麦芽糖月桂酸单酯的酶法选择性合成

论文摘要

为酶法选择性合成化学结构特定的麦芽糖酯,本文以麦芽糖和月桂酸为主要材料,在分离鉴定了酯化产物为麦芽糖月桂酸单酯和二酯的基础上,探讨了脂肪酶催化选择性合成麦芽糖月桂酸单酯的方法,确定了间歇式和连续化合成麦芽糖月桂酸单酯的工艺参数,系统研究了麦芽糖月桂酸单酯的热特性、水溶性、表面性质、乳状液的热特性和流变学特性、抗老化特性以及抑菌性,并和商品糖酯P1570作了对比分析。论文的主要结论如下:运用硅胶柱层析分离麦芽糖月桂酸酯,流动相为氯仿/甲醇（4:1, v/v）,流速为18 mL/h。经MS、IR和NMR分析确定,Nov 435脂肪酶催化合成的麦芽糖月桂酸酯化产物中存在6’-O-麦芽糖月桂酸单酯和6,6’-O-麦芽糖月桂酸二酯。在间歇式反应器中脂肪酶催化合成麦芽糖月桂酸单酯的工艺条件为:20 g/L脂肪酶、25 mmol/L麦芽糖、75 mmol/L月桂酸和60 g/L的3A分子筛于5 mL丙酮中50℃反应72 h,麦芽糖月桂酸单酯的转化率和浓度分别可达92.7 %和23.35 mmol/L。反应温度对麦芽糖月桂酸单酯浓度的影响最大,麦芽糖浓度对麦芽糖月桂酸单酯转化率的影响最大。相同反应条件下,麦芽糖月桂酸单酯的转化率明显高于蔗糖月桂酸单酯的;麦芽糖单酯的转化率随脂肪酸碳链长度的延长而降低。连续搅拌反应器可实现麦芽糖月桂酸单酯的酶法选择性合成,优化后的工艺条件为:麦芽糖的初始浓度为50 mmol/L、月桂酸浓度为200 mmol/L、脂肪酶用量为40 g/L、不添加分子筛,每24 h补充16 g/L麦芽糖,反应器流速为0.15 mL/min,生产周期为10 d时麦芽糖月桂酸单酯的平均产量可以达到10.12 g/L·d。采用多次正己烷萃取-离心分离的方法分离纯化单酯产品,分离步骤为:25 mL反应液脱除丙酮后,沉淀用12.5 mL的正己烷一次萃取-离心分离,再用2.5 mL的正己烷二次萃取-离心分离和三次萃取-离心分离,产品中麦芽糖月桂酸单酯的含量为94.2 %（w/w）、回收率达到76.1 %。麦芽糖的月桂酸单酯、豆蔻酸单酯、棕榈酸单酯、硬脂酸单酯和蔗糖月桂酸单酯、豆蔻酸单酯、棕榈酸单酯可产生重结晶,重结晶体与新鲜糖酯的不同,是一种多晶体或结晶体和无定形体的混和物。月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸制备的麦芽糖单酯和蔗糖单酯的HLB值为16.1～18.2,可作O/W乳化剂。DSC分析发现,麦芽糖月桂酸单酯与n-癸烷和正丁醇（1.5:1:1, w/w/w）形成的模型乳状液体系可亲和16 %20 %的水。麦芽糖月桂酸单酯和蔗糖月桂酸单酯水溶液为假塑性流体,豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸的麦芽糖单酯和蔗糖单酯溶液为牛顿流体。麦芽糖单酯和蔗糖单酯乳状液（石蜡油:水=8:2, v/v）为假塑性流体。0.09 %的麦芽糖单酯和蔗糖单酯可提高淀粉悬浮液的热稳定性、延缓淀粉糊贮藏过程中的老化;0.09 %的麦芽糖月桂酸单酯和蔗糖月桂酸单酯可有效抑制蜡状芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长,两种糖酯的抑菌效果无明显差异。月桂酸单酯的表面性质和抑菌性整体上优于豆蔻酸单酯、棕榈酸单酯和硬脂酸单酯的,硬脂酸单酯的抗老化效果优于月桂酸单酯、豆蔻酸单酯和棕榈酸单酯的,麦芽糖单酯的表面性质、抑菌性和抗老化性略优于蔗糖单酯的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 糖酯的一般性质
• 1.1.1 糖酯的亲水-亲油平衡值
• 1.1.2 糖酯的临界胶束浓度
• 1.1.3 糖酯的乳化能力和乳化稳定性
• 1.1.4 糖酯的起泡能力和泡沫稳定性
• 1.2 糖酯在食品加工中的应用
• 1.2.1 食品乳化剂
• 1.2.2 润湿与分散剂
• 1.2.3 食品质地改良剂
• 1.2.4 保鲜杀菌剂
• 1.2.5 结晶调节剂
• 1.2.6 抗老化剂
• 1.3 糖酯的合成方法
• 1.3.1 化学合成糖酯
• 1.3.2 微生物发酵合成糖酯
• 1.3.3 酶法合成糖酯
• 1.4 糖酯的酶法合成
• 1.4.1 糖酯酶法合成反应器
• 1.4.2 影响糖酯转化率的因素
