一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法。该方法包括以下步骤：A，将醇类发酵装置与分离系统耦合，对发酵产生的醇类产物进行分离，获得醇类粗品；B，将醇类粗品与有机酸混合，在脂肪酶的催化下，进行酯化反应，合成酯类化合物。所述方法将醇类发酵和酯类催化级联，有效解决了传统醇类发酵附加值低的问题，且所用的醇类化合物来源于发酵，醇类产物无需精馏到无水溶剂产品即可作为底物进行催化转化。同时，该方法下游操作以有机相分离为主，避免了精馏精制时水的介入，有效降低醇类分离过程的能耗和成本，提升方法的整体经济性，可应用于生物柴油、生物塑化剂和生物功能酯的生产和制备中。

A method for preparing esters from alcohols by lipase catalysis

The invention relates to a method for preparing esters compounds by using lipase catalyzed fermented products of alcohols. The method includes the following steps: A, the alcohols fermentation device and the separation system are coupled, the alcohols produced by the fermentation are separated and the alcohols are obtained. B, the alcohols are mixed with organic acids, the esterification reaction is carried out under the catalysis of lipase, and the esters are synthesized. The methods described the alcohols fermentation and ester catalytic cascade, which effectively solved the problem of low added value of traditional alcohols fermentation, and the alcohols were derived from fermentation. Alcohol products could be used as substrates for catalytic conversion without distillation to anhydrous solvents. At the same time, the downstream operation of this method is mainly organic phase separation, which avoids the intervention of water in the distillation process, effectively reduces the energy consumption and cost of alcohols separation process, and improves the overall economy of the method. It can be applied to the production and preparation of biodiesel, biological plasticizer and biofunctional ester.

