CN106106854B

CN106106854B - 一种人乳替代脂的制备方法

Info

Publication number: CN106106854B
Application number: CN201610569006.XA
Authority: CN
Inventors: 应汉杰; 王振富; 庄伟�; 吴菁岚; 周精卫; 陈勇; 陈晓春; 朱晨杰; 柳东; 牛欢青
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: CN106106854A

Abstract

本发明公开了一种人乳替代脂的制备方法，包括如下步骤：(1)反应：将棕榈硬脂与植物油混合，融化，得到混合油，加入油酸、油酸非甘油酯、棕榈酸或者棕榈酸非甘油酯，搅拌混合，加入固载在介孔二氧化钛纳米复合材料上的脂肪酶，催化酯交换反应；(2)提取：酯交换反应结束后，离心去除反应混合物中的催化剂，利用分子蒸馏法脱酸，使最终产物的酸值不超过3.0mg KOH·g^‑1，得到提取物用于下一步加工；(3)混合：将步骤(2)得到的提取物与葵花籽油、高油酸葵花籽油、菜籽油、亚麻籽油中的一种或几种的混合物按照质量比为1:4～1混合，得到人乳替代脂。该工艺简单可控，有利于提高产品与人乳脂肪的相似度。

Description

一种人乳替代脂的制备方法

技术领域

本发明属于婴幼儿食品技术领域，具体涉及一种人乳替代脂的制备方法。

背景技术

母乳作为婴儿首选的天然食物，是婴儿生命能量的主要来源。而母乳替代品作为备用营养物质，对婴儿和幼儿的健康也有着重要作用。据文献报道，其中的脂肪酸的种类、含量及分布对婴幼儿的成长发育有重要影响。研究表明，目前，市场上大部分婴幼儿配方奶粉生产商都会使用混合植物油来模仿母乳中独特的脂质成分，但这种配方的脂质结构与母乳存在显著差别，其中的棕榈酸大都结合在甘油三酯分子中甘油骨架的sn-1和sn-3位。棕榈酸的这种分布特点增加了其在人体内的吸收难度，会更容易导致不溶性脂肪酸皂化物的生成，从而造成婴幼儿便秘、腹泻和腹痛，严重时还可能引发能量摄入不足和骨骼发育迟缓等问题。

1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯(OPO)是一种结构脂质。OPO的棕榈酸位于甘油骨架的sn-2位，sn-1,3位为不饱和脂肪酸油酸。临床试验表明在人乳中，这种油脂结构有利于所形成的脂肪酸皂化物的降解，从而更有利于婴儿对脂肪酸等营养物质的吸收。我国卫生部在2008年正式批准OPO可作为营养强化剂添加到婴幼儿食品中，并于2010年和2015年扩大了其使用范围及添加量。

目前合成含OPO人乳替代品的方法主要是脂肪酶催化法。酶促法的一种思路是在一定的反应体系中合成OPO，然后将其提纯并添加到产品中。典型的例子是酸解法制备OPO及其后续处理，以提取自植物油(或直接购买)的油酸和三棕榈酸甘油三酯(或者PPP含量较高的油脂产品)为原料、在脂肪酶(一般为商业化固定化脂肪酶)的催化下合成，然后再采用一定的工艺如分子蒸馏等进行脱酸以制取纯度较高、可直接添加于产品中的OPO结构脂。这种方法一个较大的弊端是会生成大量的游离脂肪酸，提高后续脱酸的成本，且可能对产物中OPO的含量和纯度造成影响。

棕榈硬脂是棕榈油经分提处理后得到的固体部分，是棕榈液油的副产品，其中含有60％～70％的棕榈酸和10％～15％的油酸。与其它原料如三棕榈酸甘油三酯、牛乳及猪油相比，棕榈硬脂更加廉价易得，更适合用做人乳替代品的合成原料。食用级高油酸葵花籽油富含油酸，其油酸含量高达80％，且除油酸外其它成分绝大部分为不饱和脂肪酸，以此作为酰基受体可以更有效降低甘油骨架1，3位上饱和脂肪酸的含量。二者品质质量稳定，因此本发明采用棕榈硬脂和高油酸葵花籽油作为主要原料来合成人乳替代脂。

