一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法与流程

1.本发明属于生物化工技术领域，涉及一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法。


背景技术：

2.含有环氧基的植物油是重要的油化学品。这些油的主要应用是作为聚氯乙烯(pvc)增塑剂以及稳定剂应用于各个方面，环氧植物油可用作涂料的反应稀释剂和聚氨酯多元醇生产的中间体。
3.酶法催化环氧化虽然转化率高，但反应过程中存在着水解副反应且环氧化的氧化源通常使用过氧化氢，过氧化氢溶液对于生物催化剂活性损害较大，加入溶剂可以很好地降低水解副反应以及降低过氧化氢对酶的损害，甲苯等有机溶剂的加入可以促进环氧化反应更好地进行，而且成本较低，但甲苯等有机溶剂的加入使后期工艺流程变得复杂，不利于后期分离且因其挥发性大有毒性，对人体以及环境伤害较大。而甲苯是一种常用的酶促环氧化溶剂，加入量大，使得反应体系复杂，后期分离步骤繁琐。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法。该方法在植物油环氧化过程使用氯化胆碱与过氧化脲形成的深共晶溶剂，对生物酶的活性起到了很好地保护作用，且此溶剂的组分可同时用作底物和溶剂，既向反应体系提供了氧化源又起到了溶剂的作用，且整个反应条件温和，副产物少，无污染，成本较低且产物易分离，为生物基环氧植物油的制作提供一个新思路。
5.为此，本发明提供了一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法，其包括：
6.步骤b，将氧化源与氯化胆碱混合，加热搅拌，制作形成深层共晶溶剂；
7.步骤c，将深层共晶溶剂与植物油以及催化剂、游离脂肪酸混合，搅拌，进行环氧化反应，得到环氧化粗产物；
8.步骤d，将环氧化反应粗产物进行离心处理，获得环氧植物油成品。
9.根据本发明，在步骤b中，氧化源与氯化胆碱摩尔比为(1
‑
3):1。
10.在本发明的一些实施例中，在步骤b中，制作深层共晶溶剂的温度为60
‑
80℃。
11.在本发明的另一些实施例中，在步骤b中，制作深层共晶溶剂的时间为10
‑
20min。
12.在本发明的又一些实施例中，在步骤b中，所述搅拌的转速在300rpm以上。
13.本发明中，所述氧化源在反应中能够持续缓慢地释放过氧化氢；优选地，所述氧化源为过氧化脲。
14.在本发明的一些实施例中，所述过氧化脲中的过氧化氢与植物油中所含双键的摩尔比为(0.5
‑
3):1。
15.本发明中，所述催化剂为微生物产脂肪酶且主要为酵母脂肪酶，所述酵母主要包
括南极假丝酵母、皱褶假丝酵母、解脂耶氏酵母、柠檬假丝酵母、热带假丝酵母、近平滑假丝酵母和喜橄榄假丝酵母中的一种或几种。
16.在本发明的一些实施例中，所述催化剂的添加量为植物油质量的5％
‑
30％，优选为5％
‑
10％。
17.在本发明的一些实施例中，所述游离脂肪酸的添加量为植物油中所含双键摩尔质量的1％
‑
10％。
18.本发明中，所述游离脂肪酸包括油酸、亚油酸和亚麻酸中一种或几种。
19.根据本发明，在步骤c中，所述环氧化反应的温度为40
‑
70℃。
20.在本发明的一些实施例中，在步骤c中，环氧化反应的时间12
‑
24h，优选为16
‑
20h。
21.在本发明的另一些实施例中，在步骤c中，所述搅拌的速度在300rpm以上。
22.根据本发明，在步骤d中，将环氧植物油粗产物进行离心处理，取上层作为获得环氧植物油成品，并将下层催化剂回收循环利用。
23.本发明中，所述植物油包括亚麻油、大豆油、紫苏油、葵花籽油、花生油和菜籽油的一种或几种。
24.与现有技术相比，本发明具有如下特点：
