一種酶法催化合成山梨酸酯的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，所述方法是以山梨酸和C1?C4醇為反應(yīng)底物，以脂肪酶為催化劑，以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，加入吸水劑，在30?60℃、200rpm條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)完全后，反應(yīng)液分離純化，獲得山梨酸酯；本發(fā)明所述山梨酸酯的制備方法的有益效果主要體現(xiàn)在：酶的區(qū)域選擇性強(qiáng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，下游分離簡(jiǎn)單，能耗低，環(huán)境污染小，適合工業(yè)化生產(chǎn)，酯化率為90～99％。
【專利說(shuō)明】
一種酶法催化合成山梨酸酯的方法 (一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脂肪酶催化合成山梨酸酯的方法。 (二)
【背景技術(shù)】
[0002] 山梨酸是一種不飽和脂肪酸，具有優(yōu)良的抑制酵母菌、霉菌和好氧性細(xì)菌的活性， 能抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，從而達(dá)到有效延長(zhǎng)食品的保存時(shí)間。但由于山梨酸是天然存 在的有機(jī)酸，易被微生物分解代謝，抗菌作用時(shí)效短，其抗菌作用也不夠強(qiáng)，對(duì)微生物抑制 能力有限，對(duì)乳酸菌及厭氧性芽孢菌無(wú)效，只適宜在偏酸性的條件下使用，使用范圍受到很 大限制。為了提高山梨酸的抗菌范圍，需要對(duì)山梨酸進(jìn)行酯化修飾。
[0003] 山梨酸酯是一類新型的山梨酸衍生物，具有濃郁的醇香味，是生產(chǎn)山梨酸酯增效 劑及無(wú)公害農(nóng)藥增效劑的中間體，是一種被國(guó)際公認(rèn)的低毒高效食品防腐劑，山梨酸酯在 調(diào)香、天然果汁等防腐保鮮有良好的前景。目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的山梨酸酯的合成方法均采用 化學(xué)方法，化學(xué)法往往是在高溫、高壓、酸性或堿性催化劑中進(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)能耗較高，存在 安全隱患。
[0004] 2000年鄧?yán)^勇等報(bào)道的山梨酸乙酯的非酸催化合成，該方法以山梨酸和乙醇為底 物，氯化亞錫水化合物作催化劑，4A分子篩作除水劑，在IHTC下合成山梨酸乙酯。反應(yīng)后除 去催化劑后需取樣測(cè)定酸值，催化劑在制備、運(yùn)輸、使用中也存在安全隱患。
[0005] 2001年湯健等申請(qǐng)的一項(xiàng)發(fā)明專利（山梨酸原液生產(chǎn)的方法，公開號(hào)CN1296001A) 中介紹了一種仿自然衍生法在反應(yīng)釜中進(jìn)行，經(jīng)過(guò)混合，加熱，冷卻出料的工序，低酸量，高 醇化的反應(yīng)工藝制取山梨酸乙酯原液。該專利介紹的方法合成的山梨酸乙酯原液中，山梨 酸乙酯含量較低，僅15%左右。
[0006] 2013年梁紅冬等報(bào)道的山梨酸乙酯的合成研究，該方法以對(duì)甲苯磺酸為催化劑， 用分子篩作為吸水劑，用環(huán)己烷作帶水劑，底物山梨酸和乙醇在催化劑作用下進(jìn)行酯化反 應(yīng)制得山梨酸乙酯。該方法是在水相中催化合成山梨酸乙酯，最大得率不到80%。 (三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決上述方法的不足，利用脂肪酶為催化劑合成山梨酸酯。 利用脂肪酶催化山梨酸酯未見文獻(xiàn)報(bào)道，而且生產(chǎn)工藝條件溫和，步驟簡(jiǎn)單，產(chǎn)品收率高， 環(huán)境友好，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為達(dá)到發(fā)明目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009]本發(fā)明提供一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，所述方法是以山梨酸（I)和C1-C4 醇為反應(yīng)底物，以脂肪酶為催化劑，以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，加入吸水劑，在30-60 °C、 200rpm條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)(2-20小時(shí)，優(yōu)選6~10小時(shí)），反應(yīng)完全后，反應(yīng)液分離純化，獲 得山梨酸酯（Π );所述吸水劑為4A分子篩;所述有機(jī)溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環(huán)己 烷、甲苯、苯、石油醚、乙醚或氯仿，優(yōu)選叔丁醇或甲苯;所述脂肪酶與山梨酸質(zhì)量比為0.05-5:1，優(yōu)選 5:1。
