CN100362107C - 甘油二酯食用油的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甘油二酯食用油的生产方法，包括以下步骤：1)将强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反应釜中，再按强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油重量总和的0.5～10%加入固定化脂肪酶建立反应体系；2)将反应体系在均匀搅拌、30～80℃的反应温度和pH值为7.0～9.5的条件下进行酯水解反应2～10小时，得水解反应液；3)从水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；4)从脱酶反应液中分离出甘油二酯食用油和甘油三酯食用油。使用本发明的方法，能生产主要成分为1，3-甘油二酯的甘油二酯食用油，且工艺简洁，收率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种甘油二酯食用油的生产方法。
背景技术
肥胖症在世界范围内日益流行。全球60亿人口中就有17亿人超重，3亿人患有严重肥胖症，而在中国超重和患有肥胖症的人口也已分别达到2亿和6000万，并呈继续增高的趋势。肥胖是许多非传染性流行病如心血管疾病、糖尿病、胆囊炎、癌症的危险因子，肥胖症患者面临的死亡风险比体重正常的健康人高50％～100％。因此世界卫生组织已把肥胖症列为影响人类健康的十大主要威胁之一。
肥胖可归因于遗传、心理等多种因素，但起决定作用的还是能量摄入和消耗的不均衡。脂肪作为人类膳食中第一大能量物质，它在饮食中的供能作用远大于其他营养素。膳食脂肪的过量摄入是肥胖及其并发症发生的重要原因。中国CDC的2002年的调查报告显示，从1992年至2002年，我国城乡居民平均每日油脂摄入量从19克增加至44克，脂肪在膳食中的功能比达35％，高于世界卫生组织推荐的上限(30％)。与此相应的是，我国城乡居民中肥胖症、糖尿病、心脏病、关节炎等与饮食相关的慢性病患病率也有较大上升，且患病人口的年龄趋于年轻化。虽然公众已经认识到油脂摄入过多造成的危害，然而，烹饪油的添加赋予了食物令人愉悦的质地、色泽和口感，人们似乎不愿意为了潜在的健康去牺牲食物的美味。近年来，我国人均脂肪摄入量仍然呈递增趋势，因此，饮食中选择合适的、健康的脂肪显得格外重要。
日常的食用油的主要成分为甘油三酯，当然，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仅两个羟基被酰基化而形成的一种脂肪分子。甘油二酯有两种同分异构体，即1，2-甘油二酯和1，3-甘油二酯。研究表明，1，3-甘油二酯在体内的代谢方式与甘油三酯及1，2-甘油二酯不同。甘油三酯和1，2-甘油二酯均为经消化酶消化后生成单甘酯和游离脂肪酸，二者吸收进入血液后，很大部分重新合成甘油三酯。而1，3-甘油二酯经消化酶作用后生成甘油和游离脂肪酸，二者在体内转化成能量。因此，过量的摄入甘油三酯油脂会造成血脂升高，进而导致脂肪在体内的聚集，造成肥胖症等一系列健康问题，而1，3-甘油二酯则不会引起血脂升高的问题，是一种健康油脂。另外，1，3-甘油二酯可经小肠外其他途径吸收，从而减轻肠道负担。
国内已有数项甘油二酯生工工艺的专利，这些专利主要采用了如下几种技术：(1)在脂肪酶或化学催化剂催化下，由甘油三酯的低级醇解或甘油解生成甘油二酯；(2)在脂肪酶催化下，由甘油与脂肪酸合成甘油二酯或由甘油与脂肪酸低级醇酯通过酯交换反应生成甘油二酯；(3)甘油三酯油部分水解或完全水解后再酶促合成。
这些方法存在如下缺点：
(1)、现有专利使用的脂肪酶都是sn-1，3特异性的脂肪酶(如LipozymeIM、Novozyme 435等)，用这种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，如中国专利CN1438308A，CN1544412A；从代谢途径来看，1，2-甘油二酯和甘油三酯一样，经酶消化后都转化成sn-2位的单甘酯和脂肪酸，二者进入血液以后，都用于合成甘油三酯。因此，过多摄入都会引起血脂升高等问题。
专利CN1438308A，CN1544412A公开了两种甘油二酯生产方法，并在其技术背景中都提到了甘油二酯的保健作用。这两项专利的实施例均证明得到一定纯度的甘油二酯，但并未进一步说明是甘油二酯的哪一种异构体。根据其所采用的技术路线及所用的酶催化剂，可以肯定这两种技术只能得到主要成分为1，2-甘油二酯的产物。而这种1，2-甘油二酯所不具备与1，3甘油二酯相似的保健作用。
(2)、化学催化剂催化的甘油三酯水解得到的产物中1，3-甘油二酯含量较低，而且为了防止高温下脂肪酸氧化，反应需要在真空或惰性气体的保护下进行，增加了成本，如中国专利CN1635068A、CN1585814。
(3)、酶促甘油与脂肪酸合成法需要预先将甘油固定以防止它吸附在酶分子表面，从而影响酶活，还需要不断除去反应体系中生成的水使反应得以进行，这增加了专利实施的难度，如中国专利CN1560020A，CN1615365。
(4)、甘油三酯水解后再合成甘油二酯的方法涉及到油脂分解-脂肪酸分离-合成-产物分离四步工序，反应过程中也需不断除去水分，工艺流程较为繁琐，如中国专利CN1267322A。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种工艺简洁，收率高、主要成分为1，3-甘油二酯的甘油二酯食用油的生产方法。
