1,3-СЕЛЕКТИВНАЯ ПЕРЕЭТЕРИФИКАЦИЯ
1,3-SELECTIVE REESTERIFICATION

Настоящее изобретение относится к способу изменения содержания триацилглицеридов (TAG) в масле или масляной фракции, в частности в олеиновой фракции.
Некоторые пищевые продукты, такие как маргарин, спреды, глазировочные средства (жиры для глазурей), наполнители, масла для жарения и кулинарные жиры, нуждаются в специфических свойствах, таких как растекаемость (способность к намазыванию), крепкая консистенция, пластичность, способность к разжевыванию и проявлению вкусовых качеств. Натуральные растительные жиры или масла, применяемые в пищевых продуктах, часто не обладают такими свойствами и нуждаются в модификации перед их употреблением. Основными способами, применяемыми для модификации жиров или масел, являются фракционирование, гидрогенизация и переэтерификация. Такие способы известны в данной области техники и описаны, например, в публикации "Food Fats and Oils" (Ninth Edition; Institute of Shortening and Edible Oils).
Фракционирование представляет собой способ, c помощью которого жир или масло разделяют на жидкие и твердые компоненты и который основан на различиях в температурах плавления компонентов. Например, фракционирование высокостеаринового, высокоолеинового масла приводит к твердой фракции (стеарину) и жидкой фракции (олеину).
Гидрогенизация представляет собой химическую реакцию, обычно используемую для превращения ненасыщенных жирных кислот в насыщенные жирные кислоты. Наряду с превращением жидких масел в полутвердые и/или твердые масла гидрогенизация также увеличивает стабильность к окислению и термическую стабильность жира или масла. Гидрогенизация может быть частичной или полной. Частичная гидрогенизация приводит к маслам и жирам с разными диапазонами плавления, что зависит от степени гидрогенизации и условий обработки, и часто применяется при производстве кулинарных жиров и маргаринов. Важным недостатком частичной гидрогенизации является то, что она приводит к высоким уровням транс-изомеров, которые вовлечены в заболевание сердечно-сосудистой системы.
При переэтерификации два или более нужных масла смешивают и жирные кислоты таких масел подвергают перераспределению между триглицеридами. Выбор и количественные соотношения типов жиров или масел, которые входят в реакционную смесь, определяют свойства полученного жира или масла. Переэтерификацию можно осуществлять химическими или ферментативными способами. При химической переэтерификации два или более нужных масла смешивают, сушат и добавляют катализатор, такой как метилат натрия. Такой способ приводит к статистическому распределению жирных кислот вдоль основных цепей глицерина в молекулах триглицеридов. Ферментативная переэтерификация с применением фермента приводит к статистическому или позиционно-специфичному перераспределению жирных кислот в молекулах триглицеридов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что ферментативное перераспределение жирных кислот в молекулах триглицеридов можно осуществлять для жира или масла только одного типа вместо двух или более типов жиров. Способ, при котором используют жир или масло только одного типа, упоминается в настоящем описании как "ферментативная 1,3-селективная переэтерификация". Такой способ можно использовать (в том числе, но не исключительно) к относительно новым модифицированным маслам типа высокостеариновых, высокоолеиновых масел, более конкретно - к подсолнечному HSHO-маслу, в котором присутствует значительное количество триглицеридов SUU-типа (содержащих остатки насыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной жирных кислот) для увеличения содержания триглицеридов SUS-типа. Такие типы масла имеют распределение жирных кислот в молекулах TAG, которое допускает внутреннюю перегруппировку жирных кислот согласно изобретению, которая приводит к обогащению масла или олеиновой фракции триглицеридами SUS-типа.
