脂肪酶催化猪油酸解制备功能性脂的研究

摘要

我国有丰富的猪油资源，但其并未得到充分的利用。为了提高猪油的利用价值和营养价值，本文通过非水介质中脂肪酶催化的酸解反应对猪油进行了改性，目的是向猪油甘油酯中引入新的功能性脂肪酸(中链脂肪酸和共轭亚油酸)，以降低猪油的熔点和热能值，并赋予其新的功能，使其成为一种有利于人体健康的功能性油脂。 首先建立了一种高效液相色谱法分析猪油中脂肪酸组成及其位置分布的方法。采用sn-1，3位置专一性脂肪酶对甘油三酯sn-1，3位上的脂肪酸进行水解，形成sn-2甘油单酯和游离脂肪酸；之后，通过甘油三酯中脂肪酸总含量和sn-1，3位上脂肪酸含量之间的差值计算出sn-2位上的脂肪酸含量。利用2-溴苯乙酮仅同游离脂肪酸作用的特点，将脂肪酸转化为脂肪酸苯乙酰酯，然后进行HPLC分析。结果表明，HPLC法可以对猪油中的脂肪酸组成及其位置分布进行有效的测定，其测定结果同传统气相色谱法相一致。 研究了微水有机溶剂与无溶剂体系中脂肪酶催化猪油与辛酸的酸解反应。在所选用的5种脂肪酶中，固定化脂肪酶LipozymeTLIM的催化效果最好。探讨了加酶量、反应时间、反应温度、底物比率和水分添加量对反应的影响以及酶的稳定性。最终确定了两种体现中辛酸插入率的反应条件为：固定化酶LipozymeTLIM作为催化剂，酶量10～15％，底物比率1∶2(猪油/辛酸)，反应温度50～60℃，反应时间24h，水分添加量0～10％(正己烷中)和0～2.5％(无溶剂体系中)。在这两种反应体系中，猪油中辛酸插入率分别达到了34.89±1.68mol％和32.40±2.60mol％。 在上述单因子实验基础之上，通过响应曲面法对正己烷体系中猪油与辛酸酸解反应的条件进行了优化。通过逐步回归分析，建立了辛酸插入率和反应时间、温度、酶量、底物比率以及水分添加量的二次多项式数学模型，并利用统计学方法和实证实验对该模型进行了显著性检验和有效性验证。最终获得了辛酸插入率的最佳反应条件，即酶量16％，反应时间36h，反应温度56℃，底物比率3.8，水分添加量为5％。此时所获得辛酸插入率的实验值为50.5mol％，证明了实验值与预测值之间的高度相关性，也表明这一模型在所确定的因子水平范围之内是合适有效的。 在响应曲面优化结果基础之上，进行了放大实验，并对相应的产物采用酸碱中和法进行了纯化，通过薄层层析法(TLC)对之纯化结果进行了鉴定。对改性猪油甘油酯的理化性质进行了评定。改性猪油甘油酯的热量比天然猪油降低了20％左右，皂化值比天然猪油提高了约34％，碘值比天然猪油降低了10.7，熔点降低了5.4℃，这些都证明辛酸已成功插入到猪油甘油三酯中。 为了确定LipozymeTLIM对于不同链长的同类脂肪酸(中链脂肪酸)是否具有选择性，本章研究了有机溶剂体系中酶法酸解猪油与癸酸制备功能性脂，并探讨了加酶量、有机溶剂、底物比率、反应时间、反应温度和水分添加量对癸酸插入率的影响。5～15％的加酶量比较适宜。LogP(表示有机溶剂的极性)＞2的有机溶剂适合于作为猪油与癸酸酶法酸解反应的反应介质。反应进行到24h时，癸酸插入率达到最高(37.52％)。癸酸/猪油摩尔比率为2∶1，反应温度为50～60℃时，癸酸插入率比较理想。反应体系中水分添加量为0～10％时比较适宜。所有因子对反应的影响同猪油与辛酸的酸解反应中的结果一致，表明LipozymeTLIM对于辛酸与癸酸的催化作用没有区别，不存在选择性。 大量动物实验表明，共轭亚油酸(CLA)具有降低脂肪，降低能量摄入量的作用。因此，我们进行了无溶剂体系中脂肪酶催化猪油酸解富集共轭亚油酸的研究。所选用5中脂肪酶中，固定化脂肪酶LipozymeTLIM是最有效的催化剂。 利用响应曲面法中的五水平四因子全因子中心组合设计对反应体系进行优化。优化因子包括酶量、反应时间、反应温度和底物比率。通过多元回归和逆向消除法获得一个良好的二次多项式数学模型。底物比率对CLA插入率影响最大，其次是酶量和反应温度。反应时间对CLA插入率没有显著效应。反应温度与底物比率、酶量与底物比率之间分别存在互作效应。采用统计学方法对二次回归方程进行解析，获得最佳的反应条件为：20％酶量，猪油/CLA4∶1，反应温度55℃，反应时间8～12h。在此条件下所获得的CLA插入率与模型所得预测值非常一致。改性后，猪油中C18∶1、C18∶2和C18∶0分别降低了32.7±0.01％，24.24±0.01％和17.46±0.01％。sn-2位脂肪酸组成分析表明有轻度的酰基转移发生。改性猪油熔点比天然猪油降低了8.42℃。

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文摘

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第1章酶法生产结构脂质的研究进展

第2章高效液相色谱法测定猪油中脂肪酸组成及其位置分布

第3章有机溶剂与无溶剂体系中脂肪酶催化猪油与辛酸酸解

第4章酶法酸解猪油与辛酸反应条件的优化及产物理化性质的测定

第5章有机溶剂体系中脂肪酶催化猪油与癸酸酸解

第6章猪油中酶法富集共轭亚油酸(CLA)的研究

全文结论

论文创新

致 谢

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