[0010]
[0011] (n)R 為 C1-C4 直鏈烷基。
[0012] 所述脂肪酶優(yōu)選來(lái)自來(lái)自南極假絲酵母(Candida antarctica)的脂肪酶B(CAL- B)。其中固定化CAL-B脂肪酶(丹麥諾維信公司Novozyme 435)是一種商品化脂肪酶，原料易 得，催化效率高，穩(wěn)定性好，具有較寬的底物范圍，酶活為l〇〇〇〇U/g。所述脂肪酶形式可以為 微生物發(fā)酵所得濕菌體干燥得到的靜息細(xì)胞、經(jīng)分離純化后的脂肪酶提取物或者其固定化 酶形式。最優(yōu)選所述脂肪酶為Novozyme 435。
[0013] 進(jìn)一步，所述C1-C4醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
[0014]進(jìn)一步，所述有機(jī)溶劑體積用量以山梨酸質(zhì)量計(jì)為90ml/g，所述C1-C4醇體積用量 以山梨酸質(zhì)量計(jì)為l〇ml/g，所述吸水劑與山梨酸質(zhì)量比為1-10:1，優(yōu)選10:1。
[0015] 凡是能溶解反應(yīng)底物山梨酸或產(chǎn)物山梨酸酯的有機(jī)溶劑都在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)，本發(fā)明推薦的有機(jī)溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環(huán)己烷、石油醚、甲苯、苯、乙醚、 或氯仿，更優(yōu)選叔丁醇和甲苯。
[0016] 山梨酸酯的提取分離:酶轉(zhuǎn)化后過(guò)濾除去固定化脂肪酶，通過(guò)蒸餾除去有機(jī)溶劑 得到產(chǎn)物山梨酸酯產(chǎn)品。具體所述反應(yīng)液分離純化方法為:反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液過(guò)濾，濾液 在0.1 MPa減壓蒸餾至無(wú)餾出物，得到所述山梨酸酯。
[0017] 本發(fā)明所述山梨酸酯的制備方法的有益效果主要體現(xiàn)在:酶的區(qū)域選擇性強(qiáng)，反 應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，下游分離簡(jiǎn)單，能耗低，環(huán)境污染小，適合工業(yè)化生產(chǎn)，酯化率為90~99 %。 (四）
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1實(shí)施例4中山梨酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜圖。
[0019] 圖2實(shí)施例4中產(chǎn)物山梨酸乙酯的氣相色譜圖。 (五)
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于 此：
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無(wú)水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 · 2g脂肪酶Novozyme 435(酶活10000U/g)和0 · 4g 4A分子篩（購(gòu)自阿拉丁試劑（上海)有限 公司），在30°C恒溫振蕩反應(yīng)10小時(shí)，振蕩速度為200r/min，取樣進(jìn)行氣相色譜分析，山梨酸 轉(zhuǎn)化率為81.6%。
[0023]山梨酸I或產(chǎn)物Π 的氣相色譜儀測(cè)定條件:HP-5毛細(xì)管柱;柱溫箱溫度恒溫150°C ; 載氣:氮?dú)?柱流量:lml/min; FID檢測(cè)器。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無(wú)水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在40°C恒溫振蕩反應(yīng)10小時(shí)，振蕩速度為 200r/min，取樣進(jìn)行氣相色譜分析，山梨酸轉(zhuǎn)化率為90.5%。
[0026] 實(shí)施例3
[0027] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無(wú)水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在50°C恒溫振蕩反應(yīng)10小時(shí)，振蕩速度為 200r/min，取樣進(jìn)行氣相色譜分析，山梨酸轉(zhuǎn)化率為96.2%。
[0028] 實(shí)施例4
