背景技术
母乳是适合婴儿生长发育初期的最佳食品,母乳中的脂肪含量和脂肪酸组成相适应于婴幼儿期的快速生长所需。母乳中含有约3-4.5%的脂肪,其中98%是甘油三酯,这些脂肪为婴幼儿提供着50-60%的能量,并对婴幼儿吸收多种维生素和矿物质起到关键的作用。
婴幼儿对甘油三酯的消化过程是复杂的。饮食中摄入的脂肪酸甘油三酯在人体内被脂肪酶消化吸收时,脂肪酶通常将水解甘油三酯Sn-l,Sn-3位上的脂肪酸生成游离的脂肪酸和Sn-2位甘油单酯,Sn-2位上的脂肪酸很难被脂肪酶水解。不饱和及短链的游离脂肪酸容易被人体吸收,Sn-2位的单甘酯通过淋巴系统被吸收进入血液循环。如果酶水解得到的游离脂肪酸是饱和脂肪酸棕榈酸,其熔点(63℃)高于人类体温,那么它在小肠的酸性环境下则容易和钙、镁等矿物质发生皂化反应,形成不溶的皂化盐,从而严重降低脂肪酸的吸收率而被排出体外,造成能量和钙的双重损失。如果棕榈酸以Sn-2位单甘酯形式的酶解产物存在,就会很容易被人体吸收,从而提高人体脂肪酸的吸收率。
人乳中的脂肪酸组成不同于一般的植物油,约60-70%的棕榈酸酯化在甘油三酯的Sn-2位上,正是这种高度特异性的位置分布对营养吸收的效率作出了主要的贡献。目前国内普通婴儿配方奶粉中的棕榈酸主要来源为棕榈油,其中的棕榈酸主要酯化在Sn-l,Sn-3位,造成吸收不佳,同时游离的棕榈酸与肠腔中的钙结合起来,产生钙皂,造成脂肪酸(能量)和钙的损失。不仅如此,钙分泌的增加和粪便硬度的增加成正比,导致婴儿便秘甚至肠梗阻。
一项研究(Carnielli,FeedingPrematureNewbornInfantsPalmiticAcidinAnlountsandStereoisomericPositionSimilarToThatofHumanMilk,EffectsoilFatandMineralBalance[J].AmericanJournalofClinicalNutrition,1995,61:1037-1042)比较了棕榈酸主要位于Sn-2位和Sn-1,3位的两种婴儿配方奶粉中脂肪和钙质的吸收。表明含有主要位于Sn-2上位置的棕榈酸的奶粉,对健康的足月婴儿的脂肪和钙质的肠道吸收有显著提高。另一项研究(WinstonW.K.,ReducedBoneMineralzationinInfantsFedPalmOlein-ContainingFormula:ARandomized,Double-BlindedProspectiveTrial[J].Pediatrics,2003,111(5):1017-1023)采用添加棕榈油作为婴儿配方奶粉中棕榈酸来源,结果导致了较低的脂肪和钙质吸收率,同时降低了婴儿的骨矿度。而采用Sn-2位高棕榈酸的结构脂肪则会消除这种负面影响。
目前,婴儿食品种类繁多,其中所含的甘三酯来源主要有:(1)以植物油直接调和;(2)以混合油进行随机酯交换;(3)以牛奶为基本成分或再混合植物油加以调配;(4)以Sn-2位富含棕榈酸的油脂或甘一酯与酰基供体通过酯交换来制备。
国际上已经有不少专利采用了以植物油直接调和的方法(如US5,601,860等),主要将富含棕榈酸的油(如棕榈油)与其它含有必需脂肪酸的油(如大豆油)进行调和所得。通过这种方法得到的产品可以使总脂肪酸组成与人乳脂的相似,甚至也可使Sn-2位的脂肪酸组成与人乳脂的相似,但可以预见这种产品中结构为sn-OPO或Sn-OPL的含量较少,且直接调和的产品对于婴儿的钙及其他方面如能量的吸收都会造成不利的影响。若以牛奶直接代替人乳脂,由于牛乳的甘三酯脂肪酸与人乳脂有差别,因此即便再配以植物油,也难使甘三酯的结构符合要求。若以植物油为原料,用化学催化剂如甲醇钠进行随机酯交换,如专利EP0376628,通过这种方法得到的产品尽管总脂肪酸组成也能较好的符合要求,但OPO含量却很难满足要求,且很可能会有长碳链饱和酸如硬脂酸、软脂酸所组成的甘三酯,这对于婴儿的吸收非常不利。
目前以Sn-2位富含棕榈酸的油与酰基供体在1,3位选择性酶催化下通过酯交换来制备OPO的方法已较普遍。韩国JeungHeeLee等人在NewBiotechnology,Volume27,Issue1,28February2010,Pages38-45发表了用棕榈油硬脂精和油酸乙酯反应合成OPO的方法。
