SE452166B - Forfarande for transesterifiering av triglycerider - Google Patents

Description

452 166 'l b Om enzymer som normalt katalyserar hydrolysreaktioner kan aktiveras i vattenfri miljö sker reaktionen i stället i motsatt riktning, d v s kondensationsprocessen katalyseras. I ett sådant afall kan lipaser katalysera reaktionen mellan fettsyra och glycerol under bildning av triglycerid. Helt utan vatten sker dock inte dessa omvända enzymkatalyserade reaktioner. Det tycks som om enzymet í sin allra närmaste omgivning behöver en vattenmiljö. Halten av sådant “hydrat- vatten" kan dock vara mycket låg, ofta betydligt under 1% räknat på hela lösningens vikt. Vattnet kan fördelas i den organiska miljön genom att något mineral, t ex celite eller kalciumkarbonat, hydratiseras och sedan dispergeras genom omrörning.

Det faktum att vissa enzymer kan fungera även i väsentligen vattenfri miljö har öppnat nya möjligheter för enzymatiska reaktioner inom organisk processkemi. Dels kan vid sidan av hydrolyser även kondensationsreaktioner utföras, dels kan många löslighetsproblem med. organiska substrat i vatten undvikas, eftersom organiska lösningsmedel kan utnyttjas.

När det gäller lipaser i organisk miljö är det inte av något stort praktiskt intresse att kunna utföra en triglyceridsyntes, eftersom triglycerid är den råvara ur vilken glycerol och de flesta fettsyror framställs. Det är däremot av betydande kommersiellt intresse att med hjälp av lipaser i organisk miljö kunna utföra s 1: transesterifie- ringar, d v s utbyte av en eller flera fettsyror på en triglycerid mot nya fettsyror. Utgående från blandningar av billiga triglycerider och fettsyror kan härigenom olika typer av nya triglycerider framställas, även sådana ysom inte existerar, eller är ovanliga, i naturen. Genom att utnyttja den selektivitet som många enzymer uppvisar är det t o m möjligt att styra inkorporeringen av den nya fettsyran i en triglycerid, så att den hamnar antingen i någon av ytter- 4-52 166 positionerna (1,3-positionerna) eller slumpmässigt fördelar sig på alla tre positionerna.

Denna princip har i nyligen publicerade arbeten utnyttjats för att genom transesterifiering med enzymet Rhizopus delemar, ett lipas, överföra billiga destillations- fraktioner frán palm- och olivolja till en komposition som svarar mot kakaosmörets (K Yokozeki et al, Europ J Appl Microbiol Biotechnol, li (1982) 1; T Tanaka et al, Agric Biol Chem, gå (1981) 2387; M H Coleman och A R Macrae, U S patent 4,275,081 (1981)). Naturligt kakaosmör är idag en bristvara som betingar ett högt pris.

Den kemiska reaktion som äger rum vid denna process kan förenklat skrivas Om lipas' i ___, En I ovanstående formel betyder S stearinsyra, P palmitinsyra och 0 oljesyra. En blandning av stearinsyra och en triglycerid med palmitinsyrarester i 1; och 3-position och oljesyrarest i 2-position har överförts till en blandning av palmitinsyra och en ny triglycerid, där stearinsyraresten nu återfinns i 1,3-positionerna. Lipaset Rhizopus delemar är positionsspecifikt, d v s transesterifieringen äger rum i 1,3-positionerna och lämnar 2-positionen intakt.

Ovanstående formel är i viss mån en förenkling. Palm- eller olivoljafraktionen är inte ren P-O-P-triglycerid och kakaosmör är ej ren S-O-P-tríglycerid. I stora gdrag kan formeln dock sägas beskriva den aktuella processen.

Enligt litteraturen utförs processen med fördel i hexan eller liknande kolväte. Reaktionshastigheten är emellertid relativt låg och en någorlunda fullständig reaktion kräver 452 166 _ _r 40-50 h. reaktionstiden är en nackdel för processen och kan inte reaktionstider i storleksordningen Den långa avhjälpas genom en temperaturhöjning p g a bristande enzym- stabilitet över 40°C.

