CN109007239A - 一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用脂肪酶催化桑籽油和α‑亚麻酸制备配比型结构脂质的方法。以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，采用常规反应器和微反应器制备。常规反应器中，桑籽油与亚麻酸混合质量比为1:1‑1:15，反应温度20‑80℃，脂肪酶占反应体系的质量比例为1‑10％。微反应器中，桑籽油与亚麻酸混合质量比为1:1‑1:15，反应温度为20‑80℃，流速为1‑30μL/min，脂肪酶固定量。本技术可以高效制备低比例的ω‑6与ω‑3多不饱和脂肪酸的结构脂质，可以降低当前人们日常饮食两种脂肪酸比例极高所带来的患病风险，同时有利于蚕桑资源的精深加工和高值化利用。
Description
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法。
背景技术
现有技术：不饱和脂肪酸是构成体内脂肪的一种脂肪酸，人体不可缺少的脂肪酸。不饱和脂肪酸根据双键个数的不同，分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸二种。食物脂肪中，单不饱和脂肪酸有油酸等，多不饱和脂肪酸有亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。人体不能合成亚油酸和亚麻酸，必须从膳食中补充。根据双键的位置及功能又将多不饱和脂肪酸分为ω-6系列和ω-3系列。亚油酸和花生四烯酸属ω-6系列，亚麻酸、DHA、EPA属ω-3系列。WHO和FAO提出膳食中ω-6：ω-3脂肪酸的合适比例为(5-10)：1，但是研究发现比例不同对不同疾病有益。大量流行病学资料显示，饮食中ω6：ω3脂肪酸比例过高与某些疾病的高发密切相关，如：冠心病、糖尿病、乳腺癌等；例如，老年人饮食中ω6：ω3≤4：1可降低胆固醇和低密度脂蛋白，以及清理血管；当不饱和脂肪酸ω-6：ω-3＝2.5：1时，可减少结肠直肠癌患者的直肠细胞增殖；当不饱和脂肪酸ω-6：ω-3＝2-3：1时可对风湿性关节炎患者体内的炎症产生抑制作用(Nat Prod Res Dev 2014，26:626-631，479)。由于时下饮食习惯影响，人体内ω-6与ω-3比值高至(20-30):1，这也是各种重大疾病频发的原因之一，为了降低人体ω-6型不饱和脂肪酸含量，调节体内ω-6与ω-3比值，本专利制备ω-6与ω-3比值接近1:1的结构脂质。大量研究也表明健康的脂肪酸比例接近1:1。
(1)专利US8957110B2公开了可以有效治疗眼疾的、由ω-6和ω-3不饱和脂肪酸组成的人工眼泪，在此专利中提到ω-6和ω-3的完美比例是1:1；(2)专利WO2012145339用ω-6至ω-3平衡油补充食物，其包含至少两种油的协同混合物；该组合物还包含长链ω-3油的协同混合物作为进一步提高营养价值的手段，该组合物在营养和饮食系统中提供治疗和增加有效的药理学性质。综上，利用脂肪酸含量有差异的油脂制备配比型结构脂质可应用到很多领域中，也是当今热门话题之一。
桑籽是桑椹汁的一种农业残留物，具有很高的营养价值。在桑椹种子中，有33.4％的油，25％的粗蛋白，19.9％的氨基酸和5.71％的必需氨基酸。桑籽油是一种在低温下从桑椹种子中提取的深棕色脂肪，其不饱和脂肪酸含量占总脂肪酸的81.2％，而必需脂肪酸亚油酸含量高达69.93％，具有较高的经济价值和营养价值(Applied BiologicalChemistry，2013，56(6):655-660)。但桑籽油不含α-亚麻酸。蚕蛹油是从蚕蛹中提取的，含有多种高级脂肪酸甘油酯混合物，呈黄色至红色透明油性液体。蚕蛹油含有80％以上的不饱和脂肪酸，其中的主要成分是α-亚麻酸、油酸等。在本研究中，利用桑椹籽油和蚕蛹油为原料，采用桑籽油和蚕蛹油制备了一种新的结构脂质比。这些原料的使用不仅能给农民带来良好的经济效益，而且还能提高桑树种子的效率和蚕桑资源的综合效益。
即用型食品(Ready-to-use therapeutic foods,RUTFs)是在资源有限的环境中为患有严重急性营养不良的幼儿提供救命治疗的关键组成部分(BMC Medicine,2015,13:117-121)，平衡膳食中的ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸(PUFA)在神经认知和免疫发育中的作用越来越受到认可，使用高油酸花生补充口服给予ω-3DHA或减少RUTFω-6亚油酸，改善DHA状态，增加RUTF中的ω-3α-亚麻酸含量；亚油酸(ω-6)和亚麻酸(ω-3)是必需脂肪酸，因为它们不能由人类或其他高等动物合成(Life Science，2018,203:255-267)，在人体中，这些脂肪酸产生在调节中发挥关键作用的花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸在身体内的稳态。这些脂肪酸的类花生酸是局部作用的生物活性信号脂质，同时也调节多种内稳态过程。一般来说，花生四烯酸产生促炎性类花生酸类，而二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸产生抗炎类花生酸类。因此，按比例增加的ω-3PUFA的摄入量可以保护我们免受炎症性疾病，癌症，心血管疾病和其他慢性疾病的侵害。因此本专利创新的从饮食源头致力于让人们摄入高含量ω-3α-亚麻酸，改善人们身体健康状态。
