CN104642570A - 一种玉米胚芽油的改性制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种玉米胚芽油的改性制备方法，所述方法包括如下步骤:(a)配置由玉米胚芽油与辛酸组成的底物，所述辛酸与玉米胚芽油的比例为1:1-1：8；(b)在所述底物中加入脂肪酶作为催化剂，所述脂肪酶占所述底物总量的2～16％；(c)在转速200r/min、反应温度为10-80℃条件下，密闭振荡反应4-32h。本发明所述改性玉米胚芽油的方法，改性后的玉米胚芽油符合国家有关食用油标准。该改性后的具有传统油脂的营养和物理性能，而且最大限度的发挥了玉米胚芽油中油酸和亚油酸功效，提高了氧化稳定性与货架期内的食用品质，是一种可替代传统油脂使用的健康油脂。

Description

一种玉米胚芽油的改性制备方法

技术领域

本发明主要涉及一种玉米胚芽油的改性制备方法，属于食品加工领域。

背景技术

玉米胚芽油取自玉米胚芽，其本身不含有胆固醇且不饱和脂肪酸含量高达90％以上，是一种优质的食用植物油资源。研究表明，玉米胚芽油含有丰富的维生素，同时还含有赖氨酸、磷脂、蛋白、氨基酸等多种成分，能显著增强肌肉和心血管机能，具有防治动脉粥样硬化等心血管疾病的功效，其营养及可加工价值十分显著。但是，由于玉米胚芽油在储存和加工过程中，其不饱和脂肪酸油酸、亚油酸含量较高易引起氧化酸败等问题，不利于玉米胚芽油的储存和加工。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种玉米胚芽油的改性制备方法，该方法能解决玉米胚芽油油酸和亚油酸容易氧化的问题，提高了玉米胚芽油的氧化稳定性与货架期内的食用品质。

本发明的技术方案为：一种玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:

(a)配置由玉米胚芽油与辛酸组成的底物，所述辛酸与玉米胚芽油的比例为1:1-1：8；

(b)在所述底物中加入脂肪酶作为催化剂，所述脂肪酶占所述底物总量的2～16％；

(c)在转速200r/min、反应温度为10-80℃条件下，密闭振荡反应4-32h。

结构脂质(本发明中简称SLs)，是对甘油三酯(本发明中简称TAG)和脂肪酸(本发明中简称FAs)经过改性或结构调整得到的脂类，将具有特殊营养和生理功能的FAs结合到TAG特定位置，在保留天然油脂的优势外，以最大程度发挥FAs的功能。由多不饱和脂肪酸组成的结构脂质具有降低血脂、抑制体内脂肪蓄积、增强机体免疫力、预防动脉硬化、心血管和肥胖症等疾病的患病风险。国内外研究发现，SLs的脂肪酸组成、脂肪酸种类及其在甘油碳骨架上的位置与起始原料都不同，组成和结构上的变化使得SLs在物理性质、化学性质进而在生理作用上有显著变化；其中MLM(中碳链-长碳链-中碳链)是结构脂质最理想的结构形式，也是现代实验研究的目的产物。不仅如此，它还是在甘油结构的2位(sn-2)分布着必需脂肪酸(主要是长碳链脂肪酸，L)，1,3位被中碳链脂肪酸(C6～C12，M)占据的一种特殊的结构脂质。

本发明中，发明人以玉米胚芽油和辛酸为反应底物，采用脂肪酶催化玉米胚芽油，制备富含油酸、亚油酸和辛酸的结构脂质，合成的结构脂质产物中辛酸主要位于甘油骨架sn-1，3位，而油酸和亚油酸主要位于甘油骨架sn-2位，得到理想结构形式的结构脂质。

作为本发明的改进，所述脂肪酶为Lipozyme RM IM。

作为本发明的改进，所述脂肪酶占所述底物重量的12％。

作为本发明的改进，所述玉米胚芽油与辛酸的比例为1:4。

作为本发明的改进，密闭振荡反应时间为16h。

作为本发明的改进，所述反应温度为50℃。

作为本发明的改进，发明人发现，在步骤b中加入占底物重量1％-5％的大豆磷脂能有效提高辛酸的插入率。原因是由于脂肪酶是界面反应酶，脂肪酶具有油-水界面的亲和力，能在油-水界面上高速率的催化水解不溶于水的脂类物质，如果能够提供足够的界面会大大加快酶催化作用，提高辛酸插入率。

