CN106413414B - 脂肪酸组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种脂肪酸组合物，包含超过60重量％的硬脂酸、3～30重量％的油酸，和小于10重量％的棕榈酸。该组合物可用于制备甘油三酯。
Description
本发明涉及脂肪酸组合物、该组合物的制备方法以及该组合物在甘油三酯的制备中的用途。
甘油三酯脂肪和油是许多可食用产品的重要组分。食品工业中使用的脂肪和油常常由植物来源如向日葵和棕榈提供。甘油三酯脂肪也可以通过脂肪和油与脂肪酸的反应产生；这允许控制甘油三酯的物理性质，如硬度和熔点。例如，可通过使油与饱和脂肪酸进行酯交换，以将饱和脂肪酸引入甘油三酯，来避免该油氢化，所述油的氢化将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸，这会导致不希望的反式脂肪酸的形成。
硬脂酸存在于许多动物和植物的脂肪和油中，但在动物脂肪中比植物脂肪中更丰富。例外的是可可脂、牛油树脂(shea butter)和一些其它植物油来源，如芒果仁、婆罗树和雾冰草脂，其中硬脂酸含量(甘油三酯形式)一般是28～45％。参考：http://en.wikipedia.org/wiki/Stearic_acid。硬脂酸可通过在高压和高温下用水处理这些脂肪和油，以使甘油三酯水解来进行制备。然后将所得的混合物进行蒸馏。
美国专利US 2589148描述了通过天然脂肪和油的水解而进行的脂肪酸混合物的分离。
WO 2004/111164涉及一种对含有甘油脂肪酸酯的组合物(如脂肪和/或油)进行水解的方法，以制造具有低比例的反式脂肪酸的脂肪酸。
EP-A-1001007涉及甘油酯中的具有高于12.5重量％的牛油果固醇的牛油树固醇(shea sterol)浓缩物，其通过对牛油树油(shea oil)或其组分中的甘油酯进行酶水解的制备，以及该浓缩物在充气食品中的应用。
根据本发明，提供一种脂肪酸组合物，包含：
(i)超过60重量％的硬脂酸；
(ii)3重量％～30重量％的油酸；和
(iii)低于10重量％的棕榈酸。
本文所用的术语“脂肪酸”是指具有12～22个碳原子的直链饱和或不饱和(包括单不饱和、二不饱和以及多不饱和)羧酸。本文所用的术语“脂肪”通常是指含有脂肪酸甘油酯混合物的组合物。
本发明还提供一种用于制造本发明的脂肪酸组合物的方法，其包括对甘油三酯进行酶水解。
在另一个方面中，本发明提供本发明的组合物在制备甘油三酯中的应用。
本发明还提供一种用于制备第一甘油三酯的方法，该方法包括如下物质之间的酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位(即sn-2)上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少30重量％的油酸；和，本发明的脂肪酸组合物。
本发明还提供一种用于制备第二甘油三酯的方法，该方法包括如下物质之间的酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少50重量％的C12～C22饱和脂肪酸；和，第二脂肪酸组合物，其可通过本发明方法获得，并且包含大于63重量％的油酸、大于4重量％的亚油酸和大于2重量％的硬脂酸。
已经发现，本发明的组合物特别适合于形成可以作为可可脂等同物的甘油三酯(例如，第一甘油三酯)。它们可形成显示与可可脂非常相似的熔化特征的可可脂等同物。
本发明的脂肪酸组合物包含至少85重量％的游离脂肪酸，更优选至少90重量％的游离脂肪酸，如至少95重量％的游离脂肪酸。组合物的余量通常包括次要组分如甘油酯。
脂肪酸组合物优选是非氢化的，即所述组合物在由其天然来源如植物油制造的过程中，不经历氢化步骤。因此，所述脂肪酸组合物的反式脂肪酸含量通常小于1重量％，更优选小于0.5重量％。
