無溶劑體系中生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法
2023-07-09 08:20:46
專利名稱：無溶劑體系中生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法
技術領域：
本發明屬於生物催化與生物合成領域，涉及一種在無溶劑體系中生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法。
背景技術：
魔芋葡甘聚糖(KGM)是一種來源於植物魔芋的聚多糖，在我國來源非常豐富，是可再生資源。它具有優良的生物相容性、可生物降解性和獨特的理化性質。研究已發現KGM及其衍生物在醫藥和預防醫學、化工、紡織、石油鑽探、環保、新材料、生物工程等領域中都具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。KGM的醯化產物可根據其結構的不同而具有不同的物化性質和生物活性，可用作綠色化學品(如表面活性劑、抗菌試劑等)，以及具有生物相容性或生理活性的外科敷料、藥物緩釋劑、體內糖和膽固醇吸附劑等。
目前KGM醯化衍生物的製備都是採用化學方法，一般用鹼作為催化劑。化學方法製備葡甘聚糖酯，能耗大、選擇性差、易產生副產物且產物難分離；並且由於反應過程中使用大量有機溶劑和催化劑，一方面會帶來較嚴重的環境汙染問題，另一方面產物中常殘留一些有毒的化學物質而難於應用在化妝品、食品和醫藥工業上。因此，研究開發葡甘聚糖酯的製備新工藝具有重大的實際意義。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術工藝存在的問題，提供一種無溶劑體系生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法。其反應條件溫和、能耗少、產率高、選擇性好、副產品少以及產物易分離。同時由於採用無溶劑體系，反應過程環境友好，產品安全。
本發明的無溶劑體系生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法是採用無溶劑體系，以脂肪酸酯為醯基供體，利用脂肪酶催化魔芋葡甘聚糖進行醯化反應，合成得到魔芋葡甘聚糖酯。
本發明的方法更詳細地包括如下步驟(1)水活度為0.11～0.97的魔芋葡甘聚糖和脂肪酸酯混合併加熱至30～70℃(2)按脂肪酶與魔芋葡甘聚糖的用量之比為200～4000U/g的比例加入同樣水活度的脂肪酶，反應6～24小時後，分離得到魔芋葡甘聚糖酯。
所述水活度的控制方法可以採用本領域通用的方法，例如飽和鹽溶液氣相平衡法、高水合物/低水合物平衡法等。
所述脂肪酶來源於Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucor miehei或Mucor miehei。
所述脂肪酸酯的碳鏈長度為C2～C18。
為了反應完全，第(2)步中，在振蕩速度為100～250rpm的條件下反應。
第(2)步中，分離魔芋葡甘聚糖酯方法如下反應混合物經過濾除去脂肪酶，再在3000～6000rpm轉速下離心5～10分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥即得魔芋葡甘聚糖酯。
本發明與現有的技術相比具有如下的優點1、採用高效的生物催化劑脂肪酶來催化魔芋葡甘聚糖酯的製備，克服了傳統化學方法效率低的缺點；2、酶催化反應具有高度選擇性，因而產物葡甘聚糖酯的純度高；而傳統的化學方法製備的葡甘聚糖酯，由於反應的選擇性較差，副產物較多，故產物的純度低；3、由於採用無溶劑體系，克服了傳統化學方法使用大量有機溶劑作為反應介質的缺點，因而反應產品具有較高的安全性。
4、反應條件溫和、環境友好、反應過程簡單易控、產物易分離。
具體實施例方式
實施例1把水活度為0.11的0.5g魔芋葡甘聚糖、200U來源於Candida antarctica的脂肪酶和6ml乙酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於30℃、100rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應6h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.38的魔芋葡甘聚糖乙酸酯。
實施例2把水活度為0.33的0.5g魔芋葡甘聚糖、1000U來源於Candida antarctica的脂肪酶和6ml丁酸乙酯放入具塞三角瓶中，置於60℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應24h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.25的魔芋葡甘聚糖丁酸酯。
實施例3把水活度為0.54的0.5g魔芋葡甘聚糖、4000U來源於Candida antarctic的脂肪酶和6ml月桂酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於50℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應6h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.65的魔芋葡甘聚糖月桂酸酯。
實施例4把水活度為0.97的0.5g魔芋葡甘聚糖、3000U來源於Candida antarctica的脂肪酶和6g硬脂酸乙烯酯裝入具塞三角瓶中，置於70℃、250rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應12h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08Mpa)即得到取代度為0.69的魔芋葡甘聚糖硬脂酸酯。