25.(1)环氧化反应过程中氧化源为过氧化脲，过氧化脲在反应过程中可以缓慢释放过氧化氢，使得反应体系中的过氧化氢浓度在一个稳定的水平，使得环氧化反应能够稳步持续进行。
26.(2)环氧化反应过程中，使用溶剂为深层共晶溶剂，深层共晶溶剂是由氯化胆碱和过氧化脲经过加热搅拌制作而成。其中过氧化脲的应用，既提供了尿素与氯化胆碱合成深层共晶溶剂，又提供了环氧化所需的氧化源过氧化氢，反应过程中同时作为底物和溶剂参与到反应系统中。
27.(3)溶剂使用深层共晶溶剂，更多氯离子的存在将加强与生物酶活性中心的氢键相互作用，从而提高酶活性和稳定性。此外，通过表面氨基酸残基与氯离子、胆碱和尿素之间的氢键形成，可以提高酶的稳定性。
28.(4)本发明目标产物选择性高，反应结束后，产品易分离，反应条件温和，副产物少，产物无污染，价格低廉，且使用这种无水形式的过氧化氢更安全的处理以及在没有水的情况下最小限度地水解环氧产品。
附图说明
29.下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：
30.图1示出植物油的环氧化原理；其中的生物催化剂以novozym 435为示例。
31.图2示出游离脂肪酸添加后的植物油的环氧化过程；其中的生物催化剂以novozym 435为示例。
具体实施方式
32.为使本发明容易理解，下面将结合具体实施方式来详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。
33.在提供了数值范围的情况下，应当理解所述范围的上限和下限和所述规定范围中的任何其他规定或居间数值之间的每个居间数值均涵盖在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立包括在较小的范围中，并且也涵盖在本发明中，服从规定范围中任何明确排除的限度。在规定的范围包含一个或两个限度的情况下，排除那些包括的限度之任一或两者的范围也包含在本发明中。
34.除非另有定义，本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。
[0035]ⅰ.术语
[0036]
本发明中所述用语“深层共晶溶剂”(deep eutectic solvent，des)，与离子液体ils具有类似性质，在较低温度下呈现液体状态；深层共晶溶剂主要是由氢键供体(多元醇，尿素和羧酸)和氢键受体(季铵盐类，如氯化胆碱等)组成二元和三元体系，其最显著的物理性质就是溶剂熔点的降低。作为一种新型的，可替代离子液体的绿色试剂，其用途较为广泛，可用于天然有机成分的分离，如分离萃取芦丁等物质。
[0037]
本发明中所述用语“微生物产脂肪酶”是指由微生物通过发酵所产生的脂肪酶，本发明中也称为微生物脂肪酶。
[0038]
本文所述用语“约”，“大约”，“基本上”和“主要”，当与浓度，温度或其它物理或化学性质或特性的范围结合使用时，覆盖可能存在于属性或特性的范围的上限和/或下限中的变化，包括例如由舍入，测量方法或其他统计变化导致的变化。如本文所述，与量，重量等相关的数值，被定义的“约”是每个特定值的所有数值加或减1％。例如，用语“约10％”应理解为“9％至11％”。
[0039]ⅱ.实施方案
[0040]
如前所述，酶法催化环氧化虽然转化率高，但反应过程中存在着水解副反应且此过程使用的氧化源过氧化氢对酶活性损害较大，反应过程需要加入溶剂降低水解率以及减少对酶的损害，但溶剂的加入使得后期工艺流程复杂，不利于后期产品的分离，甲苯作为一种常用的酶促环氧化溶剂，反应加入量大，反应体系复杂且有毒有害，后期分离步骤繁琐不利于产品进一步利用。鉴于此，本发明人对于环氧植物油制备工艺进行了研究。
[0041]