本发明的脂肪酸组合物包含超过60重量％的硬脂酸。组合物优选包含60～80重量％的硬脂酸，更优选61～75重量％的硬脂酸，如62～72重量％的硬脂酸。
本发明的脂肪酸组合物包含3～30重量％的油酸，优选10～29重量％的油酸，如15～28重量％的油酸。
本发明的脂肪酸组合物包含少于10重量％的棕榈酸，优选2～7重量％的棕榈酸，如4～6重量％的棕榈酸。
脂肪酸组合物优选包含1～5重量％的亚油酸，如2～4重量％的亚油酸。
脂肪酸组合物优选包含1～3重量％的花生酸，如1～2重量％的花生酸。
优选的本发明的脂肪酸组合物包含60～80重量％的硬脂酸、10～30重量％的油酸、2～7重量％的棕榈酸、1～5重量％的亚油酸，和1～3重量％的花生酸。
本发明的脂肪酸组合物优选可由牛油树脂或其组分获得，更优选可由牛油树油精(shea olein)获得。最优选地，基于存在的总脂肪酸，牛油树油精中的硬脂酸的含量为20～40重量％，且基于存在的总脂肪酸，油酸的含量为45～65重量％。应当理解，当提及牛油树油精时，脂肪酸含量指包括结合在甘油酯中的那些的脂肪酸。
本发明的用于生产本发明的脂肪酸组合物的方法包括甘油三酯的酶水解。
优选地，本发明的方法还生产含有超过63重量％的油酸、超过4重量％的亚油酸和超过2重量％的硬脂酸的第二脂肪酸组合物。
更优选地，第二脂肪酸组合物包含63～80重量％的油酸、5～20重量％的亚油酸和5～20重量％的硬脂酸。
第二脂肪酸组合物包含至少90重量％的游离脂肪酸，更优选至少95重量％的游离脂肪酸，如至少98重量％的游离脂肪酸。组合物的余量通常包括次要组分如甘油酯。
第二脂肪酸组合物优选包含65～75重量％的油酸，如66～70重量％的油酸。
优选地，第二脂肪酸组合物包含5～15重量％的亚油酸，如8～12％的亚油酸。
第二脂肪酸组合物优选包含5～20重量％的硬脂酸，如8～15重量％的硬脂酸。
第二脂肪酸组合物可还包含1～10重量％的棕榈酸，更优选4～8重量％的棕榈酸。
第二脂肪酸组合物通常包含0.5～2重量％的花生四烯酸。
优选的第二脂肪酸组合物包含63～75重量％油酸、5～15重量％的亚油酸、5～20重量％的硬脂酸、1～10重量％的棕榈酸，和0.5～2重量％的花生四烯酸。
本发明的方法优选包括：
a)对脂肪进行水解，所述脂肪基于存在于该脂肪中的脂肪酸的重量，包含至少20％的硬脂酸；
b)对步骤a)的产物进行蒸馏；以及
c)对步骤b)的产物进行分馏。
本发明特别优选的方法包括：
a)对脂肪进行水解，所述脂肪基于存在于该脂肪中的脂肪酸的重量，包含至少20％的硬脂酸；
b)对步骤a)的产物进行蒸馏；以及
c)对步骤b)的产物进行分馏；
其中，c)中的分馏产生：包含超过60重量％的硬脂酸、3～30重量％的油酸和少于10重量％的棕榈酸的第一脂肪酸组合物；和包含超过63重量％的油酸、超过4重量％的亚油酸和超过2重量％的硬脂酸的第二脂肪酸组合物。
进一步更优选地，该方法包括：
a)对脂肪进行水解，所述脂肪基于存在于该脂肪中的脂肪酸的重量，包含至少20％的硬脂酸；
b)对步骤a)的产物进行蒸馏；以及
c)对步骤b)的产物进行分馏；
其中c)中的分馏产生：包含60～80重量％的硬脂酸、10～30重量％的油酸、2～7重量％的棕榈酸、1～5重量％的亚油酸和1～3重量％的花生酸的第一脂肪酸组合物；和包含63～75重量％油酸、5～15重量％的亚油酸、5～20重量％硬脂酸、1～10重量％的棕榈酸和0.5～2重量％的花生四烯酸的第二脂肪酸组合物。
a)中的水解优选涉及所述脂肪的如下水解，其将存在于所述脂肪中的甘油酯中的至少50重量％的脂肪酸释放为游离脂肪酸。优选地，所述脂肪中至少60重量％的脂肪酸被释放，更优选至少70重量％，如至少75重量％。
