對脂質進行酶處理的連續(xù)工藝的制作方法
【專利說明】對脂質進行酶處理的連續(xù)工藝
[0001] 本申請是申請日為2009年12月08日、申請?zhí)枮?00680056895. 4、名稱為"對脂 質進行酶處理的連續(xù)工藝和設備"的發(fā)明申請的分案。
[000引發(fā)明背景
[0003] 本發(fā)明設及在多個固定床反應器中對含脂質組合物進行連續(xù)酶處理的工藝，W及 實施該工藝的設備。更具體而言，本發(fā)明設及采用多個固定床反應器對含脂質組合物進行 連續(xù)酶處理的工藝和設備，其中即使固定床的酶活性隨時間改變，并且即使當一個固定床 離線例如進行修復、替換或補充時，該含脂質組合物的流速保持基本恒定。此外，本發(fā)明設 及通過在脂質接觸酶之前對脂質進行預處理W及通過連續(xù)工藝運行該設備，從而提供該酶 活性出人意料的顯著提升的工藝和設備。
[0004] 脂肪由連接至Ξ碳甘油骨架的脂肪酸構成。脂肪酸由具有末端徑基基團的碳原 子鏈構成。徑基基團可連接至該甘油骨架上的一個、兩個或Ξ個徑基基團，從而形成單、雙 或Ξ酷基甘油，或脂肪。脂肪的功能和營養(yǎng)品質取決于多種因素，包括：其為單酷基甘油 (MAG)、二酷基甘油（DAG)還是Ξ酷基甘油（TAG);脂肪酸鏈中的碳原子數(shù)量；該鏈是飽和 的、單不飽和的還是多不飽和的；該鏈中是否有任意的不飽和雙鍵呈順式或反式異構體的 形式；任意雙鍵在該鏈中的位置；W及不同種類的脂肪酸相對于該甘油骨架的Ξ個碳原子 的位置。
[0005] 脂質是包括多種化學物質的一個類別，代表性的種類為脂肪、油、蠟和憐脂。運一 廣泛的類別中包括了甘油Ξ醋、甘油二醋、甘油單醋、脂肪酸、脂肪醇、皂類和清潔劑、祗締、 類固醇、W及維生素A、E、〇2和K1。脂質可從含油種子（例如大豆、蕓苔、油菜巧、葵花巧、 棟桐、和橄攬）、動物產品（例如魚、豬肉、和牛肉）、W及合成的化合物或合成衍生的組合物 (例如用于營養(yǎng)應用的結構脂質、用于工業(yè)和藥物應用的油脂化學品、和用作能源的生物柴 油）中獲取。植物油可從含油種子通過壓棒或溶劑提取油后獲得。粗制油包含了多種微量 成分。運些成分中的一部分對于油的性能或觀感存在不利影響，而其它的一些成分，如醬醇 和生育酪則具有營養(yǎng)價值。
[0006] 通過溶劑提取或機械壓棒從油料巧實（大豆、油菜等）獲得的脂質可進行精制W 除去可導致最終產品中出現(xiàn)不良顏色和/或味道的雜質。傳統(tǒng)的精制包括用氨氧化鋼處 理該油，W中和游離脂肪酸，并通過離屯、去除憐脂。然后用熱的軟化水洗涂該油，并離屯、去 除油中存在的殘余皂類和憐脂。然后使用"漂白±"對該"一次精制"的油進行脫色，并進 行過濾，W吸附油中存在的葉綠素和葉綠素衍生物，W及任意殘留的皂類、憐脂和痕量金 屬。漂白±或粘±去除脂質中的雜質的用途已為本領域公知。該物質的第一個通用名為 '卞uller'si"。目前的漂白±可^是中性的或酸活化的。常用的礦物粘±為斑脫±、蒙脫 ±、娃儀±、蒙脫石和/或hormite。
[0007] 稱為"改良的堿精制"的替代性工藝為本領域公知，其中完全除去了水洗步驟， 并代之W硅膠處理，從而吸附殘余的皂類、憐脂和痕量金屬。Pryor等人的美國專利號 5, 336, 794和Welsh等人的美國專利號5, 231，201披露了一種兩相工藝，其中油首先與無 定形娃石吸附劑接觸，W從油中除去所有的或基本上所有的皂類或樹膠，或同時除去兩者， 并減少憐脂含量，然后通過除色劑填充床過濾對油進行脫色。在堿處理的油被離屯、后，向漿 狀的油中添加0. 01%至1. 0%的硅膠。已知可用于該目的硅膠產品包括W.R.Grace&Co.銷 售的商標為TriSy!?(硅膠）的產品，該產品為不含無定形娃石的流動性粉末，其包含約 60-65 %的水分，最小平均顆粒大小約為18. 0微米，平均孔徑介于約60至5000A，堆積密 度約為500kg/m3。將油與該娃石混合，隨后在真空噴霧干燥器中干燥，然后從油中濾走該娃 石。如果過濾器中已經有漂白粘±，則該工藝便為本領域公知的"填充床漂白"。水分保持 娃石孔的完整性，并允許雜質吸附在孔內。
