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富含甘油二酯的大豆油制备工艺优化

2024-09-06 来源:步旅网
54 粮食与油脂 2017年第30卷第1 1期 富含甘油二酯的大豆油制备工艺优化 刘晓娟,张姗姗,吴 琼 (长春大学食品科学与工程学院,农产品深加工省重点实验室,吉林长春130022) 摘要:在无溶剂体系中采用磷脂酶催化,制备富含甘油二酯的大豆油。采用气质联用检测 甘油二酯含量。考察水解时间、水解温度、加水量、加酶量以及pH对反应的影响。通过响 应面试验,得出最佳水解条件为加水量25 mL、水解温度4O 、加酶量700 gL、反应时间 12 h。在最佳工艺条件下,得到大豆油中甘油二酯含量为16.3%。所得回归模型拟合情况良好, 达到设计要求。 关键词:大豆油;甘油二酯;磷脂酶;水解 Upnl、 』● ●珈zanon  ● oi n prepa瑚Inon ● process 0tn  soybean ’ off… ri 一ch  ●m ̄ '・h ̄yceri 一 -一de  LIU Xiao-juan,ZHANG Shah—shah,、VU Qiong (Department of Food Science and Engineering,Key Laboratory ofAgricultural Products Processing of Jflin Province Ordinary University,Changchun University,Changchun 130022,Jilin,China) Abstract:Production of soybean oil rich in diglyceride was catalysed by phospholipase in solvent-free system.GC-MS was used to detect the contents of diglyceride.The influences of conditions including hydrolysis time,hydrolysis temperature,water content,amount of enzyme and pH of solution on the reaction were studied.The optimum condiitons obtained by response surface method were as follows: water 25 mL,reaction temperature 40℃,enzyme dosage 700 ,reaction time l 2 h.Under optimum conditions,diglyceride content was 1 6.3%.The regression model was rutted at iftting in good condition, to meet he tdesign requirements Key words:soybean oil;diglyceride;phospholipase;hydrolysis 中图分类号:TS225.1+3 文献标识码:A 文章编号:1008.9578(2017)11-0054—05 甘油二酯(Diacylglycerol,DAG或DG),是 甘油三酯(TAG)中一个脂肪酸(Free fatty acid, FFA)被羟基代替的结构脂质,是由1分子丙三醇 (Glycerol,Gly)和2分子FFA反应的产物,又称 双甘酯、甘二酯、二甘酯。甘油二酯主要有2种 豆油中脂肪酸以人体所需不饱和脂肪酸为主且含有 1.1%~3.2%的磷脂,因此具有降低胆固醇、预防心 血管疾病发生、增强记忆力等生理功效 ”。 本研究采用磷脂酶A 催化水解大豆油制取甘 油二酯,气质联用色谱仪测定甘油二酯含量,并通 过响应面试验设计对工艺条件进行优化,旨在为甘 异构体:1,3.甘油二酯与1,2一甘油二酯 。]。研 究表明,甘油二酯具有良好的降低血脂、减轻体重、 减少体脂、预防动脉血栓、缓解糖尿病和肾病的 作用 ,而且食用安全 ,不产生副作用,长期 油二酯的工业生产提供理论依据。 1材料与方法 1.1材料与试剂 食用可以辅助治疗临床多种代谢性疾病。此外, 甘油---N的口感、色泽和风味与普通的甘油三酯无 异【1…。甘油二酯的制备主要有生物法、化学合成 法和酶法等。在酶法制备甘油二酯中常用的有甘油 三酯水解法…]、脂肪酸酯化法 等方法。