CN113615743B - 一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其包括如下步骤：分离饱和甘油三酯、获取高熔点棕榈硬脂、获得人乳替代脂。本发明通过两部酸解反应之间耦合低温分提饱和脂肪酸，同时能够循环利用不饱和脂肪酸，制得的成品与母乳脂肪的相似度高。

Description

一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法
技术领域
本发明涉及油脂技术领域，特别是涉及一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法。
背景技术
母乳被认为是新生儿最理想的食物，主要含有3％-5％的脂肪，0.8％-0.9％的蛋白质，6.9％-7.2％的碳水化合物，0.2％的矿物质，以及其他生理活性物质等。母乳脂肪为婴儿提供50％以上的能量，其含量及组成受各种因素的影响，包括个体基因的差异、膳食、胎龄、哺乳期和疾病等。母乳脂肪中的甘油三酯含量占整个脂肪的98％以上，甘油三酯中含有大约200多种脂肪酸，包括中碳链脂肪酸，饱和脂肪酸，单不饱和脂肪酸，多不饱和脂肪酸，奇数碳链脂肪酸，支链脂肪酸，反式脂肪酸以及羟基脂肪酸等。在这些脂肪酸中，含量大于1％的脂肪酸有油酸、棕榈酸、亚油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、月桂酸以及棕榈油酸。母乳脂肪中甘油三酯的脂肪酸分布比较独特，60％以上的棕榈酸分布在甘油三酯的sn-2位，其他的不饱和脂肪酸主要分布在sn-1,3位。由于这种特殊的脂肪酸分布，母乳脂肪中甘油三酯含量最多的是1,3-不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯，如OPO和OPL等。这种结构的甘油三酯与婴幼儿对脂肪的消化，吸收以及代谢有密切的关系。
婴幼儿配方奶粉为根据母乳的化学组成，采用牛乳或羊乳为主要原料调节蛋白质以及脂肪组成、含量或结构，同时添加各种脂溶性和水溶性维生素、微量矿物质、核苷酸、牛磺酸、含长碳链多不饱和脂肪酸油脂等功能性物质制备而成。当婴幼儿不能获得母乳喂养时，婴幼儿配方奶粉便是最好的食物来源。由于婴幼儿配方奶粉为脱水食品，其脂肪含量为25％左右。目前，低端配方奶粉中的油脂主要是植物油的调和产品。通过不同植物油的物理混合，从而使其脂肪酸组成与母乳脂肪相似。随着科技的发展，高端配方奶粉越来越强调脂肪结构，通过添加于母乳结构类似的母乳脂肪替代品，使其在脂肪组成及结构上都母乳脂肪相似。目前，商业化母乳脂肪替代品的制备方法主要是以棕榈硬脂为原料，通过酶催化的酸解反应，获得脂肪酸组成及分布与母乳脂肪相似的结构脂产品。但是，棕榈为热带作物，中国种植较少。目前，也有人通过猪油及鱼油为原料，生产母乳脂肪替代品，但是这两种原料均不符合婴幼儿食品的安全标准，因此，选择一种新的可以用于婴幼儿配方奶粉添加的原料来生产母乳脂肪替代品极为重要。婴幼儿配方奶粉原料是以牛乳或羊乳为原料制备而成产品，乳脂肪是其中的主要成分，对于婴幼儿来讲是安全且无需验证的，因此，以动物乳脂肪为原料制备的母乳脂肪替代品相对于其他油脂而言具有更好的安全性。
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。
鉴于上述人乳替代脂产品中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是，客服现有人乳替代脂产品的不足，提供一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供如下技术方案：一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其包括如下步骤：
分离饱和甘油三酯：通过程序控温的酶促或者碱性催化剂催化的酯交换技术使棕榈酸以饱和甘油三酯的形式得到定向富集然后从反应体系中分离；
