Непрерывный процесс и аппарат для ферментативной обработки липидов

Непрерывный процесс и аппарат для ферментативной обработки липидов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Описание изобретения

Данное изобретение касается способа непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в нескольких реакторах с неподвижным слоем и аппаратов для осуществления этого способа. Более конкретно, данное изобретение касается процесса и аппарата для непрерывной ферментативной обработки композиций, содержащих липид, с применением различных реакторов с неподвижным слоем, где поток композиции, содержащей липид, остается в основном постоянным даже по мере изменения ферментативной активности неподвижного слоя со временем, и даже в случае, когда неподвижный слой отключен, например, для ремонта, замены или восполнения. Также изобретение касается способов и аппаратов, которые предлагают неожиданно значительное увеличение ферментативной активности путем проведения предварительной обработки липидов перед их соприкосновением с ферментами и управления аппаратом в непрерывном процессе.

Жиры состоят из жирных кислот, присоединенных к трехуглеродной глицериновой основе. Жирные кислоты состоят из цепей атомов углерода с терминальной гидроксильной группой. Гидроксильные группы могут присоединяться к одной, двум или к трем гидроксильным группам глицериновой основы, образуя моно-, ди- или триглицериды, или жиры. Функциональные и питательные свойства жиров будут зависеть от различных факторов, включая являются ли они моноацилглицеридами (MAG), диацилглицеридами (DAG) или триацилглицеридами (TAG); числа атомов углерода в цепях жирных кислот; являются ли цепи насыщенными, одноненасыщенными или полиненасыщенными; находятся ли ненасыщенные двойные связи в цепи в форме цис- или трансизомера; положения двойных связей в цепях и положения различных типов жирных кислот по отношению к трем атомам углерода глицериновой основы.

Липиды являются классом, объединяющим разнообразные химические вещества, характеризуемые как жиры, масла, воски и фосфолипиды. В этот широкий класс включены триглицериды, диглицериды, моноглицериды, жирные кислоты, жирные спирты, мыла и детергенты, терпены, стероиды и витамины А, Е, D₂ и К. Липиды могут быть получены из семян масличных культур, таких как соевые бобы, канола, рапс, подсолнечник, масличная пальма и оливки; из животных продуктов, таких как рыба, свинина или говядина; также они могут являться синтетическими соединениями или синтетическими производными, такими как структурированные липиды для пищевого применения, продукты переработки масел для промышленного или фармацевтического применения, и биодизельное топливо, используемое в энергетических целях. Растительные масла получают путем прессования растительных семян или экстрагирования из них масла при помощи растворителя. Неочищенные масла содержат множество побочных компонентов. Некоторые из этих компонентов могут определять эффективность использования или эстетические особенности масла; другие, такие как стеролы или токоферолы, являются полезными питательными веществами.

Липиды, полученные из масличных семян (соевых бобов, канолы и т.п.) путем экстракции растворителем или механического прессования, могут быть очищены для удаления загрязнений, которые могут привести к возникновению нежелательного цвета и/или запаха конечного продукта. Традиционная очистка включает обработку масла гидроксидом натрия для нейтрализации свободных жирных кислот и удаление фосфолипидов путем центрифугирования. Затем масло промывают горячей мягкой водой и центрифугируют для удаления оставшегося мыла и фосфолипидов, присутствующих в масле. Затем масло, прошедшее «первую очистку», отбеливают «отбеливающей землей» и фильтруют для адсорбции хлорофилла и производных хлорофилла, а также всех оставшихся мыл, фосфолипидов и следов металла, присутствующих в масле. Использование отбеливающей земли или глины для удаления загрязнений в липидах хорошо известно в данной области техники. Первое общее наименование материала было «фуллерова земля». Современные отбеливающие земли могут быть нейтральными или активироваться кислотами. Обычно используются минеральные глины, представляющие собой бентонит, монтмориллонит, аттапульгит, смектит и/или хормит.

