阅读说明：本技术 一种高纯度一丁酸甘油酯的合成方法和应用 (Synthetic method and application of high-purity glyceryl monobutyrate ) 是由 杨博 刘峥 陈华勇 蓝东明 田爱民 曾煜辉 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯度一丁酸甘油酯的合成方法和应用,包含以下步骤：(1)将丁酸和甘油进行酯化反应；(2)降低体系温度至60℃以下,加入总产物0.2～5倍重量的水,再得到反应混合物,加入脂肪酶,搅拌进行水解反应,使得二丁酸甘油酯占总酯的比例降低至5～15％；所述脂肪酶为Novozym435、TL-100L、PL20000L；(3)去除反应物中的脂肪酶,经分子蒸馏,得到高纯度一丁酸甘油酯。本发明实现了高纯度一丁酸甘油酯的合成,所述丁酸甘油酯在制备饲料添加剂中应用。(The invention discloses a synthetic method and application of high-purity glycerol monobutyrate, which comprises the following steps: (1) carrying out esterification reaction on butyric acid and glycerol; (2) reducing the temperature of the system to below 60 ℃, adding water with the weight of 0.2-5 times of that of the total product to obtain a reaction mixture, adding lipase, and stirring to perform hydrolysis reaction, so that the proportion of the dibutyrated glyceride in the total ester is reduced to 5-15%; the lipase is Novozym435, TL-100L, PL 20000L; (3) removing lipase in the reactant, and obtaining high-purity monobutyric acid glyceride through molecular distillation. The invention realizes the synthesis of high-purity glyceryl monobutyrate, and the glyceryl monobutyrate is applied to the preparation of feed additives.)

一种高纯度一丁酸甘油酯的合成方法和应用

技术领域

本发明涉及一种高纯度一丁酸甘油酯的合成方法。

背景技术

丁酸甘油酯，由丁酸分子和甘油通过化学键组成的，无色油状液体，略有特殊气味，其结构一般很稳定。丁酸甘油酯少量天然存在于乳脂中，本身呈中性，化学性质稳定，可以在脂肪酶的作用下释放出丁酸。丁酸具有强大的功能，对肠道健康起着巨大的作用，可直接或间接地参与消化道组织的修复和更新，为动物肠道细胞(特别是盲肠和结肠细胞)快速提供能量。根据丁酸在甘油链上的不同比例又可以分为一丁酸甘油酯、二丁酸甘油酯和三丁酸甘油酯。丁酸甘油酯因其具有独特的生物活性，已经进入动物的保健品领域。丁酸甘油酯是一类优秀丁酸补充剂，在肠道健康中具有举足轻重的地位。尤其是在我国决定在2020年禁止饲料中添加抗生素促生长剂以后，丁酸类产品将会迎来大爆发。有研究表明，在发育迟缓的仔猪饲料中添加丁酸甘油酯看提高其体重，促进免疫器官和小肠发育，改善肠道绒毛形态，提高绒毛表面积，增加粘膜免疫水平。

一丁酸甘油酯因为其独特的水溶性，使得其运用更加广泛。一丁酸甘油酯可以与水混溶，在动物饮水行业，运用基本没用限制，可以极大限度的按照家禽，家畜的需求量去使用，大大提高了养殖效率，节省了养殖时间，降低了成本。然而，目前的一丁酸甘油酯产品，因其合成过程中产生了较多的二丁酸甘油酯，导致不能完全溶于水，严重影响动物饮水的使用。

发明内容

针对于现有合成方法得到的一丁酸甘油酯纯度不高的缺点，本发明的目的是提供一种高纯度的一丁酸甘油酯的制备方法。本发明中，通过脂肪酶选择性催化的特性，将亲油性的二丁酸甘油酯水解为亲水性的一丁酸甘油酯，从而达到提纯的目的。产品经分离回收后，一丁酸甘油酯的纯度可以显著提高。

本团队研究发现，直接将丁酸和甘油在一定的温度下酯化，总会有20～40％的二丁酸甘油酯产生，因为二丁酸甘油酯的亲油性，其在水中的溶解度不高，这会导致，常规的丁酸甘油酯产品溶于水后，二丁酸甘油酯无法溶解，这些二丁酸甘油酯在实际的运用中会产生很大的不便。于是，本发明专利，利用了脂肪酶界面催化的特性，在一定的条件下，将反应产生的二丁酸甘油酯水解成一丁酸甘油酯，同时不水解一丁酸甘油酯，从而达到提纯的目的，解决了饮水型用法中存在二丁酸甘油酯无法溶解的问题，大大提高了养殖效率，降低了养殖成本。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种高纯度一丁酸甘油酯的合成方法，包含以下步骤：

(1)将丁酸和甘油进行酯化反应；

(2)降低体系温度至60℃以下，加入总产物0.2～5倍重量的水，再得到反应混合物，加入脂肪酶，搅拌进行水解反应，使得二丁酸甘油酯占总酯的比例降低至5～15％；所述脂肪酶为Novozym435、TL-100L、PL20000L；

