酶在催化乳酸铵制备乳酸乙酯中的应用.doc

酶在催化乳酸铵制备乳酸乙酯中的应用乳酸乙酯具有无毒、溶解性好、 易挥发及可生物降解等优点，可作为制药工业中制压片制润滑剂和某些药品的中间体，还是常用的食品香料和生产酒类食品的重要原料，被J 泛用于医药、农药和其他精细化工品领域，是极具开发价值和应用前景的“绿色溶剂”。目前，以乳酸铵为原料合成乳酸乙酯的催化剂主要是酸催化剂酸催化剂具有污染环境、腐蚀设备等缺点Walkup等 采用CO2 促进乳酸铵的分解，增加了乳酸乙酯的产率，但对反应容器的要求较高，需要较高的压力(1200大气压)，而且CO2与NH3的分离比较困难生物酶具有低能耗，反应条件温和，专一性强等特点 目前未见有关酶催化乳酸铵合成乳酸乙酯的报道本文以脂肪酶为催化剂，以乳酸铵及乙醇为原料合成乳酸乙酯，为乳酸乙酯的合成提供了新的途径11 方法111乳酸乙酯的合成将乳酸铵和乙醇按照一定比例加入50 mL的具塞锥形瓶中，再加入一定量的有机溶剂使反应物总体积为10 mL，充分混合后加入一定质量的脂肪酶，在特定的温度和摇床转速下反应一定时间112水解酶活的测定参照赵天涛 论文中水解酶活的测定方法，将每克酶每分钟催化产生1umol脂肪酸定义为一个活力单位(umol(gmin)113酶的稳定性反应结束后，过滤分离脂肪酶和反应液，脂肪酶经叔丁醇冲洗加入到新鲜反应底物中进行下一次的催化反应，反应条件不变114乳酸乙酯的检测采用SP一1000型气相色谱仪(PEG一20M，填充柱为2 m 3 mm)测定乳酸乙酯，TCD检测器，配浙江大学N2000双通道色谱工作站，柱箱温度为100 、进样器170、检测室160、热丝180 ，环己酮为内标物21酶和溶剂的选择故选择Novozym 435作为催化剂， 以叔丁醇为反应介质22底物配比对催化反应的影响实验结果如图1所示 由图1可见，在反应体系中，随着乙醇添加量的增加，乳酸乙酯产率逐渐增大，铵醇物质的量之比达到1：24时，乳酸乙酯产率达到最大 由于酯化反应为可逆反应，随着乙醇量的增加，平衡向正向移动，产率逐渐增加但乙醇量太大，产率反而下降，这是由于过量加入乙醇导致酶失活，造成乳酸乙酯产率降低因此，选择铵醇物质的量之比为1：2423底物浓度对催化反应的影响由图3可以看出：随着乳酸铵浓度的增加，乳酸乙酯产率逐渐增大，当乳酸铵浓度为02 molL时，乳酸乙酯产率率到2858，之后，随着乳酸铵浓度的增大，乳酸乙酯产率明显降低可能的原因是：1)随着乳酸铵浓度的增大，利于反应正向进行，乳酸乙酯产率升高；2)过量的乳酸铵夺取了酶分子表面的必需水，加速了酶的失活；3)乳酸铵浓度增大的同时， 乙醇浓度也不断增加，增大了乙醇对酶的失活作用，使乳酸乙酯产率下降 因此，选择乳酸铵浓度为02 molL实验结果如图3所示24温度对催化反应的影响温度对反应的影响如图4所示由图4可见，随着反应温度的增加，产率逐渐升高，当温度为60 时，乳酸乙酯产率最大，为2858，原因可能是：随温度的提高，底物的粘度降低，扩散阻力减小，利于酶与底物充分接触；当温度高于60 时，酶受热失活，使产率下降，因此，选择反应温度为60 25酶浓对催化反应的影响酶浓定义为酶的质量与底物乳酸铵的物质的量之比 (gmol ammonium lactate)如图5所示，随着脂肪酶用量的增加，酶与底物接触几率增加，反应速度相应加快，当酶量为40gmol时，乳酸乙酯产率达到3238，但进一步增加酶用量，乳酸乙酯产率变化趋于平稳，可能是由于反应过程LJ酶量过多造成酶的团聚，增大了传质阻力因此，选择反应酶浓为40 gmo126摇床转速对催化反应的影响由图6可看出，随着转速的增加，产率逐步提高，当转速为150 rmin时，乳酸乙酯产率达到3238，转速进一步提高，乳酸乙酯产率明显下降，町能是提高转速会增加固定化酶颗粒问的碰撞几率，导致反应过程中大量酶分子脱落，游离的脂肪酶在长时间的反应中更易受到环境的影响而失活，因此，选择催化反应的转速为150 rmin27酶的稳定性脂肪酶催化合成乳酸乙酯的主要问题是酶的制备成本比较高且易失活，实验考察了酶在叔丁醇体系中催化乳酸乙酯工艺的稳定性由图7可以看出，脂肪酶重复使用5次，乳酸乙酯产率仍可达到221结论：本文研究了乳酸铵在固定化脂肪酶Novozym435催化下与乙醇合成乳酸乙酯的可行性，结果表明，以酶为催化剂，用乳酸铵为原料合成乳酸乙酯是可行的，通过对底物物质的最之比、反应时间、乳酸铵浓度、反应温度、酶浓和摇床转速进行优化，乳酸乙酯产罱夏可达3238，固定化酶重复使用5次，乳酸乙酯产率仍保持在22以上，虽然产率较低，但反应具有工艺