Альтернативный процесс, который полностью устраняет эти отмывки водой и заменяет их обработкой, силикагелем для адсорбции остаточных мыл, фосфолипидов и следов металлов, хорошо известен в данной области техники как «модифицированная очистка щелочью». В Pryor et al. U.S. Pat. №5336794 и Welsh et al U.S. Pat. №5231201 описывается двухфазный способ, в котором масло сначала контактирует с аморфным кремниевым адсорбентом для удаления из масла всего или, по существу, всего мыла или смолы или и того и другого и понижения содержания фосфолипидов, после чего фильтруется через уплотненный слой удаляющего пигмент препарата для осветления масла. После центрифугирования обработанного щелочью масла в масло добавляется от 0,01 до 1,0 процента суспензии силикагеля. Продукты на основе силикагеля, о которых известно, что они пригодны для этих целей, включают те, что продаются под торговой маркой TriSyl® (silica gel) by W.R. Grace & Co. в виде свободнотекучего порошка, содержащего от приблизительно 60 до приблизительно 65 процентов влаги с размером частиц не менее приблизительно 18,0 микрон, средним диаметром пор между 60 и 5000 ангстрем и объемной плотностью приблизительно 500 кг/м. Масло перемешивается с силикагелем, после чего высушивается в вакуумной сушилке-распылителе; затем силикагель удаляется из масла фильтрованием. Если отбеливающая глина уже находится на фильтре, процесс хорошо известен как «отбеливание на уплотненном слое». Влажность поддерживает целостность кремниевых пор и позволяет адсорбировать загрязнения внутри поры.

В последние годы увеличился интерес к созданию альтернатив жирам с высоким количеством транс-изомеров и продуктам укорачивания, используемым в традиционном приготовлении пищи. По традиции, жидкие масла перерабатывались в применяемые твердые жиросодержащие формы для производства различных маргаринов и кулинарных жиров путем гидрогенизации с использованием никеля. Такой процесс гидрогенизации приводит к образованию транс-жирных кислот. Считается, что жиры, содержащие пониженное количество транс-жирных кислот, могут обеспечивать определенное положительное влияние на здоровье потребителя. Соответственно, многие крупные производители продуктов питания заменяют жиры с высоким содержанием транс-композициями с низким или нулевым содержанием транс. Изначально, усилия по получению жировых продуктов с низким содержанием транс фокусировались на уменьшении уровня гидрогенизации жировых продуктов. В более поздний период, усилия были сфокусированы на изменении структуры жидкого масла с целью изменения особенностей плавления и функциональности без изменения сочетания жирных кислот или создания транс-жирных кислот. Одним из методов достижения этого является процесс, называемый интерэстерификацией.

Интерэстерификация представляет собой известную реакцию триацилглицериновых структур, в которой отдельные остатки жирных кислот в различных положениях интерэстерифицируемого триглицерида меняются местами на глицериновой группе. Иногда этот процесс упоминается или описывается как рандомизация, при которой остатки жирных кислот с одного глицеринового компонента триацилглицерина обмениваются с остатками с глицеринового компонента другого триацилглицерина. Это приводит к тому, что структура триацилглицеридов, в которых произошел обмен остатками жирных кислот, будет меняться от одной молекулы к другой. Работы в этой области включают Pellosa et al. U.S. Pat. №5434278, Doucet U.S. Pat. №5908655, Cherwin et al. U.S. Pat. №6124486, и Liu et al. U.S. Pat. №6238926.

Методика интерэстерификации была разработана для того, чтобы сделать возможным производство, например, триглицеридных композиций, имеющих определенный профиль плавления, представляющий интерес для определенного использования. Обычно они упоминаются как «структурированные липиды» для того, чтобы отличать интерэстерифицированные продукты от физических смесей тех же компонентов, не подвергнутых интерэстерификации. В Swern, Bailey′s Industrial Oil and Fat Products, 3^rd edition, pages 941-970 (1964) описана реэстерификация жирных кислот и глицерина, моно- и полигидроксиловых спиртов, интерэстерификация (ацидолиз и алкоголиз) и трансэстерификация липидов химическими методами.

