1、现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2012，Vo128，No1 一亚麻酸单甘酯的合成工艺研究 刘艳丰，黄惠华 (华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640) 摘要：在溶剂体系中，以亚麻籽油和甘油为反应底物，Lipozyme435为催化剂，制备富含 亚麻酸的单甘酯，采用单因素实验 与响应面分析法考察了制备过程中底物摩尔比、反应时间、油醇比、加酶量和反应温度对单甘酯得率的影响。结果表明，反应的最佳 条件为底物摩尔比(gS“I-油：甘油)=1：3，油醇比为3966，加酶量601wt，反应温度为5611，反应时间为1048 h。在此反 应条件下反
2、应所得产物中单甘酯含量约达711，经检验单甘酯中旺-亚麻酸的含量达5136。 关键词：)gS-I-油； 亚麻酸；单甘酯；甘油解；酶催化 文章篇号：16739078(2012)186-90 一- l l I 一 Lipase-cataiyzea synthesis oI monocyl2lVcerol nCn ln a-LinolenlC acid 一 l 1 l lrom Linseed Oil DV reSp0nse surtace methodologV LIu Yan-feng1lI ANG Huihua (College of Light Industry and Food Scien
3、ces，South China University of Technology，Guangzhou 5 1 0640，China) Abstract：Lipasecatalyzed synthesis ofmonoacylglycerol production between Linseed oil and glycerol in a solvent system by Lipozyme 435was studiedby response surfacemethodologyThe result showedthe optimalparameterswere asfollows：substr
4、atemolar ratio ofLinseed oil to glycerol 1：3，the t-butyl alcohol ratio 3966(oil to t-butylcohol，mr3，enzylTle dosage 601wt，reaction temperature 5611and reaction lime 1048hUnder the optimal conditionsmonoacylglyceml content could reach 711in the reaction product,and the content of a-linolenicacid reac
5、hed5136inthemonoacylglycero1 Key words：Linseed oil；a-Linolenic acid；monoacylglycerol；glycerolysis；lipase catalyze 单脂肪酸甘油酯(Monoglyceride，简称MG)又 称单甘酯，按照结构可分为C【单甘酯和B单甘酯，按 照脂肪酸组成又可分为饱和脂肪酸单甘酯和不饱和脂 肪酸单甘酯，它在天然油脂中存在但含量很低【1 J，因 此单甘酯产品几乎都为工业制备。单甘酯分子中既存 在疏水基团又存在亲水基团，具有优良的乳化性能， 是一种多元醇型非离子表面活性剂，能在水中形成稳 定的水合分散体，其
6、HLB值通常为23，但通过改变 组成单甘酯的脂肪酸碳链的长度和饱和性，可以调整 其HLB值【2J，单甘酯具有乳化、稳定、品质改良等多 种性能，已被广泛应用于食品、化妆品、医药、精细 化工、洗涤剂、塑料等工业中。单甘酯的合成研究始 于l9世纪中叶，但发展缓慢，直到2O世纪初才开始 工业化生产，当时生产的单甘酯纯度并不高3，一直 以来，单甘酯的研究生产对象主要为饱和脂肪酸单甘 酯，单十八烷酸丙三醇酯几乎成了单甘酯的代名词， 不饱和脂肪酸单甘酯的研究近来才得到发展，且发现 有时具有较饱和脂肪酸单甘酯更好的品质，如油酸单 甘酯与饱和酸单甘酯相比能更有效地降低溶液的表面 收稿13期：201 1o813
7、86 张力，乳化能力更好 ，亚麻酸脂肪酸单甘酯在食品 工业中应用时可以为人体补充人们普遍缺乏的亚麻 酸，还可以用为抗癌药物原料【5J。单甘酯的制备有化 学法和生物酶法两种，其中化学法又包括直接酯化法、 甘油解法和油脂水解法，目前单甘酯的大规模生产主 要通过化学方法，反应过程需要高温环境，导致能耗 很大且容易使不饱和脂肪酸降解，而酶法制备单甘酯 的酶催化剂具有一定的催化专一性且反应条件温和， 在制备不饱和脂肪酸单甘酯领域具有独特的优势，开 始探索将酶法应用于单甘酯的工业生产中【6】。 本研究拟采用固定化酶Lipozyme 435在溶剂体 系中催化亚麻籽油甘油解制备富含0c一亚麻酸的单甘 酯，通过
