肉豆蔻酰矢車菊素-3-O-葡萄糖苷在混合溶劑體系中的酶法合成

張萍玲，趙振剛

（華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

花色苷是植物中的主要呈色物質(zhì)，廣泛存在于草莓、黑米、紅加倫、黑豆、黑加倫、紫玉米等被子植物表皮細(xì)胞液泡中[1]。因其具有典型的C6-C3-C6骨架結(jié)構(gòu)，一般被歸為黃酮類化合物。作為一種天然食用色素，它不僅安全無毒、色彩鮮艷、資源豐富，而且具有一定的營養(yǎng)和藥理作用，被公認(rèn)為資源最為豐富的替代苯胺類煤焦合成色素的天然色素[2,3]。作為一種生物活性物質(zhì)，它具有抗氧化[4]、抗癌[5]、抗衰老、抗炎抑菌[6]、提高視力[7]、預(yù)防心血管疾病[8]、修復(fù)和保護肝損傷、控制肥胖[9]、減輕糖尿病[10]等多種功能，在食品、醫(yī)藥、化妝品領(lǐng)域均有著巨大的應(yīng)用潛力。但其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在貯藏與加工過程中易受外界環(huán)境，如pH、溫度、光、酶、二氧化硫、金屬離子、抗壞血酸等理化因子的影響產(chǎn)生分子聚合、異構(gòu)和降解，從而失去原有的顏色[11,12]。在生理活性方面，由于花色苷的親脂性低，不易透過磷脂雙分子層的細(xì)胞膜到達(dá)靶向作用點，使得生理價值大大降低。故對花色苷進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾以提高它的穩(wěn)定性及生理活性成為近幾年學(xué)者的研究熱點。

研究證明?；幕ㄉ毡任歹；幕ㄉ站哂懈鼜姷姆€(wěn)定性。用脂肪酸對花色苷進(jìn)行?；磻?yīng)，可以降低花色苷在水溶性介質(zhì)中的溶解性，通過疏水作用和空間位阻效應(yīng)降低花色苷對介質(zhì)中水和亞硫酸鹽的親核攻擊的敏感性，防止花色苷分子變成無色的假堿基或查爾酮結(jié)構(gòu)，從而增強花色苷的穩(wěn)定性[13]。除此之外，用脂肪酸對花色苷進(jìn)行酰基化，可以提高花色苷的親脂性，有利于拓展他在脂溶性基質(zhì)中的應(yīng)用。另有研究發(fā)現(xiàn)，酰化的花色苷顯示出了最高的細(xì)胞模擬膜的親和力，這表明酰化后花色苷的生物利用度可以得到很大提高[14]。

矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（C3G）是自然界中最為常見、分布最廣的花色苷[15]。已有研究采用脂肪酸為酰基供體，通過酶法[16]或化學(xué)方法[17]對其進(jìn)行?；揎?。酶催化C3G的直接酯化需要加入具有吸附作用的堿性物質(zhì)分子篩以去除反應(yīng)的副產(chǎn)物水，導(dǎo)致C3G的大量損失，而使用化學(xué)方法進(jìn)行?；磻?yīng)存在步驟繁瑣的問題。有機溶劑是目前非水相酶催化應(yīng)用和酶學(xué)研究最為廣泛的體系[18]。C3G作為一種多羥基化合物具有強親水性，在高極性有機溶劑中溶解度較高，但高極性有機溶劑可能通過剝奪酶分子表面微環(huán)境中的必需水導(dǎo)致酶的穩(wěn)定性和催化活性降低[19]，疏水性溶劑雖然可以較好得保持酶的活性，但C3G在疏水性溶劑中溶解度低[20]，同樣導(dǎo)致反應(yīng)合成效率降低?；旌先軇┯梢欢ㄅ浔鹊氖杷匀軇┖蛷姌O性溶劑互溶而成，通過改變各溶劑的配比可以改變反應(yīng)介質(zhì)的物理性質(zhì)，從而調(diào)控酶在體系中的活性以及選擇性[21]。

