功能性油脂-结构脂质酶法合成的研究进展

[摘要]结构脂质（SLs）因其特殊结构具有提供功能性成分、促进脂质代谢和抑制肥胖等功能，开发及应用结构脂质正在成为国内外关注的热点。本文概述了结构脂质的酶催化制备方法以及酶法合成结构脂质最新的研究趋势，例如中链和长链甘油三酯、人乳脂肪替代品、无反式或低反式软化脂（如人造黄油和起酥油）、富含健康脂肪酸的油脂。

[关键词]结构脂质;应用;酶法合成

中图分类号：TS224.8 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

油脂作为人体所需的六大营养素之一，不仅能够给人们提供能量，还在人体内部发挥着不可替代的作用。然而高脂肪膳食与高血压、高血脂、脂肪肝、脑血栓等疾病以及某些癌症（如肠癌、乳腺癌）有着密不可分的关系[1]。近年来，通过对脂肪进行改性，开发出易消化、抗肥胖、具有功能性成分的结构脂质已经成为油脂研究领域的新的热点。

结构脂质（Structured Lipids，SLs）也称结构脂，通常使用化学法或酶法将某些具有生理或者营养性能的脂肪酸结合到天然油脂的特定位置，从而改变天然油脂中的脂肪酸组成、含量或者空间位置以及甘油三酯的种类，从而最大化发挥合成脂质中的脂肪酸功效，这种对天然脂质进行重新构造的脂质叫结构脂质[2]，在医药和食品行业具有很好的发展前景。

1 结构脂质的酶催化制备方法

结构脂质可以通过酶法或者化学法制备，使用酶作为生物催化剂具有优于化学方法的若干点[3-4]。首先，酶最显著的特点是具有选择性和特异性，有些脂质合成不能通过化学催化剂来实现;其次，酶促反应通常在温和条件下进行，这样会使温度敏感的底物和产物的原始属性损失减少;最后，酶的使用减少了有害试剂和能量的使用，并且易于回收产品，从而为一些化学产品提供了更为环保和安全的替代品。

1.1 直接酯化法

直接酯化法是以酶作催化剂，以中碳链脂肪酸、长碳链脂肪酸和甘油为原料，在合适的温度及底物摩尔比条件下，直接酯化合成结构脂质的方法。

杨剀舟等[5]以甘油和中长碳链脂肪酸为原料，使用Novozym 435脂肪酶在无溶剂体系中直接催化合成医用中长碳链结构脂质。探究了加酶量、反应温度、底物摩尔比和反应时间对合成中长碳链结构脂质含量的影响，并使用响应面实验对合成工艺进行了优化，在反应温度为90℃、加酶量为6.5%（以底物总含量计）、反应时间为12.97h和底物摩尔比为3.5∶1的条件下，平均甘油三酯的含量达到78.5%。Koh等[6]使用中碳链脂肪酸辛酸、长碳链脂肪酸油酸和甘油，利用Lipozyme RM IM酶作为催化剂，直接酯化合成中长碳链结构脂质，使用响应面实验对制备工艺进行了优化，其结果表明，在10%加酶量、70℃的反应温度、14h的反应时间和底物摩尔比为3.5∶1（脂肪酸∶甘油）的条件下，可以获得70.34%甘油三酯产率和56.35%中长碳链结构脂质产率，并且精制的中長碳链甘油三酯的物理和化学特征表明其适用于烹饪和油炸。

直接酯化法过程操作简单，产物中形成的副产物较少，能够轻易分离出产品。但由于一些纯度很高的脂肪酸价格比较昂贵，这种方法不适合用于工业化生产，需要寻找更好的方法来制备结构脂质[7]。

