有机相脂肪酶催化合成葡萄糖酯的研究

论文摘要

糖酯是由碳水化合物作为亲水基团,脂肪酸作为疏水基团的非离子表面活性剂,具有无毒、易生物降解、HLB值范围广（1-16）及良好的表面活性等优点,并且具有分散润滑、去污、起泡、调节粘度、防止老化、防止结晶、抑菌性等作用,因此被广泛用于食品、医药和化妆品等行业,是联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）推荐使用的食品添加剂。本文主要研究了葡萄糖脂肪酸酯的合成,单酯的分离纯化,单酯的表面性质,以及单酯间歇生产工艺的优化。首先研究了葡萄糖酯的合成及单酯的分离纯化,在丙酮中,利用脂肪酶NOVO435分别催化合成了一系列葡萄糖酯,包括葡萄糖月桂酸酯、葡萄糖豆蔻酸酯、葡萄糖棕榈酸酯和葡萄糖硬脂酸酯。采用液质联用（LC-MS）分析了反应液组成成分,发现只有单酯和二酯合成,未发现三酯或其它多酯。研究了薄层色谱（TLC）分离纯化葡萄糖单酯的展开剂体系,通过大量试验,得到甲苯:乙酸乙酯:甲醇:水=10:40:4.5:1.0（V/V/V/V）的展开剂体系,将此展开体系作为柱层析色谱的流动相,分别分离纯化出了四种葡萄糖单酯。利用LC-MS、HPLC、TLC对分离纯化出的四种单酯分别作定性和定量分析,结果表明单酯纯度达到98%以上。优化了葡萄糖月桂酸酯的间歇生产工艺条件,首先考察了不同因素如不同有机溶剂、脂肪酶添加量、分子筛添加量、酸醇摩尔比、反应时间、反应温度、脂肪酶利用次数、脂肪酸碳链长度等对单酯产率的影响。在单因素试验的基础上,利用响应面分析法优化间歇生产工艺,得到葡萄糖月桂酸单酯的最佳生产条件:丙酮中,葡萄糖50mmol/L,加酶量30g/L,酸醇比1:5,分子筛量68 g/L时,在50℃振荡水浴反应30h,震荡速度150r/min,此时单酯产量达到80.2%。测定了四种葡萄糖单酯的表面活性,包括:水溶性、亲水亲油平衡值（HLB值）、乳化性、起泡性。采用高效液相法研究了各单酯的水溶性,结果发现葡萄糖酯在水中的溶解性较小;分别采用理论计算法和水数滴定法确定了C12-C18四种单酯的HLB值,水数法的结果分别位11.3,10.0,9.3 ,8.5;研究了温度,油的种类、脂肪酸碳链、添加量对葡萄糖单酯的乳化性的影响,并研究了浓度、温度、脂肪酸碳链等对单酯起泡性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 天然表面活性剂
• 1.2.1 天然表面活性剂的定义
• 1.2.2 糖酯表面活性剂
• 1.3 糖酯的合成与应用
• 1.3.1 糖酯的合成方法
• 1.3.2 糖酯在食品及相关领域中的应用
• 1.4 非水相酶催化技术的研究
• 1.4.1 非水酶学的发展
• 1.4.2 非水相酶促反应体系
• 1.4.3 非水相中水对酶活的影响
• 1.4.4 非水相脂肪酶催化技术
• 1.5 立题的背景和意义
• 1.5.1 立题背景
• 1.5.2 立题意义
• 第二章 葡萄糖脂肪酸酯酶法合成产物的分离和分析
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料及设备
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 葡萄糖酯的酶法催化合成
• 2.2.2.2 酶反应液的LC-MS 分析
• 2.2.2.3 葡萄糖酯薄层色谱（TLC）分析
• 2.2.2.4 葡萄糖酯的硅胶柱色谱分离
• 2.2.2.5 葡萄糖单酯的HPLC 鉴定
• 2.2.2.6 葡萄糖单酯的LC-MS 鉴定
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 反应液的LC-MS 分析
• 2.3.2 葡萄糖酯的薄层色谱（TLC）分离
• 2.3.3 葡萄糖酯的硅胶柱色谱分离
• 2.3 4 葡萄糖单酯的HPLC 鉴定
• 2.3.5 葡萄糖单酯的LC-MS 鉴定
• 2.4 本章小结
• 第三章 有机相中脂肪酶催化合成葡萄糖酯的间歇工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料及设备
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 有机溶剂脱水
• 3.2.2.2 葡萄糖月桂酸酯合成条件
• 3.2.2.3 葡萄糖月桂酸酯定量分析
• 3.2.2.4 酯化率
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 标准曲线的绘制
• 3.3.2 不同有机溶剂对单酯转化率的影响
• 3.3.3 不同酶添加量对单酯转化率的影响
• 3.3.4 分子筛添加量对单酯转化率的影响
• 3.3.5 酸醇比对单酯转化率的影响
• 3.3.6 反应温度对单酯转化率的影响
• 3.3.7 反应时间对单酯转化率的影响
• 3.3.8 脂肪酸碳链长度对单酯转化率的影响
• 3.3.9 响应面试验分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 葡萄糖脂肪酸单酯的表面性质研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验材料及设备
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 葡萄糖脂肪酸单酯的水溶性
• 4.2.2.2 葡萄糖单酯的HLB 值测定
• 4.2.2.3 葡萄糖单酯的泡沫性质的测定
• 4.2.2.4 葡萄糖单酯的乳化能力测定
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 葡萄糖单酯的水溶性
• 4.3.2 葡萄糖单酯的HLB 值
• 4.3.3 葡萄糖单酯的泡沫性质
• 4.3.3.1 浓度对葡萄糖单酯泡沫性质的影响
• 4.3.3.2 温度对葡萄糖单酯泡沫性质的影响
• 4.3.3.3 不同碳链长度葡萄糖单酯溶液的泡沫性质
• 4.3.3.4 葡萄糖单酯与SDOS 复配后的起泡性
• 4.3.4 葡萄糖单酯的乳化性
• 4.3.4.1 浓度对葡萄糖酯乳化性的影响
• 4.3.4.2 脂肪酸碳链长度对葡萄糖酯乳化性的影响
• 4.3.4.3 葡萄糖单酯对不同油的乳化性和乳化稳定性
• 4.4 本章小结
• 主要结论
• 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文