CN111394403B - 一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用 - Google Patents

一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用，所述制备方法包括以下步骤：S1、将脂肪酸升温，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，超声、降温、过滤，得到酯化反应底物；S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入脂肪酶，真空搅拌后，即得所述脂肪酸甘油混合酯。所述应用为制备的脂肪酸甘油混合酯在食品中的应用。本发明大大缩短了酯化反应时间，提高了脂肪酸的转化率，节省了分离精炼工艺，降低了生产成本，适合工业化生产，同时，制备的脂肪酸甘油混合酯可直接用于食品乳化剂，改善食品的品质，同时，具有抑菌效果，延长食品的保质期。

Description

一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及食品添加剂技术领域，具体来说，涉及一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用。
背景技术
脂肪酸单甘油酯简称单甘酷，是多元醇型非离子型表面活性剂,作为优良的W/O型乳化剂,具有两亲分子结构,其亲油基团由脂肪酸组成,亲水基团由甘油基组成。这种两亲分子结构是产生表面活性作用的前提,并使单脂肪酸甘油酷能够容易富集于溶液表面发生吸附,而且在表面和界面上定向排列,产生表面活性和界面活性,降低了表面或界面张力。鉴于脂肪酸单甘油酯良好的表面活性，其作为乳化剂被广泛应用于食品、化妆品和制药工业中，需求量巨大，市场前景广阔。
目前工业上生产脂肪酸单甘油酯主要采用甘油解法，即在高温(220～260℃)及碱催化剂存在条件下，由甘油与动植物油脂进行甘油解反应制得。该方法反应温度高、能耗大且副反应多，所得产物为脂肪酸单甘油酯、双甘油酯和三甘油酯的混合物，单甘油酯的含量一般为50％左右。酶催化法制备脂肪酸单甘油酯，反应条件温和、选择性高、产品质量好，是科学家们广泛关注的研究热点。
付元元(脂肪酸甘油酯类乳化剂对夹层蛋糕品质的影响研究，河南工业大学硕士学位论文，2016年)公开了一种甘油酯的制备方法，包括将甘油和脂肪酸混合，在100℃下加入脂肪酶Novozym 435反应8h后，在240℃下进行水蒸汽蒸馏，待产物酸价降至5.0mg/g后，停止加热，降温、水洗、脱水，得到含有单甘脂、甘二酯和甘三酯的甘油酯混合物，其中单甘酯含量为40％。
王楠等(脂肪酸单甘油酯的酶催化合成及其表征，食品与发酵工业，2017年第43卷第5期)分别以癸酸甲酯、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、棕榈酸甲酯及硬脂酸甲酯为原料，叔丁醇作为反应溶剂，在固定化脂肪酶催化作用下与甘油进行酯交换反应制备相应的脂肪酸单甘油酯，得到的生成物为脂肪酸单甘油酯和少量脂肪酸双甘油酯的混合物，其中脂肪酸单甘油酯的质量分数在91％以上，但原料脂肪酸甲酯的转化率较低，仅为69.2-76.2％。
因此，亟需提供一种转化率高，适合工业化生产的食品级脂肪酸甘油混合酯的制备方法。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法及应用，其生产条件温和，成本低，原料转化率高，适合工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将脂肪酸升温，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，超声、降温、过滤，得到酯化反应底物；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入脂肪酶，真空搅拌后，即得所述脂肪酸甘油混合酯。
优选地，步骤S1中所述脂肪酸为辛酸、癸酸、肉豆蔻酸和硬脂酸中的至少一种；进一步优选为质量比为2:1的癸酸和肉豆蔻酸。
优选地，步骤S1中所述升温为将脂肪酸加热至60-70℃。
优选地，步骤S1中所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为1-2:1：1:0.3-0.5。
优选地，步骤S1中所述超声为在500-600kw下超声处理10-20min。
优选地，步骤S1中所述降温为降至45-50℃。
优选地，步骤S1中所述过滤为过0.45微米醋酸纤维素膜。
优选地，步骤S2中所述脂肪酶为Novozym 435脂肪酶。
优选地，步骤S2中所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.0-1.5％。
优选地，步骤S2中所述真空搅拌为：温度为45-50℃，80-90Pa真空下搅拌3-5h。
本发明还提供了上述制备方法制备的脂肪酸甘油混合酯在食品中的应用。
所述食品包括但不限于面包、奶制品和饮料等。
本发明的有益效果为：
(1)本发明以脂肪酸和甘油为原料，以叔丁醇和环状糊精为溶剂，经超声预处理和过滤后，在脂肪酶的作用下发生酯化反应合成脂肪酸甘油酯，使反应时间缩短至3-5h，大大缩短了反应时间，提高了反应效率。
(2)本发明的脂肪酸的转化率高，且反应物中脂肪酸甘油酯的含量在95％，可直接用于食品乳化剂，节省了分离精炼工艺，降低了生产成本，适合工业化生产。
(3)本发明制备的脂肪酸甘油混合酯可以改善面包的品质，同时，具有抑菌效果，可以延长食品的保质期。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。本实施例采用的滤膜为醋酸纤维素滤膜。
实施例1
一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将肉豆蔻酸加热升温至60℃，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，在600kw下超声处理10min，降温至50℃，过0.45微米滤膜，得到酯化反应底物；
所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为1:1：1:0.3；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入Novozym 435脂肪酶脂肪酶，在温度45℃，80Pa真空下搅拌5h后，即得所述脂肪酸甘油混合酯；
所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.5％。
实施例2
一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将癸酸加热升温至70℃，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，在500kw下超声处理20min，降温至45℃，过0.45微米滤膜，得到酯化反应底物；