1.2 酸解法

酸解法就是利用固定化脂肪酶，将甘油三酯和脂肪酸进行反应，通过固定化酶的作用，甘油三酯中的酰基和脂肪酸酰基相互交换，生成新型结构脂质的过程。

Abed等[8]以Lypozyme RM IM作为催化剂，催化微生物油和油酸制备富含多不饱和的结构脂质，在最佳条件下，不饱和脂肪酸含量从60.63%增加到84%，而饱和脂肪酸含量在SLs的sn-1，3位置从39.37%降低到16%。同时产生了多种新型甘油三酯，最丰富的为（18∶1-20∶4-18∶1）（20∶4-20∶4-18∶1）（18∶1-18∶2-18∶1）（18∶1-18∶2-18∶0）和（24∶0-20∶4-18∶1），相对含量分别为18.79%，11.94%，6.07%，5.75%和4.84%。这种新型的结构脂质不仅能够促进脂质代谢，还能够为人体提供必需脂肪酸，在食品和制药工业领域具有巨大的潜在应用。王强等[9]以玉米胚芽油和辛酸为原料，比较了6种不同的脂肪酶对无溶剂体系中制备MLM型结构脂质含量的影响，并且筛选出了最佳的脂肪酶（Lypozyme RM IM）。使用Lypozyme RM IM 作为催化剂，在脂肪酶为12%（底物总质量）、反应时间为16h，反应温度为50℃，底物摩尔比1∶4（玉米胚芽油∶辛酸）的条件下辛酸的插入率最高。王博等[10]以大豆油和月桂酸作为原料，采用Lypozyme RM IM催化合成了一种中长碳链型结构脂质，并通过响应面实验研究了不同底物比、反应温度、反应时间、脂肪酶添加量对合成结构脂质中月桂酸插入率影响，在最佳反应条件下，月桂酸插入率达到29.26%。同时还对最终得到的反应产物进行了表征，实验结果表明，最终产物和原料油相比，碘值和黏度降低，皂化值显著最高，其热力学性质和原料油相比也大大改变，而烟点和原料油相比没有显著性差异。Liu等[11]使用脂肪酶和超声波预处理从三棕榈酸（PPP）和油酸（OA）生产结构化脂质1，3-二油酰基-2-棕榈酰基甘油（OPO），研究了影响超声条件和酶促反应的因素。研究证实，超声预处理在OPO生产中比传统的机械搅拌更有效。Wang等[12]用脂肪酶催化辛酸和菜籽油酸以产生在sn-1，3位置含有中链脂肪酸和在sn-2位置含有长链脂肪酸的结构脂质，并且在无溶剂体系中，研究不同来源的六种商业脂肪酶对辛酸插入菜籽油的能力的影响。研究了Lipozyme RM IM的反应参数，包括底物摩尔比，酶负荷，反应时间和温度，当用10%脂肪酶进行反应时，辛酸的掺入量更高，最佳时间进反应时间、底物摩尔比和温度分别为15h、1∶4和50℃～60℃。同时表征了在相对最佳条件下获得的SLs产物可能的甘油三酯种类和物理性质。BH等[13]将米糠油和辛酸在连续填充床生物反应器中进行酶促修饰，以Lipozyme RM IM作为生物催化剂，并通过蒸馏纯化得到反应产物，最终得到的米糠油结构脂质含中脂肪酸插入率为32.1%。其结果表明和单一的米糠油相比，游离脂肪酸组成和烟点没有显著性差异，但是颜色更暗、更黄、更绿。

酸解法的反应原料来源广泛，生产成本比较低，并且产物中含有的杂质大部分为单甘酯、甘油二酯和脂肪酸，可以通过分子蒸馏等方法将这些杂质除去。

1.3 酯-酯交换法

酯-酯交换法是指经过酶催化作用，甘油三酯分子内的酰基重新排列或者甘油三酯分子间酰基位置互换来制备结构脂质的一种方法[14]。

Zhao等[15]以Lipozyme RM IM作为生物催化剂，通过椰子油和山茶油的酶促酯交换反应合成中长碳链甘油三酯。在最优条件下酯交换产物中含有55.81%的中长碳链甘油三酯，并且比较研究了酯交换产物和物理共混物的脂肪酸组成、生育酚含量和物理化学特征。酯交换产物的脂肪酸主要組成为组成癸酸（26.33%）、月桂酸（21.29%）和油酸（42.33%）。Khodadadi等[16]通过亚麻籽油和三辛酸甘油酯在有机溶剂中进行酯交换反应，选用了Novozym 435、Lipozyme TL IM、Lipozyme RM IM、Amano DF四种酶作催化剂。合成的结构脂质通过大气压化学电离-质谱（APCI-MS）进行分析鉴定，其结果表明Novozyme 435催化效率最好，Amano DF催化效率最低。

酯-酯交换反应的原料廉价易得，并且可以直接生产，生产成本很低，反应条件相对温和，并且选择性较好。因此这种方法现在广泛应用在结构脂质合成和油脂改性方面，但是不适合用于化学结构确定型结构脂质的生产。