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术中所述的不足，本发明提供了一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，降低ω-6系列多不饱和脂肪酸比例，有利于人体健康。
技术方案：一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，步骤为：以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，将α-亚麻酸与桑籽油混合进行酶法酯交换反应，所述桑籽油与α-亚麻酸混合质量比为1:1-1:15；反应温度20-80℃；脂肪酶占反应体系的质量比例为1％-10％，反应时间2h-30h，酯交换反应后得到的油脂即为结构脂质。
优选的，上述桑籽油与α-亚麻酸质量比为1:5。
优选的，上述反应温度为50℃。
一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，采用微反应器制备，其中桑籽油与α-亚麻酸的混合物于注射器中，经流动泵以1-30μL/min的流速推出液体。
上述桑籽油来源于桑葚籽。
有益效果：利用桑籽和蚕蛹制备桑籽油和亚麻酸原料制备配比型结构脂质的过程，大大提高了蚕桑资源的利用率，不仅节约资源，提高了农民收益，同时对合成有益人体健康结构脂质的初步探索提供丰富原材料，制备的配比型结构脂质其多不饱和脂肪酸比例就是指ω-6：ω-3比例接近1:1；亚麻酸含量高；可调节体内不饱和脂肪酸比例，提高免疫力，对大多数慢性疾病和癌症有着治疗与缓解作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明中α-亚麻酸的制备：蚕蛹油中提取α-亚麻酸，按照发明专利ZL201110343010.1“一种基于可逆反应的组合络合分离蚕蛹油中不饱和脂肪酸的方法”富集。
本发明实施例中使用检测脂肪酸定性定量的测定方法为高效气相色谱法，条件为：Agilent 6820气相色谱仪，色谱柱型号HP-INNOWAX长度为30m，内径为0.25μm，采用梯度升温方式，初始温度80℃，柱箱最高温度250℃，后检测器最高温度280℃，总计25min，进样量为1μL。
其中，高效气相色谱检测到四种脂肪酸，其中包括棕榈酸、油酸、亚麻酸和亚油酸。脂肪酸含量计算方法为:
总脂肪酸含量＝∑(脂肪酸峰面积*对应响应因子)
实施例1
本实施例说明常规反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸2.78g(混合质量比1:1)，加入0.1147g(1％底物重)Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为20℃，反应时间为24h。反应每4h进行一次取样，共取样六次。
反应结束后，在之前取出的样品中取出150μL置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 6.7±0.6 |
| C18:1 | 6.8±0.4 |
| C18:2 | 85.6±0.3 |
| C18:3 | 0.9±0.1 |
在实施例1条件下反应，亚麻酸结合率极低，ω-6与ω-3的比值没有达到1:1。
实施例2
本实施例说明常规反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸19.46g(混合质量比1:7)，加入1.9705g(7％底物重)Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为60℃，反应时间为24h。反应每4h进行一次取样，共取样六次。
反应结束后，在之前取出的样品中取出150μL置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 5.1±0.4 |
| C18:1 | 5.2±0.6 |
| C18:2 | 53.1±0.3 |
| C18:3 | 38.6±0.2 |
在实施例2条件下反应，亚麻酸结合率增加，ω-6与ω-3的比值为1.37，接近比值1:1，从检测结果可看出：ω-3型不饱和脂肪酸含量明显增加。在实施例2条件下进行的反应，底物比为1:7，添加酶量7％底物重，反应温度为60℃；我们得到了ω-6与ω-3的比值接近1:1的结构脂质，得到此结果是所有反应条件共同作用的结果，是三个影响因素协同增效的结果。因单一的改变其中一个因素是很难达到预期效果的，而且难度很大。
实施例3
本实施例说明常规反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸41.7g(混合质量比1:15)，加入5.039g(10％底物重)Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为80℃，反应时间为24h。反应每4h进行一次取样，共取样六次。
