CN113604517A - 一种酶法选择性催化制备结构化脂质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种酶法选择性催化制备结构化脂质的方法,属于生物化工和酶催化领域,具体涉及一种以橡胶籽油为基础通过酶法选择性催化制备具有合适n‑3PUFA/n‑6PUFA比的结构化脂质的方法。该方法包括如下步骤:将橡胶籽油与中链甘油三脂定量混合,加入脂肪酶,在无溶剂体系下,进行酰基交换反应,反应结束后,经过布氏漏斗过滤除去脂肪酶,得到MLCT结构化脂质,该脂质具有MLM、LML、MML、LLM等四种结构,具有合适的n‑3PUFA/n‑6PUFA比例,能够更好的满足人类营养要求。开发应用于食用油脂,具有平稳供能,减少机体脂肪堆积等优点。反应周期短,反应条件温和,分离工艺简单,绿色经济。
Description
技术领域
本发明属于生物化工和酶催化领域,具体涉及一种酶法选择性催化制备结构化脂质的方法。
技术背景
人类膳食营养中,主要以富含n-6多不饱和脂肪酸(n-6polyunsaturated fattyacid,n-6PUFA)的植物油为主,对于富含n-3多不饱和脂肪酸(n-3polyunsaturated fattyacid,n-3PUFA)的鱼油摄入较少,导致n-3PUFA/n-6PUFA比例严重失调(约为1:20~25),而该比例的失调容易引起人体炎性反应。
橡胶籽油作为从橡胶籽中提取出的天然优质油料,富含不饱和脂肪酸,n-3PUFA/n-6PUFA比例约为1:2,更加符合中国营养学会对n-3PUFA/n-6PUFA建议摄入比(1:4~6);同时在精炼加工后可作为食用油,在预防动脉硬化以及心血管疾病等方面具有良好的疗效(何美莹,李国华,李海泉.关于云南橡胶种子油食用开发现状与思考[J].热带农业科技,2010(04):36-43.)与常见食用油相似,橡胶籽油由长链脂肪酸甘油三酯组成,而长链脂肪酸(LCT)在人体内代谢与转运比较复杂,容易以脂肪的形式堆积在体内,若机体摄入过多,容易导致脂肪堆积以及心血管疾病。(Korma S A,Zou X,Ali A H,et al.Preparation ofstructured lipids enriched with medium-and long-chain triacylglycerols byenzymatic interesterification for infant formula[J].Food&BioproductsProcessing,2018,107:121-130.)
结构化脂质是一类将天然油脂结构进行修饰而形成的的新型脂类。利用化学催化剂或生物酶对其脂肪酸组成、脂肪酸在甘油三酯分子中的位置、物理化学性质等修饰改造,从而获得具有特定营养价值的脂质。(Lee Y Y,Tang T K,Lai O M.Health Benefits,Enzymatic Production,and Application of Medium-and Long-Chain Triacylglycerol(MLCT)in Food Industries:A Review[J].Journal of Food Science,2012,77(7-8-9):R137-R144)
为了克服LCT的不良副作用,研究人员开发了MLCT结构化脂质,即将长链脂肪酸和中链脂肪酸(MCT)随机结合在同一甘油骨架上,形成具有MLM、LML、MML、LLM等类型的结构脂,结构化的MLCT能够可控的释放MCFA,能够有效减少脂肪堆积,降低疾病的发生。Matsuo等人开发了MLCT结构化脂质将之应用于食用油,如家庭食用油、沙拉酱、植物油酱、膳食补充剂和冷冻晚餐,来降低体内胆固醇。(Matsuo T,Matsuo M,Taguchi N,et al.Thethermic effect is greater for structured medium-and long-chaintriacylglycerols versus long-chain triacylglycerols in healthy young women[J].Metabolism-clinical&Experimental,2001,50(1):125-130.)Matsuo等人对比了摄入以大豆油,菜籽油为基础制备的LCT与MLCT的正常受试者,发现在给予相同能量的前提下,长期服用MLCT可以显著减少体脂。(Matsuo T,Matsuo M,Taguchi N,et al,2002)Korma等人利用单细胞油与MCT合成MLCT用于婴幼儿奶粉配方工艺中,在提高婴儿生长发育的同时,减少婴儿体内脂肪的堆积。(Korma S A,Zou X,Ali A H,et al.2018,107:121-130.与此同时,MLCT结构脂在医疗方面也有很大的应用,在全肠外营养治疗研究中,使用同时含有MCFA和LCFA的MLM结构脂肪乳剂能够向病人提供更好的营养支持,供能更加平稳,促进正氮平衡,有利于术后患者的恢复。(Wu,G.H.,Zaniolo,O.,Schuster,H.,Schlotzer,E.,&Pradelli,L.36:150–161.)
