一种水与有机溶剂两相中脂肪酶催化合成蔗糖酯的方法

摘要

本发明公开了一种水与有机溶剂两相中脂肪酶催化合成蔗糖酯的方法，所述的方法按照如下步骤进行：以水为溶剂配制pH 7.8～8.8的缓冲溶液，往低毒、与水不互溶的有机溶剂中配入配制得到的缓冲溶液形成水与有机溶剂两相体系，所得两相体系中缓冲溶液的体积百分比为40％～70％；然后向两相体系中配入蔗糖和乙酸乙烯酯，在假丝酵母脂肪酶的作用下，反应制得蔗糖乙酯。本发明使产品蔗糖酯用于食品加工安全性大大提高，同时大幅度提高了蔗糖酯合成效率，使生产成本明显降低，是一种提高产品安全性和生产效益的新方法。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种脂肪酶催化合成蔗糖酯的方法。

二、背景技术

蔗糖酯作为一种非离子型表面活性剂，它是以蔗糖部分为亲水基团、一个或多个脂肪酸为憎水基团而形成的一类化合物。通过控制酯化程度及酰基供体的种类，可以合成宽范围亲水-亲油平衡值得蔗糖酯。蔗糖酯不仅是一种优良的表面活性剂，而且其抗肿瘤、抗菌和杀虫活性也已被报道。所以不同取代度的蔗糖酯已被广泛应用于食品、医药、日化和农业等行业中。

蔗糖酯的合成方法有化学法和酶法，目前化学制备通常采用基本的催化剂在高温下反应，选择性差，而且会生成有颜色的副产物。而采用酶作为催化剂则可以在比较温和的反应条件下区域选择性合成蔗糖酯。在酶促反应中，不同的酶其区域选择性是不同的。众多学者对此进行了大量的研究，发现蛋白酶、脂肪酶、抗体酶均能用来合成蔗糖酯。归纳起来有如下几点特征：①来自枯草杆菌的蛋白酶的区域选择性体现在蔗糖的1′-OH，另外还有其他几种蛋白酶表现了对2-OH的选择性。但蛋白酶通常不接受长链(＞C12)脂肪酸作为酰基供体，因此限制了蛋白酶在表面活性剂制备方面的适用性。②与蛋白酶相比较，脂肪酶可催化宽范围的脂肪酸蔗糖酯的合成，其酰化一般发生在6-0H.③最近研究发现抗体酶也能催化合成蔗糖酯，增加了合成蔗糖酯的酶的种类。

其中，以脂肪酶催化合成各类蔗糖酯是一种研究较多，已有一定的应用，其突出的优点是可在蔗糖分子的不同羟基上选择性酯化，因而应用前景理想。但是，现有的脂肪酶催化合成各类蔗糖酯技术，均在有机溶剂中进行反应，为了改善蔗糖在有机溶剂中的溶解性，需配入20％以上体积比的N，N-二甲基甲酰氨，而N，N-二甲基甲酰氨是高毒性物质，使用后，不仅对环境及生产人员健康影响较大，而且，所生产的蔗糖酯产品作为食品添加剂或添加剂的中间体，安全性存在严重隐患。

所以为了避免使用有毒溶剂，一些学者进行了新的尝试。目前趋向于使用诸如叔丁醇这类毒性很小的有机溶剂。但是由于蔗糖在其中的溶解度较低，所以难以得到理想的产率。

三、发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种新的脂肪酶催化合成蔗糖酯的方法，以提高蔗糖酯作为食品添加剂的安全性，提高脂肪酶催化蔗糖不同羟基酯化的选择性，提高蔗糖酯的合成效率，降低脂肪酶合成蔗糖酯的生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种脂肪酶催化合成蔗糖酯的方法，所述的方法按照如下步骤进行：

(1)以水为溶剂配制pH 7.8～8.8的缓冲溶液，往低毒、与水不互溶的有机溶剂中配入配制得到的缓冲溶液形成水与有机溶剂两相体系，所得两相体系中缓冲溶液的体积百分比为40％～70％；

(2)向步骤(1)配制得到的两相体系中配入蔗糖，蔗糖的投料量为160～240mmol/50ml，搅拌使蔗糖溶解。按蔗糖摩尔数的2～6倍的量加入乙酸乙烯酯，再按每克蔗糖40～120个酶活力单位的量加入假丝酵母脂肪酶，在每分钟70转～120转搅拌下，保持温度40～50℃、pH 7.8～8.8，反应2～8小时；反应停止后，静止，两相分层，分离出有机相，真空蒸馏回收有机溶剂，即得蔗糖乙酯。

