一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法及其产品
阅读说明：本技术 一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法及其产品 (Preparation method of triglyceride rich in 1, 3-di-unsaturated fatty acid-2-palmitic acid and product thereof ) 是由 邹孝强 徐秀丽 李亚茹 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法及其产品,通过建立酶催化酸解反应平衡时产物组成的预测模型,预测在不同底物比下产物甘油三酯的组成,选择合适的底物比进行酸解反应；再催化富含不饱和脂肪酸的食用植物油来源的脂肪酸与棕榈硬脂进行酸解反应,获得酸解产品,采用包含游离脂肪酸的分段分提,通过一段分提使棕榈酸和三棕榈酸甘油酯结晶形成晶核,二段分提脱除部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯,从而提高分提过程甘油三酯的选择性,达到湿法分提的效果；同时,脱除大部分部分甘油酯,减少在减压蒸馏过程中有害物质的产生,所获得的产品目标产物含量更高,安全性更好,氧化稳定性更佳。(The invention discloses a preparation method of triglyceride rich in 1, 3-diunsaturated fatty acid-2-palmitic acid and a product thereof, which predicts the composition of triglyceride under different substrate ratios by establishing a prediction model of the composition of the product when the enzymatic acidolysis reaction is balanced and selects a proper substrate ratio for acidolysis reaction; catalyzing fatty acid which is rich in unsaturated fatty acid and is derived from edible vegetable oil to perform acidolysis reaction with palm stearin to obtain acidolysis products, adopting segmented fractionation containing free fatty acid to crystallize palmitic acid and tripalmitin to form crystal nuclei through the first-stage fractionation, and removing partial triglyceride containing two saturated fatty acids through the second-stage fractionation, thereby improving the selectivity of the triglyceride in the fractionation process and achieving the effect of wet fractionation; meanwhile, most of glyceride is removed, the generation of harmful substances in the process of reduced pressure distillation is reduced, and the obtained product has higher target product content, better safety and better oxidation stability.)
技术领域
本发明属于油脂技术领域，具体涉及到一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法及其产品。
背景技术
母乳含脂肪(3％-5％)、蛋白质(0.8％-0.9％)、碳水化合物(6.9％-7.2％)、矿物质(0.2％)以及其他生理活性物质，是婴幼儿理想的食物。母乳脂肪中甘油三酯含量占98％以上，为婴儿提供能量和必需脂肪酸。母乳脂肪中脂肪酸含量大约200多种，其中含量大于1％的有癸酸(1％～2％)、月桂酸(3％～7％)、肉豆蔻酸(4％～9％)、棕榈酸(20％～30％)、棕榈油酸(1％～3％)、硬脂酸(5％～9％)、油酸(25％-35％)、亚油酸(10％～20％)，同时还有其他含量小于1％的微量脂肪酸，如DHA、AA等。
棕榈酸是母乳脂肪中较为特殊的一种脂肪酸，60％以上的棕榈酸酸在sn-2位，同时，大部分不饱和脂肪酸如油酸和亚油酸等主要位于sn-1,3位。
