一種采用催化氧化法合成香蘭素的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用催化氧化法合成香蘭素的工藝，具體為一種酶催化氧化法。
【背景技術(shù)】
[0002]香蘭素(Vanillin)，又名香草醛、香蘭醛等，是香夾蘭豆中的主要成分，化學(xué)名稱為3-甲氧基-4-羥基苯甲醛，相對(duì)分子量為152.1，外觀為白色至微黃色針狀晶體或粉末，呈現(xiàn)香草蘭豆莢特有的香氣，微甜。香蘭素是世界上產(chǎn)量最大、用途最廣的香料之一。廣泛應(yīng)用于巧克力、冰淇淋、糖果等食品以及香煙、飲料和高檔化妝品中。它不僅可以用作增香劑，還在食品中用作防腐劑、保鮮劑、抗氧化劑、矯味劑或定香劑，其中飲料、糖果、糕點(diǎn)、餅干、面包和炒貨等食品用量居多，而且在其它行業(yè)，如醫(yī)藥、電鍍、農(nóng)業(yè)等也有較大應(yīng)用。
[0003]目前香蘭素的生產(chǎn)方法主要有植物提取法、化學(xué)合成法和生物合成法。植物提取法生產(chǎn)香蘭素的原料來自香草蘭的豆莢。香草蘭的豆莢中僅含2%?3%的香蘭素，香草蘭不易種植而且主要分布在少數(shù)熱帶地區(qū)。由于受到原材料香草蘭的豆莢供應(yīng)量的限制，這使得僅從香草蘭提取的天然香蘭素遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足世界市場(chǎng)需求。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的香蘭素產(chǎn)品是通過化學(xué)合成的，如愈創(chuàng)木酚和乙醛酸縮合工藝，雖然工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)物純度高，原材料來源廣泛，但是存在嚴(yán)重的缺陷，比如環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品香氣單一，易于摻雜，合成香料的安全性也受到質(zhì)疑。
[0004]為了解決天然香蘭素來源有限、價(jià)格昂貴的問題，近年來人們發(fā)展了生物技術(shù)制備香蘭素的方法，可利用微生物(細(xì)菌、酵母、真菌)發(fā)酵，動(dòng)物、植物細(xì)胞或它們的酶體系來生產(chǎn)天然的香蘭素，所得香蘭素符合EU和FDA對(duì)天然香精的食用安全要求。在微生物中，香蘭素是木質(zhì)素、阿魏酸、丁子香酚、異丁子香酚降解途徑的中間體，所以從天然原材料中合成香蘭素的研宄很多。目前以丁香酚或異丁香酚為底物，直接運(yùn)用酶法催化的方法制備香蘭素，已是近年來的熱點(diǎn)發(fā)展方向之一。酶作為生物催化劑，不同于一般的催化劑，具有極高的催化效率，高度的專一性，溫和的作用條件，而且生產(chǎn)環(huán)保、安全，產(chǎn)品品質(zhì)易于為消費(fèi)者接受等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]當(dāng)然，目前的生物合成法制備香蘭素仍有不足的地方，如《由烯烴制備芳香羰基化合物的制備工藝》(US6331655，美國(guó)專利)和《一種制備香蘭素的方法》(中國(guó)專利，CN102367222)中分別采用脂肪酶和血紅蛋白為生物催化劑，催化雙氧水氧化異丁香酚制備香蘭素，雖然反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，條件溫和，時(shí)間短，但由于工藝路線收率低(40-55% )，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，難以產(chǎn)業(yè)化放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反應(yīng)條件溫和，催化特異性強(qiáng)，不易產(chǎn)生副產(chǎn)物，產(chǎn)品收率高，可易于放大的脂肪酶催化制備香蘭素的方法，以該工藝合成的香蘭素可替代天然產(chǎn)品。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]本發(fā)明公開了一種脂肪酶催化制備香蘭素的方法，是在反應(yīng)釜中，依次經(jīng)過加入底物異丁香酚、脂肪酶、二元酸或二元酸衍生物、過氧化氫脲的步驟，其中脂肪酶質(zhì)量為底物異丁香酚質(zhì)量1% -4% ;二元酸或二元酸衍生物摩爾質(zhì)量為底物異丁香酚摩爾質(zhì)量的
