專利名稱：一種大環內酯類香料十二碳二元酸丙二醇酯及其生產方法
技術領域：
本發明屬于大環內酯內香料領域，特別涉及一種來自于天然植物 油脂的大環內酯香料產品及其制造方法。
背景技術：
麝香是一種珍奇的動物性香料，擴散性和誘發力極強，具有特殊 的柔和而優雅的香氣，良好的提香作用和極佳的定香能力，與玫瑰、 茉莉花精油一起馳名世界。無論是東方還是西方，人們一直對它有極 大興趣。在調香中，如果缺少麝香等動物性香料，其香氣就會缺乏動態情感；只有將動物性香料應用于香精等配方，才起到定香、烘托、 圓潤與平衡整個香氣的作用，給整個香氣帶來活力，并賦以動人的情 感。大環內酯麝香化合物是一種非常重要的麝香香料，在香料領域素 有"香料之王"美譽，其香氣高雅華貴、留香持久，應用在香料中具 有提香、圓香和定香作用，通常用做修飾劑和定香劑，廣泛應用于皂 類、洗發護膚、洗滌劑的香精。目前制備大環內酯香料的原料主要是長鏈二元酸和二元醇。國內 的專利主要注重合成工藝的開發，如CN01133369.3，或者產品類型 的開發如CN93112597.9，而其使用的長鏈二元酸無論是生物發酵方 法還是化學合成方法，其最終原料還是來自石油化工的石蠟或烯烴， 二元醇也是來自于石油化工的化學合成，利用這些原料在化學反應的 作用下，制備大環內酯，用作香料。在環保要求日益高漲、人們生活 水平日趨提高的當代，迫切需要開發一種能夠利用可再生資源為原料 生產的綠色香料，以實現香料產業的健康、可持續發展。發明內容本發明所要解決的技術問題為一種能夠利用可再生資源為原料 的大環內酯麝香化合物及其制備方法和其應用。為了解決上述技術問題， 一方面，本發明公開了一種一天然植物 油脂為原料按照下述生產工藝得到的大環內酯類香料十二碳二元酸 丙二醇酯，其結構式(I )為其主要理化指標如下比重:0.944-0.948/25。C;外觀:純清透明液體； 香氣評定:具有優雅的麝香香氣一方面，本發明還公開了上述大環內酯類香料十二碳二元酸丙二 醇酯的制備方法，其包括如下步驟a. 天然植物油脂的酯交換反應以天然植物油脂和低碳醇為底物，加入催化劑進行酯交換反應， 對反應產物進行分餾分離，得到月桂酸低碳醇酯和甘油；b. 長鏈二元酸的生物方法制備以月桂酸低碳醇酯為底物，進行生物發酵，制備長鏈二元酸; C.l， 3-丙二醇的生物方法制備以甘油為底物，進行生物發酵，制備l， 3-丙二醇；d.制備麝香香料以十二碳二元酸和l， 3-丙二醇為原料，進行縮聚反應和解聚催化反應，制取香料粗品；將香料粗品進行精餾，得 到所需的成品。本發明所述的天然植物油脂為富含月桂酸的植物油脂，可為但不 限于椰子油、山蒼子核仁油、棕櫚核仁油、山胡椒仁油、棕仁油、擦 樹籽油、樟樹籽油中之一或它們的混合物，優選椰子油、棕櫚仁油中 之一或它們的混合物。本發明所述的低碳醇為Cl-C6的脂肪醇，優選為甲醇、乙醇或 丁醇，其中最優選為甲醇。本發明所述步驟a)中的催化劑可為甲醇鈉、金屬鈉、氫氧化鈉 或無機酸等，優選為硫酸。本發明所述步驟b)中生物發酵所采用的菌種為熱帶假絲酵母 (Camfefo 7h / /cato )，如假絲酵母(CCTCC M203052)。在本發明的長碳鏈二元酸的制備方法，包括生物發酵步驟和提取 精制步驟，其中生物發酵步驟是首先將特定的月桂酸低碳醇酯通過生 物發酵的方法生產十二碳二元酸，在發酵過程中通過補料控制發酵液 中月桂酸低碳醇酯的濃度不低于3%，在發酵結束后分離除去菌體， 脫色酸化分離得到粗品二元酸的同時分離去除大部分殘留的脂肪酸， 粗品經過有機溶劑結晶，最終得到合格的長鏈二元酸產品。其包括以 下步驟1)發酵法轉化以月桂酸低碳醇酯為底物，通過微生物發酵法 轉化為相應的長鏈二元酸；其中，微生物菌種采用熱帶假絲酵母(C""&^ 7h^'cato)，發 酵罐培養基的配方為KH2P04: 0.2 1.5°/。； NaCl: 0 0.2°/。；酵母 膏0.1 2.0%;尿素0.1 1.5%;葡萄糖1.0 5.0%; (NH4)2S04: 0 2線MgS04 7H20: 0 0.30/o;消泡劑0.005% 0.05%;發酵條件為接種量20%;罐溫29.0±2.0°C;通風量1 : 1.0 0.2vvm;罐壓0.02 0.15Mpa; pH:發酵前期菌體生長3.5 6.5;發酵中后期轉化5.0 8.5;培養時間120 170小時;2) 二元酸的提取精制將發酵液加堿調pH至7 11，加熱至 60 100°C，然后利用離心法或膜過濾法分離菌體，二元酸清液及發 酵殘余的底物；得到的二元酸清液視情況加入不超過清液體積5%含 量的活性炭，在50 95。