含离子液体介质中疏水性长碳链淀粉脂肪酸酯的酶法合成及性能研究

对比研究不同介质中脂肪酶催化不同碳链长度的脂肪酸与直链淀粉含量不同的淀粉分子酯化反应过程的特性，阐明不同条件下离子液体对脂肪酶催化淀粉脂肪酸酯酯化反应的速度、产率、取代度的影响规律；结合不同介质性质、各物质在反应体系中的分配规律、脂肪酶的催化特性及离子液体对脂肪酶分子结构的影响研究，揭示离子液体及各相关因素对脂肪酶催化合成淀粉脂肪酸酯的影响机理；通过催化反应体系优化，借助介质工程和底物工程等手段，建立具有自主知识产权的可用于绿色、高效合成高取代度、长碳链淀粉脂肪酸酯的生物催化反应体系，合成可用于生物降解材料的疏水性淀粉酯并对其构效关系进行研究。该研究突破了淀粉衍生物传统制备工艺中只采用有机溶剂和干法的局限性，拓展了生物催化与酶工程技术在淀粉酯合成方面应用的新领域，为淀粉在替代化石资源作为化工原料制备性能优良的工业化学品方面提供了更大发展潜力，为离子液体在构建淀粉衍生物中的应用提供理论依据。

针对长碳链淀粉酯合成过程中存在的问题，本项目对比研究不同介质中脂肪酶催化不同碳链长度的脂肪酸与淀粉分子酯化反应过程的特性；结合不同介质性质、脂肪酶的催化特性及离子液体对脂肪酶分子结构的影响研究，揭示离子液体及各相关因素对脂肪酶催化合成淀粉脂肪酸酯的影响机理；通过催化反应体系优化，建立具有自主知识产权的可用于绿色、高效合成高取代度、长碳链淀粉脂肪酸酯的生物催化反应体系，合成可用于生物降解材料的疏水性淀粉酯。. 研究结果表明，离子液体溶解淀粉后形成澄清透明的溶液；建立了浊度协同偏光显微镜法测定淀粉在离子液体中定量溶解的方法；采用离子液体BMIMCL为溶剂，在无催化剂的条件下，合成了三种高取代度的玉米淀粉醋酸酯；采用离子液体 [BMIm][BF4]和 [BMIm]Ac的混合溶液为反应介质，以脂肪酶为催化剂，脂肪酸甲酯为酰基供体，合成脂肪酸淀粉酯。在高直链玉米淀粉1.62 g，总离子液体 24 g，[BMIm][BF4] / [BMIm]Ac 质量比19:5，脂肪酶Candida rugosa (CRL)用量 0.1 g，棕榈酸甲酯/AGU 3:1，反应温度 60 ℃，反应时间 3 h的最佳反应条件下，棕榈酸淀粉酯达到最大取代度0.144；先用离子液体 [BMIm]Cl将淀粉溶解，用乙醇洗去该离子液体，再以离子液体[BMIm][BF4]为反应介质，脂肪酸为酰基供体，脂肪酶为催化剂将溶解的淀粉进行催化酯化。在高直链玉米淀粉1.62 g，淀粉浓度10%，脂肪酶CRL用量 0.3 g，月桂酸/AGU 3:1，反应温度 60 ℃，反应时间 5 h的最佳反应条件下，月桂酸淀粉酯达到最大取代度0.171；疏水性测试结果表明所合成脂肪酸淀粉酯的疏水性明显优于原淀粉；脂肪酶CRL分子在离子液体[BMIm][BF4]中构象比较稳定，该离子液体对脂肪酶活性影响较小；而在离子液体[BMIm]Ac中构象变化较大，脂肪酶在该离子液体中活力有限。. 该研究为淀粉在替代化石资源作为化工原料制备性能优良的工业化学品方面提供了更大发展潜力，为离子液体在构建淀粉衍生物中的应用提供理论依据。