實施例5把水活度為0.84的0.5g魔芋葡甘聚糖、3000U來源於Candida antarctica的脂肪酶和6ml乙酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於50℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應24h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度0.72的葡甘聚糖乙酸酯。
實施例6把水活度為0.84的0.5g魔芋葡甘聚糖、1,000U來源於Thermomyceslanuginosus的脂肪酶和6ml乙酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於40℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應6h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.47的魔芋葡甘聚糖乙酸酯。
實施例7把水活度為0.84的0.5g魔芋葡甘聚糖、4,000U來源於Thermomyceslanuginosus的脂肪酶和6ml月桂酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於50℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應6h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.57的魔芋葡甘聚糖月桂酸酯。，實施例8把水活度為0.54的0.5g魔芋葡甘聚糖、2000 U來源於Rhizomucormiehei的脂肪酶和6ml乙酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於40℃、200rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應15h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.61的魔芋葡甘聚糖乙酸酯。
實施例9把水活度為0.97的0.5g魔芋葡甘聚糖、4000U來源於Rhizomucormiehei的脂肪酶和6ml乙酸乙酯放入具塞三角瓶中，置於50℃、100rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應15h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.41的魔芋葡甘聚糖乙酸酯。
實施例10把水活度為0.11的0.5g魔芋葡甘聚糖、1488U來源於Mucor miehei的脂肪酶和6ml乙酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於30℃、250rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應20h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.53的魔芋葡甘聚糖乙酸酯。
實施例11把水活度為0.75的0.5g魔芋葡甘聚糖、372U來源於Mucor miehei的脂肪酶和6ml月桂酸乙烯酯放入具塞三角瓶中，置於60℃、250rpm的水浴恆溫振蕩器內振蕩，反應20h後，過濾除去脂肪酶，在4000rpm轉速下離心5分鐘後去除上清液，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥(45℃、0.08MPa)即得到取代度為0.63的魔芋葡甘聚糖月桂酸酯。
權利要求
1.一種在無溶劑體系中生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法，其特徵在於採用無溶劑體系，以脂肪酸酯為醯基供體，利用脂肪酶催化魔芋葡甘聚糖進行醯化反應，製備得到魔芋葡甘聚糖酯。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於把水活度為0.11～0.97的魔芋葡甘聚糖和脂肪酸酯混合併加熱至30～70℃，按脂肪酶與魔芋葡甘聚糖的用量之比為200～4000U/g的比例加入同樣水活度的脂肪酶，反應6～24小時後，分離得到魔芋葡甘聚糖酯。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述脂肪酶來源於Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucor miehei或Mucormiehei。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述脂肪酸酯的碳鏈長度為C2～C18。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於在振蕩速度為100～250rpm的條件下反應。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於分離魔芋葡甘聚糖酯方法如下反應混合物經過濾除去脂肪酶，再在3000～6000rpm轉速下離心5～10分鐘後去除上清夜，所得到的沉澱物經無水乙醇充分洗滌，離心後將沉澱物真空乾燥即得魔芋葡甘聚糖酯。
全文摘要
本發明涉及一種在無溶劑體系中生物催化製備魔芋葡甘聚糖酯的方法。該方法採用無溶劑體系，以脂肪酸酯為醯基供體，利用脂肪酶催化魔芋葡甘聚糖進行醯化反應，製備得到魔芋葡甘聚糖酯。本發明具有反應條件溫和、對環境友好、反應具有選擇性和可控性、反應過程簡單、產物易從反應混合體系中分離的優點。
文檔編號C08B37/02GK1637022SQ200410052498
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月3日 優先權日2004年12月3日
發明者宗敏華, 陳志剛, 丁銳, 李光吉 申請人:華南理工大學