本发明人研究发现，生物催化中的“理想”溶剂必须满足大量的要求，如高底物溶解度、高酶活性和稳定性以及对反应平衡的积极影响。在过去的几十年中，在水基和非水(有机溶剂、离子或超临界流体)反应介质中开发了许多酶合成路线。离子液体(ils)作为反应介质得到了巨大的关注。然而，它们的技术适用性和“绿色性”往往是有限的，主要是由于成本高、生物降解性差、生物相容性差和可持续性低。在不同的生物催化反应中，深层共晶溶剂(des)被评价为最有利用前景的绿色溶剂。
[0042]
深层共晶溶剂(des)是所需溶剂的原型，具有通用性和可生物降解性，对于急性甚至相反的化合物老说具有优良的增溶性能，且对酶是友好的。氯化胆碱与尿素形成的深层共晶溶剂，绿色环保，成本低，研究成熟，室温下仍为液体，溶液澄清透明。
[0043]
过氧化脲(uhp)具有缓慢释放过氧化氢的能力，对酶伤害小，具有产生无害副产品的优点。
[0044]
本发明人进一步研究发现将过氧化脲与氯化胆碱制成的深层共晶溶剂，在植物油
的环氧化系统中既可以提供氧化源，又起到了溶剂的作用。深层共晶溶剂在整个反应体系中同时作为底物和溶剂参与到整个反应中。使得植物油的环氧化反应几乎在无溶剂的条件下进行。且其反应条件温和，几乎无副产物的形成，反应结束产物经过离心处理分层明显，产物易分离，整个反应过程绿色无污染，成本价格低廉。本发明正是基于上述发现完成的。
[0045]
传统的酶法合成生物基环氧植物油的方法是将植物油与催化剂(例如novozym 435)、游离脂肪酸混合，并加入过氧化氢，混合，加热搅拌，进行环氧化反应。植物油中主要物质为甘油三酯、不饱和脂肪酸等。植物油的环氧化原理为：氧化源在生物酶的催化作用下与植物油中的不饱和脂肪酸反应生成过氧脂肪酸，即将双键进行了环氧化。生成的过氧脂肪酸与植物油中的甘油三酯反应，通过游离脂肪酸的添加，最终得到的混合物含有环氧化甘油三酯，以及少量的环氧化游离脂肪酸(见图2)。
[0046]
上述植物油环氧化反应过程中，添加游离脂肪酸的作用是：植物油的环氧化反应生成的产物不仅有环氧化甘油三酯还有环氧化甘油一酯和甘油二酯(见图1)，从反应混合物中分离这些单酸甘油酯和甘油二酯几乎是不可能的，游离脂肪酸的添加使得所有的羟基都被过量的游离脂肪酸立即再酯化，由此最终产品仅剩环氧化甘油三酯(见图2)。
[0047]
基于上述不难理解，本发明中所谓双键转化率是指双键环氧化转化率。
[0048]
本发明所涉及的深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法可以理解为利用深层共晶溶剂通过酶法合成生物基环氧植物油的方法，其包括：
[0049]
步骤b，将氧化源与氯化胆碱混合，加热搅拌，制作形成深层共晶溶剂；
[0050]
步骤c，将植物油与催化剂、游离脂肪酸混合，并将步骤b刚制备好的深层共晶溶剂加入，混合，加热搅拌，进行环氧化反应，得到环氧化反应粗产物；
[0051]
步骤d，将环氧化反应粗产物进行离心处理，获得环氧植物油成品。
[0052]
在上述制作深层共晶溶剂时，氧化源与氯化胆碱的摩尔比为(1
‑
3)：1，进一步优选为(1
‑
2):1，进一步优选为2:1。
[0053]
在步骤b中，制作深层共晶溶剂的温度为60
‑
80℃，优选为70
‑
80℃，更优选为80℃；搅拌的转速在300rpm以上，优选为500rpm以上。
[0054]
本领域技术人员应该了解的是，在上述步骤b中，将氧化源与氯化胆碱两种固体混合，加热搅拌直至形成清晰的溶液状态即制作形成深层共晶溶剂，其所需时间大约为10
‑
20min，优选为10
‑
15min。这可以理解为将氧化源与氯化胆碱两种固体混合，加热搅拌至形成清晰的溶液状态所需的时间。
[0055]
传统的环氧化反应中氧化源一般使用过氧化氢，但过氧化氢溶液对生物催化剂活性伤害较大，所以本发明人考虑采用其他氧化源来代替过氧化氢溶液，因此，本发明中所述氧化源的特征在于其在反应中能够持续缓慢地释放过氧化氢。
[0056]
