CN108441524B - 一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法 - Google Patents

一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1‑棕榈酸‑2‑油酸‑3‑硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法，属于油脂加工领域。本发明主要包括，将1,3‑棕榈酸‑2油酸甘油三酯(POP)脂肪和1,3‑硬脂酸‑2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪在溶剂中混合均匀，加入0.1％～1.0％的特异性脂肪酶，在40～80℃下反应1～6h后蒸发回收溶剂，将反应产物用极性溶剂分提得到硬脂，蒸发回收溶剂后即为目标产物1‑棕榈酸‑2‑油酸‑3‑硬脂酸甘油三酯(POSt)脂肪。将所得POSt脂肪制造巧克力，显著提高了产品的抗霜性能。本发明提供的方法可解决目前POSt脂肪及其制备技术缺乏的难题，并且原料供应充足，后续纯化技术经济高效，具备产业化前景。

Description

一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法
技术领域
本发明涉及一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法，属于油脂加工领域。
背景技术
近几年，全球巧克力消费量持续增长，导致主要原料可可脂供不应求，因而相关企业和多国科学家致力于寻找可持续发展的可可脂替代脂及相应的制备技术。可可脂主要由1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)、1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯(POSt)、1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)三种甘油三酯组成，所占比例分别为10％～20％、35％～55％和20％～30％。
目前，均已发现富含POP和StOSt的油脂：前者主要包括棕榈油(Palm oil)、乌桕籽油(Chinese tallow oil)和府华脂(Phulwara butter)等；后者主要包括乳木果油(Sheabutter)、婆罗双树脂(Sal fat)、烛果油(Kokum kernel fat)、芒果仁油(Mango kernel/seed fat)和雾冰草脂(Illipe butter)等。例如，棕榈油中间分提物的POP含量可高达65％～75％，芒果仁油硬脂的StOSt含量可高达70％～75％(Jin,Warda,Qi,等，2016；Jin,Mu,Wang,等,2017)。然而，可可脂中比重最高的组分POSt，尚未发现有自然油脂大量存在，因而酶法制备成为了获得POSt油脂的主要途径。
目前的POSt合成主要以脂肪和脂肪酸或其低级醇脂肪酸酯为原料进行制备，而没有全以脂肪为原料的制备技术。较为典型的有：采用棕榈油及其分提物为酰基受体，以硬脂酸或硬脂酸低级醇脂肪酸酯为酰基供体，采用1,3位特异性脂肪酶进行合成；或采用高油酸油脂(如茶油、高油酸葵花籽油)为酰基受体，以棕榈酸/硬脂酸或棕榈酸/硬脂酸低级醇脂肪酸酯为酰基供体，采用1,3位特异性脂肪酶进行合成(池永清,徐学兵,毕艳兰,等,2017)。上述方法主要存在三点不足：(1)需要大量外源物质，即棕榈酸/硬脂酸或棕榈酸/硬脂酸低级醇脂肪酸酯，会对脂肪体系造成加速氧化或污染等不利影响；(2)反应副产物较多，主要包括脂肪酸、甘油二酯和甘油一酯，需要复杂的后续纯化程序；(3)因为复杂的后续纯化程序，导致目标产物得率和纯度均会降低。
发明内容
随着油脂加工技术的提升，以乳木果油、芒果仁油等为代表的StOSt脂肪得到大力开发，结合当前已经大量存在的POP脂肪，本发明开发出一种新的POSt脂肪制取技术，可以避免外源物质的影响，简化繁琐复杂的后续纯化程序，提高目标物质的得率和纯度，适合用于制备高附加值的巧克力及其制品。
本发明的第一个目的是提供一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯(POSt)脂肪的制备方法，所述方法通过将1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪在溶剂中混合均匀，加入特异性脂肪酶进行反应，反应一段时间后除去溶剂，再将产物采用极性溶剂进行分提，得到硬脂，即为1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯(POSt)脂肪。
在本发明的一种实施方式中，所述特异性脂肪酶为1,3位特异性脂肪酶、1位特异性脂肪酶或3位特异性脂肪酶。
在本发明的一种实施方式中，所述特异性脂肪酶的添加量为1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪质量的0.1％～1.0％。
在本发明的一种实施方式中，所述1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪的混合质量比为0.1～10。
在本发明的一种实施方式中，所述的1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)脂肪为棕榈油、乌桕籽油、府华脂，或棕榈油、乌桕籽油、府华脂的分提产物中的一种或一种以上任意组合。
