CN103966278B - 一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 - Google Patents
一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103966278B CN103966278B CN201410233056.1A CN201410233056A CN103966278B CN 103966278 B CN103966278 B CN 103966278B CN 201410233056 A CN201410233056 A CN 201410233056A CN 103966278 B CN103966278 B CN 103966278B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lipase
- microwave
- ester
- sucrose
- assisted
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖‑6‑酯的方法，属于物理场辅助生物催化技术从而用于有机合成的范畴。本发明意在将蔗糖溶解于非水介质二甲亚砜/叔丁(戊)醇的混合溶剂中，利用微波辅助脂肪酶催化蔗糖与脂肪酸乙烯酯反应生成蔗糖‑6‑酯。该方法快速、高效、操作简单，符合绿色化学的要求。
Description
技术领域
本发明属于物理场辅助生物催化的技术领域，特别涉及微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法。
背景技术
蔗糖-6-酯是制备三氯蔗糖的重要中间体。三氯蔗糖是蔗糖分子中4,1’,6’-OH被Cl原子取代而其它-OH保持不变的一种功能甜味剂。而蔗糖分子中8个-OH的氯化反应活性顺序为6, 6’>4>1’>其他位，因此在氯化处理之前，必须首先屏蔽蔗糖分子中反应活性较高的6-OH使之不能被氯化，再对4,1’,6’-OH进行氯化。所以6-OH保护是氯化反应的关键前期步骤，必须采用有效地6-OH酰基化的方法。
传统的蔗糖-6-酯中间体的制备主要采用原酸酯法与有机锡催化法等。原酸酯法虽然操作简单，但收率偏低。相反，有机锡法收率较高，但是操作及后处理过程复杂，并存在产品中重金属超标的风险。
由于酶具有专一性强、反应条件温和、操作简单、环境友好、安全性高等优势，近年来蔗糖-6-酯的制备越来越倾向于酶催化法。经大量的研究发现，蛋白酶、脂肪酶、抗体酶是用来合成蔗糖酯的主要酶。但不同来源的酶具有不同的催化特点和催化活力。 蛋白酶主要对蔗糖的1’-OH或2-OH 进行选择性催化，且通常不接受长链脂肪酸作为酰基供体。相比蛋白酶，脂肪酶来源广泛，较宽范围的脂肪酸蔗糖酯都可被催化合成，并且反应一般发生在6-OH。利用抗体酶催化可得到更纯的蔗糖-6-酯最近也有研究证实，但仍待深一步研究。所以目前用于催化合成蔗糖-6-酯的酶主要还是指脂肪酶。
Ferrel等(Ferrer M, Cruces MA, Bernab´ e M, Ballesteros A, Plou FJ.Lipase-catalyzed regioselective acylation of sucrose in two-solvent mixtures.Biotechnol Bioeng 1999;65:10–16)利用H.lanuginosa脂肪酶在非水相DMSO/叔戊醇=1:4（体积比）混合溶液中催化蔗糖与棕榈酸乙烯酯反应，48h后蔗糖转化率为80%，蔗糖-6-棕榈酸酯的产率为51%。罗旭等(罗旭,钱俊青. 叔丁醇体系中脂肪酶催化合成蔗糖乙酸酯[J].高化学工程学报,2010,24(3):451-455)用Lipozyme TL IM催化蔗糖和乙酸乙烯酯反应，24h后酯化率84.7%，但蔗糖-6-乙酸酯却只占总酯的48.3%。王勍等(王勍,郑璞,倪晔,等. 非水介质中脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯的研究[J]. 食品与发酵工业. 2010,36(12):20-24)在DMSO/
叔丁醇的混合溶液中，,脂肪酶催化蔗糖和乙酸乙烯酯生成蔗糖-6-乙酸酯，反应9h后，相应的摩尔转化率为77%-89%。王勍等虽然使反应时间相对缩短、蔗糖-6-乙酸酯的产率得以提高，但反应时间偏长等仍是主要问题。
自1986年Gedye等利用微波辐射有效地加速有机反应以来，人们对微波的研究越来越深入，并逐步发展成为一个极具发展前景的新领域—MORE 化学，即微波促进有机化学（Microwave Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry），也可以叫做微波诱导催化有机反应化学。目前微波加速有机反应主要用微波的致热效应和非热效应来解释。微波热效应表现在其高效加热特性致使反应速度加速。相比于常规加热的热传递模式，微波辐射加热是内加热模式，其加热均匀、速度快且没有加热滞后性及温度梯度。微波的非热效应表现在微波辐射还起到催化剂的作用，改变了反应的动力学，降低了反应活化能，提高了反应速率。
1990年以来，微波被应用于生物催化领域特别是在非水相酶催化方面。微波辐射对生物酶催化反应的影响主要表现在：适宜强度的微波辐射能使酶分子的活性部位更加“裸露”，便于更好地与底物结合，结果表现出酶活升高；微波辐射能增加反应体系及底物分子的能量，加强底物分子之间的有效碰撞，从而实现加快反应速率的目的。Bradoo S等(Bradoo S, Rathi P, Saxena RK and Gupta R, Microwave–assisted rapidcharacterization of lipase selectivities. J Biochem Biophys Meth 51:115–120(2002))研究发现适当的微波辐射不仅没有改变用于水解反应或合成反应的脂肪酶的选择性，而且还提高了酶的重复利用率、显著的加快了反应速率。