本发明人经过研究认为，在植物油环氧化过程中，主要存在三个问题：一是植物油中不饱和脂肪酸含量较多，则氧化双键所需要的过氧化氢量较多，而过氧化氢对于酶活性的损害较大，因此，保持酶的活性是重点；二是降低副反应的产生，即甘油三酯的水解，影响最终产品收率；三是反应结束后产品的分离以及后期反应的回收，整个过程需要绿色环保。
[0057]
深层共晶溶剂(dess)的合成通常涉及季铵盐和醇、酰胺、羧酸和多元醇作为氢键供体(hbds)的混合，当氢键受体(hba)和氢键供体hbd都是天然存在的初级代谢物(即氨基酸、胆碱、糖、醇或氨基酸和有机酸)时)，由此产生的des被称为天然深层共晶溶剂(nades)。
与挥发性有机溶剂和ils相比，dess的优良特性推动了它们在一系列生化应用中的应用。
[0058]
uhp(尿素过氧化氢复合物，分子式是co(nh2)2.h2o2)，白色晶体，熔点90
‑
93℃，易溶于水、乙醇、乙二醇和二氯甲烷等有机溶剂中。尿素过氧化氢复合物(uhp)是由尿素和过氧化氢间的强氢键作用产生的配合物。它将不稳定的过氧化氢转变为易操作、安全的、稳定于室温的固体，且价格低廉。uhp在不同的溶剂和催化剂下显示出不同的氧化能力，是有机合成中一种重要的氧化试剂。
[0059]
uhp具有过氧化氢的性质，常用于双键的环氧化反应，并具有高度的区域和立体选择性以及较高的转化率。
[0060]
基于上述说明，本发明中优选过氧化脲作为氧化源与氯化胆碱合成绿色无污染的深层共晶溶剂。
[0061]
如前所述，本发明人研究发现深层共晶溶剂在植物油的环氧化反应中同时作为底物以及溶剂参与反应，是一种绿色环保十分具有利用前景的溶剂。成本低廉的原料过氧化脲与氯化胆碱合成深层共晶溶剂，在环氧化反应中充当溶剂，充分保护生物催化剂的结构稳定性以及活性，代替了有机溶剂；深层共晶溶剂中的过氧化脲充当氧化源，缓慢持续释放过氧化氢，代替过氧化氢溶液的使用；具体地，在反应过程中，过氧化脲分解为尿素与过氧化氢，尿素与氯化胆碱形成深层共晶溶剂，而过氧化氢为植物油的环氧化过程提供氧化源。使得整个反应体系几乎是在无溶剂的条件下反应。因此，本发明中，所述溶剂为过氧化脲与氯化胆碱合成的深层共晶溶剂，过氧化脲与氯化胆碱合成的深层共晶溶剂在植物油环氧化反应中的使用，使得整个体系构成一个双功能体系，深层共晶溶剂在反应中既充当了反应溶剂，又充当了反应底物。
[0062]
因此，本发明使用了绿色环保的深层共晶溶剂，且深层共晶溶剂是由过氧化脲与氯化胆碱通过升温搅拌合成，其中过氧化脲在反应过程中缓慢释放过氧化氢，对于酶活性的损害大大降低；深层共晶溶剂能够稳固酶活，减少反应体系副反应，反应前深层共晶溶剂由过氧化脲与氯化胆碱形成的溶剂，反应过程中深层共晶溶剂是由尿素与氯化胆碱合成的深层共晶溶剂；深层共晶溶剂易溶于水，反应结束后通过离心处理油层与溶剂层分层明显，产品易分离。
[0063]
本发明中，反应过程中没有过氧化氢溶液的添加，氧化源由过氧化脲提供，所述深层共晶溶剂的添加量按照植物油双键与过氧化氢的摩尔比计算过氧化脲的添加量，再通过过氧化脲与氯化胆碱的摩尔比计算深层共晶溶剂的添加量。例如，在一些例子中，所述过氧化脲中的过氧化氢与植物油中所含双键的摩尔比为(0.5
‑
3):1，优选为(0.5
‑
1):1。
[0064]
根据本发明方法，在步骤c中，所述搅拌速度为300rpm以上，优选为500rpm以上，温度为40
‑
70℃，优选为50
‑
60℃；环氧化反应的时间为12
‑
24h，优选为16
‑
20h，更优选为16h。
[0065]
本发明人在研究发现，本发明环氧化反应在40
‑
70℃的温度下进行，对于酶的活性影响并不大，整个反应体系无需另外添加反应溶剂以及氧化源，深层共晶溶剂的添加既充当了反应溶剂又提供了氧化源，经过对于环氧化产物环氧值的测定表明本方法可以成功进行环氧化，环氧化值可达到4，环氧化双键转化率可达到41.7％，充分证明本发明可以应用于植物油的环氧化。