Таким образом, целью настоящего изобретения является увеличение содержания SUS в масле или олеиновой фракции. Дополнительной целью изобретения является увеличение выхода стеарина в результате фракционирования масел и олеиновых фракций. В исследовании, которое привело к настоящему изобретению, было обнаружено, что содержание SUS в жирах и маслах можно увеличивать с помощью способа 1,3-селективной переэтерификации. С помощью такого способа в настоящее время можно увеличивать количество триглицеридов SUS-типа (содержащих остатки насыщенной-ненасыщенной-насыщенной жирных кислот) в жире или масле одного типа, который обычно обогащен триглицеридами SUU-типа (содержащими остатки насыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной жирных кислот). Тем самым можно улучшать функциональные свойства жира или масла одного типа для применений в таких продуктах питания, как (но, не ограничиваясь перечисленным) маргарины, спреды, глазировочные средства, наполнители и кулинарные жиры.
Таким образом, изобретение относится к способу увеличения содержания SUS в масле или в олеиновой фракции, в то время как содержание SSS остается низким, включающему проведение ферментативной 1,3-селективной переэтерификации натурального исходного масла или полученной из него олеиновой фракции, при котором отношение SUS к SUU составляет по меньшей мере 1:1,5 и содержание SSS является низким, в частности близким к 0%.
Натуральное исходное масло представляет собой одно единственное масло, извлеченное из источника масла, и не смешанное с другими маслами. Согласно изобретению теперь можно осуществлять перегруппировку жирных кислот в масле таким образом, чтобы увеличивалось содержание триацилглицеридов (TAG) SUS-типа в конечном продукте переэтерификации.
Для того чтобы способ давал необходимый эффект, отношение SUS к SUU составляет по меньшей мере 1:1,5. Это обусловлено тем, что превращение из SUU в SUS представляет собой равновесную реакцию. Значительное увеличение содержания SUS можно получить только при содержании SUU, превышающем содержание SUS. Значительное увеличение представляет собой увеличение по меньшей мере на 2%, предпочтительно по меньшей мере на 3%, более предпочтительно по меньшей мере на 5%, наиболее предпочтительно по меньшей мере на 12%. Следовательно, отношение SUS к SUU (SUS: SUU) в исходном масле или олеиновой фракции в порядке увеличения предпочтения составляет по меньшей мере 1:1,5, по меньшей мере 1:2, по меньшей мере 1:3,5, по меньшей мере 1:5, по меньшей мере 1:7,5, по меньшей мере 1:10, по меньшей мере 1:15.
Авторы изобретения обнаружили, что способ согласно настоящему изобретению работает лучше, когда исходное масло или исходная олеиновая фракция имеет содержание SUU 30% или выше, предпочтительно содержание SUU 35% или выше, более предпочтительно содержание SUU 40% или выше, еще более предпочтительно - содержание SUU 50% или выше.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения исходное масло или исходная олеиновая фракция имеет минимальное содержание SUU 40% и максимальное содержание SUS 5%; минимальное содержание SUU 40% и максимальное содержание SUS 10%; минимальное содержание SUU 50% и максимальное содержание SUS 10% или минимальное содержание SUU 50% и максимальное содержание SUS 40%.
Способ согласно изобретению можно осуществлять с применением разных масел и олеиновых фракций, полученных из источника масла, которое обогащено стеариновой или пальмитиновой кислотой. Примерами таких источников масла являются высокостеариновое, высокоолеиновое подсолнечное масло; высокостеариновое, высокоолеиновое соевое масло; высокостеариновое, высокоолеиновое хлопковое масло; плоды масляного дерева (дерева ши); высокостеариновое, высокоолеиновое рапсовое масло.
Исходное масло или олеиновую фракцию предпочтительно выбирают из подсолнечного высокостеаринового, высокоолеинового (HSHO) масла; соевого высокостеаринового, высокоолеинового масла; хлопкового высокостеаринового, высокоолеинового масла; олеиновой фракции масла плодов масляного дерева; пальмового суперолеина или олеина верхней фракции или рапсового высокостеаринового, высокоолеинового масла. Основная характеристика таких типов масла заключается в том, что "U" (остаток ненасыщенной жирной кислоты) в основном представляет собой "О" (остаток олеиновой кислоты). Такая характеристика отличает такой тип масел от обычных масел, в которых основной "U" (остаток ненасыщенной жирной кислоты) представляет собой "L" (остаток линолевой кислоты).
