結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成及應(yīng)用

鐘 凱，葛 贊，計(jì)曉黎，2，吳維高

（1.浙江贊宇科技股份有限公司，浙江杭州310009；2.杭州油脂化工有限公司，浙江杭州311228）

結(jié)構(gòu)脂質(zhì)（structured lipids，SLs）也稱結(jié)構(gòu)脂，是一種通過(guò)改變甘油骨架上直接相連的脂肪酸的組成和位置分布而具有不同功能的甘油三酯［1］，具有特殊的代謝方式、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和理化性能，可最大化發(fā)揮油脂的營(yíng)養(yǎng)性和功能性，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大［2］。

Mattson等［3－5］自1956年開(kāi)始研究甘油三酯的生理特性，并大量報(bào)道了甘油三酯在體內(nèi)的代謝機(jī)理，發(fā)現(xiàn)甘油三酯sn－1，3位與sn－2位上的脂肪酸代謝方式不同，認(rèn)為攝入體內(nèi)的甘油三酯被胰脂酶分解為游離脂肪酸和2－單甘酯，絕大多數(shù)的2－單甘酯和長(zhǎng)鏈脂肪酸重新組成甘油三酯，并在腸上皮細(xì)胞與磷脂、膽固醇（酯）和載脂蛋白形成乳糜微粒，進(jìn)入淋巴系統(tǒng)。1987年，Jandacek等［6］通過(guò)受體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了sn－2位上的脂肪酸無(wú)論是何種類型，都很容易以單甘酯的形式被吸收，為結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。為設(shè)計(jì)出最理想的結(jié)構(gòu)形式，通常將人體必需脂肪酸（如多元不飽和脂肪酸等）接入sn－2位，將易被人體吸收的脂肪酸（如中、短鏈脂肪酸或不飽和脂肪酸）接入sn－1，3位，最大化提供必需脂肪酸和快速能量源［7］，為治療脂肪吸收不良和術(shù)后病人提供了一種新型油脂替代品，同時(shí)開(kāi)發(fā)出了眾多衍生產(chǎn)品，如人造母乳、嬰幼兒食品、低熱量油脂、急性供能劑等。

隨著酶催化合成技術(shù)的快速發(fā)展，以甘油為骨架，通過(guò)生物酶定向合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)脂肪酸的重排，可獲得特定結(jié)構(gòu)的甘油三酯。通過(guò)在甘油骨架上接入特殊功能基團(tuán)，可賦予甘油三酯一定的功能性，這種改性后的甘油三酯（功能脂質(zhì)）受到研究者的廣泛關(guān)注。

鑒于此，作者在此對(duì)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成方法（酯交換法、酸解法和二步法）和幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)（中碳鏈甘油三酯、中長(zhǎng)碳鏈甘油三酯、類可可脂、人造母乳、磷酸甘油酯、酚酸甘油酯）的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，擬為結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的進(jìn)一步研究提供參考。

1 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成

結(jié)構(gòu)脂質(zhì)最早是通過(guò)化學(xué)法合成，多采用酯化反應(yīng)或酯交換反應(yīng)獲得相應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物，再通過(guò)物理手段（如結(jié)晶、蒸餾）提純獲得高純度的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。近年來(lái)，隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，酶法合成結(jié)構(gòu)脂質(zhì)越來(lái)越受到關(guān)注，與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方法不同的是，酶法反應(yīng)條件溫和、具有選擇性［8－9］，為結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成提供了更有效的手段。酶法合成結(jié)構(gòu)脂質(zhì)有酯化法、酯交換法、酸解法、二步法［10－11］，其中酯化法多用于合成單酯和二酯，合成甘油三酯時(shí)需采用分子蒸餾、結(jié)晶等分離純化手段，工藝相對(duì)復(fù)雜。因此，目前結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成方法以酯交換法、酸解法和二步法居多。

1.1 酯交換法

酯交換法是最早應(yīng)用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的方法，包括甘油三酯之間的酯交換和甘油三酯與脂肪酸酯之間的酯交換兩種形式。反應(yīng)式如下：

