甘油三酯的制备及应用
发布日期:2018/11/19 15:57:59
背景及概述[1][2]
甘油三酯又名脂肪(fat)由一分子甘油和三分子脂肪酸脱水酯化而成。食物中的脂肪都是甘油三酯，摄入后90%由肠道吸收。含短链和中链脂肪酸的甘油三酯，在胰脂酶作用下，于肠道内几乎全部被水解为甘油和脂肪酸后再被吸收;含长链脂肪酸的甘油三酯，于肠道内水解为甘油一酯后被吸收，进入肠壁后重新合成为甘油三酯，参与乳糜微粒的构成。
油脂是机体不可缺少的三大营养素之一，对机体的健康发育至关重要，其所具备的最重要生理功能是为机体供给能量和必需脂肪酸。随着人们消费水平的提高，与油脂的消化、吸收及代谢等有关的疾病日益增多，研究发现高脂肪膳食通常伴随着肥胖症、糖尿病、高血脂及某些癌症等疾病，因此人们开始关注对天然油脂进行改性来生产中长碳链甘油三酯(MLCT) ，MLCT 既可以保持其天然油脂的营养价值又可以降低油脂的热量，同时拓展了其在食品及医药行业的应用，已成为油脂研究领域的一个焦点。
据甘油三酯分子骨架上酰化的 3 个脂肪酸碳链的长短差异，可分为 MLM 型、 MML 型、LML 型、LLM 型，其中 M 代表了 MCFA( C8∶0 ～ C12∶0 ) ，L代表了 LCFA( C14∶0以上)。MLCT 在控制体重、 体脂肪和改善载脂蛋白代谢方面具有重大意义，是一类兼预防和控制肥胖症等慢性疾病的保健食品。Kishi 等探究了食用含有中链脂肪酸和亚油酸的 4 种不同构型的 MLCT 对大鼠血清甘油三酯清除率的作用，证明了大鼠食用这 4 种构型的油脂， 体内甘油三酯的清除速率更快且不易产生脂肪累积。近年来，发达国家对 MLCT做了大量的基础和临床研究，商业化产品的研发日趋成熟，基本进入市场化阶段，而国内尚处于发展阶段，仍有待进一步完善。
MLCT 的理化性质与代谢特性[2]
长碳链甘油三酯( LCT) 通常富含于绝大部分食用油脂中，为机体正常生长发育提供必需的脂肪酸，但 LCT 在血清中水解速率及清除速率都相对较慢，不利 于机体健康发育。中碳链甘油三酯( MCT) 消化吸收速率是 LCT 的 4 倍，代谢速率则是其 10 倍，能够提高机体对葡萄糖的利用率并快速供应能量，但是 MCT 不含人体必需脂肪酸，摄入过量后产生的大量酮体物质将造成中毒，因此从营养学角度考虑不宜长期食用。
MLCT 的理化性质及代谢特性与 MCT、 LCT 相比差异很大(见表 1、图1)。MLCT 克服了MCT 不含必需脂肪酸的缺陷，同时兼备了其快速供能的优点；MLCT 可以实现脂肪酸的同步运输，且避免了酮体过量中毒；与传统的 LCT、MCT 相比，MLCT 在营养代谢方面存在诸多优势: 如降低血清甘三酯、胆固醇含量，弱化蛋白质代谢，促进氮平衡、抑制体内脂肪蓄积、提高免疫功能、降低癌症风险等。
莫玉稳等通过餐后血脂试验和小鼠成长试验对中长碳链甘油三酯进行了检测，结果表明:长期饲喂 MLCT 可以降低小鼠的 TG(甘油三酯)、TC(总胆固醇)、LDL-C( 低密度脂蛋白胆固醇) 水平，具有降低血脂的功效。临床研究也表明，MLCT可降低血脂、体脂积聚，长期食用可起到减肥作用。
制备[2]
1 化学法
