CN102161683B

CN102161683B - 一种脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法

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Publication number: CN102161683B
Application number: CN2011100459517A
Authority: CN
Inventors: 杜理华
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102161683A

Abstract

本发明公开了一种脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，所述方法为：所述蔗糖-6-棕榈酸酯是以蔗糖与棕榈酸乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，以体积比为4∶1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂为反应介质，通过酰化反应制得。本发明高产率合成了高单酯化的蔗糖棕榈酸酯，并且反应时间大大缩短。

Description

一种脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法

技术领域

本发明涉及一种选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法。

背景技术

蔗糖脂肪酸酯作为一种蔗糖衍生物，是一种性能优良的安全、无毒、无异味、无污染、对人体无任何副作用、无刺激、稳定性好、可完全生物降解的多元醇型非离子表面活性剂。它能有效地降低水的表面张力，在润湿力、分散力、增溶性、发泡力、乳化力、去污力等方面具有优良的性能。同时，还具有杀虫抑菌性能。因此，它的适应性强，应用范围广。目前已被广泛地用于食品工业、日用化工、医药工业、纺织、农牧等领域，特别是用作食品工业中的乳化剂、分散剂、起泡剂、润湿剂和清洁剂；日用化工中的化妆品、洗涤剂等。

蔗糖酯一般为白色粉状、块状或蜡状固体，有时也以无色或微黄色粘稠状或树脂状液体形式存在，无毒、不刺激皮肤与粘膜。食入人体内，可水解为可食用脂肪酸和蔗糖，具有营养价值，参与人体的新陈代谢，具有乳化、分散、润湿、起泡、粘度调节、防止老化和防止晶析等性能，易溶于乙醇、丙醇、氯仿、丙二醇等有机溶剂中，无明显熔点，在50℃以上即开始熔化，在温水中分散或溶解，在冷水中的溶解度较小，在弱酸弱碱下稳定，在强酸强碱下易发生水解。

至今蔗糖酯的合成有溶剂法、微乳化法、水溶剂法、酶法和无溶剂法等。但现有方法存在着或多或少的缺陷。

微乳化法和水溶剂法都需大量的皂作乳化剂，产品精制困难，色泽较深，而且水溶剂法还有产率低的缺点。无溶剂法虽然反应时间短，不使用任何溶剂，符合绿色化学的发展要求，但是由于无溶剂法合成的脂肪酸酯的转化率低，蔗糖酯的单酯含量低，产品成本高，限制了它们的应用。溶剂法由于溶剂DMSO、DMF等易燃、有毒，产品纯化较难，因此不宜应用于食品级蔗糖酯的生产。因此开发高效的蔗糖酯的合成方法具有十分重要的实际意义。

目前，有较多的国内外学者对有机介质中蔗糖酯的酶催化合成进行了研究，先后报道了叔丁醇体系以及叔丁醇与DMSO混合溶剂体系中脂肪酶催化多种二糖的酯化。与传统的溶剂法相比，混合溶剂体系采用无毒的或毒性较小的叔戊醇作为反应介质，大大减少了有毒溶剂的使用，适用于开发各种应用价值的蔗糖酯产品。

Ferrer等[Lipase-Catalyzed Regioselective Acylation of Sucrose in Two-Solvent Mixtures，BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING，VOL.65，NO.1，OCTOBER 5，1999]公开了一种棕榈酸蔗糖酯的制备方法，以棕榈酸乙烯酯为酰化试剂，以体积比为4∶1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂作为反应溶剂，在最佳反应条件下：0.03M蔗糖，0.3M棕榈酸乙烯酯，25mg/mLH.Lanuginosa lipase脂肪酶(吸附于硅藻土)，48h后蔗糖转化率为80％，纯化后得到蔗糖-6-棕榈酸酯(产率为51％)，二酯(6，1′-二-O-蔗糖棕榈酸酯和6，6′-二-O-蔗糖棕榈酸酯)得率为4.9％。上述方法反应时间长，单酯得率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出了一种混合溶剂中脂肪酶催化选择性合成蔗糖棕榈酸酯的新工艺，高产率合成了高单酯化的蔗糖棕榈酸酯，并且反应时间大大缩短。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，所述方法为：所述蔗糖-6-棕榈酸酯是以蔗糖与棕榈酸乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，以体积比为4∶1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂为反应介质，通过酰化反应制得。

本发明所述棕榈酸乙烯酯与蔗糖的投料摩尔比为3-15∶1，优选为8-15∶1，更优选为8∶1。

本发明所述脂肪酶Lipozyme RM IM是一种从Rhizomucor miehei得到的脂肪酶，用一种基因改性的米曲霉(Aspergillus oryzae)微生物经过深层发酵而生产。所述的脂肪酶LipozymeRM IM可使用市售商品。

