一种高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺

技术领域

本发明涉及油脂技术领域，具体涉及一种高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺。

背景技术

二十二碳六烯酸（DHA）俗称脑黄金，是一种对人体非常重要的多不饱和脂肪酸，属于Omega-3多不饱和脂肪酸家族中的重要成员，被广泛认为具有多种重要的生理功能，是人体细胞膜磷脂的主要成分，对细胞膜功能有决定性影响，还是脑和视网膜中主要的多不饱和脂肪酸，具有改善婴幼儿、儿童及青少年视力及促进智力发育等功能，摄入不足可能导致脑功能和视神经发育障碍，是成年人的保健元素，对成人具有预防心血管疾病、心肌梗塞、脑血栓和脑梗塞的形成，改善动脉功能以及提高心脏的自主调节能力，降低心律不齐的发生和动脉粥样硬化的形成及预防老年痴呆症等方面的作用，被广泛用于营养补充食品和保健食品。

甘油酯是甘油与脂肪酸酯化而成的化合物，根据反应程度的不同，分为甘油一酯（单甘酯、MG）、甘油二酯（双甘酯、DG）、甘油三酯（甘三酯、TG）。其中甘油三酯（TG）由3分子脂肪酸和1分子甘油酯化而成，是体内能量的主要来源，也是自然界各类生物体内油脂储存的主要形式。甘油二酯（DG）是由2分子脂肪酸与1分子甘油酯化得到的产物，是油脂的天然成分，是油脂在人体内代谢的中间产物。同时，甘油二酯还是细胞内肌醇磷脂信号传递途径的中间物质。单甘酯由1分子脂肪酸与1分子甘油酯化得到的产物，也是油脂在人体内代谢的中间产物，是一种非常重要的非离子型表面活性剂，它具有良好的乳化性、分散性、润滑和增溶性。不同的动植物油脂均含有一定量单甘酯和双甘酯。

单甘酯（MAG）有1-MAG和2-MAG两种构型，单甘酯不溶于水和甘油，但是在水中能形成稳定的水合分散体，一个亲油的长链烷基和两个亲水的羟基使单甘酯具有良好的表面活性，又因为它可以被生物降解为甘油和脂肪酸，安全无毒，是公认的“绿色”环保产品，所以作为乳化剂被广泛应用于食品、化妆品、医药、洗涤剂、塑料、纺织和高分子加工工业中。单甘酯在动脉血栓和微血栓中可以抑制动静脉旁路中丝线的重量，明显延长电刺激颈总动脉血栓阻塞时间，延缓激光照射肠系膜血管后血栓出现的时间，降低血浆纤维蛋白含量，有明显的抗血小板作用，因此具有明显的抗血栓作用。进一步研究发现单甘酯可以抑制脂肪醇的形成，如果含有较多含量的多不饱和脂肪酸还具有更好的预防心血管疾病等功能。

双甘酯包括1,2-双甘酯和1,3-双甘酯，近年来研究发现，膳食双甘酯具有减少内脏脂肪、抑制体重增加、降低血脂的作用，特别是1,3-甘二酯异构体不仅有与甘三酯不同的代谢特征，而且在预防和治疗肥胖症具有有利的作用。双甘酯作为新一代的功能性油脂，随着研究的不断进展，其独特的生理活性在抑制肥胖、心血管、高血压等疾病上的功用得到了认可。

单、双甘酯型DHA（DHA单、双甘酯）同时具有单双甘酯和DHA的功能，能够改善血脂浓度，对缓解血栓和动脉粥样硬化起到很大的作用，具有明显的抗血小板作用，能抗血栓形成，能降低血液中的胆固醇从而达到显著降低动脉粥样硬化的作用，能改善糖尿病患者的血糖水平，同时缓解糖尿病并发症，还能改善心肌功能紊乱，其独特的生理活性可用于预防肥胖、高血压、脂肪肝、心脑血管疾病。研究者也发现食用甘油二酯者血浆中胆固醇和甘油三酯的水平都显著低于食用甘油三酯者，血栓发生率也显著降低。单、双甘酯型DHA还能够抑制脂肪在肝脏的积累，达到预防和治疗脂肪肝的目的。

单甘酯和双甘酯的获取方法主要有化学法和生物酶法。化学法通常使用碱金属作为催化剂进行酯交换反应，化学法具有催化成本低、工艺成熟、易实现大规模生产等优点，但化学法反应体系较为粗犷、反应温度高且剧烈、脂肪酸结构特异性弱、较难控制产物的组成，即结构脂的脂肪酸组成和构象无法控制，反应过程中会产生大量不需要的产物，增加产品的分离难度，特别是富含多不饱和脂肪酸的油脂易被裂解和氧化。自从1900年Kastle等人首次报道了脂肪酶催化的酯交换反应以来，脂肪酶已被广泛用于结构脂的合成。与化学法相比，生物酶法合成结构脂反应条件温和、具有高选择性、产物纯度高、副产物少，工艺路线简化，没有毒物残留的特点，在产品风味、色泽和稳定性等方面都具有很大优势。脂肪酶的特异选择性使得对结构脂脂肪酸的位点控制成为可能。目前酶法合成结构脂的研究已得到了巨大发展，脂肪酶的固定化方法的发展使得用酶成本大大降低，提高了酶法商业化生产结构脂具有可行性。