• 1.4.3 糖酯的酶法选择性合成
• 1.4.4 糖酯的分离纯化
• 1.5 国内外研究存在的问题
• 1.6 课题的立题背景和意义
• 1.7 课题的主要研究内容
• 第二章 麦芽糖月桂酸酯的分离与鉴定
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 脂肪酶催化合成麦芽糖月桂酸酯
• 2.3.2 麦芽糖月桂酸酯薄层层析（TLC）定性分析
• 2.3.3 麦芽糖月桂酸酯硅胶柱层析分离
• 2.3.4 麦芽糖月桂酸酯色谱定性分析
• 2.3.5 麦芽糖月桂酸酯HPLC 制备
• 2.3.6 麦芽糖月桂酸酯质谱（MS）分析
• 2.3.7 麦芽糖月桂酸酯红外光谱（IR）分析
• 2.3.8 麦芽糖月桂酸酯核磁共振（NMR）分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 展开剂对麦芽糖月桂酸酯TLC 分离效果的影响
• 2.4.2 麦芽糖月桂酸酯硅胶柱层析分离结果
• 2.4.3 麦芽糖月桂酸酯HPLC 分析
• 2.4.4 麦芽糖月桂酸酯MS 分析
• 2.4.5 麦芽糖月桂酸酯IR 分析
• 2.4.6 麦芽糖月桂酸酯的NMR 分析
• 2.5 小结
• 第三章 间歇反应器中麦芽糖月桂酸单酯的酶法选择性合成
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 麦芽糖溶解度的测定
• 3.3.2 溶剂脱水方法
• 3.3.3 麦芽糖月桂酸酯的脂肪酶催化合成
• 3.3.4 麦芽糖月桂酸酯分析
• 3.3.5 麦芽糖月桂酸酯转化率计算
• 3.3.6 脂肪酶残余酶活的测定
• 3.3.7 正交试验设计
• 3.3.8 其它糖酯的合成
• 3.3.9 其它糖酯分析
• 3.3.10 其它糖酯转化率计算
• 3.3.11 反应液中水的表观平衡浓度
• 3.3.12 反应液中麦芽糖的表观平衡浓度
• 3.3.13 反应液中麦芽糖月桂酸单酯的表观平衡浓度
• 3.3.14 反应液中月桂酸的表观平衡浓度
• 3.3.15 麦芽糖月桂酸单酯的表观平衡常数
• 3.3.16 数据分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 溶剂的选择
• 3.4.2 反应时间对麦芽糖月桂酸酯转化率的影响
• 3.4.3 反应温度对麦芽糖月桂酸酯转化率的影响
• 3.4.4 脂肪酶用量对麦芽糖月桂酸酯转化率的影响
• 3.4.5 麦芽糖浓度对麦芽糖月桂酸酯浓度和转化率的影响
• 3.4.6 月桂酸与麦芽糖的摩尔比对麦芽糖月桂酸酯转化率的影响
• 3.4.7 分子筛浓度对麦芽糖月桂酸酯转化率的影响
• 3.4.8 麦芽糖月桂酸单酯脂肪酶催化间歇合成工艺的优化
• 3.4.9 糖的种类对月桂酸单酯转化率的影响
• 3.4.10 脂肪酸碳链长度对单酯转化率的影响
• 3.4.11 麦芽糖月桂酸单酯酶促合成的活化能
• 3.5 小结
• 第四章 连续搅拌反应器中麦芽糖月桂酸单酯的酶法选择性合成
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 丙酮脱水方法
• 4.3.2 麦芽糖月桂酸酯连续合成
• 4.3.3 麦芽糖月桂酸单酯分析
• 4.3.4 麦芽糖月桂酸单酯的分离纯化
• 4.3.5 麦芽糖月桂酸单酯分离物中月桂酸酸残留量分析
• 4.3.6 月桂酸回收利用
• 4.3.7 数据分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 麦芽糖初始浓度对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.2 麦芽糖补充量对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.3 月桂酸浓度对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.4 分子筛浓度对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.5 脂肪酶用量对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.6 反应物流速对麦芽糖月桂酸单酯摩尔浓度的影响