a)中的水解能够以化学或酶促方式进行。a)中的水解优选使用一种或多种脂肪酶来进行。酶或酶的混合物是非特异性的，以允许在甘油酯中的1位、2位和3位水解。
优选地，a)中的水解在水的存在下进行，更优选是1～50重量％的量。水解通常在20～60℃的温度下进行1小时至多至约30小时。
步骤a)中使用的脂肪优选牛油树脂和/或其组分，更优选牛油树油精。在使用牛油树油精的情况下，牛油树油精中的硬脂酸含量基于存在的总脂肪酸优选是20～40重量％，且基于存在的总脂肪酸，油酸的含量为45～65重量％。重申，应当理解，当提及牛油树油精时，脂肪酸含量指包括结合在甘油酯中的那些的脂肪酸。
a)中获得的产物通常从反应混合物中提取(例如，通过去除水相)并任选地进行干燥。该产物在b)中被蒸馏，例如通过短程蒸馏，以从任何未水解的甘油酯分离游离脂肪酸。收集游离脂肪酸作为馏出物。合适的蒸馏条件是180～220℃的温度和1×10-3～10×10-3毫巴的压强。
b)的产物在c)中被分馏。分馏可以是湿法或干法分馏，并且优选是干法分馏(即没有添加溶剂)。分馏优选在30～45℃范围内的温度进行。冷却速率优选3～6℃每小时，更优选随后保持5～10个小时的保持时间。c)中的分馏形成作为本发明的第一脂肪酸组分的硬脂精馏分，以及作为本发明的第二脂肪酸组分的油精馏分。然后例如通过压滤来分离第一和第二脂肪酸组分。
本发明的第一和第二脂肪酸组合物可用于甘油三酯的制备。
本发明提供一种用于制备第一甘油三酯的方法，该方法包括在如下物质之间进行酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少30重量％的油酸；和，本发明的脂肪酸组合物。
优选地，基于2位的总C12-C22脂肪酸，在2位具有至少30重量％油酸的脂肪是棕榈中间馏分(palm mid-fraction)。脂肪与脂肪酸组合物的重量比优选在2∶1～1∶2的范围内，更优选在1.2∶1～1∶1.2的范围内。
该方法通常使用脂肪酶、优选1,3特异性脂肪酶来进行。优选存在少量的水，如以反应混合物的0.05～5重量％的量存在。
过量的脂肪酸可以通过蒸馏、例如短程蒸馏从甘油三酯中除去。
优选对酶酸解反应的产物进行分馏，任选地在任何蒸馏之后进行。分馏可以是湿法或干法分馏，但优选溶剂(即湿法)分馏，更优选在丙酮存在下进行。优选进行分馏以提供作为中间分提物的第一甘油三酯。优选在5～15℃的温度下进行第一溶剂分馏，除去固体并收集油精(液体、上清液馏分)。该油精馏分的第二次分馏优选在15～30℃，例如20～25℃的温度下进行，并且，收集硬脂精馏分作为甘油三酯产物。分馏后的最终甘油三酯收率优选是40～70重量％，更优选50～65重量％。第一甘油三酯可以用作可可脂等同物，即作为可可脂的替代物或作为可可脂的添加剂。例如，第一甘油三酯可以用于糖食涂层、条或填料中，例如与糖和/或可可粉这样的组分一起使用。
本发明还提供一种用于制备第二甘油三酯的方法，该方法包括在如下物质之间进行酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少20～40重量％的C12～C22饱和脂肪酸；和，第二脂肪酸组合物，其包含大于63重量％的油酸、大于4重量％的亚油酸和大于2重量％的硬脂酸。
由第二脂肪酸组合物产生的第二甘油三酯优选包含1,3-二油酰基-2-棕榈酰基甘油酯(OPO)。
基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少20～40重量％的C12～C22饱和脂肪酸的脂肪优选基于2位上的总脂肪酸，在2位上具有至少50％棕榈酸。应当理解，存在于脂肪中的棕榈酸结合在甘油酯中，包括甘油三酯。优选的基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少20～40重量％的C12～C22饱和脂肪酸的脂肪是棕榈油硬脂精(palm oilstearin)。
