一種脂肪酸糖酯的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及酶法合成領(lǐng)域，尤其涉及一種脂肪酸糖酯的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脂肪酸糖酯是由糖作為親水部分和脂肪酸作為疏水部分組成的非離子型生物表面活性劑，它的這兩個(gè)組分都是天然可再生資源，所以脂肪酸糖酯具有生物可降解性、生物相容性和無毒，無味，無刺激性等優(yōu)良的特性，已廣泛用于食品、化妝品和制藥行業(yè)。
[0003]目前工業(yè)生產(chǎn)中糖酯合成主要采用化學(xué)合成法，但其具有反應(yīng)條件苛刻、需要在高溫高壓或強(qiáng)酸的條件下進(jìn)行、特異性差，伴隨有副反應(yīng)的發(fā)生和各種形式衍生物的生成、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。近幾年，隨著非水相酶學(xué)的發(fā)展，酶法合成由于具有特異性高、專一性強(qiáng)等特點(diǎn)，受到了越來越多的關(guān)注。1986年，Klibanov等首先展開了有機(jī)相中酶促糖醋的合成，并得到了特異性較高的糖酯。
[0004]酶法合成脂肪酸糖酯已被證明優(yōu)于化學(xué)法，但酶法合成需要使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑(VOS)作為反應(yīng)介質(zhì)，不僅因?yàn)樗鼈儫o法溶解極性相反的兩個(gè)底物，而且還存在環(huán)境污染以及降低酶活性等問題。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種脂肪酸糖酯的合成方法，旨在解決現(xiàn)有脂肪酸糖酯酶法合成存在無法溶解極性相反的底物以及存在環(huán)境污染和酶活性低等問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種脂肪酸糖酯的合成方法，其中，包括步驟:
以離子液體或者離子液體與有機(jī)溶劑雙溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，將脂肪酸或脂肪酸酯與帶有羥基的糖類按照摩爾比1:3~4:1加入到上述反應(yīng)介質(zhì)中，混合3?7分鐘后，然后加入脂肪酶，反應(yīng)4~48h制得脂肪酸糖酯。
[0008]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，反應(yīng)溫度為40~70°C。
[0009]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，反應(yīng)介質(zhì)的水含量小于0.1%。
[0010]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，當(dāng)采用離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，通過HPLC制備柱進(jìn)行制備，再經(jīng)過真空離心干燥機(jī)60°C下濃縮，4h后得到白色固體，即為脂肪酸糖酯。
[0011]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，當(dāng)采用離子液體與有機(jī)溶劑雙溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，反應(yīng)液通過離心去除沉淀后，0.22 μ m有機(jī)濾頭過濾后，4°C冰箱放置12h后可得產(chǎn)物，然后經(jīng)過正己烷色譜純洗3次后，用真空離心干燥機(jī)濃縮可得到產(chǎn)物。
[0012]所述的脂肪酸糖醋的合成方法，其中，所述脂肪酶為Novozym 435、LipozymeTLIM、擴(kuò)展青霉脂肪酶、黑曲霉脂肪酶或華根霉脂肪酶。
[0013]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，當(dāng)采用離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，脂肪酸或脂肪酸酯與帶有羥基的糖類的摩爾比為3:1。
[0014]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，當(dāng)采用離子液體與叔戊醇雙溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，脂肪酸或脂肪酸酯與帶有羥基的糖類的摩爾比為3:2。
[0015]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，所述離子液體為[BMIm] [PF6]、[BMIm][BF4]、[BTM] [Tf2N]、[HTM] [Tf2N]、[EMIm] [Tf2N]、[BMIM] [Tf2N]、[HMIm] [Tf2N]、[EMIm][TfO]、[BMIm] [TfO]、[HMIm] [TfO]、[MMIm] [MeSO4]、[EMIm] [MeSO4]、[BMIm] [MeSO4]、[NMe4][Ac]、[NEt4] [Ac]、[NBu4] [Ac]或[Me (OEt) 3-Et_Im] [Tf2N]。
[0016]所述的脂肪酸糖酯的合成方法，其中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、叔戊醇、環(huán)己烷、正己烷、異辛烷、乙腈、氯仿、四氫呋喃、甲苯或正庚烷。
[0017]有益效果:本發(fā)明通過在純離子液體系統(tǒng)和雙溶劑系統(tǒng)中，對反應(yīng)條件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，建立了一個(gè)綠色、高效的酶法合成糖酯的反應(yīng)體系。尤其是在雙溶劑體系中，離子液體以及叔戊醇提高了底物、產(chǎn)物溶解度，提高糖酯時(shí)空收率，并簡化糖酯提純工藝，提高效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例4不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例5不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明的純離子液體系統(tǒng)優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實(shí)施例6不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0025]圖8為本發(fā)明實(shí)施例7不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0026]圖9為本發(fā)明實(shí)施例8不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0027]圖10為本發(fā)明實(shí)施例9不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
