论文部分内容阅读
阿魏酰基甘油酯（FGs）是阿魏酸（FA）与甘油通过酰基键结合的水溶性阿魏酸衍生物，是具有紫外吸收特性和抗氧化性的天然活性物质，在精细化工、食品、医药、保健品和化妆品等行业具有巨大的应用潜力。本文主要从FGs的合成、选择性分离纯化以及其酯交换特性方面进行了研究。在离子液体[BMIM]PF6中脂肪酶催化阿魏酸乙酯（EF）和甘油的酯交换反应合成FGS，该FGS产品是由单阿魏酰基甘油酯（FG）和二阿魏酰基甘油酯（DFG）组成。研究了不同反应参数对该生物催化过程的反应特性及产物选择性的影响。通过响应面（RSM）研究确立了EF转化率与FG和DFG产率的模型，并通过实验值和预测值较好的一致性，验证了该模型的准确性；合成FG的优化条件为：反应温度87.1℃，底物比1:1（甘油/EF，mol/mol），加酶量68.5mg/mL，反应时间8.6h，在此条件下得到了最大的EF转化率（98.26±1.05％）和FG产率（63.72±1.26％）；合成DFG的优化条件为：反应温度90.6℃，底物比0.62（甘油/EF，mol/mol），反应时间13.4h，在此条件下得到了最大的EF转化率（99.24±0.61％）和DFG产率（78.80±2.09％）。根据阿伦尼乌斯定律，推算出酯交换形成FG和DFG及水解形成FA的反应活化能（Ea）分别为40.16kJ/mol，31.43kJ/mol和85.38kJ/mol；反应动力学符合EF、甘油双底物抑制Ping-Pong Bi–Bi反应机制，反应的动力学参数Vmax、KMA、KMB、KiA和KiB分别为12.01mol/(L·min)、0.23mol/L、0.42mol/L、1.20mol/L和0.48mol/L，底物EF为此反应中的主要底物。从离子液体[BMIM]PF6体系酶促EF与甘油的酯交换产物中选择性富集纯化FG，研究了不同的萃取剂（水、乙酸、乙醇、20％乙醇、40％乙醇、异丙醇和氯仿）和提取条件对FG选择性富集的影响。富集FG的优化条件为：中性常温去离子水作为萃取剂，震荡萃取6min，相对离心力1795g，离心6min，体积比0.5，萃取8次；在此条件下FG萃取率可以达到98.23±1.09％，得到纯度为94.50±1.59％的FG；提取热力学表明FG萃取富集是一个放热过程，亲水性相互作用是富集FG的主要驱动力；此外，FG在280-360nm的紫外线区具有良好的吸收性能，在325nm有最大吸收。通过研究离子液体体系中Novozym435催化FG与单油酸甘油酯（GMO）和双硬脂酸甘油酯（GDS）的酯交换反应规律，结果表明，离子液体种类和结构对FG转化率和产物选择性均存在显著影响，且在长碳链疏水性离子液体中的反应效果较好；提高温度可促进FG的转化，且高温下有利于脂溶性阿魏酰基脂肪酰基结构脂（FAGs）的生成；增加加酶量可提高FG的转化率，促进阿魏酰基二脂肪酰基结构脂（FDAGs）的形成，不利于阿魏酰基单脂肪酰基结构脂（FMAGs）的生成；FG与GMO、GDS的底物比对产物选择性影响显著；FG与GMO、GDS反应中FG转化反应的Ea分别为30.87kJ/mol、74.93kJ/mol，酯交换反应生成FAGs的反应Ea分别为37.16kJ/mol、92.87kJ/mol，水解生成DFG的反应Ea分别为21.45kJ/mol、61.85kJ/mol；不同阿魏酰基受体对FG酯交换反应的影响显著，且FG酯交换反应为Ping-Pong Bi-Bi反应机制，并提出FG与不同阿魏酰基受体酯交换的反应步骤。采用功能性离子液体[BSO3HMIM]TS、[PSO3HMIM]TS、[BSO3HMIM]OTF、[BSO3HMIM]HSO4、[HMIM]HSO4、[BMIM]OH、[BMIM]FeCl4、[BMIM]FeCl4和无机酸H2SO4、对甲苯磺酸催化EF和甘油酯交换反应合成FG。[BSO3HMIM]TS具有较好的催化效果，在响应面优化工艺条件（离子液体用量13.92%（w/w，以所有反应底物重量为基准），甘油/EF摩尔比为12.88:1，反应温度79.4℃，反应时间11.19h）下，EF转化率高达98.05±1.71%，FG产物的选择性达到91.42±1.18%；反应活化能Ea为65.91kJ/mol；并推测出反应的电离质子氢亲核催化机理。