脂肪酶催化的甘油衍生物酸的酯化反应：迈向可持续生产高附加值酯类化合物

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Lipase-Catalyzed Esterification of Glycerol-Derived Acids: Toward Sustainable Production of Value-Added Esters

短链酸酯化反应研究：利用脂肪酶Novozym? NS88007在正己烷溶剂及溶剂-free条件下，优化甘醇酸与丁醇、辛醇的酯化条件，正己烷体系最高酯化产率达93%，溶剂-free体系产率约90%。反应遵循酶促亲和顺序（甘醇酸>甲酸>乳酸），脂肪酶经两次反应后仍保持90%活性。该酶法酯化技术为甘油氧化副产物资源化利用提供新策略，适用于化妆品及医药领域。

　　

阿卜杜勒哈迪·阿尔贾维什（Abdulhadi Aljawish）| 穆罕默德·H·H·罗比（Mohamed H.H. Roby）| 雷纳托·弗罗伊德沃（Renato Froidevaux）

法国巴黎国立艺术与工艺学院（Conservatoire National des arts et métiers, CNAM），UMR SayFood，邮编75003

摘要

短链酸以其出色的去角质和保湿特性而闻名。然而，它们的高酸性常常导致皮肤刺激，这限制了它们在化妆品和药品配方中的使用。酯化是一种有前景的降低其酸性的方法。本研究报道了使用游离脂肪酶在常规（含溶剂）和绿色（无溶剂）条件下，将乙醇酸与丁醇和辛醇进行酯化的过程。采用高效液相色谱（HPLC）方法确定了最佳反应条件及米氏动力学参数。数据表明，获得最高乙醇酸酯产率（约93%）的最佳条件为：0.4 M乙醇酸、1.6 M醇、2.5% Novozym? NS88007酶，在40°C下使用正己烷作为溶剂，并加入5%的分子筛，其中辛醇的亲和力最高。出于安全和环境考虑，推荐采用无溶剂酯化方法，酯产率约为90%。结果显示，游离脂肪酶对短链酸的酯化效率依次为：乙醇酸 > 甲酸 > 乳酸。此外，经过两次反应后，该脂肪酶仍保留了约90%的初始活性，且无需任何再生处理。这种酶法为从甘油化学氧化过程中回收和利用短链酸提供了一种有前景的策略，具有在化妆品和药品配方中的潜在应用价值。

部分内容

引言

短链酸广泛存在于天然来源中，例如甘蔗中的乙醇酸、牛奶中的乳酸、荨麻中的甲酸等（Chen等人，2015年；Schuler等人，2023年）。这些酸对皮肤生理具有显著益处，其去角质和保湿特性使其成为外用化妆品和药品配方中的宝贵成分（Bousquet等人，1999年；Tian等人，2022年）。然而，由于它们的高酸性和快速反应性……

化学品与酶

乳酸、甲酸和乙醇酸（纯度>99%）购自Sigma-Aldrich（法国）；乙腈、正己烷、丙酮、1,4-二氧环己烷、丁醇和辛醇购自Merck（德国达姆施塔特）。本研究使用的其他所有化学品均为分析级纯度。

本研究使用了来自南极假丝酵母（Candida antarctica）的液体脂肪酶B（NS88007，诺维信公司，丹麦巴格斯瓦德）。该酶是通过基因改造的米曲霉（Aspergillus oryzae）菌株的深层发酵制备的。

溶剂体系中的酯化反应

酯化反应的优化使用甘油酸（GA）作为短链羧酸（酰基供体）和丁醇作为短链醇（酰基受体）进行。反应条件为：2%（v/v）的脂肪酶NS88007，在50°C下以500 rpm的速度反应24小时。HPLC色谱图显示GA、丁醇和酯BG的保留时间分别为4.9分钟、6.5分钟和7.2分钟。

无溶剂体系

在无溶剂条件下，使用丁醇和辛醇进行酯化反应，两者同时充当反应介质和亲核试剂。反应混合物中含有0.7 M的总酸（每种酸0.233 M）和10 M的选定醇。通过监测酸的消失情况来跟踪酯化反应。

实验结果显示，使用丁醇时三种酸的转化率均在85%至90%之间。

脂肪酶的稳定性和重复使用

对于未来的工业酶应用而言，脂肪酶的可回收性和重复使用性是一个重要的经济和环境考虑因素，因为酶的成本较高，其重复使用可以显著降低生产成本。因此，本研究评估了Novozym? NS88007的回收和重复使用潜力。

酯化反应在先前确定的最佳条件下进行：GA浓度0.4 M，辛醇浓度1.6 M，温度40°C，酶浓度2.5%（v/v），转速600 rpm。

结论

本研究探讨了使用脂肪酶Novozym? NS88007，在含溶剂和无溶剂条件下，通过丁醇和辛醇酯化甘油氧化产生的短链酸混合物的可行性。

在含溶剂条件下，GA的最佳酯化条件为：酸浓度0.4 M，醇浓度1.6 M（摩尔比为1:4），酶浓度2.5%（v/v），温度40°C，转速600 rpm，使用正己烷作为溶剂。

作者贡献声明

雷纳托·弗罗伊德沃（Renato Froidevaux）：撰写、审稿与编辑、项目管理工作。阿卜杜勒哈迪·阿尔贾维什（Abdulhadi Aljawish）：撰写初稿、方法学设计。穆罕默德·H·H·罗比（Mohamed H. Roby）：审稿与编辑

未引用参考文献

参考文献来自1997年的研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢Hauts-de-France委员会对CPER BIHautEcodeFrance项目和Industrial VALOREEMA项目的支持，同时感谢高等教育、研究与创新部（Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche et de l’Innovation）及FEDER对该项目的部分资助。作者已为本文申请了CC-BY公共版权许可，并将该许可应用于所有后续版本，直至作者接受的手稿。