大豆磷脂具有一系列界面性质和胶体性质，易溶于多种有机溶剂，易形成反胶团，即疏水基在外，亲水基在内。加入的1％-5％的大豆磷脂能有效加快催化脂肪酶催化效率，为脂肪酶的催化提供更多的反应空间，从而提高辛酸与玉米胚芽油底物的插入率。

本发明所述改性玉米胚芽油的方法，改性后的玉米胚芽油符合国家有关食用油标准。该改性后的具有传统油脂的营养和物理性能，而且最大限度的发挥了玉米胚芽油中油酸和亚油酸功效，提高了氧化稳定性与货架期内的食用品质，是一种可替代传统油脂使用的健康油脂。

附图说明

图1是不同种类脂肪酶对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响示意图。

图2是底物比率对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响示意图。

图3是加酶量对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响示意图。

图4是反应时间对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响。

图5是反应温度对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述：

实施例1酶的筛选

本发明中，由于脂肪酶具有位置专一性和脂肪酸专一性特征，因此，发明人选用脂肪酶作为本发明所述玉米胚芽油改性方法的催化剂。但是，脂肪酶的种类不同，其稳定性、催化活性和底物专一性也不同。为了确定一种最适宜改性玉米胚芽油的脂肪酶，本实施例对脂肪酶的选用进行筛选。实验步骤如下：

(1)按摩尔比为2:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量10％的脂肪酶；

(3)在转速200r/min、温度60℃条件下，密闭振荡反应24h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率。

本实施例中，共选用6种脂肪酶Lipozyme RM IM、Lipozyme TL IM、Novozym 435、Lipase AK、Lipase AY和Newlase F。所述6种脂肪酶Lipozyme RM IM、Lipozyme TL IM、Novozym 435、Lipase AK、Lipase AY和Newlase F分别取自米黑根毛霉、疏绵状嗜热丝孢菌、南极假丝酵母、荧光假单胞菌、皱褶假丝酵母和雪白根霉。

6种脂肪酶的辛酸插入率分析结果如图1所示，由图l可知，所选用六种脂肪酶的催化活性由高到低依次为：Lipozyme RM IM>Novozym 435>LipozymeTL IM>Lipase AK>Lipase AY>Newlase F。其中，Lipozyme RM IM的催化活性最高，辛酸的插入率达到了46.1mol％。发明人分析，可能是因为LipozymeRM IM是具有1,3特异性的固定化脂肪酶。因此本发明优选Lipozyme RM IM作为催化剂。

实施例2玉米胚芽油与辛酸组成的底物最佳配比分析

本发明中，玉米胚芽油与辛酸组成的底物配比对辛酸的插入率有着重要的影响。本实施例对不同配比的玉米胚芽油与辛酸进行实验。实验步骤如下：

(1)称取一定摩尔比的辛酸和玉米胚芽油配置的底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量10％的Lipozyme RM IM；

(3)在转速200r/min、温度60℃条件下，密闭振荡反应24h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率。

本实施例中，对玉米胚芽油与辛酸的摩尔比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8的比例进行实验，实验结果请参考图2所示。由图2可知，随着底物中辛酸的增加，辛酸插入率显著提高，但是玉米胚芽油与辛酸的比例提高到1：4后，辛酸插入率增加不很明显。发明人分析原因，可能是高水平的游离脂肪酸会产生大量的羧酸基团，从脂肪酶表面夺取部分必需水，而且可以从油水界面进入到周围的水层中，导致底物抑制效应的发生。从经济效益和工业化生产等方面考虑，比较高的底物比率，不仅增加了生产成本，同时为下游分离加工带来了困难。综合各方面的因素，本发明优选辛酸：玉米胚芽油为4：1。

实施例3Lipozyme RM IM加入量对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响

本发明中，Lipozyme RM IM的添加量对辛酸的插入率同样有着重要的影响。本实施例对不同配比的Lipozyme RM IM加入量进行实验。实验步骤如下：

(1)按摩尔比为2:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入一定重量的脂肪酶；

(3)在转速200r/min、温度60℃条件下，密闭振荡反应24h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率。

本实施例中，对加入Lipozyme RM IM的重量占底物重量的2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％的配比进行实验，实验结果如图3所示：

