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脂肪酶催化猪油合成L-抗坏血酸脂肪酸酯

作　者: 张宇
导　师: 陆兆新
学　校: 南京农业大学
专　业: 食品科学
关键词: 固定化脂肪酶 L-抗坏血酸脂肪酸酯响应曲面法填充床反应器分离纯化表面活性
分类号: TS221
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国有着丰富的猪油资源,但由于其熔点比较高,进入人体之后难以消化吸收,而且主要组成脂肪酸均为长链脂肪酸,所提供的热量相当高,使得这种油脂资源的利用程度逐渐下降。如何充分利用猪油这种可再生的廉价资源,增加利用价值,将成为畜产深加工领域的一个重要课题。鉴于此,本研究拟采用微生物来源的脂肪酶作为催化剂,以动物油脂作为底物,在非水体系中酶催化合成L-抗坏血酸脂肪酸酯,开发出一种高附加值的营养型表面活性剂,为绿色食品添加剂的开发提供理论依据。主要研究内容如下：1.研究了非水体系中脂肪酶催化复合脂肪酸甲酯与L-抗坏血酸制备L-抗坏血酸脂肪酸酯的工艺条件。采用溶剂设计的方法,通过加入助溶剂有效地解决了反应副产物甲醇对脂肪酶催化活性的抑制,提高了L-抗坏血酸转化率。同时可以通过加入不同比例助溶剂改变混合溶剂的logP值,为酶催化提供适宜的反应微环境。在所选择的脂肪酶中,固定化脂肪酶Novozyme435的催化效果最好。研究了加酶量、反应时间、反应温度和底物比率对反应的影响。确定了最佳反应条件是：固定化酶Novozyme435作为催化剂,反应介质为30%叔戊醇(t-pentanol):70%异辛烷(isooctane),酶用量为10%,底物比率1：10(L-抗坏血酸/复合脂肪酸甲酯),反应温度55℃,反应时间24h。在此条件下,L-抗坏血酸的转化率可以达到52.7%土2.8%。2.在单因子实验的基础上,采用响应曲面法对反应条件(底物比率、酶量、反应温度和反应时间)进行了优化。通过回归分析,建立了底物比率、酶量、反应温度和反应时间的二次多项式数学模型,并对该模型进行了显著性检验和有效性检验。最终结果表明,在底物摩尔比率1：10.16(L-抗坏血酸/复合脂肪酸甲酯),酶用量为15.70%,反应温度54.50℃,反应时间32.16h的反应条件下可以获得最佳的L-抗坏血酸转化率为71.03%士2.16%,与单因子实验相比提高了近20个百分点,并且证明了这一模型在因子水平范围内是有效的。3.初步研究了填充床反应器中底物摩尔比、反应液流速和循环反应时间对L-抗坏血酸转化率的影响,结果发现：在复合脂肪酸甲酯与L-抗坏血酸的比率为8：1,反应液流速设定为0.5ml/min时,L-抗坏血酸的转化率最高。对产物的分离纯化方法进行了比较,综合各种因素,笔者建议采用有机溶剂萃取的方法进行产物的纯化。在得到产物纯品的基础上,对产品进行了红外光谱和核磁共振分析,进一步确定了分离纯化所得到白色粉末就是L-抗坏血酸脂肪酸酯。通过对L-抗坏血酸脂肪酸酯表面活性的测定,发现其CMC值为0.1mmol/L,HLB值为3.2,乳化能力较好,而且在较高温度下没有观察到浊点,这说明L-抗坏血酸脂肪酸酯在较高温度下仍能够使用。在软冰淇淋实际应用中发现,L-抗坏血酸脂肪酸酯的乳化稳定性优于单甘脂和Span60,但是其对于冰淇淋膏体中冰晶形成的影响不如单甘脂。总体而言,单甘脂作为一种成熟的乳化剂,其综合性能最优,而L-抗坏血酸脂肪酸酯的乳化性能与其相差不大,Span60在冰淇淋中应用表现最差。