Интерэстерификация может быть осуществлена химическим или ферментативным способом. Химическая интерэстерификация обычно выполняется с применением химического катализатора, такого как метоксид натрия. Хотя химическая интерэстерификация может иметь меньшую стоимость в том, что касается катализатора, она имеет несколько выраженных недостатков. Катализатор - метоксид натрия - может быть опасным и сложным в применении. Происходящая интерэстерификация является случайной и не предоставляет производителю предпочтительного контроля за структурой конечного продукта. Также химическая интерэстерификация может приводить к относительно высокому уровню потерь масла. Работы в этой области включают Kaita et al. U.S. Pat. Application №2002/0010359, Bayense et al. U.S. Pat. №6072064, Cooper et al. U.S. Pat. №5399728, и Stipp et al. U.S. Pat. №5142072.

При ферментативной интерэстерификации ферментативный катализатор стоит больше по сравнению с метоксидом натрия, имеет меньшую активность и меньшую стабильность. Однако ферментативный катализатор может обеспечить высокую степень контроля за структурой конечного интерэстерифицированного продукта. В частности, использование некоторых ферментов приводит к специфичной интерэстерификации в 1 и 3 положении цепи глицериновой основы, именно там, где это наиболее желательно. Хотя ферментативные катализаторы изначально использовались только для высоко прибыльных продуктов, в настоящее время они все шире используются при производстве жиров и смесей жиров массового потребления.

Ферменты представляют собой сложные белки, вызывающие химическую реакцию в других соединениях, не изменяясь при этом сами, т.е. являются биологическими катализаторами. Эти биологические катализаторы могут экспрессироваться или продуцироваться различными микроорганизмами. Ферменты, пригодные для использования в представленном изобретении, включают эстеразу; ацилазу; ферменты, содействующие реакциям ацидолиза, реакциям трансэстерификации, синтезу эфиров, или реакциям обмена эфиров; ферменты, обладающие фосфолипазной или протеазной активностью, включая активность термостабильных и термоустойчивых гидролаз; и полинуклеотиды. Описываемые в работе микроорганизмы включают Rhizopus, Aspergillus, Mucor, Geotrichum, Pseudomonas, Penicillium, Chromobacterium, Candida, Achromobacter, Alcaligenes, Corynebacterium, Humicora, Humicolo, Staphylococcus, Rhizomucor, Torulopsis и Bacillus. Подобные продуцируемые микроорганизмами ферменты раскрыты в Sugiura et al. U.S. Pat. Application №2001/0004462, Bosley et al. U.S. Pat. №5773266, Quinlan U.S. Pat №5658768, Miyamoto et al. U.S. Pat. №5461170, и Myojo et al. U.S. Pat. №521973.3.

В U.S. Pat. №5508182, Schneider et al. описаны различные методы производства амфифильных соединений при помощи биокатализируемой реакции гидрофильного субстрата, абсорбированного на твердой подложке, со вторым субстратом, возможно гидрофобным. У Schneider et al. описаны методы получения изомерно чистых 1,3-диглицеридов и 1-моноглицеридов, эфиров сахаров, эфиров аминокислот, пептидов и гликолипидов, а также фосфатов или спиртов, углеводородов и нуклеозидов. Патент описывает абсорбцию различных субстратов на твердой подложке с аминокислотой с защищенным амином или пептидом с защищенной карбоксильной группой. В сущности, реакция не протекает без присутствия абсорбированного на подложку субстрата, см. примеры 1 и 12, таким образом, подложка действует как катализатор реакции. Все приведенные примеры были периодическими реакциями, включая пример 19, в котором виниллауреат (растворенный в t-BuOMe) циркулировал через колонну с уплотненным слоем, содержащую абсорбированный на силикагеле глицерин и фермент. Конечный продукт, 1,3-дилауреат, удалялся из колонки при помощи экстракции свежим t-BuOMe. He было указано или предположено, что глицерин может быть повторно абсорбирован и реакция может быть проведена как реакция в реакторе с наполнителем, независящая от фермента и/иди силикагеля. Количество использованного в описании силикагеля изменялось от 60 до 1000 процентов по отношению к субстрату.

Ферменты, использованные в описании Schneider et al., были получены из Mucor mihei, Pseudomonas fluoresceins, Rhizopus delemar, Candida cylindracea и Penicillium cyclopium.

