CN116042736B - 一种甘油二酯的酶法生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甘油二酯的酶法生产工艺，采用酶法甘油解制备甘油二酯油，即在脂肪酶的催化下，使得油脂和甘油发生反应，制备甘油二酯；在酶法甘油解前，对反应底物进行均质处理，能提高脂肪酶在反应体系中的催化效率，达到了降低反应时间，降低酶添加量，提高产物中甘油二酯含量的目的，也达到了降低生产成本的目的。本发明提供了一种高效、低成本的酶法制备甘油二酯的方法，大大降低了酶促甘油解反应制备甘油二酯的成本，具有一定产业化化应用前景。
Description
技术领域
本发明属于食品生物制造技术领域，具体涉及到一种甘油二酯的酶法生产方法。
背景技术
甘油二酯（DAG）是甘油三酯上一个脂肪酸被剪切或者酶解而产生的一种功能性油脂。甘油二酯分为1,3-甘油二酯和1,2-甘油二酯。天然油脂中，甘油二酯属于微量组分，其含量一般不超过5%。近年来诸多研究发现，甘油二酯，特别是1,3-甘油二酯，具有减肥、降低血液甘油三酯和胆固醇、降低尿酸等一系列功效，具有较广阔的市场开发前景和价值。
传统的甘油二酯制备方法是以食用油为反应底物，采用高温（100℃以上）部分水解法制得，该方法由于其经济性，得到广泛应用，但是偏甘油酯（即甘油一酯和/或甘油二酯）是缩水甘油酯和氯丙醇酯等风险因子的前体物质，偏甘油酯经高温处理后会产生大量的缩水甘油酯或者氯丙醇酯（Wang et al., An effective method for reducing freefatty acid content of high-acidrice bran oil by enzymatic amidation, Journalof Industrial and Engineering Chemistry, 2017, 48, 119–124）。近年来，脂肪酶在甘油二酯制备中得到了诸多应用，甘油二酯酶法生产方法主要分为酶法酯化、酶法甘油解和酶法水解。酶促生产的优势包括反应温度低、风险因子含量低等优点，但酶法制备还存在一些问题：（1）由于油脂粘度较大，一些脂肪酶的催化效率低下，（2）1,3-甘油二酯比1,2-甘油二酯具有更高的生理活性，一些酶法方法（例如酶法水解）在制备甘油二酯时，主要得到的是1,2-甘油二酯，而不是1,3-甘油二酯。
仍需找到一种高效的甘油二酯的生产工艺，进一步提高脂肪酶催化效率和产物中甘油二酯的含量，得到以1,3-甘油二酯为主要活性物质的甘油二酯油，改进甘油二酯的酶法制备方法。
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。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
本发明的其中一个目的是提供一种甘油二酯的酶法生产方法，采用酶法甘油解制备甘油二酯油，即在脂肪酶的催化下，使得油脂和甘油发生反应，制备甘油二酯，在酶法甘油解前，对反应底物进行均质处理，能提高脂肪酶在反应体系中的催化效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种甘油二酯的酶法生产方法，包括，
将油脂和甘油混合，并对反应底物进行高压均质处理，随后添加脂肪酶反应，反应结束后，去除脂肪酶和甘油等，得到富含甘油二酯的油脂；
其中，所述脂肪酶包括来源于Thermomyces lanuginosus和Candida antarctica中的一种或多种。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述进行高压均质处理，均质压力大于15 MPa，均质时间不少于6 min。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述进行高压均质处理，均质压力为35～60 MPa，均质时间为6～18 min。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所有油脂包括动物油脂、植物油脂和/或微生物来源的油脂。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述脂肪酶的加入量为所述油脂重量的1 wt%以上。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述添加脂肪酶反应，反应温度为40～65℃，反应时间为3～8 h。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述油脂与所述甘油的摩尔比为1:0.8～1.5。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：还包括，在进行高压均质处理前，向反应混合物中添加乳化剂。
作为本发明甘油二酯的酶法生产方法的一种优选方案，其中：所述乳化剂包括司班、吐温、脂肪酸单甘酯中的一种或多种；所述乳化剂添加量为所述油脂重量的0～10 wt%。
本发明的另一个目的是提供如上述任一项所述的甘油二酯的酶法生产方法在食品和医药品领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明对酶促甘油解的底物（甘油和油脂）进行均质处理，使其充分混合，随后添加脂肪酶，均质处理显著提高了底物的甘油解反应效率，提高了产物中甘油二酯的含量。除了均质外，添加乳化剂也可以显著提高反应效率，提高产物中甘油二酯的含量，并且甘油二酯主要以1,3-甘油二酯存在。
