CN102392057A - 一种绿原酸脂肪酸酯的合成方法 - Google Patents

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本发明公开了一种绿原酸脂肪酸酯的合成方法，所述方法采用两步催化合成法，先合成绿原酸甲酯，接着绿原酸甲酯在脂肪酶催化作用下与脂肪醇进行酰化反应合成绿原酸脂肪酸酯，通过分步催化大大提高了催化效率，减少了反应时间，催化反应转化率可以达到90％以上。

Description

一种绿原酸脂肪酸酯的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种利用脂肪酶催化合成绿原酸脂肪酸酯的方法，即绿原酸脂肪酸酯加工新工艺。
背景技术：
绿原酸广泛存在植物中，如葵花籽、水果(如苹果、梨、葡萄)、蔬菜(如土豆)、大豆、小麦等。人们在日常生活中，都能从食用的粮食、蔬菜、水果和果汁中摄取一定量的绿原酸类物质。绿原酸具有广泛的生物活性，具有抗菌、抗病毒、保肝利胆、抗肿瘤、降血压、降血脂等作用。现代科学对绿原酸生物活性的研究已深入到食品、保健、医药和日用化工等多个领域。但绿原酸的邻二酚羟基结构不稳定，高温加热易氧化分解，碱性条件下也可发生水解。绿原酸的生理功能虽然广泛，具有较好的抗氧化、清除自由基及抗菌抗病毒等作用，但由于其极性大、油水分配系数低等的限制，其发挥作用的应用范围有限，且生物膜透性较差、于体内能被酯酶灭活，生物利用度较低、抗菌作用并不强，从而降低了绿原酸的整体功能活性。目前对绿原酸进行分子修饰以增强其稳定性和脂溶性的报道尚少。对于酚酸类的化学改性法最常见是对其进行酯化，如直接酯化法、酯交换法及酰氯法等。
脂肪酶作为生物催化剂催化反应条件温和，产物颜色浅，副产物少且具有专一性，利于生产高质量的脂溶性化合物。尤其是近年来在脂溶性产品生产中的应用，对生产绿色环保燃料，建设环境友好型社会，解决我国日益严重的能源问题，有着重要的现实意义和经济效益。目前绿原酸酯基本采用化学法反应，宁正祥等以三乙胺(TEA)为催化剂，对绿原酸进行月桂酰氯酰化，化学法制备了绿原酸月桂酸酯。但绿原酸在碱性溶剂中易氧化；化学反应没有选择性，导致副反应增多，对后续分离纯化带来麻烦。在酶常规催化过程中，由于绿原酸在脂肪醇反应溶剂中的溶解性较小，反应速度慢，效率较低，降低了脂肪酶的催化速率。
发明内容：
针对上述问题，发明人采用首先化学合成绿原酸甲酯(绿原酸甲酯在脂肪醇中溶解性要大于绿原酸在脂肪醇中溶解性)，接着绿原酸甲酯在脂肪酶催化作用下与脂肪醇进行酰化反应的方法，分步进行提高催化效率。
本发明采用的技术方案是：
一种绿原酸脂肪酸酯的合成方法，所述方法为：
(1)0.035～0.05mol/L的绿原酸的甲醇溶液中加入离子交换树脂Amberlite IR120H，所述离子交换树脂的用量以绿原酸的甲醇溶液的体积计为0.035～0.05g/mL，并加入分子筛，分子筛的加入量以绿原酸的甲醇溶液的体积计为10-20mg/mL，在50-55℃温度下搅拌反应6-10小时，反应结束后反应液后处理制得绿原酸甲酯；
(2)步骤(1)制得的绿原酸甲酯加入脂肪醇中进行酰化反应，所述脂肪醇为辛醇或十二醇，加入Novozym435脂肪酶(来源于Candid Antarctica B型脂肪酶固定于阴离子树脂上，北京Novo Nordisk公司)，在氮气保护下，在50℃温度下搅拌反应48-76小时，反应结束后反应液分离处理制得所述绿原酸脂肪酸酯；所述脂肪醇的用量以绿原酸甲酯的物质的量计为178～358mL/mmol；所述Novozym435脂肪酶的用量为脂肪醇质量的4～8％。
所述反应的方程式如下：
Figure BDA0000094269320000031
所述步骤(1)中，所述反应液后处理方法为：反应结束后，反应液冷却至室温、过滤、滤液蒸除甲醇，加入氯仿萃取，取有机层采用无水硫酸钠进行干燥，过滤，滤液真空浓缩制得绿原酸甲酯。
所述步骤(2)中，所述反应液分离处理方法为：反应结束后，反应液过滤，滤液使用萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得所述绿原酸脂肪酸酯；所述萃取剂为乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2～3的混合，所述乙腈水溶液中乙腈的体积浓度为50％。
本发明有益效果主要体现在：
1)绿原酸分子由于含有多个羟基而具有的水溶性，在其分子修饰后，长链脂肪酸的加入使得整个分子的脂溶性增加，可以大大改善和提高化学稳定性，包括抗氧化性和耐酸碱性能，有利于生产和储存期间的稳定性。
2)通过化学合成绿原酸甲酯，提高了绿原酸在后续脂肪醇溶剂中的溶解性，增大了后续酶催化酯化反应的速度和效率；利用该两步法合成绿原酸脂肪酸酯，催化反应转化率可以达到90％以上，远大于一步反应转化率。
具体实施方式：
下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
在500毫升玻璃容器中，将10g离子交换树脂Amberlite IR120H添加到200mL浓度为0.05mol/L的绿原酸的甲醇溶液中，加入4g的分子筛在55℃温度下搅拌反应6小时，反应结束反应液冷却至室温、过滤、滤液蒸除甲醇，加入30mL氯仿萃取，取有机层用无水硫酸钠进行干燥，过滤，滤液真空浓缩制得绿原酸甲酯3.45g。
取上述得到的绿原酸甲酯20.6mg(56μmol)，加入10mL辛醇(密度＝0.83g/mL)和0.64g Novozym435脂肪酶(来源于Cand idantarcticaB型脂肪酶，固定于阴离子树脂上，北京Novo Nordisk公司)进行酰化反应，在50℃反应温度下搅拌反应48小时，反应过程通入氮气来限制甲醇酯化副反应的发生。反应结束反应液过滤，滤液使用18mL萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得绿原酸辛酯24.3mg(HPLC检测)；萃取剂为体积浓度50％的乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2的混合。绿原酸酰化转化率为93.1％。
实施例2
在500毫升玻璃容器中，将10g离子交换树脂Amberlite IR120H添加到280mL浓度为0.035mol/L的绿原酸的甲醇溶液中，加入2.8g的分子筛在50℃温度下搅拌反应10小时，反应结束反应液冷却至室温、过滤、滤液蒸除甲醇，加入30mL氯仿萃取，取有机层用无水硫酸钠进行干燥，过滤，滤液真空浓缩制得绿原酸甲酯3.52g。
取上述得到的绿原酸甲酯20.6mg(56μmol)，加入20mL十二醇(密度＝0.82g/mL)和0.64g Novozym435脂肪酶(来源于Cand idAntarctica B型脂肪酶，固定于阴离子树脂上，北京Novo Nordisk公司)进行酰化反应，在50℃反应温度下搅拌反应76小时，反应过程通入氮气来限制甲醇酯化副反应的发生。反应结束反应液过滤，滤液使用18mL萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得绿原酸十二酯27.0mg(HPLC检测)；萃取剂为体积浓度50％的乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2的混合。绿原酸酰化转化率为92.3％。
比较例1
19.8mg绿原酸(56μmol)加入10mL辛醇和0,64gNovozym435脂肪酶(来源于Cand id antarcticaB型脂肪酶，固定于阴离子树脂上，北京Novo Nordisk公司)进行酰化反应，在50℃反应温度下搅拌反应96小时，反应过程通入氮气来限制甲醇酯化副反应的发生。反应结束反应液过滤，滤液使用15mL萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得绿原酸辛酯16.6mg(HPLC检测)。萃取剂为体积浓度50％的乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2的混合。绿原酸酰化转化率为63.6％。
比较例2
19.8mg绿原酸(56μmol)加入20mL十二醇和0.64g Novozym435脂肪酶(来源于Cand id antarcticaB型脂肪酶，固定于阴离子树脂上，北京Novo Nordisk公司)进行酰化反应，在50℃反应温度下搅拌反应118小时，反应过程通入氮气来限制甲醇酯化副反应的发生。反应结束反应液过滤，滤液使用18mL萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得绿原酸十二酯21.3mg(HPLC检测)；萃取剂为体积浓度50％的乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2的混合。绿原酸酰化转化率为72％。
将实施例1、2及对比例1、2的反应总时间与绿原酸转化率列于下表1中，由表1可以明显看出，采用本发明方法的二步催化法合成绿原酸脂肪酸酯，催化反应转化率可以达到90％以上，而且反应用时大大减少。
表1 二步反应与一步反应酶催化效果
Figure BDA0000094269320000061

