CN117089402A - 一种降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法，属于食品安全领域。所述方法为控制原料油中磷含量为100‑200ppm，且钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5。本发明通过控制原料油中磷离子含量、并且控制钙镁离子含量和磷含量的比值，即使采用常规的精炼工艺，也可以大大降低精炼甘油二酯成品油中的缩水甘油含量，在不影响甘油二酯成品油功能性的同时，可以减少30％以上有害物质的含量。

Description

一种降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法

技术领域

本发明涉及一种降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法，属于食品安全领域。

背景技术

甘油二酯(DAG)是植物油脂中(尤其是稻米油、棕榈油等)天然存在的成分，其含量在2-15％之间。与甘油三酯结构不同的是，甘油二酯的甘油骨架上的一个羟基未被脂肪酸所取代，因此造就了甘油二酯和甘油三酯不同的营养功能。甘油二酯被人体吸收后，其代谢途径与甘油三酯不同，甘油二酯的消化产物不会在小肠上皮细胞中再次合成脂肪，而是直接氧化供能，不会在体内累积，从而可以达到减肥的功能。经过国内外众多学者的研究，在食用甘油二酯油后，可以明显降低血浆中血脂水平，抑制身体脂肪堆积；长期食用甘油二酯油能够减少肥胖，有利于减肥，而且可以辅助治疗多种代谢性疾病，因此甘油二酯也被作为食品和医药的添加剂。

甘油二酯属于美国FDA(美国食药局)评价食品添加剂的安全性指标GRAS的范畴，在日本和美国已被用作食用油使用。富含甘油二酯的常规油在味道、外观、物理性质和功能等方面都和普通植物油相似。2009年，原卫生部发布批准的新资源食品公告中，将甘油二酯列为新食品原料，要求甘油二酯含量≥40％，甘油三酯含量≤58％，每日食用量≤30g。由于植物油中甘油二酯含量低，其含量在2-15％之间，因此必须通过酶法进行制备，从而提升甘油二酯的含量。目前较为常规的方法包括酶促水解法、酶促甘油解法、酶促酯化法。

专利CN 101974575 B公开了一种富含甘油二酯的米糠油的制备方法。其以更易溶解于油脂的油酸甘油一酯和高酸值米糠油为原料，采用脂肪酶Lipozyme RM IM催化制备反应，在真空、旋转条件下，对反应温度、反应时间、脂肪酶添加量等影响因素进行了优化，在最优条件下经过6h反应其产品中甘油二酯的最终含量为27.42％。

专利CN101260417B公开了一种在常压下石油醚介质体系中酶法制备1,3-DAG的工艺。其将纯甘油和脂肪酸供体加入到石油醚中，添加分子筛在脂肪酶435的催化作用下进行反应，反应2-5h后体系中甘油二酯的含量达到80％。

专利CN100376541C公开了一种甘油二酯的制备方法。该方法将含有甘油的酰基受体、脂肪酸供体和亲水性载体硅胶混合、搅拌，在固定化酶催化作用下进行反应生成甘油二酯。该专利中主要将硅胶与甘油进行吸附，反应时间长达8-24h。

专利CN1208305C公开了一种甘油二酯的生产方法。该方法主要是将低级醇和甘油三酯混合后在固定化脂肪酶催化作用下进行醇解反应，将甘油三酯变为甘油二酯。该方法反应时间长，为1-10h。

专利CN102965402A公开了一种利用樟树籽油制备甘油二酯的方法。其利用4-16％的固定化脂肪酶Lipozyme RM或者TL在添加20-60％蒸馏水的情况下水解樟树籽油制备甘油二酯。

文献《无溶剂体系酶酯化催化反应合成1,3-DAG的研究》中报道在无溶剂体系中以纯净的油酸、甘油为原料，用专一性脂肪酶中合成1,3-DAG，结果表明当油酸和甘油摩尔比为2:1时，酶量为6％，温度为65℃时，1,3-DAG质量分数达到62％。

文献《高纯度甘油二酯的酶法合成及性质研究》中报道那个脂肪酶Lipase G50催化油茶脂肪酸和甘油合成高纯度甘油二酯。在反应温度35℃，脂肪酶添加2％，甘油与脂肪酸摩尔比4:1的情况下反应24h后酯化产物中甘油二酯的含量为50.48％。

文献《Biocatalysed synthesis of sn-1,3-diacylglycerol oil from extravirgin olive oil》中报道采用两步法制备甘油二酯。首先添加过量乙醇在Novozymes 435催化作用下将橄榄油水解为乙酯，然后通过脂肪酶Lipozyme RM IM再将乙酯酯化为甘油二酯。在40℃下经过长时间24h的酯化体系中甘油二酯含量将近40％。