[0066]
容易理解的是，所述游离脂肪酸在步骤c的环氧化反应中，起到介导植物油环氧化反应的作用，所述游离脂肪酸的添加量为植物油中所含双键摩尔质量的1％
‑
10％，优选为
5％
‑
10％，进一步优选为5％。
[0067]
本发明中，所述游离脂肪酸包括油酸、亚油酸和亚麻酸中的一种或几种，优选为油酸或油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，且在油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为(1
‑
2):(1
‑
2):(1
‑
5)，优选为2:2:5。
[0068]
本发明中对于游离脂肪酸、过氧化脲以及氯化胆碱的来源没有特别的限制，例如，游离脂肪酸可以采用自制的或者是市售的。
[0069]
本发明中，所述催化剂为微生物产脂肪酶且主要为酵母脂肪酶，所述酵母主要包括南极假丝酵母、皱褶假丝酵母、解脂耶氏酵母、柠檬假丝酵母、热带假丝酵母、近平滑假丝酵母和喜橄榄假丝酵母中的一种或几种。
[0070]
在本发明的一些实施例中，所述催化剂的添加方式为一次性加入，其添加量为植物油质量的5％
‑
30％，优选为5％
‑
10％，更优选为5％。
[0071]
根据本发明方法，在步骤d中，在反应结束后，将反应物进行离心处理，离心后，分为两相三层，两相为油相与水相，三层为油层、酶层以及溶剂层，更具体的溶剂层为两层，上层为氯化胆碱与尿素合成的透明的深层共晶溶剂，下层为氯化胆碱与过氧化脲合成的乳白色深层共晶溶剂。整个过程分层十分明显。
[0072]
在本发明的一些优选的实施例中，在步骤d中，将环氧植物油粗产品进行离心处理之后，取上层油层作为环氧化油成品，下层可回收催化剂循环利用。实验结果表明，本发明中作为催化剂的生物酶催化剂可回收后循环利用，且可以循环使用三次以上。
[0073]
环氧化反应中植物油的使用，主要是为了利用植物油中的不饱和部分，将不饱和植物油经过环氧化得到所需环氧油。本发明中，所述植物油包括亚麻油、大豆油、紫苏油、葵花籽油、花生油和菜籽油中的一种或几种，优选为亚麻油和大豆油。
[0074]
在本发明的一些具体的实施例中，应用生物酶催化剂制备环氧植物油，包括以下步骤：
[0075]
(1)制备深层共晶溶剂：将氯化胆碱与过氧化脲在加热搅拌的条件下得到溶液状态即获得深层共晶溶剂，此深层共晶溶剂绿色环保，成本低廉，在植物油的环氧化反应中既充当溶剂又充当底物，使得原料与溶剂构成完整紧密的双功能环氧化系统。同时巩固提升了酶的性能和减少了环氧化副反应。
[0076]
(2)在反应原料(植物油、游离脂肪酸)以及催化剂与深层共晶溶剂混合均匀且体系稳定之后(所述体系稳定是指温度达到环氧化反应设定温度，即环氧化反应温度)，反应16
‑
20h，反应结束后，得到环氧化反应粗产物。
[0077]
(3)将环氧植物油粗产物进行离心处理，将上层油层取出，作为环氧植物油成品，并回收酶重新循环利用。
[0078]
步骤(1)所述制作深层共晶溶剂的温度为70
‑
80℃，磁力转速为300rpm以上，时间为10
‑
15min。
[0079]
步骤(2)所述环氧化反应的温度40
‑
70℃，搅拌速度300rpm以上，反应时间12
‑
24h。
[0080]
氧化源由过氧化脲提供，过氧化脲的添加量为：过氧化氢与植物油的双键的摩尔比为(0.5
‑
3):1。
[0081]
所述生物催化剂的添加方式为一次性加入，添加量为植物油的5％
‑
10％。
[0082]
所述游离脂肪酸的添加量为植物油中所含双键摩尔质量的1％
‑
10％。
[0083]
结果表明，上述方法所制备的环氧化物的环氧化值为3.5
‑
4.0，双键环氧化转化率为36.5％
‑
41.7％，本发明中作为催化剂的生物酶催化剂可回收后循环使用，且可循环使用3次以上。
