甘油二酯食用油的生產方法
2023-05-14 20:44:46
專利名稱：甘油二酯食用油的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種甘油二酯食用油的生產方法。
背景技術：
肥胖症在世界範圍內日益流行。全球60億人口中就有17億人超重，3億人患有嚴重肥胖症，而在中國超重和患有肥胖症的人口也已分別達到2億和6000萬，並呈繼續增高的趨勢。肥胖是許多非傳染性流行病如心血管疾病、糖尿病、膽囊炎、癌症的危險因子，肥胖症患者面臨的死亡風險比體重正常的健康人高50％～100％。因此世界衛生組織已把肥胖症列為影響人類健康的十大主要威脅之一。
肥胖可歸因於遺傳、心理等多種因素，但起決定作用的還是能量攝入和消耗的不均衡。脂肪作為人類膳食中第一大能量物質，它在飲食中的供能作用遠大於其他營養素。膳食脂肪的過量攝入是肥胖及其併發症發生的重要原因。中國CDC的2002年的調查報告顯示，從1992年至2002年，我國城鄉居民平均每日油脂攝入量從19克增加至44克，脂肪在膳食中的功能比達35％，高於世界衛生組織推薦的上限(30％)。與此相應的是，我國城鄉居民中肥胖症、糖尿病、心臟病、關節炎等與飲食相關的慢性病患病率也有較大上升，且患病人口的年齡趨於年輕化。雖然公眾已經認識到油脂攝入過多造成的危害，然而，烹飪油的添加賦予了食物令人愉悅的質地、色澤和口感，人們似乎不願意為了潛在的健康去犧牲食物的美味。近年來，我國人均脂肪攝入量仍然呈遞增趨勢，因此，飲食中選擇合適的、健康的脂肪顯得格外重要。
日常的食用油的主要成分為甘油三酯，當然，植物油中也含有少量的甘油二酯。甘油二酯是指甘油分子上僅兩個羥基被醯基化而形成的一種脂肪分子。甘油二酯有兩種同分異構體，即1，2-甘油二酯和1，3-甘油二酯。研究表明，1，3-甘油二酯在體內的代謝方式與甘油三酯及1，2-甘油二酯不同。甘油三酯和1，2-甘油二酯均為經消化酶消化後生成單甘酯和游離脂肪酸，二者吸收進入血液後，很大部分重新合成甘油三酯。而1，3-甘油二酯經消化酶作用後生成甘油和游離脂肪酸，二者在體內轉化成能量。因此，過量的攝入甘油三酯油脂會造成血脂升高，進而導致脂肪在體內的聚集，造成肥胖症等一系列健康問題，而1，3-甘油二酯則不會引起血脂升高的問題，是一種健康油脂。另外，1，3-甘油二酯可經小腸外其他途徑吸收，從而減輕腸道負擔。
國內已有數項甘油二酯生工工藝的專利，這些專利主要採用了如下幾種技術(1)在脂肪酶或化學催化劑催化下，由甘油三酯的低級醇解或甘油解生成甘油二酯；(2)在脂肪酶催化下，由甘油與脂肪酸合成甘油二酯或由甘油與脂肪酸低級醇酯通過酯交換反應生成甘油二酯；(3)甘油三酯油部分水解或完全水解後再酶促合成。
這些方法存在如下缺點(1)、現有專利使用的脂肪酶都是sn-1，3特異性的脂肪酶(如LipozymeIM、Novozyme 435等)，用這種酶催化醇解或甘油解得到的甘油二酯主要是1，2-甘油二酯，如中國專利CN1438308A，CN1544412A；從代謝途徑來看，1，2-甘油二酯和甘油三酯一樣，經酶消化後都轉化成sn-2位的單甘酯和脂肪酸，二者進入血液以後，都用於合成甘油三酯。因此，過多攝入都會引起血脂升高等問題。
專利CN1438308A，CN1544412A公開了兩種甘油二酯生產方法，並在其技術背景中都提到了甘油二酯的保健作用。這兩項專利的實施例均證明得到一定純度的甘油二酯，但並未進一步說明是甘油二酯的哪一種異構體。根據其所採用的技術路線及所用的酶催化劑，可以肯定這兩種技術只能得到主要成分為1，2-甘油二酯的產物。而這種1，2-甘油二酯所不具備與1，3甘油二酯相似的保健作用。
(2)、化學催化劑催化的甘油三酯水解得到的產物中1，3-甘油二酯含量較低，而且為了防止高溫下脂肪酸氧化，反應需要在真空或惰性氣體的保護下進行，增加了成本，如中國專利CN1635068A、CN1585814。
(3)、酶促甘油與脂肪酸合成法需要預先將甘油固定以防止它吸附在酶分子表面，從而影響酶活，還需要不斷除去反應體系中生成的水使反應得以進行，這增加了專利實施的難度，如中國專利CN1560020A，CN1615365。
(4)、甘油三酯水解後再合成甘油二酯的方法涉及到油脂分解-脂肪酸分離-合成-產物分離四步工序，反應過程中也需不斷除去水分，工藝流程較為繁瑣，如中國專利CN1267322A。
發明內容
針對現有技術中存在的不足之處，本發明提供一種工藝簡潔，收率高、主要成分為1，3-甘油二酯的甘油二酯食用油的生產方法。