C脫色10 180分鐘，過濾除去活性炭，然 后將脫色液加熱至50 100°C ，用酸調節pH至2 5進行酸化結晶， 酸化結晶液再經過濾得到長碳鏈二元酸，干燥得到成品。本發明所述步驟c)中生物發酵所采用的菌種為克雷伯氏肺炎雙 球菌(A7e6wW/a;wewmo"fae),女口 ATCC25955。在本發明的1， 3-丙二醇的制備方法，包括生物發酵步驟和提取 精制步驟，其中生物發酵步驟是首先將來源于天然油脂的甘油通過生 物發酵的方法生產1， 3-丙二醇，在發酵過程中通過補料控制發酵液 中甘油的濃度，在發酵結束后分離除去菌體，初步蒸餾得到1， 3-丙 二醇粗品同時分離去除水、蛋白等大部分雜質，粗品經過精餾，最終 得到合格的l, 3-丙二醇產品。其包括以下步驟1) 發酵法轉化以甘油為底物，通過微生物發酵法轉化為相應 的長鏈二元酸；其中，微生物菌種采用克雷伯氏肺炎雙球菌(K/eZwW/a p"e"wom'ae)，發酵罐培養基的配方為KH2P04: 0.2 1.5%;酵母膏 0.1 2.0%;葡萄糖1.0 5.0%; (NH4)2S04: 0 2.0%;消泡劑 0.005% 0.05%;甘油5%發酵條件為接種量10%;罐溫35.0±2.0°C;罐壓0.02 0.15Mpa; pH: 7.0;發酵過程適當補加甘油控制發酵液中甘油的濃度 不低于3%;培養時間72小時；2) 1， 3-丙二醇的提取精制將發酵液加熱至60 100。C，然后利用膜過濾法將目標產物和菌體、蛋白等雜質分離，得到的清液初步減壓蒸餾，在真空度O.OlMPa的條件下收集130-15(TC溫度區間內的餾分，將l， 3-丙二醇粗品與水、蛋白等大部分雜質分離，然后將l， 3-丙二醇粗品進行精餾，得到最終產品。本發明所述步驟d)中縮聚反應的反應溫度為80-300。C。 為了提高縮聚反應的產率，本發明所述步驟d)中縮聚反應過程 分常壓聚合、減壓聚合兩步進行，其中所述常壓聚合的步驟為，反應 釜內氮氣置換，當物料溫度到IO(TC開始攪拌，繼續升溫，使物料溫 度由15(TC經過3小時升溫到180°C-190°C。在180。C-190。C保持4小 時后，常壓聚合反應結束；所述減壓聚合步驟為真空度100Pa以下(越 低越好)，減壓聚合大約2小時結束，釜內充氮氣至常壓。本發明所述步驟d)中解聚催化反應條件為100-350"C和 0-0.08MPa真空。經國家香料香精化妝品質量監督檢驗中心檢驗，本發明所提供的 大環內酯類香料十二碳二元酸丙二醇酯具有優雅的麝香香氣，香氣較 純正，完全能夠替代天然麝香和化工合成的大環麝香；同時本發明以 天然的植物油為原料，采用生物發酵制備原料，實現了原料的可再生 資源化，實現了香料產業的健康、可持續發展。
具體實施方式
本發明定義如下"酯交換反應"指的是植物油與醇生成脂肪酸單酯和甘油的催化 化學反應，酯交換反應可以在酸催化、堿催化或酶催化的條件下進行。"蒸餾"是利用液體混合物中各組分揮發度的差別，使液體混合 物部分汽化并隨之使蒸氣部分冷凝，從而實現其所含組分的分離。是 一種屬于傳質分離的單元操作。廣泛應用于煉油、化工、輕工等領域。"縮聚反應"是指十二碳二元酸和1， 3-丙二醇多次縮合而聚合 得到的線性聚酯的反應。縮酯反應的催化劑一般可以分為均相催化劑和非均相催化劑。均相催化劑主要有Lewis酸、金屬有機化合物。非 均相催化劑主要是一些負載型固體催化劑。"解聚催化反應"是指十二碳二元酸和1， 3-丙二醇多次縮合而 聚合得到的線性聚酯進行解聚并環化的反應。為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明 白了解，下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明。應理解，這 些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實 施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照制 造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。