获取高熔点棕榈硬脂：利用溶剂分提获得高熔点棕榈硬脂；
获得人乳替代脂：利用两步酶催化酸解反应耦合低温程序分提获得与母乳脂肪组成一致的人乳替代脂。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：分离饱和甘油三酯中，程序控温在酯交换之前，将温度降低到到28-35℃，保持1-2h，饱和甘油三酯形成晶核后，再将温度加热至36-40℃，加入脂肪酶或者碱性催化剂进行酯交换反应。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：酯交换反应中，脂肪酶为非位置专一性脂肪酶或碱性催化剂。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：酯交换反应中，脂肪酶为Novozym 435、lipase AY-30SD。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：酯交换反应中，碱性催化剂为乙醇钠、甲醇钠。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：获取高熔点棕榈硬脂中，分提条件为：将丙酮以3-6mL/g的比例加入到棕榈硬脂中，在60℃下将其充分溶解后，再在25-33℃下密封静止保存12-20h，分提固体脂肪。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：获得人体替代脂中，第一次酸解反应中，所用酰基供体为葵花籽油与菜籽油来源的脂肪酸，摩尔比例为1:1.5-2.5(葵花籽油/菜籽油),底物摩尔比为4-10:1(脂肪酸/甘油三酯)，脂肪酶添加量为6-10％，反应温度为45-60度，反应时间为6-12h，搅拌速率为400-600转/min。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：获得人乳替代脂中，使用的脂肪酶为sn-1,3位选择性脂肪酶。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：人乳替代脂中，还包括回收脂肪酶，其为将酶解产物温度按照5-15℃/h降至25-32℃，并养晶4-8h，转速为20-40转/min，过滤或离心分离固态脂肪。
作为本发明所述模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法的一种优选方案，其中：获得人乳替代脂中，两步酶催化酸解反应的第二步酸解为向分提获得的液态油中添加棕榈仁油或椰子油脂肪酸,加入一次酸解回收的脂肪酶，在温度40-60℃，搅拌速率为400-600转/min下反应8-12h。
本专利首次以动物乳脂肪为原料，采用溶剂分提获得乳脂肪中的固态脂肪部分，再通过一次酸解调节sn-1,3脂肪酸组成，低温分提脱除饱和脂肪酸，sn-2脂肪酸组成调节以及二次酸解获得最终产品。通过两步酸解反应之间耦合低温分提饱和脂肪酸，使游离脂肪酸得到循环利用，所得产品sn-1,3的饱和脂肪酸含量更低，与母乳脂肪的相似度高。本发明中使用的原料种类上较少，十分方便实际生产中的使用。
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，下面结合说明书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。
实施例1
以58℃棕榈硬脂为原料，首先将棕榈硬脂加热到90℃，保持30min，将固态脂肪完全融化并破坏原有的晶体结构，然后将温度缓慢降低至35℃，保持1h，使饱和甘油三酯形成晶核，再将温度升高至40℃，加入10％的脂肪酶Novozym 435，在此温度下反应36h，进行定向酯交换反应，通过熔点差异使饱和脂肪酸定向富集于饱和甘油三酯并从反应体系中分离。反应结束后，通过离心或过滤分离脂肪酶。将丙酮以4mL/g的比例加入到熔点棕榈硬脂中，首先在60℃下将其充分溶解后，再在33℃下密封静止保存20h分提固体脂肪。所得固体脂肪的脂肪酸组成及分布如表1所示。