Одним из особенно предпочтительных ферментативных катализаторов является липаза из Thermomyces lanuginosus. Этот фермент является специфичным в отношении 1 и 3 положения глицериновой основы и является термостабильным до 7 5°С. Этот фермент, однако, может быть легко деактивирован радикалами, такими как пероксиды, некоторыми полярными примесями, такими как фосфатиды или мыла, побочными продуктами окисления, такими как альдегиды и кетоны, и следами металлов. Таким образом, является важным качество подающегося масла. В U.S. Patent Publication №2003/0054509 описана предварительная обработка масла перед ферментативной интерэстерификацией кремнеземом. Количество кремнезема, используемого в примерах, составляло 172 процента от использованного в реакции фермента (38 г кремнезема на 22 г ферментов).

Иммобилизованная гранулированная форма липазы из Thermomyces lanuginosus продается Novozymes Corporation под торговой маркой Lipozyme®TL IM. В сопутствующей литературе, которая предоставляется с ферментом, описан процесс применения, включающий охлаждение липидов до 70°С, подачу липидов в одну реакционную колонну или танк, и прохождение масла через колонку или перемешивание масла с ферментом в танке. Липиды контактируют с ферментом в колонне или танке и подвергаются непрерывной интерэстерификации. Интерэстерифицированные липиды могут быть смешаны с другими липидами, или дезодорированы, или отправлены конечному потребителю.

Факторы, которые должны быть учтены при разработке процесса ферментативной интерэстерификации, включают выбор, должна ли она быть периодической или непрерывной, включать один или несколько реакторов с неподвижным слоем, должен ли реактор иметь несколько неподвижных слоев, будут ли слои расположены последовательно или параллельно, будет ли скорость потока изменяемой или постоянной, как контролировать продолжительность ферментативного преобразования, и проблемы потенциальной кросс-контаминации. См., например, "Chemical vs. Enzymatic Interesterification, by Wim De Greyt of the DeSmet Group, Belgium, представлено на IUPAC-AOCS Workshop on Fats, Oils and Oilseeds Analyses and Production, Dec. 6-8, 2004, доступно на http://www.aocs.org/archives/analysis/pdfs/degreyt-interesterification-modifieddgw.pdf.

Как описано здесь, в случае если использован один реактор с неподвижным слоем, ферментативная активность снижается с течением времени. Скорость потока должна быть уменьшена для того, чтобы убедиться, что обеспечено протекание реакции до конца. Это требует насоса с регулируемым изменением скорости, а также регулярного мониторинга преобразования и приводит к низкой скорости производства в конце срока жизни фермента. Процесс не может проводиться непрерывно по причине частой необходимости удаления и замены фермента в колонке. Часто слой катализатора должен быть заменен даже в случае, если некоторое количество катализатора в неподвижном слое все еще остается активным, что приводит к потере активного катализатора. Размер колонки с ферментативным неподвижным слоем ограничен, поскольку если высота слоя слишком велика, гранулы фермента внизу могут быть раздавлены давлением, развиваемым насосом системы, а если слишком велик диаметр, гранулированный материал может распределиться таким образом, что образуются каналы, через которые масло может проходить без контакта, то есть без реакции с ферментом.

В системе реакторов с несколькими неподвижными слоями каждый неподвижный слой будет иметь различную активность фермента, первый неподвижный слой реактора будет иметь наименьшую активность, а последний - наибольшую. Это происходит потому, что первый реактор в последовательности абсорбирует больше загрязнений и вредных компонентов, защищая таким образом более активный фермент в следующих реакторах. В U.S. Pat. №4789528 описана последовательная ротация реакторов в использующей цеолиты многореакторной системе с неподвижным слоем в нефтехимической промышленности для производства различных очищенных нефтехимических продуктов.

В U.S. Pat. Publication №US 2005/0014237 описан способ ферментативной интерэстерификации, в котором исходный материал дезодорирован перед контактом с ферментом для увеличения периода полураспада фермента. Дезодорирование описано там как обычно завершающий этап в обычном процессе очистки масла и принципиально представляет собой дистилляцию с паром, в процессе которой вещества с более высокой летучестью удаляются при высокой температуре под вакуумом. Различные вещества, удаляемые в процессе дезодорирования, включают свободные жирные кислоты и различные соединения со вкусом и запахом, присутствующие изначально или образовавшиеся при окислении жиров и масел. Также удаляются вещества, образовавшиеся в результате теплового разрушения пероксидов и пигментов.

