CN109628211A - 一种去除油脂中游离脂肪酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油脂加工领域，公开了一种去除油脂中游离脂肪酸的方法，包括如下步骤：(1)将含有游离脂肪酸的油脂与脂肪酸酰基受体和单甘油酯脂肪酶混合后，在25‑40℃下进行酯化反应；所述油脂中的游离脂肪酸与脂肪酸酰基受体的摩尔比为1:(1.1～7.0)，所述单甘油酯脂肪酶的添加量为10～1000U/g反应底物总质量；(2)分离反应产物，回收油相，即获得去除游离脂肪酸的油脂。本发明利用单甘油酯脂肪酶催化去除油脂的游离脂肪酸，不会引起油脂中的甘油二酯、磷脂等功能性油脂成分的损失，油脂资源利用率高，油脂产品最大程度保留了油脂的原始状态氧化稳定性更高，而且反应产物易分离纯化。

Description

一种去除油脂中游离脂肪酸的方法

技术领域

本发明涉及一种去除油脂中游离脂肪酸的方法，属于油脂加工领域。

背景技术

天然来源的动植物油脂原油中均含有一定量的游离脂肪酸，而且由于油脂原料的种类、新鲜度以及提取工艺的影响游离脂肪酸的含量也有很大差异。与其他油脂成分相比，游离脂肪酸的氧化稳定性差，与氧、光照、金属离子等接触时非常易于氧化。而且，油脂的氧化反应一旦启动，会快速导致其哈败并产生不良气味及一些对人体健康有害的脂质氧化产物。因此，油脂类的产品在使用和储存时必需将游离脂肪酸的含量降低至安全标准以下。去除油脂中游离脂肪酸的生产工艺一般称为“脱酸”，现有的脱酸方法主要有碱炼脱酸(碱类物质与游离脂肪酸中和反应)、物理脱酸(真空蒸馏)和酶法脱酸。碱炼脱酸和物理脱酸是大宗油脂加工工艺中的常用方法。由于碱炼过程中产生的皂会夹带大量的中性油脂，因此碱炼脱酸一般适用于游离脂肪酸含量较低的油脂原料。而且，由于碱炼脱酸产生的皂脚需要进一步酸化和水洗处理，对环境污染严重，目前已经逐渐减少使用。物理脱酸是在高温高真空的条件下将游离脂肪酸分离除去，脱酸温度一般在240℃以上，不适用于一些含有热敏性油脂成分的油脂原料。酶法脱酸一般是利用脂肪酶的催化作用，将游离脂肪酸与特定的酰基受体结合，达到脱酸的效果。酶法脱酸反应条件温和，反应过程易操控，对能耗及水资源消耗较少，适用范围广，受到人们越来越多的重视。

利用脂肪酶的催化作用，去除油脂中的游离脂肪酸，一般是以甘油、甲醇、乙醇等酰基受体为底物，将油脂脂肪酸转化为甘油酯或者脂肪酸的短链醇酯。CN105419937A公布了一种高酸价小麦胚芽油酶法脱酸方法，Novozym435酶催化游离脂肪酸与过量甘油反应可以将酸价由21.72mgKOH/g降低至2.98mgKOH/g，游离脂肪酸的去除率可以达到86.6％。CN105349259A公开了一种植物油的酶法脱酸工艺，用单乙醇胺作为酞基受体，在0.075～0.1MPa真空度下，固定化脂肪酶催化高酸价的米糠油(酸价21.8mgKOH/g)进行酞胺化反应；避免了以甘油或其他酰基受体为底物时，酶法酯化反应造成的副产物增多、中性油消耗等问题。CN 106566658 A公开了一种高酸价油脂的酶法脱酸方法，利用偏甘油酯脂肪酶LipaseSMG1催化游离脂肪酸与甘油酯化反应，游离脂肪酸的去除率可以达到90％以上，由于催化剂的底物特异性，甘油三酯没有副反应发生。CN 106906194 A开了一种利用偏甘油酯脂肪酶去除富含多不饱和脂肪酸(PUFA)的油脂中游离脂肪酸的方法，该脂肪酶不催化甘油三酯发生醇解、水解等副反应，脱酸效率高，反应温度低，避免了PUFA的高温氧化。为了避免脱酸过程中，中性油脂(甘油三酯)的损失，现有的酶法脱酸技术一般采用特殊的酰基受体或者采用具有甘油酯特异性的偏甘油酯脂肪酶为催化剂。