由图3可知，随着加入的Lipozyme RM IM的重量的增加，辛酸的插入率随之增加，但是在加入到12％之后，辛酸的插入率出现下降。分析其原因，加酶量低时主要为酶控制反应，加酶量高时主要为底物控制反应；而酸解反应是复杂的可逆反应，酯合成反应加快的同时，油脂副水解反应也加速，当加酶量过高时辛酸的插入率反而出现下滑。因此，本发明优选Lipozyme RM IM的重量占底物重量的12％。

实施例4反应时间的确定

本发明中，不同反应时间对辛酸的插入率同样有着重要的影响。本实施例对不同反应时间进行实验。实验步骤如下：

(1)按摩尔比为4:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量10％的Lipozyme RM IM；

(3)在转速200r/min、温度60℃条件下，密闭振荡反应一段时间；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率。

本实施例中，对反应时间为4、8、12、16、20、24、28、32小时进行实验，实验结果如图4所示：

从图4可以看出，在反应16h内，随着时间的增加，反应速度加快，辛酸插入率几乎成呈线性上升。在反应16h时，辛酸插入率已达到45.3mol％。16h以后，反应速度开始减慢，辛酸插入率提高幅度不显著。这是因为酯化反应是一个可逆反应，在反应开始时，由于反应物的浓度高，正反应速度加快，辛酸插入率大幅度提高。当反应到达16h以后，随着产物酯浓度的增加，正反应速度逐渐减小，而逆反应速度逐渐增大，转化率提高幅度不大。在16h以后酯化反应基本达到动态平衡，因此辛酸插入率提高幅度更小。所以本发明优选16h为最佳反应时间。

实施例5反应温度的确定

本发明中，不同反应温度对辛酸的插入率同样有着重要的影响。本实施例对不同反应温度进行实验。实验步骤如下：

(1)按摩尔比为4:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量12％的Lipozyme RM IM；

(3)在转速200r/min、一定温度条件下，密闭振荡反应16h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率。

本实施例中，对反应温度为10、20、30、40、50、60、70、80℃的反应温度进行实验，实验结果如图5所示：

由图5可知，辛酸插入率随反应温度先升高后降低，反应趋势与脂肪酶本身存在最适的反应温度一致，当温度低于或高于此温度时，酶的活性降低。故本发明优选反应温度为50℃。酶催化酸解反应是一个热力学反应，反应温度的高低不仅影响油脂底物的溶解状态和黏度，而且影响底物在反应体系中的传质。另外，温度也影响着酶的活性。温度对酶解反应的影响较大，因为酶对温度比较敏感，温度过高或过低都会对抑制酶活，降低酶解效果。

实施例6

本实施例中，对改性前以及改性后的玉米胚芽油进行结构脂质组成分析、甘油三酯种类分析、脂肪酸组成和sn-2脂肪酸组成分析、结构脂质理化特性分析等分析测试。

首先介绍本实施例中的分析方法：

结构脂质组成分析

结构脂质脂肪酸组成及相对含量测定：气相色谱(GC)分析前样品处理参照ISO 6800：1997(E)方法，GC条件：色谱柱：DB-WAX毛细管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；进样口温度：230℃；升温程序：60℃保持1min，以50℃/min升至200℃，保持1min后，以3℃/min升至250℃，保留3min；氦气流速：0.8mL/min，进样量1μL；分流比：50:1；检测器：FID，温度250℃。

结构脂质中不同类型甘三酯比例测定：结构脂质样品经过皂化及衍生化反应，用超高效液相色谱仪分析反应产物中不同类型甘三酯比例。采用Agilentl100系列HPLC，配备有ZORBX-SB ODS色谱柱(0.45μm，4.6mm×250mm)和紫外检测器。用甲醇/乙腈/水以1.5mL/min的流速进行梯度洗脱，洗脱程序为：80/10/l0的甲醇/乙腈/水在30min内过渡到86/10/4，然后在5min内再回到起始比例80/10/l0。在254nm处检测产物，以十七碳链脂肪酸作为内标物，表示为摩尔百分比。

甘油三酯种类分析

各取5mg油样溶解在15mL丙酮中，取20μL溶液过滤膜，利用Agilentl 100系列HPLC分析其甘油三酯种类。色谱条件：蒸发光散射检测器，色谱柱Nova-Pak C18柱(3.9mm×150mm，4.6μm，Milford，MA)，流动相由乙腈(A)和异丙醇/正己烷(B；2∶1，v/v)组成，流速为1mL/min，起始流动相为80％A和20％B，保持44min后，流动相比例变为54％A和46％B 10min，然后变为100％B并保持7min。