8、单因素与响应面法结合考察底物摩尔比(亚 麻籽油：甘油)、反应时间、油醇比、反应温度和加酶 量五个因素对单甘酯得率的影响优化反应条件，得到 含有大量 亚麻酸单甘酯的混合产物，为 亚麻酸单 甘酯的理论研究与工业应用提供依据。 1材料和方法 11实验材料 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2012，Vo128，No1 有机亚麻籽油 亚麻酸 56、不饱和脂肪酸 80)：河北欣奇典生物科技有限公司；Lipozyme 435：诺维信(中国)生物技术有限公司；正己烷、异 丙醇均为色谱纯：天津市科密欧化学试剂有限公司； 叔丁醇、甘油、石油醚、乙醚均为分析纯：国
9、药集团 化学试剂有限公司。 12实验仪器 JA1003电子分析天平；XW 80A漩涡混合器； THZC气浴恒温振荡器；TDL5-A台式离心机； UltiMate3000型液相色谱仪；WD一9403 1紫外分析仪， Agilent7890A气相色谱仪。 13实验方法 131酶促亚麻籽油甘油解制备单甘酯 按照摩尔比例精确称取一定量的亚麻籽油与甘油 至具塞三角瓶中，加入一定量的固定化脂肪酶 lipozyme 435与一定体积的叔丁醇，采用漩涡混合器 混合后放入温度随定、转速为200 rmin的气浴恒温振 荡器中反应一段时间，然后将反应混合物经3000 rmin离心2 min，收集上层清液，减压蒸馏除
10、去叔丁 醇溶剂后离心，取上层油液进行检测。 132 HPLCRID法测定甘油酯组成【7J 液相色谱条件为检测器：RI101 Shodex示差折光 检测器；色谱柱：Luna Silica(2)硅胶色谱柱250460 mill；流动相：正己烷异丙醇为16：1(rv)：流速：10 mLmin；柱箱温度：35；检测器温度：35；进 样量：10 。样品中甘油二酯、甘油三酯、单甘酯的 色谱峰与亚麻籽油、甘油二酯与单甘酯对照品的保留 时间范围及薄层色谱分析鉴定结果来判断。某种甘油 酯的含量表示为该种甘油酯的峰面积占总的甘油酯峰 面积的百分比。 1_3-3反应产物中单甘酯含量【7J 计算采用面积归一化法。 单
11、甘酯含量()= xl00 其中，甘油酯总百分量()为除脂肪酸外的甘油三酯、 甘油二酯和单甘酯百分量的总和，单甘酯百“-Ir()为合成 产物中单甘酯的百分含量。 134脂肪酸组成分析 取少量产物油50 加入50 异丙醇溶解，点 样于硅胶板进行薄层色谱分析，展开剂为石油醚：乙醚： 乙酸(80：20：2，VVV)。用022,7二氯荧光黄的甲 醇溶液喷涂后置于紫外灯下观察，最后刮下单甘酯带 的硅胶，放入50 mL圆底烧瓶中，加入一定量的2 的H2SO4甲醇溶液，密封置于70-80水浴回流反 应一定时间，冷却后加入2 mL正己烷，振摇促进甲 酯化样品溶解，然后倒入一定量的饱和NaC1溶液升 至瓶口，吸取
12、正己烷层离心，取上层清液过无水硫酸 钠柱得到脂肪酸甲酯，进行气相色谱分析 羽。气相色 谱条件参考覃小丽等 们。 2结果与分析 21单因素实验结果分析 211底物摩尔比对单甘酯含量的影响 根据131中所示方法，分别按照底物摩尔比(亚 麻籽油甘油)为1：1、1：3、1：5、l：7和1：9，油醇比为 40，反应温度为50，加酶量为底物的5wt，反 应时间为3 h的条件进行反应，实验结果如图l所示。 底物厚尔比lf亚麻籽油：甘油) 图1反应底物摩尔比对单甘酯含量的影响 Fig1 Effect of substrate molar ratio on monoglyceride content 由图1可知
13、，给定条件下反应产物中单甘酯的含 量随着底物摩尔比(亚麻籽油甘油)的升高先升高， 在1：3后变化缓慢，当比例超过1：7后，单甘酯含量 又开始降低，综合考虑到单甘酯含量与甘油添加量对 反应最终产品后续处理的影响，底物摩尔比最适宜比 例约为1：3。 212反应时间对单甘酯含量的影响 根据131中所示方法，按照底物摩尔比(亚麻籽 油_fj油)为1：3，油醇比为40，反应温度为50， 加酶量为底物的5 wt，反应时间分别为3 h、5 h、7 h、9h、1l h的条件进行反应，实验结果如图2所示。 3 5 7 9 l1 反应时间h 图2反应时间对单甘酯含量的影响 Fig2 Effect of react