甘油三酯之間的酯交換可以快速、便捷地獲取多種SLs，其特點(diǎn)是反應(yīng)底物均為油脂，來(lái)源廣泛，幾乎任何天然油脂都可用于該反應(yīng)，因此，更容易實(shí)現(xiàn)不同油脂之間性能的互補(bǔ)。不同油脂中的脂肪酸組成不同，如椰子油、棕櫚仁油、樟樹(shù)籽油等是良好的中碳鏈脂肪酸供體，橄欖油、茶籽油中含有大量的油酸，而菜籽油、大豆油、花生油、棕櫚油、玉米油、葵花油、劍蘭油等植物油以及豬油、魚(yú)油等動(dòng)物油脂富含人體必需的長(zhǎng)鏈脂肪酸。Mitra等［12］將等物質(zhì)的量的富含α－亞麻酸的紫蘇油與富含亞油酸的大豆油進(jìn)行酶促反應(yīng)，得到17種SLs，目標(biāo)產(chǎn)物只占全部生成物質(zhì)量的44%。徐學(xué)兵等［13］用1，3－特異性酶，在茶籽油、硬脂酸、軟脂酸混合非水溶劑（正己烷）體系中進(jìn)行一步酯交換反應(yīng)，得到了類似可可脂結(jié)構(gòu)和組成的代用品。

甘油三酯之間的酯交換反應(yīng)結(jié)束后會(huì)生成至少2種SLs，即使使用1，3－特異性酶作為催化劑，仍很難獲得高含量的指定目標(biāo)產(chǎn)物。因此，該法更多地被用于油脂的局部改性。

1.2 酸解法

酸解法是甘油三酯與脂肪酸的酶促反應(yīng)，是目前使用最為廣泛的方法之一。反應(yīng)式如下：

在酶的選擇上，固定化脂肪酶Rhizomucormeihei（RMIM）、Thermomyceslanguninosa（TLIM）、Candidaantarctica（Novozym 435）對(duì)酸解反應(yīng)具有較好的催化效果［11］。Lee 等［2］認(rèn)為RMIM 酶比TLIM 酶更合適，當(dāng)使用RMIM 酶作為催化劑時(shí)，20～24h 的反應(yīng)得率可達(dá)40%～50%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），而使用TLIM 酶的反應(yīng)得率只有27.01%。

酸解反應(yīng)是可逆反應(yīng)，過(guò)多的酶會(huì)促進(jìn)逆反應(yīng)進(jìn)程，不利于反應(yīng)的控制。壽佳菲等［14］以TLIM 酶作為催化劑催化辛酸與菜籽油反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)隨著加酶量的增加，轉(zhuǎn)化率迅速升高，但當(dāng)加酶量超過(guò)10%時(shí)，繼續(xù)增加加酶量，轉(zhuǎn)化率反而緩慢降低。其它反應(yīng)條件（如底物物料比、反應(yīng)溫度、時(shí)間、加水量等）對(duì)轉(zhuǎn)化率也有一定影響。Qin 等［15］以一種新型生物酶CBD－T1作為催化劑催化大豆油與辛酸酸解合成MLM 型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，優(yōu)化后的反應(yīng)條件為：大豆油和辛酸物質(zhì)的量比1∶3、反應(yīng)溫度50 ℃、反應(yīng)時(shí)間48h、CBD－T1用量20%（以底物質(zhì)量計(jì)），但只有29.6%（摩爾分?jǐn)?shù)）的辛酸參與了反應(yīng)。Choi等［16］用物質(zhì)的量比為1∶5的松子油與辛酸在RMIM 酶的催化下進(jìn)行反應(yīng)，由于酰基轉(zhuǎn)移的影響，加水量對(duì)反應(yīng)得率影響較大，當(dāng)加水量為0.04%時(shí)，辛酸的接入率最大。

1.3 二步法

酰基轉(zhuǎn)移曾被多次證實(shí)存在于結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的合成中，其本質(zhì)是甘油三酯酰基的斷裂與重排［17］。?；D(zhuǎn)移容易產(chǎn)生不需要的甘油酯，大幅降低目標(biāo)產(chǎn)物的得率。與一步催化反應(yīng)相比，二步法可大大減少?；D(zhuǎn)移的發(fā)生，更易獲得高得率的目標(biāo)產(chǎn)物［18］。二步法具體步驟為：（1）用1，3－特異性酶水解甘油三酯，獲得2－單甘酯（2－MAG），并對(duì)2－單甘酯進(jìn)行提純；（2）2－單甘酯與脂肪酸在1，3－特異性酶催化下重新酯化獲得特定結(jié)構(gòu)的甘油三酯。反應(yīng)式如下：

