棕榈油制备母乳脂肪替代油脂的研究

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母乳脂肪替代油脂是一种添加到婴幼儿配方奶粉中的脂肪替代物,目前以混合植物油为主,与母乳脂肪相比,虽然混合植物油中含有相同比例的棕榈酸和油酸,但脂肪酸在甘油上的位置分布却不相同。混合植物油中含有的棕榈酸主要分布在Sn-1,3位,而油酸主要分布在Sn-2位,这种脂肪酸的位置分布对婴幼儿的健康产生较大影响。本课题首先对市售的四种不同熔点的棕榈油、四种婴幼儿配方奶粉和两种OPO(又叫1,3二油酸-2-棕榈酸甘油三酯,1,3-dioleoyl-2-palmitoyl glycerol)产品中的脂肪酸组成与分布进行了分析。结果证实:(1)棕榈油中总棕榈酸含量随着熔点的升高而升高,其中4号棕榈油中总棕榈酸和Sn-2位棕榈酸含量最高可分别达到57.32%和30.16%。(2)在四种婴幼儿配方奶粉和两种OPO产品中,各种总脂肪酸含量大致处于母乳脂肪标准范围之内,但Sn-2位棕榈酸占总棕榈酸含量的百分比分别为40.43%、45.13%、43.25%、44.07%、47.59%和51.15%,这与母乳脂肪中Sn-2位棕榈酸占总棕榈酸含量的70%相差较远。由于棕榈油中Sn-2位棕榈酸含量远小于母乳脂肪中的含量,本论文首先通过四种不同途径对4号棕榈油中Sn-2位棕榈酸进行了富集:(1)有溶剂体系酶法酸解酯交换反应富集棕榈油中Sn-2位棕榈酸:在有溶剂体系中,以非专一性脂肪酶Novozym435为催化剂,选择4号棕榈油与棕榈酸进行酸解酯交换,制备Sn-2位富含棕榈酸的甘油三酯。通过单因素实验确定最佳转速为200r/min,溶剂量为8mL/g反应混合物,同时对底物质量比(棕榈酸/棕榈油)、反应时间、反应温度和加酶量进行了研究。在单因素实验的基础上,进行四因素三水平的响应面试验分析,当Sn-2位棕榈酸含量为60%时,最佳工艺条件为:棕榈酸与棕榈油质量比1.09:1,反应时间9.9h,反应温度54.7℃,加酶量21.9%。在最佳工艺条件下得到的甘油三酯中Sn-2位棕榈酸含量为60.59%,与理论预测值基本吻合。(2)无溶剂体系酶法酸解酯交换反应富集棕榈油中Sn-2位棕榈酸:在无溶剂体系中,以非专一性脂肪酶Novozym435为催化剂,选择4号棕榈油与棕榈酸进行酸解酯交换,制备Sn-2位富含棕榈酸的甘油三酯。在单因素实验基础上,进行三因素三水平的响应面试验,最终确定当Sn-2位棕榈酸含量为60%时,最佳工艺条件为:棕榈酸与棕榈油质量比0.36:1,加酶量16.99%,反应时间12.97h。在优化条件下制得的产物中Sn-2位棕榈酸含量为60.09%。(3)溶剂体系酶法分子内重排反应富集棕榈油中Sn-2位棕榈酸:选择4号棕榈油为原料,以非专一性脂肪酶Novozym435为催化剂,在一定条件下进行分子内重排反应制备Sn-2位富含棕榈酸的甘油三酯。通过单因素实验,发现溶剂量为4mL/g反应底物时Sn-2位棕榈酸含量达到最高值;在反应温度为60℃、反应时间为6h、加酶量为10%时,Sn-2位棕榈酸含量可达到56.20%,即可作为下一步制备母乳脂肪替代油脂的中间产物。在上述条件下,非专一性脂肪酶Novozym435重复使用27次时,酶活损失为29.44%。(4)化学法分子内重排反应富集棕榈油中Sn-2位棕榈酸:选择乙醇钠为催化剂,将4号棕榈油进行了分子内重排反应,得到Sn-2位富含棕榈酸的甘油三酯。考查了反应温度、催化剂加入量(以棕榈油质量计)和反应时间三因素对甘油三酯中Sn-2位棕榈酸含量的影响。考虑到大型工业生产中能量消耗问题,选择反应温度80℃、乙醇钠加入量1.0%、反应时间20min为最佳反应条件,在此条件下,得到的甘油三酯酯中Sn-2位棕榈酸为58.57%。选择酶法分子内重排反应得到的Sn-2位棕榈酸含量为56.06%的甘油三酯作为中间原料,以Sn-1,3位专一性脂肪酶Lipozym TL IM为催化剂,在有溶剂体系中与油酸进行Sn-1,3位棕榈酸的油酸替代反应。在单因素实验基础上,进行了四因素三水平的响应面试验,最佳工艺条件为:油酸与Sn-2位棕榈酸含量为56%的甘油三酯质量比为3.18:1,反应时间为3.5h,反应温度为48.2℃,加酶量为9.01%。在最佳工艺条件下得到的甘油三酯中总棕榈酸含量为22.95%,Sn-2位棕榈酸含量为48.51%,Sn-2位棕榈酸/总棕榈酸为70.44%。在最佳工艺条件下,进行混合脂肪酸(癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸)的调配,通过三个模型实验,选择模型2作为制备母乳脂肪替代油脂的最佳模型,即癸酸:月桂酸:肉豆蔻酸:硬脂酸:油酸:亚油酸的质量比为0.5:1:0.75:0.7:10:1时,得到的母乳脂肪替代油脂在脂肪酸组成上与选择的母乳脂肪标准相似度最高,其中Sn-2位棕榈酸/总棕榈酸为71.13%。在上述反应条件下,Sn-1,3位专一性脂肪酶Lipozym TL IM重复使用4次时,酶活损失为28.12%。
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