甘露糖月桂酸酯的酶法合成及其性质研究

论文摘要

糖酯是一类用可再生资源合成的非离子型表面活性剂。该类物质具有两亲结构,无毒,可以100%被生物降解,是公认的环保“绿色”产品,在食品、化妆品、医药工业中具有十分广阔的应用前景。本文以甘露糖和月桂酸为原料,在有机相中通过脂肪酶催化合成甘露糖月桂酸酯。首先对甘露糖酯的分析检测和分离纯化方法进行了研究。确定了甘露糖酯的薄层色谱（TLC）定性分析条件:采用正己烷/乙酸乙酯（1:1, v/v）和甲醇二次展开,可以有效地将单酯、二酯Ⅰ、二酯Ⅱ和二酯Ⅲ分开,它们的Rf分别为0.13、0.26和0.43和0.59。将TLC条件应用到硅胶柱层析,并采用梯度洗脱的方法分离纯化甘露糖酯,洗脱剂依次为:1000 mL乙酸乙酯/正己烷（1:1, v/v）,1000 mL乙酸乙酯/正己烷（6:4, v/v）,1000 mL乙酸乙酯/正己烷/甲醇（7:2:1, v/v/v）,500 mL乙酸乙酯/正己烷/甲醇（4:2:4, v/v/v）,500 mL甲醇,并用薄层层析检测产物,再收集。分离纯化的甘露糖酯分别采用HPLC、HPLC-MS和NMR进行定性和定量分析,确定酶法合成产物中有6-O-甘露糖月桂酸酯、1,6-di-O-甘露糖月桂酸酯、4,6-di-O-甘露糖月桂酸酯和3,6-di-O-甘露糖月桂酸酯。设计了同时反应-萃取体系（SRE）进行二酯的酶法选择性合成。通过单因素实验,确定了有机相脂肪酶催化合成甘露糖月桂酸二酯的最佳工艺条件:以正己烷和乙腈作为合成甘露糖月桂酸酯的反应溶剂,甘露糖的浓度为0.05 mol/L,脂肪酶添加量为15 mg/mL,相比为7.5:7.5（v/v）,酸醇摩尔比为4:1,分子筛添加量为60 mg/mL,50℃振荡水浴反应72 h,甘露糖月桂酸二酯的转化率达到51.2%,此时单酯的转化率为25.3%,总酯转化率显著高于丙酮单相体系的总酯转化率。研究了甘露糖酯作为表面活性剂的一些基本性质如溶解性、HLB值、临界胶束浓度、起泡性和乳化性以及美拉德反应活性。结果显示甘露糖酯是一种表面活性较好的物质,甘露糖二酯HLB值均为89左右,可作为润湿剂和铺展剂,单酯的HLB为11.22,可以作为O/W型乳化剂。单酯的起泡能力、乳化能力和乳化稳定性都要好于二酯,而泡沫稳定性弱于二酯,将单酯和二酯进行复配可以提高其乳化性能和起泡性能。研究了甘露糖酯的美拉德反应活性,发现1,6-di-O-甘露糖月桂酸酯由于半缩醛羟基已经被取代,其Maillard反应活性很低,进一步验证了二酯的结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 酶法合成生物表面活性剂的研究
• 1.3 非水介质中脂肪酶催化生物合成的研究
• 1.3.1 非水介质酶学的一般概况
• 1.3.2 非水介质酶催化反应体系的比较
• 1.4 有机相中脂肪酶催化合成糖酯的研究
• 1.5 糖酯分离纯化的研究
• 1.6 糖酯的应用
• 1.6.1 食品方面
• 1.6.2 日化方面
• 1.6.3 医药方面
• 1.7 立题背景与意义
• 1.7.1 立题背景
• 1.7.2 立题意义
• 1.8 本论文研究的主要内容
• 第二章 甘露糖酯的分离纯化及鉴定
• 2.1 前言
• 2.2 材料与仪器
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 有机溶剂脱水
• 2.3.2 脂肪酶催化制备甘露糖酯
• 2.3.3 甘露糖酯高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）分析
• 2.3.4 甘露糖酯薄层色谱（TLC）分析
• 2.3.5 甘露糖酯的硅胶柱层析分离
• 2.3.6 甘露糖酯的高效液相色谱（HPLC）分析
• 2.3.7 甘露糖酯核磁共振分析（NMR）
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 甘露糖酯反应液的HPLC-MS 鉴定
• 2.4.2 甘露糖酯的TLC 分离
• 2.4.3 甘露糖酯的硅胶柱层析分离
• 2.4.4 甘露糖酯的HPLC 鉴定
• 2.4.5 甘露糖酯的NMR 鉴定
• 2.5 本章小结
• 第三章 SRE 两相体系合成甘露糖二酯的工艺优化
• 3.1 前言
• 3.2 材料与仪器
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 有机溶剂脱水
• 3.3.2 单相体系催化合成甘露糖酯
• 3.3.3 两相体系催化合成甘露糖酯
• 3.3.4 甘露糖酯定量分析
• 3.3.5 甘露糖酯转化率的计算方法
• 3.4 结果和讨论
• 3.4.1 单相体系中甘露糖酯的转化率
• 3.4.2 不同相比对甘露糖酯合成的影响
• 3.4.3 不同反应时间对甘露糖酯合成的影响
• 3.4.4 不同酸醇摩尔比对甘露糖酯合成的影响
• 3.4.5 不同分子筛添加量对甘露糖酯合成的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 甘露糖月桂酸酯性质的研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与仪器
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 甘露糖酯水溶性的测定
• 4.3.2 甘露糖酯HLB 值的测定
• 4.3.3 甘露糖酯表面张力的测定
• 4.3.4 甘露糖酯泡沫性质的测定
• 4.3.5 甘露糖单酯与二酯复配后起泡性质的测定
• 4.3.6 甘露糖酯乳化性质的测定
• 4.3.7 甘露糖单酯与二酯复配后乳化性质的测定
• 4.3.8 甘露糖酯美拉德反应活性的测定
• 4.4 结果和讨论
• 4.4.1 甘露糖酯的水溶性
• 4.4.2 甘露糖酯的HLB 值
• 4.4.3 甘露糖酯的表面张力
• 4.4.4 甘露糖酯的起泡能力和泡沫稳定性
• 4.4.5 甘露糖单酯与二酯复配后的起泡能力和泡沫稳定性
• 4.4.6 甘露糖酯的乳化能力和乳化稳定性
• 4.4.7 甘露糖单酯与二酯复配后的乳化能力和乳化稳定性
• 4.4.8 甘露糖酯的美拉德反应活性
• 4.5 本章小结
• 主要结论
• 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录