酶法合成植物甾醇酯工艺的研究进展

酶法合成植物甾醇酯工艺的研究进展董玲;郑明明;郭萍梅;李文林;黄凤洪【摘要】植物甾醇酯是一类具有降低血清胆固醇、预防心血管疾病等功效的新型功能食品添加剂.脂肪酶催化合成植物甾醇酯的途径包括与脂肪酸直接酯化、与三酰甘油酯或脂肪酸甲酯进行转酯化.介绍了国内外近年来脂肪酶催化合成植物甾醇酯的方法,并展望其开发前景,为研发环保、高效、可靠、安全的植物甾醇酯合成技术提供思路.%Phytosterol esters are kinds of novel functional food additives in lowering serum cholesterol and preventing cardiovascular disease. Phytosterol esters can be efficiently prepared from the sterols via lipase -catalyzed esterification with fatty acids and transesterification with fatty acid methyl esters or triacylglycer-ols. The synthesis methods of phytosterol esters via lipase - catalysis at home and abroad were described as well as development prospect, so as to offer reference for the research of phytosterol esters synthesis process in environmental protection,high productivity,feasibility,high security way.【期刊名称】《中国油脂》【年(卷),期】2012(037)006【总页数】5页(P58-62)【关键词】植物甾醇酯;脂肪酶;酯化;转酯化【作者】董玲;郑明明;郭萍梅;李文林;黄凤洪【作者单位】华中农业大学食品科技学院,武汉430070;中国农业科学院油料作物研究所,武汉430062;中国农业科学院油料作物研究所,武汉430062;中国农业科学院油料作物研究所,武汉430062;华中农业大学食品科技学院,武汉430070;中国农业科学院油料作物研究所,武汉430062【正文语种】中文【中图分类】TQ645.9;TS218Abstract:Phytosterol esters are kinds of novel functional food additives in lowering serum cholesterol and preventing cardiovasculardisease.Phytosterol esters can be efficiently prepared from the sterols via lipasecatalyzed esterification with fatty acids and transesterification with fatty acid methyl esters or triacylglycerols.The synthesis methods of phytosterol esters via lipase－catalysis at home and abroad were described as well as development prospect，so as to offer reference for the research of phytosterol esters synthesis process in environmental protection，high productivity，feasibility，high security way.Key words:phytosterol esters;lipase;esterification;transesterification植物甾醇是天然存在于植物中的一类微量活性成分，主要来源于菜籽油等植物油的脱臭馏出物，有着与胆固醇相似的甾核结构及稳定细胞膜中磷脂双层的功效，因此能降低血清胆固醇与低密度脂蛋白胆固醇水平，具有抗癌、抗动脉粥样硬化、抗氧化等功能，被誉为“生命的钥匙”［1－3］。

1999年美国FDA已批准添加植物甾醇的食品使用“有益健康”标签，2010年我国批准植物甾醇酯为新资源食品。

植物甾醇在其他一些领域也发挥着重要的作用，如医药品、化妆品行业。

游离的植物甾醇是弱疏水性及弱脂溶性，这就造成了其在食品或药品等行业中应用的困难。

将植物甾醇的环3位羟基进行酯化可得到植物甾醇酯，植物甾醇酯比植物甾醇具有更优的脂亲和性，同时具有更好的降低血浆胆固醇的功效［4－5］，使其按多种形式添加到食品中成为可能。

本文介绍了植物甾醇酯的酶法合成工艺条件的应用特点，并且对酶法生产植物甾醇酯的工艺进行了展望。

化学法制备植物甾醇酯工艺条件简单，易于控制和实现工业化生产，但反应温度高，有碱性催化剂参与，易产生副反应、产品褐变，导致不饱和脂肪酸氧化和植物甾醇脱水。

与化学催化剂相比，酶作为生物催化剂具有显著优势:无毒、安全，特别适合在食品工业中加以利用;催化反应过程温和且环境友好的反应条件不仅可大大节省能耗，还可避免发生副反应［6］，因此在医药、农业、环保、精细化工和食品工业等领域有着较为广泛的应用。

脂肪酶(E.C.1.3.3.1)又称三酰基甘油酰基水解酶，是指分解或合成高级脂肪酸与甘油形成的三酰基甘油酯键的酶。

其应用于油脂改性不仅能改变油脂的脂肪酸和甘油酯的组成从而改变油脂的性质，还能将油脂改良为其他高附加值的产品，如保健食品、添加剂等。

酶法制备植物甾醇酯和甾烷醇酯可以通过催化甾醇和甾烷醇与脂肪酸直接酯化、与脂肪酸甲酯或三酰基甘油的酯交换来实现［7］。

表1根据不同的脂肪酶来源总结了酶法合成植物甾醇酯的各项工艺参数。

2.1 不饱和脂肪酸植物甾醇酯的合成不饱和脂肪酸因具有数目不等的双键而易被氧化，可以通过添加抗氧化剂的方式提高不饱和脂肪酸的稳定性，但目前多数抗氧化剂不利于人体健康。

