两相体系中蔗糖选择性酶法酯化耦联产物在线分离的研究

论文摘要

蔗糖酯中的蔗糖-6-乙酸酯是原酸酯法合成三氯蔗糖的重要中间体。而三氯蔗糖是一种新型非营养型甜味剂,市场前景广阔。因此,对于蔗糖-6-乙酸酯的合成进行研究具有广阔的应用前景。在水-有机溶剂两相体系中进行蔗糖酯化反应,水相加大了底物蔗糖的溶解,有利于酯化反应进行。同时,酯化的另一反应物乙酸乙烯酯可较好的溶于有机相,在反应过程中逐步分配至水相,避免了乙酸乙烯酯过多的水解。为了实现产物在线分离,对假丝酵母脂肪酶（Candida rugosa lipase）进行固定化。对固定化条件进行优化,214弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂固定化假丝酵母脂肪酶的最佳工艺为：固定化时间3 h、给酶量8 mg/mL、固定化温度35℃、缓冲液pH 8.4、振荡速率150 rpm、载体的量1 g。将所得的固定化酶,连续催化合成蔗糖乙酯。考察各个反应因素,得到最佳反应介质为Tris-HCl/叔戊醇两相体系,所得最适反应条件为：蔗糖2mmol （0.6846 g）, Tris-HCl缓冲液5 mL（pH8.4）,固定化酶0.3 g,叔戊醇5 mL,乙酸乙烯酯0.37 mL,反应温度451℃。在该条件下,合成蔗糖乙酯的量为1.4728 g,蔗糖-6-乙酯的选择性达到50.37%。补加一定体积的叔戊醇后,固定化酶可不断连续催化合成蔗糖乙酯。反应10批次后,蔗糖乙酯的量才开始有所下降。相比不补加叔戊醇的体系,固定化酶重复利用的次数增加,该体系更适合工业化应用。对水有机溶剂两相体系中蔗糖酯化工艺进行了新的探索。发现在水-仲丁醇两相体系中,无酶与有酶的催化效果相似。对无酶体系进行优化,使其更适合工业化生产。得到工业化生产的最佳反应条件：去离子水（pH 9）4 mL,仲丁醇6 mL,蔗糖600mmol/L,蔗糖：乙酸乙烯酯（mol:mol）=1:2,反应温度45℃。在此反应条件下,蔗糖乙酯酯化率为48.29%,蔗糖-6-乙酯选择性为45.51%。将反应体系由10mL扩大至100 mL后,蔗糖乙酯酯化率约为40.23%,蔗糖-6-乙酯选择性为42.02%。

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 生物催化连续反应的体系类型
• 1.2.1 水相体系中的连续反应
• 1.2.1.1 利用酶膜反应器实现连续化过程
• 1.2.1.2 连续反应与膜分离耦合
• 1.2.2 单相有机溶剂体系中的连续反应
• 1.2.2.1 单相有机溶剂体系
• 1.2.2.2 连续反应过程
• 1.2.3 水-有机溶剂两相体系中的连续反应
• 1.2.3.1 水-有机溶剂体系
• 1.2.3.2 连续反应过程
• 1.2.4 离子液体中的连续反应
• 1.3 各种反应体系中生物催化剂的种类
• 1.3.1 自由酶
• 1.3.2 膜固定化酶
• 1.3.3 活细胞
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 水有机溶剂两相体系中固定化酶催化合成蔗糖乙酯
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 主要试剂及仪器
• 2.2.2 方法
• 2.2.2.1 固定化载体的预处理
• 2.2.2.2 固定化酶的制备
• 2.2.2.3 蛋白质含量的测定
• 2.2.2.4 蔗糖乙酸酯合成方法
• 2.2.2.5 产物分析方法（HPLC-ELSD）
• 2.2.2.6 产物柱层析分离方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 脂肪酶的浓度与吸光值的线性关系
• 2.3.2 蔗糖-6-乙酯溶液标准曲线的绘制
• 2.3.3 固定化载体的选择
• 2.3.3.1 大孔树脂固定化脂肪酶
• 2.3.3.2 离子交换树脂固定化脂肪酶
• 2.3.3.3 固定化酶泄漏情况考察
• 2.3.4 固定化时间对固定化酶活性的影响
• 2.3.5 给酶量对固定化酶活性的影响
• 2.3.6 固定化温度对固定化酶活性的影响
• 2.3.7 缓冲液pH值对固定化酶活性的影响
• 2.3.8 振荡速率对固定化酶活性的影响
• 2.3.9 载体的量对固定化酶活性的影响
• 2.3.10 产物结构鉴定
• 2.4 本章小结
• 第三章 水有机溶剂两相体系中酶法连续催化合成蔗糖乙酯
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 主要试剂及仪器
• 3.2.2 方法
• 3.2.2.1 固定化酶的制备
• 3.2.2.2 水有机溶剂两相中底物与产物含量测定
• 3.2.2.3 蔗糖乙酸酯连续合成方法
• 3.2.2.4 产物分析方法（HPLC-ELSD）
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 蔗糖标准曲线的绘制
• 3.3.2 水有机溶剂两相中底物与产物含量测定
• 3.3.3 产物的高效液相和液质连用分析结果
• 3.3.4 酯化反应机理探讨
• 3.3.5 缓冲液对蔗糖乙酯连续合成的影响
• 3.3.6 蔗糖浓度对酯化效果的影响
• 3.3.7 缓冲液含量对酯化效果的影响
• 3.3.8 底物摩尔比对酯化效果的影响
• 3.3.9 温度对酯化效果的影响
• 3.3.10 初始pH对酯化效果的影响
• 3.3.11 优化后体系中,蔗糖乙酯的连续合成
• 3.3.11.1 不补加有机相条件下,蔗糖乙酯的连续合成
• 3.3.11.2 补加有机相条件下,蔗糖乙酯的连续合成
• 3.4 本章小结
• 第四章 水有机溶剂两相体系中蔗糖酯化新工艺探讨
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 主要试剂及仪器
• 4.2.2 方法
• 4.2.2.1 蔗糖乙酸酯合成方法
• 4.2.2.2 产物分析方法（HPLC-ELSD）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机溶剂对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.2 缓冲液对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.3 pH对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.4 水含量对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.5 蔗糖浓度对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.6 底物摩尔比对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.7 温度对对蔗糖乙酯合成的影响
• 4.3.8 100mL体系中蔗糖酯化反应进程
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文