CN102586364A

CN102586364A - 基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法

Info

Publication number: CN102586364A
Application number: CN2012100570237A
Authority: CN
Inventors: 陈洁; 何志勇; 王洁; 秦昉; 陶冠军; 曾茂茂
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法，是在非水相中，固定化脂肪酶催化麦芽糖醇和脂肪酸合成麦芽糖醇酯，再通过硅胶柱层析和半制备液相对麦芽糖醇酯进行纯化制备。用本发明方法合成的麦芽糖醇酯主要是麦芽糖醇单酯，纯化制备后，产品纯度较高，其中麦芽糖醇辛酸单酯纯度为91～93％，麦芽糖醇月桂酸单酯纯度为94～97％，麦芽糖醇硬脂酸单酯纯度为93～95％，麦芽糖醇油酸单酯纯度为90～92％。该发明顺应乳化剂向天然、营养、多功能、低热量发展趋势，提供了一种绿色环保，高选择性的酶促合成方法合成麦芽糖醇酯，并通过硅胶柱层析和半制备液相制备得到一系列高纯度的麦芽糖醇单酯产品，提高了麦芽糖醇酯的应用针对性，丰富了乳化剂种类。

Description

基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法

技术领域

本发明提供了一种基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法，属于食品生物技术领域。

背景技术

目前我国食品乳化剂主要包含甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、斯盘(Span)和吐温(Tween)、大豆磷脂、硬脂酰乳酸钠和硬脂酰乳酸钙五大类，为了顺应乳化剂向天然、营养、多功能、低热量发展的趋势，麦芽糖醇酯逐渐被人们重视。麦芽糖醇酯是一类新型的非离子表面活性剂，是由麦芽糖醇与脂肪酸经缩合酯化而成，目前国内外极少有麦芽糖醇酯的研究报道。麦芽糖醇酯不但具有与单甘酯、蔗糖酯相同的乳化作用，而且还有增稠作用。特别是它的乳化稳定性有其独特的性能，可用来取代动、植物胶。它还有好的润湿性能、较强的去污能力和生物降解性如专利00102553.8(可降解一次性餐用具及其制作方法)，而且它还有调节人体生理机能的作用。

麦芽糖醇具有多个羟基，其化学活性类似，因此传统的化学法合成很难选择性的酰化某个羟基，除非是经过保护、去保护羟基等多个步骤，化学法也是目前糖酯工业生产中采用的唯一方法。酶法合成是近年来出现的新方法，它具有选择性高，反应条件温和，产品绿色环保等特点。

合成反应最大的难题就是糖醇和脂肪酸互不相溶，因此要选定一个合适的反应体系，目前有微乳液体系，但是体系难以控制，最终产物分离困难；离子液体系，但是粘度过高，传质慢，而且成本高；还有超临界体系、无溶剂体系，如专利99113469.9(均相无溶剂法生产蔗糖酯)。目前对非水相中酶促合成糖酯反应的研究主要是在单一有机溶剂中进行的，但是一种单一的有机溶剂很难将糖醇和脂肪酸制备为均一的体系，若采用混合溶剂体系，既满足较高的疏水性以保证酶活又能满足对底物的溶解性。

麦芽糖醇酯酶促反应液是一种混合物，为了得到麦芽糖醇酯的纯品，现在大多数是采用溶剂萃取法，如张灏等人将酶促反应液用丁酮萃取，丁酮萃取液用水洗至中性，干燥后用旋转蒸发仪蒸出溶剂得到产品麦芽糖醇酯。这种方法得到的产品纯度不高且损失较大，因此有必要采用其他方法高效快速的对酶促反应液进行纯化。硅胶柱层析和半制备液相是常用的分离纯化手段，可用于大量样品的连续分离纯化。

发明内容

本发明的目的：就是提出一种基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法。在非水相中，固定化脂肪酶催化麦芽糖醇和脂肪酸合成麦芽糖醇酯，再通过硅胶柱层析和半制备液相对麦芽糖醇酯进行纯化制备，得到一系列高纯度的麦芽糖醇单酯，为工业化生产奠定了理论基础，提高麦芽糖醇酯的应用针对性。

本发明的技术方案：在非水相中，脂肪酶催化麦芽糖醇和脂肪酸合成麦芽糖醇酯，再通过硅胶柱层析和半制备液相对麦芽糖醇酯进行纯化制备，得到高纯度的麦芽糖醇单酯。本发明方法具体包括以下步骤：

1、酶法合成麦芽糖醇酯

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶3-1∶5(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入一定体积比的叔戊醇，平衡2h-3h，在反应液中加入10g/L-20g/L的固定化脂肪酶NOV435，0h-24h后加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于50℃-60℃，180rpm恒温振荡反应24h-120h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用。

