CN112608954B - 一种维生素c棕榈酸酯的制备方法 - Google Patents

一种维生素c棕榈酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种维生素C棕榈酸酯的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将维生素C、棕榈酸、脂肪酶和分子筛与有机溶剂混合，在保护气氛下，先在第一温度下进行酯化反应，然后在第二温度下进行酯化反应，生成维生素C棕榈酸酯；所述第一温度和第二温度的范围为40‑65℃，且所述第一温度低于所述第二温度。与现有的生物法合成维生素C棕榈酸酯相比，本发明提供的方法采用两段法进行酯化反应，既减少了维生素C的破坏，又保证了酯化反应充分进行，从而提高了维生素C棕榈酸酯的摩尔收率。

Description

一种维生素C棕榈酸酯的制备方法
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种维生素C棕榈酸酯的制备方法。
背景技术
维生素C棕榈酸酯(化学名棕榈酰-O-6-L-抗坏血酸酯)属于维生素C脂肪酸酯类，其结构式为：
Figure BDA0002804743110000011
分子式：C22H38O7，分子量：414.54。
维生素C棕榈酸酯不仅保持了维生素C抗氧化的特性，而且在动物油、植物油中具有相当的溶解度，被广泛应用于食品、化妆品及医药卫生等领域。
脂溶性维生素C合成是合成工业中较难复杂的问题。目前，维生素C棕榈酸酯的合成方法主要为化学合成法和酶催化合成法。
化学合成维生素C棕榈酸酯的方法主要包括硫酸法、氢氟酸法等。其中，硫酸法是以维生素C和棕榈酸为原料，硫酸为催化剂和溶剂，合成维生素C棕榈酸酯。化学法工艺复杂，产生的副产物杂质较多，会在萃取分离提纯技术方面存在一定技术难度，且会增加环保处理压力。利用生物酶的催化专一性，降低副产物，提升产品质量是近年来的热点技术。研制开发直接生物酶法反应维生素C棕榈酸酯的方法，减少纯化所需试剂和工序，实现分离纯化溶剂简单、毒性低、可回收、分离纯化成本低、产品纯度高的需要，一直是本类产品所要解决的主要问题。
CN 102127571A公开了一种非水相酶促合成L-抗坏血酸棕榈酸酯的生产方法，以L-抗坏血酸和棕榈酸为原料，固定化脂肪酶为催化剂，在50℃下反应20-50h一步合成L-抗坏血酸棕榈酸酯。CN111607625A公开了一种酶法生产抗坏血酸棕榈酸酯的方法，以L-抗坏血酸和棕榈酸甲酯为原料，固定化脂肪酶为催化剂，在50℃下反应1h一步合成L-抗坏血酸棕榈酸酯。
但是，目前生物法合成维生素C棕榈酸酯均采用一步法进行酯化反应，不可避免存在维生素C的破坏，容易导致维生素C棕榈酸酯的产率较低，有待于改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用两段法进行酯化反应，提高了维生素C棕榈酸酯的摩尔收率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将维生素C、棕榈酸、脂肪酶和分子筛与有机溶剂混合，在保护气氛下，先在第一温度下进行酯化反应，然后在第二温度下进行酯化反应，生成维生素C棕榈酸酯；
所述第一温度和第二温度的范围为40-65℃(例如可以是40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃或65℃等)，且所述第一温度低于所述第二温度。
与现有的生物法合成维生素C棕榈酸酯相比，本发明中采用两段法进行酯化反应，前期采用较低温度，能够避免维生素C的破坏，后期提高酯化反应温度能够进一步促进酯化反应的进行，整个酯化反应全程在保护气氛下进行，有助于减少维生素C的氧化破坏，从而提高了维生素C棕榈酸酯的摩尔收率。
在本发明一实施方式中，所述维生素C与棕榈酸的摩尔比为1:6～8；例如可以是1:6、1:6.2、1:6.5、1:6.8、1:7、1:7.2、1:7.5、1:7.8或1:8等。
在本发明一实施方式中，所述维生素C与所述有机溶剂的质量体积比为0.02～0.1g/mL；例如可以是0.02g/mL、0.03g/mL、0.04g/mL、0.05g/mL、0.06g/mL、0.07g/mL、0.08g/mL、0.09g/mL或0.1g/mL等。
若反应液中维生素C的添加量过多，将导致维生素C溶解不完全，使收率降低；若反应液中维生素C的添加量过少，将导致反应原料不足，也会使收率降低。
在本发明一实施方式中，所述脂肪酶选自根酶属脂肪酶、曲霉属脂肪酶、毛霉属脂肪酶、假丝酵母属脂肪酶和胰脂肪酶中的一种或两种的组合，优选为曲霉属脂肪酶和/或毛霉属脂肪酶。
在本发明一实施方式中，所述脂肪酶为固定化脂肪酶。
固定化脂肪酶中，脂肪酶通过物理或化学方法固定在载体上。采用固定化脂肪酶，一方面有助于提高酶催化反应效率，另一方面便于回收大部分脂肪酶，回收的酶数次使用仍有一定的活性，因此可以节约一部分成本。
在本发明一实施方式中，所述脂肪酶与所述维生素C的质量比为1:1～10；例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等。若脂肪酶添加量过多，将导致成本增加；脂肪酶添加量过少将导致酯化反应不完全。
在本发明一实施方式中，所述脂肪酶与所述有机溶剂的质量体积比为10～15g/L；例如可以是10g/L、10.5g/L、11g/L、11.5g/L、12g/L、12.5g/L、13g/L、13.5g/L、14g/L、14.5g/L或15g/L等。
在本发明一实施方式中，所述分子筛与所述有机溶剂的质量体积比为10～50g/L；例如可以是10g/L、12g/L、15g/L、18g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L或50g/L等。
本发明中，分子筛的主要作用是去除反应生成的水分，促进酯化反应向正向进行，其添加量优选保持在上述范围内。若分子筛的添加量过多，其会吸收脂肪酶的结合水，降低脂肪酶的催化活性，导致维生素C棕榈酸酯的产率下降；若分子筛添加量过少，将导致水量增加，过量的水同样会改变酶的活性结构而降低酶的活性。