Claims (3)

1.一种绿原酸脂肪酸酯的合成方法，其特征在于所述方法为：
(1)0.035～0.05mol/L的绿原酸的甲醇溶液中加入离子交换树脂Amberlite IR120H，所述离子交换树脂的用量以绿原酸的甲醇溶液的体积计为0.035～0.05g/mL，并加入分子筛，分子筛的加入量以绿原酸的甲醇溶液的体积计为10-20mg/mL，在50-55℃温度下搅拌反应6-10小时，反应结束后反应液后处理制得绿原酸甲酯；
(2)步骤(1)制得的绿原酸甲酯加入脂肪醇中进行酰化反应，所述脂肪醇为辛醇或十二醇，加入Novozym435脂肪酶，在氮气保护下，在50℃温度下搅拌反应48-76小时，反应结束后反应液分离处理制得所述绿原酸脂肪酸酯；所述脂肪醇的用量以绿原酸甲酯的物质的量计为178～358mL/mmol；所述Novozym435脂肪酶的用量为脂肪醇质量的4～8％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中，所述反应液后处理方法为：反应结束后，反应液冷却至室温、过滤、滤液蒸除甲醇，加入氯仿萃取，取有机层采用无水硫酸钠进行干燥，过滤，滤液真空浓缩制得绿原酸甲酯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述反应液分离处理方法为：反应结束后，反应液过滤，滤液使用萃取剂进行萃取，取有机层，蒸除溶剂，制得所述绿原酸脂肪酸酯；所述萃取剂为乙腈水溶液与正己烷的混合以体积比1∶2～3的混合，所述乙腈水溶液中乙腈的体积浓度为50％。
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