目前生物酶法合成结构脂的常用方法有：直接酯化法、水解法、醇解法、甘油解法、酯交换法。

直接酯化法利用甘油和脂肪酸为原料，在催化剂的作用下合成单二甘酯，直接酯化法具有纯度高，合成效率高等优点，但是甘油和脂肪酸一般来自于甘油三酯的分解，因此原料成本相对较高。

水解法是利用脂肪酶直接水解甘油三酯，水解反应是可逆反应。此方法的关键要素是控制水解反应的程度，油脂通过不完全水解可生成单甘酯和双甘酯。

油脂醇解是用脂肪酶催化低级醇和甘油三酯反应生产单甘酯、双甘酯，同时生成副产物脂肪酸低级醇，此方法的优点是反应速度快、产物容易分离，副产物价值高。但醇解反应也是可逆反应，随着反应的进行其游离脂肪酸含量不断升高，会抑制酰基转移从而抑制反应的进行。醇解通常需加入大量的乙醇，原料成本高，且乙醇为易燃物质，生产需要防爆车间，建设成本高，潜在风险高。

甘油解法是目前工业上生产单甘酯的常用方法。脂肪酸酰基在油脂分子和游离甘油分子之间重新分布，甘油解过程不发生质量损失。利用特异性脂肪酶选择性催化，可获得特定结构的单甘酯和双甘酯，利用甘油解法可生产纯度较高的单甘酯、双甘酯，成本低，但反应速度较慢。

酯交换法是最早应用于结构脂生产的方法，也是目前制备结构脂使用较多的方法之一，其包括甘油三酯之间的酯交换和甘油三酯与脂肪酸酯之间的酯交换。酯交换反应实际上包括水解和酯化两步反应。要优化酯交换反应必需在水解和酯化反应之间建立一动态平衡，这通常来讲是不容易实现的。

以上各种生物酶法在实际应用中都存在一定的局限性，难以获得单、双甘酯含量高且DHA含量高的油脂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺，采用这种生产工艺能够获得单、双甘酯含量高且DHA含量高的油脂。采用的技术方案如下：

一种高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺，其特征在于包括下述步骤：

（1）脂肪酶水解反应：将DHA藻油加入到第一酶解罐中，再向第一酶解罐中加入纯净水和脂肪酶，纯净水的加入量为DHA藻油的5-10% (w/v)，脂肪酶的加入量为DHA藻油重量的2-4%，然后进行搅拌（优选以30-50转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第一酶解罐内部抽真空后，用氮气充入第一酶解罐中保压0.04-0.08Mpa，在40-50℃条件下酶解8-12小时；

（2）静止分离：停止搅拌，静置30-60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

（3）分子蒸馏：对步骤（2）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得重相；

（4）脂肪酶甘油解反应：将步骤（3）获得的重相加入到第二酶解罐中，并加入重量为重相4-8倍的甘油，加入重量为重相1-3%的脂肪酶，然后进行搅拌（优选以30-50转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第二酶解罐内部抽真空后，用氮气充入第二酶解罐中保压0.04-0.08Mpa，在45-55℃条件下酶解8-12小时；

（5）静止分离：停止搅拌，静置30-60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

（6）分子蒸馏：对步骤（5）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得的重相即为所需的高DHA单、双甘酯含量油脂。

优选方案中，步骤（1）所用的DHA藻油中DHA的重量百分比含量为40-50%。

优选方案中，步骤（1）中使用的脂肪酶是脂肪酶435和脂肪酶TL中的一种或两者的组合。脂肪酶435、脂肪酶TL等为具有专一性1,3位脂肪酶。

优选方案中，步骤（1）中使用的脂肪酶的活力单位为2万U/g以上。

优选方案中，步骤（1）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（如固定化脂肪酶435、固定化脂肪酶TL），步骤（2）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开。优选固定化脂肪酶的活力单位为2万U/g以上。步骤（2）中分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用。

优选步骤（3）中，分子蒸馏的真空度为0.1-1Pa，进油量为10-20L/h（升/小时），导热油温度为160-190℃，蒸馏2-3次。步骤（3）中，分子蒸馏设备可采用离心式分子蒸馏装置，其转盘的转速为1200-1600转/分钟，离心式分子蒸馏装置内部的真空度小于1Pa。