實施例1.天然植物油脂的初步轉化將200克椰子油和200克甲醇加入帶有冷凝回流的反應器，再加 入4克濃硫酸，加熱至6(TC，回流2-5小時。將裝置改為蒸餾，蒸出 過剩的甲醇。然后將反應產物進行減壓蒸餾分離，分別得到甘油和月 桂酸甲酯。實施例2.天然植物油脂的初步轉化將200克棕櫚仁油和300克甲醇加入帶有冷凝回流的反應器，再 加入7克濃硫酸，加熱至60。C，回流2-5小時。將裝置改為蒸餾，蒸 出過剩的甲醇。然后將反應產物進行減壓蒸餾分離，分別得到甘油和 月桂酸甲酯。實施例3.月桂酸甲酯作為底物的30L罐發酵取甘油管菌種，接種于裝有200mL液體培養基的500mL的種子 瓶中，35°C， 300rpm搖床培養10~15小時，搖瓶培養基配方為蛋 白胨0.5%，酵母膏0.5%,葡萄糖1.0% ，自來水配制，pH自然。取上述搖瓶種子，接入裝有5L種子培養基的10L攪拌式發酵罐中，于35"C培養24小時。在裝有15L培養基的30L發酵罐中，分別接入1. 5L上述種子液， 開始發酵。于29-C、轉速500rpm、通氣量0.5vvm、罐壓0.10Mpa條 件下培養，當OD大于0.5以后開始補加發酵液體積2 5%的月桂酸 甲酯，其后流加月桂酸甲酯控制發酵液中月桂酸甲酯濃度為0. 1 2%。 發酵結束前20h左右停止流加。從接種到發酵結束，總培養時間為 120小時。發酵結束測定發酵液中二元酸含量為77.5mg/g，轉化率為 63%。實施例4.十二碳二元酸的提取將實施例3得到的發酵液加堿調pH至10.0，加熱到70°C，將處 理過的發酵液置于微濾膜過濾循環罐中，啟動物料泵，保持入膜壓力 在0.15Mpa、出膜壓力在0.10Mpa的狀態下，膜的過濾通量為55升/ 平方米小時。分析結果顯示，濾出液中的十二碳二元酸的含量為67 mg/g;膜清液加2%的活性炭脫色30分鐘后濾去活性炭，用硫酸調節 pH至3.2進行酸化結晶，酸化結晶液冷卻至室溫，過濾、洗滌至中 性，8(TC烘干12小時，分析總酸為99.2%， DC12氣相色譜純度為 98.2%，月桂酸含量為0.07%,得到的十二碳二元酸備用。實施例5. 1， 3-丙二醇的生物方法制備 取甘油管菌種，接種于裝有100mL液體培養基的500mL的種子 瓶中，350°C，搖床培養24小時。取上述搖瓶種子，接入裝有5L種子培養基的10L攪拌式發酵罐 中，于35'C培養24小時。在裝有15L培養基的30L發酵罐中，分別接入1. 5L上述種子液， 開始發酵。于35匸、轉速300rpm、罐壓0.03Mpa條件下培養，從接 種到發酵結束，總培養時間為72小時。發酵結束測定發酵液中1,3-丙二醇含量為57.5mg/g，轉化率為45%。實施例6. 1， 3-丙二醇的提純將實施例5中得到發酵液加熱至60 100°C，然后利用分子量為 8000的超濾膜分離去除菌體和蛋白，得到的清液加熱減壓蒸餾，在 O.OlMPa的真空度下收集將1， 3-丙二醇粗品與水、無機鹽等大部分 雜質分離，130-15(TC溫度區間內的餾分，得到然后1， 3-丙二醇粗品， 將l， 3-丙二醇粗品進行精餾，得到最終產品，純度為99.9%。實施例7.以十二碳二元酸和1，3-丙二醇為原料，制備麝香香料 7丄裝料將原料l， 3-丙二醇86kg、十二碳二酸150kg，按比例、按順序 加入到聚合反應釜中，蓋好加料口。 7.2.氮氣置換關閉真空泵與聚合釜之間的閥門，聚合釜內充氮氣至常壓。關閉 氮氣閥門，緩緩打開真空泵與聚合釜之間的的閥門，抽真空至負壓， 置換兩次。聚合釜內充氮氣至常壓后，切換至氮氣保護狀態，控制氮 氣流量。7.3常壓聚合聚合反應過程分常壓聚合、減壓聚合兩步進行啟動聚合釜溫控儀表，當物料溫度到IO(TC開始攪拌，繼續升溫， 使物料溫度由150'C經過3小時升溫到180°C-190°C。在180°C-190 "C保持4小時后，常壓聚合反應結束。7.4. 減壓聚合認真檢査各有關閥門的開啟狀態，使之處于減壓狀態，啟動聚合 真空泵。根據聚合釜內真空度變化及餾出口溫度的變化情況，緩緩關 閉緩沖罐上的放空閥，逐步提高真空度，至真空度100Pa以下(越低 越好)，減壓聚合大約2小時結束，聚合釜內充氮氣至常壓。