对脂质进行酶处理的连续工艺的制作方法
【专利说明】对脂质进行酶处理的连续工艺
[0001] 本申请是申请日为2009年12月08日、申请号为200680056895. 4、名称为"对脂 质进行酶处理的连续工艺和设备"的发明申请的分案。
[000引发明背景
[0003] 本发明设及在多个固定床反应器中对含脂质组合物进行连续酶处理的工艺，W及 实施该工艺的设备。更具体而言，本发明设及采用多个固定床反应器对含脂质组合物进行 连续酶处理的工艺和设备，其中即使固定床的酶活性随时间改变，并且即使当一个固定床 离线例如进行修复、替换或补充时，该含脂质组合物的流速保持基本恒定。此外，本发明设 及通过在脂质接触酶之前对脂质进行预处理W及通过连续工艺运行该设备，从而提供该酶 活性出人意料的显著提升的工艺和设备。
[0004] 脂肪由连接至Ξ碳甘油骨架的脂肪酸构成。脂肪酸由具有末端径基基团的碳原 子链构成。径基基团可连接至该甘油骨架上的一个、两个或Ξ个径基基团，从而形成单、双 或Ξ酷基甘油，或脂肪。脂肪的功能和营养品质取决于多种因素，包括：其为单酷基甘油 (MAG)、二酷基甘油（DAG)还是Ξ酷基甘油（TAG);脂肪酸链中的碳原子数量；该链是饱和 的、单不饱和的还是多不饱和的；该链中是否有任意的不饱和双键呈顺式或反式异构体的 形式；任意双键在该链中的位置；W及不同种类的脂肪酸相对于该甘油骨架的Ξ个碳原子 的位置。
[0005] 脂质是包括多种化学物质的一个类别，代表性的种类为脂肪、油、蜡和憐脂。运一 广泛的类别中包括了甘油Ξ醋、甘油二醋、甘油单醋、脂肪酸、脂肪醇、皂类和清洁剂、祗締、 类固醇、W及维生素A、E、〇2和K1。脂质可从含油种子（例如大豆、芸苔、油菜巧、葵花巧、 栋桐、和橄揽）、动物产品（例如鱼、猪肉、和牛肉）、W及合成的化合物或合成衍生的组合物 (例如用于营养应用的结构脂质、用于工业和药物应用的油脂化学品、和用作能源的生物柴 油）中获取。植物油可从含油种子通过压棒或溶剂提取油后获得。粗制油包含了多种微量 成分。运些成分中的一部分对于油的性能或观感存在不利影响，而其它的一些成分，如酱醇 和生育酪则具有营养价值。
[0006] 通过溶剂提取或机械压棒从油料巧实（大豆、油菜等）获得的脂质可进行精制W 除去可导致最终产品中出现不良颜色和/或味道的杂质。传统的精制包括用氨氧化钢处 理该油，W中和游离脂肪酸，并通过离屯、去除憐脂。然后用热的软化水洗涂该油，并离屯、去 除油中存在的残余皂类和憐脂。然后使用"漂白±"对该"一次精制"的油进行脱色，并进 行过滤，W吸附油中存在的叶绿素和叶绿素衍生物，W及任意残留的皂类、憐脂和痕量金 属。漂白±或粘±去除脂质中的杂质的用途已为本领域公知。该物质的第一个通用名为 '卞uller'si"。目前的漂白±可^是中性的或酸活化的。常用的矿物粘±为斑脱±、蒙脱 ±、娃儀±、蒙脱石和/或hormite。
[0007] 称为"改良的碱精制"的替代性工艺为本领域公知，其中完全除去了水洗步骤， 并代之W硅胶处理，从而吸附残余的皂类、憐脂和痕量金属。Pryor等人的美国专利号 5, 336, 794和Welsh等人的美国专利号5, 231，201披露了一种两相工艺，其中油首先与无 定形娃石吸附剂接触，W从油中除去所有的或基本上所有的皂类或树胶，或同时除去两者， 并减少憐脂含量，然后通过除色剂填充床过滤对油进行脱色。在碱处理的油被离屯、后，向浆 状的油中添加0. 01%至1. 0%的硅胶。已知可用于该目的硅胶产品包括W.R.Grace&Co.销 售的商标为TriSy!?(硅胶）的产品，该产品为不含无定形娃石的流动性粉末，其包含约 60-65 %的水分，最小平均颗粒大小约为18. 0微米，平均孔径介于约60至5000A，堆积密 度约为500kg/m3。将油与该娃石混合，随后在真空喷雾干燥器中干燥，然后从油中滤走该娃 石。如果过滤器中已经有漂白粘±，则该工艺便为本领域公知的"填充床漂白"。水分保持 娃石孔的完整性，并允许杂质吸附在孔内。