包括脂肪和第二脂肪酸组合物之间的酶酸解反应的方法可以如WO 2007/029015中所述进行。因此，该方法可以在酶，优选1,3特异性脂肪酶的存在下进行。在1,3脂肪酶的影响下，通过与甘油三酯的脂肪酸残基交换，将油酰基残基引入甘油三酯的1位和3位。以这种方式改性的2-棕榈酰甘油三酯可以从反应混合物中分离。本发明方法中的反应选择性地在1、3位而不是2位上用油酸来交换棕榈酸。进行酯交换反应，以基于起始甘油三酯，在1,3-二油酰基2-棕榈酰甘油酯的转化率至少为50摩尔％时达到或接近平衡，优选至少60摩尔％，最优选至少70摩尔％。优选地，棕榈油硬脂精与第二脂肪酸组合物，例如，以棕榈油硬脂精与油酸的重量比为优选0.1∶1～2∶1，更优选0.4∶1～1.2∶1，进一步优选0.4∶1～1∶1，最优选1∶1.1～1∶2的比例混合。该反应优选在30℃～90℃、优选50℃～80℃，例如约60℃～70℃的温度下进行，并且可分批或以连续方式进行，采用或不采用与水不混溶的有机溶剂。在反应之前，根据所使用的生物催化剂酶系统的类型，优选将湿度控制为0.05～0.55、优选0.1～0.5之间的水活度。反应例如可以在60℃下在搅拌罐或填充床反应器中通过生物催化剂进行，基于脂肪酶D(稻根霉菌(Rhizopus oryzae)，先前分类为德氏根霉(Rhizopusdelemar)，来自日本天野酶株式会社(Amano Enzyme Inc.))的浓缩物或米赫根毛霉(Rhizomucor miehei)的固定化浓缩物(Lipozyme RM IM，来自丹麦诺维泽姆公司(Novozymes))。获得的产物优选进行进一步纯化的步骤。为了从产物甘油三酯馏分中分离脂肪酸和酯，可以在低压(＜10毫巴)和高温(＞200℃)下对组合物进行蒸馏(任选在进一步处理之后，例如分离脂肪相后))。
在组合物的蒸馏后，优选对甘油三酯馏分分馏以回收含OPO的甘油酯。这可以使用溶剂分馏或干法分馏，使用单步、两步或多步分馏技术进行，但优选使用单步干法分馏进行。分馏优选除去未转化的三棕榈酸甘油酯以使其低于15重量％，更优选低于10重量％，最优选低于8重量％的水平。产物通常被完全精炼以除去所有剩余的脂肪酸和杂质，以产生精炼的OPO馏分。分馏优选包括37～47℃的保持温度。在分馏期间形成的硬脂精优选通过过滤，例如通过压滤与油精分离。所需的油精的产率优选在70～95重量％的范围内。
该方法可以包括一个或多个额外的步骤，进一步对于1,3-二油酰基2-棕榈酰甘油酯对产物进行纯化。
通过本发明的方法产生的第二甘油三酯可以包含OPO甘油酯，优选具有至少10重量％或至少20重量％的量。余量通常包含其他非OPO甘油三酯。
第二甘油三酯可以例如用作婴儿配方食品中的脂肪成分。
本说明书中对明显优先出版的文件的列举或讨论不应被视为承认该文件是现有技术的一部分或是公知常识。
除非上下文另有说明，否则本发明的给定方面、实施例、特征或参数的偏好和选项应被视为已经结合任何和所有偏好和选项被公开用于本发明的所有其他方面、实施例、特征和参数。例如，第一和第二脂肪酸组合物的优选特征可以用于本发明的方法和本发明的用于生产第一和第二甘油三酯的方法。
以下非限制性实施例阐述了本发明，并不以任意方式限制本发明的范围。除非另有说明，在实施例和通篇说明书中，所有百分比、份数和比例是基于重量的。例如，第一和第二脂肪酸组合物中脂肪酸的重量百分比基于相应游离脂肪酸在组合物总重量中的百分比。
实施例
实施例1
牛油树油精被完全酶促水解。该反应由脂肪酶天野G(Amano G)和脂肪酶天野AY(Amano AY)的脂肪酶混合物催化。
