CN102031278A

CN102031278A - 一种在有机相中酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的方法

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Publication number: CN102031278A
Application number: CN201010222645.1A
Authority: CN
Inventors: 贾承胜; 李舒生; 张晓鸣; 冯骉
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: CN102031278B

Abstract

一种在有机相中酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的方法，属于生物化工技术领域。本发明在丙酮中利用脂肪酶NOVO435催化合成了海藻糖油酸二酯、亚油酸二酯、花生油酸二酯和芥酸二酯，确定了产物的最佳生产工艺条件和分离纯化方法。在最佳工艺条件下，海藻糖油酸二酯、亚油酸二酯、花生油酸二酯和芥酸二酯的产率分别达到56.72％、55.65％、53.21％和51.53％，分离纯化后的二酯纯度均达到99％以上。本发明方法具有条件温和、步骤简单、转化率高、产品绿色安全，易分离纯化等优点。

Description

一种在有机相中酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的方法

技术领域

本发明涉及一种有机相中利用脂肪酶催化合成非离子多功能型表面活性剂海藻糖不饱和脂肪酸酯的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

糖脂肪酸酯是由糖和脂肪酸缩合而成的一类可食用的具有特殊功能的表面活性剂，由于具有良好的乳化性、稠化性和膨化性而被广泛用于食品业、化妆品业和洗涤业。目前，市售的糖脂肪酸酯多采用化学法合成，但化学法常常伴随着产率低、产物复杂、产物色泽深，分离纯化困难等缺点，与之相比，酶法具有反应选择性高、条件温和、产品副产物少、色泽浅和产物易纯化等优点，符合绿色化学发展的方向。因此，近年来有关糖脂肪酸酯酶法合成的研究报道越来越多。

海藻糖不饱和脂肪酸酯是由海藻糖和不饱和脂肪酸缩合而成。海藻糖是一种非还原性对称结构二糖，不受美拉德反应的影响，且具有保湿性、抗冻性、维持细胞渗透压、抗菌性等特性，而不饱和脂肪酸具有抗衰老、治疗和预防疾病的功效，因此，海藻糖不饱和脂肪酸酯是一种新型的具有特殊营养功能的表面活性剂。此外，由于海藻糖是对称结构，可以构建双子型表面活性剂海藻糖不饱和脂肪酸二酯，进而拓展海藻糖和不饱和脂肪酸在食品、医药和化妆品中的应用范围。

近年来，随着海藻糖价格的不断降低，对海藻糖脂肪酸酯的研究也越来越多。如对海藻糖月桂酸单酯、棕榈酸单酯、豆蔻酸单酯、硬脂酸单酯、油酸单酯、亚油酸单酯和亚麻酸单酯等的报道，以及对海藻糖丁酸二酯、月桂酸二酯和硬脂酸二酯等的报道。然而，对海藻糖不饱和脂肪酸二酯的研究至今尚未报道。本发明在丙酮中利用NOVO435催化合成不饱和脂肪酸二酯，并确定最佳生产工艺条件和分离纯化方法。该方法步骤简单，条件也比较温和，符合绿色化学的发展方向，并且由于它不需进行官能团保护，可以大量减少反应步骤，此外，所选用的丙酮与以往报道中使用的DMF和叔丁醇等有机溶剂相比，毒性小、沸点低、易挥发，在产品中容易除去，被欧共体承认在食品添加剂制造上是安全的，可以应用在食品、化妆品、医药等领域。

发明内容

本发明的目的是提供酶法合成非离子型表面活性剂海藻糖不饱和脂肪酸二酯及其分离纯化的方法，并通过单因素实验确定最佳生产工艺条件。本方法条件温和、步骤简单、选择性强和反应效率高，所得产物成分简单便于分离纯化，明显优于化学法，可以应用于工业化生产。

本发明的技术方案：一种在有机相中酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的方法，采用在恒温水浴条件下，在丙酮中采用脂肪酶NOVO435催化酯化，间歇反应合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯，生产工艺条件为：