Как описано в Ten Brink et al. in US 2005/0019316, JP 08 000275 предварительная обработка активированной 2-процентной кислотой отбеливающей глиной в течение 20 минут при 110°С увеличивало период полураспада фермента. Однако, в Ten Brink et al. в U.S. Pat. Application №2005/00.19316 далее указано, что подобные предшествующие попытки увеличения периода полураспада катализатора путем очистки липидов проводились только в лабораторных процессах малого масштаба и что подобные процессы всегда оканчивались неудачей при попытке доведения до промышленных масштабов. Для того чтобы справиться с этой проблемой Ten Brink et al. описывают способ обработки «отбеленных» глицеридовых жиров «цеолитной отбеливающей землей» при высокой энергии сдвига от 0,5 до 2,5 Вт/кг на протяжении от 5 минут до 12 часов при температуре от 30 до 150°С перед соприкосновением липида с липазным катализатором для протекания интерэстерификации.

Известны другие способы ферментативной обработки липидных композиций. В дополнение к липазе, интересующие ферменты могут включать эстеразу; ацилазу; ферменты, усиливающие реакции ацидолиза, реакции транэстерификации, синтеза сложных эфиров или реакции перестановки сложных эфиров; ферменты, имеющие фосфолипазную или протеазную активность, включая активность термостабильных и термоустойчивых гидролаз; и полинуклеотиды.

Таким образом, объектом изобретения является способ и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в нескольких реакционных модулях, объединенных в последовательности, где способ может выполняться в непрерывном режиме, даже если один из модулей отключен для замены или восполнения обрабатывающей среды.

Таким образом, другим объектом изобретения является способ и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в котором активность фермента пролонгирована.

Другим объектом изобретения является способ и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в нескольких реакторах с неподвижным слоем, объединенных в последовательности, где реактор с неподвижным слоем может подвергаться замене или пополнению при поддержании процесса, по существу, при постоянной скорости потока.

Еще одним объектом изобретения является процесс и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в нескольких реакторах с неподвижным слоем, объединенных в последовательности, где может быть использована, по существу, вся активность определенного количества фермента, прежде чем это количество фермента потребуется заменить или пополнить.

Еще одним объектом изобретения является процесс и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, при котором композиция не должна быть дезодорирована перед ферментативной обработкой.

Еще одним объектом изобретения является процесс и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, требующий только ограниченного мониторинга процесса обработки.

Еще одним объектом изобретения является процесс и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, способный производить липидный продукт, соответствующий заранее определенным техническим характеристикам.

Другим объектом изобретения является способ и аппарат для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, во множестве реакторов с неподвижным слоем, объединенных в последовательности, в которых скорость потока в основном остается постоянной, позволяющие производить содержащий липиды продукт, удовлетворяющий заранее определенным техническим характеристикам.

Краткое описание изобретения

Представленное изобретение касается процесса и аппаратов для непрерывной ферментативной обработки композиции, содержащей липид, в различных реакторах с неподвижным слоем, где поток композиции, содержащей липид, через реактор может оставаться в основном постоянным даже по мере того, как ферментативная активность неподвижного слоя уменьшается со временем, и даже когда неподвижный слой отключен для ремонта, замены или пополнения. В соответствии с этим аспектом изобретения способ непрерывной обработки композиции включает этапы

(a) подготовки содержащего липиды исходного материала,

(b) предварительной обработки указанного исходного материала первой технологической добавкой,

(c) обеспечения прохождения указанного исходного материала с, по существу, постоянной скоростью потока через систему обработки, включающую различные содержащие фермент реакторы с неподвижным слоем, соединенные последовательно один с другим, и

(d) указанные реакторы с неподвижным слоем могут обслуживаться индивидуально, скорость потока исходного материала через систему обработки оставляют, по существу, постоянной, когда один из указанных реакторов с неподвижным слоем отключают для обслуживания.