将约4kg的牛油树油精与1.2kg的软化水(30重量％)混合，并在40℃下搅拌混合物直至获得均匀的乳液。向该乳液中加入2克脂肪酶天野AY和1.6克脂肪酶天野G，并在40℃下再搅拌混合物24小时。之后，通过将反应混合物加热至80℃并在该温度下搅拌至少30分钟来终止反应。然后停止搅拌，向下沉降并去除水相。用1.0kg热的软化水清洗含游离脂肪酸的产物，并在真空下干燥。对干燥的含脂肪酸的产物进行蒸馏，以通过约195℃的温度和约4×10-3毫巴的压强的短程蒸馏从未水解的甘油酯中分离游离脂肪酸。收集游离脂肪酸，作为馏出物。产物的脂肪酸组成示于表1。
表1.酶促水解和蒸馏后牛油树油精和牛油树油精馏分的脂肪酸组成
在该表和其它表中，Cx:y是指具有x个碳原子和y个双键的脂肪酸；c是指顺式脂肪酸；水平由GC-FAME测定
实施例2
使用实验室规模的结晶器对实施例1中获得的馏出物进行干法分馏。为了达到可用量，生产了数批。分馏在30℃～45℃范围内的三个不同温度下进行。
将约500克馏出物放入结晶器中并加热至70℃以消除结晶记忆(crystalmemory)。之后，以约4.3～5℃/小时的冷却速率将油冷却至40～35℃。
之后，将所得浆料在最终温度下稳定约7小时，并通过使用实验室规模的压滤机将所形成的晶体与油精馏分分离。所用的加压程序如下：在6小时内将压力从0增加至24巴，然后在24巴下加压6小时。
得到高硬脂酸硬脂精馏分(本发明的产物1a、1b、1c)，并获得高油酸油精馏分(产物2a、2b、2c)。参见表2。
表2.通过牛油树油精的酶水解和蒸馏获得的牛油树脂肪酸的干法分馏。在不同温度下进行分馏。
实施例3
用实施例2的牛油树硬脂酸浓缩物进行棕榈中间馏分的酸解。酸解反应使用实验室规模填充床反应器(PBR)进行。
将约1200克硬棕榈中间馏分与1200克实施例2的硬脂酸浓缩物(产物1c)混合。向该共混物中加入0.15％(wt)软化水，将混合物转移到PBR设备的进料容器中。在PBR柱中填充来自固定在Accurel支持物上的稻根霉菌的5g脂肪酶，并将温度设定在70℃。进料以约12.7g/小时的平均流速通过柱，并通过测量产物中1,3-二棕榈酰-2-油酰基甘油酯(POP)的水平来监测酸解反应。通过短程蒸馏蒸馏掉酯交换产物中过量的脂肪酸。将酯交换的棕榈中间馏分(蒸馏后得到的残余产物)如下进行溶剂分馏，以获得满足所需特性的所需馏分。
在50℃下将约400克酯交换油溶解在2kg丙酮中，并冷却至8～12℃，并在该温度下保持30分钟。此后，滤出形成的晶体，将上清液加热至50℃，然后冷却至20～24℃，并在该温度下保持30分钟。滤出形成的晶体，蒸发上清液中的溶剂，得到主要产物。总产率为约57％，顶部硬脂精为约10％，并且油精馏分为约33％。产品的分析数据包含在表3中。
表3.通过用牛油树油精硬脂酸浓缩物来酸解棕榈中间馏分，然后蒸馏和分馏获得的酶可可脂类似物(eCCB)。
*S＝饱和脂肪酸；O＝油酸；L＝亚油酸；
**甘油三酯组成MPP等通过GC(ISO 23275)测定，并且包括在不同位置具有相同脂肪酸的甘油三酯，例如MPP包括MPP和PMP；M、O、P、St、L和A分别是指肉豆蔻酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚油酸和花生酸S26Nx是指根据ISO 8291-1(β稳定在26℃)在x℃测定的固体脂肪含量
图1是包含0-100％可可脂(CB)和100-0％eCCB(“酶可可脂”)(实施例3)的脂肪共混物在温度20、25、30和35℃下的固体％的图，显示酶可可脂类似物与可可脂(CB)的相容性。
实施例4
用实施例2的牛油树油酸浓缩物进行棕榈硬脂精的酸解。酸解反应使用实验室规模填充床反应器(PBR)进行。
