发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷,提出了本发明。本专利技术创造性地利用单甘脂表面活性剂修饰脂肪酶,提高酶的活性,并采用该酶催化高比例的中碳链甘油三酯与长碳链甘油三酯进行酯交换反应,并通过连续乙醇萃取除去反应中剩余的中碳链甘油三酯,获得高纯度的中长碳链甘油三酯,最后再通过部分甘油酯专一性脂肪酶去除反应产物中的甘油一酯和甘油二酯,从而获得高稳定性的中长碳链甘油三酯产品。
因此,作为本发明其中一个方面,本发明克服现有技术中存在的不足,提供一种中长碳链甘油三酯食用油及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种中长碳链甘油三酯食用油的制备方法,其包括,制备单甘脂修饰脂肪酶,提高酶活力;用所述单甘脂修饰脂肪酶催化甘油三酯,萃取除去剩余的中碳链甘油三酯,通过酯交换反应获得中长碳链脂肪酸食用油;通过部分甘油酯专一性脂肪酶去除反应产物中的甘油一酯和甘油二酯,从而获得高纯度的中长碳链甘油三酯食用油。
作为本发明所述的中长碳链甘油三酯食用油的制备方法的优选方案,其中:所述甘油三酯包括中碳链甘油三酯、长碳链甘油三酯,所述中碳链脂肪酸甘油三酯与所述长碳链脂肪酸甘油三酯的摩尔比为(3~6):1;所述单甘脂修饰脂肪酶的添加量为所述甘油三酯的8~15%;所述中碳链脂肪酸甘油三酯为脂肪酸碳数为6~12的甘油三酯,所述长碳链脂肪酸甘油三酯为脂肪酸碳数为14~24的甘油三酯。
作为本发明所述的中长碳链甘油三酯食用油的制备方法的优选方案,其中:所述催化,其反应时间为3~5h,温度为40~70℃,搅拌速率为400~600rpm;所述萃取的萃取剂为乙醇;萃取时,所述催化甘油三酯的反应产物与乙醇的体积比为1:(4~8),萃取次数为4~8次。
作为本发明所述的中长碳链甘油三酯食用油的制备方法的优选方案,其中:所述部分甘油酯专一性脂肪酶Lipase G,仅对甘油一酯和甘油二酯甘油酯有活性,对甘油三酯无活性;所述去除的条件为,按每升所述中长碳链脂肪酸食用油中添加180~1600U所述Lipase G的比例,将所述中长碳链脂肪酸食用油与所述Lipase G混合,在30~50℃下,充分搅拌反应2~4h水解部分甘油酯,将酶解产物进行分子蒸馏除去脂肪酸。
作为本发明另一方面,本发明提供一种中长碳链甘油三酯食用油,其中:按质量分数计,中长碳链甘油三酯的含量在80%以上,部分甘油酯含量小于1%,中碳链甘油三酯含量小于6%。
作为本发明另一方面,本发明提供一种单甘脂修饰脂肪酶的制备方法,其包括,溶解单甘脂表面活性剂,加入脂肪酶,搅拌;离心弃上清液再冷冻干燥即可。
作为本发明所述的单甘脂修饰脂肪酶的制备方法的优选方案,其中:所述单甘脂表面活性剂包括油酸单甘脂、亚油酸单甘脂中的一种或几种;所述脂肪酶为脂肪酶Novozym435,Lipozyme RM IM或者Lipozyme TL IM;所述溶解,其溶剂为pH为6.5~7.5的缓冲溶液。
作为本发明所述的单甘脂修饰脂肪酶的制备方法的优选方案,其中:按质量分数计,所述单甘脂表面活性剂为2%~6%,所述脂肪酶为10%~40%。
作为本发明所述的单甘脂修饰脂肪酶的制备方法的优选方案,其中:所述搅拌为搅拌20~30min;所述冷冻干燥的时间为24~48h。
作为本发明另一方面,本发明提供一种单甘脂修饰脂肪酶,其中:所述单甘脂修饰脂肪酶的酯交换活力较修饰前提升了14%以上。
本发明的有益效果:
1.采用单甘脂表面活性剂修饰脂肪酶,打开酶活性中心的盖子,提高酶的催化活性,提高反应效率,降低反应时间;
2.通过高比例的中碳链甘油三酯与长碳链甘油三酯进行反应,并通过连续乙醇萃取,去除体系中剩余的中碳链甘油三酯,获得高纯度中长碳链甘油三酯;
3.通过脂肪酶Lipase G专一性地去除产物中的部分甘油酯,提高产品的纯度以及氧化稳定性。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
