1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯的合成研究

赵晨，王敏，刘宁，2，李春，刘丽波

(1.东北农业大学 a.食品学院，b.乳品科学教育部重点实验室，哈尔滨 150030；2.国家乳业工程技术研究中心，黑龙江省乳品工业技术开发中心，哈尔滨150028)

0 引 言

目前，各婴儿配方乳粉厂家均致力于模拟母乳成分，1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯(OPO)作为一种新型母乳脂肪替代品已经引起了大家的广泛注意。2008年中华人民共和国卫生部第13号公告批准了1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯作为营养强化剂可用于婴儿配方奶粉中，并规定了其生产技术指标及强化量。OPO能够较好的改善婴儿对配方乳粉中各营养成分的吸收情况，同时也对婴儿胃肠功能成熟等方面有一定的促进作用。本文对OPO在婴幼儿乳粉中的添加及合成及研究做了简单的综述。

1 人乳脂肪及OPO等的添加

1.1 人乳脂肪

人乳中含有大概约 4%～4.5%的脂肪，其中98%为甘油三酯。人乳脂肪为婴儿提供 50%左右的能量，在婴幼儿 0～6个月大时，人乳为婴幼儿提供约 45%的能量，在婴幼儿生长到 7～12个月大的时候，人乳可为其提供30%～40%的能量，同时也可为婴幼儿提供一些必需脂肪酸和长链的多不饱和脂肪酸，例如 DHA、EPA等，具有能够促进脂溶性的维生素的吸收等功能[1-2]。

人乳中含有具有特殊脂肪酸组成和结构的甘油三酯，它能使婴儿更好地吸收矿物质和脂肪。这不仅对婴儿的成长发育非常重要，而且还显著地减少了婴儿便秘的可能性。天然人乳脂肪具有自己独特的结构特点，人乳脂肪的脂肪酸组成及甘油三脂的sn-2位分布如图1[4]和图2[3]所示。在植物油和牛乳的脂肪中，饱和的脂肪酸主要分布在三甘酯的甘油骨架的sn-1或sn-3位上，与人乳有一定差异。人乳及常见植物油脂和乳脂脂肪酸组成和sn-2脂肪酸组成如表1所示。作为人乳替代品的婴幼儿配方奶粉，其脂肪结构应尽量接近人乳，但现状并非如此。虽然婴儿配方奶粉能近似的替代人乳，但是，这种对婴儿至关重要的特殊甘油三酯的添加并没有被重视起来。

1.2 添加OPO等人乳脂肪替代品的重要性

OPO作为一种新资源食品，是由脂肪酶催化酯交换反应，使脂肪酸在甘油分子上的位置重新排列而得。人乳中的棕榈酸大多结合在甘油三酯的sn-2位上，而婴儿配方乳粉中的棕榈酸多结合在sn-l,3位置上。植物油和婴儿配方奶粉中结合在sn-1,3位置上的棕榈酸不易被吸收，易形成不溶性的皂化钙随粪便排出体外，导致能量和钙的流失[7]。OPO与人乳脂肪结构相似，因其特有的脂肪酸结构组成，在参与消化时不易形成钙皂而产生便秘，使婴儿能更好地吸收矿物质和能量。

图1 人乳脂肪中脂肪酸的组成

图2 人乳脂肪中甘油三酯sn-2位脂肪酸组成

表1 母乳及常见植物油脂和乳脂脂肪酸组成和sn-2脂肪酸组成

2 OPO的合成

2.1 反应原理

随着科技的进步，利用特异性脂肪酶催化酯交换反应生成OPO的设想已经可以实现了。反应温度、反应时间、酶的种类、酶的用量、底物比、以及水分含量均可以影响酯交换反应。合成OPO的反应原理大多如图3[8]所示。图3中，X和Y为未知脂肪酸或烃基；Z为油酸或其非甘油酯。