二氧化钛材料是近年来备受关注的一种新型材料，其作为理想的含钛活性载体具有广阔的应用前景。介孔TiO₂材料具有比表面积大、化学稳定性强机械强度高等特性，此外，因其良好的生物相容性，在生物传感、生物催化以及药物传输等领域已经作为重要载体开展相关应用研究。TiO₂的等电点在6.0-6.4左右，与细胞生理环境较为接近，是一种酶固定化的优良载体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种简单、高效的人乳替代脂的制备方法。

一种人乳替代脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)反应：将棕榈硬脂与植物油混合，融化，得到混合油，加入油酸、油酸非甘油酯、棕榈酸或者棕榈酸非甘油酯，搅拌混合，加入固载在介孔二氧化钛纳米复合材料上的脂肪酶，催化酯交换反应；

(2)提取：酯交换反应结束后，离心去除反应混合物中的催化剂，检测反应混合物的酸值，若酸值小于3.0mg KOH·g^-1，将离心后的反应混合物直接用于下一步加工，如果其酸值大于3.0mg KOH·g^-1，利用分子蒸馏法脱酸，使最终产物的酸值不超过3.0mg KOH·g^-1，得到提取物用于下一步加工；

(3)混合：将步骤(2)得到的提取物与葵花籽油、高油酸葵花籽油、菜籽油、亚麻籽油中的一种或多种按照质量比为1:4～1:1混合，优选质量比为1：2，得到人乳替代脂；

所述的人乳替代脂的甘油三酯中饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例为27％～35％，其中棕榈酸为18％～24％，且sn-2位棕榈酸占总棕榈酸的比例至少为52％，不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例为65％～73％，其中油酸为35％～45％。

步骤(1)中，所述的植物油为葵花籽油、高油酸葵花籽油、棕榈油、棕榈仁油、精制棕榈油、菜籽油、大豆油、亚麻籽油、花生油、茶油中的一种或多种的混合物，优选葵花籽油和茶油。

步骤(1)中，棕榈硬脂与植物油混合的比例为1:5～1:1，优选1:1～1:2。

步骤(1)中，混合油与油酸的摩尔比为1:7～1:1，优选1:2～1:3。

步骤(1)中，所述的固载在介孔二氧化钛纳米复合材料上的脂肪酶，其固定化方法如下：

所述的固载在介孔二氧化钛纳米复合材料上的脂肪酶，其固定化方法如下：

(1a)二氧化钛表面修饰：用水二洗涤氧化钛，在100～120℃真空干燥预处理；将干燥的二氧化钛按照质量体积比为1g:10～400ml加入二氯甲烷中，再加入有机磷偶联剂，二氧化钛与有机磷偶联剂质量比为10～1:1，搅拌24～48h，抽滤，丙酮水溶液洗涤，干燥，得到表面被修饰的介孔二氧化钛材料，

所述的有机磷偶联剂为苯基膦酸、苯基次膦酸、1-氨基丁基膦酸、3-甲氧苄基膦酸、羟甲基膦酸的一种或几种的混合物，优选1-氨基丁基膦酸；

(2a)脂肪酶固定化：将步骤(1a)得到的介孔二氧化钛中加入脂肪酶溶液，介孔二氧化钛材料与脂肪酶溶液的为1g：10～100ml，脂肪酶溶液中脂肪酶的含量为1～5g/L，优选2～3g/L，在4～50℃通过物理吸附法固定脂肪酶，反应时间为1～36h，离心，洗涤，冷冻干燥，得到固定化脂肪酶。

步骤(1)中，所述的脂肪酶为sn-1,3位专一性脂肪酶，本发明中使用的脂肪酶为稻根霉菌脂肪酶、细毛嗜热霉脂肪酶、奶酪香精脂肪酶20000L中的一种或几种，优选奶酪香精脂肪酶20000L；