因此，母乳脂肪甘油三酯组成与大多数油脂不同，甘油三酯的主要组成形式为1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯(UPU)，如OPL，OPO，LPL等，这种结构的甘油三酯可增强脂肪和钙的吸收，并影响甘油三酯在婴儿体内的脂质代谢。脂肪摄入后，首先在十二指肠前脂酶(舌脂肪酶和胃脂肪酶)的作用水解10％-30％，将其转变成为sn-1,2甘油二酯。在小肠中，大多数甘油三酯在胆盐的作用下，被胰脂肪酶水解为sn-2单甘脂和游离脂肪酸。sn-2单甘脂可直接被小肠上皮细胞吸收，脂肪酸的吸收与其不饱和度和链长相关。长链饱和脂肪酸容易与钙或镁离子形成难吸收的皂，导致能量和钙的损失以及其他副作用，如便秘等。因此，母乳脂肪中大部分饱和脂肪酸位于sn-2位可以避免这些副作用，有利于婴儿对能量利用。
目前，婴儿配方奶粉均是以母乳组成为黄金标准来进行生产。就脂肪而言，脂肪在配方奶粉中含量约占25％左右，为配方奶粉中的重要组成部分。婴幼儿配方奶粉厂家主要是通过调节脂肪酸组成使配方奶粉中油脂与母乳一致，或者通过向配方奶粉中添加OPO结构脂，从而模拟母乳脂肪的结构。如之前所述，OPO结构脂仅为母乳脂肪中的一种甘油三酯。在母乳脂肪中，比较特殊的甘油三酯UPU是一类甘油三酯，即，sn-2位为棕榈酸，sn-1,3位为不饱和脂肪酸的甘油三酯。因此，合成UPU结构甘油三酯添加于配方奶粉，可更好模拟母乳脂肪甘油三酯组成。
就目前所报道的生产技术而言，OPO结构脂主要是通过脂肪酶催化油酸酸解棕榈硬脂获得。这种酸解反应影响因素最大的是底物比，需要通过前期大量的预实验才可获得，同时，目前的工艺，由于缺少对酸解产品的后续处理，导致产品中目标物质含量相对较低，同时加工中产生的有害物质难以控制。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法，包括，
以棕榈硬脂为原料，含不饱和脂肪酸食用油来源的脂肪酸为酰基供体，sn-1,3专一性脂肪酶为催化剂，通过建立酶催化酸解反应平衡产物组成的预测模型，选择合适的底物比进行酸解反应；
对酸解产品进行包含游离脂肪酸的分段分提，从获得所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述酶催化酸解反应平衡产物组成的预测模型，包括sn-1,3脂肪酸组成模型以及甘油三酯组成模型。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述sn-1,3脂肪酸组成模型，其中，反应达到平衡时，sn-1,3脂肪酸组成模型如下所示：
Xi脂肪酸反应平衡时在甘油三酯sn-1,3含量(sn-1/3Xi)可表示为：
由于因此，模型可进一步简化为：
令h/m＝S，即游离脂肪酸与甘油三酯的摩尔比例为S：1，因此，Xi脂肪酸反应平衡时在甘油三酯sn-1,3含量(sn-1/3Xi)可进一步简化为：
所述甘油三酯组成模型，其中，反应达到平衡时，甘油三酯组成模型如下所示：
甘油三酯分子在反应平衡时的比例为：
反应体系中，甘油三酯的含量为m，脂肪酸的含量为h，脂肪酸种类定为n种，不同脂肪酸定义为Xi，甘油三酯sn-1,3位上的Xi脂肪酸摩尔百分比为Msn-1/-3Xi，游离脂肪酸Xi的摩尔百分比可表示为MXi,sn-2位Xi的摩尔百分比为Msn-2Xi，Xs、Xj和Xk为三种任意脂肪酸。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述酸解反应，其中，所用催化剂为sn-1,3位选择性脂肪酶，包括Lipzyme RMIM、Lipzyme TL IM、Lipase DF和NS 40086，底物比通过酶催化酸解反应平衡时产物组成的预测模型获得。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述酸解反应，其反应器包括填充床反应器，填充床保持温度为50～60℃，油脂在填充床中的停留时间为1～5h。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述酸解反应，其反应器还包括间歇反应器，其中，加酶量为6～10％，温度为50～60℃，反应时间为6～12小时，搅拌速率为400～800转/min。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述酰基供体，包括来源于富含不饱和脂肪酸的高油酸葵花籽油、高油酸花生油、高油酸菜籽油、葵花籽油、菜籽油、大豆油、茶籽油、葵花籽油和亚麻籽油中一种或几种。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述对酸解产品分段分提，包括第一段分提，其中，第一段分提为：
将酸解产物加热至60～70℃，保持20～60min，完全熔化后，将酸解产物在以5～12℃/h的速度将温度降至28～35℃，养晶2～10h，使棕榈酸与三棕榈酸甘油酯结晶，形成晶核。
作为本发明所述富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯制备方法的一种优选方案，其中：所述对酸解产品分段分提，包括第二段分提，其中，第二段分提为：
以2～8℃/h将温度降至12～25℃，养晶4～16h，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯结晶，过滤或离心固态脂肪，获得液态油。
