添加绿色溶剂加速脂肪酶催化合成维生素C棕榈酸酯的工艺

技术领域

本发明涉及生物化工领域，尤其涉及添加绿色溶剂加速脂肪酶催化合成维生素C棕榈酸酯的工艺。

背景技术

L-抗坏血酸(维生素C)是一种众所周知的天然抗氧化剂，因其高度亲水性而不溶于油和脂肪，导致抗坏血酸作为抗氧化剂在食品中的应用受到限制。通过使用脂肪酸制备抗坏血酸的疏水衍生物VC棕榈酸酯(L-AP)，可以克服溶解度问题，同时还增强了其清除自由基的能力。

传统上，L-AP是通过酸催化酯化合成的，但由于抗坏血酸在苛刻的化学反应条件下容易氧化、降解和重排，因此化学合成过程会形成多种副产物，需要多步纯化得到产品，这些复杂的过程会降低产品收率。酶法合成L-AP反应条件温和，脂肪酶的区域选择性高，副产物少，因此，脂肪酶催化合成L-AP受到了广泛关注。

根据国内外研究发现，脂肪酶催化合成L-AP的常用溶剂为正己烷、丙酮、叔丁醇、叔戊醇等。然而，维生素C在这些常用溶剂中溶解度极低，使得反应速率低、反应时间长、生产能力低下，同时维生素C的转化率不高且产物浓度低，因此，维生素C的溶解度问题是酶法合成L-AP的瓶颈所在。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供添加绿色溶剂加速脂肪酶催化合成维生素C棕榈酸酯(L-AP)的工艺，通过添加环境友好型绿色溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)提高了维生素C的溶解性，加快了反应速度，极大缩短了反应时间，显著提高了转化率和产品浓度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

添加绿色溶剂加速脂肪酶催化合成维生素C棕榈酸酯的工艺，包括以下步骤：将有机溶剂和一定量的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合配置成混合溶剂，将棕榈酸、维生素C、脂肪酶、分子筛和所述混合溶剂加入到生物反应容器中，控制反应体系的温度，反应一定时间后即得维生素C棕榈酸酯。

所述有机溶剂为丙酮、乙腈、叔丁醇、叔戊醇、正己烷和异丙醇中的一种或多种，优选为叔戊醇。

所述1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)添加量占混合溶剂总体积的5％～50％(V/V)。

所述维生素C的初始浓度为20～55g/L，棕榈酸与维生素C的摩尔比为1:1～10:1。

所述脂肪酶为固定化南极假丝酵母脂肪酶B。

所述反应温度为30～70℃，反应时间为6～36h。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明添加的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)提高了溶剂中维生素C的溶解度，极大地提高了反应速度，缩短了反应所需时间，最终转化率≥95％。

附图说明

图1为DMI添加量对反应时程曲线的影响。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

本发明添加绿色溶剂加速脂肪酶催化合成维生素C棕榈酸酯的制备方法如下：

(1)将有机溶剂和一定比例的1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)搅拌混合均匀，配置成混合溶剂备用；

其中，所述的有机溶剂为丙酮、乙腈、叔丁醇、叔戊醇、正己烷和异丙醇中的一种或多种的组合，优选为叔戊醇。

(2)将棕榈酸、维生素C、固定化脂肪酶、分子筛和混合溶剂加入到生物反应容器中，控制反应体系的温度为30～70℃，每2h取样，使用高效液相色谱(HPLC)分析。

(3)反应结束后过滤除去除分子筛和固定化脂肪酶，然后使用旋蒸仪除去溶剂，获得含有L-AP、棕榈酸和少量维生素C的混合物。

(4)将获得的混合物分别用正己烷和水洗涤两次，除去棕榈酸和维生素C即得产物L-AP，然后使用高效液相色谱(HPLC)分析。

高效液相色谱(HPLC)分析在Agilent 1260Series色谱仪进行，色谱柱：EclipseXDB-C18(5μm,4.6mm,250mm,Agilent),检测器：VWD(254nm)，柱温：40℃，流动相:甲醇/醋酸(95/15)，流速：1.0mL/min，进样量：5μL。用外标法计算产物L-AP转化率。

实施例1

将一定体积的叔戊醇与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为20％DMI含量的混合溶剂备用；

向50mL锥形瓶中加入10mL混合溶剂、0.3g维生素C、2.2g棕榈酸、50mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B和4A型分子筛2g，50℃反应16h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率为95.2％。

实施例2

将一定体积的叔戊醇与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为10％DMI含量的混合溶剂备用；

向50mL锥形瓶中加入0.3g维生素C、2.2g棕榈酸、50mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B、4A型分子筛2g和10mL混合溶剂，50℃反应20h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率为92.9％。

实施例3

将一定体积的叔戊醇与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为20％DMI含量的混合溶剂备用；

向100mL锥形瓶中加入20mL混合溶剂、1.0g维生素C、5.8g棕榈酸、100mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B和4A型分子筛5g，50℃反应16h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率达88％。

实施例4

将一定体积的丙酮与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为10％DMI含量的混合溶剂备用；

向50mL锥形瓶中加入0.3g维生素C、2.2g棕榈酸、50mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B、4A型分子筛2g和10mL混合溶剂，50℃反应20h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率为92.3％。

实施例5

将一定体积的乙腈与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为10％DMI含量的混合溶剂备用；

向50mL锥形瓶中加入0.3g维生素C、2.2g棕榈酸、50mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B、4A型分子筛2g和10mL混合溶剂，50℃反应16h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率为90.7％。

实施例6

将一定体积的正己烷与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，配置成为10％DMI含量的混合溶剂备用；

向50mL锥形瓶中加入0.3g维生素C、2.2g棕榈酸、50mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B、4A型分子筛2g和10mL混合溶剂，50℃反应16h，所得L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率为87.2％。

实施例7

将一定体积的叔戊醇与1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)混合，分别配置成DMI含量为0％、10％、20％的混合溶剂备用；

分别向100mL锥形瓶中加入0.6g维生素C、4.4g棕榈酸、100mg固定化南极假丝酵母脂肪酶B、4A型分子筛4g和20mL不同浓度梯度的混合溶剂，控制反应温度为50℃，每隔2h取样，使用高效液相色谱(HPLC)分析，L-抗坏血酸棕榈酸酯转化率结果如图1所示。

对以上实施例1～6制得的L-抗坏血酸棕榈酸酯的转化效果进行检测，检测结果参考表1。

表1

通过上述实施例对比，可以发现1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)在叔戊醇、叔丁醇、丙酮、乙腈和正己烷中都能起到明显的促进作用，提升反应速度，如图1所示，20％的DMI添加即可缩短一半反应时间，，L-抗坏血酸棕榈酸酯的最终转化率≥95％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。