7.5. 加催化劑將金屬氧化物催化劑加入到聚合釜內。蓋好加料口，再次減 壓，經過l小時時間結束。7.6解聚過程聚合反應得到的線性聚酯打入解聚反應釜中，開動攪拌，繼續升 溫。線性聚酯在高溫26(TC、高真空100Pa、高效催化劑作用下進行 解聚并環化成目的產物麝香。解聚過程約需10 40小時。7.7.成品香氣測試數據由本發明獲取的大環內酯化合物用于香料的數據如下比重:0.944-0.948/25。C;外觀:純清透明液體；純度97%香氣評定:具有優雅的麝香香氣,香氣較純正(國家香料香精化妝 品質量監督檢驗中心檢驗結果)本發明的范圍不受所述具體實施方案的限制，所述實施方案只欲 作為闡明本發明各個方面的單個例子，本發明范圍內還包括功能等同 的方法和組分。實際上，除了本文所述的內容外，本領域技術人員參 照上文的描述和附圖
可以容易地掌握對本發明的多種改進。所述改進 也落入所附權利要求書的范圍之內。上文提及的每篇參考文獻皆全文 列入本文作為參考。
權利要求
1、一種以天然植物油為原料得到的大環內酯類香料十二碳二元酸丙二醇酯，其結構式(I)如下
2、 根據權利要求1所述的以天然植物油為原料得到的大環內酯類香 料十二碳二元酸丙二醇酯，其特點在于以天然油脂制備的十二碳二元 酸和l， 3-丙二醇為原料，進行縮聚反應和解聚催化反應得到。
3、 根據權利要求1所述的以天然植物油為原料得到的大環內酯類香料十二碳二元酸丙二醇酯，其主要理化指標如下比重:0.944-0.948/25。C;外觀:純清透明液體； 香氣評定:具有優雅的麝香香氣。
4、 一種制備權利要求1所述的以天然植物油為原料得到的大環內酯 類香料十二碳二元酸丙二醇酯的方法，其包括如下步驟a. 天然植物油脂的酯交換反應以天然植物油脂和低碳醇為底物，加入催化劑進行酯交換反應， 對反應產物進行分餾分離，得到月桂酸低碳醇酯和甘油；b. 長鏈二元酸的生物方法制備以月桂酸低碳醇酯為底物，進行生物發酵，提取精制長鏈二元酸; C.l， 3-丙二醇的生物方法制備以甘油為底物，進行生物發酵，提取精制l， 3-丙二醇；d.制備麝香香料以十二碳二元酸和l， 3-丙二醇為原料，進行縮聚反應和解聚催化反應，制取香料粗品；將香料粗品進行精餾，得到所需的成品。
5、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述天然植物油脂 為椰子油、山蒼子核仁油、棕櫚核仁油、山胡椒仁油、棕仁油、擦樹 籽油、樟樹籽油中之一或它們的混合物。
6、 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述天然植物油脂 為椰子油、棕櫚仁油中之一或它們的混合物。
7、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述低碳醇為Cl-C6 的脂肪醇。
8、 根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于所述低碳醇選為甲 醇、乙醇或丁醇。
9、 根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述低碳醇為甲醇。
10、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟a)中的 催化劑為甲醇鈉、金屬鈉、氫氧化鈉或無機酸。
11、 根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于所述步驟a)中的 催化劑為硫酸。
12、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟b)中生 物發酵所采用的菌種為熱帶假絲酵母(。"^fo rrap/Mfc)。
13、 根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于所述熱帶假絲酵 母的保藏號為CCTCC M203052。