本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法制得的产品。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种富含1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯的制备方法制得的产品，所述产品中缩水甘油酯含量小于0.3mg/kg，氯丙醇酯含量小于0.5mg/kg，甘油三酯含量大于95％。
本发明有益效果：
(1)本发明建立酸解反应平衡状态下的脂肪酸及甘油三酯组成的预测模型，通过模型预测在不同底物比下，反应平衡状态时产物中甘油三酯的组成，从而对反应底物摩尔比进行筛选，减少传统方法对反应优化及检测的程序。
(2)本发明通过含游离脂肪酸的分段分提，以游离脂肪酸作为甘油三酯的溶剂，甘油三酯作为溶质，通过一段分提使棕榈酸和三棕榈酸甘油酯结晶形成晶核，有利于二段含两个饱和脂肪酸甘油三酯的分提，从而提高分提过程中甘油三酯的选择性，提高产品质量，达到湿法分提的效果。
(3)本发明在脱酸之前对酶解产物进行分提，使部分甘油酯同时脱除，从而减少产品在减压蒸馏时有害物质如缩水甘油酯，氯丙醇酯等的产生，同时也提高产品中甘油三酯的含量。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
首先，建立酸解反应平衡状态下脂肪酸及甘油三酯组成预测模型：
在反应体系中，甘油三酯的含量为m，脂肪酸的含量为h，在反应过程中，所用脂肪酶为sn-1,3位置专一性脂肪酶，脂肪酸在sn-1,3位置上符合随机分布。
在整个反应体系中，脂肪酸种类定为n种，不同脂肪酸定义为Xi，利用反应条件控制酰基转移，sn-2脂肪酸变化量较小，因此，可忽略sn-2脂肪酸的变化。
在体系中，参与反应的脂肪酸主要为甘油三酯sn-1,3脂肪酸和加入的游离脂肪酸。对于单独的脂肪酸Xi，甘油三酯sn-1,3位上的Xi脂肪酸摩尔百分比可表示为Msn-1/-3Xi，游离脂肪酸Xi的摩尔百分比可表示为MXi，因此，体系达到反应平衡时，按照随机分布原理，Xi脂肪酸反应平衡时在甘油三酯sn-1,3含量(sn-1/3Xi)可表示为：
由于因此，模型可进一步简化为：
令h/m＝S，即游离脂肪酸与甘油三酯的摩尔比例为S：1，因此，Xi脂肪酸反应平衡时在甘油三酯sn-1,3含量(sn-1/3Xi)可进一步简化为：
根据混合油脂的sn-1,3位各脂肪酸组成，可以计算出不同脂肪酸在酸解达到平衡后在sn-1，3位的理论含量。
为进一步确定反应平衡后体系中甘油三酯的组成，利用脂肪酸随机分配理论，建立酶催化条件下的甘油三酯组成平衡模型：
在整个反应体系中，甘油三酯的含量为m，脂肪酸的含量为h，脂肪酸种类定为n种，不同脂肪酸定为Xi。对于单独的脂肪酸Xi，甘油三酯sn-1,3位上的Xi摩尔百分比可表示为Msn-1/3Xi，sn-2位Xi的摩尔百分比可表示为Msn-2Xi，游离脂肪酸Xi的摩尔百分比可表示为MXi，因此，体系达到反应平衡时，按照随机分布原理，三种任意脂肪酸Xs，Xj和Xk在甘油三酯位置上的几率可表示如下：
模型可进一步简化为：
令h/m＝S，即游离脂肪酸与甘油三酯的摩尔比例为S：1，因此，将以上模型进一步简化为：
因此，酸解反应达到平衡后，所含甘油三酯分子的比例为：
在酸解合成结构脂的反应中，目的是将特定的脂肪酸接入到甘油三酯中，使甘油三酯具有特殊的功能特性。
以1,3-二不饱和脂肪酸-2-棕榈酸甘油三酯为例，目的是将不饱和脂肪酸接入到甘油三酯sn-1,3位，棕榈酸接入到sn-2位。
但是，实际反应中，棕榈硬脂除了含棕榈酸，还含有其他脂肪酸，而游离脂肪酸中，除了含不饱和脂肪酸还含有如棕榈酸等其他饱和脂肪酸。
为进一步简化反应模型，针对目标合成产物，仅关注不饱和脂肪酸和棕榈酸。因此，根据脂肪酸随机分布原理，可生成8种含不饱和脂肪酸和棕榈酸的甘油三酯，包括UPP，PPU，UPU，PPP，PUU，PUP，UUP，UUU。由于所用脂肪酶为sn-1,3选择性脂肪酶，在控制酰基转移的前提下，sn-1,3位脂肪酸参与反应。假设反应体系中，游离脂肪酸与甘油三酯的比值为S:1，sn-1,3位棕榈酸的比例为Msn-1/3P，sn-1,3位不饱和脂肪酸的比例为Msn-1/3U，sn-2位棕榈酸的比例Msn-2P，sn-2位不饱和脂肪酸的比例Msn-2U，游离脂肪酸中棕榈酸的比例为MP，游离脂肪酸中不饱和脂肪酸的比例为MU，则体系中主要甘油三酯在酸解反应平衡后的比例如下所示：
表1.酸解平衡下主要甘油三酯的理论值
以棕榈酸含量为91.2％，sn-2棕榈酸含量为84.4％的棕榈硬脂为起始原料，以高油酸葵花籽油脂肪酸为酰基供体，以sn-1，3位选择性脂肪酶为催化剂进行反应，首先通过酸解反应脂肪酸平衡模型，预测在反应平衡下不同底物比酶解产品的甘油三酯组成，反应原料的脂肪酸组成、分布以及酸解反应脂肪酸平衡模型预测获得的甘油三酯组成如下所示。
表2.棕榈硬脂及高油酸葵花籽油脂肪酸特征
表3.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当酸解反应达到平衡时，底物比大于10:1时，UPU增加幅度明显偏低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于5:1时，产物中UPU的含量明显偏低，同时PPP的含量较高，接近10％。因此，最佳酸解摩尔比例为5～10：1。