本研究用固定化脂肪酶Lipozyme 435為生物催化劑，以肉豆蔻酸甲酯為?；w，分別在單一有機溶劑和混合有機溶劑中對C3G進(jìn)行酯交換反應(yīng)，對?；a(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并通過單因素實驗和正交實驗優(yōu)化實驗條件，為C3G的酰基化修飾及后續(xù)的活性研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1 實驗材料

矢車菊素-3-葡萄糖苷（HPLC≥98%）購自于四川省維克奇生物科技有限公司；固定化脂肪酶Lipozyme 435，購于諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；肉豆蔻酸甲酯為分析純，購于上海麥克林；叔戊醇、叔丁醇、吡啶、乙腈、異辛烷、正己烷、石油醚等均為分析純，購于上海阿拉丁。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

CPA224S分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；Centrifuge 5424R臺式高速冷凍離心機，Eppendorf公司；ZNCL-GS智能磁力攪拌器，愛博特科技有限公司；DU-730紫外-分光光度儀，Beckman Coulter公司；Waters 1525高效液相色譜儀，德祥科技有限公司；maXis Impact TOF-MS，美國布魯克-道爾頓公司；1290 Infinity UHPLC，Agilent公司；1260 Infinity半制備高效液相，Aglient公司；Avanve III HD 600M超導(dǎo)核磁共振波譜儀，美國布魯克-道爾頓公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 單一溶劑中C3G的?；磻?yīng)

將反應(yīng)用的磁力攪拌子及玻璃器皿在60 ℃烘箱中預(yù)先干燥24 h，將底物放置于干燥器中保持4 d以上，固定化脂肪酶與C3G放置于4 ℃冰箱保存。在2 mL的棕色血清瓶中加入1 mg C3G，以C3G/?；w摩爾比為1:150加入肉豆蔻酸甲酯，分別加入乙腈、吡啶、叔戊醇、叔丁醇使反應(yīng)液總體積為1 mL，并加入Novezym 435酶（20 mg/mL），攪拌子。將棕色血清瓶放置于磁力攪拌鍋中，以300 r/min的搖動速度、60 ℃下反應(yīng)24 h。完成反應(yīng)后，用離心管收集反應(yīng)體系，于4 ℃，12000 r/min的條件下離心7 min，最后通過0.22 μm有機濾膜過濾除去脂肪酶和多余底物以終止反應(yīng)。

1.2.2 混合溶劑中C3G的?；磻?yīng)

按照1.2.1的方法，采用C3G與肉豆蔻酸甲酯的比例1:150，Lipozyme 435脂肪酶用量20 mg，反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時間24 h，以叔戊醇為主要反應(yīng)溶劑，于體系中分別加入20%體積分?jǐn)?shù)的異辛烷、石油醚、吡啶和正己烷進(jìn)行反應(yīng)。

1.2.3 混合溶劑的比例對?；磻?yīng)的影響

按照1.2.2的方法，以叔戊醇為主要反應(yīng)溶劑，于體系中分別加入20%、40%、60%、80%、100%體積分?jǐn)?shù)的吡啶進(jìn)行反應(yīng)。

1.2.4 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和相對含量的測定

采用高效液相法測定C3G酰基化產(chǎn)物的生成，并通過峰面積進(jìn)行轉(zhuǎn)化率及相對含量的計算。高效液相色譜以0.1%三氟乙酸水作為流動相A，甲醇作為流動相B，按1 mL/min的流速進(jìn)行洗脫，通過PDA檢測器在雙波長（280 nm和520 nm）下監(jiān)測峰。流動相的洗脫程序如下：0～5 min，5～10% B；5～10 min，10%B；10～17 min，10～24% B；17～27 min，24～90% B；27～30 min，90% B；30～35 min，90～5% B；35～45 min，5% B。樣品進(jìn)樣量為5 μL，分析柱Waters Xbridge C18（4.6×250 mm，5 μm），柱溫保持在30 ℃。酰基化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率由峰面積比進(jìn)行計算：