В одном варианте осуществления изобретения технологическая добавка может быть помещена в каждый реактор с неподвижным слоем, размещаясь над ферментативным слоем таким образом, что исходный материал, текущий в реактор, сначала контактирует с технологической добавкой, а потом с ферментом. В другом варианте осуществления технологическая добавка может находиться в одном или более реакторов, отличных от реактора, содержащего фермент. Таким образом, в другом аспекте изобретения система предварительной обработки, предназначенная для предварительной обработки исходного материала, может включать один или более реакторов предварительной обработки, содержащих технологическую добавку для предварительной обработки, подходящую для определенной подвергаемой обработке композиции, содержащей липид, обычно кремнезем. В соответствии с этим аспектом изобретения способ в соответствии с представленным изобретением может включать этапы:

(a) подготовки содержащего липиды исходного материала,

(b) осуществления контакта содержащего липиды исходного материала с определенным количеством технологической добавки в системе предварительной обработки в течение периода времени, достаточного для того, чтобы обеспечить образование предварительно обработанного исходного материала, система предварительной обработки включает несколько реакторов предварительной обработки, объединенных последовательно,

(c) обеспечения прохождения указанного исходного материала с, по существу, постоянной скоростью потока через систему обработки, включающую различные содержащие фермент реакторы с неподвижным слоем, соединенные в один с другим в другую последовательность, и

(d) реакторы предварительной обработки могут обслуживаться индивидуально, скорость потока исходного материала через оставшуюся систему предварительной обработки оставляют, по существу, постоянной, когда один из указанных реакторов предварительной обработки отключают для обслуживания.

В еще одном аспекте изобретения изобретатели также обнаружили, что активность ферментативных катализаторов значительно продлевается, если используемый на этапе предварительной обработки кремнезем, по существу, свободен от влаги. В этом состоит отличие от продуктов кремния, которые пытались использовать в предшествующих работах, подобные продукты кремния имели содержание влаги, приближающееся к 65%. Таким образом, в другом аспекте изобретения способ в соответствии с представленным изобретением включает этапы:

(a) подготовки липидсодержащего исходного материала,

(b) осуществления контакта содержащего липиды исходного материала с определенным количеством, по существу, свободного от влаги кремнезема для получения предварительно обработанного исходного материала,

(с) обеспечения прохождения указанного исходного материала с, по существу, постоянной скоростью потока через систему обработки, включающую один или более содержащих фермент реакторов с неподвижным слоем, последовательно соединенных.

В предпочитаемом варианте осуществления этого аспекта изобретения система предварительной обработки включает различные реакторы с неподвижным слоем, которые могут обслуживаться независимо, скорость потока исходного материала через систему обработки оставляют, по существу, постоянной в случае, если один из реакторов отключен для обслуживания.

В некоторых вариантах осуществления исходный материал может содержать одну или более композиций, содержащих липид, которые предпочтительно являются или очищенными и отбеленными; или очищенными, отбеленными и гидрогенизированными; или фракционированными, очищенными и отбеленными. Система предварительной обработки в соответствии с представленным изобретением может служить для удаления нежелательных компонентов исходного материала, вне зависимости от того, известны эти компоненты или неизвестны. Фермент, иммобилизированный в реакторах с неподвижным слоем, может быть липазой; эстеразой; ацилазой; ферментами, усиливающими реакции ацидолиза, реакции трансэстерификации, синтеза эфиров, или реакции обмена липидов; ферментами, имеющими фосфолипазную или протеазную активность, включая активность термостабильных и термоустойчивых гидролаз; и полинуклеотидами.

В другом аспекте изобретение касается аппарата для осуществления способа, описанного выше, аппарат включает:

(a) вход для исходного материала,

(b) выход для продукта,

(c) систему предварительной обработки, содержащую один или более модулей обработки,

(d) систему обработки, содержащую несколько реакторов с неподвижным слоем, объединенных последовательно,

(e) управляемое средство сообщения по текущей среде, которое позволяет исходному материалу течь в аппарат через вход для продукта, через систему предварительной обработки, через систему обработки, и покидать аппарат через указанный выход для продукта, средство сообщения по текучей среде должно допускать настройку, чтобы позволять отключение одного из модулей предварительной обработки и/или реакторов с неподвижным слоем при сохранении потока исходного материала через аппарат, таким образом, что при отключении модуля или реактора поток исходного материала через аппарат оставляют в основном постоянным. В предпочитаемом варианте осуществления система предварительной обработки содержит определенное количество, по существу, свободного от влаги кремнезема, помещенного в один или более указанных модулей предварительной обработки в форме реакторов с неподвижным слоем.