进一步的研究发现，天然动植物油脂中除了甘油三酯、游离脂肪酸，一般还含有一定量的甘油二酯、磷脂等营养成分。特别是游离脂肪酸含量较高的油脂中，甘油二酯的含量也相对较高，如棉籽油中甘油二酯含量一般可以达到9％以上。磷脂等其他脂溶性的油脂成分也是人体重要的营养物质，在功能性油脂的加工过程中，需要尽可能地被保留下来，现有的油脂脱酸技术还难以实现。碱炼脱酸过程中产生的皂会将磷脂等极性油脂成分吸附去除；物理脱酸过程中更需要先将磷脂脱除后才能进行高温蒸馏，同时高温过程会造成甘油二酯的失水反应产生缩水甘油酯等油脂有害成分；酶法脱酸过程中由于脂肪酶、偏甘油酯脂肪酶对甘油二酯、磷脂(或溶血磷脂)等均有催化作用，也会造成大量的损失。

发明内容

为克服现有的去除油脂中游离脂肪酸技术中不能同时保留油脂中甘油二酯、磷脂等功能性成分的问题，本发明提供一种利用单甘油酯脂肪酶加工油脂进行酶法脱酸的方法。在本发明中，通过单甘油酯脂肪酶选择性地催化油脂中的游离脂肪酸与酰基受体发生反应，在实现酶法脱酸的同时，保留原油中的磷脂、甘油二酯等功能性油脂成分。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种去除油脂中游离脂肪酸的方法，包括如下步骤：

将含有游离脂肪酸的油脂与脂肪酸酰基受体和单甘油酯脂肪酶混合后，在25-40℃下进行酯化反应；分离反应产物，回收油相，即获得去除游离脂肪酸的油脂；所述油脂中的游离脂肪酸与脂肪酸酰基受体的摩尔比为1:(1.1～7.0)，所述单甘油酯脂肪酶的添加量为10～1000U/g反应底物总质量。

所述单甘油酯脂肪酶为单甘油酯脂肪酶bMGL。

所述脂肪酸酰基受体为甘油、甾醇或短链一元醇。

所述短链一元醇为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或者两种以上的混合。

所述酯化反应温度为30℃～35℃。

所述游离脂肪酸与脂肪酸酰基受体的摩尔比为1:(2～5)；所述单甘油酯脂肪酶的添加量为100～500U/g反应底物总质量。

所述酯化反应在搅拌条件下进行，搅拌速度为50～500r/min。

本发明中，所述用于酶法脱酸的单甘油酯脂肪酶bMGL为游离态脂肪酶也可以是固定化在固体材料上的固定化脂肪酶。所述固定化单甘油酯脂肪酶的制备方法为：将单甘油酯脂肪酶与吸附材料按10～50mg/g的比例混合进行固定化；所述吸附材料为大孔树脂、环氧树脂或硅胶。

所述脂肪酸酰基受体采用分步添加的方式进行，分别为酯化反应开始时添加总量的1/4，反应进行3～6h后再添加总量的1/4，反应进行6～12h后再添加总量的1/2，然后反应至基本达到平衡。