式中：T為C3G?；磻?yīng)的轉(zhuǎn)化率（%），A0為反應(yīng)前液相色譜圖中C3G的峰面積，A1為反應(yīng)后液相色譜圖中C3G的峰面積。

因轉(zhuǎn)化率無法直觀地表達(dá)C3G衍生物的得率，而通過高效液相外標(biāo)法測定衍生物的得率需消耗一定量的C3G衍生物，故定義花色苷衍生物相對含量來比較不同?；磻?yīng)條件下產(chǎn)物的得率。相對含量用以下公式計算：

式中：Cx為C3G?；苌锏南鄬浚籄x為需計算的C3G衍生物的峰面積；Amax為單因素條件下C3G衍生物的最大峰面積。

1.2.5 C3G?；苌锏囊合噘|(zhì)譜聯(lián)用分析

采用Agilent 1290 Infinity超高液相色譜儀和maXis Impact TOF-MS高分辨率質(zhì)譜聯(lián)用對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)分析。

超高液相色譜測試條件：色譜柱為ZORBAX RRHD SB-C18 column (2.1 × 50 mm，1.8 μm)；流動相A為0.1%三氟乙酸水，B為甲醇；以0.2 mL/min的流速進(jìn)行梯度洗脫，洗脫程序如下：0～1 min，5% B；1～4 min，5～95% B；4～12 min，95% B；12～13.5 min，95～5% B；13.5～15 min，5% B。進(jìn)樣量1 μL，柱溫保持在30 ℃，測定波長設(shè)置在520 nm。

質(zhì)譜條件：使用ESI離子發(fā)射源；正離子模式；掃描范圍：50～1000m/z；毛細(xì)管電壓3.5 kV；干燥氣體為氮氣；干燥氣溫度，180 ℃，流速4.0 L/min；霧化氣壓0.2 bar。

1.2.6 半制備液相色譜對?；a(chǎn)物進(jìn)行分離提純

以正己烷/甲醇體積比5:2反復(fù)萃取反應(yīng)體系中多余的脂肪酸甲酯后，用Aglient 1260 Infinity半制備高效液相系統(tǒng)進(jìn)一步分離純化肉豆蔻酰C3G。半制備液相條件為：色譜柱：SunFire C18 OBDTM半制備柱（250×19 mm，5 μm）；流動相A為0.1%三氟乙酸水，B為甲醇；PDA檢測器在雙波長（280 nm和520 nm）下監(jiān)測峰；以5 mL/min的流速進(jìn)行梯度洗脫，洗脫程序如下：0～12 min，30% B；12～18 min，30～90% B；18～33 min，90% B；33～36 min，90～30% B。進(jìn)樣量為1.0 mL，柱溫保持在30 ℃。用高效液相方法確定所收集的?；a(chǎn)物的純度。

1.2.7 C3G?；苌锏暮舜殴舱穹治?/p>

C3G的肉豆蔻酸甲酯?；苌锏慕Y(jié)構(gòu)通過Bruker Avanve III HD 600超導(dǎo)核磁共振波譜儀進(jìn)行進(jìn)一步的探究。將?；a(chǎn)物溶解于氘代甲醇中，采用600 MHz掃描，測定產(chǎn)物的氫譜（1H-NMR）和碳譜（13C-NMR）。

1.2.8 單因素實驗

按照1.2.2的方法，在20%的吡啶-叔戊醇溶劑中，分別考察反應(yīng)溫度（50、55、60、65 ℃）、C3G與肉豆蔻酸甲酯的摩爾比（1:100、1:150、1:200、1:250）、Lipozyme 435脂肪酶用量（10、20、30、40、50 mg）、反應(yīng)時間（12、18、24、36、48 h）對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和?；苌锏南鄬康挠绊?。

1.2.9 正交試驗的設(shè)計

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以轉(zhuǎn)化率為響應(yīng)值，選取溫度、時間、底物比例為考察因素，按L9(34)正交表設(shè)計正交試驗。