[0008] 近几年来，人们对于传统食物制备中使用的高反式脂肪和催化加氨产品 (skxrteningpro化cts)的替代品有着越来越高的兴趣。传统上，液体油通过儀氨化被制成 含功能脂肪的固体，W用于各种人造黄油和催化加氨产品。该种氨化工艺导致了反式脂肪 酸的形成。据认为反式脂肪酸含量较低的脂肪对于消费者具有特定的健康益处。因此，许 多大型食品生产商正W低或者甚至零反式脂肪组合物来取代高反式脂肪。最初，对于提供 低反式脂肪产品的努力集中在减少脂肪产品的氨化水平上。最近，运种努力集中在改变液 态油的结构，从而改变烙解属性和功能，同时不会改变脂肪酸组成或生成反式脂肪酸。实现 运一点的方法之一是已知称为醋交换的工艺。
[0009] 醋交换是Ξ酷基甘油结构的一种已知反应，在该反应中，甘油部分上被醋交换的 甘油Ξ酸醋位置处的单个脂肪酸结构被互换。运有时被称为或认为是随机的，其中来自Ξ 酷基甘油的一个甘油组分的脂肪酸部分与另一Ξ酷基甘油的甘油组分的脂肪酸部分互换。 运产生了交换了脂肪酸部分的Ξ酷基甘油结构，该交换了的脂肪酸部分随甘油结构而变 化。本领域的现有技术包括化llosa等人的美国专利号5, 434, 278、Doucet的美国专利号 5, 908, 655、Cherwin等人的美国专利号6, 124, 486W及Liu等人的美国专利号6, 238, 926。
[0010] 醋交换技术已经发展到能够生成，例如，具有用于某种应用所需的某种烙解特性 的甘油Ξ酸醋组合物。运种脂质在此通常被称为"结构脂质"，W区别于从未经醋交换的 相同成分的物理混合物所得到的醋交换产物。Swern，Bailey'sIn化strialOilandFat Prcxlucts，第3版，第941-970页（1964)描述了通过化学方法对脂肪酸和甘油、单和多径基 醇的再醋化，脂质的醋交换（酸解和醇解）W及转醋化。
[0011] 醋交换可通过化学方法或酶催化方法实现。化学醋交换通常采用甲醇钢等化学催 化剂来实现。尽管化学醋交换从催化剂角度看成本较低，但它具有许多明显的缺陷。甲醇钢 催化剂较为危险且难W处理。所得的醋交换是随机的，且无法使生产商对所得产品结构进 行优选的控制程度。化学醋交换还可导致相对高的油损耗。本领域的现有技术包括Kaita 等人的美国专利申请号2002/0010359、Bayense等人的美国专利号6, 072, 064、Coope;r等人 的美国专利号5, 399, 728、W及Stipp等人的美国专利号5, 142, 072。
[0012] 在酶催化醋交换中，酶催化剂比甲醇钢成本更高，且具有较低的活性和稳定性。但 酶催化剂可提供对最终醋交换产物的结构的较大程度的控制。具体地，使用某种酶可实现 甘油骨架链上1和3号位置处的特异性醋交换，运也是最希望发生醋交换的位置。尽管酶 催化剂最初仅被用于高附加值产品，但如今它们被越来越多地用于日用脂肪和脂肪混合物 的生产。
[0013] 酶是能在其它物质间形成特定化学反应且自身并不改变的复杂蛋白，即，它是一 种生物催化剂。该些生物催化剂由各种微生物表达或生成。适用于本发明的酶包括醋酶；酷 基转移酶；那些可促进酸解反应、转醋反应、醋合成、或醋交换反应的酶；具有憐脂酶或蛋白 酶活性，包括热稳定和耐热的水解酶活性的酶；W及多聚核巧酸。本领域中的微生物包括： 根酶属巧hizopus)、曲霉属（Aspergillus)、毛霉菌属（Mucor)、地丝菌属（Geotrichum)、 假单胞杆菌属（Pseudomonas)、青霉菌属（Penicillium)、色素杆菌属（Qiromobacterium)、 念珠菌属（Candida)、无色杆菌属（Ac虹omobacter)、产碱杆菌属（Alcaligenes)、棒状杆 菌属（Corynebacterium)、Humicora、Humicolo、葡萄球菌（Staphylococ州S)、根毛霉属 烟lizomucor)、球拟酵母属（Torulopsis)、^及杆菌属度acillus)。由上述微生物生成的 运类酶披露于Sugiura等人的美国专利申请号2001/0004462、Bosl巧等人的美国专利号 5, 773, 266、如inlan的美国专利号5, 658, 768、Miyamoto等人的美国专利号5, 461，170、W 及Myojo等人的美国专利号5, 219, 733。
