月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)的制备及工艺优化

摘要

月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐（LAE）是一种阳离子表面活性剂，分子式为C20H41ClN4O3，近年来作为一种新型食品防腐剂引起广泛的关注。LAE对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母和霉菌都具有明显的抑制作用，是一种广谱抗菌剂，且可被人体降解，生物安全性高，已被美国食品药品监督管理局(FDA)、美国农业部(USDA)、欧洲食品安全管理局(EFSA)、国际食品法典委员会批准用于食品防腐保鲜，具有广泛的应用前景和巨大的市场需求。
　　LAE由精氨酸乙酯盐酸盐(C8H18N4O2·2HCl)和月桂酰氯(Cl2H23ClO)经过酰胺缩合得到，其制备主要包括酸碱中和、酰胺缩合及分离纯化三个步骤。本研究采用水作为反应介质，首先以提高反应转化率为主要目标，对合成阶段进行优化;再以提高产率和纯度为目标，对提取阶段进行优化;进而将最佳合成条件及最佳提取条件，用于公斤级LAE制备试验，以得到大批量的高产率、高纯度的LAE产品。又通过文献检索和合成产物系统分析比较，进行了LAE的安全性评估，为在国内进行LAE的食品添加剂新品种申报奠定基础。主要研究结果如下:
　　(1)通过对反应pH、温度、底物浓度、底物摩尔比、氢氧化钠溶液浓度、氢氧化钠滴加方式、月桂酰氯滴加速率等LAE合成影响因素的试验研究，得到LAE合成的最佳反应条件为:反应pH～7.3±0.2，反应温度15.0±1.0℃，底物浓度0.3 mol/L，底物摩尔比1∶1，氢氧化钠溶液浓度20％，月桂酰氯滴加速率＜0.20 mL/min。在此条件下，反应转化率达到90％以上。
　　(2)通过对萃取溶剂种类、萃取时间、萃取溶剂用量、萃取温度、洗涤、干燥条件等的试验优化，得到LAE分离提取的最佳工艺条件为:采用乙酸乙酯作为萃取溶剂，萃取时间15 min以上，乙酸乙酯用量为反应液的1/2(v／v)，萃取温度保持在20-30℃，收集的乙酸乙酯用饱和氯化钠溶液洗涤，将乙酸乙酯旋转蒸发得到产物。在此条件下，LAE制备产率达到90％以上，产品纯度达到90％以上。
　　(3)将最佳合成条件及最佳提取条件，用于公斤级LAE产品制备。在公斤级合成阶段，反应pH、反应温度、底物浓度、底物摩尔比、氢氧化钠溶液浓度与小试一致;月桂酰氯滴加速率调整为6.00 mL/min，反应搅拌速率达到250 rpm以上，此条件下，反应转化率达到90％以上，并可缩短反应时间。在公斤级分离提取阶段，萃取溶剂、萃取时间、乙酸乙酯用量、萃取温度、饱和氯化钠溶液洗涤、旋转蒸发与小试一致，使旋转蒸发时真空度达到-0.1 MPa，并减少因转移造成的损失，可使产率达到90％以上，产物纯度达到90％以上。
　　本研究制得的产品，90％为LAE，10％为月桂酸。文献检索的结果表明，LAE在人体内迅速降解为月桂酰精氨酸(LAS)，随后分解为精氨酸，最终生成内源性化合物。LAE无急性毒性（大鼠LD50大于2000 mg/kg体重），无亚慢性毒性，无慢性毒性，无致突变和致畸性，无生殖发育毒性。月桂酸在自然界中广泛存在，是人乳的组成成分，无急性毒性（大鼠LD50为12000 mg/kg体重）。因此产品的安全性极高。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 食品防腐保鲜剂的概述

1．2 月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)的概述

1．2．1 LAE概述

1．2．2 LAE抑菌效果

1．2．3 LAE在食品中的应用

1．3 LAE的制备方式

1．3．1 概述

1．3．2 LAE制备路线的分析

1．3．3 专利发表情况

1．3．4 重复专利实验

1．3．5 有机体系实验

1．3．6 小结

第二章 LAE合成工艺优化

2．3 LAE的合成

2．3．1 反应式

2．3．2 合成操作步骤

2．3．3 LAE的检测

2．3．4 反应转化率的计算

2．3．5 数据处理

2．4 合成工艺优化结果

2．4．1 反应pH的确定

2．4．2 反应温度的确定

2．4．3 反应底物浓度的确定

2．4．4 反应底物摩尔比的确定

2．4．5 反应pH、温度、底物浓度、底物摩尔比的正交试验

2．4．6 反应用碱氢氧化钠溶液浓度的确定

2．4．7 反应用碱氢氧化钠滴加方式的确定

2．4．8 反应原料月桂酰氯滴加速率的确定

2．4．9 最佳反应条件

2．5 本章小结

第三章 LAE提取工艺优化

3．3．1 提取操作步骤

3．3．2 提取效果的评价

3．3．3 产物收率与纯度的计算

3．3．4 数据处理

3．4 提取工艺优化结果

3．4．1 提取溶剂种类的确定

3．4．2 提取时间的确定

3．4．3 提取溶剂用量的确定

3．4．4 提取温度的确定

3．4．5 饱和NaCl溶液洗涤的效果

3．4．6 最佳提取条件

3．5 本章小结

第四章 LAE的公斤级制备

4．3 LAE的公斤级合成

4．3．1 公斤级合成操作步骤

4．3．2 反应转化率的计算

4．3．3 公斤级合成结果

4．4 LAE的公斤级提取

4．4．1 公斤级提取操作步骤

4．4．2 产物收率与纯度的计算

4．4．3 公斤级提取结果

4．5 本章小结

第五章 LAE安全性评估

5．2．2 实验结果

5．3 LAE动物试验

5．3．1 LAE在大鼠体内的代谢动力学

5．3．2 遗传毒性研究

5．3．3 亚慢性毒性研究

5．3．4 慢性毒性研究

5．3．5 一代生殖发育毒性研究

5．3．6 两代生殖发育毒性研究

5．3．7 急性毒性研究

5．3．8 急性皮肤毒性研究

5．3．9 皮肤致敏性研究

5．4 LAE人体试验

5．5 月桂酸的安全性

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

作者简介