CN116287035A - 一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法 - Google Patents
一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，以通过环氧基树脂为载体固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶为催化剂，以棕榈硬脂和高油酸植物油为原料，经酶促酯交换反应制备人造奶油基料油。本发明旨在提供一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，制备零反式、低饱和(＜40％)人造奶油，且克服催化剂载体缺陷，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工领域，具体的说是一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法。
背景技术
人造奶油，又称人造黄油，是一种W/0型的可塑性油脂产品，其中80％以上为脂肪。自1869首次发明并进行生产，得以替代当时价格昂贵且供应紧缺的黄油。随着中西方文化的交流与融合，饮食习惯的改变，人造奶油等专用油脂制品已经占有了很大的消费市场。市售的人造奶油产品，其基料油多采用氢化反应制得，因而反式脂肪酸和饱和脂肪酸含量均较高。有研究表明，膳食中的反式脂肪酸(TFA)每增加2％，人们患心脑血管疾病的风险就会上升25％，并可能引发老年痴呆症。研究发现，因TFA引起心血管疾病、并且死于心血管疾病的人数在全球多达50万以上。另外，膳食中饱和脂肪酸(SFA)是使血清胆固醇升高的主要脂肪酸，膳食SFA摄入量明显影响血脂水平，从而增加患心血管疾病的危险。
因此，随着大众对于饮食健康的重视。我国法规(GB 28050-2011)要求在食品标签上注明TFA的含量。在《中国居民膳食指南》(2021版)中指出，成年人每日TFA摄入量不超过2g。世界卫生组织(WHO)也于2018年5月14日发布“取代”行动指导方案，计划在2023年之前彻底清除全球食品供应链中使用的人造反式脂肪。并且世界卫生组织(WHO)推荐膳食中SFA提供的能量应低于膳食总能量的10％。但是，目前市售人造奶油/起酥油基料油多以分提棕榈油、牛油和大豆油为原料油制得，产品中SFA＞50％，非常不利于人体健康。
为解决人造奶油中反式脂肪酸和饱和脂肪酸高的问题，工业上常用的是化学酯交换法。化学酯交换一般采用金属醇化物(如甲醇钠)作为催化剂，该方法具有催化剂用量少，生产成本低，工艺技术较为成熟等优点。CN101326941A公开了利用甲醇钠为催化剂，催化一级大豆油和极度氢化大豆油，或一级菜籽油和极度氢化菜籽油酯交换制备具有不同熔点和固体脂肪特征的低/零反式脂肪酸基料油。但该方法反应温度较高，容易破坏油脂中的有益活性成分，对原料要求苛刻，副产物较多且不易分离，后续处理繁琐，污染环境等问题。
为了解决化学法中的这些问题，人们对酶法酯交换技术用于制造人造奶油和起酥油进行大量的研究。CN201410078987.9公开利用固定化脂肪酶TLIM酯交换制备零反式茶油基人造奶油基料油的方法。酶法酯交换具有原料选择性低、反应条件温和、后处理简单、无污染物排放、副产物甘油易分离等优点。目前常用于酯交换制备人造奶油/起酥油基料油的脂肪酶多为固定化脂肪酶Lipozyme TLIM和Novozym 435等。Lipozyme TLIM的固定化载体是硅胶，硅胶易吸收油脂中的水分，且在搅拌过程中容易被打碎，使反应体系成糊状，不易分离，造成产物损耗过多，本发明所使用的固定化载体为环氧基树脂，可以很好的克服这一问题；而Novozym 435在高温下催化活性较高，同样容易破坏油脂中的有益活性成分。并且由于它们价格昂贵，生产成本较高，酶法酯交换技术制备专用脂质工业应用规模并不大。
发明内容
本发明旨在提供一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，制备零反式、低饱和(＜40％)人造奶油，且克服催化剂载体缺陷，降低生产成本。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，以通过环氧基树脂为载体固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶为催化剂，以棕榈硬脂和高油酸植物油为原料，经酶促酯交换反应制备人造奶油基料油。
优选的，包括以下步骤：
1)、将毕赤酵母菌脂肪酶液、磷酸盐缓冲液和环氧基树脂混合，于恒温条件下震荡；震荡后分离出经环氧基树脂固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶，经磷酸盐缓冲液洗涤至检测不到酶蛋白后即制得固定化毕赤酵母菌脂肪酶；
2)、将高油酸植物油、棕榈硬脂混合以及步骤1)中所制备的固定化毕赤酵母菌脂肪酶混合并进行酶促酯交换反应，反应温度为45-65℃，反应时间为10-60min，酶促酯交换反应结束后产物先将固定化毕赤酵母菌脂肪酶分离后，余物经提纯即制得人造奶油基料油。
优选的，步骤1)中的磷酸盐缓冲液为磷酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸钠中的一种或多种。
优选的，步骤1)中的磷酸盐缓冲液为磷酸氢二钠和磷酸二氢钠。
优选的，步骤1)中的环氧基树脂为LX-1000EP、ES-103、LX-1000EA、ESR-2的一种或多种。
优选的，步骤1)中的环氧基树脂为ES-108。
优选的，步骤1)中在恒温水浴振荡器中进行震荡操作，于恒温水浴振荡器设置为25℃，120rpm。
优选的，步骤2)中固定化毕赤酵母菌脂肪酶的添加量为棕榈硬脂和高油酸植物油总质量的12-20％。
优选的，步骤2)中棕榈硬脂和高油酸植物油的质量比为0.8-1.1：1。
优选的，高油酸植物油为大豆油、高油酸葵花籽油、茶籽油、橄榄油、玉米油、和高油酸花生油中的一种或多种。