表1棕榈硬脂、定向酯交换产品及分提固脂的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000041
实施例2
以52℃棕榈硬脂为原料，首先将棕榈硬脂加热到90℃，保持30min，将固态脂肪完全融化并破坏原有的晶体结构，然后将温度缓慢降低至33℃，保持1.5h，使饱和甘油三酯形成晶核，再将温度升高至37℃，加入8％的脂肪酶lipase AY-30SD，在此温度下反应24h，进行定向酯交换反应，通过熔点差异，使饱和脂肪酸定向富集于饱和甘油三酯并从反应体系中分离。反应结束后，通过离心去除脂肪酶。将丙酮以6mL/g的比例加入到熔点棕榈硬脂中，首先在60℃下将其充分溶解后，再在30℃下密封静止保存15h分提固体脂肪。所得固体脂肪的脂肪酸组成及分布如下所示。
表2棕榈硬脂、定向酯交换产品及分提固脂的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000051
通过薄膜蒸发脱除固体脂肪中的溶剂，所得固体脂肪的得率为62.5％。
实施例3
以44℃棕榈硬脂为原料，首先将棕榈硬脂加热到90℃，保持30min，将固态脂肪完全融化并破坏原有的晶体结构，然后将温度缓慢降低至28℃，保持2h，使饱和甘油三酯形成晶核，再将温度升高至36℃，加入1％的乙醇钠，在此温度下反应16h，进行定向酯交换反应，通过熔点差异使饱和脂肪酸定向富集于饱和甘油三酯并在反应体系中分离。反应结束后，向体系中加入去离子水终止反应，并采用80℃热水清洗3次，去除催化剂。将丙酮以3mL/g的比例加入到熔点棕榈硬脂中，首先在60℃下将其充分溶解后，再在25℃下密封静止保存10h分提固体脂肪。所得固体脂肪的脂肪酸组成及分布如下所示。
表3棕榈硬脂、定向酯交换产品及分提固脂的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000052
通过薄膜蒸发脱除固体脂肪中的溶剂，所得固体脂肪的得率为56.7％。
实施例4
经测定，母乳脂肪中C6:0含量为0.01-0.12％，C8:0含量为0.1-1％，C10:0含量为0.1-2.8％，C12:0 2-10％，C14:0含量为2-10％，C16:0含量为20-30％，C18:0含量2-9％，C18:1ω-9含量为25-37％，C18:2ω-6含量为14-27％，且二位棕榈酸的相对含量(％sn-2C16:0)>60％；C18:2ω-6/C18:3ω-3含量在5-15之间。
以实施例1的分提固脂为起始原料，选择葵花籽油及菜籽油来源的脂肪酸为酰基供体，以sn-1,3脂肪酶为催化剂酸解分提固脂，其中，葵花籽油与菜籽油的比例为1:2，底物摩尔比为6：1(脂肪酸/分提固脂),脂肪酶Lipzyme RM IM的添加量为8％，温度为45度，反应时间为12h，搅拌速率为600转/min，过滤或离心回收脂肪酶，得到酶解中间产品，产品的脂肪酸组成及分布如下表所示。
将油脂加热至65度，保持30min，完全溶化后，以5度/h的速度将温度降至32度，养晶4h，转速为30转/分，使棕榈酸、三棕榈酸甘油酯及部分甘油酯结晶，过滤或离心分离油脂体系中的固态脂，得到液态油，向液态油中加入棕榈仁油脂肪酸，棕榈仁油脂肪酸与葵花籽油和菜籽油脂肪酸之和的比值为1：2，再向体系中加入一次酸解回收的脂肪酶进行酸解反应，反应温度为50度，时间为10h，搅拌速率为600转/min，反应结束后，再次过滤或离心回收脂肪酶，并通过减压蒸馏去除脂肪酸，得到产品的脂肪酸组成及分布如下表所示。
表4.一步及二步酸解中酶解产品的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000061
由上表可知，经过两次酸解反应后，产品的脂肪酸组成及分布均在母乳脂肪的范围之内，可作为专用油脂用于婴幼儿配方奶粉添加。
实施例5