潘麗軍等［19］先以TLIM 酶催化菜籽油醇解制備2－單甘酯，經(jīng)過(guò)分子蒸餾三級(jí)純化后2－單甘酯含量可達(dá)90.76%；再將2－單甘酯與辛酸在RMIM 酶催化下酯化得到MLM 型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，優(yōu)化反應(yīng)條件后，辛酸接入率達(dá)60.48%，其中92.84%的辛酸分布在甘油三酯的sn－1，3位上，經(jīng)二級(jí)分子蒸餾純化后，辛酸接入率最高達(dá)到73.34%。

2 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的應(yīng)用

2.1 中碳鏈甘油三酯（MCT）

以C6～C10脂肪酸為主的MCT 具有很多生理和代謝特點(diǎn)，是一種良好的油脂替代品，具有食用和藥用價(jià)值，主要應(yīng)用于以下3個(gè)方面：

（1）MCT 的燃燒熱只有傳統(tǒng)油脂的40%～90%，且不易沉積于皮下組織和腸道，因此，可作為一種低熱量保健用油，控制能量攝入和貯備，達(dá)到降血脂、減肥的目的，在一定程度上預(yù)防和緩解肥胖癥、心血管病、脂肪肝等疾病［20］。

（2）MCT 的代謝方式與傳統(tǒng)油脂不同，無(wú)需胰脂酶分解，吸收速率是傳統(tǒng)油脂的2.5倍，因此，可用作奶粉、能量棒、體能飲料等營(yíng)養(yǎng)食品的配方，也可以制成藥劑，用作吸收不良、術(shù)后病人的營(yíng)養(yǎng)劑，對(duì)幼兒癲癇和囊腫纖維化等病癥也有一定療效。

（3）MCT 是一種天然油脂基油劑，具有高抗氧化性和親水性、低黏度、低熔點(diǎn)等特性［16，21］，可用作食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的基礎(chǔ)油劑、溶劑、增溶劑、乳化劑和穩(wěn)定劑，也可用作工業(yè)脫模劑和潤(rùn)滑劑。

MCT 商業(yè)化產(chǎn)品很多，以辛／癸酸甘油三酯為主，如俄羅斯ABITEC 的Captex 300、德國(guó)BASF 的Kollisolv、日本花王的Coconard、日本 Nissin 的ODO、日本SASOL 的Myglol、日本油脂株式會(huì)社的Panasate以及馬來(lái)西亞KLK 的Palmester等。

2.2 中長(zhǎng)碳鏈甘油三酯（MLCT）

由于MCT 中缺乏必需脂肪酸，如亞麻酸、亞油酸和花生四烯酸等，在營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度上不宜長(zhǎng)期食用；此外，由于脂肪酸碳鏈短、煙點(diǎn)低，難用作烘焙用油。MLCT 彌補(bǔ)了MCT 的缺陷。在MLCT 中，MLM 型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)最具有代表性。MLM 型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)1，3位上的MCFA 可以快速通過(guò)人體門靜脈供能，不會(huì)殘留在脂肪組織和細(xì)胞中，而2位上的長(zhǎng)鏈脂肪酸可以提供必要的營(yíng)養(yǎng)，因而營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，這種MCFA 和LCFA 的結(jié)合在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上意義重大，有望取代MCT和物理混合MLCT 作為新的臨床營(yíng)養(yǎng)劑。

常見(jiàn)的MLCT 商業(yè)化產(chǎn)品有：俄羅斯ABITEC的Captex 350（辛／癸／月桂酸甘油三酯）、Captex 810DD（辛／癸／亞油酸甘油三酯）、Captex SBE（辛／癸／棕櫚／硬脂酸甘油三酯），日本Nissin的Resetta（菜籽油、椰子油或棕櫚仁油酯交換），美國(guó)P＆G 的Caprenin（辛／癸／二十二碳酸甘油三酯）等。

2.3 類可可脂

天然可可脂是巧克力加工中的重要原料，來(lái)源于可可豆，因自然資源稀少，價(jià)格十分昂貴。天然可可脂的替代品主要有代可可脂和類可可脂。類可可脂主要成分是1，3－棕櫚酸－2－油酸甘油酯（POP）、1－棕櫚酸－2－油酸－3－硬脂酸甘油酯（POS）、1，3－二硬脂酸－2－油酸甘油酯（SOS），脂肪酸組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為：C16：0 占24.4%，C18：0占33.6%，C18：1占37.0%，C18：2占3.4%，其它脂肪酸占1.6%［22］。類可可脂的結(jié)構(gòu)組成與天然可可脂非常接近，具有與天然可可脂相似的物性，還可與天然可可脂完全互溶［23］。因此，以類可可脂為原料制作的巧克力熔點(diǎn)在32～35 ℃之間，口感好，結(jié)晶細(xì)膩，不起霜斑［24］。