图3 OPO反应原理

2.2 反应工艺

早在上个世纪末期，随着对婴儿营养摄入需求的不断研究，对合成OPO等母乳脂肪替代品的研究也逐渐的深入起来。

2.2.1 以棕榈酸三甘油酯做为主要反应底物的反应工艺

韩国的Jeung H[9]等人利用脂肪酶催化棕榈酸三甘油酯与油酸乙酯进行酯交换反应合成富含OPO的甘油三酯。文章利用相应面法模型分析了底物比、反应时间及反应温度对OPO含量及酰基迁移的影响。结果在最佳条件(摩尔比5.5、50℃反应3 h)下获得含量为31.43%的OPO。OPO含量与底物比呈正相关，与反应时间和反应温度呈负相关。OPO纯化后的剩余产物富含棕榈酸甘油三酯，可作为下一轮酯交换反应的底物，节省原料。

Pfeffer J[10]等人利用棕榈酸三甘油酯为底物，使用脂肪酶lipase B from Candida antarctica(CalB)将其水解为2-单棕榈酸酯，2-单棕榈酸酯继续与油酸进行酯化反应生产OPO。第一步2-单棕榈酸酯的产率为73%，酯化后OPO的得率为90%，纯度为95%。反应步骤如图3。

图4 2-单棕榈酸酯法合成OPO工艺

同样是用棕榈酸甘油三酯制取2-棕榈酸单甘油酯，Schmid U[11]等人通过两步法获得富含OPO的甘油三酯，首先在Sn-1,3专一性脂肪酶的作用下，将棕榈酸三甘油酯在溶剂体系中经醇解和冷冻分提后得到2-棕榈酸单甘油酯，其纯度可以达到大于95%。然后将2-棕榈酸单甘油酯与油酸合成富含OPO的甘油三酯，其产品纯度可达82%。与Pfeffer J等人的方法相比，制备2-棕榈酸单甘油酯的纯度较高，但终产物OPO的纯度较低。

Toshihiro N[12]等人利用热稳定性脂肪酶R275A催化棕榈酸三甘油酯与油酸进行酯交换反应合成富含OPO甘油三酯。最佳反应条件为：棕榈酸三甘油酯和油酸的比例为1∶2(质量比)，反应温度为50℃，反应时间为24 h，8%酶量。在最佳反应条件下OPO的得率为36%。与Jeung H的方法相比，用油酸做底物比油酸乙酯的酯交换反应程度高，OPO的得率也有所提高。

Esteban L[13]等人利用sn-1,3脂肪酶催化富含棕榈酸的甘油三酯与富含油酸的游离脂肪酸反应，使油酸替代sn-1,3的棕榈酸，保留sn-2位的棕榈酸，形成OPO。实验在无溶剂体系、50℃、FFA/TAG底物摩尔比6∶1的条件下通过提纯分离，需要的结构甘油三酯纯度可达到99%。与Toshihiro N的方法相比，油酸的比例有所提高，最后合成OPO甘油三酯的得率也有提高。

CN102757988[14]将甘油和棕榈酸在脂肪酶催化酯化反应下制得棕榈酸三甘油酯，再将其与油酸或油酸酯在专一脂肪酶作用下进行酯交换，反应至酯交换率达到30～60%时去除游离脂肪酸和其他脂肪酸酯，继续插入油酸基至酯交换率达到60～90%时分离纯化得到OPO。OPO含量经多次实例实验均在58.21～82%之间。与其他反应相比得率较低，而且在反应进程中需持续检测反应的酯交换率来控制纯化的时间。

Robles A[15]等人利用金枪鱼油和棕榈酸通过脂肪酶催化生成甘油三酯，将产物通过饱和KOH去除游离脂肪酸并用乙烷提取甘油三酯；然后利用Rhizopus oryzae,sn-1,3特异性脂肪酶催化富含油酸的游离脂肪酸与其反应，取代sn-1,3的脂肪酸。结果有67%的油酸出现在产物甘油三酯的sn-1,3位，52.1%的棕榈酸出现在sn-2位上。

李玲[16]第人利用棕榈酸甘油三酯和油酸为原料，假丝酵母脂肪酶催化合成OPO。当脂肪酶用量为37 500 U，反应温度为43℃，经过3 h反应后，OPO的转化率可达41.24%。通过补加酶和底物，该反应可稳定持续的继续下去，且保证反应产物的得率在40%以上。该方法虽然产率较低，但阐明了Candida sp.99-125脂肪酶催化合成OPO时油酸插入的顺序以及连续反应的补料问题。