1.2.10 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖，采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，各組實驗數(shù)據(jù)都是通過三次平行操作后獲得，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一有機溶劑對?；磻?yīng)的影響

用固定化脂肪酶Lipozyme 435為生物催化劑，以肉豆蔻酸甲酯為?；w，分別在乙腈、吡啶、叔戊醇、叔丁醇中對C3G進(jìn)行酰基化修飾，結(jié)果如圖1所示。C3G在乙腈中獲得最高的轉(zhuǎn)化率（69.32%），這是基于已溶解于乙腈中的C3G的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，然而C3G在乙腈中溶解度低且大多數(shù)發(fā)生沉淀而未進(jìn)行酯交換反應(yīng)。C3G在吡啶中未觀察到?；a(chǎn)物，在叔戊醇和叔丁醇中的轉(zhuǎn)化率分別為10.13%和12.76%。盡管C3G在叔丁醇中的轉(zhuǎn)化率高于叔戊醇，但由于其熔點為25.7 ℃，在室溫下容易結(jié)晶析出，增加了操作難度。因此，具有良好底物溶解性和低熔點的叔戊醇是C3G?；磻?yīng)的最理想反應(yīng)介質(zhì)。

反應(yīng)介質(zhì)會影響底物溶解度，酶的特異性、對映選擇性和區(qū)域選擇性等，對反應(yīng)產(chǎn)生重要的影響[22]。Feng等[23]用CALB對油酰酯進(jìn)行?；C合考慮酶的活性和底物溶解度，發(fā)現(xiàn)叔戊醇是最佳的反應(yīng)介質(zhì)。Yang等[24]觀察到C3G的轉(zhuǎn)化率與其在反應(yīng)介質(zhì)中的溶解度呈正相關(guān)，在所有測試的有機介質(zhì)中，叔丁醇的轉(zhuǎn)化率最高。用Novozyme 435催化蘆丁、柚皮苷與脂肪酸的?；磻?yīng)也觀察到相同的結(jié)果[25]。但是閆征等[26]用Novozyme 435催化C3G與芳香酸的酰基化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)酯化反應(yīng)在吡啶中的轉(zhuǎn)化率比叔丁醇和叔戊醇高，反應(yīng)結(jié)果的差異性可能與底物的溶解性和操作條件相關(guān)。

圖1 不同反應(yīng)介質(zhì)對?；磻?yīng)的影響Fig.1 Effect of different reaction media on the acylation reaction efficiency

2.2 混合反應(yīng)介質(zhì)對?；磻?yīng)的影響

在叔戊醇中分別添加20%的吡啶、石油醚、正己烷、異辛烷，研究C3G在混合溶劑中的?；磻?yīng)。由圖2a和表1可以看出，添加20%的吡啶、石油醚、正己烷、異辛烷后的?；D(zhuǎn)化率從原來的10.13%分別提高到15.62%、17.22%、18.66%、18.96%，相比于純叔戊醇溶劑體系均顯著提高，并且轉(zhuǎn)化率隨著混合溶劑體系logP值的增大而增大。說明疏水性有機溶劑的加入，確實能在一定程度上保護酶的催化活性提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。由?；a(chǎn)物的相對含量可以看出，除了20%吡啶-叔戊醇混合溶劑外，?；a(chǎn)物的含量并沒有隨著轉(zhuǎn)化率的提高而提高，說明疏水性溶劑的添加除了對體系中的酶活性產(chǎn)生影響，還能與底物或反應(yīng)產(chǎn)物相互作用，從而影響酶促反應(yīng)的進(jìn)行[27]。20%（V/V）吡啶的加入雖然降低了溶劑體系的logP值，但是轉(zhuǎn)化率相比純的叔戊醇溶劑仍有顯著上升（p＜0.05），這表明極性可能不是影響酶活性的唯一因素。每種有機溶劑都有其特定的分子結(jié)構(gòu)，并與酶分子發(fā)生獨特的干擾或者結(jié)合，從而導(dǎo)致生物催化劑的活性不同[19]。反應(yīng)產(chǎn)生的?；苌锖吭?0%吡啶-叔戊醇溶劑體系中也相對較高，可能原因是矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和肉豆蔻酸甲酯在吡啶中的溶解度較高[28]。綜合考慮反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的相對含量，選擇20%吡啶-叔戊醇溶劑進(jìn)行反應(yīng)。