本发明所述脂肪酶的加入量为：使得反应体系中脂肪酶Lipozyme RM IM的终浓度为15-30mg/ml，优选为20-30mg/ml，更优选为25mg/ml。

本发明所述酰化反应在摇床中进行，推荐摇床温度为20-40℃，转速为100～200rpm条件下反应为5-10小时。进一步，优选摇床温度为40℃，优选在170rpm条件下反应8小时。

本发明在酰化反应结束后，所得反应液通过常规后处理即可获得目标产物蔗糖-6-棕榈酸酯。所述的常规后处理可采用如下步骤：反应液过滤除去脂肪酶Lipozyme RM IM，减压蒸馏除去溶剂，所得残留物通过硅胶柱层析获得白色的单酯晶体，即为蔗糖-6-棕榈酸酯，其中洗脱液为氯仿∶甲醇＝10∶1。

本发明具体推荐所述的合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法按照如下步骤进行：将蔗糖和脂肪酶Lipozyme RM IM加入到装有体积比为4∶1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂的反应容器中，于40℃条件下以170r-min^-1转速在摇床中先混匀，然后加入棕榈酸乙烯酯，再置入摇床反应，反应8小时后结束反应，反应液经常规后处理得到所述的蔗糖-6-棕榈酸酯；所述的棕榈酸乙烯酯与蔗糖的投料摩尔比为8∶1，所述脂肪酶Lipozyme RM IM的加入量为：使得反应体系中脂肪酶Lipozyme RM IM的终浓度为25mg/ml。

本发明使用的混合溶剂，在使用前优先用分子筛进行处理，以除去其中含有的水分和杂质。同时，本发明优选所述酰化反应也在分子筛存在下进行，有利于酰化反应的进行。

本发明的有益效果在于：

(1)虽然在蔗糖中有8个性能相近的羟基，但采用本发明的合成方法，在混合溶剂中脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯具有较高的转化率和选择性，能实现高的单酯化率，产物的结构经¹H NMR确证。

(2)本发明的合成方法绿色环保，大大缩短了反应时间。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

本发明实施例使用的脂肪酶Lipozyme RM IM购自Novozymes公司。

实施例1-5

蔗糖-6-棕榈酸酯的合成：在25mL加塞磨口锥形瓶中将蔗糖(0.1mmol，0.0342g)和脂肪酶Lipozyme RM IM(25mg/ml)加入到4mL叔戊醇∶DMSO＝4∶1(v/v)的混合溶剂中，混合溶剂均先用的分子筛处理24h，40℃条件下以170r-min^-1转速在摇床中先混匀30min，然后加入棕榈酸乙烯酯，再置入摇床反应，反应结果通过薄层色谱TLC跟踪检测。

反应结束后过滤除去脂肪酶，减压蒸馏除去溶剂，用200-300目硅胶湿法装柱，洗脱液为氯仿∶甲醇＝10∶1，柱高35cm，柱直径4.5cm，样品用少量洗脱剂溶解后湿法上柱，洗脱液收集流速2mL·min^-1，同时TLC跟踪洗脱进程，将得到的含有单一产物的洗脱液合并蒸干，可以得到白色的单酯晶体，获得蔗糖-6-棕榈酸酯。

核磁表征结果如下：

¹H-NMR(CD₃OD，300MHz)：蔗糖-6-棕榈酸酯：δ5.37(d，1H，J＝3.8Hz，H-1)，4.38(dd，1H，J＝12.1，J＝2.2，H-6a)，4.16(dd，1H，J＝12.1，J＝5.3，H-6b)，4.08(d，1H，J＝8.3，H-3′)，4.02(m，1H，H-5)，3.99(t，1H，J＝8.4，H-4′)，ca.3.76(m，3H，H-5′+H-6′a+H-6′b)，3.71(t，1H，J＝9.7，H-3)，3.61(d，1H，J＝12.4，H-1′a)，3.59(d，1H，J＝12.4，H-1′b)，3.42(dd，1H，J＝3.9，J＝9.7，H-2)，3.27(dd，1H，J＝9.7，J＝9.1，H-4)，2.39(m，2H，a-CH₂)，1.61(m，2H，β-CH₂)，1.31(m，24H，n-CH₂)，0.89(t，3H，J＝7.0，CH₃).