2、麦芽糖醇酯的纯化制备

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min。将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，其纯度分别为麦芽糖醇辛酸单酯91～93％，麦芽糖醇月桂酸单酯94～97％，麦芽糖醇硬脂酸单酯93～95％，麦芽糖醇油酸单酯90～92％。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法。实现了麦芽糖醇酯的选择性合成以及获得高纯度的麦芽糖醇单酯，与化学合成相比，酶促合成具有更高的选择性，合成的糖酯具有更高的食用安全性，生产过程也更为清洁，因此更能满足人们的消费需要，并为麦芽糖醇酯工业化生产奠定了理论基础。不同结构的麦芽糖醇酯在水溶性、乳化性、起泡性、临界胶束浓度、抑菌性等功能体性上具有一定的差异，在食品加工中具有不同的用途，为此合成一系列麦芽糖醇酯并对其进行纯化制备以制得高纯度的麦芽糖醇单酯，提高麦芽糖醇单酯的应用针对性，为乳化剂系列增添一类新的酯类产品，丰富了乳化剂的品种。

具体实施方式

实施例1：

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶3(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入一定体积比的叔戊醇，平衡2h，在反应液中加入10g/L的固定化脂肪酶NOV435，马上加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于50℃，180rpm恒温振荡反应24h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用。

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min。将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，其纯度分别为麦芽糖醇辛酸单酯91％，麦芽糖醇月桂酸单酯95％，麦芽糖醇硬脂酸单酯95％，麦芽糖醇油酸单酯92％。

实施例2：

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶4(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入一定体积比的叔戊醇，平衡3h，在反应液中加入15g/L的固定化脂肪酶NOV435，12h后加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于55℃，180rpm恒温振荡反应48h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用。

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min。将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，其纯度分别为麦芽糖醇辛酸单酯92％，麦芽糖醇月桂酸单酯94％，麦芽糖醇硬脂酸单酯93％，麦芽糖醇油酸单酯90％。

实施例3：

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶5(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入一定体积比的叔戊醇，平衡3h，在反应液中加入20g/L的固定化脂肪酶NOV435，24h后加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于60℃，180rpm恒温振荡反应120h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用。

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min。将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，其纯度分别为麦芽糖醇辛酸单酯93％，麦芽糖醇月桂酸单酯97％，麦芽糖醇硬脂酸单酯95％，麦芽糖醇油酸单酯92％。

实施例4：

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶5(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入一定体积比的叔戊醇，平衡2.5h，在反应液中加入20g/L的固定化脂肪酶NOV435，24h后加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于60℃，180rpm恒温振荡反应96h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用。

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，其纯度分别为麦芽糖醇辛酸单酯92％，麦芽糖醇月桂酸单酯96％，麦芽糖醇硬脂酸单酯93％，麦芽糖醇油酸单酯91％。

Claims

1.基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法，其特征是在非水相中，脂肪酶催化麦芽糖醇和脂肪酸合成麦芽糖醇酯，再通过硅胶柱层析和半制备液相对麦芽糖醇酯进行纯化制备，所述方法具体包括以下步骤：

(1)酶法合成麦芽糖醇酯

反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)∶叔戊醇＝1∶4(v/v)，麦芽糖醇∶脂肪酸＝1∶3-1∶5(m/m)，将原料置于二甲基亚砜中，待全部溶解后，加入4倍体积的叔戊醇，平衡2h-3h，在反应液中加入10g/L-20g/L的固定化脂肪酶NOV435，0h-24h后加入60g/L的4A分子筛除去反应生成的水份。反应液置于带盖的三角瓶中，于50℃-60℃，180rpm恒温振荡反应24h-120h，4A分子筛在250℃下活化6h，反应溶剂经分子筛脱水48h以上备用；

(2)麦芽糖醇酯的纯化制备

将反应完后的反应液过滤除去分子筛和固定化脂肪酶，旋转蒸发除去溶剂，浓缩后的反应液上硅胶柱进行层析分离，洗脱剂为正己烷∶异丙醇∶甲醇，流速为2ml/min，洗脱液进行分部收集，采用HPLC和质谱对层析样品进行快速分析，合并收集液。将硅胶柱纯化后的收集液浓缩后进行半制备液相制备，半制备色谱条件为：C18制备柱，流动相为甲醇/水，流速为1ml/min。将制备得到的收集液浓缩除去甲醇，剩余液体经冷冻干燥得到麦芽糖醇酯的固体纯品，麦芽糖醇酯纯度为90～97％。

2.根据权利要求1所述的基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法，其特征是所述的脂肪酸是辛酸、月桂酸、硬脂酸、油酸。

3.根据权利要求1所述的基于酶促反应非水相合成麦芽糖醇酯及其纯化制备的方法，其特征是所述的麦芽糖醇辛酸酯的硅胶柱层析和半制备条件分别为正己烷∶异丙醇∶甲醇＝3∶5∶2和甲醇/水＝80％，麦芽糖醇月桂酸酯的硅胶柱层析和半制备条件分别为正己烷∶异丙醇∶甲醇＝4∶4∶2和甲醇/水＝85％，麦芽糖醇硬脂酸酯的硅胶柱层析和半制备条件分别为正己烷∶异丙醇∶甲醇＝6∶2∶2和甲醇/水＝90％，麦芽糖醇油酸酯的硅胶柱层析和半制备条件分别为正己烷∶异丙醇∶甲醇＝8∶1∶1和甲醇/水＝95％。