脂肪酸组成和sn-2脂肪酸组成分析

精确称取10mg油脂，加入10mL 1mol/L Tris-盐酸缓冲液(pH 7.6))、2.5mL 0.05％胆汁盐溶液、lmL 2.2％氯化钙溶液和10mg胰脂肪酶后摇匀放入37℃水浴反应8min，然后加入5m乙醚摇匀，吸取乙醚层并过无水硫酸钠柱，将滤液吹干后加入少量正己烷进行薄层色谱分析，展开剂为正己烷：乙醚：乙酸(50：50：1，V/V)。刮下甘油一酯带的硅胶于试管中并加入3mL正己烷和1mL氢氧化钾的甲醇溶液进行甲酯化。最后吸取上层液体过无水硫酸钠柱后进行气相色谱分析。

结构脂质理化特性分析方法

比重、折光指数、皂化值、过氧化值、碘值分别参考现有技术中的方法测定；酸价参照GB/T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》的方法测定。

本实施例中的玉米胚芽油改性步骤：

(1)按摩尔比为4:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量12％的Lipozyme RM IM；

(3)在转速200r/min、50℃条件下，密闭振荡反应16h；

(4)取一定质量的离心后样品，加入30m正己烷和10mL 0.8mol/L的KOH醇水溶液，所述醇水溶液含30％乙醇，剧烈振荡2min，静置5min；

(5)下层醇水溶液再加入15mL正己烷二次提取，剧烈振荡2min，静置。合并两次萃取所得上清液，旋转蒸发去除有机溶剂(40℃)，所得样品称重，冰箱保存。

(6)将步骤5中保存的样品分别按照本实施例中所述的分析方法，进行结构脂质组成分析、甘油三酯种类分析、脂肪酸组成和sn-2脂肪酸组成分析、结构脂质理化特性分析等分析测试。

结构脂质的组成和理化特性分析结果如表1、表2、表3所示：

表1 玉米胚芽油反应前后的sn-2及总脂肪酸组成

表2 结构脂质的甘油三酯组成分析

注：ECN：等价碳原子数；C：辛酸；P：棕榈酸；S：硬脂酸；O：油酸；L：亚油酸；Ln：α-亚麻酸

表3 玉米胚芽油和结构脂质的理化特性

本实施例中，改性前的玉米胚芽油中共分离鉴定出6种主要的脂肪酸成分，如表1所示，含量最高的是亚油酸(53.76％)，其次是油酸(20.83％)，其中直链饱和脂肪酸(SFA)占22.4％，不饱和脂肪酸(UFA)占75.32％。

本实施例中，玉米胚芽油改性前后的sn-2及总脂肪酸组成如表1所示，SLs的甘油三酯组成如表2所示。由表1可知，SLs辛酸插入率为47.28％，插入的辛酸中91.64％分布在甘油结构的sn-1,3位上，8.36％分布在甘油结构的sn-2位上。Lipozyme RM IM主要催化在甘油三酯中sn-1,3位脂肪酸酯交换，可见在酶催化反应过程中发生了酰基转移现象。中试得到的SLs的甘油三酯组成和分布分别为MMM型5.24％、MLM型58.41％、MLL型33.19％、LLL型3.01％。这些结果均表明，获得的SL主要类型为MLM型，其在sn-2位含有高比例的辛酸，同时保留了原玉米胚芽油的油酸和亚油酸等不饱和长链脂肪酸。

改性前后油脂(玉米胚芽油和结构脂质)的理化特性如表3所示，其中改性前后油脂的折射率和比重等指标没有显著性差异。原始玉米胚芽油的酸价和过氧化值显著高于改性后制备的玉米胚芽油，其原因可能在于改性前后样品中游离脂肪酸(FFA)含量和脂肪酸组成的变化，该工艺装备的结构脂质具有较高的氧化稳定性。原始玉米胚芽油的碘值(134.58±2.34g I2/100g油)显著高于改性后制备的结构脂质(70.69±1.65I2/100g油)，同样也说明了原始玉米胚芽油具有较高的不饱和长链脂肪酸，与脂肪酸测定结果一致。原始玉米胚芽油的皂化值(179.76±3.14mg KOH/g)显著低于改性后制备的结构脂质(249.52±4.31mg KOH/g)。此外，从表3可以看出，改性后的玉米胚芽油符合国家有关食用油标准。从以上结果看以看出。通过对玉米胚芽油改性，该结构脂质具有传统油脂的营养和物理性能，而且最大限度的发挥了油酸和亚油酸功效，提高了氧化稳定性与货架期内的食用品质，是一种可替代传统油脂使用的健康油脂。