• 4.4.7 麦芽糖月桂酸单酯连续合成时的时间曲线
• 4.4.8 采用回收月桂酸连续合成麦芽糖月桂酸单酯时的时间曲线
• 4.4.9 麦芽糖月桂酸单酯酶促合成反应物的分离纯化
• 4.4.10 麦芽糖月桂酸单酯酶促连续合成工艺流程
• 4.5 小结
• 第五章 麦芽糖月桂酸单酯的性质研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料
• 5.2.1 实验试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 麦芽糖单酯和蔗糖单酯脂肪酶催化合成
• 5.3.2 麦芽糖单酯和蔗糖单酯硅胶柱层析分离
• 5.3.3 糖酯DSC 分析
• 5.3.4 糖酯水溶性测定
• 5.3.5 糖酯亲水-亲油平衡值（HLB）测定
• 5.3.6 糖酯溶液表面张力的测定
• 5.3.7 糖酯溶液临界胶束浓度（CMC）的测定
• 5.3.8 糖酯溶液最大吸附量（Γmax）的计算
• 5.3.9 糖酯溶液表面吸附分子的最小截面积（Amin）
• 5.3.10 糖酯溶液的胶束自由能（ΔGm）
• 5.3.11 糖酯溶液的起泡能力和泡沫稳定性
• 5.3.12 糖酯溶液的乳化能力和乳化稳定性
• 5.3.13 糖酯乳状液DSC 分析
• 5.3.14 糖酯乳状液的显微观察
• 5.3.15 糖酯乳状液的粒径分布
• 5.3.16 糖酯水溶液的流变学特性
• 5.3.17 糖酯乳状液的流变学特性
• 5.3.18 数据分析
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的热特性
• 5.4.2 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的水溶性
• 5.4.3 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的HLB 值
• 5.4.4 麦芽糖单酯和蔗糖单酯表面张力与浓度的关系
• 5.4.5 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的表面性质
• 5.4.6 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的起泡能力和泡沫稳定性
• 5.4.7 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的乳化能力和乳化稳定性
• 5.4.8 麦芽糖单酯和蔗糖单酯乳状液的DSC 特性
• 5.4.9 麦芽糖单酯和蔗糖单酯乳状液的显微形态
• 5.4.10 麦芽糖单酯和蔗糖单酯乳状液的粒径分布
• 5.4.11 麦芽糖单酯和蔗糖单酯溶液的流变学特性
• 5.4.12 麦芽糖单酯和蔗糖单酯乳状液的流变学特性
• 5.5 小结
• 第六章 麦芽糖月桂酸单酯的抗老化特性和抑菌性
• 6.1 前言
• 6.2 实验材料
• 6.2.1 实验试剂
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 实验菌种
• 6.2.4 主要培养基
• 6.3 实验方法
• 6.3.1 糖酯-淀粉悬浮液糊化特性
• 6.3.2 糖酯-淀粉糊老化特性
• 6.3.3 糖酯-淀粉悬浮液DSC 分析
• 6.3.4 菌种活化
• 6.3.5 菌种扩大培养
• 6.3.6 细菌抑菌性试验
• 6.3.7 霉菌和酵母菌抑菌性试验
• 6.3.8 数据分析
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 浓度和结构对糖酯-淀粉悬浮液糊化特性的影响
• 6.4.2 浓度和结构对糖酯-淀粉糊老化特性的影响
• 6.4.3 浓度对麦芽糖月桂酸单酯-淀粉悬浮液DSC 特性的影响
• 6.4.4 贮藏时间和结构对糖酯-淀粉悬浮液DSC 特性的影响
• 6.4.5 浓度对麦芽糖月桂酸单酯抑菌性的影响
• 6.4.6 麦芽糖单酯和蔗糖单酯的抑菌性
• 6.5 小结
• 主要结论
• 论文创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读博士学位期间发表的论文