富马酸丙二醇甲酯的酶法合成及性质研究

论文摘要

随着我国食品工业的快速发展，食品防腐剂的应用越来越广泛。食品防腐剂在满足抑制微生物快速生长要求的同时，还必须具备低毒、广谱、高效等特点。富马酸酯类衍生物的活性功能基团α,β-不饱和羰基结构具有高效的抑菌活性，它主要通过影响微生物的呼吸活动来抑制微生物的生长。其中以富马酸二甲酯为主要代表的此类衍生物具有很强的抑菌活性，但其在使用过程中对皮肤产生致敏性而被迫在与人体皮肤接触的商品中停止使用。本论文以脂肪酶为催化剂，在保留富马酸酯类衍生物中抑菌功能基团的同时，引入1,2-丙二醇，合成了同时具有抑菌和乳化功能的富马酸丙二醇甲酯。通过单因素实验和正交实验优化了合成工艺条件，并对富马酸丙二醇甲酯的抑菌活性和表面活性进行了相关研究。首先采用LC-MS对产物进行定性分析，确定合成了产物富马酸丙二醇甲酯。然后通过单因素实验考察了不同有机溶剂、底物摩尔比、反应温度、酶添加量、底物浓度、反应时间对产物中富马酸丙二醇甲酯相对含量的影响，并进一步通过正交实验优化了合成条件，即以叔丁醇为反应溶剂，底物摩尔比（富马酸单甲酯/1,2-丙二醇）为1:2.0，底物浓度为1.0mol/L，酶添加量为1.2%，反应温度为60℃，反应时间为20h。通过抑菌实验研究了富马酸丙二醇甲酯的抑菌活性，结果表明富马酸丙二醇甲酯对混合微生物和单一微生物均具有很好的抑制效果，对一些常见微生物大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黑曲霉的最低抑菌浓度为0.11%、0.08%、0.07%、0.05%；介质pH和热处理对其抑菌活性都影响不大，且富马酸丙二醇甲酯不会对人体皮肤产生致敏性。表面活性研究结果表明富马酸丙二醇甲酯的HLB值为8.36，其浓度为0.1%的溶液表面张力比Span80大，为51.3mN/m。富马酸丙二醇甲酯的乳化能力比Span80差，但起泡性能比Span80好且稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 食品防腐剂的类型和机理
• 1.1.1 酸型防腐剂
• 1.1.2 非酸型酯类防腐剂
• 1.1.3 无机防腐剂
• 1.1.4 天然防腐剂
• 1.2 富马酸酯类防腐剂
• 1.2.1 富马酸酯类防腐剂简介
• 1.2.2 抑菌机理
• 1.2.3 富马酸酯类防腐剂的研究现状
• 1.3 食品乳化剂
• 1.3.1 食品乳化剂的定义和乳化机理
• 1.3.2 食品乳化剂的分类及主要功能
• 1.4 丙二醇酯
• 1.4.1 丙二醇酯简介
• 1.4.2 丙二醇酯的合成方法
• 1.5 兼有抑菌和乳化功能物质的研究现状
• 1.6 本课题的立题背景、研究意义和主要内容
• 1.6.1 本课题的立题背景及研究意义
• 1.6.2 本课题的主要研究内容
• 第二章 富马酸丙二醇甲酯的酶法合成研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与设备
• 2.2.1 主要实验材料与试剂
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法与步骤
• 2.3.1 富马酸丙二醇甲酯合成反应机理
• 2.3.2 富马酸单甲酯的合成
• 2.3.3 富马酸丙二醇甲酯的酶法合成
• 2.3.4 产物的紫外光谱扫描
• 2.3.5 产物的 HPLC 分析
• 2.3.6 产物的 LC-MS 分析
• 2.3.7 产物中富马酸丙二醇甲酯相对含量的测定
• 2.3.8 富马酸丙二醇甲酯的纯化工艺
• 2.3.9 富马酸丙二醇甲酯熔点的测定
• 2.3.10 单因素实验
• 2.3.11 富马酸丙二醇甲酯的酶法合成工艺优化
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 产物的性质和图谱分析
• 2.4.2 单因素实验结果
• 2.4.3 富马酸丙二醇甲酯的酶法合成条件优化
• 2.4.4 验证实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 富马酸丙二醇甲酯的抑菌活性研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 主要实验材料与试剂
• 3.2.2 主要仪器设备
• 3.2.3 试验用菌种
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 培养基的配制
• 3.3.2 牛奶酸败混合菌的制备与扩大培养
• 3.3.3 细菌、酵母、霉菌的活化
• 3.3.4 对混合微生物的抑菌实验
• 3.3.5 对单一微生物的抑菌实验
• 3.3.6 最低抑菌浓度（MIC）的测定
• 3.3.7 富马酸丙二醇甲酯的抑菌效果测定方法
• 3.3.8 皮肤过敏试验
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 富马酸丙二醇甲酯对混合微生物的抑制效果
• 3.4.2 富马酸丙二醇甲酯对单一微生物的抑制效果
• 3.4.3 pH 对几种防腐剂抑菌活性的影响
• 3.4.4 富马酸丙二醇甲酯的热稳定性
• 3.4.5 富马酸丙二醇甲酯的最低抑菌浓度
• 3.4.6 皮肤过敏性实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 富马酸丙二醇甲酯的表面活性研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与设备
• 4.2.1 主要实验材料与试剂
• 4.2.2 主要仪器设备
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 HLB 值的测定
• 4.3.2 表面张力的测定
• 4.3.3 起泡性质和起泡稳定性质的测定
• 4.3.4 乳化性质的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 富马酸丙二醇甲酯的 HLB 值
• 4.4.2 富马酸丙二醇甲酯的表面张力
• 4.4.3 富马酸丙二醇甲酯的起泡性能
• 4.4.4 富马酸丙二醇甲酯的乳化性能
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 创新点
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件