選擇性脂肪酶水解金槍魚油制備改性水解甘油酯工藝優化

禤俊勇，夏秋瑜,2,3，陳相權，孫欽秀,2,3，魏 帥,2,3，郝記明,2,3，吉宏武,2,3，劉書成,2,3

選擇性脂肪酶水解金槍魚油制備改性水解甘油酯工藝優化

禤俊勇1，夏秋瑜1,2,3，陳相權1，孫欽秀1,2,3，魏 帥1,2,3，郝記明1,2,3，吉宏武1,2,3，劉書成1,2,3

（1.廣東海洋大學食品科技學院//廣東省水產品加工與安全重點實驗室//廣東省海洋食品工程技術研發中心//廣東省海洋生物制品工程重點實驗室//水產品深加工廣東普通高校重點實驗室，廣東 湛江 524088；2.海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心//大連工業大學，遼寧 大連 116034；3.南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江），廣東 湛江 524025）

【目的】優化選擇性脂肪酶水解金槍魚油制備改性水解甘油酯的工藝參數，分析脂質改性前后甘油酯的脂質組分差異。【方法】綜合考慮水解度、水解速度和水解甘油酯中ω-3 PUFAs含量，篩選出能選擇性富集ω-3 PUFAs的兩種脂肪酶，并分別由單因素試驗和正交試驗優化兩種脂肪酶水解魚油的工藝參數。【結果與結論】篩選出能富集ω-3 PUFAs、改善脂肪酸組成的脂肪酶Lipozyme?TL 100L（TL 100）和NovoCoADL（ADL），其中TL 100的適宜水解條件為緩沖液pH值7.0，溫度40 ℃，水油質量比2∶1；ADL的適宜水解條件為緩沖液pH值7.0，溫度45 ℃，水油質量比2∶1。脂肪酶TL 100和ADL在該適宜條件下水解金槍魚油，在30 h的水解度分別為 (54.37 ± 3.20)%和(45.94 ± 1.50)%，所得水解甘油酯中EPA和DHA總比例分別為(54.89 ± 0.64)%和(51.01 ± 2.40)%，ADL催化水解能顯著降低水解甘油酯中的棕櫚酸含量，增加油酸含量。選擇性脂肪酶水解金槍魚油能顯著提高ω-3 PUFAs含量，改善脂質的脂肪酸分布，制備脂質改性水解甘油酯，但所得甘油酯氧化穩定性顯著降低(< 0.05)。

金槍魚油；Omega-3多不飽和脂肪酸；脂質改性；酶法水解；工藝優化

魚油因富含二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)等Omega-3長鏈多不飽和脂肪酸(Omega-3 polyunsaturated fatty acids, ω-3 PUFAs)而具有抗抑郁、調節血脂血壓、提高免疫力等廣泛生理功效[1]，在心血管疾病、糖尿病和關節炎等慢性疾病的預防和輔助治療，以及嬰幼兒大腦神經發育等方面扮演著重要角色[2,3]，近年研究表明魚油還可以用于新冠患者營養支持以調整炎癥平衡（抑制炎癥風暴發生）[4]。天然魚油中EPA和DHA是混合的，ω-3 PUFAs含量一般不超過30 %[5]，但不同使用對象和使用目的對ω-3 PUFAs濃度和特定脂肪酸比例有不同的要求[6]，因此普通魚油還不能滿足食品和醫藥行業特定需求用戶的要求。

脂質改性能改變甘油三酯骨架上的脂肪酸組成和（或）位置，從而得到在理化性質、代謝特性和營養價值等方面顯著改善的結構脂質[7-8]。采用酶法水解魚油進行脂質改性是魚油富集ω-3 PUFAs的高效技術，與尿素絡合法[9]、硝酸銀絡合法[10]等其他ω-3 PUFAs富集方法相比，具有反應條件溫和、選擇性高，所得產物氧化程度低等顯著優勢[11]，能對多不飽和脂肪酸的氧化、異構化和聚合等不良副反應有一定抑制作用[12]；馮鳳琴等[13]分離到一種高底物選擇性的胞外酶，水解24 h能將魚油中DHA濃度提高1倍；王國財等[14]使用sn-1,3特異性脂肪酶水解魚油，在優化條件下可使EPA和DHA總含量提高至60 %。但有關酶法水解魚油的研究大多僅關注酶的選擇性和甘油酯中的ω-3 PUFAs含量，而對水解甘油酯的特性特別是其他脂肪酸改善的分析討論不多。本研究篩選出能富集魚油ω-3 PUFAs，并具有不同脂肪酸選擇性的脂肪酶，優化酶法制備水解甘油酯的工藝參數，并分析脂質改性前后甘油酯的脂質組分和特性差異，以期為魚油的脂質改性及其高附加值產品研發提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金槍魚油，由澳大利亞Nu-MEGA公司贈送；脂肪酶NovoCoADL(ADL)、Lipozyme?TL 100L(TL 100)、Patalase 20000 L(20000 L)、Lipozyme?CALB(CALB)、Lipozyme?RM(RM)、Novozym?435(435)和Lipozyme?TL IM(TL IM)，購于北京高瑞森科技有限公司，其中RM、435和TL IM為固定化酶；其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 金槍魚油水解 金槍魚油的水解根據Xia[15]并稍作修改。5 g金槍魚油置于圓底燒瓶中，加入油質量分數2%的脂肪酶，加入pH值6.5 ～ 8.0的磷酸鹽緩沖溶液后充入N2用氣球封口，置于磁力控溫攪拌器上，于300 r/min、30 ～ 45 ℃條件下水解。