在本发明的一种实施方式中，所述的1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪主要包括，乳木果油、婆罗双树脂、烛果油、芒果仁油、雾冰草脂，或乳木果油、婆罗双树脂、烛果油、芒果仁油、雾冰草脂的分提产物中的一种或一种以上任意组合。
在本发明的一种实施方式中，所述溶剂为正己烷、甲基戊烷、二甲基丁烷、甲基环戊烷、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、二氯甲烷或三氯甲烷；所述的溶剂添加质量为POSt脂肪和StOSt脂肪质量总和的3～8倍。
在本发明的一种实施方式中，所述极性溶剂为丙酮、甲基戊烷、乙腈、甲醇或乙醇。
在本发明的一种实施方式中，所述加入特异性脂肪酶后进行反应的反应条件为在40～80℃下反应1～6h。
在本发明的一种实施方式中，所述极性溶剂分提为一级分提、二级或多级分提。
在本发明的一种实施方式中，所述一级分提，是将反应产物与极性溶剂按质量比1:3～8混合组成混合油，在30～50r/min的搅拌速度下，以1.0～5.0℃/min的降温速率将混合油的温度降至10～20℃，恒温结晶2～8h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得一级硬脂。
在本发明的一种实施方式中，所述二级分提，是以一级分提的硬脂为原料，将一级硬脂与极性溶剂按质量比1:3～8混合组成混合油，在2～15r/min的搅拌速度下，以0.5～2.0℃/min的降温速率将反应产物的温度降至0～10℃，恒温结晶2～6h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得二级硬脂。
在本发明的一种实施方式中，所述多级分提，是以二级分提的硬脂为原料，重复二级分提的分提工艺，得多级硬脂。
本发明的第二个目的是提供所述方法制备得到的1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪。
本发明所具有的有益效果：
(1)本发明首次提出以1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯(POP)脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯(StOSt)脂肪两种为酰基受体，通过特异性脂肪酶对甘油三酯1位或3位或1,3位同时进行酯酯交换，制备POSt油脂。
(2)本发明的酯交换产物副产物少，并开发了相应的分提纯化技术，经济且高效。
(3)本发明可根据酰基受体配比的不同，制备不同POSt含量的脂肪，适用于不同巧克力及其制品的生产要求。
(4)采用本发明所得产物制备的巧克力产品，具有较高抗霜性能。
附图说明
图1为本发明工艺总流程图；
图2为POSt含量随酯交换温度的变化趋势；
图3为POSt含量随POP油脂和StOSt油脂混合比例的变化趋势；
图4为酶种类对POSt含量的影响。
具体实施方式
实施例1：
以将棕榈油中间分提物和芒果仁油硬脂为原料，在酯交换反应时间为4～6h，酶添加量为0.5％的条件下，优化酯交换的反应温度、底物混合比例和酶种类，其结果分别如图2、图3和图4所示。
根据图2可知，当酯交换温度达到65～75℃时，产物中POSt的含量最高，达43.6％～44.2％，反应温度低于65℃或高于75℃，POSt的含量均将显著减少。其中，当反应温度较低时，POP和StOSt转化为POSt的较为缓慢；而当反应温度过高时，容易发生酰基转移问题，即生成PStO等不理想的甘油三酯。
根据图3可知，当POP油脂和StOSt油脂的混合比例在0.5:1～2:1时，产物的POSt含量最高，达42.2％～44.7％，为最适的反应底物混合比例。
根据图4可知，特异性脂肪酶Lipozyme RM IM和Lipozyme TL IM的催化效果较好，产物中POSt的含量高达43.1％～44.3％。Novozym 435在该反应条件下选择性较差，不适用于本发明。
综上所述，最适酯交换温度为65～75℃，最适POP油脂和StOSt油脂的混合比例为0.5:1～2:1，最适酶为Lipozyme RM IM或Lipozyme TL IM等特异性脂肪酶。然而应当说明的是，在上述最优条件之外的条件也能发生所述反应，仅是目标产物纯度较低，但仍属于本技术范畴。
实施例2：
在获得酯交换产物后，采用丙酮、甲基戊烷、乙腈、甲醇、乙醇分别对产物进行分提富集POSt，分析溶剂极性与产物各理化指标的相关性，通过多元线性回归进行曲线拟合，以逐步剔除法为计算方法，得溶剂极性与滑动熔点呈显著性关系(P<0.05)，进而建立两者的回归方程：y＝(5.5-x)/22.9(R2＝0.93，其中y为所得POSt脂肪的滑动熔点变化率，x为溶剂的极性值，即Log P值)。
据此公式，对于Log P值小于3.20的溶剂，可选择性富集对称型甘油三酯，分提酯交换产物后POSt含量可高达68.0％～71.0％。
实施例3：
将50g棕榈油中间分提物(POP含量70.2％)和50g芒果仁油硬脂(StOSt含量74.5％)溶于600mL甲基戊烷中，加入0.2％的Lipzyme TL IM酶，在75℃下反应5.5h后蒸发回收溶剂完成酯化反应。再将90.6g反应产物与400mL甲基戊烷均匀混合，在39r/min的搅拌速度下，以2.6℃/min的降温速率将混合油的温度降至18℃，恒温结晶6h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得一级硬脂；再将77.6g一级硬脂与400mL甲基戊烷均匀混合，在12r/min的搅拌速度下，以1.5℃/min的降温速率将反应产物的温度降至2℃，恒温结晶2.5h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得二级硬脂68.9g。全程序POSt油脂得率68.9％，其中POSt含量为69.7％，POP含量为9.9％，StOSt含量6.1％。
