脂肪酶催化糖酯合成反应的研究进展1.doc

脂肪酶催化糖酯合成反应的研究进展摘要: 脂肪酶催化糖酯的合成通常是在低水活度的有机溶剂中进行的,以使反应朝着合成方向而不是水解方向进行。这篇综述主要讨论了在非水介质中脂肪酶催化糖酯合成的各种影响因素, 主要有底物( 糖和脂肪酸) 的性质和浓度的影响;溶剂的影响;水活度的影响;温度的影响。关键词:糖酯脂肪酶温度水活度非水介质 1 前言糖酯是一类无臭,无味,无刺激性,易被生物降解的非离子表面活性剂。这些特性使其在食品, 化工, 医药等领域具有极其诱人的应用前景。糖酯是通过糖和脂肪酸的酯化反应形成的,反应方程式如下: 在工业生产中, 在化学催化剂的作用下, 可以通过酯交换反应来合成糖酯。但是, 这个反应需要 100 的温度和低压的环境。而且催化反应的选择性差, 有很多的副产物合成, 包含有不同程度酯化和酰化的异构混合物。整个合成反应的条件苛刻, 产物需要困难的多步分离。酶法合成克服了上述缺点, 反应条件温和, 由于酶具有高度的立体选择性,区域专一性,和位置选择性,可以合成光学纯的糖酯;产品易于纯化, 色泽浅; 耗能少, 设备投资小, 对环境无污染, 产品质量好,产量高。糖酯的合成既可以通过酶法合成,也可以通过化学方法合成。综合各种因素来看,酶法合成有着更显著的优势。这篇综述主要总结了在脂肪酶合成糖酯过程中,脂肪酶,温度, 溶剂,水活度,反应物对于合成反应的影响。 2 脂肪酶脂肪酶主要存在于植物种子, 动物肝脏和微生物中。脂肪酶通常在水相中催化甘油酯水解为甘油和脂肪酸, 但是在非水介质中可以催化糖酯的合成。不同种类的脂肪酶氨基酸序列可能有较大的差别, 但是具有相似的三维构象(相似的折叠方式和活性中心) 。脂肪酶仅仅在疏水溶剂和水溶液的界面之间是有活性的,这与它的活性中心的构象有关。脂肪酶拥有亲核试剂—组氨酸—酸式残基组成的三元集团, 这个三元集团是 Ser-His-Glu 或者 Ser-His-Asp 。脂肪酶的活性中性被一个螺旋片段所包围( 又称为“盖子结构域”), 使得脂肪酶的活性中心不易被溶剂和底物接近。“盖子”的外表面是相对亲水的,而催化部位的内表面是相对疏水的。因为脂肪酶与油/ 水界面的缔合作用, 使盖子打开, 活性部位得以暴露, 使得底物和脂肪酶的结合能力增强, 此时底物就很容易进入到疏水性的通道和活性部位结合,形成酶—底物复合物。 Uppenberg 等用 X—射线研究了来自 antarctica 假丝酵母的脂肪酶,证明了 Ser-His-Asp 活性中心的螺旋盖状结构的存在,界面活化现象可以激发盖子的开启,从而使活性中性暴露。不同的脂肪酶盖子结构是不一样的,这会影响到脂肪酶的活性, 区域选择性, 立体选择性。脂肪酶的稳定性和催化活性取决于它的三维构象,脂肪酶的水化状态也会影响到它的催化活性和稳定性。由于脂肪酶的价格昂贵, 在合成糖酯的过程中, 总是使用固定化的脂肪酶, 对脂肪酶进行再生或者再利用。酶的固定化在一定程度上保护酶免受有机溶剂的钝化,也可以防止酶分子在有机溶剂中的聚集。同其他的酶类一样, 脂肪酶的固定化也可以采用吸附法, 交联法, 共价法, 包埋法。使用分子沉淀法进行酶分子的自由组装, 成为酶固定化的一种新技术。 3 底物在脂肪酶催化糖酯合成反应中的底物是糖和脂肪酸。不同种类的脂肪酶对于同一种底物具有不同的催化效率。同一种脂肪酶对于不同的底物也展现出不同的催化效率。一些脂肪酶对于长链脂肪酸有较高的选择性, 而另一些对于短链的脂肪酸有较高的选择性。总之, 底物的不饱和度, 支链, 碳链的长度, 离子化都会影响到脂肪酶的选择性和活性。两个反应底物的摩尔比也会显著影响到酯化反应。这是因为在反应介质中一个底物的溶解度会受到另一个底物溶解度的影响, 另一个底物的解体会造成反应介质极性的变化。在葡糖糖的酯化反应中,脂肪酸浓度保持不变的时候, 提高葡糖糖的浓度起初促进反应。当反应的摩尔比达到 1:1 的时候转化率达到最高, 进一步提高葡萄糖的浓度会降低产率。在果糖的酯化过程中,增加多余的脂肪酸短链有助于酯化反应, 增加多余的脂肪酸长链能够降低转化速率。主要是由于脂肪酶催化部位的饱和度造成的, 因为大量的脂肪酸长链能够抑制果糖靠近活性部位。在血糖反应中, 在混合物中增加增加饱和的长链脂肪酸会显著提高产量。脂肪酸和血糖的最佳摩尔比接近 3:1 。相比之下,在血糖反应中降低脂肪酸链的长度会减少产量。在果糖和脂肪酸等摩尔混合物中提高脂肪酸链的长度可以提高转化率,但是脂肪酸和糖的摩尔比提高会导致转化率的降低。糖往往难溶于非极性的有机反应介质, 为了提高溶解性, 极性较弱的糖类衍生物已被用作底物。高度极性的非水相有机溶剂, 可以用于在酯化反应中提高反应物的溶解度。在酯化反应中产物的浓度会影响到反应物的溶解度。产物的积累会抑制酯化反应的