1.2.2 水解度 稱取1 ～ 2 g金槍魚油水解液于小燒杯中，加入1 ～ 2滴酚酞指示劑，混勻，用0.1 mol/L NaOH溶液進行滴定，待反應液變為微紅色且30 s內不褪色時，即為滴定終點。重復滴定3次[16]。

水解度根據酸值和皂化值進行計算。水解度計算公式如下：

水解度= 酸值/皂化值， （1）

式中，金槍魚油的皂化值(以KOH計)，mg/g，按GB/T 5534-2008的方法測定[17]。

1.2.3 水解甘油酯的提取 在水解液中加入2 mL無水乙醇中止反應，再逐滴加入0.1 mol/L NaOH溶液中和游離脂肪酸（根據水解度計算所需NaOH溶液的體積）。然后先后用乙醚和正己烷萃取水解甘油酯，于45 ℃下旋轉蒸發，N2吹干殘留的有機溶劑后，于4 ℃下密封保存。

1.2.4 脂肪酶TL 100和ADL水解金槍魚油的水解條件優化 通過單因素試驗分別研究不同緩沖液pH值（6.5、7.0、7.5和8.0）、水油質量比（1∶1、2∶1、3∶1和4∶1）和水解溫度（30 ℃、35 ℃、40 ℃和45 ℃）對水解速度（水解度）的影響，分別在水解6、12、18 h時取樣檢測反應體系的水解度，從而篩選這兩種脂肪酶適宜的水解條件。

1.2.5 脂肪酶ADL的水解條件優化 脂肪酶ADL水解金槍魚油的水解速度緩慢，因此對ADL的水解條件進一步通過正交實驗優化，以水解度為指標，設置pH值（6.5、7.0、7.5）、水油質量比（1∶1、2∶1、3∶1）和溫度（35 ℃、40 ℃和45 ℃）三因素3水平實驗，分別在12 h和24 h時測其水解度。

1.2.6 金槍魚油和水解甘油酯的脂肪酸組成分析 樣品甲酯化：準確稱取0.2 g樣品于25 mL具塞試管中，加入3 mL KOH-甲醇溶液，振蕩后置于50 ℃烘箱中放置30 min，直至油滴消失。將試管取出，冷卻至室溫，向其中加入2 mL正己烷，振蕩，靜置2 min后，取出上清液。向上清液中加入適量的無水硫酸鈉，猛烈振蕩，濾膜過濾，在4 ℃下保存供GC-MS分析[18]。

GC分析條件：載氣為氦氣，壓力54.2 kPa，控制模式為線速，為31.5 cm/s，總流量41.7 mL/min，色譜柱流量0.70 mL/min；分流方式進樣，分流比50∶1，進樣量1 μL。檢測器FID：進樣口溫度250 ℃，檢測器溫度250 ℃；色譜柱升溫程序：130 ℃保留5 min，然后以4 ℃/min升至240 ℃，保留30 min，直至分析完成。

采用GC-MS質譜庫結合脂肪酸甲酯混標對樣品中脂肪酸進行定性，確定樣品中脂肪酸甲酯的樣品峰，用面積歸一化法進行定量（不計溶劑峰面積），以確定各種脂肪酸的相對比例。

1.2.7 金槍魚油和水解甘油酯的氧化穩定性指標分析 過氧化值依據GB 5009.227-2016[19]測定；共軛二烯值的測定采用丁儉等[20]的方法；硫代巴比妥酸值依據GB/T 35252-2017[21]的方法測定；茴香胺值根據GB/T 24304-2009[22]的方法測定。