本發明為達到以上目的，是通過這樣的技術方案來實現的提供一種甘油二酯食用油的生產方法，包括以下步驟1、一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是包括以下步驟1)、將強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反應釜中，再按強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油重量總和的0.5～10％加入固定化脂肪酶建立反應體系；所述固定化脂肪酶是指將來源於細菌、可選擇性水解甘油三酯分子sn-2位酯鍵的脂肪酶，採用固定法固定在疏水載體上形成的固定化脂肪酶；2)、將上述反應體系在均勻攪拌、30～80℃的反應溫度和pH值為7.0～9.5的條件下進行酯水解反應2～10小時，得水解反應液；3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；4)、從上述脫酶反應液中分離出甘油二酯食用油和甘油三酯食用油，所述甘油二酯食用油主要為1，3-甘油二酯。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的一種改進將步驟3)所得的固定化脂肪酶經蒸餾水衝洗後，低溫乾燥。具體可為將步驟3)所得的固定化脂肪酶經50倍體積的蒸餾水衝洗3～5次後，採用冷凍乾燥或真空乾燥等低溫乾燥法。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進細菌為假絲酵母屬、青黴屬、地黴屬或假單胞菌屬。所用的固定法為物理吸附或共價交聯，疏水載體可採用大孔樹脂。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進步驟2)中反應釜內攪拌器的轉速為100～500轉/分。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進甘油三酯食用油為動物油、植物油、微生物油、動物油精煉脂肪、植物油精煉脂肪和微生物油精練脂肪中的至少一種。植物油為菜籽油、大豆油、棉籽油、玉米油、亞麻籽油、紅花籽油、棕櫚油、椰子油、橄欖油、米糠油、葵花籽油、茶籽油、花生油、可可酯或類可可酯；動物油為牛油、羊油、豬油、魚油或乳酯。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進強鹼弱酸鹽緩衝液為碳酸氫鈉-氫氧化鈉緩衝液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液或醋酸鈉-氫氧化鈉緩衝液。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進步驟2)中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來控制pH值。
作為本發明的甘油二酯食用油的生產方法的進一步改進步驟4)中所採用的分離法為分子蒸餾或超臨界萃取。
本發明的甘油二酯食用油的生產方法，是一種利用能選擇性水解甘油三酯分子sn-2位酯鍵的脂肪酶，直接水解甘油三酯分子sn-2位酯鍵來生產富含1，3-甘油二酯的甘油二酯食用油的生產方法。與現有的專利技術相比，本發明具有如下優點1)、酯水解反應是在能選擇性水解甘油三酯sn-2位酯鍵的脂肪酶的催化下進行，並通過控制反應條件和反應時間來減少甘油三酯分子其他位點的水解和過度水解，從而提高了產物中1，3-甘油二酯的含量，減少甘油一酯等副產物的生成。
2)、酯水解反應在較溫和的條件下進行，油酯中的不飽和脂肪酸氧化率低，因而不會造成反應產物顏色過深、有異味等問題。
3)、酯水解反應過程中無需加入其他的脂肪酸，對油脂脂肪酸比例不會造成較大的改變。
4)、催化所用的固定化脂肪酶經過回收和簡單的水洗、低溫乾燥處理後，即可恢復到與使用前相近的活性；不僅提高了酶的利用效率，還節省了成本。
5)、原料甘油三酯經過一次酯水解反應後未反應完的部分甘油三酯經過分離後，可加入步驟1)的反應體系中進行第二輪反應，提高了原料甘油三酯的利用率。
6)、該發明中的副產物中含大量的從甘油三酯分子上sn-2位脫下來的脂肪酸，經分離後可用於多種工業用途，很容易實現廢棄物再利用，能產生額外的經濟效益。
7)、該發明工藝簡單，對設備要求低，具有較強的可操作性，且1，3-甘油二酯的收率高。
具體實施例方式
實施例1、一種甘油二酯食用油的生產方法，首先製作固定化脂肪酶選用Candida cylindracea(假絲酵母屬細菌)脂肪酶(購自sigma化學公司，為4570單位/毫米克蛋白質(Biuret法))，按1∶600的重量體積比(W/V)溶入磷酸緩衝液(pH＝7.6)，按75∶1的比例向緩衝液中加入大孔樹脂後，45℃振蕩緩衝液14小時，再經2000～3000轉/分鐘離心，沉澱出的固定化酶經蒸餾水衝洗3～5遍後低溫乾燥。
然後，依次進行以下步驟1)、將70克碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液、200克菜籽油和13克固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為400轉/分鐘的均勻攪拌、30℃的反應溫度和pH值為7.9的條件下進行酯水解反應4小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中離心分離(2000～3000轉/分鐘)出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油71.8克和甘油三酯食用油37.1克。
儀器測定得知71.8克甘油二酯食用油由56.2克甘油二酯和15.6克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的69.27％。