反应结束后，在之前取出的样品中取出150μL置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸相对含量 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 4.8±0.9 |
| C18:1 | 5.7±0.7 |
| C18:2 | 65.9±0.3 |
| C18:3 | 23.6±0.6 |
在实施例2条件下反应，亚麻酸结合率增加，但ω-6与ω-3的比值为2.79，与比值1:1还有一定差距，但ω-3型不饱和脂肪酸含量有增加。
实施例4
本实施例说明微反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸2.78g(混合质量比1:1)，加入100mg Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为80℃，流速设置为1μL/min，微反应器接样达150μL时，可在操作界面调至下一实验流速。接取的150μL样品置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 5.8±0.1 |
| C18:1 | 5.9±0.3 |
| C18:2 | 84.8±0.2 |
| C18:3 | 3.5±0.4 |
在实施例4条件下反应，亚麻酸结合率极低，ω-6与ω-3的比值没有达到1:1。
实施例5
本实施例说明微反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸13.90g(混合质量比1:5)，加入100mg Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为50℃，流速设置为2μL/min，微反应器接样达150μL时，可在操作界面调至下一实验流速。接取的150μL样品置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 4.8±0.8 |
| C18:1 | 6.2±0.6 |
| C18:2 | 47±0.5 |
| C18:3 | 42±0.3 |
在实施例5条件下反应，亚麻酸结合率增加，ω-6与ω-3的比值为1.11，接近比值1:1，从检测结果可看出：ω-3型不饱和脂肪酸含量明显增加。在实施例5条件下进行的反应，底物比为1:5，反应温度为50℃；我们得到了ω-6与ω-3的比值接近1:1的结构脂质，得到此结果是所有反应条件共同作用的结果，是三个影响因素协同增效的结果。与常规反应器比较，微反应器底物比更低，酶量减少，反应充分，具有更佳底物亲和力。
实施例6
本实施例说明微反应器中以脂肪酶催化桑籽油与α-亚麻酸制备配比型结构脂质的过程。
桑籽油8.69g和精制的α-亚麻酸41.70g(混合质量比1:15)，加入100mg Sn1-3位特异性脂肪酶Lipozyme RM IM，反应温度为80℃，流速设置为30μL/min，微反应器接样达150μL时，可在操作界面调至下一实验流速。接取的150μL样品置于10mL离心管中，加入2mL0.5mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液和1.5mL正己烷，保鲜膜封口，在60℃水浴锅中反应60min，之后将蒸馏水至9mL，置于10000rpm条件下离心5min，分层后取上层清液进行气象色谱检测。
检测结果如下：
| 脂肪酸 | 脂肪酸相对含量 |
| C16:0 | 5.2±0.3 |
| C18:1 | 6.7±0.5 |
| C18:2 | 63.8±0.4 |
| C18:3 | 24.3±0.1 |
在实施例6条件下反应，亚麻酸结合率增加，ω-6与ω-3的比值为2.63，与比值1:1还有一定差距，但ω-3型不饱和脂肪酸含量有增加。
注：桑籽油中也含有极少量的C18:0脂肪酸，有些实验反应条件并未检测到C18:0型脂肪酸，因此将其含量忽略不计。
Claims (5)
1.一种利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，其特征在于步骤为：以脂肪酶Lipozyme RM IM为催化剂，将α-亚麻酸与桑籽油混合进行酶法酯交换反应，所述桑籽油与α-亚麻酸混合质量比为1:1-1:15；反应温度20-80℃；脂肪酶占反应体系的质量比例为1%-10%，反应时间2h-30h，酯交换反应后得到的油脂即为结构脂质。
2.根据权利要求1所述利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，其特征在于所述桑籽油与α-亚麻酸质量比为1:5。
3. 根据权利要求1所述利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，其特征在于所述反应温度为50 ℃。
4. 根据权利要求1所述利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，其特征在于采用微反应器制备，其中桑籽油与α-亚麻酸的混合物于注射器中，经流动泵以1-30 μL/min的流速推出液体。
5.根据权利要求1所述利用脂肪酶催化桑籽油和α-亚麻酸制备配比型结构脂质的方法，其特征在于所述桑籽油来源于桑葚籽。
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