脂肪酶催化合成维生素A棕榈酸酯的研究

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维生素A棕榈酸酯在医药、食品、化妆品等行业有着广泛的应用,属于维生素A系列产品中的高端品种,是市场需求增长较快的一个分支产品。当前维生素A棕榈酸酯工业合成主要采用棕榈酰氯与维生素A醇的酰氯化反应工艺,存在高腐蚀,对环境影响大,产品色泽深、稳定性差等问题。考虑到酶催化反应条件温和、特异性高、环境友好等优点。本研究通过固定化脂肪酶催化法合成维生素A棕榈酸酯,为实现酶法合成维生素A棕榈酸酯的工业化生产提供参考。主要研究结果如下:  首先,对固定化脂肪酶催化维生素A醋酸酯和棕榈酸合成维生素A棕榈酸酯的反应动力学进行了研究。通过考察摇床转速、加酶量和底物浓度对反应初速度的影响,研究了该反应的动力学机制,结果表明,脂肪酶转酯反应动力学符合Michaelis-Menton方程,由双底物的乒乓机制模型可以很好地描述脂肪酶转酯反应。并且得到了动力学常数与反应参数之间的关系式:v=0.824cAcB/0.0946cB+0.0354cA+cAcB  其次,考察了固定化脂肪酶催化维生素A醋酸酯与棕榈酸的酯交换反应的影响因素,对酶催化合成维生素A棕榈酸酯反应的脂肪酶种类和溶剂进行筛选,发现最佳脂肪酶为Novozym435酶,最佳溶剂为石油醚。反应体系为50 mL石油醚包含0.5 g维生素 A醋酸酯、1.95 g棕榈酸以及1.5 g/L脂肪酶。最适反应条件为反应温度30℃、摇床转速200 r/min和反应时间6h,最终转化率约为80%。固定化脂肪酶连续使用12次后反应转化率略有下降至75%。在此基础上,在反应体系中加入0.4 g离子交换树脂Amberlyst A-21用于醋酸吸附,转化率可提高到90.06%。  再次,在摇瓶批次反应优化实验的基础上进行固定床中催化合成维生素A棕榈酸酯工艺条件研究。得到固定化脂肪酶催化合成维生素A棕榈酸酯的固定床工艺条件为:在三个串联的15mL固定床反应器中,分别装载6.0 g脂肪酶、6.0 g离子交换树脂Amberlyst A-21及6.0 g脂肪酶,在维生素A醋酸酯与棕榈酸摩尔比为1∶2,维生素A醋酸酯的浓度为8g/L,进料速度为0.5 mL/ML/min,反应温度30℃条件下,转化率达95%。同时考察了在固定床中脂肪酶的重复使用性能及工艺放大后的稳定性。控制反应温度30℃,进料速度为0.5 mL/ML/min,脂肪酶固定床连续运行400 h,转化率还可以达到92.3%。工艺放大10倍后,连续运行192h,转化率仍可达到93.8%,并具有良好的稳定性。  最后,对反应后维生素A棕榈酸酯的分离纯化也做了系统的研究,先采取两步冷冻结晶法除去反应体系残留的过量棕榈酸,再利用液-液萃取分离维生素A棕榈酸酯和未反应的维生素A醋酸酯。研究表明,甲醇/水和石油醚的混合溶剂作为萃取溶剂,分离维生素A醋酸酯和维生素A棕榈酸酯是最适宜的。确定了连续萃取分离纯化维生素A棕榈酸酯的工艺:甲醇/水溶液浓度为88%,甲醇/水和石油醚的进料比例为2∶1,石油醚进料流量为10 mL/min,萃取温度为20℃,填料高度为100 cm,在此分离条件下,萃取相中维生素A棕榈酸的纯度达到99.1%,萃取收率为95.4%。
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