CN111073924A - 一种维生素c葡萄糖苷的微通道连续合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，本发明的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法通过在微通道反应器中将维生素C和葡萄糖基供体在糖基转移酶和葡萄糖淀粉酶的作用下转化生成维生素C葡萄糖苷，合成工艺路线简单，条件易于控制，适合工业化规模生产；且通过本发明的连续合成方法维生素C葡萄糖苷的产物浓度可以达到300g/L左右，维生素C的转化率50%以上。
Description
技术领域
本发明涉及生物酶催化技术领域，
尤其是，本发明涉及一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法。
背景技术
维生素C（L-抗坏血酸）能够用来使肌肤更明亮，更健康，更年轻的功效已广为人们熟知。科学研究表明维生素C提高美白肌肤的功效来自于其抑制黑色素形成及减少黑色素的能力。但将维生素C应用于健康和美容上仍面临诸多挑战，因为受热、氧化或与金属离子以及化妆品中其他常用成分的反应，都能轻易使维生素C失去生物活性。这会导致其成分在化妆品配方中变色，并且使得其带来的使肌肤更健康更年轻的功效大打折扣。
AA-2G，又称维生素C葡萄糖苷（L-Ascorbic Acid 2-Glucoside），1990 年由日本林原生物化学研究所与冈山大学药学系首次发现了 AA-2G，并利用生物方法大量合成了该类 VC 衍生物。由于AA-2G在2 位上有葡萄糖掩蔽，不会发生VC 的氧化反应。它在水溶液中特别稳定， 本身并无直接还原性， 它可由细胞膜上α-葡萄糖苷酶水解，VC 则被转运到体内。AA-2G 与L-抗坏血酸有相同的溶胶原活性， 能增强抗体产生和人体皮肤纤维原细胞的胶原合成， 加强α-维生素E 的抗氧化性，预防由紫外线照射造成的急性炎症等。它对热、Cu2+ 、抗坏血酸氧化酶等引起的强氧化降解有显著抗性。作为化妆品， 其抑制黑色素形成的能力比其它的VC 衍生物都要强。具备卓越的配方稳定性，能够从本质上抑制变色和降解，同时保留了全部生物活性，以达到提亮、美白，抵御紫外线照射以及抗衰老的功效。
AA-2G 良好的稳定性、水溶性和溶胶原活性使其易于被皮肤吸收，具有美白、活肤、去斑、抗衰老的功效，广泛应用于化妆品行业中。AA-2G 还可以用作紫外吸收剂，预防和治疗强紫外线照射引起的急性炎症等。添加 AA-2G 成分的化妆品由于美白护肤效果显著，一经上市就受到了消费群体的普遍欢迎。著名化妆品如纪梵希，香奈儿，雅诗兰黛，倩碧，资生堂等精华液中添加AA-2G 后价格也是一路飙升。
近年来，通过 AA-2G 合成方法和生产工艺的不断改进，日本林原公司已成为国际上最大的 AA-2G 生产商并将 AA-2G 广泛应用于化妆品行业，同时申报了多项专利进行商业保护。 近年来，国内也有部分学者就 AA-2G 的合成检测和生物活性进行了初步探索。研究主要集中在如何在生物转化反应中获得高产物浓度和较高的维生素C转化率，此外，大量研究也集中在如何提高分离纯化收率上。但是国内对AA-2G的技术水平与日本林原国际还有相当大的差距。
目前，受限于生产技术水平不成熟或者生产成本过高，在国内还没有一家企业可以大规模生产该产品。国内只有少量企业有小批量生产，技术水平不高，转化产物浓度只有100g/L左右，Vc的转化率30-40%，生产成本较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
制备维生素C和葡萄糖基供体的混合溶液；
制备糖基转移酶溶液；
制备葡萄糖淀粉酶溶液；
将所述混合溶液与所述糖基转移酶溶液输入微通道反应器的第1~N个反应模块中，同时将所述葡萄糖淀粉酶溶液输入微通道反应器的第M~N个反应模块中进行微反应，M为大于1的正整数，N为正整数；
将所述微反应的产物进行分离提纯获得维生素C葡萄糖苷。
优选地，所述微反应的温度为25~40℃，压力为0.1~2Mpa。
优选地，所述混合溶液中维生素C与葡萄糖基供体的摩尔比为1：（1~2）。
优选地，所述糖基转移酶溶液中糖基转移酶的质量分数为1.5%~10%，所述葡萄糖淀粉酶溶液中葡萄糖淀粉酶的质量分数为1.5%~10%。