(1)海藻糖起始浓度为6-50mmol/L；

(2)不饱和酸起始浓度为48-120mmol/L；

(3)催化剂脂肪酶NOVO435添加量为10-30g/L；

(4)分子筛的添加量为20-100g/L；

(5)恒温振荡水浴条件：45-60℃，100-200rpm；

(6)反应时间为6-120h。

分离纯化工艺条件为：

(1)将收集的反应液减压蒸馏，回收溶剂丙酮，同时得到液态物质；

(2)将得到的液态物质采用氯仿溶解后，利用薄层色谱检测，硅胶柱层析分离纯化，收集海藻糖不饱和脂肪酸二酯产品。

所用不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸、花生油酸和芥酸。

所述方法的优化工艺条件为：

(1)海藻糖起始浓度为25mmol/L；

(2)不饱和酸起始浓度为100mmol/L；

(3)催化剂脂肪酶NOVO435添加量为20mmol/L；

(4)分子筛的添加量为60g/L；

(5)恒温振荡水浴条件：55℃，150rpm；

(6)反应时间为72h。

分离纯化工艺条件为：

(1)硅胶柱层析流动相条件：氯仿∶甲醇＝8∶1；

(2)薄层层析检测的展开剂条件：氯仿∶甲醇＝8∶1。

将收集的反应液减压蒸馏，回收溶剂丙酮，同时得到液态物质，再把得到的液态物质用氯仿溶解后，利用薄层色谱检测，硅胶柱层析分离纯化，收集海藻糖不饱和脂肪酸二酯产品，同时分离出未反应的不饱和脂肪酸和有机溶剂，前者可继续参与反应，后者经减压蒸馏可重复使用。

脂肪酶催化海藻糖脂肪酸二酯合成方法的研究包括设计单因素实验，优化得到反应时间、酸醇摩尔比、脂肪酶添加量、分子筛添加量，并确定产物的分离纯化方法。

反应时间的确定：实验中采用的反应时间分别是6h、12h、24h、48h、72h、96h和120h，结果发现达到72h时，酯化反应趋于平衡，因此优选时间为72h。

反应温度的确定：实验中采用的反应温度分别为45℃、50℃、55℃和60℃，结果发现55℃时产率最高，因此优选温度为55℃。

催化剂脂肪酶NOVO435添加量的影响：实验中选用的脂肪酶添加量分别为10g/L、15g/L、20g/L和30g/L，添加量越多，转化率越高，当添加量大于20g/L时，产率趋于稳定，考虑到生产成本，因此选用20g/L。

海藻糖浓度的确定：实验中选择的海藻糖浓度分别为6mmol/L、12.5mmol/L、18mmol/L、25mmol/L、38mmol/L和50mmol/L，结果表明当海藻糖浓度为25mmol/L时，转化率最高，因此海藻糖添加量选为25mmol/L。

酸醇摩尔比的影响：反应中添加的不饱和酸和海藻糖的摩尔比分别为2、3、4和5，起初，随着酸醇摩尔比的增加，转化率不断升高，但当酸醇摩尔比大于4时，产率略有下降，因此所选酸醇摩尔比为4∶1。

分子筛添加量的影响：反应中添加的分子筛浓度分别为20g/L、40g/L、60g/L、80g/L和100g/L，随着分子筛添加量的增加，反应转化率先升高后降低，当分子筛浓度为60g/L时，产率最高，因此优先选择分子筛浓度为60g/L。

最佳工艺条件的确定：通过单因素实验，优化出丙酮中脂肪酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的最佳工艺条件：当脂肪酶添加量为20g/L，分子筛浓度为60g/L，酸醇摩尔比为4∶1时，海藻糖浓度25mmol/L，55℃水浴振荡150rpm反应72h，海藻糖芥酸二酯的转化率达到51.53％。

反应液的分离纯化方法：经大量实验优化出了薄层色谱分析海藻糖不饱和脂肪酸酸酯的展开剂条件：氯仿∶甲醇＝8∶1(v/v)，将此展开剂条件作为柱层析的流动相条件，即可分离纯化出海藻糖不饱和脂肪酸二酯。将除去酶和分子筛的酶促反应液，通过减压蒸馏除去反应溶剂丙酮后，加入氯仿溶解，经硅胶柱层析后，通过薄层检测，收集不同段的组分，即可得到海藻糖不饱和脂肪酸酸二酯。收集的二酯在HPLC检测下的纯度均达到99％以上，如图1所示。

