利CN1456674將脂肪酶和共固定劑固定在惰性載體膜或紡織品膜上 制成固定化酶，而后在非水相體系催化合成脂肪酸低碳醇酯；發明專利 CN1238469以短鏈醇為反應酰基受體，以相對親水的有機溶劑為反應介 質，利用脂肪酶催化油脂原料進行轉酯反應合成生物柴油；發明專利 CN1621528將維生素A醋酸酯和do d8脂肪酸或脂肪酸酯與有^L溶劑和 固定化脂肪酶混合反應得到維生素A脂肪酸酯。
而對于酶促水解反應，則必須要一定量的水分存在。 一種方法是將固 定化脂肪酶的膜置于互不相容的兩液相(有機相和水相)之間。發明專利 申請CA101294170將油脂、脂肪酶和水混合，在乳化劑存在的條件下反 應數小時，生產脂肪酸。但是由于連續水相的存在，固定化酶與底物接觸 受到抑制，從而使固定化酶的催化效率難以提高。

發明內容
本發明提供一種基于固定化脂肪酶的選擇性透水膜來催化油脂水解 的新工藝，采用選擇性透水膜為脂肪酶催化油脂水解提供必要的水分，同 時在線抑制產物甘油在酶表面的吸附。
發明人在科研實踐中發現親水聚合物分離膜具有一定的水優先透過 性能。雖然聚合物分離膜用于催化油脂水解以及選擇性透水膜用于滲透汽 化等方面均有公開報道，但尚未有采用選擇性透水膜為酶促水解反應提供 必要的水分來催化油脂水解的方法，更沒有可以具體實施的工藝和實際應 用。
一種固定化脂肪酶催化油脂水解的工藝，將固定化脂肪酶的選擇性透 水膜膜組件組裝為固定化脂肪酶-透水膜生物反應器，油脂在膜組件的管
程，流速為l-20L/h;同時水以反方向走膜組件的殼程，流速為1~100 L/h，并透過選擇性透水膜為油脂水解提供必要水分；循環反應2-10h; 在固定化脂肪酶的催化作用下，油脂反應生成雙甘油酯、單甘油酯、甘油 和脂肪酸，經分離后儲存。
所述的選擇性透水膜是由羧甲基纖維素或氨基乙基纖維素通過靜電 紡絲方法制備的超細纖維膜與支撐材料聚酯無紡布制成的復合膜，超細纖 維膜的纖維直徑為50 ~ 1000 nm。
選擇性透水膜可以為一張超細纖維膜與一張聚酯無紡布疊放制成的 復合膜，也可為超細纖維膜與聚酯無紡布多層間隔疊^L或者多張超細纖維 膜疊放在一張聚酯無紡布上制備的復合膜。
所述選擇性透水膜通過環氧氯丙烷交聯。
將選擇性透水膜填裝于內外雙圓筒形膜具中構成巻式膜組件，巻式膜
組件的膜內側為超細纖維膜，巻式膜組件的膜外側為聚酯無紡布；其中，
巻式膜組件的膜內側表面被活化和酶固定化。
所述油脂為生物油脂，包括魚油、豬油、蓖麻油、菜籽油、大豆油、 花生油、玉米油、棉籽油、米糠油、藻類油脂、廢食用油和煉油腳料中的 一種或多種的混合物。
本發明的優點在于采用選擇性透水膜為脂肪酶催化油脂水解提供必 要的水分，同時在線抑制產物甘油在酶表面的吸附，從而有效提高了固定
4化脂肪酶催化效率。而且，固定化脂肪酶-透水膜生物反應器集酶催化過 程和膜分離過程于一體，同步實現反應催化和產物分離，簡化了生產工藝， 提高生產效率。


圖1為本發明選擇性透水膜的示意圖。
圖2為本發明選擇性透水膜構成的巻式膜的示意圖。 圖3為本發明催化油脂水解反應器示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，將一張超細纖維膜a與一張聚酯無紡布b疊放制成選擇 性透水膜，其中超細纖維膜a由羧曱基纖維素或氨基乙基纖維素通過靜電 紡絲方法制備，超細纖維膜a的纖維直徑為50- 1000nm。
將選擇性透水膜填裝于內外雙圓筒形膜具中構成巻式膜組件，巻式膜 組件的膜內側為超細纖維膜a，巻式膜組件的膜外側為聚酯無紡布b (如 圖2所示)；其中，巻式膜組件的膜內側表面被活化和酶固定化，先以重 量百分比為0.5 ~ 25 %的戊二醛水溶液在膜內側循環10 ~ 180分鐘，然后 換用濃度為1 ~ 20 mg/mL脂肪酶的磷酸緩沖溶液(pH為7.0 ~ 7.6 )在膜 內存循環30~ 180分鐘。
本發明工藝的實施方式如圖3所示，其中原料儲罐1中的油脂經泵2 走固定化酶膜組件3、 4、 5的管程，循環反應一定時間后經閥門6進入分 液器7，分液后單雙甘油酯及脂肪酸進入儲罐8，甘油進入甘油儲罐9;水 以反方向由儲罐10經泵11走固定化酶膜組件3、 4、 5的殼程，循環使用。 其中管程指固定化酶膜組件3、 4、 5的選擇性透水膜內部的空間(膜內側)； 殼程指固定化酶膜組件3、 4、 5的選擇性透水膜與殼體之間的空間(膜外 側)。
以下實施例對本發明做更詳細的描述，但所述實例不構成對本發明的 限制。 實施例1