在本发明一实施方式中，所述有机溶剂选自异丙醇、正丁醇、正戊醇、叔丁醇和2-甲基-2-辛醇中的一种或至少两种的组合。优选为2-甲基-2-辛醇
在本发明一实施方式中，所述保护气氛中的气体为氮气。
在本发明一实施方式中，所述第一温度为40-45℃；例如可以是40℃、40.5℃、41℃、41.5℃、42℃、42.5℃、43℃、43.5℃、44℃、44.5℃或45℃等。
在本发明一实施方式中，在所述第一温度下的反应时间为30-70h；例如可以是30h、32h、35h、38h、40h、42h、45h、48h、50h、52h、55h、58h、60h、62h、65h、68h或70h等。
在本发明一实施方式中，所述第二温度为60-65℃；例如可以是60℃、60.5℃、61℃、61.5℃、62℃、62.5℃、63℃、63.5℃、64℃、64.5℃或65℃等。
在本发明一实施方式中，在所述第二温度下的反应时间为30-120h；例如可以是30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h、80h、90h、100h、110h或120h等。
在本发明一实施方式中，所述酯化反应的总时间为100-150h；例如可以是100h、105h、110h、115h、120h、125h、130h、135h、140h、145h或150h等。
本发明中，通过控制两段酯化反应的温度和时间在上述范围内，有助于进一步减少维生素C的破坏和促进酯化反应的充分进行，进一步提高维生素C棕榈酸酯的产率。
在本发明一实施方式中，所述制备方法还包括提纯操作。
优选地，所述提纯的方法为：反应结束后对反应液进行过滤，去除脂肪酶和分子筛，滤液经干燥去除溶剂，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
用正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，固液分离，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物；
用纯水提取所述第二混合物中的维生素C，固液分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯。
直接水洗去除维生素C可以避免有机溶剂的使用，减少后处理步骤，能与维生素C棕榈酸酯较好分离。
上述提纯步骤中，过滤得到的脂肪酶和分子筛可经水洗、干燥后复用。正己烷提取第一混合物后得到的滤液可经浓缩干燥后分别回收正己烷和棕榈酸，维生素C水溶液可经浓缩后降温结晶进行回收。
在本发明一实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：
将维生素C、棕榈酸、脂肪酶和分子筛加入2-甲基-2-辛醇中，其中，所述维生素C与有机溶剂的质量体积比为0.02～0.1g/mL，所述脂肪酶与维生素C的质量比为1:1～10，所述维生素C与棕榈酸的摩尔比为1:6～8，所述脂肪酶的添加量为10～15g/L，所述分子筛的添加量为10～50g/L；
在氮气保护下，先在40-45℃下反应30-70h，然后在60-65℃下反应30-120h，且控制总反应时间为100-150h，生成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液进行过滤，去除脂肪酶和分子筛，滤液经真空干燥去除溶剂，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
用正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离3～4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物；
用纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加水洗涤2～3次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
与现有的生物法合成维生素C棕榈酸酯相比，本发明中采用两段法进行酯化反应，前期采用较低温度，能够避免维生素C的破坏，后期提高酯化反应温度能够进一步促进酯化反应的进行，整个酯化反应全程在保护气氛下进行，有助于减少维生素C的氧化破坏，从而提高了维生素C棕榈酸酯的产率，其摩尔收率达到83-87％。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例中，部分原料来源如下：
固定化脂肪酶：厂家：东恒华道生物科技有限责任公司，类型：曲霉属脂肪酶及毛霉属脂肪酶；
分子筛：厂家：安徽天普克环保吸附材料有限公司，型号：4A球状4*8目。
实施例1
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，步骤如下：
将维生素C(17.6g，0.1mol)、棕榈酸(153.6g，0.6mol)、曲霉属固定化脂肪酶(3.52g，以脂肪酶计)和分子筛(15.8g)加入2-甲基-2-辛醇(352mL)中；
在氮气保护下，先在40℃下反应50h，然后在65℃下反应50h，酶催化合成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液过0.15mm孔径滤膜，去除固定化脂肪酶和分子筛，经水洗、干燥后复用；滤液经真空干燥去除溶剂2-甲基-2-辛醇，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
常温下，用30mL正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物，萃取溶剂正己烷和溶质棕榈酸经浓缩干燥分别回收复用；
用50mL纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加25mL水洗涤2次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯，经液相色谱检测纯度为98.7％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为86.1％。
实施例2