所述油脂中还含有甘油二酯、磷脂、溶血磷脂中的一种或者两种以上的混合。

所述酯化反应可以是在无溶剂体系中进行也可以是在有机溶剂中进行。所述有机溶剂为石油醚、叔丁醇、正己烷、庚烷、乙酸乙酯等中的一种或两种以上的混合。

本课题组研究发现，在一些天然动植物油脂中普遍存在着游离脂肪酸同时还含有大量的磷脂、甘油二酯等具有特殊生理功能的油脂成分。在一些特殊来源的油脂原料中，如海洋鱼油、富含PUFA的藻油、蚕蛹油脂中磷脂、甘油二酯、甾醇酯类等成分更是含量丰富，这些成分是功能性脂类物质的重要组成部分。利用现有的游离脂肪酸去除技术，对这些油脂进行处理时，碱法脱酸会将磷脂去除，物理脱酸会造成PUFA的破坏，酶法脱酸中在催化剂的作用下甘油二酯、磷脂(特别是溶血磷脂)也几乎被完全除去。本研究发现，单甘油酯脂肪酶是一类特殊的脂肪酶，具有特殊的甘油酯底物特异性，不能催化甘油三酯和甘油二酯发生反应；进一步研究发现，单甘油酯脂肪酶在用于油脂的脱酸反应过程时，在优化后的反应条件下，可以定向地催化游离脂肪酸与酰基受体进行酯化反应，不会催化磷脂(包括溶血磷脂)等其他脂类物质发生反应，进而形成了本发明。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明可以将油脂中的游离脂肪酸定向地去除，不会造成其他油脂成分的变化和损失，油脂资源利用率高，油脂产品最大程度保留了油脂的原始状态氧化稳定性更高，而且反应产物易分离纯化。

(2)用本发明利用生物催化剂实现酶法脱酸工艺过程，反应条件温和易于操控，避免了高能耗和自然资源的消耗。

具体实施方式

以下通过实施例更详细地介绍本发明的实施。在所述实施例中，所有百分比均以质量计。

单甘油酯脂肪酶bMGL参考“Substrate selectivity of bacterialmonoacylglycerol lipase based on crystal structure，DOI：10.1007/s10969-014-9181-2”提供的的制备方法获得。具体地为：1.单甘油酯脂肪酶bMGL的基因工程菌大肠杆菌((Escherichia coil)BL21构建。2.一级培养:向LB培养基中加入Amp溶液(1mL LB对应1uLAmp，最终浓度1mM)和100uL菌种，于37℃摇床中培养过夜(一般12-16h)。每发酵100mL菌液需要2mL一级种子液(一级培养的菌液)，所以1L的LB培养基需要20mL一级种子液。3.扩大培养及诱导:向每100ml LB培养基中加入100uL Amp溶液(最终浓度1mM)，2ml一级种子液，37℃培养3小时至对数生长后期，加入诱导剂IPTG 20uL(最终浓度0.2mM)20℃过夜培养。发酵优化条件测定为:IPTG终浓度分别为0.1,0.2,0.5,0.8,1.0mM。4.收菌:收集扩大培养之后的菌液，于4℃,10,000rpm的条件下离心20min，弃去上清液收集菌体。5.超声破碎:每100ml菌液所得菌体，用10ml PBS缓冲液(预冷)重悬。超声破碎20min，使其成澄清，均一，透明状。6.收集上清液:破碎后的菌液于4 0C,10,000rpm的条件下高速离心20min，弃去沉淀收集上清蛋白，得到bMGL酶液，将其于4℃保存。

实施例1

取200g米糠油毛油(游离脂肪酸25.6％，甘油二酯3.1％，磷脂0.5％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，混匀并预热至35℃后，加入500U/g底物混合物质量的单甘油酯脂肪酶bMGL，磁力搅拌速度400r/min。边搅拌边加入8.6g乙醇，在35℃下开始脱酸反应，3h后加再加入8.6g乙醇，再反应3h后补加17.2g乙醇。乙醇的总添加量为34.4g，游离脂肪酸和乙醇的摩尔比为1:4，最后一次补加乙醇后再进行酯化反应6h后利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至0.94％，同时米糠油中的甘三酯、甘油二酯、磷脂的含量保持不变，磷脂组成保持不变。离心回收油相，并减压蒸馏除去乙醇后，利用《GB/T21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在120℃，评估其氧化稳定性，得OSI值为4.37h。