但是在实际酸解反应中，可能达到平衡的时间较长，而较长反应时间一方面会影响反应效率，另一方面会增加酰基转移，从而导致sn-2棕榈酸含量的降低。因此，由于体系中可能未达到反应平衡而存在更高含量的PPP，同时，反应混合物中含有大量的含两个棕榈酸的甘油三酯，这些甘油三酯的大量存在，影响产品质量。因此，通过首先选择合适底物比进行酸解，再采用脂肪酸与油脂共存的混合分提法对酸解产物进行分提去除具有较高饱和度的甘油三酯，从而得到富含UPU的产品。
基于以上论述，本实例在合适底物比中选择较高比例的底物比8:1进行酸解实验。将来源于高油酸葵花籽油的脂肪酸与棕榈硬脂按照底物比为8：1进行混合，将混合油脂的温度加热到60℃，保持30min，使混合物完全溶化后，通入至填充床反应器中，填充床反应器所用脂肪酶为Lipozyme RM IM，填充床保持温度为60℃，油脂在填充床中的停留时间为2小时，反应结束后，得到酸解产物。填充床反应器在通入油脂之前首先通入氮气取代空气。
表4.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.23
0.32
0.18
C16:0
52.57
80.51
38.60
C18:0
3.13
4.16
2.62
C18:1ω-9
36.66
12.55
48.72
C18:2ω-6
3.92
2.43
4.67
C18:3ω-3
0.15
0.03
0.21
％sn-2 PA*
51.05
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
将酸解产物直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯，提高产品中UPU的含量。程序分提的条件为：将酸解产物加热至60度，保持45min，完全熔化后，将酸解产物在以8度/h的速度将温度降至32度，养晶4h，使棕榈酸及三棕榈酸甘油酯结晶，形成晶核；再以4度/h将温度降至18度，养晶6h，转速为20转/分，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯结晶，分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量如下所示：
表5.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表6.最终产品的组成特征
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.27
0.33
0.23
C16:0
42.55
79.19
24.24
C18:0
2.53
3.39
2.10
C18:1ω-9
49.08
14.16
66.53
C18:2ω-6
5.36
2.89
6.59
C18:3ω-3
0.22
0.04
0.31
％sn-2 PA*
62.04
UPU(％)
51.6
OPO(％)
44.7
PPP(％)
1.37
甘油三酯(％)
98.38
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.15mg/kg，氯丙醇酯含量为0.34mg/kg，反式脂肪酸含量为0.16g/100g。
在酸解反应体系中，由于游离脂肪酸含量较高，采用通过包含脂肪酸的分提方法，一方面脂肪酸可以作为溶剂作用，增加分提过程中甘油三酯的选择性，提高目标甘油三酯的得率，另一方面，在减压蒸馏之前通过含游离脂肪酸的分提过程，通过脂肪酸的稀释作用，高熔点油脂形成晶核后，有利于提高部分甘油酯的脱除率，从而在高温脱酸过程中减少有害物质如缩水甘油酯和氯丙醇酯的生成，提高产品的安全性。
实施例2
选择棕榈酸含量为82.4％，sn-2棕榈酸含量为73.5％的棕榈硬脂为起始原料，以来源于高油酸花生油的脂肪酸为酰基供体生产UPU产品，棕榈硬脂及高油酸花生油的脂肪酸组成及分布如下所示：
表7.棕榈硬脂及高油酸花生油脂肪酸特征
表8.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当底物比大于12:1时，UPU的增加幅度明显偏低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于4:1时，产物中PPP的含量明显增高，对于棕榈硬脂的有效利用不利。
因此，可确定酸解摩尔比为4～12：1。本实例选择较低底物摩尔比6:1进行酸解实验。
将来源于高油酸花生油的脂肪酸与棕榈硬脂按底物摩尔比为6：1进行混合，将混合油脂的温度加热到65度，保持45min，完全溶化后，通入至填充床反应器中，填充床反应器所用脂肪酶为NS 40086，填充床保持温度为50度，油脂在填充床中的停留时间为5小时，反应结束后，得到酸解产物。填充床反应器在通入油脂之前首先通入氮气取代空气。
表9.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.47
0.22
0.59
C16:0
47.00
71.55
34.73
C18:0
3.43
3.15
3.57
C18:1ω-9