所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为2:1：1:0.5；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入Novozym 435脂肪酶脂肪酶，在温度50℃，90Pa真空下搅拌3h后，即得所述脂肪酸甘油混合酯；
所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.0％。
实施例3
一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将辛酸加热升温至65℃，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，在550kw下超声处理15min，降温至48℃，过0.45微米滤膜，得到酯化反应底物；
所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为1.5:1：1:0.4；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入Novozym 435脂肪酶脂肪酶，在温度48℃，85Pa真空下搅拌4h后，即得所述脂肪酸甘油混合酯；
所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.2％。
实施例4
一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将质量比为2:1的癸酸和肉豆蔻酸加热升温至62℃，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，在520kw下超声处理18min，降温至46℃，过0.45微米滤膜，得到酯化反应底物；
所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为1.3:1：1:0.35；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入Novozym 435脂肪酶脂肪酶，在温度46℃，88Pa真空下搅拌4.8h后，即得所述脂肪酸甘油混合酯；
所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.1％。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于，所述脂肪酸为质量比为1:1的肉豆蔻酸和硬脂酸。
对比例1
本对比例与实施例4的区别在于，缺少环状糊精。
对比例2
本对比例与实施例4的区别在于，缺少叔丁醇。
对比例3
本对比例与实施例4的区别在于，采用常规的电磁搅拌代替超声处理。
对比例4
本对比例与实施例4的区别在于，缺少过滤步骤。
将实施例1-5和对比例1-4的产物，利用液相色谱检测，得到脂肪酸的转化率及脂肪酸单甘油酯、脂肪酸双甘油酯和脂肪酸三甘油酯的质量分数见表1。
表1
Figure BDA0002415633120000041
Figure BDA0002415633120000051
在面包中的应用效果实验：
将实施例1-5和对比例1-4制备的脂肪酸甘油混合酯，按照质量百分比0.1％的量掺加到面粉中，参照GB/T 14611—2008《粮油检验小麦粉面包烘焙品质试验直接发酵法》配方制作面包，制作方法:先将除黄油外的原料混合均匀，加水搅拌成团后加入黄油，继续搅拌至面筋网络结构成型，此时面团表面呈光滑状态，无断裂痕迹、手感柔和、一般可拉成均匀的薄膜。取面团在室温下松弛20min，然后分割切块，将面团搓圆整形置于面包模具中，于温度30℃、湿度85％的醒发箱中发酵90min，最后将发酵后的面包烘烤12min(上火210℃，下火200℃)，将制备好的面包于无菌操作台冷却1h，装入食品级密封包装袋保存、待测。
按照参照GB/T 20981—2007《面包》中体积置换的方法，取在无菌操作台冷却1h的面包样品，测定其体积和质量。按照以下进行计算，每个样品重复3次，取平均值，其中，面包比容P＝体积(mL)/质量(g)。
将冷却包装好的面包放置在恒温保湿发酵箱中(30℃，湿度70％)，在贮藏期间，测定贮藏2、4、6d的面包细菌菌落总数生长情况，按照GB 4789.2—2016《食品微生物学检验菌落总数测定》所述方法进行测定，其中以面包细菌菌落总数小于104CFU/g的贮藏时间为保质期。实验结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002415633120000052
Figure BDA0002415633120000061
由表2可知，本发明实施例1-4制备的脂肪酸甘油混合酯能够增加面包比容，改善面包品质，同时，能够抑制细菌生长，延长保质期。
综上所述，本发明以脂肪酸和甘油为原料，以叔丁醇和环状糊精为溶剂，经超声预处理和过滤后，在脂肪酶的作用下发生酯化反应合成脂肪酸甘油酯，使反应时间缩短至3-5h，大大缩短了反应时间，提高了反应效率；
本发明的脂肪酸的转化率高，且反应物中脂肪酸甘油酯的含量在95％，可直接用于食品乳化剂，节省了分离精炼工艺，降低了生产成本，适合工业化生产；
本发明制备的脂肪酸甘油混合酯可以改善面包的品质，同时，具有抑菌效果，可以延长食品的保质期。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种脂肪酸甘油混合酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将脂肪酸升温，然后加入甘油、叔丁醇和环状糊精，超声、降温、过滤，得到酯化反应底物；
所述脂肪酸、甘油、叔丁醇和环状糊精的质量比为1.3∶1∶1∶0.35；
所述脂肪酸为质量比2∶1的癸酸和肉豆蔻酸；
所述降温为降温至46℃；
S2、将步骤S1得到的酯化反应底物中加入脂肪酶，真空搅拌后，即得所述脂肪酸甘油混合酯；
所述脂肪酶为Novozym 435脂肪酶；
所述脂肪酶的加入量为脂肪酸质量的1.1％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述升温为将脂肪酸加热至60-70℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述超声为在500-600kw下超声处理10-20min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述过滤为过0.45微米醋酸纤维素膜。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述真空搅拌为：温度为45-50℃，80-90Pa真空下搅拌3-5h。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的脂肪酸甘油混合酯在食品中的应用。
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