[0014] 在美国专利5, 508, 182中，Schneider等人披露了多种生产两亲化合物的方法， 其通过吸附在固相支持物上的亲水底物与可具有疏水性的第二底物的生物催化反应实现。 Schneider等人描述了生成异构体纯的1，3-甘油二醋和1-甘油单醋、糖醋、氨基酸醋、肤、 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。该专利描述了在具有氨基保 护的氨基酸或幾基保护的肤的固相支持物上吸附不同底物的方法。必定地，在该支持物上 没有吸附底物时不发生反应（实施例1和12)，因此该支持物用作该反应的催化剂。给出的 所有实施例均为分批反应，包括实施例19,其中乙締基月桂酸醋（溶解于t-BuOMe)循环通 过包含了吸附在硅胶上的甘油W及酶的填充床柱。用新鲜的t-BuOMe萃取W从柱上去除产 物1，3-二月桂酸醋。它并未教导或暗示该甘油可被重吸附，并在独立于该酶和/或硅胶的 固定床反应器上运行该反应。所披露的硅胶用量介于该底物的60%至1000%。
[0015]Schneider等人的披露中所用的酶来自于Mucormihei、巧光假单胞菌 (Pseudomonasfluorescens)、德氏根霉（Miizopusdelemar)、柱状假丝酵母（Candida cylin化acea)、W及圆弧青霉菌（Penicilliumcyclopium)。
[0016] 一种特别优选的酶催化剂为来自疏绵状嗜热丝抱菌（Thermomyceslanuginosus) 的脂酶。该酶特异性针对甘油骨架上的1和3号位点，并在高达约75°C下热稳定。然而， 该酶很容易被自由基（例如过氧化物）、某些极性杂质（例如憐脂和皂类）、次级氧化产 物（例如酬和醒）、W及痕量金属灭活。因此，油原料的品质非常重要。美国专利公布号 2003/0054509披露了在酶催化醋交换之前用娃石对油进行的预处理。在该实施例中所用的 娃石的量为反应中所用酶的172% (每22g酶使用38g娃石）。
[0017]NovozymesCo巧oration销售固定化颗粒形式的来自疏绵状嗜热丝抱菌的脂酶， 其注册商标为Lipozyme彩化IM。伴随该酶产品的产品说明披露了使用方法，包括将脂质 冷却至70°C，将该脂质累入单个反应器柱或罐中，并将油通过该柱或者将油与酶在罐中混 合。该脂质在柱或罐中接触该酶，并连续进行醋交换。然后该醋交换的脂质可与其它脂质 混合、或除臭、或者运送至终端客户。
[0018] 在设计酶催化醋交换工艺中要考虑的因素包括：它是分批工艺还是连续工艺； 它是否会包括单个或多个固定床反应器，如果有多个固定床，该床是串联还是并联；流速 可变还是恒定；如何控制酶转化的程度；W及潜在的交叉污染问题。例如，参见比利时的 DeSmet小组的WimDeGreyt在 2004 年 12 月 6-8 日举行的IUPAC-A0CSWorkshopon Fats，OilsandOilseedsAnalysesandProduction上发表的"Chemicalvs.Enzymatic Interesterificatio,其可从http://www.aocs.org/archives/analysis/pdfs/degreyt-i nteresterification-modifieddgw.p壯获得。其中披露了如果使用的是单个固定床，则酶 活性将随时间下降。流速必须被降低，W确保反应进行至完全。运要求可变的速度控制累， W及对转化的常规监测，并导致在酶的寿命晚期的低生产率。由于需要频繁取出并替换柱 中的酶，该工艺无法连续运行。通常，当床中