用生物酶催化製備改性食用油脂及其製備方法
2023-09-22 20:37:10
專利名稱：用生物酶催化製備改性食用油脂及其製備方法
技術領域：
本發明涉及人們生活需要食用的油，具體地說是涉及用生物酶催化製備改性食用油脂，及其製備方法。
背景技術：
油脂是三大食品原料之一，為人體提供熱量、必需脂肪酸(α-亞麻酸和N-6型亞油酸)、脂溶性維生素，使食品具有優良的結構形式和誘人的風味與口感。但近年來的營養研究結果表明肥胖、高血脂、高血壓及動脈硬化病症的大量出現與高脂肪傳統油脂的過量攝入密切相關。鑑於傳統食用油脂對健康的負面作用，消費者及營養學家對用食用油脂的組成和功能性提出了新的需求。
α-亞麻酸和N-6型亞油酸在體內的生理功能不同。α-亞麻酸是生物膜，尤其視網膜、大腦的重要脂質成份。α-亞麻酸與人的生長和發育密切相關，是生物活性物質如前列腺素、白三烯的前體，對人體正常的代謝和營養起著必不可少的作用，是人體和動物的必需脂肪酸。另外，α-亞麻酸液具有降血脂、降血壓及治療脂肪肝的功能。α-亞麻酸通過延鏈和脫氫生物反應生成二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。N-6型亞油酸在同樣酶系統作用下，通過延鏈和脫氫生物反應生成二十碳四烯酸(花生四烯酸)。EPA和花生四烯酸進一步代謝生成不同類型和生理功能的前列環素和凝血素，為了維持人體正常的代謝平衡，體內不同類型和生理功能的前列環素和凝血素量和比例要適當。α-亞麻酸和N-6型亞油酸在延鏈和脫氫生物反應中具有相互競爭性。
脂肪酸不同酯的形式具有不同的吸收途徑和不同的生理作用。通過化學或生物改性技術，改善油脂組成，減少油脂對人體不利的副作用。如一種富含甘油二醯酯的食用油，可以防止使用者的血液甘油三醯酯水平的升高，幾乎不在人體內蓄積，即具有良好的儲存穩定性和風味(ZL專利號97120619.8)。甘油三醯酯與甘油二醯酯在人體代謝過程中有所區別，α，α』-甘油二醯酯與α，β(或β，α』)-甘油二醯酯生理功能也有差異。α，α』-甘油二醯酯是甘油α，α』位羥基與長鏈脂肪酸的酯化產物。與甘油三醯酯相比，α，α』-甘油二醯酯能抑制脂肪在體內堆積和降血脂的功能，這主要源於甘油三醯酯與甘油二醯酯吸收和代謝的差異。與甘油三醯酯不同，α，α』-甘油二醯酯在小腸內不能水解成β-甘油一醯酯，而生成α(或α』)-甘油一醯酯。α(或α』)-甘油一醯酯被代謝進入組織的效率低，限制了脂肪在體內組織的堆積。α，α』-甘油二醯酯與甘油三醯酯具有相同的消化和吸收途徑，相似的能量值和生物效價，但較甘油三醯酯在體內的氧化速度快，並能改善體內能量平衡，防止肥胖及其它不良病症(JAOCS 81，pp979-987，2004)。
油脂改性是平衡油脂組成、重組油脂結構、優化油脂功能的重要手段。油脂改性技術包括物理方法、化學方法和生物方法。復配、調和是油脂改性物理方法；通過氫化、化學酯交換改變油脂的結構或組成，從而改善油脂的性質；酯交換技術始於20世紀50年代，70年代末化學催化酯交換用於工業化油脂改性及多種專用油脂的生產。化學催化劑(如鹼金屬鹽)催化油脂甘油解(140-200℃)，並通過分子蒸餾去除甘油一醯酯和甘油三醯酯，生成富含甘油二醯酯(80％)的食用油(US 2003/0104109)，但反應溫度高、能耗大、操作複雜、產生大量廢水、汙染環境。20世紀80年代中期科學家們開始探索酶催化酯交換的可行性，結果發現酶催化酯交換反應條件溫和、能耗低、反應專一，產品純度高，無副產物和汙染物產生。近年生物技術，尤其基因工程技術的發展迅速，使得生物酶的生產成本大大降低，解決了酶應用於工業化生產的瓶頸問題。