TWI646195B - 一種脂肪酶填充床生物反應器用於連續式合成二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種連續式製造二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類的方法，係利用脂肪酶填充床生物反應器，以固定化脂肪酶為催化劑，使用二十二碳六烯酸與二十碳五烯酸含量大於30%的脂肪酸為原料與醇類或酯類進行酯化反應，得到二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類。本發明為一種使用脂肪酶填充床生物反應器，連續式進行酯化反應合成二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類的方法，連續式的生產可降低生產成本與有效提升產率與產量。

Description

一種脂肪酶填充床生物反應器用於連續式合成二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類
本發明係關於一種含二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類的製造方法，更特別關於一種使用脂肪酶填充床生物反應器，連續式製造含二十二碳六烯酸酯類與二十碳五烯酸酯類的方法。
魚油中富含長鏈n-3多不飽和脂肪酸(n-3polyunsaturated fatty acids；PUFA)，例如二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid；DHA；C22：6)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid；EPA；C20：5)。DHA和EPA的生物效用已被廣泛研究，可降低血壓、血脂、膽固醇、治療心血管疾病、抗炎和抑制過敏反應、促進人腦及視網膜形成和延緩腦的衰老等。
在魚油中，其甘油三酯中的總脂肪酸有10-25%是n-3多不飽和脂肪酸，其醫療與保健效果並不理想，作為保健食品級用途一般要求其DHA和EPA的總含量大於30%，藥品級用途一般DHA和EPA的總含量必須大於60%。如果要將原料魚油作為保健品或者藥品來生產，需使用物理或化學的方法來提升DHA和EPA的含量，進而提升其醫療與保健效果。
現公開的DHA酯類與EPA酯類的製造，例如Poisson等人的文獻中提及的方法(Journal of Biotechnology 91(2001)75-81)，使用富含 DHA與EPA的油脂為原料，加入乙醇，利用脂肪酶進行轉酯化反應，但此法有時間長、批次生產、合成轉化率低及產物的DHA與EPA含量不高的缺點。
為克服時間長、批次生產、合成轉化率低及產物的DHA與EPA含量不高的缺點，因此本發明提供一種快速、有效的且能長時間操作連續式生產高含量的DHA酯類與EPA酯類方法。
本發明實施例提供一種使用脂肪酶填充床生物反應器，能連續式製造含DHA與EPA酯類的方法，增加酵素與基質碰撞機率，而提高酯類合成莫耳轉換率。
為了達成上述之目的與功效，本創作係包括下列步驟，使用DHA與EPA含量高的脂肪酸(DHA與EPA的總含量大於30%)為原料和醇類或酯類以幫浦引流至脂肪酶填充床生物反應器中，該反應器填充固定化脂肪酶於內，連續式合成DHA酯類與EPA酯類。
本方法所使用之脂肪酸，其DHA與EPA總計的含量大於30%。
本方法所使用之醇類通式為R1OH，R1可為C1-20烷基。
本方法所使用之酯類通式為R2 COOR3，R2及R3可為相同或不同的C1-20烷基。
本方法中溫度在30-80℃。
本方法中反應物的滯留時間在0.1-60分鐘。
本方法中可使用超音波輔助，提升合成莫耳轉換率，其中超 音波的頻率在37至80Hz。
本方法中填充床反應器中填充的酵素為固定化脂肪酶(immobilized lipase)，以催化脂肪酸和醇類或酯類合成DHA與EPA酯類。
因此本創作可說是一種相當具有實用性及進步性之創作，相當值得產業界來推廣，並公諸於社會大眾。
第一圖係本發明第一實施例之脂肪酶填充床生物反應器裝置圖。
第二圖係本發明使用的脂肪酸原料的氣相層析分析圖。
第三圖係本發明實施例一使用的脂肪酸原料的液相層析分析圖。
第四圖係本發明實施例一脂肪酸原料流過脂肪酶填充床生物反應器後，產生的產物的液相層析分析圖。
本發明係有關一種使用脂肪酶填充床生物反應器，連續式合成DHA酯類與EPA酯類的方法，使用脂肪酸和醇類或酯類以幫浦引流至脂肪酶填充床生物反應器中，請參閱第一圖，經由脂肪酶催化反應後，合成DHA酯類與EPA酯類。其中使用之脂肪酸，其DHA與EPA總計的含量大於30%。所使用之醇類通式為R1OH，R1可為C1-20烷基。所使用之酯類，其通式為R2 COOR3，R2及R3可為相同或不同C1-20烷基。
裝置請參閱第一圖所示，本實施例為第一實施例，使用的脂肪酸原料，以氣相層析儀分析結果如第二圖，其DHA與EPA含量分別為53% 與17%，以乙酸乙酯為溶劑將脂肪酸配置成100mM濃度，並以磁石攪拌器混合均勻(如第一圖(a)所示)，將固定化脂肪酶填充於填充床生物反應器(如第一圖(c)所示)，利用幫浦(如第一圖(b)所示)將體積流量1mL/min之反應液導入填充床生物反應器中，該生物反應器為金屬管柱其長25cm，內徑0.46cm，溫度設定為反應溫度60℃，產物連續的流出脂肪酶填充床生物反應器並收集(如第一圖(e)所示)，收集的產物利用液相層析儀檢測並計算摩爾轉化率，反應前與通過管柱後的產物的液相層析圖譜分別如第三圖與第四圖，得到DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率為98%。
