有機(jī)相脂肪酶催化合成乳酸乙酯的研究.pdf

1、乳酸乙酯具有100％生物降解、易循環(huán)使用、無(wú)腐蝕、不致癌和不易揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。它可以取代目前常用的溶劑(丙酮、甲苯和二甲苯等)，從而減少工業(yè)生產(chǎn)的危險(xiǎn)。而且，乳酸乙酯也是白酒的重要風(fēng)味酯。脂肪酶可以催化酯類(lèi)化合物的合成和酯交換，酶催化具有專(zhuān)一性好、反應(yīng)條件溫和以及能耗小等優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)相脂肪酶催化的研究極大地?cái)U(kuò)展了酶的應(yīng)用范圍。 乳酸和乙醇是完全互溶的，這不利于發(fā)揮酶在兩相界面的活性，同時(shí)乳酸與大多數(shù)有機(jī)溶劑不互溶。而且，乳酸同時(shí)包括羧

2、基和羥基兩個(gè)官能團(tuán)，這使得乳酸容易自聚形成鏈形自聚體或內(nèi)交酯。乳酸的酸性較強(qiáng)，它的解離常數(shù)Kα(83.2×10-5)較其他有機(jī)酸高許多(甲酸17.7×10-5，乙酸1.75×10-5)，又因?yàn)橐掖际敲傅氖Щ顒匀樗嵋阴サ拿阜ê铣芍两裎匆?jiàn)報(bào)道。基于此，本文對(duì)有機(jī)相脂肪酶催化合成乳酸乙酯進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了深入的分析，建立了動(dòng)力學(xué)模型。 第一、考察了在雙底物抑制作用下脂肪酶催化合成乳酸乙酯。叔丁醇是最佳溶劑，在

3、所選的脂肪酶中Novozym435的催化活性最好。從微觀角度研究了為什么除叔丁醇以外，其他有機(jī)溶劑均使酶失活的原因。對(duì)反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)酸醇摩爾比為1：8、反應(yīng)溫度60℃、酸濃度0.3mol/L、酶濃度55g/mol、搖床轉(zhuǎn)數(shù)200rpm時(shí)產(chǎn)率達(dá)到77％，酶重復(fù)使用6次后產(chǎn)率仍然可達(dá)到60％。 第二、采用響應(yīng)曲面法，考察酸濃(0.1～0.5mol/L)，酶濃(15～55g/mol)和反應(yīng)時(shí)間(24～72h)所組成的三因素中心組合設(shè)

4、計(jì)對(duì)酯化和酶活的影響。即使在較低的酶濃下(15g/mol)，產(chǎn)率仍可達(dá)到60％，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也十分吻合。 第三、研究了用硅藻土固定化脂肪酶，固定化溫度、pH、酶與硅藻土的質(zhì)量配比、固定化時(shí)間和轉(zhuǎn)數(shù)利用正交實(shí)驗(yàn)分析，當(dāng)固定化溫度30℃、pH7.5、配比1：9、吸附時(shí)間5h、搖床轉(zhuǎn)數(shù)200rpm時(shí)達(dá)到最佳固定化結(jié)果。 第四、研究了酯化的動(dòng)力學(xué)，反應(yīng)符合米氏方程，屬于雙底物抑制的雙乒乓機(jī)制。動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬合結(jié)果為：Vmax=14