脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的选择性研究

论文摘要

蔗糖6-乙酯是选择性氯化合成三氯蔗糖的重要中间体。相较于传统化学合成方法,脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯具有区域选择性高,制备过程简单,反应条件温和等优点。本文是基于介质工程,研究了有机相,微水相和两相三种介质体系中脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的选择性。首先,考察了固定化脂肪酶Lipozyme TL IM（T）和Novo 435（N435）与游离脂肪酶假丝酵母脂肪酶（CRL）和猪胰脂肪酶（PPL）在12种有机溶剂中催化合成蔗糖-6-乙酯的反应。确定了三种有机介质反应体系：1)仲丁醇为反应介质,Lipozyme TL IM为催化剂,蔗糖与乙酸乙烯酯转酯化合成蔗糖-6-乙酯反应；2)叔戊醇为反应介质,Lipozyme TL IM为催化剂,蔗糖-6-乙酯的合成反应；3)叔戊醇为反应介质,假丝酵母脂肪酶为催化剂,蔗糖-6-乙酯的合成反应。其次,考察缓冲溶液类型及含水量对脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的影响,并确定了三种微水相反应介质：1)0.6%H2BO3-Na2B4O7·10H2O缓冲溶液与仲丁醇组成的反应介质,2)1.0%Tris-HCl缓冲溶液与叔戊醇组成的反应介质,3)0.8%Tris-HCl缓冲溶液与叔戊醇组成的反应介质。微水相和有机相中脂肪酶催化活性和选择性有明显的差异。由0.6%H2BO3-Na2B4O7·10H2O缓冲溶液和仲丁醇组成的微水相中Lipozyme TL IM催化活性是仲丁醇有机相中的10倍左右；由1.0%Tris-HCl缓冲溶液和叔戊醇组成的微水相中LipozymeTL IM催化活性是有机相中的5.6倍左右,且选择性巨大提高。由0.8%Tris-HCl缓冲溶液和叔戊醇组成的微水相中假丝酵母脂肪酶催化活性是有机相中的5.7倍左右。最后,考察了缓冲溶液/叔戊醇两相体系中假丝酵母脂肪酶催化蔗糖和乙酸乙烯酯的转酯化反应。通过单因素实验确定反应最优条件：Tris-HCl缓冲体系,0.lmmol/ml Tris离子浓度,乙酸乙烯酯与蔗糖摩尔比3：1,初始pH 7.0,叔戊醇体积比30%,反应温度35℃,反应时间4h.蔗糖-6-乙酯的产率和选择性分别为35.3%,55.6%。Tris缓冲溶液/叔戊醇两相体系中假丝酵母脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的活性是微水相中的10倍,但选择性明显下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 脂肪酶的概述
• 1.2.1 脂肪酶的结构
• 1.2.2 脂肪酶催化酯交换反应机理
• 1.2.3 脂肪酶的应用
• 1.2.3.1 脂肪酶在食品加工中的应用
• 1.2.3.2 脂肪酶在纺织物中的应用
• 1.2.3.3 脂肪酶的医学应用
• 1.2.3.4 脂肪酶在生物柴油中的应用
• 1.2.3.5 脂肪酶在生物传感器中的应用
• 1.3 脂肪酶催化体系
• 1.3.1 底物优化
• 1.3.2 反应介质体系的优化
• 1.3.2.1 有机溶剂体系
• 1.3.2.2 无溶剂体系
• 1.3.2.3 超临界流体体系
• 1.3.2.4 离子液体体系
• 1.3.2.5 含水和盐体系
• 1.3.2.6 助溶剂和“仿水”溶剂
• 1.3.3 催化剂脂肪酶的优化
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 有机溶剂体系中脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的选择性研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 主要试剂及仪器
• 2.2.2 蔗糖乙酸酯合成方法
• 2.2.3 反应初始水活度aw的控制
• 2.2.4 蔗糖-6-乙酯的鉴定
• 2.2.5 产物定量分析方法
• 2.2.6 蔗糖-6-乙酯溶液标准曲线的绘制
• 2.2.7 脂肪酶酶活测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 有机溶剂的筛选
• 2.3.2 脂肪酶的筛选
• 2.3.3 酰基供体的影响
• 2.3.4 初始水活度的影响
• 2.3.5 乙酸乙烯酯量的影响
• 2.3.6 蔗糖量的影响
• 2.3.7 酶量的影响
• 2.3.8 反应温度的影响
• 2.3.9 反应进程
• 2.3.10 产物的高效液相和液质联用分析结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 微水相体系中脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的选择性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 主要试剂及仪器
• 3.2.2 蔗糖乙酸酯合成方法
• 3.2.3 蔗糖-6-乙酯的鉴定
• 3.2.4 产物分析方法（HPLC-ELSD）
• 3.2.5 蔗糖-6-乙酯溶液标准曲线的绘制
• 3.2.6 脂肪酶酶活测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 有机溶剂的筛选
• 3.4 脂肪酶的筛选
• 3.4.1 缓冲溶液类型的影响
• 3.4.2 水含量的影响
• 3.4.3 乙酸乙烯酯量的影响
• 3.4.4 蔗糖量的影响
• 3.4.5 酶量的影响
• 3.4.6 缓冲溶液初始pH值的影响
• 3.4.7 温度的影响
• 3.4.8 反应进程
• 3.4.9 产物的高效液相和液质联用分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 叔戊醇/缓冲溶液两相体系假丝酵母脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酯的选择性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 主要试剂及仪器
• 4.2.2 蔗糖乙酸酯合成方法
• 4.2.3 蔗糖-6-乙酯的鉴定
• 4.2.4 产物分析方法（HPLC-ELSD）
• 4.2.5 蔗糖-6-乙酯溶液标准曲线的绘制
• 4.2.6 脂肪酶酶活测定
• 4.3. 结果与讨论
• 4.3.1 缓冲体系的影响
• 4.3.2 底物摩尔比的影响
• 4.3.3 叔戊醇体积含量的影响
• 4.3.4 初始pH的影响
• 4.3.5 反应温度的影响
• 4.3.6 反应进程
• 4.3.7 产物的高效液相和液质联用分析结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附图