[发明专利]一种微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于物理场辅助生物催化的技术领域，特别涉及微波辅助脂肪酶催化合成蔗糖-6-酯的方法。

背景技术

蔗糖-6-酯是制备三氯蔗糖的重要中间体。三氯蔗糖是蔗糖分子中4,1’,6’-OH被Cl原子取代而其它-OH保持不变的一种功能甜味剂。而蔗糖分子中8个-OH的氯化反应活性顺序为6, 6’>4>1’>其他位，因此在氯化处理之前，必须首先屏蔽蔗糖分子中反应活性较高的6-OH使之不能被氯化，再对4,1’,6’-OH进行氯化。所以6-OH保护是氯化反应的关键前期步骤，必须采用有效地6-OH酰基化的方法。

传统的蔗糖-6-酯中间体的制备主要采用原酸酯法与有机锡催化法等。原酸酯法虽然操作简单，但收率偏低。相反，有机锡法收率较高，但是操作及后处理过程复杂，并存在产品中重金属超标的风险。

由于酶具有专一性强、反应条件温和、操作简单、环境友好、安全性高等优势，近年来蔗糖-6-酯的制备越来越倾向于酶催化法。经大量的研究发现，蛋白酶、脂肪酶、抗体酶是用来合成蔗糖酯的主要酶。但不同来源的酶具有不同的催化特点和催化活力。 蛋白酶主要对蔗糖的1’-OH或2-OH 进行选择性催化，且通常不接受长链脂肪酸作为酰基供体。相比蛋白酶，脂肪酶来源广泛，较宽范围的脂肪酸蔗糖酯都可被催化合成，并且反应一般发生在6-OH。利用抗体酶催化可得到更纯的蔗糖-6-酯最近也有研究证实，但仍待深一步研究。所以目前用于催化合成蔗糖-6-酯的酶主要还是指脂肪酶。

Ferrel等(Ferrer M, Cruces MA, Bernab′ e M, Ballesteros A, Plou FJ. Lipase-catalyzed regioselective acylation of sucrose in two-solvent mixtures. Biotechnol Bioeng 1999;65:10–16)利用H.lanuginosa脂肪酶在非水相DMSO/叔戊醇=1:4（体积比）混合溶液中催化蔗糖与棕榈酸乙烯酯反应，48h后蔗糖转化率为80%，蔗糖-6-棕榈酸酯的产率为51%。罗旭等(罗旭,钱俊青. 叔丁醇体系中脂肪酶催化合成蔗糖乙酸酯[J]. 高化学工程学报,2010,24(3):451-455)用Lipozyme TL IM催化蔗糖和乙酸乙烯酯反应，24 h后酯化率84.7%，但蔗糖-6-乙酸酯却只占总酯的48.3%。王勍等(王勍,郑璞,倪晔,等. 非水介质中脂肪酶催化合成蔗糖-6-乙酸酯的研究[J]. 食品与发酵工业. 2010,36(12):20-24)在DMSO/

叔丁醇的混合溶液中，,脂肪酶催化蔗糖和乙酸乙烯酯生成蔗糖-6-乙酸酯，反应9h后，相应的摩尔转化率为77%-89%。王勍等虽然使反应时间相对缩短、蔗糖-6-乙酸酯的产率得以提高，但反应时间偏长等仍是主要问题。

自1986年Gedye等利用微波辐射有效地加速有机反应以来，人们对微波的研究越来越深入，并逐步发展成为一个极具发展前景的新领域—MORE 化学，即微波促进有机化学（Microwave Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry），也可以叫做微波诱导催化有机反应化学。目前微波加速有机反应主要用微波的致热效应和非热效应来解释。微波热效应表现在其高效加热特性致使反应速度加速。相比于常规加热的热传递模式，微波辐射加热是内加热模式，其加热均匀、速度快且没有加热滞后性及温度梯度。微波的非热效应表现在微波辐射还起到催化剂的作用，改变了反应的动力学，降低了反应活化能，提高了反应速率。

1990年以来，微波被应用于生物催化领域特别是在非水相酶催化方面。微波辐射对生物酶催化反应的影响主要表现在：适宜强度的微波辐射能使酶分子的活性部位更加“裸露”，便于更好地与底物结合，结果表现出酶活升高；微波辐射能增加反应体系及底物分子的能量，加强底物分子之间的有效碰撞，从而实现加快反应速率的目的。Bradoo S等(Bradoo S, Rathi P, Saxena RK and Gupta R, Microwave–assisted rapid characterization of lipase selectivities. J Biochem Biophys Meth 51:115–120 (2002))研究发现适当的微波辐射不仅没有改变用于水解反应或合成反应的脂肪酶的选择性，而且还提高了酶的重复利用率、显著的加快了反应速率。

发明内容