一种固定化磷脂酶 A1催化合成果糖月桂酸单酯的方法

摘要

本发明公开一种利用固定化磷脂酶A1催化制备果糖月桂酸单酯的方法，所述方法是将月桂酸与果糖经酶促催化反应合成果糖月桂酸单酯。本发明所述的制备方法，包括以下步骤：（1）磷脂酶A1的固定化；（2）制备脱水有机溶剂；（3）固定化磷脂酶A1催化合成果糖月桂酸单酯。本发明所用磷脂酶A1价格便宜，只有脂肪酶价格的5%~10%，所用于酶的固定化树脂DA-201价格低廉。经固定化后的磷脂酶A1具有很好的催化效果，果糖月桂酸单酯转化率较高，产物分离简单，且固定化酶可重复利用，因此本方法制备的产品成本较低，在工业上有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定化磷脂酶A1催化合成糖酯表面活性剂——果糖月桂酸单酯，属于有机合成领域。

背景技术

糖酯一般是由长链脂肪酸和糖通过酯键连接而成。因此糖酯分子同时具有非极性的长链脂肪酸和极性的多羟基糖，从而具有表面活性剂作用。糖酯分子不具有离子化功能基团，是典型的非离子表面活性剂。其作为一类性能优良的典型的非离子型绿色生物表面活性剂，在食品、化妆品、医药、洗涤剂、纤维等工业中有着重要用途。果糖酯作为一类非离子表面活性剂，同样具有广泛的应用领域。

糖酯的合成方法有化学法和酶法，化学法往往是在高温、有毒溶剂及碱性催化剂下进行的，这使得产品色泽较深、单酯含量不高，生产能耗高及存在安全隐患，并且产品的酯化位置和酯化度不易控制，为产品的分离和使用带来了不便。因此从产品安全性和环保角度看，应用生物技术替代传统化学合成途径生产化合物符合国际发展潮流。酶法合成具有高效性和特异性、反应条件温和、副产物较少等特点，近年来发展很快。

目前，酶法制备果糖月桂酸单酯方法主要是脂肪酶，如NOVO435，但是商业化的脂肪酶价格昂贵，因此就限制了它应用。 

磷脂酶 A1是诺维信公司推出的一种微生物来源的磷脂酶，常用于油脂的脱胶，该酶是一种羧酸酯水解酶，同时具有脂肪酶活性和磷脂酶活性。在一定反应体系中，它会优先表现出其中一种特定的酶活，比如脂肪酶活性。目前未见到关于采用固定化磷脂酶 A1催化果糖和月桂酸制备果糖月桂酸单酯的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定化磷脂酶A1催化合成果糖月桂酸单酯的方法。该方法反应溶剂无毒，酶用量少且可以回收利用，反应产物与反应溶剂和脂肪酶均容易分离，有利于连续化生产。本发明所提供的采用固定化磷脂酶A1催化合成果糖月桂酸单酯的方法，包括以下内容：

（1）磷脂酶A1的固定化：取5~10份质量经活化处理的DA-201大孔吸附树脂，10~25份质量的磷酸盐缓冲液，0.5~2份质量游离磷脂酶A1混合，在25~35℃下搅拌吸附2~6h，然后过滤，得大孔吸附树脂固定化磷脂酶，将制好的固定化酶真空干燥，备用；

（2）制备脱水有机溶剂：将3?或4?分子筛置于95～105℃烘箱内活化5～10h，再置于干燥器内冷却至室温，备用；之后，再将活化后的3?或4?分子筛按照每升溶剂添加50～80份质量的量加入到待用的作为反应介质的有机溶剂中，密封放置24～72h，过滤除去分子筛，得脱水有机溶剂；

（3）固定化磷脂酶A1催化合成果糖月桂酸单酯：取10～40.6份质量月桂酸和1.8～36.5份质量果糖置于上述脱水有机溶剂中混合，其中月桂酸浓度为5～24wt%，再加入相对于月桂酸质量8～25wt%的固定化磷脂酶A1开始反应；反应0～2h后按照相对于月桂酸质量0.5-2倍的量加入活化后的3?或4?分子筛以除去反应中生成的水；在35℃～45℃下振荡或搅拌反应8～96h，振荡速度150~185r/min；反应结束后，采用过滤方法将固定化磷脂酶A1、分子筛及未反应的糖除去；所得滤液通过旋转蒸发除去有机溶剂，提纯后得到产物果糖月桂酸单酯。

所述步骤（1）中经活化处理的DA-201大孔吸附树脂与磷酸盐缓冲液质量比为1:2；磷脂酶A1的用量为大孔吸附树脂质量的20wt%。

所述步骤（2）中反应介质有机溶剂种类为正丁醇、叔丁醇、叔戊醇、氯仿、丁酮、丙酮或乙腈中的任意一种，或两种以上的混合物；且所述的反应介质有机溶剂极性范围即

Log P=3.0～7.0。

所述步骤（3）中固定化磷脂酶 A1的用量为月桂酸质量20wt%。

所述步骤（3）中活化的3?或4?分子筛的用量与月桂酸质量比为1:1。

本发明的优点如下

（1）由于采用酶促合成方法，与传统的化学合成方法相比具有环境友好的特点；反应过程中加入分子筛有利于除去反应中产生的水分，使酯化反应向正方向进行；反应溶剂属于常用有机溶剂，毒性小，沸点低，和产物易于分离。

