一種酶法催化合成山梨酸酯的方法
【專利摘要】本發明公開一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，所述方法是以山梨酸和C1?C4醇為反應底物，以脂肪酶為催化劑，以有機溶劑為反應介質，加入吸水劑，在30?60℃、200rpm條件下進行酯化反應，反應完全后，反應液分離純化，獲得山梨酸酯；本發明所述山梨酸酯的制備方法的有益效果主要體現在：酶的區域選擇性強，反應轉化率高，下游分離簡單，能耗低，環境污染小，適合工業化生產，酯化率為90～99％。
【專利說明】
一種酶法催化合成山梨酸酯的方法 (一)
技術領域
[0001] 本發明屬于生物化工技術領域，具體涉及一種脂肪酶催化合成山梨酸酯的方法。 (二)
【背景技術】
[0002] 山梨酸是一種不飽和脂肪酸，具有優良的抑制酵母菌、霉菌和好氧性細菌的活性， 能抑制微生物的生長和繁殖，從而達到有效延長食品的保存時間。但由于山梨酸是天然存 在的有機酸，易被微生物分解代謝，抗菌作用時效短，其抗菌作用也不夠強，對微生物抑制 能力有限，對乳酸菌及厭氧性芽孢菌無效，只適宜在偏酸性的條件下使用，使用范圍受到很 大限制。為了提高山梨酸的抗菌范圍，需要對山梨酸進行酯化修飾。
[0003] 山梨酸酯是一類新型的山梨酸衍生物，具有濃郁的醇香味，是生產山梨酸酯增效 劑及無公害農藥增效劑的中間體，是一種被國際公認的低毒高效食品防腐劑，山梨酸酯在 調香、天然果汁等防腐保鮮有良好的前景。目前國內外報道的山梨酸酯的合成方法均采用 化學方法，化學法往往是在高溫、高壓、酸性或堿性催化劑中進行反應，生產能耗較高，存在 安全隱患。
[0004] 2000年鄧繼勇等報道的山梨酸乙酯的非酸催化合成，該方法以山梨酸和乙醇為底 物，氯化亞錫水化合物作催化劑，4A分子篩作除水劑，在IHTC下合成山梨酸乙酯。反應后除 去催化劑后需取樣測定酸值，催化劑在制備、運輸、使用中也存在安全隱患。
[0005] 2001年湯健等申請的一項發明專利（山梨酸原液生產的方法，公開號CN1296001A) 中介紹了一種仿自然衍生法在反應釜中進行，經過混合，加熱，冷卻出料的工序，低酸量，高 醇化的反應工藝制取山梨酸乙酯原液。該專利介紹的方法合成的山梨酸乙酯原液中，山梨 酸乙酯含量較低，僅15%左右。
[0006] 2013年梁紅冬等報道的山梨酸乙酯的合成研究，該方法以對甲苯磺酸為催化劑， 用分子篩作為吸水劑，用環己烷作帶水劑，底物山梨酸和乙醇在催化劑作用下進行酯化反 應制得山梨酸乙酯。該方法是在水相中催化合成山梨酸乙酯，最大得率不到80%。 (三)
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是為了解決上述方法的不足，利用脂肪酶為催化劑合成山梨酸酯。 利用脂肪酶催化山梨酸酯未見文獻報道，而且生產工藝條件溫和，步驟簡單，產品收率高， 環境友好，節能環保等優點。
[0008]為達到發明目的本發明采用的技術方案是：
[0009]本發明提供一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，所述方法是以山梨酸（I)和C1-C4 醇為反應底物，以脂肪酶為催化劑，以有機溶劑為反應介質，加入吸水劑，在30-60 °C、 200rpm條件下進行酯化反應(2-20小時，優選6~10小時），反應完全后，反應液分離純化，獲 得山梨酸酯（Π );所述吸水劑為4A分子篩;所述有機溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環己 烷、甲苯、苯、石油醚、乙醚或氯仿，優選叔丁醇或甲苯;所述脂肪酶與山梨酸質量比為0.05-5:1，優選 5:1。
[0010]
[0011] (n)R 為 C1-C4 直鏈烷基。
[0012] 所述脂肪酶優選來自來自南極假絲酵母(Candida antarctica)的脂肪酶B(CAL- B)。其中固定化CAL-B脂肪酶(丹麥諾維信公司Novozyme 435)是一種商品化脂肪酶，原料易 得，催化效率高，穩定性好，具有較寬的底物范圍，酶活為l〇〇〇〇U/g。所述脂肪酶形式可以為 微生物發酵所得濕菌體干燥得到的靜息細胞、經分離純化后的脂肪酶提取物或者其固定化 酶形式。最優選所述脂肪酶為Novozyme 435。
[0013] 進一步，所述C1-C4醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
[0014]進一步，所述有機溶劑體積用量以山梨酸質量計為90ml/g，所述C1-C4醇體積用量 以山梨酸質量計為l〇ml/g，所述吸水劑與山梨酸質量比為1-10:1，優選10:1。
[0015] 凡是能溶解反應底物山梨酸或產物山梨酸酯的有機溶劑都在本發明的保護范圍 之內，本發明推薦的有機溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環己烷、石油醚、甲苯、苯、乙醚、 或氯仿，更優選叔丁醇和甲苯。
[0016] 山梨酸酯的提取分離:酶轉化后過濾除去固定化脂肪酶，通過蒸餾除去有機溶劑 得到產物山梨酸酯產品。具體所述反應液分離純化方法為:反應結束后，反應液過濾，濾液 在0.1 MPa減壓蒸餾至無餾出物，得到所述山梨酸酯。
[0017] 本發明所述山梨酸酯的制備方法的有益效果主要體現在:酶的區域選擇性強，反 應轉化率高，下游分離簡單，能耗低，環境污染小，適合工業化生產，酯化率為90~99 %。 (四）