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，步骤如下：
将维生素C(17.6g，0.1mol)、棕榈酸(179.2g，0.7mol)、毛霉属固定化脂肪酶(4.41g，以脂肪酶计)和分子筛(10.1g)加入异丙醇(440mL)中；
在氮气保护下，先在45℃下反应30h，然后在60℃下反应70h，酶催化合成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液过0.15mm孔径滤膜，去除固定化脂肪酶和分子筛，经水洗、干燥后复用；滤液经真空干燥去除溶剂异丙醇，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
常温下，用25mL正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物，萃取溶剂正己烷和溶质棕榈酸经浓缩干燥分别回收复用；
用纯水50mL提取所述第二混合物中的维生素C，再加25mL水洗涤2次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯，经液相色谱检测纯度为99.1％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为84.9％。
实施例3
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，步骤如下：
将维生素C(17.6g，0.1mol)、棕榈酸(204.8g，0.8mol)、曲霉属脂肪酶和毛霉属脂肪酶混合固定化脂肪酶(质量比1:1，总质量5.28g，以脂肪酶计)和分子筛(10.5g)加入叔丁醇(352mL)中；
在氮气保护下，先在42℃下反应70h，然后在63℃下反应80h，酶催化合成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液过0.15mm孔径滤膜，去除固定化脂肪酶和分子筛，经水洗、干燥后复用；滤液经真空干燥去除溶剂叔丁醇，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
常温下，用35mL正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物，萃取溶剂正己烷和溶质棕榈酸经浓缩干燥分别回收复用；
用50mL纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加25mL水洗涤2次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯，经液相色谱检测纯度为98.5％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为84.5％。
实施例4
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，步骤如下：
将维生素C(17.6g，0.1mol)、棕榈酸(153.6g，0.6mol)、曲霉属固定化脂肪酶(1.76g，以脂肪酶计)和分子筛(3.52g)加入2-甲基-2-辛醇(176mL)中；
在氮气保护下，先在40℃下反应50h，然后在65℃下反应50h，酶催化合成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液过0.15mm孔径滤膜，去除固定化脂肪酶和分子筛，经水洗、干燥后复用；滤液经真空干燥去除溶剂2-甲基-2-辛醇，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
常温下，用30mL正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物，萃取溶剂正己烷和溶质棕榈酸经浓缩干燥分别回收复用；
用50mL纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加25mL水洗涤2次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯，经液相色谱检测纯度为98.5％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为85.1％。
实施例5
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，步骤如下：
将维生素C(17.6g，0.1mol)、棕榈酸(153.6g，0.6mol)、曲霉属固定化脂肪酶(13.2g，以脂肪酶计)和分子筛(8.8g)加入2-甲基-2-辛醇(880mL)中；
在氮气保护下，先在40℃下反应50h，然后在65℃下反应50h，酶催化合成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液过0.15mm孔径滤膜，去除固定化脂肪酶和分子筛，经水洗、干燥后复用；滤液经真空干燥去除溶剂2-甲基-2-辛醇，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
常温下，用30mL正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物，萃取溶剂正己烷和溶质棕榈酸经浓缩干燥分别回收复用；
用50mL纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加25mL水洗涤2次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯，经液相色谱检测纯度为98.3％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为85.1％。
实施例6
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，与实施例1的区别在于，酯化反应的条件为：先在50℃下反应50h，然后在55℃下反应50h。经液相色谱检测，得到的维生素C棕榈酸酯产品纯度为99.1％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为83.2％。