Различия между двумя типами триглицеридов SUS-типа заключаются в протекании процесса плавления и в стабильности к окислению. Триглицериды SOS-типа (содержащие остатки насыщенной-олеиновой-насыщенной жирных кислот) имеют точки плавления выше 34°C. Данный факт придает им очень специфические характеристики, зависящие от их относительной концентрации в матрице (потребительских жирах и маслах), в которой они присутствуют. Когда концентрация является высокой (около 80%), как в масле какао, жир при комнатной температуре является ломким и полностью плавится в ротовой полости (при температуре тела), что является высокоценимой характеристикой (характеристиками) в случае аналогов шоколада и масла какао. Когда концентрация все еще является значительной (около 35%), их можно применять в качестве структурирующих жиров, то есть в маргаринах и спредах. Это означает способность удерживать очень высокие количества жидких масел в особой кристаллической сети, что придает такого рода продуктам растекаемость (способность к намазыванию) при низких температурах (когда достают из холодильника) и стабильность плавления при комнатной температуре благодаря удерживанию жидкого масла. Такого не происходит с триглицеридами SLS-типа.
Еще одной важной характеристикой является стабильность к окислению. Такая стабильность обусловлена тем, что скорость окисления линолевой кислоты (основная кислота в большинстве обычных жидких растительных масел) в 40 раз больше, чем скорость окисления олеиновой кислоты. Это означает, что триглицериды, в которых U (остаток ненасыщенной жирной кислоты) представляет собой L (остаток линолевой кислоты), и соответственно потребительские жиры с такого рода триглицеридами имеют более короткий срок хранения (или более низкую устойчивость к прогорканию), чем те жиры, у которых "U" представляет собой "О" (остаток олеиновой кислоты).
Третий основной пункт - когда "S" (остаток насыщенной жирной кислоты) представляет собой остаток стеариновой кислоты, и U представляет собой остаток олеиновой кислоты (это подходит для высокостеариновых, высокоолеиновых масел и фракций, однако не для пальмовых олеинов, в которых "S" представляет собой в основном остаток пальмитиновой кислоты). Стеариновая кислота представляет собой только насыщенную жирную кислоту со способностью образовывать твердые или полутвердые жиры, которые, с диетологической точки зрения, не считаются вредными, поскольку обладают нейтральным поведением в отношении холестерина липопротеинов низкой плотности (холестерин ЛПНП, "плохой холестерин"). С другой стороны, высокая концентрация олеиновой кислоты (стабильно ненасыщенной) оказывает положительное влияние на снижение холестерина ЛПНП. Таким образом, HSHO-масла (высокостеариновые, высокоолеиновые масла) и олеиновые фракции являются хорошей альтернативой транс-жирам и другим фракциям с насыщенными кислотами в молекуле (типа пальмового масла и его фракций), которые повышают уровень холестерина ЛПНП и риск CVD (заболеваний сердечно-сосудистой системы).
Кроме того, высокостеариновые, высокоолеиновые масла и фракции, предпочтительно применяемые в настоящем изобретении (происходящие из модифицированных, традиционных зерновых культур типа подсолнечника, семян рапса, сои, семян хлопчатника) и происходящие из однолетних культур, являются более экологически безопасными, чем жиры тропических растений, особенно в связи с расчисткой тропического леса, которая происходит в основных странах, производящих пальмовое масло, с очень отрицательным воздействием на окружающую среду.