实施例4：
将30g棕榈油中间分提物(POP含量73.7％)和70g乳木果油硬脂(StOSt含量70.2％)溶于500mL甲基戊烷中，加入0.3％的Lipozyme RM IM，在68℃下反应4.5h后蒸发回收溶剂完成酯化反应。再将92.3g反应产物与400mL甲基戊烷均匀混合，在35r/min的搅拌速度下，以1.5℃/min的降温速率将混合油的温度降至15℃，恒温结晶3h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得一级硬脂；再将78.2g一级硬脂与400mL甲基戊烷均匀混合，在6r/min的搅拌速度下，以0.6℃/min的降温速率将反应产物的温度降至3℃，恒温结晶5h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得二级硬脂70.3g。全程序POSt油脂得率70.3％，其中POSt含量为68.2％，POP含量为10.3％，StOSt含量10.5％。
实施例5：
取15g实施例3制得的POSt脂肪，加入35g可可脂、12g可可粉、30g糖和0.5g软磷脂中，在65℃下以10r/min均匀混合24h，再在25℃下静置48h，再冷却至10℃并静置12h，再回升至35℃，最后经浇模、振摸、硬化后制得巧克力I。
实施例6：
取15g实施例4制得的POSt脂肪，加入35g可可脂、12g可可粉、30g糖和0.5g软磷脂中，在65℃下以10r/min均匀混合24h，再在25℃下静置48h，再冷却至10℃并静置12h，再回升至35℃，最后经浇模、振摸、硬化后制得巧克力II。
实施例7：
取15g商品化的POSt脂肪(通过高油酸葵花籽油和棕榈酸/硬脂酸甲酯酯交换制得)，加入35g可可脂、12g可可粉、30g糖和0.5g软磷脂中，在65℃下以10r/min均匀混合24h，再在25℃下静置48h，再冷却至10℃并静置12h，再回升至35℃，最后经浇模、振摸、硬化后制得对照组巧克力。
实施例8：
将实施例5和实施例6中所制备的巧克力进行抗霜性试验，以实施例7中所制备的巧克力为对照组，将三组样品置于5～30℃的波动环境下10个月，观察油脂相容性，即巧克力表层有无起霜现象，结果见表1。
可见通过添加本发明制备的POSt脂肪的巧克力具有更好的抗霜性，可提高产品的品质、流通和销售性能。
表1不同制备方法类可可脂巧克力的起霜研究
Figure BDA0001594064360000051
注：-，未起霜；+，轻微起霜；++，较大程度起霜。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪的制备方法，其特征在于，所述方法为，通过将1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯脂肪按照混合质量比为0.5:1~2:1的比例在溶剂中混合均匀，加入特异性脂肪酶Lipozyme RM IM或Lipozyme TL IM在65~75℃下反应1~6h后除去溶剂，再将产物采用极性溶剂进行分提，得到硬脂，即为1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油三酯脂肪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特异性脂肪酶的添加量为1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯脂肪和1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯脂肪质量的0.1%~1.0%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的1,3-棕榈酸-2油酸甘油三酯脂肪为棕榈油、乌桕籽油、府华脂，或棕榈油、乌桕籽油、府华脂的分提产物中的一种或一种以上任意组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的1,3-硬脂酸-2油酸甘油三酯（StOSt）脂肪包括，乳木果油、婆罗双树脂、烛果油、芒果仁油、雾冰草脂，或乳木果油、婆罗双树脂、烛果油、芒果仁油、雾冰草脂的分提产物中的一种或一种以上任意组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极性溶剂为丙酮、甲基戊烷、乙腈、甲醇或乙醇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极性溶剂分提为一级分提、二级或多级分提。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一级分提，是将反应产物与极性溶剂按质量比1:3~8混合组成混合油，在30~50r/min的搅拌速度下，以1.0~5.0℃/min的降温速率将混合油的温度降至10~20℃，恒温结晶2~8h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得一级硬脂；所述二级分提，是以一级分提的硬脂为原料，将一级硬脂与极性溶剂按质量比1:3~8混合组成混合油，在2~15r/min的搅拌速度下，以0.5~2.0℃/min的降温速率将反应产物的温度降至0~10℃，恒温结晶2~6h，减压抽滤分离、蒸发回收溶剂后得二级硬脂。
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