本发明的有益效果：采用本发明在有机溶剂中利用脂肪酶催化制备海藻糖不饱和酸酯的方法，可以大大提高二酯的转化率，如四种不饱和脂肪酸二酯的转化率均超过51％，纯度均达到99％以上。本发明方法不仅具有酶法生产的条件温和、绿色安全和产品容易纯化等特点，而且具有反应产率高、步骤简单和高选择性等优点，符合绿色化学的发展方向。此外，选择的有机溶剂丙酮被允许应用在食品工业中，得到的海藻糖不饱和脂肪酸二酯产品可作为新型功能性表面活性剂应用于食品业、化妆业和医药业。

附图说明

图1分离纯化出的海藻糖芥酸二酯的HPLC图谱

具体实施方式

实施例1

反应初始在反应器中当加酶量为30g/L，以芥酸为原料，酸醇比为4∶1，分子筛量为60g/L时，海藻糖浓度为25mmol/L，55℃水浴振荡150rpm反应72h，得到海藻糖芥酸二酯，经HPLC检测海藻糖二酯的产量达到51％，分离纯化后二酯纯度达到99％以上。

实施例2：反应条件同实施例1，以油酸为原料，得海藻糖油酸二酯。

实施例3：反应条件同实施例1，以亚油酸为原料，得海藻糖亚油酸二酯。

实施例4：反应条件同实施例1，以花生油酸为原料，得海藻糖花生油酸二酯。

Claims

1.一种在有机相中酶催化合成海藻糖不饱和脂肪酸二酯的方法特征是，在恒温水浴振荡条件下，在丙酮中利用脂肪酶NOVO435催化酯化，间歇反应得到海藻糖不饱和脂肪酸二酯。生产工艺条件为：

(1)海藻糖起始浓度为6-50mmol/L；

(2)不饱和脂肪酸起始浓度为48-120mmol/L；

(3)催化剂脂肪酶NOVO435添加量为10-30g/L；

(4)分子筛的添加量为20-100g/L；

(5)恒温振荡水浴条件：45-60℃，100-200rpm；

(6)反应时间为6-120h。

分离纯化工艺条件为：

(1)将所得的反应液减压蒸馏，回收溶剂丙酮，同时得到液体物质；

(2)将收集的液体物质用氯仿溶解后，利用薄层层析检测，硅胶柱层析分离纯化，收集海藻糖不饱和脂肪酸二酯产品。

2.根据权利1要求所述的方法，其特征是所选用不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸、花生油酸和芥酸。

3.根据权利1要求所述的方法，其特征是生产工艺条件为：

(1)海藻糖起始浓度为25mmol/L；

(2)不饱和酸起始浓度为100mmol/L；

(3)催化剂脂肪酶NOVO435添加量为20g/L；

(4)分子筛的添加量为60g/L；

(5)恒温振荡水浴条件：55℃，150rpm；

(6)反应时间为72h。

分离纯化工艺条件为：

(1)薄层层析检测的展开剂为：氯仿∶甲醇＝8∶1；

(2)硅胶柱层析流动相为：氯仿∶甲醇＝8∶1。

4.根据权利1要求所述的方法，其特征是所选用的海藻糖属于非还原性对称结构二糖，且不受美拉德反应的影响。

5.根据权利1要求所述的方法，其特征是所得到的海藻糖不饱和脂肪酸酸二酯是一类双子型表面活性剂。

6.根据权利1要求所述的方法，其特征是产物表现出很强的表面活性和乳化性特，同时，呈现出非常好的抗菌性、抗癌性和高效的药物输送功能。

7.根据权利1要求所述的方法，其特征是在丙酮中利用NOVO435催化海藻糖和不饱和脂肪酸反应的产物中，二酯是唯一的产品。