2 结构脂质的应用

2.1 中长碳链甘油单酯

常见食用油中含有长链甘油三酯，其中含有大量的长碳链脂肪酸，包括必需脂肪酸。然而长碳链甘油三酯在人体内代谢缓慢，并且大多数倾向于沉积在人脂肪组织中[17]。中碳链甘油三酯可以通过增加脂质氧化和能量消耗使体重减轻[18-19]。中碳链甘油三酯作为一种低能量的油脂，能够在一定程度上控制能量的摄入以及脂肪在人体的储备，从而抑制肥胖症、脂肪肝[20-21]。中碳链甘油三酯中不含有人体必需脂肪酸，人体长期摄入对身体健康会造成不利影响。这就产生了开发特定结构脂质的需求，这些结构脂质包含了中碳链甘油三酯和长碳链甘油三酯的优点，称为中长碳链甘油三酯。中长碳链甘油三酯不仅含有必需脂肪酸，而且含有中碳链脂肪酸，能够促进脂质代谢并且能够在一定程度抑制肥胖[22-23]。在中长碳链甘油三酯中主链上存在着四种不同类型的脂肪酸排序，即MLM、MML、LML和LLM型结构脂质，其中MLM型结构脂质是最优的结构，已经成为越来越多实验研究的热点[24]。

2.2 人乳脂肪替代品

人乳脂肪是婴儿主要的能量来源，为婴儿提供50%的膳食热量，并且提供必需脂肪酸和脂溶性维生素等重要成分。典型的人乳脂肪主要由棕榈酸（16∶0）和油酸（18∶1n-9）组成，其分别占总脂肪酸的约25%w/w和40%w/w。棕榈酸主要在sn-2位置酯化（55%w/w），而sn-1，3位置主要由不饱和FAs（USFAs）占据，如油酸（45%w/w）[25]。OPO是目前人乳脂肪最主要的一种甘油三酯种类。Wei等[26]为了获得一种用于婴儿配方食品的重要结构化甘油三酯，建立了一种简便的方法来合成高纯度的1，3-二油酰基-2-棕榈酰甘油（OPO）。首先合成棕榈酸甘油酯（PPP），然后通过使用sn-1，3区域特异性脂肪酶催化酸解将油酸插入入PPP甘油骨架的sn-1和sn-3位。在溶剂（正己烷）和无溶剂体系中研究了两种广泛使用的固定化sn-1，3区域特异性脂肪酶Lipozyme TL IM和Lipozyme RM IM。结果表明，Lipozyme TL IM和Lipozyme RM IM分别适用于溶剂体系和无溶剂体系，在溶剂和无溶剂体系中最终产物中的OPO含量为32.34%和40.23%。Pande等[27]等通过酶促酸解反应合成含有棕榈酸、油酸和二十二碳六烯酸的结构脂质（SLs），其可用于婴儿配方食品中。使用的底物是三棕榈酸，特级初榨橄榄油游离脂肪酸和二十二碳六烯酸单细胞油游离脂肪酸，去摩尔比为1∶1∶1、1∶2∶1、1∶3∶2、1∶4∶2和1∶5∶1。反应使用LipozymeTL IM脂肪酶在65℃下进行24h。最终结果表明其中有四种配比的结构脂质具有用于婴儿配方食品的理想脂肪酸分布，结构脂质中主要甘油三酯分子种类是PPP、OPO和PPO。

2.3 无反式或低反式脂肪酸软化脂

常规的软化脂（人造奶油和起酥油）含有很高的反式脂肪，反式脂肪酸通常在氢化过程中形成。反式脂肪酸的摄入可能会增加患冠心病的风险[28]。自21世纪初以来，软化脂肪制造商和研究人员一直在开发加氢工艺的几种代替品，以减少或完全去除其产品中的反式脂肪酸，从而实现低反式或无反式人造黄油和起酥油。脂肪酶催化高饱和脂肪是获得具有软化脂肪特征最常见的途径。Zhao等[29]使用高度氢化的大豆油、樟树籽油和紫苏油酶促酯交换反应合成结构脂质。通过65℃水浴温度将氢化大豆油，樟树籽油和紫苏油的混合物进行反应，三种物质的脂肪比分别为60∶40∶100、70∶30∶100、80∶20∶100，同时加入10%（总重量底物）Lipozyme TL IM，反应时间为8h。其结果表明，所获得的产物中不含有反式脂肪酸，并且随着温度的升高，酯交换产物的固体脂肪含量（SFC）明显低于物理混合物，同时，酯交换产物显示出比物理共混物更多的β"多晶型物，其中β"多晶型物是生产人造黄油和起酥油的最佳形式。