(3)去除反应物中的脂肪酶，经分子蒸馏，得到高纯度一丁酸甘油酯。

优选地，步骤(1)中的丁酸与甘油的摩尔比为1:0.5～1:5。

优选地，步骤(1)中的反应温度为150～180℃，反应时间为2～8小时

优选地，步骤(1)中所述的脂肪酶加入量为10～100U/g反应混合物。

优选地，步骤(2)所述水解反应的温度为37±5℃，反应时间为4～8小时。

上述方法制得的高纯度一丁酸甘油酯，一丁酸甘油酯含量占总酯的比例大于90％。一丁酸甘油酯的酸价为1～5mgKOH/g。

所述的高纯度一丁酸甘油酯在制备饲料添加剂中应用。

所述的高纯度一丁酸甘油酯可以作为水产行业和家禽家畜饮水专用油。研究表明，该类油脂可以作为一种有效的水溶性的丁酸补充剂，可以有效的补充动物生长过程中需要的丁酸，更有利于动物的生长。

与现有的丁酸甘油酯相比，本发明具有以下特点：

(1)本发明中的高纯度一丁酸甘油酯，其水溶性是完全溶于水的，很大程度上方便了养殖过程中的使用；

(2)本发明首先合成丁酸甘油酯的混合物，再采用脂肪酶的选择性，其对一丁酸甘油酯水解活力低，对二丁酸甘油酯水解活力高，将二丁酸甘油酯转化为一丁酸甘油酯，实现了高纯度一丁酸甘油酯的合成。

(3)本产品采用酶法富集，绿色环保，安全，无公害，更适合动物的食用。

具体实施方式

以下通过实施例更详细的介绍本发明的实施，在所述实施例中，所有的百分比均为质量计。

实施例1

在反应容器中加入甘油1000g，丁酸1000g，在150℃的温度下，反应6小时，经气相色谱测得一丁酸甘油酯含量为53.7％，二丁酸甘油酯含量为35.4％，丁酸含量为9.9％(该组成不计甘油，下同)。然后将物料温度降至60℃，加入2000g的水，加入10g(约为50U/g反应物，下同)的脂肪酶TL100L(购自诺维信公司)，在37℃下，搅拌反应6小时后，过滤掉酶，分子蒸馏(主要参数为：蒸发温度为140℃，真空度为100pa)脱掉残留的水，丁酸以及甘油，即得到高纯度的一丁酸甘油酯。经气相色谱分析，主要成分结果为：一丁酸甘油酯含量为90.1％，二丁酸甘油酯含量为9.5％。酸价为3.2mgKOH/g。

实施例2

在反应容器中加入甘油2000g，丁酸1000g，在160℃的温度下，反应5小时，经气相色谱测得一丁酸甘油酯含量为55.6％，二丁酸甘油酯含量为35.7％，丁酸含量为7.8％。然后将物料温度降至60℃，加入3000g的水，加入15g的脂肪酶TL100L(购自诺维信公司)，在37℃下，搅拌反应6小时后，过滤掉酶，分子蒸馏(主要参数为：蒸发温度为140℃，真空度为100pa)脱掉残留的水，丁酸以及甘油，即得到高纯度的一丁酸甘油酯。经气相色谱分析，主要成分结果为：一丁酸甘油酯含量为90.7％，二丁酸甘油酯含量为8.8％。酸价为3.8mgKOH/g。

实施例3

在反应容器中加入甘油3000g，丁酸1000g，在165℃的温度下，反应4小时，经气相色谱测得一丁酸甘油酯含量为58.7％，二丁酸甘油酯含量为34.4％，丁酸含量为6.0％。然后将物料温度降至60℃，加入3000g的水，加入15g的脂肪酶PL20000L(购自诺维信公司)，在37℃下，搅拌反应5小时后，过滤掉酶，分子蒸馏(主要参数为：蒸发温度为140℃，真空度为100pa)脱掉残留的水，丁酸以及甘油，即得到高纯度的一丁酸甘油酯。经气相色谱分析，主要成分结果为：一丁酸甘油酯含量为91.7％，二丁酸甘油酯含量为8.0％。酸价为4.3mgKOH/g。

实施例4

在反应容器中加入甘油4000g，丁酸1000g，在165℃的温度下，反应4小时，经气相色谱测得一丁酸甘油酯含量为58.6％，二丁酸甘油酯含量为34.4％，丁酸含量为5.9％。然后将物料温度降至60℃，加入2000g的水，加入20g的脂肪酶Novozym435(购自诺维信公司)，在37℃下，搅拌反应5小时后，过滤掉酶，分子蒸馏(主要参数为：蒸发温度为140℃，真空度为100pa)脱掉残留的水，丁酸以及甘油，即得到高纯度的一丁酸甘油酯。经气相色谱分析，主要成分结果为：一丁酸甘油酯含量为93.5％，二丁酸甘油酯含量为6.3％。酸价为3.6mgKOH/g。

实施例5

取一个1.5L的烧杯，加入1kg水，再加入10g实施例1中的高纯度一丁酸甘油酯，搅拌后静置，观察发现溶液澄清透明，无析出物。结果说明，该专利生产的高纯度一丁酸甘油酯可以完全溶于水，更适合动物饮水添加。

实施例6

取一个1.5L的烧杯，加入1kg水，再加入100g实施例2高纯度的一丁酸甘油酯，搅拌后静置，观察发现溶液澄清透明，无析出物。结果说明，该专利生产的高纯度一丁酸甘油酯可以完全溶于水，更适合动物饮水添加。

实施例7

取一个1.5L的烧杯，加入1kg水，再加入200g实施例3高纯度的一丁酸甘油酯，搅拌后静置，观察发现溶液澄清透明，无析出物。结果说明，该专利生产的高纯度一丁酸甘油酯可以完全溶于水，更适合动物饮水添加。