化学法制备 MLCT，主要是利用化学催化剂催化目标中链油脂和具有特殊生理功能的长链油脂进行随机酯交换。其中甲醇钠具有反应温度低、催化效率高 等优点， 因此常被用作化学酯交换催化剂。化学法具有催化剂成本低、操作简单、易实现工业化生产等优点。但化学法制备 MLCT 亦存在较多不足，比如反应温度高、脂肪酸结构特异差、产品成分复杂且不可控、 产品不易分离纯化、 甚至可能生成有害物质等。
2 酶法
与化学法相比，酶法制备 MLCT 优势突出。酶法不仅催化性能好、 选择性高、 反应条件温和，而且所得产品原有的营养成分未被破坏且纯度高、 无残留污染物、 副产物少、 脂肪酶可重复利用。依据不同的反应机理，可将酶法分为直接酯化法、 醇解酯化法、 酸解法和酯-酯交换法。
2．1 直接酯化法
直接酯化法是以 MCFA、 LCFA 和甘油为原料，在适宜的底物比例下， 采用脂肪酶直接催化酯化合成 MLCT 的方法。Yang 等采用 Novozyme 435 酶为催化剂，在无溶剂存在下催化辛酸、癸酸、 油酸和甘油制备医用MLCT，在脂肪酸与甘油摩尔比 3∶1， 加酶量 4. 8% ，反应温度 90℃ 及反应时间 12.37 h 的条件下反应并经过纯化后得到 MLCT 纯度为 72.19% 。国外学者生物酶的直接酯化法制备 MLCT 的研究主要集中在酶法一步酯化和先酶法后化学法两步法两个方面。Koh 等利用响应面优化 Lipozyme RM IM 酶催化甘油和混合酸(辛酸和油酸) 制备MLCT， 使其最终产率高达 70． 43% 。Iwasaki 等分两步酯化辛酸、EPA 与甘油生成 MLM 型 MLCT。首先，在酶的作用下，甘油和辛酸合成纯度为 80% 的 1，3-甘二酯；其次，采用化学法酯化 1，3-甘二酯和 EPA 合成纯度为 90% 的 MLM 型 MLCT。直接酯化法操作便捷，一步完成，目标产物含量高且易分离。但由于原料是纯度较高的脂肪酸， 导致生产成本相对较高，不适用于大规模工业化生产。
2．2 醇解酯化法
醇解酯化法主要是催化剂催化 LCT 或 MCT 和甘油反应，使之醇解得到单甘酯或甘二酯，再与游离脂肪酸酯化合成 MLCT。Munio等采用醇解酯化法在 1，3-特异性酶催化下研究制备了 MLM 型结构脂质。首先醇解鳕鱼肝油和金枪鱼油合成 2-单甘酯， 其次分离纯化使其纯度达到 87%，最后将其和辛酸在 1，3 -特异性酶的催化下反应合成 MLCT，经过纯化使得 MLCT纯度高达 95% 。醇解酯化法涉及两步酶法，制备途径烦琐且产品不易分离纯化，导致生产费用高，因而仅适用于制备杂质较少且高附加值的结构脂质，较少用于MLCT 的合成。
2．3 酸解法
酸解法是指 LCT 和 MCFA 或者 MCT 和 LCFA在酶的作用下，使其所含酰基互置，生成 MLCT 的过程。酸解主要分两步，首先是甘油三酯在酶的催化作用下水解生成甘二酯以及少量单甘酯，然后再与新的脂肪酸反应。Wang 等研 究了在 1，3-特异性 Lipozyme RM IM 酶的作用下， 酸解菜籽油和辛酸合成 MLCT，结果表明菜籽油与辛酸摩尔比 1∶4，加酶量10% ，在50～60 ℃ 下作用15 h，此时辛酸插入率最高并且酰基转移率最低。Kim 等分别采用 Lipozyme RM IM 和 Lipozyme TL IM 脂肪酶对紫苏油与辛酸进行酸解合成 MLCT，研究发现以正己烷为溶剂时，在条件下， 辛酸的插入率最高，分 别 为 48.5% 和51. 4% ，从而证明在正己烷为溶剂时的酰基转移率比无溶剂体系下高。酸解法特异性强，作用部位专一，并且能使油品成分基本保持不变，避免温度过高影响油脂的稳定性，因此是合成 MLCT 的主要方法。但是酶法酸解会产生大量的单甘酯和甘二酯等副产物，从而影响产品的纯度和后续的分离纯化。