[0028]圖11為本發(fā)明實(shí)施例10不同條件下的轉(zhuǎn)化率對比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供一種脂肪酸糖酯的合成方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明所一種脂肪酸糖酯的合成方法，其包括步驟:
以離子液體或者離子液體與有機(jī)溶劑雙溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，將脂肪酸或脂肪酸酯與帶有羥基的糖類按照摩爾比1:3~4:1加入到上述反應(yīng)介質(zhì)中，混合3?7分鐘后，然后加入脂肪酶，反應(yīng)4~48h制得脂肪酸糖酯。
[0031]本發(fā)明所采用的離子液體其可代替揮發(fā)性有機(jī)溶劑，用于碳水化合物的生物轉(zhuǎn)化。離子液體采用[BMIm] [PF6] (1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)、[BMIm] [BF4] (1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)、[BTM] [Tf2N](三甲基丁銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽)、[HTM][Tf2N](三甲基丁銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽)、[EMIm] [Tf2N] (1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽)、[BMIm] [Tf2N] (1- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽)、[HMIm] [Tf2N](1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽)、[EMIm] [TfO] (1-乙基-3甲基咪唑三氟甲磺酸鹽)、[BMIm] [TfO] (1- 丁基-3甲基咪唑三氟甲磺酸鹽)、[HMIm] [TfO] (1-己基-3甲基咪唑三氟甲磺酸鹽)、[MMIm] [MeSO4] (I, 3-二甲基咪唑硫酸甲酯鹽)、[EMIm] [MeSO4] (1-乙基-3甲基咪唑硫酸甲酯鹽)、[BMIm] [MeSO4] (1- 丁基_3甲基咪唑硫酸甲酯鹽)、[NMe4][Ac](四甲基銨醋酸鹽)、[NEt4] [Ac](四乙基銨醋酸鹽)、[NBu4] [Ac](四丁基銨醋酸鹽)或[Me(OEt)3-Et-1m] [Tf2N] (1-甲氧-3甘醚基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽)。
[0032]本發(fā)明優(yōu)選的離子液體[HMIm] [TfO](即1_己基_3甲基-咪唑三氟甲磺酸鹽)，常溫下呈液態(tài)，水分含量小于0.1%，極性(Etn)為0.63，log P值為-0.86，對葡萄糖溶解度為8.56mM，對月桂酸乙烯酯溶解度為527.07mM。
[0033]本發(fā)明所采用的脂肪酶優(yōu)選為Novozym 435 (來源于脂肪酶，當(dāng)然，亦可選擇如Lipozyme TLIM、絮源、號Thermomyces Ianuginosus )、擴(kuò)展青霉脂肪酶、黑曲霉脂肪酶或華根霉脂肪酶等脂肪酶，同樣可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0034]本發(fā)明所采用的有機(jī)溶劑除了對酶活性損傷較大的溶劑如DMS0、甲醇等極性較大的溶劑外，均可作為雙溶劑的組分，但本發(fā)明通過篩選，選擇乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇、正戊醇、叔戊醇、環(huán)己烷、正己烷、異辛烷、乙腈、氯仿、四氫呋喃、甲苯或正庚烷作為優(yōu)選的有機(jī)溶劑，其中最優(yōu)選的為叔戊醇。
[0035]另外，帶有羥基的糖類優(yōu)選為無水葡萄糖(Glc)，當(dāng)然，亦可選擇例如果糖、甘露糖、蔗糖、麥芽糖等，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0036]其中的酸可以是脂肪酸，例如各種長鏈飽和或不飽和脂肪酸，但更優(yōu)選的是月桂酸，脂肪酸酯類可以是脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯等，但更優(yōu)選的是月桂酸乙烯酯(VL)，其可有效提尚轉(zhuǎn)化率。
[0037]本發(fā)明中優(yōu)化的反應(yīng)溫度為40~70°C。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，反應(yīng)介質(zhì)的水含量小于0.1%。
[0038]本發(fā)明所采用的反應(yīng)體系，其可以選用離子液體單獨(dú)作為反應(yīng)介質(zhì)，亦可選用離子液體與叔戊醇雙溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)。
[0039]下面分別對兩種反應(yīng)體系進(jìn)行說明。
[0040]一、在離子液體單溶劑體系下:反應(yīng)介質(zhì)(離子液體)的體積(溶劑量)為lmL，脂肪酶(Novozym 435)質(zhì)量為 20~120mg，底物摩爾比(VL/Glc，Glc:0.3M) 1:3~4:1，水含量為0.08-1.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，混合3~7分鐘，然后加入脂肪酶反應(yīng)4~48h，反應(yīng)溫度為30~70°C。在反應(yīng)結(jié)束后，可通過HPLC制備柱進(jìn)行制備，再經(jīng)過真空離心干燥機(jī)60°C下濃縮，4h后得到白色固體，即為脂肪酸糖脂。
[0041]在反應(yīng)過程中，可定時(shí)取出反應(yīng)液并在1200rpm離心3min后，取10 μ I上清液用DMSO稀釋4倍，進(jìn)行HPLC檢測。
[0042]檢測條件時(shí):18柱子:日本GLSciences, Inc 公司，inertsil 0DS-SP，4.6 X 150mm, 5 μπι )底物和產(chǎn)物可以用RID (Shimadzu RID-10A型號)檢測，甲醇:水為85:15 (在加入甲醇之前將PH值調(diào)到2.3，V/V)，流速為lmL/min，柱溫箱溫度為40 °C，保留時(shí)間13min。
[0043]實(shí)施例1、對酶量進(jìn)行優(yōu)化
底物摩爾比(VL/Glc，Glc:0.3M) 1:1，水含量0.08% (濃縮24h)，溶劑量lmL，分子篩10mg,反應(yīng)溫度 40 °C，酶量分別為 20mg、40mg、60mg、80mg、10mg 和 120mg，300rpm 搖床下，反應(yīng)24h。
[0044]其中的離子液體預(yù)先通過真空離心干燥機(jī)60°C下濃縮24h，而月桂酸乙烯酯，則通過4 A分子篩進(jìn)行干燥2周以上(下同)。
[0045]從圖1中可以看出，酶量在10mg之后，并無大幅提高，考慮到轉(zhuǎn)化率和成本的因素，選擇酶