步骤（3）中，分离出的轻相以棕榈酸等饱和脂肪酸为主，重相以甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯和DHA等多不饱和脂肪酸为主。

优选方案中，步骤（4）中使用的脂肪酶是脂肪酶435和脂肪酶TL中的一种或两者的组合。脂肪酶435、脂肪酶TL等为具有专一性1,3位脂肪酶。

优选方案中，步骤（4）中使用的脂肪酶的活力单位为2万U/g以上。

优选方案中，步骤（4）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（如固定化脂肪酶435、固定化脂肪酶TL），步骤（5）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开。优选固定化脂肪酶的活力单位为2万U/g以上。步骤（5）中分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用。

优选步骤（6）中，分子蒸馏的真空度为0.1-1Pa，进油量为10-20L/h，导热油温度为150-170℃，蒸馏2-3次。步骤（6）中，分子蒸馏设备可采用离心式分子蒸馏装置，其转盘的转速200-300转/分钟，离心式分子蒸馏装置内部的真空度小于1Pa。

步骤（6）中，分离出的轻相以甘油和游离脂肪酸及少量水为主，重相为甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯，其中单、双甘酯的重量百分比含量达到70-90%，DHA的重量百分比含量高达55-75%。

上述步骤（1）中和步骤（4）中使用的氮气的纯度通常在99.9%以上。

本发明具有如下有益效果：

本发明首先通过水解反应，采用脂肪酶解切除甘油三酯1,3位以饱和脂肪酸为主的脂肪酸，然后通过分子蒸馏将饱和脂肪酸与藻油分开；再通过甘油解反应，采用脂肪酶进行甘油解，进一步将甘三酯酶解为双甘酯和单甘脂，同时催化油脂脂肪酸DHA与甘油结合生产单甘脂DHA、双甘酯DHA，从而使获得的油脂具有高含量的单、双甘酯，并大大提高了DHA的含量。

步骤（3）和步骤（6）采用分子蒸馏进行分离，真空度高，减少了DHA在高温下的氧化。

步骤（1）和步骤（4）整个酶解过程抽真空后充高纯度的氮气，有效的避免了DHA的氧化。

本发明获得的高DHA单、双甘酯含量油脂富含单、双甘酯型DHA，单、双甘酯型DHA同时具有单、双甘酯和DHA的功能，不但能够改善血脂浓度，对缓解血栓和动脉粥样硬化起到很大的作用，具有明显的抗血小板作用，能抗血栓形成，能降低血液中的胆固醇，从而达到显著降低动脉粥样硬化的作用，能改善糖尿病患者的血糖水平，同时缓解糖尿病并发症，还能改善心肌功能紊乱。并且单、双甘酯具有独特的生理活性，单甘酯可以抑制脂肪醇的形成，降低血浆纤维蛋白含量，有明显的抗血小板作用，从而具有明显的抗血栓作用；双甘酯具有减少内脏脂肪、抑制体重增加、降低血脂的作用，特别是1,3-甘二酯在预防和治疗肥胖症具有有利的作用。因此单、双甘酯型DHA与甘三酯型DHA或乙酯型DHA相比，在预防肥胖，预防心血管疾病、心肌梗塞、脑血栓和脑梗塞的形成以及高血压，脂肪肝等疾病更具有优越性。

本发明采用的DHA藻油以甘油三酯为主（通过裂壶藻发酵获得的DHA微生物油中甘油三酯含量达到90%以上，DHA含量为40-50%），其中2位DHA含量占总含量的70%以上，采用固定化脂肪酶435和固定化脂肪酶TL为专一性1,3位脂肪酶，能够很好的保留DHA，切除1,3位的饱和脂肪酸，提高DHA含量。采用固定化脂肪酶，可多次使用，大大降低了成本。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺包括下述步骤：

（1）脂肪酶水解反应：将DHA藻油加入到第一酶解罐中，再向第一酶解罐中加入纯净水和脂肪酶，纯净水的加入量为DHA藻油的10% (w/v)，脂肪酶的加入量为DHA藻油重量的2%，然后进行搅拌（以30转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第一酶解罐内部抽真空后，用纯度99.9%的氮气充入第一酶解罐中保压0.04Mpa，在45℃条件下酶解12小时；

本步骤（1）所用的DHA藻油中DHA的重量百分比含量为46.7%；

本步骤（1）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（均为固定化脂肪酶435），脂肪酶的活力单位为2万U/g；

（2）静止分离：停止搅拌，静置60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

本步骤（2）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开；分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用；

（3）分子蒸馏：对步骤（2）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得重相（分离出的轻相以棕榈酸等饱和脂肪酸为主，重相以甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯和DHA等多不饱和脂肪酸为主）；