WO2006114791A1公开了酶法制备用于调配母乳脂肪替代物的油基的方法,其中包括了对植物来源甘油三酯混合物先进行随机酯交换,再将其与富含油酸的脂肪酸混合物进行酶法酯交换。随机酯交换步骤提高了混合植物油中酯化在Sn-2位的棕榈酸含量,从而显著减少了用于婴幼儿配方奶粉中满足Sn-2位棕榈酸占总棕榈酸比例要求的脂基量,降低了成本。该酶法制备的脂基质具有如下特征:酯化在Sn-2的脂肪酸50%以上是饱和的,Sn-2位饱和脂肪酸占总饱和脂肪酸的比例大于43.5%,且85%以上酯化在Sn-2位的饱和脂肪酸是棕榈酸,Sn-1位和Sn-3位不饱和脂肪酸中45~65%是油酸。
WO2007029018A1公开了一种制备包含1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)组合物的方法,其中包括使用碘价为约2~12的棕榈油硬脂精与油酸或其脂肪酸非甘油酯的酯(如油酸与1至6个碳原子的醇的烷基酯)进行酶促酯交换。采用该发明的方法可以在产物中获得最优40%以上C52(POO和OPO),且Sn-2位棕榈酸占棕榈酸含量至少50%以上。但是该方法涉及到分馏工艺,增加了工艺成本。
WO2008104381A1公开了制备含有OPO组合物的方法,其中包括使用一种或多种含有PPP甘三酯的棕榈油硬脂分提物作为反应底物,其碘价范围在18~40,先对其进行酶法随机酯交换,再将随机酯交换产物与油酸或其脂肪酸非甘油酯脂肪酸非甘油酯的酯进行Sn-1,3位定向酯交换。
WO2007029018A1和WO2008104381A1均使用CN52的含量作为判断OPO的含量。本领域的科学技术人员都知道C52是POO、OPO、OPL、POS、PSO等甘三酯的混合物。
尽管上述专利通过原料的选择及对反应底物进行预处理提高了终产物中C52的含量,但都局限于以不同碘价棕榈油硬脂精为反应底物,或对其本身进行随机酯交换。
仍然需要提供一种更有效的制备1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的方法。例如提高方法的产率或使得方法更有效。
发明内容
令人惊讶地,本发明独创性地以富含饱和脂肪酸残基的酯与富含不饱和脂肪酸残基的酯为反应底物,先对其进行随机酯交换,再将反应混合物与不饱和脂肪酸进行酶法定向酯交换,以制备含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物方法。此方法能够显著提高最终产物中Sn-2饱和脂肪酸占总饱和脂肪酸的含量及1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯,例如1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO),的含量。因此,本发明提供了一种更为高效的制备含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物的方法,例如含有OPO组合物,同时提高了生产效率及产品得率。
本发明涉及用于制备含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物方法,该方法包括以下步骤:
(i)将富含饱和脂肪酸残基的酯与富含不饱和脂肪酸残基的酯混合进行随机酯交换,得到随机酯交换的油脂A;
(ii)将(i)中所得油脂A与不饱和脂肪酸混合,再在酶促酯交换的催化剂的存在下进行Sn-1,3位定向酯交换反应,
其中,富含饱和脂肪酸残基的酯与富含不饱和脂肪酸残基的酯之一是富含不饱和脂肪酸残基或饱和脂肪酸残基的甘油三酯。
具体地说,本发明涉及以下方面:
1.一种用于制备含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物方法,该方法包括以下步骤:
(i)将富含饱和脂肪酸残基的酯与富含不饱和脂肪酸残基的酯混合进行随机酯交换,得到随机酯交换的油脂A;
(ii)将(i)中所得油脂A与不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸的酯混合,再在酶促酯交换的催化剂的存在下进行Sn-1,3位定向酯交换反应,
其中,富含饱和脂肪酸残基的酯与富含不饱和脂肪酸残基的酯之一是富含不饱和脂肪酸残基或饱和脂肪酸残基的甘油三酯。
2.按照前述方面1的方法,其中所述富含不饱和脂肪酸残基的酯是或源自动物油、植物油或合成油。
3.按照前述方面1或2的方法,其中不饱和脂肪酸包括油酸和/或亚油酸;或其中饱和脂肪酸包括棕榈酸和/或硬脂酸。