所述的稻根霉菌脂肪酶的NCBI登记号为ACW84344.1，细毛嗜热霉脂肪酶的NCBI登记号为ABV69592.1，奶酪香精脂肪酶20000L购自南京诚纳化工有限公司。

步骤(1)中，所述的催化酯交换反应，其反应时间为2h～10h，振荡速率为200r/min～299r/min。

步骤(1)中，所述的油酸非甘油酯为油酸甲酯、油酸乙酯、油酸乙烯酯的一种或几种的混合物；所述的棕榈酸非甘油酯为棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、棕榈酸乙烯酯的一种或几种的混合物。

步骤(2)中，所述的分子蒸馏法进行脱酸，操作条件为：蒸发加热器140～200℃，内部冷凝器40～50℃，物料加热器55～70℃，转子转速500～1000r/min，物料流速5～20mL/min。

有益效果：

本发明公开了一种人乳替代脂的制备方法，主要通过介孔二氧化钛材料固定的sn-1,3位特异性脂肪酶催化富含油酸和棕榈酸的廉价优质油脂的酯交换反应合成制备人乳替代脂的主要油脂混合物，其益处在于，酶促反应绝大部分为酯酯交换反应，通过控制反应体系中水的含量极大地减少副反应产物游离脂肪酸的生成，多次实验测得结果表明，产物中游离酸含量不超过0.1％，故产物不需要进行脱酸处理即可用于下一步实验。此法与其他合成方法相比分子利用率较高，且有效降低了混合油脂产物的酸度，几乎不需要进行除酸，可大大降低制备成本。

附图说明

图1所用TiO₂载体的电镜图。

图2TiO₂颗粒表面1-氨基丁基膦酸修饰前后XRD图谱。

图3TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂氮气吸附-脱附等温线。

图4TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂孔径分布曲线。

图5TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂固定化奶酪香精脂肪酶的活力和比活力。

图6TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂固定化稻根霉菌脂肪酶的活力和比活力。

图7TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂固定化细毛嗜热霉脂肪酶的活力和比活力。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本发明所涉及的原料有：58度或54度棕榈硬脂、高油酸葵花籽油、葵花籽油、棕榈仁油、精制棕榈油、菜籽油、大豆油、亚麻籽油、花生油、微生物油脂和藻油中的几种。

实施例1：

用水洗涤二氧化钛，二氧化钛的电镜图如图1所示，在300nm分辨率下能观察到有序的多孔结构，该结构可为酶蛋白负载提供位点。介孔二氧化钛材料预先在120℃烘箱处理12h，取1g处理过后的TiO₂颗粒，加入质量体积比为1:10的二氯甲烷，再加入质量比为3:1的1-氨基丁基膦酸，室温搅拌24h后，抽滤，丙酮水溶液(体积比1:1)洗涤，烘箱中100℃干燥8h。得到的TiO₂材料记为1-氨基丁基膦酸—TiO₂。

如图2所示，修饰之前的介孔TiO₂颗粒在2θ＝25.3、37.8、48.1、53.9和55.1处有五个明显的衍射峰，分别对应锐钛矿晶型的(101)、(004)、(200)、(105)和(211)晶面，而经过1-氨基丁基膦酸修饰过后的TiO₂颗粒仍然保留了高度结晶度和锐钛矿晶型结构，但衍射峰强度有所下降。

如图3所示，TiO₂颗粒修饰前后氮气吸附-脱附曲线变化不大，都呈现出IV型吸附等温线，说明修饰前后TiO₂颗粒仍然有较好的介孔结构；通过脱附分支等温线用BJH(Barrett-Joyner-Halenda)方程计算得到的修饰前后TiO₂颗粒孔径分布如图4，可以发现T4介孔TiO₂颗粒孔径分布变化不明显，1-氨基丁基膦酸—TiO₂稍微向左偏移，孔径略微减小，应当是1-氨基丁基膦酸接枝后导致孔径稍微减小，说明1-氨基丁基膦酸已经接枝到TiO₂载体表面。

