[发明专利]一种有机溶剂中脂肪酶催化合成脂肪酸蔗糖酯的方法

说明书

本发明公开了一种脂肪酶在有机溶剂中催化合成脂肪酸蔗糖酯的方法。所述方法是以低毒有机溶剂作为反应介质，加入底物蔗糖和月桂酸乙烯酯，在脂肪酶催化下合成月桂酸蔗糖单酯，通过加入碱性物质可使脂肪酶去质子化，从而大幅提升脂肪酶活性。本发明实现了用生物法在低毒有机溶剂中获得较高蔗糖酯产量的目标，且催化产物几乎全为蔗糖单酯，极大地简化了产物的分离纯化，是一种绿色安全、低成本的生产方法。

(一)技术领域

本发明涉及一种有机溶剂中脂肪酶催化合成脂肪酸蔗糖酯的方法。

(二)背景技术

脂肪酸蔗糖酯是一种非离子型表面活性剂，具有无毒、生物相容性好、无刺激性、可生物降解等优点。通过调节酰基供体链长及取代度，可在较大的范围内调整蔗糖酯的多种功能特性，如临界胶束浓度(CMC)、亲水亲油平衡值(HLB)等，从而使蔗糖酯满足特定的应用条件。因此，蔗糖酯被广泛应用于食品、日化品、制药等行业。例如，蔗糖酯是联合国国际粮农组织和世界卫生组织推荐使用的食品乳化剂；月桂酸蔗糖单酯对金黄色葡萄球菌等有害细菌具有较强的抑制作用等。

目前工业化生产蔗糖酯的方法主要为化学法。化学法以DMSO、DMF等强极性有机溶剂作为反应介质、以碳酸钾等作为催化剂合成蔗糖酯。虽然化学法合成蔗糖酯的产量较高，但具有以下几点缺陷：(1)化学催化剂的区域选择性较差，催化产物除单酯外，还有二酯、三酯等副产物，使原料利用率大幅下降，且不利于主产物的分离纯化，大幅增加下游工程的成本；(2)DMSO等强极性有机溶剂毒性大且沸点高，用现有的分离技术很难将其除尽，从而限制了所得的蔗糖酯在食品、日化品等领域中的应用；(3)化学法的反应条件苛刻，通常需要在高温、减压等条件下反应，生产成本以及对生产设备的要求较高，且高温易使蔗糖酯变性着色，从而降低产量。

由于化学法具有较多的局限性，近年来酶法合成蔗糖酯越来越引起人们的关注，其中，脂肪酶是最早应用于糖酯合成的酶。脂肪酶对蔗糖单酯合成的区域选择性较高，催化产物几乎全为6-O-蔗糖单酯。另外，酶法合成蔗糖酯的反应条件温和，可大大降低生产成本；不仅如此，酶法合成蔗糖酯的反应介质不含有或含有较少的DMSO等毒性有机溶剂，大大降低了产品下游工程的难度和成本。然而，目前并没有关于酶法工业化生产蔗糖酯的报道，其原因之一在于蔗糖在中低极性有机介质中的溶解度很低，从而极大地限制了蔗糖酯产量的提升。因此，使用叔戊醇等单一低毒有机体系作为反应介质的报道极少。为此，大部分研究者将叔戊醇/DMSO(V：V＝4:1)的混合体系作为反应介质来促进蔗糖的溶解，如，ManuelFerrer等人报道了H.lanuginosa lipase/Celite在叔戊醇/DMSO混合体系中催化月桂酸蔗糖酯的合成，蔗糖单酯产量可达到30g/L。然而，混合体系中含有的小部分DMSO仍会加大产物分离纯化的难度，并使蔗糖酯的应用受限。另一方面，脂肪酶在有机溶剂中能否维持活性构象，行使其正常的催化功能，是影响蔗糖酯产量的又一关键因素。脂肪酶的电离状态很大程度上决定了其活性构象，然而，目前几乎没有关于有机介质中脂肪酶电离状态对合成蔗糖酯的影响的报道。

(三)发明内容

为了解决上述问题，本发明采用叔戊醇或叔丁醇作为反应介质，通过脂肪酶催化合成脂肪酸蔗糖酯，并初步探究了加入碱性物质对提升脂肪酶酶活的作用，实现了一种绿色安全、低能耗的蔗糖酯生产方式，提高了蔗糖酯的安全性以应用于食品及日化品领域，并且简化产品的下游工程，降低蔗糖酯的生产成本。

本发明采用的技术方案是：

一种有机溶剂中脂肪酶催化合成脂肪酸蔗糖酯的方法，所述方法包括：

(1)在低毒有机溶剂中加入蔗糖和脂肪酸乙烯酯，以脂肪酶为催化剂，同时加入碱性物质以及分子筛，在60～85℃温度下反应18～24h；所述低毒有机溶剂为叔戊醇或叔丁醇；所述碱性物质为下列之一：月桂酸钠、三乙胺、甲酸钠、乙酸钠、磷酸氢二钠；叔戊醇或叔丁醇为低毒、低沸点的有机溶剂，作为反应介质可使产品蔗糖酯的安全性大大提高；加入的碱性物质能调节脂肪酶的电离状态，使脂肪酶处于活性构象，从而提升催化活力。