1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯的合成研究

趙晨，王敏，劉寧，2，李春，劉麗波

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) a.食品學(xué)院，b.乳品科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；2.國(guó)家乳業(yè)工程技術(shù)研究中心，黑龍江省乳品工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，哈爾濱150028)

0 引 言

目前，各嬰兒配方乳粉廠家均致力于模擬母乳成分，1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯(OPO)作為一種新型母乳脂肪替代品已經(jīng)引起了大家的廣泛注意。2008年中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部第13號(hào)公告批準(zhǔn)了1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑可用于嬰兒配方奶粉中，并規(guī)定了其生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及強(qiáng)化量。OPO能夠較好的改善嬰兒對(duì)配方乳粉中各營(yíng)養(yǎng)成分的吸收情況，同時(shí)也對(duì)嬰兒胃腸功能成熟等方面有一定的促進(jìn)作用。本文對(duì)OPO在嬰幼兒乳粉中的添加及合成及研究做了簡(jiǎn)單的綜述。

1 人乳脂肪及OPO等的添加

1.1 人乳脂肪

人乳中含有大概約 4%～4.5%的脂肪，其中98%為甘油三酯。人乳脂肪為嬰兒提供 50%左右的能量，在嬰幼兒 0～6個(gè)月大時(shí)，人乳為嬰幼兒提供約 45%的能量，在嬰幼兒生長(zhǎng)到 7～12個(gè)月大的時(shí)候，人乳可為其提供30%～40%的能量，同時(shí)也可為嬰幼兒提供一些必需脂肪酸和長(zhǎng)鏈的多不飽和脂肪酸，例如 DHA、EPA等，具有能夠促進(jìn)脂溶性的維生素的吸收等功能[1-2]。

人乳中含有具有特殊脂肪酸組成和結(jié)構(gòu)的甘油三酯，它能使嬰兒更好地吸收礦物質(zhì)和脂肪。這不僅對(duì)嬰兒的成長(zhǎng)發(fā)育非常重要，而且還顯著地減少了嬰兒便秘的可能性。天然人乳脂肪具有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，人乳脂肪的脂肪酸組成及甘油三脂的sn-2位分布如圖1[4]和圖2[3]所示。在植物油和牛乳的脂肪中，飽和的脂肪酸主要分布在三甘酯的甘油骨架的sn-1或sn-3位上，與人乳有一定差異。人乳及常見(jiàn)植物油脂和乳脂脂肪酸組成和sn-2脂肪酸組成如表1所示。作為人乳替代品的嬰幼兒配方奶粉，其脂肪結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量接近人乳，但現(xiàn)狀并非如此。雖然嬰兒配方奶粉能近似的替代人乳，但是，這種對(duì)嬰兒至關(guān)重要的特殊甘油三酯的添加并沒(méi)有被重視起來(lái)。

1.2 添加OPO等人乳脂肪替代品的重要性

OPO作為一種新資源食品，是由脂肪酶催化酯交換反應(yīng)，使脂肪酸在甘油分子上的位置重新排列而得。人乳中的棕櫚酸大多結(jié)合在甘油三酯的sn-2位上，而嬰兒配方乳粉中的棕櫚酸多結(jié)合在sn-l,3位置上。植物油和嬰兒配方奶粉中結(jié)合在sn-1,3位置上的棕櫚酸不易被吸收，易形成不溶性的皂化鈣隨糞便排出體外，導(dǎo)致能量和鈣的流失[7]。OPO與人乳脂肪結(jié)構(gòu)相似，因其特有的脂肪酸結(jié)構(gòu)組成，在參與消化時(shí)不易形成鈣皂而產(chǎn)生便秘，使嬰兒能更好地吸收礦物質(zhì)和能量。