14、ion time on monoglyceride content 螂钟龌#斟 捌扣避#斟 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2012，Vo128，No1 由图2可知，给定条件下反应产物中单甘酯的含 量随着反应时间的延长而逐渐增加，当超过5 h时， 单甘的含量增幅逐渐减小，因此，反应时间控制在 5-11 h较为适宜。 21_3油醇比对单甘酯含量的影响 根据131中所示方法，按照底物摩尔比(亚麻籽 油甘油)为1：3，反应时间为5h，反应温度为50， 加酶量为底物的5 wt，油醇比分别为20、40、 60、80、1o0的条件进行反应，结果如图3所示
15、。 亚麻籽油：叔醇 ll价9 图3油醇比对单甘酯含量的影响 Fig3 Effect ofoil and t-butyl alcohol ratio on monoglyceride content 由图3可知，给定条件下反应产物中单甘酯的含 量首先随着油醇比的增加而逐渐增加，当增加到一定 程度后，单甘的含量逐渐减小，可能的原因为溶剂增 多，整体体积增加，亚麻油与甘油浓度均降低，减小 了反应机率，综合考虑单甘酯含量与反应结束后利于 溶剂去除，应将油醇比控制在40左右。 214反应温度对单甘酯含量的影响 根据131中所示方法，按照底物摩尔比(亚麻籽 油甘油)为1：3，油醇比为40，加酶量为底物的5
16、 wt，反应时间5h，反应温度分别为40、45、 50、55、6O的条件进行反应，实验结果如图 4所示。 鋈 哿 血 ：昧 88 反应温度 图4反应温度对单甘酯含量的影响 ng4 Effect ofreaction temperature on monoglyceride content 由图4可知，给定条件下反应产物中单甘酯的含 量随着温度的增加而增大，当超过50时，单甘酯 含量随着温度升高而增加的速度放缓，因此适宜的反 应温度控制范围为5060。 215加酶量对单甘酯含量的影响 根据131中所示方法，按照底物摩尔比(亚麻籽 油甘油)为1：3，油醇比为40，反应时间为5h，反 应温度为55，
17、加酶量分别为底物的3 wt、5 wt、 7wto、9wt和11 wt的条件进行反应，实验结果如 图5所示。 加酶量 图5加酶量对单甘酯含量的影响 Fig5 Effect ofenzyme load on monoglyceride content 由图5可知，给定条件下反应产物中单甘酯的含 量随着加酶量的变化先增大后减小，然后趋于平衡， 综合考虑产物单甘酯含量与酶成本问题，将加酶量控 制在3wt9wt范围内。 22响应面设计 在单因素考察底物比、油醇比、反应时间、加酶 量和反应温度基础上，选择对反应产物中单甘酯含量 影响较大的反应时间、反应温度、油醇比和加酶量四 个因素运用Design Exp
18、ert 71进行响应面设计，以单 甘酯含量为依据优化反应条件。根据各因素单因素试 验的结果和Lipozyme 435的反应推荐温度 (40-450)，设计试验因素编码及水平见表1。 表1响应面设计因素与水平表 T丑l，le 1 variables and levels in Box-Behnkcn experiment design 2-3响应面试验优化亚麻酸单甘酯制备条件 231响应面实验结果 实验结果见表2。 删如避扭斟 喇如龃扭斟 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2012，Vo128，No1 表2亚麻酸单甘酯制备响应曲面试验结果 1jI
19、bIe 2 Box-Behnken experiment design and corresponding experimental values of monoglyceride content 232模型评价 采用Design-Expert 7对表2的实验结果进行分析 得到回归方程、响应面图(图5图8)和方差分析表 (见表3)。由图可以看出各因素对响应值的影响变 化趋势，且回归模型存在最大值，说明各个因素都有 一个最适合的值。单甘酯含量回归模型p(ProbF) 005，影响不显著，说明模型拟合程度良好，该模型 成功有效，实验误差小。一次项A，B，C以及二次项 AC，B2,C2和D2的P值小
20、于005，十分显著。优化后 的回归方程为； 单甘酯含量()=7114+239A+160B+269C+ 128D一013AB一325AC155AD12OBC+O18BD一05OC D146A2339B2-793C2-630D2 决定系数R2为9099，校正决定系数是08197， 说明该模型能解释8197响应值变化，1803的变异 不能用此模型解释，说明回归方程的拟合度较好，能 真实反映数据结果。 图6反应温度、反应时间、油醇比与加酶量四因素相互间的交 互影响 Fig6Responsesurfaceandcontourplotsfortheinteractive effect ofreaction