MLCT油脂的合成方法主要包括化学法和酶法。但化学法存在耗能高,产物难以分离等缺点。(寿佳菲.中长链脂肪酸甘油三酯的酶法制备与分离纯化研究[D].合肥工业大学,2012)而酶法是以脂肪酶为催化剂,通过直接酯交换来实现脂肪酸在甘油骨架上位置的重排,与化学法相比,该方法副产物少,工艺简单,生产质量高,更加绿色经济。
综上所述,目前多数研究侧重于以普通食用油,鱼油、藻油等获得单甘脂结构,再通过化学法将该单甘脂结构与中链脂肪酸混合制备MLM结构脂。而通过以橡胶籽油为基础通过酶法合成更加符合人体n-3PUFA/n-6PUFA摄入比例的MLCT结构脂技术尚未开发,该结构脂具有MLM、LML、MML、LLM等四种结构,能够被进一步开发应用于食用油,不仅可以预防机体动脉硬化以及心血管疾病,还可以减少体内炎症反应的发生。
发明内容
本发明提出了一种基于橡胶籽油甘油三酯和中链脂肪酸甘油三酯,采用生物催化工艺制备更加符合人体n-3PUFA/n-6PUFA摄入比MLCT结构化脂质的方法。该结构脂质具有MLM、LML、MML、LLM等四种结构,通过酶催化工艺制备合成,具有反应条件温和,分离纯化简单,反应周期较短等优点,加工后用于食用油,供能平稳,可以有效减少体内炎性发应。
本发明提出一种生物酶法制备结构脂质的方法,包括如下步骤:
将待处理的橡胶籽油和中链甘油三酯充分混合,加入一定质量的脂肪酶,在无溶剂体系下,进行反应,待反应结束后,经过布氏漏斗过滤除酶。
进一步地,所述待处理中链甘油三酯与橡胶籽油的比例为(0.1-1):1。
优选的,所述中链甘油三酯与橡胶籽油的比例为(0.6-1):1.
进一步地,所述脂肪酶来源于动物、植物或微生物中的一种;
优选的,脂肪酶包括诺维信435脂肪酶,诺维信TL IM脂肪酶,诺维信40086脂肪酶;
更优选的,所述脂肪酶为诺维信40086脂肪酶。
进一步地,所述脂肪酶的质量为橡胶籽油和中链甘油三酯总质量的1%-10%;
优选的,脂肪酶的质量为橡胶籽油和中链甘油三酯总质量的1%-5%;
更优选的,脂肪酶的质量为橡胶籽油和中链甘油三酯总质量的3%。
进一步地,反应温度为10-80℃,反应的时间为2-80小时;
优选的,反应温度为10-60℃,反应时间为4-48小时;
更优选的,反应温度为30-50℃,反应时间为4-24h小时。
进一步地,所述反应在常压条件下进行;反应在金属浴、搅拌、填充床、摇床条件下进行,转速为100rpm-2000rpm。
优选的,反应时采用恒温金属浴,转速为1000rpm。
本发明还提出上述任一结构化脂质在食品、保健品、药品领域的应用。
本发明具有以下优势:
本发明提出的生物酶法制备结构脂质的方法,使用橡胶籽油和中链甘油三脂发生酯交换反应,优化反应中原料配比以及反应条件,制备结构脂质。同时,经过酯交换,橡胶籽油上的部分长链脂肪酸与中链脂肪酸交换,形成的结构脂更容易被机体吸收与代谢,更加符合人体n-3PUFA/n-6PUFA(本发明为2.3-2.4)摄入比例,开发制得的食用油更加符合人类营养需求。反应周期短,条件温和,分离纯化简单,绿色经济。
附图说明:
如图1所示,是橡胶籽油和中链甘油三酯的反应式。
如图2所示,为反应物与产物对比气相峰图。
具体实施方式:
本发明一实施例提出一种生物酶法制备结构脂质的方法,包括如下步骤:
将待处理橡胶籽油与中链甘油三脂充分混合,加入脂肪酶,进行酯交换反应,制备结构脂质。所述中链甘油三酯与橡胶籽油质量比为(0.1-1):1;待酯化反应结束后,经过布氏漏斗过滤除酶,得到结构脂质。
所述酯化反应在10℃-80℃条件下,反应时间为2-80小时。