[0008] 近幾年來，人們對于傳統(tǒng)食物制備中使用的高反式脂肪和催化加氨產品 (skxrteningpro化cts)的替代品有著越來越高的興趣。傳統(tǒng)上，液體油通過儀氨化被制成 含功能脂肪的固體，W用于各種人造黃油和催化加氨產品。該種氨化工藝導致了反式脂肪 酸的形成。據(jù)認為反式脂肪酸含量較低的脂肪對于消費者具有特定的健康益處。因此，許 多大型食品生產商正W低或者甚至零反式脂肪組合物來取代高反式脂肪。最初，對于提供 低反式脂肪產品的努力集中在減少脂肪產品的氨化水平上。最近，運種努力集中在改變液 態(tài)油的結構，從而改變烙解屬性和功能，同時不會改變脂肪酸組成或生成反式脂肪酸。實現(xiàn) 運一點的方法之一是已知稱為醋交換的工藝。
[0009] 醋交換是Ξ酷基甘油結構的一種已知反應，在該反應中，甘油部分上被醋交換的 甘油Ξ酸醋位置處的單個脂肪酸結構被互換。運有時被稱為或認為是隨機的，其中來自Ξ 酷基甘油的一個甘油組分的脂肪酸部分與另一Ξ酷基甘油的甘油組分的脂肪酸部分互換。 運產生了交換了脂肪酸部分的Ξ酷基甘油結構，該交換了的脂肪酸部分隨甘油結構而變 化。本領域的現(xiàn)有技術包括化llosa等人的美國專利號5, 434, 278、Doucet的美國專利號 5, 908, 655、Cherwin等人的美國專利號6, 124, 486W及Liu等人的美國專利號6, 238, 926。
[0010] 醋交換技術已經發(fā)展到能夠生成，例如，具有用于某種應用所需的某種烙解特性 的甘油Ξ酸醋組合物。運種脂質在此通常被稱為"結構脂質"，W區(qū)別于從未經醋交換的 相同成分的物理混合物所得到的醋交換產物。Swern，Bailey'sIn化strialOilandFat Prcxlucts，第3版，第941-970頁（1964)描述了通過化學方法對脂肪酸和甘油、單和多徑基 醇的再醋化，脂質的醋交換（酸解和醇解）W及轉醋化。
[0011] 醋交換可通過化學方法或酶催化方法實現(xiàn)?；瘜W醋交換通常采用甲醇鋼等化學催 化劑來實現(xiàn)。盡管化學醋交換從催化劑角度看成本較低，但它具有許多明顯的缺陷。甲醇鋼 催化劑較為危險且難W處理。所得的醋交換是隨機的，且無法使生產商對所得產品結構進 行優(yōu)選的控制程度?；瘜W醋交換還可導致相對高的油損耗。本領域的現(xiàn)有技術包括Kaita 等人的美國專利申請?zhí)?002/0010359、Bayense等人的美國專利號6, 072, 064、Coope;r等人 的美國專利號5, 399, 728、W及Stipp等人的美國專利號5, 142, 072。
[0012] 在酶催化醋交換中，酶催化劑比甲醇鋼成本更高，且具有較低的活性和穩(wěn)定性。但 酶催化劑可提供對最終醋交換產物的結構的較大程度的控制。具體地，使用某種酶可實現(xiàn) 甘油骨架鏈上1和3號位置處的特異性醋交換，運也是最希望發(fā)生醋交換的位置。盡管酶 催化劑最初僅被用于高附加值產品，但如今它們被越來越多地用于日用脂肪和脂肪混合物 的生產。
[0013] 酶是能在其它物質間形成特定化學反應且自身并不改變的復雜蛋白，即，它是一 種生物催化劑。該些生物催化劑由各種微生物表達或生成。適用于本發(fā)明的酶包括醋酶；酷 基轉移酶；那些可促進酸解反應、轉醋反應、醋合成、或醋交換反應的酶；具有憐脂酶或蛋白 酶活性，包括熱穩(wěn)定和耐熱的水解酶活性的酶；W及多聚核巧酸。本領域中的微生物包括： 根酶屬巧hizopus)、曲霉屬（Aspergillus)、毛霉菌屬（Mucor)、地絲菌屬（Geotrichum)、 假單胞桿菌屬（Pseudomonas)、青霉菌屬（Penicillium)、色素桿菌屬（Qiromobacterium)、 念珠菌屬（Candida)、無色桿菌屬（Ac虹omobacter)、產堿桿菌屬（Alcaligenes)、棒狀桿 菌屬（Corynebacterium)、Humicora、Humicolo、葡萄球菌（Staphylococ州S)、根毛霉屬 煙lizomucor)、球擬酵母屬（Torulopsis)、^及桿菌屬度acillus)。由上述微生物生成的 運類酶披露于Sugiura等人的美國專利申請?zhí)?001/0004462、Bosl巧等人的美國專利號 5, 773, 266、如inlan的美國專利號5, 658, 768、Miyamoto等人的美國專利號5, 461，170、W 及Myojo等人的美國專利號5, 219, 733。