本发明为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：提供一种甘油二酯食用油的生产方法，包括以下步骤：
1、一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是包括以下步骤：
1)、将强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反应釜中，再按强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油重量总和的0.5～10％加入固定化脂肪酶建立反应体系；所述固定化脂肪酶是指将来源于细菌、可选择性水解甘油三酯分子sn-2位酯键的脂肪酶，采用固定法固定在疏水载体上形成的固定化脂肪酶；
2)、将上述反应体系在均匀搅拌、30～80℃的反应温度和pH值为7.0～9.5的条件下进行酯水解反应2～10小时，得水解反应液；
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；
4)、从上述脱酶反应液中分离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为1，3-甘油二酯。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的一种改进：将步骤3)所得的固定化脂肪酶经蒸馏水冲洗后，低温干燥。具体可为将步骤3)所得的固定化脂肪酶经50倍体积的蒸馏水冲洗3～5次后，采用冷冻干燥或真空干燥等低温干燥法。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：细菌为假丝酵母属、青霉属、地霉属或假单胞菌属。所用的固定法为物理吸附或共价交联，疏水载体可采用大孔树脂。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：步骤2)中反应釜内搅拌器的转速为100～500转/分。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：甘油三酯食用油为动物油、植物油、微生物油、动物油精炼脂肪、植物油精炼脂肪和微生物油精练脂肪中的至少一种。植物油为菜籽油、大豆油、棉籽油、玉米油、亚麻籽油、红花籽油、棕榈油、椰子油、橄榄油、米糠油、葵花籽油、茶籽油、花生油、可可酯或类可可酯；动物油为牛油、羊油、猪油、鱼油或乳酯。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：强碱弱酸盐缓冲液为碳酸氢钠-氢氧化钠缓冲液、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液或醋酸钠-氢氧化钠缓冲液。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：步骤2)中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来控制pH值。
作为本发明的甘油二酯食用油的生产方法的进一步改进：步骤4)中所采用的分离法为分子蒸馏或超临界萃取。
本发明的甘油二酯食用油的生产方法，是一种利用能选择性水解甘油三酯分子sn-2位酯键的脂肪酶，直接水解甘油三酯分子sn-2位酯键来生产富含1，3-甘油二酯的甘油二酯食用油的生产方法。与现有的专利技术相比，本发明具有如下优点：
1)、酯水解反应是在能选择性水解甘油三酯sn-2位酯键的脂肪酶的催化下进行，并通过控制反应条件和反应时间来减少甘油三酯分子其他位点的水解和过度水解，从而提高了产物中1，3-甘油二酯的含量，减少甘油一酯等副产物的生成。
2)、酯水解反应在较温和的条件下进行，油酯中的不饱和脂肪酸氧化率低，因而不会造成反应产物颜色过深、有异味等问题。
3)、酯水解反应过程中无需加入其他的脂肪酸，对油脂脂肪酸比例不会造成较大的改变。
4)、催化所用的固定化脂肪酶经过回收和简单的水洗、低温干燥处理后，即可恢复到与使用前相近的活性；不仅提高了酶的利用效率，还节省了成本。
5)、原料甘油三酯经过一次酯水解反应后未反应完的部分甘油三酯经过分离后，可加入步骤1)的反应体系中进行第二轮反应，提高了原料甘油三酯的利用率。
6)、该发明中的副产物中含大量的从甘油三酯分子上sn-2位脱下来的脂肪酸，经分离后可用于多种工业用途，很容易实现废弃物再利用，能产生额外的经济效益。
7)、该发明工艺简单，对设备要求低，具有较强的可操作性，且1，3-甘油二酯的收率高。
具体实施方式
实施例1、一种甘油二酯食用油的生产方法，