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摘要 7-9ABSTRACT 9-11第一章文献综述 11-27 1.1 前言 11 1.2 L-抗坏血酸脂肪酸酯简介 11-13 1.3 酶法合成L-抗坏血酸脂肪酸酯 13-21 1.3.1 脂肪酶 13-17 1.3.1.1 脂肪酶的来源及其特性 13-14 1.3.1.2 脂肪酶催化中心 14-16 1.3.1.3 脂肪酶的固定化 16-17 1.3.2 反应体系 17-19 1.3.3 酶促反应的主要影响因素 19 1.3.4 填充床反应器的影响因素 19-20 1.3.5 表面活性剂 20-21 1.3.6 酶促法合成L-抗坏血酸脂肪酸酯的研究展望 21 1.4 本论文研究内容、目的及其意义 21-23 参考文献 23-27第2章酶促合成L-抗坏血酸脂肪酸酯工艺条件的研究 27-43 2.1 材料与方法 27-29 2.1.1 材料 27 2.1.2 复合脂肪酸甲酯的制备 27 2.1.3 L-抗坏血酸脂肪酸酯的合成 27-28 2.1.4 L-抗坏血酸脂肪酸酯的HPLC分析 28-29 2.2 结果与分析 29-38 2.2.1 脂肪酶的筛选 29-30 2.2.2 反应体系对反应转化率的影响 30-33 2.2.3 酶量对L-抗坏血酸转化率的影响 33-34 2.2.4 底物比率对L-抗坏血酸转化率的影响 34-35 2.2.5 反应时间对L-抗坏血酸转化率的影响 35-36 2.2.6 反应温度对L-抗坏血酸转化率的影响 36-37 2.2.7 酶的稳定性 37-38 2.3 本章小结 38-40 参考文献 40-43第3章响应曲面法优化L-抗坏血酸脂肪酸酯的工艺条件 43-51 3.1 材料与方法 43-44 3.1.1 材料 43 3.1.2 复合脂肪酸甲酯的制备 43 3.1.3 酯交换反应 43 3.1.4 L-抗坏血酸脂肪酸酯的HPLC分析 43-44 3.1.5 实验设计 44 3.2 结果与分析 44-49 3.2.1 模型拟合的检验 44-46 3.2.2 反应参数的分析 46-47 3.2.3 反应条件的优化和模型验证 47-49 3.3 本章小结 49-50 参考文献 50-51第4章填充床反应器中L-抗坏血酸脂肪酸酯的酶法合成及其纯化 51-63 4.1 材料与方法 51-53 4.1.1 材料 51 4.1.2 复合脂肪酸甲酯的制备 51 4.1.3 填充床反应器连续化合成L-抗坏血酸脂肪酸酯的工艺 51-52 4.1.4 L-抗坏血酸脂肪酸酯的HPLC分析 52 4.1.5 产物的分离纯化 52-53 4.1.5.1 有机溶剂萃取法分离纯化L-抗坏血酸脂肪酸酯 52 4.1.5.2 硅胶柱分离纯化L-抗坏血酸脂肪酸酯 52-53 4.1.6 L-抗坏血酸脂肪酸酯的IR分析 53 4.1.7 L-抗坏血酸脂肪酸酯的NMR分析 53 4.2 结果与分析 53-61 4.2.1 填充床反应器中酶催化L-抗坏血酸脂肪酸酯的合成 53-56 4.2.1.1 不同底物摩尔比对产物转化率的影响 53-54 4.2.1.2 不同流速对反应产物浓度的影响 54 4.2.1.3 循环反应对L-抗坏血酸转化率和产物浓度的影响 54-56 4.2.2 产物的分离纯化 56-58 4.2.2.1 有机溶剂萃取法分离纯化L-抗坏血酸脂肪酸酯 56-57 4.2.2.2 硅胶柱分离纯化L-抗坏血酸脂肪酸酯 57-58 4.2.2.3 两种分离方法的比较 58 4.2.3 产物的IR分析 58-59 4.2.4 产物的NMR分析 59-61 4.3 本章小结 61-62 参考文献 62-63第5章 L-抗坏血酸脂肪酸酯的表面活性及其应用 63-73 5.1 材料与方法 63-64 5.1.1 材料 63 5.1.2 L-抗坏血酸脂肪酸酯表面活性测定 63-64 5.1.2.1 临界胶束浓度的测定 63 5.1.2.2 乳化性能 63 5.1.2.3 浊点的测定 63-64 5.1.2.4 HLB值的测定 64 5.1.3 L-坏血酸脂肪酸酯在软冰淇淋中的应用 64 5.1.3.1 软冰淇淋的制作工艺 64 5.1.3.2 实验方法 64 5.2 结果与分析 64-70 5.2.1 L-抗坏血酸脂肪酸酯表面活性测定 64-66 5.2.1.1 临界胶束浓度的测定 64-65 5.2.1.2 乳化性能的测定 65 5.2.1.3 浊点的测定 65 5.2.1.4 HLB的测定 65-66 5.2.2 L-坏血酸脂肪酸酯在软冰淇淋中的应用 66-70 5.2.2.1 不同乳化剂对冰淇淋黏度的影响 66-67 5.2.2.2 不同乳化剂对冰淇淋膨胀率的影响 67 5.2.2.3 不同乳化剂对冰淇淋硬度的影响 67-68 5.2.2.4 不同乳化剂的乳化稳定性 68-70 5.3 本章小结 70-71 参考文献 71-73全文结论 73-75论文创新点 75-77致谢 77

脂肪酶催化猪油合成L-抗坏血酸脂肪酸酯

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