发明内容
发明目的：针对现有技术的问题，本发明采用一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，实现了缩短反应时间、提高酶的重复利用率的目的。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，包括以下步骤：
1）将真空干燥的蔗糖溶解于非水相二甲亚砜与叔丁醇或叔戊醇的混合溶剂中得到溶液，将溶液置于微波反应器中，加入脂肪酶和脂肪酸乙烯酯得到反应体系，采用微波辅助酶催化的方式，控制反应温度为20-60℃，辐射频率2450MHz和辐射功率30-200W，当反应温度达到设定值时开始计时，记录反应3-100min的转化率；
2）反应结束后，通过离心将脂肪酶从混合物中分离，然后用叔丁醇或叔戊醇清洗、真空干燥备用；
3）离心后的液体冷却至室温，减压蒸馏得到蔗糖-6-酯的浓缩液。
其中，上述脂肪酸乙烯酯包括乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、辛酸乙烯酯、癸酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、棕榈酸乙烯酯或硬脂酸乙烯酯中的一种。
其中，上述二甲亚砜与叔丁醇或叔戊醇的体积比为1:3-9。
其中，上述脂肪酶加入量为10-100mg/mL。
其中，上述蔗糖与脂肪酸乙烯酯的摩尔比为1：2-20。
其中，上述脂肪酶为Lipozyme TL IM 、Lipozyme TL 100L和Lipozyme RM IM中的一种。
其中，上述微波辅助酶催化的方式为先对脂肪酶进行微波预处理后再置于微波反应器中进行催化反应或者直接对反应体系进行微波辐射，即微波辐射与酶催化反应同步进行。
其中，上述先对脂肪酶进行微波预处理的辐射功率30-200W，优选30-60W；辐射频率2450MHz，预处理脂肪酶的时间为30s-10min，优选1-5min；。
其中，上述直接对反应体系进行微波辐射的辐射功率30-200W，优选30-60W；辐射频率2450MHz，其目的是防止改变酶催化的区域选择性，甚至导致酶失活。
有益效果：本发明相对于现有技术，具有以下优点：本发明采用微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯，不仅反应迅速、得到高纯度的蔗糖-6-酯，而且脂肪酶可反复多次使用，有效解决了副产物多、反应耗时、操作繁琐等问题，符合绿色化学理念。本发明采用微波辅助脂肪酶催化蔗糖和脂肪酸乙烯酯合成蔗糖-6-酯，非但没有破坏酶的活性、改变其区域选择性，而且还使反应时间大幅度缩短。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但本发明不限于此。
高效液相色谱（HPLC）分析条件：岛津LC-10AT型高效液相色谱仪：LC-10AT高压输送泵，色谱柱SupelcosilTMLC-18(250×4.6mm，5um)，柱温30℃；检测器：RID-10A；连接器：CBM-10A VP PLUS；流动相:乙腈/水=6/1（V/V）；进样量：20μL，流速0.8mL/min。
实施例1：
在150mL的微波反应器中先加入已用10mL DMSO溶解的1.2g蔗糖，再依次加入40mL叔丁醇、Lipozyme TL IM 4.0g 、乙酸乙烯酯3.0mL（蔗糖与脂肪酸乙烯酯的摩尔比约为1：9），将微波反应器移入微波反应装置，启用微波辐射，设定反应温度35℃，辐射功率30W，辐射频率2450MHz，搅拌反应30min。离心、旋蒸后得淡黄色液体。HPLC分析得蔗糖-6-乙酸酯的产率约83.1%。
实施例2：
在150mL的微波反应器中先加入已用10mL DMSO溶解的1.0g蔗糖，再依次加入40mL叔丁醇、Lipozyme TL IM 4.0g、乙酸乙烯酯9.0mL（蔗糖与脂肪酸乙烯酯的摩尔比约为1：20），将微波反应器移入微波反应装置，启用微波辐射，设定反应温度35℃，辐射功率40W，辐射频率2450MHz，搅拌反应35min。离心、旋蒸后得淡黄色液体。HPLC分析得蔗糖-6-乙酸酯的产率约90.5%。
实施例3：
在150mL的微波反应器中先加已用10mLDMSO溶解的1.0g蔗糖，再依次加入40mL叔戊醇，Lipozyme TL 100L 100mg/mL，乙酸乙烯酯4.5mL（蔗糖与脂肪酸乙烯酯的摩尔比约为1：15），将微波反应器移入微波反应装置，启用微波辐射，设定反应温度35℃，辐射功率60W，辐射频率2450MHz，搅拌反应40min。加热到80℃使脂肪酶TL 100L失活，从而离心除去脂肪酶；反应产物冷却至室温，减压蒸馏得到蔗糖-6-酯浓缩液。HPLC分析得蔗糖-6-乙酸酯的产率约81.5%。
实施例4：
将干燥后的蔗糖溶解于非水相二甲亚砜与叔丁醇的混合溶剂中，二甲亚砜与叔戊醇的体积比为1:4，置于水浴锅恒温振荡器中，转速300r/min，恒温50℃至蔗糖完全溶解；然后加Lipozyme TL IM，此酶已用40W、2450MHz的微波辐射预处理5min；再加入棕榈酸乙烯酯，使得蔗糖与棕榈酸乙烯酯的摩尔比为1:15，控制水域温度35℃。反应60min后，离心除去脂肪酶；反应产物冷却至室温，减压蒸馏得到蔗糖-6-酯浓缩液。HPLC分析得蔗糖-6-棕榈酸酯的产率约82.6%。
实施例5：
将干燥后的蔗糖溶解于非水相二甲亚砜与叔丁醇的混合溶剂中，二甲亚砜与叔戊醇的体积比为1:6，置于水浴锅恒温振荡器中，转速300r/min，恒温50℃至蔗糖完全溶解；然后加Lipozyme RM IM，此酶已用40W、2450MHz的微波辐射预处理30s；再加入癸酸乙烯酯，使得蔗糖与癸酸乙烯酯的摩尔比为1:6，30℃下反应40min。离心除去脂肪酶；反应产物冷却至室温，减压蒸馏得到蔗糖-6-酯浓缩液。HPLC分析得蔗糖-6-癸酸酯的产率约为80.1%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将真空干燥的蔗糖溶解于非水相二甲亚砜与叔丁醇或叔戊醇的混合溶剂中得到溶液，将溶液置于微波反应器中，加入脂肪酶和脂肪酸乙烯酯得到反应体系，采用微波辅助酶催化的方式，控制反应温度为20-60℃，辐射频率2450MHz和辐射功率30-200W，当反应温度达到设定值时开始计时，记录反应3-100min的转化率；