酯交换反应是将MCT与LCT之间的酰基进行重新排布和位置互换的过程,各种脂肪酸在甘油骨架上分布平衡是酯交换的本质所在。由于酯交换反应是一种可逆的平衡反应,在反应达到平衡时,各种脂肪酸在甘油骨架上均达到分布平衡,因此脂肪酸分布在平衡阶段符合随机分布原理。
在随机酯交换中,由于不存在位置选择性,因此,在甘油骨架上脂肪酸处于随机分布的状态。由于在油脂体系中,脂肪酸组成比较复杂,因此可将脂肪酸种类定为n种,不同脂肪酸定为Xi,不同脂肪酸在体系中的物质的量为MXi mol,因此,体系中,所有的脂肪酸的物质的量为:
根据脂肪酸随机分布原理,通过排列组合可知,反应平衡时脂肪酸在甘油骨架上的几率如下所示:
因此,甘油三酯分子Xs-Xj-Xk在达到平衡时的含量为:
对于在长碳链甘油三酯与中碳链甘油三酯的反应中,体系中仅存在两类脂肪酸,长碳链脂肪酸(L)和中碳链脂肪酸(M)。假设体系中长碳链甘油三酯的含量为r mol,中碳链甘油三酯的含量为h mol,在随机酯交换达到平衡时,中碳链脂肪酸和长碳链脂肪酸在甘油骨架上出现的几率如下所示:
在定向酯交换中,由于存在位置选择性,在不考虑酰基转移的条件下,在甘油骨架上仅sn-1,3位脂肪酸处于随机分布的状态。由于在油脂体系中,脂肪酸组成比较复杂,因此可将脂肪酸种类定为n种,不同脂肪酸定为Xi,不同脂肪酸在体系中的物质的量为MXi mol,不同脂肪酸在sn-2位的物质的量为Msn-2Xi因此,体系中,可作为随机反应的脂肪酸的物质的量为:
根据脂肪酸随机分布原理,通过排列组合可知,反应平衡时脂肪酸在甘油骨架上的几率如下所示:
因此,甘油三酯分子Xs-Xj-Xk在达到平衡时的含量为:
对于在长碳链甘油三酯与中碳链甘油三酯的反应中,体系中仅存在两类脂肪酸,长碳链脂肪酸(L)和中碳链脂肪酸(M)。假设体系中长碳链甘油三酯的含量为r mol,中碳链甘油三酯的含量为h mol,在随机酯交换达到平衡时,中碳链脂肪酸和长碳链脂肪酸在甘油骨架上出现的几率如下所示:
因此,在长碳链甘油三酯与中碳链甘油三酯的酯交换反应中,无论是采用随机反应还是定向反应(不考虑酰基转移),所得甘油三酯组成是一致的。
根据中碳链脂肪酸和长碳链脂肪酸在甘油骨架上的分布排列大致可分MLM、LMM、MML、LML、MLL和LLM。因此反应达到平衡后,体系中各种甘油三酯的组成分别如下表1所示。
表1随机酯交换中甘油三酯的组成及比例
因此,当反应达到平衡时,不同长碳链甘油三酯与中碳链甘油三酯比例下,理论甘油三酯组成如下表所示:
表2理论甘油三酯组成
从理论值计算值可知,随着MCT与LCT比例的增大,MLCT在产物中比例先增大后减小,原因是反应后,MMM在体系中的所占的比例不断增大,而通过一定方式除去MMM后,MLCT在体系中的比例不断升高。但是理论值与实际值会有一定差异,原因是在反应过程中,由于各种原因,反应并不能达到平衡,因此,实际中MLCT在产物中比例小于理论值。因此,为进一步提高MLCT的含量,同时缩短反应时间,选择活力高的催化剂,是一种较好的选择。一方面可以缩短反应时间提高反应效率,另一方面,短的反应时间有利于减少油脂的氧化。
脂肪酶酯交换活力的检测:在70℃条件下,以极度氢化大豆油与大豆油按27:73重量比混合,加入5wt%的脂肪酶,进行反应,反应30min后,测定硬脂酸三甘油酯的转化率。1个IUN的定义是按下列分批酯交换的条件,初始速率达到每分钟转化0.01%(重量比)的硬脂酸三甘油酯。
实施例1:
将4%的亚油酸单甘脂溶解于pH为7的磷酸盐缓冲溶液中,再缓慢加入30%的Lipozyme RM IM,在25℃下搅拌30min,离心,弃去上清液,将脂肪酶冷冻干燥48h后取出获得单甘脂修饰脂肪酶。经过修饰与未修饰的Lipozyme RM IM的酯交换活力如下表所示。
表3脂肪酶的酯交换活力
脂肪酶 |
未修饰的Lipozyme RM IM |