4.按照前述方面1-3任一项的方法,其中所述不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸的酯是油酸或亚油酸,或具有油酸残基或亚油酸残基的不饱和脂肪酸的酯。
5.按照前述方面1-4任一项的方法,其中所述富含饱和脂肪酸残基的酯为棕榈油硬脂精,所述棕榈油硬脂精的碘值为约8~约40,优选为约14~约35。
6.按照前述方面1-5任一项的方法,其中在步骤(i)中使用催化剂,所述催化剂为甲醇钠、乙醇钠或非专一性脂肪酶。
7.按照前述方面6的方法,其中所述非专一性脂肪酶来自疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyceslanuginosa)的脂酶。
8.按照前述方面1-7任一项的方法,其中在步骤(ii)中,所述酶促酯交换的催化剂为Sn-1,3位定向酯交换催化剂,优选来自米根霉的酯酶和/或米根毛霉的酯酶。
9.按照前述方面8的方法,其中所述酯酶为LipaseD或LipozymeRMIM。
10.按照前述方面9的方法,其中所述LipaseD是米根霉(Rhizopusoryzae)。
11.按照前述方面9的方法,其中所述LipozymeRMIM是米根毛霉(Rhizomucormiehei)。
12.按照前述方面1-11任一项的方法,其中在步骤(ii)中,所述定向酯交换反应在30-90℃的温度下进行,优选定向酯交换反应在50-70℃的温度下进行。
13.按照前述方面1至12中任一项的方法,其中在步骤(ii)中,所述定向酯交换反应采用分批次或者连续的方式,任选地在有机溶剂体系或无溶剂体系中进行。
14.按照前述方面1-13中任一项的方法,其中在步骤(i)中,所述富含饱和脂肪酸的残基酯与富含不饱和脂肪酸的残基酯的混合比例为1:1~10:1,优选3:1~6:1,更优选3:1-4:1。
15.按照前述方面1-14任一项的方法,其中所述富含不饱和脂肪酸残基的酯是或源自植物油,选自高油酸葵花籽油、高油酸棕榈油、橄榄油或茶籽油。
16.按照前述方面1-15任一项的方法,其中所述富含不饱和脂肪酸残基的酯是或源自动物油,选自猪油、牛油、羊油、鱼油之一或它们的任意组合。
17.按照前述方面1-16任一项的方法,其中所述富含不饱和脂肪酸残基的酯是或源自合成油,选自化学合成或酶法合成的甘油酯。
18.按照前述方面1-17中任一项的方法,其中在步骤(ii)中,将步骤(i)中所得的随机酯交换的油脂A与不饱和脂肪酸的浓缩物进行混合,其中所述浓缩物包含的游离脂肪酸的浓度大于30%重量。
19.按照前述方面18的方法,其中所述浓缩物包含的游离脂肪酸的浓度大于45%重量,特别地大于65%重量,优选大于70%的重量。
20.按照前述方面1-19中任一项的方法,其中在步骤(ii)中,所述步骤(i)中所得的随机酯交换的油脂A与不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸酯的浓缩物的重量比例为1:10~1:1。
21.按照前述方面20的方法,其中所述重量比例为1:1~1:4,优选1:2-1:4。
22.按照前述方面中任一项的方法,其中在步骤(ii)中,所使用的不饱和脂肪酸酯为油酸烷基酯。
23.按照前述方面22的方法,其中所述烷基酯包括支链和直链的,具有1到12个碳原子的饱和碳氢化合物,特别地,具有1到6个碳原子的饱和碳氢化合物。
24.按照前述方面22的方法,其中所述油酸烷基酯为油酸甲酯或油酸乙酯。
25.按照前述方面1-24中任一项的方法,其中该方法在步骤(ii)后进行步骤(iii),将步骤(ii)酯交换混合物B进行分离,除去其中的脂肪酸或非脂肪酸甘油酯,以得到含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物。
26.按照前述方面1-25中任一项的方法,其中该方法步骤(iii)在低于5mbar的低压和大于200℃的高温下,对所述酯交换混合物B进行蒸馏。
27.按照前述方面1-26中任一项的方法,其中将步骤
(iii)中所得的组合物分提,以获得含有纯化的1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物。
28.按照前述方面27的方法,其中所述分提是干法分提或溶剂分提。
29.按照前述方面1-28中任一项的方法,其中含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物是含有1,3二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物。