2）反应结束后，通过离心将脂肪酶从混合物中分离，然后用叔丁醇或叔戊醇清洗、真空干燥备用；
3）离心后的液体冷却至室温，减压蒸馏得到蔗糖-6-酯的浓缩液；
所述脂肪酸乙烯酯包括乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、辛酸乙烯酯、癸酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、棕榈酸乙烯酯或硬脂酸乙烯酯中的一种；所述二甲亚砜与叔丁醇或叔戊醇的体积比为1:3-9；所述脂肪酶加入量为10-100mg/mL；所述蔗糖与脂肪酸乙烯酯的摩尔比为1：2-20。
2.根据权利要求1所述的微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，其特征在于，所述脂肪酶为Lipozyme TL IM 、Lipozyme TL 100L和Lipozyme RM IM中的一种。
3.根据权利要求1所述的微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，其特征在于，所述微波辅助酶催化的方式为先对脂肪酶进行微波预处理后再置于微波反应器中进行催化反应或者直接对反应体系进行微波辐射，即微波辐射与酶催化反应同步进行。
4.根据权利要求3所述的微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，其特征在于，所述先对脂肪酶进行微波预处理的辐射功率30-200W，辐射频率2450MHz，预处理脂肪酶的时间为30s-10min。
5.根据权利要求3所述的微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法，其特征在于，所述直接对反应体系进行微波辐射的辐射功率30-200W，辐射频率2450MHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410233056.1A CN103966278B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410233056.1A CN103966278B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103966278A CN103966278A (zh) | 2014-08-06 |
| CN103966278B true CN103966278B (zh) | 2016-10-26 |
Family
ID=51236282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410233056.1A Active CN103966278B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103966278B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111560408B (zh) * | 2020-02-29 | 2022-11-25 | 浙江工业大学 | 一种基于流动化学酶促在线合成香豆素-3-羧酸糖酯衍生物的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101886100A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-17 | 江南大学 | 一种酶法制备蔗糖-6-乙酸酯的方法 |
| CN101928738A (zh) * | 2010-08-23 | 2010-12-29 | 浙江工业大学 | 一种脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯的方法 |
| CN102161683A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-24 | 浙江工业大学 | 一种脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法 |
| CN102787146A (zh) * | 2012-07-28 | 2012-11-21 | 江南大学 | 一种用微波辅助脂肪酶催化合成酯化改性egcg的方法 |
-
2014
- 2014-05-29 CN CN201410233056.1A patent/CN103966278B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101886100A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-17 | 江南大学 | 一种酶法制备蔗糖-6-乙酸酯的方法 |
| CN101928738A (zh) * | 2010-08-23 | 2010-12-29 | 浙江工业大学 | 一种脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯的方法 |
| CN102161683A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-24 | 浙江工业大学 | 一种脂肪酶催化选择性合成蔗糖-6-棕榈酸酯的方法 |