以实施例2的分提固脂为起始原料，选择葵花籽油及菜籽油来源的脂肪酸为酰基供体，以sn-1,3脂肪酶为催化剂酸解分提固脂，其中，葵花籽油与菜籽油的比例为1:1.5，底物摩尔比为8：1(脂肪酸/分提固脂),脂肪酶NS 40086的添加量为10％，温度为50度，反应时间为10h，搅拌速率为400转/min，过滤或离心回收脂肪酶后，得到酶解中间产品，产品的脂肪酸组成及分布如表所示。
将油脂加热至60度，保持45min，完全熔化后，以10度/h的速度将温度降至28度，养晶6h，转速为40转/分，使棕榈酸、三棕榈酸甘油酯及部分甘油酯结晶，过滤或离心分离油脂体系中的固态脂，得到液态油，向液态油中加入棕榈仁油脂肪酸，棕榈仁油脂肪酸与葵花籽油和菜籽油脂肪酸之和的比值为1：2.5，再向体系中加入一次酸解回收的脂肪酶进行酸解反应，反应温度为40度，时间为12h，搅拌速率为500转/min，反应结束后，再次过滤脂肪酶，并通过减压蒸馏去除脂肪酸，得到产品的脂肪酸组成及分布如下所示。
表5.一步及二步酸解中酶解产品的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000071
由上表可知，经过两次酸解反应后，产品的脂肪酸组成及分布均在母乳脂肪的范围之内，可作为专用油脂用于婴幼儿配方奶粉添加。
实施例6
以实施例3的分提固脂为起始原料，选择葵花籽油及菜籽油来源的脂肪酸为酰基供体，以sn-1,3脂肪酶为催化剂酸解分提固脂，其中，葵花籽油与菜籽油的比例为1:2.5，底物摩尔比为10：1(脂肪酸/分提固脂)，脂肪酶Lipase DF的添加量为6％，温度为60度，反应时间为8h，搅拌速率为500转/min，过滤或离心回收脂肪酶后，得到酶解中间产品，产品的脂肪酸组成及分布如表所示。
将油脂加热至70度，保持20min，完全熔化后，以15度/h的速度将温度降至25度，养晶8h，转速为20转/分，使棕榈酸、三棕榈酸甘油酯及部分甘油酯结晶，过滤或离心分离油脂体系中的固态脂，得到液态油，向液态油中加入椰子油脂肪酸，椰子油脂肪酸与葵花籽油和菜籽油脂肪酸之和的比值为1：3.5，再向反应体系中加入一次酸解回收的脂肪酶进行酸解反应，反应温度为55度，时间为8h，搅拌速率为400转/min，反应结束后，再次过滤或离心回收脂肪酶，并通过减压蒸馏去除脂肪酸，得到产品的脂肪酸组成及分布如下所示，减压蒸馏获得的脂肪酸在15度下结晶过滤饱和脂肪酸后，继续用于酸解反应。
表6.一步及二步酸解中酶解产品的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000081
由上表可知，经过两次酸解反应后，产品的脂肪酸组成及分布均在母乳脂肪的范围之内，可作为专用油脂用于婴幼儿配方奶粉添加。
对照例1
在实例2的基础上，不进行随机酯交换。以52℃棕榈硬脂为原料，将丙酮以6mL/g的比例加入到熔点棕榈硬脂中，首先在60℃下将其充分溶解后，再在30℃下密封静止保存15h分提固体脂肪。所得固体脂肪的脂肪酸组成及分布如下所示。
表8棕榈硬脂及分提固脂的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000082
Figure BDA0003190434970000091
通过薄膜蒸发脱除固体脂肪中的溶剂，所得固体脂肪的得率为44.2％。
对照例2
在实例2的基础上，不通过低温形成晶核。以52℃棕榈硬脂为原料，首先将棕榈硬脂加热到90℃，保持1.5h，将固态脂肪完全融化并破坏原有的晶体结构，然后将温度缓慢降低至37℃，加入脂肪酶lipase AY-30SD，在此温度下反应24h，进行定向酯交换反应，通过熔点差异，使饱和脂肪酸定向富集于饱和甘油三酯并从反应体系中分离。反应结束后，通过离心去除脂肪酶。将丙酮以6mL/g的比例加入到熔点棕榈硬脂中，首先在60℃下将其充分溶解后，再在30℃下密封静止保存15h分提固体脂肪。所得固体脂肪的脂肪酸组成及分布如下所示。
表9棕榈硬脂及分提固脂的脂肪酸组成及分布
Figure BDA0003190434970000092