本发明确立了一种经济高效的固定化脂肪酶，优化了酶促反应工艺，制备出零反式/低饱和(＜40％)人造奶油/起酥油基料油；该基料油主要晶型为β'型，熔点范围为35℃～46℃、35℃SFC范围为2％～9％、25℃SFC范围为11％～27％、5℃SFC范围为26％～37％，酯交换产物晶体尺寸更小，符合人造奶油/起酥油基料油的要求，并且在产物中未检测出反式脂肪酸(TFA)，饱和脂肪酸(SFA)含量为34％～36％，小于40％，为人造奶油、起酥油的基料油向营养健康方向发展奠定基础，有利于我国专用油脂产业的发展。
本发明使用新型廉价的固定化毕赤酵母菌脂肪酶,能够有效降低生产成本，有利于扩大酶法制备食品专用油脂应用规模；本发明使用的高油酸葵花籽油含有90％以上的不饱和脂肪酸，其中油酸含量达到80％以上。有利于解决目前存在的饱和度高(SFA＞50％)或不饱和度低情况下的渗油问题。而且油酸是单不饱和脂肪酸，在氧化稳定性优于亚油酸、亚麻酸等多不饱和脂肪酸；此外，油酸具有降低高血脂症患者血脂水平以及预防心血管疾病的作用，可降低血清总胆固醇，低密度脂蛋白胆固醇，并保持高密度脂蛋白胆固醇不降低等功效。棕榈油硬脂(PS)的固体脂肪含量较高，具有良好的可塑性和稳定性，酯交换后易形成β’晶型，加入棕榈硬脂可大大改善制品的塑性范围，以低廉的成本获得口味更佳且具有良好可塑性的零TFA、低饱和人造奶油或起酥油基料油产品。
具体实施方式
本发明是以高油酸葵花籽油、棕榈硬脂为主要原料，使用新型廉价固定化毕赤酵母菌脂肪酶为催化剂，采用无溶剂体系和真空条件下的酶促技术制备零反式、低饱和(<40％)人造奶油/起酥油基料油。
包括以下步骤：
1)、将毕赤酵母菌脂肪酶液、磷酸盐缓冲液(磷酸氢二钠和磷酸二氢钠)和ES-108环氧基树脂混合，于恒温水浴振荡器(25℃，120rpm)下震荡；震荡后分离出经环氧基树脂固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶，经磷酸盐缓冲液洗涤至检测不到酶蛋白后即制得固定化毕赤酵母菌脂肪酶。将洗涤后的固定化ES-108毕赤酵母菌脂肪酶于真空干燥箱(40℃)中干燥12h后，保存于冰箱(4℃)中备用。
2)、称取高油酸葵花籽油、棕榈硬脂于圆底烧瓶中，高油酸葵花籽油、棕榈硬脂的质量比为0.8-1.1：1，置于恒温旋转磁力搅拌器中搅拌预热使底物充分混合，加入步骤1)中所制备的固定化毕赤酵母菌脂肪酶混合并进行酶促酯交换反应。定时取样于离心管中，样品经离心处理后取上层清液用脉冲核磁按照AOCS Official Method Cd16b-93进行测定进行检测分析固体脂肪含量，按照GB/T24892-2010测定滑动熔点。酶促酯交换反应结束后产物先将固定化毕赤酵母菌脂肪酶分离后，余物经提纯即制得人造奶油基料油
以下通过3个实施例和6个对比例对本发明的制备方法和产物进行说明。
实施例1
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入12％的固定化毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于50℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。30min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为29.58％、11.76％、4.99％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：39.86℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
实施例2
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入20％的固定化毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于50℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。30min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为26.04％、6.68％、2.11％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：32.25℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
实施例3
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入12％的固定化毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于65℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。30min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为31.04％、9.72％、3.25％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：37.56℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
实施例4
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入8％的Lipozyme TLIM(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于55℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。60min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为：34.98％、10.97％、4.64％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：39.96℃。
实施例5