本发明一实施例中,待处理中链甘油三酯与橡胶籽油的质量比为(0.1-1):1。具体地,所述待处理中链甘油三酯与橡胶籽油的质量比可以为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1等。优选条件下所述中链甘油三酯与橡胶籽油的比例为(0.6-1):1。
为本发明的一个实施例,反应温度为5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃,反应时间可以为2h、4h、10h、20h、30h、40h、50h、60h、70h、80h。优选条件下,反应条件为10-60℃下,反应时间4-48小时,更优选条件下,反应条件为30-50℃下,反应时间4-24小时。
在20-80℃条件下,脂肪酶可以表现出更高的酶活力,随着反应时间的增长,未反应的橡胶籽油,中链甘油三脂以及副产物脂肪酸均会减少。
所述脂肪酶来源于动物、植物或微生物中的一种。
优选条件下,所述脂肪酶包括但不限于为诺维信435(Novozym 435),诺维信脂肪酶40086(Novozym 40086),诺维信脂肪酶TL IM(Lipozyme TL IM)。
上述四种脂肪酶为商业化脂肪酶,其中Novozym 435来源于黑曲霉菌Aspergillusniger,固定化载体为疏水性大孔树脂,采购自诺维信公司;Novozym40086来源于米赫根毛霉,固定化载体为树脂,采购自诺维信公司;Lipozyme TL IM来源于绵毛嗜热丝Thermomyceslanuginosa,固定化载体为二氧化硅,采购自诺维信公司。
更优选条件下,所述脂肪酶为诺维信40086酶,在最优选条件下,底物转化率最大达到70%(气相表征)。
作为本发明的一个实施例,所述脂肪酶的用量为橡胶籽油和中链甘油三脂总质量的1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%,16%、17%、18%、19%、50%,较高的脂肪酶用量会缩短反应时间,但会增加成本;过低脂肪酶用量不能达到较好的结构脂质转化率。
优选条件下,所述脂肪酶用量为3%-10%,用量太少会导致转化率降低,酶量的增加只会提高反应速率,没有明显增加产率,反而会导致浪费。
实施例1:在常压条件下,一种生物酶法制备结构脂质的方法
步骤一:在常压条件下(1.013×105pa),取5ml棕色小瓶以1g橡胶籽油和0.7g中链甘油三脂油为原料,加入0.051g Novozym40086脂肪酶,在无溶剂体系下,于40℃,800rpm恒温金属浴反应器中进行酯化反应24h,定时取样,利用气相测得MLCT最高产率为70%,其中MLM类占比最高,约为67%,MML、LLM、LML总占比为33%。通过皂化和甲酯化反应,经气相测得其n-3PUFA/n-6PUFA比为2.3,
步骤二:每次反应结束后,将剩余反应液倒出,加入相同底物,重复步骤一和步骤二,共重复六个批次后,酶活保持在初始酶活的80%以上。
实施例2:在减压条件下,一种生物酶法制备结构脂质的方法
步骤一:在减压条件下(1000pa),在50ml圆底烧瓶中,加入10g橡胶籽油和7g中链甘油三脂(用量关系与发明内容相反),加入0.51g Novozym40086脂肪酶,控制水浴锅温度为40℃,加入磁子,控制转速为800rpm,反应24h。
步骤二;酯交换反应过程中,定时取样0.32ml反应液与2ml离心管中,加入1.6ml正己烷,以5000rpm离心三分钟,取1.5ml上清液至2ml进样瓶中。使用气相分析测得MLCT最高产率为67%。待反应结束,利用布氏漏斗过滤除去反应酶,获得最终产物,其中MLM类占比最高,约为70%,MML、LLM、LML总占比为30%,经气相测得其n-3PUFA/n-6PUFA比为2.4.