本步骤（3）中，分子蒸馏的真空度为0.1Pa，进油量为10L/h（升/小时），导热油温度为170℃，蒸馏2次；

（4）脂肪酶甘油解反应：将步骤（3）获得的重相加入到第二酶解罐中，并加入重量为重相5倍的甘油，加入重量为重相3%的脂肪酶，然后进行搅拌（以30转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第二酶解罐内部抽真空后，用纯度99.9%的氮气充入第二酶解罐中保压0.04Mpa，在47℃条件下酶解10小时；

本步骤（4）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（均为固定化脂肪酶TL），脂肪酶的活力单位为2万U/g；

（5）静止分离：停止搅拌，静置60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

步骤（5）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开；分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用；

（6）分子蒸馏：对步骤（5）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得的重相即为所需的高DHA单、双甘酯含量油脂。

上述步骤（6）中，分子蒸馏的真空度为0.1Pa，进油量为16L/h，导热油温度为155℃，蒸馏2次。

步骤（6）中，分离出的轻相以甘油和游离脂肪酸及少量水为主，重相为甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯，其中单双甘酯的重量百分比含量达到82.3%，DHA的重量百分比含量高达69.5%。

实施例2

本实施例中，高DHA单、双甘酯含量油脂的生产工艺包括下述步骤：

（1）脂肪酶水解反应：将DHA藻油加入到第一酶解罐中，再向第一酶解罐中加入纯净水和脂肪酶，纯净水的加入量为DHA藻油的10% (w/v)，脂肪酶的加入量为DHA藻油重量的2.5%，然后进行搅拌（以30转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第一酶解罐内部抽真空后，用纯度99.9%的氮气充入第一酶解罐中保压0.04Mpa，在46.5℃条件下酶解10小时；

本步骤（1）所用的DHA藻油中DHA的重量百分比含量为49.2%；

本步骤（1）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（均为固定化脂肪酶435），脂肪酶的活力单位为2万U/g；

（2）静止分离：停止搅拌，静置60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

本步骤（2）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开；分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用；

（3）分子蒸馏：对步骤（2）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得重相（分离出的轻相以棕榈酸等饱和脂肪酸为主，重相以甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯和DHA等多不饱和脂肪酸为主）；

本步骤（3）中，分子蒸馏的真空度为0.1Pa，进油量为10L/h（升/小时），导热油温度为174℃，蒸馏2次；

（4）脂肪酶甘油解反应：将步骤（3）获得的重相加入到第二酶解罐中，并加入重量为重相4倍的甘油，加入重量为重相1%的脂肪酶，然后进行搅拌（以30转/分钟的速度搅拌），用真空泵对第二酶解罐内部抽真空后，用纯度99.9%的氮气充入第二酶解罐中保压0.04Mpa，在46℃条件下酶解10小时；

本步骤（4）中脂肪酶采用固定化脂肪酶（均为固定化脂肪酶TL），脂肪酶的活力单位为2万U/g；

（5）静止分离：停止搅拌，静置60分钟，然后将脂肪酶与油脂分开；

步骤（5）中用不锈钢筛网（可采用60目不锈钢筛网）过滤，将固定化脂肪酶与油脂分开；分离出来的固定化脂肪酶可放入4℃冰箱低温保存，供下次使用；

（6）分子蒸馏：对步骤（5）获得的油脂进行分子蒸馏，分离出轻相，获得的重相即为所需的高DHA单、双甘酯含量油脂。

上述步骤（6）中，分子蒸馏的真空度为0.1Pa，进油量为20L/h，导热油温度为165℃，蒸馏2次。

步骤（6）中，分离出的轻相以甘油和游离脂肪酸及少量水为主，重相为甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯，其中单双甘酯的重量百分比含量达到83.7%，DHA的重量百分比含量高达70.3%。

DHA含量的测定方法：参照GB/T 38095-2019 DHA、EPA含量测定 气相色谱法。

单双甘酯含量的测定方法：采用正相高效液相色谱法（NP-HPLC）分析样品组成，液相系统为含 Waters 600泵的高效液相色谱仪（美国 Waters 公司），配备 2487 型紫外检测器（美国 Waters 公司）。色谱柱为 Lichrosorb Si-60硅胶柱（250×4.6 mm，5 μm，Grace公司，美国）。流动相 A（正己烷/异丙醇=99:1，V/V），流动相 B（异丙醇），梯度洗脱条件：0-35 min，100% A；36-55 min，80% A 和 20% B；56-65 min，100% A。洗脱流速为 1.0 m L/min，紫外检测器检测波长为 210 nm。将样品溶于正己烷后，用 0.45 μm 有机膜过滤后进样，进样体积20 μL。根据标准品的标准曲线，计算样品中各甘油酯组分的含量。