CN101225420A - 一种在有机相中酶催化合成葡萄糖脂肪酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在有机相中酶法催化合成葡萄糖脂肪酸酯的方法，属于食品生物化工技术领域。本发明在丙酮中利用脂肪酶NOVO435分别催化合成了葡萄糖月桂酸酯、葡萄糖豆蔻酸酯、葡萄糖棕榈酸酯和葡萄糖硬脂酸酯，确定了其最佳生产工艺条件和产物的分离纯化方法。在最佳工艺条件下葡萄糖月桂酸单酯转化率达到80.2％，分离纯化后的单酯纯度达到99％以上。本发明方法具有条件温和、转化率高、产品容易分离纯化、绿色安全等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在有机相中脂肪酶催化合成非离子型表面活性剂葡萄糖脂肪酸酯的方法，属于食品生物化工技术领域。
背景技术
葡萄糖脂肪酸酯是由葡萄糖与脂肪酸缩合而成的一类可食用的具有特殊性能的非离子表面活性剂。由于葡萄糖脂肪酸酯具有良好的表面活性、无毒、易生物降解、HLB值范围广而可被广泛用于食品业、医药业、化妆品业和洗涤业。
在我国尚未有在丙酮中酶法催化合成葡萄糖脂肪酸酯的报道，但有在其他溶剂如叔丁醇溶剂中的糖酯合成报道，且局限于合成工艺的研究，没有葡萄糖脂肪酸酯的分离纯化方法。如吴可克和安庆大(2004)以蔗糖和棕榈酸为原料，研究了其酶法合成的工艺，这些报道中使用的溶剂毒性较大，在食品医药等工业中不允许使用，本发明中使用的丙酮毒性较小且沸点低易挥发，在产品中容易除去无残留，被欧共体承认应用在食品或食品添加剂制造上是安全的，可以应用于食品、化妆品等行业。
目前市售的糖酯主要采用化学法合成，通常情况下产率低，产物复杂，分离纯化困难，并且产物色泽深，而酶法催化合成糖酯具有反应选择性高、条件温和、副产物少、产品色泽浅，产物容易纯化等优点。脂肪酶催化合成糖酯已成为近年来国内外普遍感兴趣的糖酯合成新方法，当前世界上对蔗糖酯等双糖酯的研究十分活跃，而对葡萄糖等单糖酯的研究则相对较少。
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葡萄糖脂肪酸酯及其分离纯化的方法。通过响应面实验设计数学模型，本方法条件温和、反应效率高、所得产物成分简单便于分离纯化，明显优于化学法生产。
本发明的技术方案：一种在有机相中酶催化合成葡萄糖脂肪酸酯的方法，采用在恒温震荡水浴条件下，在丙酮中采用脂肪酶NOVO435催化酯化间歇反应合成葡萄糖脂肪酸酯，生产工艺条件为：
(1)葡萄糖起始浓度为50mmol/L；
(2)脂肪酸的起始浓度为50-350mmol/L；
(3)催化剂脂肪酶NOVE435添加量为10-40g/L；
(4)分子筛的添加量为40-80g/L；
(5)恒温震荡水浴条件：30-60℃，100-200rpm；
(6)反应时间为4-72小时；
将收集的反应液减压蒸馏，回收溶剂丙酮，同时得到固体物质；
将得到的固体物质采用正己烷萃取去除残余脂肪酸后，利用硅胶柱层析分离纯化，利用薄层色谱检测收集葡萄糖脂肪酸酯产品。
所用脂肪酸为月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸或硬酯酸。
所述方法的优化工艺条件为：
(1)葡萄糖起始浓度为50mmol/L；
(2)月桂酸起始浓度为250mmol/L；
(3)催化剂脂肪酶NOVE435添加量为30g/L；
(4)分子筛的添加量为68g/L；
(5)恒温震荡水浴条件：50℃，150rpm；
(6)反应时间为30小时；
硅胶柱层析流动相条件：甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水体积比为10∶40∶4.5∶1.0；薄层色谱检测的展开剂条件：甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水体积比为10∶40∶4.5∶1.0。
在恒温振荡水浴条件下，在丙酮溶剂中以葡萄糖和脂肪酸(月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬酯酸)为原料，脂肪酶为催化剂合成葡萄糖脂肪酸酯，经过分离纯化得到产物葡萄糖脂肪酸单酯，同时分离出未反应的脂肪酶可重复使用，蒸发出有机溶剂回收利用。
脂肪酶催化葡萄糖脂肪酸酯合成方法的研究包括设计响应面分析实验，优化得到酸醇摩尔比、脂肪酶添加量、反应温度、反应时间，并确定产物的分离纯化方法。
反应温度的确定：实验中采用的反应温度为：30℃，40℃，45℃，50℃，60℃，随着温度升高，葡萄糖单酯转化率升高，因此优选反应温度为50℃。
反应时间的确定：实验中采用的反应时间为：4h、8h、10h、15h、24h、30h、36h、48h、72h，结果发现在30h后产率开始下降，因此优选反应时间为30h。
酸醇摩尔比的影响：丙酮中添加月桂酸与葡萄糖的摩尔比分别为1，2，3，4，5，6，7，随着酸醇摩尔比的增加，葡萄糖单酯转化率提高，当酸醇摩尔比大于5时，转化率提高缓慢。
