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糖酯是糖与脂肪酸或脂肪酸酯发生酯化或酯交换反应的产物,是一类重要的非离子表面活性剂,具有高安全性、高乳化性和稳定性而被大量应用于食品和化妆品行业。目前,传统的制备糖酯的方法是采用化学法合成,但是化学法工艺复杂、反应条件苛刻、副反应多、选择性差、产品质量较差。酶法合成糖酯是用酶作为催化剂催化糖与脂肪酸的酯化反应,相比传统的化学法具有工艺简单、反应条件温和、副反应少、专一性强、产品质量好等优点,符合当今“绿色化学”的要求,已经成为未来糖酯合成的发展方向。
本文采用无溶剂体系和单溶剂体系的方法以固定化脂肪酶Novozyme435为催化剂,合成了果糖月桂酸酯。无溶剂体系中,以分子筛为除水剂、水为助溶剂,考察了初始加水量、pH值、底物配比、加酶量、反应温度、反应时间对酯化反应的影响,并研究了酶在无溶剂体系中的稳定性,得出最优反应条件为初始加水量30μl、pH值7.5、月桂酸与果糖摩尔比5:1、加酶量17%(w/w)、60℃、反应48h,最高月桂酸相对转化率达到75.6%(以果糖月桂酸双酯计算,下同),酶在60℃时具有较好的稳定性,使用10次(共480h)后酶活下降20%。单溶剂体系中,分别考察了丁酮和叔戊醇两种反应体系的反应情况,发现分子筛在丁酮为溶剂的体系中更易吸附反应副产物水,果糖在叔戊醇中具有更好的溶解性,并优化了两种体系的反应条件。在丁酮体系中最优化条件为:月桂酸与果糖底物摩尔比1.5:1,分子筛用量100g/L,反应温度50℃,反应平衡时间24h,震荡频率200rpm,酶浓度8g/L,最大的月桂酸相对转化率为68%。叔戊醇体系中的最优化条件为:月桂酸与果糖底物摩尔比2:1,分子筛用量200g/L,反应温度50℃,反应平衡时间12h,震荡频率150rpm,酶浓度8g/L,最大的月桂酸相对转化率为56%。
比较和分析了无溶剂体系和单溶剂体系反应因素的差别和原因,并对这两种反应体系的工业化前景做出了评价。
分离提纯了反应产物,并对产物进行了鉴定,最终产物为1,β-D-果糖月桂酸单酯和1,6-β-D-果糖月桂酸双酯。