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的羧曱基纖維素超細纖維選擇性
5透水膜固定化脂肪酶(來源于Ca"&V/a ),制成膜組件，聯入酶-膜
生物反應器。將5 L魚油注入原料儲罐l,經泵2走膜組件3、 4、 5的管 程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐IO經泵11走膜組件3、 4、 5的殼 程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為98.5%。 實施例2
將環氧氯丙烷交聯的直徑為500 nm的羧曱基纖維素超細纖維選擇性 透水膜固定化脂肪酶(來源于Ow^fan/gosa)，制成膜組件，聯入酶-膜 生物反應器。將5 L豬油注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管 程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5的殼 程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為98.0%。 實施例3
將環氧氯丙烷交聯的直徑為1000 nm的羧曱基纖維素超細纖維選擇性 透水膜固定化脂肪酶(來源于OwAWfl n/gow )，制成膜組件，聯入酶-膜 生物反應器。將5 L蓖麻油注入原料儲罐l，經泵2走膜組件3、 4、 5的 管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5的 殼程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為97.0%。 實施例4
將環氧氯丙烷交聯的直徑為50 nm的羧甲基纖維素超細纖維選擇性透 水膜固定化脂肪酶(來源于Ow^^7n^a^),制成膜組件，聯入酶-膜生 物反應器。將5 L大豆油注入原料儲罐l,經泵2走膜組件3、 4、 5的管 程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5的殼 程，流速為5 L/h。循環4 h后水解率約為99.0%。 實施例5
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于Ca"c^/a a"torcrica),制成膜組件，聯入 酶-膜生物反應器。將5L花生油注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為96.0%。 實施例6將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于朋tor"/ca)，制成膜組件，聯入 酶 - 膜生物反應器。將5 L玉米油注入原料儲罐1 ，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為98.0%。 實施例7
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基基纖維素超細纖維選 擇性透水膜固定化脂肪酶(來源于Cam^fe a"tor"/ca),制成膜組件，聯 入酶-膜生物反應器。將5L棉籽油注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5的殼程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為97.5%。 實施例8
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的羧曱基纖維素超細纖維選擇性 透水膜固定化脂肪酶(來源于Ga"必ia a"torcrica)，制成膜組件，聯入酶 -膜生物反應器。將5L米糠油注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5L/h。循環4h后水解率約為95.0%。 實施例9
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于Om必iar唯oM),制成膜組件，聯入酶-膜生物反應器。將5L藻類油脂注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5 L/h。循環6 h后水解率約為99.3%。 實施例10