1.3 數據處理

每組數據重復3次，結果用“平均值± 標準差”表示。采用JMP Pro 14.0軟件進行數據處理。單因素方差分析中顯著水平= 0.05。

2 結果與分析

2.1 富集ω-3 PUFAs的選擇性脂肪酶的篩選

7種不同的脂肪酶水解金槍魚油24 h后，脂肪酶TL 100、ADL、TLIM和RM的水解度達到了25%以上，其中脂肪酶TL 100和ADL的水解度分別為(50.49 ± 4.48)%和(32.51 ± 5.19)%，說明水解速度快，魚油充分水解；TL 100和ADL水解所得甘油酯中的EPA和DHA的總含量最高，分別達到了(56.06 ± 1.76) %和(48.25 ± 1.23)%。因此，綜合水解速度和水解前后甘油酯中的EPA和DHA含量變化，篩選脂肪酶TL 100和ADL進行后續研究。優化TL 100和ADL的水解條件，提高水解速度，減少水解時間，并比較兩種脂肪酶對魚油的脂質改性效果。

2.2 TL100和ADL水解金槍魚油的單因素水解條件優化

2.2.1 緩沖液pH值對水解反應的影響 PBS磷酸鹽緩沖溶液的pH值對水解反應影響如圖1和2可見，當體系pH值為6.5和7.0時，脂肪酶TL 100和ADL水解金槍魚油的水解度較高。而當體系pH為7.5和8.0時其水解度極低，這可能由于堿性環境抑制了脂肪酶活性[23]。因此，脂肪酶TL 100和ADL催化金槍魚油水解的適宜pH值均確定為7.0。

2.2.2 溫度對水解反應的影響 水解溫度對水解反應的影響如圖3和4所示，脂肪酶TL 100和ADL在反應體系溫度為40 ℃且反應時間為18 h時，其水解度均最高。當反應體系溫度為45 ℃時，水解度顯著降低。可能與脂肪酶活性受到高溫抑制[24]有關。該結果與Kosasih等的研究結果相符[25]。因此，脂肪酶TL 100和ADL對金槍魚油的適宜水解溫度條件均為40 ℃。

相同時間不同pH值處理組之間，凡含一個相同大寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）；相同pH值不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

相同時間不同pH值處理組之間，凡含一個相同大寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05），相同pH值不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.2.3 水油質量比對水解反應的影響 磷酸鹽緩沖溶液用量對水解反應影響如圖5和6，當pH為7.0時，隨著緩沖溶液增加，水解度都是先增大后減小，這可能是最初磷酸鹽緩沖溶液的增加促進了金槍魚油水解，但當其比例進一步增大時，酶被稀釋，減少與油滴接觸面積，水解度也隨之下降。該結果與李麗帆等[26]報道大致相符。在反應時間為12 h時，雖然水油質量比4∶1時的水解度高于另外3個處理組，但隨著反應進行，魚油的水解受到了抑制。因此，綜合考慮3個反應時間，水油質量比2∶1時，脂肪酶TL 100和ADL催化金槍魚油水解效果較好。

相同時間里不同溫度處理組之間，凡含一個相同大寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）；相同溫度不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

相同時間里不同溫度處理組之間，凡含一個相同大寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）；相同溫度不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

相同時間里不同水油質量比處理組之間，凡含一個相同大寫字母表示差異不顯著（P > 0.05）；相同水油質量比不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母，表示差異不顯著（P > 0.05）。

相同時間里不同水油質量比處理組之間，凡含一個相同大寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）；相同水油質量比不同時間處理組之間，凡含一個相同小寫字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.3 正交實驗優化脂肪酶ADL水解金槍魚油水解條件

脂肪酶TL 100對金槍魚油的水解效果好，水解速度快，且目前國內外已有不少針對該脂肪酶的報道[27-29]，但脂肪酶ADL水解金槍魚油速度緩慢，目前對脂肪酶ADL水解魚油的報道不多，因此，本研究采用正交實驗進一步優化脂肪酶ADL的水解條件，實驗結果如表1、2所示。表1中三因素數字順序分別對應pH值（6.5、7.0、7.5）、水油質量比（1∶1、2∶1、3∶1）和溫度（35 ℃、40 ℃和45 ℃）。

表1 正交實驗優化脂肪酶ADL水解條件

注：表中的值表示極差。Note: Thevalue in the table represents range.

