非水相酶催化合成L-抗坏血酸油酸酯、结构表征及性质研究

论文摘要

L-抗坏血酸脂肪酸酯由于其具有良好的生物活性和抗氧化性质，作为L-抗坏血酸的脂溶性衍生物，已被广泛的应用于食品、药品和化妆品等行业。由于L-抗坏血酸饱和脂肪酸酯的熔点较高，当温度降低时，其在油及脂溶性产品中会结晶析出，影响抗氧化活性。因此，寻找低熔点、高溶解度、高抗氧化性的替代物成为研究的热点。目前市场上供应的L-抗坏血酸饱和脂肪酸酯多是采用化学方法合成的，而化学合成法存在副反应多、环境污染大等缺点。与化学合成法相比，生物酶催化法具有立体选择性高，副反应少，反应条件温和等诸多优点。本研究拟采用不饱和脂肪酸—油酸作为酰基供体，以固定化脂肪酶为催化剂，在非水相—有机溶剂中制备L-抗坏血酸油酸酯，以提高其在脂溶性产品中的溶解度和抗氧化活性。由于有机溶剂不仅影响酶的活性中心，而且还影响底物在溶剂与酶活性中心之间的分配比率，从而影响反应得率。因此，首先根据有机溶剂的lgP值选择最佳的反应溶剂，结果发现以叔戊醇作为反应介质时，脂肪酶lipozyme435的催化活性效果最好，得率最高。当反应温度为51℃、反应时间为24h、底物摩尔比为（O/L-AC）3.67:1、脂肪酶添加量（相对于油酸的质量）为5.13%、油酸摩尔浓度为0.4mol/L、分子筛添加量为60mg/mL，得率高达52.43%。研究还探讨了分别采用有机溶剂萃取结晶法及硅胶柱层析法对L-抗坏血酸油酸酯进行分离纯化。比较两种纯化方法，各有优劣。有机溶剂萃取结晶法操作简单，产物回收率较高；而经硅胶柱层析分离纯化处理，产物纯度较高。因此，在实际应用中应根据产品的要求选择纯化方法。采用FT-IR及ESI-MS对L-抗坏血酸油酸酯的结构进行了表征。FT-IR结果表明：除了普通C-H的伸缩振动吸收峰外，1676cm-1附近还出现了L-抗坏血酸五元环内酯上C=C双键的特征吸收峰，1749cm-1附近出现了羧酸酯的羰基伸缩振动吸收峰，1128cm-1附近出现了C-O伸缩振动以及1610cm-1附近的不饱和双键C=C的特征吸收峰。随后的ESI-MS进一步证明了L-抗坏血酸油酸酯的生成。一级电离质谱图中出现的m/z439.2（M-1）质谱信号，与L-抗坏血酸油酸酯的分子质量吻合；二级电离质谱图中，m/z156.8的离子碎片为C6H6O5+，m/z281.1的离子碎片为C18H33O2+。由此，可以证实该产品即为L-抗坏血酸油酸酯。在应用试验中，用硅钼蓝分光光度法研究了L-抗坏血酸油酸酯的脂溶性，结果表明：L-抗坏血酸油酸酯在花生油及菜籽油中的溶解度较L-抗坏血酸棕榈酸酯提高约10倍；差示扫描量热（DSC）试验结果表明：L-抗坏血酸油酸酯的结晶峰出现在54.31℃，结晶焓为25.53J/g；其熔融峰出现在63.18℃，熔融焓为22.64J/g，较低的熔融焓可能使得L-抗坏血酸油酸酯在油脂中有较好的溶解度；用Rancimat酸败仪测定法及Schaal烘箱法对其在猪油及植物油脂的抗氧化性能进行了评价，结果显示：L-抗坏血酸油酸酯对玉米油及葵花籽油的抗氧化效果较其它抗氧化剂显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 L-抗坏血酸脂肪酸酯
• 1.2.1 L-抗坏血酸脂肪酸酯国内外研究发展状况
• 1.2.2 L-抗坏血酸脂肪酸酯的合成
• 1.3 非水相酶催化技术的研究
• 1.3.1 非水相酶催化体系
• 1.3.2 非水相体系中的酶
• 1.4 立题的背景和目的及研究内容
• 1.4.1 立题背景和目的
• 1.4.2 本论文的主要研究内容
• 1.5 本论文研究的创新点
• 第二章 L-抗坏血酸油酸酯的合成工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料和仪器、设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 油酸理化性质测定
• 2.3.2 有机溶剂的脱水处理
• 2.3.3 脂肪酶催化合成 L-抗坏血酸油酸酯
• 2.3.4 L-抗坏血酸油酸酯的薄层色谱（TLC）分析
• 2.3.5 反应介质的筛选
• 2.3.6 以叔丁醇为反应介质的试验
• 2.3.7 以叔戊醇为反应介质的单因素试验
• 2.3.8 以叔戊醇为反应介质的响应面试验
• 2.3.9 脂肪酶的重复利用试验
• 2.3.10 L-抗坏血酸油酸酯合成的反应动力学
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 油酸理化性质测定结果
• 2.4.2 反应介质的筛选
• 2.4.3 以叔丁醇为反应介质的试验分析
• 2.4.4 以叔戊醇为反应介质的单因素试验分析
• 2.4.5 L-抗坏血酸油酸酯的合成工艺条件优化
• 2.4.6 脂肪酶重复利用试验结果分析
• 2.4.7 L-抗坏血酸饱和脂肪酸酯合成的反应动力学
• 2.5 本章小结
• 第三章 L-抗坏血酸油酸酯的分离纯化工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料和仪器、设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 有机溶剂萃取结晶法分离纯化 L-抗坏血酸油酸酯
• 3.3.2 硅胶柱层析法分离纯化 L-抗坏血酸油酸酯
• 3.3.3 分离纯化综合评价指标
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 L-抗坏血酸油酸酯粗品萃取结晶工艺研究
• 3.4.2 以氯仿为萃取结晶溶剂纯化 L-抗坏血酸油酸酯
• 3.4.3 以正己烷为萃取结晶溶剂纯化 L-抗坏血酸油酸酯
• 3.4.4 硅胶柱层析法分离纯化 L-抗坏血酸油酸酯的结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 L-抗坏血酸油酸酯的结构表征
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料和仪器、设备
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 L-抗坏血酸油酸酯的红外光谱分析
• 4.3.2 L-抗坏血酸油酸酯的质谱分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 L-抗坏血酸油酸酯的红外光谱分析
• 4.4.2 L-抗坏血酸油酸酯的质谱分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 L-抗坏血酸油酸酯的性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料和仪器、设备
• 5.3 试验方法
• 5.3.1 L-抗坏血酸油酸酯及 L-抗坏血酸棕榈酸酯的脂溶性测定
• 5.3.2 L-抗坏血酸油酸酯的 DSC 分析
• 5.3.3 L-抗坏血酸油酸酯的抗氧化效果研究
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 L-抗坏血酸油酸酯及 L-抗坏血酸棕榈酸酯的脂溶性分析
• 5.4.2 L-抗坏血酸油酸酯的 DSC 分析
• 5.4.3 Rancimat 酸败仪法测定 L-抗坏血酸油酸酯抗氧化效果的结果分析
• 5.4.4 Schaal 烘箱法测定 L-抗坏血酸油酸酯抗氧化效果的结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学习期间的研究成果及发表的学术论文