生物酶催化作用下對油脂進行酯交換，重組並改善油脂的結構、組成和性質，滿足對油脂功能性的需要。酶催化酯交換包括酶催化酯化、酶催化酸解及酶催化醇解。酶催化醇解是指在酶催化作用下與醇的反應，如果甘油三醯酯與乙醇反應稱為酶催化乙醇解；與甘油的反應稱為酶催化甘油解。酶催化醇解多為間歇反應。甘油與脂肪酸在α，α』專一性脂肪酶催化下酯化合成甘油二酯(EP0307154B2)，反應時間短，產物中甘油二酯含量高。但反應操作複雜，產品成本高，反應不易連續進行。在一定水含量下，脂肪酶催化油脂甘油解，反應一段時間後降低反應溫度，使產物(甘油一醯酯和甘油二醯酯)析出，產物得率高。但反應時間過長(2天以上)，低溫時反應體系粘度大，不適宜工業化生產(EP1094116A1)。將低級醇(如甲醇)和甘油酯在固定化脂肪酶催化下進行反應，反應產物分離得甘油二醯酯，同時獲得副產物脂肪酸低級醇酯(專利申請號03113862.4)。反應迅速，產物容易分離，但產物(甘油二醯酯)得率低，1摩爾甘油三醯酯僅得1摩爾甘油二醯酯，並且低級醇容易使脂肪酶失活，縮短昂貴的生物催化劑壽命，提高生產成本。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在不足之處，而提供一種連續、快速、高產率地用生物酶催化甘油解製備改性食用油脂及其製備方法。
本發明目的可以通過如下措施來實現改性食用油脂組成摩爾百分比是α-亞麻酸含量5-25％，N-6型亞油酸35-75％，油酸15-35％，棕櫚酸5-10％；其中，α-亞麻酸與N-6型亞油酸的摩爾比為1∶5-15。
α-亞麻酸以兩種或多種酯的形式存在，它們是α-亞麻酸乙酯或α-亞麻酸甘油三醯酯或α-亞麻酸甘油一醯酯或α-亞麻酸甘油二醯酯。
N-6型亞油酸以兩種或多種酯的形式存在，它們是N-6型亞油酸乙酯或N-6型亞油酸甘油三醯酯或N-6型亞油酸甘油一醯酯或N-6型亞油酸甘油二醯酯。
改性食用油脂的製備方法，以混合油脂為原料，通過物理複合技術，在混合溶劑中，用生物酶催化甘油解工藝，加熱至38-42℃，2-3小時，製得特定的改性油脂，或再通過兩種或多種油脂複合，製得本發明的改性食用油脂。
混合油脂是二種或多種以植物源或動物源的油脂為原料；混合溶劑是己烷或正庚烷或環己烷與叔丁醇的混合，比例為85-95∶5，v/v；原料油脂/混合溶劑比例為1∶1-5，w/v；甘油/油脂比例為0.4-0.8∶1，mol/mol，甘油均勻分散在油相中；甘油解通過以脂肪酶Novozym 435為催化劑的柱式連續反應器完成。Novozym 435是Candida Antarctica(南極洲念珠菌)微生物脂肪酶固定化於微孔樹脂上的生物催化劑(市售)。
1摩爾甘油三醯酯甘油解可生成1.5摩爾甘油二醯酯，較酯化法、水解法製備甘油二醯酯具有較高的產品得率。化學催化甘油解工藝能耗高、產品質量差、產生廢水量大，造成環境汙染。酶催化甘油解反應溫度低，但甘油與油脂的相容性差，尤其在連續反應器內易分離，甘油解反應體系粘度大，反應效率差，產品得率極低。本反應體系中選擇了合適的溶劑，選擇己烷或環己烷或正庚烷與叔丁醇混合物，反應體系粘度小，操作容易，並且反應產物在混合溶劑中具有較大的溶解度，酶催化連續反應速度快，反應時間從一般的10-12小時縮短到2-3小時。由於酶催化連續甘油解反應溫度低、時間短，故生產的改性食用油脂顏色淺、質量高。
本發明與現有技術相比，具有如下優點1)酶催化甘油解反應體系均勻、粘度小，反應連續進行；2)反應速度快、效率高，產品(甘油二醯酯)得率高；3)反應及工藝工程中能耗低，無汙染物生成；4)連續反應器中的生物酶壽命長，大大降低了酶催化反應的生產成本，酶的使用壽命比一般反應體系中的長20-30倍。