[0084]
本发明中所涉及的相关参数检测和计算方法如下：
[0085]
(1)植物油中双键含量测定方法：
[0086]
将植物油甲酯化后利用赛默飞trace1300气相色谱仪(色谱柱为rtx
‑
wax)进行气相分析，得出植物油中不同种类脂肪酸的相对含量，进而推得植物油中总双键摩尔数，即，
[0087][0088]
其中，w为植物油分子量；a油酸含量；b为亚油酸含量；c为亚麻酸含量；92为丙三醇分子量。
[0089]
(2)参照gb1677
‑
2008增塑剂环氧值的测定来测定环氧化值。
[0090][0091]
其中，v为空白试验消耗氢氧化钠标准溶液的量，单位为ml；
[0092]
v1为试样试验消耗氢氧化钠标准溶液的量，单位为ml；
[0093]
v2为试样中测定酸值消耗氢氧化钠标准溶液的量，单位为ml；
[0094]
n为氢氧化钠标准溶液的当量浓度，单位为mol/l；
[0095]
w试样重量，单位为g；
[0096]
g为测定酸值时试样的重量，单位为g；
[0097]
0.016为氧的毫克当量。
[0098]
注：测定环氧化值使用滴定的形式完成，滴定过程颜色变化清晰，溶液颜色由粉紫色变为黄色，继续滴定变为灰蓝色即代表滴定结束。
[0099]
(3)双键转化率按照下式进行理论计算：
[0100][0101]
上式中：
[0102]
转化双键含量等于环氧值中氧的物质的量，单位为mol；
[0103]
理论双键含量即植物油中总双键含量由“本发明中所涉及的相关参数检测和计算方法”中“(1)植物油中双键含量测定方法”得出，单位为mol。
[0104]ⅲ、实施例
[0105]
以下通过具体实施例对于本发明进行具体说明。下文所述实验方法，如无特殊说明，均为实验室常规方法。下文所述实验材料，如无特别说明，均可由商业渠道获得。
[0106]
实施例1：
[0107]
(1)将氯化胆碱与过氧化脲在温度80℃，转速500rpm的条件下混合形成清晰的溶液状态(约15min左右)即获得深层共晶溶剂，待溶液温度降至环氧化反应所需温度60℃备用；
[0108]
(2)将深层共晶溶剂与25g亚麻油、游离脂肪酸(为油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，其中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为2:2:5)以及南极假丝酵母为来源的商业化脂肪
酶混合在100ml圆底烧瓶里，酶的添加量为5％，其中氧化源为过氧化脲，深层共晶溶剂中氯化胆碱与过氧化脲的摩尔比为1:2，过氧化脲中的过氧化氢与原料油中所含双键的摩尔比为1:1，游离脂肪酸的添加量为原料油双键摩尔量的5％，反应温度设为60℃，500rpm转速，反应16h，反应结束后，得到环氧化粗产物；
[0109]
(3)将环氧化粗产物离心，分为两相三层，油相与水相，油层、催化剂层、溶剂层。离心后将上层取出，得到环氧亚麻油。测定其环氧值为4.0，双键转化率为41.7％。
[0110]
实施例2：
[0111]
(1)将氯化胆碱与过氧化脲在温度80℃，转速500rpm的条件下混合形成清晰的溶液状态(约15min左右)即获得深层共晶溶剂，待溶液温度降至环氧化反应所需温度60℃备用；
[0112]
(2)将深层共晶溶剂与25g亚麻油、游离脂肪酸(为油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，其中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为2:2:5)以及南极假丝酵母为来源的商业化脂肪酶混合在100ml圆底烧瓶里，酶的添加量为5％，其中氧化源为过氧化脲，深层共晶溶剂中氯化胆碱与过氧化脲的摩尔比为1:3，过氧化脲中的过氧化氢与原料油中所含双键的摩尔比为1:1，游离脂肪酸的添加量为原料油双键摩尔量的5％，反应温度设为60℃，500rpm转速，反应16h，反应结束后，得到环氧化粗产物；