42.58
20.27
53.73
C18:2ω-6
6.16
4.75
6.86
C18:3ω-3
0.37
0.06
0.52
％sn-2 PA*
50.74
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
对将酸解产物在含游离脂肪酸的条件下直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯。程序分提的条件为：将酸解产物加热至65度，保持30min，完全熔化后，将酸解产物以10度/h的速度将温度降至30度，养晶6h，使棕榈酸及三棕榈酸甘油酯结晶，形成晶核；再以5度/h将温度降至22度，养晶8h，转速为20转/分，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯结晶，分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量产品得率如下所示：
表10.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表11.最终产品的组成特征
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.45
0.21
0.57
C16:0
37.30
72.02
19.95
C18:0
2.67
3.25
2.38
C18:1ω-9
51.60
19.53
67.63
C18:2ω-6
7.49
4.92
8.77
C18:3ω-3
0.49
0.07
0.70
％sn-2 PA*
64.34
UPU(％)
51.55
OPO(％)
45.43
PPP(％)
1.58
甘油三酯(％)
97.54
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.17mg/kg，氯丙醇酯含量为0.42mg/kg，反式脂肪酸含量为0.18g/100g。
实施例3
采用棕榈酸含量为70.3％，sn-2棕榈酸含量为58.3％的棕榈硬脂为起始原料，以来源于高油酸菜籽油的脂肪酸为酰基供体，以sn-1，3位选择性脂肪酶为催化剂，首先通过酸解反应脂肪酸平衡模型，预测在反应平衡下不同底物比酶解产品的甘油三酯组成。反应原料的脂肪酸特征以及酸解反应脂肪酸平衡模型预测获得的甘油三酯组成如下所示。
表12.棕榈硬脂及高油酸菜籽油的脂肪酸特征
表13.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当酸解反应达到平衡，底物摩尔比大于12:1时，UPU增加幅度明显降低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于5:1时，产物中UPU的含量偏低，UPP和PUU含量较高，对于有效利用棕榈硬脂不利。因此，最佳酸解底物摩尔比例为5:1-12:1。但是酸解反应中，可能达到平衡的时间较长，而较长反应时间有一方面会影响反应效率，另一方面会增加酰基转移，从而导致sn-2棕榈酸含量的降低。因此，由于体系中可能未达到反应平衡而存在更高含量的PPP，同时，反应混合物中含有大量的含两个棕榈酸的甘油三酯，这些甘油三酯的大量存在，影响产品质量。因此，通过首先选择合适底物摩尔比进行酸解反应，再采用脂肪酸与油脂共存的混合分提法对酸解产物进行分提去除具有较高饱和度的甘油三酯，从而得到富含UPU的产品。
基于以上论述，本实例在合适底物比中选择底物比10:1进行酸解实验。将来源于高油酸菜籽油的脂肪酸与棕榈硬脂按照底物比为10:1进行混合，在间歇反应器中，将混合油脂的温度加热到60度，保持60min，使混合物完全溶化后，选择Lipase DF为催化剂，在加酶量为10％，温度为50度，反应时间为12小时，搅拌速率为400转/min的条件下进行反应，反应结束后，得到酸解产物，其脂肪酸特征如下所示：
表14.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.49
0.6
0.43
C16:0
36.96
53.2
28.84
C18:0
3.33
3.1
3.44
C18:1ω-9
49.25
30.76
58.5
C18:2ω-6
9.15
12.11
7.67
C18:3ω-3
0.82
0.23
1.12
％sn-2 PA*
47.98
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
将酸解产物直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯，提高产品中UPU的含量。程序分提的条件为：将酸解产物加热至60度，保持60min，完全熔化后，将酸解产物在以6度/h的速度将温度降至32度，养晶5h，再以4度/h将温度降至15度，养晶12h，转速为20转/分，分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量如下所示：
表15.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表16.最终产品的组成特征
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.44
