酶法制备维生素A棕榈酸酯的研究

论文摘要

维生素A是一种脂溶性维生素,是人体必需的营养素之一。但维生素A不稳定,且对皮肤有刺激性。在动物z来源的食品中,维生素A的主要存在形式是维生素A酯,最常见的是维生素A棕榈酸酯,它们在小肠内被转化成维生素A。目前,市售维生素A棕榈酸酯都是化工合成,能耗高、污染多,这都将限制化工合成在现代经济中的应用。因而,建立一套条件温和且污染少的酶法制备维生素A棕榈酸酯的工艺有重要意义。本论文主要目的是初步建立一套酶法制备维生素A棕榈酸酯的工艺。利用Novozym 435脂肪酶催化维生素A醋酸酯和棕榈酸合成维生素A棕榈酸酯,系统研究了合成条件对分批式反应影响,并利用中心组合设计优化了影响反应的重要因素温度和时间,初步建立了一套填充柱式酶合成维生素A棕榈酸酯工艺和从酶反应体系中分离纯化维生素A棕榈酸酯的方法。在分批式反应工艺中,有机溶剂的极性对反应有影响,疏水性强的溶剂更有利于维生素A棕榈酸酯的合成。在维生素A醋酸酯浓度一定的前提下,棕榈酸存在影响反应的上限浓度。整个反应进程中,合成会逐步趋于稳定。固定化脂肪酶有饱和加入量。随着底物浓度的升高,转化率呈负幂指数形式降低,用黑箱模型拟合的乘幂函数模型能更准确地描述底物浓度对反应初速度的影响。初步确定了固定化脂肪酶Novozym 435转酯化合成维生素A棕榈酸酯的工艺条件:石油醚为反应溶剂,棕榈酸与维生素A醋酸酯摩尔比为3:1,底物浓度0.0042 g/mL,酶用量为维生素A醋酸酯质量的20%,反应时间6 h,转化率可达91%。中心组合实验结果说明温度和时间存在明显的交互作用,拟合的模型能很好地描述转化率与温度和时间的关系。初步建立了一套填充柱式反应工艺:维生素A醋酸酯浓度0.015 g/mL,棕榈酸与维生素A醋酸酯摩尔比2:1,温度30℃,反应液流速0.13 mL/min/ mL,转化率达到90.9%,且工艺稳定性良好,连续反应7批次,转化率仍在87%以上。放大后工艺能达到小试水平,且稳定性很好。就底物浓度对转化率的影响进行数学模型拟合,结果表明,随着底物浓度升高,转化率呈直线下降。初步确立了一套从酶反应体系中分离纯化维生素A棕榈酸酯的方法。反应液先在4℃下放置20 h,然后在-20℃放置8 h,除去过量的棕榈酸。利用液-液萃取分离技术,以84%乙醇/水:石油醚=3:1为萃取溶剂,萃取温度为4℃,连续萃取4次,维生素A棕榈酸酯纯度达到98.3%,这已经满足食品级维生素A的纯度要求,此时回收率为65.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 维生素A 和维生素A 酯
• 1.1.1 维生素A 介绍
• 1.1.2 维生素A 酯介绍
• 1.1.3 维生素A 酯合成
• 1.2 微生物脂肪酶
• 1.2.1 微生物脂肪酶的简介
• 1.2.2 微生物脂肪酶的应用
• 1.3 微生物脂肪酶非水相合成
• 1.4 本研究的目的和意义
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 1.5.1 分批式反应工艺的建立
• 1.5.2 建立柱式反应工艺
• 1.5.3 产物分离工艺的建立
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 主要实验仪器
• 2.1.2 主要实验试剂
• 2.2 方法
• 2.2.1 分批反应合成维生素A 棕榈酸酯
• 2.2.2 分批反应考察的影响因素
• 2.2.3 中心组合设计优化维生素A 棕榈酸酯分批式合成工艺
• 2.2.4 柱式反应合成维生素A 棕榈酸酯
• 2.2.5 产物分离工艺
• 2.2.6 维生素A 酯检测分析
• 第3章 结果与分析
• 3.1 固定化脂肪酶合成维生素A 棕榈酸酯分批式工艺建立
• 3.1.1 合成条件对酶促反应的影响
• 3.1.2 中心组合设计优化固定化酶合成维生素A 棕榈酸酯分批式工艺
• 3.2 固定化酶合成维生素A 棕榈酸酯柱式反应工艺的建立
• 3.2.1 反应温度的优化
• 3.2.2 底物摩尔比的优化
• 3.2.3 反应液流速的优化
• 3.2.4 底物浓度的优化
• 3.2.5 柱式（小）工艺稳定性
• 3.2.6 柱式工艺放大及放大后工艺稳定性
• 3.3 维生素A 棕榈酸酯的分离纯化
• 3.3.1 反应液中各组分的分析确定
• 3.3.2 棕榈酸的去除
• 3.3.3 萃取分离维生素A 棕榈酸酯和维生素A 醋酸酯
• 3.3.4 硅胶柱层析分离纯化维生素A 棕榈酸酯
• 第4章 讨论与结论
• 4.1 固定化脂肪酶合成维生素A 棕榈酸酯分批式工艺建立
• 4.1.1 合成条件对酶促反应的影响
• 4.1.2 中心组合设计优化维生素A 棕榈酸酯合成工艺
• 4.2 固定化酶合成维生素A 棕榈酸酯柱式反应工艺的建立
• 4.3 维生素A 棕榈酸酯的分离纯化
• 4.4 结论
• 第5章 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的学术论文