[0113]
(3)将环氧化粗产物离心，分为两相三层，油相与水相，油层、催化剂层、溶剂层。离心后将上层取出，得到环氧亚麻油。测定其环氧值为3.5，双键转化率为36.5％。
[0114]
实施例3：
[0115]
(1)将氯化胆碱与过氧化脲在温度80℃，转速500rpm的条件下混合形成清晰的溶液状态(约15min左右)即获得深层共晶溶剂，待溶液温度降至环氧化反应所需温度60℃备用；
[0116]
(2)将深层共晶溶剂与25g亚麻油、游离脂肪酸(为油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，其中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为2:2:5)以及南极假丝酵母为来源的商业化脂肪酶混合在100ml圆底烧瓶里，酶的添加量为5％，其中氧化源为过氧化脲，深层共晶溶剂中氯化胆碱与过氧化脲的摩尔比为1:2，过氧化脲中的过氧化氢与原料油中所含双键的摩尔比为1:2，游离脂肪酸的添加量为原料油双键摩尔量的5％，反应温度设为60℃，500rpm转速，反应16h，反应结束后，得到环氧化粗产物；
[0117]
(3)将环氧化粗产物离心，分为两相三层，油相与水相，油层、催化剂层、溶剂层。离心后将上层取出，得到环氧亚麻油。测定其环氧值为3.7，双键转化率为38.5％。
[0118]
实施例4：
[0119]
(1)将氯化胆碱与过氧化脲在温度80℃，转速500rpm的条件下混合形成清晰的溶液状态(约15min左右)即获得深层共晶溶剂，待溶液温度降至环氧化反应所需温度60℃备用；
[0120]
(2)将深层共晶溶剂与25g亚麻油、游离脂肪酸(为油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，其中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为2:2:5)以及以解脂耶氏酵母为来源的菌体酶混合在100ml圆底烧瓶里，酶的添加量为5％，其中氧化源为过氧化脲，深层共晶溶剂中氯化胆碱与过氧化脲的摩尔比为1:2，过氧化脲中的过氧化氢与原料油中所含双键的摩尔比为1:1，游离脂肪酸的添加量为原料油双键摩尔量的5％，反应温度设为60℃，500rpm转速，反应
16h，反应结束后，得到环氧化粗产物；
[0121]
(3)将环氧化粗产物离心，分为两相三层，油相与水相，油层、催化剂层、溶剂层。离心后将上层取出，得到环氧亚麻油。测定其环氧值为3.8，双键转化率为39.6％。
[0122]
实施例5：
[0123]
(1)将氯化胆碱与过氧化脲在温度80℃，转速500rpm的条件下混合形成清晰的溶液状态(约15min左右)即获得深层共晶溶剂，待溶液温度降至环氧化反应所需温度60℃备用；
[0124]
(2)将深层共晶溶剂与25g大豆油、游离脂肪酸(为油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物，其中油酸与亚油酸和亚麻酸的质量比为2:2:5)以及以南极假丝酵母a为来源的商业化脂肪酶酶混合在100ml圆底烧瓶里，酶的添加量为5％，其中氧化源为过氧化脲，深层共晶溶剂中氯化胆碱与过氧化脲的摩尔比为1:2，过氧化脲中的过氧化氢与原料油中所含双键的摩尔比为1:1，游离脂肪酸的添加量为原料油双键摩尔量的5％，反应温度设为60℃，500rpm转速，反应16h，反应结束后，得到环氧化粗产物；
[0125]
(3)将环氧化粗产物离心，分为两相三层，油相与水相，油层、催化剂层、溶剂层。离心后将上层取出，得到环氧亚麻油。测定其环氧值为3.9，双键转化率为40.6％。
