[发明专利]一种微波辅助的离子液体中酶促合成曲酸月桂酸单酯的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种微波辅助的离子液体中酶促合成曲酸月桂酸单酯的方法。该方法以离子液体作为反应介质，曲酸与月桂酸为底物，在微波反应装置中利用微波加热促进脂肪酶催化合成曲酸月桂酸单酯。提高了脂肪酶的催化活性及选择性，提高了产物得率，缩短反应时间，且对环境污染小，符合绿色化学的要求。

技术领域

本发明涉及一种在离子液体介质中进行的微波辅助的脂肪酶催化合成曲酸月桂酸单酯的方法，属于食品生物技术领域。

背景技术

曲酸(Kojic acid)是由曲霉属中某些菌株利用葡萄糖、果糖、山梨糖和糖醉等原料，好氧发酵产生的一种弱酸化合物。曲酸具有抑菌能力、抗氧化性、与金属离子鳌合等性质，并具有抑制酪氨酸酶减少黑色素生成的作用，因此在食品中可作为防腐剂、保鲜剂、护色剂。可安全应用于食品、护肤品及医疗行业。目前对于曲酸的开发研究，大多数集中在寻找能够保留甚至提高曲酸抑制酪氨酸酶活力的性能，又可以克服曲酸易变性的缺点的曲酸衍生物。因而，曲酸衍生物的制备成为近年来的研究应用上的焦点和相关产品开发的新动向。

Ariff等人(J Biomed Biotechnol.2012；2012:952452.)通过研究曲酸酯对细胞及mushroom酪氨酸酶的抑制活性，结果表明，曲酸酯是安全无毒的除色剂，能有效抑制B16F1黑色素瘤细胞的酪氨酸酶活性。人们尝试通过其与脂肪酸的酯化反应，以期提高曲酸的脂溶性，尤其是通过利用生物转化法获得更为安全可靠的曲酸脂肪酸酯衍生物(J AmOil Chem-Soc.1998,75:1507–1511；Enzyme and Microb Technol.2014,55:128–132；Enzyme and Microb Technol.2005,37:739–744.)，进一步扩大其在疏水性食品中的应用范围。

我们的前期研究结果表明，曲酸月桂酸单酯(Kojic Monolaurate，KML)具有良好的抑菌能力、抗氧化性能，有望被开发成为防腐剂、保鲜剂、护色剂，应用于果蔬及甲壳类水产品保鲜领域。合成KML的方法主要有化学合成与生物催化法。化学合成法使用大量有机溶剂和价格昂贵的金属催化剂，通过复杂的保护与去保护步骤，提高产物的单酯选择性。分离纯化复杂、投资成本大、易污染环境等缺点。而生物催化法具有条件温和、能耗低、无有害副产物、分离纯化操作简便等特点。此外生物催化剂可以重复利用，降低了成本。

酶促法制备KML，主要利用脂肪酶作为催化剂，使曲酸与月桂酸发生直接酯化反应。但从国内外的研究发现，常规脂肪酶在有机溶剂(叔戊醇、叔丁醇等)介质中催化酯化反应仍存在反应活性低、时间过长、产率低、酶用量大等问题。基于以上研究现状，如何缩短反应时间、提高转化率，同时减少脂肪酶及挥发性有机溶剂的使用成为制备KML亟待解决的问题。

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。目前微波加速有机反应主要用微波的热效应和非热效应来解释。微波的热效应表现在其高效加热特性使反应速率加快。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，加强底物分子的有效碰撞，从而实现加快反应速率的目的。

离子液体因具备对环境友好的特性而被称为“绿色”溶剂，己经在有机合成与生物化学、电化学、分离过程、催化等领域得到广泛的应用。离子液体具有优异的化学和热力学稳定性，有很好的底物溶解性，较宽的温度适用范围，且几乎无蒸汽压，是绿色的反应介质。同时，其自身结构的“可调节性”，使得离子液体可对微波能量有着较好的吸收效果。并且已经有研究表明，与有机溶剂相比，脂肪酶在一些离子液体中较有机溶剂中表现出更高的催化活性和反应立体及区域选择性。