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入8％的Novozym 435(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于55℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。60min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为：41.34％、20.99％、12.42％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：46.93℃。
实施例6
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入12％的液体毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于50℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。15min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为：26.75％、13.85％、6.26％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：43.89℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
实施例7
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入12％的液体毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于50℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。60min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为：22.81％、12.24％、5.70％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：42.85℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
实施例8
在25mL的圆底烧瓶中加入高油酸葵花籽油和棕榈硬脂(底物质量比为1:1)，加入12％的液体毕赤酵母菌脂肪酶(w/w，相对于高油酸葵花籽油和棕榈硬脂的总质量)，将烧瓶固定于65℃的油浴恒温振荡器中反应，转速800rpm。60min后采用脉冲式核磁共振仪(NMR)测定。将油脂产品放入NMR专用玻璃管中，于80℃熔化保持30min以消除结晶记忆，然后转移至恒温器中，在0℃保持90min，测得其SFC，再每升温5℃保持30min后测定其SFC,逐次升温至50℃。其SFC在5℃、25℃、35℃温度下分别为：37.34％、17.34％、9.96％。按照GB/T24892-2010测定滑动熔点为：45.93℃。并且在产物中未检测出TFA，SFA含量为34％～36％。
通过上述实施例可以明显看出本发明物制备方法的优点为：本发明优选出了一种价格低廉且催化活性高的液体脂肪酶,并将其固定化此乃构成一种新型廉价的固定化脂肪酶，其无毒，反应条件温和，能替代市场上现有的昂贵的脂肪酶用于该酯交换反应中，有利于扩大酶法制备食品专用油脂应用规模。该方法是一种原料价廉易得、操作简单、成本低的酶促酯交换合成工艺，解决了现有工业生产技术存在的成本与污染相冲突的矛盾。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：以通过环氧基树脂为载体固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶为催化剂，以棕榈硬脂和高油酸植物油为原料，经酶促酯交换反应制备人造奶油基料油。
2.如权利要求1所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、将毕赤酵母菌脂肪酶液、磷酸盐缓冲液和环氧基树脂混合，于恒温条件下震荡；震荡后分离出经环氧基树脂固定的固定化毕赤酵母菌脂肪酶，经磷酸盐缓冲液洗涤至检测不到酶蛋白后即制得固定化毕赤酵母菌脂肪酶；
2)、将高油酸植物油、棕榈硬脂混合以及步骤1)中所制备的固定化毕赤酵母菌脂肪酶混合并进行酶促酯交换反应，反应温度为45-65℃，反应时间为10-60min，酶促酯交换反应结束后产物先将固定化毕赤酵母菌脂肪酶分离后，余物经提纯即制得人造奶油基料油。
3.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤1)中的磷酸盐缓冲液为磷酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸钠中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤1)中的磷酸盐缓冲液为磷酸氢二钠和磷酸二氢钠。
5.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤1)中的环氧基树脂为LX-1000EP、ES-103、LX-1000EA、ESR-2的一种或多种。
6.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤1)中的环氧基树脂为ES-108。
7.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤1)中在恒温水浴振荡器中进行震荡操作，于恒温水浴振荡器设置为25℃，120rpm。
8.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤2)中固定化毕赤酵母菌脂肪酶的添加量为棕榈硬脂和高油酸植物油总质量的12-20％。
9.如权利要求2所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：步骤2)中棕榈硬脂和高油酸植物油的质量比为0.8-1.1：1。
10.如权利要求1所述的一种固定化毕赤酵母菌脂肪酶制备人造奶油基料油的方法，其特征在于：高油酸植物油为大豆油、高油酸葵花籽油、茶籽油、橄榄油、玉米油、和高油酸花生油中的一种或多种。
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