實施例2、一種甘油二酯食用油的生產方法，固定化脂肪酶的製作方法中，Penicillium simplissisimum(青黴屬細菌)脂肪酶代替Candida cylindracea脂肪酶，其餘同實施例1。
然後，依次進行以下步驟1)、將170克碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液、180克大豆油和30克的上述固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為200轉/分鐘的均勻攪拌、70℃的反應溫度和pH值為7.2的條件下進行酯水解反應6小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；所用分離法同實施例1。
4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油35.7克和甘油三酯食用油98.4克。
儀器測定得知35.7克甘油二酯食用油由28.9克甘油二酯和6.8克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的78.95％。
實施例3、一種甘油二酯食用油的生產方法，固定化脂肪酶的製作方法中，用的Geotrichum candidum(地黴屬細菌)脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其餘同實施例1。
然後，依次進行以下步驟1)、將120克醋酸鈉-氫氧化鈉緩衝液、200克茶籽油和25克的上述固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為100轉/分鐘的均勻攪拌、80℃的反應溫度和pH值為8.9的條件下進行酯水解反應3小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；所用分離法同實施例1。
4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油20.5克和甘油三酯食用油151克。
儀器測定得知20.5克甘油二酯食用油由15.7克甘油二酯和4.8克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的73.88％。
實施例4、一種甘油二酯食用油的生產方法，固定化脂肪酶的製作方法中，用Pseudomonas species(假單胞菌屬細菌)脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其餘同實施例1。
然後，依次進行以下步驟1)、將100克碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液、200克牛油和7克的上述固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為500轉/分鐘的均勻攪拌、60℃的反應溫度和pH值為8.1的條件下進行酯水解反應10小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；所用分離法同實施例1。
4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油71.9克和甘油三酯食用油18.9克。
儀器測定得知71.9克甘油二酯食用油由59克甘油二酯和12.9克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的76.98％。
實施例5、一種甘油二酯食用油的生產方法，固定化脂肪酶的製作方法中，用Penicillium simplissisimum脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其餘同實施例1。
然後，依次進行以下步驟1)、將200克碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液、120克大豆油和80克豬油精煉脂肪和和30克的上述固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為200轉/分鐘的均勻攪拌、70℃的反應溫度和pH值為7.2的條件下進行酯水解反應6小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；所用分離法同實施例1。
4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油37.9克和甘油三酯食用油108.5克。
儀器測定得知37.9克甘油二酯食用油由30.4克甘油二酯和7.5克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的81.3％。
實施例6、一種甘油二酯食用油的生產方法，固定化脂肪酶的製作方法中，用Pseudomonas species脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其餘同實施例1。