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。
如无特别说明，实施例中所采用的原料均为商业购买。
甘油二酯含量的检测方法：HPLC检测的操作方法和参数，参考江聪（Jiang Conget al., Concentration of n-3 polyunsaturated fatty acid glycerides byCandida antarcticalipase A-catalyzed selective methanolysis [J]. Food Bioscience，2022，46，101562）的方法。
分子蒸馏条件：主蒸发温度170℃、冷凝温度30℃、真空度＜0.001 mbar。
实施例1
将一级食用菜籽油和甘油以1:1的摩尔比混合后，在不同的均质压力（15 MPa～90MPa）下均质8 min，均质后向反应底物中添加一级食用菜籽油重量4%的Candida antarcticaLipase B（Novozym 435）固定化脂肪酶进行酶法甘油解反应，在55℃反应不同时间后（3 h～10 h），分子蒸馏分离出甘油和过滤脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量，结果见表1所示。
表1 均质压力和甘油解时间对甘油解粗产物中甘油二酯含量的影响
由表1可以看出，当菜籽油和甘油在反应前不进行均质时，55℃下，在添加4%Novozym 435脂肪酶催化甘油解反应8 h后，粗产物中甘二酯含量为34.6%，继续反应至12h，粗产物中甘油二酯含量基本达到平衡，其平衡时甘油二酯含量仅为41.7%，随后继续增加反应时间，粗产物中甘油二酯含量变化不大，呈极缓慢的增加趋势。
当反应底物在15 MPa的压力下均质后再进行酶促甘油解反应，反应达到平衡需要的时间相比于未均质组从12 h降低到8 h。当均质压力提高到45 MPa时，反应达到平衡所需的时间进一步缩短，缩短至6 h。相比与反应底物未均质处理组，反应前对底物在45 MPa下进行均质处理可显著缩短酶促甘油解反应时间，同时还可以提高终产物中甘油二酯的含量。
保持其他条件不变，当均质压力继续提高至60、75和90 MPa时，反应6 h后，其粗产物中甘二酯的含量差异不大（分别为46.3%、47.7%和47.2%），说明继续提高均质压力，对产物中甘二酯含量影响较小。
甘油二酯油新食品原料规定，甘油二酯油中单甘酯的含量要小于1.5%，游离脂肪酸的含量小于0.5%，甘油二酯含量大于等于40%。为了进一步确定粗产物经过纯化后，其单甘酯和游离脂肪酸含量是否符合要求，我们对其粗产物进行了分子蒸馏纯化，因为单甘酯和甘油二酯是最难分离的，而游离脂肪酸和甘二酯性质差异大，因此，分子蒸馏后游离脂肪酸是比较容易符合新食品原料的要求，而单甘酯含量是比较难符合要求。分子蒸馏的重点是把单甘酯和甘二酯进行分离，单甘酯和甘二酯的典型分离温度是150 ℃（Yang et al，2004，Journal of the American Oil Chemists’Society），为了尽可能的把单甘酯去掉，使其符合新食品原料的标准，我们把蒸馏温度提高至170℃，具体蒸馏条件为：主蒸发温度170℃、冷凝温度30℃、真空度＜0.001 mbar。在上述条件下，以在不同均质压力下，反应6 h的甘油解粗产物作为原料，对其进行分子蒸馏，经过二次分子蒸馏后，其粗产物中单甘酯的含量如下表2所示。
表2 均质压力对纯化产物中单甘酯含量和游离脂肪酸含量的影响
根据表1和表2的结果可知，均质处理有利于提高粗产物中甘油二酯的含量，但是过高的均质压力，会导致粗产物中单甘酯含量增加，导致后续分离过程中单甘酯难充分去除（当然，也可以联合分子蒸馏和其他方法，将终产品中单甘酯的含量降低到符合要求的范围），因此，结合分子蒸馏后，终产品中单甘酯和甘二酯的含量，优选均质压力小于等于60MPa。
实施例2
将精炼米糠油和甘油以1:2的摩尔比混合后，在35 MPa下均质一段时间（0～22min），均质后向反应底物中添加精炼米糠油重量6%的Candida antarcticaLipase B（Novozym 435）固定化脂肪酶进行酶法甘油解反应，在55℃反应6 h后，分离出甘油和脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量，粗产物经2次分子蒸馏后，得到甘油二酯终产品，分析其终产品中单甘酯含量，结果见表3所示。
表2 不同均质时间对甘油解产物中甘油二酯含量和纯化产物中单甘酯含量的影响
由表3中结果可知，反应原料的均质处理显著提高酶的催化效率，在相同的反应时间下，提高酶解粗产物中甘油二酯的含量，但均质时间延长会导致纯化产物中单甘酯含量偏高，均质时间优选6min～18 min。
实施例3
将精炼一级葵花籽油和甘油以1:1的摩尔比混合后，在25 MPa下均质0 min或者8min，均质后向反应底物中添加一定量（2%～8%，基于葵花籽油重量）的Candida antarcticaLipase B（Lipase CL IM）固定化脂肪酶进行酶法甘油解反应，在50℃反应8 h后，分离出甘油和脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量，结果见表4所示。