催化剂脂肪酶NOVE435添加量的影响：实验中脂肪酶的添加量分别为：5g/L，10g/L，15g/L，20g/L，30g/L，35g/L，40g/L，酶添加量越多，单酯产量越高，当添加量大于30g/L时，产量增长缓慢。
分子筛添加量的影响：实验中分子筛的添加量分别为：20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L、120g/L，随着分子筛添加量增大，单酯转化率先升高后降低。选定分子筛的添加量为：40-80g/L，经响应面分析分子筛量为68g/L时单酯转化率最高。
最佳工艺条件的确定：在单因素实验的基础上，设计三因素三水平响应面分析实验，因素和水平如表1所示，优化出丙酮中脂肪酶催化合成葡萄糖月桂酸酯的最佳工艺条件：当加酶量为30g/L，酸醇比为1∶5，分子筛量为68g/L时，葡萄糖浓度为50mmol/L，50℃振荡水浴150rpm反应30h，葡萄糖月桂酸单酯产量达到80.2％。
表1响应面分析实验因素和水平
| 水平 | 加酶量(g/L)X1 | 酸醇比X2 | 加分子筛量(g/L)X3 |
| 123 | 102030 | 1∶11∶31∶5 | 406080 |
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葡萄糖酯的展开剂条件：甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水＝10∶40∶4.5∶1.0(V/V/V/V)，将此展开条件作为柱层析的流动相可分离纯化出葡萄糖单酯。将酶促反应液通过减压蒸馏蒸出反应溶剂丙酮，随后加入正己烷来溶解未反应的月桂酸，然后以硅胶柱层析来分离葡萄糖单酯，利用薄层色谱检验并收集分离纯化出的单酯，经HPLC检测，分离纯化所得葡萄糖月桂酸单酯纯度达到99％以上，如图1所示。
本发明的有益效果：采用本发明利用脂肪酶催化制备葡萄糖月桂酸酯的方法可以大大提高产物的产量和反应的效率，葡萄糖单酯转化率达到约80.2％，经分离纯化后的单酯纯度达到99％以上。本发明方法具有酶法生产的条件温和、绿色安全、反应效率高、产品容易纯化等优点。在生产的工程中，由于反应以有机溶剂为反应介质，生产过程中基本没有微生物的影响，而且所采用的溶剂为丙酮和正己烷，这两种溶剂均被允许在食品工业中运用。得到的葡萄糖脂肪酸酯产品可作为表面活性剂应用到食品业、化妆品业和洗涤业。
附图说明
图1分离纯化出的葡萄糖月桂酸单酯的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，以月桂酸为原料，酸醇比为1∶5，分子筛量为68g/L时，葡萄糖浓度为50mmol/L，50℃振荡水浴150rpm反应30h，得葡萄糖月桂酸酯，经HPLC检测葡萄糖单酯产量达到82％，经分离纯化后得到单酯纯度达到99％以上。
实施例2：反应条件同实施例1，以豆蔻酸为原料，得葡萄糖豆蔻酸酯。
实施例3：反应条件同实施例1，以棕榈酸为原料，得葡萄糖棕榈酸酯。
实施例4：反应条件同实施例1，以硬脂酸为原料，得葡萄糖硬脂酸酯。
Claims (3)
1.一种在有机相中酶催化合成葡萄糖脂肪酸酯的方法，其特征是采用在恒温震荡水浴条件下，在丙酮中采用脂肪酶NOVO435催化酯化间歇反应合成葡萄糖脂肪酸酯，生产工艺条件为：
(1)葡萄糖起始浓度为50mmol/L；
(2)脂肪酸的起始浓度为50-350mmol/L；
(3)催化剂脂肪酶NOVE435添加量为10-40g/L；
(4)分子筛的添加量为40-80g/L；
(5)恒温震荡水浴条件：30-60℃，100-200rpm；
(6)反应时间为4-72小时；
将收集的反应液减压蒸馏，回收溶剂丙酮，同时得到固体物质；
将得到的固体物质采用正己烷萃取去除残余脂肪酸后，利用硅胶柱层析分离纯化，利用薄层色谱检测收集葡萄糖脂肪酸酯产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所用脂肪酸为月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸或硬酯酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是工艺条件为：
(1)葡萄糖起始浓度为50mmol/L；
(2)月桂酸起始浓度为250mmol/L；
(3)催化剂脂肪酶NOVE435添加量为30g/L；
(4)分子筛的添加量为68g/L；
(5)恒温震荡水浴条件：50℃，150rpm；
(6)反应时间为30小时；
硅胶柱层析流动相条件：甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水体积比为10∶40∶4.5∶1.0；薄层色谱检测的展开剂条件：甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水体积比为10∶40∶4.5∶1.0。
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