30.按照前述方面1-29中任一项的方法,其用于制备含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯,该方法包括以下步骤:
(i’)将碘值为约8~约40的棕榈油硬脂精与富含油酸的植物油混合,进行随机酯交换,任选经脱色、脱臭处理后,得到酯交换的油脂A,其中棕榈油硬脂精来源于棕榈油分提硬脂部分;
(ii’)将(i’)中所得的随机酯交换的油脂A与油酸或者油酸酯混合,再在酶促酯交换的催化剂的存在下进行选择性的酶促酯Sn-1,3位定向酯交换,得到酯交换混合物B;
(iii’)将(ii’)中所得的酯交换混合物B进行分离,除去其中的脂肪酸或非脂肪酸甘油酯,以得到含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯的组合物。
31.按照前述方面1-30中任一项的方法制备得到的含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物。
32.按照前述方面31所述组合物,其是含有1,3-二油酰-2棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物。
33.按照前述方面31所述组合物,其中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例为45-70%,优选45-65%,更优选48-65%,尤其地55-65%,特别优选45-54%;1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯的含量为22.5-55.8%,优选22.5-49.2%,更优选30.3-49.2%,尤其地31.6-49.2%,特别优选31.6-42.5%。
34.一种含有1,3-二不饱和脂肪酰-2-饱和脂肪酰甘油酯的组合物,其中Sn-2-位饱和脂肪酸占总饱和脂肪酸的比例为45-70%,优选45-65%,更优选48-65%,尤其地55-65%,特别优选45-54%;OPO的含量为22.5-55.8%,优选22.5-49.2%,更优选30.3-49.2%,尤其地31.6-49.2%,特别优选31.6-42.5%。
35.按照前述方面34所述组合物,其是含有1,3-二油酰-2棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物。
36.一种婴幼儿配方奶粉,其包含根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物。
37.一种婴幼儿配制食品,其包含根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物。
38.一种替代品母乳脂肪组合物,其包含根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物。
39.根据前述方面38的组合物,其中所述母乳是人乳。
40.根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物在制备婴幼儿配方奶粉中的用途。
41.根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物在制备婴幼儿配制食品中的用途。
42.根据前述方面1-30任一项方法得到的组合物或前述方面31至35中任一项的组合物在制备母乳脂肪替代品中的用途。
在本发明的方法一种具体实施方案中,步骤(ii)可以采用任何能使棕榈油硬脂精与富含油酸的油脂的混合物的甘油三酯发生随机酯交换的方法。随机酯交换一方面使用化学法进行,例如甲醇钠、乙醇钠等催化剂,另一方面可以使用非专一性脂肪酶,如来自疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyceslanuginosa)的脂酶来进行。随机酯交换后的酯交换产物需经过脱色和脱臭处理,以最终获得酯交换的油脂A。
在本发明的方法的步骤(ii)中,不同碘价棕榈油硬脂精与富含油酸的油的混合比例为1:1~10:1,优选3:1~6:1,更优选3:1-4:1。
在步骤(ii)中,所述富含油酸的油为植物油,例如高油酸葵花籽油、高油酸棕榈油、橄榄油或茶籽油等。优选高油酸葵花籽油。