应用 [2]
MLCT 作为一种特殊的结构脂质，长期临床实验研究表明对人体无毒副作用， 已被广泛应用于食品、 医药工业，并且国外已经出现了不少商业化的MLCT 产品。
1 食品工业的应用
1.1 烹饪油方面的应用
Resetta 是个商业化的 MLCT 产品，是由日本 Nisshin Oillio 公司生产 的一种 MLCT 油，并于2006 年被美国食品药品管理局( FDA) 认证为安全食品。该产品通过菜籽油、椰子油或棕榈仁油的酯交换反应产生了甘油三酯随机组 合的MLCT( 49.5%～52. 7% 的 LLL、 37.3%～39.6% 的 LLM或 LML、8. 6%～9.34% 的 LMM 或 MLM 和 0.1%～0.2% 的 MMM)，烟点较高， 在 200℃ 下保持 30 min依然稳定， 作为烹饪油畅销于日本和美国。Koh等以大豆油与棕榈油为原料合成了适用于烹饪的 MLCT， 研究表明来自大豆油的长链脂肪酸 (油酸，亚油酸和亚麻酸) 提高了MLCT 的烟点。Koh等还研究了加入抗氧化剂的 MLCT， 其抗氧化强度明显增强并且烟点在180 ℃ 以上，因此具有烹饪油所需的特性，感官试验表明马铃薯片分别以MLCT 油或棕榈油煎炸味道并无差异。
1.2 人造奶油、起酥油方面的应用
MLCT 中反式脂肪酸含量较低， 并且理化性质类似于人造奶油和起酥油， 因此也被逐渐用于人造奶油和起酥油等烘焙油中。Adhikari 等通过酶促酯交换技术，以完全氢化大豆油与椰子油、 米糠油为原材料合成 MLCT，制备过程中脂肪酸位置、 固体脂肪含量及其熔点均发生了改变， 同时反式脂肪酸含量也得以降低，因此合成的 MLCT 可用于人造奶油的生产配方中。
Caprenin 是由美国 Procter ＆ Gamble 公司开发的低能量脂肪， 于 1996 年被公认为安全物质， 将椰子油、棕榈仁油和菜籽油通过化学酯交换制备而得。在 Caprenin 中山嵛酸含量约为45%，辛酸含量为20%～25% ，癸酸含量为25%～30%，花生酸含量约为4%，另外还含有少量的月桂酸、 棕榈酸、花生四烯酸、 二十四碳烷酸等。Caprenin( 1-辛酸-2-癸酸-3-二十二烷酸甘油酯) 分子中含有 3 个脂肪酸，分别为中碳链脂肪酸和超长碳链脂肪酸( C22∶0)，中碳链脂肪酸， 即辛酸和癸酸的代谢与碳水化合物相似，不如长碳链脂肪酸有效；二十二碳酸只能少量地被人体吸收， 大部分直接通过肠胃而不产生能量， 因而 Caprenin 能量只有普通脂肪的一半，约 19.25 kJ /g。