修饰的Lipozyme RM IM |
提升量/% |
酯交换活力 |
275IUN/g |
340IUN/g |
23.64 |
将三辛酸甘油三酯与大豆油按照底物摩尔比为3:1的比例加入可密封的间歇反应器中,加入12wt%的单甘脂修饰过的Lipozyme RM IM,在温度为50℃,搅拌速率为500rpm的条件下反应3小时,同时,采用未修饰的Lipozyme RM IM在同等条件下进行反应,所得结果如下表所示:
表4酯交换反应后的产物组成
|
修饰的Lipozyme RM IM(%) |
未修饰的Lipozyme RM IM(%) |
MML+MLL |
47.2 |
42.1 |
LLL |
7.4 |
9.2 |
MMM |
40.5 |
44.5 |
DAG+MAG |
4.9 |
4.2 |
利用95%的乙醇萃取去除单甘脂修饰Lipozyme RM IM催化的酯交换产物中剩余的中碳链甘油三酯,将所得酯交换产物与95%的乙醇按照质量比为1:4的比例混合,充分搅拌,离心,去除上层乙醇溶液,连续重复萃取6次,并利用减压蒸馏脱除乙醇,得到产品中的组成如表所示。
表5乙醇萃取后产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
80.9 |
LLL |
12.7 |
MMM |
3.3 |
DAG+MAG |
3.1 |
将Lipase G(由Amano Enzyme Inc.生产的来源于Penicilium camembertii发酵而得)配置成5000U/L的水溶液,并用磷酸盐缓冲液调节pH值为6,将酶反应中间产物与Lipase G的水溶液按照10:1.2的体积比例混合,在40℃条件下,充分搅拌反应4h水解部分甘油酯,高速离心分离油与水溶液,分子蒸馏去除脂肪酸,获得产品的化学组成如下表所示。
表6产品组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
81.9 |
LLL |
13.8 |
MMM |
3.7 |
DAG+MAG |
0.6 |
分别取15g去除部分甘油酯和未去除部分甘油酯的产品,置于60℃的条件下进行加速氧化试验,分别测定在0、24、48和72h时的过氧化值(POV)及茴香胺值(p-AnV),并计算总氧化值(TOTOX),比较两种油脂的氧化稳定性,结果如下表所示。
表7产品的氧化稳定性
实施例2:
将2%的油酸单甘脂溶解于pH为7.5的磷酸盐缓冲溶液中,再缓慢加入20%的Novozym 435,在25℃下搅拌20min,离心,弃去上清液,将脂肪酶冷冻干燥36h后取出获得单甘脂修饰脂肪酶。修饰和未修饰的Novozym 435的酶活力如下表所示:
表8脂肪酶的酯交换活力
脂肪酶 |
未修饰的Novozym 435 |
修饰的Novozym 435 |
提升量/% |
酯交换活力 |
300IUN/g |
386IUN/g |
28.66 |
将三癸酸甘油三酯与亚麻籽油按照底物摩尔比为6:1的比例加入可密封的间歇反应器中,加入15wt%的单甘脂修饰过的Novozym 435,在温度为70℃,搅拌速率为600rpm的条件下反应4小时,同时,采用未修饰的Novozym 435在同等条件下进行反应,所得结果如下表所示:
表9酯交换反应后的产物组成
|
修饰的Novozym 435(%) |
未修饰的Novozym 435(%) |
MML+MLL |
30.1 |
27.5 |
LLL |
2.1 |
3.3 |
MMM |
61.0 |
64.1 |
DAG+MAG |
6.8 |
5.1 |
利用95%的乙醇萃取去除酯交换产物中剩余的中碳链甘油三酯,将所得酯交换产物与95%的乙醇按照质量比为1:8的比例混合,充分搅拌,离心,去除上层乙醇溶液,连续重复萃取5次,并利用减压蒸馏脱除乙醇,得到产品中的组成如表所示。
