Page 135 - 《精细化工》2023年第1期
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第 1 期 王舒舒，等: 磁性壳聚糖纳米复合材料固定化褶皱假丝酵母脂肪酶催化合成木质甾醇酯 ·127·
值，为 96.42%，之后继续延长反应时间，木质甾醇 催化木质甾醇与油酸的酯化反应没有任何副产物生
转化率略有降低，可能是由于可逆反应导致生成的 成，所有的木质甾醇全部转化为木质甾醇酯，并无化
木质甾醇油酸酯水解向原料转化所致 [18,22] 。 学反应中普遍存在的脱水、氧化等副产物，这有利于
降低产品的分离精制成本并提高产品的品质。
表 1 反应温度和反应时间对反应的影响
Table 1 Effects of reaction temperature and reaction time
on esterification
①
No. 温度/℃ 时间/h 转化率/%
1 45 20 81.42
2 55 20 81.32
3 50 20 90.77
4 50 24 96.42
5 50 28 93.15
①GC 转化率。
2.4 脂肪酸种类对酯化反应的影响
图 3 化学法 [17] 与酶法合成的产物的气相色谱图
在最优工艺条件，即固定化酶用量为 12.7%、 Fig. 3 GC spectra between chemical synthesis and enzymatic
[17]
木质甾醇（1.0 mmol）、脂肪酸（2.0 mmol）、正 synthesis
己烷（3.5 mL）、反应温度 50 ℃、反应时间 24 h
下，考察月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸等不同碳链长 2.5 分子筛对酯化反应的影响
度（C12～C16）的脂肪酸对酯化反应的影响，结果 酯化反应过程中产生的水会抑制反应的进行，
如表 2 所示。 移除生成的水可以打破化学反应平衡，促进酯化反
应向正方向进行，从而提高反应转化率。因此，在
表 2 脂肪酸种类对酯化反应的影响 最优工艺条件下考察分子筛对木质甾醇与油酸酯化
Table 2 Effect of fatty acid types on esterification
反应的影响。结果显示，向反应体系中加入占底物
②
No. 脂肪酸种类 转化率/%
总质量 5%的活化 4A 分子筛后，木质甾醇的转化率可
1 油酸（C18） 96.42
提高到 98.37%。
2 月桂酸（C12） 98.74
2.6 工艺放大实验结果
3 肉豆蔻酸（C14） 97.54
将最优化反应条件中投料量放大 10 倍，考察工
4 棕榈酸（C16） 96.67
艺放大对固定化酶催化木质甾醇与油酸酯化反应的
5 混合酸（C12～C18） ① 97.22
影响。具体条件为：在 100 mL 三口烧瓶中加入 35 mL
①混合酸为 n(月桂酸)∶n(肉豆蔻酸)∶n(棕榈酸)∶n(油
酸)=1∶1∶1∶1；②GC 转化率。 正己烷，10.0 mmol 木质甾醇，20.0 mmol 油酸，1.26 g
固定化酶（占底物总质量的 12.7%），在 50 ℃下反
由表 2 可以看出，该固定化酶对不同碳链长度 应 24 h。结果显示，该反应具有较好的放大性能，
脂肪酸与木质甾醇的酯化反应都显示出优异的催化 在不添加分子筛的条件下木质甾醇的转化率仍达
活性，木质甾醇的转化率可达 96.67%~98.74%，木质 94.82%。
甾醇转化率都在 96.42%以上。此外，对于混合脂肪 2.7 重复使用性分析
酸，木质甾醇的转化率仍高达 97.22%。YANG 等 [23] 在最优工艺条件下，考察催化剂重复使用性，
报道了路易斯酸类离子液体 ChCl 2 SnCl 2 可高效催化 结果见图 4。可以看出，随着催化剂使用次数的增
植物甾醇与月桂酸的酯化反应，但是随着脂肪酸碳链 加，木质甾醇转化率略有下降，但催化剂使用 5 次，
的增长，位阻效应也随之增强，植物甾醇的转化率显 转化率仍保持在 82.45%。对第 6 次使用后和未使用
著降低。HE 等 [24] 研究表明，在 220 ℃高温下脂肪酸 的固定化酶进行圆二色谱分析，结果见表 3。可以
可以起到自催化作用，但是随着脂肪酸碳链长度的增 看出，第 6 次使用后酶的二级结构基本保持不变，
加，反应转化率和选择性都有所下降。因此，固定化 证明酶在重复使用过程中酶的结构保持较完整。这
CRL 可高效催化植物甾醇酯的合成，相比化学合成 可能是由于酶分子与含丰富醛基位点的纤维素二
法而言，对于不同链长的脂肪酸具有较好的适用性。 醛交联剂间的共价结合、酶分子和多官能团的 CS
化学催化法与酶法合成的产品的气相色谱图对 以及交联剂之间的氢键和静电作用等相互作用力使
比，见图 3。值得一提的是，气相色谱中观察到酶 固定化酶的刚性结构增强，从而增强了固定化酶的