实施例2蚕蛹油乙醇

取100g蚕蛹油(游离脂肪酸8.2％，甘油二酯2.91％，磷脂1.96％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，混匀并预热至35℃后，加入500U/g底物混合物质量的单甘油酯脂肪酶bMGL，磁力搅拌速度400r/min。边搅拌边加入1.4g乙醇，在35℃下开始脱酸反应，3h后加再加入1.4g乙醇，再反应3h后补加2.7g乙醇。乙醇的总添加量为5.5g，游离脂肪酸和乙醇的摩尔比为1:4，最后一次补加乙醇后再进行酯化反应6h后利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。蚕蛹油的游离脂肪酸含量由初始的8.2％降至0.51％，同时蚕蛹油中的甘三酯、甘油二酯、磷脂的含量保持不变，磷脂组成保持不变。离心回收油相，并减压蒸馏除去乙醇后，利用《GB/T 21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在100℃，评估乙醇为底物游离bML催化脱酸后得到的蚕蛹油脂氧化稳定性，得OSI值为3.54h。

实施例3蚕蛹油甘油

取100g蚕蛹油(游离脂肪酸8.2％，甘油二酯2.91％，磷脂1.96％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，添加11.2g甘油混匀并预热至35℃后，加入500U/g底物混合物质量的单甘油酯脂肪酶bMGL，400r/min磁力搅拌开始酯化脱酸反应。酯化反应12h后，取样利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。蚕蛹油的游离脂肪酸含量由初始的8.2％降至0.76％，同时蚕蛹油中的甘三酯、甘油二酯、磷脂的含量保持不变，磷脂组成保持不变。离心回收油相，利用《GB/T 21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在100℃，评估以甘油为底物bML催化脱酸后的蚕蛹油脂的氧化稳定性，得OSI值为3.88h。

实施例4

固定化单甘油酯脂肪bML的制备，固定化载体为AB-8大孔吸附树脂，单甘油酯脂肪酶与树脂按20mg/g树脂的比例混合，缓冲液为1.5moL/L pH＝6.5的磷酸盐缓冲液且添加量与酶液体积相等，混匀后于转速为200rpm的水浴摇床中室温下固定化4h。固定化酶通过布氏漏斗过滤回收，于30℃下真空干燥8h。最终得到的固定化的单甘油酯脂肪酶bMGL。

取100g蚕蛹油(游离脂肪酸8.2％，甘油二酯2.91％，磷脂1.96％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，混匀并预热至35℃后，加入200U/g底物混合物质量的固定化单甘油酯脂肪酶bMGL，磁力搅拌速度400r/min。边搅拌边加入1.4g乙醇，在35℃下开始脱酸反应，3h后加再加入1.4g乙醇，再反应3h后补加2.7g乙醇。乙醇的总添加量为5.5g，游离脂肪酸和乙醇的摩尔比为1:4，最后一次补加乙醇后再进行酯化反应6h后利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。蚕蛹油的游离脂肪酸含量由初始的8.2％降至0.36％，同时蚕蛹油中的甘三酯、甘油二酯、磷脂的含量保持不变，磷脂组成保持不变。离心回收油相，并减压蒸馏除去乙醇后，利用《GB/T21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在100℃，评估单甘油酯脂肪酶bML催化脱酸后的蚕蛹油脂的氧化稳定性，得OSI值为4.02h。

对比实施例1 SMG1米糠油脱酸

取200g米糠油毛油(游离脂肪酸25.6％，甘油二酯3.1％，磷脂0.5％)置于500mL的具塞平底烧瓶中(游离脂肪酸和甘油的摩尔比为1:4)，混匀并预热至35℃后，加入500U/g底物混合物质量的偏甘油酯脂肪酶LipaseSMG1，磁力搅拌速度400r/min。边搅拌边加入8.6g乙醇，在35℃下开始脱酸反应，3h后加再加入8.6g乙醇，再反应3h后补加17.2g乙醇，再进行酯化反应6h后利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至1.4％，同时蚕蛹油中的甘三酯的含量保持不变，甘油二酯含量降至0.3％，磷脂含量降至0.2％，磷脂组成中溶血磷脂比例降低；游离脂肪酸的去除率可以达到95.3％。离心回收油相，并减压蒸馏除去乙醇后，利用《GB/T21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在120℃，评估LipaseSMG1催化脱酸后的米糠油的氧化稳定性，得OSI值为4.01h。