2.4 富含健康脂肪酸的功能性油脂

目前，多种脂肪酸已经用来作为合成结构脂质的底物，从而获得不同的益处。其中受到广泛关注的脂肪酸有具有抗肥胖作用的共轭亚油酸，具有降低胆固醇作用的α-亚麻酸、EPA和DHA以及具有抗氧化作用的酚酸。Gruczynska等[30]使用Lipozyme RM IM脂肪酶用作生物催化剂，以菜籽油和天然抗氧化剂抗坏血酸和酚酸作为底物，催化底物的酯化反应，并且评价最终酯交换产物的油炸性能和氧化稳定性。其结果表明与菜籽油相比，新型结构脂质展现了更好的油炸性能，开发含有抗氧化结构的脂质可以直接影响脂质的营养特性。Akanbi等[31]使用Lipozyme RM IM或Lipozyme TL IM将二十碳五烯酸（EPA）插入改良的鸸鹋油中产生新的富含EPA的结构脂质。其结果表明使用异辛烷作为反应溶剂可以提高EPA的插入水平，并且两种结构脂质和鸸鹋油相比具有更低的氧化稳定性。

3 结 论

虽然结构脂质和其他普通油脂相比具有更好的物理化学性质以及功能性，但酶法制备结构脂质价格昂贵，而且脂肪酶重复利用率低，因此不能工业化生产，但随着生物工程的不断发展，酶的成本将会越来越低，酶法制备结构脂质将在脂肪改性领域发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 王瑛瑶.结构脂质的研究进展[J].粮油食品科技，2007（2）：25-28.

[2] 钟凯，葛赞，计晓黎，等.结构脂质的合成及应用[J].化学与生物工程，2015（8）：1-4.

[3] 吴时敏.功能性油脂[M].北京：中国轻工出版社，2001.

[4] KIM B H， AKOH C C.Recent research trends on the enzymatic synthesis of structured lipids[J].J Food Sci，2015（8）：1713-1724.

[5] 楊剀舟，毕艳兰，马素敏，等.响应面优化脂肪酶催化合成中长碳链甘三酯[J].中国油脂，2012（2）：51-55.

[6] KOH S P， TAN C P， LAI O M， et al. Enzymatic： synthesis of medium-and long-chain triacylglycerols （MLCT）：optimization on process parameters using response surface methodology[J].Food Bioprocess Technol， 2010（2）：288-299.

[7] 周飞，王建宇，白雪斐，等.中长碳链甘油三酯的研究进展[J].中国油脂，2018（7）：67-71+81.

[8] ABED S M， ZOU X， AlLI A H， et al. Synthesis of 1，3-dioleoyl-2-arachidonoylglycerol-rich structured lipids by lipase-catalyzed acidolysis of microbial oil from mortierella alpina[J].Bioresource Technology，2017（243）：448-456.

[9] 王强，贺稚非，李贵节，等.脂肪酶催化玉米胚芽油与辛酸制备MLM型结构脂质[J].中国食品学报，2017（1）：77-83.

[10] 王博，鞠兴荣，周润松，等.大豆油和月桂酸制备MLM型结构脂质工艺优化及其性质分析[J].食品科学，2018（18）：249-254.

[11] LIU S L， DONG X Y， WEI F，et al. Ultrasonic pretreatment in lipase-catalyzed synthesis of structured lipids with high 1，3-dioleoyl-2-palmitoylglycerol content[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2015（23）：100-108.

[12] WANG Y， XIA L， XU X，et al. Lipase-catalyzed acidolysis of canola oil with caprylic acid to produce medium-，long- and medium-chain-type structured lipids[J].Food and Bioproducts Processing， 2012（4）：707-712.

[13] BH JENNINGS C A.Characterization of a rice bran oil structured lipid[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2009（8）：3346-3350.

[14] 毕艳兰.油脂化学[M].北京：化学工业出版社，2009.

[15] ZHAO M L， HU J N， ZHU X M， et al. Enzymatic synthesis of medium- and long-chain triacylglycerols-eiched structured lipid from cinnamomum camphoraseed oil and camellia oil by lipozyme RM IM[J]. International Journal of Food Science & Technology， 2014（2）：453-459.