将约1290克的碘值(IV)为约14的硬棕榈硬脂精与约1810克的来自实施例2(产物2a)的油酸浓缩物混合。向该共混物中加入约0.15％(wt)软化水，将混合物转移到PBR设备的进料容器中。在PBR柱中填充来自固定在Accurel上的稻根霉菌的5g脂肪酶，并将温度设定在60℃。进料以约12.7g/小时的平均流速通过柱，并通过测量产物中碳数C48的水平来监测酸解反应。通过短程蒸馏蒸馏掉酯交换产物中过量的脂肪酸。将酯交换的硬棕榈硬脂精(蒸馏后得到的产物残余物)如下进行溶剂分馏，以获得满足所需特性的所需油精馏分。
对约1000克酯交换油进行干法分馏。首先将油加热至70℃，然后如下冷却至37～42℃：
在约2～5小时内从70℃至42～47℃，在42～47℃保持2～6小时，然后在5～10小时内进一步冷却至37～42℃，并在该温度下保持约5～10小时。
通过使用实验室规模的压滤机分离形成的晶体。使用以下程序压制浆料：在60分钟内增加压力，使其从0到24巴，在24巴下加压30分钟。
以这种方式，获得约87％的油精产物。分析结果示于表4中。
表4.通过含有OSO和SSO类型的甘油三酯的酸解获得的酶酯交换的棕榈硬脂精。
Claims (15)
1.一种脂肪酸组合物，其特征在于，包含：
(i)60～80重量％的硬脂酸；
(ii)3～30重量％的油酸；和
(iii)低于10重量％的棕榈酸。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物中的脂肪酸是非氢化的。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，包含10～30重量％的油酸。
4.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，包含2～7重量％的棕榈酸。
5.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，包含1～5重量％的亚油酸。
6.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，包含1～3重量％的花生酸。
7.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，能从牛油树油精获得。
8.一种生产前述权利要求中任一项所述的脂肪酸组合物的方法，其特征在于，包括甘油三酯的酶水解。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还产生包含超过63重量％的油酸、超过4重量％的亚油酸和超过2重量％的硬脂酸的第二脂肪酸组合物。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二脂肪酸组合物包含63～80重量％的油酸、5～20重量％的亚油酸和5～20重量％的硬脂酸。
11.如权利要求8～10中任一项所述的方法，其特征在于，包括：
a)对脂肪进行水解，所述脂肪基于存在于该脂肪中的脂肪酸的重量，包含至少20％的硬脂酸；
b)对步骤a)的产物进行蒸馏；以及
c)对步骤b)的产物进行分馏。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤a)的脂肪是牛油树脂和/或其组分。
13.权利要求1～7中任一项所述的组合物在制备甘油三酯中的应用。
14.一种制备甘油三酯的方法，其特征在于，所述方法包括如下物质之间的酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少30重量％的油酸；和，如权利要求1-7中任一项所述的脂肪酸组合物。
15.一种制备甘油三酯的方法，其特征在于，所述方法包括如下物质之间的酶酸解反应：脂肪，所述脂肪基于2位上的总C12～C22脂肪酸，在2位上具有至少20～40重量％的C12～C22饱和脂肪酸；和，如权利要求9或权利要求10所定义的第二脂肪酸组合物。
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