优选地，所述混合溶液与所述糖基转移酶溶液的流量比为3:1，所述糖基转移酶溶液与所述葡萄糖淀粉酶溶液的流量比为1：（1~1.2），所述糖基转移酶溶液的流量为5~50mL/min。
优选地，所述葡萄糖基供体为麦芽糖或可溶性淀粉中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
本发明的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法通过在微通道反应器中将维生素C和葡萄糖基供体在糖基转移酶和葡萄糖淀粉酶的作用下转化生成维生素C葡萄糖苷，合成工艺路线简单，条件易于控制，适合工业化规模生产；且通过本发明的连续合成方法维生素C葡萄糖苷的产物浓度可以达到300g/L左右，维生素C的转化率50%以上。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）制备维生素C和葡萄糖基供体的混合溶液；
（2）制备糖基转移酶溶液；
（3）制备葡萄糖淀粉酶溶液；
（4）将混合溶液与糖基转移酶溶液输入微通道反应器的第1~N个反应模块中，同时将葡萄糖淀粉酶溶液输入微通道反应器的第M~N个反应模块中进行微反应，M为大于1的正整数，N为正整数；
（5）将微反应的产物进行分离提纯获得维生素C葡萄糖苷。
优选地，步骤（1）中混合溶液中维生素C与葡萄糖基供体的摩尔比为1：（1~2），这样可以保证在维生素C的分子上成功连接上葡萄糖分子，以生成维生素C的糖基衍生物。此外，从节约成本、葡萄糖基供体的溶解度及维生素C葡萄糖苷的产率上综合考虑，研究发现葡萄糖基供体选择麦芽糖或可溶性淀粉为优选。
步骤（2）中糖基转移酶溶液中糖基转移酶的质量分数为1.5%~10%，糖基转移酶选自日本天野公司提供的环糊精糖基转移酶（GGT-SL），用于催化维生素C和葡萄糖基供体反应生成葡萄糖基维生素C衍生物。
步骤（3）中葡萄糖淀粉酶溶液中葡萄糖淀粉酶的质量分数为1.5%~10%。
步骤（4）中微通道反应器为康宁“心型”微通道反应器，微通道反应器反应模块为1-10个。康宁“心型”微通道反应器耐高温高压，且其具有独特的微通道设计，传质效率是普通釜式反应器的100~1000倍以上，可以提高反应原料的混合效率，且其独立的换热层结构使得单位面积换热效率是普通釜式反应器的1000倍以上，可以精确控制反应温度，提高反应的收率和纯度，有效控制副产物生成。控制微反应的温度为25~40℃，压力为0.1~2Mpa。混合溶液与糖基转移酶溶液的流量比为3:1，糖基转移酶溶液与葡萄糖淀粉酶溶液的流量比为1：（1~1.2），糖基转移酶溶液的流量为5~50mL/min。在此反应条件下，维生素C与葡萄糖基供体充分发生反应，在获得较高产率的维生素C葡萄糖苷的同时可有效降低副产物的生成，可以减轻后续产物纯化处理压力，降低生产成本。
在微通道反应器中反应原料维生素C与葡萄糖基供体在糖基转移酶的催化作用下发生反应，产物不仅有维生素C葡萄糖苷，还有维生素C葡萄糖苷的结构异构体AA-5G，AA-6G等副产物，因此需要通过在微通道反应器的第M~N个反应模块中输入葡萄糖淀粉酶溶液，在葡萄糖淀粉酶的作用下减少糖的聚合度，使这些副产物转变成维生素C葡萄糖苷，提高维生素C葡萄糖苷的收率。
步骤（5）中将微反应的产物先经过阳离子交换树脂除去阳离子，之后再经过阴离子交换树脂除去残余糖类获得维生素C葡萄糖苷溶液，维生素C葡萄糖苷溶液经过浓缩冷却结晶后可获得白色至浅黄色的维生素C葡萄糖苷固体产品。
产物维生素C葡萄糖苷通过高效液相色谱法检测，检测条件如下：
色谱柱Amethyst C18-H，检测器Variable Wavelength Detector（UV），检测波长240nm，柱温25℃，进样量10uL，流动相用体积分数为0.5%的甲醇/磷酸二氢钾溶液，并用磷酸调流动相的pH至2.0。
本发明的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法通过在微通道反应器中将维生素C和葡萄糖基供体在糖基转移酶和葡萄糖淀粉酶的作用下转化生成维生素C葡萄糖苷，合成工艺路线简单，条件易于控制，适合工业化规模生产；且通过本发明的连续合成方法维生素C葡萄糖苷的产物浓度可以达到300g/L左右，维生素C的转化率50%以上。以下结合具体实施例做进一步说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）糖基转移酶溶液制备：称取5.00g糖基转移酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，放置室温备用。