[0126]
试验结果表明，本发明中作为催化剂的生物酶催化剂可回收后循环使用，且可循环使用3次以上。
[0127]
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

技术特征：
1.一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法，其包括：步骤b，将氧化源与氯化胆碱混合，加热搅拌，制作形成深层共晶溶剂；步骤c，将深层共晶溶剂与植物油以及催化剂、游离脂肪酸混合，搅拌，进行环氧化反应，得到环氧化粗产物；步骤d，将环氧化反应粗产物进行离心处理，获得环氧植物油成品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b中，氧化源与氯化胆碱摩尔比为(1
‑
3):1；和/或，制作深层共晶溶剂的温度为60
‑
80℃；和/或，制作深层共晶溶剂的时间为10
‑
20min；和/或，所述搅拌的转速在300rpm以上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氧化源在反应中能够持续缓慢地释放过氧化氢；优选地，所述氧化源为过氧化脲；进一步优选地，所述过氧化脲中的过氧化氢与植物油中所含双键的摩尔比为(0.5
‑
3):1。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述催化剂为微生物产脂肪酶且主要为酵母脂肪酶，所述酵母主要包括南极假丝酵母、皱褶假丝酵母、解脂耶氏酵母、柠檬假丝酵母、热带假丝酵母、近平滑假丝酵母和喜橄榄假丝酵母中的一种或几种。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述催化剂的添加量为植物油质量的5％
‑
30％，优选为5％
‑
10％。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的方法，其特征在于：所述游离脂肪酸的添加量为植物油中所含双键摩尔质量的1％
‑
10％；优选地，所述游离脂肪酸包括油酸、亚油酸和亚麻酸中一种或几种。7.根据权利要求1
‑
6中任意一项所述的方法，其特征在于：在步骤c中，所述环氧化反应的温度为40
‑
70℃；和/或，环氧化反应的时间12
‑
24h，优选为16
‑
20h；和/或，所述搅拌的速度在300rpm以上。8.根据权利要求1
‑
7中任意一项所述的方法，其特征在于：在步骤d中，将环氧植物油粗产物进行离心处理，取上层作为获得环氧植物油成品，并将下层催化剂回收循环利用。9.根据权利要求1
‑
8中任意一项所述的方法，其特征在于：所述植物油包括亚麻油、大豆油、紫苏油、葵花籽油、花生油和菜籽油的一种或几种。
技术总结
本发明涉及一种深层共晶溶剂中酶法合成生物基环氧植物油的方法，其包括以下步骤：(1)将氧化源与氯化胆碱混合，加热搅拌，制作形成深层共晶溶剂；(2)将深层共晶溶剂与植物油以及催化剂、游离脂肪酸混合，搅拌，进行环氧化反应，得到环氧化粗产物；(3)将环氧化粗产物进行离心处理，取上层油层作为环氧植物油成品，并将下层催化剂回收后循环利用；所述氧化源为过氧化脲。该方法将深层共晶溶剂应用于植物油的环氧化反应，其既充当溶剂又作为反应底物参与到反应中，构成了完整的双功能环氧化体系。深层共晶溶剂成本低廉且无毒无害，整个体系不用另外添加溶剂和氧化源，且反应副产物少，绿色环保，没有废物产生，具有良好的研究前景。具有良好的研究前景。具有良好的研究前景。


技术研发人员：陈必强 张慧 陈长京 余森申
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2021.03.29
技术公布日：2021/7/8