Согласно его дополнительному аспекту описанный выше способ можно применять в способе увеличения выхода стеарина из исходного масла или исходной олеиновой фракции в результате их фракционирования. Была разработана прогностическая модель, объединяющая способ фракционирования и способ ферментативной 1,3-переэтерификации. Такой способ содержит следующие стадии:
a) необязательное фракционирование исходного масла с отношением SUS к SUU, равным по меньшей мере 1:2, и низким содержанием триглицеридов SSS-типа, в частности, близким к 0%, с получением первой стеариновой фракции и исходной олеиновой фракции;
b) проведение ферментативной 1,3-селективной переэтерификации натурального исходного масла или полученной из него олеиновой фракции, в которых отношение SUS к SUU составляет по меньшей мере 1:1,5, и содержание триглицеридов SSS-типа является низким, в частности близким к 0%, с получением 1,3-селективно переэтерифицированного масла или олеина с более высоким содержанием SUS, чем в исходном масле или олеиновой фракции;
c) фракционирование полученного таким образом 1,3-селективно переэтерифицированного масла или олеина с получением второй стеариновой фракции и олеиновой фракции.
Такой способ позволяет получать дополнительную стеариновую фракцию из начального исходного масла путем осуществления стадии дополнительного фракционирования после процесса переэтерификации исходного олеина. Выход стеарина при втором фракционировании, осуществляемом после переэтерификации исходного олеина, представляет собой успех способа в целом. Переэтерификация обогатила олеин триглицеридами SUS-типа и тем самым позволила получить дополнительную стеариновую фракцию из олеина, который вначале был обеднен старином, однако с помощью способа переэтерификации согласно изобретению были получены дополнительные триглицериды SUS-типа.
Таким образом, общий выход стеарина на описанных выше вместе взятых стадиях a) и c) выше, чем выход стеарина после фракционирования исходного масла.
В том случае, когда способ используют в отношении масла, существует два возможных сценария, при одном из которых исходное масло подвергается фракционированию и при втором из которых исходное масло не подвергается фракционированию перед проведением 1,3-селективной переэтерификации. Фракционирование исходного масла приводит к стеариновой фракции и олеиновой фракции, из которых олеиновую фракцию затем подвергают 1,3-селективной переэтерификации. Это приводит к производству 1,3-селективно переэтерифицированного олеина. Однако в том случае, когда исходное масло сначала не подвергается фракционированию, 1,3-селективную переэтерификацию осуществляют в отношении всего масла, и полученный продукт представляет собой 1,3-селективно переэтерифицированное масло.
Еще один сценарий - когда в качестве исходного материала для 1,3-селективной переэтерификации применяют не все масло, а только его олеиновую фракцию. В таком случае в рамках заявляемого способа на стадии a) фракционирования не происходит и 1,3-селективная переэтерификация олеиновой фракции приводит к производству 1,3-селективно переэтерифицированного олеина, полученного по способу согласно изобретению.
Продукты, полученные по таким способам, 1,3-селективно переэтерифицированное масло и 1,3-селективно переэтерифицированный олеин, затем подвергают фракционированию, чтобы получать стеариновую фракцию и еще одну олеиновую фракцию.
Термины "SUS", "SUU" и "SSS" относятся к типам триглицеридов (TAG), содержащим остатки насыщенной-ненасыщенной-насыщенной (SUS) жирных кислот; остатки насыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной (SUU) жирных кислот и остатки насыщенной-насыщенной-насыщенной (SSS) жирных кислот, в которых "S" представляет собой остаток насыщенной жирной кислоты, и "U" представляет собой остаток ненасыщенной жирной кислоты. Другие типы триглицеридов включают, например, триглицериды UUU-типа, содержащие остатки ненасыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды USU-типа, содержащие остатки ненасыщенной-насыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды UUS-типа, содержащие остатки ненасыщенной-ненасыщенной-насыщенной жирных кислот; триглицериды SSU-типа, содержащие остатки насыщенной-насыщенной-ненасыщенной жирных кислот; и триглицериды USS-типа, содержащие остатки ненасыщенной-насыщенной-насыщенной жирных кислот. Примеры насыщенных жирных кислот включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, стеариновую кислоту и пальмитиновую кислоту. Примеры ненасыщенных жирных кислот включают, но не ограничиваются перечисленным, пальмитинолеиновую кислоту, олеиновую кислоту и линолевую кислоту.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения "U" в SUS и/или SUU представляет собой остаток олеиновой кислоты.