| CN102787146A (zh) * | 2012-07-28 | 2012-11-21 | 江南大学 | 一种用微波辅助脂肪酶催化合成酯化改性egcg的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103966278A (zh) | 2014-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | Visible-light-mediated metal-free decarboxylative acylations of isocyanides with α-oxocarboxylic acids and water leading to α-ketoamides | |
| Sasaki et al. | Cellulose hydrolysis in subcritical and supercritical water | |
| Loupy et al. | New solvent-free organic synthesis using focused microwaves | |
| Zhang et al. | Efficient acid-catalyzed hydrolysis of cellulose in organic electrolyte solutions | |
| Chen et al. | Preparative scale organic synthesis using a kitchen microwave oven | |
| JP6480416B2 (ja) | グルコースの異性化のための方法 | |
| CN103805653B (zh) | 适合工业生产的超声波辅助酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 | |
| CN104437627A (zh) | 乙炔法醋酸乙烯催化剂及其制备方法 | |
| CN106278964B (zh) | 氟苯尼考的制备方法 | |
| CN103966278B (zh) | 一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 | |
| CN104031957A (zh) | 一种恒磁场促进脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法 | |
| WO2014075439A1 (zh) | (3r,5s)-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯的生物制备方法 | |
| Deka et al. | Microwave mediated solvent-free acetylation of deactivated and hindered phenols | |
| CN110668967B (zh) | 一种α-酮酰胺化合物的光催化制备方法 | |
| CN107338279A (zh) | 酶催化酯化制取叶黄素羧酸酯 | |
| JP3069677B2 (ja) | 有機カルボン酸エステル化合物の製造方法 | |
| Sakakura et al. | Open-air and solvent-free ester condensation catalyzed by sulfonic acids | |
| CN108569950A (zh) | 一种聚3-羟基丁酸酯工业粗品一锅法制备正丁醇的方法 | |
| El‐Chami et al. | Photocatalyzed Carbon− Carbon Bond Formation Between Glycerol and Electron‐Deficient Olefins | |
| Major et al. | Unique role of water content in enzymatic synthesis of ethyl lactate using ionic liquid as solvent | |
| CN114908127B (zh) | 一种利用酶-TiO2纳米管-量子点共组装催化合成的方法 | |
| Gong et al. | Enhanced biocatalysis mechanism under microwave irradiation in isoquercitrin production revealed by circular dichroism and surface plasmon resonance spectroscopy | |
| CN106701859A (zh) | 一种双酶偶联‑化学法合成ε‑己内酯的工艺 | |
| CN101182556A (zh) | 一种用微波-超声波辅助酶催化合成中碳酸甘油二酯的方法 | |
| Li et al. | The Microwave-assisted Lipase-catalyzed Synthesis of Sucrose Laurate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190312 Address after: 224300 No. 118 Renmin East Road, Sheyang Economic Development Zone, Yancheng City, Jiangsu Province Patentee after: JK Sucralose Inc. Address before: 211189 No. 2, Four Pailou, Xuanwu District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: Southeast University |