5)改性油脂中α-亞麻酸/N-亞油酸的比例適當，符合人體的需要。
圖1本發明工藝過程具體實施方式
下面列舉5個實施例，對本發明加以進一步說明，但本發明不只限於這些實施例。實例中的主要反應參數如表1。
表1 脂肪酶催化連續甘油解反應主要參數
實施例1850g葵花籽油與150g亞麻籽油充分混合(混合油約1.13mol)，溶於3000mL混合溶劑(95％正己烷和5％叔丁醇)，添加55g甘油(約0.6mol)、混均，加熱至40℃，反應物以3.0ml/min流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)。薄膜旋轉蒸發脫出溶劑(50℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(150℃，1×10-3Pa)去除甘一酯得到改性油脂。其產品組成分析結果為α-亞麻酸/亞油酸1∶9，1.0％(w/w)甘油一醯酯、55.0％甘油二醯酯和44.0％甘油三醯酯。
實施例21000g大豆油(約1.10mol)溶於3000mL混合溶劑(95％正己烷和5％叔丁醇)，添加55g甘油(約0.6mol)、混均，加熱至40℃，反應物以3.0ml/min的流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)，蒸發脫出溶劑(50℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(150℃，1×10-3Pa)去除甘一酯，並添加1.0％市售EPAX 6000 EE(Pronava Biocare公司產品，二十碳五烯酸33％，二十二碳六烯酸28％，飽和酸6％，單不飽和酸16％，其它17％)後，即得到改性油脂。其產品組成分析結果為α-亞麻酸/亞油酸1∶7，0.35％(w/w)二十碳五烯酸乙酯，0.25％二十二碳六烯酸乙酯，1.0％(w/w)甘油一醯酯、56.0％甘油二醯酯和42.0％甘油三醯酯。
實施例3800g葵花籽油、200g亞麻籽油與50g精製魚油均勻混合(約1.2mol)，溶於3000mL混合溶劑(95％正己烷和5％叔丁醇)，添加55g甘油(0.6mol)、混均，加熱至40℃，反應物以2.7ml/min的流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)，蒸發脫出溶劑(50℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(150℃，1×10-3Pa)去除甘一酯、游離脂肪酸和異味即得到改性油脂。其產品組成分析結果為α-亞麻酸/亞油酸1∶6，1.0％(w/w)甘油一醯酯、54.0％甘油二醯酯和45.0％甘油三醯酯。
實施例41000g亞麻籽油(約1.41mol)中添加600g乙醇(13.0mol)、混均，加熱至50℃，反應物以2.0ml/min的流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)，蒸發回收乙醇(55℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(130℃，1×10-3Pa)製得α-亞麻酸乙酯(含量45％)。
1000紅花籽油(1.2mol)，溶於3000mL混合溶劑(95％正己烷和5％叔丁醇)，添加55g甘油(約0.6mol)、混均，加熱至40℃，反應物以3.0ml/min流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)。薄膜旋轉蒸發脫出溶劑(50℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(150℃，1×10-3Pa)去除甘油一醯酯後的甘油解產品。
