山梨醇月桂酸酯的酶法制备工艺研究

张 灏彭冬梅金 冲何冰芳

(南京财经大学食品科学与工程学院江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室1，南京 210003)

(南京工业大学制药与生命科学学院2，南京 210009)

山梨醇月桂酸酯的酶法制备工艺研究

张 灏1彭冬梅1金 冲1何冰芳2

(南京财经大学食品科学与工程学院江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室1，南京 210003)

(南京工业大学制药与生命科学学院2，南京 210009)

研究了以山梨醇和月桂酸为原料，在固定化脂肪酶的催化下合成山梨醇月桂酸酯的反应。通过考查原料配比、酶的用量、溶剂(丙酮)的用量、反应温度及时间等因素对反应的影响，确定了最佳反应条件为:原料配比山梨醇∶月桂酸为2.0∶1(物质的量比)，反应的溶剂为丙酮，丙酮用量为10 mL/mmol月桂酸，固定化脂肪酶的用量为0.24 g/mmol月桂酸，在60℃下反应72 h，月桂酸的转化率可达到98.2%。当山梨醇月桂酸酯的质量分数为0.06%时，产物的表面张力约为41.5×10－5N/m。

山梨醇 月桂酸 山梨醇 月桂酸酯 固定化 脂肪酶 表面活性剂

山梨醇脂肪酸酯属多元醇脂肪酸酯类非离子型表面活性剂。此类产品作为乳化剂的性能优于基于甘油，聚甘油，山梨聚糖和蔗糖的常规(酯)乳化剂，而且应用更加广泛。因为这些产品无毒且无刺激性，通常能与化妆品和药品相容，特别适用于化妆品和药品，用作乳化剂，促溶剂，分散剂，润湿剂，洗涤剂(也用于清洗农产品);适宜用于食品中，可改善并促进提高食品的品质［1］。另外，山梨醇脂肪酸酯类可以作为低热量的脂肪取代物［2］。

目前，国内对山梨醇脂肪酸酯的制备研究很少。国外报道的山梨醇脂肪酸酯的制备主要采用山梨醇和脂肪酸在脂肪酸碱金属盐为催化剂存在下，在较高的温度(120～190℃)和减压下反应而得［1－2］。在有机溶剂中以脂肪酶作为催化剂的酯化方法已被广泛用于脂肪酸糖(或糖醇)酯的合成［3］。而酶催化合成糖酯具有反应选择性高、反应条件温和、副产物少、产品容易分离纯化等优点。采用脂肪酶对催化山梨醇和月桂酸酸生成山梨醇月桂酸酯的反应进行了研究，并获得了月桂酸的反应转化率达98%的较好结果。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

山梨醇:BR，上海惠兴生化试剂有限公司;脂肪酶Novozym 435:美国Novo公司;月桂酸、丙酮、乙酸乙酯、分子筛:国药集团化学试剂有限公司。

磁力加热搅拌器:常州国华电器有限公司;旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;VAVOVRT 360 FTTR红外光谱仪:美国 Thermo Nicolet公司;Agilent 1100高效液相色谱仪:美国Agilent公司。

1.2 试验方法

1.2.1 山梨醇月桂酸酯的制备

1.2.1.1 合成反应式

注:山梨醇带*的位置都有可能生成酯，包括山梨醇(单)月桂酸酯(主产物)和山梨醇双月桂酸酯(即双酯)。

1.2.1.2 合成方法

在装有搅拌器、温度计、分水器(装有3A分子筛)和回流冷凝管(带干燥管)的四口烧瓶中加入山梨醇醇、月桂酸酸、固定化脂肪酶和溶剂丙酮，搅拌下加热至一定温度，恒温反应数十小时。

停止加热，冷却反应液，滤出固定化脂肪酶。以酚酞作指示剂，用NaOH溶液滴定未反应完的月桂酸。滴定后的反应液用乙酸乙酯萃取山梨醇月桂酸酯，酯层萃取液用水洗至中性，用旋转蒸发仪蒸出溶剂乙酸乙酯并得产品山梨醇月桂酸酯。

1.2.2 分析

1.2.2.1月桂酸转化率的计算方法

式中:m为月桂酸的用量/g;M棕榈酸为月桂酸的相对分子质量;CNaOH为NaOH溶液的浓度/mol/L; VNaOH为滴定消耗的NaOH溶液的体积/L。

1.2.2.2 定性分析

(1)薄层色谱分析

硅胶板，展开剂:甲苯∶乙酸乙酯∶甲醇∶水=10∶4.0∶4.5∶1.0(体积比)，显色剂:碘蒸气。

(2)红外光谱分析

红外测试采用KBr压片法。

(3)质谱分析

质谱条件(MS):离子方式ESI+，ESI－，细管电压3.87 kV，锥孔电压40 V，离子源温度100℃，光电倍增器电压700 V，气体流速4.2 L/h，质量范围200～1200 m/z。

(4)表面张力

按文献［4］的方法测定。

2 结果与讨论

2.1 山梨醇目桂酸酯的制备

以固定化脂肪酶为催化剂，山梨醇与月桂酸反应的影响因素主要包括原料配比、酶的用量、溶剂用量、反应时间等。因此，选择了四因素三水平的正交试验，试验结果如表1所示。

由表1可知，原料配比(山梨醇∶月桂酸)对反应的影响最小。随着酶用量的增加、反应时间的延长及溶剂用量的减少，月桂酸的反应转化率都有所增加，虽然增加的不多，但是仍有升高的趋势。考虑反应原料都是固体，溶剂在本试验条件下已不能再减少，故选择在月桂酸用量为1 mmol，山梨醇用量为2.0 mmol，丙酮用量为10 mL/mmol月桂酸，反应温度为60℃的条件下，改变酶的用量和延长反应时间进行了进一步的试验，试验结果如图1所示。