表4不同酶添加量和均质时间对甘油解粗产物中甘油二酯含量和纯化产物中单甘酯含量的影响
由表4中结果可知，当脂肪酶添加量低时，反应底物的均质处理有利于提高脂肪酶的催化效率和粗产物中甘油二酯的含量。相比于非均质组，均质处理后，脂肪酶的添加量可以相应地降低，例如，对底物在25 MPa下进行均质8 min处理后，添加4%的脂肪酶组中，甘二酯含量达到41.2%，与8%脂肪酶添加量的非均质组甘二酯含量（41.7%）相当。这有利于降低甘油二酯的生产成本，有利于甘油二酯油的产业化开发。
实施例4
将精炼一级葵花籽油和甘油以一定的摩尔比混合后，在35 MPa下均质8 min，均质后向反应底物中添加8%的Thermomyces lanuginosus（Lipozyme TL IM）固定化脂肪酶进行酶法甘油解反应，在50℃反应8 h后，分离出甘油和脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量，粗产物经2次分子蒸馏后，分析其单甘酯含量，结果见表5所示。
表5 不同摩尔比对甘油解产物中甘油二酯含量和纯化产物中单甘酯的影响
由表5中结果可知，随着甘油的添加量升高，粗产物中甘油二酯含量呈现先增加后降低的趋势，在油脂和甘油的摩尔比低于1:1.8时，纯化产物中单甘酯含量有所增加，因此油脂和甘油的摩尔比优选1:0.8～1:1.5。
实施例5
将精炼花生油和甘油以1:1摩尔比混合后，再添加一定量的乳化剂，充分混合后，在35 MPa下均质8 min，均质后向反应底物中添加4%的Lipase CL IM固定化脂肪酶进行酶法甘油解反应，在65℃反应5 h后，分子蒸馏分离出甘油和过滤去除脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量。粗产物经2次分子蒸馏后，分析其单甘酯含量，结果见表6所示。
表6 乳化剂种类对甘油解产物中甘油二酯含量和纯化产物中单甘酯含量的影响
由表6结果可知，添加乳化剂可以改进甘油解反应效率，提高粗产物中甘油二酯的含量。此外，当选用油酸单甘酯作为乳化剂时，产物中甘二酯的含量超过50%，达到50.3%，说明饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸单甘酯在甘油解反应中，都能改进甘油解的反应效率。但当油酸单甘酯的添加量达到10%时，反而造成产物中甘油二酯含量的降低。
实施例6
将精炼花生油和甘油以1:1摩尔比混合后，在35 MPa下均质8 min，均质后向反应底物中添加4%的来源于其他不同微生物的脂肪酶进行酶法甘油解反应，在65℃反应5 h后，分子蒸馏分离出甘油和过滤去除脂肪酶后，取样分析粗产物中甘油二酯的含量。粗产物经2次分子蒸馏后，分析其单甘酯含量，结果见表7所示。
表7不同来源脂肪酶对甘油解产物中甘油二酯含量的影响
| 不同来源脂肪酶 | Lipase AY 400SD (来源于Candida cylindracea) | Lipozyme RM IM (来源于Rhizomucor miehei) | Lipase DF IM (来源于Rhizopusoryzae) | Lipase G 50 (来源于Penicilliumcamembertii) |
| 甘油二酯含量，% | 0.78 | 1.82 | 3.58 | 0.60 |
需要指出的是，上述实施例中甘油解法制备的甘油二酯组成中，1,3-甘油二酯和1,2-甘油二酯的比例约为2:1，1,3-甘油二酯是主要甘油二酯产物，而以Lipase DF 15脂肪酶作为催化剂，通过酶法水解制备的甘油二酯组成中，1,2-甘油二酯和1,3-甘油二酯的比例在4:1以上，说明酶法水解制备的甘油二酯主要是1,2-甘油二酯。
本发明采用酶法甘油解制备甘油二酯油，即在脂肪酶的催化下，使得油脂和甘油发生反应，制备甘油二酯。在酶法甘油解前，对反应底物进行均质处理，能提高脂肪酶在反应体系中的催化效率，达到了降低反应时间，降低酶添加量，提高产物中甘油二酯含量的目的，也达到了降低生产成本的目的。本发明提供了一种高效、低成本的酶法制备甘油二酯的方法，大大降低了酶促甘油解反应制备甘油二酯的成本，具有一定产业化化应用前景。
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 (3)
1.一种甘油二酯的酶法生产方法，其特征在于：包括，
将油脂和甘油混合，并对反应底物进行高压均质处理，随后添加脂肪酶反应，反应结束后，去除脂肪酶和甘油等，得到富含甘油二酯的油脂；
其中，所述脂肪酶包括来源于Thermomyces lanuginosus和Candida antarctica中的一种或多种；
所述添加脂肪酶反应，反应温度为40～65℃，反应时间为3～8 h；
在进行高压均质处理前，向反应混合物中添加乳化剂；
所述进行高压均质处理，均质压力为35~60MPa，均质时间为14min；
所述油脂与所述甘油的摩尔比为1:1.5；
所述乳化剂为油酸单甘酯；所述乳化剂添加量为所述油脂重量的0～10 wt%。
2.如权利要求1所述的甘油二酯的酶法生产方法，其特征在于：所述油脂包括动物油脂、植物油脂和/或微生物来源的油脂。
3.如权利要求2所述的甘油二酯的酶法生产方法，其特征在于：所述脂肪酶的加入量为所述油脂重量的1 wt%以上。
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