（2）经HPLC-MS（液质联用）检测证明催化产物是果糖月桂酸单酯；通过RP-HPLC-ELSD （反相高效液相色谱-蒸发光散射检测器）检测，固定化磷脂酶A1催化果糖月桂酸单酯的转化率达到68.05%。

（3）和已经报道的采用固定化脂肪酶催化合成糖酯相比，本发明所采用的固定化磷脂酶A1的价格只有商业化固定化脂肪酶的10%-15%，因此采用磷脂酶 A1作为催化剂具有成本优势，工业化应用前景良好。

附图说明

图1为本发明固定化磷脂酶 A1催化果糖月桂酸单酯的酯化反应方程式。

图2是反应得到的果糖月桂酸单酯的液质联用图谱。 

具体实施方式

下面结合具体的实例与附图对本发明作进一步详细的叙述，但本发明的实施方法灵活，不仅仅限于此例所述的具体操作方式。

以下实施中所用材料：商业化磷脂酶 A1（Lecitase^? Ultra，丹麦诺维信公司），经三丁酸甘油酯pH-stat法测定，酶活力单位为3326 U/g；大孔吸附树脂DA-201，天津市海光化工有限公司；D-果糖，上海伯奥生物科技有限公司；月桂酸，天津市大茂化学试剂厂；3?或4? 分子筛，天津市福辰化学试剂厂；各种反应介质均为AR级。

通过液质联用对催化产物果糖月桂酸单酯进行鉴定；经高效液相色谱仪-蒸发光散射检测器对产品中果糖月桂酸单酯的含量进行检测，以确定果糖月桂酸单酯的转化率。

实施例1：

a．称取5 g经活化处理的DA-201大孔吸附树脂，10g 磷酸盐缓冲液，1g的游离磷脂酶A1混合，在25℃下搅拌吸附2h，然后过滤，得大孔吸附树脂固定化磷脂酶，其酶活为1850 U/g。真空干燥，备用；

b. 将4 ?分子筛置于105℃烘箱内活化10h，再置于干燥器内冷却至室温，备用；之后，再将活化后的4?分子筛按照每升溶剂添加80g的量加入到作为反应介质的叔丁醇中，密封放置72h，过滤除去分子筛，得脱水有机溶剂；

c．酶促酯化：取10g月桂酸和1.8g果糖在体积为42ml上述脱水有机溶剂中混合，再加入2g的固定化磷脂酶A1开始反应；反应2h后加入10g的活化4?分子筛以除去反应中生成的水；在45℃下振荡或搅拌反应48h，振荡速度 160r/min；反应结束后，采用过滤方法将固定化磷脂酶A1、分子筛及未反应的糖除去，取所得滤液，经液质联用鉴定可知合成产物为果糖月桂酸单酯；经高效液相色谱仪测定，果糖月桂酸单酯的转化率为68.05%。

实施例2：

a．称取5 g经活化处理的DA-201大孔吸附树脂，20g 磷酸盐缓冲液，1g游离磷脂酶 A1混合，在30℃下搅拌吸附4h，然后过滤，得大孔吸附树脂固定化磷脂酶，其酶活为1462 U/g。真空干燥，备用；

b. 将4?分子筛置于100℃烘箱内活化8h，再置于干燥器内冷却至室温，备用；之后，再将活化后的4?分子筛按照每升溶剂添加60g的量加入到作为反应介质的叔戊醇中，密封放置24h，过滤除去分子筛，得脱水有机溶剂；

c．酶促酯化：取10g月桂酸和2.3g果糖在体积为100ml上述脱水有机溶剂中混合，再加入2g的固定化磷脂酶A1开始反应；反应1h后加入10g的活化4?分子筛以除去反应中生成的水；在40℃下振荡或搅拌反应48h，振荡速度160r/min；反应结束后，采用过滤方法将固定化磷脂酶A1、分子筛及未反应的糖除去，取所得滤液，经液质联用鉴定可知合成产物为果糖月桂酸单酯；经高效液相色谱仪测定，果糖月桂酸单酯的转化率为64.68%。

实施例3：

a．称取5 g经活化处理的DA-201大孔吸附树脂，20g 磷酸盐缓冲液，1g游离磷脂酶 A1混合，在35℃下搅拌吸附3h，然后过滤，得大孔吸附树脂固定化磷脂酶，其酶活为1344 U/g。真空干燥，备用；

b. 将3?分子筛置于95℃烘箱内活化5h，再置于干燥器内冷却至室温，备用；之后，再将活化后的3?分子筛按照每升溶剂添加50g的量加入到作为反应介质的丙酮中，密封放置72h，过滤除去分子筛，得脱水有机溶剂；

c．酶促酯化：取40.6g月桂酸和36.5果糖在体积为812ml上述脱水有机溶剂中混合，再加入8.12g的固定化磷脂酶 A1开始反应；反应1h后加入40.6g的活化3?分子筛以除去反应中生成的水；在40℃下振荡或搅拌反应72h，振荡速度 170r/min；反应结束后，采用过滤方法将固定化磷脂酶A1、分子筛及未反应的糖除去，取所得滤液，经液质联用鉴定可知合成产物为果糖月桂酸单酯；经高效液相色谱仪测定，果糖月桂酸单酯的转化率为61.35%。

图2是反应得到的果糖月桂酸单酯的液质联用图谱，果糖月桂酸单酯的分子量为362，谱图中出现的385.3峰即为[M+Na]质谱信号， 因此催化合成的产物为为果糖月桂酸单酯。