脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法
2023-07-02 21:02:01 1
專利名稱：脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法
技術領域：
本發明涉及一種脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法。 技術背景維生素E (VitaminE)是一類與生殖功能有關的維生素，化學結 構均為苯並二氫吡喃衍生物，結構中有酚羥基，故亦稱生育酚。己知 其主要有a、 P 、 Y 、 S 、 e 、 U、 6 2、 ii八種異構體，其中a-生育酚活性最強。生育酚不僅在營養學上起著重要的角色，而且在預 防慢性疾病功能方面也具有相當突出的功能，這一點是其他維生素類 所無法比擬的。生育酚的生理功能包括抗氧化作用、提高機體免疫機 能、抗癌或抑制腫瘤作用、抗不育功能等。因此它被廣泛用於醫藥、 食品、化妝品等領域。生育酚分為人工合成的和天然的兩種，人工合成的生育酚是利用 一些化學中間體縮合而成的，由於縮合過程中分子立體的不可選擇 性，所得產品均為消旋型。天然的生育酚是從天然資源裡，主要是植 物油中提取的，通常為D型(右旋)。人工合成的和天然的生育酚在安 全性和生物活性方面存在差別。經鼠口服試驗發現，合成維生素E的 LD50為5kg/kg，而天然VE則是安全的，美國FDA也將其列入GRAS。 天然生育酚的結構中三個手性中心位置都具有R-構象，合成的則是 所有立體異構體的混合物，前者的生物活性比後者要強的多。ADM 公司的有關研究發現天然品的效力是合成品的2倍；漢高公司研究 VE時發現，孕婦對天然VE的吸收率是合成品的3.3倍。此外，兩者的應用領域也有不同，目前合成生育酚主要應用於飼料添加劑，天然VE幾乎全部用於人類消費。據CMR預測，合成VE仍將以每年3 % 5%的速度增長，而天然VE隨著人們對綠色產品的興趣逐年提高， 則會以15% 20%的速度快速增長。生育酚在保存和使用的過程中容易被氧化。在應用中常常將生育 酚以某種形式進行修飾，得到穩定性較高的生育酚衍生物。最常見的 是商業化生育酚乙酸酯，它是把生育酚中的酚羥基酯化後得到的酯。 由於酚羥基與芳環共軛降低了氧原子上的電子云密度，導致酚羥基的 親核性比醇羥基弱，所以酚的成酯反應比醇困難。生育酚很難與羧酸 直接發生酯化作用，而在化學催化劑酸或鹼的催化下，酚可與醯氯或 酸酐反應生成酯。國內外，關於生育酚醋酸酯製備的化學方法很多。按原料分類可 以分為三種1.三甲基氫醌與異植醇縮合。2.三甲基氫醌酯與異植 醇縮合。3.維生素E與醋酸酐反應生成維生素E醋酸酯。以三甲基氫醌與異植醇為原料是目前合成維生素E醋酸酯的主 要方法，所使用的催化劑不盡相同。US5523420 (1996)使用強酸和 路易斯酸的混合物，KR910000896B(1991)使用酸性離子交換劑做催 化劑，催化劑的組成是ZnCl2/Zn/H3P04的混合物。JP2001261669 (2001)中Steffen等提到用三甲基氫醌二酯代替 三甲基氫醌，與異植醇反應生成維生素E醋酸酯，所用催化劑為滷化 鋅和質子酸。溶劑為極性溶劑或是極性溶劑與水的混合物。由三甲基氫醌或三甲基氫醌酯與異植醇縮合，進一步酯化得到的 生育酚醋酸酯屬於人工合成產品。由於它是全消旋型，生物活性遠不 如天然產品。而且，在合成中所使用的催化劑都是化學催化劑，產品的安全性不高。天然的生育酚直接酯化可以得到品質高的天然生育酚 醋酸酯。己報導的專利和文獻提到的天然生育酚酯化的過程都是以酸性、鹼性化學催化劑來催化酯化反應。胡傳榮等人(天然維生素E乙酸酯的製備，現代食品科技Vol.21 No.2(總84))研究了以三乙胺為催化劑，天然混合VE為原料，與乙 酸酐反應合成了天然VE乙酸酯。原料中總VE含量為62.31%，其中 含a生育酚、P生育酚、Y生育酚、S生育酚分別為7.39%、 1.68%、 56.05%、 34.88%。