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于C"w必ia rago^ )，制成膜組件，聯入酶-膜生物反應器。將5L廢食用油注入原料儲罐1,經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5L/h。循環8h后水解率約為99.5%。 實施例11將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于OwdWa n/gOM )，制成膜組件，聯入酶-膜生物反應器。將5L煉油腳料注入原料儲罐1，經泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為5 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5 的殼程，流速為5L/h。循環10h后水解率約為99.5%。 實施例12
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于Ow^^ n^ora )，制成膜組件，舉入酶-膜生物反應器。將2.5L魚油、2.5L米糠油注入原料儲罐1，經泵2走膜 組件3、 4、 5的管程，流速為1 L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜 組件3、 4、 5的殼程，流速為lL/h。循環4h后水解率約為98.0%。 實施例13
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于C"wZ/^7n^w"),制成膜組件，聯入酶-膜生物反應器。將1L菜籽油、2L豬油、2L大豆油注入原料儲罐1，經 泵2走膜組件3、 4、 5的管程，流速為20 L/h;水以反方向由4渚罐10經 泵11走膜組件3、 4、 5的殼程，流速為40 L/h。循環4 h后水解率約為 99.0%。 實施例14
將環氧氯丙烷交聯的直徑為200 nm的氨基乙基纖維素超細纖維選擇 性透水膜固定化脂肪酶(來源于Ow^^n^oM)，制成膜組件，聯入酶-膜生物反應器。將5 L魚油注入原料儲罐l，經泵2走膜組件3、 4、 5的 管程，流速為20L/h;水以反方向由儲罐10經泵11走膜組件3、 4、 5的 殼程，流速為100L/h。循環4h后水解率約為98.5%。
8
權利要求
1、一種固定化脂肪酶催化油脂水解的工藝，其特征在于將選擇性透水膜填裝于內外雙圓筒形膜具中構成卷式膜組件，將膜組件組裝成固定化脂肪酶-選擇性透水膜生物反應器；所述的選擇性透水膜是由聚酯無紡布與靜電紡絲方法制備的羧甲基纖維素或氨基乙基纖維素的超細纖維膜制成的復合膜；卷式膜組件的膜內側為超細纖維膜，卷式膜組件的膜外側為聚酯無紡布；其中，卷式膜組件的膜內側表面被活化和酶固定化；油脂在卷式膜組件的膜內側循環，流速為1～20L/h；同時水以反方向在卷式膜組件的膜外側循環，流速為1～100L/h，循環反應2～10h。
2、 如權利要求l所述的工藝，其特征在于所述的超細纖維膜的纖維 直徑為50 ~ 1000 nm。
3、 如權利要求l所述的工藝，其特征在于所述選擇性透水膜由環氧 氯丙烷交聯。
4、 如權利要求l所述的工藝，其特征在于所述油脂為魚油、豬油、 蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油、米槺油、藻類油脂、 廢食用油和煉油腳料中的一種或混合物。
全文摘要
本發明公開了一種固定化脂肪酶催化油脂水解的工藝，將固定化脂肪酶的選擇性透水膜膜組件組裝成固定化脂肪酶-選擇性透水膜生物反應器，油脂走膜組件的管程，水則以反方向走膜組件的殼程，水透過膜提供酶促反應所需要的水分，同時固定化脂肪酶催化油脂水解。本發明的方法為脂肪酶催化油脂水解提供了必要的水分，同時在線抑制產物甘油在酶表面的吸附，從而有效提高了固定化脂肪酶催化效率。而且，反應器集酶催化過程和膜分離過程于一體，同步實現反應催化和產物分離，簡化了生產工藝，提高生產效率。
文檔編號C12P7/02GK101538590SQ20091009811
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者萬靈書, 徐志康, 賦 黃, 黃小軍 申請人:浙江大學