【附圖說明】
[0018] 圖1實施例4中山梨酸乙酯標準品氣相色譜圖。
[0019] 圖2實施例4中產物山梨酸乙酯的氣相色譜圖。 (五)
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于 此：
[0021] 實施例1
[0022] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 · 2g脂肪酶Novozyme 435(酶活10000U/g)和0 · 4g 4A分子篩（購自阿拉丁試劑（上海)有限 公司），在30°C恒溫振蕩反應10小時，振蕩速度為200r/min，取樣進行氣相色譜分析，山梨酸 轉化率為81.6%。
[0023]山梨酸I或產物Π 的氣相色譜儀測定條件:HP-5毛細管柱;柱溫箱溫度恒溫150°C ; 載氣:氮氣;柱流量:lml/min; FID檢測器。
[0024] 實施例2
[0025] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在40°C恒溫振蕩反應10小時，振蕩速度為 200r/min，取樣進行氣相色譜分析，山梨酸轉化率為90.5%。
[0026] 實施例3
[0027] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在50°C恒溫振蕩反應10小時，振蕩速度為 200r/min，取樣進行氣相色譜分析，山梨酸轉化率為96.2%。
[0028] 實施例4
[0029] 在密閉IOml三角瓶中，將0.04g山梨酸和0.4ml無水乙醇溶3.6ml叔丁醇中，加入 〇 . 2g脂肪酶Novozyme 435和0.4g 4A分子篩，在60°C恒溫振蕩反應10小時，振蕩速度為 200r/min，取樣進行氣相色譜分析，山梨酸轉化率為99.4 %，反應結束，反應液過濾，濾液在 0.1 MPa壓力下減壓蒸餾無液體流出，得到山梨酸乙酯(氣相色譜圖見圖2 )，產率96.2 %，純 度為99.2%。山梨酸乙酯標準品氣相色譜圖見圖1所示。
[0030] 實施例5:
[0031 ]按實施例4方法，用其它有機溶劑代替水叔丁醇作為反應溶劑，其他條件不變，對 山梨酸進行酶法酯化。該反應的轉化率見表1。表1結果表明，在反應轉化率方面上，叔丁醇 和甲苯作為反應溶劑都要優于其他溶劑。
[0032]表1:不同溶劑體系的酶轉化結果
[0035] 實施例6:
[0036]按實施例4方法，用不同脂肪酶作為催化劑，其他條件不變，對山梨酸進行酶法酯 化。該反應的轉化率見表2。表2結果表明，Novozyme 435要優于其他脂肪酶。
[0037] 表2:不同脂肪酶的酶轉化結果
[0039] 實施例7:
[0040] 按實施例4方法，用不同短鏈醇作為酰基受體代替無水乙醇，其他條件不變，對山 梨酸進行酶法酯化合成相應的山梨酸酯。該反應的轉化率見表3。表3結果表明，Novozyme 435可以催化合成相應短鏈醇的山梨酸酯。
[0041] 表3:不同短鏈醇的酶轉化結果
[0043]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明的技術內容作任何形式 上的限制。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修 飾，均落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述方法是以山梨酸和C1-C4醇為 反應底物，以脂肪酶為催化劑，以有機溶劑為反應介質，加入吸水劑，在30-60 °C、200rpm條 件下進行酯化反應，反應完全后，反應液分離純化，獲得山梨酸酯;所述吸水劑為4A分子篩； 所述有機溶劑為下列之一:叔丁醇、正己烷、環己烷、甲苯、苯、石油醚、乙醚或氯仿;所述脂 肪酶與山梨酸質量比為0.05-5:1。2. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述脂肪酶來自南極 假絲酵母(Candida antarct i ca)的脂肪酶B。3. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述脂肪酶為 Novozyme 435。4. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述C1-C4醇為甲醇、 乙醇、丙醇或丁醇。5. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述有機溶劑為叔丁 醇或甲苯。6. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述有機溶劑體積用 量以山梨酸質量計為90ml/g，所述C1-C4醇體積用量以山梨酸質量計為10ml/g，所述吸水劑 與山梨酸質量比為1-10:1。7. 如權利要求1所述酶法催化合成山梨酸酯的方法，其特征在于所述反應液分離純化 方法為:反應結束后，反應液過濾，濾液在0.1 MPa減壓蒸餾至無餾出物，得到所述山梨酸酯。
【文檔編號】C12P7/62GK106086095SQ201610734261
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發明人】鄭建永, 汪釗, 章銀軍, 黃麗娟
【申請人】浙江工業大學