2.2.2 以猪油或其他油脂作为主要反应底物的反应工艺

覃小丽[17]等人利用Lipozyme RM IM酶催化酸解液体猪板油与油茶籽油脂肪酸的反应制备富含OPO的结构油脂。反应的最佳条件为34℃猪板油与油茶籽油脂肪酸摩尔比为1:4,加酶量为底物质量的6%,反应温度45℃,反应时间6 h,油酸的结合率高达51.46%,目标产物的熔点为2.2℃。

CN102229866[18]利用乙醇脱去猪油中的胆固醇，利用专一性脂肪酶催化脱胆固醇的猪油与精制脂肪酸反应，除去产物中的脂肪酶和脂肪酸，结晶精制高OPO含量的甘油三酯。通过该方法可以使甘油三酯的OPO含量达到53%以上且sn-2脂肪酸组成中棕榈酸的含量变化小于10%。

台湾的Chen M L[19]等人采用了三步法合成富含OPO的甘油三酯。首先分馏棕榈油获得棕榈酸和油酸；然后将棕榈油转化为棕榈酸乙酯，棕榈酸乙酯与甘油在脂肪酶Novozym 435催化下生成棕榈酸三甘油酯；最后棕榈酸甘油酯和油酸在脂肪酶IM60催化反应下获得富含OPO的甘油三酯。66.1%的油酸被插进甘油三酯中，OPO含量达到74%，甘油三酯sn-2位的的脂肪酸组成分析显示含有90.7%的棕榈酸和9.3%油酸。

2.3 其他人乳脂肪替代品的合成

冯永方[20]等人利用非专一性脂肪酶Novozym 435催化棕榈酸与棕榈酸乙酯进行酸解反应，生产sn-2位上富含棕榈酸的甘油三酯，为进一步制备母乳脂肪替代品做原料。运用相应面法分析建造模型，当棕榈酸与棕榈硬脂质量比1.09∶1，反应时间9.9 h，反应温度54.7℃，加酶量21.9%时为最适条件，在最适条件下产物甘油三酯中sn-2位上棕榈酸为60.59%，完全满足进一步制备母乳脂肪替代品的要求。

何川[21]等人采用sn-1,3特异脂肪酶催化猪油与游离脂肪酸进行酯交换来改性猪油，来制备母乳脂肪替代品。该实验采用相应面法进行优化，在最佳条件即水分含量3.7%(以酶量计);反应温度61℃;底物比:脂肪酸∶猪油2.4∶1(摩尔比);酶量10%(以底物质量计),反应时1 h条件下使产品熔点范围从原料猪油的41～47℃下降为32～35℃,符合人乳脂低于38℃的要求；亚油酸与亚麻酸之间的达到平衡比(5～15)；硬脂酸不高于10%；Sn-2的棕榈酸不低于总量的70%。

Sahina N[22]等人用商业固定化脂肪酶Lipozyme RM IM and LipozymeTLIM在正己烷体系中催化棕榈酸三甘油酯、榛子油脂肪酸和GLA进行酶促酯交换生成富含OPO和GPG的母乳脂肪替代品。GLA(10%)和油酸 (45%)掺入甘油三酯生成的最佳条件分别为14.8 mol/mol(总脂肪酸摩尔数/棕榈酸三甘油酯摩尔数),55 °C,24 h;和14 mol/mol(总脂肪酸摩尔数/棕榈酸三甘油酯摩尔数),55°C,24 h。

3 展 望

对于婴儿配方奶粉来说，其不断追求的理想目标应该是向“母乳化”方向发展。在这样的目标引导下，婴儿配方奶粉向母乳成分靠拢也应该逐渐的细致化。婴儿对母乳营养成分的消化吸收比牛乳和婴儿配方奶粉都要高，这不仅取决于脂肪酸的含量，还与母乳中所含的脂肪酸种类、在甘油三酯中的位置分布等都有着密切的联系。婴儿配方奶粉中添加1,3-二油酸2-棕榈酸甘油三酯等母乳脂肪替代品能够有效促进婴幼儿对脂肪酸和钙的吸收，有效降低其便秘的发生率，促进婴儿健康发育。

随着我国科研水平的提高，在OPO合成工艺方面的一些问题都会逐步解决，随着这些母乳脂肪替代品的大量成产，市场上将会出现更多富含这些母乳脂肪替代品的配方奶粉，解决婴幼儿营养吸收消化的问题。

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