实施例2：

取1.25ml诺维信奶酪香精脂肪酶20000L，用pH＝7的磷酸缓冲液稀释到25ml，取两支50ml离心管，分别加入10ml稀释酶液与0.1g纯二氧化钛和1-氨基丁基膦酸修饰过的二氧化钛，在恒温振荡反应器中振荡过夜，条件为250r/min、25℃。然后将离心管离心10min，转速为8000r/min。后，去掉上清液，将产物放入60℃烘箱中烘干，得到固定化酶。

图5为TiO₂和1-氨基丁基膦酸—TiO₂固定化奶酪香精脂肪酶的活力和比活力对比图。实验中所用的奶酪香精脂肪酶来源于Aspergillus oryzae(米曲霉)，由基因修饰的微生物深层发酵生产。该酶蛋白，就其本身来说并没有基因修饰，而是从这些微生物中分离并提纯而得来的。经过修饰的TiO₂所固定的酶与未修饰的TiO₂所固定的酶的酶活相差不大，但酶负载量上有一定下降，未修饰TiO₂负载量为8.609mg/g，而修饰之后1-氨基丁基膦酸—TiO₂负载量为5.739mg/g，根据酶活和酶负载量推算固定化酶比活力，未修饰TiO₂为226.5U/mg，1-氨基丁基膦酸—TiO₂为362.4U/mg。

实施例3：

取0.1g稻根霉菌脂肪酶，用pH＝7的磷酸缓冲液定容到100ml，取两支50ml离心管，分别加入10ml稀释酶液与0.1g纯二氧化钛和1-氨基丁基膦酸修饰过的二氧化钛，在恒温振荡反应器中振荡过夜，条件为250r/min、25℃。然后将离心管离心10min，转速为8000r/min。后，去掉上清液，将产物放入60℃烘箱中烘干，得到固定化酶。

如图6所示，与TiO₂相比，1-氨基丁基膦酸—TiO₂固定化稻根霉菌脂肪酶的酶负载量下降了，未修饰TiO₂负载量为8.3mg/g，而修饰之后1-氨基丁基膦酸—TiO₂负载量为6.51mg/g，根据酶活和酶负载量推算固定化酶比活力，未修饰TiO₂为234.9U/mg，1-氨基丁基膦酸—TiO₂为433.17U/mg。

实施例4：

取0.1g细毛嗜热霉脂肪酶，用pH＝7的磷酸缓冲液定容到到25ml，取两支50ml离心管，分别加入10ml稀释酶液与0.1g纯二氧化钛和1-氨基丁基膦酸修饰过的二氧化钛，在恒温振荡反应器中振荡过夜，条件为250r/min、25℃。然后将离心管离心10min，转速为8000r/min。后，去掉上清液，将产物放入60℃烘箱中烘干，得到固定化酶。

如图7可知，经过修饰的TiO₂所固定的酶与未修饰的TiO₂所固定的酶的酶活相比，酶活提高了75％，酶负载量上也得以提高，未修饰TiO₂负载量为8.74mg/g，而修饰之后1-氨基丁基膦酸—TiO₂负载量为9.41mg/g，根据酶活和酶负载量推算固定化酶比活力，未修饰TiO₂为210.52U/mg，1-氨基丁基膦酸—TiO₂为363.4U/mg。

实施例5：

以市售食品级58度棕榈硬脂和食品级高油酸葵花籽油为原料，以制得固定化奶酪香精脂肪酶为催化剂，反应加入20g 58度棕榈硬脂，并加入与其质量比为1:2的高油酸葵花籽油，然后向体系中加入底物质量10％的固定化脂肪酶，于60℃的水浴中反应10h，搅拌速率为100rpm，反应环境为常压。将产物进行离心并过滤除酶。所得混合物酸度为0.4mgKOH·g-1，经离心去除催化剂和含饱和脂肪酸较多的甘油酯，所得产物脂肪酸组成及分布如表2所示。

表2中间产物的主要脂肪酸组成及分布(％)