Поскольку модуль предварительной обработки или реактор с неподвижным слоем могут быть отключены, в то время как процесс продолжает протекать, процесс не должен подвергаться замедлению и остановкам, которые происходят в предшествующих системах при потере активности ферментативным слоем. Значительным преимуществом способа и аппарата в соответствии с представленным изобретением является то, что скорость реакции значительно не понижается по мере протекания реакции, так что не является необходимым понижение скорости подачи в аппарат исходного материала, и способ и аппарат могут работать, по существу, с постоянной скоростью потока, даже если модуль обработки подвергается пополнению или замене. Процесс и аппарат в соответствии с представленным изобретением делают возможным значительное продление активности фермента и позволяют использование в реакторе, по существу, всей активности фермента прежде, чем реактор будет отключен для пополнения. Процесс и аппарат в соответствии с изобретением также позволяют проводить обработку с использованием меньшего мониторинга процесса оператором, чем это требуется для методов обработки с одним модулем. Еще одним преимуществом является то, что становится возможным производство обработанного продукта, отвечающего заранее определенным техническим характеристикам. Еще одним преимуществом изобретения является то, что высокое качество продуктов может достигаться без дезодорирования композиции, содержащей липид, перед этапами предварительной обработки и обработки ферментом.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов аппарата, который может быть использован для осуществления способа в соответствии с представленным изобретением, аппарат включает систему предварительной обработки и систему обработки.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов реактора с неподвижным слоем из предшествующих работ, который может быть использован в качестве модуля обработки как часть аппарата в соответствии с представленным изобретением.

Фиг.3 представляет собой увеличенное изображение системы предварительной обработки с Фиг.1

Фиг.4 представляет собой увеличенное изображение системы обработки с Фиг.1

Фиг.5 демонстрирует три различных типа набивных колонн, пригодных для использования в различных вариантах представленного изобретения.

Фиг.6 представляет собой диаграмму, показывающую соотношения изменений в содержании жира, твердого при 40° в жировом продукте, который подвергнут процессу предварительной обработки и обработке в соответствии с представленным изобретением с числом дней проведения испытаний.

Подробное описание изобретения

Согласно требованиям, здесь приведено детальное описание варианта осуществления изобретения. Необходимо понимать, однако, что приведенный вариант осуществления является полностью демонстративным в том, что касается изобретения, которое может быть воплощено в различных формах.

Таким образом, конкретные детали, описанные здесь, не должны трактоваться как ограничивающие, но только как основа для формулы изобретения и в качестве репрезентативной основы для обучения специалистов в данной области техники различному применению различных аспектов изобретения соответствующим образом.

Представленное изобретение касается процессов и аппаратов для обработки содержащих липид исходных материалов. Исходный материал может содержать одну или более композиций, содержащих липид, которые предпочтительно являются очищенными и отбеленными; очищенными, отбеленными и частично или полностью гидрогенизированными; или частично гидрогенизированными; или фракционированными, очищенными и отбеленными. Подобные композиции могут содержать жиры и масла как из растительных, так и из животных источников. Из растительного источника масло или жир могут быть получены путем механического прессования или химической экстракции. Жиры и масла, пригодные для использования в качестве композиции, содержащей липид, включают, например, но не ограничиваются маслом канолы, касторовым маслом, кокосовым маслом, кориандровым маслом, кукурузным маслом, хлопковым маслом, маслом фундука, конопляным маслом, льняным маслом, маслом семян мятлика лугового, оливковым маслом, пальмовым маслом, косточковым пальмовым маслом, арахисовым маслом, рапсовым маслом, маслом из рисовых отрубей, сафлоровым маслом, маслом камелии масличной, соевым маслом, маслом семян подсолнечника, таловым маслом, маслом японской камелии, разновидностями натуральных масел, имеющими измененное сочетание жирных кислот в результате генетической модификации организмов (ГМО) или традиционного выведения, такими как масла с высоким содержанием олеиновой или низким содержанием линоленовой кислот, низконасыщенные масла (высокоолеиновое масло канолы, низколиноленовое масло сои или высокостеариновые масла подсолнечника), растительным маслом, жиром американской сельди, жиром тихоокеанского калехита, рыбим жиром, жиром хоплостета, жиром сардины, жирами сельди, шпиком, салом и смесями любых вышеперечисленных жиров.

