酶促羧酸酯类香精和糖酯的合成研究

论文摘要

食品添加剂是指加入食品中,使食品的色、香、味俱佳的物质,食品添加剂根据不同分类标准可以分多种。其中香精和乳化剂是食品添加剂中的重要物质,随着人们生活水平的提高和传统的食品添加剂生产方法显露出来的品质问题,近年来,绿色生产的食品添加剂成为人们研究的热点。本文以实验室自制的Candida sp.99-125脂肪酶为催化剂,合成酯类香精和糖酯类的表面活性剂,探讨了酶促合成过程中的各个影响因素以及对分离纯化工艺进行研究。主要工作如下：1、开发了利用本实验室自制的固定化Candida sp.99-125脂肪酶催化己酸乙酯的合成的一条新工艺。研究了酶促合成过程中的影响因素,最优条件为：反应溶剂为正己烷5ml,己酸浓度0.3M,醇酸摩尔比1.6：1,加酶量0.123g,硅胶加入量0.6g,40℃,150r/min下反应8h,最终己酸转化率为96%。研究了固定化酶催化反应过程中的使用寿命,发现第3批次的酸转化率仍能达到75%。反应溶剂正己烷经过处理之后可以回收利用。通过对己酸乙酯合成过程的一些条件进行调控,结果发现：在己酸低浓度下流加乙醇没有显著效果；当己酸浓度高于0.83M时,流加乙醇效果明显,酸转化率可提高10%左右。将酶用含反应底物的溶液进行预处理,效果不显著。2、研究了短链酸和短链醇合成羧酸酯反应的一般规律。结果发现随着酸碳链长度的增加,酸转化率随之增加,随着醇碳链数的增加,酸转化率先上升后下降。在无溶剂条件下,己酸能与除了乙醇之外的其他几种短链醇发生酯化反应,己酸丁酯、己酸戊酯合成效果最好,且最适醇酸摩尔比都为1.6：1,己酸转化率分别为57%和37%。3、系统对比研究了薄层色谱、气相色谱、液相色谱这几种分析糖酯的方法。结果发现薄层色谱和液相色谱是较好的分析方法。薄层色谱能够快速定性的分析糖酯反应液中的各个组分,以甲苯：乙酸乙酯：甲醇：水（10：5：4.5：0.2,v/v/v/v）为展开剂,分离效果最好。气相色谱分析糖酯需要对糖酯进行衍生化,过程较为繁琐,且分离效果较差。液相色谱可用作果糖酯的定量分析,选择流动相为纯甲醇,流速为1mL/min, ELSD漂移管温度为40℃,载气流速为2L/min,在此条件下,各组分的分离度较高。此外,还对液相色谱法分析果糖酯的精密度、回收率和稳定性进行研究,均符合测定要求,说明液相色谱法是分析糖酯的最优方法。4、开发了利用固定化Candida sp.99-125脂肪酶合成果糖月桂酸酯的新工艺。研究了溶剂、底物浓度、底物摩尔比、加酶量、分子筛浓度等对酶促合成果糖月桂酸酯的影响。结果显示：在60℃,300rpm的磁力搅拌水浴锅中预处理2h。最佳合成条件：果糖初始浓度0.08M,酸糖摩尔比为4：1,加酶量为0.025g/ml溶剂,分子筛加入量为0.06g/ml溶剂,温度45℃,此时果糖月桂酸单酯得率在30g/L。研究了酶预处理方式对酶活性的影响,选择了低浓度的盐溶液和表面活性剂对酶进行预处理。结果发现,用（NH4）2SO4溶液预处理酶布,酶活性有一定程度的提高。表面活性剂预处理酶布,酶活性并未得到改善。5、探索了果糖和月桂酸合成产物的分离纯化工艺,研究对比了液液萃取和柱层析两种分离的方法。结果显示：氯化钠溶液为24%,氯化钠溶液与反应液体积比为1：1,40℃下除糖,效果最好,用饱和碳酸钠溶液除月桂酸,最后产品纯度可达95%,得率为31%。柱层析法以甲苯：乙酸乙酯：甲醇：水（10：5：4.5：0.2,v/v/v/v）为流动相,上样量3g分离效果最佳,产品最终纯度为92%,得率为83%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 有机介质中酶催化的研究进展
• 1.2.1 有机介质中酶的结构和性质
• 1.2.2 有机介质中酶催化反应类型
• 1.2.3 有机介质中酶促反应体系
• 1.3 酶法合成羧酸酯类香精研究进展
• 1.3.1 己酸转化率的计算方法
• 1.3.2 加水量的影响
• 1.3.3 酶的影响
• 1.3.4 反应底物的影响
• 1.3.5 溶剂的影响
• 1.3.6 反应时间和温度的影响
• 1.4 糖酯的酶法合成研究进展
• 1.4.1 溶剂的影响
• 1.4.2 酶的影响
• 1.4.3 水分的影响
• 1.4.4 脂肪酸碳链长和酸糖摩尔比的影响
• 1.5 立题背景及意义
• 1.6 主要研究内容
• 第二章 酶催化合成己酸乙酯的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器和器材
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果和讨论
• 2.3.1 反应介质的影响
• 2.3.2 反应时间的影响
• 2.3.3 加酶量的影响
• 2.3.4 底物摩尔比的影响
• 2.3.5 吸水剂的影响
• 2.3.6 反应温度的影响
• 2.3.7 脂肪酶的使用寿命
• 2.3.8 正己烷的回收利用
• 2.3.9 反应过程的调控
• 2.4 小结
• 第三章 酶促其他羧酸酯类香精的合成
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器和器材
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 实验结果和讨论
• 3.3.1 酸和醇碳链数对反应的影响
• 3.3.2 无溶剂条件下合成羧酸酯
• 3.4 小结
• 第四章 糖酯分析方法的选择
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器和器材
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 实验结果和讨论
• 4.3.1 薄层色谱法分析糖酯
• 4.3.2 气相色谱法分析蔗糖酯
• 4.3.3 HPLC-ELSD分析糖酯
• 4.4 小结
• 第五章 酶法合成果糖酯条件的选择
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 实验试剂
• 5.2.2 实验仪器和器材
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 溶剂的影响
• 5.3.2 反应时间的影响
• 5.3.3 反应液预处理时间的影响
• 5.3.4 温度的影响
• 5.3.5 果糖初始浓度的影响
• 5.3.6 底物摩尔比的影响
• 5.3.7 加酶量的影响
• 5.3.8 分子筛的影响
• 5.3.9 预处理对固定化酶的影响
• 5.4 小结
• 第六章 产物分离纯化及鉴定
• 6.1 引言
• 6.2 材料及方法
• 6.2.1 实验试剂
• 6.2.2 实验仪器和器材
• 6.2.3 实验方法
• 6.3 结果及讨论
• 6.3.1 液液萃取法分离纯化产品
• 6.3.2 柱层析法分离纯化产品
• 6.3.3 两种分离方法的比较
• 6.3.4 产品的质谱图
• 6.4 小结
• 第七章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 问题及建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书