酶法转化樟树籽仁油制备单中碳链脂肪酸甘油脂

摘要

单中碳链脂肪酸甘油酯是由一个碳原子数为6-12的脂肪酸分子(辛酸、癸酸、月桂酸)与一个甘油分子酯化形成的单甘油酯。而樟树籽仁油主要含癸酸(54.09％)和月桂酸(39.62%),是制备单中碳链脂肪酸甘油酯的理想原料。与单长碳链脂肪酸甘油酯相比,单中碳链脂肪酸甘油酯具有更强的乳化能力、更好的抑菌性能,因此在食品、化妆品、医药、机械化工等领域被广泛的应用。目前工业上主要是采用化学合成法在有机溶剂体系中制备单中碳链脂肪酸甘油酯,该方法不仅成本高、能耗大、反应条件要求高,还会有微量有毒的有机溶剂残留于单甘酯产品中,因此限制了其在食品、医药等安全级别较高的行业中的应用。
　　 本论文通过采用脂肪酶在无溶剂微水相中催化樟树籽仁油甘油醇解合成单中碳链脂肪酸甘油酯,以其产率为指标,利用单因素实验和正交试验对单中碳链脂肪酸甘油酯的合成条件及工艺进行优化;并对三种单脂肪酶(猪胰脂肪酶、南极假丝酵母脂肪酶、黑曲脂肪酶)与其复合脂肪酶催化能力的进行了对比研究,分析其对单中碳链脂肪酸甘油酯产率的影响;采用薄层层析色谱法分析产物中各组分并对单中碳链脂肪酸甘油酯进行分离纯化;采用红外检测法对比分析樟树籽仁油和产物中单中碳链脂肪酸甘油酯的组成结构;采用气相色谱与质谱联用分析产物中单中碳链脂肪酸甘油酯的化学结构和组成。
　　 单脂肪酶催化樟树籽仁油制备单中碳链脂肪酸甘油酯的结果表明:猪胰脂肪酶为催化剂时,适宜条件为反应温度47℃、加酶量为39.976U/mg胰脂肪酶200mg、醇油摩尔比4.3.1、反应初始加水量35μL、反应时间30h,在此反应条件下,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为53.42%±0.05%;南极假丝酵母脂肪酶为催化剂时,适宜条件为温度25℃,加酶量为10μ/mg南极假丝酵母脂肪酶2.2g,醇油摩尔比4.0:1,反应初始加水量26μL,反应时间47h,在此反应条件下,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为36.94%±0.06%;黑曲脂肪酶为催化剂时,适宜条件为温度36℃,加酶量为27.5μ/mg黑曲脂肪酶1200mg,醇油摩尔比4.8:1,反应初始加水量34μL,反应时间27h,在此反应条件下,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为40.26%±0.04%。
　　 复合脂肪酶催化樟树籽仁油制备单中碳链脂肪酸甘油酯的结果表明:猪胰脂肪酶和南极假丝酵母脂肪酶为复合催化剂时,适宜条件为反应温度35℃、加酶量为39.976U/mg猪胰脂肪酶200mg和10μ/mg南极假丝酵母脂肪酶125mg,醇油摩尔比4:1、反应初始加水量25μL、反应时间50h,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为52.89%±0.13%,在此反应条件下,添加黑曲脂肪酶后,产物中单中碳链脂肪酸甘油酯的产率仅在52.80%-53.25%之间波动;猪胰脂肪酶和黑曲脂肪酶为复合催化剂时,适宜条件为温度30℃,加酶量为39.976U/mg猪胰脂肪酶200mg和27.5μ/mg黑曲脂肪酶50mg,醇油摩尔比4:1,反应初始加水量30μL,反应时间30h,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为52.92%±0.29%,在此反应条件下,添加南极假丝酵母脂肪酶后,产物中单中碳链脂肪酸甘油酯产率从53%±0.17%降至51%±0.14%;南极假丝酵母脂肪酶和黑曲脂肪酶为复合催化剂时,适宜条件为温度35℃,加酶量为10μ/mg南极假丝酵母脂肪酶1800mg和27.5μ/mg黑曲脂肪酶900mg,醇油摩尔比4:1,反应初始加水量30μL,反应时间25h,单中碳链脂肪酸甘油酯的产率为49.31%±0.06%,在此反应条件下,添加猪胰脂肪酶后,产物中单中碳链脂肪酸甘油酯产率从50.38%±0.13%增至56.80%±0.09%。
　　 薄层层析色谱法对产物分离纯化表明,单脂肪酶和复合脂肪酶为催化剂,其产物中都主要为樟树籽仁油和单中碳链脂肪酸甘油酯;对樟树籽仁油与其产物的红外结构对比分析显示,产物中含有樟树籽仁油中没有的-OH的伸缩振动峰,且峰面积很大,表明产物中含有大量的单中碳链脂肪酸甘油酯;气质联用对产物中的单中碳链脂肪酸甘油酯的检测分析表明,单中碳链脂肪酸甘油酯主要为单癸酸甘油酯和单月桂酸甘油酯。