類可可脂商業(yè)化產(chǎn)品主要有：荷蘭洛德斯·可羅科蘭的Coberine、英國(guó)尤力勒非爾的Cobeline、瑞士Sais的Calvetta、日本旭電化工業(yè)株式會(huì)社的Fantom 100 等［24］。

2.4 人造母乳

母乳是嬰幼兒最主要的能量來(lái)源，母乳含有30%～35%的油酸（C18：1）、20%～30%的棕櫚酸（C16：0）以及7%～14%的亞油酸（C18：2），其中約70%的棕櫚酸（C16：0）位于甘油三酯的sn－2位，不飽和脂肪酸（C18：1、C18：2）位于甘油三酯的sn－1，3位［25］。

受工藝、價(jià)格等因素的影響，市場(chǎng)上很多奶粉的油脂組成中飽和棕櫚酸位于甘油三酯的sn－1，3位，在體內(nèi)脂肪酶的作用下分解成為游離脂肪酸和2－單甘酯，這些游離的飽和脂肪酸的吸收率僅30%，殘余的飽和脂肪酸在小腸的酸性環(huán)境下容易和鈣、鎂等礦物質(zhì)發(fā)生皂化反應(yīng)，形成不溶性的皂化物，易引起嬰幼兒鈣缺失，還會(huì)導(dǎo)致便秘、腹痛，甚至引發(fā)腸梗阻。

喂食高含量sn－2位棕櫚酸配方奶粉的嬰兒骨骼礦物質(zhì)的吸收率較高，不易形成脂肪酸鹽。如Lipid Nutrition的Betapol和AAK 的Infat產(chǎn)品等均為加強(qiáng)三酰甘油sn－2 位棕櫚酸含量的母乳脂質(zhì)產(chǎn)品。

2.5 功能脂質(zhì)

2.5.1 磷酸甘油酯

磷酸甘油酯（phospholipid，PL）是通過(guò)在甘油三酯sn－1或3位上接入磷酸獲得，其中最典型的結(jié)構(gòu)有磷脂酰膽堿（卵磷脂，PC）、磷脂酰乙醇胺（腦磷脂，PE）、磷脂酰肌醇（肌醇磷酸甘油，PI）等，這些磷酸甘油酯在生物細(xì)胞學(xué)中具有重大意義［26］。

2.5.2 酚酸甘油酯

酚酸化合物是一類重要的抗氧化劑，但是酚酸化合物在疏水環(huán)境下溶解性和穩(wěn)定性較差，為此，將酚酸接入甘油骨架上形成酚酸甘油酯，不僅保留了酚酸的抗氧化性，同時(shí)提高了其在疏水環(huán)境下的適用性。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)脂質(zhì)因其獨(dú)特的性能，在食品科學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)及其交叉領(lǐng)域的應(yīng)用研究備受關(guān)注，部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，但從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)存在生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜等問(wèn)題。相信隨著研究的不斷深入，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。

［1］HELLNER G，TOKE E R，NAGY V，et al.Integrated enzymatic production of specific structured lipid and phytosterol ester compositions［J］.Process Biochemistry，2010，45（8）：1245－1250.

［2］LEE Y Y，TANG T K，LAI O M.Health benefits，enzymatic production，and application of medium－and long－chain triacylglycerol（MLCT）in food industries：A review［J］.Journal of Food Science，2012，77（8）：137－144.

［3］MATTSON F H，BECK L W.The specificity of pancreatic lipase for the primary hydroxyl groups of glycerides［J］.J Biol Chem，1956，219（2）：735－740.

［4］MATTSON F H，VOLPENHEIN R A.The digestion and absorption of triglycerides［J］.J Biol Chem，1964，239：2772－2777.

［5］MATTSON F H，VOLPENHEIN R A.Rearrangement of glyceride fatty acids during digestion and absorption［J］.J Biol Chem，1962，237：53－55.