甘油解產品與20％α-亞麻酸乙酯混合得改性油脂。其產品組成分析結果為α-亞麻酸/亞油酸1∶7，9.0％(w/w)α-亞麻酸乙酯、1.0％(w/w)甘油一醯酯、50.0％甘油二醯酯和40.0％甘油三醯酯。
實施例5800g葵花籽油與200g亞麻籽油充分混合(混合油約1.15mol)，溶於3000mL混合溶劑(95％正庚烷和5％叔丁醇)，添加60g甘油(約0.65mol)、混均，加熱至40℃，反應物以3.0ml/min流速通過裝填有Novozym 435脂肪酶的柱式連續反應器(帶夾套玻璃柱L＝38cm，o.d.＝5cm，i.d.＝2.6cm，40℃)。薄膜旋轉蒸發脫出溶劑(50℃，50mmHg)，利用分子蒸餾(150℃，1×10-3Pa)去除甘一酯，蒸餾剩餘物再次蒸餾(220℃，1×10-3Pa)去除甘油三醯酯後得到改性油脂。其產品組成分析結果為α-亞麻酸/亞油酸1∶7，1.4％(w/w)甘油一醯酯、85.0％甘油二醯酯和13.6％甘油三醯酯。
權利要求
1.生物酶催化製備改性食用油脂，其特徵在於它的組成摩爾百分比是α-亞麻酸含量5-25％，N-6型亞油酸35-75％，油酸15-35％，棕櫚酸5-10％；其中，α-亞麻酸與N-6型亞油酸的摩爾比為1∶5-15。
2.根據權利要求1所述改性食用油脂，其特徵在於α-亞麻酸以兩種或多種酯的形式存在，它們是α-亞麻酸乙酯或α-亞麻酸甘油三醯酯或α-亞麻酸甘油一醯酯或α-亞麻酸甘油二醯酯。
3.根據權利要求1所述改性食用油脂，其特徵在於N-6型亞油酸以兩種或多種酯的形式存在，它們是N-6型亞油酸乙酯或N-6型亞油酸甘油三醯酯或N-6型亞油酸甘油一醯酯或N-6型亞油酸甘油二醯酯。
4.一種如權利要求1所述的改性食用油脂的製備方法，其特徵在於以混合油脂為原料，通過物理複合技術，在混合溶劑中，用生物酶催化甘油解工藝，加熱至38-42℃，2-3小時，製得特定的改性食用油脂，或再通過與兩種或多種油脂複合，製得本發明的改性食用油脂。
5.根據權利要求4所述的改性食用油脂的製備方法，其特徵在混合油脂是二種或多種以植物源或動物源的油脂為原料；混合溶劑是己烷或正庚烷或環己烷與叔丁醇的混合，比例為85-95∶5，v/v；原料油脂/混合溶劑比例為1∶1-5，w/v；甘油/油脂比例為0.4-0.8∶1，mol/mol，甘油均勻分散在油相中；脂肪酶Novozym 435為催化劑的柱式連續反應器。
全文摘要
本發明涉及用生物酶催化製備改性食用油脂及其製備方法，改性食用油脂組成摩爾百分比是α－亞麻酸含量5－25％，N－6型亞油酸35－75％，油酸15－35％，棕櫚酸5－10％；其中，α－亞麻酸與N－6型亞油酸的摩爾比為1∶5－15。α－亞麻酸或N－6型亞油酸均以兩種或多種酯的形式存在，詳細製備方法見說明書。本發明優點酶催化甘油解反應體系均勻、粘度小，反應連續進行；反應速度快、效率高，產品(甘油二醯酯)得率高；能耗低，無汙染物生成；生物酶壽命長，比一般反應體系長20－30倍，降低了生產成本，本發明產品改性油脂，α－亞麻酸/N－亞油酸的比例適當，符合人體的需要。
文檔編號A23D9/00GK1631186SQ200510002609
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月24日 優先權日2005年1月24日
發明者楊天奎 申請人:大連華農豆業集團股份有限公司