脂肪酸	总量	sn-2位
			C16:0	27.5	52.9
C18:0	4.6	2.8
			C18:1n-9	46.1	34.1
C18:2n-6	17.9	8.1
			C18:3n-6	3.9	2.1

取10g以上混合物并向其中加入天然植物油脂以调节其脂肪酸组成及分布，添加的天然油脂为棕榈仁油，花生油，微生物油脂和藻油，添加摩尔比为1:1.15:1:1.5，总质量为15g，以上天然油脂均为食品级商品，最终产品的脂肪酸组成及分布如表3所示：表3最终产品中脂肪酸组成及分布(％)

脂肪酸	总量	sn-2位
			C12:0	1.2	0.3
C14:0	2.1	0.14
			C16:0	26.4	60.1
C18:0	3.3	3.8
			C18:1n-9	48	28
C18:2n-6	11.9	4.5
			C18:3n-6	6.4	2.9

Claims

1.一种人乳替代脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 反应：将棕榈硬脂与植物油混合，融化，得到混合油，加入油酸、油酸非甘油酯、棕榈酸或者棕榈酸非甘油酯，搅拌混合，加入固载在介孔二氧化钛纳米复合材料上的脂肪酶，催化酯交换反应；

(2) 提取：酯交换反应结束后，离心去除反应混合物中的催化剂，利用分子蒸馏法脱酸，使最终产物的酸值不超过3.0 mg KOH·g^-1，得到提取物用于下一步加工；

(3) 混合：将步骤(2)得到的提取物与葵花籽油、高油酸葵花籽油、菜籽油、亚麻籽油中的一种或几种的混合物按照质量比为1:4~1混合，得到人乳替代脂；

所述的人乳替代脂的甘油三酯中饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例为27%~35%，其中棕榈酸占总脂肪酸的比例为18%~24%，且sn-2位棕榈酸占总棕榈酸的比例至少为52%；

不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例为65%~73%，其中油酸占总脂肪酸的比例为35%~45%；

(1a) 二氧化钛表面修饰：用水洗涤二氧化钛，在100~120℃真空干燥预处理，将干燥的二氧化钛按照质量体积比为1g:10~400ml加入二氯甲烷中，再加入有机磷偶联剂，二氧化钛与有机磷偶联剂质量比为10~1:1，搅拌24~48h，抽滤，丙酮水溶液洗涤，干燥，得到表面修饰的介孔二氧化钛材料；

所述的有机磷偶联剂为苯基膦酸、苯基次膦酸、1-氨基丁基膦酸、3-甲氧苄基膦酸、羟甲基膦酸的一种或几种的混合物；

(2a) 脂肪酶固定化：将步骤(1a)得到的介孔二氧化钛材料加入脂肪酶溶液，介孔二氧化钛材料与脂肪酶溶液的比例为1g：10~100ml，脂肪酶溶液中脂肪酶的含量为1~5g/L，在4~50℃下通过物理吸附法固定脂肪酶，反应时间为1~36 h，离心，洗涤，冷冻干燥，得到固定化脂肪酶；

步骤(1)中，棕榈硬脂与植物油混合的比例为1:5~1:1。

2.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的植物油为葵花籽油、高油酸葵花籽油、棕榈油、棕榈仁油、菜籽油、大豆油、亚麻籽油、花生油中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，混合油与油酸的摩尔比为1:7~1:1。

4.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的脂肪酶为稻根霉菌脂肪酶、细毛嗜热霉脂肪酶、奶酪香精脂肪酶20000L中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的催化酯交换反应，其反应时间为2 h~10 h，振荡速率为200 r/min~299 r/min。

6.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的油酸非甘油酯为油酸甲酯、油酸乙酯、油酸乙烯酯的一种或几种的混合物；

所述的棕榈酸非甘油酯为棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、棕榈酸乙烯酯的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的人乳替代脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的分子蒸馏法进行脱酸，操作条件为：蒸发加热器140~200℃，内部冷凝器40~50℃，物料加热器55~70℃，转子转速500~1000 r/min，物料流速5~20 mL/min。