[0014] 在美國專利5, 508, 182中，Schneider等人披露了多種生產兩親化合物的方法， 其通過吸附在固相支持物上的親水底物與可具有疏水性的第二底物的生物催化反應實現(xiàn)。 Schneider等人描述了生成異構體純的1，3-甘油二醋和1-甘油單醋、糖醋、氨基酸醋、膚、 和糖脂的方法，W及醇、碳水化合物和核巧酸的憐酸醋的方法。該專利描述了在具有氨基保 護的氨基酸或幾基保護的膚的固相支持物上吸附不同底物的方法。必定地，在該支持物上 沒有吸附底物時不發(fā)生反應（實施例1和12)，因此該支持物用作該反應的催化劑。給出的 所有實施例均為分批反應，包括實施例19,其中乙締基月桂酸醋（溶解于t-BuOMe)循環(huán)通 過包含了吸附在硅膠上的甘油W及酶的填充床柱。用新鮮的t-BuOMe萃取W從柱上去除產 物1，3-二月桂酸醋。它并未教導或暗示該甘油可被重吸附，并在獨立于該酶和/或硅膠的 固定床反應器上運行該反應。所披露的硅膠用量介于該底物的60%至1000%。
[0015]Schneider等人的披露中所用的酶來自于Mucormihei、巧光假單胞菌 (Pseudomonasfluorescens)、德氏根霉（Miizopusdelemar)、柱狀假絲酵母（Candida cylin化acea)、W及圓弧青霉菌（Penicilliumcyclopium)。
[0016] 一種特別優(yōu)選的酶催化劑為來自疏綿狀嗜熱絲抱菌（Thermomyceslanuginosus) 的脂酶。該酶特異性針對甘油骨架上的1和3號位點，并在高達約75°C下熱穩(wěn)定。然而， 該酶很容易被自由基（例如過氧化物）、某些極性雜質（例如憐脂和皂類）、次級氧化產 物（例如酬和醒）、W及痕量金屬滅活。因此，油原料的品質非常重要。美國專利公布號 2003/0054509披露了在酶催化醋交換之前用娃石對油進行的預處理。在該實施例中所用的 娃石的量為反應中所用酶的172% (每22g酶使用38g娃石）。
[0017]NovozymesCo巧oration銷售固定化顆粒形式的來自疏綿狀嗜熱絲抱菌的脂酶， 其注冊商標為Lipozyme彩化IM。伴隨該酶產品的產品說明披露了使用方法，包括將脂質 冷卻至70°C，將該脂質累入單個反應器柱或罐中，并將油通過該柱或者將油與酶在罐中混 合。該脂質在柱或罐中接觸該酶，并連續(xù)進行醋交換。然后該醋交換的脂質可與其它脂質 混合、或除臭、或者運送至終端客戶。
[0018] 在設計酶催化醋交換工藝中要考慮的因素包括：它是分批工藝還是連續(xù)工藝； 它是否會包括單個或多個固定床反應器，如果有多個固定床，該床是串聯(lián)還是并聯(lián)；流速 可變還是恒定；如何控制酶轉化的程度；W及潛在的交叉污染問題。例如，參見比利時的 DeSmet小組的WimDeGreyt在 2004 年 12 月 6-8 日舉行的IUPAC-A0CSWorkshopon Fats，OilsandOilseedsAnalysesandProduction上發(fā)表的"Chemicalvs.Enzymatic Interesterificatio,其可從http://www.aocs.org/archives/analysis/pdfs/degreyt-i nteresterification-modifieddgw.p壯獲得。其中披露了如果使用的是單個固定床，則酶 活性將隨時間下降。流速必須被降低，W確保反應進行至完全。運要求可變的速度控制累， W及對轉化的常規(guī)監(jiān)測，并導致在酶的壽命晚期的低生產率。由于需要頻繁取出并替換柱 中的酶，該工藝無法連續(xù)運行。通常，當床中