0.46
0.43
C16:0
31.95
54.04
18.91
C18:0
2.25
2.86
1.94
C18:1ω-9
54.55
29.42
67.12
C18:2ω-6
10.03
13.05
9.51
C18:3ω-3
0.78
0.17
1.09
％sn-2 PA*
56.37
UPU(％)
45.3
OPO(％)
33.7
PPP(％)
0.58
甘油三酯(％)
97.25
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.21mg/kg，氯丙醇酯含量为0.42mg/kg，反式脂肪酸含量为0.13g/100g。
实施例4
选择棕榈酸含量为82.4％，sn-2棕榈酸含量为73.5％的棕榈硬脂为起始原料，以来富含亚油酸的葵花籽油脂肪酸为酰基供体生产UPU，首先通过酸解反应脂肪酸平衡模型，预测在反应平衡下不同底物比酶解产品的甘油三酯组成，反应原料的脂肪酸组成、分布以及酸解反应脂肪酸平衡模型预测获得的甘油三酯组成如下所示。
表17.棕榈硬脂及葵花籽油脂肪酸特征
表18.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当酸解反应达到平衡时，底物比大于10:1时，UPU增加幅度明显偏低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于5:1时，产物中UPU的含量明显偏低，同时PPP的含量较高，这对棕榈硬脂的有效利用不利。因此，最佳酸解摩尔比例为5:1-10：1。但是在实际酸解反应中，可能达到平衡的时间较长，而较长反应时间一方面会影响反应效率，另一方面会增加酰基转移，从而导致sn-2棕榈酸含量的降低。因此，由于体系中可能未达到反应平衡而存在更高含量的PPP，同时，反应混合物中含有大量的含两个棕榈酸的甘油三酯，这些甘油三酯的大量存在，影响产品质量。因此，通过首先选择合适底物比进行酸解，再采用脂肪酸与油脂共存的混合分提法对酸解产物进行分提去除具有较高饱和度的甘油三酯，从而得到富含UPU的产品。
基于以上论述，本实例在合适底物比中选择较高比例的底物比8:1进行酸解实验。将来源于葵花籽油的脂肪酸与棕榈硬脂按照底物比为8:1进行混合，将混合油脂的温度加热到70度，保持30min，使混合物完全溶化后，通入至填充床反应器中，填充床反应器所用脂肪酶为Lipzyme TL IM，填充床保持温度为55度，油脂在填充床中的停留时间为3小时，反应结束后，得到酸解产物。
表19.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.12
0.13
0.12
C16:0
44.73
70.63
31.78
C18:0
3.16
3.11
3.19
C18:1ω-9
21.88
18.55
23.55
C18:2ω-6
30.10
7.58
41.36
％sn-2 PA*
52.63
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
将酸解产物直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯，提高产品中UPU的含量。程序分提的条件为：将酸解产物加热至70度，保持20min，完全熔化后，将酸解产物在以10度/h的速度将温度降至33度，养晶8h，使棕榈酸及三棕榈酸甘油酯结晶形成晶核；再以6度/h将温度降至20度，养晶16h，转速为20转/分，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油酯结晶，分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量如下所示：
表20.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表21.最终产品的组成特征
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.13mg/kg，氯丙醇酯含量为0.38mg/kg，反式脂肪酸含量为0.21g/100g。
实例5.以棕榈酸含量为91.2％，sn-2棕榈酸含量为84.4％的棕榈硬脂为起始原料，以富含油酸的菜籽油和富含亚油酸大豆油脂肪酸的混合物为酰基供体，两种植物油来源的脂肪酸比例为1:1，以sn-1，3位选择性脂肪酶为催化剂。
表22.棕榈硬脂及菜籽油、大豆油及混合脂肪酸组成特征
表23.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当酸解反应达到平衡时，底物比大于12:1时，UPU增加幅度明显偏低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于5:1时，产物中UPU的含量明显偏低，同时PPP的含量较高，对有效利用棕榈硬脂不利。因此，最佳酸解摩尔比例为5:1-12：1。但是在实际酸解反应中，可能达到平衡的时间较长，而较长反应时间一方面会影响反应效率，另一方面会增加酰基转移，从而导致sn-2棕榈酸含量的降低。因此，由于体系中可能未达到反应平衡而存在更高含量的PPP，同时，反应混合物中含有大量的含两个棕榈酸的甘油三酯，这些甘油三酯的大量存在，影响产品质量。因此，通过首先选择合适底物比进行酸解，再采用脂肪酸与油脂共存的混合分提法对酸解产物进行分提去除具有较高饱和度的甘油三酯以及部分甘油酯，从而得到富含UPU的产品。