上述文献或专利通过对各种工艺(醇解、水解、酯化)研究甘油二酯的合成，得到不同含量的甘油二酯食用油。但是这些文献或专利仅从合成工艺的角度进行研究，并未关注到后续的加工工艺，更未关注到精炼食用油中某些危害物质的含量，例如缩水甘油。

缩水甘油的形成机理目前尚无统一的说法，但普遍认为在油酯精炼过程中有缩水甘油形成的可能，即甘油酯在路易斯酸存在的条件下，首先形成中间产物环酰氧离子，然后环酰氧离子与氯离子通过亲核取代反应生成3-氯丙醇酯，环酰氧离子去质子即形成缩水甘油。形成缩水甘油的前提物质主是甘油二酯和甘油一酯，而且其含量直接与脱臭温度相关。缩水甘油在200℃时开始生成，当温度达到230℃时，其生成速率显著增强。

缩水甘油具有遗传毒性和致癌性，被IARC确定为2A级致癌物，即很可能对人类具有致癌作用，JECFA推算出致癌的基准剂量(BMDL10)为2.4mg/kg.bw，对于这类致癌物，无法制订出保护人类健康的安全剂量，国际上通常要求其在食品上的污染应达到工艺技术上尽可能低的水平，即ALARA原则。总而言之，针对食用油中缩水甘油含量的控制应越低越好。

目前有很多方法都可用来降低油脂中缩水甘油的含量，可根据油脂来源、精炼工艺、加工设备的不同，选取合适的方法。比如低温脱臭，短程蒸馏替代脱臭等。但是与传统的精炼方法相比，这些方法都会有一些问题。比如低温脱臭后，油脂的颜色，气味均未达到要求；短程蒸馏设备投资大，无法大规模生产。

所以，有必要开发一种能高效、简便地降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法。

发明内容

为了解决上述的至少一个问题，本申请通过控制酶法生产甘油二酯过程中原料油中磷离子含量、并且控制钙镁离子含量和磷含量的比值，即使采用常规的精炼工艺，也可以大大降低精炼甘油二酯成品油中的缩水甘油含量，在不影响甘油二酯成品油功能性的同时，可以有效减少有害物质的含量。

发明人经过大量的研究发现，原料油中的磷离子含量代表了体系中磷脂的含量，而磷脂是一种强乳化剂，在水分存在的情况下，容易产生乳化体系，增加油水分离的难度。在制备甘油二酯过程中，由于磷脂的存在，则会将甘油(水解产生的或额外添加的)与油脂行成乳化体系，从而增大分离难度，使一部分甘油保留在油脂体系中，而甘油也是缩水甘油的前体物质，因此甘油增多，则缩水甘油的量增加；磷脂太少会造成反胶束体系，使更多的甘油溶解在油中。但是我们通过大量实验发现，如果体系中的钙镁离子和磷离子含量的比值在一定范围内时，体系的乳化情况会大大减弱，则甘油的残留量对应减少，从而降低缩水甘油的含量。

本发明的第一个目的是提供一种降低酶法生产甘油二酯过程中缩水甘油含量的方法，所述方法是控制原料油中磷含量为100-200ppm，且钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5。

在一种实施方式中，所述钙镁离子含量和磷含量的比值为：

在一种实施方式中，所述控制原料油中磷含量的方式为，若体系中磷含量过高，则向体系中添加水，通过水化脱胶而去除多余的磷离子，使其含量处于100-200ppm范围内。。

在一种实施方式中，所述控制原料油中磷含量的方式为，若体系中磷含量过低，则向体系中添加磷脂，使其含量处于100-200ppm范围内。。

在一种实施方式中，所述的磷脂可以是大豆磷脂，菜籽磷脂，葵油磷脂，花生磷脂等。

在一种实施方式中，所述钙镁离子含量和磷含量的比值的控制的方式为，若比值大于0.5，则向体系中添加柠檬酸、磷酸，优选的为柠檬酸，螯合钙镁离子，从而使钙镁离子含量和磷含量比值≤0.5；离心分离去除重相，离心转速为8000rpm，时间为10min，取离心分离后的上层油相进行反应。

一种酶法生产的甘油二酯，所述的甘油二酯采用上述方法降低缩水甘油的含量。

在一种实施方式中，所述的酶法生产甘油二酯，包括：

步骤一：采用GB 5009.268-2016第二法检测原料油中磷、钙、镁离子含量，若体系中的磷含量不在100-200ppm范围内或钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5，则通过权利要求1-6所述方法中的任意一种进行调整。