圖2 混合溶劑對?；磻?yīng)的影響Fig.2 Effect of mixed solvent on acylation efficiency

由圖2b、表1可以看出，隨著吡啶添加比例的增加，轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在20%的吡啶添加比例下獲得最高的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物相對含量。一定比例吡啶的添加可以增加底物溶解性，從而提高?；磻?yīng)的轉(zhuǎn)化率及得率，隨著吡啶比例的增加，混合溶劑的極性增加，logP值由1.15降至0.71，導(dǎo)致酶活性減弱，?；D(zhuǎn)化率從15.62%降至0%。因此選擇20%吡啶-叔戊醇溶劑作為最佳體積配比的混合溶劑。

自Mutua等[29]在研究脂肪酶促糖酯合成中首次采用了混合溶劑后，已有較多生物催化在混合有機溶劑中進(jìn)行并獲得令人滿意的結(jié)果。Ferrer等[30]采用脂肪酶催化合成月桂酰蔗糖時，在叔丁醇中加入10%的DMSO溶劑后使得反應(yīng)轉(zhuǎn)化率由35%增加到70%。Feng等[19]用施氏假單胞菌催化葡萄糖酯的合成時，在吡啶中加入25%的異辛烷后，酯交換轉(zhuǎn)化率由原來的77.9%提高到96.7%。

表1 混合溶劑對?；磻?yīng)的影響Table 1 Effect of mixed solvent on acylation efficiency

2.3 ?；a(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定

圖3 液相及質(zhì)譜圖Fig.3 The liquid phase spectra and mass spectra

采用HPLC檢測產(chǎn)物的生成，用HPLC-MS/MS和NMR對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。如圖3所示，反應(yīng)體系在520 nm波長處檢測到兩個色譜峰。經(jīng)HPLC-MS/MS測定，14.83 min處的峰相對分子量為449.11，與C3G的相對分子量一致。21.19 min處峰對應(yīng)的分子離子峰[M+H]為659.31，恰好跟一個C3G與一個肉豆蔻酸甲酯脫掉一份子水后的相對分子量一致，說明?；磻?yīng)只生成了單酰基化產(chǎn)物。?；a(chǎn)物的二級質(zhì)譜只檢測到了相對分子量為287.06的離子碎片，與矢車菊素的相對分子質(zhì)量一致，說明該酰基化反應(yīng)發(fā)生于葡萄糖的羥基上，而非糖苷配體的任何羥基上。

圖4 C3G與肉豆蔻酰C3G的1H-NMR譜圖Fig.4 1H NMR spectrum of C3G and myristoyl C3G

圖5 C3G與肉豆蔻酰C3G的13C-NMR譜圖Fig.5 13C NMR spectrum of C3G and myristoyl C3G

通過半制備高效液相分離純化得到純度接近于100%的C3G酰基化產(chǎn)物，用NMR進(jìn)行氫譜（1H-NMR）和碳譜（13C-NMR）分析，結(jié)果如圖4、5所示。C3G?；磻?yīng)導(dǎo)致C-6″位置的C化學(xué)位移達(dá)3.97×10-6（60.91×10-6～64.88×10-6），而其他位置C的化學(xué)位移相差2×10-6以內(nèi)。H-6A″與H-6B″位置的H的化學(xué)位移差值也分別達(dá)到0.59×10-6（3.96×10-6～4.55×10-6）、0.48×10-6（3.91×10-6～4.39×10-6），這表明?；磻?yīng)很有可能發(fā)生在C3G葡萄糖苷部分的C-6''上，C3G的肉豆蔻酸單?；苌锉昏b定為矢車菊素-3-(6″-肉豆蔻酰)-葡萄糖苷。