基于以上论述，本实例在合适底物比中选择较高比例的底物比12:1进行酸解实验。将来源于菜籽油和大豆油的混合脂肪酸(菜籽油：大豆油＝1:1，mol/mol)为酰基供体，将混合脂肪酸与棕榈硬脂按照底物比为12：1(mol/mol)进行混合，将混合油脂的温度加热到65度，保持20min，使其完全熔化后，在间歇反应器中，选择Lipozyme RM IM为催化剂，在加酶量为6％，反应温度为60度，反应时间为6h，搅拌速率为800转/min的条件下进行反应，反应结束后，得到酸解产物。产物的组成特征如下所示。
表24.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.49
0.37
0.55
C16:0
46.60
76.4
31.7
C18:0
1.87
3.2
1.2
C18:1ω-9
27.78
13.85
34.75
C18:2ω-6
19.89
4.67
27.5
C18:3ω-3
3.37
1.51
4.3
％sn-2 PA
54.65
将酸解产物直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯，提高产品中UPU的含量。程序分提的条件为：将酸解产物加热至65度，保持45min，完全熔化后，将酸解产物在以5度/h的速度将温度降至28度，养晶10h，使棕榈酸及三棕榈酸甘油酯结晶，形成晶核；再以8度/h将温度降至12度，养晶10h，转速为20转/分，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯结晶，分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量如下所示：
表25.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表26.最终产品的组成特征
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.39
0.32
0.43
C16:0
38.76
75.95
20.17
C18:0
1.48
2.28
1.08
C18:1ω-9
30.32
14.98
37.99
C18:2ω-6
25.01
4.76
35.14
C18:3ω-3
4.03
1.71
5.19
％sn-2 PA*
65.31
UPU
53.76
PPP
1.55
甘油三酯(％)
98.16
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.15mg/kg，氯丙醇酯含量为0.33mg/kg，反式脂肪酸含量为0.24g/100g。
实施例5
选择棕榈酸含量为82.4％，sn-2棕榈酸含量为73.5％的棕榈硬脂为起始原料，以来富含油酸的茶籽油，富含亚油酸的葵花籽油以及富含亚麻酸的亚麻籽油混合脂肪酸为酰基供体生产UPU，三种油脂来源的脂肪酸比例为1:1:1(mol/mol/mol)，首先通过酸解反应脂肪酸平衡模型，预测在反应平衡下不同底物比酶解产品的甘油三酯组成。反应原料的脂肪酸组成、分布以及酸解反应脂肪酸平衡模型预测获得的甘油三酯组成如下所示。
表27.棕榈硬脂及茶籽油、葵花籽油、亚麻籽油及混合脂肪酸组成特征
表28.不同底物比下甘油三酯含量的理论平衡值
由以上结果可知，当酸解反应达到平衡时，底物比大于10:1时，UPU增加幅度明显偏低，同时，较高的底物比将增加生产成本并为后续脱酸造成困难，而当底物比小于4:1时，产物中UPU的含量明显偏低，同时PPP的含量较高，这对棕榈硬脂的有效利用不利。因此，最佳酸解摩尔比例为4:1-10：1。但是在实际酸解反应中，可能达到平衡的时间较长，而较长反应时间一方面会影响反应效率，另一方面会增加酰基转移，从而导致sn-2棕榈酸含量的降低。因此，由于体系中可能未达到反应平衡而存在更高含量的PPP，同时，反应混合物中含有大量的含两个棕榈酸的甘油三酯，这些甘油三酯的大量存在，影响产品质量。因此，通过首先选择合适底物比进行酸解，再采用脂肪酸与油脂共存的混合分提法对酸解产物进行分提去除具有较高饱和度的甘油三酯以及部分甘油酯，从而得到富含UPU的产品。
基于以上论述，本实例在合适底物比中选择较高比例的底物比4:1进行酸解实验。将混合脂肪酸与棕榈硬脂按照底物比为4:1进行混合，将混合油脂的温度加热到70度，保持20min，使混合物完全溶化后，通入至填充床反应器中，填充床反应器所用脂肪酶为NS40086，填充床保持温度为60度，油脂在填充床中的停留时间为1小时，反应结束后，得到酸解产物。
表29.酸解产物的脂肪酸组成及分布
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.45
0.21
0.57
C16:0
49.57
71.52
38.6
C18:0
3.58
3.11
3.81
C18:1ω-9
23.16
18.37
25.55
C18:2ω-6
16.72
5.53
22.32
C18:3ω-3
6.52
1.26
9.15
％sn-2 PA*
48.09