[0029] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無(wú)水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在60°C恒溫振蕩反應(yīng)10小時(shí)，振蕩速度為 200r/min，取樣進(jìn)行氣相色譜分析，山梨酸轉(zhuǎn)化率為99.4 %，反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)液過(guò)濾，濾液在 0.1 MPa壓力下減壓蒸餾無(wú)液體流出，得到山梨酸乙酯(氣相色譜圖見圖2 )，產(chǎn)率96.2 %，純 度為99.2%。山梨酸乙酯標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜圖見圖1所示。
[0030] 實(shí)施例5:
[0031 ]按實(shí)施例4方法，用其它有機(jī)溶劑代替水叔丁醇作為反應(yīng)溶劑，其他條件不變，對(duì) 山梨酸進(jìn)行酶法酯化。該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率見表1。表1結(jié)果表明，在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率方面上，叔丁醇 和甲苯作為反應(yīng)溶劑都要優(yōu)于其他溶劑。
[0032]表1:不同溶劑體系的酶轉(zhuǎn)化結(jié)果
[0035] 實(shí)施例6:
[0036]按實(shí)施例4方法，用不同脂肪酶作為催化劑，其他條件不變，對(duì)山梨酸進(jìn)行酶法酯 化。該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率見表2。表2結(jié)果表明，Novozyme 435要優(yōu)于其他脂肪酶。
[0037] 表2:不同脂肪酶的酶轉(zhuǎn)化結(jié)果
[0039] 實(shí)施例7:
[0040] 按實(shí)施例4方法，用不同短鏈醇作為酰基受體代替無(wú)水乙醇，其他條件不變，對(duì)山 梨酸進(jìn)行酶法酯化合成相應(yīng)的山梨酸酯。該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率見表3。表3結(jié)果表明，Novozyme 435可以催化合成相應(yīng)短鏈醇的山梨酸酯。
[0041] 表3:不同短鏈醇的酶轉(zhuǎn)化結(jié)果
[0043]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作任何形式 上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修 飾，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述方法是以山梨酸和C1-C4醇為 反應(yīng)底物，以脂肪酶為催化劑，以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，加入吸水劑，在30-60 °C、200rpm條 件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)完全后，反應(yīng)液分離純化，獲得山梨酸酯;所述吸水劑為4A分子篩； 所述有機(jī)溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環(huán)己烷、甲苯、苯、石油醚、乙醚或氯仿;所述脂 肪酶與山梨酸質(zhì)量比為0.05-5:1。2. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述脂肪酶來(lái)自南極 假絲酵母(Candida antarct i ca)的脂肪酶B。3. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述脂肪酶為 Novozyme 435。4. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述C1-C4醇為甲醇、 乙醇、丙醇或丁醇。5. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑為叔丁 醇或甲苯。6. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑體積用 量以山梨酸質(zhì)量計(jì)為90ml/g，所述C1-C4醇體積用量以山梨酸質(zhì)量計(jì)為10ml/g，所述吸水劑 與山梨酸質(zhì)量比為1-10:1。7. 如權(quán)利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述反應(yīng)液分離純化 方法為:反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液過(guò)濾，濾液在0.1 MPa減壓蒸餾至無(wú)餾出物，得到所述山梨酸酯。
【文檔編號(hào)】C12P7/62GK106086095SQ201610734261
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月26日
【發(fā)明人】鄭建永, 汪釗, 章銀軍, 黃麗娟
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)