14、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟b)中生 物發酵條件為發酵罐培養基的配方為KH2P04: 0.2 1.5°/。； NaCl: 0 0.2%; 酵母膏0.1 2.0%;尿素0.1 1.5%;葡萄糖1.0 5.0°/o; (NH4)2S04: 0 2.0%; MgS04 7H20: 0 0.3%;消泡劑0.005% 0,05%;發酵條件為接種量20%;罐溫29.0±2.0°C;通風量1 : 1.0 0.2vvm;罐壓0.02 0.15Mpa; pH:發酵前期菌體生長3.5 6.5; 發酵中后期轉化5.0 8.5;培養時間120 170小時。
15、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟b)中二元酸的提取精制的步驟為a) 將發酵液加堿調pH至7 11，加熱至60 100。C，然后利用 離心法或膜過濾法分離菌體，二元酸清液及發酵殘余的底物;b) 得到的二元酸清液視情況加入不超過清液體積5%含量的活 性炭，在50 95t:脫色10 180分鐘，過濾除去活性炭；c) 然后將脫色液加熱至50 10(TC，用酸調節pH至2 5進行 酸化結晶，酸化結晶液再經過濾得到長碳鏈二元酸，干燥得 到成品。
16、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟c)中生 物發酵所采用的菌種為克雷伯氏肺炎雙球菌(K/eZmW/"
17、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述克雷伯氏肺炎 雙球菌的保藏號為ATCC25955。
18、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟c)中生 物發酵條件為-發酵罐培養基的配方為KH2P04: 0.2 1.5°/。；酵母膏0.1 2.0%; 葡萄糖1.0 5.0%; (NH4)2S04: 0 2.0%;消泡劑0馬％ 0.05%; 甘油5%發酵條件為接種量10%;罐溫35.0±2.0°C;罐壓0.02 0.15Mpa; pH: 7.0;發酵過程適當補加甘油控制甘油濃度不低于3%; 培養時間72小時。
19、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟c)中1，3-丙二醇的提取精制的步驟為a) 將發酵液加熱至60 10(TC，然后利用膜過濾法得到的清液；b) 初步減壓蒸餾，在真空度O.OlMPa的條件下收集130-150。C溫 度區間內的餾分，得到l， 3-丙二醇粗品；c) 將l, 3-丙二醇粗品進行精餾，得到最終產品。
20、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟d)中縮 聚反應的反應溫度為80-300°C。
21、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟d)中縮 聚反應過程分常壓聚合、減壓聚合兩步進行，其中所述常壓聚合的步 驟為，反應釜內氮氣置換，當物料溫度到100。C開始攪拌，繼續升溫， 使物料溫度由150。C經過3小時升溫到180°C-190°C，在180°C-190 'C保持4小時后，常壓聚合反應結束；所述減壓聚合步驟為真空度 <100Pa，減壓聚合大約2小時結束，釜內充氮氣至常壓。
22、 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述步驟d)中解 聚催化反應條件為100-35(TC和0-0.08MPa真空。
全文摘要
本發明公開了以天然植物油脂為原料，通過與低碳醇的酯交換反應，獲取月桂酸低碳醇酯和甘油。然后分別以月桂酸低碳醇酯和甘油為底物，通過生物發酵方法，分別制備十二碳二元酸和1，3-丙二醇。在催化劑的作用下，十二碳二元酸和1，3-丙二醇通過化學聚合和解聚，得到十二碳二元酸丙二醇大環內酯。這種大環內酯用做香料，具有優雅的麝香香氣，香氣純正。本發明以天然的植物油脂為原料，采用生物發酵制備原料，實現了原料的生物質化。
文檔編號C12P7/40GK101328165SQ200710170899
公開日2008年12月24日 申請日期2007年11月23日 優先權日2007年11月23日
發明者張榮福, 秦兵兵, 邱勇雋 申請人:上海凱賽生物技術研發中心有限公司;上海凱賽生物科技有限公司;凱賽生物產業有限公司