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丁酸香叶酯作为应用最频繁的萜类香料之一,被广泛用于食品、药物、香水和化妆品调配中。工业上目前应用的丁酸香叶酯化学合成法有明显缺点,酶法合成具备反应专一、反应条件温和以及产物分离容易等特点,具有诱人的应用前景。本文研究用褶皱假丝酵母脂肪酶(Candida rugosa Lipase,CRL)在有机溶剂中催化合成丁酸香叶酯。首先用液相色谱分离合成的反应产物,通过FT-IR,NMR进行结构表征,确定产物为丁酸香叶酯,并建立了用GC测定产物浓度的分析方法。接着,通过单因素实验对游离酶的催化反应条件进行了优化,确定最佳反应条件为:溶剂正庚烷,加酶量9 mg/m L,分子筛添加量10 mg/mL,底物酸醇摩尔比1:1.5,反应时间3.5 h。在以上条件下,游离CRL催化丁酸香叶酯的酯化率达到90.7%。为深入理解CRL在有机相中催化合成丁酸香叶酯的反应机理,进行了动力学研究,明确该反应机理符合Ping-Pong Bi-Bi机制,香叶醇与丁酸都对CRL有竞争性抑制作用。根据非线性模拟得到动力学参数,进一步描述了反应机理。从实际应用考虑,对CRL进行固定化。选择阳离子交换树脂D151作为固定化载体,最优固定化条件为:酶液浓度15 mg/mL,磷酸盐缓冲液pH 6.5,固定化温度45℃条件下,固定化8 h。蛋白质固定化率为88.5%,酶蛋白比活最高为195.6×10~4 U/g,酶活回收率为83.5%,固定化CRL具有较高的催化性能,丁酸香叶酯的酯化率可达到84.3%。对固定化酶的酶学性质研究发现,CRL经过固定化后最适温度没有变化,仍为40℃;热稳定性大大提高,在80℃下保温2 h后,固定化CRL催化丁酸香叶酯的酯化率仍能保持60%以上,而游离酶已经下降到16.4%;将固定化CRL进行7批次反应,其催化酯化率仍保持在75%以上,表明该固定化脂肪酶具有良好的重复使用稳定性。自制了实验室用小型循环流化床反应器(CFBR),用固定化CRL催化连续合成丁酸香叶酯,经优化的操作条件为:床层膨胀比1.6,进料流量0.07 m L/min(对应的平均停留时间4.7 h),丁酸浓度75 mmol/L,酸醇摩尔比1:1.5。在此条件下,连续反应12 h,酯化率稳定在77%。以上工作为此工艺的放大和工业应用提供了基础。最后利用ASPEN PLUS软件计算气液平衡,证明香叶醇与丁酸香叶酯之间的相对挥发度很高,可以通过常规蒸馏方法分离。