首先制作固定化脂肪酶：选用Candida cylindracea(假丝酵母属细菌)脂肪酶(购自sigma化学公司，为4570单位/毫米克蛋白质(Biuret法))，按1∶600的重量体积比(W/V)溶入磷酸缓冲液(pH＝7.6)，按75∶1的比例向缓冲液中加入大孔树脂后，45℃振荡缓冲液14小时，再经2000～3000转/分钟离心，沉淀出的固定化酶经蒸馏水冲洗3～5遍后低温干燥。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将70克碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、200克菜籽油和13克固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为400转/分钟的均匀搅拌、30℃的反应温度和pH值为7.9的条件下进行酯水解反应4小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中离心分离(2000～3000转/分钟)出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油71.8克和甘油三酯食用油37.1克。
仪器测定得知：71.8克甘油二酯食用油由56.2克甘油二酯和15.6克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的69.27％。
实施例2、一种甘油二酯食用油的生产方法，
固定化脂肪酶的制作方法中，Penicillium simplissisimum(青霉属细菌)脂肪酶代替Candida cylindracea脂肪酶，其余同实施例1。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将170克碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、180克大豆油和30克的上述固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为200转/分钟的均匀搅拌、70℃的反应温度和pH值为7.2的条件下进行酯水解反应6小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；所用分离法同实施例1。
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油35.7克和甘油三酯食用油98.4克。
仪器测定得知：35.7克甘油二酯食用油由28.9克甘油二酯和6.8克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的78.95％。
实施例3、一种甘油二酯食用油的生产方法，
固定化脂肪酶的制作方法中，用的Geotrichum candidum(地霉属细菌)脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其余同实施例1。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将120克醋酸钠-氢氧化钠缓冲液、200克茶籽油和25克的上述固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为100转/分钟的均匀搅拌、80℃的反应温度和pH值为8.9的条件下进行酯水解反应3小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；所用分离法同实施例1。
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油20.5克和甘油三酯食用油151克。
仪器测定得知：20.5克甘油二酯食用油由15.7克甘油二酯和4.8克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的73.88％。
实施例4、一种甘油二酯食用油的生产方法，
固定化脂肪酶的制作方法中，用Pseudomonas species(假单胞菌属细菌)脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其余同实施例1。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将100克碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、200克牛油和7克的上述固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为500转/分钟的均匀搅拌、60℃的反应温度和pH值为8.1的条件下进行酯水解反应10小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；所用分离法同实施例1。
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油71.9克和甘油三酯食用油18.9克。
仪器测定得知：71.9克甘油二酯食用油由59克甘油二酯和12.9克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的76.98％。
实施例5、一种甘油二酯食用油的生产方法，