Det har nu överraskande visat sig att om transesteri- d v s en 81-99,8 0.1-15 viktprocent av en ytaktiv del och 0.1-4 viktprocent vatten, så ökar reaktions- hastigheten. således Enligt uppfinningen är det möjligt att med känd teknik reducera reaktionstiden till 1/10-del av den reaktionstíd som erfordras under i övrigt fiering istället utförs i en s k mikroemulsion, termodynamisk stabil lösning viktprocent av en hydrofob del, som innehåller Halten vatten i mikroemulsionen överstiger inte 4 viktprocent. samma reaktionsbetingelser. Detta innebär givetvis betydande ekonomiska fördelar I en mikroemulsion utgöres vanligtvis 'den ytaktiva komponenten av en kombination av en ytaktiv förening och en vilken oftast är en alkohol eller en ytaktiva s k hjälptensid, Det anjoniskt, katjoniskt, amfotärt eller av nonjonisk typ. Alkoholen eller glykoleter. ämnet kan vara glykoletern brukar vara en lågmolekylär förening. Exempel på vanliga substanser av denna typ är butanol, pentanol, hexanol, butylglykol och butyldiglykol.

Det har i detta sammanhang visat sig speciellt fördel- som kan bilda Ytaktiva nonjoniska aktigt att använda en ytaktiv förening mikroemulsioner utan närvaro av hjälptensid. föreningar som har denna förmåga är vissa föreningar, vilka som hydrofil grupp har en polyalkenglykol- kedja framställd genom polymerisation av etenoxid eller av kombinationer av etenoxid och propen- och/eller butenoxid, samt vissa joniska föreningar som har den joniska, hydrofila gruppen i en icke-terminal position pà kolvätekedjan.

När det gäller nonjoniska tensider är polyetenglykol föredraget som hydrofil komponent och polyglykolkedjans längd å» 452 166 är' i det mest föredragna fallet mellan 3 och 8 etenoxid- enheter i genomsnitt. Den hydrofoba delen kan härröra från hydroxylföreningar eller karboxylföreningar, vilka innehåller en alkylkedja bestående av 8-20 kolatomer eller av en alkylarylgrupp bestående av totalt 9-24 kolatomer. Exempel på sådana föreningar är etenoxidaddukter av nonylfenol, oktylfenol och fettalkoholer.

När det gäller joniska tensider är anjoniska grupper såsom sulfonat, sulfat, karboxylat, fosfat och fosfonat föredragna. Sulfonat är speciellt föredragen anjonisk grupp.

Eventuellt kan dessa tensider även innehålla alkylenoxi- grupper, såsom etylenoxi, som kopplingselement mellan den anjoniska gruppen och den hydrofoba gruppen. Den hydrofoba delen kan utgöras av en alkylkedja bestående av 10-22 kolatomer eller av en alkylarylgrupp bestående av totalt 9-24 kolatomer. Enstaka eter-, ester- eller amidbindningar kan finnas i den hydrofoba delen. Exempel på lämpliga joniska föreningar är di(2etylhexyl)sulfosuccinat och karboxy- metylerade nonylfenoletoxilat innehållande l-4 etylenoxi- grupper.

Mikroemulsionens hydrofoba komponent kan i princip vara vilket med vatten oblandbart organiskt lösningsmedel som helst. Alifatiska kolväten, antigen rena, definierade sådana, t ex hexan eller nonan, eller bredare destillationfraktioner, t ex petroleumeter 60-80, är föredragna. Vattenfasen är ofta en-buffertlösning, som skall ge ett för enzymet optimalt pH. Även t ex destillerat vatten kan utgöra vattenfas.