对比实施例2米糠油碱炼脱酸

取200g米糠油毛油(游离脂肪酸25.6％，甘油二酯3.1％，磷脂0.5％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，搅拌并预热至85℃后，加入20％的氢氧化钠溶液45ml，对米糠油进行碱炼脱酸。中和反应后离心分离回收油相，取油样利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。米糠油的游离脂肪酸含量由初始的25.6％降至0.14％，同时蚕蛹油中的甘三酯的含量保持不变，甘油二酯含量降至2.35％，磷脂含量降至0.01％。离心回收油相利用《GB/T 21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在120℃，评估碱炼脱酸米糠油的氧化稳定性，得OSI值为3.26h。

对比实施例3蚕蛹油现有酶法脱酸

取100g蚕蛹油(游离脂肪酸8.2％，甘油二酯2.91％，磷脂1.96％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，混匀并预热至35℃后，加入500U/g底物混合物质量的偏甘油酯脂肪酶Lipase SMG1，磁力搅拌速度400r/min。边搅拌边加入1.4g乙醇，在35℃下开始脱酸反应，3h后加再加入1.4g乙醇，再反应3h后补加2.7g乙醇。乙醇的总添加量为5.5g，游离脂肪酸和乙醇的摩尔比为1:4，最后一次补加乙醇后再进行酯化反应6h后利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。蚕蛹油的游离脂肪酸含量由初始的8.2％降至1.25％，同时蚕蛹油中的甘三酯的含量保持不变，甘油二酯含量降至0.34％，磷脂含量降至0.91％。离心回收油相，并减压蒸馏除去乙醇后，利用《GB/T 21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在100℃，评估Lipase SMG1催化脱酸后的蚕蛹油脂的氧化稳定性，得OSI值为2.37h。

对比实施例4蚕蛹油碱炼

取100g蚕蛹油(游离脂肪酸8.2％，甘油二酯2.91％，磷脂1.96％)置于500mL的具塞平底烧瓶中，搅拌并预热至85℃后，加入20％的氢氧化钠溶液10ml，对蚕蛹油进行碱炼脱酸。中和反应后离心分离回收油相，取油样利用液相色谱测定样品中游离脂肪酸、甘油二酯的含量，测定磷脂的组成及含量。脱酸蚕蛹油的游离脂肪酸含量由初始的8.2％降至0.11％，同时蚕蛹油中的甘三酯的含量保持不变，甘油二酯含量降至2.03％，磷脂含量降至0.01％。离心回收油相利用《GB/T 21121-2007动植物油脂氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》方法，在100℃，评估碱炼脱酸得到的蚕蛹油脂的氧化稳定性，得OSI值为2.16h。

Claims (10)

1.一种去除油脂中游离脂肪酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将含有游离脂肪酸的油脂与脂肪酸酰基受体和单甘油酯脂肪酶混合后，在25-40℃下进行酯化反应；所述油脂中的游离脂肪酸与脂肪酸酰基受体的摩尔比为1:(1.1～7.0)，所述单甘油酯脂肪酶的添加量为10～1000U/g反应底物总质量；

(2)分离反应产物，回收油相，即获得去除游离脂肪酸的油脂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单甘油酯脂肪酶为单甘油酯脂肪酶bMGL。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸酰基受体为甘油、甾醇或短链一元醇。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述短链一元醇为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或者两种以上的混合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酯化反应温度为30℃～35℃。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述游离脂肪酸与脂肪酸酰基受体的摩尔比为1:(2～5)；所述单甘油酯脂肪酶的添加量为100～500U/g反应底物总质量。

7.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述酯化反应在搅拌条件下进行，搅拌速度为50～500r/min。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述单甘油酯脂肪酶为固定化单甘油酯脂肪酶，其制备方法为：将单甘油酯脂肪酶与吸附材料按10～50mg/g的比例混合进行固定化；所述吸附材料为大孔树脂、环氧树脂或硅胶。

9.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸酰基受体采用分步添加的方式进行，分别为酯化反应开始时添加总量的1/4，反应进行3～6h后再添加总量的1/4，反应进行6～12h后再添加总量的1/2，然后反应至基本达到平衡。

10.根据权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于，所述油脂中还含有甘油二酯、磷脂、溶血磷脂中的一种或者两种以上的混合。