（2）分别称取1moL 维生素C和1moL麦芽糖溶解于1000mL蒸馏水中制成混合溶液，将混合溶液和糖基转移酶溶液分别用计量泵以3:1的流速输入至康宁“心型”微通道反应器中，糖基转移酶溶液的流量为5mL/min，微通道反应器反应模块为1-10个，控制反应温度为40℃，压力为0.2MPa。
（3）葡萄糖淀粉酶溶液制备：称取5.00g葡萄糖淀粉酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，用计量泵输入第2-10个反应模块，流速与糖基转移酶溶液流速相同。
（4）将微通道反应器的出口与容器相连，用于盛接所得料液。
（5）所得料液先进阳离子交换树脂柱除去阳离子，洗脱液进入阴离子交换树脂柱除去残余糖类，收集维生素C葡萄糖苷 溶液。将收集到的维生素C葡萄糖苷溶液进行浓缩冷却结晶，获得维生素C葡萄糖苷产品。经过高效液相色谱法检测维生素C葡萄糖苷溶液中维生素C葡萄糖苷的浓度为292g/L，维生素C的转化率为52.8%。
实施例2
本发明实施例2提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）糖基转移酶溶液制备：称取10.00g糖基转移酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，放置室温备用。
（2）分别称取1moL 维生素C和1.5moL麦芽糖溶解于1000mL蒸馏水中制成混合溶液，将混合溶液和糖基转移酶溶液分别用计量泵以3:1的流速输入至康宁“心型”微通道反应器中，糖基转移酶溶液的流量为10mL/min，微通道反应器反应模块为1-10个，控制反应温度为35℃，压力为0.5MPa。
（3）葡萄糖淀粉酶溶液制备：称取10.00g葡萄糖淀粉酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，用计量泵输入第2-10个反应模块，流速与糖基转移酶溶液流速相同。
（4）将微通道反应器的出口与容器相连，用于盛接所得料液。
（5）所得料液先进阳离子交换树脂柱除去阳离子，洗脱液进入阴离子交换树脂柱除去残余糖类，收集维生素C葡萄糖苷 溶液。将收集到的维生素C葡萄糖苷溶液进行浓缩冷却结晶，获得维生素C葡萄糖苷产品。经过高效液相色谱法检测维生素C葡萄糖苷溶液中维生素C葡萄糖苷的浓度为302g/L，维生素C的转化率为53.4%。
实施例3
本发明实施例3提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）糖基转移酶溶液制备：称取20.00g糖基转移酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，放置室温备用。
（2）分别称取1moL 维生素C和2moL麦芽糖溶解于1000mL蒸馏水中制成混合溶液，将混合溶液和糖基转移酶溶液分别用计量泵以3:1的流速输入至康宁“心型”微通道反应器中，糖基转移酶溶液的流量为30mL/min，微通道反应器反应模块为1-10个，控制反应温度为25℃，压力为1.0MPa。
（3）葡萄糖淀粉酶溶液制备：称取10.00g葡萄糖淀粉酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，用计量泵输入第2-10个反应模块，流速与糖基转移酶溶液流速相同。
（4）将微通道反应器的出口与容器相连，用于盛接所得料液。
（5）所得料液先进阳离子交换树脂柱除去阳离子，洗脱液进入阴离子交换树脂柱除去残余糖类，收集维生素C葡萄糖苷 溶液。将收集到的维生素C葡萄糖苷溶液进行浓缩冷却结晶，获得维生素C葡萄糖苷产品。经过高效液相色谱法检测维生素C葡萄糖苷溶液中维生素C葡萄糖苷的浓度为289g/L，维生素C的转化率为52.6%。
实施例4
本发明实施例4提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）糖基转移酶溶液制备：称取30.00g糖基转移酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，放置室温备用。