Продукты на основе кремнезема, использованные на этапе предварительной обработки в соответствии с представленным изобретением предпочтительно, по существу, лишены влаги. Под термином «по существу, лишены влаги» подразумевается, что продукт кремнезема содержит меньше чем приблизительно 10% испаряющегося вещества, и более предпочтительно менее чем приблизительно 5% испаряющегося вещества. Предпочтительно при анализе продукт, по меньшей мере, состоит из SiO₂, не менее «чем приблизительно на 95% и предпочтительно не менее чем приблизительно на 99% SiO₂, считая по сухому весу. В дополнение кремнеземовый продукт может иметь средний диаметр пор более чем приблизительно 150 ангстрем, предпочтительно более чем приблизительно 160 ангстрем. Для того чтобы избегнуть образования мыл в реакторе кремнезем имеет рН по меньшей мере приблизительно 7,0, рН приблизительно 6,8 является особенно предпочтительным. Было обнаружено, что применение подобного кремнезема в значительной мере продлевает срок жизни ферментного катализатора в системе обработки липидов. Кремнеземовая технологическая добавка может содержать один или более продуктов, выбранных из группы, состоящей из хроматографического кремнезема, сплавленного кремнезема, осажденного кремнезема, пирогенного кремнезема, коллоидного кремнезема, аморфного кремнезема, гидрогеля кремнезема и алюмосиликата натрия. Было обнаружено, что кремнезем хроматографического качества пригоден для использования в способе и аппарате в соответствии с представленным изобретением. Один из продуктов, о котором известно, что он особенно подходит для использования в системе предварительной подготовки в соответствии с представленным изобретением, представляет собой, по существу, свободный от влаги продукт на основе силикагеля, предлагаемый W.R. Grace & Со. под обозначением SP 535-10065. Было обнаружено, что когда используется, по существу, свободный от влаги силикагель, количество силикагеля, используемого на определенное количество фермента, может составлять приблизительно 50% или меньше, предпочтительно приблизительно 25% или меньше, и наиболее предпочтительно 15% или меньше.

Ферменты, используемые в процессе и аппарате в соответствии с представленным изобретением, представляют собой иммобилизированные ферменты в реакторах с неподвижным слоем и могут представлять собой липазу, эстеразу; ацилазу; ферменты, содействующие ацидолизу, реакциям трансэстерификации, синтезу эфиров, или реакциям обмена эфиров; ферменты, обладающие фосфолипазной или протеазной активностью, включая активность термостабильной и термоустойчивой гидролазы; и полинуклеотидами. Применимые ферменты включают, но не ограничены, ферментами, получаемыми из Achromobacter, Alcaligenes, Aspergillus, Bacillus, Candida, Chromobacterium, Corynebacterium, Geotrichum, Humicolo, Humicora, Mucor, Penicillium, Pseudomonas, Rhizomucor, Rhizopus, Staphylococcus, Thermomyces и Torulopsis. Применямые ферменты включают, но не ограничены, ферменты, полученные из Mucor mihei, Pseudomonas fluorescens, Rhizopus delemar, Candida cylindracea, Penicillium cyclopium и Thermomyces lanuginosus. Особенно предпочтительным ферментативным катализатором является липаза из Thermomyces lanuginosus.

Продуктивность системы ферментативной обработки жиров или масел может быть оценена исходя из количества килограммов успешно обработанного масла, на грамм фермента в системе обработки. Успешная обработка масла или жира означает, что обработанное масло или жир попадает в технические характеристики продукта, который должен быть получен в результате ферментативной обрабо