Содержание триглицеридов выражается здесь в процентах от всего масла. Таким образом, содержание SUS ниже 30% означает, что менее 30% от общего содержания триглицеридов в масле является триглицеридами SUS-типа.
Содержание SSS в исходном масле или исходной олеиновой фракции следует поддерживать на наиболее низком из возможных уровней, поскольку триглицериды SSS-типа наделяют масло воскоподобными вкусовыми качествами из-за их высокой точки плавления. Термин "низкий уровень" означает менее 1%. Если 1,3-переэтерифицированное масло или олеин подвергаются второму фракционированию, содержание SSS должно составлять менее 0,3%. Предпочтительно содержание SSS составляет 0% или является близким к 0%.
1,3-селективную переэтерификацию можно осуществлять, следуя стандартным способам, известным специалисту в данной области техники. Однако следует заметить, что используемая здесь 1,3-селективная переэтерификация относится к способу, при котором жирные кислоты в положениях 1 и 3 триглицеридов перераспределяются между триглицеридами масла только одного типа или олеиновой фракции, то есть одного-единственного масла, извлеченного из источника масла и не смешанного с другими маслами.
Используемый здесь термин "жир" также относится к "маслу" и наоборот. Такие термины также относятся к "липиду". Слова "масло" и "жир" используются здесь взаимозаменяемо.
Термин "олеиновая фракция" относится к жидкой фракции масла, получаемой при фракционировании масла. Жиры или масла состоят из обширной группы соединений, которые обычно растворимы в органических растворителях и обычно нерастворимы в воде. С химической точки зрения жиры представляют собой триглицериды, сложные триэфиры глицерина и любых из нескольких жирных кислот. В контексте настоящего изобретения подразумевается, что термин "жир" или "жиры" относится к смеси триглицеридов. Триглицерид, также упоминаемый как TG, триацилглицерин, TAG или триацилглицерид, представляет собой сложный эфир, полученный из глицерина и трех жирных кислот. Жирные кислоты могут быть любыми и могут представлять собой любую комбинацию жирных кислот. Жирная кислота представляет собой карбоновую кислоту с длинным алифатическим хвостом (цепью) и является либо насыщенной, либо ненасыщенной. Жирные кислоты, которые содержат двойные связи, известны как ненасыщенные. Ненасыщенные жиры имеют более низкую точку плавления и с большей долей вероятности являются жидкими. Жирные кислоты без двойных связей известны как насыщенные. Насыщенные жиры имеют более высокую точку плавления и с большей долей вероятности являются твердыми. По этой причине при комнатной температуре жиры могут быть либо твердыми, либо жидкими в зависимости от их структуры и состава.
Используемый здесь и упоминаемый выше термин "жир" относится к смеси триглицеридов. Смесь триглицеридов может содержать один или несколько типов триглицеридов. Типы триглицеридов включают, например, триглицериды UUU-типа, содержащие остатки ненасыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды SUU-типа, содержащие остатки насыщенной-ненасыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды USU-типа, содержащие остатки ненасыщенной-насыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды UUS-типа, содержащие остатки ненасыщенной-ненасыщенной-насыщенной жирных кислот; триглицериды SSU-типа, содержащие остатки насыщенной-насыщенной-ненасыщенной жирных кислот; триглицериды SUS-типа, содержащие остатки насыщенной-ненасыщенной-насыщенной жирных кислот; триглицериды USS-типа, содержащие остатки ненасыщенной-насыщенной-насыщенной жирных кислот и триглицериды SSS-типа, содержащие остатки насыщенной-насыщенной-насыщенной жирных кислот.
Тип масла или олеиновой фракции можно получать из любого источника. Предпочтительно масло или олеиновую фракцию получают из растительного источника, включая, но, не ограничиваясь перечисленным, пальму, соевые бобы, семена рапса, семена подсолнечника, арахис, семена хлопчатника, ядро кокосового ореха, плоды кокосовой пальмы, плоды оливкового дерева, кукурузу, семена винограда, орехи, льняное семя, рис, сафлор и семена кунжута.