實施例二，使用的脂肪酸原料其DHA與EPA含量分別為53%與17%，以乙酸乙酯為溶劑將脂肪酸配置成300mM濃度，並以磁石攪拌器混合均勻，將固定化脂肪酶填充於填充床生物反應器(如第一圖(c)所示)，利用幫浦(如第一圖(b)所示)將體積流量3mL/min之反應液導入填充床生物反應器中，該生物反應器為金屬管柱其長25cm，內徑0.46cm，溫度設定為反應溫度60℃，得到DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率為95%。
實施例三，使用的脂肪酸原料其DHA與EPA含量分別為53%與17%，以乙酸乙酯為溶劑將脂肪酸配置成500mM濃度，並以磁石攪拌器混合均勻，將固定化脂肪酶填充於填充床生物反應器(如第一圖(c)所示)，利用幫浦(如第一圖(b)所示)將體積流量5mL/min之反應液導入填充床生物反應器中，該生物反應器為金屬管柱其長25cm，內徑0.46cm，溫度設定為反應溫度60℃，得到DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率為86%。相同條件下，脂肪酶填充床生物反應器以37Hz的超音波輔助後，可得到DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率為93%。
實施例四，以實施例一的條件，連續操作5天進行測試，DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率仍然為98%。
實施例五，以實施例一的條件，脂肪酶填充床生物反應器以37Hz的超音波輔助後，連續操作5天進行測試，DHA乙酯與EPA乙酯產物的摩爾轉化率仍然為98%。
實施例六，將實施例三中超音波輔助的產物與實施例五中的產物，各取100ml的產物於減壓濃縮機80℃去除乙酸乙酯及醋酸，分別可得15.9g與3.15g的產物，酯化反應的摩爾轉化率分別為98%與93%。
實施例七，使用的脂肪酸原料其DHA與EPA含量分別為53%與17%，以乙酸乙酯為溶劑將脂肪酸配置成400mM濃度，加入固定化脂肪酶25mg進行批次反應，在50℃溫度下，以150rpm/min速度震盪攪拌，反應八小時後，酯化反應的摩爾轉化率為97%。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本技術領域中具有通常知識者在不脫離本發明之精神與範圍內，當可做任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種使用脂肪酶填充床生物反應器催化合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其係包括下列步驟：使用DHA與EPA含量高的脂肪酸(DHA與EPA的總含量大於30%)為原料和醇類或酯類以幫浦引流至脂肪酶填充床反應器中，該反應器填充固定化脂肪酶於內，經由脂肪酶催化反應，連續合成DHA酯類與EPA酯類的產物。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中使用的脂肪酸，其DHA與EPA總計的含量大於30%。。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其中所使用之醇類通式為R1OH，R1可為C1-20烷基。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其中所使用之酯類通式為R2 COOR3，R2及R3可為相同或不同C1-20烷基。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，可使用超音波提升轉化率，超音波使用的頻率在37至80Hz。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其中溫度在30-80℃。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其中反應物的滯留時間在0.1-60分鐘。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之脂肪酶填充床反應器合成DHA酯類與EPA酯類的方法，其中填充床反應器中填充的酵素為固定化脂肪酶(immobilized lipase)。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之合成DHA酯類與EPA酯類的方法，可使用固定化脂肪酶(immobilized lipase)於批次下進行，固定化脂肪酶添加量0.01-5%，反應溫度30-80℃，反應時間1-8小時。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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