然後，依次進行以下步驟1)、將180克碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液、80克大豆油、50豬油精煉脂肪、40克魚油、20克微生物油和30克的上述固定化脂肪酶放入反應釜中建立反應體系。
2)、將上述反應體系在攪拌速度為400轉/分鐘的均勻攪拌、50℃的反應溫度和pH值為7.5的條件下進行酯水解反應5小時，得水解反應液；本步驟中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來實現控制pH值。
3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；所用分離法同實施例1。
4)、上述脫酶反應液採用儀器測定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
採用分子蒸餾法可分離出甘油二酯食用油66.9克和甘油三酯食用油55.2克。
儀器測定得知66.9克甘油二酯食用油由55.7克甘油二酯和11.2克甘油三酯組成，且1，3-甘油二酯佔甘油二酯食用油總重的81.93％。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是包括以下步驟1)、將強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反應釜中，再按強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油重量總和的0.5～10％加入固定化脂肪酶建立反應體系；所述固定化脂肪酶是指將來源於細菌、可選擇性水解甘油三酯分子sn-2位酯鍵的脂肪酶，採用固定法固定在疏水載體上形成的固定化脂肪酶；2)、將上述反應體系在均勻攪拌、30～80℃的反應溫度和pH值為7.0～9.5的條件下進行酯水解反應2～10小時，得水解反應液；3)、從上述水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；4)、從上述脫酶反應液中分離出甘油二酯食用油和甘油三酯食用油，所述甘油二酯食用油主要為1，3-甘油二酯。
2.根據權利要求1所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是將所述步驟3)所得的固定化脂肪酶經蒸餾水衝洗後，低溫乾燥。
3.根據權利要求1或2所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述細菌為假絲酵母屬、青黴屬、地黴屬或假單胞菌屬。
4.根據權利要求3所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述步驟2)中反應釜內攪拌器的轉速為100～500轉/分。
5.根據權利要求4所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述甘油三酯食用油為動物油、植物油、微生物油、動物油精煉脂肪、植物油精煉脂肪和微生物油精煉脂肪中的至少一種。
6.根據權利要求5所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述植物油為菜籽油、大豆油、棉籽油、玉米油、亞麻籽油、紅花籽油、棕櫚油、椰子油、橄欖油、米糠油、葵花籽油、茶籽油、花生油、可可酯或類可可酯；所述動物油為牛油、羊油、豬油、魚油或乳酯。
7.根據權利要求6所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述強鹼弱酸鹽緩衝液為碳酸氫鈉—氫氧化鈉緩衝液、碳酸鈉—碳酸氫鈉緩衝液或醋酸鈉—氫氧化鈉緩衝液。
8.根據權利要求7所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述步驟(2)中，通過向反應體系滴加稀鹼溶液來控制pH值。
9.根據權利要求8所述的一種甘油二酯食用油的生產方法，其特徵是所述步驟4)中所採用的分離法為分子蒸餾或超臨界萃取。
全文摘要
本發明公開了一種甘油二酯食用油的生產方法，包括以下步驟1)將強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反應釜中，再按強鹼弱酸鹽緩衝液和甘油三酯食用油重量總和的0.5～10％加入固定化脂肪酶建立反應體系；2)將反應體系在均勻攪拌、30～80℃的反應溫度和pH值為7.0～9.5的條件下進行酯水解反應2～10小時，得水解反應液；3)從水解反應液中分離出固定化脂肪酶後，得脫酶反應液；4)從脫酶反應液中分離出甘油二酯食用油和甘油三酯食用油。使用本發明的方法，能生產主要成分為1，3－甘油二酯的甘油二酯食用油，且工藝簡潔，收率高。
文檔編號A23D9/02GK1802967SQ20061004924
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月24日 優先權日2006年1月24日
發明者李鐸, 張治國, 李華 申請人:浙江大學