1,3-селективную переэтерификацию можно обеспечивать путем использования ферментов разного типа, таких как липазы, которые включают, но не ограничиваются перечисленным, RMIM и TLIM.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения 1,3-селективную переэтерификацию осуществляют с использованием фермента RMIM или TLIM. RMIM представляет собой липазу семейства Rhizomucor miehei, в то время как TLIM представляет собой липазу семейства Thermomyces lanuginosis (TLIM). Оба фермента можно получать от компании Novozymes.
Способы ферментативного перераспределения жирных кислот известны в данной области техники и описаны, например, в публикации "Food Fats и Oils" (Ninth Edition; Institute of Shortening и Edible Oils).
Во время 1,3-селективной переэтерификации содержание SUS увеличивается благодаря переходу триглицеридов SUU-типа в триглицериды SUS-типа, при этом в масле или олеиновой фракции увеличивается содержание твердых жиров. Также можно снижать нежелательно высокий уровень содержания твердых жиров (SFC), например, в маргарине высокий уровень триглицеридов SUU-типа приводит к высокому уровню содержания твердых жиров (SFC) при температурах холодильника (ниже 10°C). Следствием этого является плохая растекаемость (способность к намазыванию) маргарина. С другой стороны, низкий уровень триглицеридов SUS-типа приводит к низкому уровню содержания твердых жиров (SFC) при комнатной температуре. Следствием этого является то, что маргарин может размягчаться (плавиться) на столе. С помощью 1,3-селективной переэтерификации можно решить обе проблемы.
Благодаря увеличению содержания SUS в масле или в олеиновой фракции из такого масла или олеиновой фракции можно получать больше стеарина, который затем можно использовать в нескольких областях применения, включая применение в качестве структурирующего жира, но не ограничиваясь этим.
Стадия фракционирования (a) является необязательной, поскольку 1,3-селективную переэтерификацию можно применять ко всему маслу, а также к олеиновой фракции.
Способ увеличения выхода стеарина из исходного масла или исходной олеиновой фракции может дополнительно включать одно или несколько повторений стадий (b) и (c) для получения дополнительной стеариновой фракции (фракций) и олеиновой фракции (фракций). Полученную при этом дополнительную стеариновую фракцию (фракции) можно объединять со стеариновой фракцией, полученной на стадии (a), и дополнительной стеариновой фракцией, полученной на стадии (c), для еще большего дополнительного увеличения общего выхода стеарина, получаемого из одного единственного масла, не смешанного с другими маслами.
Фракционирование представляет собой способ, при котором из жира выделяют твердые и жидкие фракции. Разные способы фракционирования известны специалисту в данной области техники. Такие способы включают, но не ограничиваются перечисленным, фракционирование масла охлаждением, прессование, сухое фракционирование и фракционирование растворителем. Сухое фракционирование можно осуществлять, например, путем кристаллизации.
Недостаток ферментативной 1,3-селективной переэтерификации может состоять в том, что она не такая же быстрая, как химическая 1,3-селективная переэтерификация. Поскольку продолжительность реакции увеличивается, селективность ферментов в отношении положений 1 и 3 триглицеридов может уменьшаться. В результате часть кислотных остатков SUU подвергается превращению в кислотные остатки SSS вместо SUS. Поэтому для того, чтобы получать максимальное увеличение содержания кислотных остатков SUS и минимизировать содержание кислотных остатков SSS, предпочтительно оптимизировать продолжительность реакции. Содержание SSS, которое все еще является приемлемым, будет зависеть от области применения конечного продукта.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения продолжительность реакции 1,3-селективной переэтерификации в случае применения RMIM или TLIM составляет по меньшей мере приблизительно 30 минут, предпочтительно приблизительно от 2 до 8 часов, более предпочтительно приблизительно от 2 до 6 часов, еще более предпочтительно приблизительно от 2 до 4 часов и наиболее предпочтительно приблизительно 4 часа.