由表1可知，脂肪酶ADL水解魚油水解速度最好的是第五組，水解組合為223，12 h水解度28.06%，24 h水解度達40.90%。水解時間為12 h和24 h的最優水解條件都是pH值7.0，水油質量比2∶1，溫度45 ℃。其中，根據表1的值可知pH值對脂肪酶ADL水解金槍魚油的水解效果影響最大，三種因素對脂肪酶ADL水解金槍魚油水解度的影響主次順序為>>。由表2可知，水解時間為12 h和24 h時，因素（pH值）對脂肪酶ADL水解金槍魚油的水解度影響顯著(< 0.05) ，其他兩種因素(> 0.5)影響不顯著。因此，為保證脂肪酶ADL水解金槍魚油的效果，在后續魚油水解實驗中注意控制緩沖溶液的pH值。

表2 正交試驗法優化脂肪酶ADL的水解條件的方差分析

注：表中值表示檢驗統計量值表示顯著性水平；“*”表示＜ 0.05，影響顯著。

Note: Thevalue in the table represents the test statistic, and thevalue represents the significance level.“*” represents< 0.05, which is significant influence.

2.4 脂肪酶TL 100和ADL在適宜條件下水解效果隨水解時間的變化

在適宜水解條件下水解前期，魚油水解度一般隨水解時間延長而增加，然后在后期緩慢增加接近水解平衡，水解甘油酯的組成與結構與水解時間密切相關，因此需要在特定的水解度中止反應[30]；此外，水解反應達到動態平衡后，時間過長可能導致水解產物發生分解、聚合或者氧化等反應[31]，因此需要重點研究水解時間的影響。在優化條件下水解魚油（TL 100：緩沖液pH值為7.0，水油質量比為2∶1，水解溫度為40 ℃；ADL：緩沖液pH值為7.0，水油質量比為2∶1，水解溫度為45 ℃），分別在水解6、12、18、24和30 h取樣分析水解度的變化，結果如圖7所示；從圖7可見，水解度隨水解時間延長而增大，脂肪酶ADL在24 h水解度達到42.61%，而在上節（2.3）正交試驗最優組合中24 h的水解度為40.90%，兩個實驗結果接近。

凡含一個相同小寫字母，表示差異不顯著（P > 0.05）

分別在水解上述時間提取水解甘油酯檢測脂肪酸組成，不同水解時間所得水解甘油酯的EPA和DHA含量如圖8所示。由圖8可見兩種脂肪酶的水解產物中EPA和DHA總含量隨著水解時間延長而增大，TL100在水解24 h后EPA和DHA增加不顯著，已接近動態平衡。

凡含一個相同小寫字母，表示差異不顯著（P > 0.05）

2.5 金槍魚油水解前后甘油酯的脂肪酸組成及氧化穩定性分析

酶法水解金槍魚油，不同水解度所得水解甘油酯的組成和結構有差異，由于ω-3 PUFAs極其不穩定，水解時間過長容易導致產物氧化變質，從圖7可見，脂肪酶TL 100和ADL在優化的條件下水解金槍魚油，分別在6 h和12 h時水解度接近25%，因此，分析選擇在6 h和12 h時中止反應，提取水解甘油酯，分析其脂肪酸組成（表3）和理化性質（表4）。

表3 金槍魚油水解前后的主要脂肪酸組成及含量

注：“*”表示＜0.05，影響顯著；“**”表示＜0.01，影響極顯著。

Note: “*”represents< 0.05, which is significant influence; “**” represents< 0.01, and the influence is very significant.

表4 金槍魚油水解前后的氧化穩定性參數分析

注：“*”表示＜0.05，影響顯著；“**”表示＜0.01，影響極顯著。

Note: “*”represents< 0.05, which is significant influence;“**”represents< 0.01, and the influence is very significant.

從表3可見，金槍魚油還含有18.1%的棕櫚酸和17.4%的油酸，通過TL 100和ADL的酶法改性，所得甘油酯中ω-3 PUFAs含量（EPA，DPA和DHA）分別從34%增加到44%和45%，兩者相差不大，但是兩種脂肪酶改性后的脂質組成，特別是飽和脂肪酸（SFA）和單不飽和脂肪酸（MUFA）含量均有顯著差異。其中，TL 100改性脂質中油酸含量（14.9%）顯著降低。而ADL改性顯著降低了棕櫚酸（11.4%）含量，但油酸含量顯著增加到20.5%。因此，與TL 100相比，脂肪酶ADL水解魚油能顯著降低飽和脂肪酸含量，并增加不飽和脂肪酸含量，表現出優越的脂肪酸改性效果。Yang等[32]發現包括油酸等長鏈單不飽和脂肪酸可以顯著抑制動脈粥樣硬化病變的發展和幾種血漿炎癥細胞因子的水平，因此，經過脂肪酶ADL改性后的金槍魚油脂質具有作為功能性結構脂質的潛在用途。