De Oliveira等用CALB脂肪酶對類黃酮進(jìn)行?；磻?yīng)，研究發(fā)現(xiàn)類黃酮的糖苷配基部分可以通過類黃酮酚基與疏水殘基的主鏈羰基之間的氫鍵相互作用以及酚基與Ala，Ile，Leu和Val殘基的側(cè)鏈之間的氫鍵相互作用而相對穩(wěn)定[31]。類黃酮的糖苷部分具有一塊較小的極性區(qū)域，是唯一可以讓催化底物接近的羥基。CALB催化花色苷的?；磻?yīng)通常生成單酰基化衍生物，并且反應(yīng)通常發(fā)生在糖苷部分的伯羥基上[24]。這種嚴(yán)格的區(qū)域選擇性與之前的研究結(jié)果一致[16,26]。

2.4 單因素實驗

2.4.1 反應(yīng)溫度對?；磻?yīng)的影響

圖6 溫度對?；磻?yīng)的影響Fig.6 Effect of temperature on acylation efficiency

溫度會影響C3G的穩(wěn)定性及溶解性，并影響酶的催化活性及穩(wěn)定性，是酶催化反應(yīng)的一個重要因素[32]。Lipozyme 435是一種耐熱性較高的脂肪酶，隨著溫度的升高其活性會越來越強，但溫度高達(dá)一定程度后，酶容易受熱變性造成活力下降。分別在50、55、60和65 ℃溫度下催化C3G的?；磻?yīng)。由圖6可以看出，酰基化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而顯著增加（p＜0.05），由13.20%最終提高到24.17%。這是由于隨著反應(yīng)溫度的提高，Lipozyme 435酶的活性越來越強，且底物的溶解度增強，反應(yīng)體系中傳質(zhì)速度加快導(dǎo)致底物相互接觸的機會增多的原因[28]。但是?；a(chǎn)物的相對含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)溫度低于55 ℃時，?；a(chǎn)物的相對含量隨著轉(zhuǎn)化率的增加而增加，但當(dāng)溫度超過55 ℃之后，長時間的熱處理致使C3G及其反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生降解，導(dǎo)致?；a(chǎn)物的相對含量減少。因此，選取55 ℃為此單因素實驗的最優(yōu)條件。

2.4.2 底物摩爾比對?；磻?yīng)的影響

圖7 底物摩爾比?；磻?yīng)的影響Fig.7 Effect of molar ratio of C3G to methyl myristate on acylation efficiency

增加酰基供體的含量有利于底物與脂肪酶、底物之間的碰撞，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。分別以C3G與?；w的摩爾比1:100、1:150、1:200、1:250進(jìn)行?；磻?yīng)。由圖7可以看出，隨著肉豆蔻酸甲酯添加量的增加，C3G的轉(zhuǎn)化率隨之升高，由10.24%最終提高到21.15%，且各組數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異（p＜0.05），?；a(chǎn)物的相對含量也顯示出了相同的趨勢。肉豆蔻酸甲酯的凝固點較高，添加過多的肉豆蔻酸甲酯會導(dǎo)致反應(yīng)后的體系在常溫下凝固，不利于后續(xù)?；a(chǎn)物的分離純化，故選取底物摩爾比1:200作為此單因素實驗的最優(yōu)條件。

2.4.3 酶的添加量對酰基化反應(yīng)的影響

圖8 酶的添加量對?；磻?yīng)的影響Fig.8 Effect of f enzyme usage level on acylation efficiency