表10乙醇萃取后产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
86.3 |
LLL |
5.9 |
MMM |
4.1 |
DAG+MAG |
3.7 |
将Lipase G(Penicilium camembertii发酵而得)配置成7000U/L的水溶液,并用磷酸盐缓冲液调节pH值为6.5,将酶反应中间产物与Lipase G的水溶液按照10:1的体积比例混合,在50℃条件下,充分搅拌反应3h水解部分甘油酯,高速离心分离油与水溶液,分子蒸馏去除脂肪酸,获得产品的化学组成如下表所示。
表11产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
87.8 |
LLL |
7.1 |
MMM |
4.7 |
DAG+MAG |
0.4 |
分别取15g去除部分甘油酯和未去除部分甘油酯的产品,置于60℃的条件下进行加速氧化试验,分别测定在0、24、48和72h时的过氧化值(POV)及茴香胺值(p-AnV),并计算总氧化值(TOTOX),比较两种油脂的氧化稳定性,结果如下表所示。
表12产品的氧化稳定性
实施例3:
将6%的油酸和亚油酸单甘脂混合物(1:1)溶解于pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液中,再缓慢加入40%的Lipozyme TL IM,在25℃下搅拌25min,离心,弃去上清液,将脂肪酶冷冻干燥24h后取出获得单甘脂修饰脂肪酶,修饰和未修饰的Lipozyme TL IM的酶活力如下表所示:
表13脂肪酶的酯交换活力
脂肪酶 |
未修饰的Lipozyme TL IM |
修饰的Lipozyme TL IM |
提升量/% |
酯交换活力 |
250IUN/g |
287IUN/g |
14.8 |
将三月桂酸甘油三酯与鱼油按照底物摩尔比为4:1的比例加入可密封的间歇反应器中,加入8wt%的单甘脂修饰过的Lipozyme TL IM,在温度为40℃,搅拌速率为400rpm的条件下反应5小时,同时,采用未修饰的Lipozyme TL IM在同等条件下进行反应,所得结果如下表所示:
表14酯交换反应后的产物组成
|
修饰的Lipozyme TL IM(%) |
未修饰的Lipozyme TL IM(%) |
MML+MLL |
40.2 |
38.4 |
LLL |
4.4 |
5.3 |
MMM |
50.0 |
51.7 |
DAG+MAG |
5.4 |
4.6 |
利用95%的乙醇萃取去除酯交换产物中剩余的中碳链甘油三酯,将所得酯交换产物与95%的乙醇按照质量比为1:7的比例混合,充分搅拌,离心,去除上层乙醇溶液,连续重复萃取4次,并利用减压蒸馏脱除乙醇,得到产品中的组成如表所示。
表15乙醇萃取后产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
83.6 |
LLL |
9.1 |
MMM |
3.8 |
DAG+MAG |
3.5 |
将Lipase G(Penicilium camembertii发酵而得)配置成6000U/L的水溶液,并用磷酸盐缓冲液调节pH值为7,将酶反应中间产物与Lipase G的水溶液按照10:1.5的体积比例混合,在30℃条件下,充分搅拌反应3h水解部分甘油酯,高速离心分离油与水溶液,分子蒸馏去除脂肪酸,获得产品的化学组成如下表所示。
表16产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
84.1 |
LLL |
10.7 |
MMM |
4.5 |
DAG+MAG |
0.7 |
将分别取15g去除部分甘油酯和未去除部分甘油酯的产品置于60℃的条件下进行加速氧化试验,分别测定在0、24、48和72h时的过氧化值(POV)及茴香胺值(p-AnV),并计算总氧化值(TOTOX),比较两种油脂的氧化稳定性,结果如下表所示。