（2）分别称取1moL 维生素C和1.5moL可溶性淀粉溶解于1000mL蒸馏水中制成混合溶液，将混合溶液和糖基转移酶溶液分别用计量泵以3:1的流速输入至康宁“心型”微通道反应器中，糖基转移酶溶液的流量为50mL/min，微通道反应器反应模块为1-10个，控制反应温度为35℃，压力为0.5MPa。
（3）葡萄糖淀粉酶溶液制备：称取20.00g葡萄糖淀粉酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，用计量泵输入第2-10个反应模块，流速与糖基转移酶溶液流速相同。
（4）将微通道反应器的出口与容器相连，用于盛接所得料液。
（5）所得料液先进阳离子交换树脂柱除去阳离子，洗脱液进入阴离子交换树脂柱除去残余糖类，收集维生素C葡萄糖苷 溶液。将收集到的维生素C葡萄糖苷溶液进行浓缩冷却结晶，获得维生素C葡萄糖苷产品。经过高效液相色谱法检测维生素C葡萄糖苷溶液中维生素C葡萄糖苷的浓度为306g/L，维生素C的转化率为53.6%。
实施例5
本发明实施例5提供一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，包括以下步骤：
（1）糖基转移酶溶液制备：称取10.00g糖基转移酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，放置室温备用。
（2）分别称取1moL 维生素C和1.5moL可溶性淀粉溶解于1000mL蒸馏水中制成混合溶液，将混合溶液和糖基转移酶溶液分别用计量泵以3:1的流速输入至康宁“心型”微通道反应器中，糖基转移酶溶液的流量为20mL/min，微通道反应器反应模块为1-10个，控制反应温度为35℃，压力为0.5MPa。
（3）葡萄糖淀粉酶溶液制备：称取10.00g葡萄糖淀粉酶于盛有300mL蒸馏水的烧杯中，搅拌至完全溶解后，用计量泵输入第3-10个反应模块，流速与糖基转移酶溶液流速相同。
（4）将微通道反应器的出口与容器相连，用于盛接所得料液。
（5）所得料液先进阳离子交换树脂柱除去阳离子，洗脱液进入阴离子交换树脂柱除去残余糖类，收集维生素C葡萄糖苷 溶液。将收集到的维生素C葡萄糖苷溶液进行浓缩冷却结晶，获得维生素C葡萄糖苷产品。经过高效液相色谱法检测维生素C葡萄糖苷溶液中维生素C葡萄糖苷的浓度为294g/L，维生素C的转化率为52.9%。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备维生素C和葡萄糖基供体的混合溶液；
制备糖基转移酶溶液；
制备葡萄糖淀粉酶溶液；
将所述混合溶液与所述糖基转移酶溶液输入微通道反应器的第1~N个反应模块中，同时将所述葡萄糖淀粉酶溶液输入微通道反应器的第M~N个反应模块中进行微反应，M为大于1的正整数，N为正整数；
将所述微反应的产物进行分离提纯获得维生素C葡萄糖苷。
2.如权利要求1所述的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，所述微反应的温度为25~40℃，压力为0.1~2Mpa。
3.如权利要求1所述的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，所述混合溶液中维生素C与葡萄糖基供体的摩尔比为1：（1~2）。
4.如权利要求3所述的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，所述糖基转移酶溶液中糖基转移酶的质量分数为1.5%~10%，所述葡萄糖淀粉酶溶液中葡萄糖淀粉酶的质量分数为1.5%~10%。
5.如权利要求4所述的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，
所述混合溶液与所述糖基转移酶溶液的流量比为3:1，所述糖基转移酶溶液与所述葡萄糖淀粉酶溶液的流量比为1：（1~1.2），所述糖基转移酶溶液的流量为5~50mL/min。
6.如权利要求1~5任一项所述的一种维生素C葡萄糖苷的微通道连续合成方法，其特征在于，所述葡萄糖基供体为麦芽糖或可溶性淀粉中的至少一种。
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