固定化脂肪酶的制作方法中，用Penicillium simplissisimum脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其余同实施例1。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将200克碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、120克大豆油和80克猪油精炼脂肪和和30克的上述固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为200转/分钟的均匀搅拌、70℃的反应温度和pH值为7.2的条件下进行酯水解反应6小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；所用分离法同实施例1。
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油37.9克和甘油三酯食用油108.5克。
仪器测定得知：37.9克甘油二酯食用油由30.4克甘油二酯和7.5克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的81.3％。
实施例6、一种甘油二酯食用油的生产方法，
固定化脂肪酶的制作方法中，用Pseudomonas species脂肪酶替代Candida cylindracea脂肪酶，其余同实施例1。
然后，依次进行以下步骤：
1)、将180克碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、80克大豆油、50猪油精炼脂肪、40克鱼油、20克微生物油和30克的上述固定化脂肪酶放入反应釜中建立反应体系。
2)、将上述反应体系在搅拌速度为400转/分钟的均匀搅拌、50℃的反应温度和pH值为7.5的条件下进行酯水解反应5小时，得水解反应液；本步骤中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来实现控制pH值。
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；所用分离法同实施例1。
4)、上述脱酶反应液采用仪器测定可知主要含有甘油一酯、脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯。
采用分子蒸馏法可分离出甘油二酯食用油66.9克和甘油三酯食用油55.2克。
仪器测定得知：66.9克甘油二酯食用油由55.7克甘油二酯和11.2克甘油三酯组成，且1，3-甘油二酯占甘油二酯食用油总重的81.93％。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是包括以下步骤：
1)、将强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油按0.3～1∶1的重量比加入反应釜中，再按强碱弱酸盐缓冲液和甘油三酯食用油重量总和的0.5～10％加入固定化脂肪酶建立反应体系；所述固定化脂肪酶是指将来源于细菌、可选择性水解甘油三酯分子sn-2位酯键的脂肪酶，采用固定法固定在疏水载体上形成的固定化脂肪酶；
2)、将上述反应体系在均匀搅拌、30～80℃的反应温度和pH值为7.0～9.5的条件下进行酯水解反应2～10小时，得水解反应液；
3)、从上述水解反应液中分离出固定化脂肪酶后，得脱酶反应液；
4)、从上述脱酶反应液中分离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为1，3-甘油二酯。
2.根据权利要求1所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：将所述步骤3)所得的固定化脂肪酶经蒸馏水冲洗后，低温干燥。
3.根据权利要求1或2所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述细菌为假丝酵母属、青霉属、地霉属或假单胞菌属。
4.根据权利要求3所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述步骤2)中反应釜内搅拌器的转速为100～500转/分。
5.根据权利要求4所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述甘油三酯食用油为动物油、植物油、微生物油、动物油精炼脂肪、植物油精炼脂肪和微生物油精炼脂肪中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述植物油为菜籽油、大豆油、棉籽油、玉米油、亚麻籽油、红花籽油、棕榈油、椰子油、橄榄油、米糠油、葵花籽油、茶籽油、花生油、可可酯或类可可酯；所述动物油为牛油、羊油、猪油、鱼油或乳酯。
7.根据权利要求6所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述强碱弱酸盐缓冲液为碳酸氢钠-氢氧化钠缓冲液、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液或醋酸钠-氢氧化钠缓冲液。
8.根据权利要求7所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述步骤(2)中，通过向反应体系滴加稀碱溶液来控制pH值。
9.根据权利要求8所述的一种甘油二酯食用油的生产方法，其特征是：所述步骤4)中所采用的分离法为分子蒸馏或超临界萃取。
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