而通过不同工艺使不饱和脂肪酸和植物甾醇结合形成不饱和脂肪酸植物甾醇酯，不仅可改善植物甾醇的脂溶性，还可增强不饱和脂肪酸的氧化稳定性。

2.1.1 油酸植物甾醇酯的合成油酸属于长碳链单不饱和脂肪酸，具有降低血液中胆固醇的作用，能够预防及治疗高脂血症和动脉粥样硬化，其稳定性稍强于多不饱和脂肪酸。

油酸植物甾醇酯的熔点较低，性状为半固体或液体，有利于在食品加工中的应用［8］。

Villeneuve等［9］首先对酶种类进行了筛选，在Carica papaya、Ricinus communis和 Rhizomucor miehei、Candida antarctica B、Candida rugosa 脂肪酶中，筛选出C.rugosa脂肪酶进行催化油酸植物甾醇酯合成反应研究，结果表明用脂肪酸直接酯化比脂肪酸甲酯转酯化反应效果更好，反应最优条件为植物甾醇与油酸物质的量比1∶3，正己烷为溶剂，酶添加量5%，温度为35℃下反应 72 h，酯化率达到85.0%。

Kim等［10］采用响应面法对C.rugosa脂肪酶催化合成油酸植物甾醇酯的反应温度、底物物质的量比、酶添加量和时间对实验影响做了系统的分析，得到优化工艺条件为:正己烷为溶剂，不添加除水剂或使用减压设备，酶添加量7.2%，反应温度51.3℃，油酸与植物甾醇物质的量比为2.1∶1，17 h后酯化率达到97.0%。

2.1.2 共轭亚油酸植物甾醇酯的合成共轭亚油酸(CLA)是亚油酸一系列位置和几何异构体的混合物，主要存在于乳、乳制品和肉类中，具有提高免疫功能、减少心脏病发病率、抑制癌症形成、抗糖尿病等多种优良的生物活性。

Vu等［11］研究了共轭亚油酸、己酸、月桂酸、辛酸、癸酸等中碳链脂肪酸(MCFAs)与植物甾醇在AK、AS、AYS、Chirazyme L－2、Lipozyme RM IM、TL IM 6种不同脂肪酶催化下的反应，在55℃、磁力搅拌175 r/min、甾醇与CLA的物质的量比为1∶3、48 h条件下，脂肪酶AYS在水和己烷反应介质中酯化率最高，分别达26.8%和28.3%，6种脂肪酶的催化效果在非极性溶剂中都远大于在极性溶剂中。

李瑞等［12］以固定化脂肪酶Chirazyme L－2催化共轭亚油酸β－谷甾醇酯的合成，在正己烷介质中，最佳反应条件为:β－谷甾醇浓度0.05 mmol/mL，酸醇物质的量比1∶1，4 A分子筛添加量60 mg/mL，酶用量20 mg/mL，50℃振荡水浴反应72 h，最高酯化率可达72.6%。

2.1.3 多不饱和脂肪酸甾醇酯的合成多不饱和脂肪酸具有许多良好的生理功能，常作为添加剂应用到食品、药物及化妆品中。

α－亚麻酸(ALA)是含有3个双键的PUFAs，属ω－3类的必需脂肪酸，在亚麻籽油和苏籽油等中含量丰富，具有降血脂、降胆固醇和促进脂肪代谢、肝细胞再生等作用，对心血管疾病具有很好的预防和调节作用。

二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)是近年研究的热点，主要存在于鱼类、海藻海洋生物中，也属于ω－3类不饱和脂肪酸，除了同样具有降低胆固醇等功效，还具有提高记忆力、增强学习效果及防止视力退化的效果。

但由于其结构中存在多个双键，因此具有较弱的氧化稳定性。

Shimada等［13］考察了 Pseudomonas aeruginosa，Pseudomonas sp.及C.rugosa脂肪酶及脂肪酶AK和脂肪酶PS催化胆固醇、类固醇及谷甾醇分别与亚油酸、ALA、EPA和DHA的酯化效果，发现Pseudomonas脂肪酶对α－亚油酸植物甾醇酯合成反应催化具有良好的效果。

优化条件为:Pseudomonas脂肪酶添加量3 000 U/g，酸醇物质的量比3∶1，添加30%水作溶剂，温度40℃，500r/min搅拌反应24 h，共轭亚油酸与植物甾醇酯化率为91.2%。

作者在相同的条件下对DHA与植物甾醇酯的酶法合成及其产物做了详尽的研究，酯化率为92.7%。

指出当存在微量的水时酯化率会明显提升，甚至高于用正己烷作为溶剂以及加入分子筛的反应酯化率，这就避免了工业生产中大量使用有机溶剂的危害，同时降低了成本。

因此，作者认为可能实现大规模脂肪酶催化生产长链多不饱和脂肪酸植物甾醇酯。

有机溶剂的疏水性能影响脂肪酶的活性和稳定性及底物的溶解度，因此是酯化反应的关键因素，且不同有机溶剂中的酶相对活性也可能取决于底物和酶活性基团的相互作用［14］。