酶法反 磷脂酶A :诺维信公司;大豆油:九三粮油 工业集团有限公司;脂肪酸混合标样(15A,棕榈酸, 油酸,亚油酸,亚麻酸)、油酸甘油二酯(D.237)、 亚油酸甘油二酯(D 252)、棕榈酸甘油二酯(D一 152)、硬脂酸甘油二酯(D一162):武汉美泰克 科技有限公司。 应条件温和,酶的选择性高,较易得到高纯度的1,3. 甘油二酯[1 3]0我国粮油学会也已经把DAG等功能 性油脂列为长期发展规划的主要研究内容[14-16]0大 无水乙醇、石油醚(沸程60~90℃)、磷酸二 氢钾、磷酸氢二钠、氢氧化钾、酚酞、正己烷、甘 收稿日期:2016—10—29 基金项目:吉林省科技发展计划项目(20140520180JH) 作者简介:刘晓娟(1990--),女,硕士研究生,研究方向为天然产物开发与利用。 通信作者:吴琼(1978一),女,副教授,博士,研究方向为天然产物开发与利用。 2017年第30卷第1 1期 粮食与油脂 55 油标准品、硫酸、无水甲醇、甲苯等均为分析纯。 1.2仪器与设备 HH2一型恒温水浴锅:天津泰斯特仪器有限公 司;NTS。4000B.型恒温震荡水槽:日本东京理化 公司;LD4—2A一型离心机:北京京立离心机有限公 司;DHG.9240A.型电热恒温鼓风干燥箱:上海精 宏实验设备有限公司;GCMS—QP2Ol0.型气质联用 色谱仪:日本岛津公司。 1.3方法 1.3.1酶活测定 脂肪酸标准曲线绘制:配制一系列不同浓度 的油酸正己烷溶液,分别取16 mL于锥形瓶中, 加入2 mL 5%的醋酸铜溶液,磁力搅拌3 min,在 6 000 r/min条件下离心5 min,离心后取上层有 机相在7l0 nm处测定吸光度。未加油酸的空白 溶液作参比,以吸光度对油酸浓度作图,得到 线性回归方程:y=8.8062x+3.269 =0.9947)。 酶活测定方法:取3 mL O.02 mol/L磷酸盐缓 冲溶液和1 mL橄榄油,放人37℃的水浴恒温磁力 搅拌器中预热5 min,加人100 gL磷脂酶,磁力搅 拌10min,立即加入8mL甲苯,继续搅拌2min, 终止反应后,在4 000 fmin下离心10 min,取上 层有机相4 mL于锥形瓶中,加入1 mL显色剂, 磁力搅拌3 mha,然后在6 000咖血条件下离心10min, 取上层含有脂肪酸铜的甲苯溶液,用分光光度计在 710啪波长处测吸光度。用相同的方法制备不含酶 的空白溶液作参比。经测得磷脂酶酶活为550 U/g。 1-3.2磷脂酶法水解大豆油 称取豆油50 g于200 mL锥形瓶中,依次加入 一定量的去离子水和磷脂酶,待达到预定温度,放 人恒温水浴振荡器中,在150 r/min的振荡条件下 反应一定时间,反应后的混合液为大豆油水解液。 1.3-3单因素试验 以大豆油为样品,甘油二酯含量为考察对象, 分别对水解时间、水解温度、加水量、加酶量以 及pH 5个因素进行单因素试验,各因素试验因素 水平设计表见表1。结果显示,水解时间均大于 12 h且基本稳定,pH在6.45~7.25之间基本稳定, 所以响应面考察了水解时间、水解度及加酶量3 个因素。 表1单因素试验因素与水平 水平 加旭/mL ,llL pH ‘ 3 30 10 5O 5.55 5 35 20 l0O 6.45 8 40 25 300 6.65 10 45 30 500 6.85 12 5O 40 700 7.25 16 60 50 800 7.45 1.3.4响应面优化试验 基于单因素试验结果,设定水解时间为12 h, pH为体系原有酸值。采用响应面试验设计法,以 水解温度、加水量、加酶量3个因素为自变量,确 定响应面法设计试验的因素水平见表2。 表2响应面试验的因素水平表 1.3.5甘油二酯测定方法 1.3.5.1样品甲酯化 取大豆油水解液适量,加入甲醇,用量为水解 液体积的1.5倍,加入硫酸(催化剂),用量为加 入甲醇量体积的2o/o,在78℃下冷凝回流2.5 h。甲 酯化后用95℃的热水洗涤,除去杂质及剩余硫酸, 取上层清液检测甘油二酯含量。 1.3.5.2成分测定 取适量甲酯化的样品溶于石油醚,配成5%样 品溶液,然后用气质联用色谱仪分析脂肪酸组成。 色谱分析条件:GSBP-SMS型色谱柱,膜厚0.50 岫,长度30 m,内径0.25 nlln,采用程序升温, GC柱箱温度190℃,最终温度300 oC,进样口温度 250℃,线速度30 cm/s,吹扫流量3.0 mL/min,分 流比40:1。MS离子源温度200 oC,接口温度 200 oC,溶剂延迟时间2min。 