步骤二：酶法制备甘油二酯，得到粗甘油二酯；

步骤三：水洗，在酶法制备的粗甘油二酯中加入50％的去离子水，加热至80℃后搅拌水洗30min，水洗结束后分油水，油相干燥后得水洗甘油二酯；

步骤四：分子蒸馏，将水洗甘油二酯在分离蒸馏内分离脂肪酸和单甘脂，分离温度为≥200℃，真空度≤5Pa；

步骤五：脱色，分子蒸馏后的甘油二酯在真空状态下加热至105℃，然后加入1％的白土进行脱色，脱色后过滤除去白土即为脱色甘油二酯；

步骤六：脱臭，将脱色后的甘油二酯进行脱臭处理，脱臭温度为240℃，时间2h，真空度≤5mbar，脱臭后即为甘油二酯成品。

在一种实施方式中，所述的酶法包括水解法，甘油解法；其中：

1)水解法：将油脂和水按照1:1混合，然后加入0.3％的液体脂肪酶(Lipozyme TL，G50，ROL，Lipozeme RM,CalB等)，在35℃下反应8h。反应结束后分离油水，分离后的油相即为粗甘油二酯；

2)甘油解法：在油脂中加入5.2％的甘油(以油脂质量计)，然后加入3％固定化脂肪酶(来源于产碱菌属的脂肪酶和/或来源于假丝酵母属的脂肪酶，为Lipozyme TL IM、Lopozyme RM或Lipase-30SD，Lipozyme 435,G50固定化酶等)，在70℃下搅拌反应8h，反应结束后过滤除去固定化酶即得粗甘油二酯。

上述降低酶法生产甘油二酯过程中缩水甘油含量的方法在生产甘油二酯中的应用。

本发明有益效果是：

本发明通过控制原料油中磷离子含量、并且控制钙镁离子含量和磷含量的比值，即使采用常规的精炼工艺，也可以大大降低精炼甘油二酯成品油中的缩水甘油含量，在不影响甘油二酯成品油功能性的同时，可以减少30％以上有害物质的含量。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明涉及的方法：

1.检测方法：磷、钙、镁离子含量采用GB 5009.268-2016第二法进行检测；缩水甘油含量参照德国油脂学会推荐标准DGF C-VI 18(10)。

2.酶法制备甘油二酯的方法包括多种，本发明采用水解法和甘油解法：

1)水解法：将油脂和水按照1:1混合，然后加入0.3％的液体脂肪酶(Lipozyme TL，G50，ROL，Lipozeme RM,CalB等)，在35℃下反应8h。反应结束后分离油水，分离后的油相即为粗甘油二酯。

2)甘油解法：在油脂中加入5.2％的甘油(以油脂质量计)，然后加入3％固定化脂肪酶(来源于产碱菌属的脂肪酶和/或来源于假丝酵母属的脂肪酶，为Lipozyme TL IM、Lopozyme RM或Lipase-30SD，Lipozyme 435,G50固定化酶等)，在70℃下搅拌反应8h，反应结束后过滤除去固定化酶即得粗甘油二酯。

3.水化脱胶：将油脂加热至80℃，然后按照质量比加入3％的去离子水，搅拌反应30min，反应结束后进行离心分离(分离条件8000rpm 10min)，分离后的上层油相可以作为原料进行后续反应。

实施例1

1、测定原料大豆油中磷、钙、镁离子含量，其中磷含量为137ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.46。

2、水解法制备甘油二酯，得粗甘油二酯。

3、水洗：在酶法制备的粗甘油二酯中加入50％的去离子水，加热至80℃后搅拌水洗30min，水洗结束后分油水，油相干燥后得水洗甘油二酯。

4、分子蒸馏：将水洗甘油二酯在分离蒸馏内分离脂肪酸和单甘脂，分离温度为≥200℃，真空度≤5Pa。

5、脱色：分子蒸馏后的甘油二酯在真空状态下加热至105℃，然后加入1％的白土进行脱色。脱色后过滤除去白土即为脱色甘油二酯。

6、脱臭：将脱色后的甘油二酯进行脱臭处理。脱臭温度为240℃，时间2h，真空度≤5mbar。脱臭后即为甘油二酯成品

7、检测缩水甘油的含量为1780ppb。

实施例2

与实施例1不同的是，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测到缩水甘油的含量为1277ppb。

实施例3

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为189ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.23，检测到缩水甘油的含量为1062ppb。

实施例4

与实施例3不同的是，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测到缩水甘油的含量为1876ppb。

实施例5

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为153ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.31，检测到缩水甘油的含量为1291ppb。

实施例6

与实施例5不同的是，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测到缩水甘油的含量为1027ppb。

实施例7

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为103ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.42，检测到缩水甘油的含量为1792ppb。

