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 a.食品學院，b.乳品科學教育部重點實驗室，哈爾濱 150030；2.國家乳業(yè)工程技術研究中心，黑龍江省乳品工業(yè)技術開發(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年中華人民共和國衛(wèi)生部第13號公告批準了1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯作為營養(yǎng)強化劑可用于嬰兒配方奶粉中，并規(guī)定了其生產(chǎn)技術指標及強化量。OPO能夠較好的改善嬰兒對配方乳粉中各營養(yǎng)成分的吸收情況，同時也對嬰兒胃腸功能成熟等方面有一定的促進作用。本文對OPO在嬰幼兒乳粉中的添加及合成及研究做了簡單的綜述。

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個月大時，人乳為嬰幼兒提供約 45%的能量，在嬰幼兒生長到 7～12個月大的時候，人乳可為其提供30%～40%的能量，同時也可為嬰幼兒提供一些必需脂肪酸和長鏈的多不飽和脂肪酸，例如 DHA、EPA等，具有能夠促進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。這不僅對嬰兒的成長發(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特的結(jié)構特點，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)構應盡量接近人乳，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，這種對嬰兒至關重要的特殊甘油三酯的添加并沒有被重視起來。

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，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，導致能量和鈣的流失[7]。OPO與人乳脂肪結(jié)構相似，因其特有的脂肪酸結(jié)構組成，在參與消化時不易形成鈣皂而產(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 反應原理

隨著科技的進步，利用特異性脂肪酶催化酯交換反應生成OPO的設想已經(jīng)可以實現(xiàn)了。反應溫度、反應時間、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。合成OPO的反應原理大多如圖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反應原理

2.2 反應工藝

早在上個世紀末期，隨著對嬰兒營養(yǎng)攝入需求的不斷研究，對合成OPO等母乳脂肪替代品的研究也逐漸的深入起來。

2.2.1 以棕櫚酸三甘油酯做為主要反應底物的反應工藝

韓國的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行酯交換反應合成富含OPO的甘油三酯。文章利用相應面法模型分析了底物比、反應時間及反應溫度對OPO含量及酰基遷移的影響。結(jié)果在最佳條件(摩爾比5.5、50℃反應3 h)下獲得含量為31.43%的OPO。OPO含量與底物比呈正相關，與反應時間和反應溫度呈負相關。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)與油酸進行酯化反應生產(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行酯交換反應合成富含OPO甘油三酯。最佳反應條件為：棕櫚酸三甘油酯和油酸的比例為1∶2(質(zhì)量比)，反應溫度為50℃，反應時間為24 h，8%酶量。在最佳反應條件下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，使油酸替代sn-1,3的棕櫚酸，保留sn-2位的棕櫚酸，形成OPO。實驗在無溶劑體系、50℃、FFA/TAG底物摩爾比6∶1的條件下通過提純分離，需要的結(jié)構甘油三酯純度可達到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行酯交換，反應至酯交換率達到30～60%時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到60～90%時分離純化得到OPO。OPO含量經(jīng)多次實例實驗均在58.21～82%之間。與其他反應相比得率較低，而且在反應進程中需持續(xù)檢測反應的酯交換率來控制純化的時間。

Robles A[15]等人利用金槍魚油和棕櫚酸通過脂肪酶催化生成甘油三酯，將產(chǎn)物通過飽和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，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。當脂肪酶用量為37 500 U，反應溫度為43℃，經(jīng)過3 h反應后，OPO的轉(zhuǎn)化率可達41.24%。通過補加酶和底物，該反應可穩(wěn)定持續(xù)的繼續(xù)下去，且保證反應產(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時油酸插入的順序以及連續(xù)反應的補料問題。

2.2.2 以豬油或其他油脂作為主要反應底物的反應工藝

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制備富含OPO的結(jié)構油脂。反應的最佳條件為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%,反應溫度45℃,反應時間6 h,油酸的結(jié)合率高達51.46%,目標產(chǎn)物的熔點為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，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。通過該方法可以使甘油三酯的OPO含量達到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催化反應下獲得富含OPO的甘油三酯。66.1%的油酸被插進甘油三酯中，OPO含量達到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行酸解反應，生產(chǎn)sn-2位上富含棕櫚酸的甘油三酯，為進一步制備母乳脂肪替代品做原料。運用相應面法分析建造模型，當棕櫚酸與棕櫚硬脂質(zhì)量比1.09∶1，反應時間9.9 h，反應溫度54.7℃，加酶量21.9%時為最適條件，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行酯交換來改性豬油，來制備母乳脂肪替代品。該實驗采用相應面法進行優(yōu)化，在最佳條件即水分含量3.7%(以酶量計);反應溫度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),反應時1 h條件下使產(chǎn)品熔點范圍從原料豬油的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

對于嬰兒配方奶粉來說，其不斷追求的理想目標應該是向“母乳化”方向發(fā)展。在這樣的目標引導下，嬰兒配方奶粉向母乳成分靠攏也應該逐漸的細致化。嬰兒對母乳營養(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嬰幼兒對脂肪酸和鈣的吸收，有效降低其便秘的發(fā)生率，促進嬰兒健康發(fā)育。

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

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