0.75-1.5倍；過氧化氫脲摩爾質(zhì)量為底物異丁香酚摩爾質(zhì)量的1-1.5倍；過氧化氫脲加入溫度為15-35度，反應(yīng)溫度為15-40度，反應(yīng)時(shí)間為8-24小時(shí)后，過濾分離回收尿素和酶催化劑。濾液經(jīng)酸水稀釋，堿水中和，高碘酸鈉洗滌后，有機(jī)溶劑萃取，食用酒精重結(jié)晶，干燥后得到香蘭素。本方法的香蘭素收率可達(dá)75 %，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，條件溫和，催化特異性強(qiáng)，不易產(chǎn)生副產(chǎn)物，產(chǎn)品收率高，對(duì)環(huán)境友好，可易于放大。
[0009]以上所述底物為異丁香酚。
[0010]以上所述脂肪酶為脂肪酶Novozyme 435。
[0011]以上所述過氧化氫脲，為商品購(gòu)買的固體(過氧化氫含量36% )。
[0012]以上所述的二元酸或二元酸酯為C2-C4二元酸或二元酸酯，如草酸或草酸二甲脂/二乙酯/ 二異丙酯，丙二酸或丙二酸二甲酯/ 二乙酯/ 二異丙酯，丁二酸或丁二酸二甲酯/二乙酯/ 二異丙酯，草酸單甲酯/單乙酯/單異丙酯，丙二酸單甲酯/單乙酯/單異丙酯，丁二酸單甲酯/單乙酯/單異丙酯中的任意一種或兩種。
[0013]以上所述酸水為硫酸水溶液或磷酸水溶液或檸檬酸水溶液。所述硫酸水溶液或磷酸水溶液或檸檬酸水溶液的摩爾濃度為0.1-lmol/L。
[0014]以上所述堿水為飽和碳酸氫鈉水溶液或飽和碳酸氫鉀水溶液或飽和碳酸鈉水溶液或飽和碳酸鉀水溶液。
[0015]以上所述有機(jī)溶劑為甲苯或乙苯或乙酸丁酯。
[0016]以上所述食用酒精濃度為30-95 %。
[0017]本發(fā)明以異丁香酚為原料，以過氧化氫脲為氧源，脂肪酶為催化劑，在二元酸或二元酸衍生物作用下進(jìn)行氧化反應(yīng)制備香蘭素。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1、本發(fā)明以生物酶為催化劑，反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，一鍋完成反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和，能耗低，酶催化劑特異性好，不易產(chǎn)生副產(chǎn)物，工藝操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率可達(dá)75%，易于放大；
[0020]2、本發(fā)明以過氧化氫脲為氧源，氧源穩(wěn)定性好，對(duì)生物酶的副作用小，能使生物酶保持高的活性而能重復(fù)利用，且能回收尿素，綠色環(huán)保。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]1、在100毫升三口燒瓶中，加入異丁香酸(0.1mol, 16.4克)，脂肪酶Novozyme435(0.16克)，攪拌下，于25度滴加草酸二乙酯(0.15mol, 22克)溶解的過氧化氫脲(0.15mol, 14.1克)，2小時(shí)內(nèi)加完畢，保持溫度35度，反應(yīng)10小時(shí)。
[0024]2、過濾分離回收尿素和酶催化劑。濾液經(jīng)硫酸水溶液稀釋，再滴加飽和碳酸氫鈉溶液中和，隨后加入高碘酸鈉洗滌。
[0025]3、過濾，濾液加入甲苯萃取，萃取液回收甲苯，粗產(chǎn)物以食用酒精結(jié)晶，得白色針狀晶體?ο.3克，收率68%。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]1、在100毫升三口燒瓶中，加入異丁香酚(0.1mol, 16.4克)，脂肪酶(0.5克)，攪拌下，于15度加入草酸(0.15mol, 13.5克)，然后分5次加入過氧化氫脲(0.15mol, 14.1克)，每次2.82克，溫度保持在15度，2.5小時(shí)內(nèi)加完畢，保持溫度30度，反應(yīng)24小時(shí)。
[0028]2、過濾分離回收尿素和酶催化劑。濾液經(jīng)檸檬酸水溶液稀釋，再滴加飽和碳酸氫鉀溶液中和，隨后加入高碘酸鈉洗滌。
[0029]3、過濾，濾液加入乙酸丁酯萃取，萃取液回收乙酸丁酯，粗產(chǎn)物以食用酒精結(jié)晶，得白色針狀晶體10.9克，收率72%。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]1、在100毫升三口燒瓶中，加入異丁香酚(0.1mol, 16.4克)，脂肪酶(0.4克)，攪拌下，于20度加入丙二酸(0.075mol，7.8克)，分5次加入過氧化氫脲(0.15mol, 14.1克)，每次2.82克，溫度保持在20度，2.5小時(shí)內(nèi)加完畢，保持溫度20度左右，反應(yīng)24小時(shí)。
[0032]2、過濾分離回收尿素和酶催化劑。濾液經(jīng)硫酸水溶液稀釋，再滴加飽和碳酸鉀溶液中和，隨后加入高碘酸鈉洗滌。
[0033]3、過濾，濾液加入甲苯萃取，萃取液回收甲苯，粗產(chǎn)物以食用酒精結(jié)晶，得白色針狀晶體10.3克，收率68%。
[0034]實(shí)施例4:
[0035]1、在100毫升三口燒瓶中，加入異丁香酚(0.1mol, 16.4克)，脂肪酶(0.3克)，攪拌下，于25