TL 100和ADL水解金槍魚油（25%水解度）所得水解甘油酯的過氧化值、共軛二烯值等理化指標見表4。反應水解甘油酯的氧化程度的參數顯著增加(< 0.05)，相比于TL 100，脂肪酶ADL催化所得甘油酯的一級和二級氧化產物指標均較大，這是由于ADL水解速度較慢，達到25%水解度的時間較長，魚油氧化程度增大。因此，魚油酶法水解制備所得的甘油酯氧化穩定性相比于純魚油顯著降低[27]。后續研究中有必要進一步優化條件，縮短反應時間，減少產物氧化，水解甘油酯中殘留的少量游離脂肪酸也增加了ω-3 PUFAs氧化的風險，影響產品純度，后期可通過低溫短程分子蒸餾來對甘油酯進行純化[33]。

3 結論

選擇性脂肪酶對特定脂肪酸的水解和富集具有較好的選擇性，能顯著改善魚油的脂肪酸組成，是對天然魚油進行修飾改性的有效方法。本研究發現脂肪酶TL 100和ADL對金槍魚油的水解效果較好，水解24 h時水解度分別達到(52.33 ± 1.50)%和(42.61 ± 1.81)%，緩沖液pH值對金槍魚油的水解效果影響顯著(< 0.05)，水解甘油酯中的ω-3 PUFAs含量顯著提高，但兩種脂肪酶改性后的脂肪酸組成有明顯不同，脂肪酶ADL水解魚油能顯著降低飽和脂肪酸含量，并增加不飽和脂肪酸含量。此外，水解甘油酯的氧化穩定性均顯著降低(< 0.05)。

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Preparation of Lipid-modified Hydrolyzed Acylglycerol from Tuna Oil Catalyzed by Selective Lipase

XUAN Jun-yong1, XIA Qiu-yu1,2,3, CHEN Xiang-quan1, SUN Qin-xiu1,2,3, WEI Shuai1,2,3, HAO Ji-ming1,2,3, JI Hongwu1,2,3, LIU Shu-cheng1,2,3

(1.,,,,,,524088,; 2.,,116034,; 3.(),524025,)

【Objective】The process parameters of preparing lipid-modified acylglycerol from hydrolyzed tuna oil by selective lipase was optimized and the lipid components in acylglycerol before and after lipid modification was analyzed.【Method】Considering the degree of hydrolysis , hydrolysis speed and the ω-3 PUFAs content in concentrated acylglycerol. The two lipases that could selectively enrich ω-3 PUFAs were screened and the process parameters of tuna oil hydrolyzed by selective lipase were optimized by single factor test or orthogonal test.【Result and Conclusion】Lipase TL 100 and ADL were used to enrich ω-3 PUFAs and to prepare hydrolyzed tuna oil acylglycerol with improved fatty acid profile.The optimal hydrolysis conditions of TL 100 were: buffer pH 7.0, temperature 40 ℃, and ratio of water to oil was 2∶1; the optimal hydrolysis conditions of ADL were at pH 7.0, temperature 45 ℃, and ratio of water to oil was 2∶1.Under these conditions, the hydrolysis degree of lipase TL 100 and ADL at 30 h were (54.4 ± 3.2)% and (45.9 ± 1.5)%, respectively.The total contents of EPA and DHA in the concentrated acylglycerol were (54.9 ± 0.6)% and (51.0 ± 2.4)%, respectively.Furthermore, the hydrolysis by ADL can significantly reduce palmitic acid content and increase oleic acid content.Hydrolysis of tuna oil by selective lipases can modify the fatty acids distribution to prepare the lipid-modified concentrated acylglycerol, the content of ω-3 PUFAs in enzymatically concentrated tuna oil acylglycerol were significantly increased, while the oxidation stability was significantly decreased (< 0.05).

tuna oil; omega-3 polyunsaturated fatty acids; lipid modification; enzymatic hydrolysis; process optimization

TS225.24

A

1673-9159（2022）02-0104-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2022.02.013

2021-11-24

國家自然科學基金（32172252）；南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江）（ZJW-2019-06）；廣東普通高等學校海洋食品綠色加工技術研究團隊(2019KCXTD011)

禤俊勇(1998－)，男，碩士研究生，研究方向為海洋食品加工新技術。E-mail:couragegdou@163.com

夏秋瑜(1978－)，男，副研究員，研究方向為海洋脂質研發與穩定遞送。E-mail:qiuyuxia@163.com

禤俊勇，夏秋瑜，陳相權，等.選擇性脂肪酶水解金槍魚油制備改性水解甘油酯工藝優化[J].廣東海洋大學學報，2022，42（2）：104-111.

（責任編輯：劉嶺）