Mikroemulsioner som är föredragna att använda vid förfarandet enligt uppfinningen innehåller 93-99.0 viktprocent av den hydrofoba delen; 0.3-8 viktprocent av den ytaktiva delen och 0.3-2 viktprocent vatten. Härav framgår, att halten vatten är relativt liten. ökas halten vatten t ex till 70 viktprocent, kommer hydrolysreaktionen att dominera. 452 166 l; Uppfinningen belyses ytterligare av nedanstående exempel. _ Exemgel 1 Vid enzymatisk transesterifiering av palmoljefraktion med stearinsyra utfördes reaktionen i närvaro av en mikroemulsion med följande sammansättning. 2.7 viktprocent trietenglykoleter av dodecylalkohol 96.2 -"f teknisk nonan 1.1 -"- buffert pH 8 Mängden palmolja/stearinsyra (viktförhållande 2:1) var 5.3 gram per 100 gram mikroemulsion. Som enzym användes Rhizopus delemar i en mängd av 34 mg per 100 gram mikro- emulsion. Reaktionen utfördes under omrörning vid 35°C. Prov togs efter 4, 8, 24 och 48 h. Triglyceriden separerades kromatografiskt och analyserades med avseende på fett- syrasammansättning.

Resultatet framgår av nedanstående tabell. Som synes har stearinsyran ersatt delar av palmitinsyran och oljesyran i palmoljan och reaktionen är i stort sett över efter 4 h.

TABELL Reaktionstid Fettsyrasammansättning i triglyceriden (%) (h) Stearinsyra Palmitinsyra Oljesyra 5.4 48.7 _ 45.9 27.8 32.1 40.1 27.0 33.2 39.8 24 31.1 34.9 34.0 48 31.2 35.4 33.4 Som jämförelse utfördes en transesterifiering av palm- oljefraktion med stearinsyra i hexan i enlighet med känd teknik. i 452 166 En komposition innehållande följande komponenter per 100 gram tillreddes. 5 g palmolja/stearinsyra 2:1 0.3 g celite 94.6 g _ teknisk nonan 0.1 g buffert pH 7 34 mg lipas Phizopus delemar Reaktionen utfördes under omrörning vid 35°C. Prov togs efter 4, 8, 24 och 48 h. kromatografiskt och analyserades med avseende på fettsyra- Triglyceriden separerades sammansättningen.

Resultatet nedanstående tabell. En reaktionstid av ca 40 h erfordras för att få en tillfreds- ställande omsättning. D v s reaktionstiden är ca 10 gånger framgår av längre än vid förfarandet enligt uppfinningen Reaktionstid Fettsyrasammansättning i triglyceriden (%) (h) Stearinsyra Palmitinsyra Oljesyra 5.4 48.7 45.9 7.5 49.2 43.3 17.2 42.8 ' 40.0 24 22.4 40.7 36.9 48 32.6 31.2 36.2

Claims (7)

452 166 _ _% PATENTKRAV

1. l. Förfarande för transesterifiering av en triglycerid med en fettsyra i närvaro av ett lipas, kännetecknat av att transesterifieringen utförs i en termodynamisk stabil lösning, som innehåller 81-99.8 viktprocent av en hydrofob del, Ö.1-15 viktprocent av en ytaktiv del och 0.1-4 vikt- procent.vatten.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav att den hydrofoba delen utgörs av ett kolväte.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat därav att> den ytaktiva delen utgörs av enbart en ytaktiv förening.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat därav att den ytaktiva föreningen är nonjonisk.

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknatv därav att den nonjoniska ytaktiva föreningen har 3 till 8 etenoxidenheter i den hydrofila delen.

6. förfarande enligt krav 1-5, kännetecknat därav att den hydrofoba delen utgör 93-99.5%, den ytaktiva delen 0.3-8% och vatten 0.3-2% räknat på den termodynamiskt stabila lösningens vikt.

7. Förfarande enligt krav l-6, kännetecknat därav att palm- eller olivolja omsättes med stearinsyra.