在步骤(iii)中,优选地,将步骤(ii)中所得的随机酯交换的油脂A与油酸或者油酸酯(其脂肪酸非甘油酯)的浓缩物进行混合(所述浓缩物包含的游离酸的浓度大于65%的重量,优选大于70%的重量)。所述随机酯交换的油脂A与油酸或者油酸酯(其脂肪酸非甘油酯)的浓缩物的重量比例为1:10~1:1,优选1:1~1:4,更优选为1:2-1:4。在步骤(iii)中,任选使用的油酸的脂肪酸非甘油酯优选为烷基酯。此处所指的烷基酯包括支链和直链的,具有1到12个,更优选1到6个碳原子的饱和碳氢化合物,例如油酸甲酯、油酸乙酯等。
在步骤(iv)中将脂肪酸或脂肪酸非甘油酯和其他甘油三酯分离除去,优选将酯交换混合物B进行蒸馏。蒸馏优选在低压(如低于5mbar)和高温(大于200℃)下进行,以从所述产物中除去所述脂肪酸或脂肪酸非甘油酯和其他甘油三酯。
本发明的方法可进一步通过将步骤(iv)中所得的组合物分提(干法分提或溶剂分提),以获得含有较纯的1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物。本发明的方法旨在增加所述方法产物中产生的OPO含量。该方法进一步的目的是提高该产物的营养价值。
本发明的另一个主题是提供了含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物,其具有显著提高的最终产物中二位棕榈酸占总棕榈酸的含量及1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的含量。
在本发明的一个实施方案中,本发明提供了一种含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物,其中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例为46.5-62.5%,OPO的含量为30.3-49.2%。详见下文表1所述。
在本发明的另一个实施方案中,本发明提供了一种含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物,其中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例为48.4-58.5%,OPO的含量为26.2-42.5%。详见下文表2所述。
在本发明的另一个实施方案中,本发明提供了一种含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物,其中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例为41.3-54.3%,OPO的含量为22.5-35.2%。详见下文表3所述。
在本发明的另一个实施方案中,本发明提供了一种含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物,其中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例为59.3%,OPO的含量为46.2%。详见下文表4所述。
本发明的另一个主题是提供了按照本发明的含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物在制备婴幼儿配方奶粉中的用途。
本发明的另一个主题是提供了按照本发明的含有1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油酯(OPO)的组合物在制备婴幼儿配制食品中的用途。
本发明的有益效果:
通过本发明的制备方法可以获得Sn-2-位棕榈酸占油脂组合物中总棕榈酸的比例为60%左右,OPO含量可以大于40%的脂肪组合物,比现有技术制备的组合物有显著地提高,本发明的制备方法获得的油脂组合物与母乳脂肪中Sn-2-位棕榈酸占总棕榈酸的比例60-70%更为接近,从而提高婴儿对脂肪和钙质的吸收,进一步提高该油脂组合物的营养价值。
本发明的组合物的有益效果:
1.用本发明的组合物配制的含有主要位于Sn-2上位置的饱和脂肪酸(尤其是棕榈酸)的婴幼儿配方奶粉和婴幼儿配制食品,对健康的足月婴儿的脂肪和钙质的肠道吸收有显著提高。
2.现有技术中采用添加饱和脂肪酸(尤其是棕榈油)作为婴儿配方奶粉和婴儿配制食品中饱和脂肪酸(尤其是棕榈酸)来源,结果导致了较低的脂肪和钙质吸收率,同时降低了婴儿的骨矿度。而采用本发明组合物的Sn-2位高饱和脂肪酸(尤其是棕榈酸)的结构脂肪则会消除这种负面影响。