表1 L9(34)正交试验及极差分析

由图1可见，酶的用量增加有利于加快酯化反应速度，当反应时间达到72 h时，月桂酸的反应转化率都能达到98%以上。综合考虑成本与产率的因素，确定最适宜的酶的用量为0.24 g/mmol月桂酸，反应时间为72 h。

图1 不同酶的用量下时间对反应的影响

2.2 产品表征

2.2.1 波谱测定

2.2.1.1 薄层色谱

图2为展开剂展开后的薄层色谱图，其中a、c为原料展开、显色后的斑点，b为产物展开、显色后的斑点。

图2 原料和产物的薄层色谱图

山梨醇月桂酸酯的MS鉴定:山梨醇(单)月桂酸酯的相对分子质量为386.4，MS图谱中出现387.4峰和751.3峰分别为［M单酯+Na］和［2M单酯+ Na］的质谱信号，569.5峰为［M双酯+Na］的质谱信号，即说明薄层色谱图2中的c1和c2分别为山梨醇单月桂酸酯和山梨醇双月桂酸酯(双酯)。

2.2.1.2 红外光谱分析

山梨醇月桂酸酯的红外光谱测定如图3所示。

图3 山梨醇月桂酸酯的红外光谱图

红外光谱分析显示:在波数为1 725和1 180 cm－1处有酯基的特征吸收峰，说明产品为酯。

2.2.2 皂化值及HLB值

对在原料配比山梨醇∶月桂酸物质的量比为2.0∶1，反应溶剂(丙酮)用量10 mL/mmol月桂酸，酶的用量为0.24 g/mmol月桂酸，在60℃下反应72 h的条件下制得的产品进行皂化值测定的数据是134.8，说明产品为单酯和双酯或多酯的混合物(单酯的皂化值应为109.74)。由此计算产品的HLB值为6.50。

2.2.3 山梨醇月桂酸酯的表面活性作用

配制0.02%～0.1%山梨醇月桂酸酯的水溶液，在20℃下测定其对水溶液表面张力的降低情况，结果如图4所示:

由图4可见，山梨醇月桂酸酯对水溶液的表面张力降低明显。当山梨醇月桂酸酯质量分数为0.04%时，可以使水溶液的表面张力降低30×10－5N/cm。当山梨醇月桂酸酯质量分数为0.06%时，可以使水溶液的表面张力降低至41.5×10－5N/cm，这说明山梨醇月桂酸酯具有较好的表面活性作用。

图4 月桂酸山梨醇酯的质量分数对其水溶液表面张力的影响

3 结论

用固定化脂肪酶催化山梨醇和月桂酸合成山梨醇月桂酸酯的适宜的条件为山梨醇∶月桂酸为2.0∶1 (物质的量比)，酶的用量为0.24 g/mmol月桂酸，丙酮用量为10 mL/mmol月桂酸，在60℃下反应72 h，月桂酸的转化率可达到98.2%。

当山梨醇月桂酸酯的质量分数为0.06%时，其水溶液的表面张力约为41.5×10－5N/m。

［1］Heesen，Jan Gerhard，Kuipers，et al.Method for the preparation of esters of polyalcohols:US 3 951 945［P］.1976－04－20

［2］McGrane，Paul，Borden，et al.Method for the direct esterification of sorbitol with fatty acids:US，7 151 186［P］.2006－12－19

［3］张晓鸣，周建，刘巧瑜，等.有机相脂肪酶催化合成技术在食品及相关领域的应用［J］.食品与生物技术学报，2006，25(1):120－126

［4］孙尔康，徐维清，邱金恒.物理化学实验［M］.南京:南京大学出版社，1997:87.

Synthesis of Lipase－Catalyzed Sorbitol Laurate

Zhang Hao1Peng Dongmei1Jin Chong1He Bingfang2
(Department of Applied Chemistry，Nanjing University of Finance＆Economics，Key Lab of Quality
Control and Further Processing of Cereal＆Oils in Jiangsu province1，Nanjing 210000)
(College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering，Nanjing University of Technology2，Nanjing 210009)

Sorbitol laurate was synthesized from sorbitol and laurel acid in the presence of immobilized lipase.The influencing factors of the reaction，such as formula ratio of raw material，enzyme dosage，solvent dosage，reaction temperature and time，were investigated.Results:The conversion rate of laurel acid reaches 98.2%under such conditions as Novozym 435 lipase dosage 0.24 g/mmol laurel acid，the molar ratio of sorbitol to laurel acid 2.0∶1，solvent dosage acetone 10 mL/mmol laurel acid，and reflux reaction at 60℃ for 72 h.The surface tension of the aqueous solution of sorbitol laurate at concentration 0.06%is about 41.5×10－5N/m.

sorbitol，laurel acid，sorbitol laurate，immobilized lipase，surfactant

TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1003－0174(2010)11－0066－04

973计划(2009CB724700)，863计划(2007AA02Z210)

2009－10－27

张灏，女，1957年出生，副教授，食品添加剂