表17产品的氧化稳定性
实施例4:
将3%的油酸单甘脂溶解于pH为7的磷酸盐缓冲溶液中,再缓慢加入25%的Lipozyme RM IM,在25℃下搅拌25min,离心,弃去上清液,将脂肪酶冷冻干燥24h后取出获得单甘脂修饰脂肪酶,修饰和未修饰的Lipozyme RM IM的。
酶活力如下表所示:
表18脂肪酶的酯交换活力
脂肪酶 |
未修饰的Lipozyme RM IM |
修饰的Lipozyme RM IM |
提升量/% |
酯交换活力 |
275IUN/g |
330IUN/g |
20 |
将三癸酸甘油三酯与棕榈硬脂按照底物摩尔比为5:1的比例加入可密封的间歇反应器中,加入10wt%的单甘脂修饰过的Lipozyme RM IM,在温度为60℃,搅拌速率为500rpm的条件下反应4小时,同时,采用未修饰的Lipozyme RM IM在同等条件下进行反应,所得结果如下表所示:
表19酯交换反应后的产物组成
|
修饰的Lipozyme RM IM(%) |
未修饰的Lipozyme RM IM(%) |
MML+MLL |
32.3 |
29.2 |
LLL |
3.9 |
4.5 |
MMM |
58.1 |
61 |
DAG+MAG |
5.7 |
5.3 |
利用95%的乙醇萃取去除酯交换产物中剩余的中碳链甘油三酯,将所得酯交换产物与95%的乙醇按照质量比为1:5的比例混合,充分搅拌,离心,去除上层乙醇溶液,连续重复萃取6次,并利用减压蒸馏脱除乙醇,得到产品中的组成如表所示。
表20乙醇萃取后产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
83.0 |
LLL |
9.9 |
MMM |
3.9 |
DAG+MAG |
3.2 |
将Lipase G(Penicilium camembertii发酵而得)配置成8000U/L的水溶液,并用磷酸盐缓冲液调节pH值为7,将酶反应中间产物与Lipase G的水溶液按照10:0.8的体积比例混合,在40℃条件下,充分搅拌反应2h水解部分甘油酯,高速离心分离油与水溶液,分子蒸馏去除脂肪酸,最后所得产物的组成如下表所示。
表21产物组成
|
含量(%) |
MML+MLL |
83.7 |
LLL |
10.8 |
MMM |
5.2 |
DAG+MAG |
0.3 |
分别取15g去除部分甘油酯和未去除部分甘油酯的产品,置于60℃的条件下进行加速氧化试验,分别测定在0、24、48和72h时的过氧化值(POV)及茴香胺值(p-AnV),并计算总氧化值(TOTOX),比较两种油脂的氧化稳定性,结果如下表所示。
表22产品的氧化稳定性
脂肪酶的催化中心是由类似丝氨酸蛋白酶(Ser-His-Asp)的催化三元组的结构组成,其活性中心完全埋藏在一个“盖子”样结构的下面,“盖子”由一个或两个α-螺旋构成。脂肪酶催化反应时,吸附于油水两相界面的脂肪酶在油相疏水作用的诱导下,“盖子”被打开,底物得以靠近催化中心,从而完成催化。因此,在单一油相体系中,采取一定方式打开脂肪酶活性中心的“盖子”便可极大提高脂肪酶的活力。本发明公开了一种中长碳链甘油三酯食用油及其制备方法,包括,通过单甘脂修饰脂肪酶提高酶活力,并用该脂肪酶催化高比例中碳链甘油三酯与长碳链甘油三酯进行酯交换反应获得中长碳链脂肪酸食用油,再通过连续乙醇萃取除去剩余的中碳链甘油三酯,最后通过部分甘油酯专一性脂肪酶去除反应产物中的甘油一酯和甘油二酯,从而获得高纯度的中长碳链甘油三酯。本发明所得产品中,中长碳链甘油三酯含量在80%以上,部分甘油酯含量小于1%,中碳链甘油三酯含量小于6%;该油脂具有很好的氧化稳定性,可以广泛应用于食品加工,尤其是对油品要求高的各个领域,如煎炸、烘焙等。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。