【技术实现步骤摘要】
一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法
本专利技术属于生物催化
，具体涉及一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法。
技术介绍
利用天然有机质进行醇类化合物的发酵生产是实现化学品可持续供应的重要手段。在传统的醇类发酵过程中，由于产物抑制，导致发酵效率低，发酵产物浓度低，进而导致产物的分离成本高。为面向产业化应用，醇类发酵工艺过程的经济性有待进一步提升。通过发酵分离耦合，可以实现发酵过程中，毒性醇类产物的原位脱除，提高发酵产率，获得浓缩发酵产物。但由于分离技术的局限，经原位分离后的醇类化合物溶液仍需要进一步的分离和纯化才能够获得最终的溶剂产品。但在对这类溶液的分离时，仍需要投入大量能量以完全脱除溶剂中的水分或对分离介质实现回收利用。为进一步降低醇类化合物的生产和分离成本，获取更大的经济效益，通过对醇的原位分离产物进行进一步催化转化，可以生产出更高价值化学品。利用脂肪酶催化，可以实现醇类化合物与有机酸的酯化，或与其他酯类化合物间的转酯化，获取高价值酯类化合物。同时相较于醇类化合物和水的分离，将醇类化合物生物催化转化为酯类化合物后，可以对其中的有机相进行后续分离，由于水含量更低，其分离成本相应会有显著降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法，该方法能减少醇类化合物发酵的产物抑制，降低发酵产物分离成本和能耗，获取高附加值酯类化合物，可应用于生物柴油、生物塑化剂和生物功能酯的生产和制备。为此，本专利技术提供了一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法，其包括以下步骤：A，将醇类发酵装置与分离系统耦合，对发酵产生的醇类产物进行分离，获得醇类粗品；B，将醇类粗品与有机酸混合，在脂肪酶的催化下，进行酯化反应，合成酯类化合物。在专利技术的一些实施例中，所述分离系统为原位分离系统或离线分离系统，优选所述分离系统为原位分离系统；所述耦合为连续耦合或间歇耦合。在本专利技术的另一些实施例中，所述分离的方法为气提法、渗透汽化法、液液萃取法、吸附法、蒸汽渗透法和渗透萃取法的一种或多种。在本专利技术的一些实施例中，所述醇类产物包括乙醇、正丁醇、异丙醇、异丁醇、戊醇和己醇的一种或多种。在本专利技术的另一些实施例中，所述有机酸为C1-C20的烷烃羧酸，或具备酯键或羧基的芳香烃类化合物；优选所述有机酸为C4-C16烷烃羧酸。在本专利技术的一些实施例中，所述脂肪酶为游离的脂肪酶或固定化的脂肪酶；所述脂肪酶的来源包括亚罗解脂耶氏酵母、南极柱状假丝酵母、米根霉菌属、毛霉、梭菌属或具备产脂肪酶的经过基因工程改造的菌株中的一种或多种；优选所述脂肪酶的来源为亚罗解脂耶氏酵母和/或南极柱状假丝酵母。在本专利技术的另一些实施例中，所述脂肪酶的添加方式为批次添加、连续添加或补料批次添加；所述醇类粗品的添加方式为批次添加、连续添加或补料批次添加，优选所述醇类粗品的添加方式为连续添加或补料批次添加。在本专利技术的一些实施例中，所述酯化反应的体系为水溶剂催化体系或有机溶剂催化体系。在本专利技术的另一些实施例中，所述酯化反应中脂肪酶的添加量为有机酸质量的2％-20％(w/w)，优选脂肪酶的添加量为有机酸质量的2％-10％(w/w)；进一步优选脂肪酶的添加量为有机酸质量的6％-8％(w/w)；所述酯化反应的温度为20-50℃，优选反应温度为33-40℃，进一步优选反应温度为33-37℃；所述酯化反应的搅拌速度为50-500rpm，优选搅拌速度为100-300rpm，进一步优选搅拌速度为150-250rpm。在本专利技术的一些实施例中，用于醇类发酵的菌体为固定化菌体或游离菌体；和/或醇类发酵的方式为批次发酵、补料分批发酵、连续发酵或反复批次发酵。本专利技术的有益效果为：所述方法将醇类发酵和酯类催化级联，有效解决了传统醇类发酵附加值低的问题，且所用的醇类化合物来源于发酵，醇类产物无需精馏到无水溶剂产品即可作为底物进行催化转化。同时，该方法下游操作以有机相分离为主，避免了精馏精制时水的介入，有效降低醇类分离过程的能耗和成本，提升方法的整体经济性，可应用于生物柴油、生物塑化剂和生物功能酯的生产和制备中。附图说明下面将结合附图来说明本专利技术。图1为实施例1中水溶剂同步酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图2为实施例1中有溶剂补料批次添加酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图3为实施例2中水溶剂一次添加酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图4为实施例2中有机溶剂补料批次添加酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图5为实施例3中水溶剂补料批次酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图6为实施例4中以五种类型ABE冷凝液为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图；其中，(a)为以第一步气提获得的ABE冷凝液为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图，(b)为以第一步气提获得的ABE冷凝液的水相为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图，(c)为以第一步气提获得的ABE冷凝液的有机相为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图，(d)为以第二步气提获得的ABE冷凝液为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图，(e)为以第一步气提获得的ABE冷凝液的有机相和第二步气提获得的ABE冷凝液的混合液为底物的酯化过程中各物质的浓度变化示意图。图7为实施例5中水溶剂补料批次添加酯化过程中各物质的浓度变化示意图。具体实施方式为使本专利技术容易理解，下面将详细说明本专利技术。本专利技术涉及一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法，其包括以下步骤：A，将醇类发酵装置与分离系统耦合，对发酵产生的醇类产物进行分离，获得醇类粗品；B，将醇类粗品与有机酸混合，在脂肪酶的催化下，进行酯化反应，合成酯类化合物；所述酯类化合物存在于反应液的有机相中，将反应液进行分相后，对有机相进行精制，获得酯类化合物。本专利技术所述用语“醇类粗品”是指含水分的醇类代谢产物；所述醇类粗品中的水分含量小于95wt％。本专利技术中所采用的脂肪酶有较强的水耐受能力，能够以水含量较高的底物为原料进行酯类化合物的高效生产。在专利技术的一些实施例中，所述分离系统为原位分离系统或离线分离系统。在本专利技术的一些优选实施方式中，所述分离系统为原位分离系统。所述原位分离系统指的是在发酵进行过程中，原位对醇类产物进行分离；所述离线分离系统指的是待醇类发酵终止时，对发酵醪液进行离线分离。在本专利技术的一些实施例中，醇类发酵装置与分离系统连续耦合或间歇耦合。在本专利技术的一些实施例中，对发酵产生的醇类产物进行分离时所采用的方法为气提法、渗透汽化法、液液萃取法、吸附法、蒸汽渗透法和渗透萃取法的一种或多种；优选采用上述方法中的一种对醇类产物进行分离，即优选单级分离后的醇类粗品作为酯类催化反应的底物。根据本专利技术，所述醇类产物包括乙醇、正丁醇、异丙醇、异丁醇、戊醇和己醇的一种或多种；所述有机酸为C1-C20的烷烃羧酸，或具备酯键或羧基的芳香烃类化合物；优选所述有机酸为C4-C16烷烃羧酸。本专利技术所述用语“芳香烃类化合物”是含有苯基、呋喃基、咪唑基、噻唑基、吡咯基、吡啶基、噻嗪基、噻吩基等基团的芳香烃类衍生物。在本专利技术的一些实施例中，所述脂肪酶为游离的脂肪酶或固定化的脂肪酶；所述脂肪酶的来源包括亚罗解脂耶氏酵母、南极柱状假丝酵母、米根霉菌属、毛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法，其包括以下步骤：A，将醇类发酵装置与分离系统耦合，对发酵产生的醇类产物进行分离，获得醇类粗品；B，将醇类粗品与有机酸混合，在脂肪酶的催化下，进行酯化反应，合成酯类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种利用脂肪酶催化醇类发酵产物制备酯类化合物的方法，其包括以下步骤：A，将醇类发酵装置与分离系统耦合，对发酵产生的醇类产物进行分离，获得醇类粗品；B，将醇类粗品与有机酸混合，在脂肪酶的催化下，进行酯化反应，合成酯类化合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离系统为原位分离系统或离线分离系统，优选所述分离系统为原位分离系统；所述耦合为连续耦合或间歇耦合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分离的方法为气提法、渗透汽化法、液液萃取法、吸附法、蒸汽渗透法和渗透萃取法的一种或多种。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述醇类产物包括乙醇、正丁醇、异丙醇、异丁醇、戊醇和己醇的一种或多种。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述有机酸为C1-C20的烷烃羧酸，或具备酯键或羧基的芳香烃类化合物；优选所述有机酸为C4-C16烷烃羧酸。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述脂肪酶为游离的脂肪酶或固定化的脂肪酶；所述脂肪酶的来源包括亚罗解脂耶氏酵母、南极柱状假丝酵母、米根霉菌属、毛霉、梭菌属和具备产脂肪酶的经过基因工程改造的菌株中的一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭天伟，陈长京，蔡的，陈必强，秦培勇，胡嵩，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11