21、 temperature，reaction time，oil-t-butyl alcohol ratio and enzyme l0ad on monoglyceride content 表3方差分析表 Table3 Analysis ofvariance table for monoglyceride contents 23-3最优解决方案 利用回归方程确定最佳单甘酯制备条件，最佳条 件为：反应温度5611，油醇比为3966，时间 l048 h，加酶量为底物的601 wt。采用上述优化工 艺参数进行亚麻籽油甘油酯制备富含Q亚麻酸的单 甘酯。在此条件下进行重复试验，单甘酯的平均含量 达到711
22、，与预测值723相比，其相对误差为 028，这说明实验模式合理。 24亚麻籽油与甘油二酯脂肪酸组成分析 假定总脂肪酸含量为100时，亚麻籽油及其产物 单甘酯的主要脂肪酸组成如表4所示。 由表4可以看出，亚麻籽油以及产物单甘酯中主 要含有C16：0、C18：0、C18：1、C18：2、C18：3n-6和C18：3 89 m枷鲫鲫 伽 盹 伽鲫 ， m珊肿哪鲫刚 舯 现代食品科技 MoUrn Food Science and Technology 2012，Vo128，No1 六种脂肪酸，其总量占到总脂肪酸的98以上，制备 获得的单甘酯不饱和脂肪酸含量为8938，其中亚麻 酸含量高达5136。 表
23、4亚麻籽油及产物的脂肪酸组成 Table 4 Fatty acid composons ofLinseed 0il and s monoglyceride 3结论 采用响应曲面优化方法得到了在叔丁醇溶剂体系 下，Lipozyme435酶法催化亚麻籽油甘油解制备甘油 二酯的最佳工艺，在各因素方差分析中表明在考察的 范围内，反应时间，油醇比，反应温度三个因素对单 甘酯生成量有显著影响，其中反应时间与油醇比间的 交互作用对单甘酯的得率影响达到显著水平，在底物 摩尔比为1：3，反应温度5611，时间1048 h，加 酶量为底物的6O1 wt的最优工艺下反应产物中的单 甘酯得率达711，a亚麻酸的含量达
24、5136。 参考文献 王弘，侯建中，陈世忠，等松果菊挥发油的化学成分研究【J】 中国中医药信息杂志，2002，9(5)：42-43 刘燕，刘钟栋，孙晓霞，等单甘酯的研究进展【J粮油加工， 2009，2：56-58 谷玉杰，吕剑合成单脂肪酸甘油酯的进展J应用化工， 2001，30(6)：6-13 倪永全，杜志云，黄旭东不饱和酸单甘酯的研制J】无锡轻 工大学学报，1995，14(2)：143148 高波，滕利荣，孟庆繁，等固定化脂肪酶催化合成a亚麻酸 单甘油酯的方法中国：200710055632 2007，10：24 孔明，杨博，姚汝华脂肪酶催化合成单甘酯的研究进展叨 中国油脂，2008，23(7
25、)：11-14 朱启思有机溶剂体系中酶法合成单油酸甘油酯的工艺研 究D】广州：华南理工大学，2010 张超，胡蒋宁，范亚苇，等响应面法优化酶催化紫苏籽油合 成富含 亚麻酸甘油二酯的工艺条件J】中国农业科学， 2011，445)：1006-1014 纪丽丽，宋文东，刘建秀红树林植物露兜中挥发油和脂肪 酸的测定J】现代食品科技，2008,24(6)：588592 覃小丽，杨博，王永华人初乳脂肪酸组成及sn-2位脂肪酸 分布的研究J食品工业科技，2010，31(5)：8188 (1-接第85页) 度，制成凝胶强度适中，容易破碎的凝胶体，避免儿 童吃果冻伤亡事件的发生，提高产品的安全性。(5) 采用合
26、理的生产工艺，简化其生产流程，扩大其生产 的适应性，提高产品的保质期。 参考文献 1】 刘秉杰风味酸奶布丁的研制J食品工业，2003，3：49-51 2 黄巍峰，周雪松，等一种酸性奶冻食品及其制备方法【I中 国专利：2oo8100259237 3】 张燕果胶在发酵酸性乳饮料中的应用J食品与发酵工 业，2002，2：45-47 4 金嫘，李新华，张季营养果味牛奶果冻的研制J】保鲜与加工， 2006，2：46-47 5】 胡国华，翟瑞文百合果冻的研制J】西部粮油科技，2002，3： 2224 6】 赵凯，赵冠里，缪铭1氐热量果冻的开发研究J】食品工业科 技，2007，7(25)：8590 7 占剑
27、峰营养保健型莲藕果冻的研制(J食品研究与开发， 2006，11(27)：123-124 8】 杨舒雅，赵亚萍，刘战洪，等复合磷酸盐在乳制品加工中的应 用J】磷酸盐工业，2007，4：810 99 贾建波含有活性乳酸菌的银耳果冻研制【J中国乳品工业， 1996，24(5)：13-15 10】张雁显齿蛇葡萄保健果冻的研制【J食品科技，2002，7：22 23 11】莫海珍，张浩，黄山乳酸发酵仙人掌果冻工艺研究J】安徽 农业科学，2006，34(15)：37853786 12曾建新，司卫丽，陈毓滢，等均质条件对双蛋白活性乳酸菌 饮料稳定性的影响J】现代食品科技，2008，24(6)：555557 叭 嘲 嘲 网