Оптимальная продолжительность реакции зависит от используемого фермента. Специалисту в данной области техники будет понятно, что, если используемый фермент отличается от RMIM или TLIM, продолжительность реакции может быть другой.
Изобретение дополнительно относится к 1,3-селективно переэтерифицированному маслу или олеину, получаемому путем осуществления способа согласно изобретению. По сравнению с маслом, из которого они получены, 1,3-селективно переэтерифицированное масло или олеин обогащены кислотными остатками SUS.
Настоящее изобретение дополнительно будет проиллюстрировано примерами, которые следуют далее и которые, как подразумевается, никоим образом не ограничивают изобретение. В примерах сделана ссылка на следующие чертежи.
На Фиг. 1 показана общая схема способа увеличения выхода стеарина.
o
0
0
о
F
{w=s}
t
0
На Фиг. 2 показано прогнозирующее уравнение, полученное для 1,3-селективной переэтерификации. Такие уравнения разработаны для более общего способа переэтерификации (селективного 1,3-ацидолиза). Селективная 1,3-переэтерификация происходит, когда S=0. Все математические выкладки основаны на молях (молярных концентрациях). Для упрощения предполагается, что при переэтерификации кислота является стеариновой S. Положим, что T представляет собой начальную общую молярную концентрацию масла; [XYZ] представляет собой начальную общую молярную концентрацию конкретного TAG XYZ, где X, Y, Z могут представлять собой P, S, О, L, A или B; положим, что S равно начальному общему числу молей стеарина. Ожидаемую конечную молярную концентрацию [XYZ] рассчитывают по уравнению, представленному на Фиг. 2. 1 выполняет индикаторную функцию и принимает значение "1", если W=S, и "0" в ином случае. Существует несколько допущений при таких расчетах, чтобы уравнение соответствовало действительности, среди которых допущение, что фермент обладает 1,3-позиционной специфичностью и не обладает специфичностью по отношению к жирным кислотам; что не существует потерь активности фермента по ходу реакции; что равновесное состояние достигается спустя некоторое время; что отсутствует образование диглицеридов; отсутствует транс-переэтерификация; и общее количество (моль) масла в любой момент времени [T]=T равно
t
t
t
t
t
t
о
[P]+[S]+[О]+[L]+[A]+[B]=S.
На Фиг. 3 приведены результаты оптимизации продолжительности реакции в случае применения фермента RMIM.
На Фиг. 4 показано содержание твердых жиров в исходном масле и исходной олеиновой фракции и продукты их 1,3-селективной переэтерификации.
На Фиг. 5 показаны точки плавления исходного масла, исходной олеиновой фракции и продуктов их 1,3-селективной переэтерификации.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
1,3-Селективная переэтерификация подсолнечного HSHO-масла и олеиновой фракции
Испытания проводили для HSHO-масла и HSHO-олеиновой фракции с применением двух разных ферментов RMIM и TLIM (полученных от компании Novozymes), которые являются селективными в отношении sn-1 и sn-3 положений триглицеридов. При таких испытаниях 100 г масла или олеина обрабатывали 10 г любого из двух ферментов при температуре 60°C. Продолжительность реакции составляла 4 часа.
Результаты приведены в таблице 1, в которой показаны TAG- композиции исходного масла, исходной олеиновой фракции и продуктов их 1,3-селективной переэтерификации. Результаты приведены для двух разных ферментов.
Содержание кислотных остатков SUS в переэтерифицированных продуктах как HSHO-масла, так и HSHO-олеиновой фракции значительно увеличивается, в то время как содержание кислотных остатков SUU значительно уменьшается.
Содержание SSS в случае фермента TLIM выше, чем в случае фермента RMIM, что означает, что фермент RMIM более селективен, чем фермент TLIM, как и следовало ожидать. В случае применения фермента TLIM может быть полезным дополнительно уменьшить продолжительность реакции, чтобы минимизировать содержание кислотных остатков SSS в переэтерифицированном продукте.