通过薄膜蒸发脱除固体脂肪中的溶剂，所得固体脂肪的得率为55.3％。
传统的方法采用从棕榈硬脂中分提三棕榈酸甘油酯来制备人乳替代脂，由于棕榈硬脂中三棕榈酸甘油酯含量相对较低，最后导致得率较低，但是通过随机酯交换的定向富集反应，提高了棕榈硬脂作为三棕榈酸甘油酯原料的利用率。
酶催化或者碱性化学催化剂催化的随机酯交换的反应，为可逆反应，在反应过程中，脂肪酸在甘油三酯分子上不断的进行随机分布。通过将反应温度控制在饱和甘油三酯的熔点以下，当饱和甘油三酯生成时，即可结晶从而从反应体系中分离，由此，可使反应不断的向富集饱和甘油三酯的方向进行。但是，如果体系中缺乏饱和甘油三酯分子缺少可以附着的晶核，饱和甘油三酯生成后结晶的速度相对较慢。因此，本专利技术，首先降温形成饱和甘油三酯的晶体作为晶核，从而有利于反应过程中生成的饱和甘油三酯的附着，从而更有利于饱和甘油三酯形成晶体，从反应体系中析出，从而可以提高反应效率。
利用酸解反应后，利用熔点差异，使体系中的棕榈酸、三棕榈酸甘油酯以及部分甘油酯结晶，最后分提，从而降低了反应体系中脂肪酸的不饱和度，可再次连续进行酸解反应，从而使游离脂肪酸得到循环利用，由于在较低温度下进行棕榈酸的分提，在一次酸解反应中形成的副产物，sn-1,2/2,3甘油二酯，不会发生酰基转移，因此，在二次酸解反应中将作为反应中间物继续发挥作用，从而降低了体系中酰基转移的量，提高产品的质量。通过低温分体的方法脱除棕榈酸，避免了在连续酸解反应中通过高温脱酸造成的负面影响，提高了产品的安全性。
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。

Claims (4)

1.一种模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其包括如下步骤：
分离饱和甘油三酯：通过程序控温将温度降低到28-35℃，保持1-2h，饱和甘油三酯形成晶核后，再将温度加热至36-40℃，加入脂肪酶或者碱性催化剂进行酯交换反应使棕榈酸以饱和甘油三酯的形式得到定向富集然后从反应体系中分离，酯交换反应中使用的脂肪酶为非位置专一性脂肪酶；
获取高熔点棕榈硬脂：利用溶剂分提获得高熔点棕榈硬脂；
获得人乳替代脂：利用两步酶催化酸解反应耦合低温程序分提获得与母乳脂肪组成一致的人乳替代脂；
所述获得人乳替代脂中，第一次酸解反应中，所用酰基供体为葵花籽油与菜籽油来源的脂肪酸，葵花籽油/菜籽油的摩尔比例为1:1.5-2.5, 脂肪酸/甘油三酯的底物摩尔比为4-10:1，脂肪酶添加量为6-10%，反应温度为45-60℃，反应时间为6-12h，搅拌速率为400-600 转/min；
所述低温程序为将酶解产物温度按照5-15℃/h降至25-32℃，并养晶4-8h，转速为20-40转/min，过滤或离心分离固态脂肪；
所述第二步酸解为向分提获得的液态油中添加棕榈仁油或椰子油脂肪酸,加入第一次酸解回收的脂肪酶，在温度40-60℃，搅拌速率为400-600转/min下反应8-12h；
所述获得人乳替代脂中，使用的脂肪酶为sn-1,3位选择性脂肪酶。
2.根据权利要求1所述的模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其特征在于：所述酯交换反应中，脂肪酶为Novozym 435、lipase AY-30SD。
3.根据权利要求1所述的模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其特征在于：所述酯交换反应中，碱性催化剂为乙醇钠、甲醇钠。
4.根据权利要求1所述的模拟母乳脂肪结构的人乳替代脂的制备方法，其特征在于：所述获取高熔点棕榈硬脂中，分提条件为：将丙酮以3-6 mL/g的比例加入到棕榈硬脂中，在60℃下将其充分溶解后，再在25-33℃下密封静止保存12-20 h，分提固体脂肪。
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