圖1 人乳脂肪中脂肪酸的組成

圖2 人乳脂肪中甘油三酯sn-2位脂肪酸組成

表1 母乳及常見(jiàn)植物油脂和乳脂脂肪酸組成和sn-2脂肪酸組成

2 OPO的合成

2.1 反應(yīng)原理

隨著科技的進(jìn)步，利用特異性脂肪酶催化酯交換反應(yīng)生成OPO的設(shè)想已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了。反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、酶的種類、酶的用量、底物比、以及水分含量均可以影響酯交換反應(yīng)。合成OPO的反應(yīng)原理大多如圖3[8]所示。圖3中，X和Y為未知脂肪酸或烴基；Z為油酸或其非甘油酯。

圖3 OPO反應(yīng)原理

2.2 反應(yīng)工藝

早在上個(gè)世紀(jì)末期，隨著對(duì)嬰兒營(yíng)養(yǎng)攝入需求的不斷研究，對(duì)合成OPO等母乳脂肪替代品的研究也逐漸的深入起來(lái)。

2.2.1 以棕櫚酸三甘油酯做為主要反應(yīng)底物的反應(yīng)工藝

韓國(guó)的Jeung H[9]等人利用脂肪酶催化棕櫚酸三甘油酯與油酸乙酯進(jìn)行酯交換反應(yīng)合成富含OPO的甘油三酯。文章利用相應(yīng)面法模型分析了底物比、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度對(duì)OPO含量及?；w移的影響。結(jié)果在最佳條件(摩爾比5.5、50℃反應(yīng)3 h)下獲得含量為31.43%的OPO。OPO含量與底物比呈正相關(guān)，與反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度呈負(fù)相關(guān)。OPO純化后的剩余產(chǎn)物富含棕櫚酸甘油三酯，可作為下一輪酯交換反應(yīng)的底物，節(jié)省原料。

Pfeffer J[10]等人利用棕櫚酸三甘油酯為底物，使用脂肪酶lipase B from Candida antarctica(CalB)將其水解為2-單棕櫚酸酯，2-單棕櫚酸酯繼續(xù)與油酸進(jìn)行酯化反應(yīng)生產(chǎn)OPO。第一步2-單棕櫚酸酯的產(chǎn)率為73%，酯化后OPO的得率為90%，純度為95%。反應(yīng)步驟如圖3。

圖4 2-單棕櫚酸酯法合成OPO工藝

同樣是用棕櫚酸甘油三酯制取2-棕櫚酸單甘油酯，Schmid U[11]等人通過(guò)兩步法獲得富含OPO的甘油三酯，首先在Sn-1,3專一性脂肪酶的作用下，將棕櫚酸三甘油酯在溶劑體系中經(jīng)醇解和冷凍分提后得到2-棕櫚酸單甘油酯，其純度可以達(dá)到大于95%。然后將2-棕櫚酸單甘油酯與油酸合成富含OPO的甘油三酯，其產(chǎn)品純度可達(dá)82%。與Pfeffer J等人的方法相比，制備2-棕櫚酸單甘油酯的純度較高，但終產(chǎn)物OPO的純度較低。

Toshihiro N[12]等人利用熱穩(wěn)定性脂肪酶R275A催化棕櫚酸三甘油酯與油酸進(jìn)行酯交換反應(yīng)合成富含OPO甘油三酯。最佳反應(yīng)條件為：棕櫚酸三甘油酯和油酸的比例為1∶2(質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h，8%酶量。在最佳反應(yīng)條件下OPO的得率為36%。與Jeung H的方法相比，用油酸做底物比油酸乙酯的酯交換反應(yīng)程度高，OPO的得率也有所提高。

Esteban L[13]等人利用sn-1,3脂肪酶催化富含棕櫚酸的甘油三酯與富含油酸的游離脂肪酸反應(yīng)，使油酸替代sn-1,3的棕櫚酸，保留sn-2位的棕櫚酸，形成OPO。實(shí)驗(yàn)在無(wú)溶劑體系、50℃、FFA/TAG底物摩爾比6∶1的條件下通過(guò)提純分離，需要的結(jié)構(gòu)甘油三酯純度可達(dá)到99%。與Toshihiro N的方法相比，油酸的比例有所提高，最后合成OPO甘油三酯的得率也有提高。