下面对上述技术方案做进一步说明。

本发明步骤(1)中，所述的低毒、与水不互溶的有机溶剂优选为叔戊醇或叔丁醇，更优选叔戊醇。所述pH 7.8～8.8的缓冲溶液可以采用pH 7.8～8.8的巴比妥钠-盐酸缓冲液体系或pH8.0～8.8的硼酸-硼砂缓冲液体系；优选使用pH 7.8～8.8的巴比妥钠-盐酸缓冲液体系，更优选使用pH 8.4的巴比妥钠-盐酸缓冲液。所得两相体系中缓冲溶液的体积百分比优选70％。

本发明步骤(2)中，蔗糖的投加量优选为180～200mmol/50ml，最优选为200mmol/50ml。所述的乙酸乙烯酯优选按照蔗糖摩尔数的4～5倍的量加入，最优选按照蔗糖摩尔数的4倍的量加入。所述的假丝酵母脂肪酶优选按照每克蔗糖100～120个酶活力单位的量加入，最优选按照每克蔗糖120个酶活力单位的量加入。步骤(2)中的反应条件优选如下：保持温度45℃、pH 8.4，搅拌反应6小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用水与有机溶剂两相体系作为脂肪酶催化合成蔗糖酯反应的反应介质，在反应介质中存在40％～70％体积比的水，使蔗糖溶解良好，不需要配入高毒性的N，N-二甲基甲酰氨。反应介质中选用的有机溶剂仅要求与水不互溶，因而可选择低毒的有机溶剂，使产品蔗糖酯用于食品加工安全性大大提高。同时，蔗糖在反应介质中的溶解度远远高于纯有机溶剂反应体系，大幅度提高了蔗糖酯合成效率，使生产成本明显降低，是一种提高产品安全性和生产效益的新方法。

四、具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.4。按7∶3的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入200mmol蔗糖(68.4克)，按每克蔗糖100单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数4倍的乙酸乙烯酯，保持45℃温度，以100转/分钟搅拌，反应6小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.4。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为54.7％。

实施例2

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值7.8.按4∶6的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入160mmol蔗糖(54.7克)，按每克蔗糖40单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产).加入蔗糖mol数5倍的乙酸乙烯酯，保持40℃温度，以120转/分钟搅拌，反应2小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值7.8.反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯.按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为52.3％.

实施例3

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.2。按5∶5的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入240mmol蔗糖(82.1克)，按每克蔗糖120单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数3倍的乙酸乙烯酯，保持50℃温度，以70转/分钟搅拌，反应8小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.2。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为55.8％。

实施例4

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.8。按6∶4的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入180mmol蔗糖(61.6克)，按每克蔗糖80单位的量配入活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数2倍的乙酸乙烯酯，保持45℃温度，以90转/分钟搅拌，反应4小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.8。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为53.5％。

实施例5

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.0。按6∶4的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入220mmol蔗糖(75.2克)，按每克蔗糖80单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数6倍的乙酸乙烯酯，保持40℃温度，以110转/分钟搅拌，反应5小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.0。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为56.2％。

实施例6

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.5。按7∶3的比例与叔丁醇混合，共50ml，配入200mmol蔗糖(68.4克)，按每克蔗糖100单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数5倍的乙酸乙烯酯，保持45℃温度，以100转/分钟搅拌，反应8小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.5。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔丁醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为52.5％。

实施例7

以去离子水配制0.2mol/L硼酸溶液，及0.2mol/L的硼砂溶液，互相混合至pH值8.4.按7∶3的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入200mmol蔗糖(68.4克)，按每克蔗糖120单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产).加入蔗糖mol数4倍的乙酸乙烯酯，保持45℃温度，以100转/分钟搅拌，反应6小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.4.反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯.按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为50.4％.

实施例8

以去离子水配制0.04mol/L巴比妥钠溶液，用0.2mol/L的盐酸调pH值8.4。按7∶3的比例与叔戊醇混合，共50ml，配入200mmol蔗糖(68.4克)，按每克蔗糖120单位的量配入酶活力为10000单位/克的假丝酵母脂肪酶(无锡市雪梅酶制剂科技有限公司公司产)。加入蔗糖mol数4倍的乙酸乙烯酯，保持45℃温度，以100转/分钟搅拌，反应6小时，从反应起始每间隔1.5小时，用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节反应介质的pH，保持pH值8.4。反应结束后静止，待有机溶剂与水分层后，分离出有机溶剂，0.01Mpa真空度下80℃保温回收叔戊醇，即得蔗糖乙酯。按配入的蔗糖质量计，蔗糖乙酯的得率为57.2％。