实施例7
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，与实施例1的区别在于，酯化反应的条件为：先在40℃下反应20h，然后在65℃下反应80h。经液相色谱检测，得到的维生素C棕榈酸酯产品纯度为98.6％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为83.5％。
实施例8
本实施例提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，与实施例1的区别在于，酯化反应的条件为：先在40℃下反应80h，然后在65℃下反应20h。经液相色谱检测，得到的维生素C棕榈酸酯产品纯度为99.3％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为84.1％。
对比例1
提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，与实施例1的区别在于，酯化反应的条件为：在65℃下反应100h。经液相色谱检测，得到的维生素C棕榈酸酯产品纯度为97.2％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为81.1％。
对比例2
提供一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，与实施例1的区别在于，酯化反应的条件为：在40℃下反应100h。经液相色谱检测，得到的维生素C棕榈酸酯产品纯度为99.6％，维生素C棕榈酸酯摩尔收率(以维生素C计)为81.6％。
通过上述实施例1和对比例1-2可以看出，本发明通过采用两段法进行酯化反应，既减少了维生素C的破坏，又保证了酯化反应充分进行，同时反应全程在保护气氛下进行，减少了维生素C的氧化破坏，从而显著提高了维生素C棕榈酸酯的摩尔收率。
其中，与实施例1相比，实施例6的第一步酯化反应温度偏高，第二步酯化反应温度偏低；实施例7的第一步酯化反应时间偏短，第二步酯化反应时间偏长；实施例8的第一步酯化反应时间偏长，第二步酯化反应时间偏短；因此维生素C棕榈酸酯的摩尔收率均有所下降。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种维生素C棕榈酸酯的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将维生素C、棕榈酸、脂肪酶和分子筛与有机溶剂混合，在保护气氛下，先在第一温度下进行酯化反应，然后在第二温度下进行酯化反应，生成维生素C棕榈酸酯；
所述第一温度为40-45℃，所述第二温度为60-65℃；
所述脂肪酶为固定化脂肪酶；
所述脂肪酶为曲霉属脂肪酶和/或毛霉属脂肪酶；
所述脂肪酶与所述维生素C的质量比为1:1~10；
在所述第一温度下的反应时间为30-70 h；
在所述第二温度下的反应时间为30-120 h；
所述酯化反应的总时间为100-150 h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述维生素C与棕榈酸的摩尔比为1:6~8；
和/或，所述维生素C与所述有机溶剂的质量体积比为0.02~0.1 g/mL。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪酶与所述有机溶剂的质量体积比为10~15g/L。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛与所述有机溶剂的质量体积比为10~50g/L。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自异丙醇、正丁醇、正戊醇、叔丁醇和2-甲基-2-辛醇中的一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为2-甲基-2-辛醇。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛中的气体为氮气。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括提纯操作。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述提纯的方法为：反应结束后对反应液进行过滤，去除脂肪酶和分子筛，滤液经干燥去除溶剂，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
用正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，固液分离，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物；
用纯水提取所述第二混合物中的维生素C，固液分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将维生素C、棕榈酸、脂肪酶和分子筛加入2-甲基-2-辛醇中，其中，所述维生素C与有机溶剂的质量体积比为0.02~0.1 g/mL，所述脂肪酶与维生素C的质量比为1:1~10，所述维生素C与棕榈酸的摩尔比为1:6~8，所述脂肪酶的添加量为10~15g/L，所述分子筛的添加量为10~50g/L；
在氮气保护下，先在40-45℃下反应30-70 h，然后在60-65℃下反应30-120 h，且控制总反应时间为100-150 h，生成维生素C棕榈酸酯；
反应结束后对反应液进行过滤，去除脂肪酶和分子筛，滤液经真空干燥去除溶剂，得到包含维生素C棕榈酸酯、棕榈酸和维生素C的第一混合物；
用正己烷提取所述第一混合物中的棕榈酸，离心分离，重复提取和离心分离3~4次，得到包含维生素C和维生素C棕榈酸酯的第二混合物；
用纯水提取所述第二混合物中的维生素C，再加水洗涤2~3次，离心分离，滤饼经干燥后得到维生素C棕榈酸酯。
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