CN102757988[14]將甘油和棕櫚酸在脂肪酶催化酯化反應(yīng)下制得棕櫚酸三甘油酯，再將其與油酸或油酸酯在專一脂肪酶作用下進(jìn)行酯交換，反應(yīng)至酯交換率達(dá)到30～60%時(shí)去除游離脂肪酸和其他脂肪酸酯，繼續(xù)插入油酸基至酯交換率達(dá)到60～90%時(shí)分離純化得到OPO。OPO含量經(jīng)多次實(shí)例實(shí)驗(yàn)均在58.21～82%之間。與其他反應(yīng)相比得率較低，而且在反應(yīng)進(jìn)程中需持續(xù)檢測(cè)反應(yīng)的酯交換率來(lái)控制純化的時(shí)間。

Robles A[15]等人利用金槍魚(yú)油和棕櫚酸通過(guò)脂肪酶催化生成甘油三酯，將產(chǎn)物通過(guò)飽和KOH去除游離脂肪酸并用乙烷提取甘油三酯；然后利用Rhizopus oryzae,sn-1,3特異性脂肪酶催化富含油酸的游離脂肪酸與其反應(yīng)，取代sn-1,3的脂肪酸。結(jié)果有67%的油酸出現(xiàn)在產(chǎn)物甘油三酯的sn-1,3位，52.1%的棕櫚酸出現(xiàn)在sn-2位上。

李玲[16]第人利用棕櫚酸甘油三酯和油酸為原料，假絲酵母脂肪酶催化合成OPO。當(dāng)脂肪酶用量為37 500 U，反應(yīng)溫度為43℃，經(jīng)過(guò)3 h反應(yīng)后，OPO的轉(zhuǎn)化率可達(dá)41.24%。通過(guò)補(bǔ)加酶和底物，該反應(yīng)可穩(wěn)定持續(xù)的繼續(xù)下去，且保證反應(yīng)產(chǎn)物的得率在40%以上。該方法雖然產(chǎn)率較低，但闡明了Candida sp.99-125脂肪酶催化合成OPO時(shí)油酸插入的順序以及連續(xù)反應(yīng)的補(bǔ)料問(wèn)題。

2.2.2 以豬油或其他油脂作為主要反應(yīng)底物的反應(yīng)工藝

覃小麗[17]等人利用Lipozyme RM IM酶催化酸解液體豬板油與油茶籽油脂肪酸的反應(yīng)制備富含OPO的結(jié)構(gòu)油脂。反應(yīng)的最佳條件為34℃豬板油與油茶籽油脂肪酸摩爾比為1:4,加酶量為底物質(zhì)量的6%,反應(yīng)溫度45℃,反應(yīng)時(shí)間6 h,油酸的結(jié)合率高達(dá)51.46%,目標(biāo)產(chǎn)物的熔點(diǎn)為2.2℃。

CN102229866[18]利用乙醇脫去豬油中的膽固醇，利用專一性脂肪酶催化脫膽固醇的豬油與精制脂肪酸反應(yīng)，除去產(chǎn)物中的脂肪酶和脂肪酸，結(jié)晶精制高OPO含量的甘油三酯。通過(guò)該方法可以使甘油三酯的OPO含量達(dá)到53%以上且sn-2脂肪酸組成中棕櫚酸的含量變化小于10%。

臺(tái)灣的Chen M L[19]等人采用了三步法合成富含OPO的甘油三酯。首先分餾棕櫚油獲得棕櫚酸和油酸；然后將棕櫚油轉(zhuǎn)化為棕櫚酸乙酯，棕櫚酸乙酯與甘油在脂肪酶Novozym 435催化下生成棕櫚酸三甘油酯；最后棕櫚酸甘油酯和油酸在脂肪酶IM60催化反應(yīng)下獲得富含OPO的甘油三酯。66.1%的油酸被插進(jìn)甘油三酯中，OPO含量達(dá)到74%，甘油三酯sn-2位的的脂肪酸組成分析顯示含有90.7%的棕櫚酸和9.3%油酸。