实施例7

发明人发现，脂肪酶是界面反应酶，脂肪酶具有油-水界面的亲和力，能在油-水界面上高速率的催化水解不溶于水的脂类物质，如果能够提供足够的界面会大大加快酶催化作用，提高辛酸插入率。

基于这一原理，发明人在本实施例中设计了1组对比试验

添加大豆磷脂组

(1)按摩尔比为4:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量12％的Lipozyme RM IM以及5％的大豆磷脂；

(3)在转速200r/min、一定温度条件下，密闭振荡反应16h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率、脂肪酶的活性。

空白对照组

(1)按摩尔比为4:1的比例，称取辛酸和玉米胚芽油配置底物加入到50mL具塞锥形瓶中；

(2)在该锥形瓶中加入步骤1所述底物重量12％的Lipozyme RM IM；

(3)在转速200r/min、一定温度条件下，密闭振荡反应16h；定时取样，分离纯化以及甲酯化后分析辛酸插入率、脂肪酶的活性。

实验结果

表4 添加大豆磷脂对脂肪酶活性及辛酸插入率的影响

大豆磷脂具有一系列界面性质和胶体性质，易溶于多种有机溶剂，易形成反胶团，即疏水基在外，亲水基在内。加入的1％-5％的大豆磷脂能有效加快催化脂肪酶催化效率，为脂肪酶的催化提供更多的反应空间，从而提高辛酸与玉米胚芽油底物的插入率。

总结

(1)脂肪酶筛选结果表明，来自于米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)的脂肪酶Lipozyme RM IM催化玉米胚芽油与辛酸酯化在本实验操作条件下，辛酸利用率高，优于其他几种脂肪酶。

(2)以Lipozyme RM IM为催化剂，进一步研究了酶量、底物比率、反应时间和反应温度等因素对玉米胚芽油中辛酸插入率的影响。研究结果表明，当脂肪酶量为12％(底物重量百分比)、辛酸与玉米胚芽油的比率为4：1(摩尔比)、反应时间16h、反应温度50℃时，玉米胚芽油中辛酸插入率最高。

(3)对理化性质的检测分析结果表明，该产品可达国家食用油的标准。采用脂肪酶Lipozyme RM IM合成MLM型结构脂质是一种高效、专一，副产物少、环境友好的工艺技术，可用于MLM型结构脂质的中试放大。

(4)加入的1％-5％的大豆磷脂能有效加快催化脂肪酶催化效率，为脂肪酶的催化提供更多的反应空间，从而提高辛酸与玉米胚芽油底物的插入率。

本发明所述改性玉米胚芽油的方法改性后的玉米胚芽油符合国家有关食用油标准。该改性后的具有传统油脂的营养和物理性能，而且最大限度的发挥了玉米胚芽油中油酸和亚油酸功效，提高了氧化稳定性与货架期内的食用品质，是一种可替代传统油脂使用的健康油脂。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:

(a)配制由玉米胚芽油与辛酸组成的底物，所述辛酸与玉米胚芽油的比例为1:1-1：8；

(b)在所述底物中加入脂肪酶作为催化剂，所述脂肪酶占所述底物重量的2～16％；

(c)在转速200r/min、反应温度为10-80℃条件下，密闭振荡反应4-32h。

2.如权利要求1所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述脂肪酶为Lipozyme RM IM。

3.如权利要求2所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述脂肪酶占所述底物重量的12％。

4.如权利要求2所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述玉米胚芽油与辛酸的比例为1:4。

5.如权利要求2所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，密闭振荡反应时间为16h。

6.如权利要求2所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，所述反应温度为50℃。

7.如权利要求1-6所述的玉米胚芽油的改性制备方法，其特征在于，步骤b中还加入占底物重量1％-5％的大豆磷脂。