2结果与分析 2.1响应面试验结果与分析 利用Design—Expe ̄Sottware 8.05b软件设计响 应面试验,以DAG含量为响应值y,试验结果见 粮食与油脂 2017年第30卷第1 1期 表3,方差分析见表4。对数据进行二次多元回归 拟合,得到在给定的范围内预测甘油二酯含量的回 归方程: y=1 3.90+0.35Xl+0.74X2+3.04X3十1.07X1X2— 验结果的干扰很小;相关系数R :0.859 7,说明该 模型对实际情况拟合程度较好,可以用该模型对磷 脂酶催化合成甘油二酯进行分析和预测。在给定的 水平范围内,一次项 影响极显著(P<0.oD,二 次项 , 影响极显著(JP<0.o1)。 利用Design.Expert软件对数据进行二次多元 回归拟合,3个因素之间的交互作用见图5~7。由 图5~7可知,在所选试验条件范围内存在响应面 最高点。在响应面三维图中,等高线越扁平,表示 因素之间的相互影响越大,可知加酶量和加水量对 DAG影响比较大。酶在不改变平衡状态下,与底 物形成活性中间体降低了反应活化能,从而提高反 0.62X X3+0.079X ̄(3—4.06X1L 1.56X2 +0.58X3 表3响应面试验结果 应效率。但是过量的酶不能完全悬浮,造成乳化界 面减小,影响反应继续进行.Il8 ,也造成酶的浪费 和反应成本的增加。在各因素指定范围内,DAG 含量随着温度的增加先升高后降低。酯化反应是一 个吸热反应,提高反应温度有利于反应进行,但是 酶在最适温度下具有最高活性。因此,反应体系需 要恒温最适温度。 00 45 00 篓 o00 鞋 * 35_00 注:+・表示差异极显著,P<0.0l; 表示差异显著,0.Ol< P<O.O5。 l000 16 00 : 00 28 00 3400 4000 I:JJ¨水IdJmL 由表4可知:本研究得到的模型具有高度显著 性(P<0.01),失拟项不显著,说明未知因素对试 图5加水量和水解温度交互影响DAG含量的晌 应曲面图及等高线图 2017年第30卷第1 1期 粮食与油脂 2.2验证试验 57 利用软件的分析得出最优的反应条件为加水量 25 mL、水解温度40℃、加酶量700 0L,此时DAG 含量最大预测值为17.45%。为验证回归模型的可 靠性,在此最优条件下做3次验证试验,得到的 DAG含量分别为15.98%、16.24%、16.87%,平 均含量为l6.30%,预测值与试验值拟合良好,进 一步证明该模型是可行的。 利用磷脂酶催化大豆油合成甘油二酯,以 500 0010 00 2.3甘油酯及脂肪酸检测 DAG含量/% GC.MS测定最佳反应条件下油样的成分,结果如 650o0 图8所示。图8(a)中,A为标样D.152、B为标样 D一252、C为标样D.237、D为l5A、E为磷脂酶 咖 避600 00 水解后的油样气质图。D中根据标样出峰顺序为棕 榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯和 550 00 花生酸甲酯及合成的甘油二酯。图8(b)为图8(a) 中E的DAG部分放大图。 10O0 I6 0o 22 0o 28 o0 340o 40 o0 Xt:加水量/mL 图6加水量和加酶量交互影响DAG含量的响应 曲面图及等高线图 时间/min (a) 00 嘿 650 00 蚓 避60o0o 60 64 68 550.00 时间/mi“ (b) 图8磷脂酶催化大豆油的GC图 30 00 35 o0 40 00 45 00 50 00 :水解 f{i=/℃ 图7加酶量和水解温度交互影响DAG含量的响 应曲面图及等高线图 58 粮食与油脂 2017年第30卷第11期 3结论 本试验采用磷脂酶Lecitase Ultra催化大豆油 水解反应制备DAG。反应在无溶剂体系中进行, 避免了使用其他溶剂带来的毒害和溶剂回收等问 题。测得磷脂酶酶活为550 U/g;酶促反应的最佳 工艺参数为加水量25 mL、水解温度40℃、加酶 量700 gL、反应时间12 h,反应得到的DAG含量 占总量的16I3% [参考文献] [1]WATAHABE L SUGIURAM,SATO M,et a1.Diacylglycerol production in a packed bed bioreactor[J].Process Bio—chemistry, 2005,40(2):637—643. 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