2.3 其他人乳脂肪替代品的合成

馮永方[20]等人利用非專一性脂肪酶Novozym 435催化棕櫚酸與棕櫚酸乙酯進(jìn)行酸解反應(yīng)，生產(chǎn)sn-2位上富含棕櫚酸的甘油三酯，為進(jìn)一步制備母乳脂肪替代品做原料。運(yùn)用相應(yīng)面法分析建造模型，當(dāng)棕櫚酸與棕櫚硬脂質(zhì)量比1.09∶1，反應(yīng)時(shí)間9.9 h，反應(yīng)溫度54.7℃，加酶量21.9%時(shí)為最適條件，在最適條件下產(chǎn)物甘油三酯中sn-2位上棕櫚酸為60.59%，完全滿足進(jìn)一步制備母乳脂肪替代品的要求。

何川[21]等人采用sn-1,3特異脂肪酶催化豬油與游離脂肪酸進(jìn)行酯交換來(lái)改性豬油，來(lái)制備母乳脂肪替代品。該實(shí)驗(yàn)采用相應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，在最佳條件即水分含量3.7%(以酶量計(jì));反應(yīng)溫度61℃;底物比:脂肪酸∶豬油2.4∶1(摩爾比);酶量10%(以底物質(zhì)量計(jì)),反應(yīng)時(shí)1 h條件下使產(chǎn)品熔點(diǎn)范圍從原料豬油的41～47℃下降為32～35℃,符合人乳脂低于38℃的要求；亞油酸與亞麻酸之間的達(dá)到平衡比(5～15)；硬脂酸不高于10%；Sn-2的棕櫚酸不低于總量的70%。

Sahina N[22]等人用商業(yè)固定化脂肪酶Lipozyme RM IM and LipozymeTLIM在正己烷體系中催化棕櫚酸三甘油酯、榛子油脂肪酸和GLA進(jìn)行酶促酯交換生成富含OPO和GPG的母乳脂肪替代品。GLA(10%)和油酸 (45%)摻入甘油三酯生成的最佳條件分別為14.8 mol/mol(總脂肪酸摩爾數(shù)/棕櫚酸三甘油酯摩爾數(shù)),55 °C,24 h;和14 mol/mol(總脂肪酸摩爾數(shù)/棕櫚酸三甘油酯摩爾數(shù)),55°C,24 h。

3 展 望

對(duì)于嬰兒配方奶粉來(lái)說(shuō)，其不斷追求的理想目標(biāo)應(yīng)該是向“母乳化”方向發(fā)展。在這樣的目標(biāo)引導(dǎo)下，嬰兒配方奶粉向母乳成分靠攏也應(yīng)該逐漸的細(xì)致化。嬰兒對(duì)母乳營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收比牛乳和嬰兒配方奶粉都要高，這不僅取決于脂肪酸的含量，還與母乳中所含的脂肪酸種類、在甘油三酯中的位置分布等都有著密切的聯(lián)系。嬰兒配方奶粉中添加1,3-二油酸2-棕櫚酸甘油三酯等母乳脂肪替代品能夠有效促進(jìn)嬰幼兒對(duì)脂肪酸和鈣的吸收，有效降低其便秘的發(fā)生率，促進(jìn)嬰兒健康發(fā)育。

隨著我國(guó)科研水平的提高，在OPO合成工藝方面的一些問(wèn)題都會(huì)逐步解決，隨著這些母乳脂肪替代品的大量成產(chǎn)，市場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)更多富含這些母乳脂肪替代品的配方奶粉，解決嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)吸收消化的問(wèn)題。

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