Пример 2
Способ увеличения выхода стеарина в результате фракционирования подсолнечного HSHO-масла или олеиновой фракции
В первом предварительном испытании выбирали подсолнечное HSHO-масло с содержанием кислотных остатков SUS 9,4 и подвергали его первой стадии фракционирования, получая при этом 12,0% стеарина и 88,0% олеина. Иными словами, масло плавили и нагревали вплоть до 60°C. Затем температуру постепенно снижали до 17/20°C. Затем масло выдерживали при такой температуре фракционирования в течение 16 часов. Стеарин отделяли через мембранный фильтр-пресс при давлениях отжима вплоть до 6 бар. Полученная стеариновая фракция имела содержание кислотных остатков SUS 38,8%, которое определяет качество конечного продукта.
Концентрация кислотных остатков SUS, оставшихся в олеиновой фракции, составляла 5,5. Такую концентрацию кислотных остатков SUS затем увеличивали до 9,0 с помощью 1,3-селективной переэтерификации. Такое значение определяли с помощью прогнозирующего уравнения, приведенного на Фиг. 2. Затем полученный 1,3-селективно переэтерифицированный олеин применяли на второй стадии фракционирования, снова получая стеарин и олеиновую фракцию. В соответствии с уровнем обеднения олеина по кислотным остаткам SUS на стадиях фракционирования выходы стеарина на второй стадии фракционирования могут находиться в диапазоне от 12,0% до 20%, а выходы олеина могут составлять 88% и 80% соответственно. Это означает, что общий выход стеарина может находиться в диапазоне от 24 до 32,0%, что представляет собой увеличение в диапазоне приблизительно от 12% до 20% по сравнению со случаем отсутствия стадии 1,3-селективной переэтерификации. Можно предположить, что повторение стадий 1,3-селективной переэтерификации и второго фракционирования может еще дополнительно увеличить выход стеарина. Общая схема такого способа показана на Фиг. 1.
Пример 3
Определение условий реакции
1,3-селективную переэтерификацию осуществляют с помощью ферментов (липаз). Одна из проблем, которая возникает во время такого процесса, состоит в том, что с увеличением продолжительности реакции селективность фермента в отношении sn-1 и sn-3 положений триглицеридов может уменьшаться. В результате содержание кислотных остатков SSS в полученном переэтерифицированном масле или олеиновой фракции может быть выше, чем требуется. Поэтому проводили предварительное испытание, чтобы определить оптимальную продолжительность реакции, при которой количество кислотных остатков SUS доводится до максимума без значительного увеличения количества SSS.
Высокостеариновый, высокоолеиновый (HSHO) олеин подвергали переэтерификации с помощью 10 масс.% фермента Lipozyme RMIM (полученного от компании из Novozymes). Образцы отбирали через 2, 4, 6 и 8 часов и анализировали после отделения фермента. Результаты приведены на Фиг. 3. В качестве ориентировочной оптимальной продолжительности в дополнительных испытаниях была выбрана продолжительность реакции 4 часа.
Пример 4
Определение содержания твердого жира
Содержание твердого жира (SFC) в HSHO-масле, HSHO-олеиновой фракции и 1,3-селективно переэтерифицированных продуктах определяли с применением дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC).
На Фиг. 4 видно, что при температурах выше 0°C содержание твердого жира в 1,3-селективно переэтерифицированных продуктах выше, чем содержание твердого жира в исходном HSHO-масле и HSHO-олеиновой фракции.
Пример 5
Определение точки плавления
Точку плавления HSHO-масла, HSHO-олеиновой фракции и 1,3-селективно переэтерифицированных продуктов определяли с применением стандартных способов.
На Фиг. 5 видно, что точка плавления 1,3-селективно переэтерифицированного HSHO-масла и HSHO-олеиновой фракции значительно увеличивалась по сравнению с исходным HSHO-маслом и HSHO-олеиновой фракцией.