反應以正己垸為溶劑，溫度為6(TC， VE酯化率達 到94.93%。採用了滴加的方式向已有催化劑的VE溶液中加入乙酸 酐。反應完成後向體系裡加入稀鹽酸振蕩洗滌用來除去過量的催化劑 三乙胺，分層後的有機相用蒸餾水洗滌至中性，再用無水硫酸鈉乾燥， 將乾燥後的溶液用旋轉蒸發器蒸發出溶劑，從而得到維生素E酯。反 應溫度為6(TC， VE酯化率為94.93%。在底物的混合時，需要控制滴 加酸酐的速度。反應後的體系需要經過酸洗、乾燥等步驟，工藝複雜， 而且反應的溫度較高。楊亦文等人(中國高校學位論文，2005)研究了以濃鹽酸/氧化 鋅體系為催化劑，在常溫條件下催化合成天然a生育酚乙酸酯，溶劑 選用正己烷，反應後的混合液過濾，濾液用去離子水洗滌至中性。用 旋轉蒸發將正己垸蒸乾得到生育酚醋酸酯粗產品，質量含量在 70%-80%之間，若要得到高含量的產品還需要精製。催化劑中含有高 揮發性的質子酸，使得催化劑的回收成為了重要難題。專利申請 EP0850937A1中，提到用水萃取反應後的催化劑相，再將水相濃縮， 得到的催化劑溶液在20-20(TC被返回到反應中實現了催化劑的重複 利用。但缺點是滷化鋅混合物需要特殊的泵來輸送，在濃縮滷化鋅時，高揮發性的鹽酸存在損失，鹽酸的量需要不斷的補加。JP56073081 (1981)中也提到以HC1與卣化鋅為催化劑，生育酚 與乙酸酐為原料合成生育酚醋酸酯。反應能夠在較低的溫度10-30°C 下進行，0.5-2h即可達到平衡點，但反應所用的乙酸酐過量，給產物 的提純帶來麻煩。上述由三甲基氫醌或三甲基氫醌酯與異植醇縮合，進一步酯化得 到的生育酚醋酸酯屬於合成產物，生物活性低，所使用的催化劑都是 化學催化劑。報導的酸性、鹼性催化劑酯化天然生育酚得到的生育酚 酯產品雖然是高品質的酯。但是由於催化劑的酸鹼性和底物酸酐的過 量，需要中和、洗滌，這樣會造成大量的廢水，帶來環境汙染問題。 此外，還有工藝複雜，產品不易分離、有毒副產物多、在工業上很難 實現連續生產的缺點。 發明內容本發明克服了上述缺點，提供了 一種脂肪酶催化合成天然生育酚 酯的方法。該方法的轉化率高，最高可達到95%。並且，還具有以下優點反應溶劑無毒，酶用量少，脂肪酶與反應溶劑均容易與產物分離，有利於連續化生產以及酶和溶劑的回收和再次利用。該合成方法由以下步驟依次進行A. 將天然的生育酚和一種不飽和的羧酸酯，按兩者摩爾比在l: 1~1: 5的範圍，加入到反應媒體有機溶劑中，反應以脂肪酶作催化劑，在20 6(TC的條件下，反應48-72小時；在反應開始時加入吸水劑，吸水劑的用量是生育酚質量的7倍；脂肪酶的用量是生育酚質量 的0.5倍；B. 反應結束後，用過濾的方法將脂肪酶和吸水劑從反應液中分離出來；C.在6(TC蒸餾分離後的反應液，蒸出反應媒體有機溶劑，得到產物天然生育酚酯。不飽和羧酸酯為鏈長C4~C18的不飽和羧酸酯，具體地說，可以 是乙烯醋酸酯、乙烯月桂酸酯、乙烯棕櫚酸酯、丙烯醋酸酯、丙烯月 桂酸酯或丙烯棕櫚酸酯。所述的脂肪酶是游離的青黴脂肪酶、假絲酵母脂肪酶和酯酶以及 通過載體將上述酶固定化後的酶。所述的載體為紡織品或樹脂，具體可以是膜、布和顆粒狀樹脂， 紡織品可以是棉布。所述的天然生育酚為a、 P、 y、 S、 e、 U、 4 2、 q生育酚 或其組合。所述的反應媒體有機溶劑為LogP=2.0~4.0的有機溶劑。具體地 說，可以是正己烷、環己烷、石油醚、正庚烷或其組合物。所用的吸水劑為分子篩、變色矽膠以及具有孔狀結構的球型吸水 劑。分子篩具體可以是4A、 5A分子篩，13X分子篩。本發明在有機溶劑中完成的酯化反應方程式為酶活的定義為4(TC條件下，pH8.0的磷酸緩衝溶液中水解橄欖 油，每分鐘釋放出lpmol脂肪酸的酶量為一個酶活單位。本發明所用 脂肪酶的酶活單位為250-10000 U/g。本發明的優點如下(1) 所用的催化劑脂肪酶為綠色催化劑，與傳統的化學催化劑 相比具有環境友好的特點。(2) 反應的底物之一不飽和羧酸屬於常用的有機溶劑，毒性小， 易於分離。(3) 脂肪酶的固定，防止了游離酶中的酶分子在有機溶劑中的 聚集作用，提高了酶分子的擴散效果，增大了催化面積。(4) 固定化的脂肪酶容易與底物以及產物分離，而且酶的壽命 較長，可以重複利用和連續化生產。(5) 反應過程中加入分子篩等吸水劑既起到吸附體系中水的作 用，也起到促進反應發生的作用，大大提高了轉化率。(6) 所得的產品天然生育酚酯在食品、藥品、化妝品、保健品 等領域中均有重要作用。