减压条件下有利于酯化产生的水分蒸发,有利于反应向酯化方向进行,水分的减少会导致酶活力下降,进而导致产物产率降低。
实施例3:填充床反应器体系下,一种生物酶法制备结构脂质的方法
步骤一:在常压条件下(1.013×105pa),取10g橡胶籽油和7g中链甘油三酯油为原料,充分混合,作为反应底物。
步骤二;在长20cm,内径1cm,外径2cm的钢制夹套填充床反应器中,填入0.051gNovozym40086脂肪酶,两端填入玻璃珠,通过柱塞泵将反应底物由下至上泵入填充床反应器中,流速0.4mL/min,夹套温度由循环水浴控制40℃。停留时间10min时;气象色谱测得物质产率为10%,循环进料4次时,MLCT的产率为68%。所有反应液,四次循环通过填充床反应器的总反应时间为19.17h,反应结束后,利用布氏漏斗过滤除酶,获得最终产物。其中MLM类占比最高,约为65%,MML、LLM、LML总占比为25%,经气相测得其n-3PUFA/n-6PUFA比为2.3.
实验例1:无溶剂体系下,常压条件下,不同脂肪酶对MLCT结构脂产量的影响。
为了说明不同脂肪酶对MLCT生成率的影响,因此将实验分为5组,其中:
实验组1:0.051g诺维信435脂肪酶(采购自诺维信公司);
实验组2:0.051g诺维信40086脂肪酶(采购自诺维信公司);
实验组3:0.051g诺维信TL IM脂肪酶(采购自诺维信公司);
对比组:不加入任何反应酶。
实验方法:
步骤一.将实验分为五组,在常压条件下(1.013×105pa),取5ml棕色小瓶,分别制备1g橡胶籽油和0.7g中链甘油三酯油,分别加入0.051g诺维信435脂肪酶,诺维信40086脂肪酶,诺维信TL IM脂肪酶,在无溶剂体系下,在恒温金属浴体系下,控制反应温度40℃,转速800rpm,进行酯化反应24h。
步骤二:酯交换反应过程中,定时取样0.32ml反应液与2ml离心管中,加入1.6ml正己烷,以5000rpm离心三分钟,取1.5ml上清液至2ml进样瓶中,进行气相分析。
步骤三:实验结果发现,在脂肪酶催化下,大部分底物均发生转化,且产生的水解脂肪酸含量较少。产物具有易分离,纯化简单,条件温和等优点。诺维信435脂肪酶,诺维信40086脂肪酶,诺维信TL IM脂肪酶,对比组分别为63%,70%,59%,0%,可以看出,利用本发明中的诺维信40086脂肪酶产物的转化率最高。
Claims (10)
1.一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,包括如下步骤:
将待处理的橡胶籽油和中链甘油三酯充分混合,加入一定质量的脂肪酶,在无溶剂体系下,进行反应,待反应结束后,经过布氏漏斗过滤除酶;
所述待处理中链甘油三酯与橡胶籽油的比例为(0.1-1):1;脂肪酶的质量为橡胶籽油和中链甘油三酯总质量的1%-10%;反应温度为10-80℃,反应的时间为2-80小时;所述脂肪酶来源于动物、植物或微生物中的一种。
2.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,所中链甘油三酯与橡胶籽油的比例为(0.6-1):1。
3.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,脂肪酶选自诺维信435脂肪酶,诺维信TL IM脂肪酶,诺维信40086脂肪酶;优选为诺维信40086脂肪酶。
4.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,脂肪酶的质量为橡胶籽油和中链甘油三酯总质量的1%-5%,优选3%。
5.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,反应温度为10-60℃,反应时间为4-48小时。
6.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,反应温度为30-50℃,反应时间为4-24h小时。
7.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,反应在常压条件下进行;反应在金属浴、搅拌、填充床、摇床条件下进行,转速为100rpm-2000rpm。
8.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,反应时采用恒温金属浴,转速为1000rpm。
9.按照权利要求1所述的一种生物酶法制备结构脂质的方法,其特征在于,结构脂质具有MLM、LML、MML、LLM四种结构。
10.按照权利要求1-9任一项所述的方法制备得到一种结构脂质。
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