不同底物摩尔比的实验结果如表1所示，结果表明棕榈酸乙烯酯与蔗糖的摩尔比从3∶1增大至8∶1，反应转化率随之增大，但当摩尔比为15∶1时，转化率和单酯选择性反而降低，所以选择棕榈酸乙烯酯与蔗糖的摩尔比为8∶1-15∶1，最佳棕榈酸乙烯酯与蔗糖的摩尔比为8∶1。

表1.底物比对反应的影响

^a转化率通过HPLC检测获得；

^b 6，1′-二-O-蔗糖棕榈酸酯和 6，6′-二-O-蔗糖棕榈酸酯的总转化率

实施例6-14

蔗糖-6-棕榈酸酯的合成：在25mL加塞磨口锥形瓶中将蔗糖(0.1mmol，0.0342g)和脂肪酶Lipozyme RM IM(25mg/ml)分别加入到4mL叔戊醇和DMSO的混合溶剂中，混合溶剂均先用

的分子筛处理24h，40℃条件下以170r-min^-1转速在摇床中先混匀30min，然后加入棕榈酸乙烯酯(0.8mmol)，再置入摇床反应，反应结果通过薄层色谱TLC跟踪检测。

混合溶剂中的溶剂比对反应结果的影响如表2所示，结果表明溶剂叔戊醇与DMSO的体积比从3∶1增大至4∶1时，单酯的转化率随之增大，但当溶剂比增大到9∶1时，单酯的转化率反而降低，二酯的转化率随之增大，所以蔗糖棕榈酸单酯生成的最佳溶剂叔戊醇与DMSO的体积比为4∶1。

表2.溶剂比对反应的影响

^a转化率通过HPLC检测获得；

^b 6，1′-二-O-蔗糖棕榈酸酯和6，6′-二-O-蔗糖棕榈酸酯的总转化率

实施例15-20

蔗糖-6-棕榈酸酯的合成：分别在25mL加塞磨口锥形瓶中将蔗糖(0.1mmol，0.0342g)和脂肪酶Lipozyme RM IM加入到4mL叔戊醇：DMSO＝4∶1(v/v)的混合溶剂中，混合溶剂均先用

的分子筛处理24h，40℃条件下以170r-min^-1转速在摇床中先混匀30min，然后分别加入棕榈酸乙烯酯(0.8mmol)，再置入摇床反应，反应结果通过薄层色谱TLC跟踪检测。

脂肪酶用量对反应结果的影响如表3所示，结果表明脂肪酶Lipozyme RMIM的用量从5mg/ml增大至25mg/ml时，单酯的转化率随之增大，但当酶量增至30mg/ml时，单酯转化率和选择性反而降低，所以蔗糖棕榈酸单酯生成的最佳酶量为25mg/ml。

表3酶量对反应的影响

^a 转化率通过HPLC检测获得；

实施例21-26

蔗糖-6-棕榈酸酯的合成：在25mL加塞磨口锥形瓶中将蔗糖(0.1mmol，0.0342g)和脂肪酶Lipozyme RM IM(25mg/ml)分别加入到4mL叔戊醇∶DMSO＝4∶1(v/v)的混合溶剂中，混合溶剂均先用

不同反应时间对结果(表4)表明蔗糖棕榈酸单酯的转化率随反应时间的增加而增加，当反应进行8小时后，单酯的转化率达到94％，此时如果继续延长反应时间，对单酯的转化率没有太大影响，反而影响了单酯的选择性。所以蔗糖棕榈酸单酯生成的最佳反应时间为8小时。

表4.反应时间对反应的影响

^a转化率通过HPLC检测获得

Claims

1.一种合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，其特征在于所述方法为：所述蔗糖-6-棕榈酸酯是以蔗糖与棕榈酸乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，以体积比为4:1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂为反应介质，通过酰化反应制得，所述酰化反应在摇床中进行，摇床温度为40℃，转速为100～200rpm条件下反应5-10小时；所述棕榈酸乙烯酯与蔗糖的投料摩尔比为8-15:1；所述脂肪酶的加入量为：使得反应体系中脂肪酶Lipozyme RM IM的终浓度为15-30mg/ml。

2.如权利要求1所述的合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，其特征在于所述棕榈酸乙烯酯与蔗糖的投料摩尔比为8:1。

3.如权利要求1所述的合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，其特征在于所述脂肪酶的加入量为：使得反应体系中脂肪酶Lipozyme RM IM的终浓度为20-30mg/ml。

4.如权利要求1所述的合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，其特征在于摇床温度为40℃，170rpm条件下反应8小时。

5.如权利要求1所述的合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法，其特征在于所述方法按照如下步骤进行：将蔗糖和脂肪酶Lipozyme RM IM加入到装有体积比为4:1的叔戊醇和DMSO的混合溶剂的反应容器中，于40℃条件下以170r-min^-1转速在摇床中先混匀，然后加入棕榈酸乙烯酯，再置入摇床反应，反应8小时后结束反应，反应液经常规后处理得到所述的蔗糖-6-棕榈酸酯；所述的棕榈酸乙烯酯与蔗糖的投料摩尔比为8:1，所述脂肪酶Lipozyme RM IM的加入量为：使得反应体系中脂肪酶Lipozyme RM IM的终浓度为25mg/ml。