酶的添加量也是影響酶催化反應(yīng)的重要因素。酶的添加量過小無法催化C3G與肉豆蔻酸甲酯的充分反應(yīng)，酶的添加量過大又不利于節(jié)約成本。分別添加10、20、30、40 mg的Lipozyme 435脂肪酶催化?；磻?yīng)的進(jìn)行。如圖8所示，隨著體系中脂肪酶添加量的增加，C3G的轉(zhuǎn)化率呈上升的趨勢。當(dāng)酶的添加量從10 mg增加為20 mg時，其轉(zhuǎn)化率從15.45%增加到17.10%，表現(xiàn)出明顯差異（p＜0.05），當(dāng)酶的添加量進(jìn)一步增加后，其轉(zhuǎn)化率并沒有呈現(xiàn)出顯著差異，這是由于酶的量與底物濃度接近“飽和”，無法進(jìn)一步有效得提高轉(zhuǎn)化率。?；a(chǎn)物的相對含量也呈現(xiàn)出相同趨勢。結(jié)合轉(zhuǎn)化率和衍生物的相對含量，同時考慮經(jīng)濟成本，選用20 mg酶用量作為此單因素實驗的最優(yōu)條件。

2.4.4 反應(yīng)時間對?；磻?yīng)的影響

圖9 反應(yīng)時間對?；磻?yīng)的影響Fig.9 Effect of reaction time on acylation efficiency

?；磻?yīng)分別進(jìn)行12、18、24、36、48 h后測其轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物相對含量。結(jié)果見圖9所示，隨著反應(yīng)時間的增加，轉(zhuǎn)化率沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。酰基化產(chǎn)物的相對含量隨著反應(yīng)時間的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，前期的上升是由于?；磻?yīng)的進(jìn)行導(dǎo)致?；苌锏姆e累，反應(yīng)進(jìn)行18 h之后C3G及其?；苌镉捎陂L時間維持在較高溫度下分解導(dǎo)致含量的減少。因此，選取反應(yīng)時間18 h為此單因素的最優(yōu)條件。

2.5 正交試驗的設(shè)計及結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選取反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)時間（B）、底物摩爾比（C）三個因素進(jìn)行正交試驗，每個因素選取三個水平進(jìn)行分析，并對結(jié)果進(jìn)行極差分析來確定最佳反應(yīng)條件。采用L9(34)正交表進(jìn)行試驗，結(jié)果見表2。

由極差分析結(jié)果可以看出，三個因素對C3G酰基化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響大小順序為底物摩爾比＞溫度＞時間。分析各因素的K值，可以得出最優(yōu)反應(yīng)條件為：溫度60 ℃、反應(yīng)時間22 h、底物摩爾比1:250。對上述反應(yīng)條件進(jìn)行驗證性實驗，得到的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為33.25%，比單因素實驗得出的最優(yōu)轉(zhuǎn)化率結(jié)果高出10.63%。

表2 正交試驗因素水平及結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental design and results

3 結(jié)論

本研究用固定化脂肪酶Lipozyme 435為生物催化劑，以肉豆蔻酸甲酯為?；w對C3G進(jìn)行酰基化修飾，分別在單一有機溶劑和混合有機溶劑中進(jìn)行該反應(yīng)，得出在混合溶劑體系中的C3G?；磻?yīng)的轉(zhuǎn)化率均比單一溶劑顯著提高（p＜0.05），20%吡啶-叔戊醇作為最佳反應(yīng)介質(zhì)使?；D(zhuǎn)化率由10.13%提高到15.62%。對?；a(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)?；磻?yīng)很有可能發(fā)生于C3G的6″-OH上。最后以20%吡啶-叔戊醇為反應(yīng)介質(zhì)，通過單因素實驗和正交實驗優(yōu)化合成條件，獲得肉豆蔻酰C3G的最優(yōu)合成條件：溫度60 ℃、反應(yīng)時間22 h、C3G/肉豆蔻酸甲酯摩爾比1:250、酶的添加濃度20 mg/mL，在該條件下以肉豆蔻酸甲酯為酰基供體對C3G進(jìn)行?；揎棲@得了33.25%的轉(zhuǎn)化率。后續(xù)可以通過HMBC等技術(shù)進(jìn)一步確證肉豆蔻酰C3G的結(jié)構(gòu)，并嘗試在離子液體中進(jìn)行C3G的?；揎?，使得?；磻?yīng)更加環(huán)保。