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
将酸解产物直接进行程序分提结晶，除去油脂中的饱和甘油三酯及部分甘油酯，提高产品中UPU的含量。程序分提的条件为：将酸解产物加热至70度，保持30min，完全熔化后，将酸解产物在以12度/h的速度将温度降至35度，养晶2h，使棕榈酸及三棕榈酸甘油酯结晶，形成晶核；再以2度/h将温度降至25度，养晶4h，转速为20转/分，使部分含两个饱和脂肪酸的甘油三酯结晶；分提结晶结束后，通过过滤或离心除去油脂中的固态脂肪，获得液态油。液态油中部分甘油酯的含量如下所示：
表30.分提前后体系中的甘油酯含量及产品得率
最终将液态油经过减压蒸馏脱除脂肪酸，获得终产品。终产品的结果如下所示：
表31.最终产品的组成特征
脂肪酸(mol％)
总
sn-2
sn-1,3
C14:0
0.34
0.23
0.40
C16:0
41.82
73.80
25.83
C18:0
2.32
1.97
2.50
C18:1ω-9
25.08
17.99
28.62
C18:2ω-6
21.49
4.88
29.80
C18:3ω-3
8.95
1.12
12.86
％sn-2 PA*
58.82
UPU(％)
44.62
PPP(％)
1.36
甘油三酯(％)
98.68
*％sn-2 PA表示sn-2棕榈酸占总棕榈酸的比例，计算公式为：sn-2棕榈酸/(3×总棕榈酸)×100％
所得最终产品经测定缩水甘油酯含量为0.11mg/kg，氯丙醇酯含量为0.24mg/kg，反式脂肪酸含量为0.26g/100g。
对比例1～6
采用实施例1、2、3、4、5和6的条件进行酸解反应。酸解反应之后，首先通过减压蒸馏脱除脂肪酸，再通过分提脱除高饱和度的甘油三酯，所得产品的指标结果如下所示：
表32.对比例1-6的所得产品的主要指标
指标
对比1
对比2
对比3
对比4
对比5
对比6
％sn-2 PA*
54.53
53.26
49.74
53.61
57.33
50.26
UPU(％)
44.15
42.62
38.78
41.53
44.32
36.59
OPO(％)
37.3
38.1
26.4
PPP(％)
6.7
6.1
5.4
6.8
7.1
6.5
液态甘油三酯得率(％)
65.45
66.21
68.32
67.54
65.35
60.26
甘油三酯(％)
94.71
93.65
93.88
93.73
92.52
94.87
甘油二酯(％)
4.53
5.52
5.24
5.15
6.31
4.35
甘油一酯(％)
0.76
0.83
0.88
1.12
1.17
0.78
缩水甘油酯(mg/kg)
0.63
0.72
0.57
0.76
0.83
0.64
氯丙醇酯(mg/kg)
0.96
1.04
1.27
1.14
1.31
0.81
分别取实施例1、4和6及对比例1、4和6的样品15g，置于60℃的条件下进行加速氧化试验，分别测定样品在0、24、48和72h的过氧化值(meq/kg),比较两种油脂的氧化稳定性，结果如下表所示。
表33.氧化稳定性测试
在酸解反应体系中，由于游离脂肪酸含量较高，采用通过包含脂肪酸的分提方法，一方面脂肪酸可以作为溶剂作用，增加分提过程中甘油三酯的选择性，提高目标甘油三酯的得率，同时也避免干法分提导致的产品得率较低的问题或者以有机溶剂为主的湿法分提所产生的安全性和成本等问题，同时，在分提过程中采用两段分提，首先使高熔点的棕榈酸与三棕榈酸甘油酯结晶形成晶核，从而有利于后续的含两个棕榈酸的甘油三酯的结晶，也有利于部分甘油酯的结晶；另一方面，在酸解反应中，甘油三酯在脂肪酶的作用下首先水解成部分甘油酯(甘油一酯和甘油二酯)，再通过酯化生成甘油三酯，部分甘油酯为中间产物，在反应物中的生成不可避免，通过减压蒸馏之前进行含游离脂肪酸的分提，脂肪酸作为溶剂稀释体系，在高熔点油脂形成晶核后，有利部分甘油酯的结晶析出，在分提过程中脱除反应体系中大部分的部分甘油酯，从而在高温脱酸过程中减少有害物质如缩水甘油酯和氯丙醇酯的生成，提高产品的安全性，同时有利于提升油脂的氧化稳定性。
油脂的氧化稳定性除了与油脂的脂肪酸组成，抗氧化剂等相关外，还与油脂中的部分甘油酯的含量有关。油脂总体上是一种疏水体系，氧气由于其分子的对称结构，极易溶于油脂。油脂虽然是疏水性的，但是其中仍然含有微量水分。油脂中的微量水分主要存在于由油脂中弱极性物质形成的胶束之中。油脂的氧化主要发生在油水界面，因此，油脂的氧化稳定性与油脂中的含水量密切相关。部分甘油酯是一种双亲性物质，在油脂体系中以胶束的形式存在，胶束中间为微量水分，当部分甘油酯含量增加，油脂中的胶束含量增加，水分的溶解量也增加，由此导致油中的氧气在油水界面发生氧化反应，从而加速油脂的氧化。因此，减少油脂中的部分甘油酯，在同等条件下，可提高油脂的氧化稳定性，从而避免油脂氧化劣变产生的有害物质。
本发明首先通过建立酶催化酸解反应平衡时产物组成的预测模型通过模型预测在不同底物比下产物的甘油三酯组成，从而选择合适的底物比，简化了反应过程；其次，酸解反应获得酶解产品后，在脱酸之前，采用包含游离脂肪酸的分段分提，提高分提过程对甘油三酯的选择性，同时脱除大部分部分甘油酯，获得的产品质量更高，安全性更好，氧化稳定性更佳。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。