Caprenin 口味清淡，热稳定性强，所含能量低，特别适用于制作巧克力奶油蛋糕、糖果等，但其熔点较高，吸收性较差，为避免有蜡的口感，产品中高熔点的 LLM、 LML、 LLL 的含量应保持在较低的水平。Mcneill 等通过化学法和酶法两步催化合成 Caprenin，首先通过芥酸、 辛酸和一定量的水化学合成 1(3) 单芥酸甘油酯，然后选用对芥酸酯键没有活性的脂肪酶把中碳链脂肪酸酯化到剩余的羟基上，在 50℃、 初始含水量 5.5% 并选用来源于 Geotrichum Candidum 的脂肪酶时可以促进酯交换，得到纯度大于75% 的 LMM，然后再将其溶于无水乙醇，短暂旋转后加入 PtO2，过滤，加入新鲜催化剂，并在约 2 MPa 压力下氢化 0.5 h，用水和乙醚萃取，干燥浓缩，即得 Caprenin。
2 医药工业的应用
脂肪乳剂作为一种静脉注射乳剂，被广泛应用于临床肠外营养，主要用于肝功能不全、肾功能不全、糖尿病酮中毒等患者，体弱婴幼儿，危重病人等。代脂肪乳剂是以大豆油为原料制备而成的，在 20 世纪 60 年代初就已经应用于临床。但后来研究表明，以大豆油为基料油的脂肪乳剂存在过多的多不饱和脂肪酸，易对机体免疫功能造成损伤，甚至可能导致脂质过氧化的危害。
近年来MLCT 应用于脂肪乳剂是一项重大的成就。长期的肠外营养研究表明，MLCT 的脂肪乳剂可安全有效地为手术后病人提供能量，故以 MLCT 为基料油的结构脂肪乳剂具备成为未来静脉肠外营养主力军的潜力。Yang 等采用生物酶合成技术催化甘油和中、长碳链脂肪酸直接酯化制备医用 MLCT 脂肪乳，研究证明合成的 MLCT 与瑞典生产的 FE73403 结构脂肪乳剂中的脂肪酸组成基本一致。
目前， 在医学上国外普遍使用的以 MLCT 为基料油的结构脂肪乳产品主要有瑞典的 Structolipid 20%和 FE73403，Structolipid 20% -250 mL 价 格 高 达 285 元，FE73403 价格则更高。国内的相关脂肪乳产品主要有华瑞制药的力文( Structolipid， 技术来自于德国费森尤斯卡比公司) 。Structolipid 已经在瑞典、 丹麦、英国、 法国、 荷兰、 德国等 18 个欧洲国家注册上市，于 2007 年 8 月在中国上市。
Structolipid 作为肠外营养( PN) 的重要组成部分，除了提供机体代谢所需的能量外，还为机体提供生物膜和生物活性物质代谢所需的多不饱和脂肪酸， 防止机体必需脂肪酸的缺乏。临床研究显示， Structolipid 连续使用两周后肝功能等均无变化，安全性良好，血液中的总游离脂肪酸( FFAs) 及 MCFA 浓度均较低， 表明其水解、 氧化率高，清除快。双盲、随机的临床研究表明，Structolipid 的累计氮平衡优于物理混合型乳剂。
虽然国内有部分 MLCT 的脂肪乳剂在售，但其主要功能成分都由国外进口，有关生产工艺等核心技术对我国完全保密，并且相关研究大多数还停留在食品级，在结构甘油三酯含量及其酸值、过氧化值等理化指标方面还远远达不到“结构甘油三酯进口07 CHINA OILS AND FATS 2018 Vol. 43 No. 7药品注册标准”。由于国内企业在结构脂肪乳工业化生产技术和产品进口方面严重依赖于国外， 极大地限制了国内临床医学营养的发展和以中长碳链结构型甘三酯混合物为基料油的结构脂肪乳剂在医学临床上的应用， 寻找一种更切实可行的合成工艺刻不容缓。
主要参考资料
[1] 心脏病学词典
[2]周飞,王建宇,白雪斐,万国权,王翠翠,宦凌霄,曾哲灵.中长碳链甘油三酯的研究进展[J].中国油脂,2018,43(07):67-71+81.