［6］JANDACEK R J，WHITESIDE J A，HOLCOMBE B N，et al.The rapid hydrolysis and efficient absorption of triglycerides with octanoic acid in the 1and 3positions and long－chain fatty acid in the 2position［J］.Am J Clin Nutr，1987，45（5）：940－945.

［7］裘愛(ài)泳，吳冀華.質(zhì)構(gòu)脂質(zhì)的研究進(jìn)展［J］.無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)：食品與生物技術(shù)，2001，20（6）：656－660.

［8］JALA R C R，HU P，YANG T，et al.Lipases as biocatalysts for the synthesis of structured lipids［J］.Methods Mol Biol，2012，861：403－433.

［9］萬(wàn)銀松，江英.酶催化酸解生產(chǎn)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的研究進(jìn)展［J］.食品科技，2006，31（7）：9－12.

［10］DING S，YANG J K，YAN Y J.Optimization of lipase－catalyzed acidolysis of soybean oil to produce structured lipids［J］.J Food Biochem，2009，33（3）：442－452.

［11］KOH S P，TAN C P，LAI O M，et al.Enzymatic synthesis of medium－and long－chain triacylglycerols（MLCT）：Optimization of process parameters using response surface methodology［J］.Food Bioproc Technol，2010，3（2）：288－299.

［12］MITRA K，LEE J H，LEE K T，et al.Production tactic and physiochemical properties of lowω6／ω3ratio structured lipid synthesised from perilla and soybean oil［J］.International Journal of Food Science and Technology，2010，45（7）：1321－1329.

［13］徐學(xué)兵，胡曉中，張根旺.茶油酶促改性一步反應(yīng)影響因素研究［J］.中國(guó)油脂，1996，21（1）：33－35.

［14］壽佳菲，潘麗軍，操麗麗，等.酶催化菜籽油酸解制備結(jié)構(gòu)脂質(zhì)工藝［J］.食品科學(xué)，2012，33（10）：29－32.

［15］QIN X L，HUANG H H，LAN D M，et al.Typoselectivity of crudeGeobacillussp.T1lipase fused with a cellulose－binding domain and its use in the synthesis of structured lipids［J］.J Am Oil Chem Soc，2014，91（1）：55－62.

［16］CHOI J H，KIM B H，HONG S I，et al.Synthesis of structured lipids containing pinolenic acid at thesn－2positionvialipase－catalyzed acidolysis［J］.J Am Oil Chem Soc，2012，89（8）：1449－1454.

［17］LI W，LI R W，LI Q，et al.Acyl migration and kinetics study of 1（3）－positional specific lipase ofRhizopusoryzae－catalyzed methanolysis of triglyceride for biodiesel production［J］.Process Biochem，2010，45（12）：1888－1893.

［18］操麗麗，姜紹通，壽佳菲，等.兩步酶法合成MLM 型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中醇解反應(yīng)研究［J］.食品科學(xué)，2012，33（20）：65－68.

［19］潘麗軍，壽佳菲，符克皇，等.MLM 型結(jié)構(gòu)脂的酶法合成及其理化性質(zhì)分析［J］.食品科學(xué)，2012，33（12）：18－23.

［20］ZHANG Y，LIU Y，WANG J，et al.Medium－and long－chain triacylglycerols reduce body fat and blood triacylglycerols in hypertriacylglycerolemic，overweight but not obese，Chinese individuals［J］.Lipids，2010，45（6）：501－510.

［21］欒霞，張帆，魏翠平，等.MLM 型結(jié)構(gòu)脂氧化穩(wěn)定性研究［J］.糧油食品科技，2013，21（1）：20－22.

［22］畢艷蘭.油脂化學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：116.

［23］沈海燕，謝仕潮，張虹，等.巧克力油脂相容性研究進(jìn)展［J］.中國(guó)油脂，2013，38（8）：38－43.

［24］時(shí)宏，郭洪.用烏桕脂生產(chǎn)類可可脂的研究進(jìn)展和前景［J］.中國(guó)油脂，2001，26（5）：91－94.

［25］SILVA R C，COTTING L N，POLTRONIERI T P，et al.Physical properties of structured lipids from lard and soybean oil produced by enzymatic interesterification［J］.Ciênc Tecnol Aliment Campinas，2009，29（3）：652－660.

［26］王秀嬪，李培武，張文，等.超聲提取正相高效液相色譜法測(cè)定大豆及大豆油中的磷酸甘油酯［J］.分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2011，30（5）：527－531.