实施例8

与实施例7不同的是，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测缩水甘油的含量为1366ppb。

实施例9

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为279ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.73，检测缩水甘油的含量为3219ppb。

取同样的磷含量为279ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.73的原料大豆油，在体系内添加约20ppm的柠檬酸，加水量为0.1％，使原料大豆油中的磷含量调整为192ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值调整为0.37，再经过同样的酶水解法，经过水洗、分子蒸馏、脱色和脱臭后，检测发现缩水甘油的含量为1947ppb。与不进行磷含量、钙镁离子含量和磷含量的比值调整的方案相比，缩水甘油的含量降低了39.51％。

实施例10

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为436ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.11，检测缩水甘油的含量为3462ppb。

取同样的磷含量为436ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.11的原料大豆油，加水量为1％，在80℃下搅拌反应30min，反应后离心去除多余的磷脂。反应后使原料大豆油中的磷含量调整为157ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值调整为0.39，再经过同样的酶水解法，经过水洗、分子蒸馏、脱色和脱臭后，检测发现缩水甘油的含量为1588ppb。与不进行磷含量、钙镁离子含量和磷含量的比值调整的方案相比，缩水甘油的含量降低了54.13％。

对比实施例1

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为125ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.81，检测缩水甘油的含量为3920ppb。

对比实施例2

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为321ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.64，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测缩水甘油的含量为4688ppb。

对比实施例3

与实施例1不同的是，原料大豆油中磷含量为118ppm，钙镁离子含量和磷含量的比值为0.89，制备粗甘油二酯的方法为甘油解法，检测缩水甘油的含量为2981ppb。

各实施例与对比例制备甘油二酯的酶法、磷含量、钙镁离子含量和磷含量的比值及制备得到的甘油二酯中缩水甘油的含量如表1：

表1：各实施例与对比例制备甘油二酯的酶法、磷含量、钙镁离子含量和磷含量的比值及制备得到的甘油二酯中缩水甘油的含量

从表中可以看出，当原料油中磷含量处于100-200ppm之间，且钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5时制备出的甘油二酯，缩水甘油的含量明显低于磷含量不处于100-200ppm之间或钙镁离子含量和磷含量的比值大于0.5的甘油二酯。且调整磷含量到100-200ppm和钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5后，制备得到的甘油二酯中的缩水甘油含量显著下降。

Claims (10)

1.一种降低酶法甘油二酯中缩水甘油含量的方法，所述方法是控制原料油中磷含量为100-200ppm，且钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5；

其中所述钙镁离子含量和磷含量的比值为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制原料油中磷含量的方式为，若体系中磷含量过高，则向体系中添加水，通过水化脱胶去除多余的磷离子，使其含量处于100-200ppm范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制原料油中磷含量的方式为，若体系中磷含量过低，则向体系中添加磷脂，使其含量处于100-200ppm范围内。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的磷脂可以是大豆磷脂，菜籽磷脂，葵油磷脂，花生磷脂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙镁离子含量和磷含量的比值的控制的方式为，若比值大于0.5，则向体系中添加柠檬酸或磷酸，螯合钙镁离子，使钙镁离子含量和磷含量比值≤0.5。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙镁离子含量和磷含量的比值的控制的方式为，若比值大于0.5，则向体系中添加柠檬酸，螯合钙镁离子，使钙镁离子含量和磷含量比值≤0.5。

7.一种甘油二酯的制备方法，其特征在于，所述的方法包括：

步骤一：检测原料油中磷、钙、镁离子含量，若体系中的磷含量不在100-200ppm范围内或钙镁离子含量和磷含量的比值≤0.5，则通过权利要求1-6所述方法中的任意一种进行调整；

步骤二：酶法制备甘油二酯，得到粗甘油二酯；

步骤三：水洗，在酶法制备的粗甘油二酯中加入去离子水，加热后搅拌水洗，水洗结束后分油水，油相干燥后得水洗甘油二酯；

步骤四：分子蒸馏，将水洗甘油二酯在分离蒸馏内分离脂肪酸和单甘脂，分离温度为≥200℃，真空度≤5Pa；

步骤五：脱色，分子蒸馏后的甘油二酯在真空状态下加热，然后加入白土进行脱色，脱色后过滤除去白土即为脱色甘油二酯；

步骤六：脱臭，将脱色后的甘油二酯进行脱臭处理，真空度≤5mbar，脱臭后即为甘油二酯成品。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的酶法包括水解法、甘油解法。

9.一种低缩水甘油的甘油二酯，其特征在于，采用权利要求7或8所述的方法制备。

10.权利要求1所述的方法在酶法生产的甘油二酯中的应用。