具體實施方式
實施例1將兩種底物0.43g (lmmol)天然a生育酚與0.185ml(2mmol)乙 烯醋酸酯加入到反應媒體10ml含水量為0.5%的石油醚中，反應以 0.02g游離假絲酵母脂肪酶(10000U/g)為催化劑。在溫度4(TC條件 下，搖床振蕩(180r/min)，反應72h反應轉化率達50.00%。反應完 成後，室溫靜置，過濾分離游離的脂肪酶。反應液在0.05-0.08的MPa 真空度下蒸出有機溶劑，得到產品天然生育酚酯。實施例2操作步驟同實施例l，不同之處在於催化劑由游離的假絲酵母脂肪酶改為青黴脂肪酶，轉化率為45.21%。 實施例3將兩種底物0.43g Ummol)天然a生育酚與0.185ml(2mmol)乙烯醋酸酯加入到反應媒體10ml含水量為0.5%的石油醚中，反應以 0.2g紡織物棉布固定化的脂肪酶(250U/g)為催化劑。在溫度40°C 條件下，搖床振蕩(180r/min)，反應72h反應轉化率達91.03%。取 出固定化脂肪酶，反應液經過過濾後，在0.05^O.08MPa的真空度下蒸出有機溶劑，得到產品天然生育酚酯。 實施例4操作步驟伺實施例2，不同之處在於固定化載體由紡織物棉布 改為顆粒狀樹脂，轉化率為85.01%。 實施例5操作步驟同實施例2，不同之處在於石油醚溶劑改為正己垸溶 劑，轉化率為85.76%。 實施例6操作步驟同實施例2，不同之處在於石油醚溶劑改為環己垸溶 劑，轉化率為75.01%。 實施例7操作步驟同實施例2，不同之處在於石油醚溶劑改為正庚烷溶 劑，轉化率為84.21%。 實施例8將兩種底物0.43g (lmmol)天然a生育酚與0.185ml(2mmol)乙烯醋酸酯加入到反應媒體10ml含水量為0.5%的石油醚中，反應以 0.2g紡織物棉布固定化的脂肪酶(250U/g)為催化劑。反應開始時向 體系中加入3g型號為5A的分子篩，在溫度4(TC條件下，搖床振蕩 (180r/min),反應72h反應轉化率達95.06%。取出固定化脂肪酶和 分子篩，室溫靜置，反應液過濾後，在0.05M).08MPa的真空度下蒸 出有機溶劑，得到產品天然生育酚酯。 實施例9操作步驟同實施例8,不同之處在於5A分子篩改為4A分子篩， 轉化率為85.01%。 實施例10操作步驟同實施例8，不同之處在於5A分子篩改為13X分子 篩，轉化率為93.85%。 實施例11操作步驟同實施例8，不同之處在於5A分子篩改為變色矽膠， 轉化率為91.07%。 實施例12將底物0.43g (lmmol)天然a生育酚與0.5ml(2mmol)乙烯月桂 酸酯加入到反應媒體10ml含水量為0.5%的石油醚中，反應以0.2g 紡織物棉布固定化的脂肪酶(250U/g)為催化劑。在溫度4(TC條件 下，搖床振蕩(180r/min)，反應72h，轉化率為70.71%。實施例13將底物0.43g (lmmol)天然a生育酚與0.675ml(2mmol)乙烯棕 櫚酸酯加入到反應媒體10ml含水量為0.5%的石油醚中，反應以0.2g 紡織物棉布固定化的脂肪酶(250U/g)為催化劑。在溫度4(TC條件下，搖床振蕩(180r/min)，反應72h，轉化率為62.54%。 實施例14將0.43g混合生育酚濃縮液，其中含有ci、 P、 y、 S生育酚， 與0.185mK2mmol)乙烯醋酸酯一起加入到10ml含水量為0.5%的石油 醚中，反應以0.2g紡織物棉布固定化的脂肪酶(250U/g)為催化劑。 在溫度4(TC條^f牛下，搖床振蕩(180r/min)，反應72h，四種生育酚的 轉化率都達90.00%。