脂多糖具有去污、乳化、洗涤、分散、增溶、渗透、起泡、粘度调节、防止老化、防止结晶、抗静电等性能,且无毒、无臭、无污染、无刺激性、易生物降解,同时具有抗菌、保鲜、抗病毒、抗肿瘤、清除体内酯类垃圾等药理作用和免疫功能,可增强机体非特异性免疫力,抗血凝、抗血栓、降血糖,茶叶中的脂多糖有防辐射、改善造血功能、保护血相作用,还能引发发热、白细胞反应、内毒素血症与休克、弥散性血管内凝血等生物学作用,是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础,提高细胞表面镁、钙离子浓度,决定细胞表面抗原决定簇多样性,是若干噬菌体的专一吸附受体。
食品; 医药; 化工; 化妆品; 洗涤剂; 纺织; 农牧业
合成方法主要包括以下几类:
- 直接法:多糖与脂肪酸直接酯化,常压下碱性催化剂催化脱水一步合成,工艺简单但条件要求高,反应缓慢,产率低。
- 酯交换法:
- 溶剂法:
- Snell法:以DMF为溶剂,加硬脂酸甲酯和K₂CO₃催化剂,加热反应并减压蒸馏除甲醇,无水乙醇重结晶干燥。因DMF有毒且产品难纯化,已基本淘汰。
- Nebraska-Snell法(微乳法/丙二醇溶剂法):丙二醇为无毒溶剂,多糖、碱性催化剂与脂肪酸甲酯在乳化剂下形成微乳液(液滴0.01-0.06μm),加热反应。溶剂无毒易回收,微乳化体系不稳定,反应时间长、温度高易焦糖化,产品色泽深、产率低。
- Nebraska-DKS法(水乳化法/水媒法):水溶解多糖和皂(脂肪酸钾/钠/钙等)成乳状液,加碱性催化剂和脂肪酸甲酯,减压除水。反应条件温和、无有毒溶剂、时间短,但体系不稳定、微乳化难控、脂肪酸甲酯易水解。
- 无溶剂法:
- 无溶剂熔融法:多糖、碱性催化剂和脂肪酸酯混合搅拌,惰性气体保护下加热溶解/熔融,减压反应,冷却提纯。反应速度快、收率好,但温度压力高、难控制,限制工业化。
- 无溶剂相溶法:借助脂肪酸皂等亲和剂乳化,使多糖和脂肪酸甲酯相溶实现酯交换。反应体系稳定、速度快、着色小、转化率高,但温度高、能耗大或需惰气保护,程序复杂难控。
- 无溶剂非均相法:多糖、脂肪酸甲酯和K₂CO₃/Na₂CO₃等催化剂混合搅拌,一定温度压力下反应。工艺简单,酯转化率60%-90%,但糖与反应物及催化剂难混溶,反应仅在相界面进行,速度慢、催化剂用量大、产品灰分高。
- 酰化交换法:多糖与酰化剂反应,早期用脂肪酸酰氯易潮解导致产率低,后用醋酸酐、醋酸乙烯酯、琥珀酸酐等替代,合适酰氯存在下可制得不同取代度及支链长度的淀粉和直链淀粉酯,取代度0.54、1.8、2.7。
- 微生物法(酶法):根霉、肠杆菌、曲霉、假单胞菌等脂肪酶催化蔗糖和脂肪酸反应生成蔗糖酯,条件温和、无毒性物质、产品易纯化,CMC值低、表面张力大、乳化等性能优于化学合成,但成本高、操作要求严格,工业化困难。
- 其他方法:
- 相转移催化法(PTC法):加入季胺盐、聚乙二醇、冠醚等相转移催化剂,穿越液-液/液-固界面加速反应,克服反应物分散难、混溶难,加快速率、减少副反应、提高产率。
- 微波(辅助)法:
- 干法:反应物浸渍在Al₂O₃、硅胶等多孔无机载体上微波反应,载体不吸收微波,介质表面有机物吸收微波活化,反应速度快,无溶剂挥发危险,安全高效、装置简单、环保。
- 湿法:有机溶剂存在下微波反应,溶剂沸点比反应温度高20-300℃,如DMF、甲酰胺、低碳醇类、水等,避免大量有机溶剂污染。
- 超声波(辅助)法:利用空穴效应及物理化学变化加速反应,室温下即可进行,方法简单、产率高、条件温和,反应时间短、操作方便,但工业化存在成本及应用范围问题。
- 催化精馏法:将催化反应与精馏耦合,利用反应物与产物形成低沸点共沸物,通过精馏及时分离产物(酯和水),降低产物对反应的抑制作用,转化率高、产品纯度高、能耗和操作费用低。