簡介
糖酯是一類非離子型生物表面活性劑, 廣泛套用於食品、醫藥、化妝品行業, 部分糖酯及其衍生物還具有抗腫瘤和抗菌活性。在糖酯傳統合成方法中, 存在著糖類易焦化、區域選擇性差、有機溶劑殘留、酶易失活等問題。
化學合成
糖酯可製成HLB值為1~15的產品，單酯含量多以及引入的烷基鏈愈短則其HLB值愈高，水溶性愈好。隨脂肪酸碳鏈增加，非極性增加，使單糖酯熔點降低。糖酯有較低的cmc 和較好的降低表面張力的能力，起泡性差，生物降解性好，可用作低泡沫洗滌劑及食品和醫藥的乳化劑。
糖酯化學合成法通常在高溫、高壓下進行, 反應條件苛刻, 糖酯產品顏色較深, 有機溶劑殘留限制食品醫藥領域套用。糖環上羥基眾多, 糖環上的醯基容易發生分子內的遷移, 反應區域選擇性差, 易產生副產物, 產物難於分離, 成本提高。糖酯生物合成法是指游離或固定化的酶或細胞, 將底物轉化為糖酯的過程。1986年Klibanov等首先開展有機相中酶催化合成糖酯研究, 得到6-O-醯基葡萄糖酯。酶法催化效率高, 催化位點專一性, 反應條件溫和, 已經成了研究熱點。
早期的糖酯生物合成主要在有機溶劑體系中進行, 由於多數有機溶劑具有一定毒性, 溶劑殘留影響糖酯的品質。段岢君等以月桂酸和木糖為原料, 脂肪酶催化合成月桂酸木糖酯, 考查有機溶劑對酯化率的影響, 氯仿和異丙醇體系中酯化率最高, 分別達到了83.22%和70.7%。曾文恬以南極假絲酵母脂肪酶 (Candida antarctica lipase B) 為催化劑、葡萄糖和棕櫚酸乙烯酯為原料, 在離子液體中合成葡萄糖棕櫚酸酯。韓萍芳等以甲乙酮作為反應溶劑以4A分子篩吸附去除副產物水 (甲乙酮-分子篩體系) , 游離脂肪酸和游離果糖為底物酶催化台成糖酯, 果糖的轉化率是97.5%。胡佳文在叔丁醇中以Candida sp.99-125脂肪酶催化山梨醇脂肪酸酯的合成, 轉化率39%。
有機溶劑中的糖酯生物合成, 極性有機溶劑易導致酶失活, 非極性有機溶劑又難溶解糖類化合物, 採取複合溶劑、添加增溶劑、糖修飾法等方法能改善此類情況。王海玲等以正己烷與丁酮組成的混合溶劑體系, 以Novozym 435固定化酶為催化劑, 以果糖和棕櫚酸為反應底物合成糖酯產物轉化率達85%。苯基硼酸增溶法是指引入苯基硼酸與糖縮合, 提高糖的溶解度和反應的專一性, 從而提高糖酯的產率。高紅霞等研究表明苯基硼酸的引入對單糖和中等鏈長脂肪酸的酯化率提高有顯著效, 對二糖和長鏈脂肪酸酯化率的提高影響較小。而離子液體既能保持酶良好的催化活性, 又對糖類化合物具有較好的溶解性, 被人們越來越關注
反應條件
反應溫度
使用脂肪酶催化糖酯合成, 要得到目標產物和可觀的轉化率, 就必須有效合理地控制反應條件。溫度是影響脂肪酶催化糖酯合成反應的重要因素。它影響著酶的穩定性, 底物和產物的溶解度, 反應速率以及反應平衡的位置。以用Novozym 435做催化劑的反應為例, 當反應溫度低於30℃時, 底物的溶解度和產物轉化率都很低;在相同條件下, 當溫度大於70℃時酶的活力已基本喪失。
水分活度
在脂肪酶催化糖酯合成的反應中, 非水相反應體系的水分活度也是一個需要重點考慮的因素。雖然酯的合成並不需要水, 但脂肪酶需要微量的水來維持它的穩定性和催化活力。水也是酯化反應的產物之一, 水的積累會造成反應平衡向酯水解的方向移動。控制反應體系中的水活度有很多方法。可以通過將反應溶劑不斷流出, 將其蒸餾回收, 來除去多餘, 也可以用全蒸發和微波輻射的方法。實驗室常用已知水活度的飽和鹽溶液和添加分子篩的方法來控制水活度。已知濃度的飽和鹽溶液既可以調整反應前的初始水活度, 也可以通過一個矽膜不斷地接觸反應介質來控制反應過程中的水活度。4A分子篩比沸石和3A分子篩能夠有效去除多餘的水, 但分子篩的添加會引起二酯的生成。