以上對本發明所提供的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法進 行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進 行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核 心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內 容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1. 一種脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其特徵在於，由以下步驟依次進行A.將天然的生育酚和一種不飽和的羧酸酯，按兩者摩爾比在1∶1～1∶5的範圍，加入到反應媒體有機溶劑中，反應以脂肪酶作催化劑，在20～60℃的條件下，反應48-72小時；在反應開始時加入吸水劑，吸水劑的用量是生育酚質量的7倍；脂肪酶的用量是生育酚質量的0.5倍；B.反應結束後，用過濾的方法將脂肪酶和吸水劑從反應液中分離出來；C.在60℃蒸餾分離後的反應液，蒸出反應媒體有機溶劑，得到產物天然生育酚酯。
2. 根據權利要求1所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其特徵在於所述的不飽和的羧酸酯為鏈長C4 d8的不飽和羧酸酯。
3. 根據權利要求2所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其特徵在於所述的不飽和的羧酸酯是乙烯醋酸酯、乙烯月桂酸酯、乙烯棕櫚酸酯、丙烯醋酸酯、丙烯月桂酸酯或丙烯棕櫚酸酯。
4. 根據權利要求1所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法,其特徵在於所述的脂肪酶是游離的青黴脂肪酶、假絲酵母脂肪酶和 酯酶以及通過載體將上述酶固定化後的酶。
5. 根據權利要求4所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其特徵在於所述的載體為紡織品或樹脂。
6. 根據權利要求1所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其特徵在於，所述的天然生育酚為a、 P、 Y、 S、 e、 ；1、 ；2、n生育酚或其組合。
7. 權利要求1所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其 特徵在於所述的反應媒體有機溶劑為LogP=2.0 4.0的有機溶劑。
8. 權利要求1或7所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法， 其特徵在於所述的反應媒體有機溶劑為正己垸、環己垸、石油醚、 正庚垸或其組合物。
9. 權利要求1所述的脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法，其 特徵在於所用的吸水劑為分子篩、變色矽膠以及具有孔狀結構的球型吸水劑。
全文摘要
本發明公開了一種脂肪酶催化合成天然生育酚酯的方法。該方法採用脂肪酶催化合成天然生育酚酯。將天然的生育酚和一種不飽和的羧酸酯，按兩者摩爾比在1∶1～1∶5的範圍，加入到反應媒體有機溶劑中，反應以脂肪酶作催化劑。在20～60℃的條件下，反應48-72小時，天然生育酚的酯化率最高可達95％。脂肪酶的用量是生育酚質量的0.5倍，脂肪酶的固定以紡織品或樹脂等為載體。與目前工業中使用化學催化劑的方法相比，本發明具有反應條件溫和，能耗低，產品分離簡單，有毒害的副產物少等優點。
文檔編號C12P17/06GK101240303SQ200710063579
公開日2008年8月13日 申請日期2007年2月5日 優先權日2007年2月5日
發明者芳 王, 聶開立, 譚天偉, 利 鄧, 龔學兵 申請人:北京化工大學