[16] KHODADADI M， AZIZ S， ST LOUIS， et al. Lipase-catalyzed synthesis and characterization of flaxseed oil-based structured lipids[J].Journal of Functional Foods， 2013（1）：424-433.

[17] P C SEDMAN， S S SOMERS， C W RAMSDEN. Effects of different lipid emulsions on lymphocyte function during total parenteral nutrition[J]. British Journal of Surgery Society， 2010（11）：1396-1399.

[18] MUMME K， STONEHOUSE W. Effects of medium-chain triglycerides on weight loss and body composition： a meta-analysis of randomized controlled trials[J]. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics， 2015（2）：249-263.

[19] 劉燕萍，李宁.中链甘油三酯的代谢特点及临床应用研究[J].肠外与肠内营养，2001（1）：108-110.

[20] NAGATA J， KASAI M， WATANABE S， et al. Effects of highly purified structured lipids containing medium-chain fatty acids and linoleic acid on lipid profiles in rats[J]. Biosci Biotechnol Biochem， 2003（9）：1937-1943.

[21] WANG B， FU J， LI L， et al. Medium-chain fatty acid reduces lipid accumulation by regulating expression of lipid-sensing genes in human liver cells with steatosis[J]. Int J Food Sci Nutr， 2016（3）：288-297.

[22] ZHOU S， WANG Y， JACOBY J J， et al. Effects of medium- and long-chain triacylglycerols on lipid metabolism and gut microbiota composition in C57BL/6J mice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2017（31）：6599-6607.

[23] ZHOU S， WANG Y， JIANG Y， et al. Dietary intake of structured lipids with different contents of medium-chain fatty acids on obesity prevention in C57BL/6J mice[J]. Journal of Food Science， 2017（8）：1968-1977.

[24] 万银松，江英.酶催化酸解生产结构脂质的研究进展[J].食品科技，2006（7）：9-12.

[25] TOMARELLI RM， MEYER BJ， WEABER JR， et al. Effect of positional distribution on the absorption of the fatty acids of human milk and infant formulas[J]. J Nutr， 1968（95）：90-583.

[26] WEI W， FENG Y， ZHANG X， et al. Synthesis of structured lipid 1，3-dioleoyl-2-palmitoylglycerol in both solvent and solvent-free system[J]. LWT-Food Science and Technology， 2015（2）：1187-1194.

[27] PANDE G， SABIR J S M， BAESHEN N A， et al. Synthesis of infant formula fat analogs eiched with DHA from extra virgin olive oil and tripalmitin[J]. Journal of the American Oil Chemists" Society， 2013（9）：1311-1318.

[28] HU F B， STAMPFER M J， MANSON J E， et al. Dietary fat intake andthe risk of coronary heart disease in women[J].N.Engl.J. Med， 1997（337）：1491-1499.

[29] ZHAO M L， TANG L， ZHU X M， et al. Enzymatic production of zero-trans plastic fat rich in α-linolenic acid and medium-chain fatty acids from highly hydrogenated soybean oil， cinnamomum camphora seed oil and perilla oil by lipozyme TL IM[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2013（6）：1189-1195.

[30] GRUCZYNSKA E， PRZYBYLSKI R， ALADEDUNYE F. Performance of structured lipids incorporating selected phenolic and ascorbic acids[J]. Food Chemistry， 2013（173）：778-783.

[31] AKANBI T O， BARROW C J. Lipase-catalysed incorporation of EPA into emu oil： Formation and characterisation of new structured lipids[J].Journal of Functional Foods， 2015（19）：801-809.

Research Progress on Wnzymatic Synthesis Functional Oils-structured Lipids

Ji Shengyang， Ju Xingrong， Xu Feiran， Wu Ying， Wu jin

（College of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics/Jiangsu Modern Grain Circulation and Safety Collaborative Innovation Center/Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing， Nanjing， Jiangsu 210023）

Abstract： Structured lipids （SLs） have become a hotspot in domestic and foreign countries due to their special structure， which provides functional components， promotes lipid metabolism and inhibits obesity. This article outlines the definition of structured lipids and the latest research trends in enzymatic synthesis of structured lipids， such as medium and long chain triglycerides， human milk fat substitutes， and no trans or low-trans plastic fats （such as margarine and shortening）， fats rich in healthy fatty acids.

Key Words： structured lipids， application， enzymatic synthesis